(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に回路素子が形成された薄型半導体装置の製造方法であって、
半導体基板中に、該半導体基板の不要部分を、半導体基板から半導体基板の所定深さの水平面に沿って分離する界面となる、半導体基板材料と熱膨張係数が異なる少なくとも一種の材料によって構成される分離層を形成する工程と、
分離層が形成された半導体基板上に回路素子を形成する工程と、
前記回路素子が形成された半導体基板の回路素子面側を真空吸着テーブルに吸着させ、前記半導体基板を２００〜５００℃に加熱することにより、半導体基板の不要部分を、前記分離層の界面に沿って、半導体基板の不要部分を分離する分離工程と、
前記分離工程後に、不要部分を分離して得られた半導体装置の回路形成面側とは反対側の面を粘着シートで固定し、粘着シートに固定された状態の半導体装置を、回路形成面側からダイシングして、チップ状に個片化する工程と
を有する薄型半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記分離層が、半導体基板中に、水素、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、及びキセノンからなる群から選ばれる少なくとも一種のイオンを注入するイオン注入法によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の薄型半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記分離された半導体基板の不要部分を、半導体装置の製造用材料として再利用することを特徴とする請求項１又は２に記載の薄型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、基板材料の再利用及び薄型化加工時間の大幅な削減ができ、しかも、薄型化した半導体装置が破壊してしまう問題を解決できる薄型半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報端末機器の薄型化、小型化、多機能化が急速に進む中、それらに搭載される半導体装置も同様に薄型化、高密度化が求められている。最近では、完成後の半導体装置は厚みが５０μｍ以下にまで薄研削されてチップ状に個片化される場合も多い。
しかしながら、半導体装置の研削前の厚みが７００μｍ以上であることを考えると、上記の方法では、薄研削工程において半導体装置の基板材料のほとんどを捨てることになり、コスト、加工時間、環境の点から効率的とはいえない。また、薄研削後の半導体装置は脆弱で外部からの衝撃に対して非常に弱いため、以後の工程において、薄型化された半導体装置が破壊してしまう場合があった。特に、半導体装置の大口径化に伴い、薄型半導体装置の脆弱性は重大な問題になっている。
【０００３】
本発明に関連して、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の製造において、イオン注入法により、半導体基板に水素原子を数ミクロンの深さに高濃度に導入し、さらに熱処理及び／又は外部衝撃を与えることで、半導体基板の水素イオン注入界面に沿って半導体基板を剥離する技術が知られている（特許文献１〜４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＵＳ２００２／００２３７２５Ａ１
【特許文献２】ＵＳ２００２／０１１５２６４Ａ１
【特許文献３】特開２００７−２５０５７６号公報
【特許文献４】特開２００８−２６３０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであって、基板材料の再利用及び薄型化加工時間の大幅な削減ができ、しかも、薄型化した半導体装置が破壊してしまう問題を解決できる薄型半導体装置の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】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、薄型半導体装置の製造方法において、回路パターン形成後に半導体基板裏面を薄研削する方法に代えて、予め基板内部に分離層を形成した半導体基板の回路面に表面保護シートを貼付して、回路面の保護及び基板の固定を行い、衝撃を与えることで、前記半導体基板を分離層界面に沿って分離することで薄型半導体装置を効率よく製造できることを見出した。そして、この方法によれば、表面保護シートが貼付された基板をそのままの状態でダイシングできるため、その後の工程において、半導体基板が破損してしまうことが防止でき、しかも、剥離した基板を半導体装置用基板として再利用できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
かくして本発明によれば、（１）〜（９）の薄型半導体装置の製造方法が提供される。
（１）半導体基板上に回路素子が形成された薄型半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板の不要部分を、該半導体基板から半導体基板の所定深さの水平面に沿って分離する分離工程を有する薄型半導体装置の製造方法。
（２）前記分離工程を、半導体基板上に回路素子を形成した後に行うことを特徴とする（１）に記載の薄型半導体装置の製造方法。
（３）前記分離工程前の半導体基板が、該半導体基板の不要部分を、半導体基板から半導体基板の所定深さの水平面に沿って分離する界面となる分離層を少なくとも一層有するものであることを特徴とする（１）または（２）に記載の薄型半導体装置の製造方法。
【０００８】
（４）前記分離層が、半導体基板材料と異なる少なくとも一種の材料によって構成されることを特徴とする（３）に記載の薄型半導体装置の製造方法。
（５）前記分離層が、イオン注入法によって形成されることを特徴とする（３）または（４）に記載の薄型半導体装置の製造方法。
（６）半導体装置が、粘着シートに固定された状態で分離されることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の薄型半導体装置の製造方法。
【０００９】
（７）前記分離工程後に、該半導体装置をチップ状に個片化する工程を有する（１）〜（６）のいずれかに記載の薄型半導体装置の製造方法。
（８）半導体装置が粘着シートに固定された状態でチップ状に個片化する工程を有する（７）に記載の薄型半導体装置の製造方法。
（９）前記分離された半導体基板の不要部分を、半導体装置の製造用材料として再利用することを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の薄型半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、薄型の半導体基板や大口径の半導体基板を加工する場合であっても、基板の損壊を軽減でき、しかも、半導体基板を薄型化する際に発生する剥離基板を、再度半導体基板として利用することができる薄型半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の薄型半導体装置の製造工程断面図である。
【図２】実施例１の薄型半導体装置の製造工程断面図である。
【図３】実施例２の薄型半導体装置の製造工程断面図である。
【図４】実施例２の薄型半導体装置の製造工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の薄型半導体装置の製造方法について詳細に説明する。
薄型半導体装置は、半導体基板と該半導体基板上に形成された回路素子とを有する。その厚みは、通常、０．５μｍ〜２００μｍの範囲である。
本発明は、このような薄型半導体装置を製造する方法に関する。
【００１３】
本発明の製造方法に用いる半導体基板は特に限定されない。例えば、単結晶シリコン基板、単結晶ＳｉＣ基板、単結晶ＧａＡｓ基板等が挙げられ、単結晶シリコン基板が好ましい。単結晶シリコン基板としては、未処理のシリコン基板であっても酸化処理が施されたシリコン基板であってもよい。また、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を有する基板であってもよい。
【００１４】
本発明の製造方法は、半導体基板の不要部分を、該半導体基板から半導体基板の所定深さの水平面に沿って分離する分離工程を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、作業効率の観点から、前記分離工程を半導体基板上に回路素子を形成した後に行うことが好ましい。
【００１６】
本発明においては、分離工程前の半導体基板が、該半導体基板の不要部分を、半導体基板から半導体基板の所定深さの水平面に沿って分離する界面となる分離層を少なくとも一層有するものであることが好ましい。ここで、「半導体基板の不要部分」とは、半導体基板の回路素子が形成されていない面側であって、半導体装置を薄型化するために分離する(剥離する)部分をいう。
【００１７】
分離層の形成は、半導体基板上に回路素子を形成する前であっても、回路素子を形成した後であってもよいが、回路素子に与えるダメージを少なくする観点から、分離層は、回路素子を形成する前に形成するのが好ましい。
【００１８】
前記分離層を構成する材料は基板材料と異種であればよいが、熱膨張係数が基板材料と異なる材料が好ましい。また熱を与えたときに、運動エネルギーが大きくなるような材料、すなわち質量数が比較的小さい材料であってもよい。
【００１９】
分離層を形成する方法としては、イオン注入法、熱拡散法等が挙げられる。
イオン注入法としては、（ｉ）Ｐａｕｌ  Ｋ．Ｃｈｕ、Ｃｈｕｎｇ  Ｃｈａｎ、Ｎａｔｈａｎ  Ｗ．Ｃｈｅｕｎｇ、名称“Ｒｅｃｅｎｔ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｐｌａｓｍａ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ”、ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ、１６５〜１７２頁、１９９６年６月、（ii）Ｐ．Ｋ．Ｃｈｕ、Ｓ．Ｑｉｎ、Ｃ．Ｃｈａｎ、Ｎ．Ｗ．Ｃｈｅｕｎｇ、Ｌ．Ａ．Ｌａｒｓｏｎ、名称“Ｐｌａｓｍａ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ”、（iii）ＭＡＴＥＲＩＡＬ  ＳＣＩＥＮＣＥ  ＡＮＤ  ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ  ＲＥＰＯＲＴＳ、Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｊｏｕｒｎａｌ、２０７〜２８０頁、Ｒ１７巻、Ｎｏ．６−７（１９９６年１１月３０日）等に記載されたプラズマイオン注入（“ＰＩＩＩ”）法；イオンシャワーを使用する方法；水素イオンビーム（原子力ｅｙｅ、Ｖｏｌ．４６（９）（２０００）ｐ６１−６５）を使用する方法；プラズマイオン注入法（特開２００６−７０２３８号公報等）；等が挙げられる。
いずれの方法も、所望の材料をイオン化し、外部電界により加速させて、半導体基板に注入することで目的の深さに所望の量を導入することができる点で好適である。
【００２０】
また、熱拡散法は予め半導体基板表面に所望の材料を製膜した後、基板を加熱することにより所望の材料を基板の内部へ拡散させて分離層を形成する方法である。例えば、半導体基板表面に、有機溶媒に溶かした半導体基板と熱拡散係数が異なる拡散源をスピンコート法などにより塗布する。その後、拡散源を塗布した半導体基板を約１０００℃の電気炉に投入することで、熱拡散法により半導体基板とは熱膨張係数が異なる材料を半導体装置内部に形成することができる。熱拡散法によれば、高価なイオン注入装置を必要とせず、コスト面で好適である。また、イオン注入法により所望の材料を半導体基板の極表面に導入後、熱拡散法により所望の材料を基板内部へ導入してもよい。
【００２１】
これらの中でも、分離層を半導体基板の所定位置(深さ)に所定量のイオンを簡便に導入できることから、イオン注入法が好ましい。
【００２２】
イオン注入法により注入されるイオンとしては、イオンであれば、特に制約はないが、粒子が横切る材料領域に実質上ダメージを与えることなく、基板材料を通って選択された深さまで容易に侵入することができることから、質量が小さいものが好ましい。例えば、ガスバリア性と透明性の点から、水素、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、及びキセノンからなる群から選ばれる少なくとも一種のイオンが好ましく、窒素、酸素、アルゴン又はヘリウムのイオンが特に好ましい。
【００２３】
イオン注入時のドーズ量は、通常、１×１０１５〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、好ましくは１×１０１６〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である。
注入エネルギーは、通常、１ｋｅＶ〜１ＭｅＶ、好ましくは１０〜２００ｋｅＶである。
【００２４】
分離層の基板表面からの深さ（イオン注入深さＬ）は、イオン注入時の加速電圧により制御することができ、どの程度の厚さの半導体装置を分離させるかに依存して決定することができる。例えば、イオン注入深さ（基板表面からの深さ）Ｌを０．５μｍ〜２００μｍ、電圧５０〜１００ｋｅＶ等とすることができる。
【００２５】
また、半導体基板中へのイオン注入プロセスにおいて注入イオンのチャネリング抑制のために、通常行われているように、半導体基板のイオン注入面に予め酸化膜等の絶縁膜を形成させておき、この絶縁膜を通してイオン注入を施すようにしてもよい。
【００２６】
半導体基板の不要部分は、半導体基板から半導体基板の所定深さの水平面に沿って分離することができる。半導体基板に分離層を形成した場合には、分離層を形成後、該半導体基板の不要部分を機械的、または熱的応力により分離層を界面として分離することができる。
【００２７】
分離する方法としては、特許文献１〜４等に記載された方法が挙げられる。
より具体的には、噴射ノズルを用いて、圧縮流体を半導体基板側面の分離層が形成された箇所に吹きつけながら、半導体基板の不要部分を剥離する方法等のごとく、機械的に半導体基板の不要部分を分離層から分離する方法；半導体基板に熱を加えることにより、半導体基板の不要部分を分離層から分離する方法；半導体基板の下面側から振動を加えることにより、半導体基板の不要部分を分離層から分離する方法；等が挙げられる。なかでも、機械的に半導体基板の不要部分を分離層から分離する方法、半導体基板に熱を加えることにより、半導体基板の不要部分を分離層から分離する方法が好ましい。
【００２８】
機械的に半導体基板の不要部分を分離層から分離する方法は、加熱の必要がなく、後述する粘着シートを使用する場合に好適である。
また、後者の熱を加える方法において、加熱温度は、分離層の熱膨張係数や質量数にもよるが、２００℃〜５００℃の範囲が好ましい。分離時の温度が５００℃よりも大きいと、分離後の分離面状態が粗くなり、２００℃よりも小さいと分離が不完全になる場合がある。
【００２９】
半導体基板の不要部分を分離した後の半導体基板の厚みは、通常、０．５μｍ〜２００μｍ、好ましくは１μｍ〜１００μｍ、特に好ましくは２μｍ〜５０μｍの範囲である。半導体基板の不要部分を分離した後の半導体基板の厚みは、イオン注入深さＬにより調整することができる。半導体基板の分離後の厚みが２００μｍよりも厚いと、分離層の形成に時間がかかり、また、０．５μｍよりも薄いと、半導体装置が脆弱になり壊れやすいため適当ではない。
また、半導体基板の不要部分を分離した後の半導体基板の厚みは、分離前の半導体基板の厚みにも依存する。すなわち、分離前の半導体基板の厚みから分離する半導体基板の厚みを引いたものになる。
【００３０】
半導体基板の不要部分を分離した後の半導体装置は薄く脆弱なため、単体で搬送するのは極めて困難である。そのため、半導体基板の不要部分を分離する前に予め粘着シートに固定してから分離するのが望ましい。
この方法によれば、後工程において、裏面側の基板を分離した後、そのままダイシング工程を実施することができる。
【００３１】
用いる粘着シートは特に制限されず、従来公知のものが使用できるが、後の工程で回路面から剥離する必要があるため、剥離可能な粘着シートの使用が好ましい。このような粘着シートとしては、弱粘着性シートやエネルギー線の照射により粘着力を低減または消失できるエネルギー線硬化型粘着シートが挙げられる。
【００３２】
また、本発明においては、分離前に予め真空吸着テーブルに半導体装置を固定してから半導体基板の不要部分を分離し、その後に粘着シートを半導体装置に貼付するようにしてもよい。
真空吸着テーブルに半導体装置を固定して分離する工程によれば、分離時に粘着シートを用いないため、加熱による分離を行なうことが可能である。
【００３３】
半導体基板の不要部分を分離した後に残った基板は、半導体装置用基板として再度利用することができる。一方、分離後の半導体装置は、分離面を機械的に研磨したり、プラズマや薬液によるエッチング処理、または金属等の所望の材料を物理的気相法や化学気相法により製膜したりしてもよい。
【００３４】
粘着シートに固定した薄型半導体装置は、ダイシング工程でチップ状に個片化される。
個片化の方法は特に限定されず、例えば、通常のブレードを用いて個片化する方法、レーザーや電離放射線により個片化する方法等が挙げられる。
【００３５】
また、本発明においては、半導体基板の不要部分を分離する前に、予め回路面にブレードやレーザー、又は電離放射線により切込みを入れた後に分離層から分離してもよい。その場合の切込み量（厚み）は、回路素子形成面表面から分離層が存在する深さまでの厚みか、またはそれ以上の厚みであることが望ましい。分離前に予め回路面に切込みを入れる方法では、分離と同時に半導体装置がチップ状に個片化され、飛散してしまうおそれがあるため、回路面に切り込みを入れた後、粘着シートを回路面に貼付してから分離することが好ましい。分離後に個片化された薄型半導体装置は粘着シートに固定されるため、薄型半導体装置の飛散を防止することができるからである。
【実施例】
【００３６】
次に、実施例により、本発明を更に詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板として厚さ７２５μｍの８インチの単結晶シリコン基板（１）に、イオン注入装置（ロック技研社製）を用いて、該基板の表面（回路素子形成予定面）から水素イオンをドーズ量が１×１０１６〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、イオン注入深さＬが、基板表面から５μｍになるように注入し、分離層（２）を形成した。
次いで、基板表面に回路素子（３）を形成後、図１（ｂ）に示すように、マウンター装置（リンテック社製、ＲＡＤ−２７００Ｆ／８）を用いて、半導体装置の側面から回路面側に粘着シート（リンテック社製、Ａｄｗｉｌｌ  Ｄ−６７８）（４ａ）を貼付し、リングフレーム（５ａ）で固定した。
【００３８】
その後、図１（ｃ）に示すように、該基板（１）の側面の分離層（２）が形成されている部分に、噴射ノズルを用いて高圧縮空気を噴射し、図１（ｄ）に示すように、半導体装置基板を、分離層（２）界面に沿って機械的に分離し、粘着シートに固定された薄型の半導体装置（１ａ）を作製した。このとき、分離した半導体基板（１ｂ）は、半導体装置用基板として再利用に供することができる。
【００３９】
その後、図２（ｅ）に示すように、上記で得た薄型の半導体装置（１ａ）の裏面側から、ＩＲカメラを搭載したダイシング装置（ディスコ社製、ＤＦＤ６３４０）を用いて、ＩＲ（赤外線）によりストリートラインを検出しながらダイシングし、１ｍｍ×１ｍｍのチップ状に個片化した薄型の半導体装置（１ａ’）を得た。
【００４０】
（実施例２）
実施例１と同様にして、図１（ａ）に示す製造中間体を得た。次に、基板表面に回路素子（３）を形成後、図３（ｆ）に示すように、半導体装置の回路素子（３）面側を真空吸着テーブル（６）に吸着させ、固定した。
次いで、図３（ｇ）、（ｈ）に示すように、実施例１と同様にして、半導体装置を、分離層（２）界面に沿って分離し、薄型の半導体装置（１ａ）を作製した。次に、図４（ｉ）に示すように、半導体装置（１ａ）の分離面に粘着シート（リンテック社製、Ａｄｗｉｌｌ  Ｄ−６７８）（４ｂ）を貼付し、リングフレーム（５ｂ）で固定し、真空吸着テーブル（６）を脱着させた。
その後、図４（ｊ）に示すように、薄型の半導体装置（１ａ）の表面側から、ダイシング装置（ディスコ社製、ＤＦＤ６３４０）を用いて、１ｍｍ×１ｍｍのチップ状に個片化して、薄型の半導体装置（１ａ’）を得た。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・単結晶シリコン基板（半導体基板）、１ａ・・・半導体装置、１ａ’・・・個片化した半導体装置、１ｂ・・・分離した半導体基板、２・・・分離層、３・・・回路素子、４ａ、４ｂ・・・粘着シート、５ａ、５ｂ・・・リングフレーム、６・・・真空吸着テーブル
【図１】
0005605790.tif 000002
【図２】
0005605790.tif 000003
【図３】
0005605790.tif 000004
【図４】
0005605790.tif 000005