(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の外部接続電極を有する面と反対側の面を研磨加工する工程と、前記研磨加工した面に裏面補強部材としての樹脂を印刷によって塗布する樹脂塗布工程とを備え、前記裏面補強部材は最終製品としても残す、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂塗布工程を終えた後に前記半導体基板を個別に切断する工程をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記研磨加工の対象となる面にあらかじめ研削加工を施す工程をさらに備える、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特に実装後の半導体装置の耐曲げ性を向上させることができる半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話や携帯情報機器に代表される電子機器および装置の小型化、軽量化の要求に伴い、半導体装置の小型化、高密度化が図られている。この目的のために、ＬＳＩチップを直接回路基板上に搭載するベアチップ実装が提案されている。
【０００３】
図５（ａ），（ｂ）を参照して、ベアチップ実装について説明する。ベアチップにおいては、ＬＳＩチップ７上に形成された電極上に、例えばボールボンディング方法により、金属バンプ１４が搭載され、外部接続電極としての役割を担っている。図５（ａ）を参照して、実装すべきプリント基板９上の電極１０と金属バンプ１４との位置合わせを行ない、ＬＳＩチップ７をフェースダウン状態で基板９上に実装する。図５（ｂ）に実装を完了した状態を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
携帯電話やＰＨＳなどの携帯機器の市場は著しく拡大し、技術の革新が進められており、ベアチップ実装が多く採用されるようになった。従来、実装信頼性の観点からすると、一般に温度サイクルによる熱応力・ひずみが原因で不良が発生することが問題となっているが、携帯機器の場合は、それ以外に、携帯時に外部からの力によって曲げられたり、また、落下した場合に瞬時に曲げ応力が生じるなどの問題がある。また、生産者側では、生産プロセス中の部品実装時などに基板に曲げ応力が生じることが考えられる。このように、携帯機器の場合は曲げ応力などに対する機械的信頼性に強い構造であることも重要な条件として求められる。
【０００５】
ここで、図５（ａ），（ｂ）に示した半導体装置に関する、主な構成要素のヤング率を列記すると、
ＬＳＩチップ（Ｓｉ）‥‥‥‥‥約１２〜１４（×１０１０Ｎ／ｍ２）
プリント基板‥‥‥‥‥‥‥約０．５〜２．５（×１０１０Ｎ／ｍ２）
となっており、プリント基板９に比べてＬＳＩチップ７は一般に曲がりにくい性質を持った材料であることがわかる。そのためプリント基板９に曲げの力が加わった場合、ＬＳＩチップ７が曲げに追従しないために、プリント基板９とＬＳＩチップ７とをつないでいる、はんだ接続部において応力が集中し、限界の応力に達した時に接続部が破断してしまうという不良が起こる。
【０００６】
よって本発明は、プリント基板全体に曲げの力が加わった際の上述のような問題を低減できる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づいた半導体装置の製造方法においては、半導体基板の外部接続電極を有する面と反対側の面を研磨加工する工程と、上記研磨加工した面に裏面補強部材としての樹脂を印刷によって塗布する樹脂塗布工程とを備え、上記裏面補強部材は最終製品としても残す。この工程を採用することにより、半導体基板の厚さを薄くすることができ、曲げに追従でき、かつ、樹脂によって補強されているため、一定の強度は確保した半導体装置を生産することができる。
【００１１】
上記発明において好ましくは、上記樹脂塗布工程を終えた後に上記半導体基板を個別に切断する工程をさらに備える。この工程を採用することにより、上記の半導体装置の製造方法を容易に大量生産に適用することができる。
【００１２】
上記発明においてさらに好ましくは、上記研磨加工の対象となる面にあらかじめ研削加工を施す工程をさらに備える。この工程を採用することにより、工程時間を短縮することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
（モデルによる検証）
ここで、ＬＳＩチップ７の曲げについて考えるために、図３（ａ）を参照して、断面の厚さがａ、幅がｂの形状を持つ直方体のモデルを考える。このモデルを図３（ｂ）に示すように曲げたとき、図３（ｂ）の上側では張力が働いて伸び、下側では圧力が働いて縮み、その中間に伸び縮みのない中立層ができる。平均するとモデルの伸び縮みが差し引き０だとすると、中立層は断面の重心を通る。この中立層の微小部分ｄｘが曲率中心Ｃに対して張る角をｄθとし、曲率半径をρとすると、中立層からｚの距離にある断面積ｄＳ（＝ｂｄｚ）の薄い層ｄｚの伸び率は、
【００１６】
【数１】
0003604988.tif 000002
【００１７】
となる。したがって、この層にかかる張力ｄＴは
ｄＴ＝Ｅ（ｚ／ρ）ｄＳ
となる。平均として棒に伸び縮みがないときは、断面の上半分では張力、下半分では圧力が働く。このモデルのヤング率をＥとして、全断面に対するこの曲げモーメントを考えると、
【００１８】
【数２】
0003604988.tif 000003
【００１９】
となる。そこで、図４を参照して、このモデルを長さＬの間隔で、２つの支点で支え、中央に質量ｍ（Ｗ＝ｍｇ）のおもりをつるした状態を想定する。
【００２０】
対称性により片方の支点からはＷ／２の支点反力が上向きに働く。モデルの中心Ｏからｘ（＞０）だけ離れた面ＰＱから支点までの間の部分について、図４の紙面に垂直な軸のまわりの、モーメントの釣合いを考えると、ＰＱ面での曲げのモーメントＭは、（２）式で与えられ、支点反力のＷ／２によるものが、（Ｌ／２−ｘ）・Ｗ／２だから、（３）式が得られる。
【００２１】
【数３】
0003604988.tif 000004
【００２２】
この式から曲率半径ρがｘの関数として求められる。ところで、一般に曲線ｙ＝ｆ（ｘ）の曲率は、ρ−１＝ｙ″／｛１＋（ｙ′）２｝３／２で表されるので、いま｜ｙ′｜≪１として、その２次以上の項が無視できるとすると、
【００２３】
【数４】
0003604988.tif 000005
【００２４】
を得る。ここで、ｘ＝０のときｙ＝０，ｙ′＝０の条件を用いると、（５）式が得られる。
【００２５】
【数５】
0003604988.tif 000006
【００２６】
中点降下量をｅとすると、ｘ＝Ｌ／２のときｙ＝ｅとなるので、（５）式より、ヤング率Ｅは（６）式のように求まる。
【００２７】
【数６】
0003604988.tif 000007
【００２８】
これを変形して、中点降下量ｅは（７）式のように求まる。
【００２９】
【数７】
0003604988.tif 000008
【００３０】
よって、中点降下量ｅはＬＳＩチップ７の厚みａの３乗に反比例していることがわかる。つまり、ＬＳＩチップ７の厚みａが大きいときには、たわみ量が小さくなりプリント基板９の曲げに追従できなくなる可能性が高い。
【００３１】
したがって、パッケージ全体が曲げに追従できるようにするには、ＬＳＩチップ７の厚みを薄くすることが効果的であるといえる。
【００３２】
（半導体装置の構成）
まず、図１（ｅ）を参照して、本実施の形態における半導体装置の構成を説明する。１枚のウエハ１からは、複数のＬＳＩチップ７が形成される。各ＬＳＩチップ上には回路面２が形成されている。回路面２の表面（図１（ｅ）では下側）には外部接続電極としてのはんだボール６が形成されており、基板１の裏面、すなわち外部接続電極と反対側の面には樹脂５が塗布されている。
【００３３】
（半導体装置の製造方法）
図１（ａ）〜（ｅ）を参照して、本実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する。
【００３４】
図１（ａ）は、ここから複数個の半導体チップを形成するために用いられるウエハ１の断面を示している。ウエハ１上の回路面２は、たとえばアルミニウムなどで電極が形成されている。回路面２はのちにさらにその表面に外部接続電極としてのはんだボール６をマトリックス状に配置可能なように、配線パターンの形成を完了している。
【００３５】
このウエハ１の回路面２を有する面と反対側の面（以下、「ウエハ１の裏面」という。）を研磨するために、図１（ａ）を参照して、回路面２の表面に保護テープ３を貼る。さらに、図１（ａ）に示すように研磨装置４にウエハ１を設置し、ウエハ１の裏面を研磨する。
【００３６】
通常、半導体装置の製造現場においては、インゴットからウエハの厚みにカットした後に研磨仕上げを行うが、その工程に使用するウエハラッピング装置を用いるとよい。ウエハラッピング装置は、何枚ものウエハを同時に研磨できるので生産性が高い。ウエハをターンテーブルの上に載せ、研磨材を含んだ研磨液を使って鏡面仕上げする。
【００３７】
なお、この研磨加工の前に研削加工を施してもよい。粗削りを研削加工で行うことによって、工程時間を短縮することができる。ただし、研削加工の後には必ず研磨加工によって鏡面仕上げを行う必要がある。なぜなら、研削加工においては、ウエハ１の加工面に微小な傷が発生する場合が多く、そのような傷があれば、薄く仕上げたウエハ１に曲げの力が加わったときに、傷の箇所を起点に割れてしまうおそれがあるからである。
【００３８】
また、ウエハ１の研磨加工によって仕上げるべき厚みはウエハ１の大きさによって異なるが、実際に曲げに適応できる厚みとしては、たとえば約５０μｍまで薄くすれば、十分である。
【００３９】
次に図１（ｂ）を参照して、研磨加工されたウエハ１を研磨装置４から取り外し、表面保護テープ３を剥離する。
【００４０】
図１（ｃ）を参照して、ウエハ１の裏面に裏面補強部材として樹脂５を塗布する。樹脂の塗布方法としては、印刷法またはスピンコートによる塗布方法（スピンコート法）などを用いる。どちらの方法を採用するかは、使用する樹脂によって選定する。たとえば、粘度の高い樹脂を使用する場合、スピンナーを回しても樹脂がうまく分散されない可能性があるため、印刷法が適切である。まず、ウエハ上にのみ樹脂が塗布されるように設計されたマスクを準備する。樹脂の厚みは数十μｍオーダーでよいので、目標とする厚みと同じくらいの厚みのマスクを用意し、マスク上に樹脂を供給して、その上をスクィージーで走査し、印刷を行う。
【００４１】
逆に、粘度の低い樹脂を用いる場合には、スピンコート法を用いる方が、早く薄く均一に塗布できる。スピンナーにウエハ１を載置し、適量の樹脂を供給した後、旋回し、遠心力によって樹脂を分散させ、塗布する。
【００４２】
次に図１（ｄ）を参照して、外部接続電極としてのはんだボール６を形成する。この方法としては、たとえばスズ／鉛共晶合金を主材料とするボールをフラックスとともに載せ、リフロー法により電極を形成する。外部接続電極は、はんだボール６に限らず、他の形態の電極であってもよく、その場合の形成方法としては、たとえば、メッキによる成長も可能である。
【００４３】
最後に、図１（ｅ）を参照して、ウエハ１に設けられたダイシングラインに沿って切断して各半導体チップ７を個片化する。こうして、半導体装置として、はんだボール６の接続された半導体チップ７が完成する。図１（ｅ）では省略し、２個のみに切り分けたように描いているが、実際には、この切断の工程で多くの個数の半導体チップに切り分けられる。
【００４４】
なお、上述の製造方法の例では、研磨加工の工程を、回路面２の配線パターンの形成後に行なったが、上記研磨加工の工程は、他の段階、たとえば、回路面２の形成にとりかかる前の段階や形成途中の段階に組込んで行なってもよい。
【００４５】
また、何らかの前工程によって、元々ウエハ１が数十μｍ程度の厚さである場合、研磨加工の工程を省略することができる。
【００４６】
（作用・効果）
本実施の形態の半導体装置によれば、半導体チップ７の外部接続電極が設けられる面と反対側の面を研磨加工して、半導体チップ７の厚さを薄くすることで、半導体チップ７自体が曲げ応力に対して、しなやかにたわむことができるような構造にできる。半導体チップ７が実装される基板に曲げの力が加えられた場合に、基板とともに半導体チップ７も曲げに追従することができるために、はんだボール６によるはんだ接続部にかかる応力が緩和され、はんだ接続部が破断することを防止することができる。さらに、弾性係数（ヤング率）の低い樹脂を半導体チップ７の研磨した面に塗布することで、上記構造における半導体チップ７の曲げやすさに影響を与えることなく、補強することができる。樹脂５は半導体チップ７を保護しているので、半導体チップ７が欠けたり、傷がついて割れるような危険性はなくなり、ハンドリング性が向上する。よって機械的信頼性を向上させることができる。
【００４７】
樹脂５は、約１．５〜５．０×１０６Ｎ／ｍ２程度の弾性係数の小さい材質のものであれば、曲がりやすさを損なうことがなく、好ましい。この程度の弾性係数の値であれば、ＬＳＩチップ７に対して小さい値であるので、パッケージ全体としては無視できる値であり、かつ樹脂５を塗布することでＬＳＩチップ７の欠けや傷を防止し、ハンドリング性向上にも役立つ。樹脂５の塗布量は、パッケージ全体の曲げやすさに影響を及ぼさない範囲内で自由に設定できる。ＬＳＩチップ７の欠けや傷を防止する役割を果たすことができる範囲内で、数十μｍ程度まで薄くすると、パッケージの薄型化や材料コストダウンにもつながるので望ましい。
【００４８】
具体的に上記の弾性係数を有する樹脂５の種類としては、ゴム系、シリコーン系、エポキシ系、ポリイミド系またはウレタン系の樹脂を用いることができる。
【００４９】
また、本発明に基づく半導体装置の製造方法によれば、ウエハプロセスの前半工程を終了し、ダイシングする前のウエハの状態で研磨加工および樹脂塗布を行うことができるため、一度の工程で同時に多数のパッケージを生産することができる。
【００５０】
（実施の形態２）
（半導体装置の構造）
本実施の形態では、図１（ｅ）に示した半導体チップ７をプリント基板９にベアチップ実装した例を示す。その結果、図２に示すような構造となる。
【００５１】
（作用・効果）
本実施の形態の半導体装置によれば、半導体チップ７の外部接続電極が設けられる面と反対側の面を研磨加工して、半導体チップ７の厚さを薄くすることで、半導体チップ７自体が曲げ応力に対して、しなやかにたわむことができるような構造になっている。そのため、半導体チップ７が実装されるプリント基板９に曲げの力が加えられた場合に、プリント基板９とともに半導体チップ７も曲げに追従することができる。したがって、はんだボール６によるはんだ接続部にかかる応力が緩和され、はんだ接続部が破断することを防止することができる。さらに、弾性係数（ヤング率）の低い樹脂を半導体チップ７の研磨した面に塗布することで、上記構造における半導体チップ７の曲げやすさに影響を与えることなく、補強することができる。
【００５２】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体チップの電極が設けられた面と反対側の面を研磨加工して半導体チップの厚さを薄くしているので、半導体チップ自体に曲げの力が加わった際に、基板とともに半導体チップも曲げ変形に追従することができ、はんだ接続部にかかる応力が緩和され、はんだ接続部が破損することを防止することができる。また、弾性係数の低い樹脂を研磨面に塗布することで、半導体チップは保護され、欠けたり、傷がついたりする危険性もなくなり、ハンドリング性が向上する。その結果、半導体装置全体の機械的信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明に基づく実施の形態１における半導体装置の製造プロセスの各段階における断面図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態２における半導体装置の断面図である。
【図３】（ａ）はＬＳＩチップを曲げたときの応力について考えるための直方体モデルの説明図であり、（ｂ）は、そのモデルを曲げた状態を表した説明図である。
【図４】図３（ａ）に示したモデルを曲げたときの中点降下量について考えるための説明図である。
【図５】従来技術に基づくベアチップ実装の、（ａ）は実装手順の説明図、（ｂ）は実装後の状態の断面図である。
【符号の説明】
１  ウエハ、２  回路面、３  表面保護テープ、４  研磨装置、５  樹脂、６はんだボール、７  ＬＳＩチップ、９  プリント基板、１０  電極、１４  金属バンプ。
【図１】
0003604988.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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