JP2004063804A - 半導体装置、積層型半導体装置およびそれらの製造方法 - Google Patents
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- H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
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- H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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Abstract
【解決手段】電極パッド2と外部との電気的接続を行う2次配線3を、半導体チップ1の集積回路形成面から側面まで延在して形成する。これによって、半導体チップと保護膜との積層界面から2次配線の側面が露出している従来の半導体装置のように、半導体ウェハから半導体チップに分割する際に、チッピング、ダイシングブレードの破損などが発生せず、2次配線のヒゲ、ダレなどが発生しない。また、2次配線に数十μmもの厚みを必要としないため、配線形成時間を短縮化することができ、材料面で低コスト化を図ることができる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、積層型半導体装置およびそれらの製造方法に関し、特に、CSP(チップ・サイズ・パッケージ)により高密度実装が可能な半導体装置、積層型半導体装置およびそれらの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の半導体装置の一例として、例えば、特開平7−45649号公報には、図23に示すような半導体装置が開示されている。
【0003】
この半導体装置は、半導体チップ1の一方の表面側に、外部との信号の入出力を行う複数の電極パッド2を有する集積回路(図示せず)と、複数の電極パッド間を電気的に接続する1次配線22とが設けられている。また、半導体チップ1の中心から見て電極パッド2の外側部分に一部重畳するように、電極パッド2と外部とを電気的に接続する2次配線3が設けられている。2次配線3の側面は、半導体チップ1の表面を覆うように設けられた保護膜21と半導体チップ1との積層界面から露出している。集積回路と外部との信号入出力は、1次配線22および電極パッド2を介して2次配線3から行われる。
【0004】
この半導体装置の構成では、半導体チップをリードフレームのダイパッド上にダイボンディング剤を介して搭載し、電極パッドとリードフレームのインナーリードとをボンディングワイヤによって接続して樹脂封止する構成の半導体装置に比べて、薄型化を図ることができ、高密度実装が可能となる。
【0005】
この半導体装置は、例えば、図24(a)〜(c)に示すような方法によって作製される。
【0006】
まず、図24(a)に示すように、半導体ウェハ1aに切断線として形成されたダイシングライン11を挟んで隣接する集積回路に接続された電極パッド2のそれぞれを、蒸着法などにより厚み50μm程度の2次配線3によって電気的に接続する。このとき、半導体ウェハ1a上に複数列にわたって形成された集積回路のうち、奇数列目の集積回路に設けられた2つの電極パッド2の一方と偶数列目の集積回路に設けられた2つの電極パッド2の一方とが、2次配線3によって電気的に接続され、他方側は接続されない。
【0007】
次に、図24(b)に示すように、2次配線3が形成された半導体ウェハ1aの表面に、シート状の封止用樹脂を積層し、上下から加熱した金型で押圧して硬化することによって、保護膜21を形成する。または、溶媒を含む液状の封止用樹脂をスピンコート法により塗布して、それを乾燥・硬化することによって保護膜21を形成してもよい。
【0008】
このようにして保護膜21を形成した後、ダイシングライン11に沿って半導体ウェハ1aをダイシング工程によって切断することにより、半導体チップ1の一側面のみに2次配線3が露出された複数の半導体装置が作製される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体装置においては、以下のような問題がある。
【0010】
まず、上記ダイシング工程において、半導体ウェハ1aを2次配線3と同時に切断するため、半導体ウェハ1の切断面がギザギザになり、チッピングと称される状態になる。このようなチッピングが生じると、外観上望ましくない。また、このチッピングが集積回路領域まで達することがあり、このような場合には回路特性にも影響が生じる。さらに、ダイシングブレードに割れが発生し、ダイシングブレードの寿命を著しく劣化させることがある。
【0011】
また、上記ダイシング工程において、半導体ウェハ1を2次配線3と同時に切断しており、通常、金属等からなる2次配線3は延性を有するため、ヒゲ3a、ダレ3bなどが発生する。このようなヒゲ3a、ダレ3bなどが生じると、隣接する配線との間で電気的に短絡する恐れがある。
【0012】
また、2次配線3の側面が外部と電気的に接続されるため、所定の厚さが必要とされる。ワイヤボンディングによって2次配線を外部と電気的に接続する場合には、少なくとも数十μmの厚さ(および幅)が必要とされるため、2次配線3の形成のための蒸着時間が長くなる。
【0013】
また、2次配線3の側面にハンダ等によってバンプ(外部接続用端子)を設ける場合には、2次配線3をNi、Cu等によって形成することが考えられるが、Ni、Cu等は、酸化されると良好なハンダ接合を得ることができない。また、酸化の影響を少なくするために2次配線3をAuによって形成することも考えられるが、この場合、ハンダバンプとAuとの比率においてAuが多くなると、脆弱な合金層となって、良好な接続信頼性を得ることができない。さらに、配線全体がAuである場合には、脆弱な合金層になることは避けられない。
【0014】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、信頼性が高く、低コストで安定して作製することができ、高密度実装が可能な半導体装置、積層型半導体装置およびそれらの製造方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、集積回路、該集積回路と外部との信号の入出力を行う複数の電極パッド、および該集積回路と該電極パッドとの間を電気的に接続する1次配線が同じ表面側に設けられた半導体チップと、該半導体チップの集積回路形成面から側面まで延在して設けられ、該電極パッドと外部とを電気的に接続する2次配線とを具備し、そのことにより上記目的が達成される。
【0016】
好ましくは、前記2次配線は、前記半導体チップの集積回路形成面から側面にかけて連続して設けられている。
【0017】
前記2次配線は、複数の導電層からなっていてもよい。
【0018】
好ましくは、前記2次配線が設けられている半導体チップの集積回路形成面と側面とが垂直に配置され、該2次配線が設けられている側面部分の長さが20μm以上100μm以下である。
【0019】
前記2次配線が設けられている半導体チップの側面は、集積回路形成面に対して傾斜している傾斜面を有していてもよい。
【0020】
好ましくは、前記半導体チップの側面に設けられた傾斜面おいて、集積回路形成面側の傾斜開始点と、集積回路形成面と相対する面側の傾斜終了点との平面距離が、前記2次配線の厚みの2倍よりも小さく、該2次配線が設けられている傾斜面部分の長さが20μm以上100μm以下である。
【0021】
好ましくは、前記半導体チップの側面に設けられた傾斜面おいて、集積回路形成面側の傾斜開始点と、集積回路形成面と相対する面側の傾斜終了点との平面距離が、前記2次配線の厚みの2倍以上である。
【0022】
前記2次配線上に外部接続用端子が設けられていてもよい。
【0023】
本発明の積層型半導体装置は、本発明の半導体装置が複数積層され、複数の半導体装置の2次配線間が電気的に接続され、そのことにより上記目的が達成される。
【0024】
前記複数の半導体装置の2次配線間がボンディングワイヤによって電気的に接続されていてもよい。
【0025】
最上部に配置された半導体装置に第1サイズの外部接続用端子が設けられていると共に、他の半導体装置に第1サイズよりも大きな第2サイズの外部接続用端子が設けられ、外部接続用端子の上部先端がほぼ同一面に配置されていてもよい。
【0026】
本発明の半導体装置の製造方法は、集積回路、該集積回路と外部との信号の入出力を行う複数の電極パッド、および該集積回路と該電極パッドとの間を電気的に接続する1次配線が同じ表面側に設けられ、スクライブラインによって複数の領域に区切られた半導体ウェハを作製する工程と、該スクライブラインに沿って該半導体ウェハに溝を形成する工程と、該溝部に絶縁膜を形成する工程と、該半導体ウェハの集積回路形成面および溝部に、該電極パッドと外部とを電気的に接続する2次配線を形成する工程と、該半導体ウェハを分割する工程とを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【0027】
前記スクライブラインに沿って、ダイシングによって前記半導体ウェハに溝を形成することができる。
【0028】
前記スクライブラインに沿って、最外周から内側に向かって厚く形成された円盤状のダイシングブレードを用いたダイシングによって前記半導体ウェハに溝を形成してもよい。
【0029】
前記2次配線形成工程の後、前記集積回路形成面上に保護膜を形成する工程と、該2次配線上の所望の領域に該保護膜の開口部を形成する工程と、該保護膜の開口部に外部接続端子を形成する工程とをさらに含んでいてもよい。
【0030】
本発明の積層型半導体装置の製造方法は、本発明の半導体装置の製造方法により作製された複数の半導体装置を積層する工程と、該複数の半導体装置の2次配線間を電気的に接続する工程とを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【0031】
前記複数の半導体装置の2次配線間をボンディングワイヤによって電気的に接続してもよい。
【0032】
以下に、本発明の作用について説明する。
【0033】
本発明にあっては、電極パッドと外部との電気的接続を行う2次配線が、半導体チップの集積回路形成面から側面まで延在して設けられている。半導体チップと保護膜との積層界面から2次配線の側面(断面)が露出している従来の半導体装置のように、半導体ウェハから半導体チップに分割する際に2次配線と同時に切断するのではなく、例えば半導体ウェハに形成した溝(半導体チップの側面となる部分)に2次配線を形成してから半導体チップに分割するため、チッピング、ダイシングブレードの破損などが発生せず、2次配線のヒゲ、ダレなども発生しない。従って、半導体装置の信頼性を向上させ、安定して半導体装置を作製することができる。また、半導体チップと保護膜との積層界面から露出している2次配線の側面(断面)を外部接続に用いる従来の半導体装置のように、2次配線に数十μmもの厚みを必要としないため、配線形成時間を短縮化することができ、材料面で低コスト化を図ることができる。従って、低コストで、信頼性が高い、チップサイズのパッケージ(CSP)を、安定して作製することができる。
【0034】
また、2次配線を、半導体チップの集積回路形成面から側面にかけて連続して設けることによって、不連続な2次配線を設ける場合に比べて配線抵抗を小さくすることができる。これは、配線抵抗が小さい金属からなる配線層が連続して設けられている方が、不連続な場合に比べて、介在金属(複数層の2次配線の場合)、接触抵抗などがすくなくなるため、配線抵抗が小さくなって半導体装置の高性能化を図ることができる。また、半導体チップの集積回路形成面と側面との間で2次配線の境界面が存在しないために、境界面でのオープン不良などが発生せず、高い信頼性を得ることができる。
【0035】
また、2層以上の導電層からなる2次配線を設けることによって、下地層との密着性を向上させると共に、バンプまたは2次配線間の接続手段との接続信頼性を向上させることができる。
【0036】
また、2次配線が設けられている半導体チップの集積回路形成面と側面とが垂直に形成されている場合、2次配線を集積回路形成面と側面とに同時に形成して、抵抗が低い連続した2次配線を形成するためには、2次配線が設けられている側面部分を20μm以上100μm以下の長さにすることが好ましい。
【0037】
また、半導体チップの側面に傾斜面を設けることによって、2次配線を集積回路形成面と側面とに同時に形成することが容易になり、抵抗が低い連続した2次配線を安定して形成することができる。
【0038】
また、半導体チップの側面に設けられた傾斜面おいて、集積回路形成面側の傾斜開始点と、集積回路形成面と相対する面側の傾斜終了点との平面距離が、2次配線の厚みの2倍よりも小さい場合、2次配線を集積回路形成面と側面とに同時に形成して、抵抗が低い連続した2次配線をさらに安定して形成するためには、2次配線が設けられている側面部分を20μm以上100μm以下の長さにすることが好ましい。
【0039】
また、半導体チップの側面に設けられた傾斜面おいて、集積回路形成面側の傾斜開始点と、集積回路形成面と相対する面側の傾斜終了地点との平面距離を、2次配線の厚みの2倍以上とすることによって、2次配線を集積回路形成面と側面とに同時に形成することがさらに容易になり、抵抗が低い連続した2次配線をさらに安定して形成することができる。
【0040】
また、2次配線上に外部接続用端子を形成することによって、半導体チップと同じサイズのパッケージにおいて、従来のボール・グリッド・アレイ(BGA)と同等の基板実装性を得ることができる。
【0041】
また、本発明の半導体装置を複数積層して、2次配線間を電気的に接続することによって、高集積化された半導体装置、種々の半導体装置を組み合わせてシステム化されたシステム・イン・パッケージと称される半導体装置などを、チップサイズパッケージ(CSP)で実現することができる。
【0042】
また、2次配線間の接続手段としてボンディングワイヤを用いることによって、種々の半導体装置を組み合わせる場合においても、配線形成用のマスク等が不要となり、低コスト化を図ることができると共に、即座に対応することができる。
【0043】
また、最上部に配置された半導体装置に第1サイズの外部接続用端子を設け、他の半導体装置に第1サイズよりも大きな第2サイズの外部接続用端子を設けて、外部接続用端子の上部先端をほぼ同一面に配置することによって、種々の半導体装置を積層する場合において、多数の外部接続端子を設けることができるため、デザイン的な制限を低減することができる。
【0044】
本発明の半導体装置の製造方法にあっては、集積回路と複数の電極パッドと1次配線とを有し、スクライブラインによって複数の領域に区切られた半導体ウェハを作製して、スクライブラインに沿って半導体ウェハに溝を形成し、溝部に絶縁膜を形成する。そして、半導体ウェハの集積回路形成面と溝部とに2次配線を同時に形成して、半導体ウェハを半導体装置に分割する。これによって、半導体チップ毎に2次配線の形成を行う必要がなく、半導体チップの側面上の2次配線を、集積回路形成面と同時に形成することができるため、工程を簡略化することができる。また、半導体チップの集積回路形成面と側面との間に境界面が無い連続した2次配線が形成されるため、配線抵抗が小さく、境界面でのオープン不良も生じない。
【0045】
また、スクライブラインに沿って、ダイシングを行うことによって半導体ウェハに溝を容易に形成することができる。
【0046】
また、スクライブラインに沿って、最外周から内側に向かって厚く形成された円盤状のダイシングブレードを用いてダイシングを行うことによって、2次配線の形成を容易に行うことができる傾斜面を有する溝形状を容易に形成することができる。
【0047】
また、2次配線形成工程の後、少なくとも集積回路形成面上に保護膜を形成し、2次配線上の所望の領域に開口部を形成して、その開口部に外部接続端子を形成することによって、高集積化された半導体装置、種々の半導体装置を組み合わせてシステム化されたシステム・イン・パッケージと称される半導体装置などにおいて、従来のチップサイズパッケージ(CSP)等のエリアアレイパッケイジと同等の取り扱い性(基板実装のし易さ)を得ることができる。
【0048】
また、本発明の半導体装置の製造方法により作製された複数の半導体装置を積層して、2次配線間を電気的に接続することによって、高集積化された半導体装置、種々の半導体装置を組み合わせてシステム化されたシステム・イン・パッケージと称される半導体装置などを、チップサイズパッケージ(CSP)で実現することができる。
【0049】
また、2次配線間をボンディングワイヤで接続することによって、種々の半導体装置を組み合わせる場合においても、配線形成用のマスク等が不要となり、低コスト化を図ることができると共に、即座に対応することができる。
【0050】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【0051】
(実施形態1−1)
図1は、本発明の一実施形態である半導体装置の構成を示す断面図である。
【0052】
本実施形態1−1の半導体装置において、集積回路(図示せず)と電極パッド2とが形成された半導体チップ1の側面には、段差が設けられており、その側面は、集積回路形成面に対して垂直に形成されている。そして、半導体チップ1の表面(集積回路形成面)から側面にかけて、電極パッド2と電気的に接続された2次配線3が設けられている。
【0053】
ここで、2次配線3とは、半導体ウェハまたは半導体チップ1の作製工程以降に形成される配線であり、半導体ウェハまたは半導体チップ1の作製工程において形成される1次配線(図示せず)と区別するために2次配線と称している。従って、集積回路と、集積回路と外部との電気信号の授受を行う電極パッド2とを電気的に接続する配線などが1次配線となり、電極パッド2よりも外部に近い側の配線は2次配線3となる。
【0054】
2次配線3と外部とを接続するための外部接続端子等の電気的接続手段(図示せず)は、半導体チップ1の表面に設けられた2次配線領域および側面に設けられた2次配線領域のいずれにも形成可能である。
【0055】
電気的接続手段として、例えば、Auボンディングワイヤ、またはボンディングワイヤのボール部のみを使用するAuワイヤバンプなどを用いる場合には、2次配線3としてAl層を用いることができる。
【0056】
また、電気的接続手段として、Snを主成分とするハンダバンプを用いる場合には、2次配線3として、下層から順に、Ni層およびAu層の2層を形成することが好ましい。Ni層によってハンダとの接合性を得ることが可能となり、Au層によってNi層表面の酸化を防止すると共にハンダの濡れ性を向上させることができる。また、Cuは電気伝導度が良好であるため、さらに下層にCu層を設けることが好ましい。下層にCu層を形成する場合には、配線がハンダに取り込まれてしまうため、Ni層がバリア層としても機能する。また、電極パッド2がAlを主成分とする場合には、AlとCuとの相互拡散を防ぐために、さらに下層にCr、TiまたはTi−W等を形成することが好ましい。
【0057】
次に、このように構成された本実施形態1−1の半導体装置の製造方法について説明する。図2は、本実施形態1−1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【0058】
まず、図2(a)に示すように、集積回路(図示せず)と1次配線(図示せず)と電極パッド2とが同じ表面側に設けられた半導体ウェハ1aを作製する。本実施形態では、1次配線と電極パッド2として、Alを主成分とする金属からなるものを用いた。
【0059】
通常、半導体チップ1は、スクライブライン11に沿って半導体ウェハ1aを分割することによって作製されるが、本実施形態においては、分割を行わずにウェハ状態で以降の工程を行う。ダイシング後に2次配線3等を形成することも可能であるが、工程がかなり複雑となるため、本実施形態のようにウェハ状態で2次配線3を形成する方が好ましい。
【0060】
図2(b)に示すように、半導体ウェハ1表面のスクライブライン11に沿って溝12を形成する。ここでは、半導体ウェハ1aの集積回路形成面と相対する面(裏面)まで達しないように、溝12を形成する。
【0061】
ここで、溝12を半導体ウェハ1aの集積回路形成面と相対する面(裏面)まで形成しない理由は、以下の通りである。まず、第1に、半導体ウェハ1aの裏面まで溝12を形成すると、溝12が深くなりすぎるため、後述するレジストの感光性などに不具合が生じるからである。
【0062】
第2に、溝12の形成前に予め半導体ウェハ1aの裏面を研磨等によって薄くしておけば、溝12を半導体ウェハ1aの裏面まで形成したとしても、レジストの感光性などに不具合は生じないが、この場合には、溝12部分に形成された2次配線に不具合が生じるからである。以下に、その場合の製造方法と不具合とを説明する。
【0063】
図2(b)に示す工程の前に、予め半導体ウェハ1aの裏面側を研磨して厚み60μmまで薄くする。次に、図2(b)に示す工程において、溝12を半導体ウェハ1aの裏面まで形成する。このとき、溝12が半導体ウェハ1aの裏面まで達しているため、半導体ウェハ1aが個片になって工程が複雑にならないように、図2(c)に示す次の工程においてもダイシング用シート15は除去しない。
【0064】
この状態で、図2(c)に示す工程において、2次配線3をメッキにより形成すると、溝12部において、メッキ液がダイシング用シート15に触れるため、メッキ液に耐え得るものを使用する。その結果、溝12の底面においてダイシング用シート15上に2次配線3が形成される。このダイシング用シート15に伸縮性などがあると、ダイシング用シート15上の2次配線3にダメージが与えられるため、剛性を有するものを使用する。その後、半導体ウェハ1aからダイシング用シート15を除去する際に、2次配線3にダメージが与えられるため、好ましくない。
【0065】
溝12の形状としては、深さ方向に20μm以上とすることが好ましい。溝12の深さが20μm以上であれば、後の工程でメッキ層を溝の側面に形成して、半導体装置として分割することによって、半導体チップ1の側面に設けられた2次配線3の長さを20μm以上として、その2次配線上にワイヤバンプ、ワイヤボンディング等を容易に形成することができる。また、さらに充分な接続信頼性を確保するためには、バンプ径またはワイヤボンディングによる接続領域を広くくした方が好ましい。
【0066】
一方、通常、配線をパターニングする場合には、感光性を有するドライフィルムまたはレジストが用いられるが、溝12部の拡大図である図3に示すように、例えば厚み10μmのレジストを形成する場合に、溝12の側面形状が深さ120μmで垂直に形成されると、後のフォト工程で用いられる光は130μmの厚みのレジストを通過することになる。このような材料を通過すると、光が減衰してパターニングが困難となるため、現在のところ、技術的には120μm程度が限界とされている。また、電解メッキで配線を形成する場合には、レジスト厚は、通常、形成しようとする配線の厚さと同じか、またはそれ以上の厚さで形成される。従って、例えば配線の厚さが10μmであれば、配線厚と溝12の深さの合計を120μm以下とする必要がある。
【0067】
本実施形態1−1においては、2次配線3を厚み10μm弱に形成するため、加工の安定性を考慮して、溝12の深さを100μm以下とすることが好ましい。同様に、リフトオフ法によって配線のパターニングを行う場合においても、1μm〜2μm程度のレジスト厚および配線厚となるため、溝12の深さを100μm以下とすることが好ましい。
【0068】
以上を考慮して、本実施形態1−1においては、図2(b)に示すように、ダイシング用シート15を半導体ウェハ1aの裏面に貼り付けた後、図4に示すように、深さ60μm、幅100μmの溝12を形成するために、厚さ80μmのダイシングブレード14を取り付けたダイシング装置を用いて、溝12を形成した。ここで、ダイシングブレード14の厚さを80μmとした理由は、厚さ100μmのダイシングブレードを用いると、100μmを超える幅でウェハが余分に除去されてしまい、設計どおりに加工できないことがあるからである。溝12の形成後、固定用のダイシング用シート15は取り除く。なお、本実施形態では、溝12をダイシング装置を用いて形成しているが、レーザによって溝12を形成する方法等、種々の方法を用いることができる。また、ここでは、半導体ウェハ1aを完全に切断してしまうわけではないので、半導体ウェハ1aをダイシング装置に固定することができれば、ダイシング用シート15を用いずにダイシングを行うこともできる。
【0069】
次に、図2(c)に示すように、半導体ウェハ1aの集積回路形成面と溝部12とに2次配線3を形成する。ここでは、電解メッキ法によって、主導体層として電気伝導度の良好なCu層を設けて、その上層に、Snを主成分とするハンダとの接合に寄与するNi層と、Ni層の酸化防止等の役割を有するAu層とを順に形成する場合について説明する。
【0070】
まず、CVD法によりSiO2からなる絶縁膜(図示せず)を半導体ウェハ1aの集積回路形成面および溝12部に形成する。なお、集積回路形成面には、半導体ウェハ1の作製工程においてSiO2等の絶縁膜が形成されていることが多いため、これを利用することも可能であるが、本実施形態においては、耐湿性の劣化を防ぐため、溝12部と集積回路形成面を完全に覆うようにSiO2膜を形成した。
【0071】
次に、スクライブライン11の領域において、後の工程で溝12aを形成する領域、および電極パッド2の領域にSiO2膜の開口部を設けるために、SiO2膜の上をレジストまたはドライフイルムで覆い、フォトリソグラフィーによりパターニングする。そして、ドライエッチングにより、フォトリソグラフィーにてレジストまたはドライフィルムに形成された開口部のSiO2膜を除去した後、アセトン等によりレジストまたはドライフイルムを除去する。
【0072】
さらに、1次配線と2次配線3との間でクロストークが生じることが懸念される場合には、以下の方法により樹脂からなる膜を形成することが好ましい。上記SiO2膜の上に、レジストまたはドライフィルムの代わりに感光性ポリイミド等の感光性樹脂をワニス状態でスピンコート法により成膜し、乾燥後、フォトリソグラフィーによりパターニングして、硬化のための熱処理を行う。その後、上記と同様にしてドライエッチングにより、開口部のSiO2膜を除去する。このようにして、絶縁層として、SiO2膜とポリイミド膜との2層からなる絶縁層を形成する。なお、ポリイミド膜等の樹脂膜を形成する場合には、SiO2膜を省略することも可能である。
【0073】
次に、スパッタリング法により、Ti−W層およびCu層を順に形成する。ここで、Ti−W層はAl系金属とCu系金属との間の相互拡散を防ぐために設けられ、Cu層は後の電解Cuメッキ工程においてメッキ形成および下地との密着性を良好にするために設けられる。
【0074】
次に、レジストまたはドライフィルムを積層して、フォトリソグラフィーにより、2次配線3が所望のパターンとなるように、集積回路形成面および溝部12にレジストまたはドライフィルムの開口部を形成する。なお、溝12部中央の領域は、後の工程で溝12aの形成を行うため、溝12の中心から±30μm程度の領域(幅60μm程度の領域)がメッキされないように、レジストまたはドライフイルムで覆われるようにする。
【0075】
そして、電界メッキにより、レジストまたはドライフィルムの開口部に、Cu層、Ni層およびAu層を順に形成し、その後、レジストまたはドライフイルムをアセトン等により除去する。
【0076】
次に、上記スパッタリングにより形成されたTi−W層およびCu層を、Au/Ni/Cuのパターンをマスクとして薬液によりエッチングして、2次配線3を形成する。
【0077】
このようにして作製された2次配線エッジ部を図5に示す。なお、この図5は、半導体装置の完成状態を示す部分断面図である。この例では、半導体チップ1の集積回路形成面および側面に形成された2次配線3は、集積回路形成面と側面との境界部において連続した構造となっている。このような連続構造の2次配線3では、図6に示すような不連続な構造の2次配線3に比べて、配線抵抗が小さくなる。この理由は、図6に示す不連続な2次配線3では、半導体チップ1の集積回路形成面と側面との境界部で、不連続な境界面が形成されるため、接触抵抗が生じるからである。また、図6に示す不連続な2次配線3の場合には、製造または使用の過程においてオープン不良が生じるおそれがある。
【0078】
図5に示すような半導体チップ1の集積回路形成面から側面にかけて連続した構造の2次配線3は、半導体ウェハ1aの集積回路形成面と溝12部とで2次配線3を同時に形成することによって形成することができる。一方、図6に示すような半導体チップ1の集積回路形成面と側面の境界部で不連続な2次配線3は、半導体チップ1(または半導体ウェハ1a)の集積回路形成面に2次配線3を形成した後に、側面に形成した場合に形成される。
【0079】
次に、図2(d)に示すように、2次配線3が形成された半導体ウエハ1aを分割するために、半導体ウエハ1aの裏面にダイシング用シート15を貼り付け、上記図2(b)に示すダイシングブレード14よりも厚みが薄いダイシングブレード14aを用いて半導体ウェハ1aを分割する。本実施形態では、30μm厚みのダイシングブレード14aを用いた。このようにして半導体ウェハ1aを分割することによって、図2(e)に示すような半導体装置が完成する。
【0080】
(実施形態1−2)
図7は、本実施形態1−2の半導体装置の構成を示す断面図である。
【0081】
本実施形態1−2の半導体装置は、実施形態1−1の半導体装置と同様に、集積回路(図示せず)と電極パッド2とが形成された半導体チップ1の側面が表面(集積回路形成面)に対して垂直に形成されており、半導体チップ1の集積回路形成面から側面にかけて、電極パッド2と電気的に接続された2次配線3が設けられている。
【0082】
さらに、半導体チップ1の集積回路形成面および側面を覆うように保護膜21が設けられており、保護膜21に設けられた開口部に2次配線3と外部とを電気的に接続するための外部接続端子5が設けられている。また、半導体チップ1の側面に設けられた2次配線3を、例えばワイヤボンディング等の電気的接続手段により外部と接続する場合には、半導体チップ1の側面を覆う保護膜21部分にも、所望の領域に2次配線3との接続部となる開口部を設けることができる。
【0083】
次に、このように構成された本実施形態1−2の半導体装置の製造方法について、説明する。図8は、本実施形態1−2の半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、ここでは、実施形態1−1で説明した図2と異なる工程についてのみ説明を行う。
【0084】
図2(a)〜図2(c)と同様に、半導体ウェハ1aの集積回路形成面および溝12部に2次配線3を形成する工程までを行った後、図8(a)に示すように、保護膜21を形成する。
【0085】
保護膜21は、種々の方法により形成することができるが、本実施形態では、感光性樹脂をスピンコートして乾燥させた後、フォトリソグラフィーにより、後の工程で半導体ウェハ1aの集積回路形成面に外部接続端子5を設ける領域と、スクライブライン11の溝12aを設ける領域とに開口部を設ける。さらに、必要に応じて、溝12の側面に設けられた2次配線3上の領域にも開口部を設ける。その後、感光性樹脂を熱処理により硬化することによって、保護膜21が形成される。
【0086】
次に、図8(b)に示すように、保護膜21の開口部に外部接続端子5を形成する。本実施形態では、Snを主成分とする金属からなる球状のハンダ(ハンダボール)を用いて、リフロー炉により熱処理を行って外部接続端子5を形成した。
【0087】
次に、図8(c)に示すように、2次配線3が形成された半導体ウエハ1aを分割するために、半導体ウエハ1aの裏面にダイシング用シート15を貼り付け、ダイシングブレード14aを用いて半導体ウェハ1aを分割することによって、図8(d)に示すような半導体装置が完成する。この工程は、図2(d)および図2(e)と同様に行うことができる。
【0088】
このようにして作製された本実施形態の半導体装置は、外部接続端子5を介して基板実装を行うことができる。また、複数の半導体装置が積層された積層型半導体装置において、本実施形態の半導体装置を最上層に積層して用いることもできる。この場合には、半導体チップ1の側面に設けた2次配線3上の保護膜21についても、ワイヤボンド等の接続手段により電気的接続を行うための開口部を設けておく。さらに、必要に応じて、図8(a)に示す工程の後に外部接続端子5を設けずに図8(c)に示す半導体ウェハの分割工程を行って作製した半導体装置を、2層目以降に積層することも可能である。
【0089】
(実施形態1−3)
図9は、本実施形態1−3の半導体装置の構成を示す断面図である。
【0090】
本実施形態1−3の半導体装置は、実施形態1−1の半導体装置と同様に、集積回路(図示せず)と電極パッド2とが形成された半導体チップ1の側面が表面(集積回路形成面)に対して垂直に形成されており、半導体チップ1の集積回路形成面から側面にかけて、電極パッド2と電気的に接続された2次配線3が設けられている。
【0091】
さらに、半導体チップ1の集積回路形成面を覆うように保護膜21が設けられており、保護膜21に設けられた開口部に2次配線3と外部とを電気的に接続するための外部接続端子5が設けられている。本実施形態では、半導体チップ1の側面には保護膜21は設けられていない。
【0092】
次に、このように構成された本実施形態1−3の半導体装置の製造方法について、説明する。図10は、本実施形態1−3の半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、ここでは、実施形態1−1で説明した図2および実施形態1−2で説明した図8と異なる工程についてのみ説明を行う。
【0093】
図2(a)〜図2(c)と同様に、半導体ウェハ1aの集積回路形成面および溝12部に2次配線3を形成する工程までを行った後、図10(a)に示すように、保護膜21を形成する。図8(a)と同様に、感光性樹脂をスピンコートして乾燥させた後、フォトリソグラフィーにより、後の工程で半導体ウェハ1aの集積回路形成面に外部接続端子5を設ける領域と、スクライブライン11領域全体(溝12全体の領域)とに開口部を設ける。その後、感光性樹脂を熱処理により硬化することによって、保護膜21が形成される。
【0094】
次に、図10(b)に示すように、保護膜21の開口部に外部接続端子5を形成する。本実施形態でも、図8(b)と同様に、Snを主成分とする金属からなる球状のハンダ(ハンダボール)を用いて、リフロー炉により熱処理を行って外部接続端子5を形成した。
【0095】
次に、図10(c)に示すように、2次配線3が形成された半導体ウエハ1aを分割するために、半導体ウエハ1aの裏面にダイシング用シート15を貼り付け、ダイシングブレード14aを用いて半導体ウェハ1aを分割することによって、図10(d)に示すような半導体装置が完成する。この工程は、図2(d)および図2(e)、図8(c)および図8(d)と同様に行うことができる。
【0096】
このようにして作製された本実施形態の半導体装置は、外部接続端子5を介して基板実装を行うことができる。また、複数の半導体装置が積層された積層型半導体装置において、本実施形態の半導体装置を最上層に積層して用いることもできる。この場合には、半導体チップ1の側面に設けた2次配線3上に保護膜21が存在しないため、ワイヤボンド等の接続手段により2次配線3間の電気的接続を行うことができる。さらに、必要に応じて、図10(a)に示す工程の後に外部接続端子5を設けずに図10(c)に示す半導体ウェハの分割工程を行って作製した半導体装置を、2層目以降に積層することも可能である。
【0097】
(実施形態2−1)
図11は、本実施形態2−1の半導体装置の構成を示す断面図である。
【0098】
本実施形態2−1の半導体装置は、実施形態1−1の半導体装置と比べると、集積回路(図示せず)と電極パッド2とが形成された半導体チップ1の側面に、表面(集積回路形成面)に対して傾斜する傾斜面を有している。半導体チップ1の両側面において、集積回路形成面側の傾斜開始点a−a間の距離Aは、裏面側の傾斜終了点b−b間の距離Bよりも短くなっている。そして、半導体チップ1の集積回路形成面から側面(傾斜面部分)にかけて、電極パッド2と電気的に接続された2次配線3が設けられている。このような傾斜面を側面に設けることにより、2次配線3の形成が容易になる。
【0099】
次に、このように構成された本実施形態2−1の半導体装置の製造方法について説明する。図12は、本実施形態2−1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【0100】
まず、図12(a)に示すように、集積回路(図示せず)と1次配線(図示せず)と電極パッド2とが同じ表面側に設けられた半導体ウェハ1aを作製する。本実施形態では、実施形態1−1と同様に、1次配線と電極パッド2として、Alを主成分とする金属からなるものを用いた。
【0101】
次に、図12(b)に示すように、半導体ウェハ1表面のスクライブライン11に沿って溝12を形成する。ここでは、半導体ウェハ11の集積回路形成面と相対する面(裏面)まで達しないように、溝12を形成する。
【0102】
溝12の形状としては、図11に示す半導体チップ1の側面のように、集積回路形成面側に傾斜開始点aを有し、集積回路形成面と相対する面(裏面)側に傾斜終了点bを有する傾斜面を設ける。また、溝12の深さ方向は、半導体チップ1の側面に設けられた2次配線3の長さ(ワイヤバンプ、ワイヤボンディング等の接続面の幅)を20μm以上とすることができる深さであれば、その2次配線3上にワイヤバンプ、ワイヤボンディング等を容易に形成することができる。また、さらに充分な接続信頼性を確保するためには、バンプ径またはワイヤボンディングによる接続領域を広くした方が好ましい。
【0103】
一方、溝12部の拡大図である図13に示すように、例えば厚み10μmのレジストを形成する場合に、溝12の側面形状において、傾斜開始点aと傾斜終了点bとの平面距離がレジストまたはドライフイルムの厚さ以上であれば、その分だけ光が透過するレジスト厚さが少なくなるため、溝12の深さを120μm以上にすることも可能である。また、通常、レジストまたはドライフィルムの厚さは、形成しようとする配線の厚さと同じか、またはそれ以上の厚さで形成される。従って、溝12の傾斜開始点aと傾斜終了点bとの平面距離は、2次配線3の厚さ以上とすることが好ましい。
【0104】
また、本実施形態2−1においては、2次配線3を厚み10μm弱に形成するため、傾斜開始点aと傾斜終了点bとの平面距離を10μm以上とすることが好ましい。従って、例えばスクライブライン11の幅を100μmとすると、溝12の底面b−bの幅は、片側10μmずつ狭い80μm以下となるように、溝12を形成することが好ましい。
【0105】
以上のように、2次配線3が設けられる半導体チップ1の側面は、傾斜開始点a−a間の平面距離(図11の寸法A)が傾斜終了点b−b間の平面距離(図11の寸法B)よりも、2次配線3の厚みの2倍の範囲内で小さな場合には、溝12の深さは、加工安定性も考慮して、100μm以下とする必要があり、2次配線3の厚さの2倍以上の場合には、溝12の深さを100μm以上とすることも可能となる。また、傾斜開始点aと傾斜終了点bの平面距離(寸法AとBとの差)が大きくなるほど、溝12の深さも大きく設定することができる。
【0106】
以上のことは、実施形態1−1と同様に、電解メッキ法、リフトオフ法、さらにはレジストパターニング後配線材料を半導体ウエハ全体に形成し、化学研磨によって配線パターンを行う方法等においても、同様である。本実施形態2−1のように、半導体チップ1の側面に傾斜面を有する場合には、実施形態1−1よりもパターニングが容易となり、溝12の深さを120μm以上とすることも、場合によっては可能となる。
【0107】
バンプ径またはボンディングワイヤのボール部の接続領域は広いほど好ましいため、本実施形態2−1では、ワイヤボンディング等の接続部においてバンプ径またはボール径100μmで接続可能となるように、溝12の深さを100μmとした。また、傾斜開始点a−a間の距離Aは100μm、傾斜終了点b−b間の距離Bは80μmとした。
【0108】
本実施形態2−1においては、図12(b)に示すように、ダイシング用シート15を半導体ウェハ1aの裏面に貼り付けた後、最外周から内側に向かって厚く形成された円盤状のダイシングブレード14bを取り付けたダイシング装置を用いて、溝12を形成した。なお、本実施形態2−1では、傾斜面を平面としたが、湾曲面を有しているものであってもよい。
【0109】
次に、図12(c)に示すように、半導体ウェハ1aの集積回路形成面と溝部12とに2次配線3を形成する。ここでは、実施形態1と同様に、電解メッキ法によって、主導体層として電気伝導度の良好なCu層を設けて、その上層に、Snを主成分とするハンダとの接合に寄与するNi層と、Ni層の酸化防止等の役割を有するAu層とを順に形成する場合について説明する。
【0110】
まず、CVD法によりSiO2からなる絶縁膜(図示せず)を半導体ウェハ1aの集積回路形成面および溝12部に形成する。
【0111】
次に、スクライブライン11の領域において、後の工程で溝12aを形成する領域、および電極パッド2の領域にSiO2膜の開口部を設けるために、SiO2膜の上をレジストまたはドライフイルムで覆い、フォトリソグラフィーによりパターニングする。本実施形態では、実施形態1−1に比べて溝12の深さが深くなっているものの、溝12に傾斜面を有しているため、SiO2膜の形成およびフォトリソグラフィーによるパターニングが容易となる。
【0112】
次に、ドライエッチングにより、フォトリソグラフィーにてレジストまたはドライフィルムに形成された開口部のSiO2膜を除去した後、アセトン等によりレジストまたはドライフイルムを除去する。
【0113】
さらに、1次配線と2次配線3との間でクロストークが生じることが懸念される場合には、以下の方法により樹脂からなる膜を形成することが好ましい。上記SiO2膜の上に、レジストまたはドライフィルムの代わりに感光性ポリイミド等の感光性樹脂をワニス状態でスピンコート法により成膜し、乾燥後、フォトリソグラフィーによりパターニングして、硬化のための熱処理を行う。その後、上記と同様にしてドライエッチングにより、開口部のSiO2膜を除去する。このようにして、絶縁層として、SiO2膜とポリイミド膜との2層からなる絶縁層を形成する。なお、ポリイミド膜を形成する場合には、実施形態1−1と同様に、SiO2膜を省略することも可能である。
【0114】
次に、スパッタリング法により、Ti−W層およびCu層を順に形成する。次に、レジストまたはドライフィルムを積層して、フォトリソグラフィーにより、2次配線3が所望のパターンとなるように、集積回路形成面および溝部12にレジストまたはドライフィルムの開口部を形成する。なお、溝12部中央の領域は、後の工程で溝12aの形成を行うため、溝12の中心から±30μm程度の領域(幅60μm程度の領域)がメッキされないように、レジストまたはドライフイルムで覆われるようにする。本実施形態では、実施形態1−1に比べて、溝12の深さが深くなっているものの、溝12に傾斜面を設けているため、レジストまたはドライフィルムの形成およびフォトリソグラフィーによるパターニングが容易となる。
【0115】
そして、電界メッキにより、レジストまたはドライフィルムの開口部に、Cu層、Ni層およびAu層を順に形成し、その後、レジストまたはドライフイルムをアセトン等により除去する。
【0116】
次に、上記スパッタリングにより形成されたTi−W層およびCu層を、Au/Ni/Cuのパターンをマスクとして薬液によりエッチングして、2次配線3を形成する。本実施形態2−1においても、半導体チップ1の集積回路形成面および側面に形成された2次配線3は、集積回路形成面と側面との境界部において連続した構造となっており、配線抵抗を小さくすることができると共に、オープン不良を防ぐことができる。
【0117】
次に、図12(d)に示すように、2次配線3が形成された半導体ウエハ1aを分割するために、半導体ウエハ1aの裏面にダイシング用シート15を貼り付け、厚み30μmのダイシングブレード14aを用いて半導体ウェハ1aを分割する。このようにして半導体ウェハ1aを分割することによって、図12(e)に示すような半導体装置が完成する。
【0118】
(実施形態2−2)
図14は、本実施形態2−2の半導体装置の構成を示す断面図である。
【0119】
本実施形態2−2の半導体装置は、実施形態2−1の半導体装置と同様に、集積回路(図示せず)と電極パッド2とが形成された半導体チップ1の側面に、表面(集積回路形成面)に対して傾斜する傾斜面を有している。半導体チップ1の両側面において、集積回路形成面側の傾斜開始点a−a間の距離Aは、裏面側の傾斜終了点b−b間の距離Bよりも短くなっている。そして、半導体チップ1の集積回路形成面から側面(傾斜面部分)にかけて、電極パッド2と電気的に接続された2次配線3が設けられている。このような傾斜面を側面に設けることにより、2次配線3の形成が容易になる。
【0120】
さらに、半導体チップ1の集積回路形成面を覆うように保護膜21が設けられており、保護膜21に設けられた開口部に2次配線3と外部とを電気的に接続するための外部接続端子5が設けられている。
【0121】
次に、このように構成された本実施形態2−2の半導体装置の製造方法について、説明する。図15は、本実施形態2−2の半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、ここでは、実施形態2−1で説明した図12と異なる工程についてのみ説明を行う。
【0122】
図12(a)〜図12(c)と同様に、半導体ウェハ1aの集積回路形成面および溝12部に2次配線3を形成する工程までを行った後、図15(a)に示すように、保護膜21を形成する。ここでは、実施形態1−2で説明した図10(a)と同様に、感光性樹脂をスピンコートして乾燥させた後、フォトリソグラフィーにより、後の工程で半導体ウェハ1aの集積回路形成面に外部接続端子5を設ける領域と、スクライブライン11領域全体(溝12全体の領域)とに開口部を設ける。その後、感光性樹脂を熱処理により硬化することによって、保護膜21が形成される。
【0123】
次に、図15(a)に示すように、保護膜21の開口部に外部接続端子5を形成する。本実施形態でも、図10(b)と同様に、Snを主成分とする金属からなる球状のハンダ(ハンダボール)を用いて、リフロー炉により熱処理を行って外部接続端子5を形成した。
【0124】
次に、図15(b)に示すように、2次配線3が形成された半導体ウエハ1aを分割するために、半導体ウエハ1aの裏面にダイシング用シート15を貼り付け、ダイシングブレード14aを用いて半導体ウェハ1aを分割することによって、図15(c)に示すような半導体装置が完成する。この工程は、図2(d)および図2(e)、図8(c)および図8(d)、図10(c)および図10(d)、図12(d)および図12(e)と同様に行うことができる。
【0125】
このようにして作製された本実施形態の半導体装置は、外部接続端子5を介して基板実装を行うことができる。また、複数の半導体装置が積層された積層型半導体装置において、本実施形態の半導体装置を最上層に積層して用いることもできる。この場合には、半導体チップ1の側面に設けた2次配線3上に保護膜21が存在しないため、ワイヤボンド等の接続手段により2次配線3間の電気的接続を行うことができる。
【0126】
さらに、必要に応じて、図15(a)に示す工程において、保護膜21の形成後に、外部接続端子5を設けずに半導体ウェハの分割工程を行って作製した半導体装置を、2層目以降に積層することも可能である。
【0127】
(実施形態3−1)
図16は、本実施形態3−1の半導体装置の構成を示す断面図である。
【0128】
本実施形態3−1の半導体装置は、実施形態2−1の半導体装置と同様に、集積回路(図示せず)と電極パッド2とが形成された半導体チップ1の側面に、表面(集積回路形成面)に対して傾斜する傾斜面を有している。但し、本実施形態3−1では、半導体チップ1の側面のほとんどが傾斜面で占められており、半導体チップ1の厚さが実施形態2−1と比べて薄くなっている。
【0129】
半導体チップ1の両側面において、集積回路形成面側の傾斜開始点a−a間の距離Aは、裏面側の傾斜終了点b−b間の距離Bよりも短くなっている。そして、半導体チップ1の集積回路形成面から側面(傾斜面)にかけて、電極パッド2と電気的に接続された2次配線3が設けられている。このような傾斜面を側面に設けることにより、2次配線3の形成が容易になる。
【0130】
次に、このように構成された本実施形態3−1の半導体装置の製造方法について説明する。図17は、本実施形態3−1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【0131】
まず、図17(a)に示すように、集積回路(図示せず)と1次配線(図示せず)と電極パッド2とが同じ表面側に設けられた半導体ウェハ1aを作製する。本実施形態では、実施形態1−1と同様に、1次配線と電極パッド2として、Alを主成分とする金属からなるものを用いた。
【0132】
次に、図17(b)に示すように、ダイシング用シート15を半導体ウェハ1aの裏面に貼り付けた後、半導体ウェハ1表面のスクライブライン11に沿って溝12を形成する。溝12の形状としては、実施形態2−1と同様に、集積回路形成面側に傾斜開始点aを有し、集積回路形成面と相対する面(裏面)側に傾斜終了点bを有する溝12を、深さ100μm、傾斜開始点a−a間の距離A=100μm、傾斜終了点b−b間の距離B=80μmとなるように、最外周から内側に向かって厚く形成された円盤状のダイシングブレード14bを取り付けたダイシング装置を用いて、溝12を形成した。
【0133】
次に、図17(c)に示すように、半導体ウェハ1aの集積回路形成面と溝部12とに2次配線3を形成する。ここでは、実施形態1と同様に、電解メッキ法によって、主導体層として電気伝導度の良好なCu層を設けて、その上層に、Snを主成分とするハンダとの接合に寄与するNi層と、Ni層の酸化防止等の役割を有するAu層とを順に形成する場合について説明する。
【0134】
まず、CVD法によりSiO2からなる絶縁膜(図示せず)を半導体ウェハ1aの集積回路形成面および溝12部に形成する。
【0135】
次に、スクライブライン11の領域において、後の工程でウェハ1aを薄くする際に除去される領域、および電極パッド2の領域にSiO2膜の開口部を設けるために、SiO2膜の上をレジストまたはドライフイルムで覆い、フォトリソグラフィーによりパターニングする。本実施形態では、実施形態1−1に比べて溝12の深さが深くなっているものの、溝12に傾斜面を有しているため、SiO2膜の形成およびフォトリソグラフィーによるパターニングが容易となる。
【0136】
次に、ドライエッチングにより、フォトリソグラフィーにてレジストまたはドライフィルムに形成された開口部のSiO2膜を除去した後、アセトン等によりレジストまたはドライフイルムを除去する。
【0137】
さらに、1次配線と2次配線3との間でクロストークが生じることが懸念される場合には、以下の方法により樹脂からなる膜を形成することが好ましい。上記SiO2膜の上に、レジストまたはドライフィルムの代わりに感光性ポリイミド等の感光性樹脂をワニス状態でスピンコート法により成膜し、乾燥後、フォトリソグラフィーによりパターニングして、硬化のための熱処理を行う。その後、上記と同様にしてドライエッチングにより、開口部のSiO2膜を除去する。このようにして、絶縁層として、SiO2膜とポリイミド膜との2層からなる絶縁層を形成する。なお、ポリイミド膜を形成する場合には、実施形態1−1と同様に、SiO2膜を省略することも可能である。
【0138】
次に、スパッタリング法により、Ti−W層およびCu層を順に形成する。次に、レジストまたはドライフィルムを積層して、フォトリソグラフィーにより、2次配線3が所望のパターンとなるように、集積回路形成面および溝部12にレジストまたはドライフィルムの開口部を形成する。なお、溝12部中央の領域は、後の工程で半導体ウェハ1aを薄くする工程で除去されるため、溝12の中心から±40μm程度の領域(幅80μm程度の領域)がメッキされないように、レジストまたはドライフイルムの開口部は設けないようにする。本実施形態では、実施形態1−1に比べて溝12の深さが深くなっているものの、溝12に傾斜面を設けているため、レジストまたはドライフィルムの形成およびフォトリソグラフィーによるパターニングが容易となる。
【0139】
そして、電界メッキにより、レジストまたはドライフィルムの開口部に、Cu層、Ni層およびAu層を順に形成して厚さを10μmとし、その後、レジストまたはドライフイルムをアセトン等により除去する。
【0140】
次に、上記スパッタリングにより形成されたTi−W層およびCu層を、Au/Ni/Cuのパターンをマスクとして薬液によりエッチングして、2次配線3を形成する。本実施形態3−1においても、半導体チップ1の集積回路形成面および側面に形成された2次配線3は、集積回路形成面と側面との境界部において連続した構造となっており、配線抵抗を小さくすることができると共に、オープン不良を防ぐことができる。
【0141】
ここで、上記実施形態2−1においては、図12(d)に示すように、2次配線3が形成された半導体ウェハ1aをダイシングにより分割したが、本実施形態では、図17(d)に示すように、半導体ウェハ1aの裏面から研磨を行って半導体ウェハ1aの厚みを薄くすることにより、個々の半導体装置に分割する。このとき、半導体ウェハ1aの集積回路形成面を保護すると共に、個々の半導体装置が分割される際に飛散しないように、保護用シートまたは薄板状固定治具16等によって予め保護しておく。
【0142】
半導体ウェハ1a裏面の研磨が完了した後、保護用シートまたは薄板状固定f治具16を除去して、図17(e)に示すような半導体装置が完成する。
【0143】
(実施形態3−2)
図18は、本実施形態3−2の半導体装置の構成を示す断面図である。
【0144】
本実施形態3−2の半導体装置は、実施形態3−1の半導体装置と同様に、集積回路(図示せず)と電極パッド2とが形成された半導体チップ1の側面に、表面(集積回路形成面)に対して傾斜する傾斜面を有している。また、半導体チップ1の側面のほとんどが傾斜面で占められており、半導体チップ1の厚さが実施形態2−2と比べて薄くなっている。
【0145】
半導体チップ1の両側面において、集積回路形成面側の傾斜開始点a−a間の距離Aは、裏面側の傾斜終了点b−b間の距離Bよりも短くなっている。そして、半導体チップ1の集積回路形成面から側面(傾斜面部分)にかけて、電極パッド2と電気的に接続された2次配線3が設けられている。このような傾斜面を側面に設けることにより、2次配線3の形成が容易になる。
【0146】
さらに、半導体チップ1の集積回路形成面を覆うように保護膜21が設けられており、保護膜21に設けられた開口部に2次配線3と外部とを電気的に接続するための外部接続端子5が設けられている。
【0147】
次に、このように構成された本実施形態3−2の半導体装置の製造方法について、説明する。図19は、本実施形態3−2の半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、ここでは、実施形態3−1で説明した図17と異なる工程についてのみ説明を行う。
【0148】
図17(a)〜図17(c)と同様に、半導体ウェハ1aの集積回路形成面および溝12部に2次配線3を形成する工程までを行った後、図19(a)に示すように、保護膜21を形成する。ここでは、実施形態1−2で説明した図10(a)と同様に、感光性樹脂をスピンコートして乾燥させた後、フォトリソグラフィーにより、後の工程で半導体ウェハ1aの集積回路形成面に外部接続端子5を設ける領域と、スクライブライン11領域全体(溝12全体の領域)とに開口部を設ける。その後、感光性樹脂を熱処理により硬化することによって、保護膜21が形成される。
【0149】
次に、図19(b)に示すように、半導体ウェハ1aの裏面から研磨を行って半導体ウェハ1aの厚みを薄くすることにより、個々の半導体装置に分割する。このとき、半導体ウェハ1aの集積回路形成面を保護すると共に、個々の半導体装置が分割される際に飛散しないように、保護用シートまたは薄板状固定治具16等によって予め保護しておく。
【0150】
半導体ウェハ1a裏面の研磨が完了した後、耐熱性の保護用シートまたは薄板状固定治具16を除去する前に、図19(c)に示すように、保護用シートまたは薄板状固定治具17によって、半導体チップ1の集積回路形成面と対向する面(半導体チップ1の裏面)側を固定して、保護用シートまたは薄板状固定治具16を除去する。このときの保護用シートまたは薄板状固定治具17の耐熱性は、後のリフロー処理の熱に耐えるものであればよい。
【0151】
次に、図19(c)に示すように、保護膜21の開口部に外部接続端子5を形成する。本実施形態でも、図10(b)と同様に、Snを主成分とする金属からなる球状のハンダ(ハンダボール)を用いて、リフロー炉により熱処理を行って外部接続端子5を形成した。
【0152】
その後、保護用シートまたは薄板状固定治具17を除去して、図19(d)に示すような半導体装置が完成する。
【0153】
このようにして作製された本実施形態の半導体装置は、外部接続端子5を介して基板実装を行うことができる。また、複数の半導体装置が積層された積層型半導体装置において、本実施形態の半導体装置を最上層に積層して用いることもできる。この場合には、半導体チップ1の側面に設けた2次配線3上に保護膜21が存在しないため、ワイヤボンド等の接続手段により2次配線3間の電気的接続を行うことができる。さらに、必要に応じて、図19(c)に示す工程の後で保護用シートまたは薄板状固定治具16を除去して分割された、外部接続端子5を設けていない半導体装置を、2層目以降に積層することも可能である。
【0154】
なお、上記実施形態1−1〜実施形態3−2では、半導体チップ1の集積回路形成面および側面において、2次配線3の金属層として、下層から、Ti−W層、Cu層、Cu層、Ni層およびAu層の5層を形成している。このように複数層の配線を形成することによって、下地との密着性、相互拡散の防止、外部接続端子等の接続信頼性を保持することが可能である。
【0155】
また、上記実施形態1−1〜実施形態3−2では、外部接続端子5としてボール形状のハンダを用いているが、ペースト状ハンダを印刷して、熱処理によってバンプを形成する方法等、種々の方法を用いることができる。また、2次配線3の最表面層をAu層とした場合にはAuからなるワイヤバンプ、ボンディングワイヤ等も接続可能である。
【0156】
さらに、上記実施形態1−1〜実施形態3−2において、半導体チップ1の集積回路形成面から側面に延在して設けられた2次配線3上の所望の領域に、保護膜21の開口部を設けることによって、半導体装置を積層して用いるなど、様々な使用方法が可能であり、汎用性を有する半導体装置とすることができる。また、半導体装置単体で基板実装する場合には、半導体チップ1の集積回路形成面に設けられた2次配線3上の領域のみ、保護膜21の開口部を設けてもよい。
【0157】
これまでの説明では、半導体チップ1に設けられる傾斜面を、図の説明上、左右の両側面に形成する例を示しているが、2次配線3を一方の側面にのみ形成する場合には、2次配線3を形成する側面のみに傾斜面を形成してもよく、傾斜面の数、形状などは特に制限されるものではない。
【0158】
(実施形態4)
図20は、本実施形態4の積層型半導体装置の構成を示す断面図である。
【0159】
この積層型半導体装置は、上記実施形態1−1〜実施形態3−2の半導体装置が複数積層された構造を有している。なお、この例では、側面の配線形成が容易で薄型化が可能な実施形態3−1および実施形態3−2の半導体装置を用いて、実施形態3−1の半導体装置を最上層に、実施形態3−2の半導体装置を2〜4層目に積層しているが、上記実施形態1−1〜実施形態3−2のいずれの半導体装置を用いてもよい。
【0160】
半導体装置間を接合するためには、通常、ダイボンド材として用いられるペースト材料(絶縁性)、シート状材料等、種々の接着材を用いることができる。本実施形態では、熱可塑性接着シートを用いて、半導体装置を接合した。
【0161】
半導体装置を単体で基板実装する場合には、半導体装置の最表面にポリイミド等の樹脂からなる保護膜が形成されるが、半導体装置を積層する場合においては、最上層に積層される半導体装置以外のみにポリイミド等からなる保護膜21を形成し、それ以外の半導体装置は保護膜21を省略して、シート状の接着シートのみによって絶縁を行うようにしてもよい。熱可塑性接着材は、加熱することによって弾性率が低くなり、加圧することによって、接合対象物の形状に沿って変形する。従って、熱可塑性接着シートによって、2次配線3間の空隙を埋めると共に、2次配線3と積層される半導体装置の裏面との間の絶縁膜としての役割を果たすことができる。
【0162】
熱圧着を行った後に、室温付近まで温度が下がると、半導体装置同士が固定される。半導体装置間の電気的接続は、Auからなるボンディングワイヤ4によって、半導体チップ1の側面に設けられた2次配線3を電気的に接続することによって行った。ボンディングワイヤ4部は、ポッティング、トランスファモールドなどによって樹脂(図示せず)で保護しても良い。このように、ボンディングワイヤ4部を保護することによって、半導体装置のハンドリング性が向上する。
【0163】
図21は、本実施形態4の積層型半導体装置の他の構成を示す断面図である。
【0164】
この例では、最上層の半導体装置のサイズ(表面積)が、2層目〜4層目の半導体装置のサイズ(表面積)よりも小さくなっている。このように、異なる種類、サイズの半導体装置を積層することも可能である。
【0165】
図22は、本実施形態4の積層型半導体装置の他の構成を示す断面図である。
【0166】
この例では、最上層の半導体装置のサイズ(表面積)が、2層目〜4層目の半導体装置のサイズよりも小さくなっている。また、最上層および2層目の半導体装置にはポリイミド等の樹脂からなる保護膜21が形成されており、2層目の半導体装置に設けられた外部接続端子5aのサイズが、最上層の半導体装置に設けられた外部接続端子5よりもサイズが大きく、外部接続端子5aの上端と外部接続端子5の上端の高さがほぼ同一面となっている。このように、最上層の半導体装置の表面積が小さく、その表面に形成可能な外部接続端子5の数が少ない場合でも、2層目以降の半導体装置に、最上層の半導体装置に設けられた外部接続端子5よりもサイズが大きい外部接続端子5aを、上端の高さがほぼ同一となるように設けることによって、全体として、外部接続端子の数を多くすることができる。
【0167】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電極パッドと外部との電気的接続を行う2次配線が、半導体チップの集積回路形成面から側面まで延在して設けられている。これによって、半導体チップと保護膜との積層界面から2次配線の側面が露出している従来の半導体装置のように、半導体ウェハから半導体チップに分割する際に、チッピング、ダイシングブレードの破損などが発生せず、2次配線のヒゲ、ダレなどが発生しない。従って、半導体装置の信頼性を向上させ、安定して半導体装置を作製することができる。また、2次配線に数十μmもの厚みを必要としないため、配線形成時間を短縮化することができ、材料面で低コスト化を図ることができる。従って、低コストで、信頼性が高い、チップサイズのパッケージ(CSP)を、安定して作製することができる。
【0168】
また、2次配線を、半導体チップの集積回路形成面から側面にかけて連続して設けることによって、不連続な2次配線を設ける場合に比べて配線抵抗を小さくすることができる。これは、配線抵抗が小さい金属からなる配線層が連続して設けられている方が、不連続な場合に比べて、介在金属(複数層の2次配線の場合)、接触抵抗などがすくなくなるため、配線抵抗が小さくなって半導体装置の高性能化を図ることができる。また、半導体チップの集積回路形成面と側面との間で2次配線の境界面が存在しないために、境界面でのオープン不良などが発生せず、高い信頼性を得ることができる。
【0169】
また、2層以上の導電層からなる2次配線を設けることによって、下地層との密着性を向上させると共に、バンプまたは2次配線間の接続手段との接続信頼性を向上させることができる。
【0170】
また、2次配線が設けられている半導体チップの集積回路形成面と側面とが垂直に形成されている場合、2次配線を集積回路形成面と側面とに同時に形成して、抵抗が低い連続した2次配線を形成するためには、2次配線が設けられている側面部分を20μm以上100μm以下の長さにすることが好ましい。
【0171】
また、半導体チップの側面に傾斜面を設けることによって、2次配線を集積回路形成面と側面とに同時に形成することが容易になり、抵抗が低い連続した2次配線を安定して形成することができる。
【0172】
また、半導体チップの側面に設けられた傾斜面おいて、集積回路形成面側の傾斜開始点と、集積回路形成面と相対する面側の傾斜終了点との平面距離が、2次配線の厚みの2倍よりも小さい場合、2次配線を集積回路形成面と側面とに同時に形成して、抵抗が低い連続した2次配線をさらに安定して形成するためには、2次配線が設けられている側面部分を20μm以上100μm以下の長さにすることが好ましい。
【0173】
また、半導体チップの側面に設けられた傾斜面おいて、集積回路形成面側の傾斜開始点と、集積回路形成面と相対する面側の傾斜終了地点との平面距離を、2次配線の厚みの2倍以上とすることによって、2次配線を集積回路形成面と側面とに同時に形成することがさらに容易になり、抵抗が低い連続した2次配線をさらに安定して形成することができる。
【0174】
また、2次配線上に外部接続用端子を形成することによって、半導体チップと同じサイズのパッケージにおいて、従来のボール・グリッド・アレイ(BGA)と同等の基板実装性を得ることができる。
【0175】
また、本発明の半導体装置を複数積層して、2次配線間を電気的に接続することによって、高集積化された半導体装置、種々の半導体装置を組み合わせてシステム化されたシステム・イン・パッケージと称される半導体装置などを、チップサイズパッケージ(CSP)で実現することができる。
【0176】
また、2次配線間の接続手段としてボンディングワイヤを用いることによって、種々の半導体装置を組み合わせる場合においても、配線形成用のマスク等が不要となり、低コスト化を図ることができると共に、即座に対応することができる。
【0177】
また、最上部に配置された半導体装置に第1サイズの外部接続用端子を設け、他の半導体装置に第1サイズよりも大きな第2サイズの外部接続用端子を設けて、外部接続用端子の上部先端をほぼ同一面に配置することによって、種々の半導体装置を積層する場合において、多数の外部接続端子を設けることができるため、デザイン的な制限を低減することができる。
【0178】
また、本発明の半導体装置の製造方法にあっては、集積回路と複数の電極パッドと1次配線とを有し、スクライブラインによって複数の領域に区切られた半導体ウェハを作製して、スクライブラインに沿って半導体ウェハに溝を形成し、溝部に絶縁膜を形成する。そして、半導体ウェハの集積回路形成面と溝部とに2次配線を同時に形成して、半導体ウェハを半導体装置に分割する。これによって、半導体チップ毎に2次配線の形成を行う必要がなく、半導体チップの側面上の2次配線を、集積回路形成面と同時に形成することができるため、工程を簡略化することができる。また、半導体チップの集積回路形成面と側面とで境界面のない連続した2次配線が形成されるため、配線抵抗が小さく、境界面でのオープン不良も生じない。
【0179】
また、スクライブラインに沿って、ダイシングを行うことによって半導体ウェハに溝を容易に形成することができる。
【0180】
また、スクライブラインに沿って、最外周から内側に向かって厚く形成された円盤状のダイシングブレードを用いてダイシングを行うことによって、2次配線の形成を容易に行うことができる傾斜面を有する溝形状を容易に形成することができる。
【0181】
また、2次配線形成工程の後、少なくとも集積回路形成面上に保護膜を形成し、2次配線上の所望の領域に開口部を形成して、その開口部に外部接続端子を形成することによって、高集積化された半導体装置、種々の半導体装置を組み合わせてシステム化されたシステム・イン・パッケージと称される半導体装置などにおいて、チップサイズパッケージ(CSP)の取り扱い性(基板実装のし易さ)を向上させることができる。
【0182】
また、本発明の半導体装置の製造方法により作製された複数の半導体装置を積層して、2次配線間を電気的に接続することによって、高集積化された半導体装置、種々の半導体装置を組み合わせてシステム化されたシステム・イン・パッケージと称される半導体装置などを、チップサイズパッケージ(CSP)で実現することができる。
【0183】
また、2次配線間をボンディングワイヤで接続することによって、種々の半導体装置を組み合わせる場合においても、配線形成用のマスク等が不要となり、低コスト化を図ることができると共に、即座に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である半導体装置の構成を示す断面図である。
【図2】(a)〜(e)は、それぞれ、実施形態1−1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図3】本発明の一実施形態である半導体装置における溝部の断面形状を示す拡大図である。
【図4】実施形態1−1の半導体装置における溝部の断面形状を示す拡大図である。
【図5】本発明の一実施形態である半導体装置におけるエッジ部(半導体チップの集積回路形成面と側面とで連続した2次配線)の拡大図である
【図6】本発明の一実施形態である半導体装置におけるエッジ部(半導体チップの集積回路形成面と側面とで不連続な2次配線)の拡大図である
【図7】実施形態1−2の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図8】(a)〜(d)は、それぞれ、実施形態1−2の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図9】実施形態1−3の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図10】(a)〜(d)は、それぞれ、実施形態1−3の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図11】実施形態2−1の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図12】(a)〜(e)は、それぞれ、実施形態2−1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図13】実施形態2−1の半導体装置における溝部の断面形状を示す拡大図である。
【図14】実施形態2−2の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図15】(a)〜(c)は、それぞれ、実施形態2−2の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図16】実施形態3−1の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図17】(a)〜(e)は、それぞれ、実施形態3−1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図18】実施形態3−2の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図19】(a)〜(d)は、それぞれ、実施形態3−2の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図20】実施形態4の積層型半導体装置の構成を示す断面図である。
【図21】実施形態4の積層型半導体装置の他の構成を示す断面図である。
【図22】実施形態4の積層型半導体装置の他の構成を示す断面図である。
【図23】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図24】(a)〜(c)は、それぞれ、従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ
1a 半導体ウェハ
2 電極パッド
3 2次配線
3a 2次配線の不良(ヒゲ)
3b 2次配線の不良(ダレ)
4 ボンディングワイヤ
5、5a 外部接続端子
11 スクライブライン
12、12a 溝
14、14a、14b ダイシングブレード
15 ダイシング用シート
16 集積回路形成面保護用のシートまたは薄板状固定治具
17 シートまたは薄板状固定治具
21 保護膜
22 1次配線
Claims (17)
- 集積回路、該集積回路と外部との信号の入出力を行う複数の電極パッド、および該集積回路と該電極パッドとの間を電気的に接続する1次配線が同じ表面側に設けられた半導体チップと、
該半導体チップの集積回路形成面から側面まで延在して設けられ、該電極パッドと外部とを電気的に接続する2次配線とを具備する半導体装置。 - 前記2次配線は、前記半導体チップの集積回路形成面から側面にかけて連続して設けられている請求項1に記載の半導体装置。
- 前記2次配線は、複数の導電層からなる請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
- 前記2次配線が設けられている半導体チップの集積回路形成面と側面とが垂直に配置され、該2次配線が設けられている側面部分の長さが20μm以上100μm以下である請求項1〜請求項3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記2次配線が設けられている半導体チップの側面は、集積回路形成面に対して傾斜している傾斜面を有する請求項1〜請求項3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体チップの側面に設けられた傾斜面おいて、集積回路形成面側の傾斜開始点と、集積回路形成面と相対する面側の傾斜終了点との平面距離が、前記2次配線の厚みの2倍よりも小さく、該2次配線が設けられている傾斜面部分の長さが20μm以上100μm以下である請求項5に記載の半導体装置。
- 前記半導体チップの側面に設けられた傾斜面おいて、集積回路形成面側の傾斜開始点と、集積回路形成面と相対する面側の傾斜終了点との平面距離が、前記2次配線の厚みの2倍以上である請求項5に記載の半導体装置。
- 前記2次配線上に外部接続用端子が設けられている請求項1〜請求項7のいずれかに記載の半導体装置。
- 請求項1〜請求項8のいずれかに記載の半導体装置が複数積層され、複数の半導体装置の2次配線間が電気的に接続されている積層型半導体装置。
- 前記複数の半導体装置の2次配線間がボンディングワイヤによって電気的に接続されている請求項9に記載の積層型半導体装置。
- 最上部に配置された半導体装置に第1サイズの外部接続用端子が設けられていると共に、他の半導体装置に第1サイズよりも大きな第2サイズの外部接続用端子が設けられ、外部接続用端子の上部先端がほぼ同一面に配置されている請求項9または請求項10に記載の積層型半導体装置。
- 集積回路、該集積回路と外部との信号の入出力を行う複数の電極パッド、および該集積回路と該電極パッドとの間を電気的に接続する1次配線が同じ表面側に設けられ、スクライブラインによって複数の領域に区切られた半導体ウェハを作製する工程と、
該スクライブラインに沿って該半導体ウェハに溝を形成する工程と、
該溝部に絶縁膜を形成する工程と、
該半導体ウェハの集積回路形成面および溝部に、該電極パッドと外部とを電気的に接続する2次配線を形成する工程と、
該半導体ウェハを分割する工程とを含む半導体装置の製造方法。 - 前記スクライブラインに沿って、ダイシングによって前記半導体ウェハに溝を形成する請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記スクライブラインに沿って、最外周から内側に向かって厚く形成された円盤状のダイシングブレードを用いたダイシングによって前記半導体ウェハに溝を形成する請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記2次配線形成工程の後、前記集積回路形成面上に保護膜を形成する工程と、
該2次配線上の所望の領域に該保護膜の開口部を形成する工程と、
該保護膜の開口部に外部接続端子を形成する工程とをさらに含む請求項12〜請求項14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 請求項12〜請求項15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法により作製された複数の半導体装置を積層する工程と、
該複数の半導体装置の2次配線間を電気的に接続する工程とを含む積層型半導体装置の製造方法。 - 前記複数の半導体装置の2次配線間をボンディングワイヤによって電気的に接続する請求項16に記載の積層型半導体装置の製造方法。
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