(57)【要約】【課題】曲げ性の優れた支持基板を用いることができる半導体装置を製造する方法を提供すること。【解決手段】半導体基板上に多孔質層を形成し、この多孔質層上に半導体素子を形成する。この半導体素子上に支持基板を貼り付けた後、多孔質層を高圧流体の噴射によって物理的に破断することで、支持基板を貼り付けた半導体素子を半導体基板から分離する。【選択図】　　図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に多孔質層を形成し、この多孔質層上に半導体素子を形成し、この半導体素子上に支持基板を貼り付けた後、
前記多孔質層を高圧流体の噴射によって物理的に破断することで、支持基板を貼り付けた半導体素子を半導体基板から分離することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
支持基板がフレキシブル基板である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体基板がシリコン基板であり、多孔質層が多孔質シリコン層である請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
高圧流体は、高圧液体、あるいは高圧微粒子混合液体、または高圧微粒子混合気体である請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
支持基板を貼り付けた半導体素子を半導体基板から分離する際に、高圧流体を噴射する噴射ノズルを、噴射方向に対して略直角方向に、かつ多孔質層と平行に往復移動させる請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
支持基板を貼り付けた半導体素子を半導体基板から分離する際に、半導体基板を、その平面と直交する軸心の廻りに回転させる請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法、詳しくは半導体基板上に形成した半導体素子を効率よく支持基板へ移設して半導体装置を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
半導体装置の実装技術として、高密度実装技術の提案、開発が多方面で報告されている。こうした中、近年、シートコンピュータ等への応用としてフレキシブルパッケージ実装が、また携帯システムＬＳＩとしてウエアラブルパッケージ実装が提案されている。近年、特開平８−２１３６４５号公報や特開２００１−７３６２号公報に開示された技術では、チップ薄膜化のための技術として、シリコン基板上に多孔質シリコンを使用し、多孔質シリコン上にシリコン層を形成し、シリコン基板を支持基板に貼りあわせた後、支持基板に一方向の力を加えることにより多孔質シリコンとシリコン層の界面で破断し、半導体基板を剥がし取る技術が開示されている。
【０００３】
上記特開平８−２１３６４５号公報では、図９（ａ）に示すように、シリコン基板５１上に多孔質シリコン層５２を陽極化成により成膜し、この多孔質シリコン層５２上にシリコンをエピタキシャル成長させ、そこに太陽電池を形成している。その後、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板５１上に堆積した多孔質シリコン層５２を有する基板を酸化し、多孔質シリコン層５２とＰ＋エピタキシャルシリコン層５３の界面に多孔質シリコンの増速酸化膜を形成させた後、同図（ｃ）に示すように、この酸化膜を除去し、この際に残存する界面での跳ね上がり部５８を、基板分割の際の分割誘起部として利用する。その後、同図（ｄ）に示すように、支持基板６０、６２でシリコン基板５１の上下を接着剤５９、６１を介して固定する。その後、支持基板６０、６２に外力（矢印Ｐ）を加え、跳ね上がり部５８に分割の応力を集中させ、同図（ｅ）に示すように、多孔質シリコン層５２の内部や、多孔質シリコン層５２とＰ＋エピシリコン層５３の界面で破断させ、太陽電池をシリコン基板５１から切り離す。
【０００４】
一方、上記特開２００１−７３６２号公報に開示された技術では、図１０（ａ）に示すように、上述と同様にシリコン基板１０１上に高濃度拡散層１０２を形成した後、同図（ｂ）多孔質シリコン層１０３を陽極化成して堆積させ、同図（ｃ）に示すように、堆積した多孔質シリコン層１０３上に液層法を用いてシリコンをエピタキシャル成長させる。その後、成長させたシリコン層１０４に対し、同図（ｄ）に示すように、多孔質シリコン層１０３まで達するように一部シリコン層をマスクを用いてエッチングし、シリコン層１０４上に太陽電池を形成する。そして、シリコン基板１０１下面を真空チャックで固定すると共に、同図（ｅ）に示すように、表面側に接着樹脂１０５を介して支持基板１０６に貼り合せる。その後、同図（ｆ）、（ｇ）に示すように、支持基板１０６に一方向の外力を加えて、脆弱な多孔質シリコン層１０３を破断させて、太陽電池をシリコン基板１０１から切り離す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先行技術（特開平８−２１３６４５号公報および特開２００１−７３６２号公報）では、支持基板に一方向の外力を加えて多孔質シリコンとシリコン界面を機械的に破断するため、使用する支持基板には外力に耐えうる強度が要求される。すなわち、これらの先行技術では、支持基板に上記一方向に加えられた外力に耐えうる強度が要求されるので、使用可能な支持基板が限定されるという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かくして本発明によれば、半導体基板上に多孔質層を形成し、この多孔質層上に半導体素子を形成し、この半導体素子上に支持基板を貼り付けた後、前記多孔質層を高圧流体の噴射によって物理的に破断することで、支持基板を貼り付けた半導体素子を半導体基板から分離することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００７】
つまり、脆弱な多孔質層を破断させる手段として高圧流体の噴射を採用するため、半導体素子を半導体基板から分離させる方向の外力を支持基板に加えることがなく、支持基板は上記外力に耐えうる強度が要求されない。したがって、本発明では、半導体素子に貼り付ける支持基板として、フレキシブル性能の優れたフレキシブル基板を使用することが可能となり、半導体基板上に形成した半導体素子（半導体チップ）を効率よくフレキシブル基板に移設することができ、曲げ性自由度の大きいフレキシブルパッケージ半導体装置を提供することができる。また、従来ではフレキシブル基板を用いた場合には、半導体素子を半導体基板から分離する方向の外力をフレキシブル基板に加えると、外力が一方向に安定しないためチップ割れや、半導体チップからフレキシブル基板が剥離するといった問題を生じるが、本発明ではこのような問題が解決され、半導体チップをフレキシブル基板へ移設する工程の歩留まり向上および半導体装置の信頼性向上が図られる。
【０００８】
本発明において、半導体基板は、主としてシリコン基板が使用されるが、これ以外にもシリコンゲルマニウム基板、ガリウム砒素基板等の化合物半導体基板を使用することができる。
【０００９】
本発明において、多孔質層は、公知の陽極化成法を利用して基板の表面層を変成することにより形成することができる。具体的には、半導体基板にシリコン基板を用いた場合、ＨＦのような酸を用いて、所定の密度の電流を所定時間印加することで、多孔質シリコン層をシリコン基板に形成することができる（特開平６−２６７９３１号公報）。
本発明において、効果的に多孔質層の破断作用を進行させるためには、多孔質層厚は厚いほど、また多孔度（Ｐｏｒｏｓｉｔｙ）は大きいほど多孔質層の強度が低下し有利になる。ここで、基板がシリコン基板であり、多孔質層が多孔質シリコン層である場合に、多孔質シリコン層上にエピタキシャルシリコン層を形成し、その上に半導体素子を形成する際には、多孔質シリコン層の強度低下はエピタキシャルシリコン層／多孔質シリコン層界面での剥離を発生する等により不利になる。このため、多孔質層厚および多孔度は、適正範囲の値を採用する必要があり、多孔質層厚としては、１μｍ〜１００μｍ程度が好ましく、多孔度としては、１０％〜５０％程度が好ましい。
【００１０】
本発明において、多孔質層上に形成される半導体素子としては、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、キャパシタ、配線、抵抗等が挙げられ、これらは公知技術により形成することができる。その一例として、ＭＯＳトランジスタの形成工程については、後述の実施の形態で説明する。
【００１１】
本発明において、支持基板としては、特に限定はされないが、例えば、硬質プラスチック材料、軟質プラスチック材料、ガラス質材料、金属酸化物セラミック質材料、有機ゴム材料、無機ゴム材料等から形成された支持基板を使用することができ、フレキシブル性を有するフレキシブル基板を使用してもよい。フレキシブル基板の代表的なものとしては、ラミネートや有機ポリマーフィルム等の軟質プラスチック材料から形成されたものを挙げることができる。
本発明において、支持基板を半導体素子に貼り付ける方法としては、主として接着材料による接合によって行われ、この接着材料としては、低応力の熱硬化性樹脂や、あるいはシアノアクリレート材を主成分とする接着材料の適用が最適である。
【００１２】
本発明において、高圧流体としては、水、酸（ＨＦ）含有水等の高圧液体、または水、酸（ＨＦ）含有水等の液体に氷、シリコン、ダイヤモンド等の微粒子スラリーを混在させた高圧微粒子混在液体、または空気、窒素ガスなどのガスにシリコン、ダイヤモンド等の微粒子を分散させた高圧微粒子混合気体を、多孔質層の物理的破断に効果的に使用することができる。多孔質層を破断する高圧流体の圧力としては、１００ｋｇ／ｃｍ２〜３０００ｋｇ／ｃｍ２が好ましい。また、微粒子の粒子径としては、５０μｍ〜１００μｍ程度が好ましい。
【００１３】
また、高圧流体を噴射する装置としては、公知のウォータージェット切断装置などを使用することができ、その噴射ノズルの口径としては、０．１ｍｍ〜１ｍｍが好ましい。また、高圧流体を噴射する際に、噴射ノズルを噴射方向に対して略直角方向に、かつ多孔質層と平行に往復移動させるようにしてもよく、それによって多孔質層の破断効率を上げることができる。また、多孔質層の破断効率を上げる方法としては、基板をその平面と直交する軸心の廻りに回転させることでも可能である。この場合、回転可能な支持台等に基板が設置される。あるいは、噴射ノズルを往復移動させるのと同時に、基板を回転させれば、より多孔質層の破断効率を上げることができる。また、高圧流体による多孔質層の破断時には、例えば、支持基板の上面を真空チャック等により固定し、多孔質層の破断進行に伴う上層の半導体チップの下がりを防止するとともに、多孔質層の破断完了後の半導体チップの取上げを行うようにすることができる。
【００１４】
【実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１〜図８を参照しながら詳説する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。
図１は本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図であって、半導体基板上に多孔質層を形成した状態を示し、図２は同実施の形態における単結晶シリコン層の形成状態を示す断面図であり、図３は同実施の形態におけるエピタキシャルシリコン層の形成状態を示す断面図であり、図４は同実施の形態におけるＭＯＳトランジスタの形成状態を示す断面図であり、図５は同実施の形態における金属ボールの形成状態を示す断面図であり、図６は同実施の形態におけるフレキシブル基板の貼付け状態を示す断面図であり、図７は同実施の形態における半導体チップの切離し状態を示す断面図であり、図８は半導体装置の製造方法の全体的な概略説明図である。
【００１５】
実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、まず、図１と図８（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面に、公知の陽極化成技術で多孔質シリコン層２を形成する。例えば、厚み７５０μｍのシリコン基板１を用意し、弗化水素酸（ＨＦ）：純水（Ｈ２Ｏ）：エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）を、１：１：１で調整した化成溶液を用いて、電流密度を３０ｍＡ／ｃｍ２で数十分間処理した場合、膜厚２０〜５０μｍ、多孔度３０〜５０％の多孔質シリコン層２が得られる。
【００１６】
次に、図２に示すように、多孔質シリコン層２が堆積したシリコン基板１を１０００℃の水素雰囲気で１時間処理することにより、多孔質シリコン層２表面のシリコン原子をマイグレーションさせて、表面に局在する孔を埋め、多孔質シリコン層２の表面の一部を単結晶シリコン層３に変換する。変換生成した単結晶シリコン層３の膜厚は、多孔質シリコン層２の膜厚や多孔度によって異なるが、概して数μｍ程度である。
【００１７】
続いて、図３に示すように、６００〜１１００℃で通常用いられるＣＶＤ法を利用し、単結晶シリコン層３上にエピタキシャルシリコン層４をエピタキシャル成長させる。このエピタキシャルシリコン層４の厚さは、デバイス特性上の制約から決定されるが、ＣＭＯＳプロセスでは概ね数μｍ程度で十分である。なお、このエピタキシャルさせたシリコン層の厚みが過多になると、パッケージのフレキシブル性が逆に低下する危惧が挙げられる。
【００１８】
こうして作製した多孔質シリコン層２を内在するシリコン基板１を使用し、一般的なＣＭＯＳプロセスを用いて、図４に示すように、素子分離層５、ゲート電極６、ドレイン・ソース７を有するＭＯＳトランジスタを、エピタキシャルシリコン層４に形成する。その後、図５に示すように、表面保護絶縁膜８、金属配線９を順次加工形成して、複数の半導体素子を形成する（図８（ｂ）参照）。なお、
図８において、２０は複数の半導体素子が形成された半導体チップであり、複数の半導体チップ２０がシリコン基板１上に形成される。
【００１９】
その後、図５に示すように、形成した半導体素子２０の金属配線９のパッド部分にパッケージングのための金属ボール１０を形成する。金属ボール１０としては、ハンダや金などが用いられる。
【００２０】
次に、図６と図８（ｃ）に示すように、半導体チップ２０の表面上、または、フレキシブル性を有するフレキシブル基板１３の裏面に塗布形成された接着樹脂１１により、各半導体チップ２０をフレキシブル基板１３に貼り合わせ、かつ金属ボール１０を介して半導体チップ２０の金属配線９とフレキシブル基板１３の配線１２とを電気的に接続する。この際、金属ボール１０は接合時の熱により溶融して配線１２に一体化し、その後冷却固化する。本実施の形態では、有機ポリマー材料のプラスチック材からなる厚み１００μｍのフレキシブル基板１３が使用される。
【００２１】
そして、図７と図８（ｄ）に示すように、フレキシブル基板１３に貼り合わせた半導体チップ２０の下層の多孔質シリコン層２に、ウォータージェット切断装置を用いて微粒子（粒子径１００μｍ）入りの高圧のスラリー剤３１を噴射ノズル３０（口径１ｍｍ）から圧力１００ｋｇ／ｃｍ２〜３００ｋｇ／ｃｍ２で噴射し、多孔質シリコン層２を崩壊破断させる。
【００２２】
このようにして１枚のフレキシブル基板１３に貼り合わせられた複数の半導体チップ２０が基板１から切り離された後、半導体チップ２０の下面に付いている多孔質シリコン層２の残渣は除去される。また、シリコン基板１の表面に付いている多孔質シリコン層２の残渣も除去され、シリコン基板１を再び最初の工程から有効に繰り返し使用することができる。
【００２３】
以上の工程によりシリコン基板１からフレキシブル基板１３に移設した複数の半導体チップ２０は、図８（ｅ）に示すように、通常のチップダイシング装置を用いてダイシングして、個々のチップ単位に切り分けられ、それによってパッケージチップ（半導体装置）２１が得られる。得られたフレキシブルパッケージチップ２１は、チップ性能試験において、フレキシブル基板１３の曲げによらず、半導体装置としての性能が確保されており、曲げ性に問題ないことが確認された。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、多孔質層の脆弱性を利用して半導体素子を支持基板へ移設する際に、高圧流体によって多孔質層を物理的に破断するため、支持基板に一方向（半導体素子を基板から切り離す方向）への外力を加えない。つまり、本発明では、半導体素子を貼り付ける支持基板として、上記外力に耐えうる強度が要求されないフレキシブル性能に優れた各種材料からなるフレキシブル基板を使用することができ、曲げ性自由度の大きい半導体装置を得ることができ、半導体装置の使用範囲を拡大することができる。また、従来ではフレキシブル基板を用いた場合には、半導体素子を半導体基板から分離する方向の外力をフレキシブル基板に加えると、外力が一方向に安定しないためチップ割れや、半導体チップからフレキシブル基板が剥離するといった問題を生じるが、本発明ではこのような問題が解決され、半導体チップをフレキシブル基板へ移設する工程の歩留まり向上および半導体装置の信頼性向上が図られる。また、フレキシブル基板として、例えば有機または無機ゴム質材料などの延性のある基板を使用する場合、従来では外圧による半導体素子の基板からの引き剥がし法では、延性がデメリットとして作用するため製造不可能であったが、本発明では、この課題を解決でき、延性のある基板へのフレキシブルパッケージが可能である。このように本発明は、将来のウエアラブルパッケージへの道を開くものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図であって、半導体基板に多孔質層を形成した状態を示す。
【図２】同実施の形態における単結晶シリコン層の形成状態を示す断面図である。
【図３】同実施の形態におけるエピタキシャルシリコン層の形成状態を示す断面図である。
【図４】同実施の形態におけるＭＯＳトランジスタの形成状態を示す断面図である。
【図５】同実施の形態における金属ボールの形成状態を示す断面図である。
【図６】同実施の形態におけるフレキシブル基板の貼付け状態を示す断面図である。
【図７】同実施の形態における半導体チップの切離し状態を示す断面図である。
【図８】半導体装置の製造方法の全体的な概略説明図である。
【図９】従来の半導体装置の製造方法を説明する説明図である。
【図１０】別の従来の半導体装置の製造方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
１　シリコン基板
２　多孔質シリコン層
１３　フレキシブル基板
３０　噴射ノズル
【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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