JP5970806B2 - Insulated gate type semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置などに使用される絶縁ゲート型半導体装置の製造方法に関し、特に、双方向の耐圧特性を有する逆阻止型デバイスにおける分離拡散層の形成プロセスおよびダイシング工程にかかる製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an insulated gate semiconductor device used for a power converter and the like, and more particularly, to a method for forming an isolation diffusion layer and a manufacturing method for a dicing process in a reverse blocking device having bidirectional breakdown characteristics. .

逆阻止型の半導体装置においては、順阻止能力と同等の逆阻止能力が要求される。この逆阻止型半導体装置とは、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)に代表されるデバイスのように、もともと順耐圧接合、逆耐圧接合の両方のpn接合を有しているデバイスに対して、従来は順逆両接合の耐圧特性の信頼性を同時に保証することが容易ではなかったために敢えて付けられた呼称である。以下の説明では、逆阻止と逆耐圧とを同義語として扱うことにする。IGBTが交流回路でスイッチング素子などとして使用される際には、逆耐圧はスイッチング素子にシリーズに接続される別個のダイオードによって負担される回路構成にされていた。従って、スイッチング素子としては順耐圧特性だけの信頼性があればよいので、逆耐圧接合の信頼性を有効にするデバイス設計を省略してコストダウンを優先させる作り方で製造されていた。しかし、回路側からのコストダウンアイテムとして逆耐圧用ダイオードを省略するために、IGBTの逆耐圧(逆阻止電圧)も高信頼性を有する逆阻止型IGBTを要請されるようになった。   In a reverse blocking type semiconductor device, a reverse blocking capability equivalent to the forward blocking capability is required. This reverse-blocking semiconductor device is different from a device that originally has both a forward breakdown voltage junction and a reverse breakdown voltage junction, such as a device represented by an IGBT (insulated gate bipolar transistor). Is the name given because it was not easy to guarantee the reliability of the breakdown voltage characteristics of both forward and reverse junctions at the same time. In the following description, reverse blocking and reverse breakdown voltage are treated as synonyms. When the IGBT is used as a switching element or the like in an AC circuit, the reverse breakdown voltage is configured to be borne by a separate diode connected in series to the switching element. Therefore, since the switching element only needs to have the reliability of the forward breakdown voltage characteristics, the device design that makes the reliability of the reverse breakdown voltage junction effective is omitted, and the switching element is manufactured by a method of giving priority to cost reduction. However, in order to omit the reverse breakdown voltage diode as a cost reduction item from the circuit side, there has been a demand for a reverse blocking IGBT having high reliability in reverse breakdown voltage (reverse blocking voltage) of the IGBT.

そのような逆阻止型の絶縁ゲート型半導体装置としては、例えば、図5の半導体基板の端部断面図に示す逆阻止型IGBTがある。この逆阻止型IGBTでは、逆阻止(逆耐圧)能力を高信頼性にするために、半導体基板1の裏面側近傍にある逆阻止用pn接合20を表面側に延在させ、逆阻止用接合端面を順阻止用接合端面と同一の表面側の絶縁膜で保護する構造としている。このpn接合20を表面に延在させるためのpn接合21の形成に必要な拡散層が、半導体基板の両主面間にほぼ跨るような深さで形成されるp型拡散分離層22である。   As such a reverse blocking type insulated gate semiconductor device, for example, there is a reverse blocking IGBT shown in the end cross-sectional view of the semiconductor substrate in FIG. In this reverse blocking IGBT, in order to make the reverse blocking (reverse breakdown voltage) capability highly reliable, the reverse blocking pn junction 20 in the vicinity of the back surface side of the semiconductor substrate 1 is extended to the front surface side, and the reverse blocking junction is provided. The end face is protected by an insulating film on the same surface side as the joint end face for forward blocking. A diffusion layer necessary for forming the pn junction 21 for extending the pn junction 20 to the surface is a p-type diffusion separation layer 22 formed with a depth that substantially spans between both main surfaces of the semiconductor substrate. .

しかし、このような深い拡散は高温長時間拡散を伴うので、高耐圧になるほど耐圧特性を劣化させ易いことが知られている。図5の逆阻止型IGBTに記されたデバイス構造のうち、前記説明に無い符号を以下説明する。符号3はpベース領域、4はnエミッタ領域、5はゲート絶縁膜、6はゲート電極、7は層間絶縁膜、8はガードリング、9はフィールドプレート、10はフィールド絶縁膜をそれぞれ示す(特許文献1、2、3)。 However, since such deep diffusion is accompanied by high-temperature and long-time diffusion, it is known that the breakdown voltage characteristic is more likely to deteriorate as the breakdown voltage becomes higher. Of the device structure described in the reverse blocking IGBT of FIG. Reference numeral 3 denotes a p base region, 4 denotes an n + emitter region, 5 denotes a gate insulating film, 6 denotes a gate electrode, 7 denotes an interlayer insulating film, 8 denotes a guard ring, 9 denotes a field plate, and 10 denotes a field insulating film ( Patent documents 1, 2, 3).

また、図6に示すように、ダイシングブレードにより分割した切断面21aにイオン注入およびレーザーアニールすることにより前記p型分離拡散層22bを高温長時間拡散せずに形成する方法も知られている(特許文献1)。   Further, as shown in FIG. 6, there is also known a method of forming the p-type separation diffusion layer 22b without diffusing at a high temperature for a long time by ion implantation and laser annealing on a cut surface 21a divided by a dicing blade (see FIG. 6). Patent Document 1).

またさらに、前述の高温長時間拡散を回避する異なる方法として、図7のIGBTの断面図に示すように、p型分離拡散層22bを、アルカリエッチングにより形成した(111)面からなる傾斜面23へのボロンのイオン注入により、高温長時間拡散せずに形成する方法も知られている(特許文献3)。さらに表面側から形成したアルカリエッチング溝の傾斜面に拡散分離層を形成した後、このエッチング溝の底部へのレーザー照射によりダイシングを行うという記載もある(特許文献2)。   Furthermore, as a different method for avoiding the above-mentioned high-temperature and long-time diffusion, as shown in the cross-sectional view of the IGBT of FIG. 7, the p-type isolation diffusion layer 22b is an inclined surface 23 made of (111) plane formed by alkali etching. A method is also known in which a high temperature and long time diffusion without diffusion is performed by boron ion implantation (Patent Document 3). Further, there is a description that after a diffusion separation layer is formed on the inclined surface of the alkali etching groove formed from the surface side, dicing is performed by laser irradiation to the bottom of the etching groove (Patent Document 2).

特開2009−177039号公報(0024〜0027段落、図7、図1)JP 2009-177039 A (paragraphs 0024 to 0027, FIGS. 7 and 1) 特開2006−156926号公報(0043段落、0096段落、図26)JP 2006-156926 A (0043 paragraph, 0096 paragraph, FIG. 26) 特開2006−303410号公報(0044段落)JP 2006-303410 A (paragraph 0044)

しかしながら、前述の特許文献1の記載のように、図3に示す半導体基板の裏面側にダイシングテープ25を貼り付け、基板1の表面側からの図示しないブレードダイシングにより半導体基板1を分割しチップ化する場合、ダイシングと同時に切断面21aにクラック30またはチッピング31が深さ数10μmレベルで入ることが多い。そのため、このクラック30、チッピング31に起因するリーク電流を発生させないようにするためには、ダイシング面の全領域にクラック30、チッピング31の最大深さ以上の深さに不純物を分布または拡散させ活性化させて分離拡散層22cとしなくてはならない。しかし、ダイシングによるクラック30が多量に入っているダイシング切断面21aに、10μm以上の深さに不純物を精密に制御して分布または拡散させることは、非常に難しく、量産プロセスとして採用することは困難である。   However, as described in Patent Document 1, the dicing tape 25 is attached to the back surface side of the semiconductor substrate shown in FIG. 3, and the semiconductor substrate 1 is divided into chips by blade dicing (not shown) from the front surface side of the substrate 1. In this case, the crack 30 or the chipping 31 often enters the cut surface 21a at a depth of several tens of micrometers simultaneously with dicing. Therefore, in order not to generate a leak current due to the cracks 30 and the chipping 31, impurities are distributed or diffused to a depth greater than the maximum depth of the cracks 30 and the chipping 31 in the entire area of the dicing surface. To separate the diffusion layer 22c. However, it is very difficult to precisely control and distribute or diffuse impurities to a depth of 10 μm or more on the dicing cut surface 21a containing a large amount of cracks 30 due to dicing, and it is difficult to adopt as a mass production process. It is.

また、前述の特許文献2、3の記載のように、結晶方位の差異によりエッチング速度の異なる湿式のアルカリエッチングにより半導体基板の裏面側から(111)面を有する溝を形成するプロセスでは、クラックやチッピングの無いダメージレスな傾斜結晶面が得られる。例えば、図2に示すように、結晶面(100)を主表面とする半導体基板にエッチング溝27を形成する場合、表面側に半導体機能領域の形成後、裏面側から(100)面に対して125°傾斜した(111)面からなる傾斜面23を有する凹部状の溝27がアルカリエッチングにより形成される。さらに、図2(a)、(b)、(c)に示すような(111)面からなる傾斜面23に沿って分離拡散層22bを形成した後、裏面側にダイシングテープ25が貼り付けられ、表面側から溝27の底部26を、図示しないダイシングブレードで高速切断しチップに分割する工程が実施される。しかし、このダイシングブレードによる高速切断の際、溝底部26の基板は厚さが薄く強度が低いためチッピング31(小さい欠け、割れ)が多数発生し易い。しかも発生したチッピング31の先端が分離拡散層22bの近傍に、さらには分離拡散層22bを超えて、より内部へ侵入することが多くあり、リーク電流の増大や耐圧低下の原因になり易いという問題がある。   Further, as described in Patent Documents 2 and 3 described above, in the process of forming a groove having a (111) plane from the back surface side of the semiconductor substrate by wet alkali etching with different etching rates due to crystal orientation differences, A damage-free tilted crystal plane without chipping can be obtained. For example, as shown in FIG. 2, when the etching groove 27 is formed in the semiconductor substrate having the crystal plane (100) as the main surface, the semiconductor functional region is formed on the front surface side, and then from the back surface side to the (100) surface. A concave groove 27 having an inclined surface 23 made of a (111) surface inclined by 125 ° is formed by alkali etching. Further, after the separation diffusion layer 22b is formed along the inclined surface 23 formed of the (111) surface as shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, the dicing tape 25 is attached to the back surface side. Then, a step of cutting the bottom portion 26 of the groove 27 from the front surface side with a dicing blade (not shown) and dividing it into chips is performed. However, at the time of high-speed cutting with this dicing blade, the substrate of the groove bottom portion 26 is thin and low in strength, so that many chippings 31 (small chips and cracks) are likely to occur. In addition, the tip of the generated chipping 31 often enters the interior in the vicinity of the separation diffusion layer 22b and further beyond the separation diffusion layer 22b, which tends to cause an increase in leakage current and a decrease in breakdown voltage. There is.

本発明は、以上説明した点を考慮してなされたものである。本発明の目的は、エッチング溝を利用して、逆耐圧接合の接合端面を表面に延在させるための分離拡散層を形成した後、このエッチング溝の底部の薄板部を高速ダイシングしてもチッピングの発生を抑制し電気特性不良を少なくすることができる絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を提供することである。   The present invention has been made in consideration of the points described above. An object of the present invention is to use an etching groove to form a separation diffusion layer for extending the junction end face of the reverse pressure bonding to the surface, and then chipping even if the thin plate portion at the bottom of the etching groove is diced at high speed. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an insulated gate semiconductor device capable of suppressing generation of defects and reducing electrical characteristic defects.

前記本発明の目的を達成するために、n型半導体基板の一方の主面側に設けられるp型ベース領域により形成される順耐圧用接合と、他方の主面側に設けられるp型コレクタ層により形成される逆耐圧接合とを有し、この順耐圧用接合の端面と逆耐圧用接合の両端面を一方の主面に配置し保護するために、前記一方の主面の前記p型ベース領域を取り巻く耐圧構造部の外周側の表面から前記半導体基板内部に形成されるp型半導体領域と、該p型半導体領域の底部に達する深さに他方の主面から形成されるエッチング溝と、該エッチング溝により形成される傾斜面に沿って形成され、前記p型コレクタ層に接続されるp型分離拡散層とを有する半導体基板を、前記一方の主面レーザー光を透過するテープを貼付した後、前記エッチング溝の底部基板に前記一方の主面からレーザー照射し、該レーザー照射により発生するクラックを起点とする壁開により分割しチップ化する絶縁ゲート型半導体装置の製造方法とする。前記傾斜面がアルカリエッチングにより形成される結晶面であることがより好ましい。前記レーザー照射は、1.0μmを超える波長を有するレーザー照射であり、前記エッチング溝の底部から5乃至50μmの基板内部に焦点を合わせることが好ましい。前記エッチング溝の底部から10乃至30μmの基板内部に焦点を合わせることがより好ましい。さらに、前記一方の主面および前記他方の主面が(100)面であり、前記エッチング溝により形成される傾斜面が(111)面であることがいっそう好ましい。 In order to achieve the object of the present invention, a forward breakdown voltage junction formed by a p-type base region provided on one main surface side of an n-type semiconductor substrate and a p-type collector layer provided on the other main surface side The p-type base of the one main surface is disposed to protect the end surface of the forward withstand voltage junction and both end surfaces of the reverse withstand voltage junction on one main surface. A p-type semiconductor region formed inside the semiconductor substrate from the outer peripheral surface of the pressure-resistant structure surrounding the region, and an etching groove formed from the other main surface to a depth reaching the bottom of the p-type semiconductor region; is formed along the inclined plane formed by the etching trench, a semiconductor substrate having a p-type isolation diffusion layer connected to the p-type collector layer, a tape that transmits a laser beam on the main surface side of said one After pasting, the etching groove Bottom laser irradiation from said one main surface side of the substrate, a method for manufacturing an insulated gate semiconductor device of chip divided by a wall opening of a starting point of cracks generated by the laser irradiation. More preferably, the inclined surface is a crystal surface formed by alkali etching . Before SL laser irradiation, a laser radiation having a wavelength greater than 1.0 .mu.m, it is preferable to focus on the internal board of 5 to 50μm from the bottom of the etching groove. Before Stories and more preferably focus from the bottom into the substrate 10 to 30μm in the etching groove. Further, it is more preferable that the one main surface and the other main surface are (100) surfaces, and the inclined surface formed by the etching groove is a (111) surface.

本発明によれば、エッチング溝を利用して、逆耐圧接合の接合端面を表面に延在させるための分離拡散層を形成した後、このエッチング溝の底部の薄板部を高速ダイシングしてもチッピングの発生を抑制し電気特性不良を少なくすることができる絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, the etching groove is used to form the separation diffusion layer for extending the junction end face of the reverse pressure bonding to the surface, and then chipping even if the thin plate portion at the bottom of the etching groove is diced at high speed. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing an insulated gate semiconductor device capable of suppressing the occurrence of defects and reducing electrical characteristic defects.


本発明にかかるレーザーダイシングプロセス直後のウエハの断面図である。It is sectional drawing of the wafer immediately after the laser dicing process concerning this invention. 半導体基板のエッチングパターンを示す平面図(a)と、(a)のA−A’線断面図と、最終ウエハプロセスであるダイシングプロセス直後のウエハの断面図(c)である。1A is a plan view showing an etching pattern of a semiconductor substrate, FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 1A, and FIG. 3C is a cross-sectional view of a wafer immediately after a dicing process as a final wafer process. 実施例1−7および比較例1−4に示すレーザーを照射する時もしくはブレードダイシングを行うときの半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate when irradiating the laser shown in Example 1-7 and Comparative Example 1-4, or when performing blade dicing. 本発明にかかる、(100)面を主表面とする半導体基板のステレオ投影図である。It is a stereo projection figure of the semiconductor substrate which makes (100) plane the main surface concerning this invention. 従来の、高温長時間熱拡散により形成された分離拡散層を有するIGBTの端部断面図である。It is the edge part sectional drawing of IGBT which has the isolation | separation diffused layer formed by the conventional high temperature long time thermal diffusion. 従来の、主面に垂直にダイシングカットされた面に分離拡散層が形成されたIGBTの端部断面図である。It is the edge part sectional drawing of conventional IGBT by which the isolation | separation diffused layer was formed in the surface by which the dicing cut was carried out perpendicular | vertical to the main surface. 従来の、裏面からのアルカリエッチングにより分割された傾斜面に分離拡散層が形成されたIGBTの断面図である。It is sectional drawing of conventional IGBT by which the isolation | separation diffused layer was formed in the inclined surface divided | segmented by the alkali etching from the back surface. シリコン基板に照射するレーザー光の波長と透過率の関係図である。It is a related figure of the wavelength and the transmittance | permeability of the laser beam irradiated to a silicon substrate.

以下、本発明にかかる絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、半導体基板の一方の主面を表面と、半導体基板の他方の主面を裏面として以下説明する。なお、以下の実施例の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。   Embodiments of an insulated gate semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, the following description will be given with one main surface of the semiconductor substrate as the front surface and the other main surface of the semiconductor substrate as the back surface. In the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted. The present invention is not limited to the description of the examples described below unless it exceeds the gist.

本発明にかかる絶縁ゲート型半導体装置の半導体機能領域である半導体拡散領域、ゲート絶縁膜、電極膜などを作製する方法は従来の方法と同じであるので、詳細な説明を省くことにする。以下の説明では、本発明の特徴部分である半導体基板をチップ化するための方法を中心に説明する。   Since a method for producing a semiconductor diffusion region, a gate insulating film, an electrode film, and the like, which are semiconductor functional regions of the insulated gate semiconductor device according to the present invention, is the same as the conventional method, detailed description thereof will be omitted. In the following description, a method for forming a semiconductor substrate as a characteristic part of the present invention will be mainly described.

Si(シリコン半導体)のような単結晶の脆性材料では、一般的に結晶面に沿って壁開させると、清浄で、かつチッピング(欠け)などの影響の少ない面が得られる。一方、図4に示す半導体基板の(100)面のステレオ投影図から分かるように、矩形にチップ化するための切断面は、(111)側壁面と平行な(110)面になるので、この(110)面での壁開をチップ化のための切断に利用することができる。また、(111)側壁面を有するエッチング溝底部26の基板は薄板化されているため、この薄板のところで壁開させることは比較的容易である。従って、エッチング溝底部26の基板表面または基板内部に、壁開のきっかけとなるクラックを高い位置精度で作ることができれば、その後に、基板に貼り付けられているテープを伸張させることで簡単に壁開でき、チップ化できる。   In the case of a single crystal brittle material such as Si (silicon semiconductor), generally, when the wall is opened along the crystal plane, a clean and less affected surface such as chipping is obtained. On the other hand, as can be seen from the stereo projection view of the (100) plane of the semiconductor substrate shown in FIG. 4, the cut surface for forming the chip into a rectangle is the (110) plane parallel to the (111) side wall surface. The opening of the wall at the (110) plane can be used for cutting for chip formation. Further, since the substrate of the etching groove bottom portion 26 having the (111) side wall surface is thinned, it is relatively easy to open the wall at the thin plate. Therefore, if a crack that triggers the opening of the wall can be made with high positional accuracy on the substrate surface or inside the substrate of the etching groove bottom 26, the wall can be easily obtained by extending the tape attached to the substrate thereafter. Can be opened and chipped.

一方、図8に示すように、シリコン半導体基板(シリコン基板)に対するレーザー光の波長と透過率の関係は、波長1.0μm以下ではほぼ透過せず吸収され、波長1.1μmで透過率が約10%、波長1.2μmで透過率が約15%、波長1.5μmで透過率が約20%と急上昇していることが分かる。すなわち、波長1.0μm以下のレーザー照射の場合、シリコン基板内部へのレーザー光によるダメージを最小限に抑えて壁開に利用するクラック以外のクラックの発生をできるかぎり少なくするために、その焦点を基板表面に設定することが好ましい。また、波長が1.0μmを超える波長のレーザー照射では、その焦点を裏面側のエッチング溝底部から基板内部へ深さ50μm以内、好ましくは30μm以内のシリコン基板内に設定することが好ましい。前述の2種類の波長のレーザー照射によるレーザーダイシング方法について、以下説明する。   On the other hand, as shown in FIG. 8, the relationship between the wavelength of the laser beam and the transmittance with respect to the silicon semiconductor substrate (silicon substrate) is absorbed almost without transmission at a wavelength of 1.0 μm or less, and the transmittance is about 1.1 μm at the wavelength. It can be seen that the transmittance is about 15% at 10%, the wavelength of 1.2 μm, and the transmittance is about 20% at the wavelength of 1.5 μm. That is, in the case of laser irradiation with a wavelength of 1.0 μm or less, in order to minimize the occurrence of cracks other than the cracks used for opening the walls by minimizing the damage caused by the laser beam to the inside of the silicon substrate, the focal point is set. It is preferable to set it on the substrate surface. In laser irradiation with a wavelength exceeding 1.0 μm, the focal point is preferably set within a silicon substrate having a depth of 50 μm or less, preferably 30 μm or less, from the bottom of the etching groove on the back side to the inside of the substrate. The laser dicing method using the above-described two types of laser irradiation will be described below.

1.0μm以下の波長のレーザー照射の場合(第1の方法)、半導体基板にエッチング溝27を含む半導体機能領域を形成した後、図1(a)に示すように、エッチング溝27の開口部がある裏面側にテープ25を貼付する。その後、1.0μm以下の波長のレーザー光を基板表面側から照射する。その際のレーザー照射の焦点を、半導体基板の表面に設定して、スクライブライン50(図2)上を走査する。この第1の方法の場合、レーザー光としては、YAGレーザーの第二高調波(532nm)やエキシマーレーザー、もしくは半導体レーザーを使用し、0〜5,000n秒遅延時間を設けて、その強度を2.0J/cm以上としてダイシングすることが好ましい。この方法により、半導体特性への悪影響無しにクラックが形成され、チップ化が可能になる。 In the case of laser irradiation with a wavelength of 1.0 μm or less (first method), after forming a semiconductor functional region including the etching groove 27 on the semiconductor substrate, as shown in FIG. The tape 25 is affixed to the back side. Thereafter, a laser beam having a wavelength of 1.0 μm or less is irradiated from the substrate surface side. At that time, the focal point of the laser irradiation is set on the surface of the semiconductor substrate, and the scribe line 50 (FIG. 2) is scanned. In the case of this first method, the second harmonic (532 nm) of the YAG laser, the excimer laser, or the semiconductor laser is used as the laser beam, and a delay time of 0 to 5,000 nsec is provided, and the intensity is 2 Dicing is preferably performed at a rate of 0.0 J / cm 2 or more. By this method, a crack is formed without adversely affecting the semiconductor characteristics, and a chip can be formed.

1.0μmを超える波長のレーザー照射の場合(第2の方法)、半導体基板にエッチング溝27を含む半導体機能領域を形成した後、図1(b)に示すように、半導体基板の表面側に1.0μmを超える波長のレーザー光を透過するテープ25を貼付する。次に、1.0μmを超える波長のレーザー光を表面側からテープ25越しに照射する。その際のレーザー照射の焦点を、エッチング溝底部から基板内部に深さ5〜50μmの範囲内に設定して、スクライブライン50(図2)上を走査する。この第2の方法の場合、レーザー光としては、シリコン基板に対する透過率の大きいYAGレーザーの1.064μm、1.320μm、1.44μmなどの赤外域の波長を使用し、0〜5,000n秒遅延時間を設けて、その強度を2.0J/cm以上としてダイシングすることが好ましい。この方法によっても半導体特性への悪影響無しにクラックが形成され、チップ化が可能になる。この場合、レーザー照射の焦点は基板内部でありテープに対しては透過性が高いので、テープは熱で切断されることなく基板保持能力を維持する。 In the case of laser irradiation with a wavelength exceeding 1.0 μm (second method), after forming a semiconductor functional region including an etching groove 27 on the semiconductor substrate, as shown in FIG. A tape 25 that transmits laser light having a wavelength exceeding 1.0 μm is attached. Next, a laser beam having a wavelength exceeding 1.0 μm is irradiated from the surface side through the tape 25. At that time, the focal point of laser irradiation is set within a range of 5 to 50 μm from the bottom of the etching groove to the inside of the substrate, and scanning is performed on the scribe line 50 (FIG. 2). In the case of this second method, as the laser light, a YAG laser having a high transmittance with respect to the silicon substrate is used in the infrared wavelength range such as 1.064 μm, 1.320 μm, 1.44 μm, and 0 to 5,000 nsec. It is preferable to dice by providing a delay time and setting the strength to 2.0 J / cm 2 or more. Even with this method, cracks are formed without adversely affecting the semiconductor characteristics, and a chip can be formed. In this case, since the focal point of laser irradiation is inside the substrate and is highly permeable to the tape, the tape maintains the substrate holding ability without being cut by heat.

これらの第1,2の方法のレーザー照射により焦点部に発生したクラックを半導体基板に垂直な方向のみに進展させて壁開して、半導体基板を半導体チップに分割させる。この分割方法をさらに詳細に説明する。前述のクラックの進展による壁開後、貼り付けたテープ25によりバラバラにならないように保たれている半導体基板を中心から外周部の全方位に向けて均等にテープを引き伸ばすことにより半導体チップとして分離分割させることができる。   Cracks generated at the focal point by the laser irradiation of these first and second methods are propagated only in the direction perpendicular to the semiconductor substrate to open the walls, and the semiconductor substrate is divided into semiconductor chips. This division method will be described in more detail. After opening the wall due to the progress of the cracks described above, the semiconductor substrate that has been kept from falling apart by the attached tape 25 is separated and divided as a semiconductor chip by uniformly stretching the tape from the center toward all directions of the outer periphery. Can be made.

さらに異なるチップ化方法として、レーザー照射後に、半導体基板に超音波を当てる方法、レーザー照射部にステンレス、Alなどの金属材料からなる治具で叩いたりするなどの物理的な刺激を加えてクラックを進展させたりする方法などもある。ただし、本発明にかかるチップ化では、レーザー照射部のエッチング溝底部の基板厚がエッチングで、エッチング前の厚さ200μmから数10μm〜100μm程度にまで薄くされているため、物理的な刺激を加えると、却って新たなチッピングが発生するおそれがある。従って、物理的な刺激を加える際には、刺激の大きさに細心の注意を払う必要がある。   Furthermore, as a different chip formation method, after laser irradiation, cracks are applied by applying physical stimulation such as applying ultrasonic waves to the semiconductor substrate and hitting the laser irradiation part with a jig made of a metal material such as stainless steel or Al. There are also ways to make progress. However, in the chip formation according to the present invention, the substrate thickness at the bottom of the etching groove of the laser irradiation part is etched, and the thickness before etching is reduced from about 200 μm to several tens μm to 100 μm, so that physical stimulation is applied. On the contrary, new chipping may occur. Therefore, when applying a physical stimulus, it is necessary to pay close attention to the magnitude of the stimulus.

また、Si半導体は赤外域での光の屈折率が3.5程度と大きいため、レーザー照射の際に焦点を結ばせるには、NA(開口数)値の大きなレンズを必要とするだけでなく、レンズと基板間の距離を小さくする必要がある。そのためには、レンズと基板間の距離の小さい半導体基板の表面側からレーザー照射することが好適である。このようにすることにより屈折率の高いSi半導体基板を通過する距離が短くなり焦点をより正確な位置に絞れるため、クラックが安定して生成し、深さ方向の位置を安定させ易くすることができる。   In addition, since the refractive index of light in the infrared region is as large as about 3.5, a Si semiconductor not only requires a lens with a large NA (numerical aperture) value to focus on laser irradiation. It is necessary to reduce the distance between the lens and the substrate. For this purpose, it is preferable to perform laser irradiation from the surface side of the semiconductor substrate having a small distance between the lens and the substrate. By doing so, the distance passing through the Si semiconductor substrate having a high refractive index is shortened and the focal point can be narrowed down to a more accurate position, so that cracks are stably generated and the position in the depth direction can be easily stabilized. it can.

以下、本発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法について、特にダイシング方法に関して条件を変えた実験を行い、本発明にかかる実施例および比較例として評価した結果について説明する。   Hereinafter, with respect to the method for manufacturing an insulated gate semiconductor device according to the present invention, an experiment in which conditions are changed particularly with respect to the dicing method will be described, and results evaluated as examples and comparative examples according to the present invention will be described.

本発明にかかる実施例および比較例には逆阻止型IGBTを用いて評価をした。この逆阻止型IGBTを製造するための投入ウエハとして、全厚が200μmの半導体基板を用いた。図1の断面図に示すように、ウエハプロセスの終了時には、この実施例および比較例に用いた逆阻止型IGBTはアルカリエッチングにより半導体基板の溝27底部の基板厚が約100μmにされている。このような逆阻止型IGBTのウエハプロセスを終了したウエハをチップ化するために、ダイシングの種類、レーザー波長、レーザー照射の焦点位置、ダイシング速度などの条件を変える実験を行った。下記表1の実施例1〜7および比較例1〜4の各欄に、前記条件変更した内容および評価結果(良品率)について記載した。良品率は、レーザー照射ダイシングにより得られた200チップについて、耐圧および外観不良を差し引いた良品の割合を示した。良品率は95%以上あれば、量産に採用される製造方法として好適である。   The examples and comparative examples according to the present invention were evaluated using reverse blocking IGBTs. A semiconductor substrate having a total thickness of 200 μm was used as an input wafer for manufacturing the reverse blocking IGBT. As shown in the cross-sectional view of FIG. 1, at the end of the wafer process, the reverse blocking IGBT used in this example and the comparative example has a substrate thickness of about 100 μm at the bottom of the groove 27 of the semiconductor substrate by alkali etching. Experiments were conducted to change the conditions such as dicing type, laser wavelength, focal position of laser irradiation, dicing speed, etc., in order to form a wafer after the reverse blocking IGBT process. In each column of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 in Table 1 below, the contents of the condition change and the evaluation results (non-defective product rate) are described. The non-defective product ratio indicates the ratio of non-defective products obtained by subtracting the pressure resistance and the appearance defect from 200 chips obtained by laser irradiation dicing. A non-defective product ratio of 95% or more is suitable as a production method employed for mass production.

表1に示す試験から、他の条件は同じでダイシング速度のみ変更した実施例1と2では、良品率は両方とも95%以上あり、量産に採用するプロセスとして十分であると考えた。実施例2では良品率が4%下がるだけで、ダイシング速度を100mm/sec.から250mm/sec.へ上げることができ、高い製造効率が得られるので好ましい。実施例3〜6ではダイシング速度は100mm/sec.で一定で、レーザー照射の焦点を溝底部側(裏面側)から基板内部へ6μm〜40μmの範囲で深い位置とする条件で、いずれも表面側からのレーザー照射で行ったものである。これらの実験結果ではいずれも95%以上の良品率があるが、特に焦点が裏面側から25μmの時最も良品率が高く好ましいことを示している。実施例7では、焦点を前述の25μmに固定してダイシング速度を250mm/sec.に高くした条件である。その結果は実施例7のレーザーダイシング速度は100mm/sec.より250mm/sec.の方が良品率が4%高いことを示している。生産効率を優先するならば、実施例7の条件が有利である。 From the tests shown in Table 1, in Examples 1 and 2 in which the other conditions were the same and only the dicing speed was changed, both non-defective product rates were 95% or more, which was considered to be sufficient as a process adopted for mass production. In Example 2, the dicing rate was 100 mm / sec. To 250 mm / sec. This is preferable because high production efficiency can be obtained. In Examples 3 to 6, the dicing speed was 100 mm / sec. The laser irradiation is performed by laser irradiation from the front side under the condition that the focal point of laser irradiation is a deep position in the range of 6 μm to 40 μm from the groove bottom side (back side) to the inside of the substrate. These experimental results all have a non-defective product ratio of 95% or more, but indicate that the non-defective product ratio is the highest and preferable especially when the focal point is 25 μm from the back surface side. In Example 7, the focal point was fixed to the aforementioned 25 μm, and the dicing speed was 250 mm / sec. This is a high condition. As a result, the laser dicing speed of Example 7 was 100 mm / sec. From 250 mm / sec. This shows that the yield rate is 4% higher. If production efficiency is prioritized, the conditions of Example 7 are advantageous.

一方、比較例1および比較例2はレーザー照射ではなくブレードダイシングとしたものである。このブレードダイシングでは、チッピングが多く、耐圧不良および外観不良品が多く、良品率は92%と53%であった。特に、切断スピードを100mm/sec.から250mm/sec.に上げるとその影響で不良が増大する傾向が顕著に認められた。実施例1〜7のレーザーダイシングでは、スピードを上げても顕著な良品率の悪化は認められないことが分かる。   On the other hand, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are blade dicing rather than laser irradiation. In this blade dicing, there were many chippings, many withstand pressure defects and defective appearances, and the yield rate was 92% and 53%. In particular, the cutting speed is 100 mm / sec. To 250 mm / sec. The tendency to increase the number of defects due to the effect was noticeable. It can be seen that in the laser dicing of Examples 1 to 7, no significant deterioration of the yield rate is observed even if the speed is increased.

しかしながら、比較例3および4のように、ダイシングに1064nmの波長のレーザー照射を用いても、半導体基板の溝底部の最表面近傍または深い位置(裏面側(中空部側)2μm、または溝底部から70μmの深さ)に焦点を結ばせようとした場合は、半導体基板表面へのダメージが発生し、外観不良が増す傾向があった。クラックの発生位置から基板表面または裏面へのクラックの進展長さが長いと、外観不良が増えるためと考えられる。   However, as in Comparative Examples 3 and 4, even when laser irradiation with a wavelength of 1064 nm is used for dicing, from the vicinity of the outermost surface of the groove bottom portion of the semiconductor substrate or a deep position (back surface side (hollow portion side) 2 μm, or from the groove bottom portion When focusing on a depth of 70 μm, damage to the surface of the semiconductor substrate occurred and the appearance defect tended to increase. This is probably because the appearance defect increases when the length of crack propagation from the crack generation position to the substrate surface or back surface is long.

表1全体から、焦点位置は、エッチング溝底部から基板内部へ深さ5〜50μmの範囲内であることが好ましく、深さ10〜30μmの範囲内に設定することがより好ましいことが分かる。   From Table 1 as a whole, it is understood that the focal position is preferably in the range of 5 to 50 μm from the bottom of the etching groove to the inside of the substrate, and more preferably in the range of 10 to 30 μm.

本発明は、逆阻止型IGBTに限らず、その他の逆阻止型デバイスや双方向型デバイス、または分離拡散層の形成を伴うMOSFETやバイポーラトランジスタ、MOS型サイリスタなどの絶縁ゲート型半導体装置にも適用できる。   The present invention is not limited to reverse-blocking IGBTs, but also applies to other reverse-blocking devices, bidirectional devices, or insulated gate semiconductor devices such as MOSFETs, bipolar transistors, and MOS-type thyristors that involve the formation of isolation diffusion layers. it can.

以上の実施例の説明した分離拡散層の形成工程とレーザー照射による半導体基板の分割工程を含む絶縁ゲート型半導体装置の製造方法によれば、接合を横切る方向に進展するクラックの発生がほとんど無いレーザーダイシングとすることができるので、耐圧高信頼性を有する逆阻止能力が可能になり、量産性に優れた逆阻止IGBTを安価に実現できる。   According to the method of manufacturing an insulated gate semiconductor device including the step of forming the separation diffusion layer and the step of dividing the semiconductor substrate by laser irradiation as described in the above embodiments, a laser that hardly generates cracks extending in the direction across the junction. Since dicing can be performed, a reverse blocking capability with high withstand voltage and high reliability is possible, and a reverse blocking IGBT excellent in mass productivity can be realized at low cost.

1 半導体基板
2 コレクタ層
3 pベース層
4 nエミッタ層
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極
7 層間絶縁膜
8 ガードリング
9 フィールドプレート
10 フィールド絶縁膜
20 コレクタ接合、逆耐圧接合
21 切断面
22 分離拡散層
23 傾斜面
25 貼付テープ、ダイシングテープ
26 溝底部
27 溝
30 クラック
31 チッピング
50 スクライブライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Collector layer 3 p base layer 4 n emitter layer 5 Gate insulating film 6 Gate electrode 7 Interlayer insulating film 8 Guard ring 9 Field plate 10 Field insulating film 20 Collector junction, reverse withstand voltage junction 21 Cut surface 22 Separation diffusion layer 23 Inclined surface 25 Adhesive tape, dicing tape 26 Groove bottom 27 Groove 30 Crack 31 Chipping 50 Scribe line

Claims (5)

第1導電型半導体基板の一方の主面側に設けられる第2導電型ベース領域により形成される順耐圧用接合と、他方の主面側に設けられる第2導電型コレクタ層により形成される逆耐圧接合とを有し、この順耐圧用接合と逆耐圧用接合の両端面を一方の主面に配置し保護するために、前記一方の主面の前記第2導電型ベース領域を取り巻く耐圧構造部の外側の表面から前記半導体基板内部に形成される第2導電型半導体領域と、該p型半導体領域の底部に達する深さに他方の主面から形成されるエッチング溝と、該エッチング溝により形成される傾斜面に沿って形成され、前記第2導電型コレクタ層に接続される第2導電型分離拡散層とを有する半導体基板を、前記一方の主面レーザー光を透過するテープを貼付した後、前記エッチング溝の底部基板に前記一方の主面からレーザー照射し、該レーザー照射により発生するクラックを起点とする壁開により分割しチップ化することを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。 A forward breakdown voltage junction formed by a second conductivity type base region provided on one main surface side of the first conductivity type semiconductor substrate and a reverse formed by a second conductivity type collector layer provided on the other main surface side. In order to arrange and protect the both end faces of the forward withstand voltage junction and the reverse withstand voltage junction on one main surface, the withstand voltage structure surrounding the second conductivity type base region of the one main surface A second conductivity type semiconductor region formed inside the semiconductor substrate from the outer surface of the portion, an etching groove formed from the other main surface to a depth reaching the bottom of the p-type semiconductor region, and the etching groove is formed along the inclined plane formed, a semiconductor substrate having a second conductivity type isolation diffusion layer connected to the second conductivity type collector layer, a tape that transmits a laser beam on the main surface side of said one After pasting, the etching groove Bottom laser irradiation from said one main surface side of the substrate, method of manufacturing the insulated gate semiconductor device characterized by dividing into chips by a cleavage originating from the cracks generated by the laser irradiation. 前記傾斜面がアルカリエッチングにより形成される結晶面であることを特徴とする請求項1記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。 2. The method of manufacturing an insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the inclined surface is a crystal surface formed by alkali etching. 記レーザー照射は、1.0μmを超える波長を有するレーザー照射であり、前記エッチング溝の底部から5乃至50μmの基板内部に焦点を合わせることを特徴とする請求項1記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。 Before SL laser irradiation, a laser radiation having a wavelength greater than 1.0 .mu.m, the insulated gate semiconductor device of claim 1, wherein the focus inside the substrate of 5 to 50μm from the bottom of the etching groove Manufacturing method. 前記エッチング溝の底部から10乃至30μmの基板内部に焦点を合わせることを特徴とする請求項3記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。 4. The method of manufacturing an insulated gate semiconductor device according to claim 3, wherein focusing is performed on the inside of the substrate having a thickness of 10 to 30 [mu] m from the bottom of the etching groove. 前記一方の主面および前記他方の主面が(100)面であり、前記エッチング溝により形成される傾斜面が(111)面であることを特徴とする請求項2記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。3. The insulated gate semiconductor device according to claim 2, wherein the one main surface and the other main surface are (100) surfaces, and an inclined surface formed by the etching groove is a (111) surface. Manufacturing method.
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