特開 2021-190444 半導体装置及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-190444(P2021-190444A)

(43)【公開日】2021年12月13日

(54)【発明の名称】半導体装置及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/301 20060101AFI20211115BHJP

   H01L 21/28 20060101ALI20211115BHJP

   H01L 29/423 20060101ALI20211115BHJP

   H01L 29/41 20060101ALI20211115BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/78 L

   H01L21/28 301R

   H01L29/58 Z

   H01L29/44 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2020-90873(P2020-90873)

(22)【出願日】2020年5月25日

(71)【出願人】

【識別番号】308033711

【氏名又は名称】ラピスセミコンダクタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】土井 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】加藤 一介

(72)【発明者】

【氏名】一木 秀彦

(72)【発明者】

【氏名】久徳 進次

(72)【発明者】

【氏名】為頭 美斗子

(72)【発明者】

【氏名】沼口 浩之

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 洋平

(72)【発明者】

【氏名】日高 悠

【テーマコード（参考）】

4M104

5F063

【Ｆターム（参考）】

4M104AA01

4M104BB02

4M104BB14

4M104DD34

4M104DD37

4M104FF01

4M104FF02

4M104FF17

4M104GG02

4M104GG09

4M104HH20

5F063AA05

5F063AA43

5F063BA07

5F063BA13

5F063BA22

5F063BA28

(57)【要約】

【課題】スクライブ領域に溝を形成した状態で半導体ウエハの裏面に金属膜を蒸着するときに生じる、半導体ウエハの反りを抑制する。
【解決手段】半導体基板と、半導体基板の主面に形成された複数の半導体素子と、複数の半導体素子間にあるスクライブ領域に形成された溝と、複数のスクライブラインの一部又は全部に沿って溝の底面に形成された表面金属膜と、半導体基板の裏面に形成された裏面金属膜と、を備えた半導体装置とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板と、
前記半導体基板の主面に形成された複数の半導体素子と、
前記複数の半導体素子間にあるスクライブ領域に形成された溝と、
複数のスクライブラインの一部又は全部に沿って前記溝の底面に形成された表面金属膜と、
前記半導体基板の裏面に形成された裏面金属膜と、
を備えた半導体装置。

【請求項2】

前記表面金属膜の形状が、前記複数のスクライブラインの各々に沿って延びる複数の帯状の金属膜が交差した格子状である、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記表面金属膜が、前記複数のスクライブラインが交差する複数の交差領域の一部又は全部に形成され、
前記表面金属膜の形状が、スクライブラインに沿って延びる帯状、又は、各々がスクライブラインに沿って延びる二本の帯状の金属膜が交差した十字形状である、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記表面金属膜が、前記半導体基板の主面の中央部にある交差領域に形成される、
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記表面金属膜が、前記半導体基板の主面の周辺部にある交差領域に形成される、
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記半導体基板が、シリコン基板であり、
前記表面金属膜が、アルミニウム膜であり、
前記裏面金属膜が、チタン、ニッケル、及び金の積層膜である、
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項7】

半導体層を備えた半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板の主面であって複数の素子形成領域の各々に半導体素子のアクティブ領域を形成する工程と、
前記半導体基板の複数の素子形成領域の間にあるスクライブ領域にスクライブラインより幅が広い溝を形成する工程と、
前記アクティブ領域上に電極となる第１の表面金属膜を形成すると共に、前記溝の底面にスクライブラインに沿った第２の表面金属膜を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面に裏面金属膜を形成する工程と、
を含む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、半導体装置及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ上にある複数の素子形領域の各々に半導体素子を形成し、複数の半導体素子が形成された半導体ウエハを格子状に切断して、個々の半導体素子に分割する。半導体ウエハの反りは、切断時にチッピング等の不具合を引き起こす。したがって、半導体素子に分割する前に、半導体ウエハに反りが生じていないことが望まれる。

【0003】

半導体装置の製造工程で生じる反りを防止するために、半導体ウエハの複数の素子形成領域の間に在るスクライブ領域に、応力緩和用の溝を形成する技術が知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−３３２２７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、スクライブ領域に溝を形成した状態で、半導体ウエハの裏面に金属膜を蒸着すると、金属膜と半導体ウエハとの間の熱膨張率の差から応力が発生して溝が開き、半導体ウエハが反り易いという問題がある。

【0006】

本発明の目的は、スクライブ領域に溝を形成した状態で半導体ウエハの裏面に金属膜を蒸着するときに生じる、半導体ウエハの反りを抑制することができる、半導体装置の製造方法を提供することにある。

【0007】

本発明の他の目的は、スクライブ領域に溝だけを形成した場合に比べて、半導体ウエハの反りが抑制された半導体装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の主面に形成された複数の半導体素子と、前記複数の半導体素子間にあるスクライブ領域に形成された溝と、複数のスクライブラインの一部又は全部に沿って前記溝の底面に形成された表面金属膜と、前記半導体基板の裏面に形成された裏面金属膜と、を備えている。

【0009】

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体層を備えた半導体基板を準備する工程と、前記半導体基板の主面であって複数の素子形成領域の各々に半導体素子のアクティブ領域を形成する工程と、前記半導体基板の複数の素子形成領域の間にあるスクライブ領域にスクライブラインより幅が広い溝を形成する工程と、前記アクティブ領域上に電極となる第１の表面金属膜を形成すると共に、前記溝の底面にスクライブラインに沿った第２の表面金属膜を形成する工程と、前記半導体基板の裏面に裏面金属膜を形成する工程と、を含む。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、スクライブ領域に溝を形成した状態で半導体ウエハの裏面に金属膜を蒸着するときに生じる、半導体ウエハの反りを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１の実施形態に係る半導体装置の全体構成の一例を示す平面図である。

【図2】図１に示す半導体装置の部分拡大図である

【図3】図２のＡ−Ａ線の断面図である。

【図4】（Ａ）から（Ｅ）までは、半導体装置の製造工程の一例を示す部分断面図である。

【図5】（Ａ）及び（Ｂ）は半導体ウエハに反りが生じる原理を説明する図である。

【図6】第２の実施形態に係る半導体装置の全体構成の一例を示す平面図である。

【図7】図６に示す半導体装置の部分拡大図である

【図8】図７のＢ−Ｂ線の断面図である。

【図9】第３の実施形態に係る半導体装置の全体構成の一例を示す平面図である。

【図10】第４の実施形態に係る半導体装置の全体構成の一例を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

【0013】

＜第１の実施の形態＞
まず、本実施形態の半導体装置の構成について説明する。
図１は第１の実施形態に係る半導体装置の全体構成の一例を示す平面図である。図２は図１に示す半導体装置の部分拡大図である。図３は図２のＡ−Ａ線の断面図である。

【0014】

図１〜図３に示すように、半導体装置１０は、その主面に複数の半導体素子１２が形成された半導体ウエハ２０である。複数の半導体素子１２は、半導体ウエハ２０上にマトリクス状に規則的に配列されている。複数の半導体素子１２の各々は、平面視が矩形状であり、格子状に形成された溝１４により互いに分離されている。溝１４は、後述する通り、基板２０Ａに達する深さを有する。溝１４の底面には、表面金属膜１６Ａが形成されている。

【0015】

半導体素子１２が形成される領域を、素子形成領域２２という。半導体ウエハ２０には、複数の半導体素子１２に対応する複数の素子形成領域２２がある。素子形成領域２２と素子形成領域２２との間にある領域をスクライブ領域２４という。スクライブ領域２４のうち、スクライビングにより研削除去される部分をスクライブライン２６という。スクライブ領域２４及びスクライブライン２６の各々は、溝１４と同様に格子状である。溝１４は、スクライブ領域２４に形成される。

【0016】

表面金属膜１６Ａは、複数のスクライブライン２６の各々に沿って延びる帯状の金属膜であり、半導体ウエハ２０の主面全面に亘って形成されている。したがって、半導体装置１０全体としてみれば、表面金属膜１６Ａは、複数の帯状の表面金属膜１６Ａが互いに交差した格子状である。溝１４の幅はスクライブ領域２４の幅とほぼ等しく、スクライブライン２６の幅は溝１４の幅より狭い。表面金属膜１６Ａの幅は、スクライブライン２６の幅とほぼ同じか、それよりも狭い。

【0017】

半導体ウエハ２０は、基板２０Ａと、基板２０Ａ上に形成された半導体層２０Ｂとを備えている。ここで、半導体素子１２の構成を説明する。半導体素子１２は、基板２０Ａを備えている。基板２０Ａ上には、半導体層２０Ｂ、半導体素子の主要構造であるアクティブ領域１５、表面電極となる表面金属膜１６Ｂ、及び表面保護のための絶縁膜１７が順に積層されている。基板２０Ａの裏面には、裏面電極となる裏面金属膜１８が形成されている。

【0018】

次に、半導体装置の製造方法について簡単に説明する。
図４（Ａ）〜（Ｅ）までは、半導体装置の製造工程の一例を説明するための部分断面図である。図５（Ａ）及び（Ｂ）は半導体ウエハに反りが生じる原理を説明する図である

【0019】

まず、図４（Ａ）に示すように、準備した基板２０Ａの主面上に半導体層２０Ｂを形成する。例えば、基板２０Ａとしてシリコン基板を準備し、シリコン基板上に単結晶シリコンをエピタキシャル成長させて半導体層２０Ｂを形成する。

【0020】

次に、図４（Ｂ）に示すように、半導体層２０Ｂに、半導体素子１２の主要構造であるアクティブ領域１５を形成する。そして、スクライブ領域２４（図３参照）にある半導体層１０Ｂを、フォトリソグラフィやエッチングにより基板２０Ａが露出するまで除去して、半導体素子１２を分離する溝１４を形成する。

【0021】

次に、図４（Ｃ）に示すように、アクティブ領域１５上に半導体素子１２の表面電極となる表面金属膜１６Ｂを形成すると共に、溝１４の底面に補強用の表面金属膜１６Ａを形成する。例えば、スパッタリングによりアルミニウム膜を積層し、フォトリソグラフィやエッチングを用いてアルミニウム膜をパターニングして、所望の形状の表面金属膜１６Ａ及び表面金属膜１６Ｂを所望の位置に形成する。

【0022】

次に、図４（Ｄ）に示すように、基板２０Ａの裏面に半導体素子１２の裏面電極となる裏面金属膜１８を形成する。例えば、基板２０Ａの裏面に、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び金（Ａｕ）を蒸着した積層膜を形成する。

【0023】

次に、図４（Ｅ）に示すように、アクティブ領域１５及び表面金属膜１６Ｂの上に、表面を保護する絶縁膜１７を形成して、複数の半導体素子１２を備えた半導体装置１０が完成する（図１〜３参照）。例えば、酸化シリコン（Ｓｉ_２Ｏ）等の絶縁材料を、ＣＶＤ法等により堆積し、フォトリソグラフィやエッチングを用いて絶縁材料をパターニングして、所望の形状の絶縁膜１７を所望の位置に形成する。例えば、絶縁膜１７は、表面電極となる表面金属膜１６Ｂを露出させるようにパターンニングされる。

【0024】

半導体素子１２は、公知のトランジスタやダイオードとすることができる。例えば、半導体素子１２がＭＯＳＦＥＴである場合、ウエル領域、ソース領域、絶縁膜、及びゲート電極が「アクティブ領域１５」に相当し、ソース電極が「表面金属膜１６Ｂ」に相当し、ドレイン電極が「裏面金属膜１８」に相当し、層間絶縁膜が「絶縁膜１７」に相当する。

【0025】

図５（Ａ）及び（Ｂ）は半導体ウエハに反りが生じる原理を説明する図である。本実施形態の製造方法よれば、図５（Ａ）に示すように、表面金属膜１６Ａ及び表面金属膜１６Ｂの形成により半導体ウエハ２０に生じる応力は、スクライブ領域に形成された溝１４により緩和されて反りが抑制され、半導体ウエハ２０は平坦に維持される。

【0026】

また、図５（Ｂ）に示すように、複数の半導体素子１２と溝１４とは、折り曲がる関節のような働きをしている。溝１４が形成された半導体ウエハ２０の裏面に裏面金属膜１８を蒸着すると、裏面金属膜１８と半導体ウエハ２０との間の熱膨張率の差から矢印で示す応力が発生し、溝１４が開いて、半導体ウエハ２０が反り易いという問題がある。

【0027】

本実施の形態では、溝１４内に形成された表面金属膜１６Ａにより、隣接する半導体素子１２間の隙間が埋められて、半導体ウエハ２０が補強される。表面金属膜１６Ａにより補強された領域は折り曲がり難くなり、半導体ウエハ２０の反りが抑制される。また、表面金属膜１６Ａにより半導体ウエハ２０に逆方向の応力が発生し、応力の相殺により半導体ウエハ２０の反りが抑制される。また、表面金属膜１６Ａを半導体ウエハ２０の主面全面に亘って形成することで、半導体ウエハ２０の全面を補強することができる。

【0028】

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態に係る半導体装置は、溝の底面に形成される金属膜の形状及び形成位置が異なる以外は、第１の実施の形態と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。

【0029】

図６は第２の実施形態に係る半導体装置の全体構成の一例を示す平面図である。図７は図６に示す半導体装置の部分拡大図である。図８は図７のＢ−Ｂ線の断面図である。

【0030】

図６〜図８に示すように、第２の実施形態に係る半導体装置１０Ａでは、複数のスクライブライン２６が交差する複数の交差領域の各々に、表面金属膜１６Ａが形成されている。交差領域に形成される表面金属膜１６Ａは、各々がスクライブラインに沿って延びる二本の短い帯状の表面金属膜１６Ａが交差した十字形状である。

【0031】

図示する通り、半導体装置１０Ａでは、一部のスクライブライン２６に沿って表面金属膜１６Ａが形成され、残りのスクライブライン２６に対しては表面金属膜１６Ａは形成されない（図８参照）。しかしながら、十字形状の表面金属膜１６Ａは、半導体ウエハ２０の主面全面に亘って形成されており、半導体ウエハ２０全体が補強されている。

【0032】

本実施の形態では、第１の実施形態と同様に、溝１４内に形成された表面金属膜１６Ａにより半導体ウエハ２０の全面が補強され、半導体ウエハ２０の反りが抑制される。スクライブライン２６が交差する交差領域は、溝１４が十字に形成されて折り曲がり易い領域であるから、この交差領域を十字形状の表面金属膜１６Ａで補強することで、半導体ウエハ２０は折り曲がり難くなる。

【0033】

また、表面金属膜１６Ａはスクライビングにより研削除去される部材である。スクライビング後に表面金属膜１６Ａが残存することは、半導体素子１２の不具合の原因となり好ましくない。一部のスクライブライン２６に沿って表面金属膜１６Ａを形成することで、全部のスクライブライン２６に沿って表面金属膜１６Ａを形成する場合に比べて、表面金属膜１６Ａを取り除き易くなり、製造コストも削減される。

【0034】

＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態に係る半導体装置は、溝の底面に形成される金属膜の形状及び形成位置が異なる以外は、第１の実施の形態と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。

【0035】

図９は第３の実施形態に係る半導体装置の全体構成の一例を示す平面図である。図９に示すように、第３の実施形態に係る半導体装置１０Ｂでは、スクライブライン２６が交差する交差領域に、スクライブラインに沿って延びる短い帯状、又は上述した十字形状の表面金属膜１６Ａが形成されている。帯状または十字形状の表面金属膜１６Ａは、半導体ウエハ２０の主面の周辺部にだけ形成されており、表面金属膜１６Ａが形成される領域は、第１、第２の実施の形態と比べると局所的である。

【0036】

帯状の表面金属膜１６Ａにより補強されるエリア１９Ａと、十字形状の表面金属膜１６Ａにより補強されるエリア１９Ｂとを、網掛けで表す。網掛けの濃度が濃いエリアの方が、補強度合いが強いことを示している。図から分かるように、表面金属膜１６Ａを周辺部に局所的に形成することで、半導体ウエハ２０を部分的に補強することができる。また、十字形状の表面金属膜１６Ａと比べると補強度合いは低いが、帯状の表面金属膜１６Ａによっても補強が可能である。

【0037】

本実施の形態では、半導体ウエハ２０の主面の周辺部に形成された表面金属膜１６Ａにより、半導体ウエハ２０の周辺部を部分的に補強することができ、半導体ウエハ２０の反りが抑制される。

【0038】

また、スクライブライン２６が交差する交差領域を補強することで、半導体ウエハ２０は折り曲がり難くなるが、十字形状の表面金属膜１６Ａだけでなく、帯状の表面金属膜１６Ａによっても交差領域を補強することができる。

【0039】

また、表面金属膜１６Ａが形成される領域は局所的であり、半導体ウエハ２０の主面全面に亘って表面金属膜１６Ａを形成する場合に比べて、表面金属膜１６Ａを取り除き易くなり、製造コストも削減される。

【0040】

＜第４の実施の形態＞
第４の実施の形態に係る半導体装置は、溝の底面に形成される金属膜の形状及び形成位置が異なる以外は、第１の実施の形態と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。

【0041】

図１０は第４の実施形態に係る半導体装置の全体構成の一例を示す平面図である。図１０に示すように、第４の実施形態に係る半導体装置１０Ｃでは、スクライブライン２６が交差する交差領域に、十字形状の表面金属膜１６Ａが形成されている。十字形状の表面金属膜１６Ａは、半導体ウエハ２０の主面の中央部にだけ形成されており、表面金属膜１６Ａが形成される領域は、第１、第２の実施の形態と比べると局所的である。

【0042】

十字形状の表面金属膜１６Ａにより直接補強されるエリア２１Ａと、間接的に補強されるエリア２１Ｂとを、網掛けで表す。網掛けの濃度が濃いエリアの方が、補強度合いが強いことを示している。図から分かるように、十字形状の表面金属膜１６Ａを中央部に局所的に形成することで、半導体ウエハ２０の中央部が強く補強される。また、半導体ウエハ２０の中央部を補強した場合は、半導体ウエハ２０の周辺部も間接的に補強される。

【0043】

本実施の形態では、半導体ウエハ２０の主面の中央部に形成された表面金属膜１６Ａにより、半導体ウエハ２０の中央部を部分的に補強することができ、半導体ウエハ２０の反りが抑制される。また、半導体ウエハ２０の中央部を補強することで、半導体ウエハ２０の周辺部も間接的に補強することができる。

【0044】

また、表面金属膜１６Ａが形成される領域は局所的であり、半導体ウエハ２０の主面全面に亘って表面金属膜１６Ａを形成する場合に比べて、表面金属膜１６Ａを取り除き易くなり、製造コストも削減される。

【0045】

以上、本発明の半導体装置及びその製造方法の例示的な実施の形態について説明したが、本発明は実施の形態に記載の範囲には限定されない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で実施の形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0046】

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 半導体装置
１２ 半導体素子
１４ 溝
１５ アクティブ領域
１６Ａ、１６Ｂ 表面金属膜
１７ 絶縁膜
１８ 裏面金属膜
１９Ａ、１９Ｂ エリア
２０ 半導体ウエハ
２０Ａ 基板
２０Ｂ 半導体層
２１Ａ、２１Ｂ エリア
２２ 素子形成領域
２４ スクライブ領域
２６ スクライブライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】