JP2010140995A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクセサリパターンの剥離を低減する半導体装置製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の製造方法は、準備工程とそれに続くダイシング工程を備える。準備工程は、次の構成を有する半導体ウエーハ１０を準備する。即ち、スクライブ線領域２２の伸びる方向に並ぶ一群のアクセサリパターンがスクライブ線領域に形成されている。そのアクセサリパターン列２４の一端に位置する端部アクセサリパターン２４ｆの幅Ｗｃが端部アクセサリパターン２４ｆに隣接する内側アクセサリパターン２４ｅよりも広い。端部アクセサリパターン２４ｆと半導体ウエーハ１０のシリコン層との接合面積が内側アクセサリパターン２４ｅとシリコン層との接合面積よりも広い。ダイシング工程は、上記のアクセサリパターン列を備えるウエーハに対して、アクセサリパターン列において端部アクセサリパターンがカット方向の下流側となるようにウエーハをカットしていく。
【選択図】図２

Description

本発明は、ダイシング時に半導体ウエーハからアクセサリパターンが剥離することを低減する半導体装置製造方法と、アクセサリパターンの剥離が抑制された半導体装置に関する。

半導体ウエーハのスクライブ線領域には、半導体素子の電気的特性を確認するための評価素子（ＴＥＧ：Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）や、ＴＥＧ等に電力を供給するための電極パッドなどが形成される。これらのＴＥＧや電極パッドは、アクセサリパターンと総称される。スクライブ線領域は、ウエーハ上の個々の半導体チップを切り離す際の切削領域でもあり、アクセサリパターンはダイシング時に切断される。切断される際にアクセサリパターンの剥離や捲れ上がり（以下、剥離等と称する）が発生することがあり、それらはゴミの発生要因となる。ゴミの発生は半導体装置製造の歩留りを悪化させるので、剥離等の発生を低減する技術が望まれている。

アクセサリパターンの剥離等を低減する技術が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の技術は、アクセサリパターンの一部をポリイミド等の保護膜で覆うことにより、アクセサリパターンの剥離等の発生を低減する。

特開２００５−１８３８６６号公報

アクセサリパターンを保護膜で覆うだけでは、剥離等を十分には抑制できない。本発明は、上記課題に鑑みて創作された。本発明は、剥離等をより一層抑制することを目的とする。

剥離等の現象を子細に観察すると、スクライブ線領域の伸びる方向に並ぶ一群のアクセサリパターン列のうち、ダイシング方向の最下流側に位置するアクセサリパターンで剥離等が発生しやすいことが判明した。この現象は、ダイシングブレードが通り過ぎた後に、ダイシングブレードが巻き上げる切削水やシリコン屑がアクセサリパターンの下流側端面に衝突することが一つの原因であると推測される。最下流以外のアクセサリパターンでは、下流側に隣接するアクセサリパターンが防壁となって切削水やシリコン屑の衝突を阻止するので、最下流のアクセサリパターンほどには剥離が発生しない。即ち、アクセサリパターン列のうち、カット方向の最下流に位置するアクセサリパターンの剥離を低減できれば、半導体ウエーハ全体で剥離等の発生を低減することができる。

本願発明は、上記の知見に基づいて創作された。本願発明の一つは、半導体素子領域の周囲にスクライブ線領域が形成された半導体ウエーハをダイシングして半導体装置を製造する方法に具現化することができる。その製造方法は、準備工程とそれに続くダイシング工程を備える。
準備工程は、次の構成を有する半導体ウエーハを準備する。即ち、スクライブ線領域の伸びる方向に並ぶ一群のアクセサリパターンがスクライブ線領域に形成されている。そのアクセサリパターン列の一端に位置する端部アクセサリパターンの幅が端部アクセサリパターンに隣接する内側アクセサリパターンの幅よりも広い。端部アクセサリパターンと半導体ウエーハのシリコン層との接合面積が内側アクセサリパターンとシリコン層との接合面積よりも広い。

ここで、アクセサリパターンの幅とは、スクライブ線領域の伸びる方向に交差する方向のアクセサリパターンの長さを意味する。また、本明細書において「一群のアクセサリパターン」との表現は、隣接するアクセサリパターンが、長くともアクセサリパターンの幅以下の距離を隔てて配置されているアクセサリパターン群を意味する。隣接するアクセサリパターンの間がアクセサリパターン幅以上に離れている場合にはそれらは２つのアクセサリパターン列とみなす。また、シリコン層を基材とする半導体ウエーハは、その表面が絶縁膜に覆われており、端部アクセサリパターンの一部が、絶縁膜を貫通してその下のシリコン層と接合している。

ダイシング工程は、上記のアクセサリパターン列を備える半導体ウエーハに対して、アクセサリパターン列において端部アクセサリパターンがカット方向の下流側となるように半導体ウエーハをカットしていく。

通常、アクセサリパターンは、その機能の要請により、その一部あるいは全面が、半導体ウエーハのシリコン層の上に形成された絶縁膜の上に形成されることがある。アクセサリパターンは金属で形成されており、絶縁膜との密着性が弱いことが、剥離等の原因のひとつである。他方、金属のアクセサリパターンとシリコン層との密着性は絶縁層との密着性よりも高い。本発明は、カット方向の最下流に、半導体ウエーハのシリコン層と広い範囲で密着している端部アクセサリパターンを配置することによって、端部アクセサリパターンにおける剥離等の発生を低減する。他方、端部アクセサリパターンに隣接している内側アクセサリパターンに対しては、下流側に位置している端部アクセサリパターンが防壁となって、切削水やシリコン屑の衝突が抑制される。
端部アクセサリパターンは、幅が内側アクセサリパターンの幅よりも広く、半導体ウエーハのシリコン面との接合面積が内側アクセサリパターンの接合面積よりも広いという条件を満足していれば、ＴＥＧや電極パッドなどの機能を兼ねてもよい。或いは端部アクセサリパターンは、ＴＥＧや電極パッドの機能を果さないダミーであってもよい。

アクセサリパターン列のうち上記構造を有する端部アクセサリパターンが最下流となるようにカットしていくことによって、最下流に位置する端部アクセサリパターンの剥離等を低減することに成功した。同時に、端部アクセサリパターンが防壁となって内側アクセサリパターンへの切削水等の衝突を防ぐので、内側アクセサリパターンの剥離等も抑制される。端部アクセサリパターンは内側アクセサリパターンと同時に形成できるので、本発明の製造方法は低コストで剥離等の発生を低減することができる。即ち、

端部アクセサリパターンは、内側アクセサリパターンと同一の金属で形成されていることが好ましい。別言すれば、端部アクセサリパターンと内側アクセサリパターンが同一の工程で形成されることが好ましい。半導体素子を評価するための内側アクセサリパターンと同時に端部アクセサリパターンを形成することによって、新たな工程を付加することなく、剥離等の発生を抑制することができる。剥離等の発生を低減して半導体装置製造の歩留りを向上させるので、本発明の製造方法は、半導体装置を低コストで製造することができる

端部アクセサリパターンは、カットブレードが通りすぎた後に、内側アクセサリパターンへの切削水などの衝突を防ぐ役割を果たすために、端部アクセサリパターンの幅はカーフ幅よりも広いことが好ましい。また、端部アクセサリパターンは、できるだけ強固にウエーハに密着していることが好ましい。発明者らの検討によると、端部アクセサリパターンとシリコン層との接合面積が、端部アクセサリパターンの表面積の７０％以上であると、ダイシングブレードが巻き上げる切削水やシリコン滓が衝突しても剥離等が発生し難いことが期待できることが判明した。

本願発明は半導体装置に具現化することもできる。その半導体装置は、スクライブ線領域の伸びる方向に並ぶ一群のアクセサリパターンがスクライブ線領域に形成されている。ここで、アクセサリパターン列の一端に位置する端部アクセサリパターンの幅が端部アクセサリパターンに隣接する内側アクセサリパターンの幅よりも広い。さらに、端部アクセサリパターンと半導体ウエーハのシリコン層との接合面積が内側アクセサリパターンとシリコン層との接合面積よりも大きい。ここで、「半導体装置」には、完成品としての半導体装置と、完成品を製造する途中の半製品としての半導体ウエーハを含む。

上記の半導体装置は、アクセサリパターン列の両端に位置するアクセサリパターンが上記の端部アクセサリパターンの構造を備えていることが好ましい。両端に上記構造の端部アクセサリパターンを配置することによって、いずれの方向からカットしても上記の効果を得ることができる。

本発明の技術によれば、ダイシング時のアクセサリパターンの剥離を低減することができる。

図面を参照して実施例の製造方法を説明する。図１にダイシング装置１００の模式図を示す。ダイシング装置１００は、円盤状のダイシングフレーム１２とダイシングブレード１４と、切削水供給管１６を有する。複数の半導体素子が格子状に形成された半導体ウエーハ１０は、ダイシングテープを用いてダイシングフレーム１２上に固定される。その状態で、円盤状のカッタであるダイシングブレード１４によって、半導体ウエーハ１０を個々の半導体素子にカットしていく。カットの最中に切削水供給管１６から切削水が供給される。切削水は、ダイシングブレード１４や半導体ウエーハ１０に切削屑が付着することを防止する。なお、半導体ウエーハ上に半導体素子を形成する工程など、以下に説明する工程以外の製造工程は従来の技術を適用すればよい。

（準備工程） ダイシング装置１００へセットするための半導体ウエーハ１０について説明する。図２に、半導体ウエーハ１０の部分拡大平面図を示す。半導体ウエーハ１０には、複数の半導体素子領域が、格子状に形成されている。図２では、半導体素子領域２０と、その周囲の８つの半導体素子領域２１の一部のみを示している。半導体素子領域２０の大きさは、概ね１０ｍｍ四方である。個々の半導体素子領域は、スクライブ線領域によって区切られている。図２では、半導体素子領域２０が、４本のスクライブ線領域２２ａ〜２２ｄによって区切られている。前記したダイシングブレード１４は、スクライブ線領域に沿って半導体ウエーハ１０を切断する。図２の符号Ｗａは、ダイシングブレード１４によって切断される幅を示しており、この幅Ｗａはカーフ幅と呼ばれることがある。カーフ幅Ｗａは、概ね７０［μｍ］以下である。なお、スクライブ線領域の幅は、概ね１４０［μｍ］である。

スクライブ線領域には、いくつかのアクセサリパターンが形成されている。複数のアクセサリパターンが、スクライブ線領域の伸びる方向に沿って並んでいる。以下では、スクライブ線領域が伸びる方向に直交する方向のアクセサリパターンの長さをアクセサリパターンの幅と称する。隣接するアクセサリパターンの間の距離が、アクセサリパターンの幅よりも小さい一群のアクセサリパターンをアクセサリパターン列と称する。図２には、３つのアクセサリパターン列２４、２６、２８が示されている。

アクセサリパターンは、スクライブ線領域に形成された構造物の総称である。アクセサリパターン２４ａ〜２４ｅは、ＴＥＧ（Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）である。ＴＥＧは、最終的な製品として用いられる半導体素子に発生し得る設計上や製造上の課題を見つけ出すための評価用素子である。また、アクセサリパターン２６ａ、２８ａは、評価試験用の電極である。アクセサリパターン２４ｆ、２６ｂ、２８ｂは、評価用の機能を有さないダミーである。後述するように、これらのダミーアクセサリパターン２４ｆ、２６ｂ、及び２８ｂが、ダイシング時のアクセサリパターンの剥離を低減する。

アクセサリパターン２４ａ〜２４ｅ、２６ａ、及び２８ａの幅Ｗｂは、カーフ幅Ｗａよりも大きい。またダミーアクセサリパターン２４ｆ、２６ｂ、及び２８ｂの幅Ｗｃは、他のアクセサリパターンの幅Ｗｂよりも大きい。ダミーアクセサリパターン２４ｆ、２６ｂ、２８ｂの幅Ｗｃは、概ね１００［μｍ］であり、他のアクセサリパターンの幅Ｗｂは、幅Ｗｃよりも小さく、幅Ｗａよりも大きい。

アクセサリパターン２４ｅとダミーアクセサリパターン２４ｆとの距離Ｗｄは、概ね１０［μｍ］である。なお、図２は模式図であり、ＷａやＷｄなどの幅は、原寸の比を表していない。距離Ｗｄは、ダミーアクセサリパターンの幅Ｗｃの概ね１／１０である。アクセサリパターン２４ａと２４ｂの間の距離、２４ｂと２４ｃの間の距離、２４ｃと２４ｄの間の距離、及び、２４ｄと２４ｅの間の距離もＷｄである。距離Ｗｄは、アクセサリパターン２４ａ等の幅Ｗｂよりも小さいので、これらアクセサリパターン２４ａ〜２４ｆは一群のアクセサリパターン列２４を構成する。

同様に、アクセサリパターン２６ａと２６ｂの間の距離もＷｄである。従って、アクセサリパターン２６ａと２６ｂも、一群のアクセサリパターン列２６を構成する。アクセサリパターン２８ａと２８ｂの間の距離もＷｄである。アクセサリパターン２８ａと２８ｂも、一群のアクセサリパターン列２８を構成する。アクセサリパターン２８ｂと２６ａの間の距離は、ダミーアクセサリパターン２４ｆの幅Ｗｃよりも大きい。従って、アクセサリパターン列２８は、アクセサリパターン列２６と区別される。

アクセサリパターン２４ｆは、一群のアクセサリパターン列２４の端部に位置する。アクセサリパターン２６ｂは、一群のアクセサリパターン列２６の端部に位置する。アクセサリパターン２８ｂは、一群のアクセサリパターン列２８の端部に位置する。アクセサリパターン２４ｆ、２６ｂ、及び２８ｂのそれぞれを、端部アクセサリパターンと称する場合がある。また、端部アクセサリパターン２４ｆに隣接するアクセサリパターン２４ｅ、端部アクセサリパターン２６ｂに隣接するアクセサリパターン２６ａ、及び、端部アクセサリパターン２８ｂに隣接するアクセサリパターン２８ａのそれぞれを、内側アクセサリパターンと称する場合がある。

アクセサリパターン列２４、２６、２８の夫々のアクセサリパターンは、主としてアルミニウムで形成されている。

図３に、内側アクセサリパターン２６ａの断面図を示す。図３は、図２に示すIII−III線に沿った断面を示す。アクセサリパターン２６ａは、半導体ウエーハ１０の上に形成されている。より詳細には、半導体ウエーハ１０は、シリコンの基層３０と、その上に形成されている絶縁層３２を有している。金属電極である内側アクセサリパターン２６ａは、絶縁層３２の上に形成されており、シリコン層３２とは接合していない。金属製の内側アクセサリパターン２６ａは、絶縁層３２との密着力が弱い。
絶縁層３２の表面と内側アクセサリパターン２６ａの端部付近の表面が、保護膜３４で覆われている。保護膜３４は、ポリイミドを主成分とした物質が用いられることが多い。
内側アクセサリパターン２８ａも、内側アクセサリパターン２６ａと同じ構造を有している。

図４に、内側アクセサリパターン２４ｅの断面図を示す。図４は、図２に示すIV−IV線に沿った断面を示す。ＴＥＧである内側アクセサリパターン２４ｅは、その一部が絶縁層３２を貫通してシリコン層３０と直接に接合している。内側アクセサリパターン２４ｅは、一部がシリコン層３０と直接に接合しているが、ＴＥＧとしての機能の要求から、接合面積を自由に設計することはできない。内側アクセサリパターン２４ｅの表面積に対する接合面積の比率は、最大でも約１０％である。
なお、内側アクセサリパターン２６ａと同様に、絶縁層３２の表面と内側アクセサリパターン２４ｅの端部付近の表面が、保護膜３４で覆われている。
シリコン層３０と内側アクセサリパターン２４ｅとの密着力は、絶縁層３２と内側アクセサリパターン２６ａとの密着力よりも強いが、内側アクセサリパターン２４ｅは、その全表面積に比してシリコン層３０との接合面積が小さいので剥離し易い。アクセサリパターン２４ａ〜２４ｄも、内側アクセサリパターン２４ｅと同じ構造を有している。

図５に、端部アクセサリパターン２４ｆの断面図を示す。図５は、図２に示すV−V線に沿った断面を示す。端部アクセサリパターン２４ｆは、素子評価用の機能を担う必要がないので、その設計には大きな自由度を有する。図５に示すように、端部アクセサリパターン２４ｆは、シリコン層３０との接合面積が、内側アクセサリパターン２４ｅの接合面積よりも大きい。端部アクセサリパターン２４ｆの面積を符号Ｗｃで代表し、端部アクセサリパターン２４ｆとシリコン層３０との接合面積を符号Ｗｆで代表すると、Ｗｆ／Ｗｃ＝０．７以上である。即ち、端部アクセサリパターン２４ｆとシリコン層３０との接合面積は、端部アクセサリパターン２４ｆの表面積の約７０％以上である。
端部アクセサリパターン２６ｂ、２８ｂも、端部アクセサリパターン２４ｆと同じ構造を有している。

製造方法の第１工程（準備工程）は、上記の半導体ウエーハ１０を準備する工程である。なお、端部アクセサリパターン２４ｆ、２６ｂ、及び２８ｂは、他のアクセサリパターンと同一の工程で形成される。そのため、半導体ウエーハ１０を準備する工程は、従来の半導体装置で実施することができる。また、端部アクセサリパターンの形成工程は、他のアクセサリパターンの形成工程と同じであるので説明を省略する。

（ダイシング工程） 図２に戻ってダイシング工程を説明する。図２の符号Ａは、ダイシングブレード１４の進行方向を示している。即ち、本実施例のダイシング工程では、アクセサリパターン列２４、２６、２８のそれぞれにおいて端部アクセサリパターン２４ｆ、２６ｂ、２８ｂがカット方向の下流側となるように半導体ウエーハ１０をカットする。

ダイシングブレード１４が進行するにつれて、ウエーハ１０とともに各アクセサリパターンが切断される。このとき、ダイシングブレード１４の後方から、切削水とともにシリコン屑が巻き上げられる。ダイシングブレード１４が一群のアクセサリパターン列を切断し終えた後、後方に巻き上げられた切削水やシリコン屑は、ダイシングブレード１４の進行方向の最下流に位置する端部アクセサリパターンの下流側の側壁に衝突する。切削水やシリコン屑が衝突するときの力が、端部アクセサリパターンの剥離等を引き起こす可能性がある。しかしながら、半導体ウエーハ１０では、最下流に位置する端部アクセサリパターンは、シリコン層と強固に密着しているため、剥離し難い。同時に、端部アクセサリパターンが防壁となって内側アクセサリパターンへの切削水等の衝突を防ぐので、内側アクセサリパターンの剥離等も抑制される。本実施例の製造方法によると、アクセサリパターンの剥離の発生を低減することができる。

実施例の技術について留意点を以下に記す。
アクセサリパターンの幅Ｗｂ、Ｗｃは、カーフ幅Ｗａよりも広い。従って、切断された後も、カーフ幅の両側にアクセサリパターンの一部が残る。最下流に位置する端部アクセサリパターンもカット後に残る。その残った部分が防壁となって、上流側に隣接する内側アクセサリパターンに切削水やシリコン屑が衝突することが防止される。

実施例の半導体ウエーハでは、アクセサリパターン列を構成するアクセサリパターンのうち、カット方向下流側の端部アクセサリパターンのみが、他のアクセサリパターンよりも幅広でシリコン層との接合面積が大きい。さらに、アクセサリパターン列の両端に位置する端部アクセサリパターンが、他のアクセサリパターンよりも幅広でシリコン層との接合面積が大きいことが好ましい。そのように構成することによって、いずれの方向からカットしても、アクセサリパターンの剥離を低減することができる。

上記の半導体ウエーハ１０、或いは半導体ウエーハ１０から切り出された半導体装置は、歩留まりが高い。上記の半導体ウエーハ、或いは半導体ウエーハ１０から切り出された半導体装置は、次の特徴を有している。即ち、スクライブ線領域の伸びる方向に並ぶ一群のアクセサリパターンがスクライブ線領域に形成されている。ここで、アクセサリパターン列の一端に位置する端部アクセサリパターンの幅が端部アクセサリパターンに隣接する内側アクセサリパターンの幅よりも広い。さらに、端部アクセサリパターンと半導体ウエーハのシリコン層との接合面積が内側アクセサリパターンとシリコン層との接合面積よりも大きい。そのような特徴を有する半導体ウエーハや半導体装置は、製造時の歩留りが高いので、低コストで供給される。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

図１は、ダイシング装置の模式図を示す。 図２は、半導体ウエーハの拡大平面図を示す。 図３は、内側アクセサリパターン（電極パッド）の断面図を示す。 図４は、内側アクセサリパターン（ＴＥＧ）の断面図を示す。 図５は、端部アクセサリパターンの断面図を示す。

符号の説明

１０：半導体ウエーハ
１２：ダイシングフレーム
１４：ダイシングブレード
１６：切削水供給管
２０：素子領域
２２：スクライブ線領域
２４、２６、２８：アクセサリパターン列
２４ｅ、２６ａ、２８ａ：内側アクセサリパターン
２４ｆ、２６ｂ、２８ｂ：端部アクセサリパターン

Claims (5)

1. 半導体素子領域の周囲にスクライブ線領域が形成されている半導体ウエーハをカットして半導体装置を製造する方法であり、
   スクライブ線領域の伸びる方向に並ぶ一群のアクセサリパターンがスクライブ線領域に形成されているとともに、アクセサリパターン列の一端に位置する端部アクセサリパターンのスクライブ線領域の伸びる方向に交差する方向の幅が端部アクセサリパターンに隣接する内側アクセサリパターンの幅よりも広く、端部アクセサリパターンと半導体ウエーハのシリコン層との接合面積が内側アクセサリパターンとシリコン層との接合面積よりも広い半導体ウエーハを準備する工程と、
   前記アクセサリパターン列において端部アクセサリパターンがカット方向の下流側となるように半導体ウエーハをカットするダイシング工程と、
   を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 端部アクセサリパターンは、内側アクセサリパターンと同一の金属で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 端部アクセサリパターンの幅が、カーフ幅よりも広いことを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 端部アクセサリパターンとシリコン層との接合面積が、端部アクセサリパターンの表面積の７０％以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. スクライブ線領域の伸びる方向に並ぶ一群のアクセサリパターンがスクライブ線領域に形成されており、
   アクセサリパターン列の一端に位置する端部アクセサリパターンのスクライブ線領域の伸びる方向に交差する方向の幅が端部アクセサリパターンに隣接する内側アクセサリパターンの幅よりも広く、
   端部アクセサリパターンと半導体ウエーハのシリコン層との接合面積が内側アクセサリパターンとシリコン層との接合面積よりも広い、
   ことを特徴とする半導体装置。

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