JP2008124354A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【目的】シリコンウェハを吸着ステージに吸着固定する場合に、シリコンウェハに接触キズや打痕が付かず、シリコンウェハの反りも小さくできる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコンウェハ１のデバイス形成面（表面構造４）に紫外線硬化性樹脂膜３１を被覆することで、シリコンウェハ１の裏面１ａを研削した場合に、吸着ステージ３２に吸着される表面構造４に接触キズや打痕が付くことを防止することができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、薄型ウェハを用いた半導体装置の製造方法に関する。

パワー半導体装置（例えば、縦型のＩＧＢＴ（絶縁効果型バイポーラトランジスタ）など）では、近年、高性能化を図るためにシリコンウェハの薄板化が行われている。この薄型バワー半導体装置は、図３に示すように、シリコンウェハ１の表面にデバイスの表面構造４を形成した後、図４に示すように、このデバイス形成面（表面構造４）と反対側のシリコンウェハ１の裏面１ａを研削加工して薄膜化した後、図示しない裏面電極を形成して製造される。
図３において、同図（ａ）は研削前のシリコンウェハの要部断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ部詳細図であり、ＩＧＢＴの１セルの表面構造４である。表面構造４は拡散部２と上部構造３で構成される。この拡散部２はシリコンウェハ１の表面層に形成されたウェル領域１１とウェル領域１１の表面層に形成されたエミッタ領域で構成される。また上部構造３はゲート絶縁膜１３とゲート電極１４と層間絶縁膜１５とエミッタ電極１６および表面保護膜のポリイミド膜１７で構成される。

図４は、シリコンウェハを薄膜化する従来の方法で、レジスト膜を薄くした場合であり、同図（ａ）〜同図（ｃ）は工程順に示した要部工程断面図である。
まず、図４で示したシリコンウェハ１の裏面１ａを研削加工するために、予め表面構造４上に研削保護用のレジスト膜３５をスピン塗布して、熱硬化させておく。レジスト膜３５は一般的に半導体プロセスで使用する熱硬化性樹脂膜である（同図（ａ））。
つぎに、このレジスト膜３５面に研削加工装置の吸着ステージ３２をセットし真空吸着することでシリコンウェハ１を吸着ステージ３２に吸着固定し、シリコンウェハ１の裏面１ａを研削加工してシリコンウェハ１を薄膜化する（同図（ｂ））。
つぎに、シリコンウェハ１を吸着ステージ３２から離す。その後の工程はここでは省略する。

特許文献１には、半導体ウェハ等の製品を加工する際に使用される粘着シートについて、加工後、粘着シートを剥離する際に半導体ウェハを損傷することがない粘着シートとその製造方法が開示されている。この粘着シートには紫外線硬化性樹脂も含まれている。
特開２００４−１０６５１５号公報

図４（ａ）で塗布するレジスト膜３５の膜厚は３μｍ程度の薄い膜であり、吸着ステージ３２にレジスト膜３２が接触したときに、図５に示すように、レジスト膜３５を貫通して表面構造４に接触キズ４１や打痕４２等が付くことがある。接触キズ４１や打痕４２は、シリコンウェハ１に形成された多数の半導体素子（ここではＩＧＢＴ）を破壊させ、良品率を低下させる原因となっている。
この接触キズ４１や打痕４２を防止するためにレジスト膜を厚くする方法がある。
図６は、レジスト膜の膜厚を厚くした場合の工程図であり、同図（ａ）〜同図（ｃ）は工程順に示した要部工程断面図である。
図４と同様の工程であるが、異なるのは接触キズ４１や打痕４２を防止するためにレジスト膜３５の厚さを１０μｍ以上の厚いレジスト膜３６にした点である。こうすることで接触キズ４１や打痕４２等を低減できるが、シリコンウェハ１を吸着ステージ３２から離すと、図７のようにシリコンウェハ１が大きく反ってしまう。この反り量が増大する理由について以下に説明する。

従来から研削保護用に使用していたレジスト膜３５、３６は、熱硬化性樹脂のため加熱硬化処理をすると、有機溶剤が揮発し応力が発生する。この応力によって発生したシリコンウェハ１の反りは、特にレジスト膜３６の厚さが１０μｍ以上になると数ｍｍ以上に増大する。
このようにシリコンウェハ１の反り量が増大すると、各種半導体プロセス装置の搬送機構でシリコンウェハ１を搬送できないなどの不具合が発生する。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、シリコンウェハを吸着ステージに吸着固定する場合に、シリコンウェハに接触キズや打痕が付かず、シリコンウェハの反りも小さくできる半導体装置の製造方法を提供することである。

前記の目的を達成するために、シリコンウェハのデバイス形成面を接触させて脱着支持治具に固定する工程において、前記デバイス形成面に保護膜として紫外線硬化性樹脂膜を被覆し、該紫外線硬化性樹脂膜に紫外線を照射して硬化させた後、前記紫外線硬化性樹脂膜を接触させて脱着支持治具に固定する製造方法とする。
また、シリコンウェハを研削して薄膜化する工程において、研削面と反対側のデバイス形成面に保護膜として紫外線硬化性樹脂膜を被覆し、該紫外線硬化性樹脂膜に紫外線を照射して硬化させた後、該紫外線硬化性樹脂膜を脱着支持治具に接触させて固定した後前記研削面を研削し前記シリコンウェハの厚さを１００μｍ以下とする。
また、シリコンウェハを搬送する工程において、前記シリコンウェハのデバイス形成面に保護膜として紫外線硬化性樹脂膜を被覆し、該紫外線硬化性樹脂膜に紫外線を照射して硬化させた後、シリコンウェハを脱着支持治具に接触させて固定し搬送する製造方法とする。

また、前記脱着支持治具が前記シリコンウェハを脱着できる吸着ステージであるとよい。
また、前記紫外線の波長が２００〜４００ｎｍであるとよい。

この発明によれば、シリコンウェハのデバイス形成面に紫外線硬化性樹脂膜を被覆することで、シリコンウェハのデバイス形成面と反対の裏面を研削した場合に、吸着ステージに吸着されるデバイス形成面に接触キズや打痕が付くことを防止することができる。
これによってウェハ表面に形成された多数の半導体素子を破壊させてしまう問題を改善できる。
また、シリコンウェハに紫外線硬化性樹脂膜を被覆することで、シリコンウェハの反り量を小さく抑制できて、シリコンウェハの搬送工程や研削工程以外の他の工程を良好に行うことができる。

シリコンウェハの薄膜化を図るときに、従来技術では研削加工装置の吸着ステージによる接触キズや打痕などが発生したり、シリコンウェハ上に被覆する保護膜によってシリコンウェハに反りが発生する。それを防止するために、保護膜として従来使用していたレジスト膜の代わりに、応力の小さな材料で、且つ、シリコンウェハ表面の保護能力に優れた紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂膜を使用することで前記の問題点を解決した。以下の実施例にて具体的に説明する。

図１は、この発明の第１実施例の半導体装置の製造方法を示す工程図であり、同図（ａ）〜同図（ｅ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。この工程図ではシリコンウェハ１の研削工程を例に挙げた。尚、図４と同一部位には同一符号を付した。また半導体装置としてＩＧＢＴを例に挙げたがこれに限るものではない。
まず、硬化前の状態が液体である紫外線硬化性樹脂を、スピンコーターを使用してシリコンウェハ１のデバイス形成面（表面構造４）に回転塗布（スピンコート）する。スピンコーターの回転数と回転時間を制御して３０μｍの厚さになるよう形成し、スピンコートした直後に紫外線（３６５ｎｍ）を照射させ硬化させ紫外線硬化性樹脂膜３１を形成する（同図（ａ））。尚、紫外線の波長としては２００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲がよい。この範囲から外れると紫外線による硬化性が低下する。

つぎに、この紫外線硬化性樹脂膜３１に研削加工装置の吸着ステージ３２（真空で吸着するステージ）をセットし真空吸着することでシリコンウェハ１を吸着ステージ３２に真空吸着固定し、シリコンウェハ１の裏面１ａを研削加工してシリコンウェハの厚さが９０μｍになるように裏面を研削する（同図（ｂ））。
具体的には、研削加工装置の吸着ステージ３２にデバイス形成面（表面構造４）上に形成されている紫外線硬化性樹脂膜３１を密着させて固定し、反対側の研削面（裏面１ａ）を回転する図示しない研削台に押し付けて１００μｍ以下の厚さに研削加工する。この研削工程後のシリコンウェハ１の厚さの面内分布は８７〜９３μｍの範囲内となり、良好な結果となった。
つぎに、シリコンウェハ１を吸着ステージ３２から外す（同図（ｃ））。

つぎに、紫外線硬化樹脂膜３１に図示しない粘着テープを貼り、粘着テープを上に引っ張ることで、粘着テープに固着した紫外線硬化樹脂膜３２をシリコンウェハ１から剥がした後、裏面１ｂ側に裏面構造１８を形成し、その後でダイシングライン（切断線３３）に沿ってシリコンウェハ１をカットする（同図（ｄ））。
カットした後、シリコンウェハ１は半導体チップ（ここではＩＧＢＴチップ）となる（同図（ｅ））。
図２は、図１（ｅ）のＡ部詳細図であり、ＩＧＢＴの１セルの要部断面図である。表面構造４は図３で説明したのでここでは説明を省略する。裏面構造１８はシリコンウェハ１の裏面１ｂに形成したコレクタ領域１９とコレクタ領域１９上に形成したコレクタ電極２０で構成される。

前記の図１（ｂ）の研削工程の後で、紫外線硬化性樹脂膜３１をシリコンウェハから除去してデバイス形成面（表面構造４）の外観検査したところ、図５で示した接触キズ４１や打痕４２などは発生していなかった。これは紫外線硬化性樹脂膜３１の厚みが従来のレジスト膜３６の膜厚の３倍程度で３０μｍ程度にできるためである。この紫外線硬化性樹脂膜３１の厚みは１０μｍ程度以上あれば接触キズや打痕防止に効果を発揮する。
このように紫外線硬化性樹脂膜３１を厚くできるのは、紫外線（波長２００〜４００ｎｍ）を照射して室温で硬化させるため、熱硬化性のレジスト膜に比べ揮発成分が少なく、応力の発生が少ないためである。
このように紫外線硬化性樹脂膜３１は揮発成分が少なく、応力の発生が少ないため、シリコンウェハ１の反り量も極めて小さく、３０μｍの膜厚にしてもシリコンウェハ１の反り量は１μｍ以下である。つまり殆ど反らないということである。

また、紫外線硬化性樹脂膜３１を被覆したシリコンウェハ１は半導体プロセス工程を順次処理していく途中において、プロセス中の加熱や冷却を受けても熱硬化性のレジスト膜に比べて反りを発生させることが少ない。熱履歴後、シリコンウェハ１の反り量を実測したところ前記したように１ｍｍ程度であった。尚、シリコンウェハの直径は６インチ〜８インチ程度で厚さは９０μｍ程度である。
また、レジスト膜３５、３６で必須の加熱硬化処理が紫外線硬化性樹脂膜３１では必要ないため、プロセス時間の短縮が可能となり製造コストの低減を図ることができる。
今回、紫外線硬化性樹脂膜３１をスピンコート法でシリコンウェハ１の表面に形成したが、これ以外の方法として印刷する方法もある。また、紫外線硬化樹脂膜３１の主成分は、アクリル樹脂やエポキシ樹脂を用いている。

更に、紫外線硬化性樹脂膜３１をシリコンウェハ１に被覆すると、シリコンウェハ１の反りが極めて小さいこととから、研削加工工程に限らず、例えば搬送工程などの他の工程でも本発明は適用できる。尚、搬送工程などの場合には吸着ステージ３２の代わりに、爪が付いたステージにシリコンウェハ１を固定する場合も本発明を適用することで同様の効果を得ることができる。

この発明の第１実施例の半導体装置の製造方法を示す工程図であり、（ａ）〜（ｅ）は工程順し示した要部製造工程断面図 図１（ｅ）のＡ部詳細図であり、ＩＧＢＴの１セルの要部断面図 研削前のシリコンウェハであり、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部詳細図であり、ＩＧＢＴの１セルの表面構造部の図 シリコンウェハを薄膜化する従来の方法で、レジスト膜を薄くした場合の工程図であり、（ａ）〜（ｃ）は工程順に示した要部工程断面図 吸着ステージとの接触キズや打痕が付いた状態の要部断面図 レジスト膜を厚くした場合の工程図であり、（ａ）〜（ｃ）は工程順に示した要部工程断面図 シリコンウェハの反り量が増大した図

符号の説明

１ シリコンウェハ
１ａ、１ｂ 裏面
２ 拡散部
３ 上部構造
４ 表面構造
１０ シリコン基板
１１ ウェル領域
１２ エミッタ領域
１３ ゲート絶縁膜
１４ ゲート電極
１５ 層間絶縁膜
１６ エミッタ電極
１７ ポリイミド膜
１８ 裏面構造
１９ コレクタ領域
２０ コレクタ電極
３１ 紫外線硬化性樹脂膜
３２ 吸着ステージ
３３ 切断線
３５ レジスト膜（薄い）
３６ レジスト膜（厚い）
４１ 接触キズ
４２ 打痕

Claims (4)

1. シリコンウェハのデバイス形成面を接触させて脱着支持治具に固定する工程において、前記デバイス形成面に保護膜として紫外線硬化性樹脂膜を被覆し、該紫外線硬化性樹脂膜に紫外線を照射して硬化させた後、前記紫外線硬化性樹脂膜を接触させて脱着支持治具に固定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. シリコンウェハを研削して薄膜化する工程において、研削面と反対側のデバイス形成面に保護膜として紫外線硬化性樹脂膜を被覆し、該紫外線硬化性樹脂膜に紫外線を照射して硬化させた後、該紫外線硬化性樹脂膜を脱着支持治具に接触させて固定した後前記研削面を研削し前記シリコンウェハの厚さを１００μｍ以下とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. シリコンウェハを搬送する工程において、前記シリコンウェハのデバイス形成面に保護膜として紫外線硬化性樹脂膜を被覆し、該紫外線硬化性樹脂膜に紫外線を照射して硬化させた後、シリコンウェハを脱着支持治具に接触させて固定し搬送することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 前記脱着支持治具が前記シリコンウェハを脱着できる吸着ステージであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

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