JP2008112819A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の製造方法における半導体ウェハの裏面研削工程において、半導体ウェハの外周縁の損傷を防止する手段を提供する。
【解決手段】半導体基板の回路形成面側に封止層を形成した半導体ウェハを個片に分割して形成する半導体装置の製造方法において、半導体ウェハの回路形成面側を、吸着面を円錐面とした吸着ステージに吸着させる工程と、この吸着ステージに吸着させた半導体ウェハの裏面を、円錐面の一の稜と平行に研削面を配置した砥石を、半導体ウェハの中心から外周縁に向けて回転させて研削する工程と、を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数の回路素子を形成した半導体ウェハを個片に分割して形成するＷＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）型等の小型の半導体装置の製造方法に関する。

近年、電子機器に対する小型化や薄型化の要求が高まってきており、その配線基板に搭載されるコンデンサや抵抗等の受動部品が１×０．５ｍｍ程度の大きさから０．４×０．２ｍｍ程度に小型化されるに伴い、その厚さも５００μｍ程度にまで薄型化されてきており、能動部品として機能するメモリやＣＰＵ等の半導体装置を同等の厚さに薄型化することに期待が高まってきている。

一般に、ＷＣＳＰ型の半導体装置は、回路素子の形成や各種の電極の形成時の半導体基板の剛性を確保するために、シリコン等からなる比較的厚い半導体基板が用いられ、その回路形成面側に形成された電極パッドを銅（Ｃｕ）等からなる再配線でポスト電極と接続し、これを樹脂からなる封止層で封止した後に封止層の上面を研削してポスト電極の端面を露出させ、そのポスト端面に半球状のバンプ電極を形成し、このバンプ電極側にその凹凸を吸収する粘着層を有する保護テープを貼付して半導体ウェハの裏面、つまり半導体基板の裏面を研削して半導体装置の薄型化を図ることが行われている。

このような半導体ウェハの研削工程における従来の研削方法は、半導体ウェハの一の面を、上面を平面とした吸着ステージに吸着させ、吸着ステージと砥石とを逆方向に回転させ、半導体ウェハの外周縁に設定された加工開始点と加工終了点との間を砥石の傾きを変えて切込み量を変化させながら研削し、半導体ウェハの面と砥石の研削面とを平行にして最後の微研加工を行っている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−３１５１０３号公報（主に第４頁段落００１９−第５頁段落００２１、第４図）

しかしながら、上述した従来の半導体ウェハの研削方法における最後の微研加工においては、吸着ステージと砥石とを逆方向に回転させ、半導体ウェハの外周縁の加工開始点と加工終了点との間を研削しているため、半導体ウェハはその外周縁から切込まれて中心に向けて研削され、半導体ウェハの厚さが薄い場合には外周縁部の巻上げ（砥石の研削面と半導体ウェハの裏面との間の摩擦により半導体ウェハの外周縁が砥石側に引きずられて反り、それが戻ってバタつく現象をいう。）により、外周縁に欠けや割れ等の損傷が生じやすくなるという問題がある。

このことは、ＷＣＳＰ型の半導体装置を製造する半導体ウェハのように、回路形成面側に樹脂からなる封止層が形成されている場合に、特に顕著になる。
つまり、半導体基板の回路形成面側に封止層を形成するときに、半導体基板の外周縁部は封止金型に押さえられ、外周縁部に封止層が形成されずに段差部が形成されるため、封止層が形成された半導体ウェハのおもて面を吸着ステージに吸着させてその裏面を研削するときに、段差部が形成された外周縁部が吸着ステージに吸着され難くなり、剛性が低い外周縁部に巻上げが生じやすくなるからである。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、半導体装置の製造方法における半導体ウェハの裏面研削工程において、半導体ウェハの外周縁の損傷を防止する手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、半導体基板の回路形成面側に封止層を形成した半導体ウェハを個片に分割して形成する半導体装置の製造方法において、前記半導体ウェハの回路形成面側を、吸着面を円錐面とした吸着ステージに吸着させる工程と、該吸着ステージに吸着させた半導体ウェハの裏面を、前記円錐面の一の稜と平行に研削面を配置した砥石を、前記半導体ウェハの中心から外周縁に向けて回転させて研削する工程と、を備えることを特徴とする。

これにより、本発明は、半導体ウェハの外周縁部が吸着ステージに十分に吸着されなくても、裏面研削時の半導体ウェハの外周縁部のバタつきを防止することができ、半導体ウェハの外周縁の損傷を防止することができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明による半導体装置の製造方法の実施例について説明する。

図１、図２は実施例の半導体装置の製造方法を示す説明図、図３は実施例の工程Ｐ８における裏面研削装置を示す説明図、図４は実施例の半導体ウェハの裏面研削工程における半導体ウェハと砥石との位置を示す説明図である。
図１は、半導体装置の製造方法を、半導体ウェハに形成される電極パッドとこれに再配線等を介して接続するポスト電極との近傍を示す部分断面図で示したものである。

図１、図２において、１は半導体ウェハであり、本実施例ではＷＣＳＰ型の半導体装置を複数同時に製造するための８インチの円盤状の半導体ウェハである。
２は半導体ウェハ１の半導体基板であり、０．５〜１ｍｍ程度の厚さのシリコンからなるバルク基板であって、そのおもて面には図示しない半導体素子を配線で接続した複数の回路素子が形成されている（この回路素子が形成される半導体基板２のおもて面を回路形成面３という。）。

４は絶縁層であり、半導体基板２の回路形成面３上に２酸化珪素（ＳｉＯ_２）等の絶縁材料で形成され、半導体基板２の各回路素子の上部には図示しないコンタクトホールが形成されている。
５は電極パッドであり、絶縁層４上にアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の導電材料で形成された導電層を所定の形状にエッチングして形成された電極であって、絶縁層４のコンタクトホールに埋め込まれた導電体を介して回路素子の所定の部位と電気的に接続している。

６は表面保護膜であり、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等の絶縁材料で形成された絶縁層４上および電極パッド５の縁部を覆う保護膜である。
７は層間絶縁膜であり、表面保護膜６上にポリイミド等の絶縁材料で形成され、電極パッド５上の部位をエッチングにより除去して電極パッド５に到るスルーホール８が形成されている。

９は金属薄膜層としての下地金属層であり、半導体ウェハ１のおもて面側の全面にチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）等の導電材料を複数積層して形成され、層間絶縁膜７上およびスルーホール８の内面と電極パッド５上を覆っている。
１０は再配線であり、銅等の導電材で形成された電極パッド５上からその電極パッド５に接続するポスト電極１１を形成する領域（電極形成領域１２という。）上に到る配線パターンであって、下地金属層９を介して電極パッド５と電気的に接続しており、半導体基板２上を電極パッド５からポスト電極１１まで延在してポスト電極１１と電極パッド５とを電気的に接続する機能を有している。

ポスト電極１１は、再配線１０上の電極形成領域１２に再配線１０と同一の材料で形成された１００μｍ程度の高さを有する円柱状突起である。
１３はバンプ電極であり、ポスト電極１１のポスト端面１１ａ上に半田等で形成された半球状の電極であって、図示しない実装基板の配線端子と接合され、半導体装置の外部端子として機能する。これにより半導体基板２に形成された回路素子は、電極パッド５、下地金属層９、再配線１０、ポスト電極１１およびバンプ電極１３を介して外部装置と接続される。

１５は封止層であり、半導体ウェハ１のおもて面側に注入された熱硬化性のエポキシ樹脂等の封止樹脂を加熱硬化させて形成された絶縁性を有する１００μｍ程度の厚さの層であって、外部の湿度等から半導体装置を保護する機能を有している。
１７は保護テープであり、樹脂テープの片面にバンプ電極１３の凹凸を吸収することができる柔軟性を有し、紫外線の照射により硬化して接着性が弱まる特性を有する粘着層が形成された片面粘着テープであって、半導体基板２の回路形成面３の反対側の面、つまり半導体ウェハ１の裏面１ａを研削する際に、半導体ウェハ１のおもて面側を保護する機能を有している。

１８はレジストマスクであり、フォトリソグラフィにより半導体ウェハ１のおもて面に塗布されたレジストを露光し、その後に現像処理して形成されるマスク部材である。
図３において、２０は裏面研削装置である。
２１は吸着ステージであり、半導体ウェハ１の裏面１ａを研削する際に、保護テープ１７を介して半導体ウェハ１のおもて面側を吸着保持し、半導体ウェハ１を回転させる回転台であって、その中心部には半導体ウェハ１を吸着する負圧が供給される負圧室２２が形成されている。

２３は吸着板であり、多孔質のセラミックス等で形成された半導体ウェハ１の直径より大きい直径を有する円盤状部材であって、その上面の吸着面２３ａは円錐面とされており、負圧室２２の上部に取付けられている。
２５はグラインダであり、ダイヤモンド等の硬質の砥粒と無機質のフィラ等の充填材とを樹脂や金属等のバインダで固め、これを焼成して形成されたリング状の砥石２６を備えており、高速で回転して半導体ウェハ１の裏面１ａを研削する。

本実施例のグラインダ２５は、吸着面２３ａに吸着保持された半導体ウェハ１の裏面１ａを、その中心Ｏｈから外周縁１ｂに向けて研削する方向（図３、図４において時計方向）に回転し、吸着ステージ２１はその逆方向（図３、図４において反時計方向）の回転するように設定されている。
この場合に、吸着ステージ２１の回転軸は図３において上下方向に設定されており、砥石２６の研削面２６ａは、図４に示すように、半導体ウェハ１の中心Ｏｈを通る位置に配置され、図３に示すように、グラインダ２５を傾けて砥石２６の研削面２６ａと吸着板２３の円錐面とされた吸着面２３ａの一の稜とが平行になるように配置されている。

これにより、吸着面２３ａに吸着された半導体ウェハ１の裏面１ａの平行とされた稜の反対側の稜は、研削面２３ａとの間に隙間が形成され、半導体ウェハ１の中心Ｏｈから切込んで外周縁１ｂに向けての研削が可能になる。
なお、図３において、吸着面２３ａの円錐形状は、理解を容易にするために誇張して描いてあるが、実際の吸着面２３ａはその頂点と外周縁１ｂにより形成される底面との間の高さ、つまり円錐の高さは１５〜２５μｍ（本実施例では２０μｍ）程度になるように形成されている。

以下に、図１、図２にＰで示す工程に従って、本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。
Ｐ１（図１）、半導体ウェハ１の半導体基板２の回路形成面３に、図示しない複数の回路素子を形成し、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により各回路素子の上部に図示しないコンタクトホールを設けた絶縁層４を形成した後に、絶縁層４上にスパッタ法により導電層を形成し、これを所定の形状にエッチングして回路素子の所定の部位と電気的に接続する電極パッド５を形成する。

電極パッド５の形成後に、電極パッド５上と絶縁層４上にＣＶＤ法により窒化珪素からなる表面保護膜６を形成し、表面保護膜６をエッチングして電極パッド５を露出させ、この表面保護膜６上および電極パッド５上に層間絶縁膜７を形成し、その電極パッド５の部位をエッチングにより除去して層間絶縁膜７に電極パッド５に到るスルーホール８を形成する。

Ｐ２（図１）、半導体ウェハ１のおもて面側にスパッタ法により層間絶縁膜７上および電極パッド５上を覆う複数層からなる下地金属層９を形成し、フォトリソグラフィにより下地金属層９の電極パッド５上から電極形成領域１２上に到る再配線１０の形成領域を除く領域にレジストマスク１８を形成し、露出している下地金属層９上に導電材を電気メッキ法により電着させ、電極パッド５上から電極形成領域１２上に到る再配線１０を形成する。

Ｐ３（図１）、剥離剤を用いて工程Ｐ２で形成したレジストマスク１８を除去し、フォトリソグラフィにより半導体ウェハ１のおもて面側の再配線１０上の電極形成領域１２を除く領域にレジストマスク１８を形成し、露出している再配線１０上に導電材を電気メッキ法により電着させ、ポスト電極１１を形成する。
Ｐ４（図１）、剥離剤を用いて工程Ｐ３で形成したレジストマスク１８を除去し、再配線１０およびポスト電極１１を除く領域の下地金属層９をウェットマエッチングにより除去する。

Ｐ５（図２）、半導体ウェハ１を図示しない封止金型に収納し、封止金型の半導体ウェハ１のおもて面側の空間に封止樹脂を注入し、これを加熱硬化させて封止層１５を形成する。
このとき、半導体ウェハ１のおもて面側の外周縁部１ｃは、封止樹脂の漏れや裏面１ａへの回り込みを防止するために封止金型に押さえ込まれているので、半導体ウェハ１のおもて面側の外周縁部１ｃには２ｍｍ程度（半導体ウェハ１との直径比で４％程度）の封止層１５が形成されていない部位が残り、そこに段差部が形成される。

Ｐ６（図２）、封止金型から半導体ウェハ１を取出し、封止層１５のおもて面側を研削してポスト電極１１のポスト端面１１ａを封止層１５のおもて面に露出させ、封止層１５のおもて面とポスト端面１１ａとをほぼ同一平面に位置させて、１００μｍ程度の厚さの封止層１５を形成する。
Ｐ７（図２）、封止層１５のおもて面側に露出しているポスト端面１１ａにスクリーン印刷法等により半田を印刷し、その後に熱処理により半田を溶融させてポスト端面１１ａ上に半球形状に突出するバンプ電極１３を形成する。

Ｐ８（図２）、バンプ電極１３を形成した半導体ウェハ１のおもて面側に、保護テープ１７の粘着層を密着させて貼付した後に、保護テープ１７を半導体ウェハ１と同等の直径に切断し、おもて面側に保護テープ１７を貼付した半導体ウェハ１を反転させ、保護テープ１７のテープ面を図３に示す裏面研削装置２０の吸着ステージ２１の吸着板２３の吸着面２３ａ上に載置し、図示しない真空ポンプ等の負圧供給源から負圧を負圧室２２へ供給して吸着面２３ａの円錐面に半導体ウェハ１のおもて面側を沿わせてその全面を吸着保持する。

そして、吸着により形成された半導体ウェハ１の裏面１ａの円錐面の頂点から外周縁１ｂの方向にグラインダ２５を回転させ、吸着ステージ２１をその逆方向に回転させて、半導体ウェハ１の半導体基板２の裏面１ａの中心Ｏｈと外周縁１ｂとの間を、切込み量により決定される幅で砥石２６により研削しながら、その全面を研削し、５０〜３００μｍ程度の厚さ（本実施例では１９０μｍ）の半導体基板２を形成する。

このとき、砥石２６の研削面２６ａは半導体ウェハ１の円錐状の裏面１ａを中心Ｏｈから外周縁１ｂに向けて研削するので、その外周縁部１ｃが吸着板２３に十分に吸着されていなくても、巻上げが生ずることはなく、外周縁１ｂに損傷が生ずることはない。
Ｐ９（図２）、裏面１ａの研削を終えた半導体ウェハ１の保護テープ１７に紫外線を照射して粘着層の接着性を低下させ、半導体ウェハ１から保護テープ１７を引き剥がし、半導体ウェハ１のおもて面側に弾性を有する分割用テープ２８に貼り付け、分割用のブレード２９により半導体ウェハ１のおもて面２に予め設けられた分割線に沿って縦横に切断して複数の個片に分割する。

Ｐ１０（図２）、この分割された個片、すなわち個片に分割された半導体ウェハ１であるＷＣＳＰ型の半導体装置３０は、分割用テープ２８の弾性を利用して押し広げられた個々の間隔を利用してロボットアーム等により個別にチップトレイ等に移し変えられる。
このようにして、厚さが０．５ｍｍ以下（本実施例では３９０μｍ程度）の薄型化された小型のＷＣＳＰ型の半導体装置３０が製造される。

上記のように、本実施例の半導体ウェハ１の裏面１ａの研削工程においては、円錐状となった裏面１ｂを中心Ｏｈから外周縁１ｂに向けて研削するので、剛性が低くなっている封止層１５の周囲の段差部、つまり半導体ウェハ１の外周縁部１ｃが巻上げによりバタつくことはなく、半導体ウェハ１の半導体基板２の外周縁１ｂに欠け等の損傷が生じるのを防止することができる。

この研削方法は、半導体基板２の研削後の厚さを３００μｍ以下の厚さに研削してＷＣＳＰ型の半導体装置３０の薄型化を図る場合に、特に有効である。
以上説明したように、本実施例では、半導体基板の回路形成面側に封止層を形成した半導体ウェハの裏面を研削する工程において、半導体ウェハの裏面を研削するときに、半導体ウェハの回路形成面側を、吸着面を円錐面とした吸着ステージに吸着させ、その裏面を、円錐面の一の稜と平行に研削面を配置した砥石を、導体ウェハの中心から外周縁に向けて回転させて研削するようにしたことによって、半導体ウェハの外周縁部が十分に吸着されなくても、裏面研削時の半導体ウェハの外周縁部のバタつきを防止することができ、半導体ウェハの外周縁の欠け等の損傷を防止して半導体装置の薄型化を図ることができる。

また、半導体ウェハの回路形成面側に貼付した保護テープを介して、半導体ウェハを吸着ステージに吸着させるようにしたことによって、封止層上に突出するバンプ電極による空気漏れを防止して半導体ウェハと吸着ステージの吸着板との密着性を高めることができ、半導体ウェハの裏面形状を吸着面の円錐形状に容易に沿わせることができる。
上記により製造された半導体装置は、配線基板に搭載される受動部品とほぼ同等の厚さを有する半導体装置とすることができ、配線基板間の設置間隔等を低減して電子機器の薄型化に貢献することができる。

なお、本実施例においては、吸着ステージは、グラインダと逆方向に回転させるとして説明したが、同方向に回転させても上記と同様の効果を得ることができる。
また、本実施例においては、半導体ウェハの半導体基板は、シリコンからなるバルク基板であるとして説明したが、半導体ウェハは前記に限らず、封止層を形成したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造の半導体ウェハやＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ）構造の半導体ウェハ等であっても、本発明を適用すれば上記と同様の効果を得ることができる。

実施例の半導体装置の製造方法を示す説明図 実施例の半導体装置の製造方法を示す説明図 実施例の工程Ｐ８における裏面研削装置を示す説明図 実施例の半導体ウェハの裏面研削工程における半導体ウェハと砥石との位置を示す説明図

符号の説明

１ 半導体ウェハ
１ａ 裏面
１ｂ 外周縁
１ｃ 外周縁部
２ 半導体基板
３ 回路形成面
４ 絶縁層
５ 電極パッド
６ 表面保護膜
７ 層間絶縁膜
８ スルーホール
９ 下地金属層
１０ 再配線
１１ ポスト電極
１１ａ ポスト端面
１２ 電極形成領域
１３ バンプ電極
１５ 封止層
１７ 保護テープ
１８ レジストマスク
２０ 裏面研削装置
２１ 吸着ステージ
２２ 負圧室
２３ 吸着板
２３ａ 吸着面
２５ グラインダ
２６ 砥石
２６ａ 研削面
２８ 分割用テープ
２９ ブレード
３０ 半導体装置

Claims (3)

1. 半導体基板の回路形成面側に封止層を形成した半導体ウェハを個片に分割して形成する半導体装置の製造方法において、
   前記半導体ウェハの回路形成面側を、吸着面を円錐面とした吸着ステージに吸着させる工程と、
   該吸着ステージに吸着させた半導体ウェハの裏面を、前記円錐面の一の稜と平行に研削面を配置した砥石を、前記半導体ウェハの中心から外周縁に向けて回転させて研削する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１において、
   前記半導体ウェハの回路形成面側を、該回路形成面側に貼付した保護テープを介して、前記吸着ステージに吸着させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記半導体基板の研削後の厚さが、３００μｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。