JP5119361B2 - チップの製造のための方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体サブストレートを用いてチップを製造するための方法であって、サブストレートの表面層に少なくとも１つのダイヤフラムを形成し、該ダイヤフラム（ダイヤフラム領域）は空洞上に張設されており、チップの機能をダイヤフラム内に組み込み、チップの分離のために、ダイヤフラムをサブストレート結合部で分離するようになっている形式のものに関する。

半導体チップを形成若しくは分離するための前記形式の方法は、独国特許出願公開第１０３５００３６Ａ１号明細書に記載されている。公知の方法においては、サーフェイスマイクロメカニックプロセスを用いて、ダイヤフラム領域を半導体サブストレートの表面に形成するようになっており、ダイヤフラム領域は空洞上に張設され、つまり空洞を介在して形成若しくは生成されていて、専ら支持部を介してダイヤフラム領域の下方に位置するサブストレート若しくはウエハーと結合されている。半導体サブストレートの表面は、ダイヤフラム領域の形成の後に、各ダイヤフラム領域への所望のチップ機能の組み込みのために、更に処理されるようになっている。チップの個別化若しくは分離は第２の工程で行われる。第１の工程では、チップは側部をサブストレートから結合部で離される。このために、エッチング溝を形成するようになっており、エッチング溝は、ダイヤフラム領域の下方の空洞に通じるようになっている。第２の工程においてようやく、チップは、チップの下方に位置するサブストレートから、支持部を機械的な係合手段（例えばピックアンドプレース式装着手段）により裂断することに基づき分離される。鋸挽き分離プロセスとは異なり、チップは、順次に分離されるのではなく、並列的に、しかも水の作用を受けることなしに、かつチップパターンに付着してしまうような汚れ粒子の発生なしに、分離されるようになっている。従って、独国特許出願公開第１０３５００３６Ａ１号明細書により公知の方法は、任意の形状の極めて薄いチップの製造のためにも適している。

本発明の課題は、独国特許出願公開第１０３５００３６Ａ１号明細書に記載の方法から出発して、チップの背面の金属被覆を簡単に実施できるようにすることである。

前記課題を解決するために、本発明により、チップ背面は、サブストレート結合部におけるチップの分離の前に、金属めっきプロセスにより金属被覆されるようになっている。

本発明により明らかであるように、金属めっきプロセスは、チップ製造において表面の金属被覆のためにも用いられるものであり、特にパターン形成された表面の被覆のために有利に適している。このような被覆は、金属めっきプロセスにより、伝導性の全ての表面に金属析出を行うことができ、つまり、マイクロメカニック法に用いられる半導体材料にも金属析出を行うことができることを利用している。

本発明に係る方法は、チップ製造技術で一般的に用いられる金属被覆法、例えばスパッターリング法に比べて種々の点で優れている。優れている点として、背面金属被覆を施すための本発明に基づく金属めっきプロセスは、既に分離されたチップにおける煩雑な正面処理を不要にしている。一般的に用いられる金属被覆法とは異なり、半導体サブストレートは、半導体サブストレートのダイヤフラム若しくはダイヤフラム領域にチップ機能を形成する、つまり組み込むため又は付与するために、それも、チップの分離の前に、適切なめっき槽内に簡単に浸漬されるだけである。

チップには一般的に電気的な回路要素も含まれているという事実を考慮して、本発明に係る方法の有利な形態では、無電解めっき若しくは化学めっきを用いるようになっている。このような構成により、ニッケルと金とから成る層（ニッケル・金・合金層）若しくはニッケルとパラジウムと金とから成る層（ニッケル・パラジウム・金・合金層）を有利に形成することができ、このような層は、通常用いられる半導体材料に対して極めて高い付着特性を有し、かつ耐圧性に著しく優れているものである。

本発明に係る方法の有利な形態によれば、半導体サブストレート、特にチップ背面が金属めっきプロセス中に不都合にドーピングされるのを避けるために、金属めっきの前に、チップ背面に拡散障壁層を所定のパターンで析出するようになっている。このような拡散障壁のための層材料としては、ＣｒやＴｉ、或いはＴｉ／ＴｉＮも用いられ、Ｃｒから成る層、つまりＣｒ層、若しくはＴｉから成る層、つまりＴｉ層、或いはＴｉ／ＴｉＮから成る層、つまりＴｉ／ＴｉＮ層が形成される。拡散障壁のための層材料は、簡単な形態では、ＣＶＤ法を用いて半導体サブストレートのパターン形成された表面に析出されるようになっており、これにより、空洞内の壁面、ひいてはチップ背面も被覆されることになる。このような被覆により形成された拡散障壁層は、一般的に続いてパターン形成され、つまり、チップ正面からは完全に除去されるのに対して、ダイヤフラムの下方の空洞の壁面、ひいてはチップ背面においては残されたままにされる。

本発明により用いられる金属めっきにおいては、チップ背面のみが金属被覆されるのではなく、自由にアクセス可能な伝導性の全ての表面が金属被覆されるので、チップ正面は、該チップ正面をほとんど金属被覆しないか若しくは部分的にしか金属被覆しない場合には、金属めっきの前に、適切な不動態層を備えていなければならない。本発明に係る方法の形態によれば、金属めっきプロセスの前にチップ表面に不動態層を形成するようになっている。

原理的には、チップ・出発材料若しくはチップ・素材として用いられるダイヤフラムは、任意の方法を用いてサブストレート背面に形成され、つまり、サブストレート背面から出発してバルクマイクロメカニック法によっても形成される。しかしながら、特に、極めて薄いチップの製造のためには、ダイヤフラムは、サーフェイスマイクロメカニック法若しくは表面マイクロメカニック法を用いることにより有利に形成される。サーフェイスマイクロメカニック法においては、半導体プロセス、例えばエピタキシャル技術により、確実に単結晶で所定の厚さのチップが形成される。

ダイヤフラムを、サーフェイスマイクロメカニック法により成形した場合には、ダイヤフラムの下方の空洞への、本発明に基づく金属めっきのために必要なアクセス通路も、有利にサブストレート正面（若しくはサブストレート前面）から、ダイヤフラムをチップの縁部領域で開く、つまり開口することにより形成される。サブストレート正面におけるこのようなパターン形成（アクセス通路形成若しくは開口部形成）は、有利には個別化工程若しくは分離工程の過程で、例えばトレンチングプロセス若しくは溝掘り加工により行われる。

空洞上にダイヤフラムを形成する際に、つまり空洞を介在してダイヤフラムを形成する際に、特に有利には、少なくとも１つの支持部を形成してあり、支持部によりダイヤフラムと空洞底部とを結合してある。この種の１つ若しくは複数の支持部の適切な配置により、チップの後続のプロセス、特にリソグラフィプロセスに際して不都合になるようなダイヤフラムたわみが避けられるようになっている。更に、支持部は、ダイヤフラムがチップ処理の枠内で後から施される層により撓められてしまうようなことも防止するようになっている。その結果として、後続のめっきによりチップ背面に確実に均一な金属被覆を形成することができる。

サブストレート表面に複数のダイヤフラム領域が形成された第１の半導体サブストレートの、図１ｂの断面線Ｂ−Ｂに沿った概略的な断面図である。 前記第１の半導体サブストレートの、図１ａの断面線Ａ−Ａに沿った断面図である。 チップの分離のためのトレンチプロセスの後の前記第１の半導体サブストレートの概略的な断面図である。 本発明に係る金属めっきの後の前記第１の半導体サブストレートの概略的な断面図である。 １つのチップを取り除いた後の前記第１の半導体サブストレートの概略的な断面図である。 分離されて支持体上に装着される状態のチップの概略的な断面図である。 サブストレート表面に複数のダイヤフラム領域が形成され、次いでチップの分離のためのトレンチングプロセスが行われた後の第２の半導体サブストレートの、図６ｂの断面線Ｄ−Ｄに沿った概略的な断面図である。 前記第２の半導体サブストレートの、図６ａの断面線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。

図１ａ及び図１ｂに示す半導体サブストレート１０の表面層には、サーフェイスマイクロメカニック法を用いて、複数のダイヤフラム領域１１，１２を形成してある。各ダイヤフラム領域１１，１２は、各空洞１３上に張設されていて、つまり、各空洞を介在して形成されていて、５つの支持部１４を介して空洞底部に結合されており、このことは、図１ａの断面図から明瞭に見て取れるのに対して、図１ｂは、ダイヤフラム領域１１，１２内における支持部１４の配置を示している。支持部１４は、ダイヤフラム領域１１，１２を支持して安定化させるものである。支持部１４は、ダイヤフラム領域１１，１２が、該ダイヤフラム領域１１，１２にチップの機能を組み込むための後続の半導体プロセス中に、十分に平らに保たれるように、構成されている。支持部の形状、数量及び位置は、任意に規定され、有利にはダイヤフラム領域の大きさ及び形状に適合されている。支持部を成す支柱の直径若しくは壁又は支持壁の厚さは、有利には最大でダイヤフラムの厚さのサイズである。

図示の実施の形態は、著しく薄いチップの製造に関するものである。このために、プリント配線路及びボンドパッドを含む半導体回路２０は、ダイヤフラム領域１１，１２のサブストレート表面に直接に拡散成形されていて、かつ不動態層２１を用いて保護されている。完成したチップ１，２を分離若しくは個別化するために、ダイヤフラム領域１１，１２は、図２に示してあるように、まず該ダイヤフラム領域の側方（水平方向）の結合部を分離される。このために、ダイヤフラム領域１１，１２の縁部にトレンチ溝１５を形成し、トレンチ溝１５は、ダイヤフラム領域１１，１２の下方の空洞１３に達していて、空洞３へのアクセス開口部を成している。トレンチ溝１５の形成の後には、個別のチップ１，２は、支持部１４を介してのみサブストレート１０と結合されている。チップ１，２間の側方の分離のためには、原理的には他の方法も用いられるものの、トレンチングプロセスを用いることにより、種々のチップ形状のもの、特に六角形や円形のものの分離が簡単に行われるようになっている。

分離若しくは個別化のためのトレンチング工程に用いられるマスクは、金属性のボンドパッドを含むチップ面全体を被うようになっている。マスクを取り除くと、後続の金属めっき若しくは無電解めっき或いは電気めっきに際して、金属性のボンドパッド上にもめっきによる析出が行われる。マスクをチップ上に被せたままにしておくと、ボンドパッド上には金属は析出されない。

チップ上にマスクを被せた状態で、半導体サブストレート１０全体に、金属めっきプロセス若しくは無電解めっきプロセスが実施される。これにより、電気伝導性で自由にアクセス可能な全ての表面が金属被覆される。該めっきの前に、拡散障壁が析出によりパターン形成される。このような構成により、トレンチ溝１５の側壁並びに空洞壁に、ひいてはチップ背面及びチップ縁部に、図３に示してあるように、金属被覆３０が形成される。

金属被覆の形成の後にようやく、各チップ１，２が、図４に示してあるように、サブストレート１０から分離される。支持部１４の裂断は、工具４０の振動運動によって、例えばｘ方向、ｙ方向若しくはｚ方向の超音波振動によって、若しくはねじり振動によって促進される。

図５には、背面金属被覆されて分離されたチップ１を工具４０により支持体５０上に実装する実施形態が示されている。基板とも称される支持体５０は、セラミックプレート若しくはＬＣＰプレートであってよく、パターニング（パターン形成）された金属被覆を備えており、金属被覆により、一方においてチップ１のための実装面５１が形成され、かつ他方においてプリント回路若しくは基板配線路５２が形成されている。チップ１は、はんだ付けプロセスに際して、例えばリフローはんだ付けに際して、実装面５１上に組み付けられ、つまり装着されて、支持体５０に固着される。背面の金属被覆３０、はんだ付けプロセスの際に形成される接続はんだ層５３、及び実装面５１の金属被覆は、支持体５０へのチップ１の優れた熱接続を保証している。支持体５０は、ヒートシンクとしても用いられてよいものである。このために、支持体５０は有利には、熱伝導性の高い材料から形成されている。熱排出を高めるために、支持体は冷却されるようになっていてもよい。

図６ａ及び図６ｂに示されている半導体の表面層には、サーフェイスマイクロメカニック法により正方形のダイヤフラム領域６１，６２を形成してあり、該ダイヤフラム領域はそれぞれ１つの空洞６３上に張設されている。次いで、ダイヤフラム領域６１，６２に所望のチップ機能が形成される。チップ機能の形成の後に、チップ１，２は、トレンチプロセスによりチップの側方の結合部を分離されるようになっている。図示の実施形態において残されている側方のウエブ６４は、ダイヤフラム角隅に配置されているものの、ダイヤフラムの縁（方形の辺）の領域に、有利には縁の中央に設けられてよいものである。ウエブ６４を介して、チップ１，２は、トレンチングプロセスの後にも、まだサブストレート６０に連結されている。このような状態でようやく、チップ背面の金属被覆が金属めっきプロセスにより行われ、金属めっきプロセスに際して、めっき溶液が、トレンチ溝６５を経て空洞６３内に入り込むようになっている。チップ背面の金属被覆の後にようやく、チップ１，２は、側方のウエブ６４を裂断するための機械的な作用により、サブストレート６０から離されるようになっている。ウエブ６４は、機械的な作用による裂断過程を容易にするために、目標破断部、例えば穿孔若しくはパーフォレーションを備えて形成されていてよいものである。

本発明に係る方法は、背面に良好な熱排出のための金属被覆を備えかつ１〜１００μｍの所定の厚さを有する極めて薄いチップの製造を可能にしている。極めて薄いこのようなチップは、背面金属被覆に基づきはんだ付け可能であり、従って、支持体に熱的に良好に接続され、つまり良好に熱伝達可能に装着されるようになっている。この種の極めて薄いチップは、高圧及び中圧センサーとして、ダイヤフラムを備える鋼製ベース部材に有利に取り付けられるようになっているものである。鋼の高い熱膨張係数は、一般的に膨張係数の著しく小さい半導体チップを薄くすることを強いることになる。チップを極めて薄く成形すると、該チップは、温度変化に際して破損されることなく、かつ固定層を破損することなく、弾性的に変形できるようになっている。この種の薄いチップを用いることにより、圧力センサーの他に、例えば種々の鋼製要素の機械的応力の測定可能な力センサー、ねじりセンサー若しくはトルクセンサーを形成することができる。

更に本発明に係る方法により、チップを任意の幾何学形状で簡単に形成することができる。チップの分離若しくは個別化は、水の作用を用いることなく、かつ鋸挽きプロセスの場合のように粒子を発生させることなく、行われるようになっている。更に、本発明に係る方法のための素材として用いられる半導体サブストレートは、金属めっきプロセスに際して生じた金属層を除去することにより、再び使用されるものである。

１０ 半導体サブストレート、 １１，１２ ダイヤフラム領域、 １３ 空洞、 １４ 支持部、 １５ トレンチ溝、 ２０ 半導体回路、 ２１ 不動態層、 ３０ 金属被覆、 ４０ 工具、 ５０ 支持体、 ５１ 実装面、 ５２ 基板配線路、 ５３ 接続はんだ層、 ６０ サブストレート、 ６１，６２ ダイヤフラム領域、 ６３ 空洞、 ６４ ウエブ、 ６５ トレンチ溝

Claims (10)

1. 半導体サブストレート（１０）を用いてチップ（１，２）を製造するための方法であって、
   − 前記サブストレート（１０）の表面層に少なくとも１つのダイヤフラム（１１，１２）を形成し、該ダイヤフラムは空洞（１３）上に張設されており、
   − 前記チップ（１，２）の機能を前記ダイヤフラム（１１，１２）内に組み込み、
   − 前記チップ（１，２）の分離のために、前記ダイヤフラム（１１，１２）をサブストレート結合部で分離するようになっている形式のものにおいて、
   チップ背面を、前記サブストレート結合部からの前記チップ（１，２）の分離の前に、金属めっきプロセスにより金属被覆することを特徴とする、チップの製造のための方法。
2. 金属めっきの前にチップ背面に拡散障壁層を析出により形成する請求項１に記載の方法。
3. 金属めっきプロセスの前にチップ表面に不動態層（２１）を形成する請求項１又は２に記載の方法。
4. ダイヤフラム（１１，１２）をサーフェイスマイクロメカニック法により形成する請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. ダイヤフラム（１１，１２）の下方の空洞（１３）へのアクセス、ひいてはチップ背面へのアクセスを可能にするために、ダイヤフラム（１１，１２）の縁部領域を開放する請求項４に記載の方法。
6. 空洞（１３）上にダイヤフラム（１１，１２）を形成する際に、ダイヤフラム（１１，１２）と空洞の空洞底部との間の結合のための少なくとも１つの支持部（１４）を形成する請求項４又は５に記載の方法。
7. チップ背面を、無電解めっきプロセスにより金属被覆することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. ニッケルと金とから成る層（３０）若しくはニッケルとパラジウムと金とから成る層をチップ背面に形成する請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 拡散障壁層をＣＶＤ法により形成し、かつチップ正面にパターンを形成する請求項２に記載の方法。
10. 拡散障壁層としてＣｒ層、Ｔｉ層若しくはＴｉ／ＴｉＮ層を用いる請求項２又は９に記載の方法。

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