(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ状態の半導体デバイスであって、
前記ウェハは、チップ状態の半導体デバイスを少なくとも２つ備え、
前記チップは、少なくとも１つの凹部が形成された支持基板と、前記凹部の外周部を含み、当該外周部よりも外側の前記支持基板上の領域に形成された金属膜とを備え、
前記凹部の外周部近傍に形成された金属膜は、前記支持基板の端部まで延線され、
全ての前記チップの前記支持基板の端部まで延線された金属膜は、前記チップ間の領域を介して互いに接続されていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】
前記金属膜は、前記支持基板の表側面および裏側面の内の少なくとも一方の面上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
当該半導体デバイスは、サーマルインクジェットプリンタの記録ヘッドである請求項１または２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
少なくとも２つのチップが形成されたウェハにおいて、
各々の前記チップの凹部を形成すべき領域の少なくとも外周部近傍の支持基板上に被覆され、この外周部近傍から各々対応する前記チップの端部まで延線され、前記チップ間の領域を介して互いに接続された金属膜を形成し、
各々の前記チップの前記凹部を形成すべき領域を除いて、前記金属膜を含む前記ウェハの全面をマスクし、
前記金属膜の少なくとも一部を接地し、サンドブラスト法により、前記ウェハ上に形成された各々の前記チップに前記凹部を形成することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記金属膜の上に、前記マスクする材料との密着性を向上させるための保護膜を形成することを特徴とする請求項４に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
各々の前記チップ上に形成された金属膜とグランドとの間の抵抗値は５０ＭΩ以下である請求項４または５に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記支持基板の表側面上に前記金属膜を形成し、前記支持基板の表側面から前記凹部を形成する、
前記支持基板の裏側面上に前記金属膜を形成し、前記支持基板の裏側面から前記凹部を形成する、もしくは、
前記支持基板の表側面上および裏側面上の両方に前記金属膜を形成し、前記支持基板の表側面および裏側面から前記凹部を形成することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サンドブラスト法により、半導体回路が形成された支持基板に凹部（貫通孔を含む）が形成された半導体デバイスおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、サーマルインクジェットプリンタの記録ヘッドは、駆動回路を形成したシリコン基板上にヒータ（発熱抵抗体）材料を積層し、さらにヒータの上に画素毎のインク室となるキャビティおよびインクの吐出口となるオリフィスノズルを形成することにより製造される。また、インクの供給は、シリコン基板の裏側面から行うことになるため、シリコン基板を貫通するインク供給孔（貫通孔）が形成される。
【０００３】
ここで、上述するインク供給孔は、開孔速度の観点から、サンドブラスト法により、シリコン基板の表側面および裏側面から形成するのが一般的である。サンドブラスト法では、よく知られているように、掘削しようとする領域以外をマスクし、例えば半導体ウェハ状態の半導体デバイスにアルミナ等の小径の粒子を所定速度で吹き付けることにより、シリコン基板およびその上の構造物を機械的に削り取る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、サンドブラスト法では、乾燥空気により小径粒子を吹き付けるため、粒子が空気との摩擦によって静電気を発生する。
従って、サンドブラスト法により、支持基板に凹部（貫通孔を含む）を形成する必要のある半導体デバイスでは、静電気を帯びた粒子がシリコンデバイスに衝突するため、シリコンデバイスが帯電し、この帯電によりシリコンデバイスが静電破壊される場合があるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、静電破壊を発生することなく、サンドブラスト法により、半導体回路が形成された支持基板に凹部（貫通孔を含む）が形成された半導体デバイスおよびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ウェハ状態の半導体デバイスであって、前記ウェハは、チップ状態の半導体デバイスを少なくとも２つ備え、前記チップは、少なくとも１つの凹部が形成された支持基板と、前記凹部の外周部を含み、当該外周部よりも外側の前記支持基板上の領域に形成された金属膜とを備え、前記凹部の外周部近傍に形成された金属膜は、前記支持基板の端部まで延線され、全ての前記チップの前記支持基板の端部まで延線された金属膜は、前記チップ間の領域を介して互いに接続されていることを特徴とする半導体デバイスを提供するものである。
【０００８】
ここで、前記金属膜は、前記支持基板の表側面および裏側面の内の少なくとも一方の面上に形成されているのが好ましい。また、当該半導体デバイスは、サーマルインクジェットプリンタの記録ヘッドであるのが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、少なくとも２つのチップが形成されたウェハにおいて、各々の前記チップの凹部を形成すべき領域の少なくとも外周部近傍の支持基板上に被覆され、この外周部近傍から各々対応する前記チップの端部まで延線され、前記チップ間の領域を介して互いに接続された金属膜を形成し、各々の前記チップの前記凹部を形成すべき領域を除いて、前記金属膜を含む前記ウェハの全面をマスクし、前記金属膜の少なくとも一部を接地し、サンドブラスト法により、前記ウェハ上に形成された各々の前記チップに前記凹部を形成することを特徴とする半導体デバイスの製造方法を提供するものである。
【００１０】
ここで、前記金属膜の上に、前記マスクする材料との密着性を向上させるための保護膜を形成するのが好ましい。また、各々の前記チップ上に形成された金属膜とグランドとの間の抵抗値は５０ＭΩ以下であるのが好ましい。
【００１１】
また、前記支持基板の表側面上に前記金属膜を形成し、前記支持基板の表側面から前記凹部を形成する、前記支持基板の裏側面上に前記金属膜を形成し、前記支持基板の裏側面から前記凹部を形成する、もしくは、前記支持基板の表側面上および裏側面上の両方に前記金属膜を形成し、前記支持基板の表側面および裏側面から前記凹部を形成するのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面に示す好適実施例に基づいて、本発明の半導体デバイスおよびその製造方法を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係るサーマルインクジェットプリンタの記録ヘッドの一実施例の断面図である。同図は、本発明の半導体デバイスの製造方法を適用し、半導体製造技術を利用して製作された本発明の半導体デバイス１０であって、まず、シリコン基板等の半導体基板１２の図中中央部に、ノズルにインクを供給するインク溝１４が、シリコン基板１２の表面を掘り下げるようにして、同図紙面に対して垂直方向に延在するように形成されている。
【００１４】
このインク溝１４には、インク溝１４にインクを供給するために、シリコン基板１２の裏面とインク溝１４とを連通する複数個のインク供給孔（貫通孔）１６が、インク溝１４の延在方向に所定の間隔で開孔されている。なお、支持フレーム１８は、シリコン基板１２を配置するための支持部材であり、この支持フレーム１８には、インク供給孔１６を介してシリコン基板１２の表側面に形成されたインク溝１４にインクタンク（図示省略）から供給されたインクを供給するインク溝２０が形成されている。
【００１５】
また、インク溝１４を挟んで図中左右対称の位置に、インク溝１４に沿って複数個のノズル２２が等間隔で交互に配置された２列のノズル列を備えている。個々のノズル（オリフィス）２２は中空円形状で、シリコン基板１２の上に積層されたポリイミド等からなるオリフィスプレート２４に形成されている。ノズル列は、例えば３６０ｎｐｉ（ノズル／インチ）の場合には１列当り約７１μｍのピッチでノズル２２が紙面と垂直方向に配置され、２列で合計７２０ｎｐｉの解像度を実現可能である。
【００１６】
シリコン基板１２の上部で、かつノズル列の下部には、個々のノズル２２からのインクの吐出を制御する発熱抵抗体（図示省略）が形成されている。また、インク溝１４を中心として、ノズル列よりも外側のシリコン基板１２の表面には、個々の発熱抵抗体を駆動する駆動回路２６が形成され、シリコン基板１２の表面とオリフィスプレート２４との間には、インク溝１４から各ノズル２２にインクを供給するインク流路を形成する隔壁２８が形成されている。
【００１７】
インクは、インクタンクから、支持フレーム１８のインク溝２０を通り、シリコン基板１２に開孔されたインク供給孔１６を介してシリコン基板１２の表面のインク溝１４に供給され、隔壁２８によって形成されたインク流路を介して、インク溝１４の両側に形成されたノズル列に分配される。そして、駆動回路２６により、画像データに応じて個々の発熱抵抗体のオンオフが制御され、これに対応するノズル２２から所定量のインクが吐出される。
【００１８】
次に、図２を参照して、本発明の半導体デバイスについて説明する。
【００１９】
図２は、本発明の半導体デバイスの一実施例の概念図である。
同図は、本発明の半導体デバイスの製造方法に従って、半導体製造技術を利用して作製された本発明の半導体デバイスを概念的に示すもので、同図（ａ）は半導体チップ３０、同図（ｂ）は半導体ウェハ（一部のみ）３２状態の半導体デバイスを表す。なお、以下の説明では、図２は、図１に示す記録ヘッドの半導体デバイス１０であるものとする。
【００２０】
本発明の半導体デバイスは、半導体チップ３０の状態の場合には、同図（ａ）に示すように、インク供給孔１６の外周部を含み、その外側のシリコン基板１２上の領域に形成され、さらにシリコン基板１２の端部まで延線された金属膜３４を備えている。そして、個々の半導体チップ３０のシリコン基板１２の端部まで延線された金属膜３４は、半導体ウェハ３２の状態の時には、同図（ｂ）に示すように、個々の半導体チップ３０間の領域（スクライブライン）３６に形成された導線により互いに接続されている。
【００２１】
すなわち、半導体ウェハ３２上に形成された複数個の半導体チップ３０は、スクライブライン３６で切り離され、個々の半導体チップ３０に分離される。この時、図２（ｂ）に示すように、半導体ウェハ３２状態の時にスクライブライン３６上に形成された導線は、同図（ａ）に示すように、個々の半導体チップ３０の状態の時には除去される。その結果、インク供給孔１６の外周部に形成された金属膜３４からシリコン基板１２の端部まで延線する金属膜３４が残ることになる。
【００２２】
なお、インク供給孔１６の形状やその個数等は何ら限定されない。
また、インク供給孔１６の外周部近傍のシリコン基板１２上の領域に形成される金属膜３４は、インク供給孔１６の外周部を完全に取り囲むのが好ましいが、本発明はこれに限定する必要はなく、少なくともその一部に金属膜３４が形成してあればよい。言い換えると、インク供給孔１６の外周部を完全に取り囲む金属膜３４の内の一部がなくても問題はない。
【００２３】
また、１つの半導体チップ３０上に２つ以上のインク供給孔１６がある場合、各々のインク供給孔１６の外周部近傍に金属膜３４が形成される。ここで、各々のインク供給孔１６の外周部に形成された金属膜３４から、スクライブライン３６上に形成された金属膜３４の導線まで各々延線してもよいし、これらの金属膜３４を半導体チップ３０上で互いに接続し、その内の１つの金属膜３４から、スクライブライン３６上の導線まで延線するようにしてもよい。
【００２４】
以下、図３および図４を参照して、本発明の半導体デバイスの製造方法について説明する。
【００２５】
図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の半導体デバイスの製造工程を表す一実施例の断面概念図である。
同図は、図１に示すサーマルインクジェットプリンタの記録ヘッドの、シリコン基板の表側面から掘削する場合の製造工程を表す模式的な断面図である。シリコン基板１２の中央部に示すブラスト領域が、サンドブラスト法により開孔されてインク供給孔となる部分である。
【００２６】
また、図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の半導体デバイスの製造工程を表す別の実施例の断面概念図である。
同図は、図１に示す記録ヘッドの、シリコン基板の裏側面から掘削する場合の製造工程を表す模式的な断面図である。なお、図４の場合は、シリコン基板１２の裏側面からブラスト領域を開孔すること以外は図３の場合と同じであるから、以下図３を代表例として説明する。
【００２７】
図３（ａ）は、シリコン基板上に駆動回路が形成された後の半導体デバイスの状態を表す。ここで、シリコン基板１２の表側面にはシリコン酸化膜３８が形成され、駆動回路２６は、インク供給孔となるブラスト領域の左右の領域に形成されている。なお、同図には、説明を容易にするために、半導体チップ状態の半導体デバイスの一例を示しているが、基本的に、サンドブラストは、半導体ウェハ状態の半導体デバイスに対して行われる。
【００２８】
まず、同図（ｂ）に示すように、ブラスト領域の外周部近傍のシリコン基板１２の上に金属膜３４を被覆し、その後、フォトリソグラフィー技術により、フォトレジスト（マスク材料）を用いてマスクパターン４０を形成する。
【００２９】
金属膜３４は、特に制限があるわけではないが、例えばＡｌ，Ｗ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｐｔ等の、通常の半導体製造プロセスで用いられる金属またはその合金を使用するのが好ましい。また、図３（ｂ）に示すように、金属膜３４は、インク供給孔となるブラスト領域の外周部近傍、すなわち、ブラスト領域の外周部の内側および外側の所定範囲の領域を被覆してあればよいが、ブラスト領域の外周部の内側の全面を被覆してもよい。
【００３０】
前述のように、金属膜３４は、個々の半導体チップ３０の内部では、ブラスト領域の外周部近傍の領域に被覆されると共に、図２（ａ）に示すように、さらにシリコン基板１２の端部まで延線するように被覆される。また、半導体ウェハ３２全体としては、金属膜３４は、図２（ｂ）に示すように、個々の半導体チップ３０のシリコン基板１２の端部まで延線された金属膜３４を、スクライブライン３６を介して互いに接続するように被覆される。
【００３１】
この金属膜３４は、後述するように、サンドブラスト法により、ブラスト領域を開孔してインク供給孔を形成する時に、電気的にグランドと接続可能な状態にしておく。例えば、個々の半導体チップ３０の内部において、金属膜３４をグランドラインに接続してもよいし、あるいは、半導体ウェハ３２上に別途グランド用の共通のボンディングパッド等を形成しておき、このグランド用のボンディングパッドに接続するようにしてもよい。
【００３２】
一方、マスクパターン４０は、サンドブラスト法により開孔されるブラスト領域以外の領域全てを被覆する。なお、金属膜３４とマスクパターン４０との密着性を向上させるために、金属膜３４上に０．１μｍ以下の薄い保護膜を被覆してもよい。０．１μｍ以下の保護膜であれば、サンドブラスト時に即座に削り取られ、金属膜３４の表面は帯電量の少ない内に露出されるため、金属膜３４の効果は保護膜の有無に関わらず同じである。
【００３３】
続いて、半導体ウェハ３２上に形成された金属膜３４の少なくとも一部を、例えば半導体ウェハ３４の支持台等に接触させて電気的にグランドに接続（接地）し、サンドブラスト法により、表側面からブラスト領域のシリコン基板１２を開孔して、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板１２の表裏を貫通するインク供給孔１６を形成する。なお、各々の半導体チップ３０上に形成された金属膜３４とグランドとの間の抵抗値は小さいほどよく、５０ＭΩ以下であるのが好ましい。
【００３４】
これにより、サンドブラスト時に発生する電荷を、半導体ウェハ３２上に形成され、共通に接続された金属膜３４を介してグランドに逃がすことができる。従って、半導体デバイスは静電破壊されることなく、半導体ウェハ３２上に形成された各々の半導体チップ３０に凹部（貫通孔を含む）を形成することができる。また、マスクパターン４０でマスクされた領域上の帯電は、フォトレジストの膜厚が厚いためほとんど何の問題も発生しない。
【００３５】
なお、サンドブラスト時に、同図（ｂ）に示すブラスト領域の内側の領域にまで被覆された金属膜３４も一緒に削り取られ、同図（ｃ）に示すような状態になる。同図（ｃ）は、フォトレジストのマスクパターン４０を取り除いた後の状態を表す。従って、インク供給孔１６が開孔され、マスクパターン４０が取り除かれた直後の金属膜は、インク供給孔１６の外周部よりも外側のシリコン基板１２上にのみ存在し、インク供給孔１６の外周部の金属膜３４の端面は露出されている。
【００３６】
インク供給孔１６の開孔後、マスクパターン４０を取り除き、シリコン基板１２上に被覆された金属膜３４の一部ないしは全部を取り除いても良いし、逆に、金属膜３４の全てをそのままの状態で残し、以後の半導体製造工程を続行してもよい。
【００３７】
本発明の半導体デバイスおよびその製造方法は、基本的に以上のようなものである。
なお、半導体基板の掘削は、サンドブラスト法により、半導体基板の一方の側の面、すなわち、表側面または裏側面のどちらか一方から開孔してもよいし、両側面から同時もしくは半導体基板の一方の側の面から途中まで開孔し、続いて他方の側の面から完全に開孔するようにしてもよい。
【００３８】
従って、金属膜は、半導体ウェハの表側面に形成してもよいし、逆に、裏側面に形成してもよいし、あるいは、両面に形成してもよい。金属膜を半導体ウェハの裏側面に形成する場合、金属膜を表側面に形成する場合のように、スクライブラインに沿って金属膜の導線を形成する必要はなく、各々の半導体チップのブラスト領域の外周部近傍に形成される金属膜同士を、スクライブラインを介して任意の経路で相互に接続するように形成すればよい。
【００３９】
本発明は、モノクロおよびカラーの違いを問わず、半導体デバイスを利用するサーマルインクジェットプリンタ用の記録ヘッドに適用可能である。この場合、トップシュータ型（フェイスインクジェット）、サイドシュータ型（エッジインクジェット）等の従来公知の各種の記録ヘッド構造はいずれも利用可能である。また、ノズル列は何列としてもよいし、その記録素子数にも何ら制限はない。
【００４０】
また、本発明は、サーマルインクジェットプリンタの記録ヘッドに限定されず、サンドブラスト法により、半導体基板に凹部（貫通孔を含む）を形成する必要がある半導体デバイスには同じように適用可能である。
また、上記実施例では、支持基板としてシリコン基板（半導体基板）を用いる半導体デバイスを例に挙げて説明したが、支持基板は、シリコン基板上に半導体回路が形成された半導体基板に限定されず、例えばガラス基板等の上に半導体駆動回路が形成されたＳＯＩなどの半導体基板を使用してもよい。
【００４１】
図５（ａ）〜（ｃ）および図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の半導体デバイスの製造工程を表す別の実施例の断面概念図である。
これらの図は、ガラス基板１１２上に半導体回路が形成された半導体基板を使用した場合の製造工程を表すもので、図５は、サーマルインクジェットプリンタの記録ヘッドの、ガラス基板１１２の表側面から掘削する場合、図６は、同ガラス基板１１２の裏側面から掘削する場合の製造工程を表す模式的な断面図である。
【００４２】
これらの図５（ａ）〜（ｃ）および図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図３（ａ）〜（ｂ）および図４（ａ）〜（ｂ）に対応するものである。なお、図５（ａ）〜（ｃ）および図６（ａ）〜（ｃ）は、図３（ａ）〜（ｂ）および図４（ａ）〜（ｂ）と比較して、シリコン基板１２の代わりにガラス基板１１２を用いている点が相違するだけである。
【００４３】
図５（ａ）および図６（ａ）は、ガラス基板上に駆動回路が形成された後の半導体デバイスの状態を表す。ここで、ガラス基板１１２の表側面には、絶縁膜としてのシリコン酸化膜３８が形成され、駆動回路２６は、インク供給孔となるブラスト領域の左右の領域に形成されている。
【００４４】
なお、半導体製造工程自体は、図３の場合と同じであるから、その説明は省略するものとする。
また、本実施例では、半導体ウェハおよび半導体チップに相当するものをそれぞれガラスウェハおよびガラスチップという。また、本発明では、これらの半導体ウェハおよびガラスウェハ等を総称して単にウェハといい、同様に半導体チップおよびガラスチップ等を総称して単にチップという。
【００４５】
以上、本発明の半導体デバイスおよびその製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳細に説明した様に、本発明は、チップの凹部（貫通孔を含む）を形成すべき領域の外周部近傍に金属膜を形成し、この金属膜を接地しながら、サンドブラスト法により、ウェハ上に形成された各々のチップに凹部を形成するようにしたものである。
これにより、本発明によれば、サンドブラスト法により、半導体デバイスの支持基板に凹部を形成する際の静電破壊を低減することができ、半導体デバイスの製造歩留りの向上を図れるという効果がある。また、本発明によれば、サンドブラスト用のマスク材料が弱い場合であっても、金属膜が下地回路を保護するための保護膜としても作用するため、同じく半導体デバイスの製造歩留りを向上させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るサーマルインクジェットプリンタの記録ヘッドの一実施例の断面図である。
【図２】  （ａ）および（ｂ）は、それぞれ半導体チップおよび半導体ウェハ状態の本発明の半導体デバイスの一実施例の概念図である。
【図３】  （ａ）〜（ｃ）は、本発明の半導体デバイスの製造工程を表す一実施例の断面概念図である。
【図４】  （ａ）〜（ｃ）は、本発明の半導体デバイスの製造工程を表す別の実施例の断面概念図である。
【図５】  （ａ）〜（ｃ）は、本発明の半導体デバイスの製造工程を表す別の実施例の断面概念図である。
【図６】  （ａ）〜（ｃ）は、本発明の半導体デバイスの製造工程を表す別の実施例の断面概念図である。
【符号の説明】
１０  半導体デバイス
１２  半導体基板（シリコン基板）
１４，２０  インク溝
１６  インク供給孔
１８  支持フレーム
２２  ノズル
２４  オリフィスプレート
２６  駆動回路
２８  隔壁
３０  半導体チップ
３２  半導体ウェハ
３４  金属膜
３６  スクライブライン
３８  シリコン酸化膜
４０  マスクパターン
１１２  ガラス基板
【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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