CN105506745B - 半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种准确控制基板的翘曲的半导体装置的制造方法。基板的制造方法包括：第一工序，通过向单晶基板照射激光或带电粒子束，并且以所述单晶基板的表面上的照射区域的轨迹成为直线的条纹状的方式而使所述照射区域相对于所述单晶基板进行移动，从而沿着所述轨迹而形成非晶区域，所述第一工序以所述直线的朝向不同的方式而被实施多次，通过所述第一工序被实施多次，从而使所述单晶基板的翘曲发生变化，被实施多次的所述第一工序的各次中的所述直线全部不平行于与所述表面平行的平面内的所述单晶基板的晶轴的方向。

Description

半导体装置的制造方法
技术领域
本说明书中所公开的技术涉及一种半导体装置的制造方法。
背景技术
在专利文献1中公开了一种通过向蓝宝石(sapphire)基板照射激光而在蓝宝石基板内形成改质区域，从而对蓝宝石基板的翘曲进行控制的技术。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-165817号公报
发明内容
发明所要解决的课题
当如专利文献1那样照射激光从而对基板翘曲进行调节时，存在无法按照预想的那样对基板的翘曲进行控制的情况。因此，在本说明书中，提供一种能够更准确地对基板的翘曲进行控制的技术。
用于解决课题的方法
本说明书提供一种制造基板的方法。该方法包括第一工序，在所述第一工序中，通过向单晶基板照射激光或带电粒子束，并且以所述单晶基板的表面上的照射区域的轨迹成为直线的条纹状的方式而使所述照射区域相对于所述单晶基板进行移动，从而沿着所述轨迹而形成非晶区域。所述第一工序以所述直线的朝向不同的方式而被实施多次。通过所述第一工序被实施多次，从而使所述单晶基板的翘曲发生变化。被实施多次的所述第一工序的各次中的所述直线全部不平行于与所述表面平行的平面内的所述单晶基板的晶轴的方向。
另外，通过该方法而被制造的基板既可以是仅由单晶基板构成的基板，也可以是在单晶基板上层叠有其他层的层叠基板。
本申请的发明人们发现，在照射区域的轨迹的直线与晶轴平行的情况下和不平行的情况下，翘曲的变化量会产生差异。因此，当照射区域的轨迹中混合存在有与晶轴平行的方向及与晶轴不平行的方向时，根据方向的不同，翘曲的变化量会产生差异，从而无法准确地控制基板的翘曲。与此相对，当如以上所述那样，被实施多次的所述第一工序的各次中的所述直线全部不平行于与所述第一表面平行的平面内的所述单晶基板的晶轴的方向时，能够稳定地控制翘曲的变化量。
附图说明
图1为支承板10的立体图。
图2为非晶区域形成工序中的支承板10的剖视图。
图3为非晶区域形成工序后的支承板10的剖视图。
图4为实施方式的轨迹31～32的说明图。
图5为比较例的轨迹41～42的说明图。
图6为表示通过比较例的方法而产生了翘曲的支承板10的上表面10a的等高线的图。
图7为表示通过实施方式的方法而产生了翘曲的支承板10的上表面10a的等高线的图。
图8为粘合剂50的涂布后的支承板10的剖视图。
图9为层叠基板70的剖视图。
图10为层叠基板70的剖视图。
图11为改变例的非晶区域形成工序中的支承板10的剖视图。
图12为改变例的轨迹的说明图。
图13为改变例的粘贴工序后的层叠基板70的剖视图。
图14为改变例的非晶区域形成工序后的层叠基板70的剖视图。
具体实施方式
在本实施方式的半导体装置在制造方法中，将半导体晶片粘贴在支承板上从而对半导体晶片进行加强，针对被加强的半导体晶片来实施加工。图1图示了本实施方式的方法中所使用的支承板10。支承板10通过蓝宝石的单晶而被构成。蓝宝石的结晶结构为六方晶。支承板10具有圆盘形状。支承板10的厚度方向与六方晶的c轴一致。因此，支承板10的上表面10a及下表面10b与六方晶的c面一致。即，六方晶的a1轴、a2轴及a3轴与上表面10a及下表面10b平行。a1轴与a2轴之间的角度为120°，a2轴与a3轴之间的角度为120°，a3轴与a1轴之间的角度为120°。在本实施方式中，支承板10(即，蓝宝石)的线膨胀系数为5.2ppm/K。支承板10为大致透明。以下，对使用了支承板10的半导体装置的制造方法进行说明。
(非晶区域形成工序)
首先，如图2所示，朝向支承板10的上表面10a照射激光20。在此，利用光学系统而在支承板10的内部形成激光20的焦点。更详细而言，在与支承板10的厚度方向上的中央部10c相比靠上表面10a侧的区域10d内形成激光的焦点。此外，通过飞秒激光装置等短脉冲激光装置照射激光20。此外，以与飞秒相比较长的预定的时间间隔而间歇地照射激光20。此外，在间歇地照射激光20的同时，使支承板10相对于激光照射装置而进行移动。使支承板10在沿着其上表面10a的方向上进行移动。
当以上述的方式照射激光20时，在激光20的焦点的位置处，支承板10的晶体取向被打乱，从而形成非晶区域12(即，结晶缺陷)。由于在使支承板10进行移动的同时间歇地照射激光20，因此在支承板10上，沿着激光20的照射区域的轨迹而以固定间隔形成有非晶区域12。在非晶区域12被形成时，该非晶化的区域将膨胀。由于非晶区域12被形成在上表面10a侧的区域10d内，因此当以上述方式形成非晶区域12时，上表面10a侧的区域10d将膨胀，而下表面10b侧的区域10e不会膨胀。因此，如图3所示，支承板10以上表面10a侧成为凸起的方式而翘曲。另外，如图3所示，非晶区域12以充分隔开间隔的方式被形成，以使相邻的非晶区域12彼此不会相连。
上述的激光20的照射处理被执行三次。图4图示了在第一次至第三次的激光20的照射处理中，激光20的照射范围的轨迹。在第一次的照射处理中，沿着方向D1而使激光20的照射范围相对于支承板10进行移动，所述方向D1为相对于上表面10a的面内的晶轴a1的方向而向逆时针方向偏转了角度X1(在本实施方式中为30°)的方向。激光20的照射范围以对支承板10的上表面10a进行多次扫描的方式而进行移动。由此，第一次的照射处理的激光20的照射范围的轨迹如图4的轨迹31所示那样被绘制成直线的条纹状。因此，在第一次的照射处理中，沿着轨迹31而形成有多个非晶区域12。在第二次的照射处理中，沿着方向D2而使激光20的照射范围相对于支承板10进行移动，所述方向D2为相对于上表面10a的面内的晶轴a2的方向而向逆时针方向偏转了角度X2(在本实施方式中为30°)的方向。激光20的照射范围以对支承板10的上表面10a进行多次扫描的方式而进行移动。由此，第二次的照射处理的激光20的照射范围的轨迹如图4的轨迹32所示那样被绘制成直线的条纹状。因此，在第二次的照射处理中，沿着轨迹32而形成有多个非晶区域12。在第三次的照射处理中，沿着方向D3而使激光20的照射范围相对于支承板10进行移动，所述方向D3为相对于上表面10a的面内的晶轴a3的方向而向逆时针方向偏转了角度X3(在本实施方式中为30°)的方向。激光20的照射范围以对支承板10的上表面10a进行多次扫描的方式而进行移动。由此，第三次的照射处理中的激光20的照射范围的轨迹如图4的轨迹33所示那样被绘制成直线的条纹状。因此，在第三次的照射处理中，沿着轨迹33而形成有多个非晶区域12。
当以图4的方式照射激光20时，能够使支承板10产生均匀的翘曲。以下，对其理由进行说明。已知被形成的非晶区域12的尺寸根据激光照射范围的轨迹是否与晶轴平行而发生变化。即，在轨迹与晶轴平行的情况下，沿着轨迹而形成较长的非晶层。即，图2的非晶区域12的长度L1变长。在该情况下，在沿着轨迹的方向上，于支承板上所产生的翘曲变小。与此相对，在轨迹与晶轴不平行的情况下，非晶区域12的尺寸变小(即，距离L1变短)。在该情况下，在沿着轨迹的方向上，于支承板上所产生的翘曲变大。
图5图示了比较例的激光照射范围的轨迹41、42。在图5中，针对支承板10实施两次激光照射处理。在第一次的激光照射处理中，沿着晶轴a2而使激光20的照射范围进行移动。在第二次的激光照射处理中，沿着相对于晶轴a2而正交的方向D4(即，相对于晶轴a1、a2、a3中的任意一个均不平行的方向)而使激光20的照射范围进行移动。在该方法中，在沿着晶轴a2的方向上支承板10的翘曲变小，与此相对，在方向D4上支承板10的翘曲变大。因此，如图6所示，支承板10以椭圆状发生翘曲。
与此相对，当以图4的方式照射激光20时，轨迹31～33中的任意一个均不与晶轴a1～a3平行。因此，在沿着轨迹31～33的方向D1～D3中的任意一个方向上，支承板10的翘曲均变大。即，在方向D1～D3上大致均等地产生翘曲。其结果为，如图7所示，支承板10以正圆状发生翘曲。特别地，在本实施方式中，如图4所示，由于各轨迹的方向D1～D3与各晶轴a1～a3之间的角度X1～X3大致相等，因此在方向D1～D3上产生的翘曲的量相等。因此，以更接近正圆的分布而产生翘曲。另外，虽然角度X1～X3最好是相同的角度，但优选为，至少这些角度之间的差在±5°以内。通过将角度X1～X3之差设在±5°以内，从而能够以接近大致正圆的分布而在支承板10上产生翘曲。
(粘贴工序)
接下来，利用粘合剂而将半导体基板粘贴在产生了翘曲的支承板10上。首先，如图8所示，将粘合剂50涂布在支承板10的下表面10b上。粘合剂50为具有热塑性的聚酰亚胺树脂。在将粘合剂50涂布在支承板10的下表面10b上之后，对支承板10进行加热(烘干处理)。由此，使溶剂从粘合剂50中蒸发，从而使粘合剂50半固化。接下来，实施使粘合剂亚胺化的热处理。
接下来，将支承板10配置在粘合用的炉(省略图示)内，之后，将半导体基板60层叠于粘合剂50之上。另外，半导体基板60由硅构成。半导体基板60(即，硅)的线膨胀系数为3.4ppm/K。即，半导体基板60的线膨胀系数小于支承板10的线膨胀系数。接下来，如图9所示，对由支承板10、粘合剂50及半导体基板60构成的层叠基板70进行加热，并且通过加压机90对层叠基板70在其厚度方向上进行加压。通过加压而使层叠基板70成为平坦的状态。由于具有翘曲的支承板10被按压成平坦的状态，因此在支承板10的内部产生有应力。此外，将层叠基板70的周围设为减压气氛。通过加热而使粘合剂50软化。通过加压而使半导体基板6紧贴于软化的粘合剂50上。此外，通过减压来抑制在粘合剂50中产生孔隙的情况。接下来，使层叠基板70逐渐地冷却。当层叠基板70被冷却至低于粘合剂50的玻璃转化点的温度时，粘合剂50将固化。由此，半导体基板60与支承板10被相互固定。之后，层叠基板70被继续被冷却至常温。
在对层叠基板70进行冷却时，支承板10与半导体基板60将要收缩。由于支承板10的线膨胀系数大于半导体基板60的线膨胀系数，因此支承板10与半导体基板60相比将要较大程度地收缩。因此，层叠基板70将要以半导体基板60侧成为凸起的方式而翘曲。然而，由于层叠基板70被加压机90束缚，因此在层叠基板70上不会产生翘曲。因此，在层叠基板70的内部会产生将要以半导体基板60侧成为凸起的方式而翘曲的应力。如以上所述，在原本具有翘曲的支承板10的内部，在被加压时产生有应力。该应力为，将要向与由于热膨胀系数之差而产生的应力相反的方向翘曲的应力。因此，通过支承板10的内部的应力，从而使由于热膨胀係数之差而产生的应力被抵消。
层叠基板70被冷却至常温后，从炉中取出层叠基板70。在被冷却至常温的阶段中，支承板10的内部的应力与由于热膨胀系数之差而产生的应力几乎完全抵消。因此，从炉中被取出的层叠基板70如图10所示那样基本是平坦的。如此，根据该方法，能够获得平坦的层叠基板70。
此外，由于通过非晶区域形成工序而使支承板10以正圆状发生翘曲，因此，在粘贴工序中，与方向无关地，层叠基板70的翘曲被均匀地矫正。因此，能够获得平坦的层叠基板70。
在通过以上的方式形成了平坦的层叠基板70之后，针对半导体基板60而实施各种的加工。例如，通过对半导体基板60的表面进行研磨而使半导体基板60薄板化。之后，通过在半导体基板60的内部形成扩散层，并在半导体基板60的表面上形成电极等，从而形成半导体元件的结构。接下来，通过以透过支承板10的方式向粘合剂50照射激光，从而使粘合剂50的粘合力下降，之后，使半导体基板60从支承板10上剥离。此时，由于在支承板10的表面上未设置用于减少翘曲的膜等，因此能够效率地向粘合剂50照射激光。之后，通过对半导体基板60进行切割，从而完成半导体装置。另外，在从半导体基板60上剥离下来的支承板10上，会再次如图3所示那样产生翘曲。能够在对其他的半导体基板60进行加工时再次利用该支承板10。
如在上文中所说明的那样，在该方法中，预先使支承板10产生翘曲。而且，能够通过预先产生的支承板10的翘曲而抵消由于支承板10与半导体基板60的线膨胀系数之差所产生的翘曲。因此，能够获得平坦的层叠基板70。特别地，在上述的方法中，由于使支承板10以正圆状均等地翘曲，因此能够均等地对层叠基板70的翘曲进行矫正。因此，能够获得更平坦的层叠基板70。
另外，优选为，各非晶区域12的尺寸尽可能要小。通过缩小非晶区域12的尺寸，从而能够对在将支承板10从半导体基板60上剥离时，激光由于非晶区域12而发生散乱的情况进行抑制。此外，根据同样的理由，形成非晶区域12的间隔优选为，在能够使支承板10发生翘曲的范围内尽可能要大。
另外，虽然在上述的实施方式中，如图2所示那样向形成非晶区域12的一侧的表面(即，上表面10a)照射激光20，但也可以如图11所示那样向形成非晶区域12的一侧的表面的相反侧的表面(即，下表面10b)照射激光20。
此外，在上述的实施方式中，将半导体基板60粘贴在支承板10的下表面10b(即，距非晶区域12较远的表面)上。然而，在半导体基板60的线膨胀系数大于支承板10的线膨胀系数的情况下，可将半导体基板60粘贴在支承板10的上表面10a(即，距非晶区域12较近的表面)上。由此，能够对层叠基板的翘曲进行矫正。
此外，在上述的实施方式中，向支承板10的表面涂布粘合剂50，然后，将支承板10粘贴在半导体基板60上。然而，也可以像半导体基板60的表面涂布粘合剂50，然后，将半导体基板60粘贴在支承板10上。
此外，在上述的实施方式中，沿着三个方向D1～D3扫描激光20。然而，例如，也可以如图12所示那样沿着两个方向D5、D6扫描激光20。在图12中，方向D5相对于方向D6而大致正交。方向D5相对于晶轴a1～a3中的任一个均不平行。此外，方向D6也相对于晶轴a1～a3中的任一个均不平行。因此，在该情况下，也能够使支承板10均等地产生翘曲。
此外，虽然在上述的实施方式中，支承板10的结晶结构为六方晶，但也可以将具有其他的结晶结构的单晶的基板作为支承板10来使用。在该情况下，也能够通过将激光20的轨迹的方向设为不平行于与支承板10的表面平行的平面内的晶轴的方向，从而使支承板10产生均等的翘曲。
此外，在上述的实施方式中，在非晶区域形成工序后实施了粘贴工序。然而，也可以在粘贴工序后实施非晶区域形成工序。关于该情况，在下文进行说明。在先实施粘贴工序的情况下，将平坦的半导体基板60以与上述的实施方式相同的方式粘贴在平坦的支承板10上。在对层叠基板70进行冷却时，由于支承板10与半导体基板60的线膨胀系数之差，从而如图13所示那样在层叠基板70上产生翘曲。由于支承板10与半导体基板60相比较大程度地收缩，因此层叠基板70以半导体基板60侧成为凸起的方式而发生翘曲。接下来，向支承板10的上表面10a以与上述的实施方式同样的方式照射激光20，从而形成非晶区域12。通过形成非晶区域12从而使支承板10的上表面10a附近的区域膨胀。由此，如图14所示，层叠基板70变得平坦。通过该方法也能够获得平坦的层叠基板70。
此外，虽然在上述的实施方式中，在支承板10的内部形成了非晶区域12，但也可以以露出于支承板10的表面的方式而形成非晶区域12。
此外，在上述的实施方式中，通过激光20而形成了非晶区域12。然而，也可以通过像离子注入或离子减薄等那样向支承板10照射带电粒子，从而形成非晶区域12。在该情况下，能够通过掩膜板等而仅向支承板10的表面的较窄的范围内照射带电粒子，并使该照射范围如上述的实施方式那样进行移动。
本说明书所公开的基板的制造方法具有以下的结构。
制造基板的方法包括第一工序，在所述第一工序中，通过向单晶基板照射激光或带电粒子束，并且以所述单晶基板的表面上的照射区域的轨迹成为直线的条纹状的方式而使所述照射区域相对于所述单晶基板进行移动，从而沿着所述轨迹而形成非晶区域。所述第一工序以所述直线的朝向不同的方式而被实施多次。通过所述第一工序被实施多次，从而使所述单晶基板的翘曲发生变化。被实施多次的所述第一工序的各次中的所述直线全部不平行于与所述表面平行的平面内的所述单晶基板的晶轴的方向。
在所述第一工序中，在与所述单晶基板的厚度方向上的中央部相比靠第一表面侧的区域内形成所述非晶区域。还包括第二工序，在所述第二工序中，将半导体基板以加热状态粘贴在所述单晶基板上，并且在所述单晶基板的线膨胀系数大于所述半导体基板的线膨胀系数时，将所述半导体基板粘贴在所述单晶基板的所述第一表面的相反侧的第二表面上，而在所述单晶基板的线膨胀系数小于所述半导体基板的线膨胀系数时，将所述半导体基板粘贴在所述单晶基板的所述第一表面上。
另外，可以先实施第一工序和第二工序中的任何一个。
根据这种结构，能够通过在第一工序中产生于单晶基板上的翘曲而抵消在第二工序中产生于半导体基板上的翘曲。因此，能够使层叠单晶基板与半导体基板而形成的层叠基板平坦化。
单晶基板的结晶结构为六方晶，且第一表面及第二表面为c面。
可以将形成非晶区域的第一工序实施三次。第一次的第一工序中的直线与单晶基板的a1轴之间的角度为角度X1，第二次的第一工序中的直线与单晶基板的a2轴之间的角度为角度X2，第三次的第一工序中的直线与单晶基板的a3轴之间的角度为角度X3，角度X1与角度X2之差小于5°，角度X2与角度X3之差小于5°，角度X3与角度X1之差小于5°。
如此，当角度X1、X2、X3相互大致相等时，能够使支承板更均匀地(即，以正圆形)翘曲。
虽然以上详细对实施方式进行了说明，但这些只不过是例示，并不对权利要求书进行限定。在权利要求书中所记载的技术中包括对以上所例示的具体例进行了各种改变、变更的内容。
本说明书或附图中所说明的技术要素通过单独或各种组合的方式而发挥技术上的有用性，并不限定于申请时权利要求所记载的组合。此外，本说明书或附图中所例示的技术同时达到多个目的，达到其中的一个目的本身便具有技术上的有用性。
符号说明
10：支承板；
10a：上表面；
10b：下表面；
10c：中央部；
12：非晶区域；
20：激光；
31-33：轨迹；
50：粘合剂；
60：半导体基板；
70：层叠基板。

Claims (4)

1.一种方法，其为制造基板的方法，包括：
第一工序，通过向单晶基板照射激光或带电粒子束，并且以所述单晶基板的表面上的照射区域的轨迹成为直线的条纹状的方式而使所述照射区域相对于所述单晶基板进行移动，从而沿着所述轨迹而形成非晶区域，
所述第一工序以所述直线的朝向不同的方式而被实施多次，
通过所述第一工序被实施多次，从而使所述单晶基板的翘曲发生变化，
被实施多次的所述第一工序的各次中的所述直线全部不平行于与所述表面平行的平面内的所述单晶基板的晶轴的方向。
2.如权利要求1所述的方法，其中，
在所述第一工序中，在与所述单晶基板的厚度方向上的中央部相比靠第一表面侧的区域内形成所述非晶区域，
所述方法还包括第二工序，在所述第二工序中，将半导体基板以加热状态粘贴在所述单晶基板上，并且在所述单晶基板的线膨胀系数大于所述半导体基板的线膨胀系数时，将所述半导体基板粘贴在所述单晶基板的所述第一表面的相反侧的第二表面上，而在所述单晶基板的线膨胀系数小于所述半导体基板的线膨胀系数时，将所述半导体基板粘贴在所述单晶基板的所述第一表面上。
3.如权利要求2所述的方法，其中，
所述单晶基板的结晶结构为六方晶，
所述第一表面及所述第二表面为c面。
4.如权利要求3所述的方法，其中，
将所述第一工序实施三次，
第一次的所述第一工序中的所述直线与所述单晶基板的a1轴之间的角度为角度X1，第二次的所述第一工序中的所述直线与所述单晶基板的a2轴之间的角度为角度X2，第三次的所述第一工序中的所述直线与所述单晶基板的a3轴之间的角度为角度X3，所述角度X1与所述角度X2之差小于5°，所述角度X2与所述角度X3之差小于5°，所述角度X3与所述角度X1之差小于5°。
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