JP2003229395A - 半導体デバイスの加工方法 - Google Patents

半導体デバイスの加工方法

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JP2003229395A
JP2003229395A JP2002028864A JP2002028864A JP2003229395A JP 2003229395 A JP2003229395 A JP 2003229395A JP 2002028864 A JP2002028864 A JP 2002028864A JP 2002028864 A JP2002028864 A JP 2002028864A JP 2003229395 A JP2003229395 A JP 2003229395A
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JP
Japan
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cross
semiconductor device
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polishing
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JP2002028864A
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Shinobu Shigeta
忍 繁田
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UMC Japan Co Ltd
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UMC Japan Co Ltd
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 断面観察位置において略平坦な断面を得るこ
とができる半導体デバイスの加工方法を提供する。 【解決手段】 まず、半導体基板上に形成された半導体
デバイスについて、所定の断面観察位置の上方に形成さ
れた配線層を除去する。その後、化学的機械研磨法によ
る断面研磨の際に発生するラウンディングの影響を断面
観察位置が受けることがない程度の厚さを有する透明シ
ール材10を、断面観察位置に対応する半導体デバイス
の表面に接着する。これにより、断面観察位置はラウン
ディング領域の外部に位置することになる。次に、化学
的機械研磨法を用いて、その半導体デバイスをその側面
から断面観察位置まで断面研磨する。このようにして加
工された半導体デバイスについて、その断面観察位置の
構造を観察することにより不良解析を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に形
成された半導体デバイスについて所定の断面観察位置で
の断面構造を観察するために、化学的機械研磨法を用い
て半導体デバイスを断面研磨する半導体デバイスの加工
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの不良解析を行う際に、
不良箇所の断面構造を観察することは、不良発生メカニ
ズムを解明するという意味においてとても重要である。
従来、ある断面観察位置における断面構造を観察するた
めのサンプルを得る方法としては、次のような二つの方
法がある。第一の方法は、例えば、集束したイオンビー
ム(FIB:Focused Ion Beam)を半導体デバイス上に
照射し、断面観察位置に対応する位置をエッチングする
ことにより、当該断面観察位置における断面を得る方法
である。
【0003】第二の方法は、化学的機械研磨(CMP:
Chemical Mechanical Polishing)法を用いて、半導体
デバイスを断面研磨する方法である。ここで、CMP法
とは、スラリー溶液と被研磨材料との化学反応(Chemic
al)及び研磨粒子と被研磨材料との摩擦反応(Mechanic
al)によって、被研磨材料を研磨(Polishing)する技
術である。また、断面研磨とは、半導体デバイスの表面
を研磨プレートの表面に対して垂直に立てた状態で、研
磨プレートに適当な圧力と回転条件を与えながら、半導
体デバイスを研磨することである。また、研磨プレート
には多数の穴部が形成されている。研磨プレートを回転
すると、研磨粒子は穴部にストックされたまま、研磨プ
レートと共に回転する。
【0004】尚、第二の方法を適用する際には、予め断
面観察位置の上方に存在する半導体デバイスの配線層等
を除去しておく必要がある。断面観察位置はその配線層
に邪魔されて外部から見えないことが多いからである。
配線層等を除去すると、断面観察位置の表面には、わず
か数千Åのパッシベーション膜しか残らない。すなわ
ち、断面観察位置はシリコン基板から極めて表面に近い
ところに位置している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、通常、CM
P法を用いて研磨を行うと、ラウンディングという現象
が発生する。ラウンディングとは、被研磨材料の研磨面
の端部における研磨レートが、その中央部における研磨
レートよりも速くなり、研磨面全体が平坦に削れず、研
磨面の端部が丸く削れてしまう現象のことである。これ
は、研磨するときに、研磨粒子が研磨面の中心部よりも
端部において活発に動くために生じると考えられる。か
かるラウンディングは断面研磨においても同様に発生す
る。このため、上記の第二の方法により断面観察用のサ
ンプルを作製する場合、断面観察位置はシリコン基板の
表面近傍に位置するので、ラウンディングの影響を受け
てしまう。したがって、当該断面観察位置においては、
ラウンディングの影響により平坦な断面が得にくく、不
良解析を行う際に断面観察位置における断面形状を詳細
に確認することができないという問題があった。
【0006】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、断面観察位置において略平坦な断面を得ること
ができる半導体デバイスの加工方法を提供することを目
的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項1記載の発明は、半導体基板上に形成された
半導体デバイスについて所定の断面観察位置での断面構
造を観察するために、化学的機械研磨法を用いて前記半
導体デバイスを断面研磨する半導体デバイスの加工方法
であって、前記断面観察位置の上方に形成された配線層
を除去する工程と、前記配線層を除去した後、前記化学
的機械研磨法による断面研磨の際に発生するラウンディ
ングの影響を前記断面観察位置が受けることがない程度
の厚さを有する透明シール材を、前記断面観察位置に対
応する前記半導体デバイスの表面に接着する工程と、前
記化学的機械研磨法を用いて、前記透明シール材が接着
された前記半導体デバイスをその側面から前記断面観察
位置まで断面研磨する工程と、を具備することを特徴と
するものである。
【0008】請求項2記載の発明は、請求項1記載の半
導体デバイスの加工方法において、前記透明シール材を
接着する接着剤としては、前記透明シール材と前記半導
体デバイスの表面層との密着性に優れたものを用いるこ
とを特徴とするものである。
【0009】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の半導体デバイスの加工方法において、前記透明シー
ル材はガラス板であることを特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態
である半導体デバイスの加工方法を説明するための図で
ある。
【0011】本実施形態の半導体デバイスの加工方法
は、シリコン基板(Si基板)上に形成された半導体デ
バイスについて所定の位置(断面観察位置)の断面構造
を観察するために、CMP法を用いて半導体デバイスを
断面研磨する方法である。ここで、CMP法とは、スラ
リー溶液と被研磨材料との化学反応(Chemical)及び研
磨粒子と被研磨材料との摩擦反応(Mechanical)によっ
て、被研磨材料を研磨(Polishing)する技術である。
また、断面研磨とは、半導体デバイスの表面を研磨プレ
ートの表面に対して垂直に立てた状態で、半導体デバイ
スを研磨することである。
【0012】次に、本実施形態の半導体デバイスの加工
方法について詳しく説明する。
【0013】まず、半導体デバイスにおいて断面観察位
置を特定する。通常、断面観察位置は、その上側に配置
された配線層に邪魔されて、半導体デバイスの表面から
見えないことが多い。このため、かかる場合は、断面観
察位置の上方に形成された最上層から当該配線層までを
除去する。かかる配線層等を除去するには、例えば、平
面研磨処理あるいは薬液による腐食処理を行う。これに
より、断面観察位置は半導体デバイスの表面から見える
ようになる。実際、この断面観察位置は、肉眼あるいは
顕微鏡で容易に確認することができる。
【0014】また、かかる配線層等の除去を行うと、断
面観察位置の表面には、わずか数千Åのパッシベーショ
ン膜しか残らない。例えば、シリコン基板に集積された
半導体デバイスの場合、シリコン基板の厚さを0.7m
mとすると、断面観察位置は、シリコン基板の裏面から
0.699mm以上の位置となる。すなわち、図1
(a)に示すように、断面観察位置は、シリコン基板の
表面に極めて近い位置に存在することになる。
【0015】その後、断面観察位置の近傍に、当該断面
観察位置を示すための目印を付ける。断面研磨を行う際
には、この目印を目標にして半導体デバイスを研磨する
ことになる。
【0016】次に、図1(b)に示すように、透明なシ
ール材10を、断面観察位置に対応する半導体デバイス
の表面に接着する。この接着作業は、例えば顕微鏡で断
面観察位置を確認しながら行われる。本実施形態では、
かかるシール材10としてガラス板を用いている。ま
た、透明なシール材10を用いるのは、上記の目印や断
面観察位置を半導体デバイスの表面から見えるようにす
るためである。尚、シール材10は、半導体デバイスの
表面全体に形成してもよい。
【0017】また、シール材10の厚さは、断面観察位
置がCMP法による断面研磨の際に発生するラウンディ
ングの影響を受けることがない程度の厚さとする。実
際、研磨条件を調整することにより、ラウンディングの
発生をかなり抑えることできる。このような状況では、
例えば、シール材10の厚さは少なくとも数ミクロンか
ら数十ミクロン程度とすればよい。かかる厚さのシール
材10を設けることにより、断面観察位置は、ラウンデ
ィングが発生する領域(ラウンディング領域)の外部に
位置するようになる。具体的に、図1(c)の半導体デ
バイスにおいては、楕円で表された領域の外部がラウン
ディング領域であり、当該断面観察位置はその楕円の領
域内に位置している。
【0018】シール材10を接着する接着剤としては、
シール材10と半導体デバイスのパッシベーション膜と
の密着性に優れたものが用いられる。かかる密着性を確
保することは、本実施形態の方法においてかなり重要で
ある。例えば、シール材10を接着したときに、シール
材10と半導体デバイスのパッシベーション膜との間に
空気が残留してしまうと、結局、そこに空間ができてし
まう。このように密着性が十分でない場合に、半導体デ
バイスをCMP法により断面研磨すると、研磨粒子がそ
の空間に入り込み、断面観察位置においてラウンディン
グが発生してしまう。したがって、シール材10を半導
体デバイスにしっかりと密着させて、断面観察位置をシ
ールする必要がある。
【0019】シール材10を半導体デバイスに接着した
後は、CMP法を用いて、その半導体デバイスをその側
面から断面観察位置まで断面研磨する。CMP法を用い
て断面研磨する際には、図1(c)に示すように、半導
体デバイスの表面を研磨プレート30の表面に対して垂
直に立てた状態で、研磨プレート30の上方に半導体デ
バイスを配置することになる。まず、研磨プレート30
の表面にスラリーを塗布する。ここで、スラリーとは、
例えば、弱アルカリ性の溶液(スラリー溶液)に、直径
0.1μm程度のコロイダルシリカ(研磨粒子)を多数
含ませたものである。また、研磨プレート30として
は、バフと呼ばれる布や発泡ポリウレタンのような多穴
構造のものが使用される。このため、研磨プレート30
を回転すると、研磨粒子はその研磨プレート30の表面
に形成された穴部にストックされたまま、研磨プレート
30と共に回転する。次に、研磨プレート30を回転し
ながら、研磨プレート30を半導体デバイスの表面に接
触させる。これにより、研磨粒子と被研磨材料との摩擦
反応、及び、スラリー溶液と被研磨材料との化学反応に
よって、半導体デバイスが断面研磨される。
【0020】CMP法による断面研磨では、被研磨材料
である半導体デバイスの研磨面の端部においてラウンデ
ィングが発生する。しかし、本実施形態では、断面観察
位置に対応する半導体デバイスの表面に所定の厚さの透
明シール材10を密着させることにより、当該断面観察
位置がラウンディング領域から外れるようにしている。
このため、かかる断面研磨を当該断面観察位置まで行う
と、図1(d)に示すように、断面観察位置はラウンデ
ィングの影響を受けず、その断面観察位置において略平
坦な断面が得られる。
【0021】その後、こうして加工された半導体デバイ
スについて、その断面観察位置の構造を観察することに
より不良解析が行われる。
【0022】本実施形態の半導体デバイスの加工方法で
は、CMP法による断面研磨の際に発生するラウンディ
ングの影響を断面観察位置が受けることがない程度の厚
さを有する透明シール材を、断面観察位置に対応する半
導体デバイスの表面に接着した後、CMP法を用いて、
半導体デバイスをその側面から断面観察位置まで断面研
磨する。これにより、断面観察位置がラウンディング領
域の外部に位置することになるので、当該断面観察位置
においては、ラウンディングが発生するのを防いで、略
平坦な断面を得ることができる。したがって、本実施形
態の方法を適用して、断面観察用のサンプルを作製する
ことにより、断面観察位置における断面形状を詳細に確
認することができる。
【0023】尚、本発明は上記の実施形態に限定される
ものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が
可能である。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
デバイスの加工方法によれば、化学的機械研磨法による
断面研磨の際に発生するラウンディングの影響を断面観
察位置が受けることがない程度の厚さを有する透明シー
ル材を、断面観察位置に対応する半導体デバイスの表面
に接着した後、化学的機械研磨法を用いて、半導体デバ
イスをその側面から断面観察位置まで断面研磨する。こ
れにより、断面観察位置がラウンディング領域の外部に
位置することになるので、当該断面観察位置において
は、ラウンディングが発生するのを防いで、略平坦な断
面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である半導体デバイスの加
工方法を説明するための図である。
【符号の説明】
10 透明シール材 30 研磨プレート

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成された半導体デバイ
    スについて所定の断面観察位置での断面構造を観察する
    ために、化学的機械研磨法を用いて前記半導体デバイス
    を断面研磨する半導体デバイスの加工方法であって、 前記断面観察位置の上方に形成された配線層を除去する
    工程と、 前記配線層を除去した後、前記化学的機械研磨法による
    断面研磨の際に発生するラウンディングの影響を前記断
    面観察位置が受けることがない程度の厚さを有する透明
    シール材を、前記断面観察位置に対応する前記半導体デ
    バイスの表面に接着する工程と、 前記化学的機械研磨法を用いて、前記透明シール材が接
    着された前記半導体デバイスをその側面から前記断面観
    察位置まで断面研磨する工程と、 を具備することを特徴とする半導体デバイスの加工方
    法。
  2. 【請求項2】 前記透明シール材を接着する接着剤とし
    ては、前記透明シール材と前記半導体デバイスの表面層
    との密着性に優れたものを用いることを特徴とする請求
    項1記載の半導体デバイスの加工方法。
  3. 【請求項3】 前記透明シール材はガラス板であること
    を特徴とする請求項1又は2記載の半導体デバイスの加
    工方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107170676A (zh) * 2017-05-26 2017-09-15 武汉新芯集成电路制造有限公司 一种提高半导体结构侧剖面平整度的方法
CN111653498A (zh) * 2020-06-12 2020-09-11 长江存储科技有限责任公司 一种半导体结构及其研磨方法

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CN107170676B (zh) * 2017-05-26 2019-08-30 武汉新芯集成电路制造有限公司 一种提高半导体结构侧剖面平整度的方法
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