TW202422689A - 半導體裝置的製造方法 - Google Patents

Abstract

一種半導體裝置的製造方法，具備：形成多個元件構造的步驟，是在半導體晶圓之第1表面，將多個元件構造排列為矩陣狀；形成裂縫的步驟，是在半導體晶圓中位於第1表面之反面側的第2表面，沿著相鄰之元件構造的邊界來按壓推壓構件，使得半導體晶圓形成沿著邊界並且在半導體晶圓的厚度方向上延伸的裂縫；以及分割步驟，是從第1表面側沿著邊界，將分割構件按壓於半導體晶圓，使得半導體晶圓沿著邊界進行分割。

Description

半導體裝置的製造方法

本說明書所揭示的技術，是有關於半導體裝置的製造方法。

在半導體裝置的製造方法的步驟中，有個步驟是將形成有多個元件構造的半導體晶圓加以單片化為各個元件構造。專利文獻1有揭示一種技術，是沿著相鄰元件構造的邊界來切削(切割)半導體晶圓。

近年來則是開始採用所謂的劃線斷裂工法來取代切割工法。這個工法，是首先沿著相鄰元件構造的邊界來按壓推壓構件，然後沿著該邊界於半導體晶圓形成裂縫。其次沿著邊界來按壓分割構件，則會沿著邊界分割半導體晶圓。這種工法不使用切削，而是以裂縫為起點進行劈開來分割半導體晶圓，因此即使對較硬的材料也有用，而且相鄰元件構造之間的寬度，可以縮得比切割工法的情況更窄。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2014-13812號公報

在劃線斷裂工法中，是以推壓構件按壓半導體晶圓，在半導體晶圓內部產生應力，進而形成裂縫。這股應力即使在半導體晶圓單片化之後，依然會存在成為殘留應力。因此，被製造的半導體裝置在經過反覆動作之後，存在有殘留應力的區域附近可能會發生碎屑或意外的裂縫。一旦發生碎屑等等，就會降低半導體裝置的可靠度。本說明書中提供一種技術，是利用劃線斷裂工法來製造具有高可靠度的半導體裝置。

若依據本發明的一種形態，則半導體裝置的製造方法是具備：形成元件構造的步驟，是在半導體晶圓之第1表面，將多個前述元件構造排列為矩陣狀；形成裂縫的步驟，是在前述半導體晶圓中位於前述第1表面之反面側的第2表面，沿著相鄰之前述元件構造的邊界來按壓推壓構件，使得前述半導體晶圓形成沿著前述邊界並且在前述半導體晶圓的厚度方向上延伸的裂縫；以及分割步驟，是從前述第1表面側沿著前述邊界，將分割構件按壓於前述半導體晶圓，使得前述半導體晶圓沿著前述邊界進行分割。

在上述製造方法中，是於半導體晶圓之第1表面以矩陣狀形成元件構造，然後從半導體晶圓的第2表面側按壓推壓構件，來對第2表面側施加應力。如此一來，半導體晶圓的第2表面側就會形成裂縫。之後，從半導體晶圓的第1表面側按壓分割構件，來分割半導體晶圓。結果所製造的半導體裝置會成為以下狀態：殘留應力不是存在於個別設置有元件構造的第1表面側，而是存在於相反側的第2表面側。如以上記載，在上述的製造方法中，殘留應力存在於與第1表面位於相反側的第2表面側，而實現半導體裝置之功能的元件構造(例如溝渠或閘極電極等等)是存在於該第1表面，所以即使該殘留應力使得產生碎屑等等，也幾乎不會影響半導體裝置的性能。從而，使用上述的製造方法，可製造具有高可靠度的半導體裝置。

本說明書所揭示之一個例子的製造方法中，前述半導體晶圓是由SiC所構成。

本說明書所揭示之一個例子的製造方法中，可以更具備形成金屬層的步驟，是在前述半導體晶圓的前述第2表面形成金屬層。另外，形成金屬層的步驟的實施時機並沒有特別限定，比方說可以在形成裂縫的步驟之前來實施，可以在形成裂縫的步驟與分割半導體晶圓的步驟之間來實施，也可以在分割半導體晶圓的步驟之後來實施。

(實施例) 參照圖式說明實施例的製造方法。圖1係將多個元件區域3配置為矩陣狀的半導體晶圓2的俯視圖。在圖1中，各個元件區域3是以實線來示意表示。元件區域3，是在半導體晶圓2之第1表面2a形成有電晶體或二極體等元件構造的區域。為了方便說明，相鄰元件區域3之間的邊界，也就是之後要將半導體晶圓2分割為各個元件區域3時所使用的線，就稱為分割預定線4。分割預定線4並不是實際標記在半導體晶圓2上的線，而是虛擬的線。分割預定線4也可以是實際描繪在半導體晶圓2上的線或溝，使得肉眼可見。半導體晶圓是由SiC所構成。另外，半導體晶圓2亦可由Si或GaN等其他半導體材料來構成。如圖2等所示，半導體晶圓2具有位於第1表面2a之反面側的第2表面2b。

實施例的製造方法，包含元件構造形成步驟、金屬層形成步驟、裂縫形成步驟、分割步驟。

(元件構造形成步驟) 元件構造形成步驟，是如圖2所示，在半導體晶圓2之第1表面2a形成多個元件構造6。元件構造6包含設置於第1表面2a側之電極、絕緣膜、n型區域、p型區域中的至少1者。元件構造6例如包含溝渠或閘極電極等等，用以實現半導體裝置之功能的構造。在這個步驟中，是對各個元件區域3分別形成元件構造6。從而各個元件構造6，是排列為矩陣狀而形成在半導體晶圓2之第1表面2a上。而且在此步驟中，於形成元件構造6的同時，也在各個元件區域3之半導體晶圓2的內部，形成具有電晶體或二極體之功能的構造(未圖示)。比方說要在半導體晶圓2內部形成MOSFET構造的情況下，在第1表面2a所露出的區域中，會對各個元件構造6分別形成源極區域或體區域。另一方面，在第2表面2b所露出的區域中，會覆蓋第2表面2b的約略全面來形成汲極區域。也就是說，汲極區域在第2表面2b所露出的位置中，是形成為橫跨多個元件區域3。

(金屬層形成步驟) 其次，實施圖3所示的金屬層形成步驟。圖3中，是以第2表面2b側為上面來描繪半導體晶圓2。在金屬層形成步驟中，是於半導體晶圓2的第2表面2b形成金屬層40。金屬層40，例如是由鈦、鎳、金、矽化鎳等所構成。金屬層40是形成為覆蓋第2表面2b的約略全面。也就是說，金屬層40是橫跨多個元件區域3來形成在第2表面2b上。金屬層40擔任的功能，是完成後之半導體裝置的電極。

(裂縫形成步驟) 其次，實施圖4及圖5所示的裂縫形成步驟。在裂縫形成步驟中，首先如圖4所示，針對半導體晶圓2之各個元件區域3中所形成的元件構造6，以橫跨該元件構造6之表面的方式來黏貼保護構件15。保護構件15的材料，比方說可使用樹脂等等。其次，將半導體晶圓2載置於平台30上。在此，是使半導體晶圓2的第2表面2b側朝上，來將半導體晶圓2載置於平台30上。平台30具有未圖示的真空吸附裝置，如此一來就可吸附半導體晶圓2(詳細來說是保護構件15)並固定於平台上。

之後如圖5所示，從半導體晶圓2的第2表面2b側，對金屬層40的表面40a按壓劃線輪60，如此就能對半導體晶圓2形成帶有裂縫5的劃線。劃線輪60是圓板狀(圓環狀)的構件，是由支撐裝置(未圖示)進行軸支撐而可旋轉。在此，是將劃線輪60按壓於金屬層40之表面40a，同時沿著分割預定線4來移動(掃描)。劃線輪60沿著分割預定線4移動的時候，是像輪胎在路面上滾動一樣，於金屬層40的表面40a上滾動(轉動)。劃線輪60的周緣部份相對銳利，會沿著分割預定線4，在金屬層40之表面40a使金屬層40發生塑性變形，而形成線條(劃線)。當表面40a被劃線輪60推壓，則在半導體晶圓2的內部，就會隔著金屬層40而在第2表面2b的表層區域產生壓縮應力。劃線輪60所推壓的位置會形成劃線(亦即溝)，另一方面，在產生壓縮應力之區域的正下方，半導體晶圓2的內部，會產生拉伸應力。拉伸應力產生在壓縮應力產生區域的正下方，沿著半導體晶圓2之第2表面2b，往遠離分割預定線4的方向施力。藉由這股拉伸應力，在半導體晶圓2內部形成往半導體晶圓2之厚度方向延伸的裂縫5。在此是一邊將劃線輪60按壓於表面40a一邊沿著分割預定線4移動，而在半導體晶圓2之第2表面2b側，沿著相鄰元件區域3(元件構造6)的邊界並往半導體晶圓2的厚度方向延伸，來形成裂縫5。裂縫5是形成在半導體晶圓2之第2表面2b的表層附近。劃線輪60是「推壓構件」的一個例子。

(分割步驟) 其次，實施圖6所示的分割步驟。圖6中，是再次以第1表面2a側為上面來描繪半導體晶圓2。在分割步驟中，是沿著分割預定線4(裂縫形成步驟所形成的裂縫5)來按壓斷裂板62，而沿著分割預定線4(沿著元件構造6的邊界)來分割半導體晶圓2。在此，首先將半導體晶圓2載置於2個支撐台34上。2個支撐台34是隔著間隔來配置。將半導體晶圓2載置於支撐台34的時候，是使該間隔位於應分割位置(斷裂板62的按壓位置)的下方，來載置半導體晶圓2。之後，隔著保護構件15，將斷裂板62按壓於半導體晶圓2的第1表面2a。斷裂板62是板狀的構件，下端(按壓於第1表面2a的邊端)部份呈現稜線狀(銳利刀刃狀)，但並沒有切削半導體晶圓2，只是按壓而已。

由於斷裂板62下方不存在支撐台34(此處有2個支撐台34的間隔)，所以當斷裂板62按壓於第1表面2a，半導體晶圓2就會撓曲，陷入2個支撐台34的間隔內。在此，裂縫5是形成在半導體晶圓2之第2表面2b側。因此，若從第1表面2a側將斷裂板62按壓於半導體晶圓2，半導體晶圓2就會以被按壓的部份(線)為軸而撓曲；而在第2表面2b側，往使分割位置旁相鄰之2個元件區域3分離的方向上，對裂縫5施加力量，而且如上所述，裂縫5的周圍會被施加拉伸應力。因此，若將斷裂板62按壓於第1表面2a，裂縫5就會往半導體晶圓2的厚度方向伸展，使半導體晶圓2以裂縫5為起點，沿著結晶面劈開。如此一來，半導體晶圓2就會被分割。再者，由於金屬層40是形成於半導體晶圓2之第2表面2b上，所以也是往使分割位置旁相鄰之2個元件區域3分離的方向上，對金屬層40施加力量，使得金屬層40被扯開變形而進行分割。另外，亦可換掉2個支撐台34，改用1個彈性支撐板(或者隔著1個彈性支撐板使用1或多個支撐台)來支撐半導體晶圓2的整個第2表面2b。在此情況下，斷裂板62下方存在有彈性支撐板，當半導體晶圓2撓曲，彈性支撐板就會因應半導體晶圓2的撓曲而變形；所以若將斷裂板62按壓於第1表面2a，會與使用2個支撐台34支撐的情況(斷裂板62下方不存在支撐台34的情況)相同，往使分割位置旁相鄰之2個元件區域3分離的方向上，對裂縫5施加力量。斷裂板62是「分割構件」的一個例子。

在分割步驟中，將上述斷裂板62按壓於第1表面2a的步驟，是沿著各個分割預定線4來反覆實施。如此一來，就可沿著各個元件區域3的邊界來分割半導體晶圓2與金屬層40。結果會如圖7所示，半導體晶圓2被單片化為多個半導體裝置10。如此一來就能得到多個半導體裝置10，其形成有元件構造6及金屬層40(亦即反面電極)。

如以上所說明，先藉由劃線輪60形成裂縫，再藉由斷裂板62進行分割，而製造出半導體裝置10。本實施例中不使用切削(切割)，而是以裂縫為起點進行劈開來分割半導體晶圓2，因此即使對較硬的SiC也有用，而且相鄰元件構造6之間的寬度，可以縮得比切割的情況更窄。

在此如上所述，對半導體晶圓2形成裂縫的時候，要將劃線輪60按壓於半導體晶圓2，這會使半導體晶圓2內部產生應力。這股應力即使在分割半導體晶圓2之後，依然會存在成為殘留應力。圖8係藉由劃線斷裂工法，將半導體晶圓沿著裂縫分割之後，從分割面沿著垂直於該分割面的方向，測量存在於裂縫附近(從劃線輪之推壓面起算深度約1μm的位置)之殘留應力所得的圖表。在圖8中，橫軸表示從分割面(亦即被劃線輪推壓的表面)起算的距離，縱軸表示殘留應力的值。再者，有關圖8及後述之圖9中的殘留應力，拉伸應力是以正值表示，壓縮應力是以負值表示。如圖8所示，在分割面附近(亦即圖5等所示的裂縫5附近)存在有很大的殘留應力。因此，被製造的半導體裝置10在經過反覆動作之後，存在有殘留應力的區域附近容易增加負擔，比其他區域更容易發生碎屑等等。

然而本實施例的製造方法，是在半導體晶圓2的第1表面2a形成元件構造6，並從半導體晶圓2的第2表面2b側按壓劃線輪60，所以是在對第2表面2b側施加應力的同時形成裂縫5。之後，從半導體晶圓2的第1表面2a側按壓斷裂板62，來分割半導體晶圓2。結果所製造的半導體裝置10會成為以下狀態：殘留應力不是存在於個別設置有元件構造6的第1表面2a側，而是存在於相反側的第2表面2b側。

圖9係從第1表面2a往第2表面2b，沿著半導體晶圓2的厚度方向，測量半導體晶圓2內部之殘留應力所得的圖表。如圖9所示，第2表面2b側(距離100μm附近)存在有很大的殘留應力，但另一方面，第1表面2a側(距離0μm附近)則幾乎不存在殘留應力。如以上記載，本實施例的製造方法中，殘留應力存在於與第1表面2a位於相反側的第2表面2b側，而實現半導體裝置10之功能的元件構造6(例如溝渠或閘極電極等等)是存在於該第1表面2a，所以即使該殘留應力使得產生碎屑等等，也幾乎不會影響半導體裝置10的性能。從而，使用本實施例的製造方法，可製造具有高可靠度的半導體裝置10。

以上詳細說明了實施方式，但這些僅為舉例，並非用以限定申請專利範圍。申請專利範圍所記載的技術中，包含將以上舉出的具體例加以各種變形、變更而成的結果。本說明書或圖式所說明的技術要素，可單獨或藉由各種組合來發揮技術功效，並不限定於申請時請求項所記載的組合。再者，本說明書或圖式所例舉之技術可同時達成多個目的，只要達成其中1個目的，本身就具有技術功效。

2:半導體晶圓 2a:第1表面 2b:第2表面 3:元件區域 4:分割預定線 5:裂縫 6:元件構造 10:半導體裝置 15:保護構件 30:平台 34:支撐台 40:金屬層 40a:表面 60:劃線輪 62:斷裂板

[圖1]係半導體晶圓的俯視圖。 [圖2]係用以說明元件構造形成步驟的圖。 [圖3]係用以說明金屬膜形成步驟的圖。 [圖4]係用以說明裂縫形成步驟的圖。 [圖5]係用以說明裂縫形成步驟的圖。 [圖6]係用以說明分割步驟的圖。 [圖7]係表示單片化後之多個半導體裝置的圖。 [圖8]係將半導體晶圓沿著裂縫分割之後，從分割面沿著垂直於該分割面的方向，測量存在於裂縫附近之殘留應力所得的圖表。 [圖9]係從第1表面往第2表面，沿著半導體晶圓的厚度方向，測量半導體晶圓內部之殘留應力所得的圖表。

2:半導體晶圓

2a:第1表面

2b:第2表面

3:元件區域

4:分割預定線

6:元件構造

15:保護構件

30:平台

40:金屬層

Claims (4)

1. 一種製造方法，是半導體裝置(10)的製造方法，具備： 形成多個元件構造的步驟，是在半導體晶圓(2)之第1表面(2a)，將多個前述元件構造(6)排列為矩陣狀； 形成裂縫的步驟，是在前述半導體晶圓中位於前述第1表面之反面側的第2表面(2b)，沿著相鄰之前述元件構造的邊界來按壓推壓構件(60)，使得前述半導體晶圓形成沿著前述邊界並且在前述半導體晶圓的厚度方向上延伸的裂縫(5)；以及 分割步驟，是從前述第1表面側沿著前述邊界，將分割構件(62)按壓於前述半導體晶圓，使得前述半導體晶圓沿著前述邊界進行分割。
2. 如請求項1所記載的製造方法，其中，前述半導體晶圓是由碳化矽(SiC)所構成。
3. 如請求項1或2所記載的製造方法，其中，更具備形成金屬層的步驟，是在前述半導體晶圓的前述第2表面形成金屬層(40)。
4. 如請求項3所記載的製造方法，其中，前述形成金屬層的步驟，是在前述形成裂縫的步驟之前進行； 在前述構成裂縫的步驟中，前述推壓構件是隔著前述金屬層來按壓於前述半導體晶圓的前述第2表面。