JP4424302B2 - 半導体チップの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体基板をその厚さ方向に分割して半導体チップを製造する方法に関する。

従来から、半導体チップの製造では、分割する予定のラインに加工が施されてシートに接着されている半導体基板を、そのシートを引き伸ばして拡大し、半導体基板の面方向に応力を負荷することにより半導体チップに分割する半導体チップの製造方法が使用されている。
分割する予定のラインの加工方法として、近年では、レーザ光を用いた加工方法（レーザダイシング）の検討や研究が進められており、例えば、下記特許文献１にレーザによる半導体基板の加工技術が開示されている。図６は、レーザ光を用いたダイシング工程を示す説明図である。図６（Ａ）はレーザ光の照射による改質領域形成工程の説明図であり、図６（Ｂ）は半導体基板の分割工程の説明図である。
図６（Ａ）に示すように、シリコン等の半導体からなり、基板面に半導体素子Ｄが形成された半導体基板Ｗを用意し、基板面の裏面を延伸性を有する樹脂製のシートＳに接着する。シートＳの半導体基板Ｗを接着する面には、紫外線硬化型接着剤などが塗布された接着層Ｂが全面に形成されており、半導体基板Ｗは裏面の全面が接着層Ｂに接着される。
レーザ光Ｌを照射するレーザヘッドＨは、レーザ光Ｌを集光する集光レンズＣＶを備えており、レーザ光Ｌを所定の焦点距離で集光させる。改質領域形成工程では、レーザ光Ｌの集光点Ｐが半導体基板Ｗの表面から深さｄの箇所に形成されるように設定したレーザ光照射条件で、半導体基板Ｗを分割する分割予定ラインＤＬ上に沿って（図中手前方向）レーザヘッドＨを移動させ、レーザ光Ｌを半導体基板Ｗの表面から照射する。これにより、レーザ光Ｌの集光点Ｐが走査された深さｄの経路には、多光子吸収による改質領域Ｋが形成される。
改質領域Ｋは、分割予定ラインＤＬに沿って集光点Ｐの深さｄを調整し、半導体基板Ｗの厚さ方向へ集光点Ｐを移動させることにより、半導体基板Ｗの厚さの範囲内で任意の深さの複数箇所に形成することができる。
ここで、多光子吸収とは、物質が複数個の同種もしくは異種の光子を吸収することをいう。その多光子吸収により、半導体基板Ｗの集光点Ｐおよびその近傍では、光学的損傷という現象が発生し、これにより熱ひずみが誘起され、その部分にクラックが発生し、そのクラックが集合した層、つまり改質領域Ｋが形成される。
続いて、図６（Ｂ）に示すように、半導体基板Ｗの面内方向（図中矢印Ｆ１、Ｆ２で示す方向）に応力を負荷することにより、改質領域Ｋを起点にして、基板厚さ方向にクラックを進展させて、半導体基板Ｗを分割予定ラインＤＬに沿って分割し、半導体チップＣを得る。
特開２００５−１００１号公報

しかし、従来の方法では、改質領域ＫをシートＳとの接着面である裏面近傍に導入するときに、レーザ光Ｌが半導体基板Ｗを透過し、その集光点Ｐが接着層ＢやシートＳの内部に合った場合、それらが熱影響により変質するおそれがあった。接着層ＢやシートＳの変質した部分は、延伸性を失い脆くなるため、半導体基板Ｗの分割時に粉末として飛散し、半導体素子Ｄに付着するおそれがあった。
また、上記の現象を避けるために、半導体基板Ｗの裏面近傍にレーザ光Ｌを照射しないようにすると、分割の起点となる裏面近傍を狙って十分な量の改質領域Ｋが形成することができないため、分割するために大きな力が必要となり、半導体基板Ｗの割り残しの原因になるという問題があった。

そこで、この発明は、分割予定ラインに照射されるレーザ光が半導体基板を透過してシート、または、接着層に集光されることによりシート、または、接着層が変質することを防止し、かつ、半導体基板内のシートとの接着面近傍を狙って、半導体基板の分割のために十分な量の改質領域Ｋを形成することができる半導体チップの製造方法を実現することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一方の基板面にシートの接着面が接着された半導体基板を用意し、この半導体基板をその厚さ方向に分割するための分割予定ラインに沿って、レーザ光を前記半導体基板に対して相対移動させながら、前記半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、前記集光点に多光子吸収による改質領域を形成する改質領域形成工程と、この改質領域形成工程を経た前記半導体基板を、前記シートを拡張することにより、前記改質領域を起点にして、前記分割予定ラインに沿って厚さ方向に分割して半導体チップを得る分割工程と、を備えた半導体チップの製造方法において、前記基板面の少なくとも前記分割予定ライン上に、前記レーザ光を反射する反射材が形成されており、前記改質領域形成工程において、前記半導体基板内に照射された前記レーザ光を前記基板面に形成した前記反射材により反射させて、反射した前記レーザ光の集光点を前記半導体基板内部で合わせることにより、前記改質領域を形成する、という技術的手段を用いる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体チップの製造方法において、前記反射材が金属膜で形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の半導体チップの製造方法において、前記金属膜が主にアルミニウムにより形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、半導体基板の基板面のうち、シートの接着面が接着された基板面の少なくとも分割予定ライン上に、改質領域を形成するためのレーザ光を反射する反射材が形成されているため、レーザ光が半導体基板を透過して、シートに集光点が合うことを防止できる。
また、半導体基板の接着面近傍にレーザ光を照射しても、レーザ光が半導体基板を透過して、シートに照射されるおそれがないので、分割の起点となる接着面近傍を狙って十分な量の改質領域を形成することができる。
つまり、分割予定ラインに照射されるレーザ光が半導体基板を透過してシートに集光されることによりシートが変質することを防止し、かつ、シートの接着面が接着された基板面近傍を狙って、半導体基板の分割のために十分な量の改質領域を形成することができる半導体チップの製造方法を実現することができる。
また、改質領域形成工程において、半導体基板内に照射されたレーザ光を基板面に形成した反射材により反射させて、反射したレーザ光の集光点を半導体基板内部で合わせることにより、改質領域を形成するため、反射したレーザ光のエネルギーを有効に利用して、効率よく改質領域を形成することができる。

請求項２に記載の発明によれば、反射材が金属膜で形成されているため、レーザ光の反射効率が高いので、レーザ光が半導体基板を透過してシートに集光されることを確実に防止することができる。

特に請求項３に記載の発明のように、金属膜が主にアルミニウムにより形成されている場合には、成膜が容易であるとともに、半導体基板への密着力が高く、更にレーザ光の反射効率が高いため、レーザ光が半導体基板を透過してシートに集光されることを確実に防止することができる。

〈第１実施形態〉
この発明に係る半導体チップの製造方法の第１実施形態について、図を参照して説明する。図１は、半導体基板の構成を示す説明図である。図１（Ａ）は、半導体基板の平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の１Ａ−１Ａ矢視断面図である。図２は、半導体基板にレーザ光の照射を行う方法を示す説明図である。図３は、半導体基板に形成されたアルミニウム膜によりレーザ光が反射される様子の模式図である。
なお、いずれの図においても、説明のために一部を拡大して誇張して示している。

（半導体基板の構造）
図１（Ａ）に示すように、シリコンからなる薄板円盤形状の半導体基板２１を用意する。半導体基板２１は、基板面２１ａの裏面２１ｂ（図１（Ｂ））が、接着剤などにより全面に接着層５２（図１（Ｂ））が形成されている延伸性を有する樹脂製のシート４１に接着されている。シート４１は、シート４１が張った状態になるようにその外周部が円環状のフレーム４２により保持されている。
半導体基板２１の外周の一部には、結晶方位を示すオリエンテーションフラットＯＦが形成されている。半導体基板２１の基板面２１ａには、拡散工程等を経て形成された半導体素子２４が碁盤の目のように整列配置されている。
各半導体素子２４間の基板面２１ａには、半導体基板２１を厚さ方向に分割する予定のラインである分割予定ラインＤＬ１〜ＤＬ１４が、裏面２１ｂに向かって半導体基板２１の厚さ方向に設定されている。分割予定ラインＤＬ１〜ＤＬ７は、オリエンテーションフラットＯＦに略垂直方向に設けられ、それぞれが相互に平行になるように設定されている。分割予定ラインＤＬ８〜ＤＬ１４は、オリエンテーションフラットＯＦに略平行方向に設けられ、それぞれが相互に平行になるように設定されている。つまり、分割予定ラインＤＬ１〜ＤＬ７と分割予定ラインＤＬ８〜ＤＬ１４とは相互に垂直に交差している。

各半導体素子２４は、その周囲の４辺を分割予定ラインＤＬにより囲まれている。半導体基板２１は、分割予定ラインＤＬに沿って厚さ方向に分割され、半導体素子２４を有する複数の半導体チップ２２が得られる。
半導体基板２１の裏面２１ｂには、スパッタ法により、全面に厚さが数μｍのアルミニウム膜２５が形成されている（図１（Ｂ））。アルミニウム膜２５は成膜が容易であるとともに、半導体基板２１への密着力及びレーザ光の反射効率が高い。また、アルミニウム膜２５はドライプロセスであるスパッタ法により形成されているため、成膜プロセスにおいて半導体素子２４が影響を受けるおそれがない。

なお、以下の説明において、半導体基板２１から分割されておらず、本来、分割された後に半導体チップとなる部分についても半導体チップと呼ぶ。これらの半導体チップ２２は、ダイシング工程により分割予定ラインＤＬに沿って厚さ方向にそれぞれ分割された後、マウント工程、ボンディング工程、封入工程等といった各工程を経ることによってパッケージされたＩＣやＬＳＩとして完成する。

図１（Ｂ）に示すように、半導体基板２１の１Ａ−１Ａライン上には、６つの半導体チップ２２ａ〜２２ｆが形成されている。半導体基板２１は、アルミニウム膜２５を介して裏面２１ｂが接着層５２に接着されており、半導体基板２１側からアルミニウム膜２５、接着層５２、シート４１の順で配置されている。
これらの半導体チップ２２ａ〜２２ｆを分割するために、７本の分割予定ラインＤＬ１〜ＤＬ７及び図１（Ｂ）では図示されていない分割予定ラインＤＬ１１、ＤＬ１２（図１（Ａ））が設定されている。分割予定ラインＤＬ１〜ＤＬ７、ＤＬ１１、ＤＬ１２には、分割の起点となる改質領域Ｋ（図２）が後述する方法により半導体基板２１の厚さ方向に形成される。

（レーザ光の照射）
図２に示すように、半導体チップの製造装置１には、レーザ光Ｌを照射するレーザヘッド３１が設けられている。レーザヘッド３１は、レーザ光Ｌを集光する集光レンズ３２を備えており、レーザ光Ｌを所定の焦点距離で集光させることができる。ここでは、レーザ光Ｌの集光点Ｐが半導体基板２１の基板面２１ａから深さｄの箇所に形成されるように設定されている。

半導体基板２１内部に改質領域Ｋを形成するためには、まず、図１（Ａ）に示す分割予定ラインＤＬの１つを半導体基板検出用のレーザ光で走査し、レーザ光Ｌの照射範囲を設定する。ここでは、分割予定ラインＤＬ４に改質領域Ｋを形成する場合について説明する。
続いて、図２に示すように、レーザヘッド３１を分割予定ラインＤＬ４に沿って走査し（図中Ｆ４方向）、レーザ光Ｌを基板面２１ａから照射することにより、レーザ光Ｌの集光点Ｐが走査された深さｄの経路に、多光子吸収による改質領域Ｋが適正に形成される。
ここで、レーザ光Ｌの集光点Ｐの深さｄを調整することにより、半導体基板２１の厚さの範囲内で任意の深さに任意の層数の改質領域Ｋを形成することができる。例えば、厚さが比較的厚い場合は、その厚さ方向へ集光点Ｐを移動させて、改質領域Ｋを分割予定ラインＤＬの厚さ方向に連続状、または複数箇所に形成することにより、半導体基板２１を確実に分割することができる。

図３に示すように、分割予定ラインＤＬ４上の半導体基板２１の裏面２１ｂ近傍に改質領域Ｋｓを形成する場合を例に挙げて説明する。レーザ光Ｌの集光点が改質領域Ｋｓを形成するために予定していた集光点Ｐａよりシート４１側にずれてしまい、シート４１内部の集光点Ｐｂに移動してしまう場合であっても、半導体基板２１の裏面２１ｂにはアルミニウム膜２５が形成されているため、レーザ光Ｌが集光する前に、アルミニウム膜２５により反射される。したがって、レーザ光Ｌが実際に集光点Ｐｂで集光することがないため、接着層５２やシート４１が熱影響により変質するおそれがない。
つまり、半導体基板２１の裏面２１ｂ近傍にレーザ光Ｌを照射しても、レーザ光Ｌが半導体基板２１を透過して、シート４１に集光されるおそれがないので、分割の起点となる裏面２１ｂ近傍を狙って改質領域Ｋを形成することができる。
他の分割予定ラインＤＬについても、分割予定ラインＤＬ４と同様に裏面２１ｂ近傍に改質領域Ｋを形成する。

（半導体基板２１の分割）
続いて、シート４１を面方向に拡張することにより、半導体基板２１に応力を負荷し、改質領域Ｋを起点にしてクラックを進展させて、半導体基板２１を分割予定ラインＤＬに沿って厚さ方向に分割する。
シート４１を拡張する方法としては、例えば、フレーム４２を固定した状態で、半導体基板２１の裏面２１ｂとほぼ同じ大きさの平坦面を有する図示しない押圧装置を用いて、シート４１の裏側から半導体基板２１を押し上げるように押圧することにより、シート４１を面方向に拡張して半導体基板２１の面内方向に応力を負荷するという公知の方法を用いることができる。

ここで、改質領域Ｋを半導体基板２１の裏面２１ｂ近傍に形成した場合、シート４１を拡張して半導体基板２１を分割するときのクラック発生の起点として有効に作用するため、小さな力でクラックを進展させることができ、半導体基板２１を確実に分割することができる。

本実施形態において、レーザ光Ｌを反射する材料であれば、半導体基板２１の裏面２１ｂに形成する膜はアルミニウム膜２５以外の材料を用いることができる。例えば、チタン膜など他の金属膜を形成してもよい。また、成膜法はスパッタ法に限らず、めっき法やレーザ光を反射する塗料の塗布などでもよい。金属膜をめっき法により形成する場合には、短時間、かつ、低コストで、半導体基板への密着力が高い金属膜を形成することができる。

［第１実施形態の効果］
（１）半導体基板２１の裏面２１ｂにレーザ光Ｌを反射するアルミニウム膜２５が形成されているため、レーザ光Ｌが半導体基板２１を透過して、シート４１に集光点Ｐが合うことを防止できる。
また、半導体基板２１の裏面２１ｂ近傍にレーザ光Ｌを照射しても、レーザ光Ｌが半導体基板２１を透過して、シート４１に照射されるおそれがないので、裏面２１ｂ近傍を狙って分割の起点となる十分な量の改質領域Ｋを形成することができる。
つまり、分割予定ラインＤＬに照射されるレーザ光Ｌが半導体基板２１を透過して、シート４１内部で集光することによりシート４１が変質することを防止し、かつ、半導体基板２１の裏面２１ｂ近傍に、分割のために十分な改質領域Ｋを形成することができる半導体チップ２２の製造方法を実現することができる。

〈第２実施形態〉
この発明に係る半導体基板の接着方法の第２実施形態について、図を参照して説明する。図４は、アルミニウム膜２５で反射させたレーザ光Ｌを集光させて、改質領域Ｋを形成する方法を示す説明図である。
なお、以下では、レーザ光Ｌの照射による改質領域Ｋの形成工程のみ説明するとともに、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用し、説明を省略する。

本実施形態では、アルミニウム膜２５で反射させたレーザ光Ｌを集光させて、改質領域Ｋを形成する。
集光点Ｐの位置は、図２に示すレーザヘッド３１のレーザ光Ｌの出射面と基板面２１ａとの距離Ｍによって定まり、アルミニウム膜２５が形成されていない場合には、この距離Ｍが短いほど、集光点Ｐはシート４１側に移動する。
図４に示すように、レーザ光Ｌ１〜Ｌ５を照射する場合には、この順で距離Ｍが短くなるように設定されている。

レーザ光Ｌ１は、集光点Ｐ１〜Ｐ５の内、最も基板面２１ａ側に設定された集光点Ｐ１に集光され、その周囲に改質領域Ｋ１が形成される。同様に、レーザ光Ｌ２により、集光点Ｐ２の周囲に改質領域Ｋ２が形成され、レーザ光Ｌ３により、集光点Ｐ３の周囲に改質領域Ｋ３が形成される。つまり、改質領域Ｋ１〜Ｋ３は、半導体基板２１に入射したレーザ光Ｌ１〜Ｌ３が直接集光点Ｐ１〜Ｐ３に集光されて形成される。

レーザ光Ｌ４は、アルミニウム膜２５がない場合には、接着層５２内部の集光点Ｐｍで集光されるが、集光される前にアルミニウム膜２５により反射され、集光点Ｐ３と裏面２１ｂとの間に設定される集光点Ｐ４で集光され、その周囲に改質領域Ｋ４が形成される。同様に、レーザ光Ｌ５は、アルミニウム膜２５がない場合には、シート４１内部の集光点Ｐｎで集光されるが、集光される前にアルミニウム膜２５により反射され、集光点Ｐ２と集光点Ｐ３との間に設定される集光点Ｐ５で集光され、その周囲に改質領域Ｋ５が形成される。

ここで、半導体基板２１の厚さ方向に複数層の改質領域Ｋを導入する場合に、基板面２１ａから近い方から改質領域Ｋを形成すると、レーザ光Ｌが先に形成された改質領域Ｋを通過する際に散乱して、集光点Ｐが合いにくくなるため、十分な寸法の改質領域Ｋが形成されないことがある。そのため、改質領域Ｋは基板面２１ａから遠い方から順に形成することが好ましい。
したがって、改質領域ＫはＫ４→Ｋ３→Ｋ５→Ｋ２→Ｋ１の順に形成することが望ましく、レーザ光ＬがＬ４→Ｌ３→Ｌ５→Ｌ２→Ｌ１の順に照射されるようにレーザヘッド３１と基板面２１ａとの距離Ｍ（図２）を制御する。

［第２実施形態の効果］
（１）改質領域形成工程において、半導体基板２１内に照射されたレーザ光Ｌを裏面２１ｂに形成したアルミニウム膜２５により反射させて、反射したレーザ光Ｌの集光点Ｐを半導体基板２１内部で合わせることにより、改質領域Ｋを形成するため、反射したレーザ光Ｌのエネルギーを有効に利用して、効率よく改質領域Ｋを形成することができる。

（２）アルミニウム膜２５により反射されるレーザ光Ｌを集光させて裏面２１ｂ近傍に改質領域Ｋ４、Ｋ５を形成することにより、裏面２１ｂ近傍に分割の起点となるために十分な量の改質領域Ｋを形成することができる。裏面２１ｂ近傍に形成される改質領域Ｋは、シート４１の拡張による半導体基板２１の分割時に、分割予定ラインＤＬのクラック進展の起点となるため、十分な量の改質領域Ｋを形成することにより、より小さな力で半導体基板２１を分割することができる。したがって、半導体基板２１を確実に分割することができ、割り残しをなくすことができる。

〈その他の実施形態〉
（１）図５は、アルミニウム膜２５を裏面２１ｂの少なくとも分割予定ラインＤＬ上に形成する構成の断面説明図である。図５に示すように、アルミニウム膜２５は分割予定ラインＤＬ３〜ＤＬ５上に、半導体チップ２２の１辺の例えば約１／１０の幅を有する帯状に形成されている。半導体基板２１の裏面２１ｂ全体を見ると、アルミニウム膜２５は、分割予定ラインＤＬ１〜ＤＬ１４上に格子形状に形成されている。この構成を使用した場合にも、アルミニウム膜２５が分断予定ラインＤＬに照射されたレーザ光を反射することができるため、第１実施形態及び第２実施形態の効果を奏することができる。更に、裏面２１ｂのアルミニウム膜２５が形成されている領域以外の大部分の領域が、接着層５２と直接接着されているため、半導体基板２１をシート４１に強固に接着することができるので、分割工程において、半導体基板２１に確実に応力を負荷し、確実に分割することができる。
また、接着層５２上の分割予定ラインＤＬに対応する位置に、アルミニウム箔などの金属箔を格子形状に配置してもよい。

（２）半導体基板２１には、シリコンのみで構成された半導体基板を用いたが、本発明の適用はこれに限られることはなく、例えば、酸化シリコンからなる酸化膜を半導体基板２１の基板面２１ａに形成したものやＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）のウェハについて適用することも可能である。

［各請求項と実施形態との対応関係］
裏面２１ｂが請求項１に記載の一方の基板面に、アルミニウム膜２５が反射材にそれぞれ対応する。

図１（Ａ）は、半導体基板の平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の１Ａ−１Ａ矢視断面図である。 半導体基板にレーザ光の照射を行う方法を示す説明図である。 半導体基板に形成されたアルミニウム膜によりレーザ光が反射される様子の模式図である。 アルミニウム膜で反射させたレーザ光を集光させて、改質領域を形成する方法を示す説明図である。 アルミニウム膜を裏面の少なくとも分割予定ライン上に形成する構成の断面説明図である。 レーザ光を用いたダイシング工程を示す説明図である。図６（Ａ）はレーザ光の照射による改質領域形成工程の説明図であり、図６（Ｂ）は半導体基板の分割工程の説明図である。

符号の説明

１ 半導体チップの製造装置
２１ 半導体基板
２１ｂ 裏面（一方の基板面）
２２、２２ａ〜２２ｆ 半導体チップ
２４ 半導体素子
２５ アルミニウム膜（反射材）
３１ レーザヘッド
４１ シート
５２ 接着層
ＤＬ、ＤＬ１〜ＤＬ１４ 分割予定ライン
Ｋ、Ｋ１〜Ｋ５ 改質領域
Ｌ レーザ光
Ｍ レーザヘッドのレーザ光の出射面と基板面との距離
Ｐ、Ｐ１〜Ｐ５、Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｍ、Ｐｎ 集光点

Claims (3)

1. 一方の基板面にシートの接着面が接着された半導体基板を用意し、
   この半導体基板をその厚さ方向に分割するための分割予定ラインに沿って、レーザ光を前記半導体基板に対して相対移動させながら、前記半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、前記集光点に多光子吸収による改質領域を形成する改質領域形成工程と、
   この改質領域形成工程を経た前記半導体基板を、前記シートを拡張することにより、前記改質領域を起点にして、前記分割予定ラインに沿って厚さ方向に分割して半導体チップを得る分割工程と、を備えた半導体チップの製造方法において、
   前記基板面の少なくとも前記分割予定ライン上に、前記レーザ光を反射する反射材が形成されており、
   前記改質領域形成工程において、前記半導体基板内に照射された前記レーザ光を前記基板面に形成した前記反射材により反射させて、反射した前記レーザ光の集光点を前記半導体基板内部で合わせることにより、前記改質領域を形成することを特徴とする半導体チップの製造方法。
2. 前記反射材が金属膜で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップの製造方法。
3. 前記金属膜が主にアルミニウムにより形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体チップの製造方法。

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