JP3992308B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置およびその製造方法、より詳しくは、半導体ウェハから各々の素子に分割しチップ化する技術に関し、特に半導体ウェハをダイシング・ブレードにて切断、分離する製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ダイオードなどの半導体チップの表裏両面に電極を有する有極性素子には表面側の電極としてバンプが用いられることがよくある。このようなバンプを有する半導体チップは、組立の準備に際して、バンプのある表面側を上向きにして整列され、まとめてコレットで吸着されてリードフレーム等への半田付工程に送られ、組み立てられる。
上記バンプは作業効率を向上させるため、半導体ウェハを切断してペレット状態とする前に、電気メッキによりあらかじめ半導体ウェハ上に形成され、このバンプの形成された状態で半導体ウェハが切断される。
半導体ウェハの切断は、従来のダイシング法と呼ばれる回転刃を持つカッターでウェハー表面を切削し分離することにより行われる。
図５は半導体チップに切断、分離する以前の半導体ウェハ１２を示したものであり半導体ウェハ１２の表面には所定の処理をしてバンプ電極１１がスクライブライン１０によって碁盤目状に仕切られた個々の半導体チップＡごとに形成されている。
図６（ａ）および図６（ｂ）は図５の一部拡大断面図であり半導体ウェハ１２の切断時における様子を示す。各図において１１はバンプ電極、１２は半導体ウェハ、１３は粘着テープ、１５はダイシング・ブレード、１６はＸ−Ｙテーブル、１７は吸引穴を示す。
図６（ａ）はバンプ付きの半導体ウェハ１２のハーフ・カッティング中の様子を示す断面図で、粘着テープ１３上に接着した半導体ウェハ１２をＸ−Ｙテーブル１６上に載せ、吸引穴１７を通じて吸着した上で、高速回転させたダイシング・ブレード１５により、半導体ウェハ１２の中程の深さでカッティングするもので、次工程にてブレーキングすることにより、半導体チップＡ単体に分割する。
図６（ｂ）は、バンプ付きの半導体ウェハ１２のスルーカッティング中の様子を示す断面図で、Ｘ−Ｙテーブル１６上に吸着させた半導体ウェハ１２を、ダイシング・ブレード１５により、粘着テープ１３にまで達する深さでカッティングするもので、次工程のブレーキングが不要になる利点がある。
いずれにせよ、このような方法で半導体ウェハ１２を切断、分離して多数個の半導体チップＡを得ることができる。
次に、切断、分離された多数個の半導体チツプは、その上面に形成された接続用のバンプ１１が同時に上向きになるように、図７に示す整列治具を用いて、一度に整列される。図７は整列治具の斜視図、図８は図７のＢ−Ｂ断面図、図９は図８の要部拡大図である。
図において符号２０は、整列治具を示し、この整列治具２０は、内部を管路２１を介して真空ポンプ２２等の真空発生源に接続した上面開放型のボックス２３を備え、該ボックス２３の上面には、ベース板２４と、金属製の薄板２５と、整列板２６とが三層状に重ね合わせて配設されている。
そして、前記整列板２６には、上面に接続用のバンプ１１を突出したバンプ付き半導体チップＡが一個だけ嵌まる内径寸法に構成した多数個の整列孔２９を穿設する一方、前記ベース板２４には、前記各整列孔２９内を前記ボックス２３内に連通する通孔３０を、前記各整列孔２９の箇所ごとに穿設する。
また、前記薄板２５のうち、前記各整列孔２９内にのぞむ部分のみに、前記整列孔２９と通孔３０とを連通する微小通孔３１を複数個ずつ穿設する。
この構成において、整列治具２０を、図示しない振動治具によって振動した状態で、整列板２６の上面に多数個のバンプ付き半導体チップＡを供給して、ボックス２３内を真空吸引すると、整列板２６の上面における多数個のバンプ付き半導体チップＡは、当該整列板２６に穿設した各整列孔２９内に一個ずつ嵌まり込むことになる。
この場合において、バンプ付き半導体チップＡが、各整列孔２９内に、図９の左側に示すように、そのバンプ１１が上向きになった状態で嵌まり込むと、当該バンプ付き半導体チップＡは、薄板２５における複数個の微小通孔３１を塞ぐことにより、薄板２５の上面に対して真空吸着された状態に保持される。
しかし、バンプ付き半導体チップＡが、各整列孔２９内に、図９の右側に示すように、そのバンプ１１が下向きになった状態で嵌まり込むと、当該半導体チップＡは、薄板２５における複数個の微小通孔３１の全部を塞ぐことにならず、前記薄板２５の上面に対して真空吸着されない。
そこで、当該バンプ付き半導体チップＡを、更に振動させることによって、やがてバンプ１１が上向きになるように反転し、従って、図９の左側に示すように、薄板２５の上面に対して真空吸着されることになるから、多数個のバンプ付き半導体チップＡを、そのバンプ１１を上向きになるように整列させることができる。
このような構成において、整列板２６の上面に多数個のバンプ付き半導体チップＡを供給して、振動を付与した状態でボックス２３内を真空吸引することにより整列板２６の上面における多数個のバンプ付き半導体チップＡを整列板２６に穿設した各整列孔２９内の各々に一個ずつ嵌め込むことができ、最終的にすべての半導体チップＡのバンプ１１が上向きになるように整列させることができる。整列された各半導体チップＡは整列治具２０の真空吸引を停止して、図示しないコレットで吸着され、あらかじめ半田ペーストが滴下されたフレーム上に載置された後、加熱炉を通して半田付けで固定され、樹脂モールドして組み立てられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記半導体チップＡの上面に電気メッキにより前記バンプ１１を形成したとき、前記半導体チップＡがショットキー障壁形ダイオードなどである場合には、バンプ１１の形成前と形成後で特性が変化してしまうという問題が生じていた。
図１０はショットキー障壁形ダイオードの半導体チップの要部拡大断面図である。半導体ウェハ１２のシリコン基板の所要個所に、Ｎ形拡散層３３、Ｐ形拡散層３２および酸化膜３４が形成された後、ウェハ表面の表、裏にそれぞれニッケルなどの金属で電極３５、３６が形成され、電極３５上に電気メッキによりバンプ１１が形成された構造となっている。
そして、半導体チップが大型である場合には、上記バンプ１１の形成によりＰ形拡散層３２を中心にクラックが誘発されることも経験的にわかってきた。特に、発生したクラックが酸化膜３４に達した場合には半導体チップとしての信頼度を低下させることは明らかである。
これらのことは、ショットキー障壁形ダイオードなどにおいては、金属と半導体との接触面に垂直に圧力を与えると、順逆両方向ともに電流が増し、素子の特性が変化することが知られている（「半導体工学」―基礎からデバイスまで―東京電機大学出版局、小林保正他１９９０年２４８頁〜２５１頁）ことから、バンプ形成により素子に何らかの応力が作用するものと考えられる。すなわち、バンプ１１を形成した場合、電極３５にバンプメッキ層の表面方向（Ｑ方向）の応力が働き、その結果、Ｎ形拡散層３３と電極３５との接触面に垂直方向（Ｍ方向）からの圧力が加わってショットキー障壁形ダイオードの抵抗値が変化すると考えられる。
そこで、バンプ形成による半導体ウェハの反りをみてみると、半導体ウェハに電気メッキによってバンプを形成した場合、バンプ無しの半導体ウェハに比べて、著しくウェハが反るということがわかった。
図１１は半導体ウェハの反りを測定するための説明図である。図１１に示す半導体ウェハの中心Ｂとその水平方向における周辺Ｃの２点の測定ポイントの高さを測ることでウェハの反りａを求めた。半導体ウェハのウェハ径を４インチ、ウェハ厚２６０μｍ、各半導体チップのサイズを１．１mm角のダイオードとして、高さ４０μｍのＡｇバンプを電気メッキにより各半導体チップ上に形成した場合における前記反りａの測定結果は表１の通りであった。
χは反りａの平均値、σｎは標準偏差である。
【表１】

これらのデータから半導体チップの表面に電気メッキによりバンプを形成した場合には、半導体チップの表面に応力が働き、その結果として法線方向の圧力が加わって、ショットキー障壁形ダイオードの特性を変化させたり、クラックを誘発したりすることが推測される。
そこで本発明は、半導体チップの製造過程において、該半導体チップの基板面に電気メッキによるバンプなどの突出部を設けないで、特性を変化させたり、クラックを誘発させたりすることなく、かつ一度に多数個の該半導体チップを整列治具で上向きに整列させることができる半導体装置の製造方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明により提供される半導体装置は、基板の上面側周囲が削られて段差が形成されることによって設けられた突出部と、上記突出部の上面に形成された平板状の電極と、
を備えた半導体チップからなる半導体装置であって、上記半導体チップは、整列治具において真空吸着されながら振動を受けた場合、上記突出部が上向きになるように上下に反転自在なように、上記突出部の上記基板の厚さに対する突出比率が設定されていることを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
上記の製造方法によれば、従来、半導体チップの基板面に電気メッキなどの方法により設けられていたバンプ形状の突出部を半導体チップの形状自体を突出部を有する形状に加工することにより形成することができるので、特にバンプを形成する必要がなくなる。よって、従来のようにバンプを半導体チップの表面に形成する場合に比べてショットキー障壁形ダイオードなどの半導体素子の特性が変化することを防止できる。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明の一実施として、ダイオードの製造方法について、図面を参照して説明する。
尚、以下の記述において、従来技術で用いたのと同一の構成部材は同一の参照符号で表示する。
図１は本発明の製造方法の一実施例を示す半導体ウェハの切断時における要部断面図である。１は半導体ウェハ上に形成された上面電極、２は分割される半導体チップである。Ｌは半導体ウェハのスクライブ領域におけるダイシング幅であり、ダイシング・ブレード１５の厚さＷとほぼ同じ広さに設定されており、ダイシング・ブレード１５は、その先端部で厚さがωに狭められ薄く形成されている。粘着テープ１３上に接着した半導体ウェハ１２をＸ−Ｙテーブル１６上に載置して吸引穴１７を通じて真空吸着して固定する。
次に、高速回転させたダイシング・ブレード１５を半導体ウェハ１２上に接触させ、粘着テープ１３に達する深さまでカッティングしてゆく。この際、ダイシング・ブレード１５の外周部の厚さがＷからωに階段状に薄くなっているので半導体チップ２の基板上面の周囲部には段差Ｋが形成される。
図２はこのような方法で半導体ウェハ１２を切断、分離することにより得られた多数個の半導体チップ２の概略斜視図である。半導体チップ２の基板上面の周囲部は、その四方が削られ段差Ｋが形成されているため半導体チップ全体としては、従来方法によるバンプ形状の突出部と同様の突出部３が設けられる。
このように一回のダイシング工程で半導体チップ基板の上面四方が階段状に削られた形状を有するようになるので、特に工程を増やすことなく、バンプ形成のためのメッキ工程を削減することができる。
次に切断、分離された多数個の半導体チップ２は、その上面に形成された前記突出部３が同時に上向きになるように、従来と同様の整列治具を用いて、一度に整列される。図３は従来と同様の整列治具の要部拡大図であり、半導体チップ２が一個ずつ嵌まり込む様子を示す説明図である。
半導体チップ２が整列治具２０の各整列孔２９内に図３の左側に示すように、その突出部３が上向きになった状態で嵌まり込むと当該半導体チップ２は従来と同様に薄板２５における複数個の微小通孔３１を塞ぐことにより薄板２５の上面に対して真空吸着された状態に保持される。
しかし、半導体チップ２が、各整列孔２９内に、図３の右側に示すようにその突出部３が下向きになった状態で嵌まり込むと、当該半導体チップ２は、薄板２５における複数個の微小通孔３１の全部を塞ぐことにならず、前記薄板２５の上面に対して真空吸着されない。
そこで当該半導体チップ２を、更に振動させることによって、やがて突出部３が上向きになるように反転し、従って、図３の左側に示すように、薄板２５の上面に対して真空吸着されるようにすることができる。
ここで半導体ウェハのウェハ径を４インチ、ウェハ厚２６０μｍ、各半導体チップのサイズを１．１mm角とし、スクライブ領域の幅Ｌおよびダイシング・ブレードの広い方の厚さＷを１９０μｍ、狭い方の厚さωを３０μｍ、突出部３の高さを８０μｍに設定して実施してみたところ、最終的にほとんどすべての半導体チップ２を、その突出部３を上向きになるように整列させることができ、従来の方法におけると同様の効果が得られた。半導体チップ２が外部からの振動により上下に反転自在になるかどうかは、特に半導体ウェハの厚さに対する突出部３の高さに依存することが多く、実験上、ウェハ厚２６０μｍに対する突出部の高さ８０μｍ乃至１２０μｍが突出比率として最適であることが確認されている。
図４は半導体チップ２の組立工程を示す説明図である。整列された各半導体チップ２は図示しないコレットで吸着され、図４に示される通り従来と同様にリードフレーム４で上下から狭持されるようにして半田付された後、樹脂モールドの工程へ移され組立が完了する。
以上の実施例は、その先端部において厚さの異なる一種類のダイシング・ブレードを使用してカッティングを行ったが、この他に、厚さの異なる二種類のダイシング・ブレードでカッティングすることによっても同様の効果が得られることは明らかである。
すなわち、Ｘ−Ｙテーブル上に吸着させた半導体ウェハを厚さＷのダイシング・ブレードにより半導体ウェハの中程の深さ（上記の例では８０μｍ）でカッティングした後、更に厚さω（上記の例では３０μｍ）のダイシング・ブレードにより粘着テープに達する深さまでカッティングすることにより半導体ウェハを切断、分離して突出部の形成された多数個の半導体チップを得ることができる。
【０００７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、半導体チップの基板面に電気メッキなどによるバンプを設けることなく半導体チップの形状自体を突出部を有する形状に形成することができるので、バンプを半導体チップの表面に形成することにより半導体素子の特性が変化したり、クラックが誘発されたりすることもない。
また、本発明による半導体チップの製造方法はバンプ形成の工程を削減して、バンプ形成された半導体チップの同等品を大量に提供することができるので、従来と同様に一度に多数個の各半導体チップを整列治具で上向きに整列させることが可能となる。そして、これらの結果として、半導体チップの組立の生産性、および組立られた半導体装置の信頼性を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例を示す半導体ウェハの切断時における要部断面図
である。
【図２】 本発明の実施例における半導体チップの概略斜視図である。
【図３】 本発明の実施例における半導体チップが整列治具に嵌まり込む様
子を示す説明図である。
【図４】 本発明の実施例における半導体チップの組立工程を示す説明図で
ある。
【図５】 従来技術におけるバンプの形成された半導体ウェハの平面図であ
る。
【図６】 従来技術における半導体ウェハの切断時における要部断面図であ
る。
【図７】 整列治具の斜視図である。
【図８】 図７のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】 図８の要部拡大図である。
【図１０】 ショットキー障壁形ダイオードの要部拡大断面図である。
【図１１】 半導体ウェハの反りを測定するため説明図である。
【符号の説明】
１ 上面電極 １５ ダイシングブレード
２ 半導体チップ １６ Ｘ−Ｙテーブル
３ 突出部 １７ 吸引穴
４ リードフレーム ２４ ベース板
５ 半田ペースト ２５ 薄板
６ 樹脂 ２６ 整列板
１０ スクライブライン ２９ 整列孔
１１ バンプ ３０ 通孔
１２ 半導体ウェハ ３１ 微小通孔
１３ 粘着テープ

Claims (1)

1. 基板の上面側周囲が削られて段差が形成されることによって設けられた突出部と、
   上記突出部の上面に形成された平板状の電極と、
   を備えた半導体チップからなる半導体装置であって、
   上記半導体チップは、整列治具において真空吸着されながら振動を受けた場合、上記突出部が上向きになるように上下に反転自在なように、上記突出部の上記基板の厚さに対する突出比率が設定されていることを特徴とする半導体装置。

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