JP7732922B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造方法の工程の中に、複数の半導体素子が形成されたウエハから半導体素子を個別に切り出す工程がある。従来は隣り合う半導体素子の境界に沿ってウエハを切断（ダイシング）していたが、近年、スクライブアンドブレイクという工法が採用され始めている。

この工法は、まず、隣り合う半導体素子の境界に沿ってスクライブホイール（周縁が薄くなっている円板）を押し当て、境界に沿ってウエハ内部にクラックを生じさせる。クラックは、ウエハの表面に対して垂直な方向に拡がるので、このクラックを以下では垂直クラックと称する。次に、境界に沿ってブレイクバーを押し当て、境界に沿ってウエハを劈開させる。この工法は、ウエハにおいて隣り合う半導体素子の間の幅を従来のダイシング工法の場合よりも狭くすることができる。

特開２０１３－８９６２２号公報

ウエハに半導体素子を形成する工程では、ウエハの一方の面（第１面）の表層に半導体素子の機能を実現する構造（トレンチや電極など）を形成し、他方の面（第２面）を研削する。通常、半導体素子の機能を実現する主たる構造（トレンチやゲート電極）を先に第１面に形成してから第２面を研削する。第２面を研削する際、第１面に接着剤を塗布し、ウエハを支持板に取り付ける。第１面には半導体素子の機能を実現する主たる構造が形成されているため、第１面に比較的に厚く接着剤を塗布し、ウエハを支持板に取り付ける。厚い接着層は第１面の構造を保護する保護層としても機能する。ウエハに垂直クラックを形成してから厚い接着層を剥がそうとすると、接着剤の粘着性によりウエハ内部に比較的に大きな応力が発生し、垂直クラックがさらに広がりウエハがダメージを受けるおそれがある。本明細書は、ウエハと支持板を接着して第２面を研削する工程の後にスクライブアンドブレイク工法によってウエハから半導体素子を分離する製造方法において、接着剤を除去する際に垂直クラックが広がってしまうことを防止する技術を提供する。

本明細書が開示する製造方法は、研削工程、スクライブ工程、支持板取り外し工程、ブレイク工程、除去工程を備える。研削工程では、複数の半導体素子（３）が形成されたウエハ（２）の第１面（２ａ）を、接着剤（１１）を介して支持板（１２）に取り付け、ウエハの第２面（２ｂ）を研削する。スクライブ工程では、隣り合う半導体素子の境界に沿ってウエハにスクライブホイール（３２）を押し当て、境界に沿ってウエハの内部に垂直クラック（５）を形成する。支持板取り外し工程では、接着剤を残したままウエハから支持板を外す。ブレイク工程では、境界に沿って接着剤の上からウエハにブレイクバー（３３）を押し当てて境界に沿ってウエハを劈開する。除去工程では、ウエハから分離した半導体素子から接着剤を除去する。

この製造方法では、第１面の接着剤を除去せずに接着剤の上からブレイクバーをウエハに押し当ててウエハを劈開させる。ウエハから半導体素子を分離してから接着剤を除去する。それゆえ、接着剤を除去する際には既に垂直クラックに沿ってウエハを劈開させているので、接着剤を除去する際に垂直クラックが広がることが無い。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

ウエハの平面図である。 研削工程を説明する図である（１）。 研削工程を説明する図である（２）。 スクライブ工程を説明する図である。 支持板取り外し工程を説明する図である（１）。 支持板取り外し工程を説明する図である（２）。 ブレイク工程を説明する図である。 除去工程を説明する図である。

図面を参照して実施例の製造方法を説明する。図１は、複数の半導体素子３が格子状に形成されたウエハ２の平面図である。図１では、半導体素子３を実線の矩形で模式的に表してある。いくつかの実線矩形には符号「３」を付することを省略した。説明の便宜上、隣り合う半導体素子３の間の境界であって後にウエハ２を個々の半導体素子３に分割する際の分割線をスクライブ線４と称する。実施例の場合、スクライブ線４は、実際にウエハ２の上に記された線ではなく、仮想的な線である。スクライブ線４は、目視で確認できるようにするために、実際にウエハ２の上に描かれた線や溝であってもよい。図１では、スクライブ線４を一点鎖線で表してある。ウエハ２から分離された個々の半導体素子３が半導体装置に相当する。半導体素子３は、トランジスタやダイオードなどの機能を有する素子である。

ウエハ２の材料は、ＳｉＣ、ＧａＮなど、半導体材料であればよいが、結晶面が形成される半導体材料であることが望ましい。ウエハ２は、結晶面がウエハ表面に対して垂直となるように形成されている。また、複数の半導体素子３は、ウエハの平面視においてスクライブ線４（隣り合う半導体素子３の境界）が結晶面と一致するように形成される。

図２以降では、図１のII－II線に沿った断面を参照しつつ半導体装置（半導体素子３）の製造方法を説明する。説明の便宜上、図１のII－II線と重なる半導体素子を、左側から半導体素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと称する。

実施例の製造方法は、研削工程、スクライブ工程、支持板取り外し工程、ブレイク工程、除去工程を含んでいる。

（研削工程）図２、３を参照しつつ研削工程を説明する。説明の便宜上、ウエハ２の両面のうち、ゲートやチャネルなど、表層に半導体素子３ａ、３ｂの主要構造６が形成されている側を第１面２ａと称し、その反対側の面を第２面２ｂと称する。ウエハ２は後に薄板化されるが、図２ではウエハ２が薄板化前であることを図示するために、図３より厚く描いてある。

図２、３（及び後述する図４）は、第１面２ａを下にしてウエハ２が描かれている。ウエハ２の内部にスクライブ線４を破線で図示してある。左側のスクライブ線４の左側が半導体素子３ｄに相当し、中央のスクライブ線４の左側が半導体素子３ｃに相当し、中央のスクライブ線４の右側が半導体素子３ｂに相当し、右側のスクライブ線４の右側が半導体素子３ａに相当する。半導体素子３ａ－３ｄを区別なく表すときには「半導体素子３」と総称する。

本実施例においては、半導体素子３の具体的な内部構造の図示と説明は割愛する。ただし、理解を助けるために、図において、半導体素子３の内部に形成されるチャネルやゲート電極などの主要構造６（半導体素子の機能を実現するために必要な構造のうちの主要な構造）にはウエハ２の他の部分とは異なるハッチングを付した。主要構造６は、ウエハ２の第１面２ａの側の表層に形成される。第２面２ｂには、何も形成されないか、あるいは、電極などの簡単な構造が形成される。

研削工程では、ウエハ２の第１面２ａを、接着剤１１を介して支持板１２に取り付け、ウエハ２の第２面２ｂを研削砥石３１で研削する（図３参照）。研削によって、ウエハ２は薄板化される。図３では、図２よりウエハ２が薄くなっている。

用いられる接着剤１１は、例えばシリコン系接着剤であり、ウエハ２を支持板１２に接着する機能に加えて、ウエハ２の第１面２ａに形成された主要構造６を保護する機能も担っている。それゆえ、接着剤１１は、比較的に厚く塗布される。図示は省略しているが、主要構造６の表面を含む第１面２ａには様々な起伏が形成されているが、接着剤１１は起伏の凹部にも入り込み、接着剤１１は第１面２ａと密着する。また、接着剤１１は、紫外光が照射されると表層が硬化して粘着性を失う特性を有している。

（スクライブ工程）研削工程に続いて、スクライブ工程が実施される。図４を参照してスクライブ工程を説明する。ウエハ２は、接着剤１１を介して第１面２ａが支持板１２に取り付けられている。スクライブ工程では、支持板１２に取り付けられたままのウエハ２を利用する。スクライブ工程では、スクライブ線４（隣り合う半導体素子３の境界）に沿ってウエハ２の第２面２ｂの側からスクライブホイール３２を押し当て、スクライブ線４に沿ってウエハ２の内部に垂直クラック５を形成する。

ウエハ２は接着剤１１を介して支持板１２に固定されている。それゆえ、スクライブホイール３２をスクライブ線４に沿って移動させてもウエハ２は動かない。また、スクライブホイール３２をウエハ２に強く押し当てても接着剤１１が主要構造６を保護する。

スクライブホイール３２は円板状の部品であり、支持装置（不図示）に軸支されている。スクライブホイール３２をウエハ２に押し付けつつスクライブ線４に沿って移動させる。移動の際、スクライブホイール３２は、路面上を転がるタイヤのようにウエハ２の上を滑ることなく転がる。スクライブホイール３２は、周縁のエッジは鋭いがウエハ２を切ることはなく、第２面２ｂの側からウエハ２に押し付けられるだけである。先に述べたように、スクライブ線４はウエハ２の結晶面に沿っており、スクライブホイール３２を強く押し当てるとスクライブ線４に沿ってウエハ２の内部に垂直クラック５が生じる。「垂直クラック」は、ウエハ２の表面に対して垂直に拡がるクラックを意味する。別言すれば、垂直クラック５は、ウエハ２の結晶面に沿って拡がる。

（支持板取り外し工程）スクライブ工程に続いて支持板取り外し工程が実施される。図５、６を参照して支持板取り外し工程を説明する。なお、図５以降は、第１面２ａを上にしてウエハ２が描かれていることに留意されたい。取り外しの前にウエハ２の第２面２ｂにはダイシングテープ１３が貼り付けられ、図示は省略しているがダイシングリングに固定される（図５）。

支持板取り外し工程では、接着剤１１を残したままウエハ２から支持板１２を外す。先に述べたように、接着剤１１は紫外線照射により表層１１ａが硬化し、表層１１ａの表面は接着力を失う。また、支持板１２は透明なガラスで作られている。透明な支持板１２を通して接着剤１１に紫外線を照射する（図５）。そうすると、接着剤１１の表層１１ａが硬化するとともに表面（表層１１ａの表面）が接着力を失う。それゆえ、支持板１２が簡単にウエハ２から外れる（図６）。

接着剤１１として熱硬化型の接着剤を用いてもよい。その場合、支持板１２は透明でなくてもよい。接着剤１１の表層１１ａを温めることで接着力を失わせ、接着剤１１から支持板１２を取り外してもよい。

（ブレイク工程）支持板取り外し工程に続いてブレイク工程が実施される。図７、８を参照してブレイク工程を説明する。ブレイク工程では、スクライブ線４に沿ってブレイクバー３３を押し当て、スクライブ線４に沿ってウエハ２を劈開させる。

図７はブレイクバー３３を押し当てる前の断面を示している。接着剤１１の表面（表層１１ａの表面）には別の保護シート１５が貼り付けられる（図７）。

図７では、ウエハ２に押し当てられたブレイクバー３３を仮想線（二点鎖線）で描いてある。ブレイクバー３３は、ウエハ２の直径と同等の長さを有しており、スクライブ線４の全長にわたってウエハ２に押し当てられる。ウエハ２の内部では、スクライブ線４に沿って垂直クラック５が形成されている。ブレイクバー３３がウエハ２に強く押し当てられると、垂直クラック５が結晶面に沿ってさらに広がり、ウエハ２は、スクライブ線４に沿って劈開する（図８参照）。図８では、垂直クラック５のいくつかの痕跡に符号「５ａ」が付してある。

ブレイクバー３３は、接着剤１１と保護シート１５の上からウエハ２に押し付けられる。ブレイクバー３３が押し付けられるとウエハ２が劈開すると同時に、接着剤１１と保護シート１５もスクライブ線４に沿って分断される。図８は、ブレイクバー３３を押し当てた後であって、ウエハ２がスクライブ線４に沿って劈開し、接着剤１１と保護シート１５も分断され、ウエハ２が個々の半導体素子３ａ－３ｄに分割された断面を示している。

（除去工程）ブレイク工程に続いて除去工程が実施される。除去工程では、ウエハ２から分離した半導体素子３から接着剤１１を除去する。図８には、半導体素子３ｃからダイシングテープ１３が剥がされ、さらに接着剤１１と保護シート１５が除去された様子が描かれている。接着剤１１は、例えば溶剤によって溶かされ、半導体素子３ｃから除去される。他の半導体素子３ａ、３ｂ、３ｄからも接着剤１１と保護シート１５が除去される。

以上の通り、実施例の製造方法によれば、ウエハ２に接着剤１１が塗布された後に垂直クラック５が形成され、接着剤１１を半導体素子３から除去する前にウエハ２が個々の半導体素子３に分離される。接着剤１１を除去する際に垂直クラック５が広がってしまうことが防止される。

実施例の製造方法の他の特徴を挙げる。支持板取り外し工程では、接着剤１１の表層１１ａを硬化させて接着剤１１から支持板１２を外す。支持板１２が簡単に外れるとともに、ブレイク工程においてブレイクバー３３が接着剤１１で汚染されることが防止される（少なくとも接着剤１１によるブレイクバー３３の汚染が低減される）。

ブレイク工程では、接着剤１１の表面に保護シート１５を貼着してからブレイクバー３３をウエハ２に押し当てる。保護シート１５によって、より効果的に、ブレイクバー３３が接着剤で汚染されることが防止される。

なお、保護シート１５は無くてもよい。その場合、支持板取り外し工程において、強力な粘着テープを用いてウエハ２から接着剤１１を除去してもよい。すなわち、接着剤１１の表面に粘着テープを貼り付け、粘着テープとともに接着剤１１をウエハ２から剥がしてもよい。

実施例で説明した技術の留意点を述べる。スクライブホイール３２とブレイクバー３３は、いずれも、ウエハ２を切断（切削）しない。スクライブ３２はウエハ２の内部に垂直クラック５を生じさせ、ブレイクバー３３は垂直クラック５を拡げてウエハ２を劈開させる。スクライブホイール３２とブレイクバー３３は、上記の機能を実現するものであれば、どのような材料で作られてもよく、また、どのような形状であってもよい。

垂直クラック５は、ウエハ２の第１面２ａと第２面２ｂの一方にまで達していてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：ウエハ ２ａ：第１面 ２ｂ：第２面 ３：３ａ－３ｄ：半導体素子 ４：スクライブ線 ５：垂直クラック ６：主要構造 １１：接着剤 １１ａ：表層 １２：支持板 １３：ダイシングテープ、１５：保護シート ３１：研削砥石 ３２：スクライブホイール ３３：ブレイクバー

Claims (3)

1. 半導体装置の製造方法であって、
   複数の半導体素子（３）が形成されたウエハ（２）の第１面（２ａ）を、接着剤（１１）を介して支持板（１２）に取り付け、前記ウエハの第２面（２ｂ）を研削する研削工程と、
   隣り合う前記半導体素子の境界（４）に沿って前記ウエハにスクライブホイール（３２）を押し当て、前記境界に沿って前記ウエハの内部に垂直クラック（５）を形成するスクライブ工程と、
   前記接着剤を残したまま前記ウエハから前記支持板を外す支持板取り外し工程と、
   前記境界に沿って前記接着剤の上から前記ウエハにブレイクバー（３３）を押し当てて前記境界に沿って前記ウエハを劈開するブレイク工程と、
   前記ウエハから分離した前記半導体素子から前記接着剤を除去する除去工程と、
   を備えている、製造方法。
2. 前記支持板取り外し工程では、前記接着剤の表層（１１ａ）を硬化させて前記接着剤から前記支持板を外す、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記ブレイク工程では、前記接着剤の表面に保護シートを貼着してから前記ブレイクバーを押し当てる、請求項１または２に記載の製造方法。