(57)【要約】【課題】半導体装置の性能向上には半導体基板の薄板化が有効であり、半導体基板の表面に接着剤の層を介して補強部材を固定しておいて裏面を加工する手法が普及している。この場合、接着剤を除去する工程が必要となり、無駄が多い。【解決手段】接着剤の層を除去する際に、一部範囲では残留させ、残留部を保護膜等に利用する。接着剤の除去工程が保護膜の形成工程等の一部を兼用することから、保護膜の形成工程等の一部を省略することができ、無駄を減らせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に接着剤の層を介して補強部材を固定する固定工程と、
補強部材越しに接着剤の層にエネルギーを投入して接着剤を改質して接着力を低下させるエネルギー投入工程と、
補強部材を接着剤の層から剥離する剥離工程を備えており、
前記エネルギー投入工程において、半導体基板上の位置によって、投入エネルギー密度を増大して深く改質するか、投入エネルギー密度を低下して浅く改質するかを切り替えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１の製造方法において、
接着剤は有機材料を含んでおり、補強部材はレーザー光に対して透明であり、補強部材越しにレーザー光を照射するとレーザー光が補強部材を透過して接着剤の層を照射し、レーザー光に照射された接着剤が炭化して接着力を低下させるものであり、
前記剥離工程後に、浅く炭化した層の深さまで炭化した接着剤の層をエッチングする第１エッチング工程と、深く炭化した接着剤の残留範囲を保護マスクにして炭化していない接着剤をエッチングする第２エッチング工程を実施することを特徴とする請求項１の製造方法。
【請求項３】
第２エッチング工程後に、炭化した接着剤をエッチングする第３エッチング工程を実施することを特徴とする請求項２の製造方法。
【請求項４】
残留した接着剤が、半導体基板の表面を保護する保護膜と、位置決定用マークのいずれかであることを特徴とする請求項３の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、半導体装置の製造方法を開示する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の性能向上のためには半導体基板の薄板化が有効であり、半導体基板の表面に接着剤の層を介して補強部材を固定した状態で裏面を加工する技術が開発されている。半導体基板の表面に補強部材を固定しておくと、裏面の加工中に、半導体基板が割れたり撓んだり反ったりすることを防止できる。その技術が、特許文献１，２，３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５９１５５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８７４７９号公報
【特許文献３】特開２００９−０３３１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体基板の表面に補強部材を固定した状態で裏面を加工する技術では、裏面の加工後に、半導体基板の表面から接着剤の層を除去する工程が必要となり、工程数が増大する。本明細書では、接着剤の除去工程が除去工程だけに終わらず、他の工程と兼用することによって工程の無駄を排除する技術を説明する。
特許文献３では、補強部材を貼付するための粘着剤層の一部を硬化させてエッチングマスクに利用する。しかしながら、粘着剤層を硬化させる工程は、粘着剤層の除去工程と兼用しておらず、やはり工程数の増大を招いている。
本明細書では、接着剤を除去するのに必要な工程が他の工程をも兼用しており、それによって工程数の無駄を排除する技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書では、接着剤の層の除去にあたって、除去が必要な範囲では除去し、除去が不要な範囲では接着剤の層を残し、残した接着剤の層で半導体装置に必要な部材を確保する技術を開示する。その技術によると、接着剤の層の一部を除去して一部を残留させることによって半導体装置に必要な部材を形成することから、必要な部材の形成工程の一部を省略することができる。
【０００６】
本明細書で開示する製造方法は、半導体基板の表面に接着剤の層を介して補強部材を固定する工程と、補強部材越しに接着剤の層にエネルギーを投入して接着剤を改質して接着力を低下させる工程と、補強部材を接着剤の層から剥離する工程を備えている。
本明細書で開示する製造方法は、エネルギー投入工程において、半導体基板上の位置によって、投入エネルギー密度を増大して深く改質するか、投入エネルギー密度を低下して浅く改質するかを切り替えることを特徴とする。
【０００７】
接着剤の層に固定しておいた補強部材を剥離するためには、何らかのエネルギーを接着剤に投入し、接着剤を改質し、接着力を弱める必要がある。上記の製造方法では、そのために、補強部材越しにエネルギーを投入する。例えば、レーザー光によってエネルギーを投入する。レーザー光に対して透明な補強部材を選択することで、補強部材越しに接着剤にエネルギーを投入することができる。接着力が低下すれば、補強部材を接着剤の層から剥離することができる。
【０００８】
上記の製造方法では、エネルギー投入工程を接着力の低下に用いるだけでなく、接着剤の層を残す範囲と除去する範囲に区別するパターニング工程と兼用する。例えば、半導体基板の表面に接着剤の層を残留させる範囲では、投入エネルギー密度を増大させて接着剤を深く改質する。逆に、半導体基板の表面から接着剤の層を除去する範囲では、投入エネルギー密度を低下して接着剤を浅く改質する。改質された接着剤と未改質の接着剤では、薬品等に対する耐性が相違し、一方を除去して他方を除去しない処理（以下では、選択的除去処理という）が可能となる。改質層の深さがパターニングされていると、選択的除去処理と組み合わせることによって、パターンに従って、接着剤の層を残留させる範囲と、除去する範囲を境界づけることができる。すなわち、接着力を低下させるエネルギー投入工程を、接着剤の層の一部を除去して一部を残留させるために必要なパターンニング処理と兼用することができる。選択的除去処理には、様々な方法を採用することができる。選択的除去処理の方法によっては、半導体基板の表面に接着剤の層を残留させる範囲では、投入エネルギー密度を低下して接着剤を浅く改質し、半導体基板の表面から接着剤の層を除去する範囲では、投入エネルギー密度を増大させて接着剤を深く改質することもある。
【０００９】
本明細書で説明する製造方法の一つの態様では、有機材料を含む接着剤を用い、レーザー光に対して透明な補強部材を使用し、透明な補強部材越しにレーザー光を照射する。するとレーザー光が補強部材を透過して接着剤の層を照射し、接着材にエネルギーを投入することができる。レーザー光に照射された接着剤は改質（炭化）し、接着力が低下する。接着力が低下することから、接着剤の層から補強部材を剥離することが可能となる。補強部材を剥離するためには、接着剤の層の厚みの全部を改質する必要はなく、補強部材と接する浅い部分さえ改質されていればよい。従って、投入エネルギー密度を増大して深く改質する範囲と、投入エネルギー密度を低下して浅く改質する範囲をパターニングすることができる。
【００１０】
上記の条件が成立している場合には、補強部材を剥離した後に、浅く炭化した層の深さまで、炭化した接着剤の層をエッチングする工程を実施する。すると、浅く炭化した範囲では、炭化前の接着剤が露出する一方において、深く炭化した範囲では、炭化した接着剤が炭化前の接着剤を覆っている状態が得られる。その状態で、炭化前の接着剤をエッチングすると、炭化前の接着剤が露出していた範囲では炭化前の接着剤が除去され、炭化後の接着剤が炭化前の接着剤を覆っていた範囲では、炭化後の接着剤がエッチングに対する保護マスクとなって炭化前の接着剤が残留する結果が得られる。
上記のようにして、深く炭化する範囲と浅く炭化する範囲をパターニングすることによって、接着剤の層の残留範囲と除去範囲を規制することが可能となる。
【００１１】
深く炭化した接着剤を保護マスクにして炭化前の接着剤をエッチングした後に、深く炭化した接着剤をエッチングする処理をしてもよい。これによって、残留した接着剤（炭化前の接着剤）の表面を露出することが可能となる。炭化した接着剤を除去することができる。
【００１２】
残留した接着剤の層を、半導体基板の表面を保護する保護膜に利用することができる。半導体基板の表面を保護する保護膜となる組成物は、接着剤にもなりえる。保護膜となる組成物を接着剤に利用すれば、残留した接着剤の層を保護膜にすることができる。あるいは、残留した接着剤の層を、位置決定用マーク（いわゆるアライメントマーク）に利用することもできる。前者によれば、接着剤の除去工程が保護膜形成工程の一部を兼用し、後者によれば、接着剤の除去工程がアライメントマーク形成工程の一部を兼用することになる。なおここでいうアライメントマークは、ウェハの位置決め用マークまたはチップの位置決め用マークのいずれであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】表面加工が終了した半導体基板の表面に硬化前の接着材を塗布する段階を示す。
【図２】表面加工が終了した半導体基板の表面に硬化前の接着材を塗布した段階を示す。
【図３】半導体基板の表面に硬化前の接着材を介して補強部材を置いた段階を示す。
【図４】加熱して接着材を硬化する段階を示す。
【図５】半導体基板の表裏を反転し、裏面を研磨して薄板化している段階を示す。
【図６】半導体基板の裏面にイオンを注入している段階を示す。
【図７】半導体基板の裏面に裏面電極を形成している段階を示す。
【図８】補強部材越しにエネルギ−を投入して接着剤の層の浅い部分を改質している段階を示す。具体的には、透明な支持基板越しにレーザー光を照射して接着剤の層の浅い部分を炭化している段階を示す。
【図９】半導体基板上の特定の位置におけるレーザー光の照射時間を長くして、特定位置における炭化層の厚みを厚くした状態を示す。
【図１０】補強部材を剥離する段階を示す。
【図１１】炭化した接着剤の層を、浅く炭化した深さまでエッチングした段階を示す。
【図１２】深く炭化した接着剤を保護マスクにして炭化前の接着剤をエッチングした段階を示す。
【図１３】炭化した接着剤の層を再度エッチングした段階を示す。
【図１４】第２実施例の図９の段階に対応する段階を示す。厚く炭化する範囲と浅く炭化する範囲が、図９から反転している。
【図１５】炭化した接着剤の層をエッチングした段階を示す。図１３と同じ構造が得られる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に説明する実施例の特徴を整理しておく。
（特徴１）補強部材は支持基板であり、予め接着剤の層の接着力を低下しておいてから剥離する必要がある。
（特徴２）半導体基板の表面に表面電極が形成されており、その表面電極以外の部分に保護膜を形成する。硬化した接着剤の層を部分的に残留することで、保護膜とする。
（特徴３）保護膜から露出させる必要がある表面電極の形成範囲では接着剤の層をエッチングし、保護膜で覆う必要のある範囲では接着剤の層をエッチングしない結果を得るために、後者の範囲では接着剤の層の表面に深く炭化した接着剤の層を形成し、その炭化層をエッチングから守るマスクとする。
【実施例】
【００１５】
図１から図１３を参照して、実施例を説明する。
図１は、半導体基板１の表面１ａに硬化前の接着材２ａを塗布している段階を示す。その工程に先立って、半導体基板１の表面１ａにする加工は終了している。例えば、半導体基板１に作りこまれている半導体素子が縦型のＩＧＢＴであれば、ドリフト領域の表面側にボディ領域が形成されており、表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達するトレンチが形成され、トレンチの壁面に絶縁膜が形成されており、その内側にゲート領域が充填されており、半導体基板の表面に露出しているとともに絶縁膜を介してゲート領域に対向する範囲にエミッタ領域が形成されている。さらに半導体基板の表面には、ゲート領域に導通するゲート配線と、ゲート配線に導通するゲート電極と、エミッタ領域に接するエミッタ電極と、エミッタ電極をゲート領域とゲート配線とゲート電極等から絶縁する層間絶縁膜等が形成されている。
【００１６】
完成した半導体装置では、半導体基板１の表面１ａに保護膜を形成して表面１ａを覆っておく必要がある。また、保護膜から、エミッタ電極とゲート電極が露出している必要がある。図１の段階では、その保護膜がまだ形成されていない。また、図１に示す半導体基板１には、引き続いて裏面から加工して、バッファ領域、コレクタ領域、コレクタ電極等を形成する必要がある。
図１において、参照番号３は表面電極（エミッタ電極とゲート電極）であって、後で形成する保護膜から露出する必要のある電極を示している。硬化前の接着剤２ａは、半導体基板１の表面１ａの全域にスピンコートする。
硬化前の接着剤２ａの厚みは「後で形成する保護膜の厚み＋後で形成する厚い炭化層の厚み」に調整しておく。
【００１７】
図２は、半導体基板の表面１ａに硬化前の接着材２ａを塗布した段階を示す。
図３は、半導体基板の表面１ａに、硬化前の接着材２ａの層を介して、補強部材４を置いた段階を示す。本実施例では、補強部材４に、レーザー光に対して透明で、剛性が高い（裏面加工の際に撓まない剛性を持っている）支持基板を用いた。
図４は、図３の状態の積層体に熱を加え、接着剤２ａを硬化させる段階を示している。本実施例では、接着剤２にポリイミド樹脂を用いた。ポリイミド樹脂は加熱すると硬化する性質を備えており、硬化したポリイミド樹脂は保護膜に必要な特性を備えている。ポリイミド樹脂に限られず、硬化した状態で補強部材４を固定でき、保護膜として利用でき、補強部材４越しにエネルギ−を投入すると接着力が低下する特性のものであれば、接着剤に利用できる。接着剤の硬化方法は加熱に限られず、紫外線照射や電子線照射などであってもよい。接着力の低下方法はレーザー光照射に限られず、他の電磁波照射や粒子線照射などであってもよい。
【００１８】
図５は、半導体基板１の表裏を反転し、裏面１ｂを研磨して半導体基板１を薄板化している段階を示す。参照番号１ｃは、研磨後の裏面を示している。研磨には、砥石５を用いた。
図６は、薄板化した半導体基板１の裏面１ｃにイオン８を注入している段階を示す。注入エネルギーと注入するイオンの種類を変えながらイオン８を注入することによって、バッファ領域とコレクタ領域が形成される。
図７は、スパッタ装置１０から金属粒子９をスパッタすることによって、半導体基板１の裏面１ｃ上に裏面電極６を形成している段階を示す。図７の段階で、半導体基板１の裏面１ｃから実施する加工が完了する。
【００１９】
図８は、半導体基板１の表裏を再び反転し、補強部材４（実施例では透明な支持基板）越しにエネルギ−を投入し、接着剤２ｂの層の浅い部分２ｃを改質し、浅い部分２ｃの接着力を低下させている段階を示している。具体的には、透明な支持基板４越しにレーザー光１３を照射して接着剤２ｂの層の浅い部分２ｃを炭化している段階を示す。接着剤２ｂは炭化すると接着力が低下する。後で補強部材４を剥離することから、それに先立って接着剤２ｂの接着力を低下させておく必要がある。そのために、レーザー光１３は、矢印１４に示すように、半導体基板１の裏面１ｃの全域を照射するように走査する。この段階では、接着剤２ｂの厚みの全部の接着力を低下させる必要はない。補強部材４に接する浅い部分２ｃでの接着力が低下すれば補強部材４を剥離することができる。参照番号２ｃは、接着剤２ｂの層の浅い部分であり、改質層であり、炭化層でもある。改質層２ｃの深部には、未改質（改質前）の接着剤２ｅが残留している。
【００２０】
図９は、後で保護膜として残留させる範囲だけ、さらにレーザー光を照射して深く炭化させる段階を示している。本実施例では、隣接する表面電極３の間には、保護膜を形成する必要があることから、隣接する表面電極３の間にはレーザー光をさらに照射する。
【００２１】
図８と図９の結果、隣接する表面電極３の間では、投入したエネルギー密度（単位面積当たりのエネルギー量）が高く、深く炭化する。表面電極３の上部では、投入したエネルギー密度が低く、浅く炭化する。図９では、深い炭化層を参照番号２ｄで示し、浅い炭化層を２ｃで示している。炭化層２ｃ、２ｄの深部には、未改質の接着剤２ｅが残留している。
【００２２】
図８と図９では、接着剤２ｂの表面の全域を一様に照射して全域に亘って浅い炭化層２ｃを形成し、ついで局所的にレーザー光を再度照射して局所的に厚い炭化層２ｄを形成する。これに代えて、レーザー光の走査速度を変え、厚く炭化する範囲では遅い速度で走査し、浅く炭化する範囲では速い速度で走査してもよい。低速で走査すれば、単位面積当たりの照射量が増加して厚く炭化し、高速で走査すれば、単位面積当たりの照射量が減少して薄く炭化する。一度の走査で、浅く改質した部分２ｃと深く改質した部分２ｄを作り分けることができる。
【００２３】
図１０は、治具１１を利用して、接着剤２ｂの表面から補強部材４を剥離する段階を示している。図８の段階で、接着剤２の表面近傍の層２ｃでは接着力が低下しているので、補強部材４を接着剤の層２ｂ（２ｃ，２ｄ，２ｅ）から剥離することができる。剥離後も接着剤の層は半導体基板１の表面１ａに接着した状態を維持する。
【００２４】
接着剤２の表面から補強部材４を剥離した後に、接着剤２ｂの表面をエッチングする。その際に、レーザー光で改質された（すなわち炭化された）接着剤２ｃ、２ｄをエッチングし、改質されていない（すなわち炭化していない）接着剤２ｅはエッチングしないエッチャントを利用してエッチングする。例えば、硫酸と過酸化水素の混合液は、炭化された接着剤をエッチングし、炭化されていない接着剤はほとんどエッチングしない。接着剤２ｂに対する１回目のエッチングでは、浅く改質された層２ｃが除去されるまでエッチングする。その状態が図１１に示されており、浅く改質された層２ｃは除去されている。ただし、深く改質された層２ｄは残留しており、未改質の接着剤２ｅも残留している。未改質の接着剤２ｅは、表面に露出している範囲２ｇと、深く改質された層２ｄに覆われた範囲２ｆを備えている。
【００２５】
次に、接着剤２ｂに対する２回目のエッチングを実施する。その際には、レーザー光で炭化された接着剤２ｄはエッチングせず、炭化されていない接着剤２ｅ（２ｆ、２ｇ）はエッチングするエッチャントを利用してエッチングする。すると、表面に未改質の接着剤２ｅが露出していた範囲では、未改質の接着剤２ｇがエッチングされ、表面電極３が露出する。表面電極３の上方には、深い改質層２ｄを形成せず、浅い改質層２ｃを形成しておいたからである。一方、表面が炭化した接着剤２ｄで覆われている範囲２ｆでは、炭化した接着剤２ｄがエッチングに対する保護マスクとなり、エッチングが進行しない。炭化した接着剤２ｄが残留していた範囲では、未炭化の接着剤２ｆがエッチングされないで残留する。その状態が、図１２に図示されている。
【００２６】
次に、接着剤２ｂに対する３回目のエッチングを実施する。その際には、レーザー光で炭化された接着剤２ｄはエッチングし、炭化されていない接着剤２ｆはエッチングしないエッチャントを利用してエッチングする。その結果、未炭化の接着剤２ｆの上部を覆っていた炭化した接着剤２ｄが除去される。その状態が、図１３に示されている。
図１３の状態では明らかに、半導体基板１の表面１ａが、未炭化の接着剤２ｆで覆われている。その未炭化の接着剤２ｆには孔が開けられており、その孔の底に表面電極３が露出している。未炭化の接着剤２ｆの層は、表面電極１３を露出させ、その他の領域を覆っており、保護膜に必要とされる形状をしている。未炭化の接着剤２ｆには、保護膜に適した材質が選択されている。すなわち、図１３の段階は、半導体基板１の表面１ａに保護膜２ｆを形成した段階に等しい。
【００２７】
上記実施例では、接着剤２ｂの層を除去する段階において、除去する必要がある部分では除去し、残留する必要がある部分では残留する工程を採用したことから、保護膜２ｆを形成する工程と兼用することができている。接着剤を除去してから保護膜を形成する方法に比して、必要な工程数が減少している。
【００２８】
（変形例）
図１０の工程の後、炭化した接着剤２ｃ、２ｄと未炭化の接着剤２ｅの双方をエッチングするとともに、前者２ｃ，２ｄのエッチング速度よりも後者２ｅのエッチング速度が大きいエッチャントを利用してエッチングしてもよい。すると、下記が生じる。
（１）浅く改質された接着剤２ｃの層がエッチングされ、浅く改質された接着剤２ｃの下方に未炭化の接着剤２ｇが存在していた範囲では、未炭化の接着剤２ｇが露出する（第１エッチングと同じ）。
（２）引き続き、深く改質された接着剤２ｄと未炭化の接着剤２ｇに対するエッチングが進行する。後者２ｇのエッチング速度が速いので、深い改質層２ｄの形成範囲外では未炭化の接着剤２ｇが深くえぐられ、表面電極３が露出する。なお表面電極３はエッチングされない。
（３）前記（２）の間、ならびに、表面電極３が露出した後も、深く改質された接着剤２ｄへのエッチングは進行する。深く改質された接着剤２ｄの層が除去されるまで、エッチングを続行する。深く改質された接着剤２ｄの層が除去された段階でエッチングを終了すると、図１３の状態が得られる。
【００２９】
（第２実施例）
図１４に示すように、保護膜から露出させる必要がある表面電極３の上部では、投入エネルギー密度を上昇させ、表面電極３に達するまで接着剤２ｂを炭化してもよい。図１４では、表面電極３に達するまで深く改質された範囲を参照番号２ｈで示している。それとは別に、接着剤２ｂの表面は一様に浅く改質しておく。図１４では、浅く改質された範囲を参照番号２ｃで示している。以上によると、保護膜として残留させたい範囲に、未改質の接着剤２ｊが残る。その状態で、改質された接着剤２ｃ、２ｈはエッチングし、改質されていない接着剤２ｈ（すなわち未炭化の接着剤）はエッチングしないエッチャントを利用してエッチングする。すると、図１３に示した構造が得られる。
【００３０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３１】
１：半導体基板
１ａ：表面
１ｂ：研磨前の裏面
１ｃ：研磨後の裏面
２：接着剤
２ａ：硬化前
２ｂ：硬化後
２ｃ：浅い改質範囲
２ｄ：深い改質範囲
２ｅ：未改質範囲
２ｆ：深い改質範囲に覆われた未改質範囲
２ｇ：表面が露出する未改質範囲
３：表面電極
４：補強部材
６：裏面電極
８：イオン
９：金属粒子
１０：スパッタ装置
１２：スピンコート装置
１３：レーザー光
１４：レーザー光の走査
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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