JP2020136431A - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体デバイスの製造方法および半導体デバイスに関する。 Embodiments of the present invention relate to a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device.
ウェーハ同士の接合により基板上に例えば光デバイスを形成する場合、半導体(化合物半導体)が必要な発光素子や受光素子が形成される部分以外の、基板上で大部分を占める光配線部等を形成する領域に接合された半導体は除去され、半導体材料の利用効率が悪い。この問題を解決する技術として、必要な部分にのみ且つ狙った位置に対する位置ずれを小さくして、半導体チップを基板に接合するCoW(Chip on Wafer)接合技術がある。 When, for example, an optical device is formed on a substrate by joining wafers to each other, an optical wiring portion or the like that occupies most of the substrate is formed other than a portion where a light emitting element or a light receiving element that requires a semiconductor (compound semiconductor) is formed. The semiconductor bonded to the region is removed, and the utilization efficiency of the semiconductor material is poor. As a technique for solving this problem, there is a CoW (Chip on Wafer) bonding technique for bonding a semiconductor chip to a substrate only in a necessary part and with a small displacement with respect to a target position.
本発明の実施形態は、基板に接合される半導体チップに反りが生じても、基板と半導体チップとの間に気泡が閉じ込められることによる半導体チップの剥がれを防止することを目的とする。 An object of the present invention is to prevent the semiconductor chip from peeling off due to trapping of air bubbles between the substrate and the semiconductor chip even if the semiconductor chip bonded to the substrate is warped.
本発明の実施形態によれば、半導体デバイスの製造方法は、基板の主面に溝を形成する工程と、前記溝が半導体チップのエッジを横切るように、前記半導体チップを前記基板の前記主面に接合する工程と、を有する。 According to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a groove on a main surface of a substrate and a process of forming the semiconductor chip on the main surface of the substrate so that the groove crosses an edge of the semiconductor chip. It has a step of joining to.
以下、適宜図面を参照しながら実施形態の説明を行っていく。説明の便宜のため、各図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、相対的な位置関係などで示す場合がある。また、同一または同様の要素には、同じ符号を付している。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings as appropriate. For convenience of explanation, the scale of each drawing is not always accurate and may be indicated by relative positional relationships. The same or similar elements are designated by the same reference numerals.
図13は、反りをもつ半導体チップ30のCoW接合を示す模式断面図である。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a CoW junction of the
接合対象の基板10の主面11に対して、半導体チップ30の中央部が凸状になる反りを半導体チップ30がもつ場合、半導体チップ30の端部が中央部よりも先に基板10に接合され、基板10と半導体チップ30との間に空気50が閉じ込められることとなる。その結果、接合面に気泡が入り、半導体チップ30が剥がれてしまう原因になり得る。
When the
そこで、図14(a)に示すように、例えば格子状の溝12を基板10の主面11に形成し、その溝12に半導体チップ30を重ねて接合する。溝12が半導体チップ30のエッジ30eを横切るようにすることで、接合面の気泡を溝12を通じて半導体チップ30の外側に逃がすことができる。
Therefore, as shown in FIG. 14A, for example, a grid-
半導体チップ30において溝12の上の部分は基板10によって支えられていないため、溝12が形成された領域には素子や配線を形成することが難しい。すなわち、図14(b)に示すように、基板10に接合された半導体チップ30から素子30aを作製可能な領域は、半導体チップ30を接合した領域のうち、溝12を除く領域となり、非連続の狭い領域となってしまう。また、素子30aと素子30aとの間に溝12があることで、素子30a間の配線の形成も困難である。
Since the upper portion of the
そこで、本発明の実施形態によれば、半導体チップの剥がれを防止し、さらに広いデバイス作製可能エリアを確保するためのCoW接合方法を提供する。 Therefore, according to the embodiment of the present invention, there is provided a CoW joining method for preventing the semiconductor chip from peeling off and securing a wider device manufacturing area.
図1は、実施形態に係る半導体デバイスの製造方法を示す模式斜視図である。 FIG. 1 is a schematic perspective view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment.
半導体ウェーハ20上で個片化された半導体チップ30を、後述するように溝が形成されたウェーハ状態の基板10の主面11における必要な位置に接合する。複数の半導体チップ30を基板10に接合した後、基板10上で半導体チップ30を加工し、必要に応じて電極や絶縁膜を形成して、基板10上に複数の素子30aを形成する。さらに、基板10上に素子30a間を接続する配線が形成される。
The
図2〜図4は、溝付き基板に半導体チップを接合し、その半導体チップから素子を形成する工程を表す模式断面図である。 2 to 4 are schematic cross-sectional views showing a process of joining a semiconductor chip to a grooved substrate and forming an element from the semiconductor chip.
図2に示すように、基板10の主面11に溝12が形成される。基板10は、例えばシリコン基板である。または、基板10はガラス基板であってもよい。
As shown in FIG. 2, a
例えば、基板10の主面11上で互いに直交する方向に延びる複数の溝12が形成される。
For example, a plurality of
このような溝12が形成された基板10の主面11に対して、図3に示すように、半導体チップ30を接合する。図5(a)は、図3におけるA−A断面図である。
As shown in FIG. 3, the
半導体チップ30は、例えば化合物半導体の材料層である。化合物半導体は、例えばIII-V族半導体である。
The
図3に示すように、複数の半導体チップ30が基板10の主面11に接合される。1つの半導体チップ30が主面11に接合された領域を素子領域15とする。主面11に複数の素子領域15が形成される。
As shown in FIG. 3, a plurality of
半導体チップ30は4つのエッジ(または辺)30eをもつ四角形状の平面形状を有する。そのエッジ30eを溝12が横切るように、半導体チップ30は溝12に重ねられる。図3に示す例では、4つの溝12がそれぞれ半導体チップ30の4つのエッジ30eに沿って、半導体チップ30の下に重なっている。
The
1つの半導体チップ30が重なる1つの素子領域15において、溝12の内側の領域は溝で分割されていない。1つの半導体チップ30において、溝12の内側の領域に重なる部分の面積は、溝12の外側に重なる部分の面積よりも広い。
In one
溝12は半導体チップ30の下に重なる素子領域15で交差している。溝12の交点と半導体チップ30の角30cとの間の距離d2は、溝12の交点と半導体チップ30の中心Cとの間の距離d1よりも短い。すなわち、溝12の交点は、半導体チップ30の中心Cよりも角30cの近くに位置する。
The
図3に示す例では、交点と交点とを結ぶ溝12は、半導体チップ30のエッジ30eの近傍でエッジ30eに沿って延びている。または、交点と交点とを結ぶ溝12は屈曲や蛇行していてもよい。
In the example shown in FIG. 3, the
溝12は、交点から半導体チップ30のエッジ30eを横切って半導体チップ30の外側に延びている。このため、半導体チップ30が図13に示すように凸状に沿っていても接合面に生じる気泡を溝12を通じて半導体チップ30の外側に逃がすことができる。半導体チップ30と基板10の主面11との間に気泡が閉じ込められず、半導体チップ30の剥がれを防ぐことができる。
The
また、1つの半導体チップ30に対して、そのエッジ30eの近くに溝12を制限することで、溝12の内側に、素子を形成できる領域を広く連続的に確保することができる。
Further, by limiting the
基板10の主面11に接合された半導体チップ30から、図4に示すように、基板10上に素子30aが形成される。図5(b)は、図4におけるB−B断面図である。
As shown in FIG. 4, the
素子30aは、例えば光素子である。ある素子領域15の半導体チップ30からは発光素子を形成することができ、別の素子領域15の半導体チップ30からは受光素子を形成することができる。同一の半導体チップ30(例えばIII-V族半導体エピタキシャル成長層)を用いて、同じ基板10上で発光素子も受光素子も形成できる。これは、材料および工程の削減を可能にする。
The
1つの半導体チップ30から複数の素子30aが形成される。基板10の主面11に接合された半導体チップ30において、素子30a以外の部分は除去される。図4に示す例では、半導体チップ30において、溝12の外側の領域に接合された部分は除去される。また、半導体チップ30において溝12の上の部分も除去される。
A plurality of
溝12は、連続した閉じたパターンであることに限らない。例えば、図6(a)に示すように、隣り合う素子領域15における隣り合う溝12に非連続部(溝12がない部分)13を形成することで、隣り合う素子領域15の素子同士を配線で接続することができる。
The
図6(a)に示す例では、2つの素子領域15のうち一方にはLD(Laser Diode)32が形成され、他方にはPD(Photo Detector)33が形成され、それらLD32とPD33とを接続する光導波路35が溝12の非連続部13を通って基板10上に形成されている。
In the example shown in FIG. 6A, an LD (Laser Diode) 32 is formed in one of the two
また、図6(b)に示すように、前述したように主面11に接合された半導体チップ30において、溝12の外側の領域にも半導体層を部分的に残して、素子(この例では、LD32やPD33)を形成してもよい。
Further, as shown in FIG. 6B, in the
図7は、基板10の主面11に形成した溝12の他のレイアウトを示す模式平面図である。
FIG. 7 is a schematic plan view showing another layout of the
半導体チップ30の4つの角30cの近くに、十字状の溝12が配置されている。この場合においても、溝12は半導体チップ30の下に重なる領域からエッジ30eを横切って半導体チップ30の外側に延びているため、接合面に生じる気泡を溝12を通じて半導体チップ30の外側に逃がすことができる。また、1つの半導体チップ30に対して、その角30cの近くに溝12を制限することで、素子を形成可能な領域を広く連続的に確保することができる。
A
図8は、溝を基板にではなく半導体チップに形成した例の模式平面図である。図9は、図8におけるC−C断面図である。 FIG. 8 is a schematic plan view of an example in which a groove is formed not on a substrate but on a semiconductor chip. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
半導体チップ30における基板10に対する接合面に、溝41が形成されている。溝41は、半導体チップ30のエッジ30eまで延びている。溝41の端がエッジ30eに開口している。例えば、溝41は半導体チップ30の4つのエッジ30eの近くでエッジ30eに沿って延びている。
A
半導体チップ30の溝41が形成された面が基板10の主面11に接合され、溝41の内側の領域(溝41で囲まれた領域)の半導体チップ30から、図10に示すように、素子30aが基板10上に形成される。この例では、半導体チップ30において溝41の外側の部分、および溝41が形成された部分は除去される。
The surface of the
溝41は半導体チップ30の下に重なる領域からエッジ30eまで延びているため、接合面に生じる気泡を溝41を通じて半導体チップ30の外側に逃がすことができる。また、1つの半導体チップ30に対して、そのエッジ30eおよび角30cの近くに溝41を制限することで、素子を形成可能な領域を広く連続的に確保することができる。
Since the
以上説明したCoW接合技術は、図11に示す例えばトランシーバなどの光集積回路に応用することができる。 The CoW bonding technique described above can be applied to an optical integrated circuit such as a transceiver shown in FIG.
前述した溝12が形成された基板10上に半導体チップ30を用いてLD32とPD33を形成する。LD32とPD33はそれぞれ、基板10の主面11における複数の溝12の間の領域に設けられている。
The LD32 and PD33 are formed on the
基板10上には、LD32とPD33を含むSi-optical回路60と、CMOS回路80が形成されている。Si-optical回路60は、その他に、SSC(Spot Size Converter)62、フィルター63、光変調器61、光導波路35を有する。光導波路35は、溝12が途切れた非連続部を横切っている。
A Si-
LD32から出力された光は光変調器61により変調されて、SSC62により基板10の外へ出力される。光は導波路35を伝搬する。受信側は、SSC62から基板10内に光が入力され、フィルター63を通り、PD33で検出される。LD32、PD33、および光変調器61は、電気配線64でCMOS回路80と接続され、CMOS回路80の電気信号によって動作制御される。
The light output from the
基板10に接合される半導体チップ30としては、半導体材料層のみの構造に限らず、半導体層に電極や絶縁膜が形成された構造でもよい。
The
図12(a)は、実施形態に係る半導体デバイスの他の例の模式平面図であり、(b)は、図12(a)におけるD−D断面図である。図12(a)において、前述した半導体チップ30が接合された素子領域15を2点鎖線で表す。
12 (a) is a schematic plan view of another example of the semiconductor device according to the embodiment, and FIG. 12 (b) is a sectional view taken along line DD in FIG. 12 (a). In FIG. 12A, the
この例においても、溝12が素子領域15から半導体チップ30のエッジ30eを横切って半導体チップ30の外側に延びている。このため、半導体チップ30が凸状に沿っていても接合面に生じる気泡を溝12を通じて半導体チップ30の外側に逃がすことができる。
Also in this example, the
この例のように、溝12は屈曲していてもよい。また、素子30aは、溝12をまたぐように形成してもよい。
As in this example, the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
10…基板、11…主面、12…溝、15…素子領域、20…半導体ウェーハ、30…半導体チップ、30a…素子、32…発光素子、33…受光素子、35…光導波路 10 ... substrate, 11 ... main surface, 12 ... groove, 15 ... element region, 20 ... semiconductor wafer, 30 ... semiconductor chip, 30a ... element, 32 ... light emitting element, 33 ... light receiving element, 35 ... optical waveguide
Claims (11)
前記溝が半導体チップのエッジを横切るように、前記半導体チップを前記基板の前記主面に接合する工程と、
を有する半導体デバイスの製造方法。 The process of forming a groove on the main surface of the substrate and
A step of joining the semiconductor chip to the main surface of the substrate so that the groove crosses the edge of the semiconductor chip.
A method for manufacturing a semiconductor device having.
前記複数の溝の交点と前記半導体チップの角との間の距離は、前記複数の溝の交点と前記半導体チップの中心との間の距離よりも短い請求項1記載の半導体デバイスの製造方法。 The plurality of grooves intersect at a region overlapping the semiconductor chip,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the distance between the intersection of the plurality of grooves and the corner of the semiconductor chip is shorter than the distance between the intersection of the plurality of grooves and the center of the semiconductor chip.
前記半導体チップを前記基板に接合した後、前記素子領域に前記半導体層を含む素子を形成し、前記半導体層における前記素子以外の部分を除去する請求項3記載の半導体デバイスの製造方法。 The semiconductor chip includes a semiconductor layer and includes a semiconductor layer.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein after the semiconductor chip is bonded to the substrate, an element including the semiconductor layer is formed in the element region, and a portion of the semiconductor layer other than the element is removed.
前記素子は光素子である請求項5記載の半導体デバイスの製造方法。 The semiconductor layer is a compound semiconductor layer.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the element is an optical element.
前記非連続部に、前記光素子と接続する光導波路を形成する請求項6記載の半導体デバイスの製造方法。 There is a discontinuous portion in the adjacent groove in the plurality of element regions in which the plurality of semiconductor chips are joined to the main surface of the substrate.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein an optical waveguide connected to the optical element is formed in the discontinuous portion.
前記主面における前記複数の溝の間の領域に設けられた半導体層を含む素子と、
を備えた半導体デバイス。 A substrate having a main surface and a plurality of grooves formed on the main surface,
An element including a semiconductor layer provided in a region between the plurality of grooves on the main surface, and
Semiconductor device equipped with.
前記素子は光素子である請求項9記載の半導体デバイス。 The semiconductor layer is a compound semiconductor layer.
The semiconductor device according to claim 9, wherein the element is an optical element.
前記非連続部に、前記光素子と接続する光導波路が設けられた請求項10記載の半導体デバイス。 A discontinuous portion is formed in the adjacent grooves,
The semiconductor device according to claim 10, wherein an optical waveguide connected to the optical element is provided in the discontinuous portion.
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