JP4144553B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体素子の外部接続用電極上に突起電極が形成された半導体素子を製造する半導体装置の製造方法に関するものである。
電子機器の基板に実装される半導体装置は、ウェハ状態で回路パターン形成が行われた後個片に分割された半導体素子の外部接続用電極に、金属バンプなど基板への実装用の突出電極を接続する工程を経て製造される。そしてこの半導体装置を基板へ実装した状態においては、一般に半導体素子と基板との間はアンダーフィル樹脂によって樹脂封止され、半導体素子と基板の接合部が補強される（例えば特許文献１，２，３参照）。
特許文献１に示す例では、半導体パッケージに形成された半田バンプに予めアンダーフィル用の熱硬化性樹脂を塗布しておき、基板への搭載後に熱硬化性樹脂を加熱により硬化させるようにしている。また特許文献２に示す例では、予めアンダーフィル用の熱硬化性樹脂が塗布された半導体素子にワイヤボンディングによって金属バンプを形成し、この半導体素子を基板に搭載するようにしている。さらに特許文献３に示す例では、予めアンダーフィル用の樹脂接着剤が塗布された状態の基板に対して、金属バンプが設けられた半導体素子を搭載するようにしている。
特開２００１−９３９２５号公報 特開平１１−１１１７５５号公報 特開平１０−３３５３７３号公報
ところで近年半導体素子は薄型化が進展し、１００μｍ程度の極薄の半導体素子が用いられるようになっている。しかしながらこのような薄型の半導体素子は剛性がきわめて低く撓みやすいことから、個片に分割した状態でのハンドリングが難しい。このため上述の公知文献例に示す方法では、樹脂封止によって適正に補強された実装構造を実現することが困難であった。
そこで本発明は、薄型の半導体素子を使用してハンドリング性を確保するとともに、樹脂封止によって適正に補強された実装構造を実現できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、複数の半導体素子が形成された半導体ウェハの表面の外部接続用電極に突起電極である半田バンプを形成する工程と、次いで前記半田バンプが形成された半導体ウェハの表面にＢステージ状態の樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、次いで前記樹脂層を切断し更に半導体ウェハの表面に前記半導体素子の厚さより深い溝を前記半導体素子の境界線に沿って形成する溝加工工程と、次いで前記溝が形成された半導体ウェハの裏面を機械研削による薄化加工によって前記溝が露呈する１００μｍ以下の厚さまで削ることにより半導体ウェハを個片の半導体素子に分割する半導体素子分割工程とを含む。
本発明によれば、半導体素子の表面にウェハ状態においてＢステージ状態の樹脂層を形成しておき、機械研削によって１００μｍ以下の厚さまで薄化して個片に分割した後に、樹脂層で補強された状態の半導体素子を基板に搭載して樹脂層を熱硬化させることにより、薄型の半導体素子を対象としてハンドリング性に優れ樹脂封止によって適正に補強された実装構造を実現することができる。
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の半導体装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法の工程説明図、図３は本発明の一実施の形態の半導体装置の実装方法の工程説明図である。
まず図１を参照して半導体装置１の構成を説明する。図１において、半導体素子２の回路形成面２ａには、外部接続用電極２ｂが形成されている。半導体素子２は機械研削による薄化加工によって、厚さが１００μｍ以下となっている。外部接続用電極２ｂには突起電極である半田バンプ３が形成されており、半田バンプ３は回路形成面２ａに形成された樹脂層４によって周囲を囲まれている。半田バンプ３の先端部３ａは樹脂層４の表面上に露呈しており、半導体装置１は先端部３ａによって基板に接合される。
樹脂層４はポリイミド系の熱硬化性樹脂が半硬化状態となったいわゆるＢステージ状態の樹脂を、半導体素子２の厚さ寸法ｔ１よりも大きく、また半田バンプ３の高さ寸法よりも小さい厚さ寸法ｔ２で形成したものである。樹脂層４は、後述するように、半導体素子２を個片に分割する前のウェハ状態で回路形成面２ａ上に形成され、個片分割時に半導体素子２の外形に沿って切断される。
すなわち半導体装置１は、表面に外部接続用電極２ｂが形成され厚さが１００μｍ以下の半導体素子２と、外部接続用電極２ｂに形成された突起電極としての半田バンプ３と、半導体素子２の表面に半導体素子２の外形に沿って形成された切断面を有するＢステージ状態の樹脂層４とを備えた構成となっている。そして樹脂層４の厚さ寸法ｔ２は、半田バンプ３の高さ寸法よりも小さく、且つ半導体素子２の厚さ寸法ｔ２よりも大きい寸法設定となっている。後述するように、樹脂層４は、当該半導体装置の半田バンプ３を外部回路に半田付けする際の熱により軟化し、さらのこの半田バンプ３が再溶融した後に硬化する特性を有し、基板への実装後には封止樹脂として機能する。
次に図２を参照して、半導体装置１の製造方法について説明する。図２（ａ）において、２＊は、半導体装置１を構成する半導体素子２が複数造り込まれた半導体ウェハであり、半導体ウェハ２＊の回路形成面２ａには、外部接続用電極２ｂが形成されている。回路形成面２ａ上には、図２（ｂ）に示すように、外部回路との接続用の半田バンプ３が形成される。
次いで、図２（ｃ）に示すようにバンプ形成後の回路形成面２ａには、樹脂層４が形成される。ここでは、前述のようにポリイミド系の熱硬化性樹脂を液状にして、ディスペンスやスピンコートなどの方法によって、前述の厚さ寸法ｔ２を保って塗布する。このとき、厚さ寸法ｔ２はバンプ高さよりも小さいため、半田バンプ３の先端部３ａは樹脂層４の表面に露呈状態となる。
次に半導体ウェハ２＊は溝加工工程に送られる。まず図２（ｄ）に示すように、樹脂層４に樹脂切断ツール５によって半導体素子２の境界線に沿って溝４ａを形成し、樹脂層４を切断して半導体ウェハ２＊の表面を露呈させる。次いで樹脂切断ツール５を素子切断ツール６に交換して、図２（ｅ）に示すように、露呈した部分の半導体ウェハ２＊の表面に
溝２ｃを形成する。このとき溝２ｃの深さは、半導体素子２の厚さ寸法ｔ１よりも深く設定される。
この後、半導体ウェハ２＊は薄化工程に送られる。すなわち図２（ｆ）に示すように半導体ウェハ２＊は回路形成面２ａと反対側の裏面２ｄが上面側となる姿勢に反転されて、樹脂層４の形成面には保護シート７が貼着される。そして機械研削装置の研削ツール８によって裏面２ｄ側から研削される。この研削は、図２（ｇ）に示すように、所定の厚さ寸法ｔ１の薄化されて溝２ｃが露呈するまで行われ、これにより半導体ウェハ２＊は個片の半導体素子２に分割される。この後、保護シート７を剥離することにより、半導体装置１が完成する。
すなわち上述の半導体装置１の製造方法は、複数の半導体素子２が形成された半導体ウェハ２＊の表面の外部接続用電極２ｂに突起電極である半田バンプ３を形成する工程と、半田バンプ３が形成された半導体ウェハ２＊の表面にＢステージ状態の樹脂層４を形成する樹脂層形成工程と、樹脂層４を切断し更に半導体ウェハ２＊の表面に、半導体素子２の厚さより深い溝２ｃを半導体素子２の境界線に沿って形成する溝加工工程と、溝２ｃが形成された半導体ウェハ２＊の裏面２ｄを溝２ｃが露呈するまで削ることにより半導体ウェハ２＊を個片の半導体素子２に分割する半導体素子分割工程とを含む形態となっている。
そして上述の溝加工工程においては、溝加工は、樹脂層４を切断して半導体ウェハ２＊の表面を露呈させる樹脂切断工程と、樹脂層切断工程により露呈した部分の半導体ウェハ２＊の表面に溝２ｃを形成するハーフカット工程とを含むようにしている。
図３は、このようにして製造された半導体装置１を基板１０に実装する方法を示している。図３（ａ）において、基板１０の上面には電極１０ａが半田バンプ３の配置に対応した位置に形成されている。半導体装置１の基板１０への実装に際しては、半田バンプ３の先端部３ａにフラックスを塗布した後、半導体装置１を基板１０上に下降させて、半田バンプ３を電極１０ａに位置合わせする。
次いで図３（ｂ）に示すように、半導体装置１を基板１０に搭載し、先端部３ａをフラックスを介して電極１０ａ上に着地させる。この後、基板１０はリフロー工程に送られ、ここで加熱することにより、半田バンプ３が再溶融して電極１０ａに半田接合される。これとともに、樹脂層４は加熱により軟化し、半田溶融時の温度上昇によって熱硬化温度に到達して硬化を開始する。これにより、図３（ｃ）に示すように溶融半田が固化した半田接合部１３によって半導体素子２は電極１０ａに接合されるとともに、半導体素子２と基板１０との間は樹脂層４が完全硬化した封止樹脂１４によって封止される。
上述の半導体装置１の実装において、半導体素子２は樹脂層４によって補強された状態であることから、薄化されて極めて脆い半導体素子２のハンドリング性を向上させることができる。そして実装後には樹脂層４が完全硬化して封止樹脂として機能し、適正に補強された実装構造が実現される。
また、半導体ウェハ２＊の表面に均一な厚さで形成されたＢステージ状態の樹脂層４を半導体素子２の境界線に沿って切断するので、半導体素子２毎の樹脂層４の量のばらつきが少なくなり、その分樹脂のはみ出し量にばらつきのない実装構造を実現できる。
本発明の半導体装置の製造方法は、薄型の半導体素子を使用してハンドリング性を確保するとともに、樹脂封止によって適正に補強された実装構造を実現できるという効果を有し、半導体素子の外部接続用電極上に突起電極が形成された半導体装置に対して有用である。
本発明の一実施の形態の半導体装置の斜視図 本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法の工程説明図 本発明の一実施の形態の半導体装置の実装方法の工程説明図
符号の説明
１ 半導体装置
２ 半導体素子
２ａ 回路形成面
２ｂ 外部接続用電極
２ｃ 溝
３ 半田バンプ
４ 樹脂層
４ａ 溝
１０ 基板
１０ａ 電極

Claims (2)

  1. 複数の半導体素子が形成された半導体ウェハの表面の外部接続用電極に突起電極である半田バンプを形成する工程と、次いで前記半田バンプが形成された半導体ウェハの表面にＢステージ状態の樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、次いで前記樹脂層を切断し更に半導体ウェハの表面に前記半導体素子の厚さより深い溝を前記半導体素子の境界線に沿って形成する溝加工工程と、次いで前記溝が形成された半導体ウェハの裏面を機械研削による薄化加工によって前記溝が露呈する１００μｍ以下の厚さまで削ることにより半導体ウェハを個片の半導体素子に分割する半導体素子分割工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記溝加工は、前記樹脂層を切断して半導体ウェハの表面を露呈させる樹脂切断工程と、次いで前記樹脂層切断工程により露呈した部分の半導体ウェハの表面に溝を形成するハーフカット工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
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