JP6068074B2

JP6068074B2 - ゲッタリング層形成方法

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Publication number: JP6068074B2
Application number: JP2012206509A
Authority: JP
Inventors: 洋司森數; 奈緒服部
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: JP2014063786A; CN103681267A; US9721809B2; CN103681267B; KR20140038302A; US20140080289A1; KR102008530B1

Description

本発明は、表面にデバイスが形成された半導体ウエーハの裏面に金属イオンを捕獲するゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成方法に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の矩形領域を区画し、該矩形領域の各々にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。このように複数のデバイスが形成された半導体ウエーハをストリートに沿って分割することにより、個々の半導体デバイスを形成する。半導体デバイスの小型化および軽量化を図るために、通常、半導体ウエーハをストリートに沿って切断して個々の矩形領域を分割するのに先立って、半導体ウエーハの裏面を研削して所定の厚みに形成している。

しかるに、上述したようの半導体ウエーハの裏面を研削すると、半導体デバイスの裏面にマイクロクラックからなる１μm程度の研削歪層が生成され、半導体ウエーハの厚みが１００μｍ以下と薄くなると、半導体デバイスの抗折強度が低下するという問題がある。

このような問題を解消するために、半導体ウエーハの裏面を研削して所定の厚みに形成した後に、半導体ウエーハの裏面にポリッシング加工、ウエットエッチング加工、ドライエッチング加工等を施し、半導体ウエーハの裏面に生成された研削歪層を除去し、半導体デバイスの抗折強度の低下を防いでいる。

しかしながら、DRAMやフラッシュメモリ等のようにメモリ機能を有する半導体デバイスが複数形成された半導体ウエーハにおいては、裏面研削後にポリッシング加工、ウエットエッチング加工、ドライエッチング加工等によって研削歪層を除去すると、メモリ機能が低下するという問題がある。これは、半導体デバイス製造工程において半導体ウエーハの内部に含有した銅等の金属イオンが裏面の研削歪層を除去する前にはゲッタリング効果によって裏面側に偏っていたが、裏面の歪層が除去されるとゲッタリング効果が消失して半導体ウエーハの内部に含有した銅等の金属イオンがデバイスが形成された表面側に浮遊することで電流リークが発生するためと考えられる。

このような問題を解消するために、半導体ウエーハの裏面に０．２μm以下の厚さのマイクロクラックからなる研削歪層（ゲッタリング層）を形成することにより、半導体デバイスの抗折強度を低下させることなくゲッタリング効果を有する半導体デバイスの製造方法が下記特許文献１に記載されている。

特開２００５−３１７８４６号公報

而して、上記特許文献１に記載された半導体デバイスの製造方法においては、半導体ウエーハの裏面に０．２μm以下の厚さのマイクロクラックからなる研削歪層（ゲッタリング層）を形成するので、再現性に乏しく常に良好なゲッタリング層を形成することが困難であるという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、半導体デバイスの抗折強度を低下させることなく再現性良くゲッタリング層を形成することができるゲッタリング層形成方法を提供することにある。

上記主たる技術的課題を解決するために、本発明によれば、表面にデバイスが形成されたシリコンウエーハの裏面に露出するように金属イオンを捕獲するゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成方法であって、
熱拡散長が１０〜２３０ｎｍとなるパルス幅を有するパルスレーザー光線を該シリコンウエーハの裏面に照射して深さが該熱拡散長となるゲッタリング層を形成する、
ことを特徴とするゲッタリング層形成方法が提供される。

該パルスレーザー光線のパルス幅は１〜５００ｐｓに設定されている。
また、パルスレーザー光線の波長は、１５５０ｎｍ以下が好ましく、１０６４ｎｍ以下であることがより好ましい。
更に、パルスレーザー光線の繰り返し周波数を（ｈ）kHz、送り速度を（ｖ）mm／秒、スポット径を（ｄ）μmとした場合、ｖ／ｈ≦２ｄの関係を有している。

本発明によるゲッタリング層形成方法においては、表面にデバイスが形成されたシリコンウエーハの裏面に露出するように金属イオンを捕獲するゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成方法であって、熱拡散長が１０〜２３０ｎｍとなるパルス幅を有するパルスレーザー光線をシリコンウエーハの裏面に照射して深さが該熱拡散長となるゲッタリング層を形成するので、半導体デバイスの抗折強度を低下させることなく再現性良くゲッタリング層を形成することができる。

本発明によるゲッタリング層形成方法を実施するためのレーザー加工装置の斜視図。図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成ブロック図。図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段の構成ブロック図。被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。図４に示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブルに保持された半導体ウエーハをゲッタリング層形成工程の開始位置に位置付けた状態を示す説明図。図１に示すレーザー加工装置によって図４に示す半導体ウエーハに実施するゲッタリング層形成工程の説明図。

以下、本発明によるゲッタリング層形成方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１には、本発明によるゲッタリング層形成方法を実施するためのレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置１は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２上に配設されたレーザー光線照射手段としてレーザー光線照射ユニット４とを具備している。

上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上にＸ軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上にＸ軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上にY軸方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持されたカバーテーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１の上面である保持面上に被加工物である例えば円板形状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、半導体ウエーハ等の被加工物を保護テープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。

上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にY軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第１の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動せしめられる。

上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、Y軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動させるための割り出し送り手段３８を具備している。割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動せしめられる。

上記レーザー光線照射ユニット４は、上記静止基台２上に配設された支持部材４１と、該支持部材４１によって支持され実質上水平に延出するケーシング４２と、該ケーシング４２に配設されたレーザー光線照射手段５と、レーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段６を具備している。レーザー光線照射手段５は、図２に示すようにパルスレーザー光線発振手段５１と、該パルスレーザー光線発振手段５１から発振されパルスレーザー光線の出力を調整する出力調整手段５２と、該出力調整手段５２によって出力が調整されたパルスレーザー光線の光軸をX軸方向およびY軸方向に偏向するスキャナー５３と、該スキャナー５３によって光軸が偏向されたレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光器５４とを具備している。

上記パルスレーザー光線発振手段５１は、パルスレーザー光線発振器５１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段５１２とから構成されている。パルスレーザー光線発振器５１１は、パルスレーザー光線LBを発振する。繰り返し周波数設定手段５１２は、パルスレーザー光線発振器５１１から発振されるパルスレーザー光線の周波数を設定する。

上記スキャナー５３は、図示の実施形態においてはガルバノミラーによって構成され、後述する制御手段によって制御され、パルスレーザー光線発振器５１１から発振されるパルスレーザー光線をX軸方向およびY軸方向に揺動して集光器５４に導く。なお、スキャナー５３としては、ポリゴンミラーやピエゾミラーを用いることができる。

上記集光器５４は、上記被加工物Wの直径に対応する直径を有する像側テレセントリック対物レンズ５４１を備えている。この像側テレセントリック対物レンズ５４１は、スキャナー５３によって光軸が偏向されたレーザー光線を集光して像側テレセントリック対物レンズ５４１の光軸に対して平行にチャックテーブル３６に保持された被加工物である被加工物Wに照射する。

図１に戻って説明を続けると、上記撮像手段６は、ケーシング４２に集光器５４からX軸方向の同一線上に所定距離おいて配設されている。この撮像手段６は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、図３に示す制御手段７を具備している。制御手段７はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）７１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）７２と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３と、入力インターフェース７４および出力インターフェース７５とを備えている。制御手段７の入力インターフェース７４には、上記撮像手段６等からの検出信号が入力される。そして、制御手段７の出力インターフェース７５からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスレーザー光線発振手段５１、出力調整手段５２、スキャナー５３等に制御信号を出力する。なお、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３には、上記図４に示すウエーハ１０の直径等の設計値のデータが格納されている。

図示のレーザー加工装置１は以上のように構成されており、以下レーザー加工装置１を用いて実施するゲッタリング層形成方法について説明する。
図４には、被加工物であるウエーハとしての半導体ウエーハ１０の斜視図が示されている。図４に示す半導体ウエーハ１０は、例えば厚さが１００μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１０ａに格子状に形成された複数のストリート１１によって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１２が形成されている。このように形成された半導体ウエーハ１０は、図５に示すように環状のフレームFに装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープTに表面１０ａ側を貼着する。従って、半導体ウエーハ１０は、裏面１０bが上側となる。

図５に示すように、環状のフレームFに保護テープTを介して支持された半導体ウエーハ１０は、図１に示すレーザー加工装置１のチャックテーブル３６上に保護テープT側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより半導体ウエーハ１０は、保護テープTを介してチャックテーブル３６上に吸引保持される（ウエーハ保持工程）。また、環状のフレームFは、クランプ３６２によって固定される。従って、チャックテーブル３６上に保護テープTを介して吸引保持された半導体ウエーハ１０は裏面１０bが上側となる。

上述したようにウエーハ保持工程を実施したならば、加工送り手段３７および割り出し送り手段３８を作動してウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６を移動し、チャックテーブル３６の中心を図６で示すように集光器５４の直下に位置付ける。そして、制御手段７は、レーザー光線照射手段５のパルスレーザー光線発振手段５１および出力調整手段５２を制御するとともにスキャナー５３を制御し、上述した像側テレセントリック対物レンズ５４１を備えた集光器５４から半導体ウエーハ１０は裏面１０bに例えば図７の(a)に示すように渦巻状に或いは図７の(b)に示すように平行線状にパルスレーザー光線を照射する（ゲッタリング層形成工程）。このとき、制御手段７は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納されているウエーハ１０の直径に基づいてスキャナー５３を制御する。この結果、半導体ウエーハ１０は裏面１０bには、図７の(c)に示すようにゲッタリング層１１０が形成される。

ここで、半導体ウエーハ１０は裏面１０bに照射するパルスレーザー光線について検討する。
〈実験１〉
パルスレーザー光線のパルス幅を変化させて熱拡散長（ゲッタリング層の深さ）と抗折強度およびゲッタリング効果の関係について検討する。
パルスレーザー光線の波長：２５７nm
繰り返し周波数：２００kHz
平均出力：１W
スポット径：２０μm
送り速度（スキャナー５３）作動速度：２０００mm／秒
被加工物：厚み１００μmのシリコンウエーハからなる１５mm角の試験片

上記条件による実験によって次の結果が得られた。
パルス幅(ps) 熱拡散長(nm) 抗折強度(Mpa) ゲッタリング効果
０．５７．３９２０良 ×
１１０．３９２０良 ○
１０３２．７９２０良 ○
５０７３．１９１０良 ○
１００１０３．４９１０良 ○
１５０１２６．７９１０良 ○
２００１４６．３９００良 ○
２５０１６３．５９００良 ○
３００１７９．１９００良 ○
４００２０６．８８９０良 ○
５００２３１．３８８０良 ○
６００２５３．３７５０不良 ○
７００２７３．６７００不良 ○
８００２９２．５６００不良 ○
９００３１０．３６００不良 ○

上述した実験１の結果から、パルス幅が０．５〜５００ピコ秒(ps)においては抗折強度が良好で、パルス幅が６００ピコ秒(ps)以上となると抗折強度が不良となる。また、パルス幅が０．５ピコ秒(ps)の場合はゲッタリング効果があまり良くなく、パルス幅が１ピコ秒(ps)以上であればゲッタリング効果は良好である。従って、熱拡散長が１０〜２３０nmとなるパルス幅を有するパルスレーザー光線を半導体ウエーハの裏面に照射してゲッタリング層を形成することが望ましい。特に、半導体ウエーハがシリコンウエーハの場合にはパルスレーザー光線のパルス幅は１〜５００psに設定することが望ましい。

〈実験２〉
パルスレーザー光線の波長を変化させて波長と抗折強度およびゲッタリング効果の関係について検討する。
繰り返し周波数：２００kHz
平均出力：１W
パルス幅：１００ps
スポット径：２０μm
送り速度（スキャナー５３の作動速度）：２０００mm／秒
被加工物：厚み１００μmのシリコンウエーハからなる１５mm角の試験片

上記条件による実験によって次の結果が得られた。
波長(nm) 抗折強度(Mpa) ゲッタリング効果
１７２９００良 ○
１９３９００良 ○
２５７９２０良 ○
２６６９１０良 ○
３４３９３０良 ○
３５５９２０良 ○
５１５９１０良 ○
５３２９１０良 ○
６３０９１０良 ○
７８０９１０良 ○
８０８９２０良 ○
９４０９２０良 ○
１０３０９２０良 ○
１０４５９２０良 ○
１０６４９２０良 ○
１１５０９２０良 △
１３００９３０良 △
１５５０９３０良 △
２０００９３０良 ×
３０００９３０良 ×
５０００９３０良 ×

上述した実験２の結果から、波長が１７２(nm)以上において抗折強度は全て良好であったが、ゲッタリング効果は１７２〜１５５０(nm)で良好で１７２〜１０６４(nm)でさらに良好であった。従って、パルスレーザー光線の波長は、１５５０nm以下が好ましく、１０６４nm以下であることがより好ましい。

〈実験３〉
送り速度（スキャナー５３の作動速度）を変化させて波長と抗折強度およびゲッタリング効果の関係について検討する。

パルスレーザー光線の波長：２５７nm
繰り返し周波数：２００kHz
平均出力：１W
パルス幅：１００ps
スポット径：２０μm
被加工物：厚み１００μmのシリコンウエーハからなる１５mm角の試験片

上記条件による実験によって次の結果が得られた。
送り速度(mm／秒) 抗折強度(Mpa) ゲッタリング効果
１０５５０不良 ○
５０６００不良 ○
１００７２０不良 ○
５００７５０不良 ○
１０００８９０良 ○
１５００９８０良 ○
２０００９００良 ○
２５００９９０良 ○
３０００９１０良 ○
３５００９１０良 ○
４０００９１０良 ○
４５００９１０良 ○
５０００９２０良 ○
５５００９２０良 ○
６０００９２０良 ○
７０００９２０良 ○
８０００９２０良 ○
９０００９２０良 ×
１００００９２０良 ×
１５０００９１０良 ×

上述した実験条件においては、送り速度が１０００(mm／秒)以上で抗折強度が良好であるが、ゲッタリング効果は送り速度が９０００(mm／秒)以上で不良となった。従って、送り速度(mm／秒)が１０００(mm／秒)〜８０００(mm／秒)の範囲が望ましい。なお、上述した実験条件においては、送り速度(mm／秒)が１０００(mm／秒)のときパルスレーザー光線のスポット間隔がスポット径の１／４であり、送り速度(mm／秒)が８０００(mm／秒)のときパルスレーザー光線のスポット間隔がスポット径の２倍となる。
この条件を満足させるためには、パルスレーザー光線の繰り返し周波数を(h)kHz、送り速度を(v)mm／秒、スポット径を(d)μmとした場合、v／h≦２dの関係を有している必要がある。

２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット
５：レーザー光線照射手段
５１：パルスレーザー光線発振手段
５２：出力調整手段
５３：スキャナー
５４：集光器
５４１：像側テレセントリック対物レンズ
６：撮像手段
７：制御手段
１０：半導体ウエーハ
Ｆ：環状のフレーム
Ｔ：保護テープ

Claims

表面にデバイスが形成されたシリコンウエーハの裏面に露出するように金属イオンを捕獲するゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成方法であって、
熱拡散長が１０〜２３０ｎｍとなるパルス幅を有するパルスレーザー光線を該シリコンウエーハの裏面に照射して深さが該熱拡散長となるゲッタリング層を形成する、
ことを特徴とするゲッタリング層形成方法。
該パルスレーザー光線のパルス幅は１〜５００ｐｓに設定されている、請求項１記載のゲッタリング層形成方法。
パルスレーザー光線の波長は、１５５０ｎｍ以下に設定されている、請求項２記載のゲッタリング層形成方法。
パルスレーザー光線の波長は、１０６４ｎｍ以下に設定されている、請求項３記載のゲッタリング層形成方法。
パルスレーザー光線の繰り返し周波数を（ｈ）kHz、送り速度を（ｖ）mm／秒、スポット径を（ｄ）μmとした場合、ｖ／ｈ≦２ｄの関係を有している、請求項１から４のいずれかに記載のゲッタリング層形成方法。