(57)【要約】【課題】半導体デバイスにおける外囲器の配線板側から絶縁酸化膜層を全面的に露出することができるとともに、エッチングによる絶縁酸化膜層の除去量を少なくすることができるようにする。【解決手段】シリコン基板１の一面に配線板２が積層され、他面に絶縁酸化膜層３を介して回路素子層４が積層されたデバイス本体５を外囲器６で外囲してある半導体デバイスにおける前記外囲器６の配線板側を除去して配線板を露出させる第１のエッチング手段と、露出した配線板２及びシリコン基板１を研磨する研磨手段と、該研磨手段による研磨量を測定する測定手段と、シリコン基板１の非研磨部分を除去する第２のエッチング手段とを備え、外囲器６の配線板側から絶縁酸化膜層３を全面的に露出するようにした。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一面に配線板が積層され、他面に絶縁酸化膜層を介して回路素子層が積層されたデバイス本体を外囲器で外囲してある半導体デバイスにおける前記外囲器の前記配線板側を除去して半導体デバイスを開封する開封装置において、前記外囲器の配線板側を除去して配線板を露出させる第１のエッチング手段と、露出した配線板及び前記半導体基板を研磨する研磨手段と、該研磨手段による研磨量を測定する測定手段と、半導体基板の非研磨部分を除去する第２のエッチング手段とを備えたことを特徴とする半導体デバイスの開封装置。
【請求項２】
半導体基板の一面に配線板が積層され、他面に絶縁酸化膜層を介して回路素子層が積層されたデバイス本体を外囲する外囲器の前記配線板側を除去して半導体デバイスを開封する開封方法において、前記外囲器の配線板側を除去して配線板を露出させる工程と、露出した配線板を研磨して除去し前記半導体基板を露出させる第１の研磨工程と、露出した半導体基板を研磨する第２の研磨工程と、第２の研磨工程での研磨量を測定する測定工程と、測定した研磨量に基づいて研磨を停止する停止工程と、半導体基板の非研磨部分を湿式エッチングにより除去する工程と、湿式エッチングにより除去する箇所を撮像する撮像工程とを備えたことを特徴とする半導体デバイスの開封方法。
【請求項３】
外囲器の配線板側を除去する工程は、発煙硝酸を用いる請求項２記載の半導体デバイスの開封方法。
【請求項４】
前記湿式エッチングは水酸化カリウム水溶液を用いる請求項２記載の半導体デバイスの開封方法。
【請求項５】
前記湿式エッチングはフッ酸と硝酸との混合水溶液を用いる請求項２記載の半導体デバイスの開封方法。
【請求項６】
前記湿式エッチングはフッ酸と硝酸と酢酸との混合水溶液を用いる請求項２記載の半導体デバイスの開封方法。
【請求項７】
前記第２の研磨工程で研磨するときの半導体基板への押圧力は１００ｇ重／ｃｍ２以下である請求項２記載の半導体デバイスの開封方法。
【請求項８】
前記第２の研磨工程で研磨するときの半導体基板の研磨面が凹面状である請求項２記載の半導体デバイスの開封方法。
【請求項９】
前記第２の研磨工程で研磨するときの半導体基板の研磨面が凹面状であり、その段差が絶縁酸化膜層の厚さの４０倍以下である請求項２記載の半導体デバイスの開封方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体デバイスの裏面側から内部を観測できるように、半導体デバイスを加工するための半導体デバイスの開封装置及び開封方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩの多層配線化により、上層配線に隠された下層配線を観察したり、拡散領域における発熱、発光を観察して故障の解析を行うため、半導体デバイスの内部を裏面側から観察することが必要な場合が多くなっている。
【０００３】
通常の半導体デバイスの場合、拡散領域がシリコン基板中に形成されているため、裏面側から観察する方法として、研磨などによりシリコン基板をある程度薄く（数１００μｍ程度）し、ＩＲ光（ＩｎｆＲａｒｅｄ光：赤外光）を利用した方法とか、表面の光学顕微鏡像とリンクした方法などが過去に報告されている。
【０００４】
しかし、シリコン基板に絶縁酸化膜層を介して回路素子層が積層されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）デバイスの場合は、拡散領域とシリコン基板との間に埋込酸化膜としての絶縁酸化膜層が形成されているため、絶縁酸化膜層を裏面から露出することができれば、上層配線に隠された下層配線とか、拡散領域における発熱、発光を直接観察することができ、故障解析時間の大幅な短縮が可能になる。
【０００５】
また、ＳＯＩデバイスは、寄生容量が大幅に削減され、次世代の高速、高集積、低電圧動作、低消費電力、耐放射線強化素子として有望視されているため、上記技術は将来的にも必要であると思われる。
【０００６】
図１０、図１１は従来のＳＯＩデバイスの開封方法を説明するための断面図である。
ＳＯＩデバイスは、図１０に示すように、シリコン基板１００と、該シリコン基板１００の一面に積層されたボンディング用の配線板１０１と、シリコン基板１００の他面に絶縁酸化膜層１０２を介して積層された回路素子層１０３とからなるデバイス本体１０４を外囲器１０５で外囲した構成としてある。
【０００７】
このように構成されたＳＯＩデバイスを開放する方法として、前記シリコン基板１００の裏面を露出して、シリコン基板１００以外の部分をテフロン（登録商標）テープでマスクした後に、外囲器１０５、配線板１０１及び絶縁酸化膜層１０２をあまりエッチングせずにシリコン基板１００を選択的にエッチングする水酸化カリウムなどの薬液を用いて絶縁酸化膜層１０２を露出する方法が試みられた。しかし、この方法ではデバイス本体１０４と外囲器１０５の間に発生した隙間１０６に前記薬液がしみこみ、図１１に示すようにデバイス本体１０４の側面からもエッチングが行われ、回路素子層１０３に形成された半導体集積回路の動作が保証できないという問題があった。
【０００８】
図１２、図１３は従来のＳＯＩデバイスの開封方法を説明するための断面図である。
また、図１２に示すように、シリコン基板１００の裏面を露出した後に、デバイス本体１０４と外囲器１０５との間に発生した隙間１０６及びシリコン基板１００の裏面にレジスト１０７を塗布してベーク処理をした後、シリコン基板１００の裏面のみを露出させる方法が試みられた。この方法にあっては、デバイス本体１０４と外囲器１０５との間に発生した隙間１０６が狭く、またレジスト１０７の粘性が高いことからレジスト１０７が前記隙間１０６を埋めるには至らなかった。
【０００９】
このため、外囲器１０５、ボンディング用の配線板１０１及び絶縁酸化膜層１０２をあまりエッチングせずにシリコン基板１００を選択的にエッチングする水酸化カリウムなどの薬液によりエッチングしたとき、シリコン基板１００のエッチングがレジスト１０７が埋まっている部分よりも深く進行した場合は、デバイス本体１０４と外囲器１０５との間に発生した隙間１０６に薬液がしみこみ、図１３に示すようにデバイス本体１０４の側面からもエッチングが行われ、回路素子層１０３に形成された半導体集積回路の動作が保証できないという問題があった。
【００１０】
図１４は従来のＳＯＩデバイスの開封方法を説明するための断面図である。
そこで、従来技術（特開２０００−１３３６２０号公報）では図１４に示すように、半導体デバイスの外囲器１１１を裏面から機械的加工及び科学的処理によって開封する。次に、シリコン基板１１０の裏面を機械研磨により数μｍ〜数十μｍ程度の薄さにする。次に、シリコン基板１１０の全部ではなく一部を湿式エッチングによって選択的に除去することにより絶縁酸化膜層１１２を露出させている。（例えば、特許文献１参照。）
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−１３３６２０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された開封方法では絶縁酸化膜層１１２が露出されていない部分で発熱や発光があった場合は、上層配線に隠された下層配線の観察とか、拡散領域における発熱、発光が観察できないという問題があった。
【００１３】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は外囲器の配線板側を除去して配線板を露出させる第１のエッチング手段と、露出した配線板及び半導体基板を研磨する研磨手段と、該研磨手段による研磨量を測定する測定手段と、半導体基板の非研磨部分を除去する第２のエッチング手段とを備えた構成とすることにより、半導体デバイスにおける外囲器の配線板側から絶縁酸化膜層を全面的に露出することができるとともに、エッチングによる絶縁酸化膜層の除去量を少なくすることができる半導体デバイスの開封装置を提供することにある。
【００１４】
また、他の目的は外囲器の配線板側を除去して配線板を露出させる工程と、露出した配線板を研磨して除去し前記半導体素子を露出させる第１の研磨工程と、露出した半導体基板を研磨する第２の研磨工程と、この第２の研磨工程での研磨厚さを測定する測定工程と、測定した研磨量に基づいて研磨を停止する停止工程と、半導体基板の非研磨部分を湿式エッチングにより除去する工程と、湿式エッチングにより除去する箇所を撮像する撮像工程とにより開封する方法とすることにより、半導体デバイスにおける外囲器の配線板側から絶縁酸化膜層を全面的に露出することができるとともに、エッチングによる絶縁酸化膜層の除去量を少なくすることができる半導体デバイスの開封方法を提供することにある。
【００１５】
また、他の目的は発煙硝酸を用いて外囲器の配線板側を除去する工程とすることにより、デバイス本体及び配線板に対して外囲器を除去し易い半導体デバイスの開封方法を提供することにある。
【００１６】
さらに、他の目的は水酸化カリウム水溶液、フッ酸と硝酸との混合水溶液、フッ酸と硝酸と酢酸との混合水溶液の何れかを用いて湿式エッチングを行うことにより、絶縁酸化膜層に対して半導体基板を除去し易い半導体デバイスの開封方法を提供することにある。
【００１７】
また、他の目的は第２の研磨工程で研磨するときの半導体基板への押圧力を１００ｇ重／ｃｍ２以下とすることにより、半導体基板の非研磨量が非常に少なくなった際に半導体基板が割れるのを防ぐことができる半導体デバイスの開封方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体デバイスの開封装置は、半導体基板の一面に配線板が積層され、他面に絶縁酸化膜層を介して回路素子層が積層されたデバイス本体を外囲器で外囲してある半導体デバイスにおける前記外囲器の前記配線板側を除去して半導体デバイスを開封する開封装置において、前記外囲器の配線板側を除去して配線板を露出させる第１のエッチング手段と、露出した配線板及び前記半導体基板を研磨する研磨手段と、該研磨手段による研磨量を測定する測定手段と、半導体基板の非研磨部分を除去する第２のエッチング手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
この発明にあっては、第１のエッチング手段により外囲器の配線板側を除去して配線板を露出させることができ、露出した配線板及び半導体基板を研磨手段により研磨して除去することができ、さらに、第２のエッチング手段により半導体基板の非研磨部分を除去することができるため、半導体デバイスにおける外囲器の配線板側から絶縁酸化膜層を全面的に露出することができる。また、研磨量を測定しつつ非研磨量が非常に少なくなるまで連続的に研磨することができるため、エッチングによる除去時間を短くすることができ、エッチングによる絶縁酸化膜層の除去量をなくするか、又は、非常に少なくすることができるとともに、デバイス本体と外囲器との間の隙間からエッチング用の薬液が染みこむ影響を最小限に抑えることができる。従って、上層配線に隠された下層配線の観察とか、拡散領域における発熱、発光を観察して故障解析を行うことができ、故障解析時間の大幅な短縮が可能になる。
【００２０】
また、本発明に係る半導体デバイスの開封方法は、半導体基板の一面に配線板が積層され、他面に絶縁酸化膜層を介して回路素子層が積層されたデバイス本体を外囲する外囲器の前記配線板側を除去して半導体デバイスを開封する開封方法において、前記外囲器の配線板側を除去して配線板を露出させる工程と、露出した配線板を研磨して除去し前記半導体基板を露出させる第１の研磨工程と、露出した半導体基板を研磨する第２の研磨工程と、第２の研磨工程での研磨量を測定する測定工程と、測定した研磨量に基づいて研磨を停止する停止工程と、半導体基板の非研磨部分を湿式エッチングにより除去する工程と、湿式エッチングにより除去する箇所を撮像する撮像工程とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
この発明にあっては、外囲器の配線板側を除去し、配線板を露出させた後、該配線板を研磨により除去し、半導体基板を露出させ、この半導体基板を研磨することができる。この研磨された半導体基板の非研磨部分を湿式エッチングにより除去することができるため、半導体デバイスにおける外囲器の配線板側から絶縁酸化膜層を全面的に露出することができる。しかも、研磨量を測定しつつ非研磨量が非常に少なくなるまで連続的に研磨することができるため、湿式エッチングによる除去時間を短くすることができ、デバイス本体と外囲器との間の隙間からエッチング用の薬液が染みこむ影響を最小限に抑えることができる。さらに、湿式エッチングにより除去する箇所を撮像し、撮像された光学像をモニタ等の表示装置で確認しつつ除去することができるため、エッチングによる絶縁酸化膜層の除去量をなくするか、又は、非常に少なくすることができる。従って、上層配線に隠された下層配線の観察とか、拡散領域における発熱、発光を観察して故障解析を行うことができ、故障解析時間の大幅な短縮が可能になる。
【００２２】
また、本発明に係る半導体デバイスの開封方法は、外囲器の配線板側を除去する工程は、発煙硝酸を用いることを特徴とする。
この発明にあっては、外囲器とデバイス本体と配線板との選択比を大きくすることができるため、デバイス本体及び配線板に対して外囲器を除去し易い。
【００２３】
また、本発明に係る半導体デバイスの開封方法は、前記湿式エッチングは水酸化カリウム水溶液を用いることを特徴とする。
この発明にあっては、絶縁酸化膜層と半導体基板との選択比を大きくすることができるため、絶縁酸化膜層に対して半導体基板を除去し易い。従って、湿式エッチングによる除去時間をより一層短くすることができ、デバイス本体と外囲器との間の隙間からエッチング用の薬液が染みこむ影響をより一層小さくすることができる。
【００２４】
また、本発明に係る半導体デバイスの開封方法は、前記湿式エッチングはフッ酸と硝酸との混合水溶液を用いることを特徴とする。
この発明にあっては、絶縁酸化膜層と半導体基板との選択比を大きくすることができるため、絶縁酸化膜層に対して半導体基板を除去し易い。従って、湿式エッチングによる除去時間をより一層短くすることができ、デバイス本体と外囲器との間の隙間からエッチング用の薬液が染みこむ影響をより一層小さくすることができる。
【００２５】
また、本発明に係る半導体デバイスの開封方法は、前記湿式エッチングはフッ酸と硝酸と酢酸との混合水溶液を用いることを特徴とする。
この発明にあっては、絶縁酸化膜層と半導体基板との選択比を大きくすることができるため、絶縁酸化膜層に対して半導体基板を除去し易い。従って、湿式エッチングによる除去時間をより一層短くすることができ、デバイス本体と外囲器との間の隙間からエッチング用の薬液が染みこむ影響をより一層小さくすることができる。
【００２６】
また、本発明に係る半導体デバイスの開封方法は、前記第２の研磨工程で研磨するときの半導体基板への押圧力は１００ｇ重／ｃｍ２以下であることを特徴とする。
この発明にあっては、半導体基板の非研磨量が少なくなった際に半導体基板が割れるのを防ぐことができるため、非研磨量が非常に少なくなる位置に達するまで研磨することができ、湿式エッチングによる除去時間を短縮できる。
【００２７】
また、本発明に係る半導体デバイスの開封方法は、前記第２の研磨工程で研磨するときの半導体基板の研磨面が凹面状であることを特徴とする。
この発明にあっては、半導体基板の非研磨量が少なくなった際に半導体基板が割れるのを防ぐことができるため、非研磨量が非常に少なくなる位置に達するまで研磨することができ、湿式エッチングによる除去時間を短縮できる。
【００２８】
また、本発明に係る半導体デバイスの開封方法は、前記第２の研磨工程で研磨するときの半導体基板の研磨面が凹面状であり、その段差が絶縁酸化膜層の厚さの４０倍以下であることを特徴とする。
この発明にあっては、半導体基板の非研磨量が少なくなった際に半導体基板が割れるのを防ぐことができるため、非研磨量が非常に少なくなる位置に達するまで研磨することができ、湿式エッチングによる除去時間を短縮できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は半導体デバイスの断面図である。
図１の半導体デバイスは半導体基板としてのシリコン基板１の一面にボンディングフレームとしての配線板２が積層され、他面に絶縁酸化膜層３を介して回路素子層４が積層されたデバイス本体５をパッケージとしての合成樹脂製の外囲器６で外囲してあるＳＯＩデバイスＡである。回路素子層４は絶縁酸化膜層３との接合面にシリコンのエピタキシャル層４ａが設けられている。また、シリコン基板１は配線板２上に銀ペースト７により固定されている。なお、外囲器６はモールド、その他の封止用のものであってもよい。
【００３０】
外囲器６には外部から電気信号を入力するためのリードメタル８の一部が埋設されており、このリードメタル８から、半導体集積回路が形成されている回路素子層４のボンディングパッドへはボンディングワイヤが張られて電気的に接続されているが、図面の簡略化のためボンディングワイヤを省略している。また、デバイス本体５と外囲器６との間には通常わずかな隙間９が発生している。
【００３１】
図２は本発明に係る半導体デバイスの開封装置の一例を示す説明図である。
このように構成されたＳＯＩデバイスＡの開封装置は、その上端がモータ１０の出力軸に繋がる研磨軸１１の下端に設けられた研磨部１２と、モータ１０に結合され、前記研磨部１２を走査駆動する二次元走査駆動装置１３と、該二次元走査駆動装置１３の上部に設置され、研磨部１２に加わる押圧力及び研磨量を測定する測定器１４と、研磨軸１１の近傍に配置され、ＳＯＩデバイスＡの配線板２側へエッチング用の薬液を注入するノズル１５及び該ノズル１５から注入された薬液によるエッチング箇所を撮像するレンズユニット等の撮像器１６と、該撮像器１６に光ファイバ１７を介して接続された画像処理装置１８と、前記ノズル１５に接続された薬液ポンプ１９と、モータ１０，二次元走査駆動装置１３，測定器１４，画像処理装置１８，薬液ポンプ１９に第１〜第５のケーブル２０，２１，２２，２３，２４を介して接続されたデータ処理用のコンピュータ２５と、コンピュータ２５に接続された測定制御用のモニタ２６とを備えている。コンピュータ２５には操作盤２７が接続されており、また、薬液ポンプ１９は複数の薬液タンク２８内の薬液を汲み出すように構成されている。
【００３２】
このように構成された開封装置において、研磨部１２はコンピュータ２５から第１のケーブル２０により制御信号がモータ１０に送られ、それによりモータ１０が回転し、研磨軸１１により研磨部１２に回転が伝達される。研磨軸１１が回転しながらシリコン基板１へ接することによりシリコン基板１の配線板２側となる裏面が研磨される。研磨時の研磨部１２とシリコン基板１との間の押圧力は１００ｇ重／ｃｍ２以下であることが望ましい。押圧力は測定器１４で測定した結果が第３のケーブル２２によりコンピュータ２５に伝送され、モニタ２６に映し出される。押圧力の大きさはオペレータが操作盤２７で操作することにより調節が可能である。また、研磨部１２の先端は半球状又は球面状の砥石であることが望ましい。研磨部１２の材質はシリコン、ダイヤモンド、カーボン鋼、アルミナなどの砥石が望ましい。研磨砥石の粒径は数１０〜１００μｍが望ましい。研磨部１２の形状は半球状又は球状が望ましい。
【００３３】
そして、シリコン基板１を凹面状に加工するため、シリコン基板１の走査位置及び研磨時間について、コンピュータ２５で制御信号を第２のケーブル２１により二次元走査駆動装置１３に伝達し、ＳＯＩデバイスＡを収容支持する試料台２９を固定して研磨処理する。なお、研磨部１２を固定とし、試料台２９を走査しても良い。研磨部１２を走査駆動する場合、二次元走査駆動装置１３としてピエゾアクチュエータ式のもの、又は、マイクロ波誘電体セラミックスなどを用いることができる。
【００３４】
研磨部１２の二次元的な位置の移動はオペレータが操作盤２７で操作することにより調節が可能である。研磨部１２の二次元的な位置と研磨時の押圧力から研磨後のシリコン基板１の形状が予測可能であるため、研磨プロセスをスケジューリングして自動でシリコン基板１を凹面状に加工することも可能である。スケジューリングした場合はフィードバック制御により設定した研磨部１２の二次元的な位置と研磨時の押圧力になるように自動で調節する。
【００３５】
二次元走査駆動装置１３の上部には押圧力及び研磨厚さを測定する測定器１４が設置されている。研磨の進行とともに研磨部１２及び研磨軸１１が下方へ変位するのでその変位量を研磨量Ｈ１として測定し、第３のケーブル２２によりコンピュータ２５にデータが送られ、研磨した研磨量Ｈ１と、シリコン基板１の研磨前の裏面から絶縁酸化膜層３までの基板厚さＨとから次式の
（基板厚さＨ−研磨量Ｈ１）
の式により算出したシリコン基板１の研磨面から、絶縁酸化膜層３までの非研磨量Ｈ２がモニタ２６に映し出され確認できる。また、研磨量Ｈ１に基づいてコンピュータ２５からモータ１０へ制御信号が出力され、モータ１０の回転が停止し、研磨部１２による研磨が停止するようにしてある。
なお、基板厚さＨはプロセスの設計データを用いてもよいし、予備の同一のＳＯＩデバイスＡ、又は、同一ロットより作成されたＳＯＩデバイスＡを切断して実際に測定した値を用いてもよい。
【００３６】
図１のＳＯＩデバイスＡＳは試料台２９により固定されている。
図２中の撮像器１６はシリコン基板１の研磨状態を観察するためにモータ１０の周辺に設置されているが、撮像器１６はモータ１０に合体した構成にしてもよい。撮像器１６で撮像した配線板２側の拡大光学像は、光ファイバ１７を通して画像処理装置１８へと取り込まれ、第４のケーブル２３によりコンピュータへと伝送され、モニタ２６に撮像器１６で捕捉した配線板２側の拡大光学像が映し出される。
【００３７】
光ファイバ１７は単一モード光ファイバ（コア：石英ガラス、クラッド：石英ガラス）、グレーデッドインデックス形光ファイバ（コア：石英ガラス、クラッド：石英ガラス）、又は、ステップインデックス形光ファイバ（コア：石英ガラス、クラッド：石英ガラス又はコア：多成分ガラス、クラッド：多成分ガラス又はコア：プラスチック、クラッド：プラスチック）などを用いることが出来る。
【００３８】
複数個設けられる薬液タンク２８は、外囲器６の配線板２側を除去する薬液、及び研磨部１２による機械研磨終了後に、シリコン基板１を湿式エッチングする際に使用する薬液が収容されている。
【００３９】
外囲器６の配線板２側を除去する際には、ゴムのパッキン、テフロンテープなどで外囲器６の必要な個所をマスクして、薬液ノズル１５をマスクした場所へ固定し、オペレータが操作盤２７から湿式エッチングを開始する旨の指令を入力するとその制御信号が第５のケーブル２４により薬液ポンプ１９まで伝送される。制御信号に応じて薬液が薬液ポンプ１９から汲み出され、薬液ノズル１５により外囲器６の配線板２側に薬液が注入される。
【００４０】
研磨部１２による機械研磨終了後に湿式エッチングする際には、オペレータが操作盤２７から湿式エッチングを開始する旨の指令を入力するとその制御信号が第５のケーブル２４により薬液ポンプ１９まで伝送される。制御信号に応じて薬液ポンプ１９が薬液を汲み出し、薬液ノズル１５によりシリコン基板１に薬液が注入され、撮像器１６で捕捉した外囲器６の配線板２側の拡大光学像により絶縁酸化膜層３が露出したことをモニタ２６で確認することができる。
【００４１】
次に開封装置による開封処理工程を図３乃至図７に基づいて説明する。
実際に処理する場合、ＳＯＩデバイスＡは図２に示すように上下が逆さまになるが、ここでは見やすいように通常デバイスを設置する方向で図示する。
【００４２】
図３は外囲器の配線板側を除去した後の断面図である。
図１のように構成されたＳＯＩデバイスＡにおける外囲器６の配線板２側、換言すれば、外囲器６裏面のモールド樹脂をエッチング用の薬液により除去する際は、あらかじめゴムパッキン、テフロンテープなどでマスクし、デバイス本体５のシリコン基板１よりも左右１．５ｍｍ程度大きい部分を除去するようにする。例えば、シリコン基板１が１．５ｍｍ×１．５ｍｍであれば、マスクする領域は３ｍｍ×３ｍｍが適当である。薬液としては外囲器６と、デバイス本体５と、配線板２との選択比が大きい発煙硝酸（約６０℃に加熱したもの）が適している。外囲器６の配線板２側を除去する際は、図２において薬液タンク２８が６０〜８０℃ぐらいに加熱されることになる。外囲器６はマスクの開口された部分のみエッチングされ、配線板２が露出する。
この状態は図２の撮像器１６で捕捉してモニタ２６に映し出される拡大光学像により確認できる。つまり、合成樹脂製の外囲器６と金属製の配線板２との拡大光学像における色彩が顕著に異なるからである。
【００４３】
図４は配線板及び銀ペーストを除去した後の断面図である。
配線板２は図２の研磨部１２の機械研磨により除去する。このときの押圧力は１００ｇ重／ｃｍ２以下であることが望ましい。押圧力は図２の測定器１４で測定した結果が第３のケーブル２２によりコンピュータ２５に伝送され、モニタ２６に映し出される。押圧力の大きさはオペレータが操作盤２７で操作することにより調節が可能である。
【００４４】
図５は配線板及び銀ペーストを除去した後にシリコン基板を凹面状に機械研磨により研磨した状態の断面図である。
このときの研磨時の押圧力は１００ｇ重／ｃｍ２以下であることが望ましい。押圧力は図２の測定器１４で測定した結果が第３のケーブル２２によりコンピュータ２５に伝送され、モニタ２６に映し出される。押圧力の大きさはオペレータが操作盤２７で操作することにより調節が可能である。凹面状に研磨するのは図２の研磨部１２によりシリコン基板１に加わる応力を分散し（図６参照）、シリコン基板１が割れるのを防ぐためである。
図５のシリコン基板１の中心部１ａから絶縁酸化膜層３までの非研磨量Ｈ２ａはできるだけ短い方が望ましい。
機械研磨後の湿式エッチングを短時間で行い、デバイス本体５と外囲器６との間に発生している僅かな隙間からエッチング用の薬液が染みこむ影響を最小限に抑えるためである。
【００４５】
シリコン基板１の研磨前の裏面から絶縁酸化膜層３までの基板厚さＨはプロセスの設計データを用いてもよいし、予備の同一のＳＯＩデバイスＡ、又は、同一ロットより作成されたＳＯＩデバイスＡを切断して実際に測定した値を用いてもよい。その場合実際の基板厚さＨとの差は基板厚さＨのプロセスによるばらつきを考慮する必要がある。基板厚さＨのプロセスによるばらつきが通常１０％であることを考慮すると、基板厚さＨの設計値が数１００μｍである場合には、シリコン基板１の研磨面から絶縁酸化膜層３までの非研磨量Ｈ２は１μｍ〜９．８μｍ程度にすれば十分であると思われる。通常は、９．８μｍ程度（推奨値）を下回ったシリコン膜厚で機械研磨を終了する。
または前記機械研磨を終了後のシリコン基板１の研磨面から絶縁酸化膜層３までの非研磨量Ｈ２は、下記する湿式エッチングに用いる薬液の酸化膜とシリコンとのエッチングレートの選択比の逆数と絶縁酸化膜層３の膜圧の積の値が、最大シリコン膜厚になる。
従って前記機械研磨を終了後は前期最大シリコン膜厚以下の膜厚で、薄くても１μｍ以上であれば良いことになる。
【００４６】
またシリコン基板１を凹面状に加工する際には、その研磨面の曲率を大きくしすぎると、機械研磨終了後の湿式エッチング時に、シリコン基板１の中心部分の絶縁酸化膜層３が露出してから、シリコン基板１の周辺部の絶縁酸化膜層３が露出するまでに、中心部の絶縁酸化膜層３がオーバーエッチされてしまう。
従って、研磨面の曲率はなるべく小さい方が望ましい。シリコン基板１の周辺部１ｂから絶縁酸化膜層３までの非研磨量Ｈ２ｂと、シリコン基板１の中心部１ａから絶縁酸化膜層３までの非研磨量Ｈ２ａとの差ΔＨ２、つまりシリコン基板１の研磨面の凹凸の段差ΔＨ２が、絶縁酸化膜層３の膜厚のほぼ９．８倍以下で十分である。例えば、絶縁酸化膜層３の膜厚が１μｍである場合、
１μｍ×９．８＝９．８μｍ
となるためシリコン基板１の研磨面の凹凸の段差ΔＨ２は９．８μｍ以下であればよい。
【００４７】
図６は図２の研磨部１２によりシリコン基板１に加わる応力を分散するメカニズムを説明するための断面図である。なお、シリコン基板１は図２とは上下が逆の状態で表している。研磨部１２の先端は半球状又は球面状であり、シリコン基板１が凹面状であるので、その接する部分にかかる応力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は異なった方向に分散し、シリコン基板１に亀裂を入れるような剪断応力成分が軽減されており、全体として研磨部１２によりシリコン基板１への応力が緩和されているのが分かる。
【００４８】
図７は機械研磨終了後に湿式エッチングを行って絶縁酸化膜層３を全面露出した状態の断面図である。
デバイス本体５の四隅にシリコン基板１が僅かに残っているが、デバイス本体５の四隅部分には半導体集積回路が形成されていないので、半導体デバイスの配線板２側から発熱、発光を観察するには障害とならない。湿式エッチングに用いる薬液は酸化膜とシリコンとのエッチングレートの選択比が１：１００になる、２０ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液を約８０℃に加熱したものを用いるのが望ましい。さらに水酸化カリウムの濃度は１０〜５０ＷＴ％の水溶液で、温度は５０〜９０℃程度の条件でも使用が可能である。または湿式エッチングに用いる薬液はフッ酸と硝酸との混合水溶液を用いてもよい。酸化膜とシリコンとのエッチングレートの選択費が大きくなる６５〜７０％がフッ酸の容量比として望ましい。エッチング温度は常温で十分である。または湿式エッチングに用いる薬液はフッ酸と硝酸と酢酸との混合水溶液を用いてもよい。容量比はフッ酸が１０〜６５％、硝酸が０〜２５％、酢酸がその残りである。エッチング温度は常温で十分である。酢酸を加えるのはその緩衝作用を利用して湿式エッチングを安定的に行うためである。
【００４９】
水酸化カリウムを用いた湿式エッチングによりシリコン基板１の非研磨部を除去する際は図２において薬液タンクが、約８０〜９０℃に加熱されることになる。一方、フッ酸と硝酸との混合水溶液やフッ酸と硝酸と酢酸との混合水溶液を用いた湿式エッチングによりシリコン基板１の非研磨部を除去する際は図２において薬液タンクが常温のまま加熱されないことになる。
シリコン基板１は図５に示すように中心部１ａから絶縁酸化膜層３までの非研磨量Ｈ２ａが、周辺部１ｂから絶縁酸化膜層３までの非研磨量Ｈ２ｂよりも少ないため、湿式エッチングにより、まず中心部の絶縁酸化膜層３が先に露出する。その状態は図２の撮像器１６で捕捉してモニタ２６に映し出される拡大光学像により確認できる。つまり、シリコン基板１と絶縁酸化膜層３との拡大光学像における色彩が顕著に異なるからである。
【００５０】
絶縁酸化膜層３が全面露出した状態も図２の撮像器１６で捕捉してモニタ２６に映し出される拡大光学像により確認できる。水酸化カリウムを用いた湿式エッチングの場合シリコンのエッチングレートは約１．４μｍ／分であるため図５においてシリコン基板１の研磨面の凹凸の段差ΔＨ２が９．８μｍであった場合は、中心部の絶縁酸化膜層３が露出してから周辺部の絶縁酸化膜層３が露出するまでの時間は
９．８μｍ÷１．４μｍ／分≒７分
となる。
【００５１】
一方、絶縁酸化膜層３のエッチングレートは
１．４μｍ／分×１／１００＝０．０１４μｍ／分
となる。従って、周辺部の絶縁酸化膜層３が露出するまでに中心部の絶縁酸化膜層３がエッチングされる厚さは
０．０１４μｍ／分×７分≒０．１μｍ
であり、中心部の絶縁酸化膜層３の膜厚は
１μｍ−０．１μｍ＝０．９μｍ
となり、シリコン基板１の研磨面の凹凸の段差ΔＨ２による影響は問題ないことが分かる。すなわち、中心部の絶縁酸化膜層３が０．９μｍだけ残されているので、ＳＯＩデバイスＡの動作にはほとんど影響がないと考えられる。通常デバイスの設計において膜厚は１０％の誤差を見込んで設計されているからである。フッ酸と硝酸のと混合水溶液を用いた湿式エッチングやフッ酸と硝酸と酢酸のと混合水溶液を用いた湿式エッチングの場合も同様にしてデバイスの動作に影響を与えない研磨面の凹凸の段差ΔＨ２を確認することができる。
【００５２】
図８、図９は本発明に係る開封装置の処理手順の一例を示す説明図である。
手順１（Ｓ１）では、ゴムパッキン、テフロンテープにより外囲器６の配線板２側のみが開口するようにマスクされたＳＯＩデバイスＡの外囲器６に、発煙硝酸を６０℃に加熱したものを注入する。開封領域はシリコン基板１の大きさよりも左右１．５ｍｍ程度大きい部分を除去するようにする。例えば、シリコン基板１の大きさが１．５ｍｍ×１．５ｍｍであれば、マスクする領域は３ｍｍ×３ｍｍが適当である。所要時間は開封領域の大きさ及び外囲器６の厚さにより異なるが開封領域が３ｍｍ×３ｍｍで外囲器６の厚さが０．２ｍｍ程度の場合は３０秒ぐらいである。
【００５３】
手順２（Ｓ２）の状態、つまりデバイス本体５の配線板２側が露出した状態は図２の撮像器１６で補捉してモニタ２６に映し出される拡大光学像により確認できる。外囲器６と配線板２との拡大光学像における色彩が顕著に異なるからである。
【００５４】
手順３（Ｓ３）では、配線板２を研磨部１２で研磨することにより除去する。除去領域はシリコン基板１の大きさよりも０．５ｍｍ程度大きい領域が適当である。例えば、シリコン基板１の大きさが１．５ｍｍ×１．５ｍｍであれば２ｍｍ×２ｍｍの領域である。
【００５５】
手順４（Ｓ４）では、シリコン基板１上に焼結した銀ペースト７が乗っているので、研磨部１２で研磨することにより切除する。切除領域はシリコン基板１の大きさと同じ領域である。例えば、シリコン基板１の大きさが１．５ｍｍ×１．５ｍｍであれば１．５ｍｍ×１．５ｍｍの領域である。銀ペースト７が除去されると手順５（Ｓ５）の状態となる。
【００５６】
手順６（Ｓ６）で研磨量をゼロにリセットする。
手順７（Ｓ７）では、デバイス本体５の配線板２側部分のシリコン基板１を研磨部１２により凹面状に研磨する。このときの押圧力は１００ｇ重／ｃｍ２以下であることが望ましい。押圧力は図２の測定器１４で測定した結果が第３のケーブル２２によりコンピュータ２５に伝送され、モニタ２６に映し出される。押圧力の大きさはオペレータが操作盤２７で操作することにより調節が可能である。凹面状に研磨するのは図２の研磨部１２によりシリコン基板１に加わる応力を分散し、シリコン基板１が割れるのを防ぐためである。図６に図２の研磨部１２によりシリコン基板１に加わる応力を分散するメカニズムを説明するための断面図を現わしている。
【００５７】
研磨面の曲率はなるべく小さい方が望ましい。シリコン基板１の周辺部から絶縁酸化膜層３までの非研磨量Ｈ２ｂと、シリコン基板１の中心部から絶縁酸化膜層３までの非研磨量Ｈ２ａとの差ΔＨ２、つまりシリコン基板１の研磨面の凹凸の段差ΔＨ２が、絶縁酸化膜層３の膜厚のだいたい９．８倍以下で十分である。例えば、絶縁酸化膜層３の膜厚が１μｍである場合、
１μｍ×９．８＝９．８μｍ
となるためシリコン基板１の研磨面の凹凸の段差ΔＨ２は９．８μｍ以下であればよい。
【００５８】
手順８（Ｓ８）では、研磨した研磨量を測定器１４により測定し、研磨面から絶縁酸化膜層３までの非研磨量Ｈ２を
（非研磨量Ｈ２）＝（シリコン基板１の研磨前の裏面から絶縁酸化膜層３までの基板厚さＨ）−（研磨した研磨量Ｈ１）
の式により計算する。なお、シリコン基板１の研磨前の裏面から絶縁酸化膜層３までの基板厚さはプロセスの設計データを用いてもよいし、予備のＳＯＩデバイスＡを切断して実際に測定した値を用いてもよい。研磨部１２による研磨は、研磨面から絶縁酸化膜層３までの非研磨量が３０μｍ以下になり（Ｓ９）、しかも研磨面の凹凸の段差ΔＨ２が絶縁酸化膜層３の厚さの４０倍以下になるまで行い（Ｓ１０）、この二つの条件が満たされたとき、コンピュータ２５からモータ１０へ出力される制御信号によりモータの回転が停止し、研磨部１２による研磨を停止する。凹凸の段差ΔＨ２が絶縁酸化膜層３の厚さの４０倍以上ある場合はシリコン基板１の周辺部のみ研磨部１２により研磨する（Ｓ１１）。
【００５９】
手順９（Ｓ１２）では、湿式エッチングを行う。湿式エッチングに用いる薬液は酸化膜とシリコンとのエッチングレートの選択比が１：１００になる「２０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液を８０℃ぐらいに加熱したもの」を用いるのが望ましい。湿式エッチングによりシリコン基板１を除去する際は図２において薬液タンク２８が８０℃ぐらいに加熱されることになる。ただし、湿式エッチングに用いる薬液としてフッ酸と硝酸との混合水溶液やフッ酸と硝酸と酢酸との混合水溶液を用いることも可能である。この場合は、湿式エッチングによりシリコン基板１を除去する際は図２において薬液タンク２８が常温のまま維持されることになる。
【００６０】
手順１０（Ｓ１３）では、湿式エッチングの進行状況を図２の撮像器１６で捕捉してモニタ２６に映し出される拡大光学像により確認する。シリコン基板１と絶縁酸化膜層３の拡大光学像における色彩が顕著に異なるため、絶縁酸化膜層３がほぼ全面露出したか（Ｓ１４）が図２の撮像器１６で捕捉してモニタ２６に映し出される拡大光学像により確認できる。ここで「ほぼ全面」とはデバイスの形成されていない四隅の部分にシリコン基板１が残っていても問題ないことを示している。
絶縁酸化膜層３がほぼ全面露出したら、開封処理は完了する（Ｓ１５）。
【００６１】
なお、以上説明した実施の形態では、シリコン基板１の研磨前の裏面から測定を開始するようにしたが、その他、配線板２の研磨前の裏面から測定を開始するようにしてもよい。この場合、配線板２の研磨前の裏面から研磨した研磨量Ｈ１を測定器１４で測定する。
また、以上説明した実施の形態では、半導体基板としてシリコン基板を用いたが、半導体基板の材料は特に制限されない。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、研磨手段により研磨された半導体基板の非研磨部分をエッチング手段により除去することができるため、半導体デバイスにおける外囲器の配線板側から絶縁酸化膜層を全面的に露出することができ、しかも、研磨量を測定しつつ非研磨量が非常に少なくなるまで連続的に研磨することができるため、エッチングによる除去時間を短くすることができ、エッチングによる絶縁酸化膜層の除去量をなくするか、又は、非常に少なくすることができるとともに、デバイス本体と外囲器との間に発生している隙間からエッチング用の薬液が染みこむ影響を最小限に抑えることができる。従って、上層配線に隠された下層配線の観察とか、拡散領域における発熱、発光を観察して故障解析を行うことができ、故障解析時間の大幅な短縮が可能になる。
【００６３】
また、本発明によれば、研磨された半導体基板の非研磨部分を湿式エッチングにより除去することができるため、半導体デバイスにおける外囲器の配線板側から絶縁酸化膜層を全面的に露出することができ、しかも、研磨量を測定しつつ非研磨量が非常に少なくなるまで連続的に研磨することができるため、湿式エッチングによる除去時間を短くすることができ、さらに、湿式エッチングにより除去する箇所を撮像し、撮像された光学像をモニタ等の表示装置で確認しつつ除去することができるため、エッチングによる絶縁酸化膜層の除去量をなくするか、又は、非常に少なくすることができるとともに、デバイス本体と外囲器との間に発生している隙間からエッチング用の薬液が染みこむ影響を最小限に抑えることができる。従って、上層配線に隠された下層配線の観察とか、拡散領域における発熱、発光を観察して故障解析を行うことができ、故障解析時間の大幅な短縮が可能になる。
【００６４】
また、本発明によれば、発煙硝酸を用いて外囲器の配線板側を除去するため、デバイス本体及び配線板に対して外囲器を除去し易く、開封作業能率を向上できる。
【００６５】
また、本発明によれば、水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングを行うことにより、絶縁酸化膜層に対して半導体基板を除去し易いため、湿式エッチングによる除去時間をより一層短くすることができ、デバイス本体と外囲器との間の隙間からエッチング用の薬液が染みこむ影響をより一層小さくすることができる。
【００６６】
また、本発明によれば、フッ酸と硝酸の混合水溶液を用いてエッチングを行うことにより、絶縁酸化膜層に対して半導体基板を除去し易いため、湿式エッチングによる除去時間をより一層短くすることができ、デバイス本体と外囲器との間の隙間からエッチング用の薬液が染みこむ影響をより一層小さくすることができる。
【００６７】
また、本発明によれば、フッ酸と硝酸と酢酸の混合水溶液を用いてエッチングを行うことにより、絶縁酸化膜層に対して半導体基板を除去し易いため、湿式エッチングによる除去時間をより一層短くすることができ、デバイス本体と外囲器との間の隙間からエッチング用の薬液が染みこむ影響をより一層小さくすることができる。
【００６８】
また、本発明によれば、第２の研磨工程で研磨するときの半導体基板への押圧力が１００ｇ重／ｃｍ２以下であるため、半導体基板が割れるのを防ぎつつ非研磨量が非常に少なくなる位置に達するまで研磨することができ、湿式エッチングによる除去時間を短縮できる。
【００６９】
また、本発明によれば、第２の研磨工程で研磨するときの半導体基板の研磨面が凹面状であるため、半導体基板の非研磨量が少なくなった際に半導体基板が割れるのを防ぐことができるため、非研磨量が非常に少なくなる位置に達するまで研磨することができ、湿式エッチングによる除去時間を短縮できる。
【００７０】
また、本発明によれば、第２の研磨工程で研磨するときの半導体基板の研磨面が凹面状であり、その段差が絶縁酸化膜層の厚さの４０倍以下であるため、半導体基板の非研磨量が少なくなった際に半導体基板が割れるのを防ぐことができるため、非研磨量が非常に少なくなる位置に達するまで研磨することができ、湿式エッチングによる除去時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る開封装置により開封する半導体デバイスの断面図である。
【図２】本発明に係る半導体デバイスの開封装置の一例を示す説明図である。
【図３】半導体デバイスにおける外囲器の配線板側を除去した後の断面図である。
【図４】半導体デバイスにおける配線板及び銀ペーストを除去した後の断面図である。
【図５】半導体デバイスにおける配線板及び銀ペーストを除去した後にシリコン基板を凹面状に機械研磨により研磨した状態の断面図である。
【図６】図２の研磨部によりシリコン基板に加わる応力を分散するメカニズムを説明するための断面図である。
【図７】機械研磨終了後に湿式エッチングを行って絶縁酸化膜層をほぼ全面露出した状態の断面図である。
【図８】本発明に係る開封装置の処理手順の一例を示す説明図である。
【図９】本発明に係る開封装置の処理手順の一例を示す説明図である。
【図１０】従来のＳＯＩデバイスの開封方法を説明するための断面図である。
【図１１】従来のＳＯＩデバイスの開封方法を説明するための断面図である。
【図１２】従来のＳＯＩデバイスの開封方法を説明するための断面図である。
【図１３】従来のＳＯＩデバイスの開封方法を説明するための断面図である。
【図１４】従来のＳＯＩデバイスの開封方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１    シリコン基板（半導体基板）
２    配線板
３    絶縁酸化膜層
４    回路素子層
５    デバイス本体
６    外囲器
１２  研磨部（研磨手段）
１４  測定器（測定手段）
１６  撮像器
【図１】
2004179185.tif 000003
【図２】
2004179185.tif 000004
【図３】
2004179185.tif 000005
【図４】
2004179185.tif 000006
【図５】
2004179185.tif 000007
【図６】
2004179185.tif 000008
【図７】
2004179185.tif 000009
【図８】
2004179185.tif 000010
【図９】
2004179185.tif 000011
【図１０】
2004179185.tif 000012
【図１１】
2004179185.tif 000013
【図１２】
2004179185.tif 000014
【図１３】
2004179185.tif 000015
【図１４】
2004179185.tif 000016