JP2010147353A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリコン基板の底面および側面を保護する樹脂保護膜の形成に際し、樹脂保護膜を硬化させるとき、全体が反りにくいようにする。
【解決手段】 まず、ダイシングストリート２２およびその両側に対応する部分における半導体ウエハ２１および封止膜１２等に第１の溝２９を形成する。この状態では、第１の溝２９の形成により、半導体ウエハ２１は個々のシリコン基板１に分離されている。次に、第１の溝２９内を含む各シリコン基板１の底面に樹脂保護膜１１を形成する。この場合、半導体ウエハ２１は個々のシリコン基板１に分離されているが、半田ボール１３を含む封止膜１２の上面に接着剤層２３等を介してサポート板２５が貼り付けられているので、樹脂保護膜１１の形成に際し、個々に分離されたシリコン基板１を含む全体が反りにくいようにすることができる。
【選択図】 図１１

Description

この発明は半導体装置の製造方法に関する。

従来の半導体装置には、ＣＳＰ(Chip Size Package)と呼ばれるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この半導体装置では、半導体基板上に設けられた絶縁膜の上面に複数の配線が設けられ、配線の接続パッド部上面に柱状電極が設けられ、配線を含む絶縁膜の上面に封止膜がその上面が柱状電極の上面と面一となるように設けられ、柱状電極の上面に半田ボールが設けられている。この場合、半導体基板の下面および側面が露出しないようにするために、半導体基板の下面および側面を樹脂保護膜で覆っている。

特許第４１０３８９６号公報

ところで、上記従来の半導体装置の製造方法では、まず、ウエハ状態の半導体基板（以下、半導体ウエハという）の上面側に、絶縁膜、配線、柱状電極および封止膜が形成されたものを準備する。次に、半導体ウエハの上下を反転する。次に、半導体ウエハの底面側（封止膜等が形成された面とは反対の面側）における各半導体装置形成領域間にハーフカットにより所定幅の溝を封止膜の途中に達するまで形成する。この状態では、半導体ウエハは、溝の形成により、個々の半導体基板に分離されている。

次に、溝内を含む各半導体基板の底面に樹脂保護膜を形成する。次に、各半導体基板を含む全体の上下を反転する。次に、柱状電極の上面に半田ボールを形成する。次に、溝の幅方向中央部において封止膜および樹脂保護膜を切断する。かくして、半導体基板の底面および側面を樹脂保護膜で覆った構造の半導体装置が得られる。

しかしながら、上記従来の半導体装置の製造方法では、上下を反転された半導体ウエハの上面側にハーフカットにより溝を封止膜の途中に達するまで形成した後に、溝内を含む各半導体基板の底面に樹脂保護膜を形成しているだけであるので、すなわち、溝の形成により半導体ウエハを個々の半導体基板に分離した状態において樹脂保護膜を形成しているだけであるので、ハーフカット工程および以降の工程における強度が低下し、各半導体基板を含む全体が比較的大きく反ってしまうため、品質の維持が困難となり、且つ、各工程のハンドリングが難しくなるという問題がある。

そこで、この発明は、半導体基板を保護する樹脂保護膜の形成に際し、各半導体基板を含む全体が反りにくいように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、一面上に集積回路が形成された半導体ウエハの当該一面上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜上に電極用接続パッド部が前記集積回路に接続されて形成され、前記電極用接続パッド部上に外部接続用バンプ電極が形成され、前記外部接続用バンプ電極の周囲に封止膜が形成されたものを準備する工程と、前記外部接続用バンプ電極上に半田ボールを形成する工程と、前記半田ボールを含む前記封止膜上にサポート板を接着剤層を介して貼り付ける工程と、前記半田ボールを含む前記封止膜上に前記サポート板が貼り付けられた状態において、ダイシングストリートおよびその両側に対応する部分における前記半導体ウエハの底面側に前記封止膜の厚さの中間位置まで達する溝を形成する工程と、前記溝内を含む前記半導体ウエハの底面に樹脂保護膜を形成する工程と、前記サポート板および前記接着剤層を除去する工程と、前記封止膜および前記樹脂保護膜を前記溝の幅よりも小さい幅で切断する工程と、を有し、前記半導体基板の側面から前記封止膜の中間位置までの側面および前記半導体基板の底面に前記樹脂保護膜が形成された半導体装置を複数個得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、前記サポート板を貼り付ける工程は、前記半田ボールを含む前記封止膜上に前記サポート板を前記接着剤層と光吸収剤および熱分解性樹脂を含む光熱変換型の熱分解層とを介して貼り付ける工程を含む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２に記載の発明において、前記サポート板を貼り付ける工程は、前記半田ボールを含む前記封止膜上に紫外線硬化型の液状接着剤を塗布する工程と、予め前記サポート板の一面に前記熱分解層を形成する工程と、前記液状接着剤に予め前記サポート板の一面に形成された前記熱分解層を貼り合せる工程と、紫外線を照射して前記液状接着剤を硬化させて前記接着層を形成する工程とを含む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、前記液状接着剤に予め前記サポート板の一面に形成された前記熱分解層を貼り合せる工程は真空下で行う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３に記載の発明において、前記サポート板および前記接着剤層を剥離する工程は、前記サポート板側から前記熱分解層にレーザーを照射する工程を含むことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記サポート板はガラス板からなることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記サポート板を貼り付けた後に、前記半導体ウエハの底面側を研削して該半導体ウエハの厚さを薄くする工程を有することを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記樹脂保護膜を形成した後に、前記樹脂保護膜の下面側を研削して該樹脂保護膜の厚さを薄くするとともにその下面を平坦化する工程を有することを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記外部接続用バンプ電極は、前記電極用接続パッド部上に形成された柱状電極であることを特徴とするものである。

この発明によれば、外部接続用バンプ電極および封止膜上にサポート板を貼り付けた状態で、溝内を含む半導体ウエハ（各半導体基板）の底面に樹脂保護膜を形成しているので、半導体基板を保護する樹脂保護膜の形成に際し、各半導体基板を含む全体が反りにくいようにすることができる。

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を構成する素子、例えば、トランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサ等の素子（図示せず）が形成され、その上面周辺部には、上記集積回路の各素子に接続されたアルミニウム系金属等からなる接続パッド２が設けられている。接続パッド２は２個のみを図示するが、実際にはシリコン基板１の上面周辺部に多数配列されている。

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パッシベーション膜（絶縁膜）３が設けられ、接続パッド２の中央部はパッシベーション膜３に設けられた開口部４を介して露出されている。パッシベーション膜３の上面にはポリイミド系樹脂等からなる保護膜（絶縁膜）５が設けられている。パッシベーション膜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の上面には配線７が設けられている。配線７は、保護膜５の上面に設けられた銅等からなる下地金属層８と、下地金属層８の上面に設けられた銅からなる上部金属層９との２層構造となっている。配線７の一端部は、パッシベーション膜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７の接続パッド部（電極用接続パッド部）上面には銅からなる柱状電極（外部接続用バンプ電極）１０が設けられている。

シリコン基板１の底面およびシリコン基板１、パッシベーション膜３および保護膜５の側面にはエポキシ系樹脂等からなる樹脂保護膜１１が設けられている。この場合、シリコン基板１、パッシベーション膜３および保護膜５の側面に設けられた樹脂保護膜１１の上部は保護膜５の上面よりも上側にストレート状に突出されている。この状態では、シリコン基板１の下面およびシリコン基板１、パッシベーション膜３および保護膜５の側面は樹脂保護膜１１によって覆われている。

配線７を含む保護膜５の上面およびその周囲における樹脂保護膜１１の上面にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜１２が設けられている。柱状電極１０は、その上面が封止膜１２の上面と面一乃至数μｍ低くなるように設けられている。柱状電極１０の上面には半田ボール１３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、パッシベーション膜３、保護膜５、下地金属層８および上部金属層９からなる２層構造の配線７、柱状電極１０および封止膜１２が形成されたものを準備する。このような、半導体ウエハ２１の製造方法は既に知られており、詳細は、例えば特許第３９５５０５９号の図２〜図７および明細書の関連箇所を参照されたい。

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、柱状電極１０の上面を含む封止膜１２の上面は平坦となっている。ここで、図２において、符号２２で示す領域はダイシングストリートに対応する領域である。

さて、図２に示すものを準備したら、次に、図３に示すように、柱状電極１０の上面に半田ボール１３を形成する。この場合、柱状電極１０の上面にバリや酸化膜が形成されている場合には、柱状電極１０の上面を数μｍエッチングして、これらを除去する。次に、図４に示すように、半田ボール１３を含む封止膜１２の上面に、スピンコート法等により紫外線硬化型の液状接着剤を塗布し、未硬化状態の接着剤層２３を形成する。この場合、接着剤層２３の厚さは半田ボール１３の高さよりも厚くなっている。したがって、この状態では、半田ボール１３は接着剤層２３によって完全に覆われている。

次に、図５に示すように、接着剤層２３の上面に熱分解層２４を介してサポート板２５を貼り付ける。この場合、熱分解層２４は、カーボンブラック等の光吸収剤および熱分解性樹脂を含む光熱変換型のものからなっている（例えば、住友スリーエム株式会社製のWafer Support System）。サポート板２５は、半導体ウエハ２１よりもやや大きめの円形状のガラス板等の紫外線に対して透過性を有する硬質板からなっている。

そして、まず、柱状電極１０および封止膜１２の上面に接着剤層２３を形成するための液状接着剤をスピンコート法等により塗布する。一方、ガラス板等からなるサポート板２５の下面に予め熱分解層２４を形成しておく。次に、真空下において、塗布された液状接着剤の上面に、サポート板２５の下面に予め形成された熱分解層２４を貼り合せる。この貼り合せを真空下において行うのは、サポート板２５の下面に予め形成された熱分解層２４と接着層２３との間に空気が入らないようにするためである。次に、サポート板２５側から紫外線を照射し、塗布された液状接着剤を硬化させて接着層２３を形成する。なお、熱分解層２４はエネルギーの小さい紫外線の照射では熱分解を生じることは無い。

次に、図６に示すように、サポート板２５の上面に保護テープ２６を貼り付ける。次に、図６に示すものの上下を反転して、図７に示すように、半導体ウエハ２１の底面（封止膜１２等が形成された面とは反対の面）を上に向ける。次に、図８に示すように、半導体ウエハ２１の底面側を研削砥石（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。これは、図１に示す完成した半導体装置を薄型化するためである。次に、保護テープ２６をサポート板２５の下面から剥離する。

次に、図９に示すように、サポート板２５の下面をダイシングテープ２７の上面に貼り付ける。次に、図１０に示すように、ブレード２８を準備する。このブレード２８は円盤状の砥石からなり、その刃先の断面形状はほぼコ字形状となっており、その厚さはダイシングストリート２２の幅よりもある程度厚くなっている。

そして、このブレード２８を用いて、ダイシングストリート２２およびその両側に対応する部分における半導体ウエハ２１、パッシベーション膜３、保護膜５および封止膜１２に第１の溝２９を形成する。この場合、第１の溝２９の深さは、封止膜１２の途中までとし、例えば、封止膜１２の厚さの１/２以上好ましくは１/３以上とする。この状態では、第１の溝２９の形成により、半導体ウエハ２１は個々のシリコン基板１に分離されている。次に、サポート板２５をダイシングテープ２７の上面から剥離する。なお、この工程は、ハーフカット用のダイシング装置を用いることにより、ダイシングテープに貼らずに加工することも可能である。

次に、図１１に示すように、第１の溝２９内を含む各シリコン基板１の上面に、エポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂をスピンコート法、スクリーン印刷法等により塗布し、硬化させることにより、樹脂保護膜１１を形成する。樹脂保護膜１１の硬化温度は、接着層２３および熱分解層２４の耐熱性を考慮して１５０〜２５０℃で、処理時間は１時間程度とする。

この場合、半導体ウエハ２１は個々のシリコン基板１に分離されているが、半田ボール１３を含む封止膜１２の下面に接着剤層２３および熱分解層２４を介してサポート板２５が貼り付けられているので、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂からなる樹脂保護膜１１を塗布し、硬化させる際において、個々に分離されたシリコン基板１を含む全体が反りにくいようにすることができ、さらにはその後の工程に反りによる支障を来たしにくいようにすることができる。

次に、図１２に示すように、樹脂保護膜１１の上面側を研削砥石（図示せず）を用いて適宜に研削し、樹脂保護膜１１の厚さを適宜に薄くし、且つ、樹脂保護膜１１の上面を平坦化する。この研削工程は必ずしも必要ではないが、行った方が好ましい。次に、図１２に示すものの上下を反転して、図１３に示すように、シリコン基板１の封止膜１２等が形成された面側を上に向ける。次に、図１４に示すように、樹脂保護膜１１の下面をダイシングテープ３１の上面に貼り付ける。

次に、図１５に示すように、サポート板２５の上面側からＹＡＧ(Yttrium Aluminum
Garnet)レーザーを照射する。すると、照射されたＹＡＧレーザーのエネルギーは熱分解層２４の光吸収剤に吸収され、熱エネルギーに変換される。この変換された熱エネルギーにより、熱分解層２４の熱分解性樹脂が熱分解し、この熱分解によりガスが発生する。この発生したガスにより、熱分解層２４内に空隙が形成され、熱分解層２４がその厚さ方向に自己分離され、すなわち、上層熱分解層２４ａと下層熱分解層２４ｂとに自己分離される。光熱変換型の熱分解層については、例えば、特開２００４−６４０４０号公報に開示されている。

そこで、次に、サポート板２５を上層熱分解層２４ａと共に下層熱分解層２４ｂの上面から剥離する。次に、接着剤層２３を下層熱分解層２４ｂと共に半田ボール１３を含む封止膜１２の上面から剥離する。

ここで、接着剤層２３のほかに熱分解層２４を用いている理由について説明する。ガラス板等からなるサポート板２５は、柔軟性を有していないため、半導体ウエハ全面に対応する領域を同時に剥離しなければならない。表現を変えれば、少しずつ剥離する所謂ピール剥離をすることができない。このため、サポート板２５やシリコン基板１に変形や破損を与えることなく両者を分離することができない。そこで、サポート板２５の剥離を容易とするため、熱分解層２４を用いている。一方、下層熱分解層２４ｂを含む接着剤層２３は、十分な柔軟性を有するので、ピール剥離をすることが可能である。

次に、図１６に示すように、ブレード３２を準備する。このブレード３２は円盤状の砥石からなり、その刃先の断面形状はほぼコ字形状となっており、その厚さはダイシングストリート２２の幅と同じとなっている。そして、このブレード３２を用いてダイシングを行うことにより、第１の溝２９内の中央部のダイシングストリート２２に対応する部分における封止膜１２および樹脂保護膜１１に第２の溝３３を形成する。この場合、第２の溝３３の深さは、ダイシングテープ３５の途中までとする。したがって、この状態では、全体として第２の溝３３により分離されて個片化される。

すなわち、この場合、ブレード３２としてはその幅がダイシングストリート２２と同一の幅を有するものを用いるので、図１６に図示される如く、シリコン基板１、パッシベーション膜３、保護膜５および封止膜１２の中間位置までの各膜の側面に設けられた樹脂保護膜１１の中間位置からは封止膜１２がその側面を形成するように切断される。この結果、各個片化された半導体装置の樹脂保護膜１１をダイシングテープ３１の上面から剥離すると、図１に示すように、シリコン基板１の底面および側面を樹脂保護膜１１で覆った構造の半導体装置が複数個得られる。

以上のように、この半導体装置の製造方法では、図２に示すものを準備して半田ボール１３を形成した直後にサポート板２５を貼り付け、ダイシングストリート２２に対応する部分に第２の溝３７を形成して個々の半導体装置に個片化する直前にサポート板２５を剥離しているので、図２に示すものを準備して半田ボール１３を形成した直後から個々の半導体装置に個片化する直前まで、１枚のサポート板２５で補強機能を発揮することができる。

ところで、図３に示すように、柱状電極１０の上面に半田ボール１３を形成した後に、図４に示すように、半田ボール１３を含む封止膜１２の上面に接着剤層２３を形成している。したがって、半田ボール１３を形成するためのリフロー工程の温度が２５０℃以上と比較的高くても、この温度に接着剤層２３が耐える必要はないので、接着剤層２３の材料として耐熱性が比較的低いものを用いることができる。

一方、図１１に示す工程では、エポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂をスピンコート法、スクリーン印刷法等により塗布し、硬化させることにより、樹脂保護膜１１を形成しているが、このときの硬化温度は１５０〜１８０℃と比較的低いので、この温度に接着剤層２３は十分に耐えることができる。

なお、上記実施形態では、接着剤層の材料として、レーザー照射により熱分解を生じ剥離可能となる材料を用い、サポート板として、レーザーを透過するガラス板等からなる硬質板を用いる場合で説明したが、これは、種々変形して適用することが可能である。例えば、接着剤層として非水溶性の高分子化合物を用い、サポート板として多数の小孔を有するものを用い、剥離液を多数の小孔から浸入させることによりサポート板を分離するようにすることが可能である。

また、接着剤層として、紫外線の照射によりガスを発生して接着強度が低下する粘着剤を一面に、他面に粘着剤を有する両面粘着テープを用いることもできる。また、サポート板としてシリコン板(集積回路等の回路素子が形成されていないものでよい)、ガラス板、金属板、セラミック板等を用い、研磨により除去するようにしてもよい。

さらに、半導体ウエハの一面に形成された集積回路の信号伝播を高速化するため、集積回路の絶縁膜として低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料を用いたものがあるが、このような半導体ウエハにおいては，低誘電率の絶縁膜が脆いため、図１０に示す、ブレード２７により、半導体ウエハ２１、パッシベーション膜３、保護膜５および封止膜１２に第１の溝２９を形成する工程において、低誘電率の絶縁膜が破損する可能性が大きいため、例えば、図２に図示される封止膜１２を形成する前に、半導体ウエハの一面にレーザビームを照射して低誘電率の絶縁膜を除去し、低誘電率の絶縁膜に第１の溝２９の幅以上の幅の切断部を形成しておくことが推奨される。低誘電率の絶縁膜の切断部には、この後、封止膜１２を充填することにより、破損から保護される。そのほか、本発明は、種々変形して適用することが可能である。

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、当初準備したものの断面図。 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５に続く工程の断面図。 図６に続く工程の断面図。 図７に続く工程の断面図。 図８に続く工程の断面図。 図９に続く工程の断面図。 図１０に続く工程の断面図。 図１１に続く工程の断面図。 図１２に続く工程の断面図。 図１３に続く工程の断面図。 図１４に続く工程の断面図。 図１５に続く工程の断面図。

符号の説明

１ シリコン基板
２ 接続パッド
３ パッシベーション膜
５ 保護膜
７ 配線
１０ 柱状電極
１１ 樹脂保護膜
１２ 封止膜
１３ 半田ボール
２１ 半導体ウエハ
２２ ダイシングストリート
２３ 接着剤層
２４ 熱分解層
２５ サポート板
２６ 保護テープ
２７ ダイシングテープ
２８ ブレード
２９ 第１の溝
３１ ダイシングテープ
３２ ブレード
３３ 第２の溝

Claims (9)

1. 一面上に集積回路が形成された半導体ウエハの当該一面上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜上に電極用接続パッド部が前記集積回路に接続されて形成され、前記電極用接続パッド部上に外部接続用バンプ電極が形成され、前記外部接続用バンプ電極の周囲に封止膜が形成されたものを準備する工程と、
   前記外部接続用バンプ電極上に半田ボールを形成する工程と、
   前記半田ボールを含む前記封止膜上にサポート板を接着剤層を介して貼り付ける工程と、
   前記半田ボールを含む前記封止膜上に前記サポート板が貼り付けられた状態において、ダイシングストリートおよびその両側に対応する部分における前記半導体ウエハの底面側に前記封止膜の厚さの中間位置まで達する溝を形成する工程と、
   前記溝内を含む前記半導体ウエハの底面に樹脂保護膜を形成する工程と、
   前記サポート板および前記接着剤層を除去する工程と、
   前記封止膜および前記樹脂保護膜を前記溝の幅よりも小さい幅で切断する工程と、
   を有し、前記半導体基板の側面から前記封止膜の中間位置までの側面および前記半導体基板の底面に前記樹脂保護膜が形成された半導体装置を複数個得ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の発明において、前記サポート板を貼り付ける工程は、前記半田ボールを含む前記封止膜上に前記サポート板を前記接着剤層と光吸収剤および熱分解性樹脂を含む光熱変換型の熱分解層とを介して貼り付ける工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項２に記載の発明において、前記サポート板を貼り付ける工程は、前記半田ボールを含む前記封止膜上に紫外線硬化型の液状接着剤を塗布する工程と、予め前記サポート板の一面に前記熱分解層を形成する工程と、前記液状接着剤に予め前記サポート板の一面に形成された前記熱分解層を貼り合せる工程と、紫外線を照射して前記液状接着剤を硬化させて前記接着層を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項３に記載の発明において、前記液状接着剤に予め前記サポート板の一面に形成された前記熱分解層を貼り合せる工程は真空下で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項３に記載の発明において、前記サポート板および前記接着剤層を剥離する工程は、前記サポート板側から前記熱分解層にレーザーを照射する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 請求項３に記載の発明において、前記サポート板はガラス板からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 請求項１に記載の発明において、前記サポート板を貼り付けた後に、前記半導体ウエハの底面側を研削して該半導体ウエハの厚さを薄く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。
8. 請求項１に記載の発明において、前記樹脂保護膜を形成した後に、前記樹脂保護膜の下面側を研削して該樹脂保護膜の厚さを薄くするとともにその下面を平坦化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。
9. 請求項１に記載の発明において、前記外部接続用バンプ電極は、前記電極用接続パッド部上に形成された柱状電極であることを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images