JP3912350B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハの裏面を研削して薄層化した後、半導体ウエハを洗浄する半導体装置の製造方法に関する。

携帯電話、ＩＣカード等に代表されるように、各種の電子装置に用いられている半導体デバイスは、ますます軽量化、小形薄型化が求められている。このため、一般に半導体デバイス（含集積回路、ディスクリートデバイス）の製造において、半導体基板（ウエハ）の表面側にデバイスを作製した後、ウエハの裏面側を研削してウエハの厚さを薄くすることが行なわれている。これにより作製された半導体デバイスは、回路パッケージ等に搭載した際に、放熱効率が高められると共に、ウエハ裏面を接地した際の電気的特性を確保することができる。

例えば、特許文献１には、半導体ウエハの表面側にデバイスを作製した後、ウエハの裏面を研削する方法が開示されている。この方法は、デバイスが作製されたウエハの表面側に粘着保護テープを貼付けて研削装置にセットして、ウエハの裏面側を研削する。この後、粘着保護テープを剥がして、作業工程中に付着した異物や接着剤等を有機溶剤で除去し、次いで有機溶剤を水洗除去する。このときの有機溶剤として、ウエハ表面側のデバイスを保護しているポリイミド樹脂を溶解せず、ウエハ素子面に形成されているアルミニウム、銅等の配線材を腐食させない酢酸ブチル薬液等の水洗除去可能な有機溶剤を用いることについても開示している。

そして、これらの洗浄に際して、ウエハを１枚ずつ単体で洗浄する場合は、真空チャックでウエハを回転可能に支持して、ノズルから有機溶剤及び洗浄水を供給する方法が開示されている。また、複数枚のウエハを同時に洗浄する場合は、複数枚のウエハを並べて収納するカセットを用いて処理槽で有機溶剤液に浸した後、処理槽に入れて純水により洗浄することが開示されている。

また、特許文献２においても、半導体ウエハの表面側にデバイスを作製した後、ウエハをガラス板、セラミック板等の硬質の薄板状支持体に貼付けて、ウエハの裏面を研削し、薄層化する製造方法が開示されている。この特許文献２では、ウエハを支持体に貼付ける接着層として、ワックス又は熱剥離性接着剤を用い、ウエハを１００μｍ以下に研削した後に、半導体ウエハを破損することなく支持体を加熱剥離できるようにしている。

さらに、特許文献３には、上述した特許文献１，２と同様に半導体ウエハを薄層化するのに、昇温処理工程を含む場合に、ウエハと保持基板との接着剥離が困難になる問題を回避する方法を開示している。同文献中の実施例２の記載において、アルミナ基板上にポリイミド樹脂を用いて貼付けたＧａＡｓ半導体ウエハを、厚み５０μｍまで裏面研削をした後、種々の熱処理を施してウエハに反りが生じず、Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶液に浸すことで、アルミナ基板と半導体ウエハとが自然剥離されることが開示されている。
特開２０００−２３２０８５号公報 特開２００１−３２６２０６号公報 特開２００２−３４３７５１号公報

上述した特許文献１〜３のいずれにも、半導体ウエハを薄層化するために、ウエハ表面側を保持板に接着剤で貼付けて、ウエハ裏面側を研削加工して薄層化することについて開示されている。また、保持板とウエハを貼付ける接着剤を有機溶剤で除去したとき、有機溶剤を洗浄することも必要とされている。しかしながら、化合物半導体ウエハは、シリコン半導体ウエハに対して、脆性が大きく割れやすいという観点からの問題については検討されていない。

化合物半導体ウエハは、直径１００ｍｍ（約４インチ）のウエハで、厚さ６２０μｍ程度のものでも簡単に割れてしまう。例えば、高さ３０ｃｍから自然落下させても割れる場合がある。しかし、シリコン半導体ウエハの場合は、同じ径で同じ厚さを有する場合、力を加えて割ろうとしてもなかなか割れない。特に、ウエハ厚さ１００μｍ以下の場合、一般的には３０μｍ〜１００μｍ程度に薄層化された化合物半導体ウエハに対して、通常のウエハ処理治具を用いて処理することは難しい。例えば、ウエハをつまむ際には、真空ピンセットを用いるが、真空吸着しただけでウエハ割れを起こすことさえある。

特許文献１については、保持板から剥離したウエハ上に残っている接着剤や異物を除去するのに有機溶剤を用いて洗浄処理し、次いで、この有機溶剤を洗い流すことは開示されている。しかし、半導体ウエハは、シリコンウエハであることと、ウエハの厚さが１５０μｍ以上とされている。また、将来的に半導体ウエハの厚さを５０μｍ以下にすることが求められているとの記載はあるが、１００μｍ以下での実施についての開示、並びに化合物半導体ウエハの使用についての開示はない。そして、特許文献１で開示の洗浄方法は、ウエハを吸着チャックで保持して洗浄液をノズルでウエハに吹付け、或いは複数枚のウエハをカセットに入れて洗浄槽で一括洗浄するというものである。この構成では、薄層化され脆性状態の半導体ウエハを損傷させることなく、安全に洗浄できるとは考えられず、このための十分な開示もなされていない。

特許文献２については、１００μｍ以下に薄層化すること、必要に応じ保持板から剥離したウエハを洗浄処理することが開示されている。しかし、シリコン半導体ウエハでの実施についての開示はあるが、化合物半導体についての開示はない。また、保持板から剥離された後のウエハを、洗浄することも可とされているが、具体的な洗浄方法や洗浄装置については開示がない。したがって、特許文献２によるも、薄層化され脆性状態の半導体ウエハを損傷させることなく、安全に洗浄する方法については明らかでない。

特許文献３では、半導体ウエハとして、ＧａＡｓ半導体ウエハが用いられ、また、ウエハを５０μｍの厚さまで研削することも開示されている。しかし、保持板を剥離した後、保持板を洗浄して再利用することについては示されているが、ウエハを洗浄処理することについての開示はない。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、薄層化された化合物半導体ウエハを有機溶剤を用いて処理した後に、簡単に収納できるトレーを用い、ウエハに割れを生起させることなく安全に洗浄できる半導体装置の製造方法の提供を課題とする。

本発明による半導体装置の製造方法は、表面に半導体デバイスが形成された化合物半導体ウエハを保持基板に貼付け、化合物半導体ウエハの裏面を研削した後、化合物半導体ウエハを保持基板から剥離する第１の工程と、この後、化合物半導体ウエハをウエハ支持部材に載置しトレーに収納して洗浄する第２の工程とを含み、
トレーを、内径方向に凹むように傾斜する受け部と開口を有する本体、開口を有する蓋部材及び周辺部が弾性的に撓む複数の脚片を有するウエハ抑え部材で構成したものである。

また、本発明による前記の半導体装置の製造方法において、ウエハ支持部材は、化合物半導体ウエハの径より大きい石英で形成する。また、化合物半導体ウエハは、前記の第１の工程により３０μｍ〜２００μｍの厚さに薄層化されたものであり、前記の第２の工程ではイソプロピルアルコールを含む洗浄液による超音波洗浄を併用される。

薄層化された半導体ウエハは、ウエハ抑え部材によりトレー内にがたつくことなく弾性的に保持され、しかも割れを生起するような応力を受けずに収納されて安定した洗浄を行なうことができ、生産性を向上させることができる。

図により本発明の実施形態を説明する。図１は本発明による半導体装置の製造方法の概略を説明する図、図２は本発明で半導体ウエハの洗浄に用いるトレーの一例を説明する図である。図中、１は半導体ウエハ、１ａはデバイス作製面（ウエハ表面）、１ｂはウエハ裏面、２はレジスト層、３は接着剤層、４は保持基板、５は金属層、６はトレー、７は蓋部材、７ａは筒部、７ｂは抑え部、７ｃは開口、８はウエハ抑え部材、８ａは脚片、８ｂは中央凸部、９はトレー本体、９ａは筒部、９ｂは受け部、９ｃは開口、９ｄはリブを示す。

図１は、左側の図１（Ａ）に半導体ウエハの処理工程を示し、右側にその工程の概略を図で示したものである。工程Ｓ１で示す半導体ウエハ１は、例えば、ＧａＡｓ等の化合物半導体ウエハであり、そのウエハ外径は約１００ｍｍとし、ウエハ厚さを標準の６２０±５μｍとする。この半導体ウエハの一方の面（以下、デバイス作製面又はウエハ表面という）に、電界効果トランジスタ及びこのトランジスタを通して電気的に接続する複数の配線を形成する。

工程Ｓ２で、デバイスが作製されたウエハ表面１ａに保持基板４を貼付けるための接着剤層３がレジスト層２を介在させて塗布形成される。レジスト層２は、ウエハ表面側を平坦化するとともに、接着剤層３が直接デバイスに接触するのを防止する。このレジスト層２は、デバイスの作製プロセスにおいてもウエハ上に塗布と除去を繰り返して設けられているもので、ウエハに対する影響は問題なしとされている。しかし、接着剤がウエハ或いはデバイスに直接接触することに対する特性上の影響については不確定なこともあり、レジスト層２を介して接着剤層３を設けるのが好ましい。

レジスト層２は、例えば、ウエハを回転させ、ウエハ上に滴下したレジスト材を遠心力でウエハ全面に広げるスピンコート塗布方法で形成する。この塗布方法によれば、ウエハ表面の凹凸が塗布されるレジスト層２に覆われ、次に塗布する接着剤が凹凸に入り込んで、その除去が困難になるのを防止することができる。なお、レジスト層２の塗布厚は、１.３〜１.５μｍであり、接着剤層３は、例えば、特許文献２に開示のようなワックス、熱剥離性接着剤等が用いられ、その塗布厚は５μｍ程度である。

工程Ｓ３で、半導体ウエハ１を、例えば、厚さ１.６ｍｍ程度の石英板等からなる保持基板４に貼付ける。保持基板４には、石英板の他に、アルミナ、カーボン、シリコンウエハ等を用いることもでき、ウエハ裏面の加工条件によって適宜選択される。保持基板４に半導体ウエハ１を貼付けるに際して、半導体ウエハ１に塗布されている接着剤層３を保持基板４に対向させた状態で昇温させ、接着剤層３を軟化させる。また、この昇温時に真空引きして接着剤内に残留しているエアを除去しておくことが望ましい。接着剤層３が昇温、軟化した状態で、半導体ウエハ１を保持基板４上に載せて押しつけることにより、半導体ウエハ１への保持基板４の貼付けが完了する。

次の工程Ｓ４で、ウエハ裏面１ｂの研削加工を行なう。半導体ウエハ１の研削には、機械的研削加工（鉋でウエハを削るイメージ）、機械的研磨加工、化学的研磨若しくは薬液によるエッチング加工等を、単独又はこれらの加工を組合せて行なうことができる。本発明の実施形態においては、例えば、機械的研削加工でウエハ厚さを６２０μｍから７０μｍ程度にまで薄層化する。この研削の後、ウエハ裏面１ｂを、例えば、硫酸系（硫酸＋過酸化水素＋水）でエッチングする。

ウエハ研削後にエッチングを行なうことにより、研削により半導体ウエハに生じた歪を除去し、歪応力の影響でウエハ表面側に形成したデバイスの特性が影響を受けるのを回避することができる。なお、エッチング液としては、硫酸系に限るものではなく、接着剤層３に影響を与えないものであれば使用することができる。しかし、接着剤がエッチング液で多少エッチングされるような影響が生じるとしても、接着剤層３の露出面は実質的にほとんどないので、致命的なものではない。

次に工程Ｓ５で、エッチングされたウエハ裏面１ｂに、特許文献１で示されているようの裏面電極としての金属層５を形成しておくことが望ましい。この金属層５は、例えば、スパッタ法及びメッキを用いて形成することができる。具体的には、先ず、スパッタ法により、Ｐｔ／Ｔｉ／Ａｕを厚さ５０ｎｍ／３０ｎｍ／６０ｎｍの薄い金属層を形成する。この薄い金属層のＰｔは、ウエハ裏面１ｂに対して形成金属の接着性を確保するためのものである。最後のＡｕは、Ａｕメッキを行なう際の一方の電極として機能させるためのものである。

スパッタ法によりＰｔ／Ｔｉ／Ａｕから成る薄い金属層を形成した後、ウエハ裏面の全体にＡｕメッキを施す。この場合、Ａｕの電解液中に１本の電極を浸し、他方の電極としてスパッタ法によりウエハ上に形成した上記の薄い金属層が用いられる。両電極間に直流電圧を印加することで、電解液中のＡｕが他方の電極である薄いＡｕ層上に析出する。このメッキにより形成するＡｕメッキ層の厚さは１０μｍ以上とする。

金属層５を形成した後、次の工程Ｓ６で、保持基板４を剥離する。保持基板４を剥離するに際して、ヒートブロック（図示せず）上に、ウエハ裏面側が接するようにしてセットし、ヒートブロックを昇温する。この昇温により接着剤層３が軟化するので、この軟化状態を見て半導体ウエハ１を保持基板４から静かに剥がす。このとき、接着剤層３は、保持基板４側に付着して部分的に除去されるとしても、半導体ウエハ１側にも一部或いは全部が残るものとする。

半導体ウエハ１から保持基板４が剥離された後、前記の接着剤層３の除去のため、次の工程Ｓ７で洗浄処理が行なわれる。この半導体ウエハ１の洗浄には、図２に示したトレー６が用いられる。トレー６は、図２（Ａ）に示すように、例えば、ポリエチレン等の合成樹脂からなる透明な材料で成形された、トレー本体９、ウエハ抑え部材８、蓋部材７の３つの部材で構成される。トレー６は、１枚の半導体ウエハ１を収納できる円形の薄型形状で、半導体ウエハ１は、トレー本体９上に載置した後、ウエハ抑え部材８で抑えて蓋部材７で保持固定するようにして収納される。

図２（Ｂ）は蓋部材７を示し、円環状の筒部７ａの一方の端部に抑え部７ｂを有し、この抑え部７ｂには開口７ｃが設けられている。図２（Ｃ）はウエハ抑え部材８を示し、中央凸部８ｂから放射状に複数の脚片８ａを設けた星型の形状で形成され、中央凸部８ｂは山形になっている。図２（Ｄ）はトレー本体９を示し、円環状の筒部９ａの一方の端部にウエハを載せる内径方向に凹むように傾斜する受け部９ｂを有し、この受け部９ｂには開口９ｃが設けられ、このトレー本体９の受け部９ｂと反対の面には等間隔に複数のリブ９ｄが補強のために設けられている。

以上のように構成されたトレー６で、薄層化され保持基板が剥離された状態の半導体ウエハ１は、その接着剤が塗布された表面側がトレー本体９の受け部９ｂに対向しないように載置される。これは、開口９ｃが設けられているため、この開口を介してウエハー表面側に触れるのを防ぐためである。次いで、ウエハ裏面側の周辺部を弾性的に撓むウエハ抑え部材８の複数の脚片８ａで抑え、蓋部材７を嵌めることにより、その状態を保持固定する。ウエハ抑え部材８の中央凸部８ｂは蓋部材７の開口７ｃから表出する形で保持され、開口７ｃと複数の脚片８ａ間の隙間部分から、洗浄液がトレー６内に入り込む形状に組み付けられる。また、ウエハ抑え部材８がトレー内で回ったり、がたついたりしないように、蓋部材７により複数の脚片８ａを位置決めしている。

また、図２では１枚の半導体ウエハを洗浄するトレーの構成を示したが、複数のトレー本体９と複数のウエハ抑え部材８と１つの蓋部材７で、複数枚の半導体ウエハを収納して、これらを同時に洗浄するように構成することもできる。この場合、トレー本体９の筒部９ａの下部側をトレー本体を相互に連結できる構成として、上側のトレー本体を蓋部材として機能させる。また、複数のトレー本体を積重ね、後で連結部材等を用いて一体的に固定するようにしてもよい。

図３及び図４は、上述したトレーを用いて半導体ウエハを洗浄する例を示す図である。図中、１０は洗浄槽、１１は洗浄液、１２はウエハ支持部材、１２ａは開孔を示し、その他の符号は図２で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。

図３は、半導体ウエハのみをトレー６に収納して洗浄する場合を説明する図で、図２で説明したように、トレー本体９上に接着剤を付与した面を上向きにして半導体ウエハ１を載せ、ウエハ抑え部材８でがたつかない程度に抑えて蓋部材７で保持する。洗浄槽１０は、特許文献１の図１７で示されているような処理方法を用いることもできるが、超音波洗浄方法を用いて、効率よく洗浄させることもできる。洗浄液１１には、ウエハ表面に残っている接着剤層３を除去する有機溶剤が用いられる。接着剤にワックスが用いられている場合は、例えば、イソプロピルアルコールを用いることができる。また、接着剤層３が溶解除去され後、トレー６に半導体ウエハ１を収納したまま、純水で水洗いすることもできる。

洗浄液又は洗浄水は、トレー６のトレー本体９に設けた開口及び蓋部材７の開口からトレー６内に自由に浸入し、接着剤層３を溶解し、また、全体を純水で水洗いすることができる。しかし、洗浄液や純水がトレー内から出入りできるように、大きな開口を設けてあるが、開口は大きいと取り扱い時に手が触れたり、外部との接触が生じやすい状態を残しておくことは好ましくない。また、洗浄液の出入り時に液の中でウエハ割れを生じることにもなる。

図４は、上述のような点を改善する例を示すもので、半導体ウエハ１を貼付け保持した保持基板とは異なるウエハ支持部材１２を用意する。このウエハ支持部材１２は、厚さ１ｍｍ程度で石英板、セラミック板等の材料で形成したものを用いることができる。このウエハ支持部材１２は、洗浄しようとする半導体ウエハ１より、一回り大きい径のものとし、例えば、ウエハ直径１００ｍｍの場合は、ウエハ支持部材１２は直径１２５ｍｍ程度のものを用いるのが好ましい。また、トレー６の大きさも、ウエハ支持部材１２に合わせて一回り大きいものを使用する。ウエハ支持部材１２には、例えば、図４（Ｂ）に示すように直径５ｍｍ程度の複数の開孔１２ａを中心から放射状に設ける。なお、開孔１２ａの大きさ、個数、配列等は任意であり適当に形成することができる。これらの開孔１２ａを通して洗浄液や洗浄水が自由に出入りして、半導体ウエハ１の載置面が浸されて洗浄される。

図４においては、トレー本体９上には、先ずウエハ支持部材１２が載置され、その上に半導体ウエハ１が載せられる。この場合は、接着剤が塗布された半導体ウエハ１の表側を上にし、ウエハ裏側をウエハ支持部材１２に向き合わせて載置し、がたつかない程度にウエハ抑え部材８で抑えて、蓋部材７で保持する。図４では、デバイスが形成されている表面側がウエハ支持部材１２に接触して、傷等がつくのを避けるためである。洗浄槽１０及び洗浄液１１については、図３で説明したのと同様である。

上述したトレー６に半導体ウエハ１を収納するに際して、ウエハ支持部材１２を用いることにより、１００μｍ以下に薄層化された化合物半導体ウエハ１を収納する場合であっても、通常の注意を払う程度で取り扱うことが可能となる。

薄層化された半導体ウエハ１は、上述の方法で洗浄された後、乾燥されるが、この状態では未だ接着剤の下地であるレジスト層２は残っている。イソプロピルアルコールの洗浄液に浸すことにより、レジスト層２も溶解するが、レジスト溶解力はそれほど大きくなく、ウエハ上にはレジスト層２が一部残った状態で洗浄が終わることになる。このレジスト層２が部分的にでも残っていると、例えば、ウエハ表面１ａ側に形成されているデバイス部分を電気的に接続するワイヤボンディング工程の際に、ワイヤが正常にデバイスに付着されないことがある。また、デバイス上に異物が残っていると、異物の上にボンディングすることになって、ワイヤが簡単に外れたり、断線したりする。

したがって、ウエハ洗浄の後、工程Ｓ８でレジスト層２の除去を行なう。レジスト除去には、例えば、酸素ラディカルによりアッシング（ドライエッチングによる基板上のレジストを灰化除去する方法）して、残っているレジスト層２を完全に除去する。このアッシングにより、半導体ウエハ１に対する処理工程を終了する。これ以降、半導体ウエハ１は、各デバイス毎に分離するダイシング工程、分離された各デバイスをパッケージに収納するダイボンディング工程、デバイスとパッケージのリードピンとを電気的に接続するワイヤボンディング工程、そして、パッケージに蓋をするシーリング工程等を経て、半導体装置（市販品としてのパッケージされたトランジスタ、ＩＣ等）とされる。

本発明による半導体ウエハ処理工程の概略を説明するフロー図である。 本発明において、半導体ウエハの洗浄に用いるトレーの一例を説明する図である。 本発明による半導体ウエハの洗浄方法の一例を説明する図である。 本発明による半導体ウエハの洗浄方法の改善された他の例を説明する図である。

符号の説明

１…半導体ウエハ、１ａ…デバイス作製面（ウエハ表面）、１ｂ…ウエハ裏面、２…レジスト層、３…接着剤層、４…保持基板、５…金属層、６…トレー、７…蓋部材、７ａ…筒部、７ｂ…抑え部、７ｃ…開口、８…ウエハ抑え部材、８ａ…脚片、８ｂ…中央凸部、９…トレー本体、９ａ…筒部、９ｂ…受け部、９ｃ…開口、９ｄ…リブ、１０…洗浄槽、１１…洗浄液、１２…ウエハ支持部材、１２ａ…開孔。

Claims (4)

1. 表面に半導体デバイスが形成された化合物半導体ウエハを保持基板に貼付け、該化合物半導体ウエハの裏面を研削した後、前記化合物半導体ウエハを前記保持基板から剥離する第１の工程と、該第１の工程の後、前記化合物半導体ウエハをウエハ支持部材に載置しトレーに収納して洗浄する第２の工程とを含み、
   前記トレーは、内径方向に凹むように傾斜する受け部と開口を有する本体、開口を有する蓋部材及び周辺部が弾性的に撓む複数の脚片を有するウエハ抑え部材から構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記ウエハ支持部材は、前記化合物半導体ウエハの径より大きい石英で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記化合物半導体ウエハは、前記第１の工程により３０μｍ〜２００μｍの厚さに薄層化されていること特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第２の工程は、イソプロピルアルコールを含む洗浄液による超音波洗浄を併用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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