JP2006196705A - 回路素子の形成方法および多層回路素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 裏面にも回路を形成したチップの製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体ウェーハＷの裏面にレジストを塗布し、露光・現像を施してパターンを形成する。次いで半導体ウェーハＷ（Ｓｉ）を酸化膜が露出するまでエッチングし、更にボトム酸化膜もエッチングにて除いてＡ面側に形成されている回路を露出させ、前記レジストをアッシングにて除去し薬品洗浄することでコンタクトホールとする。次いで、コンタクトホール表面にデポジション法にて酸化膜を形成した後、Ａ面側の回路にかかる部分の酸化膜をエッチングにて除去し、薬品洗浄した後にバリアシード（ＴｉＮ／Ｃｕ）を形成する。次いで、Ｃｕメッキを施しドライフィルム（レジストフィルム）を貼り付け、露光・現像にてパターンを形成し、エッチングした後にレジストフィルムを除去して裏面側の回路が形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、多層回路素子（パッケージ）の各層を構成する回路素子（チップ）の裏面にも回路を形成する方法に関する。

図６は現在のパッケージの断面図である。このパッケージはベース上に３段のチップを上段のチップほどその面積が小さくなるものを選定して積み重ね、食み出た部分を利用してチップの回路とベースの回路とをワイヤボンディングで接続している。

また、図６に示した構造では上段のチップの面積が小さくなって実装効率が落ちるので、図７に示すように、チップ間にチップよりも小面積のスペーサを介在させて隙間を形成し、この隙間を利用してワイヤボンディングで接続している。

上述したパッケージではワイヤボンディングにおける伝送速度が遅く、高速且つ大容量の伝送が必要なデバイスでは大きな問題となっている。そこで、図８に示す構造のパッケージが提案されている。このパッケージはチップに貫通電極を形成してワイヤボンディングを廃止している。

一方、チップの製造法としては特許文献１〜３に開示される方法が知られている。
特許文献１に開示される方法は、先ず半導体ウェーハの回路（素子）形成面（Ａ面）に保護テープを貼り付け、これを反転して半導体ウェーハの裏面（Ｂ面）をグラインダーで研削して薄板化し、この薄板化した半導体ウェーハの裏面をダイシングフレームに保持されているダイシングテープ上に固定し、この状態で半導体ウェーハの回路（素子）形成面（Ａ面）を覆っている保護テープを剥離し、この後ダイシング装置によって各チップ毎に切り離すようにしている。

また特許文献２には、保護テープの代わりに窒化アルミニウム−窒化硼素気孔焼結体にラダー型シリコーンオリゴマーを含浸せしめた保護基板を用い、この保護基板と半導体ウェーハとを熱可塑性フィルムを用いて接着する内容が開示されている。

また特許文献３には、保護基板として半導体ウェーハと実質的に同一の熱膨張率のアルミナ、窒化アルミニウム、窒化硼素、炭化珪素などの材料を用い、また保護基板と半導体ウェーハとを接着する接着剤としてポリイミドなどの熱可塑性樹脂を用い、この接着剤の適用法として、１０〜１００μｍの厚さのフィルムとする方法或いは接着剤樹脂溶液をスピンコートし、乾燥させて２０μｍ以下のフィルムにする方法が提案されている。
特開２００２−２７０６７６号公報 段落（００３５） 特開２００２−２０３８２１号公報 段落（００１８） 特開２００１−７７３０４号公報 段落（００１０）、（００１７）

図８に示したワイヤボンディングを省略したパッケージとするにはチップの裏面にも回路（貫通電極用の穴）を形成する必要がある。特許文献１に開示される方法においては基板表面に保護テープを貼っているだけであるので基板を薄くするとその後の取り扱いが困難となる。そのため基板を十分に薄くすることができず、せいぜい１２５μｍ〜１５０μｍの厚みである。

ＩＣカードや携帯電話の薄型化、小型化、軽量化が要求されており、この要求を満たすためには組み込まれるパッケージの薄厚化が必要とされ、チップの厚さも２５μｍ〜５０μｍにしなければならない。しかしながら保護テープを用いていると現状の厚さ以下に研削するのは困難である。また保護テープを用いた場合には剥離の際に半導体ウェーハに割れや欠けが生じやすい。また保護テープだけでは薄膜化した半導体ウェーハを支えることができないため、搬送は人手によって行わなければならず自動化することができない。

また特許文献２や特許文献３に開示されるように、保護テープの代わりにアルミナ、窒化アルミニウム、窒化硼素、炭化珪素などを保護基板（サポートプレート）として用いれば、薄板化ができ、ハンドリングや搬送の自動化が可能になる。

しかしながら、保護基板と半導体ウェーハとを一旦乾燥した熱可塑性フィルムを接着手段として用いているため、熱可塑性フィルムを柔らくするための加熱工程が必要となり、また、フィルム状の接着剤を用いると接着強度に部分的なバラツキが生じ、研削の際に剥がれたり、逆にダイシングの際に剥離しにくい箇所が現れるなどの欠点がある。

更に、熱可塑性フィルムの耐熱性も問題となる。即ち、裏面に回路を形成する工程では、メタライズ、エッチング或いはアッシングと言った加熱工程が必須であるが、熱可塑性フィルムの耐熱性が劣るとこれらの工程を施すことができない。

上記課題を解決すべく本発明に係る回路素子の形成方法は、回路を形成した基板の表面に剛性を有するサポートプレートを貼り付け、この状態で基板の裏面を研削して薄板化し、次いで基板の裏面に回路を形成し、この回路を形成した裏面にダイシングテープを貼り合わせ、この後、基板の表面からサポートプレートを剥離し、個々の素子に切断するようにした。

前記サポートプレートを貼り付けるにあたっては、基板の回路形成面に接着剤液を塗布した後、当該接着剤液をオーブン又はホットプレートで乾燥せしめる。また、必要な厚さを得るために、接着剤液の塗布と予備乾燥を複数回繰り返すようにしてもよい。

また、半導体ウェーハなどの基板の回路形成面に接着剤液をスピンコータで塗布すると周縁部に一段高くなったビード部ができる場合がある。この場合には、当該接着剤液を予備乾燥する前に、ビード部を溶剤によって除去することが好ましい。

前記サポートプレートとしては剛性を有し厚み方向に多数の貫通穴が形成したガラス製のプレートが考えられる。貫通穴を形成したサポートプレートを用いると、貫通穴を介して溶剤をサポートプレートと基板との間の接着剤に接触させてサポートプレートを基板から剥離することができる。従来ではサポートプレート（ガラス板）側から紫外線を照射し接着テープの粘着力を低下せしめてサポートプレートと基板とを剥離していたため、耐熱性に優れた接着テープを使用することができず、そのため裏面に回路形成工程を施すことができなかったが、多数の貫通穴が形成されたサポートプレートを用いることで、耐熱性に優れた接着剤を使用することができるので、裏面への回路形成が可能になる。

前記接着剤としては、研磨時に水を使用するので非水溶性の高分子化合物が好ましく、またＤＡＦ（ダイアタッチフィルム）の貼り付けなどの高温処理工程があるため軟化点が高いことが望ましい。以上の点を考慮すると、ノボラック樹脂，エポキシ樹脂、アミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリスチレン、ポリビニルエーテル、ポリ酢酸ビニルおよびその変性物またはそれらの混合物を溶剤に溶解したものが挙げられる。中でもアクリル系樹脂材料は２００℃以上の耐熱性があり、発生するガスも少なく、クラックが発生し難いので好ましい。またノボラック樹脂もスカムがなく、耐熱性、発生ガス量及びクラックの発生についてはアクリル系樹脂材料に劣るが、軟化点が高く、接着後の剥離についても溶剤剥離が容易な点で好ましい。これに加えて成膜時のクラック防止に可塑剤を混合してもよい。

また、溶剤としては上記物質を溶解でき、また均一にウェーハに成膜できるものが望ましく、例えばアセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、メチルイソアミルケトン、２−ヘプタノンなどのケトン類；エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテートあるいはこれらのモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテルまたはモノフェニルエーテル等の多価アルコール類およびその誘導体；ジオキサンのような環式エーテル類；および乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル等のエステル類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類を挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。特にエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテートあるいはこれらのモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテルまたはモノフェニルエーテル等の多価アルコール類およびその誘導体が好ましい。また膜厚の均一性を向上させるためにこれらに活性剤を添加してもよい。

また接着剤を取り除くための剥離液としては、上記の溶剤に加え、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールなどの一価アルコール類、γ−ブチロラクトンなどの環状ラクトン類、ジエチルエーテルやアニソールなどのエーテル類、ジメチルホルムアルデヒド、ジメチルアセトアルデヒドなどを使用してもよい。特に好ましいものは比較的溶解速度が速いメタノールが挙げられる。

また、前記裏面への回路の形成は貫通電極を形成する工程を含むようにすれば、得られた回路素子を積層することで多層回路素子（パッケージ）が得られる。

本発明によれば、半導体ウェーハ等の基板を薄板化する際に、テープではなく剛性を有するサポートプレートにて支持するようにしたので、ハンドリングや搬送の自動化が可能になる。

また接着剤として耐熱性に優れた材料を使用できるので、裏面への回路形成が可能になる。特に裏面に貫通電極を形成することで従来よりも大幅に厚みを小さくしたパッケージを製造することができ、携帯電話やコンピュータに組み込むパッケージの薄型化、小型化、軽量化が図れ、或いはＩＣカードや非接触ＩＣカード自体の薄型化、小型化、軽量化も図れる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る回路素子の形成方法の概略を説明した図、図２は回路素子の形成方法のうち裏面への回路形成の一例を詳細に説明した図である。

本発明にあっては先ず、半導体ウェーハＷの回路（素子）形成面に接着剤液を塗布する。塗布には例えばスピンナーを用いる。接着剤液としてはアクリル系樹脂またはノボラックタイプのフェノール樹脂系材料とする。

次いで、上記の接着剤液をオーブン又はホットプレートを用いて乾燥させて接着剤層１とする。接着剤層１の厚みは半導体ウェーハＷの表面に形成した回路の凹凸に応じて決定する。尚、一回の塗布では必要な厚みを出せない場合には、塗布と乾燥を複数回繰り返して行う。この場合、最上層以外の接着剤層の乾燥は接着剤に流動性を残さないように乾燥の度合いを強める。

また、スピンナーを用いて接着剤液を塗布した場合には、乾燥後にあっても半導体ウェーハＷのエッジ部には盛上りが生じている。この盛上りについては後工程のプレスで潰してもよいが、処理液で盛上りの部分を除去してもよい。

以上によって所定厚みの接着剤層１が形成された半導体ウェーハＷにサポートプレート２を貼り付ける。サポートプレート２は図３に示すように半導体ウェーハＷよりも若干大径か同径のガラス板で、直径０．５ｍｍの貫通穴３が０．７ｍｍピッチで形成されている。

上記サポートプレート２を半導体ウェーハＷの接着剤層１の上に重ね、図４に示す貼り付け機５を用いて貼り付ける。貼り付け装置５は減圧チャンバー２１を備えている。この減圧チャンバー２１は配管２２を介して真空引き装置につながり、また一側面には搬入・搬出用の開口２３が形成され、この開口２３をシャッター２４で開閉するようにしている。

シャッター２４はシリンダユニット２５にて昇降動せしめられ、上昇した位置で側方からプッシャー２６にて押圧することで、シャッター２４の内側面に設けたシールが開口２３の周囲に密に当接し、チャンバー２１内を気密に維持する。またプッシャー２６を後退させシャッター２４を下降させることで、開口２３が開となり、この状態で搬送装置を用いてウェーハＷとサポートプレート２との積層体を出し入れする。

前記チャンバー２１内には前記積層体を圧着する保持台２７と押圧板２８が配置されている。保持台２７は炭化珪素（ＳｉＣ）からなり押圧板２８はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる。尚、セラミックス焼結体にて押圧板を構成し、このセラミックス焼結体に排気管を接続する構成も考えられるが、この構成にすると十分に接着剤中のガスが抜けないおそれがある。

前記保持台２７には貫通孔２９が形成され、この貫通孔２９に昇降ピン３０が挿通している。この昇降ピン３０はチャンバー２１の下方に設けられたシリンダユニット３１で昇降動するプレート３２に取り付けられている。

また、前記保持台２７にはヒータ３３が埋設され、このヒータ３３によって前記積層体を２００℃程度まで加熱し、一旦硬化した接着剤を柔らかくする。尚ヒータは押圧板２８側に設けてもよい。

一方、前記押圧板２８はバックプレート３４に保持され、このバックプレート３４はチャンバー１１を貫通する軸３５の下端に取り付けられている。この軸３５の中間部にはフランジ３６が設けられ、このフランジ３６とチャンバー１１上面との間に蛇腹３７が取り付けられ、チャンバー２１内の気密状態を維持している。

また前記チャンバー２１からは上方にフレーム３８が伸び、このフレーム３８にサーボモータ３９が支持され、このサーボモータ３９によって回転せしめられるスクリューネジ４０に昇降体４１のナット部４２が螺合し、この昇降体４１にボールジョイント４３を介して前記軸３５の上端部が支持されている。更に、軸３５の側方には軸３５の上下位置を検出するセンサ４４を配置している。

以上において半導体ウェーハＷとサポートプレート２の積層体を圧着するには、
先ず押圧板２８の平行度の調整を行う。平行度を出すには、ボールジョイント４３のボルトを緩めボールジョイント４３をフリーの状態にする。そして、この状態のまま押圧板２８を自重で下降せしめ、押圧板２８の下面を保持台２７の上面に当接させる。この時点で保持台２７と押圧板２８とは平行になる。次いで、ボルトを締め付けボールジョイント４３を固定した後、押圧板２８を上昇せしめる。

平行度の調整は毎回行う必要はなく、適当な回数ごとに行う。また、上記では積層体を挟まずに平行度の調整を行ったが、圧着する積層体と同一厚みの板材を保持台２７と押圧板２８との間に介在させて平行度を調整してもよい。

以上によって平行度の調整が終了したら、窒素ガスがパージされて大気圧状態にあるチャンバー２１の開口２３をシャッター２４を下げることで開とする。そして、図示しない搬送装置で半導体ウェーハＷとサポートプレート２の積層体をチャンバー２１内に入れ、ピン３０上に受け渡し、シャッター２４で開口２３を閉じ、チャンバー２１内を気密な状態にする。図４はこの状態を示している。

次いでチャンバー２１内を減圧し、シリンダユニット３１を駆動してピン３０を下げ、積層体を１５０℃程度まで加熱されている保持台１７上に載置する。

上記と並行して、サーボモータ３９を駆動して押圧板２８を予め設定した位置まで降下せしめ、保持台２７と押圧板２８との間で積層体を加圧する。この状態で約１分間保持して基板Ｗとサポートプレート２とを熱圧着する。

この後、押圧板２８を上昇せしめた後に窒素ガスをパージしてチャンバー２１内を大気圧に戻し、シャッター２４を下げ、熱圧着せしめられた積層体をチャンバー２１外へ搬出する。
尚、上記実施例ではチャンバー２１内の減圧状態を大気圧に戻す前に押圧板２８を上昇せしめるようにしたが、先にチャンバー２内を大気圧に戻し、この後押圧板２８を上昇せしめにてもよい。

サポ−トプレート２の上から溶剤としてのアルコールを注いで接着剤を溶解させる。図５は溶剤供給手段の具体例を示し、この例にあっては溶剤供給手段を溶剤供給プレート５０の下面にＯリング５１を設けている。溶剤供給プレート５０には溶剤（剥離液）供給管５２及び溶剤排出管５３が接続されている。而して、図５（ａ）の状態から溶剤供給プレート５０を降下させ、図５（ｂ）に示すように、サポートプレート２の上面にＯリング５１を介して溶剤供給プレート５０を重ね、次いでサポートプレート２、Ｏリング５１及び溶剤供給プレート５０で囲まれる空間に溶剤供給管４２から溶剤を供給し、サポートプレート２に形成した貫通孔３を介して接着剤層１を溶解し除去する。

このように、Ｏリング５１によって溶剤が供給される空間を制限することで、溶剤がダイシングテープに極力溶剤がかかることを防げる。またテープにアルコールが触れた場合、アルコールによって溶解したテープののりがウェーハ表面を汚染する懸念があるが、この機構ではそれを防止することができる。

この後、貼り付け機５から一体化した半導体ウェーハＷとサポートプレート２を取り外し、半導体ウェーハＷの裏面（Ｂ面）をグラインダー１０で研削し、半導体ウェーハＷを薄板化する。尚、研削によってグラインダー１０と半導体ウェーハＷとの間に生じる摩擦熱を抑えるために水を半導体ウェーハＷの裏面に供給しつつ行う。ここで、前記接着剤は水に不溶（アルコールに可溶）なものを選定しているため、研削の際に半導体ウェーハＷからサポートプレート２が剥がれることがない。

この薄板化した半導体ウェーハＷの裏面（Ｂ面）に回路を形成する。回路形成の詳細は図２に基づいて以下に詳細に説明する。
先ず、半導体ウェーハＷの裏面にレジストを塗布し、露光・現像を施してパターンを形成する。次いで半導体ウェーハＷ（Ｓｉ）を酸化膜が露出するまでエッチングし、更にボトム酸化膜もエッチングにて除いてＡ面側に形成されている回路を露出させ、前記レジストをアッシングにて除去し薬品洗浄することでコンタクトホールとする。

次いで、コンタクトホール表面にデポジション法にて酸化膜を形成した後、Ａ面側の回路にかかる部分の酸化膜をエッチングにて除去し、薬品洗浄した後にバリアシード（ＴｉＮ／Ｃｕ）を形成する。次いで、Ｃｕメッキを施しドライフィルム（レジストフィルム）を貼り付け、露光・現像にてパターンを形成し、エッチングした後にレジストフィルムを除去して裏面側の回路が形成される。

以上の如くして裏面（Ｂ面）に回路を形成したならば、積層した際の上下の回路の導通を図るべく、はんだボールを搭載し、更に裏面をダイシングテープ１１上に固定する。このダイシングテープ１１は粘着性を有するとともにフレーム１２に保持されている。

この後、前記したように、サポートプレート２の上からアルコール（特に低分子アルコール）を注ぎ、接着剤層１を溶解し除去する。この場合、フレーム１２を図示しないスピンナーにて回転せしめることで、アルコールを短時間のうちに接着剤層１の全面に行き渡らせることができる。

図１に戻って、接着剤層１を溶解してサポートプレート２を取り外した後、ダイシング装置１３によって半導体ウェーハＷをチップサイズに切断する。切断後は、ダイシングテープ１１に紫外線を照射し、ダイシングテープ１１の粘着力を低下せしめて、切断したチップを取り出す。

上記によって得られたチップを積層することで、ワイヤボンディングのないパッケージが得られる。

本発明に係る回路素子の形成方法の概略を説明した図 回路素子の形成方法のうち裏面への回路形成の一例を詳細に説明した図 サポートプレートの断面図 貼り付け機の概略図 サポートプレートの上からアルコールを供給している状態を示す図 現行のパッケージの断面図 現行のパッケージの別例の断面図 新たに提案されているパッケージの断面図

符号の説明

１…接着剤層、２…サポートプレート、３…貫通穴、５…貼り付け機、１０…グラインダー、１１…ダイシングテープ、１２…フレーム、１３…ダイシング装置、２１…減圧チャンバー、２２…配管、２３…開口、２４…シャッター、２５…シリンダユニット、２６…プッシャー、２７…保持台、２８…押圧板、２９…貫通孔、３０…昇降ピン、３１…シリンダユニット、３２…プレート、３３…ヒータ、３４…バックプレート、３５…軸、３６…フランジ、３７…蛇腹、３８…フレーム、３９…サーボモータ、４０…スクリューネジ、４１…昇降体、４２…ナット部、４３…ボールジョイント、４４…センサ、５０…溶剤供給プレート、５１…Ｏリング、５２…溶剤（剥離液）供給管、５３…溶剤排出管、Ｗ…半導体ウェーハ。

Claims (6)

1. 回路を形成した基板の表面に剛性を有するサポートプレートを貼り付け、この状態で基板の裏面を研削して薄板化し、次いで基板の裏面に回路を形成し、この回路を形成した裏面にダイシングテープを貼り合わせ、この後、基板の表面からサポートプレートを剥離し、個々の素子に切断することを特徴とする回路素子の形成方法。
2. 請求項１に記載の基板の回路素子の形成方法において、回路を形成した基板の表面に剛性を有するサポートプレートを貼り付ける手段が接着剤であることを特徴とする回路素子の形成方法。
3. 請求項２に記載の基板の回路素子の形成方法において、前記サポートプレートには厚み方向に多数の貫通穴が形成され、この貫通穴を介して溶剤をサポートプレートと基板との間の接着剤に接触させてサポートプレートを基板から剥離することを特徴とする回路素子の形成方法。
4. 請求項３に記載の回路素子の形成方法において、前記サポートプレートはガラス製であり、前記接着剤はノボラックタイプのフェノール樹脂系材料またはアクリル系樹脂材料とし、前記溶剤として少なくともアルコールまたはケトンを用いることを特徴とする回路素子の形成方法。
5. 請求項１乃至請求項４に記載の基板の回路素子の形成方法において、前記裏面への回路の形成は貫通電極を形成する工程を含むことを特徴とする回路素子の形成方法。
6. 請求項１乃至請求項５に記載の回路素子を積層して構成されることを特徴とする多層回路素子。