JP2010010595A - 複合半導体装置、プリントヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体ウエハをダイシングする際に、半導体チップ内にクラックが伝搬することを防止する。
【解決手段】 ダイシング位置のデバイス形成領域１０側近傍において、半導体基板３上に形成された複数の配線層２同士を接合する接合部８を設ける。この接合部８により、ダイシングの際の外力による配線層２の剥離を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ダイシングによって作製される発光素子（ＬＥＤ）アレイ等の複合半導体装置、該複合半導体装置を備えるプリントヘッドおよび画像形成装置に関するものである。

上記のような半導体装置は、半導体ウエハ上に複数のデバイス形成領域を形成した後、各デバイス形成領域間に形成されたダイシング領域をダイシングすることにより、個々のチップに分割することによって製造されている。
一般的に、半導体ウエハを分割する場合、ブレードを高速回転させて切断するダイシングブレードが使用されるが、切断の際に切断位置に加わる外力で、半導体チップにクラックやチッピングが生じる。
このような、ダイシング時に生じる半導体チップのクラックやチッピングを防止し、歩留まりを向上する技術として、例えば、特許文献１が開示されている。特許文献１には、ダイシング領域に分離パターンを設けることによりクラック等を防止するクラック防止構造が開示されている。

図７（ａ）、（ｂ）は、上記特許文献１によるクラック防止構造が適用された従来の複合半導体装置を示し、符号１は半導体薄膜層１５が備える半導体素子、符号２は導電膜及び絶縁膜により構成される複数の配線層、符号３は半導体基板である。また符号１０は半導体素子１が搭載されたデバイス形成領域を示し、符号１１は半導体ウエハをダイシングするダイシング領域を示している。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、上記ダイシング領域１１に分離パターン７が設けられており、ダイシング領域１１の略中央に設定されたダイシングライン１２に沿ってダイシングすると、ダイシング位置とデバイス形成領域１０との間に存在する複数の分離パターン７によって、ダイシング時に加わる外力が半導体チップの内部に伝搬されるのを防止できるように構成されている。
特開２００８−０１０５７１号公報

ところで、近年、装置の小型化・高性能化により、半導体チップの製造にあっては、更なる高精細なダイシングが要求されるようになってきた。高精細ダイシングでは、図８に示すように、従来例と相違してデバイス形成領域１０の極近傍を切断する必要があるため、上記した分離パターンによる効果が得られなくなり、ダイシング時の外力で配線層２に剥離が生じると共に、クラックが配線層２を伝って半導体チップ内部へ及ぶという問題が発生した。尚、図８中、符号５はダイシング時のチップ固定用のテープ、符号６はダイシングブレードによる切断溝を示している。

また、高精細ダイシングでは、しばしば傾斜ダイシングが行われるが、この場合、図７（ｂ）のように、分離パターン７が積層方向に垂直に形成される構造では、図９に示すように、ダイシングブレードが半導体チップ内の配線層２に直接接触し、接触による衝撃で配線層２にクラック４を生じさせるという問題があった。

本発明では、上記問題に鑑みてなされたもので、高精細ダイシングを必要とする半導体ウエハをダイシングする際も、半導体チップ内部にクラックが伝搬されるのを防止することにより、歩留の向上を図った複合半導体装置、この複合半導体装置を備えるプリントヘッド及び画像形成装置を提供することを目的としている。

すなわち、本発明の複合半導体装置は、半導体ウエハの上面に半導体素子が搭載された複数のデバイス形成領域が形成され、各デバイス形成領域間のダイシング領域に沿ってダイシングされる複合半導体装置において、半導体基板と、該半導体基板上に形成され、導電膜及び絶縁膜により構成される複数の配線層を有し、ダイシング位置のデバイス形成領域側近傍において、各々積層方向に隣接する上記配線層同士が接合されて、ダイシング時の上記配線層の剥離を防止する接合部が形成されていることを特徴としている。

また、本発明のプリントヘッドは、上記複合半導体装置を複数直線状に配列させた基板と、これら複数の複合半導体装置に対向して配置され、各複合半導体装置から放射される光を集光させるレンズアレイとを備えることを特徴としている。

また、本発明の画像形成装置は、上記プリントヘッドと、該プリントヘッドにて露光され、表面に潜像が形成される像担持体とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、ダイシング位置のデバイス形成領域側近傍において、各々積層方向に隣接する配線層同士が接合される接合部が形成されているので、ダイシングにより加わる外力で、切断部分にクラックが生じても、この接合部によってクラックがチップ内部に伝搬するのが防止されるため、歩留まりを向上できる。

以下、本発明の実施例を図１〜図５に基づいて説明する。尚、以下の実施例において、従来例と共通する部分については同一の符号を用いた。

図１（ａ）は、本発明の実施例１による複合半導体装置の平面図、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ概略断面図である。
図１中、符号３は半導体基板（例えば、Ｓｉ基板）、符号２はこの半導体基板３に複数層（本実施例では４層）形成された配線層を示し、図示しない導電膜（配線パターン）と絶縁膜により構成されている。符号１５は配線層２の最上層の上方に設けられた半導体薄膜層、符号１は半導体薄膜層１５が備える半導体素子としてのＬＥＤ素子である。
符号１０は半導体ウエハ上に形成され、上記半導体素子１が複数搭載されたデバイス形成領域、符号１１は各デバイス形成領域間に形成されたＹ方向（紙面の縦方向）のダイシング領域、符号１２はダイシング領域１１内に設定されたＹ方向のダイシングライン（ダイシング位置）を示している。

ここで、上記配線層２を構成する導電膜として、例えば、ＡｌＳｉＣｕ、ＡｌＳｉ、ＡｌＮｉ、ＡｌＴｉ、ＡｌＣｒ等のＡｌ系材料やＣｕ等が用いられ、絶縁膜として、ＳｉＯ₂ 、ＳＯＧ等が用いられる。配線層２には上記半導体素子１を駆動する駆動回路（図示せず）が形成されている。
また、上記半導体薄膜層１５として、III−Ｖ族化合物半導体層（例えば、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ等）やIII−Ｖ族窒化物半導体層（例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等）等の半導体材料が用いられる。

尚、本実施例では、上記各配線層２がダイシング領域１１に延設されると共に、ダイシング領域１１内において各配線層２が複数の矩形状微少部分に分割されて、回路動作に関わらない分離パターン７が形成されている。各配線層２がダイシング領域１１に延設されるのは、配線層２に起因する凹凸を無くし、ウエハ上面の平坦性を確保するためである。
本実施例では、駆動回路となる配線層２の形成と同時に分離パターン７を形成しているが、ウエハ上面の平坦性を確保することが可能であれば、駆動回路の配線層２とは別の金属層を用いて分離パターン７を形成してもよい。

また、各配線層２には、ダイシングライン１２のデバイス形成領域１０側近傍において、各々積層方向に隣接する配線層２同士が密着性に優れる材料で接合された接合部８が形成されている。尚、配線層２の最上層は、密着性に優れる材料により、その上部の半導体薄膜層１５と接合されている。本実施例では、この接合用の材料として、例えば、高い硬度と優れた耐腐食性を有するタングステンが使用されている。

ここで、配線層２の接合は、少なくともダイシングライン１２とこのダイシングライン１２に最も近接する半導体素子１の端部１ａの間において成されることが必要であるが、この接合部８のデバイス形成領域１０内側方向の長さは特に規定されるものではない。また、接合部８は、図示のように１カ所に限るものではなく、内側方向の複数箇所に設けることも可能である。

上記構成の複合半導体装置では、小型化・高性能化に対応すべく高精細ダイシングが行われるため、図１（ａ）のように、ダイシング領域１１内において、デバイス形成領域１０の極近傍に設定されたダイシングライン１２に沿ってダイシングが行われる。

図２は、ダイシング時の配線層２の破断状態を示し、符号６は、ダイシングブレードによる切断溝を示している。尚、符号５は、半導体基板３の裏面に貼着されてダイシングにより分割された個々のチップが分散しないように固定しておくためのテープで、例えば、ＵＶ硬化型ダイシングテープ等が用いられている。
従来構造では、図８に示すように、ダイシングの際、切断箇所に発生したクラック４は、その極近傍に存在する配線層２に伝搬され、配線層２に剥離を生じさせながら半導体チップ内部に及ぶが、本構成では、図２に示すように、ダイシングの際に切断箇所で発生したクラック４は配線層２に伝搬されるものの、接合部８の優れた密着性により、接合部８において配線層２の剥離の進行が阻止され、クラック４が半導体チップ内部にまで及ぶことが防止される。

以上、実施例１によれば、ダイシングライン１２のデバイス形成領域１０側の近傍において、半導体基板３上に形成された複数の配線層２同士を接合する接合部８を設けたので、ダイシングにより加わる外力で、切断箇所にクラック４が生じても、この接合部８の優れた密着性によりラック４が半導体チップ内部に及ぶことが防止されるため、半導体チップ製造時の歩留まりが向上する。

また、図３のように、半導体チップを構成する各配線層２の端部２ａの位置をダイシングの切断角度に合わせて設定することにより、傾斜ダイシングが行われても、ダイシングの際にブレードが半導体チップ内の配線層２に直接接触して破断させることがなくなり、よって、従来のようなブレードの衝撃による配線層２のクラック４の発生を防止できる。
この場合、当然のことではあるが、本発明のポイントとなる接合部８は、常にダイシング位置より内側（デバイス形成領域１０側）に位置することになり、ダイシング時に直接ブレードの衝撃を受ける危険性はない。

ここで、上記した傾斜ダイシングとは、半導体ウエハを厚さ方向に垂直に切断するのではなく、垂直方向に対して所定の傾斜角を持って切断することを言う。
ＬＥＤアレイチップのように、複数のＬＥＤチップを密に並べて実装するような場合、隣接するＬＥＤチップの最終端部の発光ピッチ（発光部間の距離）がチップ内部の発光ピッチと同等になるようにする必要があることから、ＬＥＤチップの繋ぎ部分においては、高精細のダイシングとしてしばしば傾斜ダイシングが要求されるのである。

図４は、本発明の実施例２による複合半導体装置の概略断面図である。
図４中、符号１はＬＥＤ素子、符号３は半導体基板、符号２は配線層２、符号７は分離パターン、符号８は接合部、符号１０はデバイス形成領域、符号１１はダイシング領域である。

本構成は、図１の実施例と略同様であるが、配線層２の接合部８よりデバイス形成領域１０側の部位に、該配線層２を分割する分割部９が形成されている点が実施例１と相違している。この分割部９は、接合部８よりデバイス形成領域１０側の部位に複数設けることも可能である。

上記構成の複合半導体装置では、実施例１同様に、図１（ａ）に示す、ダイシング領域１１内において、デバイス形成領域１０の極近傍に設定されたダイシングライン１２に沿ってダイシングが行われる。
ダイシングの際に切断箇所で発生したクラック４は、配線層２に伝搬されるが、接合部８の優れた密着性により配線層２の剥離が阻止され、クラック４が半導体チップ内部に及ぶことが防止されると共に、ダイシング時の外力により配線層２内に発生する応力は、切断箇所の近傍に分割部９を設けてその伝搬経路を断つことで、半導体チップ内部への応力伝搬が阻止される。

以上、実施例２によれば、配線層２の接合部８より内側（チップ形成部１０側）の部位に、配線層２を分割する分割部９が形成されているので、上記実施例１の効果に加え、ダイシング時の外力により配線層２内に生じた応力が配線層２を介して半導体チップ内部に伝搬されるのを防止することができるため、更なる歩留まりの向上が図れるようになる。

また、実施例１と同様に、半導体チップを構成する配線層２の端部２ａの位置を、ダイシングの切断角度に合わせて設定することにより、図５のように、傾斜ダイシングが行われても、ダイシングの際にブレードが半導体チップ内の配線層２に直接接触することがなくなり、ブレードの衝撃による配線層２のクラック４の発生を防止できる。
また、この場合も、本発明のポイントとなる接合部８と分割部９は、常にダイシング位置より内側（デバイス形成領域１０側）に位置することになり、ダイシング時に直接ブレードの衝撃を受ける危険性はない。

以上、実施例１、２では、半導体ウエハのＹ方向（紙面の縦方向）のダイシングについて説明したが、Ｘ方向（紙面の横方向）のダイシングにも勿論適用可能である。

次に、図６（ａ）〜（ｆ）に基づいて複合半導体装置の製造方法を説明する。
図６（ａ）〜（ｆ）は上述した本実施例による複合半導体装置の製造行程を示す図である。
先ず、図６（ａ）に示すように、例えば、Ｓｉから成る半導体ウエハ２１を用意する。この半導体ウエハ２１には、既に駆動回路（図示せず）が形成されている。

次に、図６（ｂ）に示すように、上記半導体ウエハ２１の上面に被駆動素子（ＬＥＤ素子）となる化合物半導体等の薄膜層２２を貼り付ける。この半導体薄膜層２２として、
III−Ｖ族化合物半導体、例えば、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ等が使用される。

次いで、図６（ｃ）に示すように、上記半導体薄膜層２２を周知のホトリソグラフィー処理により、複数の素子２３群に分割すると共に、これら素子２３と駆動回路との間に配線を形成して電気的に接続する。

次いで、図６（ｄ）に示すように、ダイシングブレード等により各素子２３群間に切断溝２４を形成してチップ状に分割し、本実施例で示した複合半導体装置２６を作製する。
尚、ダイシングの際には、分割された個々のチップ（複合半導体装置２６）が分散しないよう、ＵＶ硬化型ダイシングテープ２５等にて一括固定しておく。

続いて、上記複合半導体装置２６を用いてＬＥＤアレイヘッドを作製する場合は、図６（ｅ）に示すように、ガラスエポキシ基板等の実装基板２７上に上記複数の複合半導体装置２６を一列状態に配置すると共に、ダイスボンドペースト２８等を用いてダイスボンドすることにより、図６（ｆ）に示すＬＥＤアレイヘッドを得る。

次に、図１０、図１１に基づき、本実施例による複合半導体装置を用いて構成したＬＥＤヘッド（プリントヘッド）について説明する。図１０は本発明によるＬＥＤヘッドを示し、図１１はＬＥＤユニットの一構成例を示している。
図１０に示すように、本発明のＬＥＤヘッド５００は、ベース部材５０１を有し、このベース部材５０１上にＬＥＤユニット５０２が搭載されている。

上記ＬＥＤユニット５０２は、図１１に示すように、細長形状の実装基板５０２ｅと、この実装基板５０２ｅの長手方向に沿って複数直線状に配列された発光部とその駆動回路から成るＬＥＤアレイ５０２ａ（複合半導体装置）とを備える。また、実装基板５０２ｅには、上記の他に電子部品が搭載され配線が形成されている電子部品実装エリア５０２ｂ、５０２ｃ、及び外部から制御信号や電源などを供給するためのコネクタ５０２ｄ等が設けられている。

また、図１０に示すように、ＬＥＤアレイ５０２ａの上方には、各発光部から出射される光を集光するためのロッドレンズアレイ５０３が配設されている。このロッドレンズアレイ５０３は、柱状の光学レンズを、上記ＬＥＤアレイ５０２ａの発光部に沿って多数配列したもので、レンズホルダ５０４により発光部上方の所定の位置に保持されている。

上記レンズホルダ５０４は、ベース部材５０１及びＬＥＤユニット５０２を覆うように設けられており、これらベース部材５０１、ＬＥＤユニット５０２、およびレンズホルダ５０４は、ベース部材５０１及びレンズホルダ５０４に形成された開口部５０１ａ、５０４ａを介して配設されるクランパ５０５によって一体的に挟持され、ＬＥＤユニット５０２で発生した光がロッドレンズアレイ５０３を通して所定の外部部材に照射されるように構成されている。このＬＥＤプリントヘッド５００は、例えば、電子写真プリンタや電子写真コピー装置等、画像形成装置の露光装置として用いられる。

次に、図１２に基づき、上記露光装置を用いた画像形成装置について説明する。図１２は本発明による画像形成装置としてのプリンタ６００の要部構成を示している。
図１２に示すように、プリンタ６００内には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を各々に形成する四つのプロセスユニット６０１〜６０４が記録媒体６０５の搬送経路６２０に沿って、その上流側から順に配置されている。これらプロセスユニット６０１〜６０４の内部構造は共通であるため、シアンのプロセスユニット６０３を例に、それらの構成を説明する。

プロセスユニット６０３には、像担持体としての感光ドラム６０３ａが矢印方向に回転可能に配置されている。この感光体ドラム６０３ａの周囲には、その回転方向上流側から順に、感光体ドラム６０３ａの表面を帯電する帯電装置６０３ｂ、帯電された感光体ドラム６０３ａの表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光装置６０３ｃ（図１１のＬＥＤヘッド５００に相当）、静電潜像が形成された感光体ドラム６０３ａの表面に、所定色（シアン）のトナーを付着させて顕像を発生させる現像装置６０３ｄ、感光体ドラム６０３ａの表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置６０３ｅ等が配設されている。尚、これら各装置に使用されているドラムまたはローラは、図示しない駆動源及びギアによって回転するようになっている。

また、プリンタ６００の下方には、紙等の記録媒体６０５を積み重ねた状態で収容する用紙カセット６０６が装着され、その上方には、記録媒体６０５を１枚ずつ分離させて搬送するためのホッピングローラ６０７が配設されている。更に、このホッピングローラ６０７の下流側には、ピンチローラ６０８、６０９と共に記録媒体６０５を挟持することにより、記録媒体６０５の斜行を修正し、搬送経路６２０上をプロセスユニット６０１〜６０４に搬送するレジストローラ６１０、６１１が配設されている。これらのホッピングローラ６０７及びレジストローラ６１０、６１１は、図示しない駆動源及びギアによって連動回転するようになっている。

プロセスユニット６０１〜６０４の各感光体ドラム６０１ａ〜６０４ａに対向する部位には、それぞれ半導電性のゴム等によって形成された転写ローラ６１２が配設されている。そして感光体ドラム６０１ａ〜６０４ａ上のトナーを記録媒体６０５に付着させるために、感光体ドラム６０１ａ〜６０４ａの表面と、これら各転写ローラ６１２の表面との間に所定の電位差が生じるように構成されている。

定着装置６１３は、加熱ローラとバックアップローラとを有し、記録媒体６０５上に転写されたトナーを加圧、加熱することによって定着させる。また、排出ローラ６１４、６１５は、定着装置６１３から排出された記録媒体６０５を、排出部のピンチローラ６１６、６１７と共に挟持し、記録媒体スタッカ部６１８に搬送する。排出ローラ６１４、６１５は、図示しない駆動源及びギアによって連動回転するようになっている。

次に、上記構成のプリンタ６００の動作について説明する。
先ず、用紙カセット６０６に収納されている記録媒体６０５がホッピングローラ６０７によって、上から１枚ずつ分離されて搬送される。続いて、この記録媒体６０５は、レジストローラ６１０、６１１及びピンチローラ６０８、６０９に挟持されて、プロセスユニット６０１の感光体ドラム６０１ａ及び転写ローラ６１２に搬送される。その後、記録媒体６０５は、感光体ドラム６０１ａ及び転写ローラ６１２に挟持された状態で、その記録面に感光体ドラム６０１ａ上のトナー像が転写されると共に、感光体ドラム６０１ａの回転により下流方向に搬送される。

記録媒体６０５は、プロセスユニット６０２〜６０４を通過し、その通過過程において各露光装置６０１ｃ〜６０４ｃにより形成された静電潜像が各現像装置６０１ｄ〜６０４ｄによって順次現像され、各色のトナー像がその記録面に転写され重ね合わせられる。そして、記録媒体６０５上の各色のトナー像は、定着装置６１３において定着させられた後、排出ローラ６１４、６１５及びピンチローラ６１６、６１７に挟持されて、装置外部の記録媒体スタッカ部６１８に排出される。
以上の過程を経て、高品質のカラー画像が記録媒体６０５上に形成される。

本発明の実施例１による複合半導体装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）Ａ−Ａ概略断面図である。 実施例１による複合半導体装置のダイシング時の破断状態を示す断面図である。 実施例１による複合半導体装置の傾斜ダイシングを示す断面図である。 本発明の実施例２による複合半導体装置を示す概略断面図である。 実施例２による複合半導体装置の傾斜ダイシングを示す断面図である。 複合半導体装置の製造行程を示す図である。 従来の複合半導体装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図である。 従来の複合半導体装置のダイシング時の破断状態を示す断面図である。 従来の複合半導体装置の傾斜ダイシングを示す断面図である。 本発明によるＬＥＤヘッドを示す図である。 ＬＥＤユニットの一構成例を示す平面配置図である。 本発明による画像形成装置の要部構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ素子（半導体素子）
２ 配線層
３ 半導体基板
８ 接合部
９ 分割部
１０ デバイス形成領域
１１ ダイシング領域
１２ダイシングライン（ダイシング位置）
５００ ＬＥＤヘッド（プリントヘッド）
５０２ｅ 実装基板（基板）
５０３ ロッドレンズアレイ（レンズアレイ）
６００ プリンタ（画像形成装置）
６０１ａ〜６０４ａ 感光体ドラム（像担持体）

Claims (5)

1. 半導体ウエハの上面に半導体素子が搭載された複数のデバイス形成領域が形成され、各デバイス形成領域間のダイシング領域に沿ってダイシングされる複合半導体装置において、
   半導体基板と、該半導体基板上に形成され、導電膜及び絶縁膜により構成される複数の配線層を有し、ダイシング位置のデバイス形成領域側近傍において、各々積層方向に隣接する前記配線層同士が接合されて、ダイシング時の前記配線層の剥離を防止する接合部が形成されていることを特徴とする複合半導体装置。
2. 前記配線層の前記接合部より前記デバイス形成領域側の部位に、該配線層を分割する分割部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の複合半導体装置。
3. 前記配線層の端部は、ダイシングの切断角度に合わせて設定されており、且つ、ダイシング位置よりデバイス形成領域側に位置していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合半導体装置。
4. 請求項１から請求項３までの何れかに記載の複合半導体装置を複数直線状に配列させた基板と、これら複数の複合半導体装置に対向して配置され、各複合半導体装置から放射される光を集光させるレンズアレイとを備えることを特徴とするプリントヘッド。
5. 請求項４に記載のプリントヘッドと、該プリントヘッドにて露光され、表面に潜像が形成される像担持体とを備えることを特徴とする画像形成装置。

Images