JP2013077644A

JP2013077644A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2013077644A
Application number: JP2011215479A
Authority: JP
Inventors: Shinko Nishi; 眞弘西; Toshiyuki Kosaka; 俊行河阪
Original assignee: Sumitomo Electric Device Innovations Inc
Current assignee: Sumitomo Electric Device Innovations Inc
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: JP5869280B2

Abstract

【課題】基板の研削が容易な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、基板の一面に半導体素子を形成する工程と、半導体素子が形成された基板の一面の反対面をドライエッチングする工程と、ドライエッチングされた基板の反対面を研削する工程とを含む。基板は、半導体素子が形成された基板の一面の反対面をドライエッチングされることにより、該反対面に凹凸が形成される。そして、ドライエッチングされた基板の反対面を研削するときに、該反対面に形成された凹凸と、砥石、または砥粒の凹凸が、互いに十分に噛み合うことができる。したがって、砥石、または砥粒は、基板の表面を、すべることなく、効果的に研削することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体ウエハの基板材料として、例えばＳｉＣ（炭化珪素）が知られている。ＳｉＣは、硬度、及び熱伝導率が高いために、半導体素子の形成に適している。

この基板の厚さは、例えば約５００（μｍ）であるが、半導体素子の形成後に、バックグラインダなどと称される研削装置により研削され、最終的に約１００〜１５０（μｍ）に低減される。これは、基板内部に形成されたスルーホールのアスペクト比を調整するとともに、ウエハから得られる半導体チップを薄型化するためである。

例えば、特許文献１には、ウエハの内周部分が外周部分より薄くなるように、ウエハを研削する技術が開示されている。

特開平５−１２１３８４号公報

基板は、熱伝導性、または吸着性を向上するために、いわゆる鏡面仕上げ加工により、半導体素子を形成する面の反対面の表面粗さが低減化されている。このため、研削装置による研削工程において、装置の砥石がすべって効果的に削ることができず、結果的に、研削装置の使用電流が上限値を越えて装置の動作が停止する、あるいは、装置による表面の過剰な押圧によって基板にクラックが生ずるという問題がある。

この問題は、この種の研削手法に限って存在するものではなく、砥石、または砥粒によって基板の表面を研削する場合に、共通に存在する。

本発明の目的は、基板の研削が容易な半導体装置の製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の半導体装置の製造方法は、基板の一面に半導体素子を形成する工程と、前記半導体素子が形成された前記基板の一面の反対面をドライエッチングする工程と、ドライエッチングされた前記基板の反対面を研削する工程とを含む。

上記の半導体装置の製造方法によると、基板は、半導体素子が形成された一面の反対面をドライエッチングされることにより、該反対面に凹凸が形成される。そして、ドライエッチングされた反対面を研削するときに、該反対面に形成された凹凸と、研削用の砥石、または砥粒の凹凸が、互いに十分に噛み合うことができる。したがって、砥石、または砥粒は、基板の表面を、すべることなく、効果的に研削することができる。

また、上記の半導体装置の製造方法において、前記基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、及びサファイアから選択された１つを含んでもよい。

上記の半導体装置の製造方法において、前記基板の反対面をフッ素系ガスによりドライエッチングしてもよい。

上記の半導体装置の製造方法において、前記フッ素系ガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、及びＳＦ_６Ｏ_２から選択された１つ、または、該選択した１つに酸素を添加したものであってもよい。このように酸素を添加した場合、例えばＳｉＣ基板のカーボンなどを効率良く除去することができる。

上記の半導体装置の製造方法において、ドライエッチングされた前記基板の反対面を研削する工程に先立って、前記半導体素子が形成された前記基板の一面に接着材を塗布して、前記基板を支持体に貼着する工程を、さらに含むようにしてもよい。

上記の半導体装置の製造方法において、前記基板を支持体に貼着する工程に先立って、前記半導体素子が形成された前記基板の一面を覆う保護膜を形成する工程を、さらに含むようにしてもよい。

本発明によれば、基板の研削が容易な半導体装置の製造方法を提供することができる。

半導体装置の製造方法を示すフロー図である。半導体素子の構成を示す断面図である。保護膜の形成工程を示す断面図である。基板の支持基板への貼り付け工程を示す断面図である。エッチング工程を示す側面図である。基板の表面の研削工程を示す側面図である。グラインディングホイールの上面図、及び側面図である。図６の符号Ｐで示される部分の拡大図である。

図１は、半導体装置の製造方法を示すフロー図である。本実施形態の製造工程は、素子形成工程Ｓｔ１と、保護膜形成工程Ｓｔ２と、貼り付け工程Ｓｔ３と、エッチング工程Ｓｔ４と、研削工程Ｓｔ５と、分割工程Ｓｔ６とを含む。

素子形成工程Ｓｔ１では、図２に示されるように、基板１０の一面に、半導体素子２を形成する。基板１０は、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、及びサファイアから選択された１つを含む。このうち、ＳｉＣ、ＧＡＮ、及びサファイアは、比較的に高い硬度を有するので好ましい。もっとも、基板１０は、熱伝導性、及び硬度などの特性が条件を満たせば、他の材料により構成してもよい。

半導体素子２は、例えばＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｅｒ）であり、窒化物半導体層１１と、ＳｉＮ層１３，１４と、配線層１５と、ゲート電極１６ａと、ソース電極１６ｂと、ドレイン電極１６ｃとを含む。窒化物半導体層１１は、バリア層１１０と、チャネル層１１１と、電子供給層１１２と、キャップ層１１３とを含む。

バリア層１１０は、例えば、厚さ３００（ｎｍ）のＡｌＮ（窒化アルミニウム）から形成され、チャネル層１１１は、例えば、厚さ１０００（ｎｍ）のｉ−ＧａＮ（窒化ガリウム）から形成されている。電子供給層１１２は、例えば、厚さ２０（ｎｍ）のＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）から形成され、キャップ層１１３は、例えば、厚さ５（ｎｍ）のｎ−ＧａＮから形成されている。

また、ＳｉＮ層１３，１４は、絶縁層として機能し、各厚さが、例えば、４０（ｎｍ）、２０（ｎｍ）に形成されている。配線層３２は、例えばＡｕ等の金属からなる。

ソース電極２６及びドレイン電極２８は、オーミック電極であり、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、またはＴａ、Ａｌを、この順に積層して形成される。一方、ゲート電極３０は、例えば、Ｎｉ、Ａｕを、この順に積層して形成される。

上述した各層、及び電極は、例えば、エピタキシャル成長法、プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ、及び蒸着などの薄膜形成技術、印刷、めっき又はそれらの組み合わせによって形成されるが、形成手法は限定されない。形成プロセスは、基板１０をステージに吸着して、数百度の温度に加熱して行われる。このとき、基板１０は、上述したように、熱伝導率が高いうえ、素子２の形成面とは反対側の面の表面粗さが低いために、高い熱伝導性、及び吸着性を発揮する。

次に、保護膜形成工程Ｓｔ２では、図３に示されるように、基板１０において、半導体素子２が形成された一面１０ａを覆う保護膜３を形成する。この保護膜３は、後の貼り付け工程Ｓｔ３において貼り付けられた支持体から、基板１０を引き剥がすときに、素子２がダメージを受けないように素子２を保護する。保護膜３としては、融点が高いものが望ましく、例えばレジスト膜を採用することができるが、これに限定されるものではない。

次に、貼り付け工程Ｓｔ３では、図４に示されるように、半導体素子２が形成された一面１０ａに接着材４を塗布して、基板１０を支持体５に貼着する。この支持体５は、例えばガラス板であり、後の研削工程Ｓｔ５において基板１０が反り返らないように、基板１０を支持する。接着材４としては、例えばワックスを採用することができるが、これに限定されず、樹脂系の接着剤などを用いてもよい。また、支持体１０も、ガラス板に限定されず、一定の強度を有する他の素材で構成したものでもよい。

次に、エッチング工程Ｓｔ４では、図５に示されるように、半導体素子２が形成された一面１０ａの反対面１０ｂをドライエッチングする。これにより、基板１０の面１０ｂに、表面粗さが増加するように凹凸を形成し、後の研削工程を容易にする。なお、本工程Ｓｔ４は、素子形成工程Ｓｔ１の後、かつ研削工程Ｓｔ５の前であれば、製造工程のどの段階で行われてもよい。

ドライエッチングの手法としては、例えば、高密度プラズマを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）が挙げられ、とりわけ、フッ素系ガスによるプラズマエッチングが好ましい。高密度プラズマによるエッチング手法としては、例えば、誘導結合型ＲＩＥ（ＩＣＰ−ＲＩＥ：ＩｎｄｕｃｔｉｖｅＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ−ＲＩＥ）やＥＣＲ−ＲＩＥ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ−ＲＩＥ）を採用することができる。フッ素系ガスは、例えば、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、及びＳＦ_６から選択してもよいが、これに限定されることはなく、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、またはＳＦ_６に酸素を添加したものであってもよい。このように酸素を添加した場合、例えばＳｉＣ基板のカーボンなどを効率良く除去することができる。もっとも、ドライエッチングの手法も限定されることはなく、例えば、Ａｒ（アルゴン）によるイオンミリングを採用してもよい。

次に、研削工程Ｓｔ５では、図６に示されるように、ドライエッチングされた反対面１０ｂを、砥石、または砥粒により研削する。図は、砥石を用いるバックグラインダなどの研削装置の場合を例示している。なお、図中、固定台６は、側面視の断面として描かれている。

固定台６は、相互に接着された支持体５、及び基板１０を吸着により固定する。固定台６は、支持体５、及び基板１０を固定する吸着面６ａと、吸着面６ａに対して垂直に延びる１以上の貫通孔６ｂとを有する。研削装置は、ポンプなどの吸引手段によって貫通孔６ｂ内に負圧Ｆを発生させることにより、支持体５、及び基板１０を吸着面６ａに吸着する。もっとも、固定方法は、これに限定されることはなく、例えば、両面テープなどを用いてもよい。

また、基板１０の背面１０ｂ側には、回転軸７１と、回転板７０と、グラインディングホイール７２とが配置されている。回転軸７１は、スピンドルモータなどの駆動手段により、図中の方向ｄに回転する。回転板７０は、回転軸７１に固定された円板であり、回転軸７１とともに回転する。グラインディングホイール７２は、回転板７０に固定された円環状の研削部材であり、円周上に複数の砥石７２０が設けられている。

グラインディングホイール７２は、回転軸７１とともに回転し、複数の砥石７２０を、基板１０の背面１０ｂに接触させることによって、背面１０ｂを研削する。なお、研削時、冷却、潤滑、及び洗浄を目的として、ノズルなどの手段により、背面１０ｂの研削部位に向けて研削液を噴出してもよい。研削液は、例えば純水である。

グラインディングホイール７２は、図７に示されるように、外周円環部７２１と、内周円環部７２２と、複数の砥石７２０とを含む。複数の砥石７２０は、それぞれ、直方体形状を有し、外周円環部７２１の円周上に等間隔に設けられている。複数の砥石７２０は、それぞれ、ダイヤモンドを含み、硬質の基板１０を好適に切削することができる。なお、ダイヤモンドの粒径は、例えば５〜１０（μｍ）である。

内周円環部７２２は、外周円環部７２１の内周面から内側に向かって張り出した薄板部分である。内周円環部７２２は、円周上、複数の螺子穴７２２ａが等間隔に形成されている。複数の螺子穴７２２ａは、グラインディングホイール７２を、螺子止めにより回転板７０に固定するために用いられる。

グラインディングホイール７２は、複数の砥石７２０を基板１０の背面１０ｂに押し当てて回転しながら、基板１０の背面１０ｂ上の位置を変えることによって、背面１０ｂを均等に研削する。これにより、基板１０の厚さは、例えば約５００（μｍ）から約１００〜１５０（μｍ）に低減される。

図８は、図６の基板１０の背面１０ｂと砥石７２０の接触部分Ｐを拡大して示したものである。図から理解されるように、エッチング工程Ｓｔ４により背面１０ｂに形成された凹凸と、砥石７２０の表面の凹凸が、噛み合わされている。したがって、砥石７２０が、背面１０ｂ上をすべることが抑制されるとともに、背面１０ｂを効果的に切削することができる。切削後、基板１０は、支持体５から引き剥がされる。

次に、分割工程Ｓｔ６では、基板１０を分割して、電子部品である複数の半導体チップを得るために、基板１０のダイシングが行われる。もっとも、分割手法は、ダイシングに限られず、スクライビングを用いてもよい。

これまで述べた半導体装置の製造方法によると、基板１０は、半導体素子２が形成された一面１０ａの反対面１０ｂをドライエッチングされることにより、該反対面１０ｂに凹凸が形成される。そして、ドライエッチングされた反対面１０ｂを、砥石７２０により研削することにより、該反対面１０ｂに形成された凹凸と、砥石７２０の凹凸が、互いに十分に噛み合うことができる。したがって、砥石７２０は、基板１０の表面１０ｂを、すべることなく、効果的に研削することができる。

本実施形態において、研削工程Ｓｔ５では、基板１０の下方に砥石７２０を配置して切削したが、これに限定されることはない。いわゆるインフィード方式のように、回転チャックと称される台の上に基板を吸着により固定し、その上方から砥石を降下させて研削するようにしてもよい。

また、本実施形態では、砥石を用いた研削手法を例示したが、これに代えて、砥粒を用いたラッピングなどの研削手法の場合も、同様の効果は得られる。この場合、基板は、例えば、ステンレス製のキャリアを介し、両面を一対の固定板に挟まれる。そして、アルミナ、またはシリコンカーバイドなどの砥粒を含んだラップ液を、基板の対象面に流し込み、その表面と砥粒とを擦り合わせることにより表面の研削を行う。

このラッピングによると、高精度な表面加工が可能となり、例えば、０．００１（ｍｍ）以下の平面度、０．０００３（ｍｍ）以下の面粗度、及び０．００２（ｍｍ）以下の寸法精度が得られる。なお、ラッピングの後、研磨材を保持した研磨布などにより基板の表面をポリッシングして、艶出しを行ってもよい。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

１０基板
１０ａ反対面
２半導体素子
３保護膜
４接着剤
５支持体
７２０砥石

Claims

基板の一面に半導体素子を形成する工程と、
前記半導体素子が形成された前記基板の一面の反対面をドライエッチングする工程と、
ドライエッチングされた前記基板の反対面を研削する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、及びサファイアから選択された１つを含む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。
前記基板の反対面をフッ素系ガスによりドライエッチングすることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
前記フッ素系ガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、及びＳＦ_６から選択された１つ、または、該選択した１つに酸素を添加したものであることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
ドライエッチングされた前記基板の反対面を研削する工程に先立って、前記半導体素子が形成された前記基板の一面に接着材を塗布して、前記基板を支持体に貼着する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
前記基板を支持体に貼着する工程に先立って、前記半導体素子が形成された前記基板の一面を覆う保護膜を形成する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。