TWI632590B - Manufacturing method of semiconductor device and manufacturing device of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
本發明之實施形態提供一種可提高支持基板之材料選擇自由度之半導體裝置之製造方法及半導體裝置之製造裝置。
本實施形態之半導體裝置之製造方法係對具備半導體基板、支持基板及接合層之積層體，自支持基板側照射具有0.11至0.14eV之能量之電磁波，上述支持基板含有矽，上述接合層係配置於半導體基板與支持基板之間，且將半導體基板與支持基板接合。又，於半導體裝置之製造方法中，將半導體基板自支持基板分離。
Description
本申請案享有以日本專利申請2015-53842號(申請日：2015年3月17日)作為基礎申請案之優先權。本申請案藉由參照該基礎申請案而包含基礎申請案之全部內容。
本發明之實施形態係關於一種半導體裝置之製造方法及半導體裝置之製造裝置。
於半導體製造製程中，將前步驟(晶圓製程)中處理過之晶圓薄化。薄化係於利用接合層將晶圓接合(臨時接合)於具有透光性之支持基板上之狀態下進行。又，為了使薄化後之晶圓容易自支持基板分離，而於晶圓與支持基板之間設置利用可見光之能量分解之光熱轉換層。繼而，於薄化後，藉由自支持基板側對光熱轉換層照射可見光而將光熱轉換層分解，從而將晶圓自支持基板分離。
然而，上述方法中，支持基板之材質限制為具有透光性之材質。因此，要求提高支持基板之材料選擇之自由度。
本發明提供一種可提高支持基板之材料選擇自由度之半導體裝置之製造方法及半導體裝置之製造裝置。
本實施形態之半導體裝置之製造方法係對具備半導體基板、支持基板及接合層之積層體，自支持基板側照射具有0.11至0.14eV之能
量之電磁波，上述支持基板含有矽，上述接合層係配置於半導體基板與支持基板之間，且將半導體基板與支持基板接合。又，於半導體裝置之製造方法中，將半導體基板自支持基板分離。
1‧‧‧積層體
2‧‧‧半導體製造系統
11‧‧‧支持基板
12‧‧‧接合層
13‧‧‧半導體基板
13a‧‧‧被研磨面
13b‧‧‧器件面
14‧‧‧轉換層
21‧‧‧真空接著裝置
22‧‧‧照射裝置
23‧‧‧分離裝置
120‧‧‧接著劑
211‧‧‧真空室
212‧‧‧第1保持部
213‧‧‧第2保持部
214‧‧‧配管
215‧‧‧閥
221‧‧‧電磁波出射裝置
222‧‧‧電磁波掃描裝置
231‧‧‧吸附部
232‧‧‧配管
233‧‧‧真空裝置
234‧‧‧移動裝置
2131‧‧‧軸
2132‧‧‧保持面
2133‧‧‧爪部
EW‧‧‧電磁波
PW‧‧‧脈衝寬度
圖1A~1C係可用於本實施形態之半導體裝置之製造方法之積層體1之概略剖視圖。
圖2A、2B係表示本實施形態之半導體製造系統2之真空接著裝置21之概略剖視圖。
圖3A、3B係表示本實施形態之半導體製造系統2之照射裝置22之概略圖。
圖4A、4B係表示本實施形態之半導體製造系統2之分離裝置23之概略圖。
以下，參照圖式對本發明之實施形態進行說明。本實施形態並不限定本發明。
本實施形態之半導體裝置之製造方法依序具備積層體之製造步驟、半導體基板之薄化步驟、接合層之脆弱化步驟、及半導體基板之分離步驟。以下，針對該等步驟，與用以實施各步驟之構成一併進行說明。
(積層體之製造步驟)
於本實施形態之半導體裝置之製造方法中，首先實施積層體之製造步驟。
此處，對積層體之構成例進行說明。
圖1係可用於本實施形態之半導體裝置之製造方法之積層體1之概略剖視圖。具體而言，圖1A係表示積層體1之第1例之圖。圖1B係表示積層體1之第2例之圖。圖1C係表示積層體1之第3例之圖。
如圖1A所示，第1例之積層體1依序具備支持基板11、接合層12及半導體基板13。支持基板11自薄化步驟中應被研磨之被研磨面13a(背面)之相反側支持半導體基板13。即，支持基板11於形成有半導體元件等器件之器件面13b(表面)支持半導體基板13。接合層12於半導體基板13與支持基板11之間接合支持基板11與半導體基板13。
半導體基板13例如為矽基板(矽晶圓)。
支持基板11含有矽(Si)。支持基板11較佳為使用例如單晶矽基板。藉由對支持基板11使用單晶矽基板，可使支持基板11之機械特性與半導體基板13(矽基板)之機械特性大致一致。藉由使機械特性一致，可避免半導體基板13之翹曲或破裂，又，可提高半導體基板13之操作性。又，與玻璃相比，單晶矽基板之熱導率高。因此，藉由將支持基板11設為單晶矽基板，支持基板11可將於積層體1之製造步驟或接合層12之脆弱化步驟中經加熱之積層體1充分地冷卻。由於可將積層體1充分冷卻，故而半導體基板13亦可充分冷卻。由於可將半導體基板13充分冷卻，故而可抑制形成於器件面13b之器件之電性特性之變化。再者，支持基板11亦可為玻璃(SiO2、SiSe2)基板。
接合層12係因具有0.11至0.14eV之能量之電磁波之能量而脆弱化。即，接合層12係被由電磁波賦予之熱所分解(整體破壞)。接合層12較佳為使用例如熱固型接著劑(熱固性樹脂)。藉由將接合層12設為熱固型接著劑，接合層12可耐受較高之步驟溫度。由於接合層12可耐受較高之步驟溫度，故而可提高步驟之自由度。再者，接合層12亦可使用熱塑型接著劑(冷卻固化型接著劑、熱塑性樹脂)。
又，接合層12對於0.11至0.14eV之電磁波可具有0.01μm-1以上之吸收係數。此處，所謂吸收係數係指表示電磁波入射至接合層12時接合層12吸收多少電磁波之常數，具有長度之倒數之次元。若將吸收係數設為α，將入射至接合層12前之電磁波之強度設為I0，將入射至接
合層12後之電磁波之強度設為I，將電磁波通過接合層12(介質)之距離設為x，則根據朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律，吸收係數α可滿足下式。
α=(-1/x)ln(I/I0) (1)
藉由將吸收係數設為0.01μm-1以上，接合層12可有效率地將電磁波之能量轉換為熱而脆弱化。
如圖1B所示，第2例之積層體1與第1例之積層體1之不同點在於，於支持基板11與接合層12之間具有轉換層14。轉換層14將具有0.11至0.14eV之能量之電磁波之能量轉換為熱。轉換層14因轉換成之熱而脆弱化即被分解(整體破壞)。藉由設置轉換層14，與僅設置接合層12之情況相比，於下述半導體基板13之分離步驟中可容易地分離半導體基板13。
又，藉由將轉換層14設置於支持基板11與接合層12之間，與將轉換層14設置於接合層12與半導體基板13之間之情形相比，可使轉換層14之熱不易傳遞至半導體基板13。藉此，可進一步抑制器件之電性特性之變化，可提高製品之品質。再者，若於器件面13b不存在對熱敏感之元件，則亦可將轉換層14設置於接合層12與半導體基板13之間。
轉換層14例如使用包含二氧化矽之接著劑。二氧化矽對具有0.11至0.14eV之能量之電磁波之吸收率較高。因此，藉由轉換層14中包含二氧化矽，於半導體基板13之分離步驟中可更容易地分離半導體基板13。
又，為了將電磁波轉換為熱，轉換層14亦可包含碳黑。於該情形時，為了減少碳黑之導電性對器件造成之影響，碳黑含量之上限較佳為5%。
如圖1C所示，第3例之積層體1與第1例之積層體1之不同點在於，於接合層12之中具有轉換層14。即，轉換層14被夾在兩層接合層
12中。轉換層14之作用效果與第2例之積層體1相同。
其次，對能夠實施積層體1之製造步驟之裝置之構成例進行說明。圖2係表示本實施形態之半導體製造系統(半導體裝置之製造裝置)2之真空接著裝置(真空接著單元)21之概略剖視圖。具體而言，圖2A係表示接著(貼合)至支持基板11前之半導體基板13之圖。圖2B係表示接著至支持基板11之過程中之半導體基板13之圖。
積層體1之製造步驟例如可利用作為半導體製造系統2之一部分之圖2之真空接著裝置21來實施。真空接著裝置21能夠製造圖1A~圖1C所示之任一積層體1。
如圖2所示，真空接著裝置21具備真空室211、第1保持部212、第2保持部213、配管214、及閥215。又，雖然未進行圖示，但真空接著裝置21亦可具備加熱裝置。
真空室211經由配管214及閥215而連接於未圖示之減壓裝置。
第1保持部212配置於真空室211之底部。第1保持部212搭載並保持支持基板11。再者，第1保持部212亦可搭載並保持半導體基板13。
第2保持部213具備軸2131、保持面2132、及爪部2133。第2保持部213能夠隨著軸2131之驅動於第1保持部212之附近位置與遠離第1保持部212之位置之間移動(上下移動)。軸2131係由未圖示之致動器所驅動。
其次，對應用了真空接著裝置21之積層體1之製造步驟進行說明。
如圖2A所示，首先，將支持基板11搭載於第1保持部212，且於支持基板11之表面配置作為接合層12之前身之未固化之接著劑120。此時，第2保持部213於遠離第1保持部212之位置上，利用保持面2132保持半導體基板13之被研磨面13a，且利用爪部2133保持半導體基板13之周緣部。
其次，利用減壓裝置將真空室211內減壓，藉此使真空室211內成為真空狀態。藉由使真空室211內成為真空狀態，可抑制於接著劑120中產生空隙。由於可抑制空隙之產生，故而可適當地經由接著劑120將支持基板11與半導體基板13接著。
其次，如圖2B所示，第2保持部213隨著軸2131之驅動而移動至第1保持部212之附近位置。繼而，第2保持部213於第1保持部212之附近位置，使爪部2133離開半導體基板13而解除半導體基板13之保持。此時，半導體基板13經由接著劑120而重疊於支持基板11上。即，接著劑120被夾在支持基板11與半導體基板13之間。
繼而，藉由加熱等將接著劑120固化，藉此於形成接合層12之同時，利用接合層12將支持基板11與半導體基板13接合(接著)。藉由將支持基板11與半導體基板13接合而獲得積層體1。
(半導體基板之薄化步驟)
本實施形態之半導體裝置之製造方法中，於積層體1之製造步驟之後，對所製造之積層體1實施半導體基板13之薄化步驟。再者，積層體1於前後步驟間之交接可利用未圖示之搬送機構自動進行(以下相同)。於半導體基板13之薄化步驟中，例如藉由利用未圖示之研磨裝置對半導體基板13之被研磨面13a進行研磨，而使半導體基板13之厚度變薄。
(接合層之脆弱化步驟)
本實施形態之半導體裝置之製造方法中，於半導體基板13之薄化步驟之後，實施接合層12之脆弱化步驟。再者，可於薄化步驟與脆弱化步驟之間實施其他步驟。其他步驟例如可為洗淨步驟、乾燥步驟、TSV(Through-Silicon Via，矽通孔)之形成步驟、電極形成步驟等。
此處，對能夠實施接合層12之脆弱化步驟之裝置之構成例進行
說明。
圖3係表示本實施形態之半導體製造系統2之照射裝置(照射單元)22之概略圖。具體而言，圖3A係照射裝置22之概略圖。圖3B係自照射裝置22照射之電磁場之波形圖。
接合層12之脆弱化步驟例如可利用作為半導體製造系統2之一部分之圖3之照射裝置22實施。
如圖3A所示，照射裝置22具備電磁波出射裝置221及電磁波掃描裝置222。電磁波出射裝置221出射具有0.11至0.14eV之能量之電磁波EW。電磁波出射裝置221更佳為出射0.11698至0.13191eV(波長9.4至10.6μm)之電磁波。電磁波出射裝置221例如可利用半導體之載波之再結合而產生電磁波，但並不限定於此。電磁波掃描裝置222係掃描自電磁波出射裝置221出射之電磁波EW而照射至積層體1。電磁波掃描裝置222例如可為電流掃描儀等。
其次，對應用了照射裝置22之接合層12之脆弱化步驟進行說明。
如圖3A所示，首先，積層體1係將支持基板11朝向照射裝置22(電磁波掃描裝置222)而配置。再者，積層體1亦可搭載於照射裝置22之未圖示之搭載面上。
其次，如圖3A所示，照射裝置22將具有0.11至0.14eV之能量之電磁波EW照射至積層體1。此時，由於將支持基板11朝向照射裝置22，故而電磁波EW係自支持基板11側照射至積層體1，而未直接照射至半導體基板13。電磁波EW未被直接照射至半導體基板13，故而可抑制電磁波EW對器件造成之影響(電性特性之變化)。
又，如圖3B所示，照射裝置22係以特定的脈衝寬度PW斷續地照射電磁波EW。藉由斷續地照射電磁波EW，與連續照射相比，可減小對器件造成之影響。藉由將脈衝寬度PW設為50ns以下之短脈衝，可
幾乎消除對器件之影響。
此處，與可見光相比，具有0.11至0.14eV之能量之電磁波EW具有不易散射之性質。因此，即便支持基板11為不通過可見光之基板(例如，單晶矽基板)，電磁波EW亦可透過支持基板11而到達接合層12。
到達接合層12之電磁波EW藉由對接合層12賦予熱而使接合層12脆弱化。例如，電磁波EW使接合層12產生空隙或裂痕等缺陷(分解、整體破壞)。藉由接合層12脆弱化，半導體基板13容易自支持基板11分離。藉此，可易於進行於半導體基板13之分離步驟中之半導體基板13之分離。
(半導體基板之分離步驟)
本實施形態之半導體裝置之製造方法中，於接合層12之脆弱化步驟後，實施半導體基板13之分離步驟。
此處，對能夠實施半導體基板13之分離步驟之裝置之構成例進行說明。
圖4係表示本實施形態之半導體製造系統2之分離裝置(分離單元)23之概略立體圖。具體而言，圖4A係表示半導體基板13之吸附狀態之圖。圖4B係表示半導體基板13之分離狀態之圖。
半導體基板13之分離步驟例如可利用作為半導體製造系統2之一部分之圖4之分離裝置23實施。
如圖4A所示，分離裝置23具備吸附部231、配管232、真空裝置233、及移動裝置234。吸附部231形成為中空。又，吸附部231經由配管232而連接於真空裝置233。又，雖未圖示，但吸附部231於面向半導體基板13之吸附面具有連通於吸附部231內部之複數個貫通孔。移動裝置234能夠於接近/遠離積層體1之方向上移動吸附部231。
其次，對應用了分離裝置23之半導體基板13之分離步驟進行說
明。
如圖4A所示，首先，積層體1係以將支持基板11朝向分離裝置23之方式配置。再者，積層體1之底面可藉由吸附等而固定於分離裝置23之未圖示之搭載面上。
其次，吸附部231一面由真空裝置233將內部排氣至成為真空狀態，一面被移動裝置234移動至與積層體1相接之位置。藉此，積層體1最上層之支持基板11被真空吸附於吸附部231。
吸附部231將支持基板11真空吸附之後，由移動裝置234朝遠離積層體1之方向移動。此時，支持基板11與半導體基板13之間之接合層12已藉由上述之脆弱化步驟而脆弱化。即，利用接合層12實現之支持基板11與半導體基板13之結合，較利用真空吸附進行之吸附部231與支持基板11之結合為弱。因此，如圖4B所示，藉由使吸附部231朝遠離積層體1之方向移動，真空吸附於吸附部231之支持基板11亦遠離半導體基板13。如此，可將半導體基板13與支持基板11分離。
再者，分離後之半導體基板13亦可於藉由機械研磨或濕式蝕刻等將接合層12去除，並藉由切割而單片化之後加以封裝化。又，單片化後之半導體基板13亦可經由TSV而立體安裝。
根據本實施形態，藉由對接合層12照射具有0.11至0.14eV之能量之電磁波，不論支持基板11之材質為何，均可確實地使接合層12脆弱化。例如，即便於支持基板11為如單晶矽般不使可見光通過之基板之情況下，具有0.11至0.14eV之能量之電磁波亦可對接合層12賦予充分之熱而使接合層12脆弱化。因此，根據本實施形態，可提高支持基板之材料選擇之自由度。
又，藉由將支持基板11設為單晶矽，可抑制半導體基板13之翹曲或破裂之產生，又，可提高半導體基板13之操作性。即，可提高半導體裝置之良率及製造容易性。
對本發明之若干個實施形態進行了說明，但該等實施形態係作為示例而提出，並不意圖限定發明之範圍。該等實施形態能夠以其他各種形態實施，可於不脫離發明之主旨之範圍內進行各種省略、替換、變更。該等實施形態或其變化包含於發明之範圍或主旨中，並且包含於申請專利範圍中所記載之發明及其均等之範圍內。
例如，實施形態中對轉換層14使用二氧化矽之示例進行了說明，但轉換層14亦可使用金屬層(例如Ti、Ta、Ni、Cu、Al、或使用該等金屬之合金或積層膜)。於轉換層14使用金屬膜之情形時，轉換層14本身不會脆弱化，但可藉由自轉換層14向接合層12傳遞熱而使接合層12脆弱化。
Claims (11)
- 一種半導體裝置之製造方法，其係：對包含半導體基板、支持基板及接合層之積層體，自上述支持基板側照射具有0.11至0.14eV之能量且具有50ns以下之脈衝寬度之電磁波，上述支持基板含有矽，上述接合層配置於上述半導體基板與上述支持基板之間，且將上述半導體基板與上述支持基板接合；且將上述半導體基板自上述支持基板分離。
- 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中上述支持基板使用單晶矽基板。
- 如請求項1或2之半導體裝置之製造方法，其中上述半導體基板使用矽基板。
- 如請求項1或2之半導體裝置之製造方法，其中上述接合層包含熱固性樹脂或熱塑性樹脂。
- 如請求項1或2之半導體裝置之製造方法，其中上述積層體係：於上述支持基板與上述接合層之間或上述接合層之中，具備將上述電磁波轉換為熱之轉換層；且上述半導體裝置之製造方法係自上述支持基板側對上述積層體照射上述電磁波。
- 如請求項5之半導體裝置之製造方法，其中上述轉換層包含二氧化矽或金屬。
- 如請求項1或2之半導體裝置之製造方法，其中上述積層體係：於上述接合層與上述半導體基板之間，具備將上述電磁波轉換為熱之轉換層；且上述半導體裝置之製造方法具備如下步驟：藉由自上述支持基板側對上述積層體照射上述電磁波。
- 如請求項7之半導體裝置之製造方法，其中上述轉換層包含Ti、Ta、Ni、Cu、Al。
- 如請求項1或2之半導體裝置之製造方法，其中上述支持基板為玻璃基板。
- 一種半導體裝置之製造裝置，其包含：照射單元，其對具備半導體基板、支持基板及接合層之積層體，自上述支持基板側照射具有0.11至0.14eV之能量且具有50ns以下之脈衝寬度之電磁波，上述支持基板含有矽，上述接合層配置於上述半導體基板與上述支持基板之間，且將上述半導體基板與上述支持基板接合；及分離單元，其將上述半導體基板自上述支持基板分離。
- 一種半導體裝置之製造方法，其係：對包含半導體基板、支持基板及接合層之積層體，自上述支持基板側照射具有0.11至0.14eV之能量之電磁波，上述支持基板含有矽，上述接合層配置於上述半導體基板與上述支持基板之間，且將上述半導體基板與上述支持基板接合；且將上述半導體基板自上述支持基板分離；其中上述接合層之上述電磁波之吸收係數為0.01μm-1以上。
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