JP2023179261A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面に金属膜が形成された半導体基板を分割するための新たな技術を提案する。
【解決手段】 半導体装置の製造方法は、複数の素子領域を有する半導体基板の第１表面に、前記素子領域の境界に沿って押圧部材を押し当てることにより、前記半導体基板の第１表面側に、前記境界に沿うとともに前記半導体基板の厚み方向に延びるクラックを形成する工程と、前記クラックを形成する前記工程の後に、前記第１表面に前記複数の素子領域に跨る金属膜を形成する工程と、前記金属膜を形成する前記工程の後に、前記第１表面の裏側に位置する第２表面側から前記境界に沿って前記半導体基板に分割部材を押し当てることにより、前記境界に沿って前記半導体基板と前記金属膜を分割する工程、を備える。
【選択図】図１１

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１には、半導体装置の製造方法において、裏面に金属膜が形成された半導体基板を分割する技術が開示されている。この製造方法では、まず、裏面に金属膜が形成された半導体基板の表面に、プラズマエッチングにより分割予定ラインに沿って分割溝を形成する。分割溝は、表面から金属膜に達しない所定の残し量を残して形成される。その後、分割予定ラインに沿って半導体基板の表面から外力を加えることにより、分割溝と金属膜の間に存在する上記残し量を分割する。特許文献１では、残し量が分割されるときの衝撃で、金属膜が分割される。

特開２０１７－４１５２５号公報

特許文献１では、所定の残し量を残すように分割溝を形成するため、分割溝の深さを正確に制御する必要がある。また、特許文献１では、分割溝を形成するときにプラズマエッチング等を利用するため、製造コストが高い。本明細書では、表面に金属膜が形成された半導体基板を分割するための新たな技術を提案する。

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、複数の素子領域（３）を有する半導体基板（２）の第１表面（２ａ）に、前記素子領域の境界（４）に沿って押圧部材（３２）を押し当てることにより、前記半導体基板に、前記境界に沿うとともに前記半導体基板の厚み方向に延びるクラック（５）を形成する工程と、前記クラックを形成する前記工程の後に、前記第１表面に前記複数の素子領域に跨る金属膜（８）を形成する工程と、前記金属膜を形成する前記工程の後に、前記第１表面の裏側に位置する第２表面（２ｂ）側から前記境界に沿って前記半導体基板に分割部材（３３）を押し当てることにより、前記境界に沿って前記半導体基板と前記金属膜を分割する工程、を備える、製造方法。

この製造方法では、まず、半導体基板の第１表面に押圧部材を押し当てて、半導体基板にクラックを形成する。クラックは、第１表面側から形成される。その後、第１表面に金属膜を形成し、第２表面側から分割部材を押し当てる。クラックは、半導体基板の第１表面側に形成されているので、分割部材の先端部分からの距離が遠い。このため、第２表面側から半導体基板に分割部材を押し当てると、クラックを割り広げてクラックを介して隣接する領域を引き離す方向に力が加わる。その結果、クラックが半導体基板の厚み方向に伸展する。これにより、素子領域の境界に沿って半導体基板が分割される。また、半導体基板のクラックを介して隣接する領域と同様に、金属膜のクラックを跨いで隣接する領域に対しても引き離す方向に力が加わり、金属膜のクラックを跨いで隣接する領域同士も引き離されて金属膜も分割される。このように、上記の製造方法では、半導体基板に対して、押圧部材と分割部材を押し当てるという簡易な工程により、金属膜を半導体基板とともに分割することができる。また、第１表面に金属膜を形成する前に、半導体基板の第１表面側に予めクラックを形成するので、第２表面側から分割部材を押し当てる一工程で、半導体基板と金属膜をともに分割することができる。

半導体基板の平面図。 支持板貼り付け工程を説明するための図。 研削工程を説明するための図。 クラック形成工程を説明するための図。 クラックが形成される様子を説明するための図。 クラックが形成された半導体基板の断面の走査電子顕微鏡画像。 金属膜形成工程を説明するための図。 ダイシングテープ貼り付け工程を説明するための図。 支持板剥離工程を説明するための図。 保護部材被覆工程を説明するための図。 分割工程を説明するための図。 ピックアップ工程を説明するための図。

本明細書が開示する一例の製造方法では、前記クラックを形成する前記工程の前に、前記第２表面に対して支持板を貼り付ける工程と、前記金属膜を形成する前記工程の後であって、前記分割する前記工程の前に、前記支持板を前記第２表面から剥離する工程、をさらに備えてもよい。

このような構成では、半導体基板に支持板を貼り付けた状態で、半導体基板にクラックを形成する。硬い材料で支持板を構成することにより、半導体基板に押圧部材を押し当てるときに、比較的低い荷重で半導体基板にクラックを形成することができる。

本明細書が開示する一例の製造方法では、前記押圧部材がスクライビングホイールであってもよく、前記押圧部材を押し当てることが、スクライビングホイールを転動させることであってもよく、前記クラックを形成する前記工程において、前記第１表面に、前記境界に沿って、前記半導体基板の前記厚み方向に延びる前記クラックを伴うスクライブラインが形成されてもよい。

このような構成では、スクライビングホイールを円板状（円環状）として回転可能に軸支することにより、スクライビングホイールを転動させることで、素子領域の境界に沿って容易にクラックを形成することができる。

本明細書が開示する一例の製造方法では、前記金属膜を形成する前記工程の後であって、前記剥離する前記工程の前に、前記金属膜の表面に対してダイシングテープを貼り付ける工程、をさらに備えてもよい。

このような構成では、ダイシングテープを貼り付けた状態で、半導体基板と金属膜を分割する。半導体基板（金属膜）がダイシングテープに固定されているので、半導体基板に分割部材を押し当てるときに、半導体基板の位置ずれを抑制することができ、得られる半導体装置（分割された半導体基板）同士が散乱することを防止することができる。

本明細書が開示する一例の製造方法では、前記分割する前記工程の前に、前記第２表面を保護部材により被覆する工程、をさらに備えてもよい。前記分割する前記工程では、前記保護部材を介して前記第２表面側から前記境界に沿って前記分割部材を押し当ててもよい。

このような構成では、第２表面が保護部材により被覆された状態で分割部材を半導体基板に押し当てる。第２表面が保護部材により保護されるので、分割部材により第２表面が損傷することを防止することができる。

（実施例）
図面を参照して実施例の製造方法を説明する。図１は、複数の素子領域３がマトリクス状に形成された半導体基板２の平面図である。図１では、各素子領域３を実線により模式的に示している。説明の便宜上、隣り合う素子領域３の間の境界であって、後に半導体基板２を個々の素子領域３に分割する際の分割により得られる個々の素子領域（半導体装置）の端辺となる線を分割予定線４と称する。分割予定線４は、実際に半導体基板２の上に記された線ではなく、仮想的な線である。分割予定線４は、目視できるように、実際に半導体基板２の上に描かれた線や溝であってもよい。各素子領域３には、トランジスタやダイオード等の機能を有する半導体素子が形成されている。

半導体基板２は、ＳｉＣ（炭化シリコン）により構成されている。なお、半導体基板２は、Ｓｉ（シリコン）やＧａＮ（窒化ガリウム）等、他の半導体材料によって構成されていてもよい。図２等に示すように、半導体基板２は、第１表面２ａと、第１表面２ａの裏側に位置する第２表面２ｂを有している。半導体基板２の第２表面２ｂには、ゲートやチャネル等、半導体素子の主要構造６が形成されている。

実施例の製造方法は、支持板貼り付け工程、クラック形成工程、金属膜形成工程、ダイシングテープ貼り付け工程、支持板剥離工程、保護部材被覆工程、分割工程を含む。

（支持板貼り付け工程）
支持板貼り付け工程では、図２に示すように、半導体基板２の第２表面２ｂに対して、支持板１２を貼り付ける。支持板１２は、接着剤１１を介して第２表面２ｂに貼り付けられる。支持板１２は、例えばガラスにより構成されている。接着剤１１は、例えばシリコン系接着剤であり、半導体基板２を支持板１２に接着する機能に加えて、半導体基板２の第２表面２ｂに形成された主要構造６を保護する機能も有している。したがって、ここでは、接着剤１１の厚さが主要構造６の厚さよりも厚くなるように、接着剤１１が塗布される。その後、図３に示すように、必要に応じて、半導体基板２の第１表面２ａを研削砥石３１により研削する。これにより、半導体基板２が薄板化される。

（クラック形成工程）
次に、図４に示すクラック形成工程を実施する。クラック形成工程では、支持板１２に貼り付けられた半導体基板２の第１表面２ａに対して、スクライビングホイール３２を押し当てることにより、半導体基板２にクラック５を伴うスクライブラインを形成する。スクライビングホイール３２は、円板状（円環状）の部材であり、支持装置（不図示）に回転可能に軸支されている。ここでは、スクライビングホイール３２を半導体基板２の第１表面２ａに押し当てながら、分割予定線４に沿って移動（走査）させる。スクライビングホイール３２は、分割予定線４に沿って移動する際に、路面上を転がるタイヤのように半導体基板２の第１表面２ａ上を転がる（転動する）。スクライビングホイール３２は、周縁部分が鋭くなっており、半導体基板２の第１表面２ａに分割予定線４に沿って、半導体基板２が塑性変形したライン（スクライブライン）を形成する。本実施例では、約２．０Ｎの荷重でスクライビングホイール３２が、第１表面２ａに押し当てられる。図５に示すように、第１表面２ａがスクライビングホイール３２により押圧されると、半導体基板２の内部には、第１表面２ａの表層の領域Ｒに圧縮応力が生じる。圧縮応力は、矢印２０に示すように、スクライビングホイール３２による押圧箇所（スクライビングホイール３２の周縁部と第１表面２ａの接触箇所）を起点として等方的に生じる。スクライビングホイール３２による押圧箇所にはスクライブラインが形成される一方で、圧縮応力が生じた領域の直下では、半導体基板２の内部に引張応力が生じる。引張応力は、矢印２２に示すように、圧縮応力が生じる領域の直下において、半導体基板２の第１表面２ａに沿って、分割予定線４から離れる方向に生じる。この引張応力により、半導体基板２の内部に、半導体基板２の厚み方向に延びるクラック５が形成される。ここでは、スクライビングホイール３２を、第１表面２ａに押し当てながら、分割予定線４に沿って移動させることにより、隣り合う素子領域３の境界に沿うとともに、半導体基板２の厚み方向に延びるように、クラック５が形成される。クラック５は、半導体基板２の第１表面２ａの表層近傍に形成される。一般に、圧縮応力はクラックの形成及び伸展を抑制するため、クラック５は、半導体基板２の第１表面２ａのスクライビングホイール３２による押圧箇所の圧縮応力が生じた領域の外側から、圧縮応力が生じた領域の直下の引張応力が生じた領域に延びるように形成される。スクライビングホイール３２が「押圧部材」の一例である。

図６は、スクライビングホイール３２によりクラック５を形成した後の半導体基板２の断面の走査電子顕微鏡画像である。図６（ａ）は、半導体基板２の第１表面２ａ近傍の断面を斜め上から見た図であり、図６（ｂ）は、半導体基板２の第１表面２ａ近傍の断面図である。図６に示すように、分割予定線４に沿ってスクライビングホイール３２を押し当てることにより、半導体基板２の第１表面２ａ側に、素子領域３の境界に沿ってクラック５が形成されていることがわかる。また、図６（ａ）に示すように、半導体基板２の第１表面２ａには、スクライビングホイール３２による半導体基板２の塑性変形によりスクライブラインが僅かに凹んで観察される。図６において、半導体基板２の厚み方向におけるクラック５の深さは、約６μｍである。

（金属膜形成工程）
次に、図７に示す金属膜形成工程を実施する。金属膜形成工程では、半導体基板２の第１表面２ａに金属膜８を形成する。金属膜８を構成する材料は特に限定されないが、例えば、チタン、ニッケル及び金を積層した多層膜である。金属膜８は、第１表面２ａの略全域を覆うように形成される。すなわち、金属膜８は、複数の素子領域３に跨るように第１表面２ａ上に形成される。金属膜８は、完成した半導体装置の電極として機能する。

（ダイシングテープ貼り付け工程）
次に、図８に示すダイシングテープ貼り付け工程を実施する。ダイシングテープ貼り付け工程では、金属膜８の表面にダイシングテープ１３を貼り付ける。ダイシングテープ１３は、金属膜８の略全域を覆うように貼り付けられる。ダイシングテープ１３は、ダイシングフレーム（不図示）に固定される。なお、図８以降は、第２表面２ｂを上にして半導体基板２が描かれていることに留意されたい。

（支持板剥離工程）
次に、図９に示す支持板剥離工程を実施する。支持板剥離工程では、支持板１２及び接着剤１１を半導体基板２の第２表面２ｂから剥離する。ここでは、例えば、接着剤１１を溶剤によって溶解することにより、第２表面２ｂから接着剤１１とともに支持板１２を剥離する。これにより、半導体基板２は、ダイシングテープ１３により支持された状態となる。

（保護部材被覆工程）
次に、図１０に示す保護部材被覆工程を実施する。保護部材被覆工程では、半導体基板２の各素子領域３の各主要構造６の表面に跨るように保護部材１５を貼り付けることによって、半導体基板２の第２表面２ｂを保護部材１５によって被覆する。保護部材１５の材料は特に限定されないが、例えば、樹脂等を用いることができる。保護部材１５を被覆することにより、後の分割工程等において、半導体基板２の第２表面２ｂが保護される。

（分割工程）
次に、図１１に示す分割工程を実施する。分割工程では、分割予定線４（クラック形成工程で形成されたクラック５）に沿ってブレイクプレート３３を押し当て、分割予定線４に沿って（素子領域３の境界に沿って）半導体基板２を分割する。ここでは、まず、半導体基板２を２つの支持台３４上に載置する。２つの支持台３４は、間隔を空けて配置されている。半導体基板２を支持台３４に載置するときには、分割すべき位置（ブレイクプレート３３を押し当てる位置）の下方に当該間隔が位置するように、半導体基板２が載置される。その後、保護部材１５を介して半導体基板２の第２表面２ｂにブレイクプレート３３を押し当てる。ブレイクプレート３３は、板状の部材であり、下端（第２表面２ｂに押し当てられる端縁）部分が稜線状（鋭い刃状）になっているが、半導体基板２を切削することなく、押し付けられるだけである。

ブレイクプレート３３の下方には支持台３４が存在しない（２つの支持台３４の間隔が位置している）ので、ブレイクプレート３３を第２表面２ｂに押し当てると、２つの支持台３４の間隔内に入り込むように、半導体基板２が撓む。ここで、クラック５は、半導体基板２の第１表面２ａ側に形成されている。このため、半導体基板２に第２表面２ｂ側からブレイクプレート３３を押し当てると、押し当てられた部分（ライン）を軸として半導体基板２が撓み、第１表面２ａ側ではクラック５に対して分割位置に隣接する２つの素子領域３を引き離す方向に力が加わる。また、上述したように、クラック５の周囲には引張応力が印加されている。このため、第２表面２ｂにブレイクプレート３３を押し当てると、クラック５が半導体基板２の厚み方向に伸展し、半導体基板２が分割予定線４に沿って分割される。また、金属膜８は、半導体基板２の第１表面２ａ上に形成されているので、金属膜８に対しても分割位置に隣接する２つの素子領域３を引き離す方向に力が加わり、金属膜８が引き離されるように変形して分割される。なお、２つの支持台３４に代えて半導体基板２の第１表面２ａの全体を１つの弾性支持板（又は１つの弾性支持板を介して１つ又は複数の支持台）で支持してもよい。この場合、ブレイクプレート３３の下方に弾性支持板が存在するが、半導体基板２が撓むと半導体基板２の撓みに応じて弾性支持板が変形するので、ブレイクプレート３３を第２表面２ｂに押し当てると、２つの支持台３４により支持する場合（ブレイクプレート３３の下方に支持台３４が存在しない場合）と同様に、クラック５に対して分割位置に隣接する２つの素子領域３を引き離す方向に力が加わることとなる。ブレイクプレート３３は、「分割部材」の一例である。

分割工程では、上述のブレイクプレート３３を第２表面２ｂに押し当てる工程を、各分割予定線４に沿って繰り返し実施する。これにより、半導体基板２と金属膜８を各素子領域３の境界に沿って分割することができる。その後、図１２に示すように、個片化された素子領域３及び金属膜８をダイシングテープ１３から剥離する。個片化された素子領域３及び金属膜８をダイシングテープ１３から剥離する際にはダイシングテープ１３を拡張（エキスパンド）して個片化された素子領域３及び金属膜８を相互に離隔させた状態で剥離することができる。これにより、金属膜８（電極）が表面に形成された複数の半導体装置が完成する。

上述したように、本実施例では、まず、半導体基板２の第１表面２ａにスクライビングホイール３２を押し当てることにより、半導体基板２の第１表面２ａ側にクラック５を形成する。クラック５は、半導体基板２の第１表面２ａ側に形成されるので、ブレイクプレート３３を第２表面２ｂ側から押し当てると、クラック５に沿って半導体基板２が撓む。このため、クラック５に沿って第１表面２ａ側から半導体基板２を折り広げる方向に力が加わる。その結果、クラック５が半導体基板２の厚み方向に伸展し、素子領域３の境界に沿って半導体基板２を容易に分割することができる。また、金属膜８は、半導体基板２の第１表面２ａ上に形成されているので、金属膜８に対しても、クラック５の両側において金属膜８を引き離す方向に力が加わり、金属膜８が変形し、金属膜８を容易に分割することができる。このように、本実施例では、半導体基板２に対して、スクライビングホイール３２及びブレイクプレート３３を押し当てるという簡易な工程により、金属膜８を半導体基板２とともに分割することができる。

また、本実施例では、第１表面２ａに金属膜８を形成する前に、半導体基板２の内部の第１表面２ａ側に予めクラック５を形成するので、第２表面２ｂ側からブレイクプレート３３を押し当てるという一度の工程で、半導体基板２と金属膜８をともに分割することができる。なお、本実施例では、金属膜８を第１表面２ａ上に形成する前に、半導体基板２の第１表面２ａ側にクラック５を形成する。このため、第１表面２ａに対して、金属膜８を介してスクライビングホイール３２を押し当ててクラック５を形成する場合と比較して、低い荷重でクラック５を形成することができるので、半導体基板２へのダメージを軽減することができる。また、半導体基板２の第２表面２ｂに対してスクライビングホイールを押し当ててクラックを形成する場合と比較して、第２表面２ｂ上の素子領域同士の境界部分（得られる半導体装置の周辺部分）へのダメージを軽減することができる。

また、本実施例では、半導体基板２にガラスにより構成された支持板１２を貼り付けた状態で、半導体基板２の第１表面側にクラック５を形成する。支持板１２が比較的硬い材料で構成されているので、半導体基板２にスクライビングホイール３２を押し当てるときに、比較的低い荷重で半導体基板２の第１表面側にクラック５を形成することができる。

また、本実施例では、ダイシングテープ１３を貼り付けた状態で、半導体基板２と金属膜８を分割する。半導体基板２（金属膜８）がダイシングテープ１３に固定されているので、半導体基板２にブレイクプレート３３を押し当てるときに、半導体基板２の位置ずれを抑制することができ、得られる半導体装置が散乱することを防止することができる。

また、本実施例では、第２表面２ｂが保護部材１５により被覆された状態でブレイクプレート３３を半導体基板２に押し当てる。第２表面２ｂが保護部材１５により保護されるので、ブレイクプレート３３により第２表面２ｂが損傷することを防止することができる。

なお、上述した実施例において、支持板貼り付け工程、ダイシングテープ貼り付け工程、及び保護部材被覆工程は実施されなくてもよい。

以下に、本明細書に開示の製造方法の構成を列記する。
（構成１）
半導体装置の製造方法であって、
複数の素子領域を有する半導体基板の第１表面に、前記素子領域の境界に沿って押圧部材を押し当てることにより、前記半導体基板に、前記境界に沿うとともに前記半導体基板の厚み方向に延びるクラックを形成する工程と、
前記クラックを形成する前記工程の後に、前記第１表面に前記複数の素子領域に跨る金属膜を形成する工程と、
前記金属膜を形成する前記工程の後に、前記第１表面の裏側に位置する第２表面側から前記境界に沿って前記半導体基板に分割部材を押し当てることにより、前記境界に沿って前記半導体基板と前記金属膜を分割する工程、
を備える、製造方法。
（構成２）
前記押圧部材がスクライビングホイールであり、
前記押圧部材を押し当てることが、スクライビングホイールを転動させることであり、
前記クラックを形成する前記工程において、前記第１表面に、前記境界に沿って、前記半導体基板の前記厚み方向に延びる前記クラックを伴うスクライブラインが形成される、構成１に記載の製造方法。
（構成３）
前記クラックを形成する前記工程の前に、前記第２表面に対して支持板（１２）を貼り付ける工程と、
前記金属膜を形成する前記工程の後であって、前記分割する前記工程の前に、前記支持板を前記第２表面から剥離する工程、
をさらに備える、構成１又は２に記載の製造方法。
（構成４）
前記金属膜を形成する前記工程の後であって、前記剥離する前記工程の前に、前記金属膜の表面に対してダイシングテープ（１３）を貼り付ける工程、をさらに備える、構成３に記載の製造方法。
（構成５）
前記分割する前記工程の前に、前記第２表面を保護部材（１５）により被覆する工程、をさらに備え、
前記分割する前記工程では、前記保護部材を介して前記第２表面側から前記境界に沿って前記分割部材を押し当てる、構成１～４のいずれか一項に記載の製造方法。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、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、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わ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するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

２：半導体基板、２ａ：第１表面、２ｂ：第２表面、３：素子領域、４：分割予定線、５：クラック、６：主要構造、８：金属膜、１１：接着剤、１２：支持板、１３：ダイシングテープ、１５：保護部材、３２：スクライビングホイール、３３：ブレイクプレート

Claims (5)

1. 半導体装置の製造方法であって、
   複数の素子領域（３）を有する半導体基板（２）の第１表面（２ａ）に、前記素子領域の境界（４）に沿って押圧部材（３２）を押し当てることにより、前記半導体基板に、前記境界に沿うとともに前記半導体基板の厚み方向に延びるクラック（５）を形成する工程と、
   前記クラックを形成する前記工程の後に、前記第１表面に前記複数の素子領域に跨る金属膜（８）を形成する工程と、
   前記金属膜を形成する前記工程の後に、前記第１表面の裏側に位置する第２表面（２ｂ）側から前記境界に沿って前記半導体基板に分割部材（３３）を押し当てることにより、前記境界に沿って前記半導体基板と前記金属膜を分割する工程、
   を備える、製造方法。
2. 前記押圧部材がスクライビングホイールであり、
   前記押圧部材を押し当てることが、スクライビングホイールを転動させることであり、
   前記クラックを形成する前記工程において、前記第１表面に、前記境界に沿って、前記半導体基板の前記厚み方向に延びる前記クラックを伴うスクライブラインが形成される、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記クラックを形成する前記工程の前に、前記第２表面に対して支持板（１２）を貼り付ける工程と、
   前記金属膜を形成する前記工程の後であって、前記分割する前記工程の前に、前記支持板を前記第２表面から剥離する工程、
   をさらに備える、請求項１に記載の製造方法。
4. 前記金属膜を形成する前記工程の後であって、前記剥離する前記工程の前に、前記金属膜の表面に対してダイシングテープ（１３）を貼り付ける工程、をさらに備える、請求項３に記載の製造方法。
5. 前記分割する前記工程の前に、前記第２表面を保護部材（１５）により被覆する工程、をさらに備え、
   前記分割する前記工程では、前記保護部材を介して前記第２表面側から前記境界に沿って前記分割部材を押し当てる、請求項１～４のいずれか一項に記載の製造方法。
   

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