JP4725639B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は半導体装置の製造方法に関する。
従来の半導体装置には、ＣＳＰ(Chip Size Package)と呼ばれるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この半導体装置では、半導体基板上に設けられた絶縁膜の上面に複数の配線が設けられ、配線の接続パッド部上面に柱状電極が設けられ、配線を含む絶縁膜の上面に封止膜がその上面が柱状電極の上面と面一となるように設けられ、柱状電極の上面に半田ボールが設けられている。この場合、半導体基板の下面および側面が露出しないようにするために、半導体基板の下面および側面を樹脂保護膜で覆っている。
特許第４１０３８９６号公報
ところで、上記従来の半導体装置の製造方法では、まず、ウエハ状態の半導体基板（以下、半導体ウエハという）の上面側に、絶縁膜、配線、柱状電極および封止膜が形成されたものを準備する。次に、半導体ウエハの上下を反転する。次に、半導体ウエハの底面側（封止膜等が形成された面とは反対の面側）における各半導体装置形成領域間にハーフカットにより所定幅の溝を封止膜の途中に達するまで形成する。この状態では、半導体ウエハは、溝の形成により、個々の半導体基板に分離されている。
次に、溝内を含む各半導体基板の底面に樹脂保護膜を形成する。次に、各半導体基板を含む全体の上下を反転する。次に、柱状電極の上面に半田ボールを形成する。次に、溝の幅方向中央部において封止膜および樹脂保護膜を切断する。かくして、半導体基板の底面および側面を樹脂保護膜で覆った構造の半導体装置が得られる。
しかしながら、上記従来の半導体装置の製造方法では、上下を反転された半導体ウエハの底面側にハーフカットにより溝を封止膜の途中に達するまで形成した後に、溝内を含む各半導体基板の底面に樹脂保護膜を形成しているだけであるので、すなわち、溝の形成により半導体ウエハを個々の半導体基板に分離した状態において樹脂保護膜を形成しているだけであるので、ハーフカット工程および以降の工程における強度が低下し、各半導体基板を含む全体が比較的大きく反ってしまうため、品質の維持が困難となり、且つ、各工程のハンドリングが難しくなるという問題がある。
そこで、この発明は、半導体基板を保護する樹脂保護膜の形成に際し、各半導体基板を含む全体が反りにくいようにすることが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。
請求項１に記載の発明は、一面上に集積回路が形成された半導体ウエハの当該一面上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜上に電極用接続パッド部が前記集積回路に接続されて形成され、前記電極用接続パッド部上に外部接続用バンプ電極が形成され、前記外部接続用バンプ電極の周囲に封止膜が形成されたものを準備する工程と、前記外部接続用バンプ電極および前記封止膜上にサポート板を貼り付ける工程と、前記サポート板を貼り付けた後に、前記半導体ウエハの底面側を研削して該半導体ウエハの厚さを薄くする工程と、ダイシングストリートおよびその両側に対応する部分における前記半導体ウエハの底面側に前記封止膜の厚さの中間位置まで達する溝を形成する工程と、前記溝内を含む前記半導体ウエハの底面に樹脂保護膜を形成する工程と、前記樹脂保護膜の上面側を研削して該樹脂保護膜の厚さを薄くするとともにその上面を平坦化する工程と、前記サポート板を剥離する工程と、前記封止膜および前記樹脂保護膜を前記溝の幅よりも小さい幅で切断する工程と、をこの順で行い、前記半導体基板の側面から前記封止膜の中間位置までの側面および前記半導体基板の底面に前記樹脂保護膜が形成された半導体装置を複数個得ることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記サポート板を貼り付ける工程は、前記外部接続用バンプ電極および前記封止膜上に前記サポート板を粘着層を介して貼り付ける工程を含み、前記サポート板を剥離する工程は、前記粘着層を剥離する工程を含むことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記粘着層は、両面粘着テープからなり、基材フィルムの前記外部接続用バンプ電極および前記封止膜上に貼り付けられる側の面に紫外線硬化型の粘着剤が設けられ、その反対側の面に紫外線ガス発生型の粘着剤が設けられたものからなることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記サポート板はガラス板からなることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記サポート板および前記粘着層を剥離する工程は、前記サポート板側から紫外線を照射する工程を含むことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記サポート板および前記粘着層を剥離する工程は、前記サポート板を剥離してから前記粘着層を剥離する工程を含むことを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記半導体ウエハの底面に前記樹脂保護膜を形成する工程は、前記樹脂保護膜を１２０〜１８０℃で硬化する工程を含むことを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記外部接続用バンプ電極は、前記電極用接続パッド部上に形成された柱状電極であることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記樹脂保護膜を形成した後に、前記柱状電極上に半田ボールを形成する工程を有することを特徴とするものである。
この発明によれば、外部接続用バンプ電極および封止膜上にサポート板を貼り付けた状態で、溝内を含む半導体ウエハ（各半導体基板）の底面に樹脂保護膜を形成しているので、半導体基板を保護する樹脂保護膜の形成に際し、各半導体基板を含む全体が反りにくいようにすることができる。
図１はこの発明の製造方法により製造された半導体装置の一例の断面図を示す。この半導体装置は、一般的にはＣＳＰと呼ばれるものであり、シリコン基板（半導体基板）１を備えている。シリコン基板１の上面には所定の機能の集積回路を構成する素子、例えば、トランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサ等の素子（図示せず）が形成され、その上面周辺部には、上記集積回路の各素子に接続されたアルミニウム系金属等からなる接続パッド２が設けられている。接続パッド２は２個のみを図示するが、実際にはシリコン基板１の上面周辺部に多数配列されている。
接続パッド２の中央部を除くシリコン基板１の上面には酸化シリコン等からなるパッシベーション膜（絶縁膜）３が設けられ、接続パッド２の中央部はパッシベーション膜３に設けられた開口部４を介して露出されている。パッシベーション膜３の上面にはポリイミド系樹脂等からなる保護膜（絶縁膜）５が設けられている。パッシベーション膜３の開口部４に対応する部分における保護膜５には開口部６が設けられている。
保護膜５の上面には配線７が設けられている。配線７は、保護膜５の上面に設けられた銅等からなる下地金属層８と、下地金属層８の上面に設けられた銅からなる上部金属層９との２層構造となっている。配線７の一端部は、パッシベーション膜３および保護膜５の開口部４、６を介して接続パッド２に接続されている。配線７の接続パッド部（電極用接続パッド部）上面には銅からなる柱状電極（外部接続用バンプ電極）１０が設けられている。
シリコン基板１の底面およびシリコン基板１、パッシベーション膜３および保護膜５の側面にはエポキシ系樹脂等からなる樹脂保護膜１１が設けられている。この場合、シリコン基板１、パッシベーション膜３および保護膜５の側面に設けられた樹脂保護膜１１の上部は保護膜５の上面よりも上側にストレート状に突出されている。この状態では、シリコン基板１の底面およびシリコン基板１、パッシベーション膜３および保護膜５の側面は樹脂保護膜１１によって覆われている。
配線７を含む保護膜５の上面およびその周囲における樹脂保護膜１１の上面にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜１２が設けられている。柱状電極１０は、その上面が封止膜１２の上面と面一乃至数μｍ低くなるように設けられている。柱状電極１０の上面には半田ボール１３が設けられている。
次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、ウエハ状態のシリコン基板（以下、半導体ウエハ２１という）上に、接続パッド２、パッシベーション膜３、保護膜５、下地金属層８および上部金属層９からなる２層構造の配線７、柱状電極１０および封止膜１２が形成されたものを準備する。このような、半導体ウエハ２１の製造方法は既に知られており、詳細は、例えば特許第３９５５０５９号の図２〜図７および明細書の関連箇所を参照されたい。
この場合、半導体ウエハ２１の厚さは、図１に示すシリコン基板１の厚さよりもある程度厚くなっている。また、柱状電極１０の上面を含む封止膜１２の上面は平坦となっている。ここで、図２において、符号２２で示す領域はダイシングストリートに対応する領域である。
さて、図２に示すものを準備したら、次に、図３に示すように、柱状電極１０および封止膜１２の上面に粘着層２３を介してサポート板２４を貼り付ける。この場合、粘着層２３は、詳細には、図４に示すように、基材フィルムの両面に粘着剤が設けられた、通常、両面粘着テープといわれるものであり、基材フィルム２３ａの下面に紫外線硬化型で未硬化状態の下層粘着剤２３ｂが設けられ、基材フィルム２３ａの上面に紫外線ガス発生型で未硬化状態の上層粘着剤２３ｃが設けられた構造を有する（例えば、積水化学工業株式会社製の粘着テープＳｅｌｆａ）。
上層粘着剤２３ｃおよび下層粘着剤２３ｂは、常温で、粘着性を有するが、紫外線を照射することにより硬化するもので、これにより接着力が低下し剥離可能となる材料からなるものである。特に、上層粘着剤２３ｃは、紫外線を照射することによりガスを発生する気体発生剤を含んでいるものであるが、詳細は、後述する。なお、図示はしないが、当初の粘着層２３においては、下層粘着剤２３ｂおよび上層粘着剤２３ｃの下面および上面に剥離テープが貼り付けられている。サポート板２４としては、半導体ウエハ２１よりもやや大きめの円形状のガラス板等の紫外線に対して透過性を有する硬質板からなっている。
そして、まず、粘着層２３の下層粘着剤２３ｂ側の剥離テープを剥がし、柱状電極１０および封止膜１２の上面に粘着層２３の下層粘着剤２３ｂを貼り付ける。次に、真空下において、粘着層２３の上層粘着剤２３ｃ側の剥離テープを剥がし、粘着層２３の上層粘着剤２３ｃの上面にガラス板等からなるサポート板２４を貼り付ける。サポート板２４の貼り付けを真空下において行うのは、サポート板２４と粘着層２３の上層粘着剤２３ｃとの間に空気が入らないようにするためである。
次に、図３に示すものの上下を反転して、図５に示すように、半導体ウエハ２１の底面（封止膜１２等が形成された面とは反対の面）を上に向ける。次に、図６に示すように、半導体ウエハ２１の底面側を研削砥石（図示せず）を用いて適宜に研削し、半導体ウエハ２１の厚さを適宜に薄くする。なお、サポート板２４は、半導体ウエハ２１の厚さを適宜に薄くした後に、貼り付けるようにしてもよい。
次に、図７に示すように、サポート板２４の下面をダイシングテープ２５の上面に貼り付ける。次に、図８に示すように、ブレード２６を準備する。このブレード２６は円盤状の砥石からなり、その刃先の断面形状はほぼコ字形状（あるいはほぼＵ字形状）となっており、その厚さはダイシングストリート２２の幅よりもある程度厚くなっている。
そして、このブレード２６を用いて、ダイシングストリート２２およびその両側に対応する部分における半導体ウエハ２１、パッシベーション膜３、保護膜５および封止膜１２に溝２７を形成する。この場合、溝２７の深さは、封止膜１２の途中までとし、例えば、封止膜１２の厚さの１/２以上好ましくは１/３以上とする。この状態では、溝２７の形成により、半導体ウエハ２１は個々のシリコン基板１に分離されている。次に、サポート板２４の下面をダイシングテープ２５の上面から剥離する。なお、この工程は、ハーフカット用のダイシング装置を用いることにより、ダイシングテープに貼らずに加工することも可能である。
次に、図９に示すように、溝２７内を含む各シリコン基板１の底面側に、エポキシ系樹脂等からなる熱硬化性樹脂をスピンコート法、スクリーン印刷法等により塗布し、硬化させることにより、樹脂保護膜１１を形成する。樹脂保護膜１１の硬化温度は、紫外線硬化型である下層粘着剤２３ｂ（図４参照）の耐熱性を考慮して１２０〜１８０℃で、処理時間は１〜２時間とする。
この場合、半導体ウエハ２１は個々のシリコン基板１に分離されているが、柱状電極１０および封止膜１２の下面に粘着層２３を介してサポート板２４が貼り付けられているので、溝２７を形成する際、およびエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂からなる樹脂保護膜１１を塗布し、硬化させる際において、個々に分離されたシリコン基板１を含む全体が反りにくいようにすることができ、さらにはその後の工程に反りによる支障を来たしにくいようにすることができる。
次に、図１０に示すように、樹脂保護膜１１の上面側を研削砥石（図示せず）を用いて適宜に研削し、樹脂保護膜１１の厚さを適宜に薄くし、且つ、樹脂保護膜１１の上面を平坦化する。この研削工程は半導体装置を一層薄型化するために行う。次に、図１０に示すものの上下を反転して、図１１に示すように、シリコン基板１の封止膜１２等が形成された面側を上に向ける。
次に、図１２に示すように、サポート板２４の上方から紫外線を照射する。粘着層２３の紫外線ガス発生型の上層粘着剤２３ｃ（図４参照）は紫外線を照射することによりガスを発生する気体発生剤を含んでいるため、上層粘着剤２３ｃからガスが発生し、上層粘着剤２３ｃの上面が凸凹化することにより、上層粘着剤２３ｃとサポート板２４との間の接着界面が減少し、接着力が低減し、サポート板２４を粘着層２３の上層粘着剤２３ｃから剥離することができる。このような、紫外線を照射することによりガスを発生する気体発生剤を含む粘着剤に関しては、特開２００５−２９４５３６号公報に記載されている。ガスを発生することにより自ら剥離することが可能であることから、上層粘着剤２３ｃは自己剥離型接着剤という。また、粘着層２３の紫外線硬化型の下層粘着剤２３ｂ（図４参照）が硬化し、下層粘着剤２３ｂと柱状電極１０および封止膜１２との間の接着力が低減する。そこで、次に、粘着層２３を柱状電極１０および封止膜１２の上面から剥離する。
ここで、粘着層２３の上層粘着剤２３ｃを紫外線ガス発生型とし、下層粘着剤２３ｂを紫外線硬化型としている理由について説明する。ガラス板等からなるサポート板２４は、柔軟性を有していないため、半導体ウエハ全面に対応する領域を同時に剥離しなければならない。表現を変えれば、少しずつ剥離する所謂ピール剥離をすることができない。このため、サポート板２やシリコン基板１に変形や破損を与えることなく両者を分離することができない。そこで、サポート板２４の剥離を容易とするため、上層粘着剤２３ｃを紫外線ガス発生型としている。この後、粘着層２３は、十分な柔軟性を有するので、ピール剥離をすることが可能である。そこで、下層粘着剤２３ｂは紫外線硬化型としている。
次に、図１３に示すように、柱状電極１０の上面に半田ボール１３を形成する。この場合、柱状電極１０の上面にバリや酸化膜が形成されている場合には、柱状電極１０の上面を数μｍエッチングして、これらを除去する。次に、図１４に示すように、封止膜１２および樹脂保護膜１１を溝２７内の中央部のダイシングストリート２２に沿って切断する。
この場合、ブレードとしてはその幅がダイシングストリート２２と同一の幅を有するものを用いるので、図１４に図示される如く、シリコン基板１、パッシベーション膜３、保護膜５および封止膜１２の中間位置までの各膜の側面に設けられた樹脂保護膜１１の中間位置からは封止膜１２がその側面を形成するように切断される。この結果、図１に示すように、シリコン基板１の底面および側面を樹脂保護膜１１で覆った構造の半導体装置が複数個得られる。
なお、上記実施形態では、接着剤層の材料として、紫外線の照射によりガスを発生して接着強度が低下する粘着剤を一面に、他面に粘着剤を有する両面粘着テープを用いる場合で説明したが、これは、種々変形して適用することが可能である。例えば、接着剤層として非水溶性の高分子化合物を用い、サポート板として多数の小孔を有するものを用い、剥離液を多数の小孔から浸入させることによりサポート板を分離するようにすることが可能である。また、接着剤層として、レーザー照射により熱分解を生じ剥離可能となる材料を用い、サポート板として、レーザーを透過するガラス板等からなる硬質板を用いることもできる。
この発明の製造方法により製造された半導体装置の一例の断面図。 図１に示す半導体装置の製造方法の一例において、当初準備したものの断面図。 図２に続く工程の断面図。 図３に示す粘着層を説明するために示す断面図。 図３に続く工程の断面図。 図５に続く工程の断面図。 図６に続く工程の断面図。 図７に続く工程の断面図。 図８に続く工程の断面図。 図９に続く工程の断面図。 図１０に続く工程の断面図。 図１１に続く工程の断面図。 図１２に続く工程の断面図。 図１３に続く工程の断面図。
符号の説明
１ シリコン基板
２ 接続パッド
３ パッシベーション膜
５ 保護膜
７ 配線
１０ 柱状電極
１１ 樹脂保護膜
１２ 封止膜
１３ 半田ボール
２１ 半導体ウエハ
２２ ダイシングストリート
２３ 粘着層
２４ サポート板
２５ ダイシングテープ
２６ ブレード
２７ 溝

Claims (9)

  1. 一面上に集積回路が形成された半導体ウエハの当該一面上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜上に電極用接続パッド部が前記集積回路に接続されて形成され、前記電極用接続パッド部上に外部接続用バンプ電極が形成され、前記外部接続用バンプ電極の周囲に封止膜が形成されたものを準備する工程と、
    前記外部接続用バンプ電極および前記封止膜上にサポート板を貼り付ける工程と、
    前記サポート板を貼り付けた後に、前記半導体ウエハの底面側を研削して該半導体ウエハの厚さを薄くする工程と、
    ダイシングストリートおよびその両側に対応する部分における前記半導体ウエハの底面側に前記封止膜の厚さの中間位置まで達する溝を形成する工程と、
    前記溝内を含む前記半導体ウエハの底面に樹脂保護膜を形成する工程と、
    前記樹脂保護膜の上面側を研削して該樹脂保護膜の厚さを薄くするとともにその上面を平坦化する工程と、
    前記サポート板を剥離する工程と、
    前記封止膜および前記樹脂保護膜を前記溝の幅よりも小さい幅で切断する工程と、
    をこの順で行い、前記半導体基板の側面から前記封止膜の中間位置までの側面および前記半導体基板の底面に前記樹脂保護膜が形成された半導体装置を複数個得ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項１に記載の発明において、前記サポート板を貼り付ける工程は、前記外部接続用バンプ電極および前記封止膜上に前記サポート板を粘着層を介して貼り付ける工程を含み、前記サポート板を剥離する工程は、前記粘着層を剥離する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項２に記載の発明において、前記粘着層は、両面粘着テープからなり、基材フィルムの前記外部接続用バンプ電極および前記封止膜上に貼り付けられる側の面に紫外線硬化型の粘着剤が設けられ、その反対側の面に紫外線ガス発生型の粘着剤が設けられたものからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 請求項３に記載の発明において、前記サポート板はガラス板からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項４に記載の発明において、前記サポート板および前記粘着層を剥離する工程は、前記サポート板側から紫外線を照射する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 請求項５に記載の発明において、前記サポート板および前記粘着層を剥離する工程は、前記サポート板を剥離してから前記粘着層を剥離する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 請求項６に記載の発明において、前記半導体ウエハの底面に前記樹脂保護膜を形成する工程は、前記樹脂保護膜を１２０〜１８０℃で硬化する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 請求項１に記載の発明において、前記外部接続用バンプ電極は、前記電極用接続パッド部上に形成された柱状電極であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  9. 請求項８に記載の発明において、前記樹脂保護膜を形成した後に、前記柱状電極上に半田ボールを形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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