WO2019021864A1 - 積層型素子の製造方法 - Google Patents

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WO2019021864A1
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wafer
region
semiconductor wafer
semiconductor
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PCT/JP2018/026531
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剛志 坂本
隆二 杉浦
裕太 近藤
内山　直己
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浜松ホトニクス株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a method of manufacturing a stacked device.
  • Patent Document 1 describes a method for forming a gettering region for capturing an impurity such as a heavy metal inside a semiconductor substrate of a semiconductor device.
  • a portion of the semiconductor substrate is modified to form a gettering region by irradiating the semiconductor substrate with laser light.
  • the present disclosure aims to provide a method of manufacturing a stacked device capable of achieving both thinning of the stacked device and formation of an appropriate gettering region.
  • a method of manufacturing a stacked device comprising: a semiconductor substrate having a front surface and a back surface; and a circuit layer including a plurality of functional devices arranged two-dimensionally along the front surface.
  • a first forming step of preparing a first wafer and forming a first gettering region for each functional element by irradiating a semiconductor substrate of the first wafer with a laser beam corresponding to each of the functional elements And after the first formation step, the semiconductor substrate of the first wafer is ground to remove a part of the first gettering region; and after the first grinding step, the second wafer is used as a semiconductor wafer.
  • the process of grinding the semiconductor substrate of the first wafer, bonding the circuit layer of the second wafer to the semiconductor substrate of the first wafer, and grinding the semiconductor substrate of the second wafer is repeated.
  • a stacked body in which a plurality of semiconductor wafers are stacked can be obtained in a state where each semiconductor substrate is thinned.
  • gettering regions are formed inside each semiconductor substrate before grinding each semiconductor substrate, and each semiconductor substrate is thinned by removing a part of the gettering region when grinding each semiconductor substrate.
  • An appropriate gettering region can be formed inside the. Therefore, according to this method of manufacturing a stacked device, it is possible to achieve both thinning of the stacked device and formation of an appropriate gettering region.
  • the first forming step laser light is generated along a line to be cut which is set to pass between the functional elements with respect to the semiconductor substrate of the first wafer.
  • Forming a first modified region along the planned cutting line by irradiating the laser light to the semiconductor substrate of the second wafer along the planned cutting line in the second forming step.
  • the second modified region may be formed along the line to cut.
  • a first crack extending from the first modified region to the circuit layer side of the first wafer is formed, and in the first grinding step Removing the first modified region, exposing the first crack on the back surface of the semiconductor substrate of the first wafer, and in the second formation step, extending from the second modified region to the circuit layer side of the second wafer (2)
  • a crack may be formed, and in the second grinding step, the second modified region may be removed to expose the second crack on the back surface of the semiconductor substrate of the second wafer.
  • a pulse width of laser light for forming the first gettering region and the second gettering region forms the first modified region and the second modified region. It may be shorter than the pulse width of the laser beam to According to this, while suppressing the extension of the crack from the first gettering region and the second gettering region, the extension of the crack from the first modified region and the second modified region can be promoted.
  • the first wafer and the second wafer are cut along a line to be cut which is set to pass between the functional devices.
  • the method may further include a pickup step of picking up the plurality of stacked elements obtained by According to this, a stacked element can be obtained efficiently.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a laser processing apparatus used to form a modified region.
  • FIG. 2 is a plan view of an object to be processed which is a target of formation of a modified region.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the processing object of FIG. 2 along the line III-III.
  • FIG. 4 is a plan view of a processing object after laser processing.
  • FIG. 7 is a plan view showing a laminate as a processing object.
  • FIG. 8 is a schematic plan view showing a part of the laminate shown in FIG. 7 in an enlarged manner.
  • FIG. 8 is a schematic plan view showing a part of the laminate shown in FIG. 7 in an enlarged manner.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view along the line IX-IX in FIG.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a part of the area shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing main steps of a method of manufacturing a stacked element according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing main steps of a method of manufacturing the stacked element according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing main steps of a method of manufacturing a stacked element according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram showing main steps of a method of manufacturing a stacked element according to the first embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram showing main steps of a method of manufacturing a stacked element according to the first embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing the main steps of the method of manufacturing the stacked element according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is a view showing main steps of a method of manufacturing a stacked element according to the second embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram showing main steps of a method of manufacturing a stacked element according to the second embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram showing main steps of a method of manufacturing a stacked element according to the second embodiment.
  • FIG. 20 is a view showing the main steps of a method of manufacturing a stacked element according to a second embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram showing main steps of a method of manufacturing a stacked element according to the second embodiment.
  • FIG. 22 is a diagram showing the main steps of a method of manufacturing a stacked device according to a second embodiment.
  • the modified region is formed on the processing object along the planned cutting line by condensing the laser light on the processing object (for example, the laminated body of the semiconductor wafer). Form. Therefore, first, formation of the modified region will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • the laser processing apparatus 100 comprises: a laser light source 101 for pulse-oscillating laser light L; and a dichroic mirror 103 arranged to change the direction of the optical axis (optical path) of the laser light L by 90 °. And a condensing lens 105 for condensing the laser light L.
  • the laser processing apparatus 100 includes a support base 107 for supporting the processing target 1 to which the laser light L condensed by the condensing lens 105 is applied, and a stage 111 for moving the support base 107.
  • the laser light source control unit 102 controls the laser light source 101 to adjust the output of the laser light L, the pulse width, the pulse waveform, and the like, and the stage control unit 115 controls the movement of the stage 111.
  • the direction of the optical axis of the laser beam L emitted from the laser light source 101 is changed by 90 ° by the dichroic mirror 103, and the laser beam L is placed inside the processing target 1 placed on the support table 107.
  • the light is collected by the light collecting lens 105.
  • the stage 111 is moved, and the object 1 is moved relative to the laser light L along the line 5 to be cut. As a result, a reformed region along the planned cutting line 5 is formed on the object 1 to be processed.
  • the stage 111 is moved to move the laser light L relatively, but the condenser lens 105 may be moved, or both of them may be moved.
  • a plate-like member for example, a substrate, a wafer, etc.
  • a planned cutting line 5 for cutting the processing object 1 is set in the processing object 1.
  • the line to cut 5 is a virtual line extending linearly.
  • the laser light L is cut in a state in which the condensing point (condensing position) P is aligned with the inside of the processing object 1 It is relatively moved along the planned line 5 (ie, in the direction of arrow A in FIG. 2).
  • the modified region 7 is formed on the object 1 along the planned cutting line 5 and the modified region formed along the planned cutting line 5 7 is the cutting start area 8.
  • the focusing point P is a place where the laser beam L is focused.
  • the line to cut 5 is not limited to a linear shape, but may be a curved shape, a three-dimensional shape in which these are combined, or a coordinate designated.
  • the line to cut 5 is not limited to a virtual line, but may be a line actually drawn on the surface 3 of the object 1 to be processed.
  • the reforming region 7 may be formed continuously or may be formed intermittently.
  • the reformed regions 7 may be in the form of rows or dots, in short, the reformed regions 7 may be formed at least inside the object 1 to be processed.
  • a crack may be formed starting from the modified region 7, and the crack and the modified region 7 may be exposed to the outer surface (surface 3, back surface, or outer peripheral surface) of the object 1 to be processed .
  • the laser light incident surface at the time of forming the modified region 7 is not limited to the front surface 3 of the object 1 to be processed, and may be the back surface of the object 1 to be processed.
  • the laser light L passes through the processing target 1 and in the vicinity of the condensing point P located inside the processing target 1. Especially absorbed.
  • the modified region 7 is formed on the object 1 to be processed (that is, internal absorption laser processing).
  • the laser beam L is particularly absorbed near the focusing point P located on the surface 3, melted from the surface 3 and removed. , Removal portions such as holes and grooves are formed (surface absorption type laser processing).
  • the modified region 7 refers to a region in which the density, refractive index, mechanical strength and other physical properties are different from those in the surrounding area.
  • the modified region 7 may be a melt-treated region (meaning at least one of a region once melted and resolidified, a region in a melted state, and a region in a melted and resolidified state), , Dielectric breakdown region, refractive index change region, etc. There are also regions in which these are mixed.
  • the modified region 7 there are a region where the density of the modified region 7 is changed as compared with the density of the non-modified region in the material of the processing object 1, and a region where a lattice defect is formed.
  • the modified region 7 can be said to be a high dislocation density region.
  • a crack may be included in the interface between the region 7 and the non-modified region.
  • a crack to be contained may be formed over the entire surface of the modified region 7 or in only a part or a plurality of parts.
  • the processing target 1 includes a substrate made of a crystalline material having a crystalline structure.
  • the processing target 1 includes a substrate formed of at least one of gallium nitride (GaN), silicon (Si), silicon carbide (SiC), LiTaO 3 , and sapphire (Al 2 O 3 ).
  • the workpiece 1 includes, for example, a gallium nitride substrate, a silicon substrate, a SiC substrate, a LiTaO 3 substrate, or a sapphire substrate.
  • the crystalline material may be any of anisotropic crystals and isotropic crystals.
  • the processing target 1 may include a substrate made of an amorphous material having an amorphous structure (amorphous structure), and may include, for example, a glass substrate.
  • the modified region 7 can be formed by forming a plurality of modified spots (processing marks) along the line to cut 5.
  • a plurality of reforming spots gather to form a reforming region 7.
  • the modified spot is a modified portion formed by one pulse shot of pulsed laser light (that is, one pulse of laser irradiation: laser shot).
  • the modified spot include a crack spot, a melt-processed spot or a refractive index change spot, or a mixture of at least one of them.
  • the modified spot the size and the length of the crack to be generated are appropriately determined in consideration of the required cutting accuracy, the required flatness of the cutting surface, the thickness, the type, the crystal orientation, etc. of the processing object 1 Can be controlled.
  • the modified spot can be formed as the modified region 7 along the line to cut 5.
  • FIG. 7 is a plan view showing a laminate as a processing object.
  • FIG. 8 is a schematic plan view showing a part of the laminate shown in FIG. 7 in an enlarged manner.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view along the line IX-IX in FIG.
  • the laminate 10 (process object 1) includes an active area 11 and a cutting area 12.
  • the active regions 11 are two-dimensionally arranged along a first direction D1 along the orientation flat 6 and a second direction D2 intersecting (orthogonal) with the first direction D1.
  • the cutting area 12 is formed in a lattice shape so as to surround the active area 11 as viewed from a third direction D3 crossing (orthogonal to) the first direction D1 and the second direction D2.
  • the stacked body 10 includes a plurality of (here, ten) semiconductor wafers 20 stacked one on another along the third direction D3.
  • the semiconductor wafer 20 has a semiconductor substrate 21 and a circuit layer 22 respectively.
  • the semiconductor substrate 21 includes a front surface 21 f and a back surface 21 r.
  • the circuit layer 22 is formed on the surface 21 f and includes a plurality of functional elements 23 two-dimensionally arranged along the surface 21 f.
  • One active region 11 is set over all the semiconductor wafers 20 so as to include a plurality of (here, ten) functional elements 23 stacked in one row along the third direction D3. In this manufacturing method, each active region 11 is cut out by cutting the laminate 10 in the cutting region 12.
  • a line to cut 5a along the first direction D1 and a line to cut 5b along the second direction D2 are set as the lines to be cut 5 described above.
  • the lines to be cut 5a and 5b are set in the cutting area 12 so as to pass between the functional elements 23 adjacent to each other along the first direction D1 and the second direction D2.
  • an annular street portion 25 is provided in the circuit layer 22 so as to surround the functional element 23 in the cutting region 12, and a grid shape is provided so as to surround the functional element 23 and the street portion 25.
  • Metal wiring portion 26 is provided.
  • the metal wiring portion 26 is, for example, a TEG wiring.
  • the planned cutting line 5a passes through the street portion 25 between the functional elements 23 adjacent to each other along the second direction D2, and a metal wiring portion between the street portions 25 adjacent to each other along the first direction D1.
  • 26 is set along the first direction D1.
  • the planned cutting line 5b passes through the street portion 25 between the functional elements 23 adjacent to each other along the first direction D1, and a metal wiring portion between the street portions 25 adjacent to each other along the second direction D2.
  • 26 is set along the second direction D2.
  • a guard ring 27 made of metal is provided between the functional element 23 and the street portion 25.
  • the stacked body 10 includes, as the semiconductor wafer 20, a semiconductor wafer 20A including a functional element 23 as a semiconductor memory described later, and a semiconductor wafer 20B including the functional element 23 as a driver IC of the semiconductor memory.
  • the stacked body 10 has one end 10a and the other end 10b in the stacking direction (third direction D3), and only the semiconductor wafer 20 constituting the one end 10a is the semiconductor wafer 20B.
  • the other semiconductor wafer 20 including the semiconductor wafer 20 constituting the other end 10b is a semiconductor wafer 20A.
  • the stacked element 15 is manufactured mainly by cutting out the active region 11 by cutting the laminated body 10 along the above-described planned cutting lines 5a and 5b. Therefore, the stacked elements 15 each include a plurality of semiconductor substrates 21 and circuit layers 22 (the same number as the number of semiconductor wafers 20 in the stacked body 10) stacked in a row. In the stacked element 15, one circuit layer 22 includes one functional element 23.
  • the entire stacked element 15 includes the same number of functional elements 23 as the number of circuit layers 22.
  • the functional elements 23 are electrically connected to each other through, for example, through electrodes (not shown) formed in the semiconductor substrate 21 and the circuit layer 22.
  • the functional device 23 includes a functional device for a semiconductor memory such as a DRAM and a functional device for a driver IC of the semiconductor memory.
  • the through electrode is formed of, for example, a through-silicon via (TSV) structure.
  • TSV through-silicon via
  • the through electrodes are used to supply power to the functional elements 23 of each layer (eg, semiconductor memory and driver IC).
  • the stacked element 15 further includes, for example, a circuit (not illustrated) for performing high-speed wireless communication by magnetic field transmission, and can transmit and receive signals using the circuit.
  • FIG. 10A is an enlarged view of the region A1 of FIG. 9, and is an enlarged sectional view showing the circuit layer 22 having the functional element 23 for the semiconductor memory and the corresponding semiconductor substrate 21.
  • FIG. 10B is an enlarged view of the region A2 of FIG. 9, and is an enlarged sectional view of the street portion 25 and the corresponding semiconductor substrate 21.
  • the functional element 23 includes a plurality of memory cells 22a. Regions around the memory cell 22a and the memory cell 22a are formed of, for example, an interlayer insulating film such as a SiO 2 film, a wiring layer, and the like.
  • first conductivity type regions for example, P-well
  • 21 a and 21 b extending from the front surface 21 f to the back surface 22 r and a second conductivity type region (for example, N ⁇ and a second conductivity type region (for example, Deep N-well) 21d which expands to surround the first conductivity type region 21a.
  • the first conductivity type region 21a is formed at a position corresponding to the memory cell 22a.
  • the semiconductor substrate 21 is, for example, a silicon substrate.
  • a gettering region is exposed so as to be exposed on the back surface 21r. 4 are formed.
  • the gettering region 4 exerts a gettering effect of collecting and capturing impurities such as heavy metals in the semiconductor substrate 2.
  • the gettering region 4 is a region in which the semiconductor substrate 21 is modified by laser light irradiation (a region in which the density, the refractive index, the mechanical strength, and other physical characteristics are different from those of the surroundings), for example It is a melt processing area.
  • the gettering region 4 may be formed continuously or intermittently as long as it faces the functional element 23 (more specifically, the memory cell 22a).
  • the circuit layer 22 includes insulating layers 28 and 29 sequentially stacked on the surface 21 f of the semiconductor substrate 21.
  • the insulating layer 28 is made of, for example, silicon oxide (for example, SiO 2 ).
  • the insulating layer 29 is made of, for example, silicon nitride (eg, SiN). Cracks 9 are formed in the cutting area 12 along the lines to be cut 5a and 5b.
  • the dimension of the stacked element 15 in the first direction D1 is, for example, about 10 mm.
  • the dimension of the stacked element 15 in the second direction D2 is, for example, about 10 mm.
  • the dimension of the stacked element 15 in the third direction D3 is, for example, about 300 ⁇ m.
  • a semiconductor wafer 20B is prepared.
  • the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20B includes a functional element 23 as a driver IC.
  • the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20B includes the insulating layers 31 and 32 sequentially stacked on the surface 21f in the street portion 25.
  • the insulating layer 31 is made of, for example, silicon oxide (for example, SiO 2 ).
  • the insulating layer 32 is, for example, a Black Diamond-based low-k film.
  • the thickness of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20B is, for example, about 600 ⁇ m or more and about 800 ⁇ m or less.
  • the thickness of the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20B is, for example, about 3 ⁇ m or more and 13 ⁇ m or less.
  • a semiconductor wafer (first wafer) 20A is prepared.
  • the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20A includes a functional element 23 as a semiconductor memory. Further, the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20 A includes the insulating layers 28 and 29 in the street portion 25.
  • the thickness of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A is, for example, about 600 ⁇ m to 800 ⁇ m.
  • the thickness of the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20A is, for example, about 3 ⁇ m or more and 13 ⁇ m or less.
  • each of the functional elements 23 of the semiconductor wafer 20B and each of the functional elements 23 of the semiconductor wafer 20A correspond to each other along the third direction D3 intersecting the front surface 21f and the back surface 21r. That is, each of the functional elements 23 of the semiconductor wafer 20B and each of the functional elements 23 of the semiconductor wafer 20A are aligned along the third direction D3 (in other words, they face each other along the third direction D3) To do).
  • normal temperature joining etc. are mentioned as an example of direct joining.
  • the crack 9 is formed so as to reach at least the interface (that is, the interface directly bonded) between the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20B and the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20A.
  • the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20B functions as a support substrate, the cracks 9 are formed so as not to reach the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20B.
  • the semiconductor substrate 21 is irradiated with the laser beam L2 corresponding to each functional element 23 with the back surface 21r of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A as the incident surface of the laser beam L1.
  • the gettering region (first gettering region) 4 is formed for each of the functional elements 23 in the step S21 (first forming step). The formation of the modified region 7 and the formation of the gettering region 4 may be performed first or simultaneously.
  • the modified region 7 and the gettering region 4 can be formed in the same step by using a laser processing apparatus capable of changing the pulse width, such as a fiber laser with an oscillation wavelength of 1099 nm, for example.
  • a laser processing apparatus capable of changing the pulse width
  • the pulse width of the laser beam L1 for forming the modified region 7 is 700 ns
  • the pulse width of the laser beam L2 for forming the gettering region 4 is 20 ns.
  • the pulse width of the laser beam L2 for forming is made shorter than the pulse width of the laser beam L1 for forming the modified region 7. As a result, it is possible to form the gettering region 4 smaller in size than the modified region 7 and less likely to cause a crack than the modified region 7.
  • the specific example of the irradiation conditions of the laser beam L1 for forming the modified region 7 is as follows. Under this irradiation condition, damage to the circuit layer 22 due to the escape light of the laser light L1 can be suppressed. Note that if desired cracks 9 can be generated from the modified region 7, the number of rows of modified regions 7 formed along the lines to cut 5a and 5b (the modified regions 7 aligned along the third direction D3) The number of columns) may be plural or one.
  • Wavelength ⁇ 1170 nm Pulse width: 350 ns or more Pulse energy: 10 ⁇ J or more Pulse pitch: 6.5 to 15 ⁇ m Distance between the modified region 7 on the circuit layer 22 side and the surface 21f: 40 ⁇ m or more
  • region 4 is as follows. Thereby, the gettering region 4 having a width of about 1 to 4 ⁇ m in the incident direction of the laser beam L2 can be formed.
  • Wavelength 1064-1170 nm
  • Pulse width 1 to 60 ns
  • Pulse energy 0.1 to 0.5 ⁇ J
  • the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A in which the modified region 7 and the gettering region 4 are formed is ground (first grinding step).
  • the modified region 7 is removed, and the crack 9 is exposed on the back surface 21 r of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A.
  • a part of the gettering region 4 is removed.
  • the semiconductor substrate 21 is ground from the side of the back surface 21r to thin the semiconductor substrate 21 (that is, the semiconductor wafer 20A).
  • the semiconductor substrate 21 is ground so that the thickness of the semiconductor substrate 21 is, for example, about 3 ⁇ m to 13 ⁇ m (as an example, about the same as the thickness of the circuit layer 22).
  • the overall thickness of the semiconductor wafer 20A is, for example, about 6 ⁇ m or more and 26 ⁇ m or less.
  • the new back surface 21 r formed by this grinding is made flat enough to allow direct bonding (mirroring as an example).
  • a new semiconductor wafer (second wafer) 20A is prepared and ground on the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A which has been ground, the circuit layer 22 of the new semiconductor wafer 20A. Direct bonding (bonding process).
  • each of the functional elements 23 of the ground semiconductor wafer 20A and each of the new functional elements 23 of the semiconductor wafer 20A correspond to each other along the third direction D3.
  • each planned cutting line 5 a of the semiconductor substrate 21 is formed along the lines to be cut 5a, 5b, and the modified region is formed.
  • a crack (second crack) 9 extending from the point 7 to the circuit layer 22 side of the new semiconductor wafer 20A is formed (second forming step).
  • the crack 9 is formed so as to reach at least the interface (that is, the interface directly bonded) between the semiconductor substrate 21 of the ground semiconductor wafer 20A and the circuit layer 22 of the new semiconductor wafer 20A. Further, by using the back surface 21 r of the semiconductor substrate 21 of the new semiconductor wafer 20 A as the incident surface of the laser beam L 1, the semiconductor substrate 21 is irradiated with the laser beam L 2 corresponding to each functional element 23. A gettering region (second gettering region) 4 is formed on the semiconductor substrate 21 for each functional element 23 (second forming step). The irradiation conditions of the laser beam L1 and the laser beam L2 are as described above. The formation of the modified region 7 and the formation of the gettering region 4 may be performed first or simultaneously.
  • the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A in which the modified region 7 and the gettering region 4 are formed is ground (a second grinding step).
  • the modified region 7 is removed, and the crack 9 is exposed on the back surface 21 r of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A.
  • a part of the gettering region 4 is removed.
  • the semiconductor substrate 21 is ground from the side of the back surface 21r to thin the semiconductor substrate 21 (that is, the semiconductor wafer 20A).
  • the semiconductor substrate 21 is ground so that the thickness of the semiconductor substrate 21 is, for example, about 3 ⁇ m to 13 ⁇ m (as an example, about the same as the thickness of the circuit layer 22).
  • the overall thickness of the semiconductor wafer 20A is, for example, about 6 ⁇ m or more and 26 ⁇ m or less.
  • the new back surface 21 r formed by this grinding is made flat enough to allow direct bonding (mirroring as an example).
  • the laminated body 10 is configured by repeating the flow of grinding the semiconductor wafer 20A.
  • one semiconductor wafer 20B including the functional element 23 as a driver IC and a plurality of (here, nine) semiconductor wafers 20A including the functional element 23 as a semiconductor memory are stacked, and a plurality of (here) In this case, a laminate 10 consisting of ten semiconductor wafers 20 is obtained.
  • the laminated body 10 obtained as described above is held by the holder H in the inverted state. That is, here, the other end 10b of the stacked body 10 is directed to the holder H side, and the semiconductor wafer 20A including the one end 10a is the most opposite to the holder H, and the back surface 21r of the semiconductor substrate 21 is exposed. ing. In the following description of the steps, the stacked structure of the stacked body 10 is omitted, and the active region 11 and the cutting region 12 are representatively shown.
  • the crack 9 is formed so as to reach at least the interface (that is, the interface directly bonded) between the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20A and the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20B.
  • the cracks 9 are continuous to the back surface 21 r of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20 A located closest to the holder H along the lines to cut 5 a and 5 b.
  • the semiconductor substrate 21 corresponds to each functional element 23 (that is, each functional element 23 as a driver IC).
  • the gettering region 4 is formed on the semiconductor substrate 21 for each functional element 23.
  • the irradiation conditions of the laser beam L1 and the laser beam L2 are as described above.
  • the formation of the modified region 7 and the formation of the gettering region 4 may be performed first or simultaneously.
  • the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20B in which the modified region 7 and the gettering region 4 are formed is ground.
  • the modified region 7 is removed, and the crack 9 is exposed on the back surface 21 r of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20B.
  • the gettering region 4 is left.
  • the semiconductor substrate 21 is ground from the back surface 21 r side to thin the semiconductor substrate 21 (i.e., the semiconductor wafer 20 B).
  • the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20B is ground so that the thickness of the semiconductor substrate 21 is, for example, about 200 ⁇ m.
  • the reason for leaving the thickness of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20B thicker than that of the other semiconductor substrates 21 is that the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20B becomes a support substrate in the stacked element 15.
  • the laminate 10 is supported by an expandable support member S such as an expandable tape.
  • an expandable support member S such as an expandable tape.
  • the back surface 21 r of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20 B is disposed on the support member S side.
  • the plurality of laminated elements 15 obtained by cutting the laminated body 10 along the lines to cut 5a and 5b are separated from one another, Pick up 15 (pickup process).
  • the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A is ground, and the circuit layer 22 of the new semiconductor wafer 20A directly on the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A.
  • the gettering region 4 is formed inside each semiconductor substrate 21 before grinding each semiconductor substrate 21, and thinning is performed by removing a part of the gettering region 4 when grinding each semiconductor substrate 21.
  • An appropriate gettering region 4 can be formed inside each of the semiconductor substrates 21. Therefore, according to the method of manufacturing the stacked element according to the first embodiment, it is possible to achieve both thinning of the stacked element and formation of the appropriate gettering region 4.
  • the gettering region 4 having a width of about 4 ⁇ m in the incident direction of the laser light L2 is formed, the gettering region 4 is removed by 3 ⁇ m by grinding, and the semiconductor substrate 21 is thinned to a thickness of about 5 ⁇ m.
  • the gettering region 4 having a width of about 1 ⁇ m in the incident direction of the laser light L2 can be reliably formed on the thinned semiconductor substrate 21.
  • the gettering region 4 when the gettering region 4 is formed in each semiconductor substrate 21, the planned cutting lines 5 a and 5 b are formed in each semiconductor substrate 21.
  • the reformed region 7 is formed.
  • the stacked body 10 in which the modified region 7 is formed in each semiconductor substrate 21 is obtained. be able to.
  • blade dicing is used to cut the laminated body 10 as described above, the drop in yield becomes remarkable due to the chipping at the bonding interface of the semiconductor wafer 20A.
  • bonding of the semiconductor wafer 20A is achieved by extending the cracks 9 from the modified region 7 formed in each semiconductor substrate 21.
  • the laminate 10 can be cut while suppressing chipping at the interface. Therefore, the improvement of the yield can be realized.
  • the pulse width of the laser beam L2 for forming the gettering region 4 is greater than the pulse width of the laser beam L1 for forming the modified region 7 short. Therefore, while suppressing the extension of the crack from the gettering region 4, the extension of the crack 9 from the modified region 7 can be promoted.
  • the crack 9 extending from the modified region 7 to the circuit layer 22 is formed.
  • the interface between the semiconductor substrate 21 and the circuit layer 22 directly bonded to each other is reached.
  • the laminated body 10 can be cut
  • the modified region 7 is removed to expose the crack 9 on the back surface 21 r of the semiconductor substrate 21.
  • the modified region 7 does not remain on the cut surface of the manufactured laminated element 15, it is possible to suppress the decrease in the bending strength of the laminated element 15.
  • the support substrate 60 is prepared.
  • the support substrate 60 is any substrate such as a glass substrate and a semiconductor substrate.
  • a semiconductor wafer (first wafer) 20A is prepared.
  • the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20A is bonded to the surface 60s of the support substrate 60.
  • resin bonding can be used for this bonding.
  • the crack 9 is formed so as to reach at least the interface (that is, the bonded interface) between the support substrate 60 and the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20A and not reach the support substrate 60.
  • the semiconductor substrate 21 is irradiated with the laser beam L2 corresponding to each functional element 23 with the back surface 21r of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A as the incident surface of the laser beam L1.
  • the gettering region (first gettering region) 4 is formed for each of the functional elements 23 in the step S21 (first forming step).
  • the respective irradiation conditions of the laser beam L1 and the laser beam L2 are as described in the first embodiment.
  • the formation of the modified region 7 and the formation of the gettering region 4 may be performed first or simultaneously.
  • the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A in which the modified region 7 and the gettering region 4 are formed is ground (first grinding step).
  • the modified region 7 is removed, and the crack 9 is exposed on the back surface 21 r of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A.
  • a part of the gettering region 4 is removed.
  • the semiconductor substrate 21 is ground from the side of the back surface 21r to thin the semiconductor substrate 21 (that is, the semiconductor wafer 20A).
  • the semiconductor substrate 21 is ground so that the thickness of the semiconductor substrate 21 is, for example, about 3 ⁇ m to 13 ⁇ m (as an example, about the same as the thickness of the circuit layer 22).
  • the overall thickness of the semiconductor wafer 20A is, for example, about 6 ⁇ m or more and 26 ⁇ m or less.
  • the new back surface 21 r formed by this grinding is made flat enough to allow direct bonding (mirroring as an example).
  • a new semiconductor wafer (second wafer) 20A is prepared and ground on the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A which has been ground, the circuit layer 22 of the new semiconductor wafer 20A. Direct bonding (bonding process).
  • each of the functional elements 23 of the ground semiconductor wafer 20A and each of the new functional elements 23 of the semiconductor wafer 20A correspond to each other along the third direction D3.
  • each planned cutting line 5 a By irradiating the semiconductor substrate 21 with the laser beam L1 along 5b, the modified region (second modified region) 7 is formed along the lines to be cut 5a, 5b, and the modified region is formed.
  • a crack (second crack) 9 extending from the point 7 to the circuit layer 22 side of the new semiconductor wafer 20A is formed (second forming step).
  • the crack 9 is formed so as to reach at least the interface (that is, the interface directly bonded) between the semiconductor substrate 21 of the ground semiconductor wafer 20A and the circuit layer 22 of the new semiconductor wafer 20A.
  • the semiconductor substrate 21 is irradiated with the laser beam L 2 corresponding to each functional element 23.
  • a gettering region (second gettering region) 4 is formed on the semiconductor substrate 21 for each functional element 23 (second forming step).
  • the respective irradiation conditions of the laser beam L1 and the laser beam L2 are as described in the first embodiment.
  • the formation of the modified region 7 and the formation of the gettering region 4 may be performed first or simultaneously.
  • the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A in which the modified region 7 and the gettering region 4 are formed is ground (a second grinding step).
  • the modified region 7 is removed, and the crack 9 is exposed on the back surface 21 r of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A.
  • a part of the gettering region 4 is removed.
  • the semiconductor substrate 21 is ground from the side of the back surface 21r to thin the semiconductor substrate 21 (that is, the semiconductor wafer 20A).
  • the semiconductor substrate 21 is ground so that the thickness of the semiconductor substrate 21 is, for example, about 3 ⁇ m to 13 ⁇ m (as an example, about the same as the thickness of the circuit layer 22).
  • the overall thickness of the semiconductor wafer 20A is, for example, about 6 ⁇ m or more and 26 ⁇ m or less.
  • the new back surface 21 r formed by this grinding is made flat enough to allow direct bonding (mirroring as an example).
  • the semiconductor wafer 20B is prepared, and the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20B is directly bonded to the semiconductor substrate 21 of the ground semiconductor wafer 20A.
  • each of the functional elements 23 of the ground semiconductor wafer 20A and each of the functional elements 23 of the semiconductor wafer 20B correspond to each other along the third direction D3.
  • the laminated body 10 is obtained.
  • the semiconductor substrate 21 and the circuit layer 22 are alternately stacked over the entire stacked body 10.
  • the crack 9 is formed so as to reach at least the interface (that is, the interface directly bonded) between the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20A and the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20B.
  • the crack 9 extends to the surface of the circuit layer 22 of the semiconductor wafer 20A located closest to the holder H (that is, the side to which the support substrate 60 has been joined) along the lines to cut 5a and 5b. It will be continuous. Also, with the back surface 21 r of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20 B as the incident surface of the laser beam L 1, the semiconductor substrate 21 corresponds to each functional element 23 (that is, each functional element 23 as a driver IC). By irradiating the laser light L 2, the gettering region 4 is formed on the semiconductor substrate 21 for each functional element 23.
  • the respective irradiation conditions of the laser beam L1 and the laser beam L2 are as described in the first embodiment.
  • the formation of the modified region 7 and the formation of the gettering region 4 may be performed first or simultaneously.
  • the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20B in which the modified region 7 and the gettering region 4 are formed is ground.
  • the modified region 7 is removed, and the crack 9 is exposed on the back surface 21 r of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20B.
  • the gettering region 4 is left.
  • the semiconductor substrate 21 is ground from the back surface 21 r side to thin the semiconductor substrate 21 (i.e., the semiconductor wafer 20 B).
  • the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20B is ground so that the thickness of the semiconductor substrate 21 is, for example, about 200 ⁇ m.
  • the reason for leaving the thickness of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20B thicker than that of the other semiconductor substrates 21 is that the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20B becomes a support substrate in the stacked element 15.
  • the laminate 10 is supported by an expandable support member S such as an expandable tape.
  • an expandable support member S such as an expandable tape.
  • the back surface 21 r of the semiconductor substrate 21 of the semiconductor wafer 20 B is disposed on the support member S side.
  • the plurality of laminated elements 15 obtained by cutting the laminated body 10 along the lines to cut 5a and 5b are separated from one another, Pick up 15 (pickup process).
  • the above embodiment describes one embodiment of a method of manufacturing a stacked element according to the present disclosure. Therefore, the method of manufacturing the stacked element according to the present disclosure is not limited to the above embodiment, and any modification is possible without departing from the scope of each claim.
  • the crack 9 extended from the modified region 7 does not connect with the already formed crack 9, and then, when the semiconductor substrate 21 is ground, the formed crack 9 is formed. It may be connected. Further, the cracks 9 along the lines to be cut 5a and 5b may not be continuous along the third direction D3 when the laminate 10 is configured, and may be separated at least in part. . Also in this case, by expanding the support member S, the laminate 10 can be cut along the lines to be cut 5a and 5b.
  • each planned cutting line 5a, 5b is set in a grid shape so as to pass through the center of the metal wiring portion 26 provided in a grid (the center of the width when viewed from the direction parallel to the third direction D3).
  • the laminate 10 may be cut along the lines 5a and 5b.
  • the lines to be cut will pass through the center of the metal wiring portion 26. Even when the lines 5a and 5b are set, the laminate 10 can be cut along the lines to be cut 5a and 5b.
  • the laminate 10 may be cut along the lines to be cut 5a and 5b by a method other than the method of forming the modified region 7 along the lines to cut 5a and 5b.
  • the functional elements 23 are stacked so as to correspond to each other. That each functional element 23 of one semiconductor wafer 20 and each functional element 23 of the other semiconductor wafer 20 correspond to each other means that at least one functional element 23 of one semiconductor wafer 20 and the other semiconductor in one active region 11 It means that at least one functional element 23 of the wafer 20 has a predetermined positional relationship. Therefore, for example, the memory cells 22a of the functional element 23 are not limited to one-to-one correspondence, but may be one-to-many correspondence. Even when the memory cells 22a correspond to each other one by one, the positions in the first direction D1 and the second direction D2 may be different from each other without being limited to the case where the memory cells 22a are arranged along the third direction D3.
  • the circuit layer 22 is directly bonded to the semiconductor substrate 21 or another circuit layer 22 .
  • the surface of the circuit layer 22 may be subjected to planarization.
  • the planarization the surface of the circuit layer 22 may be subjected to planarization.
  • a planarizing film made of resin or the like is formed on the surface of the circuit layer 22. That is, the circuit layer 22 may be bonded to the semiconductor substrate 21 or the circuit layer 22 in the state where another film-like layer is interposed.
  • the bonding of the circuit layer 22 is not limited to the example of direct bonding described above.

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Abstract

積層型素子の製造方法は、第１ウェハの半導体基板に対して、レーザ光を照射することにより、機能素子ごとに第１ゲッタリング領域を形成する第１形成工程と、第１ウェハの半導体基板を研削し、第１ゲッタリング領域の一部を除去する第１研削工程と、第１ウェハの半導体基板に第２ウェハの回路層を接合する接合工程と、第２ウェハの半導体基板に対して、レーザ光を照射することにより、機能素子ごとに第２ゲッタリング領域を形成する第２形成工程と、第２ウェハの半導体基板を研削し、第２ゲッタリング領域の一部を除去する第２研削工程と、を備える。

Description

積層型素子の製造方法
　本開示は、積層型素子の製造方法に関する。
　特許文献１には、重金属等の不純物を捕獲するためのゲッタリング領域を半導体デバイスの半導体基板の内部に形成する方法が記載されている。この方法では、半導体デバイスの製造工程において、半導体基板にレーザ光を照射することにより、半導体基板の一部を改質させてゲッタリング領域を形成する。
特開２００９－２７２４４０号公報
　ところで、現在、例えばＤＲＡＭ（Dynamic　Random　Access　Memory）といった半導体メモリの分野において、複数の素子を積層して構成される積層型素子の開発が進められつつあり、積層型素子の薄化の実現が期待されている。しかし、積層型素子の各層において半導体基板の厚さが薄くなるほど、適切なゲッタリング領域を形成することが困難となる。
　そこで、本開示は、積層型素子の薄化及び適切なゲッタリング領域の形成の両立が可能な積層型素子の製造方法を提供することを目的とする。
　本開示の一側面の積層型素子の製造方法は、表面及び裏面を有する半導体基板と、表面に沿って２次元状に配列された複数の機能素子を含む回路層と、を備える半導体ウェハとして、第１ウェハを用意し、第１ウェハの半導体基板に対して、機能素子のそれぞれに対応するようにレーザ光を照射することにより、機能素子ごとに第１ゲッタリング領域を形成する第１形成工程と、第１形成工程の後に、第１ウェハの半導体基板を研削し、第１ゲッタリング領域の一部を除去する第１研削工程と、第１研削工程の後に、半導体ウェハとして、第２ウェハを用意し、第１ウェハの機能素子のそれぞれと第２ウェハの機能素子のそれぞれとが互いに対応するように、第１ウェハの半導体基板に第２ウェハの回路層を接合する接合工程と、接合工程の後に、第２ウェハの半導体基板に対して、機能素子のそれぞれに対応するようにレーザ光を照射することにより、機能素子ごとに第２ゲッタリング領域を形成する第２形成工程と、第２形成工程の後に、第２ウェハの半導体基板を研削し、第２ゲッタリング領域の一部を除去する第２研削工程と、を備える。
　この積層型素子の製造方法では、第１ウェハの半導体基板の研削、第１ウェハの半導体基板への第２ウェハの回路層の接合、第２ウェハの半導体基板の研削、という流れを繰り返すことで、各半導体基板が薄化された状態で複数の半導体ウェハが積層された積層体を得ることができる。しかも、各半導体基板を研削する前に各半導体基板の内部にゲッタリング領域を形成し、各半導体基板を研削する際にゲッタリング領域の一部を除去することで、薄化された各半導体基板の内部に適切なゲッタリング領域を形成することができる。よって、この積層型素子の製造方法によれば、積層型素子の薄化及び適切なゲッタリング領域の形成の両立が可能となる。
　本開示の一側面の積層型素子の製造方法では、第１形成工程においては、第１ウェハの半導体基板に対して、機能素子の間を通るように設定された切断予定ラインに沿ってレーザ光を照射することにより、切断予定ラインに沿って第１改質領域を形成し、第２形成工程においては、第２ウェハの半導体基板に対して、切断予定ラインに沿ってレーザ光を照射することにより、切断予定ラインに沿って第２改質領域を形成してもよい。このように、各半導体基板を研削する前に各半導体基板の内部に改質領域を形成することで、各半導体基板の内部に改質領域が形成された積層体を得ることができる。ここで、上述したような積層体の切断にブレードダイシングを利用すると、半導体ウェハの接合界面でのチッピングにより歩留まりの低下が顕著となる。これに対して、この積層型素子の製造方法にあっては、各半導体基板の内部に形成された改質領域から亀裂を伸展させることで、半導体ウェハの接合界面でのチッピングを抑制しつつ積層体を切断することができる。よって、歩留まりの向上を実現することができる。
　本開示の一側面の積層型素子の製造方法では、第１形成工程においては、第１改質領域から第１ウェハの回路層側に伸展する第１亀裂を形成し、第１研削工程においては、第１改質領域を除去し、第１ウェハの半導体基板の裏面に第１亀裂を露出させ、第２形成工程においては、第２改質領域から第２ウェハの回路層側に伸展する第２亀裂を形成し、第２研削工程においては、第２改質領域を除去し、第２ウェハの半導体基板の裏面に第２亀裂を露出させてもよい。これによれば、切断予定ラインに沿って積層体を精度良く且つ容易に切断することができる。また、製造された積層型素子の切断面に改質領域が残存しないため、積層型素子の抗折強度の低下を抑制することができる。
　本開示の一側面の積層型素子の製造方法では、第１ゲッタリング領域及び第２ゲッタリング領域を形成するためのレーザ光のパルス幅は、第１改質領域及び第２改質領域を形成するためのレーザ光のパルス幅よりも短くてもよい。これによれば、第１ゲッタリング領域及び第２ゲッタリング領域からの亀裂の伸展を抑制する一方で、第１改質領域及び第２改質領域からの亀裂の伸展を促進することができる。
　本開示の一側面の積層型素子の製造方法は、第２研削工程の後に、機能素子の間を通るように設定された切断予定ラインに沿って第１ウェハ及び第２ウェハが切断されることにより得られた複数の積層型素子をピックアップするピックアップ工程を更に備えてもよい。これによれば、積層型素子を効率良く得ることができる。
　本開示によれば、積層型素子の薄化及び適切なゲッタリング領域の形成の両立が可能な積層型素子の製造方法を提供することができる。
図１は、改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。 図２は、改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。 図３は、図２の加工対象物のIII－III線に沿っての断面図である。 図４は、レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図５は、図４の加工対象物のV－V線に沿っての断面図である。 図６は、図４の加工対象物のVI－VI線に沿っての断面図である。 図７は、加工対象物としての積層体を示す平面図である。 図８は、図７に示された積層体の一部を拡大して示す概略平面図である。 図９は、図８のIX－IX線に沿っての概略断面図である。 図１０は、図９に示された一部の領域の拡大図である。 図１１は、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法の主要な工程を示す図である。 図１２は、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法の主要な工程を示す図である。 図１３は、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法の主要な工程を示す図である。 図１４は、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法の主要な工程を示す図である。 図１５は、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法の主要な工程を示す図である。 図１６は、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法の主要な工程を示す図である。 図１７は、第２実施形態に係る積層型素子の製造方法の主要な工程を示す図である。 図１８は、第２実施形態に係る積層型素子の製造方法の主要な工程を示す図である。 図１９は、第２実施形態に係る積層型素子の製造方法の主要な工程を示す図である。 図２０は、第２実施形態に係る積層型素子の製造方法の主要な工程を示す図である。 図２１は、第２実施形態に係る積層型素子の製造方法の主要な工程を示す図である。 図２２は、第２実施形態に係る積層型素子の製造方法の主要な工程を示す図である。
　以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、同一の要素同士、又は相当する要素同士には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
［改質領域の形成］
　本実施形態に係る積層型素子の製造方法においては、加工対象物（一例として半導体ウェハの積層体）にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１～図６を参照して説明する。
　図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅、パルス波形等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。
　レーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光用レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿った改質領域が加工対象物１に形成される。なお、ここでは、レーザ光Ｌを相対的に移動させるためにステージ１１１を移動させたが、集光用レンズ１０５を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。
　加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示されるように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４、図５及び図６に示されるように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。
　集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。切断予定ライン５は、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面３、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面であってもよい。
　ちなみに、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に、加工対象物１の内部に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収される。これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。この場合、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一方、加工対象物１の表面３に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、表面３に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、表面３から溶融され除去されて、穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）。
　改質領域７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域７としては、加工対象物１の材料において改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある。加工対象物１の材料が単結晶シリコンである場合、改質領域７は、高転位密度領域ともいえる。
　溶融処理領域、屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域７と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１は、結晶構造を有する結晶材料からなる基板を含む。例えば加工対象物１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ３、及び、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）の少なくとも何れかで形成された基板を含む。換言すると、加工対象物１は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＴａＯ３基板、又はサファイア基板を含む。結晶材料は、異方性結晶及び等方性結晶の何れであってもよい。また、加工対象物１は、非結晶構造（非晶質構造）を有する非結晶材料からなる基板を含んでいてもよく、例えばガラス基板を含んでいてもよい。
　実施形態では、切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することにより、改質領域７を形成することができる。この場合、複数の改質スポットが集まることによって改質領域７となる。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分である。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物１の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。また、実施形態では、切断予定ライン５に沿って、改質スポットを改質領域７として形成することができる。
［第１実施形態］
　第１実施形態に係る積層型素子の製造方法の一例について説明する。この製造方法では、複数の半導体ウェハが積層された積層体を得る。そこで、まず、積層体の構成、及び、製造される積層型素子の一例について説明する。
　図７は、加工対象物としての積層体を示す平面図である。図８は、図７に示された積層体の一部を拡大して示す概略平面図である。図９は、図８のIX－IX線に沿っての概略断面図である。図７～９に示されるように、積層体１０（加工対象物１）は、アクティブ領域１１と、切断領域１２と、を含む。アクティブ領域１１は、オリエンテーションフラット６に沿った第１方向Ｄ１と、第１方向Ｄ１に交差（直交）する第２方向Ｄ２と、に沿って２次元状に配列されている。切断領域１２は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に交差（直交）する第３方向Ｄ３からみて、アクティブ領域１１を囲うように格子状に形成されている。
　積層体１０は、第３方向Ｄ３に沿って互いに積層された複数（ここでは１０個）の半導体ウェハ２０を含む。半導体ウェハ２０は、それぞれ、半導体基板２１と回路層２２とを有する。半導体基板２１は、表面２１ｆと裏面２１ｒとを含む。回路層２２は、表面２１ｆ上に形成されており、表面２１ｆに沿って２次元状に配列された複数の機能素子２３を含む。１つのアクティブ領域１１は、第３方向Ｄ３に沿って１列に積層された複数（ここでは１０個）の機能素子２３を含むように、全ての半導体ウェハ２０にわたって設定されている。この製造方法においては、積層体１０を切断領域１２において切断することにより、それぞれのアクティブ領域１１が切り出される。
　そのために、積層体１０には、上述した切断予定ライン５として、第１方向Ｄ１に沿った切断予定ライン５ａと、第２方向Ｄ２に沿った切断予定ライン５ｂと、が設定されている。切断予定ライン５ａ，５ｂは、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２のそれぞれに沿って互いに隣り合う機能素子２３の間を通るように切断領域１２に設定されている。より具体的には、切断領域１２には、回路層２２において、機能素子２３を囲うように環状のストリート部２５が設けられており、且つ、機能素子２３及びストリート部２５を囲うように格子状の金属配線部２６が設けられている。金属配線部２６は、例えばＴＥＧ配線である。
　そして、切断予定ライン５ａは、第２方向Ｄ２に沿って互いに隣り合う機能素子２３の間においてストリート部２５を通りつつ、第１方向Ｄ１に沿って互いに隣り合うストリート部２５の間において金属配線部２６を通るように、第１方向Ｄ１に沿って設定されている。また、切断予定ライン５ｂは、第１方向Ｄ１に沿って互いに隣り合う機能素子２３の間においてストリート部２５を通りつつ、第２方向Ｄ２に沿って互いに隣り合うストリート部２５の間において金属配線部２６を通るように、第２方向Ｄ２に沿って設定されている。なお、ここでは、回路層２２においては、機能素子２３とストリート部２５との間に、金属製のガードリング２７が設けられている。また、図８においては、積層体１０の表層の半導体基板２１の図示が省略されている。
　ここで、積層体１０は、半導体ウェハ２０として、後述する半導体メモリとしての機能素子２３を含む半導体ウェハ２０Ａと、半導体メモリのドライバＩＣとしての機能素子２３を含む半導体ウェハ２０Ｂと、を有する。ここでは、積層体１０は、その積層方向（第３方向Ｄ３）における一端１０ａ及び他端１０ｂを有し、一端１０ａを構成する半導体ウェハ２０のみが半導体ウェハ２０Ｂである。そして、他端１０ｂを構成する半導体ウェハ２０を含む他の半導体ウェハ２０は、半導体ウェハ２０Ａである。
　引き続いて、積層型素子１５について説明する。積層型素子１５は、主に、上述した切断予定ライン５ａ，５ｂに沿った積層体１０の切断によりアクティブ領域１１が切り出されることにより製造される。したがって、積層型素子１５は、それぞれ、互いに一列に積層された複数（積層体１０における半導体ウェハ２０の数と同数）の半導体基板２１及び回路層２２を含む。積層型素子１５においては、１つの回路層２２が１つの機能素子２３を含む。
　したがって、積層型素子１５の全体にあっては、回路層２２の数と同数の機能素子２３が含まれる。機能素子２３同士は、例えば、半導体基板２１及び回路層２２に形成された貫通電極（不図示）を介して電気的に接続されている。機能素子２３は、ＤＲＡＭといった半導体メモリのための機能素子、及び、半導体メモリのドライバＩＣのための機能素子を含む。貫通電極は、例えばＴＳＶ（Through-Silicon　Via）構造によって形成される。貫通電極は、各層の機能素子２３等（例えば半導体メモリ及びドライバＩＣ）に対する電源供給用いられる。なお、積層型素子１５は、例えば、磁界伝送により高速無線通信を行うための回路（不図示）をさらに有しており、当該回路を用いて信号の送受信を行うことができる。
　図１０の（ａ）は、図９の領域Ａ１の拡大図であって、半導体メモリのための機能素子２３を有する回路層２２、及び対応する半導体基板２１を示す拡大断面図である。図１０の（ｂ）は、図９の領域Ａ２の拡大図であって、ストリート部２５、及び対応する半導体基板２１の拡大断面図である。図１０の（ａ）に示されるように、機能素子２３は、複数のメモリセル２２ａを含む。メモリセル２２ａとメモリセル２２ａの周囲の領域は、例えば、ＳｉＯ２膜等の層間絶縁膜、配線層等から構成されている。半導体基板２１における機能素子２３に対応する部分には、表面２１ｆから裏面２２ｒ側に拡がる第１導電型領域（例えば、Ｐ－ｗｅｌｌ）２１ａ，２１ｂ、及び、第２導電型領域（例えば、Ｎ－ｗｅｌｌ）２１ｃと、第１導電型領域２１ａを囲うように拡がる第２導電型領域（例えば、Ｄｅｅｐ　Ｎ－ｗｅｌｌ）２１ｄと、が形成されている。第１導電型領域２１ａは、メモリセル２２ａに対応する位置に形成されている。半導体基板２１は、例えばシリコン基板である。
　半導体基板２１において機能素子２３に対応する部分（より詳細には、当該部分のうち、第２導電型領域２１ｄに対して裏面２１ｒ側の領域）には、裏面２１ｒに露出するようにゲッタリング領域４が形成されている。ゲッタリング領域４は、半導体基板２の内部において、重金属等の不純物を集めて捕獲するゲッタリング効果を発揮する。ゲッタリング領域４は、レーザ光の照射によって半導体基板２１が改質された領域（密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域）であり、例えば溶融処理領域である。ゲッタリング領域４は、機能素子２３（より詳細には、メモリセル２２ａ）に対向していれば、連続的に形成されていてもよいし、或いは、断続的に形成されていてもよい。
　一方、図１０の（ｂ）に示されるように、ストリート部２５においては、回路層２２は、半導体基板２１の表面２１ｆ上に順に積層された絶縁層２８，２９を含む。絶縁層２８は、例えばシリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）からなる。絶縁層２９は、例えばシリコン窒化物（例えばＳｉＮ）からなる。切断領域１２には、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿うように亀裂９が形成されている。なお、第１方向Ｄ１における積層型素子１５の寸法は、例えば１０ｍｍ程度である。第２方向Ｄ２における積層型素子１５の寸法は、例えば１０ｍｍ程度である。第３方向Ｄ３における積層型素子１５の寸法は、例えば３００μｍ程度である。
　引き続いて、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法の一例について説明する。まず、図１１の（ａ）に示されるように、半導体ウェハ２０Ｂを用意する。半導体ウェハ２０Ｂの回路層２２は、ドライバＩＣとしての機能素子２３を含む。また、半導体ウェハ２０Ｂの回路層２２は、ストリート部２５において、表面２１ｆ上に順に積層された絶縁層３１，３２を含む。
　絶縁層３１は、例えばシリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）からなる。絶縁層３２は、例えばBlack　Diamond系のLow-k膜である。半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１の厚さは、一例として６００μｍ以上８００μｍ以下程度である。また、半導体ウェハ２０Ｂの回路層２２の厚さは、例えば３μｍ以上１３μｍ以下程度である。
　続いて、図１１の（ｂ）に示されるように、半導体ウェハ（第１ウェハ）２０Ａを用意する。半導体ウェハ２０Ａの回路層２２は、半導体メモリとしての機能素子２３を含む。また、半導体ウェハ２０Ａの回路層２２は、ストリート部２５において、絶縁層２８，２９を含む。半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の厚さは、一例として６００μｍ以上８００μｍ以下程度である。また、半導体ウェハ２０Ａの回路層２２の厚さは、例えば３μｍ以上１３μｍ以下程度である。
　続いて、半導体ウェハ２０Ｂの回路層２２に、半導体ウェハ２０Ａの回路層２２を直接接合する。また、このとき、半導体ウェハ２０Ｂの機能素子２３のそれぞれと半導体ウェハ２０Ａの機能素子２３のそれぞれとが、表面２１ｆ及び裏面２１ｒに交差する第３方向Ｄ３に沿って互いに対応するようにする。すなわち、半導体ウェハ２０Ｂの機能素子２３のそれぞれと半導体ウェハ２０Ａの機能素子２３のそれぞれとが、第３方向Ｄ３に沿って並ぶようにする（換言すれば、第３方向Ｄ３に沿って互いに対向するようにする）。なお、直接接合の一例としては、常温接合等が挙げられる。
　続いて、図１２の（ａ）に示されるように、半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の裏面２１ｒをレーザ光Ｌ１の入射面として、当該半導体基板２１に対して、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿ってレーザ光Ｌ１を照射することにより、当該半導体基板２１に対して、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って改質領域（第１改質領域）７を形成すると共に、改質領域７から半導体ウェハ２０Ａの回路層２２側に伸展する亀裂（第１亀裂）９を形成する（第１形成工程）。ここでは、少なくとも半導体ウェハ２０Ｂの回路層２２と半導体ウェハ２０Ａの回路層２２との界面（すなわち、直接接合した界面）に至るように、亀裂９を形成する。ただし、半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１は、サポート基板として機能するため、半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１に至らないように、亀裂９を形成する。また、半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の裏面２１ｒをレーザ光Ｌ１の入射面として、当該半導体基板２１に対して、各機能素子２３に対応するようにレーザ光Ｌ２を照射することにより、当該半導体基板２１に対して、機能素子２３ごとにゲッタリング領域（第１ゲッタリング領域）４を形成する（第１形成工程）。なお、改質領域７の形成及びゲッタリング領域４の形成については、どちらを先に実施してもよいし、或いは、同時に実施してもよい。
　改質領域７及びゲッタリング領域４については、例えば発振波長１０９９ｎｍのファイバレーザ等、パルス幅を変えることができるレーザ加工装置を使用することで、同一の工程において形成することが可能である。一例として、改質領域７を形成するためのレーザ光Ｌ１のパルス幅を７００ｎｓとし、ゲッタリング領域４を形成するためのレーザ光Ｌ２のパルス幅を２０ｎｓとするというように、ゲッタリング領域４を形成するためのレーザ光Ｌ２のパルス幅を、改質領域７を形成するためのレーザ光Ｌ１のパルス幅よりも短くする。これにより、改質領域７よりもサイズが小さく且つ改質領域７よりも亀裂を発生させ難いゲッタリング領域４を形成することができる。
　改質領域７を形成するためのレーザ光Ｌ１の照射条件の具体例は次のとおりである。この照射条件により、レーザ光Ｌ１の抜け光によって回路層２２にダメージが与えられるのを抑制することができる。なお、改質領域７から所望の亀裂９を発生させることができれば、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って形成する改質領域７の列数（第３方向Ｄ３に沿って並ぶ改質領域７の列数）は、複数列であってもよいし、或いは、１列であってもよい。
　　波長：～１１７０ｎｍ
　　パルス幅：３５０ｎｓ以上
　　パルスエネルギー：１０μＪ以上
　　パルスピッチ：６．５～１５μｍ
　　回路層２２側の改質領域７と表面２１ｆとの距離：４０μｍ以上
　　各切断予定ライン５ａ，５ｂに対するレーザ光Ｌ１の走査回数：２焦点分岐で１回
　ゲッタリング領域４を形成するためのレーザ光Ｌ２の照射条件の具体例は次のとおりである。これにより、レーザ光Ｌ２の入射方向における幅が１～４μｍ程度のゲッタリング領域４を形成することができる。
　　波長：１０６４～１１７０ｎｍ
　　パルス幅：１～６０ｎｓ
　　パルスエネルギー：０．１～０．５μＪ
　続いて、図１２の（ｂ）に示されるように、改質領域７及びゲッタリング領域４が形成された半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１を研削する（第１研削工程）。このとき、改質領域７を除去し、半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の裏面２１ｒに亀裂９を露出させる。また、ゲッタリング領域４の一部を除去する。ここでは、裏面２１ｒ側から半導体基板２１を研削し、半導体基板２１（すなわち半導体ウェハ２０Ａ）を薄化する。ここでは、例えば半導体基板２１の厚さが３μｍ以上１３μｍ以下程度となるように（一例として回路層２２の厚さと同程度となるように）、半導体基板２１を研削する。これにより、半導体ウェハ２０Ａの全体の厚さを、例えば６μｍ以上２６μｍ以下程度とする。この研削により形成される新たな裏面２１ｒは、直接接合が可能な程度の平面度とされる（一例として鏡面化される）。
　続いて、図１３の（ａ）に示されるように、新たな半導体ウェハ（第２ウェハ）２０Ａを用意し、研削した半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１に、新たな半導体ウェハ２０Ａの回路層２２を直接接合する（接合工程）。また、このとき、研削した半導体ウェハ２０Ａの機能素子２３のそれぞれと新たな半導体ウェハ２０Ａの機能素子２３のそれぞれとが、第３方向Ｄ３に沿って互いに対応するようにする。
　続いて、図１３の（ｂ）に示されるように、新たな半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の裏面２１ｒをレーザ光Ｌ１の入射面として、当該半導体基板２１に対して、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿ってレーザ光Ｌ１を照射することにより、当該半導体基板２１に対して、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って改質領域（第２改質領域）７を形成すると共に、改質領域７から新たな半導体ウェハ２０Ａの回路層２２側に伸展する亀裂（第２亀裂）９を形成する（第２形成工程）。ここでは、少なくとも研削した半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１と新たな半導体ウェハ２０Ａの回路層２２との界面（すなわち、直接接合した界面）に至るように、亀裂９を形成する。また、新たな半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の裏面２１ｒをレーザ光Ｌ１の入射面として、当該半導体基板２１に対して、各機能素子２３に対応するようにレーザ光Ｌ２を照射することにより、当該半導体基板２１に対して、機能素子２３ごとにゲッタリング領域（第２ゲッタリング領域）４を形成する（第２形成工程）。レーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２のそれぞれの照射条件については、上述したとおりである。なお、改質領域７の形成及びゲッタリング領域４の形成については、どちらを先に実施してもよいし、或いは、同時に実施してもよい。
　続いて、図１４の（ａ）に示されるように、改質領域７及びゲッタリング領域４が形成された半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１を研削する（第２研削工程）。このとき、改質領域７を除去し、半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の裏面２１ｒに亀裂９を露出させる。また、ゲッタリング領域４の一部を除去する。ここでは、裏面２１ｒ側から半導体基板２１を研削し、半導体基板２１（すなわち半導体ウェハ２０Ａ）を薄化する。ここでは、例えば半導体基板２１の厚さが３μｍ以上１３μｍ以下程度となるように（一例として回路層２２の厚さと同程度となるように）、半導体基板２１を研削する。これにより、半導体ウェハ２０Ａの全体の厚さを、例えば６μｍ以上２６μｍ以下程度とする。この研削により形成される新たな裏面２１ｒは、直接接合が可能な程度の平面度とされる（一例として鏡面化される）。
　その後、図１４の（ｂ）に示されるように、研削した半導体ウェハ２０Ａへの新たな半導体ウェハ２０Ａの直接接合、新たな半導体ウェハ２０Ａへの改質領域７及びゲッタリング領域４の形成、新たな半導体ウェハ２０Ａの研削という流れを繰り返すことで、積層体１０を構成する。これにより、例えば、ドライバＩＣとしての機能素子２３を含む１つの半導体ウェハ２０Ｂと、半導体メモリとしての機能素子２３を含む複数（ここでは９つ）の半導体ウェハ２０Ａと、が積層され、複数（ここでは１０個）の半導体ウェハ２０からなる積層体１０が得られる。
　図１４の（ｂ）においては、上記のように得られた積層体１０を反転した状態において保持具Ｈにより保持している。すなわち、ここでは、積層体１０の他端１０ｂが保持具Ｈ側に向けられると共に、一端１０ａを含む半導体ウェハ２０Ａが最も保持具Ｈと反対側に望み、その半導体基板２１の裏面２１ｒが露出されている。なお、以降の工程の説明においては、積層体１０の積層構造を省略し、アクティブ領域１１と切断領域１２とを代表的に図示する。
　続いて、図１５に示されるように、半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１の裏面２１ｒをレーザ光Ｌ１の入射面として、当該半導体基板２１に対して、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿ってレーザ光Ｌ１を照射することにより、当該半導体基板２１に対して、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って改質領域７を形成すると共に、改質領域７から半導体ウェハ２０Ｂの回路層２２側に伸展する亀裂９を形成する。ここでは、少なくとも半導体ウェハ２０Ａの回路層２２と半導体ウェハ２０Ｂの回路層２２との界面（すなわち、直接接合した界面）に至るように、亀裂９を形成する。これにより、当該亀裂９は、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って、最も保持具Ｈ側に位置する半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の裏面２１ｒまで一続きとなる。また、半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１の裏面２１ｒをレーザ光Ｌ１の入射面として、当該半導体基板２１に対して、各機能素子２３（すなわち、ドライバＩＣとしての各機能素子２３）に対応するようにレーザ光Ｌ２を照射することにより、当該半導体基板２１に対して、機能素子２３ごとにゲッタリング領域４を形成する。レーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２のそれぞれの照射条件については、上述したとおりである。なお、改質領域７の形成及びゲッタリング領域４の形成については、どちらを先に実施してもよいし、或いは、同時に実施してもよい。
　続いて、図１６の（ａ）に示されるように、改質領域７及びゲッタリング領域４が形成された半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１を研削する。このとき、改質領域７を除去し、半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１の裏面２１ｒに亀裂９を露出させる。なお、ゲッタリング領域４は残存させる。ここでは、裏面２１ｒ側から半導体基板２１を研削し、半導体基板２１（すなわち半導体ウェハ２０Ｂ）を薄化する。ここでは、例えば半導体基板２１の厚さが２００μｍ程度となるように、半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１を研削する。半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１の厚さを他の半導体基板２１よりも厚く残すのは、半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１が積層型素子１５においてサポート基板となるためである。
　その後、図１６の（ｂ）に示されるように、積層体１０をエキスパンドテープ等の拡張可能な支持部材Ｓにより支持した状態とする。このとき、半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１の裏面２１ｒを支持部材Ｓ側に配置する。その状態において、支持部材Ｓを拡張することにより、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って積層体１０が切断されることにより得られた複数の積層型素子１５を互いに離間させ、各積層型素子１５をピックアップする（ピックアップ工程）。
　以上説明したように、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法では、半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の研削、半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１への新たな半導体ウェハ２０Ａの回路層２２の直接接合、新たな半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の研削、という流れを繰り返すことで、各半導体基板２１が薄化された状態で複数の半導体ウェハ２０Ａが積層された積層体１０を得ることができる。しかも、各半導体基板２１を研削する前に各半導体基板２１の内部にゲッタリング領域４を形成し、各半導体基板２１を研削する際にゲッタリング領域４の一部を除去することで、薄化された各半導体基板２１の内部に適切なゲッタリング領域４を形成することができる。よって、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法によれば、積層型素子の薄化及び適切なゲッタリング領域４の形成の両立が可能となる。
　例えば、レーザ光Ｌ２の入射方向における幅が４μｍ程度のゲッタリング領域４を形成した後に、研削によって３μｍ分だけゲッタリング領域４を除去することで、半導体基板２１を厚さ５μｍ程度に薄化しつつ、レーザ光Ｌ２の入射方向における幅が１μｍ程度のゲッタリング領域４を、薄化された半導体基板２１に確実に形成することができる。
　また、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法では、各半導体基板２１の内部にゲッタリング領域４を形成する際に、各半導体基板２１の内部に、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って改質領域７を形成する。このように、各半導体基板２１を研削する前に各半導体基板２１の内部に改質領域７を形成することで、各半導体基板２１の内部に改質領域７が形成された積層体１０を得ることができる。ここで、上述したような積層体１０の切断にブレードダイシングを利用すると、半導体ウェハ２０Ａの接合界面でのチッピングにより歩留まりの低下が顕著となる。これに対して、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法にあっては、各半導体基板２１の内部に形成された改質領域７から亀裂９を伸展させることで、半導体ウェハ２０Ａの接合界面でのチッピングを抑制しつつ積層体１０を切断することができる。よって、歩留まりの向上を実現することができる。
　また、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法では、ゲッタリング領域４を形成するためのレーザ光Ｌ２のパルス幅が、改質領域７を形成するためのレーザ光Ｌ１のパルス幅よりも短い。これにより、ゲッタリング領域４からの亀裂の伸展を抑制する一方で、改質領域７からの亀裂９の伸展を促進することができる。
　また、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法では、各半導体基板２１の内部に改質領域７を形成する際に、改質領域７から回路層２２側に伸展する亀裂９を形成する。特に、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法では、各半導体基板２１の内部に改質領域７を形成する際に、互いに直接接合された半導体基板２１と回路層２２との界面に至るように亀裂９を形成する。これにより、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って積層体１０をより精度良く且つより容易に切断することができる。
　また、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法では、各半導体基板２１を研削する際に、改質領域７を除去し、半導体基板２１の裏面２１ｒに亀裂９を露出させる。これにより、製造された積層型素子１５の切断面に改質領域７が残存しないため、積層型素子１５の抗折強度の低下を抑制することができる。
　また、第１実施形態に係る積層型素子の製造方法では、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って積層体１０が切断されることにより得られた複数の積層型素子１５をピックアップする。これにより、積層型素子１５を効率良く得ることができる。
［第２実施形態］
　第２実施形態に係る積層型素子の製造方法の一例について説明する。ここでは、まず、図１７の（ａ）に示されるように、サポート基板６０を用意する。サポート基板６０は、ガラス基板及び半導体基板等の任意の基板である。続いて、図１７の（ｂ）に示されるように、半導体ウェハ（第１ウェハ）２０Ａを用意する。続いて、半導体ウェハ２０Ａの回路層２２をサポート基板６０の表面６０ｓに接合する。この接合には、例えば樹脂接合を用いることができる。
　続いて、図１８の（ａ）に示されるように、半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の裏面２１ｒをレーザ光Ｌ１の入射面として、当該半導体基板２１に対して、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿ってレーザ光Ｌ１を照射することにより、当該半導体基板２１に対して、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って改質領域（第１改質領域）７を形成すると共に、改質領域７から半導体ウェハ２０Ａの回路層２２側に伸展する亀裂（第１亀裂）９を形成する（第１形成工程）。ここでは、少なくともサポート基板６０と半導体ウェハ２０Ａの回路層２２との界面（すなわち、接合した界面）に至り、且つサポート基板６０に至らないように、亀裂９を形成する。また、半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の裏面２１ｒをレーザ光Ｌ１の入射面として、当該半導体基板２１に対して、各機能素子２３に対応するようにレーザ光Ｌ２を照射することにより、当該半導体基板２１に対して、機能素子２３ごとにゲッタリング領域（第１ゲッタリング領域）４を形成する（第１形成工程）。レーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２のそれぞれの照射条件については、第１実施形態で述べたとおりである。なお、改質領域７の形成及びゲッタリング領域４の形成については、どちらを先に実施してもよいし、或いは、同時に実施してもよい。
　続いて、図１８の（ｂ）に示されるように、改質領域７及びゲッタリング領域４が形成された半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１を研削する（第１研削工程）。このとき、改質領域７を除去し、半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の裏面２１ｒに亀裂９を露出させる。また、ゲッタリング領域４の一部を除去する。ここでは、裏面２１ｒ側から半導体基板２１を研削し、半導体基板２１（すなわち半導体ウェハ２０Ａ）を薄化する。ここでは、例えば半導体基板２１の厚さが３μｍ以上１３μｍ以下程度となるように（一例として回路層２２の厚さと同程度となるように）、半導体基板２１を研削する。これにより、半導体ウェハ２０Ａの全体の厚さを、例えば６μｍ以上２６μｍ以下程度とする。この研削により形成される新たな裏面２１ｒは、直接接合が可能な程度の平面度とされる（一例として鏡面化される）。
　続いて、図１９の（ａ）に示されるように、新たな半導体ウェハ（第２ウェハ）２０Ａを用意し、研削した半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１に、新たな半導体ウェハ２０Ａの回路層２２を直接接合する（接合工程）。また、このとき、研削した半導体ウェハ２０Ａの機能素子２３のそれぞれと新たな半導体ウェハ２０Ａの機能素子２３のそれぞれとが、第３方向Ｄ３に沿って互いに対応するようにする。
　続いて、図１９の（ｂ）に示されるように、新たな半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の裏面２１ｒをレーザ光Ｌ１の入射面として、当該半導体基板２１に対して、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿ってレーザ光Ｌ１を照射することにより、当該半導体基板２１に対して、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って改質領域（第２改質領域）７を形成すると共に、改質領域７から新たな半導体ウェハ２０Ａの回路層２２側に伸展する亀裂（第２亀裂）９を形成する（第２形成工程）。ここでは、少なくとも研削した半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１と新たな半導体ウェハ２０Ａの回路層２２との界面（すなわち、直接接合した界面）に至るように、亀裂９を形成する。また、新たな半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の裏面２１ｒをレーザ光Ｌ１の入射面として、当該半導体基板２１に対して、各機能素子２３に対応するようにレーザ光Ｌ２を照射することにより、当該半導体基板２１に対して、機能素子２３ごとにゲッタリング領域（第２ゲッタリング領域）４を形成する（第２形成工程）。レーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２のそれぞれの照射条件については、第１実施形態で述べたとおりである。なお、改質領域７の形成及びゲッタリング領域４の形成については、どちらを先に実施してもよいし、或いは、同時に実施してもよい。
　続いて、図２０の（ａ）に示されるように、改質領域７及びゲッタリング領域４が形成された半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１を研削する（第２研削工程）。このとき、改質領域７を除去し、半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１の裏面２１ｒに亀裂９を露出させる。また、ゲッタリング領域４の一部を除去する。ここでは、裏面２１ｒ側から半導体基板２１を研削し、半導体基板２１（すなわち半導体ウェハ２０Ａ）を薄化する。ここでは、例えば半導体基板２１の厚さが３μｍ以上１３μｍ以下程度となるように（一例として回路層２２の厚さと同程度となるように）、半導体基板２１を研削する。これにより、半導体ウェハ２０Ａの全体の厚さを、例えば６μｍ以上２６μｍ以下程度とする。この研削により形成される新たな裏面２１ｒは、直接接合が可能な程度の平面度とされる（一例として鏡面化される）。
　その後、図２０の（ｂ）、図２１の（ａ）及び図２１の（ｂ）に示されるように、研削した半導体ウェハ２０Ａへの新たな半導体ウェハ２０Ａの直接接合、新たな半導体ウェハ２０Ａへの改質領域７及びゲッタリング領域４の形成、新たな半導体ウェハ２０Ａの研削という流れを繰り返すことで、サポート基板６０上に積層された複数（ここでは９つ）の半導体ウェハ２０Ａを含む積層体を構成する。
　続いて、図２２に示されるように、半導体ウェハ２０Ｂを用意し、研削した半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１に、半導体ウェハ２０Ｂの回路層２２を直接接合する。また、このとき、研削した半導体ウェハ２０Ａの機能素子２３のそれぞれと半導体ウェハ２０Ｂの機能素子２３のそれぞれとが、第３方向Ｄ３に沿って互いに対応するようにする。これにより、積層体１０が得られる。ここでの積層体１０は、半導体基板２１と回路層２２とが積層体１０の全体にわたって交互に積層されている。
　続いて、図１５に示されるように、半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１の裏面２１ｒをレーザ光Ｌ１の入射面として、当該半導体基板２１に対して、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿ってレーザ光Ｌ１を照射することにより、当該半導体基板２１に対して、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って改質領域７を形成すると共に、改質領域７から半導体ウェハ２０Ｂの回路層２２側に伸展する亀裂９を形成する。ここでは、少なくとも半導体ウェハ２０Ａの半導体基板２１と半導体ウェハ２０Ｂの回路層２２との界面（すなわち、直接接合した界面）に至るように、亀裂９を形成する。これにより、当該亀裂９は、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って、最も保持具Ｈ側（すなわち、サポート基板６０が接合されていた側）に位置する半導体ウェハ２０Ａの回路層２２の表面まで一続きとなる。また、半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１の裏面２１ｒをレーザ光Ｌ１の入射面として、当該半導体基板２１に対して、各機能素子２３（すなわち、ドライバＩＣとしての各機能素子２３）に対応するようにレーザ光Ｌ２を照射することにより、当該半導体基板２１に対して、機能素子２３ごとにゲッタリング領域４を形成する。レーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２のそれぞれの照射条件については、第１実施形態で述べたとおりである。なお、改質領域７の形成及びゲッタリング領域４の形成については、どちらを先に実施してもよいし、或いは、同時に実施してもよい。
　続いて、図１６の（ａ）に示されるように、改質領域７及びゲッタリング領域４が形成された半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１を研削する。このとき、改質領域７を除去し、半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１の裏面２１ｒに亀裂９を露出させる。なお、ゲッタリング領域４は残存させる。ここでは、裏面２１ｒ側から半導体基板２１を研削し、半導体基板２１（すなわち半導体ウェハ２０Ｂ）を薄化する。ここでは、例えば半導体基板２１の厚さが２００μｍ程度となるように、半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１を研削する。半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１の厚さを他の半導体基板２１よりも厚く残すのは、半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１が積層型素子１５においてサポート基板となるためである。
　その後、図１６の（ｂ）に示されるように、積層体１０をエキスパンドテープ等の拡張可能な支持部材Ｓにより支持した状態とする。このとき、半導体ウェハ２０Ｂの半導体基板２１の裏面２１ｒを支持部材Ｓ側に配置する。その状態において、支持部材Ｓを拡張することにより、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って積層体１０が切断されることにより得られた複数の積層型素子１５を互いに離間させ、各積層型素子１５をピックアップする（ピックアップ工程）。
　以上の第２実施形態に係る積層型素子の製造方法によっても、第１実施形態と同様の効果が奏される。
［変形例］
　以上の実施形態は、本開示に係る積層型素子の製造方法の一実施形態について説明したものである。したがって、本開示に係る積層型素子の製造方法は、上記の実施形態に限定されず、各請求項の要旨を変更しない範囲において、任意の変形が可能である。
　例えば、改質領域７から伸展した亀裂９は、当該改質領域７を形成した時点では、形成済みの亀裂９と繋がらず、その後、半導体基板２１を研削した際に、形成済みの亀裂９と繋がってもよい。また、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿った亀裂９は、積層体１０を構成した時点では、第３方向Ｄ３に沿って一続きとなっておらず、少なくとも一部で分離されていてもよい。その場合にも、支持部材Ｓを拡張することにより、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って積層体１０を切断することができる。
　また、各切断予定ライン５ａ，５ｂを、格子状に設けられた金属配線部２６の中心（第３方向Ｄ３に平行な方向から見た場合における幅の中心）を通るように格子状に設定し、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って積層体１０を切断してもよい。積層体１０を構成する工程の中で、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って半導体基板２１の内部に改質領域７を形成することで、金属配線部２６の中心を通るように各切断予定ライン５ａ，５ｂが設定された場合であっても、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って積層体１０を切断することができる。
　また、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って改質領域７を形成する方法以外の方法で、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って積層体１０を切断してもよい。
　なお、上記実施形態において、２つの半導体ウェハ２０の接合に際し、それぞれの機能素子２３が互いに対応するように積層している。一方の半導体ウェハ２０の各機能素子２３と他方の半導体ウェハ２０の各機能素子２３とが互いに対応するとは、１つのアクティブ領域１１において一方の半導体ウェハ２０の少なくとも１つの機能素子２３と他方の半導体ウェハ２０の少なくとも１つの機能素子２３とが所定の位置関係を有することを意味する。したがって、例えば、機能素子２３のメモリセル２２ａ同士が一対一に対応する場合に限定されず、一対多に対応する場合もある。また、メモリセル２２ａ同士が一対一に対応する場合であっても、第３方向Ｄ３に沿って並ぶ場合に限らず、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２における位置が互いに異なる場合もある。
　また、上記実施形態においては、回路層２２を半導体基板２１や別の回路層２２に直接接合する一例について説明した。回路層２２を直接接合する場合には、回路層２２の表面に対して平坦化処理を施し得るが、この平坦化処理としては、回路層２２の表面の絶縁膜等を平坦化処理する場合に加えて、回路層２２の表面に樹脂等からなる平坦化膜を形成する場合等がある。すなわち、回路層２２は、膜状の他の層が介在する状態において、半導体基板２１や回路層２２に接合される場合もある。したがって、回路層２２の接合は、上記の直接接合の例に限定されない。
　上述した一の実施形態又は変形例における各構成は、他の実施形態又は変形例における各構成に任意に適用することができる。
　４…ゲッタリング領域（第１ゲッタリング領域、第２ゲッタリング領域）、５ａ，５ｂ…切断予定ライン、７…改質領域（第１改質領域、第２改質領域）、９…亀裂（第１亀裂、第２亀裂）、１５…積層型素子、２０Ａ，２０Ｂ…半導体ウェハ（第１ウェハ、第２ウェハ）、２１…半導体基板、２１ｆ…表面、２１ｒ…裏面、２２…回路層、２３…機能素子、Ｌ１，Ｌ２…レーザ光。

Claims (5)

  1. 　表面及び裏面を有する半導体基板と、前記表面に沿って２次元状に配列された複数の機能素子を含む回路層と、を備える半導体ウェハとして、第１ウェハを用意し、前記第１ウェハの前記半導体基板に対して、前記機能素子のそれぞれに対応するようにレーザ光を照射することにより、前記機能素子ごとに第１ゲッタリング領域を形成する第１形成工程と、
    　前記第１形成工程の後に、前記第１ウェハの前記半導体基板を研削し、前記第１ゲッタリング領域の一部を除去する第１研削工程と、
    　前記第１研削工程の後に、前記半導体ウェハとして、第２ウェハを用意し、前記第１ウェハの前記機能素子のそれぞれと前記第２ウェハの前記機能素子のそれぞれとが互いに対応するように、前記第１ウェハの前記半導体基板に前記第２ウェハの前記回路層を接合する接合工程と、
    　前記接合工程の後に、前記第２ウェハの前記半導体基板に対して、前記機能素子のそれぞれに対応するようにレーザ光を照射することにより、前記機能素子ごとに第２ゲッタリング領域を形成する第２形成工程と、
    　前記第２形成工程の後に、前記第２ウェハの前記半導体基板を研削し、前記第２ゲッタリング領域の一部を除去する第２研削工程と、を備える、積層型素子の製造方法。
  2. 　前記第１形成工程においては、前記第１ウェハの前記半導体基板に対して、前記機能素子の間を通るように設定された切断予定ラインに沿ってレーザ光を照射することにより、前記切断予定ラインに沿って第１改質領域を形成し、
    　前記第２形成工程においては、前記第２ウェハの前記半導体基板に対して、前記切断予定ラインに沿ってレーザ光を照射することにより、前記切断予定ラインに沿って第２改質領域を形成する、請求項１に記載の積層型素子の製造方法。
  3. 　前記第１形成工程においては、前記第１改質領域から前記第１ウェハの前記回路層側に伸展する第１亀裂を形成し、
    　前記第１研削工程においては、前記第１改質領域を除去し、前記第１ウェハの前記半導体基板の前記裏面に前記第１亀裂を露出させ、
    　前記第２形成工程においては、前記第２改質領域から前記第２ウェハの前記回路層側に伸展する第２亀裂を形成し、
    　前記第２研削工程においては、前記第２改質領域を除去し、前記第２ウェハの前記半導体基板の前記裏面に前記第２亀裂を露出させる、請求項２に記載の積層型素子の製造方法。
  4. 　前記第１ゲッタリング領域及び前記第２ゲッタリング領域を形成するためのレーザ光のパルス幅は、前記第１改質領域及び前記第２改質領域を形成するためのレーザ光のパルス幅よりも短い、請求項２又は３に記載の積層型素子の製造方法。
  5. 　前記第２研削工程の後に、前記機能素子の間を通るように設定された切断予定ラインに沿って前記第１ウェハ及び前記第２ウェハが切断されることにより得られた複数の積層型素子をピックアップするピックアップ工程を更に備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の積層型素子の製造方法。
PCT/JP2018/026531 2017-07-28 2018-07-13 積層型素子の製造方法 WO2019021864A1 (ja)

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