特開 2024-101894 半導体装置の製造方法

(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】P2024101894

(43)【公開日】2024-07-30

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20240723BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20240723BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 C

H01L21/304 611B

H01L21/304 611Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023006098

(22)【出願日】2023-01-18

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(71)【出願人】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中林 正助

(72)【発明者】

【氏名】長屋 正武

(72)【発明者】

【氏名】笹岡 千秋

(72)【発明者】

【氏名】田中 敦之

【テーマコード（参考）】

5F057

【Ｆターム（参考）】

5F057AA06

5F057BA01

5F057BB06

5F057CA02

5F057CA03

5F057DA22

5F057DA31

5F057EC29

5F057FA28

(57)【要約】

【課題】レーザ剥離技術を利用する半導体装置の製造方法において、半導体インゴットから剥離される半導体ウェハの変形を抑える技術を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、第１主面１ａと第２主面１ｂを有する半導体インゴット１の前記第１主面に変形防止層３０を形成する変形防止層形成工程と、前記半導体インゴット内にレーザを照射するレーザ照射工程であって、前記半導体インゴット内の所定深さを延びる面３に前記レーザが照射される、レーザ照射工程と、前記第１主面を含む半導体ウェハ２を前記レーザが照射された面に沿って前記半導体インゴットの残りの層から剥離する剥離工程と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体装置の製造方法であって、
第１主面（１ａ）と第２主面（１ｂ）を有する半導体インゴット（１）の前記第１主面に変形防止層（３０）を形成する変形防止層形成工程と、
前記半導体インゴット内にレーザを照射するレーザ照射工程であって、前記半導体インゴット内の所定深さを延びる面（３）に前記レーザが照射される、レーザ照射工程と、
前記第１主面を含む半導体ウェハ（２）を前記レーザが照射された面に沿って前記半導体インゴットの残りの層から剥離する剥離工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記レーザ照射工程では、前記半導体インゴットの前記第２主面が露出している状態で前記第２主面から前記レーザが照射される、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記変形防止層は、有機材料層を有する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記変形防止層は、サポート基板（３４）を有しており、
前記サポート基板は、前記半導体インゴットよりもヤング率が大きい、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記半導体インゴットが窒化物半導体である、請求項１～４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、半導体装置の製造方法に関する。

【0002】

半導体装置を製造するために、レーザ剥離技術を利用して半導体インゴットの一方の主面から半導体ウェハを切り出す技術が提案されている。このようなレーザ剥離技術では、半導体インゴット内にレーザを照射して変質層を形成し、半導体ウェハを変質層に沿って半導体インゴットの残りの層から剥離する。特許文献１には、レーザ剥離技術を利用する半導体装置の製造方法の一例が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１８３６００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

半導体インゴット内の変質層が形成される部位では、レーザ照射によって結晶構造が崩れ、半導体を構成する原子が気化することがある。例えば半導体インゴットが窒化物半導体で構成されている場合、変質層の部位で窒素ガスが発生することが知られている。半導体インゴットから剥離される半導体ウェハは薄い。このため、半導体インゴットの内部で気体が発生すると、剥離される半導体ウェハを含む半導体インゴットの一方の主面が膨張し、半導体ウェハが変形してしまう。本明細書は、レーザ剥離技術を利用する半導体装置の製造方法において、半導体インゴットから剥離される半導体ウェハの変形を抑える技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、第１主面（１ａ）と第２主面（１ｂ）を有する半導体インゴット（１）の前記第１主面に変形防止層（３０）を形成する変形防止層形成工程と、前記半導体インゴット内にレーザを照射するレーザ照射工程であって、前記半導体インゴット内の所定深さを延びる面（３）に前記レーザが照射される、レーザ照射工程と、半導体ウェハ（２）を前記レーザが照射された面に沿って前記半導体インゴットの残りの層から剥離する剥離工程と、を備えていてもよい。前記半導体インゴットの種類は、前記レーザの照射によって気化する原子を含む様々な種類の半導体インゴットであってもよい。

【0006】

上記製造方法では、前記レーザ照射工程よりも前に前記半導体インゴットの前記第１主面に変形防止層が形成される。前記半導体インゴットの前記第１主面は、前記半導体ウェハが剥離される部位である。このため、前記レーザ照射工程で前記半導体インゴット内に気体が発生したとしても、前記半導体ウェハの変形が抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】半導体装置の製造方法のうち変形防止層形成工程とレーザ照射工程と剥離工程のフローを示す図である。

【図2】半導体装置の製造過程における半導体インゴットの断面図を模式的に示す図である。

【図3】半導体装置の製造過程における半導体インゴットの断面図を模式的に示す図である。

【図4】半導体装置の製造過程における半導体インゴットの断面図を模式的に示す図である。

【図5】半導体装置の製造過程における半導体インゴットの断面図を模式的に示す図である。

【図6】半導体装置の製造過程における半導体インゴットの断面図を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１に示すように、本明細書が開示するレーザ剥離技術を利用した半導体装置の製造方法は、変形防止層形成工程（Ｓ１）と、レーザ照射工程（ステップＳ２）と、剥離工程（ステップＳ３）と、を備えている。この製造方法は、図２に示す半導体インゴット１に対してこれら工程を実行することにより、半導体インゴット１から半導体ウェハ２を剥離する。剥離された半導体ウェハ２に対して電子デバイスを構成する各種の拡散領域等を形成することにより、半導体ウェハ２から複数の半導体装置（チップともいう）が製造される。

【0009】

図２に示されるように、半導体インゴット１は、各々が平面で相互に平行に延びている上面１ａと下面１ｂを有している。これら上面１ａと下面１ｂは、主面とも称される。半導体インゴット１はさらに、上面１ａと下面１ｂに対して直交しており、上面１ａと下面１ｂを結ぶ側面１ｃを有している。半導体インゴット１は、特定種類の半導体単結晶で構成されている。半導体インゴット１は、特に限定されるものではないが、例えば窒化物半導体の単結晶で構成されていてもよい。具体的には、半導体インゴット１は、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）の単結晶で構成されていてもよい。半導体インゴット１の所定深さを延びる面３は、後述するように、レーザが照射される面、すなわち、レーザの複数の集光点が集まる面（以下、「集光面」という）である。集光面３の深さは、半導体インゴット１の下面１ｂよりも上面１ａに近い深さである。半導体インゴット１のうち集光面３よりも上側の部分が半導体インゴット１から剥離される半導体ウェハ２である。

【0010】

図３に示されるように、変形防止層形成工程（図１のステップＳ１）では、半導体インゴット１の上面１ａの全体に変形防止層３０が形成される。変形防止層３０は、半導体インゴット１の上面１ａの角部を被覆し、半導体インゴット１の側面１ｃの一部にも形成される。ただし、変形防止層３０は、集光面３の深さに対応した半導体インゴット１の側面１ｃには形成されていない。変形防止層３０の材料は、特に限定されるものではない。変形防止層３０の材料は、半導体インゴット１よりもヤング率が高い材料であってもよいし、半導体インゴット１よりもヤング率が低い材料であってもよい。

【0011】

変形防止層３０は、半導体インゴット１の上面１ａへの接着性を考慮し、有機材料であってもよい。変形防止層３０は、例えば樹脂（例えば熱硬化性樹脂又は紫外線硬化性樹脂など）であってもよい。あるいは、変形防止層３０は、半導体製造プロセスで広く用いられている表面保護用テープであってもよい。変形防止層３０はまた、セラミック、金属材料、結晶材料又はこれらの組み合わせであってもよい。これら材料は、半導体インゴット１の上面１ａに直接接合されてもよく、成膜技術（例えば、スパッタ技術、蒸着技術、プラズマ成膜技術又はスピンコート技術など）を利用して半導体インゴット１の上面１ａに成膜されてもよい。なお、変形防止層３０の厚みは、特に限定されるものではなく、後述のレーザ照射工程における半導体インゴット１の変形が抑えられるように適宜調整されればよい。

【0012】

図４に示されるように、レーザ照射工程（図１のステップＳ２）では、半導体インゴット１の所定深さを延びる集光面３にレーザが照射される。レーザは、半導体インゴット１の下面１ｂが露出した状態で半導体インゴット１の下面１ｂから半導体インゴット１の所定深さで集光するように照射される。レーザは、半導体インゴット１（この例では、窒化ガリウムの単結晶）に対して透過性を有する波長域のレーザである。レーザは、特に限定されるものではないが、可視光のレーザであってもよく、例えば緑色レーザであってもよい。集光点の位置では、半導体インゴット１を構成する結晶（この例では、窒化ガリウムの単結晶）が加熱されて分解され、変質層が形成される。変質層の強度は、半導体インゴット１を構成する結晶よりも低い。したがって、変質層の強度は、その周囲の結晶よりも低くなる。

【0013】

半導体インゴット１の内部に変質層が形成される過程で窒素ガスが発生する。半導体インゴット１の集光面３、即ち、変質層が形成される位置は、半導体インゴット１の上面１ａに近い。このため、半導体インゴット１の内部で窒素ガスが発生すると、半導体インゴット１の上面１ａが膨張して変形しようとする。しかしながら、半導体インゴット１の上面１ａには変形防止層３０が形成されている。このため、半導体インゴット１内に窒素ガスが発生したとしても、半導体インゴット１の上面１ａの変形が抑えられる。この結果、半導体インゴット１が破損するといった事態が抑えられる。

【0014】

また、変形防止層３０は、集光面３の深さに対応した半導体インゴット１の側面１ｃには形成されていない。このため、レーザ照射工程で形成された変質層は、半導体インゴット１の側面１ｃに露出することができる。レーザ照射工程で発生した窒素ガスの一部は、半導体インゴット１の側面から良好に排出され得る。この結果、半導体インゴット１内に窒素ガスが発生したとしても、半導体インゴット１の上面１ａの変形が抑えられる。

【0015】

図５に示されるように、剥離工程（図１のステップＳ３）では、半導体ウェハ２が、レーザが照射された集光面３に沿って半導体インゴット１の残りの層から剥離される。集光面３は変質層の形成によって強度が低下しているので、半導体ウェハ２は半導体インゴット１の残りの層から良好に剥離される。この剥離工程では、半導体インゴット１の上面１ａに変形防止層３０が残存したままである。このように、変形防止層３０は、剥離工程における表面保護膜としても機能することができる。

【0016】

上記製造方法の変形例について以下に説明する。

【0017】

上記例では、レーザ照射工程で照射されるレーザが、半導体インゴット１の下面１ｂから照射されていた。この例に代えて、レーザ照射工程で照射されるレーザは、半導体インゴット１の上面１ａから照射されてもよい。この場合、変形防止層３０に用いられる材料は、レーザに対して透明な材料であればよい。

【0018】

また、上記例では、半導体インゴット１の上面１ａのみに変形防止層３０が形成されていた。この例に代えて、半導体インゴット１の下面１ｂにも変形防止層が形成されてもよい。例えば、半導体インゴット１の厚みが薄い場合、半導体インゴット１の両面に変形防止層を形成することにより、半導体ウェハ２が剥離された後の半導体インゴット１の変形も抑制することができる。半導体インゴット１の下面１ｂに形成される変形防止層は、半導体インゴット１の上面１ａに形成される変形防止層３０と共通の材料が用いられてもよく、異なる材料が用いられてもよい。

【0019】

図６に示されるように、変形防止層３０は、接着層３２と、サポート基板３４と、を有していてもよい。接着層３２は、有機材料で構成されており、特に限定されるものではないが、例えば半導体製造プロセスで汎用的に用いられる両面テープであってもよい。サポート基板３４は、接着層３２を介して半導体インゴット１の上面１ａに固定されており、半導体インゴット１よりもヤング率が高い材料である。サポート基板３４は、半導体インゴット１の主面に対して平行に延びる平板状の基板であり、半導体インゴット１の側面１ｃよりも側方に広がっている。サポート基板３４は、特に限定されるものではないが、例えばガラス基板又はサファイア基板であってもよい。なお、半導体インゴット１の下面１ｂにも変形防止層を形成する場合、変形防止層３０の接着層３２とサポート基板３４と同様の材料で構成された変形防止層を用いてもよい。

【0020】

変形防止層３０は、ヤング率が高いサポート基板３４を有している。このため、レーザ照射工程で半導体インゴット１内に窒素ガスが発生したとしても、半導体インゴット１の上面１ａの変形が抑えられる。

【0021】

以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

【0022】

（特徴１）
半導体装置の製造方法であって、
第１主面（１ａ）と第２主面（１ｂ）を有する半導体インゴット（１）の前記第１主面に変形防止層（３０）を形成する変形防止層形成工程と、
前記半導体インゴット内にレーザを照射するレーザ照射工程であって、前記半導体インゴット内の所定深さを延びる面（３）に前記レーザが照射される、レーザ照射工程と、
前記第１主面を含む半導体ウェハ（２）を前記レーザが照射された面に沿って前記半導体インゴットの残りの層から剥離する剥離工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。

【0023】

（特徴２）
前記レーザ照射工程では、前記半導体インゴットの前記第２主面が露出している状態で前記第２主面から前記レーザが照射される、特徴１に記載の半導体装置の製造方法。

【0024】

（特徴３）
前記変形防止層は、有機材料層を有する、特徴１又は２に記載の半導体装置の製造方法。

【0025】

（特徴４）
前記変形防止層は、サポート基板（３４）を有しており、
前記サポート基板は、前記半導体インゴットよりもヤング率が大きい、特徴１～３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

【0026】

（特徴５）
前記半導体インゴットが窒化物半導体である、特徴１～４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

【0027】

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0028】

１：半導体インゴット、 ２：半導体ウェハ、 ３：集光面、 ３０：変形防止層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】