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JP6770443B2 - 半導体装置の製造方法および半導体ウェハ - Google Patents

半導体装置の製造方法および半導体ウェハ Download PDF

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Description

本発明は半導体装置の製造方法および半導体ウェハに関し、例えば半導体ウェハの裏面を研削する際、半導体ウェハの外周部を残し、その内側のみを研削して半導体ウェハを薄化する技術(以下、TAIKOプロセスと言う。)を用いる半導体装置の製造に好適に利用できるものである。
ウェハの外周部から数mmの領域にパッシベーション膜を残しつつ、スクライブライン上のパッシベーション膜を除去した後、ウェハの裏面を研削し、さらに、スクライブラインを切断して、個々のチップを切り出す技術が特開2007−036129号公報(特許文献1)に記載されている。
また、複数のデバイスが形成されたデバイス領域とデバイス領域を囲繞する外周余剰領域とが表面に形成され、外周余剰領域に対応する裏面にリング状補強部が形成されたウェハが特開2015−147231号公報(特許文献2)に記載されている。
また、ウェハの表面に保護テープを貼着させた状態でウェハの環状凸部と凹部の境界に分割溝を形成し、ウェハの裏面側にダイシングテープを貼着すると共にウェハの表面から保護テープおよび環状凸部を除去し、ウェハのデバイス形成領域を個々のデバイスに分割する技術が特開2015−177170号公報(特許文献3)に記載されている。
特開2007−036129号公報 特開2015−147231号公報 特開2015−177170号公報
TAIKOプロセスは、半導体ウェハの厚さを60μm〜120μm程度に薄くしても、半導体ウェハの反りおよび強度の低下を低減できるという特徴を有している。しかし、半導体ウェハの外周部をリング状に切断した際、残された半導体ウェハの外周に三角チッピングが発生し、この三角チッピングが起点となって、残された半導体ウェハにクラックが発生するという課題があった。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態による半導体装置の製造方法は、まず、デバイス領域と、デバイス領域の外側に配置され、かつ、デバイス領域を取り囲むダミー領域と、ダミー領域の外側に配置され、かつ、ダミー領域を取り囲むパターン禁止領域と、を備える半導体ウェハを準備する。そして、半導体ウェハのエッジ部分を残して、半導体ウェハの裏面側から半導体ウェハを構成する半導体基板を研削し、エッジ部分よりも内側の半導体基板の厚さを薄くした後、半導体ウェハをリング状に切断して、エッジ部分を除去する。ここで、ダミー領域では、半導体基板の上面上に導電パターンを覆う保護膜が形成されており、保護膜のパターン禁止領域に対向する端面が導電パターン上に位置し、半導体ウェハの外周から保護膜までの距離が半導体ウェハの外周から導電パターンまでの距離よりも大きい。さらに、平面視において、エッジ部分の内周端はパターン禁止領域に位置し、エッジ部分の内周端とダミー領域との間のパターン禁止領域がリング状に切断される。
一実施の形態によれば、半導体装置の製造歩留りを向上することができる。
実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程図である。 実施の形態による複数の半導体装置(半導体チップ)が形成された半導体ウェハの上面の状態を示す平面図である。 実施の形態による半導体装置(半導体チップ)を示す平面図である。 実施の形態による半導体装置の一部を示す断面図である。 (a)は、図2に示すAP領域を拡大した平面図、(b)は、図5A(a)のA−A´線に沿った断面を示す概略図である。 図2に示すAP領域を拡大した他の例の平面図である。 実施の形態によるTAIKO研削(半導体ウェハの裏面研削)工程を説明する斜視図である。 実施の形態によるTAIKO研削後の図5A(a)のA−A´線に沿った断面を示す概略図である。 実施の形態によるテープ剥がし工程を説明する斜視図である。 実施の形態によるスピンエッチ工程を説明する斜視図である。 実施の形態によるウェハ裏面イオン注入工程を説明する斜視図である。 実施の形態によるレーザー処理工程を説明する斜視図である。 実施の形態によるウェハ裏面電極形成工程を説明する斜視図である。 実施の形態による半導体装置の特性テスト工程を説明する斜視図である。 実施の形態によるテープ貼り付け工程を説明する斜視図である。 実施の形態によるリングカット工程を説明する斜視図である。 実施の形態によるテープカット工程を説明する斜視図である。 実施の形態によるテープカット後の図5A(a)のA−A´線に沿った断面を示す概略図である。 実施の形態による梱包工程を説明する斜視図である。 実施の形態による後工程受け入れ工程を説明する斜視図である。 実施の形態によるテープ貼り付け工程を説明する斜視図である。 実施の形態によるダイシング工程を説明する斜視図である。 半導体ウェハのTAIKO研削後における、比較例1による半導体ウェハのパターン禁止領域と、このパターン禁止領域に隣接する擬似チップの一部を拡大して示す断面図である。 半導体ウェハのTAIKO研削後における、比較例2による半導体ウェハのパターン禁止領域と、このパターン禁止領域に隣接する擬似チップの一部を拡大して示す断面図である。 半導体ウェハのリングカット後における、比較例1および比較例2による半導体ウェハの外周の様子を示す平面図である。 半導体ウェハのTAIKO研削後における、実施の形態による半導体ウェハのパターン禁止領域と、このパターン禁止領域に隣接する擬似チップの一部を拡大して示す断面図である。 (a)は、比較例2によるリングカットの様子を模式的に示した断面図であり、(b)は、実施の形態によるリングカットの様子を模式的に示した断面図である。 実施の形態による半導体ウェハのパターン禁止領域に隣接する擬似チップに形成された導電パターンおよび絶縁パターン(保護膜)のレイアウトを説明する断面図である。 実施の形態の変形例による半導体ウェハのリングカットを説明する半導体ウェハの平面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等(個数、数値、量、範囲等を含む)についても同様である。
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、複数の類似の部材(部位)が存在する場合には、総称の符号に記号を追加し個別または特定の部位を示す場合がある。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
また、断面図および平面図において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。また、断面図と平面図が対応する場合においても、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。
(実施の形態)
<半導体装置の製造方法>
本実施の形態による半導体装置の製造方法について、図1に示す各工程に分けて、以下に説明する。図1は、本実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程図である。なお、本実施の形態では、半導体装置の一例として、IE(Injection Enhancement)型トレンチゲートIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を備えた半導体装置を挙げるが、これに限定されないことは勿論である。
≪工程P01:半導体ウェハの準備≫
まず、複数の半導体装置(半導体チップ)が、その上面に形成された半導体ウェハを準備する(工程P01)。
図2は、本実施の形態による複数の半導体装置(半導体チップ)が形成された半導体ウェハの上面の状態を示す平面図である。
図2に示すように、半導体ウェハSWの表面(第1主面、上面)には、格子状のスクライブ領域(スクライブライン、スペーシング)ARSによって区画された複数の半導体チップSCが形成されている。スクライブ領域ARSの幅は、例えば90μm〜110μm程度である。そして、半導体ウェハSWの外周部には、導電膜からなるパターン(以下、導電パターンと言う。)、および導電パターンを覆う絶縁膜からなるパターン(以下、絶縁パターン)が形成されないパターン禁止領域PNRが設けられている。
後述する半導体ウェハSWの裏面(第2主面、下面)を研削する工程(TAIKO研削工程P02)では、半導体ウェハSWの表面上に表面保護テープを貼り付けている。しかし、半導体ウェハSWの外周部までスクライブ領域ARSを形成するため、半導体ウェハSWの裏面を研削する際に供給する研削水がスクライブ領域ARSを介して半導体ウェハSWの表面上に侵入する虞がある。そこで、研削水の侵入を防止するため、半導体ウェハSWの外周部に導電パターンおよび絶縁パターンを形成しないパターン禁止領域PNRを設けて、表面保護テープを剥がれ難くしている。
パターン禁止領域PNRの大部分は、TAIKOプロセスにおいて、半導体ウェハSWの裏面を研削した後に取り除かれる領域である。上記導電パターンは、後述するIE型トレンチゲートIGBTのエミッタ電極EE、ゲート電極GE、ゲート配線GL、フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREなどであり(図3および図4参照)、例えばアルミニウムを主要な構成要素とする金属膜からなる。また、上記絶縁パターンとは、後述するIE型トレンチゲートIGBTの保護膜RFであり(図4参照)、例えばポリイミドを主要な成分とする有機樹脂膜からなる。
なお、半導体チップSCには、半導体集積回路装置が形成された製品チップSC1と、製品チップSC1にはならない不完全な擬似チップSC2と、がある。行列状(マトリックス状)に配置された複数の製品チップSC1(デバイス領域)の外側に、複数の製品チップSC1を取り囲むように複数の擬似チップSC2(ダミー領域、外周余剰領域)が配置され、さらに、複数の擬似チップSC2の外側に、複数の擬似チップSC2を取り囲むようにパターン禁止領域PNRが配置されている。
図3は、本実施の形態による半導体装置(半導体チップ)を示す平面図である。なお、図3では、理解を簡単にするために、保護膜RF(図4参照)を透視した状態を示している。
図3に示すように、半導体チップSCは、半導体基板SSを有し、半導体基板SSは、一方の主面としての上面Sa(図4参照)と、他方の主面としての、上面Saと反対側の下面Sb(図4参照)と、を有する。
半導体チップSCの外周部の上面には、環状のガードリング電極GREと、その内側に、単数本または複数本の環状のフィールドプレートFPEと、が設けられている。ガードリング電極GREおよびフィールドプレートFPEは、例えばアルミニウムを主要な構成要素とする金属膜からなる。図3には、3本の環状のフィールドプレートFPEが形成された例を示しているが、本数はこれに限定されるものではない。
環状のフィールドプレートFPEの内側であって、半導体チップSCの活性部の主要部には、セル形成領域CRが設けられている。セル形成領域CRには、エミッタ電極EEが設けられている。エミッタ電極EEの中央部は、ボンディングワイヤなどを接続するためのエミッタパッドEPとなっている。エミッタパッドEPは、エミッタ電極EEを覆う保護膜RF(図4参照)に形成された開口部OP1から露出した部分のエミッタ電極EEからなる。エミッタ電極EEは、例えばアルミニウムを主要な構成要素とする金属膜からなる。
セル形成領域CRと環状のフィールドプレートFPEとの間には、ゲート配線GLおよびゲート電極GEが設けられている。ゲート配線GLは、ゲート電極GEに接続されており、エミッタ電極EEに対して、例えば半導体チップSCの外周側に設けられている。ゲート電極GEの中央部は、ボンディングワイヤなどを接続するためのゲートパッドGPとなっている。ゲートパッドGPは、ゲート電極GEを覆う保護膜RF(図4参照)に形成された開口部OP2から露出した部分のゲート電極GEからなる。ゲート配線GLおよびゲート電極GEは、例えばアルミニウムを主要な構成要素とする金属膜からなる。
図4は、本実施の形態による半導体装置の一部を示す断面図である。
まず、半導体チップSCの活性部について説明する。
本実施の形態による半導体装置のセル形成領域CRには、線状アクティブセル領域LCaと、線状ホールコレクタセル領域LCcと、これらの間の線状インアクティブセル領域LCiと、から構成されるIE型トレンチゲートIGBTが形成されている。そして、線状アクティブセル領域LCaまたは線状ホールコレクタセル領域LCcと、線状インアクティブセル領域LCiと、を交互に配列して、線状単位セル領域LCを構成しており、本実施の形態によるIE型トレンチゲートIGBTは、いわゆる「交互配列方式」である。なお、IE型トレンチゲートIGBTの構造に関しては、例えば特開2013−140885号公報などに開示されているので、その詳細な構造および効果についての説明は省略する。
図4に示すように、半導体基板SSの主要部は、n型ドリフト領域NDが占めている。半導体基板SSの上面Sa側には、そのほぼ全面(セル形成領域CRのほぼ全面)に、p型ボディ領域PBが設けられている。なお、半導体基板SSの厚さは、例えば450μm〜1,000μm程度であり、代表的な厚さとしては、550μm程度を例示することができる。
線状アクティブセル領域LCaと線状インアクティブセル領域LCiとの境界部における半導体基板SSの上面Sa側には、第1トレンチT1および第2トレンチT2が設けられており、それぞれの内部には、ゲート絶縁膜GIを介して、第1線状トレンチゲート電極TG1および第2線状トレンチゲート電極TG2が設けられている。第1線状トレンチゲート電極TG1および第2線状トレンチゲート電極TG2は、ゲート電極GEと電気的に接続されている。
また、線状ホールコレクタセル領域LCcと線状インアクティブセル領域LCiとの境界部における半導体基板SSの上面Sa側には、第3トレンチT3および第4トレンチT4が設けられており、それぞれの内部には、ゲート絶縁膜GIを介して、第3線状トレンチゲート電極TG3および第4線状トレンチゲート電極TG4が設けられている。第3線状トレンチゲート電極TG3および第4線状トレンチゲート電極TG4は、エミッタ電極EEと電気的に接続されている。なお、図4では、第4トレンチT4が設けられた境界部の一方の線状インアクティブセル領域LCiを省略している。
ゲート絶縁膜GIは、例えば酸化シリコンからなり、その厚さは、例えば0.1μm〜0.2μm程度である。
半導体基板SSの上面Sa上のほぼ全面には、層間絶縁膜ILが形成されている。層間絶縁膜ILは、例えばPSG(Phosphsilicate Glass)膜、BPSG(Borophosphsilicate Glass)膜、NSG(Non-doped Silicate Glass)膜、SOG(Spin-On-Glass)膜またはこれらの複合膜などからなり、その厚さは、例えば0.6μm程度である。
線状アクティブセル領域LCaには、半導体基板SSの上面Sa側の第1トレンチT1と第2トレンチT2との間の中央部に、層間絶縁膜ILを貫通してp型ボディ領域PBに達するコンタクト溝CTが形成されている。
また、線状ホールコレクタセル領域LCcには、半導体基板SSの上面Sa側の第3トレンチT3と第4トレンチT4との間の中央部に、層間絶縁膜ILを貫通してp型ボディ領域PBに達するコンタクト溝CTが形成されている。
線状アクティブセル領域LCaにおいて、半導体基板SSの上面Sa側には、n型エミッタ領域NEが設けられており、コンタクト溝CTの下端部のp型ボディ領域PB内には、p型ボディコンタクト領域PBCと、p型ボディコンタクト領域PBCを囲むようにp型ラッチアップ防止領域PLPが設けられている。さらに、p型ボディ領域PBの下には、n型ホールバリア領域NHBが設けられている。なお、線状ホールコレクタセル領域LCcにおける不純物ドープ構造は、n型エミッタ領域NEが設けられていない以外、線状アクティブセル領域LCaとほぼ同じである。
線状インアクティブセル領域LCiにおいて、半導体基板SSの上面Sa側には、p型ボディ領域PBの下に、例えば第1トレンチT1、第2トレンチT2、第3トレンチT3および第4トレンチT4よりも深いp型フローティング領域PFが設けられている。
本実施の形態では、線状ホールコレクタセル領域LCcにも、線状アクティブセル領域LCaと同様に、p型ボディコンタクト領域PBC、p型ラッチアップ防止領域PLPおよびn型ホールバリア領域NHBを設けているが、これらは必須ではない。しかし、これらを設けることによって、全体としての正孔の流れのバランスを保つことができる。
層間絶縁膜IL上には、エミッタ電極EEが設けられており、コンタクト溝CTを介して、n型エミッタ領域NEおよびp型ボディコンタクト領域PBCと接続されている。また、図示は省略するが、エミッタ電極EEは第3線状トレンチゲート電極TG3および第4線状トレンチゲート電極TG4と電気的に接続されている。さらに、層間絶縁膜IL上には、ゲート電極GEおよびゲート配線GL(図3参照)が設けられており、図示は省略するが、ゲート電極GEは第1線状トレンチゲート電極TG1および第2線状トレンチゲート電極TG2と電気的に接続している。エミッタ電極EE、ゲート電極GEおよびゲート配線GL(図3参照)は、例えばアルミニウムを主要な構成要素とする金属膜からなり、その厚さは、例えば3.5μm程度である。
エミッタ電極EE、ゲート電極GEおよびゲート配線GL(図3参照)を覆うように、保護膜RFが形成されている。保護膜RFは、例えばポリイミドを主要な成分とする有機樹脂膜からなり、その厚さは、例えば10μm程度である。ポリイミドを主要な成分とする有機樹脂膜は、例えば塗布法により形成され、感光性または非感光性のどちらであってもよい。この保護膜RFは、半導体ウェハSWの表面側に堆積される膜の最上層の膜であり、IE型トレンチIGBTおよび各電極(エミッタ電極EE、ゲート電極GEおよびゲート配線GL(図3参照))などを保護する役割を果たす。
次に、半導体チップの外周部について説明する。
半導体チップSCの外周部には、活性部を囲むように単数本または複数本の環状のp型フィールドリミッティングリング(Field Limiting Ring)FPが形成され、さらに、環状のp型フィールドリミッティングリングFPを囲むように環状のp型ガードリング(チャネルストッパ)GRが形成されている。
p型フィールドリミッティングリングFPは、n型ドリフト領域ND内に形成され、例えば活性部のp型フローティング領域PFと同一工程において形成される。また、半導体チップSCの外周部にも層間絶縁膜ILが形成されており、層間絶縁膜ILに形成された開口部OP3を通じて、環状のフィールドプレートFPEが環状のp型フィールドリミッティングリングFPと電気的に接続されている。開口部OP3の下端部のp型フィールドリミッティングリングFPには、p型領域PLが形成されており、p型領域PLは、例えば活性部のp型ラッチアップ防止領域PLPと同一工程において形成される。
p型フィールドリミッティングリングFPの電圧は、フィールドプレートFPEによって固定される。図4には、3本のp型フィールドリミッティングリングFPが形成された例を示しているが、本数はこれに限定されるものではない。複数本のp型フィールドリミッティングリングFPを形成することにより、電界が複数本のp型フィールドリミッティングリングFPによって分担されるので、本実施の形態によるIE型トレンチゲートIGBTを高耐圧とすることが可能となる。
p型ガードリングGRは、n型ドリフト領域ND内に形成され、半導体ウェハSWから半導体チップSCが個片化された後で、IE型トレンチゲートIGBTを保護する機能を有する。層間絶縁膜ILに形成された開口部OP4を通じて、環状のガードリング電極GREが環状のp型ガードリングGRと電気的に接続されている。p型ガードリングGRの電圧は、ガードリング電極GREによって固定される。
フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREは、例えばアルミニウムを主要な構成要素とする金属膜からなり、その厚さは、例えば3.5μm程度である。
活性部と同様に、フィールドプレートFPEおよびp型ガードリングGRを覆うように、保護膜RFが形成されている。この保護膜RFは、半導体ウェハSWの表面側に堆積される膜の最上層の膜であり、各電極(フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GRE)などを保護する役割を果たす。
図5A(a)は、図2に示すAP領域を拡大した平面図である。図5A(b)は、図5A(a)のA−A´線に沿った断面を示す概略図である。
図5A(a)および(b)に示すように、半導体ウェハSWは、半導体基板SSを有し、半導体基板SSは、一方の主面としての上面Saと、他方の主面としての、上面Saと反対側の下面Sbと、を有する。
半導体基板SSの上面Sa側には、行列状(マトリクス状に)に配置された複数の半導体チップSCのうち、製品チップSC1のそれぞれにおいて、例えば活性部にはIE型トレンチゲートIGBT、並びに外周部には複数のp型フィールドリミッティングリングおよびp型ガードリングなどが形成されており(図4参照)、これらは層間絶縁膜ILにより覆われている。
半導体チップSCの活性部では、半導体基板SSの上面Sa側の層間絶縁膜IL上に形成されたエミッタ電極EEは、IE型トレンチゲートIGBTを構成するn型エミッタ領域、第3線状トレンチゲート電極および第4線状トレンチゲート電極と電気的に接続している(図4参照)。そして、エミッタ電極EEによってn型エミッタ領域、第3線状トレンチゲート電極および第4線状トレンチゲート電極にエミッタ電圧が印加される。半導体基板SSの上面Sa側の層間絶縁膜IL上に形成されたゲート電極GEは、ゲート配線GLを介して、IE型トレンチゲートIGBTを構成する第1線状トレンチゲート電極および第2線状トレンチゲート電極と電気的に接続している(図4参照)。そして、ゲート電極GEによって第1線状トレンチゲート電極および第2線状トレンチゲート電極に電圧が印加される。前述したように、エミッタ電極EE、ゲート電極GEおよびゲート配線GLは、例えばアルミニウムを主要な構成要素とする金属膜からなる。
半導体チップSCの外周部では、半導体基板SSの上面Sa側の層間絶縁膜IL上に形成されたフィールドプレートFPEは、p型フィールドリミッティングリングと電気的に接続しており(図4参照)、フィールドプレートFPEによってp型フィールドリミッティングリングに電圧が印加される。半導体基板SSの上面Sa側の層間絶縁膜IL上に形成されたガードリング電極GREは、p型ガードリングと電気的に接続しており(図4参照)、ガードリング電極GREによってp型ガードリングに電圧が印加される。前述したように、フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREは、例えばアルミニウムを主要な構成要素とする金属膜からなる。
さらに、半導体チップSCの活性部および外周部では、半導体チップSCごとに、エミッタ電極EE、ゲート電極GE、ゲート配線GL、フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREなどを覆うように保護膜RFが形成されている。前述したように、保護膜RFは、例えばポリイミドを主要な成分とする有機絶縁膜などからなる。
一方、半導体ウェハSWのパターン禁止領域PNRでは、半導体基板SSの上面Sa上に、層間絶縁膜ILは形成されているが、エミッタ電極EE、ゲート電極GE、ゲート配線GL、フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREは形成されておらず、これら各電極などを覆う保護膜RFも形成されていない。なお、図5A(b)では、パターン禁止領域PNRの半導体基板SSの上面Sa上に層間絶縁膜ILのみを形成しているが、層間絶縁膜ILの下に、例えば層間絶縁膜ILとは異なる層の絶縁膜が形成されている場合もある。
また、製品チップSC1と、製品チップSC1とパターン禁止領域PNRとの間に位置する擬似チップSC2とでは、保護膜RFのレイアウトが互いに異なる。
製品チップSC1では、製品チップSC1の外周まで半導体基板SSの上面Sa上は保護膜RFで覆われている。言い換えれば、エミッタ電極EEのエミッタパッドを露出する開口部OP1およびゲート電極GEのゲートパッドを露出する開口部OP2を除いて、半導体基板SSの上面Sa上に形成されたエミッタ電極EE、ゲート電極GE、ゲート配線GL、フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREは、保護膜RFにより覆われている。
これに対して、擬似チップSC2では、擬似チップSC2の外周まで半導体基板SSの上面Sa上は保護膜RFで覆われていない。言い換えれば、エミッタ電極EEのエミッタパッドを露出する開口部OP1およびゲート電極GEのゲートパッドを露出する開口部OP2に加えて、エミッタ電極EE、ゲート電極GE、ゲート配線GL、フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREのうち、擬似チップSC2の外周部に位置するそれぞれの一部分は、保護膜RFに覆われずに露出している。
すなわち、図5A(a)および(b)に示す擬似チップSC2の場合、パターン禁止領域PNRに接する辺S1(パターン禁止領域PNRと擬似チップSC2との境界)の内側では、保護膜RFの端面は、パターン禁止領域PNRから距離L1aを有して、辺S1(パターン禁止領域PNR)から辺S1と反対方向に離れている。また、パターン禁止領域PNRに接しない他の辺S2,S3,S4の内側では、保護膜RFの端面は、擬似チップSC2の外周から距離L1bを有して、辺S2,S3,S4から辺S2,S3,S4と反対方向にそれぞれ離れている。なお、距離L1aと距離L1bは同じであってもよい。また、距離L1bは、辺S2、辺S3および辺S4に対してそれぞれ異なっていてもよい。
具体的には、図5A(a)および(b)に示す擬似チップSC2の場合、パターン禁止領域PNRに接する辺S1の内側では、エミッタ電極EE、ゲート配線GL、フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREは、擬似チップSC2の辺S1まで形成されている。しかし、パターン禁止領域PNRに接する辺S1の内側では、保護膜RFの端面(パターン禁止領域PNRに対向する端面)は、エミッタ電極EE、ゲート配線GL、フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREの各電極上に位置し、各電極のパターン禁止領域PNR側の端部が保護膜RFから露出している。
また、図5A(a)および(b)に示す擬似チップSC2の場合、パターン禁止領域PNRに接しない辺S2,S3,S4の内側では、ガードリング電極GREは、擬似チップSC2の辺S2,S3,S4に沿って形成されている。しかし、パターン禁止領域PNRに接しない辺S2,S3,S4の内側では、保護膜RFの端面は、ガードリング電極GRE上に位置し、ガードリング電極GREの一部分が保護膜RFから露出している。
従って、半導体ウェハSWの外周から、パターン禁止領域PNRに隣接する擬似チップSC2に設けられた保護膜RFのパターン禁止領域PNRに対向する端面までの距離L1は、半導体ウェハSWの外周から、パターン禁止領域PNRに隣接する擬似チップSC2に設けられた各電極のパターン禁止領域PNRに対向する端面までの距離L2よりも大きくなる。距離L1と距離L2との差は、例えば0.4mm以上であり、距離L1として4.0mm、距離L2として3.6mmを例示することができる。
図5Bに、擬似チップSC2に形成される保護膜の他のレイアウトを示す。図5Bは、図2に示すAP領域を拡大した他の例の平面図である。
図5Bに示す擬似チップSC2の場合、パターン禁止領域PNRに接する辺S1の内側では、エミッタ電極EE、ゲート配線GL、フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREは、擬似チップSC2の辺S1まで形成されている。しかし、図5A(a)および(b)と同様に、パターン禁止領域PNRに接する辺S1の内側では、保護膜RFの端面(パターン禁止領域PNRに対向する端面)は、エミッタ電極EE、ゲート配線GL、フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREの各電極上に位置し、各電極のパターン禁止領域PNR側の端部が保護膜RFから露出している。
一方、パターン禁止領域PNRに接しない辺S2,S3,S4の内側では、ガードリング電極GREは、擬似チップSC2の辺S2,S3,S4に沿って形成されているが、そのガードリング電極GREを覆うように、保護膜RFが形成されており、ガードリング電極GREが保護膜RFから露出していない。
このように、擬似チップSC2の外周部のうち、パターン禁止領域PNRに接する辺S1の内側のみ、保護膜RFの端面(パターン禁止領域PNRに対向する端面)が各電極上に位置し、各電極のパターン禁止領域PNR側の端面が、保護膜RFから露出する構成としてもよい。
なお、図5A(a)および(b)並びに図5Bでは、エミッタ電極EE、ゲート配線GL、フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREが、パターン禁止領域PNRに接する電極であるが、パターン禁止領域PNRに接する電極はこれらに限定されるものではなく、半導体ウェハSWにおける擬似チップSC2の位置によって異なる。
擬似チップSC2に設けられた保護膜RFのレイアウトについては、後述する<比較例による半導体ウェハのリングカットにおける課題>および<本実施の形態による半導体ウェハの構成、特徴および効果>において、詳細に説明する。
≪工程P02−工程P04:半導体ウェハのバックグラインディング≫
半導体ウェハのバックグラインディング工程について、図6〜図9を用いて説明する。図6は、本実施の形態によるTAIKO研削(半導体ウェハの裏面研削)工程を説明する斜視図である。図7は、本実施の形態によるTAIKO研削後の図5A(a)のA−A´線に沿った断面を示す概略図である。図8は、本実施の形態によるテープ剥がし工程を説明する斜視図である。図9は、本実施の形態によるスピンエッチ工程を説明する斜視図である。
図6に示すように、半導体ウェハSWの表面側に表面保護テープSPTを貼り付ける。表面保護テープSPTは、例えば材質をPET(ポリエチレンテレフタレート)とする高剛性テープを用いることができる。表面保護テープSPTの厚さは、例えば100μm〜200μm程度である。
次に、表面保護テープSPTにより保護された上面Sa(図4参照)を下側とし、半導体基板SSを下面Sbから研削して、半導体基板SSの厚さを、例えば60μm程度(ここでは、耐圧600V程度の例を示す。)にまで薄くする(工程P02)。半導体ウェハSWの表面側に表面保護テープSPTが貼り付けてあるので、IE型トレンチゲートIGBTおよび各電極などが破壊されることはない。なお、半導体基板SSの厚さは求められる耐圧に依存する。従って、半導体基板SSの厚さは、耐圧1,200Vでは、例えば120μm程度であり、耐圧400Vでは、例えば40μm程度である。
半導体基板SSの上記研削には、TAIKOプロセスを用いる。すなわち、図7に示すように、半導体ウェハSWの最外周のエッジ部分EGP(補強部、リング状補強部、補強用の環状凸部)を残し、その内側の半導体基板SSの下面Sbのみを研削して薄化する。研削しないエッジ部分EGPの幅は、例えば2.5mm〜3mm程度である。
次に、図8に示すように、表面保護テープSPTを半導体ウェハSWから剥離する(工程P03)。表面保護テープSPTの表面には半導体基板SSの下面Sbを研削した際に発生した異物、例えばシリコン屑が付着しているが、表面保護テープSPTを剥離すると同時に異物が除去されて、後の工程に異物が持ち込まれるのを防ぐことができる。
例えば中央部に凸部を備え、さらに回転機構を備えたステージST1に半導体ウェハSWを固定した後、ステージST1の温度を上げることにより、熱発泡性を有する表面保護テープSPTを自己剥離する。または、表面保護テープSPTに紫外線を照射することにより、剥離してもよい。
次に、図9に示すように、フッ酸を含むエッチング液を用いて、半導体基板SSの下面Sbを洗浄し(スピンエッチ)、研削時に生じた半導体基板SSの下面Sbの歪および異物を除去する(工程P04)。
例えば回転機構を備えたスピンヘッドに半導体ウェハSWを真空吸着または機械的に固定した後、半導体ウェハSWを回転させながら、半導体ウェハSWの上方に設けられたノズルNZから半導体基板SSの下面Sbにエッチング液を流すことにより、半導体基板SSの下面Sbを洗浄する。
≪工程P05−工程P07:半導体装置の裏面電極などの形成≫
半導体装置の裏面電極などの形成工程について、図10〜図12を用いて説明する。図10は、本実施の形態によるウェハ裏面イオン注入工程を説明する斜視図である。図11は、本実施の形態によるレーザー処理工程を説明する斜視図である。図12は、本実施の形態によるウェハ裏面電極形成工程を説明する斜視図である。
図10に示すように、半導体基板SSの下面Sbに、n型の導電型を有する不純物(例えばリン)をイオン注入し、半導体基板SSの下面Sbから第1深さのn型フィールドストップ領域Nsを形成する。リンをイオン注入する際のエネルギーは、例えば350KeV程度、ドーズ量は、例えば7×1012cm−2程度である。続いて、半導体基板SSの下面Sbに、p型の導電型を有する不純物(例えばボロン)をイオン注入し、半導体基板SSの下面Sbから、第1深さよりも浅い第2深さのp型コレクタ領域PCを形成する。ボロンをイオン注入する際のエネルギーは、例えば40KeV、ドーズ量は、例えば5×1014cm−2程度である。これにより、半導体基板SSの下面Sb側に、n型ドリフト領域NDに近い側から、n型フィールドストップ領域Nsおよびp型コレクタ領域PCが形成される(工程P05)。
次に、図11に示すように、半導体基板SSの下面Sb側から、半導体基板SSにレーザー光を照射して、半導体基板SSにイオン注入された不純物イオンを活性化させる(工程P06)。
次に、図12に示すように、フッ酸を含む洗浄液を用いて半導体基板SSを洗浄した後、半導体基板SSの下面Sb上に、導電膜として、例えば第1ニッケル膜、チタン膜、第2ニッケル膜および金膜をスパッタリング法または真空蒸着法により順次成膜し、これらの積層膜を形成する(工程P07)。第1ニッケル膜の厚さは、例えば100nm程度、チタン膜の厚さは、例えば100nm程度、第2チタン膜の厚さは、例えば600nm程度、金膜の厚さは、例えば100nm程度である。この積層膜は、p型コレクタ領域PCと電気的に接続するコレクタ電極CEとなる。なお、第1ニッケル膜およびチタン膜に代えて、アルミニウム膜を用いてもよい。
≪工程08:半導体装置の特性テスト≫
半導体ウェハに形成された半導体装置の特性テスト工程について、図13を用いて説明する。図13は、本実施の形態による半導体装置の特性テスト工程を説明する斜視図である。
図13に示すように、例えば中央部に凸部を備えたステージST2に半導体ウェハSWを固定した後、半導体ウェハSWに形成された複数の半導体装置のそれぞれについて特性テストを行う(工程P08)。
≪工程09−工程11:リングカットおよびテープカット≫
半導体ウェハのリングカット工程およびテープカット工程について、図14〜図17を用いて説明する。図14は、本実施の形態によるダイシングテープ貼り付け工程を説明する斜視図である。図15は、本実施の形態によるリングカット工程を説明する斜視図である。図16は、本実施の形態によるテープカット工程を説明する斜視図である。図17は、本実施の形態によるテープカット後の図5A(a)のA−A´線に沿った断面を示す概略図である。
図14に示すように、予めダイシングテープDT1を貼り付けた環状のダイシングフレームDF1を用意しておき、このダイシングテープDT1の上面に、半導体基板SSの上面Sa(図4参照)とダイシングテープDT1の上面とが対向するように、半導体ウェハSWを貼着する(工程P09)。
次に、図15に示すように、例えばダイヤモンド微粒を貼り付けた極薄のダイシングブレード(円形刃)DB1を用いて、半導体基板SSの薄く研削した領域と、エッジ部分EGPとの境界に沿って、半導体基板SSの薄く研削した領域をリング状に切断し(リングカット)、エッジ部分EGPを取り除く(工程P10)。これにより、半導体基板SSを薄化した半導体ウェハSWCを得ることができる。半導体ウェハSWCを構成する半導体基板SSの厚さは、例えば60μm程度である。
次に、図16に示すように、ダイシングテープDT1を、半導体ウェハSWCの外周に沿って切断する(テープカット)。なお、リングカットの際、半導体ウェハSWのノッチが除去されるので、テープカットの際、ダイシングテープDT1に、ノッチを形成する(工程P11)。これにより、図17に示すように、ダイシングテープDT1に貼り付けられた状態で、半導体基板SSを薄化した半導体ウェハSWCを得ることができる。
≪工程12:半導体ウェハの梱包≫
半導体ウェハの梱包工程について、図18を用いて説明する。図18は、本実施の形態による梱包工程を説明する斜視図である。
図18に示すように、ウェハ搬送ケースWCに、複数の半導体ウェハSWCを梱包する(工程P12)。複数の半導体ウェハSWCは、ウェハ搬送ケースWCの周囲に設けられた壁WAにより固定される。また、半導体ウェハSWCを構成する半導体基板SSの厚さは、例えば60μm程度と薄いが、半導体ウェハSWCの裏面にはダイシングテープDT1が貼り付けてあるので、搬送時の半導体ウェハSWCの割れおよび欠けを防止することができる。
≪工程13−工程15:半導体ウェハのダイシング≫
半導体ウェハの搬送工程およびダイシング工程について、図19〜図21を用いて説明する。図19は、本実施の形態による後工程受け入れ工程を説明する斜視図である。図20は、本実施の形態によるテープ貼り付け工程を説明する斜視図である。図21は、本実施の形態によるダイシング工程を説明する斜視図である。
図19に示すように、複数の半導体ウェハSWCは、ウェハ搬送ケースWCに収められた状態で搬送され、後工程に受け入れられた後、必要な半導体ウェハSWCがウェハ搬送ケースWCから取り出される(工程P13)。
次に、図20に示すように、予めダイシングテープDT2を貼り付けた環状のダイシングフレームDF2を用意しておき、このダイシングテープDT2の上面に、半導体基板SSの下面SbとダイシングテープDT2の上面とが対向するように、半導体ウェハSWCを貼着する((1)フレーム転写)。続いて、半導体ウェハSWの表面側に貼り付けてあったダイシングテープDT1を剥がす((2)ダイシングテープ剥がし)(工程P14)。
次に、図21に示すように、例えばダイヤモンド微粒を貼り付けた極薄のダイシングブレード(円形刃)DB2を用いて、半導体ウェハSWCをスクライブARS(図2参照)に沿って縦、横に切断する(工程P15)。半導体ウェハSWCは半導体チップに個片化されるが、個片化された後も、半導体チップはダイシングテープDT2を介してダイシングフレームDF2に固定されているため、整列した状態を維持している。
次に、ダイシングテープDT2の下面側から紫外線を照射して、ダイシングテープDT2の接着層の接着力を低下させることにより、半導体チップ(半導体装置)をダイシングテープDT2から離れやすくする。その後、半導体チップ(半導体装置)は個々の半導体製品に組み立てられる。
<比較例による半導体ウェハのリングカットにおける課題>
本実施の形態による半導体ウェハの特徴がより明確となるため、本発明者によって検討された比較例1および比較例2について、図22〜図24を用いて説明する。図22は、半導体ウェハのTAIKO研削後における、比較例1による半導体ウェハのパターン禁止領域と、このパターン禁止領域に隣接する擬似ウェハの一部を拡大して示す断面図である。図23は、半導体ウェハのTAIKO研削後における、比較例2による半導体ウェハのパターン禁止領域と、このパターン禁止領域に隣接する擬似ウェハの一部を拡大して示す断面図である。図24は、半導体ウェハのリングカット後における、比較例1および比較例2による半導体ウェハの外周の様子を示す平面図である。
≪比較例1による半導体ウェハの構成≫
図22に示すように、比較例1による半導体ウェハSWのTAIKO研削後は、半導体ウェハSWのパターン禁止領域PNRに、半導体基板SSを研削しなかった領域PER1と、半導体基板SSを研削した領域PER2と、が形成される。半導体基板SSを研削しなかった領域PER1の半導体基板SSの第1厚さH1は、例えば550μm程度である。
また、領域PER2の半導体基板SSは、第1厚さH1よりも薄い第2厚さH2を有する第1部分P1と、第2厚さH2よりも薄い第3厚さH3を有する第2部分P2と、から構成される。第1部分P1は、半導体ウェハSWの外側に位置し、第2部分P2は、半導体ウェハSWの内側に位置し、第2部分P2の半導体基板SSの第3厚さH3は、例えば60μm程度であり、製品チップを構成する半導体基板SSの厚さと同じである。
比較例1では、擬似チップSC2のパターン禁止領域PNR側において、導電パターンME上に保護膜RFが形成されており、導電パターンMEのパターン禁止領域PNR側の端面と保護膜RFのパターン禁止領域PNR側の端面とは、平面視において重なっている。
すなわち、半導体ウェハSWの外周から、擬似チップSC2のパターン禁止領域PNR側の保護膜RFの端面までの距離L1は、半導体ウェハSWの外周から、擬似チップSC2のパターン禁止領域PNR側の導電パターンMEの端面までの距離L2とは同じである。距離L1および距離L2は、例えば3.6mm程度である。
ここで、絶縁膜ILTとは、例えば前述したIE型トレンチゲートIGBTにおける層間絶縁膜IL、または層間絶縁膜ILとこの層間絶縁膜ILの下に形成された絶縁膜との積層膜のことを言う。また、導電パターンMEとは、例えば前述したIE型トレンチゲートIGBTにおけるエミッタ電極EE、ゲート電極GE、ゲート配線GL、フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREのことを言う。導電パターンMEは、例えばアルミニウムを主要な構成要素とする金属膜からなり、その厚さは、3.5μm程度である。保護膜RFは、例えばポリイミドを主要な成分とする有機樹脂膜からなり、その厚さは、例えば10μm程度である。
リングカットでは、刃幅が、例えば0.15mm程度のダイシングブレードが用いられ、半導体ウェハSWの外周から、例えば3.05±0.25mmの位置が切断される。
≪比較例2による半導体ウェハの構成≫
図23に示すように、比較例2による半導体ウェハSWのTAIKO研削後は、比較例1と同様に、半導体ウェハSWのパターン禁止領域PNRに、半導体基板SSを研削しなかった領域PER1と、半導体基板SSを研削した領域PER2と、が形成される。半導体基板SSを研削しなかった領域PER1の半導体基板SSの第1厚さH1は、例えば550μm程度である。
また、領域PER2の半導体基板SSは、第1厚さH1よりも薄い第2厚さH2を有する第1部分P1と、第2厚さH2よりも薄い第3厚さH3を有する第2部分P2と、から構成される。第1部分P1は、半導体ウェハSWの外側に位置し、第2部分P2は、半導体ウェハSWの内側に位置し、第2部分P2の半導体基板SSの第3厚さH3は、例えば60μm程度であり、製品チップを構成する半導体基板SSの厚さと同じである。
比較例2では、擬似チップSC2のパターン禁止領域PNR側において、導電パターンME上に、導電パターンMEを覆うように、保護膜RFが形成されており、導電パターンMEのパターン禁止領域PNR側の端面が、保護膜RFのパターン禁止領域PNR側の端面よりも半導体ウェハSWの内側の半導体基板SSの上面Sa上に位置している。
すなわち、半導体ウェハSWの外周から、擬似チップSC2のパターン禁止領域PNR側の保護膜RFの端面までの距離L1は、半導体ウェハSWの外周から、擬似チップSC2のパターン禁止領域PNR側の導電パターンMEの端面までの距離L2より小さい。距離L1は、例えば3.6mm程度である。
ここで、絶縁膜ILTとは、例えば前述したIE型トレンチゲートIGBTにおける層間絶縁膜IL、または層間絶縁膜ILとこの層間絶縁膜ILの下に形成された絶縁膜との積層膜のことを言う。また、導電パターンMEとは、例えば前述したIE型トレンチゲートIGBTにおけるエミッタ電極EE、ゲート電極GE、ゲート配線GL、フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREのことを言う。導電パターンMEは、例えばアルミニウムを主要な構成要素とする金属膜からなり、その厚さは、3.5μm程度である。保護膜RFは、例えばポリイミドを主要な成分とする有機樹脂膜からなり、その厚さは、例えば10μm程度である。
リングカットでは、刃幅が、例えば0.15mm程度のダイシングブレードが用いられ、半導体ウェハSWの外周から、例えば3.05±0.25mmの位置が切断される。
≪比較例1および比較例2の問題点≫
しかしながら、本発明者が検討したところ、図24に示すように、比較例1および比較例2ともに、リングカット後の半導体ウェハSWCの外周に、三角チッピングが多数発生し、この三角チッピングを起点に半導体ウェハSWCが割れる、またはクラックが発生するなどの不良が発生した。
<本実施の形態による半導体ウェハの構成、特徴および効果>
本実施の形態による半導体ウェハの構成、特徴および効果について、図25〜図27を用いて説明する。図25は、半導体ウェハのTAIKO研削後における、本実施の形態による半導体ウェハのパターン禁止領域と、この禁止領域に隣接する擬似チップの一部を拡大して示す断面図である。図26(a)は、比較例2によるリングカットの様子を模式的に示した断面図である。図26(b)は、本実施の形態によるリングカットの様子を模式的に示した断面図である。図27は、本実施の形態による半導体ウェハのパターン禁止領域に隣接する擬似チップに形成された導電パターンおよび絶縁パターン(保護膜)のレイアウトを説明する断面図である。
≪半導体ウェハの構成および特徴≫
図25に示すように、本実施の形態による半導体ウェハSWのTAIKO研削後は、半導体ウェハSWのパターン禁止領域PNRに、半導体基板SSを研削しなかった領域PER1と、半導体基板SSを研削した領域PER2と、が形成される。半導体基板SSを研削しなかった領域PER1の半導体基板SSの第1厚さH1は、例えば550μm程度である。
また、領域PER2の半導体基板SSは、第1厚さH1よりも薄い第2厚さH2を有する第1部分P1と、第2厚さH2よりも薄い第3厚さH3を有する第2部分P2と、から構成される。第1部分P1は、半導体ウェハSWの外側に位置し、第2部分P2は、半導体ウェハSWの内側に位置し、第2部分P2の半導体基板SSの第3厚さH3は、例えば60μm程度であり、製品チップを構成する半導体基板SSの厚さと同じである。
TAIKO研削は、通常、荒削り研磨を行い、その後、仕上げ研磨を行うが、半導体ウェハSWのエッジ部分EGPの強度を持たせるため、TAIKOプロセスでは、意図的に半導体ウェハSWのパターン禁止領域PNRに2段の段差を設ける場合がある。すなわち、パターン禁止領域PNRは、例えば60μm程度の第3厚さH3の半導体基板SSからなる第2部分P2と、第3厚さH3よりも厚い第2厚さH2の半導体基板SSからなり、第2部分P2よりも半導体ウェハSWの外周側に設けられた第1部分P1と、を有する。さらに、パターン禁止領域PNRは、第2厚さH2よりも厚い、例えば550μm程度の第1厚さH1の半導体基板SSからなり、第1部分P1よりも半導体ウェハSWの外周側に設けられた領域PER1の部分を有する。第1部分P1および領域PER1の部分が、リング状の補強部となるエッジ部分EGPである。そして、擬似チップSC2とパターン禁止領域PNRとの境界と、エッジ部分EGPの内周端との間に、リングカット領域が位置する。
本実施の形態では、擬似チップSC2のパターン禁止領域PNR側において、導電パターンME上に保護膜RFが形成されており、導電パターンMEのパターン禁止領域PNR側の端面が、保護膜RFのパターン禁止領域PNR側の端面よりも半導体ウェハSWの外側の半導体基板SSの上面Sa上に位置している。
すなわち、半導体ウェハSWの外周から、擬似チップSC2のパターン禁止領域PNR側の保護膜RFの端面までの距離L1は、半導体ウェハSWの外周から、擬似チップSC2のパターン禁止領域PNR側の導電パターンMEの端面までの距離L2より大きい。距離L1と距離L2との差は、0.4mm以上であることが好ましく、一例として、距離L1は、例えば4.0mm程度、距離L2は、例えば3.6mm程度を挙げることができる。
ここで、絶縁膜ILTとは、例えば前述したIE型トレンチゲートIGBTにおける層間絶縁膜IL、または層間絶縁膜ILとこの層間絶縁膜ILの下に形成された絶縁膜との積層膜のことを言う。また、導電パターンMEとは、例えば前述したIE型トレンチゲートIGBTにおけるエミッタ電極EE、ゲート電極GE、ゲート配線GL、フィールドプレートFPEおよびガードリング電極GREのことを言う。導電パターンMEは、例えばアルミニウムを主要な構成要素とする金属膜からなり、その厚さは、3.5μm程度である。保護膜RFは、例えばポリイミドを主要な成分とする有機樹脂膜からなり、その厚さは、例えば10μm程度である。
リングカットでは、刃幅が、例えば0.15mm程度のダイシングブレードが用いられ、半導体ウェハSWの外周から、例えば3.05±0.25mmの位置が切断される。
≪半導体ウェハの効果≫
本発明者が検討したところ、本実施の形態では、前述の比較例1および比較例2において発生した、リングカット後の半導体ウェハSWCの外周の三角チッピングは発生せず、この三角チッピングを起点とした半導体ウェハSWCの割れ、またはクラックの発生も無いことが明らかとなった。
以下に、図26(a)および(b)を用いて、本発明者が検討した三角チッピングの発生メカニズムについて説明する。図26(a)は、比較例2によるリングカットの様子を模式的に示した断面図である。図26(b)は、本実施の形態によるリングカットの様子を模式的に示した断面図である。
図26(a)に示すように、比較例2では、導電パターンMEを覆うように保護膜RFが形成されており、さらに、半導体ウェハSWの表面側に、ダイシングテープDT1が貼り付けられている。擬似チップSC2とパターン禁止領域PNRとの境界と、エッジ部分EGPの内周端との間に、リングカット領域が位置する。導電パターンMEの厚さは、例えば3.5μm程度、保護膜RFの厚さは、例えば10μm程度、ダイシングテープDT1の厚さは、例えば80μm程度である。
比較例2では、導電パターンMEと保護膜RFとの積層による段差(例えば13.5μ程度)により、保護膜RFの端面において、ダイシングテープDT1と半導体基板SSとの間に隙間GAが生じる。リングカット中に、半導体基板SSの切断により発生したシリコン屑SIWがこの隙間GAに入り、さらに、ダイシングブレードDB1に挟まり、ダイシングブレードDB1が損傷することによって、リングカット後の半導体ウェハSWCにクラックが誘発されると考えられる(図24参照)。
図26(b)に示すように、本実施の形態では、保護膜RFのパターン禁止領域PNR側の端面が、導電パターンMEのパターン禁止領域PNR側の端面よりも半導体ウェハSWの内側に位置しており、さらに、半導体ウェハSWの表面側に、ダイシングテープDT1が貼り付けられている。擬似チップSC2とパターン禁止領域PNRとの境界と、エッジ部分EGPの内周端との間に、リングカット領域が位置する。導電パターンMEの厚さは、例えば3.5μm程度、保護膜RFの厚さは、例えば10μm程度、ダイシングテープDT1の厚さは、例えば80μm程度である。
本実施の形態では、導電パターンMEの段差(例えば3.5μm程度)はあるが、その高さは、比較例2の段差(例えば13.5μm程度)よりも低いことから、導電パターンMEの段差による、ダイシングテープDT1と半導体基板SSとの間の隙間GAは生じ難い。これにより、リングカット中に、半導体基板SSの切断により発生したシリコン屑SIWがダイシングブレードDB1に挟まり難くなるので、ダイシングブレードDB1の損傷を低減することができる。
ところで、リングカット領域と擬似チップSC2(パターン禁止領域PNRに対向する導電パターンMEの端面)との間の距離として、例えば0.25μm〜0.35μm程度を例示することできるが、リングカット領域の位置は、導電パターンME、保護膜RFおよびダイシングテープDT1のそれぞれの厚さによっても規定される。
本実施の形態による導電パターンのパターン禁止領域側の端面および保護膜のパターン禁止領域側の端面の擬似チップにおけるそれぞれの位置について、図27を用いて説明する。図27は、本実施の形態による半導体ウェハのパターン禁止領域に隣接する擬似チップに形成された導電パターンおよび絶縁パターン(保護膜)のレイアウトを説明する断面図である。
本実施の形態では、擬似チップSC2のパターン禁止領域PNR側において、導電パターンME上に保護膜RFが形成されており、保護膜RFのパターン禁止領域PNR側の端面が、導電パターンMEのパターン禁止領域PNR側の端面よりも半導体ウェハSWの内側に位置している。
前述したように(図25参照)、半導体ウェハSWの外周から、擬似チップSC2のパターン禁止領域PNR側の保護膜RFの端面までの距離L1は、半導体ウェハSWの外周から、擬似チップSC2のパターン禁止領域PNR側の導電パターンMEの端面までの距離L2より大きい。また、リングカット領域は、擬似チップSC2とパターン禁止領域PNRとの境界と、エッジ部分EGPの内周端との間に位置する。従って、リングカット領域からパターン禁止領域PNR側の保護膜RFの端面までの距離X1は、リングカット領域からパターン禁止領域PNR側の導電パターンMEの端面までの距離X2より大きい。ここで、導電パターンMEと保護膜RFとの積層膜の厚さをHとすると、
H<X2<(X1−X2)
の関係が成り立つように、各寸法(距離X1,X2、厚さH)を設定する。さらに、ダイシングテープDT1の保護膜RF上の厚さをhとすると、
(H+h)<X2<(X1−X2)
の関係が成り立つように、各寸法(距離X1,X2、厚さH,h)を設定する。このように、各寸法を設定することにより、導電パターンMEの端面および保護膜RFの端面に、ダイシングテープDT1との隙間が形成されなくなるので、ダイシングブレードDB1の損傷を回避することができる。
一例として、リングカット領域からパターン禁止領域PNR側の保護膜RFの端面までの距離X1を0.65μm、リングカット領域からパターン禁止領域PNR側の導電パターンMEの端面までの距離X2を0.25μm、導電パターンMEと保護膜RFとの積層膜の厚さHを13.5μm、ダイシングテープDT1の厚さhを80μmに設定することができる。
このように、本実施の形態によれば、TAIKOプロセスの半導体ウェハSWのリングカットにおいて、リングカット後の半導体ウェハSWCの外周に三角チッピングが発生しなくなるので、この三角チッピングを起点としたリングカット後の半導体ウェハSWCの割れ、またはクラックの発生を防止することができる。
<変形例>
本実施の形態の変形例によるTAIKOプロセスの半導体ウェハのリングカットについて、図28を用いて説明する。図28は、本実施の形態の変形例による半導体ウェハのリングカットを説明する半導体ウェハの平面図である。
本発明者が検討したところ、リングカット後の半導体ウェハにおいて、1時方向のクラックは全て結晶方位(100)+45°オフに沿って発生していることが明らかとなった。
そこで、図28に示すように、(100)面に対して45°傾いた角度から半導体ウェハSWのリングカットを開始する。すなわち、リングカットを開始する際には、結晶方向に沿った切断をしないようにする。これにより、リングカット後の半導体ウェハの外周に三角チッピングが発生したとしても、リングカット後の半導体ウェハに発生するクラックの進行を抑えることができる。
前述したように(図25参照)、保護膜RFのパターン禁止領域PNR側の端面が、導電パターンMEのパターン禁止領域PNR側の端面よりも半導体ウェハSWの内側に位置している。これにより、リングカット後の半導体ウェハの外周に三角チッピングが発生しなくなり、さらに、(100)面に対して45°傾いた角度から半導体ウェハSWのリングカットを開始することによって、よりクラックの発生を抑えることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
ARS スクライブ領域(スクライブライン、スペーシング)
CE コレクタ電極
CR セル形成領域
CT コンタクト溝
DB1,DB2 ダイシングブレード(円形刃)
DF1,DF2 ダイシングフレーム
DT1,DT2 ダイシングテープ
EE エミッタ電極
EGP エッジ部分(補強部、リング状補強部、補強用の環状凸部)
EP エミッタパッド
FP p型フィールドリミッティングリング
FPE フィールドプレート
GA 隙間
GE ゲート電極
GI ゲート絶縁膜
GL ゲート配線
GP ゲートパッド
GR p型ガードリング(チャネルストッパ)
GRE ガードリング電極
IL 層間絶縁膜
ILT 絶縁膜
LC 線状単位セル領域
LCa 線状アクティブセル領域
LCc 線状ホールコレクタセル領域
LCi 線状インアクティブセル領域
ME 導電パターン
ND n型ドリフト領域
NE n型エミッタ領域
NHB n型ホールバリア領域
Ns n型フィールドストップ
NZ ノズル
OP1,OP2,OP3,OP4 開口部
P1 第1部分
P2 第2部分
PB p型ボディ領域
PBC p型ボディコンタクト領域
PC p型コレクタ領域
PER1,PER2 領域
PF p型フローティング領域
PL p型領域
PLP p型ラッチアップ防止領域
PNR パターン禁止領域
RF 保護膜
S1,S2,S3,S4 辺
Sa 上面
Sb 下面
SC 半導体チップ
SC1 製品チップ(デバイス領域)
SC2 擬似チップ(ダミー領域、外周余剰領域)
SIW シリコン屑
SPT 表面保護テープ
SS 半導体基板
ST1,ST2 ステージ
SW,SWC 半導体ウェハ
T1 第1トレンチ
T2 第2トレンチ
T3 第3トレンチ
T4 第4トレンチ
TG1 第1線状トレンチゲート電極
TG2 第2線状トレンチゲート電極
TG3 第3線状トレンチゲート電極
TG4 第4線状トレンチゲート電極
WA 壁
WC ウェハ搬送ケース

Claims (16)

  1. (a)表面および前記表面とは反対側の裏面を有し、平面視において、前記表面が、デバイス領域と、前記デバイス領域の外側に配置され、かつ、前記デバイス領域を取り囲むダミー領域と、前記ダミー領域の外側に配置され、かつ、前記ダミー領域を取り囲むパターン禁止領域と、を備える、半導体ウェハを準備する工程、
    (b)前記半導体ウェハの前記表面側に第1保護テープを貼り付けた後、前記半導体ウェハのエッジ部分を残して、前記半導体ウェハの前記裏面側から前記半導体ウェハを構成する半導体基板を研削し、前記エッジ部分の内側の前記半導体基板の厚さを薄くする工程、
    (c)前記第1保護テープを剥離する工程、
    (d)前記半導体ウェハの前記裏面側に第2保護テープを貼り付けた後、平面視において、前記半導体ウェハの前記表面側から前記半導体ウェハをリング状に切断し、前記エッジ部分を除去する工程、
    を有し、
    前記ダミー領域は、前記半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1導電パターンと、前記第1導電パターン上に形成された第1絶縁パターンと、を備え、
    前記第1絶縁パターンの前記パターン禁止領域に対向する端面が、前記第1導電パターン上に位置し、
    前記(b)工程では、平面視において、前記エッジ部分の内周端は前記パターン禁止領域に位置し、
    前記(d)工程では、平面視において、前記エッジ部分の内周端と前記ダミー領域との間の前記パターン禁止領域がリング状に切断される、半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1導電パターンと前記第1絶縁パターンとの積層体の厚さがH、リング状に切断される領域から、前記第1絶縁パターンの前記パターン禁止領域に対向する端面までの距離がX1、前記リング状に切断される領域から、前記第1導電パターンの前記パターン禁止領域に対向する端面までの距離がX2の場合、H<X2<(X1−X2)の関係が成立する、半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1導電パターンと前記第1絶縁パターンとの積層体の厚さがH1、リング状に切断される領域から、前記第1絶縁パターンの前記パターン禁止領域に対向する端面までの距離がX1、前記リング状に切断される領域から、前記第1導電パターンの前記パターン禁止領域に対向する端面までの距離がX2、前記第2保護テープの前記第1絶縁パターン上の厚さがH2の場合、(H1+H2)<X2<(X1−X2)の関係が成立する、半導体装置の製造方法。
  4. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記半導体ウェハの外周から、前記第1絶縁パターンの前記パターン禁止領域に対向する端面までの第1距離は、前記半導体ウェハの外周から、前記第1導電パターンの前記パターン禁止領域に対向する端面までの第2距離よりも大きい、半導体装置の製造方法。
  5. 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1距離と前記第2距離との差は、0.4μm以上である、半導体装置の製造方法。
  6. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1絶縁パターンは、有機樹脂膜である、半導体装置の製造方法。
  7. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記デバイス領域は、前記半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、前記第1導電パターンと同一層である第2導電パターンと、前記第2導電パターン上に形成され、前記第1絶縁パターンと同一層である第2絶縁パターンと、を備え、
    前記第2導電パターンの端面は前記第2絶縁パターンに覆われている、半導体装置の製造方法。
  8. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(b)工程において研削された後の前記半導体基板の厚さは、60μm〜120μmである、半導体装置の製造方法。
  9. 表面および前記表面とは反対側の裏面を有する半導体ウェハであって、
    平面視において、前記表面は、デバイス領域と、前記デバイス領域の外側に配置され、かつ、前記デバイス領域を取り囲むダミー領域と、前記ダミー領域の外側に配置され、かつ、前記ダミー領域を取り囲むパターン禁止領域と、を備え、
    前記ダミー領域は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1導電パターンと、前記第1導電パターン上に形成された第1絶縁パターンと、を備え、
    前記第1絶縁パターンの前記パターン禁止領域に対向する端面は、前記第1導電パターン上に位置し、
    平面視において、前記裏面は、第1領域と、前記第1領域の外側に配置され、かつ、前記第1領域を取り囲む第2領域と、を備え、
    断面視において、前記第2領域の前記半導体基板の厚さは前記第1領域の前記半導体基板の厚さよりも厚く、平面視において、前記第1領域と前記第2領域との境界は、前記パターン禁止領域に位置する、半導体ウェハ。
  10. 請求項9記載の半導体ウェハにおいて、
    平面視において、前記境界と前記ダミー領域との間の前記パターン禁止領域に、リングカット領域が位置する、半導体ウェハ。
  11. 請求項10記載の半導体ウェハにおいて、
    前記第1導電パターンと前記第1絶縁パターンとの積層体の厚さがH、前記リングカット領域から、前記第1絶縁パターンの前記パターン禁止領域に対向する端面までの距離がX1、前記リングカット領域から、前記第1導電パターンの前記パターン禁止領域に対向する端面までの距離がX2の場合、H<X2<(X1−X2)の関係が成立する、半導体ウェハ。
  12. 請求項9記載の半導体ウェハにおいて、
    前記半導体ウェハの外周から、前記第1絶縁パターンの前記パターン禁止領域に対向する端面までの第1距離は、前記半導体ウェハの外周から、前記第1導電パターンの前記パターン禁止領域に対向する端面までの第2距離よりも大きい、半導体ウェハ。
  13. 請求項12記載の半導体ウェハにおいて、
    前記第1距離と前記第2距離との差は、0.4μm以上である、半導体ウェハ。
  14. 請求項9記載の半導体ウェハにおいて、
    前記第1絶縁パターンは、有機樹脂膜である、半導体ウェハ。
  15. 請求項9記載の半導体ウェハにおいて、
    前記デバイス領域は、前記半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、前記第1導電パターンと同一層である第2導電パターンと、前記第2導電パターン上に形成され、前記第1絶縁パターンと同一層である第2絶縁パターンと、を備え、
    前記第2導電パターンの端面は前記第2絶縁パターンに覆われている、半導体ウェハ。
  16. 請求項9記載の半導体ウェハにおいて、
    前記半導体ウェハの厚さ方向において、前記第1領域の厚さは、60μm〜120μmである、半導体ウェハ。
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