JP2004342896A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体チップ1は、半導体素子が形成された主表面1MSと裏面1RSと4つの側面1SA〜1SDとを有する基板と、側面1SA〜1SDの少なくとも一つの底部に形成された切欠きSと、この切欠きSの側面Ssと基板の裏面1RSとが交差するエッジ部分に設けられた曲面Rと、を備える。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、例えば抗折強度に優れた半導体チップの形状およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程には、素子形成後に半導体ウェーハを個片化するためブレード等を用いて半導体ウェーハを切断するダイシング加工の工程が含まれる。
【0003】
従来の技術によるダイシング加工工程の一例について第1の従来例として図30〜図37を参照しながら説明する。なお、以下の各図において同一の部分には同一の参照番号を付してその説明を適宜省略する。
【0004】
まず、図30に示すように、半導体ウェーハWの素子形成面(以下、主表面という)100MSに保護テープPTを貼り付けた後、図31に示すように、砥石210等を用いた機械研削またはエッチングにより半導体ウェーハWの裏面を研磨して所定の厚さに仕上げる。なお、本願明細書において「エッチング」は、化学的な加工のみならず、化学的機械的加工による研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)をも表わす用語として用いられる。
【0005】
次に、半導体ウェーハWの裏面側にダイシングテープDTを貼り付けてウェーハリングWRに装着した後、図32に示すように、被加工品を表裏反転(転写)させて主表面100MSの保護テープPTを剥離する。続いて、図33に示すように、半導体ウェーハWの主表面100MSからブレードBD等を用いて半導体チップのサイズに応じて主表面100MSに設けられたダイシングラインに沿って切削することにより、図34に示すように、半導体ウェーハWを個片化する。半導体ウェーハWの裏面側に貼着されたダイシングテープDTにより、個片化後に半導体チップが飛散することが防止される。
【0006】
上述したダイシング加工方法では、個片化のための切断により半導体チップの裏面と側面とが交差するエッジ部分に機械的切断によるチップ欠け(チッピング)が多発していた。例えば図35の斜視図に示すように、半導体チップ100の側面100SA〜100SDと裏面100RSとが交差するエッジ部分に多数のチッピングCPが発生し、そのサイズは、約1μm〜約60μmにわたり、平均でも約20μmである。
【0007】
図36は半導体チップ100をダイシングテープDTから取り出す前にその裏面側から図34の矢印AR90の向きに撮像した写真であり、また、図37は、図35の矢印AR100から側面100SAと裏面100RSとの交差部を撮像した写真である。図37は、チッピング100CPの発生を明瞭に示している。
【0008】
このようなチッピングは、半導体素子の抗折強度(曲げ強度)に多大な影響を及ぼし、半導体素子をパッケージングするための組み立て工程などにおいて不良を発生させ、最終的な製品歩留まりを低下させていた。
【0009】
上述したチッピングを防止するために、ダイシングラインに沿って予めチッピング防止用の溝を形成した後に、この溝に沿って半導体ウェーハを切削することによりチッピングを溝の内部に留め、ウェーハ表面への影響を小さくする技術も提案されている(例えば特許文献1)。
【0010】
【特許文献1】
特開2003−100666号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に開示の第2の従来例によるダイシング加工工程は、チッピングそのものを消滅させる技術ではないため、ウェーハ表面への影響を小さくすることはできても、例えば図38および図39の写真に示すように、チッピング150CPは依然として発生する、という問題があった。
【0012】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、抗折強度に優れかつ最終製品の集積度をより一層高める半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【0014】
即ち、本発明によれば、
主表面と裏面と4つの側面とを有する基板と、
前記基板の主表面に形成された半導体素子と、
前記基板の側面の少なくとも一つの底部に形成された切欠きと、
前記切欠きの側面と前記基板の裏面とが交差する部分に設けられた曲面と、
を備える半導体装置が提供される。
【0015】
また、本発明によれば、
主表面に半導体素子が形成された半導体ウェーハの裏面にダイシングラインに沿って最終的なチップの厚さに対応する深さを有する溝を形成する工程と、
前記半導体ウェーハを前記裏面側から前記溝が残る程度にまで研磨する研磨工程と、
前記ダイシングラインに沿って前記半導体ウェーハをその主表面側から切削し、前記半導体ウェーハをチップに個片化する個片化工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。
【0017】
(1)第1の実施の形態
図1は、本発明にかかる半導体装置の第1の実施の形態を示す斜視図である。同図は、本実施形態の半導体チップ1を、その裏面側を紙面の上方に配置して描いたものであり、半導体素子が形成された主面側を紙面の下方に配置している。半導体チップ1の側面1SA〜1SDの底部(紙面上部)には切欠きSが設けられ、これにより各側面1SA〜1SDと裏面1RSとが交差する部分に段差が形成され、さらに、これらの切欠きSの側面Ssと半導体チップ1の裏面1RSと交差するエッジ部は研磨により丸められて曲面Rとなっている。
【0018】
曲面Rの曲率半径CR(図14参照)は、約0.5μm〜約50μmの範囲内にあることが望ましいことが実験により判明している。この点を図2を参照しながら説明する。
【0019】
即ち、図2に示すように、ダイシング工程において半導体チップ1に入る傷の深さ(破砕層)ΔD1,ΔD2は約0.5μmである。このことから、半導体チップ1の各側面1SA〜1SDと裏面1RSとが交差する部分に対し、少なくとも0.5μmの曲率半径を有する形状に加工することにより、チッピングによるダメージの影響を抑制できる。
【0020】
また、これらの曲面Rによって、例えばリードフレームやTABテープへの実装工程におけるピックアップ時、または封止後にパッケージ材料と半導体チップ1との熱膨張率の相異による応力が半導体チップ1のエッジに集中することを抑制できるので、このような観点においても抗折強度を高めることができる。
【0021】
曲率半径CRは、例えば半導体チップ1の厚さが20μm〜40μmの場合では約20μmが好適であり、シリコン自体の強度に近い1GPaの抗折強度が得られることが実験により判明している。さらに、半導体チップ1の厚さにも依存するが、これらの曲率半径CRは、50μmを超える場合、ワイヤボンディング工程等において半導体チップ1の主表面1MS側に形成されたボンディングパッド111へ圧力が印加されるとクラックが発生するおそれがある。半導体チップ1のこのような強度低下を抑制するために、曲率半径CRの上限としては約50μmを設定することが好ましい。より好ましい曲率半径CRは、0.5μm〜20μm、さらに好ましくは、1μm〜20μmである。
【0022】
また、これらの曲面Rは、応力の集中を抑制するため、変曲点を有しないように形成することが望ましい。
【0023】
図1に示す半導体チップ1の製造方法について、図3〜図13を参照しながら説明する。
【0024】
まず、図3に示すように、従来技術と同様に半導体ウェーハWの主表面に保護テープPTを貼り付けた後、図4に示すように、砥石210などを用いた機械的加工、もしくは化学的加工、または機械的化学的加工により、半導体ウェーハWの裏面側を研削する。この研削は、{半導体チップの最終的な厚さTf(図5参照)+後述する裏面研磨におけるエッチング取り量(除去量)}に相当する深さに至るまで実行する。
【0025】
次に、図5に示すように、ブレードBDなどを用い、半導体チップのサイズに応じて所定の幅の溝Gsを所定の深さにまで形成する。溝の位置は、半導体ウェーハの主表面側のダイシングラインを主表面側から撮像した後に画像処理により検出することで特定できる他、例えば、ダイシングラインに応じたアライメントマークを半導体ウェーハWの主表面1MS側に予め形成しておき、このアライメントマークを半導体ウェーハWの裏面1RS側から赤外線カメラ(図示せず)によって検出することでも、特定することができる。
【0026】
溝Gsの深さは、約1μm〜最終的な厚さTfの約半分までの範囲で、また、溝Gsの幅は、約3μm〜素子寸法の約1/3までの範囲でそれぞれ任意に選択可能である。また、本実施形態ではその側面がウェーハWの主表面1MSまたは裏面1RSにほぼ垂直なトレンチ状の溝Gsを形成することとしたが、溝の形状はこれに限るものではなく、その側面がウェーハWの主表面1MSまたは裏面1RSとの間で角度をなすものであれば良く、例えば図6に示すようにV字形の断面形状を有する溝Gvでも良い。
【0027】
溝Gsを形成する方法としては、例えば図7に示すようにブレードBD等による機械的切削を用いれば良いが、これに限ることなく、例えば図8に示すように、レーザ銃LGを用いたレーザ加工でも、化学的エッチング加工を用いる方法でも良い。
【0028】
次に、図9に示すように、半導体ウェーハWの裏面側から半導体ウェーハWを、最終的な厚さTfに至るまで機械的切削またはエッチングにより加工する。これにより、裏面側に形成された溝Gsの側面と半導体ウェーハWの裏面1RSとが交差するエッジ部が丸くなり、これにより溝Gsは、側面の底部(図9においては紙面上方部)に曲面Rを有する溝Grとなる。この加工は、図10に示すように、砥石210を用いた機械的研磨で可能だが、これに限ることなく、ガスエッチング、ウェットエッチング、プラズマエッチングもしくはRIE(Reactive Ion Etching)、または化学的機械的研磨(CMP)のいずれの方法を用いても良いが、化学的機械的研磨(CMP)を用いると最も高い効果が得られる。
【0029】
次に、半導体ウェーハWの裏面側にダイシングテープDTを貼り付け、図11に示すように上下反転(転写)させて主表面側が上方に来るように配置し、主表面側の保護テープPTを剥離する。なお、半導体ウェーハWの主表面側の保護テープPTを先に剥離した後に、裏面側にダイシングテープDTを貼り付けることとしても良い。
【0030】
次に、図12に示すように、半導体ウェーハWの主表面側からチップサイズに応じて切断することにより、図13に示すように、半導体ウェーハWを半導体チップ1に個片化する。この個片化工程における切断は、前述した通り、ブレードBDを用いた機械的加工でも、レーザ光線による加工でも、エッチング等の化学的加工、またはこれらの組み合わせのいずれを用いても良い。また、溝Grの底面に至る寸前で切削を停止し、劈開により個片化しても良い。
【0031】
最後に、ダイシングテープDTから各半導体チップ1を取り出す。
【0032】
このようにして得られた半導体チップ1は、図14の側面図に示すように、側面1SA〜1SDの底部に切欠きSが設けられ、これにより段差が形成される。切欠きSは、半導体基板の主表面1MSまたは裏面1RSとほぼ平行な頂面Stと、各側面1SA〜1SDとほぼ平行な側面Ssとを有し、さらに、切欠きSの側面Ssと半導体基板の裏面1RSとが交差するエッジ部には、曲率半径CRの曲面が形成される。
【0033】
図15は、図13において個片化した半導体ウェーハWを図13の矢印AR3の方向から撮像した写真の一例であり、また、図16は、図1に示す半導体チップ1を図1の矢印AR1の方向から撮像した写真の一例である。
【0034】
このように、本実施形態の半導体チップ1によれば、基板側面の底部に切欠きが設けられ、さらにその切欠きの側面と基板裏面との交差部に曲面が設けられるので、図16の切欠きSの側面Ssの近傍領域から分かるように、チッピングが除去された構造の半導体チップが提供される。これにより、半導体パッケージの組立工程における素子クラック等の不良の発生を防止することができ、半導体パッケージの信頼性が向上する。
【0035】
また、本実施形態によれば、上述したとおり、裏面側に切欠きによる段差が設けられるので、半導体チップ1を配線基板に実装したり、フレーム等の外囲器に接着する際に、接着剤がチップサイズよりも広がったり素子の表面にまで這い上がること等に起因する、ワイヤボンディングの接続不良や外囲器の接着エリア拡大によるパッケージの拡大化を防止することができる。
【0036】
図17は、本実施形態の半導体チップ1の抗折強度と不良の累積発生率との関係を表わすプロファイルを従来例との対比で示すグラフである。同図において、符号PF3は本実施形態の半導体チップ1のプロファイルを示し、符号PF1,PF2は、それぞれ第1および第2の従来例のプロファイルを示す。図17からも、本実施形態の半導体チップ1は、第1の従来例よりもはるかに抗折強度に優れ、かつ、第2の従来例よりも抗折強度が向上していることが分かる。
【0037】
(2)第2の実施の形態
図18は、本発明にかかる半導体装置の第2の実施の形態を示す斜視図である。同図に示す半導体チップ3の特徴は、裏面3RS側に形成された膜FMを備える点にある。膜FMは、酸化膜等の絶縁膜でも、ニッケル等でなる導電膜でも良い。半導体チップ3のその他の点は、図1に示す半導体チップ1と実質的に同一である。
【0038】
裏面3RS側の膜FMは、例えばダイシングラインに沿った溝Gsを形成した後に、半導体ウェーハWの裏面側を機械的加工またはエッチングにより研磨して半導体ウェーハWを最終的な厚さTfにした後に(図9参照)、図19に示すように成膜すると良い。
【0039】
本実施形態の半導体チップ3の製造方法も、図19に示す工程を除いて、前述した半導体チップ1の製造方法と実質的に同一である。
【0040】
即ち、裏面3RS側の膜FMを成膜した後は、半導体ウェーハWの裏面3RS側にダイシングテープDTを貼り付け、図20に示すように転写させ、主表面3MS側の保護テープPTを剥離する。次に、図21に示すように、半導体ウェーハWの主表面3MS側からチップサイズに応じて切断することにより、図22に示すように、半導体ウェーハWを半導体チップ3に個片化する。最後に、ダイシングテープDTから各半導体チップ3を取り出す。
【0041】
このようにして得られた半導体チップ3は、図23の側面図に示すように、切欠きSの頂面Stから裏面3RSにわたって成膜された膜FMを備える。
【0042】
(3)第3の実施の形態
図24は、本発明にかかる半導体装置の第3の実施の形態を示す斜視図である。同図に示す半導体チップ5の特徴は、半導体基板の裏面5RSに貼り付けられたダイアタッチフィルムDTFをさらに備える点にある。ダイアタッチフィルムDTFは、半導体基板の裏面5RSと各側面5SA〜5SDとの交差部における切欠きにより設けられた段差の上方にまで延在するように切断されている。本実施形態の半導体チップ5のその他の構成は、図1に示す半導体チップ1と実質的に同一である。
【0043】
図24に示す半導体チップ5の製造方法について、図面を参照しながら簡単に説明する。
【0044】
まず、前述した第1の実施の形態と同様にして、半導体ウェーハWの主表面5MSに保護テープPTを貼り付けた後、半導体ウェーハWの裏面5RS側から所定の深さに至るまで研削し、半導体チップのサイズに応じて所定の幅の溝Gsを所定の深さにまで形成する(図3〜図8参照)。さらに、半導体ウェーハWの裏面5RS側から半導体ウェーハWを、最終的な厚さTfに至るまで機械的加工またはエッチングにより研磨することにより、裏面5RS側に形成された溝Gsの側面と半導体ウェーハWの裏面3RSとが交差するエッジ部に曲面Rを有する溝Grを得る(図9、図10参照)。
【0045】
次に、図25に示すように、半導体ウェーハWの裏面5RSにダイアタッチフィルムDTFを貼り付けた後に、ダイシングテープDTを貼り付ける(図26参照)。なお、この工程に代えて、ダイアタッチフィルムとともに一体成形されている構造のダイシングテープがある場合には、これを貼り付けることにより、工程数を一つ減らすことができる。
【0046】
その後は、図26に示すように転写させ、主表面5MS側の保護テープPTを剥離し、図27に示すように、半導体ウェーハWの主表面5MS側からチップサイズに応じて切断することにより、図28に示すように、半導体ウェーハWを半導体チップ5に個片化する。最後に、ダイシングテープDTから各半導体チップ5を取り出せば、図29の側面図に示すように、裏面5RSから曲面Rを介して切欠きS内にまで延在するダイアタッチフィルムDTFを備える半導体チップ5が得られる。
【0047】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記形態に限ることなく、その技術的範囲内で種々変形して実施できることは勿論である。例えば、上述した実施形態では保護テープPTをウェーハリングWRに装着する場合を取り上げて説明したが、ウェーハリングWRは必ずしも用いなくても良い。また、半導体チップの裏面を鏡面加工すれば、研磨による条痕等の微少な凹凸を除去することができ、抗折強度をさらに高めることができる。また、上述した実施形態では、半導体ウェーハWの裏面側を研磨した後に、ダイシングラインに沿った溝Gsを形成したが、これに限ることなく、半導体ウェーハWの裏面側に何らかの加工を施す前に、半導体ウェーハWの裏面に所定の厚さおよび幅で加工した溝Gsを形成することとしても良い。
【0048】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明は、以下の効果を奏する。
【0049】
即ち、本発明によれば、抗折強度が飛躍的に向上した半導体チップが提供される。
【0050】
また、本発明によれば、実装時における接着剤の広がりに起因するパッケージの拡大化を防止することができるので、最終製品のサイズをさらに小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる半導体装置の第1の実施の形態を示す斜視図である。
【図2】図1に示す半導体チップの曲面の曲率半径の好適な数値範囲を説明する図である。
【図3】図1に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図4】図1に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図5】図1に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図6】半導体ウェーハの裏面側に形成する溝の他の例を示す断面図である。
【図7】図1に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図8】図1に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図9】図1に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図10】図1に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図11】図1に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図12】図1に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図13】図1に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図14】図1に示す半導体チップの要部をより具体的に示す側面図である。
【図15】図13において個片化した半導体ウェーハを図13の矢印の方向から撮像した写真の一例である。
【図16】図1に示す半導体チップを図1の矢印の方向から撮像した写真の一例である。
【図17】図1に示す半導体チップの抗折強度と不良の累積発生率との関係を従来例との対比で示すグラフである。
【図18】本発明にかかる半導体装置の第2の実施の形態を示す斜視図である。
【図19】図18に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図20】図18に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図21】図18に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図22】図18に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図23】図18に示す半導体チップの要部をより具体的に示す側面図である。
【図24】本発明にかかる半導体装置の第3の実施の形態を示す斜視図である。
【図25】図24に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図26】図24に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図27】図24に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図28】図24に示す半導体チップの製造方法の説明図である。
【図29】図1に示す半導体チップの要部をより具体的に示す側面図である。
【図30】従来の技術によるダイシング加工方法の一例の説明図である。
【図31】従来の技術によるダイシング加工方法の一例の説明図である。
【図32】従来の技術によるダイシング加工方法の一例の説明図である。
【図33】従来の技術によるダイシング加工方法の一例の説明図である。
【図34】従来の技術によるダイシング加工方法の一例の説明図である。
【図35】図30乃至図34に示す加工方法により製造された半導体チップの一例の斜視図である。
【図36】図34の矢印から撮像した半導体ウェーハの写真の一例である。
【図37】図35の矢印から撮像した半導体チップの写真の一例である。
【図38】第2の従来例における半導体ウェーハを図36と同様の方向から撮像した写真の一例である。
【図39】第2の従来例における半導体チップを図37と同様の方向から撮像した写真の一例である。
【符号の説明】
1,3,5 半導体チップ
1RS,3RS,5RS 半導体チップの裏面
1MS,3MS,5MS 半導体チップの主表面
1SA〜1SD,3SA〜3SD,5SA〜5SD 半導体チップの側面
210 砥石
BD ブレード
CR 曲率半径
DT ダイシングテープ
DTF ダイアタッチフィルム
FM 膜
Gs,Gv 溝
Gr 曲面を有する溝
PT 保護テープ
R 曲面
S 切欠き
St 切欠きの頂面
Ss 切欠きの側面
Tf チップの最終厚さ
W ウェーハ
WR ウェーハリング
Claims (18)
- 主表面と裏面と4つの側面とを有する基板と、
前記基板の主表面に形成された半導体素子と、
前記基板の側面の少なくとも一つの底部に形成された切欠きと、
前記切欠きの側面と前記基板の裏面とが交差する部分に設けられた曲面と、
を備える半導体装置。 - 前記基板の裏面に形成された導電膜または絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記基板の裏面側に貼着された接着用フィルムをさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記切欠きは、前記基板の主表面にほぼ平行な頂面を有して前記切欠きの前記側面が前記頂面とほぼ直交するように形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記切欠きは、前記切欠きの前記側面が前記基板の前記側面と鈍角をもって交わるようにテーパ状に形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記切欠きは、機械的な加工、もしくは化学的な加工、または化学的機械的加工により形成されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記曲面は、約0.5μm〜約50μmの曲率半径を有するように設けられることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記曲面は、変曲点の形成を回避するようにして設けられることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記基板の裏面の面積は、前記基板の主表面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体装置。
- 主表面に半導体素子が形成された半導体ウェーハの裏面にダイシングラインに沿って最終的なチップの厚さに対応する深さを有する溝を形成する工程と、
前記半導体ウェーハを前記裏面側から前記溝が残る程度にまで研磨する研磨工程と、
前記ダイシングラインに沿って前記半導体ウェーハをその主表面側から切削し、前記半導体ウェーハをチップに個片化する個片化工程と、
を備える半導体装置の製造方法。 - 前記溝を形成する工程の前に、前記半導体ウェーハを前記裏面側から所定の厚さにまで研磨する前処理工程をさらに備えることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記研磨工程と前記個片化工程との間に、前記半導体ウェーハの前記裏面に接着用フィルムを貼着する工程をさらに備えることを特徴とする請求項10または11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記研磨工程と前記個片化工程との間に、前記半導体ウェーハの前記裏面に導電膜または絶縁膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項10または11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体ウェーハは、曲率半径が約0.5μm〜約50μmである曲面を有するように研磨される、請求項10乃至13のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記曲面は、変曲点の発生を回避するようにして形成される請求項10乃至14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記溝は、前記半導体ウェーハの前記主表面または前記裏面にほぼ垂直な側面を有するように形成される、請求項10乃至15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記溝は、ほぼV字形の断面形状を有するように形成される、請求項10乃至15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体ウェーハは、機械的な加工、もしくは化学的な加工、または化学的機械的加工により研磨される、請求項10乃至17のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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