JP2006261447A - 半導体装置、及び、半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 層間絶縁層の剥離やクラックが内部のチップ回路に生じることのない半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 絶縁層１１を有し周囲にメタルリング１０が設けられたチップ回路８を半導体基板１の表面上に設け、絶縁層１１を貫通し半導体基板１に達しメタルリング１０に沿う横溝３を設け、絶縁層１１を貫通し半導体基板１に達しメタルリング１０に沿い横溝３から離れた縦溝７を設け、横溝３と縦溝７に沿って半導体基板１を分割する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、ダイシングされた半導体装置、及び、ダイシングを伴う半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体装置の多ピン化、ファインピッチ化、信号速度の高速化、高発熱化が進んでいる。信号速度の高速化に関し、有力な方策のひとつが、配線間容量の低減のための層間絶縁層の低誘電率（low-k）化である。

比誘電率の物理的な下限値は、真空の場合の１である。すなわち、層間絶縁層の材料中にできるだけ多くの空孔を導入するほど比誘電率を下げることができる。しかしながら空孔を内在したLow-k材料は、大変機械的強度が弱く、層間絶縁層においてアセンブリ時に剥離、クラックが多発する。

半導体装置を搭載したウエハのダイシング工程では、従来、ウエハをブレードにより機械的に切断していた（例えば、特許文献１参照。）。しかし、切断された半導体装置のチッピングによるLow-k材料の層間絶縁層へのダメージが大きく、層間絶縁層の剥離やクラックが問題になっていた。これを解決するため、ウエハをレーザーにて溶発させるダイシングが行なわれるようになった。しかし、レーザーでのウエハの切断は、ブレードでのダイシングと比べてスループットが低いという問題がある。このため、現在は、まず、レーザーで、層間絶縁層をカットできる程度の浅い溝加工を行い、その後、その溝に沿って、ブレードにてウエハを切断している。この溝により、層間絶縁層の剥離やクラックを溝で止めることができる。剥離やクラックは、半導体装置の内部のチップ回路に達することはない。

しかしながら、ウエハ上に格子状に配置された半導体装置を個々に切断するために、溝を形成すると、格子状の枠の交点での、溝の交点では溶発のためのエネルギーが２回与えられることになり、溝の交点を起点とする層間絶縁層の剥離やクラックの問題が発生する場合があった。
特開平６−２７５７１３号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、層間絶縁層の剥離やクラックが内部のチップ回路に生じることのない半導体装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、層間絶縁層の剥離やクラックが内部のチップ回路に生じることのない半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記問題点を解決するための本発明の一態様に係る半導体装置は、周囲にメタルリングが設けられたチップ回路が表面上に設けられ横辺と縦辺を有する矩形の半導体基板と、この半導体基板の上に設けられた絶縁層と、この絶縁層を貫通し半導体基板に達し横辺に沿って設けられた横溝と、絶縁層を貫通し半導体基板に達し縦辺に沿って設けられ横溝から離れている縦溝を有することを特徴としている。

本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、絶縁層を有し周囲にメタルリングが設けられたチップ回路を半導体基板の表面上に設け、絶縁層を貫通し半導体基板に達しメタルリングに沿う横溝を設け、絶縁層を貫通し半導体基板に達しメタルリングに沿い横溝から離れた縦溝を設け、横溝と縦溝に沿って半導体基板を分割することを特徴としている。

以上説明したように、本発明の一態様に係る半導体装置およびその製造方法によれば、層間絶縁層の剥離やクラックが内部のチップ回路に生じることのない半導体装置を提供できる。また、層間絶縁層の剥離やクラックが内部のチップ回路に生じることのない半導体装置の製造方法を提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、図解のためだけであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。

図１と図２に示すように、実施例１に係る半導体装置１７は、半導体基板１と、層間絶縁層１１と、パッシベーション膜１８と、横レーザー加工溝３と、縦レーザー加工溝７と、メタルリング１０を有している。メタルリング１０を含めた半導体基板１の内部にはチップ回路８が設けられている。半導体基板１は、周囲にメタルリング１０が設けられたチップ回路８を表面上に設けている。半導体基板１は、横辺と縦辺を有する矩形をしている。

層間絶縁層１１は、半導体基板１の上に設けられている。パッシベーション膜１８は、層間絶縁層１１の上に設けられている。

横レーザー加工溝３は、パッシベーション膜１８と層間絶縁層１１を貫通し、半導体基板１に達している。横レーザー加工溝３は、半導体基板１の横辺に沿って設けられている。横レーザー加工溝３は、半導体基板１の縦辺に達している。

縦レーザー加工溝７は、パッシベーション膜１８と層間絶縁層１１を貫通し、半導体基板１に達している。横レーザー加工溝３は、半導体基板１の縦辺に沿って設けられ、半導体基板１の横溝から離れている。縦レーザー加工溝７は、半導体基板１の横辺へは達しておらず、横辺から離れている。

実施例１の半導体装置１７によれば、層間絶縁膜１１の剥離１５は、半導体装置１７の矩形の四隅で生じるものの、メタルリング１０およびチップ回路８に達することはない。これは、横レーザー加工溝３および縦レーザー加工溝７が、層間絶縁膜１１の剥離１５の伝搬を遮断するからである。また、横レーザー加工溝３および縦レーザー加工溝７において、層間絶縁膜１１や半導体基板１に剥離やクラックが生じることはない。これは、横レーザー加工溝３と縦レーザー加工溝７とが重なって形成されておらず、互いに離れているからである。

次に、実施例１に係る半導体装置１７の製造方法について説明する。

まず、図３と図４に示すように、チップ回路８を半導体基板１のウエハ表面上に設ける。チップ回路８はウエハ１上に格子状に配置される。

ウエハ表面に裏面研削用の保護テープを貼り、ウエハ表面をチャッッキングし、ウエハ１の厚みが所望の厚さになるまでウエハ裏面を研削する。フリップチップパッケージなど、厚みがウエハ１の厚さのままでよければ、この研削工程は行なわない。研削工程の終了後、保護テープを剥離する。ウエハ裏面に今度はダイシングテープを貼り付ける。

次に、チップ回路８に沿うように横レーザー加工溝３を設ける。横レーザー加工溝３は、チップ回路８と横ダイシングライン２の間に設けられる。すなわち、横レーザー加工溝３は、横ダイシングライン２を挟むように２本ずつ対に配置される。なお、横レーザー加工溝３の形成は、レーザーあるいはウエハ１を走査しながら、レーザーからレーザー光を照射することによって行われる。したがって、レーザー等の走査の軌跡は、横レーザー加工溝３間の溝をつなぐ軌跡１４が最短になるように、折り返されるように設定されている。

図５（ａ）に示すように、レーザーが、ウエハ１上の横レーザー加工溝３を形成する場所の上方を走査すると、レーザー光５が照射される。レーザー光５は、集光レンズ６で集光され、ウエハ１に照射される。図５（ｂ）に示すように、ウエハ１の照射された部分のみが加熱される。図５（ｃ）に示すように、ウエハ１の照射された部分のみが溶発し除去される。この除去された跡が横レーザー加工溝３となる。

次に、図６と図７に示すように、横レーザー加工溝３の方向から９０°回転させた方向に、同様にレーザーを用いて、縦レーザー加工溝７を形成する。縦レーザー加工溝７は、メタルリング１０に沿っている。縦レーザー加工溝７は、横レーザー加工溝３前記横溝とは交わらず、離れている。縦レーザー加工溝７は、縦ダイシングライン９に平行に、縦ダイシングライン９の両側に２本形成される。縦レーザー加工溝７は、縦ダイシングライン９とメタルリング１０の間に形成される。また、図３と図４と同様に一筆書きの図６の点線で示す軌跡をたどる。複数の縦レーザー加工溝７はそれぞれ、縦ダイシングラインのダイシングラインの幅だけ離れて形成され、チップ回路８の幅だけ離れて形成されている。複数の縦レーザー加工溝７をつなぐ軌跡はレーザーをオフし、溝加工していない。図６と図７は、横レーザー加工溝３と縦レーザー加工溝７の交点で、縦レーザー加工溝７のみの加工を行なわなかった場合であるが、逆に、横レーザー加工溝３のみの加工を行なわなくてもよい。交点の溝加工をしない部分では、レーザーの電源オフ、シャッターでレーザー光を遮るなどの方法が採用できる。このように、交点を含めウエハ上の全ての場所において、レーザーからの溝形成のためのエネルギーが２回以上与えられることはない。このことにより、横レーザー加工溝３と縦レーザー加工溝７の形成により、横レーザー加工溝３と縦レーザー加工溝７を起点とする剥離やクラック等の不良が発生することはない。

図８乃至図１０に示すように、横レーザー加工溝３と縦レーザー加工溝７は、パッシベーション膜１８と層間絶縁層１１を貫通し、ウエハである半導体基板１に達している。なお、ダイシングテープの図８乃至図１０への記載は省略した。逆に、横レーザー加工溝３と縦レーザー加工溝７の形成においては、ダイシングテープがウエハ１に張り付けてあることは必ずしも必要ではない。

層間絶縁層１１は比誘電率が低いＬｏｗ−ｋ層である場合に効果的である。特に、Ｌｏｗ−ｋ層の比誘電率が３．５以下である場合に効果的である。層間絶縁層１１がＬｏｗ−ｋ層であると、ブレードダイシングにより、層間絶縁層１１の剥離が発生しやすいが、その剥離は、横レーザー加工溝３と縦レーザー加工溝７で止まり、半導体装置内部のチップ回路８には達しない。

次にブレードダイシングを行なう。図１１乃至図１４に示すように、横レーザー加工溝３と縦レーザー加工溝７に沿ってウエハ１を分割する。横ダイシングライン２上に、横ダイシング加工溝１３を形成する。ダイシングテープ１４のウエハ厚み方向の一部を残して、ウエハ１と層間絶縁層１１とパッシベーション膜１８のフルカットを行なう。さらに、横ダイシングライン２の方向から９０°回転させた方向の縦ダイシングライン９上に、縦ダイシング加工溝１２を形成する。ダイシングテープ１４のウエハ厚み方向の一部を残して、ウエハ１と層間絶縁層１１とパッシベーション膜１８のフルカットを行なう。ウエハ１は個片の半導体装置に分割される。分割されたウエハ１からダイシングテープ１４を剥離する。以上により図１と図２に示す個片化された半導体装置１７が得られる。

半導体装置１７が個片化されたのちは、パッケージングを行なう。パッケージの形態は特に特定の形に制限されることはない。たとえばフリップチップパッケージであれば、ボード等の基板に半導体装置１７をフリップチップ接続し、半導体装置１７と基板間をアンダフィルする。さらに放熱や半導体装置１７の機械的ダメージからの保護を兼ねたリッドの貼り付け、アウターリード用のハンダボール搭載を行なう。また、半導体装置１７のチップ回路８には、各実装方式により、あらかじめパッドに、半田や金などのバンプが形成されていてもよい。

レーザーの溝加工時に、レーザー走査の縦横の軌跡の交差する点では、横レーザー加工溝３と縦レーザー加工溝７のどちらか、または両方の溝加工を行なわないようにする。これにより、まず、交点でレーザーが２回照射されることによる大きなダメージがなくなり、不良が発生しなくなる。

さらに、ブレードダイシングによる層間絶縁層１１の剥離とクラックのエネルギーは、図１５に示すように、横ダイシング加工溝１３と縦ダイシング加工溝１２の交点で大きく、この横ダイシング加工溝１３と縦ダイシング加工溝１２の交点から、層間絶縁層１１の剥離とクラックは発生し易く、この交点の周囲に伝搬してゆくと考えられる。周囲が剥離することにより、ブレードダイシングによるエネルギーは解消されると思われる。周囲が剥離可能な領域１６が、図１５では、横レーザー加工溝３の間に広がっており、広い面積を確保することが可能である。一方、図１６に示す場合は、周囲が剥離可能な領域１９は、横レーザー加工溝３に挟まれているだけでなく、縦レーザー加工溝２０にも挟まれており、狭い面積しか確保することができない。周囲が剥離可能な領域１９が狭く、剥離等のエネルギーが大きい場合は、剥離等が、横レーザー加工溝３と縦レーザー加工溝２０を越えてチップ回路８に達するという不測の事態が考えられる。

図１７と図１８に示すように、また、実施例１の図２と同様に、実施例２に係る半導体装置１７は、半導体基板１と、層間絶縁層１１と、パッシベーション膜１８と、横レーザー加工溝３と、縦レーザー加工溝７と、メタルリング１０を有している。メタルリング１０を含めた半導体基板１の内部にはチップ回路８が設けられている。半導体基板１は、周囲にメタルリング１０が設けられたチップ回路８を表面上に設けている。半導体基板１は、横辺と縦辺を有する矩形をしている。

横レーザー加工溝３は、パッシベーション膜１８と層間絶縁層１１を貫通し、半導体基板１に達している。横レーザー加工溝３は、半導体基板１の横辺に沿って設けられている。横レーザー加工溝３は、実施例１と異なり、半導体基板１の縦辺から離れている。

縦レーザー加工溝７は、パッシベーション膜１８と層間絶縁層１１を貫通し、半導体基板１に達している。横レーザー加工溝３は、半導体基板１の縦辺に沿って設けられ、半導体基板１の横溝から離れている。縦レーザー加工溝７は、半導体基板１の横辺へは達しておらず、横辺から離れている。

なお、交点で溝加工しない部分の大きさは、図１８に示すように設定することが望ましい。すなわち、半導体装置１７の角Ａからチップ回路８までの距離ｄ３よりも、半導体装置１７の角Ａから横レーザー加工溝３までの距離ｄ２と、半導体装置１７の角Ａから縦レーザー加工溝７までの距離ｄ１が、小さいか等しくなるようにする。

実施例２の半導体装置１７によれば、層間絶縁膜１１の剥離１５は、半導体装置１７の矩形の四隅Ａ乃至Ｄで生じるものの、メタルリング１０およびチップ回路８に達することはない。これは、横レーザー加工溝３および縦レーザー加工溝７が、層間絶縁膜１１の剥離１５の伝搬を遮断するからである。また、横レーザー加工溝３および縦レーザー加工溝７において、層間絶縁膜１１や半導体基板１に剥離１５やクラックが生じることはない。これは、横レーザー加工溝３と縦レーザー加工溝７とが重なって形成されておらず、互いに離れているからである。

次に、実施例２に係る半導体装置１７の製造方法について説明する。実施例１と異なる点は、横レーザー加工溝３を形成する際のみである。

すなわち、図１９と図２０に示すように、また、実施例１の図８と図１０と同様に、チップ回路８に沿うように横レーザー加工溝３を設ける。横レーザー加工溝３は、チップ回路８と横ダイシングライン２の間に設けられる。すなわち、横レーザー加工溝３は、横ダイシングライン２を挟むように２本ずつ対に配置される。層間絶縁膜１１には、剥離等は発生していない。なお、実施例１と異なる点は、横レーザー加工溝３が、縦ダイシングライン９を横断していない点である。

次にブレードダイシングを行なう。図２１と図２２に示すように、また、実施例１の図１２と図１４と同様に、横レーザー加工溝３と縦レーザー加工溝７に沿ってウエハ１を分割する。図１７に示す個片化された半導体装置１７が得られる。

実施例２においても、実施例１と同様に、レーザーの溝加工時に、レーザー走査の縦横の軌跡の交差する点では、横レーザー加工溝３と縦レーザー加工溝７のどちらか、または両方の溝加工を行なわないようにしているので、交点でレーザーが２回照射されることによる大きなダメージがなくなり、不良が発生しなくなる。

さらに、実施例２においては、ブレードダイシングによる層間絶縁層１１の剥離とクラックのエネルギーを解消可能な周囲が剥離可能な領域１６は、図２３に示すように、横レーザー加工溝３の間と縦レーザー加工溝７にも広がっており、図１５の実施例１よりも広い面積を確保することが可能である。このことにより、ブレードダイシングによる剥離等のエネルギーが大きくなっても、剥離等が、横レーザー加工溝３と縦レーザー加工溝２０を越えてチップ回路８に達するという不測の事態はより起こりにくいと考えられる。

本発明の一実施形態に係る半導体装置の平面図である。 図１のＩ−Ｉ方向の断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法において、横レーザー加工溝が形成されたウエハの平面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法において、横レーザー加工溝が形成されたウエハの平面図の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法において、横レーザー加工溝を形成したレーザー加工の原理を説明するための概念図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法において、縦レーザー加工溝が形成されたウエハの平面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法において、縦レーザー加工溝が形成されたウエハの平面図の拡大図である。 図７のＩ−Ｉ方向の断面図である。 図７のＩＩ−ＩＩ方向の断面図である。 図７のＩＩＩ−ＩＩＩ方向の断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法において、縦横のダイシング加工溝が形成されたウエハの平面図の拡大図である。 図１１のＩ−Ｉ方向の断面図である。 図１１のＩＩ−ＩＩ方向の断面図である。 図１１のＩＩＩ−ＩＩＩ方向の断面図である。 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法において、縦横のダイシング加工溝が形成された際に、生じる層間絶縁層の剥離の範囲を示すウエハの平面図の拡大図である。 比較例の半導体装置の製造方法において、縦横のダイシング加工溝が形成された際に、生じる層間絶縁層の剥離の範囲を示すウエハの平面図の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の平面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の平面図の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法において、縦横のレーザー加工溝が形成されたウエハの平面図の拡大図である。 図１９のＩＩ−ＩＩ方向の断面図である。

である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法において、縦横のダイシング加工溝が形成されたウエハの平面図の拡大図である。 図２１のＩＩ−ＩＩ方向の断面図である。 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法において、縦横のダイシング加工溝が形成された際に、生じる層間絶縁層の剥離の範囲を示すウエハの平面図の拡大図である。

符号の説明

１ ウエハ
２ 横ダイシングライン
３ 横レーザー加工溝
５ レーザー光
６ 集光レンズ
７ 縦レーザー加工溝
８ チップ回路
９ 縦ダイシングライン
１０ メタルリング
１１ 層間絶縁層
１２ 縦ダイシング加工溝
１３ 横ダイシング加工溝
１４ ダイシングテープ
１５ 剥離
１６ 剥離可能な領域
１７ 半導体装置
１８ パッシベーション膜

Claims (5)

1. 周囲にメタルリングが設けられたチップ回路が表面上に設けられ、横辺と縦辺を有する矩形の半導体基板と、
   前記半導体基板の上に設けられた絶縁層と、
   前記絶縁層を貫通し前記半導体基板に達し、前記横辺に沿って設けられた横溝と、
   前記絶縁層を貫通し前記半導体基板に達し、前記縦辺に沿って設けられ、前記横溝から離れている縦溝を有することを特徴とする半導体装置。
2. 前記縦溝が前記横辺から離れていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記横溝が、前記縦辺に達していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記横溝が前記縦辺から離れていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
5. 絶縁層を有し周囲にメタルリングが設けられたチップ回路を、半導体基板の表面上に設け、
   前記絶縁層を貫通し前記半導体基板に達し、前記メタルリングに沿う横溝を設け、
   前記絶縁層を貫通し前記半導体基板に達し、前記メタルリングに沿い、前記横溝から離れた縦溝を設け、
   前記横溝と前記縦溝に沿って前記半導体基板を分割することを特徴とする半導体装置の製造方法。
   
   

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