JP4816278B2

JP4816278B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP4816278B2
Application number: JP2006166178A
Authority: JP
Inventors: 学武井
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2026-06-15
Also published as: JP2007335659A

Description

この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に半導体ウエハーの薄層化によって特性が向上するパワー半導体装置の製造方法に関する。

従来、半導体ウエハー（以下、「ウエハー」という）の薄層化は、チップ積層型のパッケージやパワー半導体装置の特性向上に不可欠の技術となっている。ウエハーを薄層化する際には、ウエハーを裏面から研削し（バックグラインド）、所望の厚さとするのが一般的である。しかし、単純にバックグラインドをおこなうと、ウエハーの機械的強度が低下して割れやすくなる。また、ウエハーの表面に形成した金属電極などの膜内の内部応力によってウエハーが反りやすくなる。例えば、直径６インチのシリコンウエハーを１００μｍ以下の厚さに薄層化した場合、割れや反りによるウエハーの不良率が急激に増加してしまう。

このようなウエハーの不良率を低減するため、ウエハーに支持基板を接着させて製造工程を進める支持基板方式が知られている。支持基板方式では、バックグラインド前のウエハーの表面に接着剤などによって支持基板を接着し、支持基板を接着した状態のウエハーに対して、バックグラインドおよびその後の製造工程をおこなう。この方式によれば、ウエハーが支持基板と接着されているため、製造工程におけるウエハーの割れや反りを低減することができる。

また、支持基板を用いずにウエハーを薄層化する方法として、ＴＡＩＫＯプロセスと呼ばれる方法が知られている（例えば、下記非特許文献１参照。）。ＴＡＩＫＯプロセスでは、ウエハーの外周を数ｍｍを残してウエハー中央部のみを機械研削して、ウエハーを薄層化する。この方式によれば、ウエハーの外周端部は研削されずに元の厚さのまま残るので、機械的強度が保たれ、ウエハーの割れや反りを低減することができる。

また、ウエハーの両面にレジストを塗布した後、ウエハー裏面のレジストを外周端部を残して除去し、残ったレジストをマスクとして弗硝酸でエッチングしてウエハーを薄層化する方法や、ウエハーの両面に酸化膜を形成し、ウエハー裏面の膜を外周端部を残して除去し、残った酸化膜をマスクとして水酸化カリウムでエッチングしてウエハーを薄層化する方法が知られている（例えば、下記特許文献１参照。）。また、エッチングポットに設けられたシールパッキンでウエハーの外周端部をマスクし、ウエハー中央部の露出面をエッチング液にさらすことによって、ウエハーを薄層化する方法が知られている（例えば、下記特許文献２参照。）。

特開２００４−２５３５２７号公報特許第３６２０５２８号公報ディスコ社ウェブサイト、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１７年１２月１２日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｉｓｃｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｐｒｏｄｕｃｔ／２００５１１２８．ｈｔｍｌ＞

しかしながら、上述した支持基板方式を用いると、ウエハーの割れや反りを低減できるものの、支持基板や接着剤の性質に影響を与えるような高温の熱処理をおこなうことができないため、製造工程でおこなう処理が制限されてしまうという問題点がある。また、支持基板の貼り付けおよび剥離に専用の装置が必要となるため、半導体装置の製造コストが上昇してしまうという問題点がある。

また、上述したＴＡＩＫＯプロセスでは、専用のグラインダーが必要となるため、半導体装置の製造コストが上昇してしまうという問題点がある。また、ウエハーのおもて面に形成された素子構造によって段差ができているため、機械的方法で研削をおこなうと、その段差に加わる力によってウエハーが割れてしまうという問題点がある。例えば、おもて面がポリイミド膜で保護されたパワー半導体装置では、おもて面の段差が５μｍ以上あるため、ウエハーを１００μｍ以下の厚さに研削すると、大部分のウエハーが割れてしまう。

また、上述した特許文献１の方法では、ウエハー裏面の酸化膜を除去する際、どのようにして外周端部に酸化膜を残すかが不明である。また、上述した特許文献２の方法では、エッチングポットが枚葉式であるため、バッチ処理をおこなえず、ディップ方式と比べて生産効率が悪いという問題点がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、生産コストを抑えつつ、ウエハーの薄層化を含む製造工程における割れや反りを低減することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体ウエハーの第１主面および第２主面に耐エッチング保護膜となる酸化膜または窒化膜を形成する形成工程と、前記耐エッチング保護膜をフォトレジストで被覆する被覆工程と、フォトリソグラフィによって、前記フォトレジストのうち、前記半導体ウエハーの第２主面側のフォトレジストを外周端部から所定の幅を残して除去するレジスト除去工程と、前記半導体ウエハーの第２主面側の外周端部に残る前記フォトレジストをマスクとして、前記耐エッチング保護膜のうち、前記半導体ウエハーの第２主面に形成された耐エッチング保護膜を外周端部から所定の幅を残して除去する第１の除去工程と、前記耐エッチング保護膜が外周端部を残して除去された前記半導体ウエハーの第２主面を所定の深さまでエッチングするエッチング工程と、エッチング後の前記半導体ウエハーの第１主面と第２主面の外周端部に残る前記耐エッチング保護膜を除去する第２の除去工程と、を含み、前記半導体ウエハーの第２主面の外周端部は、当該半導体ウエハーを支持する支持爪と接しており、前記レジスト除去工程は、前記支持爪と前記半導体ウエハーが接する部分から所定幅を残して前記フォトレジストを除去することを特徴とする。

この請求項１の発明によれば、半導体ウエハーを外周端部から所定の幅を残してエッチングして、厚さを減じる。これにより、厚さを減じて薄層化した半導体ウエハーの強度を保ち、半導体ウエハーの割れや反りを防止することができる。また、専用の装置を必要としないため、低コストで薄層化した半導体装置を製造することができる。また、半導体ウエハーの裏面のうち、支持爪と接しているため耐エッチング保護膜が形成されない部分を避けて耐エッチング保護膜を除去することができ、半導体ウエハーの機械的強度を保つことができる。

また、請求項２の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項１に記載の発明において、あらかじめ前記半導体ウエハーの第１主面に半導体素子またはその一部が作製されていることを特徴とする。

この請求項２の発明によれば、半導体ウエハーの第１主面に作製された半導体素子またはその一部を保護しつつ、半導体ウエハーを薄層化することができる。

また、請求項３の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項２に記載の発明において、前記耐エッチング保護膜は、５００℃以下の熱処理によって形成されることを特徴とする。

この請求項３の発明によれば、半導体ウエハーの第１主面に作製された半導体素子またはその一部が、耐エッチング保護膜の形成時の熱処理によって変質するのを防止することができる。

また、請求項４の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記エッチング工程は、前記半導体ウエハー全体をエッチング溶液に浸して当該半導体ウエハーの第２主面を所定の深さまでエッチングすることを特徴とする。

この請求項４の発明によれば、半導体ウエハー全体をエッチング溶液に浸してエッチングをおこなうので、バッチ処理によってエッチング処理を効率的におこなうことができる。

また、請求項５の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明において、前記エッチング工程は、アルカリ溶液をエッチング溶液として前記半導体ウエハーの第２主面を所定の深さまでエッチングすることを特徴とする。

この請求項５の発明によれば、アルカリ溶液による異方性エッチングをおこなうことができる。

また、請求項６の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の発明において、前記第１の除去工程は、前記耐エッチング保護膜を前記半導体ウエハーの第２主面の外周端部から１ｍｍ〜２０ｍｍ幅を残して除去することを特徴とする。

この請求項６の発明によれば、半導体ウエハーの機械的強度を保ちつつ、半導体ウエハーの中心部を薄層化することができる。

この発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、生産コストを抑えつつ、ウエハーの薄層化を含む製造工程における割れや反りを低減することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
図１〜図１０は、実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造プロセスを示す図である。以下に説明する実施の形態では、直径６インチのウエハーを用いて耐圧６００Ｖのフィールドストップ（ＦＳ）型ＩＧＢＴを作製する場合を例にして説明する。

まず、従来と同様の工程によってウエハー１１のおもて面半導体素子の表面構造部およびアルミ電極１２を作製する（図１）。このとき、ウエハー１１は薄層化されておらず、その厚さは例えば５００μｍである。また、ウエハー１１の直径は６インチ（１５０ｍｍ）である。つぎに、ウエハー１１の裏面に生成された酸化膜などを除去するため、ウエハー１１の裏面を機械的に研削し、ウエハー１１の厚さを例えば３５０μｍとする（図２）。

つづいて、例えばＴＥＯＳ（正珪酸四エチル）を原料としたプラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、例えば３５０℃の温度下でウエハー１１の両面に、耐エッチング保護膜として例えば厚さ１μｍの酸化膜１３を形成する（図３）。このような方法で酸化膜１３を形成するのは、ウエハー１１の表面にアルミ電極１２が形成されているので、５００℃以下で処理するのが望ましいからである。また、耐エッチング保護膜としては、その他の酸化膜や窒素膜を採用することができる。この場合も、５００℃以下の処理で形成できるものが望ましい。

そして、例えばスピンコータでウエハー１１の両面にポジ型フォトレジスト１４を塗布した後、ベークする（図４）。つづいて、ウエハー１１の裏面の外周端部を例えば５ｍｍの幅で遮光するマスク（図示省略）を用いて、ウエハー１１の裏面を露光する。または、ポジ型フォトレジスト１４を用いる代わりに、ネガ型フォトレジストをウエハー１１の両面に塗布して、ウエハー１１のおもて面全体と裏面の外周端部に例えば５ｍｍの幅で光があたるようなマスクを用いて、ウエハー１１の両面を露光してもよい。そして、レジスト１４を現像して、ウエハー１１裏面の中央部のレジスト１４を除去する（図５）。

図６に、ウエハー１１の裏面のレジストパターンを示す。なお、図６では、ウエハー１１の裏面が上側になっている。ウエハー１１の裏面では、その外周端部を例えば５ｍｍの幅で残してレジスト１４が除去され、中央部に酸化膜１３が表出している。ここで、ウエハー１１の裏面外周端部には、半導体製造装置のウエハー支持爪２０が接している。このウエハー支持爪２０と接している部分には、酸化膜１３が形成されない。そのため、後の工程で強度が不足してウエハー１１に割れや反りが生じてしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態では、ウエハー１１の外周端部のうちウエハー支持爪２０と接している部分については、ウエハー支持爪２０の形状に合わせてレジストパターンが変更されている。具体的には、ウエハー支持爪２０とウエハー１１とが接している部分を逃げたレジストパターンとなっている。これにより、後述する工程においてウエハー１１裏面の中央部の酸化膜１３を除去した後にも、ウエハー１１の外周端部に沿って途切れることなく酸化膜１３が残るので、ウエハー１１の強度低下を防止することができる。なお、ウエハー支持爪２０の影響を考慮しなくても充分な強度を確保できる場合には、ウエハー支持爪２０とウエハー１１とが接している部分を逃げたレジストパターンとしなくてもよい。

つづいて、１：１０に希釈したＨＦ（ふっ化水素）溶液によって、ウエハー１１の裏面中央部の酸化膜１３を除去する（図７）。つぎに、レジスト剥離溶液によって、ウエハー１１の両面のレジスト１４を剥離する（図８）。

そして、ウエハー１１のおもて面と裏面の外周端部に残った酸化膜１３をマスクとして、例えばディップ方式によってエッチングをおこない、ウエハー１１の裏面中央部の厚さを減じる。具体的には、例えば温度８０℃のＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液にウエハー１１を約６時間浸して異方性エッチングをおこない、ウエハー１１の裏面中央部の厚さを例えば６０μｍにする（図９）。ＴＭＡＨ溶液のようなアルカリ溶液によるエッチングでは、酸化膜とシリコンとの選択比が５００以上である。したがって、酸化膜１３の厚さが１μｍであれば、５００μｍまでのシリコンエッチングに耐えることができる。

つづいて、ウエハー１１を水洗し、１：１０に希釈したＨＦ溶液によって、ウエハー１１の両面の酸化膜１３を完全に除去する（図１０）。ウエハー１１の中央部の厚さは例えば６０μｍであるものの、ウエハー１１の外周端部には例えば厚さ３５０μｍのシリコンが例えば５ｍｍ幅で残っている。したがって、ウエハー１１全体としての機械的強度を充分に確保することができる。また、ウエハー１１の反りを５００μｍ以下に抑えることができる。

また、ＴＭＡＨ溶液によるエッチング中にウエハー１１に反りが生じないので、エッチング保護膜である酸化膜１３が割れてウエハー１１のおもて面側にエッチング液が滲み込んでしまうことがなく、ウエハー１１のおもて面をエッチング液から保護することができる。

以上説明したように、実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、専用の装置を用いることなくウエハーの外周端部の厚さを残しつつウエハーを薄層化して、半導体装置を製造することができる。これにより、支持基板方式やＴＡＩＫＯプロセスのように専用の装置を用いた場合と比較して低コストでウエハーの割れや反りを低減して、半導体装置を生産することができる。

また、半導体ウエハーの裏面をエッチングすることによってウエハーを薄層化するので、ウエハーのおもて面に素子構造による段差があっても圧力がかからない。したがって、薄層化の際にウエハーが割れてしまうことがない。また、ディップ方式によってエッチングをおこない、ウエハーを薄層化するので、枚葉式と比べて生産効率を向上させることができる。

また、製造工程において５００℃程度までの熱処理をおこなうことができるので、薄層化工程以外の処理の内容が制限されることなく、半導体装置の製造工程を設計することができる。

以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、デバイス厚の薄い半導体装置を製造するのに有用であり、特に、汎用インバータ、ＡＣサーボ、無停電電源（ＵＰＳ）またはスイッチング電源などの産業分野や、電子レンジ、炊飯器またはストロボなどの民生機器分野に用いられるＩＧＢＴなどの電力用半導体装置の製造に適している。

実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造プロセスを示す図である。実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造プロセスを示す図である。実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造プロセスを示す図である。実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造プロセスを示す図である。実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造プロセスを示す図である。実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造プロセスを示す図である。実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造プロセスを示す図である。実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造プロセスを示す図である。実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造プロセスを示す図である。実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造プロセスを示す図である。

符号の説明

１１ウエハー
１２アルミ電極
１３酸化膜
１４レジスト
２０ウエハー支持爪

Claims

半導体ウエハーの第１主面および第２主面に耐エッチング保護膜となる酸化膜または窒化膜を形成する形成工程と、
前記耐エッチング保護膜をフォトレジストで被覆する被覆工程と、
フォトリソグラフィによって前記フォトレジストのうち、前記半導体ウエハーの第２主面側のフォトレジストを外周端部から所定の幅を残して除去するレジスト除去工程と、
前記半導体ウエハーの第２主面側の外周端部に残る前記フォトレジストをマスクとして、前記耐エッチング保護膜のうち、前記半導体ウエハーの第２主面に形成された耐エッチング保護膜を外周端部から所定の幅を残して除去する第１の除去工程と、
前記耐エッチング保護膜が外周端部を残して除去された前記半導体ウエハーの第２主面を所定の深さまでエッチングするエッチング工程と、
エッチング後の前記半導体ウエハーの第１主面と第２主面の外周端部に残る前記耐エッチング保護膜を除去する第２の除去工程と、
を含み、
前記半導体ウエハーの第２主面の外周端部は、当該半導体ウエハーを支持する支持爪と接しており、
前記レジスト除去工程は、前記支持爪と前記半導体ウエハーが接する部分から所定幅を残して前記フォトレジストを除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
あらかじめ前記半導体ウエハーの第１主面に半導体素子またはその一部が作製されてい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。
前記耐エッチング保護膜は、５００℃以下の熱処理によって形成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
前記エッチング工程は、前記半導体ウエハー全体をエッチング溶液に浸して当該半導体ウエハーの第２主面を所定の深さまでエッチングすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
前記エッチング工程は、アルカリ溶液をエッチング溶液として前記半導体ウエハーの第２主面を所定の深さまでエッチングすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
前記第１の除去工程は、前記耐エッチング保護膜を前記半導体ウエハーの第２主面の外周端部から１ｍｍ〜２０ｍｍ幅を残して除去することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。