专利名称：Soi基板的加工方法
技术领域：
本发明涉及在半导体基板构成的背面层的上面形成绝缘层，在该绝缘层的上面形成的半导体薄膜层的表面上形成回路的SOI基板加工方法。
背景技术：
近年来，为了获得提高信号处理速度的半导体芯片，在半导体基板构成的背面层的表面形成绝缘层，在该绝缘层的上面形成的半导体薄膜层的表面上形成回路的SOI基板达到实用化。这种SOI基板，利用使表面上形成氧化膜等的绝缘层的硅等的半导体基板彼此面对结合的晶片粘合法，以及将氧原子离子注入到硅等半导体基板内，接着通过进行热处理，在内部形成氧化膜等的绝缘层的SIMOX法等构成。同时，通过研磨等将一个半导体基板侧减薄，形成半导体薄膜层，在该半导体薄膜层的表面上形成回路。这样，所形成的SOI基板，通过切割成形成回路的各个区域，形成各个半导体芯片。
如上所述构成的半导体芯片，为了具有良好的散热性及电性能，并且，为了将多个半导体芯片叠层构成多层结构的半导体器件，希望使其厚度尽可能地薄。因此，在将SOI基板分割成各个半导体芯片之前，将半导体基板构成的背面层进行磨削，加工成规定的厚度。
然而，当利用磨削砂轮机械地磨削构成SOI基板的半导体基板构成的背面层时，有伤及氧化膜等的绝缘层的危险，要在绝缘层的前面70μm左右处，停止磨削。因此，存在着不能制造足够薄的半导体芯片的问题。此外，还存在着在磨削过的背面层上残留应力，在半导体芯片上产生挠曲或者抗折强度降低等问题。
发明的概述本发明鉴于上述事实，其主要技术课题是，提供一种不会残留由磨削引起的应力，可以进行薄的加工的SOI基板的加工方法。
根据本发明，为了解决上述主要课题，提供一种SOI基板加工方法，SOI基板由半导体基板形成的背面层、在该背面层的上面叠层的绝缘层、在该绝缘层的上面叠层的半导体薄膜层、在该半导体薄膜层的表面上形成的回路构成，其特征在于，该方法包括
对该背面层进行化学腐蚀并将其除去，使该绝缘层露出的腐蚀工序。
此外，根据本发明，提供一种SOI基板加工方法，SOI基板由半导体基板形成的背面层、在该背面层的上面叠层的绝缘层、在该绝缘层的上面叠层的半导体薄膜层、在该半导体薄膜层的表面上形成的回路构成，其特征在于，该方法包括磨削该背面层、残留规定的厚度的磨削工序，将利用该磨削工序形成规定厚度的该表面层进行化学腐蚀处理、将其除去，使该绝缘层露出的腐蚀工序。
在上述磨削工序中残留的上述背面层的规定厚度，设定为100～10μm。此外，上述背面层由硅(Si)形成，上述绝缘层由氧化硅(SiO2)形成。此外，在上述腐蚀工序中的化学腐蚀处理，用含有氟和硝酸的腐蚀液进行。
附图的简单说明
图1是SOI基板的透视图。
图2是图1所示的SOI基板的剖面放大图。
图3是表示用于实施本发明的腐蚀装置的一个例子的简图。
图4是表示用于实施本发明的磨削装置的一个例子的主要部分的透视图。
实施发明的最佳形式下面，参照附图，对于根据本发明的SOI基板的加工方法的优选实施形式进行更详细的说明。
图1中表示SOI基板的透视图，图2放大地表示表示图1所示的SOI基板的剖面。
图中所示的SOI基板10，由硅(Si)基板形成的背面层11，在该背面层11的上面叠层的氧化硅(SiO2)形成的绝缘层12，在该绝缘层12的上面叠层的硅(Si)基板形成的半导体薄膜层13，和形成在该半导体薄膜层13的表面上的回路构成。这种SOI基板10，由上述晶片粘合法及SIMOX法等构成。构成SOI基板10的各层的厚度，背面层11为400μm左右，绝缘层12为0.1～0.5μm左右，半导体薄膜层13及回路14为2～3μm左右。
在根据本发明的第一种实施形式中，将构成上述SOI基板10的由硅(Si)基板形成的背面层11进行化学处理并将其除去。
这里，参照图3对腐蚀装置进行说明。图3所示的腐蚀装置1，具有保持将要腐蚀的SOI基板10的旋转工作台2。该旋转工作台2可自由旋转地配置，在其上端，具有实质上水平的平坦的圆形支承面2a。在旋转工作台2上，经由适当的动力传递机构(图中没有示出)连接有作为驱动源的电动机3。当电动机3驱动时，旋转器平坦2以所需的速度旋转。
与旋转工作台2相关联地，配置图3中简略地所示的搬运机构4。在搬运机构4，可以是能够将SOI基板真空吸附到可动臂驱动的通过所需的路径搬运的公知的形式。搬运机构4，将一个SOI基板10运入到旋转工作台2上，当后面所述的腐蚀工序和漂洗工序及干燥工序结束后，将SOI基板10从旋转工作台2上运出到所需的场所。运入旋转工作台2上的SOI基板10，在以背面作为表面的状态下，即，将其背面层11指向上方的状态下，运入旋转工作台2上。SOI基板的表面，即，形成回路14的半导体薄膜层13的表面(参照图1及图2)上粘可以用具有适当的刚性的树脂薄膜形成的保护构件16。从而，保护构件16载置于旋转工作台2上，SOI基板10的背面层11位于上侧。此外，载置于旋转工作台2上的SOI基板10的外径，稍大于旋转工作台2的圆形支承面2a的外径。
图中所示的腐蚀装置1，在旋转工作台2上附设空气喷射机构5。该空气喷射机构5，具有从旋转工作台2的下方至周缘，其次沿着保持在旋转工作台2上的SOI基板10的下面延伸的流路5a。从压缩空气源(图中未示出)供应的空气，从旋转工作台2的周缘沿SOI基板10的下面流动，防止施加给SOI基板10的上面的腐蚀液在SOI基板的下面流动。在旋转工作台2上，进一步附设将施加到旋转工作台2上的SOI基板10的上面的腐蚀液回收用的腐蚀液回收机构6。该腐蚀液回收机构6由协同动作形成回收容器的静止构件61及可动构件62构成。静止构件61具有圆筒状外壁61a，环状底壁61b及圆筒状内壁61c。可动构件62具有圆筒状的下部和截面为环形的上部。在向旋转工作台2上的SOI基板10的上面施加腐蚀液的期间，可动构件62定位在图中实线表示的上升位置，在SOI基板10的上面成放射状流动的腐蚀液，从限定在静止构件61的内壁61c的上端和可动构件62的上端之间的环状入口63流入到腐蚀液回收机构内。此外，在向SOI基板10上施加可以是纯水的清洗液的漂洗时，可动构件62定位在图中双点划线表示的下降位置，关闭环状入口63，防止清洗液流入腐蚀液回收机构6内。
图中所示的腐蚀装置1，具有将腐蚀液供应给保持在旋转工作台2上的SOI基板10的腐蚀液供应机构7。图中所示的实施形式中的腐蚀液供应机构7，具有腐蚀液容纳容器71。在该腐蚀液容纳容器71内，容纳将要向载置在上述旋转工作台2上的硅形成的SOI基板10的上面施加的腐蚀液72。该腐蚀液72，是包含有硝酸和氢氟酸的水溶液。腐蚀液容纳容器71内的腐蚀液72，由泵73送出，通过送液管74，供应给旋转工作台2上的SOI基板10的上面。图中所示的腐蚀液供应机构7，具有将腐蚀液供应给保持在旋转工作台2上的SOI基板10的旋转中心的腐蚀液供应喷嘴75，该腐蚀液供应喷嘴75连接到上述送液管74上。此外，腐蚀液供应喷嘴75，可以选择性地定位在位于保持在旋转工作台2上的SOI基板10的上方的作用位置(图3中所示的位置)和离开SOI基板10的上方的非作用位置上。
此外，图中所示的腐蚀装置1，具有将回收到上述腐蚀液回收机构6的回收容器内的腐蚀液排出的腐蚀液排出机构8。该腐蚀液排出机构8，由连接到设于形成腐蚀液回收机构6的回收容器的环状底壁61b上的图中未示出的排出口上排泄管81，以及收存通过该排泄管81排出的腐蚀液的排泄容器82构成。
图中所示的腐蚀装置1以上述方式构成，下面对SOI基板10的腐蚀处理进行说明。
使腐蚀液供应机构7的泵73动作，将腐蚀液容纳容器71内的腐蚀液72通过送液管74从腐蚀液供应喷嘴75向保持在旋转工作台2上的上述SOI基板10的背面层11的上面喷射，进行腐蚀。当将含有硝酸和氢氟酸的腐蚀液72喷射到由硅形成的SOI基板10的背面层11的上面时，由硅形成的SOI基板10的背面层11的腐蚀，可以表示为在由足够量的硝酸存在的情况下，腐蚀速度由氢氟酸的浓度和腐蚀液82的温度决定。从而，为了设定所需的腐蚀速度，将腐蚀液82的温度设定在规定值，并且在将腐蚀液82中的硝酸含量设定为过剩的同时，将氢氟酸的含量设定成规定的量是很重要的。例如，当利用氢氟酸(50％)和硝酸(70％)以1∶4.5的比例混合的腐蚀液腐蚀硅(Si)时，以30μm/分钟的速度进行腐蚀。另一方面，利用上述混合比例的腐蚀液腐蚀氧化硅(SiO2)时，其腐蚀速度为0.5μm/分钟，氧化硅(SiO2)的腐蚀速度是硅(Si)的腐蚀速度的1/60，非常慢。
在将腐蚀液72供应给保持在旋转工作台2上的SOI基板10的背面层11的上面，腐蚀背面层11时，使旋转工作台2以600rpm左右的速度旋转，据此，使从腐蚀液供应喷嘴75喷射的腐蚀液72在SOI基板10的背面层11的整个上面上充分均匀地流动。附设在旋转工作台2上的空气喷射机构5，从旋转工作台2的周缘沿SOI基板10的下面使空气流动，据此，防止腐蚀液72与SOI基板10的下面、即表面接触。腐蚀液回收机构6的可动构件62，在图6中定位在实线表示的上升位置，使在SOI基板10的上面流动的腐蚀液72回收到腐蚀液回收机构6内。回收到腐蚀液回收机构6内的腐蚀液72，通过腐蚀液排出机构8的排泄管81排出到排泄容器82内。
在上述腐蚀工序中，由于保持在旋转工作台2上的SOI基板10的背面层11，由硅(Si)形成，所以，如上所述，以30μm/分钟的速度被腐蚀。因此，在背面层的厚度如上所述，为400μm时，腐蚀背面层需要约13.4分钟。从而，通过腐蚀处理约13.4分钟，可以除去SOI基板10的背面层11，露出绝缘层12。此外，由于作为绝缘层12的氧化硅(SiO2)的腐蚀速度如上所述为0.5μm/分钟，所以，即使由于背面层11的腐蚀的偏差，绝缘层12具有局部地早露出来的部分，绝缘层12仍然起着限制层的作用，可以将背面层11完全除去。这样，由于能够完全除去绝缘层12，所以，SOI基板10的厚度变成绝缘层12(0.1～0.5μm)和半导体薄膜13及回路14(2～3μm)相加的2.1～3.5μm左右。这样，由于通过腐蚀处理除去背面层11，所以不会像磨削那样残留应力，可以进行很薄的加工。
如上所述，在构成保持在旋转工作台2上的SOI基板10的背面层11的腐蚀工序结束后，根据需要，可以将旋转工作台2上的SOI基板10进行漂洗，并干燥。漂洗工序可以通过使供应腐蚀液72用的供应喷嘴75从SOI基板10上的作用位置后退到非作用位置，使喷射可以是纯水的清洗液的喷射喷嘴(图中未示出)位于SOI基板10的上方，通过向SOI基板10的上面喷射清洗液进行。这时，使腐蚀液回收机构6的可动构件62下降到图中双点划线表示的下降位置，关闭腐蚀液回收机构6的环状入口63，防止清洗液进入腐蚀液回收机构6。SOI基板10的干燥，可以通过使旋转工作台2例如以2000至3000rpm左右的高速旋转，通过所谓的旋转干燥来进行。
其次。对根据本发明的SOI基板的加工方法的第二种实施形式进行说明。
在第二种实施形式中，磨削构成SOI基板10的背面层11，使之残留规定的厚度(例如，100～10μm)(磨削工序)。即，在如上所述形成回路的半导体薄膜层13的表面(参照图1及图2)上粘贴保护构件16，将SOI基板10令其背面层11朝上，保持在图4所示的磨削装置9的卡紧台91上。如果这样将SOI基板10背面层11朝上保持在卡紧台91上的话，将卡紧台91例如一面以300rpm旋转，一面使磨削砂轮92例如以6000rpm旋转，通过接触背面层11将SOI基板10磨削。并且，将背面层11的厚度，磨削到规定的量，例如70μm。
在上述磨削工序中，如果将SOI基板10的背面层11的厚度，例如磨削到70μm的话，将背面层11实行上面所述的腐蚀工序，将其腐蚀除去，使绝缘层12露出。这样，在第二种实施形式中，由于借助磨削工序和腐蚀工序，将SOI基板10的背面层11除去，所以，与上述的第一种实施形式中那样只用腐蚀工序腐蚀除去背面层11的情况相比，可以提高生产率。此外，在第二种实施形式中，由于在利用磨削工序将SOI基板10背面层11的厚度磨削到规定量，例如70μm后，在腐蚀工序中，通过腐蚀可以将厚度70μm的背面层11全部除去的时间为140秒钟的腐蚀，可以将该均匀的厚度残留的背面层11腐蚀除去，所以，可以将SOI基板10的精加工厚度加工得很均匀。
这里，对利用上述腐蚀装置的腐蚀处理特性进行说明。供应给保持在旋转工作台2上的SOI基板10的背面层11的旋转中心部的腐蚀液，由于和反应热的积累和由于旋转产生的摩擦热的活性作用，温度升高，例如，在直径300mm左右的SOI基板10的中心部，温度为20℃左右时，在外周部会上升到70℃左右。由于该腐蚀液温度的上升，反应速度升高，随着接近被处理物的外周，腐蚀除去量增大。这样，由于腐蚀除去量在中心部和中间部及外周部不同，所以，在SOI基板10的直径大的情况下，当利用腐蚀将背面层11(厚度约400μm)全部除去时，在中心部和中间部及外周部达到绝缘层12所需的时间产生很大的差别。其结果是，在SOI基板10的直径大的情况下，在绝缘层12对腐蚀作用能够起着阻挡层的作用的时间(2～5秒)内，不能将背面层11全部腐蚀除去，不能根据腐蚀速度进行腐蚀量的控制。然而，在第二种实施形式中，利用磨削工序将SOI基板10的背面层磨削将其变薄之后，在腐蚀工序中将该变薄的残留背面层11腐蚀除去，所以，在中心部和中间部及外周部到达绝缘层12的所需的时间不会产生很大的差异，在绝缘层12对腐蚀作用能够起着阻挡层的作用的时间(2～5秒)内，能够将背面层11全部腐蚀除去，可以根据腐蚀速度进行腐蚀量的控制。
上面，根据图示的实施形式对本发明进行了说明，但本发明并不仅仅局限于这些实施形式。在上述实施形式中，作为在腐蚀工序中，作为化学腐蚀，列举了采用腐蚀液进行湿法腐蚀的例子，但，本发明，作为化学腐蚀，例如也可以采用XeF2、SF6气体的等离子体腐蚀等的干法腐蚀。
工业上的可利用性如上所述，在根据本发明的SOI基板的加工方法中，利用硅等半导体构件与氧化半导体构件形成的绝缘构件的腐蚀速度的极大的差异，通过腐蚀处理除去SOI基板的背面层，露出绝缘层，所以，不会像磨削那样残留应力，可以进行薄的加工。这样，切割加工过的SOI基板形成的半导体芯片极薄，所以，热性能和电性能良好。此外，在上下连接半导体芯片构成多层结构的半导体器件的情况下，为了形成从回路至背面的电极的铜等的金属不在半导体内扩散，有必要在电极周围形成氧化硅(SiO2)等的绝缘膜，但根据本发明加工的SOI基板，由于如上所述，将绝缘层露出，所以，无需再形成绝缘膜。
此外，在根据本发明的SOI基板的加工方法中，由于在通过磨削工序将SOI基板的背面层磨削减薄之后，在腐蚀工序中将该减薄的残留的背面层除去，所以，与只用腐蚀工序除去背面层的情况相比，可以提高生产率。进而，如上所述，由于将减薄残留的背面层腐蚀除去，所以，在中心部和中间部和外周部，达到绝缘层所需的时间不产生很大的差异，因此，在绝缘层相对于腐蚀起着阻挡层的作用的时间内，可以将背面层全部除去，可以根据腐蚀速度进行腐蚀量的控制。
权利要求
1.一种SOI基板加工方法，SOI基板由半导体基板形成的背面层、在该背面层的上面叠层的绝缘层、在该绝缘层的上面叠层的半导体薄膜层、在该半导体薄膜层的表面上形成的回路，其特征在于，该方法包括对该背面层进行化学腐蚀处理将其除去，使该绝缘层露出的腐蚀工序。
2.一种SOI基板加工方法，SOI基板由半导体基板形成的背面层、在该背面层的上面叠层的绝缘层、在该绝缘层的上面叠层的半导体薄膜层、在该半导体薄膜层的表面上形成的回路，其特征在于，该方法包括磨削该背面层、残留规定厚度的磨削工序，将利用该磨削工序形成规定厚度的该背面层进行化学腐蚀处理将其除去，使该绝缘层露出的腐蚀工序。
3.如权利要求2所述的SOI基板加工方法，在上述磨削工序中残留的上述背面层的规定厚度，设定为100～10μm。
4.如权利要求1至3中任何一个所述的SOI基板加工方法，上述背面层由硅(Si)形成，上述绝缘层由氧化硅(SiO2)形成。
5.如权利要求1至4中任何一个所述的SOI基板加工方法，在上述腐蚀工序中的化学腐蚀处理，用含有氟和硝酸的腐蚀液进行。
全文摘要
由半导体基板形成的背面层、在该背面层的上面叠层的绝缘层、在该绝缘层的上面叠层半导体薄膜层、在该半导体薄膜层的表面上形成的回路构成的SOI基板的加工方法中，包括磨削该背面层、残留规定的厚度的磨削工序，以及将利用该磨削工序形成规定厚度的该背面层进行化学腐蚀处理、将其除去，使该绝缘层露出的腐蚀工序。
文档编号H01L21/00GK1572027SQ03801310
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月14日 优先权日2002年7月24日
发明者高桥敏昭, 荒井一尚 申请人:株式会社迪斯科