JP2014053351A - ウエーハの加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエーハが極めて薄く研削されてもゲッタリング効果を維持する。
【解決手段】デバイスが形成され、各デバイスから埋め込み電極が埋設されるとともに、外周縁に面取り部を有するウエーハ11を個々のデバイスに分割する加工方法であって、ウエーハ11の裏面からレーザービームの集光点をウエーハ11内部に位置付けて照射し、埋め込み電極の深さを超えてウエーハ11内部に改質層33を形成して金属イオンを捕獲するゲッタリング層とする工程と、埋め込み電極が裏面に露出しない程度にウエーハ11の裏面を研削して薄化する工程と、裏面からウエーハ11をエッチングして埋め込み電極をウエーハ11の裏面から突出させて貫通電極とする工程と、ウエーハ11の裏面に絶縁膜を被覆する工程と、貫通電極を除去して絶縁膜から露出させるとともに貫通電極の頭を絶縁膜と同一面に仕上げる工程と、各貫通電極の頭にバンプを配設する工程と、を含む。
【選択図】図6
【解決手段】デバイスが形成され、各デバイスから埋め込み電極が埋設されるとともに、外周縁に面取り部を有するウエーハ11を個々のデバイスに分割する加工方法であって、ウエーハ11の裏面からレーザービームの集光点をウエーハ11内部に位置付けて照射し、埋め込み電極の深さを超えてウエーハ11内部に改質層33を形成して金属イオンを捕獲するゲッタリング層とする工程と、埋め込み電極が裏面に露出しない程度にウエーハ11の裏面を研削して薄化する工程と、裏面からウエーハ11をエッチングして埋め込み電極をウエーハ11の裏面から突出させて貫通電極とする工程と、ウエーハ11の裏面に絶縁膜を被覆する工程と、貫通電極を除去して絶縁膜から露出させるとともに貫通電極の頭を絶縁膜と同一面に仕上げる工程と、各貫通電極の頭にバンプを配設する工程と、を含む。
【選択図】図6
Description
本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハの加工方法に関する。
近年、半導体デバイスの高集積化、高密化、小型化、薄型化を達成するために、MCP(マルチ・チップ・パッケージ)やSIP(システム・イン・パッケージ)といった複数の半導体チップを積層した積層型半導体パッケージが提案されている。
このような積層型半導体パッケージは、インターポーザと呼ばれるパッケージ基板上に複数の半導体チップを積層することで形成される。一般的には、インターポーザと半導体チップの電極同士、或いは複数積層した半導体チップの電極同士を、金線ワイヤで電気的に結線した後、半導体チップをインターポーザに樹脂でモールド封止することで積層型半導体パッケージが製造される。
ところがこの方法では、半導体チップの電極にボンディングされた金線ワイヤは、半導体チップの外周余剰領域に張り出す形となるために、パッケージサイズは半導体チップよりも大きくなってしまうという問題があった。
また、樹脂でモールド封止する際に金線ワイヤが変形して断線や短絡が生じたり、モールド樹脂中に残存した空気が加熱時に膨張して半導体パッケージの破損を招いたりするという問題があった。
そこで、半導体チップ内に、半導体チップを厚み方向に貫通して半導体チップの電極に接続する貫通電極(Via電極)を設け、半導体チップを積層するとともに貫通電極を接合させて電気的に結線する技術が提案されている(例えば、特開2004−207606号公報及び特開2004−241479号公報参照)。
この方法では、シリコンウエーハの表面に複数の半導体デバイスが形成され、各半導体デバイスからは半導体デバイスの電極に接続されてシリコンウエーハの裏面側に伸長する複数の埋め込み銅電極(銅ポスト)が形成された所謂TSV(Through Silicon Via)ウエーハを利用する。
埋め込み銅電極は半導体チップの仕上がり厚さ以上の高さを有し、研削装置でウエーハの裏面を研削及び研磨して埋め込み銅電極が裏面から露出する寸前の厚さまでウエーハを薄化する。その後、シリコンウエーハだけを選択的にエッチングすることでウエーハの裏面から埋め込み銅電極の先端を突出させ貫通電極とする。
このような加工方法で形成されるウエーハはその厚さが30μm等という極薄ウエーハとなる。そのためウエーハの強度が低下するが、できるだけその強度を上げるためCMP(Chemical Mechanical Polishing)等により研削面を鏡面状態に研磨して研削歪を除去する。
しかし、研削歪が除去されることで、研削歪層が有していたゲッタリング効果が焼失してしまうという問題が発生する。ゲッタリング効果とは、半導体デバイスウエーハや光デバイスウエーハ等の製造工程中、これらのウエーハに含有された重金属を主とする不純物をウエーハのデバイスの形成されたデバイス領域以外の領域で補足して、デバイスを不純物による汚染から守る効果である。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウエーハが極めて薄く研削されてもゲッタリング効果を維持することのできるウエーハの加工方法を提供することである。
本発明によると、表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれデバイスが形成され、該各デバイスからウエーハの仕上がり厚さ以上の深さに至る複数の埋め込み電極が埋設されるとともに、外周縁に面取り部を有するウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、ウエーハの外周縁に切削ブレードを位置づけてウエーハを表面側から仕上げ厚さを越えて円形に切削し、又はウエーハを裏面側から円形に完全切断して面取り部を除去する面取り部除去工程と、該面取り部除去工程を実施する前又は後に、ウエーハの表面に樹脂を介してキャリアプレートを配設するキャリアプレート配設工程と、該キャリアプレート配設工程を実施した後、ウエーハの裏面から該複数の埋め込み電極の先端の深さを検出する埋め込み電極検出工程と、該埋め込み電極検出工程を実施した後、ウエーハの裏面からウエーハに対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点をウエーハ内部に位置付けて照射し、該埋め込み電極の深さを超えてウエーハ内部に改質層を形成して該改質層を金属イオンを捕獲するゲッタリング層とするゲッタリング層形成工程と、該埋め込み電極が裏面に露出しない程度にウエーハの裏面を研削して薄化する裏面研削工程と、該裏面研削工程を実施した後、ウエーハの裏面からウエーハをエッチングして該埋め込み電極をウエーハの裏面から突出させて貫通電極とするエッチング工程と、該エッチング工程を実施した後、ウエーハの裏面に絶縁膜を被覆する絶縁膜被覆工程と、該絶縁膜被覆工程を実施した後、ウエーハの裏面から突出した該貫通電極を除去して該絶縁膜から露出させるとともに該貫通電極の頭を該絶縁膜と同一面に仕上げる仕上げ工程と、該仕上げ工程を実施した後、該各貫通電極の頭にバンプを配設するバンプ配設工程と、該バンプ配設工程を実施した後、ウエーハの裏面にダイシングテープを貼着するとともにウエーハの表面から該キャリアプレートを取り外し、ウエーハを該ダイシングテープに移し替える移し替え工程と、該移し替え工程を実施した後、ウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程と、を含むことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
本発明のウエーハの加工方法によると、裏面研削で研削除去されない深さのウエーハ内部、即ち裏面から見て埋め込み電極の深さを超えた位置にウエーハに対して透過性を有する波長のレーザービームを照射してウエーハ内部に改質層を形成することで、この改質層が金属イオン等の不純物を捕獲するゲッタリング層として作用する。従って、極薄となったウエーハの安定化や機能向上が得られるという効果を容易に得ることができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1(A)を参照すると、本発明加工方法の加工対象となるバンプ付き埋め込み銅電極を有する半導体ウエーハ11の斜視図が示されている。図1(B)はその縦断面図である。
図1に示す半導体ウエーハ11は、例えば厚さが700μmのシリコンウエーハからなっており、表面11aに複数の分割予定ライン(ストリート)13が格子状に形成されているとともに、複数の分割予定ライン13によって区画された各領域にIC、LSI等のデバイス15が形成されている。
図1(B)に示すように、半導体ウエーハ11に形成された各半導体デバイス15からはデバイスの仕上がり厚さt1以上の深さに埋め込まれた複数の埋め込み銅電極21が裏面11b側に伸長している。各埋め込み電極21の上端にはバンプ23が接合されている。電極21を他の導体材料から形成しても良い。
このように構成された半導体ウエーハ(以下単にウエーハと略称することがある)11は、図1(A)に示されているように、複数の半導体デバイス15が形成されているデバイス領域17と、デバイス領域17を囲繞する外周余剰領域19をその表面11aに備えている。また、図1(B)に示すように、ウエーハ11の外周部には円弧状の面取り部11eが形成されている。
本発明のウエーハの加工方法では、まず、ウエーハ11の面取り部11eを除去する面取り部除去工程を実施する。この面取り部除去工程では、図2に示すように、切削装置のチャックテーブル10でウエーハ11を吸引保持する。
図2において、12は切削装置の切削ユニットであり、スピンドルハウジング14中にスピンドル16が回転可能に支持されており、スピンドル16の先端部には切削ブレード18が装着されている。
この面取り部除去工程では、高速回転する切削ユニット12の切削ブレード18をウエーハ11の面取り部11eに表面11a側から所定深さ切り込ませ、チャックテーブル10を低速で回転させて、図3に示すように、ウエーハ11の外周部に円形の段差部11fを形成する。
この面取り部除去工程での切削ブレード18の切り込み深さは、少なくともウエーハ11の表面11aからウエーハ11の仕上げ厚みを越える深さであり、例えば深さ100μm程度の円形の段差部11fを形成する。切削ブレード18としては、例えば厚さが1〜2mm程度のワッシャーブレードを使用するのが好ましい。
図2に示した面取り部除去工程は、切削ブレード18をウエーハ11の面取り部11eに切り込ませて実施しているが、研削ホイールの研削砥石をウエーハ11の面取り部11eに当接させて研削により面取り部11eの一部又は全てを除去するようにしてもよい。
完全切断(フルカット)によって面取り部を全て除去しても良い。その場合、キャリアプレート配設工程の後に面取り部除去工程を実施する。フルカットはウエーハ11の裏面11b側から実施しても良い。
面取り部除去工程実施後のウエーハ11の断面図が図3に示されている。円形の段差部11fは少なくともウエーハ11の表面11aからウエーハ11の仕上げ厚みを越える深さであり、例えばウエーハ11の表面11aから100μm程度の深さを有している。
面取り部除去工程を実施した後、図4に示すように、ウエーハ11の表面11aに接着性を有する樹脂27を介してキャリアプレート25を配設するキャリアプレート配設工程を実施する。樹脂27は接着剤として作用し、キャリアプレート25はウエーハ11の表面11aに樹脂27により貼着される。
キャリアプレート25は、例えば一様な厚みを有するシリコンウエーハ、又はガラス等から形成されている。本実施形態ではキャリアプレート25はガラスから形成されているものとして図示している。樹脂27の厚みは例えば20μm程度が好ましい。
キャリアプレート配設工程実施後、ウエーハ11の裏面11bから埋め込み銅電極21の先端の深さを検出する埋め込み銅電極検出工程を実施する。この埋め込み銅電極検出工程は、例えば図5に示すように、研削装置のチャックテーブル20でキャリアプレート25を吸引保持し、赤外線カメラ(IRカメラ)22でウエーハ11をその裏面11b側から撮像することにより実施する。
赤外線はシリコンウエーハ11を透過するため、IRカメラ22の焦点を変化させてそれぞれウエーハ11の表面11a、埋め込み銅電極21の先端及びウエーハ11の裏面11bに焦点を結ばせてその焦点距離を検出することにより、ウエーハ11の表面11a、埋め込み銅電極21の先端及びウエーハ11の裏面11bの高さを検出することができ、埋め込み銅電極21先端のウエーハの裏面11bからの深さを検出することができる。
IRカメラ21を矢印A方向に移動させながらウエーハ11を撮像して、全て又は複数の埋め込み銅電極21の深さを検出し、この検出した値を研削装置のコントローラに配設されたメモリに格納する。
埋め込み銅電極検出工程実施後、図6に示すように、レーザー加工装置のチャックテーブル20でキャリアプレート25を吸引保持し、ウエーハ11の裏面11bを露出させる。
そして、ウエーハ11の裏面11bからウエーハ11に対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点を集光レンズ26を有する集光器24でウエーハ11の内部に位置付けて照射し、埋め込み銅電極21の深さを超えてウエーハ内部に改質層33を形成して、この改質層33を金属イオンを捕獲するゲッタリング層とするゲッタリング層形成工程を実施する。ゲッタリング層形成工程実施後のウエーハ11の断面図が図7に示されている。
ゲッタリング層形成工程実施後、埋め込み銅電極21がウエーハ11の裏面11bに露出しない程度にウエーハ11の裏面11bを研削して薄化する裏面研削工程を実施する。この裏面研削工程では、図8に示すように、研削装置のチャックテーブル36でキャリアプレート25を吸引保持し、ウエーハ11の裏面11bを露出させる。
図8において、研削装置の研削ユニット24は、図示しないモータにより回転駆動されるスピンドル26と、スピンドル26の先端に固定されたホイールマウント28と、ホイールマウント28に着脱可能に装着された研削ホイール30とを含んでいる。研削ホイール30は、環状のホイール基台32と、ホイール基台32の下端部外周に固着された複数の研削砥石34とから構成される。
この裏面研削工程では、チャックテーブル36を矢印aで示す方向に例えば300rpmで回転しつつ、研削ホイール30を矢印bで示す方向に例えば6000rpmで回転させるとともに、図示しない研削ユニット送り機構を駆動して研削ホイール30の研削砥石34をウエーハ11の裏面11bに接触させる。
そして、研削ホイール30を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りする。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージでウエーハ11の厚みを測定しながら、図9に示すように、埋め込み銅電極21の先端がウエーハ11の裏面11bに露出する寸前の厚さまでウエーハ11を研削する。この後にゲッタリング層形成工程を実施しても良い。
裏面研削工程実施後、ウエーハ11の裏面11bからウエーハ11を選択的にエッチングして、図10に示すように、埋め込み銅電極21をウエーハ11の裏面11bから突出させて貫通電極とするエッチング工程を実施する。このエッチング工程は、例えばプラズマエッチングにより実施するのが好ましい。
エッチング工程実施後、図11に示すように、ウエーハ11の裏面11bに絶縁膜29を被覆する絶縁膜被覆工程を実施する。この絶縁膜被覆工程により、ウエーハ11の裏面11bのみならず貫通電極21の先端面にも絶縁膜29が被覆される。
絶縁膜被覆工程実施後、ウエーハ11の裏面11bから突出した部分の貫通電極21を除去して絶縁膜29から貫通電極21を露出させるとともに貫通電極21の頭を絶縁膜29と同一面に仕上げる仕上げ工程を実施する。
本実施形態では、この仕上げ工程を化学的機械研磨法、所謂CMP(Chemical Mechanical Polishing)で実施する。CMPは研磨パッドと被研磨物との間に研磨液(スラリー)を供給しつつ、研磨パッドと被研磨物とをそれぞれ回転させながら相対的に摺動することで遂行される。研磨パッドとしては一般的に不織布が使用され、例えばシリカ等の浮遊砥粒を含んだ研磨液(スラリー)を供給しながら研磨パッドで被研磨物の表面を研磨する。
本実施形態では、研磨液(スラリー)を供給しながら研磨パッドを絶縁膜29に当接させてウエーハ11と研磨パッドとを相対的に摺動することで、貫通電極21に被覆された絶縁膜29と貫通電極21の突出部とを選択的に研磨し、図12に示すように、貫通電極21を絶縁膜29から露出させるとともに貫通電極21の頭を絶縁膜29と同一面に仕上げる。
CMPによる仕上げ工程実施後、図13に示すように、貫通電極21の頭にバンプ21を配設するバンプ配設工程を実施する。バンプ31は例えば半田等から構成され、半田からなるバンプ31を貫通電極21の頭に接合する。
バンプ配設工程実施後、図14に示すように、ウエーハ11の裏面11bにダイシングテープTを貼着するとともに、ウエーハ11の表面11aからキャリアプレート25を取り外し、ウエーハ11をダイシングテープTに移し替える移し替え工程を実施する。ダイシングテープTの外周部は環状フレームFに貼着されている。これにより、ウエーハ11はダイシングテープTを介して環状フレームFに支持された形態となる。
この形態でウエーハ11を図示を省略した切削装置のチャックテーブルにダイシングテープTを介して吸引保持し、切削ブレードでウエーハ11を分割予定ライン13に沿ってダイシングテープTに至るまで切削し、ウエーハ11を個々のデバイス15に分割する。各デバイス15は、両端にバンプ23,31が接合された複数の貫通電極21を有している。
上述した実施形態のウエーハの加工方法によると、裏面研削で研削除去されない深さのウエーハ内部、即ち裏面から見て埋め込み銅電極の深さを超えない位置にウエーハに対して透過性を有する波長のレーザービームで改質層を形成することで、この改質層を金属イオン等の不純物を捕獲するゲッタリング層として作用させる。従って、極薄となったウエーハの安定化や機能向上が得られるという効果を奏する。
11 半導体ウエーハ
11e 面取り部
13 分割予定ライン
15 デバイス
18 切削ブレード
21 埋め込み銅電極(貫通電極)
22 IRカメラ
23,31 バンプ
24 集光器
25 キャリアプレート
29 絶縁膜
30 研削ホイール
33 改質層
34 研削砥石
T ダイシングテープ
F 環状フレーム
11e 面取り部
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18 切削ブレード
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24 集光器
25 キャリアプレート
29 絶縁膜
30 研削ホイール
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T ダイシングテープ
F 環状フレーム
Claims (1)
- 表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれデバイスが形成され、該各デバイスからウエーハの仕上がり厚さ以上の深さに至る複数の埋め込み電極が埋設されるとともに、外周縁に面取り部を有するウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、
ウエーハの外周縁に切削ブレードを位置づけてウエーハを表面側から仕上げ厚さを越えて円形に切削し、又はウエーハを裏面側から円形に完全切断して面取り部を除去する面取り部除去工程と、
該面取り部除去工程を実施する前又は後に、ウエーハの表面に樹脂を介してキャリアプレートを配設するキャリアプレート配設工程と、
該キャリアプレート配設工程を実施した後、ウエーハの裏面から該複数の埋め込み電極の先端の深さを検出する埋め込み電極検出工程と、
該埋め込み電極検出工程を実施した後、ウエーハの裏面からウエーハに対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点をウエーハ内部に位置付けて照射し、該埋め込み電極の深さを超えてウエーハ内部に改質層を形成して該改質層を金属イオンを捕獲するゲッタリング層とするゲッタリング層形成工程と、
該埋め込み電極が裏面に露出しない程度にウエーハの裏面を研削して薄化する裏面研削工程と、
該裏面研削工程を実施した後、ウエーハの裏面からウエーハをエッチングして該埋め込み電極をウエーハの裏面から突出させて貫通電極とするエッチング工程と、
該エッチング工程を実施した後、ウエーハの裏面に絶縁膜を被覆する絶縁膜被覆工程と、
該絶縁膜被覆工程を実施した後、ウエーハの裏面から突出した該貫通電極を除去して該絶縁膜から露出させるとともに該貫通電極の頭を該絶縁膜と同一面に仕上げる仕上げ工程と、
該仕上げ工程を実施した後、該各貫通電極の頭にバンプを配設するバンプ配設工程と、
該バンプ配設工程を実施した後、ウエーハの裏面にダイシングテープを貼着するとともにウエーハの表面から該キャリアプレートを取り外し、ウエーハを該ダイシングテープに移し替える移し替え工程と、
該移し替え工程を実施した後、ウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程と、
を含むことを特徴とするウエーハの加工方法。
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