CN110890324B - 半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

实施方式提供一种能够抑制半导体芯片的膜剥落或破裂且提高从改质部分扩展的解理的直进性的半导体装置的制造方法。实施方式的半导体装置的制造方法具备如下步骤：沿着半导体晶圆的分割区域照射激光光束，沿着该分割区域在半导体晶圆内形成排列成至少1列的多个改质部，以改质部为起点将半导体晶圆劈开而单片化为多个半导体芯片。多个改质部在分割区域中的第1部分以第1间隔形成，在分割区域中的第2部分以比第1间隔窄的第2间隔形成。

Description

半导体装置的制造方法
[相关申请案]
本申请案享有以日本专利申请案2018-153681号(申请日：2018年8月17日)为基础申请案的优先权。本申请案通过参照该基础申请案而包含基础申请案的所有内容。
技术领域
本实施方式涉及一种半导体装置的制造方法。
背景技术
激光切割技术是使用激光将半导体晶圆的内部改质，以改质部分为起点将半导体晶圆劈开的方法。然而，由于从改质部分扩展的解理的直进性较弱，所以存在处于半导体晶圆的切割线上的材料膜不被直线地分割而分割线蜿蜒的情况。如果在利用激光改质后，利用研削步骤使半导体晶圆薄化，那么存在材料膜的分割线更大程度地弯曲，裂纹到达至半导体芯片内部的器件区域的情况。
另外，考虑使改质层的数量增加，确保解理的直进性，但如果增加改质层，那么存在因改质层的应变或由研磨所致的振动而导致半导体芯片产生膜剥落或破裂的情况。
发明内容
实施方式提供一种能够抑制半导体芯片的膜剥落或破裂且提高从改质部分扩展的解理的直进性的半导体装置的制造方法。
实施方式的半导体装置的制造方法具备如下步骤：沿着半导体晶圆的分割区域照射激光光束，沿着该分割区域在半导体晶圆内形成排列成至少1列的多个改质部，以改质部为起点将半导体晶圆劈开而单片化为多个半导体芯片。多个改质部在分割区域中的第1部分以第1间隔形成，在分割区域中的第2部分以比第1间隔窄的第2间隔形成。
附图说明
图1是表示根据第1实施方式的半导体晶圆的一例的概略俯视图。
图2～8是表示第1实施方式的切割方法的一例的图。
图9是表示第1实施方式的激光照射的情况的剖视图。
图10是表示第2实施方式的激光照射的情况的剖视图。
图11及12是表示第3实施方式的激光照射的情况的剖视图。
图13是表示第4实施方式的激光照射的情况的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。本实施方式并不限定本发明。在以下的实施方式中，半导体衬底的上下方向表示以设置着半导体元件的面为上的情况下的相对方向，存在与根据重力加速度的上下方向不同的情况。附图是示意性或概念性的图，各部分的比率等未必与实物相同。在说明书与附图中，对与上文关于已出现的附图所叙述的要素相同的要素标注相同的符号并适当省略详细的说明。
(第1实施方式)
图1是表示根据第1实施方式的半导体晶圆的一例的概略俯视图。半导体晶圆W具备多个芯片区域Rchip及多个切割区域Rd。芯片区域Rchip及切割区域Rd为半导体晶圆W的表面上的区域。
在作为半导体芯片区域的芯片区域Rchip，设置着晶体管、存储单元阵列等半导体元件(未图示)。半导体元件经过半导体制造工艺而形成在半导体晶圆W上。半导体元件例如可为NAND(Not And，与非)型闪速存储器的存储单元阵列或它的控制电路。存储单元阵列例如也可以是三维地配置存储单元而成的立体型存储单元阵列。当然，本实施方式也能够应用在半导体存储器以外的LSI(Large Scale Integration，大规模集成电路)中。
作为分割区域的切割区域Rd为相邻的芯片区域Rchip间的线状区域，且为通过切割而切断的区域。切割区域Rd也称为切割线。根据本实施方式，通过对衬底10照射激光，而在切割区域Rd的衬底10内部形成改质部，以所述改质部为起点将半导体晶圆W劈开。由此，半导体晶圆W以芯片区域Rchip为单位而单片化，成为半导体芯片。此外，例示硅作为半导体，但也可以使用硅以外的半导体。
接下来，对半导体晶圆W的切割方法进行说明。在本实施方式中，半导体晶圆W利用使用激光光束的激光切割法来切断。激光光束例如使用红外区域的透过激光。
图2～图8是表示第1实施方式的切割方法的一例的图。形成在半导体晶圆W上的半导体元件简化为元件形成层20来进行图示。
首先，如图2所示，在半导体晶圆W的表面贴附切割用的保护带110。保护带110添附在半导体晶圆W的元件形成层20上，在激光切割时保护元件形成层20。
接着，使半导体晶圆W及保护带110上下翻转，如图3及图4所示，使用激光振荡器120，从半导体晶圆W的背面对与切割区域Rd对应的部分照射激光光束121。由此，如图4所示，在半导体晶圆W的内部形成改质部LM。改质部LM形成在切割区域Rd内的衬底10内。
图5是表示照射激光光束121时的情况的立体图。激光振荡器120如箭头A所示，一边向Y方向移动，一边脉冲照射激光光束121。由此，改质部LM在Y方向上断续地形成，且沿着切割区域Rd大致平行地形成。这种改质部LM虽然断续地形成，但沿Y方向排列而大致成为层状。改质部LM可以是单层，也可以是形成于在Z方向上不同的位置(高度)的多个层。关于利用激光光束形成改质部LM的方法，将参照图9及之后的附图在下文进行说明。
接着，如图6所示，对半导体晶圆W的背面进行研削及/或研磨。通过利用磨石130进行研磨，而将半导体晶圆W薄化，不仅如此，而且如图7所示，通过研磨的振动而解理131从改质部LM向Z方向扩展。半导体晶圆W被研磨至将改质部LM去除为止。
接着，在具有粘接层的切割带136上粘接半导体晶圆W的背面，并将切割带136利用环135固定。接着，如图8所示，通过将切割带136从下方利用推顶部件140推顶，而使切割带136拉伸(扩展)。由此，半导体晶圆W与切割带136一起向外方向拉伸。此时，以改质部LM为起点而半导体晶圆W沿着改质部LM(也就是说，沿着切割线)进一步劈开，单片化为多个半导体芯片。
此外，在所述例中，在激光照射之后，对半导体晶圆W的背面进行研磨。然而，也可以在对半导体晶圆W的背面进行研磨之后，进行激光照射。
然后，半导体芯片分别被拾取并安装在树脂衬底(未图示)上。半导体芯片与树脂衬底利用金属线接合，并利用树脂密封。由此，半导体封装完成。
接下来，对利用激光光束形成改质部LM的方法进行说明。
图9是表示第1实施方式的激光照射的情况的剖视图。激光振荡器120沿着衬底10的切割区域Rd照射激光光束121。在图9中，激光振荡器120一边相对于半导体晶圆W向箭头A方向(Y方向)相对移动一边使激光光束121周期性地脉冲振荡。由此，以沿着切割区域Rd在衬底10内排列成1列的方式形成多个改质部LM。也就是说，在第1实施方式中，多个改质部LM在半导体晶圆W的厚度方向上排列在大致相同的高度，形成为单一的改质层30。
此处，改质部LM在切割区域Rd中的第1部分R1中以第1间隔D1形成，在第2部分R2中以比第1间隔D1窄的第2间隔D2形成。例如，激光振荡器120在第1部分R1中一边以第1速度相对于半导体晶圆W相对移动，一边以第1周期使激光光束121脉冲振荡。由此，在第1部分R1中，改质部LM每隔第1间隔D1而形成。另外，激光振荡器120在第2部分R2中一边以比第1速度慢的第2速度相对于半导体晶圆W相对移动，一边以第1周期使激光光束121脉冲振荡。由此，在第2部分R2中，改质部LM每隔第2间隔D2而形成。代替于此，激光振荡器120在第1部分R1中一边以第1速度相对于半导体晶圆W相对移动一边以第1周期使激光光束121脉冲振荡。由此，在第1部分R1中，改质部LM每隔第1间隔D1而形成。另外，激光振荡器120在第2部分R2中一边以第1速度相对于半导体晶圆W相对移动一边以比第1周期短的第2周期使激光光束121脉冲振荡。由此，在第2部分R2中，改质部LM每隔第2间隔D2而形成。像这样，既可以变更激光振荡器120相对于半导体晶圆W的相对速度来控制第1部分R1与第2部分R2中的改质部LM的间隔，或者，也可以在激光振荡器120中变更激光光束的振荡频率来控制第1部分R1与第2部分R2中的改质部LM的间隔。
在相邻的改质部LM间的间隔相对较宽的情况下，虽然半导体晶圆W的解理的直进性较差，但是半导体晶圆W的强度得到维持。因此，在对半导体晶圆W的背面进行研磨时，由振动所致的半导体芯片的膜剥落或破裂得到抑制。另外，由于改质部LM的数量(激光光束的振荡次数)变少，所以改质部LM的形成时间缩短。另一方面，在相邻的改质部LM间的间隔相对较窄的情况下，虽然半导体晶圆W的强度变弱，但是从改质部LM扩展的解理的直进性变得良好。因此，在对半导体晶圆W的背面进行研磨时，半导体芯片的分割线并不怎么蜿蜒而大致直线状地延伸。因此，在容易产生膜剥落或破裂的部位，只要扩大改质部LM的间隔即可，在解理容易蜿蜒的部位，只要缩小改质部LM的间隔即可。
例如，在半导体晶圆W中半导体芯片的边的中间部容易产生膜剥落或破裂的情况下，只要像第1部分R1那样，改质部LM在半导体芯片的边的中间部以第1间隔D1形成即可。另一方面，在半导体晶圆W中半导体芯片的角部分中分割线容易蜿蜒的情况下，只要像第2部分R2那样，改质部LM以第2间隔D2形成即可。相反，在半导体芯片的边的中间部分割线容易蜿蜒的情况下，只要像第2部分R2那样，改质部LM在半导体芯片的边的中间部以第2间隔D2形成即可。在半导体晶圆W中半导体芯片的角部分容易产生膜剥落或破裂的情况下，只要像第1部分R1那样，改质部LM在半导体芯片的角部分以第1间隔D1形成即可。
由此，在对半导体晶圆W的背面进行研磨时，或者，在将半导体晶圆W在切割带上扩展时，能够在各半导体芯片的外缘整体中抑制膜剥落或破裂，且提高从改质部LM扩展的解理的直进性。
(第2实施方式)
图10是表示第2实施方式的激光照射的情况的剖视图。
在第1实施方式中，在单一的改质层30内变更改质部LM的间隔(间距)。
相对于此，在第2实施方式中，改质部LM构成多个改质层31、32，在改质层31与改质层32之间变更改质部LM的间隔。改质层31、32在半导体晶圆W的厚度方向(Z方向)的不同位置排列成多列。
例如，首先，形成在多列中作为第1列的第1改质层31。形成第1改质层31时，激光振荡器120对衬底10每隔第1间隔D1地照射激光光束121。由此，多个改质部LM每隔第1间隔D1而形成在衬底10，形成第1改质层31。第1改质层31形成为相对靠近半导体晶圆W的表面的元件形成层20。如果从半导体晶圆W的背面观察，那么第1改质层31形成在相对较深的位置。另外，第1改质层31沿着切割区域Rd形成在它的整体。也就是说，第1改质层31形成在各半导体芯片的周围整体。
接着，形成作为第2列的第2改质层32。多个改质部LM每隔第2间隔D2而形成在衬底10，形成第2改质层32。此时，激光振荡器120使激光光束121的强度峰移动至比第1改质层31浅的位置，对衬底10每隔第2间隔D2地照射激光光束121。也就是说，使激光光束的强度峰比形成第1改质层31时的激光光束的强度峰在Z方向上浅。由此，如果从半导体晶圆W的背面观察，那么第2改质层32形成在比第1改质层31浅的位置。也就是说，第2改质层32形成在与第1改质层31相比距离元件形成层20相对较远的位置。另外，第2改质层32沿着切割区域Rd局部地形成。第2改质层32局部地形成在各半导体芯片的周围。第2实施方式的其他步骤可与第1实施方式的对应步骤相同。此外，半导体晶圆W只要进行研磨直至将第2改质层32或第1及第2改质层31、32的两者去除为止即可。
第1及第2改质层31、32基本上与第1实施方式的改质层30同样地形成。但是，如上所述，第1及第2改质层31、32在改质部LM的间隔及Z方向的位置方面互不相同。
如上所述，在相邻的改质部LM间的间隔相对较宽的情况下，虽然半导体晶圆W的解理的直进性较差，但是半导体晶圆W的强度得到维持。因此，在对半导体晶圆W的背面进行研磨时，由振动所致的半导体芯片的膜剥落或破裂得到抑制。另外，改质部LM的形成时间缩短。另一方面，在相邻的改质部LM间的间隔相对较窄的情况下，虽然半导体晶圆W的强度变弱，但是从改质部LM扩展的解理的直进性变得良好。因此，在对半导体晶圆W的背面进行研磨时，半导体芯片的分割线并不怎么蜿蜒而大致直线状态地延伸。进而，在半导体晶圆W的厚度方向(Z方向)的不同位置设置着多列改质层的情况下，虽然半导体晶圆W的强度变弱，但是半导体晶圆W的解理的直进性优异。因此，在对半导体晶圆W的背面进行研磨时，半导体芯片的分割线并不怎么蜿蜒而大致直线状态地延伸。
因此，在第2实施方式中，在容易产生膜剥落或破裂的部位，使改质部LM的间隔扩大，且使改质层的数量减少。另一方面，在解理容易蜿蜒的部位，使改质部LM的间隔缩小，且使改质层的数量增大。例如，在半导体晶圆W中半导体芯片的边的中间部容易产生膜剥落或破裂的情况下，像第1部分R1那样，改质部LM在半导体芯片的边的中间部以第1间隔D1形成，形成单一的改质层31。在第1部分R1不设置改质层32。另一方面，在半导体晶圆W中半导体芯片的角部分中分割线容易蜿蜒的情况下，像第2部分R2那样，改质部LM形成为多个改质层31、32。而且，在第2改质层32中，改质部LM以比第1间隔D1窄的第2间隔D2形成。相反，在半导体芯片的边的中间部分割线容易蜿蜒的情况下，像第2部分R2那样，改质部LM形成为多个改质层(第1及第2改质层31、32)，且改质部LM在第2改质层32中以第2间隔D2形成。在半导体晶圆W中半导体芯片的角部分容易产生膜剥落或破裂的情况下，像第1部分R1那样，改质部LM以第1间隔D1形成，形成单一的改质层31。在第1部分R1不设置第2改质层32。
由此，在对半导体晶圆W的背面进行研磨时，或者，在将半导体晶圆W在切割带上扩展时，能够在各半导体芯片中抑制膜剥落或破裂，且提高从改质部LM扩展的解理的直进性。
(第3实施方式)
图11及图12是表示第3实施方式的激光照射的情况的剖视图。图12是沿着图11的12－12线的剖视图。
在第2实施方式中，在Z方向的不同位置排列成多列的第1及第2改质层31、32分别为单一层。
相对于此，根据第3实施方式，第2改质层32在相对于半导体晶圆W的厚度方向(Z方向)及改质部LM的排列方向(Y方向)大致垂直的方向(X方向)的不同位置排列成多列。将第2改质层32的多列中的一列设为32a，将另一列设为32b。也就是说，第2改质层32a、32b并排配置在X方向上。
例如，首先，与第2实施方式同样地形成第1改质层31。
接着，形成第2改质层32a。激光振荡器120将激光光束121的强度峰设定在与第1改质层31相比在Z方向上较浅且从第1改质层31的正上方向-X方向移位后的位置。由此，如图12所示，在与第1改质层31相比在Z方向上较浅且向-X方向移位后的位置形成第2改质层32a。另外，第2改质层32a在切割区域Rd沿着各半导体芯片的周围局部(R2)地形成。第2改质层32a中的改质部LM的间隔可为第1间隔D1。
接着，形成第2改质层32b。激光振荡器120将激光光束121的强度峰设定在与第2改质层32a在Z方向上大致相同的高度，且设定在向+X方向移位后的位置。由此，如图12所示，在与第1改质层31相比在Z方向上较浅且向+X方向移位后的位置形成第2改质层32b。另外，第2改质层32b沿着切割区域Rd局部(R2)地形成在各半导体芯片的周围。第2改质层32b中的改质部LM的间隔可为第1间隔D1。第3实施方式的其他步骤可与第2实施方式的对应步骤相同。此外，半导体晶圆W只要进行研磨直至将第2改质层32a、32b或第1及第2改质层31、32a、32b的全部去除为止即可。
像这样，第2改质层32a、32b分别形成在从第1改质层31的正上方向±X方向移位后的位置。第2改质层32a、32b相对于第1改质层31并非在正上方，但是配置在上方。由此，半导体晶圆W的解理的直进性变得良好。
另外，在解理从第2改质层32a、32b传播时，如箭头A1所示，向第1改质层31汇集。因此，通过形成多个第2改质层32a、32b，能够使从较大范围传播的解理向单一层的第1改质层31汇集。
进而，在对半导体晶圆W的背面进行研磨时，来自磨石的压力从Z方向施加。相对于此，通过设置多个第2改质层32a、32b，而纵向的应变容易向横向分散。因此，研磨步骤中的半导体晶圆W的抗振动性提高。
此外，第3实施方式也可以与第1实施方式组合。也就是说，在第2部分R2，改质部LM的间隔也可以设为D2。
(第4实施方式)
图13是表示第4实施方式的激光照射的情况的剖视图。根据第4实施方式，第2改质层32的大小比第2实施方式的第2改质层32的大小大。例如，形成第2改质层32时，激光振荡器120使激光光束121的输出能量(输出强度)比用来形成第1改质层31的激光光束121的输出能量(输出强度)高。由此，第2改质层32的改质部LM的大小变得比第1改质层31的改质部LM的大小大。第2改质层32中的改质部LM的间隔可为第1间隔D1。第4实施方式的其他步骤可与第2实施方式的对应步骤相同。此外，半导体晶圆W只要进行研磨直至将第2改质层32或第1及第2改质层31、32的两者去除为止即可。
像这样，通过使第2改质层32的改质部LM比第1改质层31的改质部LM大，而半导体晶圆W的解理的直进性变得良好。另一方面，由于使形成第2改质层32时的激光光束的输出变高，所以存在由振动导致半导体晶圆W的强度变弱的可能。因此，优选第2改质层32形成在与半导体晶圆W的表面在Z方向上相距较远的位置。优选形成在要求半导体晶圆W的解理的直进性的部位。此外，第4实施方式也能够获得第2实施方式的效果。
在以上的实施方式中，改质层的数量并不限定为2条，也可以为3条以上。另外，第1改质层31设置为与第2改质层32相比更靠近半导体晶圆W的表面。然而，也可以是第2改质层32设置为与第1改质层31相比更靠近半导体晶圆W的表面。
对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为示例而提出的，并不意图限定发明的范围。这些实施方式能以其他各种方式实施，能够在不脱离发明主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变化包含在发明的范围或主旨中，且同样包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。
[符号的说明]
W 半导体晶圆
Rchip 芯片区域
Rd 切割区域
120 激光振荡器
LM 改质部
136 切割带
10 衬底
30 改质层
R1 第1部分
R2 第2部分
31、32 改质层

Claims (5)

1.一种半导体装置的制造方法，具备如下步骤：
沿着半导体晶圆的分割区域照射激光光束，沿着该分割区域形成在所述半导体晶圆的厚度方向的不同位置排列成多列的改质部，
以所述改质部为起点将所述半导体晶圆劈开而单片化为多个半导体芯片，
所述多列中第1列的所述改质部以第1间隔形成，
所述多列中第2列的所述改质部以比所述第1间隔窄的第2间隔形成，
在所述半导体芯片的边的中间部，形成所述第1及第2列，且
在所述半导体芯片的角部分，不形成所述第2列，而形成所述第1列。
2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中所述第1列与所述第2列相比更靠近所述半导体晶圆的表面。
3.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中所述第2列与所述第1列相比更靠近所述半导体晶圆的表面。
4.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中所述第2列在相对于所述半导体晶圆的厚度方向及所述第2列的排列方向垂直的方向的不同位置排列成多列。
5.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中照射至所述第2列的所述改质部的所述激光光束的能量比照射至所述第1列的所述改质部的所述激光光束的能量高。
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