(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周端部に中央部よりも厚いリブ部が設けられた半導体ウェハにおいて、
前記リブ部と前記中央部との間に、当該リブ部より薄く当該中央部よりも厚く当該中央部に対して平行な面を有する中間領域と、
前記リブ部の厚さから前記中間領域の厚さへと、厚さが徐々に薄くなる第１遷移領域と、
前記中間領域の厚さから前記中央部への厚さへと、厚さが徐々に薄くなる第２遷移領域と、
を備え、
前記第１遷移領域および前記第２遷移領域は、それぞれ前記中間領域および前記中央部からの立ち上がりの角度が、１５°以上４５°以下の傾斜面を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体ウェハのおもて面側の中央部に素子の表面構造を形成する表面構造形成工程と、
研削面の下面が前記半導体ウェハの裏面に平行で、当該下面から側面に向けて傾斜面を有する第１の砥石によって、前記半導体ウェハの裏面側の前記中央部を研削することで、前記半導体ウェハの外周縁に沿ってリブ部を形成するとともに、当該リブ部の厚さから徐々に厚さが薄くなる第１遷移領域を形成する第１裏面研削工程と、
研削面の下面が前記半導体ウェハの裏面側の前記中央部に平行で、当該下面から側面に向けて傾斜面を有する第２の砥石によって、さらに、前記半導体ウェハの裏面側の前記第１遷移領域に囲まれる領域を研削し、前記中央部の厚さより厚く当該リブ部の厚さより薄く当該中央部に対して平行となる中間領域を形成するとともに、当該中間領域の厚さから前記中央部の厚さへと厚さが徐々に薄くなる第２遷移領域を形成する第２裏面研削工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１裏面研削工程においては、前記第１の砥石の前記傾斜面による研削によって、前記リブ部と前記中間領域との間に、前記中間領域からの立ち上がりの角度が１５°以上４５°以下の第１傾斜面を形成し、当該第１傾斜面を有する領域が前記第１遷移領域となり、
前記第２裏面研削工程においては、前記第２の砥石の前記傾斜面による研削によって、前記中央部と前記中間領域との間に、前記中央部からの立ち上がりの角度が１５°以上４５°以下の第２傾斜面を形成し、当該第２傾斜面を有する領域が第２遷移領域となることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２裏面研削工程においては、前記中間領域の幅が０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下となるように、前記第１裏面研削工程よりも小さな径で研削を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２裏面研削工程においては、前記第１裏面研削工程よりも遅い速度で精研削を行うことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２裏面研削工程の後に、
前記半導体ウェハの裏面側の全面を、混酸によってエッチングするエッチング工程を含むことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つ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】
この発明は、電力変換装置などに使用されるパワー半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特にデバイス厚が薄い薄型の半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）において、パンチスルー型とノンパンチスルー型とが使用されている。まず、従来のパンチスルー型ＩＧＢＴについて説明する。なお、本明細書において、ｎまたはｐを冠した半導体は、それぞれ電子、正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎ+やｎ-などのように、ｎやｐに付す「+」または「-」は、それぞれそれらが付されていない半導体の不純物濃度よりも比較的高濃度または比較的低濃度であることを表す。
【０００３】
図１５は、従来のパンチスルー型ＩＧＢＴの構造について示す断面図である。パンチスルー型ＩＧＢＴは、オン時の低オン電圧化を目的としている。パンチスルー型ＩＧＢＴでは、コレクタ側からキャリアを注入してＩＧＢＴ内に高濃度のキャリアを充満させる。さらに、高い電圧を支えるｎ+バッファ層１０２が設けられることで、薄いｎ-ドリフト層１０３を実現し、低オン電圧化を実現している。また、速いターンオフ時間を実現するために、ライフタイムコントロールが併せて用いられる。その理由は、ＩＧＢＴ内に充満したキャリアをすみやかに消去するためである。これにより、キャリア輸送効率を低下させ、低いスイッチング損失が得られる。しかしながら、通常のオン状態においても、そのキャリア輸送効率を低下させる効果のためにオン電圧が増えてしまうという課題がある。
【０００４】
図１５に示すように、ウェハのおもて面側に形成される表面構造は、例えば、ｎ-ドリフト層１０３の表面層の一部に、ｐベース領域１０４が設けられている。また、ｐベース領域１０４の表面層の一部に、ｎ+エミッタ領域１０５が設けられている。そして、ｎ+エミッタ領域１０５を貫通し、ｎ-ドリフト層１０３に達するトレンチ１１０が設けられている。トレンチ１１０の内部には、ゲート酸化膜１０６を介してゲート電極１０７が設けられている。また、ゲート酸化膜１０６およびゲート電極１０７の上には絶縁膜１２０が設けられており、絶縁膜１２０によってゲート電極１０７とエミッタ電極１０８とが離れている。また、エミッタ電極１０８は、ｐベース領域１０４と、ｎ+エミッタ領域１０５と、に接するように設けられている。
【０００５】
また、図１５に示すように、パンチスルー型ＩＧＢＴにおいては、ｐ+コレクタ層１０１となる高不純物濃度のｐ型シリコン基板上に高不純物濃度のｎ型エピタキシャル層を成長させて、ｎ+バッファ層１０２を形成する。ついで、ｎ+バッファ層１０２の上に、低不純物濃度のｎ型エピタキシャル層を成長させて、ｎ-ドリフト層１０３を形成する。パンチスルー型ＩＧＢＴは、このようにエピタキシャル成長法によって作製されたウェハを用いて製造される。
【０００６】
図１６は、従来のノンパンチスルー型ＩＧＢＴの構造について示す断面図である。ノンパンチスルー型ＩＧＢＴは、コレクタ側からのキャリアの注入を抑制し、注入効率を下げて輸送効率を上げるという、パンチスルー型ＩＧＢＴとは逆の設計思想に基づいている。すなわち、ライフタイムのコントロールを行わず、コレクタ（ｐ+層）の不純物濃度コントロールで、キャリアの注入効率の制御を行うものである。ノンパンチスルー型ＩＧＢＴは、ｎ型ＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）ウェハなどの低価格のウェハを用いて製造される。
【０００７】
図１６に示すように、ノンパンチスルー型ＩＧＢＴにおいては、ｎ型ＦＺウェハのおもて面側に表面構造を形成した後に、ウェハの裏面から研削して、ｎ-ドリフト層１０３を薄くする。ついで、ｎ型ＦＺウェハの裏側から、例えば、ボロンイオンを照射する。照射されたボロンイオンの一部を、例えば、４００度以下の低温度アニールにより活性化する。これにより、ｐ+コレクタ層１０１を形成する。そして、コレクタ電極１０９を、ｐ+コレクタ層１０１に接するように形成する。
【０００８】
近年、ＩＧＢＴでは、高性能化および低コスト化が重要な課題となっている。このため、スイッチング損失の低減と高速スイッチング特性の改善が可能であり、尚且つ低コスト化が可能であるノンパンチスルー型ＩＧＢＴが主流となっている。そして、ＩＧＢＴの特性をさらに向上させるために、フィールドストップ（ＦＳ）層を用いた薄型のＩＧＢＴ構造が用いられるようになっている。
【０００９】
図１７は、ＦＺウェハを用いたフィールドストップ（ＦＳ）型ＩＧＢＴの構造について示す断面図である。ＦＳ型ＩＧＢＴでは、ｎ+バッファ層１０２をフィールドストップ層１０２として用いている。図１６に示したノンパンチスルー型ＩＧＢＴと同様に、キャリアの低注入、高輸送効率という効果を奏しながら、ノンパンチスルー構造よりもベース層を薄くすることで更なるオン電圧、ターンオフ損失特性が改善されたものとなっている。図１７に示すように、ＦＳ型ＩＧＢＴにおいては、ウェハのおもて面側にデバイスの表面構造を形成した後に、ｎ型ＦＺウェハの裏面を削って薄化する。そして、裏面からリンイオンを照射し、その後ボロンイオンを照射する。さらに、ウェハのおもて面を冷却しながら裏面にレーザ光を照射してアニールする。これによって、リン原子およびボロン原子を活性化させることで、ｎ+バッファ層１０２およびｐ+コレクタ層１０１を形成する。
【００１０】
ここで、図１７に示すようなＦＳ型ＩＧＢＴの特性を向上させるためには、耐圧に応じてｎ-ドリフト層１０３を薄くすればよい。具体的には、例えば、耐圧が１２００ＶのＩＧＢＴを作成する場合、ｎ-ドリフト層１０３の厚さを１２０μｍから１３０μｍ程度にすることで、十分に所望の性能を得ることができる。また、耐圧が６００ＶのＩＧＢＴを形成する場合、ｎ-ドリフト層１０３の厚さを６０μｍから７０μｍ程度にすればよい。
【００１１】
このように、ｎ-ドリフト層１０３であるウェハの厚さを薄くすると、ウェハの反りが増大し、剛性が著しく低下する。したがって、その後の製造工程や搬送工程において、例えばアームや治具などでウェハを保持する際に、ウェハの強度が保てないという問題がある。
【００１２】
そこで、ウェハの裏面側にリブ構造を設けたリブウェハが提案されている。リブウェハは、ウェハの裏面側において、外周端部が、中央部よりも厚くなっている。リブウェハを用いることで、ウェハの反りが大幅に緩和されて、搬送工程においてウェハを取り扱う際に、ウェハの強度が大幅に向上し、ウェハの割れや欠けを軽減することができる。
【００１３】
このようなリブウェハを作製する方法としては、ウェハの直径よりも小さい直径の研磨部を備える研磨装置などによって、ウェハの裏面側から、外周端部を残して、中央部のみを研削し薄くすることで、リブ部を形成する方法が提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。
【００１４】
さらに、砥石を用いて半導体ウェハの中央部を外周端部より薄くして、リブ部を形成した後に、砥石の位置を調整することで、リブ部の表面の内周端部に面取り加工を施し、曲面を形成する方法が提案されている（例えば、下記特許文献２参照。）。この方法によれば、半導体ウェハのリブ部の表面の内周端部に応力が集中せず、リブ部の表面の内周端部からの破損を防ぐことができる。
【００１５】
しかしながら、特許文献１または２の技術では、研削を行うことにより、ウェハの裏面側の研削面に、研削を行う際に用いた砥石の砥粒の粒径と同程度の深さの加工ダメージ層が生じ、ウェハの厚さにばらつきが生じる。ここで、ウェハを薄くすると、ウェハの厚さに対して、砥石の砥粒の粒径が無視できない程度の大きさとなる。したがって、加工ダメージ層によるダメージによって、デバイスの特性が悪化してしまうという問題がある。また、例えば、ウェハの裏面側に電極を形成する場合、ウェハの裏面側の表面に加工ダメージ層があるため、ウェハと電極との接触抵抗が増大するという問題がある。さらに、加工ダメージ層のクラックによってウェハが割れやすくなるという問題がある。
【００１６】
このような問題を解決する方法としては、ウェハの裏面側を、リブ部の厚さを規定する所定の厚さまで研削した後に、ウェハの裏面側に、外周端部を残して、中央部のみをエッチングする方法が提案されている（例えば、下記特許文献３参照。）。この方法によれば、研削面の、砥石による加工ダメージ層を除去することができる。
【００１７】
【特許文献１】特開平５−１２１３８４号公報
【特許文献２】特開２００７−１０３５８２号公報
【特許文献３】特開２００７−２０８０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上述した技術では、ダイシング工程においてリブウェハの裏面側にダイシングテープを貼付する際、ウェハの中央部とリブ部との間に急峻な段差があるため、段差の周辺においてリブウェハとダイシングテープとの間に隙間が生じてしまう。リブウェハとダイシングテープの間に隙間があると、その隙間に対応する箇所に形成されたチップをダイシングテープを介して、リブウェハを設置するステージに固定することができない。このため、ダイシングを行う際やその後の洗浄を行う際にダイシングテープの貼り付いていない部分に形成されたチップが飛び散ってしまうチップ飛びなどの不具合が生じる。
【００１９】
そのため、ダイシングの前にリブ部を切り落としたり、リブ部を研削してウェハ外周端部とウェハ中央部との段差をなくすなどして、ウェハの裏面側を平坦にすることによって、ウェハ裏面にダイシングテープを隙間がないように貼付する方法が考えられる。
【００２０】
しかしながら、ウェハを平坦化するための、あらたな機器の導入が必要であり、半導体デバイスの製造コストが上昇してしまう。また、製造工程中にあらたな工程が加わるため、デバイスの生産効率が低下してしまうという問題がある。
【００２１】
また、通常の半導体デバイスの製造方法においては、ウェハの中央部のみを薄層化して、リブ部を形成した後に、フォトリソグラフィ工程、熱拡散工程、成膜工程、エッチング工程等の工程が行われることもある。これらの工程を行う場合、ウェハの中央部とリブ部との間の段差を解消しなければならず、例えばウェハの中央部の凹部とほぼ同じ形状の凸部を有する等の、ウェハの段差に対応した特別な搬送装置やステージが必要となる。このため、生産コストが上昇してしまうという問題がある。
【００２２】
また、中央部からリブ部への立ち上がり角度が急峻であると、すなわち、リブ部の側面が中央部に対して略垂直であると、中央部からリブ部に向けての厚さの変化が急峻である。このため、熱拡散工程や成膜工程等の加熱を伴う工程において、中央部とリブ部との熱膨張による単位面積当たりの体積変化の差が大きく異なり、中央部とリブ部との境界付近でウェハが破壊されるという問題がある。
【００２３】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、外周端部が中央部より厚いウェハの熱膨張による破壊を抑え、かつ既存の装置を用いたダイシングにおいてチップの破損やチップ飛びを抑えることができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、外周端部に中央部よりも厚いリブ部が設けられた半導体ウェハにおいて、前記リブ部と前記中央部との間に、当該リブ部より薄く当該中央部よりも厚く当該中央部に対して平行な面を有する中間領域と、前記リブ部の厚さから前記中間領域の厚さへと、厚さが徐々に薄くなる第１遷移領域と、前記中間領域の厚さから前記中央部への厚さへと、厚さが徐々に薄くなる第２遷移領域と、を備え、前記第１遷移領域および前記第２遷移領域は、それぞれ前記中間領域および前記中央部からの立ち上がりの角度が、１５°以上４５°以下の傾斜面を有することを特徴とする。
【００２９】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体ウェハのおもて面側の中央部に素子の表面構造を形成する表面構造形成工程と、研削面の下面が前記半導体ウェハの裏面に平行で、当該下面から側面に向けて傾斜面を有する第１の砥石によって、前記半導体ウェハの裏面側の前記中央部を研削することで、前記半導体ウェハの外周縁に沿ってリブ部を形成するとともに、当該リブ部の厚さから徐々に厚さが薄くなる第１遷移領域を形成する第１裏面研削工程と、研削面の下面が前記半導体ウェハの裏面側の前記中央部に平行で、当該下面から側面に向けて傾斜面を有する第２の砥石によって、さらに、前記半導体ウェハの裏面側の前記第１遷移領域に囲まれる領域を研削し、前記中央部の厚さより厚く当該リブ部の厚さより薄く当該中央部に対して平行となる中間領域を形成するとともに、当該中間領域の厚さから前記中央部の厚さへと厚さが徐々に薄くなる第２遷移領域を形成する第２裏面研削工程と、を含むことを特徴とする。
【００３０】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１裏面研削工程においては、前記第１の砥石の前記傾斜面による研削によって、前記リブ部と前記中間領域との間に、前記中間領域からの立ち上がりの角度が１５°以上４５°以下の第１傾斜面を形成し、当該第１傾斜面を有する領域が前記第１遷移領域となり、前記第２裏面研削工程においては、前記第２の砥石の前記傾斜面による研削によって、前記中央部と前記中間領域との間に、前記中央部からの立ち上がりの角度が１５°以上４５°以下の第２傾斜面を形成し、当該第２傾斜面を有する領域が第２遷移領域となることを特徴とする。
【００３１】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２裏面研削工程においては、前記中間領域の幅が０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下となるように、前記第１裏面研削工程よりも小さな径で研削を行うことを特徴とする。
【００３２】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２裏面研削工程においては、前記第１裏面研削工程よりも遅い速度で精研削を行うことを特徴とする。
【００３４】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２裏面研削工程の後に、前記半導体ウェハの裏面側の全面を、混酸によってエッチングするエッチング工程を含むことを特徴とする。
【００３５】
なお、上述した発明において、前記混酸として、例えば、硝酸・弗酸・硫酸・燐酸を混合したものを用いるとよい。硝酸：弗酸：硫酸：燐酸：水の重量比を、２０〜４０：３〜１０：１０〜３０：５〜１５：残部の範囲で選択すればよい。
【００３６】
上述した発明によれば、外周端部に中央部よりも厚いリブ部の形成されたリブウェハにおいて、中央部とリブ部との間に、リブ部の厚さから中央部の厚さへ徐々に厚さが薄くなる遷移領域が形成されている。このため、ダイシングの際に、通常の平坦なステージにリブウェハを吸着させた場合、遷移領域の付近が変形して、リブウェハの反りが矯正される。それによって、リブウェハの中央部においてチップが形成されている領域の裏面全面が平坦なステージに吸着される。また、遷移領域においては徐々に厚さが変化するため、例えば熱を加える処理を行う工程において、熱膨張による体積変化の差が急峻とならないため、リブウェハが破壊されることを防ぐことができる。
【００３７】
また、上述した発明によれば、傾斜面を有する研削面によって、リブウェハの中央部とリブ部との間に、リブ部の厚さから中央部の厚さへと徐々に厚さの薄くなるように傾斜面を形成することができる。
【００３８】
また、上述した発明においては、半導体ウェハの外周端部を残して中央部を研削することで、リブ部を形成する際に、中央部とリブ部との間に、リブ部の厚さから中央部の厚さへ徐々に厚さが薄くなる遷移領域を形成することができる。このため、ダイシングの際に、通常の平坦なステージにリブウェハを吸着させた場合、遷移領域の付近が変形して、リブウェハの反りが矯正される。それによって、リブウェハの中央部においてチップが形成されている領域の裏面全面が平坦なステージに吸着される。このため、通常の平坦なウェハと同じようにダイシングを行うことができる。また、遷移領域においては徐々に厚さが変化するため、例えば熱を加える処理を行う工程において、熱膨張による体積変化の差が急峻とならないため、リブウェハが破壊されることを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、外周端部が中央部より厚いウェハの熱膨張による破壊を抑え、かつ既存の装置を用いたダイシングにおいてチップの破損やチップ飛びを抑えることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明および全ての添付図面において、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。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる半導体装置の構造について示す図である。図１において、上の図は、実施の形態１にかかる半導体装置の構造を示す平面図であり、下の図は、上の図の切断線Ａ−Ａ'における断面構造を示す断面図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる半導体装置においては、例えばシリコンウェハ等の半導体ウェハ１の、中央部３と、リブ部４との間に、リブ部４の厚さから徐々に中央部３の厚さに厚さが遷移する第１遷移領域５が形成されている。第１遷移領域５には、例えば中央部３からリブ部４の表面に向けて角度θ１を持って立ち上がる傾斜面が形成されている。
【００４２】
ここで、傾斜面の中央部３からの立ち上がりの角度θ１は、例えば１５°以上４５°以下が好ましい。その理由は、立ち上がりの角度θ１が１５°未満の場合は、半導体ウェハ１における第１遷移領域５の幅が広くなり、素子形成領域となる中央部３の面積が小さくなるため、１枚の半導体ウェハ１から作製されるチップ数が減ってしまうからである。また、立ち上がりの角度が４５°より大きい場合、第１遷移領域５におけるシリコンの剛性が強く、平坦な吸着装置に半導体ウェハ１の裏面側を吸着させる際に、第１遷移領域５が十分に変形しない。このため、半導体ウェハ１の反りが十分に矯正されず、例えば中央部３と第１遷移領域５との境界付近の領域が吸着装置に吸着されないため、ダイシング等の処理を行うことができないからである。さらに、吸着装置によって、中央部３と第１遷移領域５との境界付近の領域を無理に吸着させると、半導体ウェハ１が割れてしまうからである。
【００４３】
つぎに、実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置の構造について説明する。図２は、実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置の構造について示す断面図である。図２においては、上右図が実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置の正面図であり、上左図が実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置の側面図であり、下の図が実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置の下面図である。図２に示すように、実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置は、リブウェハを製造する際に、半導体ウェハの外周端部を残して、中央部のみを研削するために用いられる研削用砥石である。
【００４４】
実施の形態１にかかる第１砥石１０は、高さが（ａ＋ｂ）であり、幅が（ｄ＋ｅ）であり、奥行きがｃである直方体の下面の一辺の角部が取り除かれ、第１傾斜面１１が設けられている。第１砥石１０の上面側が研削装置の備えるホイールに取り付けられる側である。
【００４５】
第１砥石１０をホイールに取り付けた際に、第１砥石１０の下面の、半導体ウェハに水平に接触する領域の幅（下面の幅）がｅであり、この領域が半導体ウェハの裏面側と接する。下面の幅ｅは、少なくとも１ｍｍ以上であることが好ましい。また、第１傾斜面１１は、半導体ウェハに水平に接触する領域から角度θ２を持って立ち上がっている。この第１傾斜面１１が半導体ウェハの中央部とリブ部との境界付近に接することで、半導体ウェハに遷移領域が形成される。したがって、半導体ウェハにおいて、中央部から立ち上がる遷移領域の立ち上がりの角度θ１は、θ１＝１８０°−θ２となる。また、第１砥石１０の側面には、上面から高さａまでの領域には、第１傾斜面１１が形成されず、半導体ウェハの裏面側の中央部に対して垂直となる。
【００４６】
したがって、第１砥石１０によって半導体ウェハを研削すると、傾斜幅がｄ以下、かつ傾斜高さがｂ以下で、立ち上がりの角度がθ１である傾斜面が半導体ウェハの裏面側の中央部とリブ部との間に形成される。この傾斜面の領域が遷移領域となる。また、第１砥石１０における立ち上がり角度θ２は、例えば１３５°以上１６５°以下が好ましい。砥石は、例えば＃３０００ビトリファイドをバインダーとした、砥粒がダイヤモンドの砥石である。
【００４７】
つぎに、第１砥石１０が、研削装置の備えるホイールに取り付けられた一例について説明する。図３は、実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置が、研削装置の備えるホイールに取り付けられた一例を示す図である。図３に示すように、第１砥石１０が取り付けられる取付部の形状が円形状をなすホイール１２の外周に沿って、複数の第１砥石１０が取り付けられている。このとき、第１砥石１０の第１傾斜面１１がホイール１２の外周方向側となるようにする。また、ホイール１２に取り付けられた第１砥石１０において研削を行う研削面の直径をＲとする。
【００４８】
つぎに、実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図４〜図６は、実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法について順に示す断面図である。まず、図４に示すように、半導体ウェハ１のおもて面側の中央部３に、デバイスの表面構造を形成する。このデバイスの表面構造の形成された領域が能動領域２である。
【００４９】
ついで、図５に示すように、半導体ウェハ１の能動領域２の表面に保護テープ３０を貼付する。そして、半導体ウェハ１を、保護テープ３０を下にして、研削定盤２０に吸着させる。保護テープ３０を半導体ウェハ１の能動領域２の表面に貼付することで、半導体ウェハ１の裏面側を研削する際に、能動領域２を研削時の衝撃や振動から保護することができる。これにより、この半導体ウェハ１を用いて作製されたデバイスの特性を維持することができる。なお、研削時の衝撃や振動の影響が小さい場合には、保護テープ３０を貼付しなくてもよい。
【００５０】
ついで、第１砥石１０が取り付けられたホイール１２を用いて、半導体ウェハ１の裏面側の中央部３を研削する。ホイール１２には、例えば図示しないモータが連結されており、そのモータの駆動によりホイール１２が、例えば４５００ｒｐｍ程度の速度で回転し、第１砥石１０も回転する構成となっている。また、半導体ウェハ１の吸着された研削定盤２０を、例えば３００ｒｐｍ程度の速度で回転させながら研削を行ってもよい。研削速度は、例えば毎秒０．７μｍ程度である。
【００５１】
このとき、半導体ウェハ１の裏面側の外周端部は元の半導体ウェハ１の厚さのままにしておく。この外周端部がリブ部４となる。そして、リブ部４を残すように半導体ウェハ１の裏面側を研削する。さらに、このとき、第１砥石１０における第１傾斜面１１によって、半導体ウェハ１の中央部３とリブ部４との間に、第１遷移領域５が形成される。
【００５２】
ここで、砥石を用いて半導体ウェハ１を研削すると、半導体ウェハ１において砥石が接触した領域、すなわち、半導体ウェハ１の裏面側の中央部３、第１遷移領域５およびリブ部４の側壁に、加工ダメージ層が生じる。加工ダメージ層の厚さは、研削に用いた砥石の砥粒の平均粒径とほぼ同じ大きさである。
【００５３】
また、中央部３の厚さは、少なくとも裏面側に製造プロセスを行うために必要な厚さ（以下、目標厚さとする）にエッチング取り代を加えた厚さ以上となるように研削する。ここで、エッチング取り代は、後のエッチング工程においてエッチングを行う深さであり、加工ダメージ層の深さ以上となるようにする。具体的には、第１砥石１０の砥粒の平均粒径が５μｍ程度の場合、エッチング取り代が２０μｍ以上であることが好ましい。また、エッチングを行う深さの上限は、特に設けないが、１００μｍを超えるとエッチング深さの誤差が、半導体ウェハ１の中央部３の厚さに対して無視できない程度となり、エッチング後に中央部３の厚さが均一にならない可能性があるため好ましくない。ついで、半導体ウェハ１のおもて面側に保護テープ３０が貼付されている場合、保護テープ３０を剥離する。
【００５４】
ついで、図６に示すように、半導体ウェハ１の裏面側の全面を、例えば混酸によってエッチングする。すなわち、半導体ウェハ１の裏面側の中央部３と、第１遷移領域５と、リブ部４とを同時にエッチングする。エッチングにおいては、エッチング液２３の種類は特に問わないが、例えば、室温にて、硝酸：弗酸：硫酸：燐酸：水の重量％が、３０：５：２０：１５：３０の混酸を、ノズル２２から半導体ウェハ１に、例えば毎分１リットルの流量で滴下する。ここで、混酸は、例えば硝酸：弗酸：硫酸：燐酸：水の重量％が、２０〜４０：３〜１０：１０〜３０：５〜１５：残部の範囲であればよい。また、このとき、半導体ウェハ１をそのおもて面を下にしてスピンチャック２１に設置して、例えば７００ｒｐｍの速度で回転させ、半導体ウェハ１の裏面側に、ノズル２２からエッチング液２３を滴下してもよい。
【００５５】
エッチングの他の方法としては、能動領域２の表面に保護膜を形成した後に、混酸を入れた薬液槽に半導体ウェハ１を所定時間浸漬してもよい。この場合、保護膜の形成されていない面が一様にエッチングされる。
【００５６】
このようにして、半導体ウェハ１の裏面側の加工ダメージ層を除去する。さらに、このエッチングによって、半導体ウェハ１の中央部３の厚さを、目標厚さに調整してもよい。この場合、例えば赤外線を用いた厚さセンサーにより半導体ウェハ１の中央部３の厚さを監視することによって、エッチングの深さを調整し、半導体ウェハ１の中央部３の厚さを目標厚さにしてもよい。ついで、例えば純水等の洗浄液によって洗浄し、例えばスピン乾燥等の乾燥を行ってもよい。
【００５７】
ついで、通常の方法で、平坦な吸着装置を用いて半導体ウェハ１のダイシングを行う。例えば、感圧型のダイシングテープを用いて、半導体ウェハ１をリングフレームに貼付し、平坦な吸着装置に吸着させる。そして、半導体ウェハ１のおもて面側からダイシングブレードによりブレードダイシングを行う。ダイシングにおいては、ダイシングブレードとして、例えばダイヤモンド砥石＃３０００のニッケル電解鋳造ブレードを用いて、例えば送り速度を毎秒３０ｍｍ、スピンドルの回転を３００００ｒｐｍの速度とする。
【００５８】
実施の形態１によれば、平坦な吸着装置に半導体ウェハ１の裏面側を下にして載せ、吸着を行うと、半導体ウェハ１における第１遷移領域５の付近が変形し、半導体ウェハ１の反りが十分に矯正されるので、能動領域２の裏面側の全面が吸着装置に吸着される。この状態で、半導体ウェハ１のおもて面側からダイシングを行うことで、チップの破損やチップ飛びが生じるのを防ぐことができる。
【００５９】
また、中央部３とリブ部４との間に第１遷移領域５が形成されているため、中央部３からリブ部４への立ち上がりが急峻ではない。すなわち、中央部３からリブ部４へ徐々に厚くなっている。したがって、第１遷移領域５の熱膨張による単位面積当たりの体積変化が中央部３側からリブ部４側にかけて徐々に大きくなるため、急峻な体積変化の差によりウェハが破壊されることを防ぐことができる。
【００６０】
（実施の形態２）
つぎに、実施の形態２にかかる半導体装置について説明する。図７は、実施の形態２にかかる半導体装置の構造について説明する図である。図７において、上の図は、実施の形態２にかかる半導体装置の構造を示す平面図であり、下の図は、上の図の切断線Ｂ−Ｂ'における断面構造を示す断面図である。図７に示すように、実施の形態２にかかる半導体装置においては、例えばシリコンウェハ等の半導体ウェハ１の、中央部３と、リブ部４との間に、中央部３と平行な中間領域７が形成されている。中間領域７の厚さは、中央部３より厚く、リブ部４よりも薄い。さらに、リブ部４の厚さから徐々に中間領域７の厚さに遷移する第２遷移領域６と、中間領域７の厚さから徐々に中央部３の厚さに遷移する第３遷移領域８とが、形成されている。
【００６１】
第２遷移領域６には、中間領域７の表面からリブ部４の表面に向けて角度を持って立ち上がる傾斜面が形成されている。また、第３遷移領域８には、中央部３から中間領域７の表面に向けて角度を持って立ち上がる傾斜面が形成されている。第２遷移領域６において、傾斜面の中間領域７からの立ち上がりの角度θ３は、例えば１５°以上４５°以下が好ましい。また、第３遷移領域８において、傾斜面の中央部３からの立ち上がりの角度θ４は、例えば１５°以上４５°以下であることが好ましい。
【００６２】
つぎに、実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図８〜図１０は、実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について順に示す断面図である。実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法においては、中央部とリブ部との間の遷移領域を、第２砥石および第３砥石を用いて２段階に分けて形成する。第２砥石および第３砥石は、実施の形態１にかかる第１砥石と同様の条件の砥石である。第１砥石、第２砥石および第３砥石は、同じでもよいし、所定の条件の範囲内で異なっていてもよい。
【００６３】
まず、図８に示すように、実施の形態１と同様に、半導体ウェハのおもて面側の中央部３に能動領域２を形成した後に、半導体ウェハ１の能動領域２の表面に保護テープ３０を貼付する。そして、研削定盤２０に、保護テープ３０を下にして、半導体ウェハ１を吸着させる。なお、研削時の衝撃や振動の影響が小さい場合には、保護テープ３０を貼付しなくてもよい。
【００６４】
ついで、第２砥石１３が取り付けられたホイール１５を用いて、半導体ウェハ１の裏面側の中央部３に第１の研削を行う。ホイール１５には、例えば図示しないモータが連結されており、そのモータの駆動によりホイール１５が、例えば４５００ｒｐｍ程度の速度で回転し、第２砥石１３も回転する構成となっている。また、半導体ウェハ１が吸着された研削定盤２０を、例えば３００ｒｐｍ程度の速度で回転させながら研削を行ってもよい。研削速度は、例えば毎秒３μｍ程度である。
【００６５】
このとき、半導体ウェハ１の裏面側の外周端部は元の半導体ウェハ１の厚さのままにしておく。この外周端部が後にリブ部４となる。そして、リブ部４を残すように半導体ウェハ１の裏面側を研削する。また、このとき、第２砥石１３の立ち上がりの角度がθ５（例えば１３５°以上１６５°以下）である傾斜面によって、この状態での中央部３からの立ち上がりの角度がθ３（例えば１５°以上４５°以下）である傾斜面が形成される。すなわち、第２砥石１３における傾斜面１４によって、半導体ウェハ１の中央部３とリブ部４との間に、第２遷移領域６が形成される。
【００６６】
また、この状態での、中央部３の厚さは、少なくとも裏面側に製造プロセスを行うための厚さ（以下、目標厚さとする）に、後述する第３の砥石で研削する厚さとエッチング取り代とを加えた厚さ以上となるように研削する。ここで、エッチング取り代は、後述する第３砥石の砥粒の平均粒径が５μｍ程度の場合、２０μｍ以上であることが好ましい。
【００６７】
ついで、第３砥石１６が取り付けられたホイール１８を用いて、第２砥石１３によって研削された研削面に第２の研削を行う。第２の研削においては、第１の研削による研削面の径よりも小さい径の領域を研削する。この第１の研削によって研削する径と、第２の研削によって研削する径の差によって残った領域が、中間領域７となる。ホイール１８には、例えば図示しないモータが連結されており、そのモータの駆動によりホイール１８が、例えば５０００ｒｐｍ程度の速度で回転し、第３砥石１６も回転する構成となっている。また、半導体ウェハ１が吸着された研削定盤２０を、例えば２００ｒｐｍ程度の速度で回転させながら研削を行ってもよい。研削速度は、例えば毎秒０．７μｍ程度である。
【００６８】
このとき、第３砥石１６の立ち上がりの角度がθ６（例えば１３５°以上１６５°以下）である傾斜面によって、中央部３からの立ち上がりの角度がθ４（例えば１５°以上４５°以下）である傾斜面が形成される。すなわち、第３砥石１６における傾斜面１７によって、半導体ウェハ１の中央部３と中間領域７との間に、第３遷移領域８が形成される。
【００６９】
ここで、第２砥石１３によって研削する径と第３砥石１６によって研削する径の差、すなわち中間領域７の幅は、０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下が好ましい。その理由は、研削する径の差が、０．２ｍｍより小さいと、第２砥石１３または第３砥石１６の固着されたホイール１５，１８を備える研削装置の位置精度が足らず、第３砥石１６の側面が、第２砥石１３によって形成された第２遷移領域６まで到達してしまい、中間領域７が形成されないからである。また、研削する径の差が３ｍｍより大きいと、中間領域７の面積が増え、中央部３の面積が減少するため、それに伴い素子を形成する能動領域が減少し、１枚のウェハから取れるチップ数が減少するからである。
【００７０】
ついで、半導体ウェハ１のおもて面側に保護テープ３０が貼付されている場合は、この保護テープ３０を剥離する。ついで、図１０に示すように実施の形態１と同様に、加工ダメージ層をエッチングする。そして、洗浄や乾燥等を行った後に、ダイシングを行う。
【００７１】
実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、２段階に分けて研削を行う際に、第１の研削において速度の速い粗研削を行い、研削面に大きい加工ダメージ層が生じても、第２の研削において精研削を行うことで、加工ダメージ層のダメージを、後のエッチングによって除去することができる程度に小さくすることができる。このため、半導体ウェハの裏面側を研削する際のスループットが向上する。
【００７２】
（実施例１）
上述した実施の形態１にしたがい、１００枚のウェハに、それぞれＩＧＢＴを作製した。使用したウェハはシリコンであり、直径は８インチである。また、ウェハの裏面側を研削する際には、１００枚全てのウェハのおもて面側に保護テープを貼付した。また、研削においては、使用する砥石の条件を変更して、それぞれ２５枚ずつサンプルを作製した。
【００７３】
図１１は、実施例１において使用する砥石の条件を示す図である。図１１に示すように、実施例１においては、異なる形状の砥石Ａ〜Ｄを用いて研削を行った。砥石Ａ〜砥石Ｃは、ともに下面の幅ｅが３ｍｍ、奥行きｃが１０ｍｍ、上面から垂直となる高さａが４ｍｍ、傾斜高さｂが１ｍｍであり、それぞれ傾斜幅ｄが、１ｍｍ、１．７ｍｍ、３．７ｍｍ、立ち上がりの角度θ２が、１３５°、１５０°、１６５°である（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびθ２については図２参照）。また、砥石Ｄは従来の直方体の砥石（傾斜面のない砥石）であり、下面の幅ｅが３ｍｍ、奥行きｃが１０ｍｍ、上面から垂直となる高さ（すなわち、砥石全体の高さ）ａが５ｍｍである。それぞれ、ホイールに取り付けた際の、砥石同士の間隔が約１ｍｍ、ホイールに取り付けられた複数の砥石による研削面の直径Ｒが１９６ｍｍである。そして、砥石を取り付けたホイールを４５００ｒｐｍの速度で回転させ、ウェハを吸着させた研削定盤を３００ｒｐｍの速度で回転させて、毎分０．７μｍの研削速度で研削を行った。
【００７４】
ついで、ウェハを７００ｒｐｍの速度で回転させながら、室温にて、例えば硝酸：弗酸：硫酸：燐酸：水の重量％が、３０：５：２０：１５：３０の混酸をウェハに毎分１リットルの流量で滴下してエッチングを行った。さらに、純水により洗浄して、スピン乾燥を行った。
【００７５】
ついで、ウェハを通常の方法で、感圧型ダイシングテープを用いて、ダイシング用のリングフレームに貼付し、平坦な吸着装置に吸着させた。そして、ダイヤモンド砥石＃３０００のニッケル電解鋳造ブレードのダイシングブレードを用いて、毎秒３０ｍｍの送り速度で、３００００ｒｐｍの速度でスピンドルを回転させて、ウェハのおもて面側からダイシングを行った。
【００７６】
ついで、ダイシングを行った後に、各ウェハに対して、チップの破損やチップ飛びが生じたか否かを調べた。この結果を、研削の際に用いた砥石の条件毎にまとめて図１２に示す。図１２は、実施例１にかかる半導体装置にダイシングを行った際の、チップの破損またはチップ飛びが生じたウェハの枚数について示す図である。
【００７７】
実施例１によれば、図１２に示すように、砥石Ａ〜砥石Ｃによって研削を行ったウェハにおいては、チップの破損またはチップ飛びが生じたウェハを、２５枚中０かまたは１枚に抑えることができた。しかしながら、従来の砥石Ｄによって研削を行ったウェハにおいては、２５枚中２５枚、全てのウェハにチップの破損またはチップ飛びが生じた。したがって、砥石の立ち上がりの角度θ２を、１３５°以上１６５°以下とすることで、すなわちウェハの遷移領域の中央部からの立ち上がり角度θ１を、１５°以上４５°以下とすることでダイシングの際にチップの破損やチップ飛びが生じるのを防ぐことができることがわかった。
【００７８】
（実施例２）
つぎに、上述した実施の形態２にしたがい、４００枚のウェハに、ＩＧＢＴを作製した。実施例１に示した砥石Ａ〜砥石Ｄを用いて、それぞれ１００枚ずつに第１の研削を行った。第１の研削においては、砥石が取り付けられたホイールを４５００ｒｐｍの速度で回転させ、ウェハが吸着された研削定盤を３００ｒｐｍの速度で回転させて、毎分３μｍの研削速度で粗研削を行った。
【００７９】
そして、第１の研削の後に、各砥石毎に１００枚ずつ研削されたそれぞれのウェハに対して、さらに砥石Ｅ〜Ｈを用いて第２の研削を行い、それぞれ２５枚ずつサンプルを作製した。図１３は、実施例２における第２の研削において使用する砥石の条件を示す図である。砥石Ｅ〜Ｈの形状および寸法は、それぞれ砥石Ａ〜Ｄと同じであるが、ホイールに取り付ける際に、研削面の直径Ｒが、砥石Ａ〜Ｄ（１９６ｍｍ）より小さく、１９４ｍｍとなるように取り付けた。第２の研削においては、砥石が取り付けられたホイールを５０００ｒｐｍの速度で回転させ、ウェハが吸着された研削定盤を２００ｒｐｍの速度で回転させて、毎分０．７μｍの研削速度で精研削を行った。なお、その他の処理は実施例１と同様のため、説明を省略する。
【００８０】
図１４は、実施例２にかかる半導体装置にダイシングを行った際の、チップの破損またはチップ飛びが生じたウェハの枚数について示す図である。実施例２によれば、図１４に示すように、第１の研削または第２の研削の、少なくともどちらかに、従来の砥石Ｄまたは砥石Ｈを用いて研削を行ったウェハにおいては、ダイシングの際に、２５枚中２５枚、全てのウェハにチップの破損またはチップ飛びが生じた。一方、砥石Ａ〜Ｃと、砥石Ｅ〜Ｇと、を組み合わせることで研削を行ったウェハにおいては、チップの破損またはチップ飛びが生じたウェハを、２５枚中０か、１または２枚に抑えることができた。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上のように、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法は、デバイス厚の薄い半導体装置およびその半導体装置を製造するのに有用であり、特に、電力変換装置などに使用されるパワー半導体装置およびその半導体装置を製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】実施の形態１にかかる半導体装置の構造について示す図である。
【図２】実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置の構造について示す断面図である。
【図３】実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置が研削装置の備えるホイールに取り付けられた一例を示す図である。
【図４】実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。
【図５】実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。
【図６】実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。
【図７】実施の形態２にかかる半導体装置の構造について説明する図である。
【図８】実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。
【図９】実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。
【図１０】実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。
【図１１】実施例１において使用する砥石の条件を示す図である。
【図１２】実施例１にかかる半導体装置にダイシングを行った際の、チップの破損またはチップ飛びが生じたウェハの枚数について示す図である。
【図１３】実施例２における第２の研削において使用する砥石の条件を示す図である。
【図１４】実施例２にかかる半導体装置にダイシングを行った際の、チップの破損またはチップ飛びが生じたウェハの枚数について示す図である。
【図１５】従来のパンチスルー型ＩＧＢＴの構造について示す断面図である。
【図１６】従来のノンパンチスルー型ＩＧＢＴの構造について示す断面図である。
【図１７】ＦＺウェハを用いたフィールドストップ（ＦＳ）型ＩＧＢＴの構造について示す断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  半導体ウェハ
２  能動領域
３  中央部
４  リブ部
５  第１遷移領域
１０  第１砥石
１１  第１傾斜面
１２  ホイール
２０  研削定盤
３０  保護テープ
【図１】
0005266869.tif 000002
【図２】
0005266869.tif 000003
【図３】
0005266869.tif 000004
【図４】
0005266869.tif 000005
【図５】
0005266869.tif 000006
【図６】
0005266869.tif 000007
【図７】
0005266869.tif 000008
【図８】
0005266869.tif 000009
【図９】
0005266869.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0005266869.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0005266869.tif 000014
【図１４】
0005266869.tif 000015
【図１５】
0005266869.tif 000016
【図１６】
0005266869.tif 000017
【図１７】
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