CN103681267A - 吸气层形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供吸气层形成方法，能够在不降低半导体器件的抗折强度的情况下再现性良好地形成吸气层。在表面形成有器件的半导体晶片的背面形成捕获金属离子的吸气层的吸气层形成方法中，将具有使得热扩散长度为10nm～230nm的脉宽的脉冲激光光线照射到半导体晶片的背面来形成吸气层。
Description
技术领域
本发明涉及在表面形成有器件的半导体晶片的背面形成捕获金属离子的吸气层的吸气层形成方法。
背景技术
在半导体器件制造工艺中，在大致圆板形状的半导体晶片表面上，通过排列成格子状的被称为间隔道的分割预定线划分出多个矩形区域，并在该各个矩形区域内形成IC、LSI等器件。通过这样沿着间隔道分割形成有多个器件的半导体晶片，形成一个个半导体器件。为了实现半导体器件的小型化和轻量化，通常在沿着间隔道切断半导体晶片来分割出一个个矩形区域之前，对半导体器件晶片的背面进行磨削来将其形成为预定的厚度。
而且，在如上述那样磨削半导体晶片的背面时，在半导体器件的背面生成由微裂纹构成的1μm左右的磨削变形层，在半导体晶片的厚度减薄为100μm以下时，存在半导体器件的抗折强度降低的问题。
为了消除这种问题，在对半导体器件晶片的背面进行磨削来将其形成为预定的厚度后，对半导体晶片的背面实施抛光加工、湿蚀刻加工、干蚀刻加工等，去除在半导体晶片的背面生成的磨削变形层，从而防止半导体器件的抗折强度的降低。
但是，在形成有多个如DRAM或闪存等那样具有存储功能的半导体器件的半导体晶片中，在背面磨削后通过抛光加工、湿蚀刻加工、干蚀刻加工等去除磨削变形层时，存在存储功能下降的问题。认为这是因为，在半导体器件制造步骤中，在去除背面的磨削变形层前，半导体晶片的内部所含有的铜等的金属离子由于吸气效果偏向背面侧，但在去除背面的失真层时，吸气效果消失，半导体晶片的内部所含有的铜等的金属离子浮游到形成有器件的表面侧，从而产生漏电流。
为了消除这种问题，在下述专利文献1中记载了通过在半导体晶片的背面形成由0.2μm以下厚度的微裂纹构成的磨削变形层（吸气层），在不降低半导体器件的抗折强度的情况下具有吸气效果的半导体器件的制造方法。
【专利文献1】日本特开2005-317846号公报
然而，在上述专利文献1所记载的半导体器件的制造方法中，在半导体晶片的背面形成由0.2μm以下厚度的微裂纹构成的磨削变形层（吸气层），因此存在缺乏再现性且难以始终形成良好的吸气层的问题。
发明内容
本发明正是鉴于上述事实而完成的，其主要的技术课题在于提供一种能够在不降低半导体器件的抗折强度的情况下再现性良好地形成吸气层的吸气层形成方法。
为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供一种吸气层形成方法，在表面形成有多个器件的半导体晶片的背面形成捕获金属离子的吸气层，该吸气层形成方法的特征在于，
将具有使得热扩散长度为10nm～230nm的脉宽的脉冲激光光线照射到半导体晶片的背面来形成吸气层。
半导体晶片是硅片，脉冲激光光线的脉宽被设定为1ps～500ps。
此外，脉冲激光光线的波长优选为1550nm以下，更优选为1064nm以下。
并且，在设脉冲激光光线的重复频率为（h）kHz、进给速度为（v）mm/秒、光点直径为（d）μm时，具有v/h≦2d的关系。
在本发明的吸气层形成方法中，将具有使得热扩散长度为10nm～230nm的脉宽的脉冲激光光线照射到半导体晶片的背面来形成吸气层，因此能够在不降低半导体器件的抗折强度的情况下再现性良好地形成吸气层。
附图说明
图1是用于实施本发明的吸气层形成方法的激光加工装置的立体图。
图2是图1所示的激光加工装置中装备的激光光线照射构件的结构框图。
图3是示出图1所示的激光加工装置中装备的控制构件的结构框图。
图4是作为被加工物的半导体晶片的立体图。
图5是示出将图4所示的半导体晶片粘贴到安装于环状框的保护带表面的状态的立体图。
图6是示出将图1所示的激光加工装置的卡盘台所保持的半导体晶片定位到吸气层形成步骤的开始位置的状态的说明图。
图7是通过图1所示的激光加工装置对图4所示的半导体晶片实施的吸气层形成步骤的说明图。
标号说明
2：静止基座；3：卡盘台机构；36：卡盘台；37：加工进给构件；38：分度进给构件；4：激光光线照射单元；5：激光光线照射构件；51：脉冲激光光线振荡构件；52：输出调整构件；53：扫描器；54：聚光器；541：像侧远心物镜；6：摄像构件；7：控制构件；10：半导体晶片；F：环状框；T：保护带。
具体实施方式
下面，参照附图更详细地说明本发明的吸气层形成方法的优选实施方式。
图1示出了用于实施本发明的吸气层形成方法的激光加工装置的立体图。图1所示的激光加工装置1具备：静止基座2；保持被加工物的卡盘台机构3，其以能够在箭头X所示的加工进给方向（X轴方向）上移动的方式配置在该静止基座2上；以及激光光线照射单元4，其是配置在静止基座2上的激光光线照射构件。
上述卡盘台机构3具备：沿着X轴方向平行地配置在静止基座2上的一对导轨31、31；以能够在X轴方向上移动的方式配置在该导轨31、31上的第1滑动块32；以能够在Y轴方向上移动的方式配置在该第1滑动块32上的第2滑动块33；通过圆筒部件34支撑在该第2滑动块33上的覆盖台35；以及作为被加工物保持构件的卡盘台36。该卡盘台36具备由多孔性材料形成的吸附卡盘361，在吸附卡盘361的上表面即保持面上利用未图示的吸引构件来保持作为被加工物的例如圆板形状的半导体晶片。通过在圆筒部件34内配设的未图示的脉冲电动机使这样构成的卡盘台36旋转。另外，在卡盘台36上配设有用于固定环状框架的夹具362，该框架通过保护带来支撑半导体晶片等被加工物。
上述第1滑动块32在其下表面设置有与上述一对导轨31、31嵌合的一对被引导槽321、321，并且在其上表面设置有沿着Y轴方向平行地形成的一对导轨322、322。这样构成的第1滑动块32构成为，能够通过使被引导槽321、321与一对导轨31、31嵌合，沿着一对导轨31、31在X轴方向上移动。卡盘台机构3具有使第1滑动块32沿着一对导轨31、31在X轴方向上移动的加工进给构件37。加工进给构件37包含有在上述一对导轨31与31之间平行地配设的外螺纹丝杆371，以及用于驱动该外螺纹丝杆371旋转的脉冲电动机372等驱动源。外螺纹丝杆371的一端旋转自如地支撑在被固定于上述静止基座2的轴承块373上，其另一端与上述脉冲电动机372的输出轴传动连接。另外，外螺纹杆371与贯通内螺纹孔螺合，该贯通内螺纹孔形成于在第1滑动块32的中央部下表面突出设置的未图示的内螺纹块上。因此，通过脉冲电动机372对外螺纹杆371进行正转和反转驱动，由此，使第2滑动块32沿着导轨31、31而在X轴方向上移动。
上述第2滑动块33在其下表面设置有与设于上述第1滑动块32的上表面的一对导轨322、322嵌合的一对被引导槽331、331，该第2滑动块33构成为：通过使该被引导槽331、331与一对导轨322、322嵌合，由此能够在Y轴方向上进行移动。卡盘台机构3具有用于使第2滑动块33沿着设于第1滑动块32的一对导轨322、322在Y轴方向上移动的分度进给构件38。分度进给构件38包含有在上述一对导轨322与322之间平行地配设的外螺纹丝杆381，以及用于驱动该外螺纹丝杆381旋转的脉冲电动机382等驱动源。就外螺纹杆381而言，其一端以旋转自如的方式支撑在固定于上述第1滑动块32的上表面的轴承块383上，其另一端与上述脉冲电动机382的输出轴传动连接。此外，外螺纹杆381与形成于未图示的内螺纹块中的贯通内螺纹孔螺合，该内螺纹块突出地设于第2滑动块33的中央部下表面。因此，通过脉冲电动机382对外螺纹杆381进行正转和反转驱动，由此，使第2滑动块33沿着导轨322、322而在Y轴方向上移动。
上述激光光线照射单元4具备：配置在上述静止基座2上的支撑部件41；由该支撑部件41支撑且实质上水平延伸的外壳42；配置在该外壳42上的激光光线照射构件5；以及检测应激光加工的加工区域的摄像构件6。如图2所示，激光光线照射构件5具备：脉冲激光光线振荡构件51；对该脉冲激光光线振荡构件51振荡出的脉冲激光光线的输出进行调整的输出调整构件52；扫描器53，其将通过该输出调整构件52调整了输出后的脉冲激光光线的光轴在X轴方向和Y轴方向上进行偏转；以及聚光器54，其对由该扫描器53偏转了光轴后的脉冲激光光线进行会聚，照射到卡盘台36所保持的被加工物W上。
上述脉冲激光光线振荡构件51由以下部分构成：脉冲激光光线振荡器511；以及附属于脉冲激光光线振荡器51而设置的重复频率设定构件512。脉冲激光光线振荡器511振荡出脉冲激光光线LB。重复频率设定构件512设定由脉冲激光光线振荡器511振荡出的脉冲激光光线的频率。
上述扫描器53例如由电流计镜构成，通过后述的控制构件进行控制，使由脉冲激光光线振荡器511振荡出的脉冲激光光线在X轴方向和Y轴方向上摆动并将其引导至聚光器54。另外，作为扫描器53，可采用多面反射镜或压电反射镜。
上述聚光器54具有与上述被加工物W的直径对应的直径的像侧远心物镜541。该像侧远心物镜541对由扫描器53偏转了光轴后的脉冲激光光线进行会聚，与像侧远心物镜541的光轴平行地照射到卡盘台36所保持的被加工物即被加工物W上。
返回图1继续说明，上述摄像构件6在外壳42上与聚光器54在X轴方向的同一线上隔开预定距离进行配置。该摄像构件6除了利用可见光线进行摄像的通常摄像元件（CCD）之外，还包含对被加工物照射红外线的红外线照明构件、捕捉由该红外线照明构件照射的红外线的光学系统和输出与该光学系统捕捉到的红外线对应的电信号的摄像元件（红外线CCD）等，将拍摄到的图像信号发送至后述的控制构件。
激光加工装置1具备图3所示的控制构件7。控制构件7由计算机构成，具有根据控制程序进行运算处理的中央处理装置（CPU）71、存储控制程序等的只读存储器（ROM）72、存储运算结果等的可读写的随机存取存储器（RAM）73、输入接口74以及输出接口75。控制构件7的输入接口74中被输入来自上述摄像构件6等的检测信号。然后，从控制构件7的输出接口75向上述脉冲电动机372、脉冲电动机382、脉冲激光光线振荡构件51、输出调整构件52、扫描器53等输出控制信号。另外，在上述随机存取存储器（RAM）73中，存储有上述图4所示的晶片10的直径等设计值数据。
激光加工装置1如以上那样构成，下面对使用激光加工装置1实施的吸气层形成方法进行说明。
图4示出了作为被加工物即晶片的半导体晶片10的立体图。图4所示的半导体晶片10由例如厚度为100μm的硅片构成，在表面10a上通过形成为格子状的多个间隔道11划分出的多个区域中形成有IC、LSI等器件12。如图5所示，将这样形成的半导体晶片10的表面10a侧粘贴到由聚烯烃等合成树脂片构成的保护带T上，该保护带T被安装在环状框F上。因此，半导体晶片10的背面10b成为上侧。
如图5所示，将借助保护带T支撑于环状框F上的半导体晶片10的保护带T侧载置到图1所示的激光加工装置1的卡盘台36上。然后，通过使未图示的吸引构件工作，使得半导体晶片30借助保护带T被吸引保持在卡盘台36上（晶片保持步骤）。并且，用夹具362对环状框F进行固定。因此，借助保护带T被吸引保持在卡盘台36上的半导体晶片10的背面10b成为上侧。
在如上述那样实施了晶片保持步骤后，使加工进给构件37和分度进给构件38工作，使吸引保持晶片10的卡盘台36移动，将卡盘台36的中心如图6所示那样定位到聚光器54的正下方。进而，控制构件7控制激光光线照射构件5的脉冲激光光线振荡构件51和输出调整构件52，并且控制扫描器53，例如图7的（a）所示那样呈螺旋状地或如图7的（b）所示那样呈平行线状地从上述具有像侧远心物镜541的聚光器54向半导体晶片10的背面10b照射脉冲激光光线（吸气层形成步骤）。此时，控制构件7根据存储在随机存取存储器（RAM）73中的晶片10的直径控制扫描器53。其结果，如图7的（c）所示，在半导体晶片10的背面10b上形成有吸气层110。
此处，对照射到半导体晶片10的背面10b的脉冲激光光线进行研究。
<实验1>
研究在改变脉冲激光光线的脉宽时，热扩散长度（吸气层的深度）与抗折强度以及吸气效果之间的关系。
进给速度（扫描器53）动作速度：2000mm/秒
被加工物：由厚度为100μm的硅片构成的15mm方形的试验片
通过依据上述条件的实验，得到如下的结果。
脉宽（ps）热扩散长度（nm）抗折强度（Mpa）吸气效果
根据上述实验1的结果，在脉宽为0.5皮秒～500皮秒（ps）时抗折强度良好，且在脉宽为600皮秒（ps）以上时抗折强度不良。此外，在脉宽为0.5皮秒（ps）时吸气效果不大良好，如果脉宽为1皮秒（ps）以上，则吸气效果良好。因此，优选将具有使得热扩散长度为10nm～230nm的脉宽的脉冲激光光线照射到半导体晶片的背面来形成吸气层。特别是，在半导体晶片为硅片的情况下期望将脉冲激光光线的脉宽设定为1ps～500ps。
<实验2>
研究在改变脉冲激光光线的波长时，波长与抗折强度以及吸气效果之间的关系。
进给速度（扫描器53的动作速度）：2000mm/秒
被加工物：由厚度为100μm的硅片构成的15mm方形的试验片
通过依据上述条件的实验，得到如下的结果。
波长（nm）抗折强度（Mpa）吸气效果
根据上述实验2的结果，在波长为172（nm）以上时抗折强度全部良好，但吸气效果在波长为172～1550（nm）时良好且在波长为172～1064（nm）时更良好。因此，脉冲激光光线的波长优选为1550nm以下，更优选为1064nm以下。
<实验3>
研究在改变进给速度（扫描器53的动作速度）时，波长与抗折强度以及吸气效果之间的关系。
被加工物：由厚度为100μm的硅片构成的15mm方形的试验片
通过依据上述条件的实验，得到如下的结果。
进给速度（mm/秒）抗折强度（Mpa）吸气效果
在上述实验条件中，在进给速度为1000（mm/秒）以上时抗折强度良好，但吸气效果在进给速度为9000（mm/秒）以上时不良。因此，优选进给速度（mm/秒）为1000（mm/秒）～8000（mm/秒）的范围。另外，在上述实验条件中，在进给速度（mm/秒）为1000（mm/秒）时，脉冲激光光线的光点间隔为光点直径的1/4，在进给速度（mm/秒）为8000（mm/秒）时，脉冲激光光线的光点间隔为光点直径的2倍。
为了满足该条件，在设脉冲激光光线的重复频率为（h）kHz、进给速度为（v）mm/秒、光点直径为（d）μm时，需要具有v/h≦2d的关系。
Claims (5)
1.一种吸气层形成方法，在表面形成有多个器件的半导体晶片的背面形成捕获金属离子的吸气层，该吸气层形成方法的特征在于，
将具有使热扩散长度成为10nm～230nm的脉宽的脉冲激光光线照射到半导体晶片的背面来形成吸气层。
2.根据权利要求1所述的吸气层形成方法，其中，
半导体晶片是硅片，脉冲激光光线的脉宽被设定为1ps～500ps。
3.根据权利要求2所述的吸气层形成方法，其中，
脉冲激光光线的波长被设定为1550nm以下。
4.根据权利要求3所述的吸气层形成方法，其中，
脉冲激光光线的波长被设定为1064nm以下。
5.根据权利要求1或2所述的吸气层形成方法，其中，
在设脉冲激光光线的重复频率为h（kHz）、进给速度为v（mm/秒）、光点直径为d（μm）的情况下，具有v/h≦2d的关系。
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