(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の外部接続用の電極上にバンプが形成されたバンプ形成面の裏面に樹脂接着材を介して補強部材を接合して成る半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、複数の半導体素子の前記電極上にバンプが形成された半導体ウェハのバンプ形成面を反対面にシートが貼着された状態でダイシングして切断溝を形成するダイシング工程と、ダイシング工程後の前記半導体ウェハのバンプ形成面を表面に粘着樹脂層を有するシートに押圧して貼着し、前記切断構内に粘着樹脂層を進入させて緩衝部を形成するシート貼着工程と、シート貼着工程後の半導体ウェハのバンプ形成面の裏側を研磨することにより半導体ウェハを薄化する研磨工程と、前記半導体素子の裏面に樹脂接着材を介して補強部材を接合する補強部材接合工程とを含み、前記樹脂接着材は、前記半導体装置が実装される基板の撓み変形に追従して変形する低弾性係数の接着材であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ダイシング工程において、半導体ウェハの全厚みを切断して半導体素子毎に分離することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ダイシング工程において、半導体ウェハの厚みを部分的に切断し、前記研磨工程において半導体ウェハの切断残りの厚み分を研磨除去することにより半導体素子毎に分離することを特徴とする請求項１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、半導体素子の電極形成面の裏面に接着材により補強部材を接合して成る半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の基板などに実装される半導体装置は、ウェハ状態で回路パターン形成が行われた半導体素子にリードフレームのピンや金属バンプなどを接続するとともに樹脂などで封止するパッケージング工程を経て製造されている。最近の電子機器の小型化に伴って半導体装置の小型化も進み、中でも半導体素子を薄くする取り組みが活発に行われている。
【０００３】
このような薄型の半導体装置の製造過程においては、ウェハ状態で半導体素子の電極形成面の裏側を除去するための研磨が行われる。この研磨工程を電極形成面上に金属バンプを形成した後に行う場合には、バンプ形成面を保護シートに貼着した状態で、バンプ形成面の反対側を研磨する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の研磨工程においては、半導体ウェハのバンプ形成面と保護シートとの間に空気が残留することに起因して、半導体ウェハの研磨厚みの不均一が生じやすい。すなわち、半導体ウェハを保護シートに貼着する際には、貼着界面に空気を巻き込みやすく、巻き込まれた空気は部分的にボイドを形成する。そして研磨ツールを半導体ウェハの裏面側に押しつけて研磨する際には、ボイドが存在する部分の半導体ウェハはボイド内の空気圧力によって部分的に持ち上げられることから、ボイド部分は他の部分よりも余分に研磨される。このため研磨工程後にはボイド部分のウェハ厚みは周囲よりも薄くなる傾向にあり、半導体ウェハの厚みを均一に保つことが難しいという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、薄化のための研磨工程後の半導体ウェハの厚みを均一に保つことができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の半導体装置の製造方法は、半導体素子の外部接続用の電極上にバンプが形成されたバンプ形成面の裏面に樹脂接着材を介して補強部材を接合して成る半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、複数の半導体素子の前記電極上にバンプが形成された半導体ウェハのバンプ形成面を反対面にシートが貼着された状態でダイシングして切断溝を形成するダイシング工程と、ダイシング工程後の前記半導体ウェハのバンプ形成面を表面に粘着樹脂層を有するシートに押圧して貼着し、前記切断構内に粘着樹脂層を進入させて緩衝部を形成するシート貼着工程と、シート貼着工程後の半導体ウェハのバンプ形成面の裏側を研磨することにより半導体ウェハを薄化する研磨工程と、前記半導体素子の裏面に樹脂接着材を介して補強部材を接合する補強部材接合工程とを含み、前記樹脂接着材は、前記半導体装置が実装される基板の撓み変形に追従して変形する低弾性係数の接着材である。
【０００７】
請求項２記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、前記ダイシング工程において、半導体ウェハの全厚みを切断して半導体素子毎に分離する。
【０００８】
請求項３記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、前記ダイシング工程において、半導体ウェハの厚みを部分的に切断し、前記研磨工程において半導体ウェハの切断残りの厚み分を研磨除去することにより半導体素子毎に分離する。
【０００９】
本発明によれば、半導体ウェハをバンプ形成面の反対面にシートが貼着された状態で半導体ウェハをダイシングして切断溝を形成し、ダイシング工程後の半導体ウェハのバンプ形成面を表面にシートに押圧して貼着することにより、シートと半導体ウェハとの間に巻き込まれた空気を切断溝を介して排出して、貼着界面におけるボイド形成を防止し、研磨工程後の半導体ウェハの厚みを均一に保つことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次の本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１、図２、図３、図５は本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法の工程説明図、図４は本発明の一実施の形態の半導体装置の実装方法の工程説明図である。
【００１１】
まず図１、図２、図３を参照して、半導体装置の製造方法について説明する。この半導体装置の製造方法は、半導体素子の外部接続用の電極上にバンプが形成されたバンプ形成面の裏面に低弾性係数の樹脂接着材を介して補強部材を接合して成る半導体装置を製造するものである。
【００１２】
図１（ａ）において、１は複数の半導体素子が形成された半導体ウェハである。半導体ウェハ１の上面の外部接続用の電極（図示省略）上には、バンプ２が形成されている。図１（ｂ）に示すように半導体ウェハ１のバンプ形成面の反対面にはダイシングシート３が貼着される。そしてダイシングシート３が貼着された状態で半導体ウェハ１のダイシングが行われ、各半導体素子１ａの境界には半導体ウェハ１の全厚みを切断する切断溝１ｂが形成される。これにより半導体ウェハ１は、個片の半導体素子１ａに分離される（ダイシング工程）。
【００１３】
次いでこの状態で半導体ウェハ１はダイシングシート３とともに反転され、バンプ形成面が下向きの姿勢となる。そして半導体ウェハ１の各半導体素子１ａのバンプ形成面は、図１（ｃ）に示すように薄化工程での補強用の保護シート４が貼着される（シート貼着工程）。ここで保護シート４の表面には粘着樹脂層４ａが形成されており、各半導体素子１ａのバンプ形成面を粘着樹脂層４ａに対して押圧することにより、バンプ２が粘着樹脂層４ａ内に埋入するとともに、半導体素子１ａの表面は粘着樹脂層４ａの表面に密着する。
【００１４】
このシート貼着工程において、各半導体素子１ａの間には切断溝１ｂが形成されていることから、図１（ｅ）に示すように半導体素子１ａの表面と粘着樹脂層４ａとの貼着界面に巻き込まれた空気が残留して生じるボイド４ｂは、切断溝１ｂを介して貼着界面から脱出する。これにより、貼着完了後の半導体素子１ａの表面と粘着樹脂層４ａとの貼着界面にはボイド４ｂがほとんど残留しない。
【００１５】
また貼着工程において半導体ウェハ１が粘着樹脂層４ａに対して押圧されることから、シート貼着工程後の切断溝１ｂ内には、図１（ｅ）に示すように粘着樹脂層４ａが部分的に進入し、隣接する半導体素子１ａの間の隙間を部分的に充填して半導体素子１ａの側端相互の直接的な接触を防止する緩衝部４ｃを形成する。これにより、以下に説明する研磨工程において、半導体素子１ａの相互接触に起因するダメージを有効に防止することができる。
【００１６】
次にシート貼着後の半導体ウェハ１は研磨工程に送られる。図２（ａ）に示すように、研磨ツール５によって半導体素子１ａのバンプ形成面の反対側を機械研磨する。これにより、個片状態の半導体素子１ａは、約５０μｍの厚さまで薄化される。このとき、上述のように半導体素子１ａ相互の隙間内に形成された緩衝部４ｃにより、研磨時に隣接する半導体素子１ａが衝突して半導体素子１ａにダメージを与えることを防止する。
【００１７】
またこの研磨においては、前述のように前工程のシート貼着工程において貼着界面に残留空気のボイドが残留することがないことから、研磨においてボイドが存在する部分の半導体ウェハがボイド内の空気圧力によって部分的に持ち上げられることに起因する研磨厚みのばらつきが発生せず、均一な研磨が実現される。
【００１８】
次いで、プラズマエッチング処理によるストレス層除去が行われる。ここでは図２（ｂ）に示すように、保護シート４で補強され機械研磨された半導体ウェハ１は、プラズマ処理装置６の処理室７内に設けられた載置部８上に載置される。そして処理室７内でプラズマを発生させることにより、前工程の機械研磨において研磨加工面に生じたマイクロクラックを含むストレス層をプラズマエッチングにより除去する。これにより、薄化された半導体ウェハ１の強度が向上する。なお、ストレス層の除去方法としては、プラズマエッチング以外にポリッシング工法による処理や、薬液を用いたケミカルエッチングでも良い。またストレス層を除去する工程は省略しても良い。
【００１９】
この後、図２（ｃ）に示すように、個片に分離され薄化された半導体素子１ａのバンプ形成面の反対面（裏面）に接着材１０を介して補強部材１１を接合する（補強部材接合工程）。補強部材１１は、樹脂やセラミックあるいは金属などの材質を板状に形成した補強部材である。また接着材１０は低弾性係数の樹脂接着材であり、エラストマーなど接合状態における弾性係数が小さく、小さな外力で容易に伸縮する材質が用いられる。
【００２０】
この補強部材１１は、各半導体素子１ａ毎に切り分けられて半導体装置を形成した状態で、半導体装置のハンドリング用の保持部として機能すると共に、半導体素子１ａを外力や衝撃から保護する補強部材としての役割をも有するものである。このため補強部材１１は、半導体素子１ａの曲げ剛性よりも大きな曲げ剛性を有する充分な厚さとなっている。
【００２１】
補強部材接合工程の後、図２（ｄ）に示すように、各半導体素子１ａのバンプ形成面から保護シート４が剥離される。次いで補強部材１１に接合された状態の半導体素子１ａは補強部材熱圧着工程に送られる。図３（ａ）に示すように、個片の半導体素子１ａが接合された補強部材１１を圧着ヘッド１２に保持させ、バンプ形成面を耐熱シート１４が装着された熱圧着ステージ１３の押圧面に対して所定の荷重で押圧する。これにより、半導体素子１ａの裏面には、補強部材１１が接着材１０を介して接合される。
【００２２】
この補強部材熱圧着工程において、半導体素子１ａの裏面と接着材１０との接合界面には空気を巻き込みやすく、図３（ｃ）に示すように残留した空気がボイド１０ａを形成しやすい。このような場合にあっても、半導体素子１ａ相互の間にはダイシングによって切断溝１ｂが予め形成されていることから、熱圧着の過程において接合界面に残留したボイド１０ａは切断溝１ｂを介して大部分が排出され、熱圧着完了後に接合界面に残留するボイドはきわめて少ない。したがって、圧着ヘッド１２による押圧状態を解除した後に、ボイドの存在によって生じる平坦度の不良発生がきわめて少ない。
【００２３】
次いで、熱圧着後の半導体素子１ａは個片分離工程に送られ個片の半導体装置に分割される。ここでは、図３（ｄ）に示すように補強部材１１を、各半導体素子１ａ毎に切断して個片の補強部材１１ａに分離する。このとき、図１（ｂ）に示すダイシング工程における半導体素子１ａのダイシング幅ｂ１よりも狭いダイシング幅ｂ２で、補強部材１１を分離する。
【００２４】
これにより、個片の半導体装置１５が完成する。この半導体装置１５は、外部接続用のバンプ２が形成された半導体素子１ａと、この半導体素子１ａのバンプ形成面の反対面に接着材１０により接合された補強部材１１ａとを備えた構成となっている。そして補強部材１１ａのサイズＢ２は半導体素子１ａのサイズＢ１よりも大きく、その外周端は半導体素子１ａの外周端よりも外側に突出して、半導体装置１５を側方からハンドリングする際にも半導体素子１ａが保護されるような形状となっている。
【００２５】
この半導体装置１５の製造過程において、半導体ウェハ１にバンプ２を形成した状態で補強部材１１を接合することにより、半導体ウェハ１が樹脂層で拘束された状態でバンプ形成を行う場合に発生する破損を防止することができ、加工歩留まりを向上させることができる。
【００２６】
この半導体装置１５の実装について図４を参照して説明する。図４（ａ）に示すように、半導体装置１５は補強部材１１ａの上面を実装ヘッド１６によって吸着して保持され、実装ヘッド１６を移動させることにより、基板１７の上方に位置する。そして半導体装置１５のバンプ２を基板１７の電極１７ａに位置合わせした状態で実装ヘッド１６を下降させ、図４（ｂ）に示すように半導体素子１ａのバンプ２を電極１７ａに上に着地させる。
【００２７】
その後基板１７を加熱することにより、バンプ２を電極１７ａに半田接合する。すなわち、半導体装置１５を基板１７へ搭載する際のハンドリングにおいて、実装ヘッド１６によって、補強部材１１ａを保持する。バンプ２の電極１７ａとの接合は、半田接合以外にバンプ２と電極１７ａを圧接させた状態で樹脂によって半導体装置１５と基板１７を接着する方法、あるいはバンプ２と電極１７ａとの金属間接合による方法、あるいは導電性樹脂接着材による接合方法を用いてもよい。この実装過程においては、接着材１０と半導体素子１ａとの接合界面にボイドの残留がきわめて少ないことから、加熱によってボイド内の気体が膨張して破裂を生じる不具合がほとんど発生しない。
【００２８】
この半導体装置１５を基板１７に実装して成る実装構造は、半導体装置１５の電極であるバンプ２を基板１７の電極１７ａに接合することにより半導体装置１５が基板１７に固定される形態となっている。図４（ｃ）に示すように、実装後に基板１７に何らかの外力により、撓み変形が発生した場合には、半導体素子１ａは薄くて撓みやすくしかも接着材１０は低弾性係数の変形しやすい材質を用いていることから、基板１７の撓み変形に対して半導体素子１ａと接着材１０の接着層のみが追従して変形する。
【００２９】
これにより、実装後にアンダーフィル樹脂を充填するなどの補強処理を必要とすることなく接合部の応力が緩和され、単に半導体素子１ａと補強部材１１ａとを接着材１０により接合するという簡易な形態のパッケージ構造で、実装後の信頼性の確保が実現される。
【００３０】
なお上記実施の形態では、半導体ウェハ１に切断溝を形成するダイシング工程において、半導体ウェハ１の全厚みを切断して個片の半導体素子１ａに分離するようにしているが、図５に説明するような部分ダイシングによる方法を用いてもよい。すなわち、図５（ａ）に示すように、ダイシング工程において半導体ウェハ１の厚みを部分的に切断する切断溝１ｂ’を形成する。そして図５（ｂ）に示すように、半導体ウェハ１が切断残りの厚みによって部分的に連結された状態で、保護シート４に貼着し、次いで図５（ｃ）に示すようにダイシングシート３を剥離する。そして図５（ｄ）に示す研磨工程においては、半導体ウェハ１の切断残りの厚み分を機械研磨によって除去する。
【００３１】
この部分ダイシングによっても、図２に示す例と同様に、半導体素子１ａの表面と粘着樹脂層４ａとの貼着界面に巻き込まれた空気が残留して生じるボイド４ｂは、切断溝１ｂ’を介して貼着界面から脱出して貼着完了後のボイドの残留がほとんどなく、また隣接する半導体素子１ａの間の隙間に粘着樹脂層４ａが進入することによる緩衝部が形成され、前述と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体ウェハをバンプ形成面の反対面にシートが貼着された状態で半導体ウェハをダイシングして切断溝を形成し、ダイシング工程後の半導体ウェハのバンプ形成面を表面にシートに押圧して貼着するようにしたので、シートと半導体ウェハとの間に巻き込まれた空気を切断溝を介して排出して、貼着界面におけるボイド形成を防止し、研磨工程後の半導体ウェハの厚みを均一に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図２】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図３】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図４】本発明の一実施の形態の半導体装置の実装方法の工程説明図
【図５】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法の工程説明図
【符号の説明】
１  半導体ウェハ
１ａ  半導体素子
１ｂ  切断溝
２  バンプ
４  保護シート
４ａ  粘着樹脂層
１０  接着材
１１、１１ａ  補強部材
１５  半導体装置
【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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