JP2006156560A - Semiconductor wafer - Google Patents
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Description
本発明は、外部からの衝撃に対する強度の向上を図った半導体ウェーハに関する。 The present invention relates to a semiconductor wafer whose strength against external impact is improved.
近年におけるパワー半導体素子は、パッケージの薄型化および素子特性を向上するために、その製造工程において半導体ウェーハ(以下、ウェーハという)の状態である時に、パワー半導体素子が薄くなるように研削処理を施している。図9は、従来のウェーハ100の、上面に垂直な面での断面図である。パワー半導体の製造工程においては、図9におけるウェーハ100の上側の平面(以下、上側平面という)101に素子構造を形成した後、ウェーハの下側の平面(以下、下側平面という)102を研削して、ウェーハの厚さが25〜120μm程度になるように加工する。このウェーハの薄型化に伴い、前述のウェーハ研削工程や運搬等において、ウェーハに障害物がぶつかった場合にクラックが生じやすくなったため、ウェーハの上側の周縁部110と下側の周縁部111へ、図9に示すような面取加工を行うことが知られている。112はウェーハ100の周側面である。この面取加工を、下側平面の研削工程の前に行う、特許文献1、及び2の発明が公開されている。図11は、特許文献1の発明による、ウェーハ300の、上面に垂直な面での断面図である。この特許文献1の発明は、ウェーハ300の周側面を滑らかな曲線で面取りする方法であるが、ウェーハの下側平面102を研削する際の厚さが大きくなる際には、ウェーハの最端部hは薄い形状となるため、ウェーハが脆くなりやすいという問題があった。
In recent years, power semiconductor elements have been subjected to a grinding process so that the power semiconductor elements become thin when they are in the state of a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) in the manufacturing process in order to reduce the thickness of the package and improve the element characteristics. ing. FIG. 9 is a cross-sectional view of a
また、図10は、特許文献2の発明によるウェーハ200の、上面に垂直な面での断面図である。dは、ウェーハ200の下側平面102を研削加工して形成される研削平面eの端部qから、鉛直方向に引いた直線である。直線dから端部qまでの距離をL、研削後のウェーハの断面の厚さをtとする。特許文献2の発明は、距離Lをtより小さくとるように、端面sを研削する面取加工の技術である。しかしながら、この技術は、端面sを研削した結果、その表面が粗くなるため、ウェーハ200に力が加わった時にその力が集中する箇所ができ、クラックや割れを起こしやすいという問題があった。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the
他方、ウェーハの周側面を鏡面にし、且つ、面取りする処理方法が、特許文献3で公開されている。しかしながら、特許文献3の発明は、ウェーハの下側平面102の研削によって鏡面面取り加工部分の大半が削り取られることが考慮されていないため、本来使用しない部分にまで鏡面加工するコストがかかっているという問題がある。
この発明は上記の点を鑑みてなされたもので、ウェーハに障害物がぶつかった場合の衝撃に強く、且つ、コストと時間を抑えた鏡面加工および面取加工を施した半導体ウェーハを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a semiconductor wafer that has been subjected to mirror surface processing and chamfering processing that is resistant to an impact when an obstacle hits a wafer, and that suppresses cost and time. With the goal.
上記の課題を解決するために、本発明は、半導体素子が形成される上面(例えば、実施の形態での上側平面101)と、裏面(例えば、実施の形態での下側平面102)と、周側面とを有する、半導体素子の製造過程で用いられる半導体ウェーハにおいて、前記周側面の上部(例えば、実施の形態における上側周側面16)を鏡面加工によって鏡面としたことを特徴とする半導体ウェーハである。
In order to solve the above problems, the present invention provides an upper surface (for example, the
好ましくは、本発明の半導体ウェーハは、前記周側面の上部を、上面に向かって徐々に内側に傾くテーパ面とする。 Preferably, in the semiconductor wafer of the present invention, the upper part of the peripheral side surface is a tapered surface that gradually inwards toward the upper surface.
好ましくは、本発明の半導体ウェーハは、前記周側面の上部を、上面に向かって徐々に内側に傾く曲面とする。 Preferably, in the semiconductor wafer of the present invention, the upper portion of the peripheral side surface is a curved surface that gradually inwards toward the upper surface.
好ましくは、本発明の半導体ウェーハは、前記周側面の上部が、半導体ウェーハの厚さの半分に相当する。 Preferably, in the semiconductor wafer of the present invention, the upper part of the peripheral side surface corresponds to half of the thickness of the semiconductor wafer.
本発明によれば、半導体ウェーハの周側面の上部に鏡面加工を施すため、鏡面加工にかかるコストと時間を抑え、割れにくい半導体ウェーハを提供することが出来る。 According to the present invention, since the mirror surface processing is performed on the upper part of the peripheral side surface of the semiconductor wafer, the cost and time required for the mirror processing can be suppressed, and a semiconductor wafer that is difficult to break can be provided.
また、本発明によれば、半導体ウェーハの周側面が上面に向かって徐々に内側に傾くテーパ面または曲面を成しているため、周側面への衝撃に強い半導体ウェーハを提供することが出来る。 In addition, according to the present invention, since the peripheral side surface of the semiconductor wafer forms a tapered surface or a curved surface that gradually inwards toward the upper surface, it is possible to provide a semiconductor wafer that is resistant to impact on the peripheral side surface.
以下、本発明を、パワー半導体素子の製造工程において用いられる半導体ウェーハ(以下、ウェーハという)に適用した、第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態によるウェーハ10の周側面20の、ウェーハ表面に垂直な面での断面図である。ここで、パワー半導体素子は、図1において、ウェーハ10の上側平面101に形成されるものとする。102は、上側平面101の反対側にある、下側平面である。20は、ウェーハ10の周側面である。
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is applied to a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) used in a manufacturing process of a power semiconductor element will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view of the
aは、上側平面101及び下側平面102から等距離(ウェーハ10の厚さの半分の距離)にある、仮想平面である。bは、仮想平面aと周側面20との交差部である。15は、仮想平面aより図1において下側の部分である下側周側面である。周縁部111は、従来の面取り加工技術により、周側面20に対して傾斜している。なお、周縁部111は面取り加工が施されていなくても良い。16は、周側面20のうち、仮想平面aより図1において上側の部分である上側周側面である。
ここで、仮想平面aと上側平面101との距離は、パワー半導体素子の薄型化に適した距離に設定され、仮想平面aより下側の部分は、研削・除去される。
a is a virtual plane that is equidistant from the
Here, the distance between the virtual plane a and the
上側周側面16は、表面を研磨する鏡面加工が施され、鏡面を形成している。ここでいう鏡面とは、平坦度が0.1μm以下、面の粗さがRa0.005μm以下、及び平行度が1μm以下の形状の面をいう。また、鏡面加工は、任意の既存の研磨技術を適用することも可能であり、例えば、ウェーハを回転させ、周側面の仮想平面aより上部に、鏡面処理用の素材を取り付けた回転砥石を設置し、回転砥石をウェーハ上に周回させて鏡面加工を施す技術がある。
The upper
また、上側周側面16は、交差部bから、下側周側面15の延長線cに対して傾斜したテーパ面を形成しており、詳しくは、円錐形の側面の一部の形状をしている。
Further, the upper
次に、第2の実施形態について説明する。図2は、本実施形態によるウェーハ11の周側面21付近の、ウェーハ上面に垂直な面での断面図である。以下では、第1の実施形態と異なる点のみ説明する。
上側周側面17は、ウェーハ上面に向かって徐々に内側に傾く曲面を成しており、その表面は鏡面加工が施されている。
Next, a second embodiment will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the upper surface of the wafer in the vicinity of the
The upper
ここで、ウェーハの一部に力が加わった場合について、有限要素解析ソフトウェアを用いて、三次元線形応力解析を行った結果を示す。なお、この解析において使用したウェーハのモデルを、図3に示す。(ア)は、従来のウェーハ100であり、112は、表面が粗い形状の周側面112である。(イ)は、ウェーハ9の周側面のうち、上側周側面18を鏡面、下側周側面15は粗い面としたウェーハ9(モデル1)である。(ウ)は、上述の第1の実施形態による、下側周側面15の延長線cに対して、上側周側面16が45度傾斜したテーパ面を成した鏡面で、下側周側面15が粗い面を成しているウェーハ10(モデル2)である。(エ)は、上述の第2の実施形態による、上側周側面17が曲面を成した鏡面で、下側周側面15が粗い面であるウェーハ11(モデル3)である。
Here, a result of performing a three-dimensional linear stress analysis using a finite element analysis software when a force is applied to a part of the wafer is shown. A wafer model used in this analysis is shown in FIG. (A) is a
なお解析においては、前述のモデル1、モデル2、及びモデル3のウェーハにおいて、それぞれの上側周側面16、17、18の厚さを100μmとした。また、図3の(ア)で示す従来のウェーハ100の周側面112、(イ)〜(エ)のウェーハの下側周側面15は、細かい溝を表面に形成させた粗い面で、モデル化した。
In the analysis, the thickness of each of the upper
図4は、本解析で仮定した、ウェーハの周側面近辺へ加えた、力の方向を示す図である。なお、本図は、従来のウェーハ100に前述の力を加えた場合の一例である。ここで、ウェーハの右端R及び左端Lは固定されているものとし、ウェーハを小さなブロック30の集合体とした。また、ウェーハの材料物性値として、シリコンのヤング率は1.8E+11[Pa]、ポアソン比は0.3とした。なお、上述においてヤング率を1.8E+11と表記したが、これは1.8×1011を意味し、以下では同様の表記をする。図4に示すように、ウェーハの周側面付近に、矢印Fで示すような下方向からの外力が加わった場合について、ウェーハにかかる応力の最大値を解析した結果を表1(単位Pa)に示す。
FIG. 4 is a diagram showing the direction of force applied to the vicinity of the peripheral side surface of the wafer assumed in this analysis. In addition, this figure is an example at the time of applying the above-mentioned force to the
解析結果から、鏡面加工を施したモデル1〜3の最大引張応力の値は、いずれも従来のウェーハの最大引張応力の値より小さい結果となった。これによると、粗い面として仮定した細かい溝の部分に応力が集中するため、クラックが生じやすくなることがわかるので、鏡面加工を施すことで、ウェーハにクラックを生じにくくすることができる。 From the analysis results, the maximum tensile stress values of the models 1 to 3 subjected to mirror finishing were all smaller than the maximum tensile stress value of the conventional wafer. According to this, it can be understood that cracks are likely to occur because stress concentrates on the fine groove portion assumed to be a rough surface, so that it is possible to make the wafer difficult to crack by applying mirror finish.
また、上述の解析は、ウェーハの下から上に力が加わった場合のものであるが、ウェーハの製造工程においては周縁部に力が加わることもある。この場合の二次元非線形応力解析の結果を以下に示す。
図5〜図7は、前述のウェーハのモデル1〜3の上側平面の周縁部に、衝突物400が衝突したと仮定した概要図である。衝突物400からウェーハにかかる圧力は、図5〜図7の矢印Gの方向に、1E+7[Pa]とした。なお、解析においては、衝突物が、ウェーハの周縁部に当たる角度θを7.5[°]〜82.5[°]の範囲で変化させ、ウェーハに生じる角度θに対しての引張応力を解析した。その結果を表2(単位Pa)に示す。
Further, the above-described analysis is a case where a force is applied from the bottom to the top of the wafer, but a force may be applied to the peripheral portion in the wafer manufacturing process. The result of the two-dimensional nonlinear stress analysis in this case is shown below.
FIGS. 5 to 7 are schematic views assuming that the
また、この引張応力の解析結果を図8においてグラフで示す。
また、最大引張応力が生じる部分を図5〜図7に矢印MXで示す。なお、図7において矢印MXの示す位置は、代表箇所であり、モデル3の場合、他の箇所にも応力が分散されることがわかっている。図5のウェーハ9、図6のウェーハ10、図7のウェーハ11の内部に描かれている曲線で囲まれた部分は、等しい引っ張り応力が生じている箇所である。
Moreover, the analysis result of this tensile stress is shown in a graph in FIG.
Further, the portion where the maximum tensile stress occurs is indicated by arrows MX in FIGS. Note that the position indicated by the arrow MX in FIG. 7 is a representative location, and in the case of the
これによると、上側周側面17がテーパ面または曲面を成す、モデル2、モデル3のウェーハは、モデル1よりも、生じる最大引張応力が小さくなることがわかるので、周側面を曲面またはテーパ面にすることで、ウェーハを割れにくくすることができる。
According to this, it can be seen that the maximum tensile stress generated in the
また、これにより、研削され除去される部分である下側周側面15は鏡面加工を施さず、仮想平面aより上部のみに鏡面加工を施すため、鏡面加工に費やされるコストを抑え、処理時間を短縮することが可能である。
Further, the lower
なお、上述の実施形態において、仮想平面aは、上側平面101及び下側平面102から等距離(ウェーハ10の厚さの半分の距離)にあるとしたが、上側平面101または下側平面102のどちらかに近い位置にあっても良い。
In the above-described embodiment, the virtual plane a is equidistant from the
また、上述の第1、第2の実施形態において、仮想平面aより下側の部分は、研削され、除去されるとしたが、研削削除の処理が施されなくても良い。 In the first and second embodiments described above, the portion below the virtual plane a is ground and removed, but the grinding deletion process may not be performed.
なお、上述の実施形態において、パワー半導体素子の製造工程に用いられるウェーハを用いたが、一般の半導体素子の製造工程に用いられるウェーハを使用することも可能である。 In the above-described embodiment, the wafer used in the power semiconductor element manufacturing process is used. However, a wafer used in a general semiconductor element manufacturing process can also be used.
なお、本実施の形態中で説明されている特徴の全ての組み合わせが発明の解決手段に必須のものとは限らない。 Note that not all combinations of the features described in the present embodiment are necessarily essential to the solution means of the invention.
9…ウェーハ
10…ウェーハ
11…ウェーハ
15…下側周側面
16…上側周側面
17…上側周側面
18…上側周側面
20…周側面
21…周側面
30…ブロック
100…ウェーハ
101…上側平面
102…下側平面
110…周縁部
111…周縁部
112…周側面
200…ウェーハ
300…ウェーハ
400…衝突物
a…仮想平面
b…交差部
c…延長線
d…鉛直線
e…研削平面
h…最端部
p…周縁部
q…端部
s…端面
F…外力
G…衝突圧力
R…ウェーハ右端
L…ウェーハ左端
θ…角度
MX…最大応力発生箇所
DESCRIPTION OF
e: Grinding plane h ... Endmost part p ... Peripheral part q ... End part s ... End face F ... External force G ... Impact pressure R ... Wafer right end L ... Wafer left end θ ... Angle MX ... Maximum stress occurrence location
Claims (4)
前記周側面の上部を鏡面加工によって鏡面としたことを特徴とする半導体ウェーハ。 In a semiconductor wafer having a top surface, a back surface, and a peripheral side surface on which a semiconductor element is formed, and used in the manufacturing process of the semiconductor element,
A semiconductor wafer characterized in that the upper part of the peripheral side surface is made into a mirror surface by mirror finishing.
4. The semiconductor wafer according to claim 1, wherein an upper portion of the peripheral side surface corresponds to a half of a thickness of the semiconductor wafer.
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Citations (5)
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2004
- 2004-11-26 JP JP2004342358A patent/JP2006156560A/en active Pending
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