JP6455166B2 - 半導体ウエハおよび半導体チップの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体ウエハおよび半導体チップの製造方法に関し、特にステルスダイシング技術を用いて割断される半導体ウエハおよびこの半導体ウエハを個片化する半導体チップの製造方法に関する。

近年、携帯電話やデジタルカメラなどに代表されるモバイル機器、メモリカードなどに代表される情報記憶媒体の小型軽量化に伴い、これらに組み込まれる半導体チップの小型および薄型化が進められている。半導体ウエハ上に形成された集積回路などを切り出してチップ化するダイシング工程では、この小サイズでかつ薄い半導体ウエハを切断することとなるが、半導体ウエハが薄いために、一般的なブレードダイシング方式では半導体チップにチッピングが生じやすい。また、素子性能向上の観点から、新規材料の炭化ケイ素（ＳｉＣ）および窒化ガリウム（ＧａＮ）といった、従来のケイ素（Ｓｉ）と比較して硬質な半導体基板が登場するが、いずれもブレードダイシング方式では切断が難しく、切断できても時間がかかってしまう。

そこで、これらの課題を回避する新しいダイシング方式としてステルスダイシング（登録商標）方式が注目されている。この方式は、レーザー光を半導体ウエハ内部に照射して選択的に改質層を形成し、その改質層を分割起点として半導体ウエハを切断するダイシング方式である。この方式によれば、薄いウエハでもチッピングの低減が可能であり、ＳｉＣのような硬質な半導体ウエハでも３００ｍｍ／ｓｅｃ以上という切断速度で切断が可能である。

ところで、ダイシング前の半導体ウエハ上には、チップ領域と、これらチップ領域を切断するための切断領域とがあり、切断領域には、アクセサリパターンが配置されている（たとえば、特許文献１参照）。アクセサリパターンとしては、たとえば、フォト工程で使用するマスクを位置決めするためのアライメントマークや検査用のパターンなどがある。検査用のパターンは、たとえば、アルミニウムやチタンなどに代表される金属膜または多結晶ケイ素膜などで形成されている。

ステルスダイシングでは、切断領域にその延在方向に沿ってレーザー光を照射することで半導体ウエハ内部に改質層を形成しているが、その切断領域上にアクセサリパターンが存在すると、半導体ウエハ内部に改質層をうまく形成することができなくなる。すなわち、アクセサリパターンは、レーザー光を反射する金属膜または使用レーザー波長に高い吸収係数を持つ多結晶ケイ素膜であるため、レーザー光を遮光する遮光部を構成していることになる。

半導体ウエハ内部に改質層が形成される切断領域上にアクセサリパターンによる遮光部があると、遮光部直下の半導体ウエハ内部までレーザー光が入射しづらく、所望深さに改質層を形成することが困難になる。このため、切断領域の半導体ウエハ内部には、改質された領域と非改質の領域とが混在することとなる。この場合、半導体チップをダイシングするときに、切断領域のアクセサリパターン周辺で割断位置が定まらずに蛇行したり、アクセサリパターンを避けて亀裂が入ったりして、切断された半導体チップの形状が不良化することがある。

これに対し、半導体チップの切断形状の不良化を低減する方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。以下に、この特許文献２で提案されている方法について説明する。

図９はステルスダイシングによる半導体ウエハの切断工程で半導体チップの切断形状不良化を低減する方法を説明する図である。
この図９には、半導体ウエハのデバイス形成面である主面の一部の領域を示している。ここで、半導体ウエハの主面には、複数のチップ領域１００がマトリクス状に配置されている。チップ領域１００は、横並び方向においては、縦方向に延設された切断領域１０１によって相互に離間され、縦並び方向においては、横方向に延設された切断領域１０２によって相互に離間されている。

切断領域１０１，１０２には、アクセサリパターン１０３が切断領域１０１，１０２の延設方向に並んで配置されている。ただし、これらのアクセサリパターン１０３は、切断領域１０１，１０２の延設方向に対して直交する方向（幅方向）の中央ではなく、片側に寄せて配置されている。

これにより、ステルスダイシングのときにレーザー光を照射して改質層を形成するレーザー照射領域１０４，１０５が確保されることになる。レーザー照射領域１０４，１０５の上面には、遮光部となるアクセサリパターン１０３が配置されていないので、切断領域１０１，１０２には改質層が不連続に形成されることがなく連続している。この場合、半導体ウエハをダイシングするときには、半導体チップは、改質層を逸れて割断することによる不良化が大幅に低減される。

特開２００６−４１４４９号公報 特開２０１３−８０９７２号公報

しかしながら、切断領域にレーザー照射領域を避けてアクセサリパターンを配置するには、隣接するチップ領域の間隔を十分広げなければならず、半導体ウエハの面内に配置可能な半導体チップ数が減少してしまうという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、切断処理にステルスダイシングを用いる場合に、切断形状の不良を低減しつつ、１枚から取れる半導体チップの数を多くすることができる半導体ウエハおよび半導体チップの製造方法を提供することを目的とする。

本発明では上記の課題を解決するために、直交する第１スクライブラインおよび第２スクライブラインがステルスダイシングを用いて割断される半導体ウエハが提供される。この半導体ウエハは、第１スクライブラインが基板結晶のへき開方向に配置され、アクセサリパターンが第１スクライブラインに集中配置され、第２スクライブラインが基板結晶のへき開方向とは異なる方向に配置されていることを特徴とする。

本発明では、また、半導体ウエハに互いに直交して配置される第１スクライブラインおよび第２スクライブラインのうち、第１スクライブラインを基板結晶のへき開方向に配置するとともに第１スクライブラインのみにアクセサリパターンを集中的に配置し、第２スクライブラインを基板結晶のへき開方向とは異なる方向に配置し、第１スクライブラインをステルスダイシングによる割断と基板結晶のへき開方向の割れとの両方の作用により割断し、第２スクライブラインをステルスダイシングのみの割断作用により割断することを特徴とする半導体チップの製造方法が提供される。

このような半導体ウエハおよび半導体チップの製造方法によれば、ステルスダイシングによるレーザー光の照射時に、アクセサリパターンに邪魔されて改質層が不連続に形成されるが、非改質領域は、割断時にへき開方向に従ってへき開される。

上記構成の半導体ウエハおよび半導体チップの製造方法は、第１スクライブラインを基板結晶のへき開方向に平行な方向に配置したことで、アクセサリパターンにより改質層ができない非改質領域がへき開方向に割断でき、切断形状の不良を低減できるという利点がある。

また、アクセサリパターンをレーザー照射領域と重ねて配置したことで第１スクライブラインの幅を狭くできることから、１枚の半導体ウエハから切り出す半導体チップの取り数を増やすことができる。

本実施の形態に係る半導体ウエハの全体を示す平面図である。 半導体ウエハの主面の一部を拡大して示した図である。 スクライブラインおよびアクセサリパターンのサイズの例を示す図である。 アクセサリパターンの形状例を示す図である。 半導体ウエハにレーザー光を照射する方法を示す説明図である。 図５のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。 半導体ウエハを割断する方法を示す説明図である。 ダイシング不良率の推移を示す図である。 ステルスダイシングによる半導体ウエハの切断工程で半導体チップの切断形状不良化を低減する方法を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施の形態に係る半導体ウエハの全体を示す平面図、図２は半導体ウエハの主面の一部を拡大して示した図、図３はスクライブラインおよびアクセサリパターンのサイズの例を示す図、図４はアクセサリパターンの形状例を示す図である。

半導体ウエハ１は、その主面に複数の半導体チップ２が形成されている。各々の半導体チップ２は、図の水平方向に延びる第１スクライブライン３および図の垂直方向に延びる第２スクライブライン４を挟んで隣接して配置されている。つまり、半導体ウエハ１は、第１および第２スクライブライン３，４により複数のチップ領域に区分されている。

第１および第２スクライブライン３，４は、半導体ウエハ１を個々の半導体チップ２に分割する工程において、切断用のブレードによって切断される領域のことである。半導体チップ２は、マトリクス状に配置されるので、第１および第２スクライブライン３，４は、実質的に直行する２方向に形成される。

この半導体ウエハ１は、また、外周の一部が切り欠かれたオリエンテーションフラット５を有している。オリエンテーションフラット５は、半導体ウエハ１における基板結晶の結晶面方位を示していて、基板結晶がその結晶面方位に依存するある特定の方向に割れやすい性質を有していることから、半導体ウエハ１のへき開面を示す目印となっている。

次に、半導体ウエハ１の第１および第２スクライブライン３，４におけるアクセサリパターンの配置について説明する。なお、以下の説明では、検査用のパターンとアライメントマークとを併せてアクセサリパターンと総称する。

アクセサリパターン６は、図１の領域Ｓを拡大した図２に示したように、第１スクライブライン３にのみ集中的に配置され、第２スクライブライン４には配置されていない。このとき、アクセサリパターン６が配置される第１スクライブライン３は、基板結晶のへき開方向と平行になるように配置する。これにより、ステルスダイシングにて半導体ウエハ１を割断する場合、第１スクライブライン３の割断は、半導体ウエハ１内に形成された改質層による割断と半導体ウエハ１のへき開方向の割れとの両方の作用により行われる。第２スクライブライン４については、その割断は、半導体ウエハ１内に形成された改質層のみによる割断で行われる。

このため、半導体ウエハ１は、互いに直交する２方向において、一方が基板結晶のへき開方向と平行となっており、他方がへき開方向とは異なる方向の結晶構造を持つ基板が用いられる。このような結晶構造でステルスダイシングが適用される基板としては、たとえば、｛０００１｝面（ｃ軸に垂直な面）を主面とする六方晶基板：ＳｉＣ（４Ｈ−，６Ｈ−，など）、ＧａＮなどがある。

第１スクライブライン３の幅は、それぞれアクセサリパターンが配置できる幅を確保しつつ、ダイシングのときに生じるチッピング（小さな欠け）の影響が半導体チップ２に及ばない範囲で可能な限り狭くしている。一方、第２スクライブライン４の幅は、それぞれダイシングのときに生じるチッピングの影響が半導体チップ２に及ばない範囲で可能な限り狭くしている。

具体的には、図３に示したように、第１スクライブライン３の幅ａは、５０〜１５０マイクロメートル（μｍ）であり、好ましくは１００μｍ程度である。第２スクライブライン４の幅ｂは、３０〜１００μｍであり、好ましくは６０μｍ程度である。

第１スクライブライン３に配置されるアクセサリパターン６については、ダイシングのときに改質層のない領域で割断ラインが逸れて半導体チップ２に向かうようなクラックが発生しない範囲で可能な限り短くしている。たとえば、第１スクライブライン３の延設方向（へき開方向と平行な方向）に長い孤立パターン６ａでは、その長さｃは、２００μｍ未満にしている。

また、アクセサリパターン６の中には、どうしても第２スクライブライン４を横切るように孤立パターン６ｂを配置しなければならないこともある。このような孤立パターン６ｂについては、へき開面に垂直な方向の長さｄは、１００μｍ以下とし、第１スクライブライン３の幅ａより短いことが望ましい。

さらに、アクセサリパターン６として、図４に示すように、第１スクライブライン３の延設方向に所定の間隔を置いて配置される繰り返しパターン６ｃがある。このような繰り返しパターン６ｃでは、第１スクライブライン３の延設方向の遮光長さｅ１は、４〜５μｍであり、繰り返しパターン６ｃの間隔ｅ２は、遮光長さｅ１の２倍以上としている。繰り返しパターン６ｃの間隔ｅ２を遮光長さｅ１の４倍以上の比率にすると、第１スクライブライン３上に繰り返しパターン６ｃを配置したことで改質層が分断されてしまうことによる影響は、ほとんどなくなる。なお、ここでは、繰り返しパターン６ｃは、その遮光長さｅ１を４〜５μｍとしたが、これよりも長くしてもよい。この場合、図３に示した孤立パターン６ａと同様に、遮光長さｅ１は、２００μｍ未満にしなければならない。

また、アクセサリパターン６として、図４に示したように、非遮光部６ｄ１を有する孤立パターン６ｄを用いることがある。この孤立パターン６ｄによれば、第１スクライブライン３の延設方向に非遮光部６ｄ１が複数個設けられている。この孤立パターン６ｄにおいても、レーザー光が照射されるラインは、第１スクライブライン３の幅ａの中央部分であるため、その中央部分だけを見ると、遮光される部分と非遮光部６ｄ１の配置は、実質的に繰り返しパターン６ｃと同じになる。したがって、孤立パターン６ｄは、第１スクライブライン３の延設方向における遮光部および非遮光部６ｄ１の長さｆ１，ｆ２を、繰り返しパターン６ｃの遮光長さｅ１および間隔ｅ２と同様の寸法および比率にすることができる。これにより、孤立パターン６ｄは、繰り返しパターン６ｃと同様の作用効果を得ることができる。

次に、以上のようにして主面に半導体チップ２およびアクセサリパターン６が配置された半導体ウエハ１を第１および第２スクライブライン３，４に沿って割断する工程について説明する。

図５は半導体ウエハにレーザー光を照射する方法を示す説明図であり、図６は図５のＡ−Ａ矢視断面を示す図、図７は半導体ウエハを割断する方法を示す説明図、図８はダイシング不良率の推移を示す図である。

ステルスダイシングでは、半導体ウエハ１にレーザー光が照射されるが、その際、図５に示したように、レーザー照射領域１０は、第１および第２スクライブライン３，４に沿ってそれらの幅方向の中央に設定される。このため、アクセサリパターン６が集中配置されている第１スクライブライン３では、レーザー照射領域１０がアクセサリパターン６を横切っている。

ステルスダイシングは、図６に示したように、透過性波長のレーザー光１１を集光レンズ１２を介して半導体ウエハ１に照射することにより行われる。なお、半導体ウエハ１は、たとえば、半導体チップ２が形成される主面（図の上方の面）に層間膜１３が形成され、その層間膜１３の上にアクセサリパターン６が形成され、裏面（図の下方の面）には、金属膜１４が形成されている。アクセサリパターン６は、ステルスダイシングに使用されるレーザー光１１を反射する金属膜または使用レーザー波長に高い吸収係数を有する膜である。

集光レンズ１２は、レーザー光１１が半導体ウエハ１内部に焦点を結ぶように集光する。これにより、半導体ウエハ１内の集光点付近の深さには、局所的に極めて高いエネルギ密度となり、改質層１５が形成される。この改質層１５は、レーザー光１１をレーザー照射領域１０に沿って走査していくことにより形成されていく。

一方、アクセサリパターン６のある範囲では、レーザー光１１は、アクセサリパターン６によって反射、吸収または屈折される。これにより、アクセサリパターン６の直下の半導体ウエハ１内の所定の深さに、改質層１５は形成されない。したがって、アクセサリパターン６の直下の所定の深さは、非改質領域１６のままとなり、レーザー照射領域１０に沿って形成されてきた改質層１５は、その非改質領域１６の範囲で分断され、不連続となる。

以上のようにして、半導体ウエハ１内にレーザー照射領域１０に沿って改質層１５が形成されると、次に、半導体ウエハ１は、割断処理が行われる。この割断処理は、図７に示したように、まず、半導体ウエハ１の下面において、レーザー照射領域１０を挟んだ両側に、第１および第２スクライブライン３，４と平行な方向に延びた支柱２０を配置しておく。次に、半導体ウエハ１に対し、支柱２０の間の真ん中の位置に上方から加圧部材２１によって外部応力を加える。

これにより、半導体ウエハ１は、改質層１５を起点としてチップ表裏面に向かって上下に垂直なクラックが発生して割断される。このとき、アクセサリパターン６が集中配置されている第１スクライブライン３では、改質層１５が不連続となっている。しかし、半導体基板結晶は、結晶面方位に依存するある特定の方向に割れやすい性質を持っているため、非改質領域１６は、改質層１５が分断された箇所からへき開方向、すなわち、第１スクライブライン３と同一方向にへき開する。そのため、半導体ウエハ１は、チッピングやレーザー照射領域１０の方向から逸れたクラックの発生を低減することができる。第２スクライブライン４については、改質層１５が不連続となっている箇所はないので、改質層１５に沿って確実に割断される。

以上のように、基板結晶のへき開方向と平行な方向の第１スクライブライン３にアクセサリパターン６を集中配置するとともに、非改質領域１６の長さを２００μｍ未満にしたことで、割断処理による半導体チップ２の不良率を低減することができる。これによる効果は、縦軸にダイシングによる不良率、横軸にロット数を取った図８からも見ることができる。この図８では、特に、第１スクライブライン３の延設方向におけるアクセサリパターン６の長さについて、長さが１００μｍ以上のアクセサリパターン６を除外したときは、ロット数が増えても、不良率の増加はなく、低不良率が継続していることが分かる。

さらに、この半導体ウエハ１では、アクセサリパターン６をレーザー照射領域１０と重なる位置に配置したことで、第１および第２スクライブライン３，４の幅ａ，ｂを、ステルスダイシングに必要な幅まで狭めることができる。この結果、１枚の半導体ウエハ１から切り出すことができる半導体チップの取り数を増やすことができる。

なお、レーザー光１１を完全に遮光しないまでも、半導体ウエハ１と屈折率が大きく異なる材料で形成されたアクセサリパターン６がある場合、パターン直下の半導体ウエハ１内では、形成される改質層１５の深さが変化してしまう。したがって、本実施の形態では、このようなアクセサリパターン６においても、半導体ウエハ１内の正規位置とは異なる深さに改質層１５が形成されてしまうために、遮光部として扱うことにする。

１ 半導体ウエハ
２ 半導体チップ
３ 第１スクライブライン
４ 第２スクライブライン
５ オリエンテーションフラット
６ アクセサリパターン
６ａ，６ｂ 孤立パターン
６ｃ 繰り返しパターン
６ｄ 孤立パターン
６ｄ１ 非遮光部
１０ レーザー照射領域
１１ レーザー光
１２ 集光レンズ
１３ 層間膜
１４ 金属膜
１５ 改質層
１６ 非改質領域
２０ 支柱
２１ 加圧部材

Claims (12)

1. 直交する第１スクライブラインおよび第２スクライブラインがステルスダイシングを用いて割断される半導体ウエハにおいて、
   前記第１スクライブラインが基板結晶のへき開方向に配置され、
   アクセサリパターンが前記第１スクライブラインに集中配置され、
   前記第２スクライブラインが前記基板結晶のへき開方向とは異なる方向に配置されていることを特徴とする半導体ウエハ。
2. 前記アクセサリパターンは、前記第１スクライブラインのみに集中配置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハ。
3. 前記第２スクライブラインは、前記第１スクライブラインより狭い幅を有していることを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハ。
4. 基板が｛０００１｝面を主面とする六方晶基板であることを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハ。
5. 前記アクセサリパターンは、前記ステルスダイシングに使用されるレーザー光を反射する金属膜または使用レーザー波長に高い吸収係数を有する膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハ。
6. 前記第１スクライブラインは、前記アクセサリパターンが配置でき、かつ、前記ステルスダイシングに必要な幅を有していることを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハ。
7. 前記第１スクライブラインに配置される前記アクセサリパターンは、前記第１スクライブラインの延設方向の長さを２００μｍ未満としたことを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハ。
8. 前記第２スクライブラインと交差して前記第１スクライブラインに配置される前記アクセサリパターンは、前記第２スクライブラインの延設方向の長さを１００μｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハ。
9. 前記第２スクライブラインと交差して前記第１スクライブラインに配置される前記アクセサリパターンは、前記第２スクライブラインの延設方向の長さが前記第１スクライブラインの幅より短いことを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハ。
10. 前記第１スクライブラインに配置される前記アクセサリパターンは、前記第１スクライブラインの延設方向に所定の間隔を置いて遮光部が配置される繰り返しパターンであり、前記遮光部の前記間隔を前記第１スクライブラインの延設方向における前記遮光部の長さの２倍以上にしたことを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハ。
11. 前記遮光部は、前記第１スクライブラインの延設方向の長さを４〜５μｍとしたことを特徴とする請求項１０記載の半導体ウエハ。
12. 半導体ウエハに互いに直交して配置される第１スクライブラインおよび第２スクライブラインのうち、前記第１スクライブラインを基板結晶のへき開方向に配置するとともに前記第１スクライブラインのみにアクセサリパターンを集中的に配置し、前記第２スクライブラインを前記基板結晶のへき開方向とは異なる方向に配置し、前記第１スクライブラインをステルスダイシングによる割断と前記基板結晶のへき開方向の割れとの両方の作用により割断し、前記第２スクライブラインを前記ステルスダイシングのみの割断作用により割断することを特徴とする半導体チップの製造方法。

Images