JP2005005672A

JP2005005672A - 半導体素子の製造方法および発泡剥離装置

Info

Publication number: JP2005005672A
Application number: JP2004050110A
Authority: JP
Inventors: Haruo Nakazawa; 治雄中澤
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】支持基板に接着シートを介して半導体ウエハーを貼り付けた状態でウエハー裏面の加工処理を行った後、簡便かつ確実に支持基板から半導体ウエハーを剥離させること。
【解決手段】接着シートの発泡テープ型シート４３およびＵＶテープ型シート４５に、それぞれウエハーおよび支持基板３２を接着して、ウエハーおよび支持基板３２を一体化する。その状態で、ウエハーをバックグラインドし、ウエハー裏面側の半導体層および裏面電極を形成し、薄型ウエハー４１とする。この薄型ウエハー４１が支持基板３２の上になるようにしてホットプレート５１の上に置き、支持基板３２を吸引しながら加熱して発泡テープ型シート４３を発泡させることによって、支持基板３２から薄型ウエハー４１を剥離する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ウエハー裏面の処理が必要な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）等の電力用半導体素子の製造方法に関する。また、本発明は、加熱発泡により剥離可能な接着シートを介して貼り合わされた物体同士を、接着シートの加熱発泡により剥離させる発泡剥離装置に関する。

ＩＧＢＴは、電圧駆動型であり、オン電圧が低く、かつ高速スイッチング特性を有する素子であり、その応用範囲も、インバータなどの産業用分野から電子レンジなどの民生機器分野へ拡がっている。従来、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。

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。

図１８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１８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。

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。

図１９は、ＦＳ型ＩＧＢＴの１／２セル分の構成を示す断面図である。図１９に示すように、基板表面側の素子構造は、図１８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。

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−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。

図２０（図２０−１〜図２０−５）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２０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、ゲート酸化膜、ゲート電極、層間絶縁膜、エミッタ電極および絶縁保護膜よりなる表面側素子構造部１１を形成する（図２０−１（ａ））。

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２０−２（ｂ））。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。

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）をイオン注入し、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２０−３（ｃ））。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２０−４（ｄ））。

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２０−５（ｅ））。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。

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、バックグラインド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、ウエハーが割れやすくなる。

そこで、ウエハーに支持基板を接着した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が公知である。この方法を実施するための装置として、接着材により一体化した支持基板およびウエハーを相反する向きに吸着しながら加熱して接着材を軟化させた後、支持基板を支持するロボットアームを動かすことにより、ウエハーを支持基板から剥離させる装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、一体化した支持基板およびウエハーのうち、ウエハーのみを専用の剥離台の凹部内に収容し、その状態で支持基板を吸着しているアームをウエハーと平行に動かすことにより、ウエハーを支持基板から剥離させる装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、ウエハーと支持基板とを、熱発泡性接着シートを用いて貼り合わせ、その状態でウエハー裏面の研削を行う方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。このようにすると、熱発泡性接着シートがウエハーに対して衝撃緩和層として機能するので、研削時にウエハーが割れにくくなる。特許文献３では、研削終了後、リン酸系エッチャントで研削面の酸化膜を除去した後、加熱して、ウエハーを、一体化された熱発泡性接着シートおよび支持基板から分離させるとしている。

特開平６−２６８０５１号公報特開平７−１６９７２３号公報特開２００３−２５７９０７号公報

しかしながら、従来、ウエハーを支持基板から剥離させるには、上記特許文献１または特許文献２に開示されているように、ロボットアームや専用の剥離台などを用意する必要があり、装置が大がかりになってしまうという問題点がある。また、上記特許文献３に開示されている方法では、接着シートでウエハーと支持基板とを貼り合わせた状態でウェットエッチングを行ったときに、ウエハー端部の貼り合わせ部分の隙間から薬液が侵入することがある。その場合には、接着シートの発泡機能が失われてしまうため、接着シートを加熱しても、接着シートからウエハーを剥離させることが困難になるという問題点がある。また、接着シートが加熱発泡した後、直ちに接着シートからウエハーを剥離しないと、ウエハーの剥離が困難になるという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、大がかりな装置を必要とせずに、簡便、かつ確実に支持基板から半導体ウエハーを剥離させることができ、それによって、ウエハー裏面をバックグラインドしてデバイス厚の薄いＩＧＢＴ等の半導体素子を簡便に製造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、加熱発泡により剥離可能な接着シートを介して貼り合わされた物体同士を、接着シートの加熱発泡により確実に剥離させることができる発泡剥離装置を提供することを目的とする。

上記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、半導体ウエハーの表面に半導体素子の表面側素子構造部を作製する工程と、前記半導体ウエハーの、前記表面側素子構造部が作製された側の面に、加熱発泡により剥離可能な接着シートを介して、支持基板を接合する工程と、前記支持基板を接合した状態のまま、前記半導体ウエハーの裏面を研削する工程と、前記半導体ウエハーの研削された面に金属膜を成膜する工程と、前記半導体ウエハーの、前記金属膜が成膜された側の面、または前記支持基板の、前記半導体ウエハーに接合されていない側の面を吸着しながら、前記接着シートを加熱して発泡させることにより、前記支持基板から前記半導体ウエハーを剥離させる工程と、前記支持基板から剥離した前記半導体ウエハーをチップ状に切断する工程と、を含むことを特徴とする。

この請求項１の発明によれば、接着シートに均一に熱が伝わり、接着シート全体で発泡剤の発泡が起こり、その発泡により生じる、ウエハーを剥離させようとする力と、ウエハーまたは支持基板に対する吸着力と、ウエハー裏面の金属膜の成膜により生じた引っ張り応力とによって、支持基板からウエハーが容易に剥離する。

請求項２の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項１に記載の発明において、前記支持基板はガラス基板であり、該ガラス基板を前記半導体ウエハーの上にした状態で、前記接着シートを加熱して発泡させることにより、前記ガラス基板から前記半導体ウエハーを剥離させることを特徴とする。

この請求項２の発明によれば、ウエハーにガラス基板の重さが作用するので、ウエハーをガラス基板の上にした場合よりも接着シートに均一に熱が伝わる。また、透明なガラス基板の場合には、ガラス基板の上から発泡剤が発泡する状態や剥離に至る状態を観察することができる。

また、請求項３の発明にかかる半導体素子の製造方法は、半導体ウエハーの第１の主面に、加熱発泡により剥離可能な接着シートを介して支持基板を貼り付ける工程と、前記半導体ウエハーの第２の主面を下にし、かつ前記支持基板を上にした状態で、前記半導体ウエハーの第２の主面を吸着しながら前記接着シートを加熱して発泡させる工程と、前記接着シートが前記半導体ウエハーから剥離した後、同接着シートが前記半導体ウエハーに再び接着する前に、前記支持基板を吸着しながら前記半導体ウエハーから剥離させる工程と、を含むことを特徴とする。

請求項４の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項３に記載の発明において、前記接着シートの発泡剥離が終了すると同時に、前記支持基板の吸着を開始して、前記支持基板を前記半導体ウエハーから剥離させることを特徴とする。

請求項３または４の発明によれば、加熱発泡により接着シートが半導体ウエハーから剥離した後、接着シートが半導体ウエハーに再び接着するのを防ぐことができるので、半導体ウエハーを支持基板から容易に剥離させることができる。また、ウェットエッチング等のウェット処理後に剥離を行う場合、ウエハー端部から浸入した薬液によってウエハー端部における接着シートの発泡機能が失われていても、支持基板を吸着する力を利用することによって、半導体ウエハーを支持基板から容易に剥離させることができる。また、支持基板がガラスでできている場合には、ガラス基板を通して、接着シートの発泡剤が発泡する様子やその発泡により剥離する様子を観察することができるので、剥離を確認した瞬間にエアピンセットのような吸着体で支持基板を吸引して、接着シートが貼り付けられた支持基板を取り除くことができる。

また、請求項５の発明にかかる発泡剥離装置は、加熱発泡により剥離可能な接着シートを介して第１の物体に貼り付けられた第２の物体を下にし、かつ前記第１の物体を上にした状態で、前記第２の物体を吸着する第１の吸着手段と、前記接着シートを加熱して発泡させる加熱手段と、前記接着シートが前記第２の物体から剥離した後、同接着シートが前記第２の物体に再び接着する前に、前記第１の物体を吸着しながら前記第２の物体から剥離させる第２の吸着手段と、を備えることを特徴とする。

この請求項５の発明によれば、加熱発泡により接着シートが第２の物体から剥離した後、接着シートが第２の物体に再び接着する前に、第１の物体を第２の物体から確実に剥離させることができる。従って、加熱発泡により剥離可能な接着シートを介して支持基板に半導体ウエハーを貼り付け、その状態でウエハー裏面の加工を行った後、この発泡剥離装置を用いることによって、半導体ウエハーと支持基板とを確実に剥離させることができる。

また、請求項６の発明にかかる発泡剥離装置は、請求項５に記載の発明において、前記第２の吸着手段の、前記第１の物体を吸着する吸着力は、２４．５Ｎ／２０ｍｍ以上であることを特徴とする。

この請求項６の発明によれば、第１の物体が厚いガラス基板であっても、十分にガラス基板を吸着することができる。従って、支持基板としてガラス基板を用い、このガラス基板に、加熱発泡により剥離可能な接着シートを介して貼り付けられた半導体ウエハーの裏面を加工した後、この発泡剥離装置を用いることによって、ガラス基板の剥離を確実に行うことができる。

本発明にかかる半導体素子の製造方法によれば、大がかりな装置を必要とせずに、簡便、かつ確実に支持基板から半導体ウエハーを剥離させることができる。それによって、ウエハー裏面をバックグラインドしてデバイス厚の薄いＩＧＢＴ等の半導体素子を簡便に製造することができる。また、本発明にかかる発泡剥離装置によれば、加熱発泡により剥離可能な接着シートを介して貼り合わされた物体同士を、接着シートの加熱発泡により確実に剥離させることができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１（図１−１〜図１−３）および図２（図２−１〜図２−４）は、本発明の実施の形態１にかかる製造方法の製造プロセスを示す図である。まず、ｎ^-ＦＺウエハー２１の表面側に、ＳｉＯ₂等のゲート酸化膜とポリシリコンからなるゲート電極を堆積し、これらを加工する。そして、その表面にＢＰＳＧ等の層間絶縁膜を堆積し、これを加工することによって、絶縁ゲート構造を作製する。つづいて、Ｐ⁺ベース層を形成し、その中にｎ⁺エミッタ層を形成する。

そして、Ａｌ−Ｓｉ膜からなる表面電極、すなわちエミッタ電極を形成し、４００〜５００℃程度で熱処理を行って、Ａｌ−Ｓｉ膜を安定した接合性を有する低抵抗配線とする。その上全面に、ポリイミド膜等の絶縁保護膜を積層し、図２０（図２０−１〜図２０−５）に示す構成と同様の表面側素子構造部２２ができあがる（図１−１（ａ））。本明細書では、ウエハーの、表面側素子構造部が形成される側の面をウエハー表面とし、その反対側の面をウエハー裏面とする。なお、図１および図２においては、表面側素子構造部２２の詳細な構成の図示を省略する。

ついで、ウエハー２１を裏返し、表面側素子構造部２２の表面（図１−２（ｂ）では、下側の面）に、接着シート３１を介して、支持基板３２を接合する（図１−２（ｂ））。接着シート３１は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製のテープ基材を介して、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（例えば、日東電工株式会社の製品名Ｎｏ．３１９５ＭＳ）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（例えば、日東電工株式会社の製品名ＵＢ−３０８３Ｄ、ＵＢ−５１３３Ｄ、ＵＢ−２１５３Ｄ）とを貼り合わせた構成となっている。この接着シート３１の、発泡テープ側にウエハー２１を貼り付け、ＵＶテープ側に支持基板３２を貼り付ける。このようにＵＶテープ側も剥離可能とすることにより、支持基板３２から接着シート３１を剥がして支持基板３２に新たな接着シート３１を貼り、支持基板３２の再利用が可能である。支持基板３２として、例えばＵＶ光を透過するセラミクス、石英またはガラスのウエハーを用いる。

ついで、支持基板３２を接合した状態で、ウエハー裏面（図１−３（ｃ）では、上側の面）をバックグラインドや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、例えば７０μｍとする（図１−３（ｃ））。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２−１（ａ））。特に限定しないが、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）を用いる。そして、例えば一回の照射エリアを約１ｍｍ角とし、５０％〜９０％オーバーラップさせて照射する。

ＹＡＧの第３高調波を用いる理由は、深いｎ⁺層２３を形成することができるからである。また、この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、接着シート３１の耐熱温度に関係なく熱処理を行うことができる。

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２−２（ｂ））。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、接着シート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。

なお、金属膜を成膜するにあたっては、低温スパッタ法以外にも、真空蒸着法や化学気相成長（ＣＶＤ）法やメッキ法などを用いることができる。また、厳密には、ウエハー裏面の外周縁の一部に、ウエハー２１を保持する部材の跡が未蒸着部分として残ることがある。

そして、ウエハー２１または支持基板３２を吸引しながら加熱し、接着シート３１の発泡テープ型シートに含まれる発泡剤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シート３１を剥離させ、接着シート３１および支持基板３２を取り除く（図２−３（ｃ））。その後、ウエハー２１を複数のチップ２７に切断する（図２−４（ｄ））。また、接着シート３１にＵＶ光を照射して、支持基板３２から接着シート３１を剥離させる。ついで、ウエハー裏面に一般的なダイシングテープ２６を貼り付ける。

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。

上述した方法はＦＳ−ＩＧＢＴを製造ためのプロセスであるが、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。

次に、支持基板からウエハーを剥離させる方法について、２通り説明する。図３および図４は、第１の剥離方法を説明するための模式図であり、図５および図６は、第２の剥離方法を説明するための模式図である。なお、図３〜図６において、符号４１は、ウエハー２１、表面側素子構造部２２、ｎ⁺層２３、ｐ⁺層２および裏面電極２５からなる薄型ウエハーである。また、符号４２は、接着シート３１を構成するテープ基材であり、符号４３は、発泡テープ型シートであり、符号４４は、発泡剤であり、符号４５は、ＵＶテープ型シートである。

第１の剥離方法では、図３および図４に示すように、７０μｍ厚の薄型ウエハー４１が支持基板３２の上になるようにしてホットプレート５１の上に置く。そして、ホットプレート５１により支持基板３２を吸引しながら加熱する。このようにすると、吸引力によって、薄型ウエハー４１には、支持基板３２、ＵＶテープ型シート４５、テープ基材４２および発泡テープ型シート４３を介して、ホットプレート５１の熱が均一に伝わる。なお、例えば、ホットプレート５１の表面には、図示省略した孔が設けられており、ホットプレート５１は、この孔を介して吸引する。それによって、ホットプレート５１上のものがホットプレート５１に吸いつけられる。

そして、発泡剤４４の発泡によって発泡テープ型シート４３が膨張し、それによって生じる剥離力が薄型ウエハー４１の全面に加わる。また、薄型ウエハー４１の端部には、薄型ウエハー４１の裏面に成膜された金属電極の引っ張り応力による反り力も加わる。その結果、薄型ウエハー４１は容易に剥がれる。実際に、１２０℃で発泡する特性の発泡テープ型シート４３を用い、ホットプレート５１の温度を１３０〜１５０℃に設定したところ、１分以内の加熱により薄型ウエハー４１が剥離した（これを実施例１とする）。

第２の剥離方法では、図５および図６に示すように、７０μｍ厚の薄型ウエハー４１が支持基板３２の下になるようにしてホットプレート５１の上に置く。そして、ホットプレート５１により薄型ウエハー４１を吸引しながら加熱する。このようにすると、薄型ウエハー４１には、吸引力に加えて、支持基板３２の重さが加わるので、ホットプレート５１の熱がより一層均一に伝わる。

従って、発泡剤４４の発泡によって発泡テープ型シート４３が膨張すると、剥離力が薄型ウエハー４１の全面に加わり、薄型ウエハー４１が容易に剥がれる。実際に、１２０℃で発泡する特性の発泡テープ型シート４３を用い、ホットプレート５１の温度を１３０〜１５０℃に設定したところ、１分以内の加熱により薄型ウエハー４１が剥離した（これを実施例２とする）。剥離した薄型ウエハー４１は、応力によって反っているが、割れることはなかった。

また、第２の剥離方法には、支持基板３２として透明なガラスウエハーを用いることによって、発泡の状態や剥離の進行状態を目視確認することができるので、適切なタイミングで剥離工程を終わらすことができるという利点がある。例えば、発泡テープ型シート４３が、一旦剥離した薄型ウエハー４１に再び接着してしまうような特性を有する場合に、その再接着が起こる前に薄型ウエハー４１を取り出すことができる。

比較として、上述した第１の剥離方法において、図９に示すように、薄型ウエハー４１が支持基板３２の上になるようにしてホットプレート５１の上に置き、吸引しないで加熱する。この場合、加熱により、発泡剤４４が発泡して発泡テープ型シート４３が膨張し、発泡剤４４が集中するウエハー中央部が浮き上がる。薄型ウエハー４１の端部は、薄型ウエハー４１の裏面に成膜された金属電極の引っ張り応力による反り力と、発泡剤４４の発泡によって浮き上がる。

しかし、ウエハー端部が浮き上がってしまうため、ウエハー中央部と端部との間の部分（図９にＥで指し示す部分）では、熱が十分に伝わらず、発泡によって浮き上がろうとする力が分散されてしまい、剥離するまでには至らない。実際に、１２０℃で発泡する特性の発泡テープ型シート４３を用い、ホットプレート５１の温度を１３０〜１５０℃に設定し、１０分間加熱したが、薄型ウエハー４１は剥離しなかった（これを比較例とする）。

比較例では、加熱時間を長くしたり、温度を高くしても、薄型ウエハー４１は剥離しなかった。また、ホットプレート５１に代えて、熱風乾燥器（オーブン炉）を用い、１３０〜１５０℃の温度で１０分間加熱しても、薄型ウエハー４１は剥離しなかった。また、近赤外線ランプを３〜５分間照射しても、薄型ウエハー４１は剥離しなかった。薄型ウエハー４１が完全に剥離しないと、図９に示すように、薄型ウエハー４１が波状となって保持されるため、割れてしまうことがあった。

図７は、上述した実施例１および実施例２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７より、実施例１および実施例２のいずれも、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５．５μｍ（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。

比較のため、上述した比較例および従来例について、同様のことを調べた結果も併せて図７に示す。従来例は、支持基板を接着していないものである。比較例の反り量は、実施例１および実施例２とほぼ同じであった。それに対して、従来例では、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５．５μｍ（直径６インチのウエハーの場合）を超えてしまった。

具体的には、バックグラインド後のウエハーの厚さを７０μｍにしたときの裏面電極形成後のウエハーの反り量は、実施例１では０．２ｍｍであり、実施例２では０．１ｍｍであり、比較例では０．２ｍｍであり、従来例では１１ｍｍであった。なお、実施例１、実施例２および比較例は、支持基板３２を接着した状態での測定値である（図８も同じ）。また、実施例１および実施例２の、支持基板３２を剥離した後のウエハーの反り量は、いずれも１１ｍｍであった。

図８は、実施例１および実施例２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、比較例および従来例について、同様のことを調べた結果も併せて図８に示す。図８に示すように、実施例１、実施例２および比較例のいずれも、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、比較例では、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。

上述した実施の形態１によれば、薄型ウエハー４１に熱が均一に伝わり、発泡テープ型シート４３の膨張によって生じる剥離力が薄型ウエハー４１の全面に加わるので、薄型ウエハー４１が容易に剥がれる。従って、ロボットアームや専用の剥離台などの大がかりな装置を用いることなく、簡便に支持基板３２から薄型ウエハー４１を剥離させることができるので、デバイス厚の薄いＩＧＢＴ等の半導体素子を簡便に製造することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２は、上述した実施の形態１の第２の剥離方法において、発泡剥離が終了した直後に支持基板３２を吸着しながら上昇させることにより、薄型ウエハー４１から、接着シート３１が貼り付けられた状態の支持基板３２を剥離させるようにしたものである。半導体素子の製造プロセスの全体については、実施の形態１において第２の剥離方法を適用したプロセスと同じである。従って、実施の形態１と同様の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略し、以下、実施の形態１と異なる点についてのみ説明する。

図１０に示すように、テープ基材４２の両面に発泡テープ型シート４３およびＵＶテープ型シート４５を有する接着シート３１の、発泡テープ型シート４３側に薄型ウエハー４１を貼り付け、ＵＶテープ型シート４５側に支持基板３２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ホットプレート５１上に置く。薄型ウエハー４１は、ホットプレート５１の図示省略した孔によるエアの吸引によって、ホットプレート５１に吸いつけられる。

この状態で、ホットプレート５１により加熱する。それによって、発泡テープ型シート４３に含まれている図示しない発泡剤が発泡を開始する。例えば、１２０〜１５０℃の温度で発泡するタイプの発泡テープ型シート４３（例えば、日東電工株式会社の製品名Ｎｏ．３１９５ＭＳまたはＮｏ．３１９８Ｍ）を用いた場合には、ホットプレート５１を１３０〜１５０℃の間の温度にすると、３０秒〜１分程度で発泡テープ型シート４３の発泡剥離が完了する。

実施の形態２では、支持基板３２として、支持基板３２上から発泡剥離の進行状況を観察することができるような透明な材質、例えば石英やガラスでできた基板を用いる。従って、例えば、作業者は、目視により発泡剥離の進行状況を観察することによって、発泡テープ型シート４３の発泡剥離が完了したことを知ることができる。

そして、発泡剥離の完了を確認すると同時に、例えばエアピンセット６１で支持基板３２を吸着する。それによって、接着シート３１の発泡テープ型シート４３に上向きの力が作用する。このときの発泡テープ型シート４３の発泡剤の接着力は、ほとんどゼロである（図１６参照）。従って、薄型ウエハー４１との接着面から発泡テープ型シート４３が剥離するので、支持基板３２が、接着シート３１をつけた状態のまま、薄型ウエハー４１から容易に剥離する。なお、予めエアピンセット６１で支持基板３２を吸着した状態にしておき、その状態のまま加熱発泡を行ってもよい。

特に限定しないが、一例を挙げると、接着シート３１において、テープ基材４２の厚さは１００μｍであり、発泡テープ型シート４３の厚さは５０μｍである。また、支持基板３２の厚さは６３０μｍである。この厚さの支持基板３２を吸着するため、エアピンセット６１の吸着力は２５０ｇｆ／２０ｍｍ以上であるのが望ましい。また、加熱発泡時のホットプレート５１の温度は、使用する発泡テープ型シート４３に適した温度であればよい。

ここで、発泡剥離の完了後にエアピンセット６１等により支持基板３２を吸着する理由は、次の通りである。薄型ウエハー４１と支持基板３２とを接着シート３１を介して貼り合わせたものに対して、ウェットエッチング等のウェット処理を行うと、ウエハー端部の貼り合わせ部分の隙間から薬液が侵入することがある。その場合、薬液が触れた部分、すなわちウエハー端部において、発泡テープ型シート４３の発泡機能が失われてしまうことがある。

図１１は、薄型ウエハー４１を剥離した後に、支持基板３２上の発泡テープ型シート４３の様子を模式的に示す図である。発泡テープ型シート４３の中央部では、発泡剤４４が正常に発泡している。それに対して、発泡テープ型シート４３の端部には、薬液の侵入により発泡機能が失われた結果、おおよそ１００μｍ幅で発泡剤４４が発泡していない領域が存在する。図１１において、符号４３１は発泡正常領域であり、符号４３２は発泡不良領域である。

このように、発泡テープ型シート４３の、ウエハー端部に相当する部分に発泡不良領域４３２が存在すると、発泡テープ型シート４３の加熱発泡による剥離時に、ウエハー端部が剥離し難くなる。また、図１６に発泡剤の接着力の経時変化を示すように、発泡テープ型シート４３の発泡剤４４は、再接着能力を有している。そのため、発泡テープ型シート４３の発泡剥離が完了した後、薄型ウエハー４１に発泡剤４４が接触した状態のまま、発泡剤４４の接着力が回復してしまうと、すでに発泡剤４４には発泡能力がなくなっているため、より一層、ウエハー端部が剥離し難くなってしまう。

そのため、最終的には、図１４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１５に示すように、発泡テープ型シート４３にはウエハーの破片４１２が残ってしまう。それに対して、実施の形態２のように、発泡剥離の完了後、直ちにエアピンセット６１等により支持基板３２を吸着することによって、発泡不良によりウエハー端部が剥離し難い状態になっていても、薄型ウエハー４１から発泡テープ型シート４３を容易に剥離させることができる。なお、エアピンセット６１等により支持基板３２を吸着するタイミングは、発泡剥離の完了後、発泡剤４４の接着力が回復する前であればよい。

図１２および図１３は、それぞれ実施の形態２を適用して剥離した薄型ウエハー４１および発泡テープ型シート４３（接着シート３１）付きの支持基板３２を模式的に示す図であり、薄型ウエハー４１に割れなどがないことを表している。また、エアピンセット６１で支持基板３２を吸着する理由は、支持基板３２側を下にし、薄型ウエハー４１を上にして、薄型ウエハー４１をエアピンセット６１で吸着すると、薄型ウエハー４１が瞬時に粉々に割れてしまうからである。

上述した実施の形態２によれば、ウェット処理を行った後に、薄型ウエハー４１と、接着シート３１のついた支持基板３２とを剥離させる場合でも、容易に剥離させることができる。また、ウェット処理中に薬液に浸った部分の接着シート３１が溶けてコンタミネーションや有機系ガスの発生原因となるのを防ぐことができる。また、エアピンセット６１で支持基板３２を吸着することにより、ウエハー裏面に裏面電極となる金属膜を成膜する前の段階においても、薄型ウエハー４１と、接着シート３１のついた支持基板３２とを容易に剥離させることができる。また、薄型ウエハー４１に限らず、通常の厚いウエハーと、接着シートのついた支持基板とを剥離させることができる。

（実施の形態３）
実施の形態３は、上述した実施の形態２の製造方法に用いることができる発泡剥離装置を提供するものである。図１７は、実施の形態３の発泡剥離装置の概略構成を示す模式図である。発泡剥離装置は、加熱発泡により剥離可能な接着シートを介して貼り合わされた第１の物体および第２の物体に対して、第２の物体が下になり、かつ第１の物体が上になった状態で、第２の物体を吸着する第１の吸着手段と、接着シートを加熱して発泡させる加熱手段を有する。また、発泡により接着シートが第２の物体から剥離した後、その接着シートが第２の物体に再び接着する前に、第１の物体を吸着しながら第２の物体から剥離させる第２の吸着手段を有する。

特に限定しないが、図１７に示す例では、接着シートは、実施の形態１または２と同様に、テープ基材４２、発泡テープ型シート４３およびＵＶテープ型シート４５により構成されている。第１の物体は、接着シートのついた支持基板３２である。第２の物体は、薄型ウエハー４１である。そして、例えば、加熱手段はホットプレート５１である。ホットプレート５１は、１２０〜１５０℃の間の発泡剥離に適した温度となる。第１の吸着手段は、例えば、ホットプレート５１に設けられた図示しない孔を介してエアを吸引することによって、ホットプレート５１に薄型ウエハー４１を吸いつける構成となっている。

第１の吸着手段は、ホットプレート５１上に基板が載せられると同時に、吸着を開始する。また、発泡剥離装置には、発泡剥離が完了したことを確認するセンサ７２が、支持基板３２の上方に設けられている。このセンサ７２により発泡剥離の完了が確認されると、第１の吸着手段による吸着は停止する。

第２の吸着手段は、エアの吸引などによって支持基板３２を吸着する吸着機構７１である。この吸着機構７１は、図示省略した昇降機構により昇降する。吸着機構７１は、実施の形態２ではエアピンセット６１である。前記センサ７２により発泡剥離の完了が確認されると、吸着機構７１は、昇降機構により下降し、支持基板３２を吸着する。なお、予め吸着機構７１を下降させて支持基板３２を吸着した状態にし、その状態のまま加熱発泡を行い、発泡剥離が完了したら吸着機構７１を上昇させるようにしてもよい。

吸着機構７１の吸着力は、発泡剤による発泡剥離力よりも大きく、かつ第１の吸着手段の吸着力よりも小さい。例えば、吸着機構７１の吸着力は２５０ｇｆ／２０ｍｍ以上である。発泡剥離の完了と同時に支持基板３２を吸着して剥離するのが好ましいが、この程度の吸着力があれば、発泡剥離の完了後、１時間半程度放置した後でも、薄型ウエハー４１を剥離させることができる。通常の厚いウエハーと、接着シートのついた支持基板とを剥離させる場合も同様である。

上述した構成の発泡剥離装置では、発泡剥離の完了の確認を作業者が目視で行うことにすれば、最も簡素な構成となる。また、前記センサ７２により、発泡剥離が完了したことを自動的に検知し、コンピュータ等によって吸着機構７１の下降、支持基板３２の吸着、吸着機構７１の上昇およびホットプレート５１による吸着の停止などの一連の動作を制御して行うようにしてもよい。

以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、接着シート３１の、支持基板３２に接着される側の面は、粘着性と耐熱性を具えていれば、ＵＶ硬化型以外のシート（例えば、日東電工株式会社の製品名ＢＴ−１５０Ｅ−ＦＬ、ＢＴ−１５０Ｅ−ＡＬ）でもよい。また、接着シート３１の、ＵＶテープ側にウエハー２１を貼り付け、発泡テープ側に支持基板３２を貼り付けてもよい。この場合には、まず加熱発泡により支持基板３２を剥離した後、ＵＶ光を照射してウエハー２１から接着シート３１を剥離させればよい。

また、ホットプレート５１に代えて、熱風乾燥器（オーブン炉）や近赤外線ランプを加熱手段として用いて加熱することもできる。その場合、実施の形態１の第１の剥離方法においては支持基板３２を吸引し、また、実施の形態１の第２の剥離方法においては薄型ウエハー４１を吸引する手段を、加熱手段とは別に設ける必要がある。

また、本発明は、ＦＳ−ＩＧＢＴの製造に限らず、ＮＰＴ−ＩＧＢＴや逆阻止型のＩＧＢＴの製造にも適用可能であるし、さらには金属電極膜を有するウエハーを支持基板から発泡によって剥離させる場合や、発泡テープ型シート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、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。

以上のように、本発明にかかる半導体素子の製造方法および発泡剥離装置は、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。

本発明の実施の形態１にかかる製造方法の製造プロセスの一部を示す図（ａ）である。本発明の実施の形態１にかかる製造方法の製造プロセスの一部を示す図（ｂ）である。本発明の実施の形態１にかかる製造方法の製造プロセスの一部を示す図（ｃ）である。図１に示す製造プロセスの続きを示す図（ａ）である。図１に示す製造プロセスの続きを示す図（ｂ）である。図１に示す製造プロセスの続きを示す図（ｃ）である。図１に示す製造プロセスの続きを示す図（ｄ）である。本発明の実施の形態１にかかる製造方法における第１の剥離方法を説明するための模式図である。本発明の実施の形態１にかかる製造方法における第１の剥離方法を説明するための模式図である。本発明の実施の形態１にかかる製造方法における第２の剥離方法を説明するための模式図である。本発明の実施の形態１にかかる製造方法における第２の剥離方法を説明するための模式図である。実施例１、実施例２、比較例および従来例について、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。実施例１、実施例２、比較例および従来例について、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。比較例を説明するための模式図である。本発明の実施の形態２にかかる製造方法における剥離方法を説明するための模式図である。発泡テープ型シートの発泡状態を説明するための模式図である。本発明の実施の形態２にかかる製造方法における剥離方法により剥離されたウエハーの様子を示す図である。本発明の実施の形態２にかかる製造方法における剥離方法により剥離された支持基板の様子を示す図である。本発明の実施の形態２を適用せずに剥離されたウエハーの様子を示す図である。本発明の実施の形態２を適用せずに剥離された支持基板の様子を示す図である。発泡テープ型シートの発泡剤の接着力と加熱時間と加熱温度との関係を示す特性図である。本発明の実施の形態３にかかる発泡剥離装置の概略構成を示す図である。ＮＰＴ型ＩＧＢＴの構成を示す断面図である。ＦＳ型ＩＧＢＴの構成を示す断面図である。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（ａ）である。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（ｂ）である。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（ｃ）である。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（ｄ）である。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（ｅ）である。

符号の説明

２１，４１ウエハー
２２表面側素子構造部
２５金属膜（裏面電極）
２７チップ
３１接着シート
３２支持基板
４２テープ基材
４３発泡テープ型シート
４５ＵＶテープ型シート
５１加熱手段、第１の吸着手段（ホットプレート）
７１第２の吸着手段（吸着機構）

Claims

半導体ウエハーの表面に半導体素子の表面側素子構造部を作製する工程と、
前記半導体ウエハーの、前記表面側素子構造部が作製された側の面に、加熱発泡により剥離可能な接着シートを介して、支持基板を接合する工程と、
前記支持基板を接合した状態のまま、前記半導体ウエハーの裏面を研削する工程と、
前記半導体ウエハーの研削された面に金属膜を成膜する工程と、
前記半導体ウエハーの、前記金属膜が成膜された側の面、または前記支持基板の、前記半導体ウエハーに接合されていない側の面を吸着しながら、前記接着シートを加熱して発泡させることにより、前記支持基板から前記半導体ウエハーを剥離させる工程と、
前記支持基板から剥離した前記半導体ウエハーをチップ状に切断する工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
前記支持基板はガラス基板であり、該ガラス基板を前記半導体ウエハーの上にした状態で、前記接着シートを加熱して発泡させることにより、前記ガラス基板から前記半導体ウエハーを剥離させることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
半導体ウエハーの第１の主面に、加熱発泡により剥離可能な接着シートを介して支持基板を貼り付ける工程と、
前記半導体ウエハーの第２の主面を下にし、かつ前記支持基板を上にした状態で、前記半導体ウエハーの第２の主面を吸着しながら前記接着シートを加熱して発泡させる工程と、
前記接着シートが前記半導体ウエハーから剥離した後、同接着シートが前記半導体ウエハーに再び接着する前に、前記支持基板を吸着しながら前記半導体ウエハーから剥離させる工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
前記接着シートの発泡剥離が終了すると同時に、前記支持基板の吸着を開始して、前記支持基板を前記半導体ウエハーから剥離させることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の製造方法。
加熱発泡により剥離可能な接着シートを介して第１の物体に貼り付けられた第２の物体を下にし、かつ前記第１の物体を上にした状態で、前記第２の物体を吸着する第１の吸着手段と、
前記接着シートを加熱して発泡させる加熱手段と、
前記接着シートが前記第２の物体から剥離した後、同接着シートが前記第２の物体に再び接着する前に、前記第１の物体を吸着しながら前記第２の物体から剥離させる第２の吸着手段と、
を備えることを特徴とする発泡剥離装置。
前記第２の吸着手段の、前記第１の物体を吸着する吸着力は、２４．５Ｎ／２０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の発泡剥離装置。