JP4759948B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
重金属汚染を防止するためには、重金属を除去(ゲッタリング)するゲッタリング層をウェハ又は半導体チップの一部に予め形成しておくことが効果的である(例えば、特許文献1、2参照)。
本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。
本実施の形態では、表面にトランジスタ等を含む素子層が形成され、裏面がMCP基板などの下地部材に接合される半導体チップであって、裏面にゲッタリング層が形成された半導体チップおよびその製造方法について説明する。
次に、ウェハの裏面(素子層が形成されている面と反対の面)を削り、ウェハの厚みが100μm以下、例えば90μm程度となるようにする。これにより、後に形成する半導体チップの厚みをMCPに対応させることができる。
そして、ダイシングによりウェハから半導体チップを切り出す。このとき、半導体チップの厚みは90μm程度となっている。
この後、図示しないが、複数の半導体チップAをMCPに組み立てる。このとき、半導体チップAの厚みを100μm以下としたので、MCPに対応させることができ、パッケージ全体の厚さを薄くすることができる。これにより、デバイスを高集積化することができる。
例えば、二酸化シリコン(SiO2)を成分とする数μmの砥粒からなるシリカ材を用いて、半導体チップAの裏面を機械的研磨して、図2に示すように半導体チップAの裏面に深さ2〜3μmの溝3bを形成する。
このようにして、半導体チップAの裏面に溝3bを有するダメージ層3a(ゲッタリング層)を形成することができる。これにより、凹凸形状が均一なゲッタリング層を形成することができる。
また、図2に示したダメージ層3aは、ダイヤモンドホイール、サンドブラスト、ヤスリ、針などの研削器具を用いて研削して形成しても良い。また、レーザーやFIB(Focused Ion Beam)などにより形成しても良い。これにより、簡易な方法でダメージ層3aを形成することができる。
しかし、本実施の形態に示したように、半導体チップAの裏面にゲッタリング層3を形成することにより、半導体チップAの厚みが100μm以下となっても、後工程において重金属をゲッタリングすることができる。
この結果、ゲッタリング層を形成しない場合はデバイス不良率が61%であるのに対し、ゲッタリング層3を形成した場合はデバイス不良率が0.7%程度に抑えられることが分かった。
これは、ゲッタリング層3により重金属汚染が抑えられ、ゲート絶縁膜などを介したリーク電流に起因するデバイス不良率を大きく低下させたためと考えられる。
また、あるいは半導体チップAの裏面を、研削器具を用いて研削してダメージ層3aを形成することにより、半導体チップAの裏面にゲッタリング層3を形成するようにした。これにより、簡易な方法でゲッタリング層を形成することができる。
本実施の形態では、実施の形態1で説明したゲッタリング層3を形成する例として、ダメージ層をイオン注入により形成する例について説明する。
このダメージ層3cは、例えばAr+、P+、BF2などのイオン種を用いて、注入エネルギー50〜100KeV相当で、打ち込み量1×1013〜1×1014atoms/cm2のイオン注入により形成することができる。
本実施の形態では、実施の形態1で説明したゲッタリング層3を形成する例として、薄膜を形成する例について説明する。
薄膜3dとして、例えば350℃〜400℃程度の低温CVDにより多結晶シリコン膜又はシリコン窒化膜を形成する。これにより、トランジスタなどの特性に影響を与えずに簡易な方法でゲッタリング層を形成することができる。
このように、半導体チップAの裏面に薄膜3dを形成することにより、均一な厚さのゲッタリング層を形成することができる。これにより、重金属に対して均一で安定したゲッタリングをすることができる。
本実施の形態では、表面にトランジスタ等を含む素子層が形成され、裏面がMCP基板などの下地部材に接合される半導体チップであって、前工程において素子層を形成する前に、予めウェハ内部に結晶欠陥が形成された半導体チップおよびその製造方法について説明する。
まず、第一熱処理により、ウェハBの表面から深さT2(50〜80μm程度)の位置に結晶欠陥層4を形成する。この第一熱処理は窒素ガスあるいはアルゴンガス雰囲気中で行い、500〜600℃で1時間〜2時間程度熱処理した後、900〜1000℃で2時間〜3時間程度の熱処理を行う2ステップとする。このとき、各ステップの温度や処理時間を調節して、ウェハBの内部に形成される結晶欠陥の密度が1×104個/cm2以上となるようにする。
この後、図示しないが、ウェハBをダイシングして厚さ90μm程度の半導体チップを形成する。このとき、結晶欠陥層4は、ウェハBの表面から50〜80μm程度の位置に形成されているので、ダイシングした後においても、半導体チップの全体に含まれる結晶欠陥の密度は1×104個/cm2以上となっている。
このように、最終的に形成される半導体チップの全体に含まれる結晶欠陥の密度が1×104個/cm2以上となるように、素子層を形成する前に予めウェハBの内部に結晶欠陥の密度が1×104個/cm2以上となる結晶欠陥層を形成するようにした。
両者の比較により、ウェハBの内部には熱処理により形成された凹凸を有する結晶欠陥層が形成されていることが分かる。また、図7(a)に示したウェハの結晶欠陥の密度は、5.1×106個/cm2である。
両者の比較により、ウェハBの内部には熱処理により形成された凹凸を有する結晶欠陥層が形成されていることが分かる。また、図8(a)に示したウェハの結晶欠陥の密度は、4.5×105個/cm2である。
これは、この半導体チップに含まれる結晶欠陥が後工程においてゲッタリング効果を有するためと考えられる。
このように形成して、半導体チップの内部に結晶欠陥層を含み、且つ、その半導体チップの全体に含まれる結晶欠陥の密度が1×104個/cm2以上となるようにした。
このように形成することによっても、後工程の歩留まりを向上させることができる。
本実施の形態では、MCPの組み立て工程において、複数の半導体チップを積層するとき、この工程におけるデバイスの歩留まりを向上させる方法について説明する。MCPは、パッケージの基板上に三つ以上の半導体チップを積層することが可能であるが、ここでは説明を簡略化するため、主に二つの半導体チップを積層する例について説明する。
なお、MCPにおいて三つ以上の半導体チップを積層する場合は、MCPの基板上に固定された半導体チップの厚みが、その直上に積層される半導体チップの厚みよりも相対的に厚くなるようにする。
図9において上部半導体チップ12の厚みX=150μm、下部半導体チップ10の厚みY=90μm(X>Y)とした場合、デバイス不良率は62.5%となった。これに対して、X=90μm、Y=150μm(X<Y)とした場合のデバイス不良率は、1.2%となり、デバイス不良率を大きく減少させることができる。
Claims (6)
- 半導体ウェハの主面にトランジスタを含む素子層を形成する工程と、
前記半導体ウェハをダイシングして第一半導体チップを形成する工程と、
前記第一半導体チップの裏面を機械的研磨して前記第一半導体チップの裏面にゲッタリング層を形成する工程と、
パッケージ基板と、前記パッケージ基板上に配置された第二半導体チップと、前記第二半導体チップ上に配置された前記第一半導体チップとを有する半導体装置を組み立てる工程とを有し、
前記半導体装置は前記ゲッタリング層を有し、
前記機械的研磨を実行することにより、前記ゲッタリング層に3〜4μmの深さの線形状の溝が複数形成され、
前記第一半導体チップの厚さが前記第二半導体チップの厚さよりも薄いことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記半導体装置は前記第一半導体チップと前記第二半導体チップとの間にスペーサと、前記第一半導体チップ、前記第二半導体チップ及び前記パッケージ基板の主面を覆うレジンとを更に有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記スペーサはシリコン基板又は多結晶シリコン膜のうちのいずれかであり、
第二半導体チップの裏面にゲッタリング層が形成されており、
前記機械的研磨はシリカ材を用いて実施され、
前記パッケージ基板と前記第一半導体チップとを電気的に接続する第一ワイヤと、前記パッケージ基板と前記第二半導体チップとを電気的に接続する第二ワイヤとを前記半導体装置が更に有することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 半導体ウェハの主面にトランジスタを含む素子層を形成する工程と、
前記半導体ウェハをダイシングして第一半導体チップを形成する工程と、
前記第一半導体チップの裏面を機械的研磨して前記第一半導体チップの裏面にゲッタリング層を形成する工程と、
パッケージ基板と、前記パッケージ基板上に配置された第二半導体チップと、前記第二半導体チップ上に配置されたスペーサと、前記スペーサ上に配置された前記第一半導体チップとを有する半導体装置を組み立てる工程とを有し、
前記半導体装置は前記ゲッタリング層を有し、
前記機械的研磨を実行することにより、前記ゲッタリング層に3〜4μmの深さの線形状の溝が複数形成されている特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第一半導体チップ、前記第二半導体チップ及び前記パッケージ基板の主面を覆うレジンを更に有することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記スペーサはシリコン基板又は多結晶シリコン膜のうちのいずれかであり、
前記機械的研磨はシリカ材を用いて実施され、
第二半導体チップの裏面にゲッタリング層が形成されており、
前記パッケージ基板と前記第一半導体チップとを電気的に接続する第一ワイヤと、前記パッケージ基板と前記第二半導体チップとを電気的に接続する第二ワイヤとを前記半導体装置が更に有することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
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