JP4286497B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、LSIチップ等の半導体装置を製造するにあたり薄化されたシリコンウエハ等の半導体基板の取扱いを容易に行うのに有用な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造においてその基板として用いられているシリコンウエハは、その厚さが200μm程度以上と比較的厚かったため、その取扱い(めっき加工やスパッタリング、蒸着等による金属層の形成、各チップ単位に分割する処理(「ダイシング」ともいう。)など)も比較的容易であり、また、特定の用途(アンテナ効果を有するシリコンチップ等)に供する場合には、当該チップにシールド機能をもたせるためにシリコンウエハの裏面に金属層を形成した加工も可能であった。
【0003】
その一方で、最近の半導体装置(デバイス)の高密度化及び薄型化の要求に伴い、これに応えるために様々な方法が提案されている。その1つの方法として、例えば、シリコンウエハのそれぞれデバイスとして分割されるべき各領域毎に、所要の深さで穴を明けてこの穴をめっき等により導体で充填し、さらにシリコンウエハの表面に、当該導体に電気的に接続されるように所望のデバイスパターン(回路パターン、配線パターン等を含む)を形成した後、当該デバイスパターンをポリイミド樹脂等からなる絶縁膜で被覆し、次にシリコンウエハの裏面をバックグラインド法等により研磨し、当該ウエハを所定の厚さ(50μm程度)に薄化する一方で、当該導体を露出させた後、当該ウエハを各チップ単位にダイシングして個々のデバイスとする方法がある。この方法では、ダイシングを行う前の段階で、シリコンウエハの裏面(導体が露出している側の面)に金属バンプ等の外部接続端子が接合されたり、あるいは、当該デバイスにシールド機能をもたせるためにシリコンウエハの裏面に金属層が形成されたりする。
【0004】
また、ダイシングを行うに際しては、通常、ダイサー等の機械的な手段が用いられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来のシリコンウエハの厚さは比較的厚かったためその取扱いも比較的容易であったが、最近の薄型化の要求に伴いシリコンウエハを薄化する処理が行われるようになってくると、薄化されたシリコンウエハをそのままの状態で取扱うことは、技術的に非常に難しい。薄化されたシリコンウエハの取扱い中にクラックが生じたり、場合によっては割れてしまったり、あるいはシリコンウエハが反ってしまったりするおそれがあるからである。
【0006】
つまり、薄化されたシリコンウエハに損傷を与えることなくその取扱い(めっき加工等による金属層の形成や、各チップ単位のダイシングなど)を行うことが非常に困難であるといった課題があった。
【0007】
また、従来の技術ではダイサー等の機械的な手段によってダイシングを行っていたため、例えばマイクロチップ等のサブミリオーダーの極小デバイスを製造する場合、そのシリコンウエハにおける各デバイス間のダイシング間隔が非常に狭いこともあって、ダイシングを完了するまでに相当の時間がかかり、またコストアップにつながるため、現実的ではなかった。
【0008】
この場合、シリコンウエハの厚さが比較的厚ければ、その厚い分だけダイシングに要する時間が更に長くなるといった不利があり、一方、シリコンウエハが所定の厚さに薄化されていれば、ダイシングの最中にその機械的衝撃によってシリコンウエハにクラックが生じたり、あるいは割れてしまったりするおそれがあるため、ダイシングに際しては細心の注意を必要とし、技術的に難しいといった不利がある。
【0009】
本発明の目的は、上記の従来技術における課題に鑑み、高密度化及び薄型化を意図した半導体装置を製造するにあたり、薄化された半導体基板の取扱いを容易に行えるようにすると共に、その半導体基板のダイシングを短時間で行えるようにすることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の従来技術の課題を解決するため、本発明の一形態によれば、所定の厚さに薄化された半導体基板のそれぞれ半導体装置として分割されるべき各素子形成領域が画定されている側の面に保護フィルムが貼着された保護フィルム付半導体基板を、該保護フィルムが貼着されている側と反対側の面のみを露出させて外部から気密封止するように治具に固定保持する工程と、前記治具によって固定保持された保護フィルム付半導体基板の露出している側の全面に金属層を形成する工程と、レーザにより、前記金属層の、前記各素子形成領域を区分けする境界部分に対応する部分を除去する工程と、前記境界部分に対応する部分が除去された金属層をマスクとして利用したドライエッチング又はウエットエッチングにより、当該金属層の除去された部分に沿って前記半導体基板をそれぞれ1つの素子形成領域が含まれるように各半導体装置に分割する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【0011】
この形態に係る半導体装置の製造方法によれば、所定の厚さに薄化された半導体基板の取扱い(裏面へのめっき等の金属層の形成や、各半導体装置(チップ)単位の分割(ダイシング)など)を行うに先立ち、その半導体基板の各素子形成領域が画定されている側の面を保護フィルムで覆った保護フィルム付半導体基板を、その裏面(保護フィルムが貼着されている側と反対側の面)のみを露出させて外部から気密封止するように治具に固定保持しているので、その薄化された半導体基板に損傷を与えることなくその取扱いを容易に行うことができる。
【0012】
また、保護フィルム付半導体基板の露出している側の全面に形成された金属層の、各素子形成領域を区分けする境界部分に対応する部分をレーザで除去した後、その境界部分に対応する部分が除去された金属層をマスクとして利用したエッチングにより、前記半導体基板を各半導体装置(チップ)単位に分割している(ダイシング)。つまり、各半導体装置(チップ)単位のダイシングを、従来の技術において用いられていたようなダイサー等の機械的な手段ではなく、レーザによって除去されていない部分(つまり、各チップ単位に分割されるべき各素子形成領域に対応する部分)の金属層をエッチングレジストとして用いたドライエッチング又はウエットエッチングによって行っているので、短時間で一括ダイシングを行うことが可能となる。
【0013】
このように、薄化された半導体基板を短時間で一括ダイシングすることが可能になることで、マイクロチップなど今後の新しい半導体チップ製造技術に拍車がかかることが期待される。
【0016】
また、上記の形態に係る半導体装置の製造方法において、前記半導体基板を各半導体装置に分割する工程の後に、レーザにより、各半導体装置の露出している各金属層をそれぞれ所要の回路素子の形状にパターニングする工程を含むようにしてもよい。
【0017】
この形態によれば、上記の形態に係る半導体装置の製造方法によって得られた効果に加えて、更に、ダイシングを行った後にレーザにより各半導体装置の金属層をそれぞれ所要の形状にパターニングするようにしているので、パターニングする形状に応じてインダクタンスやアンテナ等として利用することができる。このことは、各半導体装置内に形成されるパターン面積を減らすことにつながる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係る半導体装置の製造方法を実施する際に使用する治具の一構成例を模式的に示したものである。
【0020】
図示のように、治具10は、処理対象物を載せて保持する下側パーツ11と、この下側パーツ11と協働して処理対象物を上方から押えて保持する上側パーツ12と、処理対象物を挟み込んで保持する両パーツ11,12をその周面方向から固定する治具クランプ13とから構成されている(図1(c)参照)。
【0021】
ここでいう処理対象物とは、後述するように、シリコンウエハ21(図中、破線で示す部分)の回路パターン、配線パターン等のデバイスパターンが作り込まれている側の面(すなわち、最終的に半導体装置(チップ)として分割されるべき各々の素子形成領域が画定されている側の面)に保護フィルムを貼着したもの(以下、便宜上、「保護フィルム付ウエハ」という。)を指す。
【0022】
下側パーツ11及び上側パーツ12は、それぞれステンレス鋼(SUS)等からなり、各々の表面はテフロン[登録商標]加工されている。下側パーツ11は、図1(a)に示すように円形状に成形されており、その周面に沿って近傍にシリコーンゴムやテフロン等からなるパッキンP1がリング状に配設されている。このパッキンP1(リング)の大きさは、シリコンウエハ21のサイズよりも若干大きめに選定されている。一方、上側パーツ12は、図1(b)に示すようにリング状に成形されており、そのリングの外径は下側パーツ11の外径と同じであり、またリングの内径によって画定される開口部の大きさは、シリコンウエハ21のサイズよりも小さめに選定されている。さらに、上側パーツ12の内周面に沿って近傍に同様の材料からなるパッキンP2がリング状に配設されている。
【0023】
このように構成された治具10(11〜13)に保護フィルム付ウエハをセットする方法について、図2を参照しながら説明する。
【0024】
先ず、図2(a)に示すように、下側パーツ11のパッキンP1が形成されている側の面に粘着剤(図示せず)を塗布し、保護フィルム付ウエハ20の保護フィルム22が貼着されている側の面を下にして、粘着剤により下側パーツ11の所定の位置に保護フィルム付ウエハ20を固定化する。このように粘着剤を使用して保護フィルム付ウエハ20を固定化することで、保護フィルム付ウエハ20の両面(シリコンウエハ21側と保護フィルム22側)の熱膨張係数の違いに起因して当該ウエハが反ってしまう可能性を排除することができる。
【0025】
次に、上側パーツ12のパッキンP2がシリコンウエハ21の周面に当接し、かつ、下側パーツ11のパッキンP1が上側パーツ12の周面に当接するように両パーツ11,12の位置合せを行った後、保護フィルム付ウエハ20を保持した両パーツ11,12を周面方向から挟み込むようにして複数個(図2(b)の例示では4個)の治具クランプ13で堅固に固定保持する。これによって、保護フィルム付ウエハ20は、シリコンウエハ21の裏面(デバイスパターンが作り込まれている側の面と反対側の面)のみが外部に露出する。つまり、保護フィルム付ウエハ20は、そのシリコンウエハ21の裏面を除き、両パーツ11,12の各パッキンP1,P2によって外部から気密封止されたことになる。
【0026】
以下、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、その製造工程を順に示す図3及び図4を参照しながら説明する。
【0027】
先ず最初の工程では(図3(a)参照)、50μm程度の厚さに薄化されたシリコンウエハ21のデバイスパターンが作り込まれている側の面(図示の例では下側の面)に、厚さが100μm〜1mm程度の保護フィルム22を貼着した保護フィルム付ウエハ20を、図2を参照して説明した方法により治具11〜13にセットする。
【0028】
保護フィルム22には、例えば、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等からなる樹脂フィルム、あるいはPET(ポリエチレンテレフタレート)等のプラスチックフィルムなどで構成されるシート状の支持体の片面に、アクリル系、ゴム系などの粘着剤(未硬化状態にある樹脂)を塗布したものが用いられる。あるいは、保護フィルム22の別の形態として、100μm〜300μm程度の比較的厚いシリコンウエハをバックグラインド法等の機械研磨によって薄化する際にシリコンウエハを保護するためにその片面(研磨される側と反対側の面)に貼着されるバックグラインド保護テープ(以下、「BGテープ」ともいう。)をそのまま用いてもよい。
【0029】
この保護フィルム22は、薄化されたシリコンウエハ21の本工程以降での取扱いを行い易くするためのものであり、また、取扱い中のシリコンウエハ21の破損を防ぐためのものである。
【0030】
次の工程では(図3(b)参照)、保護フィルム付ウエハ20の露出しているシリコンウエハ21の裏面に、無電解めっきにより、金属層23を形成する。
【0031】
すなわち、図示のようにめっき槽41に無電解ニッケル(Ni)めっき液42(Niイオンと還元剤を含む溶液)を入れたものを用意し、前の工程で治具11〜13にセットされた保護フィルム付ウエハ20をめっき槽41中に浸漬し、無電解Niめっき液42の中で酸化還元反応を起こさせ、還元剤が酸化されると同時にNiイオンがNiに還元されるようにして、Niをシリコンウエハ21の裏面上に析出させることで、無電解Niめっき層(金属層23)を厚さ0.2μm〜0.4μm程度に形成する。無電解Niめっき液42としては、例えば、メルテックス社製の無電解Niめっき液:メルプレートNI−867が好適に用いられる。
【0032】
なお、この無電解Niめっき層23は、下地のシリコン(Si)ウエハ21と次の工程で形成する金属層との密着性を高めるために形成されるものである。
【0033】
金属層23(無電解Niめっき層)を形成した後、保護フィルム付ウエハ20を治具にセットした状態でめっき槽41から取り出す。
【0034】
次の工程では(図3(c)参照)、前の工程で形成された金属層23(無電解Niめっき層)上に、無電解めっきにより、さらに金属層24を形成する。この金属層24の形成は、下地層の金属(この場合、Ni)との置換による「置換めっき」処理によって行う。
【0035】
すなわち、図示のようにめっき槽43に無電解金(Au)めっき液44(Auイオンと還元剤を含む溶液)を入れたものを用意し、前の工程で保護フィルム付ウエハ20のシリコンウエハ21の裏面に無電解Niめっき層23を形成したものをめっき槽43中に浸漬し、下地金属イオン(Niイオン)が酸化溶解するのと交換に、無電解Auめっき液44中のAuイオンがAuに還元されるようにして、Auを無電解Niめっき層23上に析出させることで、無電解Auめっき層(金属層24)をごく薄く(0.05μm以下に)形成する。無電解Auめっき液44としては、例えば、メルテックス社製の無電解Auめっき液:メルプレートAU−601が好適に用いられる。
【0036】
なお、この無電解Auめっき層24は、シリコンウエハ21の裏面に形成する金属層(Ni/Au)全体としての電気抵抗を下げるために形成されるものである。
【0037】
また、本工程では0.05μm以下のごく薄い金属層24(無電解Auめっき層)を置換めっき処理によって形成しているが、さらに厚く形成する場合には、別途、図3(c)の工程で行ったような無電解Auめっき処理を施す。
【0038】
金属層24(無電解Auめっき層)を形成した後、保護フィルム付ウエハ20を治具にセットした状態でめっき槽43から取り出す。
【0039】
次の工程では(図4(a)参照)、レーザによるトリミングにより、2層構造の金属層(無電解Niめっき層23/無電解Auめっき層24)のパターニングを行う。すなわち、レーザにより、金属層23,24の所定の部分を除去する。この除去すべき所定の部分は、最終的に半導体装置(チップ)として分割されるべきシリコンウエハ21の各素子形成領域を区分けする境界部分に対応する部分(図6(b)においてSPで示す部分)である。レーザとしては、例えばUV−YAGレーザ、エキシマレーザ等が用いられる。
【0040】
次の工程では(図4(b)参照)、ドライエッチング(本実施形態ではプラズマエッチング)により、前の工程で除去された金属層23,24の所定の部分、すなわち各素子形成領域を区分けする境界部分に沿ってシリコンウエハ21をそれぞれ1つの素子形成領域が含まれるように個々の半導体装置(チップ)単位に分割する(ダイシング)。プラズマ放電に供するガスとしては、主として酸素(O2 )、窒素(N2 )、水素(H2 )等が用いられるが、エッチングレートを上げるためには、上記のガスにCF4 、SF6 等の反応性ガスを混合したものが用いられる。
【0041】
これによって、各半導体装置(チップ)が保護フィルム22に貼着された状態で分離されたことになる。
【0042】
なお、本工程では各半導体装置単位のダイシングをプラズマエッチングによって行っているが、このプラズマエッチング以外にも、例えばアルゴン(Ar)イオン等のイオンビームを用いたエッチング(イオンビームエッチング)によってダイシングを行うことも可能である。あるいは、かかるドライエッチングに代えて、酸、アルカリ、有機溶剤などの溶液を用いたウエットエッチングによってダイシングを行うことも可能である。
【0043】
この場合、留意すべき点は、各半導体装置単位のダイシングを行うにあたり、各半導体装置を保持している保護フィルム22が分割される前に(つまり、保護フィルム22が完全に切断された状態となる前の段階で)、プラズマエッチング等の処理を終了させることである。
【0044】
本工程の後、各半導体装置単位にダイシングされた保護フィルム付ウエハ20を、治具11〜13から取り外す。
【0045】
最後の工程では(図4(c)参照)、各半導体装置単位にダイシングされた保護フィルム付ウエハ20から保護フィルム22を剥離する。つまり、保護フィルム22から各半導体装置(チップ)30を取り外す。各々の半導体装置30は、それぞれ対応する素子形成領域を含むシリコン基板21aと、このシリコン基板21aの裏面に形成されたNi/Auの金属層23a,24aとから構成されている。なお、シリコンウエハの周囲部分から作製された半導体装置(図中、31で示す部分)については、不良チップとして取り除く。
【0046】
以上説明したように、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、薄化されたシリコンウエハ21の取扱い(ウエハの裏面への金属層23,24の形成や、各半導体装置(チップ)30単位のダイシングなど)を行うに先立ち、図3(a)に示したようにシリコンウエハ21のデバイスパターンが作り込まれている側の面を保護フィルム22で覆った保護フィルム付ウエハ20を治具11〜13に固定保持しているので、その薄化されたシリコンウエハ21に損傷を与えることなくその取扱いを容易に行うことができる。
【0047】
また、各半導体装置(チップ)30単位のダイシングを、従来の技術において用いられていたようなダイサー等の機械的な手段ではなく、図4(a),(b)に示したようにレーザトリミングによって除去されていない部分(各チップ単位に分割されるべき各素子形成領域に対応する部分)の金属層23,24をエッチングレジストとして用いたプラズマエッチングによって行っているので、短時間で大量に一括ダイシングを行うことが可能となる。このように、薄化されたシリコンウエハ21の大量一括ダイシングが可能になることで、マイクロチップなど今後の新しいシリコンチップ製造技術に拍車がかかることが期待される。
【0048】
また、プラズマエッチングによってダイシングを行っているので、従来の機械的な手段によるダイシングでは行うことができなかった、曲線状のダイシング加工も可能となる。
【0049】
また、保護フィルム22として、シリコンウエハの薄化時に用いるバックグラインド保護テープ(BGテープ)を剥がさずにそのまま用いた場合には、シリコンウエハ21に新たに保護フィルムを貼着する必要が無くなるので、プロセスの簡素化を図ることができる。
【0050】
また、シリコンウエハ21の裏面に金属層23,24が存在することで、例えばアンテナ効果を有するシリコンチップ等に供する場合には、当該チップにシールド機能を持たせることができる。
【0051】
また、レーザトリミングによって金属層23,24のパターニング(金属層23,24の所定の部分の除去)を行っているので、従来の技術において用いられていたようなパターニング用のレジスト(ドライフィルム等)を使用する必要が無くなり、またレジストの剥離を行う必要も無くなる。これによって、プロセスの簡素化を図ることができ、また、従来用いられていたようなレジスト剥離液によるBGテープへの損傷を無くすことができる。
【0052】
さらに、保護フィルム付ウエハ20を治具11〜13に固定保持することで、無電解めっき処理(図3(b),(c)参照)を行う際のめっき液42,44中での揺動等にも耐えることができる。
【0053】
また、従来の技術ではシリコンウエハに金属層を形成するのに蒸着やスパッタリング等を行っており、このような処理は処理室内から空気を抜いて真空状態を維持しながら行われるため、このとき、シリコンウエハに貼着されたBGテープから好ましくないガスが発生する。
【0054】
これに対し本実施形態では、無電解めっき処理(図3(b),(c)参照)によって金属層23,24を形成しており、しかも、保護フィルム22(BGテープ)は治具の各パーツ11,12のパッキンP1,P2によってめっき液42,44から完全に遮断されているので、この保護フィルム22(BGテープ)からガスが発生するのを防止することができる。
【0055】
次に、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、その製造工程の一部を示す図5を参照しながら説明する。
【0056】
この第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法(図3,図4)と比べて、図4(a)及び(b)の工程で行った処理に代えて、図5(a)に示すようにレーザ(UV−YAGレーザ、エキシマレーザ等)により、金属層23,24の所定の部分(シリコンウエハ21の各素子形成領域を区分けする境界部分に対応する部分)を除去し、さらに当該レーザにより、金属層23,24の除去された部分に沿ってシリコンウエハ21をそれぞれ1つの素子形成領域が含まれるように個々の半導体装置(チップ)単位にダイシングするようにした点で相違する。他の工程については、第1の実施形態の場合と同じであるので、その説明は省略する。
【0057】
このように本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、金属層23,24のパターニング処理とシリコンウエハ21のダイシング処理とを1回の工程で行うようにしたことを特徴とする。
【0058】
この第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、第1の実施形態において得られた効果に加えて、更に、金属層23,24のパターニング処理及びシリコンウエハ21のダイシング処理を1回の工程(図5(a)参照)で行うようにしているので、プロセスの簡素化を図ることができる。
【0059】
更に、シリコンウエハ21の裏面に金属層23,24が形成されているので、レーザによるダイシングの際に、レーザによる熱を金属層23,24を介して有効に放散することができ、これによって、シリコンウエハ21の回路への熱によるダメージを防止することができる。
【0060】
次に、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図6を参照しながら説明する。
【0061】
図6において、(a)は本実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を示したものであり、(b)は(a)の工程において形成されるパターンの一例を模式的に示したものである。
【0062】
この第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第1,第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法(図3,図4,図5)と比べて、図4(b)の工程と図4(c)の工程の間、又は図5(a)の工程と図5(b)の工程の間に、図6(a)に示すようにレーザ(UV−YAGレーザ、エキシマレーザ等)によるトリミングにより、ダイシング後の各半導体装置の金属層23,24を所要の形状にパターニングする処理を追加した点で相違する。他の工程については、第1,第2の実施形態の場合と同じであるので、その説明は省略する。
【0063】
このように本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、シリコンウエハ21のダイシングを行った後に各半導体装置(チップ)の金属層23,24を所要の回路素子(図6(b)においてEPで示す部分)の形状にパターニングするようにしたことを特徴とする。パターニングされる回路素子としては、図6(b)に示すようなコイル状のインダクタンス素子EPの他に、アンテナやSAWフィルタなどがある。なお、SPは、最終的に各チップ単位に分割されるべきシリコンウエハ21の各素子形成領域を区分けする境界部分に対応する部分を示す。
【0064】
この第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、第1,第2の実施形態において得られた効果に加えて、更に、各半導体装置(チップ)単位にダイシングを行った後で各々の金属層23,24を所要の回路素子の形状にパターニングするようにしているので、パターニングする形状に応じてインダクタンス、アンテナ、SAWフィルタ等として利用することができ、これによって、各チップ内に形成されるパターン面積を減らすことが可能となる。
【0065】
なお、レーザトリミング(図6(a))をダイシング後に行っている理由は、ダイシングを行う前に金属層23,24を所要の回路素子の形状にパターニングしてしまうと、プラズマダイシング(図4(b))またはレーザダイシング(図5(a))の際に金属層23,24をダイシング保護膜として活用できない(つまり、回路素子パターンが損傷を受けるおそれがある)からである。
【0066】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高密度化及び薄型化を意図した半導体装置を製造するにあたり、薄化された半導体基板の取扱いを容易に行うことができると共に、その半導体基板のダイシングを短時間で行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の製造方法を実施する際に使用する治具の一構成例を示す図である。
【図2】図1の治具に保護フィルム付ウエハをセットする方法を説明するための図である。
【図3】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図4】図3の製造工程に続く製造工程を示す断面図である。
【図5】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を示す断面図である。
【図6】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部と、当該工程において形成されるパターンの一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
10…治具、
11…下側パーツ、
12…上側パーツ、
13…治具クランプ、
20…保護フィルム付ウエハ、
21…シリコンウエハ(半導体基板)、
21a…シリコン基板、
22…保護フィルム(BGテープ等)、
23,23a…無電解Niめっき層(第1の金属層)、
24,24a…無電解Auめっき層(第2の金属層)、
30…半導体装置(チップ)、
41,43…無電解めっき槽、
42…無電解Niめっき液、
44…無電解Auめっき液、
EP…金属層のレーザトリミングによって形成されたパターン(回路素子)、
P1,P2…パッキン、
SP…各素子形成領域(半導体装置)を区分けする境界部分に対応する部分。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device.Regarding the manufacturing method ofMore particularly, the present invention relates to a technique useful for easily handling a semiconductor substrate such as a thinned silicon wafer in manufacturing a semiconductor device such as an LSI chip.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a silicon wafer used as a substrate in the manufacture of a semiconductor device has been relatively thick with a thickness of about 200 μm or more, so its handling (formation of a metal layer by plating, sputtering, vapor deposition, etc., each chip unit) (Such as “dicing”) is also relatively easy, and when it is used for a specific application (such as a silicon chip having an antenna effect), the chip has a shielding function. Processing with a metal layer formed on the back surface of the silicon wafer was also possible.
[0003]
On the other hand, with recent demands for higher density and thinner semiconductor devices (devices), various methods have been proposed to meet this demand. As one of the methods, for example, for each region to be divided as each device of the silicon wafer, a hole is drilled at a required depth, and the hole is filled with a conductor by plating or the like. Further, on the surface of the silicon wafer, After forming a desired device pattern (including a circuit pattern, a wiring pattern, etc.) so as to be electrically connected to the conductor, the device pattern is covered with an insulating film made of polyimide resin, etc. The back surface is polished by a back grinding method or the like, and the wafer is thinned to a predetermined thickness (about 50 μm). On the other hand, the conductor is exposed, and then the wafer is diced into individual chips. There is a way to do it. In this method, external connection terminals such as metal bumps are bonded to the back surface (surface on which the conductor is exposed) of the silicon wafer before dicing, or the device has a shielding function. In addition, a metal layer is formed on the back surface of the silicon wafer.
[0004]
Further, when dicing, mechanical means such as a dicer is usually used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, since the thickness of the conventional silicon wafer was relatively large, the handling thereof was relatively easy. However, in accordance with the recent demand for thinning, a process for thinning the silicon wafer is performed. It is technically difficult to handle the thinned silicon wafer as it is. This is because cracks may occur during the handling of the thinned silicon wafer, or the silicon wafer may be warped in some cases.
[0006]
That is, there is a problem that it is very difficult to handle the thinned silicon wafer without damaging it (formation of a metal layer by plating or the like, dicing for each chip).
[0007]
In addition, since dicing is performed by mechanical means such as a dicer in the conventional technology, for example, when manufacturing a micro device such as a microchip, a dicing interval between devices on the silicon wafer is very narrow. For this reason, it takes a considerable amount of time to complete dicing and leads to an increase in cost, which is not realistic.
[0008]
In this case, if the thickness of the silicon wafer is relatively large, there is a disadvantage that the time required for dicing is further increased by that amount. On the other hand, if the silicon wafer is thinned to a predetermined thickness, dicing is performed. During this process, the silicon wafer may be cracked or broken due to the mechanical shock during the process. Therefore, the dicing requires a careful attention and is technically difficult.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-described problems in the prior art, an object of the present invention is to make it easy to handle a thinned semiconductor substrate in manufacturing a semiconductor device intended for high density and thinning, and the semiconductor The purpose is to enable dicing of the substrate in a short time.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems of the prior art, according to one aspect of the present invention,Thinned to a predetermined thicknessA semiconductor substrate with a protective film having a protective film attached to the surface of each side of the semiconductor substrate where each element forming region to be divided as a semiconductor device is defined is opposite to the side to which the protective film is attached. Expose only the side surfaceTo be airtight sealed from the outsideA step of fixing and holding to the jig; a step of forming a metal layer on the entire exposed surface of the semiconductor substrate with a protective film fixed and held by the jig; and each element of the metal layer by laser. A step of removing a portion corresponding to the boundary portion that divides the formation region, and a portion where the metal layer is removed by dry etching or wet etching using the metal layer from which the portion corresponding to the boundary portion is removed as a mask And a step of dividing the semiconductor substrate into each semiconductor device so as to include one element formation region.
[0011]
According to the method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment,Thinned to a predetermined thicknessHandling of semiconductor substrates (backsidePlating etc.Metal layer formation and each semiconductor device (chip) unitDividing (dicing)Etc.)ThatA semiconductor substrate with a protective film in which the surface of the semiconductor substrate on which the element formation regions are defined is covered with a protective film, So that only the back side (the side opposite to the side where the protective film is attached) is exposed and hermetically sealed from the outsideSince it is fixed and held on a jig,Its thinnedThe semiconductor substrate can be easily handled without damaging it.
[0012]
Also,After removing the part corresponding to the boundary part that divides each element formation area of the metal layer formed on the entire exposed side of the semiconductor substrate with a protective film with a laser, the part corresponding to the boundary part is removed The semiconductor substrate is divided into individual semiconductor device (chip) units (dicing) by etching using the formed metal layer as a mask. That meansDicing of each semiconductor device (chip) unit is not a mechanical means such as a dicer used in the prior art, but a portion not removed by the laser (that is, each chip to be divided into each chip unit) Dry etching using the metal layer of the portion corresponding to the element formation region as an etching resistOr wet etchingTherefore, batch dicing can be performed in a short time.
[0013]
Thus, it becomes possible to spur future new semiconductor chip manufacturing technologies such as microchips by enabling dicing of thinned semiconductor substrates in a short time.
[0016]
Also,According to the above formIn the method of manufacturing a semiconductor device, after the step of dividing the semiconductor substrate into each semiconductor device, a step of patterning each exposed metal layer of each semiconductor device into a shape of a required circuit element by a laser is included.You may do it.
[0017]
thisAccording to the form, the above formIn addition to the effects obtained by the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the metal layer of each semiconductor device is patterned into a required shape by a laser after dicing is further performed. Can be used as an inductance, an antenna, or the like. This leads to a reduction in the pattern area formed in each semiconductor device.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 schematically shows an example of the configuration of a jig used when carrying out the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
[0020]
As shown in the drawing, the
[0021]
As will be described later, the object to be treated here is a surface on the side where a device pattern such as a circuit pattern, a wiring pattern, etc. of the silicon wafer 21 (shown by a broken line in the figure) is formed (ie, the final object) In addition, a protective film is attached to a surface of each element forming region to be divided as a semiconductor device (chip) (hereinafter referred to as “wafer with protective film” for convenience).
[0022]
The
[0023]
A method for setting the wafer with the protective film on the jig 10 (11 to 13) configured as described above will be described with reference to FIG.
[0024]
First, as shown to Fig.2 (a), an adhesive (not shown) is apply | coated to the surface of the
[0025]
Next, the
[0026]
The semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. 3 and 4 showing the manufacturing steps in order.
[0027]
First, in the first step (see FIG. 3A), the
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
In the next step (see FIG. 3B), a
[0031]
That is, as shown in the figure, a
[0032]
The electroless
[0033]
After forming the metal layer 23 (electroless Ni plating layer), the
[0034]
In the next step (see FIG. 3C), a
[0035]
That is, as shown in the drawing, a
[0036]
The electroless
[0037]
Further, in this step, a very thin metal layer 24 (electroless Au plating layer) of 0.05 μm or less is formed by displacement plating, but in the case of forming a thicker layer, a step shown in FIG. The electroless Au plating process as performed in step 1 is performed.
[0038]
After forming the metal layer 24 (electroless Au plating layer), the
[0039]
In the next step (see FIG. 4A), the two-layered metal layer (electroless
[0040]
In the next step (see FIG. 4B), a predetermined portion of the metal layers 23 and 24 removed in the previous step, that is, each element formation region is divided by dry etching (plasma etching in this embodiment). The
[0041]
As a result, each semiconductor device (chip) is separated in a state of being stuck to the
[0042]
In this step, dicing of each semiconductor device unit is performed by plasma etching. However, dicing is performed by etching (ion beam etching) using, for example, an ion beam such as argon (Ar) ions. It is also possible. Alternatively, dicing can be performed by wet etching using a solution such as an acid, an alkali, or an organic solvent instead of the dry etching.
[0043]
In this case, it should be noted that when dicing each semiconductor device unit, before the
[0044]
After this step, the wafer with
[0045]
In the last step (see FIG. 4C), the
[0046]
As described above, according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment, the thinned
[0047]
Further, 30 units of dicing of each semiconductor device (chip) is not a mechanical means such as a dicer used in the prior art, but laser trimming as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). Since the metal layers 23 and 24 of the portion not removed by the step (the portion corresponding to each element forming region to be divided into each chip unit) are performed by plasma etching using the etching resist, a large amount is collectively processed in a short time. Dicing can be performed. As described above, it becomes possible to accelerate a new silicon chip manufacturing technology such as a microchip by enabling mass dicing of the thinned
[0048]
Further, since dicing is performed by plasma etching, curvilinear dicing processing that cannot be performed by dicing by conventional mechanical means is also possible.
[0049]
Further, when the
[0050]
Further, the presence of the metal layers 23 and 24 on the back surface of the
[0051]
Further, since the metal layers 23 and 24 are patterned by laser trimming (removal of predetermined portions of the metal layers 23 and 24), a resist for patterning (dry film or the like) used in the prior art is used. It is not necessary to use the resist, and it is not necessary to remove the resist. As a result, the process can be simplified, and damage to the BG tape by the resist stripping solution as used conventionally can be eliminated.
[0052]
Furthermore, the
[0053]
Further, in the conventional technology, vapor deposition or sputtering is performed to form a metal layer on a silicon wafer, and since such processing is performed while maintaining a vacuum state by extracting air from the processing chamber, Undesirable gas is generated from the BG tape adhered to the silicon wafer.
[0054]
On the other hand, in this embodiment, the metal layers 23 and 24 are formed by electroless plating treatment (see FIGS. 3B and 3C), and the protective film 22 (BG tape) is formed on each jig. Since the
[0055]
Next, a semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 5 showing a part of the manufacturing process.
[0056]
The semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment is performed in the steps of FIGS. 4A and 4B, compared to the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment (FIGS. 3 and 4). Instead of the processing performed, as shown in FIG. 5A, predetermined portions (each element formation region of the silicon wafer 21) of the metal layers 23 and 24 are divided by a laser (UV-YAG laser, excimer laser, etc.). Each portion of the semiconductor device (chip) is removed so that each of the
[0057]
As described above, the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment is characterized in that the patterning process of the metal layers 23 and 24 and the dicing process of the
[0058]
According to the manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment, in addition to the effects obtained in the first embodiment, the patterning process of the metal layers 23 and 24 and the dicing process of the
[0059]
Furthermore, since the metal layers 23 and 24 are formed on the back surface of the
[0060]
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
[0061]
6A shows a part of the manufacturing process of the semiconductor device according to this embodiment, and FIG. 6B schematically shows an example of the pattern formed in the process of FIG. Is.
[0062]
The semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment is different from the semiconductor device manufacturing method according to the first and second embodiments (FIGS. 3, 4, and 5) in FIG. As shown in FIG. 6A, a laser (UV-YAG laser, excimer laser) is used between the step and the step of FIG. 4C or between the step of FIG. 5A and the step of FIG. 5B. Etc.) is different in that a process for patterning the metal layers 23 and 24 of each semiconductor device after dicing into a required shape is added. The other steps are the same as those in the first and second embodiments, and the description thereof is omitted.
[0063]
As described above, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, after the
[0064]
According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment, in addition to the effects obtained in the first and second embodiments, the dicing is performed for each semiconductor device (chip). Since each of the metal layers 23 and 24 is patterned into a required circuit element shape, it can be used as an inductance, an antenna, a SAW filter, or the like according to the shape to be patterned. It is possible to reduce the pattern area to be formed.
[0065]
The reason why the laser trimming (FIG. 6A) is performed after dicing is that if the metal layers 23 and 24 are patterned into a required circuit element shape before dicing, plasma dicing (FIG. This is because the metal layers 23 and 24 cannot be used as a dicing protective film in the case of b)) or laser dicing (FIG. 5A) (that is, the circuit element pattern may be damaged).
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in manufacturing a semiconductor device intended for high density and thinning, the thinned semiconductor substrate can be easily handled and the dicing of the semiconductor substrate can be performed. This can be done in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a configuration example of a jig used when a semiconductor device manufacturing method according to the present invention is carried out.
2 is a view for explaining a method of setting a wafer with a protective film on the jig shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment of the invention.
4 is a cross-sectional view showing a manufacturing step that follows the manufacturing step of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram schematically showing a part of a manufacturing process of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention and an example of a pattern formed in the process.
[Explanation of symbols]
10 ... Jig,
11 ... Lower parts,
12 ... Upper part,
13 ... Jig clamp,
20 ... Wafer with protective film,
21 ... Silicon wafer (semiconductor substrate),
21a ... silicon substrate,
22 ... Protective film (BG tape, etc.)
23, 23a ... electroless Ni plating layer (first metal layer),
24, 24a ... electroless Au plating layer (second metal layer),
30 ... Semiconductor device (chip),
41, 43 ... electroless plating tank,
42 ... electroless Ni plating solution,
44 ... Electroless Au plating solution,
EP: pattern (circuit element) formed by laser trimming of the metal layer,
P1, P2 ... packing,
SP: A portion corresponding to a boundary portion that divides each element formation region (semiconductor device).
Claims (5)
前記治具によって固定保持された保護フィルム付半導体基板の露出している側の全面に金属層を形成する工程と、
レーザにより、前記金属層の、前記各素子形成領域を区分けする境界部分に対応する部分を除去する工程と、
前記境界部分に対応する部分が除去された金属層をマスクとして利用したドライエッチング又はウエットエッチングにより、当該金属層の除去された部分に沿って前記半導体基板をそれぞれ1つの素子形成領域が含まれるように各半導体装置に分割する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor substrate with a protective film in which a protective film is attached to a surface of each semiconductor substrate thinned to a predetermined thickness on a side where each element formation region to be divided as a semiconductor device is defined. Fixing and holding to a jig so as to expose only the surface opposite to the side to which is attached and to hermetically seal from the outside ,
Forming a metal layer on the entire exposed side of the semiconductor substrate with a protective film fixedly held by the jig;
Removing a portion of the metal layer corresponding to a boundary portion dividing each element formation region by a laser; and
One element formation region is included in each of the semiconductor substrates along the removed portion of the metal layer by dry etching or wet etching using the metal layer from which the portion corresponding to the boundary portion has been removed as a mask. And a step of dividing the semiconductor device into each semiconductor device.
前記治具に固定保持された保護フィルム付半導体基板を第1の無電解金属めっき液中に浸漬し、酸化還元反応により当該金属を析出させて第1の金属層を形成する工程と、
前記第1の金属層が形成された保護フィルム付半導体基板を第2の無電解金属めっき液中に浸漬し、前記第1の金属層の金属との置換による置換めっき処理によって第2の金属層を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。The step of forming the metal layer includes
Immersing the semiconductor substrate with a protective film fixedly held in the jig in a first electroless metal plating solution, and depositing the metal by an oxidation-reduction reaction to form a first metal layer;
A semiconductor substrate with a protective film on which the first metal layer is formed is immersed in a second electroless metal plating solution, and a second metal layer is obtained by displacement plating treatment by replacing the metal of the first metal layer with a metal. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising:
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