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JP2019169704A - バックメタルを備えた半導体装置及び関連する方法 - Google Patents

バックメタルを備えた半導体装置及び関連する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】バックメタルを備えた半導体装置及び関連する方法。【解決手段】半導体装置2は、第1の側6及び第2の側8を有するダイ4と、ダイ4の第1の側6に結合されたコンタクトパッド14と、ダイの第2の側8に結合された金属層16とを含むことができる。ダイ4の厚さは金属層16の厚さの4倍以下であってもよい。【選択図】図1

Description

本文書の態様は、概して、半導体装置と半導体ウエハー及び装置の処理方法とに関する。
半導体製造工程は、多くのステップを含み得る。いくつかの工程では、ウエハーは、導電層などの1つ又は2つ以上の層を保持する。導電層を用いて、ウエハーから個片化された個々の半導体装置の電気的接触領域を設けることができる。導電層は、スパッタリング、蒸着又は電気めっきの操作を用いて形成されることが多い。
半導体装置の実装形態は、第1の側及び第2の側を有するダイと、ダイの第1の側に結合されたコンタクトパッドと、ダイの第2の側に結合された金属層とを含むことができる。ダイの厚さは、金属層の厚さの4倍以下であってもよい。
半導体装置の実装形態は、以下のうちの1つ、全て又はいずれかを含むことができる。
ダイは30マイクロメートル(nm)未満であってもよい。
ダイの厚さは、金属層の厚さと実質的に同じであってもよい。
装置は、金属層に直接結合されたモールド化合物を含むことができる。
装置は、金属層の上に直接結合されたモールド化合物を含むことができる。
半導体装置の実装形態は、第1の側及び第2の側を有するダイと、ダイの第1の側に結合されたコンタクトパッドと、ダイの第2の側に結合された金属層と、金属層に直接結合されたモールド化合物とを含むことができる。ダイの厚さは、30um未満であってもよい。
半導体装置の実装形態は、以下のうちの1つ、全て又はいずれかを含むことができる。
ダイの厚さは、金属層の厚さと実質的に同じであってもよい。
モールド化合物は、金属層の上に直接結合されてもよい。
半導体ダイを形成する方法の実装形態は、ウエハーの第1の側に結合された複数のコンタクトパッドを形成することと、第1の側の反対側にあるウエハーの第2の側にウエハーをバックグラインドすることによって凹部を形成することと、凹部内に金属層を形成することと、凹部内の金属層をパターン化することと、ウエハーを複数の半導体装置に個片化することとを含むことができる。
半導体装置の実装形態は、以下のうちの1つ、全て又はいずれかを含むことができる。
この方法は、モールド化合物を凹部内の金属層に結合することを含むことができる。
金属層は、モールド化合物を介して露出してもよい。
モールド化合物は、金属層の上に直接結合されてもよい。
この方法は、ウエハーの一部が、モールド化合物の一部によって形成された平面と同一平面上になるまで、ウエハーの一部をバックグラインドすることを含むことができる。
この方法は、凹部を形成することによってウエハーを薄化し、この場合にウエハーの一部を30um未満に薄化することを含むことができる。
この方法は、凹部をシード層で被覆することを含むことができる。
この方法は、金属層の上に複数のバンプを形成することを含むことができる。
この方法は、ウエハーを個片化する前に、金属層、モールド化合物及び複数のバンプのうちの1つを裏面保護層に結合することを含むことができる。
半導体ダイを形成する方法の実装形態は、ウエハーの第1の側に結合された複数のコンタクトパッドを形成することと、第1の側の反対側にあるウエハーの第2の側にウエハーの第2の側をバックグラインドすることによって凹部を形成することと、凹部内に金属層を形成することと、金属層内に複数の開口部を形成することと、金属層の開口部内にモールド化合物を形成することと、ウエハーを複数の半導体装置に個片化することとを含み得る。
半導体装置の実装形態は、以下のうちの1つ、全て又はいずれかを含むことができる。
この方法はまた、コンタクトパッドとウエハーの第1の側との間に金属層を形成することを含むことができる。
金属層の厚さは、ウエハーの厚さと実質的に同じであってもよい。
金属層の厚さは、ウエハーの厚さの実質的に3倍であってもよい。
この方法は、金属層の上に第2の金属層を結合することを含むことができる。
モールド化合物は金属層を封止してもよい。
以上の及び他の態様、特徴、及び利点は、「発明を実施するための形態」及び「図面」から、及び「特許請求の範囲」から当業者には明らかであろう。
以下に、添付図面を併用して実装形態について説明する。当該図面では、同様の符号は同様の要素を示す。
半導体装置の第1の実装形態の側断面図である。
半導体装置の第2の実装形態の側断面図である。
半導体装置の第3の実装形態の側断面図である。
半導体装置の第4の実装形態の側断面図である。
半導体装置の第5の実装形態の側断面図である。
半導体装置の第6の実装形態の側断面図である。
半導体装置の第7の実装形態の側断面図である。
半導体装置の様々な実装形態のオン抵抗を示すグラフである。
ウエハーの側断面図である。
内部に凹部を形成した状態の、図9のウエハーの側断面図である。
凹部内にマスクを形成した、図10のウエハーの側断面図である。
凹部内に金属層を形成した、図10のウエハーの側断面図である。
金属層上にモールド化合物を形成した、図12のウエハーの側断面図である。
ウエハーリングの一部を除去した、図13のウエハーの側断面図である。
モールド化合物にテープを貼り付けて回転させた、図14のウエハーの側断面図である。
個片化した、図15のウエハーの側断面図である。
モールド化合物にテープを貼り付けた、図13のウエハーの側断面図である。
個片化した、図17のウエハーの側断面図である。
モールド化合物で凹部を充填した、図12のウエハーの側断面図である。
凹部内にパターン化されない金属層を形成した、図10のウエハーの側断面図である。
ウエハーリングの一部を除去した、図12のウエハーの側断面図である。
金属層の上にバンプを形成した、図21のウエハーの側断面図である。
金属層内の開口部間にモールド化合物を形成した、図21のウエハーの側断面図である。
金属層内の開口部間にモールド化合物を形成した、図22のウエハーの側断面図である。
BSP層を被着したウエハーを個片化する工程を示す。 BSP層を被着したウエハーを個片化する工程を示す。
BSP層を被着したウエハーを個片化する工程を示す。 BSP層を被着したウエハーを個片化する工程を示す。
本開示、その態様及び実装形態は、本明細書に開示された特定の構成部品、組立手順又は方法要素に限定されない。本開示からの特定の実装形態と共に使用するための、意図した半導体装置と整合性のある当該技術において既知である多くの追加の構成部品、組立手順及び/又は方法要素が、明らかになるであろう。したがって、例えば、特定の実装形態が開示されているが、かかる実装形態及び実装構成部品は、意図した動作及び方法と整合性の取れた、かかる半導体装置、並びに実装構成部品及び方法に関して当該技術分野で既知であるような任意の形状、サイズ、スタイル、タイプ、モデル、バージョン、寸法、濃度、材料、量、方法要素、ステップ、その他、を含むことができる。
半導体装置の特定の実装形態と実装構成部品及び方法とは、それぞれの開示が参照によって全体が本明細書に組み込まれる、「Semiconductor Copper Metallization Structure and Related Methods」と題する、2018年2月27日に発行された(下記‘522特許)、2016年9月1日出願の出願番号第15254640号であるYusheng Linに対する米国特許第9905522号と、「Semiconductor Backmetal (BM) and Over Pad Metallization (OPM) Structures and Related Methods」と題する、2016年6月30日に出願され、2017年5月2日に発行された(下記‘497特許)、出願番号第15198859号である、Yusheng Linに対する米国特許第9640497号とに開示された半導体装置と実装構成部品及び方法とに類似し得る。
様々な実装形態において、本明細書に開示される半導体装置を、非限定的な例として、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(metal oxide semiconductor field effect transistor、MOSFET)又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(insulated-gate bipolar transistor、IGBT)などのパワー半導体装置とすることができる。他の実装形態において、この装置は、他のタイプのパワー半導体装置であってもよく、パワー半導体装置ではない半導体装置であってもよい。図1を参照し、半導体装置の第1の実装形態の側断面図を示す。半導体装置2は、第1の側6及び第2の側8を有するダイ4を含む。ダイ4は、シリコンを含むことができ、様々な実装形態においてエピタキシャル部10を含むことができる。本開示がシリコンダイに言及する場合に、シリコンダイを、非限定的な例として、エピタキシャルシリコンダイ、シリコンオンインシュレータ、ポリシリコン、それらの任意の組み合わせ、又は任意の他のシリコン含有ダイ材料を含む任意のタイプのシリコンダイとし得ることを理解されたい。また、種々の実装形態において、ガリウム砒素又は金属含有ダイなどの、シリコン含有ダイ以外のダイを使用してもよいことを理解されたい。図1に示す実装形態において、半導体装置を、トレンチの位置を示すダイ4のエピタキシャル部10におけるパターン化部24によって示されるトレンチMOSFET装置とすることができるが、他の実装形態は、トレンチMOSFET構造を含まなくてもよく、一方でパワー半導体装置であってもなくてもよい異なる半導体装置を含んでもよい。様々な実装形態において、ダイ4は、約25マイクロメートル(μm)厚、約40μm厚、約75μm厚、約75μmより大きい厚さ、約25〜約75μmの厚さ、約30μm未満の厚さ、約25μm未満の厚さであってもよい。
様々な実装形態において、半導体装置2は、ダイ4の第1の側6に結合された導電層12を含むことができる。導電層は、金属又は金属合金であってもよく、このような実装形態では、非限定的な例として、アルミニウム、銅、金、銀、チタン、ニッケル、任意の他の金属、及びそれらの任意の組み合わせを含むことができる。様々な実装形態において、導電層12はダイ4と同じ長さ、かつ同じ幅であってもよいが、図1に示すような他の実装形態において、導電層はダイ4の長さより短くてもよいし、ダイ4の幅より細くてもよい。
様々な実装形態において、半導体装置2は、導電層に結合されたコンタクトパッド14を含むことができる。コンタクトパッド14は、本明細書に開示される任意のタイプの金属又は金属合金であってよい。特定の実装形態において、コンタクトパッドは、SnAg又はNiAuであってもよい。コンタクトパッド14は、導電層12と同じ長さ、かつ同じ幅であってもよいが、図1に示すような他の実装形態において、コンタクトパッドは導電層12の長さより長くてもよいし、導電層12の幅より細くてもよい。様々な実装形態において、半導体装置2は、導電層12の他にコンタクトパッド14を含まなくてもよく、一方で導電層をコンタクトパッドとして使用してもよい。同様に、特定の実装形態において、半導体装置2は、導電層12を含まなくてもよく、一方でダイ4の第1の側6に直接結合されたコンタクトパッド14を含むことができる。
様々な実装形態において、導電層12とコンタクトパッド14との間に中間パッドが結合され得る。中間パッドは、電気めっきを用いて堆積された金属であってもよく、特定の実装形態において、電気めっきされた銅であってもよい。特定の実装形態において、中間パッドは、金属合金を含んでもよく、非限定的な例として、Ni、Au、Pd、Cu又はこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。様々な実装形態において、中間パッドは変化する幅を有してもよく、中間パッドの第1の部分は、導電層12に直接結合され、コンタクトパッド14に直接結合された中間パッドの第2の部分より断面の幅が小さい。他の実装形態において、中間パッドの第1の部分は、中間パッドの第2の部分と断面の幅が同じであってもよい。
様々な実装形態において、図1に示すように、半導体装置は、ダイ4の上に結合されたパッシベーション材料72を含むことができる。パッシベーション材料の表面74は、コンタクトパッド14の露出した表面によって形成される平面と同一平面上にあってもよい。中間パッドを含む実装形態において、パッシベーション層は、中間パッドの一部のみを覆い、コンタクトパッド14の全体をパッシベーション層に直接結合されないようにしてもよい。特定の実装形態において、パッシベーション材料は導電層12を少なくとも部分的に封止してもよい。パッシベーション材料は、非限定的な例として、SiN、SiO又は任意の他のタイプのパッシベーション材料であってもよい。
図1を更に参照すると、半導体装置2は、ダイ4の第2の側8に結合された金属層/バックメタル層16を含む。様々な実装形態において、金属層は、非限定的な例として、銅、金、銀、アルミニウム、チタン、ニッケル、任意の他の金属及びこれらの任意の組み合わせを含むことができる。特定の実装形態において、金属層16は、両方とも本明細書に参照によって組み込み済みである‘522特許及び‘497特許に開示されたバックメタル層と同一又は類似であってもよい。様々な実装形態において、金属層16は、単体の金属又は金属合金を含むことができる一方、他の実装形態において、金属層は、同一又は異なる金属及び/又は金属合金の複数の金属層を含むことができる。様々な実装形態において、金属層16は、約10μm厚、約25μm厚、約40μm厚、約10μm未満の厚さ、約10〜40μmの厚さ、及び約200μm厚までの厚さを含む約40μmよりも大きい厚さであってもよい。ダイ4と比較して、様々な実装形態では、ダイの厚さは、金属層16の厚さの約4倍以下であってもよい。さらなる特定の実装形態において、ダイ4の厚さは、金属層16の厚さの約3倍、金属層の厚さの約2.5倍、金属層の厚さの約2倍、又は金属層16と略同じ厚さであってもよい。他の実装形態において、ダイ4の厚さは、金属層16の厚さの約4倍より大きくてもよいし、金属層16の厚さ未満であってもよい。
様々な実装形態において、半導体装置2は、ダイ4の第2の側8と金属層16との間にシード層18を含むことができる。シード層18は、金属層16とダイ4との間の結合を促進にするように構成してもよく、及び/又は電気めっき操作中に電着が開始する箇所を生じてもよい。シード層18は、金属又は金属合金を含むことができ、特定の実装形態において、TiCu又はTiWCuを含むことができる。他の実装形態において、シード層18は、本明細書に既に開示した任意の金属を含んでもよい。
様々な実装形態において、半導体装置2は、金属層16に結合されたモールド化合物/樹脂/保護被覆(以下、「モールド化合物」20と称する)を含むことができる。「モールド化合物」との用語は、本明細書では金属材料を覆う材料を記述するのに使用されるが、本明細書で使用される際には、本用語は多くのタイプの樹脂、エポキシ及び他の保護被覆を含むことを理解されたい。特定の実装形態において、モールド化合物20は、金属層16に直接結合されてもよく、更に他の特定の実装形態において、モールド化合物は、金属層の上に直接結合されてもよい。図1に示すように、モールド化合物20は、金属層16を封止してもよい。他の実装形態において、図示のように、また本明細書で後述するように、金属層16がモールド化合物20を介して露出してもよい。モールド化合物20の側壁22は段差を有してもよい一方、他の実施態様において、側壁22は段差を含まなくてもよい。
図1の半導体装置は、本明細書に開示される他の半導体装置と共に、同じタイプでも異なるタイプでもよい他の半導体装置に結合されてもよいし、対になっていてもよい。様々な実装形態において、半導体装置は、対をなし、及び/又は金属層16を介して電気的/熱的に一体に結合されてもよい。非限定的な例として、半導体装置はまた、ワイヤボンド、導電トレース又は任意の他の結合手段を用いて一体に対をなすようにされてもよい。
図2を参照し、半導体装置の第2の実装形態の断面図を示す。半導体装置26は、モールド化合物28が図1のモールド化合物20よりも厚いことを除いて、図1の半導体装置2と同様である。しかし、様々な実装形態において、モールド化合物を、図1に示すモールド化合物の厚さよりも薄化し得る。更に、様々な実装形態において、モールド化合物28の側壁30は段差を有さない。
図3を参照し、半導体装置の第3の実装形態の側断面図を説明する。半導体装置32は、金属層34がダイ4の長さ及び幅と同じ長さ及び幅であることを除いて、図1の半導体装置2と同様である。ダイの長さ及び幅が同じであることにより、半導体デバイスの側壁に金属層が露出する。半導体装置32は、金属層34に結合されたモールド化合物36を含んでもよい。図3に示すように、モールド化合物は、金属層34のいずれの側壁38にも直接結合されずに金属層に直接結合され得る。様々な実装形態において、図3の半導体装置は、任意の数の他の半導体装置と対をなしてもよい。他の半導体装置は、図3に示す装置と同じであってもよい。このような実装形態では、金属層16が他の半導体装置の金属層に直接コンタクトするように装置を並べて配置することができ、したがって半導体装置の裏面上の金属層を介して半導体装置を電気的に対にすることができる。
他の実装形態において、半導体装置は、モールド化合物36に代えて、金属層34の上に結合された導電層を有してもよい。導電層は、本明細書に開示される任意のタイプの導電層であってよい。このような実装形態は本明細書において図5に示す実装形態と類似し、導電層と金属層との側壁がダイの側壁と同一の拡がりを有し得るという相違点を有する。
図4を参照し、半導体装置の第4の実装形態の側断面図を示す。半導体装置40は、金属層42に結合されたモールド化合物が存在しないことを除いて、図1の半導体装置と同様で有り得る。このような実装形態では、図3の金属層に示すように、金属層の周縁はダイ44の側面と同一の拡がりを有することができ、又は図4に示すように、金属層42の周縁はダイの側面より内側へ設定されてもよい。
図5を参照し、半導体装置の第5の実装形態の断面図を示す。半導体装置46は、金属層50上に形成された導電層48が存在していることを除いて、図4の半導体装置と同様であってもよい。この層は、様々な実装形態において熱伝導性及び/又は導電性であってもよい。様々な実装形態において、導電層は、第2の金属層であってもよく、非限定的な例として、Ni、SnAg及びNiAuを含む、本明細書に開示するいずれかの金属又は金属合金を含んでもよい。特定の実装形態において、導電層48はバンプ又はパッドであってもよい。導電層、バンプ又はパッドは、金属層50の側面52と同一の拡がりを有しても有さなくてもよい。
図6を参照し、半導体装置の第6の実装形態の断面図を示す。半導体装置54は、金属層60の側壁58に結合されたモールド化合物56が存在することを除いて、図4の半導体装置と同様であってもよい。モールド化合物56は、金属層60の側壁にのみ結合しているため、ダイの最大の面がなす平面に平行な金属層の表面は、モールド層56を介して露出している。
図7を参照し、半導体装置の第7の実装形態の断面図を示す。半導体装置62は、金属層66と金属層上に結合された導電層68との両方の側壁に直接結合されたモールド化合物64が存在することを除いて、図5の半導体装置と同様であってもよい。図7に示す実装形態において、モールド化合物は、導電層68の上になくてもよく、これにより導電層は、モールド化合物64を介して露出し得る。導電層は、図5の導電層と同じか、同様であってもよい。
本開示全体にわたって、用語「の上に(over)」は様々な層及び素子に対して使用される。本用語は、図面において上方又は下方への位置を伝えることを意図されておらず、相対的な外方への位置を伝えることを意図されている。例えば、図7の上(上方)及び下(下方)の方向を用いると、ダイ70の上方に配置された層であれば当該ダイ「の上に」あり、金属層66の下方に配置された層であれば、同様に、当該金属層「の上に」ある。
図8を参照し、半導体装置の様々な実装形態のオン抵抗を示すグラフを示す。図のY軸は、オン抵抗をミリオーム(mΩ)で示している。図のX軸は、シリコンダイの厚さをマイクロメータで示している。バックメタルの厚さを変化させたダイの抵抗を、グラフ上の4つの線によって示す。グラフに示すように、シリコン層の厚さが減少するにつれてオン抵抗が減少するとともに、バックメタルの厚さが増加するにつれても同様である。1番目の星印は、125μm厚のシリコンダイと6μm厚のバックメタル層とを有する第1の半導体装置を表す。第1の半導体装置は2.6mΩのオン抵抗を有する。2番目の星印は、75μm厚のシリコンダイと15μm厚のバックメタル層とを有する第2の半導体装置を表す。第2の半導体装置のオン抵抗は1.9mΩである。3番目の星印は、25μm厚のシリコンンダイと15μm厚のバックメタル層とを有する第3の半導体装置を表す。第3の半導体装置は、1.6mΩのオン抵抗を有する。グラフに示すように、シリコン層の厚さが減少するにつれてオン抵抗が減少するとともに、バックメタルの厚さが増加するにつれても同様である。低いオン抵抗は、急速充電システムを含む多様な用途に半導体装置を用いる上で有益であり得る。更に、ダイの厚さを著しく減少させることによって、半導体パッケージ全体のサイズを減少させることができる。
図9〜図24を参照し、図1〜図7に示す様々な半導体装置を形成する様々な方法を示す。特に図9を参照し、ウエハーの断面図を示す。様々な実装形態において、半導体装置を形成する方法は、第1の側78及び第2の側80を有するウエハー76設けることを含む。様々な実装形態において、ウエハー76はシリコンであってもよい。本開示がシリコン層に言及する場合に、シリコン層を、非限定的な例として、エピタキシャルシリコン層、シリコンオンインシュレータ、ポリシリコン、それらの任意の組み合わせ、又は任意の他のシリコン含有基板材料を含む任意のタイプのシリコン層とし得ることを理解されたい。図9に示すように、ウエハー76は、エピタキシャルシリコン部82を含むことができる。また、様々な実装形態において、非限定的な例として、ガリウム砒素又は金属含有基板などの、シリコン含有基板以外の基板を使用してもよいことを理解されたい。様々な実装形態において、本方法は、ウエハー76内に複数の半導体装置を部分的に/完全に形成することを含むことができる。特定の実装形態において、エピタキシャルシリコン部82内に、非限定的な例として、MOSFET、IGBT又は任意の他のパワー半導体装置を含む複数のパワー半導体装置が、部分的に/完全に形成されてもよい。図9に示す実装形態において、エピタキシャルシリコン部82内に複数のトレンチMOSFET84が部分的に形成されている。ウエハー76内に形成されたパワー半導体装置の部分は、使用時に半導体装置を他のパッケージ部品及び/又は回路に接続することを可能とする配線/ルーティングを含むことができる。このような実装形態において、配線は、アルミニウム、又は本明細書で開示される任意の他の導電材料であってもよい。
様々な実装形態において、半導体装置を形成する方法は、ウエハー76の第1の側78の上に導電層86を形成することを含むことができる。様々な実装形態において、図9に示すように、導電層はパターン化されてもよく、一方で他の実装形態において、導電層はパターン化されていなくてもよい。導電層は、金属又は金属合金であってもよく、このような実装形態では、非限定的な例として、アルミニウム、銅、金、銀、チタン、ニッケル、任意の他の金属及び本明細書に開示されたものを含むこれらのいずれかの組み合わせを含むことができる。
様々な実装形態において、半導体装置を形成する方法は、ウエハー76の第1の側78に結合された複数のコンタクト・パッド88を形成することを含むことができる。図9に示すように、導電層86はコンタクトパッド88をウエハー76から分離してもよい。他の実装形態において、この方法は、コンタクトパッドを直接ウエハーに形成し、半導体装置を形成する工程から導電層を省略することを含むことができる。様々な実装形態において、複数のコンタクトパッド88は、半田トップメタル(STM)を形成してもよく、任意の金属又は金属合金から作製されていてもよい。特定の実装形態において、複数のコンタクトパッドはNiAuであってもよい。このような実装形態において、NiAuコンタクトパッドは、導電性層86又はウエハー76上に無電解メッキによって形成されてもよい。複数のコンタクトパッド88は、ウエハー76のソース側とみなすことができる。
更に図9を参照し、半導体装置を形成する方法は、ウエハー76、導電層86及び/又は複数のコンタクトパッド88にパッシベーション層90を被着させることを含むことができる。パッシベーション層90は、本明細書で既に開示した任意のタイプのパッシベーション層であってもよい。パッシベーション層90は、導電層86を少なくとも部分的に封止してもよい。更に、複数のコンタクトパッド88は、パッシベーション層90を介して露出してもよい。特定の実装形態において、パッシベーション層90は、複数のコンタクトパッド88を最初に覆ってもよく、また複数のコンタクトパッド88は、パッシベーション層をバックグラインド又は化学的機械的研磨(chemical-mechanical-polishing、CMP)することによりパッシベーション層を介して露出してもよい。更に、図9に示すように、パッシベーション層90の表面92は、複数のコンタクトパッド88の露出部分によって形成される平面と同一平面上にあってもよい。パッシベーション90層及び複数のコンタクトパッド88は、非限定的な例として、CMP技術を使用して平坦化されてもよい。
他の実装形態において、半導体パッケージを形成する方法は、導電層86とコンタクトパッド88との間に中間層を形成することを含むことができる。中間層は、電解金属メッキ層であってもよく、特定の実装形態において電解めっき銅であってもよい。中間層は、非限定的な例として、Ni、Au、Pd、Cu及びそれらの任意の組み合わせを含む合金を含むことができる。他の実装形態では、中間層は、導電層86上にスパッタされてもよい。様々な実装形態において、中間層を形成する方法は、中間層内に複数の層を形成することを含むことができる。このような実装形態において、複数の層のうちの1つは、Ti又はCuを含み得るシード層であってもよい。特定の実装形態において、半導体パッケージを形成する方法は、中間層を複数の中間パッドにパターン化することを含むことができる。中間層を形成する方法が中間層内に複数の層を形成することを含む場合、中間層内の各層は、段差を有する側壁を有する中間パッドを形成する変動パターンを有することができる。中間層を形成するプロセス中に、パッド88を形成する材料の形成に続いてシード層をエッチングすることができる。一例として、中間層をパターン化して、コンタクトパッド88に直接結合された複数の中間パッドの第2の部分より断面の幅が小さい導電層に直接結合された第1の部分を有する複数の中間パッドを形成してもよい。中間パッドが形成される実装形態において、パッシベーション層は、中間パッドの側壁を完全に、又は部分的に覆ってもよい。
図10を参照し、図9のウエハーの側断面図を、その内部に凹部を形成した状態に示す。様々な実装形態において、半導体装置を形成する方法は、ウエハー76の第2の側80に凹部94を形成することを含む。凹部94を形成することにより、ウエハー76を薄化することができる。様々な実装形態において、ウエハー76の第2の側80をバックグラインドすることによって凹部94を形成してもよい。このような実装形態において、バックグラインドテープ100は、コンタクトパッドに結合され得る。特定の実装形態において、日本、東京のDISCOにより商標名TAIKOで市販されているプロセスを用いるバックグラインディングによって、凹部94を形成してもよい。当該バックグラインディングは、除去されない材料のリング96(TAIKOリング)を残し、このリング96がプロセス中のウエハーを、巻き、反り又は他の湾曲から保護するのに役立つと同時に、第2の側80の厚さ及び材料、又はウエハー76の裏側の大部分を除去する。半導体装置を形成する方法の他の実装形態において、TAIKOプロセスを用いなくてもよく、ウェットエッチングによって材料を除去するなど、何らかの他のバックグラインディング又は他の材料除去技術を用いてもよい。様々な実装形態において、ウエハー76の薄化部分98を、約25μm厚、約40μm厚、約75μm厚、約75μmより大きい厚さ、約25μm〜約75μmの厚さ、約30μm未満の厚さ、約25μm未満の厚さまで薄化してもよい。
図11を参照し、図10のウエハーの側断面図を、凹部内にマスクを形成した状態に示す。マスクは、非限定的な例として、例えばフォトリソグラフィ法、フィルム付着法、及び凹部内にパターンを形成する他の方法を含む様々なプロセスによって形成され得る。この方法はまた、凹部94内にパターン化されたフォトレジスト層104を形成することを含むことができる。様々な実装形態において、半導体装置を形成する方法は、マスクを形成する前又は後に、凹部94をシード層102で被覆することを含む。シード層102は、金属又は金属合金であってもよい。特定の実装形態において、シード層はTiCu又はTiWCuであってもよい。様々な実装形態において、凹部の内部は、スパッタリングによってシード層102で被覆されてもよい。図12を参照し、図10のウエハーの側断面図を、凹部内に金属層を形成した状態に示す。様々な実装形態において、半導体装置を形成する方法は、凹部94内に金属層106又はバックメタルを形成することを含むことができる。金属層106は、銅、アルミニウム、金、銀、ニッケル、チタン、任意の他の金属及びそれらの任意の組み合わせを含むことができる。凹部94内でウエハー76に結合されたシード層102を備える実装形態において、金属層106はシード層102を介してウエハー76に結合されてもよい。金属層は、いくつかの実装形態において、銅めっき又は他の金属めっきプロセスによって被着されてもよい。他の実装形態において、金属層は、スパッタリング又は蒸着プロセスを用いて被着されてもよい。
様々な実装形態において、金属層106は同一又は異なる金属の複数の層を含んでもよく、一方で他の実装形態において、金属層は金属の単一層のみを含んでもよい。様々な実装形態において、金属層106は、約10μm厚、約25μm厚、約40μm厚、約10μm未満の厚さ、約10〜40μmの厚さ、及び約200μm厚までの厚さを含む40μm より大きい厚さであってもよい。ウエハー76の薄化部分98と比較して、様々な実装形態では、ウエハーの薄化部分の厚さは金属層106の厚さの約4倍以下である。さらなる特定の実装形態において、ウエハー76の薄化部分98の厚さは、実質的に、金属層106の厚さの3倍、金属層の厚さの2.5倍、金属層の厚さの2倍、又は金属層106と略同じ厚さであってもよい。他の実装形態において、ウエハー76の薄化部分98の厚さは、金属層106の厚さの約4倍より大きくてもよく、金属層106の厚さ未満であってもよい。
特定の実装形態において、図12に示すように、この方法は金属層106をパターン化する、又は金属層106内に開口部108を形成することを含むことができる。図11のフォトレジスト層104を用いて、金属層106の開口部108又はパターンを形成することができる。フォトレジスト層104とシード層102の部分とは、金属層106を凹部94内に形成した後に剥離されてもよい。様々な実装形態において、金属層106は、ウエハーを個片化する時点になったときにウエハー76(結果的には個片化されたダイ)のチッピングを低減し得るダイシングストリートを含まなくてもよい。
図13を参照し、図12のウエハーの断面図を、金属層の上にモールド化合物を形成した状態に示す。半導体装置を形成する方法は、凹部94内でモールド化合物112を金属層106に結合することを含むことができる。モールド化合物112は、金属層106の酸化を防止するためと、更には金属層を物理的損傷から保護するために被着され得る。様々な実装形態において、図13に示すように、モールド化合物112は金属層106上に直接結合されてもよい。金属層106がパターン化される実装形態において、モールド化合部112は、金属層106内の開口部108内にあってもよい。様々な実装形態において、モールド化合物112は実質的に一定の厚さを有することができ、したがって開口部108はモールド化合物112で完全には充填されない。モールド化合物112は、非限定的な例として、液体分注技術、転写成形技術、プリンタ成形技術、圧縮成形技術又は貼り合わせ技術を用いて金属層106に被着されてもよい。様々な実装形態において、モールド化合物112は、非限定的な例として、エポキシモールド化合物、アクリル系モールド化合物又は任意の他のタイプのモールド化合物又は保護被覆であってもよい。
図14を参照し、図13のウエハーの側断面図を、ウエハーのリングの一部を除去した状態に示す。様々な実装形態において、半導体装置を形成する方法は、リング96の一部を除去することを含むことができる。特定の実装形態において、リング96をバックグラインドすることによって、リング96の当該一部を除去してもよい。他の実装形態において、リングは、ウエハーのエッジの周りでリングを円形に切断するなど、他の除去技術又は方法を使用して少なくとも部分的に除去されてもよい。様々な実装形態において、リング96すなわちウエハー76の表面114がモールド化合物112の表面116と同一平面上にあるように、リング96の十分な除去が行われる。他の実装形態において、リング部分を部分的に除去してもよいが、リング96の表面114がモールド化合物112の表面116と面一になるほどには除去しない。様々な実装形態において、この方法は、ウエハー76のソース側からバックグラインドテープ90を除去し、図14に示すように新しいバックグラインド/シンギュレーションテープ118をコンタクトパッドに貼り付けることを含むことができる。
図15を参照し、図14のウエハーの側断面図を、モールド化合物に貼り付けたテープによって回転させた状態に示す。半導体装置を形成する方法は、ウエハー76の裏面又はモールド化合物112にテープを貼り付けることを含むことができる。様々な実装形態において、図15に示すように、ウエハー76を、図14に示すようにバックグラインド/シンギュレーションテープ118から除去してもよく、図15に示すように、当該ウエハーを、ウエハーの裏面及び/又はモールド化合物112をバックグラインドテープに再度貼り付けて(又は最初にシンギュレーション用に切断テープを貼り付けて)118、回転させてもよい。
図16を参照し、図15のウエハーの側断面図を示す。半導体装置を形成する方法は、ウエハー76を複数の半導体装置120に個片化することを含む。ウエハー76は、非限定的な例として、ブレードダイシング、レーザダイシング、ウォータージェット切断、エッチング又は任意の他のシンギュレーション方法によって個片化されてもよい。図16に示すように、半導体装置120の各々は、図1に示す半導体装置2と同じである。
図17〜図18を参照し、図1の半導体装置を形成する代替方法を示す。特に図17を参照し、図13のウエハーの側断面図を、モールド化合物にテープを貼り付けた状態に示す。図17は、図14に示すようにリング96をバックグラインドするのではなく、この方法がモールド化合物112とウエハー76のリング96とにテープ122を貼り付けることを含むことができることを示す。リング96は、次いで、カット124によって示すように、パッシベーション層90、ウエハー76及びモールド化合物112を貫いて切断することにより、金属層から除去されてもよい。図18を参照し、シンギュレーション後の、図17のウエハーの側断面図を示す。この方法は、ウエハー76を複数の半導体装置126に個片化することを含むことができる。ウエハーは、本明細書に開示される任意のシンギュレーション方法を使用して個片化されてもよい。図18に示す複数の半導体装置126は、図1に示す半導体装置2と同じであってもよい。
図19を参照し、図12のウエハーの側断面図を、凹部にモールド化合物を充填した状態に示す。図19は、半導体装置を形成する代替方法を示す。図19に示す方法は、図13に示すように金属層106を被覆する保護被膜の長さにわたって安定した厚さを有するモールド化合物112を形成するのではなく、凹部94をモールド化合物128で完全に充填することを含むことができる。モールド化合物128は、本明細書に開示された任意の技術を用いて凹部に被着されてもよく、本明細書に開示されている任意のタイプのモールド化合物又は他の保護被覆であってもよい。図19に示すように、モールド化合物128の外表面130は、図13とは対照的に、パターン化された金属層106の輪郭に追従しない均一な表面を有しており、これによりモールド化合物128の厚さは変化し得る。換言すると、モールド化合物128は、金属層106内の開口部108を完全に充填することができる。モールド化合物128は、チップ強度を増大させることができ、ウエハー76の薄化部分98が約30μm未満の厚さである場合の実装形態において特に有益であり得る。
他の実装形態において、凹部94をモールド化合物128で完全に充填するのではなく、モールド化合物が凹部を部分的にのみ充填してもよい。このような実装形態において、モールド化合物128の外面130は、パターン化された金属層106の輪郭に追従しない均一な表面をやはり有するが、外面130は、リング96の端部と同一平面上になくてよい。
更に図19を参照し、様々な実装形態において、半導体装置を形成する方法は、リング96、モールド化合物128又は当該リングとモールド化合物との両方をバックグラインドすることを含むことができる。次に、本明細書に既に開示した任意のシンギュレーション方法を用いて、ウエハー76を複数の半導体装置に個片化することができる。複数の個片化された半導体装置は、図2に示す半導体装置26と同じであってもよい。モールド化合物128が金属層106内の開口部108を完全に充填するため、図2に示すように、個片化された半導体装置は、段差を有しない側壁30を備えたモールド化合物28を有し得る。
図20を参照し、図10のウエハーの側断面図を、凹部内にパターン化されない金属層を形成した状態に示す。図20は、半導体装置を形成する代替方法を提供する。この方法は、図11〜図12に示すようにパターン化された金属層106を形成するのではなく、ウエハー76に結合された固体金属層132を形成することを含むことができる。様々な実装形態において、シード層102は、金属層132とウエハー76との間にあってもよい。この方法は、モールド化合物134であってもよい保護被膜で金属層132を被覆することを含むことができる。モールド化合物134は、凹部94を部分的に充填してもよく、一方で他の実施形態では、凹部94を完全に充填してもよい。様々な実装形態において、半導体装置を形成する方法は、リング96、モールド化合物134又は当該リングとモールド化合物との両方をバックグラインドすることを含むことができる。次に、本明細書に既に開示した任意のシンギュレーション方法を用いて、ウエハー76を複数の半導体装置に個片化することができる。複数の個片化された半導体装置は、図3に示す半導体装置32と同じであってもよい。この方法は、金属層132をパターン化しないことによって、図11〜図12に示す方法と比較して潜在的にコストを節減し得る。
他の実装形態において、半導体装置を形成する方法は、金属層132をモールド化合物134で被覆するのではなく、金属層132に導電層を形成することを含むことができる。導電層は、Ni、NiAu、SnAgを含む、本明細書で開示される任意のタイプの導電性層であってもよい。様々な実装形態において、この方法は、金属層上に導電層をめっきすることを含み得、一方で他の実装形態において、導電層は、スパッタリング、蒸着又は他の堆積技術によって金属層に被着される。半導体装置を形成する方法は、リング96をバックグラインドすることを含むことができる。次に、本明細書に既に開示した任意のシンギュレーション方法を用いて、ウエハー76を複数の半導体装置に個片化することができる。複数の個片化された半導体装置は、図3に示す半導体装置32と類似していてもよく、金属層の上のモールド化合物に代えて、金属層の上に導電層を有する点が異なる。
図21を参照し、図12のウエハーの側断面図を、ウエハーのリングの一部を除去した状態に示す。図21は、半導体装置を形成する代替方法を示す。この方法は、図13及び図19に示すように金属層106の上にモールド化合物を形成するのではなく、任意の種類のモールド化合物又は保護被覆を用いて金属層106を被覆しないことを含むことができる。様々な実装形態において、半導体装置を形成する方法は、リング96をバックグラインドすることを含むことができる。次に、本明細書に既に開示した任意のシンギュレーション方法を用いて、ウエハー76を複数の半導体装置に個片化することができる。複数の個片化された半導体装置は、図4に示す半導体装置40と同じであってもよい。
図22を参照し、図21のウエハーの側断面図を、金属層の上にバンプを形成した状態に示す。図22は、半導体装置を形成する代替方法を示す。この方法は、図21に示すように金属層106を被覆しないままとせずに、金属層106の上に複数のバンプ/パッド136を形成することを含むことができる。様々な実装形態において、複数のバンプ136は、金属層106の上の第2の金属層とみなすことができる。複数のバンプ136は、本明細書に開示される任意のタイプの材料であってよい。様々な実装形態において、半導体装置を形成する方法は、リング96をバックグラインドすることを含むことができる。次に、本明細書に既に開示した任意のシンギュレーション方法を用いて、ウエハー76を複数の半導体装置に個片化することができる。複数の個片化された半導体装置は、図5に示す半導体装置46と同じであってもよい。
図23を参照し、図21のウエハーの側断面図を、金属層内の開口部間にモールド化合物を形成した状態に示す。図23は、半導体装置を形成する代替方法を示す。図23に示す方法は、図21に示すものとは対照的に、金属層106の開口部108内にモールド化合物138を結合し、モールド化合物138を介して露出した金属層を残すことを含む。モールド化合物138の外表面は、金属層106の外表面と同一平面又は実質的に同一平面上にあってもよい。様々な実装形態において、モールド化合物138は、図19に示すように最初に金属層106を覆ってもよく、次いで、モールド化合物138を介して金属層106を露出させるようにバックグラインドされてもよい。様々な実装形態において、半導体装置を形成する方法は、リング96、モールド化合物138又は当該リングとモールド化合物との両方をバックグラインドすることを含むことができる。次に、本明細書に既に開示した任意のシンギュレーション方法を用いて、ウエハー76を複数の半導体装置に個片化することができる。複数の個片化された半導体装置は、図6に示す半導体装置54と同じであってもよい。
図24を参照し、図22のウエハーの側断面図を、金属層内の開口部間にモールド化合物を形成した状態に示す。図24は、半導体装置を形成する代替方法を示す。図24に示す方法は、図22に示すものとは対照的に、金属層106の開口部108内にモールド化合物140を結合する一方で、モールド化合物140を介して露出した、複数のバンプ136又は第2の金属層を残すことを含む。モールド化合物140の外表面は、複数の金属層136の外表面と同一平面上にあってもよい。様々な実装形態において、モールド化合物140は、最初に複数のバンプ136を覆ってもよいが、次いで、モールド化合物140を介して複数のバンプを露出させるようにバックグラインドされてもよい。様々な実装形態において、半導体装置を形成する方法は、リング96、モールド化合物140又は当該リングとモールド化合物との両方をバックグラインドすることを含むことができる。次に、本明細書に既に開示した任意のシンギュレーション方法を用いて、ウエハー76を複数の半導体装置に個片化することができる。複数の個片化された半導体装置は、図7に示す半導体装置62と同じであってもよい。
図25A〜25Bを参照し、裏面保護(backside protection、BSP)層を被着させたウエハーを個片化する工程を示す。図25A〜図25Bに示す方法を、本明細書に既に開示した任意の方法に組み込んでもよい。図25Aに示すように、ウエハー142は、金属層144に結合されてもよい。様々な実装形態において、金属層はBSP層146に結合されてもよい。様々な実装形態において、BSP層は、エポキシ樹脂を含むテープであってもよく、ガラス充填材を含んでもよい。特定の実装形態において、BSP層は、日本、東京のLINTEC社により商標名ADWILL(登録商標)の下に市販されているウエハー裏面被覆テープであってもよい。BSP層は、ウエハーのシンギュレーション中にウエハーを保持するように使用されるテープ148に結合されてもよい。
図25Bは、半導体装置150を形成するために個片化された後の、ウエハー142、金属層144及びBSP層146を示す。図25Bに示すように、ウエハー、金属層及びBSPが個片化された場合の側壁152は清浄なカットを形成し、変動する層が、テープ148を含む、隣接する層内に延在しないことを意味する。図26A〜図26Bとは対照的に、BSP層を被着させないウエハーを個片化する工程を示す。図26Aは、シンギュレーション中にウエハーを保持するように使用されるテープ158に直接結合された金属層156に結合されたウエハー154を示す。半導体装置160に個片化された図26Aのウエハー及び金属層を図示する図26Bに示すように、金属層156をダイシングすることから生じた材料162のバリは、テープ158内へ延在し得る。様々な実装形態において、非BSPテープに直接結合された金属層を個片化することは、ダイピッキング操作中にテープ158からの半導体装置160の除去を阻害し得るバリ162と同様のバリを生じ得る。
本明細書で開示される半導体装置の様々な実装形態において、ダイは30マイクロメートル未満の厚さであってもよい。
他の実装形態において、ダイは、金属層の厚さと実質的に同じ厚さである。
モールド化合物は、様々な実装形態における装置の金属層に直接結合され得る。
モールド化合物は、様々な実装形態における装置の金属層の上に直接結合され得る。
本明細書に開示されるものと同様の半導体装置を形成する方法の様々な実装形態において、方法は、コンタクトパッドとウエハーの第1の側との間に導電層を形成することを含んでもよい。
様々な方法の実装形態において、金属層の層さはウエハーの厚さと実質的に同じである。
様々な方法の実装形態において、金属層の層さはウエハーの厚さの実質的に3倍である。
方法の様々な実装形態において、モールド化合物は金属層を封止してもよい。
様々な方法の実装形態において、方法は、凹部をシード層で被覆することを更に含む。
様々な方法の実装形態において、方法は、金属層の上に複数のバンプを形成することを含む。
様々な方法の実装形態において、方法は、ウエハーを個片化する前に、金属層、モールド化合物又は複数のバンプを裏面保護層に結合することを含むことができる。
様々な方法の実装形態において、モールド化合物は、凹部内の金属層に結合され得る。いくつかの実装形態において、金属層は、モールド化合物を介して露出してもよい。いくつかの実装形態において、モールド化合物は、金属層の上に直接結合されてもよい。
様々な方法の実装形態において、方法は、ウエハーの一部を、当該ウエハーの一部がモールド化合物の一部によって形成される平面と同一平面上になるまでバックグラインドすることを含むことはできる。
様々な方法の実装形態において、方法は、金属層の上に第2の金属層を結合することを含むことができる。
以上の説明が半導体装置の特定の実装形態及び実装構成部品、サブ構成部品、方法及びサブ方法に言及する箇所では、それらの趣旨から逸脱することなくいくつかの修正がなされてもよいこと、及びこれらの実装形態、実装構成部品、サブ構成部品の、方法及びサブ方法が他の半導体装置に適用されてもよいことがすぐに分かるであろう。

Claims (5)

  1. 第1の側及び第2の側を含むダイと、
    前記ダイの前記第1の側に結合されたコンタクトパッドと、
    前記ダイの前記第2の側に結合された金属層と、を備え、
    前記ダイの厚さが前記金属層の厚さの4倍以下である、半導体装置。
  2. 第1の側及び第2の側を含むダイと、
    前記ダイの前記第1の側に結合されたコンタクトパッドと、
    前記ダイの前記第2の側に結合された金属層と、
    前記金属層に直接結合されたモールド化合物と、を備え、
    前記ダイの厚さが30マイクロメートル未満である、半導体装置。
  3. 半導体装置を形成する方法であって、
    ウエハーの第1の側に結合された複数のコンタクトパッドを形成することと、
    前記ウエハーをバックグラインドすることによって、前記ウエハーの前記第1の側の反対側にある前記ウエハーの第2の側に凹部を形成することと、
    前記凹部内に金属層を形成することと、
    前記凹部内の前記金属層をパターン化することと、
    前記ウエハーを複数の半導体装置に個片化することと、を含む、方法。
  4. 前記凹部を形成することによって前記ウエハーを薄化ことを更に含み、前記ウエハーの一部が30マイクロメートル未満に薄化される、請求項3に記載の方法。
  5. 半導体装置を形成する方法であって、
    ウエハーの第1の側に結合された複数のコンタクトパッドを形成することと、
    前記第1の側の反対側にある前記ウエハーの第2の側に、前記ウエハーの前記第2の側をバックグラインドすることによって凹部を形成することと、
    前記凹部内に金属層を形成することと、
    前記金属層内に複数の開口部を形成することと、
    前記金属層の前記開口部内にモールド化合物を形成することと、
    前記ウエハーを複数の半導体装置に個片化することと、を含む、方法。
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