(57)【要約】【課題】プロセスの簡略化及び全体コストの低下が可能な、粘着性保護層を有する半導体ウェハを提供する。【解決手段】粘着性保護層を有する半導体ウェハは、第１の表面１１とこれに対向する第２の表面１３を有する本体１５と、第２の表面１３に形成した複数の電極パッド１７と、本体１５の第２の表面１３及び複数の電極パッド１７上に形成した保護層１９とを含み、保護層１９の材料は感光性粘着剤、熱硬化性粘着剤、及び誘電材料を含む。保護層１９は、ウェハ表面における回路の大気中の水分や塵との接触を阻止できるだけではなく、パターニングや粘着が可能で、後工程において、保護層が有する粘着性を利用してウェハと回路基板を結合できるため、ウェハの所定の表面に粘着剤を塗布する必要がなく、パッケージングプロセスにおいてウェハと回路基板との結合工程を大幅に簡略化できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面及びこの第１の表面に対向する第２の表面を有する本体と、
前記第２の表面に形成される複数の電極パッドと、
前記本体の第２の表面及び前記複数の電極パッド上に形成される保護層と、
を含み、
前記保護層の材料は感光性粘着剤、熱硬化性粘着剤、及び誘電材料を含み、前記保護層を介して、カットされたウェハが実装基板に結合されることを特徴とする、粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【請求項２】
前記第１の表面は非能動面であり、前記第２の表面は回路が配置された能動面であることを特徴とする、請求項１に記載の粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【請求項３】
前記第１の表面と前記第２の表面はいずれも回路が配置された能動面であることを特徴とする、請求項１に記載の粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【請求項４】
前記第１の表面に形成される複数の電極パッドと、前記第1の表面及び前記複数の電極パッド上に形成される保護層と、をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【請求項５】
前記保護層は各電極パッドの少なくとも一部分を露出するための複数の開口をさらに含むことを特徴とする、請求項１又は４に記載の粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【請求項６】
前記保護層は各電極パッドの表面全体を露出するための少なくとも一つの開口をさらに含むことを特徴とする、請求項１又は４に記載の粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【請求項７】
前記保護層の開口は各電極パッドの表面及び側面を露出することを特徴とする、請求項６に記載の粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【請求項８】
前記ウェハはシリコンウェハ又はガリウムヒ素ウェハであることを特徴とする、請求項１に記載の粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【請求項９】
前記電極パッドの材料はアルミニウム又は銅であることを特徴とする、請求項１又は４に記載の粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【請求項１０】
前記誘電材料はポリイミド、シリカ、窒化シリコン又はそれらの組み合わせであることを特徴とする、請求項１に記載の粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【請求項１１】
前記電極パッドに形成される複数の導電凸部をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【請求項１２】
前記電極パッドに形成され、且つ前記電極パッドの側面を覆う複数の導電凸部をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【請求項１３】
前記保護層における感光性粘着剤は硬化された感光性粘着剤であることを特徴とする、請求項５に記載の粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【請求項１４】
前記保護層に設けられた離型層をさらに含むことを特徴とする、請求項１又は４に記載の粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【請求項１５】
前記導電凸部の材料はアルミニウム、銅、チタン、錫、鉛、金、ビスマス、亜鉛、ニケッル、ジルコニウム、マグネシウム、インジウム、アンチモン、テルリウム又はそれらの組み合わせからいずれか一つを選ぶことを特徴とする、請求項１１に記載の粘着性保護層を有する半導体ウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウェハに係り、特に粘着性保護層を有する半導体ウェハに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体プロセスは半導体チップの製造から始まり、例えば、積層、パターニング、ドーピング、及び熱処理などの工程がある。半導体チップの製造が完了した後、他のプロセス、例えば、テスト、パッケージング、及びチップ実装を経る必要がある。チップのパッケージングプロセスにおいて、リードフレーム（lead frame）技術であれボールグリッドアレイ（BGA；Ball Grid Array）技術であれ、いずれも粘着剤によりチップを実装基板に粘着させ、さらにボンディングワイヤによって実装基板に電気的に接続させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、ＷＢＧＡ（Window-Type Ball Grid Array）パッケージングプロセスの場合、チップの表面であれ実装基板の表面であれ、先ずその表面に粘着剤を塗布し、さらにチップを実装基板に粘着させるには、チップの電極パッドを露出させるために粘着層に開口を形成する加工工程が必要である。また、粘着剤によりチップと実装基板とを互いに固定させる場合、粘着剤とチップ表面の被覆層及び粘着剤と実装基板によって形成される二つの表面において、材質の違いにより、チップと粘着層との間や粘着層と実装基板との間に層間剥離が生じるため、歩留まりが低下する恐れがある。
【０００４】
従って、ウェハを実装基板に粘着させるプロセスを簡略化できる半導体ウェハ又はチップ、及び層間剥離の問題を改善できる技術の研究が業界において強く求められている。
【０００５】
本発明は、前述の従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、プロセスの簡略化及び全体コストの低下が可能な、粘着性保護層を有する半導体ウェハを提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、ウェハに含まれる保護層によりウェハ表面における回路及び電極パッドを保護することが可能な、粘着性保護層を有する半導体ウェハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明に係る粘着性保護層を有する半導体ウェハは、第１の表面及びこの第１の表面に対向する第２の表面を有する本体と、前記第２の表面に形成される複数の電極パッドと、前記本体の第２の表面及び前記複数の電極パッドに形成される保護層とを含み、前記保護層の材料は感光性粘着剤、熱硬化性粘着剤、及び誘電材料を含み、この保護層を介して、カットされたウェハが実装基板に結合される。
【０００８】
また、本発明に係る粘着性保護層を有する半導体ウェハの他の態様においては、第１の表面及びこの第１の表面に対向する第２の表面を有する本体と、前記第１の表面と前記第２の表面に形成される複数の電極パッドと、前記第1の表面、前記第２の表面、及び前記複数の電極パッドに形成される保護層とを含み、前記保護層の材料は感光性粘着剤、熱硬化性粘着剤、及び誘電材料を含み、この保護層を介して、カットされたウェハが実装基板に結合される。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように、本発明に係る粘着性保護層を有する半導体ウェハによれば、ウェハの所定結合表面に粘着剤を塗布することなく、絶縁性と粘着性を有する保護層により、ウェハ表面における回路が大気中の水分や塵と接触することを阻止し、保護層が有する粘着性を利用してウェハが後工程における回路基板に結合されることで、例えばパッケージングプロセスにおいてウェハと回路基板を結合させるための工程を大幅に簡略化し、製造コストを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、具体的な実施例によって本発明の実施形態を説明する。当業者は本明細書に記載の内容から本発明のその他の利点や効果を容易に理解することができる。
【００１１】
本発明の目的を達成するために、本発明に係る粘着性保護層を有する半導体ウェハの製造方法は、先ず、表面に回路が配置され、且つ複数の電極パッドが形成された本体を用意し、この本体の表面に感光性粘着剤、熱硬化性粘着剤、及び誘電材料を材料とする保護層を形成する。本発明に係る保護層は感光性粘着剤を含むため、必要に応じて、電極パッドを露出させるように保護層を露光現像し、ボンディングワイヤを介して実装基板に電気的に接続させることが可能である。
【００１２】
本発明に係る粘着性保護層を有する半導体ウェハの他の製造方法は、先ず、表面に回路が配置された本体を用意し、この本体表面に感光性粘着剤、熱硬化性粘着剤、及び誘電材料を材料とする保護層を形成し、次に、この技術分野所属する周知の方法により当該保護層を露光現像することで、回路の一部を露出する複数の開口を形成し、この開口に複数の電極パッドを形成し、更に、必要に応じて、保護層と電極パッドに本発明に係る保護層を形成する。
【００１３】
本発明に係る保護層は感光性粘着剤を含むため、露光現像を行うことで、ウェハに対する粘着強度を更に向上できる。また、本発明において、感光性粘着剤が露光現像できる程度まで保護層を露光し、露光現像を行った後は、必要に応じて、感光性粘着剤を完全硬化（c-stage）させるように保護層に対して光を照射する。又は、本発明に係る保護層は熱硬化性粘着剤を含むため、必要に応じて、いずれの状態においても、熱硬化性粘着剤を半硬化状態（b-stage）の粘着剤に変化させる、もしくは保護層全体を半硬化状態にするように保護層を熱処理することで、保護層の粘着強度を更に向上させることができる。尚、保護層全体が半硬化状態になるように保護層に対して光を照射したり、あるいは熱処理してもよい。更に、本発明に係る保護層は誘電材料を含み、この誘電材料はウェハ自体又は実装基板との適合性を有する材料からなるものであるため、保護層とウェハ又は実装基板との結合強度を一定程度向上させることができる。
【００１４】
ここで、「半硬化状態」（b-stage）とは、材料又は粘着剤の反応率が８０％〜１００％に達しないことである。好ましくは、反応率が３５％〜８０％である。反応率とは、例えば化合物において、３５％〜８０％の架橋可能な官能基が架橋反応を起こして、材料又は粘着剤に粘着性を生じさせることである。「保護層を半硬化状態にする」とは、保護層に含まれる架橋可能な官能基のうちの３５％〜８０％が架橋反応を起こすことである。また、「完全硬化」（c-stage）とは、材料又は粘着剤の反応変換率が８０％〜１００％に達することである。好ましくは、反応率が９０％〜１００％に達することである。
【００１５】
図１は、本発明に係る粘着性保護層を有する半導体ウェハの断面を模式的に示す図である。半導体ウェハ１０は、第１の表面１１とこの第１の表面１１に対向する第２の表面１３とを有する本体１５と、第２の表面１３に形成される複数の電極パッド１７と、前記第２の表面１３及び前記複数の電極パッド１７上に形成される保護層１９と、を含み、前記保護層１９の材料は感光性粘着剤、熱硬化性粘着剤、及び誘電材料を含む。
【００１６】
図２は、本発明に係る他の具体的な実施例における、粘着性保護層を有する半導体ウェハの断面を模式的に示す図である。半導体ウェハ２０は、第１の表面２１１及びこの第１の表面２１１に対向する第２の表面２１３を有する本体２１５と、第１の表面２１１と第２の表面２１３に形成される複数の電極パッド２１７と、第1の表面２１１、第２の表面２１３、及び複数の電極パッド２１７上に形成される保護層２１９と、を含み、保護層２１９の材料は感光性粘着剤、熱硬化性粘着剤、及び誘電材料を含む。この実施例において、上述した製造方法により粘着性保護層を有する半導体ウェハを製造することができる。
【００１７】
本発明において、電極パッドの材料は、アルミニウム又は銅を含むが、これに限定されるものではなく、他の好適な導電金属材料であってもよい。本発明において、保護層の材料は、感光性粘着剤、熱硬化性粘着剤、及び誘電材料を含むが、これに限定されるものではない。また、感光性粘着剤は、フォトリソグラフィープロセスに適したフォトレジスト材料であってもよく、例えば紫外光波長を吸収できるポリアクリレート系のフォトレジスト又は他の光硬化性のフォトレジスト材料である。熱硬化性粘着剤は、例えばエポキシ樹脂、又は熱架橋可能で且つ感光性粘着剤との適合性を有する材料である。本発明に係る誘電材料は、ポリイミド、シリカ、窒化シリコン又はそれらの組み合わせである。
【００１８】
本発明に係る半導体ウェハは、例えばシリコンウェハ又はガリウムヒ素（GaAs）ウェハなどであり、このウェハの本体には回路が配置されており、本体の第１の表面は非能動面であり、本体の第２の表面は多数の電子素子及び回路（図示せず）が設けられた能動面である。又は、本発明の他の態様において、マルチチップパッケージ（multi-chip package；MCP）に適用されるように、本体の第１の表面と第２の表面はいずれも回路が配置されて電子素子及び回路が設けられた能動面である。
【００１９】
図２は、本発明の具体的な実施例を示すものである。本発明に係る半導体ウェハ２０は、第１の表面２１１に形成される複数の電極パッド２１７と、第１の表面２１１と複数の電極パッド２１７に形成される保護層２１９と、を含む。
【００２０】
ウェハを回路基板又はウェハなど他の電子素子に電気的に接続させるために、電極パッドが露出されるように様々な方法により半導体ウェハ本体の保護層に開口を形成することができる。本発明の具体的な実施例において、本発明に係る保護層の材料は感光性粘着剤、熱硬化性粘着剤、及び誘電材料を含むが、これに限定されるものではない。また、感光性粘着剤は、フォトリソグラフィープロセスに適したフォトレジスト材料であってもよく、例えば紫外光波長を吸収できるポリアクリレート系のフォトレジスト又は他の光硬化性のフォトレジスト材料である。従って、フォトリソグラフィープロセスにより所望の開口を形成することができる。具体的に言えば、ネガ型フォトレジスト材料を有する感光性粘着剤を含む保護層の場合、マスクで所定の開口形成領域を覆い、露光プロセスや現像プロセス等を順に行うことで、所望の開口を形成することができる。本発明に係る保護層は感光性粘着剤を含むため、フォトリソグラフィープロセスにより、ウェハの表面に固着されるように保護層の粘着力を向上させることができる。また、開口の形成方法は、フォトリソグラフィープロセスに限られるものではなく、レーザー技術又はプラズマエッチングの方法を使用してもよい。
【００２１】
開口を有する半導体ウェハの具体的な実施例において、特に開口の形状、面積又は開口の高さを限定していない。例えば、保護層の厚さが電極パッドの高さに等しいか又はやや大きい場合、開口の高さはゼロに近い。一方、電極パッドを保護したり、又は電極パッドをウェハの表面に固着させるため、半導体ウェハの保護層に含まれる複数の開口は、各電極パッドの少なくとも一部分を露出するだけである。図３Ａに示すように、保護層３１９は、各電極パッド３１７の少なくとも表面の一部を露出する複数の開口３１２を有する。図３Ｂに示すように、半導体ウェハ３０の第１の表面３１１と第２の表面３１３とに形成された保護層３１９は、各電極パッド３１７の表面の一部を露出する複数の開口３１２を有する。
【００２２】
例えば、半導体ウェハが後工程においてウィンドウタイプ（ＷＢＧＡ）の半導体のパッケージングプロセスに使用される場合、図３Ｃ、図３Ｄ、又は図３Ｅに示すように、半導体ウェハの保護層３１９が各電極パッド３１７の表面全体を露出する少なくとも一つの開口３１２を含むことで、複数のボンディングワイヤが電極パッドに接続され、回路基板の所定のスルーホールを介して回路基板のボンディングパッドに電気的に接続される。同様に、図３Ａ、図３Ｂ又は他の本発明に示す半導体ウェハもＷＢＧＡの半導体のパッケージングプロセスに適用される。以下、図３Ｆに基づいて本発明の目的をさらに説明するが、これは本発明の範囲を限定するものではない。図３Ｆに示す本発明に係る半導体ウェハの保護層の場合、この保護層３１９を介して、カットされたウェハが実装基板３１８に結合される。尚、ＷＢＧＡのパッケージングプロセスに適用されるほか、本発明に係るウェハがマルチチップパッケージに適用される場合、保護層はカットされた他のウェハ（チップ）に粘着されてもよい。
【００２３】
本発明の他の態様において、図４に示す半導体ウェハ４０においては、従来の方法により保護層に開口４１２が形成され、この保護層４１９の開口４１２によって各電極パッド４１７の表面と側面が露出される。
【００２４】
また、必要に応じて、本発明に係る半導体ウェハは、保護層に設けられた離型層を含んでもよい。離型層が設けられた半導体ウェハは、出荷運送及び保護層の粘着強度を維持するのに有益であり、且つこの離型層を外せば、次の工程を行うことができる。また、本発明に係る保護層は、感光性粘着剤及び熱硬化性粘着剤を含むため、必要に応じて、いずれの工程においても、保護層に熱処理又は露光処理が施されることで、熱硬化性粘着剤又は感光性粘着剤が半硬化状態の粘着剤に変換され、もしくは保護層全体が半硬化状態に変換されることができる。半硬化状態の程度は、材料自体によって決まり、又は必要に応じて調整することができる。また、感光性粘着剤が露光される前、露光される間、又は露光された後に保護層が処理されることで、この保護層、あるいは保護層における熱硬化性粘着剤や感光性粘着剤が半硬化状態の粘着剤に変換されてもよい。必要に応じて、保護層に光が照射されることで、感光性粘着剤が完全硬化されてもよい。これによれば、保護層の粘着強度を向上させ、保護層の開口の構造を維持することができる。
【００２５】
図５Ａと図５Ｂに示すように、本発明に係る他の半導体ウェハ５０は、電極パッドを保護したり、より大きい電気的接続面積を提供したりするために、従来の方法により各電極パッド５１７に複数の導電凸部５１４を形成する。図５Ｂに示すように、複数の導電凸部５１４は電極パッド５１７の側面を覆ってもよい。この具体的な実施例において、導電凸部の材料はアルミニウム、銅、チタン、錫、鉛、金、ビスマス、亜鉛、ニケッル、ジルコニウム、マグネシウム、インジウム、アンチモン、テルリウム又はそれらの組み合わせのいずれか一つからなる。
【００２６】
本発明に係る半導体ウェハは、感光性粘着剤、熱硬化性粘着剤、及び誘電材料を含む保護層により、ウェハ表面の回路及び電極パッドを保護するだけではなく、フォトリソグラフィープロセスにおいて、後工程で粘着及び電気的接続に必要な、電気的接続を行うための箇所を容易に露出させることも可能である。ウェハの所定の結合表面に粘着剤を塗布する必要がないため、例えばパッケージングプロセスにおいてウェハと回路基板を結合させるための工程を大幅に簡略化し、製造コストを低減することができる。
【００２７】
上述した実施形態は、本発明の原理や効果を説明するための例示に過ぎず、本発明の実施形態を限定するものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、本明細書に記載の実施形態に種々の修飾と変更が可能であることは言うまでもない。またそうした修飾や変更も本発明の請求範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る粘着性保護層を有する半導体ウェハの断面を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る他の具体的な実施例において、粘着性保護層を有する半導体ウェハの断面を模式的に示す図である。
【図３Ａ】本発明に係る開口及び粘着性保護層を有する半導体ウェハの断面を模式的に示す図である。
【図３Ｂ】本発明に係る開口及び粘着性保護層を有する半導体ウェハの断面を模式的に示す図である。
【図３Ｃ】本発明に係る開口及び粘着性保護層を有する半導体ウェハの断面を模式的に示す図である。
【図３Ｄ】本発明に係る開口及び粘着性保護層を有する半導体ウェハの断面を模式的に示す図である。
【図３Ｅ】本発明に係る開口及び粘着性保護層を有する半導体ウェハの断面を模式的に示す図である。
【図３Ｆ】本発明に係る粘着性保護層を有する半導体ウェハを実装基板に結合した時の断面を模式的に示す図である。
【図４】本発明に係る開口及び粘着性保護層を有する他の半導体ウェハの断面を模式的に示す図である。
【図５Ａ】本発明に係る導電凸部及び粘着性保護層を有する半導体ウェハの断面を模式的に示す図である。
【図５Ｂ】本発明に係る導電凸部及び粘着性保護層を有する半導体ウェハの断面を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０、２０、３０、４０、５０  ウェハ
１１、２１１、３１１  第１の表面
３１２、４１２  開口
３１８  実装基板
１３、２１３、３１３  第２の表面
１５、２１５、３１５  本体
１７、２１７、３１７、４１７、５１７  電極パッド
１９、２１９、３１９、４１９  保護層
５１４  導電凸部
【図１】
2010062514.tif 000003
【図２】
2010062514.tif 000004
【図３Ａ】
2010062514.tif 000005
【図３Ｂ】
2010062514.tif 000006
【図３Ｃ】
2010062514.tif 000007
【図３Ｄ】
2010062514.tif 000008
【図３Ｅ】
2010062514.tif 000009
【図３Ｆ】
2010062514.tif 000010
【図４】
2010062514.tif 000011
【図５Ａ】
2010062514.tif 000012
【図５Ｂ】
2010062514.tif 000013