(57)【要約】【課題】  レーザ光を用いたダイシング工程により割断する工程を含んだ製造方法により製造される半導体チップであって、半導体チップの割断面から改質領域の微小片が剥離することを防止可能な半導体チップ及びその製造方法を実現する。【解決手段】  ウェハ２１を割断した後のエッチング工程では、まず、半導体チップ２２に割断した後の半導体基板２１をシート４１に貼り付けた状態で、等方性ドライエッチングを行うチャンバー内に配置する。続いて、反応性ガスであるＸｅＦ２を導入し、所定の条件に保持してエッチングする。これにより、割断面２１ｄにおいて等方性エッチングが行われ、改質領域Ｋが除去されるため、改質領域Ｋが微小片として飛散することを防止することができる。また、ドライプロセスであるため、液体の表面張力によりＭＥＭＳ２３の可動部にスティッキングが生じるおそれもない。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板面に素子が形成された半導体基板をその厚さ方向に割断するための割断予定ラインに沿って、レーザ光を照射するレーザヘッドを前記半導体基板に対して相対移動させながら、前記半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、前記集光点に多光子吸収による改質領域を形成する改質領域形成工程と、
この改質領域形成工程を経た前記半導体基板を、前記改質領域を起点にして、前記割断予定ラインに沿って厚さ方向に割断して半導体チップを得る割断工程と、
前記割断工程により前記半導体チップに形成された割断面に露出する改質領域を、等方性のドライエッチング法によりエッチングするエッチング工程と、
を備えたことを特徴とする半導体チップの製造方法。
【請求項２】
前記ドライエッチング法は、反応性ガスエッチング法であることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップの製造方法。
【請求項３】
前記ドライエッチング法は、プラズマエッチング法であることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップの製造方法。
【請求項４】
前記ドライエッチング法は、ケミカルドライエッチング法であることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップの製造方法。
【請求項５】
前記割断工程における前記半導体基板の割断とともに、前記エッチング工程を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の半導体チップの製造方法。
【請求項６】
前記エッチング工程を行う前に、前記基板面に形成された素子の表面に、当該半導体素子を前記ドライエッチング法によるエッチングから保護する保護膜を形成する保護膜形成工程を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の半導体チップの製造方法。
【請求項７】
前記基板面に形成された素子は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により形成された可動部を有する素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の半導体チップの製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の半導体チップの製造方法によって作製された半導体チップであって、前記割断面から前記改質領域が除去されていることを特徴とする半導体チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板をその厚さ方向に割断して製造される半導体チップ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）を形成したシリコンウェハ（以下、ウェハという）を各々の半導体チップに分離するダイシング工程では、レーザ光を用いたダイシング工程（レーザダイシング）の検討や研究が進められており、例えば、下記特許文献１にレーザによるウェハの加工技術が開示されている。図６は、レーザ光を用いたダイシング工程を示す説明図である。図６（Ａ）はレーザ光の照射による改質領域形成工程の説明図であり、図６（Ｂ）は割断工程の説明図である。
図６（Ａ）に示すように、レーザ光Ｌを照射するレーザヘッドＨは、レーザ光Ｌを集光する集光レンズＣＶを備えており、レーザ光Ｌを所定の焦点距離で集光させることができる。改質領域形成工程では、レーザ光Ｌの集光点ＰがウェハＷの基板面から深さｄの箇所に形成されるように設定したレーザ光照射条件で、ウェハＷを割断する割断予定ラインＤＬ上に沿って（図中手前方向）レーザヘッドＨを移動させ、レーザ光ＬをウェハＷの基板面から照射する。これにより、レーザ光Ｌの集光点Ｐが走査された深さｄの経路には、多光子吸収による改質領域Ｋが形成される。
ここで、多光子吸収とは、物質が複数個の同種もしくは異種の光子を吸収することをいう。その多光子吸収により、半導体基板Ｗの集光点Ｐおよびその近傍では、光学的損傷という現象が発生する。光学的損傷により、一旦溶融した後に凝固して非晶質構造または多結晶構造に変化した領域である改質領域Ｋが形成される。
レーザ光Ｌがパルス波の場合、レーザ光Ｌの強度は、集光点Ｐのピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上でパルス幅が１μｓ以下の条件で多光子吸収が発生する。レーザ光Ｌとしては、例えば、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）レーザによるレーザ光を用いる。そのレーザ光Ｌの波長は、例えば１０６４ｎｍの赤外光領域の波長である。
続いて、図６（Ｂ）に示すように、半導体基板Ｗの面内方向（図中矢印Ｆ２、Ｆ３で示す方向）に応力を負荷することにより、改質領域Ｋを起点にして、基板厚さ方向にクラックＣを進展させて、半導体基板Ｗを割断予定ラインＤＬに沿って割断する。
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、改質領域Ｋは強度が低下しているため、半導体基板Ｗの割断時や後の工程において、割断面に露出している改質領域Ｋの一部が剥離して微小片として飛散するおそれがある。この微小片がチップ上に形成された素子に付着すると、半導体装置の動作不良を招くことから、ウェハから割断分離された半導体チップの歩留まりや品質が低下するという問題があった。
特に、ＭＥＭＳ技術を利用して作製された各種センサ素子（圧電素子や静電容量素子から成る圧力センサ、加速度センサ、超音波センサなど）やマイクロマシンが形成されている場合には、センサ素子やマイクロマシンを構成する可動部に微小片が付着すると、その微小片により可動部の動きが妨げられるため、センサ素子やマイクロマシンの歩留まり低下や品質低下を招くおそれがある。
【０００４】
そこで、この発明は、レーザ光を用いたダイシング工程（レーザダイシング）により割断する工程を含んだ製造方法により製造される半導体チップであって、半導体チップの割断面から改質領域の微小片が剥離することを防止可能な半導体チップ及びその製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体チップの製造方法において、基板面に素子が形成された半導体基板をその厚さ方向に割断するための割断予定ラインに沿って、レーザ光を照射するレーザヘッドを前記半導体基板に対して相対移動させながら、前記半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、前記集光点に多光子吸収による改質領域を形成する改質領域形成工程と、この改質領域形成工程を経た前記半導体基板を、前記改質領域を起点にして、前記割断予定ラインに沿って厚さ方向に割断して半導体チップを得る割断工程と、前記割断工程により前記半導体チップに形成された割断面に露出する改質領域を、等方性のドライエッチング法によりエッチングするエッチング工程と、を備えた、という技術的手段を用いる。
なお、上記集光点とは、レーザ光が集光した箇所のことである。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、エッチング工程により割断面において等方性エッチングが行われ、改質領域が除去されるため、半導体チップの割断面から剥離した改質領域が微小片として飛散することを防止することができる。これにより、半導体チップに微小片が付着することがないため、微小片の飛散による製品の歩留まり低下や品質低下を防止することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体チップの製造方法において、前記ドライエッチング法は、反応性ガスエッチング法である、という技術的手段を用いる。
【０００８】
請求項２に記載の発明のように、ドライエッチング法として反応性ガスエッチング法を用いることができる。これによれば、チャンバーと加熱装置とを備えた簡便な装置構成によりエッチングを行うことができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の半導体チップの製造方法において、前記ドライエッチング法は、プラズマエッチング法である、という技術的手段を用いる。
【００１０】
請求項３に記載の発明のように、ドライエッチング法としてプラズマエッチング法を用いることができる。これによれば、半導体基板の温度が上昇しないため、半導体チップに熱応力による歪みなどの悪影響が生じるおそれがない。更に、エッチング速度が速いため、処理時間を短くすることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の半導体チップの製造方法において、前記ドライエッチング法は、ケミカルドライエッチング法である、という技術的手段を用いる。
【００１２】
請求項４に記載の発明のように、ドライエッチング法としてケミカルドライエッチング法を用いることができる。ケミカルドライエッチング法は、エッチング部とプラズマ発生部が分離したダメージフリーエッチングであるため、エッチングが半導体チップに与える損傷を防止することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の半導体チップの製造方法において、前記割断工程における前記半導体基板の割断とともに、前記エッチング工程を行う、という技術的手段を用いる。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、割断工程における半導体基板の割断とともに、エッチング工程を行うため、割断直後に改質領域をエッチングすることができるので、微小片の剥離をより効率的に防止することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の半導体チップの製造方法において、前記エッチング工程を行う前に、前記基板面に形成された素子の表面に、当該半導体素子を前記ドライエッチング法によるエッチングから保護する保護膜を形成する保護膜形成工程を更に備えた、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、エッチング工程を行う前に、基板面に形成された素子の表面に、当該半導体素子をドライエッチング法によるエッチングから保護する保護膜を形成する保護膜形成工程を更に備えているため、素子表面に保護膜が形成されているので、エッチングから素子を保護することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の半導体チップの製造方法において、前記基板面に形成された素子は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により形成された可動部を有する素子である、という技術的手段を用いる。
【００１８】
請求項７に記載の発明のように、基板面に形成された素子が、ＭＥＭＳ技術により形成された可動部を有する素子である場合には、可動部に微小片が挟まることにより可動部の動きが妨げられるおそれがないため、素子の性能低下を防止することができるので、本発明を好適に用いることができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の半導体チップの製造方法によって作製された半導体チップであって、前記割断面から前記改質領域が除去されている、という技術的手段を用いる。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の半導体チップの製造方法によって作製された半導体チップであって、割断面から改質領域が除去されているため、改質領域から微小片が剥離して飛散することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［第１実施形態］
この発明に係る半導体チップ及びその製造方法の第１実施形態について、図を参照して説明する。図１は、この発明の製造方法により割断するウェハの構成例を示す模式図である。図１（Ａ）は、ウェハの表面の平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ矢視断面拡大図である。図２は、半導体基板にレーザ光の照射を行う割断装置の説明図である。図３は、割断工程によりウェハを割断して形成された半導体チップの断面説明図である。図４は、エッチング工程によりエッチングされた半導体チップの断面説明図である。図５は、保護膜が形成された半導体チップの断面説明図である。
なお、いずれの図においても、説明のために一部を拡大して誇張して示している。
【００２２】
まず、図１（Ａ）に示すようなウェハ２０を用意する。ウェハ２０には、シリコンからなる薄板円盤形状の半導体基板２１が備えられており、その外周の一部には、結晶方位を示すオリエンテーションフラットが形成されている。この半導体基板２１の基板面２１ａには、拡散工程等を経て形成された素子、ここでは、例えば櫛歯状に形成された可動部を有するセンサ素子を構成するＭＥＭＳ２３が碁盤の目のように整列配置されている。
ウェハ２０はダイシング工程により割断予定ラインＤＬに沿ってそれぞれ割断されて半導体チップ２２となり、半導体チップ２２はマウント工程、ボンディング工程、封入工程等といった各工程を経ることによってパッケージされたＩＣやＬＳＩとして完成する。なお、本実施形態では、半導体基板２１は、半導体チップ２２の支持基板となるシリコン層を形成し得るものである。
半導体基板２１は、裏面２１ｂが延伸性を有する樹脂製のシート４１に接着され、シート４１が張った状態でシート４１の外周部が円環状のフレーム４２により保持される。
例えば、図１（Ｂ）に示すように、１Ｂ−１Ｂライン上には、６つの半導体チップ２２ａ〜２２ｆが形成されている。半導体基板２１の厚さ方向には７本の割断予定ラインＤＬ１〜ＤＬ７が設定されており、後述する方法により割断の起点となる改質領域が形成される。
【００２３】
図２に示すように、半導体基板２１の割断装置１には、レーザ光Ｌを照射するレーザヘッド３１が設けられている。レーザヘッド３１は、レーザ光Ｌを集光する集光レンズ３２を備えており、レーザ光Ｌを所定の焦点距離で集光させることができる。ここでは、レーザ光Ｌの集光点Ｐが半導体基板２１の基板面２１ａから深さｄの箇所に形成されるように設定されている。
【００２４】
まず、改質領域形成工程を行う。半導体基板２１内部に改質領域Ｋを形成するためには、まず、図１（Ａ）に示す割断予定ラインＤＬの１つを、ウェハ検出用のレーザ光で走査し、図１（Ｂ）に示す外周端部２１ｃを検出し、レーザ光Ｌの走査範囲を設定する。
続いて、図２に示すように、レーザヘッド３１を割断予定ラインＤＬに沿って走査し（図中矢印Ｆ４方向）、レーザ光Ｌを基板面２１ａから照射することにより、レーザ光Ｌの集光点Ｐが走査された深さｄの経路に、多光子吸収による改質領域Ｋが適正に形成される。レーザ光Ｌの集光点Ｐの深さｄを調整することにより、半導体基板２１の厚さの範囲内で任意の深さに任意の層数の改質領域Ｋを形成することができる。例えば、厚さが比較的厚い場合は、その厚さ方向へ集光点Ｐを移動させて改質領域Ｋを厚さ方向に連続状、または複数箇所に形成することにより、半導体基板２１の割断を容易にすることができる。
ここで、多光子吸収とは、物質が複数個の同種もしくは異種の光子を吸収することをいう。その多光子吸収により、半導体基板Ｗの集光点Ｐおよびその近傍では、光学的損傷という現象が発生し、一旦溶融した後に凝固して、多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンに変化した数μｍ程度の大きさの領域である改質領域Ｋが形成される。
【００２５】
続いて、割断工程を行う。割断工程では、図３に示すように、公知の方法によりシート４１を拡張（図中Ｆ方向）して半導体基板２１の面内方向に応力を負荷することにより、改質領域Ｋを起点にして、基板厚さ方向にクラックを進展させる。これにより、半導体基板２１を割断予定ラインＤＬに沿って容易に割断することができる。割断されて形成された割断面２１ｄには、改質領域Ｋが露出している。この改質領域Ｋは、結晶相の変化やマイクロクラックの導入により強度が低下している。
【００２６】
続いて、エッチング工程を行う。エッチング工程では、等方性のドライエッチング法により割断面２１ｄのエッチングを行い、改質領域Ｋを除去する。本実施形態では、ＸｅＦ２（二フッ化キセノン）ガスによる反応性ガスエッチング法を採用した。反応性ガスエッチング法はチャンバーと加熱装置という簡単な装置構成でエッチングを行うことができる。
【００２７】
エッチングは、以下の工程で行われる。図４に示すように、まず、半導体チップ２２に割断した後の半導体基板２１をシート４１に貼り付けた状態で、エッチングを行うチャンバー内に配置する。続いて、ＸｅＦ２を導入し、所定の温度、例えば７０℃に昇温した後に、所定の時間、例えば１時間保持してエッチングする。
これにより、割断面２１ｄにおいてＸｅＦ２ガスによる等方性エッチングが行われ、改質領域Ｋが除去されるため、改質領域Ｋが微小片として飛散することを防止することができる。
また、反応性ガスエッチング法は、液体を用いないドライプロセスであるため、液体の表面張力によりＭＥＭＳ２３の可動部にスティッキングが生じるおそれもない。
【００２８】
反応性ガスとして、例えばＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３、ＳｉＦ４、ＢＦ３、ＣｌＦ３、ＳｉＣｌ４などのフッ素系ガスまたは塩素系ガスを用いることもできる。
特に、単結晶シリコンよりも多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンのエッチングレートが早いガスを用いると、改質領域Ｋを選択的にエッチングすることができるので、単結晶シリコンで形成される領域、例えばＭＥＭＳ２３の可動部などに対するエッチングの影響を小さくすることができる。
【００２９】
（変更例）
ＭＥＭＳ２３の表面にＸｅＦ２に対するマスク材となりうる、例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどの保護膜を形成してもよい。
また、図５に示すように、レーザ照射前のウェハ２０表面、例えばＭＥＭＳ２３の表面に保護膜２４を形成しておいてもよい。これによれば、ＸｅＦ２によりＭＥＭＳ２３の可動部などがＸｅＦ２によりエッチングされることを防ぐことができる。
【００３０】
［第１実施形態の効果］
エッチング工程により、割断面２１ｄにおいて反応性ガスであるＸｅＦ２ガスによる等方性エッチングが行われ、改質領域Ｋが除去されるため、改質領域Ｋが微小片として飛散することを防止することができる。
また、反応性ガスエッチング法は、液体を用いないドライプロセスであるため、液体の表面張力によりＭＥＭＳ２３の可動部にスティッキングが生じるおそれもない。
これにより、半導体チップ２２に微小片が付着することがないため、微小片の飛散による製品の歩留まり低下や品質低下を防止することができる。
【００３１】
［第２実施形態］
第２実施形態の半導体チップ及びその製造方法は、エッチング工程において、反応性ガスに高周波電力を印加してプラズマを発生させるプラズマエッチング法を採用する点において第１実施形態と異なっている。ここで、プラズマエッチング法は、バレル型、平行平板型のいずれの方式でもよい。
エッチングは、以下の工程で行われる。第１実施形態同様に、図４に示すように、まず、半導体チップ２２に割断した後の半導体基板２１をシート４１に貼り付けた状態で、エッチングを行うチャンバー内に配置する。続いて、処理ガスであるＣＦ４をガス圧が１ｔｏｒｒとなるように導入し、高周波電力を印加してプラズマを発生させてラジカル反応によりエッチングを行う。
これにより、割断面２１ｄにおいて等方性エッチングが行われ、改質領域Ｋが除去されるため、改質領域Ｋが微小片として飛散することを防止することができる。
【００３２】
プラズマエッチング法は、液体を用いないドライプロセスであるため、液体の表面張力によりＭＥＭＳ２３の可動部にスティッキングが生じるおそれもない。
また、半導体基板の温度が上昇しないため、ＭＥＭＳ２３に熱応力による歪みなどの悪影響が生じるおそれがない。
更に、エッチング速度が速いため、処理時間を短くすることができる。
【００３３】
処理ガスとして、例えばＳＦ６、ＮＦ３、ＳｉＦ４、ＢＦ３、ＣｌＦ３、ＳｉＣｌ４などのフッ素系ガスまたは塩素系ガスを用いることもできる。
また、第１実施形態同様に、ＭＥＭＳ２３可動部などにプラズマに対するマスク材となりうる保護膜２４を形成してもよい。
【００３４】
（変更例）
プラズマエッチング法として、ケミカルドライエッチング法を採用することができる。例えば、ＣＦ４とＯ２との混合ガスを用い、マイクロ波放電により得られるＦ原子によりエッチングすることができる。ここで、ケミカルドライエッチング法は、エッチング部とプラズマ発生部が分離したダメージフリーエッチングであるため、ＭＥＭＳ２３に与える損傷を防止することができる。
ケミカルドライエッチング法では、処理ガスとして、ＳＦ６とＯ２との混合ガスやＣＦ４、Ｎ２、Ｃｌ２及びＯ２の混合ガスなどを用いることができる。
【００３５】
［第２実施形態の効果］
（１）第２実施形態の半導体チップ及びその製造方法によれば、第１実施形態の半導体チップ及びその製造方法と同様の効果を奏することができるとともに、半導体基板の温度が上昇しないため、ＭＥＭＳ２３に熱応力による歪みなどの悪影響が生じるおそれがない。
また、エッチング速度が速いため、処理時間を短くすることができる。
【００３６】
（２）プラズマエッチング法として、ケミカルドライエッチング法を採用する構成では、エッチング部とプラズマ発生部が分離したダメージフリーエッチングであるため、ＭＥＭＳ２３に与える損傷を防止することができる。
【００３７】
［その他の実施形態］
（１）割断工程を行う前に、ウェハ２０をエッチングを行うチャンバーに配置し、エッチング工程を行いながら割断してもよい。この構成を用いると、割断直後に改質領域Ｋをエッチングすることができるので、微小片の剥離をより効率的に防止することができる。
【００３８】
（２）半導体基板２１には、シリコンのみで構成された半導体基板を用いたが、本発明の適用はこれに限られることはなく、例えば、酸化シリコンからなる酸化膜を半導体基板２１の基板面２１ａに形成したものやＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）のウェハについて適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の製造方法により割断するウェハの構成例を示す模式図である。図１（Ａ）は、ウェハの表面の平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ矢視断面拡大図である。
【図２】半導体基板にレーザ光の照射を行う割断装置の説明図である。
【図３】割断工程によりウェハを割断して形成された半導体チップの断面説明図である。
【図４】エッチング工程によりエッチングされた半導体チップの断面説明図である。
【図５】保護膜が形成された半導体チップの断面説明図である。
【図６】レーザ光を用いたダイシング工程を示す説明図である。図６（Ａ）はレーザ光の照射による改質領域形成工程の説明図であり、図６（Ｂ）は割断工程の説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
２０    ウェハ
２１    半導体基板
２１ａ  基板面
２１ｂ  裏面
２１ｃ  外周端部
２１ｄ  割断面
２２    半導体チップ
２３    ＭＥＭＳ（素子）
２４    保護膜
４１    シート
４２    フレーム
Ｋ    改質領域
Ｌ    レーザ光
【図１】
2009111147.tif 000003
【図２】
2009111147.tif 000004
【図３】
2009111147.tif 000005
【図４】
2009111147.tif 000006
【図５】
2009111147.tif 000007
【図６】
2009111147.tif 000008