特開 2023-36132 レーザーリフトオフ用の積層基板、基板処理方法、及び基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023036132

(43)【公開日】2023-03-14

(54)【発明の名称】レーザーリフトオフ用の積層基板、基板処理方法、及び基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20230307BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021142970

(22)【出願日】2021-09-02

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】大池 昇

(72)【発明者】

【氏名】今井 清隆

(72)【発明者】

【氏名】廣田 良浩

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 基之

(57)【要約】

【課題】放電経路を介したデバイス層に対するレーザー光線の照射を抑制し、デバイス層の破損を抑制する、技術を提供する。
【解決手段】レーザーリフトオフ用の積層基板は、レーザー光線を透過する第１基板と、前記レーザー光線を吸収する絶縁層と、前記レーザー光線を透過するポリシリコン層と、第１デバイス層と、をこの順番で備える。前記積層基板は、前記絶縁層を貫通して前記第１基板と前記ポリシリコン層とを電気的に接続する第１電極、を備える。前記第１電極は、前記レーザー光線を反射する材料を含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザーリフトオフ用の積層基板であって、
レーザー光線を透過する第１基板と、前記レーザー光線を吸収する絶縁層と、前記レーザー光線を透過するポリシリコン層と、第１デバイス層と、をこの順番で備え、
前記絶縁層を貫通して前記第１基板と前記ポリシリコン層とを電気的に接続する第１電極、を備え、
前記第１電極は、前記レーザー光線を反射する材料を含む、レーザーリフトオフ用の積層基板。

【請求項2】

前記第１電極は、遷移金属、導電性酸化物、又は前記ポリシリコン層よりも高い不純物濃度を有するポリシリコンを含む、請求項１に記載のレーザーリフトオフ用の積層基板。

【請求項3】

前記絶縁層と前記ポリシリコン層との間に、前記レーザー光線を反射する導電層を更に備える、請求項１又は２に記載のレーザーリフトオフ用の積層基板。

【請求項4】

前記絶縁層は、シリコン酸化層である、請求項１～３のいずれか１項に記載のレーザーリフトオフ用の積層基板。

【請求項5】

前記第１デバイス層と電気的に接続される第２デバイス層と、前記第２デバイス層が形成される第２基板と、を備え、
前記第１基板と前記第２基板は、前記第１デバイス層と前記第２デバイス層を介して接合されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のレーザーリフトオフ用の積層基板。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載のレーザーリフトオフ用の積層基板を準備することと、
前記第１基板を介して前記レーザー光線を前記絶縁層に照射することで、前記第１基板と前記絶縁層の界面、又は前記絶縁層の内部に剥離起点を形成することを有する、基板処理方法。

【請求項7】

請求項１～５のいずれか１項に記載のレーザーリフトオフ用の積層基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部で保持されている前記積層基板に対して、前記レーザー光線を照射する照射器と、
前記照射器を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１基板を介して前記レーザー光線を前記絶縁層に照射することで、前記第１基板と前記絶縁層の界面、又は前記絶縁層の内部に剥離起点を形成する制御を行う、基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザーリフトオフ用の積層基板、基板処理方法、及び基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

シリコンウェハなどの基板の上にデバイス層を形成する際に、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ）、プラズマＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、又はプラズマエッチングなどが用いられている。プラズマの照射によって、荷電粒子が蓄積してしまうと、デバイス層が破損してしまう。そこで、デバイス層が破損しないように、放電経路を形成することが提案されている（例えば非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Z. Wang, A. Scarpa, S. Smits, C. Salm, F. Kuper, "Temperature Effect on Antenna Protection Strategy for Plasma-Process Induced Charging Damage," International Symposium on Plasma and Process-Induced Damage, pp. 134-137, 2002.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示の一態様は、放電経路を介したデバイス層に対するレーザー光線の照射を抑制し、デバイス層の破損を抑制する、技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係るレーザーリフトオフ用の積層基板は、レーザー光線を透過する第１基板と、前記レーザー光線を吸収する絶縁層と、前記レーザー光線を透過するポリシリコン層と、第１デバイス層と、をこの順番で備える。前記積層基板は、前記絶縁層を貫通して前記第１基板と前記ポリシリコン層とを電気的に接続する第１電極、を備える。前記第１電極は、前記レーザー光線を反射する材料を含む。

【発明の効果】

【0006】

本開示の一態様によれば、放電経路を介したデバイス層に対するレーザー光線の照射を抑制でき、デバイス層の破損を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、一実施形態に係る積層基板を示す断面図である。

【図2】図２は、一実施形態に係る基板処理装置による剥離起点の形成を示す断面図である。

【図3】図３は、剥離起点の配置の一例を示す断面図である。

【図4】図４は、一実施形態に係る基板処理装置による剥離を示す断面図である。

【図5】図５は、第１変形例に係る積層基板を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。

【0009】

図１を参照して、一実施形態に係るレーザーリフトオフ用の積層基板１について説明する。積層基板１は、例えば、第１基板１１と、絶縁層１２と、ポリシリコン層１３と、第１デバイス層１６と、をこの順番で備える。レーザーリフトオフは、詳しくは後述するが、図２～図４に示すように、第１基板１１を透過するレーザー光線ＬＢを用いて、第１基板１１を第１デバイス層１６から剥離する技術である。

【0010】

第１基板１１は、例えばシリコンウェハである。第１基板１１は、シリコンウェハには限定されず、化合物半導体ウェハ、又はガラス基板であってもよい。第１基板１１の片面には、絶縁層１２と、ポリシリコン層１３と、第１デバイス層１６とがこの順番で形成される。その後、後述する第１接合層１７が形成されてもよい。

【0011】

絶縁層１２は、図３に示すように、レーザー光線ＬＢを吸収し、剥離起点１２ａを形成する。剥離起点１２ａには、せん断応力などでクラックが形成される。剥離起点１２ａには、絶縁層１２を改質した改質層が形成されてもよい。剥離起点１２ａは、第１基板１１と絶縁層１２の界面に形成されるが、絶縁層１２の内部に形成されてもよい。

【0012】

絶縁層１２は、絶縁性を有する。絶縁性の材料は、レーザー光線ＬＢの吸収性に優れている。絶縁層１２は、例えば酸化層である。酸化層の具体例としては、シリコン酸化層が挙げられる。酸化層は、熱酸化法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ）法、又はＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などで形成される。ＣＶＤ法でシリコン酸化層を形成する場合、シリコン酸化層の原料としてＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｏｘｙ Ｓｉｌａｎｅ）などが用いられる。なお、絶縁層１２は、シリコン窒化層、又はシリコン炭窒化層などであってもよい。

【0013】

絶縁層１２には、貫通穴が形成される。その貫通穴には、第１電極１８が設けられる。第１電極１８は、絶縁層１２を貫通して、第１基板１１とポリシリコン層１３を電気的に接続する。第１電極１８は、第１デバイス層１６の形成時に第１デバイス層１６に蓄積する荷電粒子（例えば電子又は正孔）を第１基板１１に放電する放電経路の一部として用いられる。

【0014】

第１デバイス層１６の形成には、プラズマＣＶＤ、プラズマＡＬＤ、又はプラズマエッチングなどが用いられる。プラズマの照射によって、荷電粒子が蓄積してしまうと、第１デバイス層１６が破損してしまう。本実施形態によれば、第１電極１８などが放電経路を形成するので、第１デバイス層１６の破損を抑制できる。

【0015】

ポリシリコン層１３は、上記の放電経路の一部である。ポリシリコン層１３は、例えば１．０×１０^１９／ｃｍ^３以上３．０×１０^２０／ｃｍ^３未満の不純物濃度を有する。不純物（ドーパント）は、電子を提供するドナーでもよいし、正孔を提供するアクセプターでもよい。不純物濃度が１．０×１０^１９／ｃｍ^３以上であれば、放電性が良い。不純物濃度が３．０×１０^２０／ｃｍ^３未満であれば、ポリシリコン層１３はレーザー光線ＬＢに対して高い透過率を有する。

【0016】

第１デバイス層１６は、例えば半導体素子を含む。第１デバイス層１６は、例えば３Ｄ ＮＡＮＤセル、ロジックセル、又はＤＲＡＭセルなどを含む。

【0017】

ところで、仮に第１電極１８がレーザー光線ＬＢを透過する材料を含む場合、レーザー光線ＬＢは、第１電極１８とポリシリコン層１３を透過してしまい、そのまま第１デバイス層１６に照射されてしまう。高い強度のレーザー光線ＬＢが第１デバイス層１６に照射されてしまうので、第１デバイス層１６が破損してしまう。

【0018】

本実施形態の第１電極１８はレーザー光線ＬＢを反射する材料を含む。それゆえ、レーザー光線ＬＢは、図３に二点鎖線の矢印で示すように、第１電極１８で反射される。よって、高い強度のレーザー光線ＬＢが第１デバイス層１６に照射されるのを抑制でき、第１デバイス層１６の破損を抑制できる。なお、第１電極１８の外側では、レーザー光線ＬＢは、図３に実線の矢印で示すように、絶縁層１２で吸収されるので、第１デバイス層１６を破損しない。第１電極１８におけるレーザー光線ＬＢの反射率は、例えば７０％～１００％である。

【0019】

第１電極１８は、例えば遷移金属、導電性酸化物、又はポリシリコン層１３よりも高い不純物濃度を有するポリシリコンを含む。遷移金属は、例えば、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉからなる群から選ばれる少なくとも１つを含む。導電性酸化物は、例えば、ＩＧＺＯ（インジウムとガリウムと亜鉛を含む酸化物）、又はＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などを含む。第１電極１８に含まれるポリシリコンは、例えば３．０×１０^２０／ｃｍ^３以上３．０×１０^２１／ｃｍ^３以下の不純物濃度を有する。不純物（ドーパント）は、電子を提供するドナーでもよいし、正孔を提供するアクセプターでもよい。不純物濃度が３．０×１０^２０／ｃｍ^３以上であれば、放電性が良く、且つレーザー光線ＬＢの反射率が高い。

【0020】

積層基板１は、第１デバイス層１６を基準として第１基板１１とは反対側に、第１接合層１７と、第２接合層２７と、第２デバイス層２６と、第２基板２１と、をこの順番で備えてもよい。第１基板１１と第２基板２１は、第１デバイス層１６と第２デバイス層２６を介して接合される。

【0021】

第１接合層１７は、第１デバイス層１６の表面に形成される。第１接合層１７は、シリコン酸化層などの絶縁層である。第１接合層１７は、第１デバイス層１６と第２デバイス層２６を電気的に接続する配線を含んでもよい。第１接合層１７は、第２接合層２７に接する接合面１７ａを有する。接合面１７ａは、第１接合層１７と第２接合層２７を向かい合わせて接合する前に、プラズマなどで活性化されてもよく、更に水又は水蒸気の供給によって親水化されてもよい。

【0022】

第２基板２１は、例えばシリコンウェハである。第２基板２１は、シリコンウェハには限定されず、化合物半導体ウェハ、又はガラス基板であってもよい。第２基板２１の第１基板１１との対向面には、第２デバイス層２６と、第２接合層２７とがこの順番で形成される。

【0023】

第２デバイス層２６は、例えば半導体素子を含む。第２デバイス層２６は、第１デバイス層１６と電気的に接続される。第２デバイス層２６は、第１デバイス層１６とは異なる機能を有する。例えば、第２デバイス層２６がＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ロジック回路を含み、第１デバイス層１６が３Ｄ ＮＡＮＤセルを含む。

【0024】

第２接合層２７は、第１接合層１７と同様に、シリコン酸化層などの絶縁層である。第２接合層２７は、第１デバイス層１６と第２デバイス層２６を電気的に接続する配線を含んでもよい。第２接合層２７は、第１接合層１７に接する接合面２７ａを有する。接合面２７ａは、プラズマなどで活性化されてもよく、更に水又は水蒸気の供給によって親水化されてもよい。

【0025】

第１接合層１７と第２接合層２７は、ファンデルワールス力（分子間力）及びＯＨ基同士の水素結合などで接合される。水素結合の脱水縮合反応で共有結合が生じてもよい。液体の接着剤を使用せずに、固体同士を直接貼り合わせるので、接着剤の変形などによる位置ずれを防止できる。また、接着剤の厚みムラなどによる傾きの発生を防止できる。

【0026】

なお、積層基板１は、第１基板１１と、絶縁層１２と、ポリシリコン層１３と、第１デバイス層１６と、をこの順番で備えればよい。積層基板１は、第１接合層１７、第２接合層２７、第２デバイス層２６、及び第２基板２１を備えなくてもよい。

【0027】

次に、図２～図４を参照して、一実施形態に係る基板処理装置３と、基板処理装置３を用いた基板処理方法について説明する。基板処理装置３は、第１基板１１を透過するレーザー光線ＬＢを用いて、第１基板１１を第１デバイス層１６から剥離する。基板処理装置３は、例えば、第１基板保持部３１と、照射器３２と、第１駆動部３３と、第２基板保持部３４と、第２駆動部３５と、制御部３９と、を備える。

【0028】

第１基板保持部３１は、図２に示すように、積層基板１を保持する。第１基板保持部３１は、例えば、第１基板１１を上に向けて、積層基板１を下方から水平に保持する。第１基板保持部３１は、例えば真空チャックである。第１駆動部３３は、第１基板保持部３１を水平方向に移動させ、鉛直な回転軸を中心に回転させる。第１駆動部３３は、第１基板保持部３１を鉛直方向に移動させてもよい。

【0029】

照射器３２は、第１基板保持部３１で保持されている積層基板１に対してレーザー光線ＬＢを照射する。レーザー光線ＬＢは、例えば赤外線であり、例えば８．８μｍ～１１μｍの波長を有する。第１基板１１であるシリコンウェハは赤外線に対して高い透過性を有し、絶縁層１２は赤外線に対して高い吸収性を有する。絶縁層１２におけるレーザー光線ＬＢの照射点に、剥離起点１２ａが形成される。

【0030】

照射器３２は、レーザー光線ＬＢを発振する発振器を含む。発振器は、レーザー光線ＬＢをパルス発振させる。発振器は、例えばＣＯ_２レーザーである。ＣＯ_２レーザーの波長は、約９．３μｍである。照射器３２は、集光レンズを含んでもよい。集光レンズは、レーザー光線ＬＢを積層基板１に向けて集光する。

【0031】

照射器３２は、積層基板１におけるレーザー光線ＬＢの照射点を移動させるべく、ガルバノスキャナ又はポリゴンスキャナを含んでもよい。なお、第１駆動部３３が、第１基板保持部３１を水平方向に移動させること又は鉛直な回転軸を中心に回転させることで、積層基板１におけるレーザー光線ＬＢの照射点を移動させてもよい。この場合、ガルバノスキャナなどは不要である。

【0032】

第２基板保持部３４は、図４に示すように、積層基板１を保持する。第２基板保持部３４は、第１基板保持部３１とは反対側（例えば上方）から、積層基板１を保持する。第２基板保持部３４は、例えば真空チャックである。第２駆動部３５は、第２基板保持部３４を水平方向に移動させ、鉛直な回転軸を中心に回転させる。第２駆動部３５は、第２基板保持部３４を鉛直方向に移動させてもよい。

【0033】

制御部３９は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３９１と、メモリなどの記憶媒体３９２とを備える。記憶媒体３９２には、基板処理装置３において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部３９は、記憶媒体３９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ３９１に実行させることにより、基板処理装置３の動作を制御する。

【0034】

制御部３９は、照射器３２と第１駆動部３３を制御することで、第１基板１１と絶縁層１２の界面に剥離起点１２ａを形成する制御を行う。剥離起点１２ａは、第１基板１１の径方向と周方向に間隔をおいて多数形成される。複数の剥離起点１２ａは、同心円状に配置されてもよいし、渦巻き状に配置されてもよい。なお、剥離起点１２ａは、上記の通り、絶縁層１２の内部に形成されてもよい。

【0035】

その後、制御部３９は、第２駆動部３５を制御することで、第１基板１１を第１デバイス層１６から剥離する制御を行う。例えば、第１基板保持部３１が第２基板２１を吸着し、第２基板保持部３４が第１基板１１を吸着した状態で、第２駆動部３５が第２基板保持部３４を上昇させる。複数の剥離起点１２ａを面状につなぐクラックが形成され、第１基板１１と第１デバイス層１６とが剥離される。

【0036】

なお、制御部３９は、第２基板保持部３４の上昇の代わりに、又は第２基板保持部３４の上昇に加えて、第１基板保持部３１の下降を行ってもよい。制御部３９は、第１基板保持部３１と第２基板保持部３４を相対的に上下方向に離間させればよい。制御部３９は、第１基板保持部３１又は第２基板保持部３４の回転を行ってもよい。

【0037】

次に、図５を参照して、第１変形例に係るレーザーリフトオフ用の積層基板１について説明する。以下、上記実施形態と第１変形例との相違点について主に説明する。図５に示すように、積層基板１は、絶縁層１２とポリシリコン層１３の間に、レーザー光線ＬＢを反射する導電層４１を有してもよい。導電層４１におけるレーザー光線ＬＢの反射率は、例えば７０％～１００％である。

【0038】

導電層４１は、上記の放電経路の一部である。導電層４１は、例えば遷移金属、導電性酸化物、又はポリシリコンなどを含む。遷移金属は、例えば、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉからなる群から選ばれる少なくとも１つを含む。導電性酸化物は、例えば、ＩＧＺＯ、又はＩＴＯなどを含む。導電層４１に含まれるポリシリコンは、ポリシリコン層１３よりも高い不純物濃度を有し、例えば３．０×１０^２０／ｃｍ^３以上３．０×１０^２１／ｃｍ^３以下の不純物濃度を有する。

【0039】

導電層４１は、レーザー光線ＬＢを反射することで、第１デバイス層１６に到達するレーザー光線ＬＢの強度を低下でき、第１デバイス層１６の破損を確実に抑制できる。

【0040】

以上、本開示に係るレーザーリフトオフ用の積層基板、基板処理方法、及び基板処理装置の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。

【符号の説明】

【0041】

１ 積層基板
１１ 第１基板
１２ 絶縁層
１３ ポリシリコン層
１６ 第１デバイス層
１８ 第１電極
ＬＢ レーザー光線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】