(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-08
(45)【発行日】2023-12-18
(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 29/78 20060101AFI20231211BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20231211BHJP
H01L 21/301 20060101ALI20231211BHJP
H01L 29/06 20060101ALI20231211BHJP
H01L 29/417 20060101ALI20231211BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20231211BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20231211BHJP
【FI】
H01L29/78 652Q
H01L21/302 105A
H01L21/78 S
H01L29/06 301M
H01L29/06 301R
H01L29/06 301V
H01L29/50 M
H01L29/78 652L
H01L29/78 652T
H01L29/78 652Z
H01L29/78 658G
H01L29/78 658Z
(21)【出願番号】P 2020157831
(22)【出願日】2020-09-18
【審査請求日】2022-07-05
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】317011920
【氏名又は名称】東芝デバイス&ストレージ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100119035
【氏名又は名称】池上 徹真
(74)【代理人】
【識別番号】100141036
【氏名又は名称】須藤 章
(74)【代理人】
【識別番号】100178984
【氏名又は名称】高下 雅弘
(72)【発明者】
【氏名】小島 秀伸
【審査官】田付 徳雄
(56)【参考文献】
【文献】特開2015-029062(JP,A)
【文献】特開2000-195827(JP,A)
【文献】特開2006-245380(JP,A)
【文献】国際公開第2012/124190(WO,A1)
【文献】特開2008-227398(JP,A)
【文献】特開平05-343742(JP,A)
【文献】特開2016-058610(JP,A)
【文献】特開2003-332270(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2016/0056080(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 29/78
H01L 21/3065
H01L 21/301
H01L 29/06
H01L 29/417
H01L 29/12
H01L 21/336
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下面と、側面と、を有し、半導体材料を含む基板と、
前記下面に設けられた電極と、
を備え、
前記側面は、第1側面部と、前記第1側面部の上に設けられた第2側面部と、前記第2側面部の上に設けられた第3側面部と、を有し、前記第3側面部は前記第2側面部よりも前記下面に平行な面内において突き出ており、前記第1側面部は前記第3側面部よりも前記下面に平行な面内において突き出て
おり、前記第1側面部には金属部が設けられており、前記第2側面部においては前記基板が露出している、
半導体装置。
【請求項2】
前記第3側面部は、前記第1側面部及び前記第2側面部よりも多くの破砕層を有する、
請求項1記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第3側面部においては、前記基板が露出している、
請求項1又は請求項2記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第2側面部及び前記第3側面部においては、前記金属部が設けられていない、
請求項1乃至請求項3いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第2側面部は、少なくとも1個のスキャロップを有する、
請求項1乃至請求項
4いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項6】
半導体基板の第1面側の第1部分の第1エッチングを行うことにより、第1側面部を有する、第1幅の第1間隙を形成し、
前記第1間隙の下の前記半導体基板の第2部分の第2エッチングを行うことにより、第2側面部を有する、前記第1幅より大きい第2幅の第2間隙を形成し、
前記半導体基板の前記第1面に電極を形成し、
前記第1面に前記電極を形成すると同時に、前記第1側面部に金属部を形成し、
前記第2間隙の下の前記半導体基板の第3部分のブレードダイシングを、前記半導体基板の前記第1面に対向する第2面から行うことにより、第3側面部を有する、前記第1幅より大きく前記第2幅より小さい第3幅の第3間隙を形成し、
前記第3間隙を形成することにより前記半導体基板を分断する、
半導体装置の製造方法。
【請求項7】
前記第1エッチングは、等方性エッチングであり、
前記第2エッチングは、等方性エッチングである、
請求項
6記載の半導体装置の製造方法。
【請求項8】
前記第1間隙を形成し、その後、
前記第1間隙の側面及び底面に保護膜を形成し、その後、
異方性エッチングを行うことにより前記保護膜の一部を除去し、その後、
前記第2間隙を形成する、
請求項
7記載の半導体装置の製造方法。
【請求項9】
前記第2エッチングの時間は、前記第1エッチングの時間より長い、
請求項
6乃至請求項
8いずれか一項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】
本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体装置は、電力変換等の用途に用いられる。このような半導体装置は、半導体ウェハ上に形成された後、所定のダイシング工程により、個々のチップに個片化される。
【0003】
従来、ダイシング工程においては、専用のブレードダイサーを用いたブレードダイシングが行われていた。しかし最近は、例えばプラズマダイシング等、多様な手法を用いたダイシングが検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、信頼性の高い半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態の半導体装置は、下面と、側面と、を有し、半導体材料を含む基板と、下面に設けられた電極と、を備え、側面は、第1側面部と、第1側面部の上に設けられた第2側面部と、第2側面部の上に設けられた第3側面部と、を有し、第3側面部は第2側面部よりも下面に平行な面内において突き出ており、第1側面部は第3側面部よりも下面に平行な面内において突き出ており、第1側面部には金属部が設けられており、第2側面部においては基板が露出している。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【
図2】実施形態の半導体装置の製造工程を示す模式断面図である。
【
図3】実施形態の半導体装置の製造工程を示す模式断面図である。
【
図4】実施形態の半導体装置の製造工程を示す模式断面図である。
【
図5】実施形態の半導体装置の製造工程を示す模式断面図である。
【
図6】実施形態の半導体装置の製造工程を示す模式断面図である。
【
図7】実施形態の半導体装置の製造工程を示す模式断面図である。
【
図8】実施形態の半導体装置の製造工程を示す模式断面図である。
【
図9】比較形態となる半導体装置の製造工程を示す模式断面図である。
【
図10】比較形態となる半導体装置の製造工程を示す模式断面図である。
【
図11】比較形態となる半導体装置の製造工程を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する。
【0009】
本明細書中、部品等の位置関係を示すために、図面の上方向を「上」、図面の下方向を「下」と記述する。本明細書中、「上」、「下」の概念は、必ずしも重力の向きとの関係を示す用語ではない。
【0010】
(実施形態)
実施形態の半導体装置は、下面と、側面と、を有し、半導体材料を含む基板と、下面に設けられた電極と、を備え、側面は、第1側面部と、第1側面部の上に設けられた第2側面部と、第2側面部の上に設けられた第3側面部と、を有し、第3側面部は第2側面部よりも下面に平行な面内において突き出ており、第1側面部は第3側面部よりも下面に平行な面内において突き出ている。
【0011】
図1は、実施形態の半導体装置100の模式断面図である。本実施形態の半導体装置100は、例えばMOSFETの半導体チップである。
【0012】
半導体装置100は、基板8と、下面電極(電極の一例)4と、上面電極80と、を備える。
【0013】
基板8は、半導体材料を含む。ここで半導体材料は、例えばSi(シリコン)、SiC(炭化珪素)、GaAs(ヒ化ガリウム)、又はGaN(窒化ガリウム)等であるが、これに限定されるものではない。
【0014】
基板8は、下面2と、上面3と、側面10と、を有する。
図1においては、側面10a及び側面10bが図示されている。
【0015】
ここで、X方向と、X方向に対して垂直に交差するY方向と、X方向及びY方向に垂直に交差するZ方向を定義する。下面2及び上面3は、XY面に対して平行に設けられているものとする。
【0016】
下面電極4は、基板8の下面2に設けられている。下面電極4は、例えば、MOSFETのドレイン電極として機能する。
【0017】
上面電極80は、基板8の上面3に設けられている。上面電極80は、例えば、MOSFETのソース電極として機能する。
【0018】
下面電極4及び上面電極80は、金属材料を含む。ここで金属材料は、例えばCu(銅)、Al(アルミニウム)、Ni(ニッケル)、Ag(銀)又はAu(金)等であるが、これに限定されるものではない。
【0019】
側面10は、第1側面部12と、第1側面部 12の上に設けられた第2側面部14と、第2側面部14の上に設けられた第3側面部16と、を有する。
図1においては、また、第1側面部12a及び第1側面部12bが図示されている。また、第2側面部14a及び第2側面部14bが図示されている。また、第3側面部16a及び第3側面部16bが図示されている。
【0020】
また、第3側面部16は、第2側面部14の最も引っ込んだ部分よりも、下面2及び上面3に平行な面内において、長さ(b-a)だけ突き出ている。さらに、第1側面部12は、第2側面部14の最も引っ込んだ部分よりも、下面2及び上面3に平行な面内において、長さbだけ突き出ている。
【0021】
第1側面部12は、少なくとも1個の第1スキャロップ13を有する。半導体装置100においては、第1側面部12aは、第1スキャロップ13aを有する。また、第1側面部12bは、第1スキャロップ13bを有する。なお、第1スキャロップ13の数は、1個に限定されるものではない。
【0022】
第2側面部14は、少なくとも1個の第2スキャロップ(スキャロップの一例)15を有する。半導体装置100においては、第2側面部14aは、第2スキャロップ15aを有する。また、第2側面部14bは、第2スキャロップ15bを有する。なお、第2スキャロップ15の数は、1個に限定されるものではない。
【0023】
第1スキャロップ13及び第2スキャロップ15は、例えば、Siを含む基板8をプラズマダイシングにより切断する際に、形成されるものである。ここでかかるプラズマダイシングは、例えば、F(フッ素)系ラジカルを用いた等方性エッチング、CF4(四フッ化炭素)系ラジカルを含む保護膜の形成、及びF系イオンを用いた異方性エッチングを繰り返すことにより行われる。このようなプラズマダイシングにより、基板8の切断面に貝殻状の形状を有するスキャロップが形成される。
【0024】
第3側面部16は、破砕層17を有する。半導体装置100においては、第3側面部16aは、破砕層17aを有する。また、第3側面部16bは、破砕層17bを有する。破砕層17は、例えば、研削加工やブレードダイシングを用いた切断により、基板8の他の部分よりも結晶欠陥密度が増加している層である。一方、第1側面部12及び第2側面部14は、破砕層17を有しない。そのため、第3側面部16は、第1側面部12及び第2側面部14よりも多くの破砕層17を有する。なお、破砕層17は、例えば、第3側面部16を顕微鏡を用いて分析することにより、検出することが出来る。
【0025】
金属部6は、第1側面部12に設けられている。半導体装置100においては、金属部6aは、第1側面部12aに設けられている。また、金属部6bは、第1側面部12bに設けられている。金属部6は、後述するように、下面電極4を形成する際に、同時に形成される。金属部6は、下面電極4に電気的に接続されている。金属部6は、下面電極4と同じ元素を含む。なお、金属部6は、第1側面部12の全面に形成されていなくても良く、一部に形成されていてもかまわない。
【0026】
次に、実施形態の半導体装置100の製造方法を記載する。
【0027】
実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板の第1面側の第1部分の第1エッチングを行うことにより、第1側面部を有する、第1幅の第1間隙を形成し、第1間隙の下の半導体基板の第2部分の第2エッチングを行うことにより、第2側面部を有する、第1幅より大きい第2幅の第2間隙を形成し、半導体基板の第1面に電極を形成し、第2間隙の下の半導体基板の第3部分のブレードダイシングを、半導体基板の第1面に対向する第2面から行うことにより、第3側面部を有する、第1幅より大きく第2幅より小さい第3幅の第3間隙を形成し、第3間隙を形成することにより半導体基板を分断する。
【0028】
図2乃至
図8は、実施形態の半導体装置の製造工程を示す模式断面図である。
【0029】
半導体基板60は、半導体装置100が形成される基板である。半導体基板60は、第1面(半導体基板60の上面の一例)62と、第2面64(半導体基板60の下面の一例)と、を有する。第1面62は、半導体装置100の基板8において下面2となる面である。第2面64には、上面電極80a及び上面電極80bが、X方向において互いに離間して形成されている。第2面64は、半導体装置100の基板8において上面3となる面である。また、第1面62には、フォトレジストP
a及びフォトレジストP
bが形成されている。フォトレジストP
aとフォトレジストP
bの間には開口部66が形成されている。開口部66は、第1面62側から見たときにXY平面において、上面電極80aと上面電極80bの間に配置されるように形成されている。ここで、半導体基板60を、第2面64が下になるように、ガラス板等で形成されたサポートSの上に固定する(
図2)。
【0030】
次に、開口部66の下の、半導体基板60の第1部分72の第1エッチングを行うことにより、第1側面部12を有する、第1幅L
1の第1間隙82を形成する(
図3)。
図3には、第1側面部12a及び第1側面部12cが図示されている。ここで、第1間隙82は、例えば、SF
6で構成されたF(フッ素)系ラジカルを用いた等方性エッチングにより、半導体基板60の第1面62及び第2面64に平行に、かつ紙面奥行き方向に、ストライプ状に形成される。第1側面部12aには第1スキャロップ13aが形成される。また、第1側面部12cには、第1スキャロップ13cが形成される。
【0031】
次に、第1間隙82の側面及び底面に、CF
4(四フッ化炭素)系ラジカルを用いて保護膜を形成する(
図4)。
【0032】
次に、例えばSF
6(六フッ化硫黄)で構成されたF系イオンを用いて、異方性エッチングにより、第1間隙82の底面に形成された保護膜Rの一部を除去する(
図5)。
【0033】
なお、等方性エッチングと異方性エッチングを繰り返すことにより、複数の第1スキャロップ13を有する第1側面部12を形成することが可能である。
【0034】
次に、第1間隙82の下の第2部分74の第2エッチングを行うことにより、第1間隙82の下に、第2側面部14を有する、第2幅L
2の第2間隙84を形成する(
図6)。
図6には、第2側面部14a及び第2側面部14cが図示されている。ここで、第2間隙84は、例えば、SF
6で構成されたF(フッ素)系ラジカルを用いた等方性エッチングにより、半導体基板60の第1面62及び第2面64に平行に、かつ紙面奥行き方向に、ストライプ状に形成される。第2側面部14aには第2スキャロップ15aが形成される。また、第2側面部14cには、第2スキャロップ15cが形成される。
【0035】
なお、例えば、
図6に示した状態の後、CF
4(四フッ化炭素)系ラジカルを用いて第2間隙84の側面及び底面に保護膜を形成する。その後、例えばSF
6(六フッ化硫黄)で構成されたF系イオンを用いて、異方性エッチングにより、第2間隙84の底面に形成された保護膜Rの一部を除去する。上記等方性エッチング、保護膜の形成及び異方性エッチングのプロセスを繰替えして行うことにより、第2側面部14に複数の第2スキャロップ15を形成することが可能である。
【0036】
第2間隙84の形成に用いられる等方性エッチングの時間は、第1間隙82の形成に用いられる等方性エッチングの時間より長いことが好ましい。
【0037】
次に、フォトレジストP及び保護膜Rを除去する。次に、フォトレジストP及び保護膜Rが形成されていた面を洗浄した後に、例えばスパッタリング装置を用いて、第1面62に、下面電極4を形成する(
図7)。
図7においては、下面電極4a及び下面電極4bが形成されている。また、同時に、第1側面部12に、下面電極4と同じ材料を含む金属部6が形成される。
図7においては、第1側面部12aに金属部6aが形成されている。また、第1側面部12bに金属部6bが形成されている。さらに、同時に、第2間隙84の底面に、下面電極4及び金属部6と同じ材料を含む金属材料屑90が形成される。
【0038】
次に、サポートSから半導体基板60を剥離し、ダイシングテープTに下面電極4が貼り付けられるように、半導体基板60を固定する。次に、半導体基板60の第3部分76を、第2面64の側からブレードダイシングによりダイシングを行う。なお、第3部分76は、
図7において、第2間隙84の下に設けられていることが図示されている。これにより、第3側面部16を有する第3間隙86を形成する(
図8)。第3間隙86は、半導体基板60の第1面62及び第2面64に平行に、かつ紙面奥行き方向に、ストライプ状に形成される。
図8には、第3側面部16a及び第3側面部16bが示されている。第3側面部16はブレードダイシングにより形成されているため、第3側面部16aには破砕層17aが、また第3側面部16bには破砕層17bが、それぞれ形成される。ここで、第3間隙86の幅L
3が、第1間隙82の第1幅L
1より大きく、第2間隙84の第2幅L
2より小さくなるように、ブレードの幅を選定する。
【0039】
かかるブレードダイシングを用いた切断により、半導体基板60は基板8a及び基板8bとなる。半導体基板60の第1面62は、下面2a及び下面2bとなる。また、半導体基板60の第2面64は、上面3a及び上面3bとなる。また、金属材料屑90はブレードダイシングにより切断される。このときに、
図8に図示したように、金属材料屑90の一部が残る場合がある。これにより半導体装置100を得る。
【0040】
次に、実施形態の半導体装置及びその製造方法の作用効果を記載する。
【0041】
図9乃至
図11は、比較形態となる半導体装置の製造工程を示す模式断面図である。
【0042】
図9においては、ブレードBを用いたブレードダイシングの製造工程を図示している。下面2に下面電極4が設けられた半導体基板60をブレードBにより切断する場合には、下面電極4をブレードBにより切断する際に、バリ5が生じる。
図9においては、バリ5a及びバリ5bが図示されている。このバリ5は、ダイシングテープTに食いこんでしまうため、ダイシング終了後に吸着コレット等を用いて半導体装置をピックアップする際に、ダイシングテープTから半導体装置がうまく剥離されずに、半導体装置がピックアップできないという問題があった。また、下面電極4が、バリ5の部分から剥がれてしまうという問題があった。さらに、図示しないダイパッド等の上に図示しないはんだを用いて半導体装置を搭載する際に、はんだ中のボイドがバリ5の部分に引っかかってボイドが抜けないという問題があった。
【0043】
図10においては、プラズマダイシングを用いた製造工程を図示している。プラズマダイシングの場合には、例えば、
図10に示したように、スキャロップ18a
1、スキャロップ18a
2、スキャロップ18a
3、スキャロップ18a
4、スキャロップ18c
1、スキャロップ18c
2、スキャロップ18c
3及びスキャロップ18c
4が形成される。しかし、プラズマダイシングでは、金属材料が含まれる下面電極4をダイシングすることが出来ないという問題があった。
【0044】
図11においては、
図10で示したプラズマダイシングの製造工程の後に、レーザダイシングにより下面電極4をダイシングする製造工程を図示している。レーザダイシングにより下面電極4をダイシングすることは可能である。しかし、蒸発した下面電極4に含まれる金属の一部が再付着して、例えば、金属付着物7a、金属付着物7b及び金属付着物7cが、スキャロップ18に形成される。この場合、図示しないダイパッド等の上に半導体装置を搭載する際に、下面電極4に接合される図示しないはんだが金属付着物7を介して上面3に移動し、下面電極4と上面電極80が短絡して半導体装置が動作不良を起こすという問題があった。
【0045】
そこで、実施形態の半導体装置の製造方法においては、第1面62の側から、プラズマダイシングを用いて第1幅L1の第1間隙82を形成した後に、さらにプラズマダイシングを用いて第1幅L1より大きい第2幅L2の第2間隙84を形成する。その後、第1面62に下面電極4を形成する。すなわち、事前にプラズマダイシングを用いて半導体基板60の一部を切断した後に、下面電極4を形成している。これにより、ブレードBを用いて下面電極4を切断することがないため、バリ5の発生はおこらない。ここで、第1幅L1の第1間隙82の下に、より幅の大きい第2幅L2の第2間隙84を形成している理由は、第1間隙82の第1幅L1をあまりにも大きくしすぎると、下面電極4を形成する際に、第1間隙82の底面にあまりにも多くの金属材料屑90が形成されてしまい、上記の、下面電極4と上面電極80が短絡して半導体装置が動作不良を起こす問題が発生しうるためである。
【0046】
そして、第2面64から、第2間隙84の下の第3間隙86のブレードダイシングを行うことにより、第1幅L1より大きく第2幅L2より小さい第3幅L3の第3間隙86を基板8の第2面64に形成する。
【0047】
ここで、第2面64には、すでに上面電極80が形成されている。もし第3間隙86の形成のために、プラズマダイシングを行おうとすると、上面電極80に対するプラズマダイシングが行われることになるため、上面電極80に含まれる金属材料に伴う、プラズマダイシング装置のチャンバー内の汚染が発生する。すると、プラズマダイシングのエッチングレートが低下してしまう。そのため、第3間隙86の形成においては、プラズマダイシングを用いることは困難である。
【0048】
また、第3間隙86の形成のために、レーザダイシングを行う場合には、金属部6、下面電極4の一部、または金属材料屑90が蒸発して、金属付着物7として側面10に付着してしまう。その結果、下面電極4に接合される図示しないはんだが金属付着物7を介して上面3に移動し、下面電極4と上面電極80が短絡して半導体装置が動作不良を起こすという問題が発生し得る。そのため、第3間隙86の形成においては、レーザダイシングを用いることは困難である。
【0049】
そのため、第3間隙86の形成においては、ブレードダイシングが適切である。
【0050】
また、第3間隙86の幅L3が第2間隙84の幅L2より小さくなるように、ブレードを選択する。これは、第2間隙84の幅L2以上の間隙を第3間隙86として形成しなくても、半導体基板60を切断することは可能であるためである。また、第3間隙86の幅L3が第1間隙82の幅L1より大きくなるように、ブレードを選択する。これは、金属材料屑90の幅が第1間隙82の幅L1とほぼ同じであるため、金属材料屑90を切断しやすくするためである。
【0051】
第2間隙84の形成に用いられる等方性エッチングの時間は、第1間隙82の形成に用いられる等方性エッチングの時間より長いことが好ましい。これにより、第2間隙84の幅L2を第1間隙82の幅L1より大きくすることが可能となるためである。
【0052】
上記のように製造された半導体装置100の側面は、第1側面部12と、第1側面部12の上に設けられた第2側面部14と、第2側面部14の上に設けられた第3側面部16と、を有し、第3側面部16は第2側面部14よりも下面2に平行な面内において突き出ており、第1側面部12は第3側面部16よりも下面2に平行な面内において突き出ている。
【0053】
実施形態の半導体装置によれば、信頼性の高い半導体装置の提供が可能となる。
【0054】
本発明のいくつかの実施形態及び実施例を説明したが、これらの実施形態及び実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0055】
2 :下面
3 :上面
4 :下面電極(電極)
6 :金属部
8 :基板
10 :側面
12 :第1側面部
14 :第2側面部
15 :第2スキャロップ(スキャロップ)
16 :第3側面部
17 :破砕層
18 :スキャロップ
60 :半導体基板
72 :第1部分
74 :第2部分
76 :第3部分
80 :上面電極(電極)
82 :第1間隙
84 :第2間隙
86 :第3間隙
100 :半導体装置
B :ブレード
L1 :第1幅
L2 :第2幅
L3 :第3幅