JP5981154B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、厚みの薄い薄肉部を有するウエハを用いる、半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造方法において、近年、薄肉化したウエハを用いることへの要求がある。ＬＳＩでは３次元実装等によるパッケージの高密度化を達成するために、プロセス完成時のウエハの厚さは１０μｍ程度にまで薄肉化が進んでいる。

また、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）といったパワーデバイスでは、産業用モータや自動車用モータ等のインバータ回路や各種電源装置の電力変換用半導体スイッチとしての用途に向けて、オン特性などに代表される通電特性を改善するために、半導体基板を薄く加工することが行なわれている。近年では、コスト面および特性面を改善するため、ＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ）法により作製されたウエハ材料をもとに、５０μｍ程度まで薄肉化された極薄ウエハプロセスを用いて半導体装置が製造されている。

一般に、ウエハの薄肉化は、バックグラインドやポリッシュによる研磨、および機械研磨で発生した加工歪みを除去するためのウエットエッチングやドライエッチングが適用され、その後、裏面側にイオン注入や熱処理による拡散層形成やスパッタ法などによる電極形成がなされる。このような状況において、ウエハの裏面加工時におけるウエハ割れの発生頻度は高くなってきている。

そこでウエハの薄肉化に関しては、近年ではウエハ外周部を厚く残したまま、ウエハ中心部のみを薄く加工する加工方法が提案されている（特開２００７−１９３７９号公報）。このように厚肉部と薄肉部とを有する構造である、リブ構造を形成したリブ付きウエハを用いることで、ウエハの反りが大幅に緩和され、プロセス装置のウエハ搬送が容易になるとともに、ウエハのハンドリングを行なう際に、ウエハの強度が大幅に向上し、ウエハの割れや欠けを低減することができる。

このようなリブ付きウエハは、ウエハプロセスにおいては、ウエハの反りや強度向上といった効果がある。一方、チップをダイシングにより個片化する際に、同一ウエハ面内に、厚みの異なる部分が存在するために、薄肉化されたデバイス領域に合わせてダイシングを行なうと、リブ部のダイシング深さが不十分となり、ダイシングの加工品質も低下する。また、リブ部に起因する段差のため、リブ部近傍ではダイシングテープの貼り込みが不十分となるため、ダイシングの加工精度が低下する問題もある。

例えば、特開２０１０−９３００５号公報には、リブ付きウエハをダイシングテープに貼り付けた後、デバイス表面側から薄肉化されたデバイス領域に合わせてダイシングを行い、ダイシングテープをエキスパンド後、半導体装置が作り込まれたチップのみピックアップ行なうという方法が提案されている。

そこで、例えば、特開２０１１−９３４１号公報には、このような問題に対応するために、リブ付きウエハの凹部にレジスト剤を充填し、リブ部をダイシングによって除去した後、レジスト剤をウエットエッチングなどによって除去し、ダイシングテープに貼り付ける方法が提案されている。

特開２００７−１９３７９号公報 特開２０１０−９３００５号公報 特開２０１１−９３４１号公報

しかしながら、厚肉部と薄肉部とを有するウエハをダイシングする上記２つの方法では、それぞれ下記のような歩留まり低下要因が存在する。

特開２０１０−９３００５号公報に記載のように、厚肉部と薄肉部とを有したままの状態でウエハ全面を同一条件でダイシングすると、薄肉部に適した条件を採用する場合には厚肉部は切断未完となる。この切断未完の厚肉部はエキスパンド時に分割されるため、その際に、ウエハに欠けや、個片化された半導体装置上への欠けに起因する異物付着が発生する。ウエハ表面を下向きにしてエキスパンドしても、欠けを抑制することは困難である。一方、厚肉部に適した条件を採用した場合には薄肉部においてダイシングテープが同時に切断されてしまい、ダイシング加工品質が低下や、その後の個々に分割された半導体装置のハンドリングが難しくなる。

特開２０１１−９３４１号公報に記載の厚肉部を除去後にダイシングする方法では、厚肉部を除去して薄肉部のみが表面保護テープに保持された後に、裏面のレジストを除去してダイシングテープを貼付け、ダイシングを行なうため、これら厚肉部除去後の工程において、ウエハ割れや欠けの発生リスクが高まる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。この発明の主たる目的は、厚肉部と薄肉部とを有する半導体ウエハのダイシング後の半導体装置の品質を向上できる、半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、外周端部に厚肉部を、中央部に薄肉部を有する半導体ウエハを準備する工程と、半導体ウエハの一方の面に支持部材を装着する工程と、半導体ウエハを厚肉部と薄肉部とに分割する工程と、厚肉部を支持部材から分離した後に、支持部材を伸張させる工程と、伸張させる工程の後に、支持部材で薄肉部を支持した状態で薄肉部を切断する工程とを備える。支持部材は、熱収縮性を有する粘着テープを含む。装着する工程では、支持部材によって半導体ウエハがフレームにマウントされる。分割する工程では、支持部材において薄肉部と接続されている部分が支持部材においてフレームと接続されている部分よりも半導体ウエハの厚み方向において上方に位置している状態で実施される。伸張させる工程は支持部材を加温する工程を含む。加温する工程では、支持部材を介して薄肉部を保持する薄肉保持部が支持部材を介してフレームを保持するフレーム保持部よりも厚み方向において上方に位置している状態から、薄肉保持部とフレーム保持部とが同一平面上に位置するように移動させながら支持部材を加温する。

本発明の半導体装置の製造方法では、半導体ウエハの厚肉部と薄肉部とを分割した後に薄肉部をダイシングするので、ダイシング品質の低下を抑制することができる。また、厚肉部と薄肉部との分割と薄肉部のダイシングとを、半導体ウエハの一方面に支持部材を装着した状態で行なうので、薄肉部の割れや欠けをも抑制できる。したがってダイシング後の半導体ウエハの品質を向上することができる。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の工程フローを示す図である。 半導体ウエハに厚肉部と薄肉部とを形成する方法の一例を示す部分断面図である。 半導体ウエハに厚肉部と薄肉部とを形成する方法の一例を示す部分断面図である。 半導体ウエハに支持部材を装着した状態を示す断面図である。 半導体ウエハの厚肉部と薄肉部とを分割した後の状態を示す断面図である。 図４に示す半導体ウエハの平面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法において使用可能な厚肉部分離装置の一例である。 厚肉部分離工程の一例を説明するための断面図である。 厚肉部分離工程の一例を説明するための断面図である。 厚肉部分離工程の一例を説明するための断面図である。 支持部材を伸張させる工程の一例を説明するための断面図である。 支持部材を伸張させる工程の一例を説明するための断面図である。 厚肉部分離工程の他の例を説明するための断面図である。 厚肉部分離工程の他の例を説明するための断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
はじめに、図１を参照して、本実施の形態における半導体装置の製造方法の概略フローを説明する。まず、ステップ１０１にて、厚肉部と、半導体素子や配線が形成された薄肉部とを有する半導体ウエハを準備する。次に、ステップ１０２にて、支持部材を半導体ウエハの主表面と反対側に位置する裏面に装着する。その後、ステップ１０３にて、支持部材にて支持された状態で半導体ウエハを厚肉部と薄肉部とに分割する。分割後、ステップ１０４にて、半導体素子や配線が形成された薄肉部を、支持部材に支持された状態で個々の半導体装置に個片化する。

これにより、ステップ１０２にて半導体ウエハ１に装着した支持部材２を、ステップ１０４まで用いることができるため、分割後の薄肉部１ｂに対してダイシング用の支持部材２を再装着する作業を省略でき、薄肉部１ｂの割れや欠けを抑制できる。さらにダイシング品質の向上を図ることができる。

以下、図１に示す各ステップについて、図を参照して説明する。まず、図２と図３とを用いて、外周部に厚肉部と、中央部に薄肉部とを有する半導体ウエハを準備する工程について説明する（ステップ１０１）。例えば、半導体ウエハ１の主表面の中央部に半導体素子や配線等を形成した後、半導体ウエハ１の主表面に第１の保護テープ２ａを装着し、半導体ウエハ１の主表面と反対側に位置する、裏面の中央部を所定の厚さとなるまで研削加工する。これによって研削加工を施されていない部分は厚肉部となり、研削加工を施した部分は薄肉部となり、厚肉部と薄肉部とを有する半導体ウエハが形成される。

さらに、半導体ウエハの外周部に厚肉部を、中央部に薄肉部を形成した後は必要に応じて、半導体ウエハ１の裏面に、加工歪を除去するためにフッ酸や硝酸を含む混酸を用いてウエットエッチングを施してもよい。また、裏面に対し、不純物拡散層を形成するためのイオン注入処理やレーザアニール処理、洗浄処理や、電極形成のためのメタルスパッタリングや蒸着処理などが適宜施される。これにより、外周部に厚肉部を、中央部に半導体装置が形成された薄肉部を有する半導体ウエハが準備される。

次に、図４を参照して、厚肉部１ａと薄肉部１ｂとを有する半導体ウエハ１を支持する支持部材２を半導体ウエハ１の裏面に装着する（ステップ１０２）。

厚肉部１ａと半導体素子が形成された薄肉部１ｂとを有する半導体ウエハ１は、支持部材２によって、フレーム３にマウントされる。このとき、支持部材２は、半導体ウエハ１の裏面に、薄肉部１ｂから厚肉部１ａにわたって装着される。支持部材２を裏面に装着する場合に、厚肉部１ａの側面から底面にわたって装着することで、その後の厚肉部１ａと薄肉部１ｂとを分割する際、チッピング等の異常発生を抑制できる。

支持部材２としては、粘着性と伸縮性を有する部材を含む、任意の素材を採用できる。例えば、熱収縮性を有する粘着テープを採用できる。

次に、図５を参照して、厚肉部１ａと薄肉部１ｂとを、支持部材２を切断しないように分割部４に沿って分割する（ステップ１０３）。分割はブレードダイシングやレーザダイシングによって実施することができる。分割部４の位置は、半導体素子が形成された領域を薄肉部１ｂ上に最大限残すように、かつ分割後の薄肉部１ｂには厚肉部１ａが含まれないように決められる。よって、図５に示すように分割後の厚肉部１ａには、薄肉部１ｂが含まれる場合がある。

図６は、厚肉部と薄肉部とを、分割部４に沿って分割する前の半導体ウエハ１の平面図である。中央部に個々の半導体装置１０が形成された半導体ウエハ１は、支持部材２によって、フレーム３にマウントされ、分割部４に沿って分割される。

上記のようにして厚肉部と薄肉部とを分割した後、図８〜図１０に示すように、厚肉部１ａを支持部材２から分離してもよい。

薄肉部１ｂのダイシング後のエキスパンド工程までに分離すれば、切断未完の厚肉部１ａがエキスパンド時に欠けてしまう問題を回避できるが、薄肉部１ｂのダイシング工程をブレードダイシングで行なう場合には、ブレードダイシング前に厚肉部１ａを分離するのが好ましい。こうすることにより、薄肉部１ｂのダイシング工程時に、厚肉部１ａをブレードにより切削してしまうことはなく、厚肉部１ａに溝や切削屑、バリ等が発生しない。よってダイシング後に厚肉部１ａを支持部材２から分離する際に、厚肉部保持部７による保持力の低下や、薄肉部１ｂの表面に切削屑等が飛散してしまうことを防止することができる。

厚肉部１ａを支持部材２から分離するには、例えば図８に示すように、まず薄肉部保持部５により支持部材２を介して薄肉部１ｂを保持し、フレーム保持部６により支持部材２を介してフレーム３を保持する。

次に、図９を参照して、厚肉部保持部７を厚肉部１ａに接触させ、真空吸着や静電吸着により保持する。その後、図１０を参照して、厚肉部保持部７と、薄肉部保持部５およびフレーム保持部６とが、半導体ウエハ１の厚み方向に相対的に移動することにより、厚肉部１ａと支持部材２とを分離する。

上述の厚肉部１ａを支持部材２から分離する工程では、例えば図７に示す厚肉部分離装置を使用することができる。

ここで図７を参照して、厚肉部分離装置の構成例を説明する。まず、図６に示すように、支持部材を介してフレームにマウントされた、分割工程後の半導体ウエハを半導体ウエハ投入部１１に設置する。この半導体ウエハは、アライメント部１２に搬送され、ウエハ位置の確認および調整が行なわれた後、厚肉部分離部１３に搬送される。厚肉部分離部１３で施される工程は図８〜図１０で示した工程であり、上述の通りである。厚肉部分離部１３にて厚肉部を分離された半導体ウエハは、厚肉部分離済み半導体ウエハ収納部１４に収納される。

ここで、支持部材２には、しわ等の変形が発生する場合があるため、支持部材２を伸張させる工程を行なうことが好ましい。なお、支持部材２を伸張させるとは、支持部材２に生じたしわ等の変形を、次工程のダイシング工程の品質低下を招かない程度にまで修復することである。

この場合、熱収縮性を有する支持部材２を用いることが好ましい。図１１に示すように、温風供給部８により、しわ等の変形が生じた部分の支持部材２を加温する。このとき、フレーム保持部６と薄肉部保持部５とを、同一平面上に位置するように移動させながら支持部材２を加温することで、支持部材２に生じたしわ等の変形は伸張し、図１２に示すように、分割後の薄肉部１ｂのみが、支持部材２によって、フレーム３にマウントされた状態となる。

これにより、ブレードダイシング時にブレードが支持部材２と接触することを回避でき、ブレード前端に支持部材２の粘着成分が付着することによる、ブレードの切削性能を低下や、ダイシング加工品質の低下を防止できる。また、個別化された個々の半導体装置を取り出す際の作業品質の低下も防止できる。

ここで再び図１を参照して、支持部材２で支持された状態の薄肉部１ｂをダイシングする（ステップ１０４）。こうして、ステップ１０２にて半導体ウエハ１に装着した支持部材２を、ステップ１０４まで用いることができる。このため、分割後の薄肉部１ｂに対してダイシング用の支持部材２を再装着する作業を省略でき、薄肉部１ｂの割れや欠けを抑制できる。さらに厚肉部をダイシングする必要がないため、切断未完の厚肉部が生じたり、支持部材２が切断されることも回避できる。その結果、ダイシング加工の品質低下を抑制できる。これは、ダイシング工程および個々の半導体装置を搬送する工程において、半導体装置の品質の低下を抑制することに繋がる。

本実施の形態１に係る半導体装置の製造方法においては、ダイシングはブレードダイシングにより実施しているが、レーザダイシングにより実施してもよい。

なお、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、半導体ウエハの表面を保護する表面保護部材を用いていないが、半導体装置の実装工程前に除去可能である部材であれば、例えば水溶性の材料からなる表面保護部材などであれば、採用してもよい。

以上のように、本実施の形態１に係る半導体装置の製造方法は、厚肉部と薄肉部とを有する半導体ウエハを、厚肉部と薄肉部とを分割した後に薄肉部のダイシングを実施することで、厚肉部の欠けやダイシング品質の向上を図ることができる。また、厚肉部と薄肉部との分割と薄肉部のダイシングとを、半導体ウエハの一方面に装着された同一の支持部材を用いて行なうので、薄肉部の割れや欠けを抑制できる。

（実施の形態２）
次に、図１３と図１４とを参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態の半導体装置の製造方法は、基本的に実施の形態１と同様の構成を備えているが、厚肉部１ａを支持部材２から分離する工程の前に、厚肉部１ａと接する部分における支持部材２の粘着力を低下させる工程を備える点で異なっている。

図１３と図１４の例では、支持部材２に紫外線照射により粘着力が低下する粘着テープを採用したときの分離工程を説明する。厚肉部１ａを支持する部分における支持部材２に対し、支持部材側から紫外線照射装置９により紫外線を照射し、粘着力を低下させる。これにより、実施の形態１における厚肉部分離工程を、より容易に実施することができる。

なお、紫外線照射は、厚肉部保持部７により厚肉部１ａを保持する前に施してもよいし、後でもよい。また、紫外線照射に限らず、外的要因により粘着力が低下する支持部材２を採用して、分離工程前に外的要因を加える工程を施すことで、厚肉部１ａと接する部分における支持部材２の粘着力を低下させてもよい。これにより、厚肉部１ａの分離を容易にするとともに、実施の形態１と同様の効果を期待できる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態の半導体装置の製造方法は、基本的に実施の形態１と同様の構成を備えているが、薄肉部のダイシング工程をレーザダイシングにより実施する点で異なっている。

レーザダイシングでは、レーザのオン／オフによりさまざまな形状に加工可能であり、厚肉部を加工せずに薄肉部を加工できる。よって、図１に示すステップ１０４の薄肉部のダイシング工程の前に厚肉部を支持部材から分離しなくてもよく、エキスパンド工程前に、図８〜図１０を参照して、厚肉部を支持部材から分離すればよい。つまりステップ１０４にレーザダイシングを用いる本実施の形態３では、厚肉部を支持部材から分離する工程をステップ１０４の薄肉部のダイシング前後いずれかに実施すればよい。

本実施の形態においても、厚肉部１ａを支持部材２から分離した後に、しわ等の変形を吸収する工程を行なうことができる。このとき、薄肉部１ｂのレーザダイシング後に厚肉部１ａを支持部材２より分離し、しわ等の変形を吸収する工程として熱収縮工程を施す場合には、支持部材２は、ダイシングにより発生した素子間の距離（いわゆるダイシングライン）が不均一にならない程度の熱伸縮性を有する部材を選択すればよい。これにより、ダイシングラインが不均一になることを抑制し、個別化された個々の半導体装置を取り出す際の作業品質の低下を抑制できる。

さらに実施の形態２と同様に、支持部材の粘着力を低下させる工程を備えてもよい。これにより実施の形態２と同様の効果を期待できる。

以上のように、本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲のすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の半導体装置の製造方法は、厚肉部と薄肉部とを有する半導体ウエハを用いる半導体装置の製造方法において、特に有利に適用される。

１ 半導体ウエハ、１ａ 厚肉部、１ｂ 薄肉部、２ａ 保護テープ、２ 支持部材、３ フレーム、４ 分割部、５ 薄肉部保持部、６ フレーム保持部、７ 厚肉部保持部、８ 温風供給部、９ 紫外線照射部、１１ 半導体ウエハ投入部、１２ アライメント部、１３ 厚肉部分離部、１４ 厚肉部分離済み半導体ウエハ収納部。

Claims (7)

1. 外周端部に厚肉部を、中央部に薄肉部を有する半導体ウエハを準備する工程と、
   前記半導体ウエハの一方の面に支持部材を装着する工程と、
   前記支持部材の装着後に、前記半導体ウエハを前記厚肉部と前記薄肉部とに分割する工程と、
   前記厚肉部を前記支持部材から分離した後に、前記支持部材を伸張させる工程と、
   前記伸張させる工程の後に、前記支持部材で前記薄肉部を支持した状態で前記薄肉部を切断する工程と、を備え、
   前記支持部材は、熱収縮性を有する粘着テープを含み、
   前記装着する工程では、前記支持部材によって前記半導体ウエハがフレームにマウントされ、
   前記分割する工程では、前記支持部材において前記薄肉部と接続されている部分が前記支持部材において前記フレームと接続されている部分よりも前記半導体ウエハの厚み方向において上方に位置している状態で実施され、
   前記伸張させる工程は前記支持部材を加温する工程を含み、
   前記加温する工程では、前記支持部材を介して前記薄肉部を保持する薄肉保持部が前記支持部材を介して前記フレームを保持するフレーム保持部よりも前記厚み方向において上方に位置している状態から、前記薄肉保持部と前記フレーム保持部とが同一平面上に位置するように移動させながら前記支持部材を加温する、半導体装置の製造方法。
2. 前記分割後に前記厚肉部を前記支持部材から分離する工程をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記粘着テープは、前記薄肉部から前記厚肉部にわたって貼付られる、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記厚肉部を、前記粘着テープから分離する前に、前記厚肉部と接する部分における前記粘着テープの粘着力を低下させる工程を備える、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記厚肉部を直接保持して分離する、請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記厚肉部を真空吸着することにより保持する、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記厚肉部を静電吸着することにより保持する、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。

Images