JP4288570B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バックラップで薄くした半導体ウエハを用いて形成される半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハに形成された半導体チップ領域を分離する分離溝をオリエンテーションフラット近傍を除いて形成することでＳＯＩ構造の割れを防止することが知られている（例えば、特許文献１など）。
また、半導体チップの縦寸法と横寸法が異なる矩形の半導体チップを半導体ウエハから分割して形成するときに、結晶方位＜０１−１＞方向と平行方向に、半導体素子部の短辺が沿うように整列配置し、半導体素子部の短辺に沿った分割領域の幅が半導体素子部の長辺に沿った分割領域より狭くなるように形成することで、半導体チップの機械的強度を高める方法が知られている（例えば、特許文献２など）。
【０００３】
半導体ウエハを薄膜化して形成するＦＳ（フィールドストップ）−ＩＧＢＴなどでは、製造工程中にオリエンテーションフラット（以下、ＯＦという）部からウエハに割れが発生し、製造工程での割れ不良率が増大する。
図４は、従来の半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）から同図（ｃ）は工程順に示した要部工程断面図である。ここではＦＳ−ＩＧＢＴを例として挙げる。
ウエハ１ａに多数のＩＧＢＴチップ領域（チップ領域２）とスクライブライン６が形成される。チップ領域２はＩＧＢＴセル領域と耐圧構造で構成される。セル領域の表面構造は、ウエル領域２１、エミッタ領域２２、ゲート酸化膜２３、ポリシリコンで形成されるゲート電極２５、熱酸化膜で形成される層間絶縁膜２７、アルミ・シリコンで形成されるエミッタ電極２８で構成される。耐圧構造はフィールド酸化膜２４、ポリシリコン膜で形成されるフィールドプレート２６、熱酸化膜で形成される層間絶縁膜２７、アルミ・シリコン膜で形成される金属膜２９で構成される。この金属膜２９はエミッタ電極２８とは分離されているが、エミッタ電極２８を形成する金属膜と同一である。スクライブライン６部のウエハ１ａにはウエル領域２１（前記のセルを構成するウエル領域２１と同時に形成される）が形成され、その上にイオン注入時の表面荒れを防止するスクリーン酸化膜１４と熱酸化膜１１が形成される。この熱酸化膜１１は前記の層間絶縁膜２７を形成する熱酸化膜と同時に形成されるが、その後の工程で表面は削られて熱酸化膜１１の膜厚は層間絶縁膜２７の膜厚より薄くなる。
【０００４】
シリコン表面からエミッタ電極２８の表面（または金属膜２９の表面）までの距離（チップ領域上の表面高さ１２）は６μｍ程度である。また、スクライブライン６部のシリコン表面から層間絶縁膜２７表面までの距離（スクライブライン上の表面高さ４３）は１μｍ程度である。つまり、段差４０は５μｍ程度形成されることになる（同図（ａ））。
つぎに、ウエハ１ａの裏面をバックラップ（研削研磨）し、１４０μｍ以下のの厚みのウエハ１とする（同図（ｂ））。
つぎに、ウエハ１の裏面に不純物をイオン注入し、熱処理してコレクタ領域３０を形成する。続いて、エミッタ電極２８上と金属膜２９上と層間絶縁膜２７上にポリイミドのパッシベーション膜３２を形成し、その後、コレクタ領域３０上にコレクタ電極３１を形成する。この段階でシリコン表面からパッシベーション膜３２の表面までの距離４４は２０μｍ程度である。また、前記したようにスクライブライン６部のシリコン表面から熱酸化膜１１の表面までの距離４３は１μｍ程度である。つまり、この段階で、スクライブライン６部での段差４２は１９μｍ程度となる（同図（ｃ））。
【０００５】
つぎに、図示しないが、スクライブライン６に沿って、ウエハ１を切断してチップ領域２を分離してＩＧＢＴチップとし、このＩＧＢＴチップをパッケージに組み込んでＦＳ−ＩＧＢＴが出来上がる。
図５は、ウエハ上にチップを配置した要部平面図である。この図は、前記図４（ａ）の工程が終了したウエハ１の平面図を示す。ウエハ１の下側の直線部は結晶方位を定める目印となるオリエンテーションフラット（ＯＦ）を示す。また円周部５の幅５ａ上には薄いスクリーン酸化膜が被覆している。スクライブライン６はＯＦ部３に平行に走る線と垂直に走る線で構成され、このスクライブライン６で囲まれた領域がチップ領域２となり、このスクライブライン６を切断することでＩＧＢＴチップが形成される。
【０００６】
チップ領域２の表面は、図示しないスクリーン酸化膜やフィールド酸化膜などの絶縁膜、ポリシリコン膜、層間絶縁膜となる熱酸化膜、金属膜を積層した積層膜が被覆されている。尚、図４（ｃ）の工程を終了したウエハでは金属膜上のポリイミドなどのパッシベーション膜が前記の積層膜に加わる。
前記の表面構造や積層膜の形成に当たっては、フォトリソグラフィー工程が欠かせない。このフォトリソグラフィー工程では縮小投影型露光装置が通常用いられる。
この縮小投影型露光装置は、図５のようなチップ領域２の配置に対して数チップ領域（例えば、図６、図７で示す９個のチップ領域）を一括しワンショットパターンで露光し、隣の位置にワンショットパターン７を移動させ露光し、さらに、隣の位置にワンショットパターン７を移動させ露光することを繰り返す。
【０００７】
このとき、本来はウエハ１上に９個のチップ領域２がすべて配置されるようにワンショットパターン７をレイアウトを決めればよいわけであるが、そうすると無駄スペースが発生してしまう。そのため、９個のチップ領域２のうち１個でもウエハ１に配置できれば、残り８個のチップ領域２がウエハ１の有効利用領域から一部または全部はみ出すようなワンショットパターン７の配置をして露光し、１枚のウエハからのチップの取れ数を増大させることが行われている。つぎにこの具体例を示す。
図６、図７のように縮小型投影露光装置を用いて９個のチップ領域２を一括露光できるワンショットパターン７でレイアウトする場合、図６のように、ワンショットパターン７の一部のチップ領域２がＯＦ部３をはみ出して配置され、そのためウエハ１上ではＯＦ部３の側面でチップ領域２の断面が露出する場合がある。また、図７のように、ＯＦ線４からスクライブラインの最下端６ａまでの距離Ｘが短く配置される場合がある。
【０００８】
図６、図７の場合、ＯＦ部３近傍の領域では、チップ領域の表面高さよりスクライブライン６の表面高さが低くなり、段差４１が生じる。
通常、各チップ領域２間は数１０μｍ幅のスクライブライン６により分離されているが、このスクライブライン６上に形成されたスクリーン酸化膜１４、熱酸化膜１１、ポリシリコン膜、金属膜（図４（ｃ）工程終了段階ではパッシベーション膜が加わる）などを積層した積層膜１２は、レジストパターンによってエッチング除去され、スクライブライン上の表面にはスクリーン酸化膜１４と熱酸化膜１１が残る。そのため、図６の場合はＯＦ部３近傍ではＯＦ線４に垂直に走るスクライブライン６上の熱酸化膜１１の表面とチップ領域２上の積層膜１２の表面には段差４１が生じる。図７の場合はＯＦ部３近傍ではＯＦ線４に平行に走るスクライブライン６上の熱酸化膜１１の表面とチップ領域２上の積層膜１２の表面には段差４１が生じる。
【０００９】
尚、図５のＯＦ部３以外のウエハの円周部５において、４ｍｍ程度の幅５ａで、レジスト塗布コーターに備えられた有機溶剤等を利用したエッジリンス機能によりレジストが除去され、シリコン上には０．１μｍ程度のスクリーン酸化膜が被覆しているだけなので、ウエハの円周部５は平坦になっている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７─７４２３６号公報 図１
【特許文献２】
特開２００２−２４６３３４号公報 図１
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ウエハの機械的強度は、図８に示すように１４０μｍの厚さより薄くすると、著しく低下する。この機械的強度の低下により薄膜化されたウエハでは各種工程で僅かな衝撃がウエハに加わってもウエハ割れが発生する。特に、ＯＦ線に垂直な方向は結晶学的に割れやすく、さらにＯＦ線に垂直な方向には前記のスクライブラインが形成されＯＦ部近傍に段差が生じており、この段差のある箇所には応力が集中するため一層割れやすくなる。つまり、ウエハの厚みが１４０μｍ以下となり、ＯＦ部近傍に段差がある場合にはウエハ割れが極めて発生しやすくなり、ウエハの割れ不良率が増大する。
【００１２】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、１４０μｍ以下の厚さの半導体ウエハにおいて、ウエハの割れ不良率の低減を図ることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、オリエンテーションフラットと、半導体チップ領域を分離するスクライブラインとを有し、裏面より薄膜化される半導体ウエハを用いて形成する半導体装置の製造方法において、オリエンテーションフラットの端部から２ｍｍ以上の範囲にある表面部では、前記半導体チップ領域に形成する金属膜と同じく形成される金属膜を除去し、平坦なスクリーン酸化膜を残すものとする。
また、前記半導体ウエハの厚さを、前記薄膜化処理工程で１４０μｍ以下とする。
また、半導体チップ上の第１被覆膜の表面高さよりスクライブライン上の第２被覆膜の表面高さを低くする。
【００１４】
また、前記第１被覆膜が、熱酸化膜、層間絶縁膜、金属膜を積層した膜であり、第２被覆膜が前記熱酸化膜もしくは該熱酸化膜と前記層間絶縁膜を積層した膜であるとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の参考例の半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）はウエハの要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＦ部の要部斜視断面図である。製造工程は図４と同じであり、ここに示した図は図４（ａ）に相当する工程での要部製造工程図である。図の符号は図５、図６、図７と同一部位では同一とした。図１（ａ）は、ウエハ１の平面図とワンショットパターンを重ね合わせた図を示す。
図４（ａ）に相当する工程での露光において、ＯＦ部３近傍への露光は、図１（ａ）のようにＯＦ線４からのスクライブラインの最下端までの距離をＡとしたとき、Ａを２ｍｍ以上にしてワンショットパターン７を配置する。
【００１６】
この場合、Ａの領域は露光されないため、パターンが形成されず、図１（ｂ）に示すように、Ａ部の表面は金属膜１３の表面となり平坦となる。そして、図４（ｃ）に相当する工程での露光においてもＯＦ部３近傍への露光は行なわないので、図示しないパッシベーション膜の表面は平坦となる。また、ウエハ１の円周部５は、前記の図５と同じであり、０．１μｍ程度のスクリーン酸化膜１４が４ｍｍ程度の幅５ａで被覆され平坦化されている。
前記のように、ＯＦ線４から２ｍｍ以上までの範囲の領域上（金属膜１３上または図示しないパッシベーション膜上）の表面を平坦化することで、後述の図３で説明するように、ウエハ１を１４０μｍ以下に薄膜化した後の工程でウエハの割れ不良率を減少させることができる。
【００１７】
図２は、この発明の実施例の半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）はウエハの要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＧ部の要部斜視断面図である。図１との違いは、ワンショットパターン７のスクライブラインの最下端６ａの位置と無関係にＯＦ線４から任意の距離の範囲（点線１５で示す範囲：距離Ｃ）を平坦化できる点である。
ＯＦ線４からの任意の距離をＢとしたとき、Ｂを２ｍｍ以上にしてワンショットパターン７を配置する。距離Ｂが２ｍｍ以上までの領域を周辺露光機やダミー露光などを利用して、この領域（除去領域８）上の積層膜１２のスクリーン酸化膜１４を残して除去し、ＯＦ部３以外のウエハの周辺部５と同じにして表面を平坦化する。
【００１８】
このように、ＯＦ線４から２ｍｍ以上までの範囲の領域上の表面を平坦化することで、図１と同様の効果が得られる。また、図２では、距離Ｂをスクライブラインと関係なく定めることができるため、ワンショットパターン７の配置に自由度が出てきて、チップの取れ数において図１より有利になる。
図３は、ＯＦ線からスクライブラインの最下端までの距離とウエハの割れ不良率の相関を示す図である。ウエハ厚が１４０μｍの図１の場合である。
ＯＦ線４からのスクライブラインの最下端６ａまでの距離Ａが短い程、ウエハの割れ不良率に及ぼす影響は大きくなる。Ａを２ｍｍにしたときウエハの割れ不良率が小さな値となり、これ以上、Ａを大きくしても割れ不良率は殆ど変化しない。そのため、ＯＦ線４からのスクライブラインの最下端６ａまでの距離Ａを２ｍｍ以上とすることでウエハの割れ不良率を低減することができる。この関係は図２の場合も同様である。また、ウエハ厚みが１４０μｍ以下となった場合、不良率は厚みが１４０μｍのウエハより増大するものの、図３のような相関は変わらず、Ａを２ｍｍとしたときウエハの割れ不良率が小さな値となり、これ以上Ａを大きくしても割れ不良率は殆ど変化しない。
【００１９】
このことから、ウエハの厚みが１４０μｍ以下の場合、ＯＦ線４から２ｍｍ以上までの範囲の領域上の表面部を平坦化することで、ウエハの割れ不良率の低減を図ることができる。すなわち、ウエハの薄膜化処理の後においても、前記表面部を平坦とすることで、ウエハの薄膜化処理工程後の処理工程でＯＦ部からわれることが減少した。
【００２０】
【発明の効果】
この発明によれば、１４０μｍ以下の薄いウエハで、ＯＦ線から２ｍｍ以上までの範囲の領域上の表面部を平坦化して処理することにより、ウエハを薄膜化した後の工程でのウエハの割れ不良率を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の参考例の半導体装置の製造方法であり、（ａ）はウエハの要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ部の要部斜視断面図
【図２】 この発明の実施例の半導体装置の製造方法であり、（ａ）はウエハの要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ部の要部斜視断面図
【図３】 ＯＦ線からスクライブラインの最下端までの距離とウエハの割れ不良率の相関を示す図
【図４】 従来の半導体装置の製造方法であり、（ａ）から（ｃ）は工程順に示した要部工程断面図
【図５】 ウエハ上にチップを配置した要部平面図
【図６】 従来の半導体装置の製造方法であり、（ａ）はウエハの要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＨ部の要部斜視断面図
【図７】 従来の半導体装置の別の製造方法であり、（ａ）はウエハの要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＪ部の要部斜視断面図
【図８】 ウエハの厚さと破壊強度の相関を示す図

Claims (5)

1. オリエンテーションフラットと、半導体チップ領域を分離するスクライブラインとを有し、裏面より薄膜化される半導体ウエハを用いて形成する半導体装置の製造方法において、
   オリエンテーションフラットの端部から２ｍｍ以上の範囲にある表面部では、前記半導体チップ領域に形成する金属膜と同じく形成される金属膜を除去し、平坦なスクリーン酸化膜を残すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記半導体ウエハの厚さを薄膜化処理工程で１４０μｍ以下とす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。
3. 半導体チップ領域上の被覆膜の表面高さよりスクライブライン上の被覆膜の表面高さが低い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。
4. 半導体ウエハの薄膜化前の処理工程で前記表面部が平坦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。
5. 半導体ウエハの薄膜化後の処理工程で前記表面部が平坦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。

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