WO2017217335A1 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, including a step of dividing a semiconductor substrate using a laser beam and dividing it into semiconductor chips.
- Patent Document 1 describes a method of dividing a semiconductor substrate that is transparent to the laser beam used. In this method, the power density of the laser light is increased to cause multiphoton absorption in the semiconductor substrate.
- Patent Document 1 there is generally a spatial distribution in the power density of laser light. According to the method described in Patent Document 1, laser light having a high power density is multiphoton absorbed by the semiconductor substrate, but laser light having a low power density is transmitted without being absorbed by the semiconductor substrate. Therefore, the method of Patent Document 1 has room for improvement from the viewpoint of energy efficiency.
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that is more energy efficient than the prior art.
- a method for manufacturing a semiconductor device includes: Providing a semiconductor substrate including a first semiconductor layer and a second semiconductor layer; Irradiating the semiconductor substrate with laser light from the first semiconductor layer side, thereby dividing the semiconductor substrate into semiconductor chips,
- the first semiconductor layer includes a semiconductor material transparent to the laser light
- the second semiconductor layer includes a semiconductor material that is opaque to the laser light
- the semiconductor material of the first semiconductor layer is irradiated with a laser beam having an intensity that changes opaquely with respect to the laser beam.
- the energy efficiency is higher than that of the conventional technique, and the semiconductor substrate is singulated quickly and reliably as compared with the conventional technique. be able to.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a semiconductor substrate dividing apparatus according to a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the laser irradiation step contained in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows the laser irradiation step contained in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows the laser irradiation step contained in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows the laser irradiation step contained in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a graph which shows the spatial distribution of the power density of a laser beam.
- the semiconductor material when light having photon energy higher than the band gap energy arrives, the light is absorbed and an electron transition occurs from the valence band to the conduction band. As a result, the semiconductor material has a property of absorbing and passing light having a wavelength of a certain size or less. In this specification, the wavelength is referred to as an absorption edge wavelength.
- the material being “transparent to the laser beam” means that the incident laser beam is transmitted without being absorbed by the material.
- the absorption edge wavelength is shorter than the peak wavelength of the laser light applied to the semiconductor material, the laser light is basically transmitted without being absorbed by the material (unless it is reflected from the surface).
- the material is opaque with respect to the laser beam means that at least a part of the incident laser beam is absorbed by the material.
- the absorption edge wavelength is longer than the peak wavelength of the laser beam, at least a part of the laser beam is absorbed by the semiconductor material.
- Embodiment 1 FIG.
- a method for manufacturing a semiconductor device will be described.
- the semiconductor substrate 1 has an upper surface 1a (or first surface) and a lower surface 1b (or second surface). A plurality of semiconductor elements are formed on the upper surface 1a of the semiconductor substrate 1 (not shown).
- the semiconductor substrate 1 includes a first semiconductor layer 2 provided on the upper surface 1a side and a second semiconductor layer 3 provided on the lower surface 1b side.
- the first semiconductor layer 2 includes a semiconductor material that is transparent to the laser beam 100.
- the semiconductor material may have an absorption edge wavelength of about 870 nm or more and about 1100 nm or less. Examples of the semiconductor material include Si (silicon), GaAs (gallium arsenide), InP (indium phosphide), and the like.
- the second semiconductor layer 3 includes a semiconductor material that is opaque to the laser beam 100.
- the absorption edge wavelength of the semiconductor material may be an absorption edge wavelength of about 1100 nm or more and about 1600 nm or less.
- Examples of the material constituting the second semiconductor layer 3 are InGaAsP (indium gallium arsenide phosphorus) and a stacked body made of InGaAs (indium gallium arsenide) and InGaAsP.
- the second semiconductor layer 3 may be formed on the first semiconductor layer 2 by using, for example, epitaxial growth.
- the dividing surface of the semiconductor substrate 1 is shown in FIG. In FIG. 2, the dividing surface 20 is provided at one place extending in the length direction X.
- a plurality of semiconductor elements are generally arranged two-dimensionally on the semiconductor substrate 1. Therefore, the dividing surface 20 may be provided in a plurality of locations, for example, in two directions orthogonal to each other (for example, the length direction X and the width direction Y).
- a fixing material 4 is provided on the lower surface 1 b of the semiconductor substrate 1.
- the fixing material 4 has adhesiveness, and is fixed by being attached to the lower surface 1 b of the semiconductor substrate 1. Therefore, in the first embodiment, the lower surface 1 b of the semiconductor substrate 1 coincides with the boundary surface between the semiconductor substrate 1 (or the first semiconductor layer 2) and the fixing material 4.
- the fixing material 4 has a function of holding the semiconductor substrate 1 when the semiconductor substrate 1 is divided by the dividing surface 20 into pieces.
- the fixing member 4 is fixed to a frame member (not shown), and this frame member is fixed to a dividing device (not shown).
- the dividing apparatus includes a laser beam irradiation unit 10. In this way, the relative position of the semiconductor substrate 1 with respect to the laser light irradiation unit 10 is maintained.
- the fixing material 4 may be a sheet material that is transparent to the laser beam 100.
- An exemplary material of the fixing material 4 is an insulator such as PVC (vinyl chloride resin) or PO (polyolefin resin).
- the laser light irradiation unit 10 includes a laser light source 11, a reflection mirror 12, a cylindrical lens 13, and an objective lens 14.
- a beam expander that expands and collimates the beam diameter of the laser light emitted from the laser light source 11 is omitted.
- An exemplary wavelength of the laser beam 100 emitted from the laser light source 11 is 1064 nm, which is a fundamental wavelength of a YAG (yttrium, aluminum, garnet) laser.
- Exemplary crystals for laser oscillation used in the laser light source 11 are Nd: YAG (neodymium: YAG) crystal, Nd: YVO4 (neodymium: yttrium / vanadium tetroxide) crystal, and the like.
- the exemplified crystal has a feature that a thermal lens effect is likely to occur as compared with, for example, an Nd: YLF (neodymium: yttrium / lithium / fluoride) crystal that is not easily affected by temperature.
- the wavelength of the laser beam 100 is preferably slightly longer than the absorption edge wavelength of the semiconductor substrate 1, and is preferably in the range of an atmospheric window (eg, 0.2 ⁇ m to 1.2 ⁇ m) that is not substantially absorbed by the atmosphere at room temperature.
- an atmospheric window eg, 0.2 ⁇ m to 1.2 ⁇ m
- the semiconductor material of the first semiconductor layer 2 is transparent to the laser light 100, but when the laser power density P exceeds a certain threshold value Pth, multiphoton absorption occurs.
- the laser power density P of the laser beam 100 is set to a value larger than the threshold value Pth.
- the amount of energy absorbed by multiphoton absorption is proportional to the nth power of the energy density of the irradiated laser beam 100 (n is the number of photons). For example, in the case of two-photon absorption, the energy absorption amount is proportional to the square of the energy density of the laser light 100.
- the laser light source 11 in order to increase the laser power density P of the laser beam 100, the laser light source 11 has a function of achieving a high-output pulse oscillation by changing the Q value of the optical resonator at high speed. (Not shown) is provided, and thereby Q-switched laser light having a high peak value is emitted.
- the pulse width of the Q-switched laser light is preferably 1 ⁇ s or less so that the energy per pulse is sufficiently large.
- the laser parameters of the laser beam 100 are set to values that can vaporize (or thermally decompose) the first semiconductor layer 2. Is set.
- the cylindrical lens 13 has a function of converting an incident circular beam into a flat elliptical beam and emitting it. Instead of the cylindrical lens 13, a circular beam may be converted into an elliptical beam using another optical system such as an anamorphic prism.
- the objective lens 14 may be a convex lens or a combination lens of a convex lens and a concave lens.
- An exemplary NA (numerical aperture) of the objective lens 14 is about 0.4.
- the step of preparing the semiconductor substrate 1 and the laser beam 100 from the first semiconductor layer 2 side (the lower surface 1b side) are applied to the semiconductor substrate 1 using the laser beam irradiation unit 10. Irradiating.
- the optical axis of the laser beam 1100 is denoted by reference numeral 101.
- the second semiconductor layer 3 is epitaxially grown on the first semiconductor layer 2 by, for example, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) or LPE (liquid phase epitaxial growth).
- MOCVD metal organic chemical vapor deposition
- LPE liquid phase epitaxial growth
- the first semiconductor layer 2 is preferably a single crystal.
- a desired semiconductor element is formed in the second semiconductor layer 3 by a known method such as a lithography technique.
- the semiconductor substrate 1 is attached to the fixing material 4.
- the laser beam 100 is applied to the lower surface 1b of the semiconductor substrate 1 (in the first embodiment, the boundary surface between the semiconductor substrate 1 and the fixing material 4 and the lower surface of the first semiconductor layer 2).
- the cylindrical lens 13 and the objective lens 14 are arranged so that the first convergence point 21 is formed (see FIG. 2).
- the first convergence point 21 may be located above the lower surface 1 b of the semiconductor substrate 1, that is, inside the first semiconductor layer 2.
- the beam shape at the first convergence point 21 is elliptical.
- the cylindrical lens 13 and the objective lens 14 are arranged so that the major axis of the ellipse is along a cutting line that defines the dividing surface 20.
- the “convergence point” refers to a region where the light beams of the laser light emitted from the objective lens 14 gather on the optical axis 101 and is limited to a paraxial focus determined by the objective lens 14. Instead, the point may be pointed a little away from the focal point along the optical axis 101.
- the spot diameter of the laser beam 100 is different from the focal point on the paraxial axis.
- the power density (light intensity [W] per unit area [cm 2 ]) at the first convergence point 21 is several MW / cm 2. This can be done. As a result, multiphoton absorption occurs in the second semiconductor layer 3 of the semiconductor substrate 1, and if the multiphoton absorption does not occur, a part of the laser light 100 that would have been transmitted through the semiconductor substrate 1 is absorbed. As a result, the laser beam 100 is absorbed at the first convergence point 21 and the semiconductor substrate 1 is heated.
- the band gap of the semiconductor material of the semiconductor substrate 1 decreases.
- a red shift occurs in the heated portion of the semiconductor substrate 1 and its surrounding portion, and the absorption rate of the laser light 100 increases.
- the laser beam 100 travels through the semiconductor substrate 1 toward the upper surface 1a.
- the following processes (1) to (4) are continued until the irradiation of the laser beam 100 is completed along the optical path of the laser beam 100 from the fixing material 4 on the lower surface 1b side to the second semiconductor layer 3 on the upper surface 1a side. It progresses.
- a portion of the semiconductor substrate 1 is heated by the laser beam 100.
- the temperature of the portion increases, and a red shift of the absorption edge wavelength of the semiconductor material occurs.
- the absorptance of the laser beam is increased in the portion, and the portion is further heated. (4) Heat conduction from the portion to the surroundings occurs, and the surrounding portions are heated.
- a region to be heated spreads in the thickness direction (height direction Z) of the semiconductor substrate 1 along the optical axis 101 of the laser beam 100.
- the heated region reaches a dozen ⁇ m at the distance in the height direction Z.
- a force is generated that pushes the periphery of the first semiconductor layer 2 due to thermal expansion.
- the first convergence point 21 of the laser beam 100 is elliptical, a force that generates a crack along the major axis of the ellipse is generated at the first convergence point 21. In this way, a crack is formed in the lower surface 1b of the semiconductor substrate 1 (see FIG. 3).
- the semiconductor material of the first semiconductor layer 2 is vaporized (or thermally decomposed) at a portion where the energy is absorbed several nanoseconds after the irradiation of the laser beam 100 is started. Then, the gas of the semiconductor material is ejected to the boundary surface between the fixing material 4 and the semiconductor substrate 1. Due to the thermal expansion of the first semiconductor layer 2 and the ejection of gas, crack opening forces 41a and 41b that push the crack generated in the lower surface 1b of the semiconductor substrate 1 are applied in the length direction Y, and the crack further develops.
- a gap is formed between the fixing material 4 and the semiconductor substrate 1 by the ejection of gas. Due to the formation of the gap, a push-up force 50 is generated in the semiconductor substrate 1, the semiconductor substrate 1 is pushed up, and a tensile stress is generated in the upper surface 1 a of the semiconductor substrate 1.
- the power density P of the laser beam 100 has a spatial distribution centered on the optical axis of the cylindrical lens 13 and the objective lens 14 (which coincides with the optical axis 101 of the laser beam 100). To do.
- the power density P of the laser beam 100 decreases as the distance from the optical axis 101 increases.
- the power density P of the laser beam 100 may have a time distribution from the rise to the fall of the laser beam 100.
- the power density P of the laser beam 100 decreases.
- the power density P shown in FIGS. 6 and 7 has a Gaussian distribution (normal distribution) or a shape close thereto, but the present invention is not limited to this, and for example, there are a plurality of peaks. It may be a distribution.
- Laser light in a region where the power density P is equal to or higher than the first threshold value Pth1 is multiphoton absorbed by the first semiconductor layer 2.
- a region where the power density P is smaller than the first threshold value Pth1 and is equal to or larger than the second threshold value Pth2 is a red of the absorption edge wavelength of the semiconductor material of the first semiconductor layer 2.
- the first semiconductor layer 2 is absorbed by the shift.
- a region where the power density P is smaller than the second threshold value Pth1 (reference numeral 303 in FIG. 6 and reference numeral 403 in FIG. 7) is not absorbed by the first semiconductor layer 2 and passes through the first semiconductor layer 2.
- the surrounding portion is also heated by heat conduction.
- the peak wavelength of the laser light 100 is close to the absorption edge wavelength of the semiconductor material of the first semiconductor layer 2
- the refractive index of the semiconductor material of the peripheral portion with respect to the laser light 100 is increased by heating the peripheral portion. .
- the laser beam 100 passing through the surrounding portion is subjected to a convergence action due to the thermal lens effect.
- the laser beam 100 is applied to some extent on the boundary surface between the first semiconductor layer 2 and the second semiconductor layer 3, the inside of the second semiconductor layer 3, or the upper surface of the second semiconductor layer 3 (the upper surface 1a of the semiconductor substrate 1).
- the converged second convergence point 22 can be formed.
- the second convergence point 22 is also elliptical.
- the absorption edge wavelength of the second semiconductor layer 3 is not less than 1100 nm and not more than 1600 nm, almost all of the laser light 100 transmitted through the first semiconductor layer 2 is absorbed by the second convergence point 22.
- the semiconductor substrate 1 is cut using the multiphoton absorption of the semiconductor material of the first semiconductor layer 2 including the semiconductor material transparent to the laser beam 100.
- the laser light having a low power density transmitted through the first semiconductor layer 2 without being absorbed by the first semiconductor layer 2 (without absorption due to red shift) is not dissipated out of the semiconductor substrate 1 but into the laser light 100.
- it is absorbed by the second semiconductor layer 3 containing an opaque semiconductor material.
- cracks 31 and 32 are formed on both the upper surface 1a and the lower surface 1b of the semiconductor substrate 1 as described above.
- the crack opening forces 41 a and 41 b acting on the lower surface 1 b of the semiconductor substrate 1 and the crack opening forces 42 a and 42 b acting on the second semiconductor layer 3 side are both generated within the same pulse width of the laser light 100.
- the semiconductor substrate 1 is divided almost simultaneously.
- the substrate is cut from the upper surface 1a side and the lower surface 1b side of the semiconductor substrate 1, and the semiconductor substrate 1 can be separated quickly and reliably.
- the irradiation time of the laser beam 100 is shortened, and the energy efficiency is further improved.
- the elliptical laser beam 100 is irradiated, and the major axis of the ellipse is along the cutting line that defines the dividing plane 20 at the first convergence point 21, so that the crack opening force is It can be guided to act in the width direction Y along the line. This further improves energy efficiency.
- the fixing material 4 that holds the semiconductor substrate 1 is preferably used. Specifically, when the semiconductor material of the semiconductor substrate 1 is vaporized (or thermally decomposed), the fixing material 4 is provided, so that gas accumulates in the gap between the semiconductor substrate 1 and the fixing material 4, and the semiconductor A pushing force 50 is generated on the substrate 1. Thereby, the semiconductor substrate 1 can be separated more quickly and reliably.
- Embodiment 2 FIG. In the description of the second embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the description of the components is omitted.
- a semiconductor element is formed in the second semiconductor layer 3, and a transparent layer that is transparent to the laser beam 100 is further provided on the second semiconductor layer 3.
- the transparent layer is made of a SiO x (silicon oxide) film, a SiN (silicon nitride) film, or the like, and may be a passivation film provided to electrically and mechanically protect the upper surface 1a of the semiconductor substrate 1.
- the second semiconductor layer 3 can be formed together in the process of forming the semiconductor element without performing another process, the manufacturing efficiency of the semiconductor device is improved.
- Embodiment 3 FIG.
- the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description of the components is omitted.
- the objective lens 14 and the like are arranged so that the first convergence point 21 of the laser light 100 is located on the lower surface 1b of the semiconductor substrate 1 (or inside the first semiconductor layer 2).
- the objective lens 14 and the like are arranged so that the convergence point 21 of the laser light 100 is located inside the fixing material 4.
- a material defect is introduced into the fixing material 4 that is an insulator.
- the material defect refers to a singular point of a molecular arrangement, a foreign object, a scratch, or the like generated in the material constituting the fixing material 4.
- the material constituting the fixing material 4 is a resin
- the foreign matter may be a filler mixed with the resin.
- the material defect is introduced so that the light transmitted through the fixing material 4 is absorbed by the material defect if the material defect does not exist.
- the material defect may be a lattice defect (point defect, line defect, or surface defect) that originally exists in the material constituting the fixing material 4.
- the laser beam 100 having a sufficiently high power density is irradiated so that energy absorption by a material defect can be used.
- the convergence point 21 moves to the inside of the fixing material 4, so that the same effect as in the first and second embodiments can be obtained.
- the first convergence point 21 is located inside the fixing material 4, after the first semiconductor layer 2 is vaporized (or thermally decomposed), the product formed by being cooled and solidified is obtained. It does not adhere to the semiconductor substrate 1. Thereby, the process which wash
- Embodiment 4 FIG.
- the same reference numerals are given to the same components as those in the first to third embodiments, and the description of the components is omitted.
- the objective lens 14 and the like are arranged so that the convergence point of the laser beam 100 is located inside the semiconductor substrate 1, for example, near the center of the semiconductor substrate 1 in the thickness direction.
- Embodiment 5 FIG.
- a highly rigid plate member that is transparent to the laser beam 100 is attached to the lower surface of the fixing member 4.
- An example of a highly rigid plate member is a fused silica glass plate.
- the semiconductor material of the first semiconductor layer 2 can be restrained from receiving a force from a gas generated by vaporization (or thermal decomposition) and expanding to the opposite side of the semiconductor substrate 1, and a push-up force 50 Can be reliably applied to the semiconductor substrate 1 side.
- the semiconductor substrate 1 can be separated more quickly and reliably.
- Embodiment 6 FIG.
- a crack is formed in advance by scribing, for example, with a diamond point along a cutting line that defines the dividing surface 20 of the semiconductor substrate 1.
- the semiconductor substrate 1 can be separated more quickly and reliably.
- Embodiment 7 FIG. In the description of the seventh embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those in the first to sixth embodiments, and the description of the components is omitted.
- a crack is formed in advance on a cutting line that defines the dividing surface 20 of the semiconductor substrate 1.
- a circular laser beam is irradiated without providing a cylindrical lens (or an anamorphic lens) that converts the laser beam into an elliptical shape.
- Embodiment 8 FIG. In the description of the eighth embodiment, the same components as those of the first to seventh embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description of the components is omitted.
- a reflective film that is transparent to the laser light 100 and has a high reflectance is provided on the upper surface side of the second semiconductor layer 3.
- the reflective film is preferably melted by receiving heat from the semiconductor substrate 1.
- the material constituting the reflective film are metals such as Au (gold) and Al (aluminum), or semiconductors with high reflectivity such as germanium.
- the laser light transmitted without being absorbed by the second semiconductor layer 3 is reflected to the second semiconductor layer 3 side and absorbed by the second semiconductor layer 3, thereby further improving energy efficiency. be able to.
- Embodiment 9 FIG.
- the same reference numerals are given to the same components as those in the first to eighth embodiments, and the description of the components is omitted.
- the power density of the laser light 100 has a time distribution from rising to falling.
- the time distribution of the power density P of the laser beam 100 with respect to the elapsed time T of the laser beam 100 is symmetric with respect to a certain elapsed time.
- the distribution is shifted to the irradiation start side or the irradiation end side.
- the ninth embodiment when the time distribution of the power density P is shifted to the irradiation start side, multiphoton absorption occurs in the first semiconductor layer 2 at an early stage after the start of irradiation of the laser light 100, and the thermal lens By generating the effect at an early stage, the width (distance in the length direction X) of the second convergence point 22 can be further reduced, and the energy efficiency can be further improved.
- the multi-photon absorption at the first convergence point 21 is started after the processing of the second semiconductor layer 3 is preceded.
- the portion resulting from the push-up force 50 can be used efficiently, and the semiconductor substrate 1 can be separated more quickly and reliably. Can do.
- a plurality of peaks may be provided in the time distribution of the power density P.
- the first semiconductor layer 2 is formed in the second semiconductor layer 3 by causing the thermal lens effect by heating to the extent that multiphoton absorption occurs but vaporization (or thermal decomposition) of the first semiconductor layer 2 does not occur at the first peak.
- the second convergence point 22 to be converged is further converged. Thereby, crack opening forces 31a and 31b on the second semiconductor layer 3 side can be generated, and an initial crack can be generated on the second semiconductor layer 3 side.
- the first semiconductor layer 2 is vaporized (or thermally decomposed), and a push-up force 50 is generated. In this way, the semiconductor substrate 1 can be separated more quickly and reliably.
- InP was used as the material of the first semiconductor layer 2 constituting the semiconductor substrate 1. Further, as the second semiconductor layer 3, a stacked body in which a plurality of InGaAs and InGaAsP are stacked is used. A PVC sheet was used as the fixing material 4. Further, in the example, a plate member (molten glass silica plate) was attached to the lower surface of the fixing material 4. As the laser light 100 emitted from the laser light source 11, a YAG excitation fiber laser was used.
- the irradiation conditions of the laser beam 100 are as follows: the pulse energy is 0.1 mJ, the pulse width is 160 ns, the ellipticity of the beam (ratio of major axis to minor axis) is 25, and the beam focusing point is the semiconductor substrate 1 and the fixing material 4. It was set on the lower surface 1b of the semiconductor substrate 1 which is the interface.
- the second semiconductor layer 3 having the first semiconductor layer 2, the second semiconductor layer 3, the fixing material 4 and the plate member
- Other conditions in the comparative example are the same as those in the example.
- FIG. 8A, FIG. 9 and FIG. 10A are optical micrographs showing the results of the examples, taken from the upper surface 1a side (that is, the side irradiated with laser light), respectively, along the laser irradiation direction.
- a cross-sectional image is taken from the lower surface 1b side (that is, the side opposite to the side irradiated with laser light).
- FIG. 8B and FIG. 10B are optical micrographs showing the results for the comparative example, taken from the upper surface side and taken from the lower surface side, respectively.
- each figure explaining an Example is attached
- the locus 901 of the laser beam extends from the upper surface to the lower surface.
- a crack 1001 is generated on the lower surface of the semiconductor substrate 1 (including the second semiconductor layer 3) according to the example.
- FIG. 10B no cracks could be confirmed on the lower surface of the semiconductor substrate according to the comparative example (without the second semiconductor layer 3). Therefore, it is considered that the crack 1001 occurred on the lower surface of the semiconductor substrate 1 according to the example because the laser beam was favorably absorbed not only in the first semiconductor layer 2 but also in the second semiconductor layer 3. .
- SYMBOLS 1 Semiconductor substrate, 1a upper surface, 1b lower surface, 2 1st semiconductor layer, 3 2nd semiconductor layer, 4 fixing material, 11 laser light source, 12 reflection mirror, 13 collimating lens, 14 objective lens, 20 dividing surface, 21 1st convergence Point, 22 second convergence point, 31, 32 crack, 41a, 41b, 42a, 42b crack opening force, 50 thrust force 100 laser light, 101 optical axis
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Abstract
半導体装置の製造方法は、第1半導体層と第2半導体層とを含む半導体基板を準備するステップと、半導体基板に第1半導体層側からレーザ光を照射することにより、半導体基板を半導体チップに個片化するステップとを含む。第1半導体層は、レーザ光に対して透明な半導体材料を含む。第2半導体層は、レーザ光に対して不透明な半導体材料を含む。レーザ光は、第1半導体層の半導体材料がレーザ光に対して不透明に変化する強度のレーザ光を照射する。
Description
本発明は、レーザ光を用いて半導体基板を分割して半導体チップに個片化するステップを含む、半導体装置の製造方法に関する。
従来、レーザ光を用いて、半導体基板を分割して半導体チップに個片化する方法が存在する。例えば特許文献1には、用いるレーザ光に対して透明な半導体基板を分割する方法が記載されている。この方法では、レーザ光のパワー密度を大きくして、半導体基板で多光子吸収を生じさせている。
ところで、一般に、レーザ光のパワー密度には空間分布が存在する。特許文献1に記載された方法によれば、パワー密度の大きいレーザ光は半導体基板に多光子吸収されるが、パワー密度の小さいレーザ光は半導体基板に吸収されずに透過する。したがって、特許文献1の方法は、エネルギー効率の観点で改善の余地がある。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、従来技術と比べてエネルギー効率の高い半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、
第1半導体層と第2半導体層とを含む半導体基板を準備するステップと、
前記半導体基板に前記第1半導体層側からレーザ光を照射することにより、前記半導体基板を半導体チップに個片化するステップとを含み、
前記第1半導体層は、前記レーザ光に対して透明な半導体材料を含み、
前記第2半導体層は、前記レーザ光に対して不透明な半導体材料を含み、
前記レーザ光を照射するステップでは、前記第1半導体層の半導体材料が前記レーザ光に対して不透明に変化する強度のレーザ光を照射する。
第1半導体層と第2半導体層とを含む半導体基板を準備するステップと、
前記半導体基板に前記第1半導体層側からレーザ光を照射することにより、前記半導体基板を半導体チップに個片化するステップとを含み、
前記第1半導体層は、前記レーザ光に対して透明な半導体材料を含み、
前記第2半導体層は、前記レーザ光に対して不透明な半導体材料を含み、
前記レーザ光を照射するステップでは、前記第1半導体層の半導体材料が前記レーザ光に対して不透明に変化する強度のレーザ光を照射する。
本発明によれば、レーザ光に対して不透明な第2半導体層を設けることにより、従来技術と比べてエネルギー効率が高くなり、従来技術と比べて半導体基板の個片化を迅速、確実に行うことができる。
以下、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照して具体的に説明する。以下の説明では、必要に応じて特定の方向を示す用語(上、下など)を用いるが、これらの用語は本発明の理解を容易にするために用いているのであって、これらの用語により本発明の範囲が限定されると理解するべきではない。以下の説明では、符号「X」を付した方向を幅方向、符号「Y」を付した方向を長さ方向、符号「Z」を付した方向を高さ方向と称す。X方向、Y方向およびZ方向は、互いに直交している。
一般に、半導体材料では、バンドギャップエネルギーより高い光子エネルギーを有する光が到来すると、その光を吸収して価電子帯から伝導帯へ電子の遷移が起きる。これにより、半導体材料には、ある大きさ以下の波長を有する光を吸収して通さなくする性質がある。本明細書では、当該波長を吸収端波長と称す。
以下の説明で、材料が「レーザ光に対して透明である」とは、入射するレーザ光が材料に吸収されずに透過することを指す。例えば、半導体材料であれば、その吸収端波長が、当該半導体材料に照射するレーザ光のピーク波長よりも短い場合、基本的にレーザ光は(表面で反射されない限り)材料に吸収されずに透過する。また、材料が「レーザ光に対して不透明である」とは、入射するレーザ光の少なくとも一部が材料に吸収されることを指す。例えば、半導体材料であれば、その吸収端波長がレーザ光のピーク波長よりも長いときには、レーザ光の少なくとも一部は半導体材料に吸収される。
実施の形態1.
以下、半導体基板1とレーザ光照射ユニット10の構成を説明した後、半導体装置の製造方法について説明する。
以下、半導体基板1とレーザ光照射ユニット10の構成を説明した後、半導体装置の製造方法について説明する。
(半導体基板1)
図1に示すように、半導体基板1は、上面1a(または第1面)と下面1b(または第2面)とを有する。半導体基板1の上面1aには、半導体素子が複数個形成されている(図示せず)。半導体基板1は、上面1a側に設けられた第1半導体層2と下面1b側に設けられた第2半導体層3とを含む。第1半導体層2は、レーザ光100に対して透明な半導体材料を含む。当該半導体材料は、約870nm以上約1100nm以下の吸収端波長を有していてもよい。当該半導体材料の例は、Si(ケイ素)、GaAs(ヒ化ガリウム)、InP(リン化インジウム)などである。
図1に示すように、半導体基板1は、上面1a(または第1面)と下面1b(または第2面)とを有する。半導体基板1の上面1aには、半導体素子が複数個形成されている(図示せず)。半導体基板1は、上面1a側に設けられた第1半導体層2と下面1b側に設けられた第2半導体層3とを含む。第1半導体層2は、レーザ光100に対して透明な半導体材料を含む。当該半導体材料は、約870nm以上約1100nm以下の吸収端波長を有していてもよい。当該半導体材料の例は、Si(ケイ素)、GaAs(ヒ化ガリウム)、InP(リン化インジウム)などである。
第2半導体層3は、レーザ光100に対して不透明な半導体材料を含む。当該半導体材料の吸収端波長は、約1100nm以上約1600nm以下の吸収端波長であってもよい。第2半導体層3を構成する材料の例は、InGaAsP(インジウムガリウムヒ素リン)、および、InGaAs(インジウムガリウムヒ素)とInGaAsPとで構成される積層体である。第2半導体層3は、第1半導体層2の上に、例えばエピタキシャル成長を用いて形成されてもよい。
半導体基板1の分割面は符号20を付して図2に示している。図2では、分割面20は、長さ方向Xに延びる1箇所設けられている。ここで、半導体素子は半導体基板1の上に2次元的に複数個配置されるのが一般的である。したがって、分割面20は、例えば互いに直交する2方向(例えば長さ方向Xと幅方向Y)に、それぞれ複数箇所設けられてよい。
半導体基板1の下面1bには、固定材4が設けられている。固定材4は、粘着性を有しており、半導体基板1の下面1bに張り付けられて固定されている。したがって、本実施形態1では、半導体基板1の下面1bは、半導体基板1(または第1半導体層2)と固定材4との境界面に一致する。固定材4は、半導体基板1を分割面20で分割して個片化する際に、半導体基板1を保持する機能を有する。固定材4は、図示しない枠部材に固定され、この枠部材が図示しない分割装置に固定されている。分割装置はレーザ光照射ユニット10を含む。このようにして、半導体基板1のレーザ光照射ユニット10に対する相対位置が維持される。
固定材4は、レーザ光100に対して透明なシート材であってもよい。固定材4の例示的な材料は、PVC(塩化ビニル樹脂)またはPO(ポリオレフィン樹脂)などの絶縁体である。
(レーザ光照射ユニット10)
レーザ光照射ユニット10は、レーザ光源11と、反射ミラー12と、シリンドリカルレンズ13と、対物レンズ14とを有する。図1では、レーザ光源11から出射したレーザ光のビーム径を拡大およびコリメートするビームエキスパンダの図示を省略している。
レーザ光照射ユニット10は、レーザ光源11と、反射ミラー12と、シリンドリカルレンズ13と、対物レンズ14とを有する。図1では、レーザ光源11から出射したレーザ光のビーム径を拡大およびコリメートするビームエキスパンダの図示を省略している。
レーザ光源11から出射するレーザ光100の例示的な波長は、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザの基本波の波長である1064nmである。レーザ光源11に用いられるレーザ発振用の例示的な結晶は、Nd:YAG(ネオジウム:YAG)結晶、Nd:YVO4(ネオジウム:イットリウム・四酸化バナジウム)結晶などである。例示した結晶は、温度の影響を受けにくい例えばNd:YLF(ネオジウム:イットリウム・リチウム・フロライド)結晶に比べて、熱レンズ効果が生じやすいという特徴がある。
レーザ光100の波長は、好ましくは、半導体基板1の吸収端波長より少し長く、好ましくは、常温で大気にほぼ吸収されない大気の窓(例えば0.2μm~1.2μm)の範囲内である。
ここで、第1半導体層2の半導体材料はレーザ光100に対して透明であるが、レーザパワー密度Pがある閾値Pthを超えると、多光子吸収が発生する。レーザ光100のレーザパワー密度Pは、閾値Pthより大きい値に設定される。多光子吸収によるエネルギー吸収量は、照射されるレーザ光100のエネルギー密度のn乗に比例し(nは光子の数)する。例えば、2光子吸収の場合、エネルギー吸収量は、レーザ光100のエネルギー密度の2乗に比例する。
レーザ光100のレーザパワー密度Pを大きくするため、本実施形態1では、レーザ光源11に、光共振器のQ値を高速に変化させて高出力のパルス発振を達成する機能を有するQスイッチ素子(図示せず)が設けられており、これにより尖頭値の高いQスイッチレーザ光が出射する。Qスイッチレーザ光のパルス幅は、1パルスあたりのエネルギーが十分大きくなるように、1μs以下であることが好ましい。
レーザ光100のレーザパラメータ(レーザ光100がパルスレーザであれば、パルス幅、繰返し周波数、パルスエネルギー、ピーク出力など)は、第1半導体層2を気化(または熱分解)させることができる値に設定される。
シリンドリカルレンズ13は、入射する円形ビームを扁平な楕円形ビームに変換して出射させる機能を有する。シリンドリカルレンズ13の代わりに、アナモルフィックプリズムなど他の光学系を用いて、円形ビームを楕円形ビームに変換してもよい。対物レンズ14は、凸レンズであってもよいし、凸レンズと凹レンズの組合せレンズなどであってもよい。対物レンズ14の例示的なNA(開口数)は、約0.4である。
(半導体装置の製造方法)
本実施形態1に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板1を準備するステップと、レーザ光照射ユニット10を用いて半導体基板1に第1半導体層2側(下面1b側)からレーザ光100を照射するステップとを含む。レーザ光1100の光軸を符号101で示している。
本実施形態1に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板1を準備するステップと、レーザ光照射ユニット10を用いて半導体基板1に第1半導体層2側(下面1b側)からレーザ光100を照射するステップとを含む。レーザ光1100の光軸を符号101で示している。
半導体基板1を準備するステップでは、例えばMOCVD(有機金属気相成長法)、LPE(液相エピタキシャル成長法)により、第1半導体層2の上に第2半導体層3をエピタキシャル成長させる。第1半導体層2は、単結晶であることが好ましい。次に、例えばリソグラフィ技術など公知の方法により、第2半導体層3に所望の半導体素子を形成する。次に、半導体基板1を固定材4に貼り付ける。
レーザ光100を照射するステップでは、半導体基板1の下面1b(本実施形態1では、半導体基板1と固定材4との境界面、第1半導体層2の下面に一致する)にレーザ光100の第1収束点21が形成されるように、シリンドリカルレンズ13と対物レンズ14とを配置する(図2を参照)。第1収束点21は、半導体基板1の下面1bよりも上側、すなわち第1半導体層2の内部に位置していてもよい。
シリンドリカルレンズ13を用いているので、第1収束点21でのビーム形状は、楕円形になる。このとき、楕円の長軸が分割面20を画定する切断線に沿うように、シリンドリカルレンズ13と対物レンズ14とを配置する。
なお、本明細書で「収束点」とは、対物レンズ14から出射したレーザ光の光線が光軸101上に集まる領域を指しており、対物レンズ14により決定される近軸での焦点に限定されることなく、焦点から光軸101に沿って少しの距離ずれた点を指してもよい。特に、本実施形態1では楕円形ビームを用いているので、レーザ光100のスポット径が最小となる点は、近軸での焦点とは異なることに留意すべきである。
本実施形態1では、レーザ光100としてQスイッチレーザ光を用いているので、第1収束点21でのパワー密度(単位面積[cm2]あたりの光強度[W])は数MW/cm2以上とすることができる。これにより、半導体基板1の第2半導体層3で多光子吸収が生じ、多光子吸収が生じなければ半導体基板1を透過したであろうレーザ光100の一部が吸収される。これにより、第1収束点21でレーザ光100が吸収され、半導体基板1が加熱される。
なお、レーザ光100が第1収束点21に収束されている状態であっても、焦点深度が存在する関係で、半導体基板1の下面1bに位置する第1収束点21だけでなく、半導体基板1の内部にも加熱範囲が及ぶ。
半導体基板1が加熱されてその温度が上昇すると、半導体基板1の半導体材料のバンドギャップが小さくなる。これにより、半導体基板1において加熱された部分およびその周囲部分で、吸収端波長の長波長側へのシフト(以下、レッドシフトという)が生じ、レーザ光100の吸収率が大きくなる。
レーザ光100は、半導体基板1を上面1a側に進む。下面1b側の固定材4から上面1a側の第2半導体層3へ向かうレーザ光100の光路に沿って、レーザ光100の照射が終了するまで、以下の過程(1)から(4)が連続的に進行する。
(1)レーザ光100により、半導体基板1のある部分が加熱される。
(2)当該部分の温度が上昇し、半導体材料の吸収端波長のレッドシフトが生じる。
(3)当該部分でレーザ光の吸収率が高くなり、当該部分がさらに加熱される。
(4)当該部分から周囲への熱伝導が生じ、周囲部分が加熱される。
(1)レーザ光100により、半導体基板1のある部分が加熱される。
(2)当該部分の温度が上昇し、半導体材料の吸収端波長のレッドシフトが生じる。
(3)当該部分でレーザ光の吸収率が高くなり、当該部分がさらに加熱される。
(4)当該部分から周囲への熱伝導が生じ、周囲部分が加熱される。
上記過程(1)から(4)が連続的に進行する結果として、レーザ光100の光軸101に沿って、半導体基板1の厚さ方向(高さ方向Z)に、加熱される領域が広がる。例えばレーザ光100のパルス幅が数100nsである場合、加熱される領域は、高さ方向Zの距離で十数μmに達する。
光軸101に沿った加熱領域では、第1半導体層2の熱膨張により周辺を押し広げる力が発生する。本実施形態1では、レーザ光100の第1収束点21が楕円状であるので、第1収束点21に、楕円の長軸に沿って亀裂を発生させる力が発生する。このようにして、半導体基板1の下面1bに亀裂が形成される(図3を参照)。
半導体基板1に吸収されるエネルギー量が十分に大きい場合、レーザ光100の照射を開始して数ナノ秒後に、エネルギーを吸収した部分で第1半導体層2の半導体材料が気化(または熱分解)して、固定材4と半導体基板1との境界面に当該半導体材料のガスが噴出する。上述の第1半導体層2の熱膨張とガスの噴出とにより、半導体基板1の下面1bに生じた亀裂を押し広げる亀裂開口力41a,41bが長さ方向Yに加わり、亀裂がさらに進展する。
また、ガスの噴出により、固定材4と半導体基板1との間に空隙が形成される。空隙の形成により、半導体基板1に突き上げ力50が生じ、半導体基板1は押し上げられて、半導体基板1の上面1aに引張応力が生じる。
ここで、図6に示すように、レーザ光100のパワー密度Pには、シリンドリカルレンズ13と対物レンズ14の光軸(レーザ光100の光軸101に一致する)を中心とした空間分布が存在する。光軸101からの距離が大きいほど、レーザ光100のパワー密度Pは低下する。また、図7に示すように、レーザ光100のパワー密度Pには、レーザ光100の立上がりから立下りまでの時間分布が存在することがある。典型的には、レーザ光100の立上がり時、立下り時は、レーザ光100のパワー密度Pが低くなる。なお、図6、図7に示したパワー密度Pはガウス分布(正規分布)またはそれに近い形状をしているが、本発明はこれに限定されることなく、例えば複数のピークが存在するような分布であってもよい。
パワー密度Pが第1しきい値Pth1以上の領域(図6の符号301、図7の符号401)のレーザ光は、第1半導体層2に多光子吸収される。パワー密度Pが第1しきい値Pth1より小さく第2しきい値Pth2以上の領域(図6の符号302、図7の符号402)は、第1半導体層2の半導体材料の吸収端波長のレッドシフトにより、第1半導体層2により吸収される。パワー密度Pが第2しきい値Pth1より小さい領域(図6の符号303、図7の符号403)は、第1半導体層2により吸収されずに第1半導体層2を透過する。
レーザ光100により、半導体基板1の下面1bが加熱されると、熱伝導によりその周囲部分も加熱される。上述のとおり、レーザ光100のピーク波長は第1半導体層2の半導体材料の吸収端波長に近いので、この周囲部分の加熱により、当該周囲部分の半導体材料のレーザ光100に対する屈折率が上昇する。これにより、上記周囲部分を通過するレーザ光100は、熱レンズ効果による収束作用を受ける。その結果、第1半導体層2と第2半導体層3との境界面、第2半導体層3の内部、または第2半導体層3の上面(半導体基板1の上面1a)に、レーザ光100がある程度収束した第2収束点22を形成できる。第2収束点22も第1収束点21と同様に楕円状となる。
第2半導体層3の吸収端波長が1100nm以上1600nm以下であるので、第1半導体層2を透過したレーザ光100は、第2収束点22にほぼすべて吸収される。
第2半導体層3では、半導体基板1の下面1bと同様に、第2半導体層3の熱膨張により周辺を押し広げる力が発生する。また、上述のとおり、固定材4と半導体基板1との間での空隙の形成により、半導体基板1に突き上げ力50が生じ、半導体基板1の上面1aに引張応力が作用する。このようにして、第2収束点22の楕円の長軸に沿って亀裂を発生および成長させる亀裂開口力41a,41bが、半導体基板1の上面1aにおいて長さ方向Yに加わる。そして、第2半導体層3またはその周辺部に亀裂が形成され、亀裂が進展する(図4を参照)。レーザ光100をある時間以上照射することにより、半導体基板1は分離する(図5を参照)。
このように、本実施形態1では、レーザ光100に対して透明な半導体材料を含む第1半導体層2の半導体材料の多光子吸収を利用して、半導体基板1の切断を行っている。第1半導体層2で多光子吸収されず(レッドシフトによる吸収もなく)第1半導体層2を透過したパワー密度の小さいレーザ光は、半導体基板1の外に散逸することなく、レーザ光100に対して不透明な半導体材料を含む第2半導体層3により吸収される。これにより、エネルギー効率の高い半導体装置の製造方法が得られる。
また、第1半導体層2と第2半導体層3の両方にレーザ光が吸収されることにより、上述のとおり、半導体基板1の上面1a、下面1bの両方で亀裂31,32が形成される。このとき、半導体基板1の下面1bで作用する亀裂開口力41a,41bと、第2半導体層3側で作用する亀裂開口力42a,42bとは、どちらもレーザ光100の同一パルス幅内で発生し、ほぼ同時に作用し、これにより半導体基板1が分割される。このように、第2半導体層3を設けることにより、半導体基板1の上面1a側からも下面1b側からも基板の切断が行われ、半導体基板1の分離を迅速、確実に行うことができる上に、レーザ光100の照射時間が短くなってさらにエネルギー効率が向上する。
特に、本実施形態1では、楕円形のレーザ光100を照射し、第1収束点21で、楕円の長軸が分割面20を画定する切断線に沿うようにしているので、亀裂開口力が当該線に沿って幅方向Yに作用するように誘導できる。これにより、さらにエネルギー効率が向上する。
また、本実施形態1では、半導体基板1を保持する固定材4が好適に利用される。具体的には、半導体基板1の半導体材料が気化(または熱分解)したとき、固定材4が設けられていることにより、半導体基板1と固定材4との間の空隙にガスが溜まり、半導体基板1に突き上げ力50が生じる。これにより、半導体基板1の分離をさらに迅速、確実に行うことができる。
実施の形態2.
本実施形態2の説明では、実施形態1と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。実施形態2では、第2半導体層3に半導体素子が形成され、さらに第2半導体層3の上に、レーザ光100に対して透明な透明層が設けられている。透明層は、SiOx(酸化ケイ素)膜、SiN(窒化ケイ素)膜などからなり、半導体基板1の上面1aを電気的、機械的に保護するために設けられるパッシベーション膜であってもよい。
本実施形態2の説明では、実施形態1と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。実施形態2では、第2半導体層3に半導体素子が形成され、さらに第2半導体層3の上に、レーザ光100に対して透明な透明層が設けられている。透明層は、SiOx(酸化ケイ素)膜、SiN(窒化ケイ素)膜などからなり、半導体基板1の上面1aを電気的、機械的に保護するために設けられるパッシベーション膜であってもよい。
本実施形態2によれば、別工程を実施することなく、半導体素子を形成する工程の中で第2半導体層3を併せて形成できるので、半導体装置の製造効率が向上する。
実施の形態3.
本実施形態3の説明では、実施形態1,2と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。実施形態1,2では、レーザ光100の第1収束点21が半導体基板1の下面1b(または第1半導体層2の内部)に位置するように、対物レンズ14などを配置した。本実施形態3では、レーザ光100の収束点21が固定材4の内部に位置するように、対物レンズ14などを配置する。
本実施形態3の説明では、実施形態1,2と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。実施形態1,2では、レーザ光100の第1収束点21が半導体基板1の下面1b(または第1半導体層2の内部)に位置するように、対物レンズ14などを配置した。本実施形態3では、レーザ光100の収束点21が固定材4の内部に位置するように、対物レンズ14などを配置する。
また、本実施形態3では、絶縁体である固定材4に材料欠陥が導入される。材料欠陥は、固定材4を構成する材料に生じている分子配列の特異点、異物、傷などを指す。例えば固定材4を構成する材料が樹脂であれば、異物は、樹脂に混合されたフィラーであってもよい。材料欠陥は、当該材料欠陥が存在しなければ固定材4を透過する光が当該材料欠陥により吸収されるように導入される。なお、材料欠陥は、固定材4を構成する材料に元来存在している格子欠陥(点欠陥、線欠陥または面欠陥)であってもよい。本実施形態3では、材料欠陥によるエネルギー吸収を利用できるように、十分に大きいパワー密度のレーザ光100を照射する。
本実施形態3によれば、収束点21が固定材4の内部に移動することにより、実施形態1,2と同等の効果が得られる。特に、本実施形態3では、第1収束点21が固定材4の内部に位置するので、第1半導体層2が気化(または熱分解)した後、冷却されて固化してできた生成物が半導体基板1に付着しなくなる。これにより、半導体基板1を洗浄する工程を省略でき、製造コストを下げることができるといった効果が得られる。
実施の形態4.
本実施形態4の説明では、実施形態1から3と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。本実施形態4では、レーザ光100の収束点が半導体基板1の内部、例えば、半導体基板1の厚さ方向の中心付近に位置するように、対物レンズ14などを配置する。
本実施形態4の説明では、実施形態1から3と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。本実施形態4では、レーザ光100の収束点が半導体基板1の内部、例えば、半導体基板1の厚さ方向の中心付近に位置するように、対物レンズ14などを配置する。
本実施形態4によれば、実施形態3で説明した効果と同様の効果を得ることができる。
実施の形態5.
本実施形態5の説明では、実施形態1から4と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。本実施形態5では、固定材4の下面に、レーザ光100に対して透明な剛性の高い板部材を貼り付ける。剛性の高い板部材の例は、溶融シリカガラス板である。
本実施形態5の説明では、実施形態1から4と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。本実施形態5では、固定材4の下面に、レーザ光100に対して透明な剛性の高い板部材を貼り付ける。剛性の高い板部材の例は、溶融シリカガラス板である。
本実施形態5によれば、第1半導体層2の半導体材料が気化(または熱分解)して発生するガスから力を受けて半導体基板1と反対側に膨張することを抑制でき、突き上げ力50を確実に半導体基板1側へ作用させることができる。これにより、半導体基板1の分離をより迅速、確実に行うことができる。
実施の形態6.
本実施形態6の説明では、実施形態1から5と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。本実施形態6では、半導体基板1の分割面20を画定する切断線に沿って、例えばダイアモンドポイントによりスクライブすることにより、予め亀裂を形成する。
本実施形態6の説明では、実施形態1から5と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。本実施形態6では、半導体基板1の分割面20を画定する切断線に沿って、例えばダイアモンドポイントによりスクライブすることにより、予め亀裂を形成する。
本実施形態6によれば、予め形成されている亀裂が起点となり、加工部に向かって亀裂が進展しやすくなるので、半導体基板1の分離をより迅速、確実に行うことができる。
実施形態7.
本実施形態7の説明では、実施形態1から6と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。本実施形態7では、実施形態6と同様に、半導体基板1の分割面20を画定する切断線に予め亀裂を形成する。また、本実施形態7では、実施形態1から7と異なり、レーザ光を楕円形に変換するシリンドリカルレンズ(またはアナモルフィックレンズ)を設けず、円形のレーザ光を照射する。
本実施形態7の説明では、実施形態1から6と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。本実施形態7では、実施形態6と同様に、半導体基板1の分割面20を画定する切断線に予め亀裂を形成する。また、本実施形態7では、実施形態1から7と異なり、レーザ光を楕円形に変換するシリンドリカルレンズ(またはアナモルフィックレンズ)を設けず、円形のレーザ光を照射する。
実施形態8.
本実施形態8の説明では、実施形態1から7と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。
本実施形態8の説明では、実施形態1から7と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。
本実施形態8では、第2半導体層3の上面側に、レーザ光100に対して透明であり、かつ反射率の高い反射膜(反射層)を設ける。反射膜は、好ましくは、半導体基板1からの熱を受けて溶融する。反射膜を構成する材料の例は、Au(金)、Al(アルミニウム)などの金属、またはゲルマニウムなど反射率の高い半導体である。
本実施形態8によれば、第2半導体層3で吸収されずに透過したレーザ光は第2半導体層3側へ反射され、第2半導体層3で吸収されるので、エネルギー効率をより向上させることができる。
実施の形態9.
本実施形態9の説明では、実施形態1から8と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。図7を用いて説明したように、レーザ光100のパワー密度には、立ち上がりから立下りまでの時間分布が存在する。実施形態1から8では、レーザ光100の経過時間Tに対するレーザ光100のパワー密度Pの時間分布を、ある経過時間に関して対称な形とした。本実施形態9では、同分布を照射開始側または照射終了側にシフトさせる。
本実施形態9の説明では、実施形態1から8と同じ構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。図7を用いて説明したように、レーザ光100のパワー密度には、立ち上がりから立下りまでの時間分布が存在する。実施形態1から8では、レーザ光100の経過時間Tに対するレーザ光100のパワー密度Pの時間分布を、ある経過時間に関して対称な形とした。本実施形態9では、同分布を照射開始側または照射終了側にシフトさせる。
本実施形態9で、パワー密度Pの時間分布を照射開始側にシフトさせた場合、レーザ光100の照射開始後の早い段階で第1半導体層2での多光子吸収が生じ、かつ、熱レンズ効果を早い段階で発生させることにより、第2収束点22の幅(長さ方向Xの距離)をより小さくすることができ、エネルギー効率をより向上させることができる。
本実施形態9で、パワー密度Pの時間分布を照射終了側にシフトさせた場合、第2半導体層3の加工を先行させた後、第1収束点21の多光子吸収を開始させることにより、第2半導体層3に形成された亀裂32に対して加わる亀裂開口力42a,42bのうち突き上げ力50に起因する部分を効率的に利用でき、半導体基板1の分離をより迅速、確実に行うことができる。
本実施形態9の変形例として、パワー密度Pの時間分布に複数のピークを設けてもよい。例えば、1回目のピークで、多光子吸収は起こすが第1半導体層2の気化(または熱分解)が生じない程度の加熱とし、熱レンズ効果を生じさせることにより、第2半導体層3に形成される第2収束点22をより収束させる。これにより、第2半導体層3側の亀裂開口力31a,31bを生じさせ、第2半導体層3側に初期亀裂を生じさせることができる。次に、2回目のピークで、第1半導体層2を気化(または熱分解させ)、突き上げ力50を発生させる。このようにして、半導体基板1の分離をより迅速、確実に行うことができる。
(実施例)
次に、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について、実施例と比較例を挙げて具体的に説明する。本発明の範囲は、以下の実施例の内容には限定されない。
次に、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について、実施例と比較例を挙げて具体的に説明する。本発明の範囲は、以下の実施例の内容には限定されない。
実施例では、半導体基板1を構成する第1半導体層2の材料として、InPを用いた。また、第2半導体層3として、InGaAsとInGaAsPとがそれぞれ複数積層された積層体を用いた。固定材4として、PVCシートを用いた。さらに、実施例では、固定材4の下面に板部材(溶融ガラスシリカ板)を貼り付けた。レーザ光源11から出射するレーザ光100には、YAG励起ファイバレーザを用いた。レーザ光100の照射条件は、パルスエネルギーを0.1mJとし、パルス幅を160nsとし、ビームの楕円比(長軸の短軸に対する比)を25とし、ビーム集束点を半導体基板1と固定材4の界面である半導体基板1の下面1bに設定した。比較例として、第2半導体層3を有しないもの(第1半導体層2、第2半導体層3、固定材4および前記板部材を有している)を準備した。比較例における他の条件は、実施例と同じである。
実施例に係る半導体基板1と比較例に係る半導体基板とに、上述の照射条件の下でレーザ光100を照射した結果を説明する。図8A、図9、図10Aは、実施例についての結果を示す光学顕微鏡写真であり、それぞれ、上面1a側(つまり、レーザ光が照射される側)から撮影したもの、レーザ照射方向に沿った断面を撮影したもの、下面1b側(つまり、レーザ光が照射される側と反対側)から撮影したものである。図8B、図10Bは、比較例についての結果を示す光学顕微鏡写真であり、それぞれ、上面側から撮影したもの、下面側から撮影したものである。なお、実施例を説明する各図には、図1から図7で用いた、方向を示す符号を付している。
図9を参照すると、実施例に係る半導体基板1において、レーザ光の軌跡901が上面から下面まで及んでいることがわかる。また、図10Aを参照すると、実施例に係る(第2半導体層3を備えた)半導体基板1の下面で亀裂1001が生じていることがわかる。一方、図10Bを参照すると、比較例に係る(第2半導体層3を備えていない)半導体基板の下面では亀裂は確認できなかった。したがって、実施例に係る半導体基板1の下面に亀裂1001が生じたのは、第1半導体層2だけでなく第2半導体層3においてもレーザ光の吸収が好適に行われたからであると考えられる。
なお、図面には示していないが、実施例において、固定材4の下面に板部材(溶融ガラスシリカ板)を設けない場合であっても、半導体基板の下面に亀裂が生じた。
以上、複数の実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例の内容には限定されないと理解すべきである。また、各実施形態に記載された特徴は、自由に組み合わせられてよい。また、前記実施形態には、種々の改良、設計上の変更および削除が加えられてよい。
1 半導体基板、 1a 上面、 1b 下面、 2 第1半導体層、 3 第2半導体層、 4 固定材、 11 レーザ光源、 12 反射ミラー、 13 コリメートレンズ、 14 対物レンズ、 20 分割面、 21 第1収束点、 22 第2収束点、 31,32 亀裂、 41a,41b,42a,42b 亀裂開口力、 50 突き上げ力 100 レーザ光、 101 光軸
Claims (9)
- 第1半導体層と第2半導体層とを含む半導体基板を準備するステップと、
前記半導体基板に前記第1半導体層側からレーザ光を照射することにより、前記半導体基板を半導体チップに個片化するステップとを含み、
前記第1半導体層は、前記レーザ光に対して透明な半導体材料を含み、
前記第2半導体層は、前記レーザ光に対して不透明な半導体材料を含み、
前記レーザ光を照射するステップでは、前記第1半導体層の半導体材料が前記レーザ光に対して不透明に変化する強度のレーザ光を照射する、
半導体装置の製造方法。 - 前記レーザ光を照射するステップでは、楕円形ビームを照射する、
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体基板の第1半導体層は、前記レーザ光に対して透明であり且つ前記半導体基板を保持する固定材に固定されている、
請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体基板を準備するステップでは、前記第2半導体層に半導体素子を形成する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記レーザ光を照射するステップでは、前記第1半導体層と前記固定材との境界面、前記第1半導体層の内部、または前記固定材の内部に前記レーザ光を収束させる、
請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記固定材において前記半導体基板が固定された面と反対側の面には、前記レーザ光に対して透明であり且つ前記固定材よりも剛性の高い板部材が設けられている、
請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記レーザ光を照射するステップの前に、前記半導体基板の表面に亀裂を形成するステップをさらに含む、
請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体基板の第2半導体層において前記第1半導体層と反対側の面には、反射層が設けられている、
請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記レーザ光を照射するステップでは、前記第1半導体層の半導体材料が気化するようにレーザ光を照射する、
請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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