JP2011009341A

JP2011009341A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2011009341A
Application number: JP2009149670A
Authority: JP
Inventors: Reiko Hiruta; 玲子蛭田
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2029-06-24
Also published as: JP5471064B2

Abstract

【目的】生産コストを抑えつつ、ウエハの薄層化を含む製造工程におけるウエハのひびや割れ、反りを低減することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体ウエハ１の裏面の中央部をグライディング工程により研削し、ウエハ１の外周部にリブ部４を残し、中央部にレジスト剤６を充填し、ダイシング７によりリブ部４を切り離した後チップ化する。半導体ウエハ１の薄い箇所（凹部）にレジスト剤６を充填することで、生産コストを抑えつつ、ウエハの薄層化を含む製造工程におけるウエハ１のひび割れ、反りを低減できる。
【選択図】図６

Description

この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にデバイス厚が薄い薄型半導体デバイスを製造する際に用いる半導体装置の製造方法に関する。

従来、既存のデバイスよりもデバイスの厚さを減じた薄型半導体デバイスの開発が進んでいる。薄型半導体デバイスを製造する際には、たとえば、フィールドストップ型ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）の場合、まず、ウエハにおもて面の構造を形成し、さらにアルミニウム−シリコン合金の電極を形成する。つぎに、ウエハ裏面を研削し、さらにエッチングをおこなって、ウエハ厚を所望の厚さとする（薄層化工程）。そして、ウエハを洗浄した後、リン（Ｐ）およびボロン（Ｂ）をイオン注入し、４００℃程度の温度でアニールを行う。その後、ウエハおもて面にポリイミドで保護膜を形成し、ウエハの裏面に裏面電極を形成する。最後に、ウエハをダイシングして、個々のチップを形成する。

上述した製造工程において、薄層化工程後のウエハ厚は、たとえばＦＺウエハを用いた場合、耐圧１２００Ｖクラスのデバイスで１２０〜１４０μｍ程度、耐圧６００Ｖクラスのデバイスでは６０〜１００μｍ程度と非常に薄くなる。このようにウエハの厚さが薄くなると、ウエハの強度が低下してダイシングの際などにひびや割れが生じやすくなり、ウエハの不良率が増加してしまう。

そこで、薄層化したウエハをダイシングする際にウエハが割れるのを防ぐため、紫外線（ＵＶ）硬化型接着剤によってウエハと支持基板とを接着して、強度を高めた上でダイシングを行う技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、ダイング時にウエハにひびや割れが生じるのを防止するため、薄層化されていないウエハのおもて面にダイシングラインに沿ってトレンチを形成した後、ウエハの裏面から研削をおこなって個々のチップを形成する技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

また、薄層化したウエハは、各種の膜応力の影響を受けて反りやすくなる。ウエハに反りが生じると、その後の製造工程や搬送過程でトラブルの原因となる場合がある。そこで、ウエハの外周を数ｍｍ（たとえば２〜５ｍｍ）残してウエハ中央部のみを薄層化することによりウエハの反りを防止する技術が知られている。

また、同様の技術として、ウエハの両面に酸化膜を形成し、ウエハ裏面の膜を外周端部を残して除去し、残った酸化膜をマスクとしてエッチングしてウエハの中央部のみを薄層化する方法が知られている（たとえば、特許文献３参照）。また、エッチングポットに設けられたシールパッキンでウエハの外周端部をマスクし、ウエハ中央部の露出面をエッチング液にさらすことによって、ウエハの中央部のみを薄層化する方法が知られている（たとえば、特許文献４参照）。

上述のような製造方法で製造されたウエハにおいて、薄層化されない外周部を「リブ部」という。リブ部の厚さは、デバイス形成部（ウエハ中央部）の厚さにもよるが、たとえば２００μｍ以上であればウエハの反りを防止する効果がある。

しかし、外周部にリブ部が形成されたウエハは、ウエハ中央部とリブ部との間に段差があるため、ダイシング工程においてウエハ裏面にダイシングテープを貼付する際、段差の周辺においてウエハとダイシングテープとの間に隙間が生じてしまう。ウエハとダイシングテープとの間に隙間があると、その隙間にシリコン屑が入ったり、ダイシングテープに貼り付いていない部分に形成されたチップがダイシング時に飛び散ってしまうなどの不具合が生じる。一方、段差の周辺部に無理にダイシングテープを貼付しようとすると、段差の周辺部に形成されたデバイスが破損してしまう恐れがある。

このような不具合を解消するため、リブ部が形成されたウエハをダイシングする際に、ウエハの中央部（リブ部が形成されていない凹部）とほぼ同サイズのステージを用いてダイシングをおこなう技術が提案されている（たとえば、特許文献５参照）。
特開２００４−１４０１０１号公報特開２００４−００６６３５号公報特開２００４−２５３５２７号公報特許第３６２０５２８号公報特開２００３−３３２２７１号公報

しかしながら、前記した特許文献５の技術では、ウエハに合わせたステージなどの器具が必要となり、既存のダイシング装置を使用することができない。このため、あらたな設備投資が必要となり、半導体デバイスの生産コストが上昇してしまうという問題点があ
る。

また、ダイシング工程前にウエハ中央部とリブ部とを分離したり、リブ部の表面を研削してウエハ中央部との段差をなくすなどして、リブ部を除去する方法も考えられる。
しかし、ウエハ中央部とリブ部を分離する場合には、分離工程でウエハ（特に薄いウエハ中央部）が撓んだり、割れたり、反ったりする。ウエハが撓んだり、反ったりすると、ウエハ中央部とリブ部を切り離す切削加工が精度よくできなくなる。

この発明の目的は、前記の課題を解決して、リブ部をウエハ中央部から切り離すときのウエハの撓み、割れ、反りおよび切削精度不良を防止できる半導体装置の製造方法を提供することである。

前記の目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１記載の発明によれば、半導体ウエハの第１主面側（裏側）の中央部の厚みを外周部よりも薄くし該外周部にリブ部を残す工程と、前記半導体ウエハの中央部の薄い部分に高分子材料からなるレジスト剤を充填して前記半導体ウエハの中央部の厚みを前記外周部のリブ部の厚みとほぼ同じにするとともに、前記半導体ウエハの第２主面側（表側）に保護用テープを貼付する工程と、前記保護用テープが貼付された前記半導体ウエハの中央部を第２主面側から切断し前記リブ部を前記半導体ウエハの中央部から切り離す工程と、を含んだ半導体装置の製造方法とする。

特許請求の範囲の請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記高分子材料が、アルキレングリコール系ポリマー、セルロース系ポリマー、尿素系ポリマー、メラミン系ポリマー、エポキシ系ポリマーまたはアミド系ポリマーのいずれかであるとよい。

この発明によれば、半導体ウエハの裏面の外周部にリブ部を残して中央部を研削して薄くし、リブ部で囲まれた凹部に高分子材料からなるレジスト剤を埋め込むことで、リブ部をウエハ中央部から切り離すときのウエハの撓み、割れ、反りおよび切削精度不良を防止することができる。

この発明の一実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。図１に続く、この発明の一実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。図２に続く、この発明の一実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。図３に続く、この発明の一実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。図４に続く、この発明の一実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。図５に続く、この発明の一実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。図６に続く、この発明の一実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。図７に続く、この発明の一実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。

実施の形態を以下の実施例で説明する。

図１〜図８は、この発明の一実施例の半導体装置の製造方法を示す工程図であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。
半導体ウエハ１の表側の面Ａに図示しない所望の素子の表面構造（ベース層、ソース層、ゲート電極など）を形成した後に、その表側の面Ａに保護テープ２を貼付ける（図１）。

つぎに、半導体ウエハ１を裏返しにし上になった半導体ウエハの裏側の面Ｂの外周部に、機械的強度を確保するリブ部４を設けるために、半導体ウエハ１の裏側の面Ｂの中央部をグラインダー３を用いたグライディング加工で研削し薄くし、裏面の外周部にリブ部４を残す。研削後、エッチング処理してグライディング加工時の加工歪みを除去する。

このリブ部４の幅Ｔは半導体ウエハ１の外周端から中心に向かって例えば２ｍｍ〜５ｍｍ程度である。研削後の半導体ウエハ１の中央部（ウエハ中央部）の厚さは５０〜１５０μｍ、例えば８０μｍとする。また、リブ部４の厚さは、研削前の半導体ウエハの厚さ（例えば６５０μｍ）のままとしておく。

尚、図中のＣは半導体ウエハ１の中央部の薄くなった箇所の裏側の面であり、エッチング処理後の面である（図２）。エッチング処理により、リブ部４も若干薄くなるが、中央部とリブ部には段差（例えば、５７０μｍ）が形成される。

つぎに、保護テープ２を半導体ウエハ１の表側の面Ａから剥離する（図３）。
つぎに、半導体ウエハ１の裏側の面Ｂに図示しない所望の深さで高濃度の半導体層（ドレイン層やコレクタ層など）を形成しその上に図示しない所望の裏面電極（ドレイン電極やコレクタ電極）を形成する（図４）。

リブ部４により、半導体ウエハ１の外周部分が補強されているので、中央部を薄くしたあとに、上記の裏側の面Ｂに高濃度の半導体層や裏面電極を形成する工程を行っても、半導体ウエハ１が破損しにくくなる。ここで、前記半導体層を形成する工程は、イオン注入，熱処理などの工程であり、裏面電極を形成する工程は、蒸着，スパッタリング，めっきなどの工程である。

つぎに、半導体ウエハ１を再度裏返しにして、上になった半導体ウエハ１の表側の面Ａに再度保護テープ５を貼付けし、下になった半導体ウエハ１のリブ部４に囲まれた凹部（裏側の面Ｃ）に高分子材料であるポリマー材料からなるレジスト剤６を埋め込む。この高分子材料は、例えば、アルキレングリコール系ポリマー、セルロース系ポリマー、尿素系ポリマー、メラミン系ポリマー、エポキシ系ポリマー、アミド系ポリマーなどである。

レジスト剤６は、図示しないディスペンサーなどによって、凹部に滴下される。半導体ウエハ１の中央部を研削した際の凹部の容積をあらかじめ算出し、算出結果に基づいてディスペンサーから所定量のレジスト剤６を供給すればよい。このとき、レジスト剤６の供給量を凹部の容積と同じとしてもよいし、後述するプレベーク，ポストベークの工程で、レジスト剤が収縮する量を見込んで供給してもよい。

レジスト剤６は硬化前は流動性があるので、凹部に滴下することで凹部内に広がる。常温で数分程度でほぼ平坦になる。
あるいは、図示しないステージに半導体ウエハ１の表側の面Ａを固定して、半導体ウエハ１を回転させて、レンジスト剤６を凹部内に塗り広げてもよい。

なお、レジスト剤６を凹部に塗布して充填するのは後述のように、半導体ウエハを破損させずにリブ部４の切り離しを行うため、半導体ウエハ１の裏側の面Ｂをある程度平坦にすることにある。したがって、レジスト剤６の塗布時に、レジスト剤６の中に空気を巻き込んで若干の気泡ができたとしても問題はない。

凹部にレジスト剤６を充填することにより、半導体ウエハ中央部における半導体ウエハ１の厚さと充填したレジスト剤６の厚さの合計の厚さを、リブ部４における半導体ウエハ１の厚さとほぼ同じとすることができる。

ここで、半導体ウエハ中央部における半導体ウエハ１の厚さと充填したレジスト剤６の厚さの合計の厚さを、リブ部４における半導体ウエハ１の厚さは、同じ厚さであることが望ましい。半導体ウエハ１の裏面側のリブ部４から中央部にかけて連続して平坦であった方が半導体ウエハを破損させずにリブ部４の切り離しやすいためである。

ただし、レジスト剤６の充填は、半導体ウエハを破損させずにリブ部４を切り離すことが目的であるので、リブ部の切断に支障のない程度の段差があってもよい。例えば、リブ部４における半導体ウエハ１の厚さに対して数％程度レジスト剤６が低くても、あるいは高くても、実用上は問題がない。

尚、ここで使用する前記のレジスト剤６は、塗布したのちに、例えばプレベークに８０℃〜１００℃、１０分間加熱したのち、ポストベークに８０℃〜１６０℃、３０分間加熱して硬化させる。（図５）。

つぎに、半導体ウエハ１の表側の面Ａから保護テープ５を貼付けた状態で半導体ウエハ１の外周部のリブ部４をダイシングライン８に沿ってグラインダー７で半導体ウエハ１の中央部から切り離す。

前記凹部内は、硬化したレジスト剤６で充填されているため、リブ部４の高さでほぼ平坦化されている。よって、図６に示すように、半導体ウエハ１の表側の面Ａを上側に図示しないステージに載置しても、半導体ウエハ１が撓んだりせず、グラインダー７での切断が可能となる。

リブ部４を切り離した後の半導体ウエハ１の中央部は薄い半導体ウエハ１ａになる（図６）。
つぎに、保護テープ５を貼った状態のまま裏側の面Ｃに接着したレジスト剤６を例えば硫酸／過酸化水素水などによるウエットエッチングにより除去し、その後半導体ウエハ１ａを超純水などで洗浄して乾燥させる（図７）。表側の面には保護テープ５が貼られているので、裏側の面をウエットエッチングしても、表側の面の保護層（図示せず）などは保護されている。

つぎに、薄い半導体ウエハ１ａの裏側の面Ｃをダイシングリング１０に固定されたダイシングテープ９に貼付け、保護テープ５を剥離したのちに半導体ウエハ１ａの表側の面Ａから半導体ウエハ１ａをダイシングライン１１に沿って切断して半導体チップ１２にする（図８）。

つぎに、ダイシングテープ９から半導体チップ１２（半導体素子）を取り出し、この半導体チップ１２をパッケージして半導体装置が完成する。
この発明では、リブ部４の内側の半導体ウエハ１の凹部をポリマー（高分子材料）からなるレジスト剤６を充填することで、リブ部をウエハ中央部から切り離すときの半導体ウエハ１の撓み、割れ、反りおよび切削精度不良を防止することができる。

１半導体ウエハ
１ａ半導体ウエハ(薄い)
２保護テープ
３、７グラインダー
４リブ部
５保護テープ
６レジスト剤
８、１１ダイシングライン
９ダイシングテープ
１０ダイシングリング
１２半導体チップ

Claims

半導体ウエハの第１主面側の中央部の厚みを外周部よりも薄くし該外周部にリブ部を残す工程と、
前記半導体ウエハの中央部の薄い部分に高分子材料からなるレジスト剤を充填して前記半導体ウエハの中央部における、半導体ウエハの厚さと前記充填したレジスト剤の厚さの合計の厚さを前記外周部のリブ部の厚さとほぼ同じにするとともに、前記半導体ウエハの第２主面側に保護用テープを貼付する工程と、
前記保護用テープが貼付された前記半導体ウエハの中央部を第２主面側から切断し前記リブ部を前記半導体ウエハの中央部から切り離す工程と、
を含んだことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記高分子材料が、アルキレングリコール系ポリマー、セルロース系ポリマー、尿素系ポリマー、メラミン系ポリマー、エポキシ系ポリマーまたはアミド系ポリマーのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。