JP4898199B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造工程や液晶パネルの製造工程で使用される静電吸着技術に関するものである。

半導体製造工程では、エッチング、ＣＶＤ（化学的気層蒸着法）、ＰＶＤ（物理的気層蒸着法）等の各種の工程で、半導体ウェハーをエッチング装置等のステージ上に固定するための一方式として、静電吸着方式が用いられている。この静電吸着方式は、ステージと、このステージの上に誘電層を介して載置された半導体ウェハーの間に電圧を印加し、両者の間に発生した静電気力によって半導体ウェハーをステージに吸着するというものである（特許文献１参照）。

しかしながら、この静電吸着方式では、その原理上、ステージを1つの電極とし、ワーク（例えば、半導体ウェハー）をもう１つの電極とする必要があるため、ワークである絶縁体をステージ上に吸着固定することはできない。例えば、ＳＯＳ（シリコンオンサファイア）やＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）等のデバイスでは絶縁性基板が用いられるため、半導体ウェハーのような強い吸着力が得られず、静電吸着方式を採用することができなかった。また、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）やＤＶＤ（デジタルビデオディスク）においても、ガラス基板等の絶縁性基板が用いられるため、同様に静電吸着方式を採用することができなかった。
特開平５―６３０６２号公報 特開平５−３３１４３１号公報 特開昭６２−２７５１３７号公報

上述したように、静電吸着方式の装置では、絶縁体から成るワークをステージに吸着固定することができなかった。そのためエッチング装置やＣＶＤ装置やＰＶＤ装置等のように真空中で加工処理を行う装置においては、そのようなワークを機械的なクランプ機構によって固定せざるを得なかったが、そのようなクランプ機構では、ワーク内の温度分布が安定しないことや、ワークの反りによる加工精度の低下を招き、歩留まり低下の原因となっている。そこで、絶縁体から成るワークや半導体ウェハーのような被加工物が接着されて成るワークをステージ上に吸着固定することができるような静電吸着技術が要望されている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主な特徴は以下の通りである。
すなわち、本発明の半導体装置の製造方法は、その表面上に金属層を有し、接着層を介して絶縁体から成る支持体が接着された半導体基板から成る積層体を準備し、前記積層体の前記支持体の表面に導電部材を接着する工程と、前記積層体を真空チャンバー内に設置された吸着ステージに静電吸着する工程と、静電吸着された前記半導体基板の裏面から前記半導体基板をエッチングして、前記金属層に達するビアホールを形成する工程と、前記ビアホール内を含む前記半導体基板の裏面にＣＶＤ法により絶縁膜を形成する工程と、前記ビアホール底部の前記絶縁膜をエッチング除去する工程と、前記ビアホール底部から露出した前記金属層に接続する貫通電極を形成する工程とを具備することを特徴とする。

また、前記支持体は、ガラス、セラミックス、石英、プラスチック、樹脂のいずれかから成ることを特徴とする。
更に、前記導電部材は保護層、導電層、及び接着層を積層して成るか、または保護層、ポリイミド層、導電層、及び接着層を積層して成るか、または保護層、導電材料とポリイミドを重合して成る重合層、及び接着層を積層して成るか、または導電性樹脂から成ることを特徴とする。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上に絶縁体から成る支持体が接着された積層体を静電吸着により吸着固定して、当該積層体を真空チャンバー内で加工処理することができる。

まず、本発明の実施形態で用いられる導電部材の例として導電フィルムについて図面を参照しながら説明する。図１はこの導電フィルムの構造を示す断面図である。

図１（ａ）に示す導電フィルム９は、保護層１、導電層２、接着層３、及び剥離層４のこの順に積層して成るものである。もしくは、導電フィルム９は、保護層１、導電層２、ポリイミド層５、接着層３、及び剥離層４をこの順に積層して構成してもよい。ここで、保護層１は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル等のプラスチック材料から成るプラスチックフィルムである。また、導電層２は、ポリピロール等の分子構造中に共役二重結合を有する導電性高分子から成る。また、接着層３は、アクリル系粘着剤、ウレタン系粘着剤、合成ゴム系粘着剤等の粘着剤から成る。剥離層４は、離型紙等であって導電フィルム９の使用の際には剥離される。

また、図１（ｂ）に示す導電フィルム９Ａは、保護層１、ポリイミド層５、導電層２、接着層３、剥離層４をこの順に積層して成るものである。ポリイミドは耐熱性に優れているため、かかる耐熱性を有する導電フィルムを採用することで、高温下においても、安定した吸着特性を得ることができる。

また、図１（ｃ）に示す導電フィルム９Ｂは、保護層１、導電材料とポリイミドを重合してなる重合層６、接着層３、剥離層４をこの順に積層して成るものである。なお、図１（ｂ）及び図１（ｃ）では、接着層３は耐熱性を有した材料から成ることが好ましい。

次に、上述した導電フィルム９、９Ａ、９Ｂを用いた被吸着物の処理方法及び静電吸着方法について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、導電フィルム９を用いて説明するが、導電フィルム９Ａ、９Ｂを用いたものも同様である。

図２に示すように、被吸着物の一例として、電子デバイスが表面に形成された半導体基板７に、この半導体基板７を支持するためのガラス基板８が接着されて成る積層体１５を準備し、ガラス基板８の表面に導電フィルム９を貼り付ける。ここで、導電フィルム９の剥離層４は剥離除去されて、接着層３が露出され、この接着層３を介して導電フィルム９がガラス基板８に貼り付けられることになる。上記の積層体１５は、円盤状の半導体ウェハーの形態を有している。また、半導体基板７は、ダイシングラインＤＬによってマトリクス状に区画された多数の半導体集積回路１００を有している。なお、半導体基板７の支持体としてガラス基板８を用いたが、セラミックスや石英、プラスチック、樹脂（例えば、レジストやエポキシ樹脂）等の他の絶縁体を支持体として用いてもよい。

そして、図３に示すように、ドライエッチング装置等の真空チャンバー１２内に設置された吸着ステージ１０上に、前記導電フィルム９が貼り付けられた積層体１５を載置する。ここで、吸着ステージ１０の表面は不図示の誘電層でカバーされている。また、電源１３は内部電極に直流電圧又は交流電圧を供給するための電源であり、交流電源１４は吸着ステージ１０に交流電圧を供給するための電源である。

そして、積層体１５を吸着ステージ１０に載置した後、吸着ステージ１０の内部に設けた内部電極１１に電圧を印加し、導電フィルム９と吸着ステージ１０の表面に正・負の電荷を発生させ、この間に働く静電気力によって積層体１５を吸着ステージ１０に吸着固定する。そして、吸着固定された積層体１５の半導体基板７に対して、真空中で、ドライエッチング、ＣＶＤ（化学的気層蒸着法）、ＰＶＤ（物理的気層蒸着法）等の加工処理を行う。

次に、上述したような積層体１５に対する加工処理について具体的に説明する。図４乃至図６は、上記積層体１５の部分的な断面構造を工程順に示した図である。まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板７の表面には不図示の電子デバイス（例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）や赤外線センサー等の受光素子、もしくは発光素子）の他に、それらの電子デバイスと接続されたパッド電極２０が形成されている。パッド電極２０は、層間絶縁膜２１を介して半導体基板７の表面に形成されている。

半導体基板７は例えばシリコン（Ｓｉ）から成り、好ましくは約２０〜２００μｍの膜厚を有している。また、パッド電極２０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）から成り、好ましくは約１μｍの膜厚を有して形成される。なお、半導体基板７上には、少なくとも前記パッド電極２０の一部を被覆するように不図示のパッシベーション膜が形成されている。また、層間絶縁膜２１は、例えば酸化膜から成り、好ましくは約０．８μｍの膜厚を有している。そして、半導体基板７の表面には、約８０〜１００μｍの膜厚を有するガラス基板８が、樹脂層２２を介して接着されている。そして、ガラス基板８の表面に導電フィルム９を貼り付ける。

次に、図４（ｂ）に示すように、半導体基板７の裏面上に、選択的にレジスト層２３を形成する。そして、レジスト層２３が形成され、導電フィルム９が貼り付けられた積層体１５を、ドライエッチング装置の真空チャンバー１２内の吸着ステージ１０上に、導電フィルム９が吸着ステージ１０と向き合うように載置し、これを静電吸着により吸着固定し、半導体基板７のドライエッチングを行う。ドライエッチングのエッチングガスとしては例えばＣＨＦ_３等を用いることができる。このドライエッチングにより、パッド電極２０に対応する位置の半導体基板７、層間絶縁膜２１を貫通するビアホール２４が形成される。

次に、レジスト層２３を除去した後、図４（ｃ）に示すように、ビアホール２４内を含む半導体基板７の裏面の全面にＣＶＤ（化学的気層蒸着法）により、絶縁膜２５を形成する。ここで、絶縁膜２５は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）もしくはシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）から成り、上述のような静電吸着方式によるプラズマＣＶＤ装置を用いて形成される。

次に、図５（ａ）に示すように、絶縁膜２５上に、不図示のレジスト層を形成させ、当該レジスト層をマスクとして、ビアホール２４の底部の絶縁膜２５をドライエッチングして除去する。このドライエッチング工程においても上記と同様な積層体１５の静電吸着を行うことができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、ビアホール２４を含む半導体基板７の裏面の絶縁膜２５上に、バリアメタル層２６を形成する。さらに、バリアメタル層２６上に不図示のシード層を形成する。ここで、上記バリアメタル層２６は、例えばチタンタングステン（ＴｉＷ）層、チタンナイトライド（ＴｉＮ）層、もしくはタンタルナイトライド（ＴａＮ）層等の金属から成る。上記不図示のシード層は、後述する配線層２７をメッキ形成するための電極となるものであり、例えば銅（Ｃｕ）等の金属から成る。バリアメタル層２６は、ＰＶＤ（物理的気層蒸着法）によって形成することができるが、この際にＰＶＤ装置において上記と同様な積層体１５の静電吸着を行うことができる。

次に、ビアホール２４内を含むバリアメタル層２６及び不図示のシード層上に、例えば電解メッキ法により、銅（Ｃｕ）から成る貫通電極２８、及びこの貫通電極２８と連続して接続された配線層２７を形成する。貫通電極２８及び配線層２７は、バリアメタル層２６及び不図示のシード層を介して、ビアホール２４の底部で露出するパッド電極２０と電気的に接続される。

次に、図５（ｃ）に示すように、半導体基板７の裏面の配線層２７上に、配線層２７を所定のパターンにパターニングするためのレジスト層２９を選択的に形成する。次に、レジスト層２９をマスクとして、不要な配線層２７の部分及び不図示のシード層をエッチングして除去する。続いて、配線層２７をマスクとして、バリアメタル層２６をエッチングして除去する。これらのエッチングをドライエッチングで行う場合には、ドライエッチング装置において上記と同様な積層体１５の静電吸着を行うことができる。

次に、図６に示すように、半導体基板７の裏面上に、これを被覆するようにして、例えばソルダーレジストのようなレジスト材料等から成る保護層３０を形成する。保護層３０のうち配線層２７に対応する位置には開口部が設けられる。そして、当該開口部で露出する配線層２７上に、例えばハンダ等の金属から成るボール状の導電端子３１がスクリーン印刷法を用いて形成される。なお、本発明は前記導電端子３１を有さない、いわゆるＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）型の半導体装置に適用してもよい。

その後、この積層体１５は、ダイシングラインＤＬに沿ってダイシングされ、個々のチップに分割されるが、導電フィルム９はそのダイシングの前もしくは後で積層体１５から剥離除去される。上述したように、本発明の被吸着物の処理方法及び静電吸着方法によれば、ガラス基板８のような絶縁体を有した半導体装置の製造工程で通常行われるドライエッチング、ＣＶＤ（化学的気層蒸着法）、ＰＶＤ（物理的気層蒸着法）等の真空中における加工処理のすべてを静電吸着によって行うことが可能となり、温度分布の均一性や、積層体１５の反りを防止して、歩留まり向上に寄与することができる。

また、上記実施形態は、半導体基板７とガラス基板８の積層体１５に対して、静電吸着を行うものであるが、本発明は、図７に示すように、ガラス、セラミックス、石英、プラスチック、樹脂（例えば、レジストやエポキシ樹脂）等の絶縁体５０についても同様にして適用することができる。即ち、絶縁体５０の表面に上述の導電フィルム９を貼り付け、図３に示したようなドライエッチング装置等の真空チャンバー１２内に設置された吸着ステージ１０上に、導電フィルム９を吸着ステージ１０と向き合うようにして載置し、静電吸着により固定し、この絶縁体５０に対して、真空中で、ドライエッチング、ＣＶＤ（化学的気層蒸着法）、ＰＶＤ（物理的気層蒸着法）等の加工処理を行うことができる。

また、上記実施形態では、ガラス基板８や、セラミック、石英、プラスチック、樹脂等の絶縁体５０の表面に導電フィルム９を設けたが、これに限定されず、半導体ウェハーについても同様に適用することができる。すなわち、図８に示すように半導体基板７上に形成された絶縁膜４０（例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜や樹脂層）に導電フィルム９を設け、同様の静電吸着により固定し、当該半導体基板７に対して、ドライエッチング、ＣＶＤ、ＰＶＤ等の加工処理を行うこともできる。

具体的には例えば、図９に示すように、半導体基板７の表面に形成された絶縁膜４０としてのパッシベーション膜５５に直接導電フィルム９を設けて、静電吸着を行い、半導体装置の製造工程における様々な加工処理を行うことができる。この場合、半導体基板７を静電吸着によって一層強く吸着固定することができ、加工精度が向上するという利点がある。特に、絶縁膜４０の膜厚が厚い場合に有効である。また、導電フィルム９はガラス基板８のような支持体としての役割も有するため、ガラス基板８のような支持体を用いずに目的の半導体装置を製造できるという利点もある。なお、図９に係る他の構成は図６に示したものと同様の構成であるため、同一符号を用い、その説明を省略する。

また、以上の説明では、導電フィルム９を用いたが、別の導電部材を用いることで同様の静電吸着の効果を得ることもできる。すなわち、レジストやエポキシ樹脂等の樹脂と、導電フィルム９と同様の導電材料とを混合させた導電性樹脂を準備し、当該導電性樹脂を用いて、ガラス、セラミック、石英、プラスチック等の絶縁性基板の表面や、図１０に示すような半導体基板７の表面に形成された絶縁膜４０の表面に導電性樹脂層４５を形成させる。そして、同様の静電吸着により絶縁性基板や半導体基板７をステージ上に固定し、加工処理を行うことができる。なお、この場合、導電性樹脂層４５はガラス基板８のような支持体として用いることもできる。また、導電性樹脂層４５は導電フィルム９と同様、絶縁性基板や半導体基板７の加工処理が行われた後に剥離除去されるものである。

本発明で用いる導電フィルムの断面図である。 本発明の実施形態に係る被吸着物の処理方法及び静電吸着方法を説明する斜視図である。 本発明の実施形態に係る被吸着物の処理方法及び静電吸着方法を説明する断面図である。 本発明の実施形態に係る被吸着物の処理方法及び静電吸着方法を説明する断面図である。 本発明の実施形態に係る被吸着物の処理方法及び静電吸着方法を説明する断面図である。 本発明の実施形態に係る被吸着物の処理方法及び静電吸着方法を説明する断面図である。 本発明の実施形態に係る被吸着物の処理方法及び静電吸着方法を説明する断面図である。 本発明の実施形態に係る被吸着物の処理方法及び静電吸着方法を説明する斜視図である。 本発明の実施形態に係る被吸着物の処理方法及び静電吸着方法を説明する断面図である。 本発明の実施形態に係る被吸着物の処理方法及び静電吸着方法を説明する斜視図である。

符号の説明

１ 保護層 ２ 導電層 ３ 接着層 ４ 剥離層
５ ポリイミド層 ６ 重合層 ７ 半導体基板 ８ ガラス基板
９ 導電フィルム １０ 吸着ステージ １１ 内部電極
１２ 真空チャンバー １３ 電源 １４ 交流電源
１５ 積層体
２０ パッド電極 ２１ 層間絶縁膜
２２ 樹脂層 ２３ レジスト層
２４ ビアホール ２５ 絶縁膜 ２６ バリアメタル層
２７ 配線層 ２８ 貫通電極 ２９ レジスト層
３０ 保護層 ３１ 導電端子 ４０ 絶縁膜
４５ 導電性樹脂層
５０ 絶縁体 ５５ パッシベーション膜 １００ 半導体集積回路

Claims (6)

1. その表面上に金属層を有し、接着層を介して絶縁体から成る支持体が接着された半導体基板から成る積層体を準備し、
   前記積層体の前記支持体の表面に導電部材を接着する工程と、
   前記積層体を真空チャンバー内に設置された吸着ステージに静電吸着する工程と、
   静電吸着された前記半導体基板の裏面から前記半導体基板をエッチングして、前記金属層に達するビアホールを形成する工程と、
   前記ビアホール内を含む前記半導体基板の裏面にＣＶＤ法により絶縁膜を形成する工程と、
   前記ビアホール底部の前記絶縁膜をエッチング除去する工程と、
   前記ビアホール底部から露出した前記金属層に接続する貫通電極を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記支持体は、ガラス、セラミックス、石英、プラスチック、樹脂のいずれかから成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記導電部材は保護層、導電層、及び接着層を積層して成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記導電部材は保護層、ポリイミド層、導電層、及び接着層を積層して成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記導電部材は保護層、導電材料とポリイミドを重合して成る重合層、及び接着層を積層して成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記導電部材は導電性樹脂から成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。

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