(57)【要約】  第１研削工程として、ウエハ（１）の裏面の外周部を第１の砥石（１７）で研削して外周部に破砕層（１９）を形成する。次に、第２研削工程として、破砕層（１９）を形成した外周部をリブ（２０）として残しつつ、ウエハ（１）の裏面の中央部を第１の砥石（１７）で研削して凹部（２１）を形成する。次に、第３研削工程として、第１の砥石（１７）より砥粒径の小さい第２の砥石（２２）を用いて凹部（２１）の底面を研削してウエハ（１）を薄化する。
2016056124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハの表面に複数の半導体装置を形成する工程と、
前記ウエハの裏面の外周部を第１の砥石で研削して前記外周部に破砕層を形成する第１研削工程と、
前記破砕層を形成した前記外周部をリブとして残しつつ、前記ウエハの裏面の中央部を前記第１の砥石で研削して凹部を形成する第２研削工程と、
前記第１の砥石より砥粒径の小さい第２の砥石を用いて前記凹部の底面を研削して前記ウエハを薄化する第３研削工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第３研削工程の後に、ウエットエッチングにより前記破砕層を除去する工程を更に備え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】
前記第１研削工程において前記ウエハの裏面の前記中央部を研削せずに未研削領域として残し、
前記第２研削工程において前記第１の砥石と前記ウエハの相対位置を変更して前記未研削領域を研削することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記未研削領域の幅を測定した値を元に前記第２研削工程における前記第１の砥石の位置を決定することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
ウエハ撮像を画像処理して前記未研削領域の幅を測定することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ウエハの径方向に前記未研削領域の段差を測定して前記未研削領域の幅を求めることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記破砕層を導入する工程での研削量は１μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の砥石の平均粒径は２０μｍ以上かつ１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第２の砥石の平均粒径は１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の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、生産性を低下させずにウエハ加工時のウエハ破損を抑制することができる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩでは３次元実装等によるパッケージの高密度化が行われており、プロセス完了時のウエハ厚みが２５μｍ程度になるまで薄ウエハ化が進んでいる。また、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）といったパワーデバイスでは、産業用モータや自動車用モータなどのインバータ回路、大容量サーバの電源装置、及び無停電電源装置などの半導体スイッチとして広く使われている。これらパワー半導体装置では、オン特性などに代表される通電性能を改善するために、半導体基板が薄く加工されている。近年では、コスト面・特性面を改善するため、ＦＺ（Floating Zone）法により作製されたウエハを５０μｍ程度まで薄型化する極薄ウエハプロセスを用いて半導体装置が製造されている。【０００３】
一般に、ウエハの薄型加工には、バックグラインドやポリッシュによる研磨、及び機械研磨で発生した加工歪みを除去するためのウエットエッチングやドライエッチングが用いられる。そして、裏面側にイオン注入や熱処理による拡散層形成を行った後、スパッタ法等により電極形成がなされる。このような状況において、ウエハの裏面加工時におけるウエハ割れの発生頻度は高くなってきている。そこで、ウエハの薄型化に関しては、近年ではウエハ外周部をリブとして厚く残したまま、ウエハ中心部のみを薄く加工する加工方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
このようなリブ付きウエハを用いることで、ウエハの反りが大幅に緩和され、プロセス装置でのウエハ搬送が容易になる。さらに、ウエハのハンドリングを行う際に、ウエハの強度が大幅に向上し、ウエハの割れや欠けを軽減することができる。また、このようなリブ付きウエハに対して、リブから薄化部にかけて、ウエハの厚みを徐々に薄くする遷移領域を設けることで、リブ付ウエハにおける熱処理工程でのウエハ破損を防ぐ方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本特開２００７−１９３７９号公報
【特許文献２】日本特許第５２６６８６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
リブを形成する際にリブにチッピングなどの欠けが発生するとウエハの強度が低下するため、ウエハ加工時にウエハ破損が生じる。また、遷移領域を設ける場合、ウエハの端部に１５度乃至４５度のテーパーが形成されるため、ウエハ外周部のデバイスとして利用できる有効領域が減少し、生産性が低下する。【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は生産性を低下させずにウエハ加工時のウエハ破損を抑制することができる半導体装置の製造方法を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、ウエハの表面に複数の半導体装置を形成する工程と、前記ウエハの裏面の外周部を第１の砥石で研削して前記外周部に破砕層を形成する第１研削工程と、前記破砕層を形成した前記外周部をリブとして残しつつ、前記ウエハの裏面の中央部を前記第１の砥石で研削して凹部を形成する第２研削工程と、前記第１の砥石より砥粒径の小さい第２の砥石を用いて前記凹部の底面を研削して前記ウエハを薄化する第３研削工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、リブを形成する前にウエハの裏面の外周部を研削して破砕層を導入する。これにより、ウエハ割れの起点となるリブのチッピングを抑制できるため、ウエハ加工時のウエハ破損を抑制することができる。また、従来のようにウエハの端部にテーパーを形成する必要が無いため、有効領域は減少せず、生産性が低下しない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るバックグラインド装置を示す平面図である。
【図２】研削工程の様子を示す断面図である。
【図３】研削工程の様子を示す上面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法のフローチャートである。
【図１０】薄化されたウエハの外端部を示す上面図である。
【図１１】図１０のＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図１２】破砕層を導入する工程での研削量と５０μｍ以上のチッピング数を示した図である。
【図１３】第１の砥石の平均粒径と研削時の面焼け率を示す図である。
【図１４】第１の砥石の平均粒径と研削時の割れ率を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係る未研削領域の幅の測定方法を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る未研削領域の幅の他の測定方法を示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２に係る未研削領域の幅の他の測定方法を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るバックグラインド装置を示す平面図である。表面保護テープが貼付けられたウエハ１がウエハカセット２にセットされ、搬送ロボット３によりアライメント機構４まで搬送される。次に、アライメント機構４によりウエハセンタリングが行われ、ウエハ１は搬送アーム５によりウエハ受け渡し部６まで搬送される。次に、研削処理ステージ７が紙面反時計回りに回転され、ウエハ１は１軸研削ステージ８まで移動される。１軸研削ステージ８において第１及び第２研削工程が行われる。
【００１３】
次に、研削処理ステージ７が更に紙面反時計回りに回転され、ウエハ１は２軸研削ステージ９まで移動される。２軸研削ステージ９において第３研削工程が行われる。これらの第１、第２及び第３研削工程によりウエハ１の外周にリブが形成される。次に、ウエハ１は搬送アーム５によりウエハ洗浄機構１０まで搬送されて、水洗及び乾燥処理が行われる。次に、ウエハ１は搬送ロボット３によりウエハカセット１１に回収される。
【００１４】
図２及び図３は、それぞれ研削工程の様子を示す断面図及び上面図である。吸着ステージ１２及びステージカバー１３は、図１の１軸研削ステージ８や２軸研削ステージ９に対応している。保護テープ１４を貼着したウエハ１の表面側を吸着ステージ１２に吸着させ、所定の向きに例えば３００ｒｐｍ程度の速度で回転する。研削砥石１５がセットされた研削ホイール１６が上方から４０００ｒｐｍ程度の速度でゆっくりとウエハ１に接触して研削工程を行う。
【００１５】
図４〜８は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図９は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法のフローチャートである。製造される半導体装置は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ、ダイオードなどの縦型半導体デバイスである。
【００１６】
まず、ｎ型半導体のウエハ１を準備し、ウエハ１の表面にｐ型やｎ型の不純物層を形成した後、ポリシリコンなどでゲート電極を形成する。次に、表面にアルミニウムなどの金属材料を用いてトランジスタ及びゲート電極を外部に引き出すための配線層を形成する。これにより、ウエハ表面側回路が形成される（ステップＳ１）。ウエハ表面側回路は、複数の半導体装置が分割予定ラインによって区画されたデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを有する。
【００１７】
次に、図４に示すように、ウエハ１の表面に表面保護テープ１４を貼付する（ステップＳ２）。次に、図５に示すように、第１研削工程として、ウエハ１の裏面の外周部を第１の砥石１７で研削する（ステップＳ３）。この際にウエハ１の裏面の中央部を研削せずに未研削領域１８として残す。研削した外周部に機械加工による破砕層１９が形成される。
【００１８】
次に、図６に示すように、第１の砥石１７とウエハ１の相対位置を変更する（ステップＳ４）。例えばサーボモータを用いて所定量だけ第１の砥石１７の位置をずらす。次に、第２研削工程として、破砕層１９を形成した外周部の一部をリブ２０として残しつつ、未研削領域１８を含むウエハ１の裏面の中央部を第１の砥石１７で所定量だけ研削して凹部２１を形成する（ステップＳ５）。
【００１９】
次に、図７に示すように、第３研削工程として、第１の砥石１７より砥粒径の小さい第２の砥石２２を用いて凹部２１の底面を研削してウエハ１を設定厚みまで薄化する（ステップＳ６）。ウエハ１の水洗と乾燥を行う（ステップＳ７）。次に、図８に示すように、フッ酸と硝酸を含む混酸を用いたウエットエッチングにより破砕層１９を除去する。以上の工程によりリブ２０を有するウエハ１が形成される。
【００２０】
その後、ウエハ１の裏面に、イオン注入による不純物導入、拡散炉やレーザを用いた不純物の活性化、外部に電気を引き出すための配線層や回路基板と接続を行うための電極が形成される。このとき、ウエハ１の薄化によるウエハ反りがウエハ搬送を困難にする。しかし、上記のようにバックグラインドでリブ２０を形成することでウエハ１の反りが大幅に緩和され、プロセス装置でのウエハ搬送が容易になる。また、ウエハの強度が大幅に向上するため、ウエハ１のハンドリングを行う際にウエハ１の割れや欠けを軽減することができる。
【００２１】
図１０は薄化されたウエハの外端部を示す上面図である。図１１は図１０のＩ−ＩＩに沿った断面図である。ウエハ１の外端部の厚くなった部分がリブ２０であり、ウエハ１の薄く加工された部分がデバイス領域である。第１、第２及び第３研削工程によりリブ２０のデバイス領域側においてチッピング２３が発生する。ウエハ１をハンドリングする際にウエハ１に応力がかかると、チッピング２３が起点となってウエハ１が割れてしまう。
【００２２】
本実施の形態では、凹部を形成する前に、ウエハ１の裏面の外周部を研削して破砕層１９を導入する。これにより、ウエハ割れの起点となるリブ２０のチッピング２３を抑制できるため、ウエハ加工時のウエハ破損を抑制することができる。また、従来のようにウエハ１の端部にテーパーを形成する必要が無いため、有効領域は減少せず、生産性が低下しない。
【００２３】
また、ウエハ表面側に半導体装置を形成する際にシリコン酸化膜などの絶縁膜がウエハ裏面側にも形成される。従来は絶縁膜が研削後のウエットエッチングでマスクとなってリブ２０に大きな段差が形成され、後工程においてウエハハンドリングのためにリブを吸着する際に吸着不良が発生していた。一方、本実施の形態では第１研削工程によりウエハ１の裏面の外周部の絶縁膜が除去されるため、リブ２０に大きな段差が形成されるのを防ぐことができる。
【００２４】
図１２は、破砕層を導入する工程での研削量と５０μｍ以上のチッピング数を示した図である。５０μｍ以上のチッピングはウエハ割れにつながる。研削量が１μｍ未満の場合、ウエハの裏面の外周部の研削面はシリコンウエハの単結晶状態を保持している。このため、第２研削工程において、砥石から力を受けたウエハには、５０μｍ超の大きなチッピングが発生した。一方、第１研削工程で１μｍ以上研削した場合には、ウエハ端部の研削面には機械加工による破砕層を導入されるため、砥石から力を受けたウエハは細かいチッピングが発生するものの、ウエハ割れにつながる５０μｍ超のチッピング数は大幅に減少した。
【００２５】
図１３は、第１の砥石の平均粒径と研削時の面焼け率を示す図である。面焼けとは、研削力が落ちた砥石をウエハに一定速度で押し込むと、砥石で擦ったウエハ表面が黒変することである。第１の砥石１７の平均粒径が小さくなると研削力が低くなり、粒径が２０μｍ以下になると面焼けの頻度が増加する。従って、第１の砥石１７の平均粒径は２０μｍ以上であることが好ましい。これにより、ウエハ裏面側に絶縁膜やポリシリコン膜などが残留している場合でも第１の砥石１７により面焼けを起こすことなく、安定して研削することができる。
【００２６】
図１４は、第１の砥石の平均粒径と研削時の割れ率を示す図である。第１の砥石１７の平均粒径が１００μｍより大きいと割れ率が増加する。従って、第１の砥石１７の平均粒径は１００μｍ以下であることが好ましい。これにより、研削時のウエハ割れを防ぐことができる。
【００２７】
また、第２の砥石２２の平均粒径は１０μｍ以下であることが好ましい。これにより、ウエハ１を薄化した後も、ウエハ１の強度を確保し、ハンドリングによるウエハ割れを抑制することができる。
【００２８】
実施の形態２．
実施の形態２では第１研削工程の後に未研削領域１８の幅を測定し、その測定した値を元に第２研削工程における第１の砥石の位置を決定する。その他の工程は実施の形態１と同様である。
【００２９】
図１５は、本発明の実施の形態２に係る未研削領域の幅の測定方法を示す断面図である。カメラ２４で撮ったウエハ撮像を画像処理して未研削領域１８の幅を測定する。未研削領域１８の幅から第１の砥石１７の摩耗量が分かるため、第１の砥石１７の摩耗量に応じて第１の砥石１７の位置を決定することで、リブ２０の幅を所望の値にすることができる。また、ウエハ撮像を画像処理することで、第１の砥石１７の摩耗量を高速で非接触で測定することができる。
【００３０】
図１６及び図１７はそれぞれ本発明の実施の形態２に係る未研削領域の幅の他の測定方法を示す断面図及び平面図である。ウエハ１の中心付近を通るように段差測定子２５を一直線に走査する。それにより求めた未研削領域１８の凸部の幅の中央を通るように段差測定子２５を垂直方向に走査する。それぞれの測定による未研削領域１８の凸部の幅を２×ａ、２×ｂとした時、未研削領域１８の幅Ｄは、三平方の定理を用いて、Ｄ＝（ａ２＋ｂ２）／ｂにより求めることができる。この測定方法であれば、第１研削工程での研削量が小さく、画像によるコントラストが低い場合でも、精度よく未研削領域の幅を求めることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  ウエハ、１７  第１の砥石、１８  未研削領域、１９  破砕層、２０  リブ、２１  凹部、２２  第２の砥石
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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