(57)【要約】【課題】研削によるストレスを残留させることなく、薄く加工することができるＳＯＩ基板の加工方法を提供する。【解決手段】半導体基板からなる裏面層と、該裏面層の上面に積層された絶縁層と、該絶縁層の上面に積層された半導体薄膜層と、該半導体薄膜層の表面に形成された回路とから構成されたＳＯＩ基板の加工方法であって、裏面層を研削し所定の厚さ残存せしめる研削工程と、該研削工程によって所定の厚さに形成された裏面層を化学的エッチング処理して除去し絶縁層を露出せしめるエッチング工程とを含む。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板からなる裏面層と、該裏面層の上面に積層された絶縁層と、該絶縁層の上面に積層された半導体薄膜層と、該半導体薄膜層の表面に形成された回路と、から構成されたＳＯＩ基板の加工方法であって、
該裏面層を化学的エッチング処理して除去し、該絶縁層を露出せしめるエッチング工程を含んでいる、
ことを特徴とするＳＯＩ基板の加工方法。
【請求項２】
半導体基板からなる裏面層と、該裏面層の上面に積層された絶縁層と、該絶縁層の上面に積層された半導体薄膜層と、該半導体薄膜層の表面に形成された回路と、から構成されたＳＯＩ基板の加工方法であって、
該裏面層を研削し所定の厚さ残存せしめる研削工程と、
該研削工程によって所定の厚さに形成された該裏面層を化学的エッチング処理して除去し、該絶縁層を露出せしめるエッチング工程と、を含む、
ことを特徴とするＳＯＩ基板の加工方法。
【請求項３】
該研削工程において残存する該裏面層の所定の厚さは、１００〜１０μｍに設定されている、請求項２記載のＳＯＩ基板の加工方法。
【請求項４】
該裏面層はシリコン（Ｓｉ）によって形成されており、該絶縁層は酸化珪素（ＳｉＯ２）によって形成されている、請求項１乃至３のいずれかに記載のＳＯＩ基板の加工方法。
【請求項５】
該エッチング工程における化学的エッチング処理は、フッ素と硝酸とを含むエッチング液によって遂行される、請求項１乃至４のいずれかに記載のＳＯＩ基板の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板からなる裏面層の上面に絶縁層を形成し、この絶縁層の上面に形成された半導体薄膜層の表面に回路を形成したＳＯＩ基板の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、信号処理速度を向上させる半導体チップを得るために、半導体基板からなる裏面層の上面に絶縁層を形成し、この絶縁層の上面に形成された半導体薄膜層の表面に回路を形成したＳＯＩ基板が実用化されている。このＳＯＩ基板は、表面に酸化膜等の絶縁層が形成されたシリコン等の半導体基板同士を向かい合わせて接合するウエーハ張り合わせ法や、シリコン等の半導体基板内に酸素原子をイオン注入し、続いて熱処理を施すことにより内部に酸化膜等の絶縁層を形成するＳＩＭＯＸ法等によって構成される。そして、一方の半導体基板側を研磨等により薄肉化して半導体薄膜層に形成し、この半導体薄膜層の表面に回路を形成する。このように、形成されたＳＯＩ基板は、回路が形成された各領域をダイシングすることによって個々の半導体チップに形成される。
【０００３】
上述したように構成される半導体チップは、放熱性および電気特性を良好にするため、また、複数の半導体チップを積層して多層構造の半導体デバイスを構成するために、その厚さをできるだけ薄く形成することが望ましい。そのため、ＳＯＩ基板を個々の半導体チップに分割する前に、半導体基板からなる裏面層を研削して所定の厚さに加工している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
而して、ＳＯＩ基板を構成する半導体基板からなる裏面層を研削砥石によって機械的に研削すると、酸化膜等の絶縁層を傷つける虞があり、絶縁層の手前７０μｍ程度で研削を止めている。このため、十分に薄い半導体チップを製造することができないという問題がある。また、研削された裏面層にはストレスが残留し、半導体チップにソリが生じたり抗折強度が低下する等の問題もある。
【０００５】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、研削によるストレスを残留させることなく、薄く加工することができるＳＯＩ基板の加工方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するために、半導体基板からなる裏面層と、該裏面層の上面に積層された絶縁層と、該絶縁層の上面に積層された半導体薄膜層と、該半導体薄膜層の表面に形成された回路と、から構成されたＳＯＩ基板の加工方法であって、
該裏面層を化学的エッチング処理して除去し、該絶縁層を露出せしめるエッチング工程を含んでいる、
ことを特徴とするＳＯＩ基板の加工方法が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、半導体基板からなる裏面層と、該裏面層の上面に積層された絶縁層と、該絶縁層の上面に積層された半導体薄膜層と、該半導体薄膜層の表面に形成された回路と、から構成されたＳＯＩ基板の加工方法であって、
該裏面層を研削し所定の厚さ残存せしめる研削工程と、
該研削工程によって所定の厚さに形成された該裏面層を化学的エッチング処理して除去し、該絶縁層を露出せしめるエッチング工程と、を含む、
ことを特徴とするＳＯＩ基板の加工方法が提供される。
【０００８】
上記研削工程において残存する上記裏面層の所定の厚さは、１００〜１０μｍに設定されている。また、上記裏面層はシリコン（Ｓｉ）によって形成されており、上記絶縁層は酸化珪素（ＳｉＯ２）によって形成されている。また、上記エッチング工程における化学的エッチング処理は、フッ素と硝酸とを含むエッチング液によって遂行される。
【０００９】
【発明の実施の態様】
以下、添付図面を参照して、本発明によるＳＯＩ基板の加工方法の好適実施形態について、更に詳細に説明する。
【００１０】
図１にはＳＯＩ基板の斜視図が示されており、図２には図１に示すＳＯＩ基板の断面が拡大して示されている。
図示のＳＯＩ基板１０は、シリコン（Ｓｉ）基板からなる裏面層１１と、該裏面層１１の上面に積層された酸化珪素（ＳｉＯ２）からなる絶縁層１２と、該絶縁層１２の上面に積層されたシリコン（Ｓｉ）基板からなる半導体薄膜層１３と、該半導体薄膜層１３の表面に形成された回路１４とによって構成されている。このようなＳＯＩ基板１０は、上述したウエーハ張り合わせ法やＳＩＭＯＸ法等によって構成される。ＳＯＩ基板１０を構成する各層の厚さは、裏面層１１が４００μｍ程度、絶縁層１２が０．１〜０．５μｍ程度、半導体薄膜層１３および回路１４が２〜３μｍ程度に形成されている。
【００１１】
本発明による第１の実施形態においては、上記ＳＯＩ基板１０を構成するシリコン（Ｓｉ）基板からなる裏面層１１を化学的エッチング処理して除去する。
ここで、エッチング装置について図３を参照して説明する。図３に示すエッチング装置１はエッチングすべきＳＯＩ基板１０を保持するスピンナーテーブル２を具備している。このスピンナーテーブル２は回転自在に配設されており、その上端には実質上水平である平坦な円形支持面２ａを有する。スピンナーテーブル２には適宜の動力伝達機構（図示していない）を介して駆動源としての電動モータ３が連結されている。電動モータ３が駆動されると、スピンナーテーブル２が所要回転速度で回転せしめられる。
【００１２】
スピンナーテーブル２に関連せしめて、図３に簡略に図示する搬送手段４が配設されている。この搬送手段４は可動アームの先端にＳＯＩ基板１０を真空吸着して所要径路を通して搬送することができる周知の形態のものでよい。搬送手段４は、１枚のＳＯＩ基板１０をスピンナーテーブル２上に搬入し、後述するエッチング工程とリンスおよび乾燥工程終了後にＳＯＩ基板１０をスピンナーテーブル２上から所要場所に搬出する。スピンナーテーブル２上に搬入されるＳＯＩ基板１０は、裏返し状態、即ちその裏面層１１を上方に向けた状態でスピンナーテーブル２上に搬入される。ＳＯＩ基板１０の表面、即ち回路１４が形成されている半導体薄膜層１３の表面（図１および図２参照）には適宜の剛性樹脂フィルムから形成することができる保護部材１６が貼着されている。従って、保護部材１６がスピンナーテーブル２上に載置され、ＳＯＩ基板１０の裏面層１１が上側に位置付けられる。なお、スピンナーテーブル２上に載置されるＳＯＩ基板１０の外径はスピンナーテーブル２の円形支持面２ａの外径よりも幾分大きい。
【００１３】
図示のエッチング装置１は、スピンナーテーブル２には空気吹き付け手段５が付設されている。この空気吹き付け手段５はスピンナーテーブル２の下方から周縁に至り、次いでスピンナーテーブル２上に保持されたＳＯＩ基板１０の下面に沿って延びる流路５ａを有している。圧縮空気源（図示していない）から供給される空気は、スピンナーテーブル２の周縁からＳＯＩ基板１０の下面に沿って流動し、ＳＯＩ基板１０の上面に施されるエッチング液がＳＯＩ基板１０の下面に流動するのを防止する。スピンナーテーブル２には、更に、スピンナーテーブル２上のＳＯＩ基板１０の上面に施されたエッチング液を回収するためのエッチング液回収手段６も付設されている。このエッチング液回収手段６は協働して回収タンクを形成する静止部材６１および可動部材６２から構成されている。静止部材６１は、円筒状外壁６１ａ、環状底壁６１ｂおよび円筒状内壁６１ｃを有する。可動部材６２は円筒形状の下部と断面形状が弧状である上部とを有する。スピンナーテーブル２上のＳＯＩ基板１０の上面にエッチング液が施される間は、可動部材６２は図において実線で示す上昇位置に位置付けられ、ＳＯＩ基板１０の上面を放射状に流動したエッチング液は、静止部材６１の内壁６１ｃの上端と可動部材６２の上端との間に規定された環状入口６３からエッチング液回収手段６内に流入せしめられる。なお、ＳＯＩ基板１０に純水でよい洗浄液を施してリンスする際には、可動部材６２が図において２点鎖線で示す下降位置に位置付けられて環状入口６３が閉じられ、エッチング液回収手段６内に洗浄液が流入することが防止される。
【００１４】
図示のエッチング装置１は、スピンナーテーブル２に保持されたＳＯＩ基板１０にエッチング液を供給するエッチング液供給手段７を具備している。図示の実施形態におけるエッチング液供給手段７は、エッチング液収容タンク７１を備えている。このエッチング液収容タンク７１内には、上記スピンナーテーブル２上に載置されているシリコンからなるＳＯＩ基板１０の上面に施すべきエッチング液７２が収容されている。このエッチング液７２は、硝酸とフッ化水素酸とを含有する水溶液である。エッチング液収容タンク７１内のエッチング液７２は、ポンプ７３によって送出され、送液管７４を通してスピンナーテーブル２上のＳＯＩ基板１０の上面に供給される。図示のエッチング液供給手段７は、スピンナーテーブル２に保持されたＳＯＩ基板１０の回転中心部にエッチング液を供給するエッチング液供給ノズル７５を具備しており、このエッチング液供給ノズル７５は上記送液管７４に接続されている。なお、エッチング液供給ノズル７５は、スピンナーテーブル２上に保持されているＳＯＩ基板１０の上方に位置する作用位置（図３に図示する位置）とＳＯＩ基板１０の上方から離隔せしめられた非作用位置とに選択的に位置付けられるように構成されている。
【００１５】
なお、図示のエッチング装置１は、上記エッチング液回収手段６の回収タンクに回収されたエッチング液を排出するエッチング液排出手段８を具備している。このエッチング液排出手段８は、エッチング液回収手段６の回収タンクを形成する環状底壁６１ｂに設けられた図示しない排出口に接続されたドレンパイプ８１と、該ドレンパイプ８１を通して排出されるエッチング液を収容するドレンタンク８２とからなっている。
【００１６】
図示のエッチング装置１は以上のように構成されており、以下ＳＯＩ基板１０のエッチング処理について説明する。
エッチング液供給手段７のポンプ７３を作動せしめ、エッチング液収容タンク７１内のエッチング液７２を送液管７４を通してエッチング液供給ノズル７５からスピンナーテーブル２上に保持された上記ＳＯＩ基板１０の裏面層１１の上面に向けて噴射せしめることによってエッチングが遂行される。シリコンからなるＳＯＩ基板１０の裏面層１１の上面に硝酸とフッ化水素酸とを含有するエッチング液７２を噴射せしめると、シリコンからなるＳＯＩ基板１０の裏面層１１のエッチングは、
Ｓｉ＋２ＨＮＯ３＋６ＨＦ　→　Ｈ２ＳｉＦ６＋３Ｈ２Ｏ＋ＮＯ２＋ＮＯ
で表示することができる。充分な量の硝酸が存在する状況下においては、エッチング速度は、フッ化水素酸の濃度とエッチング液８２の温度によって定められる。従って、所要エッチング速度を設定するためには、エッチング液８２の温度を所定値に設定し、そしてエッチング液８２における硝酸含有量を過剰に設定するとともにフッ化水素酸の含有量を所定値に設定することが重要である。例えば、フッ化水素酸（５０％）と硝酸（７０％）とを１：４．５の割合で混合したエッチング液によってシリコン（Ｓｉ）をエッチングすると、３０μｍ／分の速度でエッチングされる。一方、上述した混合割合のエッチング液によって酸化珪素（ＳｉＯ２）をエッチングすると、そのエッチング速度が０．５μｍ／分であり、酸化珪素（ＳｉＯ２）のエッチング速度はシリコン（Ｓｉ）のエッチング速度の１／６０と極めて遅い。
【００１７】
スピンナーテーブル２上に保持されたＳＯＩ基板１０の裏面層１１の上面にエッチング液７２を供給して裏面層１１をエッチングする際には、スピンナーテーブル２は６００ｒｐｍ程度でよい速度で回転せしめられ、これによってエッチング液供給ノズル７５から噴射されたエッチング液７２がＳＯＩ基板１０の裏面層１１の上面の全体に渡って充分均一に流動せしめられる。スピンナーテーブル２に付設されている空気吹き付け手段５はスピンナーテーブル２の周縁からＳＯＩ基板１０の下面に沿って空気を流動せしめ、これによってＳＯＩ基板１０の下面即ち表面にエッチング液７２が接触するのを防止する。エッチング液回収手段６の可動部材６２は図において実線で示す上昇位置に位置付けられており、ＳＯＩ基板１０の上面を流動せしめられたエッチング液７２はエッチング液回収手段６内に回収される。エッチング液回収手段６内に回収されたエッチング液７２は、エッチング液排出手段８のドレンパイプ８１を通してドレンタンク８２へ排出される。
【００１８】
上述したエッチング工程において、スピンナーテーブル２上に保持されたＳＯＩ基板１０の裏面層１１はシリコン（Ｓｉ）によって形成されているので、上述したように３０μｍ／分の速度でエッチングされる。このため、裏面層１１の厚さが上述したように４００μｍである場合には、裏面層１１をエッチングするのに約１３．４分要する。従って、ＳＯＩ基板１０の裏面層１１を約１３．４分エッチング処理することにより除去することができ、絶縁層１２が露呈する。なお、絶縁層１２である酸化珪素（ＳｉＯ２）のエッチング速度は上述したように０．５μｍ／分であるため、裏面層１１のエッチングのバラツキにより部分的に早く絶縁層１２が露呈する部分があっても、絶縁層１２がストッパーとして機能し、裏面層１１を完全に除去することができる。このように絶縁層１２を完全に除去することができるので、ＳＯＩ基板１０の厚さは絶縁層１２（０．１〜０．５μｍ）と半導体薄膜層１３および回路１４（２〜３μｍ）を加算した２．１〜３．５μｍ程度となる。このように、エッチング処理によって裏面層１１を除去するので、研削のようにストレスを残留させることなく、薄く加工することができる。
【００１９】
上述したように、スピンナーテーブル２上に保持されたＳＯＩ基板１０を構成する裏面層１１のエッチング工程が終了した後においては、必要に応じて、スピンナーテーブル２上のＳＯＩ基板１０をリンスし、乾燥することができる。リンス工程は、エッチング液７２を供給するための供給ノズル７５をＳＯＩ基板１０上の作用位置から非作用位置に後退せしめ、純水でよい洗浄液を噴射する噴射ノズル（図示していない）をＳＯＩ基板１０の上方に位置付け、ＳＯＩ基板１０の上面に洗浄液を噴射せしめることによって遂行することができる。この際には、エッチング液回収手段６の可動部材６２を図において２点鎖線で示す下降位置に下降せしめて、エッチング液回収手段６の環状入口６３を閉ざし、洗浄液がエッチング回収手段６に進入するのを防止する。ＳＯＩ基板１０の乾燥は、スピンナーテーブル２を例えば２０００乃至３０００ｒｐｍ程度の高速で回転せしめる所謂スピン乾燥によって遂行することができる。
【００２０】
次に、本発明によるＳＯＩ基板の加工方法の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態においては、ＳＯＩ基板１０を構成する裏面層１１を研削し所定の厚さ（例えば、１００〜１０μｍ）残存せしめる（研削工程）。即ち、上述したように回路１４が形成されている半導体薄膜層１３の表面（図１および図２参照）に保護部材１６が貼着されＳＯＩ基板１０を、図４に示す研削装置９のチャックテーブル９１上に裏面層１１を上にして保持する。このようにチャックテーブル９１上にＳＯＩ基板１０を裏面層１１を上にして保持したならば、チャックテーブル９１を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削砥石９２を例えば６０００ｒｐｍで回転せしめてＳＯＩ基板１０を裏面層１１に接触することにより研削する。そして、裏面層１１の厚さが所定量例えば、７０μｍになるまで研削する。
【００２１】
上記研削工程において、ＳＯＩ基板１０の裏面層１１の厚さが所定量例えば、７０μｍになるまで研削されたら、裏面層１１を上述したエッチング工程を遂行してエッチング除去し、絶縁層１２を露呈せしめる。このように第２の実施形態においては、ＳＯＩ基板１０の裏面層１１を研削工程とエッチング工程によって除去するので、上述した第１の実施形態のようにエッチング工程だけで裏面層１１をエッチング除去するものに比して生産性を向上することができる。また、第２の実施形態においては、研削工程によってＳＯＩ基板１０の裏面層１１の厚さが所定量例えば、７０μｍになるまで研削した後に、この均一厚さに残された裏面層１１をエッチング工程において厚さ７０μｍの裏面層１１をエッチングによって全て除去できる時間である１４０秒間エッチングすることによってエッチング除去するので、ＳＯＩ基板１０の仕上がり厚さを均一にすることができる。
【００２２】
ここで、上述したエッチング装置によるエッチング処理特性について説明する。スピンナーテーブル２上に保持されたＳＯＩ基板１０の裏面層１１の回転中心部に供給されたエッチング液は、反応熱の蓄積および回転による摩擦熱と活性作用によって温度が高くなり、例えば直径が３００ｍｍ程度のＳＯＩ基板１０の中心部で２０°Ｃ程度でも外周部では７０°Ｃ程度まで上昇する。このエッチング液の温度上昇によって反応速度が高まり、被処理物の外周にいくに従ってエッチング除去量が増大する。このように、エッチング除去量が中心部と中間部と外周部で異なるため、ＳＯＩ基板１０の径が大きい場合には、裏面層１１（厚さが約４００μｍ）を全てエッチングによって除去すると、中心部と中間部と外周部で絶縁層１２に達する迄の時間に大きな差が生じる。この結果、ＳＯＩ基板１０の径が大きい場合には絶縁層１２がエッチング作用に対するストッパーとして機能できる時間（２〜５秒）内に裏面層１１を全てエッチング除去することができないことがあり、エッチング速度に基づくエッチング量の管理ができない。しかるに、第２の実施形態においては、研削工程によってＳＯＩ基板１０の裏面層１１を研削して薄くした後に、この薄く残された裏面層１１をエッチング工程においてエッチング除去するので、中心部と中間部と外周部で絶縁層１２に達する迄の時間に大きな差が生ずることがないため、絶縁層１２がエッチング作用に対するストッパーとして機能できる時間（２〜５秒）内に裏面層１１を全てエッチング除去することができ、エッチング速度に基づくエッチング量の管理が可能となる。
【００２３】
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではない。上述した実施形態においてはエッチング工程における化学的エッチングとしてエッチング液によるウエットエッチングを適用した例を示したが、本発明は化学的エッチングとしては例えばＸｅＦ２，ＳＦ６ガスを用いたプラズマエッチング等のドライエッチングを採用してもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によるＳＯＩ基板の加工方法においては、シリコン等の半導体部材と、半導体部材を酸化して形成される絶縁部材とのエッチング速度が極端に異なることを利用して、ＳＯＩ基板の裏面層をエッチング処理によって除去して絶縁層を露出するので、研削のようにストレスを残留させることなく、薄く加工することができる。このようにして加工されたＳＯＩ基板をダイシングして形成された半導体チップは極めて薄いため、熱的特性や電気的特性が良好となる。また、半導体チップを上下に連結して多層構造の半導体デバイスを構成する場合には、回路から裏面に至る電極を形成する銅等の金属が半導体内に拡散しないように電極の回りには酸化珪素（ＳｉＯ２）等の絶縁膜を形成する必要があるが、本発明によって加工されたＳＯＩ基板は上記のように絶縁層が露出されるので、あらためて絶縁膜を形成する必要はない。
【００２５】
また、本発明によるＳＯＩ基板の加工方法においては、研削工程によってＳＯＩ基板の裏面層を研削して薄くした後に、この薄く残された裏面層をエッチング工程においてエッチング除去するので、エッチング工程だけで裏面層をエッチング除去するものに比して生産性を向上することができる。更に、上記のように薄く残された裏面層をエッチング除去するため、中心部と中間部と外周部で絶縁層に達する迄の時間に大きな差が生ずることがないので、絶縁層がエッチング作用に対するストッパーとして機能できる時間内に裏面層を全てエッチング除去することができ、エッチング速度に基づくエッチング量の管理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＯＩ基板の斜視図。
【図２】図１に示すＳＯＩ基板の断面拡大図。
【図３】本発明を実施するために用いるエッチング装置の一例を示す簡略図。
【図４】本発明を実施するために用いる研削装置の一例を示す要部斜視図。
【符号の説明】
１：エッチング装置
２：スピンナーテーブル
３：電動モータ
４：搬送手段
５：空気吹き付け手段
６：エッチング液回収手段
７：エッチング液供給手段
７１：エッチング液収容タンク
７２：エッチング液
７３：ポンプ
７４：送液管
７５：エッチング液供給ノズル
８：エッチング液排出手段
８１：ドレンパイプ
８２：ドレンタンク
９：研削装置
９１：チャックテーブル
９２：研削砥石
１０：ＳＯＩ基板
１１：裏面層
１２：絶縁層
１３：半導体薄膜層
１４：回路
１６：保護部材
【図１】
2004056046.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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