(57)【要約】  【課題】  中空構造を有する半導体装置の製造方法であって、メンブレンの破損を防いで歩留まりを向上させることができる製造方法を提供する。  【解決手段】  犠牲層エッチングによって中空構造を有する半導体装置を製造するに際して、犠牲層にエッチングガスを通気するための通気孔を形成し、中空部分に犠牲層を残したまま、ウエハのダイシング工程、ダイスボンド工程、ワイヤーボンド工程を実行した後に、犠牲層をエッチングによって除去する。  【選択図】  図２
2007024800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
犠牲層エッチングを用いる半導体装置の製造方法であって、
犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
ウエハからチップを切り出すダイシング工程と、
エッチングによって犠牲層を除去するエッチング工程と、を含み、
ダイシング工程の後にエッチング工程を実行する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
ダイシング工程にて切り出したチップをリードフレーム上に固定するダイスボンド工程を含み、
ダイスボンド工程の後にエッチング工程を実行する
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】
リードフレームとチップとを結線するワイヤーボンド工程を含み、
ワイヤーボンド工程の後にエッチング工程を実行する
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】
ダイシング工程の前に、ウエハ上のチップに犠牲層を除去するエッチングガスを流通させる通気孔を形成する通気孔形成工程を含む
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】
切り出したチップの側壁又は裏面に保護膜を形成する保護膜形成工程を含み、
犠牲層形成工程は、シリコン基板上又はシリコン基板内にシリコン材料からなる犠牲層を形成し、
保護膜形成工程の後にエッチング工程を実行する
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６】
犠牲層はポリシリコン又はアモルファスシリコンからなる
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】
エッチング工程は、二フッ化キセノン又は三フッ化塩素をエッチングガスとして犠牲層をエッチングする
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、中空構造を有する半導体装置を製造する際にメンブレンの破損を防いで歩留りを向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セキュリティ分野その他において小型で安価な熱型赤外線固体撮像装置の需要が高まっている。熱型赤外線固体撮像装置は、赤外線吸収体を含むメンブレンが形成された断熱中空構造を採っている。図６は一般的な熱型赤外線固体撮像装置の構造を示す断面図である。図６に示されるように、熱型赤外線固体撮像装置６はシリコン基板６０１を備え、当該シリコン基板６０１上にシリコン酸化膜６０２、６０４、熱検出膜６０６及び赤外線吸収膜６０８を順次積層した構造となっている。
【０００３】
赤外線吸収膜６０８は赤外線が入射すると、これを熱に変換する。すると赤外線吸収膜６０８が昇温する。熱検出膜６０６はこの昇温に応じた電気信号を、金属配線６０５を介して出力する。また、シリコン酸化膜６０２にはキャビティ６０３が形成されており、シリコン酸化膜６０４はキャビティ６０３上に張り出すように配置されている。
さて、熱検出膜６０６はシリコン酸化膜６０４と赤外線吸収膜６０８とに挟まれた状態で絶縁体６０７に囲繞されている。このようにシリコン酸化膜６０４の直下にキャビティ６０３を設けて、赤外線吸収膜６０８から熱を逃さない構造が断熱中空構造である。
【０００４】
断熱中空構造は、例えば、シリコン酸化膜６０２のキャビティ６０３に相当する位置に犠牲層を形成し、当該犠牲層上にシリコン酸化膜６０４を形成した後、エッチングにより犠牲層を除去することによって形成される。このような半導体プロセスは一般に犠牲層エッチングと呼ばれている。
【特許文献１】特開２００２−３０１６９５号公報
【特許文献２】特開２００２−２９９５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、高画素化及び小型化の要請から個々の画素を構成するメンブレンも小型化の一途を辿っており、今や１００ｎｍ〜数百μｍ程度にまでなっている。
メンブレンが小型化されると、犠牲層をウェットエッチングした後、エッチング液を乾燥させる際に、その表面張力に依ってメンブレンが変形する（スティッキング現象）。また、ダイシング工程においては、パーティクル洗浄液を乾燥させる際にスティッキング現象が発生する。更に、ワイヤーボンド工程やダイスボンド工程といった組立工程においても、衝撃や機械的な力が加わることによってメンブレンが破損することがある。
【０００６】
メンブレンの破損は、当然、熱型赤外線固体撮像装置の歩留まりの低下を招く。このような問題は熱型赤外線固体撮像装置以外の半導体装置であっても、中空構造を有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を製造する際にも共通して存在し得る。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、中空構造を有する半導体装置の製造方法であって、メンブレンの破損を防いで歩留まりを向上させることができる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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、犠牲層エッチングを用いる半導体装置の製造方法であって、犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、ウエハからチップを切り出すダイシング工程と、エッチングによって犠牲層を除去するエッチング工程と、を含み、ダイシング工程の後にエッチング工程を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
このようにすれば、半導体装置の組立工程におけるメンブレンの破損を防ぐことができる。例えば、ダイシング工程において、チップダイシングによる衝撃やパーティクル洗浄液の蒸発に起因するスティッキング現象の影響を排除することができる。従って、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、ダイシング工程にて切り出したチップをリードフレーム上に固定するダイスボンド工程を含み、ダイスボンド工程の後にエッチング工程を実行することを特徴とする。このようにすれば、ダイスボンド時の衝撃やチップが搬送される際に受ける機械的な力の影響を低減することができるので、これらに起因する半導体装置の歩留まりの低下を抑えることができる。
【０００９】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、リードフレームとチップとを結線するワイヤーボンド工程を含み、ワイヤーボンド工程の後にエッチング工程を実行することを特徴とする。このようにすれば、ワイヤーボンディングによる衝撃の影響を緩和することができるので、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、ダイシング工程の前に、ウエハ上のチップに犠牲層を除去するエッチングガスを流通させる通気孔を形成する通気孔形成工程を含むことを特徴とする。このようにすれば、犠牲層が露出部分を有していない場合であっても、エッチングによって犠牲層を除去することができる。
【００１０】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、切り出したチップの側壁又は裏面に保護膜を形成する保護膜形成工程を含み、犠牲層形成工程は、シリコン基板上又はシリコン基板内にシリコン材料からなる犠牲層を形成し、保護膜形成工程の後にエッチング工程を実行することを特徴とする。このようにすれば、チップの側壁や裏面にエッチングによる損傷が生じるのを防ぐことができるので、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。この場合において、犠牲層はポリシリコン又はアモルファスシリコンからなるとしても良いし、エッチング工程は、二フッ化キセノン又は三フッ化塩素をエッチングガスとして犠牲層をエッチングするとしても良い。
【００１１】
また、本発明によれば、より壊れ易い構造体やより複雑な構造体、より微細な構造体を有するＭＥＭＳ素子を実現することができると共に、その歩留まりを大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の実施の形態について、熱型赤外線固体撮像装置を例にとり、図面を参照しながら説明する。
［１］  熱型赤外線固体撮像装置の構造
先ず、本実施の形態に係る熱型赤外線固体撮像装置の構造について説明する。熱型赤外線固体撮像装置１は、被写体から放射された赤外線を不図示のレンズで集光、結像させて、熱検出部分に入射させる。図１は、本実施の形態に係る熱型赤外線固体撮像装置の構造について、特に熱検出部分を示す断面図である。図１に示されるように、熱型赤外線固体撮像装置１はシリコン基板１０１、支持脚１０３、メンブレン１０４、熱検出膜１０５、赤外線吸収膜１０６を備えている。
【００１３】
熱型赤外線固体撮像装置１は、赤外線吸収膜１０６にて赤外線を吸収して熱に変換し、熱検出膜１０５にて熱量に応じた電気信号を生成する。メンブレン１０４上には熱検出膜１０５及び赤外線吸収膜１０６が順次積層されており、２本の支持脚１０３を介してシリコン基板１０１に支持されている。支持脚１０３は赤外線吸収膜１０６にて得た熱を逃さないように細長い形状となっている。メンブレン１０４とシリコン基板１０１との間は中空部分１０２となっている。
【００１４】
メンブレン１０４は窒化シリコン（ＳｉＮ）からなり、平面視３０μｍ角の正方形状で厚さは２００ｎｍである。また、支持脚１０３もまた窒化シリコンからなっており、幅５μｍ、厚さ２００ｎｍ、長さ３０μｍである。
［２］  熱型赤外線固体撮像装置の製造方法
次に、熱型赤外線固体撮像装置１の製造方法について説明する。図２は、熱型赤外線固体撮像装置１の製造工程を示す図である。なお、本発明は犠牲層をエッチングによって除去する工程をどの段階で行なうかに特徴を有しているので、メンブレン１０４や熱検出膜１０５、赤外線吸収膜１０６等を形成する工程については図示を省略した。
【００１５】
さて、図２に示されるように、熱型赤外線固体撮像装置１のシリコン基板１０１上の中空部分１０２に当たる位置に犠牲層を形成する（Ｓ２０１）。犠牲層の材料としては、例えば、ポリシリコンやアモルファスシリコンといったシリコン材料やシリコン酸化物を用いれば良い。その後、メンブレン１０４等を形成する。
図３は、熱型赤外線固体撮像装置１を製造するための半導体プロセスを示す断面図である。メンブレン１０４等を形成する前に中空部分１０２に相当する位置に犠牲層３０１を形成した後（図３（ａ））、犠牲層３０１及び支持脚１０３上にメンブレン１０４、熱検出膜１０５、赤外線吸収膜１０６を順次形成する（図３（ｂ））。
【００１６】
次いで、ウエハ上のチップを切り分けるダイシングを行なう（Ｓ２０３）。この際に、パーティクル洗浄液を用いて下刷りかすやパーティクルを除去する。
そして、ダイスボンド工程にて個々のチップをリードフレーム上に固定する（Ｓ２０４）。このとき、ダイシングされたチップは真空ピンセットやロボットアームを用いてひとつずつリードフレーム上に移動され、固定される。真空ピンセットでチップを移動させるためには、真空ピンセットを接触させるための吸着面をチップの表面又は裏面に設ける必要があり、チップの小型化が難しい。
【００１７】
これに対して、ロボットアームでチップを移動させる場合には、チップの両端を挟んで固定するため、チップに機械的な圧力が加わって熱検出部分の破損を招く。また、樹脂などを用いてチップをリードフレーム上に固定する際にも、チップに外力が加わって熱検出部分が破損し得る。
その後、ワイヤーボンド工程にてチップとリードフレームの端子とを金属線で結線し（Ｓ２０５）、犠牲層エッチング工程にて犠牲層をエッチングして除去する（Ｓ２０６）。図３（ｃ）は、エッチングによって犠牲層を除去して得られた熱型赤外線固体撮像装置１を示す断面図である。
【００１８】
犠牲層にシリコン材料を用いた場合はエッチングガスとして二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）や三フッ化塩素（ＣｌＦ３）等のハロゲンフッ素化物が用いれば良い。また、シリコン酸化物を用いた場合にはフッ酸の蒸気やフッ酸とアルコール類の混合蒸気等を用いれば良い。
この他、等方性のドライエッチングができるのであれば、他の材料やエッチングガスを用いても良い。犠牲層を縦方向及び横方向から速くエッチングするためには等方性エッチングを行う必要がある。
【００１９】
その後、例えば、モールド工程にてエポキシ系の熱硬化樹脂でチップを樹脂封止し、マーキング工程にて製品名を捺印し、リード加工工程にて最終リード形状を形成し、外装めっき工程にてリードに半田めっきを施してチップが完成する。
［３］  熱型赤外線固体撮像装置１の歩留まり
次に、熱型赤外線固体撮像装置１の歩留まりについて説明する。図４は、熱型赤外線固体撮像装置１の製造過程における配線工程直後の歩留まりを１００％とした場合の本発明に係る後工程直後の歩留まりと従来技術に係る後工程直後の歩留まりとを示すグラフである。なお、ここで後工程とは、配線工程に続く各工程のことをいう。図４において、棒グラフ４０１は配線工程終了後の歩留まりを、棒グラフ４０２、４０３はダイシング後の歩留まりを、棒グラフ４０４、４０５はパッケージ後の歩留まりを、棒グラフ４０６、４０７はワイヤーボンド後の歩留まりをそれぞれ示している。歩留まりは何れも配線工程終了直後の良品数に対する良品数の割合である。
【００２０】
さて、図４に示されるように、従来技術に係る熱型赤外線固体撮像装置では配線工程終了後に犠牲層を除去するので、続くダイシング工程で支持脚１０３、メンブレン１０４等が構成する断熱中空構造部分が外力を受けて破損する。ダイシングに用いる洗浄液が蒸発する際にスティッキング現象が発生するからであり、また、ダイシング自体によって半導体基板に機械的な衝撃が加わるからである。特に、支持脚１０３は機械的な強度が低く衝撃によって破損し易い。
【００２１】
このため、ダイシング後の歩留まりは棒グラフ４０２に示されるように著しく低下する。ダイスボンド工程やワイヤーボンド工程においても、断熱中空構造部分は外力を受けて破損するので、棒グラフ４０４、４０６に示されるように組立工程が進むに連れて熱型赤外線固体撮像装置の歩留まりも低下し続ける。
一方、熱型赤外線固体撮像装置１ではワイヤーボンド工程の後に犠牲層を除去するので、ダイシング工程、ダイスボンド工程及びワイヤーボンド工程の何れにおいても断熱中空構造部分が破損され難い。このため、棒グラフ４０３、４０５及び４０７に示されるように、組立工程が進んでも歩留まりがあまり低下しない。
【００２２】
［４］  変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１）  上記実施の形態においては、専らワイヤーボンド工程の後に犠牲層を除去する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
【００２３】
すなわち、ダイスボンド工程の後に犠牲層を除去しても良いし、ダイシング工程の後でも良い。図５はダイシング工程後に犠牲層を除去した場合の歩留まりとダイスボンド工程後に犠牲層を除去した場合の歩留まりとを示すグラフである。図５において、棒グラフ５０１は配線工程終了後の歩留まりを、棒グラフ５０２はダイシング後の歩留まりを、棒グラフ５０３、５０４はパッケージ後の歩留まりを、棒グラフ５０５、５０６はワイヤーボンド後の歩留まりをそれぞれ示している。歩留まりは何れも配線工程終了直後の良品数に対する良品数の割合を示す。
【００２４】
さて、図５に示されるように、何れの場合もダイシング工程前に犠牲層を除去しないので、ダイシング後の歩留まりが極めて高くなっている。
ダイシング工程の後、ダイスボンド工程の前に犠牲層を除去した場合にはダイスボンド工程で熱検出部分が破損するので、ダイスボンド後の歩留まりが低下する。また、ワイヤーボンド工程でも熱検出部分が破損するので、ワイヤーボンド後の歩留まりは更に低下する。しかしながら、ダイシング工程の前に犠牲層を除去する場合に比べれば歩留まりの低下は軽減される。
【００２５】
一方、ダイスボンド工程の後、ワイヤーボンド工程の前に犠牲層を除去した場合には、ダイスボンド工程では熱検出部分が破損しないので、ダイスボンド後の歩留まりが極めて高くなっている。また、ワイヤーボンド工程では熱検出部分の破損がさほど著しくないため、ワイヤーボンド後の歩留まりも極端には低下しない。この結果、ダイシング工程やダイスボンド工程の前に犠牲層を除去する場合に比べて歩留まりが高くなる。
【００２６】
（２）  上記実施の形態においては、断熱中空構造を有するＭＥＭＳ素子である熱型赤外線固体撮像装置を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、この他にも犠牲層をエッチングすることによって得られるＭＥＭＳ素子ならば、本発明を適用してその効果を得ることができる。
昨今のＭＥＭＳ技術の進歩により半導体基板上に様々な構造体を形成することができるようになってきた。そのような構造体はシリコン基板上のみならず化合物半導体でも形成される。例えば、配線を宙に浮かせるエアブリッジ構造が挙げられる。
【００２７】
構造体の大きさは数百ｎｍから数十μｍと様々なので、これを支持する支持脚にかかる負荷も様々だが、小型化の要請から支持脚も可能な限り小型化が求められるのが常である。このような要請についても、本発明を適用すれば、支持脚を破損から守ることができるので、強度の制約を緩和して支持脚を小型化することができると共に、より多様な構造体をＭＥＭＳ素子に形成することができる。
【００２８】
（３）  上記実施の形態においては、特に言及しなかったが、犠牲層にシリコン材料を用いた場合、ダイシング後に犠牲層をエッチングする際に、ダイシングによって露出したチップの側壁がエッチングガスによって侵食されるおそれがある。
特に、二フッ化キセノンや三フッ化塩素といったエッチングガスはシリコンに対するエッチングレートが極めて大きいので、チップの側壁をエッチングガスによる侵食から保護する必要がある。このためには、例えば、熱酸化によってチップの側壁に酸化膜を形成すれば良い。また、他の方法で酸化膜を形成しても良い。このようにすれば、更に歩留まりを向上させることができる。
【００２９】
（４）  上記実施の形態においては、犠牲層３０１のうち支持脚１０３にて覆われておらず、露出している箇所からエッチングガスによってエッチングする場合について説明したが、一般には必ずしも犠牲層の一部が露出しているとは限らない。
このため、犠牲層をエッチングして除去するためエッチングガスを通気するための通気孔を一つ以上、予め形成しておけば、犠牲層をエッチングすることができる。通気孔の形成工程は半導体プロセスの一環として行なうのが適当であるので、ダイシング工程の前に行なうのが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体装置の歩留まりを向上させる技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱型赤外線固体撮像装置について熱検出部分の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る熱型赤外線固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図３】熱型赤外線固体撮像装置１を製造するための半導体プロセスを示す断面図である。
【図４】犠牲層エッチング工程を行なう時期と熱型赤外線固体撮像装置の歩留まりとの関係を示すグラフである。
【図５】犠牲層エッチング工程を行なう時期と熱型赤外線固体撮像装置の歩留まりとの関係を示すグラフである。
【図６】一般的な熱型赤外線固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１………………………………………熱型赤外線固体撮像装置
１０１…………………………………シリコン基板
１０２…………………………………中空部分
１０３…………………………………支持脚
１０４…………………………………メンブレン
１０５…………………………………熱検出膜
１０６…………………………………赤外線吸収膜
４０１〜４０７、５０１〜５０６…棒グラフ
【図１】
2007024800.tif 000003
【図２】
2007024800.tif 000004
【図３】
2007024800.tif 000005
【図４】
2007024800.tif 000006
【図５】
2007024800.tif 000007
【図６】
2007024800.tif 000008