(57)【要約】【課題】半導体素子を複数に形成した半導体基板を半導体素子ごとに分割して個々の半導体装置を形成する際の分割の品質を低下させることなく、加工タクトを向上させる。【解決手段】半導体基板１を、機能要素が構築された複数の半導体素子２が桝目状に形成され、前記複数の半導体素子２を個々に分離している縦方向および横方向の分離線４上に、各半導体素子２の外周部に対応する部分を除いて連続した溝３が形成されたものとする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能要素が構築された複数の半導体素子が桝目状に形成され、前記複数の半導体素子を個々に分離している縦方向および横方向の分離線上に、各半導体素子の外周部に対応する部分を除いて連続した溝が形成されていることを特徴とする半導体基板。
【請求項２】
各半導体素子の背面側に凹部を備えるダイアフラム構造を有することを特徴とする請求項１記載の半導体基板。
【請求項３】
機能要素が構築された複数の半導体素子が桝目状に形成された半導体基板を半導体素子ごとに分割して半導体装置を製造する方法であって、前記複数の半導体素子を個々に分離している縦方向および横方向の分離線上に、各半導体素子の外周部に対応する部分を除いて連続する溝を異方性エッチングにより形成する工程と、前記溝が形成された各分離線に沿って且つ基板内部に焦点をあわせてレーザ光を照射して前記基板内部に改質領域を形成する工程と、前記溝および改質領域が形成された半導体基板に外力を加えて当該半導体基板を各分離線に沿って分割して個々の半導体装置を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
改質領域を形成する工程において、溝形成部分に対するレーザ光走査回数が溝非形成部分に対するレーザ光走査回数よりも少ないことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
ダイアフラム構造を構成する凹部を各半導体素子の背面側に異方性エッチングにより形成する工程を有しており、溝を形成する工程は、前記凹部を形成する工程と同時に行うことを特徴とする請求項３または請求項４のいずれか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、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）に代表される、一部を薄厚化したダイアフラム構造や梁構造を有する半導体基板、および半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳに代表される、一部を薄厚化したダイアフラム構造や梁構造を有する半導体装置に、ＭＥＭＳ圧力センサやＭＥＭＳ加速度センサがある。これらのセンサ類は一般に、半導体ウェハプロセスにおいてダイアフラム構造や梁構造を有するように同時に複数に形成した後に、個々に分割することで製造される。分割には、ダイヤモンドやＣＢＮの粒子が固着された環状のダイシングソーを高速回転させて破砕加工する手法が最も一般的に用いられており、この加工は破砕屑を除去し摩擦熱を抑えるための切削水を流しながら行われる。しかしダイアフラム構造や梁構造は脆弱な構造であるため、切削水圧力によって破壊されることがある。
【０００３】
切削水を必要としない分割法として、近年、レーザ光による加工が注目されてきている。たとえば特許文献１には、レーザ光によって半導体ウェハ内に多光子吸収による改質領域を形成し、その改質領域を起点とした劈開にて分割する方法が開示されている。多光子吸収とは、光子のエネルギーが材料の吸収のバンドギャップよりも小さい場合、つまり光学的に透過となる場合でも、光の強度を非常に大きくすると材料に吸収が生じる現象である。以下に図面に基づいて説明する。
【０００４】
図１０（ａ）（ｂ）は、半導体基板の分離線およびその周辺を模式的に示す平面図および断面図である。図中、１０１は半導体基板、１０２は半導体基板１０１に形成された半導体素子（半導体デバイス）、１０４は半導体基板１０１を半導体素子１０２ごとに分離している分離線である。
【０００５】
半導体基板１０１に対して、分離線１０４領域の基板内部にレーザ光１０８の集光点を合わせて所定の厚み方向に多光子吸収を生じさせるとともに、この多光子吸収を連続的または断続的に生じさせるようにレーザ光１０８を分離線１０４の中心に沿って走査させることにより、基板内部に分離線１０４に沿った改質領域１０９を形成し、改質領域１０９を起点とした切断部（クラック）１１０を発生させる。このようにすると、分離線１０４の両側に同時に外力をかけることにより、比較的小さな外力でも、半導体基板１０１を容易に割ることができる。半導体基板１０１が薄い場合は、外力を与えないでも自然に切断部（クラック）１１０で割れる。
【０００６】
分離線上に予め異方性エッチングなどで溝を形成して加工部分の厚みを減じる工法もある。たとえば特許文献２に開示されている方法では、方位面（１００）面の半導体基板に縦方向および横方向の分離線部分が露出するようにエッチング保護膜を形成した後に、異方性エッチングを行う。このようにすると、方位面（１１１）面でエッチングが止まり、傾斜角度５４．７度のＶ溝が形成されるため、このＶ溝を拡張させるように半導体基板に外力を加えることにより、Ｖ溝に沿って、つまり分離線に沿って、半導体基板を分割することができる。
【０００７】
特許文献３には、半導体基板の表面部に連続線状の第１溝と破線状の第２の溝とをスクラブ溝として形成することが開示されている。特許文献４には、ダイアフラムを有する複数の半導体装置を形成した基板を分割する方法として、分割のための切り溝部の内、縦方向と横方向のいずれか一方は連続切り溝部とし、他方は不連続切り溝部とすることが開示されている。特許文献５には、分離線上に、各半導体装置の四辺の各々に対応して２個ずつの溝を形成することが開示されている。
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【特許文献２】特開２００１−１２７００８号公報
【特許文献３】特開２００４−１８６３４０号公報
【特許文献４】実開平４−１０９５３７号公報
【特許文献５】特開２００４−１６５２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されているレーザ加工法では、半導体基板１０１が厚い場合には一回の走査による改質領域１０９では分割できないため、複数回のレーザ加工を実施して各回の改質領域１０９を厚み方向にほぼ直列に並べる必要があり、加工にかかるタクトの増加につながる。
【０００９】
特許文献２に開示されている方法では、分離線に沿った縦方向および横方向のＶ溝が交差する部分で異方性エッチングの侵食が他の部分と異なることになり、過剰にエッチングを行うと、方位面（１１１）面でエッチングが止まらず、例えば方位面（２１１）面にエッチングが進行する。例えば、Ｖ溝に要求されるよりも深いエッチングを要するダイアフラム構造を形成する工程と同時にＶ溝を形成しようとすると、Ｖ溝の交差部分が過剰にエッチングされ、半導体基板を貫通することがある。この場合、半導体基板の強度が極端に劣化し、ハンドリング時に半導体基板が破損してしまう。
【００１０】
特許文献３あるいは特許文献４に開示されている方法では、縦方向と横方向のどちらか一方の溝のみが連続溝となっていて、分割される半導体装置の四辺に関しては均一ではないため、連続溝の形成されている辺側が応力集中しやすく、その辺側から半導体装置が破損してしまう。さらに、半導体基板の状態で連続溝が形成されているため、強度が極端に劣化し、ハンドリング時に半導体基板が破損してしまう。
【００１１】
特許文献５に開示されている方法では、分割のための溝は半導体装置の四辺の各々に対応して２個ずつ形成されているため、つまり分離線上に連続溝が形成されているのではないため、分離直進性が悪くなり、分割後の半導体装置の形状、特に各辺の寸法が不均一となる。その結果、例えば、後工程において半導体装置の辺にてピックアップするコレットでのピックアップ性が悪くなり、生産性が低下する。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑み、半導体素子を複数に形成した半導体基板を半導体素子ごとに分割して個々の半導体装置を形成する際の分割の品質を低下させることなく、加工タクトを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の半導体基板は、機能要素が構築された複数の半導体素子が桝目状に形成され、前記複数の半導体素子を個々に分離している縦方向および横方向の分離線上に、各半導体素子の外周部に対応する部分を除いて連続した溝が形成されていることを特徴とする。一部を薄厚化した構造、たとえば、各半導体素子の背面側に凹部を備えるダイアフラム構造を有するときに都合よい。
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法は、機能要素が構築された複数の半導体素子が桝目状に形成された半導体基板を半導体素子ごとに分割して半導体装置を製造する方法であって、前記複数の半導体素子を個々に分離している縦方向および横方向の分離線上に、各半導体素子の外周部に対応する部分を除いて連続する溝を異方性エッチングにより形成する工程と、前記溝が形成された各分離線に沿って且つ基板内部に焦点をあわせてレーザ光を照射して前記基板内部に改質領域を形成する工程と、前記溝および改質領域が形成された半導体基板に外力を加えて当該半導体基板を各分離線に沿って分割して個々の半導体装置を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
改質領域を形成する工程においては、溝形成部分に対するレーザ光走査回数が溝非形成部分に対するレーザ光走査回数よりも少なくすることができる。ダイアフラム構造を構成する凹部を各半導体素子の背面側に異方性エッチングにより形成する工程を有しているときには、溝を形成する工程は、前記凹部を形成する工程と同時に行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体基板は、複数の半導体素子を個々に分離している縦方向および横方向の分離線上に、各半導体素子の外周部に対応する部分を除いて、つまり基板外周部近傍にのみに、連続した溝を形成することにより、溝部分で基板が薄くて、劈開などによる分割を行う際に応力が集中しやすい構造としたので、このような溝を持たない半導体基板と比較して、直進性の良い安定した分割が可能になる。一方、分離線全体に沿って連続的に溝を形成するのではないため、半導体基板の強度劣化、破損は発生しにくい。
【００１７】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記のように半導体基板の各分離線上、基板外周部近傍のみに溝を形成することとしたので、つまりエッチングの制御が極めて難しい溝交差部の形成を排除したので、当該溝の形成を極めて容易に安定して行える。また改質領域を形成する際には、溝形成部分についてのレーザ光の走査回数を溝非形成部分よりも少なくすることができ、溝形成を全くしない場合に比べて総走査回数を抑えることができる。さらに分割の際には、上記の基板外周部近傍の溝を起点とするので、溝形成しない場合に比較して分割ラインの蛇行や分割後の半導体装置のチッピングの可能性を低減することができる。これらのことにより、直進性の良い安定した分割、加工タクトの短縮を図ることができる。分割後の半導体装置は、品質が向上し、溝の跡も残らないため装置裏面の面積は減少せず、ダイボンド時の接着面積を確保できる。
【００１８】
ダイアフラム構造を構成する凹部を各半導体素子の背面側に異方性エッチングにより形成する工程を有しているときには、その凹部を形成する工程で同時に溝を形成すればよいため、溝形成のために工程が増加することはなく、コストアップやリードタイムの増加を来たさない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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は本発明の一実施形態における半導体基板の平面図、図２は同半導体基板の一部拡大図、図３および図４はそれぞれ同半導体基板の図２におけるＡ−Ａ´断面図、Ｂ−Ｂ´断面図である。
【００２０】
図１および図２において、半導体基板１は、Ｓｉ単結晶からなり、機能要素が構築された複数の半導体素子２が一方の面に桝目状に形成されている。図示した半導体素子２は、分割後にダイアフラム圧力センサ（半導体装置）となるもので、半導体素子２自体は検知部となるべく薄厚化され、背面側に凹部５が形成されていて、これらがダイアフラム構造を構成している。かかるダイアフラム圧力センサの例はマイクセンサであって、音により振動した空気によってダイアフラムが振動し、その変位量により受動側ダイアフラム／振動側ダイアフラム間のコンダクタ容量が変化することで振動周波数と電気信号に変換される。
【００２１】
複数の半導体素子２を分離している分離線４は、半導体素子２ごとに分割するために設定された分割領域であり、互いに直交するように縦方向および横方向に延びている。各分離線４上、半導体素子２に背反する基板裏面には、各半導体素子２の外周部を除いて、基板外周部近傍（基板周縁部）のみに、連続した溝３が形成されている。
【００２２】
この半導体基板１および半導体装置を製造する方法を説明する。
図５（ａ）に示すように、複数の半導体素子２が分離線４で分離して桝目状に形成されている半導体基板１（図１参照）に、エッチングマスク６を形成する。このエッチングマスク６は、上述の凹部５および溝３を形成する領域に開口を持つように、例えばシリコン酸化膜などをＣＶＤ法で成膜した後にリソグラフィ技術でパターニングすることにより形成する。図示を省略するが、半導体素子２が形成された面には全面にエッチングマスクを残しておく。
【００２３】
次に、図５（ｂ）に示すように、凹部５および溝３を異方性エッチングにより形成する。異方性エッチングには、例えばＫＯＨ溶液やＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液を使用する。このときに、溝３は上記したように各半導体素子２の外周部を除いて基板外周部近傍の分離線４上にのみ形成するので、溝３の交差部分はなく、交差に起因する異常侵食は生じず、エッチング深さの異なる凹部５と同時に形成しても所望の深さでエッチストップさせることができる。つまり溝３の深さと幅はエッチングマスク６の開口幅で決定できる。
【００２４】
エッチング終了後に、図５（ｃ）に示すように、エッチングマスク６を除去する。この際には例えばＢＨＦ溶液を用いるが、特に支障がなければエッチングマスク６を残しておいても構わない。
【００２５】
その後に、図５（ｄ）（ｅ）に示すように、半導体基板１をエキスパンドテープ７にマウントし、レーザ光８を各分離線４に沿って、かつ、半導体基板１の内部に焦点をあわせて照射して、半導体基板１の内部に改質領域９を形成する。このとき、レーザ光８は、基板厚み方向に焦点を移動させつつ溝３の長手方向に沿って走査して、改質領域９から発生するマイクロクラックが溝３に進展するようにする。
【００２６】
最後に、図５（ｆ）に示すように、溝３および改質領域９が形成された半導体基板１に外力Ｆを加えることにより、つまりエキスパンドテープ７を伸張させる外力Ｆを加えることにより、各分離線４に沿って形成した改質領域９を起点としたクラック１０を進展させて半導体基板１を分割し、個々の半導体装置１１を得る。上述のマイクロクラックが外力Ｆに先立って溝３まで進展していれば、外力Ｆを低減させて、より小エネルギーでの加工が可能になる。
【００２７】
なお、半導体基板１が厚い場合には、図６（ａ）（ｂ）に示すように、改質領域９が基板厚み方向に並ぶようにレーザ光８の走査を複数回行うことにより、分割を容易にすることができる。レーザ光８を走査する回数は、溝３の形成部分について、溝３の非形成部分よりも少なくしても、分割が可能である。
【００２８】
図６（ａ）は、溝３の形成部分を示しており、レーザ光８の走査回数を２回として改質領域９ａ，９ｂを形成している。図６（ｂ）は、溝３の非形成部分を示しており、レーザ光８の走査回数を３回として改質領域９ａ，９ｂ，９ｃを形成している。
【００２９】
以上の半導体基板１の構成および半導体装置１１の製造方法によれば、次のような効果が得られる。
半導体基板１の外周部近傍の分離線４上のみに連続した溝３を形成することにより、溝３部分で基板が薄くて、劈開などによる分割を行う際に応力が集中しやすい構造としたので、溝３を形成しない場合と比較して、直進性の良い安定した分割が可能になる。その一方で、分離線４全体に沿って連続的に溝３を形成するのではないため、半導体基板１の強度劣化、破損は発生しにくい。
【００３０】
溝３の形成の際には、エッチングの制御が極めて難しい溝交差部を持たないため、溝交差部を持つ場合のようなエッチング時の異常侵食は起こらず、極めて容易に安定して形成でき、加工タクトの短縮を図ることができる。さらに、後段で改質領域９を形成することでクラックの形成が容易になるため、例えばエッチングの制御が極めて難しいＶ溝形状でなくてよく、極めて容易に安定したエッチングが可能である。
【００３１】
改質領域９の形成の際も、溝形成部分についてのレーザ光８の走査回数を溝非形成部分よりも少なくすることができるので、溝３を形成しない場合に比べて総走査回数を抑え、加工タクトの短縮を図ることができる。
【００３２】
分割の際には、上記の溝３が起点となるので、改質領域９を有することの効果もあって、溝３を形成しない場合に比べて分割ラインの蛇行や分割後の半導体装置１１のチッピングの可能性を低減し、容易に直進性に優れた分割を行うことができ、半導体装置１１の品質が向上する。半導体装置１１には溝３の跡は残らず、装置裏面の面積は減少しない。
【００３３】
溝３の形成を、凹部５を形成する異方性エッチング工程と同時に行えば、特に工程の増加がなく、コストアップやリードタイムの増加を回避できる。
なお、半導体基板１の厚みは、半導体基板１の口径や分割後の半導体装置１１に要求される厚みなどに応じて決められるものであり、溝３の深さもその半導体基板１の厚みに応じて決められる。
【００３４】
たとえば、半導体装置がマイクセンサである場合に、Ｓｉ単結晶基板がΦ４〜１２インチで厚み１００〜１０００ｕｍ、目的とする半導体装置の平面サイズが約１〜２００ｍｍ２で仕上げ厚みが約１０〜９００ｕｍであれば、平面ダイアフラム（ここで言う半導体素子２）の厚みは受動側約１〜５ｕｍ、振動側約１〜５ｕｍとするので、このような厚みになるように、凹部５をエッチングにより形成することができる。凹部５の平面サイズは約０．５〜１５０ｍｍ２である。そして溝３は幅約２０〜５００ｕｍ（チップの取り数を向上させるためには狭い方が好ましい）、深さ約１０〜８９０ｕｍ（分離分割を容易にするためには深い方が好ましいが、不必要に基板割れが生じない程度とする）とすることができる。
【００３５】
上記のマイクセンサの例示とは一部重ならない寸法範囲ではあるが、半導体基板１が、口径３〜１２インチ、厚み２５〜７２５ｕｍ、分離線幅５〜２００ｕｍの場合に、溝３を、幅５〜２００ｕｍ、深さ５〜１９５ｕｍで形成したときに、良好な結果が得られた。半導体基板１の厚みが３００ｕｍの場合には、レーザ光８を０〜１０回走査することで（走査回数が少ないのは溝形成部分に対して）、良好な結果が得られた。
【００３６】
図７は、半導体基板１から分割された半導体装置１１を示す。半導体基板１´に半導体素子２と凹部５とが形成されている。
図８は、半導体装置１１を実装基板１３に実装した状態を示す。半導体装置１１と実装基板１３とは一般に行われているようにダイボンド材１４で接着されている。半導体基板１′には上述の溝３の跡は残らないため、つまり半導体装置１１の外形は従来通りであるため、ダイボンド時の接着面積を従来と同様に確保でき、従来と同様なダイボンド条件でダイボンドが可能である。
【００３７】
ただし、分割前の半導体基板１に上述の溝３を形成するのに加えて、縦横の分離線上に、各半導体素子２のコーナ部に対応する部分を除いて連続する溝を形成してもよい。この場合、分割後の半導体基板１′の裏面の各辺に溝３の跡たる切り欠き部が残るが、コーナ部には残らないため、装置裏面の面積の減少はなく、接着面積を確保できる。
【００３８】
この構成でも、エッチングの制御が極めて難しい溝交差部は生じないので、当該溝の形成を極めて容易に安定して行える。また各分離線上の溝はほぼ全体が直線状に連続するものとなるため、分割のための起点となる改質領域をレーザ光により形成する際に、溝形成部分についてのレーザ光の走査回数を他部分より少なくしても、直進性に優れた分割を安定して行うことが可能となり、加工タクトの短縮を図ることができる。凹部５を形成する工程で同時に溝を形成すればよいため、溝形成のために工程が増加することはなく、コストアップやリードタイムの増加を来たさない。
【００３９】
以上の実施の形態では、半導体基板１および半導体装置１１にダイアフラム構造を形成したが、ダイアフラム構造でなくても勿論構わない。半導体基板１も、シリコン基板のほか化合物半導体基板などであってもよい。
【００４０】
たとえば、半導体装置１１として加速度センサを製造する場合は、図９（ａ）（ｂ）に示したように、半導体基板１の上面に凹部５´を形成し、その開口部に半導体素子２を設置する梁構造を採用し、半導体基板１の下面に溝３を形成する。この後の工程、溝３による効果は上記と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、複数の半導体素子を形成した半導体基板、たとえばシリコン基板や化合物半導体基板を、各半導体素子に対応する半導体装置に分割する際に、加工コストの増加や加工品質の低下を伴うことなく、加工タクトを向上させることができるものであり、特にダイアフラム構造を有するＭＥＭＳセンサ等の製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態の半導体基板の平面図
【図２】同半導体基板の一部を拡大して示す平面図
【図３】同半導体基板の図２におけるＡ−Ａ’断面図
【図４】同半導体基板の図２におけるＢ−Ｂ’断面図
【図５】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図６】同半導体装置の製造方法の一部を詳細に示す断面図
【図７】同半導体装置の平面図および断面図
【図８】同半導体装置を半導体基板に実装した状態を示す断面図
【図９】本発明の他の実施形態の半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図１０】従来の半導体基板とその分割方法を示す平面図および断面図
【符号の説明】
【００４３】
１    半導体基板
２    半導体素子
３    溝
４    分離線
５    凹部
６    エッチングマスク
７    エキスパンドテープ
８    レーザ光
９，９ａ，９ｂ，９ｃ  改質領域
１０  クラック
１１  半導体装置
１２  凹部
１３  実装基板
１４  ダイボンド材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009206292.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009206292.tif 000011
【図１０】
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