JP2011171643A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】支持基板により半導体基板が保護された半導体装置を先ダイシング（ＤＢＧ）で製造することを可能とする半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、所定の厚さに研削された半導体ウェハに支持基板を密着させ、この状態の半導体ウェハに対して先ダイシング（ＤＢＧ）のプロセスを適用することにより、半導体ウェハを各半導体装置に分離している。具体的には、半導体装置部１４が設けられた半導体ウェハ１０の上面に支持基板２６を貼着し、半導体基板１０が分割されて支持基板２６の途中に至るように分離溝４８を設ける。この状態で、支持基板２６を上面からグラインダ２８で除去することにより、支持基板２６により半導体基板が保護された構成の半導体装置が製造される。
【選択図】図６

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、薄型のＷＬＰを製造する半導体装置の製造方法に関する。

従来から、電子機器にセットされる半導体装置は、携帯電話、携帯用のコンピューター等に採用されるため、小型化、薄型化、軽量化が求められている。これらの条件を満たすために、ＣＳＰ（Chip Scale Package）と呼ばれる、内蔵される半導体素子と同等のサイズを有する半導体装置が開発されている。

これらのＣＳＰの中でも、特に小型化なものとしてＷＬＰ（Wafer Level Package）がある（例えば下記特許文献１を参照）。一般的なＷＬＰの製造方法は、半導体ウェハに多数の半導体装置部をマトリックス状に設け、各半導体装置部の拡散領域と接続された配線および半田電極を半導体ウェハの一主面に形成した後に、半導体ウェハを格子状にダイシングすることにより、各半導体装置部を個別に分離している。

しかしながら、上記した一般的なＷＬＰの製造方法では、形成されるＷＬＰの厚みを例えば１００μｍ以下とするためには、ダイシングを行う前に半導体ウェハ自体の厚みを１００μｍ以下と極めて薄くする必要がある。このことから、薄型化した後の半導体ウェハの機械的強度が低下して、搬送の工程等で半導体ウェハが破損してしまう問題が多く発生してしまう。

この様な問題を解決するＷＬＰの製造方法として、先ダイシング（Dicing Before Grinding：以下ＤＢＧと略称する）が開発されている（特許文献２を参照）。このＤＢＧによる半導体装置の製造方法は、配線等が形成された半導体ウェハを表面側からハーフカットした後に、裏面側から全面的に研削することで、ハーフカットされた領域にて半導体ウェハを個々の半導体装置に分割する方法である。このＤＧＢによる半導体ウェハの分割方法を、図８を参照して詳述する。

図８（Ａ）を参照して、先ず、半導体装置部１０８がマトリックス状に形成された半導体ウェハ１００を用意する。各半導体装置部１０８の上面付近には、拡散工程によりトランジスタ等の素子が形成されている。また、半導体ウェハ１００の上面は、酸化膜から成る絶縁層１０２により被覆され、この絶縁膜１０２の上面には、素子領域と接続された配線１０４が形成されている。更に、配線１０４には半田から成る外部電極１０６が形成されている。この工程に於ける半導体ウェハ１００の厚みは、例えば６２５μｍまたは７２５μｍ程度である。

図８（Ｂ）を参照して、次に、半導体ウェハ１００の上面からダイシングを行うことにより、各半導体装置部１０８同士の間に溝１１０を形成する。ここでのダイシングは半導体ウェハ１００を分割するものではなく、ダイシングにより形成される溝１１０の深さは半導体ウェハ１００の厚さよりも浅く形成される。一例として、半導体ウェハ１００の厚みが上記したように２８０μｍの場合、溝１１０の深さは１００μｍ程度に設定される。従って、本工程を経た半導体ウェハ１００は分割された状態ではなく、一枚の板状体を呈している。

図８（Ｃ）を参照して、半導体ウェハ１００の表裏を反転させた後に、配線１０４が形成された半導体ウェハ１００の下面を、粘着テープ１１２に貼着させる。更に、半導体ウェハ１００を上面からグラインドを行い、半導体ウェハ１００を全面的に薄くする。

図８（Ｄ）を参照して、半導体ウェハ１００の上面からグラインドを進行させることにより、溝１１０が分離された箇所にて各半導体装置部１０８が個別に分離される。

特開２００４−１７２５４２号公報 特開２００５−１０１２９０号公報

上記した製造方法では、図８（Ｄ）を参照して明らかなように、半導体ウェハ１００の主面を全面的に研削することで各半導体装置部１０８への分離を行っている。従って、各半導体装置部１０８の上面はシリコン等の半導体基板が剥き出しの状態である。このような状態であると、この半導体基板に衝撃が作用すると容易にクラックが発生してしまう問題がある。更には、半導体装置の特性等を示す捺印を半導体基板に容易に刻印できない問題もある。

ここで、図８（Ｄ）を参照して、分離された後の各半導体装置部１０８の上面に、個別に支持基板を貼着することも可能ではある。しかしながら、この場合は、各半導体装置１０８の形状及び大きさに即した支持基板を用意する必要がある。更には、各半導体装置部１０８と支持基板との位置合わせを個別に行う必要もある。このことから、半導体ウェハ１００を分離した後に、各半導体装置部１０８に支持基板を貼着することは非常に煩雑でコストアップを招く。

本発明は上述した問題を鑑みてなされ、本発明の主な目的は、支持基板により半導体基板が保護された半導体装置を先ダイシング（ＤＢＧ）で製造することを可能とする半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置部と接続する配線が配置される第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面とを備えた半導体ウェハを用意する工程と、前記半導体ウェハを前記第２主面から厚み方向に除去する工程と、前記半導体ウェハの前記第２主面に密着する支持基板を設ける工程と、前記半導体装置部どうしの間に規定された格子状のダイシングラインに沿って、前記半導体ウェハの前記第１主面からダイシングを行い、前記半導体ウェハを貫通して前記支持基板の厚み方向の途中まで到るように分離溝を形成する工程と、前記分離溝に到るまで前記支持基板を厚み方向に除去することにより、前記支持基板が貼着した前記半導体ウェハを、前記半導体装置部毎に分離する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、支持基板が貼着された半導体ウェハに対して、先ダイシング（ＤＢＧ）による分割方法を適用させている。即ち、本発明では、半導体ウェハの主面に支持基板を貼着し、この支持基板まで至るように格子状に分離溝を設けている。そして、分離溝が設けられた箇所で半導体ウェハおよび支持基板が分割されるまで、支持基板を全面的に研削している。従って、支持基板で半導体基板が支持された状態の半導体装置を、ＤＢＧの製造方法で製造することが可能と成る。

更に本発明では、モールド金型を用いるトランスファーモールドにより、半導体ウェハの主面に樹脂から成る支持基板を密着して形成している。このことにより、接着材を不要にして任意の厚さの支持基板を半導体ウェハの主面上に形成することができる。

本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法により製造される半導体装置を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。 背景技術の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）−（Ｄ）は断面図である。

本形態では、図１から図６を参照して、半導体装置の製造方法を説明する。本形態の半導体装置の製造方法は、所定の厚さに研削された半導体ウェハに支持基板を密着させ、この状態の半導体ウェハに対して先ダイシング（ＤＢＧ）のプロセスを適用することにより、半導体ウェハを各半導体装置に分離している。

図１を参照して、先ず、半導体ウェハ１０を用意する。図１（Ａ）は半導体ウェハ１０を示す平面図であり、図１（Ｂ）は半導体ウェハ１０の一部分を示す断面図である。

図１（Ａ）を参照して、半導体ウェハ１０には、マトリックス状に多数個（例えば数百個）の半導体装置部１４が形成されている。ここで、半導体装置部１４とは、１つの半導体装置となる部位である。また、各半導体装置部１４同士の間にはダイシングライン１２が格子状に規定されており、後の工程にて半導体ウェハ１０はダイシングライン１２に沿って個別の半導体装置に分離される。

図１（Ｂ）を参照して、各半導体装置部１４では、拡散工程によりトランジスタ等の素子（拡散領域）が半導体ウェハ１０の内部に形成されている。更に、この素子と接続されたパッド２０が半導体ウェハ１０の下面に形成される。半導体ウェハ１０の下面には、パッド２０が露出された状態で、酸化膜等から成る絶縁層１６が形成されている。また、絶縁層１６の下面には、パッド２０と接続された配線２２が、各半導体装置部１４の周辺部から中心部に向かって形成されている。パッド状に形成された配線２２の下面には、半田から成る外部電極２４が溶着されている。更に、外部電極２４が設けられた領域を除外して、配線２２および絶縁層１６の下面は、樹脂から成る被覆層１８により被覆されている。本工程に於ける半導体ウェハ１０の厚みは、半導体ウェハの直径により異なる。例えば、直径が６インチの半導体ウェハ１０の厚みは６２５μｍであり、半導体ウェハ１０の直径が８インチの場合は、その厚みは７２５μｍと成る。

図２を参照して、次に、半導体ウェハ１０に対して研削処理を行い所定の厚さにする。図２（Ａ）は本工程を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は本工程を示す断面図である。

図２（Ａ）を参照して、本工程では、半導体ウェハの外部電極２４が形成されている主面を不図示のシートに貼着した後に、研削装置（グラインディング装置）のチャックテーブルの上面に、吸引固定する。そして、砥石が下面に設けられたグラインダ２８を高速で回転させ、半導体ウェハ１０を上面から研削することにより、半導体ウェハ１０を徐々に全面的に薄型化する。

本工程では、半導体ウェハ１０の基板部分の厚みを、製造される半導体装置の厚さよりも薄くする。具体的には、図７に示す製造される半導体装置５０の基板部分の厚みが全体で２００μｍであれば、本工程でグラインド処理された後の半導体ウェハ１０の基板部分の厚みＴ２は例えば１００μｍ以下である。また、グラインド処理される前の半導体ウェハ１０の基板部分の厚さＴ１は、上記したように例えば６２５μｍ程度である。

図３の断面図を参照して、次に、研削加工された薄型の半導体ウェハ１０の上面に、支持基板２６を密着させる。

支持基板２６の平面的な大きさおよび形状は半導体ウェハ１０と同等であり、支持基板２６の厚さＴ３は例えば２００μｍ以上（例えば４００μｍ）である。支持基板２６の材料としては、半導体ウェハ１０を補強することが可能であれば全般的に採用可能であり、例えば、樹脂、アルミニウムや銅等の金属、またはシリコン等の半導体材料が採用される。支持基板２６の下面と半導体ウェハ１０の上面とは、エポキシ樹脂等の接着材を介して接着される。この支持基板２６は、製造工程の途中段階では半導体ウェハ１０を機械的に支持する機能を有し、製造される半導体装置では半導体基板の上面を保護する層として機能する。

本工程以降では、半導体ウェハと支持基板２６とは一体の積層基板として取り扱われ、この積層基板に対してＤＢＧによる分離方法が適用される。

図４を参照して、半導体ウェハ１０の上面に支持基板を形成する他の方法を説明する。ここでは、モールド金型３０を用いたトランスファーモールドにより、半導体ウェハ１０の上面に樹脂から成る支持基板を形成している。

図４（Ａ）を参照して、モールド用の金型３０は、上金型３２および下金型３４から成り、両者を当接することで、樹脂封止が行われる空間であるキャビティ３６が形成される。本工程では、外部電極が設けられる半導体ウェハ１０の下面を樹脂シート４２の上面に貼着した後に、この状態の半導体ウェハ１０を下金型３４の上面に載置している。このようにすることで、樹脂シート４２の下面が下金型３４の上面に当接する。更に、下金型３４と上金型３２とを当接させることにより、キャビティ３６に半導体ウェハ１０を収納させる。

ここで、下金型３４に設けた吸引手段にて樹脂シート４２を吸引することで、キャビティ３６の内部に於ける半導体ウェハ１０の位置を固定しても良い。このようにすることで、樹脂注入に於ける半導体ウェハの移動が抑制され、半導体ウェハ１０の上面を被覆する樹脂（支持基板）の厚みが均一と成る。

図４（Ｂ）を参照して、次に、金型３０に設けられたゲートから液状の樹脂３８（エポキシ樹脂）をキャビティ３６に注入することにより、半導体ウェハ１０の上面を樹脂３８で被覆する。更に、樹脂３８を十分に加熱硬化させた後に、上金型３２と下金型３４とを離間させて、樹脂３８により被覆された状態の半導体ウェハ１０を取り出す。

本工程では、樹脂シート４２に貼着された半導体ウェハ１０を下金型３４に固着することにより、キャビティ３６の内部に於ける半導体ウェハ１０の位置を固定しているので、金型３０により半導体ウェハ１０を狭持して固定する必要が無い。即ち、脆い半導体ウェハ１０が金型３０に接触していないので、本工程に於ける半導体ウェハ１０の破損が防止されている。

図５を参照して、次に、半導体ウェハ１０を各半導体装置に分離するための分離溝を形成する。図５（Ａ）は本工程を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は本工程を経た後の半導体ウェハ１０を示す断面図である。なお、本工程のダイシングは、半導体ウェハ１０および支持基板２６から成る積層板を完全に分離するものではなく、ＤＢＧで後の分離を行うための分離溝を形成するハーフダイシングである。

図５（Ａ）を参照して、先ず、半導体ウェハ１０を、周囲がウェハリング４４により支持されたダイシングシート４６の上面に貼着する。ここでは、半導体ウェハ１０の下面に貼着された支持基板２６の下面がダイシングシート４６の上面に貼着される（図５（Ｂ）参照）。即ち、半導体ウェハ１０は、配線２２および外部電極２４が設けられた主面を上面にした状態で、ダイシングシート４６に貼着されている。

本工程では、半導体ウェハ１０に設けられた半導体装置部１４同士の境界に規定されたダイシングライン１２に沿って、高速で回転するブレード４０を移動させることによりダイシングを行い、半導体ウェハ１０およびその上面に積層された各層（図１参照）を切断し、支持基板２６に関しては厚み方向に対して部分的なダイシングを行っている。

図５（Ｂ）を参照して、本工程のダイシングは半導体ウェハ１０および支持基板２６の積層板を完全に分割するものではない。本工程のダイシングにより形成される分離溝４８は、支持基板２６の厚み方向の途中で終端している。具体的には、半導体ウェハ１０の厚みＴ２が１００μｍであり、支持基板２６の厚みＴ３が３００μｍであり、製造される半導体装置の基板の全体的な厚さが２００μｍであれば、本工程で形成される分離溝４８の深さＬ１は例えば３００μｍである。このようにすることで、本工程のダイシングにより半導体ウェハ１０は半導体装置部１４毎に分離されるものの、半導体ウェハ１０に密着している支持基板２６は、分離溝４８が形成されていない支持基板２６の残りの厚み部分で一体的に連結された状態となっている。従って、本工程から分離が行われるまでの工程および搬送では、各半導体装置部１４は、支持基板２６により一体的に連結されている。

本工程が終了した後は、支持基板２６はダイシングシート４６から剥離される。

図６を参照して、次に、支持基板２６の露出面から研削加工を行うことにより、半導体ウェハ１０に含まれる各半導体装置部１４を個別に分離する。図６（Ａ）は本工程を示す斜視図であり、図６（Ｂ）は本工程を示す断面図であり、図６（Ｃ）は本工程を終了した後の半導体ウェハ１０の状態を示す断面図である。

図６（Ａ）および図６（Ｂ）を参照して、本工程では、先ず、上面に接着層５５が上面に設けられた保護シート５４を用意し、配線２２等が設けられた半導体ウェハ１０の下面を、保護シート５４の上面に貼着する。そしてこの状態で、グラインド加工を行うステージに、支持基板２６および半導体ウェハ１０を固定する。そして、高速で移動しつつ回転するグラインダ２８で、支持基板２６を上面から研削加工する。図６（Ｂ）を参照して、この研削加工は分離溝４８に到るまで行われる。本工程の研削加工は、支持基板２６の厚みＴ３が、例えば３００μｍから１００μｍになるまで行われる。

図６（Ｃ）を参照して、このようにすることで、半導体ウェハ１０に含まれる各半導体装置部１４を一体に支持していた支持基板２６の厚み部分が除去される。結果的に、半導体基板が支持基板２６により保護された状態で、各半導体装置部１４は個別に分離される。

以上の工程により、半導体基板の上面が支持基板２６により保護された半導体装置が、ＤＢＧブロセスで製造される。

図７を参照して、上記工程により製造される半導体装置５０の構成を説明する。図７（Ａ）は半導体装置５０を示す斜視図であり、図７（Ｂ）は断面図である。

図７（Ａ）および図７（Ｂ）を参照して、半導体装置５０は、半導体基板５２と、半導体基板５２の下面に形成された配線２２と、半導体基板５２の上面を被覆する支持基板２６とを具備している。更に、本形態の半導体装置５０は、下面に半田から成る外部電極２４がグリッド状に形成されたＷＬＰである。

半導体基板５２は、シリコン等の半導体材料から成り、その下面付近には拡散工程により素子領域が形成されている。例えば、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオード、ＩＣ、ＬＳＩ等が半導体基板５２の内部に形成される。半導体基板５２の厚みは、例えば５０μｍ〜１００μｍ程度である。上記したように、本形態では支持基板２６により製造時の半導体ウェハの機械的強度を確保しているので、半導体基板５２の厚みを一般的なＤＢＧプロセスと比較して薄くすることが可能である。また、半導体基板５２の上面は、グラインド加工により研削処理された粗面を呈している。

更に、支持基板２６は半導体基板５２の上面全域を被覆しており、半導体基板５２の上面を保護すると共に、半導体基板５２を補強する働きを備えている。支持基板２６の材料としては、上記したように、樹脂、金属またはセラミックが採用可能である。ここで、支持基板２６の材料としてエポキシ樹脂等の樹脂材料が採用されたら、レーザー照射による捺印６６の形成が容易となる。

図７（Ｂ）を参照して半導体基板５２の下面には、拡散工程により形成された素子領域（活性領域）と電気的に接続されたパッド２０が形成されている。このパッド２０が形成される部分を除いて、半導体基板５２の下面は絶縁層１６により被覆されている。絶縁層１６は、例えば窒化膜や樹脂膜から成る。

絶縁層１６の下面には、パッド２０と接続された配線２２が形成されている。ここで、パッド２０は半導体装置５０の周辺部に設けられ、配線２２は周辺部から内部に延在している。配線２２の一部分はパッド状に形成され、半田等の導電性接着材から成る外部電極２４がこのパッド状の部分に溶着されている。更に、外部電極２４が形成される領域を除外して、樹脂等の絶縁性材料から成る被覆層１８により、配線２２および絶縁層１６の下面は被覆される。

図７（Ａ）を参照して、半導体基板５２の上面には捺印６６が形成されている。ここでは、捺印６６は位置マーク６４と記号マーク６２とから成る。位置マーク６４は、半導体装置５０の平面的な位置（角度）を検出するために設けられている。即ち、位置マーク４６は、半導体装置５０の裏面に配置された電極が、正規の位置に存在するか否かを判断するために用いられる。

一方、記号マーク６２は文字や数字等から成り、製造会社名、製造時期、製品名、ロット番号、内蔵される素子の特性等を示している。本形態では、これらの捺印６６は、支持基板２６の上面にレーザーを照射することにより設けられる。

本形態では、図６（Ｂ）を参照して、半導体ウェハ１０と支持基板２６とが積層された積層板に対して、ＤＢＧプロセスを適用させている。このようにすることで、製造される半導体装置に含まれる半導体基板の上面が、支持基板２６により被覆される。従って、半導体基板を被覆する支持基板２６を備えるとともに、全体として極めて薄型の半導体装置が製造される。

また、図５を参照して、本形態では、ＤＢＧプロセスでは分離溝４８が設けられていない支持基板２６の厚み部分で、各半導体装置部１４がバラバラとならずに一体的に保持されている。従って、支持基板２６が樹脂や金属等の機械的強度に優れた成る場合、半導体ウェハ１０を強固に支持することが可能となるので、搬送工程での基板の破損が抑制され、歩溜りが向上される。

更に本形態では、図４を参照して、モールド用の金型３０を用いたトランスファーモールドにより、半導体ウェハ１０の上面に支持基板を形成している。このようにすることで、要求に応じた厚さおよび組成の樹脂から成る支持基板を、半導体ウェハ１０の上面に容易に形成することが可能と成る。また、この場合は接着材を不要にして半導体ウェハ１０の上面に支持基板を設けることができる。

１０ 半導体ウェハ
１２ ダイシングライン
１４ 半導体装置部
１６ 絶縁層
１８ 被覆層
２０ パッド
２２ 配線
２４ 外部電極
２６ 支持基板
２８ グラインダ
３０ 金型
３２ 上金型
３４ 下金型
３６ キャビティ
３８ 樹脂
４０ ブレード
４２ 樹脂シート
４４ ウェハリング
４６ ダイシングシート
４８ 分離溝
５０ 半導体装置
５２ 半導体基板
５４ 保護シート
５５ 接着層
６２ 記号マーク
６４ 位置マーク
６６ 捺印

Claims (5)

1. 半導体装置部と接続する配線が配置される第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面とを備えた半導体ウェハを用意する工程と、
   前記半導体ウェハを前記第２主面から厚み方向に除去する工程と、
   前記半導体ウェハの前記第２主面に密着する支持基板を設ける工程と、
   前記半導体装置部どうしの間に規定された格子状のダイシングラインに沿って、前記半導体ウェハの前記第１主面からダイシングを行い、前記半導体ウェハを貫通して前記支持基板の厚み方向の途中まで到るように分離溝を形成する工程と、
   前記分離溝に到るまで前記支持基板を厚み方向に除去することにより、前記支持基板が貼着した前記半導体ウェハを、前記半導体装置部毎に分離する工程と、
   を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記支持基板は、金属、樹脂、セラミックまたはシリコンから成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記支持基板を設ける工程では、トランスファーモールドにより前記支持基板を形成することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記支持基板を設ける工程は、
   モールド金型のキャビティに、保護シートで前記第１主面が被覆された状態の前記半導体ウェハを収納し、前記キャビティに樹脂を注入することにより、前記半導体ウェハの前記第２主面に前記樹脂から成る前記支持基板を形成することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記支持基板を設ける工程では、前記半導体ウェハに貼着される前記支持基板の厚さは、前記半導体ウェハの２倍以上であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

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