JP2012517111A - スクライブライン貫通シリコンビア - Google Patents

Abstract

半導体ウェーハは、その半導体ウェーハからスコーリングされるダイを含む。また、半導体ウェーハは、ダイの間にスクライブラインを含む。各スクライブラインは複数の貫通シリコンビアを含む。

Description

本開示は一般的に集積回路（ＩＣ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）に関する。特に、本開示は、集積回路の製造に関する。

集積回路（ＩＣ）はウェーハ上に形成される。通常、ウェーハは、半導体、特にシリコンである。ＩＣ上のトランジスタのサイズは横方向寸法において年々減少しているので、一般的にウェーハの厚さは比例的には減少していない。トランジスタの挙動は、ウェーハの厚さに依存して、現状のサイズは４５ｎｍで、直ぐに３２ｎｍ以下となるが、ウェーハの厚さは、トランジスタ動作挙動に対して必要とされるものよりも大きい。

厚いウェーハは、トランジスタ動作挙動は別にして、製造プロセスにおける利点を有する。回路の製造及びダイのパッケージング中において、ウェーハは、数十回のプロセス、高温、及びツール間又は製造サイト間の数十回の移送を経る。こうした移送中に、ウェーハが破損し得て、この場合、時間及び資源が無駄になる。厚いウェーハは製造中に壊れ難く、薄いウェーハはその脆弱性のため製造に問題がある。

機械的安定性が重要となる製造プロセスの一つは、個々のダイへのスコーリング中におけるものである。通常、鋸を用いて、ウェーハを個々のダイにスコーリングするが、レーザスコーリング等の他の方法も利用可能である。鋸切断では、ダイヤモンド又はカーボングリットでコーティングされたブレードが、毎分数千回回転し、ウェーハを鋸を通して供給する間に、そのウェーハとかみ合う。そのプロセスは、基板材料、基板厚さ、基板上に堆積させる金属、ブレードの回転速度、ウェーハの供給速度等のパラメータを介して、最適化される。

ウェーハは、切断プロセスに対して敏感であるが、これは、ウェーハの単結晶材料では、何ら顕著な追加の力がなくとも、応力破断が素早く伝播するからである。更に、ウェーハのチッピングは、パッケージングされた製品の後の機械的安定性の問題につながり得る。チッピングを低減するのに用いられる方法の一つが、ステップカットプロセスであり、ブレードの一回目の通過で、一部分をウェーハの厚さに切断し、二回目の通過で切断を完了する。

スコーリング中のウェーハに対する損傷の可能性を低減するため、ダイを製造する前に、スクライブラインをウェーハ内に設ける。スクライブラインは、チッピングをもたらさない半導体製造プロセスを用いて、形成される。スクライブラインは、薄化されたウェーハの部分であり、ブレードの経路を提供しそのブレードが切断しなければならない材料の量を減らすことによって、ダイのスコーリングを容易にする。結果として、チッピングの発生が低下して、鋸を通るウェーハのスループットが上昇する。

最近、製造中の損傷を最小化しながら、より薄いウェーハを使用する試みがなされている。このような方法の一つでは、製造中に接着剤を用いて、ＩＣにおいて使用される薄型ウェーハをキャリヤウェーハに取り付ける。キャリヤウェーハは、薄型ウェーハ（３０〜３００μｍ）よりも顕著に厚く（３００〜１０００μｍ）、処理中の安定性を提供する役割を果たす。しかしながら、ＩＣの製造中の高温は、大半の接着剤にとって耐え難いものである。不注意で薄型ウェーハがキャリヤウェーハから外れることを防止するため、接着剤は、製造中の温度よりも高い温度に耐えられるように注意深く設計される。

薄型ウェーハの処理が完了した後で、キャリヤウェーハを薄型ウェーハから取り外す。キャリヤウェーハは製造中の安定性を提供するが、キャリヤウェーハから薄型ウェーハをリリースすることは、追加的な課題を意味する。

薄型ウェーハからキャリヤウェーハをリリースする従来の方法として、レーザ加熱、バルクケミカルエッチングが挙げられる。第一の例として、キャリヤウェーハとして透明なものが選択される場合、レーザが透明なキャリヤウェーハを通って、キャリヤウェーハと薄型ウェーハとの間の接着剤を、接着剤が薄側ウェーハをリリースする温度まで加熱する。接着剤がキャリヤウェーハから薄型ウェーハをリリースする温度が、製造中のいかなる温度よりも高いので、このプロセスは設計が難しい。このような高温は、妥当な時間内にレーザによって得られる加熱の範囲外であることが多い。

第二の例として、製造温度に耐えることができる接着剤が、キャリヤウェーハを薄型ウェーハに結合するために選択され得る。製造が完了した後に、接着剤をバルクケミカルエッチングを用いて除去し得る。化学剤の使用は、薄型ウェーハ上に粒子の残留物を残す。こうした粒子は、薄型ウェーハのパッケージングや、積層ＩＣ等の頂部に追加の層を積層させる際に問題となる。

従って、ウェーハを高温又はバルクケミカルエッチングに晒すことなく、薄型ウェーハからキャリヤウェーハをリリースする方法が必要とされている。

米国特許出願公開第２００８／０１２０９６号明細書 米国特許出願公開第２００７／２６９９３１号明細書 米国特許第４９８４３５８号明細書

本開示の一側面によると、半導体ウェーハは、その半導体ウェーハからスコーリングされる複数のダイを含む。また、半導体ウェーハは複数のダイの間のスクライブラインも含む。各スクライブラインは貫通シリコンビアを含む。

本開示の他の側面によると、スクライブラインを有するアクティブウェーハを介してキャリヤウェーハに液体を輸送する方法は、アクティブウェーハのスクライブライン内に貫通シリコンビアを形成するステップを含む。また、本方法は、液体をアクティブウェーハに適用するステップも含み、その液体は貫通シリコンビアを介して流れるようにされる。

本開示の更に他の側面によると、スクライブライン及び複数のダイを有するウェーハ上のダイのスコーリングを容易にする方法は、ウェーハのスクライブライン内に貫通シリコンビアを形成するステップを含む。また、本方法はウェーハをスコーリングするステップも含む。

本開示の更なる側面によると、複数のダイを有する半導体ウェーハは、個々のダイを分離するための手段を含む。また、半導体ウェーハは、個々のダイを分離するための手段内に含まれた半導体ウェーハを介して液体を流すための手段も含む。

上述の説明は、以下の詳細な説明をより良く理解するために、大まかな本開示の特徴及び技術的利点を概説するものである。以下、本開示の特許請求の範囲の対象を成す追加の特徴及び利点を説明する。当業者は、開示されるコンセプト及び具体的な実施形態を、本開示と同目的のための他の構造を修正及び設計するための基礎として容易に利用することができる点を理解されたい。また、当業者は、こうした等価な構成が、添付の特許請求の範囲に記載されるような本開示の技術から逸脱しないことも認識されたい。本開示の特徴であると考えられる新規特徴部は、その構成及び動作方法に関して、更なる課題及び利点と共に、添付図面と共に参照される以下の説明からより良く理解されるものである。しかしながら、各図面は例示及び説明目的のためだけに提供されるものであり、本開示の限定を定義するものではないことは十分に理解されたい。

本開示のより完全な理解のため、添付図面と共に以下の説明をこれから参照する。

本開示の実施形態を有利に採用可能な例示的な無線通信システムを示すブロック図である。 複数のダイと、複数のスクライブラインと、複数の貫通シリコンビアとを有する基板を示す上面図である。 複数のダイと、複数のスクライブラインと、複数の貫通シリコンビアとを有する基板を示す断面図である。 本開示の実施形態を有利に採用可能な一方法を実演するフローチャートである。 本開示の実施形態によるキャリヤ取り付け前のアクティブウェーハ及びキャリヤウェーハを示すブロック図である。 本開示の実施形態によるキャリヤ取り付け後のアクティブウェーハ及びキャリヤウェーハを示すブロック図である。 本開示の実施形態によるアクティブウェーハの薄化後のアクティブウェーハ及びキャリヤウェーハを示すブロック図である。 本開示の実施形態によるアクティブウェーハに対して完了した他のプロセス後のアクティブウェーハ及びキャリヤウェーハを示すブロック図である。 本開示の実施形態によるビアを介した接着剤のリリースエッチング後のアクティブウェーハ及びキャリヤウェーハを示すブロック図である。

図１は、本開示の実施形態を有利に採用可能な例示的な無線通信システム１００を示すブロック図である。例示のために、図１は、三つのリモートユニット１２０、１３０及び１５０と、二つのベースステーション１４０を示す。典型的な無線通信システムは、更に多くのリモートユニット及びベースステーションを有し得ることを認識されたい。リモートユニット１２０、１３０、１５０は、本願で開示される回路を含むＩＣデバイス１２５Ａ、１２５Ｂ、１２５Ｃを含む。ＩＣを含む何らかのデバイスも本願で開示される回路を含み得て、ベースステーション、スイッチングデバイス及びネットワーク設備を含むことを認識されたい。図１は、ベースステーション１４０からリモートユニット１２０、１３０、１５０へのフォワードリンク信号１８０と、リモートユニット１２０、１３０、１５０からベースステーション１４０へのリバースリンク信号１９０とを示す。

図１において、リモートユニット１２０は携帯電話として示されていて、リモートユニット１３０は携帯型コンピュータとして示されていて、リモートユニット１５０は無線ローカルループシステム内の固定リモートユニットとして示されている。例えば、リモートユニットは、携帯電話、携帯型パーソナルコミュニケーションシステム（ＰＣＳ，ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）ユニット、ＰＤＡ等の携帯型データユニット、又は計測設備等の固定データユニットであり得る。図１は本開示の教示によるリモートユニットを示すが、本開示は図示される例示的なユニットに限定されるものではない。本開示は、後述のように、集積回路を含むあらゆるデバイスにおいて適切に採用可能である。

図２は、複数のダイと、複数のスクライブラインと、そのスクライブラインに埋め込まれた複数の貫通シリコンビアとを有する基板を示す上面図である。ウェーハ２００は、スクライブライン２０４によって分離されたダイ２０２を含む。ダイ２０２は、メモリデバイス、マイクロプロセッサ、又は通信デバイスであり得る。一実施形態では、スクライブライン２０４を形成することは、フォトリソグラフィ、堆積、パターニング及びエッチングを含む処理によるものである。ウェーハ２００は、一実施形態によると単結晶シリコンであり得るが、ヒ化ガリウム等の他の材料でもあり得る。ウェーハ２００上に含まれるダイ２０２は、マイクロプロセッサ、メモリ、他の回路、又はそれら各々の一部分を含み得る。スクライブライン２０４は、薄化されたウェーハ２００の部分であり、ウェーハ２００をスコーリングするための経路を提供することによってダイ２０２の分離を容易にする。従って、スクライブライン２０４は、ずれたスコーリングによって生じるダイ２０２の損傷を防止することができる。

全ての製造プロセスが完了してダイ２０２がウェーハ２００からスコーリングされた後に、ダイ２０２をフリップチップとしてパッケージングするか、多様な他の方法を介してパッケージングし得る。そして、個々のパッケージングされたダイが製品として販売される。

本開示の一側面によると、貫通シリコンビア２０６がスクライブライン２０４に埋め込まれている。貫通シリコンビア２０６は、レーザドリリング、プラズマエッチング又は湿式エッチングを含むビア・ファースト法又はビア・ラスト法によって形成可能である。いずれの場合でも、貫通シリコンビア２０６は、ウェーハ２００の厚さ方向の一部又は全体にわたって延伸し得る。貫通シリコンビア２０６は、後の製造段階において使用されて、ウェーハ２００の前面からウェーハ２００の裏面までの溶液用のチャネルを提供する。また、貫通シリコンビア２０６は、ウェーハ２００のスコーリングを容易にするのにも使用され得る。ウェーハ２００の部分が除去されて貫通シリコンビア２０６を形成するので、ウェーハ２００をスコーリングする鋸又はレーザは、より速い供給速度でウェーハ２００とかみ合い、ダイシングプロセスのスループットを改善し得る。

次に図３を参照すると、複数のダイと、複数のスクライブラインと、複数の貫通シリコンビアとを有する基板の断面図が表されている。ウェーハ３００はアクティブ領域３０６及びバルク領域３０８を含む。後に個々の製品に分離される複数のダイが、ウェーハ３００上に存在し得る。ウェーハは前面３０２及び裏面３０４を有する。アクティブ領域３０６の部分は、前面３０２上にスクライブライン３１０を形成するために除去される。除去は、アクティブ領域３０６の一部分をエッチングすることによって行われる。一実施形態によると、スクライブライン３１０は１０〜５０μｍの深さのものであり得る。スクライブライン３１０は、スコーリング中のガイドとして機能してダイの不注意な損傷を防止することによって、アクティブ領域３０６を個々のダイに分離することを容易にする。

更に、アクティブ領域３０６及びバルク領域３０８の一部分が、貫通シリコンビア３１２を形成するために除去される。一実施形態によると、貫通シリコンビア３１２は３０〜３００μｍの深さのものであり得て、ウェーハ３００がキャリヤウェーハ（図示せず）に結合される際に前面３０２から裏面３０４まで溶液を伝えるのに使用される。ウェーハ３００の前面３０２及び裏面３０４上に貫通シリコンビア３１２を露出するための後の処理においてバルク領域３０８を薄化することによって、溶液を前面３０２から裏面３０４まで流すためのチャネルが形成される。他の実施形態によると、貫通シリコンビア３１２は、ウェーハ３００の深さ方向にわたって延伸し得る。

図４は、本開示の実施形態を有利に採用可能な一方法を実演するフローチャートである。プロセス４００を用いて、薄型ウェーハであるアクティブウェーハ上にダイを形成する。上述のように、薄型ウェーハは非常に脆弱で製造中の取り扱いが難しい。そのため、製造プロセス中に、アクティブウェーハを、はるかに厚くて脆弱ではないキャリヤウェーハ上に取り付ける。

ブロック４０２では、接着剤を用いて、アクティブウェーハをキャリヤウェーハに取り付ける。続いてブロック４０４では、アクティブウェーハを所望の厚さに薄化する。例えば、グラインディング、化学機械研磨（ＣＭＰ，ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、又はバルクケミカルエッチングによって、アクティブウェーハを薄化し得る。

ブロック４０６では、アクティブウェーハに対する特定の設計に応じて、他の製造プロセスをアクティブウェーハに対して実施し得る。そのような製造プロセスの一つは、例えば誘電体の堆積である。

ブロック４０８では、接着剤エッチング溶液が、貫通シリコンビアを介して流れ、アクティブウェーハとキャリヤウェーハとの間の接着剤に達する。エッチング溶液は、接着剤を溶かし、アクティブウェーハがキャリヤウェーハからリリースされる。

続いてブロック４１０では、アクティブウェーハ、又はアクティブウェーハからスコーリングされた個々のダイに対してバックエンドアセンブリを行う。本開示の教示を用いる一般的なプロセスについて概説してきたが、製品の設計仕様に従って、設計パラメータを変更可能であることは認識されたい。

図５は、キャリヤ取り付け前のアクティブウェーハ及びキャリヤウェーハを示すブロック図である。キャリヤ取り付けの前においては、ブロック図５００に示されるように、アクティブウェーハ５０２とキャリヤウェーハ５１２とは別々のウェーハである。アクティブウェーハ５０２は、コンタクトパッド５０４と、スクライブライン５０８と、貫通シリコンビア５０６とを含む。接着剤５１４はキャリヤウェーハ５１２上に配置される。

図示されるように、貫通シリコンビア５０６は、アクティブウェーハ５０２の深さ方向にわたっては延伸しておらず、貫通シリコンビア５０６を製造するために選択されるプロセスに応じた深さまで延伸し得る。後の処理において、アクティブウェーハ５０２を、貫通シリコンビア５０６を露出するために薄化させ得る。一本のスクライブライン及び一つの貫通シリコンビアのみが図示されているが、より多くのものが存在し得る。

図６は、キャリヤ取り付け後のアクティブウェーハ及びキャリヤウェーハを示すブロック図である。キャリヤ取り付け後では、接着剤５１４によってアクティブウェーハ５０２がキャリヤウェーハ５１２に結合されていて、構造体６０２を形成している。構造体６０２は、アクティブウェーハ５０２の脆弱性を低減して、アクティブウェーハ５０２を損傷し得る製造プロセスに耐えられるようにする。

図７は、アクティブウェーハの薄化後のアクティブウェーハ及びキャリヤウェーハを示すブロック図である。製造中の多数のプロセスのうち一つにおいて、アクティブウェーハ５０２がアクティブウェーハ７０２に薄化される。アクティブウェーハ７０２の薄化は、化学機械研磨（ＣＭＰ）、プラズマエッチング、又は湿式エッチングによって実施し得る。アクティブウェーハ５０２の薄化は、アクティブウェーハ７０２を積層ＩＣ中の他の層と積層させることを含む後の製造プロセスを容易にする。更に、貫通シリコンビア５０６がアクティブウェーハ７０２の長さ方向に延伸していなかったのであれば、アクティブウェーハ５０２の薄化によって、エッチング溶液が流れるためのアクティブウェーハ７０２を介する経路ができる。

誘電体の堆積等の追加の製造プロセスをアクティブウェーハ７０２に対して実施し得る。こうした追加のプロセス中、スクライブライン５０８及び貫通シリコンビア５０６はマスクオフされ得る。

他の製造プロセスが完了した後に、接着剤５１４を溶かして、アクティブウェーハ７０２をキャリヤウェーハ５１２から外す。これは、本開示の一実施形態に従って、貫通シリコンビア５０６を介してエッチング溶液を流すことによって行われる。エッチング溶液は接着剤に接触して溶かす。

図８は、アクティブウェーハに対する他のプロセスが完了した後のアクティブウェーハ及びキャリヤウェーハを示すブロック図である。接着剤５１４が溶けた後、アクティブウェーハ７０２がキャリヤウェーハ５１２から分離される。アクティブウェーハ７０２は個々のダイにスコーリングされ得る。

図９は、ビアを介した接着剤リリースエッチング後のアクティブウェーハ及びキャリヤウェーハを示すブロック図である。アクティブウェーハ７０２は第一のダイ９０２及び第二のダイ９０４に切断されている。二つのダイのみが示されているが、アクティブウェーハ７０２は、より多くのダイに切断され得る。

貫通シリコンビアが埋め込まれたスクライブラインの利点として、ウェーハを介する接着剤エッチング溶液用の直接的な経路を提供することによるより簡単なキャリヤリリースが挙げられる。これは、後の製造又はパッケージングプロセスに悪影響を与える可能性のあるウェーハ上に残留物を低減する。更に、スクライブラインは、無駄であったスペースであり、貫通シリコンビアは、アクティブ回路用に利用可能な領域を減らすものではない。更に、貫通シリコンビアは、周知の製造プロセスによって形成されるので、既存のプロセス用の方法及びレシピを利用できる。また、貫通シリコンビアを形成するために基板の部分が既に除去されているので、貫通シリコンビアはウェーハをスコーリングする時間及び費用を低減する。上述の実施形態を用いて、３０μｍ以下もの薄さのアクティブウェーハを、そのアクティブウェーハの損傷の危険性を上昇させることなく、積層ＩＣにおいて使用することができる。

本願で開示されるような貫通シリコンビアは、ビア・ファースト、ビア・ラスト等の多様な既知の方法又はそれらの方法の組み合わせを用いて製造可能である。各方法においては、別々の複数のプロセスが使用され、当業者は、本開示の方法又はプロセスを応用することができる。従って、貫通シリコンビア及び接続される構成要素のサイズは、選択される方法及びプロセスに基づいて変化し得る。本開示は、貫通シリコンビアを形成することができる全ての方法及びプロセスにおける実現を意図したものである。

“貫通シリコンビア”との用語には、シリコンとの単語が含まれるが、貫通シリコンビアは必ずしもシリコンに構築されるものではない点に留意されたい。むしろ、その材料はあらゆるデバイス基板材料であり得る。

本開示及びその利点について詳述してきたが、添付の特許請求の範囲によって定められるような本開示の技術から逸脱することなく、多様な変形、置換及び代替がなされ得ることは理解されたい。更に、本願の範囲は、本明細書で説明される特定の実施形態のプロセス、機器、製造、材料組成、手段、方法、ステップに限定されるものではない。本開示から当業者には明らかなように、本願で説明される対応する実施形態と実質的に同じ機能を果たし又は実質的に同じ結果を達成する既存の又は将来開発されるプロセス、機器、製造、材料組成、方法、ステップが、本開示に従って利用可能である。従って、添付の特許請求の範囲は、そのようなプロセス、機器、製造、材料組成、手段、方法、ステップをその範囲内に含むものである。

２００ ウェーハ
２０２ ダイ
２０４ スクライブライン
２０６ 貫通シリコンビア

Claims (18)

1. 半導体ウェーハであって、
   前記半導体ウェーハからスコーリングされる複数のダイと、
   前記複数のダイの間のスクライブラインであって、貫通シリコンビアを備えるスクライブラインとを備えた半導体ウェーハ。
2. 前記スクライブラインが１０から５０マイクロメートルの深さのものである、請求項１に記載の半導体ウェーハ。
3. 前記貫通シリコンビアが３０から３００マイクロメートルの深さのものである、請求項１に記載の半導体ウェーハ。
4. 前記貫通シリコンビアが前記半導体ウェーハの深さ方向全体にわたって延伸している、請求項１に記載の半導体ウェーハ。
5. 前記複数のダイのうち少なくとも一つが、マイクロプロセッサの少なくとも一部分を備える、請求項１に記載の半導体ウェーハ。
6. 前記複数のダイのうち少なくとも一つが、通信デバイスの少なくとも一部分を備える、請求項１に記載の半導体ウェーハ。
7. 前記複数のダイがフリップチップである、請求項１に記載の半導体ウェーハ。
8. スクライブラインを有するアクティブウェーハを介して液体をキャリヤウェーハに輸送する方法であって、
   前記アクティブウェーハのスクライブライン内に貫通シリコンビアを形成するステップと、
   前記アクティブウェーハに前記液体を適用するステップとを備え、
   前記貫通シリコンビアが、該貫通シリコンビアを介して前記液体を流すように構成される、方法。
9. 前記液体を適用するステップが、前記アクティブウェーハにエッチング溶液を適用するステップを備える、請求項８に記載の方法。
10. 前記キャリヤウェーハを前記アクティブウェーハに接着している接着剤を溶かして、前記キャリヤウェーハを前記アクティブウェーハからリリースするステップを更に備えた請求項９に記載の方法。
11. 溶液を適用する前に前記アクティブウェーハを薄化して前記貫通シリコンビアを露出するステップを更に備えた請求項８に記載の方法。
12. 前記アクティブウェーハ上に誘電体を堆積させるステップを更に備えた請求項１１に記載の方法。
13. スクライブライン及び複数のダイを有するウェーハ上のダイのスコーリングを容易にする方法であって、
    前記ウェーハのスクライブライン内に貫通シリコンビアを形成するステップと、
    前記ウェーハをスコーリングするステップとを備えた方法。
14. 前記ウェーハをスコーリングするステップが、鋸を用いて前記スクライブラインを切断するステップを備える、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ウェーハをスコーリングするステップが、レーザを用いて前記スクライブラインを切断するステップを備える、請求項１４に記載の方法。
16. 複数のダイを有する半導体ウェーハであって、
    個々のダイを分離する手段と、
    前記個々のダイを分離する手段内に含まれる半導体ウェーハを介して液体を流す手段とを備えた半導体ウェーハ。
17. 前記液体を流す手段が、前記半導体ウェーハを介してエッチング溶液を流す手段を備える、請求項１６に記載の半導体ウェーハ。
18. 前記液体を流す手段が、貫通シリコンビアを備える、請求項１７に記載の半導体ウェーハ。