JP4349278B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
また、三次元実装をするための半導体装置はより小型で薄いものが望まれている。そこで、薄い半導体装置を製造する方法として、例えば半導体ウエハ上に複数の半導体装置を形成した後、バックグラインドにより薄厚化した後、ダイシングによって半導体ウエハを切断して半導体装置を個片化する半導体装置の製造方法がある(例えば、特許文献1参照)。
このとき、前記の等方性エッチングにより、前記半導体素子の裏面側の端縁部は半導体素子の外側に向かって湾曲した状態になる。よって、半導体素子の裏面側の端縁部を湾曲状とすることで、応力集中を緩和し半導体素子の強度を向上することができる。
このようにすれば、例えばウエットエッチングを行った場合に、半導体ウエハに対してエッチング液が均一に塗布され、半導体ウエハを均一に薄厚化することができる。
このようにすれば、第2の溝部を形成する位置が多少ズレた場合でも、前記第2の溝部は前記第1の溝部上に形成されるようになる。よって、前記第2の溝部を形成する際の位置決めが容易となる。
このようにすれば、例えば支持体を接着する接着層に紫外線によって接着性を低下させる性質のものを用いた場合に、容易に支持体から半導体ウエハを剥離することで、半導体装置の個片化を行うことができる。
このようにすれば、支持体として透光性のものを用いているので、光の照射によって支持体から半導体ウエハを剥離でき、半導体装置の個片化を容易にすることができる。
前記半導体素子の裏面側の端縁部が等方性エッチング処理により外側に向かって湾曲した状態に形成され、前記半導体素子の能動面側における端縁部が樹脂層で覆われてなり、
該樹脂層が前記半導体ウエハの個片化時のダイシング処理面を覆うことを特徴とする。
本発明の半導体装置によれば、半導体素子の裏面側の端縁部が外側に向かって湾曲した状態となっているので、前記端縁部における応力集中を緩和することができ、薄厚化された半導体素子の強度を向上することができる。
また、半導体素子の能動面側からダイシングを行った際に、樹脂層が前記半導体素子の能動面側の端縁部におけるダイシング処理面上に形成された欠けや、クラックを覆うようになっている。よって、前記樹脂層によって半導体素子を補強することで、前記の欠け、及び前記のクラックの進展を防止し、半導体素子の強度を向上させることができる。
本発明の積層半導体装置によれば、前述した強度の高い半導体装置が複数積層されているので、これを備えた積層半導体装置自体の強度が高く、信頼性の高いものとなる。
本発明の回路基板によれば、前述した強度が高い半導体装置、又は信頼性の高い積層半導体装置を備えているので、これを備えた回路基板自体の強度が高く、信頼性の高いものとなる。
本発明の電子機器によれば、前述した強度が高く、信頼性の高い回路基板を備えているので、これを備えた電子機器自体の強度が高く、信頼性の高いものとなる。
まず、本発明の半導体装置1の製造方法における一実施形態について説明する。前記半導体装置1の製造方法を説明するに際して、半導体装置1を製造するために使用する半導体ウエハについて説明する。
図1は、本発明の半導体装置1を製造する際に用いる、例えばSi(シリコン)からなるシリコンウエハ(半導体ウエハ)100を示す平面図である。このシリコンウエハ100の能動面10Aとなる面上には、複数の半導体素子部80が設けられていて、この半導体素子部80に、後述する工程で貫通電極を形成し切断した後、半導体素子10を含む半導体装置1となる。各々の半導体素子部80の能動面10Aには、トランジスタ、メモリ素子、その他の電子素子並びに電気配線及び電極パッド等からなる電子回路(図示せず)が形成されている。一方、前記能動面10Aの反対側となる裏面(図2参照)にはこれらの電子回路は形成されていない。よって、前記シリコンウエハ100における能動面10A及びその反対側の裏面10Bは、前記半導体素子部80及び後述する半導体素子10における能動面10A及び裏面10Bと同じ面上を表すものとする。なお、前記半導体素子10とは、半導体装置1を構成するための前記駆動回路等を含む素子基板である。
はじめに、図3(a)に示すように、シリコンウエハ100における前記半導体素子部80上にSiO2からなる絶縁膜13及び硼燐珪酸ガラス(BPSG)からなる層間絶縁膜14を順に形成する。
まず、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法等の方法によりレジスト(図示せず)をパッシベーション膜19上の全面に塗布する。
このようにして、パッシベーション膜19上にレジストを塗布し、プリベークを行った後で、所定のパターンが形成されたマスクを用いて露光処理及び現像処理を行い、レジストを所定形状にパターニングする。なお、レジストの形状は、電極パッド16の開口形状及び半導体素子部80に形成する孔の断面形状に応じて設定される。レジストのパターニングが終了すると、ポストベークを行った後で、図3(b)に示すように、電極パッド16を覆うパッシベーション膜19の一部を、例えばドライエッチングによって開口部H1を形成する。このパッシベーション膜19に形成される開口部H1の断面形状は、後述する工程で形成される電極パッド16の開口形状及び半導体素子部80に形成される孔の断面形状に応じて設定される。
なお、前記プロセスにおいては、同一のレジストマスクを用いてエッチングを繰り返したが、各エッチング工程終了後、レジストをパターニングし直してももちろんよい。
パッシベーション膜19上にレジストを塗布し、プリベークを行った後で、所定のパターンが形成されたマスクを用いて露光処理及び現像処理を行い、電極パッド16の上方以外の部分並びに穴部H3及びその周辺部のみにレジストが残された形状、例えば穴部H3を中心とした円環形状にレジストをパターニングする。レジストのパターニングが終了すると、ポストベークを行った後で、例えばドライエッチングにより電極パッド16の一部を覆う絶縁膜20及びパッシベーション膜19を除去し、電極パッド16の一部を開口する。なお、このとき、電極パッド16を構成する第4層16dも併せて除去する。
次に、図7(a)に示すようにして、シリコンウエハ100の能動面10A側の素子領域外周に設けた切断領域に裏面10B側からダイシングブレード(図示せず)を用いて、シリコンウエハを貫通しない程度に第1の溝部22を形成する。なお、前記切断領域とは、前記シリコンウエハ100上に設けられた隣り合う半導体素子部80間の隙間Sである(図1参照)。
次に、図7(b)に示すように、紫外線(UV光)に反応型の接着層17で、前記半導体素子10の能動面10A側を透光性のあるガラス板(支持体)200に貼り付ける。なお、紫外線に反応型の前記接着層17としては、紫外線を照射されることで粘着性を低下し、剥離可能となるものである。このような接着層17を用いることで、シリコンウエハ100を支持している透光性のあるガラス板200側から紫外線を照射した際に、前記接着層17が紫外線と反応して粘着性が低下し、前記ガラス板200に貼着されたシリコンウエハ100を容易に剥離できるようになっている。
次に、前記第1の溝部22の直上となる前記半導体素子10の裏面10B上に、前記第1の溝部22と同様にしてダイシングブレードを用いることで、第2の溝部23を形成する。このとき、前記第1の溝部22と第2の溝部23との幅が異なると、後述する工程において前記第1の溝部22と前記第2の溝部23とが連通した場合に、形成される半導体素子10の側壁部には段差が生じてしまう。そのため、この段差部分で前記半導体素子10に欠けが生じ、この半導体素子10の強度を低下させるおそれがある。そこで、本実施形態では、前記第1の溝部22と前記第2の溝部23との幅が略等しくしている。なお、前記の略等しいとは、前記側壁部において欠けを生じない程度の段差であれば、前記第2の溝部23の幅を前記第1の溝部22の幅に対して狭くしてもよい。このようにすることで、前記第2の溝部23を形成する際の多少位置ズレを許容することで、前記第2の溝部23を形成する際の位置合わせを容易にするようにしてもよい。
そして、前記第2の溝部23により、半導体素子10の裏面10Bとの端縁部には、ダイシングブレードによってチッピングと呼ばれる欠けが生じている。
前記のクラック、及び欠けは半導体素子10の強度を低下させる。また、前記のクラックは半導体素子10内を進展することで基板の割れを生じやすくするため、半導体素子10の抗折強度を低下させるようになっている。
このとき、前記のスピンエッチングによるウエットエッチングを行うことでシリコンウエハ100を薄厚化するようになる。このとき、第2の溝部23が第1の溝部22に貫通しないようにして形成されているので、ウエットエッチングによって、前記第2の溝部23と第1の溝部22とが連通してシリコンウエハ100から半導体素子10を分割する。このとき、前記の研削及び研磨等による薄厚化処理によって、シリコンウエハ100の裏面10B上、及び第2の溝部23の面上に形成されたクラック又は欠けを除去することができる。また、前記のウエットエッチングは等方性エッチングであるため、前記半導体素子10の裏面10B側の端縁部は、外側に向かって湾曲した状態となる。したがって、半導体素子10の裏面10B側の端縁部への応力集中を防止することができる。
このような工程の基に、半導体素子10の能動面10A及び裏面10Bから突出した貫通電極12が形成される。
よって、各半導体素子10に半導体装置1が形成されることで、1つのシリコンウエハ100から複数の半導体装置1が形成される。
よって、前記ガラス板200から前記半導体素子10を剥離する。まず、前記ガラス基板200側から紫外線を照射する。このとき、前記ガラス基板200と各半導体素子10とを貼着している接着層17は、前述したように紫外線と反応して粘着性が低下するようになる。よって、前記ガラス板200に貼着された前記半導体素子10を容易に剥離することで、個片化された半導体素子10からなる複数の半導体装置1(図9参照)を得ることができる。
図9(a),(b)は、本実施形態における半導体装置1の側断面図を示すものである。
図9(a)に示すように、前記半導体装置1は、矩形状(図1参照)の半導体素子10と、この半導体素子10に設けられた貫通電極12とを備えている。前記半導体素子10は前述した半導体装置1の製造方法によって、シリコンウエハ100をダイシングされたものである。前記貫通電極12は、トランジスタやメモリ素子、その他の電子素子からなる集積回路(図示せず)が形成された前記半導体素子10の能動面10Aと、この能動面10Aの反対側の裏面10Bとを貫通するようになっている。
前記貫通電極12は、例えば平面視した状態で前記半導体素子10の四辺に沿って配列された状態に形成されていてもよいし、半導体素子10上の対向する2辺に沿って形成されていてもよいし、あるいは半導体素子10上に1つのみ形成されていてもよい。
前記穴部H3には絶縁膜20が設けられていて、前記貫通電極12と前記半導体素子10のシリコン部分とを電気的に絶縁するようにしている。なお、前記貫通電極12は、電極パッド16に接続していて、半導体素子10上に設けられた前記の集積回路に電気的に接続するようになっている。また、前記半導体装置1は前記貫通電極12を介して、半導体素子10の能動面10A側と裏面10B側とを導通可能となっている。
次に、本発明の半導体装置の製造方法における第2の実施形態について説明する。なお、本実施形態における半導体装置2の製造方法は、前記の第1の実施形態の製造工程により前記第1の溝部22を形成した後、この第1の溝部22に樹脂層25を埋め込む工程を行った後、シリコンウエハ100から半導体装置1を個片化する方法である。したがって、前記樹脂層25を形成する工程以降について詳しく説明することとし、その他の工程については説明を簡略化する。また、前記半導体装置1を製造する途中工程を示す図10及び図11においては、前記実施形態と同様に、シリコンウエハ100上の隣り合う半導体素子部80に半導体装置1を形成し、個片化する工程について図示している。
そして、穴部H3に絶縁膜20等を形成し、前記穴部H3の内側に銅(Cu)からなる導電部24を埋め込む。これにより、電極パッド16上に突出した導電部24が形成される。
前記導電部24を形成した後、半導体素子10の裏面10B側から、ダイシングブレード(図示せず)を用いて、シリコンウエハ100を貫通しないような開口を有する第1の溝部22を形成する。
このとき、前記第1の溝部23の面上にはクラックが生じ、前記第1の溝部22と半導体素子10の能動面10Aとの端縁部には、ダイシングブレードによる欠けが生じている。
前述したようにして、第1の溝部22を形成した後、本実施形態における半導体装置の製造方法では、図10(a)に示すように、前記第1の溝部22に樹脂を埋めこむことで樹脂層25を形成する。前記樹脂層25を構成する樹脂としては、後述するスピンエッチングを行う際に使用するエッチング液(フッ酸と硝酸の混合液)に対して耐性を備えた、例えばエポキシ樹脂等を用いた。
よって、前記第1の溝部22に樹脂層25を埋め込むことで前記第1の溝部22の面上に形成されたクラックを覆うようになる。したがって、前記樹脂層25がクラックの進展を防止することができる。
次に、図10(b)に示すように、紫外線(UV光)に反応型の接着層17で、前記シリコンウエハ100の能動面10A側を透光性のあるガラス板200に貼り付ける。
そして、図10(c)に示すように、半導体素子10をガラス板200を貼り付けた状態で、シリコンウエハ100をバックグラインドすることで、前記第1の実施形態同様に薄厚化処理を行う。
このとき、前記第2の溝部23の幅が、前記第1の溝部22の幅よりも狭くなっていることが好ましい。
すなわち、前記第2の溝部23をシリコンウエハ100上に形成する場合に、前記第2の溝部23の位置が多少ズレた場合でも、前記第2の溝部23を前記第1の溝部22上に形成することができる。よって、ウエットエッチングによって前記第2の溝部23と前記第1の溝部22とを確実に貫通させることができる。すなわち、前記第2の溝部23を形成する際の、シリコンウエハ100に対しての位置合わせを容易とすることができる。
よって、次の工程として前記実施形態同様に、図11(b)に示すようにして、シリコンウエハ100の裏面10B側からウエットエッチングによって前記導電部24を覆う絶縁層13を露出させるようにして、シリコンウエハ100の薄厚化処理を行う。このとき、スピンエッチング法を用いることで、シリコンウエハ100を均一に薄厚化することができる。
よって、半導体素子10の裏面10B側の端縁部は、前記のウエットエッチングによって、半導体素子10の外側に向かって湾曲した湾曲部21が形成される。したがって、半導体素子10の裏面10B側の端縁部への応力集中を防止するようになる。
次に、前記ガラス板200から半導体素子10を剥離する。まず、前記ガラス基板200側から紫外線を照射する。このとき、前述したように前記ガラス基板200と前記半導体素子10とを貼着する接着層17は、紫外線と反応して粘着性が低下するようになる。よって、前記ガラス板200に貼着された前記半導体素子10を容易に剥離することができる。よって、前記ガラス板200から前記半導体素子10を剥離することで、半導体素子10上に貫通電極12を備えてなる半導体装置(図12参照)を個片化することができる。
そして、前記半導体素子10をガラス板200から剥離することで、強度を向上した半導体素子10を備えた半導体装置2を得る事ができる。
図12は、本実施形態における半導体装置の側断面図を示すものであり、図中符号2は半導体装置である。なお、本実施形態における半導体装置2は、前記実施形態における半導体装置1と同一の構造の部分に関しては、同一の符号を用いて説明する。
図12に示すように、前記半導体装置2は、矩形状の半導体素子10と、この半導体素子10に設けられた貫通電極12とを備えている。
その他の詳細の構成については前記第1の実施形態における半導体装置1と同様であるため、説明を省略する。
このような構成の基に、前記半導体装置2は、前記貫通電極12を介して半導体素子10の能動面10A側と裏面10B側とを導通可能となっている。
図13は、前記積層半導体装置3を模式的に示した図である。
図13に示すように、前記積層半導体装置3は、前記半導体装置1の能動面10A側を下にして、能動面10A側に突出する貫通電極12上に設けられたハンダ層40を介して、下層の裏面10B側と上層の能動面10Aとの貫通電極12を接続するようにして、前記半導体装置1を積層されたものである。なお、図13においては、前記第1の実施形態における半導体装置1を複数積層した積層半導体装置を図示しているが、前記第2の実施形態における半導体装置2を複数積層してもよい。
また、積層された半導体装置1の間に絶縁性のアンダーフィル(図示せず)を充填することで、積層半導体装置3の強度を増し、貫通電極12間の接合箇所以外では絶縁された状態にしてもよい。
なお、本実施形態では、前記半導体装置1が複数積層されているが、例えば前記半導体装置1上に他の半導体チップ(ICチップ)等を積層した積層半導体装置としてもよい。
そして、この電気パッドに前記積層体2の最下層となる半導体装置1の第1電極部12Aが電気的に接続されることにより、前記積層体2は回路基板150上に実装されている。なお、前記積層体2の代わりに、前記半導体装置1,3を1つだけ実装するようにしてもよい。
本発明の携帯電話300によれば、前述したように強度があり、信頼性の高い回路基板150を備えているので、これを備えた携帯電話300自体の信頼性が高いものとなる。
Claims (6)
- 複数の半導体素子部を含む半導体ウエハにおける、前記各半導体素子部に貫通電極を形成した後、前記半導体素子部を個片化する半導体装置の製造方法において、
前記半導体素子部の能動面側に穴部を形成し、該穴部内に絶縁膜を形成し、該絶縁層を介して前記能動面から突出させるようにして導電材料を埋め込むことで導電部を形成する工程と、
前記半導体ウエハの能動面側の素子領域外周に設けた切断領域に前記半導体ウエハを貫通しない第1の溝部を形成する工程と、
半導体ウエハと支持体とを接着層を介して貼着し、前記能動面と反対側の裏面を前記絶縁膜を露出させないように薄厚化する工程と、
その後、前記第1の溝部の直上となる前記裏面側に、該第1の溝部まで貫通しない第2の溝部を形成する工程と、
前記半導体ウエハの裏面側から等方性エッチングによって前記絶縁膜を露出させるように前記半導体ウエハを薄厚化しつつ、前記第1の溝部と前記第2の溝部とを連通させることで前記半導体素子部毎に分割し半導体素子とする工程と、
前記裏面側からエッチングによって、前記絶縁膜から前記導電部を露出させて貫通電極を形成する工程と、
前記支持体から前記半導体素子を剥離する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記等方性エッチングは、スピンエッチングであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の溝部の幅が、前記第1の溝部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項3に記載の半導体装置の製造方法において、前記第1の溝部を形成した後、該第1の溝部に樹脂を埋め込むことで樹脂層を形成する工程と、
前記等方性エッチングによって前記半導体ウエハを薄厚化しつつ、前記第2の溝部を前記樹脂層まで到達させる工程と、
その後、前記樹脂層を切断して半導体素子とする工程と、
前記支持体から前記半導体素子を剥離する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記支持体が、透光性を備えた材料からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記接着層が、紫外線によって粘着性を低下することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
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