JP2008130706A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】放熱構造を有する半導体装置を製造する際の生産性を向上させる。
【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、素子回路が形成された半導体基板1の面上に放熱樹脂8を用いて放熱板9を張り合わせる工程と、半導体基板1に放熱板9を張り合わせた状態で、ダイシング用のブレード10で放熱板9をチップサイズに切断した後、さらに薄いブレード11で半導体基板1をチップサイズに切断することにより、半導体基板1から放熱板9と共にチップ1’を切り出して個片化する工程とを有する。
【選択図】図3
【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、素子回路が形成された半導体基板1の面上に放熱樹脂8を用いて放熱板9を張り合わせる工程と、半導体基板1に放熱板9を張り合わせた状態で、ダイシング用のブレード10で放熱板9をチップサイズに切断した後、さらに薄いブレード11で半導体基板1をチップサイズに切断することにより、半導体基板1から放熱板9と共にチップ1’を切り出して個片化する工程とを有する。
【選択図】図3
Description
本発明は、放熱構造を有する半導体装置の製造方法に関する。
LSI(Large Scale Integration:大規模集積回路)チップに代表される半導体チップの中には、駆動時に高温に発熱するものがある。このため、半導体チップで発生した熱を効率良く外部に逃がすために、ヒートスプレッダーやヒートシンクなどの放熱部材を備えた半導体装置のパッケージ構造が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
また一方では、貫通電極を用いたチップオンチップ構造の3次元積層タイプの半導体装置も知られている。この種の半導体装置は、例えばCPU(Central Processing Unit)やメモリなどを構成する複数の半導体チップを単一のパッケージに搭載してシステム化したSIP(System in Package)としても知られている。
3次元積層タイプの半導体装置(SIP)の製造方法としては、ウエハサポートシステムと呼ばれる手法が知られている(例えば、非特許文献1を参照)。この手法では、半導体基板であるシリコンウエハの状態で貫通電極を形成する場合に、貫通電極の加工時間の短縮や電極形成の容易化を目的として、半導体基板を裏面研削により薄肉化し、これに伴う基板強度の低下やハンドリングなどの取り扱い上の問題を、半導体基板にサポート材を貼り付けることで解消している。
図10〜図12は従来の半導体装置の製造方法の一例を示す工程図である。まず、図10(A)に示すように、シリコンウエハ等からなる半導体基板50の主面側にウエハ処理工程にて、素子回路を含む回路層51、貫通電極52、接続電極53等を形成する。
次に、図10(B)に示すように、接続電極53上にはんだバンプ54を形成した後、図10(C)に示すように、はんだバンプ54を覆うように半導体基板50の主面に接着剤層55を介してサポート材56を貼り付ける。ここではサポート材56として透明なガラス基板を用いるものとする。
次に、図11(A)に示すように、半導体基板50の裏面を研削して半導体基板50を薄肉化することにより、半導体基板50の裏面に貫通電極52の端部を露出させた後、図11(B)に示すように、半導体基板50の裏面に絶縁膜57と接続電極58を形成する。次に、図11(C)に示すように、半導体基板50の裏面にLSIチップ等の半導体チップ59をフリップチップ実装する。
次に、図12(A)に示すように、半導体基板50と半導体チップ59との間(隙間)に液状のアンダーフィル樹脂60を注入(充填)してこれを硬化させる。次に、サポート材56を通して接着剤層55に紫外線(例えば、波長365nmの光)を照射することにより、接着剤層55の接着力を低下させた後、図12(B)に示すように、半導体基板50の主面から接着剤層55とともにサポート材54を剥離する。次に、半導体基板50をダイシング装置等で切断することにより、図12(C)に示すように、半導体チップ59とチップオンチップ構造をなす半導体チップ61を半導体基板50から切り出して個片化する。
なお、接着剤層55の接着力を低下させる処理としては、紫外線を照射する以外にも、接着剤が可溶性を示す溶剤を塗布する処理などがある。また、溶剤を塗布する場合は、接着剤層55全体に溶剤を効率良く行き渡らせるために、多数の貫通孔のあいたサポート材を用いる手法(例えば、特許文献2を参照)もある。また、サポート材を貼り付けた状態で半導体基板を薄肉化した後、半導体基板の裏面側から貫通孔をあけて金属埋め込みメッキ等により貫通電極を形成する手法もある。
このような製造方法によって得られた半導体装置に放熱部材を設ける場合は、例えば図13に示すように、バンプ付きの両面配線基板62にはんだバンプ54を介して半導体チップ61を実装するとともに、両面配線基板62と半導体チップ61との間(隙間)にアンダーフィル樹脂63を注入してこれを硬化させた後、積層構造をなす2つの半導体チップ59,61を取り囲む状態で両面配線基板62上にヒートスプレッダー64を接着等によって取り付ける。
しかしながら従来の半導体装置の製造方法においては、半導体基板からチップを切り出して個片化した後に、ヒートスプレッダー等の放熱部材をチップごとに取り付ける必要があるため、生産性が低いという問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その主たる目的は、放熱構造を有する半導体装置を製造する際の生産性を従来よりも向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の請求項1に係る半導体装置の製造方法は、素子回路が形成された半導体基板の面上に放熱板を張り合わせる工程と、前記半導体基板に前記放熱板を張り合わせた状態で、前記半導体基板から前記放熱板と共にチップを切り出して個片化する工程とを含むものである。
本発明の請求項1に係る半導体装置の製造方法においては、半導体基板を個片化したときに、放熱板付きの半導体装置が得られる。
本発明の請求項2に係る半導体装置の製造方法は、素子回路が形成された半導体基板の第1面上に半導体チップをフリップチップ実装する工程と、前記半導体基板の第1面上に前記半導体チップを介して放熱板を張り合わせる工程と、前記放熱板を張り合わせた状態で前記半導体基板から前記放熱板と共にチップを切り出して個片化する工程とを含むものである。
本発明の請求項2に係る半導体装置の製造方法においては、半導体基板を個片化したときに、放熱板付きの3次元積層タイプの半導体装置が得られる。
本発明の請求項3に係る半導体装置の製造方法は、前記放熱板を張り合わせた状態で前記半導体基板の第2面側に所定の処理を施す工程を有するものである。
本発明の請求項3に係る半導体装置の製造方法においては、放熱板をサポート材として利用することが可能となる。
本発明の請求項1に係る半導体装置の製造方法によれば、放熱構造を有する半導体装置を製造するにあたって、従来のようにチップごとに放熱部材を取り付けなくても、放熱板付きの半導体装置が得られる。このため、従来よりも半導体装置の生産性を向上させることができる。
本発明の請求項2に係る半導体装置の製造方法によれば、放熱構造を有する半導体装置を製造するにあたって、従来のようにチップごとに放熱部材を取り付けなくても、放熱板付きの半導体装置が得られる。また、3次元積層タイプの半導体装置を製造するにあたって、半導体基板からサポート材を剥がす必要がなくなる。したがって、従来よりも半導体装置の生産性を向上させることができる。
本発明の請求項3に係る半導体装置の製造方法によれば、3次元積層タイプの半導体装置を製造するにあたって、放熱板をサポート材として利用しつつ半導体基板の裏面加工プロセスなどを行なうことができる。
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明の実施の形態においては相対応する部分に同じ符号を付して説明することとする。
[第1実施形態]
図1〜図3は本発明に係る半導体装置の製造方法の第1実施形態を示す工程図である。まず、ウエハ処理工程でLSIなどの素子回路を含む回路層や配線、突起電極となるバンプ(例えば、はんだバンプ)などを主面に形成してなる半導体基板を用意する。半導体基板としては、例えばシリコンウエハを用いることができる。
図1〜図3は本発明に係る半導体装置の製造方法の第1実施形態を示す工程図である。まず、ウエハ処理工程でLSIなどの素子回路を含む回路層や配線、突起電極となるバンプ(例えば、はんだバンプ)などを主面に形成してなる半導体基板を用意する。半導体基板としては、例えばシリコンウエハを用いることができる。
半導体基板1は、図1(A),(B)に示すように、最終的にチップとして切り出される複数の有効素子領域2を有している。有効素子領域2は、LSIなどの素子回路や配線、電極などが形成される領域であって、チップサイズに合わせて格子状に区画されている。チップは、正方形又は長方形の平面形状で半導体基板1から切り出される。このため、各々の有効素子領域2は、チップの形状及びサイズに合わせて正方形又は長方形に区画されている。
また、半導体基板1は、有効素子領域2の他に、無効領域3を有している。無効領域3は、素子回路などが形成されない領域であって、有効素子領域2を囲むように位置している。無効領域3は、半導体基板1からチップを切り出すときに切除される領域である。また、有効素子領域2には複数のバンプ4が形成されているが、無効領域3にはバンプ4が形成されていない。
バンプ4は、外部接続用の接続端子として半導体基板1の主面に形成されるものである。有効素子領域2におけるバンプ4の個数や配置などは任意に変更可能である。例えば、有効素子領域2の外周部だけにバンプ4を配置してもよいし、有効素子領域2全体にバンプ4を配置してもよい。無効領域3は、半導体基板1の全領域の中で有効素子領域2を除く領域である。このため、無効領域3は、各々の有効素子領域2を取り囲む直線状の境界線部分(ストリートと呼ばれる部分)だけでなく、半導体基板1の周縁部にも存在する。
このようなバンプ付きの半導体基板1を用意したら、図2(A)に示すように、半導体基板1よりも一回り大きな開口を有するフレーム5に張られた粘着シート6に、バンプ形成面となる主面を下向きにして半導体基板1を貼り付ける。これにより、半導体基板1が粘着シート6を介してフレーム5に保持された状態となる。
次に、図2(B)に示すように、半導体基板1の裏面をグラインダー7で研削することにより、半導体基板1の厚みを、例えば100〜300μm程度まで薄くする。半導体基板1の裏面は、上述した半導体基板1の主面と表裏の関係にある。したがって、グラインダー7で研削される半導体基板1の裏面は、LSIなどの素子回路が形成されていない面となる。
次に、図2(C)に示すように、半導体基板1の裏面に放熱樹脂8を介して放熱板9を貼り付けることにより、半導体基板1と放熱板9とを張り合わせる。放熱樹脂8は、半導体基板1と放熱板9とを張り合わせるための接着剤としての機能の他に、半導体基板1と放熱板9との間で熱伝導層としての機能を果たすものである。放熱樹脂8は、基板の張り合わせに先立って、半導体基板1側に塗布しておいてもよいし、放熱板9側に塗布しておいてもよい。放熱樹脂8としては、例えば、金属やアルミナ等の粉末(フィラー)を混ぜて熱伝導性を高めたエポキシ樹脂などを用いることができる。
放熱板9は、半導体基板1と同様の円板形状をなすものである。放熱板9の外形寸法(直径)は、上記図1に示した複数の有効素子領域2が1枚の放熱板9で全て覆われるように設定してある。このため、放熱板9の外形寸法は、張り合わせの対象となる半導体基板1の外形寸法と同等の寸法になっている。外形寸法が同等とは、外形寸法が同一の場合と、外形寸法差が±10%(半導体基板1の外形寸法を100%として)以内の場合の両方を含む。放熱板9としては、高い放熱性を有する材料として、例えば、銅等の金属板を用いることができる。また、強度のあるセラミックス板などを放熱板9として用いることも可能である。
次に、図3(A),(B)に示すように、半導体基板1を粘着シート6に貼り付けた状態のまま、ダイシング装置のブレード10で放熱板9をチップサイズに切断(ダイシング)した後、先ほどよりも薄いブレード11で半導体基板1をチップサイズに切断することにより、半導体基板1から放熱板9と共にチップを切り出して個片化する。
この個片化工程においては、上記図1に示したように、半導体基板1の面内で各々の有効素子領域2を四角形(正方形又は長方形)に区画する直線状の境界線(ストリート)に沿って放熱板9及び半導体基板1を切断する。これにより、図3(C)に示すように、半導体基板1から切り出された半導体チップ1’の裏面に放熱板9が貼り付けられた状態の半導体装置12が得られる。
放熱板9の切断に関しては、例えば放熱板9に銅板を用いた場合は、ブレードの目詰まりや銅板のバリ発生などを考慮して、例えばDISCO CORPORATION製のPIAシリーズ(商品名)などのように、砥粒の粗い番手(600番程度)のものを使用することが望ましい。また、放熱板9をブレード10で切断したときに形成される切り溝の部分にブレード11を挿入して半導体基板1を切断するため、ブレード10の厚さは、ブレード11の挿入を許容し得る厚さ(例えば、0.5mm程度)とする。
このような製造方法によって得られる半導体装置12は、例えば図示しない実装基板(ガラスエポキシ製の回路基板、シリコン製のインターポーザ基板など)にフリップチップ接合によって実装された後、アンダーフィル樹脂の注入・硬化によって接合部が封止された状態で使用される。
以上述べた半導体装置の製造方法においては、半導体基板1に放熱板9を張り合わせ、その状態で半導体基板1から放熱板9と共に(一緒に)半導体チップ1’を切り出すため、ダイシングによって半導体基板1を個片化したときに、放熱板付きの半導体装置12が得られる。このため、放熱構造を有する半導体装置を製造するにあたって、チップごとに放熱部材を取り付ける必要がなくなる。
なお、上記第1実施形態においては、バンプ付きの半導体基板1を粘着シート6に貼り付けた状態で、放熱板9と半導体基板1のダイシングを順に行なうものとしたが、これに限らず、例えば、半導体基板1に放熱板9を張り合わせた後、紫外線照射によって粘着シート6の接着力を低下させて半導体基板1から粘着シート6を剥がし、次いで、図示しない粘着シートに半導体基板1が上側となるように放熱板9を貼り付けて、半導体基板1と放熱板9のダイシングを順に行なうようにしてもよい。
[第2実施形態]
図4〜図9は本発明に係る半導体装置の製造方法の第2実施形態を示す工程図である。まず、ウエハ処理工程でLSIなどの素子回路や配線、突起電極となるバンプ(例えば、はんだバンプ)などを主面に形成してなる半導体基板を2枚用意する。この場合、一方の半導体基板に形成される素子回路と、他方の半導体基板に形成される素子回路とは、その機能が異なる。例えば、一方の半導体基板に形成される素子回路はCPUとしての機能を有し、他方の半導体基板に形成される素子回路はメモリとしての機能を有する。
図4〜図9は本発明に係る半導体装置の製造方法の第2実施形態を示す工程図である。まず、ウエハ処理工程でLSIなどの素子回路や配線、突起電極となるバンプ(例えば、はんだバンプ)などを主面に形成してなる半導体基板を2枚用意する。この場合、一方の半導体基板に形成される素子回路と、他方の半導体基板に形成される素子回路とは、その機能が異なる。例えば、一方の半導体基板に形成される素子回路はCPUとしての機能を有し、他方の半導体基板に形成される素子回路はメモリとしての機能を有する。
各々の半導体基板は、上記第1実施形態と同様に、複数の有効素子領域とそれ以外の無効領域とを有する。また、一方の半導体基板には、ウエハ処理工程で予め貫通電極を形成しておく。貫通電極は、例えば、半導体基板にシリコンエッチング等によって貫通孔を形成した後、この貫通孔の内面を酸化膜で被覆してから、例えば銅等の金属で貫通孔を埋め込むことにより形成すればよい。ただし、この段階では貫通電極が半導体基板の裏面まで貫通していない状態で、所定の深さに形成しておく。
このようなバンプ付きの半導体基板を2枚用意したら、図4(A)に示すように、一方の半導体基板(以下、「第1の半導体基板」と記す)1Aを、バンプ形成面となる主面を下向きにして粘着シート6Aに貼り付ける。これにより、第1の半導体基板1Aが粘着シート6Aを介してフレーム5Aに保持された状態となる。
次に、図4(B)に示すように、第1の半導体基板1Aの裏面をグラインダー7Aで研削することにより、第1の半導体基板1Aの厚みを、例えば100〜300μm程度まで薄くする。この段階では、上述のように予めウエハ処理工程で第1の半導体基板1Aに形成してある貫通電極の端部が露出しないようにする。
次に、図4(C)に示すように、第1の半導体基板1Aを表裏反転(裏返しに)して粘着シート6Aに貼り付ける。
また、他方の半導体基板(以下、「第2の半導体基板」と記す)1Bに関しては、図5(A)に示すように、バンプ形成面となる主面を下向きにして第2の半導体基板1Bを粘着シート6Bに貼り付ける。これにより、第2の半導体基板1Bが粘着シート6Bを介してフレーム5Bに保持された状態となる。
次に、図5(B)に示すように、第2の半導体基板1Bの裏面をグラインダー7Bで研削することにより、第2の半導体基板1Bの厚みを、例えば100〜300μm程度まで薄くする。
次に、図5(C)に示すように、第2の半導体基板1Bを表裏反転(裏返しに)して粘着シート6Bに貼り付けた後、第2の半導体基板1Bを図示しないダイシング用のブレードでチップサイズに切断することにより、第2の半導体基板1Bを複数のチップに個片化する。
次に、図5(D)に示すように、ダイシングによって個片化された各々の半導体チップ1B’をトレイ13に移し替える。
こうして2枚の半導体基板1A,1Bの前加工を行なった後は、COW(チップオンウエハ)ボンディング工程として、図6(A)に示すように、粘着シート6Aにマウントされた第1の半導体基板1Aの主面(バンプ形成面)上に、第2の半導体基板1Bから個片に切り出された半導体チップ1B’をフリップチップ接合によって実装する。
次に、図6(B)に示すように、第1の半導体基板1Aと半導体チップ1B’との間(隙間部分)に液状のアンダーフィル樹脂(例えば、エポキシ樹脂)14を注入(充填)してこれを硬化させる。この場合は、第1の半導体基板1Aと半導体チップ1B’の両方にバンプ4A,4Bが形成されているため、各々のバンプ4A,4Bを突き合わせた状態でバンプ同士を接合する。ただし、フリップチップ接合のためのバンプは、第1の半導体基板1Aとこれに実装される半導体チップ1B’のうち少なくとも一方に形成しておけばよい。また、アンダーフィル樹脂14の硬化は、自然乾燥や熱処理などによって行えばよい。
次に、図6(C)に示すように、各々の半導体チップ1B’の裏面に放熱樹脂8を用いて放熱板9を貼り付けることにより、第1の半導体基板1Aの主面上に半導体チップ1B’を介して放熱板9を張り合わせる。放熱樹脂8及び放熱板9に関しては、上記第1実施形態と同様のものを使用すればよい。
次に、放熱板9を貼り付けた状態で第1の半導体基板1Aの裏面をグラインダーで研削することにより、図7(A)に示すように、予め第1の半導体基板1Aに形成してある貫通電極15の端部が外部に露出しないギリギリ(換言すると、貫通電極15の端部が露出する直前)の薄さまで第1の半導体基板1Aを薄肉化する。
次に、図7(B)に示すように、第1の半導体基板1Aの裏面をCPM(Chemical Mechanical Polishing;化学的機械研磨)等で研磨することにより、第1の半導体基板1Aの被研削面(凹凸)を平坦化する。
次に、図7(C)に示すように、シリコンのエッチバックによって貫通電極15の端部を外部に露出させる。
次に、図7(D)に示すように、貫通電極15の端部を覆っている酸化膜16をエッチング(ウェットエッチング又はドライエッチング)によって除去する。
次に、図7(E)に示すように、第1の半導体基板1Aの裏面に貫通電極15の端部を覆う状態で絶縁膜17を形成する。絶縁膜17の形成は、例えばプラズマCVD法を利用して行なうことができる。
次に、図7(F)に示すように、第1の半導体基板1Aの裏面(絶縁膜17上)に配線18を形成する。配線18の形成は、例えば銅を配線材料として、CVD法を利用して行なうことができる。
次に、図8(A)に示すように、第1の半導体基板1Aの裏面に外部接続用の接続端子となるバンプ(例えば、はんだバンプ)19を形成する。バンプ19は、上記配線18の電極パッド上に、例えば電解メッキ法や印刷法などを用いて形成することができる。
次に、図8(B)に示すように、バンプ19の形成面(裏面)を下向きにして第1の半導体基板1Aを粘着シート6Aに貼り付ける。これにより、第1の半導体基板1Aが粘着シート6Aを介してフレーム5Aに保持された状態となる。
次に、図9(A),(B)に示すように、第1の半導体基板1Aを粘着シート6に貼り付けた状態のまま、ダイシング装置のブレード10で放熱板9をチップサイズに切断(ダイシング)した後、先ほどよりも薄いブレード11で第1の半導体基板1をチップサイズに切断することにより、半導体基板1Aから放熱板9と共にチップを切り出して個片化する。
これにより、図9(C)に示すように、第1の半導体基板1Aから切り出された半導体チップ1A’の主面上に半導体チップ1B’が実装され、この半導体チップ1B’の裏面に放熱板9が貼り付けられた状態の3次元積層タイプの半導体装置20が得られる。
このような製造方法によって得られる半導体装置20は、例えば図示しない実装基板(ガラスエポキシ製の回路基板、シリコン製のインターポーザ基板など)にフリップチップ接合によって実装された後、アンダーフィル樹脂の注入・硬化によって接合部が封止された状態で使用される。
以上述べた半導体装置の製造方法においては、第1の半導体基板1Aに半導体チップ1B’をフリップチップ実装した後、その半導体チップ1B’を介して第1の半導体基板1Aに放熱板9を張り合わせ、その状態で第1の半導体基板1Aから放熱板9と共に(一緒に)半導体チップ1A’を切り出すため、ダイシングによって第1の半導体基板1Aを個片化したときに、放熱板付きの3次元積層タイプの半導体装置20が得られる。このため、放熱構造を有する半導体装置を製造するにあたって、チップごとに放熱部材を取り付ける必要がなくなる。また、3次元積層タイプの半導体装置を製造するにあたって、半導体基板からサポート材を剥がす必要がなくなる。
また、放熱板9を張り合わせた状態で第1の半導体基板1Aの裏面に所定の処理、例えば上記図7(A)〜(F)に示す裏面研削や配線形成、さらには図8(A)に示す接続端子(バンプ)形成などの裏面加工を施すため、放熱板9をサポート材として利用しつつ第1の半導体基板1Aの裏面加工プロセスを行なうことができる。
なお、上記第2実施形態においては、予めウエハ処理工程で第1の半導体基板1Aに貫通電極を形成するものとしたが、これに限らず、上記裏面加工プロセスの中で裏面研削により第1の半導体基板1Aを薄肉化した後、例えば貫通孔の形成、酸化膜の形成、金属埋め込みメッキ等により、第1の半導体基板1Aに貫通電極を形成してもよい。
1,1A,1B…半導体基板、1’,1A’,1B’…半導体チップ、4,4A,4B,19…バンプ、8…放熱樹脂、9…放熱板、10,11…ブレード、12,20…半導体装置
Claims (3)
- 素子回路が形成された半導体基板の面上に放熱板を張り合わせる工程と、
前記半導体基板に前記放熱板を張り合わせた状態で、前記半導体基板から前記放熱板と共にチップを切り出して個片化する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 素子回路が形成された半導体基板の第1面上に半導体チップをフリップチップ実装する工程と、
前記半導体基板の第1面上に前記半導体チップを介して放熱板を張り合わせる工程と、
前記放熱板を張り合わせた状態で前記半導体基板から前記放熱板と共にチップを切り出して個片化する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記放熱板を張り合わせた状態で前記半導体基板の第2面側に所定の処理を施す工程を有する
ことを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
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