JP2011071379A - 半導体装置の製造方法、半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ダイシング時で半導体チップに発生するチッピング、割れ、或いは欠けを低減する。
【解決手段】半導体装置80は、半導体チップ50がガラス基板60にFace Downして載置され、接着層10で半導体チップ50とガラス基板60が接着される。半導体チップ50には、シリコン基板1、集積回路部2、受光部3、層間絶縁膜4、樹脂層5、表面電極6、貫通電極8、裏面電極9、裏面保護膜12、ボール端子13が設けられる。樹脂層5は、シリコン基板1上に層間絶縁膜4と接するように半導体チップ50の端部に設けられる。樹脂層5は、層間絶縁膜4をエッチングした開口領域に設けられる。半導体装置80は、接着層10により固着されたシリコンウェハ100とガラス基板60をブレードダイシングにより個片化されたものである。
【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、半導体装置に関する。
近年、システムLSIやSoC(System on a Chip)などの半導体集積回路の高集積化、高速化、低消費電力化の進展に伴い、半導体集積回路に使用される層間絶縁膜にシリコン酸化膜(SiO)よりも誘電率の小さいLow−k絶縁膜が多用されている。Low−k絶縁膜を有する半導体集積回路がガラス基板上に載置された半導体装置は、ダイシングにより個片化される(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1に記載される半導体装置では、半導体集積回路の裏面側から、例えばブレードダイシングにより個片化される。このため、ダイシング時にLow−k絶縁膜にダメージが発生し、チップ端にチッピング、割れ、或いは欠けが発生するという問題点ある。また、表面に保護シートが設けられ、半導体集積回路が形成されるLow−k絶縁膜を有する半導体ウェハを裏面からブレードダイシングする場合、同様にチップ端にチッピング、割れ、或いは欠けが発生する。
特開2007−73958号公報
本発明は、ダイシング時での半導体チップのダメージを低減する半導体装置の製造方法、半導体装置を提供することにある。
本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、シリコン酸化膜(SiO)よりも誘電率が小さく、半導体ウェハ上に設けられる層間絶縁膜をダイシングライン領域よりも幅広く、且つ集積回路部と離間するようにエッチングして、開口部を形成する工程と、前記開口部に樹脂層を埋め込む工程と、前記層間絶縁膜及び前記樹脂層上に接着層を形成する工程と、前記接着層が設けられる半導体ウェハをFace Downしてガラス基板上に載置し、接着層により前記半導体ウェハを前記ガラス基板に固着する工程と、前記ダイシングライン領域の前記半導体ウエハ、前記樹脂層、及び前記接着層をブレードダイシングにより切削する工程と、前記ダイシングライン領域直下の前記ガラス基板をブレードダイシングにより切削し、前記接着層により接着される前記ガラス基板及び前記半導体ウェハを個片化する工程とを具備することを特徴とする。
更に、本発明の一態様の半導体装置は、半導体基板上に設けられ、シリコン酸化膜(SiO)よりも誘電率が小さい層間絶縁膜と、チップ端部の前記層間絶縁膜が開口され、集積回路部と離間して形成される開口部と、前記開口部を覆うように設けられる樹脂層とを有する半導体チップと、Face Downされた前記半導体チップが載置され、接着層により前記半導体チップが固着されるガラス基板とを具備することを特徴とする。
本発明によれば、ダイシング時での半導体チップのダメージを低減する半導体装置の製造方法、半導体装置を提供することができる。
本発明の実施例1に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の実施例1に係るカメラモジュールを示す断面図。 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施例2に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施例2に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法、半導体装置について、図面を参照して説明する。図1は半導体装置を示す断面図、図2はカメラモジュールを示す断面図である。本実施例では、ダイシング時、半導体チップに発生するチッピング、割れ、或いは欠けを低減するために半導体チップの端部に樹脂層を設けている。
図1に示すように、半導体装置80には、半導体チップ50とガラス基板60が設けられる。半導体装置80は、半導体チップ50がガラス基板60にFace Downして載置され、接着層10で半導体チップ50とガラス基板60が接着されるセンサモジュールである。
半導体チップ50には、シリコン基板1、集積回路部2、受光部3、層間絶縁膜4、樹脂層5、表面電極6、貫通電極8、裏面電極9、裏面保護膜12、ボール端子13が設けられる。半導体チップ50の端部は、ガラス基板60の端部よりも、半導体チップ端とガラス基板端の距離L1分だけ小さい。半導体チップ50は、集積回路部2及び受光部3から構成され、例えばCMOS型撮像デバイスである。
集積回路部2は、受光部3を有し、シリコン基板1の第1主面(表面)の中央部に設けられる。層間絶縁膜4は、シリコン基板1の第1主面(表面)上に設けられ、シリコン酸化膜(SiO)よりも誘電率の小さいLow−k絶縁膜である。樹脂層5は、シリコン基板1の第1主面(表面)上に層間絶縁膜4と接するように半導体チップ50の端部に設けられる。樹脂層5は、層間絶縁膜4をエッチングした開口領域に設けられる。
表面電極6は、層間絶縁膜4上に設けられる。裏面電極9は、シリコン基板1の第1主面(表面)と相対向する第2主面(裏面)上に設けられる。表面電極6及び裏面電極9は、シリコン基板1をエッチングした貫通孔7に埋設される貫通電極8に接続される。
ボール端子13は、裏面電極9と接するように、シリコン基板1の第2主面(裏面)上に設けられる。裏面保護膜12は、裏面電極9及びボール端子13の下端部を覆うように、シリコン基板1の第2主面(裏面)上に設けられる。集積回路部2上には、周囲が半導体チップ50、ガラス基板60、接着層10で覆われる空隙部11が設けられる。
図2に示すように、カメラモジュール90には、IRカットフィルタ21、集光用レンズ22、レンズホルダ23、シールドキャップ24、基板70、及び半導体装置80が設けられる。なお、図示していないがカメラモジュール90には、信号処理ICチップ、電源ICチップ、入出力ICチップ、受動部品などが搭載される。
集光レンズ22は、端部がレンズホルダ23により保持され、入射光を集光する。IRカットフィルタ21は、ガラス基板60上(回路基板2と相対向する面上)に設けられ、集光された入射光の赤外領域をカットし、赤外領域がカットされた入射光を受光部3に照射する。シールドキャップ24は、IRカットフィルタ21、集光用レンズ22、レンズホルダ23、及び半導体装置80をシールドする。基板70は、回路が設けられ、ボール端子13と接合される。
次に、半導体装置の製造方法について図3乃至11を参照して説明する。図3乃至11は半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図3に示すように、センサモジュールである半導体装置80では、まず、CMOS型撮像デバイスが形成されるシリコンウェハ100の層間絶縁膜4が形成される領域にレーザ光を照射し、シリコン基板1が露呈するように開口部30を形成する。開口部30は、表面電極6が設けられていない層間絶縁膜4の領域に形成する。層間絶縁膜4には、SiOC膜を用いているが、代わりにSiOCH膜やポーラス(多孔性)シリカ膜などを用いてもよい。表面電極6には、AL(アルミニウム)を用いているが、代わりにCu(銅)などを用いてもよい。
形成される開口部30のレーザ加工幅Wlk、ダイシングライン幅Wdl、ダイシングライン端からの距離L11の関係は、
Wlk=Wdl+2×L11・・・・・・・・・・・・・式(1)
と設定される。つまり、開口部30は、集積回路部2と離間し、ダイシングライン端からの距離L11分、半導体チップの内側まで設けられる。
レーザ光を用いた開口部30の形成では、例えば表面に水溶性保護膜を設け、レーザ光にUVパルスレーザを用いる。水溶性保護膜は、UVパルスレーザ照射により溶融し、固化された残渣物を水洗除去するために設けられたものである(水溶性保護膜も水洗より除去される)。ここでは、開口部30の形成にレーザ光を用いているが、代わりにRIE(Reactive Ion Etching)などを用いてもよい。
次に、図4に示すように、開口部30に樹脂層5を埋設する。樹脂層5には、ポリイミド樹脂を用いているが、代わりにBCB(ベンゾシクロブテン)樹脂やフッ素系樹脂などを用いてもよい。樹脂層5は、シリコンウェハ100のブレードダイシング時、個片化される半導体チップのチップ端に発生するチッピング、割れ、或いは欠け(例えば、Low−k絶縁膜が起因となるチッピング、割れ、或いは欠け)を大幅に低減するために設けられたものである。
続いて、図5に示すように、シリコンウェハ100を裏面研磨し、裏面を鏡面にし、シリコンウェハ100を薄ウェハ化する。その後、層間絶縁膜4、表面電極6、及び開口部30上に接着層10を形成する。接着剤10には、エポキシ樹脂を用いているが、代わりにポリイミド樹脂やアクリル樹脂などを用いてもよい。
そして、図6に示すように、薄ウェハ化されたシリコンウェハ100をFace Downしてガラス基板60に載置し、接着層10によりシリコンウェハ100を基板60に固着する。
次に、図7に示すように、例えばDeep RIE法を用いて、シリコン基板1及び層間絶縁膜4をエッチングし、表面電極6が露呈するように貫通孔7を形成する。具体的には、SFガスによるエッチングステップとCガスによるデポステップを交互に繰り返すボッシュ方式を用いてアスペクト比が大きく、略垂直形状を有する貫通孔7を形成する。Deep RIE処理終了後、RIE後処理を行い、貫通孔7表面を清浄化する。
続いて、図8に示すように、例えばメッキ法を用いて、貫通孔7に貫通電極8を埋設する。ここでは、電界メッキ法を用いているが、無電界メッキ法などを用いてもよい。貫通電極8には、Cu(銅)を用いているが、代わりにAg(銀)、Ni(ニッケル)、或いはAu(金)などを用いてもよい。
貫通電極8形成後、貫通電極8と接するように、シリコン基板1の第2主面(裏面)上に、例えばメッキ法を用いて裏面電極9を形成する。裏面電極9には、Cu(銅)を用いているが、代わりにAu(金)などを用いてもよい。
そして、図9に示すように、シリコン基板1の第2主面(裏面)上に裏面保護膜12を形成する。裏面保護膜12形成後、裏面電極9上にボール端子13を形成する。裏面保護膜12には、ソルダーレジスト材を用いているが、代わりにポリイミド樹脂やエポキシ樹脂などを用いてもよい。ボール端子13には、Pb(鉛)フリー半田を用いているが、代わりにAu(金)などを用いてもよい。
次に、図10に示すように、第1の切削ブレード刃を用いたブレードダイシング法により、ダイシングライン領域の裏面保護膜12、シリコン基板1、樹脂層5、及び接着層10を切削する。ここでは、X方向から切削を開始し、その後Y方向を切削しているが、逆にしてもよい。
ここで、層間絶縁膜4は、切削領域から離間されているので切削されない。このため、ブレードダイシングによるLow−K絶縁膜である層間絶縁膜4などのチッピング、割れ、或いは欠けなどは大幅に低減できる。また、ブレードダイシング法での第1の切削ブレード刃の回転数を遅くする必要がないので、ブレードダイシング工程での生産性が低下することがない。また、センサモジュール形成工程での熱応力や薬品ダメージによるLow−K絶縁膜である層間絶縁膜4の剥離を大幅に抑制することができる。
続いて、図11に示すように、第2の切削ブレード刃を用いたブレードダイシング法により、ダイシングライン領域直下のガラス基板60を切削する。ここでは、X方向から切削を開始し、その後Y方向を切削しているが、逆にしてもよい。この切削により、例えば、ガラス基板60に接着される第1の半導体チップ50a、ガラス基板60に接着される第2の半導体チップ50bなど複数の半導体装置80(図1参照)が形成される。
上述したように、本実施例の半導体装置の製造方法、半導体装置では、集積回路部2が設けられるシリコンウェハ100上の層間絶縁膜がダイシングライン領域よりも幅広い、且つ集積回路部2と離間するようにエッチングされて開口部30が設けられる。開口部30には樹脂層5が埋設される。シリコンウェハ100は、Face Downされてガラス基板60上に載置され、接着層10によりガラス基板60に固着される。接着層10によりガラス基板60に固着されたシリコンウェハ100は、第1の切削ブレード刃を用いたブレードダイシング法により、ダイシングライン領域の裏面保護膜12、シリコン基板1、樹脂層5、及び接着層10が切削され、層間絶縁膜4は切削領域から離間されているので切削されない。第2の切削ブレード刃を用いたブレードダイシング法により、ダイシングライン領域直下のガラス基板60が切削され、半導体装置80が個片化される。
このため、ブレードダイシングによる層間絶縁膜4などのチッピング、割れ、或いは欠けなどを大幅に低減することができる。また、第1の切削ブレード刃の回転数を遅くする必要がないので、ブレードダイシング工程での生産性が低下することがない。また、センサモジュール形成工程での熱応力や薬品ダメージによる層間絶縁膜4の剥離を大幅に抑制することができる。
なお、本実施例では、ガラス基板60にFace Downして載置されるシリコンウェハに適用しているが、シリコンウェハ上に半導体素子或いは集積回路が設けられ、表面に保護シートが設けられる半導体装置を裏面からダイシングする場合にも適用することができる。
次に、本発明の実施例2に係る半導体装置の製造方法、半導体装置について、図面を参照して説明する。図12及び図13は半導体装置の製造工程を示す断面図である。本実施例では、開口部に形成される樹脂層の形状を変更している。
以下、実施例1と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
図12に示すように、CMOS型撮像デバイスが形成されるシリコンウェハ100上の開口部30までは、実施例1と同様な工程を用いる。次に、開口部30及び層間絶縁膜4上に樹脂層5を形成する。ここで、樹脂層5は、開口部30の底部及び側面を覆うように設けられ、開口部30の上部には設けられていない。
続いて、図13に示すように、樹脂層5上に接着層10を形成する。これ以降、実施例1と同様な工程なので図示及び説明を省略する。
上述したように、本実施例の半導体装置の製造方法、半導体装置では、実施例1と同様に、接着層10によりガラス基板60に固着されたシリコンウェハ100をブレードダイシングする場合、ダイシングする領域に樹脂層5が設けられ、層間絶縁膜4が設けられていない。
このため、ブレードダイシングによる層間絶縁膜4などのチッピング、割れ、或いは欠けなどを大幅に低減することができる。また、センサモジュール形成工程での熱応力や薬品ダメージによる層間絶縁膜4の剥離を大幅に抑制することができる。
次に、本発明の実施例3に係る半導体装置の製造方法、半導体装置について、図面を参照して説明する。図14及び図15は半導体装置の製造工程を示す断面図。本実施例では、ダイシング前に半導体ウェハ上にカラーフィルタ層を設けている。
以下、実施例1と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
図14に示すように、CMOS型撮像デバイスが形成されるシリコンウェハ100の集積回路部2及び層間絶縁膜4上にカラーフィルタ膜31を形成する。
次に、図15に示すように、例えば、RIE法を用いて、カラーフィルタ膜31及び層間絶縁膜4をエッチングして開口部30を形成する。RIE後処理後、開口部30に樹脂層5を埋設する。これ以降、実施例1と同様な工程なので図示及び説明を省略する。
上述したように、本実施例の半導体装置の製造方法、半導体装置では、実施例1と同様に、接着層10によりガラス基板60に固着されたシリコンウェハ100をブレードダイシングする場合、ダイシングする領域に樹脂層5が設けられ、層間絶縁膜4が設けられていない。
このため、ブレードダイシングによる層間絶縁膜4などのチッピング、割れ、或いは欠けなどを大幅に低減することができる。また、センサモジュール形成工程での熱応力や薬品ダメージによる層間絶縁膜4の剥離を大幅に抑制することができる。
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更してもよい。
実施例では、シリコン基板1を用いたCMOS型撮像デバイスのブレードダイシングに適用しているが、SiC基板やGaAs基板を用いた半導体デバイスのブレードダイシングに適用することができる。
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
(付記1) 半導体ウェハ上に設けられ、シリコン酸化膜(SiO)よりも誘電率が小さい層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜が開口され、ダイシングライン領域よりも幅が広く、素子形成領域と離間して形成される開口部と、前記開口部を覆うように設けられる樹脂層とを具備することを特徴とする半導体装置。
(付記2) 半導体基板上に設けられ、シリコン酸化膜(SiO)よりも誘電率が小さい層間絶縁膜と、半導体基板上のチップ中央部に設けられる集積回路部と、半導体基板上のチップ端部の前記層間絶縁膜が開口され、前記集積回路部と離間して形成される開口部と、前記開口部を覆うように設けられる樹脂層とを具備する半導体装置。
(付記3) 前記集積回路部には受光部が設けられる付記1又は2に記載の半導体装置。
(付記4) 前記樹脂層は、ポリイミド樹脂、BCB(ベンゾシクロブテン)樹脂、或いはフッ素系樹脂である付記1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
(付記5) 前記層間絶縁膜は、SiOC膜、SiOCH膜、或いはポーラス(多孔性)シリカ膜である付記1乃至4のいずれかに記載の半導体装置。
1 シリコン基板
2 集積回路部
3 受光部
4 層間絶縁膜
5 樹脂層
6 表面電極
7 貫通孔
8 貫通電極
9 裏面電極
10 接着層
11 空隙部
12 裏面保護膜
13 ボール端子
21 IRカットフィルタ
22 集光レンズ
23 レンズホルダ
24 シールドキャップ
30 開口部
31 カラーフィルタ膜
50 半導体チップ
50a 第1の半導体チップ
50b 第2の半導体チップ
60 ガラス基板
70 基板
80 半導体装置
90 カメラモジュール
100 シリコンウェハ
L1 半導体チップ端とガラス基板端の距離
L11 ダイシングラインからの距離
Wdl ダイシングライン幅
Wlk レーザ加工幅

Claims (5)

  1. シリコン酸化膜(SiO)よりも誘電率が小さく、半導体ウェハ上に設けられる層間絶縁膜をダイシングライン領域よりも幅広く、且つ集積回路部と離間するようにエッチングして、開口部を形成する工程と、
    前記開口部に樹脂層を埋め込む工程と、
    前記層間絶縁膜及び前記樹脂層上に接着層を形成する工程と、
    前記接着層が設けられる半導体ウェハをFace Downしてガラス基板上に載置し、接着層により前記半導体ウェハを前記ガラス基板に固着する工程と、
    前記ダイシングライン領域の前記半導体ウエハ、前記樹脂層、及び前記接着層をブレードダイシングにより切削する工程と、
    前記ダイシングライン領域直下の前記ガラス基板をブレードダイシングにより切削し、前記接着層により接着される前記ガラス基板及び前記半導体ウェハを個片化する工程と、
    を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. シリコン酸化膜(SiO)よりも誘電率が小さく、半導体ウェハ上に設けられる層間絶縁膜をダイシングライン領域よりも幅広く、且つ集積回路部と離間するようにエッチングして、開口部を形成する工程と、
    前記開口部に樹脂層を埋め込む工程と、
    前記半導体ウェハの裏面を研削して薄化する工程と、
    前記層間絶縁膜上の表面電極、前記層間絶縁膜、及び前記樹脂層上に接着層を形成する工程と、
    薄化され、前記接着層が設けられる半導体ウェハをFace Downしてガラス基板上に載置し、接着層により前記半導体ウェハを前記ガラス基板に固着する工程と、
    前記半導体ウェハ及び前記層間絶縁膜をエッチングし、前記表面電極が露呈するように貫通孔を形成する工程と、
    前記貫通孔に貫通電極を埋設する工程と、
    前記貫通電極上に裏面電極を形成する工程と、
    前記半導体ウェハの裏面側に裏面保護膜を形成する工程と、
    前記裏面電極上にボール端子を形成する工程と、
    前記ダイシングライン領域の前記裏面保護膜、前記半導体ウェハ、前記樹脂層、及び接着層をブレードダイシングにより切削する工程と、
    前記ダイシングライン領域直下の前記ガラス基板をブレードダイシングにより切削し、前記接着層により接着される前記ガラス基板及び前記半導体ウェハを個片化する工程と、
    を具備する半導体装置の製造方法。
  3. 前記樹脂層は、ポリイミド樹脂、BCB(ベンゾシクロブテン)樹脂、或いはフッ素系樹脂であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記層間絶縁膜は、SiOC膜、SiOCH膜、或いはポーラス(多孔性)シリカ膜であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 半導体基板上に設けられ、シリコン酸化膜(SiO)よりも誘電率が小さい層間絶縁膜と、チップ端部の前記層間絶縁膜が開口され、集積回路部と離間して形成される開口部と、前記開口部を覆うように設けられる樹脂層とを有する半導体チップと、
    Face Downされた前記半導体チップが載置され、接着層により前記半導体チップが固着されるガラス基板と、
    を具備することを特徴とする半導体装置。
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