WO2015068597A1 - 半導体素子の製造方法および半導体素子 - Google Patents

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知稔 佐藤
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    • H01L23/488Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49503Lead-frames or other flat leads characterised by the die pad
    • H01L23/49513Lead-frames or other flat leads characterised by the die pad having bonding material between chip and die pad
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/544Marks applied to semiconductor devices or parts, e.g. registration marks, alignment structures, wafer maps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor element and a semiconductor element.
  • Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a nitride-based semiconductor element in which a recess for an electrode and a partition groove are formed in a laminate made of a nitride-based semiconductor before dividing the semiconductor wafer.
  • the GaN film is not dissolved by a general acid (hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, etc.) or a base, and is not etched into any solution at room temperature. Therefore, in Patent Document 1, it is preferable to use dry etching by reactive ion etching as the etching of the GaN film.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a GaN-based semiconductor element that reduces cracks that occur near the interface between the substrate and the GaN-based semiconductor film during dicing. There is.
  • a method for manufacturing a semiconductor device includes forming a plurality of semiconductor devices by forming a dielectric film over a GaN-based semiconductor film formed over a substrate.
  • a semiconductor element according to one embodiment of the present invention is cut from a semiconductor wafer having a GaN-based semiconductor film formed over a substrate and a dielectric film formed over the GaN-based semiconductor film.
  • a semiconductor element, wherein the semiconductor element is cut out from the semiconductor wafer by dicing the dicing region from which the dielectric film has been removed.
  • FIG. 1 is a top view which shows the whole semiconductor wafer which concerns on Embodiment 1 of this invention
  • (b) is a top view which expands and shows a part of semiconductor wafer shown to (a)
  • ( c) is a cross-sectional view of the semiconductor wafer shown in FIG. It is a figure which shows the surface state of the semiconductor wafer after the dicing in the manufacturing method of the conventional semiconductor chip. It is a figure which shows the cross-sectional state of the semiconductor wafer after the dicing in the manufacturing method of the conventional semiconductor chip. It is a figure which shows the surface state of the semiconductor wafer after the dicing in the manufacturing method of the semiconductor chip which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 5 is a graph showing a comparison between the semiconductor chip manufacturing method according to Embodiment 1 and a conventional semiconductor chip manufacturing method regarding the amount of surface chipping and interlayer crack generation in a semiconductor wafer after dicing.
  • (a) is a top view which expands and shows a part of semiconductor wafer
  • (b) is each manufacture of a semiconductor chip. It is CC sectional view taken on the line of the semiconductor wafer shown to (a) in a process. It is a figure which shows the surface state of the semiconductor wafer after the dicing in the manufacturing method of the semiconductor chip which concerns on Embodiment 2.
  • Embodiment 1 A method for manufacturing the semiconductor chip 111 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device 100 according to the present embodiment.
  • the semiconductor device 100 includes a semiconductor chip 111 (semiconductor element), an island 112, a paste 113, a bonding pad 115, leads 116, wires 117, and a package 121.
  • the semiconductor chip 111 is mounted on the island 112 via the paste 113.
  • the semiconductor chip 111 and the lead 116 are electrically connected to each other by a bonding pad 115 and a wire 117.
  • the island 112 has a semiconductor chip 111 mounted thereon via a paste 113.
  • the paste 113 bonds the semiconductor chip 111 and the island 112 in order to mount the semiconductor chip 111 on the island 112.
  • the lead 116 is a terminal used for electrical connection with the outside. A portion of the lead 116 outside the package 121 is connected to a wiring board on which the semiconductor device 100 is mounted, and a portion of the lead 116 inside the package 121 is electrically connected to the wire 117.
  • the wire 117 is a connection wiring for electrically connecting the semiconductor chip 111 and the lead 116 to each other. One end of the wire 117 is connected to the bonding pad 115, and the other end of the wire 117 is connected to the upper end surface of the lead 116.
  • Package 121 is a sealing member that covers part of semiconductor chip 111, island 112, paste 113, bonding pad 115, wire 117, and lead 116.
  • the semiconductor chip 111 is obtained by cutting the element region 10 from the semiconductor wafer 101 (see FIG. 4). Details will be described later.
  • the manufacturing method of the semiconductor device 100 includes a semiconductor wafer manufacturing process (process 1), a surface protective tape application process (process 2), a back surface polishing process (process 3), and a dicing tape application process.
  • Process 4 surface protective tape peeling process (Process 5), dicing process (Process 6), die bonding process (Process 7), wire bonding process (Process 8), resin molding process (Process 9), exterior plating process (Process) 10), a marking process (process 11), a forming process (process 12), a test process (process 13), an appearance inspection process (process 14), and a packaging process (process 15).
  • the semiconductor wafer 101 is manufactured. Details of the configuration and manufacture of the semiconductor wafer 101 will be described later.
  • the surface protection tape 102 is affixed to the surface of the semiconductor wafer 101 in order to protect the surface (circuit portion) of the semiconductor wafer 101 from the stress and dirt during backside polishing performed in step 3.
  • the semiconductor wafer 101 is set under the surface protection tape 102 that is moved by the tape roller 103a.
  • the surface protective tape 102 is affixed to the surface of the semiconductor wafer 101 by pressing the surface of the semiconductor wafer 101 against the adhesive surface of the surface protective tape 102. Thereafter, the surface protection tape 102 is cut into the shape of the semiconductor wafer 101 using a tape cutter, and unnecessary tape portions cut out along the semiconductor wafer 101 are wound and collected.
  • the back surface of the semiconductor wafer 101 (the surface to which the surface protection tape 102 is not attached) is polished in order to make the semiconductor wafer 101 have a predetermined thickness.
  • a polishing wheel 105 and a polishing stage 106 are used as a polishing apparatus.
  • the semiconductor wafer 101 is fixed to the polishing stage 106 with the back surface facing up.
  • the polishing wheel 105 is disposed above the polishing stage 106 and includes a grindstone 104 on the semiconductor wafer 101 side.
  • the back surface of the semiconductor wafer 101 is affixed to the dicing tape 107 as preparation for dicing (cutting of the semiconductor wafer 101) of step 6.
  • the dicing tape 107 is attached to the wafer ring 108, and the semiconductor wafer 101 is attached to the dicing tape 107 inside the wafer ring 108.
  • the surface protection tape 102 is peeled from the semiconductor wafer 101 using the peeling tape 109.
  • the strip-shaped peeling tape 109 that is moved by the tape roller 103 b is affixed to the surface protection tape 102 and then separated from the semiconductor wafer 101, whereby the surface protection tape 102 is peeled from the semiconductor wafer 101.
  • the semiconductor wafer 101 is cut (diced) into a predetermined chip size (element region 10: see FIG. 4).
  • the semiconductor wafer 101 is cut in a vertical direction and a horizontal direction along a dicing area 11 (scribe line: see FIG. 4) described later using a dicing blade 110.
  • the semiconductor wafer 101 is diced and separated into individual element regions 10 (see FIG. 4), whereby semiconductor chips 111, that is, semiconductor elements are formed.
  • the semiconductor chip 111 is disposed on the island 112 and mounted on a lead frame (not shown). Specifically, the paste 113 is applied on the island 112. Further, the semiconductor chip 111 picked up by the collet 114 is placed on a predetermined position on the paste 113. Further, the paste 113 is thermally cured with the semiconductor chip 111 placed on a predetermined position of the paste 113.
  • the semiconductor chip 111 and the lead 116, or the semiconductor chip 111 and another semiconductor chip are electrically connected.
  • the bonding pad 115 and the lead 116 are electrically connected by the wire 117, whereby the semiconductor chip 111 and the lead 116 are electrically connected.
  • the bonding pad 115 and the bonding pad 115 formed on the other semiconductor chip 111 are electrically connected by the wire 117 so that the semiconductor chip 111 and the other semiconductor chip 111 are electrically connected.
  • a gold wire, a silver wire, a copper wire, or an aluminum wire can be used as the wire 117.
  • the semiconductor chip 111, the island 112, the paste 113, the bonding pad 115, the wire 117, and a part of the lead 116 are covered with the molding resin 119 to form the package 121 described above.
  • a mold resin 119 plastic resin
  • a mold die 118 in which a lead frame (not shown) is set by a plunger 120, and then the mold resin 119 is thermally cured to form a package 121. .
  • the mold resin burrs leaking on the outer leads that is, the leads 116 not covered with the mold resin 119, are removed. Thereafter, solder plating is applied to the outer leads so that the user can solder and mount the semiconductor device 100 on the substrate.
  • each package is individually separated from the lead frame, and the outer leads are processed into a predetermined shape using a mold.
  • step 13 it is determined using a tester whether the manufactured package is electrically good or defective.
  • the final appearance state of the manufactured semiconductor device 100 is confirmed according to the content of the set inspection standard.
  • the appearance inspection for example, a visual inspection confirmed by a person, a measurement inspection by an inspection machine, or the like is used.
  • the manufactured semiconductor device 100 is stored in a predetermined packaging.
  • the predetermined packaging include sleeve packaging using a plastic sleeve, tray packaging using a plastic tray, and tape and reel packaging using an embossed tape.
  • the package is moisture-proof packaged by sealing the package with aluminum laminate. The packaging is stored in a designated case and shipped.
  • the above is an outline of the processes necessary for manufacturing the semiconductor device 100.
  • the manufacturing method of the semiconductor chip 111 according to the present embodiment is particularly characterized in processes corresponding to the semiconductor wafer manufacturing process in the process 1 and the dicing process in the process 6. This will be explained in detail below.
  • FIG. 4A is a plan view showing the entire semiconductor wafer 101.
  • FIG. 4B is an enlarged plan view showing a part of the semiconductor wafer 101.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line BB of the semiconductor wafer 101 shown in FIG.
  • the semiconductor wafer 101 has a plurality of element regions 10 (semiconductor elements) and a dicing region 11 as shown in FIGS.
  • the dicing region 11 is provided in a lattice shape so as to partition the plurality of element regions 10.
  • Each element region 10 is surrounded by a seal ring 4, and a circuit and a bonding pad 115 are formed inside the seal ring 4.
  • the semiconductor wafer 101 has a silicon substrate 1, a GaN semiconductor film 2, a dielectric film 3, a seal ring 4, a protective film 5, and a dicing region 11.
  • a GaN-based semiconductor film 2 is formed on the surface of a silicon-based substrate 1 (substrate).
  • a dielectric film 3 and a seal ring 4 are formed on the GaN-based semiconductor film 2.
  • a dicing region 11 is formed between the opposing seal rings 4.
  • FIGS. 1A and 1B are views for explaining a method of manufacturing the semiconductor chip 111 according to this embodiment.
  • FIG. 1A is a plan view showing a part of the semiconductor wafer 101 in an enlarged manner.
  • 1B is a cross-sectional view taken along line AA of the semiconductor wafer 101 shown in FIG. 1A in each manufacturing process of the semiconductor chip 111.
  • the first to seventh steps shown in FIG. 1B correspond to the respective manufacturing steps of the method for manufacturing the semiconductor device 100 as described below.
  • the first to fourth steps correspond to the semiconductor wafer manufacturing step of step 1 described above.
  • the fifth step corresponds to the surface protective tape attaching step in Step 2 and the back surface polishing step in Step 3.
  • the sixth step corresponds to the dicing tape sticking step in step 4 and the surface protection tape peeling step in step 5.
  • the seventh step corresponds to the dicing step of step 6 described above.
  • the first to seventh steps will be described.
  • the dielectric film 3 is formed on the GaN-based semiconductor film 2 and a plurality of element regions 10 (semiconductor elements) are formed.
  • a circuit is formed in the plurality of element regions 10.
  • the seal ring 4 is formed around each element region 10 so as to surround the element region 10. The seal ring 4 is formed so as to protrude from the dielectric film 3.
  • the semiconductor wafer 101 is attached to the dicing tape 107 as preparation for dicing. Further, the surface protection tape 102 is peeled from the semiconductor wafer 101 using the peeling tape 109 (see FIG. 3). At this time, the order may be reversed, for example, the surface protection tape 102 is first peeled and then bonded to the dicing tape 107.
  • the semiconductor wafer 101 is partitioned into a plurality of element regions 10 by the partition region 9. For this reason, a plurality of semiconductor chips 111 (semiconductor elements) can be obtained by dicing the dicing region 11 formed in the partition region 9. Further, the dicing region 11 is formed by removing the dielectric film 3 and the protective film 5 in the partition region 9. For this reason, since the semiconductor wafer 101 can be cut in the dicing region 11 from which the dielectric film 3 and the protective film 5 have been removed, the vicinity of the interface between the silicon-based substrate 1 and the GaN-based semiconductor film 2 when the semiconductor wafer 101 is cut. Interlayer cracks, surface chipping, and film peeling occurring in the film can be reduced.
  • interlayer cracks can be reduced without using laser dicing, the manufacturing cost can be suppressed.
  • the interlayer cracks and the like can be reduced without etching the GaN-based semiconductor film 2, the manufacturing time can be shortened. As a result, it is possible to improve yield and productivity in manufacturing the semiconductor chip 111. Details of the reduction of interlayer cracks, surface chipping, and film peeling will be described later.
  • a dicing condition shall be set suitably, in this embodiment, a dicing condition shall be blade rotation speed 30,000rpm and a cutting speed of 5 mm / s.
  • the surface chipping 20 represents a chip on the surface of the semiconductor wafer 101
  • the interlayer crack 21 represents a crack near the interface between the silicon substrate 1 and the GaN semiconductor film 2.
  • the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 cause a decrease in the yield of the semiconductor chip 111.
  • FIG. 5 is a view showing a surface state of the semiconductor wafer 101 after dicing in the conventional method for manufacturing a semiconductor chip.
  • the conventional semiconductor chip manufacturing method refers to a manufacturing method in which the semiconductor wafer 101 is blade-diced without etching the dielectric film 3 in the dicing region 11.
  • surface chipping 20 and interlayer cracks 21 are generated in the semiconductor wafer 101 after dicing.
  • the generated surface chipping 20 and the interlayer crack 21 are in contact with the seal ring 4.
  • an interlayer crack 21 entering the seal ring 4, that is, the element region 10 is also seen.
  • the dielectric film 3 and the protective film 5 on the GaN-based semiconductor film 2 are removed, so that the silicon-based substrate 1 and the GaN-based semiconductor film 2 are separated. Interlaminar stress can be reduced. As a result, the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 can be reduced. The above effect will be described below with reference to FIGS.
  • FIG. 7 is a view showing the surface state of the semiconductor wafer 101 after dicing in the method for manufacturing the semiconductor chip 111 according to this embodiment. It can be seen that the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 are reduced and reduced as compared with FIG.
  • FIG. 8 is a graph showing a comparison between the manufacturing method of the semiconductor chip 111 according to the present embodiment and the conventional manufacturing method of the semiconductor chip regarding the generation amount of the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 in the semiconductor wafer 101 after dicing.
  • the non-removal of the dielectric film indicates a conventional method for manufacturing a semiconductor chip
  • the removal of the dielectric film indicates a method for manufacturing the semiconductor chip 111 of the present embodiment.
  • the X axis indicates the width (distance from the groove side surface) in which the generated surface chipping 20 and the interlayer crack 21 extend from the groove side surface toward the inside of the element region 10
  • the Y axis indicates the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 generated. Indicates a number.
  • the number of occurrences of the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 is reduced in the method of manufacturing the semiconductor chip 111 according to the present embodiment compared to the method of manufacturing the conventional semiconductor element. Further, the width of the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 extending from the side surface of the groove toward the inside of the element region 10 is reduced, and the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 entering the element region 10 are also reduced. As a result, the number of film peeling caused by surface chipping can be suppressed.
  • Embodiment 2 differs from Embodiment 1 in the following points.
  • Embodiment 1 when the groove 6 is formed in the fourth step, the dielectric film 3 and the protective film 5 in the partition region 9 are all removed. On the other hand, in the second embodiment, all of the dielectric film 3 and the protective film 5 in the partition region 9 are not removed. That is, in the second embodiment, the dicing region 11 is formed in a state where the dielectric film 3 and the protective film 5 are left on both sides of the partition region 9 (see FIG. 9B).
  • the surface chipping 20 generated at the time of dicing is compared. Interlayer cracks 21 and film peeling can be further reduced. This will be explained in detail below.
  • FIGS. 9A and 9B are views for explaining a method of manufacturing the semiconductor chip 111 according to the present embodiment.
  • FIG. 9A is an enlarged plan view showing a part of the semiconductor wafer 101.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line CC of the semiconductor wafer 101 shown in FIG. 9A in each manufacturing process of the semiconductor chip 111.
  • the first to third steps and the fifth to seventh steps are the same as those in the first embodiment.
  • the dielectric film 3 and the protective film 5 are removed by etching in the partition region 9 to form the groove 6a, that is, the dicing region 11.
  • the groove 6a is formed in the partition region 9 with the dielectric film 3 and the protective film 5 left in a range of a certain distance from the seal ring 4.
  • a mask (not shown) is arranged in a certain distance from the seal ring 4 in the element region 10 and the partition region 9.
  • etching for example, wet etching
  • the dicing region 11 is formed in a state where the dielectric film 3 and the protective film 5 are left on both sides of the partition region 9.
  • the surface chipping 20, the interlayer crack 21, and the film peeling that occur during dicing can be further reduced as compared with the first embodiment.
  • the widths of the partition region 9 and the groove 6a are set as appropriate.
  • the partition region 9 has a width of 90 ⁇ m, and the partition region 9 has a width for leaving the dielectric film 3 from the seal ring 4.
  • the width of 15 ⁇ m and the groove 6a is 60 ⁇ m.
  • FIG. 10 is a view showing a surface state of the semiconductor wafer 101 after dicing in the method for manufacturing the semiconductor chip 111 according to the present embodiment.
  • the number of occurrences of the surface chipping 20 and the interlayer cracks 21 on the semiconductor wafer 101 can be reduced as compared with the conventional semiconductor chip manufacturing method. It was difficult to prevent the interlayer crack 21 from contacting the seal ring 4 and entering the element region 10.
  • the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 are accommodated within the groove 6a from which the dielectric film 3 is removed, as shown in FIG. Further, even if the surface state of the semiconductor wafer 101 after dicing in the method for manufacturing the semiconductor chip 111 according to the first embodiment shown in FIG. 7 is compared with FIG. 10, in this embodiment, the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 Since the size is small, it can be said that the state of the semiconductor wafer 101 is good. The reason why the semiconductor wafer 101 is in good condition will be described below.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a state of the semiconductor wafer 101 after dicing by the method for manufacturing the semiconductor chip 111 according to the second embodiment.
  • the dielectric film 3 is left on both sides of the partition region 9, thereby causing an interlayer crack at the interface between the GaN-based semiconductor film 2 and the silicon-based substrate 1 in the element region 10. 21 can be prevented from entering. Further, since the surface of the GaN-based semiconductor film 2 is covered with the dielectric film 3 at both side portions of the partition region 9, the penetration of the surface chipping 20 into the element region 10 can be suppressed. Therefore, the state of the semiconductor wafer 101 after dicing becomes favorable.
  • FIG. 12 shows a comparison between the manufacturing method of the semiconductor chip 111 according to the present embodiment and the manufacturing method of the semiconductor chip 111 according to the first embodiment with respect to the generation amount of the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 in the semiconductor wafer 101 after dicing. It is a graph to show.
  • the removal of the dielectric film indicates the method for manufacturing the semiconductor chip 111 according to the first embodiment
  • the remaining part of the dielectric film indicates the method for manufacturing the semiconductor chip 111 of the present embodiment.
  • the X axis indicates the width (distance from the groove side surface) in which the generated surface chipping 20 and the interlayer crack 21 extend from the groove side surface toward the inside of the element region 10, and the Y axis indicates the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 generated. Indicates a number.
  • the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 are further generated as compared with the manufacturing method of the semiconductor chip 111 according to the first embodiment, as shown in FIG.
  • the width extending from the groove side surface of the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 toward the inside is further reduced. Further, the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 that come into contact with or enter the seal ring 4 are eliminated.
  • the surface chipping 20 and the interlayer crack 21 can be reduced, so that the yield of the semiconductor chip 111 can be improved, and the semiconductor according to the first embodiment. Compared with the manufacturing method of the chip
  • the dielectric film (3) is formed on the GaN-based semiconductor film (2) formed on the substrate (silicon-based substrate 1).
  • a semiconductor element forming step for forming a plurality of semiconductor elements (element region 10), and removing the dielectric film in the partition region (9) for partitioning the plurality of semiconductor elements, thereby forming a groove-shaped dicing region (11) ) Forming a dicing region (fourth step) and a dicing step (seventh step) for cutting the plurality of semiconductor elements by dicing the dicing region.
  • the dielectric film is divided into a plurality of semiconductor elements by the dicing region, a plurality of semiconductor elements (semiconductor chips) can be cut out by dicing the dicing region. Further, by performing dicing after removing the dielectric film in the dicing region, interlayer cracks, surface chipping, and film peeling that occur near the interface between the substrate and the GaN-based semiconductor film during dicing can be reduced. For this reason, since the said interlayer crack etc. can be reduced without using laser dicing, the manufacturing cost of a semiconductor element can be held down.
  • the manufacturing time of the semiconductor element can be shortened. As a result, it is possible to improve the yield and productivity in the manufacture of semiconductor elements.
  • the method for manufacturing a semiconductor element (semiconductor chip 111) according to aspect 2 of the present invention is the method for manufacturing a semiconductor element (semiconductor chip 111) according to aspect 1, wherein the dielectric film is formed on both sides of the partition region (9) in the dicing region forming step (fourth step). (3) may be left.
  • the dicing region is formed by leaving the dielectric film on both sides of the partition region. For this reason, cracks, surface chipping, and film peeling that occur near the interface between the substrate and the GaN-based semiconductor film during dicing are compared to the case where the dicing area is formed without leaving the dielectric film on both sides of the partition area. Can be further reduced.
  • the method of manufacturing a semiconductor element (semiconductor chip 111) according to aspect 4 of the present invention is the above-described aspect 3, wherein the dicing blade (110) includes at least a uniaxial rotary blade that cuts the GaN-based semiconductor film (2).
  • a biaxial rotary blade for cutting the substrate (silicon-based substrate 1) may be included, and in the dicing step (seventh step), dicing may be performed by a step cut method.
  • the dicing blade has a uniaxial rotary blade that cuts the GaN-based semiconductor film and a biaxial rotary blade that cuts the substrate, and the semiconductor wafer is cut by the step cutting method using the dicing blade. .
  • the burden of a blade can be reduced as compared with a full cut method in which a semiconductor wafer is cut at a time.
  • cracks, surface chipping, and film peeling that occur near the interface between the substrate and the GaN-based semiconductor film when the semiconductor wafer is cut can be further reduced.
  • a semiconductor element (semiconductor chip 111) according to a fifth aspect of the invention includes a GaN-based semiconductor film (2) formed on a substrate (silicon-based substrate 1) and a dielectric formed on the GaN-based semiconductor film.
  • the method for manufacturing a semiconductor element according to the present invention can be suitably used in the field of manufacturing a semiconductor element.

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Abstract

 半導体素子(10)の製造方法は、誘電体膜(3)を含む半導体素子(10)を形成する半導体素子形成工程と、半導体素子(10)を区画する区画領域における誘電体膜(3)を除去してダイシング領域(11)を形成するダイシング領域形成工程と、ダイシング領域(11)をダイシングするダイシング工程と、を含む。

Description

半導体素子の製造方法および半導体素子
 本発明は、半導体素子の製造方法および半導体素子に関する。
 近年、高耐圧特性を有し、且つ、大電流を流す用途に用いられているパワーデバイスが盛んに開発されている。このようなパワーデバイスの開発には、高い絶縁破壊電界および高い飽和電子速度を有する材料である窒化物半導体が注目されている。その中でもGaN(窒化ガリウム)系半導体を用いたパワーデバイスは、非特許文献1および非特許文献2に開示されているように、将来の低損失・高速パワースイッチングシステムにおいて省エネルギー化に大きく貢献するものと期待されている。
 しかし、GaNパワーデバイスの製造において、シリコン製の半導体ウエハの切断に通常用いられているブレードダイシングを行うと、GaN膜が硬いため、半導体ウエハを上手く切断できない。また、シリコン基板とGaN膜との格子定数や熱膨張係数の違いから、半導体ウエハには、シリコン系基板とGaN膜との界面近傍に大きなストレスが発生している。この状態で、ダイシングの機械的衝撃が上記界面近傍に加わると、上記界面近傍を起点としたクラックが発生するなどの問題がある。このため、GaNパワーデバイスの製造においては、レーザーダイシングが用いられることが多い。
日本国公開特許公報「特開2005-12206号(2005年1月13日公開)」
上田哲三「GaNパワーデバイスの現状とその応用」、KEC情報、2013年1月、No.224、p.35‐38 生方映徳、外5名「Si基板上パワーデバイス向けMOCVD装置の開発」、大陽日酸技報、2011年、No.30、p.23‐28
 しかしながら、レーザーダイシングは、デブリ(蒸発物残渣)が発生することから、このデブリを除去する必要があることや、切断に時間がかかることから、ダイシングでのコストが高くなる問題点がある。さらに、レーザーダイシングすることで、チップ側面が導通し、リークパスを形成する問題がある。
 上記レーザーダイシングでの問題解決のため、エッチングによりGaN膜を除去してからダイシングする方法がある。例えば、特許文献1には、半導体ウエハを分断する前に、窒化物系半導体からなる積層体に、電極用凹部および区画溝を形成する窒化物系半導体素子の製造方法が開示されている。一般に、GaNは化学的に非常に安定した物質であることから、GaN膜は一般的な酸(塩酸、硫酸、硝酸など)や塩基では溶解せず、室温ではあらゆる溶液にエッチングされない。このため、上記特許文献1では、GaN膜のエッチングとして、反応性イオンエッチングによるドライエッチングを用いることが好ましいとしている。
 しかし、ドライエッチングは、エッチング速度が遅いために生産性が低下するという問題がある。
 本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、ダイシング時に基板とGaN系半導体膜との界面近傍に発生するクラックを低減するGaN系半導体素子の製造方法を提供することにある。
 上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体素子の製造方法は、基板上に形成されているGaN系半導体膜上に誘電体膜を形成することにより複数の半導体素子を形成する半導体素子形成工程と、上記複数の半導体素子を区画する区画領域における上記誘電体膜を除去することにより溝形状のダイシング領域を形成するダイシング領域形成工程と、上記ダイシング領域をダイシングすることにより、上記複数の半導体素子を切り出すダイシング工程と、を含むことを特徴としている。
 また、本発明の一態様に係る半導体素子は、基板上に形成されているGaN系半導体膜と、上記GaN系半導体膜上に形成されている誘電体膜と、を有する半導体ウエハから切り出された半導体素子であって、上記半導体素子は、上記誘電体膜が除去されたダイシング領域をダイシングすることにより上記半導体ウエハから切り出されたことを特徴としている。
 本発明の一態様によれば、ダイシング時に基板とGaN系半導体膜との界面近傍に発生するクラックを低減するGaN系半導体素子の製造方法を提供する効果を奏する。
本発明の実施形態1に係る半導体チップの製造方法を説明するための図であり、(a)は半導体ウエハの一部を拡大して示す平面図であり、(b)は半導体チップの各製造工程における(a)に示す半導体ウエハのA-A線矢視断面図である。 本発明の実施形態1に係る半導体装置の断面図である。 本発明の実施形態1に係る半導体装置の製造方法を説明するための各製造工程の模式図である。 (a)は、本発明の実施形態1に係る半導体ウエハの全体を示す平面図であり、(b)は、(a)に示す半導体ウエハの一部を拡大して示す平面図であり、(c)は、(b)に示す半導体ウエハのB-B線矢視断面図である。 従来の半導体チップの製造方法におけるダイシング後の半導体ウエハの表面状態を示す図である。 従来の半導体チップの製造方法におけるダイシング後の半導体ウエハの断面状態を示す図である。 実施形態1に係る半導体チップの製造方法におけるダイシング後の半導体ウエハの表面状態を示す図である。 ダイシング後の半導体ウエハにおける表面チッピングおよび層間クラックの発生量について、実施形態1に係る半導体チップの製造方法と従来の半導体チップの製造方法との比較を示すグラフである。 本発明の実施形態2に係る半導体チップの製造方法を説明するための図であり、(a)は半導体ウエハの一部を拡大して示す平面図であり、(b)は半導体チップの各製造工程における(a)に示す半導体ウエハのC-C線矢視断面図である。 実施形態2に係る半導体チップの製造方法におけるダイシング後の半導体ウエハの表面状態を示す図である。 実施形態2に係る半導体チップの製造方法によるダイシング後の半導体ウエハの状態を示す断面図である。 ダイシング後の半導体ウエハにおける表面チッピングおよび層間クラックの発生量について、実施形態1に係る半導体チップの製造方法と実施形態2に係る半導体チップの製造方法との比較を示すグラフである。
 以下、本発明の実施形態について説明する。
 〔実施形態1〕
 本発明の実施形態1に係る半導体チップ111の製造方法について、図1から図8に基づいて説明する。
 (半導体装置100の構成)
 まず、半導体チップ111を備える半導体装置100の構成について説明する。図2は、本実施形態に係る半導体装置100の断面図である。半導体装置100は、図2に示すように、半導体チップ111(半導体素子)、アイランド112、ペースト113、ボンディングパッド115、リード116、ワイヤ117、およびパッケージ121を備えている。
 半導体チップ111は、ペースト113を介してアイランド112に搭載されている。また、半導体チップ111とリード116とは、ボンディングパッド115およびワイヤ117により、互いに電気的に接続されている。
 アイランド112は、ペースト113を介して半導体チップ111を搭載している。
 ペースト113は、アイランド112に半導体チップ111を搭載するために、半導体チップ111とアイランド112とを接着させている。
 ボンディングパッド115は、リード116または他の半導体チップとの電気的接続のための電極であり、半導体チップ111の上端面に設けられている。
 リード116は、外部との電気的接続に用いられる端子である。リード116のパッケージ121外の部分は半導体装置100が実装される配線基板などと接続され、リード116のパッケージ121内の部分はワイヤ117と電気的に接続されている。
 ワイヤ117は、半導体チップ111とリード116とを互いに電気的に接続させる接続配線である。ワイヤ117の一端はボンディングパッド115に接続され、ワイヤ117の他端はリード116の上端面に接続されている。
 パッケージ121は、半導体チップ111、アイランド112、ペースト113、ボンディングパッド115、ワイヤ117、およびリード116の一部を被覆する封止部材である。
 ここで、半導体チップ111は、半導体ウエハ101(図4参照)から素子領域10を切り出したものである。詳しくは後述する。
 (半導体装置100の製造方法の概要)
 本実施形態の半導体装置100の製造方法の概要について、図3に基づいて各工程の内容を説明する。
 本実施形態の半導体装置100の製造方法は、図3に示すように、半導体ウエハ製造工程(工程1)、表面保護テープ貼付け工程(工程2)、裏面研磨工程(工程3)、ダイシングテープ貼付け工程(工程4)、表面保護テープ剥し工程(工程5)、ダイシング工程(工程6)、ダイボンド工程(工程7)、ワイヤボンド工程(工程8)、樹脂モールド工程(工程9)、外装メッキ工程(工程10)、マーキング工程(工程11)、フォーミング工程(工程12)、テスト工程(工程13)、外観検査工程(工程14)、および包装工程(工程15)を含んでいる。
 工程1の半導体ウエハ製造工程では、半導体ウエハ101が製造される。半導体ウエハ101の構成および製造の詳細については後述する。
 工程2の表面保護テープ貼付け工程では、工程3で行われる裏面研磨時のストレスや汚れから半導体ウエハ101の表面(回路部)を守るため、半導体ウエハ101の表面に表面保護テープ102が貼付けられる。詳しくは、テープローラ103aにより移動する表面保護テープ102の下に半導体ウエハ101がセットされる。半導体ウエハ101の表面が表面保護テープ102の接着面に押し当てられることで、半導体ウエハ101の表面に表面保護テープ102が貼付けられる。その後、テープカッターを用いて半導体ウエハ101の形に表面保護テープ102を切り取り、半導体ウエハ101に沿って切り抜かれた不要なテープ部分を巻取り回収する。
 工程3の裏面研磨工程では、半導体ウエハ101を所定の厚さにするために、半導体ウエハ101の裏面(表面保護テープ102を貼付けていない面)が研磨される。裏面研磨工程では、研磨装置として研磨ホイール105および研磨ステージ106を用いる。半導体ウエハ101は裏面を上に向けて研磨ステージ106に固定される。研磨ホイール105は、研磨ステージ106の上方に配置されており、半導体ウエハ101側に砥石104を備える。研磨ステージ106と研磨ホイール105とを回転させた状態で砥石104により半導体ウエハ101の裏面を研磨することにより、半導体ウエハ101の厚さがパッケージの種類に応じた所定の厚さに調整される。
 工程4のダイシングテープ貼付け工程では、工程6のダイシング(半導体ウエハ101の切断)の準備として、半導体ウエハ101の裏面がダイシングテープ107に貼付けられる。詳しくは、ダイシングテープ107はウエハリング108に貼付けられており、半導体ウエハ101は、ウエハリング108の内側でダイシングテープ107に貼付けられる。
 工程5の表面保護テープ剥し工程では、剥離テープ109を用いて、表面保護テープ102が半導体ウエハ101から剥離される。詳しくは、テープローラ103bにより移動する帯状の剥離テープ109が、表面保護テープ102に貼付けられ、その後半導体ウエハ101から離されることにより、表面保護テープ102が半導体ウエハ101から剥離される。
 工程6のダイシング工程では、半導体ウエハ101が所定のチップサイズ(素子領域10:図4参照)に切断(ダイシング)される。半導体ウエハ101は、ダイシングブレード110を用いて、後述するダイシング領域11(スクライブライン:図4参照)に沿って、縦方向および横方向に切断される。半導体ウエハ101がダイシングされ、素子領域10(図4参照)ごとに個片化されることにより、半導体チップ111、すなわち、半導体素子が形成される。
 工程7のダイボンド工程では、半導体チップ111をアイランド112に配置し、リードフレーム(図示なし)に搭載する。詳しくは、アイランド112上にペースト113を塗布する。また、コレット114によりピックアップした半導体チップ111をペースト113上の所定の位置に載せる。さらに、半導体チップ111をペースト113の所定の位置に載せた状態で、ペースト113を熱硬化させる。
 工程8のワイヤボンド工程では、半導体チップ111とリード116とが、または、半導体チップ111と他の半導体チップとが、電気的に接続される。詳しくは、ボンディングパッド115とリード116とがワイヤ117により電気的に接続されることで、半導体チップ111とリード116とが電気的に接続される。また、同様に、ボンディングパッド115と他の半導体チップ111に形成されるボンディングパッド115とがワイヤ117により電気的に接続されることで、半導体チップ111と他の半導体チップ111とが、電気的に接続される。ワイヤ117は、例えば、金線、銀線、銅線、アルミ線などを使用することができる。
 工程9の樹脂モールド工程では、半導体チップ111、アイランド112、ペースト113、ボンディングパッド115、ワイヤ117、およびリード116の一部をモールド樹脂119で被覆し、前述のパッケージ121を形成する。詳しくはリードフレーム(図示なし)がセットされたモールド金型118に、モールド樹脂119(プラスチック樹脂)をプランジャ120にて注入し、その後、モールド樹脂119を熱硬化させことでパッケージ121が形成される。
 工程10の外装メッキ工程では、アウターリード、すなわちモールド樹脂119で被覆されていないリード116上に漏れたモールド樹脂バリが除去される。その後、ユーザが半導体装置100を基板に半田付け実装できるように、アウターリードに半田メッキが施される。
 工程11のマーキング工程では、パッケージ121の表面に品種名などの必要情報がマーキングされる。必要情報のマーキングには、例えば、熱硬化インクなどのインクを用いて必要情報を印刷する手法や、レーザー照射によりパッケージ表面に必要情報を彫り込む手法が使用される。
 工程12のフォーミング工程では、各パッケージをリードフレームから個々に切り離し、金型を用いて、アウターリードが所定の形状に加工される。
 工程13のテスト工程では、製造したパッケージが電気的に良品であるかもしくは不良品であるかがテスターを用いて判定される。
 工程14の外観検査工程では、設定された検査基準の内容に従い、製造した半導体装置100の最終外観状態が確認される。外観検査には、例えば、人が確認する目視検査や検査機による測定検査などが用いられる。
 工程15の包装工程では、製造した半導体装置100が所定の包装に収納される。上記所定の包装としては、例えば、プラスチックスリーブを用いたスリーブ包装、プラスチックトレイを用いたトレイ包装、およびエンボステープを用いたテープとリールとの包装などがある。さらに、上記包装をアルミラミネート封止することで、パッケージが防湿包装される。また、上記包装が指定されたケースに収納され、出荷される。
 以上が半導体装置100を製造するに当たり必要な工程の概要である。本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法は、特に工程1の半導体ウエハ製造工程および工程6のダイシング工程に対応する工程に特徴がある。下記に詳しく説明する。
 (半導体ウエハ101の構成)
 まず、半導体ウエハ101の構成について、図4に基づいて説明する。図4の(a)は、半導体ウエハ101の全体を示す平面図である。図4の(b)は、半導体ウエハ101の一部を拡大して示す平面図である。図4の(c)は、(b)に示す半導体ウエハ101のB-B線矢視断面図である。
 半導体ウエハ101は、図4の(a)・(b)に示すように、複数の素子領域10(半導体素子)およびダイシング領域11を有する。ダイシング領域11は複数の素子領域10を区画するように格子状に設けられている。また、各素子領域10は、シールリング4で囲われており、シールリング4の内側には、回路およびボンディングパッド115が形成されている。
 また、半導体ウエハ101は、図4の(c)に示すように、シリコン系基板1、GaN系半導体膜2、誘電体膜3、シールリング4、保護膜5、およびダイシング領域11を有する。
 シリコン系基板1(基板)の表面には、GaN系半導体膜2が形成されている。GaN系半導体膜2上には、誘電体膜3およびシールリング4が形成されている。対向するシールリング4の間にダイシング領域11が形成されている。
 (半導体チップ111の各製造工程における半導体ウエハ101)
 次に、半導体チップ111の各製造工程における半導体ウエハ101について、図1の(a)・(b)に基づき説明する。図1の(a)・(b)は、本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法を説明するための図である。詳しくは、図1の(a)は、半導体ウエハ101の一部を拡大して示す平面図である。また、図1の(b)は、半導体チップ111の各製造工程における、図1の(a)に示す半導体ウエハ101のA-A線矢視断面図である。ここで、図1の(b)に示す第1工程から第7工程は、下記に示すように、上述した半導体装置100の製造方法の各製造工程に対応する。
 第1工程から第4工程は、前述の工程1の半導体ウエハ製造工程に対応する。第5工程は、前述の工程2の表面保護テープ貼付け工程および工程3の裏面研磨工程に対応する。第6工程は、前述の工程4のダイシングテープ貼付け工程および工程5の表面保護テープ剥がし工程に対応する。第7工程は、前述の工程6のダイシング工程に対応する。以下に第1工程から第7工程について説明する。
 第1工程では、シリコン系基板1上にGaN系半導体膜2を形成する。シリコン系基板1の厚さおよび大きさは適宜設定されるものとするが、本実施形態では、シリコン系基板1は、厚さ625μm、6インチサイズとする。
 第2工程(半導体素子形成工程)では、GaN系半導体膜2上に誘電体膜3を形成するとともに、複数の素子領域10(半導体素子)を形成する。また、複数の素子領域10に回路を形成する。さらに、各素子領域10の周辺に素子領域10を囲うようにシールリング4を形成する。また、シールリング4は誘電体膜3から突出するように形成する。
 さらに、半導体ウエハ101において、シールリング4で囲われた素子領域10以外の箇所は区画領域9となる。言い換えると、第2工程では、半導体ウエハ101を複数の素子領域10に区画するように、格子状に区画領域9を形成する。
 第3工程では、誘電体膜3およびシールリング4上に保護膜5を形成する。
 第4工程(ダイシング領域形成工程)では、区画領域9において、誘電体膜3および保護膜5をエッチングにて除去することにより、溝6、すなわち、ダイシング領域11を形成する。詳しくは、半導体ウエハ101において、区画領域9以外の領域に対してマスキングを行う。言い換えると、素子領域10の位置にマスク(図示なし)を配置する。その後、誘電体膜3および保護膜5を除去するようにエッチング(例えばウェットエッチング)を行う。その結果、マスクが配置された素子領域10の腐食が抑制されるため、素子領域10を残し、マスキングされていない区画領域9における誘電体膜3および保護膜5が除去され、溝6、すなわち、溝形状のダイシング領域11が形成される。このとき、本実施形態では、区画領域9内の誘電体膜3および保護膜5を、全て除去する。溝6の幅は適宜設定されるものとするが、本実施形態では、溝6の幅を90μmとする。
 第5工程では、半導体ウエハ101の裏面研磨時のストレスや汚れから半導体ウエハ101の表面を守るため、半導体ウエハ101の表面に表面保護テープ102を貼付ける。また、半導体ウエハ101を所定の厚さにするために、半導体ウエハ101の裏面を研磨する。このとき、シリコン系基板1とGaN系半導体膜2との熱膨張係数や格子定数が異なることにより、シリコン系基板1とGaN系半導体膜2との界面近傍に大きなストレスが発生している。そのため、半導体ウエハ101の裏面研磨時に半導体ウエハ101が割れる可能性がある。そこで、半導体ウエハ101が割れるリスクを回避するために、WSS(ウエハサポートシステム)を用いてもよい。
 第6工程では、ダイシングの準備として、半導体ウエハ101をダイシングテープ107に貼付ける。また、剥離テープ109(図3参照)を用いて、表面保護テープ102を半導体ウエハ101から剥離する。このとき、先に表面保護テープ102を剥離した後、ダイシングテープ107に貼り合せるなど、順序は逆転しても良い。
 第7工程(ダイシング工程)では、半導体ウエハ101を所定のチップサイズに切断する。誘電体膜3および保護膜5を除去することで形成された溝6、すなわち、ダイシング領域11をダイシングすることで、半導体ウエハ101を切断する。半導体ウエハ101は切断により個片化し、半導体チップ111を形成する。
 本実施形態では、半導体ウエハ101は、区画領域9により複数の素子領域10に区画される。このため、区画領域9に形成されたダイシング領域11をダイシングすることにより、複数の半導体チップ111(半導体素子)を得ることができる。また、区画領域9において誘電体膜3および保護膜5を除去することにより、ダイシング領域11が形成される。このため、誘電体膜3および保護膜5が除去されたダイシング領域11で半導体ウエハ101を切断することができるので、半導体ウエハ101の切断時にシリコン系基板1とGaN系半導体膜2との界面近傍に発生する層間クラック、表面チッピング、および膜剥がれを低減することができる。したがって、レーザーダイシングを使用せずに、上記層間クラックなどを低減することができるので、製造コストを抑えることができる。また、GaN系半導体膜2をエッチングせずに上記層間クラックなどを低減することができるので、製造時間を短縮できる。その結果、半導体チップ111の製造における歩留まりの改善および生産性の向上を図ることができる。層間クラック、表面チッピング、および膜剥がれの低減について、詳しくは後述する。
 なお、ダイシング条件は、適宜設定されるものとするが、本実施形態では、ダイシング条件をブレード回転数30,000rpm、カット速度5mm/sとする。
 また、ブレードダイシングの方式は特に限定されない。しかし、切断ライン(本実施形態ではダイシング領域11)に沿って1度の切削により半導体ウエハ101を切断するフルカット方式では、ダイシングブレード110の負荷が大きく、表面チッピングや層間クラックの発生率が高くなる。そのため、本実施形態では、刃の厚みが異なる2つの回転刃を使用して2度の切削により半導体ウエハ101を切断するステップカット方式を採用する。
 詳しくは、ステップカット方式では、ダイシングブレード110は、刃の厚みが1軸回転刃(図示なし)と1軸回転刃よりも刃の厚みが薄い2軸回転刃(図示なし)とを有する。1軸回転刃は1度目の切削においてGaN系半導体膜2を切断する。また、2軸回転刃は2度目の切削においてシリコン系基板1を切断し、半導体ウエハ101を切断する。その結果、図1の(b)の第7工程に示すように、1軸カット領域7と2軸カット領域8とが形成される。上記構成により、1度に基板を切断するフルカット方式と比較し、ステップカット方式は、ダイシングブレード110の負担を軽減できる。その結果、上記フルカット方式と比較し、ステップカット方式は、半導体ウエハ101の切断時にシリコン系基板1とGaN系半導体膜2との界面近傍に発生する表面チッピングや層間クラック、および膜剥がれをさらに低減することができる。また、ステップカット方式によりダイシングブレード110の負担を軽減できるため、ブレードダイシングの目詰まりを抑制することで、さらに表面チッピング20や層間クラック21を低減することができる。
 (表面チッピングおよび層間クラック)
 次に、本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法と従来の半導体チップの製造方法との、ダイシング後に発生する表面チッピング20および層間クラック21の違いについて、図5から図8に基づいて説明する。表面チッピング20は半導体ウエハ101の表面の欠けを表し、層間クラック21は、シリコン系基板1とGaN系半導体膜2との界面近傍のひび割れを表す。表面チッピング20や層間クラック21は、半導体チップ111の歩留まりの低下を招く。
 図5は、従来の半導体チップの製造方法におけるダイシング後の半導体ウエハ101の表面状態を示す図である。従来の半導体チップの製造方法とは、ダイシング領域11における誘電体膜3をエッチングせず、半導体ウエハ101をブレードダイシングする製造方法を示す。従来の半導体チップの製造方法では、図5に示すように、ダイシング後の半導体ウエハ101には表面チッピング20および層間クラック21が発生している。発生した表面チッピング20および層間クラック21は、シールリング4に接触している。また、シールリング4内、すなわち素子領域10に侵入する層間クラック21も見られる。
 図6は、従来の半導体チップの製造方法におけるダイシング後の半導体ウエハ101の断面状態を示す図であり、層間クラック21が発生した部分の断面図である。層間クラック21は、図6に示すように、シリコン系基板1とGaN系半導体膜2との近傍で発生している。さらに、層間クラック21は、GaN系半導体膜2下で発生している。そのため、GaN系半導体膜2上に形成されているシールリング4では、素子領域10内への層間クラック21の侵入を防ぐことができない。その結果、素子領域10内に層間クラック21が侵入する可能性がある。
 これに対し、本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法では、GaN系半導体膜2上の誘電体膜3および保護膜5を除去することで、シリコン系基板1とGaN系半導体膜2との層間応力を低減することができる。その結果、表面チッピング20や層間クラック21を低減することができる効果を奏する。上記効果について図7および図8に基づき、下記に説明する。
 図7は、本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法におけるダイシング後の半導体ウエハ101の表面状態を示す図である。表面チッピング20および層間クラック21は、図5と比較し、減少および縮小していることが見受けられる。
 図8は、ダイシング後の半導体ウエハ101における表面チッピング20および層間クラック21の発生量について、本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法と従来の半導体チップの製造方法との比較を示すグラフである。図8において、誘電体膜非除去は、従来の半導体チップの製造方法を示し、誘電体膜除去は、本実施形態の半導体チップ111の製造方法を示す。また、X軸は発生した表面チッピング20および層間クラック21が溝側面から素子領域10内部に向かって伸びる幅(溝側面からの距離)を示し、Y軸は表面チッピング20および層間クラック21が発生した数を示す。
 表面チッピング20および層間クラック21は、図8に示すように、従来の半導体素子の製造方法と比較し、本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法の方が、発生数が減少している。さらに、表面チッピング20および層間クラック21が溝側面から素子領域10内部に向かって伸びる幅も小さくなり、素子領域10内への侵入する表面チッピング20および層間クラック21も減少している。また、その結果、表面チッピングが原因となって引き起こされる膜剥がれの発生数も抑えることができる。
 図7および図8に示すように、本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法によれば、表面チッピング20や層間クラック21を低減することができることが分かる。
 以上のように、本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法によると、表面チッピング20や層間クラック21を低減できる。したがって、半導体チップ111の歩留まりを改善することができ、従来の半導体チップの製造方法と比較し、製造コストを抑えることができる。
 〔実施形態2〕
 本発明の実施形態2に係る半導体チップ111の製造方法について、図9から図12に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
 実施形態2は実施形態1と下記の点で異なる。
 実施形態1では、第4工程において溝6が形成されるとき、区画領域9内の誘電体膜3および保護膜5は、全て除去される。これに対し、実施形態2では、区画領域9内の誘電体膜3および保護膜5は、全ては除去されない。つまり、実施形態2では、ダイシング領域11は区画領域9の両側部に誘電体膜3および保護膜5を残した状態で形成される(図9の(b)参照)。
 上記構成によれば、実施形態1、すなわち、区画領域9の両側部に誘電体膜3を残さずにダイシング領域11を形成する半導体チップ111の製造方法と比較し、ダイシング時に発生する表面チッピング20、層間クラック21、および膜剥がれをさらに低減することができる。下記に詳しく説明する。
 (半導体チップ111の各製造工程における半導体ウエハ101)
 まず、半導体チップ111の各製造工程における半導体ウエハ101について、図9の(a)・(b)に基づき説明する。図9の(a)・(b)は、本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法を説明するための図である。詳しくは、図9の(a)は、半導体ウエハ101の一部を拡大して示す平面図である。また、図9の(b)は、半導体チップ111の各製造工程における、図9の(a)に示す半導体ウエハ101のC-C線矢視断面図である。また、第1工程から第3工程、および第5工程から第7工程は、実施形態1と同じである。
 第4工程(ダイシング領域形成工程)では、区画領域9において、誘電体膜3および保護膜5をエッチングにて除去し、溝6a、すなわち、ダイシング領域11を形成する。このとき、区画領域9においてシールリング4から一定距離の範囲に誘電体膜3および保護膜5を残した状態で溝6aが形成される。詳しくは、半導体ウエハ101において、素子領域10、および区画領域9においてシールリング4から一定距離の範囲に、マスク(図示なし)を配置する。その後、誘電体膜3および保護膜5を除去するようにエッチング(例えばウェットエッチング)を行う。このとき、マスクが配置された素子領域10および区画領域9における上記範囲の腐食は抑制される。その結果、素子領域10および区画領域9における上記範囲を残し、マスキングされていない区画領域9における誘電体膜3および保護膜5が除去され、溝6a、すなわち、ダイシング領域11が形成される。言い換えると、ダイシング領域11は、区画領域9の両側部に誘電体膜3および保護膜5を残した状態で形成される。
 上記構成によれば、実施形態1と比較し、ダイシング時に発生する表面チッピング20、層間クラック21、および膜剥がれをさらに低減することができる。なお、区画領域9および溝6aの幅などは適宜設定されるものとするが、本実施形態では、区画領域9の幅を90μm、区画領域9においてシールリング4から誘電体膜3を残す幅を15μm、および溝6aの幅を60μmとする。
 (表面チッピングおよび層間クラック)
 次に、本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法と実施形態1に係る半導体チップ111の製造方法との、ダイシング後に発生する表面チッピング20および層間クラック21の違いについて、図10から図12に基づいて説明する。
 図10は、本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法におけるダイシング後の半導体ウエハ101の表面状態を示す図である。実施形態1に係る半導体チップ111の製造方法では、従来の半導体チップの製造方法と比較し、半導体ウエハ101の表面チッピング20や層間クラック21の発生数を減少させることができるものの、表面チッピング20や層間クラック21のシールリング4への接触、素子領域10内への侵入を防ぐことは難しかった。
 しかし、本実施形態では、表面チッピング20および層間クラック21は、図10で示すように、誘電体膜3を除去した溝6aの範囲内で納まっている。また、図7に示す実施形態1に係る半導体チップ111の製造方法におけるダイシング後の半導体ウエハ101の表面状態と図10とを比較しても、本実施形態では、表面チッピング20および層間クラック21の大きさが小さくなっており、半導体ウエハ101の状態は良好であるといえる。上記半導体ウエハ101の状態が良好になる理由について、下記に説明する。
 本実施形態では、第4工程においてGaN系半導体膜2上に形成されている誘電体膜3を区画領域9の両側部に残す。これにより、区画領域9の両側部のGaN系半導体膜2は、誘電体膜3に覆われている。これに対して、誘電体膜3を除去した溝6aに位置するGaN系半導体膜2は、誘電体膜3に覆われていない。そのため、ダイシング領域11において発生した応力は、誘電体膜3に覆われたGaN系半導体膜2とシリコン系基板1との界面に向かわず、素子領域10の手前で上向き(保護膜5側)に伝わる。したがって、ダイシング領域11のダイシングにより発生した層間クラック21は、図11に示すように、素子領域10に侵入する前に溝6aの端部6b方向へ、上向きに進行していく。図11は、実施形態2に係る半導体チップ111の製造方法によるダイシング後の半導体ウエハ101の状態を示す断面図である。
 このように、溝6aを形成する際に、区画領域9の両側部に誘電体膜3を残す事で、素子領域10内のGaN系半導体膜2とシリコン系基板1との界面への層間クラック21の侵入を抑制することができる。また、区画領域9の両側部はGaN系半導体膜2の表面が誘電体膜3に覆われているため、表面チッピング20の素子領域10への侵入を抑制できる。したがって、ダイシング後の半導体ウエハ101の状態が良好となる。
 図12は、ダイシング後の半導体ウエハ101における表面チッピング20および層間クラック21の発生量について、本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法と実施形態1に係る半導体チップ111の製造方法との比較を示すグラフである。図12において、誘電体膜全除去は、実施形態1に係る半導体チップ111の製造方法を示し、誘電体膜一部残しは、本実施形態の半導体チップ111の製造方法を示す。また、X軸は発生した表面チッピング20および層間クラック21が溝側面から素子領域10内部に向かって伸びる幅(溝側面からの距離)を示し、Y軸は表面チッピング20および層間クラック21が発生した数を示す。
 本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法によれば、表面チッピング20および層間クラック21は、図12に示すように、実施形態1に係る半導体チップ111の製造方法と比較し、さらに発生数が減少し、表面チッピング20および層間クラック21の溝側面から内部に向かって伸びる幅がさらに小さくなっている。また、シールリング4に接触、またはシールリング4内に侵入する表面チッピング20および層間クラック21がなくなっている。
 以上のように、本実施形態に係る半導体チップ111の製造方法によれば、表面チッピング20や層間クラック21を低減できるため、半導体チップ111の歩留まりを改善することができ、実施形態1に係る半導体チップ111の製造方法と比較し、さらに生産性を向上させることができる。
 〔まとめ〕
 本発明の態様1に係る半導体素子(半導体チップ111)の製造方法は、基板上(シリコン系基板1)に形成されているGaN系半導体膜(2)上に誘電体膜(3)を形成することにより複数の半導体素子(素子領域10)を形成する半導体素子形成工程と、上記複数の半導体素子を区画する区画領域(9)における上記誘電体膜を除去することにより溝形状のダイシング領域(11)を形成するダイシング領域形成工程(第4工程)と、上記ダイシング領域をダイシングすることにより、上記複数の半導体素子を切り出すダイシング工程(第7工程)と、を含んでいる。
 上記構成によれば、誘電体膜はダイシング領域により、複数の半導体素子に区画されるので、ダイシング領域をダイシングすることにより、複数の半導体素子(半導体チップ)を切り出すことができる。また、ダイシング領域の誘電体膜を除去した上でダイシングを行うことにより、ダイシング時に基板とGaN系半導体膜との界面近傍に発生する層間クラック、表面チッピング、および膜剥がれを低減することができる。このため、レーザーダイシングを使用せずに、上記層間クラックなどを低減することができるので、半導体素子の製造コストを抑えることができる。また、GaN系半導体膜をドライエッチングせずに上記層間クラックなどを低減することができるので、半導体素子の製造時間を短縮できる。その結果、半導体素子の製造における歩留まりの改善および生産性の向上を図ることができる。
 本発明の態様2に係る半導体素子(半導体チップ111)の製造方法は、上記態様1において、上記ダイシング領域形成工程(第4工程)において、上記区画領域(9)の両側部に上記誘電体膜(3)を残してもよい。
 上記構成によれば、区画領域の両側部に誘電体膜を残しダイシング領域を形成している。このため、区画領域の両側部に上記誘電体膜を残さずにダイシング領域を形成する場合と比較し、ダイシング時に基板とGaN系半導体膜との界面近傍に発生するクラック、表面チッピング、および膜剥がれをさらに低減することができる。
 本発明の態様3に係る半導体素子(半導体チップ111)の製造方法は、上記態様1または2において、上記ダイシング工程(第7工程)において、ダイシングブレード(110)を用いてもよい。
 上記構成によれば、レーザーダイシングではなくダイシングブレードを用いて基板をダイシングするので、半導体素子の製造コストを抑えることができる。
 本発明の態様4に係る半導体素子(半導体チップ111)の製造方法は、上記態様3において、上記ダイシングブレード(110)は、少なくとも上記GaN系半導体膜(2)を切断する1軸回転刃と、上記基板(シリコン系基板1)を切断する2軸回転刃とを有し、上記ダイシング工程(第7工程)においては、ステップカット方式によりダイシングを行ってもよい。
 上記構成によれば、ダイシングブレードはGaN系半導体膜を切断する1軸回転刃と、上記基板を切断する2軸回転刃を有し、ダイシングブレードを用いてステップカット方式により半導体ウエハが切断される。このため、1度に半導体ウエハを切断するフルカット方式と比較し、ブレードの負担を軽減できる。また、上記フルカット方式と比較し、半導体ウエハの切断時に基板とGaN系半導体膜との界面近傍に発生するクラック、表面チッピング、および膜剥がれをさらに低減することができる。
 発明の態様5に係る半導体素子(半導体チップ111)は、基板(シリコン系基板1)上に形成されているGaN系半導体膜(2)と、上記GaN系半導体膜上に形成されている誘電体膜(3)と、を有する半導体ウエハ(101)から切り出された半導体素子であって、上記半導体素子は、上記誘電体膜が除去されたダイシング領域(11)をダイシングすることにより上記半導体ウエハから切り出される。
 上記構成によれば、態様1と同様の効果を奏する。
 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
 本発明に係る半導体素子の製造方法は、半導体素子を製造する分野に好適に利用可能である。
  1 シリコン系基板(基板)
  2 GaN系半導体膜
  3 誘電体膜
  4 シールリング
  5 保護膜
  6 溝
 6a 溝
 6b 端部
  7 1軸カット領域
  8 2軸カット領域
  9 区画領域
 10 素子領域(半導体素子)
 11 ダイシング領域
 20 表面チッピング
 21 層間クラック
 101 半導体ウエハ
 102 表面保護テープ
 110 ダイシングブレード
 111 半導体チップ(半導体素子)

Claims (5)

  1.  基板上に形成されているGaN系半導体膜上に誘電体膜を形成することにより複数の半導体素子を形成する半導体素子形成工程と、
     上記複数の半導体素子を区画する区画領域における上記誘電体膜を除去することにより溝形状のダイシング領域を形成するダイシング領域形成工程と、
     上記ダイシング領域をダイシングすることにより、上記複数の半導体素子を切り出すダイシング工程と、を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
  2.  上記ダイシング領域形成工程において、上記区画領域の両側部に上記誘電体膜を残すことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
  3.  上記ダイシング工程において、ダイシングブレードを用いることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体素子の製造方法。
  4.  上記ダイシングブレードは、少なくとも上記GaN系半導体膜を切断する1軸回転刃と、上記基板を切断する2軸回転刃とを有し、
     上記ダイシング工程においては、ステップカット方式によりダイシングを行うことを特徴とする請求項3に記載の半導体素子の製造方法。
  5.  基板上に形成されているGaN系半導体膜と、
     上記GaN系半導体膜上に形成されている誘電体膜と、を有する半導体ウエハから切り出された半導体素子であって、
     上記半導体素子は、上記誘電体膜が除去されたダイシング領域をダイシングすることにより上記半導体ウエハから切り出されたことを特徴とする半導体素子。
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