(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体基板の一方の主面側に設けられる第２導電型ベース領域により形成される順耐圧用接合と、他方の主面側に設けられる第２導電型コレクタ層により形成される逆耐圧接合とを有し、この順耐圧用接合と逆耐圧用接合の両端面を一方の主面に配置し保護するために、前記一方の主面の前記第２導電型ベース領域を取り巻く耐圧構造部の外側の表面から前記半導体基板内部に形成される第２導電型半導体領域と、該ｐ型半導体領域の底部に達する深さに他方の主面から形成されるエッチング溝と、該エッチング溝により形成される傾斜面に沿って形成され、前記第２導電型コレクタ層に接続される第２導電型分離拡散層とを有する半導体基板を、前記一方の主面側にレーザー光を透過するテープを貼付した後、前記エッチング溝の底部基板に前記一方の主面側からレーザー照射し、該レーザー照射により発生するクラックを起点とする壁開により分割しチップ化することを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記傾斜面がアルカリエッチングにより形成される結晶面であることを特徴とする請求項１記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記レーザー照射は、１．０μｍを超える波長を有するレーザー照射であり、前記エッチング溝の底部から５乃至５０μｍの基板内部に焦点を合わせることを特徴とする請求項１記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記エッチング溝の底部から１０乃至３０μｍの基板内部に焦点を合わせることを特徴とする請求項３記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記一方の主面および前記他方の主面が（１００）面であり、前記エッチング溝により形成される傾斜面が（１１１）面であることを特徴とする請求項２記載の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置などに使用される絶縁ゲート型半導体装置の製造方法に関し、特に、双方向の耐圧特性を有する逆阻止型デバイスにおける分離拡散層の形成プロセスおよびダイシング工程にかかる製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆阻止型の半導体装置においては、順阻止能力と同等の逆阻止能力が要求される。この逆阻止型半導体装置とは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）に代表されるデバイスのように、もともと順耐圧接合、逆耐圧接合の両方のｐｎ接合を有しているデバイスに対して、従来は順逆両接合の耐圧特性の信頼性を同時に保証することが容易ではなかったために敢えて付けられた呼称である。以下の説明では、逆阻止と逆耐圧とを同義語として扱うことにする。ＩＧＢＴが交流回路でスイッチング素子などとして使用される際には、逆耐圧はスイッチング素子にシリーズに接続される別個のダイオードによって負担される回路構成にされていた。従って、スイッチング素子としては順耐圧特性だけの信頼性があればよいので、逆耐圧接合の信頼性を有効にするデバイス設計を省略してコストダウンを優先させる作り方で製造されていた。しかし、回路側からのコストダウンアイテムとして逆耐圧用ダイオードを省略するために、ＩＧＢＴの逆耐圧（逆阻止電圧）も高信頼性を有する逆阻止型ＩＧＢＴを要請されるようになった。
【０００３】
そのような逆阻止型の絶縁ゲート型半導体装置としては、例えば、図５の半導体基板の端部断面図に示す逆阻止型ＩＧＢＴがある。この逆阻止型ＩＧＢＴでは、逆阻止（逆耐圧）能力を高信頼性にするために、半導体基板１の裏面側近傍にある逆阻止用ｐｎ接合２０を表面側に延在させ、逆阻止用接合端面を順阻止用接合端面と同一の表面側の絶縁膜で保護する構造としている。このｐｎ接合２０を表面に延在させるためのｐｎ接合２１の形成に必要な拡散層が、半導体基板の両主面間にほぼ跨るような深さで形成されるｐ型拡散分離層２２である。
【０００４】
しかし、このような深い拡散は高温長時間拡散を伴うので、高耐圧になるほど耐圧特性を劣化させ易いことが知られている。図５の逆阻止型ＩＧＢＴに記されたデバイス構造のうち、前記説明に無い符号を以下説明する。符号３はｐベース領域、４はｎ＋エミッタ領域、５はゲート絶縁膜、６はゲート電極、７は層間絶縁膜、８はガードリング、９はフィールドプレート、１０はフィールド絶縁膜をそれぞれ示す（特許文献１、２、３）。
【０００５】
また、図６に示すように、ダイシングブレードにより分割した切断面２１ａにイオン注入およびレーザーアニールすることにより前記ｐ型分離拡散層２２ｂを高温長時間拡散せずに形成する方法も知られている（特許文献１）。
【０００６】
またさらに、前述の高温長時間拡散を回避する異なる方法として、図７のＩＧＢＴの断面図に示すように、ｐ型分離拡散層２２ｂを、アルカリエッチングにより形成した（１１１）面からなる傾斜面２３へのボロンのイオン注入により、高温長時間拡散せずに形成する方法も知られている（特許文献３）。さらに表面側から形成したアルカリエッチング溝の傾斜面に拡散分離層を形成した後、このエッチング溝の底部へのレーザー照射によりダイシングを行うという記載もある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１７７０３９号公報（００２４〜００２７段落、図７、図１）
【特許文献２】特開２００６−１５６９２６号公報（００４３段落、００９６段落、図２６）
【特許文献３】特開２００６−３０３４１０号公報（００４４段落）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述の特許文献１の記載のように、図３に示す半導体基板の裏面側にダイシングテープ２５を貼り付け、基板１の表面側からの図示しないブレードダイシングにより半導体基板１を分割しチップ化する場合、ダイシングと同時に切断面２１ａにクラック３０またはチッピング３１が深さ数１０μｍレベルで入ることが多い。そのため、このクラック３０、チッピング３１に起因するリーク電流を発生させないようにするためには、ダイシング面の全領域にクラック３０、チッピング３１の最大深さ以上の深さに不純物を分布または拡散させ活性化させて分離拡散層２２ｃとしなくてはならない。しかし、ダイシングによるクラック３０が多量に入っているダイシング切断面２１ａに、１０μｍ以上の深さに不純物を精密に制御して分布または拡散させることは、非常に難しく、量産プロセスとして採用することは困難である。
【０００９】
また、前述の特許文献２、３の記載のように、結晶方位の差異によりエッチング速度の異なる湿式のアルカリエッチングにより半導体基板の裏面側から（１１１）面を有する溝を形成するプロセスでは、クラックやチッピングの無いダメージレスな傾斜結晶面が得られる。例えば、図２に示すように、結晶面（１００）を主表面とする半導体基板にエッチング溝２７を形成する場合、表面側に半導体機能領域の形成後、裏面側から（１００）面に対して１２５°傾斜した（１１１）面からなる傾斜面２３を有する凹部状の溝２７がアルカリエッチングにより形成される。さらに、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような（１１１）面からなる傾斜面２３に沿って分離拡散層２２ｂを形成した後、裏面側にダイシングテープ２５が貼り付けられ、表面側から溝２７の底部２６を、図示しないダイシングブレードで高速切断しチップに分割する工程が実施される。しかし、このダイシングブレードによる高速切断の際、溝底部２６の基板は厚さが薄く強度が低いためチッピング３１（小さい欠け、割れ）が多数発生し易い。しかも発生したチッピング３１の先端が分離拡散層２２ｂの近傍に、さらには分離拡散層２２ｂを超えて、より内部へ侵入することが多くあり、リーク電流の増大や耐圧低下の原因になり易いという問題がある。
【００１０】
本発明は、以上説明した点を考慮してなされたものである。本発明の目的は、エッチング溝を利用して、逆耐圧接合の接合端面を表面に延在させるための分離拡散層を形成した後、このエッチング溝の底部の薄板部を高速ダイシングしてもチッピングの発生を抑制し電気特性不良を少なくすることができる絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記本発明の目的を達成するために、ｎ型半導体基板の一方の主面側に設けられるｐ型ベース領域により形成される順耐圧用接合と、他方の主面側に設けられるｐ型コレクタ層により形成される逆耐圧接合とを有し、この順耐圧用接合の端面と逆耐圧用接合の両端面を一方の主面に配置し保護するために、前記一方の主面の前記ｐ型ベース領域を取り巻く耐圧構造部の外周側の表面から前記半導体基板内部に形成されるｐ型半導体領域と、該ｐ型半導体領域の底部に達する深さに他方の主面から形成されるエッチング溝と、該エッチング溝により形成される傾斜面に沿って形成され、前記ｐ型コレクタ層に接続されるｐ型分離拡散層とを有する半導体基板を、前記一方の主面側にレーザー光を透過するテープを貼付した後、前記エッチング溝の底部基板に前記一方の主面側からレーザー照射し、該レーザー照射により発生するクラックを起点とする壁開により分割しチップ化する絶縁ゲート型半導体装置の製造方法とする。前記傾斜面がアルカリエッチングにより形成される結晶面であることがより好ましい。前記レーザー照射は、１．０μｍを超える波長を有するレーザー照射であり、前記エッチング溝の底部から５乃至５０μｍの基板内部に焦点を合わせることが好ましい。前記エッチング溝の底部から１０乃至３０μｍの基板内部に焦点を合わせることがより好ましい。さらに、前記一方の主面および前記他方の主面が（１００）面であり、前記エッチング溝により形成される傾斜面が（１１１）面であることがいっそう好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、エッチング溝を利用して、逆耐圧接合の接合端面を表面に延在させるための分離拡散層を形成した後、このエッチング溝の底部の薄板部を高速ダイシングしてもチッピングの発生を抑制し電気特性不良を少なくすることができる絶縁ゲート型半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかるレーザーダイシングプロセス直後のウエハの断面図である。
【図２】半導体基板のエッチングパターンを示す平面図（ａ）と、（ａ）のＡ−Ａ’線断面図と、最終ウエハプロセスであるダイシングプロセス直後のウエハの断面図（ｃ）である。
【図３】実施例１−７および比較例１−４に示すレーザーを照射する時もしくはブレードダイシングを行うときの半導体基板の要部断面図である。
【図４】本発明にかかる、（１００）面を主表面とする半導体基板のステレオ投影図である。
【図５】従来の、高温長時間熱拡散により形成された分離拡散層を有するＩＧＢＴの端部断面図である。
【図６】従来の、主面に垂直にダイシングカットされた面に分離拡散層が形成されたＩＧＢＴの端部断面図である。
【図７】従来の、裏面からのアルカリエッチングにより分割された傾斜面に分離拡散層が形成されたＩＧＢＴの断面図である。
【図８】シリコン基板に照射するレーザー光の波長と透過率の関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明にかかる絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、半導体基板の一方の主面を表面と、半導体基板の他方の主面を裏面として以下説明する。なお、以下の実施例の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。
【００１５】
本発明にかかる絶縁ゲート型半導体装置の半導体機能領域である半導体拡散領域、ゲート絶縁膜、電極膜などを作製する方法は従来の方法と同じであるので、詳細な説明を省くことにする。以下の説明では、本発明の特徴部分である半導体基板をチップ化するための方法を中心に説明する。
【００１６】
Ｓｉ（シリコン半導体）のような単結晶の脆性材料では、一般的に結晶面に沿って壁開させると、清浄で、かつチッピング（欠け）などの影響の少ない面が得られる。一方、図４に示す半導体基板の（１００）面のステレオ投影図から分かるように、矩形にチップ化するための切断面は、（１１１）側壁面と平行な（１１０）面になるので、この（１１０）面での壁開をチップ化のための切断に利用することができる。また、（１１１）側壁面を有するエッチング溝底部２６の基板は薄板化されているため、この薄板のところで壁開させることは比較的容易である。従って、エッチング溝底部２６の基板表面または基板内部に、壁開のきっかけとなるクラックを高い位置精度で作ることができれば、その後に、基板に貼り付けられているテープを伸張させることで簡単に壁開でき、チップ化できる。
【００１７】
一方、図８に示すように、シリコン半導体基板（シリコン基板）に対するレーザー光の波長と透過率の関係は、波長１．０μｍ以下ではほぼ透過せず吸収され、波長１．１μｍで透過率が約１０％、波長１．２μｍで透過率が約１５％、波長１．５μｍで透過率が約２０％と急上昇していることが分かる。すなわち、波長１．０μｍ以下のレーザー照射の場合、シリコン基板内部へのレーザー光によるダメージを最小限に抑えて壁開に利用するクラック以外のクラックの発生をできるかぎり少なくするために、その焦点を基板表面に設定することが好ましい。また、波長が１．０μｍを超える波長のレーザー照射では、その焦点を裏面側のエッチング溝底部から基板内部へ深さ５０μｍ以内、好ましくは３０μｍ以内のシリコン基板内に設定することが好ましい。前述の２種類の波長のレーザー照射によるレーザーダイシング方法について、以下説明する。
【００１８】
１．０μｍ以下の波長のレーザー照射の場合（第１の方法）、半導体基板にエッチング溝２７を含む半導体機能領域を形成した後、図１（ａ）に示すように、エッチング溝２７の開口部がある裏面側にテープ２５を貼付する。その後、１．０μｍ以下の波長のレーザー光を基板表面側から照射する。その際のレーザー照射の焦点を、半導体基板の表面に設定して、スクライブライン５０（図２）上を走査する。この第１の方法の場合、レーザー光としては、ＹＡＧレーザーの第二高調波（５３２ｎｍ）やエキシマーレーザー、もしくは半導体レーザーを使用し、０〜５，０００ｎ秒遅延時間を設けて、その強度を２．０Ｊ／ｃｍ２以上としてダイシングすることが好ましい。この方法により、半導体特性への悪影響無しにクラックが形成され、チップ化が可能になる。
【００１９】
１．０μｍを超える波長のレーザー照射の場合（第２の方法）、半導体基板にエッチング溝２７を含む半導体機能領域を形成した後、図１（ｂ）に示すように、半導体基板の表面側に１．０μｍを超える波長のレーザー光を透過するテープ２５を貼付する。次に、１．０μｍを超える波長のレーザー光を表面側からテープ２５越しに照射する。その際のレーザー照射の焦点を、エッチング溝底部から基板内部に深さ５〜５０μｍの範囲内に設定して、スクライブライン５０（図２）上を走査する。この第２の方法の場合、レーザー光としては、シリコン基板に対する透過率の大きいＹＡＧレーザーの１．０６４μｍ、１．３２０μｍ、１．４４μｍなどの赤外域の波長を使用し、０〜５，０００ｎ秒遅延時間を設けて、その強度を２．０Ｊ／ｃｍ２以上としてダイシングすることが好ましい。この方法によっても半導体特性への悪影響無しにクラックが形成され、チップ化が可能になる。この場合、レーザー照射の焦点は基板内部でありテープに対しては透過性が高いので、テープは熱で切断されることなく基板保持能力を維持する。
【００２０】
これらの第１，２の方法のレーザー照射により焦点部に発生したクラックを半導体基板に垂直な方向のみに進展させて壁開して、半導体基板を半導体チップに分割させる。この分割方法をさらに詳細に説明する。前述のクラックの進展による壁開後、貼り付けたテープ２５によりバラバラにならないように保たれている半導体基板を中心から外周部の全方位に向けて均等にテープを引き伸ばすことにより半導体チップとして分離分割させることができる。
【００２１】
さらに異なるチップ化方法として、レーザー照射後に、半導体基板に超音波を当てる方法、レーザー照射部にステンレス、Ａｌなどの金属材料からなる治具で叩いたりするなどの物理的な刺激を加えてクラックを進展させたりする方法などもある。ただし、本発明にかかるチップ化では、レーザー照射部のエッチング溝底部の基板厚がエッチングで、エッチング前の厚さ２００μｍから数１０μｍ〜１００μｍ程度にまで薄くされているため、物理的な刺激を加えると、却って新たなチッピングが発生するおそれがある。従って、物理的な刺激を加える際には、刺激の大きさに細心の注意を払う必要がある。
【００２２】
また、Ｓｉ半導体は赤外域での光の屈折率が３．５程度と大きいため、レーザー照射の際に焦点を結ばせるには、ＮＡ（開口数）値の大きなレンズを必要とするだけでなく、レンズと基板間の距離を小さくする必要がある。そのためには、レンズと基板間の距離の小さい半導体基板の表面側からレーザー照射することが好適である。このようにすることにより屈折率の高いＳｉ半導体基板を通過する距離が短くなり焦点をより正確な位置に絞れるため、クラックが安定して生成し、深さ方向の位置を安定させ易くすることができる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の絶縁ゲート型半導体装置の製造方法について、特にダイシング方法に関して条件を変えた実験を行い、本発明にかかる実施例および比較例として評価した結果について説明する。
【００２４】
本発明にかかる実施例および比較例には逆阻止型ＩＧＢＴを用いて評価をした。この逆阻止型ＩＧＢＴを製造するための投入ウエハとして、全厚が２００μｍの半導体基板を用いた。図１の断面図に示すように、ウエハプロセスの終了時には、この実施例および比較例に用いた逆阻止型ＩＧＢＴはアルカリエッチングにより半導体基板の溝２７底部の基板厚が約１００μｍにされている。このような逆阻止型ＩＧＢＴのウエハプロセスを終了したウエハをチップ化するために、ダイシングの種類、レーザー波長、レーザー照射の焦点位置、ダイシング速度などの条件を変える実験を行った。下記表１の実施例１〜７および比較例１〜４の各欄に、前記条件変更した内容および評価結果（良品率）について記載した。良品率は、レーザー照射ダイシングにより得られた２００チップについて、耐圧および外観不良を差し引いた良品の割合を示した。良品率は９５％以上あれば、量産に採用される製造方法として好適である。
【００２５】
【表１】
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表１に示す試験から、他の条件は同じでダイシング速度のみ変更した実施例１と２では、良品率は両方とも９５％以上あり、量産に採用するプロセスとして十分であると考えた。実施例２では良品率が４％下がるだけで、ダイシング速度を１００ｍｍ／ｓｅｃ．から２５０ｍｍ／ｓｅｃ．へ上げることができ、高い製造効率が得られるので好ましい。実施例３〜６ではダイシング速度は１００ｍｍ／ｓｅｃ．で一定で、レーザー照射の焦点を溝底部側（裏面側）から基板内部へ６μｍ〜４０μｍの範囲で深い位置とする条件で、いずれも表面側からのレーザー照射で行ったものである。これらの実験結果ではいずれも９５％以上の良品率があるが、特に焦点が裏面側から２５μｍの時最も良品率が高く好ましいことを示している。実施例７では、焦点を前述の２５μｍに固定してダイシング速度を２５０ｍｍ／ｓｅｃ．に高くした条件である。その結果は実施例７のレーザーダイシング速度は１００ｍｍ／ｓｅｃ．より２５０ｍｍ／ｓｅｃ．の方が良品率が４％高いことを示している。生産効率を優先するならば、実施例７の条件が有利である。
【００２６】
一方、比較例１および比較例２はレーザー照射ではなくブレードダイシングとしたものである。このブレードダイシングでは、チッピングが多く、耐圧不良および外観不良品が多く、良品率は９２％と５３％であった。特に、切断スピードを１００ｍｍ／ｓｅｃ．から２５０ｍｍ／ｓｅｃ．に上げるとその影響で不良が増大する傾向が顕著に認められた。実施例１〜７のレーザーダイシングでは、スピードを上げても顕著な良品率の悪化は認められないことが分かる。
【００２７】
しかしながら、比較例３および４のように、ダイシングに１０６４ｎｍの波長のレーザー照射を用いても、半導体基板の溝底部の最表面近傍または深い位置（裏面側（中空部側）２μｍ、または溝底部から７０μｍの深さ）に焦点を結ばせようとした場合は、半導体基板表面へのダメージが発生し、外観不良が増す傾向があった。クラックの発生位置から基板表面または裏面へのクラックの進展長さが長いと、外観不良が増えるためと考えられる。
【００２８】
表１全体から、焦点位置は、エッチング溝底部から基板内部へ深さ５〜５０μｍの範囲内であることが好ましく、深さ１０〜３０μｍの範囲内に設定することがより好ましいことが分かる。
【００２９】
本発明は、逆阻止型ＩＧＢＴに限らず、その他の逆阻止型デバイスや双方向型デバイス、または分離拡散層の形成を伴うＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタ、ＭＯＳ型サイリスタなどの絶縁ゲート型半導体装置にも適用できる。
【００３０】
以上の実施例の説明した分離拡散層の形成工程とレーザー照射による半導体基板の分割工程を含む絶縁ゲート型半導体装置の製造方法によれば、接合を横切る方向に進展するクラックの発生がほとんど無いレーザーダイシングとすることができるので、耐圧高信頼性を有する逆阻止能力が可能になり、量産性に優れた逆阻止ＩＧＢＴを安価に実現できる。
【符号の説明】
【００３１】
１    半導体基板
２    コレクタ層
３    ｐベース層
４    ｎエミッタ層
５    ゲート絶縁膜
６    ゲート電極
７    層間絶縁膜
８    ガードリング
９    フィールドプレート
１０  フィールド絶縁膜
２０  コレクタ接合、逆耐圧接合
２１  切断面
２２  分離拡散層
２３  傾斜面
２５  貼付テープ、ダイシングテープ
２６  溝底部
２７  溝
３０  クラック
３１  チッピング
５０  スクライブライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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