CN101071790A - 半导体衬底和半导体器件以及该半导体器件的制造方法 - Google Patents

半导体衬底和半导体器件以及该半导体器件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种按各个半导体器件分割半导体衬底时能改善加工节拍而不降低分割质量的半导体衬底。半导体衬底(1)在纵向和横向栅格状地形成具有隔膜结构的多个半导体元件(2)，并利用各向异性蚀刻仅在将半导体元件(2)各个分开的正交的分割线(4)中一平行分割线(4)上连续，形成V槽(3)。根据此组成，形成V槽(3)的分割线(4)的部分的半导体衬底(1)的厚度薄，成为切口状，能形成进行基于解理等的分割时的应力容易集中的结构。

Description

半导体衬底和半导体器件以及该半导体器件的制造方法
技术领域
本发明涉及以MEMS(微机电系统)为代表的、具有使半导体衬底的一部分变薄的隔膜结构或梁结构的半导体衬底和以分割该半导体衬底的方式制造的半导体器件及其制造方法。
背景技术
利用上述MEMS制造的、具有局部变薄的隔膜结构或梁结构的半导体器件有MEMS压力传感器和MEMS加速度传感器。这类传感器一般在半导体晶圆工序同时形成多个所述隔膜结构或梁结构后，各个分割开地进行制造。此分割最常用的方法是：使以结合剂材料保持金刚石或CBN粒子的环状切片锯高速旋转，进行破碎加工。此切片锯的加工由于为了洗净破碎削和冷却摩擦热，一面流动切削水一面进行加工，又由于隔膜结构或梁结构是脆弱的结构，因此存在利用切片锯进行加工时切削水压力使隔膜结构或梁结构破坏的课题。
近年，作为解决这种课题的方法，一直关注激光加工，例如特许第3408805号公报揭示其一例。
此特许第3408805号公报揭示的基于激光的制造方法，在半导体晶圆内形成多光子吸收的改性区，用将该改性区作为起点的解理(日文：劈開)进行分割。多光子吸收是指光子能量小于材料的吸收带隙的情况(即光透射的情况)下使光强度非常大时材料产生吸收的现象，通过使激光的聚光点对准半导体晶圆的内部，引起多光子吸收的现象，在半导体晶圆内部形成改性区。于是，将形成的改性区作为起点，沿切片路径容易切开衬底，从而可作不需要切削水的分割。
根据附图说明上述基于激光的加工方法。图9是示出作为被激光加工物的半导体衬底的分割线及其周边的俯视图，图10是激光加工中的图9所示的C-C’剖视图。图9和图10中，101表示半导体衬底，102表示构成半导体衬底101上形成的半导体器件的半导体元件，104表示半导体元件102的分割线，108表示激光，109表示改性区，110表示将改性区109作为起点产生的切断部(断裂部)。
下面，说明激光加工方法的工序。
首先，使激光108将聚光点对准半导体衬底101的内部，在规定的厚度方向产生多光子吸收。
其次，一面连续或断续产生多光子吸收，一面使激光108沿分割线104的中心扫描，从而在半导体衬底101的内部形成沿分割线104的改性区109，并形成切断部110。
接着，对半导体衬底101的两端同时施加外力，以改性区109为起点地断开半导体衬底101，形成半导体器件。这时，以改性区109为起点地形成切断部110，所以用较小的外力就能方便地断开半导体衬底101。尤其在半导体衬底101薄的情况下，即使不施加外力也自然沿厚度方向断开。
此外，除上述激光加工方法外，作为解决因切削水压力而破坏隔膜结构或梁结构的课题的另一方法，还有在分割线上预先用各向异性蚀刻形成槽以抑制加工部分的厚度的方法。例如特开2001-127008号公报揭示此方法。
特开2001-127008号公报揭示的制造方法中，首先在方位面(100)面的半导体衬底上形成蚀刻保护膜，使其在纵向和横向将分割线敞开，然后进行各向异性蚀刻处理。此蚀刻处理在方位面(111)面停止蚀刻，所以形成倾斜角为54.7度的V槽。接着，对半导体衬底施加外力，使V槽扩展，从而沿V槽分割半导体衬底，形成各个半导体器件。
然而，上述公知的专利文献1揭示的激光加工方法产生如下的问题。
在半导体衬底厚的情况下，一次扫描造成的改性区不能分割，所以需要实施多次激光加工，以平行于厚度方向地形成多个改性区，带来加工节拍增加。
上述公知的专利文献2的形成V槽的制造方法产生如下的问题。
在分割线的纵向和横向上V槽交叉的部分中，各向异性蚀刻的腐蚀与其它部分不同，所以额外进行蚀刻时，在方位面(111)面上蚀刻不停止，蚀刻进行到例如方位面(211)面。即，例如要与形成需要比V槽深的蚀刻的隔膜结构的工序同时形成V槽的情况下，将V槽的交叉部分额外蚀刻，使半导体衬底贯穿，所以半导体衬底的强度极端劣化，操作时半导体衬底破损。
发明内容
因此，本发明的目的为：解决这些问题，提供一种按各个半导体器件划分半导体衬底时能改善加工节拍而不降低分割质量的半导体衬底和半导体器件以及该半导体器件的制造方法。
为了到达此目的，本发明的半导体衬底，为了将在纵向和横向栅格状地形成的多个半导体元件各个分开，仅在纵向和横向分割线中一方向的平行分割线上连续形成槽。
根据这种组成，仅在纵向和横向上正交的分割线中一方向的平行分割线上形成槽，因而形成V槽的分割线的部分的半导体衬底的厚度薄，成为切口状，能形成进行基于解理等的分割时的应力容易集中的结构。
本发明的半导体器件的制造方法，具有以下工序：为了将在纵向和横向栅格状地形成的多个半导体元件各个分开，利用蚀刻仅在将纵向和横向上栅格状地形成的多个半导体元件各个分开用的纵向和横向分割线中一方向的平行分割线上连续形成槽的工序；沿所述纵向和横向的分割线分别对所述半导体衬底的内部对准焦点并照射激光，从而在半导体衬底内部形成改性区的工序；以及通过对所述半导体衬底施加外力，沿纵向和横向的分割线分割半导体衬底，从而形成各个半导体器件的工序。
根据这种制造方法，由于纵向和横向上正交的分割线中仅在一平行分割线上，用蚀刻连续形成槽，所以不形成蚀刻控制极难的槽交叉部，能极为方便地形成稳定的槽，又由于沿形成连续的槽的分割线分割成各个半导体器件，与不形成槽时相比，能方便地进行直进性良好的分割。
本发明的半导体器件，其特征在于，利用上述半导体器件的制造方法进行制造，其中仅对在各个半导体器件背面侧对置的2条边进行倒角。
根据这种组成，在背面侧的对置的2条边进行倒角，在所以作为其后的工序的衬底安装时，能抑制用于半导体器件与衬底接合的管芯键合材料爬到半导体器件的侧面，又由于剩余的2条边侧不进行倒角，不使半导体器件背面的面积减小，能确保管芯键合时的接合面积。
附图说明
图1是一本发明实施例的半导体衬底的俯视图。
图2是示出该半导体衬底的分割线周边的俯视图。
图3是图2中的A-A’剖视图和B-B’剖视图。
图4是一本发明实施例的半导体器件制的造方法的工序图。
图5是用图4所示的B-B’剖视图依次示出该半导体器件的制造方法的工序的半导体衬底剖视图。
图6是示出该半导体器件的制造方法的剖视图。
图7是从一本发明实施例的半导体衬底分割后的半导体器件的俯视图、横剖视图、纵剖视图。
图8是安装该半导体器件的半导体衬底的剖视图。
图9是已有的半导体衬底的俯视图。
图10是示出已有的半导体器件的制造方法的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施例。
参照图1～图3说明本发明的半导体衬底。图1～图3中，1表示硅单晶组成的半导体衬底，2表示构成半导体器件的半导体元件，3表示V槽(槽的一个例子)，4表示分割线，5表示隔膜。
如图1和图2所示，在半导体衬底1上，在纵向和横向栅格状地形成多个半导体元件2。
又，如图2所示，用分割线4分割多个半导体元件2。这里，分割线4是从半导体衬底1将半导体元件2各个分开时设定的分割区。而且，以纵向和横向上正交(交叉)的方式形成分割线4，并如图1～图3所示，这些正交的分割线中，仅在纵向和横向的一方的平行分割线(图中为纵向分割线)上形成V槽3。将这些V槽3形成在例如倾斜角为54.7度的方位面(111)面。
如图3B所示，半导体元件2中分别形成隔膜5。
如上文所述，纵向和横向上正交的分割线4中，仅在一方向的平行分割线4上形成V槽3，从而形成V槽3的分割线4的部分的半导体衬底1的厚度薄，成为切口状，能形成进行基于解理等的分割时的应力容易集中的结构。因此，作为后续工序的按各个半导体元件2划分半导体衬底1的工序中，在半导体衬底1内部形成作为按各个半导体元件2划分半导体衬底1用的起点的改性区时，能使激光扫描次数比未形成槽的分割线少。其结果，能缩短加工节拍，还能作直进性良好的稳定分割。
接着，参照图4和图5说明本发明的半导体器件的制造方法。图5中，6表示蚀刻掩模，7表示扩展带，8表示激光，9表示改性区，10表示把改性区作为起点的切割部，11表示从半导体衬底1切出各个半导体元件2后的半导体器件。
如图4所示，本发明的半导体器件的制造方法，依次执行“利用各向异性蚀刻仅在纵向的平行分割线上连续形成V槽的工序”(利用蚀刻形成槽的工序)、“沿正交的分割线分别将激光对准焦点并照射到半导体衬底的内部从而在半导体内部形成改性区的工序”(在半导体衬底内部形成改性区的工序)、“通过对半导体衬底施加外力沿正交的分割线按各个半导体器件分割半导体衬底的工序”(形成各个半导体器件的工序)。
首先，说明首先执行的“利用各向异性蚀刻仅在纵向的平行分割线上连续形成V槽的工序”。
即，首先如图5A所示，形成多个半导体元件2，并在设定分割各个半导体元件2用的分割线(未图示)的半导体衬底1上形成蚀刻掩模6。以要形成隔膜5和V槽3的区域敞开的方式形成蚀刻掩模6。这时，仅在一平行的分割线4上形成用于形成V槽3的蚀刻掩模6。
这里，例如用CVD法形成氧化硅膜后，用光刻制版技术制作图案，从而形成蚀刻掩模6。虽然未图示，但这时在形成半导体元件2的面上整个面留下蚀刻掩模。
接着，如图5B所示，利用各向异性蚀刻形成隔膜5和V槽3。这里，作为各向异性蚀刻液，使用例如KOH溶液或TMAH(氢氧化四甲基铵)溶液。这时，由于仅在一平行分割线4上形成V槽3，没有交叉的图案。因此，硅单晶衬底组成的半导体衬底1的蚀刻没有交叉图案部分的异常腐蚀，在方位面(111)面可靠地停止进行，所以即使同时形成蚀刻深度不同的隔膜5和V槽3，也能在倾斜角为54.7度的深度使该蚀刻停止。即，V槽3的深度和宽度可由蚀刻掩模6的开口宽度决定。
接着，如图5C所示，去除蚀刻掩模6。蚀刻掩模6的去除，使用例如BHF溶液。这里，去除蚀刻掩模6，但如果非特别需要，也可留下蚀刻掩模6。
接着，说明接着执行的“沿正交的分割线分别将激光对准焦点并照射到半导体衬底的内部从而在半导体内部形成改性区的工序”。
即，首先如图5D所示，在扩展带7上安装半导体衬底1。
接着，如图5E所示，沿正交的分割线4，分别将激光8对准焦点并照射到半导体衬底1的内部，在半导体衬底1的内部形成改性区9。这时，沿V槽3的线上实施纵向的激光8的扫描，使产生的微断裂从改性区9进展到V槽3。
接着，说明最后执行的“通过对半导体衬底施加外力沿正交的分割线按各个半导体器件分割半导体衬底的工序”。
即，如图5F所示，对扩展带7施加外力，使断裂10从沿正交的分割线4分别形成的改性区9进展，分割半导体衬底1，形成各个半导体器件11。
这里，半导体衬底1厚的情况下，通过进行多次激光8的扫描并形成多个改性区9，能使分割容易，但如图6A和图6B所示，沿形成V槽3的分割线4扫描激光8的次数即使少于沿未形成V槽3的分割线4扫描激光8的次数，也能分割。
图6A是所述半导体衬底1的B-B’剖面的放大图，示出沿形成V槽3的分割线4形成的将激光8的扫描次数取为2次时的深度方向的改性区9a、9b，图6B是沿形成隔膜5的半导体元件2的纵向的半导体衬底1的C-C’剖面的放大图，示出沿未形成V槽3的分割线4形成的将激光8的扫描次数取为3次时的深度方向的改性区9a、9b、9c。
综上所述，根据半导体衬底1的组成和半导体器件11的制造方法，形成作为按各个半导体器件11分割半导体衬底1用的起点的改性区9时，能使沿形成V槽3的分割线4扫描激光8的次数少于沿无V槽3的分割线4扫描激光8的次数，能缩短加工节拍，还能作直进性良好的稳定分割。
又，由于正交的分割线4中仅在一平行分割线上用蚀刻连续形成V槽3，所以不形成蚀刻控制极难的V槽3的交叉部分，从而极容易形成稳定的V槽3，而且由于沿形成连续的V槽3的分割线4分割成各个半导体器件11，与不形成V槽3时相比，能方便地进行直进性良好的分割。
又，由于与形成隔膜结构的各向异性蚀刻工序同时进行V槽3的形成，不增加工序，能避免成本提高和准备时间增加。
利用上述半导体器件11的制造方法，从半导体衬底1各自分割开的半导体器件11如图7所示，成为具有隔膜结构的半导体器件。图7中，11是各自分割后的半导体器件，12是以V槽的顶点为起点进行分割时形成的倒角，仅在各个半导体器件11的背面侧对置的2条边形成倒角12。
如图7所示，将相当于形成V槽3的倒角1 2的部分配置在半导体器件11的长边侧。即，作为形成V槽3的分割线4，选择沿半导体器件11的长边侧的分割线，形成V槽3。
半导体器件细长则一般容易折断，但折断时的起点为长边侧形成的断裂，通过对长边侧取倒角，消除成为起点的断裂，所以半导体器件的抗断强度飞跃性提高。即，抑制与半导体器件11抗断强度降低关联的长边崩卷，能得到机械强度良好的半导体器件11。而且，通过短边侧不进行倒角，使短边侧的半导体器件11的背面的面积不减少，能确保管芯键合时的接合面积。
图8是示出将本发明的半导体器件安装在衬底的状态的剖视图。图8中，13是安装衬底，14是使安装衬底13与半导体器件11接合用的管芯键合材料。
通常用管芯键合材料14进行半导体器件11与安装衬底13的接合，但接合时为了控制该材料爬到半导体器件11的侧面，需要严格控制管芯键合材料14的涂覆量。如图8所示，对半导体器件11实施倒角12时，利用倒角12的表面张力抑制管芯键合材料爬到半导体器件11的侧面，所以与已有技术相比能容易管理。而且，剩下的2条边侧(短边侧)不进行倒角，从而使短边侧的半导体器件11的背面的面积不减少，能确保管芯键合时的接合面积。
再者，本实施方式中，在半导体衬底1和半导体器件11形成隔膜结构，但当然也可以不是隔膜结构。
本实施方式中，将仅在正交的分割线中纵向或横向的一方的平行分割线上形成的槽取为V槽，但不限于V槽，也可为U槽。又，利用各向异性蚀刻形成槽，但也可利用干蚀刻形成槽。
本发明的半导体衬底和半导体器件以及该半导体器件的制造方法，适合在硅衬底或化合物半导体衬底的分割中，不增加加工成本和降低加工质量地制造半导体器件，尤其对制造具有隔膜结构的MEMS传感器等时的分割有用。

Claims (15)

1、一种半导体衬底，其特征在于，
在纵向和横向栅格状地形成多个构成半导体器件的半导体元件，，并为了将所述多个半导体元件各个分割，在所述纵向和横向设置分割线，其中
仅在所述纵向和横向分割线中一方向的平行分割线上连续形成槽。
2、如权利要求1中所示的半导体衬底，其特征在于，
沿所述分割线分割而形成的半导体器件具有隔膜结构。
3、如权利要求1或2中所示的半导体衬底，其特征在于，
在所述分割线上形成的槽是V槽。
4、一种半导体器件的制造方法，从半导体衬底，将多个构成半导体器件的半导体元件各个分割以制造半导体器件，该半导体衬底在纵向和横向栅格状地形成多个构成半导体器件的半导体元件，，并为了将所述多个半导体元件各个分割，在所述纵向和横向设置分割线，其特征在于，该半导体器件的制造方法具有以下工序：
利用蚀刻仅在所述纵向和横向分割线中一方向的平行分割线上连续形成槽的工序；
沿所述纵向和横向的分割线分别对所述半导体衬底的内部对准焦点并照射激光，从而在半导体衬底内部形成改性区的工序；以及
通过对所述半导体衬底施加外力，沿纵向和横向的分割线分割半导体衬底，从而形成各个半导体器件的工序。
5、如权利要求4中所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
在所述半导体衬底的内部形成改性区的工序中，沿形成所述槽的分割线进行激光扫描的次数少于沿没有槽的分割线进行激光扫描的次数。
6、如权利要求5中所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
利用在所述半导体衬底形成隔膜结构的各向异性蚀刻，同时进行利用蚀刻仅在所述一方向的平行分割线上连续形成槽的工序。
7、如权利要求4中所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
利用在所述半导体衬底形成隔膜结构的各向异性蚀刻，同时进行利用蚀刻仅在所述一方向的平行分割线上连续形成槽的工序。
8、如权利要求4中所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
在所述分割线形成的槽为V槽。
9、如权利要求5中所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
在所述分割线形成的槽为V槽。
10、如权利要求6中所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
在所述分割线形成的槽为V槽。
11、如权利要求7中所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，
在所述分割线形成的槽为V槽。
12、一种半导体器件，其特征在于，
利用权利要求4至11中任一项所述的半导体器件的制造方法进行制造，其中
仅对在各个半导体器件背面侧对置的2条边进行倒角。
13、如权利要求12中所述的半导体器件，其特征在于，
在所述半导体器件内形成隔膜结构。
14、如权利要求13中所述的半导体器件，其特征在于，
所述形成倒角的对置的2条边是所述半导体器件的长边。
15、如权利要求11中所述的半导体器件，其特征在于，
所述形成倒角的对置的2条边是所述半导体器件的长边。
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C10 Entry into substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20071114