半导体元件的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种半导体元件的制造方法，其能够以优异的生产效率制造具有贯通导电路径的半导体元件。本发明的制造方法包括：[工序A]，准备半导体晶圆，所述半导体晶圆具有形成有多个半导体元件的有源面、在与该有源面相反侧的面上形成的规定的图案的导电层、以及连接该有源面和其相反侧的面的贯通导电路径；[工序B]，在该导电层上形成焊料凸块；以及[工序C]，切割该半导体晶圆，其中，该[工序A]包括在具有形成有多个半导体元件的有源面的半导体晶圆的该有源面侧贴附有保护带的状态下，对与该有源面相反侧的面进行磨削的步骤，从该磨削起至[工序C]的切割为止在贴附该保护带的状态下进行。
【专利说明】半导体元件的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体元件的制造方法。
【背景技术】
[0002]迄今为止，以通过切割切取之前的晶圆水准进行半导体元件的制造。近年来，从元件的小型化、高密度化等观点出发，提出了在形成有多个半导体元件的半导体晶圆上形成连接有源面(形成有元件一侧的面)和其相反侧的面(以后有时也称为“背面”)的贯通导电路径，并且在该背面上形成焊料凸块的方案(例如专利文献I)。
[0003]现有技术文献_4] 专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2012-59832号公报
【发明内容】
_6] 发明要解决的问题
[0007]在上述具有贯通导电路径的半导体元件的制造中，通过将半导体晶圆磨削薄可以容易地进行贯通导电路径的形成。然而，使半导体晶圆变薄时，强度会降低，因此其后的工序的处理会变得困难，有时导致生产效率的降低。所以，本发明的目的在于提供一种可以以优异的生产效率制造具有贯通导电路径的半导体元件的方法。
[0008]用于解决问题的方案
[0009]本发明的制造方法包括:
[0010][工序A]，准备半导体晶圆，所述半导体晶圆具有形成有多个半导体元件的有源面、在与该有源面相反侧的面上形成的规定的图案的导电层、以及连接该有源面和其相反侧的面的贯通导电路径；
[0011][工序B]，在该导电层上形成焊料凸块；以及
[0012][工序C]，切割该半导体晶圆，其中，
[0013]该[工序A]包括在具有形成有多个半导体元件的有源面的半导体晶圆的该有源面侧贴附有保护带的状态下，对与该有源面相反侧的面进行磨削的步骤，
[0014]从该磨削起至[工序C]的切割为止在贴附该保护带的状态下进行。
[0015]在优选的实施方式中，上述[工序A]包括:
[0016][工序a-Ι]，在具有形成有多个半导体元件的有源面的半导体晶圆的该有源面侧贴附有保护带的状态下，对与该有源面相反侧的面进行磨削；
[0017][工序a_2]，在该半导体晶圆上形成连接有源面和其相反侧的面的贯通孔；以及
[0018][工序a_3]，在该贯通孔内形成贯通导电路径，并在与该有源面相反侧的面上形成规定的图案的导电层。
[0019]在优选的实施方式中，上述[工序A]包括:
[0020][工序a’-1]，在具有形成有多个半导体元件的有源面、和从该有源面侧起形成至厚度方向的中途部分的多个导电路径的半导体晶圆的该有源面侧贴附有保护带的状态下，对与该有源面相反侧的面进行磨削，使该导电路径在该相反侧的面上露出；以及
[0021][工序a’-2]，在与该有源面相反侧的面上形成规定的图案的导电层。
[0022]在优选的实施方式中，上述半导体元件为固态摄像元件。
[0023]发明的效果
[0024]根据以往的制造方法，为了支持半导体晶圆和/或保护有源面，在背面磨削、贯通孔的形成、导电层的形成、切割等每道工序中都会使用不同的粘合带，每次均需要替换粘贴。与其相对，在本发明中，从背面磨削起至切割为止始终以在半导体晶圆的有源面侧贴附同一保护带的状态进行，因此可以提高生产效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为说明本发明的优选的实施方式的半导体元件的制造方法的示意图。
[0026]图2为说明本发明的另一优选的实施方式的半导体元件的制造方法的示意图。
[0027]附图标记说明
[0028]10半导体元件
[0029]20半导体晶圆
[0030]30保护带
[0031]40玻璃基板
[0032]50间隔物
[0033]60贯通孔
[0034]70贯通导电路径
[0035]80导电层
[0036]90焊料凸块
【具体实施方式】
[0037]本发明的半导体元件的制造方法包括:
[0038][工序A]，准备半导体晶圆，所述半导体晶圆具有形成有多个半导体元件的有源面、在与该有源面相反侧的面上形成的规定的图案的导电层、以及连接该有源面和其相反侧的面的贯通导电路径；
[0039][工序B]，在该导电层上形成焊料凸块；以及
[0040][工序C]，切割该半导体晶圆。在该制造方法中，[工序A]包括在具有形成有多个半导体元件的有源面的半导体晶圆的该有源面侧贴附有保护带的状态下，对与该有源面相反侧的面进行磨削的步骤，从该磨削起至[工序C]的切割为止在贴附该保护带的状态下进行。需要说明的是，在本说明书中，半导体晶圆是指在表面形成有多个半导体元件的状态的晶圆、即是指通过切割切取之前的晶圆。
[0041]如上所述，在本发明的半导体元件的制造方法中，在背面磨削时不剥离贴附在半导体晶圆的有源面侧的保护带，在保持贴附的状态下进行至切割为止。通过这样从背面磨削起至切割为止用一片保护带进行，不需要在每个工序对由于贯通导电路径的形成变薄而在处理上需要注意的半导体晶圆替换粘贴保护带，因此可以显著提高生产效率。[0042]优选的是，上述保护带具有在背面磨削中半导体晶圆不剥离的程度、以及在切割中芯片不剥离或不碎裂程度的粘合力，对于在贯通导电路径、导电层形成时使用的化学试齐IJ (抗蚀剂的显影液、蚀刻液等)、镀覆液具有耐性，并且在焊料凸块形成时等高温环境下具有耐热性。
[0043]关于上述保护带，代表性的是具有基材层和层叠在其单面上的粘合剂层。该保护带有时暴露在[工序B]的焊料凸块形成时的高温环境下(例如约300°C)。因此，保护带的基材层优选由满足对这样的高温条件的耐热性的材料形成。
[0044]作为上述基材层的形成材料，例如可列举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜、聚醚砜(PES)薄膜、聚醚酰亚胺(PEI)薄膜、聚砜(PSF)薄膜、聚苯硫醚(PPS)薄膜、聚醚醚酮(PEEK)薄膜、聚芳酯(PAR)薄膜、芳纶薄膜、液晶聚合物(LCP)薄膜等树脂薄膜。
[0045]从防止断裂、开裂的观点来看，上述基材层的厚度优选为5 μ m以上，从适宜的处理性的观点来看，更优选为10 μ m?100 μ m。
[0046]作为上述粘合剂层，只要是由具有耐热性且对蚀刻时使用的药液(抗蚀剂的显影液、蚀刻液等)、镀覆液具有耐性的粘合剂形成的粘合剂层就没有特别的限制。作为这样的粘合剂，例如可列举出橡胶类粘合剂、丙烯酸类粘合剂、有机娃类粘合剂等。
[0047]作为上述丙烯酸类粘合剂，可以使用以赋予粘合性的低Tg的单体为主要单体且共聚赋予粘接性、内聚力的高Tg的共聚单体、用于交联、粘接性改良的含官能团单体等单烯属不饱和单体等而得到的丙烯酸类聚合物。作为主要单体，例如可列举出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸异戊酯、(甲基)丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸异壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯等(甲基)丙烯酸烷基酯。此处，主要单体是指在构成聚合物的全部单体的总重量的基础上含有50重量％以上的单体。
[0048]作为上述共聚单体，例如可列举出醋酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、乙烯基醚、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈等含乙烯基化合物。作为含官能团单体，例如可列举出丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、马来酸、富马酸、衣康酸等含羧基单体、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-4-羟丁酯、N-羟甲基丙烯酰胺、烯丙醇等含羟基单体、(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二甲基氨基丙酯等含叔胺单体、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺等含酰胺基单体、N-甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N-甲氧甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙氧甲基(甲基)丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、N-辛基丙烯酰胺等N-取代含酰胺基单体、甲基丙烯酸缩水甘油酯等含环氧基单体。
[0049]上述丙烯酸类粘合剂可以含有任意适当的交联剂。例如，可列举出异氰酸酯类交联剂、环氧类交联剂、氮杂环丙烷类化合物、螯合物类交联剂等。交联剂的用量例如相对于100重量份上述丙烯酸类聚合物优选为0.1重量份?15重量份，更优选为1.0重量份?10重量份。由于这样的丙烯酸类粘合剂容易得到适当的粘合力、储能模量，所以适宜用于本发明的制造方法。
[0050]上述粘合剂层根据需要可以含有例如紫外线吸收剂、赋粘剂、软化剂(增塑剂)、填充剂、防老剂、颜料、染料、硅烷偶联剂、脱模剂等各种添加剂。
[0051]对上述粘合剂层的厚度没有特别的限定，优选为I μ m?50 μ m左右、更优选为5 μ m ?25 μ m0
[0052]作为上述保护带的粘合力，在测定温度23°C、拉伸速度0.3m/分钟、剥离角度180度的条件下对不锈钢板(SUS板)的粘合力优选为0.01N/20mm?10.0N/20mm、更优选为
0.lN/20mm?8.0N/20mm。若为这样的粘合力，则可以适宜地进行背面磨削、切割。该粘合力的测定例如可以以JIS-Z-0237 (2000)为基准进行。
[0053]另夕卜，在上述保护带贴合于不锈钢板的状态下以200°C加热I小时后的、以JIS-Z-0237为基准测定的粘合力优选为0.001N/20mm?8.0N/20mm、更优选为
0.005N/20mm?5.0N/20mm。若为这样的粘合力，则可以适宜地进行焊料凸块的形成等。
[0054]上述保护带例如可以通过如下方法得到:将含有粘合剂和根据需要而添加的溶齐U、其他添加剂的混合物涂布到基材层上的方法；将该混合物涂布在适当的隔离膜(剥离纸等)上形成粘合剂层，将其转印(转移)到基材层上的方法等。
[0055]作为通过本发明制造的半导体元件，没有特别的限制，可以是任意适当的半导体元件。优选CM0S、CCD等固态摄像元件。在固态摄像元件的情况下，通常在半导体晶圆的有源面侧隔着玻璃基板贴附保护带，因此与在有源面直接贴附保护带的情况相比，晶圆的强度能够得到进一步的强化。其结果，处理性进一步提高，可以更适宜地得到本发明的效果。
[0056]在本发明的制造方法的一个优选的实施方式中，[工序A]包括:
[0057][工序a-Ι]，在具有形成有多个半导体元件的有源面的半导体晶圆的该有源面侧贴附有保护带的状态下，对与该有源面相反侧的面进行磨削；
[0058][工序a_2]，在该半导体晶圆上形成连接有源面和其相反侧的面的贯通孔；以及
[0059][工序a_3]，在该贯通孔内形成贯通导电路径，并在与该有源面相反侧的面上形成规定的图案的导电层。以下，一边参照图1 一边对[工序A]包括的[工序a-Ι]?[工序a-3]半导体元件的制造方法(以下，有时称为“第I半导体元件的制造方法”)进行说明。
[0060][工序a_l]
[0061]首先，在具有形成有多个半导体元件10的有源面的半导体晶圆20的该有源面侧贴附保护带30 (图1的(a))，在该状态下磨削背面(图1的(b))。具体而言，预先在半导体晶圆20的有源面侧夹着间隔物50贴合玻璃基板40，在该玻璃基板40上，使保护带30以其粘合剂层面位于玻璃基板40侧的方式重合，边按压边贴附。作为保护带的贴附方法，例如可列举出如下方法:
[0062](i)在工作台上将在有源面侧贴合有玻璃基板的半导体晶圆以该玻璃基板在上的方式放置，在其上以粘合剂层位于晶圆侧的方式重叠保护带，通过压接辊等压制单元，边压制边贴附的方法；
[0063](ii)在可加压的容器(例如高压釜等)中，将半导体晶圆和保护带如上所述重叠，通过对容器内加压而在半导体晶圆上进行贴附的方法(此时，也可以通过压制单元边压制边贴附)；或者，
[0064](iii)在真空室内，与上述同样地进行贴附。在通过这些方法贴附时，也可以进行30°C?150°C左右的加热。
[0065]其后，在贴附有保护带的状态下磨削半导体晶圆的背面。磨削量可以根据目的等而适宜地设定。磨削后的半导体晶圆的厚度可以为例如25 μ m?250 μ m。
[0066]需要说明的是，虽在图示例中是隔着玻璃基板40贴附保护带30的，但也可以与之不同，在半导体晶圆的有源面直接贴附保护带。
[0067][工序a_2]
[0068]接着，如图1的(C)所示，在背面磨削后的半导体晶圆20上形成连接有源面和背面的贯通孔60。贯通孔的形成例如可以通过如下方法进行:在半导体晶圆的背面形成具有对应贯通孔形成部位的开口部的抗蚀剂膜，对从该开口部露出的半导体晶圆用化学试剂进行蚀刻或进行RIE等干法蚀刻，接着，将该抗蚀剂膜从背面去除。
[0069]贯通孔例如在对应半导体元件的电极垫片(未图示)的位置形成，可以与该电极垫片连接。
[0070][工序a-3]
[0071]接着，如图1的(d)所示，在上述贯通孔60内形成贯通导电路径70，并且在半导体晶圆20的背面形成规定的图案的导电层80。作为贯通导电路径和导电层的形成材料，一般使用铜。贯通导电路径和导电层的形成可以通过例如电解镀等进行。
[0072]贯通导电路径既可以沿着贯通孔的内壁形成、另外也可以以填充贯通孔内的方式形成。另外，上述规定的图案的导电层的至少一部分以与贯通导电路径导通的方式形成。需要说明的是，本说明书中的规定的图案的导电层包含焊料凸块安装用端子、再布线图案等。
[0073][工序B]
[0074]接着，如图1的(e)所示，在上述规定的图案的导电层80的焊料凸块安装用端子上形成焊料凸块90。焊料凸块的形成可以通过任意合适的方法进行。例如，可以应用使用了焊膏的印刷法、焊料球的直接安装法、电解镀法等。
[0075]焊料凸块的排列可以根据安装的印刷基板等的接合垫片的位置适宜地设定。焊料凸块是作为半导体元件的外部连接端子发挥作用的部分，可以由例如锡-铅类金属材料、锡-银类金属材料、锡-银-铜类金属材料、锡-锌类金属材料、锡-锌-铋类金属材料等形成。焊料凸块例如介由上述导电层(焊料凸块安装用端子和再布线图案)与半导体元件的电极垫片电连接。
[0076][工序C]
[0077]接着，如图1的(f)所示，切割上述半导体晶圆20 (图中的虚线表示切割线)。由此，得到半导体元件逐个单片化而得到的半导体芯片。切割例如可以使用任意的适当的切割装置，从半导体晶圆的背面侧按照通常的方法进行。在本发明中可以采用例如将切入进行至保护带的被称作完全切割的切断方式等。
[0078]在本发明的制造方法的另一优选的实施方式中，[工序A]包括:
[0079][工序a’-1]，在具有形成有多个半导体元件的有源面、和从该有源面侧起形成至厚度方向的中途部分的多个导电路径的半导体晶圆的该有源面侧贴附有保护带的状态下，对与该有源面相反侧的面进行磨削，使该导电路径在该相反侧的面上露出；以及
[0080][工序a’-2]，在与该有源面相反侧的面上形成规定的图案的导电层。以下，一边参照图2—边对[工序A]包括[工序a’-2]?[工序a’-2]的半导体元件的制造方法(以下，有时也称为“第2半导体元件的制造方法”)进行说明。
[0081][工序a’ -1]
[0082]首先，准备具有形成有多个半导体元件10的有源面、和从该有源面侧起形成至厚度方向的中途部分的多个导电路径70’的半导体晶圆20。在该半导体晶圆20的有源面侧贴附保护带30 (图2的(a))、在该状态下磨削背面，在该背面使该导电路径露出。由此，得到具有贯通导电路径70的半导体晶圆20 (图2的(b))。作为保护带的贴附方法，可以应用与[工序a-Ι]所以记载的方法同样的方法。需要说明的是，在图示例中是隔着玻璃基板40贴附保护带30的，但也可以与之不同，在半导体晶圆20的有源面上直接贴附保护带30。
[0083]从上述有源面侧起形成至厚度方向的中途部分的导电路径70’既可以沿着在半导体晶圆的有源面形成的规定的深度的孔的内壁形成，也可以以填充该孔的方式形成。
[0084]背面磨削后的半导体晶圆的厚度可以根据目的等而适宜地设定。该厚度可为例如25 μ m ?250 μ m。
[0085][工序a’ -2]
[0086]接着，如图2的(C)所示，在背面磨削后的半导体晶圆20的背面形成规定的图案的导电层80。作为导电层的形成材料，一般使用铜。导电层的形成可以通过例如电解镀等进行。
[0087]以导电层80的至少一部分与贯通导电路径70导通的方式形成。
[0088]图2的(d)和(e)分别为说明第2半导体元件的制造方法中的[工序B]和[工序C]的示意图，这些工序可以适用与上述第I半导体元件的制造方法中的[工序B]和[工序C]同样的说明，所以省略其详细内容。
[0089]上述第I半导体元件的制造方法和第2半导体元件的制造方法可以根据需要进一步包含任意的适宜的工序。例如，在[工序a-3]和[工序B]之间或在[工序a’ -2]和[工序B]之间也可以包括封装树脂层形成工序、电磁遮光屏蔽层形成工序等，另外，在[工序C]之后，还可以包括将半导体芯片从保护带剥离和回收的拾取工序。
[0090]实施例
[0091]以下，通过实施例详细说明本发明，但本发明不受该实施例的限制。
[0092]制诰例I
[0093]将25μηι厚的聚酰亚胺薄膜(Toray Dupont C0., Ltd.制造:商品名“KaptonlOOH”)用作基材。另一方面，相对于100重量份丙烯酸丁酯使用以5重量份丙烯酸作为构成单体的丙烯酸类共聚物，相对于100重量份该聚合物，添加3重量份环氧类交联剂(MITSUBISHI GAS CHEMICAL COMPANY, INC.制造:商品名“Tetrad-C”)制备丙烯酸类粘合剂组合物。将该丙烯酸类粘合剂组合物涂布在基材上，在120°C下加热3分钟，接着，在50°C下加热48小时。由此，制作在基材上设置了厚度10 μ m的粘合剂层的保护带I。
[0094]实施例1
[0095]在具有100 μ mX 100 μ m的半导体元件以200 μ m间距形成格子状的有源面的半导体晶圆(厚度:750 μ m)的该有源面侧隔着粘接层贴合玻璃基板(厚度:300 μ m)。接着，在该半导体晶圆的有源面侧隔着玻璃基板贴附上述保护带1，在该状态下，进行背面磨削至70 μ m的厚度。
[0096]在有源面侧贴附保护带I的状态下的该半导体晶圆的背面使用感光性抗蚀剂材料形成具有对应贯通孔形成部位的开口部的蚀刻抗蚀层。接着，用氟硝酸由该开口部蚀刻露出的晶圆，形成连接有源面和背面的贯通孔(Φ30μπι)。其后，剥离抗蚀剂。
[0097]接着，在有源面侧贴附有保护带I的状态下，进行蚀刻、铜电镀，从而沿着上述贯通孔的内壁形成导电路径，并且在背面形成包含再布线图案和焊料凸块安装用端子的导电层。其后，以与该焊料凸块安装用端子连接的方式形成焊料凸块，从背面侧沿半导体晶圆的各半导体元件间切割，得到半导体芯片。
[0098]实施例2
[0099]在具有100 μ mX 100 μ m的半导体元件以200 μ m间距形成格子状的有源面、和在该有源面侧表面上对于每个半导体元件以70 μ m的厚度形成的多个导电路径(Φ 30 μ m)的半导体晶圆(厚度:750 μ m)的该有源面侧，隔着粘接层贴合玻璃基板(厚度:300 μ m)。接着，在该半导体晶圆的有源面侧隔着玻璃基板贴附上述保护带1，在该状态下，进行背面磨削至70 μ m的厚度，在背面使该导电路径露出。
[0100]接着，在有源面侧贴附有保护带I的状态下，进行蚀刻、铜电镀，从而在半导体晶圆的背面形成包含再布线图案和焊料凸块安装用端子的导电层。其后，以与该焊料凸块安装用端子连接的方式形成焊料凸块，从背面侧沿半导体晶圆的各半导体元件间切割，得到半导体芯片。
[0101]产业h的可利用件
[0102]本发明的制造方法可以优选适用于CMOS、CXD等固态摄像元件的制造。
【权利要求】
1.一种半导体元件的制造方法，其包括: 工序A，准备半导体晶圆，所述半导体晶圆具有形成有多个半导体元件的有源面、在与该有源面相反侧的面上形成的规定的图案的导电层、以及连接该有源面和其相反侧的面的贯通导电路径； 工序B，在该导电层上形成焊料凸块；以及 工序C，切割该半导体晶圆，其中， 该工序A包括在具有形成有多个半导体元件的有源面的半导体晶圆的该有源面侧贴附有保护带的状态下，对与该有源面相反侧的面进行磨削的步骤， 从该磨削起至工序C的切割为止在贴附该保护带的状态下进行。
2.根据权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其中，所述工序A包括: 工序a-Ι，在具有形成有多个半导体元件的有源面的半导体晶圆的该有源面侧贴附有保护带的状态下，对与该有源面相反侧的面进行磨削； 工序a-2，在该半导体晶圆上形成连接有源面和其相反侧的面的贯通孔；以及 工序a-3，在该贯通孔内形成贯通导电路径，并在与该有源面相反侧的面上形成规定的图案的导电层。
3.根据权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其中，所述工序A包括: 工序a’ -1，在具有形成有多个半导体元件的有源面、和从该有源面侧起形成至厚度方向的中途部分的多个导电路径的半导体晶圆的该有源面侧贴附有保护带的状态下，对与该有源面相反侧的面进行磨削，使该导电路径在该相反侧的面上露出；以及 工序a’ -2，在与该有源面相反侧的面上形成规定的图案的导电层。
4.根据权利要求1?3中的任一项所述的半导体元件的制造方法，其中，所述半导体元件为固态摄像元件。
【文档编号】H01L27/146GK103779371SQ201310499119
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2012年10月22日
【发明者】秋月伸也, 福原淳仁, 杉村敏正, 高桥智一, 水野浩二 申请人:日东电工株式会社