特開 2024-131774 半導体素子の製造方法

(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】P2024131774

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】半導体素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/301 20060101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

H01L21/78 B

H01L21/78 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023042231

(22)【出願日】2023-03-16

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】牛島 隆志

【テーマコード（参考）】

5F063

【Ｆターム（参考）】

5F063AA05

5F063AA36

5F063BA43

5F063CB02

5F063CB05

5F063CB23

5F063CB26

5F063CC49

5F063DD27

(57)【要約】

【課題】 半導体基板を分割するための改質層を形成するときにクラックを抑制する。
【解決手段】 半導体素子の製造方法であって、下記の工程を有する。半導体基板準備工程では、上面側の表層部に複数の素子領域が設けられた半導体基板を準備する。分解領域形成工程では、前記上面に、複数の前記素子領域の境界に沿って線状に伸びる分解領域を形成する。第１改質層形成工程では、前記半導体基板にレーザを照射することによって第１改質層を形成する。前記第１改質層は、前記分解領域に沿って伸び、前記分解領域よりも広い幅を有するように形成される。前記第２改質層形成工程では、前記素子領域にレーザを照射することによって第２改質層を形成する。第２改質層は、前記第２改質層が前記第１改質層と繋がるように形成される。分割工程では、前記第１改質層と前記第２改質層に沿って前記半導体基板を分割する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子の製造方法であって、
上面側の表層部に複数の素子領域（２０）が設けられた半導体基板であって、前記上面において複数の前記素子領域がマトリクス状に配列されている前記半導体基板（１２）を準備する半導体基板準備工程と、
前記上面に、複数の前記素子領域の境界に沿って線状に伸びる分解領域（３０）を形成する分解領域形成工程と、
前記半導体基板にレーザを照射することによって前記半導体基板の内部に第１改質層（６１）を形成する工程であって、上側から見たときに前記第１改質層が前記分解領域に重複した状態で前記分解領域に沿って伸び、前記半導体基板の厚み方向において前記分解領域が存在する範囲内の一部に前記第１改質層が存在し、前記第１改質層が前記分解領域よりも広い幅を有するように前記第１改質層を形成する第１改質層形成工程と、
前記素子領域を走査するように前記素子領域にレーザを照射することによって前記素子領域の内部に第２改質層（６２）を形成する工程であって、前記半導体基板の厚み方向において前記第２改質層が存在する範囲と前記第１改質層が存在する範囲が重複し、前記第２改質層が前記第１改質層と繋がるように前記第２改質層を形成する第２改質層形成工程と、
前記第１改質層と前記第２改質層に沿って前記半導体基板を分割する分割工程、
を有する、製造方法。

【請求項2】

前記第１改質層形成工程の後であって前記第２改質層形成工程の前に、前記半導体基板にレーザを照射することによって前記半導体基板の内部に第３改質層（６３）を形成する工程であって、上側から見たときに前記第３改質層が前記第１改質層と交差し、前記半導体基板の厚み方向において前記第３改質層が存在する範囲と前記第１改質層が存在する範囲が重複するように前記第３改質層を形成する工程、
をさらに有する請求項１に記載の製造方法。

【請求項3】

前記素子領域が、長方形であり、
前記第２改質層形成工程では、前記長方形の短辺に平行にレーザの焦点を移動させる処理を前記長方形の長辺に平行な方向に位置をずらしながら繰り返し実施する、請求項１または２に記載の製造方法。

【請求項4】

前記第２改質層形成工程では、前記第１改質層によって区画された領域内において外周側から中心側に向かって渦巻き状にレーザの焦点を移動させる、請求項１または２に記載の製造方法。

【請求項5】

前記分解領域形成工程では、ダイシングブレードによって前記上面に溝を形成し、
前記溝が前記分解領域である、
請求項１または２に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示の技術は、半導体素子の製造方法に関する。

【0002】

特許文献１には、半導体基板を上下に分割して薄い基板を作成する技術が開示されている。この技術では、半導体基板にレーザを照射することによって、半導体基板の内部に横方向に沿って伸びる改質層を形成する。次に、半導体基板を改質層に沿って分割する。これによって、薄い基板を得ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１３３４８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

半導体基板にレーザを照射すると、レーザの照射箇所で結晶が分解され、改質層が形成される。改質層が形成されるときにガスが発生する。従来の技術では、改質層が形成されるときに発生するガスの圧力によって、半導体基板にクラックが生じる場合がある。本明細書では、半導体基板を分割するための改質層を形成するときに、クラックを抑制する技術を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明明細書が開示する半導体素子の製造方法は、半導体基板準備工程と、分解領域形成工程と、第１改質層形成工程と、第２改質層形成工程と、分割工程を有する。前記半導体基板準備工程では、上面側の表層部に複数の素子領域が設けられた半導体基板を準備する。ここでは、前記上面において複数の前記素子領域がマトリクス状に配列されている前記半導体基板を準備する。前記分解領域形成工程では、前記上面に、複数の前記素子領域の境界に沿って線状に伸びる分解領域を形成する。前記第１改質層形成工程では、前記半導体基板にレーザを照射することによって前記半導体基板の内部に第１改質層を形成する。ここでは、上側から見たときに前記第１改質層が前記分解領域に重複した状態で前記分解領域に沿って伸び、前記半導体基板の厚み方向において前記分解領域が存在する範囲内の一部に前記第１改質層が存在し、前記第１改質層が前記分解領域よりも広い幅を有するように前記第１改質層を形成する。前記第２改質層形成工程では、前記素子領域を走査するように前記素子領域にレーザを照射することによって前記素子領域の内部に第２改質層を形成する。ここでは、前記半導体基板の厚み方向において前記第２改質層が存在する範囲と前記第１改質層が存在する範囲が重複し、前記第２改質層が前記第１改質層と繋がるように前記第２改質層を形成する。分割工程では、前記第１改質層と前記第２改質層に沿って前記半導体基板を分割する。

【0006】

なお、「改質層」は、元の半導体基板の結晶が分解されて生成された物質により構成された層を意味する。また、「分解領域」は、元の半導体基板の結晶性が分解されている領域を意味する。分解領域は、溝であってもよいし、改質層であってもよい。

【0007】

第１改質層形成工程では、レーザの照射箇所（すなわち、第１改質層の形成箇所）でガスが発生する。第１改質層は分解領域と重複した箇所に形成されるので、第１改質層の形成箇所で発生するガスは分解領域を介して半導体基板の外部へ抜ける。したがって、第１改質層形成工程では、半導体基板の内部の圧力上昇が抑制され、クラックの発生が抑制される。第２改質層形成工程では、素子領域を走査するように素子領域にレーザを照射することによって素子領域の内部に第２改質層を形成する。第１改質層は分解領域よりも広い幅を有するので、第２改質層の形成箇所から第１改質層までの距離は、第２改質層が形成される箇所から分解領域までの距離よりも短い。したがって、第２改質層の形成箇所で発生するガスは、第１改質層まで到達し易い。このため、第２改質層の形成箇所で発生するガスは、第１改質層と分解領域を介して半導体基板の外部へ抜ける。したがって、第２改質層形成工程でも、半導体基板の内部の圧力上昇が抑制され、クラックの発生が抑制される。以上に説明したように、この製造方法によれば、半導体基板を分割するために改質層を形成するときに、クラックを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】半導体基板１２の平面図。

【図2】溝３０を形成した後の半導体基板１２の平面図。

【図3】溝３０を形成した後の半導体基板１２の拡大縦断面図。

【図4】第１改質層形成工程を示す半導体基板１２の拡大縦断面図。

【図5】第１改質層形成工程における焦点Ｘの移動経路を示す拡大平面図。

【図6】第１改質層６１を形成した後の半導体基板１２の平面図。

【図7】第２改質層形成工程を示す半導体基板１２の拡大縦断面図。

【図8】第２改質層６２を形成した後の半導体基板１２の平面図。

【図9】分割工程を示す半導体基板１２の拡大縦断面図。

【図10】実施例２の第２改質層形成工程での焦点Ｘの移動経路を示す拡大平面図。

【図11】比較例の第２改質層形成工程での焦点Ｘの移動経路を示す拡大平面図。

【図12】実施例３の第２改質層形成工程での焦点Ｘの移動経路を示す拡大平面図。

【図13】第３改質層６３を形成した後の半導体基板１２の平面図。

【図14】変形例の第１改質層形成工程を示す半導体基板１２の拡大縦断面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本明細書が開示する一例の半導体素子の製造方法は、前記第１改質層形成工程の後であって前記第２改質層形成工程の前に、前記半導体基板にレーザを照射することによって前記半導体基板の内部に第３改質層を形成する工程を有していてもよい。この工程では、上側から見たときに前記第３改質層が前記第１改質層と交差し、前記半導体基板の厚み方向において前記第３改質層が存在する範囲と前記第１改質層が存在する範囲が重複するように前記第３改質層を形成してもよい。

【0010】

この構成によれば、改質層を形成するときにクラックの発生をより効果的に抑制できる。

【0011】

本明細書が開示する一例の半導体素子の製造方法においては、前記素子領域が長方形であってもよい。前記第２改質層形成工程では、前記長方形の短辺に平行にレーザの焦点を移動させる処理を前記長方形の長辺に平行な方向に位置をずらしながら繰り返し実施してもよい。

【0012】

この構成によれば、第２改質層の形成箇所で発生したガスが半導体基板の外部により抜けやすい。

【0013】

本明細書が開示する一例の半導体素子の製造方法においては、前記第２改質層形成工程では、前記第１改質層によって区画された領域内において外周側から中心側に向かって渦巻き状にレーザの焦点を移動させてもよい。

【0014】

この構成によれば、第２改質層の形成箇所で発生したガスが半導体基板の外部により抜けやすい。

【0015】

本明細書が開示する一例の半導体素子の製造方法においては、前記分解領域形成工程では、ダイシングブレードによって前記上面に溝を形成してもよい。前記溝が前記分解領域であってもよい。

【実施例0016】

実施例１の製造方法では、半導体基板準備工程、分解領域形成工程、第１改質層形成工程、第２改質層形成工程、及び、分割工程を順に実施する。

【0017】

まず、半導体基板準備工程において、図１に示す半導体基板１２を準備する。本実施例では、半導体基板１２はＧａＮにより構成されている。ただし、半導体基板１２が、Ｇａ_２Ｏ_３などの他の半導体材料によって構成されていてもよい。半導体基板１２の上面側の表層部には、複数の素子領域２０が設けられている。図示していないが、各素子領域２０には、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、電極等により構成された半導体素子構造が設けられている。各素子領域２０は、半導体基板１２の上面において縦横にマトリクス状に配列されている。

【0018】

次に、分解領域形成工程を実施する。実施例１では、分解領域として溝３０を形成する。ここでは、図２、３に示すように、上面に各素子領域２０の境界に沿って線状に伸びる溝３０を形成する。すなわち、溝３０は、半導体基板１２の上面において格子状に伸びている。溝３０は、ダイシングブレード等によって半導体基板１２を切削することで形成できる。

【0019】

次に、第１改質層形成工程を実施する。ここでは、図４に示すように、半導体基板１２の内部で焦点Ｘが形成されるように、半導体基板１２に対してレーザＬを照射する。本実施例では、レーザＬをパルス照射する。しかし、他の実施例では、レーザを連続照射してもよい。半導体基板１２にレーザＬを照射すると、焦点ＸにおいてＧａＮが分解され、ガリウムが析出する。析出したガリウムによって改質層が形成される。以下では、第１改質層形成工程で形成される改質層を、第１改質層６１という。ここでは、図４に示すように、半導体基板１２の厚み方向において、溝３０が存在する深さ範囲の最下部に第１改質層６１を形成する。また、ここでは、図５に示すように、半導体基板１２を上から見たときに溝３０を横切るように焦点Ｘを往復させながら溝３０に沿って焦点Ｘを移動させる。これにより、図４に示すように、第１改質層６１が溝３０と重複するように形成される。すなわち、図６に示すように、上側から見たときに第１改質層６１が溝３０に重複した状態で溝３０に沿って伸びるように第１改質層６１が形成される。また、第１改質層６１は、溝３０よりも広い幅を有するように形成される。改質層を形成するとき（すなわち、ＧａＮが分解するとき）に、窒素ガスが発生する。第１改質層６１の形成時に発生する窒素ガスは、溝３０を介して半導体基板１２の外部に排出される。第１改質層６１が溝３０に隣接しているので、第１改質層６１で発生した窒素ガスが溝３０を介して外部へ排出され易い。したがって、第１改質層形成工程では半導体基板１２でのクラックの発生が抑制される。

【0020】

なお、第１改質層形成工程では、図５とは別の移動経路で焦点Ｘを移動させてもよい。例えば、溝３０と平行に焦点Ｘを移動させる処理を、第１改質層６１を形成すべき範囲で繰り返し実施してもよい。また、例えば、半導体基板１２全体を走査するように焦点Ｘを移動させ、溝３０の周辺以外の部分ではレーザの出力をオフしてもよい。

【0021】

次に、第２改質層形成工程を実施する。第２改質層形成工程では、図７に示すように、半導体基板１２の内部で焦点Ｘが形成されるように、半導体基板１２に対してレーザＬを照射する。これにより、半導体基板１２の内部に改質層を形成する。ここでは、第２改質層形成工程で形成された改質層を、第２改質層６２という。ここでは、半導体基板１２の厚み方向において第１改質層６１が存在する範囲と重複する範囲に第２改質層６２を形成する。より詳細には、第１改質層６１と同じ深さに第２改質層６２を形成する。また、ここでは、上側から見たときに半導体基板１２の全域を走査するように焦点Ｘを移動させる。これによって、図８に示すように、上側から見たときに各素子領域２０の全域に第２改質層６２を形成する。第２改質層６２は、第１改質層６１と繋がる。したがって、第２改質層６２の形成時に発生する窒素ガスは、第１改質層６１と溝３０を介して半導体基板１２の外部に排出される。上述したように、第１改質層形成工程において溝３０の周囲に溝３０よりも広い幅を有する第１改質層６１が形成されている。このため、素子領域２０内に第２改質層６２を形成するときに、第２改質層６２から第１改質層６１までの距離が短い。したがって、第２改質層６２で発生した窒素ガスが、第１改質層６１と溝３０を介して外部へ排出され易い。このため、第２改質層６２の形成時に素子領域２０内でガス溜まり（すなわち、窒素ガスが溜まっている空間）が形成されがたい。したがって、素子領域２０内でのクラックの発生を抑制できる。

【0022】

次に、分割工程を実施する。分割工程では、図９に示すように、半導体基板１２の上面に支持部材４０を貼り付け、半導体基板１２の上部１２ａを半導体基板１２の下部１２ｂから引き離す方向に力を加える。改質層６１、６２の強度が元の半導体結晶の強度よりも低いので、改質層６１、６２を境界として半導体基板１２の上部１２ａが半導体基板１２の下部１２ｂから剥離する。これによって、各素子領域２０における半導体基板１２の厚さが薄くなる。また、これによって、各素子領域２０が複数の半導体チップ（すなわち、半導体素子）に分割される。また、半導体基板１２の下部１２ｂは、半導体素子の製造に再利用される。その後、各素子領域２０の下面に電極を形成することで、半導体素子が完成する。

【実施例0023】

図１０に示すように、実施例２では、素子領域２０が長方形である。その他の点において、実施例２は実施例１と等しい。

【0024】

実施例２でも、第２改質層形成工程において、半導体基板１２の全域を走査するように焦点Ｘを移動させる。図１０の破線矢印は、実施例２の第２改質層形成工程における焦点Ｘの移動経路を示している。実施例２では、長方形の短辺に平行な方向に焦点Ｘを移動させる処理を、長方形の長辺に平行な方向に位置をずらしながら繰り返し実施する。なお、図１０では焦点Ｘを往復させるように破線矢印が記載されているが、焦点Ｘを短辺に沿って一方向に移動させてもよい。また、図１１の破線矢印は、比較例の第２改質層形成工程における焦点Ｘの移動経路を示している。比較例では、長辺に平行な方向に焦点Ｘを移動させる処理を、短辺に平行な方向に位置をずらしながら繰り返し実施する。図１０、１１において、破線矢印が描かれている領域（すなわち、焦点Ｘが通過済みの領域）には、既に第２改質層６２が形成されている。

【0025】

図１１では、図１１中において下側に位置する第１改質層６１と焦点Ｘの間に改質層６２が形成されていない。したがって、焦点Ｘで発生した窒素ガスは、主に矢印１００～１０２に示す経路で、図１１中において上側、左側及び右側に位置する第１改質層６１へ流れる。この場合、経路１００の距離は短辺の長さとほぼ等しく、経路１０１、１０２の距離は長辺の長さの１／２とほぼ等しい。これに対し、図１０では、図１０中において右側に位置する第１改質層６１と焦点Ｘの間に改質層６２が形成されていない。したがって、焦点Ｘで発生した窒素ガスは、主に矢印２００～２０２に示す経路で、図１０中において左側、上側及び下側に位置する第１改質層６１へ流れる。この場合、経路２０１、２０２の距離は短辺の長さの１／２とほぼ等しく、短い。このように、実施例２の方法によれば、比較例の方法に比べて、焦点Ｘで発生する窒素ガスの排出経路が短く、窒素ガスが半導体基板１２の外部に排出され易い。したがって、実施例２の構成によれば、第２改質層形成工程において半導体基板１２のクラックをより効果的に抑制できる。