JP2013251456A - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device, which can improve productivity without reduction in quality.SOLUTION: A present semiconductor device manufacturing method comprises: a modified region formation process of irradiating laser beams L in a thickness direction of a semiconductor substrate 10 by fixing a focal point P of the laser beams L at any one point inside the semiconductor substrate 10 to successively grow a modified region K; an etching process of removing the reformed region K only by etching the semiconductor substrate 10 which has been subjected to the modified layer formation process from one surface 10a side to form a through hole 14 or a recess 16 in the semiconductor substrate 10 thereby to manufacture the semiconductor device.

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device.

従来、半導体基板に貫通孔や凹部などを形成し、半導体装置を製造することが行われている。例えば、半導体基板を加工する方法としては、反応性ガスを用いたプラズマエッチングなどにより加工する手法が広く知られている。そして、近年では、マスクを必要とせず、比較的加工時間が短いなどといったメリットから、レーザ光を用いて半導体基板を加工する技術が開発されつつあり、例えば下記特許文献1に示すものがある。   2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor device is manufactured by forming a through hole, a recess, or the like in a semiconductor substrate. For example, as a method of processing a semiconductor substrate, a method of processing by plasma etching using a reactive gas is widely known. In recent years, a technique for processing a semiconductor substrate using a laser beam is being developed from the merits that a mask is not required and the processing time is relatively short.

特許文献1には、SOI基板(10)の犠牲層(12)(SiO)にレーザ光を照射することにより、犠牲層(12)を多孔質化した後、開口部(15)からエッチング媒体を導入し、多孔質化した犠牲層(12)(改質領域)をエッチングして除去する技術が開示されている。そして、この特許文献1では、犠牲層(12)がレーザ光のスポット径よりも厚い場合に、レーザ光のスポットを犠牲層(12)の厚さ方向に移動させて犠牲層(12)の厚さ方向全体にレーザ光を照射するようにしている。 Patent Document 1, by irradiating a laser beam to the sacrificial layer of the SOI substrate (10) (12) (SiO 2), after the sacrificial layer (12) made porous, the etching medium from the opening (15) , And a technique for removing the porous sacrificial layer (12) (modified region) by etching is disclosed. In Patent Document 1, when the sacrificial layer (12) is thicker than the spot diameter of the laser beam, the thickness of the sacrificial layer (12) is moved by moving the laser beam spot in the thickness direction of the sacrificial layer (12). Laser light is irradiated in the entire length direction.

特開2010−164394号公報JP 2010-164394 A

ところで、半導体基板に貫通孔や凹部を形成する場合は、加工面(貫通孔や凹部が形成された側壁面)の表面粗さはできる限り小さくする(より平滑にする)ことが望ましい。例えば、貫通孔内や凹部内に薄膜を形成しようとした場合、この表面粗さが薄膜の特性(例えば導電性など)に影響を及ぼす虞があるからである。   By the way, when forming a through-hole and a recessed part in a semiconductor substrate, it is desirable to make the surface roughness of the processing surface (side wall surface in which the through-hole or the recessed part was formed) as small as possible (to make it smoother). For example, when a thin film is to be formed in a through hole or in a recess, the surface roughness may affect the characteristics (for example, conductivity) of the thin film.

しかしながら、上記特許文献1のように、レーザ光のスポット(集光点)を犠牲層(12)の厚さ方向に移動させながら照射する場合には、改質領域が不連続になりやすく、この不連続な改質領域の影響によって、加工面の表面粗さを小さく抑えることが難しかった。また、半導体基板表面にレーザ光の集光点が合ってしまうと、半導体基板表面が溶融して、デブリやヒュームが発生し、半導体装置の品質が低下するといった問題もあった。   However, as in Patent Document 1, when the laser beam spot (condensing point) is irradiated while moving in the thickness direction of the sacrificial layer (12), the modified region tends to be discontinuous. Due to the influence of the discontinuous modified region, it was difficult to reduce the surface roughness of the processed surface. In addition, when the laser beam is focused on the surface of the semiconductor substrate, the surface of the semiconductor substrate is melted, debris and fumes are generated, and the quality of the semiconductor device is degraded.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、品質を低下させることなく、生産性を向上させることが可能な半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することにある。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device capable of improving productivity without degrading quality.

本発明者が鋭意研究した結果、半導体基板の内部の任意の1つの点に集光点を固定してレーザ光を照射し続けると、この集光点を起点として改質領域がレーザ光の出射側へ向けて成長する(改質領域が広がる)ことを見出した。
すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の内部の任意の1つの点に集光点を固定し、前記半導体基板の一方面側からレーザ光を前記半導体基板の厚さ方向に照射し、前記集光点を起点として前記厚さ方向に改質領域を連続的に成長させる改質領域形成工程と、前記改質領域形成工程を経た前記半導体基板を、前記一方面側からエッチングするのみで前記改質領域を除去し、前記半導体基板に貫通孔又は凹部を形成するエッチング工程と、を含むことを特徴とする。
As a result of intensive research conducted by the present inventors, when a condensing point is fixed to an arbitrary point inside the semiconductor substrate and laser light irradiation is continued, the modified region emits the laser light from the condensing point as a starting point. It has been found that it grows toward the side (the reformed area widens).
That is, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a condensing point is fixed to an arbitrary point inside the semiconductor substrate, and laser light is directed in the thickness direction of the semiconductor substrate from one surface side of the semiconductor substrate. Irradiating and etching a modified region forming step of continuously growing a modified region in the thickness direction starting from the condensing point and the semiconductor substrate that has undergone the modified region forming step from the one surface side And removing the modified region to form a through hole or a recess in the semiconductor substrate.

本発明に係る半導体装置の製造方法では、レーザ光の集光点を半導体基板の内部の任意の1つの点に固定して半導体基板の厚さ方向に照射し、改質領域を厚さ方向に連続的に成長させるようにしている。このように、改質領域を連続的に成長させることで、エッチング後に得られる貫通孔や凹部の加工面をより滑らかにすることができる。そして、半導体基板の内部に集光点を固定してレーザ光を照射するため、半導体基板表面でのレーザ光のエネルギー密度を低くでき、半導体基板表面でのデブリやヒュームの発生が抑えられ、半導体装置の品質を向上させることができる。また、レーザ光の集光点を半導体基板の厚さ方向に移動させて改質領域を複数形成する必要が無いため、加工時間を短縮でき、生産性を向上させることができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a laser beam condensing point is fixed to an arbitrary point inside the semiconductor substrate and irradiated in the thickness direction of the semiconductor substrate, and the modified region in the thickness direction. I try to grow continuously. In this way, by continuously growing the modified region, the processed surface of the through hole and the recess obtained after etching can be made smoother. And since the condensing point is fixed inside the semiconductor substrate and the laser beam is irradiated, the energy density of the laser beam on the surface of the semiconductor substrate can be lowered, the generation of debris and fumes on the surface of the semiconductor substrate can be suppressed, and the semiconductor The quality of the apparatus can be improved. Further, since it is not necessary to form a plurality of modified regions by moving the condensing point of the laser light in the thickness direction of the semiconductor substrate, the processing time can be shortened and the productivity can be improved.

図1は、半導体基板にレーザ光の照射を行うレーザ光照射装置の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a laser light irradiation apparatus that irradiates a semiconductor substrate with laser light. 図2は、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法における改質領域形成工程を説明する図であり、図2(A)は、半導体基板の一方面側にレーザ光を照射する様子を説明する断面説明図であり、図2(B)は、半導体基板内部に改質領域を連続的に成長させる様子を説明する断面説明図である。FIG. 2 is a view for explaining a modified region forming step in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 2 (A) shows a state in which laser light is irradiated on one side of the semiconductor substrate. FIG. 2B is an explanatory cross-sectional view illustrating a state in which the modified region is continuously grown inside the semiconductor substrate. 図3は、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるエッチング工程を説明する図であり、図3(A)は、エッチング媒体に半導体基板を浸漬させた様子を説明する断面説明図であり、図3(B)は、半導体基板に貫通孔が形成された様子を説明する断面説明図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an etching process in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 3A is a cross-sectional explanatory diagram illustrating a state in which a semiconductor substrate is immersed in an etching medium. FIG. 3B is an explanatory cross-sectional view illustrating a state in which a through hole is formed in the semiconductor substrate. 図4は、第1実施形態に係る半導体装置であって、(110)面のシリコン単結晶基板に貫通孔が形成された様子を説明する断面説明図である。FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view for explaining a state in which the through hole is formed in the (110) plane silicon single crystal substrate in the semiconductor device according to the first embodiment. 図5は、第1実施形態の変形例に係る半導体装置を示す説明図であり、半導体基板に凹部が形成された様子を示している。FIG. 5 is an explanatory view showing a semiconductor device according to a modification of the first embodiment, and shows a state in which a recess is formed in the semiconductor substrate.

[第1実施形態]
以下、この発明に係る半導体装置の製造方法について、図を参照して説明する。
本発明では、半導体基板10の内部の任意の1つの点に集光点Pを固定して半導体基板10の一方面10a側からレーザ光Lを照射して改質領域Kを形成した後、この改質領域Kをエッチングにより除去することで、貫通孔14又は凹部16を形成するようにしている。
[First Embodiment]
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the present invention, after the condensing point P is fixed to an arbitrary point inside the semiconductor substrate 10 and the modified region K is formed by irradiating the laser beam L from the one surface 10a side of the semiconductor substrate 10, By removing the modified region K by etching, the through holes 14 or the recesses 16 are formed.

まず、本発明で用いる半導体基板10について説明する。
半導体基板10には、例えば、薄板円盤形状(すなわちウェハ形状)に構成された基板面(結晶面方位)が(100)面のシリコン単結晶基板を用いることができる。また、半導体基板10の厚さは、例えば、100μm程度のものを用いることができる。なお、半導体基板10には、拡散工程等を経て形成された素子(図示略)が形成されている。
First, the semiconductor substrate 10 used in the present invention will be described.
As the semiconductor substrate 10, for example, a silicon single crystal substrate having a (100) plane as a substrate surface (crystal plane orientation) configured in a thin disk shape (that is, a wafer shape) can be used. The semiconductor substrate 10 may have a thickness of about 100 μm, for example. The semiconductor substrate 10 is formed with an element (not shown) formed through a diffusion process or the like.

次に、レーザ光Lを照射するレーザ光照射装置30について、図1を参照して説明する。
図1に示すように、レーザ光照射装置30は、レーザ光源32と、ビームエキスパンダ34と、ビームスプリッタ36と、ガルバノスキャナ38と、集光レンズ40と、パワーメータ42とを備えて構成されている。
Next, the laser beam irradiation apparatus 30 that irradiates the laser beam L will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the laser beam irradiation device 30 includes a laser light source 32, a beam expander 34, a beam splitter 36, a galvano scanner 38, a condenser lens 40, and a power meter 42. ing.

レーザ光源32としては、例えば、発振波長が1064nm、発振周波数が100kHzのYAGレーザを用いることができる。レーザ光の波長は、1000〜1100nm程度であることが好ましい。1000nmより短い波長になると半導体基板10の内部ではなく表面側で吸収されてしまうためであり、1100nmより大きくなると半導体基板10で吸収され難くなるためである。レーザ光Lは、例えば、50nsのナノ秒パルスで照射することができる。   As the laser light source 32, for example, a YAG laser having an oscillation wavelength of 1064 nm and an oscillation frequency of 100 kHz can be used. The wavelength of the laser light is preferably about 1000 to 1100 nm. This is because when the wavelength is shorter than 1000 nm, it is absorbed not on the inside of the semiconductor substrate 10 but on the surface side, and when it exceeds 1100 nm, it is difficult to be absorbed by the semiconductor substrate 10. The laser beam L can be irradiated with a nanosecond pulse of 50 ns, for example.

ビームエキスパンダ34は、レーザ光源32からのレーザ光Lの径を拡大すると共に、レーザ光Lを平行光とするためのものである。また、ビームスプリッタ36は、計測用に一部のビームを分岐させ、パワーメータ42側へ入射させるとともに、残りのビームをガルバノスキャナ38を介して集光レンズ40側へ入射させるようにしている。   The beam expander 34 is for expanding the diameter of the laser light L from the laser light source 32 and making the laser light L parallel light. Further, the beam splitter 36 splits a part of the beams for measurement and makes them enter the power meter 42 side, and makes the remaining beams enter the condenser lens 40 side via the galvano scanner 38.

ガルバノスキャナ38は、1対のガルバノミラー39(図1では、説明の都合上、1つのガルバノミラー39のみ示している)を備えており、これらガルバノミラー39によりレーザ光Lの照射位置を加工エリア内で任意の位置に移動させることができるようになっている。   The galvano scanner 38 includes a pair of galvanometer mirrors 39 (only one galvanometer mirror 39 is shown in FIG. 1 for convenience of explanation), and the irradiation position of the laser beam L is determined by the galvanometer mirror 39 in the processing area. It can be moved to any position.

集光レンズ40は、レーザ光源32から発せられ、ガルバノミラー39で反射したレーザ光Lを入射して集光するものである。本発明では、半導体基板10の内部の任意の1つの点に集光レンズ40の集光点Pを固定し、この集光点Pに焦点を当て続けている。とりわけ集光点Pは、半導体基板10の内部において一方面10aとは反対側の他方面10b寄りの位置に固定されるようにするとよい。具体的には、半導体基板10の厚さαを100μm程度とした場合、一方面10aからの深さβが90μm程度の位置(すなわち、他方面10bからの深さが10μm程度の位置)に固定されるようにするとよい。   The condensing lens 40 is configured to make the laser light L emitted from the laser light source 32 and reflected by the galvano mirror 39 incident and condensed. In the present invention, the condensing point P of the condensing lens 40 is fixed to an arbitrary point inside the semiconductor substrate 10 and the focusing point P is continuously focused. In particular, the condensing point P is preferably fixed at a position near the other surface 10b opposite to the one surface 10a inside the semiconductor substrate 10. Specifically, when the thickness α of the semiconductor substrate 10 is about 100 μm, the depth β from the one surface 10a is fixed at a position where the depth β is about 90 μm (that is, the depth from the other surface 10b is about 10 μm). It is good to be done.

ここで、レーザ光Lのエネルギー密度は、スポット径の2乗に反比例するようになっている。本実施形態では、この集光レンズ40により、レーザ光Lは、例えば42度程度の角度で集光されるようになっている。すなわち、集光の角度が比較的大きな集光レンズ40を用いることで、例えば、半導体基板10の一方面10aでのレーザ光Lのスポット径を、集光点でのスポット径に比べて比較的大きくでき、半導体基板10の一方面10a(表面)でのエネルギー密度を比較的小さくでき、基板表面でのデブリやヒュームの発生を抑えることができる。   Here, the energy density of the laser beam L is inversely proportional to the square of the spot diameter. In the present embodiment, the laser beam L is collected by the condenser lens 40 at an angle of, for example, about 42 degrees. That is, by using the condensing lens 40 having a relatively large condensing angle, for example, the spot diameter of the laser light L on the one surface 10a of the semiconductor substrate 10 is relatively smaller than the spot diameter at the condensing point. The energy density on the one surface 10a (surface) of the semiconductor substrate 10 can be made relatively small, and the occurrence of debris and fumes on the substrate surface can be suppressed.

なお基板表面でのレーザ光Lのエネルギー密度は、5×10(W/cm)以下であることが好ましく、より好ましくは、3×10(W/cm)程度である。また、集光点Pでのレーザ光Lのエネルギー密度は、5×10(W/cm)以上が好ましく、より好ましくは、1×1010(W/cm)程度である。このエネルギー密度の差によって基板表面での加工を起こさないまま、基板内部に改質領域Kを確実に形成することができる。 The energy density of the laser light L on the substrate surface is preferably 5 × 10 8 (W / cm 2 ) or less, and more preferably about 3 × 10 8 (W / cm 2 ). Further, the energy density of the laser light L at the condensing point P is preferably 5 × 10 9 (W / cm 2 ) or more, and more preferably about 1 × 10 10 (W / cm 2 ). Due to the difference in energy density, the modified region K can be reliably formed inside the substrate without causing any processing on the substrate surface.

次に、半導体基板に貫通孔を形成する工程について、図2〜図4を参照しながら説明する。なお、図2では、レーザ光照射装置30を簡略して示している。本実施形態では、半導体基板の内部に改質領域Kを連続的に成長させる改質領域形成工程と、この改質領域Kをエッチングにより除去するエッチング工程とを主に説明する。また、基板の厚さαが100μmで、基板面(結晶面方位)が(100)面のシリコン単結晶基板を半導体基板10として用いた場合を例に挙げ説明する。   Next, the process of forming the through hole in the semiconductor substrate will be described with reference to FIGS. In addition, in FIG. 2, the laser beam irradiation apparatus 30 is simplified and shown. In the present embodiment, a modified region forming process for continuously growing the modified region K inside the semiconductor substrate and an etching process for removing the modified region K by etching will be mainly described. Further, a case where a silicon single crystal substrate having a substrate thickness α of 100 μm and a substrate surface (crystal plane orientation) of (100) plane is used as the semiconductor substrate 10 will be described as an example.

(改質領域形成工程)
まず、改質領域形成工程について説明する。
改質領域形成工程では、まず、図2(A)に示すように、ステージ50上に載置された半導体基板10の一方面10aからの深さβが90μm(すなわち、他方面10bからの深さが10μm)の位置に、レーザ光として波長が1064nmである近赤外光を、50nsのナノ秒パルス100kHzで集光点Pを動かさずに10000パルス照射する。
(Modified region forming process)
First, the modified region forming process will be described.
In the modified region forming step, first, as shown in FIG. 2A, the depth β from the one surface 10a of the semiconductor substrate 10 placed on the stage 50 is 90 μm (that is, the depth from the other surface 10b). Is irradiated with near infrared light having a wavelength of 1064 nm as a laser beam at a position of 10 μm with a 50 ns nanosecond pulse of 100 kHz without moving the condensing point P.

このように、半導体基板10の内部の任意の1つの点に集光点Pを固定してレーザ光Lを照射し続けると、この集光点Pを起点として改質領域Kがレーザ光の出射側へ(一方面10a側へ)向けて成長する(図2(B))。また、集光点Pの直下の裏面(他方面10b)側にも熱的な影響により改質領域Kが数μm程度形成される。なお、改質領域Kは、基板裏面に到達する程度に形成するようにしてもよい。また、このときの集光点Pでのレーザ光のスポット径は、2〜3μm程度、基板表面側(一方面10a側)でのスポット径は30μm程度となるように、集光レンズによって調整されている。また、集光点Pでのレーザ光Lのエネルギー密度は1×1010(W/cm)程度、基板表面側でのエネルギー密度は1×10(W/cm)程度となる。このように、レーザ光の集光点Pを半導体基板10の内部の任意の1つの点に固定して照射し続けることで、図2(B)に示すように、連続的に成長した深穴形状の改質領域Kを得ることができる。 As described above, when the condensing point P is fixed to an arbitrary point inside the semiconductor substrate 10 and irradiation with the laser light L is continued, the modified region K emits the laser light from the condensing point P as a starting point. It grows toward the side (to the one surface 10a side) (FIG. 2B). In addition, the modified region K is formed on the back surface (the other surface 10b) directly below the condensing point P by several μm due to thermal influence. The modified region K may be formed so as to reach the back surface of the substrate. At this time, the spot diameter of the laser beam at the condensing point P is adjusted by the condenser lens so that the spot diameter on the substrate surface side (one surface 10a side) is about 30 μm. ing. The energy density of the laser light L at the condensing point P is about 1 × 10 10 (W / cm 2 ), and the energy density on the substrate surface side is about 1 × 10 7 (W / cm 2 ). In this way, by continuously irradiating with the laser beam condensing point P fixed to an arbitrary point inside the semiconductor substrate 10, as shown in FIG. A modified region K having a shape can be obtained.

(エッチング工程)
次に、エッチング工程について説明する。
上述のようにレーザ光を照射して形成した改質領域Kは、光学的損傷により、一旦溶融した後に凝固して、多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンに変化しており、結晶の結合が弱くなっているため、単結晶の部分に比べてエッチングされやすい。本実施形態のエッチング工程ではこの性質を利用し、上記改質領域形成工程によって形成された半導体基板10における改質された部位にエッチングをするのみで貫通孔14を形成している。具体的には、改質領域Kを起点としてエッチングを行い、貫通孔14を形成するようにしている。このエッチング工程では、例えば、半導体基板10を80度のKOH48wt%に10分間浸漬させることで(図3(A))、径20μmの貫通孔14を形成することができる(図3(B))。
(Etching process)
Next, the etching process will be described.
The modified region K formed by irradiating the laser beam as described above is solidified after being melted once due to optical damage and changed to polycrystalline silicon or amorphous silicon, and the bonding of the crystal becomes weak. Therefore, it is easier to etch than a single crystal portion. In the etching process of this embodiment, this property is utilized, and the through hole 14 is formed only by etching the modified portion of the semiconductor substrate 10 formed by the modified region forming process. Specifically, etching is performed starting from the modified region K to form the through hole 14. In this etching step, for example, the through hole 14 having a diameter of 20 μm can be formed (FIG. 3B) by immersing the semiconductor substrate 10 in KOH 48 wt% at 80 degrees for 10 minutes (FIG. 3A). .

なお、貫通孔14の形状はエッチングの時間を変更することによって、その径を制御することが可能であり、エッチングの時間をより長くすることにより、貫通孔14の径をより大きくすることができる。また、半導体基板10の結晶面方位によっても、貫通孔14の形状を制御することも可能である。例えば、基板面(結晶面方位)が(110)面のシリコン単結晶基板を半導体基板10として用いることで、貫通孔14の側壁14aは、より基板面に対して垂直に形成することができる(図4)。例えば、(110)面のシリコン単結晶基板を半導体基板10として用い、80度のKOH48wt%(エッチング媒体)に25分間浸漬させることで、径10μm、深さ100μmの貫通孔14を形成することができる。   Note that the diameter of the through hole 14 can be controlled by changing the etching time, and the diameter of the through hole 14 can be increased by increasing the etching time. . The shape of the through hole 14 can also be controlled by the crystal plane orientation of the semiconductor substrate 10. For example, by using a silicon single crystal substrate having a substrate surface (crystal plane orientation) of (110) as the semiconductor substrate 10, the side wall 14a of the through hole 14 can be formed more perpendicular to the substrate surface ( FIG. 4). For example, a through-hole 14 having a diameter of 10 μm and a depth of 100 μm can be formed by using a (110) plane silicon single crystal substrate as the semiconductor substrate 10 and immersing in KOH 48 wt% (etching medium) at 80 degrees for 25 minutes. it can.

そして、このように得られた貫通孔14にアルミ膜などの金属膜をスパッタなどの方法によって堆積させて貫通電極(図示略)を形成し、半導体装置1を製造することができる。   The semiconductor device 1 can be manufactured by depositing a metal film such as an aluminum film in the through hole 14 thus obtained by a method such as sputtering to form a through electrode (not shown).

以上説明したように、本第1実施形態に係る半導体装置1の製造方法によれば、レーザ光Lの集光点Pを半導体基板10の内部の任意の1つの点に固定して半導体基板10の厚さ方向に照射し、改質領域Kを厚さ方向に連続的に成長させるようにしている。このように、改質領域Kを連続的に成長させることで、エッチング後に得られる貫通孔14の加工面をより滑らかにすることができる。そして、半導体基板10の内部に集光点Pを固定してレーザ光Lを照射するため、半導体基板表面でのレーザ光Lのエネルギー密度を低くでき、半導体基板表面でのデブリやヒュームの発生が抑えられ、半導体装置1の品質を向上させることができる。また、レーザ光Lの集光点Pを半導体基板10の厚さ方向に移動させて改質領域Kを複数形成する必要が無いため、加工時間を短縮でき、生産性を向上させることができる。   As described above, according to the method for manufacturing the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the condensing point P of the laser light L is fixed to any one point inside the semiconductor substrate 10, and the semiconductor substrate 10. The modified region K is continuously grown in the thickness direction by irradiation in the thickness direction. In this way, by continuously growing the modified region K, the processed surface of the through hole 14 obtained after etching can be made smoother. And since the condensing point P is fixed inside the semiconductor substrate 10 and the laser beam L is irradiated, the energy density of the laser beam L on the surface of the semiconductor substrate can be lowered, and debris and fumes are generated on the surface of the semiconductor substrate. The quality of the semiconductor device 1 can be improved. Moreover, since it is not necessary to form the plurality of modified regions K by moving the condensing point P of the laser light L in the thickness direction of the semiconductor substrate 10, the processing time can be shortened and the productivity can be improved.

また、集光点Pを、半導体基板10の内部において一方面10aとは反対側の他方面10b寄りの位置に固定するようにしている。このように、集光点Pを固定することで、改質領域Kを半導体基板10の厚さ方向に、より効率的に成長させることができる。   Further, the condensing point P is fixed to a position near the other surface 10b opposite to the one surface 10a inside the semiconductor substrate 10. Thus, by fixing the condensing point P, the modified region K can be more efficiently grown in the thickness direction of the semiconductor substrate 10.

また、エッチング工程では、ウェットエッチングを用いて行うようにしている。ウェットエッチングでは大掛かりな装置が必要なく、比較的安価なエッチング液によりエッチングを行うことができるので、製造コストを抑えることができる。   The etching process is performed using wet etching. Since wet etching does not require a large-scale apparatus and etching can be performed with a relatively inexpensive etching solution, manufacturing costs can be reduced.

また、半導体基板10は、シリコンを主体として構成されている。このように、半導体装置の分野において広く用いられているシリコンを主体として構成された半導体基板10を用いることで、本製造方法の汎用性をより高めることができる。   The semiconductor substrate 10 is mainly composed of silicon. Thus, the versatility of this manufacturing method can be further enhanced by using the semiconductor substrate 10 mainly composed of silicon widely used in the field of semiconductor devices.

また、本第1実施形態の製造方法により製造された半導体装置1は、上述した効果と同様の効果を奏することができる。   Further, the semiconductor device 1 manufactured by the manufacturing method of the first embodiment can exhibit the same effects as the effects described above.

次に、本発明の第1実施形態における変形例に係る半導体装置101について、図5を参照して説明する。本第1実施形態における変形例では、半導体基板10に、貫通孔14の代わりにメンブレン形状の凹部16を形成する点が上記第1実施形態にて述べた半導体装置1と主に異なる。したがって、第1実施形態の半導体装置1と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。   Next, a semiconductor device 101 according to a modification of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The modification in the first embodiment is mainly different from the semiconductor device 1 described in the first embodiment in that a membrane-shaped recess 16 is formed in the semiconductor substrate 10 instead of the through hole 14. Therefore, substantially the same components as those of the semiconductor device 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本変形例では、上述した第1実施形態の改質領域Kを形成する条件及びエッチング条件と異なる条件を用いて半導体基板を加工することで、図5に示すメンブレン形状の凹部16を形成することができる。次に、この凹部16を形成する工程について説明する。   In this modification, the membrane-shaped recess 16 shown in FIG. 5 is formed by processing the semiconductor substrate using conditions different from the conditions for forming the modified region K and the etching conditions of the first embodiment described above. Can do. Next, a process for forming the recess 16 will be described.

本変形例では、例えば、他方面10bに3μmのn型半導体が形成されたp型シリコン基板を半導体基板10として用い、半導体基板10の一方面10aからの深さβが80μm(すなわち、他方面10bからの深さが20μm)の位置に集光点Pを固定して、レーザ光として波長が1064nmである近赤外光を、50nsのナノ秒パルス100kHzで10000パルス照射し、集光点Pから当該集光点Pの直上の基板表面および、当該集光点Pの直下の基板裏面近傍まで(基板裏面に到達しない程度に)改質領域Kを形成する(図示略)。なお、スポット径及びレーザ光Lのエネルギー密度は、第1実施形態と同程度になるように調整する。   In this modification, for example, a p-type silicon substrate in which an n-type semiconductor of 3 μm is formed on the other surface 10b is used as the semiconductor substrate 10, and the depth β from one surface 10a of the semiconductor substrate 10 is 80 μm (that is, the other surface). The focal point P is fixed at a position at a depth of 20 μm from 10b, and near infrared light having a wavelength of 1064 nm is irradiated as a laser beam with 10,000 pulses at a 50 ns nanosecond pulse of 100 kHz. To the surface of the substrate immediately above the condensing point P and the vicinity of the back surface of the substrate immediately below the condensing point P (to the extent that it does not reach the back surface of the substrate) (not shown). Note that the spot diameter and the energy density of the laser beam L are adjusted to be approximately the same as those in the first embodiment.

そして、このように改質領域Kが形成された半導体基板10に、5Vの電圧を印加しながら、80度のKOH32wt%(エッチング媒体)に30分間浸漬させることで、径100μm、深さ100μmの凹部16を形成することができる(図5)。すなわち、所定の条件である程度エッチングを進行させ、p−n界面近傍で深さ方向のエッチングを停止することで、凹部16を形成することができる。また、凹部16の形状は、貫通孔14と同様に、エッチングの時間を変更することによって、その径を制御することが可能である。   Then, the semiconductor substrate 10 with the modified region K thus formed is immersed in KOH 32 wt% (etching medium) at 80 degrees for 30 minutes while applying a voltage of 5 V, so that the diameter is 100 μm and the depth is 100 μm. A recess 16 can be formed (FIG. 5). That is, the recess 16 can be formed by advancing the etching to some extent under a predetermined condition and stopping the etching in the depth direction in the vicinity of the pn interface. Further, the shape of the recess 16 can be controlled by changing the etching time as in the case of the through hole 14.

[他の実施形態]
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

上記実施形態では、半導体基板10がシリコンを主体として構成されている例を示したが、これに限定されず、例えば、SiC、GaN、GaAsなどの化合物半導体を主体として構成されていてもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the semiconductor substrate 10 is mainly composed of silicon has been shown. However, the present invention is not limited to this. For example, the semiconductor substrate 10 may be composed mainly of a compound semiconductor such as SiC, GaN, or GaAs.

上記実施形態では、エッチング工程において、ウェットエッチングを用いる場合を例示したが、これに限定されず、ドライエッチングを用いることもできる。エッチング工程において、ドライエッチングを用いることで、エッチングに要する時間をより短縮化することができる。   In the above embodiment, the case where wet etching is used in the etching process is illustrated, but the present invention is not limited to this, and dry etching can also be used. By using dry etching in the etching process, the time required for etching can be further shortened.

1、101…半導体装置
10…半導体基板
10a…一方面
10b…他方面
14…貫通孔
14a…側壁
16…凹部
30…レーザ光照射装置
32…レーザ光源
34…ビームエキスパンダ
36…ビームスプリッタ
38…ガルバノスキャナ
40…集光レンズ
42…パワーメータ
50…ステージ
60…エッチング媒体
K…改質領域
L…レーザ光
P…集光点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 101 ... Semiconductor device 10 ... Semiconductor substrate 10a ... One side 10b ... The other side 14 ... Through-hole 14a ... Side wall 16 ... Recess 30 ... Laser beam irradiation device 32 ... Laser light source 34 ... Beam expander 36 ... Beam splitter 38 ... Galvano Scanner 40 ... Condensing lens 42 ... Power meter 50 ... Stage 60 ... Etching medium K ... Modified region L ... Laser beam P ... Condensing point

Claims (6)

半導体基板(10)の内部の任意の1つの点に集光点(P)を固定し、前記半導体基板(10)の一方面(10a)側からレーザ光(L)を前記半導体基板(10)の厚さ方向に照射し、前記集光点(P)を起点として前記厚さ方向に改質領域(K)を連続的に成長させる改質領域形成工程と、
前記改質領域形成工程を経た前記半導体基板(10)を、前記一方面(10a)側からエッチングするのみで前記改質領域(K)を除去し、前記半導体基板(10)に貫通孔(14)又は凹部(16)を形成するエッチング工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置(1、101)の製造方法。
A condensing point (P) is fixed to an arbitrary point inside the semiconductor substrate (10), and laser light (L) is transmitted from one surface (10a) side of the semiconductor substrate (10) to the semiconductor substrate (10). A modified region forming step of continuously growing the modified region (K) in the thickness direction starting from the light condensing point (P),
The modified region (K) is removed only by etching the semiconductor substrate (10) that has undergone the modified region forming step from the one surface (10a) side, and through holes (14) are formed in the semiconductor substrate (10). ) Or an etching step for forming a recess (16);
A method for manufacturing a semiconductor device (1, 101), comprising:
前記集光点(P)は、前記半導体基板(10)の内部において前記一方面(10a)とは反対側の他方面(10b)寄りの位置に固定されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置(1、101)の製造方法。   The said condensing point (P) is fixed to the position close | similar to the other surface (10b) on the opposite side to the said one surface (10a) inside the said semiconductor substrate (10). A manufacturing method of the semiconductor device (1, 101) described. 前記エッチング工程は、ウェットエッチングを用いて行われることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置(1、101)の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device (1, 101) according to claim 1 or 2, wherein the etching step is performed using wet etching. 前記エッチング工程は、ドライエッチングを用いて行われることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置(1、101)の製造方法。     The method of manufacturing a semiconductor device (1, 101) according to claim 1 or 2, wherein the etching step is performed using dry etching. 前記半導体基板(10)は、シリコンを主体として構成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置(1、101)の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device (1, 101) according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor substrate (10) is mainly composed of silicon. 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置(1、101)の製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体装置(1、101)。   A semiconductor device (1, 101) manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device (1, 101) according to any one of claims 1 to 5.
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