JP2018157168A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】密着性及び強度を向上した半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、半導体素子を備える。前記半導体素子は、基板の側面に、前記基板に設けられた改質帯に沿って形成された屈曲部を少なくとも二つ有する。前記二つの屈曲部は、前記基板表面に対して垂直な方向および平行な方向に互いにずれて形成される。前記側面のうち前記二つの屈曲部に接する面のいずれかの一部はへき開面である。前記二つの屈曲部のうち前記基板の裏面側の屈曲部から前記基板の裏面に到る前記基板の側面は前記基板表面に対して概ね垂直である。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。

半導体装置は、半導体素子の外形に沿ってウェハの内部にレーザを集光し、複数の半導体素子に分割して個片化することで形成される。そして、半導体素子上に封止材を設けて半導体素子及び封止材を密着固定している。このような半導体装置では、半導体素子及び封止材の密着性と共に、半導体素子の強度を高めることが求められている。

特開２０１６−１５７８７２号公報

実施形態の目的は、密着性及び強度を向上した半導体装置及びその製造方法を提供することである。

実施形態に係る半導体装置は、半導体素子を備える。前記半導体素子は、基板の側面に、前記基板に設けられた改質帯に沿って形成された屈曲部を少なくとも二つ有する。前記二つの屈曲部は、前記基板表面に対して垂直な方向および平行な方向に互いにずれて形成される。前記側面のうち前記二つの屈曲部に接する面のいずれかの一部はへき開面である。前記二つの屈曲部のうち前記基板の裏面側の屈曲部から前記基板の裏面に到る前記基板の側面は前記基板表面に対して概ね垂直である。

第１実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。 第１実施形態に係る半導体装置を示す正面図である。 第１実施形態に係る半導体装置を示す側面図である。 第１実施形態の第１変形例に係る半導体装置を示す上面図である。 第１実施形態の第１変形例に係る半導体装置を示す正面図である。 第１実施形態の第１変形例に係る半導体装置を示す側面図である。 第１実施形態の第２変形例に係る半導体装置を示す上面図である。 第１実施形態の第２変形例に係る半導体装置を示す正面図である。 第１実施形態の第２変形例に係る半導体装置を示す側面図である。 第１実施形態の第３変形例に係る半導体装置を示す上面図である。 第１実施形態の第３変形例に係る半導体装置を示す正面図である。 第１実施形態の第３変形例に係る半導体装置を示す側面図である。 第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフロー図である。 第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を示す斜視図である。 第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を示す断面図である。 図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、半導体装置における位置決めを説明する上面図及び正面図である。 図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、半導体装置におけるワイヤボンディングを説明する上面図及び正面図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（実施形態）
図１〜図３は、半導体装置１において、上面図、正面図及び側面図をそれぞれ示している。
図１〜図３に示すように、半導体装置１には、ウェハ３及び半導体層４を有する半導体素子２が設けられている。例えば、半導体素子２はチップであって、ウェハ３はシリコン（Ｓｉ）を含む。半導体層４は、ウェハ３の表面上に設けられて配線層等を有する。

図２に示すように、ウェハ３の側面には屈曲点３ｃが設けられている。屈曲点３ｃが設けられることで段差が形成され、ウェハ３の表面に対して概ね垂直な面３ｆ１と、傾斜面３ｆ２とが形成される。

屈曲点３ｃによる段差は、例えば、鉛直方向の幅を３２マイクロメートル以上であって８０マイクロメートル以下にし、水平方向の幅を４マイクロメートル以上であって３０マイクロメートル以下になるように形成することが望ましい。これにより、半導体素子２上に、樹脂等を含む封止材を形成する場合、封止材に対する半導体素子２の密着力を向上させることができる。

図３に示すように、ウェハ３において、屈曲点３ｃは、例えば、面３ｆ１及び傾斜面３ｆ２の境界部分である。屈曲点３ｃの近傍に位置する面３ｆ１の一部、及び、傾斜面３ｆ２の一部は、粗い面に相当する。屈曲点３ｃに離れて位置する面３ｆ１の一部、及び、傾斜面３ｆ２の一部は、平滑な面に相当する。つまり、ウェハ３の側面は、粗い面及び平滑な面の組み合わせで構成されている。

ここで、粗い面とは、残留応力が所定の範囲である面であり、例えば、−３００ＭＰａ以下である、もしくは、３００Ｍｐａ以上である面を指す。つまり、粗い面は、改質帯により形成される。
平滑な面とは、残留応力が所定の範囲である面であり、例えば、−１００ＭＰａ以上であって、１００Ｍｐａ以下である面を指す。つまり、平滑な面は、へき開面（結晶に沿って割れる面）である。
例えば、粗い面及び平滑な面の残留応力（Ｐａ）は、ラマン分光法を用いて測定される。

粗い面及び平滑な面は、粗い面の粗さ（Ｒｚ）を、１マイクロメートル以上であって１０マイクロメートル以下にし、平滑な面の粗さ（Ｒｚ）を、０．０１マイクロメートル以上であって０．５マイクロメートル以下になるように形成することが望ましい。これにより、半導体素子２の強度を高めて、半導体素子２及び封止材の密着力を向上させることができる。

以下において、本実施形態の変形例について説明する。
図４〜図６は、半導体装置１Ａにおいて、上面図、正面図及び側面図をそれぞれ示している。
図７〜図９は、半導体装置１Ｂにおいて、上面図、正面図及び側面図をそれぞれ示している。
図１０〜図１２は、半導体装置１Ｃにおいて、上面図、正面図及び側面図をそれぞれ示している。
まず、本実施形態の第１変形例について説明する。

図４〜図６に示すように、半導体装置１Ａには、ウェハ３及び半導体層４を有する半導体素子２が設けられている。第１実施形態では、半導体素子２のウェハ３の４つの側面の内の１側面に、屈曲点３ｃによる段差が設けられていた。一方、本変形例では、半導体素子２のウェハ３の４つの側面の内の複数の面に、屈曲点３ｃによる段差が設けられている。

次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
図７〜図９に示すように、半導体装置１Ｂには、ウェハ３及び半導体層４を有する半導体素子２が設けられている。第１実施形態では、半導体素子２のウェハ３の側面に、屈曲点３ｃによる２つの段差が設けられていた。一方、本変形例では、半導体素子２のウェハ３の側面に、屈曲点３ｃによる３つ以上の段差が設けられている。

次に、本実施形態の第３変形例について説明する。
図１０〜図１２に示すように、半導体装置１Ｃには、ウェハ３及び半導体層４を有する半導体素子２が設けられている。本変形例では、屈曲点３ｃによる段差が形成されていない場合であっても、面３ｆ１内の一部に粗い面が形成されても良い。

以下において、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図１３は、半導体装置１の製造方法を示すフロー図である。
本実施形態の半導体装置の製造方法では、ウェハ３上のダイシングラインに沿ってダイシングすることで複数の半導体素子２に個片化する。
まず、複数の半導体素子２に個片化するダイシング技術の一例として、ステルスダイシング技術について簡単に説明する。

図１３に示すように、まず、ウェハ３の表面に保護テープを貼り付ける（Ｓ１１０）。例えば、ウェハ３の表面には半導体層４が設けられている。
次に、ウェハ３の裏面からレーザを照射し、レーザをシリコン内部で集光して改質帯を形成する（Ｓ１２０）。改質帯が膨張することで、上下に亀裂が進展し、ウェハ３の表面にハーフカットが形成される。レーザは、例えば、赤外領域の透過レーザである。例えば、レーザの出力は、０．１Ｗである。

次に、研削砥石でウェハの裏面を削り、薄く加工する（Ｓ１３０）。薄く研削していくと、ハーフカット部分が表出し、チップが個片化される。

次に、接着剤によってテープをウェハ３の裏面に貼り合わせ、ウェハ３の周囲を支持体で固定する（Ｓ１４０）。ここで、接着剤は、例えば、ＤＡＦ(Die Attach Film)である。テープは、例えば、基材及び粘着剤によって構成されている。支持体は、例えば、ウェハ３の周囲を固定するリングである。

次に、押圧体でテープ及びウェハ３を下から突き上げる（Ｓ１５０）。これにより、チップ間の距離を広げて接着剤部分を分割する。ここで、押圧体は、例えば、エキスパンドリングである。
このようなＳ１１０〜Ｓ１５０で示されたダイシング工程によって複数の半導体素子２に個片化する。

以下において、ダイシング工程において、半導体素子２のウェハ３に屈曲点３ｃを形成することで段差を形成する工程について説明する。
図１４及び図１５は、ダイシング工程における改質帯の形成を示す斜視図及び断面図である。
ここで、本明細書において、ウェハ３の表面に対して平行な方向であって、相互に直交する２方向をＸ方向及びＹ方向とする。Ｘ方向及びＹ方向の双方に対して直交する方向をＺ方向とする。

図１４及び図１５に示すように、改質帯１０Ａ、１０Ｂは、ダイシングラインに沿って形成されている。例えば、改質帯１０Ａ、１０Ｂは、ビームヘッド２０の進行方向（Ｘ方向）にレーザを照射することで連続的に形成される。

改質帯１０Ａは、改質帯１０Ｂと比較して、鉛直方向（Ｚ方向）においてウェハ３の表面に近い位置に形成される。改質帯１０Ａによって、ビームヘッド２０の進行方向にパスＰ１が形成される。

改質帯１０Ｂは、改質帯１０Ａと比較して、鉛直方向においてウェハ３の裏面に近い位置に形成される。また、改質帯１０Ｂは、改質帯１０Ａに対して、ビームヘッド２０の進行方向に交差する方向（例えば、Ｙ方向）に所定の間隔ずれて形成される。改質帯１０Ｂによって、ビームヘッド２０の進行方向にパスＰ２が形成される。ビームヘッド２０の進行方向（Ｘ方向）は、パスＰ１、Ｐ２の形成方向である。

例えば、パスＰ１及びパスＰ２（つまり、改質帯１０Ａ及び改質帯１０Ｂ）は、鉛直方向から見て相互に重ならないように形成される。例えば、パスＰ１及びパスＰ２の鉛直方向の間隔（パス間隔Ｄ）は、４マイクロメートル程度である。例えば、パスＰ１の改質帯１０Ａ間の間隔、及び、パスＰ２の改質帯１０Ｂ間の間隔（パルスピッチＰｉ）は、１マイクロメートル程度である。

このように、ダイシング工程の改質帯の形成工程（図１３のＳ１２０）において、パスＰ１と、パスＰ１に対してＹ方向に所定の間隔ずれたパスＰ２と、を形成することで、パスＰ１及びパスＰ２（つまり、改質帯１０Ａ及び改質帯１０Ｂ）のそれぞれにおいて、鉛直方向（Ｚ方向）、及び、鉛直方向に傾斜した方向にへき開が進行する。これにより、ダイシング工程後に、図１〜図３に示すような、半導体素子２のウェハ３に屈曲点３ｃが形成される。つまり、ウェハ３に段差が形成され、Ｘ−Ｙ平面に対して概ね垂直な面３ｆ１と、傾斜面３ｆ２とが形成される。

以下において、本実施形態の効果について説明する。
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、半導体装置１における位置決めを説明する図である。
図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、半導体装置１におけるワイヤボンディングを説明する図である。

本実施形態では、半導体素子２のウェハ３に屈曲点３ｃが設けられている。これにより、ウェハ３に段差が形成され、Ｘ−Ｙ平面に対して概ね垂直な面３ｆ１と、傾斜面３ｆ２とが形成される。したがって、屈曲点３ｃの近傍に位置する面３ｆ１の一部、及び、傾斜面３ｆ２の一部を粗い面にすることで、半導体素子２上に封止材を形成する場合、半導体素子２及び封止材の密着力を向上できる。一方、ウェハ３において、粗い面を除いた部分は、平滑な面が形成されているので、半導体素子２の強度の低下を抑制する。
さらに、図４〜図９の変形例で示したように、屈曲点３ｃによる段差の数を増やすことで、半導体素子２及び封止材の密着力をさらに向上させることができる。

また、本実施形態では、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、半導体素子２上にボンディングパッド３０を形成する時の位置精度を向上できる。ボンディング時には半導体素子２の位置をカメラ４０で認識しており、図１６（ｂ）の矢印で示すように、半導体素子２のウェハ３の側面の段差形状によって、半導体素子２の端部を強調することができる。これにより、カメラ４０の視認性が向上して、ボンディングパッド３０の形成時の位置精度が向上する。

また、本実施形態では、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すように、半導体素子２上にボンディングパッド３０を形成し、ボンディングパッド３０に接続するワイヤ５０を形成する時、ボンディングパッド３０と半導体素子２の端部との距離が短くなるため、ワイヤ５０と半導体素子２の端部とが接触する不良を抑制できる。

本実施形態によれば、密着性及び強度を向上した半導体装置及びその製造方法を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：半導体装置、 ２：半導体素子、 ３：ウェハ、 ３ｃ：屈曲点、 ３ｆ１：面、 ３ｆ２：傾斜面、 ４：半導体層、 １０Ａ、１０Ｂ：改質帯、 ２０：ビームヘッド、 ３０：ボンディングパッド、 ４０：カメラ、 ５０：ワイヤ、 Ｄ：パス間隔、 Ｐ１、Ｐ２：パス、 Ｐｉ：パルスピッチ

Claims (5)

1. 基板の側面に、前記基板に設けられた改質帯に沿って形成された屈曲部を少なくとも二つ有する半導体素子を備え、
   前記二つの屈曲部は、前記基板表面に対して垂直な方向および平行な方向に互いにずれて形成され、
   前記側面のうち前記二つの屈曲部に接する面のいずれかの一部はへき開面であり、
   前記二つの屈曲部のうち前記基板の裏面側の屈曲部から前記基板の裏面に到る前記基板の側面は前記基板表面に対して概ね垂直である半導体装置。
2. 前記二つの屈曲部間の面の一部はへき開面である請求項１記載の半導体装置。
3. 前記基板の改質帯の残留応力が、−３００ＭＰａ以下、もしくは、３００Ｍｐａ以上である請求項１または２に記載の半導体装置。
4. ウェハに対して透過性を有するレーザを前記ウェハに照射して第１改質帯を形成する工程と、
   前記ウェハに前記レーザを照射して第２改質帯を形成する工程と、
   を備え、
   前記第１改質帯及び前記第２改質帯は、前記ウェハの表面に平行な第１方向に沿ってそれぞれ形成され、
   前記第１改質帯及び前記第２改質帯は、前記ウェハの表面に平行な方向であって、前記第１方向に交差する第２方向と、前記ウェハの上面の方向に対して直交する第３方向とにおいて、互いに離れている半導体装置の製造方法。
5. 前記複数の第１改質帯は、前記第３方向からみたとき、前記複数の第２改質帯と重ならない請求項４記載の半導体装置の製造方法。