JP4449913B2 - 半導体装置のトリミング方法 - Google Patents

Description

本発明は、フリップチップに構成された半導体装置を実装基板に対してフェイスダウン実装した半導体装置に対して、レーザ照射によるトリミングを行うことを可能とする半導体装置のトリミング方法に関する。

従来から、シリコン基板の一側面側に半導体回路を形成した半導体装置の製造工程では、該半導体回路を構成する各素子の抵抗値や容量等といった特性を調整または修正等する目的で、該素子や回路パターンにレーザを照射して切断・除去等を行うトリミングが実施される場合がある。
このようなトリミングを行うことで、半導体装置の各種特性の精度を向上させたり、各種特性値の切り替えを行ったりすることができ、半導体装置の精度向上や歩留まり向上、または多仕様化を図ることが可能となっている。

例えば、シリコン基板の一側面上に形成された抵抗体に対してレーザを照射して、該抵抗体の一部に切れ込みを入れることで、該抵抗体の抵抗値を調整することが行われている。また、特許文献１には、半導体デバイスに対してレーザを照射して、レーザアブリレーション（レーザを固体に照射したときに、照射部分から原子や分子等が放出される現象）により抵抗性や容量性膜構造の機能的修正を行う技術が開示されている。
特表２００１−５２０５８３号公報

前述の如く、従来、半導体装置の半導体回路を構成する各素子に対してレーザを照射して行うトリミングは、ウエハー状態の半導体装置や、半導体回路形成側の面とは反対側の面がプリント基板等の実装基板に実装された状態の半導体装置に対して行われており、レーザ照射は、半導体装置の半導体回路形成面側から行われていた。
従って、例えば、半導体装置の半導体回路形成面側に配置される電極と、実装基板に形成された電極とを接続することにより、該実装基板上にベアチップ状態で実装された半導体装置、即ち、フリップチップに構成された半導体装置を実装基板に対してフェイスダウン実装した半導体装置においては、半導体装置の半導体回路が実装基板に面していて露出していないため、該半導体回路に対して直接レーザを照射してトリミングすることができなかった。

そこで、本発明においては、フリップチップに構成された半導体装置を実装基板に対してフェイスダウン実装した半導体装置に対して、レーザ照射によるトリミングを行うことを可能とする半導体装置のトリミング方法を提供するものである。

上記課題を解決する半導体装置のトリミング方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載のごとく、シリコン基板の一側面側に半導体回路を形成した表面実装型の半導体装置のトリミング方法であって、前記半導体装置の一側面側に配置される電極と、実装基板面に形成された電極とを接続することにより、実装基板上にベアチップ状態で実装された半導体装置に対して、該半導体装置の他側面側から一側面側へ向けて赤外線レーザを照射し、該赤外線レーザにより、半導体装置の一側面側に形成される半導体回路の配線パターンのトリミングを行い、前記半導体装置の一側面側に形成される配線パターンは、ポリシリコンにて構成される第１配線パターン層と、金属にて構成される第２配線パターン層とを、絶縁層を介して積層配置して構成されており、前記赤外線レーザを第２配線パターン層と前記絶縁層との界面部分で焦点を結ぶように照射することにより、前記絶縁層を破壊して、前記第１配線パターン層と、第２配線パターン層とを接続させる。
これにより、実装基板に対してベアチップ状態でフェイスダウン実装された半導体装置においても、レーザ照射による半導体回路の配線パターンのトリミングを行うことが可能となる。
また、容易にトリミングを行うことができるとともに、照射された赤外線レーザが、第１配線パターン層および前記絶縁層よりも外面側の部分にダメージを与えることを、該第２配線パターン層により防止することができる。

また、請求項２記載のごとく、前記第１配線パターン層および第２配線パターン層は、それぞれ配線本体から枝分かれした支線を有しており、前記赤外線レーザは、第１配線パターン層の支線と第２配線パターン層の支線とが積層配置されている箇所に照射される。
これにより、第１配線パターン層と第２配線パターン層との接続不良の発生や、各配線パターン層に断線が生じることを、抑えることができる。

本発明によれば、実装基板に対してベアチップ状態でフェイスダウン実装された半導体装置においても、レーザ照射による半導体回路の配線パターンのトリミングを行うことが可能となる。

本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

図１には、本発明にかかるトリミング方法が適用される半導体装置の１実施形態を示している。
図１に示す半導体装置１は、ＷＬ−ＣＳＰ（Wafer Level-Chip Size Package）に構成されており、基板本体となるシリコン基板１１の一側面１１ａ側には、ポリシリコンにて構成される第１配線パターン層１２、およびアルミニウム（Ａｌ）等の金属にて構成される第２配線パターン層１３が形成されている。

前記第１配線パターン層１２は、シリコン基板１１の一側面１１ａ上に第１絶縁層２１を介して形成されており、前記第２配線パターン層１３は、第１配線パターン層１２上に第２絶縁層２２を介して形成されている。
また、第２配線パターン層１３の表面（図１における下面）は第３絶縁層２３にて覆われており、その一部が露出してパッド部１３ｐに形成されている。

第３絶縁層２３の表面には再配線層１４が形成されており、該再配線層１４の表面にははんだボール１５が形成されている。
そして、該はんだボール１５と前記第２配線パターン層１３のパッド部１３ｐとが、前記再配線層１４内に形成される再配線リード１６にて接続されている。

つまり、半導体装置１においては、シリコン基板１１の一側面１１ａ側に、第１絶縁層２１、第１配線パターン層１２、第２絶縁層２２、第２配線パターン層１３、第３絶縁層２３、および再配線層１４が、順に積層されており、第２配線パターン層１３に形成されるパッド部１３ｐが、再配線層１４内の再配線リード１６により、実装基板への実装に適した配列に再配列された上で、はんだボール１５に接続されている。

このように構成された半導体装置１は、図２に示すように、該半導体装置１のはんだボール１５と、実装基板３１の接続パッド３１ａとをはんだ接続することにより、該実装基板３１に対してベアチップ状態でフェイスダウン実装される。

ここで、従来から、シリコン基板の一側面側に半導体回路および配線パターンを形成した半導体装置に対して、該半導体回路を構成する各素子の抵抗値や容量等といった特性を調整または修正等する目的で、該回路パターン等をレーザ照射により切断・除去等するトリミングが行われることがある。
このようなトリミングは、ウエハー状態の半導体装置や、半導体回路形成側の面とは反対側の面が実装基板に実装された状態の半導体装置に対して行われており、レーザ照射は、半導体装置の半導体回路形成面側から行われている。

しかし、本実施形態における半導体装置１は、配線パターン等が形成されるシリコン基板１１の一側面１１ａ側が実装基板３１に面していて露出していないので、該配線パターン等に直接レーザを照射して切断等することができない。

そこで、本半導体装置１に対しては、次のようにレーザ照射を行ってトリミングするようにしている。
つまり、半導体装置１に照射するレーザとして赤外線レーザを用い、その赤外線レーザを半導体装置１におけるシリコン基板１１の他側面１１ｂ側から照射するようにしている。

赤外線レーザはシリコン基板１１を透過する性質を有しているため、他側面１１ｂ側から照射された赤外線レーザは、シリコン基板１１内を透過して、一側面１１ａ側まで達することができる。
また、図２に示すように、前記赤外線レーザは、半導体装置１における一側面側１１ａの第２配線パターン層１３と第２絶縁層２２との界面部分で焦点を結ぶように照射されている。該赤外線レーザは、第２配線パターン層１３と第２絶縁層２２との界面部分でも、特に第２配線パターン層１３側寄りの部分に焦点を結ぶように照射するのが好ましい。

前述のように、赤外線レーザを、第２配線パターン層１３と第２絶縁層２２との界面部分における第２配線パターン層１３側寄りの部分に照射することで、第２配線パターン層１３が赤外線レーザを多光子吸収して発熱し、その熱により第２絶縁層２２が破壊されて、該第２絶縁層２２の両側に位置する第１配線パターン層１２と第２配線パターン層１３とがショートすることとなる。
このように、赤外線レーザをシリコン基板１１の他側面１１ｂ側から照射して、第１配線パターン層１２と第２配線パターン層１３とをショートさせ、両者を接続することで、半導体装置１の各種特性の調整や修正を行うようにしている。

これにより、実装基板３１に対してベアチップ状態でフェイスダウン実装された半導体装置１においても、レーザ照射による第１配線パターン層１２および第２配線パターン層１３等のトリミングを行うことが可能となる。
特に、トリミングを、第１配線パターン層１２と２配線パターン層１３との間に介装される第２絶縁層２２を赤外線レーザにより破壊して、該第１配線パターン層１２と２配線パターン層１３とを接続させるようにして行うことで、容易にトリミングを行うことができる。

なお、赤外線とは、可視光の赤の領域に隣接し、波長が１０００ｎｍ〜０．１ｍｍ程度の領域に相当する電磁波のことをいい、本例の場合は、例えばＹＡＧレーザを用いて波長が１０６４ｎｍの赤外線レーザを照射して、トリミングを行っている。

また、シリコン基板１１と第１配線パターン層１２との間に介在する第１絶縁層２１は、前記厚みがあって（例えば第２絶縁層２２よりも厚くて）緻密なフィールド酸化膜（素子間分離層）に構成されていて、第１配線パターン層１２とシリコン基板１１との間でのショート発生を防止している。
さらに、第２絶縁層２２は、前記赤外線レーザの照射により破壊させ易いように、比較的薄くて（例えば第１絶縁層２１よりも薄くて）疎なＣＶＤ酸化膜にて構成されている。
また、前記第３絶縁層２３もＣＶＤ酸化膜にて構成されている。

また、第１配線パターン層１２の赤外線レーザが照射される箇所の外面側（図２における下方）には、第２配線パターン層１３が位置している（つまり第１配線パターン層１２と第２配線パターン層１３とが積層配置されている）ように構成することが好ましい。
このように、第１配線パターン層１２の赤外線レーザ照射位置の外面側に第２配線パターン層１３を配置することで、第１配線パターン層１２と第２絶縁層２２との境界部に照射された赤外線レーザが、半導体装置１における第１配線パターン層１２および第２絶縁層２２よりも外面側の部分にダメージを与えることを、該第２配線パターン層１３により防止することができる。

また、赤外線レーザを照射して、第１配線パターン層１２と第２配線パターン層１３とをショートさせる場合、図３に示すように、シリコン基板１１の一面側１１ａに形成される半導体素子同士等を接続する第１配線パターン層１２の第１パターン配線本体１２ａと、第２配線パターン層１３の第２パターン配線本体１３ａとを、赤外線レーザ照射により形成された一点の接続部Ｊにて直接接続すると、第２絶縁層２２の破壊具合によっては、うまく接続できない場合がある。
さらに、第１パターン配線本体１２ａと第２パターン配線本体１３ａとを直接接続しようとすると、該第１パターン配線本体１２ａまたは第２パターン配線本体１３ａが断線してしまう恐れがある。

従って、図４に示すように、赤外線レーザを照射して、第１配線パターン層１２と第２配線パターン層１３とを接続する場合は、それぞれ前記第１パターン配線本体１２ａおよび第２パターン配線本体１３ａから、複数本の支線１２ｂ・１３ｂを延出させて、該支線１２ｂと支線１３ｂとを接続するようにしている。
また、各支線１２ｂと支線１３ｂとは、点状に形成される複数箇所の接続部Ｊにて接続させたり（図４における左右中央部に位置する支線１２ｂ・１３ｂの接続部Ｊ）、支線１２ｂ・１３ｂに沿って形成される帯状（または線状）の接続部Ｊにて接続させたり（図４における左方に位置する支線１２ｂ・１３ｂの接続部Ｊ）するようにしている。

このように、第１配線パターン層１２および第２配線パターン層１３に、各パターン配線本体１２ａ・１３ａから延出する支線１２ｂ・１３ｂを形成し、該支線１２ｂと支線１３ｂとを複数点で、または帯状（線状）に接続することで、該第１配線パターン層１２と第２配線パターン層１３との接続不良の発生や、各配線パターン層１２・１３に断線が生じることを、抑えることができる。

また、図５に示すように、各枝線１２ｂ・１３ｂの末端部１２ｃ・１３ｃを、該枝線１２ｂ・１３ｂよりも幅広に形成し（例えば枝線１２ｂ・１３ｂの線幅よりも大きな直径の円形状に形成する）、該末端部１２ｃ・１３ｃを、複数の点で接続したり（図５における中央に位置する末端部１２ｃ・１３ｃの接続部Ｊ）、「○」印の形状で接続したり（図５における左側に位置する末端部１２ｃ・１３ｃの接続部Ｊ）、「＋」印の形状で接続したり（図５における右側に位置する末端部１２ｃ・１３ｃの接続部Ｊ）、することもできる。
この場合も、前述の図４で示したように構成した場合と同様の効果を奏することができる。

また、前述の図２等に示した例では、赤外線レーザにより第２絶縁層２２を破壊して、第１配線パターン層１２と第２配線パターン層１３とを接続することによりトリミングを行っているが、次のようにしてトリミングすることもできる。

つまり、図６に示すように、照射する赤外線レーザの焦点を、例えば第１配線パターン層１２等のトリミングしたい配線パターンに合わせて、該トリミングしたい配線パターンを部分発熱させて切断することで、トリミングすることもできる。
ただし、この場合は、赤外線レーザにより配線パターンを完全に切断することが必要であり、切断されずに残っている部分が一部にあると、電流リーク発生の原因となることに注意を要する。

また、図７に示すように、第１配線パターン層１２等の配線パターンを切断してトリミングを行うときは、例えば第１配線パターン層１２の外側面に第２絶縁層２２が形成されていない開口部１２ｄの部分に赤外線レーザを照射して該第１配線パターン層１２を切断するようにすると、切断時に気化した第１配線パターン層１２の材料が、該開口部１２ｄから外部へ蒸散することが可能となるため、切断部に気化した材料が充満することがなく、確実な切断を行うことが可能となる。

このように、照射する赤外線レーザの焦点をトリミングしたい配線パターンに合わせるとともに、赤外線レーザ照射部位を配線パターンの外部へ露出している部分とすることで、実装基板３１に対してベアチップ状態でフェイスダウン実装された半導体装置１においても、レーザ照射により配線パターンを切断してのトリミングを行うことが可能となる。

本発明にかかるトリミング方法が適用される半導体装置を示す側面断面図である。 実装基板にベアチップ状態でフェイスダウン実装された半導体装置に、他側面側からレーザ照射している様子を示す側面断面図である。 第１配線パターン層の第１パターン配線本体と、第２配線パターン層の第２パターン配線本体とを１点の接続部にて接続した例を示す平面図である。 第１パターン配線本体から延出する支線と第２パターン配線本体から延出する支線とを、複数箇所の接続部または帯状（または線状）の接続部にて接続した例を示す平面図である。 第１配線パターン層および第２配線パターン層の各枝線の末端部を、該枝線よりも幅広に形成し、該末端部を複数の点等で接続した例を示す平面図である。 シリコン基板の他側面側から赤外線レーザを照射して、半導体装置の配線パターンを切断する例を示す側面断面図である。 シリコン基板の他側面側から赤外線レーザを照射して、半導体装置の配線パターンを切断する場合に、赤外線レーザの照射箇所を絶縁層が形成されていない開口部の部分として例を示す側面断面図である。

１ 半導体装置
１１ シリコン基板
１１ａ 一側面
１１ｂ 他側面
１２ 第１配線パターン層
１３ 第２配線パターン層
２１ 第１絶縁層
２２ 第２絶縁層
２３ 第３絶縁層
３１ 実装基板

Claims (2)

1. シリコン基板の一側面側に半導体回路を形成した表面実装型の半導体装置のトリミング方法であって、
   前記半導体装置の一側面側に配置される電極と、実装基板面に形成された電極とを接続することにより、実装基板上にベアチップ状態で実装された半導体装置に対して、
   該半導体装置の他側面側から一側面側へ向けて赤外線レーザを照射し、
   該赤外線レーザにより、半導体装置の一側面側に形成される半導体回路の配線パターンのトリミングを行い、
   前記半導体装置の一側面側に形成される配線パターンは、ポリシリコンにて構成される第１配線パターン層と、金属にて構成される第２配線パターン層とを、絶縁層を介して積層配置して構成されており、
   前記赤外線レーザを第２配線パターン層と前記絶縁層との界面部分で焦点を結ぶように照射することにより、前記絶縁層を破壊して、
   前記第１配線パターン層と、第２配線パターン層とを接続させる、
   ことを特徴とする半導体装置のトリミング方法。
2. 前記第１配線パターン層および第２配線パターン層は、それぞれ配線本体から枝分かれした支線を有しており、
   前記赤外線レーザは、第１配線パターン層の支線と第２配線パターン層の支線とが積層配置されている箇所に照射される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置のトリミング方法。

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