JP2002033413A

JP2002033413A - 半導体ウエハおよび半導体装置

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Publication number: JP2002033413A
Application number: JP2000214297A
Authority: JP
Inventors: Osamu Watanabe; 修渡邉
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: JP3577451B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハの回路パターンを遮光するとともに、
ウエハを従来のメカニカルな手法で１００μｍ程度の厚
さまで研磨可能とし、しかも研磨されたウエハが２００
μｍ程度の厚さのウエハと同等の強度を有する、フリッ
プチップ実装用半導体ウエハを提供する。【解決手段】ウエハと、該ウエハの回路形成面の直上
に接着剤で貼り合わせた板材とを含む半導体ウエハ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハおよ
び半導体装置に関し、ウエハの表面にウエハと異なる材
料の板材を貼り付けるとともにウエハの裏面を薄層化
し、薄層化したウエハの裏面に金属膜を蒸着などで形成
し、半導体ＩＣチップの表面および裏面を遮光する技術
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型・軽量化、高機能化高性
能化の進展はめざましいものがある。携帯電話などはそ
の最たるものであるが、これら機器へ搭載される集積回
路（ＩＣ）をはじめ、あらゆる部品にも同様に小型・軽
量化が求められている。従来より、ＩＣの実装構造の小
型化、薄型化の最も有力な手法としてフリップチップ実
装という方法がある。この方法は、ＩＣなどを搭載した
基板のサイズ、いわゆるモジュールサイズが小さくなる
につれて、ＩＣも薄く小さく実装する必要性があるため
に開発されたもので、ＩＣチップ上のいわゆる電極パッ
ドに導電体であるバンプを施し、バンプと基板上のパタ
ーンとを向かい合わせに接続した構造をとっている。従
って、この形態からフリップチップ実装はフェースダウ
ン実装とも言う。

【０００３】また、チップと基板間に樹脂を充填する
が、この理由はバンプと基板上のパターンとの接続のみ
では接続強度が弱く、温度サイクル試験や高温高湿放置
試験等の信頼性試験において、接続がはずれ不良となる
ため、これを防止するためである。具体的にこの従来の
フリップチップ実装構造の概要を図１に示す。図１にお
いて、ＩＣチップを１、バンプを３、基板を７、樹脂を
８、基板上の配線パターンを９とする。ＩＣチップ１の
電極パッド上（図示せず）にはバンプ３が付けられてい
る。このバンプ３の材料は導電性の物質であり、通常は
んだ、金ワイヤ等が使用されている。金ワイヤ等でバン
プを作製する方法は、ＩＣチップの電極パッドにボンデ
ィングし、その後ワイヤの部分をワイヤボンダーのクラ
ンプではさみ引きちぎることにより作製する。バンプ３
と基板７上の配線パターン９とが接続されることによ
り、基板７上の配線パターン９から電気信号がＩＣチッ
プ１に入力されＩＣチップ１内にて処理され、基板７上
の別の配線パターン９へ出力信号として出力される。

【０００４】その他のフリップチップ実装構造の接続耐
久性を向上させる方法として、チップに別材料を貼り合
わせた構造が特開平１−１９６８４２号公報に開示され
ている。これを図２に示す。図２において回路が形成さ
れたＩＣチップを１、板材を２、バンプを３、基板を
７、樹脂を８、配線パターンを９とする。前述した方法
と同様、ＩＣチップ１の電極パッド上（図示せず）にバ
ンプ３を付ける。このバンプ３は導電性材料である。こ
のバンブ３と基板７上の配線パターン９を接続する。こ
のことにより、基板７からの信号がＩＣチップ１の回路
に入力され、回路内で処理された出力信号が基板７の出
力信号用の配線パターン９に出力される。ＩＣチップ１
と別のＩＣチップの間は樹脂８で接着されている。図１
の例と大きく異なる点は、ＩＣチップ１の上部に板材２
が貼り付けされている点である。この理由は、基板７の
曲げねじりによりＩＣチップ１の電極パッド上のバンプ
３に局所的に起こる応力を全体的に樹脂８で接着するこ
とにより緩和させるためである。

【０００５】また、従来のフリップチップ実装構造を示
す図１においては、配線パターン９がＩＣチップ１の中
央下部にもあるが、これはＩＣチップ１のＬＳＩパター
ンを遮光するためのものである。遮光する理由は、半導
体に光が当てると充満帯および不純物準位にある電子が
光子のエネルギーを吸収して半導体内部で光導電を生じ
界面に光起電力を生ずることにより、ロジック等のＬＳ
Ｉの誤動作を起こすためである。この現象は特に赤外線
により起こる。その他、赤外線以外にもＥＰＲＯＭ等の
ＬＳＩの場合、紫外線が当たると内部データを消去する
ため注意が必要である。ＩＣチップ１と基板７の間には
樹脂８が充填されている。これは、樹脂を充填すること
により、ＩＣチップ１と基板７との密着性を良くし、信
頼性をより良くするためである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には、以下に示す間題点があった。ＩＣカード等
薄く実装しなければならないものが増えている。従来の
フリップチップ実装でも０.７ｍｍのカードヘの実装は
可能であるが、フリップチップ実装したＩＣチップのＬ
ＳＩ面の遮光処理を施すことは難しい。なぜなら、基板
とＬＳＩパターンの間はバンプの高さと同程度の５０μ
ｍと薄く、ＬＳＩパターンそのものに遮光処理を施すこ
とは非常に難しくなるためである。また、バンプの高さ
を１００μｍ程度に高くすればＬＳＩパターンそのもの
に遮光処理をすることは可能であるが、その場合は、Ｉ
Ｃチップの厚さを２００μｍ、ＩＣチップを実装する基
板の基板上の配線を含めた厚さを２３０μｍとすると、
全体の厚さは５３０μｍ（０.５３ｍｍ）になり、非常
に厚いモジュールとなる。

【０００７】ＬＳＩパターンそのものに遮光処理を施
し、しかも、モジュール厚を薄くするためには、ウエハ
厚を１００μｍ厚（０.１ｍｍ）以下にすることが必要
であるが、現在８インチであるウエハの直径は今後更に
大きくなる傾向にある。ますます薄く研磨することは可
能であるが、ウエハ直径が増大し、ウエハを薄くするほ
ど取り扱いが難しくなり、モジュール作製段階でＩＣチ
ップが割れることがある。ＩＣチップの遮光の必要性は
上に述べたが、従来品はＩＣチップのＬＳＩ面を遮光す
るために、図１で示したように実装基板の配線パターン
を使用していた。ＩＣチップのＬＳＩ面に対する遮光を
行っていた配線パターンがなくても、ＩＣチップのＬＳ
Ｉ面と基板の間には樹脂があるため、光は入りにくくな
っているが、基板とＬＳＩパターンの間は５０μｍと薄
く、遮光は完全ではない。

【０００８】通常ＩＣの小型実装の１つであるSOP（Sma
ll Outerlead Package）と言われる樹脂にてモールドさ
れたパッケージでは、樹脂が１５０μｍ以上と厚く、遮
光は十分されている。しかし、フリップチップ実装では
ＩＣチップのＬＳＩ面と基板との間は５０μｍ程度しか
なく、樹脂を充填しても遮光に必要な厚さが得られず、
そのため基板の配線パターンの金属を用いて遮光するこ
とになる。この方法によると金属が光を反射するため、
遮光することが可能である。しかし、この方法では、実
装基板側の遮光パターンをＩＣチップのサイズに合わせ
たり、実装基板の信号パターンと交差しないようにする
等を考慮しなければならない。

【０００９】一方、ＩＣチップ厚を１００μｍ以下に薄
くする必要が出てくるにつれ、ＩＣチップのＬＳＩパタ
ーンと反対側の面、つまりＩＣチップの裏面から光が入
る可能性もあるため、この面においても遮光が必要であ
る。図２に示す特開平１−１９６８４２号公報のような
ものであれば、板材２があるため、板材２を金属板にす
ることによって、ＩＣチップの裏面に対して遮光するこ
とが可能であるが、回路のあるＩＣチップ１の表面は外
側からの光が基板７を通して入り込んでしまう。また、
図１に示すものであれば、ＩＣチップが薄い影響もあ
り、ＩＣチップの裏面は遮光しにくい。このため、光が
ＬＳＩパターンに入り誤動作する可能性がある。ガラス
布基材エポキシ樹脂等の基板の材料は光を通しやすく、
基板の配線パターンで遮光されない場合はＩＣチップの
ＬＳＩ面に光が入ることとなる。そのため、基板の配線
パターンで遮光パターンを設けることとなるが、ＬＳＩ
のサイズに合わせて配線パターンを設ける必要があり、
信号線が交わらないように基板の配線パターンを考慮す
る必要がある。

【００１０】さらに、元々ウエハは約６００μｍ程度の
厚さがあるが、ＩＣを作り込むいわゆるウエハプロセス
完了後、薄型パッケージにする場合は２００μｍまで裏
面研磨を行っている。通常、裏面研磨はメカニカルに行
っているが、この方法であると２００μｍ厚までは可能
であるが、それ以下の厚さになると非常に難しい。特に
１００μｍ以下となるとメカニカル研磨では不可能であ
る。２００μｍ程度の研磨であれば、量産装置で流れて
おり、ハンドリングにおいて問題ない。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、１つの面に回
路が形成されたウエハと、該ウエハの回路形成面の直上
に構成され、かつ該ウエハとは異なる材料からなる板材
とを含む半導体ウエハであって、該板材のウエハに対向
する面とは反対側の面上で該ウエハのスクライブライン
に対応する位置に、切れ込みが形成されていることを特
徴とする半導体ウエハを提供するものである。本明細書
において、「板材のウエハに対向する面とは反対側の面
上で該ウエハのスクライブラインに対応する位置」と
は、スクライブラインを含みかつ該ウエハを垂直に切る
面が板材の該反対側の面と交って形成される位置をい
う。また、本明細書中において、ウエハとは回路形成ウ
エハをいい、半導体ウエハとは該ウエハと板材とを接着
させたものをいい、ＩＣチップとは該半導体ウエハを分
割したものをいい、半導体装置とは該ＩＣチップを実装
した装置をいう。

【００１２】本発明による半導体ウエハは、ウエハのＬ
ＳＩパターン面に１００μｍ厚程度の板材（好ましく
は、表面をレジストで覆われた金属板）を貼り付けるこ
とによりウエハの回路形成面を遮光することができ、し
かも、ウエハを１００μｍ厚以下に研磨する場合におい
ても、板材の厚さがウエハの厚さに加わるため、ウエハ
を２００μｍ厚程度に研磨をするのと同様に裏面研磨す
ることを可能にし、その後ＩＣチップを個別にしたとき
にも、２００μｍ厚のチップと同等に扱うことを可能に
するものである。また、ウエハの回路形成面の反対側で
ある研磨面も、研磨後にアルミ、金、銅等で蒸着等する
ため、遮光可能である。また、ＩＣチップの側面からの
光が入る可能性があるが、ＩＣチップの厚さは１００μ
ｍ程度と薄く、ＬＳＩパターン面への影響はない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。図３は本発明の１つの
態様の半導体ウエハを示す断面図である。図４は本発明
の１つの態様の半導体ウエハを分割して作製したＩＣチ
ップの実装構造を示す図である。図５および図６は、本
発明の１つの態様の半導体ウエハおよび該半導体ウエハ
を分割してＩＣチップを作製するまでの工程を示す図で
ある。図３、図４、図５および図６の中で、ＩＣチップ
を１、板材を２、バンプを３、板材の表面を覆う絶縁性
材料であるレジストを４、板材２とウエハとを接着する
接着剤を５、研磨後のウエハの回路形成面とは反対側の
面に付着させた金属の蒸着膜を６、実装基板を７、実装
時に板材と基板との間に充填する樹脂を８、基板上配線
パターンを９、ウエハを１０、スクライブラインを１
１、切れ込みを１２、半導体ウエハを１３とする。

【００１４】まず、図３の本発明の１つの態様の半導体
ウエハを示す断面図について説明する。この構造は、ス
クライブライン１１が予め形成されたウエハ１０の回路
形成面に板材２を接着剤５で貼り付け、ウエハ１０を割
れにくい構造にしている。本発明において用いるウエハ
１０は、電気回路を構成可能なものならばいずれのもの
でもよく、Ｐ型・Ｎ型チャネルの種類はこだわらない。
また、材料もシリコンウエハが主流であるが、シリコン
に限らない。また、ガラス基板、あるいはプラスチック
基板に回路を形成したものを使用することも可能であ
る。また、本発明において用いる板材２は、ウエハの回
路形成面を遮光できる材料のものであればいずれの材料
であってもよいが、ウエハと異なる材料からなり、好ま
しくは４２アロイ、ステンレス、ニッケル、コバルト、
タングステン、銅、パラジウム等の金属性材料からな
り、その表面は、後述するバンプ３を作製した後に回路
の信号同士がショートしないように、絶縁体のレジスト
４で覆われている。また、板材２は、好ましくはウエハ
材料の膨脹率の５倍以内の膨脹率を有する金属性材料で
あり、ウエハがシリコンである場合には、シリコンとほ
ぼ同程度の膨張率である４２アロイ等を使用するのが好
ましい。４２アロイの膨張率は４.５×１０^-6／℃、シ
リコンの膨張率は２.６×１０^-6／℃である。さらに、
板材２は、ウエハ１０の回路パターンの電極パッド（図
示せず）位置に合せて窓開けされている。窓開けサイズ
は、レジスト４を覆った後でも後述するバンプ３の直径
より大きくしなければならない。例えば、バンプ３の直
径を８０μｍ、レジスト４の厚さを２０μｍと仮定す
る。その場合、窓開けサイズは、８０μｍ×８０μｍよ
りも大きく開くように、レジスト４の厚さが板材２の窓
開け部分に２０μｍ付くためひと周り大きくする必要が
あり、１２０μｍ×１２０μｍ以上にする必要がある。
ウエハ上の電極パッドサイズは約１００μｍ×１００μ
ｍ程度の大きさであり、板材２の直径はウエハと同サイ
ズであり、６インチあるいは８インチが通常使用され
る。板材２の厚さは６０μｍであり、レジストで覆われ
た後１００μｍ厚になる。

【００１５】また、本発明のこの態様においては、バン
プ３が回路パターンの電極パッド上に形成されている。
バンプ３は回路の信号を外に取り出すために設けてある
が、その材質は導電ペーストあるいは金属ピンを導電ペ
ーストで接着したものである。バンプの高さは、レジス
ト４で覆われた板材２の厚さ１００μｍと接着剤５の厚
さ１０μｍをたした厚さよりも高くする必要があるた
め、１１５μｍ〜１２０μｍ程度である。結果としてレ
ジスト４で覆われた板材２より突出した部分は５μｍ〜
１０μｍ程度となる。バンプ作製の方法としてめっきに
よるバンプも可能である。ウエハ１０と板材２は接着剤
５で接着しており、その際、板材２自体がウエハ１０の
回路形成面を遮光するため、図１に示したような遮光す
るための配線パターンを設ける必要はない。また、回路
形成面とは反対側の研磨面に対しても遮光するように研
磨後蒸着する構造になっている。

【００１６】図４は、図３で示した本発明の半導体ウエ
ハ１３をウエハ上のスクライブライン１１および板材に
形成した切れ込み１２に沿って分割して作製したＩＣチ
ップ１を、基板７に実装した構造を示している。また、
本発明は、かかるＩＣチップを使用した半導体装置をも
提供する。この半導体装置は、図４に示すとおり、基板
７の配線パターン９に樹脂でフリップチップ実装したも
のである。この接続方法を説明する。樹脂８を、予めＩ
Ｃチップを搭載する位置にポッティングする。この樹脂
はペースト状あるいはフィルム状になっているものを用
いる。この後、ＩＣチップを基板７の搭載位置に搭載
し、ＩＣチップ上面よりツールで温度と圧力を加えなが
ら樹脂を溶融させ、バンプと基板７の配線パターン９に
接触後、樹脂８を硬化させることにより接続する。さら
に、この後、ＩＣチップ上部にモールドあるいは樹脂を
ポッティングし、コーティングすることも可能である。

【００１７】次に本発明の１つの態様の半導体ウエハお
よびＩＣチップを作製する工程を図５および図６の工程
（１）〜（６）に示す。まず、工程（１）においては、
ウエハと同じ直径で厚さ約６０μｍの金属製の板材２
の、使用するウエハのチップサイズ（つまりスクライブ
ライン１１）と同位置に、硫酸等を用い深さ２０〜３０
μｍ程度のハーフエッチングをし（切れ込み１２）、更
にウエハの電極パッド部に合わせて窓開けする。この窓
開けサイズは、電極パッドが通常１００μｍ×１００μ
ｍ程度である場合、１２０μｍ×１２０μｍにする。こ
のサイズにする理由は後述するレジストで覆った後、バ
ンプを作製する領域を８０μｍ×８０μｍ程度確保する
ためである。

【００１８】次に、工程（２）においては、エポキシ樹
脂系のレジスト液をスピンコーターで２０μｍ厚に制御
しながら板材２に塗布し、１６０℃のオーブンで４時間
レジスト４を硬化させ、金属製の板材２の表面を絶縁す
る。その後、裏面も同じ方法によりレジスト４で覆う。
これにより板材２の窓開け部の側面もレジスト４で覆わ
れる。この際、窓開けしたところがレジスト４で詰まら
ないように注意し、万が一、窓開けしたところがレジス
ト液で詰まった場合には、プローブ等で穴を開ける。こ
の結果、窓開けサイズは８０μｍ×８０μｍになる。工
程（３）においては、ウエハ１０と板材２とを、板材２
の窓開け部分とウエハの電極パッドが合うように、エポ
キシ系樹脂等の接着剤５で貼り合わせる。接着剤厚は１
０μｍ程度である。接着剤の硬化条件は接着剤の材料に
より変化するが、エポキシ系の樹脂の場合、１６０℃、
４時間程度である。工程（４）においては、ウエハ１０
の裏面を、ウエハ厚が１００μｍ以下になるまで研磨す
る。この態様における半導体ウエハの場合、レジスト４
で覆われた金属製の板材２の厚さ１００μｍと接着剤の
厚さ１０μｍが加わるため、研磨装置の設定は２１０μ
ｍにする。その結果、ウエハ１０は１００μｍに研磨さ
れる。その後、研磨したウエハの裏面を遮光するため、
アルミあるいは金や銅等で蒸着する。蒸着層６の厚さは
０.６μｍ程度である。

【００１９】工程（５）においては、ウエハの電極パッ
ドにバンプ３を形成する。バンプ３は銀ペースト等の導
電ペースト、あるいは金属ピンを導電ペーストで接着す
る。バンプ３の高さは１１５〜１２０μｍとし、レジス
ト４で覆われた板材２より５〜１０μｍ程度バンプが出
ているようにする。最後に工程（６）においては、板材
２のハーフエッチング部（切れ込み）１２に辺が直線で
ある板などの治具をあてがい、その部分で半導体ウエハ
１３を折り曲げて切断し、半導体ウエハ１３を個別のＩ
Ｃチップ１に分割する。

【００２０】

【発明の効果】（１）チップ表面と裏面の遮光を可能と
する。ウエハのＬＳＩ面を表面とすると、表面は板材を
接着しているため遮光される。また、裏面はウエハをア
ルミや金、銅等で蒸着しているため、遮光が可能であ
る。（２）ウエハの研磨を簡略化し、クラックを防ぐことが
できる。ウエハを１００μｍ以下に研磨をする場合、ウ
エハのみを研磨する場合と違い、板材を貼り合わせてい
る場合、板材とウエハを重ね合わせた状態で研磨するこ
とになる。そのため、通常の２００μｍ程度にウエハを
研磨する場合と同様に研磨は容易になる。また、ウエハ
のクラックも起こりにくくなる。（３）板材のハーフエッチングによって、ダイシング装
置を使用せずに分割することができる。通常ＬＳＩ間の
スクライブラインをダイシングし、チップを分割する
が、本発明では予めスクライブラインに合わせて板材の
ハーフエッチングした部分（切れ込み）を形成している
ために、ダイシング装置を使用することなしに、ダイシ
ングをすることが可能である。その方法は、ハーフエッ
チングした部分（切れ込み）を折り曲げ、チョコレート
ブレークする。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術にかかる半導体ウエハから作製したＩ
Ｃチップの実装構造を示す断面図である。

【図２】他の従来技術にかかるＩＣチップの実装構造を
示す断面図である。

【図３】本発明の１つの態様の半導体ウエハの断面図で
ある。

【図４】本発明の１つの態様の半導体ウエハを分割して
作製したＩＣチップの実装構造を示す断面図である。

【図５】本発明の１つの態様の半導体ウエハおよびＩＣ
チップを作製する工程図である。

【図６】本発明の１つの態様の半導体ウエハおよびＩＣ
チップを作製する工程図である。

【符号の説明】

１：ＩＣチップ２：板材３：バンプ４：レジスト(絶縁体) ５：接着剤６：蒸着膜７：基板８：樹脂９：配線パターン１０：ウエハ１１：スクライブライン１２：切れ込み１３：半導体ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つの面に回路が形成されたウエハと、
該ウエハの回路形成面の直上に構成され、かつ該ウエハ
とは異なる材料からなる板材とを含む半導体ウエハであ
って、該板材のウエハに対向する面とは反対側の面上で
該ウエハのスクライブラインに対応する位置に、切れ込
みが形成されていることを特徴とする半導体ウエハ。
【請求項２】該ウエハの回路形成面とは反対側の面を
研磨して、該ウエハ厚を５０μｍないし２００μｍとし
たことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項３】前記回路が形成されたウエハの直上に構
成された板材が、遮光性を有する材料からなることを特
徴とする請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項４】前記回路が形成されたウエハの直上に構
成された板材が、回路が形成されたウエハの膨脹率の５
倍以内の膨脹率を有することを特徴とする請求項１に記
載の半導体ウエハ。
【請求項５】前記回路が形成されたウエハの直上に構
成された板材が、金属性材料からなることを特徴とする
請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項６】前記回路が形成されたウエハの直上に構
成された板材が、４２アロイからなることを特徴とする
請求項５に記載の半導体ウエハ。
【請求項７】前記回路が形成されたウエハの直上に構
成された板材が、絶縁性材料で覆われていることを特徴
とする請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項８】前記ウエハの回路形成面とは反対側の面
が、金属膜で覆われており、それによって該ウエハ面が
遮光されることを特徴とする請求項１ないし７に記載の
半導体ウエハ。
【請求項９】請求項１ないし８に記載の半導体ウエハ
を、該ウエハのスクライブラインおよび板材の切れ込み
に沿って分割して個別化したＩＣチップを用いたことを
特徴とする半導体装置。