JPH09213691A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱処理後の各種の工程において、半導体ウ
ェハの割れが発生する可能性を低減させる。 【解決手段】 半導体ウェハ２１の素子形成面２１ａ側
の保護膜２２は、熱膨脹型のポリイミド樹脂を塗布する
ことにより形成されている。この保護膜２２は、加熱処
理（ベーク）が施されると面方向（横方向）に膨脹す
る。そのため半導体ウェハ２１は一旦素子形成面２１ａ
を上にして凸状に反り返る。こののち半導体ウェハ２１
の裏面２１ｂには研削処理が施される。そのため半導体
ウェハ２１は裏面２１ｂを上にして凸状に反り返る。従
って、加熱処理工程において生じた反りは裏面研削処理
によって生じた反りにより打ち消され、最終的には反り
のない半導体ウェハ２１が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板（半導
体ウェハ）上に配線保護用の保護膜（パッシベーション
膜）や多層配線用の層間絶縁膜が形成されてなる半導体
装置に係り、特に、ウェハ処理工程において、これらの
膜を形成したのちに加熱処理および基板裏面の研削処理
が行われる半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置の製造工程において
は、トランジスタやダイオードなどの各種素子を形成し
た後、配線を保護するための保護膜や、多層配線間を絶
縁するための層間絶縁膜が形成される。従来、これら保
護膜や層間絶縁膜の一例として、熱収縮型のポリイミド
樹脂によって形成された膜が用いられている。

【０００３】このようなポリイミド膜は、通常、半導体
ウェハ上に、溶剤（例えばＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリド
ン）を含むポリイミド樹脂を塗布（コート）したのち、
この溶剤を揮発させると共に焼成のために、３００〜４
００°Ｃ程度の加熱処理（ベーク）を施すことにより形
成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の製
造工程においては、ポリイミド樹脂を塗布したのち、加
熱処理（ベーク）を施すことにより保護膜等が形成され
ていた。

【０００５】しかしながら、このような保護膜等として
ポリイミド樹脂膜を用いた場合には、後の各種工程にお
いて、半導体ウェハに割れが発生する可能性が高いとい
う問題があった。

【０００６】すなわち、まず、半導体ウェハ上に保護膜
等として熱収縮型のポリイミド膜が形成されていると、
加熱処理（ベーク）によってポリイミド膜が収縮し、そ
の結果半導体ウェハに反りが発生する。これは、ウェハ
の面積が広く、一方その厚さが薄いためである。

【０００７】この様子を図４および図５に示す。図４
は、半導体ウェハ１１の素子形成面（パターン面）１１
ａに熱収縮型のポリイミド樹脂を塗布することにより、
例えば保護膜１２を形成した状態を表すものである。こ
の状態で、加熱処理を施すと、保護膜１２が収縮しよう
とする。その結果、半導体ウェハ１１には素子形成面１
１ａを上にして凹状に反らせる力が加わる。このような
力が加わっても、半導体ウェハ１１がこの力に抗するこ
とができれば、半導体ウェハ１１に反りは発生しない。
しかしながら、半導体ウェハ１１の面積は、その厚さの
割りに広く、そのため半導体ウェハ１１は、図５に示し
たように素子形成面１１ａを上にして、凹状に反り返っ
てしまう。

【０００８】この場合、この反りの大きさは保護膜１２
の厚さに比例する。すなわち、図６に示したように保護
膜１２が厚ければ反り量が大きくなり、薄ければ反り量
が小さくなる。

【０００９】このような反りが発生しても、その大きさ
が小さければ問題がないが、通常、加熱処理ののちに
は、パッケージに封入するためにチップを所定の厚さに
するために、例えばバックグラインダーを用いて半導体
ウェハ１１の裏面１１ｂを研削する処理が行われる。

【００１０】この裏面研削処理によっても図７に示した
ように半導体ウェハ１１に反りが発生する。これは、研
削面（裏面１１ｂ）に多数のマイクロクラック１３が発
生するためである。この場合、半導体ウェハ１１は裏面
１１ｂを上にして凸状に反り返る。そして、この反りの
大きさは、半導体ウェハ１１の厚さに反比例する。すな
わち、図８に示したように半導体ウェハ１１の反り量
は、半導体ウェハ１１の厚さが厚ければ小さく、一方半
導体ウェハ１１の厚さが薄ければ大きくなる。

【００１１】このように裏面研削処理による半導体ウェ
ハ１１の反りの方向は、保護膜１２の熱収縮による反り
の方向と同じである。このため、保護膜１２の熱収縮に
よる反りが小さい場合であっても、これに裏面研削処理
による反りが加わる結果、反りが大きくなってしまうと
いう問題があった。半導体ウェハ１１の反りが大きくな
ると、裏面研削、ペレットチェック、組立の各工程で、
半導体ウェハ１１が割れる可能性が生じる。従って、半
導体ウェハ１１の反りは極力小さくする必要がある。こ
のためには保護膜１２を薄くすると共に半導体ウェハ１
１の厚さを厚くすればよい。

【００１２】しかしながら、近年、デバイスのソフトエ
ラー対策として、保護膜１２を厚くする傾向にある。ま
た、パッケージの薄肉化と組立工程のプロセスマージン
の確保を図るために、半導体ウェハ１１の厚さを薄くす
る傾向にある。従って、現状では、半導体ウェハ１１の
反りによる割れの発生を避けられない状況にある。な
お、以上は半導体ウェハ１１上の膜として配線保護用の
保護膜１２を例に説明したが、多層配線間絶縁用の層間
絶縁膜として熱収縮型のポリイミド樹脂を用いることも
あり、この場合においても同様の問題がある。

【００１３】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その課題は、加熱処理後の各種の工程において、
半導体ウェハの割れが発生する可能性を低減することが
できる半導体装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、半導体基板（半導体ウェハ）の素子形成面側に形成
されると共に半導体基板の反りを防止する機能を有する
膜を備えている。

【００１５】半導体基板の反りを防止する機能を有する
膜としては、熱膨張型のポリイミド系樹脂等が用いられ
る。また、この膜は半導体基板の素子形成面側に形成さ
れる保護膜および層間絶縁膜の少なくとも一方を熱膨張
型のポリイミド系樹脂等により形成することにより容易
に実現できる。

【００１６】この半導体装置では、半導体基板（半導体
ウェハ）上の膜により半導体基板の反りの発生が防止さ
れる。特に、保護膜等が熱膨脹型の樹脂によって形成さ
れている場合、ウェハ処理工程において加熱処理（ベー
ク）を施すと、その膜は主として面方向に膨脹する。そ
の結果、半導体基板が素子形成面（パターン面）を上に
して凸状に反り返る。この反りの方向は、後工程の裏面
研削処理による反りの方向と逆である。従って、この加
熱処理により生じた反りは、裏面研削処理による反りに
より打ち消される。

【００１７】しかも、この場合、半導体ウェハ上の一旦
膨張した膜は、裏面研削処理による反りによって圧縮さ
れる。すなわち、膜を熱膨脹型の樹脂によって形成して
いるにもかかわらず、強度の強い膜を得ることができ
る。従って、保護膜や層間絶縁膜として、この膜を用い
れば、半導体ウェハの割れの発生を招くことがなく、強
度の強い膜を得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を詳細に説明する。

【００１９】［一実施の形態］図１は本発明の一実施の
形態に係る半導体装置の構成を表すものである。なお、
図１は、図４と同様に、本発明の半導体装置をウェハ処
理工程のうちの加熱処理（ベーク）前の段階の状態を表
したものである。この状態は、外見的には、図４に示し
た従来の半導体装置の構成と同じである。すなわち、こ
の半導体装置は、各種素子が形成された半導体ウェハ２
１と、この半導体ウェハ２１の素子形成面（パターン
面）２１ａ側に形成された膜、例えば保護膜２２とを有
している。

【００２０】しかし、本実施の形態では、保護膜２２を
形成するための材料が図４に示したものと異なる。すな
わち、従来の保護膜１２（図７）は、熱収縮型のポリイ
ミド樹脂を用いていたが、本実施の形態の保護膜２２
は、熱膨脹型のポリイミド樹脂を塗布（コート）するこ
とにより形成されている。

【００２１】従って、この熱膨脹型のポリイミド樹脂に
より形成された保護膜２２は、前述のように溶剤（例え
ばＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン））を揮発させると共
に焼成のために、３００〜４００°Ｃ程度の加熱処理
（ベーク）が施されると、主として面方向（横方向）に
膨脹する。その結果、本実施の形態では、半導体ウェハ
２１が、図２に示したように、素子形成面２１ａを上に
して凸状に反り返る。こののち、この半導体ウェハ２１
の裏面２１ｂには研削処理が施される。

【００２２】ここで、裏面研削処理による半導体ウェハ
２１の反りは、前述のように、裏面２１ｂを上にして凸
状に反り返る方向に生ずる。一方、加熱処理による反り
の方向は、裏面研削処理による反りの方向とは逆であ
る。従って、加熱処理工程において生じた反りは、裏面
研削処理によって生じようとする反りにより打ち消され
る。その結果、本実施の形態では、図３に示したように
反りのない半導体ウェハ２１を得ることができる。

【００２３】しかも、本実施の形態では、一旦膨張した
保護膜２２は裏面研削処理による反りの発生によって圧
縮される状態となる。このため保護膜２２を熱膨脹型の
ポリイミド樹脂によって形成しているにもかかわらず、
強度の強い膜を得ることができる。

【００２４】このように本実施の形態によれば、保護膜
２２を熱膨脹型のポリイミド樹脂によって形成するよう
にしたので、加熱処理（ベーク）工程および裏面研削処
理工程を経ても半導体ウェハ２１に大きな反りが発生す
ることがない。従って、加熱処理後の裏面研削、ＰＣ、
組立の各工程において、半導体ウェハ２１が割れる虞れ
が無くなる。

【００２５】［他の実施の形態］以上、本発明の一実施
の形態を説明したが、本発明は上述したような実施の形
態に限定されるものではない。

【００２６】例えば、先の実施の形態では、半導体ウェ
ハの反りを防止する機能を有する膜として、熱膨脹型の
ポリイミド樹脂を用いる場合を説明したが、熱膨脹型の
ポリイミド系の樹脂であればポリイミド以外の樹脂を用
いるようにしてもよく、更にはポリイミド系樹脂以外で
あっても、熱膨張型の絶縁膜であればよい。

【００２７】また、先の実施の形態では、本発明の膜を
配線保護用の保護膜に適用した例について説明したが、
層間絶縁膜等のその他の膜に用いるようにしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
によれば、半導体基板（半導体ウェハ）の素子形成面側
に、保護膜や層間絶縁膜等として、熱膨脹型のポリイミ
ド系樹脂等によって半導体基板の反りを防止する機能を
有する膜を形成するようにしたので、半導体ウェハに大
きな反りが生ずることを防止することができる。すなわ
ち、加熱処理（ベーク）の後の裏面研削処理によって半
導体ウェハに大きな反りが発生することを防止すること
ができ、裏面研削等の後工程において半導体ウェハが割
れる虞れが無くなるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体装置におい
て保護膜を塗布形成した後の半導体ウェハの状態を表す
断面図である。

【図２】図１に続く加熱処理が行われた後の半導体ウェ
ハの反り状態を表す断面図である。

【図３】図２に続く裏面研削処理が行われた後の半導体
ウェハの状態を表す断面図である。

【図４】従来の半導体装置において保護膜を塗布形成し
た後の半導体ウェハの状態を表す断面図である。

【図５】図４に続く加熱処理が行われた後の半導体ウェ
ハの反り状態を表す断面図である。

【図６】半導体ウェハ上の保護膜の厚さと半導体ウェハ
の反り量との関係を表す特性図である。

【図７】図５の工程に続く裏面研削処理が行われた後の
半導体ウェハの反り状態を表す断面図である。

【図８】裏面研削処理ののちの半導体ウェハの厚さとそ
の反り量との関係を表す特性図である。

【符号の説明】

２１…半導体ウェハ、２１ａ…素子形成面（パターン形
成面）、２１ｂ…裏面、２２…保護膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体材料によって形成された半導体基
   板と、 前記半導体基板の素子形成面側に形成されると共に前記
   半導体基板の反りを防止する機能を有する膜とを備えた
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記膜は、熱膨張型のポリイミド系樹脂
   により形成されたことを特徴とする請求項１記載の半導
   体装置。
3. 【請求項３】 前記膜は、前記半導体基板の素子形成面
   側に形成された保護膜および層間絶縁膜の少なくとも一
   方の膜であることを特徴とする請求項２記載の半導体装
   置。