(57)【要約】【課題】半導体チップとキャリアとの接合時に、ハンダのボイドの発生を抑制し、劈開時の歩留まりを向上させる。【解決手段】第１の面に光機能素子が集積された半導体基板において、前記第１の面と対向する第２の面に凹凸が形成されていることを特徴とする。前記凹凸のうち、凹部は前記第２の面と接する側面に連通していることが望ましい。前記凹凸は、直線状の溝により形成することができ、Ｖ溝とすることができる。このとき、前記半導体基板の板厚は、２００〜３００μｍである。【選択図】図３
2015212733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面に光機能素子が集積された半導体基板において、前記第１の面と対向する第２の面に凹凸が形成されていることを特徴とする半導体基板。
【請求項２】
前記凹凸のうち、凹部は前記第２の面と接する側面に連通していることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項３】
前記凹凸は、直線状の溝により形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体基板。
【請求項４】
前記直線状の溝は、１０〜５０μｍのピッチで並んでいることを特徴とする請求項３に記載の半導体基板。
【請求項５】
前記直線状の溝の深さに対する幅の比は、０．５〜１０００であることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体基板。
【請求項６】
前記直線状の溝は、Ｖ溝であることを特徴とする請求項３、４または５に記載の半導体基板。
【請求項７】
前記凹部は、前記第２の面に占める割合が６〜３０％であることを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載の半導体基板。
【請求項８】
前記半導体基板の板厚は、２００〜３００μｍであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に関し、より詳細には、発光素子、光変調器などの光機能素子を作製するための半導体基板であって、反りを考慮して板厚が最適化された半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超高速光ファイバ伝送の進展に伴い、光機能素子を高密度に集積する技術が求められている。ＩｎＰをはじめとする半導体をベースにした光モジュールは、光カプラなどの受動素子と、発光素子、光変調器などの能動素子の両方の光機能素子を集積化している。光モジュールは、キャリアと呼ばれる台座上に、半導体基板上に光機能素子が集積化された半導体チップ、配線基板、光学結合部品等を実装している。光モジュール内のこれら構成要素は、高い位置精度の実装が要求されている。
【０００３】
図１に、従来の半導体チップの実装方法を示す。半導体基板１上に光機能素子が集積化された光回路２が形成された半導体チップ３を、チャック用治具４により保持する（図１（ａ））。チャック用治具４には、半導体チップ３上の光回路２が形成されていない領域に、光回路２を囲むように凸部５ａ，５ｂが設けられている。例えば、半導体チップ３とチャック用治具４とにより形成される空間の空気を吸引して、半導体チップ３を保持する。
【０００４】
半導体チップ３とキャリア６との間に、ＡｕＳｎ（金錫）からなるハンダ７等を挟み（図１（ｂ））、加熱して半導体チップ３とキャリア６とを接合する（図１（ｃ））。このとき、チャック用治具４の凸部５により、半導体チップ１をキャリア６へ押し込む。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】三橋雅彦他、「鉛フリーはんだ接合における熱伝導解析」、神奈川県産業技術センター研究報告、No.15、2009、pp.51-52
【非特許文献２】舟橋政樹他、「光加入者用長波長帯導波路型受光素子の開発」、古河電工時報、平成10年12月、第103号、pp. 1-6
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、大規模集積化に伴って半導体チップの面積が大きくなると、図２に示すような問題点が生じていた。第１に、図２（ａ）に示すように、半導体チップ１とキャリア６とをハンダ７にて接合する際に、接合界面にボイドが発生し、ハンダ７の十分な接合強度が得られなくなるという問題があった（例えば、非特許文献１参照）。第２に、図２（ｂ）に示すように、ハンダ７の溶融が均一ではなく半導体チップ３が傾斜してしまうという問題があった（例えば、非特許文献２参照）。
【０００７】
また、キャリアに接合された半導体チップには、光モジュールに実装する半導体チップが、複数形成されており、個々にチップ化するために劈開を行う必要がある。一般的な半導体基板の厚さ４５０μｍの場合、板厚が厚すぎることにより、破損することがあった。つまり、所望の劈開ができずに、個々の半導体チップの歩留まりが低下するという問題もあった。研磨等によって半導体基板の厚を薄くすることもできるが、薄すぎると半導体基板上に形成された光回路を被覆する樹脂層等の影響により、基板の反りが大きくなる。基板の反りは、半導体チップとキャリアとの接合強度が低下するだけでなく、光学結合部品等の実装に際して、光結合の特性を大きく劣化させることもある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、ハンダのボイドの発生を抑制し、劈開時の歩留まりを向上させることができる半導体基板を提供することにある。
【０００９】
本発明は、このような目的を達成するために、一実施態様は、第１の面に光機能素子が集積された半導体基板において、前記第１の面と対向する第２の面に凹凸が形成されていることを特徴とする。前記凹凸のうち、凹部は前記第２の面と接する側面に連通していることが望ましい。前記凹凸は、直線状の溝により形成することができ、Ｖ溝とすることができる。このとき、前記半導体基板の板厚は、２００〜３００μｍである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体基板の底面に、凹凸を形成することにより、ハンダのボイドの発生を抑制し、高い接合性を可能にする。さらに、半導体基板の基板厚を２００〜３００μｍにすることにより、反りを最小限に抑えつつ、劈開時の歩留まりを向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の半導体チップの実装方法を示す図である。
【図２】従来の半導体チップの実装方法における問題点を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる半導体基板を示す図である。
【図４】半導体基板の底面の溝のピッチに対するボイドの数と半導体チップの傾きの関係とを示す図である。
【図５】半導体基板の底面の溝のアスペクト比に対するダイシェア強度とボイドの総体積との関係を示す図である。
【図６】半導体基板の底面の溝の断面形状に対するダイシェア強度とボイドの総体積との関係を示す図である。
【図７】半導体基板の板厚に対する反りと劈開成功率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図３に、本発明の一実施形態にかかる半導体基板を示す。図３（ａ）は、半導体基板１１の上面（第１の面）に光機能素子が集積化された光回路１２が形成された半導体チップ１３の側面図と、半導体基板１１の側面を拡大した図である。図３（ｂ）は、半導体基板１１の底面（第２の面）、すなわちキャリアとの接合面を拡大した図である。
【００１４】
半導体基板１１は、例えば、ＩｎＰ基板からなり、底面には、直線状の溝１４が複数形成されている。直線状の溝１４は、ダイヤモンドカッターによるスクライブ、フォトリソグラフィ等により形成される。本実施形態では、直線状の溝を例に説明するが、必ずしも直線である必要はなく、曲線、格子などの様々な形状を用いることができる。また、底面に凹凸が形成されていればよく、研磨などにより、不規則な凹凸であってもよいし、異なるパターン（ピッチ、溝幅、溝深さ、形状）の組み合わせであってもよい。これら底面の形状の要件については後述する。
【００１５】
最初に、厚さ４５０μｍのＩｎＰ基板に対して、臭素−メチルアルコール混液、またはコロイダルシリカ溶液を用いて研磨を行い、厚さ２５０μｍまで薄くする。必要であれば、研磨した面（底面）に裏面電極、または半田固定用の金属を蒸着する。次に、ダイヤモンドカッターによるスクライブを行って、底面に溝１４を形成する。一般的に、ダイヤモンドカッターによるスクライブでは、幅２〜５μｍ（図３（ａ）の符号ｂ）、深さ２〜５μｍ（図３（ａ）の符号ｃ）のＶ溝を得ることができる。
【００１６】
本実施形態では、半導体基板１１の寸法が長さ１５ｍｍ、幅３ｍｍ、板厚２５０μｍであり、底面に半田固定用の金属を蒸着している。底面の溝１４は、断面形状が三角形で幅ｂ＝３μｍ、深さｃ＝０．１μｍであり、溝のピッチ（図３（ａ）の符号ａ）＝３０μｍとした。半導体基板１１とキャリアとの接合には、金錫ハンダを用いる。なお、銀ペーストでも代用は可能である。
【００１７】
この半導体基板１１を用いた半導体チップ１３を、従来と同様に、チャック用治具に保持して、キャリアに接合する。その結果、直径１μｍ以上のボイドは５個以下であり、半導体チップ１３の傾きも０．１°以下の高い密着性を得ることができる。同じ寸法の半導体基板であって底面に溝を形成していない場合には、３００個以上のボイドが発生し、半導体チップの傾きは１°程度生じてしまう。
【００１８】
このように、ハンダのボイドの発生が抑制されるのは、半導体基板１１の底面とキャリアとの間の余分なハンダとボイドとが、溝１４を介して、半導体基板１１の外部に放出されるからである。従って、半導体基板１１の底面に形成された凹凸のうち、凹部は基板の底面と接する側面に連通していることが望ましい。
【００１９】
図４に、半導体基板の底面の溝のピッチに対するボイドの数と半導体チップの傾きの関係を示す。半導体チップの傾きは、サンプル１０個の平均傾斜角度である。溝のピッチが１００μｍ以上になると、ボイドが１０個以上発生する。これは、溝のピッチが大きすぎるために、ボイドが抜ける効果が低減していることを示している。一方、溝のピッチが小さすぎると、半導体基板の傾斜角度が急激に増加する。これは、半導体基板の底面全体に占める凹凸部分の面積の割合が高くなり、傾斜角度に大きく影響する平面部分の面積の割合が小さくなるために発生している。
【００２０】
従って、ボイドの数と傾斜角度にはトレードオフの関係があり、溝のピッチａを１０〜５０μｍの間で設定するのが望ましい。このとき、溝の幅ｂは３μｍであるので、溝の部分の底面に対する面積比、すなわち底面に刑された凹凸のうち、凹部が底面に占める割合は、６〜３０％になる。
【００２１】
図５に、半導体基板の底面の溝のアスペクト比に対するダイシェア強度とボイドの総体積との関係を示す。溝のアスペクト比とは、溝１４の幅ｂ／深さｂ（＝ｂ／ｃ）である。アスペクト比０．５〜１０００の間で、ダイシェア強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上となっている。ボイドの総体積は、ダイシェア強度に反比例して変化しており、ボイドの体積が大きくなるに従い、ダイシェア強度を低下させていることが分かる。これは、アスペクト比が小さすぎる（＜０．５）と、溝が深すぎるために、ボイドが発生しやすくなり、アスペクト比が大きすぎる（＞１０００）と、溝の効果が薄れボイドが発生しやすくなると考えられる。
【００２２】
図６に、半導体基板の底面の溝の断面形状に対するダイシェア強度とボイドの総体積との関係を示す。ボイドの総体積は、（１）の値を１として相対値で示している。（１）の断面形状が三角形、すなわちＶ溝の方がボイドの総体積が小さく、ダイシェア強度が最も高いことが分かる。実用上、必要なダイシェア強度は１０Ｎ／ｍｍ２とされている。溝の断面形状は、三角形であることが望ましいが、（２）、（３）の形状であっても、必要なダイシェア強度が得られている。従って、溝を形成するプロセス、または底面に凹凸を形成するプロセスによっては、（２）、（３）の形状とすることもできる。
【００２３】
図７に、半導体基板の板厚に対する反りと劈開成功率との関係を示す。半導体基板１１の上面には、光機能素子が集積化された光回路１２、配線基板などが実装される。これら構成要素は、半導体基板１１の熱膨張係数とは異なることから、温度変化に伴い、半導体チップ１３に反りが発生する。図７に示すように、半導体基板１１の板厚が薄くなるほど、反りが大きくなる。一方、板厚が厚くなるほど劈開の成功率は下がる。実用上反りは５μｍ以下とし、劈開成功率を５０％以上確保するために、半導体基板１１の板厚は、２００〜３００μｍが望ましい。
【符号の説明】
【００２４】
１，１１  半導体基板
２，１２  光回路
３，１３  半導体チップ
４  チャック用治具
５  凸部
６  キャリア
７  ハンダ
１４  溝
【図１】
2015212733.tif 000003
【図２】
2015212733.tif 000004
【図３】
2015212733.tif 000005
【図４】
2015212733.tif 000006
【図５】
2015212733.tif 000007
【図６】
2015212733.tif 000008
【図７】
2015212733.tif 000009