JP4904922B2 - Semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor substrate - Google Patents
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本発明は、半導体基板を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate.
近年、半導体素子は、低損失化のため、薄型化することが求められている。半導体素子を薄型化するためには、半導体基板を薄型化する必要がある。しかし、半導体基板を薄型化すると機械的強度が低下し、ハンドリング時に割れ易いという問題がある。
この問題を解決する技術として、特許文献1の技術が提案されている。特許文献1の技術では、製造する半導体素子に比べて厚い半導体基板を用い、その半導体基板の一部(半導体素子を形成する部分)をエッチングや研磨によって薄化する。このようにして製造された半導体基板によれば、薄化部に半導体素子が形成されるため、薄型化された半導体素子を製造することができる。一方、半導体基板は厚い部分によって強度が確保されるので、割れ難いとされている。
In recent years, semiconductor devices have been required to be thin in order to reduce loss. In order to reduce the thickness of the semiconductor element, it is necessary to reduce the thickness of the semiconductor substrate. However, when the semiconductor substrate is made thinner, the mechanical strength is lowered, and there is a problem that it is easily broken during handling.
As a technique for solving this problem, the technique of Patent Document 1 has been proposed. In the technique of Patent Document 1, a semiconductor substrate that is thicker than a semiconductor element to be manufactured is used, and a part of the semiconductor substrate (a portion where a semiconductor element is formed) is thinned by etching or polishing. According to the semiconductor substrate manufactured as described above, the semiconductor element is formed in the thinned portion, so that the thinned semiconductor element can be manufactured. On the other hand, the strength of the semiconductor substrate is ensured by the thick portion, so that it is difficult to break.
特許文献1の技術では、エッチング(すなわち、ウェットエッチング又はドライエッチング)、あるいは、機械研磨によって半導体基板を薄くする。
ウェットエッチングによって薄化しようとする場合、ウェットエッチングは、通常、等方性エッチングであるので、薄くする部分と厚くする部分の境界(すなわち、薄くする部分の形状)を精度よく形成することが難しい。また、異方性エッチングであっても、エッチング方向が結晶方向によって決まるので、正確にエッチング方向を制御することが難しい。このため、ウェットエッチングによって薄化しようとする場合、薄くする部分の形状を精度よく形成することが難しい。薄くする部分の形状を精度よく形成できないと、1枚の半導体基板から多くの半導体素子を製造することができず、生産性が低下するという問題がある。
一方、ドライエッチングによって薄化しようとする場合、ウェットエッチングと異なり、薄くする部分の形状を精度よく形成することができるものの、エッチング速度が遅いという問題がある。特に、半導体基板から多くの半導体素子を製造しようとすると、半導体基板の多くの領域を薄くしなければならない。このため、エッチングに非常に時間がかかり、生産性が低下するという問題がある。
また、機械研磨によって薄化しようとする場合、回転する研磨板を基板本体に接触させて研磨する。このため、薄くする部分の形状を精度よく加工しようとすると、ヘッド面積の小さい研磨板を用いなければならず、研磨加工に長時間を要し、生産性を低下させる。一方、研磨時間を短縮するために大きなヘッド面積の研磨板を用いると、薄くする部分の形状を精度よく形成することができず、生産性を上げることは難しい。
このように、従来の技術では、生産性がよく、かつ、機械的強度と薄型化の両者を兼ね備えた半導体基板を製造することはできなかった。
In the technique of Patent Document 1, the semiconductor substrate is thinned by etching (that is, wet etching or dry etching) or mechanical polishing.
When thinning by wet etching is generally isotropic etching, it is difficult to accurately form the boundary between the thinned portion and the thickened portion (that is, the shape of the thinned portion). . Even in anisotropic etching, since the etching direction is determined by the crystal direction, it is difficult to accurately control the etching direction. For this reason, when thinning by wet etching, it is difficult to accurately form the shape of the thinned portion. If the shape of the thinned portion cannot be formed with high accuracy, many semiconductor elements cannot be manufactured from one semiconductor substrate, and there is a problem that productivity is lowered.
On the other hand, when attempting to thin by dry etching, unlike wet etching, the shape of the thinned portion can be formed with high accuracy, but there is a problem that the etching rate is slow. In particular, when many semiconductor elements are manufactured from a semiconductor substrate, many regions of the semiconductor substrate must be thinned. For this reason, there is a problem that etching takes a very long time and productivity is lowered.
Further, when thinning by mechanical polishing, polishing is performed by bringing a rotating polishing plate into contact with the substrate body. For this reason, if an attempt is made to process the shape of the thinned portion with high accuracy, a polishing plate having a small head area must be used, which requires a long time for polishing and reduces productivity. On the other hand, when a polishing plate having a large head area is used to shorten the polishing time, the shape of the thinned portion cannot be formed with high precision, and it is difficult to increase productivity.
As described above, according to the conventional technique, it has been impossible to manufacture a semiconductor substrate which has good productivity and has both mechanical strength and thickness reduction.
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、生産性がよく、かつ、機械的強度と薄型化の両者を兼ね備えた半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor substrate which has good productivity and has both mechanical strength and thickness reduction.
本発明の第1の半導体基板製造方法は、基板本体の裏面にトレンチを形成する工程と、形成したトレンチ内にのみ、基板本体に比べて高い弾性係数及び/または高い内部応力を有する補強材を配置する工程とを有する。
このような半導体基板製造方法によれば、基板本体の裏面に形成されたトレンチ内に補強材が配置された半導体基板を製造することができる。トレンチ内の補強材は、基板本体に比べて高い弾性係数及び/または高い内部応力を有しており、機械的強度が高い。この補強材によって、基板本体が支えられるので、半導体基板の機械的強度も高くなる。従って、この半導体基板製造方法によれば、厚さが薄く、機械的強度が高い半導体基板を製造することができる。また、この半導体基板製造方法では、基板本体をエッチング等により大量に削り取る必要が無く、基板本体の裏面にトレンチを形成するだけでよいので、生産性を高くすることができる。
The first semiconductor substrate manufacturing method of the present invention includes a step of forming a trench on the back surface of the substrate body, and a reinforcing material having a higher elastic coefficient and / or higher internal stress than the substrate body only in the formed trench. Arranging.
According to such a semiconductor substrate manufacturing method, a semiconductor substrate in which a reinforcing material is disposed in a trench formed on the back surface of the substrate body can be manufactured. The reinforcing material in the trench has a higher elastic modulus and / or higher internal stress than the substrate body, and has high mechanical strength. Since the substrate body is supported by the reinforcing material, the mechanical strength of the semiconductor substrate is also increased. Therefore, according to this semiconductor substrate manufacturing method, a semiconductor substrate having a small thickness and a high mechanical strength can be manufactured. Further, in this semiconductor substrate manufacturing method, it is not necessary to scrape a large amount of the substrate body by etching or the like, and it is only necessary to form a trench on the back surface of the substrate body, so that productivity can be increased.
上述の半導体基板製造方法においては、トレンチは、基板本体の半導体素子を形成しない領域に形成されることが好ましい。
このようにトレンチを形成すると、補強材が半導体素子に含まれることがないので、半導体基板から製造される半導体素子の品質が安定する。
In the semiconductor substrate manufacturing method described above, the trench is preferably formed in a region of the substrate body where the semiconductor element is not formed.
When the trench is formed in this way, since the reinforcing material is not included in the semiconductor element, the quality of the semiconductor element manufactured from the semiconductor substrate is stabilized.
上述の半導体基板製造方法においては、トレンチは、ドライエッチングによって形成されることが好ましい。
このような方法によれば、精度良くトレンチを形成することができる。従って、補強材を精度良く配置することができ、1枚の半導体基板から多くの半導体素子を製造することが可能となる。
In the semiconductor substrate manufacturing method described above, the trench is preferably formed by dry etching.
According to such a method, the trench can be formed with high accuracy. Therefore, the reinforcing material can be arranged with high accuracy, and a large number of semiconductor elements can be manufactured from one semiconductor substrate.
また、本発明は、生産性がよく、かつ、機械的強度と薄型化の両者を兼ね備えた第2の半導体基板製造方法を提供する。この半導体基板製造方法は、基板本体の裏面のうち半導体素子を形成しない領域にトレンチを形成する工程と、形成したトレンチ内にのみ、補強材を配置する工程と、トレンチ内に補強材を配置した後に、基板本体の裏面のうち少なくとも半導体素子を形成する領域をウェットエッチングする工程を有しており、ウェットエッチング工程では、補強材を溶かし難いエッチング液を用いることを特徴とする。
この半導体基板製造方法によれば、基板本体の裏面の半導体素子を形成する領域がウェットエッチングされるので、より薄い半導体素子を製造することができる。また、ウェットエッチングを用いるため、基板本体の広い領域を短時間でエッチングすることができる。したがって、生産性が低下することも抑制される。さらに、補強材を溶かし難いエッチング液を用いるため、補強材以外の部分(すなわち、半導体素子を形成する領域)のみをエッチングすることができる。これによって、ウェットエッチング工程後には、半導体基板の裏面から補強材が突出した状態となる。この補強材によって、基板本体が支えられるので、半導体基板の機械的強度を高くすることができる。
In addition, the present invention provides a second method for manufacturing a semiconductor substrate that has good productivity and has both mechanical strength and thickness reduction. In this semiconductor substrate manufacturing method, a step of forming a trench in a region of the back surface of the substrate body where no semiconductor element is formed, a step of disposing a reinforcing material only in the formed trench, and a disposing material in the trench After that, at least a region where the semiconductor element is formed on the back surface of the substrate body is wet-etched. In the wet etching step, an etching solution that hardly dissolves the reinforcing material is used.
According to this method for manufacturing a semiconductor substrate, a region for forming a semiconductor element on the back surface of the substrate body is wet-etched, so that a thinner semiconductor element can be manufactured. In addition, since wet etching is used, a wide region of the substrate body can be etched in a short time. Therefore, it is also suppressed that productivity is lowered. Furthermore, since an etching solution that hardly dissolves the reinforcing material is used, only a portion other than the reinforcing material (that is, a region where a semiconductor element is formed) can be etched. Thereby, after the wet etching process, the reinforcing material protrudes from the back surface of the semiconductor substrate. Since the substrate body is supported by the reinforcing material, the mechanical strength of the semiconductor substrate can be increased.
また、本発明は、上述の課題を解決することができる新たな半導体基板を提供する。
この半導体基板は、裏面にトレンチが形成された基板本体と、トレンチ内に配置された補強材と、を有している。そして、補強材は、基板本体に比べて高い弾性係数及び/または高い内部応力を有しており、基板本体の裏面のうちトレンチが形成されていない領域には補強材が配置されていない。
この半導体基板も、トレンチに沿って配置された補強材によって基板本体が支えられるので、基板本体の厚さが薄い場合にも機械的強度が高い。
The present invention also provides a new semiconductor substrate that can solve the above-described problems.
This semiconductor substrate has a substrate body in which a trench is formed on the back surface, and a reinforcing material disposed in the trench. The reinforcing material has a higher elastic coefficient and / or higher internal stress than the substrate body, and no reinforcing material is disposed in a region of the back surface of the substrate body where no trench is formed.
This semiconductor substrate also has high mechanical strength even when the thickness of the substrate body is thin because the substrate body is supported by the reinforcing material disposed along the trench.
さらに、本発明は、上述の課題を解決することができる他の形態の半導体基板を提供する。
この半導体基板は、基板本体と、基板本体の裏面に立設され、基板本体と異なる材料によって形成された梁部とを有することを特徴とする。
この半導体基板は、基板本体の裏面に立設された梁部によって基板本体が支えられるので、基板本体の厚さが薄い場合にも機械的強度が高い。また、この半導体基板は、上述した第2の半導体基板製造方法によって好適に製造することができる。
Furthermore, this invention provides the semiconductor substrate of the other form which can solve the above-mentioned subject.
The semiconductor substrate has a substrate body and a beam portion that is erected on the back surface of the substrate body and is formed of a material different from that of the substrate body.
This semiconductor substrate has a high mechanical strength even when the thickness of the substrate body is thin because the substrate body is supported by a beam portion erected on the back surface of the substrate body. Moreover, this semiconductor substrate can be suitably manufactured by the above-described second semiconductor substrate manufacturing method.
下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
まず、第1実施例の半導体基板製造方法の特徴を列記する。
(形態1)半導体基板製造方法は、シリコンウエハ本体の裏面にトレンチを形成する工程と、形成したトレンチ内にのみ補強材を配置(充填)する工程とを有する。
(形態2)補強材として、SiO2、SiOxCy,SiC,Si3N4等の、シリコンウエハ本体との密着性が高く、ウェットエッチング時にシリコンウエハ本体との選択比が高い物質を用いる。
(形態3)トレンチは、シリコンウエハ本体の半導体素子を形成しない領域に形成する。
(形態4)トレンチは、シリコンウエハの裏面をRIE法(反応性イオンエッチング法)によるドライエッチングを行うことによって形成する。
(形態5)補強材は、スピンコート法、スキャンコート法、印刷法等の方法によってトレンチ内に充填(塗布)する。
(形態6)トレンチ内に補強材を充填した後に、シリコンウエハ本体の裏面のうち少なくとも半導体素子を形成する領域をウェットエッチングする。
(形態7)ウェットエッチングには、KOHやTMAHのアルカリ水溶液等の補強材を溶かし難いエッチング液を用いる。
(形態8)ウェットエッチングでは、シリコンウエハ本体の裏面のうち半導体素子を形成する領域を、トレンチの深さよりも浅い位置までエッチングする。
The main features of the embodiments described in detail below are listed first.
First, the features of the semiconductor substrate manufacturing method of the first embodiment will be listed.
(Mode 1) The semiconductor substrate manufacturing method includes a step of forming a trench on the back surface of the silicon wafer body, and a step of placing (filling) the reinforcing material only in the formed trench.
(Embodiment 2) As a reinforcing material, a material such as SiO 2 , SiO x C y , SiC, Si 3 N 4 or the like having high adhesion to the silicon wafer body and high selectivity with the silicon wafer body during wet etching is used. .
(Mode 3) The trench is formed in a region of the silicon wafer body where no semiconductor element is formed.
(Mode 4) The trench is formed by performing dry etching on the back surface of the silicon wafer by RIE (reactive ion etching).
(Mode 5) The reinforcing material is filled (applied) into the trench by a spin coating method, a scan coating method, a printing method, or the like.
(Mode 6) After filling the trench with a reinforcing material, at least a region of the back surface of the silicon wafer body where the semiconductor element is to be formed is wet-etched.
(Mode 7) For wet etching, an etching solution that hardly dissolves a reinforcing material such as an alkaline aqueous solution of KOH or TMAH is used.
(Mode 8) In wet etching, a region where a semiconductor element is to be formed in the back surface of the silicon wafer body is etched to a position shallower than the depth of the trench.
次に、第2実施例の半導体基板製造方法の特徴を列記する。
(形態9)補強材として、高濃度Bドープポリシリコン、SiC、Al2O3、AlN、CVDダイヤ等のシリコンウエハ本体に比べて高いヤング率及び/または高い内部応力を有する材料を用いる。
(形態10)補強材は、トレンチの深さよりも浅い位置まで充填(塗布)し、充填した補強材の上に、さらに充填材を充填する。
(形態11)充填材として、SiO2、SiOxCy,SiC,Si3N4等の、シリコンウエハ本体との密着性が高い物質を用いる。
Next, features of the semiconductor substrate manufacturing method of the second embodiment will be listed.
(Mode 9) As a reinforcing material, a material having a higher Young's modulus and / or a higher internal stress than a silicon wafer body such as high-concentration B-doped polysilicon, SiC, Al 2 O 3 , AlN, or CVD diamond is used.
(Mode 10) The reinforcing material is filled (applied) to a position shallower than the depth of the trench, and the filling material is further filled on the filled reinforcing material.
(Embodiment 11) As the filler, a material having high adhesion to the silicon wafer body such as SiO 2 , SiO x C y , SiC, Si 3 N 4 is used.
以下に、本発明の好ましい実施例について、図面を参照しながら説明する。図1及び図2は、本発明の第1実施例の半導体基板40を示している。図示するように、半導体基板40は、略円形の基板であり、シリコンウエハ本体10と、格子状の補強材34によって構成されている。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show a
シリコンウエハ本体10は、シリコンの単結晶からなるウエハである。シリコンウエハ本体10の上面10aは平面状に形成されている。上面10aには、複数の回路部20が所定の間隔でマトリクス状に形成されている。シリコンウエハ本体10の下面10bは、各回路部20の下面側の領域Eが凹状に形成されている。シリコンウエハ本体10の厚さは、例えば、凹状部Eでは約150μmとすることができ、凹状部E以外(領域D)の部分では約700μmとすることができる。これによって、シリコンウエハ本体10の各回路部20に対応する部分が、凹状部Eの厚さ(例えば、約150μm)の半導体素子38となっている。各半導体素子38の周囲の領域Aは、ダイシング領域である。後に領域Aがダイシングにより削り取られることによって、半導体基板40から半導体素子38が切り出される。凹状部Eには、領域Aのセンターラインに沿って、トレンチ30が格子状に形成されている。トレンチ30の幅は、例えば、約100μmとすることができる。トレンチ30には、補強材34が配置されている。
The
補強材34の材質はSiO2である。補強材34は、トレンチ30に対応するように、格子状に形成されている。従って、補強材34の幅は、トレンチ30と略同じ(例えば、約100μm)である。補強材34の基端部はトレンチ30内でシリコンウエハ本体10と結合している。
The material of the reinforcing
次に、半導体基板40の製造方法について、図3に示すフローチャートに従って説明する。この半導体基板製造方法では、図4に示す厚み(例えば、約700μm)が均一な略円形のシリコンウエハ本体10のから半導体基板40を製造する。
Next, a method for manufacturing the
ステップS2では、フォトリソグラフィー、エッチング、拡散・イオン注入、膜成長等の技術を用いて、シリコンウエハ本体10の上面10aに複数の回路部20を形成する。回路部20は、図5、図6に示すように、所定の間隔で並んだマトリクス状に形成する。なお、図5、図6において、シリコンウエハ本体10の領域Cは回路部20に対応する領域であり、後に半導体素子38となる領域である。また、シリコンウエハ本体10の領域Aは、各領域Cの周囲に設けられた領域である。上述したように、領域Aは、半導体素子38を切り出す際に削り取られ、半導体素子とならない領域である。回路部20はマトリクス状に形成されているので、領域Aは格子状の領域となっている。また、センターラインBは、領域Aのセンターラインである。また、領域Aの最外周部の外側の領域Dは、半導体素子38が切り出された後に廃棄される領域である。なお、回路部20の製造方法については、従来公知の技術であるので詳細な説明は省略する。
In step S2, a plurality of
シリコンウエハ本体10に各回路部20を形成したら、シリコンウエハ本体10の下面10bにレジスト22を形成する(ステップS4)。すなわち、まず、スピンコート法によってシリコンウエハ本体10の下面10bにフォトレジスト液を塗布する。これによって、図7に示すように、下面10bの全面にレジスト22を形成する。下面10bの全面にレジスト22を形成したら、マスク露光によって、センターラインB近傍のレジスト22に紫外線を照射する。これによって、センターラインB近傍のレジスト22の化学組成が変化する。その後、レジスト22全体に現像液を散布し、センターラインB近傍のレジスト22を除去する。これによって、図8に示すように、センターラインBに沿って格子状に形成された開口部24が得られる。開口部24は、幅がトレンチ30の幅(例えば、100μm前後)と同一となるように形成する。
After each
レジスト22及び開口部24を形成したら、シリコンウエハ本体10の下面10bにトレンチ30を形成する(ステップS6)。トレンチ30の形成は、反応性イオンエッチング法(RIE法)によって、シリコンウエハ本体10を下面10b側からドライエッチングすることによって行う。下面10b側からドライエッチングを行うと、ラジカル及びイオンが開口部24内のシリコンウエハ本体10の下面10bに衝突する。これによって、シリコンウエハ本体10は下面10b側からエッチングされる。また、ラジカル及びイオンは、レジスト22にも衝突するが、レジスト22はラジカル及びイオンに対してほとんど反応しないので、ほとんどエッチングされない。従って、開口部24内のシリコンウエハ本体10だけがエッチングされる。これによって、シリコンウエハ本体10の下面10bに、所定の深さ(例えば、550μm強)のトレンチ30を形成する(図9参照)。RIE法によるドライエッチングでは、エッチング面に対して略垂直方向にエッチングが進行する。従って、下面10bには略垂直な壁面を有するトレンチ30が形成される。また、開口部24はセンターラインBに沿って格子状に形成されているので、トレンチ30もセンターラインBに沿って格子状に形成される。また、トレンチ30は下面10bに対して略垂直な壁面を有するため、トレンチ30の幅はレジスト22の開口部24の幅と同一となる(例えば、約100μm)。
After the resist 22 and the
下面10bにトレンチ30を形成したら、酸素プラズマ処理によって、図10に示すようにレジスト22を除去する(ステップS8)。
After the
レジスト22を除去したら、図11に示すように、トレンチ30内にSiO2の補強材34を配置する(ステップS10)。すなわち、ディスペンサによりシルセスキオキサンをトレンチ30内に充填し、その後、シリコンウエハ本体10ごと熱処理する。これによって、トレンチ30内いっぱいに補強材34が配置される。トレンチ30は格子状に形成されているので、補強材34も格子状に配置される。また、補強材34の幅はトレンチ30と略同じ幅(例えば、約100μm)となり、補強材34の高さはトレンチ30と略同じ高さ(例えば、550μm強)となる。また、トレンチ30の壁面はシリコンウエハ本体10に対して略垂直であるので、補強材34の壁面も略垂直となる。
When the resist 22 is removed, as shown in FIG. 11, a reinforcing
トレンチ30内に補強材34を形成したら、シリコンウエハ本体10の表面にポリイミド系材料のエッチング保護テープ36を貼付する(ステップS12)。エッチング保護テープ36は、図12に示すように、シリコンウエハ本体10の下面10bのうち領域Dと最外周部の補強材34の端面に隙間無く貼付する。また、シリコンウエハ本体10の上面10aと、側面10cにも隙間なく貼付する。
When the reinforcing
エッチング保護テープ36を貼付したら、シリコンウエハ本体10を、エッチング保護テープ36及び補強材34と共にエッチング液に浸漬し、シリコンウエハ本体10をエッチングする(ステップS14)。エッチング液は、KOHまたはTMAH等のアルカリ水溶液を用いる。これらのエッチング液は、シリコンウエハ本体10(すなわち、シリコン)は良く溶かすが、補強材34(すなわち、SiO2)を溶かし難い。
シリコンウエハ本体10をエッチング液に浸漬させると、エッチング保護テープ36が貼付されていない領域のシリコンウエハ本体10の下面10bと補強材34がエッチング液と接触する。シリコンウエハ本体10はエッチング液に良く溶けるので、下面10b側からエッチングされる。一方、補強材34はエッチング液に溶け難いので、ほとんどエッチングされない。通常のウェットエッチングではエッチングが等方的に進行するが、ステップS14では、上述したとおり、補強材34がエッチングされないためシリコンウエハ本体10の面方向に対してエッチングが進行しない。従って、シリコンウエハ本体10のエッチングは、厚さ方向に進行する。シリコンウエハ本体10を所定時間、エッチング液に浸漬させることによって、シリコンウエハ本体10を下面10b側からトレンチ30よりやや浅い深さ(例えば、約550μm)だけエッチングする。これによって、図13に示すように、領域Cのシリコンウエハ本体10の厚さが薄くなり、所定の厚さ(例えば、約150μm)となる。これによって、領域Cのシリコンウエハ本体10が、所定の厚さ(例えば、150μm)の半導体素子38となる。また、補強材34の高さはトレンチ30と略同一の深さ(例えば、550μm強)であるので、ウェットエッチング後には、補強材34は、基端部でのみシリコンウエハ本体10と結合し、シリコンウエハ本体10の下面10bから突出した状態となる。
After the
When the silicon wafer
シリコンウエハ本体10をウェットエッチングしたら、エッチング保護テープ36をシリコンウエハ本体10から剥がす(ステップS16)。これによって、図1、2に示す半導体基板40が完成する。
After the
このような半導体基板製造方法によって製造された半導体基板40では、シリコンウエハ本体10の裏面に梁状に補強材34が立設されている。補強材34はシリコンウエハ本体10(すなわち、シリコン)との密着性が良い。従って、補強材34によってシリコンウエハ本体10が支えられ、半導体基板40の機械的強度が高くなっている。これによって、シリコンウエハ本体10の領域Eを非常に薄くしても半導体基板40が割れ難くなり、製造時のハンドリングが容易となる。
また、この半導体基板製造方法では、ドライエッチングによってトレンチ30を形成するが、トレンチ30を形成する面積は、下面10bのうちのごくわずかであるので、エッチングに長時間を要しない。また、ドライエッチングであるので、トレンチ30を精密に形成することができる。また、この半導体基板製造方法では、シリコンウエハ本体10の下面10bをウェットエッチングするが、補強材34が形成されていることによって、エッチングはシリコンウエハ本体10の厚さ方向に進行する。従って、シリコンウエハ本体10の下面10bを精密にエッチングすることができる。また、ウェットエッチングであるので、エッチング面積が大きくても、エッチングに長時間を要しない。すなわち、この半導体基板製造方法は、高い生産性で、精密に半導体基板40を製造することができる。
また、上述したように、この半導体基板製造方法では、ドライエッチングによってトレンチ30を形成する。ドライエッチングは精密な加工が可能であるので、非常に幅の細いトレンチ30を形成することができる。すなわち、非常に幅の細い補強材34を形成することができる。
また、この半導体基板製造方法では、トレンチ30及び補強材34が、シリコンウエハ本体10の半導体素子38を形成しない領域Aに配置される。このようにトレンチ30及び補強材34が配置されるので、補強材34が半導体素子38に含まれることがなく、半導体素子38の品質が安定する。また、上述したように、トレンチ30及び補強材34の幅が非常に細く、領域Aの幅も非常に細くすることが可能であるので、半導体基板40に多数の半導体素子38を形成することができる。
また、補強材34であるSiO2は、シリコンウエハ本体10との密着性が良いので、より好適にシリコンウエハ本体10が補強されている。
In the
In this semiconductor substrate manufacturing method, the
Further, as described above, in this semiconductor substrate manufacturing method, the
Further, in this semiconductor substrate manufacturing method, the
Further, since the SiO 2 that is the reinforcing
次に、本発明の第2実施例に係る半導体基板について説明する。図15に示すように、第2実施例の半導体基板140は、シリコンウエハ本体110と、補強材134と、充填材142によって構成されている。第2実施例の半導体基板140は、第1実施例の半導体基板40と異なり、下面110bが平面状に形成されている。
シリコンウエハ本体110は、シリコンの単結晶からなるウエハである。シリコンウエハ本体110の上面110aは、平面状に形成されている。その上面110aには、第1実施例のシリコンウエハ本体10と同様に、複数の回路部20が形成されている。シリコンウエハ本体110の下面110bは、平面状に形成されている。シリコンウエハ本体110の厚さは、例えば、約150μmとすることができる。すなわち、各回路部20に対応するシリコンウエハ本体110が、所定の厚さ(例えば、約150μm)の半導体素子38となっている。各半導体素子38の周囲の領域Aは、ダイシング領域である。シリコンウエハ本体110の下面110bには、領域Aのセンターラインに沿って、トレンチ130が形成されている。トレンチ130の底面及び壁面には、SiO2のバリア膜144が形成されている。トレンチ130内の底面側には、補強材134が配置されている。トレンチ130内の補強材134の上には、充填材142が配置されている。
補強材134の材質は高濃度Bドープポリシリコンである。高濃度Bドープポリシリコンは、シリコンウエハ本体110やSiO2に比べて高い内部応力を有しており、機械的強度が高い。補強材134は、トレンチ130の底部側に配置されている。
充填材142の材質はSiO2である。充填材142は、トレンチ130内の補強材134の上に形成されている。充填材142の端面は、シリコンウエハ本体110の下面110bと略同一高さとなるように形成されている。
Next, a semiconductor substrate according to a second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 15, the
The
The material of the reinforcing
The material of the
次に、半導体基板140の製造方法について、図14に示すフローチャートに従って説明する。本実施例の半導体基板製造方法では、図16に示す厚さ(例えば、約150μm)が均一の略円形のシリコンウエハ本体110から、半導体基板140を製造する。なお、図16のシリコンウエハ本体110において、領域Cは後に半導体素子38となる領域であり、領域Aは半導体素子38を切り出す際に、削り取られるダイシング領域である。
Next, a method for manufacturing the
ステップS24〜S28では、第1実施例の製造方法のステップS4〜S8と同様の方法によって、シリコンウエハ本体110の下面110bに、領域Aのセンターラインに沿ってトレンチ130を形成する。図17には、トレンチ130が形成されたシリコンウエハ本体110が示されている。
In steps S24 to S28, the
シリコンウエハ本体110にトレンチ130を形成したら、シリコンウエハ本体110を熱酸化処理する。これによって、図18に示すように、シリコンウエハ本体110の表面が酸化され、SiO2のバリア膜144が形成される(ステップS30)。
After the
シリコンウエハ本体110の表面にバリア膜144を形成したら、図19に示すように、CVDにより高濃度Bドープポリシリコン層146を下面110b及びトレンチ130の底面に成長させる。このとき、シリコンウエハ本体110の表面には、バリア膜144が形成されているので、高濃度Bドープポリシリコンの成分はシリコンウエハ本体110中には拡散しない。高濃度Bドープポリシリコン層146を所定の厚さまで成長させたら、成長させた高濃度Bドープポリシリコン層146をケミカルドライエッチングする。ケミカルドライエッチングは等方性エッチングであるので、下面110b上の高濃度Bドープポリシリコン層146は、トレンチ130内の高濃度Bドープポリシリコン層146に比べて高速でエッチングされる。ケミカルドライエッチングのエッチング時間は、下面110b上の高濃度Bドープポリシリコン層146が除去され、かつ、トレンチ130内には所定の厚さの高濃度Bドープポリシリコン層146が残るように調節される。これによって、図20に示すように、トレンチ130内に高濃度Bドープポリシリコンの補強材134が配置される(ステップS34)。
After the
補強材134を配置したら、図21に示すように、トレンチ130内の補強材134の上に充填材142を形成する(ステップS36)。充填材142は、ディスペンサによりシルセスキオキサンをトレンチ130内に充填した後、熱処理することによって配置する。充填材142を配置したら、シリコンウエハ本体110の下面110bを研磨等することによって、充填材142の端面をシリコンウエハ本体110の下面110bと略同じ高さにする。
When the reinforcing
充填材142を形成したら、図22に示すように、エッチングによってバリア膜144を除去する(ステップS38)。
When the
バリア膜144を除去したら、フォトリソグラフィー、エッチング、拡散・イオン注入、膜成長等の技術を用いて、シリコンウエハ本体110の上面110aに複数の回路部20を形成する(ステップS40)。回路部20は、図15に示すように、領域Cに形成する。これによって、領域Cのシリコンウエハ本体110が半導体素子38となる。
After removing the
このような半導体基板製造方法によって製造された半導体基板140では、シリコンウエハ本体110の裏面に形成されたトレンチ130内に補強材134が配置されている。補強材134は高い内部応力を有しており、シリコン及びSiO2に比べて機械的強度が高い。また、補強材134の上には、SiO2の充填材142が形成されている。充填材142は、シリコンウエハ本体110(すなわち、シリコン)との密着性が良いので、充填材142によって補強材134がトレンチ130内に好適に固定される。このように、トレンチ130内に形成された補強材134及び充填材142によって、シリコンウエハ本体110が支えられる。これによって、半導体基板140の機械的強度が高くなり、製造時のハンドリングが容易となる。
In the
以上に説明したように、第2実施例の製造方法によれば、厚さの薄い半導体素子38を多数、製造することができる半導体基板140を製造することができる。
また、このように製造された半導体基板140は、上面110a及び下面110bが平面状に形成されている。従って、半導体基板140の搬送等に特殊な装置を用いる必要が無く、一般的な半導体基板製造装置によって製造することができる。これによって、高い生産性で半導体基板140を製造することが可能とされている。
また、この製造方法によれば、シリコンウエハ本体110を薄化する必要がない。従って、半導体基板140の製造に要する時間が短くなるとともに、材料の利用効率が高くなり、製造コストを低減することができる。
また、第2実施例の製造方法によれば、ステップS30でトレンチ130内のシリコンウエハ本体110の表面にバリア膜144が形成される。従って、ステップS34でトレンチ130内に補強材134を配置する際に、補強材134の成分の一部が、シリコンウエハ本体110中に拡散し、シリコンウエハ本体110の特性が変化することが防止される。
As described above, according to the manufacturing method of the second embodiment, the
Further, the
Moreover, according to this manufacturing method, it is not necessary to thin the silicon wafer
Further, according to the manufacturing method of the second embodiment, the
なお、図23は、第1実施例の半導体基板40と第2実施例の半導体基板140の機械的強度をシミュレーションした結果を示している。より詳細に説明すると、半導体基板の両端を支持した状態で半導体基板に所定の加速度を加えた場合のシミュレーション結果を示している。図23中、横軸は半導体基板を支持している軸方向に関する半導体基板の位置を示しており、縦軸は半導体基板のその位置での変位量(軸方向に対して垂直方向の変位量)を示している。
図中の符号40aは半導体基板40のシミュレーション結果であり、半導体素子38の厚さ(すなわち、シリコンウエハ本体10の領域Eの厚さ)は160μm、半導体基板40の厚さ(すなわち、シリコンウエハ本体10の上面10aから補強材34の下端面までの厚さ)は775μm、補強材34の幅は120μmに設定した。また、符号140aは半導体基板140のシミュレーション結果であり、半導体基板140の厚さは160μm、補強材134及び充填材142の高さ(すなわち、トレンチ130の深さ)は80μm、補強材134の幅は120μmに設定した。また、半導体基板40、140との比較のため、補強材が配置されておらずトレンチも形成されていないシリコンウエハ(例えば、図16に示すようなシリコンウエハ)のシミュレーション結果を示している(符号240a)。このシリコンウエハのシミュレーションでは、シリコンウエハの厚さは160μmに設定した。
図23に示すように、比較例のシリコンウエハでは、加速度を加えるとシリコンウエハが大きく反って、シリコンウエハの中央部は17.0mmも変位した。これに対し、半導体基板140では、中央部の変位は11.7mmとなり、補強材134及び充填材142によって半導体基板140の機械的強度が向上されていることがわかる。また、半導体基板40では、反りがほとんど発生せず、中央部の変位は0.44mmとなった。このことから、補強材34によって補強されることによって、半導体基板40の機械的強度が大きく向上されていることがわかった。
FIG. 23 shows the result of simulating the mechanical strength of the
As shown in FIG. 23, in the silicon wafer of the comparative example, when acceleration was applied, the silicon wafer was greatly warped, and the central portion of the silicon wafer was displaced by 17.0 mm. On the other hand, in the
なお、上述した第1実施例及び第2実施例では、トレンチをRIE法によるドライエッチングにより形成したが、他の方法によってエッチングを行っても良い。例えば、シリコンウエハ本体の異方性を利用したウェットエッチング等によっても好適にトレンチを形成することができる。
また、上述した第2実施例では、補強材を高濃度Bドープポリシリコンによって形成したが、他の材料を補強材として用いることができる。例えば、SiC、Al2O3、AlN、CVDダイヤ等のシリコンウエハ本体に比べて高いヤング率及び/または高い内部応力を有する材料等を補強材に用いることができる。
また、上述した第2実施例では、熱酸化処理によってトレンチ内にSiO2のバリア膜を形成し、その後トレンチ内に補強材を配置したが、CVD等の方法によってバリア膜を形成しても良い。また、バリア膜は、SiO2に限られず、Si3N4等のバリア性の高いさまざまな物質によって形成することができる。また、成分がシリコンウエハ本体中に拡散しない物質で補強材を形成する場合には、バリア膜を形成しなくてもよい。
また、上述した第1実施例及び第2実施例の製造方法においては、スピンコート法によりフォトレジスト液を塗布した後に、紫外線を照射し、現像液を塗布することによって所定の形状のレジストをシリコンウエハ本体上に形成したが、レジストを形成する位置や目的に応じてさまざまな方法を用いることができる。例えば、インクジェット印刷、スクリーン印刷、スキャンコート法等によってレジストを形成しても良い。
また、上述した第1実施例及び第2実施例の製造方法においては、ディスペンサにより水溶液をトレンチ内に塗布し、その後熱処理することによってトレンチ内にSiO2の補強材、充填材を配置したが、補強材または充填材を配置する位置や目的に応じてさまざまな方法を用いることができる。例えば、インクジェット印刷、スクリーン印刷、スキャンコート法等によって水溶液を塗布した後に熱処理することによって、補強材または充填材を形成しても良い。
In the first and second embodiments described above, the trench is formed by dry etching using the RIE method, but etching may be performed by other methods. For example, the trench can be suitably formed also by wet etching using the anisotropy of the silicon wafer body.
In the second embodiment described above, the reinforcing material is formed of high-concentration B-doped polysilicon, but other materials can be used as the reinforcing material. For example, a material having a higher Young's modulus and / or higher internal stress than the silicon wafer body such as SiC, Al 2 O 3 , AlN, and CVD diamond can be used as the reinforcing material.
In the second embodiment described above, the SiO 2 barrier film is formed in the trench by thermal oxidation, and then the reinforcing material is disposed in the trench. However, the barrier film may be formed by a method such as CVD. . The barrier film is not limited to SiO 2 and can be formed of various substances having high barrier properties such as Si 3 N 4 . Further, when the reinforcing material is formed of a material whose components do not diffuse into the silicon wafer body, the barrier film may not be formed.
Further, in the manufacturing methods of the first and second embodiments described above, a photoresist solution is applied by spin coating, then irradiated with ultraviolet rays, and a developer is applied to form a resist having a predetermined shape in silicon. Although formed on the wafer body, various methods can be used according to the position and purpose of forming the resist. For example, the resist may be formed by inkjet printing, screen printing, scan coating, or the like.
Moreover, in the manufacturing method of the first embodiment and the second embodiment described above, an aqueous solution was applied in the trench by a dispenser, and then heat treatment was performed, and then the SiO 2 reinforcing material and filler were disposed in the trench. Various methods can be used depending on the position and purpose of arranging the reinforcing material or filler. For example, the reinforcing material or the filler may be formed by applying an aqueous solution by inkjet printing, screen printing, scan coating, or the like and then performing a heat treatment.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、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、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的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、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
10:シリコンウエハ本体
10a:上面
10b:下面
10c:側面
20:回路部
22:レジスト
24:開口部
30:トレンチ
34:補強材
36:エッチング保護テープ
38:半導体素子
40:半導体基板
110:シリコンウエハ本体
110a:上面
110b:下面
130:トレンチ
134:補強材
140:半導体基板
142:充填材
144:バリア膜
146:高濃度Bドープポリシリコン層
10:
Claims (5)
基板本体の裏面にトレンチを形成する工程と、
形成したトレンチ内にのみ、基板本体に比べて高い弾性係数及び/または高い内部応力を有する補強材を配置する工程と、を有することを特徴とする半導体基板製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising:
Forming a trench on the back surface of the substrate body;
Placing a reinforcing material having a higher elastic modulus and / or higher internal stress than the substrate body only in the formed trench.
基板本体の裏面のうち半導体素子を形成しない領域にトレンチを形成する工程と、
形成したトレンチ内にのみ補強材を配置する工程と、
トレンチ内に補強材を配置した後に、基板本体の裏面のうち少なくとも半導体素子を形成する領域をウェットエッチングする工程と、を有し、
ウェットエッチング工程では、補強材を溶かし難いエッチング液を用いることを特徴とする半導体基板製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising:
Forming a trench in a region of the back surface of the substrate body where the semiconductor element is not formed;
Arranging the reinforcing material only in the formed trench;
A step of wet-etching at least a region for forming a semiconductor element on the back surface of the substrate body after disposing the reinforcing material in the trench, and
In the wet etching process, an etching solution that hardly dissolves the reinforcing material is used.
トレンチ内に配置された補強材と、を有し、
補強材は、基板本体に比べて高い弾性係数及び/または高い内部応力を有しており、基板本体の裏面のうちトレンチが形成されていない領域には補強材が配置されていないことを特徴とする半導体基板。 A substrate body having a trench formed on the back surface;
A reinforcing member disposed in the trench,
The reinforcing material has a higher elastic modulus and / or higher internal stress than the substrate body, and the reinforcing material is not disposed in a region of the back surface of the substrate body where no trench is formed. Semiconductor substrate.
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