JP2008166340A

JP2008166340A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2008166340A
Application number: JP2006351184A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kuwabara; 治桑原
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】薄型化のため、上に封止膜が形成された半導体ウエハの下面側を研削しても、半導体ウエハの反りを低減し、且つ、半導体ウエハのダイシングにより個片化された半導体基板の抗折強度を比較的高くする。
【解決手段】表面粗さが０．１ｎｍ以上３ｎｍ以下である研削砥石を用いて、半導体ウエハ２１の下面側を研削すると、半導体ウエハ２１上に封止膜１０が形成されていても、半導体ウエハ２１の反りを低減することができ、且つ、半導体ウエハ２１のダイシングにより個片化された半導体基板の抗折強度を比較的高くすることができる。
【選択図】図５

Description

この発明は半導体装置の製造方法に関する。

従来の半導体装置の製造方法には、半導体ウエハ上に形成された複数の配線の接続パッド部上面に柱状電極を形成し、柱状電極および配線を含む半導体ウエハ上にエポキシ系樹脂等からなる封止膜を形成し、封止膜の上面側を研削して、柱状電極の上面を露出させるとともに、柱状電極の上面を含む封止膜の上面を平坦化し、柱状電極の上面に半田ボールを形成し、半導体ウエハおよび封止膜をダイシングして複数個の半導体装置を得る方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３４９６１１号公報

ところで、この種の従来の半導体装置には、薄型化のため、半導体ウエハのダイシングにより個片化された半導体基板の厚さを薄くしたものがある。従来のこのような半導体装置の製造方法では、半導体ウエハの厚さを当初から薄くすると、破損しやすいため、半導体ウエハ上に形成されたエポキシ系樹脂等からなる封止膜で補強し、封止膜の上面側を研削した後に、半導体ウエハの下面側を研削している。

しかしながら、上記従来の半導体装置の製造方法では、半導体ウエハと封止膜との熱膨張係数差に起因する応力により、半導体ウエハに反りが生じ、特に、大径例えば直径２００ｍｍ（８インチ）以上の半導体ウエハの下面側を研削した後においては半導体ウエハの反りが大きくなり、それ以後の工程への搬送やそれ以後の工程での加工精度に支障を来すという問題があった。また、半導体ウエハの厚さを薄くすると、半導体ウエハのダイシングにより個片化された半導体基板の抗折強度が低下するという問題があった。

そこで、この発明は、薄型化のため、上に封止膜が形成された半導体ウエハの下面側を研削しても、半導体ウエハの反りを低減することができ、且つ、半導体基板の抗折強度を比較的高くすることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、半導体ウエハ上に複数の柱状電極が形成され、前記柱状電極の周囲に封止膜が形成されたものを用意する工程と、表面粗さが０．１ｎｍ以上３ｎｍ以下である研削砥石を用いて、前記半導体ウエハの下面側を研削する工程と、前記半導体ウエハおよび前記封止膜をダイシングして、複数個の半導体装置を得る工程と、を有することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記研削砥石の砥粒は１〜３μｍであることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記研削砥石の表面粗さは２ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記研削砥石の砥粒は１μｍ以下であることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記半導体ウエハの下面側を研削した後に、前記柱状電極上に半田ボールを形成する工程を有することを特徴とするものである。

この発明によれば、表面粗さが０．１ｎｍ以上３ｎｍ以下である研削砥石を用いて、半導体ウエハの下面側を研削することにより、半導体ウエハ上に封止膜が形成されていても、半導体ウエハの反りを低減することができ、且つ、半導体基板の抗折強度を比較的高くすることができる。

図１はこの発明の製造方法により製造された半導体装置の一例の断面図を示す。この半導体装置は、一般的にはＣＳＰ(chip size package)と呼ばれるものであり、シリコン基板（半導体基板）１を備えている。シリコン基板１の上面には所定の機能の集積回路（図示せず）が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド２が集積回路に接続されて設けられている。

接続パッド２の中央部を除くシリコン基板１の上面には酸化シリコン等からなる絶縁膜３が設けられ、接続パッド２の中央部は絶縁膜３に設けられた開口部４を介して露出されている。絶縁膜３の上面にはポリイミド系樹脂等からなる保護膜５が設けられている。絶縁膜３の開口部４に対応する部分における保護膜５には開口部６が設けられている。

保護膜５の上面には銅等からなる下地金属層７が設けられている。下地金属層７の上面全体には銅からなる配線８が設けられている。下地金属層７を含む配線８の一端部は、絶縁膜３および保護膜５の開口部４、６を介して接続パッド２に接続されている。

配線８の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極９が設けられている。配線８を含む保護膜５の上面にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜１０がその上面が柱状電極９の上面と面一となるように設けられている。柱状電極９の上面には半田ボール１１が設けられている。

次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、ウエハ状態のシリコン基板（以下、半導体ウエハ２１という）上に、接続パッド２、絶縁膜３、保護膜５、下地金属層７、配線８、柱状電極９および封止膜１０が形成され、半田ボール１１が形成されていないものを用意する。

この場合、半導体ウエハ２１の厚さは、図１に示すシリコン基板１の厚さよりもある程度厚くなっている。また、封止膜１０は柱状電極９の周囲に形成され、柱状電極９の上面は露出されている。なお、図２において、符号２２で示す領域はダイシングラインに対応する領域である。

次に、図２に示すものの上下を反転し、図３に示すように、柱状電極９の下面を含む封止膜１０の下面を保護テープ２３の上面に貼り付ける。次に、図４に示すように、半導体ウエハ２１の上面側を研削砥石（図示せず）を用いて適宜に研削し、半導体ウエハ２１の厚さを適宜に薄くする。この研削の詳細については後で説明する。

次に、図４に示すものの上下を反転し、次いで、保護テープ２３を剥離すると、図５に示すようになる。この状態では、図２に示す当初用意したものと比較すると、半導体ウエハ２１の下面側が適宜に研削され、半導体ウエハ２１の厚さが適宜に薄くなっている。

次に、図６に示すように、柱状電極９の上面に半田ボール１１を形成する。次に、図７に示すように、ダイシングライン２２に沿って、封止膜１０、保護膜５、絶縁膜３および半導体ウエハ２１をダイシングすると、図１に示す半導体装置が複数個得られる。

次に、図４に示すような研削工程の具体例について説明する。まず、図８を参照して説明すると、半導体ウエハ２１として直径２００ｍｍ（８インチ）、厚さ７００μｍのものを用い、この半導体ウエハ２１の上面にエポキシ系樹脂からなる厚さ９０μｍの封止膜１０のみを形成した試料３１を用意した。

そして、研削砥石としてＪＩＳ規格の砥石番手＃２０００（表面粗さ６．６ｎｍ、砥粒４〜６μｍ）、＃５０００（表面粗さ３ｎｍ以下、砥粒１〜３μｍ）および＃８０００（表面粗さ２ｎｍ以下、砥粒１μｍ以下）のものを用い、試料３１の半導体ウエハ２１の下面側をその厚さが４６０μｍ（試料３１の厚さ５５０μｍ）となるまで研削した。すると、図８に示すように、半導体ウエハ２１の中央部に対して外周部が浮き上がるような反りが発生した。

そして、半導体ウエハ２１の下面の中央部に対する外周端部の高さＨ（以下、反り量Ｈという）を測定したところ、＃２０００の研削砥石を用いた場合には０．７２ｍｍであり、＃５０００の研削砥石を用いた場合には０．３９ｍｍであり、＃８０００の研削砥石を用いた場合には０．３６ｍｍであった。

すなわち、＃５０００の研削砥石を用いた場合の反り量Ｈは＃２０００の研削砥石を用いた場合の反り量Ｈの１／２強であり、＃８０００の研削砥石を用いた場合の反り量Ｈは＃２０００の研削砥石を用いた場合の反り量Ｈの１／２であった。したがって、半導体ウエハ２１の下面側を研削するための研削砥石しては、＃２０００のものは好ましくなく、＃５０００のものが好ましく、＃８０００のものがより好ましい。

次に、抗折強度試験について説明する。この場合、研削砥石として＃２０００、＃５０００および＃８０００のものを用い、試料３１の半導体ウエハ２１の下面側をその厚さが４６０μｍ（試料３１の厚さ５５０μｍ）、３１０μｍ（試料３１の厚さ４００μｍ）、２１０μｍ（試料３１の厚さ３００μｍ）および１６０μｍ（試料３１の厚さ２５０μｍ）となるまで研削し、ダイシングにより仕上り寸法５．９６ｍｍ×５．９６ｍｍの試料チップ３２（図９参照）を得た。

そして、図９に示すように、試料チップ３２のシリコン基板１を一対の支持部材３３、３４の上面に載置し、矢印で示すように、試料チップ３２の封止膜１０の上面中央部に荷重１．０ｍｍ／ｓｅｃ（２６０ｇｆ・ｃｍ／ｓｅｃ）を加え、シリコン基板１の抗折強度を測定した。ここで、チップマウンターを用いて図１に示すような半導体装置を実装する際に、シリコン基板１に掛かる荷重が８００ｇｆであると、抗折強度が１ｋｇｆ以上であれば、シリコン基板１が破損することはない。

さて、＃２０００の研削砥石を用いた場合には、試料チップ３２の厚さが５５０μｍおよび４００μｍであると、シリコン基板１の抗折強度が０．７９ｋｇｆおよび０．８５ｋｇｆであり、いずれの場合も１ｋｇｆ未満であり、好ましくない。

＃５０００の研削砥石を用いた場合には、試料チップ３２の厚さが５５０μｍおよび４００μｍであると、シリコン基板１の抗折強度が３．５７ｋｇｆおよび２．０４５ｋｇｆであり、いずれの場合も１ｋｇｆ以上であり、好ましい。しかし、試料チップ３２の厚さが３００μｍおよび２５０μｍであると、シリコン基板１の抗折強度が０．９３ｋｇｆおよび０．３６ｋｇｆであり、いずれの場合も１ｋｇｆ未満であり、好ましくない。

＃８０００の研削砥石を用いた場合には、試料チップ３２の厚さが５５０μｍ、４００μｍおよび３００μｍであると、シリコン基板１の抗折強度が４．４２ｋｇｆ、１．４３ｋｇｆおよび１．１５ｋｇｆであり、いずれの場合も１ｋｇｆ以上であり、好ましい。しかし、試料チップ３２の厚さが２５０μｍであると、シリコン基板１の抗折強度が１ｋｇｆ未満の０．６７ｋｇｆであり、好ましくない。

以上のことから、＃２０００の研削砥石を用いることは好ましくなく、＃５０００の研削砥石を用いた場合には、試料チップ３２の厚さが４００μｍ以上であれば、シリコン基板１の抗折強度を比較的高くすることができ、＃８０００の研削砥石を用いた場合には、試料チップ３２の厚さが３００μｍ以上であれば、シリコン基板１の抗折強度を比較的高くすることができる。

なお、研削砥石としては砥石番手が＃８０００よりも大きいものを用いてもよく、例えば＃３００００（表面粗さ０．１〜０．３ｎｍ、砥粒０．１μｍ）のものを用いてもよい。また、この発明は、ＣＳＰと呼ばれる半導体装置に限らず、例えば、絶縁膜３の開口部４を介して露出された接続パッド２上に下地金属層および柱状電極を形成し、柱状電極の周囲における絶縁膜３上に封止膜を形成し、柱状電極上に半田ボールを形成した半導体装置にも適用することができる。

この発明の製造方法により製造された半導体装置の一例の断面図。図１に示す半導体装置の製造方法の一例において、当初用意したものの断面図。図２に続く工程の断面図。図３に続く工程の断面図。図４に続く工程の断面図。図３に続く工程の断面図。図４に続く工程の断面図。半導体ウエハの反りを説明するために示す図。抗折強度試験を説明するために示す図。

符号の説明

１シリコン基板
２接続パッド
３絶縁膜
５保護膜
７下地金属層
８配線
９柱状電極
１０封止膜
１１半田ボール
２１半導体ウエハ
２２ダイシングライン
３１試料
３２試料チップ

Claims

半導体ウエハ上に複数の柱状電極が形成され、前記柱状電極の周囲に封止膜が形成されたものを用意する工程と、
表面粗さが０．１ｎｍ以上３ｎｍ以下である研削砥石を用いて、前記半導体ウエハの下面側を研削する工程と、
前記半導体ウエハおよび前記封止膜をダイシングして、複数個の半導体装置を得る工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の発明において、前記研削砥石の砥粒は１〜３μｍであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の発明において、前記研削砥石の表面粗さは２ｎｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項３に記載の発明において、前記研削砥石の砥粒は１μｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の発明において、前記半導体ウエハの下面側を研削した後に、前記柱状電極上に半田ボールを形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。