JP2008027956A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ加工時に発生する飛散物やダストを除去し、且つ半導体基板の損傷を抑制する。
【解決手段】 半導体装置（被加工物）２０のトレンチ形成では、表面に絶縁膜２が形成された半導体装置（被加工物）２０表面に流水を流しながら、フォーカスレンズ５によりレーザ光４を所定のビーム幅に集光した集光後レーザ光６を半導体装置（被加工物）２０に照射する。集光後レーザ光６が半導体装置（被加工物）２０に照射されると照射部の絶縁膜２及びシリコン基板１の表面が溶融され、流水３により冷却され、トレンチ７ａと、照射部周辺の絶縁膜２上に残渣物８ａとが形成される。所定の深さのトレンチ７が形成されると、集光後レーザ光６は走査され、トレンチ７形成が終了した領域には、ノズルから高圧純水からなるウォータジェット９が噴射され、残渣物８が半導体装置（被加工物）２０表面から剥離される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ光を照射して被加工物を加工する半導体装置の製造方法に関するものである。

近年、レーザ光を用いた加工技術は、リソグラフィー技術を用いることなく、プロセス工程を簡略化しながら加工が可能であることから、半導体装置の加工技術として注目されている（例えば、特許文献１参照。）。半導体装置の製造工程では、半導体基板や半導体基板上に形成された層などを精密に加工する必要がある。

ところが、大気中でレーザ加工を行う場合、レーザにより溶融された加工物が飛散及びダストとして堆積し、レーザ加工領域周辺に残渣物として付着する問題点がある。また、レーザ加工では、主に加熱による溶融及び蒸発を用いるので、レーザ加工領域周辺にレーザ光照射による基板などの損傷が発生するという問題点がある。
特開２００２−２２４８７８号公報（頁１９、図１９）

本発明は、レーザ加工時に発生する飛散物やダストを除去でき、且つ半導体基板などの損傷を抑制できる半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、被加工物である半導体装置表面を流水で覆いながら、前記半導体装置表面の所定領域にレーザ光を照射して、前記半導体装置表面をレーザ加工して所定の深さのトレンチを形成する工程と、前記半導体装置表面に、前記レーザ光により溶融し、前記流水により固化・形成された残渣物をウォータジェット噴射により除去する工程とを具備したことを特徴とする。

更に、上記目的を達成するために、本発明の他態様の半導体装置の製造方法は、被加工物である半導体装置表面を流水で覆いながら、前記半導体装置表面の所定領域にレーザ光を照射して、前記半導体装置上に設けられた絶縁膜或いは導電膜をレーザ加工する工程と、前記半導体装置表面に、前記レーザ光により溶融し、前記流水により固化・形成された残渣物をウォータジェット噴射により除去する工程とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、レーザ加工時に発生する飛散物やダストを除去でき、且つ半導体基板などの損傷を抑制できる半導体装置の製造方法を提供するができる。

以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の実施例１に係るレーザ光を用いた半導体装置の製造方法をについて、図面を参照して説明する。図１乃至図３は、レーザ光を用いたトレンチ形成工程を示す断面図である。本実施例では、高出力ＬＤ励起Ｎｄ；ＹＡＧ／ＹＶＯ４レーザを用いてトレンチ形成を実施している。

図１に示すように、半導体装置（被加工物）２０のトレンチ形成では、例えば、高出力ＬＤ励起Ｎｄ；ＹＡＧ／ＹＶＯ４レーザの第４高調波である波長（λ）２６６ｎｍ、パルス幅１０ｎｓｅｃ、出力０．５Ｗのレーザ光を用いている。半導体装置（被加工物）２０表面には、このレーザ光を吸収する、例えば、窒化シリコン膜からなる絶縁膜２を設けている。そして、半導体装置（被加工物）２０表面に流水を流しながら、図示しないレーザ加工装置から出力され、フォーカスレンズ５によりレーザ光４を所定のビーム幅に集光した集光後レーザ光６を半導体装置（被加工物）２０に照射する。

ここで、流水３は半導体集積回路の製造等に用いられる純水を用いるのが好ましい。また、ＹＡＧレーザの第４高調波の代わりに、第２高調波である波長（λ）５３２ｎｍや第３高調波である波長（λ）３５５ｎｍのレーザ光などを用いてもよい。この場合、レーザ光を吸収する絶縁膜を適宜選択するのが好ましい。

次に、図２に示すように、集光後レーザ光６が半導体装置（被加工物）２０に照射されると照射部の絶縁膜２及びシリコン基板１の表面が溶融され、流水３により冷却され、トレンチ７ａと、照射部周辺の絶縁膜２上に飛散物やダストからなる残渣物８ａとが形成される。ここで、絶縁膜２は、残渣物８ａがシリコン基板１に直接に接触されて損傷されないように保護する役割をする。

続いて、所定の深さのトレンチ７が形成されると、集光後レーザ光６は走査され（ここでは、左方向に走査）、トレンチ７形成が終了した領域には、図示しないノズルから高圧純水からなるウォータジェット９が噴射される。このウォータジェット９により、トレンチ７周辺部の絶縁膜２上に形成された残渣物８が半導体装置（被加工物）２０表面から剥離され、図示しない吸引ノズルから吸引物として吸引・排出される。

ここで、ウォータジェット９の吐出圧力は、１０ＭＰａから１００ＭＰａの範囲が好ましい。１０ＭＰａ以下の場合、飛散物やダストからなる残渣物８を除去する能力が低下し、１００ＭＰａ以上の場合、安定的にウォータジェット９を噴出するのが困難となる。また、絶縁膜２の静電破壊を防止するために、例えば、ＮＨ４（アンモニアガス）或いはＣＯ２（炭酸ガス）をウォータジェット９に添加するのが好ましい。その場合、ウォータジェット９の比抵抗は、０．１ＭΩｃｍから１ＭΩｃｍが好ましい。１ＭΩｃｍ以上の場合、半導体装置（被加工物）２０表面がチャージアップしやすくなり、０．１ＭΩｃｍ以下の場合、半導体装置（被加工物）２０の清浄度が低下する。

そして、図３に示すように、半導体装置（被加工物）２０では、トレンチ７が均一に形成され、半導体装置（被加工物）２０表面には残渣物８がなく、且つ絶縁膜２の静電破壊や劣化が低減される。

なお、図３以降の半導体装置の製造方法については図示していないが、形成されたトレンチ７は素子間を絶縁分離するトレンチアイソレーション、ゲート電極がトレンチ７の内部にゲート絶縁膜を介して埋設されるトレンチＭＯＳトランジスタ、或いはゲート電極がトレンチ７の内部にゲート絶縁膜を介して埋設されるトレンチＩＧＢＴなどに適用される。

上述したように、本実施例のレーザ光を用いた半導体装置の製造方法では、半導体装置（被加工物）２０上に流水３を流しながら、高出力ＬＤ励起Ｎｄ；ＹＡＧ／ＹＶＯ４レーザの第４高調波である波長（λ）２６６ｎｍのレーザ光４を用いて半導体装置（被加工物）２０のトレンチ加工を行い、トレンチ７形成が終了した領域には、流水３を流しながらノズルから高圧純水からなるウォータジェット９が噴射される。

このため、従来のレジスト膜をマスクにしたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いたトレンチ形成よりもプロセス工程を短縮化でき、且つレーザ加工で発生する残渣物８を半導体装置（被加工物）２０の損傷を与えることなく除去することができる。また、レーザ光によるトレンチ加工時、常に半導体装置（被加工物）２０は流水３に覆われているので、レーザ光照射による発生する熱を抑制でき、半導体装置（被加工物）２０及びその上の絶縁膜２のダメージを低減することができる。更に、添加剤により所定の抵抗率に設定されたウォータジェット９を用いているので、半導体装置（被加工物）２０表面のチャージアップ現象を抑制でき、絶縁膜２の静電破壊や劣化を低減することができる。

なお、本実施例では、パルス幅１０ｎｓｅｃのレーザ光を用いているが、ピコ秒（ｐｓｅｃ）クラス以下のパルス幅を用いてもよい。この場合、パルス幅が短いため、レーザ照射による熱伝導の発生前に光加工が終了し、熱影響の少ない加工が可能となり、レーザ光で溶融する領域が拡大せず、シャープなトレンチ加工が可能となる。また、高出力ＬＤ励起Ｎｄ；ＹＡＧ／ＹＶＯ４レーザの第４高調波である波長（λ）２６６ｎｍのレーザ光を用いてトレンチ形成しているが、波長１９３ｎｍ、パルス幅１０ｎｓを有する高出力ＡｒＦエキシマレーザなどを用いてよい。

次に、本発明の実施例２に係るレーザ光を用いた半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。図４はレーザ加工装置の概略構成を示す図、図５はレーザ光を用いたトレンチ形成工程を示す断面図である。本実施例では、マルチビームレーザ光を用いて同時に複数のトレンチ加工を行っている。

以下、本実施例において、実施例１と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる点のみ説明する。

図４に示すように、レーザ加工装置は、レーザ加工部１０、マスク１１、フォーカスレンズ５、及び半導体装置（被加工物）２０ａから構成され、レジスト膜をマスクとしないで、直接マルチビームレーザ光を用いて半導体装置の複数のトレンチ加工を同時に行うことができる。なお、レーザ光の走査制御、被加工物の画像認識及び位置調整についての図示及び説明は省略する。

レーザ加工部１０は、レーザ発振制御ユニット１２、レーザ発振器１３、マスク１４、及びビームフォーマ１５から構成されている。レーザ発振制御ユニット１２は、レーザ光のパルス強度を大きくさせないＦｉｒｓｔ Ｐｕｌｓｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ制御、ダイナミックパルス制御、及びレーザ光の発振タイミングなどを制御する。レーザ発振器１３は、例えば、基本波（波長λ；１０６４ｎｍ）、第２高調波（λ；５３２ｎｍ）、第３高調波（λ；３５５ｎｍ）、或いは第４高調波（λ；２６６ｎｍ）の波長のいずれかを照射可能なＬＤ励起Ｎｄ；ＹＡＧ／ＹＶＯ４レーザなどを内蔵している。ここでは、実施例１と同様に、高出力ＬＤ励起Ｎｄ；ＹＡＧ／ＹＶＯ４レーザの第４高調波である波長（λ）２６６ｎｍを用いている。

マスク１４は、レーザ発振器１３から発生されたレーザ光の幅を制限する。ビームフォーマ１５は、例えば、凸型を有するシリンドリカルレンズ１６によりレーザ光のビーム調整を行い、ビーム調整されたレーザ光４を出力する。マスク１１は、半導体装置（被加工物）２０ａの複数のトレンチ加工を同時に行うために設けられたものであり、不要な部分のレーザ光４を遮蔽してマルチビームのレーザ光４を発生する。フォーカスレンズ５はマルチビームのレーザ光４を所定のビーム幅に集光して、その光を集光後レーザ光６ａとして半導体装置（被加工物）２０ａに照射する。

次に、図５に示すように、マルチビームの集光後レーザ光６ａが半導体装置（被加工物）２０に照射されると、レーザ一括加工領域の絶縁膜２及びシリコン基板１の表面が溶融され、流水３により冷却され、複数のトレンチ７ａと、照射部周辺の絶縁膜２上に飛散物やダストからなる残渣物８ａとが形成される。

続いて、所定の深さの複数のトレンチ７が形成されると、マルチビームの集光後レーザ光６ａは走査され（ここでは、左方向に走査）、複数のトレンチ７形成が終了した領域には、ノズルから高圧純水からなるウォータジェット９が噴射される。このウォータジェット９により、複数のトレンチ７周辺部の絶縁膜２上に形成された残渣物８が半導体装置（被加工物）２０表面から剥離され、吸引ノズルから吸引物として吸引・排出される。そして、半導体装置（被加工物）２０ａでは、複数のトレンチ７が一度に均一に形成され、半導体装置（被加工物）２０表面には残渣物８がなく、且つ絶縁膜２の静電破壊や劣化が低減される。

なお、図５以降の半導体装置の製造方法については図示していないが、形成されたトレンチ７は実施例１と同様に素子間を絶縁分離するトレンチアイソレーション、ゲート電極がトレンチ７の内部にゲート絶縁膜を介して埋設されるトレンチＭＯＳトランジスタ、或いはゲート電極がトレンチ７の内部にゲート絶縁膜を介して埋設されるトレンチＩＧＢＴなどに適用される。

上述したように、本実施例のレーザ光を用いた半導体装置の製造方法では、半導体装置（被加工物）２０上に流水３を流しながら、マスク１１を用いてレーザ光４をマルチビーム化して半導体装置（被加工物）２０ａに照射し、複数のトレンチ加工を一括に行っている。複数のトレンチ７形成が終了した領域には、流水３を流しながらノズルから高圧純水からなるウォータジェット９が噴射される。

このため、実施例１と同様な効果の他に、マルチビームのレーザ光を用いているので、実施例１よりもスループットを向上させることができる。

次に、本発明の実施例３に係るレーザ光を用いた半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。図６及び図７は、レーザ光を用いたトレンチ形成工程を示す断面図である。本実施例では、絶縁膜上に有機保護膜を設けてトレンチ形成を行っている。

図６に示すように、半導体装置（被加工物）２０ｂのトレンチ形成では、例えば、実施例１と同様に高出力ＬＤ励起Ｎｄ；ＹＡＧ／ＹＶＯ４レーザの第４高調波である波長（λ）２６６ｎｍ、パルス幅１０ｎｓｅｃ、出力０．５Ｗのレーザ光を用いている。半導体装置（被加工物）２０ｂ表面には、例えば、窒化シリコン膜からなる絶縁膜２２と、絶縁膜２２上に、例えば、有機シート膜からなる有機保護膜２１とを設けている。そして、半導体装置（被加工物）２０ｂ表面に流水を流しながら、フォーカスレンズ５によりレーザ光４を所定のビーム幅に集光した集光後レーザ光６を半導体装置（被加工物）２０ｂに照射する。ここで、有機シート膜を用いているが、レジスト膜を代わりに用いてもよい。

次に、集光後レーザ光６が半導体装置（被加工物）２０ｂに照射されると、照射部の有機保護膜２１、絶縁膜２２及びシリコン基板１の表面が溶融され、流水３により冷却され、トレンチ７ａと、照射部周辺の有機保護膜２１上に飛散物やダストからなる残渣物８ａとが形成される。ここで有機保護膜２１は、残渣物８ａが絶縁膜２１及びシリコン基板１に直接に接触されて損傷されないように保護する役割をする。

続いて、所定の深さのトレンチ７が形成されると、集光後レーザ光６は走査され（ここでは、左方向に走査）、トレンチ７形成が終了した領域には、ノズルから高圧純水からなるウォータジェット９が噴射される。このウォータジェット９により、トレンチ７周辺部の有機保護膜２１上に形成された残渣物８が半導体装置（被加工物）２０表面から剥離され、吸引ノズルから吸引物として吸引・排出される。

そして、図７に示すように、有機保護膜２１が剥離される。半導体装置（被加工物）２０ｂでは、トレンチ７が均一に形成され、半導体装置（被加工物）２０ｂ表面には残渣物８がなく、且つ絶縁膜２の静電破壊や劣化が低減される。

ここで、ウォータジェット９により、トレンチ７周辺部の有機保護膜２１上に形成された残渣物８を剥離しているが、残渣物８が少量で、小さい粒径の場合にはウォータジェット９を用いずに、有機保護膜２１の剥離時に除去してもよい。

上述したように、本実施例のレーザ光を用いた半導体装置の製造方法では、半導体装置（被加工物）２０ｂ上に流水３を流しながら、高出力ＬＤ励起Ｎｄ；ＹＡＧ／ＹＶＯ４レーザの第４高調波である波長（λ）２６６ｎｍのレーザ光４を用いて、絶縁膜２２と有機保護膜２１が上部に設けられた半導体装置（被加工物）２０ｂのトレンチ加工を行い、トレンチ７形成が終了した領域には、流水３を流しながらノズルから高圧純水からなるウォータジェット９が噴射される。

このため、従来のレジスト膜をマスクにしたＲＩＥ法を用いたトレンチ形成よりもプロセス工程を短縮化でき、且つレーザ加工で発生する残渣物８を半導体装置（被加工物）２０及び絶縁膜２２の損傷を与えることなく除去することができる。また、レーザ光によるトレンチ加工時、常に半導体装置（被加工物）２０は流水３に覆われているので、レーザ光照射による発生する熱を抑制でき、半導体装置（被加工物）２０及びその上の絶縁膜２のダメージを低減することができる。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更してもよい。

例えば、本実施例では、レーザ光を用いてトレンチ形成を行っているが、ビア形成、ポリシリコンヒューズの切断ポリシリコンヒューズの切断、金属配線の加工、或いは半導体装置の基板加工などにも適用できる。

本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
（付記１） 第１主面に有機保護膜と絶縁膜或いは導電膜が積層形成された被加工物である半導体装置表面を流水で覆いながら、前記半導体装置表面の所定領域にレーザ光を照射して、前記半導体装置表面をレーザ加工して前記絶縁膜或いは導電膜をレーザ加工する工程と、前記有機保護膜表面に、前記レーザ光により溶融し、前記流水により固化・形成された残渣物をウォータジェット噴射により除去する工程と、前記有機保護膜を除去する工程とを具備する半導体装置の製造方法。

本発明の実施例１に係るレーザ光を用いたトレンチ形成工程を示す断面図。 本発明の実施例１に係るレーザ光を用いたトレンチ形成工程を示す断面図。 本発明の実施例１に係るレーザ光を用いたトレンチ形成工程を示す断面図。 本発明の実施例２に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図。 本発明の実施例２に係るレーザ光を用いたトレンチ形成工程を示す断面図。 本発明の実施例３に係るレーザ光を用いたトレンチ形成工程を示す断面図。 本発明の実施例３に係るレーザ光を用いたトレンチ形成工程を示す断面図。

符号の説明

１ シリコン基板
２、２２ 絶縁膜
３ 流水
４ レーザ光
５ フォーカスレンズ
６、６ａ 集光後レーザ光
７、７ａ トレンチ
８、８ａ 残渣物
９ウォータジェット
１０ レーザ加工部
１１、１４ マスク
１５ ビームフォーマ
１６ シリンドリカルレンズ
２０、２０ａ、２０ｂ 半導体装置（被加工物）
２１ 有機保護膜

Claims (5)

1. 被加工物である半導体装置表面を流水で覆いながら、前記半導体装置表面の所定領域にレーザ光を照射して、前記半導体装置表面をレーザ加工して所定の深さのトレンチを形成する工程と、
   前記半導体装置表面に、前記レーザ光により溶融し、前記流水により固化・形成された残渣物をウォータジェット噴射により除去する工程と、
   を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 被加工物である半導体装置表面を流水で覆いながら、前記半導体装置表面の所定領域にマルチビームレーザ光を照射して、前記半導体装置表面をレーザ加工して所定の深さの複数のトレンチを一括形成する工程と、
   前記半導体装置表面に、前記レーザ光により溶融し、前記流水により固化・形成された残渣物をウォータジェット噴射により除去する工程と、
   を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 被加工物である半導体装置表面を流水で覆いながら、前記半導体装置表面の所定領域にレーザ光を照射して、前記半導体装置上に設けられた絶縁膜或いは導電膜をレーザ加工する工程と、
   前記半導体装置表面に、前記レーザ光により溶融し、前記流水により固化・形成された残渣物をウォータジェット噴射により除去する工程と、
   を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 第１主面に有機保護膜が設けられた被加工物である半導体装置表面を流水で覆いながら、前記半導体装置表面の所定領域にレーザ光を照射して、前記半導体装置表面をレーザ加工して所定の深さのトレンチを形成する工程と、
   前記有機保護膜表面に、前記レーザ光により溶融し、前記流水により固化・形成された残渣物をウォータジェット噴射により除去する工程と、
   前記有機保護膜を除去する工程と、
   を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記ウォータジェットの比抵抗は、０．１ＭΩ以上、１ＭΩ以下の範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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