JP2007096115A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハを裏面研削で薄型化する際に、外周縁部に発生した割れや欠けが内部に伝播することのない半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置１２が形成された第１の面１０ａと第１の面とは反対側の第２の面１０ｂとを有する半導体基板１０において、第１の面１０ａの半導体装置１２が形成されていない外周領域に凹部１４を形成する。半導体基板１０の第２の面１０ｂを研削し、半導体基板１０を薄くする。凹部１４が形成されているため、第２の面１０ｂ側から研削した後の凹部１４の位置での半導体基板１０の厚みは非常に小さい。あるいは、第２の面１０ｂ側からの研削により半導体基板１０は凹部１４において分断される。
【選択図】図４

Description

本発明は半導体装置の製造方法に係わり、特に半導体基板の裏面を研削して薄型化された半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造工程において、半導体基板（半導体ウェハ）は、半導体プロセス工程を経て、その表面に半導体素子となる集積回路が形成される。半導体ウェハは強度を保持するために厚めに作られており、集積回路を表面に形成した後、非回路面である裏面側から研削加工することで、所定の厚さに薄型加工される。その後、半導体ウェハ上に形成された複数の半導体装置は、ダイシング等により個々の半導体装置に分割され、半導体装置の実装工程に供給される。

近年の半導体装置の薄型化・高密度化への要求に伴い、半導体装置を形成するための半導体ウェハには、益々薄型化の要求が高まっている。近年では、仕上げ厚さを３０〜５０μm程度にまで加工した半導体装置の実用化の研究が進められている。

半導体プロセス工程におけるハンドリング時の欠けや割れを防止するために、半導体ウェハの外周縁部は円弧状に面取り（ラウンドエッジ加工）されることが一般的である。また、処理前の半導体ウェハの厚みは５００〜８００μm程度とされている。半導体プロセス工程が完了した半導体ウェハは、裏面研削工程で所定の厚さに加工される。

半導体ウェハの裏面研削工程では、ウェハの回路面側にウェハの形状に合わせて表面保護テープが貼り付けられ、表面保護テープ側をチャックテーブルに吸着させることで、裏面を上に向けた状態で半導体ウェハの固定・支持が行われる。半導体ウェハを固定した状態で、半導体ウェハの裏面を回転砥石等により研削して、半導体ウェハを薄くする。

ここで、外周縁部が面取りされている半導体ウェハの裏面を研削する際には、研削加工に伴い、半導体ウェハの外周端部に尖り（ナイフエッジ形状又はひさし形状）が生じる。図１は裏面研削で形成される尖りを説明するための図である。図１（ａ）は裏面研削前の半導体ウェハ１の断面図であり、図１（ｂ）は裏面研削後の半導体ウェハ１の断面図である。

図１（ａ）に示すように、半導体ウェハ１の表面１ａに保護テープ２が貼り付けられ、保護テープ２がチャックテーブル３に固定される。半導体ウェハ１の外周縁部１ｃには、円弧状に面取り（ラウンドエッジ加工）が施されている。この状態で、半導体ウェハ１の裏面１ｂが研削されて不要な部分が除去され、図１（ｂ）に示すように、半導体ウェハ１は薄型化される。図１（ｂ）において、研削されて除去された部分が点線で示されている。

半導体ウェハ１が研削されると、円弧状の外周縁部１ｃの一部だけが残るので、図１（ｂ）に示すように、半導体ウェハ１の外周縁部１ｃにおいて、ナイフエッジ形状の尖りが形成される。このナイフエッジ形状の外周縁部１ｃは、厚みが小さく、また保護テープ２に貼り付けられない部分である。したがって、研削中に研削砥石により加わる振動や押圧力により割れ（クラック）や欠けが生じるおそれがある。また、研削後の工程におけるハンドリング時にも容易に割れや欠けが生じるおそれがある。

このように、半導体ウェハ１の外周縁部付近で割れや欠けが発生した場合、図２に示すように、割れが半導体ウェハ１の内側に向かって伝播するおそれがある。すなわち、外周縁部付近で発生した割れは、半導体ウェハ１の外周縁部１ｃにとどまらず、半導体素子形成領域（図２でハッチングを施した領域）にまで伝播し、形成された半導体素子が不良品となってしまうという問題がある。この問題は、半導体ウェハの研削加工の仕上げ厚みが薄くなるとより顕在化してくる。

また、近年、ＩＣデバイスの高速動作時の電気特性の劣化（配線遅延）を回避するために、配線材料として銅を用いて低抵抗化し、層間絶縁膜として低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ材）を用いて低配線容量化したＩＣデバイスの実用化が進められている。Ｌｏｗ−ｋ材は、その材料特性上、従来のＳｉＯ２等の層間絶縁膜に比べて機械的強度が非常に低い。したがって、このようなＬｏｗ−ｋ材を用いた半導体プロセス処理が施された半導体ウェハはより一層強度が低くなり、割れや欠けの問題がより多く発生すると考えられる。

ここで、上述のウェハ裏面の研削加工時に発生する割れや欠けによる問題を防止する方法として、従来、以下のような提案がなされている。

１）半導体ウェハの外周面取り部を、回路面側から目標仕上げ厚さより深く研削しておき、表面保護テープを貼付けて裏面研削を行う（特許文献１参照。）。

２）複数の半導体ウェハを重ねあわせ、一括して外周の面取り部を研削除去した後、裏面研削を行う（特許文献２参照。）。

３）外周の面取り部を、裏面から見てエッジが鈍角になるように研削除去した後、裏面研削を行う（特許文献３参照。）。

４）外周の面取り部を研削除去した後、裏面研削を行う（特許文献４参照。）。
特開２０００−１７３９６１号公報（図４） 特開２００４−２２８９９号公報（図７） 特開２００３−２７３０５３号公報（図６） 特開２００４−２０７４５９号公報（図２）

上述の１）〜４）の方法は、いずれも半導体ウェハの外周縁部の円弧状面取り部を予め研削加工して除去することで、裏面の研削加工時に半導体ウェハの外周縁部が尖らないようにして割れや欠けの発生を防止するというものである。

ところが、上述の方法では、半導体ウェハの外周縁部を研削加工処理する工程（通常は機械研削）の分だけ、製造工数が増加し、製造コストが上昇するという問題がある。

また、半導体)ウェハの外周縁部を研削加工する際の加工仕上げの品質が悪いと、外周縁部を研削する際に割れや欠けが生じてしまうおそれがある。さらに、半導体ウェハの材質（例えば、ＧａＡｓ等の脆い材料）によっては、加工面にマイクロクラックが発生し、割れや欠けが発生するおそれがある。

また、Ｌｏｗ−ｋ材を用いた半導体ウェハに対して処理を行う際には，面取り部を研削除去する際に、半導体ウェハの回路形成面側近傍で割れや欠けが生じてしまうおそれがある。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、半導体ウェハを裏面研削で薄型化する際に、外周縁部に発生した割れや欠けが内部に伝播することを防止した半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、集積回路が形成された第１の面と該第１の面とは反対側の第２の面とを有する半導体基板において、前記第１の面の該集積回路が形成されていない外周領域に凹部を形成する凹部形成工程と、前記半導体基板の前記第２の面を研削し、前記半導体基板を薄くする研削工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、半導体基板の第１の面の外周領域に凹部が形成されているため、第２の面側から研削した後の凹部の位置での半導体基板の厚みは非常に小さいか、あるいは第２の面側からの研削により半導体基板は凹部において分断された状態となる。

したがって、半導体基板の外周縁部に割れや欠けが発生するような力が加わった場合でも、まず凹部に沿って割れが発生し、凹部より内側に割れが伝播することはない。また、外周縁部に発生した割れが内部に向かって伝播しても、当該凹部に割れが到達した時点で伝播が阻止され、割れは凹部より内側に伝播することはない。したがって、基板上で凹部より内側の半導体素子形成領域まで割れが伝播することがなく、半導体素子形成領域を保護することができる。

次に、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図３は本発明の第１実施例による半導体装置の製造方法において処理される半導体基板である半導体ウェハを示す平面図である。図３において、半導体ウェハ１０は表面１０ａが示されている。

半導体ウェハ１０の第１の面である表面１０ａには、半導体プロセス処理を施すことで集積回路が形成され、複数の半導体装置１２が整列した状態で形成されている。図３において、ハッチングが施された部分が、半導体装置１２が形成された領域（半導体素子形成領域）に相当する。半導体ウェハ１０は円形であるため、その外周縁部１０には半導体素子１２は形成されない。あるいは、半導体装置が形成されたとしても、それは無効な半導体装置として使用されることはない。

図３に示す半導体ウェハ１０において、上述の半導体素子形成領域の外側に凹部１４が形成される。本実施例では、凹部１４は、半導体ウェハ１０の外周縁に沿って延在する溝として形成される。

凹部１４としての溝は、半導体素子形成領域全体を囲むように、半導体ウェハ１０の外周縁に沿って延在している。例えば、直径が２００ｍｍ程度（８インチ）の半導体ウェハである場合、凹部１４としての溝は半導体ウェハの外周縁から３〜５ｍｍ程度の位置に形成されることが好ましい。ただし、溝を形成する位置は、半導体ウェハの直径や、半導体素子形成領域の大きさにより決定すればよい。

凹部１４としての溝の幅は、例えば１０〜２０μｍとすることが好ましいが、この値に限定されるものではない。本実施例では、溝をレーザ加工で形成することとしており、周囲に熱的ダメージを与えないでレーザ加工可能な凹部１４の幅は、例えば１〜１００μｍ程度である。

凹部１４を形成するためのレーザとして、ショートパルスレーザを用いることが好ましい。ショートパルスレーザは、例えば、半導体レーザ励起固体レーザ等の発振方式による発振パルス幅が１．０ｍｓ未満のパルスレーザであり、レーザグルービング加工等、被加工素材に熱影響の少ない加工ができるという特徴がある。また、このような特徴により、Ｌｏｗ−ｋ材が用いられた半導体ウェハに凹部を形成する際にも、加工部分でのクラック発生を抑制することができる。

凹部１４としての溝の形成は、レーザ加工に限られず、他に例えばブレードやバイトを用いた機械研削加工やフォトリソグラフィによる化学エッチング等の加工方法を用いることができる。生産性及び加工部の品質を考慮すると、ショートパルスレーザによる加工方法が優れている。

なお、凹部１４としての溝の深さは、後述のように半導体ウェハ１０の裏面研削で除去する部分の厚みに基づいて決定される。

図４は本実施例による半導体装置の製造方法において、半導体ウェハを薄型化する工程を説明するための図である。

まず、図４（ａ）に示すように、外周縁部１０ｃが面取り加工された半導体ウェハ１０の第１の面である表面１０ａに集積回路を形成する。集積回路が形成された回路形成部は、実際に半導体装置として用いられる部分である有効領域１６ａと、その外側の領域であって半導体装置としては用いられない非有効領域１６ｂとを含んでいる。

次に、図４（ｂ）に示す凹部形成工程において、半導体基板１０の表面１０ａに、ショートパルスレーザ加工により凹部１４を形成する。凹部１４は、回路形成部の有効領域１６ａの周囲、すなわち、回路形成部の非有効領域１６ｂ又は回路が形成されていない外周縁部１０ｃに形成される。

凹部１４を形成したら、図４（ｃ）に示す貼り付け工程において、半導体ウェハ１０の表面１０ａに保護テープ１８を貼り付ける。保護テープ１８は裏面研削加工を行う際に回路形成部を保護するために、回路形成部のある表面１０ａのほぼ全体を覆うように貼り付けられる。

保護テープ１８は、一般的に用いられるダイシングテープと同様なテープであり、少なくとも粘着性を有する粘着層と基材層からなる２層以上の構造のテープ、あるいはそれ自体で粘着性を有する粘着テープ等を用いることができる。粘着層として、紫外線等の放射線照射により粘着力が低下する放射線硬化型樹脂や、加熱により粘着力が低下する熱硬化樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることめできる。このような保護テープを用いることで、裏面研削後に保護テープを容易に剥離することができる。基材層として、ポリエチレンテレフタレート等のある程度剛性を有する部材を用いて場合、製造工程での半導体ウェハの取り扱いが容易となる。また、上述の放射線硬化型樹脂を粘着層として用いる場合には、基材層を放射線透過性材料とすることで、基材層を介して放射線を粘着層に照射して硬化させることができる。

半導体ウェハ１０の表面１０ａに保護テープ１８を貼り付けたら、図４（ｄ）に示す研削工程において、半導体ウェハ１０の第２の面である裏面１０ｂ側を研削加工して、半導体ウェハ１０を所定の厚みとする。所定の厚みとは、製造する半導体装置に求められる基板の厚みにより決定される値であり、半導体装置の厚みを最小限とするために、半導体ウェハを例えば３０〜５０μｍの厚みにまで薄くする。

図５は図４（ｄ）に示す研削工程において裏面研削加工を行う研削機の概要を示す図である。表面１０ａに保護テープ１８が貼り付けられた状態で、半導体ウェハ１８は保護テープ１８を下側にしてチャックテーブル２０上に固定される。例えば、チャックテーブル２０の上面に真空吸着手段（図示せず）が設けられており、保護テープ１８を真空吸着することにより半導体ウェハ１０をチャックテーブル２０上に固定する。

チャックテーブル２０を回転させながら、回転する研削砥石２２を半導体ウェハ１０の裏面１０ｂに押し付けて、半導体ウェハ１０が所定の厚みとなるまで研削する。

研削砥石２２は、例えば略リング形状であり、ダイヤモンド砥粒等を各種の結合材で個ためて形成したものである。研削砥石２２は例えば４０００〜６０００ｒｐｍで回転される。一方、チャックテーブル２０は例えば７０〜１５０ｒｐｍで回転される。半導体ウェハの回転、すなわち、チャックテーブル２０の回転と、研削砥石２２の回転とは、各々独立に制御される。これらの回転方向は同じ方向でもよく、反対方向でもよい。

なお、図４に示す実施例では、凹部１４としての溝の深さが、裏面研削後に残る半導体ウェハ１０の厚みより小さいこととして、裏面研削後でも外周縁部１０ｃが半導体ウェハ１０の内側部分とが僅かな厚みの部分で繋がっていることとした。すなわち、図４（ｂ）の凹部形成工程において、凹部１４の底部から半導体ウェハ１０の裏面１０ｂまでの距離が、図４（ｄ）の研削工程において研削して除去する部分の厚みより大となるように凹部１４を形成するものである。なお、半導体ウェハ１０の表面１０ａからの凹部１４の深さは、裏面研削後の半導体ウェハ１０の厚みの１／２以上とすることが好ましい。

ここで、例えば、半導体ウェハ１０の外周縁部１０ｃに外力が作用した場合、凹部１４が形成されていないと、尖った縁部に割れが生じ、この割れが半導体ウェハ１０の内周方向に伝播するおそれがある。しかし、本実施例では、凹部１４が形成されおり、凹部１４により割れの伝播が阻止されることとなる。また、厚みの非常に小さな部分が凹部１４の底部と半導体ウェハ１０の研削後の裏面１０ｂとの間に形成されているので、割れが伝播する前に、凹部１４に沿って円周方向に割れが生じるので、半導体ウェハ１０中を半径方向に伝播する割れは円周方向に生じた割れにより阻止される。

したがって、凹部１４の外側で発生した割れが、凹部１４の内側にある回路形成部の有効領域１６aまで伝播することがなく、半導体ウェハの割れに起因する半導体装置の不良の発生を防止することができる。

なお、図４（ｄ）に示す研削工程において、図６に示すように、研削砥石の押圧力により予め凹部１４に沿って割れが入るようにしてもよい。凹部１４に沿って予め割れを発生させておくことにより、半導体ウェハ１０中を半径方向に伝播する割れを阻止することができきる。

図４（ｄ）に示す研削工程が終了したら、半導体ウェハ１０の回路形成部の有効領域１６ａに形成された半導体装置１２をダイシング等で個片化し、各半導体装置１２に分離する。その後、剥離工程において、分離した各半導体装置１２を保護テープ１８から剥離することで半導体装置１２が完成する。

次に、本発明の第２実施例による半導体装置の製造方法について図７を参照しながら説明する。本発明の第２実施例による半導体装置の製造方法は、凹部１４の深さが異なる点で上述の第１実施例による半導体装置の製造方法と異なる。

図７（ａ）に示す工程は、図４（ａ）に示す工程と同じである。続く図（ｂ）に示す凹部形成工程では、凹部１４を、図４（ｂ）に示す凹部１４より深くなるように形成する。具体的には、凹部１４の深さは、図７（ｄ）で示す研削工程で半導体ウェハが所定の厚みになった際に、半導体ウェハ１０の外周側が凹部１４により分離される程度の深さとする。

凹部１４の深さが異なる点以外は、上述の第１実施例による半導体装置の製造方法と同じであり、その説明は省略する。

本実施例では、半導体ウェハ１０の外周側が凹部１４により分離されるので、半導体ウェハ１０の外周側の外周縁部１０ｃに割れが発生しても、その割れは半導体ウェハ１０の内周側に伝播することはない。したがって、凹部１４の外側で発生した割れが、凹部１４の内側にある回路形成部の有効領域１６aまで伝播することがなく、半導体ウェハの割れに起因する半導体装置の不良の発生を防止することができる。

上述の第１及び第２実施例では凹部１４である溝を円周状に一本形成しているが、図８に示すように、２本あるいは複数本形成してもよい。これにより、割れの伝播の阻止を確実にすることができる。

また、上述の第１及び第２実施例では凹部１４を連続した溝としたが、図９に示すように、円周に沿って整列した穴のような凹部としてもよい。凹部１４を穴とすることにより、凹部１４の加工を容易にすることができる。レーザ加工により凹部１４を形成する場合、溝を加工するよりレーザを照射する時間が短くなり、半導体ウェハ１０に与える熱的ダメージをより少なくすることができる。また、凹部１４をエッチングにより容易に加工することもできるようになる。

また、上述の実施例では半導体基板として円形の半導体ウェハを例にとって説明したが、半導体基板は円形に限られず、例えば多角形であってもよい。この場合、凹部１４は半導体基板の外形に沿って形成すればよい。

半導体ウェハの裏面研削で形成される尖りを説明するための図である。 半導体ウェハに生じた割れ及び欠けを示す平面図である。 本発明の第１実施例において用いられる半導体ウェハの平面図である。 本発明の第１実施例において、半導体ウェハを薄型化する工程を説明するための図である。 研削工程に用いられる研削機の概要を示す図である。 割れを発生させる研削工程を示す図である。 本発明の第２実施例において、半導体ウェハを薄型化する工程を説明するための図である。 凹部としての溝が２本形成された半導体ウェハの平面図である。 凹部として複数の穴が円周に沿って形成された半導体ウェハの平面図である。

符号の説明

１０ 半導体ウェハ
１０ａ 表面
１０ｂ 裏面
１０ｃ 外周縁部
１２ 半導体装置
１４ 凹部
１６ａ 有効領域
１６ｂ 非有効領域
１８ 保護テープ

Claims (5)

1. 半導体装置が形成された第１の面と該第１の面とは反対側の第２の面とを有する半導体基板において、前記第１の面の半導体装置が形成されていない外周領域に凹部を形成する凹部形成工程と、
   前記半導体基板の前記第２の面を研削し、前記半導体基板を薄くする研削工程と
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記凹部形成工程において、前記凹部の底部から前記第２の面までの距離が、前記研削工程において研削して除去する部分の厚みより大となるように前記凹部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記凹部形成工程において、前記凹部を、前記半導体基板の外縁に沿って延在する少なくとも一つの溝として形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記凹部をレーザ加工により形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記凹部形成工程の後に、前記半導体基板の前記第１の面に保護テープを貼り付ける貼付け工程と、
   前記研削工程の後に、前記半導体装置を前記保護テープから剥離する剥離工程と
   を更に有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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