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発明の名称 半導体装置の製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−24800(P2007−24800A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−210717(P2005−210717)
出願日 平成17年7月21日(2005.7.21)
代理人 【識別番号】100090446
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 司朗
発明者 吉田 真治 / 池田 義人 / 山口 琢己 / 村田 隆彦 / 春日 繁孝
要約 課題
中空構造を有する半導体装置の製造方法であって、メンブレンの破損を防いで歩留まりを向上させることができる製造方法を提供する。

解決手段
犠牲層エッチングによって中空構造を有する半導体装置を製造するに際して、犠牲層にエッチングガスを通気するための通気孔を形成し、中空部分に犠牲層を残したまま、ウエハのダイシング工程、ダイスボンド工程、ワイヤーボンド工程を実行した後に、犠牲層をエッチングによって除去する。
特許請求の範囲
【請求項1】
犠牲層エッチングを用いる半導体装置の製造方法であって、
犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
ウエハからチップを切り出すダイシング工程と、
エッチングによって犠牲層を除去するエッチング工程と、を含み、
ダイシング工程の後にエッチング工程を実行する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項2】
ダイシング工程にて切り出したチップをリードフレーム上に固定するダイスボンド工程を含み、
ダイスボンド工程の後にエッチング工程を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項3】
リードフレームとチップとを結線するワイヤーボンド工程を含み、
ワイヤーボンド工程の後にエッチング工程を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
ダイシング工程の前に、ウエハ上のチップに犠牲層を除去するエッチングガスを流通させる通気孔を形成する通気孔形成工程を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項5】
切り出したチップの側壁又は裏面に保護膜を形成する保護膜形成工程を含み、
犠牲層形成工程は、シリコン基板上又はシリコン基板内にシリコン材料からなる犠牲層を形成し、
保護膜形成工程の後にエッチング工程を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項6】
犠牲層はポリシリコン又はアモルファスシリコンからなる
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項7】
エッチング工程は、二フッ化キセノン又は三フッ化塩素をエッチングガスとして犠牲層をエッチングする
ことを特徴とする請求項5に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】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、中空構造を有する半導体装置を製造する際にメンブレンの破損を防いで歩留りを向上させる技術に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、セキュリティ分野その他において小型で安価な熱型赤外線固体撮像装置の需要が高まっている。熱型赤外線固体撮像装置は、赤外線吸収体を含むメンブレンが形成された断熱中空構造を採っている。図6は一般的な熱型赤外線固体撮像装置の構造を示す断面図である。図6に示されるように、熱型赤外線固体撮像装置6はシリコン基板601を備え、当該シリコン基板601上にシリコン酸化膜602、604、熱検出膜606及び赤外線吸収膜608を順次積層した構造となっている。
【0003】
赤外線吸収膜608は赤外線が入射すると、これを熱に変換する。すると赤外線吸収膜608が昇温する。熱検出膜606はこの昇温に応じた電気信号を、金属配線605を介して出力する。また、シリコン酸化膜602にはキャビティ603が形成されており、シリコン酸化膜604はキャビティ603上に張り出すように配置されている。
さて、熱検出膜606はシリコン酸化膜604と赤外線吸収膜608とに挟まれた状態で絶縁体607に囲繞されている。このようにシリコン酸化膜604の直下にキャビティ603を設けて、赤外線吸収膜608から熱を逃さない構造が断熱中空構造である。
【0004】
断熱中空構造は、例えば、シリコン酸化膜602のキャビティ603に相当する位置に犠牲層を形成し、当該犠牲層上にシリコン酸化膜604を形成した後、エッチングにより犠牲層を除去することによって形成される。このような半導体プロセスは一般に犠牲層エッチングと呼ばれている。
【特許文献1】特開2002−301695号公報
【特許文献2】特開2002−299596号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、高画素化及び小型化の要請から個々の画素を構成するメンブレンも小型化の一途を辿っており、今や100nm〜数百μm程度にまでなっている。
メンブレンが小型化されると、犠牲層をウェットエッチングした後、エッチング液を乾燥させる際に、その表面張力に依ってメンブレンが変形する(スティッキング現象)。また、ダイシング工程においては、パーティクル洗浄液を乾燥させる際にスティッキング現象が発生する。更に、ワイヤーボンド工程やダイスボンド工程といった組立工程においても、衝撃や機械的な力が加わることによってメンブレンが破損することがある。
【0006】
メンブレンの破損は、当然、熱型赤外線固体撮像装置の歩留まりの低下を招く。このような問題は熱型赤外線固体撮像装置以外の半導体装置であっても、中空構造を有するMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子を製造する際にも共通して存在し得る。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、中空構造を有する半導体装置の製造方法であって、メンブレンの破損を防いで歩留まりを向上させることができる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、犠牲層エッチングを用いる半導体装置の製造方法であって、犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、ウエハからチップを切り出すダイシング工程と、エッチングによって犠牲層を除去するエッチング工程と、を含み、ダイシング工程の後にエッチング工程を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
このようにすれば、半導体装置の組立工程におけるメンブレンの破損を防ぐことができる。例えば、ダイシング工程において、チップダイシングによる衝撃やパーティクル洗浄液の蒸発に起因するスティッキング現象の影響を排除することができる。従って、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、ダイシング工程にて切り出したチップをリードフレーム上に固定するダイスボンド工程を含み、ダイスボンド工程の後にエッチング工程を実行することを特徴とする。このようにすれば、ダイスボンド時の衝撃やチップが搬送される際に受ける機械的な力の影響を低減することができるので、これらに起因する半導体装置の歩留まりの低下を抑えることができる。
【0009】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、リードフレームとチップとを結線するワイヤーボンド工程を含み、ワイヤーボンド工程の後にエッチング工程を実行することを特徴とする。このようにすれば、ワイヤーボンディングによる衝撃の影響を緩和することができるので、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、ダイシング工程の前に、ウエハ上のチップに犠牲層を除去するエッチングガスを流通させる通気孔を形成する通気孔形成工程を含むことを特徴とする。このようにすれば、犠牲層が露出部分を有していない場合であっても、エッチングによって犠牲層を除去することができる。
【0010】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、切り出したチップの側壁又は裏面に保護膜を形成する保護膜形成工程を含み、犠牲層形成工程は、シリコン基板上又はシリコン基板内にシリコン材料からなる犠牲層を形成し、保護膜形成工程の後にエッチング工程を実行することを特徴とする。このようにすれば、チップの側壁や裏面にエッチングによる損傷が生じるのを防ぐことができるので、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。この場合において、犠牲層はポリシリコン又はアモルファスシリコンからなるとしても良いし、エッチング工程は、二フッ化キセノン又は三フッ化塩素をエッチングガスとして犠牲層をエッチングするとしても良い。
【0011】
また、本発明によれば、より壊れ易い構造体やより複雑な構造体、より微細な構造体を有するMEMS素子を実現することができると共に、その歩留まりを大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の実施の形態について、熱型赤外線固体撮像装置を例にとり、図面を参照しながら説明する。
[1] 熱型赤外線固体撮像装置の構造
先ず、本実施の形態に係る熱型赤外線固体撮像装置の構造について説明する。熱型赤外線固体撮像装置1は、被写体から放射された赤外線を不図示のレンズで集光、結像させて、熱検出部分に入射させる。図1は、本実施の形態に係る熱型赤外線固体撮像装置の構造について、特に熱検出部分を示す断面図である。図1に示されるように、熱型赤外線固体撮像装置1はシリコン基板101、支持脚103、メンブレン104、熱検出膜105、赤外線吸収膜106を備えている。
【0013】
熱型赤外線固体撮像装置1は、赤外線吸収膜106にて赤外線を吸収して熱に変換し、熱検出膜105にて熱量に応じた電気信号を生成する。メンブレン104上には熱検出膜105及び赤外線吸収膜106が順次積層されており、2本の支持脚103を介してシリコン基板101に支持されている。支持脚103は赤外線吸収膜106にて得た熱を逃さないように細長い形状となっている。メンブレン104とシリコン基板101との間は中空部分102となっている。
【0014】
メンブレン104は窒化シリコン(SiN)からなり、平面視30μm角の正方形状で厚さは200nmである。また、支持脚103もまた窒化シリコンからなっており、幅5μm、厚さ200nm、長さ30μmである。
[2] 熱型赤外線固体撮像装置の製造方法
次に、熱型赤外線固体撮像装置1の製造方法について説明する。図2は、熱型赤外線固体撮像装置1の製造工程を示す図である。なお、本発明は犠牲層をエッチングによって除去する工程をどの段階で行なうかに特徴を有しているので、メンブレン104や熱検出膜105、赤外線吸収膜106等を形成する工程については図示を省略した。
【0015】
さて、図2に示されるように、熱型赤外線固体撮像装置1のシリコン基板101上の中空部分102に当たる位置に犠牲層を形成する(S201)。犠牲層の材料としては、例えば、ポリシリコンやアモルファスシリコンといったシリコン材料やシリコン酸化物を用いれば良い。その後、メンブレン104等を形成する。
図3は、熱型赤外線固体撮像装置1を製造するための半導体プロセスを示す断面図である。メンブレン104等を形成する前に中空部分102に相当する位置に犠牲層301を形成した後(図3(a))、犠牲層301及び支持脚103上にメンブレン104、熱検出膜105、赤外線吸収膜106を順次形成する(図3(b))。
【0016】
次いで、ウエハ上のチップを切り分けるダイシングを行なう(S203)。この際に、パーティクル洗浄液を用いて下刷りかすやパーティクルを除去する。
そして、ダイスボンド工程にて個々のチップをリードフレーム上に固定する(S204)。このとき、ダイシングされたチップは真空ピンセットやロボットアームを用いてひとつずつリードフレーム上に移動され、固定される。真空ピンセットでチップを移動させるためには、真空ピンセットを接触させるための吸着面をチップの表面又は裏面に設ける必要があり、チップの小型化が難しい。
【0017】
これに対して、ロボットアームでチップを移動させる場合には、チップの両端を挟んで固定するため、チップに機械的な圧力が加わって熱検出部分の破損を招く。また、樹脂などを用いてチップをリードフレーム上に固定する際にも、チップに外力が加わって熱検出部分が破損し得る。
その後、ワイヤーボンド工程にてチップとリードフレームの端子とを金属線で結線し(S205)、犠牲層エッチング工程にて犠牲層をエッチングして除去する(S206)。図3(c)は、エッチングによって犠牲層を除去して得られた熱型赤外線固体撮像装置1を示す断面図である。
【0018】
犠牲層にシリコン材料を用いた場合はエッチングガスとして二フッ化キセノン(XeF)や三フッ化塩素(ClF)等のハロゲンフッ素化物が用いれば良い。また、シリコン酸化物を用いた場合にはフッ酸の蒸気やフッ酸とアルコール類の混合蒸気等を用いれば良い。
この他、等方性のドライエッチングができるのであれば、他の材料やエッチングガスを用いても良い。犠牲層を縦方向及び横方向から速くエッチングするためには等方性エッチングを行う必要がある。
【0019】
その後、例えば、モールド工程にてエポキシ系の熱硬化樹脂でチップを樹脂封止し、マーキング工程にて製品名を捺印し、リード加工工程にて最終リード形状を形成し、外装めっき工程にてリードに半田めっきを施してチップが完成する。
[3] 熱型赤外線固体撮像装置1の歩留まり
次に、熱型赤外線固体撮像装置1の歩留まりについて説明する。図4は、熱型赤外線固体撮像装置1の製造過程における配線工程直後の歩留まりを100%とした場合の本発明に係る後工程直後の歩留まりと従来技術に係る後工程直後の歩留まりとを示すグラフである。なお、ここで後工程とは、配線工程に続く各工程のことをいう。図4において、棒グラフ401は配線工程終了後の歩留まりを、棒グラフ402、403はダイシング後の歩留まりを、棒グラフ404、405はパッケージ後の歩留まりを、棒グラフ406、407はワイヤーボンド後の歩留まりをそれぞれ示している。歩留まりは何れも配線工程終了直後の良品数に対する良品数の割合である。
【0020】
さて、図4に示されるように、従来技術に係る熱型赤外線固体撮像装置では配線工程終了後に犠牲層を除去するので、続くダイシング工程で支持脚103、メンブレン104等が構成する断熱中空構造部分が外力を受けて破損する。ダイシングに用いる洗浄液が蒸発する際にスティッキング現象が発生するからであり、また、ダイシング自体によって半導体基板に機械的な衝撃が加わるからである。特に、支持脚103は機械的な強度が低く衝撃によって破損し易い。
【0021】
このため、ダイシング後の歩留まりは棒グラフ402に示されるように著しく低下する。ダイスボンド工程やワイヤーボンド工程においても、断熱中空構造部分は外力を受けて破損するので、棒グラフ404、406に示されるように組立工程が進むに連れて熱型赤外線固体撮像装置の歩留まりも低下し続ける。
一方、熱型赤外線固体撮像装置1ではワイヤーボンド工程の後に犠牲層を除去するので、ダイシング工程、ダイスボンド工程及びワイヤーボンド工程の何れにおいても断熱中空構造部分が破損され難い。このため、棒グラフ403、405及び407に示されるように、組立工程が進んでも歩留まりがあまり低下しない。
【0022】
[4] 変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
(1) 上記実施の形態においては、専らワイヤーボンド工程の後に犠牲層を除去する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
【0023】
すなわち、ダイスボンド工程の後に犠牲層を除去しても良いし、ダイシング工程の後でも良い。図5はダイシング工程後に犠牲層を除去した場合の歩留まりとダイスボンド工程後に犠牲層を除去した場合の歩留まりとを示すグラフである。図5において、棒グラフ501は配線工程終了後の歩留まりを、棒グラフ502はダイシング後の歩留まりを、棒グラフ503、504はパッケージ後の歩留まりを、棒グラフ505、506はワイヤーボンド後の歩留まりをそれぞれ示している。歩留まりは何れも配線工程終了直後の良品数に対する良品数の割合を示す。
【0024】
さて、図5に示されるように、何れの場合もダイシング工程前に犠牲層を除去しないので、ダイシング後の歩留まりが極めて高くなっている。
ダイシング工程の後、ダイスボンド工程の前に犠牲層を除去した場合にはダイスボンド工程で熱検出部分が破損するので、ダイスボンド後の歩留まりが低下する。また、ワイヤーボンド工程でも熱検出部分が破損するので、ワイヤーボンド後の歩留まりは更に低下する。しかしながら、ダイシング工程の前に犠牲層を除去する場合に比べれば歩留まりの低下は軽減される。
【0025】
一方、ダイスボンド工程の後、ワイヤーボンド工程の前に犠牲層を除去した場合には、ダイスボンド工程では熱検出部分が破損しないので、ダイスボンド後の歩留まりが極めて高くなっている。また、ワイヤーボンド工程では熱検出部分の破損がさほど著しくないため、ワイヤーボンド後の歩留まりも極端には低下しない。この結果、ダイシング工程やダイスボンド工程の前に犠牲層を除去する場合に比べて歩留まりが高くなる。
【0026】
(2) 上記実施の形態においては、断熱中空構造を有するMEMS素子である熱型赤外線固体撮像装置を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、この他にも犠牲層をエッチングすることによって得られるMEMS素子ならば、本発明を適用してその効果を得ることができる。
昨今のMEMS技術の進歩により半導体基板上に様々な構造体を形成することができるようになってきた。そのような構造体はシリコン基板上のみならず化合物半導体でも形成される。例えば、配線を宙に浮かせるエアブリッジ構造が挙げられる。
【0027】
構造体の大きさは数百nmから数十μmと様々なので、これを支持する支持脚にかかる負荷も様々だが、小型化の要請から支持脚も可能な限り小型化が求められるのが常である。このような要請についても、本発明を適用すれば、支持脚を破損から守ることができるので、強度の制約を緩和して支持脚を小型化することができると共に、より多様な構造体をMEMS素子に形成することができる。
【0028】
(3) 上記実施の形態においては、特に言及しなかったが、犠牲層にシリコン材料を用いた場合、ダイシング後に犠牲層をエッチングする際に、ダイシングによって露出したチップの側壁がエッチングガスによって侵食されるおそれがある。
特に、二フッ化キセノンや三フッ化塩素といったエッチングガスはシリコンに対するエッチングレートが極めて大きいので、チップの側壁をエッチングガスによる侵食から保護する必要がある。このためには、例えば、熱酸化によってチップの側壁に酸化膜を形成すれば良い。また、他の方法で酸化膜を形成しても良い。このようにすれば、更に歩留まりを向上させることができる。
【0029】
(4) 上記実施の形態においては、犠牲層301のうち支持脚103にて覆われておらず、露出している箇所からエッチングガスによってエッチングする場合について説明したが、一般には必ずしも犠牲層の一部が露出しているとは限らない。
このため、犠牲層をエッチングして除去するためエッチングガスを通気するための通気孔を一つ以上、予め形成しておけば、犠牲層をエッチングすることができる。通気孔の形成工程は半導体プロセスの一環として行なうのが適当であるので、ダイシング工程の前に行なうのが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【0030】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体装置の歩留まりを向上させる技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の実施の形態に係る熱型赤外線固体撮像装置について熱検出部分の構造を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る熱型赤外線固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図3】熱型赤外線固体撮像装置1を製造するための半導体プロセスを示す断面図である。
【図4】犠牲層エッチング工程を行なう時期と熱型赤外線固体撮像装置の歩留まりとの関係を示すグラフである。
【図5】犠牲層エッチング工程を行なう時期と熱型赤外線固体撮像装置の歩留まりとの関係を示すグラフである。
【図6】一般的な熱型赤外線固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【0032】
1………………………………………熱型赤外線固体撮像装置
101…………………………………シリコン基板
102…………………………………中空部分
103…………………………………支持脚
104…………………………………メンブレン
105…………………………………熱検出膜
106…………………………………赤外線吸収膜
401〜407、501〜506…棒グラフ




 

 


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