(57)【要約】【課題】複数の半導体装置をストリートで区画して形成したウエハを半導体装置に個片化する際の生産性を向上するとともに、汚染や表面改質等による品質の低下を抑制する。【解決手段】ウエハ１の素子形成面にストリート領域外を被覆するレジスト１１を形成する工程と、ウエハ１をレジスト１１側からプラズマエッチングして前記ストリート領域に溝４を形成する工程と、ウエハ１からレジスト１１を除去する工程と、ウエハ１を溝４内にてダイシングブレード１３で切削して個々の半導体装置５に分割する工程とを行う。プラズマによる溝形成と切削とを併用するので、プラズマのみで個片分割を行う従来法や、レーザーにてストリート毎に２本の溝を形成する従来法に比べて、生産性を向上できる。プラズマによる溝４はテーパー形状で、切削屑の排出効率がよく、切削屑による汚染や品質低下を抑えられる。プラズマのみでの分割に比べて加工部の発熱、改質を抑えられる。【選択図】図１
2008103433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体装置をストリートによって区画して形成したウエハを個々の半導体装置に分割する際に、前記ウエハの素子形成面に前記ストリート領域以外を被覆するレジスト層を形成するレジスト被覆工程と、前記ウエハを前記レジスト層側からプラズマにてエッチングして前記ストリート領域に溝を形成する溝形成工程と、前記溝が形成された前記ウエハから前記レジスト層を除去するレジスト除去工程と、前記ウエハを前記溝内にてダイシングブレードで切削して前記半導体装置に分割する分割工程とを行う半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記溝形成工程において、前記溝をその側面が斜面になるように形成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
溝形成工程で形成する溝は、半導体素子形成層よりも深いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
分割工程において、ウエハをブレード幅の異なる２種類のダイシングブレードで切削分割することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
レジスト被覆工程に先立って、ウエハを所定の厚さまで裏面研削する裏面研削工程を行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
レジスト被覆工程と溝形成工程との間に、ウエハを所定の厚さまで裏面研削する裏面研削工程を行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
シリコン基板上に半導体素子形成層を有する半導体装置において、前記半導体装置の側面は、前記半導体素子形成層の表面端部から基板厚み方向に対し傾斜して延びたプラズマ処理面と、前記プラズマ処理面に続いて基板厚み方向に沿って延びた切削面とからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
プラズマ処理面は、半導体素子形成層の側面とシリコン基板の側面の少なくとも一部とにわたって形成されていることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
切削面は階段状をなしていることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特にウエハから半導体装置を個片化する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の半導体装置を形成したウエハを個々の半導体装置に分割する方法としては、ウエハを所定の厚さに裏面研削した後に、各半導体装置を区画しているストリートに沿ってダイヤモンドブレードで切削して分割する方法が一般的であった。しかし近年の半導体装置は、微細化・高速化のために、様々な複合材料が用いられ、多層配線化される傾向にあり、ダイヤモンドブレードによるウエハの切削分割は難しくなってきた。
【０００３】
たとえば、配線材料はＡｌ系メタル材料からＣｕ系メタル材料等の電気伝導率の高い材料へと移行する方向にある。また層間絶縁膜は誘電率の低いポーラスな材料等へと移行する方向にあり、従来用いられていたＳｉＯ２やＦＳＧではヤング率が７０GPa程度であったのに対し、近年用いられているＬｏｗ−ｋ材と称される材料は５〜１５Gpaと５分の１以下になっている。配線層も１０層を超えるものが存在している。
【０００４】
このように、基板のＳｉ、配線のＣｕ、層間絶縁膜のＬｏｗ−ｋ材といった様々な物理特性の材料が複合的に多層に用いられるようになってきたことから、ダイヤモンドブレードによる切削分割は難しくなっており、切断面での剥離、チッピング、配線材料の延性によるメタルバリなどの問題が起こっている。
【０００５】
この問題に対処するものとして、レーザーによるグルービングがある。これは、ストリート内にレーザーによって２本の細い溝（グルーブ）を形成し、溝間をダイヤモンドブレードで切削して分断するというものである。２本の細い溝が存在することで、配線層や層間絶縁膜にはブレードによる応力が働かず、切断面での剥離やチッピングやメタルバリ等は発生しにくくなる（非特許文献１）。プラズマエッチングで個片分割する方法も提案されている。ブレードを用いないためそれによる機械的応力は発生しえず、メタルバリや剥離等は発生しにくい（特許文献１）。
【非特許文献１】Disco社HP「http://www.disco.co.jp/jp/solution/library/low_k.html」
【特許文献１】特開２００６−１１４８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した第１の分割方法は、レーザーにて２本の溝を形成する工程とブレードにて切削分割する工程との２工程を要し、各工程ともストリート毎に処理する必要があるため、多大な作業時間を要する。特に、半導体装置のサイズが小さい場合はストリート数が多くなり、ウエハの口径が大きい場合はストリート長が長くなるため、作業時間が長くなり、生産性が低下する。またレーザーによる溝はウエハ表面から垂直な方向に形成されるため、２本の溝間をブレードで切削する時の切削屑を溝外へ排出し難く、溝底部であった段部に切削屑が溜まりやすく、そのまま留まった場合は半導体装置の汚染となり、次工程及び市場での品質低下を招く。
【０００７】
上述した第２の分割方法では、プラズマエッチングのみで分割するので、エッチングレートによっては、生産効率の低下を伴う。現実的なプラズマエッチングレートである２um/minで考えると、一般的な半導体装置の厚さである３００umの一括分割に１５０minを要する。ダイシングブレードによれば、５mm角の半導体装置が形成された３００mmウエハでも数十分で分割完了するので、著しい生産性低下と言わざるを得ない。またプラズマエッチング時の熱による改質層が断面に発生するため、ウエハの単結晶性が損なわれ、半導体装置の抗折強度が低下することが懸念される。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑み、ウエハから半導体装置を個片化する際の生産性を向上するとともに、汚染や表面改質等による品質の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、複数の半導体装置をストリートによって区画して形成したウエハを個々の半導体装置に分割する際に、前記ウエハの素子形成面に前記ストリート領域以外を被覆するレジスト層を形成するレジスト被覆工程と、前記ウエハを前記レジスト層側からプラズマにてエッチングして前記ストリート領域に溝を形成する溝形成工程と、前記溝が形成された前記ウエハから前記レジスト層を除去するレジスト除去工程と、前記ウエハを前記溝内にてダイシングブレードで切削して前記半導体装置に分割する分割工程とを行うことを特徴とする。
【００１０】
前記溝形成工程において、前記溝をその側面が斜面になるように形成することを特徴とする。溝形成工程で形成する溝は、半導体素子形成層よりも深いのが好ましい。分割工程において、ウエハをブレード幅の異なる２種類のダイシングブレードで切削分割するのも好ましい。
【００１１】
レジスト被覆工程に先立って、ウエハを所定の厚さまで裏面研削する裏面研削工程を行うことができる。レジスト被覆工程と溝形成工程との間に、ウエハを所定の厚さまで裏面研削する裏面研削工程を行うことができる。この裏面研削工程は、研削の前後で、表面側を被覆する保護テープを貼付し、該保護テープを剥離するようにしてもかまわない。
【００１２】
本発明の半導体装置は、シリコン基板上に半導体素子形成層を有する半導体装置において、前記半導体装置の側面は、前記半導体素子形成層の表面端部から基板厚み方向に対し傾斜して延びたプラズマ処理面と、前記プラズマ処理面に続いて基板厚み方向に沿って延びた切削面とからなることを特徴とする。
【００１３】
プラズマ処理面は、半導体素子形成層の側面とシリコン基板の側面の少なくとも一部とにわたって形成されていることを特徴とする。切削面は階段状をなしていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法は、溝形成と切削との２工程で個片分割を行い、その内の溝形成をプラズマにて一括で行うようにしたものである。
このため、プラズマのみで個片分割を行う従来法に比べて生産性を格段に向上させることが可能である。レーザーにてストリート毎に２本の溝を形成する従来法に比べても、半導体サイズによるストリート数の増大やウエハの大口径化によるストリート長の増長に溝形成時間が左右されることはなく、生産性を向上できる。
【００１５】
プラズマにより形成される溝は開口部が広いテーパー形状となるため、切削工程での切削屑の排出効率が向上し、断面の汚染が低下する。またプラズマのみで分割するのに比べて加工部分の発熱量を低下できるため、ウエハの単結晶性が損なわれず、半導体装置の抗折強度の低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造方法のフローを示す。
まず、図１（ａ）に示すように、ウエハ１上にレジスト１１を形成する（レジスト被覆工程）。ウエハ１はＳｉよりなり、図２に示すように、複数の半導体装置５をストリート３によって区画して形成したものである。レジスト１１は、ウエハ１の半導体素子形成層２の表面（以下、素子形成面あるいは単に表面という）に、ストリート３に対応する部分に開口１２を設けて形成する。
【００１７】
そのためには、図示を省略するが、まずウエハの表面全面にレジスト膜を形成する。そのための一般的な方法はスピンコーター等を用いる方法であり、ウエハを回転テーブルにて回転させながらレジスト材料を滴下することで表面全面に塗布する。レジスト材の物理特性、回転テーブルの回転数、温度等により、任意の膜厚にすることが可能である。次に、レジスト膜の光透過性を利用してウエハの表面のストリートをカメラ等で認識し、所定のパターンを書き込んだフォトマスクを用いて紫外線やＸ線等の光を照射し、露光後のレジスト膜を現像する。このレジスト形成方法は写真印刷法を利用したものであるが、この方法に限定されず、型抜きされたレジストを直接貼付する方法や、フォトマスクを用いずに光をスキャンさせることで露光する方法等を使用してもよい。
【００１８】
次に、図１（ｂ）に示すように、ウエハ１の表面に溝４を形成する（溝形成工程）。つまり、レジスト１１側からプラズマを供給して、レジスト１１の開口１２に対応するウエハ１の表層部、すなわちストリート３に対応する部分をエッチングする。この際に等方性の強いプラズマを用いることで溝４を開口部側が広いテーパー形状とする。溝４は、半導体素子形成層２よりも深いことが望ましく、面内のエッチング量のバラツキを考慮して、少なくとも、半導体素子形成層２の厚みにエッチングバラツキ量を加えた深さとする。
【００１９】
プラズマを用いるのは、ウエハ表面のみを選択的にエッチング可能だからである。薬液等によるケミカルエッチングではウエハ裏面等のトリートメントも必要となる。Ｓｉウエハをエッチングするプラズマを発生するガスとしては、一般的に用いられるフッ素系安定ガス、たとえばＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２Ｆ４、ＣＨＦ３等を用いる。プラズマ装置には特殊なものは必要ではないが、エッチングレートを高めるために、高電圧印加が可能な、電極間がナローギャップのものが好ましい。
【００２０】
ＳＦ６を用いて、印加電圧２５００W、真空度５００Pa（ディスコ社製プラズマエッチャーDFE8060）でエッチングしたところ、１．５um/minのエッチングレートを得ることができた。一般的な半導体装置の半導体素子形成層の深さは２um〜８um程度なので、半導体素子形成層を超える溝深さとしてたとえば１５umを設定する場合は、上記の条件で１０minエッチングすれば加工が完了することになる。
【００２１】
次に、図１（ｃ）に示すように、レジスト１１を除去する（レジスト除去工程）。除去の方法には特に限定はないが、一般に行われているアッシング等のプロセスを用いることができる。上述のプラズマ装置を利用してケミカル作用の強いＯ２プラズマ等を発生させてレジスト１１を灰化させることも可能である。
【００２２】
次に、図１（ｄ）に示すように、ウエハ１をダイシングブレード１３で研削して個々の半導体装置５に分割する（分割工程）。切削時に発生する切削屑は、ブレード及び加工部に切削水を供給して除去する。
【００２３】
分割工程について詳述する。図３（ａ）（ｂ）にウエハの分割前および分割後の状態を拡大して示す。上述のように、プラズマによる溝４は開口部側が広いテーパー形状で、半導体素子形成層２よりも深く形成されている。溝４の形成に伴って、その部分の半導体素子形成層２に存在していた層間絶縁膜や配線層は除去されている。したがって、ダイシングブレード１３によって研削分割するのはウエハ１の基材たるＳｉの単結晶のみである。１４はダイシングシートである。
【００２４】
かかる単一素材の研削分割のためのダイシングブレード１３の選定及び条件の設定は比較的容易である。ダイシングブレード１３のブレード幅Ｗ１は、カーフ量を考慮して、つまりそのカーフ幅Ｗ２が、プラズマによって形成される溝４の溝幅Ｗ０よりも狭くなるように、望ましくは十分に狭くなるように設定する。ブレード寿命、安定性等の生産性を考慮して、ブレード幅Ｗ１（およびカーフ幅Ｗ２）を先に決定し、その後に溝幅Ｗ０を決定することも可能である。
【００２５】
このようなダイシングブレード１３によってテーパー形状の溝４内で切削するので、切削屑Ｄは切削水によって速やかに洗い流されることになり、排出効率がよい。また溝内面に露出した層間絶縁膜や配線層といった、機械強度的に脆いあるいは延性のある材料にダイシングブレード１３が触れることがない。さらに、溝内面は傾斜面であることから、切削屑Ｄはこの傾斜面に沿って排出されやすく、切削屑Ｄの衝突による層間絶縁膜や配線層へのアタック衝撃が低減され、かかる衝撃に起因する品質低下を抑制できるだけでなく、切削屑Ｄの傾斜面への付着や段差部への滞留も少なくなり、汚染を抑制できる。
【００２６】
分割後の半導体装置５において、表層部の外周面は上述の溝４に相当する部分で、半導体素子形成層２の表面端部から外向き且つ基板厚み方向に延びた傾斜面とそれに続く上向き面とよりなり、いずれもプラズマ処理面であるため切削痕はなく平滑である。上向き面に続くのは、ダイシングブレード１３によるダイシング部分であって、基板厚み方向に沿った面、つまり素子形成面に対して垂直な方向の面であり、切削痕がある。
【００２７】
なお、溝幅Ｗ０はカーフ幅Ｗ２よりも大きければその機能を果たす。溝幅Ｗ０の大小はレジスト１１の開口１２に依存するもので、その大小が生産性に影響を与えることはない。望ましくは、分割後の半導体装置５をピックアップするためのツールが断面に触れない程度に幅広く形成する。このことにより、断面に露出した層間絶縁膜や配線層にツールが接触するのを回避し、更なる品質向上が可能となる。ダイシングブレード１３を備える装置としては、半導体装置の組立（ダイシング工程）で一般に用いられているダイシング装置を利用することが可能である。
【００２８】
図３（ｃ）に、比較のために、上述した従来の第１の分割方法による分割後の状態を示す。段部に切削屑Ｄが溜まりやすい。
以上、本発明の第１の実施形態は、ウエハ１の表面部への溝４形成とそれ以外の部分の切削、という２工程で個片分割を行い、その内の溝４形成をプラズマにて一括で行うようにしたものである。後述する各製造方法も同様である。
【００２９】
このようにすることにより、プラズマのみで個片分割を行う従来法に比べて生産性を格段に向上させることが可能である。またプラズマのみで分割するのに比べて加工部分の発熱量を低下できるため、ウエハ１の単結晶性が損なわれず、半導体装置５の抗折強度の低下を抑制できる。またレーザーにてストリート毎に２本の溝を形成する従来法に比べても、半導体サイズによるストリート数の増大やウエハの大口径化によるストリート長の増長に溝形成時間が左右されることはなく、生産性を向上できる。さらに、プラズマにより形成される溝４は開口部が広いテーパー形状となるため、切削工程での切削屑Ｄの排出効率が向上し、断面の汚染を低減することができ、また切削屑Ｄの層間絶縁膜や配線層へのアタック衝撃に起因する品質低下を抑制できる。
【００３０】
本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造方法について、図４を用いて説明する。
図４（ａ）に示すように、ウエハ１の裏面研磨を行う（裏面研磨工程）。この裏面研磨は、ウエハ１が所定の厚みになるまで、この種のウエハ裏面研磨に従来より一般に用いられている砥石によるインフィード方式等で行う。
【００３１】
その後は、上述の第１の製造方法と同様にして、レジスト被覆工程、溝形成工程、レジスト除去工程、分割工程を行う。
裏面研磨工程を行うのは、プロセス時間をウエハ厚の低減分だけ短縮できるからである。このように裏面研磨の後にレジスト被覆を行う方法は、最終的な半導体装置の厚みが１５０um以上である場合に適している。最終的な装置厚みが１５０um未満である場合には、つまり１５０um未満までウエハ１を研磨する場合には、ウエハ１のそり等が生じ、レジスト１１の塗布等を安定にできないことがある。
【００３２】
本発明の第３の実施形態における半導体装置の製造方法について、図５を用いて説明する。
図５（ａ）に示すように、ウエハ１上にレジスト１１を形成する（レジスト被覆工程）。上述の第１の製造方法と同様に行えばよい。
【００３３】
次に、図５（ｂ）に示すように、ウエハ１の裏面研磨を行う（裏面研磨工程）。上述の第２の製造方法と同様に行えばよい。このように裏面研磨の前にレジスト被覆を行うのは、レジスト１１の塗布等を精度よく安定的にできるからである。
【００３４】
その後は、上述の第１の製造方法と同様にして、溝形成工程、レジスト除去工程、分割工程を行う。
なお、レジスト１１の形状安定性が悪く、また１５０um未満までウエハを研磨する必要がある場合には、ウエハ裏面をガラス基板等に接着するなどのそり抑制策をとって、上述の第２の製造方法のように裏面研磨の後にレジスト被覆を行えばよい。工程数の増加を招く方法ではある。
【００３５】
分割工程において、ブレード幅の異なる２種類のダイシングブレードを用いてもよい。図６（ａ）（ｂ）（ｃ）にウエハの分割前と分割途中と分割後の状態を拡大して示す。
ウエハ１を溝４内にて第１のダイシングブレード１３Ａによりハーフカットし、それにより形成された溝４′内にて第２のダイシングブレード１３Ｂにより切削することで、個々の半導体装置５に分割する。
【００３６】
使用するダイシングブレード１３Ａ，１３Ｂのブレード幅は、先に形成される溝の幅よりもカーフ幅が狭くなるように設定する。すなわち、ダイシングブレード１３Ａのブレード幅Ｗ１１は、プラズマによる溝４の幅Ｗ０よりもカーフ幅Ｗ２１が狭くなるように選定し、ダイシングブレード１３Ｂのブレード幅２１は、ダイシングブレード１３Ａによる溝４′の幅よりもカーフ幅Ｗ２２が狭くなるように選定する。２種類のダイシングブレードを取り付け得るデュアルダイシングソーと呼ばれるダイシング装置を利用することが望ましい。
【００３７】
このようにして２段階で切削分割すると、カーフ幅に対するウエハ厚みの比が非常に大きくて、加工部やその近傍に切削屑が残りやすい条件であっても、切削水によって切削屑Ｄを溝４、４′の大きな開口から効率よく排出できる。また１段階目でのカット量が減るので切削屑Ｄの量が少なくなり、配線層側面への切削屑Ｄの衝突の可能性は小さくなり、２段階目でのカット時には配線層への物理的距離が増すので切削屑Ｄの衝突の可能性はより小さくなる。溝４は上述した理由でテーパー形状とする必要があるが、溝４′やそれに続く切削溝はＳｉ単結晶部分に形成するので、これらの溝内面への切削屑Ｄのアタックを考慮する必要はなく、基板厚み方向の壁面となって問題ない。
【００３８】
分割後の半導体装置５において、表層部の外周面は上述の溝４に相当する部分で、半導体素子形成層２の表面端部から外向き且つ基板厚み方向に延びた傾斜面とそれに続く上向き面とよりなり、いずれもプラズマ処理面であるため切削痕はなく平滑である。上向き面に続くのは、ダイシングブレード１３Ａ，１３Ｂによるダイシング部分で、基板厚み方向に沿った面（すなわち素子形成面に対して垂直な方向の面）と、それに続く上向き面と、それに続く基板厚み方向に沿った面とであって、階段状をなしており、それぞれ切削痕がある。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、微細化・高速化のために、複合材料が用いられ多層配線化された半導体装置の製造に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施の形態における半導体装置の製造方法のフロー図
【図２】図１の半導体装置が形成された従来よりあるタイプのウエハの斜視図
【図３】図１の半導体装置をウエハから分割する工程の断面図
【図４】本発明の第２の実施の形態における半導体装置の製造方法のフロー図
【図５】本発明の第３の実施の形態における半導体装置の製造方法のフロー図
【図６】上記の各半導体装置をウエハから分割する他の工程の断面図
【符号の説明】
【００４１】
１    ウエハ
２    半導体素子形成層
３    ストリート
４    溝
５    半導体装置
11    レジスト
13    ダイシングブレード
13A,13B ダイシングブレード
【図１】
2008103433.tif 000003
【図２】
2008103433.tif 000004
【図３】
2008103433.tif 000005
【図４】
2008103433.tif 000006
【図５】
2008103433.tif 000007
【図６】
2008103433.tif 000008