JP2007287976A - 半導体基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 アブレーションによるパーティクルの発生を防止できる半導体基板を実現する。
【解決手段】 本実施形態の半導体基板２１によれば、改質領域形成工程を行う前に、レーザ光Ｌに対して不透明な保護層６１が、領域１の表面に形成されているため、改質領域形成工程において、領域１の表面にレーザ光Ｌを照射した場合においても、レーザ光Ｌが弱められる、または、遮断されるので、アブレーションによるパーティクルの発生を防止できる。したがって、アブレーションによるパーティクルの発生を防止できる半導体基板２１を実現することができる。つまり、半導体チップにパーティクルが付着することがないため、パーティクルの発生による製品の歩留まり低下や品質低下を防止できる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、厚さ方向に分断して半導体チップを作製するための半導体基板に関する。

従来、半導体集積回路やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を形成したシリコンウェハ（以下、ウェハという）を各々の半導体チップに分離するダイシング工程では、ダイヤモンド砥粒を埋め込んだダイシングブレードを用いて半導体チップに分断していた。

しかし、このようなブレードによるダイシング工程では、(1) ブレードでカットする際にその切りしろが必要になるため１枚のウェハから取れる半導体チップ数が切りしろの分だけ減少し、歩留まりの低下及びコストの増大を招く、(2) カットする際の摩擦熱による焼付き等を防ぐために用いられる水等が、半導体チップに付着することを防止するために、ウェハ表面を覆うキャッピング等の保護装置を必要とし、その分メンテナンス工数が増大する、といった問題が生じていた。

そこで、近年では、レーザ光を用いたダイシング工程（レーザダイシング）の検討や研究が進められており、例えば、下記特許文献１にレーザによるウェハの加工技術が開示されている。図３は、レーザ光を用いたダイシング工程を示す説明図である。図３（Ａ）はレーザ光の照射による改質領域形成工程の説明図であり、図３（Ｂ）は分断工程の説明図である。
図３（Ａ）に示すように、レーザ光Ｌを照射するレーザヘッドＨは、レーザ光Ｌを集光する集光レンズＣＶを備えており、レーザ光Ｌを所定の焦点距離で集光させる。改質領域形成工程では、レーザ光Ｌの集光点ＰがウェハＷの表面から深さｄの箇所に形成されるように設定したレーザ光照射条件で、ウェハＷを分断する分断予定ラインＤＬ上に沿って（図中手前方向）レーザヘッドＨを移動させ、レーザ光ＬをウェハＷの表面から照射する。これにより、レーザ光Ｌの集光点Ｐが走査された深さｄの経路には、多光子吸収による改質領域Ｋが形成される。
ここで、多光子吸収とは、物質が複数個の同種もしくは異種の光子を吸収することをいう。その多光子吸収により、半導体基板Ｗの集光点Ｐおよびその近傍では、光学的損傷という現象が発生し、これにより熱ひずみが誘起され、その部分にクラックが発生し、そのクラックが集合した層、つまり改質領域Ｋが形成される。
レーザ光Ｌがパルス波の場合、レーザ光Ｌの強度は、集光点Ｐのピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ^２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上でパルス幅が１μｓ以下の条件で多光子吸収が発生する。レーザ光Ｌとしては、例えば、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザによるレーザ光を用いる。そのレーザ光Ｌの波長は、例えば１０６４ｎｍの赤外光領域の波長である。
続いて、図３（Ｂ）に示すように、半導体基板Ｗの面内方向（図中矢印Ｆ２、Ｆ３で示す方向）に応力を負荷することにより、改質領域Ｋを起点にして、基板厚さ方向にクラックＣを進展させて、半導体基板Ｗを分断予定ラインＤＬに沿って分断する。
特開２００２−１９２３６７号公報

図４に示すように、ウェハＷに照射されるレーザ光Ｌは、ウェハＷの内部に改質領域Ｋが形成されるようにその集光点Ｐが設定されている。しかし、レーザ光Ｌが、外周縁部Ｍのチッピングを防止するために面取り加工が施されている部分に照射された場合、ウェハＷと空気とは屈折率が異なるため、レーザ光Ｌの集光点が本来予定されている集光点Ｐより上方の集光点Ｐ１にずれてしまい、面取り加工が施されている部分の表面でレーザ光Ｌの集光点Ｐ１が合ってしまうことがある。すると、レーザ光Ｌの照射によってウェハＷ表面が溶融するアブレーションが生じるため、シリコンｑが飛散してパーティクル発生の原因となる。このようなパーティクルは、分離前または分離後の半導体チップに付着することにより、半導体集積回路やＭＥＭＳの動作不良を招くことから、製品の歩留まり低下や品質低下に直結し得る。
また、改質領域形成工程において、レーザ光Ｌの集光点Ｐの深さｄを調整することにより、半導体基板２１の厚さの範囲内で任意の深さに任意の層数の改質領域Ｋを形成することができる。例えば、厚さが比較的厚い場合は、その厚さ方向へ集光点Ｐを移動させて改質領域Ｋを厚さ方向に連続状、または複数箇所に形成することにより、半導体基板２１の分断を容易にすることができる。
しかし、この場合には、新たな改質領域Ｋを形成する度に、レーザ光Ｌが面取り加工が施されている部分を走査するため、アブレーションによるパーティクル発生の影響が大きくなる。

そこで、この発明は、アブレーションによるパーティクルの発生を防止できる半導体基板を実現することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体基板をその厚さ方向に分断するための分断予定ラインに沿って、レーザ光を照射するレーザヘッドを前記半導体基板に対して相対移動させながら、前記半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、前記集光点に多光子吸収による改質領域を形成する改質領域形成工程と、この改質領域形成工程を経た前記半導体基板を、前記改質領域を起点にして、前記分断予定ラインに沿って厚さ方向に分断して半導体チップを得る分断工程と、を備えた半導体基板の分断方法に用いる半導体基板において、前記改質領域形成工程を行う前に、前記レーザ光に対して不透明な保護層が、前記分断予定ラインであって、前記半導体基板の外周端部から所定の第１の領域の表面に形成されている、という技術的手段を用いる。
なお、上記集光点とは、レーザ光が集光した箇所のことである。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体基板において、前記第１の領域は、前記半導体基板の外周端部に面取り加工が施された面取り部である、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、改質領域形成工程を行う前に、レーザ光に対して不透明な保護層が、分断予定ラインであって、半導体基板の外周端部から所定の第１の領域の表面に形成されているため、改質領域形成工程において、第１の領域にレーザ光を照射した場合においても、レーザ光が弱められる、または、遮断されるので、アブレーションによるパーティクルの発生を防止できる。
したがって、アブレーションによるパーティクルの発生を防止できる半導体基板を実現することができる。つまり、半導体チップにパーティクルが付着することがないため、パーティクルの発生による製品の歩留まり低下や品質低下を防止できる。
更に、領域１においてレーザ光の照射を停止する必要がないため、一旦、レーザ光を停止した後に、再度レーザ光を照射するためのタイムラグもない。

半導体基板の外周端部に面取り加工が施された面取り部では、レーザヘッドとの距離が連続的に変化し、レーザ光の集光点が合いやすいため、アブレーションが生じやすい。そのため、請求項２に記載の発明のように、面取り部に保護膜を形成することにより、より効果的にアブレーションによるパーティクルの発生を防止できる。

この発明の半導体基板の実施形態について、図を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る半導体基板の構成例を示す模式図である。図１（Ａ）は、ウェハの表面の平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ矢視断面拡大図である。図２は、本実施形態に係る半導体基板を用いた改質領域形成工程の説明図である。

図１（Ａ）に示すように、ウェハ２０ａは、シリコンからなる薄板円盤形状の半導体基板２１の表面２１ａに、拡散工程等を経て形成された複数のチップＤevが碁盤の目のように整列配置されて形成されており、外周の一部に結晶方位を示すオリエンテーションフラットが形成されている。これらのチップＤevは、ダイシング工程により分断予定ラインＤＬに沿ってそれぞれ分断された後、マウント工程、ボンディング工程、封入工程等といった各工程を経ることによってパッケージされたＩＣやＬＳＩとして完成する。なお、本実施形態では、ウェハ２０ａは、チップＤevの支持基板となるシリコン層を形成し得るものである。

図１（Ｂ）に示すように、ウェハ２０ａには、外周縁部Ｍの欠けを防止するために、外周に面取り加工が施された面取り部２１ｂが形成されている。
分断予定ラインＤＬには、外周端部２１ｃから径方向に所定の距離（例えば、１ｍｍ程度）の範囲であって、面取り部２１ｂを含む領域１と、領域１の内側で平坦な表面２１ａのみから構成される領域２とが設定されており、外周端部２１ｃから領域１と領域２の境界まで、面取り部２１ｂを覆ってレーザ光に対して不透明な保護層６１が形成されている。保護層６１は、アルミニウム、チタンなどの金属膜のスパッタや粘土、レジストやポリイミドなどの樹脂塗料の塗布などにより形成することができる。樹脂塗料としては、染料を含有している塗料を用いることもできる。ここで、保護層６１は、レーザ光を十分に減衰させる、または、遮断するために、１μｍ以上の厚さに形成することが好ましい。

本実施形態のウェハ２０ａを用いたレーザ光の照射による改質領域形成工程について説明する。まず、図１（Ａ）に示す分断予定ラインＤＬの１つを、ウェハ検出用のレーザ光で走査し、外周端部２１ｃ（図１（Ｂ））を検出する。ここで、分断予定ラインＤＬの外周縁部Ｍに向かう方向を「外側」、その反対方向を「内側」という。

図２に示すように、レーザ光Ｌを照射するレーザヘッド３１は、レーザ光Ｌを集光する集光レンズＣＶを備えており、レーザ光Ｌを所定の焦点距離で集光させることができる。ここでは、レーザ光Ｌの集光点Ｐが半導体基板２１の表面２１ａから厚さ方向へ深さｄの箇所に形成されるように設定されている。
次に、分断予定ラインＤＬに沿って、半導体基板２１の外周端部２１ｃよりも外側から内側に向かって（図中矢印Ｆ４方向）レーザヘッド３１を走査する。このとき、領域１では、面取り部２１ｂを覆って形成されている保護層６１により、レーザ光Ｌを弱める、あるいは、遮断することができる。
これにより、領域１では面取り部２１ｂでレーザ光Ｌの集光点Ｐ２が合うことがないため、面取り部２１ｂの表面におけるアブレーションを防ぐことができる。
また、保護層６１は半導体基板２１に直接形成されるため、レーザを遮蔽する部材を使用した場合のように、半導体基板２１とレーザ光Ｌを遮蔽する部材との位置関係を正確に決める必要がない。更に、領域１においてレーザ光Ｌの照射を停止する必要がないため、一旦、レーザ光Ｌを停止した後に、再度レーザ光Ｌを照射するためのタイムラグもない。
領域２では、レーザ光Ｌの集光点Ｐが走査された深さｄの経路に、改質領域Ｋが適正に形成される。

ウェハ２０ａをチップＤevに分断する分断工程において、領域１は、外周端部２１ｃから１ｍｍ程度と狭い領域であるため、改質領域Ｋから領域１に容易にクラックが進展する。そのため、領域１に改質領域Ｋが形成されていなくてもクラックが偏向することがなく、半導体基板を厚さ方向に容易にかつ精度よく分断して、チップＤevを作製することができる。

［最良の実施形態の効果］
本実施形態の半導体基板２１によれば、改質領域形成工程を行う前に、レーザ光Ｌに対して不透明な保護層６１が、領域１の表面に形成されているため、改質領域形成工程において、領域１の表面にレーザ光Ｌを照射した場合においても、レーザ光Ｌが弱められる、または、遮断されるので、アブレーションによるパーティクルの発生を防止できる。
したがって、アブレーションによるパーティクルの発生を防止できる半導体基板２１を実現することができる。つまり、半導体チップにパーティクルが付着することがないため、パーティクルの発生による製品の歩留まり低下や品質低下を防止できる。

［その他の実施形態］
半導体基板２１には、シリコンのみで構成された半導体基板を用いたが、本発明の適用はこれに限られることはなく、例えば、酸化シリコンからなる酸化膜を半導体基板２１の表面２１ａに形成したものやＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）のウェハについて適用することも可能である。

［各請求項と実施形態との対応関係］
改質領域Ｋが請求項１に記載の改質領域に、チップＤevが半導体チップに、領域１が第１の領域にそれぞれ対応する。

本実施形態に係る半導体基板の構成例を示す模式図である。図１（Ａ）は、ウェハの表面の平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ矢視断面拡大図である。 本実施形態に係る半導体基板を用いた改質領域形成工程の説明図である。 レーザ光を用いたダイシング工程を示す説明図である。図３（Ａ）はレーザ光の照射による改質領域形成工程の説明図であり、図３（Ｂ）は分断工程の説明図である。 従来の半導体基板を用いたレーザダイシングにおいて、アブレーションによりパーティクルが発生する状況の説明図である。

符号の説明

１ 領域（第１の領域）
２ 領域
２０ａ ウェハ
２１ 半導体基板
２１ａ 表面
２１ｂ 面取り部
２１ｃ 外周端部
３１ レーザヘッド
６１ 保護層
ＣＶ 集光レンズ
Ｄev チップ（半導体チップ）
ＤＬ 分断予定ライン
Ｋ 改質領域
Ｌ レーザ光
Ｍ 外周縁部
Ｐ、Ｐ２ 集光点
Ｗ ウェハ

Claims (2)

1. 半導体基板をその厚さ方向に分断するための分断予定ラインに沿って、レーザ光を照射するレーザヘッドを前記半導体基板に対して相対移動させながら、前記半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、前記集光点に多光子吸収による改質領域を形成する改質領域形成工程と、
   この改質領域形成工程を経た前記半導体基板を、前記改質領域を起点にして、前記分断予定ラインに沿って厚さ方向に分断して半導体チップを得る分断工程と、を備えた半導体基板の分断方法に用いる半導体基板において、
   前記改質領域形成工程を行う前に、前記レーザ光に対して不透明な保護層が、前記分断予定ラインであって、前記半導体基板の外周端部から所定の第１の領域の表面に形成されていることを特徴とする半導体基板。
2. 前記第１の領域は、前記半導体基板の外周端部に面取り加工が施された面取り部であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。

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