(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体基板を薄型化しても半導体基板に割れやクラックが生じない半導体装置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、能動素子１１が形成された半導体基板１０の表面側１０１に溝１２を形成し、前記溝１２に金属１３または樹脂を充填した後に、前記半導体基板１０の板厚が前記溝１２深さよりも薄くなるまで前記半導体基板１０の裏面１０２を研削することを特徴とする。【選択図】図３
2011159838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動素子が形成された半導体基板の表面側に溝を形成し、前記溝に金属または樹脂を充填した後に、前記半導体基板の板厚が前記溝の深さよりも薄くなるまで、前記半導体基板の裏面を研削することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記溝は、前記半導体基板の周縁部に沿って形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記溝は、前記半導体基板において前記能動素子が複数形成されている能動素子領域の周縁部に形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記溝は、前記半導体基板に形成された前記能動素子のそれぞれの周縁部に形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記溝に充填される金属または樹脂は、前記半導体基板の表面から突出して充填されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板の表面から突出した部分は、前記溝の幅より広いことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
表面側に能動素子が形成された半導体装置であって、前記表面側に溝を有し、前記溝に金属または樹脂が充填されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の薄型化を図る半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、特には、半導体基板の裏面を研削して薄型化を図る半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などのモバイル機器の小型、薄型化を目指して、デバイスの更なる小型化が求められている。このような要求に応えるため、従来平面状に配置していた半導体チップを、厚み方向に積み上げる３次元積層デバイスが開発されている。この３次元積層デバイスに用いられる積層用の半導体装置は、成膜、フォトリソグラフィー、イオン注入などの工程を経て、半導体基板に能動素子を形成する点は従来の方法と変わらないが、積層後の半導体装置全体の厚みを薄くするためには、半導体基板の一方の面に能動素子を形成した後、半導体基板の能動素子形成面（表面）に対向する裏面を研磨または研削する薄型化工程が必要となる。ところが、従来の研削方法では、半導体基板の外周端部がナイフエッジ状になり、外周端部から割れやクラックが発生する場合があった。
【０００３】
図９は、特許文献１における半導体装置の製造方法を示す図である。特許文献１には、図９（ａ）に示すような能動素子８１が形成された半導体基板８０の表面側における外周の面取り部８２と平坦部８３との境界に、図９（ｂ）に示すように切り込み８４を形成した後に、図９（ｃ）及び図９（ｄ）に示すように半導体基板８０の板厚が上記切り込み深さＷよりも薄くなるまで裏面研削を行うことにより、平坦部８３を形成する方法が示されている。
【０００４】
図１０は、特許文献２における半導体装置の平面図および断面図である。特許文献２には、能動素子９１が形成された側の第１の面９２と、この第１の面とは反対側の第２の面９３とを有する半導体基板９０の外周端部に、第１の面９２が第２の面９３よりも広がる傾斜部９４を形成し、第２の面９３から研削する方法が示されている。この方法によれば、能動素子９１が形成された側の面が広くなっているので、半導体基板９０を安定に保持することができ、薄型化工程においてガタつきが少なく、物理的接触又は衝撃などによる半導体基板９０の周囲での割れやクラックを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７３９６１号公報
【特許文献２】特開２００４−３６３１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の半導体装置の製造方法においては、能動素子８１の形成された面の反対側の面が、裏面研削を進めるにつれて端面が極めて薄くなり、この薄い部分が研磨の衝撃によって割れたり、段差部分で急激な衝撃や過重がかかり、半導体基板８０に割れやクラックが生じる可能性がある。この結果、半導体装置の特性劣化を招くという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２の半導体装置の製造方法においては、半導体基板９０の外周端部に傾斜部９４を設ける加工は研磨角度を一定に保つのが難しく、また、傾斜部９４を設けることにより、半導体基板の外周端部に鋭角になる部分が存在し、この部分が研磨の衝撃や過重によって割れやクラックが生じる可能性があり、半導体装置の特性劣化を招く虞があった。
【０００８】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は半導体基板を研削し、薄型化しても半導体基板に割れやクラックが生じない半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、能動素子が形成された半導体基板の表面側に溝を形成し、前記溝に金属または樹脂を充填した後に、前記半導体基板の板厚が前記溝の深さよりも薄くなるまで前記半導体基板の裏面を研削することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記溝は、前記半導体基板の周縁部に沿って形成することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記溝は、前記半導体基板において前記能動素子が複数形成されている能動素子領域の周縁部に形成することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記溝は、前記半導体基板に形成された前記能動素子のそれぞれの周縁部に形成することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記溝に充填される金属または樹脂は、前記半導体基板の表面から突出して充填されることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記半導体基板の表面から突出した部分は、前記溝の幅より広いことを特徴としている。
【００１５】
さらに本発明に係る半導体装置は、表面側に能動素子が形成された半導体装置であって、前記表面側に溝を有し、前記溝に金属または樹脂が充填されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、能動素子が形成された半導体基板の表面側に溝を形成し、溝に金属または樹脂を充填した後に裏面研削を行うので、溝に充填された金属または樹脂が半導体基板の裏面研削の際に生じる衝撃や過重を緩和し、半導体基板に割れやクラックが生じるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面図である。
【図３】図２に続く半導体装置の製造方法の手順を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面図である。
【図５】半導体装置の平面図である。
【図６】半導体装置の平面図である。
【図７】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面図である。
【図８】図７に続く半導体装置の製造方法の手順を示す断面図である。
【図９】従来の半導体装置の製造方法を示す図である。
【図１０】従来の半導体装置の平面図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本実施の形態に係る半導体装置１の平面図である。
【００２０】
半導体基板１０の表面１０１には複数の能動素子１１が形成されている。能動素子１１は配線であってもよい。半導体基板１０の表面１０１側の周縁部からやや内側よりに周縁部に沿って溝１２が形成されており、溝１２には金属が充填され、金属領域１３を構成している。
【００２１】
図２は、本実施の形態における半導体装置の製造方法の手順を示す概略断面図である。本実施の形態においては、半導体装置基板１０としてシリコン基板を想定して説明するが、半導体基板１０の材料としては、シリコンのほかに、化合物半導体材料であるたとえば、Ａｌ２Ｏ３、ＩｎＰ、ＧａＡｓ，ＳｉＣ，ＧａＮ、Ｃなどでもよい。
【００２２】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１０の表面１０１に能動素子１１を形成する。能動素子１１は、成膜、フォトリソグラフィー、イオン注入などの工程を経て、半導体基板１０の表面１０１に形成される。次に図２（ｂ）に示すように、半導体基板１０の表面１０１側の周縁部からやや内側よりに周縁部に沿って溝１２を形成する。半導体基板１０に溝１２を形成する方法としては、レーザーダイシングによる溝加工、誘導結合プラズマやリアクティグイオンエッチングなどに代表されるドライエッチング法、あるいはウェットエッチング法などいずれを適用してもよい。
【００２３】
本実施の形態では、ドライエッチング法を用いて説明する。まず、半導体基板１０の表面１０１をエッチング保護膜で覆う。エッチング保護膜は、レジスト、窒化珪素膜、酸化珪素膜、メタル膜などが用いられる。本実施の形態ではエッチング保護膜としてレジストを用いた例を説明する。
【００２４】
パターニング用レジストを半導体基板１０の表面１０１に塗布した後、フォトリソ法により、溝１２を形成する領域が露呈するように、レジストパターンを形成する。
【００２５】
その後、このレジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行い、半導体基板１０の表面１０１に溝１２を形成する。ドライエッチングの条件は、必要とする溝１２の形状に合わせて適宜調整する。溝１２を形成した後、半導体基板１０上のパターニング用レジストを除去する。
【００２６】
溝１２の幅としては、２０μｍ〜２００μｍが適切である。また、深さは、２０μｍ〜１００μｍが適切である。また、溝１２の形状は、図２（ｂ）に示すように断面が必ずしも四角形である必要は無く、底が半円状、あるいは鋭角になっていても構わない。溝の幅、深さ、形状においては、使用する半導体基板１０の材質、及び充填する金属の種類によって適宜決定すればよい。
【００２７】
次に、溝１２に金属を充填し、金属領域１３を形成する。金属を充填する方法としては、蒸着法、スパッタ法、電解メッキ法などがあり、いずれを用いてもよい。
【００２８】
本実施の形態では、電解メッキ法を用いて溝１２に金属を充填する。まず、図２（ｃ）に示すように、溝１２の周辺を囲むように、レジスト１６を塗布する。溝１２を挟むレジスト１６とレジスト１６の間隔は溝１２の幅に合わせる。また、能動素子１１の高さよりやや高めに塗布する。レジスト１６を塗布することで、後の工程のメッキを行うときに能動素子１１にメッキ金属が付着するのを防止し、所望の部分に金属を充填することができる。
【００２９】
次に、蒸着法またはスパッタ法を用いて、溝１２の内面に成長用の金属層を被着させる。金属層の厚みに特に制限は無い。次に、この金属層をメッキ給電層として溝１２の内面に電解メッキを施す。この時、金属層が電解メッキにおけるカソード電極として作用し、溝１２の内部にメッキが成長する。図２（ｄ）に示すように、溝１２の内部がメッキ金属によって埋められ、溝１２の深さとほぼ同じになるまでメッキ金属を成長させる。
【００３０】
金属の材料としては、電気抵抗の低い例えばＡｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｓｎのいずれかがふさわしく、これらの金属は、単一、もしくは複数を組み合わせて充填される。複数の金属を組み合わせて充填される場合は、異なる金属を積層して充填してもよいし、あらかじめ複数の金属を混合して充填してもよい。複数の金属を組み合わせて充填することで、半導体基板１０と充填された金属との密着性が高まり、後述する研削工程による半導体基板１０へのダメージを防ぐ効果が高まる。
【００３１】
なお、充填する材料は金属のほかに、ポリイミド、ベンゾシクロブテンなどの樹脂であってもよい。樹脂を充填する場合は、高温で樹脂を溶かし、溝１２に充填する。
【００３２】
次に図３（ａ）に示すように、レジスト１６を除去し、図３（ｂ）に示すように、半導体基板１０を研削し、薄くする。研削は一般的な半導体基板の研削方法と同様に行える。
【００３３】
図４は研削方法の一例を示した図である。図４を参照して、半導体基板１０の研削について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板１０の表面１０１を保持する保持部材３０上で、半導体基板１０の裏面１０２を研削する。保持部材３０は例えばＵＶテープのような接着テープ、あるいはシートに液状の接着剤が塗布されているものであってもよく、半導体基板１０の表面１０１に貼り付けられる。保持部材３０によって表面１０１に形成されている能動素子１１を保護することができる。
【００３４】
次に半導体基板１０の表面１０１に保持部材３０を貼りつけた面をワーク支持板３２に取り付け、図４（ｂ）に示すように、研磨パッド３１及びワーク支持板３２を夫々別方向に回転させることによって、裏面１０２を研削する。図４（ｃ）に示すように、半導体基板１０を裏面研削した後の出来上がり厚さが溝１２の深さよりも薄くなるように研削する。裏面１０２から見ると金属領域１３が露出している。
【００３５】
最後に図３（ｃ）に示すように、裏面研削を行った後の面１０３に裏面電極２１を形成する。裏面電極２１は、配線やヒートシンクであってもよい。
【００３６】
本実施の形態によれば、半導体基板１０上に能動素子１１を囲むように溝１２が形成され、その溝１２に金属が充填され、金属領域１３が形成されている。これによれば、溝１２に形成された金属領域１３により、研削時のダメージを軽減し、半導体基板１０の割れの広がりを防ぐ。
【００３７】
なお、上記実施の形態では、半導体基板１０の表面１０１側の周縁部からやや内側よりに周縁部に沿って溝１２が形成されているが、溝１２の形成される位置は、これに限定されない。
【００３８】
図５は、半導体基板１０の表面１０１に溝１２が形成され、金属領域１３が形成された別の例である。能動素子１１が形成された能動素子領域１４を囲むように溝１２が形成され、溝１２に金属を充填し、金属領域１３が形成されている。このように能動素子領域１４を囲むように溝１２を形成し、金属領域１３を形成することによって能動素子１１に、より近い部分が金属領域１３で囲まれるので、研削、研磨によってより大きな割れやクラックが発生しても能動素子１１へのダメージを軽減することができる。また、金属領域１３が能動素子１１に近い程、割れ及びクラックなどによるダメージを防ぐ効果がある。なお、図５では能動素子領域１４をひとつにまとめて金属領域１３で囲んでいるが、能動素子領域１４をいくつかに分割してそれぞれの能動素子領域１４を金属領域１３で囲んでもよい。
【００３９】
図６は、半導体基板１０の表面１０１に溝１２が形成され、溝１２に金属が充填されたさらに別の例である。それぞれの能動素子１１を囲むように溝１２が形成され、溝１２に金属を充填し、金属領域１３が形成されている。このようにそれぞれの能動素子１１を囲むように金属領域１３を形成することによって、能動素子１１のひとつひとつが、金属領域１３によって囲まれるので、研削、研磨によってより大きな割れやクラックが発生しても能動素子１１へのダメージを軽減することができる。
【００４０】
さらに、金属領域１３が個々の能動素子１１を囲んでいるので、基板を薄くした後に行うダイシング工程において、衝撃やチッピングなどのダメージを防ぐことができる。個々の能動素子１１が金属領域１３に囲まれていることにより、割れ及びクラックによるダメージが基板全体に広がるのを低減させ、歩留まりの低下を防止する効果がある。
【００４１】
（第２の実施形態）
図７および図８は、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面図である。
【００４２】
本実施の形態と第１の実施の形態との異なる点は、溝１２を形成した後、金属を溝１２の深さを超えて充填し、半導体基板１０の表面１０１からある程度の高さを持った金属領域１５を形成している点である。
【００４３】
実施の形態１で説明した方法と同様にして、図７（ａ）に示すように、半導体基板１０の表面１０１に能動素子１１を形成し、次に図７（ｂ）に示すように、半導体基板１０の表面１０１側に溝１２を形成する。溝１２を形成する位置は、図１、図５及び図６に示したいずれの部分でもよい。
【００４４】
次に図７（ｃ）に示すように、溝１２の周辺を囲むように、レジスト１６を塗布する。レジスト１６は、溝１２を覆うように金属を充填するため、溝１２を挟むレジスト１６とレジスト１６の間隔Ｚは溝１２の幅よりもやや広めになるように、かつ能動素子１１の高さよりやや高めに塗布する。
【００４５】
次に図７（ｄ）に示すように溝１２及びその周辺をレジスト１６で囲んだ内側に金属を充填する。溝１２の内部を充填すると共に、半導体基板１０の表面１０１からある程度の高さを持たせて、溝１２を覆うように金属領域１５を形成する。金属を充填する方法は、実施の形態１に示した方法と同様である。金属を充填した後、レジスト１６を除去する。レジスト１６を除去した状態を図８（ａ）に示す。
【００４６】
なお、本実施の形態では金属領域１５は溝１２の幅よりやや広めに形成したが、溝１２と同じ幅で半導体基板１０の表面１０１から突出した形状に形成してもよい。
【００４７】
次に図８（ｂ）に示すように、半導体基板１０の裏面１０２を研削し、薄くする。この方法も実施の形態１で示した方法と同様である。
【００４８】
最後に、図８（ｃ）に示すように、裏面研削を行った後の面１０３に裏面電極２１を形成する。裏面電極２１は、配線やヒートシンクであってもよい。
【００４９】
本実施の形態によれば、能動素子１１を囲むように半導体基板１０上に溝１２が形成され、半導体基板１０の表面１０１からある程度の高さを持たせて、溝１２を覆うように金属領域１５が形成されているので、ある程度の高さを持った金属領域１５が半導体基板１０の研削、研磨により発生する割れやクラックを抑制し、半導体装置１の特性劣化を防ぐことができる。
【００５０】
実施の形態１では、金属領域１３は半導体基板１０の表面と同じ高さで、溝１２に充填された金属は半導体基板１０と溝１２の側面及び底面としか接していないためダメージの加わりが大きいが、本実施の形態では、溝１２を覆うように金属が充填されているので、外部からのダメージに対して、より丈夫な半導体基板１０を得ることができる。
【００５１】
さらに、金属領域１５がダンパーの役割を果たすことにより、基板を薄くした後に行うダイシング工程において、衝撃やチッピングなどのダメージを防ぐことができる。
【００５２】
また、金属領域１５は高さがあるので、電極として利用することも可能である。
【００５３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５４】
１  半導体装置
１０  半導体基板
１１  能動素子
１２  溝
１３、１５  金属領域
１４  能動素子領域
１６  レジスト
２１  裏面電極
３０  保持部材
３１  研磨パッド
３２  ワーク支持板
１０１  表面
１０２  裏面
１０３  裏面研削を行った後の面
【図１】
2011159838.tif 000003
【図２】
2011159838.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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