JP7150662B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体ウェーハをブレードダイシングによってチップに分割するダイシング工程において、ブレードが当たるときに半導体チップが振動し、微小な欠け（以下、チッピング）が発生する問題がある。

特許第５５６３８１４号明細書 特開２０１７－１７０７２号公報 特開２０１８－１８６２４０号公報 特開２０１５－２１６２４２号公報

本発明が解決しようとする課題は、ダイシングブレードを用いたダイシング工程において半導体ウェーハの振動を抑制することで、チッピングの発生を低減する半導体装置の製造方法を提供することである。

上記の課題を達成するために、半導体層からなる第１面及び前記半導体層上に設けられた金属層からなり前記第１面に対向する第２面を有する半導体ウェーハに対し、前記第１面上に対して規定されるダイシングラインに沿って、前記第２面上に薄膜パターンを形成する工程と、前記薄膜パターンが形成された前記第２面をダイシングテープの粘着層に貼り付ける工程と、ダイシングブレードを用いて前記第１面上に規定された前記ダイシングラインに沿って前記第１面側から前記薄膜パターンに達するまで前記半導体層及び前記金属層を除去し、前記半導体ウェーハを半導体チップに分離するダイシング工程と、を有する。

第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図 第１の実施形態に係る裏面パターンニング工程後の半導体ウェーハの表面側及び裏面側の状態を示した図 第１の実施形態の変形例に係る裏面パターンニング工程後の半導体ウェーハの裏面側の状態を示した図 第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図 第２の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図

以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。なお、図面での部分における厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、模式的に示したものであり、必ずしもこれに限定されない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図である。半導体装置は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）やＭｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＭＯＳＦＥＴ）等である。図２（ａ）は、第１の実施形態における裏面パターンニング工程後の半導体ウェーハ１の表面側の状態を示した図である。図２（ｂ）は、第１の実施形態における裏面パターンニング工程後の半導体ウェーハ１の裏面側の状態を示した図である。

図１（ａ）に、ダイシングによって分断する前の半導体ウェーハ１を示す。半導体ウェーハ１は、例えば、半導体層２のパターニング工程、薄化工程、金属膜３の製膜工程を順に経て形成することができる。第１の実施形態に説明する半導体ウェーハ１は、半導体層２の一方の面上に金属膜３が形成されたものとして説明するがこれに限定されない。以降の説明において、半導体ウェーハ１の半導体層２側を表面と称し、金属膜３側を裏面と称することがある。

図２（ａ）の実線で示すように、ダイシングライン１１は、ダイシングをする位置を示し所定のピッチをあけて半導体ウェーハ１の表面に規定される。ダイシングライン１１の幅Ｗ０は、半導体ウェーハ１の表面において、ダイシングブレードの進行方向に対して直交する方向の幅である。ダイシング工程において、ダイシングライン１１に沿ってダイシングブレードの位置が合わせられる。図２（ａ）の破線で示す分断領域１２（分断ライン）は、半導体ウェーハ１のダイシングライン１１に沿ってダイシングブレードによって分断（除去）される予定の領域である。半導体ウェーハ１の表面において、分断領域１２はダイシングライン１１に含まれる。ダイシング工程により半導体ウェーハ１から半導体チップ１０として個片化される部分が、チップ領域１３である。

ダイシングブレードの通過によって生じる分断領域１２の幅Ｗ１は、ダイシングブレードの進行方向に対して直交する水平方向の幅である。分断領域１２の幅Ｗ１は、使用するダイシングブレードの厚みにおおむね等しい。分断領域１２の幅Ｗ１は幅Ｗ０よりも小さい。分断領域１２の幅Ｗ１は、例えば１００μｍである。

次に、図１（ｂ）に示すパターニング工程にて、半導体ウェーハ１裏面の金属膜３上に、裏面パターン４を形成する。裏面パターン４は、半導体ウェーハ１と後述するダイシングテープ５との密着性を向上させるために設けるものである。裏面パターン４の半導体層２から金属膜３に向かう方向の厚みＴ１は、例えば１５μｍである。

図２（ｂ）の破線は、半導体ウェーハ１の裏面上において分断領域１２に相当する位置を示す。図２（ｂ）に示すように、裏面パターン４は、半導体ウェーハ１の裏面側に設けられた金属膜３上に、半導体ウェーハ１の表面側からダイシング工程を行った際に分断される予定の分断領域１２（分断ライン）内に収まるように形成される。図２（ｂ）では、裏面パターン４が分断領域１２（分断ライン）に沿ってメッシュ状に設けられた例を示す。裏面パターン４は、金属膜３の分断領域１２内に設けられる。裏面パターン４の幅Ｗ２は、分断領域１２（分断ライン）の幅Ｗ１以下の幅である。裏面パターン４の幅Ｗ２は、例えば８０μｍである。

裏面パターン４としては、金属膜３上にパターニングが可能で、後述する粘着層６よりも変形しにくい材料を用いることができる。裏面パターン４は、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリオレフィン、シリコン樹脂、ポリアミド等の有機系材料の膜で形成することができる。また、裏面パターン４は、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕといった無機系材料の膜、あるいはレジスト膜で形成することもできる。

裏面パターン４の形成方法に限定はなく、用いる材料に応じて適当なパターニング方法を取りうる。例えば、裏面パターン４に感光性のポリイミドを用いる場合、金属膜３上に塗布し、リソグラフィし、硬化処理をすることでパターニングすることが可能である。

図１（ｃ）に示す貼り付け工程で、半導体ウェーハ１は、金属膜３及び形成された裏面パターン４を介してダイシングテープ５に張り付けられる。

ダイシングテープ５は、半導体ウェーハ１を固定し、ピックアップ工程まで保持する。ダイシングテープ５は、基材層７及び粘着層６を有する。基材層７は、引き延ばすことが可能な樹脂によって形成される。粘着層６は、粘着剤によって形成され、基材層７上に設けられる。粘着層６には、アクリル糊等の有機系の粘着剤を用いることができる。粘着層６は、半導体ウェーハ１をダイシングテープ５に接着し、固定する。粘着層６に用いられる粘着剤は、裏面パターン４に用いた材料よりも変形しやすい。粘着層６に用いられる粘着剤は、被着材（接着対象の物体）が押し付けられることで容易に変形する。

ダイシングテープ５の粘着層６の厚みＴ２は、裏面パターン４の厚みＴ１以上の厚さである。粘着層６の厚みＴ２は、例えば２０μｍである。半導体ウェーハ１の裏面、つまり金属膜３上において裏面パターン４が突出しているので、粘着層６は半導体ウェーハ１に押し付けられることで裏面パターン４の間に入り込む。裏面パターン４の厚みＴ１が粘着層６の厚みＴ２よりも薄いため、粘着層６は金属膜３及び裏面パターン４を覆う。

基材層７（又はダイシングテープ５）は、粘着層６により、裏面パターン４が設けられた金属膜３に接着することで、単に金属膜３に接着する場合よりも接着面積が増える。これに加えて、粘着層６が被着材（金属膜３と裏面パターン４）の凹凸に入り込むことで、アンカー効果が発生する。接着面積の増加とアンカー効果とによって接着強度が向上し、半導体ウェーハ１はダイシングテープ５に強く密着して固定される。

なお、粘着層６が有機系の材料で形成されている場合、裏面パターン４の材料を有機系の材料とすることで、半導体ウェーハ１とダイシングテープ５の密着性をさらに高めることができる。

図１（ｄ）に示すダイシング工程で、ダイシングテープ５に貼り付けられた半導体ウェーハ１は、表面側つまり半導体層２側からダイシングブレードによってダイシングライン１１に沿って分断領域１２が切削され、半導体チップ１０に分割される。

ダイシングブレードは、分断領域１２に相当する半導体層２を除去し、分断領域１２に相当する金属膜３を除去し、裏面パターン４を除去し、粘着層６の一部まで達するようにして、半導体ウェーハ１を切断する。これにより、半導体チップ１０の裏面から裏面パターン４が除去される。図１（ｄ）には、ダイシングブレードが、半導体ウェーハ１の表面側から半導体ウェーハ１の裏面位置よりもＴ１以上粘着層６側まで深く達し、裏面パターン４が完全に除去された例を示している。

一般にダイシング工程においては、ダイシングブレードが金属膜３から粘着層６に侵入する際、金属膜３のダイシングブレードと触れる部分が粘着層６側へ押し出されるように変形しながら切削される。変形しながら切削された金属膜３の切断面には、粘着層６側に突き出した突起（以下、バリ）が生じる。バリ発生の要因の１つとして、金属膜３を介してダイシングブレードと対向する粘着層６の粘着剤は変形しやすく、金属膜３の押し出しを抑制しにくいことがあげられる。

本実施形態に係るダイシング工程においては、裏面パターン４は、金属膜３上の分断領域１２に相当する部分に存在する、すなわち、裏面パターン４は、ダイシング工程において金属膜３を介してダイシングブレードと対向して存在する。さらに、裏面パターン４は、粘着層６よりも変形しにくい材料が用いられる。このため、裏面パターン４は、ダイシングブレードが金属膜３を粘着層６側へ押し出す事を防ぐことができる。金属膜３が押し出されにくいため、金属膜３の変形が抑えられる。裏面パターン４は、金属膜３が粘着層６側へ押し出される事を防ぐことで、半導体チップ１０の裏面に発生するバリを抑制できる。

第１の実施形態の半導体ウェーハ１は、ダイシングテープ５に強く密着して固定されているため、ダイシング工程における半導体ウェーハ１のダイシングブレードと接触することによる振動が抑制される。ダイシング工程における半導体ウェーハ１の振動が抑制されることで、分割された半導体チップ１０のチッピングの発生が低減される。

最後に、図１（ｅ）に示す剥離工程で、ダイシングテープ５を引き延ばした後、半導体チップ１０がピックアップされる。ダイシング工程で半導体チップ１０から裏面パターン４が除去されているため、裏面パターン４がダイシングテープ５に食い込むことで発生するアンカー効果が消失する。これによって、接着強度が減少するため、半導体チップ１０のピックアップ時に必要な力が小さくなる。ピックアップ時に加わる力が小さくなることで、チップ割れやピックアップ不良の発生が低減される。

上記の説明において、裏面パターン４の幅Ｗ２が分断領域１２（分断ライン）の幅Ｗ１以下であるため、半導体チップ１０上の金属膜３上に裏面パターン４が残存しない。このため、半導体チップ１０をダイボンディングするために、裏面パターン４を除去する専用の装置や工程は不要である。

第１の実施形態の変形例について、図３を用いて説明する。図３は、第１の実施形態の変形例１に係る裏面パターンニング工程後の半導体ウェーハ１の裏面側の状態を示した図である。図３の破線は、半導体ウェーハ１の裏面上における、ダイシング工程で分断される予定の分断領域１２を示す。

第１の実施形態の裏面パターン４が一体的（連続的）に形成されたメッシュ形状であるのに対して、第１の実施形態の変形例の裏面パターン２４は、部分的に途切れたメッシュ構造である。第１の実施形態の変形例の裏面パターン２４によって形成される凹凸は、第１の実施形態の裏面パターン４によって形成される凹凸よりも入り組んだ形状となる。このため、裏面パターン２４は粘着層６に食い込みやすく、半導体ウェーハ１とダイシングテープ５の密着性が向上する。これにより第１の実施形態よりも、ダイシング時の半導体ウェーハ１の振動が抑制され、半導体チップ１０のチッピングが低減される半導体装置の製造方法を提供できる。

以上、説明した第１の実施形態及び第１の実施形態の変形例によれば、半導体ウェーハ１裏面の金属膜３の分断領域１２に相当する位置に裏面パターン４を形成することで、半導体ウェーハ１とダイシングテープ５との接着強度が増す。半導体ウェーハ１とダイシングテープ５が密着することで、ダイシング工程における半導体ウェーハ１の振動が抑制され、半導体チップ１０のチッピングが低減される。さらに、裏面パターン４は、ダイシング工程で金属膜３が粘着層６側へ押し出される事を抑制することで、半導体チップ１０の裏面に発生するバリを抑制できる。ダイシング工程で裏面パターン４が取り除かれるため、剥離工程では接着強度が減少しピックアップ不良の発生が低減される。このような工程によって、チッピングの発生が低減される半導体装置の製造方法を提供できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態にかかる半導体装置の製造方法について説明する。

なお、第１の実施形態と同等の構成、動作等については説明を省略する。第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、裏面パターン３４が異なる幅を有する少なくとも２つの部分を有する。

第２の実施形態の半導体製造方法について、図４を用いて説明する。図４は、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図である。

図４（ａ）に、ダイシングによって分断する前の半導体ウェーハ１を示す。半導体ウェーハ１は、半導体層２及び金属膜３を有し、ダイシングライン１１、分断領域１２及びチップ領域１３が規定される。なお、図４の図４（ｄ）以降は、ダイシングライン１１の記載を省略する。

図４（ｂ）に示すパターニング工程にて、金属膜３上の分断領域１２に相当する領域上に、裏面パターン３４を形成する。裏面パターン３４は、幅がＷ３の部分と、幅がＷ３の部分よりも金属膜３から離れて位置する幅がＷ４の部分を有し、幅Ｗ３の値と幅Ｗ４の値が異なる。

図４には、裏面パターン３４が金属膜３と接する位置の幅が幅Ｗ３である例を示す。図４において、幅Ｗ４は幅Ｗ１よりも小さく、幅Ｗ３よりも大きい。裏面パターン３４の構造は、図４に示すような、金属膜３から離れるにつれてその幅が広くなる逆テーパー構造に限定されない。裏面パターン３４は、金属膜３から離れるにつれてその幅が狭くなる部分を有することができる。

図４（ｃ）に示す貼り付け工程で、半導体ウェーハ１は、金属膜３及び形成された裏面パターン３４を介してダイシングテープ５に張り付けられる。第２の実施形態の裏面パターン３４は、幅が一定ではないため、第１の実施形態の裏面パターン４よりも入り組んだ形状となる。金属膜３から離れるにつれてその幅が狭くなる部分を有する場合、裏面３４パターンはさらに入り組んだ形状となる。このため、第２の実施形態では、裏面パターン３４は粘着層６に食い込みやすく、第１の実施形態よりも半導体ウェーハ１とダイシングテープ５の接着強度が向上する。

図４（ｄ）に示すダイシング工程で、ダイシングテープ５に貼り付けられた半導体ウェーハ１は、半導体層２側からダイシングブレードによってダイシングライン１１に沿って切削され、半導体チップ１０に分割される。ダイシング工程では、半導体ウェーハ１の分断領域１２及び裏面パターン３４がダイシングブレードによって除去される。第２の実施形態では、半導体ウェーハ１とダイシングテープ５の接着強度が高いため、第１の実施形態よりも振動を抑制し、チッピングの発生をさらに低減する。

最後に、図４（ｅ）に示す剥離工程で、ダイシングテープ５を引き延ばした後、半導体チップ１０がピックアップされる。

第２の実施形態の変形例にかかる半導体製造方法について、図５を用いて説明する。図５は、第２の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図である。

第２の実施形態の変形例では、裏面パターン４４が異なる幅を有する少なくとも２つの部分を有する。裏面パターン４４は、金属膜３と接する位置に幅Ｗ１よりも小さい幅Ｗ５の部分を有し、幅Ｗ５の部分よりも金属膜３から離れた位置に、幅Ｗ１よりも大きい幅Ｗ６の部分を有する。

図５（ａ）に、ダイシングによって分断する前の半導体ウェーハ１を示す。半導体ウェーハ１は、半導体層２及び金属膜３を有し、ダイシングライン１１、分断領域１２及びチップ領域１３が規定される。なお、図５の図５（ｄ）以降は、ダイシングライン１１の記載を省略する。

図５（ｂ）に示すパターニング工程で、金属膜３の分断領域１２に相当する領域上に、裏面パターン４４を形成する。金属膜３側からみた平面図において、裏面パターン４４が金属膜３と接する位置の幅は、Ｗ１よりも小さい幅Ｗ５であり、この部分は分断領域１２に含まれるように設けられる。金属膜３側からみた平面図において、裏面パターン４４の幅Ｗ６の部分は、分断領域１２を含むように設けられる。

裏面パターン４４が金属膜３と接する位置の幅Ｗ５を狭めることなく、Ｗ６を広げることができるため、テーパーをきつくつける（角度θを大きくする）ことができる。つまり、アンカーとして機能する裏面パターン４４と金属膜３の接触面積を確保しながら、裏面パターン４４と金属膜３によって形成される凹凸をより入り組んだ形状とすることができる。

なお、図５には、裏面パターン４４の構造が金属膜３から離れるにつれてその幅が広くなる逆テーパー構造である例を示すがこれに限定されない。

図５（ｃ）に示す貼り付け工程で、半導体ウェーハ１は、金属膜３及び裏面パターン４４を介してダイシングテープ５に張り付けられる。第２の実施形態の変形例の裏面パターン４４は、第２の実施形態の裏面パターン３４よりも粘着層６と接着面積が大きい構造であるため、第２の実施形態よりも半導体ウェーハ１とダイシングテープ５の接着強度が高い。

図５（ｄ）に示すダイシング工程で、ダイシングテープ５に貼り付けられた半導体ウェーハ１は、半導体層２側からダイシングされ、半導体チップ１０に分割される。ダイシング工程では、ダイシングブレードは、分断領域１２に相当する半導体層２を除去し、分断領域１２に相当する金属膜３を除去し、裏面パターン２４を除去し、粘着層６の一部まで達するように、半導体ウェーハ１を切断する。裏面パターン４４の金属膜３と接する部分が除去されるため、半導体ウェーハ１と粘着層６との間のアンカー効果は消滅する。なお、平面図において裏面パターン４４の分断領域１２外部に位置する部分は、除去されずに粘着膜６中に残る。第２の実施形態の変形例では、半導体ウェーハ１とダイシングテープ５の接着強度が高いため、第２の実施形態よりもダイシング時の半導体ウェーハ１の振動を抑制し、チッピングの発生を低減する。

最後に、図５（ｆ）に示す剥離工程で、ダイシングテープ５を引き延ばした後、半導体チップ１０がピックアップされる。

以上説明した第２の実施形態及びその変形例によれば、第１の実施形態よりも、ダイシング時における半導体ウェーハ１とダイシングテープ５との密着性が増す。これにより第１の実施形態よりも、ダイシング時の半導体ウェーハ１の振動が抑制され、半導体チップ１０のチッピングが低減される半導体装置の製造方法を提供できる。

本発明の実施形態以外のダイシング工程における半導体ウェーハの振動抑制方法として、ダイシングテープ５の基材層７を剛直な素材とする方法や、ダイシングブレードの回転数などのダイシング装置の条件の調整を図る方法が知られている。個々の振動抑制方法は、基材層７の剛性が増すとエキスパンドが困難になる点や、穏やかな条件でダイシングすると半導体チップ１０の分離に長い時間を要する点が課題となる。これらの課題によって、個々の振動抑制方法の適用は生産性の面から制限される。このため、個々の振動抑制方法だけでは、特にチッピングによるダメージが大きい薄膜タイプなどの半導体ウェーハ１への適用が困難となる場合がある。

本発明の実施形態は、半導体ウェーハ１の裏面を対象とした半導体ウェーハの振動抑制方法であり、ダイシングテープ５やダイシング装置を対象とした既存の半導体ウェーハの振動抑制方法との併用が可能である。本発明の実施形態は、単体で用いるときだけでなく、既存の半導体ウェーハの振動抑制方法と併用することによっても、ダイシング工程における半導体ウェーハの振動を効果的に抑制し、チッピングの発生を低減することができる。

以上、本発明の実施形態と変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、そのほか様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 半導体ウェーハ
２ 半導体層
３ 金属膜
４、２４、３４、４４ 裏面パターン
５ ダイシングテープ
６ 粘着層
７ 基材層
１０ 半導体チップ
１１ ダイシングライン
１２ 分断領域
１３ チップ領域

Claims (10)

1. 半導体層からなる第１面、及び前記半導体層上に設けられた金属層からなり前記第１面に対向する第２面、を有する半導体ウェーハに対し、前記第１面上に対して規定されるダイシングラインに沿って、前記第２面上に薄膜パターンを形成する工程と、
   前記薄膜パターンが形成された前記第２面をダイシングテープの粘着層に貼り付ける工程と、
   ダイシングブレードを用いて前記第１面上に規定された前記ダイシングラインに沿って前記第１面側から前記薄膜パターンに達するまで前記半導体層及び前記金属層を除去し、前記半導体ウェーハを半導体チップに分離するダイシング工程と、を有す
   る半導体装置の製造方法。
2. 前記薄膜パターンは、前記第１面から前記第２面へ向かう方向における厚みが第１厚みであり、
   前記粘着層の厚みが第２厚みであり、
   前記第１厚みは、前記第２厚みより小さい請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記薄膜パターンは、前記第２面上の領域に、一体的に形成されたメッシュ状のパターンを有する請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記薄膜パターンは、前記第２面上の領域に、互いに分離して形成された複数の部分から形成されたパターンを有する請求項１から請求項２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記ダイシングブレードの幅が第１幅であり、
   前記薄膜パターンの幅が第２幅であり、
   前記第１幅は、前記第２幅より大きい請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記第２幅は、前記薄膜パターンが前記半導体ウェーハと接する部分の幅である請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記薄膜パターンは、前記半導体ウェーハと接する前記部分より前記半導体ウェーハからはなれた部分に、前記第２幅とは異なる第３幅である部分をさらに有する請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記第３幅は、前記第１幅よりも大きい請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記薄膜パターンは、少なくともアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリオレフィン、シリコン樹脂及びポリアミドのうちのいずれか１つを含む請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記薄膜パターンは、少なくともＡｌ、Ｎｉ及びＡｕのうちのいずれか１つを含む請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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