JP3620511B2

JP3620511B2 - Semiconductor wafer processing method

Info

Publication number: JP3620511B2
Application number: JP2002106327A
Authority: JP
Inventors: 千景則武; 幹昌鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2022-04-09
Also published as: JP2003303877A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハの加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯端末の小型化、高集積化のニーズにより、パッケージの小型化、薄型化が検討されている。それに伴い、そこに搭載される半導体チップ厚さをできるだけ薄くする必要がある。
【０００３】
そのための手法として次の方法が知られている。まず、ウエハの一方の面（主表面）にテープを貼り付け、この状態のウエハを専用治具に装着する。そして、厚さ１００μｍまで研削した後、ウエハの他方の面（裏面）である研削面に新たなテープを貼り付ける。続いて、ウエハの主表面側のテープを除去した後、ダイシングし、チップ化する。この方法によれば、薄いウエハを常にテープで補強することができるため、ウエハ破損を防止することができる。
【０００４】
しかし、半導体チップの主表面から裏面側に向けて電流が流れる縦型パワー素子のように、ウエハの裏面に電極を形成したい場合、上記の方法を使用することは難しい。それは、上記の方法を用い、厚さ１００μｍのウエハ主表面にテープを貼り付けた状態で、裏面電極形成用スパッタ装置や蒸着装置に入れると、テープの基材や粘着剤から有機成分などが脱離し、ウエハのみでなく成膜装置にも悪影響を及ぼす可能性が高いためである。
【０００５】
その他、ウエハを薄型化する手法として、図１８に示すような表面処理装置を用いたウェットエッチングがある。詳しくは、特開２０００−１２４１６６号公報では、予め裏面研削装置を用いウエハ厚さを３００μｍ程度に薄くした後、表面処理装置を用い、ＫＯＨ水溶液にてウエハ厚さを５〜１００μｍに薄くする手法が開示されている。また、この種の技術として、特開２０００−９１３０７号公報では、例えば２２ｗｔ％ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液によりＳｉをエッチングする方法が開示されている。
【０００６】
このような手法により薄型化したウエハの特徴は、ウエハでの素子形成面へのエッチング液の回り込みを防止するためのパッキン（図１８において符号１００で示す部材）の下がエッチングされないため、図１９に示すようにウエハ外周部が例えば２５０μｍと厚い凹状になるということである。このような形状の薄型ウエハは、たとえ内方が厚さ５０μｍと薄くても、外周部が例えば２５０μｍと厚いため梁のような効果を発揮しウエハの反りを抑えることができ、保護テープが不要であること、及び、ピンセットでハンドリングする場合もこの部分をつかむことにより破損しにくくなる。
【０００７】
しかし、本発明者らはこの種の表面処理装置を用いて一連のエッチング処理を行った結果、なおウエハが破損する場合があることが分かった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、エッチングにてウエハを薄型化してもウエハの破損をより確実に防止することができる半導体ウエハの加工方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、第１工程において半導体ウエハにおける素子を形成した面に、補強用の膜を形成した後に、以後の工程を実行するようにしたことを特徴としている。つまり、第１工程において半導体ウエハにおける一方の面に素子を形成する。この第１工程において、半導体ウエハにおける素子を形成した面に、補強用の膜としての金属膜及び樹脂膜を形成する。その後、第２工程として、ウエハ載置台の上に半導体ウエハを、素子を形成した面とは反対の面が上向きになるようにして載置するとともに、ウエハ載置台の上に筒状部材を、半導体ウエハの外周部をパッキンにてシールした状態で搭載する。さらに、第３工程として、筒状部材内に配したエッチング液にて半導体ウエハを、パッキンにてシールした部位を残して所定深さまでエッチングして薄くする。
【００１０】
よって、ウエハに補強用の膜としての金属膜及び樹脂膜が形成されているため、例えば図１２に示すように水圧などの応力がウエハに作用しても破損を防止することができる。その結果、エッチングにてウエハを薄型化してもウエハの破損をより確実に防止することができることとなる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、第１工程において半導体ウエハにおける素子を形成した面に、補強用の膜を形成するとともに、当該面でのウエハ外周部に他の部位よりも高いストッパ用の膜を形成した後に、以後の工程を実行するようにしたことを特徴としている。つまり、第１工程において半導体ウエハにおける一方の面に素子を形成する。この第１工程において、半導体ウエハにおける素子を形成した面に、補強用の膜としての金属膜及び樹脂膜を形成するとともに、当該面でのウエハ外周部に他の部位よりも高いストッパ用の膜を形成する。その後、第２工程として、ウエハ載置台の上に半導体ウエハを、素子を形成した面とは反対の面が上向きになるようにして載置するとともに、ウエハ載置台の上に筒状部材を、半導体ウエハの外周部をパッキンにてシールした状態で搭載する。さらに、第３工程として、筒状部材内に配したエッチング液にて半導体ウエハを、パッキンにてシールした部位を残して所定深さまでエッチングして薄くする。
【００１４】
よって、ウエハに補強用の膜としての金属膜及び樹脂膜が形成されているため、例えば図１２に示すように水圧などの応力がウエハに作用しても破損を防止することができる。また、ウエハ外周部にストッパ用の膜が形成されているため、例えば図８に示すように表面処理装置からのウエハの取り出し時に隙間に入り込み破損するといったことを防止することができる。その結果、エッチングにてウエハを薄型化してもウエハの破損をさらに確実に防止することができることとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施の形態におけるチップ状態での半導体装置の一部分を示す縦断面である。本半導体装置はトレンチゲートタイプの縦型パワーＭＯＳトランジスタである。
【００１６】
図１において、半導体基板１は主表面（上面）１ａとその反対の裏面（下面）１ｂを有する。半導体基板１の裏面（下面）１ｂを構成するＮ^＋型のシリコン基板２の上にはＮ⁻型ドリフト層３とＰ型ベース層４がエピタキシャル成長にて形成されている。Ｐ型ベース層４の上面が半導体基板１の主表面１ａとなっている。Ｐ型ベース層４の表層部にはＮ^＋型ソース領域５が形成されている。さらに、半導体基板１の主表面１ａにはトレンチ６が形成され、同トレンチ６はＮ^＋型ソース領域５とＰ型ベース層４を貫通しＮ⁻型ドリフト層３に達している。さらに、トレンチ６内にゲート酸化膜７が形成されるとともに、その内方にゲート電極８が形成されている。また、半導体基板１の主表面１ａには絶縁膜９がパターニングされている。この絶縁膜９の上を含めた主表面１ａにはソース電極１０が形成されている。さらに、ソース電極１０は保護膜（図示略）にて覆われている。一方、半導体基板１の裏面（下面）１ｂにはドレイン電極１１が形成されている。半導体基板１の厚さは１００μｍ程度であり、薄型パワーデバイスとなっている。
【００１７】
次に、製造方法を説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、シリコンウエハ（半導体基板）２０を用意し、通常の半導体製造技術を用いてウエハ２０における一方の面に素子２１を形成する。詳しくは、図１でのＮ^＋型シリコン基板２の上にエピタキシャル成長によりＮ⁻型ドリフト層３とＰ型ベース層４を順に形成し、さらに、Ｐ型ベース層４の表層部にＮ^＋型ソース領域５を形成する。そして、トレンチ６を、Ｎ^＋型ソース領域５とＰ型ベース層４を貫通しＮ⁻型ドリフト層３に達するように形成する。さらに、トレンチ６内にゲート酸化膜７を形成するとともに、その内方にゲート電極８を配置する。さらには、絶縁膜９を成膜するとともにパターングする。
【００１８】
そして、図２（ｂ）に示すように、ウエハ２０における素子２１を形成した面に対しスパッタリング装置を用いてソース電極（図１での符号１０）を形成する。詳しくは、バリアメタルとしてＴｉ／ＴｉＮ膜２２を膜厚が合わせて３００ｎｍとなるように形成するとともに、その上にアルミ合金膜２３を５μｍ形成する。アルミ合金は具体的には、例えばアルミ＋シリコン、叉は、アルミ＋シリコン＋銅を用いることができる。その後、ホトグラフィーとエッチングによりＴｉ／ＴｉＮ／Ａｌ膜２２，２３をパターニングする。さらに、４５０℃程度の還元雰囲気でシンタリングする。
【００１９】
その後、図２（ｃ）に示すように、ウエハ２０における素子２１を形成した面に対し保護膜２４を形成する。詳しくは、液体のポリイミドをスピンコータで厚さ１０μｍ塗布し、通常のホトリソグラフィーとエッチングによりパターニングする。その後、３５０℃程度の熱処理を行い、完全にイミド化してポリイミド膜２４とする。５μｍのアルミ合金膜（金属膜）２３と１０μｍのポリイミド膜（樹脂膜）２４は補強用の膜として機能する。詳細は後述する。
【００２０】
さらに、ウエハ２０における素子２１を形成した面でのウエハ２０の外周部、つまり、素子が形成されていない領域に厚いポリイミド膜２５を形成する。具体的には例えば図４に示すようにウエハ端面から５ｍｍの部位において硬化前の液体状ポリイミドを刷毛で塗布し、３５０℃程度のキュア（反応促進のための熱処理）を行い、硬化させる。刷毛塗りによるポリイミド膜２５は、ウエハ２０における素子２１を形成した面でのウエハ外周部において他の部位よりも高くなっており、ストッパ用の膜として機能する。詳細は後述する。
【００２１】
引き続き、図２（ｄ）に示すように、表面研削装置を用いて、厚さが６２５μｍのウエハ２０の裏面を研削して厚さを２５０μｍにする。このとき、表面保護用にテープを貼り付けるが、粘着材厚さが厚いテープを使用する。これにより、ウエハ端部の凹凸（ポリイミド膜２５による凹凸）による研削時の割れを防止することができる。
【００２２】
さらに、図３（ａ）に示すように、表面処理装置を用いてウエハ２０の裏面をウェットエッチングして厚さを１００μｍとする。つまり、１５０μｍエッチングする。エッチング液にはＴＭＡＨ水溶液を用いる。
【００２３】
この表面処理装置を用いたウエハ裏面のウェットエッチングについて、図５，６，７を用いて詳しく説明する。図５，６，７は、表面処理装置の縦断面での端面図である。
【００２４】
図５（ａ）に示すように、筒状の第１部材３０の上にリング状の第２部材３１を、リング状のパッキン３２を挟んで配置し、第２部材３１に形成したネジ孔３３を通してネジにて固定する。詳しくは、筒状の第１部材３０の両端開口部が上下に位置する状態で、その上面にパッキン３２を挟んで第２部材３１を固定する。
【００２５】
そして、図５（ｂ）に示すように、パッキン３２の上にウエハ２０を配置する。このとき、ウエハ２０での素子を形成した面とは反対の面において外周部がパッキン３２と接している。さらに、図５（ｃ）に示すように、第２部材３１の上に第３部材３４を取り付けて、ウエハ２０をパッキン３２と第３部材３４の間に固定する。さらには、第３部材３４に形成した吸引通路（溝）３５を通して吸引する。これにより、第１部材３０と第２部材３１と第３部材３４が吸着され、ウエハ２０におけるパッキン３２との接触部が完全にシールされる。
【００２６】
引き続き、上下を逆にし、図５（ｄ）に示すように、第１部材３０内にエッチング液３６を注入し、さらに、図６（ａ）に示すように、第４部材３７を被せるようにして配置する。この第４部材３７にはヒータ３８や攪拌装置（攪拌子）３９等が取り付けられている。エッチング液３６をヒータ３８にて加熱するとともに攪拌装置（攪拌子）３９にて攪拌する。この状態でエッチングが開始される。そして、所定時間経過後にエッチングが終了する。
【００２７】
つまり、第１工程として、図２（ａ）のごとくウエハ２０における一方の面に素子を形成する。第２工程として、図５（ｄ）のごとくウエハ載置台としての第２および第３部材３１，３４の上にウエハ２０を、素子２１を形成した面とは反対の面が上向きになるようにして載置するとともに、ウエハ載置台（３１，３４）の上に筒状部材としての第１部材３０を、ウエハ２０の外周部をパッキン３２にてシールした状態で搭載する。第３工程として、図６（ａ）のごとく筒状部材としての第１部材３０内に配したエッチング液３６にてウエハ２０を、パッキン３２にてシールした部位を残して所定深さまでエッチングして薄くする。
【００２８】
エッチングが終了すると、図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、第４部材３７を取り外すとともにエッチング液３６を抜き、さらに、上下を逆にして第３部材３４を取り外す。
【００２９】
さらに、ウエハ２０を表面処理装置から取り外す。この際、ウエハ２０のエッチングされた部位は５０μｍ程度になっており（非常に薄くなっており）、ピンセットなどで触れることはできない。よって、図７（ａ）に示すように、第１部材３０の下からウエハ２０をわずかに斜めに持ち上げ、図７（ｂ）に示すように、ウエハ２０の外周の厚肉部（リブ）をピンセット４０で摘まんで取り出す。このとき、図８に示すように、ウエハ２０が第１部材３０と第２部材３１の間のわずかな隙間に入り込みウエハ２０が破損しやすい。つまり、図９に示すように、厚さが６２５μｍのウエハ２０を裏面研削して厚さが２５０μｍになるまで薄型化すると、表面処理装置を用いて加工する前においてはウエハ端部は鋭角となっている。そのようなウエハ２０をエッチングした後において表面処理装置から取り出す際にウエハ２０を斜めにすると、図８に示すように、ウエハ２０が第１部材３０と第２部材３１の間のわずかな隙間に入り込みやすい。
【００３０】
ここで、ウエハ２０の厚さが６２５μｍと厚い場合はウエハ２０が第１部材３０と第２部材３１の間の隙間に入り込みにくく、裏面研削を行わずに表面処理装置にてエッチングすればこのような問題は発生しにくい。しかしこれでは２２％ＴＭＡＨ水溶液によるエッチングレートが０．８μｍ／分と遅くスループットが悪くなる。そのため、裏面研削加工は行う必要があり、これによりウエハ端部が鋭角となってしまう。
【００３１】
このようにウエハ２０が第１部材３０と第２部材３１の間のわずかな隙間に入り込みウエハ２０が破損しやすいが、本実形態においては、図１０に示したようにウエハ外周部に厚膜のポリイミド膜（ストッパ膜）２５が形成されている。よって、図１１に示すように表面処理装置からのウエハ２０の取り出し時に第１部材３０と第２部材３１の間にウエハ２０が入り込むことを防止することができ、ウエハ２０の破損が防止できる。
【００３２】
このようにして表面処理装置からウエハ２０を取り出した後、流水洗を行う。この流水洗中においてウエハ２０が破損しやすい。詳しくは、図１２に示すように、水圧によりウエハ２０が撓んで破損しやすい。つまり、ウエハ２０の断面形状が表面処理装置特有の凹形状になっており、ハンドリング性は向上するが、流水洗時の水圧のようにウエハ全体に応力が作用する場合は破損しやすい状態にある。
【００３３】
このように流水洗中においてウエハ２０が破損しやすいが、本実施形態においてはウエハ表面に通常よりも厚いアルミ合金膜２３とポリイミド膜２４が形成されており、この弾性的性質を有する膜２３，２４にて補強されている。よって、水圧などの応力がウエハ２０に作用してウエハ２０が撓んでも割れることはない（破損を防止できる）。
【００３４】
つまり、図１３（ａ）に示すように一般的には、半導体工程で素子２１を形成したウエハ２０上に、図１３（ｂ）に示すように、スパッタリング装置を用いてバイメタルとしてＴｉ／ＴｉＮ膜５０を合わせて３００ｎｍ形成した後、アルミ合金膜５１を２μｍ形成する。その後、ホトリソグラフィーとドライエッチングを用い、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ膜５０，５１をパターニングした後、４５０℃程度の還元雰囲気中でシンタリングする。その後、図１３（ｃ）に示すように、ＣＶＤ装置を用いて保護膜としてＳｉＮ膜５２を１．５μｍを形成し、パターニングした後、４５０℃の還元雰囲気中で熱処理する。
【００３５】
これに対し、本実施形態においてはウエハ表面に通常よりも厚いアルミ合金膜２３と厚いポリイミド膜２４を形成しており、補強されている。よって、水圧によりウエハ２０が撓んでも割れることはない。
【００３６】
なお、厚いポリイミド膜２４はスクライブラインにも形成してもよいが、ダイシング時にブレードにポリイミドが詰まりＳｉピッチングを起こしやすいのでこの対策を講じる必要がある。
【００３７】
以上のようにして流水洗を行った後において、スパッタリング装置を用いてウエハ裏面に例えば逆スパッタによるクリーニングを行った後、図３（ｂ）に示すように裏面電極（図１のドレイン電極１１）となるＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜２６を所定の膜厚だけ成膜する。このとき、ウエハ外周部に厚さ２５０μｍのリブ部があるため１００μｍと厚みが薄くとも反りが小さい。そのため、ウエハ２０が搬送用アームから落ちたり、キャリアにウエハ２０を装填したときに隣のウエハと接触することはない。
【００３８】
なお、流水洗や裏面電極成膜等を行う時に、ウエハ表面の外周部にポリイミド膜２５が厚く形成されていても問題はない。
この後、ダイシングを行い、各チップに裁断する。その結果、厚さ１００μｍの薄型パワーデバイスを得る。
【００３９】
図１４には、ウエハの厚さとウエハの破損発生率の関係を示す。この図から、ウエハの厚さが３００μｍよりも薄くなるとウエハ破損が発生しやすくなることが分かる。
【００４０】
図１５には、アルミ膜の膜厚および保護膜の材質・膜厚とウエハ破損発生率の関係を示す。サンプルは、（ｉ）保護膜が１μｍのＳｉＮ膜かつアルミ膜が９００ｎｍの場合、（ｉｉ）保護膜が２μｍのポリイミド膜かつアルミ膜が９００ｎｍの場合、（ｉｉｉ）保護膜が２μｍのポリイミド膜かつアルミ膜が５μｍの場合、（ｉｖ）保護膜が１０μｍのポリイミド膜かつアルミ膜が５μｍの場合、（ｖ）保護膜が１０μｍのポリイミド膜でしかもウエハ外周部にポリイミド膜を刷毛塗りし、かつアルミ膜が５μｍの場合、（ｖｉ）保護膜が１０μｍのポリイミド膜でしかもウエハ外周部にポリイミド膜を刷毛塗りし、かつアルミ膜が９００ｎｍの場合である。
【００４１】
図１５から次のことが分かる。（ｉ）と（ｉｉ）の比較にて保護膜として１μｍのＳｉＮ膜よりも２μｍのポリイミド膜を使用することによりウエハ破損を抑制できる。（ｉｉ）と（ｉｉｉ）の比較にてアルミ膜は厚い方がウエハ破損を抑制できる。（ｉｉｉ）と（ｉｖ）の比較にてポリイミド膜は厚い方がウエハ破損を抑制できる。（ｉｖ）と（ｖ）の比較にてウエハ外周部にポリイミド膜を刷毛塗りすることによりウエハ破損を抑制できる。（ｖ）と（ｖｉ）の比較にてアルミ膜は厚い方がウエハ破損を抑制できる。
【００４２】
以上述べてきたように、ウエハ２０での一方の面に素子を形成した後においてウエハ２０での素子形成面とは反対の面にウェットエッチングを行う際に、図５，６を用いて説明したような表面処理装置を用いて行う。このとき、ウエハ２０の被エッチング面の反対側の面にエッチング液が回り込まないように被エッチング面の外周部をパッキン３２にてシールすることになる。これに先立ち、ウエハ表面に、補強のために弾性材として機能する薄膜として通常よりも厚いアルミ合金膜（金属膜）２３およびポリイミド膜（樹脂膜）２４を形成した。よって、ウエハ表面に弾性材として機能する膜２３，２４が形成されているため、例えば図１２に示すように水圧などの応力がウエハ２０に作用しても破損を防止することができる。その結果、エッチングにてウエハ２０を薄型化してもウエハ２０の破損をより確実に防止することができることとなる。
【００４３】
また、ウエハ表面の外周部に、ストッパ部材として機能する厚膜のポリイミド膜（樹脂膜）２５を形成した。よって、ウエハ外周部にストッパ用の膜２５が形成されているため、例えば図８に示すように表面処理装置からのウエハ２０の取り出し時に隙間に入り込むといったことを防止することができる。その結果、エッチングにてウエハ２０を薄型化してもウエハ２０の破損をより確実に防止することができることとなる。
【００４４】
以下、応用例を説明する。
図２の工程においてはアルミ合金膜２３を５μｍ形成するとともに１０μｍのポリイミド膜２４を形成し、さらに、ウエハ２０の外周部にポリイミド膜２５を形成した。これに対し、ウエハ２０の外周部へのポリイミド膜２５は形成せずに、図１６（ａ）〜（ｄ）及び図１７（ａ），（ｂ）に示すようにアルミ合金膜６１を５μｍ形成するとともに１０μｍのポリイミド膜６２を形成するようにしてもよい。
【００４５】
また、アルミ合金膜２３は厚さが５μｍであったが、厚さが５μｍ以上あるとよく、また、材質についてはアルミ（アルミ膜）でもよい。また、ポリイミド膜２４は厚さが１０μｍであったが、厚さが１０μｍ以上あるとよい。
【００４６】
また、厚い金属膜２３と厚い樹脂膜２４のいずれか一方のみを形成するようにしてもよい。
さらに、厚い金属膜２３や厚い樹脂膜２４は形成せずにウエハ外周部のストッパ用の膜２５のみを形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における半導体装置の一部断面図。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は製造方法を説明するための断面図。
【図３】（ａ），（ｂ）は製造方法を説明するための断面図。
【図４】図２（ｃ）のＡ部を拡大した概念図。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は製造方法を説明するための端面図。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は製造方法を説明するための端面図。
【図７】（ａ），（ｂ）は製造方法を説明するための端面図。
【図８】製造方法を説明するための端面図。
【図９】製造方法を説明するための断面図。
【図１０】製造方法を説明するための断面図。
【図１１】製造方法を説明するための端面図。
【図１２】製造方法を説明するための断面図。
【図１３】（ａ）〜（ｅ）は製造方法を説明するための断面図。
【図１４】ウエハ破損発生率に関する測定結果を示す図。
【図１５】ウエハ破損発生率に関する測定結果を示す図。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は別例の製造方法を説明するための断面図。
【図１７】（ａ），（ｂ）は別例の製造方法を説明するための断面図。
【図１８】従来技術を説明するための断面図。
【図１９】従来技術を説明するための断面図。
【符号の説明】
２０…シリコンウエハ、２１…素子、２３…アルミ合金膜、２４…ポリイミド膜、２５…ポリイミド膜、３０…第１部材、３２…パッキン、３４…第３部材、３６…エッチング液。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for processing a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
Due to the need for miniaturization and high integration of portable terminals, the miniaturization and thinning of packages are being studied. Accordingly, it is necessary to reduce the thickness of the semiconductor chip mounted thereon as much as possible.
[0003]
The following method is known as a method for that purpose. First, a tape is attached to one surface (main surface) of the wafer, and the wafer in this state is mounted on a dedicated jig. And after grinding to thickness 100 micrometers, a new tape is affixed on the grinding surface which is the other surface (back surface) of a wafer. Subsequently, after the tape on the main surface side of the wafer is removed, the wafer is diced into chips. According to this method, a thin wafer can always be reinforced with a tape, so that wafer breakage can be prevented.
[0004]
However, it is difficult to use the above method when it is desired to form electrodes on the back surface of the wafer, such as a vertical power element in which current flows from the main surface to the back surface side of the semiconductor chip. When the tape is attached to the main surface of a wafer having a thickness of 100 μm using the above method and then put into a sputtering apparatus or vapor deposition apparatus for forming a back electrode, organic components and the like are removed from the base material and adhesive of the tape. This is because the possibility of adversely affecting not only the wafer but also the film forming apparatus is high.
[0005]
In addition, as a method for thinning the wafer, there is wet etching using a surface treatment apparatus as shown in FIG. Specifically, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-124166 discloses a method in which a wafer thickness is reduced to about 300 μm in advance using a back surface grinding apparatus, and then the wafer thickness is reduced to 5 to 100 μm with a KOH aqueous solution using a surface treatment apparatus. Is disclosed. As this type of technology, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-91307 discloses a method of etching Si with, for example, a 22 wt% TMAH (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution.
[0006]
The feature of the wafer thinned by such a method is that the bottom of the packing (a member denoted by reference numeral 100 in FIG. 18) for preventing the etching solution from flowing around the element formation surface of the wafer is not etched. As shown in FIG. 5, the outer peripheral portion of the wafer is a concave shape as thick as 250 μm, for example. Even if the inner thickness of the thin wafer is 50 μm, the outer peripheral part is as thick as 250 μm, so that the effect of a beam can be suppressed and the warpage of the wafer can be suppressed, and no protective tape is required. And when handling with tweezers, it becomes difficult to break by grasping this portion.
[0007]
However, the present inventors have found that the wafer may still be damaged as a result of performing a series of etching processes using this type of surface treatment apparatus.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made under such a background, and an object of the present invention is to provide a semiconductor wafer processing method that can more reliably prevent damage to the wafer even if the wafer is thinned by etching. It is in.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The invention described in claim 1 is characterized in that after the reinforcing film is formed on the surface of the semiconductor wafer on which the element is formed in the first step, the subsequent steps are executed. That is, an element is formed on one surface of the semiconductor wafer in the first step. In the first step, a metal film and a resin film are formed as reinforcing films on the surface of the semiconductor wafer where the elements are formed. Thereafter, as a second step, the semiconductor wafer is placed on the wafer placement table so that the surface opposite to the surface on which the elements are formed faces upward, and the cylindrical member is placed on the wafer placement table. The semiconductor wafer is mounted in a state where the outer periphery of the semiconductor wafer is sealed with packing. Further, as a third step, the semiconductor wafer is etched and thinned to a predetermined depth with an etching solution disposed in the cylindrical member, leaving a portion sealed with packing.
[0010]
Therefore, since the metal film and the resin film as the reinforcing film are formed on the wafer, for example, as shown in FIG. 12, damage can be prevented even if stress such as water pressure acts on the wafer. As a result, even if the wafer is thinned by etching, the wafer can be more reliably prevented from being damaged.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, a reinforcing film is formed on the surface of the semiconductor wafer in which the elements are formed in the first step, and a stopper film higher than other parts on the wafer outer peripheral portion on the surface. After the step is formed, the subsequent steps are performed. That is, an element is formed on one surface of the semiconductor wafer in the first step. In this first step, a metal film and a resin film as reinforcing films are formed on the surface of the semiconductor wafer on which the elements are formed, and a stopper film higher than other parts on the wafer outer periphery on the surface. Form. Thereafter, as a second step, the semiconductor wafer is placed on the wafer placement table so that the surface opposite to the surface on which the elements are formed faces upward, and the cylindrical member is placed on the wafer placement table. The semiconductor wafer is mounted in a state where the outer periphery of the semiconductor wafer is sealed with packing. Further, as a third step, the semiconductor wafer is etched and thinned to a predetermined depth with an etching solution disposed in the cylindrical member, leaving a portion sealed with packing.
[0014]
Therefore, since the metal film and the resin film as the reinforcing film are formed on the wafer, for example, as shown in FIG. 12, damage can be prevented even if stress such as water pressure acts on the wafer. Further, since the stopper film is formed on the outer peripheral portion of the wafer, for example, as shown in FIG. 8, it is possible to prevent the wafer from entering into the gap and being damaged when the wafer is taken out from the surface processing apparatus. As a result, even if the wafer is thinned by etching, the wafer can be more reliably prevented from being damaged.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal section showing a part of a semiconductor device in a chip state in the present embodiment. This semiconductor device is a trench gate type vertical power MOS transistor.
[0016]
In FIG. 1, a semiconductor substrate 1 has a main surface (upper surface) 1a and an opposite back surface (lower surface) 1b. An N ⁻ type drift layer 3 and a P type base layer 4 are formed by epitaxial growth on an N ⁺ type silicon substrate 2 constituting the back surface (lower surface) 1 b of the semiconductor substrate 1. The upper surface of the P-type base layer 4 is the main surface 1 a of the semiconductor substrate 1. An N ⁺ type source region 5 is formed in the surface layer portion of the P type base layer 4. Further, a trench 6 is formed in the main surface 1 a of the semiconductor substrate 1, and the trench 6 penetrates the N ⁺ type source region 5 and the P type base layer 4 and reaches the N ⁻ type drift layer 3. Further, a gate oxide film 7 is formed in the trench 6 and a gate electrode 8 is formed in the inside thereof. An insulating film 9 is patterned on the main surface 1 a of the semiconductor substrate 1. A source electrode 10 is formed on the main surface 1 a including the insulating film 9. Further, the source electrode 10 is covered with a protective film (not shown). On the other hand, a drain electrode 11 is formed on the back surface (lower surface) 1 b of the semiconductor substrate 1. The thickness of the semiconductor substrate 1 is about 100 μm, and it is a thin power device.
[0017]
Next, a manufacturing method will be described.
First, as shown in FIG. 2A, a silicon wafer (semiconductor substrate) 20 is prepared, and an element 21 is formed on one surface of the wafer 20 using a normal semiconductor manufacturing technique. Specifically, an N ⁻ type drift layer 3 and a P type base layer 4 are sequentially formed on the N ⁺ type silicon substrate 2 in FIG. 1 by epitaxial growth, and an N ⁺ type source is formed on the surface layer portion of the P type base layer 4. Region 5 is formed. Then, the trench 6 is formed so as to penetrate the N ⁺ type source region 5 and the P type base layer 4 and reach the N ⁻ type drift layer 3. Further, a gate oxide film 7 is formed in the trench 6 and a gate electrode 8 is disposed on the inside thereof. Further, the insulating film 9 is formed and patterned.
[0018]
Then, as shown in FIG. 2B, a source electrode (reference numeral 10 in FIG. 1) is formed on the surface of the wafer 20 on which the element 21 is formed using a sputtering apparatus. Specifically, a Ti / TiN film 22 is formed as a barrier metal so as to have a total thickness of 300 nm, and an aluminum alloy film 23 is formed thereon with a thickness of 5 μm. Specifically, for example, aluminum + silicon or aluminum + silicon + copper can be used as the aluminum alloy. Thereafter, the Ti / TiN / Al films 22 and 23 are patterned by photolithography and etching. Further, sintering is performed in a reducing atmosphere of about 450 ° C.
[0019]
Thereafter, as shown in FIG. 2C, a protective film 24 is formed on the surface of the wafer 20 on which the element 21 is formed. Specifically, liquid polyimide is applied to a thickness of 10 μm by a spin coater, and patterned by ordinary photolithography and etching. Thereafter, a heat treatment at about 350 ° C. is performed to completely imidize the polyimide film 24. The 5 μm aluminum alloy film (metal film) 23 and the 10 μm polyimide film (resin film) 24 function as a reinforcing film. Details will be described later.
[0020]
Further, a thick polyimide film 25 is formed on the outer peripheral portion of the wafer 20 on the surface of the wafer 20 where the element 21 is formed, that is, in a region where no element is formed. Specifically, for example, as shown in FIG. 4, liquid polyimide before curing is applied with a brush at a site 5 mm from the end surface of the wafer, and cured at 350 ° C. (heat treatment for promoting reaction) to be cured. The polyimide film 25 formed by brushing is higher than the other parts at the outer peripheral portion of the wafer 20 on the surface where the element 21 is formed, and functions as a stopper film. Details will be described later.
[0021]
Subsequently, as shown in FIG. 2D, the back surface of the wafer 20 having a thickness of 625 μm is ground to a thickness of 250 μm using a surface grinding apparatus. At this time, a tape is applied for surface protection, but a tape having a thick adhesive material is used. Thereby, the crack at the time of grinding by the unevenness | corrugation (unevenness | corrugation by the polyimide film 25) of a wafer edge part can be prevented.
[0022]
Further, as shown in FIG. 3A, the thickness of the back surface of the wafer 20 is wet-etched to 100 μm using a surface treatment apparatus. That is, 150 μm is etched. A TMAH aqueous solution is used as an etching solution.
[0023]
Wet etching on the back surface of the wafer using this surface processing apparatus will be described in detail with reference to FIGS. 5, 6 and 7 are end views in longitudinal section of the surface treatment apparatus.
[0024]
As shown in FIG. 5 (a), a ring-shaped second member 31 is disposed on a cylindrical first member 30 with a ring-shaped packing 32 interposed therebetween, and a screw hole 33 formed in the second member 31. Secure with screws. Specifically, the second member 31 is fixed with the packing 32 sandwiched between the upper surfaces of both ends of the cylindrical first member 30 positioned vertically.
[0025]
Then, as shown in FIG. 5B, the wafer 20 is placed on the packing 32. At this time, the outer peripheral portion is in contact with the packing 32 on the surface of the wafer 20 opposite to the surface on which the elements are formed. Further, as shown in FIG. 5C, the third member 34 is attached on the second member 31, and the wafer 20 is fixed between the packing 32 and the third member 34. Further, suction is performed through a suction passage (groove) 35 formed in the third member 34. Thereby, the 1st member 30, the 2nd member 31, and the 3rd member 34 are adsorbed, and the contact part with packing 32 in wafer 20 is completely sealed.
[0026]
Subsequently, the top and bottom are turned upside down, and as shown in FIG. 5 (d), the etching solution 36 is injected into the first member 30, and the fourth member 37 is covered as shown in FIG. 6 (a). Arrange. A heater 38, a stirring device (stirring bar) 39, and the like are attached to the fourth member 37. The etching solution 36 is heated by a heater 38 and stirred by a stirring device (stirring bar) 39. Etching is started in this state. Then, the etching is finished after a predetermined time has elapsed.
[0027]
That is, as a first step, elements are formed on one surface of the wafer 20 as shown in FIG. As the second step, as shown in FIG. 5D, the wafer 20 is placed on the second and third members 31 and 34 as the wafer mounting table so that the surface opposite to the surface on which the element 21 is formed faces upward. The first member 30 as a cylindrical member is mounted on the wafer mounting table (31, 34) with the outer peripheral portion of the wafer 20 sealed with the packing 32. As a third step, the wafer 20 is etched to a predetermined depth with the etching solution 36 disposed in the first member 30 as a cylindrical member as shown in FIG. make it thin.
[0028]
When the etching is finished, as shown in FIGS. 6B, 6C, and 6D, the fourth member 37 is removed and the etching solution 36 is removed, and the third member 34 is removed upside down.
[0029]
Further, the wafer 20 is removed from the surface processing apparatus. At this time, the etched portion of the wafer 20 is about 50 μm (very thin) and cannot be touched with tweezers. Therefore, as shown in FIG. 7A, the wafer 20 is lifted slightly obliquely from below the first member 30, and the thick portion (rib) on the outer periphery of the wafer 20 is removed as shown in FIG. Pick it out with tweezers 40 and take it out. At this time, as shown in FIG. 8, the wafer 20 easily enters a slight gap between the first member 30 and the second member 31, and the wafer 20 is easily damaged. That is, as shown in FIG. 9, when the wafer 20 having a thickness of 625 μm is thinned by grinding the back surface to a thickness of 250 μm, the edge of the wafer becomes an acute angle before processing using the surface treatment apparatus. ing. When the wafer 20 is tilted when the wafer 20 is removed from the surface processing apparatus after the wafer 20 is etched, the wafer 20 is placed in a slight gap between the first member 30 and the second member 31 as shown in FIG. Easy to get in.
[0030]
Here, when the thickness of the wafer 20 is as thick as 625 μm, the wafer 20 is unlikely to enter the gap between the first member 30 and the second member 31, and if etching is performed with a surface treatment apparatus without performing back surface grinding, Problems are unlikely to occur. However, in this case, the etching rate by the 22% TMAH aqueous solution is as low as 0.8 μm / min, and the throughput is deteriorated. For this reason, it is necessary to perform back surface grinding, which results in an acute angle at the wafer edge.
[0031]
As described above, the wafer 20 enters the slight gap between the first member 30 and the second member 31, and the wafer 20 is likely to be damaged. However, in this embodiment, as shown in FIG. A polyimide film (stopper film) 25 is formed. Therefore, as shown in FIG. 11, the wafer 20 can be prevented from entering between the first member 30 and the second member 31 when the wafer 20 is taken out from the surface treatment apparatus, and the wafer 20 can be prevented from being damaged.
[0032]
In this manner, after removing the wafer 20 from the surface treatment apparatus, washing with running water is performed. During this running water washing, the wafer 20 is easily damaged. Specifically, as shown in FIG. 12, the wafer 20 is easily bent and damaged by water pressure. That is, the cross-sectional shape of the wafer 20 is a concave shape peculiar to the surface processing apparatus, and handling is improved. .
[0033]
As described above, the wafer 20 is easily damaged during running water washing, but in this embodiment, an aluminum alloy film 23 and a polyimide film 24 that are thicker than usual are formed on the wafer surface, and the film 23 having this elastic property, 24 is reinforced. Therefore, even if stress such as water pressure acts on the wafer 20 and the wafer 20 is bent, it is not cracked (breakage can be prevented).
[0034]
That is, as shown in FIG. 13A, generally, a Ti / TiN film is formed as a bimetal on a wafer 20 on which an element 21 is formed by a semiconductor process, using a sputtering apparatus as shown in FIG. 13B. After forming 50 nm to 300 nm, an aluminum alloy film 51 is formed to 2 μm. Thereafter, the Ti / TiN / Al films 50 and 51 are patterned using photolithography and dry etching, and then sintered in a reducing atmosphere at about 450 ° C. Thereafter, as shown in FIG. 13C, a SiN film 52 having a thickness of 1.5 μm is formed and patterned as a protective film using a CVD apparatus, and then heat-treated in a reducing atmosphere at 450 ° C.
[0035]
On the other hand, in the present embodiment, an aluminum alloy film 23 and a thick polyimide film 24 which are thicker than usual are formed on the wafer surface and are reinforced. Therefore, even if the wafer 20 is bent by water pressure, it will not be broken.
[0036]
The thick polyimide film 24 may also be formed on the scribe line, but it is necessary to take this measure because the polyimide is clogged in the blade during dicing and Si pitching is likely to occur.
[0037]
After washing with running water as described above, the back surface of the wafer is cleaned by, for example, reverse sputtering using a sputtering apparatus, and then the back surface electrode (drain electrode 11 in FIG. 1) as shown in FIG. A Ti / Ni / Au film 26 is formed to a predetermined thickness. At this time, since there is a rib portion having a thickness of 250 μm on the outer peripheral portion of the wafer, the warp is small even if the thickness is as small as 100 μm. For this reason, the wafer 20 does not fall from the transfer arm or contact with the adjacent wafer when the wafer 20 is loaded on the carrier.
[0038]
It should be noted that there is no problem even if the polyimide film 25 is formed thickly on the outer peripheral portion of the wafer surface when performing running water washing, back electrode film formation, or the like.
Thereafter, dicing is performed, and each chip is cut. As a result, a thin power device having a thickness of 100 μm is obtained.
[0039]
FIG. 14 shows the relationship between the wafer thickness and the wafer breakage rate. From this figure, it can be seen that wafer breakage is likely to occur when the wafer thickness is less than 300 μm.
[0040]
FIG. 15 shows the relationship between the film thickness of the aluminum film and the material / film thickness of the protective film and the rate of occurrence of wafer breakage. Samples are: (i) when the protective film is 1 μm SiN film and aluminum film is 900 nm, (ii) when the protective film is 2 μm polyimide film and aluminum film is 900 nm, (iii) the protective film is 2 μm polyimide film and When the aluminum film is 5 μm, (iv) When the protective film is a polyimide film of 10 μm and the aluminum film is 5 μm, (v) The protective film is a polyimide film of 10 μm, and the polyimide film is brushed on the outer periphery of the wafer. When the film is 5 μm, (vi) the protective film is a polyimide film of 10 μm, the polyimide film is brushed on the outer periphery of the wafer, and the aluminum film is 900 nm.
[0041]
The following can be seen from FIG. In comparison between (i) and (ii), wafer damage can be suppressed by using a 2 μm polyimide film as a protective film rather than a 1 μm SiN film. In comparison of (ii) and (iii), the thicker the aluminum film, the more the wafer breakage can be suppressed. In comparison between (iii) and (iv), the thicker polyimide film can suppress wafer breakage. By comparing (iv) and (v) with a brush coating of a polyimide film on the outer periphery of the wafer, wafer breakage can be suppressed. In comparison between (v) and (vi), the thicker the aluminum film, the more the wafer breakage can be suppressed.
[0042]
As described above, when wet etching is performed on the surface opposite to the element formation surface of the wafer 20 after forming the element on one surface of the wafer 20, the description has been made with reference to FIGS. Such a surface treatment apparatus is used. At this time, the outer periphery of the etched surface is sealed with the packing 32 so that the etching solution does not enter the surface of the wafer 20 opposite to the etched surface. Prior to this, an aluminum alloy film (metal film) 23 and a polyimide film (resin film) 24 that are thicker than usual are formed on the wafer surface as a thin film that functions as an elastic material for reinforcement. Therefore, since the films 23 and 24 functioning as elastic materials are formed on the wafer surface, for example, as shown in FIG. 12, even if stress such as water pressure acts on the wafer 20, damage can be prevented. As a result, even if the wafer 20 is thinned by etching, the wafer 20 can be more reliably prevented from being damaged.
[0043]
Further, a thick polyimide film (resin film) 25 functioning as a stopper member was formed on the outer peripheral portion of the wafer surface. Therefore, since the stopper film 25 is formed on the outer peripheral portion of the wafer, for example, as shown in FIG. 8, it is possible to prevent a gap from being entered when the wafer 20 is taken out from the surface processing apparatus. As a result, even if the wafer 20 is thinned by etching, the wafer 20 can be more reliably prevented from being damaged.
[0044]
Hereinafter, application examples will be described.
In the process of FIG. 2, the aluminum alloy film 23 is formed with a thickness of 5 μm, a polyimide film 24 with a thickness of 10 μm is formed, and a polyimide film 25 is formed on the outer periphery of the wafer 20. On the other hand, the polyimide film 25 is not formed on the outer peripheral portion of the wafer 20, and the aluminum alloy film 61 is formed with a thickness of 5 μm as shown in FIGS. 16A to 16D and FIGS. 17A and 17B. In addition, a 10 μm polyimide film 62 may be formed.
[0045]
The aluminum alloy film 23 has a thickness of 5 μm. However, the thickness may be 5 μm or more, and the material may be aluminum (aluminum film). The polyimide film 24 has a thickness of 10 μm, but it is preferable that the thickness be 10 μm or more.
[0046]
Further, only one of the thick metal film 23 and the thick resin film 24 may be formed.
Further, only the stopper film 25 on the outer periphery of the wafer may be formed without forming the thick metal film 23 or the thick resin film 24.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a semiconductor device in an embodiment.
2A to 2D are cross-sectional views for explaining a manufacturing method.
3A and 3B are cross-sectional views for explaining a manufacturing method.
FIG. 4 is an enlarged conceptual diagram of part A in FIG.
5A to 5D are end views for explaining a manufacturing method.
FIGS. 6A to 6D are end views for explaining a manufacturing method. FIGS.
FIGS. 7A and 7B are end views for explaining a manufacturing method. FIGS.
FIG. 8 is an end view for explaining the manufacturing method.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing method.
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing method.
FIG. 11 is an end view for explaining the manufacturing method.
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing method.
13A to 13E are cross-sectional views for explaining a manufacturing method.
FIG. 14 is a view showing a measurement result related to a wafer breakage occurrence rate.
FIG. 15 is a view showing a measurement result regarding a wafer breakage occurrence rate.
16A to 16D are cross-sectional views for explaining another example of the manufacturing method.
17A and 17B are cross-sectional views for explaining another manufacturing method.
FIG. 18 is a cross-sectional view for explaining the prior art.
FIG. 19 is a cross-sectional view for explaining the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Silicon wafer, 21 ... Element, 23 ... Aluminum alloy film, 24 ... Polyimide film, 25 ... Polyimide film, 30 ... 1st member, 32 ... Packing, 34 ... 3rd member, 36 ... Etching liquid.

Claims

A first step of forming an element (21) on one surface of a semiconductor wafer (20);
The semiconductor wafer (20) is placed on the wafer mounting table (31, 34) with the surface opposite to the surface on which the element (21) is formed facing upward, and the wafer mounting table (31, 34). 34) mounting a cylindrical member (30) on the outer periphery of the semiconductor wafer (20) sealed with a packing (32),
A third step of etching and thinning the semiconductor wafer (20) to a predetermined depth with the etching solution (36) disposed in the cylindrical member (30), leaving a portion sealed by the packing (32); ,
In a method for processing a semiconductor wafer having
After forming the metal film (23) and the resin film ( 24) as a reinforcing film on the surface of the semiconductor wafer (20) where the element (21) is formed in the first step, the subsequent steps are executed. A method for processing a semiconductor wafer, characterized in that:

A first step of forming an element (21) on one surface of a semiconductor wafer (20);
The semiconductor wafer (20) is placed on the wafer mounting table (31, 34) with the surface opposite to the surface on which the element (21) is formed facing upward, and the wafer mounting table (31, 34). 34) mounting a cylindrical member (30) on the outer periphery of the semiconductor wafer (20) sealed with a packing (32),
A third step of etching and thinning the semiconductor wafer (20) to a predetermined depth with the etching solution (36) disposed in the cylindrical member (30), leaving a portion sealed by the packing (32); ,
In a method for processing a semiconductor wafer having
In the first step, a metal film (23) and a resin film (24) as reinforcing films are formed on the surface of the semiconductor wafer (20) where the element (21) is formed, and the outer periphery of the wafer on the surface A method for processing a semiconductor wafer is characterized in that after the stopper film (25) higher than other portions is formed, the subsequent steps are executed.

3. The method of processing a semiconductor wafer according to claim 1, wherein the metal film is an aluminum film or an aluminum alloy film having a thickness of 5 μm or more .

The method for processing a semiconductor wafer according to any one of claims 1 to 3, wherein the resin film (24) is a polyimide film having a thickness of 10 µm or more .

3. The method of processing a semiconductor wafer according to claim 2 , wherein the stopper film is a polyimide film formed by brushing .