JP2009096698A - ウェーハ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】フランジ領域を確保しつつ、無効領域が低減されたウェーハ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】円周の一部を切り込んだオリエンテーションノッチ10bを有するウェーハ10であって、周縁に立設された補強フランジ10aと、補強フランジ10aに取り囲まれ補強フランジ10aよりも層厚の薄い薄層部10cと、を備え、補強フランジ10aは、円周に沿って立設された円周部と、オリエンテーションノッチ10bの近傍に立設されたノッチ部と、を有し、ウェーハ10の主面に対して平行な方向にみた円周部の幅W1は、主面に対して平行な方向にみたオリエンテーションノッチ10bの深さNよりも小さい。
【選択図】図1
【解決手段】円周の一部を切り込んだオリエンテーションノッチ10bを有するウェーハ10であって、周縁に立設された補強フランジ10aと、補強フランジ10aに取り囲まれ補強フランジ10aよりも層厚の薄い薄層部10cと、を備え、補強フランジ10aは、円周に沿って立設された円周部と、オリエンテーションノッチ10bの近傍に立設されたノッチ部と、を有し、ウェーハ10の主面に対して平行な方向にみた円周部の幅W1は、主面に対して平行な方向にみたオリエンテーションノッチ10bの深さNよりも小さい。
【選択図】図1
Description
本発明は、ウェーハ及びその製造方法に関する。
大電力のスイッチング回路にはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transisitor)やパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transisitor)が用いられる。これらのトランジスタでは動作電流が基板の縦方向に流れるため、素子の厚さを薄くし直列抵抗を低減すると、動作時のオン抵抗が低減され低消費電力とすることができる。
一方で、半導体デバイスのコストダウンのためにウェーハの大口径化が進められている。
一方で、半導体デバイスのコストダウンのためにウェーハの大口径化が進められている。
しかしながら、ウェーハが大口径になるほど、薄くした時のウェーハの割れ、反り、チッピングを生じやすくなり、ウェーハの無効領域が増大し良品素子数が減少する。ウェーハを薄くし直列抵抗を低減しつつ、ウェーハの割れ、反り、チッピングなどを抑制するには、ウェーハの周辺部に厚いフランジ部を形成する構造が有効である。
機械的強度をそれほど低下させることなく、かつ厚さを小さくしたシリコンウェーハ及びその製造方法に関する技術開示例がある(特許文献1)。この技術開示例では、少なくともウェーハ周辺部を除くシリコンウェーハの片面または両主面の全領域にわたって凹部が形成されている。しかしながら、フランジ部を形成するとウェーハの無効領域が増大するという問題を生じる。
特開2000−260670号公報
フランジ領域を確保しつつ、無効領域が低減されたウェーハ及びその製造方法を提供する。
本発明の一態様によれば、円周の一部を切り込んだオリエンテーションノッチを有するウェーハであって、周縁に立設された補強フランジと、前記補強フランジに取り囲まれ前記補強フランジよりも層厚の薄い薄層部と、を備え、前記補強フランジは、前記円周に沿って立設された円周部と、前記オリエンテーションノッチの近傍に立設されたノッチ部と、を有し、前記ウェーハの主面に対して平行な方向にみた前記円周部の幅は、前記主面に対して平行な方向にみた前記オリエンテーションノッチの深さよりも小さいことを特徴とするウェーハが提供される。
本発明の他の一態様によれば、円周の一部を切断したオリエンテーションフラットを有するウェーハであって、周縁に立設された補強フランジと、前記補強フランジに取り囲まれ前記補強フランジよりも層厚の薄い薄層部と、を備え、前記ウェーハの主面に対して平行な方向にみた前記補強フランジの幅は、前記円弧状の端部に設けられた部分と、前記オリエンテーションフラットの部分に設けられた部分と、で略同一であることを特徴とするウェーハが提供される。
本発明の他の一態様によれば、上記のいずれかのウェーハの製造方法であって、前記周縁にマスクを形成し、前記マスクに覆われていない部分をエッチングすることを特徴とするウェーハの製造方法が提供される。
フランジ領域を確保しつつ、無効領域が低減されたウェーハ及びその製造方法が提供される。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる半導体からなるウェーハを表し、図1(a)は模式平面図、図1(b)はA−A線に沿った模式断面図、図1(c)及び図1(d)はノッチ近傍を拡大した模式平面図、図1(e)及び図1(f)は周辺部を拡大した模式断面図である。
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる半導体からなるウェーハを表し、図1(a)は模式平面図、図1(b)はA−A線に沿った模式断面図、図1(c)及び図1(d)はノッチ近傍を拡大した模式平面図、図1(e)及び図1(f)は周辺部を拡大した模式断面図である。
ウェーハ10は、例えばIGBT、パワーMOSFETなどのデバイスが形成されるシリコンウェーハであり、例えば直径は8インチ、厚さT1は750μmである。もちろん、ウェーハ10の材料や用途、直径、厚さなどは、これらに限定されない。
ウェーハ10は、その周縁に立設された厚みの大きい補強フランジ10aを有し、補強フランジ10aの内側には凹部10jが形成されている。凹部10jに対応して厚みの小さい薄層部10cが設けられている。薄層部10cに、IGBTやパワーMOSFETなどの複数のデバイスが形成される。これらデバイスは、例えばウェーハ10の第1の面10dの側から形成することができる。
ウェーハ10は、その周縁に立設された厚みの大きい補強フランジ10aを有し、補強フランジ10aの内側には凹部10jが形成されている。凹部10jに対応して厚みの小さい薄層部10cが設けられている。薄層部10cに、IGBTやパワーMOSFETなどの複数のデバイスが形成される。これらデバイスは、例えばウェーハ10の第1の面10dの側から形成することができる。
補強フランジ10aの厚さT1は、例えば750μmであり、薄層部10cの厚さT2は、例えば100μmである。後に詳述するように、本実施形態のウェーハ10は、厚みのあるウェーハを研磨やエッチングして凹部10jを形成することにより製造することができる。研磨の方法としては、機械的な研磨や機械化学的な研磨を用いることができる。エッチングの方法としては、ウエットエッチングでもドライエッチングでもよい。また、研磨とエッチングとを組み合わせてもよい。
IGBTやパワーMOSFETでは電流が基板の縦方向(厚み方向)に流れるので、チップの厚さが大きいと直列抵抗が高くなる。このため動作時のオン抵抗が高くなり、消費電力が大きくなる。本実施形態ではデバイスが形成される薄層部10cを、例えば100μm以下の厚さとするが、この薄層部10cを設けても補強フランジ10aが存在するためにウェーハ10の機械的強度を高く維持できる。
ウェーハ10には、結晶方位を識別するために、円周の一部を切り込んだオリエンテーションノッチ(以下ノッチ)10bが設けられている。ノッチ10bは、ウェーハ10の表面に対して垂直な切り込み(深さN)として形成される。補強フランジ10aは、ウェーハ10の円周に沿って立設された部分(図1(a)、(c)、(d)において、破線により囲まれた部分以外の部分)と、オリエンテーションノッチ10bの近傍に立設された部分(図1(a)、(c)、(d)において、破線により囲まれた部分)と、を有する。本実施形態においては、ウェーハ10の主面に対して平行な方向にみた補強フランジ10aの幅W1を、ウェーハ10の機械的強度を維持できる範囲内において小さくし、ノッチ10bの切り込みの深さNよりも小さい部分を有するように形成する。すなわち、補強フランジ10aの少なくとも円周部における幅W1を、オリエンテーションノッチ10bの深さNよりも小さくする。例えばノッチ10bの深さNが1.2mmである場合、W1を1mm以下とする。このようにすれば、ウェーハ10の薄層部10cを拡大でき、それだけ多くのデバイスを形成することができる。つまり、デバイスの製造コストを下げることができる。
図2は、比較例にかかるウェーハを表し、図2(a)は模式平面図、図2(b)はC−C線に沿った模式断面図、図2(c)はD−D線に沿った模式断面図である。デバイスが形成された第1の面110dを保護テープなどで覆ったウェーハ110をチャックテーブルに保持し、第1の面110dと対向する第2の面を砥石部120などを用いて機械的研磨を行う。ウェーハ110が保持されたチャックテーブルと砥石部120とを、例えば逆方向にそれぞれ回転して、厚さが200μm以下の薄層部110cと、薄層部110cの周辺を囲むように補強フランジ110aと、を形成する。ノッチ110bのノッチの深さをN100とする。
補強フランジ110aを機械的研磨により形成する場合、砥石部120のサイズが大きいと、補強フランジ110aの内壁110gの形状をノッチ110bの切り込み形状に対応させるのが困難で略円状となる。この場合、ノッチ110bの深さN100よりも、補強フランジ110aの幅W200が大きくなる。結果として、周辺部の補強フランジ110aの幅W110、W120などは、例えば3〜5mmと大きくなる。すなわち、周辺部におけるウェーハ無効面積が大きくなり、薄層部110cの面積が小さくなる。
なお、補強フランジは、ウェーハの外周の全周に連続的に形成する必要がある。例えば、ウェーハの外周の一部に補強フランジが設けられていない(欠落している)部分を設けると、この部分において薄層部に応力が集中しやすくなり、その結果として補強フランジの欠落部において、薄層部に割れや欠けが生ずる。
これらに対して本実施形態では、ウェーハ10の厚さを小さく保ちつつ機械的強度を維持し、搬送や測定などのハンドリングの際のウェーハの割れや反り抑制し、ウェーハ無効領域を低減できる。このようなウェーハ10を用いることにより、オン抵抗を低減し低消費電力で動作するIGBTやパワーMOSFETが可能となるとともに、ウェーハあたりの素子総数を増大することが容易となる。また、熱発泡テープなどを用いないので、活性化アニールなどの高温熱処理が可能である。
再び図1に戻って、本実施形態のウェーハ10について説明する。
図1(c)に表した具体例においては、ノッチ部(破線で表す)の補強フランジ10aの幅W4、W5が、円周部補強フランジ10aの幅W1と略同一とされている。このようにすれば、ノッチ10bのごく近傍まで薄層部10cを拡げて有効面積を拡大できる。
図1(c)に表した具体例においては、ノッチ部(破線で表す)の補強フランジ10aの幅W4、W5が、円周部補強フランジ10aの幅W1と略同一とされている。このようにすれば、ノッチ10bのごく近傍まで薄層部10cを拡げて有効面積を拡大できる。
一方、図1(d)に表した具体例においては、ノッチ部(破線で表す)において補強フランジ10aの幅W6を、円周部の補強フランジ10aの幅W1よりも大きくしている。この場合、図1(c)に表した具体例よりも薄層部10cの面積がわずかに減るが、比較的サイズの大きい砥石部120(図2参照)を用いても加工が容易であるという点で有利である。そして、図1(d)に表した具体例においても、円周部において補強フランジ10aの幅W1を小さくすることにより、薄層部10cの面積を効果的に拡大することができる。
また、本実施形態において、補強フランジ10aの内壁10gの下端及び上端における傾斜を緩やかになるように加工することができる。図1(e)に表した具体例においては、補強フランジ10aの内壁10gの下端にテーパー10eが設けられている。一方、図1(f)に表した具体例においては、補強フランジ10aの内壁10gの下端に下に凸の曲面10fが設けられている。これらテーパー10eや曲面10fを設けることにより、ウェーハ10の機械的強度をさらに高めると共に、活性化アニールなどの高温熱処理工程における局所的応力を低減することができる。局所的応力による歪の低減により、スリップなどの結晶欠陥を抑制し素子特性や信頼性を改善できる。
さらに、補強フランジ10aの内壁10gの上端の角部には、図1(e)に表したようなC面10iや、図1(f)に表したように上に凸の曲面10hを設けることもできる。ウェーハ10を用いた半導体デバイスの製造の際には、内壁10gの上端の角部は、製造装置や検査装置に接触することが多いが、これらのエッジ処理によりチッピングを抑制しダスト発生を低減できる。
さらに、補強フランジ10aの内壁10gの上端の角部には、図1(e)に表したようなC面10iや、図1(f)に表したように上に凸の曲面10hを設けることもできる。ウェーハ10を用いた半導体デバイスの製造の際には、内壁10gの上端の角部は、製造装置や検査装置に接触することが多いが、これらのエッジ処理によりチッピングを抑制しダスト発生を低減できる。
図3は、本発明の第1の実施の形態の変型例にかかるウェーハを表す部分模式平面図である。
図3(a)に表した変型例においては、ノッチ部において、補強フランジ10aの内壁10gは、ノッチ10bの近傍において略平面状に形成されている。すなわち、ノッチ部においては、ウェーハ10の主面に対して平行な方向にみた補強フランジ10aの幅W6は略連続的に変化している。また、円周部の補強フランジ10aの幅W1は、幅W6よりも小さくされている。このようにすると、ノッチ部において薄層部10cの面積がわずかに減るが、加工が比較的に容易となる場合がある。
図3(a)に表した変型例においては、ノッチ部において、補強フランジ10aの内壁10gは、ノッチ10bの近傍において略平面状に形成されている。すなわち、ノッチ部においては、ウェーハ10の主面に対して平行な方向にみた補強フランジ10aの幅W6は略連続的に変化している。また、円周部の補強フランジ10aの幅W1は、幅W6よりも小さくされている。このようにすると、ノッチ部において薄層部10cの面積がわずかに減るが、加工が比較的に容易となる場合がある。
一方、図3(b)に表した変型例においては、ノッチ部における補強フランジ10aの幅W6が、ノッチ10bから離れるに従って徐々に小さくなるように形成されている。そして、円周部においては、補強フランジ10aの幅W1は十分に小さくされている。こうすることにより、薄層部10cの面積を拡大するとともに、ノッチ部において補強フランジ10aの形成をさらに容易にすることができる。例えば、図2に関して前述したように比較的サイズの大きい砥石部120を用いた場合であっても、本変型例の補強フランジ10aを形成することが容易となる。
図4は、本発明の第2の実施形態にかかるウェーハを表し、図4(a)はその模式平面図、図4(b)はA−A線に沿った模式断面図である。
本実施形態のウェーハ10には、結晶方位を識別するために、円周の一部を切断した平坦な面であるオリエンテーションフラット10kが設けられている。そして、本実施形態においては、ウェーハ周辺部における補強フランジ10aの幅W1と、オリエンテーションフラット10kに沿った補強フランジ10aの幅W7と、は略同一とされている。
本実施形態のウェーハ10には、結晶方位を識別するために、円周の一部を切断した平坦な面であるオリエンテーションフラット10kが設けられている。そして、本実施形態においては、ウェーハ周辺部における補強フランジ10aの幅W1と、オリエンテーションフラット10kに沿った補強フランジ10aの幅W7と、は略同一とされている。
図5は、比較例のウェーハを表し、図5(a)はその模式平面図、図5(b)はA−A線に沿った模式断面図である。
本比較例においては、図2に関して前述した比較例と同様に、薄層部10cの形状は平面視で略円形とされている。これは、図2に関して前述したものと同様に、砥石部120によりウェーハ中心から周囲に向けて均等に研磨をすることにより得られる。
本比較例においては、図2に関して前述した比較例と同様に、薄層部10cの形状は平面視で略円形とされている。これは、図2に関して前述したものと同様に、砥石部120によりウェーハ中心から周囲に向けて均等に研磨をすることにより得られる。
本比較例の場合、オリエンテーションフラット10kに沿った補強フランジ10aの幅は、最小の部分において、図4に表した本実施形態のものと同様にW7とされている。しかし、これ以外の部分においては、補強フランジ10aの幅は大きくなり、オリエンテーションフラット10kから離れた部分においては、補強フランジ10aの幅W130は、図4に表した本実施形態のものの幅W1と比較して大幅に大きくなっている。つまり、薄層部10cの面積が小さくなり、ウェーハの無効面積が拡大して、チップの集率が低下してしまう。
これに対して、本実施形態ではオリエンテーションフラット10kの近傍を含めたウェーハ周辺部において補助フランジ10aの幅W1、W7を略同一とし、かつ狭く保ちウェーハ無効領域を低減することが容易である。本実施形態の補強フランジ10aは、図1に関して前述したものと同様に、例えば、サイズの小さい砥石部を用いたり、あるいはエッチングにより形成することができる。
なお、オリエンテーションフラット10kの両端部において、補強フランジの幅が連続的に変化していてもよい。すなわち、図4に表した具体例においては、補強フランジ10aのうちで、幅W1の部分と、幅W7の部分と、の境界において、補強フランジ10aの幅は不連続的に変化している。これに対して、幅W1の部分と、幅W7の部分と、の境界において、補強フランジ10aの幅が連続的に変化するように形成してもよい。このようにすれば、図1(e)あるいは図1(f)に関して前述したテーパ部10eや、曲面10fの効果と同様に、応力集中を緩和する効果が得られる。また同時に、砥石部(図2参照)により研磨して形成することが容易となる。
また、本実施形態において、補強フランジ10aの機械的強度を保ちつつその幅を狭くするために、補強フランジW1の幅は、例えばオリエンテーションフラットのカット幅Mよりも小さくすることができる。一般的に、オリエンテーションフラットは、口径が6インチ以下のシリコンウェーハに設けられることが多い。
以上説明したように、本実施形態においても、ウェーハ10の厚さを小さく保ちつつ、機械的強度を維持しウェーハの割れや反り抑制し、ウェーハ無効領域を低減できる。このようなウェーハ10を用いることにより、オン抵抗を低減し低消費電力で動作するIGBTやパワーMOSFETが可能となるとともに、ウェーハあたりの素子総数を増大することが容易となる。
図6は、第1、第2の実施形態にかかるウェーハの製造方法を表す工程断面図である。 また、図7は、第1、第2の実施形態にかかるウェーハの製造方法を表すフロー図である。
まず、ウェーハ10の第1の面に、複数のデバイスを形成する(S100)。そして、図6(a)に表したように、デバイス側の表面を保護テープ50などにより覆う(S102)。
まず、ウェーハ10の第1の面に、複数のデバイスを形成する(S100)。そして、図6(a)に表したように、デバイス側の表面を保護テープ50などにより覆う(S102)。
しかる後に、図6(b)に表したように、凹部10jを形成する。凹部10jは、例えば、ウェットエッチング法により形成できる。ただし、この方法には限定されず、機械的研磨工程を併用することもできる。補強フランジ10aの内壁10gが円形状ではない場合には、砥石部の可動領域を円形の領域以外にまで制御できる研磨装置を用いればよい。研磨工程を用いると、処理速度を早くできるので生産性を上げることが容易である。
エッチングによる場合、ウェーハ10の裏面である第2の面の補強フランジ10aを形成したい箇所にマスク材40をパターニングする(S104)。マスク材40としては、フォトレジストや、SiO2などの絶縁膜などを用いることができる。研磨工程を併用する場合はパターニング(S104)の前後に行うことができる。
ドライエッチング法を用いるか否かを判断し(S106)、ドライエッチング法を用いない場合にはステップS110へ進み、ドライエッチング法を用いる場合にはステップS108へと進む。ドライエッチング法には、例えばRIE(Reactive Ion Etching)法を用いることができる。ドライエッチング法は研磨と比較して処理速度が遅いが制御性に優れているので、補強フランジ10aの幅を1mm以下に制御することも容易となる。図6(b)は、例えば研磨あるいはドライエッチング後の模式断面図である。例えば薄層部10cの厚さを100〜200μmとすることができる。
シリコンウェーハの場合には、続いて弗酸、または弗酸と硝酸とを混合した溶液などを用いてウェットエッチングを行う(S110)。補強フランジ10aの内壁の下端にCが3〜100μmの範囲のテーパー10eや、下端にRが3〜50μmの範囲である下に凸である曲面を形成することができる。また、補強フランジ10aの内壁上端の角部に、Cが0.5〜20μmの範囲でC面10i、またはRが0.5〜20μmの範囲の曲面を形成する。
図6(c)はウェットエッチング後の模式断面図であり、薄層部10cの厚さを、例えば30〜150μmとすることができる。ウェットエッチング法は、研磨と比較して処理速度が遅いが研磨やドライエッチング法による荒れた状態の表面を滑らかにできる。またエッジ処理にウェットエッチング法を用いると、研磨やドライエッチング法よりもスリップを生じにくいので結晶欠陥による特性や信頼性の低下を抑制することができる。また、チッピングやダストの発生を抑制できる。なお、図6(a)に関して前述したデバイスの形成プロセスを、薄層部10cの形成後、あるいは薄層部10cの形成の途中の段階で実施してもよい。
続いて、凹部10aの底面10mに電極を形成し(S112)、補強フランジ10aを切断する(S114)。さらに、チップ分離(S116)を実施する。
続いて、凹部10aの底面10mに電極を形成し(S112)、補強フランジ10aを切断する(S114)。さらに、チップ分離(S116)を実施する。
このように、本具体例のウェーハ製造方法では、補強フランジ10aとする箇所にマスク材40をパターニングし、ウェットエッチング法を用いることにより、狭い幅の補強フランジ10aを形成する。このために、厚さを小さく保ちつつ機械的強度を維持したウェーハが容易に製造できる。その結果、ウェーハ無効領域を低減し素子総数を増大でき、特性及び信頼性が改善された素子を高い歩留まりで製造することができる。
本実施形態ではシリコンウェーハについて説明を行ったが、ウェーハの材質はシリコンに限定されることはなく、SiCや他の化合物半導体であってもよい。
本実施形態ではシリコンウェーハについて説明を行ったが、ウェーハの材質はシリコンに限定されることはなく、SiCや他の化合物半導体であってもよい。
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの実施形態に限定されない。ウェーハを構成する補強フランジ、テーパー、曲面、オリエンテーションノッチ、オリエンテーションフラットの形状、サイズ、配置などに関して当業者が設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。
10 ウェーハ、10a 補強フランジ、10b オリエンテーションノッチ、10c 薄層部、10d 第1の面、10e テーパー、10f 曲面、10g 内壁、10h 曲面、10i C面、10j 凹部、10k オリエンテーションフラット、40 マスク材
Claims (5)
- 円周の一部を切り込んだオリエンテーションノッチを有するウェーハであって、
周縁に立設された補強フランジと、
前記補強フランジに取り囲まれ前記補強フランジよりも層厚の薄い薄層部と、
を備え、
前記補強フランジは、前記円周に沿って立設された円周部と、前記オリエンテーションノッチの近傍に立設されたノッチ部と、を有し、
前記ウェーハの主面に対して平行な方向にみた前記円周部の幅は、前記主面に対して平行な方向にみた前記オリエンテーションノッチの深さよりも小さいことを特徴とするウェーハ。 - 円周の一部を切断したオリエンテーションフラットを有するウェーハであって、
周縁に立設された補強フランジと、
前記補強フランジに取り囲まれ前記補強フランジよりも層厚の薄い薄層部と、
を備え、
前記ウェーハの主面に対して平行な方向にみた前記補強フランジの幅は、前記円周の部分と、前記オリエンテーションフラットの部分と、で略同一であることを特徴とするウェーハ。 - 前記薄層部に隣接する前記補強フランジの内壁上端は、テーパーまたは曲面を有することを特徴とする請求項1または2に記載のウェーハ。
- 前記薄層部に隣接する前記補強フランジの内壁下端は、テーパーまたは曲面を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のウェーハ。
- 請求項1〜4のいずれか1つに記載のウェーハの製造方法であって、
前記周縁にマスクを形成し、前記マスクに覆われていない部分をエッチングすることを特徴とするウェーハの製造方法。
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