JP2017055014A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a method for manufacturing a semiconductor device.
ウェハ等の半導体基板上に形成された複数の半導体素子は、半導体基板に設けられたダイシング領域に沿ってダイシングすることによって、複数の半導体チップに分割される。半導体基板が、例えば、GaN系半導体層/シリコン基板のように異なる材料で構成される複合基板の場合がある。複合基板をダイシングする際、それぞれの材料の物性が異なるため、基板のチッピングや割れ等が生じやすい。したがって、半導体装置のダイシング歩留りを向上させることが困難である。 A plurality of semiconductor elements formed on a semiconductor substrate such as a wafer is divided into a plurality of semiconductor chips by dicing along a dicing region provided on the semiconductor substrate. In some cases, the semiconductor substrate is a composite substrate made of different materials such as a GaN-based semiconductor layer / silicon substrate. When dicing a composite substrate, the physical properties of the respective materials are different, so that chipping or cracking of the substrate is likely to occur. Therefore, it is difficult to improve the dicing yield of the semiconductor device.
本発明が解決しようとする課題は、複数の材料を有する半導体基板のダイシング歩留りの向上を可能にする半導体装置の製造方法を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which can improve the dicing yield of a semiconductor substrate having a plurality of materials.
実施形態の半導体装置の製造方法は、第1の面と第2の面を有する基板の前記第1の面上に設けられた窒化物半導体層を選択的に前記基板が露出するまでエッチングして、第1の窒化物半導体領域、第2の窒化物半導体領域、及び、前記第1の窒化物半導体領域と前記第2の窒化物半導体領域の間に設けられた第3の窒化物半導体領域を形成し、前記基板を前記第2の面側から除去して、前記基板を薄くし、前記第1の窒化物半導体領域と前記第2の窒化物半導体領域との間の前記基板をブレードダイシングにより切断する。 In the semiconductor device manufacturing method of the embodiment, the nitride semiconductor layer provided on the first surface of the substrate having the first surface and the second surface is selectively etched until the substrate is exposed. A first nitride semiconductor region, a second nitride semiconductor region, and a third nitride semiconductor region provided between the first nitride semiconductor region and the second nitride semiconductor region. Forming, removing the substrate from the second surface side, thinning the substrate, and blade dicing the substrate between the first nitride semiconductor region and the second nitride semiconductor region Disconnect.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or similar members are denoted by the same reference numerals, and description of members once described is omitted as appropriate.
また、本明細書中、「GaN系半導体」とは、GaN(窒化ガリウム)、AlN(窒化アルミニウム)、InN(窒化インジウム)、および、それらの中間組成を備える半導体の総称である。 In this specification, “GaN-based semiconductor” is a general term for GaN (gallium nitride), AlN (aluminum nitride), InN (indium nitride), and semiconductors having intermediate compositions thereof.
(第1の実施形態)
本実施形態の半導体装置の製造方法は、第1の面と第2の面を有する基板の第1の面上に設けられた窒化物半導体層を選択的に基板が露出するまでエッチングして、第1の窒化物半導体領域、第2の窒化物半導体領域、及び、第1の窒化物半導体領域と第2の窒化物半導体領域の間の第3の窒化物半導体領域を形成し、基板を第2の面側から除去して、基板を薄くし、第1の窒化物半導体領域と第2の窒化物半導体領域との間の基板をブレードダイシングにより切断する。
(First embodiment)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a nitride semiconductor layer provided on a first surface of a substrate having a first surface and a second surface is selectively etched until the substrate is exposed, Forming a first nitride semiconductor region, a second nitride semiconductor region, and a third nitride semiconductor region between the first nitride semiconductor region and the second nitride semiconductor region; The substrate is removed from the second surface side, the substrate is thinned, and the substrate between the first nitride semiconductor region and the second nitride semiconductor region is cut by blade dicing.
図1は、本実施形態の半導体装置の製造方法で製造される半導体装置を示す模式図である。図1(a)は半導体装置の上面図、図1(b)は図1(a)のAA’断面図、図1(c)は図1(a)のBB’断面図である。 FIG. 1 is a schematic view showing a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment. 1A is a top view of the semiconductor device, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1A, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG.
半導体装置は、半導体チップ100である。半導体チップ100は素子領域100aとダイシング領域100bとを備える。素子領域100aは、ダイシング領域100bに囲まれる。
The semiconductor device is a
素子領域100aに半導体素子が形成される。半導体素子は、例えば、HEMT(High Electron Mobility Transistor)である。
A semiconductor element is formed in the
「ダイシング領域」とは、半導体基板上に形成された複数の半導体素子をダイシングにより複数の半導体チップに分割するための所定の幅を備える予定領域である。本明細書では、ダイシング後に半導体チップに残存したダイシング領域も、「ダイシング領域」と称する。 The “dicing region” is a planned region having a predetermined width for dividing a plurality of semiconductor elements formed on a semiconductor substrate into a plurality of semiconductor chips by dicing. In this specification, a dicing region remaining on the semiconductor chip after dicing is also referred to as a “dicing region”.
半導体チップ100は、シリコン基板(基板)10と、第1のGaN系半導体層(第1の窒化物半導体層)12aと、第2のGaN系半導体層(第2の窒化物半導体層)12bと、を備える。第1のGaN系半導体層12aは、シリコン基板10の第1の領域10a上に設けられる。第2のGaN系半導体層12bは、シリコン基板10の第2の領域10b上に設けられる。第2の領域10bは、第1の領域10aを囲む。
The
シリコン基板10の第1の領域10aと、第1のGaN系半導体層12aは、素子領域100aに含まれる。シリコン基板10の第2の領域10bと、第2のGaN系半導体層12bは、ダイシング領域100bに含まれる。
The
第1のGaN系半導体層12aと第2のGaN系半導体層12bは、例えば、物理的に接続されている。第2のGaN系半導体層12bの幅(図1(a)中のW)は、例えば、10μm以下である。第2のGaN系半導体層12bの幅とは、素子領域100aとダイシング領域100bとの境界が伸びる方向に平行な方向の長さである。
For example, the first GaN-based
第1のGaN系半導体層12a及び第2のGaN系半導体層12bは、例えば、GaN層とAlGaN層の積層構造を備えている。第1のGaN系半導体層12aの表面に、HEMTのソース電極14、ドレイン電極16、及び、ゲート電極18が設けられる。ソース電極14、ドレイン電極16、及び、ゲート電極18上には、例えば、図示しない保護膜が設けられる。保護膜は、例えば、シリコン酸化膜である。
The first GaN-based
図2−図11は、本実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図である。 2 to 11 are schematic views showing the method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment.
まず、シリコン基板(基板)10上にGaN系半導体層(窒化物半導体層)12が設けられた半導体ウェハを準備する(図2)。シリコン基板10は、第1の面P1と第2の面P2を備える。
First, a semiconductor wafer in which a GaN-based semiconductor layer (nitride semiconductor layer) 12 is provided on a silicon substrate (substrate) 10 is prepared (FIG. 2). The
シリコン基板10の膜厚は、例えば、1mm以上2mm以下であるGaN系半導体層12の膜厚は、例えば、5μm以上10μm以下である。
The film thickness of the
GaN系半導体層12は、シリコン基板10の第1の面P1上に設けられる。GaN系半導体層12は、シリコン基板10上にエピタキシャル成長により形成される。GaN系半導体層12は、例えば、GaN層とAlGaN層の積層構造を備えている。
The GaN-based
次に、GaN系半導体層12上に、複数の半導体素子を形成する。半導体素子は、例えば、HEMTである。
Next, a plurality of semiconductor elements are formed on the GaN-based
例えば、GaN系半導体層12の表面に、HEMTのソース電極14、ドレイン電極16、及び、ゲート電極18を形成する(図3)。ソース電極14、ドレイン電極16、及び、ゲート電極18上には、例えば、図示しない保護膜を形成する。保護膜は、例えば、シリコン酸化膜である。
For example, a
次に、GaN系半導体層12をシリコン基板10が露出するまで選択的にエッチングする(図4)。
Next, the GaN-based
図5は、GaN系半導体層12をエッチングした後のパターンを示す上面図である。GaN系半導体層12をエッチングした後、第1のGaN系半導体領域(第1の窒化物半導体領域)12c、第2のGaN系半導体領域(第2の窒化物半導体領域)12d、第3のGaN系半導体領域(第3の窒化物半導体領域)12eがシリコン基板10上に残される。
FIG. 5 is a top view showing a pattern after etching the GaN-based
第3のGaN系半導体領域12eは、第1のGaN系半導体領域12cと第2のGaN系半導体領域12dとの間に設けられる。第1のGaN系半導体領域12cと第2のGaN系半導体領域12dは素子領域100aに設けられる。第1のGaN系半導体領域12cと第2のGaN系半導体領域12dとの間の領域が、ダイシング領域100bである。第3のGaN系半導体領域12eは、ダイシング領域100bに設けられる。
The third GaN-based
ダイシング領域100bには、半導体素子のパターンは形成されない。ダイシング領域100bは、GaN系半導体層12の表面側に、素子領域100aを区切るように格子状に設けられる。
A semiconductor element pattern is not formed in the
第1のGaN系半導体領域12c及び第2のGaN系半導体領域12dは、本実施形態の製造方法で製造される半導体チップ100(図1)の第1のGaN系半導体層12aに相当する。また、第3のGaN系半導体領域12eは、半導体チップ100(図1)の第2のGaN系半導体層12bに相当する。
The first GaN-based
図6は、第3のGaN系半導体領域12eの拡大上面図である。第3のGaN系半導体領域12eは、第1のGaN系半導体領域12cと第2のGaN系半導体領域12dとの間に設けられる。第3のGaN系半導体領域12eは、第1のGaN系半導体領域12cと第2のGaN系半導体領域12dとに物理的に接続されている。
FIG. 6 is an enlarged top view of the third GaN-based
第3のGaN系半導体領域12eは、長方形のパターンである。第3のGaN系半導体領域12eの幅(図中のW)は、例えば、10μm以下である。第3のGaN系半導体領域12eの幅は、5μm以下であることが望ましい。
The third GaN-based
GaN系半導体層12のエッチングは、例えば、RIE(Reactive Ion Etching)により行われる。GaN系半導体層12のエッチングは、例えば、図示しないレジストをマスクに行われる。GaN系半導体層12のエッチングは、その他のドライエッチング、あるいは、ウェットエッチングにより行うことも可能である。
Etching of the GaN-based
次に、GaN系半導体層12の上に支持部材24を貼り合わせる(図7)。支持部材24は、例えば、接着層26を用いてGaN系半導体層12に接着される。
Next, the
支持部材24は、半導体ウェハを薄く削った際に、半導体ウェハを補強する機能を備える。支持部材24は、例えば、ガラス基板である。
The
次に、シリコン基板10を、シリコン基板10の第2の面P2側から除去し薄くする(図8)。シリコン基板10の厚さを、例えば、100μm以上200μm以下まで薄くする。
Next, the
シリコン基板10の除去は、いわゆる、バックグラインディングである。シリコン基板10の除去は、例えば、ダイヤモンドホイールを用いた研削により行う。
The removal of the
次に、シリコン基板10の第2の面P2側に樹脂シート32を貼りつける(図9)。樹脂シート32は、例えば、ダイシングテープである。樹脂シート32は、例えば、ハンドリングのために金属のフレームに固定されている。 Next, a resin sheet 32 is attached to the second surface P2 side of the silicon substrate 10 (FIG. 9). The resin sheet 32 is, for example, a dicing tape. The resin sheet 32 is fixed to a metal frame for handling, for example.
次に、ウェハから支持部材24を剥離する(図10)。
Next, the
次に、GaN系半導体層12の間のシリコン基板10を、第1の面P1側からブレードダイシングにより切断する(図11)。シリコン基板10をダイシング領域100bに沿って切断する。第1のGaN系半導体領域12cと第2のGaN系半導体領域12dとの間のシリコン基板10を切断する。この際、ダイシング領域100bの第3のGaN系半導体領域12eも同時に切断される。
Next, the
その後、シリコン基板10から樹脂シート22を剥離することにより、分割された複数の半導体チップ(半導体装置)100が得られる。
Thereafter, the resin sheet 22 is peeled from the
以下、本実施形態の半導体装置の製造方法の作用及び効果について説明する。 Hereinafter, the operation and effect of the method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described.
半導体ウェハをダイシングする場合、半導体ウェハが、本実施形態のように、GaN系半導体層/シリコン基板のように異なる複数の材料で構成される複合基板である場合がある。複合基板のダイシングは、それぞれの材料の物性が異なるため、歩留りを向上させることが困難である。 When dicing a semiconductor wafer, the semiconductor wafer may be a composite substrate composed of a plurality of different materials, such as a GaN-based semiconductor layer / silicon substrate, as in this embodiment. In the dicing of the composite substrate, it is difficult to improve the yield because the physical properties of the respective materials are different.
例えば、GaN系半導体はシリコンに比べて硬くて脆い。このため、両方の材料を同時に、ブレードダイシングにより切断すると、例えば、半導体ウェハのチッピングや割れが生じやすく、歩留りが低下する。 For example, GaN-based semiconductors are harder and more brittle than silicon. For this reason, if both materials are cut simultaneously by blade dicing, for example, chipping and cracking of the semiconductor wafer are likely to occur, and the yield decreases.
半導体ウェハのチッピングや割れを抑制するために、例えば、ダイシング領域のGaN系半導体層を先に除去した後に、シリコン基板を切断する方法がある。もっとも、この方法でも、シリコン基板を切断する際のチッピングが生ずる場合がある。 In order to suppress chipping and cracking of the semiconductor wafer, for example, there is a method of cutting the silicon substrate after first removing the GaN-based semiconductor layer in the dicing region. However, even with this method, chipping may occur when the silicon substrate is cut.
本実施形態の半導体装置の製造方法では、ダイシング領域100bのGaN系半導体層12を、シリコン基板10の切断に先立ち除去する際に、ダイシング領域100bに部分的にGaN系半導体層12を残す。例えば、図5、図6に示すように素子領域100aのGaN系半導体層12の間に、GaN系半導体層12を残す。この製造方法により、シリコン基板を切断する際のチッピングを抑制することが可能となる。
In the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, when the GaN-based
ダイシング領域100bに部分的にGaN系半導体層12を残すことにより、ダイシング領域100bのGaN系半導体層12をすべて除去する場合と比べて、半導体ウェハ内の応力状態が変化すると考えられる。この応力状態の違いが、チッピングの抑制につながると考えられる。
By leaving the GaN-based
なお、シリコン基板10の切断の際の、第3のGaN系半導体領域12eの切断を容易にする観点から、第3のGaN系半導体領域12eの幅は、10μm以下であることが望ましく、5μm以下であることがより望ましい。
From the viewpoint of facilitating the cutting of the third GaN-based
また、半導体チップ100が、ダイシング領域100bの一部に第2のGaN系半導体層12bを備えることによって、シリコン基板10を切断する際のチッピングを抑制することが可能となる。
In addition, since the
図12、図13は、GaN系半導体層12をエッチングした後のパターンの別の例を示す上面図である。図12、図13は、第3のGaN系半導体領域12eのパターンを示す。
12 and 13 are top views showing other examples of patterns after etching the GaN-based
第3のGaN系半導体領域12eは、必ずしも、図6のように長方形のパターンに限られず、図12(a)、図12(b)、図12(c)、図12(d)のように、長方形以外のパターンで、且つ、第1のGaN系半導体領域12cと第2のGaN系半導体領域12dと接続されるパターンであっても構わない。
The third GaN-based
また、第3のGaN系半導体領域12eは、図13(a)、図13(b)、図13(c)、図13(d)のように、複数の領域に分離したパターンであっても構わない。例えば、図13(a)は、メジャー型のパターンである。図13(a)のパターンを採用することにより、例えば、ダイシング時の合わせずれ量を事後的に計測することが可能である。
Further, the third GaN-based
以上、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、複数の材料を有する基板のダイシング歩留りの向上が可能となる。 As described above, according to the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, it is possible to improve the dicing yield of a substrate having a plurality of materials.
(第2の実施形態)
本実施形態の半導体装置の製造方法は、基板を第2の面側からブレードダイシングにより切断する点以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
(Second Embodiment)
The manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment is the same as that of the first embodiment except that the substrate is cut from the second surface side by blade dicing. Therefore, description of the contents overlapping with those of the first embodiment is omitted.
図14は、本実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図である。シリコン基板10を、シリコン基板10の第2の面P2側から除去し薄くするまでは、第1の実施形態と同様である。
FIG. 14 is a schematic view showing the method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment. The process is the same as that of the first embodiment until the
次に、図14に示すように、GaN系半導体層12の間のシリコン基板10を第2の面P2側からブレードダイシングにより切断する。
Next, as shown in FIG. 14, the
その後、シリコン基板10から支持部材24を剥離することにより、分割された複数の半導体チップ(半導体装置)100が得られる。
Thereafter, the
本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、第1の実施形態同様、複数の材料を有する基板のダイシング歩留りの向上が可能となる。また、第1の実施形態と比較して製造方法が簡略となる。 According to the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, the dicing yield of a substrate having a plurality of materials can be improved as in the first embodiment. In addition, the manufacturing method is simplified as compared with the first embodiment.
なお、第1及び第2の実施形態では、半導体素子が、HEMTである場合を例に説明したが、半導体素子はHEMTに限定されるものではない。縦型のMOSFET等、その他の半導体素子を適用することも可能である。 In the first and second embodiments, the case where the semiconductor element is a HEMT has been described as an example. However, the semiconductor element is not limited to a HEMT. It is also possible to apply other semiconductor elements such as a vertical MOSFET.
また、第1及び第2の実施形態では、基板として、シリコン基板を例に説明したが、シリコン基板以外の基板、例えば、サファイア基板、炭化珪素(SiC)基板等、その他の基板を適用することが可能である。 In the first and second embodiments, the silicon substrate is described as an example of the substrate. However, a substrate other than the silicon substrate, for example, a sapphire substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, or the like is applied. Is possible.
本発明のいくつかの実施形態及び実施例を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments and examples of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. For example, a component in one embodiment may be replaced or changed with a component in another embodiment. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10 シリコン基板(基板)
10a 第1の領域
10b 第2の領域
12 GaN系半導体層(窒化物半導体層)
12a 第1のGaN系半導体層(第1の窒化物半導体層)
12b 第2のGaN系半導体層(第2の窒化物半導体層)
12c 第1のGaN系半導体領域(第1の窒化物半導体領域)
12d 第2のGaN系半導体領域(第2の窒化物半導体領域)
12e 第3のGaN系半導体領域(第3の窒化物半導体領域)
24 支持部材
100 半導体チップ(半導体装置)
10 Silicon substrate (substrate)
10a
12a First GaN-based semiconductor layer (first nitride semiconductor layer)
12b Second GaN-based semiconductor layer (second nitride semiconductor layer)
12c First GaN-based semiconductor region (first nitride semiconductor region)
12d Second GaN-based semiconductor region (second nitride semiconductor region)
12e Third GaN-based semiconductor region (third nitride semiconductor region)
24
Claims (8)
前記基板を前記第2の面側から除去して、前記基板を薄くし、
前記第1の窒化物半導体領域と前記第2の窒化物半導体領域との間の前記基板をブレードダイシングにより切断する半導体装置の製造方法。 A nitride semiconductor layer provided on the first surface of the substrate having the first surface and the second surface is selectively etched until the substrate is exposed to form a first nitride semiconductor region, 2 nitride semiconductor regions, and a third nitride semiconductor region provided between the first nitride semiconductor region and the second nitride semiconductor region,
Removing the substrate from the second surface side, thinning the substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising cutting the substrate between the first nitride semiconductor region and the second nitride semiconductor region by blade dicing.
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