專利名稱：Soi基板的加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在半導體基板構成的背面層的上面形成絕緣層，在該絕緣層的上面形成的半導體薄膜層的表面上形成回路的SOI基板加工方法。
背景技術：
近年來，為了獲得提高信號處理速度的半導體芯片，在半導體基板構成的背面層的表面形成絕緣層，在該絕緣層的上面形成的半導體薄膜層的表面上形成回路的SOI基板達到實用化。這種SOI基板，利用使表面上形成氧化膜等的絕緣層的硅等的半導體基板彼此面對結合的晶片粘合法，以及將氧原子離子注入到硅等半導體基板內，接著通過進行熱處理，在內部形成氧化膜等的絕緣層的SIMOX法等構成。同時，通過研磨等將一個半導體基板側減薄，形成半導體薄膜層，在該半導體薄膜層的表面上形成回路。這樣，所形成的SOI基板，通過切割成形成回路的各個區(qū)域，形成各個半導體芯片。
如上所述構成的半導體芯片，為了具有良好的散熱性及電性能，并且，為了將多個半導體芯片疊層構成多層結構的半導體器件，希望使其厚度盡可能地薄。因此，在將SOI基板分割成各個半導體芯片之前，將半導體基板構成的背面層進行磨削，加工成規(guī)定的厚度。
然而，當利用磨削砂輪機械地磨削構成SOI基板的半導體基板構成的背面層時，有傷及氧化膜等的絕緣層的危險，要在絕緣層的前面70μm左右處，停止磨削。因此，存在著不能制造足夠薄的半導體芯片的問題。此外，還存在著在磨削過的背面層上殘留應力，在半導體芯片上產生撓曲或者抗折強度降低等問題。
發(fā)明的概述本發(fā)明鑒于上述事實，其主要技術課題是，提供一種不會殘留由磨削引起的應力，可以進行薄的加工的SOI基板的加工方法。
根據(jù)本發(fā)明，為了解決上述主要課題，提供一種SOI基板加工方法，SOI基板由半導體基板形成的背面層、在該背面層的上面疊層的絕緣層、在該絕緣層的上面疊層的半導體薄膜層、在該半導體薄膜層的表面上形成的回路構成，其特征在于，該方法包括
對該背面層進行化學腐蝕并將其除去，使該絕緣層露出的腐蝕工序。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種SOI基板加工方法，SOI基板由半導體基板形成的背面層、在該背面層的上面疊層的絕緣層、在該絕緣層的上面疊層的半導體薄膜層、在該半導體薄膜層的表面上形成的回路構成，其特征在于，該方法包括磨削該背面層、殘留規(guī)定的厚度的磨削工序，將利用該磨削工序形成規(guī)定厚度的該表面層進行化學腐蝕處理、將其除去，使該絕緣層露出的腐蝕工序。
在上述磨削工序中殘留的上述背面層的規(guī)定厚度，設定為100～10μm。此外，上述背面層由硅(Si)形成，上述絕緣層由氧化硅(SiO2)形成。此外，在上述腐蝕工序中的化學腐蝕處理，用含有氟和硝酸的腐蝕液進行。
附圖的簡單說明

圖1是SOI基板的透視圖。
圖2是圖1所示的SOI基板的剖面放大圖。
圖3是表示用于實施本發(fā)明的腐蝕裝置的一個例子的簡圖。
圖4是表示用于實施本發(fā)明的磨削裝置的一個例子的主要部分的透視圖。
實施發(fā)明的最佳形式下面，參照附圖，對于根據(jù)本發(fā)明的SOI基板的加工方法的優(yōu)選實施形式進行更詳細的說明。
圖1中表示SOI基板的透視圖，圖2放大地表示表示圖1所示的SOI基板的剖面。
圖中所示的SOI基板10，由硅(Si)基板形成的背面層11，在該背面層11的上面疊層的氧化硅(SiO2)形成的絕緣層12，在該絕緣層12的上面疊層的硅(Si)基板形成的半導體薄膜層13，和形成在該半導體薄膜層13的表面上的回路構成。這種SOI基板10，由上述晶片粘合法及SIMOX法等構成。構成SOI基板10的各層的厚度，背面層11為400μm左右，絕緣層12為0.1～0.5μm左右，半導體薄膜層13及回路14為2～3μm左右。
在根據(jù)本發(fā)明的第一種實施形式中，將構成上述SOI基板10的由硅(Si)基板形成的背面層11進行化學處理并將其除去。
這里，參照圖3對腐蝕裝置進行說明。圖3所示的腐蝕裝置1，具有保持將要腐蝕的SOI基板10的旋轉工作臺2。該旋轉工作臺2可自由旋轉地配置，在其上端，具有實質上水平的平坦的圓形支承面2a。在旋轉工作臺2上，經由適當?shù)膭恿鬟f機構(圖中沒有示出)連接有作為驅動源的電動機3。當電動機3驅動時，旋轉器平坦2以所需的速度旋轉。
與旋轉工作臺2相關聯(lián)地，配置圖3中簡略地所示的搬運機構4。在搬運機構4，可以是能夠將SOI基板真空吸附到可動臂驅動的通過所需的路徑搬運的公知的形式。搬運機構4，將一個SOI基板10運入到旋轉工作臺2上，當后面所述的腐蝕工序和漂洗工序及干燥工序結束后，將SOI基板10從旋轉工作臺2上運出到所需的場所。運入旋轉工作臺2上的SOI基板10，在以背面作為表面的狀態(tài)下，即，將其背面層11指向上方的狀態(tài)下，運入旋轉工作臺2上。SOI基板的表面，即，形成回路14的半導體薄膜層13的表面(參照圖1及圖2)上粘可以用具有適當?shù)膭傂缘臉渲∧ば纬傻谋Ｗo構件16。從而，保護構件16載置于旋轉工作臺2上，SOI基板10的背面層11位于上側。此外，載置于旋轉工作臺2上的SOI基板10的外徑，稍大于旋轉工作臺2的圓形支承面2a的外徑。
圖中所示的腐蝕裝置1，在旋轉工作臺2上附設空氣噴射機構5。該空氣噴射機構5，具有從旋轉工作臺2的下方至周緣，其次沿著保持在旋轉工作臺2上的SOI基板10的下面延伸的流路5a。從壓縮空氣源(圖中未示出)供應的空氣，從旋轉工作臺2的周緣沿SOI基板10的下面流動，防止施加給SOI基板10的上面的腐蝕液在SOI基板的下面流動。在旋轉工作臺2上，進一步附設將施加到旋轉工作臺2上的SOI基板10的上面的腐蝕液回收用的腐蝕液回收機構6。該腐蝕液回收機構6由協(xié)同動作形成回收容器的靜止構件61及可動構件62構成。靜止構件61具有圓筒狀外壁61a，環(huán)狀底壁61b及圓筒狀內壁61c。可動構件62具有圓筒狀的下部和截面為環(huán)形的上部。在向旋轉工作臺2上的SOI基板10的上面施加腐蝕液的期間，可動構件62定位在圖中實線表示的上升位置，在SOI基板10的上面成放射狀流動的腐蝕液，從限定在靜止構件61的內壁61c的上端和可動構件62的上端之間的環(huán)狀入口63流入到腐蝕液回收機構內。此外，在向SOI基板10上施加可以是純水的清洗液的漂洗時，可動構件62定位在圖中雙點劃線表示的下降位置，關閉環(huán)狀入口63，防止清洗液流入腐蝕液回收機構6內。
圖中所示的腐蝕裝置1，具有將腐蝕液供應給保持在旋轉工作臺2上的SOI基板10的腐蝕液供應機構7。圖中所示的實施形式中的腐蝕液供應機構7，具有腐蝕液容納容器71。在該腐蝕液容納容器71內，容納將要向載置在上述旋轉工作臺2上的硅形成的SOI基板10的上面施加的腐蝕液72。該腐蝕液72，是包含有硝酸和氫氟酸的水溶液。腐蝕液容納容器71內的腐蝕液72，由泵73送出，通過送液管74，供應給旋轉工作臺2上的SOI基板10的上面。圖中所示的腐蝕液供應機構7，具有將腐蝕液供應給保持在旋轉工作臺2上的SOI基板10的旋轉中心的腐蝕液供應噴嘴75，該腐蝕液供應噴嘴75連接到上述送液管74上。此外，腐蝕液供應噴嘴75，可以選擇性地定位在位于保持在旋轉工作臺2上的SOI基板10的上方的作用位置(圖3中所示的位置)和離開SOI基板10的上方的非作用位置上。
此外，圖中所示的腐蝕裝置1，具有將回收到上述腐蝕液回收機構6的回收容器內的腐蝕液排出的腐蝕液排出機構8。該腐蝕液排出機構8，由連接到設于形成腐蝕液回收機構6的回收容器的環(huán)狀底壁61b上的圖中未示出的排出口上排泄管81，以及收存通過該排泄管81排出的腐蝕液的排泄容器82構成。
圖中所示的腐蝕裝置1以上述方式構成，下面對SOI基板10的腐蝕處理進行說明。
使腐蝕液供應機構7的泵73動作，將腐蝕液容納容器71內的腐蝕液72通過送液管74從腐蝕液供應噴嘴75向保持在旋轉工作臺2上的上述SOI基板10的背面層11的上面噴射，進行腐蝕。當將含有硝酸和氫氟酸的腐蝕液72噴射到由硅形成的SOI基板10的背面層11的上面時，由硅形成的SOI基板10的背面層11的腐蝕，可以表示為在由足夠量的硝酸存在的情況下，腐蝕速度由氫氟酸的濃度和腐蝕液82的溫度決定。從而，為了設定所需的腐蝕速度，將腐蝕液82的溫度設定在規(guī)定值，并且在將腐蝕液82中的硝酸含量設定為過剩的同時，將氫氟酸的含量設定成規(guī)定的量是很重要的。例如，當利用氫氟酸(50％)和硝酸(70％)以1∶4.5的比例混合的腐蝕液腐蝕硅(Si)時，以30μm/分鐘的速度進行腐蝕。另一方面，利用上述混合比例的腐蝕液腐蝕氧化硅(SiO2)時，其腐蝕速度為0.5μm/分鐘，氧化硅(SiO2)的腐蝕速度是硅(Si)的腐蝕速度的1/60，非常慢。
在將腐蝕液72供應給保持在旋轉工作臺2上的SOI基板10的背面層11的上面，腐蝕背面層11時，使旋轉工作臺2以600rpm左右的速度旋轉，據(jù)此，使從腐蝕液供應噴嘴75噴射的腐蝕液72在SOI基板10的背面層11的整個上面上充分均勻地流動。附設在旋轉工作臺2上的空氣噴射機構5，從旋轉工作臺2的周緣沿SOI基板10的下面使空氣流動，據(jù)此，防止腐蝕液72與SOI基板10的下面、即表面接觸。腐蝕液回收機構6的可動構件62，在圖6中定位在實線表示的上升位置，使在SOI基板10的上面流動的腐蝕液72回收到腐蝕液回收機構6內?；厥盏礁g液回收機構6內的腐蝕液72，通過腐蝕液排出機構8的排泄管81排出到排泄容器82內。
在上述腐蝕工序中，由于保持在旋轉工作臺2上的SOI基板10的背面層11，由硅(Si)形成，所以，如上所述，以30μm/分鐘的速度被腐蝕。因此，在背面層的厚度如上所述，為400μm時，腐蝕背面層需要約13.4分鐘。從而，通過腐蝕處理約13.4分鐘，可以除去SOI基板10的背面層11，露出絕緣層12。此外，由于作為絕緣層12的氧化硅(SiO2)的腐蝕速度如上所述為0.5μm/分鐘，所以，即使由于背面層11的腐蝕的偏差，絕緣層12具有局部地早露出來的部分，絕緣層12仍然起著限制層的作用，可以將背面層11完全除去。這樣，由于能夠完全除去絕緣層12，所以，SOI基板10的厚度變成絕緣層12(0.1～0.5μm)和半導體薄膜13及回路14(2～3μm)相加的2.1～3.5μm左右。這樣，由于通過腐蝕處理除去背面層11，所以不會像磨削那樣殘留應力，可以進行很薄的加工。
如上所述，在構成保持在旋轉工作臺2上的SOI基板10的背面層11的腐蝕工序結束后，根據(jù)需要，可以將旋轉工作臺2上的SOI基板10進行漂洗，并干燥。漂洗工序可以通過使供應腐蝕液72用的供應噴嘴75從SOI基板10上的作用位置后退到非作用位置，使噴射可以是純水的清洗液的噴射噴嘴(圖中未示出)位于SOI基板10的上方，通過向SOI基板10的上面噴射清洗液進行。這時，使腐蝕液回收機構6的可動構件62下降到圖中雙點劃線表示的下降位置，關閉腐蝕液回收機構6的環(huán)狀入口63，防止清洗液進入腐蝕液回收機構6。SOI基板10的干燥，可以通過使旋轉工作臺2例如以2000至3000rpm左右的高速旋轉，通過所謂的旋轉干燥來進行。
其次。對根據(jù)本發(fā)明的SOI基板的加工方法的第二種實施形式進行說明。
在第二種實施形式中，磨削構成SOI基板10的背面層11，使之殘留規(guī)定的厚度(例如，100～10μm)(磨削工序)。即，在如上所述形成回路的半導體薄膜層13的表面(參照圖1及圖2)上粘貼保護構件16，將SOI基板10令其背面層11朝上，保持在圖4所示的磨削裝置9的卡緊臺91上。如果這樣將SOI基板10背面層11朝上保持在卡緊臺91上的話，將卡緊臺91例如一面以300rpm旋轉，一面使磨削砂輪92例如以6000rpm旋轉，通過接觸背面層11將SOI基板10磨削。并且，將背面層11的厚度，磨削到規(guī)定的量，例如70μm。
在上述磨削工序中，如果將SOI基板10的背面層11的厚度，例如磨削到70μm的話，將背面層11實行上面所述的腐蝕工序，將其腐蝕除去，使絕緣層12露出。這樣，在第二種實施形式中，由于借助磨削工序和腐蝕工序，將SOI基板10的背面層11除去，所以，與上述的第一種實施形式中那樣只用腐蝕工序腐蝕除去背面層11的情況相比，可以提高生產率。此外，在第二種實施形式中，由于在利用磨削工序將SOI基板10背面層11的厚度磨削到規(guī)定量，例如70μm后，在腐蝕工序中，通過腐蝕可以將厚度70μm的背面層11全部除去的時間為140秒鐘的腐蝕，可以將該均勻的厚度殘留的背面層11腐蝕除去，所以，可以將SOI基板10的精加工厚度加工得很均勻。
這里，對利用上述腐蝕裝置的腐蝕處理特性進行說明。供應給保持在旋轉工作臺2上的SOI基板10的背面層11的旋轉中心部的腐蝕液，由于和反應熱的積累和由于旋轉產生的摩擦熱的活性作用，溫度升高，例如，在直徑300mm左右的SOI基板10的中心部，溫度為20℃左右時，在外周部會上升到70℃左右。由于該腐蝕液溫度的上升，反應速度升高，隨著接近被處理物的外周，腐蝕除去量增大。這樣，由于腐蝕除去量在中心部和中間部及外周部不同，所以，在SOI基板10的直徑大的情況下，當利用腐蝕將背面層11(厚度約400μm)全部除去時，在中心部和中間部及外周部達到絕緣層12所需的時間產生很大的差別。其結果是，在SOI基板10的直徑大的情況下，在絕緣層12對腐蝕作用能夠起著阻擋層的作用的時間(2～5秒)內，不能將背面層11全部腐蝕除去，不能根據(jù)腐蝕速度進行腐蝕量的控制。然而，在第二種實施形式中，利用磨削工序將SOI基板10的背面層磨削將其變薄之后，在腐蝕工序中將該變薄的殘留背面層11腐蝕除去，所以，在中心部和中間部及外周部到達絕緣層12的所需的時間不會產生很大的差異，在絕緣層12對腐蝕作用能夠起著阻擋層的作用的時間(2～5秒)內，能夠將背面層11全部腐蝕除去，可以根據(jù)腐蝕速度進行腐蝕量的控制。
上面，根據(jù)圖示的實施形式對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不僅僅局限于這些實施形式。在上述實施形式中，作為在腐蝕工序中，作為化學腐蝕，列舉了采用腐蝕液進行濕法腐蝕的例子，但，本發(fā)明，作為化學腐蝕，例如也可以采用XeF2、SF6氣體的等離子體腐蝕等的干法腐蝕。
工業(yè)上的可利用性如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的SOI基板的加工方法中，利用硅等半導體構件與氧化半導體構件形成的絕緣構件的腐蝕速度的極大的差異，通過腐蝕處理除去SOI基板的背面層，露出絕緣層，所以，不會像磨削那樣殘留應力，可以進行薄的加工。這樣，切割加工過的SOI基板形成的半導體芯片極薄，所以，熱性能和電性能良好。此外，在上下連接半導體芯片構成多層結構的半導體器件的情況下，為了形成從回路至背面的電極的銅等的金屬不在半導體內擴散，有必要在電極周圍形成氧化硅(SiO2)等的絕緣膜，但根據(jù)本發(fā)明加工的SOI基板，由于如上所述，將絕緣層露出，所以，無需再形成絕緣膜。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的SOI基板的加工方法中，由于在通過磨削工序將SOI基板的背面層磨削減薄之后，在腐蝕工序中將該減薄的殘留的背面層除去，所以，與只用腐蝕工序除去背面層的情況相比，可以提高生產率。進而，如上所述，由于將減薄殘留的背面層腐蝕除去，所以，在中心部和中間部和外周部，達到絕緣層所需的時間不產生很大的差異，因此，在絕緣層相對于腐蝕起著阻擋層的作用的時間內，可以將背面層全部除去，可以根據(jù)腐蝕速度進行腐蝕量的控制。
權利要求
1.一種SOI基板加工方法，SOI基板由半導體基板形成的背面層、在該背面層的上面疊層的絕緣層、在該絕緣層的上面疊層的半導體薄膜層、在該半導體薄膜層的表面上形成的回路，其特征在于，該方法包括對該背面層進行化學腐蝕處理將其除去，使該絕緣層露出的腐蝕工序。
2.一種SOI基板加工方法，SOI基板由半導體基板形成的背面層、在該背面層的上面疊層的絕緣層、在該絕緣層的上面疊層的半導體薄膜層、在該半導體薄膜層的表面上形成的回路，其特征在于，該方法包括磨削該背面層、殘留規(guī)定厚度的磨削工序，將利用該磨削工序形成規(guī)定厚度的該背面層進行化學腐蝕處理將其除去，使該絕緣層露出的腐蝕工序。
3.如權利要求2所述的SOI基板加工方法，在上述磨削工序中殘留的上述背面層的規(guī)定厚度，設定為100～10μm。
4.如權利要求1至3中任何一個所述的SOI基板加工方法，上述背面層由硅(Si)形成，上述絕緣層由氧化硅(SiO2)形成。
5.如權利要求1至4中任何一個所述的SOI基板加工方法，在上述腐蝕工序中的化學腐蝕處理，用含有氟和硝酸的腐蝕液進行。
全文摘要
由半導體基板形成的背面層、在該背面層的上面疊層的絕緣層、在該絕緣層的上面疊層半導體薄膜層、在該半導體薄膜層的表面上形成的回路構成的SOI基板的加工方法中，包括磨削該背面層、殘留規(guī)定的厚度的磨削工序，以及將利用該磨削工序形成規(guī)定厚度的該背面層進行化學腐蝕處理、將其除去，使該絕緣層露出的腐蝕工序。
文檔編號H01L21/00GK1572027SQ03801310
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月14日 優(yōu)先權日2002年7月24日
發(fā)明者高橋敏昭, 荒井一尚 申請人:株式會社迪斯科