JP2006080465A - Manufacturing method of semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体素子の製造方法に関し、特に絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下、IGBTとする)等の薄型の電力用半導体素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor element, and more particularly to a method for manufacturing a thin power semiconductor element such as an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT).
従来より、コンピュータや通信機器の主要部分には、多数のトランジスタや抵抗等を、電気回路を構成するようにむすびつけて、1チップ上に集積した集積回路(IC)が多用されている。このようなICの中で、電力用半導体素子を含むものは、パワーICと呼ばれている。電力用半導体素子の一つに、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下、IGBTとする)がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, an integrated circuit (IC) in which a large number of transistors, resistors, and the like are connected to form an electric circuit and integrated on a single chip has been frequently used as a main part of computers and communication devices. Among such ICs, those including power semiconductor elements are called power ICs. One of power semiconductor elements is an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT).
IGBTは、高速スイッチング特性および電圧駆動特性を有するMOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)と、低オン電圧特性を有するバイポーラトランジスタをワンチップに構成したパワー素子である。その応用範囲は、汎用インバータ、ACサーボ、無停電電源(UPS)またはスイッチング電源などの産業分野から、電子レンジ、炊飯器またはストロボなどの民生機器分野へと拡大してきている。また、新しいチップ構造を用いた、より低オン電圧のIGBTが開発されており、IGBTを用いた応用装置の低損失化や高効率化が図られてきている。 The IGBT is a power element in which a MOSFET (insulated gate field effect transistor) having high-speed switching characteristics and voltage driving characteristics and a bipolar transistor having low on-voltage characteristics are configured on a single chip. The range of applications has expanded from industrial fields such as general-purpose inverters, AC servos, uninterruptible power supplies (UPS), or switching power supplies to consumer equipment fields such as microwave ovens, rice cookers, and strobes. Further, IGBTs having a lower on-voltage using a new chip structure have been developed, and reductions in the loss and efficiency of application devices using the IGBT have been achieved.
IGBTには、パンチスルー(以下、PTとする)型、ノンパンチスルー(以下、NPTとする)型、フィールドストップ(以下、FSとする)型の構造があり、nチャネル型の縦型二重拡散構造のものが主流である。従って、本明細書では、nチャネル型IGBTを例にして説明するが、pチャネル型IGBTでも同様である。 The IGBT has a punch-through (hereinafter referred to as PT) type, non-punch-through (hereinafter referred to as NPT) type, and field stop (hereinafter referred to as FS) type, and an n-channel vertical double type. A diffusion structure is the mainstream. Therefore, in this specification, an n-channel IGBT is described as an example, but the same applies to a p-channel IGBT.
PT型IGBTは、p+半導体基板上にn+バッファ層とn-活性層をエピタキシャル成長させたエピタキシャルウエハーを用いて形成される。そのため、例えば耐圧600V系の素子では、活性層の厚さは70μm程度であるが、p+半導体基板を含む総厚さは200〜300μm程度になる。PT型IGBTでは、n-活性層中の空乏層がn+バッファ層に到達する。 The PT-type IGBT is formed using an epitaxial wafer obtained by epitaxially growing an n + buffer layer and an n − active layer on a p + semiconductor substrate. Therefore, for example, in a device with a withstand voltage of 600 V, the thickness of the active layer is about 70 μm, but the total thickness including the p + semiconductor substrate is about 200 to 300 μm. In the PT type IGBT, the depletion layer in the n − active layer reaches the n + buffer layer.
図8は、低ドーズ量の浅いp+コレクタ層を有するNPT型IGBTの1/2セル分の構成を示す断面図である。図8に示すように、例えばFZウエハーよりなるn-半導体基板を活性層1とし、その表面側に、p+ベース領域2が選択的に形成されている。ベース領域2の表面層には、n+エミッタ領域3が選択的に形成されている。また、基板表面上には、ゲート酸化膜4を介してゲート電極5が形成されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of a half cell of an NPT type IGBT having a shallow p + collector layer with a low dose. As shown in FIG. 8, an n − semiconductor substrate made of, for example, an FZ wafer is used as an
エミッタ電極6は、エミッタ領域3およびベース領域2に接触しているとともに、層間絶縁膜7によりゲート電極5から絶縁されている。基板裏面には、p+コレクタ層8およびコレクタ電極9が形成されている。NPT型の場合には、活性層1の厚さがPT型よりも厚くなるが、素子全体としては、PT型の素子に比べて、大幅に薄くなる。また、エピタキシャル基板を用いずに、FZ基板を用いているため、安価である。
The
図9は、FS型IGBTの1/2セル分の構成を示す断面図である。図9に示すように、基板表面側の素子構造は、図8に示すNPT型の素子と同じである。基板裏面側には、n-活性層1とp+コレクタ層8との間に、n+バッファ層10が設けられている。FS型の場合、活性層1の厚さは、PT型と同じ70μm程度(耐圧600V系)であり、素子全体の厚さは100〜200μm程度である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of a half cell of the FS type IGBT. As shown in FIG. 9, the element structure on the substrate surface side is the same as the NPT type element shown in FIG. On the back side of the substrate, an n + buffer layer 10 is provided between the n −
最近では、総合損失をより低減するため、ウエハーを薄く削り、デバイス厚をできるだけ薄くする試みがなされている。例えば、耐圧600V系の素子の場合、FS型IGBTの厚さは70μm程度が想定されている。耐圧クラスが低くなると、素子の厚さはさらに薄くなる。このような厚さのFS型IGBTまたはそれに類似したデバイスの製造方法として、以下に説明するように、FZウエハーを研磨する方法が知られている。 Recently, in order to further reduce the total loss, an attempt has been made to thin the wafer and reduce the device thickness as much as possible. For example, in the case of an element having a withstand voltage of 600 V, the thickness of the FS type IGBT is assumed to be about 70 μm. When the breakdown voltage class is lowered, the thickness of the element is further reduced. As a manufacturing method of the FS type IGBT having such a thickness or a device similar thereto, a method of polishing an FZ wafer is known as described below.
図10(図10−1〜図10−5)は、従来のFZウエハーを用いたFS型IGBTの製造プロセスを示す図である。図10−1〜図10−5に示すように、まず、活性層1となるn−FZウエハーの表面側に、ベース領域、エミッタ領域、SiO2等からなるゲート酸化膜、ゲート電極、BPSG等からなる層間絶縁膜、Al−Si膜等からなるエミッタ電極およびポリイミド膜等からなる絶縁保護膜を有する表面側素子構造部11を形成する(図10−1)。
FIG. 10 (FIGS. 10-1 to 10-5) is a diagram showing a manufacturing process of an FS type IGBT using a conventional FZ wafer. As shown in FIGS. 10-1 to 10-5, first, on the surface side of the n-FZ wafer to be the
ついで、ウエハーの裏面を、バックグラインドやエッチング等の手段により研削して、ウエハーを所望の厚さ、例えば70μmの厚さとする(図10−2)。なお、エッチングの場合、厳密には研削ではないが、本明細書では、ウエハーを薄くする手段については問わないので、エッチングを含めて研削とする。 Next, the back surface of the wafer is ground by means such as back grinding or etching, so that the wafer has a desired thickness, for example, 70 μm (FIG. 10-2). In the case of etching, although it is not strictly grinding, in this specification, since means for thinning the wafer is not questioned, grinding including etching is performed.
ついで、ウエハーの裏面から、例えばn型不純物であるリン(P)と、p型不純物であるボロン(B)のイオン注入を行い、電気炉で350〜500℃の熱処理(アニール)を行い、バッファ層10およびコレクタ層8を形成する(図10−3)。ついで、ウエハーの裏面、すなわちコレクタ層8の表面に、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)および金(Au)などの複数の金属を蒸着し、コレクタ電極9を形成する(図10−4)。
Then, for example, phosphorus (P), which is an n-type impurity, and boron (B), which is a p-type impurity, are ion-implanted from the back surface of the wafer, and heat treatment (annealing) is performed at 350 to 500 ° C. in an electric furnace.
最後に、コレクタ電極9側にダイシングテープ12を貼り付けてダイシングを行い、ウエハーを複数のチップ13に切断する(図10−5)。そして、各チップ13のコレクタ電極9を固定部材にはんだ付けするとともに、表面側素子構造部11の電極にアルミワイヤ電極をワイヤボンディング装置により固着する。
Finally, the
しかし、上述した従来方法により、例えば70μm厚程度の素子を作製しようとすると、ウエハー裏面のバックグラインドまたはエッチング後のウエハーが薄いため、ウエハーに割れが発生しやすい。また、ウエハー裏面にコレクタ電極となる金属膜を蒸着すると、その金属膜は、成膜側、すなわち基板裏面側からみて引っ張り応力を有するため、ウエハーに反りが生じ(図2参照、同図の従来例1)、ウエハーが割れやすくなる(図3参照、同図の従来例1)。 However, when an element having a thickness of, for example, about 70 μm is manufactured by the above-described conventional method, the wafer is easily cracked because the back grind on the back surface of the wafer or the etched wafer is thin. Further, when a metal film serving as a collector electrode is deposited on the back surface of the wafer, the metal film has a tensile stress when viewed from the film forming side, that is, the back surface side of the substrate, so that the wafer is warped (see FIG. Example 1), the wafer is easily broken (see FIG. 3, Conventional Example 1 in FIG. 3).
そこで、本出願人は、先に、加熱発泡により剥離可能な接着テープを介して、ウエハーと支持基板とを接合し、その状態でウエハーの裏面処理を行い、その後にウエハーを支持基板から剥離させる方法について出願している(特願2003−138805号)。この方法に従ってFS型IGBTを製造する場合のプロセスについて、図11(図11−1〜図11−3)および図12(図12−1〜図12−4)を参照しながら説明する。 Therefore, the present applicant first joins the wafer and the support substrate via an adhesive tape that can be peeled off by heating and foaming, and then performs the back surface processing of the wafer in that state, and then peels the wafer from the support substrate. A method has been filed (Japanese Patent Application No. 2003-138805). A process for manufacturing an FS type IGBT according to this method will be described with reference to FIGS. 11 (FIGS. 11-1 to 11-3) and 12 (FIGS. 12-1 to 12-4).
まず、n−FZウエハー21の表面側に、表面側素子構造部22を形成する(図11−1)。ついで、支持基板32に表面側素子構造部22の表面(図11−2では、下側の面)を接着テープ31を介して接合する(図11−2)。接着テープは、PET製のテープ基材の両面に、加熱によって発泡することにより剥離可能な発泡テープ型シートよりなる発泡剤部と、UV光の照射で接着剤が硬化することにより剥離可能な耐熱性のあるUVテープ型シートよりなるUVテープ層が、それぞれ設けられた構成となっている。
First, the surface
ウエハー21には、接着テープ31の発泡剤部が貼り付けられる。また、支持基板32は、UV光を透過するウエハー(セラミクス、石英またはガラスなど)でできており、支持基板32には、接着テープ31のUVテープ層が貼り付けられる。ついで、支持基板32を接合した状態で、ウエハー裏面(図11−3では、上側の面)をバックグラインドやウエットエッチング等により研削し、表面側素子構造部22を含むウエハー全体の厚さを所望の厚さにする(図11−3)。
A foaming agent portion of the
ついで、ウエハー21の裏面に、例えばn型不純物であるリンおよびp型不純物であるボロンをイオン注入する。その後、ウエハー裏面にレーザーを照射してアニールを行い、バッファ層となるn+層23およびコレクタ層となるp+層24を形成する(図12−1)。ここでは、レーザーとして、例えばYAGの第3高調波(YAG3ω)パルスレーザー(波長:355nm、半値幅:100〜500ns、周波数:500Hz)を用い、一回の照射エリアを約1mm角として、50%〜90%オーバーラップさせて照射する。
Next, for example, phosphorus, which is an n-type impurity, and boron, which is a p-type impurity, are ion-implanted into the back surface of the
YAGの第3高調波を用いることによって、深いn+層23を形成することができる。また、レーザーアニールによって、ウエハー裏面のp+層24およびn+層23のみを活性化させることができ、接着テープ31の耐熱温度に関係なく熱処理を行うことができる。
By using the third harmonic of YAG, the deep n + layer 23 can be formed. Further, only the p + layer 24 and the n + layer 23 on the back surface of the wafer can be activated by laser annealing, and heat treatment can be performed regardless of the heat-resistant temperature of the
ついで、ウエハー裏面の全面に、例えばアルミニウム、チタン、ニッケルおよび金などの複数の金属膜を成膜し、コレクタ電極となる裏面電極25を形成する(図12−2)。ここでは、低温スパッタ法により金属膜の蒸着を行うのが適当である。その理由は、接着テープ31の耐熱温度がおおよそ、高剛性UVテープ型シートでは100℃以下であり、耐熱性UVテープ型シートでは200℃以下であり、加熱発泡テープ型シートでは150℃以下であるため、成膜時の温度は100℃以下であるのが望ましいからである。
Next, a plurality of metal films such as aluminum, titanium, nickel and gold are formed on the entire back surface of the wafer to form a
そして、例えばウエハー21または支持基板32を吸引しながら加熱し、接着テープ31の発泡剤部に含まれる発泡剤44を発泡させることにより、表面側素子構造部22の絶縁保護膜との界面で接着テープ31を剥離させる(図12−3)。接着テープ31および支持基板32を取り除いた後、ウエハー裏面にダイシングテープ26を貼り付け、複数のチップ27に切断する(図12−4)。
Then, for example, the
その後、図示省略するが、各チップ27は、裏面電極25を介して配線基板等の固定部材にはんだ付けされる。そして、各チップ27のウエハー表面側の電極には、アルミワイヤ電極が超音波ワイヤボンディング装置により固着される。また、接着テープ31にUV光を照射して(図12−3)、支持基板32から接着テープ31を剥離させ、支持基板32を再利用する。なお、ウエハー21に、接着テープ31のUVテープ層を貼り付け、支持基板32に、接着テープ31の発泡剤部を貼り付けてもよい。この場合には、支持基板32を発泡により剥離させた後、UV光の照射によりウエハー21を剥離させればよい。
Thereafter, although not shown, each
FS型IGBTに代えて、NPT型のIGBTを作製する場合には、n+層23を形成するためのn型不純物(リン)のイオン注入工程を省略すればよい。その場合、ウエハー裏面のレーザーアニールに用いるレーザーは、半値幅の短いXeFパルスレーザー(波長:351nm、半値幅:例えば14ns)や、XeClパルスレーザー(波長:308nm、半値幅:例えば49ns)や、全固体YAG2ωレーザー(波長:532nm、半値幅:例えば100ns)でもよい。これらのレーザーを用いることによって、p+層24のみを活性化させることができる。 In the case of manufacturing an NPT type IGBT instead of the FS type IGBT, an ion implantation step of an n type impurity (phosphorus) for forming the n + layer 23 may be omitted. In that case, the laser used for laser annealing on the backside of the wafer is a short half-width XeF pulse laser (wavelength: 351 nm, half-width: for example 14 ns), XeCl pulse laser (wavelength: 308 nm, half-width: for example 49 ns), all A solid YAG2ω laser (wavelength: 532 nm, half width: 100 ns, for example) may be used. By using these lasers, only the p + layer 24 can be activated.
この方法によれば、ウエハーに支持基板が接合されていることによって、ウエハー裏面の研削後もウエハーの反りはほとんどない(図2参照、同図の従来例2(支持基板付きの状態))。また、ウエハー裏面に金属膜を蒸着してコレクタ電極を形成した後に、ウエハーが割れるのを防ぐことができる(図3参照、同図の従来例2(支持基板付きの状態))。 According to this method, since the support substrate is bonded to the wafer, there is almost no warping of the wafer even after grinding of the back surface of the wafer (see FIG. 2, Conventional Example 2 (with support substrate)). Moreover, after forming a collector electrode by vapor-depositing a metal film on the back surface of the wafer, the wafer can be prevented from cracking (see FIG. 3, Conventional Example 2 with support substrate).
しかしながら、上述した接着テープ31を介して支持基板32にウエハー21を貼り付けた状態でウエットエッチング等のウエット工程を行うと、ウエハー21の周縁から薬液が侵入することがある。この場合には、発泡剤部43の、薬液が侵入した部分の発泡機能が失われてしまう。図13は、ウエハー21を剥離した後に、接着テープ31を構成するテープ基材42上の発泡剤部43の様子を模式的に示す図である。発泡剤部43の端部を除く領域(発泡正常領域431)では、発泡剤44が正常に発泡している。それに対して、発泡剤部43の周縁には、薬液の侵入により発泡機能が失われた結果、おおよそ100〜200μm幅で発泡剤44が発泡していない領域(発泡不良領域432)が存在する。
However, when a wet process such as wet etching is performed in a state where the
本来、発泡不良領域432がなければ、図14および図15に示すように、発泡によりウエハー21(薄型ウエハー41)を剥離させると、薄型ウエハー41が割れたり、欠けたりすることなく、薄型ウエハー41を接着テープ31から剥離させることができる。それに対して、発泡剤部43の周縁に発泡不良領域432が存在すると、その発泡不良領域432では、接着テープ31の糊が伸びて薄型ウエハー41に貼り付いてしまう。
Originally, if there is no
そのため、加熱により発泡剤部43を発泡させたときに、薄型ウエハー41の周縁を除く発泡正常領域431では薄型ウエハー41が接着テープ31から容易に剥離するが、薄型ウエハー41の周縁部分を、接着テープ31から剥離させるのは容易ではない。このような状態で、薄型ウエハー41を無理に剥離させようとすると、図16に示すように、薄型ウエハー41に欠けや割れなどの欠損部411が生じてしまう。そして、図17に示すように、発泡剤部43にはウエハーの破片412が残ってしまう。
Therefore, when the
そこで、バックグラインドやウエットエッチング等の研削工程が終了した後に、薄型ウエハーと支持基板を接着テープを介して貼り合せ、その状態でイオン注入工程等のウエハー裏面側の工程を行う方法が有効である。この方法に従ってFS型IGBTを製造する場合のプロセスについて、図18(図18−1〜図18−4)を参照しながら説明する。 Therefore, after the grinding process such as back grinding and wet etching is completed, a method is effective in which the thin wafer and the support substrate are bonded together via an adhesive tape, and the process on the back side of the wafer such as an ion implantation process is performed in that state. . A process for manufacturing an FS type IGBT according to this method will be described with reference to FIG. 18 (FIGS. 18-1 to 18-4).
まず、n−FZウエハー21の表面側に、表面側素子構造部22を形成する(図18−1)。ついで、ウエハー裏面(図18−2では、上側の面)をバックグラインドやウエットエッチング等により研削し、表面側素子構造部22を含むウエハー全体の厚さを所望の厚さにする(図18−2)。以下、この薄型化したウエハー21を薄型ウエハー41とする。ついで、薄型ウエハー41に接着テープ31の発泡剤部43を貼り付け、支持基板32に接着テープ31のUVテープ層45を貼り付ける(逆も可)ことによって、接着テープ31を介して支持基板32に表面側素子構造部22の表面を接合する(図18−3)。
First, the surface-
ついで、図12−1〜図12−2と同様にして、薄型ウエハー41の裏面に、n+層23、p+層24および裏面電極25を形成する。そして、接着テープ31の発泡剤部43に含まれる発泡剤44を発泡させて、表面側素子構造部22の絶縁保護膜との界面で接着テープ31を剥離させる(図18−4)。これ以降は、図12−4と同様である。NPT型のIGBTを作製する場合には、n+層23を形成するためのn型不純物(リン)のイオン注入工程を省略する。
Next, in the same manner as in FIGS. 12A to 12B, the n + layer 23, the p + layer 24, and the
この方法によれば、接着テープ31を貼り付けた後にウエット工程を行っていないので、接着テープ31の発泡剤部43には発泡不良領域432が存在しない。従って、発泡により、薄型ウエハー41が割れたり、欠けたりすることなく、薄型ウエハー41を接着テープ31から剥離させることができる。
According to this method, since the wet process is not performed after the
ところで、図11(図11−1〜図11−3)および図12(図12−1〜図12−4)に示す製造プロセスでは、ウエハー21に接着テープ31を貼り付けた後に、接着テープ31を切断する必要がある。図19は、接着テープ31を切断するときの様子を示す断面図であり、図20は、その平面図である。図19に示すように、接着テープ31を切断する際には、テープカッターの刃101は、ウエハー21の中心を中心位置としてその刃先が外側に向いた状態となる。
By the way, in the manufacturing process shown in FIG. 11 (FIGS. 11-1 to 11-3) and FIG. 12 (FIGS. 12-1 to 12-4), after the
接着テープ31をウエハー21よりも小さくするには、ウエハー21の面取りされた周縁にテープカッターの刃101をウエハー21側に斜めに倒した状態で当接させ、その状態で、図20に矢印で示すように、テープカッターの刃101を移動させればよい。その際、ウエハー21の厚さが500〜630μm程度であるので、ウエハー21の縁が欠けたり、ウエハー21が割れたりすることはない。
In order to make the
このようなテープ切断方法と同様の方法として、ウエハーの周縁にべべリングを形成し、このべべリングの傾斜方向に沿ってテープカッターを傾斜させて走行させることにより、ウエハーに貼り付けられたテープを切断する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。また、テープがウエハーよりも大きくなるようにテープを切断する方法として、ウエハーを支持するテーブルに設けらた溝にテープカッターの刃先を挿入して、その溝に沿ってテープを切断する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。 As a method similar to such a tape cutting method, beveling is formed on the peripheral edge of the wafer, and the tape attached to the wafer is moved by inclining the tape cutter along the inclination direction of the beveling. A method of cutting has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Also, as a method of cutting the tape so that the tape is larger than the wafer, a method of cutting the tape along the groove by inserting the blade edge of the tape cutter into the groove provided on the table that supports the wafer is proposed. (For example, see Patent Document 2).
図18(図18−1〜図18−4)に示す製造プロセスでは、ウエハー21を薄くしてから接着テープ31が貼り付けられる。図21に示すように、研削前のウエハー21の厚さは500μmである。そして、ウエハー21の周縁に沿う幅1200μmの部分は、厚さが150μmほど薄くなるように傾斜している。そのため、図22に示すように、ウエハー裏面を研削することによって、薄型ウエハー41の厚さは70μmになり、その周縁に沿う幅500μmの部分は、鋭く尖った形状となる。従って、図23に示すように、薄型ウエハー41の周縁にテープカッターの刃101を当接させて接着テープ31を切断しようとすると、薄型ウエハー41の縁が欠けたり、薄型ウエハー41が割れてしまうという問題点がある。
In the manufacturing process shown in FIG. 18 (FIGS. 18-1 to 18-4), the
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、薄型のウエハーの表面にテープを貼り付け、そのテープをウエハーの大きさに合わせて切断することができる半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、薄型のウエハーと支持基板を接着テープを介して貼り合わせることができる半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, in which a tape is attached to the surface of a thin wafer and the tape can be cut according to the size of the wafer in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art. For the purpose. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor element, in which a thin wafer and a supporting substrate can be bonded together with an adhesive tape.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる半導体素子の製造方法は、薄型ウエハーの表面に該ウエハーよりも大きいテープを貼り、ウエハー側に倒れるように刃を傾斜させた状態のテープカッターにより、前記テープを、前記ウエハーを保持したウエハー保持台に沿って切断することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the semiconductor device manufacturing method according to the first aspect of the present invention is such that a tape larger than the wafer is attached to the surface of the thin wafer, and the blade is inclined so as to fall down on the wafer side. The tape is cut along a wafer holding table holding the wafer by a tape cutter in a state where the wafer is held.
請求項1の発明によれば、薄型ウエハーの周縁に沿ってテープを切断するのではなく、ウエハー保持台に沿ってテープを切断するので、ウエハーが薄くても、また薄型ウエハーの周縁が鋭く尖っていても、薄型ウエハーを割ることなく、テープを切断することができる。従って、テープを切断した後に、薄型ウエハーと支持基板とを貼り合わせることができる。 According to the first aspect of the present invention, since the tape is cut along the wafer holding table instead of cutting along the peripheral edge of the thin wafer, the peripheral edge of the thin wafer is sharply pointed even if the wafer is thin. The tape can be cut without breaking the thin wafer. Therefore, after the tape is cut, the thin wafer and the support substrate can be bonded together.
また、上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項2の発明にかかる半導体素子の製造方法は、支持基板の表面に該支持基板よりも大きい接着テープを貼り、テープカッターにより、前記接着テープを前記支持基板の周縁に沿って切断した後、前記接着テープに薄型ウエハーを貼り付けることを特徴とする。請求項3の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項2に記載の発明において、前記薄型ウエハーは、予め研削により薄型化されていることを特徴とする。
Further, in order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for manufacturing a semiconductor element according to the invention of
請求項2または3の発明によれば、薄型ウエハーの周縁に沿ってテープを切断するのではなく、支持基板の周縁に沿ってテープを切断するので、ウエハーが薄くても、また薄型ウエハーの周縁が鋭く尖っていても、薄型ウエハーが割れることはない。従って、テープを切断した後に、薄型ウエハーと支持基板とを貼り合わせることができる。
According to the invention of
本発明にかかる半導体素子の製造方法によれば、薄型ウエハーの表面に貼り付けられたテープを、ウエハーを割ることなく、ウエハーの大きさに合わせて切断することができる。また、薄型ウエハーを割ることなく、薄型ウエハーと支持基板を接着テープを介して貼り合わせることができる。従って、薄型ウエハーを容易に製造することができる。特に、100μm以下の厚さを有するデバイス特性の良好な半導体素子を容易に製造することができるという効果を奏する。 According to the semiconductor element manufacturing method of the present invention, the tape attached to the surface of the thin wafer can be cut according to the size of the wafer without breaking the wafer. In addition, the thin wafer and the support substrate can be bonded via an adhesive tape without breaking the thin wafer. Therefore, a thin wafer can be easily manufactured. In particular, there is an effect that a semiconductor element having a thickness of 100 μm or less and good device characteristics can be easily manufactured.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体素子の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1により接着テープを切断するときの様子を示す断面図である。図1に示すように、実施の形態1は、薄型ウエハー41に貼り付けられた接着テープ31を切断する方法に特徴を有する。製造プロセスについては、例えば図18(図18−1〜図18−4)に示す製造プロセスと同様であるので、重複する説明を省略する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state when the adhesive tape is cut according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the first embodiment is characterized by a method of cutting an
図18−3に示す工程において、接着テープ31の切断方法は、以下の通りである。例えば厚さ70μmの薄型ウエハー41に接着テープ31を貼り付けたものを、薄型ウエハー41が下になるようにしてウエハー保持台102の上に置く。ウエハー保持台102は、薄型ウエハー41の大きさよりもわずかに大きい。また、好ましくは、ウエハー保持台102の、薄型ウエハー41が載せられる側の面の周縁部分は、例えば曲面状に面取りされているとよい。
In the step shown in FIG. 18C, the cutting method of the
そして、ウエハー保持台102の面取りされた周縁にテープカッターの刃101を、その刃先を外側に向け、かつ薄型ウエハー41側に斜めに倒した状態で当接させる。その状態で、例えば図20に矢印で示すように、テープカッターの刃101をウエハー保持台102の周縁に沿って移動させることにより、接着テープ31を切断する。ウエハー保持台102の代わりに、厚いシリコンウエハーなどを保持台として用いてもよい。
Then, the
このようにすれば、テープカッターの刃101が薄型ウエハー41の周縁に接触しないので、薄型ウエハー41の周縁が欠けたり、薄型ウエハー41が割れたりするのを防ぐことができる。また、図18(図18−1〜図18−4)に示す製造プロセスでは、裏面研削時のウエット工程を行った後に、薄型ウエハー41に接着テープ31を貼り付けるので、ウエット処理時の薬液の影響によって接着テープ31の糊が伸びて薄型ウエハー41に貼り付くという現象が起こるのを防ぐことができる。従って、薄型ウエハー41が割れたり、欠けたりすることなく、薄型ウエハー41を接着テープ31から剥離させることができる。
In this way, since the
図2は、実施の形態1の製造方法に従って作製した直径6インチのウエハー(実施例1とする)について、裏面電極を形成した後のウエハーの反り量とバックグラインド後のウエハーの厚さとの関係を調べた結果を示す図である。ここで、反り量とは、ウエハーの中央と周縁との高さの差である。図2より、実施例1では、バックグラインド後のウエハーの厚さを70μmまで薄くしても、裏面電極形成後のウエハーの反り量は、裏面電極形成後に割れが生じるときの反り量の限界値である5.5mm(直径6インチのウエハーの場合)よりもはるかに小さく、ほぼゼロであることがわかった。 FIG. 2 shows the relationship between the amount of warpage of the wafer after forming the back electrode and the thickness of the wafer after back grinding for a wafer having a diameter of 6 inches manufactured according to the manufacturing method of the first embodiment (Example 1). It is a figure which shows the result of having investigated. Here, the amount of warpage is the difference in height between the center and the periphery of the wafer. From FIG. 2, in Example 1, even when the thickness of the wafer after back grinding is reduced to 70 μm, the warpage amount of the wafer after forming the back electrode is the limit value of the warpage amount when cracking occurs after the back electrode formation. It was found to be much smaller than 5.5 mm (in the case of a 6-inch diameter wafer) and almost zero.
比較のため、図10に示す方法に従って作製した直径6インチのウエハー(従来例1とする)と、図11(図11−1〜図11−3)および図12(図12−1〜図12−4)に示す方法に従って作製した直径6インチのウエハー(従来例2とする)について、同様のことを調べた結果も併せて図2に示す。従来例1は、支持基板のないものである。従来例2と実施例1は、支持基板付きの状態のものである。従来例2の反り量は、実施例1とほぼ同じであった。それに対して、従来例1では、支持基板がないため、バックグラインド後のウエハーの厚さを90μm以下にすると、裏面電極形成後のウエハーの反り量は、割れの限界値である5.5mm(直径6インチのウエハーの場合)を超えてしまった。 For comparison, a wafer having a diameter of 6 inches (conventional example 1) manufactured according to the method shown in FIG. 10, and FIGS. 11 (FIGS. 11-1 to 11-3) and 12 (FIGS. 12-1 to 12) are used. FIG. 2 also shows the results of examining the same for a wafer with a diameter of 6 inches (conventional example 2) manufactured according to the method shown in -4). Conventional Example 1 has no support substrate. Conventional Example 2 and Example 1 are those with a support substrate. The amount of warpage of Conventional Example 2 was almost the same as that of Example 1. On the other hand, in Conventional Example 1, since there is no support substrate, when the thickness of the wafer after back grinding is 90 μm or less, the warpage amount of the wafer after forming the back electrode is 5.5 mm (the limit value of cracking). (In the case of a wafer having a diameter of 6 inches).
図3は、実施例1について、裏面電極を形成した後のウエハーの割れ率とバックグラインド後のウエハーの厚さとの関係を調べた結果を示す図である。比較のため、従来例1および従来例2について、同様のことを調べた結果も併せて図3に示す。図3に示すように、実施例1および従来例2は、バックグラインド後のウエハーの厚さを70μmまで薄くしても、割れ率はほぼゼロと極めて小さい。それに対して、従来例1では、バックグラインド後のウエハーの厚さを70μmとしたときの割れ率は95%と極めて高い。 FIG. 3 is a diagram showing the results of examining the relationship between the cracking rate of the wafer after forming the back electrode and the thickness of the wafer after back grinding for Example 1. For comparison, FIG. 3 also shows the results of examining the same for Conventional Example 1 and Conventional Example 2. As shown in FIG. 3, in Example 1 and Conventional Example 2, even when the thickness of the wafer after back grinding is reduced to 70 μm, the cracking rate is extremely small, almost zero. On the other hand, in Conventional Example 1, the crack rate when the thickness of the wafer after back grinding is 70 μm is as high as 95%.
実施の形態2.
図4は、実施の形態2により接着テープを切断するときの様子を示す断面図である。図4に示すように、実施の形態2は、接着テープ31を支持基板32に貼り付けて切断する方法に特徴を有する。製造プロセスについては、例えば図18(図18−1〜図18−4)に示す製造プロセスと同様であるので、重複する説明を省略する。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state when the adhesive tape is cut according to the second embodiment. As shown in FIG. 4, the second embodiment has a feature in a method of attaching and cutting an
図18−3に示す工程において、接着テープ31の切断方法は、以下の通りである。例えば厚さ630μmのガラス製の支持基板32に接着テープ31を貼り付ける。特に限定しないが、図示例では、支持基板32側にUVテープ層45が貼り付けられている。そして、支持基板32の周縁にテープカッターの刃101を、その刃先を外側に向け、かつ支持基板32側に斜めに倒した状態で当接させる。その状態で、例えば図20に矢印で示すように、テープカッターの刃101を支持基板32の周縁に沿って移動させることにより、接着テープ31を切断する。その後、図5に示すように、接着テープ31のセパレータ46を剥がし、接着テープ31の発泡剤部43に例えば厚さ70μmの薄型ウエハー41を貼り付ける。
In the step shown in FIG. 18C, the cutting method of the
このようにすれば、薄型ウエハー41の周縁にテープカッターの刃101を当てて接着テープ31を切断しなくてもすむので、接着テープ31の切断時に薄型ウエハー41の周縁が欠けたり、薄型ウエハー41が割れたりするのを防ぐことができる。また、実施の形態1と同様に、ウエット処理時の薬液の影響によって接着テープ31の糊が伸びて薄型ウエハー41に貼り付くのを防ぐことができるので、薄型ウエハー41が割れたり、欠けたりすることなく、薄型ウエハー41を接着テープ31から剥離させることができる。
By doing so, it is not necessary to cut the
実施の形態2の製造方法に従って作製した直径6インチのウエハー(実施例2とする)について、裏面電極形成後のウエハー反り量とバックグラインド後のウエハー厚さとの関係、および裏面電極形成後のウエハー割れ率とバックグラインド後のウエハー厚さとの関係を調べた結果を、それぞれ図2および図3に示す。実施例2の結果は、実施例1と同じであった。 Regarding a wafer having a diameter of 6 inches manufactured according to the manufacturing method of the second embodiment (referred to as Example 2), the relationship between the amount of warpage of the wafer after forming the back electrode and the wafer thickness after back grinding, and the wafer after forming the back electrode The results of examining the relationship between the cracking rate and the wafer thickness after back grinding are shown in FIGS. 2 and 3, respectively. The result of Example 2 was the same as Example 1.
実施の形態3.
図6(図6−1〜図6−3)および図7(図7−1〜図7−2)は、実施の形態3によるFS型IGBTの製造プロセスを示す図である。まず、n−FZウエハーのウエハー裏面をバックグラインドやウエットエッチング等により研削し、所望の厚さ、例えば70μmの厚さの薄型ウエハー41にする(図6−1)。ついで、図10−3〜図10−4と同様にして、薄型ウエハー41の裏面に、n+層23、p+層24および裏面電極25を形成する(図6−2)。
6 (FIGS. 6-1 to 6-3) and FIG. 7 (FIGS. 7-1 to 7-2) are views showing a manufacturing process of the FS type IGBT according to the third embodiment. First, the back surface of the n-FZ wafer is ground by back grinding, wet etching, or the like to obtain a
実施の形態3では、イオン注入後の熱処理(アニール)を行う際に表面側素子構造部22が形成されていないので、この熱処理を例えば1000℃前後の高温で行うことができる。従って、注入したドーパントを十分に活性化させることができるので、薄型ウエハー41の裏面側に深い拡散層を形成することができる。
In the third embodiment, when the heat treatment (annealing) after the ion implantation is performed, the surface-side
ついで、薄型ウエハー41の裏面電極25に接着テープ31の発泡剤部43を貼り付け、支持基板32に接着テープ31のUVテープ層45を貼り付ける(逆も可)ことによって、接着テープ31を介して支持基板32を接合する(図6−3)。その際、薄型ウエハー41にそれよりも大きい接着テープ31を貼り付けた状態で、接着テープ31を切断する場合には、上述した実施の形態1の切断方法に従う。一方、支持基板32にそれよりも大きい接着テープ31を貼り付けた状態で、接着テープ31を切断する場合には、上述した実施の形態2の切断方法に従う。
Next, the
ついで、支持基板32を貼り付けた状態のまま、薄型ウエハー41の表面側に表面側素子構造部22を形成する(図7−1)。そして、接着テープ31の発泡剤部43に含まれる発泡剤44を発泡させて、裏面電極25との界面で接着テープ31を剥離させる(図7−2)。これ以降は、図12−4と同様である。NPT型のIGBTを作製する場合には、n+層23を形成するためのn型不純物(リン)のイオン注入工程を省略する。
Next, the surface-
なお、裏面電極25を、図6−2に示す支持基板32との貼り合わせ前の段階で形成する代わりに、図7−2に示す支持基板32からの剥離工程の後に形成してもよい。その際、図7−2に示すように、一旦、薄型ウエハー41を支持基板32から剥離した後に、再び薄型ウエハー41の表面側素子構造部22に支持基板を貼り付け、その状態で裏面電極25を形成し、その後に再び支持基板を剥離するようにしてもよい。
In addition, you may form the
以上において、本発明は、FS型IGBTの製造に限らず、NPT型IGBTや逆阻止型のIGBTやMOS(金属−酸化物−半導体)構造を有する半導体素子やIC等の製造にも適用可能であるし、さらには発泡剤部43を有する接着テープ31を介して貼り合わせた物体同士を発泡によって剥離させる場合に有効である。また、本発明は、実施の形態で用いた接着テープ31に限らず、薄型ウエハーの状態でバックグラインド等を行う場合にウエハーに貼り付けるテープなど、薄型のウエハーに貼り付けたテープを切断する場合に有効である。また、本発明は、FZウエハーに限らず、エピタキシャルウエハーを用いる場合にも適用できる。
In the above, the present invention is not limited to the manufacture of FS type IGBTs, but can also be applied to the manufacture of NPT type IGBTs, reverse blocking IGBTs, semiconductor elements having a MOS (metal-oxide-semiconductor) structure, ICs, and the like. In addition, it is effective when the objects bonded through the
以上のように、本発明にかかる半導体素子の製造方法は、電力用半導体素子を含むパワーICの製造に有用であり、特に、汎用インバータ、ACサーボ、無停電電源(UPS)またはスイッチング電源などの産業分野や、電子レンジ、炊飯器またはストロボなどの民生機器分野に用いられるパワーICに適している。 As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is useful for manufacturing a power IC including a power semiconductor device, and in particular, a general-purpose inverter, AC servo, uninterruptible power supply (UPS), switching power supply, etc. It is suitable for power ICs used in industrial fields and consumer equipment fields such as microwave ovens, rice cookers or strobes.
31 接着テープ
32 支持基板
41 薄型ウエハー
101 テープカッターの刃
102 ウエハー保持台
31
Claims (3)
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the thin wafer is thinned by grinding in advance.
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