(57)【要約】【課題】半導体デバイスのガラス基板固定及び剥離時に、半導体デバイス性能の劣化を抑制する。【解決手段】本発明は、半導体デバイスをガラス基板に固定する際、犠牲層が形成されたガラス基板の犠牲層上に、ＵＶ硬化接着剤を硬化するＵＶ光の一部を透過し、犠牲層を除去するための赤色レーザ光を反射する保護膜を形成し、半導体デバイスの半導体素子が形成されている面に、ＵＶ硬化接着剤を塗布し、保護膜とＵＶ硬化接着剤が向かい合うように、ガラス基板と半導体デバイスを貼り合わせ、ガラス基板側からＵＶ硬化接着剤にＵＶ光を照射する。また、半導体デバイスをガラス基板から剥離する際、半導体デバイスからガラス基板を剥離し、保護膜を半導体デバイスのＵＶ硬化接着剤上から除去し、半導体デバイスから前記ＵＶ硬化接着剤を除去する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスをガラス基板に固定する方法であって、
犠牲層が形成された前記ガラス基板の前記犠牲層上に、保護膜を形成するステップと、
前記半導体デバイスの半導体素子が形成されている面に、ＵＶ硬化接着剤を塗布するステップと、
前記保護膜と前記ＵＶ硬化接着剤が向かい合うように、前記ガラス基板と前記半導体デバイスを貼り合わせるステップと、
前記ガラス基板側から前記ＵＶ硬化接着剤にＵＶ光を照射するステップとを含み、
前記保護膜は、前記ＵＶ硬化接着剤を硬化する前記ＵＶ光の一部を透過し、前記犠牲層を除去するための赤色レーザ光を反射することを特徴とする方法。
【請求項２】
半導体デバイスをガラス基板から剥離する方法であって、
前記ガラス基板が張り合わされた前記半導体デバイスに、前記ガラス基板側から赤色レーザ光を照射するステップであって、前記ガラス基板は犠牲層が形成された前記ガラス基板の前記犠牲層上に保護膜が形成され、前記半導体デバイスは、半導体素子が形成されている面に、ＵＶ硬化接着剤が塗布され、前記ガラス基板と前記半導体デバイスは、前記保護膜と前記ＵＶ硬化接着剤が向かい合うように貼り合わされ、前記保護膜は、前記ＵＶ硬化接着剤を硬化する前記ＵＶ光の一部を透過し、前記犠牲層を除去するための前記赤色レーザ光を反射する、ステップと、
前記半導体デバイスから前記ガラス基板を剥離するステップと、
前記保護膜を前記半導体デバイスの前記ＵＶ硬化接着剤上から除去するステップと、
前記半導体デバイスから前記ＵＶ硬化接着剤を除去するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
前記保護膜は、前記ＵＶ光の硬化に必要なエネルギー量のＵＶ光を透過し、赤色レーザ光を反射して、前記半導体デバイスに届く赤色レーザ光が、前記半導体デバイスが破壊されるエネルギー以下になるように材料及び膜厚が設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記保護膜はＡｕ、Ａｇ、またはＣｕにより形成されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記保護膜は、ウェットエッチングによって除去されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスのガラス基板固定方法及び剥離方法に関し、より詳細には、熱又は光に敏感な半導体デバイスのガラス基板への固定方法及び剥離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造過程において、デバイス加工を行うウェハプロセスの後、半導体基板の研磨等を行う裏面工程を実施することが多い。半導体デバイスはその厚さが非常に薄く、半導体デバイスの半導体基板そのものを裏面加工した場合、破壊／破損等の恐れが生じる。従って、裏面加工を行う前に、機械的強度確保を目的として半導体デバイスをガラス基板に固定し、裏面加工後にガラス基板から半導体デバイスを剥離するという工程が必要となる。
【０００３】
従来、半導体デバイスのガラス基板への固定は、犠牲層をコーティングしたガラス基板に、紫外線（ＵＶ）硬化接着剤を用いて、ＵＶ光を照射して固定していた。また、ガラス基板から半導体デバイスを剥離するためには、赤色レーザ光を照射することによって犠牲層を除去し、ＵＶ硬化接着剤をリムーバ等の溶剤で除去することが必要であった。図１は、従来の半導体デバイスのガラス基板への固定方法を示す図であり、図１（ａ）〜（ｄ）は半導体デバイスをガラス基板に固定するための各工程を示す半導体基板垂直方向の断面図である。また、図２は、従来の半導体デバイスのガラス基板からの剥離方法を示す図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は半導体デバイスをガラス基板から剥離するための各工程を示す半導体基板垂直方向の断面図である。
【０００４】
半導体デバイスのガラス基板への固定方法については、まず、第１の工程において、ガラス基板１０１に犠牲層１０２をコーティングする（図１（ａ））。犠牲層１０２は、例えば住友スリーエム社からLight-To-Heat-Conversion（ＬＴＨＣ）Release Coatingとして、ガラス基板１０１に形成された状態等の形態で市販されているものがある。
【０００５】
次に、第２の工程において、半導体基板１１１上に半導体素子１１２が形成された半導体デバイスの半導体素子１１２が形成されている面側にＵＶ硬化接着剤１１３を塗布する（図１（ｂ））。ＵＶ硬化接着剤としては、例えば住友スリーエム社のＵＶ硬化接着剤ＬＣ−５３００またはＬＣ−５３２０が市販されている。
【０００６】
さらに、第３の工程において、ＵＶ硬化接着剤１１３を塗布した半導体デバイス（半導体基板１１１＋半導体素子１１２）に、犠牲層１０２をコーティングしたガラス基板１０１を貼り合わせる（図１（ｃ））。その際、半導体デバイスの半導体素子１１２が形成された側と犠牲層１０２とが向かい合うように貼り合わせる。
【０００７】
最後に、第４の工程において、貼り合わせたガラス基板１０１と半導体デバイス（半導体基板１１１＋半導体素子１１２）にＵＶ光を照射して、ＵＶ硬化接着剤を硬化させる（図１（ｄ））。ＵＶ光（波長λ＝３８０ｎｍ）は、ガラス基板１０１側からＵＶ硬化接着剤１１３に照射する。
【０００８】
一方で、半導体デバイスのガラス基板からの剥離方法については、まず、第１の工程において、貼り合わせたガラス基板１０１と半導体デバイス（半導体基板１１１＋半導体素子１１２）に赤色レーザ光を照射して、犠牲層１０２を除去する（図２（ａ））。赤色レーザ光（波長λ＝６３５ｎｍ）は、ガラス基板１０１側から犠牲層１０２に照射する。
【０００９】
次に、第２の工程において、犠牲層１０２を除去したガラス基板１０１を、半導体デバイス（半導体基板１１１＋半導体素子１１２）から剥離する（図２（ｂ））。
【００１０】
最後に、第２の工程において、ガラス基板１０１を取り去った半導体デバイス（半導体基板１１１＋半導体素子１１２）のＵＶ硬化接着剤１１３を、リムーバ等の溶剤により除去する（図２（ｃ））。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】O. Loebich., “The Optical Properties of Gold”, Gold Bulletin, 5 (1972) 2-10
【非特許文献２】A. Axelevitch, B. Gorenstein, G. Golan, “Investigation of Optical Transmission in Thin Metal Films”, Physics Procedia, 32 (2012) 1-13.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図２の半導体デバイスのガラス基板からの剥離方法において、第１の工程（図２（ａ））では、犠牲層１０２を除去する場合、赤色レーザ光を用いるが、犠牲層１０２の除去に必要な赤色レーザ光は、高いパワーが必要となる。この場合、赤色レーザ光は、犠牲層１０２を透過して、半導体デバイスの半導体素子１１２まで漏れてしまい、半導体基板１１１上の半導体素子１１２にダメージを与え、半導体デバイスの性能の劣化を引き起こす可能性がある。
【００１３】
特に、熱や光に敏感なアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）では、赤色レーザ光の照射後、暗電流の顕著な増加が確認いる。図３は、赤色レーザ光照射後のアバランシェフォトダイオードの暗電流特性を示す図である。図３の通り、電圧値が低くても、赤色レーザ光照射後のアバランシェフォトダイオードには多くの電流が発生してしまっている。従って、図２に記載のような赤色レーザ光による犠牲層剥離の技術を使用できないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような課題を解決するために、本発明の第１の態様は、半導体デバイスをガラス基板に固定する方法であって、犠牲層が形成された前記ガラス基板の前記犠牲層上に、保護膜を形成するステップと、前記半導体デバイスの半導体素子が形成されている面に、ＵＶ硬化接着剤を塗布するステップと、前記保護膜と前記ＵＶ硬化接着剤が向かい合うように、前記ガラス基板と前記半導体デバイスを貼り合わせるステップと、前記ガラス基板側から前記ＵＶ硬化接着剤にＵＶ光を照射するステップとを含み、前記保護膜は、前記ＵＶ硬化接着剤を硬化する前記ＵＶ光の一部を透過し、前記犠牲層を除去するための赤色レーザ光を反射することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の第２の態様は、半導体デバイスをガラス基板から剥離する方法であって、前記ガラス基板が張り合わされた前記半導体デバイスに、前記ガラス基板側から赤色レーザ光を照射するステップであって、前記ガラス基板は犠牲層が形成された前記ガラス基板の前記犠牲層上に保護膜が形成され、前記半導体デバイスは、半導体素子が形成されている面に、ＵＶ硬化接着剤が塗布され、前記ガラス基板と前記半導体デバイスは、前記保護膜と前記ＵＶ硬化接着剤が向かい合うように貼り合わされ、前記保護膜は、前記ＵＶ硬化接着剤を硬化する前記ＵＶ光の一部を透過し、前記犠牲層を除去するための前記赤色レーザ光を反射する、ステップと、前記半導体デバイスから前記ガラス基板を剥離するステップと、前記保護膜を前記半導体デバイスの前記ＵＶ硬化接着剤上から除去するステップと、前記半導体デバイスから前記ＵＶ硬化接着剤を除去するステップとを含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第３の態様は、第１または第２の態様の方法であって、前記保護膜は、前記ＵＶ光の硬化に必要なエネルギー量のＵＶ光を透過し、赤色レーザ光を反射して、前記半導体デバイスに届く赤色レーザ光が、前記半導体デバイスが破壊されるエネルギー以下になるように材料及び膜厚が設定されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第４の態様は、第３の態様の方法であって、前記保護膜はＡｕ、Ａｇ、またはＣｕにより形成されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第５の態様は、第２の態様の方法であって、前記保護膜は、ウェットエッチングによって除去されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、半導体デバイスのガラス基板固定及び剥離において、半導体デバイスのガラス基板固定時にＵＶ硬化接着剤を硬化させる一方で、ガラス基板剥離時に赤色レーザ光がデバイス部まで到達することを防ぐため、半導体デバイス性能の劣化を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の半導体デバイスのガラス基板への固定方法を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）は半導体デバイスをガラス基板に固定するための各工程を示す半導体基板垂直方向の断面図である。
【図２】従来の半導体デバイスのガラス基板からの剥離方法を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は半導体デバイスをガラス基板から剥離するための各工程を示す半導体基板垂直方向の断面図である。
【図３】赤色レーザ光照射後のアバランシェフォトダイオードの暗電流特性を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体デバイスのガラス基板固定・剥離方法のための構成を示す半導体基板垂直方向の断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体デバイスのガラス基板への固定方法を示す図であり、（ａ）〜（ｅ）は半導体デバイスをガラス基板に固定するための各工程を示す半導体基板垂直方向の断面図である。
【図６】図４の実施形態において使用するＡｕ保護膜のパワー透過率のＡｕ膜厚依存性の計算結果を示す図である。
【図７】図４の実施形態において使用するＡｕ保護膜の透過光エネルギー密度のＡｕ膜厚依存性の計算結果を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る半導体デバイスのガラス基板からの剥離方法を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は半導体デバイスをガラス基板から剥離するための各工程を示す半導体基板垂直方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
図４は、本発明の一実施形態に係る半導体デバイスのガラス基板固定・剥離方法のための構成を示す断面図である。本実施形態においては、ガラス基板４０１上の犠牲層４０２に加え、保護膜４０３を犠牲層上に形成し、ＵＶ硬化接着剤４１３を塗布した半導体デバイス（半導体基板４１１＋半導体素子４１２）に貼り付ける。半導体デバイスは、例えばＡＰＤ等の熱や光に敏感なデバイスであり、保護膜４０３には、ＵＶ硬化接着剤４１３を硬化させるＵＶ光を透過させる一方で、ガラス基板４０１を剥離する際に照射する赤色レーザ光を反射させる、例えばＡｕ膜等のパワー透過率が波長依存性を有している素材を使用する。パワー透過率が波長依存性を有している素材を保護膜４０３として使用することにより、ＵＶ硬化接着剤４１３を硬化させて半導体デバイスをガラス基板に固定させる一方で、半導体素子４１２まで到達するのを抑制する。その結果、熱や光に敏感なＡＰＤ等の半導体デバイスであっても、素子性能の劣化を防ぐことが可能になる。
【００２３】
以下、本実施形態の工程について、半導体デバイスのガラス基板への固定方法から説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る半導体デバイスのガラス基板への固定方法を示す図であり、図５（ａ）〜（ｅ）は半導体デバイスをガラス基板に固定するための各工程を示す半導体基板垂直方向の断面図である。
【００２４】
半導体デバイスのガラス基板への固定方法については、まず、第１の工程において、ガラス基板４０１に犠牲層４０２をコーティングする（図５（ａ））。
【００２５】
次に、第２の工程において、犠牲層４０２上に保護膜４０３を蒸着する（図５（ｂ））。保護膜４０３の材料としては、ＵＶ光（λ＝３８０ｎｍ）を透過し、赤色レーザ光（λ＝６３５ｎｍ）を反射するような反射率の波長依存性を持つものであればよく、本実施形態においてはＡｕを用いている。また、非特許文献１及び２に示すように、Ａｕ以外にもＡｇ、Ｃｕを用いてもよい。保護膜４０３の蒸着は公知の真空蒸着技術を用いるのがよい。
【００２６】
次に、第３の工程において、半導体基板４１１上に半導体素子４１２が形成された半導体デバイスの半導体素子４１２が形成されている面側にＵＶ硬化接着剤４１３を塗布する（図５（ｃ））。ＵＶ硬化接着剤４１３は、公知のスピンコート法を用いて塗布するのがよい。
【００２７】
さらに、第４の工程において、ＵＶ硬化接着剤４１３を塗布した半導体デバイス（半導体基板４１１＋半導体素子４１２）に、保護膜４０３を蒸着したガラス基板４０１を貼り合わせる（図５（ｄ））。その際、半導体デバイスの半導体素子４１２が形成された側と保護膜４０３とが向かい合うように貼り合わせる。
【００２８】
最後に、第５の工程において、貼り合わせたガラス基板４０１と半導体デバイス（半導体基板４１１＋半導体素子４１２）にＵＶ光を照射して、ＵＶ硬化接着剤を硬化させる（図５（ｅ））。ＵＶ光（波長λ＝３８０ｎｍ）は、ガラス基板４０１側からＵＶ硬化接着剤４１３に照射する。
【００２９】
ここで、ＵＶ硬化接着剤４１３（本実施形態においてはＬＣ−５３２０を使用）の硬化に必要な照射パワーは、３００ｍＷ／ｃｍ2、照射時間は３０ｓであり、エネルギー密度に換算すると、９Ｊ／ｃｍ2である。
【００３０】
図６は、図４の本実施形態において使用するＡｕ保護膜のパワー透過率のＡｕ膜厚依存性の計算結果を示す図である。また、図７は、図４の本実施形態において使用するＡｕ保護膜の透過光エネルギー密度のＡｕ膜厚依存性の計算結果を示す図である。ここで、入射方向はデバイスおよび各層に対して垂直入射とし、以下のＦｒｅｓｎｅｌの式およびＡｕの吸収係数αを用いてパワー透過率ＴAuを計算している。
ＴAu＝Ｔ１×Ｔ２×ｅｘｐ（−α×ｔAu）
ここで
Ｔ１＝（ｎg*−ｎAu*）／（ｎg*＋ｎAu*）（Ｆｒｅｓｎｅｌの式）
Ｔ２＝（ｎAu*−ｎUV*）／（ｎAu*＋ｎUV*）（Ｆｒｅｓｎｅｌの式）
また、ｎg*、ｎAu*、ｎUV*はそれぞれ、ガラス基板、Ａｕ膜、ＵＶ硬化接着剤の複素屈折率であり、λ＝３８０ｎｍのとき、ｎg*＝１．４６、ｎAu*＝１．６９＋１．９１ｉ、ｎUV*＝１．４であり、λ＝６３５ｎｍのとき、ｎg*＝１．４６、ｎAu*＝０．１８＋３．１ｉ、ｎUV*＝１．４である。
【００３１】
保護膜４０３は、ＵＶ硬化接着剤４１３の硬化に必要なエネルギー量のＵＶ光を透過し、半導体デバイスに到達する赤色レーザ光が、デバイスが破壊されるエネルギー以下となるように、赤色レーザ光を反射するように、膜厚を設定する必要がある。ここで、図６に示すように、Ａｕ膜厚を５ｎｍとしたときの、Ａｕ保護膜におけるＵＶ光（λ＝３８０ｎｍ）のパワー透過率は約２８％である。このとき、ＵＶ光照射条件として、照射時間を１２０ｓとすれば、照射パワーは３００ｍＷ／ｃｍ2のまま、図７に示すように硬化に必要なエネルギー密度約１０Ｊ／ｃｍ2をＵＶ硬化接着剤４１３に与えることができ、ＵＶ硬化接着剤４１３を硬化させることができる。
【００３２】
次に、本実施形態における半導体デバイスのガラス基板からの剥離方法から説明する。図８は、本発明の一実施形態に係る半導体デバイスのガラス基板からの剥離方法を示す図であり、図８（ａ）〜（ｃ）は半導体デバイスをガラス基板から剥離するための各工程を示す半導体基板垂直方向の断面図である。
【００３３】
半導体デバイスのガラス基板からの剥離方法については、まず、第１の工程において、貼り合わせたガラス基板４０１と半導体デバイス（半導体基板４１１＋半導体素子４１２）に赤色レーザ光を照射して、犠牲層４０２を除去する（図８（ａ））。赤色レーザ光（波長λ＝６３５ｎｍ）は、ガラス基板１０１側から犠牲層１０２に照射する。犠牲層除去に必要な照射パワーは２２ｋＷ／ｃｍ2、照射時間２．３ｍｓである。
【００３４】
ここで、仮に、Ａｕ保護膜４０３がないときの、デバイス部へ漏れるエネルギー密度を計算すると、約５０Ｊ／ｃｍ2である。これは、実験的に確認されている、ＡＰＤの素子特性が劣化しない上限光エネルギー密度の約１３Ｊ／ｃｍ2よりもはるかに大きい。
【００３５】
一方で、本実施形態において、Ａｕ膜厚を５ｎｍとしたときの、Ａｕ保護膜における赤色レーザ光（λ＝６３５ｎｍ）のパワー透過率は０．４％である。このときの、デバイス部に漏れる光エネルギーを計算すると、図７のように約０．２Ｊ／ｃｍ2となる。赤色レーザ光の大部分がＡｕ保護膜で反射され、デバイス部へ漏れる光パワーを抑制できるため、素子特性の劣化を抑制できる。
【００３６】
次に、第２の工程において、犠牲層４０２を除去したガラス基板４０１を、半導体デバイス（半導体基板４１１＋半導体素子４１２）から剥離する（図８（ｂ））。
【００３７】
最後に、第３の工程において、ガラス基板４０１を取り去った半導体デバイス（半導体基板４１１＋半導体素子４１２）から保護膜４０３をヨウ素・ヨウ化カリウム溶液をエッチング液として用いてウェットエッチングし、ＵＶ硬化接着剤４１３を露出させたうえで、ＵＶ硬化接着剤４１３を、リムーバ等の溶剤により除去する（図８（ｃ））。
【００３８】
本実施形態においてＵＶ硬化接着剤４１３に使用するＵＶ接着剤ＬＣ−５３２０は、酸・アルカリ耐性を有しているため、強酸であるヨウ素・ヨウ化カリウム溶液によって劣化しない。例えば、関東化学社の金エッチング液ＡＵＲＵＭのエッチングレートは常温で１０００Å／ｍｉｎであり、３ｓ程度でエッチングが完了するため、本工程にエッチング液として用いた場合でも半導体素子４１２への影響は極めて小さいと考えられる。
【００３９】
以上のように、保護膜のパワー反射率の波長依存性を利用して、ガラス基板固定時のＵＶ光を透過させ、ガラス基板剥離時の赤色レーザ光は反射させることで、ガラス基板固定時にはＵＶ硬化接着剤を硬化させることができる一方で、ガラス基板剥離時のデバイス性能の劣化を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０１、４０１  ガラス基板
１０２、４０２  犠牲層
１１１、４１１  半導体基板
１１２、４１２  半導体素子
１１３、４１３  ＵＶ硬化接着剤
４０３  保護膜
【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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