JP2009141147A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の半導体装置の製造方法では、捺印の劣化を抑制しつつ、捺印による半導体装置へのダメージを低減することができない。
【解決手段】この半導体装置１００の製造方法においては、保護膜３１を形成した後に、保護膜３１を透過して捺印膜２１にエネルギー線を照射して捺印膜２１の材料を変質させて捺印している。かかる半導体装置１００の製造方法によれば、被捺印領域すなわち捺印膜２１の上面が保護膜３１に覆われることによって捺印する際に発生する粉塵、発熱、ガスおよびストレスなどによる半導体チップ１１へのダメージが低減できる。これによって、優れた捺印を形成する半導体装置１００の製造方法が実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

例えば、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）などの、半導体チップ全体がプラスチックパッケージで覆われず半導体チップの回路面側に実装基板との外部接合端子を備える半導体装置では、半導体チップの回路面とは反対側の面、すなわち半導体チップの裏面が捺印面となる。
このような半導体装置のチップ裏面には、品名、インデックスマーク、製造年月日、ロット番号、および特性別ランクなどの情報が、インク、レーザーなどによって捺印される。近年は、生産性向上、環境への配慮からレーザー捺印方法が主流となっており、半導体基板へのダメージがなく、視認性の良いレーザー捺印方法の必要性が高まっている。

特許文献１では、捺印面となる半導体ウェハ裏面にスピンコートによって樹脂皮膜をプリコートして、レーザー光によってこの樹脂を焼失させて捺印を行うことで、文字の視認性を向上させることが開示されている。また、特許文献１では、レーザー光による削り込みは、樹脂皮膜から金属部分まで一部が到達することが記載されている。

また、特許文献２では、半導体素子の電極形成面に相対する第二主面にレーザーを用いないエッチングによりマークを形成して、第二主面およびマーク上面に透明樹脂層を形成することが開示されている。
特開２００１−４４３０４号公報 特開２００４−３１１５５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、保護膜に捺印するため保護膜としての機能が低下し、また捺印が露出するため捺印が劣化してしまう。また、捺印する際に保護膜が発塵、発熱等するため、周囲にある保護膜または素子などにダメージを与えるといった問題がある。また、特許文献２に記載の技術では、エッチングによりマークを形成しているため、エッチングマスクを形成する工程が必要である。

本発明による半導体装置の製造方法は、
基板上に第１の膜と第２の膜とを順に形成する工程と、
前記第２の膜を透過して前記第１の膜にエネルギー線を照射し、前記照射により前記第１の膜の材料を変質させて捺印する工程と、
を含むことを特徴とする。

この半導体装置の製造方法においては、第２の膜を形成した後に、第２の膜を透過して前記第１の膜にエネルギー線を照射することにより、第２の膜には捺印せず、前記第１の膜の材料を変質させて捺印している。かかる半導体装置の製造方法によれば、エネルギー線を透過する第２の膜で第１の膜を被覆した状態で、第１の膜の材料の一部を変質させて捺印するため、捺印する際に発生する粉塵、発熱などによる周囲への影響が低減できる。また、エネルギー線による捺印に適した第１の膜を用いているため、識別容易な捺印を形成できる。

本発明によれば、捺印の劣化が抑制され、かつ捺印することによる半導体装置へのダメージが低減された半導体装置の製造方法が実現される。

以下、図面を参照しつつ、本発明による半導体装置の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明による半導体装置の製造方法の第１実施形態を示す（ａ）断面図、および（ｂ）斜視図である。
半導体装置１００は、半導体チップ１１と、半導体チップ１１上に形成された捺印膜２１（第１の膜）と、捺印膜２１を覆うように形成された保護膜３１（第２の膜）と、捺印膜２１に形成された捺印膜２１の材料の一部が変質してなる捺印４１と、を備えている。

捺印４１とは、捺印する行為や作業によって形成されたマーク、署名等を意味する。たとえば、品名、インデックスマーク、製造年月日、ロット番号、特性別ランクなどである。捺印４１は、保護膜３１を介して視認またはカメラや光学センサ等の機械器具などを用いて識別できるものであればよい。図１（ｂ）の捺印４１は、保護膜３１を透過して視認できる状態が図示されている。

半導体チップ１１は、第１主面と、第１主面と反対側の第２主面を有する。第１主面には、図示しない半導体素子や回路パターンが形成され、さらにその上に半田などで形成された外部接続端子５１が形成されている。半導体チップ１１は、外部接続端子５１により実装基板と接続される。
半導体チップ１１は、例えば、シリコンである。

捺印膜２１（第１の膜）は、半導体チップ１１の第２主面上に形成されている。
捺印膜２１の上部には捺印４１が形成されている。
捺印膜２１の材料は、レーザー光などのエネルギー線を吸収して一部が変質し捺印４１となるものであればよい。たとえば、ＹＡＧレーザーやＦａＹｂレーザーなどの波長約１μｍの光を吸収して変質することにより、捺印４１が形成される材料であれば容易に入手できる。たとえば、波長約１μｍの光を吸収しやすいアルミニウム、ニッケル、モリブデンおよびクロムなどの金属や、カーボンブラックなどの黒色材料を含む材料が適している。これらは安価に入手可能な材料である。さらに具体的には、アルミニウム、ニッケル、モリブデンおよびクロムの少なくとも１つを含む金属膜または合金膜や、エポキシなどの樹脂にそれらの金属や黒色材料の少なくとも１つを混入した材料などが挙げられる。ニッケルなどの金属は、黒色化すればより光の吸収効率が上がる。

保護膜３１（第２の膜）は、捺印膜２１上に形成されている。また、その厚さも任意に設定することができる。
保護膜３１は、捺印膜２１に形成された捺印４１および半導体チップ１１の劣化を抑制し、外的環境から保護する保護膜として機能する。
保護膜３１の材料は、特に限定されないが、エネルギー線を透過する材料、最適にはエネルギー線に対して透明である材料を用いて形成されることが好ましい。例えば、アクリル、エポキシ、およびポリイミドなどの樹脂を用いることができる。特に、ポリイミドは、耐薬品性の優れているため、より信頼性の高い半導体装置が得られる。これらの樹脂は、一般に無色透明もしくは淡灰色、淡褐色、および淡黄色である。また、波長約１μｍのレーザー光を透過する性質がある。

図２〜図５を参照しつつ、本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態として、半導体装置１００の製造方法の一例を説明する。

まず、図２に示すように、半導体ウェハ６１の第１主面に拡散工程によって図示しない回路パターンを形成した後、外部接続端子５１を形成する。

次に、半導体ウェハ６１の第１主面とは反対側の第２主面（半導体ウェハ６１の裏面）を研削して、半導体ウェハ６１を必要な厚さに加工する。

続けて、半導体ウェハ６１の裏面上に、捺印膜２１を形成する。このとき、捺印膜２１は、液状の樹脂をスピンコートしたり、フィルム状の樹脂をラミネートしたり、金属を堆積したりするなどして形成される。

更に、捺印膜２１上に保護膜３１を形成する。このとき、保護膜３１は、液状の樹脂をスピンコートしたり、フィルム状の樹脂をラミネートするなどして形成される。

このようにして、半導体ウェハ６１の裏面上に捺印膜２１と保護膜３１とが順に形成される。その後、半導体ウェハ６１は、ダイシング工程によって半導体チップ１１に分離される。

このようにして得られた半導体チップ１１を用い、電気特性測定、外観検査などを行った後、レーザー捺印して、図１に示すような半導体装置１００が得られる。半導体装置１００は、製品仕様に応じて、キャリアテープまたはトレーなどに収納される。

本実施形態におけるレーザー捺印について、以下に詳述する。
図３（ａ）に示すように、レーザー装置を用い、半導体チップ１１の上方から捺印膜２１へ向けて、直径数十μｍ波長約１μｍのレーザー光７１を発射する。
レーザー光７１は、保護膜３１を透過し、捺印膜２１に達する。捺印膜２１は、レーザー光７１を吸収する材料で構成されるため、レーザー光７１は捺印膜２１表面で熱に変換される。この熱によって捺印膜２１の一部が変色、焼失、または溶融固化して不規則な形に変形する。すなわち、レーザー光７１を照射した部分の捺印膜２１の材料の一部が変質することによって、捺印４１が形成される。
捺印４１は数十μｍのドット状であるため、図３（ｂ）に示すように、捺印４１ａ、捺印４１ｂ、および捺印４１ｃを順次捺印し、これらの捺印４１が繋がることにより視認できるようになる。
捺印膜２１の材料を金属膜とした場合、変色や焼失がほとんど生じず、溶融固化して不規則な形に変形する。不規則な形により光が乱反射するため、色の変化がなくとも視認できる。
一方、保護膜３１は、レーザー光７１を透過してしまうため、レーザー光７１によって変色したり焼失したりすることはない。

本実施形態の効果を説明する。
この半導体装置１００の製造方法においては、保護膜３１を形成した後に、保護膜３１を透過して捺印膜２１にエネルギー線を照射し、この照射によって捺印膜２１の材料を変質させて捺印している。かかる半導体装置１００の製造方法によれば、被捺印領域すなわち捺印膜２１の上面が保護膜３１に覆われることによって捺印する際に発生する粉塵、発熱、ガスおよびストレスなどによる半導体チップ１１へのダメージが低減できる。これによって、優れた捺印４１を形成する半導体装置１００の製造方法が実現できる。

また、捺印膜２１にはレーザー光７１などのエネルギー線による捺印に適した材料を用いることができるため、視認性のよい捺印４１が形成できる。また、レーザー光７１は保護膜３１を透過するため、保護膜３１を損傷することなく捺印膜２１に捺印できる。したがって、保護膜３１は、特許文献１のように保護膜としての機能を損なう恐れはなく、捺印４１も半導体チップ１１も劣化しない。

ところで、図３に示したように捺印４１ａ、捺印４１ｂ、および捺印４１ｃ、と連続で捺印した場合、例えば捺印４１ａと捺印４１ｂとが重なる部分のレーザー光７１の吸収による発熱が過剰となり、捺印膜２１と保護膜３１とが接触する部分に蓄熱し、この蓄熱によって保護膜３１の変色や変形などが生じる可能性がある。しかしながら、この場合も、保護膜３１の捺印４１に接する部分、すなわち保護膜３１の内部のみがこのような変色や変形による影響を受けるだけで、外部に露出する表面側は全く変質しないため、保護膜３１全体としての機能は維持できる。

なお、本実施形態では、捺印４１ａ、捺印４１ｂ、および捺印４１ｃが重なるように形成する例を説明したが、図４（ａ）、および（ｂ）に示すように、捺印４２ａ、捺印４２ｂ、および捺印４２ｃそれぞれの間隔を離して捺印してもよい。これにより、保護膜３１の膜厚が非常に薄い場合でも、レーザー光７１により発生した熱による保護膜３１へのダメージを低減できる。

また、図５（ａ）、および（ｂ）に示すように、捺印４３ａ、捺印４３ｂ、および捺印４３ｃそれぞれの間隔を離して捺印した後に、これらの間にそれぞれ捺印４３ｄ、捺印４３ｅ、および捺印４３ｆを捺印してもよい。これにより、保護膜３１の膜厚が非常に薄い場合でも、レーザー光７１により発生した熱による保護膜３１へのダメージを低減しつつ捺印の視認性をよくすることできる。

ところで、特許文献１には、保護膜に対してレーザー捺印をすることが述べられている。したがって、保護膜として用いられる材料は、レーザー光を吸収しかつ耐衝撃性、耐薬品性、耐熱性などの保護膜としての機能を兼ね備える材料に限定されてしまう。しかも、保護膜の捺印が形成された部分は変質してしまうため、耐衝撃性、耐薬品性、耐熱性などが損なわれ、半導体チップが劣化してしまう恐れがある。これに対して、本実施形態における保護膜３１は、レーザー光を透過する性質であればよく、耐衝撃性、耐薬品性、耐熱性に優れた材料を幅広く選択することが可能である。

また、本実施形態では、保護膜３１には捺印しないため、保護膜として必要な程度に保護膜３１の厚みを薄くすることができ、半導体ウェハの反りが低減され、製造工程中での歩留が減少し、作業性が向上できる。
また保護膜３１として用いられる材料として、耐薬品性に優れたポリイミドなどを選択できることにより、プロセス許容度が大きくなり、そのため全体としてのコストダウンおよびプロセス改善の範囲を広げることができる。

また、本実施形態では、比較的安価に導入できる約１μｍの波長のレーザー装置を例に説明したが、保護膜および捺印膜の材料を的確に選択することで、他の波長のエネルギー線を発射する装置を使用することも可能である。

さらに、本実施形態における捺印工程は、半導体チップ１１に個片化してからレーザー捺印を行う例を挙げたが、個片化する前の半導体ウェハ６１の状態で捺印することも可能である。ただし、この場合は、電気特性選別の結果によるランク情報、最終工程の情報、および最終組立日時などの個片化後の情報を捺印したい場合は、捺印工程を追加すればよい。

（第２実施形態）
図６は、本発明による半導体装置の製造方法の第２実施形態を示す断面図である。本実施形態は半導体チップ１１と捺印膜２２（第１の膜）との間にさらにメタル層２３（第３の膜）を有する例である。

半導体装置２００においては、第１実施形態の半導体装置１００に対し、
半導体チップ１１と捺印膜２２（第１の膜）との間にさらにメタル層２３（第３の膜）を有する構造であり、
捺印膜２２の上面近傍に捺印膜２２の材料が変質してなる捺印４１が形成されている。

メタル層２３（第３の膜）は、半導体チップ１１の第２主面上に形成され、捺印膜２２（第１の膜）により覆われている。
メタル層２３は、電気的な回路を構成する導電層として機能する。またさらに放熱効果を奏することもできる。
メタル層２３は、導電性材料を用いて形成される。メタル層２３の材料としては、特に電気抵抗の低い銀や銅などが好ましい。これにより、良好な電気的特性を得ることができる。

捺印膜２２（第１の膜）は、メタル層２３を覆うように形成されている。
捺印膜２２は、照射した波長１μｍのレーザー光を吸収する層として機能する。これにより、メタル層２３には、銀などの波長約１μｍのレーザー光の反射または吸収効率が低い金属をも選択でき、良好な電気的特性や放熱効果を得ることができる。
捺印膜２２の材料としては、上述した材料を用いることができる。これにより、捺印することができる。

保護膜３２は、第１実施形態と同様にして用いられる。本実施形態において、保護膜３２は、メタル層２３のキズや腐食を抑制する機能も有する。

半導体装置２００は、たとえば図７に示すような双方向スイッチに適用できる。半導体装置２００において、２つのＭＯＳＦＥＴを１つの半導体チップに統合したＣＳＰの形態をとった場合、半導体チップの回路形成面（第１主面）側にそれぞれのＭＯＳＦＥＴのゲート端子８１ａ、および８１ｃと、ソース端子８１ｂ、および８１ｄを形成し、実装基板に接続することで、双方向スイッチとしての機能を提供することが可能となる。この場合、２つのＭＯＳＦＥＴのドレイン端子８１ｅ、および８１ｆは、パッケージ内部で電気抵抗少なく接合する必要があり、ドレイン端子８１ｅ、および８１ｆとなる半導体チップ１１の第１主面と反対側の半導体チップ１１裏面（第２主面）に、導電層となるメタル層２３が形成される。

かかる構成の半導体装置２００は、第１実施形態の半導体装置１００で半導体チップ１１上に捺印膜２１、保護膜３１を順に形成したのに対し、半導体チップ１１上にメタル層２３（第３の膜）、捺印膜２２、保護膜３２を順に形成する以外は、半導体装置１００と同様にして製造することができる。

メタル層２３は、第１実施形態と同様に半導体ウェハ６１の第１主面上に拡散工程によって図示しない回路パターンを形成した後、外部接続端子５１を形成し、半導体ウェハ６１の第１主面とは反対側の第２主面（半導体ウェハ６１の裏面）を研削して、半導体ウェハ６１を必要な厚さに加工した後に、半導体ウェハ６１の裏面上に真空蒸着や真空スパッタなどの方法で金属膜を堆積させて形成される。

続いて、第１実施形態と同様に、メタル層２３上に、捺印膜２２を形成する。捺印膜２２は、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、およびクロムなどの金属を、真空蒸着や真空スパッタなどの方法で堆積したり、カーボンブラックなどの黒色材料を含む樹脂をコーティングまたはラミネートしたりして形成できる。
捺印膜２２を金属膜にて形成すれば、より良好な電気的特性や放熱効果を得ることができる。

本実施形態において、半導体チップ１１の裏面にメタル層２３を必要とするような半導体装置においても、メタル層２３上に捺印膜２２が形成されているため、メタル層２３の導電体としての機能が維持されつつ、捺印された構造の半導体装置２００の製造方法が実現されている。本実施形態のその他の効果は、上記実施形態と同様である。

本発明による半導体装置の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
例えば、上記各実施形態においては、半導体装置としてＣＳＰなどの半導体チップがプラスチックパッケージで覆われず、半導体チップ回路面側に外部接続端子を有し、反対側の面に捺印する場合について説明したが、捺印面はこれに限られない。捺印を必要とする半導体装置の用途、特性、および形状などに応じて適用することができる。

第１実施形態に係る半導体装置の製造方法による半導体装置を示す（ａ）断面図、および（ｂ）斜視図である。 第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。 第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す（ａ）断面図、および（ｂ）上面図である。 第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す（ａ）断面図、および（ｂ）上面図である。 第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す（ａ）断面図、および（ｂ）上面図である。 第２実施形態に係る半導体装置の製造方法による半導体装置を示す断面図である。 第２実施形態に係る半導体装置の製造方法による半導体装置に用いられる電気回路を説明する図である。

符号の説明

１１ 半導体チップ
２１ 捺印膜
２２ 捺印膜
２３ メタル層
３１ 保護膜
３２ 保護膜
４１ 捺印
４１ａ〜４１ｆ 捺印
５１ 外部接続端子
６１ 半導体ウェハ
７１ レーザー光
８１ａ、８１ｃ ゲート端子
８１ｂ、８１ｄ ソース端子
８１ｅ、８１ｆ ドレイン端子
１００ 半導体装置
２００ 半導体装置

Claims (11)

1. 基板上に第１の膜と第２の膜とを順に形成する工程と、
   前記第２の膜を透過して前記第１の膜にエネルギー線を照射し、前記照射により前記第１の膜の材料を変質させて捺印する捺印工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において
   前記第２の膜は、前記エネルギー線に対して透明である半導体装置の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記エネルギー線は、レーザー光である半導体装置の製造方法。
4. 請求項１乃至３いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記捺印工程は、第２の膜の一部を変質させる半導体装置の製造方法。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１の膜は、前記エネルギー線を吸収する材料を含む半導体装置の製造方法。
6. 請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１の膜は、金属を含む半導体装置の製造方法。
7. 請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記金属は、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、およびクロムのうち少なくとも１つを含む半導体装置の製造方法。
8. 請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１の膜は、黒色材料を含む半導体装置の製造方法。
9. 請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記黒色材料は、黒色化した金属およびカーボンブラックのうち少なくとも１つを含む半導体装置の製造方法。
10. 請求項１乃至９いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    基板上に、第１の膜と第２の膜とを順に形成する前記工程の前に、
    前記基板上に第３の膜を形成する工程を、さらに含む半導体装置の製造方法。
11. 請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第３の膜は、導電性を有する半導体装置の製造方法。

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