JP2018056459A

JP2018056459A - ウエーハの加工方法

Info

Publication number: JP2018056459A
Application number: JP2016192974A
Authority: JP
Inventors: 章仁川合; Akihito Kawai; 隆志灰本; Takashi Haimoto
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-04-05

Abstract

【課題】積層コストを抑制しながら積層デバイスの厚みを薄くすると共に、ゲッタリング効果を有する積層デバイスを形成するウエーハの加工方法を提供する。【解決手段】マザーウエーハ１０の表面に第１のＳｉウエーハ１２の表面をフュージョンボンディングＦによって接合する第１の接合工程と、接合された第１のＳｉウエーハ１２の裏面１２ｂを研削して薄化する薄化工程と、薄化された第１のＳｉウエーハの裏面に金属イオンを捕獲するゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成工程と、ゲッタリング層にＳｉＯ２層を被覆するＳｉＯ２層被覆工程と、ＳｉＯ２層に鏡面加工を施す鏡面加工工程と、鏡面加工されたＳｉＯ２層に第２のＳｉウエーハ１４の表面１４ａをフュージョンボンディングＦによって接合する第２の接合工程と、を少なくとも含み構成される。【選択図】図６

Description

本発明は、表面にデバイスが形成された複数のウエーハを積層して、上下に積層された積層デバイスを形成するためのウエーハの加工方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは裏面が研削されて薄化された後、ダイシング装置によって個々のデバイスに分割されて、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

近年、装置の小型化、高機能化を図るべく、複数の半導体チップを積層した積層デバイスが実用化されている。この積層デバイスを形成する方法としては、表面に複数のデバイスが形成された半導体ウエーハを複数枚積層して積層ウエーハを構成し、上下に積層されたデバイスの電極を連通させて、該積層ウエーハをストリートに沿って切断して個々の積層デバイスを得る方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２０１０−１０３２４５号公報

上記した特許文献１に記載された加工方法によれば、マザーウエーハ（ベースウエーハということもある。）となる半導体ウエーハの表面と、他の半導体ウエーハの表面とを異方性導電接着剤（アンダーフィル）を介在させて接合する。この場合、該アンダーフィルを介在させることにより接合は良好になされるものの、積層するためのコストが高くなると共に、厚みが厚くなり、積層デバイスの小型化、軽量化を阻害するという問題がある。

また、積層デバイスを薄くするためにウエーハの裏面を研削して個々のデバイスを薄くしようとすると、ウエーハの裏面側で金属イオンを捕獲し、該金属イオンの動きを抑制する所謂ゲッタリング効果が減少し、ウエーハの内部に含有した銅等の金属イオンが、デバイスが形成された表面側に浮遊することで電流リークが発生し、積層デバイスの品質を低下させるという問題がある。

本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、積層デバイスを形成する際に、積層コストを抑制しながら積層デバイスの厚みを薄くすると共に、ゲッタリング効果を有する積層デバイスを形成するウエーハの加工方法を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、交差する複数の分割予定ラインによって区画された領域に複数のデバイスが形成された表面を備えたＳｉウエーハをマザーウエーハに積層させるウエーハの加工方法であって、マザーウエーハの表面に第１のＳｉウエーハの表面をフュージョンボンディングによって接合する第１の接合工程と、接合された該第１のＳｉウエーハの裏面を研削して薄化する薄化工程と、薄化された該第１のＳｉウエーハの裏面に金属イオンを捕獲するゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成工程と、該ゲッタリング層にＳｉＯ_２層を被覆するＳｉＯ_２層被覆工程と、該ＳｉＯ_２層に鏡面加工を施す鏡面加工工程と、鏡面加工された該ＳｉＯ_２層に第２のＳｉウエーハの表面をフュージョンボンディングによって接合する第２の接合工程と、を少なくとも含み構成されるウエーハの加工方法が提供される。

該ゲッタリング層形成工程は、該薄化工程において研削された裏面に研削痕を残存させることで形成することができる。あるいは、該ゲッタリング層形成工程は、該薄化工程において研削された裏面に純水を供給しながら砥粒が混入した研磨パッドで研磨することによりゲッタリング層を形成することができる。

本発明のウエーハの加工方法は、マザーウエーハの表面に第１のＳｉウエーハの表面をフュージョンボンディングによって接合する第１の接合工程と、接合された該第１のＳｉウエーハの裏面を研削して薄化する薄化工程と、薄化された該第１のＳｉウエーハの裏面に金属イオンを捕獲するゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成工程と、該ゲッタリング層にＳｉＯ_２層を被覆するＳｉＯ_２層被覆工程と、該ＳｉＯ_２層に鏡面加工を施す鏡面加工工程と、鏡面加工された該ＳｉＯ_２層に第２のＳｉウエーハの表面をフュージョンボンディングによって接合する第２の接合工程と、を少なくとも含み構成されることから、アンダーフィルなどの接着剤を用いずにウエーハの積層を行うので、積層コストを抑制できると共に、積層デバイスを薄くすることができる。また、積層デバイスを構成するデバイスの裏面に対してゲッタリング層を形成するので積層デバイスの品質を低下させることがない。

本発明を構成する第１の接合工程を説明するための説明図である。図１に示す第１の接合工程により得た積層ウエーハを薄化工程に移管する過程を説明する説明図である。本発明を構成する薄化工程の説明をするための説明図である。本発明を構成するＳｉＯ_２層形成工程を説明するための説明図である。本発明を構成する鏡面加工工程を説明するための説明図である。本発明を構成する第２の接合工程を説明するための説明図である。

以下、本発明によるウエーハの加工方法について添付図面を参照して、詳細に説明する。
図１には、Ｓｉ基板からなるマザーウエーハ１０に第１のＳｉウエーハ１２を接合する様子を示している。マザーウエーハ１０、第１のＳｉウエーハ１２はいずれも６００μｍの厚さで形成されている。マザーウエーハ１０の表面１０ａ側には、分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスｄ１が配設されている。また、マザーウエーハ１０の外周には、デバイスｄ１の配列方向を識別するためのノッチｎ１が形成されている。

また、マザーウエーハ１０の表面１０ａ側に接合される第１のＳｉウエーハ１２は、概ねマザーウエーハ１０と同様の構成を有しており、表面１２ａ側に分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスｄ２が配設されている。第１のＳｉウエーハ１２の外周には、デバイスｄ２の配列方向を識別するためのノッチｎ２が形成されている。マザーウエーハ１０に対し、第１のＳｉウエーハ１２を接合する際には、マザーウエーハ１０の表面１０ａ側に第１のＳｉウエーハの表面１２ａを向けて、マザーウエーハ１０と第１のＳｉウエーハ１２の外縁を一致させると共に、第１のＳｉウエーハ１２のノッチｎ２を、マザーウエーハ１０のノッチｎ１に一致させて、フュージョンボンディングＦにより接合し積層ウエーハＷ１を形成する。フュージョンボンディングＦは、双方の貼合わせ面を洗浄し、張り合わせた上で加圧加熱して接合することをいう。このフュージョンボンディングＦの結果、マザーウエーハ１０と、第１のＳｉウエーハ１２の貼合わせ面には、絶縁層が形成され、マザーウエーハ１０に形成されたデバイスｄ１と、第１のＳｉウエーハ１２に形成されたデバイスｄ２は、該絶縁層を介して上下に積層され、第１の接合工程が完了する。

上記第１の接合工程が完了したならば、図２（ａ）に示すように、積層ウエーハＷ１のマザーウエーハ１０の裏面１０ｂ側に保護テープＴを貼着する。そして、積層ウエーハＷ１に保護テープＴを貼着したならば、図２（ｂ）に示すように全体図は省略する研削装置２のチャックテーブル２１の吸着チャック２２上に保護テープＴ側を向けて積層ウエーハＷ１が載置される。チャックテーブル２１は、図示しない回転駆動機構により回転可能に構成され、吸着チャック２２は多孔性材料からなり、図示しない吸引手段に接続され、後述する薄化工程を実現する研削時に、積層ウエーハＷ１を吸着チャック２２上で位置ずれしないように強固に吸引保持する。

図３（ａ）に示すように、研削装置２は、チャックテーブル２１上に載置された積層ウエーハＷ１を研削して薄化するための研削手段２０を備えている。研削手段２０は、図示しない回転駆動機構により回転させられる回転スピンドル２３と、該回転スピンドル２３の下端に装着されたマウンター２４と、該マウンター２４の下面に取り付けられた研削ホイール２５とを備え、研削ホイール２５の下面には複数の研削砥石２６が環状に配設されている。

チャックテーブル２１上に保持された積層ウエーハＷ１をチャックテーブル２１上に吸引保持したならば、チャックテーブル２１を研削ホイール２５の下方に搬送する。チャックテーブル２１を研削ホイール２５の下方の所定の位置に位置付けたならば、矢印２１ａで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転させつつ、研削手段２０の回転スピンドル２３を矢印２３ａで示す方向に、例えば６０００ｒｐｍで回転させる。そして、研削砥石２６を第１のＳｉウエーハ１２の裏面１２ｂに接触させ、研削ホイール２５を、例えば１μｍ／秒の研削送り速度で下方、すなわち、チャックテーブル２１対し垂直な方向に所定量研削送りする。この際、図示しない接触式の測定ゲージにより積層ウエーハＷ１の厚みを測定しながら研削を進めることができ、第１のＳｉウエーハ１２の裏面１２ｂが研削されて第１のＳｉウエーハ１２を所定の厚さ、例えば２０μｍとして、薄化工程が完了する。

上記した薄化工程における研削は、第１のＳｉウエーハ１２の裏面１２ｂ側に、図３（ｂ）に示すような、視認できる研削痕Ｐが残存する程度の面粗さとなるように実行される。より具体的には、第１のＳｉウエーハ１２の裏面１２ｂにゲッタリング効果を奏する例えば０．２μm程度の厚さのマイクロクラックからなる研削歪層を残存させることにより、ゲッタリング層が形成される。つまり、本実施形態では、薄化工程を実行することにより、同時に第１のＳｉウエーハ１２の裏面１２ｂ側にゲッタリング層が形成されるゲッタリング層形成工程が完了する。

該ゲッタリング層形成工程が完了したならば、第１のＳｉウエーハ１２の裏面１２ｂ側にＳｉＯ_２層を被覆するＳｉＯ_２層被覆工程を実施する。より具体的には、第１のＳｉウエーハ１２の裏面１２ｂ側でゲッタリング層が形成された積層ウエーハＷ１を、一般的に知られたプラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜Ｓを形成する（図４を参照。）。なお、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ_２層を形成する方法は、一般的に知られた方法を用いることができるため、本実施形態では、その詳細については省略する。

上述したＳｉＯ_２層被覆工程を実施したならば、該ＳｉＯ_２層の表面を鏡面化する鏡面加工工程を実施する。該鏡面加工工程は、例えば図５に示すような研磨装置３を使用することができる。研磨装置３は、概ね図３に示す研削装置２と同様の構成を有しており、研磨装置３は、チャックテーブル３１上に載置された積層ウエーハＷ１を研磨するための研磨手段３０を備えている。該研磨手段３０は、図示しない回転駆動機構により回転させられる回転スピンドル３２と、該回転スピンドル３２の下端に装着されたマウンター３３と、該マウンター３３の下面に取り付けられた研磨ホイール３４とを備え、研磨ホイール３４の下面全体に研磨パッド３５が配設されている。

該鏡面加工工程を実施する際には、チャックテーブル３１上に吸引保持された積層ウエーハＷ１の第１のＳｉウエーハ１２の裏面１２ｂ上に遊離砥粒を懸濁させた反応性の溶媒を供給し、図５に示す研磨手段３０による機械的な研磨と化学的な処理を同時に行う研磨加工（ＣＭＰ）を実行する。なお、回転スピンドル３２の回転速度、チャックテーブル３１の回転速度は、上述した研削装置２と同等の速度で実行することができ、予め実験等により得ている最適な加工時間で研磨することにより、鏡面加工工程が完了する。

該鏡面加工工程が完了したならば、図６（ａ）に示すように新たに積層する第２のＳｉウエーハ１４を用意する。この第２のＳｉウエーハ１４は、概ね第１のＳｉウエーハ１２と同様の構成を備えており、第１のＳｉウエーハ１２に形成されたデバイスｄ２と異なるデバイスｄ３が形成されている点のみが異なっている。そして、マザーウエーハ１０のノッチｎ１と、第１のＳｉウエーハ１２のノッチｎ２と、第２のＳｉウエーハ１４のノッチｎ３とを一致させると共に外縁を一致させて（図６（ｂ）を参照。）、第２のＳｉウエーハ１４の表面１４ａに対して、鏡面加工が施された第１のウエーハ１２の裏面１２ｂ側のＳｉＯ_２層をフュージョンボンディングＦにより接合する第２の接合工程を実施し、新たな積層ウエーハＷ２を形成する。このフュージョンボンディングＦによる接合は、マザーウエーハ１０に対して第１のＳｉウエーハ１２を接合したのと同様の方法により接合することができ、この結果、各ウエーハのデバイスｄ１、ｄ２、ｄ３が上下に積層された積層デバイスが形成される。また、各デバイスに形成された電極を貫通電極により接続しデバイスｄ１、ｄ２、ｄ３を電気的に導通させる。

なお、上述したように、第２のＳｉウエーハ１４の表面１４ａに対して、第１のウエーハ１２の裏面１２ｂをフュージョンボンディングＦにより接合するが、第１のウエーハ１２の裏面１２ｂには、研削痕Ｐが残存した状態でＳｉＯ_２層が形成され、さらに鏡面加工が施されている。これにより、第１のＳｉウエーハ１２の裏面１２ｂはゲッタリング効果を奏するゲッタリング層を保持したまま、フュージョンボンディングＦに適した面になっており、両者は良好に接合される。

本発明に基づくウエーハの加工方法は、少なくとも以上の加工工程を実施することにより実現される。そして、上記加工工程が実施されたならば、適宜必要に応じて、第２のＳｉウエーハ１４の裏面１４ｂ側、マザーウエーハ１０の裏面１０ｂ側を薄化加工し、マザーウエーハ１０、第１のＳｉウエーハ１２、及び第２のＳｉウエーハ１４それぞれの厚みが２０μｍとなる３枚のウエーハが積層された積層ウエーハＷ２を得ることができる。このようにすることで、各ウエーハ間には、酸化膜から形成される絶縁層、あるいは、鏡面加工が施されたＳｉＯ_２層しか存在せず、アンダーフィル等の接着剤を用いた積層よりも厚みの増加を抑制することができる。

また、積層されるウエーハの数は上記積層ウエーハＷ２の３枚に留まらず、４枚以上の積層ウエーハを構成することもできる。図は省略するが、上記した第２のＳｉウエーハ１４の裏面１４ｂ側を研削により薄化加工した後、薄化加工された第２のＳｉウエーハ１４の裏面１４ｂに対して上述したＳｉＯ_２層形成工程、鏡面加工工程を実施し、第３のＳｉウエーハをフュージョンボンディングにより接合し４枚のウエーハによる積層ウエーハを構成してもよく、同様の手順を繰り返すことにより、４枚以上の積層ウエーハを構成することも可能である。

本発明は、上述した実施形態に限定されず、種々の変形例を想定することができる。例えば、ゲッタリング層を形成するゲッタリング形成工程を、薄化工程でウエーハの裏面側研削する際に形成された研削痕（研削歪層）を残存させることで実現したが、これに限定されず、例えば、薄化工程で研削された裏面に対し、純水を供給しながら砥粒を混入させた研磨パッドで研磨することにより金属イオンを捕獲しやすい層を形成し、ゲッタリング層を構成することができる。また、その他のゲッタリング層形成工程を実現する手段としては、Ａｒガスをプラズマ化してゲッタリング層を形成するウエーハの裏面側をエッチングすることにより粗面化してゲッタリング層とすることができる。さらに、ＳｉＮ膜等を形成する工程を実施することによりゲッタリング層としてもよい。

２：研削装置
３：研磨装置
１０：マザーウエーハ
１２：第１のＳｉウエーハ
１４：第２のＳｉウエーハ
２０：研削手段
２１：チャックテーブル
２２：吸着チャック
２３：回転スピンドル
２４：マウンター
２５：研削ホイール
２６：研削砥石
３０：研磨手段
３１：チャックテーブル
３２：回転スピンドル
３３：マウンター
３４：研磨ホイール
３５：研磨パッド
Ｗ１、Ｗ２：積層ウエーハ
ｎ１、ｎ２、ｎ３：ノッチ
ｄ１、ｄ２、ｄ３：デバイス

Claims

交差する複数の分割予定ラインによって区画された領域に複数のデバイスが形成された表面を備えたＳｉウエーハをマザーウエーハに積層させるウエーハの加工方法であって、
マザーウエーハの表面に第１のＳｉウエーハの表面をフュージョンボンディングによって接合する第１の接合工程と、
接合された該第１のＳｉウエーハの裏面を研削して薄化する薄化工程と、
薄化された該第１のＳｉウエーハの裏面に金属イオンを捕獲するゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成工程と、
該ゲッタリング層にＳｉＯ_２層を被覆するＳｉＯ_２層被覆工程と、
該ＳｉＯ_２層に鏡面加工を施す鏡面加工工程と、
鏡面加工された該ＳｉＯ_２層に第２のＳｉウエーハの表面をフュージョンボンディングによって接合する第２の接合工程と、
を少なくとも含み構成されるウエーハの加工方法。
該ゲッタリング層形成工程は、該薄化工程において研削された裏面に研削痕を残存させることで形成する請求項１に記載のウエーハの加工方法。
該ゲッタリング層形成工程は、該薄化工程において研削された裏面に純水を供給しながら砥粒が混入した研磨パッドで研磨することによりゲッタリング層を形成する請求項１に記載のウエーハの加工方法。