JP2006339189A - 半導体ウェハおよびそれにより形成した半導体装置 - Google Patents

半導体ウェハおよびそれにより形成した半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体ウェハの保護層に形成された溝のアスペクト比が０．５以上である場合においても、再配線を形成する際のレジスト膜に破壊が生じることを防止する手段を提供する。
【解決手段】半導体ウェハが、集積回路を形成した複数の能動領域と、隣合う能動領域間に設けられたダイシング領域と、能動領域の縁部に形成されたシールリングと、シールリングの内側に接近して形成された配線と、能動領域を覆う保護層と、能動領域の保護層上に形成された保護膜と、保護膜上に形成され、集積回路に電気的に接続する再配線とを備え、シールリングと配線との間の保護層に形成された溝のアスペクト比が０．５以上の場合に、この溝を保護膜で覆うようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウェハレベルチップサイズパッケージ型の半導体装置やバンプ電極を有するＩＣチップ等の製造に用いる半導体ウェハおよびそれにより形成した半導体装置に関する。
従来のウェハレベルチップサイズパッケージ型の半導体装置やバンプ電極を有するＩＣチップの製造に用いる半導体ウェハは、シリコン基板上に設定された複数の素子領域に集積回路を形成し、隣合う素子領域の間に設定されたダイシング領域にパターン形成精度測定用マークや電気特性評価用素子を形成し、素子領域を覆う保護層を形成するときにダイシング領域のパターン形成精度測定用マーク等を部分的に保護層で覆い、パターン形成精度測定用マーク等に形成された微細な隙間に巻き込まれる空気等による保護層上に再配線を形成する際のレジスト膜の破壊を防止すると共に、パターン形成精度測定用マーク等を覆う保護層と素子領域を覆う保護層との間に設けた所定間隔の未形成領域によりダイシング領域をダイシングソーで切断するときに素子領域上の保護層に生じるクラックを防止している（例えば、特許文献１参照。）。
このようなウェハレベルチップサイズパッケージ型の半導体装置等においては、近年の電子機器の小型化や販売拡大に伴って半導体装置の更なる小型化や増産に対する期待が高まってきている。
このような半導体装置の更なる小型化や増産の期待に答えるためには、半導体ウェハに形成する集積回路の高密度化による半導体装置の小型化やダイシング領域の狭小化による１枚の半導体ウェハにより製造する半導体装置の製造数の増加を実現することが必要になる。
特開平１１−１９１５４１号公報（第３頁段落０００７−第４頁段落００１３、第１図、第２図）
しかしながら、上述した従来の技術においては、ダイシング領域の保護層と素子領域を覆う保護層との間に設けた所定間隔の未形成領域によりダイシング領域をダイシングソーで切断するときに素子領域の保護層に生じるクラックを防止しているため、ダイシング領域を狭小化すると所定間隔を十分に広くすることができず、保護層の厚さである深さを所定間隔である幅で除したアスペクト比が０．５以上となる溝、つまり深さが幅の半分以上になる溝となった場合には、その後に再配線を形成する際のレジスト膜のプリベーク時に溝に巻込まれた空気が膨張してレジスト膜に破壊が生じ、予期せぬ部位に不定形でメッキが析出し、外観不良が生じる他、再配線のメッキ厚にバラツキが生じるという問題がある。
また、半導体装置の小型化のために、電源配線等を統合した配線を能動領域上に形成する場合には、保護層に生じる集積回路へのクラックの進行を食い止めるために配線の外側の能動領域にシールリングを設ける場合がある。
この場合に、小型化を図るためにシールリングを配線に接近させると、シールリングと配線との間の保護層に溝が形成され、この溝のアスペクト比が０．５以上であるときには、前記と同様に再配線を形成する際のレジスト膜に破壊が生じ、予期せぬ部位に不定形でメッキが析出して外観不良や再配線のメッキ厚のバラツキが生じるという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、保護層に形成された溝のアスペクト比が０．５以上である場合においても、再配線を形成する際のレジスト膜に破壊が生じることを防止する手段を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するために、半導体ウェハが、集積回路を形成した複数の能動領域と、隣合う前記能動領域間に設けられたダイシング領域と、前記能動領域の縁部に形成されたシールリングと、該シールリングの内側に接近して形成された第１の配線と、前記能動領域を覆う保護層と、前記能動領域の保護層上に形成された保護膜と、該保護膜上に形成され、前記集積回路に電気的に接続する第２の配線とを備え、前記シールリングと前記第１の配線との間の前記保護層に形成された溝のアスペクト比が０．５以上の場合に、該溝を前記保護膜で覆うことを特徴とする。
これにより、本発明は、アスペクト比が０．５以上の溝を覆う保護膜により溝に残留した気体によるレジスト膜の破壊を防止することができ、予期せぬ部位に不定形でメッキが析出することがなくなり、外観不良や再配線のメッキ厚のバラツキの発生を防止することができるという効果が得られる。
以下に、図面を参照して本発明による半導体ウェハの実施例について説明する。
図１は実施例１の半導体ウェハの部分断面を示す説明図、図２は実施例１の半導体ウェハの一部を示す上面から見た説明図である。
なお、図１は図２におけるＡ−Ａ断面線に沿った部分断面の再配線の形成後の状態を拡大して示し、図２は再配線の形成後にレジスト膜を除去した状態で示してある。
図１、図２において、１は半導体ウェハであり、本実施例ではウェハレベルチップサイズパッケージ型の半導体装置を製造するための半導体ウェハである。
２はシリコンからなる半導体基板であり、そのおもて面には図示しない集積回路の形成を可能にした領域である能動領域３が複数形成され、ウェハレベルチップサイズパッケージ型の半導体装置を製造するときにダイシングソー等により切断する領域として設定されたダイシング領域４が、隣合う能動領域３の間の隣合う保護層５の端部の端面の間として設定されている。
保護層５は、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）や２酸化珪素（ＳｉＯ２）等で形成されたいわゆるパッシベーション膜であって、図１に複数のドットを付して示すように半導体基板２の能動領域３の上部および電極パッド６の周縁部に形成され、能動領域３の中央部付近（図１において右側）に形成された集積回路を保護および絶縁する機能を有している。
電極パッド６は、能動領域３上にアルミニウム（Ａｌ）等で形成されたパッドであって、能動領域３に形成された集積回路の所定の部位に電気的に接続されている。
７は保護膜であり、図１に網掛けで示すように保護層５上にポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂等の比較的強度の高い有機材料で形成され、保護層５上および保護層５にエッチング等により形成された穴の側面等の凹凸等の欠陥を覆って滑らかにする機能を有している。
８はシード層であり、図１に太い実線で示すように保護膜７上、保護層５上、電極パッド６上等に形成されたニッケル（Ｎｉ）やチタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料で単層または複層に形成された金属薄膜層であって、電解メッキ法による再配線９のメッキの際の一方の電極としての機能、半導体ウェハ１の製造工程で再配線９等の上層を構成する物質が半導体基板２側へ拡散することを防止する機能および再配線９との密着性を向上させる機能を有している。
第２の配線としての再配線９は、保護膜７上のシード層８に形成された銅等の導電性を有する材料で形成された配線であって、保護層５および保護膜７を貫通するスルーホール９ａにより電極パッド６と電気的に接続すると共に、再配線９上の所定の位置に形成された図示しないポストと電極パッド６とを電気的に接続する機能を有している。
１１はシールリングであり、能動領域３の周囲の縁部３ａの集積回路の素子が形成されていない領域の上にアルミニウム等で環状に形成された環状部材であって、ダイシング領域４をダイシングソー等により切断するときに保護層５の端部に生じるクラックの進行を食い止めてクラックが集積回路に及ぶことを防止する機能を有している。
１２は第１の配線としての配線であり、集積回路の回路配線の合理化等のために電源配線等を統合して能動領域３上にアルミニウム等で環状に形成された配線であって、能動領域３に形成された集積回路の所定の部位に電気的に接続されている。
１４は溝であり、シールリング１１および配線１２を保護層５で覆ったときにシールリング１１と配線１２との間の保護層５に形成される溝である。
１６はレジスト膜であり、再配線９を形成する際にフォトリソグラフィにより比較的高い粘度を有するレジスト剤をパターニングして形成されるマスク部材であって、レジスト剤を半導体ウェハ１の全面に塗布してプリベークにより熱硬化させ後に、紫外線等の光による露光により露光した部分が変質して現像液に溶解する特性を有するポジ型の感光性を有している。
図１および図２は、本実施例の説明のために誇張を加えて描いた説明図であるので実際の寸法と異なった状態で描いてあるが、実際の寸法は非常に小さいものであって、例えばシールリング１１や配線１２の高さは２μｍ程度、シールリング１１と配線１２の間隔は２μｍ程度、保護層５の厚さは１μｍ未満に形成されている。
このように、本実施例の溝１４は、保護層５の形成により幅が狭められて深さを幅で除したアスペクト比が０．５以上となり、レジスト膜１６の形成時に溝１４に空気等を巻込んでレジスト膜１６を破壊させる確率が高くなるので、この溝１４を覆うように保護膜７を形成する。
この場合に、保護膜７のエッジ７ａは、シールリング１１の幅方向の中央部に位置するようにし、シールリング１１の幅は保護膜７のエッジ７ａの製作精度の上下限の幅と同等にするとよい。例えばエッジ７ａの製作精度が±３μｍである場合に、シールリング１１の幅は製作精度の上下限の幅である６μｍに設定する。
このようにすれば、エッジ７ａがシールリング１１を超えてダイシング領域４側にずれることによるダイシング領域４の幅が狭くなることや能動領域３の端部にかかってエッジ７ａが品質よく形成できなくなること、およびエッジ７ａがシールリング１１の到らないことによる溝１４を被覆できなくなることを防止してエッジ７ａを常にシールリング１１の平坦な上面上に位置させて品質よく形成することができると共に、溝１４を確実に保護膜７で覆うことができるからである。
また、本実施例の保護膜７は上記した有機材料で、１．５気圧以上の耐圧性を備えるように保護膜７の材料および膜厚を設定することが望ましい。
つまり、レジスト膜１６を形成するときのレジスト剤の塗布後における硬化のためのプリベーク時の熱処理温度は１００〜１５０℃であり、この熱処理温度により保護膜７の形成時に溝１４に閉じ込められた空気等の気体は等容変化により１．２７〜１．４４気圧に上昇し、これに耐えるためには１．５気圧以上の耐圧性を要するからである。
なお、本実施例では保護膜７を有機材料で形成するとして説明するが、保護膜７を形成する材料は窒化珪素や２酸化珪素等の無機材料であってもよい。要は保護膜７としての機能を備え、保護膜７の形成後に１．５気圧以上の耐圧性を有する膜を形成できる材料であればどのような材料であってもよい。
以下に、本実施例の半導体ウェハ１による半導体装置の製造方法について説明する。
円柱状のシリコンをスライスして形成された円形の半導体基板２の複数の能動領域３の中央部に図示しない集積回路を形成した半導体ウェハ１を準備し、半導体基板２のおもて面側の全面にスパッタリング法等によってアルミニウム膜を堆積し、これをシールリング１１、配線１２および電極パッド６の所定の形状にエッチングして能動領域３上にシールリング１１、配線１２および電極パッド６を形成する。
シールリング１１等の形成後に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等によって２酸化珪素からなる保護層５を形成し、電極パッド６の部位およびダイシング領域４の保護層５をエッチングにより除去する。
このとき、シールリング１１と配線１２との間の保護層５に溝１４が形成される。
保護層５および電極パッド６上にスピンコート法等によりポリイミド樹脂からなる保護膜７を形成し、エッチングにより電極パッド６の部位を除去して電極パッド６に到るスルーホール９ａを形成すると共に、シールリング１１の幅方向の中央部よりダイシング領域４側の部位の保護膜７を除去して保護層５の端部を露出させ、溝１４を覆う保護膜７を形成する。
半導体基板２のおもて面側の全面にスパッタリング法等によりシード層８を形成して露出している保護層５および保護膜７、電極パッド６をシード層８で覆う。
リソグラフィ等によりシード層８上にレジスト膜１６を形成して再配線９を形成する部位以外の領域をマスキングし、露出しているシード層８上にシード層８を一方の電極として銅を電解メッキ法により析出させ、電極パッド６に電気的に接続する再配線９を形成する。
このとき、レジスト膜１６の形成のためのプリベークにおいて、温度が上昇したとしても保護膜７が十分な耐圧性を有しているので、保護膜７の形成時に溝１４に残留した気体があったとしてもその圧力上昇により保護膜７が破壊されることはなく、レジスト膜１６に破壊が生じることもない。
剥離剤を用いてレジスト膜１６を除去し、露出したシード層８を酸素ガス雰囲気中でのプラズマエッチング等により除去して保護層５の端部を露出させる。
そして、半導体ウェハ１のダイシング領域４を保護層５の端部を検出する等して認識し、ダイシング領域４をダイシングソー等により切断して個片に分割し、本実施例の半導体ウェハ１により製造された半導体装置が形成される。
その後、本実施例の半導体装置は、再配線９の所定の部位にワイヤボンディングによりワイヤを接合した後にエポキシ樹脂等の封止樹脂で封止される。
なお、本実施例の半導体装置の形成は上記によらずに、再配線９を形成してレジスト膜１６を除去した後に、再度リソグラフィ等によりダイシング領域４の近傍に切断位置を示す識別マークや再配線９の所定の部位にポストを形成し、シード層８を除去して封止樹脂で半導体基板２のおもて面側を封止し、その後、識別マークに基づいて半導体ウェハ１のダイシング領域４をダイシングソー等により切断して個片に分割された半導体装置を形成するようにしてもよい。
以上説明したように、本実施例では、半導体ウェハの能動領域に形成したシールリングと配線との間の保護層に形成される溝のアスペクト比が０．５以上の場合に、この溝を保護膜で覆うようにしたことによって、半導体ウェハを個片に分割するときに保護層に生じるクラックの進行を防止するためのシールリングと、集積回路の回路配線の合理化のための配線とを接近させて配置したとしても、これらの間に形成される溝を覆う保護膜により溝に残留した気体によるレジスト膜の破壊を防止することができ、予期せぬ部位に不定形でメッキが析出することがなくなり、外観不良や再配線のメッキ厚のバラツキの発生を防止することができる。
また、保護膜のエッジをシールリングの幅方向の中央部に位置させるようにしたことによって、シールリングの平坦な上面上にエッジを位置させて品質の良好な保護膜を有する半導体ウェハを得ることができると共に、溝を保護膜で確実に覆うことができる。
更に、シールリングの幅を保護膜のエッジの製作精度の幅と同等にしたことによって、保護膜のエッジを常にシールリングの平坦な上面上に位置させることができる。
更に、保護膜の耐圧性を１．５気圧以上にしたことによって、レジスト膜のプリベーク時の温度が１５０℃であったとしても、保護膜の破壊を確実に防止することができる。
更に、保護膜をポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂等の有機材料で形成するようにしたことによって、前記の耐圧性を有する保護膜を容易に形成することができる。
なお、本実施例ではシールリングや配線は能動領域の縁部の全周に環状に設けるとして説明したが、シールリングや配線の熱膨張に起因する無機保護膜等の破損を防止するためにそれぞれの一部に切欠き部や重複部を設けるようにしてもよい。
図３は実施例２の半導体ウェハの一部を示す上面から見た説明図、図４は実施例２の半導体ウェハの部分断面を示す説明図である。
なお、図４は図３におけるＢ−Ｂ断面線に沿った部分断面の再配線の形成後の状態を拡大して示し、図３は再配線の形成後にレジスト膜を除去した状態で示してある。
また、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図３、図４において、２１はガイド溝であり、能動領域３とダイシング領域４とを覆う保護層５の能動領域３の外側とダイシング領域４との間をエッチング等により掘込み、半導体基板２のおもて面を露出させて形成された環状の溝であって、ダイシング領域４をダイシングソー等により切断するときにダイシング領域４を識別して切断部位を示す機能、およびダイシング領域４と能動領域３の保護層５を分離して切断時に保護層５の端部に生じるクラックの進行を食い止めてクラックが集積回路に及ぶことを防止する機能を有している。
本実施例のガイド溝２１は、半導体装置の小型化や製造数の増大等のために、アスペクト比が０．５以上となるように形成され、上記実施例１と同様の理由でガイド溝２１を覆うように保護膜７が形成される。
このため、本実施例のダイシング領域４は、隣合う能動領域３の間の保護膜７のエッジ７ａの間として設定されている。
また、本実施例の保護膜７は上記実施例１と同様の有機材料で形成され、１．５気圧以上の耐圧性を備えるように設定されている。
以下に、本実施例の半導体ウェハ１による半導体装置の製造方法について説明する。
能動領域３の中央部に集積回路を形成した半導体ウェハ１を準備する工程は上記実施例１と同様である。
準備された半導体ウェハ１の半導体基板２のおもて面側の全面にスパッタリング法等によってアルミニウム膜を堆積し、これを電極パッド６の所定の形状にエッチングして能動領域３上に電極パッド６を形成する。
電極パッド６の形成後に、ＣＶＤ法等によって半導体基板２のおもて面側の全面に２酸化珪素からなる保護層５を形成し、エッチングにより電極パッド６の部位を除去すると共に、能動領域３とダイシング領域４との間のガイド溝２１を形成する領域の保護層５を掘り込んで半導体基板２のおもて面を露出させ、能動領域３の外側にガイド溝２１を形成する。
実施例１と同様にして保護層５等におよび電極パッド６上に保護膜７を形成し、エッチングによりスルーホール９ａを形成すると共に、ガイド溝２１の外側に存在するダイシング領域４の保護膜７を除去して保護層５を露出させ、ガイド溝２１を覆う保護膜７を形成する。
実施例１と同様にしてシード層８を形成し、露出している保護層５および保護膜７、電極パッド６をシード層８で覆う。
実施例１と同様にしてレジスト膜１６を形成し、電解メッキ法により再配線９を形成する。
このとき、レジスト膜１６の形成のためのプリベークにおいて、温度が上昇したとしても保護膜７が十分な耐圧性を有しているので、保護膜７の形成時にガイド溝２１に残留した気体があったとしてもその圧力上昇により保護膜７が破壊されることはなく、レジスト膜１６に破壊が生じることもない。
その後の工程は、上記実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
このようにして本実施例の半導体ウェハ１により製造された半導体装置が形成される。
この場合に、半導体ウェハ１のダイシング領域４の検出は、ガイド溝２１の検出により行われる。
また、本実施例の半導体装置の形成は上記実施例１で説明したと同様に、封止樹脂で半導体ウェハ１のおもて面側を封止した後に個片に分割して形成するようにしてもよい。
以上説明したように、本実施例では、半導体ウェハの能動領域の外側に形成したガイド溝のアスペクト比が０．５以上の場合に、このガイド溝を保護膜で覆うようにしたことによって、ガイド溝により半導体ウェハを個片に分割するときに保護層に生じるクラックの進行を防止すると共に、ガイド溝を覆う保護膜によりガイド溝に残留した気体によるレジスト膜の破壊を防止することができ、予期せぬ部位に不定形でメッキが析出することがなくなり、外観不良や再配線のメッキ厚のバラツキの発生を防止することができる。
また、保護膜をポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂等の有機材料で形成し、その耐圧性を１．５気圧以上にしたことによって、レジスト膜のプリベーク時の温度が１５０℃であったとしても、保護膜の破壊を確実に防止することができると共に、前記の耐圧性を有する保護膜を容易に形成することができる。
なお、上記各実施例においては、保護層で覆われた溝やガイド溝のアスペクト比が０．５以上の溝を保護膜で覆うとして説明したが、アスペクト比が０．５以上の溝を保護膜で埋めるようにしても上記各実施例と同様の効果を得ることができる。
また、上記各実施例においては、ウェハレベルチップサイズパッケージ型の半導体装置の製造に用いる半導体ウェハを例に説明したが、バンプ電極を有するＩＣチップの製造に用いる半導体ウェハの場合も同様である。
実施例１の半導体ウェハの部分断面を示す説明図 実施例１の半導体ウェハの一部を示す上面から見た説明図 実施例２の半導体ウェハの一部を示す上面から見た説明図 実施例２の半導体ウェハの部分断面を示す説明図
符号の説明
１ 半導体ウェハ
２ 半導体基板
３ 能動領域
３ａ 縁部
４ ダイシング領域
５ 保護層
６ 電極パッド
７ 保護膜
７ａ エッジ
８ シード層
９ 再配線
９ａ スルーホール
１１ シールリング
１２ 配線
１４ 溝
１６ レジスト膜
２１ ガイド溝

Claims (9)

  1. 集積回路を形成した複数の能動領域と、隣合う前記能動領域間に設けられたダイシング領域と、前記能動領域の縁部に形成されたシールリングと、該シールリングの内側に接近して形成された第１の配線と、前記能動領域を覆う保護層と、前記能動領域の保護層上に形成された保護膜と、該保護膜上に形成され、前記集積回路に電気的に接続する第２の配線とを備え、
    前記シールリングと前記第１の配線との間の前記保護層に形成された溝のアスペクト比が０．５以上の場合に、該溝を前記保護膜で覆うことを特徴とする半導体ウェハ。
  2. 請求項１において、
    前記保護膜のエッジが、前記シールリングの幅方向の中央部に位置していることを特徴とする半導体ウェハ。
  3. 請求項２において、
    前記シールリングの幅が、前記保護膜のエッジの製作精度の上下限の幅と同等であることを特徴とする半導体ウェハ。
  4. 請求項１、請求項２または請求項３において、
    前記保護膜が、１．５気圧以上の耐圧性を備えることを特徴とする半導体ウェハ。
  5. 請求項１、請求項２または請求項３において、
    前記保護膜が、ポリイミド樹脂とエポキシ樹脂とポリベンゾオキサゾール樹脂のいずれか一つの材料で形成されていることを特徴とする半導体ウェハ。
  6. 集積回路を形成した複数の能動領域と、隣合う前記能動領域間に設けられたダイシング領域と、前記能動領域とダイシング領域とを覆う保護層と、該保護層の前記能動領域の外側を掘込んで形成されたガイド溝と、前記能動領域の保護層上を覆う保護膜と、該保護膜上に形成され、前記集積回路に電気的に接続する第２の配線とを備え、
    前記ガイド溝のアスペクト比が０．５以上の場合に、該記ガイド溝を前記保護膜で覆うことを特徴とする半導体ウェハ。
  7. 請求項６において、
    前記保護膜が、ポリイミド樹脂とエポキシ樹脂とポリベンゾオキサゾール樹脂のいずれか一つの材料で形成され、かつ１．５気圧以上の耐圧性を備えることを特徴とする半導体ウェハ。
  8. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体ウェハのダイシング領域を切断して個片に形成されたことを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項６または請求項７に記載の半導体ウェハのガイド溝の間のダイシング領域を切断して個片に形成されたことを特徴とする半導体装置。
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