(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伸縮する材質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を半導体素子毎に分離する半導体素子分離工程と、半導体素子分離工程後に前記半導体素子の裏面に伸縮する材質の樹脂接着材を介して補強部材を圧着する補強部材圧着工程とを含み、前記半導体素子分離工程において、前記バンプ形成面にシートが貼着された状態で半導体ウェハを研磨して薄化した後に、半導体ウェハを切断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】
薄化された半導体素子は外力に対する強度が弱くハンドリング時のダメージを受けやすいことから、従来より薄化された半導体素子を用いた半導体装置は、半導体素子に補強部材を貼着することによって補強される。この補強部材の貼着は、半導体素子のバンプ形成面の反対側に、補強部材を接着材を用いて圧着することにより行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の補強部材の圧着工程においては、半導体素子のバンプ形成面の反対面と接着材の接合界面との間に空気が残留することに起因して、半導体素子の平坦度の不良や半導体装置の実装時の不具合が生じやすい。すなわち、半導体素子を補強部材に貼着する際には、接合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。
【０００５】
そして補強部材を半導体素子に押圧して接合する圧着工程においては、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変形することから、押圧状態を解除した後にボイド部分が他の部分と同一平面とはならず、平坦度の不良が生じる。またこのように接着界面に空気を内蔵したまま半導体装置が基板に実装されリフローに送られると、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発生する場合がある。
【０００６】
そこで本発明は、補強部材を接合する圧着工程において接合界面にボイドが形成されることがなく、ボイドに起因する平坦度の不良や実装不具合を防止する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。
【０００７】
【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伸縮する材質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を半導体素子毎に分離する半導体素子分離工程と、半導体素子分離工程後に前記半導体素子の裏面に伸縮する材質の樹脂接着材を介して補強部材を圧着する補強部材圧着工程とを含み、前記半導体素子分離工程において、前記バンプ形成面にシートが貼着された状態で半導体ウェハを研磨して薄化した後に、半導体ウェハを切断することにより半導体素子毎に分離する。
【００１０】
本発明によれば、複数の半導体素子の電極上にバンプが形成された半導体ウェハを半導体素子ごとに分離した後に、半導体素子の裏面に樹脂接着材を介して補強部材を圧着することにより、圧着工程において接合界面にボイドが形成されることがなく、ボイドに起因する平坦度の不良や実装後の不具合を防止することができる。
【００１１】
【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。
【００１２】
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。
【００１３】
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の厚みを部分的に切断する切断溝１ｂが形成される。
【００１４】
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のバンプ形成面には、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。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、図１（ｄ）に示すようにバンプ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。そしてこの後、図１（ｅ）に示すように半導体ウェハ１からダイシングシート３が剥離される。
【００１５】
次にダイシングシート３の剥離後の半導体ウェハ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によって半導体ウェハ１のバンプ形成面の反対側を機械研磨する。これにより、バンプ形成面の反対側からダイシング工程における切断残りの厚み分が除去され、半導体ウェハ１は約５０μｍの厚さまで薄化されるとともに、各半導体素子１ａ毎に分離される（半導体素子分離工程）。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
補強部材接合の後、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。
【００２０】
この補強部材圧着工程において、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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は薄くて撓みやすいくしかも接着材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。
【００２７】
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。
【００２８】
なお上記実施の形態では、半導体素子分離工程において、半導体ウェハ１の厚みを部分的に切断した後に切断残りの厚み分を研磨除去することにより半導体ウェハ１を個片の半導体素子１ａに分離するようにしているが、図５に説明するような方法を用いてもよい。すなわち、図５（ａ）に示すように、半導体ウェハ１のバンプ形成面を表面に粘着樹脂層４ａが形成された保護シート４に貼着する。そしてこの状態で、バンプ形成面の反対面を研磨ツール５によって機械研磨することにより、半導体ウェハ１を薄化する。この後、研磨後の半導体ウェハ１は、図２（ｂ）に示す方法と同様にしてストレス除去が行われる。なお、ストレス層の除去は、前述の実施の形態と同様に省略しても良い。
【００２９】
薄化後の半導体ウェハ１のバンプ形成面の反対面は、図５（ｃ）に示すようにダイシングシート３に貼着され、その後保護シート４がバンプ形成面から剥離される。この後、半導体ウェハ１はダイシング工程に送られ、ここで研磨における残りの厚み分を完全に切断する切断溝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。
【００３０】
その後、半導体素子１ａをダイシングシートから剥離して補強部材１１の接着材１０に貼り付け、以下、図３（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同じ手順で半導体装置１５を得る。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の半導体素子の電極上にバンプが形成された半導体ウェハを半導体素子ごとに分離した後に、半導体素子の裏面に樹脂接着材を介して補強部材を圧着するようにしたので、圧着工程において接合界面にボイドが形成されることがなく、ボイドに起因する平坦度の不良や実装後の不具合を防止することができる。
【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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