特表 2023-505524 半導体ウエハを分割する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-02-09

(54)【発明の名称】半導体ウエハを分割する方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20230202BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 C

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022534681

(86)(22)【出願日】2020-12-09

(85)【翻訳文提出日】2022-08-05

(86)【国際出願番号】 IB2020001039

(87)【国際公開番号】W WO2021116768

(87)【国際公開日】2021-06-17

(31)【優先権主張番号】16/707,579

(32)【優先日】2019-12-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】501209070

【氏名又は名称】インフィネオン テクノロジーズ アーゲー

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＦＩＮＥＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】ベイヤー， クリスティアン

(72)【発明者】

【氏名】サントス ロドリゲス， フランシスコ ハビエル

(72)【発明者】

【氏名】シュルツェ， ハンス－ヨアヒム

(72)【発明者】

【氏名】スワボダ， マルコ デーヴィッド

(57)【要約】

【課題】 半導体ウエハを分割する方法を提供する。
【解決手段】 半導体ウエハを分割する方法は、半導体ウエハ上に１つ又は複数のエピタキシャル層を形成するステップと、１つ又は複数のエピタキシャル層内に複数の装置構造を形成するステップと、複数の装置構造上に金属化層及び／又はパッシベーション層を形成するステップと、１つ又は複数のエピタキシャル層を有する半導体ウエハにキャリアを装着するステップであって、キャリアは、複数の装置構造を保護し、且つ半導体ウエハを機械的に安定化させる、ステップと、半導体ウエハ内に分離領域を形成するステップであって、分離領域は、半導体ウエハの残りの部分に対して分離領域内の熱－機械応力を増大させる少なくとも１つの変更された物理的特性を有する、ステップと、少なくとも１つのクラックが分離領域に沿って伝播し、及び半導体ウエハが２つの別個の断片に分割するように、半導体ウエハに外部力を印加するステップであって、断片の１つは、複数の装置構造を保持する、ステップとを含む。
【選択図】図１Ｄ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体ウエハを分割する方法であって、
前記半導体ウエハ上に１つ又は複数のエピタキシャル層を形成するステップと、
前記１つ又は複数のエピタキシャル層内に複数の装置構造を形成するステップと、
前記複数の装置構造上に金属化層及び／又はパッシベーション層を形成するステップと、
前記１つ又は複数のエピタキシャル層を有する前記半導体ウエハにキャリアを装着するステップであって、前記キャリアは、前記複数の装置構造を保護し、且つ前記半導体ウエハを機械的に安定化させる、ステップと、
前記半導体ウエハ内に分離領域を形成するステップであって、前記分離領域は、前記半導体ウエハの残りの部分に対して前記分離領域内の熱－機械応力を増大させる少なくとも１つの変更された物理的特性を有する、ステップと、
少なくとも１つのクラックが前記分離領域に沿って伝播し、かつ前記半導体ウエハが２つの別個の断片に分割するように、前記半導体ウエハに外部力を印加するステップであって、前記断片の１つは、前記複数の装置構造を保持する、ステップと
を含む方法。

【請求項2】

前記半導体ウエハ内に前記分離領域を形成するステップは、前記半導体ウエハ内のターゲット位置で前記半導体ウエハの材料を損傷させるステップを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記半導体ウエハ内の前記ターゲット位置で前記半導体ウエハの前記材料を損傷させるステップは、前記半導体ウエハ内の前記ターゲット位置において前記材料内にプラズマを生成するステップを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記半導体ウエハ内の前記ターゲット位置において前記材料内に前記プラズマを生成するステップは、前記半導体ウエハ内の前記ターゲット位置でレーザー放射を合焦するステップを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記半導体ウエハ内の前記ターゲット位置で前記半導体ウエハの前記材料を損傷させるステップは、前記半導体ウエハ内の前記ターゲット位置に対応する深さで前記半導体ウエハ内にイオンを注入するステップを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項6】

前記イオンは、窒素イオン、リンイオン、水素イオン及びヘリウムイオンからなる群から選択される、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記イオンの注入ドーズは、前記注入されたイオンによって損傷された前記半導体ウエハの前記材料が非晶質であるか、又は空洞が生成されるように選択される、請求項５に記載の方法。

【請求項8】

前記半導体ウエハ内の前記ターゲット位置で前記半導体ウエハの前記材料を損傷させるステップは、
前記半導体ウエハ内の前記ターゲット位置に対応する深さで前記半導体ウエハ内にイオンを注入するステップと、
前記イオンが注入された後、前記半導体ウエハ内の前記ターゲット位置でレーザー放射を合焦するステップと
を含み、前記注入されたイオンは、前記レーザー放射の波長で前記分離領域内において吸収係数を増大させる、請求項２に記載の方法。

【請求項9】

前記分離領域又はその下方における深さまで、前記半導体ウエハの面取りされたエッジを薄化するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記分離領域まで横方向に延在する、前記半導体ウエハの面取りされたエッジ内にスロットを形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

前記半導体ウエハに前記外部力を印加するステップは、超音波振動を前記半導体ウエハに印加するステップを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記半導体ウエハに前記外部力を印加するステップは、
前記半導体ウエハ及び／又は前記キャリアにポリマーを適用するステップであって、前記ポリマーは、前記半導体ウエハのＣＴＥ（熱膨張係数）と異なるＣＴＥを有する、ステップと、
前記ポリマー及び前記半導体ウエハを、前記ポリマーが機械的応力を前記半導体ウエハに付与する温度プロセスに供するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記温度プロセスは、前記ポリマーが前記温度プロセス中に部分的なガラス遷移及び部分的な結晶化を受けるように選択される、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記温度プロセスは、前記ポリマー及び前記半導体ウエハが開始温度から下方に室温までの温度勾配を受ける第１フェーズであって、前記開始温度は、３００℃以下であるが、室温超である、第１フェーズと、前記ポリマー及び前記半導体ウエハが前記ポリマーのガラス遷移温度未満の温度まで更に冷却される第２フェーズとを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記温度プロセス前に、前記ポリマーの熱伝導率を増大させ、且つ前記ポリマーの貯蔵弾性率の傾きを低減する１つ又は複数のフィラーを前記ポリマーに追加するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

前記１つ又は複数のフィラーは、ＺｎＯ及び／又はカーボンブラックを含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記ポリマーを適用する前に、前記ポリマーの表面、及び／又は前記半導体ウエハの表面、及び／又は前記キャリアの表面を化学的及び／又は物理的に処理するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項18】

前記少なくとも１つのクラックは、前記温度プロセス中に発生する前記ポリマーの部分的な結晶化中に伝播する、請求項１２に記載の方法。

【請求項19】

前記半導体ウエハに前記外部力を印加するステップは、前記２つの別個の断片への前記半導体ウエハの前記分割中に前記半導体ウエハに圧力を印加するステップを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項20】

前記半導体ウエハが前記２つの別個の断片に分割された後、前記半導体ウエハの両方の断片の分離表面の表面粗度を低減するステップであって、それぞれの分離表面は、前記少なくとも１つのクラックが前記分離領域に沿って伝播するにつれて形成される表面である、ステップを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項21】

前記分離領域の前記少なくとも１つの変更された物理的特性は、前記分離領域内で相互に少なくとも部分的に切断されている複数の微細なクラックを含み、前記複数の微細なクラックは、前記分離領域に沿って伝播する前記少なくとも１つのクラックを形成するために、前記外部力に応答して相互に接続する、請求項１に記載の方法。

【請求項22】

前記半導体ウエハは、ＳｉＣウエハであり、前記外部力に応答して前記複数の微細なクラックの前記接続によって形成された前記少なくとも１つのクラックは、鋸歯パターンを有する、請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

半導体ウエハを分割する方法であって、
前記半導体ウエハ上に１つ又は複数のエピタキシャル層を形成するステップと、
前記１つ又は複数のエピタキシャル層内に複数の装置構造を形成するステップと、
前記複数の装置構造上に金属化層及び／又はパッシベーション層を形成するステップと、
前記１つ又は複数のエピタキシャル層を有する前記半導体ウエハにキャリアを装着するステップであって、前記キャリアは、前記複数の装置構造を保護し、且つ前記半導体ウエハを機械的に安定化させる、ステップと、
分離領域が前記半導体ウエハの残りの部分に対して増大した熱－機械応力を有し、かつ少なくとも１つのクラックが前記分離領域に沿って伝播するように、前記半導体ウエハ内の前記分離領域にレーザー放射を印加するステップと、
前記少なくとも１つのクラックに沿って前記半導体ウエハを２つの別個の断片に分割するステップであって、前記断片の１つは、前記複数の装置構造を保持する、ステップと
を含む方法。

【請求項24】

半導体ブールから半導体ウエハを分割する方法であって、
前記半導体ブール内に分離領域を形成するステップであって、前記分離領域は、前記半導体ブールの残りの部分に対して前記分離領域内の熱－機械応力を増大させる少なくとも１つの変更された物理的特性を有する、ステップと、
少なくとも１つのクラックが前記分離領域に沿って伝播し、かつウエハが前記半導体ブールから分割するように、前記半導体ブールに外部力を印加するステップと
を含む方法。

【請求項25】

前記半導体ブールに前記外部力を印加するステップは、
ポリマーを前記半導体ブールに適用するステップであって、前記ポリマーは、前記半導体ブールのＣＴＥ（熱膨張係数）と異なるＣＴＥを有する、ステップと、
前記ポリマー及び前記半導体ブールを、前記ポリマーが機械的応力を前記半導体ブールに付与する温度プロセスに供するステップと
を含む、請求項２４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

ウエハは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体装置の製造費用全体の大きい比率を構成する。この費用を低減することにより、競争上の優位性が得られる。ウエハ費用を低減するための１つの方法は、少なくとも２回にわたって標準ウエハを使用することであり、即ち装置構造を生成した後、ＳｉＣウエハは、分割され、装置構造を含まないより薄い再生されたウエハの部分は、更なる装置構造を形成するために再使用される。標準ＳｉＣ製造プロセスにＳｉＣウエハの分割を統合することが必要とされ、これは、複雑であり、且つ効率的な製造をもたらすために製造プロセスに対する変更／変形を必要とする。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0002】

従って、効率的であり且つ費用重視の方式におけるＳｉＣウエハの分割及びＳｉＣ生成プロセスの統合に対する必要性が存在する。

【課題を解決するための手段】

【0003】

当然のことながら、本発明は、上述の特徴及び利点に限定されない。実際に、当業者は、以下の詳細な説明を参照し、且つ添付の図面を観察することで更なる特徴及び利点を認識するであろう。

【0004】

半導体ウエハを分割する方法の一実施形態によれば、方法は、半導体ウエハ上に１つ又は複数のエピタキシャル層を形成するステップと、１つ又は複数のエピタキシャル層内に複数の装置構造を形成するステップと、複数の装置構造上に金属化層及び／又はパッシベーション層を形成するステップと、１つ又は複数のエピタキシャル層を有する半導体ウエハにキャリアを装着するステップであって、キャリアは、複数の装置構造を保護し、且つ半導体ウエハを機械的に安定化させる、ステップと、半導体ウエハ内に分離領域を形成するステップであって、分離領域は、半導体ウエハの残りの部分に対して分離領域内の熱－機械応力を増大させる少なくとも１つの変更された物理的特性を有する、ステップと、少なくとも１つのクラックが分離領域に沿って伝播し、及び半導体ウエハが２つの別個の断片に分割するように、半導体ウエハに外部力を印加するステップであって、断片の１つは、複数の装置構造を保持する、ステップとを含む。

【0005】

半導体ウエハを分割する方法の別の実施形態によれば、方法は、半導体ウエハ上に１つ又は複数のエピタキシャル層を形成するステップと、１つ又は複数のエピタキシャル層内に複数の装置構造を形成するステップと、複数の装置構造上に金属化層及び／又はパッシベーション層を形成するステップと、１つ又は複数のエピタキシャル層を有する半導体ウエハにキャリアを装着するステップであって、キャリアは、複数の装置構造を保護し、且つ半導体ウエハを機械的に安定化させる、ステップと、分離領域が半導体ウエハの残りの部分に対して熱－機械応力を増大させており、及び少なくとも１つのクラックが分離領域に沿って伝播するように、半導体ウエハ内の分離領域にレーザー放射を印加するステップと、少なくとも１つのクラックに沿って半導体ウエハを２つの別個の断片に分割するステップであって、断片の１つは、複数の装置構造を保持する、ステップとを含む。

【0006】

半導体ブールから半導体ウエハを分割する方法の一実施形態によれば、方法は、半導体ブール内に分離領域を形成するステップであって、分離領域は、半導体ブールの残りの部分に対して分離領域内の熱－機械応力を増大させる少なくとも１つの変更された物理的特性を有する、ステップと、少なくとも１つのクラックが分離領域に沿って伝播し、及びウエハが半導体ブールから分割するように、半導体ブールに外部力を印加するステップとを含む。

【0007】

当業者は、以下の詳細な説明を参照し、且つ添付の図面を観察することで更なる特徴及び利点を認識するであろう。

【0008】

図面の要素は、必ずしも相互に対して縮尺が正確ではない。同一の参照符号は、対応する類似の部分を表記する。様々な図示の実施形態の特徴は、相互に排除しない限り、組み合わせることができる。実施形態は、図面に描かれ、且つ以下の説明で詳述される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】一実施形態によるウエハ分割プロセスの異なるステージにおける半導体ウエハの断面図を示す。

【図1B】一実施形態によるウエハ分割プロセスの異なるステージにおける半導体ウエハの断面図を示す。

【図1C】一実施形態によるウエハ分割プロセスの異なるステージにおける半導体ウエハの断面図を示す。

【図1D】一実施形態によるウエハ分割プロセスの異なるステージにおける半導体ウエハの断面図を示す。

【図1E】一実施形態によるウエハ分割プロセスの異なるステージにおける半導体ウエハの断面図を示す。

【図2】ウエハ分割プロセスで使用されるキャリアの別の実施形態の断面図を示す。

【図3】半導体基材内に形成された分離領域の一部分を示し、これは、分離領域内で少なくとも部分的に相互に切断される微細なクラックを含む。

【図4A】ウエハ分割プロセスで使用され、且つフィラーを含まないポリマーにおける貯蔵弾性率対温度のプロットを示す。

【図4B】図４Ａにおける、しかし１つ又は複数のフィラーを含むポリマーにおける貯蔵弾性率対温度のプロットを示す。

【図5A】異なる実施形態による半導体ウエハの面取りされたエッジの断面図を示す。

【図5B】異なる実施形態による半導体ウエハの面取りされたエッジの断面図を示す。

【図5C】異なる実施形態による半導体ウエハの面取りされたエッジの断面図を示す。

【図5D】異なる実施形態による半導体ウエハの面取りされたエッジの断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

特に以上の説明及び関連する図面に提示される教示の利益を有する当業者には、開示される本発明の変更形態及び他の実施形態が想起されるであろう。従って、本発明は、開示される特定の実施形態に限定されず、且つ変更形態及び他の実施形態も本開示の範囲に含まれることが意図されることを理解されたい。特定の用語が本明細書で利用され得るが、これらは、限定を目的とするものではなく、一般的且つ記述的な意味でのみ使用される。

【0011】

本明細書に記述される実施形態は、半導体装置の製造に関連する製造費用を低減する半導体ウエハの分割プロセスを対象とする。ＳｉＣウエハ及びＳｉＣウエハを使用して生成されるＳｉＣ装置に重点が置かれているが、本明細書に記述される実施形態は、ＳｉＣウエハに限定されることを意図せず、且つケイ素（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、サファイアなどの他の半導体ウエハ技術と共に使用することができる。装置構造は、ベース（厚い）半導体ウエハ内で生成され、及びベースウエハは、後に、装置構造を含むより薄い装置ウエハと、より薄い再生されたウエハとに分割される。再生されたウエハは、加工することができると共に、再生されたウエハ内で更なる装置を製造することができる。

【0012】

本明細書に記述されるウエハ分割技法は、（ｉ）半導体ウエハ内に分離領域を形成するステップであって、分離領域は、半導体ウエハの残りの部分に対して分離領域内の熱－機械応力を増大させる少なくとも１つの変更された物理的特性を有する、ステップと、（ｉｉ）少なくとも１つのクラックが分離領域に沿って伝播し、及び半導体ウエハが２つの別個の断片に分割するように、半導体ウエハに外部力を印加するステップとの少なくとも２つの主なステップを含む。

【0013】

いくつかの実施形態では、分離領域を形成するステップは、分離領域内において、少なくとも部分的に相互に切断されている微細なクラックを形成するステップを含む。微細なクラックは、半導体ウエハに印加された外部力に応答して相互に接続し、これにより、分離領域に沿って伝播し、且つ半導体ウエハを２つの別個の断片に分割する少なくとも１つのクラックを形成する。接続したクラックを単一ステップ／プロセスで生成するのとは対照的に、まず微細クラックを生成し、且つその後、微細クラックを接続することにより、材料の浪費／損失を低減することができる。

【0014】

半導体ウエハに印加される外部力は、例えば、超音波振動又はポリマー層の適用を伴い得る。分離領域内の熱－機械応力を増大させる少なくとも１つの変更された物理的特性を有する分離領域を最初に生成することなく、超音波振動又はポリマー層のみを使用する半導体ウエハの分割は、少なくとも１つのクラックの進展として発生する分割中の音響反射の現象に起因して、ウォルナーライン、リバーラインなど、制御されない分割及び望ましくない表面構造をもたらし得る。

【0015】

以下では、半導体ウエハ分割プロセスの様々な実施形態について説明する。

【0016】

図１Ａ～図１Ｅは、一実施形態による分割プロセスの様々なステージにおける半導体ウエハ１００の断面図を示す。上述のように、半導体ウエハ１００は、半導体装置を生成するために使用される任意のタイプのウエハであり得る。例えば、半導体ウエハは、４Ｈ－ＳｉＣなどのＳｉＣウエハであり得、且つウエハ直径に応じて変化し得る厚さ（Ｔ＿ｗａｆｅｒ）を有し得る。通常、４インチ及び６インチＳｉＣウエハは、例えば、最大で±４０μｍ又は最大で±２５μｍの精度により、３５０μｍ（ミクロン）の厚さを有する。更に大きいＳｉＣウエハ直径の場合、厚さも更に大きくなり得る。また、本明細書に記述されるウエハ分割プロセスは、上述のように、プロセスパラメータの対応した適合を伴って、他のＳｉＣポリタイプ及び／又は他の半導体材料（例えば、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、サファイアなど）と共に使用することができる。

【0017】

図１Ａは、１つ又は複数のエピタキシャル層１０２が半導体ウエハ１００上に形成され、装置構造１０４が１つ又は複数のエピタキシャル層１０２内に形成され、金属化層及び／又はパッシベーション層１０６（例えば、少なくとも１つのパッシベーション層）が装置構造１０４上に形成され、及びキャリア１０８が１つ又は複数のエピタキシャル層１０２を有する半導体ウエハ１００に装着された後の半導体ウエハ１００を示す。層１０６は、連続的な層として断面で示されるが、これは、代わりに不連続であり得る。例えば、パッシベーション層の場合、層１０６は、装置構造１０４の上方にのみ存在し得る。金属化層の場合、層１０６は、パターン化することができる。キャリア１０８は、分割プロセスにおいて及び／又はその後、装置構造１０４を損傷から保護し、且つ半導体ウエハ１００を機械的に安定化させる。

【0018】

装置構造１０４のドーピング領域１１０、１１２、１１４は、後続のアニーリングステップを有する注入又はエピタキシャルプロセスにおけるドーピングにより生成される。例えば、第１堆積エピタキシャル層１１４は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）又はパワーダイオード装置の１０μｍ～５０μｍなどの範囲の厚さを有するｎドープ型ドレイン若しくはエミッタ層又はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）装置のｐドープ型エミッタ層であり得る。第２エピタキシャル堆積層（図示されていない）は、エミッタ／ドレイン層１１４に向かう空間電荷層のパンチスルーを防止するためのバッファ層として堆積することができる。バッファ層の厚さは、通常、１～４０μｍ又は２μｍ～３０μｍである。次いで、ｎ型ドリフトゾーン層１１２をエピタキシャル技法によって堆積することができる。ドリフトゾーン層１１２の厚さは、ターゲットブレークダウン電圧に依存する（１２００Ｖ装置の場合、通常、８μｍ～１２μｍの範囲であり、及び３．３ｋＶ装置の場合、２５μｍ～３５μｍの範囲である）。また、ドリフトゾーン層１１２のドーピングレベルは、望ましいブレークダウン電圧に従って調節することができる（１２００Ｖ装置の場合、通常、約１０１６ｃｍ－３であり、及び３．３ｋＶ装置の場合、１０１５ｃｍ－３の数倍である）。パワーＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴのｐボディ及びソース領域又はパワーダイオードのｐエミッタなどの前面装置構造１１０は、後続のアニーリングステップを伴ってマスキングされたイオン注入によって形成することができる。また、スイッチング可能な装置の場合、ゲート構造は、平坦な又はトレンチに基づくゲートの形態で実現される。

【0019】

装置形成後、半導体ウエハ１００は、装置構造１０４並びに前面金属化層及び／又はパッシベーション層１０６を有する前面を有する。装置構造１０４は、例えば、ＭＥＭＳ（微小電子機械システム）及び／若しくはＭＯＥＭＳ（微小光電気機械システム）装置などの半導体装置並びにＭＰＳ（マージドｐｉｎショットキー）ダイオード、ショットキーダイオード、ＭＯＳゲート型ダイオードなどのダイオード若しくはＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ（接合型ＦＥＴ）、ＩＧＢＴ、フィンＦＥＴ、サイリスタなどのトランジスタ装置又はこれらの組合せの構造であり得る。装置構造１０４がショットキー接点を含む場合、前面金属化層１０６は、ショットキー接点金属を含み得る。加えて又はショットキー接点を有しない場合の代替として、前面金属化層１０６は、オーム接点金属を含むこともできる。

【0020】

図１Ｂは、半導体ウエハ１００内に分離領域１１６を形成した後の半導体ウエハ１００を示す。分離領域１１６は、半導体ウエハ１００の残りの部分に対して分離領域１１６内の熱－機械応力を増大させる少なくとも１つの変更された物理的特性を有する。分離領域１１６を形成する前又は後に、装置構造１０４を損傷から保護し、且つ分割プロセスにおいて及び／又はその後、半導体ウエハ１００を機械的に安定化させるキャリア１０８を、１つ又は複数のエピタキシャル層１０２を有する半導体ウエハ１００に装着することができる。キャリア１０８は、材料の単一片又は複数の層及び／又は複雑な構造を含むキャリアシステムであり得る。

【0021】

キャリア１０８の形状は、半導体ウエハ１００の形状と類似したものであり得るか、又は場合により同一であり得る。半導体ウエハ１００は、ウエハ１００の結晶面を示すための１つ又は複数の面内に切削された平らな面を有し得る一方、キャリア１０８は、このような平らな面を有しなくてもよい。キャリア１０８は、例えば、少なくとも０．１％だけ大きいものなど、半導体ウエハ１００よりも大きい直径を有し得る。キャリア１０８の直径は、例えば、半導体ウエハ１００の直径の最大で３倍、又は最大で２倍、又は最大で１．５倍であり得る。キャリア１０８の機械的に安定化させる部分及び／又はキャリア１０８の任意選択の固定層は、例えば、図１Ａ～図１Ｅに示されるように、半導体ウエハ１００の前面を完全にカバーし得る。代わりに、機械的に安定化させる部分及び／又はキャリア１０８の任意選択の固定層は、図２に示されるように、ウエハ１００の表面に沿って半導体ウエハ１００の前部（活性を有する）面を複数のセクションに分割する。この実施形態によれば、キャリア１０８の機械的に安定化させる部分及び／又は任意選択の固定層は、リング、グリッドの形状を有し得、且つ／又は例えばウエハ１００の外側／周辺部分における交差したリングなどのように、半導体ウエハ１００の周辺領域内にのみ存在し得る。それぞれの場合、装置構造１０４のトポグラフィは、例えば、キャリア１０８と、１つ又は複数のエピタキシャル層１０２及び前面金属化１０６を有する半導体ウエハ１００との間のポッティング材料並びに／又は接着層及び／若しくは非接着層１１８により、キャリア１０８内に埋め込むことができる。

【0022】

キャリア１０８は、１つ又は複数のエピタキシャル層１０２を有する半導体ウエハ１００に一時的に（反転可能な方式で）又は永久的に装着することができる。一時的な装着の場合、キャリア１０８は、熱又はＵＶ解放型の接着テープ、透明基材、非透明基材、ポリマー薄膜などの剛性支持部との組合せにおける接着（有機又は無機組成）層、固定された又は可動式の静電チャック、固定された又は可動式の真空チャック、可動式の真空キャリアなどを含み得る。永久装着の場合、キャリア１０８は、例えば、グリッド、リングなどの形態のホットエンボスガラス、はんだガラスを介して装着されたガラスグリッド及び／又はリング、レーザー溶接プロセスなど介して装着されたガラスグリッド及び／又はリング、１つ又は複数の拡散はんだ付け層を介して１つ又は複数のエピタキシャル層１０２を有する半導体ウエハ１００に結合された半導体、金属、絶縁体（例えば、ガラス）基材などの基材、好気性及び／又は嫌気性接着剤又は他の接合コンポーネントなどを介して１つ又は複数のエピタキシャル層１０２を有する半導体ウエハ１００に結合された基材を含み得る。

【0023】

分離領域１１６は、画定された位置における半導体ウエハ１００の分割を許容する。さもなければ、結晶損傷などによって影響され得るランダムな位置で分割が発生することになるであろう。更に、画定された分離領域１１６を伴うことなしには、再現可能な製造がより困難となり、なぜなら、装置ウエハ及び／又は再生されたウエハの一部のみが使用可能となるためである。明確に画定された分離領域１１６は、ウエハの分割における材料損失（カーフ損失とも呼称される）を大幅に低減する。分離領域１１６の厚さ（ｔ＿ｓｅｐ）がカーフ損失を定義し得る。例えば、損失は、微細なクラックの垂直方向の広がりと、化学的、機械的、電気化学的及び／又はプラズマ材料除去に起因した更なる損失とに由来し得る。

【0024】

分離領域１１６の位置は、装置構造１０４を画定した後、１つ又は複数のエピタキシャル層１０２を有する半導体ウエハ１００の前面までの距離「ｄ１」が、分割プロセスの結果として得られるより薄い装置ウエハの機械的な取り扱いを許容するために十分に大きくなり、且つ分割プロセスの結果として得られる再生されたウエハが依然として加工され得るように、前面までの距離ｄ１が十分に小さくなり、及び従って背面までの距離「ｄ２」が十分に大きくなるように選択することができる。一実施形態では、分離領域１１６は、ウエハ１００と、第１堆積エピタキシャル層１１４（パワーＭＯＳＦＥＴの基材／ドレイン層又はダイオードの基材／エミッタ層）との間のインターフェイスに近接する。通常、分離領域１１６と、ウエハ１００と第１堆積エピタキシャル層１１４との間のインターフェイスとの間の距離は、１０μｍ未満であるか、又は場合により４μｍ未満であるか、又は場合により２μｍ未満である。

【0025】

一般に、例えば、機械的な力及び熱応力をウエハ１００に印加することにより、半導体ウエハ１００の残りの部分と比較して熱－機械応力を分離領域１１６内で増大させ、これにより装置ウエハ及び再生されたウエハへの半導体ウエハ１１０の分割を単純化することができる。分離領域１１６内に生成される熱－機械応力は、必ずしも外部力の印加を必要とせずにウエハの分割をもたらすために十分なものであり得る。例えば、分離領域１１６が半導体ウエハ１００の残りの部分に対して増大した熱－機械応力を有し、及び少なくとも１つのクラックが分離領域１１６に沿って伝播し、且つこれにより外部力の使用を伴うことなしにウエハの分割を可能にするように、レーザー放射を分離領域１１６に印加することができる。しかし、外部力は、分割されたウエハ断片の１つを持ち上げ、且つ／又はウエハの分割を支援するために依然として適用することができる。

【0026】

一実施形態では、分離領域１１６は、ターゲット位置で半導体ウエハ１００の材料を損傷させることによって形成される。例えば、ウエハ材料としてのＳｉＣの場合、ＳｉＣ材料を損傷させることができる。いくつかの場合、ＳｉＣは、例えば、少なくとも部分的にＳｉとＣとに分解することができる。これは、例えば、半導体ウエハ１００内のターゲット位置においてＳｉＣ材料内にプラズマを生成することによって実行することができる。プラズマ内の原子の少なくとも一部分は、例えば、非晶質炭素及び／又は非晶質ケイ素の形態で炭素クラスタ及びケイ素材料に変化することができる。加えて又は代替として、原子の少なくとも一部分は、例えば、ＳｉＣの少なくとも１つのポリタイプ（例えば、４Ｈ－ＳｉＣ、６Ｈ－ＳｉＣ又は３Ｃ－ＳｉＣ）又は非晶質ＳｉＣに再結晶化、半結晶化及び／又は再組織化され得、この場合、Ｓｉ及びＣ相の両方が非晶質である。いくつかの例では、分離領域１０６は、（例えば、微小結晶の形態における）ＳｉＣ、又はケイ素、又は炭素の少なくとも１つのポリタイプの結晶質部分、ＳｉＣ、又はケイ素、又は炭素の非晶質部分及び／又はキャビティの少なくとも１つを有することができる。

【0027】

一実施形態では、半導体ウエハ１００内のターゲット位置でレーザー放射を合焦することにより、プラズマは、半導体ウエハ１００内のターゲット位置において材料内に生成される。半導体ウエハ１００は、装置構造１０４の反対側の背面又は装置構造１０４を有する前面を通して照射され得、且つウエハ１００内でプラズマを点火するためにウエハ１００内の明確に画定された領域に合焦され得、この結果、レーザー照射された半導体材料がその構成成分に分解される。例えば、ＳｉＣの場合、レーザー照射されたＳｉＣは、ＳｉＣ→Ｓｉ＋Ｃに従って分解される。レーザー放射との相互作用は、例えば、上述のように異なる材料相をもたらし得、且つ／又は半導体ウエハ１００内に微細なクラックをもたらし得る。前面を通したレーザー放射による半導体ウエハ１００の照射は、好ましくは、装置構造１０４を生成する前又は少なくとも前面の金属化１０６を生成する前に実行され、なぜなら、レーザー放射が装置構造１０４を損傷し得、及び金属化１０６がレーザー放射にとって透明ではないからである。

【0028】

分離領域１１６が、例えば、以上で簡潔に説明され且つ更に詳細に後述されるように、注入によって既に予め画定されている場合、分離領域１１６に印加されるレーザー放射は、単一光子プロセス（例えば、単一光子吸収）が支配する、即ち複数光子プロセスの可能性が小さい（例えば、単一光子プロセスの可能性の少なくとも１０分の１である）共振領域におけるものであり得る。共振領域内では、分離領域１１６内の材料のバンドギャップは、例えば、（例えば、レーザーエネルギーに応じてバンドギャップの最大で±５％、又は最大で±１％、又は最大で±０．１％、又は最大で±０．０１％の離調を伴って）レーザー放射の光子エネルギーの範囲内であり得る。レーザー放射は、分離領域１１６で半導体ウエハ１００を分割するために機械力及び／又は熱応力が不要となるか又はわずかに必要とされるように、分離領域１１６内に吸収され得、且つ分離領域１１６の更なる損傷（例えば、ＳｉＣウエハ１００の場合にはＳｉＣの分解）をもたらし得る。

【0029】

分離領域１１６は、画定され得るか、又は予め画定された層の場合、例えば注入によって予め形成され得、更に半導体ウエハ１００内において、分離領域１１６の、例えばターゲット厚さの最大で５０％など、最大でターゲット厚さを有する領域などの明確に画定された領域にレーザー照射を合焦することにより画定され得る。この場合、レーザー放射は、分離領域１１６内の単一光子プロセスの可能性が小さくなり、且つ複数光子プロセス（具体的には複数光子吸収）を主に考慮しなければならなくなり得るようにオフ共振領域にあり得る。例えば、オフ共振領域は、分離領域１１６のバンドギャップがレーザー放射の光子エネルギー超（例えば、その少なくとも２倍又は少なくとも１０倍）である場合に実現することができる。複数光子プロセスの場合、損傷の生成は、レーザー放射の焦点が位置決めされる領域内で吸収を増大させる（例えば、イオン注入によって形成された）予め画定された層により更にサポートすることができる。

【0030】

レーザー放射は、パルス化されたレーザー放射であり得る。パルス持続時間、反復レート、パルスエネルギー、強度、波長、パルス形状、偏光などのレーザー放射のパラメータは、相互に接続され、且つ特定の用途又は要件に従って最適化することができる。例えば、レーザー放射は、１００ｆｓ～１００ｎｓ（例えば、５０ｐｓ～１０ｎｓ）のパルス持続時間、１０ｋＨｚ～１０ＭＨｚの反復レート、１００ｎＪ～５０μＪのパルスエネルギー及び４００ｎｍ～２１００ｎｍのピーク波長（例えば、９００ｎｍ～１２００ｎｍ）を有することができる。

【0031】

レーザー放射は、相互に基本的に平行に延在するレーザーライン（スクライブラインとも呼称される）に沿って印加することができる。レーザーラインごとに、レーザービームは、ラインに沿ってスキャニングされる。レーザースキャニングの速度は、隣接する単一レーザーショットが例えば重複しないなどのように弁別され得るほど高速であり得る。ここで、単一レーザーショットは、図３に示されるように、レーザー放射の単一パルスによって生成される損傷に対応し得る。

【0032】

分離領域１１６の小さいセクションを示す図３では、「Ａ」というラベルが付与された破線の楕円は、個々の／単一のレーザーショットの場所に対応する。それぞれの単一レーザーショットの場所「Ａ」では、分離領域１１６の材料が分解され、且つ「Ｂ」及び「Ｃ」というラベルが付与された更なる微細なクラックによって示されるように、ウエハの材料の結晶面に沿って延在する微細なクラックが出現する。分離領域１１６内に形成された微細なクラック「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」は、少なくとも部分的に相互に切断される。「Ｃ」というラベルが付与された微細なクラックは、他の微細なクラック「Ａ」間における張力によって生成され、且つレーザーショットによって直接的に形成されない。４Ｈ－ＳｉＣの場合、ウエハ１００が厚さＴ＿ｗａｆｅｒを有する垂直方向に対応する半導体ウエハ１００の成長方向は、主な結晶軸に対してわずかに傾斜し得、通常、４°だけ傾斜する（オフ軸角度とも呼称される）。従って、結晶面が傾斜する。

【0033】

分離領域１１６が、平面状であるが、傾斜することになる単一の大きいクラックのみを有することを要する場合、分離領域１１６は、横方向（即ち垂直方向に対して垂直である方向）に対して４°だけ傾斜することになるであろう。半導体ウエハ１００の直径全体に沿って、これは、非常に大きい損失をもたらすことになるであろう。従って、ＳｉＣの場合、分離プレーンが、平面状ではなく、且つジグザグ形状／鋸歯形状を有する場合、分割プロセスは、４Ｈ－ＳｉＣの場合に有用となり得る。微細なクラック「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」は、その後、更に詳細に後述するように、半導体ウエハ１００の分割を可能にするために接続される。

【0034】

分離領域１１６を形成るすためにレーザー放射によって半導体ウエハ１００を損傷させることに加えて又はその代わりに、分離領域１１６を生成及び／又は予め画定するためにウエハ１００内のターゲット位置に対応する深さで半導体ウエハ１００内にイオンを注入することにより、半導体ウエハ１００の材料をターゲット位置で損傷させることができる。イオンは、例えば、注入されたイオンの過半が存在する分離領域１１６内のより大きい吸収レートに起因して、直接的により大きい吸収をもたらし得る。半導体ウエハ１００の材料としてのＳｉＣの場合、イオンは、レーザー放射の波長における吸収係数が分離領域１１６内で増大されるように、例えば異なるポリタイプ（例えば、４Ｈ－ＳｉＣから３Ｃ－ＳｉＣ）、及び／又は異なる結晶化度、及び／又は非晶質ＳｉＣ、及び／又はケイ素及び炭素（非晶質又は結晶質）など、異なる材料へのＳｉＣウエハの結晶構造の変換をもたらし得る。また、イオンは、分離領域１１６内の半導体ウエハ１００の材料の分解をもたらし得る。

【0035】

一実施形態では、イオンは、窒素イオン、リンイオン、水素イオン及びヘリウムイオンからなる群から選択され得る。例えば、窒素及び／又はリン原子などの原子は、注入ドーズが非晶質層をもたらし、且つ／又は空洞が生成される状態で分離領域１１６に注入することができる。加えて又は代わりに、分離領域１１６内で局所的な損傷層を生成するために、ヘリウムイオン又は陽子を注入することもできる。ヘリウム及び水素などの軽いイオンは、同一のエネルギーにおいて、より重いイオンと比較して半導体ウエハ１００内でより深く貫通し、これにより必要に応じて分離領域１１６の深さを増大させる。ヘリウム及び水素のような軽いイオンは、分割プロセスがこの領域内で促進され得るように、優先的に注入の範囲の末尾で欠陥クラスタ及び損傷層を生成することができる。リン及び／又は窒素は、高度に損傷した層をＳｉＣ内で実現するのに適している。リン及び／又は窒素の場合、注入ドーズは、非晶質層及び／又は空洞が分離領域１１６内で生成されるように選択することができる。任意選択により、注入が実行される表面のより小さい表面損傷をもたらす注入時、チャネリングを活用することができる。イオンは、１つ又は複数のエピタキシャル層１０２が形成される前に注入することができる。例えば、イオンは、１つ又は複数のエピタキシャル層１０２の形成を要する半導体ウエハ１００の表面を通して注入することができる。

【0036】

イオン注入後、装置構造１０４を生成することができる。装置構造１０４を生成した後に又はその前に、焦点が注入層で概略的に位置決めされた状態において、上述のレーザー放射を、半導体ウエハ１００を通して照射することができる。イオン及び／又はイオンによって変換された半導体材料は、ウエハ１００の残りの部分と比較して増大した吸収を有することになり、従って、これにより、ウエハ１００の改善された局所的加熱により、例えば、Ｓｉ及びＣへのＳｉＣの分解を改善する。例えば、半導体ウエハ１００の残りの部分に対して分離領域１１６内の熱－機械応力を増大させるために、複数光子プロセスと単一光子プロセスの組合せは、予め画定されたイオン注入層内で発生し得る。

【0037】

装置構造１０４が形成される前又は後に分離領域１１６を形成することができる。いくつかの実施形態では、分離領域１１６の一部分は、例えば、場合によりエピタキシャル成長前など、装置構造１０４が形成される前に形成することができ、及び分離領域１１６の別の部分は、装置構造１０４が形成された後に形成することができる。

【0038】

一実施形態では、分離領域１１６は、半導体ウエハ１００のレーザー照射及びイオン注入の両方によって形成される。具体的には、半導体ウエハ１００の材料は、ウエハ１００内のターゲット位置に対応する深さで半導体ウエハ１００内にイオンを注入することにより、半導体ウエハ１００内のターゲット位置で損傷させることができる。イオンが注入された後、レーザー放射が半導体ウエハ１００内のターゲット位置で合焦される。この実施形態によれば、注入されたイオンは、レーザー放射の波長で分離領域１１６内の吸収係数を増大させ、これにより半導体ウエハ１００の残りの部分に対して分離領域１１６内の熱－機械応力を更に増大させる。

【0039】

分離領域１１６の形成後、少なくとも１つの大きいクラックが分離領域１１６に沿って伝播し、及び半導体ウエハ１００が２つの別個の断片に分割するように、外部力が半導体ウエハ１００に印加される。表面エネルギー、接合力及び（任意選択の）外部圧力の力の均衡状態は、半導体ウエハ１００内に依然として存在する内部結合力が分離領域１１６で克服され、従ってこれによりクラック伝播をもたらすように外部力に有利な方式でシフトする。代わりに、レーザー放射は、半導体ウエハ１００を分割するために外部力の印加が必ずしも必要とされないように、分離領域１１６に沿って十分なクラックを伝播させる。しかし、外部力は、分割されたウエハ断片の持ち上げプロセス及び／又はウエハの分割を支援するために依然として印加することができる。

【0040】

分離領域１１６は、上述したように、半導体ウエハ１００の残りの部分に対して分離領域１１６内の熱－機械応力を増大させる少なくとも１つの変更された物理的特性を有する。例えば、分離領域１１６の少なくとも１つの物理的特性を変更するために、レーザー放射及び／又はイオン注入を使用することができる。レーザー放射は、分離領域１１６内に微細なクラック「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」を形成し得る一方、注入されたイオンは、レーザー放射の波長で分離領域１１６内の吸収係数を増大させることができる。熱－機械応力の局所化された増大は、制御された且つ再生可能な方式により、分離領域１１６へのクラック伝播を制限する。熱－機械応力の局所化された増大は、半導体ウエハ１００を分割するために外部力の印加が必ずしも必要とされないように、分離領域１１６に沿って十分なクラックを伝播させるために十分なものであり得る。しかし、他の実施形態では、半導体ウエハ１００の分割を支援するために力が使用される。

【0041】

一実施形態では、分離領域１１６に沿ってウエハ１００を分割するために半導体ウエハ１００に印加される外部力は、超音波振動（音波）を半導体ウエハ１００に印加するステップを含む。超音波振動は、例えば、少なくとも２０ｋＨｚであり、且つ最大で６０ｋＨｚであるなど（例えば、３０～５０ｋＨｚ、例えば３５～４５ｋＨｚ）、ｋＨｚ領域内の周波数を有することができる。半導体ウエハ１００は、超音波振動を印加する際、純水、脱イオン水、一般には溶剤、ジメチルホルムアミド、イソプロピルアルコール、メタノール及び／又はエタノールなどの流体によって充填されたコンテナ内に配置することができる。例えば、超音波を半導体ウエハ１００に印加するために、超音波洗浄装置に類似した装置を使用することができる。

【0042】

図１Ｃ～図１Ｅは、分離領域１１６に沿ってウエハ１００を分割するために半導体ウエハ１００に外部力を印加する別の実施形態を示す。この実施形態によれば、ポリマー１２０は、図１Ｃに示されるように、半導体ウエハ１００及び／又はキャリア１０８に適用される。ポリマー１２０は、半導体ウエハ１００のＣＴＥ（熱膨張係数）と異なるＣＴＥを有する。次いで、ポリマー１２０及び半導体ウエハ１００は、ポリマー１２０が図１Ｄで破線矢印によって示されるように機械的応力を半導体ウエハ１００に付与する温度プロセスに供される。機械的応力は、半導体ウエハ１００が、図１Ｅに示されるように、２つの別個の断片１２４、１２６に分割するように、少なくとも１つの大きいクラック１２２が分離領域１１６に沿って伝播するようにする。１つの断片１２４は、装置構造１０４を保持する。もう１つの断片１２６は、後続の装置処理のために利用可能である。

【0043】

微細なクラック「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」を含む分離領域１１６の場合、図３に関連して上述したように、半導体ウエハ１００に付与された機械的応力は、微細なクラック「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」が、ウエハ１００を分割する大きいクラック１２２を形成するために相互に接続するようにする。即ち、個々の微細なクラック「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」は、外部力に応答して相互に対してシフトする。従って、分離領域１１６は、半導体ウエハ１００内の単一層として見なさなくてもよく、むしろ分割時にのみ組み合わされるいくつかの微細なクラック「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の組合せとして見なすことができる。半導体ウエハ１００の材料としてのＳｉＣの場合、微細なクラック「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」を組み合わせることにより、別個の断片１２４、１２６の両方が鋸歯パターンを有する分離表面１２８、１３０を有するという結果をもたらす。従って、結果的に得られる装置断片１２４及び再生された断片１２６は、ＳｉＣの場合、滑らかな平面状の表面を有しない。一実施形態では、半導体ウエハ１００が２つの別個の断片１２４、１２６に分割された後、大きいクラック１２２が分離領域１１６に沿って伝播した結果として得られるそれぞれの分離表面１２８、１３０は、スムージングされる。残留する分解した材料は、ウエハ１００から分割されたそれぞれの断片１２４、１２６の分離表面１２８、１３０に存在し得、且つクリーニングプロセスによって除去され得る。

【0044】

キャリア１０８がウエハ１００に既に装着された状態でポリマー１２０を半導体ウエハ１００に装着することができる。ポリマー１２０は、前面及びキャリア１０８と対向しない半導体ウエハ１００の背面１３２に装着することができる。ポリマー１２０は、代わりに、半導体ウエハ１００と対向しないキャリア１０８の外側面１３４に装着することもできる。この場合、キャリア１０８は、ポリマー１２０と半導体ウエハ１００との間に配置される。別の実施形態によれば、ポリマー１２０は、半導体ウエハ１００の背面１３２と、キャリア１０８の外側面１３４との両方に装着することができる。例えば、ガラスグリッド又はガラスリングがキャリア１０８として使用される場合、ポリマー１２０は、１つ又は複数のエピタキシャル層１０２を有する半導体ウエハ１００の背面１３２及び更にキャリア１０８の外側面１３４に適用することができる。一般には、更なる層（例えば、接着剤などの接合層及び／又はポリマー１２０の後の除去を単純化する層）を、ポリマー１２０と、ポリマー１２０が適用される面との間に適用することができる。

【0045】

ポリマー１２０は、ＣＴＥに基づいてのみならず、複数のパラメータを考慮することにより選択することができる。ポリマー１２０のＣＴＥは、半導体ウエハ１００のＣＴＥと異なることを要する。例えば、ポリマー１２０のＣＴＥは、好ましくは、半導体ウエハ１００のＣＴＥよりも大きい。ＣＴＥの差に加えて、広い温度範囲にわたるポリマー１２０内のＣＴＥの線形コースが分離の成功にとって有利であり得る。

【0046】

更に、ポリマー１２０は、十分に大きい熱伝導率を有することを要する。一実施形態では、ＺｎＯ及び／又はカーボンブラックなどの１つ又は複数のフィラーが温度プロセス前にポリマー１２０に追加される。１つ又は複数のフィラーは、ポリマー１２０の熱伝導率を増大させ、且つポリマー１２０の貯蔵弾性率の傾きを低減し、これにより、より小さい温度範囲にわたってポリマー１２０内のＣＴＥの線形コースを延在させる。ＺｎＯ及び／又はカーボンブラックをポリマー１２０に追加することにより、形成されるパーコレーションチェーンは、ポリマー１２０内の熱伝導率を格段に増大させることができる。フィラー材料が使用される場合、ポリマー材料は、フィラー材料がポリマー１２０の全体を通して容易に均一に分散されるように選択することができる。

【0047】

半導体ウエハ１００に対する十分に大きい熱伝導の係数の場合、ポリマーにＺｎＯ及び／又はカーボンブラックなどの１つ又は複数のフィラーを追加することにより、分離領域１１６に沿って半導体ウエハ１００を分割するために十分な機械的応力を生成する温度差を実現するのに必要とされる時間が半分未満に低減される。同時に、弾性率の上昇がより大きい温度範囲にわたって分散され、なぜなら、これは、充填されていないポリマーと比較してより高い温度で既に明らかであるからである。この結果、製造プロセスに存在するウエハの破損が減少し、且つより大きい分割効率が得られる。ポリマー１２０の一例は、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）であり、通常、少なくとも１つのフィラーを伴う。ＰＤＭＳは、表面に対する大きい接着力を生成することができる。従って、装着は、損傷のないポリマー除去を許容するために何らかの前処理又はコンディショニングを必要とし得る。例えば、フォイルを、ポリマーと、ポリマーが装着される表面との間に位置決めすることができる。

【0048】

ポリマー１２０の装着は、通常、より高い温度（例えば、室温超であるが、３００℃未満である）で実行される。全体温度プロセスの全体を通して堅固な接合を許容するために、結合プロセスを適用することができる。例えば、ポリマー１２０を適用する前に、ポリマー１２０、及び／又は半導体ウエハ１００、及び／又はキャリア１０８の適用表面は、堅固な接合を許容するために化学的及び／又は物理的な表面処理（例えば、プラズマによるもの）を受け得る。ポリマー１２０の後続の容易な除去を保証するために、間接的な一時的低温プラズマ活性化プロセスを使用することができる。これは、この場合、構造－特性関係のアンビバレントな特性が実現可能であり、且つ発生する低温で大きい熱拡散プロセスを予測する必要がないという利点を有する。拡散は、例えば、装置構造１０４の金属層に由来する不純物などの金属性不純物の場合に問題となり得る。ポリマー結合は、分割動作の実行のために十分であるが、後続のステップでのポリマー１２０の完全な除去ために十分に弱い。

【0049】

別の更なる又は代替の方式は、１つ又は複数のエピタキシャル層１０２（及び／又は適用可能な場合にはキャリア１０８）を有する半導体ウエハ１００とポリマー１２０との間に結合（犠牲）層を適用することである。結合層は、例えば、化学物質又は熱処理により、ポリマー１２０に対する接着力が低減され得るように選択することができる。

【0050】

ポリマー１２０は、１つ又は複数のエピタキシャル層１０２を有する半導体ウエハ１００上に直接且つ／又はキャリア１０８上に直接生成されなくてもよい。むしろ、ポリマー１２０は、予め生成され得、且つ後に１つ又は複数のエピタキシャル層１０２及び／又はキャリア１０８を有する半導体ウエハ１００に装着され得る。他の実施形態では、ポリマー１２０は、例えば、噴霧又は被覆を介して、１つ又は複数のエピタキシャル層１０２及び／又はキャリア１０８を有する半導体ウエハ１００上に直接生成される。

【0051】

１つ又は複数のエピタキシャル層１０２及び／又はキャリア１０８を有する半導体ウエハ１００にポリマー１２０を装着した後、温度プロセスが実行される。一実施形態では、温度プロセスは、ポリマー１２０が温度プロセス中に部分的なガラス遷移及び部分的な結晶化を受けるように選択される。これは、ポリマー１２０及び半導体ウエハ１００が開始温度から下方に室温までの温度勾配を受ける第１フェーズであって、開始温度は、３００℃以下であるが、室温超である、第１フェーズと、ポリマー１２０及び半導体ウエハ１００がより低い温度に更に冷却される第２フェーズとを含み得る。例えば、より低い温度は、冷却のために使用される冷却液体（例えば、液体窒素）の沸騰温度の±４０℃に対応し得る。より低い温度は、例えば、特にウエハ１００全体の場合に－１７０℃であり得る。いくつかの例では、より低い温度は、冷却条件（例えば、冷却液体）に応じてポリマー１２０のガラス遷移温度（Ｔｇ）未満であり得る。

【0052】

図４Ａ及び図４Ｂは、フィラー（図４Ａ）を伴わず、且つ１つ又は複数のフィラーを伴う（図４Ｂ）同一のポリマー１２０の、℃を単位とする温度にわたる、ＭＰａを単位とする貯蔵弾性率（弾性率）を示す。温度プロセスの第２フェーズでは、ポリマー１２０は、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、部分的なガラス遷移及び部分的な結晶化プロセスを受け得る。ガラス遷移Ｔｇの定義は、標準化されていない。Ｔｇを判定するためのいくつかの方法が存在し、Ｔｇは、一定の材料特性ではなく、むしろＴｇを定義するために使用される方法及び更にその方法で使用されるパラメータに依存する。例えば、粘弾性率を計測するＤＭＡ（動的機械分析）方法を使用する場合、動的なガラス遷移温度と、更に計測に使用されるパラメータ（例えば、外部負荷の周波数、ランピング速度、ランピング方向、計測精度など）とを記述しなければならない。

【0053】

図４Ａでは、ガラス遷移温度Ｔｇは、（少なくともＴｇを定義するいくつかの方法の場合に）ターニングポイントで見出される。図４Ｂでは、結晶化は、ガラス遷移（Ｔ２未満のより高い傾き）よりも高い温度（Ｔ１とＴ２との間のより低い傾き）で開始し、この場合、Ｔ３は、Ｔ２未満であり、及びＴ２は、Ｔ１未満である。ターニングポイントと、従ってＴｇとは、図４Ａにおける、しかしフィラーを有しない同一のポリマーと比較してもはや明瞭に判定することができない。

【0054】

１つ又は複数のフィラーをポリマー１２０に追加することにより、使用されるポリマーにおける自由度は、フィラーを有しないポリマーのものよりも早期に結晶化する。ガラス遷移超の温度では、ポリマー分子は、柔軟であり、且つ例えば柔軟なＳｉ－Ｏ－Ｓｉシロキサン単一結合（［Ｒ３Ｓｉ－Ｏ－ＳｉＲ３］ｎ）を中心とした結合回転を通して異なる配置を採用し得る。増大する温度低減により、既存の自由度の制限と、従ってエラストマ分子のモビリティの低減とが存在し、なぜなら、結合回転のための必要とされる活性化エネルギーは、統計的に低頻度でのみ実現されるからである。ポリマー分子のサイト変化の周波数は、温度の減少に伴って減少する。フィラー粒子とポリマー分子との間の更に発生する分子間相互作用に起因して、ポリマー分子の再配置の力学は、取り囲んでいるチェーン及び分子のグループ振動又は協働的運動が、より小さい自由容積に起因して低減されるのに伴って低減される。非常に大きいフィラー含有量（例えば、＞２０重量％）では、粒子－粒子相互作用を考慮することを要する。

【0055】

ポリマー１２０の貯蔵弾性率（弾性率）は、フィラーを有しない図４Ａのポリマーと比較して、１つ又は複数のフィラーを有する図４Ｂのポリマー１２０の場合、より高い温度について増大を有する。この結果、貯蔵弾性率の増大の傾きがより小さい。分割プロセスにおける力の増大は、貯蔵弾性率に比例する。従って、より小さい傾きは、より小さい力の増大と、より滑らかな力の増大とに変換され、この結果、より滑らかなクラックの伝播がもたらされる。半導体ウエハ１００内の張力は、１つ又は複数のフィラーをポリマー１２０に追加することにより、分離領域１１６の外側におけるよりわずかなウエハの破損を伴って除去することができる。対照的に、より大きい力の増大の場合、不均質性が分割プロセスに対してより大きい影響を及ぼす。ポリマー結晶化は、より小さい全体的な力をもたらし得るが、これは、例えば、ポリマー１２０の厚さを増大させることにより補償することができるであろう。温度勾配及び温度プロセスは、好ましくは、半導体ウエハ１００内の局所的温度差が低減されるように選択される。過剰な局所的温度差は、過剰な応力の増大と、半導体ウエハ１００内の望ましくない破損とをもたらし得る。

【0056】

半導体ウエハ１００は、例えば、図５Ａに示されるように、面取りされたエッジ１３６を有することができる。面取りされたエッジ１３６は、図５Ａに示される面取りされた外側面を有する。面取りされたエッジ１３６の形状は、その位置が図５Ａで破線によって示される分離領域１１６を調製する際に問題をもたらし得る。例えば、面取りされたエッジ１３６内の厚さの変化は、レーザービームの伝播長の変化をもたらし得る。従って、レーザービームの焦点がウエハの面取り部で変化する。その結果、分離領域１１６が半導体ウエハ１００の外側リム／エッジ面１３８まで継続しない場合がある。また、半導体ウエハ１００の外側リム／エッジ面１３８における厚さ及び／又は位置の変化は、分離領域１１６を画定するか又は予め画定するためのイオンの注入を妨げる。

【0057】

外側リム／エッジ面１３８からの分離領域１１６へのアクセスを許容し、且つ従って分割プロセスを促進するか又はそれを少なくとも単純化するために、面取り部の形状を、図５Ｂ及び図５Ｃに示されるように変更することができる。これらの実施形態によれば、半導体ウエハ１００の面取りされたエッジ１３６は、その位置が図５Ｂ及び図５Ｃで破線によって示される分離領域１１６又はその下方で深さＴ＿ｔｈｉｎに薄化される。利用される薄化のタイプに応じて、薄化されたエリアは、正方形（図５Ｂ）の又は丸い（図５Ｃ）コーナーを有することができる。半導体ウエハ１００の面取りされたエッジ１３６は、研摩、切削、レーザーアブレーション、電気（化学）放電機械加工、エッチングなどによる機械的除去によって薄化することができる。

【0058】

図５Ｄは、別の実施形態を示し、これによれば、スロット５００は、半導体ウエハ１００の面取りされたエッジ１３６内に形成され、且つその位置が図５Ｄで破線によって示される分離領域１１６まで横方向に延在する。スロット５００は、図５Ｂ及び図５Ｃに示される薄化の代わりに又はそれに加えて形成することができる。それぞれの場合、半導体ウエハ１００の面取りされたエッジ１３６は、分離領域１１６を生成する前又は後に加工することができる。

【0059】

ウエハの分割プロセスでは、圧力を半導体ウエハ１００に印加することができる。例えば、ピストンは、１つ又は複数のエピタキシャル層１０２を有する半導体ウエハ１００に圧力を印加することができる。ピストンは、加圧された空気により、ウエハ１００の方向に押し込まれ得るか、又はピストンの重量力をウエハ１００に印加することもできる。このようなプロセスは、特に冷却プロセスの空間分解能を目的としたポリマー１２０を有するウエハ１００の極低温流体（例えば、窒素）中への（例えば、全体的な又は漸進的な）浸漬よりも良好に制御される。

【0060】

半導体ウエハ１００の分割後、装置構造１０４を保持する断片１２４は、もう１つの断片１２６よりも薄くてもよい。例えば、装置構造１０４を保持する断片１２４は、最大で１００μｍ（例えば、最大で７０μｍ又は最大で５０μｍ）の厚さ及び上述のドリフトゾーンの少なくとも必要とされる厚さ（又は必要とされる厚さよりも少なくとも１０μｍだけ大きいもの）を有し得、及びもう１つの断片１２６は、少なくとも１５０μｍ（例えば、少なくとも１９０μｍ）の厚さを有し得る。

【0061】

ポリマー１２０の再使用を許容し、且つ分割されたウエハ断片１２４、１２６の破損を回避するためにポリマー除去を利用することができる。例えば、ポリマー１２０は、化学エッチングを伴うことなく（一般的には化学物質を伴うことなく）、プラズマエッチング又は他の気相スパッタリングプロセスを伴うことなく、装置側分離表面１２８上（適用可能である場合）及び再生側分離表面１３０上の両方で機械的手段によって除去することができる。従って、ポリマー１２０は、本明細書で記述される装着プロセスに起因して、迅速に、及び環境的に優しく且つ残留物が存在しない方式で除去することができる。

【0062】

ウエハの分割後、ウエハ断片１２４、１２６の分離表面１２８、１３０が加工される。装置構造１０４を有する断片１２４の背面の場合、例えば、機械的研磨、及び／又は化学機械的研磨、及び／又はエッチングによる損傷除去を実行することができる。損傷除去後の分離表面１２８の最終的な粗度は、５μｍ未満又は場合により２μｍ未満の二乗平均（ｒｍｓ）値を有することができる。次いで、更なる処理が後続し得る。装置構造１０４を有しない断片１２６の場合、分離表面１３０は、後続のエピタキシャル成長のための準備が完了した状態となるために処理を必要とし得る。この場合、分離表面１３０のｒｍｓ値は、５００ｎｍ未満であり得るか、又は場合により３００ｎｍ未満であり得る。装置構造１０４を有しない断片１２６の厚さは、上述の同一の手順が、厚くなった断片１２６について複数回にわたって反復され得るように、例えばＣＶＤエピタキシャル技法などの堆積技法を利用してウエハ１００のオリジナルの厚さに適合させることができる。

【0063】

上述の実施形態は、ベース半導体ウエハから新しいウエハを分割するステップを伴う。代わりに、本明細書に記述される分割技法は、半導体ブールから半導体ウエハを分割することに適用することもできる。半導体ブールは、ブリッジマン技法、チョクラルスキープロセスなどの合成手段によって生成される単一結晶インゴットである。本明細書に記述される分割技法は、半導体ブール内で分離領域を形成することによる半導体ブールからの半導体ウエハの分割に適用され得、この場合、分離領域は、半導体ブールの残りの部分に対して分離領域内の熱－機械応力を増大させる少なくとも１つの変更された物理的特性を有する。例えば、熱－機械応力は、半導体ブール内のターゲット位置でレーザー放射を合焦することにより、分離領域内で増大させることができる。次いで、少なくとも１つのクラックが分離領域に沿って伝播し、及びウエハが半導体ブールから分割するように、外部力が半導体ブールに印加される。一実施形態では、外部力は、ポリマーを半導体ブールに適用することによって半導体ブールに印加され、この場合、ポリマーは、半導体ブールのＣＴＥと異なるＣＴＥを有する。ポリマー及び半導体ブールは、ポリマーが機械的応力を半導体ブールに付与する温度プロセスに供される。また、上述のように、半導体ブールの分離領域内で生成される熱－機械応力は、必ずしも外部力の印加を必要とせずにウエハの分割をもたらすために十分なものであり得る。いずれの場合にも、このプロセスは、単一半導体ブールから複数のウエハをもたらように複数回にわたって適用することができる。

【0064】

以下の付番された例は、本開示の１つ又は複数の態様を示すが、本開示は、これらに限定されない。

【0065】

例１．半導体ウエハを分割する方法であって、半導体ウエハ上に１つ又は複数のエピタキシャル層を形成するステップと、１つ又は複数のエピタキシャル層内に複数の装置構造を形成するステップと、複数の装置構造上に金属化層及び／又はパッシベーション層を形成するステップと、１つ又は複数のエピタキシャル層を有する半導体ウエハにキャリアを装着するステップであって、キャリアは、複数の装置構造を保護し、且つ半導体ウエハを機械的に安定化させる、ステップと、半導体ウエハ内に分離領域を形成するステップであって、分離領域は、半導体ウエハの残りの部分に対して分離領域内の熱－機械応力を増大させる少なくとも１つの変更された物理的特性を有する、ステップと、少なくとも１つのクラックが分離領域に沿って伝播し、及び半導体ウエハが２つの別個の断片に分割するように、半導体ウエハに外部力を印加するステップであって、断片の１つは、複数の装置構造を保持する、ステップとを含む方法。

【0066】

例２．半導体ウエハ内に分離領域を形成するステップは、半導体ウエハ内のターゲット位置で半導体ウエハの材料を損傷させるステップを含む、例１の方法。

【0067】

例３．半導体ウエハ内のターゲット位置で半導体ウエハの材料を損傷させるステップは、半導体ウエハ内のターゲット位置において材料内にプラズマを生成するステップを含む、例２の方法。

【0068】

例４．半導体ウエハ内のターゲット位置において材料内にプラズマを生成するステップは、半導体ウエハ内のターゲット位置でレーザー放射を合焦するステップを含む、例３の方法。

【0069】

例５．半導体ウエハ内のターゲット位置で半導体ウエハの材料を損傷させるステップは、半導体ウエハ内のターゲット位置に対応する深さで半導体ウエハ内にイオンを注入するステップを含む、例２の方法。

【0070】

例６．イオンは、窒素イン、リンイオン、水素イオン及びヘリウムイオンからなる群から選択される、例５の方法。

【0071】

例７．イオンの注入ドーズは、注入されたイオンによって損傷された半導体ウエハの材料が非晶質であるか、又は空洞が生成されるように選択される、例５又は６の方法。

【0072】

例８．半導体ウエハ内のターゲット位置で半導体ウエハの材料を損傷させるステップは、半導体ウエハ内のターゲット位置に対応する深さで半導体ウエハ内にイオンを注入するステップと、イオンが注入された後に半導体ウエハ内のターゲット位置でレーザー放射を合焦するステップとを含み、注入されたイオンは、レーザー放射の波長で分離領域内において吸収係数を増大させる、例２の方法。

【0073】

例９．分離領域又はその下方における所定の深さまで、半導体ウエハの面取りされたエッジを薄化するステップを更に含む、例１～８のいずれかの方法。

【0074】

例１０．分離領域まで横方向に延在する、半導体ウエハの面取りされたエッジ内のスロットを形成するステップを更に含む、例１～９のいずれかの方法。

【0075】

例１１．半導体ウエハに外部力を印加するステップは、超音波振動を半導体ウエハに印加するステップを含む、例１～１０のいずれかの方法。

【0076】

例１２．半導体ウエハに外部力を印加するステップは、ポリマーを半導体ウエハ及び／又はキャリアに適用するステップであって、ポリマーは、半導体ウエハのＣＴＥ（熱膨張係数）と異なるＣＴＥを有する、ステップと、ポリマー及び半導体ウエハを、ポリマーが機械的応力を半導体ウエハに付与する温度プロセスに供するステップとを含む、例１～１１のいずれかの方法。

【0077】

例１３．温度プロセスは、ポリマーが温度プロセス中に部分的なガラス遷移及び部分的な結晶化を受けるように選択される、例１２の方法。

【0078】

例１４．温度プロセスは、ポリマー及び半導体ウエハが開始温度から下方に室温までの温度勾配を受ける第１フェーズであって、開始温度は、３００℃以下であるが、室温超である、第１フェーズと、ポリマー及び半導体ウエハがポリマーのガラス遷移温度未満の温度まで更に冷却される第２フェーズとを含む、例１２又は１３の方法。

【0079】

例１５．温度プロセス前に、ポリマーの熱伝導率を増大させ、且つポリマーの貯蔵弾性率の傾きを低減する１つ又は複数のフィラーをポリマーに追加するステップを更に含む、例１２～１４のいずれかの方法。

【0080】

例１６．１つ又は複数のフィラーは、ＺｎＯ及び／又はカーボンブラックを含む、例１５の方法。

【0081】

例１７．ポリマーを適用する前に、ポリマーの表面、及び／又は半導体ウエハの表面、及び／又はキャリアの表面を化学的及び／又は物理的に処理するステップを更に含む、例１２～１６のいずれかの方法。

【0082】

例１８．少なくとも１つのクラックは、温度プロセス中に発生するポリマーの部分的な結晶化中に伝播する、例１２～１７のいずれかの方法。

【0083】

例１９．半導体ウエハに外部力を印加するステップは、２つの別個の断片への半導体ウエハの分割中に半導体ウエハに圧力を印加するステップを含む、例１～１８のいずれかの方法。

【0084】

例２０．半導体ウエハが２つの別個の断片に分割された後、半導体ウエハの両方の断片の分離表面の表面粗度を低減するステップであって、それぞれの分離表面は、少なくとも１つのクラックが分離領域に沿って伝播するにつれて形成される表面である、ステップを更に含む、例１～１９のいずれかの方法。

【0085】

例２１．分離領域の少なくとも１つの変更された物理的特性は、分離領域内で少なくとも部分的に相互に切断されている複数の微細なクラックを含み、複数の微細なクラックは、分離領域に沿って伝播する少なくとも１つのクラックを形成するために、外部力に応答して相互に接続する、例１～２０のいずれかの方法。

【0086】

例２２．半導体ウエハは、ＳｉＣウエハであり、外部力に応答して複数の微細なクラックの接続によって形成された少なくとも１つのクラックは、鋸歯パターンを有する、例２１の方法。

【0087】

例２３．半導体ウエハを分割する方法であって、半導体ウエハ上に１つ又は複数のエピタキシャル層を形成するステップと、１つ又は複数のエピタキシャル層内に複数の装置構造を形成するステップと、複数の装置構造上に金属化層及び／又はパッシベーション層を形成するステップと、１つ又は複数のエピタキシャル層を有する半導体ウエハにキャリアを装着するステップであって、キャリアは、複数の装置構造を保護し、且つ半導体ウエハを機械的に安定化させる、ステップと、分離領域が半導体ウエハの残りの部分に対して増大した熱－機械応力を有し、及び少なくとも１つのクラックが分離領域に沿って伝播するように、半導体ウエハ内の分離領域にレーザー放射を印加するステップと、少なくとも１つのクラックに沿って半導体ウエハを２つの別個の断片に分割するステップであって、断片の１つは、複数の装置構造を保持する、ステップとを含む方法。

【0088】

例２４．半導体ブールから半導体ウエハを分割する方法であって、半導体ブール内に分離領域を形成するステップであって、分離領域は、半導体ブールの残りの部分に対して分離領域内の熱－機械応力を増大させる少なくとも１つの変更された物理的特性を有する、ステップと、少なくとも１つのクラックが分離領域に沿って伝播し、及びウエハが半導体ブールから分割するように、半導体ブールに外部力を印加するステップとを含む方法。

【0089】

例２５．半導体ブールに外部力を印加するステップは、ポリマーを半導体ブールに適用するステップであって、ポリマーは、半導体ブールのＣＴＥ（熱膨張係数）と異なるＣＴＥを有する、ステップと、ポリマー及び半導体ブールを、ポリマーが機械的応力を半導体ブールに付与する温度プロセスに供するステップとを含む、例２４の方法。

【0090】

「第１」、「第２」などの用語及びこれらに類似したものは、様々な要素、領域、セクションなどを記述するために使用され、且つ限定を意図したものではない。同一の用語は、本説明の全体を通して同一の要素を意味する。

【0091】

本明細書で使用される「有する」、「含有する」、「包含する」、「含む」という用語及びこれらに類似したものは、記述される要素又は特徴の存在を示すが、更なる要素又は特徴を排除しないオープンエンド型の用語である。「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」及び「その」という冠詞は、文脈がそうでないことを明瞭に示さない限り、単数形のみならず、複数形も含むことが意図される。

【0092】

本明細書に記述される様々な実施形態の特徴は、そうでないことが具体的に記述されない限り、相互に組み合わされ得ることを理解されたい。

【0093】

特定の実施形態が以上で図示及び記述されているが、当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく、図示及び記述される特定の実施形態を様々な代替の及び／又は均等な実装形態によって置換し得ることを理解するであろう。本出願は、本明細書に記述される特定の実施形態の任意の適合形態又は変形形態を包含することを意図する。従って、本発明は、請求項及びその均等物によってのみ限定されるものと解釈されたい。

【符号の説明】

【0094】

１００ 半導体ウエハ
１０２ エピタキシャル層
１０４ 装置構造
１０６ 前面金属化層及び／又はパッシベーション層
１０８ キャリア
１１０、１１２、１１４ ドーピング領域
１１６ 分離領域
１２０ ポリマー
１２４、１２６ 断片
１２８、１３０ 分離表面
１３２ 背面
１３４ 外側面
１３６ 面取りされたエッジ

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【国際調査報告】