(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの面に回路が形成されたウエハと、該ウエハの回路形成面の直上に構成され、かつ該ウエハとは異なる材料からなる板材とを含む半導体ウエハであって、該板材のウエハに対向する面とは反対側の面上で該ウエハのスクライブラインに対応する位置に、切れ込みが形成されていることを特徴とする半導体ウエハ。
【請求項２】
該ウエハの回路形成面とは反対側の面を研磨して、該ウエハ厚を５０μｍないし２００μｍとしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項３】
前記回路が形成されたウエハの直上に構成された板材が、遮光性を有する材料からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項４】
前記回路が形成されたウエハの直上に構成された板材が、回路が形成されたウエハの膨脹率の５倍以内の膨脹率を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項５】
前記回路が形成されたウエハの直上に構成された板材が、金属性材料からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項６】
前記回路が形成されたウエハの直上に構成された板材が、４２アロイからなることを特徴とする請求項５に記載の半導体ウエハ。
【請求項７】
前記回路が形成されたウエハの直上に構成された板材が、絶縁性材料で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項８】
前記ウエハの回路形成面とは反対側の面が、金属膜で覆われており、それによって該ウエハ面が遮光されることを特徴とする請求項１ないし７に記載の半導体ウエハ。
【請求項９】
請求項１ないし８に記載の半導体ウエハを、該ウエハのスクライブラインおよび板材の切れ込みに沿って分割して個別化したＩＣチップを用いたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハおよび半導体装置に関し、ウエハの表面にウエハと異なる材料の板材を貼り付けるとともにウエハの裏面を薄層化し、薄層化したウエハの裏面に金属膜を蒸着などで形成し、半導体ＩＣチップの表面および裏面を遮光する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型・軽量化、高機能化高性能化の進展はめざましいものがある。携帯電話などはその最たるものであるが、これら機器へ搭載される集積回路（ＩＣ）をはじめ、あらゆる部品にも同様に小型・軽量化が求められている。
従来より、ＩＣの実装構造の小型化、薄型化の最も有力な手法としてフリップチップ実装という方法がある。この方法は、ＩＣなどを搭載した基板のサイズ、いわゆるモジュールサイズが小さくなるにつれて、ＩＣも薄く小さく実装する必要性があるために開発されたもので、ＩＣチップ上のいわゆる電極パッドに導電体であるバンプを施し、バンプと基板上のパターンとを向かい合わせに接続した構造をとっている。従って、この形態からフリップチップ実装はフェースダウン実装とも言う。
【０００３】
また、チップと基板間に樹脂を充填するが、この理由はバンプと基板上のパターンとの接続のみでは接続強度が弱く、温度サイクル試験や高温高湿放置試験等の信頼性試験において、接続がはずれ不良となるため、これを防止するためである。
具体的にこの従来のフリップチップ実装構造の概要を図１に示す。図１において、ＩＣチップを１、バンプを３、基板を７、樹脂を８、基板上の配線パターンを９とする。
ＩＣチップ１の電極パッド上（図示せず）にはバンプ３が付けられている。このバンプ３の材料は導電性の物質であり、通常はんだ、金ワイヤ等が使用されている。金ワイヤ等でバンプを作製する方法は、ＩＣチップの電極パッドにボンディングし、その後ワイヤの部分をワイヤボンダーのクランプではさみ引きちぎることにより作製する。バンプ３と基板７上の配線パターン９とが接続されることにより、基板７上の配線パターン９から電気信号がＩＣチップ１に入力されＩＣチップ１内にて処理され、基板７上の別の配線パターン９へ出力信号として出力される。
【０００４】
その他のフリップチップ実装構造の接続耐久性を向上させる方法として、チップに別材料を貼り合わせた構造が特開平１−１９６８４２号公報に開示されている。
これを図２に示す。図２において回路が形成されたＩＣチップを１、板材を２、バンプを３、基板を７、樹脂を８、配線パターンを９とする。
前述した方法と同様、ＩＣチップ１の電極パッド上（図示せず）にバンプ３を付ける。このバンプ３は導電性材料である。このバンブ３と基板７上の配線パターン９を接続する。このことにより、基板７からの信号がＩＣチップ１の回路に入力され、回路内で処理された出力信号が基板７の出力信号用の配線パターン９に出力される。ＩＣチップ１と別のＩＣチップの間は樹脂８で接着されている。図１の例と大きく異なる点は、ＩＣチップ１の上部に板材２が貼り付けされている点である。この理由は、基板７の曲げねじりによりＩＣチップ１の電極パッド上のバンプ３に局所的に起こる応力を全体的に樹脂８で接着することにより緩和させるためである。
【０００５】
また、従来のフリップチップ実装構造を示す図１においては、配線パターン９がＩＣチップ１の中央下部にもあるが、これはＩＣチップ１のＬＳＩパターンを遮光するためのものである。遮光する理由は、半導体に光が当てると充満帯および不純物準位にある電子が光子のエネルギーを吸収して半導体内部で光導電を生じ界面に光起電力を生ずることにより、ロジック等のＬＳＩの誤動作を起こすためである。この現象は特に赤外線により起こる。その他、赤外線以外にもＥＰＲＯＭ等のＬＳＩの場合、紫外線が当たると内部データを消去するため注意が必要である。ＩＣチップ１と基板７の間には樹脂８が充填されている。これは、樹脂を充填することにより、ＩＣチップ１と基板７との密着性を良くし、信頼性をより良くするためである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下に示す間題点があった。
ＩＣカード等薄く実装しなければならないものが増えている。従来のフリップチップ実装でも０．７ｍｍのカードヘの実装は可能であるが、フリップチップ実装したＩＣチップのＬＳＩ面の遮光処理を施すことは難しい。なぜなら、基板とＬＳＩパターンの間はバンプの高さと同程度の５０μｍと薄く、ＬＳＩパターンそのものに遮光処理を施すことは非常に難しくなるためである。また、バンプの高さを１００μｍ程度に高くすればＬＳＩパターンそのものに遮光処理をすることは可能であるが、その場合は、ＩＣチップの厚さを２００μｍ、ＩＣチップを実装する基板の基板上の配線を含めた厚さを２３０μｍとすると、全体の厚さは５３０μｍ（０．５３ｍｍ）になり、非常に厚いモジュールとなる。
【０００７】
ＬＳＩパターンそのものに遮光処理を施し、しかも、モジュール厚を薄くするためには、ウエハ厚を１００μｍ厚（０．１ｍｍ）以下にすることが必要であるが、現在８インチであるウエハの直径は今後更に大きくなる傾向にある。ますます薄く研磨することは可能であるが、ウエハ直径が増大し、ウエハを薄くするほど取り扱いが難しくなり、モジュール作製段階でＩＣチップが割れることがある。
ＩＣチップの遮光の必要性は上に述べたが、従来品はＩＣチップのＬＳＩ面を遮光するために、図１で示したように実装基板の配線パターンを使用していた。ＩＣチップのＬＳＩ面に対する遮光を行っていた配線パターンがなくても、ＩＣチップのＬＳＩ面と基板の間には樹脂があるため、光は入りにくくなっているが、基板とＬＳＩパターンの間は５０μｍと薄く、遮光は完全ではない。
【０００８】
通常ＩＣの小型実装の１つであるＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｅｒｌｅａｄ  Ｐａｃｋａｇｅ）と言われる樹脂にてモールドされたパッケージでは、樹脂が１５０μｍ以上と厚く、遮光は十分されている。しかし、フリップチップ実装ではＩＣチップのＬＳＩ面と基板との間は５０μｍ程度しかなく、樹脂を充填しても遮光に必要な厚さが得られず、そのため基板の配線パターンの金属を用いて遮光することになる。この方法によると金属が光を反射するため、遮光することが可能である。
しかし、この方法では、実装基板側の遮光パターンをＩＣチップのサイズに合わせたり、実装基板の信号パターンと交差しないようにする等を考慮しなければならない。
【０００９】
一方、ＩＣチップ厚を１００μｍ以下に薄くする必要が出てくるにつれ、ＩＣチップのＬＳＩパターンと反対側の面、つまりＩＣチップの裏面から光が入る可能性もあるため、この面においても遮光が必要である。
図２に示す特開平１−１９６８４２号公報のようなものであれば、板材２があるため、板材２を金属板にすることによって、ＩＣチップの裏面に対して遮光することが可能であるが、回路のあるＩＣチップ１の表面は外側からの光が基板７を通して入り込んでしまう。また、図１に示すものであれば、ＩＣチップが薄い影響もあり、ＩＣチップの裏面は遮光しにくい。このため、光がＬＳＩパターンに入り誤動作する可能性がある。ガラス布基材エポキシ樹脂等の基板の材料は光を通しやすく、基板の配線パターンで遮光されない場合はＩＣチップのＬＳＩ面に光が入ることとなる。そのため、基板の配線パターンで遮光パターンを設けることとなるが、ＬＳＩのサイズに合わせて配線パターンを設ける必要があり、信号線が交わらないように基板の配線パターンを考慮する必要がある。
【００１０】
さらに、元々ウエハは約６００μｍ程度の厚さがあるが、ＩＣを作り込むいわゆるウエハプロセス完了後、薄型パッケージにする場合は２００μｍまで裏面研磨を行っている。通常、裏面研磨はメカニカルに行っているが、この方法であると２００μｍ厚までは可能であるが、それ以下の厚さになると非常に難しい。特に１００μｍ以下となるとメカニカル研磨では不可能である。２００μｍ程度の研磨であれば、量産装置で流れており、ハンドリングにおいて問題ない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、１つの面に回路が形成されたウエハと、該ウエハの回路形成面の直上に構成され、かつ該ウエハとは異なる材料からなる板材とを含む半導体ウエハであって、該板材のウエハに対向する面とは反対側の面上で該ウエハのスクライブラインに対応する位置に、切れ込みが形成されていることを特徴とする半導体ウエハを提供するものである。
本明細書において、「板材のウエハに対向する面とは反対側の面上で該ウエハのスクライブラインに対応する位置」とは、スクライブラインを含みかつ該ウエハを垂直に切る面が板材の該反対側の面と交って形成される位置をいう。
また、本明細書中において、ウエハとは回路形成ウエハをいい、半導体ウエハとは該ウエハと板材とを接着させたものをいい、ＩＣチップとは該半導体ウエハを分割したものをいい、半導体装置とは該ＩＣチップを実装した装置をいう。
【００１２】
本発明による半導体ウエハは、ウエハのＬＳＩパターン面に１００μｍ厚程度の板材（好ましくは、表面をレジストで覆われた金属板）を貼り付けることによりウエハの回路形成面を遮光することができ、しかも、ウエハを１００μｍ厚以下に研磨する場合においても、板材の厚さがウエハの厚さに加わるため、ウエハを２００μｍ厚程度に研磨をするのと同様に裏面研磨することを可能にし、その後ＩＣチップを個別にしたときにも、２００μｍ厚のチップと同等に扱うことを可能にするものである。また、ウエハの回路形成面の反対側である研磨面も、研磨後にアルミ、金、銅等で蒸着等するため、遮光可能である。また、ＩＣチップの側面からの光が入る可能性があるが、ＩＣチップの厚さは１００μｍ程度と薄く、ＬＳＩパターン面への影響はない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図３は本発明の１つの態様の半導体ウエハを示す断面図である。
図４は本発明の１つの態様の半導体ウエハを分割して作製したＩＣチップの実装構造を示す図である。
図５および図６は、本発明の１つの態様の半導体ウエハおよび該半導体ウエハを分割してＩＣチップを作製するまでの工程を示す図である。図３、図４、図５および図６の中で、ＩＣチップを１、板材を２、バンプを３、板材の表面を覆う絶縁性材料であるレジストを４、板材２とウエハとを接着する接着剤を５、研磨後のウエハの回路形成面とは反対側の面に付着させた金属の蒸着膜を６、実装基板を７、実装時に板材と基板との間に充填する樹脂を８、基板上配線パターンを９、ウエハを１０、スクライブラインを１１、切れ込みを１２、半導体ウエハを１３とする。
【００１４】
まず、図３の本発明の１つの態様の半導体ウエハを示す断面図について説明する。
この構造は、スクライブライン１１が予め形成されたウエハ１０の回路形成面に板材２を接着剤５で貼り付け、ウエハ１０を割れにくい構造にしている。
本発明において用いるウエハ１０は、電気回路を構成可能なものならばいずれのものでもよく、Ｐ型・Ｎ型チャネルの種類はこだわらない。また、材料もシリコンウエハが主流であるが、シリコンに限らない。また、ガラス基板、あるいはプラスチック基板に回路を形成したものを使用することも可能である。
また、本発明において用いる板材２は、ウエハの回路形成面を遮光できる材料のものであればいずれの材料であってもよいが、ウエハと異なる材料からなり、好ましくは４２アロイ、ステンレス、ニッケル、コバルト、タングステン、銅、パラジウム等の金属性材料からなり、その表面は、後述するバンプ３を作製した後に回路の信号同士がショートしないように、絶縁体のレジスト４で覆われている。また、板材２は、好ましくはウエハ材料の膨脹率の５倍以内の膨脹率を有する金属性材料であり、ウエハがシリコンである場合には、シリコンとほぼ同程度の膨張率である４２アロイ等を使用するのが好ましい。４２アロイの膨張率は４．５×１０−６／℃、シリコンの膨張率は２．６×１０−６／℃である。さらに、板材２は、ウエハ１０の回路パターンの電極パッド（図示せず）位置に合せて窓開けされている。窓開けサイズは、レジスト４を覆った後でも後述するバンプ３の直径より大きくしなければならない。例えば、バンプ３の直径を８０μｍ、レジスト４の厚さを２０μｍと仮定する。その場合、窓開けサイズは、８０μｍ×８０μｍよりも大きく開くように、レジスト４の厚さが板材２の窓開け部分に２０μｍ付くためひと周り大きくする必要があり、１２０μｍ×１２０μｍ以上にする必要がある。ウエハ上の電極パッドサイズは約１００μｍ×１００μｍ程度の大きさであり、板材２の直径はウエハと同サイズであり、６インチあるいは８インチが通常使用される。板材２の厚さは６０μｍであり、レジストで覆われた後１００μｍ厚になる。
【００１５】
また、本発明のこの態様においては、バンプ３が回路パターンの電極パッド上に形成されている。バンプ３は回路の信号を外に取り出すために設けてあるが、その材質は導電ペーストあるいは金属ピンを導電ペーストで接着したものである。バンプの高さは、レジスト４で覆われた板材２の厚さ１００μｍと接着剤５の厚さ１０μｍをたした厚さよりも高くする必要があるため、１１５μｍ〜１２０μｍ程度である。結果としてレジスト４で覆われた板材２より突出した部分は５μｍ〜１０μｍ程度となる。バンプ作製の方法としてめっきによるバンプも可能である。
ウエハ１０と板材２は接着剤５で接着しており、その際、板材２自体がウエハ１０の回路形成面を遮光するため、図１に示したような遮光するための配線パターンを設ける必要はない。また、回路形成面とは反対側の研磨面に対しても遮光するように研磨後蒸着する構造になっている。
【００１６】
図４は、図３で示した本発明の半導体ウエハ１３をウエハ上のスクライブライン１１および板材に形成した切れ込み１２に沿って分割して作製したＩＣチップ１を、基板７に実装した構造を示している。
また、本発明は、かかるＩＣチップを使用した半導体装置をも提供する。この半導体装置は、図４に示すとおり、基板７の配線パターン９に樹脂でフリップチップ実装したものである。この接続方法を説明する。樹脂８を、予めＩＣチップを搭載する位置にポッティングする。この樹脂はペースト状あるいはフィルム状になっているものを用いる。この後、ＩＣチップを基板７の搭載位置に搭載し、ＩＣチップ上面よりツールで温度と圧力を加えながら樹脂を溶融させ、バンプと基板７の配線パターン９に接触後、樹脂８を硬化させることにより接続する。さらに、この後、ＩＣチップ上部にモールドあるいは樹脂をポッティングし、コーティングすることも可能である。
【００１７】
次に本発明の１つの態様の半導体ウエハおよびＩＣチップを作製する工程を図５および図６の工程（１）〜（６）に示す。
まず、工程（１）においては、ウエハと同じ直径で厚さ約６０μｍの金属製の板材２の、使用するウエハのチップサイズ（つまりスクライブライン１１）と同位置に、硫酸等を用い深さ２０〜３０μｍ程度のハーフエッチングをし（切れ込み１２）、更にウエハの電極パッド部に合わせて窓開けする。この窓開けサイズは、電極パッドが通常１００μｍ×１００μｍ程度である場合、１２０μｍ×１２０μｍにする。このサイズにする理由は後述するレジストで覆った後、バンプを作製する領域を８０μｍ×８０μｍ程度確保するためである。
【００１８】
次に、工程（２）においては、エポキシ樹脂系のレジスト液をスピンコーターで２０μｍ厚に制御しながら板材２に塗布し、１６０℃のオーブンで４時間レジスト４を硬化させ、金属製の板材２の表面を絶縁する。その後、裏面も同じ方法によりレジスト４で覆う。これにより板材２の窓開け部の側面もレジスト４で覆われる。この際、窓開けしたところがレジスト４で詰まらないように注意し、万が一、窓開けしたところがレジスト液で詰まった場合には、プローブ等で穴を開ける。この結果、窓開けサイズは８０μｍ×８０μｍになる。
工程（３）においては、ウエハ１０と板材２とを、板材２の窓開け部分とウエハの電極パッドが合うように、エポキシ系樹脂等の接着剤５で貼り合わせる。接着剤厚は１０μｍ程度である。接着剤の硬化条件は接着剤の材料により変化するが、エポキシ系の樹脂の場合、１６０℃、４時間程度である。
工程（４）においては、ウエハ１０の裏面を、ウエハ厚が１００μｍ以下になるまで研磨する。この態様における半導体ウエハの場合、レジスト４で覆われた金属製の板材２の厚さ１００μｍと接着剤の厚さ１０μｍが加わるため、研磨装置の設定は２１０μｍにする。その結果、ウエハ１０は１００μｍに研磨される。その後、研磨したウエハの裏面を遮光するため、アルミあるいは金や銅等で蒸着する。蒸着層６の厚さは０．６μｍ程度である。
【００１９】
工程（５）においては、ウエハの電極パッドにバンプ３を形成する。バンプ３は銀ペースト等の導電ペースト、あるいは金属ピンを導電ペーストで接着する。バンプ３の高さは１１５〜１２０μｍとし、レジスト４で覆われた板材２より５〜１０μｍ程度バンプが出ているようにする。
最後に工程（６）においては、板材２のハーフエッチング部（切れ込み）１２に辺が直線である板などの治具をあてがい、その部分で半導体ウエハ１３を折り曲げて切断し、半導体ウエハ１３を個別のＩＣチップ１に分割する。
【００２０】
【発明の効果】
（１）チップ表面と裏面の遮光を可能とする。
ウエハのＬＳＩ面を表面とすると、表面は板材を接着しているため遮光される。また、裏面はウエハをアルミや金、銅等で蒸着しているため、遮光が可能である。
（２）ウエハの研磨を簡略化し、クラックを防ぐことができる。
ウエハを１００μｍ以下に研磨をする場合、ウエハのみを研磨する場合と違い、板材を貼り合わせている場合、板材とウエハを重ね合わせた状態で研磨することになる。そのため、通常の２００μｍ程度にウエハを研磨する場合と同様に研磨は容易になる。また、ウエハのクラックも起こりにくくなる。
（３）板材のハーフエッチングによって、ダイシング装置を使用せずに分割することができる。
通常ＬＳＩ間のスクライブラインをダイシングし、チップを分割するが、本発明では予めスクライブラインに合わせて板材のハーフエッチングした部分（切れ込み）を形成しているために、ダイシング装置を使用することなしに、ダイシングをすることが可能である。その方法は、ハーフエッチングした部分（切れ込み）を折り曲げ、チョコレートブレークする。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術にかかる半導体ウエハから作製したＩＣチップの実装構造を示す断面図である。
【図２】他の従来技術にかかるＩＣチップの実装構造を示す断面図である。
【図３】本発明の１つの態様の半導体ウエハの断面図である。
【図４】本発明の１つの態様の半導体ウエハを分割して作製したＩＣチップの実装構造を示す断面図である。
【図５】本発明の１つの態様の半導体ウエハおよびＩＣチップを作製する工程図である。
【図６】本発明の１つの態様の半導体ウエハおよびＩＣチップを作製する工程図である。
【符号の説明】
１：ＩＣチップ
２：板材
３：バンプ
４：レジスト（絶縁体）
５：接着剤
６：蒸着膜
７：基板
８：樹脂
９：配線パターン
１０：ウエハ
１１：スクライブライン
１２：切れ込み
１３：半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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