TWI821854B - 半導體製造裝置及半導體裝置之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之實施方式提供一種能夠抑制於基板外周部之修整步驟後產生之碎屑或灰塵的半導體製造裝置及半導體裝置之製造方法。 本實施方式之半導體製造裝置具備第1雷射照射部、第2雷射照射部及分離部。第1雷射照射部於包含相互接合之第1基板與第2基板的接合基板之外周部，從第1基板側向第1基板之內部照射第1雷射光而形成改質層。第2雷射照射部從第2基板側向位於第1基板與第2基板之間且設置於第2基板之材料層照射第2雷射光，將第2基板與材料層之間剝離。分離部使第1基板之外周部及材料層之外周部從接合基板之外周部分離。

Description

半導體製造裝置及半導體裝置之製造方法
本實施方式係關於一種半導體製造裝置及半導體裝置之製造方法。
業界正在開發一種將形成有半導體元件之複數個基板貼合之混合鍵合(Hybrid Bonding)技術。於混合鍵合技術中，將複數個基板貼合後，為了抑制基板之碎屑，而執行去除基板之外周部(圓角部)之一部分之修整步驟。
然而，當修整步驟後元件層殘存於基板之外周部時，存在於其後之研磨步驟及CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學機械研磨)步驟等中，元件層從基板剝離而成為碎屑或灰塵之原因之虞。
本發明所欲解決之問題係提供一種能夠抑制於基板之外周部之修整步驟後產生之碎屑或灰塵的半導體製造裝置及半導體裝置之製造方法。
本實施方式之半導體製造裝置具備第1雷射照射部、第2雷射照射部及分離部。第1雷射照射部於包含相互接合之第1基板與第2基板的接合基 板之外周部，從第1基板側向第1基板之內部照射第1雷射光而形成改質層。第2雷射照射部從第2基板側向位於第1基板與第2基板之間且設置於第2基板之材料層照射第2雷射光，將第2基板與材料層之間剝離。分離部使第1基板之外周部及材料層之外周部從接合基板之外周部分離。
1:材料層
1a:外周部
2:第1基板
2a:外周部
3:材料層
3a:外周部
4:第2基板
4a:外周部
5:接合基板
7:第1雷射光
8:改質層
9:第2雷射光
10:剝離層
11:分離刀片
12:外周部
14:負載埠
15:待機埠
16:第1機械手
17:第2機械手
18:翻轉機構
19:改質層形成單元
20:剝離層形成單元
21:分離單元
22:清洗單元
23:第1載台
24:第1雷射照射部
25:第2載台
26:第2雷射照射部
27:第3載台
29:第4載台
30:雙流體清洗機構
31:改質層剝離層形成單元
32:載台
33:閘極絕緣膜
34:閘極電極膜
35:絕緣膜
36:抗蝕膜
37:元件分離形成區域
38:外周部
39:溝槽
40:元件分離構造
41:金屬矽化物膜
42:頂蓋絕緣膜
43:抗蝕膜
45:間隔層
47:絕緣膜
48:絕緣膜
49:絕緣膜
50:抗蝕膜
51:接點形成區域
52:接觸孔
53:抗蝕膜
54:配線形成區域
55:溝槽
56:接點
57:配線層
58:吸收層
59:上層配線構造
60:記憶胞陣列
61:上層配線構造
64:接合面
65:接合面
66:未接合區域
67:修整區域
100:半導體製造裝置
A:箭頭
B:箭頭
圖1係表示第1實施方式之半導體製造裝置之構成例之俯視圖。
圖2係表示改質層形成單元之構成例之模式剖視圖。
圖3係表示剝離層形成單元之構成例之模式剖視圖。
圖4係表示第1實施方式之半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖5係繼圖4之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖6係繼圖5之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖7係繼圖6之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖8係表示第2實施方式之半導體製造裝置之構成例之俯視圖。
圖9係表示改質層剝離層形成單元之構成例之模式剖視圖。
圖10係表示第2實施方式之半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖11係繼圖10之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖12係表示第3實施方式之半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖13係繼圖12之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖14係繼圖13之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖15係繼圖14之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖16係繼圖15之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖17係繼圖16之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖18係繼圖17之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖19係繼圖18之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖20係繼圖19之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖21係繼圖20之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖22係繼圖21之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖23係繼圖22之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視 圖。
圖24係繼圖23之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖25係繼圖24之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖26係繼圖25之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖27係繼圖26之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖28係繼圖27之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖29係繼圖28之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
圖30係繼圖29之後，表示半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
以下，參照圖式，對本發明之實施方式進行說明。本實施方式並不對本發明進行限定。圖式係模式圖或概念圖，各部分之比率等未必與實際之比率等相同。於說明書及圖式中，對與關於已出現之圖式所描述之元件相同之元件標註相同符號，並適當省略詳細說明。
(第1實施方式)
圖1係表示第1實施方式之半導體製造裝置100之構成例之俯視圖。半導體製造裝置100具備負載埠14、待機埠15、第1機械手16、第2機械手17、翻轉機構18、改質層形成單元19、剝離層形成單元20、分離單元21及清洗單元22。
於負載埠14，安放有收容接合基板5之晶圓盒。待機埠15係暫時載置後續應處理之接合基板5或處理後之接合基板5之區域。第1機械手16使接合基板5於負載埠14之晶圓盒與待機埠15之間移動。第2機械手17具有吸附接合基板5並使該接合基板5上下翻轉之翻轉機構18。
接合基板5係包含相互接合之第1基板2與第2基板4之基板。第1基板2及第2基板4例如為矽基板等半導體基板。於第1基板2之表面，例如形成有記憶胞陣列(未圖示)等半導體元件。記憶胞陣列可為三維地配置有記憶胞之立體型記憶胞陣列。於第2基板4之表面，例如形成有CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)電路(未圖示)等半導體元件。CMOS電路例如可為控制第1基板2之記憶胞陣列之控制器。
改質層形成單元19具備保持接合基板5之第1載台23、及向接合基板5照射第1雷射光之第1雷射照射部24。剝離層形成單元20具備保持接合基板5之第2載台25、及向接合基板5照射第2雷射光之第2雷射照射部26。分離單元21具備第3載台27及分離刀片11。第3載台27保持接合基板5。分離刀片11形成為圓盤狀，插入至第1基板2與第2基板4之間，使接合基板5中 之第1基板2(參照圖6)之外周部從接合基板5分離。清洗單元22具備保持接合基板5之第4載台29及雙流體清洗機構30。
圖2係表示改質層形成單元19之構成例之模式剖視圖。改質層形成單元19具備第1載台23及第1雷射照射部24。
第1載台23構成為，能夠保持接合基板5，且能夠如箭頭A所示地以軸為中心進行旋轉。
第1雷射照射部24構成為能夠移動至第1載台23上之接合基板5之外周部，從接合基板5之Z方向上方將第1雷射光7照射至接合基板5之外周部。第1雷射光7係被接合基板5之第1基板2(例如矽基板)吸收之波長之雷射光。
圖3係表示剝離層形成單元20之構成例之模式剖視圖。剝離層形成單元20具備第2載台25及第2雷射照射部26。
第2載台25構成為，能夠保持接合基板5，且能夠如箭頭A所示地以軸為中心進行旋轉。
第2雷射照射部26構成為能夠移動至第2載台25上之接合基板5之外周部，從接合基板5之Z方向上方將第2雷射光9照射至接合基板5之外周部。即，第1及第2雷射照射部24、26從同一方向(Z方向)對接合基板5分別照射 第1及第2雷射光7、9。第2雷射光9係透過接合基板5之第2基板4(例如矽基板)，且由第1基板2與第2基板4之間所設置之元件層之至少一層(例如氧化矽膜)所吸收之波長之雷射光。
記憶胞陣列於第1基板2上由氧化矽膜等絕緣膜所被覆。CMOS電路於第2基板4上由氧化矽膜等絕緣膜所被覆。該絕緣膜例如使用氧化矽膜、氮化矽膜、碳化矽膜或碳氮化矽膜等任一絕緣膜。再者，以下亦將構成記憶胞陣列、CMOS電路等半導體元件之元件層以及被覆半導體元件之絕緣膜統稱為材料層。
圖4~圖7係表示第1實施方式之半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。再者，相對於載台23、25之搭載面垂直之方向為Z方向。又，將載台23、25之搭載面內之一方向設為X方向，將相對於X方向垂直之方向設為Y方向。
首先，圖1之半導體製造裝置100之第1機械手16將接合基板5從晶圓盒14取出，將該接合基板5載置於待機埠15。其次，第2機械手17將接合基板5從待機埠15載置於改質層形成單元19之第1載台23上。接合基板5以第1基板2成為Z方向上方之方式載置於第1載台23上。於改質層形成單元19中，如圖4所示，第1載台23以第1基板2成為Z方向之上之方式保持接合基板5。
其次，如圖4所示，第1雷射照射部24從第1基板2側將第1雷射光7照 射至第1基板2之外周部，而於第1基板2之內部形成改質層8。改質層8以沿第1基板2之厚度方向(Z方向)延伸之方式形成。此時，第1載台23使接合基板5沿圖2之箭頭A之方向旋轉，藉此，遍及第1基板2之整個外周部而於第1基板2內形成改質層8。
其次，第2機械手17將接合基板5從第1載台23拿起，藉由翻轉機構18使接合基板5翻轉，並載置於剝離層形成單元20之第2載台25。接合基板5以第2基板4成為上方之方式翻轉而保持於第2載台25上。
其次，如圖5所示，第2雷射照射部26從第2基板4側照射第2雷射光9，從第2基板4側向位於第1基板2與第2基板4之間且設置於第2基板4之材料層3照射第2雷射光9。藉此，第2基板4之材料層3吸收第2雷射光9而被加熱，將第2基板4與材料層3之間或材料層3內之膜間剝離而形成剝離層10。此時，第2載台25使接合基板5沿圖2之箭頭A之方向旋轉，並使第2雷射照射部26沿X軸方向移動，藉此，遍及第2基板4之整個外周部而形成剝離層10。
其次，圖1之第2機械手17將接合基板5從第2載台25拿起，藉由翻轉機構18使接合基板5翻轉，並載置於分離單元21之第3載台27。接合基板5以第1基板2再次成為上方之方式翻轉而保持於第3載台27上。
其次，如圖6所示，使圓盤狀分離刀片11沿箭頭B方向旋轉著插入至第1基板2與第2基板4之間而施加應力。此時，於第1基板2之外周部，改 質層8破斷，並且將第2基板4與材料層3之間之剝離層10拉離。藉此，如圖7所示，第1基板2之外周部2a、第1基板2上之材料層1之外周部1a、及第2基板4上之材料層3之外周部3a從接合基板5分離而被去除。此時，第2基板4之外周部4a照原樣殘存，但其上之材料層1、3之外周部1a、3a之全部或至少一部分被去除。即，於外周部中，材料層1、3所包含之絕緣膜(例如氧化矽膜、氮化矽膜、碳化矽膜或碳氮化矽膜等)及配線構造與第1基板2之外周部一起被去除。
其次，第2機械手17將接合基板5從第3載台27拿起，載置於清洗單元22之第4載台29上。於清洗單元22中，雙流體清洗機構30清洗接合基板5。其後，使第4載台29旋轉，進行乾燥。
其後，第2機械手17將接合基板5從第4載台29拿起，載置於圖1之待機埠15。第1機械手16將接合基板5從待機埠15放回至晶圓盒14。
再者，於本實施方式中，係於形成改質層8後形成剝離層10，但亦可於形成剝離層10後形成改質層8。即，於本實施方式中，係於第1雷射照射部24將第1雷射光7照射至接合基板5後，第2雷射照射部26將第2雷射光9照射至接合基板5。然而，亦可使該順序顛倒，於第2雷射照射部26將第2雷射光9照射至接合基板5後，第1雷射照射部24將第1雷射光7照射至接合基板5。
又，此後，於研磨步驟中研磨(背面研磨)第1基板2。進而，於去除了 第2基板4之外周部4a後，亦研磨第2基板4。藉此，材料層1及材料層3形成為相互接合之半導體裝置。接合基板5經切割而單片化為複數個半導體晶片。材料層1之元件層(例如記憶胞陣列)與材料層3之元件層(例如CMOS電路)於材料層1與材料層3之接合面電性連接。
如上所述，於本實施方式中，從接合基板5之第1基板2側照射第1雷射光7，於第1基板2之外周部內部形成沿Z方向延伸之改質層8。其後，從第2基板4側照射第2雷射光9，於第2基板4與材料層3之間或材料層3內部之膜間，形成沿X或Y方向延伸之剝離層10。其後，使第1基板2之外周部2a從改質層8分離，且使材料層1之外周部1a及材料層3之外周部3a之至少一部分沿剝離層10從第2基板4分離。藉此，不僅能夠從接合基板5之外周部去除第1基板2，亦能夠去除元件層或絕緣膜等材料層。即，預先將第1基板2之外周部以及第1基板2與第2基板4之間之材料層從接合基板5之外周部除去。因此，能夠抑制於其後之研磨步驟、CMP步驟等處理步驟中之接合基板5之外周部之碎屑或從接合基板5之外周部產生之灰塵。
又，根據本實施方式，第2雷射光9從與照射第1雷射光7之第1基板2為相反側之第2基板4照射。於第2基板4之表面，設置有具有50nm以上之厚度之氧化矽膜等絕緣膜，而未設置半導體元件等元件層。因此，第2雷射光9被材料層3吸收，而加熱材料層3。藉此，材料層3變得容易從第2基板4之表面剝離，或者，材料層3內之膜間變得容易被剝離。其結果為，剝離層10變得容易形成於材料層3與第2基板4之間或材料層3內之膜間，變得容易將第1基板2之外周部以及第1基板2與第2基板4之間之材料層從接合 基板5之外周部去除。
(第2實施方式)
圖8係表示第2實施方式之半導體製造裝置100之構成例之俯視圖。圖9係表示改質層剝離層形成單元31之構成例之模式剖視圖。根據第2實施方式，第2機械手17不具有翻轉機構18，改質層形成單元19與剝離層形成單元20構成為1個共通之改質層剝離層形成單元31。即，於第2實施方式中，不使接合基板5翻轉，而於改質層剝離層形成單元31中，在接合基板5連續或同時地形成改質層8及剝離層10。
改質層剝離層形成單元31具備載台32、第1雷射照射部24及第2雷射照射部26。
載台32構成為能夠保持接合基板5，且能夠如箭頭A所示地以軸為中心進行旋轉。第1雷射照射部24如上所述，構成為能夠移動至接合基板5之外周部，且從接合基板5之Z方向上方向接合基板5之外周部照射第1雷射光7。第2雷射照射部26構成為能夠移動至接合基板5之外周部，從接合基板5之Z方向下方向接合基板5之外周部照射第2雷射光9。
載台32具有較接合基板5之直徑更小之直徑，以接合基板5之整個外周部從載台32之外緣突出之方式保持該接合基板。例如，接合基板5之外徑為約300mm，載台32之外徑為約280mm。於此情形時，接合基板5之外周部從載台32伸出約20mm。藉此，第1及第2雷射照射部24、26能夠 於使接合基板5保持在同一載台32之狀態下，將第1及第2雷射光7、9從彼此相反之方向分別照射至接合基板5之正面及背面。
第1雷射照射部24從接合基板5之第1基板2側照射第1雷射光7。第2雷射照射部26從接合基板5之第2基板4側照射第2雷射光9。
再者，第1及第2雷射照射部24、26亦可將第1及第2雷射光7、9照射至X-Y面內之大致同一位置。即，第1及第2雷射照射部24、26可相互對向，且從Z方向觀察時大致重疊。然而，第1及第2雷射照射部24、26未必一定要將第1及第2雷射光7、9照射至X-Y面內之同一位置，亦可沿接合基板5之圓周方向錯開地照射。即便將第1及第2雷射照射部24、26沿接合基板5之圓周方向錯開地配置，但由於載台32使接合基板5沿箭頭A方向旋轉，故就結果而言改質層8及剝離層10仍會形成於接合基板5之外周部。
又，第1及第2雷射照射部24、26亦可同時將第1及第2雷射光7、9照射至接合基板5。於此情形時，改質層8及剝離層10同時形成於接合基板5之外周部。因此，能夠於短時間內形成改質層8及剝離層10。另一方面，第1及第2雷射照射部24、26亦可於不同之時點將第1及第2雷射光7、9照射至接合基板5。例如，亦可如下所述般，先由第1雷射照射部24向接合基板5之外周部照射第1雷射光7，而於接合基板5形成改質層8。繼而(連續地)，由第2雷射照射部26向接合基板5之外周部照射第2雷射光9，而於接合基板5形成剝離層10。
再者，亦可將接合基板5上下顛倒地載置於載台32上，與之相對應地，將第1雷射照射部24與第2雷射照射部26之位置顛倒。即便如此，亦能夠實現第1雷射光7從第1基板2側照射而於第1基板2之內部形成改質層8。亦能夠實現第2雷射光9從第2基板4側照射，將第2基板4與材料層3之間或材料層3內之膜間剝離，從而形成剝離層10。
於第2實施方式中，不需要翻轉機構18。因此，能夠將裝置100之成本抑制得較低。改質層形成單元19與剝離層形成單元20共通化為1個改質層剝離層形成單元31。因此，能夠進一步抑制裝置100之成本，且能夠使裝置100之整體尺寸小型化。第2實施方式之其他構成可與第1實施方式之對應構成相同。藉此，第2實施方式亦能夠獲得與第1實施方式相同之效果。
圖10及圖11係表示第2實施方式之半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。
首先，圖8之半導體製造裝置100之第1機械手16將接合基板5從晶圓盒14取出，並將該接合基板5載置於待機埠15。其次，第2機械手17將接合基板5從待機埠15載置於改質層剝離層形成單元31之載台32上。接合基板5以第1基板2成為Z方向上方之方式載置於載台32上。於改質層剝離層形成單元31中，如圖10所示，載台32將接合基板5以第1基板2成為Z方向之上之方式保持。載台32具有較接合基板5之直徑小之直徑。因此，第1及第2雷射照射部24、26能夠將第1及第2雷射光7、9分別從彼此相反之方 向照射至從載台32之外緣突出之接合基板5之外周部。
其次，如圖10所示，第1雷射照射部24從第1基板2側將第1雷射光7照射至第1基板2之外周部，而於第1基板2之內部形成改質層8。改質層8以沿第1基板2之厚度方向(Z方向)延伸之方式形成。
此時，第1載台23使接合基板5沿圖9之箭頭A之方向旋轉，藉此，遍及第1基板2之整個外周部而於第1基板2內形成改質層8。
其次，保持著將接合基板5載置於載台32上之狀態，而由第2雷射照射部26從第2基板4側照射第2雷射光9。第2雷射照射部26從第2基板4側向位於第1基板2與第2基板4之間且設置於第2基板4之材料層3照射第2雷射光9。藉此，使第2基板4之材料層3之內部吸收第2雷射光9而進行加熱，將第2基板4與材料層3之間或材料層3內之膜間剝離，而形成剝離層10。
其後，經過參照圖6及圖7而說明之步驟，從接合基板5使外周部12之一部分(第1基板2之外周部2a、第1基板2上之材料層1之外周部1a、及第2基板4上之材料層3之外周部3a)從接合基板5分離而去除。因此，第2實施方式能夠獲得與第1實施方式相同之效果。
再者，亦可將接合基板5上下顛倒地載置於載台32上，與之相對應地，將第1雷射照射部24與第2雷射照射部26之位置顛倒。即便如此，亦能夠實現第1雷射光7從第1基板2側照射而於第1基板2之內部形成改質層 8。亦能夠實現第2雷射光9從第2基板4側照射，將第2基板4與材料層3之間或材料層3內之膜間剝離，從而形成剝離層10。
又，於不同之時點照射第1及第2雷射光7、9之情況下，可於第1雷射照射部24將第1雷射光7照射至接合基板5後，由第2雷射照射部26將第2雷射光9照射至接合基板5。但是，該順序亦可顛倒。即，亦可於第2雷射照射部26將第2雷射光9照射至接合基板5後，由第1雷射照射部24將第1雷射光7照射至接合基板5。
又，第1及第2雷射照射部24、26亦可將第1及第2雷射光7、9同時照射至接合基板5。藉此，有助於縮短改質層8及剝離層10之形成時間。
進而，於第2實施方式中，不需要使接合基板5翻轉之步驟。因此，能進一步縮短改質層8及剝離層10之形成時間。
(第3實施方式)
圖12~圖30係表示第3實施方式之半導體裝置之製造方法之一例之概略剖視圖。第3實施方式係將第1或第2實施方式應用於記憶體晶片之實施方式。於圖12~圖28中，主要示出第2基板4之外周部構造之製造步驟。
再者，於第3實施方式中，第2基板4上之材料層3較佳為不具有設置於第2基板4表面之半導體元件等元件層之絕緣膜。例如，於材料層3為氧化矽膜之情形時，材料層3之厚度較佳為50nm以上。藉此，第2雷射光9 不被元件層反射而容易被材料層3吸收，圖11之剝離層10變得容易形成於材料層3與第2基板4之間或材料層3內之膜間。即，材料層3能夠作為第2雷射光9之吸收層而有效地發揮作用。材料層3可具有設置於第2基板4上方之上層配線構造。其原因在於，第2雷射光9能夠充分地被上層配線構造與第2基板4之間之材料層3(例如氧化矽膜)吸收。以下，對半導體裝置之製造方法進行說明。
首先，如圖12所示，於第2基板4(例如矽基板)上，依序積層閘極絕緣膜(例如氧化矽膜)33、閘極電極膜(例如多晶矽膜)34、絕緣膜(例如氮化矽膜)35。閘極絕緣膜33之厚度例如為約10nm，閘極電極膜34之厚度例如為約90nm，絕緣膜35之厚度例如為約30nm。
其次，如圖13所示，使用微影技術，於絕緣膜35上塗佈抗蝕膜36，去除元件分離形成區域37之抗蝕膜36。此時，使抗蝕膜36殘置於第2基板4之外周部(材料層形成區域)38。
其次，如圖14所示，將抗蝕膜36用作遮罩，藉由RIE(Reactive Ion Etching，反應性離子蝕刻)等蝕刻技術，對絕緣膜35、閘極電極膜34、閘極絕緣膜33及第2基板4進行加工。藉此，於元件分離形成區域37形成溝槽39。溝槽39之深度例如為約350nm。
於去除抗蝕膜36後，將絕緣膜(例如氧化矽膜)沈積於溝槽39內，使用CMP(Chemical Mechanical Polishing)法研磨該絕緣膜。藉此，如圖15 所示，於溝槽39內嵌埋絕緣膜，形成元件分離構造40。此處，於第2基板4之外周部(材料層形成區域)38，未形成元件分離構造40。藉此，變得容易剝離藉由之後之步驟所形成之材料層3與第2基板4之間，變得容易形成剝離層10。
其次，如圖16所示，去除絕緣膜35。其次，如圖17所示，於閘極電極膜34上，積層金屬矽化物膜(例如鎢矽化物(WSi)膜)41及頂蓋絕緣膜42(例如氮化矽膜)。金屬矽化物膜41於之後與閘極電極膜34一起加工為閘極電極。金屬矽化物膜41之厚度例如為約90nm。頂蓋絕緣膜42之厚度例如為50nm。
其次，使用微影技術，於頂蓋絕緣膜42上塗佈抗蝕膜43，而將除了閘極電極形成區域以外之抗蝕膜43去除。藉此，如圖18所示，抗蝕膜43加工為構成CMOS電路之電晶體之閘極電極之圖案。此時，亦將第2基板4之外周部(材料層形成區域)38之抗蝕膜43去除。
其次，如圖19所示，將抗蝕膜43用作遮罩，藉由RIE等蝕刻技術，將頂蓋絕緣膜42、金屬矽化物膜41及閘極電極膜34加工為閘極電極之圖案。藉此，金屬矽化物膜41及閘極電極膜34形成為閘極電極。以下，亦將金屬矽化物膜41及閘極電極膜34統稱為閘極電極34、41。
於去除抗蝕膜43後，如圖20所示，將間隔層45之材料(例如氧化矽膜)沈積於第2基板4之上方。間隔層45之材料之厚度例如為約40nm。
其次，使用蝕刻技術，對間隔層45之材料進行回蝕(etching back)，如圖21所示，於閘極電極34、41之側面殘置間隔層45。其次，將頂蓋絕緣膜42及間隔層45用作遮罩，藉由蝕刻技術加工閘極絕緣膜33之材料。藉此，如圖21所示，閘極絕緣膜33殘置於閘極電極34、41及間隔層45之下。此處，於外周部(材料層形成區域)38，未形成閘極電極34、41等元件構造。
其次，將間隔層45及頂蓋絕緣膜42用作遮罩，導入雜質，形成源極、汲極層(未圖示)。
其次，如圖22所示，於第2基板4之上方積層絕緣膜47、48。絕緣膜(襯墊層)47例如使用氮化矽膜，其厚度例如為約30nm。絕緣膜48例如使用氧化矽膜，其厚度例如為約500nm。
其次，於使用CMP法等而使絕緣膜48平坦化後，將絕緣膜49沈積於絕緣膜48上。絕緣膜49例如使用氧化矽膜，其厚度例如為約200nm。
其次，如圖22所示，使用微影技術於絕緣膜49上塗佈抗蝕膜50，去除接點形成區域51之抗蝕膜50。此時，殘置外周部(材料層形成區域)38之抗蝕膜50。
其次，如圖23所示，將抗蝕膜50用作遮罩，藉由RIE等蝕刻技術，加 工絕緣膜49、48，形成接觸孔52。於去除抗蝕膜50後，將絕緣膜49用作遮罩，藉由RIE等蝕刻技術，進一步蝕刻接觸孔52底部之絕緣膜47及頂蓋絕緣膜42。藉此，如圖23所示，接觸孔52到達第2基板4或閘極電極34、41。藉由去除抗蝕膜50，而獲得圖24所示之構造。
其次，如圖25所示，使用微影技術，塗佈抗蝕膜53，去除配線形成區域54之抗蝕膜53。
其次，如圖26所示，將抗蝕膜53用作遮罩，藉由RIE等蝕刻技術，加工絕緣膜49之上部(例如從絕緣膜49之上表面到100nm之部分)，形成溝槽55。溝槽55通過接觸孔52上，例如沿圖25之紙面垂直方向延伸。
於去除抗蝕膜53後，以嵌埋接觸孔52及溝槽55之方式形成金屬膜(例如鎢膜)。其次，使用CMP法，研磨金屬膜直至絕緣膜49之表面露出。藉此，如圖27所示，形成接點56及配線層57。此時，於外周部(材料層形成區域)38中，第2基板4上之絕緣膜48、49中未設置配線層57之區域58作為吸收第2雷射光9之材料層(吸收層)發揮作用。吸收層58之厚度例如為340nm。吸收層58與第2基板4之間，僅存在襯墊層47。
其次，如圖28所示，於絕緣膜49及配線層57上形成上層配線構造59。
如此，於第2基板4上，形成材料層3。材料層3於第2基板4之中心區域中具有構成CMOS電路之元件層(閘極絕緣膜33、閘極電極34、金屬矽 化物膜41)。另一方面，於外周部38中，材料層3不包含元件層，形成絕緣膜47~49、配線層57及上層配線構造59。尤其是於材料層3中位於第2基板4正上方之吸收層58，不僅未設置元件層，亦未設置配線層57及上層配線構造59。因此，吸收層58若包含50nm以上之相對較厚之氧化矽膜等絕緣膜，則能夠高效率地吸收第2雷射光9。
與第2基板4分開地，於第1基板2，形成材料層1。材料層1包含記憶胞陣列60、上層配線構造61。關於其理由將於下文敍述。再者，關於材料層1之形成步驟之詳細說明，此處省略。
如圖29所示，第1基板2與第2基板4藉由接合面64、65接合。於接合面64，露出了第1基板2之上層配線構造61之配線層。於接合面65，露出了第2基板4之上層配線構造59之配線層。於將接合面64、65貼合時，使上層配線構造61之配線層與上層配線構造50之配線層接合。藉此，第1基板2之記憶胞陣列60與第2基板4之CMOS電路電性連接。藉由將第1基板2與第2基板4貼合，形成接合基板5。
此時，第1及第2基板2、4之外緣以某一曲率蜷曲。又，材料層1、3之外周部38具有第1及第2基板2、4之外緣之圓角部及由CMP之過度研磨等形成之未接合區域(塌邊區域)66。因此，於外周部38，產生未藉由接合面接合之未接合區域66。為了去除此種未接合區域66，進行接下來之修整步驟。
其次，按照第1或第2實施方式進行雷射修整步驟。例如，第1雷射照射部24從第1基板2側照射第1雷射光7，於第1基板2之外周部38形成改質層8。第2雷射照射部26從第2基板4側照射第2雷射光9，於第2基板4與材料層3之吸收層58之間形成剝離層10。其後，於第1基板2與第2基板4之間插入分離刀片11而施加應力，於改質層8及剝離層10處破斷。外周部38處之第1基板2、材料層1、3分離。藉此，第2基板4之外周部殘留，但外周部38處之第1基板2、材料層1、3從接合基板5被去除。
此處，將藉由修整而去除之修整區域67設定為包含第1及第2基板2、4之端部之圓角部及未接合區域66、且含在外周部38之區域。即，如圖30所示，於X方向(接合基板5之徑向)上，修整區域67之長度較未接合區域66長，且較外周部38短。例如，第1及第2基板2、4之圓角部及未接合區域66係從接合基板5之一端到內側約2.0mm之區域。外周部(材料層形成區域)38係從接合基板5之一端到內側3.0mm之區域。修整區域67係從接合基板5之一端到內側2.5mm之區域。
其後，雖未圖示，有時會於研磨步驟及CMP步驟中將第1基板2薄化後，形成電極，且於其上形成半導體元件構造。於修整步驟中，由於去除了外周部38之材料層1、3，因此能夠抑制研磨步驟及CMP步驟中產生碎屑或灰塵。
又，元件分離構造40未設置於第2基板4之外周部38。藉此，第2基板4與材料層3之間之界面變得容易剝離，而容易形成剝離層10。因此，能 夠抑止材料層1、3殘留於修整區域67。
又，於外周部38之材料層內，設置不具有元件層及配線層之吸收層58(即絕緣膜48、49)。藉此，能夠提高第2雷射光9之吸收效率，促進剝離層10之形成。藉此，能夠抑止材料層1、3殘留於修整區域67。
為了吸收形成剝離層10所需要之能量，吸收層58之厚度較佳為50nm以上之厚度。較佳為於第2基板4與吸收層58之間不存在反射第2雷射光9之膜，例如金屬膜。又，較佳為於吸收層58及第2基板4與吸收層58之間不形成圖案，以防止第2雷射光9散射。即，較佳為吸收層58成為沿著第2基板4表面之平坦膜之單層膜或積層膜。為了使製造步驟簡化，吸收層58較佳由能夠與半導體構造之層間絕緣膜同時形成之材料形成。例如，較佳為吸收層58(即絕緣膜48、49)包含氧化矽膜、氮化矽膜、碳化矽膜、碳氮化矽膜等材料。
進而，於本實施方式中，較佳為吸收層58設置於形成CMOS電路之第2基板4。若要於具有立體型記憶胞陣列60之第1基板2設置吸收層58，則需要於外周部38中去除記憶胞陣列。於此情形時，會於外周部38與記憶胞陣列60之間之交界產生1μm以上之較大階差，由於CMP步驟之過度研磨等，未接合區域(塌邊區域)66會擴大。其結果為，存在需要進行修整區域67之擴張之虞。因此，較佳為吸收層58設置於第2基板4，且較佳為第2雷射光9從第2基板4側照射。
上述實施方式亦能夠應用於CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)影像感測器。
對本發明之若干實施方式進行了說明，但這些實施方式係作為例子而提出，並不意圖限定發明之範圍。該等實施方式能夠以其他各種方式實施，能夠於不脫離發明主旨之範圍內，進行各種省略、替換、變更。該等實施方式或其變化包含於發明之範圍或主旨中，同樣亦包含於發明申請專利範圍所記載之發明及其均等之範圍中。
[相關申請之參照]
本申請享有以日本專利申請案2021-072536號(申請日：2021年4月22日)為基礎申請案之優先權。本申請藉由參照該基礎申請而包含基礎申請之所有內容。
5:接合基板
11:分離刀片
14:負載埠
15:待機埠
16:第1機械手
17:第2機械手
18:翻轉機構
19:改質層形成單元
20:剝離層形成單元
21:分離單元
22:清洗單元
23:第1載台
24:第1雷射照射部
25:第2載台
26:第2雷射照射部
27:第3載台
29:第4載台
30:雙流體清洗機構
100:半導體製造裝置

Claims (16)

  1. 一種半導體製造裝置，其具備：第1雷射照射部，其於包含相互接合之第1基板與第2基板的接合基板之外周部，從上述第1基板側向上述第1基板之內部照射第1雷射光而形成改質層； 第2雷射照射部，其從上述第2基板側向位於上述第1基板與上述第2基板之間且設置於上述第2基板之材料層照射第2雷射光，將上述第2基板與上述材料層之間剝離；以及 分離部，其使上述第1基板之外周部及上述材料層之外周部從上述接合基板之外周部分離。
  2. 如請求項1之半導體製造裝置，其進而具備：載台，其保持上述接合基板；以及 翻轉部，其使上述接合基板翻轉； 上述第1及第2雷射照射部從同一方向朝上述接合基板照射上述第1及第2雷射光。
  3. 如請求項2之半導體製造裝置，其中上述第1雷射照射部向上述第1基板之外周部照射上述第1雷射光， 上述第2雷射照射部於上述翻轉部將上述接合基板翻轉而載置於上述載台上後，向上述材料層照射上述第2雷射光。
  4. 如請求項1之半導體製造裝置，其中上述第1及第2雷射照射部將上述第1及第2雷射光分別從彼此相反之方向照射至上述接合基板。
  5. 如請求項4之半導體製造裝置，其進而具備載台，該載台具有較上述接合基板之直徑更小之直徑，且保持該接合基板。
  6. 如請求項4之半導體製造裝置，其中上述第1及第2雷射照射部將上述第1及第2雷射光同時照射至上述接合基板。
  7. 一種半導體裝置之製造方法，其係使用半導體製造裝置製造半導體裝置之方法，該半導體製造裝置具備：第1雷射照射部，其向包含相互接合之第1基板與第2基板的接合基板之外周部照射第1雷射；第2雷射照射部，其向該接合基板之外周部照射第2雷射；以及分離部，其使上述接合基板之外周部分離； 上述半導體裝置之製造方法具備：於包含相互接合之第1基板與第2基板的接合基板之外周部，向上述第1基板之內部照射第1雷射光而形成改質層； 向位於上述第1基板與上述第2基板之間且設置於上述第2基板之材料層照射第2雷射光，將上述第2基板與上述材料層之間剝離； 將上述第1基板之外周部及上述材料層之外周部從上述接合基板之外周部分離。
  8. 如請求項7之方法，其中上述第1雷射照射部從上述接合基板之上述第1基板側照射上述第1雷射光， 上述第2雷射照射部從上述接合基板之上述第2基板側照射上述第2雷射光。
  9. 如請求項7之方法，其中上述半導體製造裝置進而具備使上述接合基板翻轉之翻轉部， 上述方法進而具備：於照射上述第1雷射光後、照射上述第2雷射光前，使上述接合基板翻轉。
  10. 如請求項7之方法，其中上述半導體製造裝置進而具備載台，該載台具有較上述接合基板之直徑更小之直徑； 上述第1及第2雷射照射部將上述第1及第2雷射光分別從彼此相反之方向照射至從上述載台之外緣突出之上述接合基板之外周部。
  11. 如請求項10之方法，其中上述第1及第2雷射照射部將上述第1及第2雷射光同時照射至上述接合基板。
  12. 如請求項7之方法，其中設置於上述第2基板之上述材料層之膜厚為50 nm以上。
  13. 如請求項7之方法，其中上述材料層有氧化矽膜、氮化矽膜、碳化矽膜或碳氮化矽膜中之任一種。
  14. 如請求項7之方法，其中於上述第1基板設置有記憶胞陣列， 於上述第2基板設置有CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)電晶體。
  15. 如請求項7之方法，其中於設置有上述材料層之上述第2基板之外周部，未設置元件分離構造。
  16. 如請求項7之方法，其中未將反射上述第2雷射光之元件層設置於上述材料層內。
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