JP2017135246A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】パワートランジスタをブレードダイシングした場合、裏面電極膜の切断時に切断刃に目詰まりを起こさない半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、半導体基板1Sの表面側に溝DIT1を形成した後、半導体基板の裏面側から溝に達するまで研削する研削工程を実施する。そして、研削工程によって分離された半導体基板の裏面に裏面電極BEを形成する。次にエキスパンジョン工程によって、裏面電極を切断し、複数の半導体チップCHP1を分離する。【選択図】図14

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、例えば、半導体チップの裏面に裏面電極を有する半導体装置に適用して有効な技術に関する。
国際公開第2005/022609号(特許文献1)には、半導体ウェハの表面に粘着フィルムを貼り付けた後、半導体ウェハの裏面に金属膜を形成する技術が記載されている。
特開2002−016021号公報(特許文献2)および特開2014−183097号公報(特許文献3)には、半導体ウェハの裏面研削を実施する前にダイシングを実施する、いわゆる「先ダイシング」に関する技術が記載されている。
国際公開第2005/022609号 特開2002−016021号公報 特開2014−183097号公報
近年、パワートランジスタが形成された半導体チップでは、半導体チップの厚さ方向に電流を流す構造が採用されているため、半導体チップの裏面に金属膜からなる裏面電極が形成される。また、パワートランジスタのオン抵抗を低減するために、パワートランジスタが形成された半導体チップの薄厚化が進んでいる。
このように構成された半導体チップは、例えば、以下に示す工程によって製造される。すなわち、半導体ウェハの裏面研削を実施して、半導体ウェハの薄厚化を実施した後、半導体ウェハの裏面に裏面電極を形成する。そして、半導体ウェハをブレードダイシングすることにより、半導体ウェハを複数の半導体チップに個片化する。
ところが、本発明者が検討したところ、上述した工程では、半導体ウェハの薄厚化が進むにつれて、半導体ウェハのダイシングが困難となることが明らかとなった。なぜなら、ブレードダイシングでは、半導体ウェハの薄厚化が進むと、ブレードの面状態を整えるドレッシング効果が低下するからである。さらに、半導体ウェハの裏面に裏面電極が形成されているため、裏面電極を構成する柔らかな金属膜に起因するブレードの目詰まりが生じるのである。したがって、従来のブレードダイシングでは、裏面電極が形成され、かつ、薄厚化された半導体ウェハを複数の半導体チップに個片化することが困難となりつつある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態における半導体装置の製造方法は、基板の表面側に溝を形成した後、基板の裏面側から溝に達するまで研削する研削工程を実施する。そして、研削工程によって分離された基板の裏面に裏面電極を形成する。
一実施の形態によれば、半導体装置の歩留り向上を図ることができる。
関連技術における半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図1に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図2に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図3に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図4に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図5に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図6に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図7に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図9に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図10に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図11に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図12に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図13に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図14に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態1における半導体チップの外形形状を示す断面図である。 セル形成領域に形成されている単位トランジスタのデバイス構造の一例を示す断面図である。 実施の形態1における半導体装置を示す断面図である。 変形例1における半導体装置の製造工程を示す断面図である。 変形例1における半導体装置の製造方法で製造した半導体チップの構造を示す断面図である。 変形例2における半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態2における半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図22に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図23に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図24に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図25に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図26に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図27に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図28に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図29に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
<用語の説明>
本明細書において、「パワートランジスタ」とは、複数の単位トランジスタ(セルトランジスタ)を並列接続することによって(例えば、数千個から数十万個の単位トランジスタを並列接続する)、単位トランジスタの許容電流よりも大きな電流においても、単位トランジスタの機能を実現する単位トランジスタの集合体を意味する。例えば、単位トランジスタがスイッチング素子として機能する場合、「パワートランジスタ」は、単位トランジスタの許容電流よりも大きな電流にも適用可能なスイッチング素子となる。特に、本明細書において、「パワートランジスタ」という用語は、例えば、「パワーMOSFET」と「IGBT」の両方を包含する上位概念を示す語句として使用している。
<関連技術の説明>
まず、関連技術における半導体装置の製造方法について説明し、その後、この関連技術に存在する改善すべき事項について説明する。なお、本明細書でいう「関連技術」は、新規に発明者が見出した課題を有する技術であって、公知である従来技術ではないが、新規な技術的思想の前提技術(未公知技術)を意図して記載された技術である。
図1に示すように、例えば、シリコンからなる半導体基板1S(半導体ウェハWF)を準備する。そして、半導体基板1Sの表面側(素子形成面側)に、「パワートランジスタ」のデバイス構造を形成する。特に、図1では、半導体基板1Sの表面側に形成される「パワートランジスタ」のデバイス構造の図示は省略している一方、図1では、「パワートランジスタ」のソースと電気的に接続されるソース電極SEが図示されている。このソース電極SEは、例えば、アルミニウム膜やアルミニウム合金膜から構成されており、半導体基板1S上にアルミニウム膜を成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用してパターニングすることにより形成される。
次に、図2に示すように、ソース電極SEを形成した半導体基板1Sの素子形成面を覆うように表面保護テープPT1を貼り付ける。その後、図3に示すように、例えば、グラインダを使用することにより、表面保護テープPT1を貼り付けた半導体基板1Sの表面とは反対側の裏面から半導体基板1Sを研削する。これにより、半導体基板1Sの薄厚化が実現される。このとき、研削した半導体基板1Sの裏面には、研削時の応力によって、破砕層BKL1(加工歪)が形成される。この破砕層BKL1が残存していると、「パワートランジスタ」のエピタキシャル層(ドリフト層)におけるオン抵抗の低減が困難となる。このことから、図4に示すように、破砕層BKL1を除去する。具体的には、フッ硝酸を使用したウェット処理によって、破砕層BKL1を除去する(ストレスリリーフ)。
続いて、図5に示すように、破砕層BKL1を除去した半導体基板1Sの裏面に裏面電極BEを形成する。この裏面電極BEは、例えば、チタン膜(Ti膜)とニッケル膜(Ni膜)と銀膜(Ag膜)との積層膜や、チタン膜(Ti膜)とニッケル膜(Ni膜)と金膜(Au膜)との積層膜から構成され、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成することができる。そして、図6に示すように、ソース電極SEを覆うように形成されている表面保護テープPT1を半導体基板1Sから剥離する。
次に、図7に示すように、裏面電極BEをダイシングテープDTに接触させるようにして、ダイシングテープDT上に半導体基板1Sを配置する。その後、図8に示すように、半導体基板1Sに形成されている複数のチップ領域を個片化する。具体的には、複数のチップ領域を区画するスクライブ領域に沿って、半導体基板1Sをブレードダイシングすることにより、半導体基板1S(半導体ウェハWF)から複数の半導体チップCHPを取得する。このようにして、関連技術における半導体装置の製造方法によれば、裏面電極BEが形成された半導体チップCHPを製造することができる。
<改善の検討>
上述したように、関連技術における半導体装置の製造方法は、半導体基板1Sの薄厚化と裏面電極の形成とを実施した後、ダイシングを実施している。ところが、本発明者の検討によると、半導体基板1Sの薄厚化が進むにつれて、関連技術で説明した方法では、半導体基板1Sのブレードダイシングが困難となることが判明した。特に、半導体基板1Sの裏面に裏面電極が形成され、かつ、半導体基板1Sの厚さが40μm以下まで薄厚化された状態で、ブレードダイシングを実施する場合、ダイシングの困難性が顕在化する。
以下に、この理由について説明する。例えば、ブレードダイシングでは、切断刃を回転させながら、半導体基板1Sを切断する。このとき、切断刃によって切削されたシリコン面は、切断刃に対して砥石のような機能を発揮する。すなわち、切断刃によって切削されたシリコン面によって、切断刃の表面状態が整えられる結果、切断刃の状態が良好に維持された状態で、半導体基板1Sのダイシングを実施することができる。つまり、切断刃によって切削されたシリコン面は、切断刃の表面状態を整えるコンディショニング機能を有し、この現象は、ドレッシング効果と呼ばれる。したがって、切断刃による半導体基板1Sのダイシングを良好にするためには、シリコン面によるドレッシング効果が必要不可欠である。この点に関し、半導体基板1Sの厚さが厚い場合には、充分なシリコン面が発生するため、ドレッシング効果は大きくなる。このことから、半導体基板1Sの厚さが厚い場合には、ダイシング不良が問題点として顕在化しないと考えることができる。
ところが、半導体基板1Sの厚さが薄くなると、ドレッシング効果を発揮するために必要なシリコン切断面積が得られなくなることで、ドレッシング効果が低下するのである。この結果、半導体基板1Sの薄厚化に伴って、ダイシング不良が問題点として顕在化する。
さらには、半導体基板1Sの裏面に裏面電極BEが形成されていることも、ダイシング不良が発生する一因となる。すなわち、半導体基板1Sを構成するシリコンに比べて、裏面電極BEを構成する金属は柔らかいという性質を有している。ここで、切断刃は、互いに特性の異なる硬いシリコンと柔らかい金属との両方を切断すること自体を想定しておらず、一種類の切断刃では、硬いシリコンと柔らかい金属の両方を良好に切断することは困難なのである。その上、柔らかい金属を回転する切断刃で切断する場合、金属の柔らかさによって、金属が切断刃にまとわりつく結果、切断刃に目詰まりが発生し、切削性能を低下させる。
以上のことから、半導体基板1Sの薄厚化に起因するドレッシング効果の低下と、シリコンの切断に使用される切断刃を裏面電極BEという異種材料の切断にも併用することに起因する目詰まりなどの発生という相乗要因によって、関連技術で説明した方法では、ダイシング不良が発生するのである。つまり、裏面電極BEが形成され、かつ、薄厚化された半導体基板1Sをダイシングする方法として、関連技術で説明した方法を採用する場合、改善すべき事項が存在するのである。
そこで、本実施の形態1では、関連技術で説明した方法に存在する改善の余地に対する対策を施すことにより、裏面電極BEが形成され、かつ、薄厚化された半導体基板1Sを良好にダイシングする方法を実現している。以下では、改善の余地に対する工夫を施した本実施の形態1における技術的思想について、図面を参照しながら説明することにする。
<実施の形態1における半導体装置の製造方法>
以下では、本実施の形態1における半導体装置の製造方法について説明する。まず、図9に示すように、例えば、シリコンからなる半導体基板1S(半導体ウェハWF)を準備する。そして、半導体基板1Sの表面側(素子形成面側)に、「パワートランジスタ」のデバイス構造を形成する。半導体基板1Sは、境界領域となるスクライブ領域で区画された複数のチップ領域を有し、複数のチップ領域のそれぞれに「パワートランジスタ」(半導体素子)が形成される。特に、図9では、半導体基板1Sの表面側に形成される「パワートランジスタ」のデバイス構造の図示は省略している一方、図9では、「パワートランジスタ」のソースと電気的に接続されるソース電極SEが図示されている。このソース電極SEは、例えば、アルミニウム膜やアルミニウム合金膜から構成されており、半導体基板1S上にアルミニウム膜を成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用してパターニングすることにより形成される。
次に、図10に示すように、複数のチップ領域を区画するスクライブ領域に溝DIT1を形成する。具体的には、回転した切断刃をスクライブ領域に押し当てることにより、スクライブ領域に溝DIT1を形成する。このとき、溝DIT1の断面形状は、素子形成面を上側にして見た場合に逆テーパ形状となる。すなわち、「溝DIT1の断面形状が逆テーパ形状になっている」とは、半導体基板1Sの表面(素子形成面)と溝DIT1のなす角度が90度よりも大きいことを意味する。言い換えれば、「溝DIT1の断面形状が逆テーパ形状になっている」とは、溝DIT1の側面が、半導体基板1Sの表面(素子形成面)から裏面にかけて、溝DIT1の幅が小さくなる方向に傾斜している形状を意味する。
具体的な一例として、図10に示すように、溝DIT1の断面形状は、素子形成面を上側にして見た場合に逆三角形形状をしている。この逆三角形形状の溝DIT1は、逆三角形形状の先端部を有する切断刃を使用することにより形成することができる。なお、溝DIT1の断面形状は、逆三角形形状に限らず、例えば、逆台形形状であってもよい。この場合、逆台形形状の溝DIT1は、逆台形形状の先端部を有する切断刃を使用することにより形成することができる。ここで、図10に示すように、切断刃の回転に起因する応力によって、溝DIT1の内壁に加工歪である破砕層BKL2が必然的に形成される。なお、逆三角形形状とは、底辺が頂点よりも上方にある三角形として定義され、逆台形形状とは、上底の長さが下底の長さよりも長い台形形状として定義される。
続いて、図11に示すように、溝DIT1を形成した半導体基板1Sの表面にソース電極SEを覆う表面保護テープPT1を貼り付ける。その後、図12に示すように、半導体基板1Sの裏面側から溝DIT1に達するまで半導体基板1Sを研削する。これにより、半導体基板1Sは、薄厚化された後、研削面が溝DIT1に達した時点で、複数の半導体チップCHP1に個片化される。このとき、半導体チップCHP1の裏面には、研削による破砕層BKL1が形成される。したがって、図12に示すように、個々の半導体チップCHP1において、側面には、破砕層BKL2が形成され、かつ、裏面には、破砕層BKL1が形成されることになる。
その後、図13に示すように、個々の半導体チップCHP1の裏面に形成されている破砕層BKL1と、貫通した溝DIT1の内壁(個々の半導体チップCHP1の側面)に形成されている破砕層BKL2とを除去する(加工歪除去工程)。このとき、破砕層BKL1および破砕層BKL2の除去は、関連技術とは異なり、薬液を使用したウェット処理ではなく、ガスを使用したプラズマ処理によって実施される。
次に、図14に示すように、裏面研削工程によって分離された半導体基板1Sの裏面に裏面電極BEを形成する。言い換えれば、複数の半導体チップCHP1の裏面にわたって、裏面電極BEが形成される。この裏面電極BEは、例えば、チタン膜(Ti膜)とニッケル膜(Ni膜)と銀膜(Ag膜)との積層膜や、チタン膜(Ti膜)とニッケル膜(Ni膜)と金膜(Au膜)との積層膜から構成され、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成することができる。そして、図15に示すように、ソース電極SEを覆うように形成されている表面保護テープPT1を半導体基板1Sから剥離した後、裏面電極BEをダイシングテープDTに接触させるようにして、ダイシングテープDT上に個片化された複数の半導体チップCHP1のそれぞれを配置する。
続いて、本実施の形態1における半導体装置の製造方法では、複数の半導体チップCHP1の間の間隔を広げるエキスパンジョン工程が実施される。これにより、複数の半導体チップCHP1のそれぞれに形成される裏面電極BEが繋がっている場合、エキスパンジョン工程によって、複数の半導体チップCHP1のそれぞれに形成されている裏面電極BEは、互いに分離される。なお、図14では、複数の半導体チップCHP1の裏面にわたって、一体的に裏面電極BEが形成されている態様について図示されているが、これに限らず、複数の半導体チップCHP1のそれぞれに形成される裏面電極BEが、既に、図14に示す工程(裏面電極形成工程)において、互いに分離されている場合もある。
以上のようにして、本実施の形態1における半導体装置の製造方法によれば、裏面電極BEが形成された半導体チップCHP1を製造することができる。
<実施の形態1における製法上の特徴>
次に、本実施の形態1における半導体装置の製造方法の特徴点について説明する。本実施の形態1における第1特徴点は、例えば、図13〜図14に示すように、薄厚化した半導体基板1Sを複数の半導体チップCHP1に個片化した後、複数の半導体チップCHP1の裏面に裏面電極BEを形成する点にある。言い換えれば、本実施の形態1における第1特徴点は、裏面電極BEを形成する前に、薄厚化した半導体基板1Sを複数の半導体チップCHP1に個片化する点にある。これにより、本実施の形態1によれば、例えば、関連技術のように、互いに異なる材料である半導体基板1Sと裏面電極BEとの切断に一種類の切断刃を併用する必要がなくなる。すなわち、本実施の形態1によれば、裏面電極BEを形成した半導体チップCHP1を製造するにあたって、半導体基板1Sの裏面に裏面電極BEを形成する前に、半導体基板1Sを複数の半導体チップCHP1に個片化する。このため、半導体基板1Sを複数の半導体チップCHP1に個片化する際には、裏面電極BEを切断することを考慮する必要がなくなる。つまり、本実施の形態1における第1特徴点によれば、半導体基板1Sを構成するシリコンと、裏面電極BEを構成する金属との両方を切断する必要がなくなる結果、関連技術のように、一種類の切断刃で硬いシリコンと柔らかい金属の両方を切断する必要がなくなる。このことは、本実施の形態1における第1特徴点によれば、一種類の切断刃で硬いシリコンと柔らかい金属の両方を切断する必要がある関連技術に比べて、半導体チップCHP1の個片化工程における製造歩留りを向上できるポテンシャルを秘めていることを意味している。このように、本実施の形態1における第1特徴点の根底に存在する基本思想は、関連技術のように、裏面電極BEを形成した後に個片化工程を実施するのではなく、予め裏面電極BEを形成する前に個片化工程を実施するという思想である。これにより、本実施の形態1によれば、裏面電極BEを有し、かつ、薄厚化された半導体チップCHP1の製造歩留りを向上することができる。
特に、本実施の形態1では、上述した第1特徴点を具現化するために様々な工夫を施しており、この工夫点の1つが、本実施の形態1における第2特徴点である。具体的に、本実施の形態1における第2特徴点は、例えば、図10に示すように、回転する切断刃によって、半導体基板1Sの表面側に溝DIT1を形成し、その後、図12に示すように、半導体基板1Sの裏面側から溝DIT1に達するまで半導体基板1Sを研削する点にある。これにより、半導体基板1Sを複数の薄厚化した半導体チップCHP1に個片化することができる。例えば、薄厚化した半導体チップCHP1を得るためには、まず、半導体基板1Sを研削して薄厚化した後、薄厚化した半導体基板1Sを回転する切断刃でダイシングすることにより、薄厚化した半導体チップCHP1を取得する技術が考えられる。ところが、この技術では、薄厚化した半導体基板1Sを回転する切断刃でダイシングすることになり、この構成では、充分なドレッシング効果を得ることができない。したがって、この技術では、ドレッシング効果の低下に起因してダイシング不良が顕在化する。
これに対し、本実施の形態1における第2特徴点では、まず、図10に示すように、研削する前の厚い半導体基板1Sに対して、回転する切断刃によって、半導体基板1Sの表面側に溝DIT1を形成する。このことから、溝DIT1を形成する工程では、厚い半導体基板1Sに対して切断刃を使用するため、充分なドレッシング効果を得ることができる。次に、本実施の形態1における第2特徴点では、例えば、図12に示すように、半導体基板1Sの裏面側から溝DIT1に達するまで半導体基板1Sを研削する。これにより、半導体基板1Sを薄厚化しながら、最終的に、研削面が溝DIT1に達した時点で、半導体基板1Sは、複数の半導体チップCHP1に個片化される。
このように、本実施の形態1における第2特徴点は、予め表面側に溝DIT1を形成した後、裏面側から半導体基板1Sを研削することにより、複数の半導体チップCHP1に個片化するものであり、薄厚化した半導体基板1Sを回転する切断刃でダイシングするという工程は存在しない。このことは、本実施の形態1によれば、ドレッシング効果の低下によって、ダイシング不良が生じるポテンシャルを回避することができることを意味する。つまり、本実施の形態1では、薄厚化した半導体基板1Sの切断刃によるダイシング工程に替えて、予め表面側に溝DIT1を形成した後、裏面側から半導体基板1Sを研削する工程を採用している。これにより、切断刃による裏面電極を切削する事による目詰まりに左右されることなく、半導体基板1Sを個片化する工程の信頼性を確実に向上することができる。この結果、本実施の形態1における第2特徴点によれば、薄厚化された半導体チップCHP1の製造歩留りを向上することができるという顕著な効果が得られる。
実施の形態1における第1特徴点によれば、薄厚化した半導体基板1Sを複数の半導体チップCHP1に個片化した後、複数の半導体チップCHP1の裏面に裏面電極BEを形成することになる。この場合、以下に示す検討事項が存在する。すなわち、例えば、図14に示すように、本実施の形態1における半導体装置の製造工程では、表面側から裏面側に貫通する溝DIT1で分離された半導体基板1Sの裏面に裏面電極BEを形成することになる。ここで、裏面電極BEは、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成されるが、半導体チップCHP1間に溝DIT1による隙間が存在するため、裏面電極BEは、半導体チップCHP1の裏面だけでなく、隙間を通じて、半導体チップCHP1の側面にも裏面電極BEが形成されてしまうおそれがある。この場合、半導体チップCHP1の側面に形成される不所望な裏面電極BEを介して、半導体チップCHP1の表面に形成されたソース電極SEと、半導体チップCHP1の裏面に形成された裏面電極BEとが電気的に接続するおそれがある。これは、半導体チップCHP1に形成された「パワートランジスタ」のソース電極SEと裏面電極BE(ドレイン電極)とがショートしてしまうポテンシャルが高まることを意味し、これによって、半導体装置の信頼性が低下することになる。つまり、本実施の形態1における第1特徴点によれば、裏面電極BEを有し、かつ、薄厚化された半導体チップCHP1の製造歩留りを向上することができる利点を有している一方、新たに、半導体チップCHP1の表面に形成されたソース電極SEと裏面に形成された裏面電極BEとの間にショート不良が生じやすくなる副作用が生じるのである。そこで、本実施の形態1では、この副作用を抑制する工夫を施しており、この工夫点が、本実施の形態1における第3特徴点である。
本実施の形態1における第3特徴点は、例えば、図10に示すように、溝DIT1の断面形状が、素子形成面を上側にして見た場合に逆テーパ形状となる点にある。具体的に、図10には、溝DIT1の断面形状が、略逆三角形形状をしている例が示されている。これにより、半導体基板1Sの裏面側から溝DIT1に達するまで研削すると、溝DIT1の断面形状が、逆テーパ形状となることに起因して、以下に示す構造が実現される。すなわち、図13に示すように、複数の半導体チップCHP1のうち、互いに隣り合う第1半導体チップと第2半導体チップとに着目した場合、第1半導体チップの裏面と第2半導体チップの裏面との間の距離は、第1半導体チップの素子形成面と第2半導体チップの素子形成面との間の距離よりも小さくなる。この結果、図14に示すように、裏面電極BEを形成する際、第1半導体チップの裏面と第2半導体チップの裏面との隙間が狭くなる。このことは、裏面電極BEが、第1半導体チップと第2半導体チップとの間の隙間を介して、第1半導体チップの側面、および、第2半導体チップの側面に形成されにくくなることを意味する。したがって、本実施の形態1における第3特徴点によれば、半導体チップCHP1の表面に形成されたソース電極SEと裏面に形成された裏面電極BEとの間にショート不良が生じやすくなる副作用を抑制することができる。以上のことから、本実施の形態1における第1特徴点と第2特徴点と第3特徴点とを組み合わせることにより、ソース電極SEと裏面電極BEとの間のショート不良を抑制しながら、薄厚化された半導体チップCHP1の製造歩留りを向上することができるという顕著な効果を得ることができる。
ここで、ソース電極SEと裏面電極BEとの間のショート不良を抑制する観点からは、第1半導体チップの裏面と第2半導体チップの裏面との間の距離は、できるだけ小さいことが望ましい。一方、この距離を小さくすればするほど、複数の半導体チップCHP1の裏面にわたって形成される裏面電極BEが一体化しやすくなる。この場合、一体化した裏面電極BEによって、複数の半導体チップCHP1の分離が阻害されることになる。
この点に関し、本実施の形態1では、例えば、図15に示すように、ダイシングテープDTを引き延ばすことにより、ダイシングテープDTに貼り付けられた複数の半導体チップCHP1の間隔を広げるエキスパンジョン工程を利用している。つまり、エキスパンジョン工程の本来の機能は、ダイシングテープDTに貼り付けられた複数の半導体チップCHP1の間隔を広げることにより、個々の半導体チップCHP1をピックアップしやすくする機能である。この点に関し、本実施の形態1における半導体装置の製造方法では、このエキスパンジョン工程におけるダイシングテープDTの引き伸ばしを利用して、複数の半導体チップCHP1の裏面にわたって一体化した裏面電極BEを分離している。すなわち、本実施の形態1における第4特徴点は、個々の半導体チップCHP1をピックアップしやすくするエキスパンジョン工程を利用して、複数の半導体チップCHP1の裏面にわたって一体化した裏面電極BEを分離する点にある。これにより、本実施の形態1における第4特徴点によれば、複数の半導体チップCHP1の裏面にわたって一体化した裏面電極BEを分離する工程を新たに設ける必要はなくなる。この結果、本実施の形態1における第4特徴点によれば、製造工程の複雑化を招くことなく、一体化した裏面電極BEの分離を実現することができる。特に、本実施の形態1における第3特徴点と第4特徴点との関係において、ソース電極SEと裏面電極BEとの間のショート不良を抑制するために、互いに隣り合う半導体チップCHP1の裏面間の距離を小さくすることが有効である。一方、互いに隣り合う半導体チップCHP1の裏面間の距離を小さくすると、裏面電極BEが一体化しやすくなるが、この点については、第4特徴点により、製造工程の複雑化を招くことなく、一体化した裏面電極BEの分離を実現することができる。したがって、本実施の形態1における第3特徴点と第4特徴点の有機的な結合によって、ソース電極SEと裏面電極BEとの間のショート不良を抑制しながら、一体化した裏面電極BEの分離を容易に実現することができる。
続いて、本実施の形態1における第5特徴点は、例えば、図12〜図13に示すように、半導体チップCHP1の裏面に形成された破砕層BKL1と、溝DIT1の内壁に形成された破砕層BKL2とを除去する破砕層除去工程において、ガスを利用したプラズマ処理を使用する点にある。例えば、関連技術では、破砕層除去工程として、フッ硝酸を使用したウェット処理を使用しているが、本実施の形態1における半導体装置の製造方法では、このウェット処理を使用することが困難となる。なぜなら、例えば、図12において、ウェット処理で使用する薬液が溝DIT1の内部にまで浸入し、内部まで浸入した薬液が溝DIT1内に溜まり、半導体チップCHP1の表面に形成されている「パワートランジスタ」に悪影響を及ぼすことが懸念されるからである。すなわち、本実施の形態1における半導体装置の製造方法では、関連技術とは異なり、半導体基板1Sを複数の半導体チップCHP1に個片化した後に、破砕層除去工程を実施している。このことから、本実施の形態1における半導体装置の製造方法において、破砕層除去工程に薬液を使用すると、互いいに隣り合う半導体チップCHP1間の隙間に薬液が溜まるという現象が生じてしまうのである。そこで、本実施の形態1における半導体装置の製造方法では、破砕層除去工程をウェット処理ではなく、ガスを使用したプラズマ処理で実現している。この場合、プラズマ処理では、液体ではなく気体が使用されることから、溝DIT1内に液体が溜まるという現象を必然的に回避することができる。この結果、本実施の形態1によれば、ウェット処理に起因する悪影響を受けることなく、半導体チップCHP1の裏面に形成された破砕層BKL1と、溝DIT1の内壁に形成された破砕層BKL2とを除去することができる。これにより、本実施の形態1における第5特徴点によれば、破砕層BKL1を除去することで、「パワートランジスタ」に悪影響を及ぼすことなく、「パワートランジスタ」のオン抵抗を低減することができ、シリコン(Si)の破壊強度も改善できる。加えて、破砕層BKL2を除去することで更にシリコン(Si)の破壊強度を改善できる。
<実施の形態1における半導体チップの構造>
次に、上述した本実施の形態1における半導体装置の製造方法で製造される半導体チップCHP1の構造について説明する。図16は、本実施の形態1における半導体チップCHP1の外形形状を模式的に示す断面図である。図16において、本実施の形態1における半導体チップCHP1は、ソース電極SEを含む「パワートランジスタ」(半導体素子)の構成要素が形成された表面SUR1と、表面SUR1の反対側に位置し、かつ、裏面電極BEが形成された裏面SUR2とを有している。さらに、半導体チップCHP1は、表面SUR1および裏面SUR2のそれぞれと接続する側面SUR3と、側面SUR3の反対側に位置する側面SUR4とを有する。このとき、側面SUR3は、表面SUR1と裏面SUR2のそれぞれに対して傾斜した傾斜部SLP1を含む。同様に、側面SUR4は、表面SUR1と裏面SUR2のそれぞれに対して傾斜した傾斜部SLP2を含む。これにより、本実施の形態1における半導体チップCHP1では、裏面SUR2の平面積が、表面SUR1の平面積よりも大きい構成が実現されることになる。
なお、図16に示す本実施の形態1における半導体チップCHP1では、例えば、傾斜部SLP1(SLP2)と裏面SUR2との間のなす角度である傾斜角θは、25度以上85度以下とすることができる。具体的な一例を挙げると、半導体チップCHP1の厚さが40μm程度の場合、傾斜角θは、40°〜85°程度であり、半導体チップCHP1の厚さが30μm程度の場合、傾斜角θは、35°〜85°程度であり、半導体チップCHP1の厚さが20μm程度の場合、傾斜角θは、25°〜85°程度となる。
<半導体チップのデバイス構造>
続いて、本実施の形態1における半導体チップCHP1に形成されている「パワートランジスタ」(パワーMOSFET)のデバイス構造について説明する。
本実施の形態1における半導体チップCHP1には、例えば、「パワートランジスタ」の一種であるパワーMOSFETが形成されている。以下では、例えば、パワーMOSFETのデバイス構造について説明することにする。パワーMOSFETは、数千個から数十万個の単位トランジスタ(セルトランジスタ)を並列接続することにより構成されており、以下に示す図17では、互いに隣り合う2個の単位トランジスタを例に挙げて、パワーMOSFETのデバイス構造について説明する。
図17は、セル形成領域に形成されている単位トランジスタのデバイス構造の一例を示す断面図である。図17において、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を含有するシリコンからなる基板層SUB上にエピタキシャル層EPIが形成されている。このエピタキシャル層EPIは、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物が導入されたシリコンを主成分とする半導体層から構成されている。この基板層SUBとエピタキシャル層EPIは、パワーMOSFETのドレインとして機能する構成要素である。なお、本実施の形態1では、図17に示すように、基板層SUBとエピタキシャル層EPIとを合わせて半導体基板1Sと呼ぶことにする。
次に、エピタキシャル層EPIの表面に素子部が形成されている。具体的に、本実施の形態1における素子部には、エピタキシャル層EPIの表面にチャネル領域CHが形成されており、このチャネル領域CHを貫通してエピタキシャル層EPIに達するトレンチTRが形成されている。このとき、トレンチTRの内壁には、ゲート絶縁膜GOXが形成されており、このゲート絶縁膜GOX上にトレンチTRを埋め込むようにゲートGEが形成されている。ゲート絶縁膜GOXは、例えば、酸化シリコン膜から形成されるが、これに限らず、例えば、酸化シリコン膜よりも誘電率の高い高誘電率膜から形成することもできる。また、ゲートGEは、例えば、ポリシリコン膜から形成されている。
続いて、トレンチTRに隣接するチャネル領域CHの表面にソース領域SRが形成されている。そして、ゲートGEが埋め込まれたトレンチREの上面およびソース領域SR上にわたって絶縁膜BPSGが形成されている。チャネル領域CHは、例えば、ボロン(B)などのp型不純物を導入した半導体領域から構成され、ソース領域SRは、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を導入した半導体領域から構成されている。
次に、互いに隣り合うトレンチTRの間には、絶縁膜BPSGおよびソース領域SRを貫通して、チャネル領域CHに達する溝が形成されており、この溝の底部にボディコンタクト領域BCが形成されている。このボディコンタクト領域BCは、例えば、ボロン(B)などのp型不純物が導入された半導体領域から構成されており、ボディコンタクト領域BCの不純物濃度は、チャネル領域CHの不純物濃度よりも高くなっている。
続いて、底部にボディコンタクト領域BCが形成された溝を埋め込むようにバリア導体膜BCF1およびタングステン膜からなるプラグPLG1が形成されており、プラグPLG1上を含む絶縁膜BPSG上にバリア導体膜BCF2およびアルミニウム合金膜からなるソース電極SEが形成されている。これにより、ソース電極SEは、ソース領域SRと電気的に接続されるとともに、ボディコンタクト領域BCを介してチャネル領域CHとも電気的に接続されることになる。
このとき、ボディコンタクト領域BCは、プラグPLG1とのオーミック接触を確保する機能を有し、このボディコンタクト領域BCが存在することにより、ソース領域SRとチャネル領域CHは同電位で電気的に接続されることになる。
したがって、ソース領域SRをエミッタ領域とし、チャネル領域CHをベース領域とし、かつ、エピタキシャル層EPIをコレクタ領域とする寄生npnバイポーラトランジスタのオン動作を抑制することができる。すなわち、ソース領域SRとチャネル領域CHが同電位で電気的に接続されているということは、寄生npnバイポーラトランジスタのエミッタ領域とベース領域との間に電位差が生じていないこと意味し、これによって、寄生npnバイポーラトランジスタのオン動作を抑制することができる。
次に、図17に示すように、基板層SUBの裏面には、裏面電極BEが形成されている。
以上のようにして、本実施の形態1における半導体チップCHP1の内部にパワーMOSFETのデバイス構造が形成されていることになる。
なお、半導体チップCHP1の内部に形成されているパワーMOSFETにおいては、n型半導体層であるエピタキシャル層EPIと、p型半導体層であるチャネル領域CHとによって、寄生ダイオードであるボディダイオードが形成される。すなわち、エピタキシャル層EPIとチャネル領域CHとの間には、チャネル領域CHをアノードとし、かつ、エピタキシャル層EPIをカソードとするpn接合ダイオードであるボディダイオードが形成されることになる。
<実施の形態1における半導体装置のパッケージ構造>
次に、本実施の形態1における半導体装置PKG1のパッケージ構造について説明する。図18は、本実施の形態1における半導体装置PKG1を模式的に示す断面図である。図18において、本実施の形態1における半導体装置PKG1は、互いに離間するリードLD1およびリードLD2と、チップ搭載部TABとを有する。そして、チップ搭載部TAB上には、半田材(接着材)SFを介して、半導体チップCHP1が搭載されている。特に、半導体チップCHP1の裏面には、裏面電極BEが形成されており、この裏面電極BEは、半田材SFと直接接触している。一方、半導体チップCHP1の表面には、半導体チップCHP1に形成されているパワーMOSFETのソースと電気的に接続されるソース電極(ソースパッド)SEと、パワーMOSFETのゲート電極と電気的に接続されるゲートパッドGPが形成されている。そして、図18に示すように、ソース電極SEおよびゲートパッドGPを覆うように、例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜からなる表面保護膜PASが形成されており、この表面保護膜PASの一部の領域には、開口部が形成されている。そして、例えば、図18に示すように、ゲートパッドGPは、ワイヤWによって、リードLD1と電気的に接続されている。なお、同様に、ソース電極SEも、ワイヤWによって、別のリードLD2と電気的に接続される。
続いて、図18に示すように、半導体チップCHP1およびワイヤWを覆うように、例えば、エポキシ樹脂からなる封止体MRが形成されている。以上のようにして、本実施の形態1における半導体装置PKG1が形成されていることになる。
<実施の形態1における構造上の特徴>
本実施の形態1における半導体チップCHP1の構造上の特徴点は、例えば、図16に示すように、半導体チップCHP1の側面SUR3が傾斜部SLP1を有するとともに、半導体チップCHP1の側面SUR4が傾斜部SLP2を有している点にある。これにより、図16に示すように、本実施の形態1における半導体チップCHP1の断面形状は、略台形形状となり、半導体チップCHP1の裏面SUR2の平面積は、表面SUR1の平面積よりも大きい構造が実現されることになる。
この構造上の特徴点は、基本的に、上述した本実施の形態1における半導体装置の製造方法(図9〜図15)を採用することにより、必然的に形成されるものであるが、この特徴点によれば、構造に特有の利点も有している。以下では、この特徴点に起因する構造上の利点について説明することにする。
まず、第1利点は、本実施の形態1における構造上の特徴点によって、例えば、図16に示すように、半導体チップCHP1の表面SUR1と側面(SUR3、SUR4)とのなす角度が鈍角(90°よりも大きい角度)となることによってもたらされる。例えば、半導体チップCHP1のチッピングは、半導体チップCHP1の不良を招く一因となるが、このチッピングは、角部(コーナ部)の角度が90°よりも大きな鈍角よりも、角部の角度が90°よりも小さな鋭角で生じやすい。この点に関し、本実施の形態1では、図16に示すように、半導体チップCHP1の表面SUR1側の角部の角度は、鈍角となる。このことは、半導体チップCHP1の表面SUR1側の角部でのチッピングが抑制されることを意味する。特に、半導体チップCHP1の表面側には、パワーMOSFETの素子部が形成されていることから、半導体チップCHP1の表面SUR1側の角部でのチッピングは、パワーMOSFETの不良に直結する。すなわち、半導体チップCHP1の表面SUR1側の角部でのチッピングは、パワーMOSFETに多大な悪影響を及ぼすことになるのである。したがって、特に、半導体チップCHP1の表面SUR1側の角部でのチッピングを抑制することが重要なのである。この点に関し、本実施の形態1における構造上の特徴点によれば、図16に示すように、表面SUR1側の角部の角度が鈍角となる結果、半導体チップCHP1の表面SUR1側の角部でのチッピングが効果的に抑制される。
一方、本実施の形態1における半導体チップCHP1では、裏面SUR2側の角部の角度が鋭角となり、裏面SUR2側の角部でのチッピングが生じることが懸念される。この点に関し、半導体チップCHP1の裏面SUR2側は、パワーMOSFETの素子部から離れていることから、裏面SUR2側の角部でのチッピングが、パワーMOSFETに与える影響は小さく、それほど問題とならない。それよりも、半導体チップCHP1の表面SUR1側の角部でのチッピングを抑制することが重要なのである。
以上のことから、本実施の形態1における半導体チップCHP1によれば、パワーMOSFETに致命傷を与える表面SUR1側の角部でのチッピングが大幅に抑制されることから、信頼性の高い半導体装置を提供することができるという利点を得ることができる。
次に、第2利点は、温度サイクル耐量の向上を図ることができる点である。例えば、半導体チップCHP1は、最終的に、図18に示すパッケージ構造体(半導体装置PKG1)に組み込まれる。そして、半導体装置PKG1に対しては、信頼性を保証するために、温度サイクル試験などが実施されて、この試験に合格した良品が出荷されることになる。ここで、温度サイクル試験では、図18に示す封止体MRを構成する樹脂が膨張・収縮するため、封止体MRで覆われている半導体チップCHP1に応力が加わる。特に、半導体チップCHP1の角部(端部)には、大きな応力が加わりやすい。この点に関し、本実施の形態1における半導体チップCHP1では、表面SUR1側の角部の角度が鈍角となっているため、表面SUR1側の角部に加わる応力は分散される。したがって、本実施の形態1における半導体チップCHP1では、温度サイクル試験での封止体MRの膨張・収縮が生じても、半導体チップCHP1に加わる応力が低減される。このことは、本実施の形態1における半導体チップCHP1によれば、温度サイクル耐量を向上できることを意味し、これによって、不良品となる半導体装置PKG1を低減できることになる。したがって、本実施の形態1における半導体装置PKG1によれば、製造歩留りの向上を図ることができ、これによって、半導体装置PKG1の製造コストを削減することもできる。
続いて、第3利点は、図16に示すように、半導体チップCHP1の裏面SUR2のサイズが、半導体チップCHP1の表面SUR1のサイズよりも大きくなることに起因して、放熱効率を向上できる点である。具体的には、図18に示すように、半導体チップCHP1は、チップ搭載部TAB上に配置される。ここで、半導体チップCHP1には、パワーMOSFETが形成されており、パワーMOSFETには、大電流を流すことから、半導体チップCHP1は発熱しやすい特性がある。そして、半導体チップCHP1が発熱して、半導体チップCHP1の温度が上昇すると、パワーMOSFETの熱暴走を招くことになる。したがって、半導体チップCHP1に形成されているパワーMOSFETの安定的な動作を確保するためには、半導体チップCHP1からの放熱効率を向上することが重要である。この点に関し、本実施の形態1における構造上の特徴点によれば、半導体チップCHP1の裏面SUR2の面積が大きくなる。このことは、例えば、図18からわかるように、半導体チップCHP1とチップ搭載部TABとの接触面積が大きくなることを意味する。特に、チップ搭載部TABは、熱伝導率の高い金属材料から構成されているため、半導体チップCHP1とチップ搭載部TABとの接触面積が大きくなるということは、それだけ、半導体チップCHP1からチップ搭載部TABへの放熱効率が向上することを意味する。したがって、本実施の形態1によれば、半導体チップCHP1で発生した熱の放熱効率を向上することができる。この結果、本実施の形態1によれば、半導体装置PKG1の信頼性を向上することができるという顕著な効果を得ることができる。
なお、本実施の形態1における半導体チップCHP1によれば、図16に示す傾斜角θが鋭角(90°よりも小さい角度)となるが、以下に示す理由により、傾斜角θは、小さくなり過ぎないことが望ましい。なぜなら、第1理由として、傾斜角θが小さくなり過ぎると、図18において、半導体チップCHP1をチップ搭載部TAB上に搭載する際、半導体チップCHP1とチップ搭載部TABとの間に介在する半田材SFが、図16に示す傾斜部(SLP1、SLP2)に沿って這い上がりやすくなるからである。すなわち、這い上がった半田材SFによって、裏面SUR2に形成されている裏面電極BEと、表面SUR1に形成されているソース電極SEとの間にショート不良が発生してしまうため、傾斜角θは、小さくなり過ぎないことが望ましいのである。
さらに、第2理由として、傾斜角θが小さくなり過ぎると、表面SUR1のサイズが小さくなるが、表面SUR1のサイズが小さくなるということは、半導体基板1S(半導体ウェハWF)におけるスクライブ領域のサイズが大きくなることを意味し、このことは、半導体基板1Sから取得できる半導体チップCHP1の数が少なることを意味するからである。すなわち、傾斜角θが小さくなり過ぎると、半導体基板1S(半導体ウェハWF)から取得できる半導体チップCHP1が少なくなる結果、半導体チップCHP1の製造コストの削減を図ることが困難となるのである。以上のことから、半導体チップCHP1の傾斜角θは、小さくなり過ぎないことが望ましいのである。
<変形例1>
次に、実施の形態1の変形例1について説明する。特に、実施の形態1と本変形例1との相違点を中心に説明する。実施の形態1における半導体装置の製造方法では、例えば、図10に示すように、半導体基板1Sの表面側に形成される溝DIT1の断面形状が、逆三角形形状をしているのに対し、本変形例1における半導体装置の製造方法では、図19に示すように、溝DIT2の断面形状が、逆三角形形状と垂直形状とを組み合わせた形状から構成される。すなわち、本変形例1における半導体装置の製造方法で形成される溝DIT2の断面形状は、素子形成面を上側にして見た場合に逆テーパ形状となる形状と、半導体基板1Sの表面に対して垂直となる垂直形状とを含むように構成される。これは、図19に示す切断刃DSの先端形状によるものである。すなわち、切断刃DSの先端形状を変更することにより、図10に示す断面形状を有する溝DIT1を形成したり、図19に示す断面形状を有する溝DIT2を形成することができる。
<変形例1における半導体チップの構造>
図20は、本変形例1における半導体装置の製造方法で製造した半導体チップCHP2の模式的な構造を示す断面図である。図20に示すように、本変形例1における半導体チップCHP2は、表面SUR1および裏面SUR2のそれぞれと接続する側面SUR3と、側面SUR3の反対側に位置する側面SUR4とを有する。このとき、側面SUR3は、表面SUR1に対して垂直となる垂直形状部VER1と、裏面SUR2に対して傾斜した傾斜部SLP1とから構成される。同様に、側面SUR4は、表面SUR1に対して垂直となる垂直形状部VER2と、裏面SUR2に対して傾斜した傾斜部SLP2とから構成される。そして、本変形例1における半導体チップCHP2では、例えば、傾斜部SLP1(SLP2)と裏面SUR2との間のなす角度である傾斜角θは、10度以上40度以下とすることができる。具体的な一例を挙げると、半導体チップCHP2の厚さが40μm程度の場合、傾斜角θは、20°〜40°程度であり、半導体チップCHP2の厚さが30μm程度の場合、傾斜角θは、15°〜35°程度であり、半導体チップCHP2の厚さが20μm程度の場合、傾斜角θは、10°〜25°程度となる。
<変形例1に特有の特徴>
本変形例1における半導体チップCHP2に特有の特徴点は、例えば、図20に示すように、側面SUR3が傾斜部SLP1と垂直形状部VER1とから構成され、かつ、側面SUR4が傾斜部SLP2と垂直形状部VER2とから構成されている点にある。これにより、例えば、図18に示す実施の形態1におけるパッケージ構造のように、チップ搭載部TAB上に半田材SFを介して半導体チップCHP1が搭載される構成と同様に、本変形例1のパッケージ構造でも、チップ搭載部TAB上に半田材SFを介して半導体チップCHP2が搭載される。このとき、本変形例1に特有の特徴点によれば、側面SUR3(SUR4)は、垂直形状部VER1(VER2)を有している。このため、例えば、チップ搭載部TAB上に半田材SFを介して半導体チップCHP2を搭載する際、はみ出た半田材SFは、側面SUR3(SUR4)の傾斜部SLP1(SLP2)に沿って這い上がったとしても、垂直形状部VER1(VER2)によって、さらなる半田材SFの這い上がりが抑制される。この結果、本変形例1によれば、側面SUR3(SUR4)を這い上がった半田材SFが表面SUR1に達することを抑制することができ、これによって、半田材SFを介した裏面電極BEとソース電極SEとのショート不良を抑制できる。
<変形例2>
続いて、実施の形態1における変形例2について説明する。本変形例2における半導体装置の製造方法では、例えば、図21に示すように、半導体基板1Sの表面側(図21では下側の面)に形成される溝DIT3の幅(Kerf幅)を小さくしている。これにより、図21に示すように、半導体基板1Sの裏面(図21の上面)に裏面電極BEを形成する際、裏面電極BEによって溝DIT3が塞がるため、溝DIT3の側面に裏面電極BEが形成されることを抑制することができる。つまり、本変形例2において、「溝DIT3の幅を小さくする」とは、溝DIT3の幅が裏面電極BEで塞がる程度に小さくすることを意味する。これにより、本変形例2によれば、溝DIT3の側面に裏面電極BEが形成されることに起因するショート不良を抑制することができる。
このように構成されている本変形例2における半導体装置の製造方法の概要を説明すると以下のようになる。すなわち、本変形例2における半導体装置の製造方法では、半導体基板1Sに形成される溝DIT3の断面形状は、半導体基板1Sの表面に対して垂直となる垂直形状部から構成される。そして、半導体基板1Sの裏面側から溝DIT3に達するまで半導体基板1Sを研削することにより、複数のチップ領域を複数の半導体チップCHP3に個片化する。その後、分離された半導体基板1Sの裏面に裏面電極BEを形成する。このとき形成される裏面電極BEは、溝DIT3を塞ぎ、分離された半導体基板1Sの裏面に対して一体的に形成される。次に、本変形例2における半導体装置の製造方法は、さらに、複数の半導体チップCHP3の間の間隔を広げるエキスパンジョン工程を有する。この結果、複数の半導体チップCHP3のそれぞれは、複数の半導体チップCHP3のそれぞれの裏面に形成される裏面電極BEで互いに接続されているが、その後のエキスパンジョン工程によって、複数の半導体チップCHP3のそれぞれは、互いに分離される。
このように構成されている本変形例2における半導体装置の製造方法によれば、溝DIT3の幅(Kerf幅)を小さくしている結果、半導体基板1S(半導体ウェハ)におけるスクライブ領域の幅を小さくすることができる。このことは、半導体基板1Sの全面積に対するスクライブ領域の占有面積を低減できることを意味し、このことは、半導体基板1S(半導体ウェハ)から取得できる半導体チップCHP3の収量を多くすることができることを意味している。したがって、本変形例2における半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の製造コストを低減することができる。
(実施の形態2)
<実施の形態2における半導体装置の製造方法>
次に、本実施の形態2における半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。まず、図22に示すように、例えば、シリコンからなる半導体基板1S(半導体ウェハWF)を準備する。そして、半導体基板1Sの表面側(素子形成面側)に、「パワートランジスタ」のデバイス構造を形成する。半導体基板1Sは、境界領域となるスクライブ領域で区画された複数のチップ領域を有し、複数のチップ領域のそれぞれに「パワートランジスタ」(半導体素子)が形成される。特に、図22では、半導体基板1Sの表面側に形成される「パワートランジスタ」のデバイス構造の図示は省略している一方、図22では、「パワートランジスタ」のソースと電気的に接続されるソース電極SEが図示されている。このソース電極SEは、例えば、アルミニウム膜やアルミニウム合金膜から構成されており、半導体基板1S上にアルミニウム膜を成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用してパターニングすることにより形成される。
続いて、図23に示すように、ソース電極SEが形成された半導体基板1Sの表面に、表面保護テープPF1を貼り付ける。その後、図24に示すように、半導体基板1Sの裏面側から、半導体基板1Sを第1厚さまで研削する。例えば、第1厚さは、100μm〜600μm程度である。このとき、図24に示すように、半導体基板1Sの裏面には、研削に起因する破砕層BKL3が形成される。
そして、図25に示すように、複数のチップ領域を区画する境界領域における半導体基板1Sの内部に改質層RFLを形成する。具体的に、改質層RFLは、半導体基板1Sの裏面側から、半導体基板1Sの内部にレーザを照射することにより形成できる。
続いて、図26に示すように、半導体基板1Sの裏面側から、半導体基板1Sを第2厚さまで研削する。これにより、改質層RFLを起点とする劈開が生じて、複数のチップ領域が複数の半導体チップCHP4に個片化される。すなわち、図26において、半導体基板1Sの裏面側から研削を実施すると、研削時のストレスによって、改質層RFLを起点とする劈開が生じて、半導体基板1Sは、劈開面CVFによって分離される。また、分離された半導体基板1Sの裏面には、研削による破砕層BKL4が形成される。なお、この時点で、改質層RFL自体は、研削によって除去される。すなわち、個片化された半導体チップCHP4には、改質層RFLは残らないことになる。
次に、図27に示すように、劈開面CVFによって分離された半導体基板1Sの裏面に形成されている破砕層BKL4を除去する。具体的に、破砕層除去工程は、ガスを使用したプラズマ処理によって実施される。このように、本実施の形態2においても、破砕層除去工程にウェット処理を使用しないことにより、薬液が劈開面CVFに浸入することを防止することができ、これによって、半導体基板1Sに形成されている「パワートランジスタ」の不良を抑制することができる。
その後、図28に示すように、複数の半導体チップCHP4の裏面にわたって一体化した裏面電極BEを形成する。そして、図29に示すように、裏面電極BEをダイシングテープDTに接触させるようにして、裏面電極BEで繋がっている複数の半導体チップCHP4をダイシングテープDT上に配置する。続いて、図30に示すように、ダイシングテープDTを引き伸ばして、複数の半導体チップCHP4の間の間隔を広げることにより、一体化した裏面電極BEを複数の半導体チップCHP4ごとに分離する。以上のようにして、本実施の形態2における半導体チップCHP4を取得することができる。
<実施の形態2における製法上の特徴>
本実施の形態2における半導体装置の製造方法によれば、以下に示す利点を得ることができる。すなわち、図27に示すように、本実施の形態2における半導体装置の製造方法によれば、劈開面CVFによって、半導体基板1Sを複数の半導体チップCHP4に個片化している。これにより、複数の半導体チップCHP4の間に隙間を生じさせることなく、複数の半導体チップCHP4を個片化することができる。このことから、本実施の形態2によれば、例えば、図28に示す裏面電極形成工程において、裏面電極BEが半導体チップCHP4の側面に回り込むことを防止できる。したがって、本実施の形態2における半導体装置の製造方法によれば、側面にも裏面電極BEが形成されることに起因する半導体チップCHP4の裏面電極BEとソース電極SEとの間のショート不良を防止することができ、これによって、半導体装置の信頼性を向上することができる。
また、本実施の形態2によれば、劈開によって半導体チップCHP4を個片化しているため、半導体基板1Sのスクライブ領域を小さくすることができる結果、半導体基板1Sから取得される半導体チップCHP4の個数を増加させることができる。したがって、本実施の形態2によれば、半導体装置の製造コストを削減することができる。
さらに、本実施の形態2における半導体装置の製造方法によれば、第2厚さまでの研削工程によって改質層RFLが除去されるため、半導体チップCHP4の内部に改質層RFLが残存していない。これにより、改質層RFLに起因するシリコン(Si)の機械的強度の低下を抑制できる。
<実施の形態2における構造上の特徴>
上述した本実施の形態2における半導体装置の製造方法によれば、以下に示す構造の半導体チップCHP4を取得することができる。すなわち、本実施の形態2における半導体チップCHP4は、「パワートランジスタ」(半導体素子)が形成された表面と、表面の反対側に位置し、かつ、裏面電極が形成された裏面と、表面および裏面のそれぞれと接続する第1側面と、第1側面の反対側に位置する第2側面と、第1側面および第2側面のそれぞれと接続する第3側面と、第3側面の反対側に位置する第4側面とを有する。ここで、第1側面および第2側面のそれぞれは、劈開面から構成され、第3側面および第4側面のそれぞれは、劈開面から構成される。これにより、本実施の形態2における半導体チップCHP4によれば、半導体チップCHP4の機械強度を向上することができる。なぜなら、半導体チップCHP4の側面(第1側面〜第4側面)を劈開面から形成している結果、機械強度を弱める要因である破砕層が形成されないからである。特に、半導体チップCHP4の薄厚化が進んだ場合、半導体チップCHP4の機械強度は、半導体チップCHP4の側面の強度に強く依存する。この点に関し、本実施の形態2における半導体チップCHP4によれば、半導体チップCHP4の側面全部が機械強度の強い劈開面から形成されるため、半導体チップCHP4の薄厚化が進んだ場合であっても、半導体チップCHP4の機械強度を向上することができる。このことから、本実施の形態2によれば、半導体装置の信頼性を向上することができる。
なお、本実施の形態2おける技術的思想は、シリコンからなる半導体基板1Sを使用する場合に限定されず、例えば、窒化ガリウム(GaN)に代表される化合物半導体からなる半導体基板1Sを使用する場合にも幅広く適用することができる。特に、窒化ガリウム(GaN)に代表される化合物半導体は、直接遷移半導体であるため、発光効率が高い半導体レーザの製造に適している。そして、半導体レーザでは、共振器を構成するために劈開面を使用するため、半導体チップの側面を劈開面から構成する本実施の形態2における技術的思想は、半導体レーザを形成した半導体チップの製造にも応用可能なポテンシャルを秘めている点で有用な技術的思想である。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
<実施の形態における技術的思想の有用性>
実施の形態における技術的思想は、従来のブレードダイシングでは実現困難な「薄厚化され、かつ、裏面電極が形成された半導体チップ」の個片化技術を提供するものである。したがって、実施の形態における技術的思想によれば、例えば、「パワートランジスタ」が形成された半導体チップの薄厚化に対応することができる結果、オン抵抗の低い「パワートランジスタ」の実現が可能となる。特に、「パワートランジスタ」が形成された半導体チップでは、半導体基板上にエピタキシャル層が形成されており、オン抵抗を低減するため、半導体基板の不純物濃度を高めることが行なわれている。ところが、300mmウェハに代表される大口径の半導体ウェハを使用する場合、不純物濃度バラツキの影響が大きくなるため、高濃度の半導体ウェハを実現することが困難となる。したがって、この場合、「半導体基板+エピタキシャル層」の厚さを薄くすることにより、オン抵抗を低減する必要があるが、この点において、従来のブレードダイシングでは実現困難な「薄厚化され、かつ、裏面電極が形成された半導体チップ」の個片化技術を提供する技術的思想の有用性は大きくなる。さらには、実施の形態における技術的思想によれば、半導体基板を残さない、いわゆる「サブレスチップ」の実現も可能となる。特に、高濃度の半導体ウェハを実現することが困難な大口径の半導体ウェハを使用する場合であっても、実施の形態における技術的思想を利用すれば、「サブレスチップ」の実現が可能となる。つまり、実施の形態における技術的思想によれば、高濃度の半導体ウェハを使用しなくても、大口径の半導体ウェハを使用し、かつ、「サブレスチップ」化によるオン抵抗の低減を実現することが可能となる。この結果、実施の形態における技術的思想は、オン抵抗の低い高性能な「パワートランジスタ」が形成された半導体チップを低い製造コストで実現することができるポテンシャルを秘めている点で有用性が高い技術的思想である。
前記実施の形態は、以下の形態を含む。
(付記)
半導体チップを備え、
前記半導体チップは、
半導体素子が形成された表面と、
前記表面の反対側に位置し、かつ、裏面電極が形成された裏面と、
前記表面および前記裏面のそれぞれと接続する第1側面と、
前記第1側面の反対側に位置する第2側面と、
前記第1側面および前記第2側面のそれぞれと接続する第3側面と、
前記第3側面の反対側に位置する第4側面と、
を有し、
前記第1側面および前記第2側面のそれぞれは、劈開面から構成され、
前記第3側面および前記第4側面のそれぞれは、劈開面から構成される、半導体装置。
1S 半導体基板
BCF1 バリア導体膜
BCF2 バリア導体膜
BE 裏面電極
BKL1 破砕層
BKL2 破砕層
BKL3 破砕層
BKL4 破砕層
CHP 半導体チップ
CHP1 半導体チップ
CHP2 半導体チップ
CHP3 半導体チップ
CHP4 半導体チップ
CVF 劈開面
DIT1 溝
DIT2 溝
DIT3 溝
DT ダイシングテープ
PT1 表面保護テープ
RFL 改質層
SE ソース電極
SLP1 傾斜部
SLP2 傾斜部
SUR1 表面
SUR2 裏面
SUR3 側面
SUR4 側面
VER1 垂直形状部
VER2 垂直形状部
WF 半導体ウェハ

Claims (19)

  1. (a)複数のチップ領域を有する基板の表面側に素子を形成する工程、
    (b)前記複数のチップ領域を区画する境界領域に溝を形成する工程、
    (c)前記基板の裏面側から前記溝に達するまで前記基板を研削する工程、
    (d)前記(c)工程によって分離された前記基板の前記裏面に裏面電極を形成する工程、を備える、半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(b)工程で形成される前記溝の断面形状は、前記基板の前記表面を上側にして見た場合に逆テーパ形状となる形状を含み、
    前記(c)工程では、前記複数のチップ領域を複数の半導体チップに個片化する、半導体装置の製造方法。
  3. 請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記溝の断面形状は、前記基板の前記表面を上側にして見た場合に逆台形形状、あるいは、逆三角形形状をしている、半導体装置の製造方法。
  4. 請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(c)工程で個片化された前記複数の半導体チップのうち、互いに隣り合う第1半導体チップと第2半導体チップとに着目した場合、前記第1半導体チップの裏面と前記第2半導体チップの裏面との間の距離は、前記第1半導体チップの素子形成面と前記第2半導体チップの素子形成面との間の距離よりも小さい、半導体装置の製造方法。
  5. 請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(d)工程において、前記複数の半導体チップのそれぞれに形成される前記裏面電極は、互いに分離されている、半導体装置の製造方法。
  6. 請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(d)工程の後、前記半導体装置の製造方法は、さらに、前記複数の半導体チップの間の間隔を広げるエキスパンジョン工程を有し、
    前記(d)工程において、前記複数の半導体チップのそれぞれに形成される前記裏面電極が繋がっている場合、前記エキスパンジョン工程によって、前記複数の半導体チップのそれぞれに形成されている前記裏面電極は、互いに分離される、半導体装置の製造方法。
  7. 請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(c)工程の後、かつ、前記(d)工程の前に、前記半導体装置の製造方法は、分離された前記基板の前記裏面および前記溝の側面に形成された加工歪を除去する加工歪除去工程を有する、半導体装置の製造方法。
  8. 請求項7に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記加工歪除去工程では、プラズマ処理を使用する、半導体装置の製造方法。
  9. 請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記溝の側面と前記裏面との間のなす角度である傾斜角は、25°以上85°以下である、半導体装置の製造方法。
  10. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記素子は、パワートランジスタである、半導体装置の製造方法。
  11. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(b)工程で形成される前記溝の断面形状は、前記基板の前記表面を上側にして見た場合に逆テーパ形状となる形状と、前記基板の前記表面に対して垂直となる垂直形状とを含む、半導体装置の製造方法。
  12. 請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記溝の側面と前記裏面との間のなす角度である傾斜角は、10°以上40°以下である、半導体装置の製造方法。
  13. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(b)工程で形成される前記溝の断面形状は、前記基板の前記表面に対して垂直となる垂直形状部から構成され、
    前記(c)工程では、前記複数のチップ領域を複数の半導体チップに個片化し、
    前記(d)工程の後、前記半導体装置の製造方法は、さらに、前記複数の半導体チップの間の間隔を広げるエキスパンジョン工程を有し、
    前記(c)工程で個片化された前記複数の半導体チップのそれぞれは、前記(d)工程において、前記複数の半導体チップのそれぞれの裏面に形成される前記裏面電極で互いに接続され、その後、前記エキスパンジョン工程によって、前記複数の半導体チップのそれぞれは、互いに分離される、半導体装置の製造方法。
  14. (a)複数のチップ領域を有する基板の表面側に素子を形成する工程、
    (b)前記基板の裏面側から、前記基板を第1厚さまで研削する工程、
    (c)前記(b)工程の後、前記複数のチップ領域を区画する境界領域における前記基板の内部に改質層を形成する工程、
    (d)前記(c)工程の後、前記基板の前記裏面側から、前記基板を第2厚さまで研削することにより、前記改質層を起点とする劈開を生じさせて、前記複数のチップ領域を複数の半導体チップに個片化する工程、
    (e)前記(d)工程の後、前記複数の半導体チップの裏面にわたって一体化した裏面電極を形成する工程、
    (f)前記(e)工程の後、前記複数の半導体チップの間の間隔を広げることにより、一体化した前記裏面電極を前記複数の半導体チップごとに分離する工程、
    を備える、半導体装置の製造方法。
  15. 請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(c)工程では、前記基板の前記裏面側から、前記基板にレーザを照射する、半導体装置の製造方法。
  16. 請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(d)工程では、前記第2厚さまでの前記基板の研削によって、前記改質層を前記基板から除去する、半導体装置の製造方法。
  17. 半導体チップを備え、
    前記半導体チップは、
    半導体素子が形成された表面と、
    前記表面の反対側に位置し、かつ、裏面電極が形成された裏面と、
    を有し、
    前記裏面の平面積は、前記表面の平面積よりも大きい、半導体装置。
  18. 請求項17に記載の半導体装置において、
    前記半導体チップは、
    前記表面および前記裏面のそれぞれと接続する第1側面と、
    前記第1側面の反対側に位置する第2側面と、
    を有し、
    前記第1側面は、前記表面と前記裏面のそれぞれに対して傾斜した第1傾斜部を含み、
    前記第2側面は、前記表面と前記裏面のそれぞれに対して傾斜した第2傾斜部を含む、半導体装置。
  19. 請求項17に記載の半導体装置において、
    前記半導体チップは、
    前記表面および前記裏面のそれぞれと接続する第1側面と、
    前記第1側面の反対側に位置する第2側面と、
    を有し、
    前記第1側面は、
    前記表面に対して垂直となる第1垂直形状部と、
    前記裏面に対して傾斜した第1傾斜部と、
    から構成され、
    前記第2側面は、
    前記表面に対して垂直となる第2垂直形状部と、
    前記裏面に対して傾斜した第2傾斜部と、
    から構成される、半導体装置。
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