JP5303161B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置、及び半導体装置の作製方法に関する。特に光電変換素子を有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device. In particular, the present invention relates to a semiconductor device having a photoelectric conversion element.
種々のセンサの中でも、波長400nm〜700nmの可視光線領域に感度を持つものは光センサ若しくは可視光センサと呼ばれている。光センサ若しくは可視光センサは、光信号を検知して情報を読み取る用途、周辺環境の明るさを検知して電子機器等の動作を制御する用途などが知られている。 Among various sensors, one having sensitivity in the visible light region with a wavelength of 400 nm to 700 nm is called an optical sensor or a visible light sensor. Optical sensors or visible light sensors are known for use in detecting information by detecting an optical signal and for controlling the operation of an electronic device by detecting the brightness of the surrounding environment.
例えば、携帯電話機やテレビジョン装置では、表示画面の明るさを、それが置かれた周辺環境の明るさに応じて調節するために光センサが用いられている。 For example, in a mobile phone or a television device, an optical sensor is used to adjust the brightness of a display screen according to the brightness of the surrounding environment where the display screen is placed.
このような、光センサ若しくは可視光センサを例とする半導体装置は、ガラスやウエハ等の基板上にトランジスタを形成し、次に、基板を切断(分断)することにより形成される。 Such a semiconductor device such as an optical sensor or a visible light sensor is formed by forming a transistor on a substrate such as glass or a wafer and then cutting (dividing) the substrate.
一般的に、基板の切断工程は、スクライブ装置を用いて、基板表面に溝を形成(スクライブという)し、この溝を起点にして基板を切断して行う。スクライブ方法としては、ダイアモンドカッターなどのメカニカルな手法の他、レーザを用いる方法もあり、レーザによる局所的な加熱後、照射領域の急冷を行うことで、基板に発生する熱応力を利用して亀裂を形成している。また、急冷工程において発生する基板の熱歪みを回避するために、レーザとして短パルスレーザを用いて急冷工程を削除する方法も提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかし、基板切断工程以外の半導体装置の作製工程、さらに検査工程において加わる圧力等の外部ストレスによって、半導体装置が破損してしまう恐れがある。亀裂、ヒビ、カケなどの破損は、基板が薄くなり強度が低くなるにつれ発生頻度が多くなる。 However, the semiconductor device may be damaged by external stress such as pressure applied in the manufacturing process of the semiconductor device other than the substrate cutting process and in the inspection process. Breakage such as cracks, cracks, and cracks occurs more frequently as the substrate becomes thinner and the strength decreases.
またスクライブ装置として用いるダイサー等の刃(ダイシングブレード)は高価である上、複数回使用すると摩耗するため交換する必要がある。よって作製費用の低コスト化が難しい。 Further, a blade (dicing blade) such as a dicer used as a scribing device is expensive and needs to be replaced because it is worn when used multiple times. Therefore, it is difficult to reduce the manufacturing cost.
上述した問題に鑑み、外部ストレスによる亀裂、ヒビ、カケなどの半導体装置の破損を低減することを課題の一とする。半導体装置が設けられる基板を薄くすることを課題の一とする。また、薄型化された半導体装置の製造歩留まりを向上させることを課題の一とする。さらに、薄型化された半導体装置の製造コストを低減することを課題の一とする。 In view of the above problems, an object is to reduce damage to a semiconductor device such as a crack, a crack, and a chip due to external stress. Another object is to reduce the thickness of a substrate over which a semiconductor device is provided. Another object is to improve the manufacturing yield of a thinned semiconductor device. Another object is to reduce the manufacturing cost of a thinned semiconductor device.
本発明は、複数の半導体集積回路部が設けられた基板を、半導体集積回路部ごとに分断することによって、複数の半導体装置をチップ状で取り出す。基板を個々の半導体集積回路部ごとに分断した後、基板の半導体集積回路部の形成していない面、及び側面、並びに半導体集積回路部の側面を覆う樹脂層を形成する。さらに樹脂層を半導体集積回路部ごとに分断し、分離された複数の半導体装置を作製する。基板及び樹脂層の分断工程は、半導体集積回路部をワックスによって固定基板上に固定して行う。 According to the present invention, a plurality of semiconductor devices are taken out in a chip shape by dividing a substrate provided with a plurality of semiconductor integrated circuit portions for each semiconductor integrated circuit portion. After the substrate is divided into individual semiconductor integrated circuit portions, a surface of the substrate where the semiconductor integrated circuit portion is not formed, side surfaces, and a resin layer that covers the side surfaces of the semiconductor integrated circuit portion are formed. Further, the resin layer is divided for each semiconductor integrated circuit portion, and a plurality of separated semiconductor devices are manufactured. The step of dividing the substrate and the resin layer is performed by fixing the semiconductor integrated circuit portion on the fixed substrate with wax.
半導体集積回路部は複数の半導体素子を含む集積回路部であり、絶縁膜、半導体膜、及び導電膜等の薄膜の積層によって構成される。本発明では、分断前の同一基板上に、半導体集積回路部は複数個並んで設けられる。 The semiconductor integrated circuit portion is an integrated circuit portion including a plurality of semiconductor elements, and is configured by stacking thin films such as an insulating film, a semiconductor film, and a conductive film. In the present invention, a plurality of semiconductor integrated circuit portions are provided side by side on the same substrate before division.
よって、本発明の半導体装置は、基板の半導体集積回路部の形成面と反対側の一面及び端部(側面)、並びに半導体集積回路部の端部(側面)を樹脂層で連続的に覆う構成である。従って樹脂層が、作製工程、または検査工程において加わる圧力等の外部ストレスからの衝撃吸収層としても機能するため、半導体装置のキズ、クラックなどの不良を低減し、半導体装置の信頼性の高めることができる。 Therefore, the semiconductor device of the present invention has a configuration in which one surface and the end (side surface) of the substrate opposite to the formation surface of the semiconductor integrated circuit portion, and the end portion (side surface) of the semiconductor integrated circuit portion are continuously covered with the resin layer. It is. Therefore, since the resin layer also functions as a shock absorbing layer from external stress such as pressure applied in the manufacturing process or inspection process, defects such as scratches and cracks in the semiconductor device are reduced, and the reliability of the semiconductor device is increased. Can do.
本発明は、半導体装置の分断方法において、まず、基板の厚さを薄く加工し、分断にかかる工程時間の短縮、及び分断に用いるダイサーなど加工手段の摩耗を軽減する。分断工程は、まず基板の分断(分割)を行い、その後樹脂層を形成し基板間において樹脂層の分断(分割)を行う。基板及び樹脂層を別工程で分断することによって、同一基板より、複数の小型な半導体装置を作製することができる。 In the method for dividing a semiconductor device, first, the thickness of the substrate is processed to reduce the process time required for the division, and the wear of a processing means such as a dicer used for the division is reduced. In the dividing step, the substrate is first divided (divided), then a resin layer is formed, and the resin layer is divided (divided) between the substrates. By dividing the substrate and the resin layer in separate steps, a plurality of small semiconductor devices can be manufactured from the same substrate.
基板及び樹脂層として透光性材料を用いれば、光を透光性基板及び透光性樹脂層を通過させて、半導体集積回路部に設けられる光電変換素子に照射させることができる。 When a light-transmitting material is used for the substrate and the resin layer, light can pass through the light-transmitting substrate and the light-transmitting resin layer and be irradiated to the photoelectric conversion element provided in the semiconductor integrated circuit portion.
また、樹脂層として、カラーフィルタとして機能する有彩色の着色層を用いると、カラーセンサとすることができる。有彩色の着色層の上にさらに衝撃吸収層として透明な樹脂層を積層してもよい。 Further, when a chromatic colored layer functioning as a color filter is used as the resin layer, a color sensor can be obtained. A transparent resin layer may be further laminated as a shock absorbing layer on the chromatic colored layer.
有彩色は、黒、灰、白などの無彩色を除く色であり、着色層はカラーフィルタとして機能させるため、その着色された有彩色の光のみを透過する材料で形成される。有彩色としては、赤色、緑色、青色などを用いることができる。また、シアン、マゼンダ、イエロー(黄)などを用いてもよい。 The chromatic color is a color excluding achromatic colors such as black, gray, and white, and the colored layer is formed of a material that transmits only the colored chromatic light in order to function as a color filter. As the chromatic color, red, green, blue, or the like can be used. Further, cyan, magenta, yellow (yellow), or the like may be used.
複数の分割された小型の半導体装置をインターポーザなどに実装してもよい。インターポーザに実装される複数の半導体装置は、自由に選択することができるため、それぞれ含む有彩色の透光性樹脂の色が異なる半導体装置をインターポーザに実装し、複数色のカラーセンサを含む半導体装置を作製することができる。 A plurality of divided small semiconductor devices may be mounted on an interposer or the like. Since a plurality of semiconductor devices mounted on the interposer can be freely selected, a semiconductor device including a plurality of color sensors is mounted on the interposer by mounting semiconductor devices having different chromatic color translucent resins. Can be produced.
例えば、赤色の透光性樹脂を含む半導体装置と、緑色の透光性樹脂を含む半導体装置と、青色の透光性樹脂を含む半導体装置とをインターポーザに実装し、赤(R)、緑(G)、青(B)三色の光をそれぞれ検出する半導体装置を作製することができる。 For example, a semiconductor device including a red light-transmitting resin, a semiconductor device including a green light-transmitting resin, and a semiconductor device including a blue light-transmitting resin are mounted on an interposer, and red (R), green ( A semiconductor device that detects light of three colors G) and blue (B) can be manufactured.
また、インターポーザに実装する際に、チップ状の半導体装置に検査工程を行い、良品のみを選別してインターポーザに実装することができるため、作製工程において半導体装置の歩留まりが向上する。特に、チップ状の半導体装置に増幅回路など複雑な構成を含む半導体集積回路部を有する構成の場合、チップ状の半導体装置に不良が生じる恐れがあるため、インターポーザに実装する前にチップ状の半導体装置の不良検査が行えることは有益である。さらに、良品の中でも高品質のチップ状の半導体装置を選別しインターポーザに実装することでより高品質の半導体装置も作製することができる。 In addition, when mounting on the interposer, a chip-shaped semiconductor device can be inspected and only good products can be selected and mounted on the interposer. Therefore, the yield of the semiconductor device is improved in the manufacturing process. In particular, in the case where the chip-shaped semiconductor device has a semiconductor integrated circuit portion including a complicated configuration such as an amplifier circuit, the chip-shaped semiconductor device may be defective, so that the chip-shaped semiconductor before mounting on the interposer. It is beneficial to be able to inspect equipment for defects. Further, a high-quality semiconductor device can also be manufactured by selecting a high-quality chip-shaped semiconductor device among non-defective products and mounting it on an interposer.
チップ状の半導体装置は、インターポーザにはんだや異方性導電層によって実装することができる。また、チップ状の半導体装置とインターポーザとの間に樹脂を設けて固着すると、固着強度が向上するために好ましい。 The chip-shaped semiconductor device can be mounted on the interposer with solder or an anisotropic conductive layer. In addition, it is preferable to provide a resin between the chip-shaped semiconductor device and the interposer to fix the chip because the fixing strength is improved.
同様に本発明の半導体装置は、他の実装基板にはんだや異方性導電層によって実装することができる。この場合も半導体装置と実装基板との間に樹脂を設けて固着すると、固着強度が向上するために好ましい。 Similarly, the semiconductor device of the present invention can be mounted on another mounting substrate with solder or an anisotropic conductive layer. Also in this case, it is preferable to provide a resin between the semiconductor device and the mounting substrate for fixing, because the fixing strength is improved.
基板を透光性基板に、基板と接する樹脂層を有彩色の透光性樹脂層とし、透光性樹脂層上にさらに保護層として機能する透光性樹脂層を形成すると、衝撃吸収性も向上し、有彩色の透光性樹脂層の劣化も防止できる効果がある。また、衝撃吸収層として機能する透光性樹脂層の膜厚は、着色層として機能する透光性樹脂層より厚くてもよい。衝撃吸収層として機能する透光性樹脂層は膜厚を厚く形成することによって、より衝撃吸収層として耐衝撃性を向上させることができる。一方、有彩色の透光性樹脂層は、着色層(カラーフィルタ)として機能させるため、含ませる着色材料の濃度と光の透過率の関係に考慮して、最適な膜厚を適宜制御するとよい。 If the substrate is a light-transmitting substrate, the resin layer in contact with the substrate is a chromatic light-transmitting resin layer, and a light-transmitting resin layer that functions as a protective layer is formed on the light-transmitting resin layer, shock absorption is also achieved. The effect is that the deterioration of the chromatic color translucent resin layer can be prevented. Moreover, the film thickness of the translucent resin layer which functions as an impact absorption layer may be thicker than the translucent resin layer which functions as a colored layer. By forming the translucent resin layer functioning as the shock absorbing layer thick, the shock resistance can be further improved as the shock absorbing layer. On the other hand, since the chromatic translucent resin layer functions as a colored layer (color filter), the optimum film thickness may be appropriately controlled in consideration of the relationship between the concentration of the coloring material to be included and the light transmittance. .
樹脂層を積層して形成する場合、基板に接して形成される一層目(下層ともいう)の樹脂層の分断を基板と同工程で行ってもよい。例えば、基板上に有彩色の透光性樹脂層を形成し、基板及び有彩色の透光性樹脂層を分断した後、さらに保護層として透光性樹脂層を積層してもよい。この場合、基板と同工程で分断される有彩色の透光性樹脂層の端部は基板の端部と一致する。 In the case where the resin layers are stacked, the first-layer (also referred to as a lower layer) resin layer formed in contact with the substrate may be divided in the same process as the substrate. For example, after forming a chromatic color translucent resin layer on a substrate and dividing the substrate and the chromatic color translucent resin layer, a translucent resin layer may be further laminated as a protective layer. In this case, the edge part of the chromatic color translucent resin layer divided | segmented by the process same as a board | substrate corresponds with the edge part of a board | substrate.
上記のように本発明の半導体装置は選択的に樹脂層が設けられた形状であるため、半導体装置の天地の判別が容易であり、機械による自動操作においても誤認を低減することができる。 As described above, since the semiconductor device of the present invention has a shape in which a resin layer is selectively provided, it is easy to determine the top and bottom of the semiconductor device, and false recognition can be reduced even in automatic operation by a machine.
また、半導体装置において、半導体集積回路部に光電変換素子の出力を増幅する増幅回路を有し、光電変換素子はp型半導体層と、i型半導体層と、n型半導体層が積層された構造を含む構造でもよい。 In the semiconductor device, the semiconductor integrated circuit portion includes an amplifier circuit that amplifies the output of the photoelectric conversion element, and the photoelectric conversion element has a structure in which a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer are stacked. A structure including
本明細書においてi型半導体とは、該半導体に含まれるp型若しくはn型を付与する不純物が1×1020cm−3以下の濃度であり、酸素及び窒素が1×1020cm−3以下の濃度であり、暗伝導度に対して光伝導度が100倍以上である半導体を指す。このi型半導体には、周期表第13族若しくは第15族の不純物元素が含まれるものを含む。すなわち、i型半導体は、価電子制御を目的とした不純物元素を意図的に添加しないときに弱いn型の電気伝導性を示すので、i型半導体層においては、p型を付与する不純物元素を成膜と同時に、或いは成膜後に、意図的若しくは意図的でなく添加されたものを含む。 In this specification, an i-type semiconductor means that a p-type or n-type impurity contained in the semiconductor has a concentration of 1 × 10 20 cm −3 or less, and oxygen and nitrogen have a concentration of 1 × 10 20 cm −3 or less. It means a semiconductor whose photoconductivity is 100 times or more of dark conductivity. This i-type semiconductor includes those containing an impurity element belonging to Group 13 or Group 15 of the periodic table. That is, an i-type semiconductor exhibits weak n-type conductivity when an impurity element for the purpose of controlling valence electrons is not intentionally added. Therefore, in an i-type semiconductor layer, an impurity element imparting p-type is not present. Including those added intentionally or unintentionally at the same time as film formation or after film formation.
基板及び樹脂層を分断する工程では、いずれも切削工具としてダイサー、スクライバー等を用いることができ、好適にはダイサーを用いる。基板及び樹脂層を分断する工程はダイシングブレードを用いるが、基板を分断する工程のダイシングブレードは、樹脂層を分断する工程のダイシングブレードより、刃の厚みが薄いものを用いる。すなわちそれぞれの切削痕を比較したとき、基板を分断する工程の方が広くなるようにする。ここでいう切削痕とは、分断する工程において分断前後で基板及び樹脂層の位置を固定したときに個々の分断後の半導体装置間にて基板及び樹脂部材が消失した領域の幅(切断面の幅ともいう)を意味する。切削痕の幅は、基板を分断する工程の方が樹脂層を分断する工程の方より広いため、樹脂層で基板及び半導体集積回路部の端面を覆うことができる。 In the step of dividing the substrate and the resin layer, a dicer, a scriber or the like can be used as a cutting tool, and a dicer is preferably used. A dicing blade is used in the step of dividing the substrate and the resin layer, and the dicing blade in the step of dividing the substrate uses a blade whose thickness is thinner than the dicing blade in the step of dividing the resin layer. That is, when the respective cutting marks are compared, the process of dividing the substrate is made wider. The cutting trace here means the width of the area where the substrate and the resin member disappeared between the semiconductor devices after the division when the positions of the substrate and the resin layer are fixed before and after the division in the division step (on the cut surface). Also known as width). Since the width of the cut mark is wider in the step of dividing the substrate than in the step of dividing the resin layer, the resin layer can cover the end surfaces of the substrate and the semiconductor integrated circuit portion.
基板を研磨し、厚さを小さくする工程は、ガラス研磨機、ガラス研削機等を好適に組み合わせて用いることができる。この研磨する工程によりダイシングブレードの消耗を低減することができる。また、樹脂層を設けることで、厚さの薄い基板をハンドリングする際、および分断する工程にて、作成中の半導体装置にクラックが入ることを低減することができる。さらに、分断後のチップ状の半導体装置を取り扱う際に、半導体装置同士が衝突して生じるキズ、クラックを低減し、半導体装置の外観検査における歩留まりを向上させることができる。さらに分断後の基板の厚さが薄いので、本発明の半導体装置のサイズを薄型化することができる。 The step of polishing the substrate and reducing the thickness can be performed by suitably combining a glass polishing machine, a glass grinding machine, and the like. This polishing step can reduce the wear of the dicing blade. Further, by providing the resin layer, it is possible to reduce the occurrence of cracks in the semiconductor device being created when handling a thin substrate and in the process of dividing. Furthermore, when handling a chip-shaped semiconductor device after division, scratches and cracks caused by collision between the semiconductor devices can be reduced, and the yield in the appearance inspection of the semiconductor device can be improved. Further, since the thickness of the divided substrate is thin, the size of the semiconductor device of the present invention can be reduced.
本発明によれば、基板に形成された半導体集積回路部側とは反対の面、及び基板側面の一領域を樹脂で被覆することにより、キズ、クラックの発生を低減し、半導体装置の歩留まりを向上することができる。 According to the present invention, the surface opposite to the side of the semiconductor integrated circuit formed on the substrate and a region on the side surface of the substrate are covered with the resin, thereby reducing the occurrence of scratches and cracks and increasing the yield of the semiconductor device. Can be improved.
よって、薄型であっても取り扱いやすく、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device that is easy to handle even if it is thin.
また、基板を分断する前に、基板の厚さを小さくすることで、基板を分断加工する際の切削工具の消耗を低減することが可能となる。基板の大型化、分断する半導体装置の小型化に伴い、切削工具の処理領域は増加するのでさらに切削工具の消耗は大きくなる。よって、切削工具の消耗を低減することができる本発明は、大型基板、より小型な半導体装置において、特に有益である。これにより半導体装置をより安価に製造することができる。また基板の厚さが薄いため、半導体装置のサイズを薄型化することができる。 Further, by reducing the thickness of the substrate before dividing the substrate, it becomes possible to reduce the consumption of the cutting tool when the substrate is divided. As the size of the substrate increases and the size of the semiconductor device to be divided decreases, the processing area of the cutting tool increases, so that the consumption of the cutting tool further increases. Therefore, the present invention capable of reducing the consumption of the cutting tool is particularly useful in a large substrate and a smaller semiconductor device. As a result, the semiconductor device can be manufactured at a lower cost. Further, since the substrate is thin, the size of the semiconductor device can be reduced.
本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in structures of the present invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated.
(実施の形態1)
本実施の形態では、より薄型化、及び小型化を付与することを目的とした半導体装置、及びその半導体装置を歩留まり良く作製する方法を、図1乃至8を用いて詳細に説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment mode, a semiconductor device for the purpose of providing a thinner and smaller device and a method for manufacturing the semiconductor device with high yield will be described in detail with reference to FIGS.
図1(A)(B)に本実施の形態の半導体装置を示す。図1(A)は半導体装置の平面図であり、図1(B)は図1(A)のにおいて線Y−Zの断面図である。 1A and 1B show a semiconductor device of this embodiment mode. 1A is a plan view of the semiconductor device, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line YZ in FIG.
図1(A)(B)において、半導体装置112は、端子電極115a、115bを含む半導体集積回路部101が設けられた基板109、及び樹脂層110を有している。樹脂層110は基板109の半導体集積回路部101の形成面と反対側の面及び端部(側面)、並びに半導体集積回路部101の端部(側面)を覆って形成されている。本実施の形態では、樹脂層110は端子電極115a、115bの端部(側面)も覆うように連続的に形成されている。
1A and 1B, a
本発明は、複数の半導体集積回路部が設けられた基板を、半導体集積回路部ごとに分断することによって、複数の半導体装置をチップ状で取り出す。分断工程の前に、基板の厚さを薄く加工し、分断にかかる工程時間の短縮、及び分断に用いるダイサーなど加工手段の摩耗を軽減する。分断工程は、固定基板と半導体集積回路部とが向き合うようにワックスにより固定基板に固定された複数の半導体集積回路部が設けられた基板を、半導体集積回路部同士の間において切断する。その後、ワックス上に固定された半導体集積回路部が設けられた複数の分断された基板上を覆うように樹脂層を形成する。複数の分断された基板及び半導体集積回路部を連続的に覆う樹脂層を、それぞれ分断された基板及び半導体集積回路部ごとに切断し、複数の半導体装置に分断(分割)する。 According to the present invention, a plurality of semiconductor devices are taken out in a chip shape by dividing a substrate provided with a plurality of semiconductor integrated circuit portions for each semiconductor integrated circuit portion. Before the cutting process, the substrate is processed to be thin, thereby shortening the process time required for the cutting and reducing wear of processing means such as a dicer used for the cutting. In the dividing step, the substrate provided with a plurality of semiconductor integrated circuit portions fixed to the fixed substrate with wax so that the fixed substrate and the semiconductor integrated circuit portion face each other is cut between the semiconductor integrated circuit portions. Thereafter, a resin layer is formed so as to cover a plurality of divided substrates provided with semiconductor integrated circuit portions fixed on wax. The resin layer continuously covering the plurality of divided substrates and the semiconductor integrated circuit portion is cut for each of the divided substrate and the semiconductor integrated circuit portion, and divided (divided) into a plurality of semiconductor devices.
よって、本実施の形態の半導体装置は、基板の半導体集積回路部の形成面と反対側の一面及び端部(側面)、並びに半導体集積回路部の端部(側面)を樹脂層で連続的に覆う構成である。従って樹脂層が、作製工程、または検査工程において加わる圧力等の外部ストレスからの衝撃吸収層としても機能するため、半導体装置のキズ、クラックなどの不良を低減し、半導体装置の信頼性の高めることができる。 Therefore, in the semiconductor device of this embodiment, one surface and the end (side surface) of the substrate opposite to the surface on which the semiconductor integrated circuit portion is formed, and the end (side surface) of the semiconductor integrated circuit portion are continuously formed with a resin layer. It is the structure which covers. Therefore, since the resin layer also functions as a shock absorbing layer from external stress such as pressure applied in the manufacturing process or inspection process, defects such as scratches and cracks in the semiconductor device are reduced, and the reliability of the semiconductor device is increased. Can do.
基板及び樹脂層として透光性材料を用いれば、光を透光性基板及び透光性樹脂層を通過させて、半導体集積回路部に設けられる光電変換素子に照射させることができる。 When a light-transmitting material is used for the substrate and the resin layer, light can pass through the light-transmitting substrate and the light-transmitting resin layer and be irradiated to the photoelectric conversion element provided in the semiconductor integrated circuit portion.
また、樹脂層として、カラーフィルタとして機能する有彩色の着色層を用いると、カラーセンサとすることができる。図4(A)(B)に本発明のカラーセンサの例を示す。 Further, when a chromatic colored layer functioning as a color filter is used as the resin layer, a color sensor can be obtained. 4A and 4B show examples of the color sensor of the present invention.
図4(A)(B)はカラーフィルタとして機能する有彩色の透光性樹脂層である樹脂層114を設ける構成である。有彩色の着色層の上にさらに衝撃吸収層として透明な透光性樹脂層を積層してもよい。図4(A)(B)の半導体装置112CF1、112CF2は樹脂層114上に透明な樹脂層110を設けている。
4A and 4B illustrate a structure in which a
図4(A)の半導体装置112CF1は、基板109を分断後、樹脂層114及び樹脂層110を積層し、その後樹脂層114及び樹脂層110を分断している。そのため、樹脂層114及び樹脂層110は、基板109の半導体集積回路部101の形成面と反対の面及び側面、並びに半導体集積回路部101の側面を連続的に覆う形状である。
In the semiconductor device 112CF1 in FIG. 4A, after the
樹脂層を積層して形成する場合、基板に接して形成される一層目(下層ともいう)の樹脂層の分断を基板と同工程で行ってもよい。図4(B)の半導体装置112CF2のように、分断前の基板上に樹脂層を形成し、基板109及び樹脂層114に分断した後、さらに保護層として樹脂層110を積層してもよい。この場合、基板109と同工程で分断される樹脂層114の端部は基板109の端部と一致する。
In the case where the resin layers are stacked, the first-layer (also referred to as a lower layer) resin layer formed in contact with the substrate may be divided in the same process as the substrate. Like the semiconductor device 112CF2 in FIG. 4B, a resin layer may be formed over the substrate before being divided, and after being divided into the
有彩色は、黒、灰、白などの無彩色を除く色であり、着色層はカラーフィルタとして機能させるため、その着色された有彩色の光のみを透過する材料で形成される。有彩色としては、赤色、緑色、青色などを用いることができる。また、シアン、マゼンダ、イエロー(黄)などを用いてもよい。 The chromatic color is a color excluding achromatic colors such as black, gray, and white, and the colored layer is formed of a material that transmits only the colored chromatic light in order to function as a color filter. As the chromatic color, red, green, blue, or the like can be used. Further, cyan, magenta, yellow (yellow), or the like may be used.
樹脂層の膜厚は1μm〜20μmとすればよい。樹脂層を積層する場合、衝撃吸収層として機能する樹脂層110の膜厚と着色層として機能する樹脂層114の膜厚は同程度(例えば膜厚1.2μm)でもよいし、異なってもよい。
The film thickness of the resin layer may be 1 μm to 20 μm. When the resin layers are laminated, the film thickness of the
また、衝撃吸収層として機能する樹脂層110の膜厚は、着色層として機能する有彩色の樹脂層114より厚くてもよい。衝撃吸収層として機能する樹脂層110は膜厚を厚く形成することによって、より衝撃吸収層として耐衝撃性を向上させることができる。一方、有彩色の樹脂層114は、着色層(カラーフィルタ)として機能させるため、含ませる着色材料の濃度と光の透過率の関係に考慮して、最適な膜厚を適宜制御するとよい。
The film thickness of the
例えば、衝撃吸収層として機能する樹脂層110の膜厚を、着色層として機能する樹脂層114より厚くする場合、例として衝撃吸収層として機能する樹脂層110の膜厚を2μm以上10μm以下とし、着色層として機能する樹脂層114の膜厚を0.1μm以上2μm以下とすればよい。
For example, when the thickness of the
本発明の半導体装置においては、衝撃吸収層として機能する樹脂層を形成しても、さらに基板を研削、研磨により薄く加工しているため、薄型な半導体装置とすることができる。 In the semiconductor device of the present invention, even if the resin layer functioning as the shock absorbing layer is formed, the substrate is further thinned by grinding and polishing, so that a thin semiconductor device can be obtained.
また、ブラックマトリクスを設ける構成としてもよい。図17(A)(B)にブラックマトリクスとして機能する遮光層を有する半導体装置112BM、112CFBMを示す。 Alternatively, a black matrix may be provided. 17A and 17B illustrate semiconductor devices 112BM and 112CFBM each including a light-blocking layer that functions as a black matrix.
図17(A)の半導体装置112BMは、樹脂層110と基板109との間に選択的に形成された遮光層116を有している。図17(B)の半導体装置117CFBMは、カラーフィルタとして機能する有彩色の樹脂層114が設けられたカラーセンサであり、有彩色の樹脂層114と樹脂層110との間に選択的に形成された遮光層116を有している。図17(B)の半導体装置117CFBMにおいては、遮光層116を基板109と有彩色の樹脂層114の間に設けてもよい。また、半導体装置117CFBMは基板109を切断した後、有彩色の樹脂層114、遮光層116、及び樹脂層110を形成する例であるので有彩色の樹脂層114、遮光層116も基板109及び半導体集積回路部101側面を覆う構造となっている。有彩色の樹脂層114及び遮光層116を形成後、基板109を切断し、樹脂層110を形成してもよく、この場合、有彩色の樹脂層114及び遮光層116の端部は基板109の端部と一致し、樹脂層110が有彩色の樹脂層114、遮光層116、基板109及び半導体集積回路部101端部を覆う構造となる。
A semiconductor device 112BM in FIG. 17A includes a
遮光層116は、塗布法などによって形成することができ、液滴吐出法、印刷法、ディッピング法、ディスペンサ法、刷毛塗り法、スプレー法、フローコート法などによって形成することもできる。印刷法を用いると、遮光層を選択的に形成することができるため、フォトリソグラフィ工程による所望の形状への加工工程を簡略化することができる。
The
遮光層116は、半導体集積回路部101の光電変換素子が設けられる領域に対応して開口を有するように形成される。遮光層116はブラックマトリクスとして機能し、光電変換素子へ外部からの不適切な光が照射し、誤作動を生じないように光を遮断する。よって、遮光層116の開口より入射した光のみを光電変換素子は受光することができるため、半導体装置の信頼性が向上する。また、半導体集積回路部に形成される半導体素子に光が照射されると特性変動が生じる恐れがあるが、遮光層を設けることでそのような不良を防止することができる。
The
以下に、本実施の形態における半導体装置の作製方法を詳細に述べる。 A method for manufacturing a semiconductor device in this embodiment will be described in detail below.
図2(A)に基板100上に設けられた光電変換素子を有する半導体集積回路部101a、101b、101cを示す。半導体集積回路部101a、101b、101cはそれぞれ端子電極115a1、115b1、115a2、115b2、115a3、115b3を有している。
FIG. 2A illustrates semiconductor integrated
端子電極115a1、115b1、115a2、115b2、115a3、115b3は、実装時に電気的接続を行う導電層である。 The terminal electrodes 115a1, 115b1, 115a2, 115b2, 115a3, and 115b3 are conductive layers that are electrically connected during mounting.
端子電極115a1、115b1、115a2、115b2、115a3、115b3は湿式法を用いて導電性樹脂によって形成されてもよいし、乾式法を用いて導電性薄膜によって形成されてもよい。また、導電性樹脂層と導電性薄膜とを積層してもよい。 The terminal electrodes 115a1, 115b1, 115a2, 115b2, 115a3, and 115b3 may be formed of a conductive resin using a wet method, or may be formed of a conductive thin film using a dry method. Moreover, you may laminate | stack a conductive resin layer and a conductive thin film.
例えば、スクリーン印刷法を用いて導電層を形成する場合には、粒径が数nmから数十μmの導電体粒子を有機樹脂に溶解または分散させた導電性のペーストを選択的に印刷することによって設けることができる。導電体粒子としては、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)およびチタン(Ti)等のいずれか一つ以上の金属粒子やハロゲン化銀の微粒子を用いることができる。また、導電性ペーストに含まれる有機樹脂は、金属粒子のバインダー、溶媒、分散剤および被覆材として機能する有機樹脂から選ばれた一つまたは複数を用いることができる。代表的には、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の有機樹脂が挙げられる。また、導電層の形成の際は、導電性のペーストを押し出した後に焼成することが好ましい。また、はんだや鉛フリーのはんだを主成分とする微粒子を用いてもよい。 For example, when a conductive layer is formed using a screen printing method, a conductive paste in which conductive particles having a particle size of several nanometers to several tens of micrometers are dissolved or dispersed in an organic resin is selectively printed. Can be provided. Conductor particles include silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), tantalum (Ta), molybdenum (Mo) and titanium (Ti). Any one or more metal particles such as silver halide fine particles can be used. In addition, as the organic resin contained in the conductive paste, one or more selected from organic resins functioning as a binder of metal particles, a solvent, a dispersant, and a coating material can be used. Typically, an organic resin such as an epoxy resin or a silicon resin can be given. In forming the conductive layer, it is preferable to fire after extruding the conductive paste. Further, fine particles mainly composed of solder or lead-free solder may be used.
次に、基板100の厚さを研削、研磨処理によって薄くする工程を行う。工程時の基板100を固定する固定テープ103に半導体集積回路部101a、101b、101c側を向けて基板100を固定し、基板100を加工して、厚さの薄い基板102とする(図2(B)参照。)。基板100が厚さ0.5mmのガラス基板であるとすれば、基板102は、0.25〜0.3mm程度に薄型化することが好ましい。基板の厚さを薄く加工することで、基板の分断にかかる工程時間の短縮、及び分断に用いるダイサーなど加工手段の摩耗を軽減することができる。研削処理及び研磨処理は好適に組み合わせて用いることができ、本実施の形態では、研削機により研削した後、研磨機により研磨処理で表面を平坦化する。研磨処理として化学的機械研磨を行ってもよい。
Next, a process of reducing the thickness of the
本発明は、基板を分断することによって、複数の半導体装置をチップ状で取り出す。分断工程は、半導体集積回路部及び基板を、ワックス170により固定基板171上に固定して行う。基板102上の半導体集積回路部101a、101b、101c形成面と固定基板171とが向き合うように、半導体集積回路部101a、101b、101c及び基板102を、ワックス170によって固定基板に固着し、固定する(図2(C)参照。)。固定基板171は分断工程において形状が変形しないものを選択する。固定基板171が分断工程において、たわみなどの変形が生じると、後の工程で樹脂層を分断する際に分断領域のアライメントがとれなくなってしまい分断箇所の制御が困難になってしまう。
In the present invention, a plurality of semiconductor devices are taken out in a chip shape by dividing a substrate. The dividing step is performed by fixing the semiconductor integrated circuit portion and the substrate on the fixed
本実施の形態で用いることのできる固定基板171としては、例えば、アルミノシリケートガラスバリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板の他、石英基板、金属基板、ガラスエポキシ基板などの非可撓性の基板が好ましい。
As the fixed
本実施の形態で用いることのできるワックス170としては、基板分断時に位置ずれなく保持が可能なワックスが好ましい。
As the
ワックスとしては、精密加工用ホットメルト系仮止め接着材である固形ワックスを用いることができる。本実施の形態では、ダイサーを用いる基板の分断持に生じる熱の冷却や切削くずの洗浄のために水を用いるため、ワックスは、水溶性でないものを用いる。固定基板171をワックスの軟化点以上に加熱する。ワックスを加温された固定基板171に塗り、半導体集積回路部101a、101b、101cの接着面を貼付して接着し冷却する。ワックスは基板及び樹脂層の分断工程後、有機溶剤によって除去する。例えば、日化精工株式会社製のアドフィックス系固形ワックス(商品名)などを用いることができる。
As the wax, a solid wax which is a hot-melt temporary fixing adhesive for precision processing can be used. In the present embodiment, water is used for cooling the heat generated when the substrate is cut and holding the dicer and for cleaning the cutting waste, so that the wax is not water-soluble. The fixed
次に、ダイサー104のダイシングブレードで、基板102を半導体集積回路部101a、101b、101cごとに分断し、基板109a、109b、109cとする(図2(D)参照。)。本実施の形態では、基板102の分断工程において、ダイサー104によって、ワックス170もワックス172a、172b、172cに分断され、固定基板171も溝の形成された固定基板173となる例を示す。
Next, the
分断条件によっては、ワックス170を分断しない、または溝を形成するのみとすることもでき、固定基板171にも溝を形成しないとすることもできる。ダイサー104により除去された領域に樹脂層107は形成されるため、ダイサー104の除去領域の形状に樹脂層107の形状が反映される。
Depending on the cutting conditions, the
固定基板173に形成される溝の形状は加工手段に依存する。本実施の形態ではダイサー104のやや丸みを帯びたダイシングブレードの形状が反映され、固定基板173の溝も図2の断面において丸み(曲率を有する)を帯びた形状となっている。ダイシングブレードの形状を矩形とすれば、溝の形状も矩形となり、固定基板173に形成される溝も矩形を有する形状とすることができる。
The shape of the groove formed in the fixed
ダイサー104が除去した領域を覆うように、端子電極115a1、115b1、115a2、115b2、115a3、115b3を含む半導体集積回路部101a、101b、101cが設けられた基板109a、109b、109c、ワックス172a、172b、172c、固定基板173上に樹脂層107を形成する(図2(E)参照。)。
樹脂層107の材料は、樹脂層形成後の工程において(例えば、インターポーザや別基板への実装時)加熱処理を用いる場合はその加熱温度に耐えうる樹脂材料を用いる。
The
樹脂層107を形成すると、半導体装置に、より耐ストレス性を付与することができる。例えば、本発明の樹脂層が設けられた半導体装置においては、約20Nの圧力を加えても破損することなく耐えることができる。
When the
樹脂層としては、ビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、シロキサン樹脂等の樹脂材料を用いることができる。樹脂層の作製方法はスピンコート法などの塗布法を用いることができ、その他液滴吐出法、印刷法、ディッピング法、ディスペンサ法、刷毛塗り法、スプレー法、フローコート法などを用いることもできる。 As the resin layer, a resin material such as a vinyl resin, an epoxy resin, a phenol resin, a novolac resin, an acrylic resin, a melamine resin, a urethane resin, or a siloxane resin can be used. As a method for producing the resin layer, a coating method such as a spin coating method can be used, and a droplet discharge method, a printing method, a dipping method, a dispenser method, a brush coating method, a spray method, a flow coating method, or the like can also be used. .
その後、樹脂層107を基板109a、109b、109c間において、切断して、複数の半導体装置に分断(分割)する。本実施の形態では、樹脂層107を固定基板173上でダイサー108によって切断する。ダイサー108によって、樹脂層107は分割され、樹脂層110a、110b、110cとなる(図3(A)参照。)。
Thereafter, the
その後、ワックス172a、172b、172c及び固定基板173を除去する。ワックス172a、172b、172cはアルカリ系、又は炭化水素系の有機溶剤(例えば、イソプロピルアルコールなど)を用いて洗浄することによって除去することができる。
Thereafter, the
以上の工程で、半導体装置112a、112b、112cを形成することができる(図3(B)参照。)。樹脂層107を切断する切断面の幅を、基板102を切断する切断面の幅より狭くすることによって、基板及び半導体集積回路部側面に、樹脂層を残存させることができる。本実施の形態では、ダイサー104及びダイサー108の幅とは処理領域(ダイサーによって加工される領域)を決定するダイシングブレードの厚さとなる。
Through the above steps, the
切断面の幅a1はダイサー104のダイシングブレードの幅a1に、溝の幅は、ダイサー108のダイシングブレードの幅a2によって制御できるため、ダイサー104のダイシングブレードの幅a1よりダイサー108のダイシングブレードの幅a2を狭くすればよい。例えば、本実施の形態では、ダイサー104のダイシングブレードの幅a1を0.16mm、ダイサー108のダイシングブレードの幅a2を0.1mmとする。
Since the width a1 of the cut surface can be controlled by the width a1 of the dicing blade of the
従って、半導体装置112a、112b、112cにおいて、半導体集積回路部101a、101b、101cの設けられていない面及び側面、並びに半導体集積回路部101a、101b、101cの側面は樹脂層110a、110b、110cで覆われる構造となる。
Accordingly, in the
また、基板端部での被覆性を向上させるために、基板の厚さは樹脂層と比較して厚いため、樹脂層も厚くすると好ましい。樹脂層を積層構造とすると厚く形成することができる。樹脂層の構造や膜厚、また切断箇所によっても完成する半導体装置の形状を自由に変化させる(異ならせる)ことができる。 In addition, since the thickness of the substrate is thicker than that of the resin layer in order to improve the coverage at the edge of the substrate, it is preferable that the resin layer is also thickened. When the resin layer has a laminated structure, it can be formed thick. The shape of the completed semiconductor device can be freely changed (varied) depending on the structure and film thickness of the resin layer, and the cut location.
樹脂層は、基板を切断する際にワックス及び固定基板の除去領域に形成されるため、本実施の形態においては、半導体装置112a、112b、112cは端子電極よりさらに突出して樹脂層110a、110b、110cが形成されている。しかし、ワックスを除去しなければ、樹脂層110a、110b、110cと端子電極との端部を一致させることもできる。
Since the resin layer is formed in the removal region of the wax and the fixed substrate when the substrate is cut, in this embodiment, the
本発明の半導体装置は、基板の半導体集積回路部の形成面と反対側の一面及び側面、並びに半導体集積回路部の側面とを少なくとも樹脂層で覆う構成である。従って樹脂層が、作製工程、または検査工程において加わる圧力等の外部ストレスからの衝撃吸収層としても機能するため、半導体装置のキズ、クラックなどの不良を低減し、信頼性の高い半導体装置を作製することができる。 The semiconductor device of the present invention is configured to cover at least a resin layer on one surface and a side surface of the substrate opposite to the formation surface of the semiconductor integrated circuit portion, and the side surface of the semiconductor integrated circuit portion. Therefore, since the resin layer also functions as a shock absorbing layer from external stress such as pressure applied in the manufacturing process or inspection process, defects such as scratches and cracks in the semiconductor device are reduced, and a highly reliable semiconductor device is manufactured. can do.
分断される半導体集積回路部として、基板上に光電変換素子及び電界効果トランジスタを形成する方法を、図5(A)乃至(F)、図6(A)乃至(C)、図7(A)(B)の、断面図を用いて説明する。図7(A)では基板310として、基板であるガラス基板の一つであるAN100を用いる。基板上に形成する電界効果トランジスタとしては、薄膜トランジスタを用いることにより、基板上に、光電変換素子と薄膜トランジスタを同一工程で作製することができるため、半導体装置の量産化がし易いといった利点がある。なお、本実施の形態において、樹脂層及び基板に透光性材料を用いると、透光性樹脂層及び基板を通過して光電変換素子に光を照射することができる。
5A to 5F, FIGS. 6A to 6C, and FIG. 7A, a method of forming a photoelectric conversion element and a field effect transistor over a substrate as a semiconductor integrated circuit portion to be divided. (B) is demonstrated using sectional drawing. In FIG. 7A, an AN 100 which is one of glass substrates which is a substrate is used as the
まず、プラズマCVD法で下地膜として機能する絶縁膜312を形成する。本実施の形態では絶縁膜312として、窒素を含む酸化珪素膜(膜厚100nm)を形成する。絶縁膜312は酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜を用いた積層してもよい。例えば、絶縁膜312として、酸素を含む窒化珪素膜を50nm、さらに窒素を含む酸化珪素膜を100nm積層した膜を形成してもよい。なお、窒素を含む酸化珪素膜や窒化珪素膜は、ガラス基板からのアルカリ金属などの不純物拡散を防止するブロッキング層として機能する。
First, an insulating
次に絶縁膜312上に半導体層331を形成する。本実施の形態では、絶縁膜312を形成後、大気に曝露することなく、半導体膜を連続的に形成し、島状の半導体層331に加工する。
Next, a
半導体素子が有する半導体層を形成する材料は、シランやゲルマンに代表される半導体材料ガスを用いて気相成長法やスパッタリング法で作製される非晶質(アモルファスともいう。)半導体、該非晶質半導体を光エネルギーや熱エネルギーを利用して結晶化させた多結晶半導体、或いは微結晶(セミアモルファス若しくはマイクロクリスタルともいう。)半導体などを用いることができる。半導体層はスパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等により成膜することができる。 As a material for forming a semiconductor layer included in a semiconductor element, an amorphous semiconductor (also referred to as an amorphous semiconductor) manufactured by a vapor deposition method or a sputtering method using a semiconductor material gas typified by silane or germane, the amorphous material is used. A polycrystalline semiconductor obtained by crystallizing a semiconductor using light energy or thermal energy, a microcrystalline (also referred to as semi-amorphous or microcrystal) semiconductor, or the like can be used. The semiconductor layer can be formed by sputtering, LPCVD, plasma CVD, or the like.
微結晶半導体は、ギブスの自由エネルギーを考慮すれば非晶質と単結晶の中間的な準安定状態に属するものである。すなわち、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する。柱状または針状結晶が基板表面に対して法線方向に成長している。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマンスペクトルが単結晶シリコンを示す520cm−1よりも低周波数側に、シフトしている。即ち、単結晶シリコンを示す520cm−1と非晶質シリコンを示す480cm−1の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手(ダングリングボンド)を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含ませている。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体膜が得られる。 A microcrystalline semiconductor belongs to a metastable state between an amorphous state and a single crystal state in consideration of Gibbs free energy. That is, it is a semiconductor having a third state that is stable in terms of free energy, and has a short-range order and lattice distortion. Columnar or needle-like crystals grow in the normal direction with respect to the substrate surface. Microcrystalline silicon which is a typical example of a microcrystalline semiconductor has a Raman spectrum shifted to a lower frequency side than 520 cm −1 indicating single crystal silicon. That is, the peak of the Raman spectrum of microcrystalline silicon is between 520 cm −1 indicating single crystal silicon and 480 cm −1 indicating amorphous silicon. In addition, at least 1 atomic% or more of hydrogen or halogen is contained to terminate dangling bonds (dangling bonds). Further, by adding a rare gas element such as helium, argon, krypton, or neon to further promote lattice distortion, stability can be improved and a good microcrystalline semiconductor film can be obtained.
この微結晶半導体膜は、周波数が数十MHz〜数百MHzの高周波プラズマCVD法、または周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置により形成することができる。代表的には、SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4などの水素化珪素を水素で希釈して形成することができる。また、水素化珪素及び水素に加え、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。これらのときの水素化珪素に対して水素の流量比を5倍以上200倍以下、好ましくは50倍以上150倍以下、更に好ましくは100倍とする。 This microcrystalline semiconductor film can be formed by a high-frequency plasma CVD method with a frequency of several tens to several hundreds of MHz or a microwave plasma CVD apparatus with a frequency of 1 GHz or more. Typically, silicon hydride such as SiH 4 , Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiCl 4 , and SiF 4 can be formed by diluting with hydrogen. In addition to silicon hydride and hydrogen, the microcrystalline semiconductor film can be formed by dilution with one or more kinds of rare gas elements selected from helium, argon, krypton, and neon. The flow rate ratio of hydrogen to silicon hydride at these times is 5 to 200 times, preferably 50 to 150 times, and more preferably 100 times.
非晶質半導体としては、代表的には水素化非晶質シリコン、結晶性半導体としては代表的にはポリシリコンなどがあげられる。ポリシリコン(多結晶シリコン)には、800℃以上のプロセス温度を経て形成されるポリシリコンを主材料として用いた所謂高温ポリシリコンや、600℃以下のプロセス温度で形成されるポリシリコンを主材料として用いた所謂低温ポリシリコン、また結晶化を促進する元素などを用いて、非晶質シリコンを結晶化させたポリシリコンなどを含んでいる。もちろん、前述したように、微結晶半導体又は半導体層の一部に結晶相を含む半導体を用いることもできる。 A typical example of the amorphous semiconductor is hydrogenated amorphous silicon, and a typical example of the crystalline semiconductor is polysilicon. Polysilicon (polycrystalline silicon) is mainly made of so-called high-temperature polysilicon using polysilicon formed through a process temperature of 800 ° C. or higher as a main material, or polysilicon formed at a process temperature of 600 ° C. or lower. And so-called low-temperature polysilicon, and polysilicon obtained by crystallizing amorphous silicon using an element that promotes crystallization. Needless to say, as described above, a microcrystalline semiconductor or a semiconductor including a crystalline phase in part of a semiconductor layer can be used.
また、半導体の材料としてはシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)などの単体のほかガリウム砒素、InP、SiC、ZnSe、GaN、SiGeなどのような化合物半導体も用いることができる。また酸化物半導体である酸化亜鉛、酸化スズなども用いることができ、ZnOを半導体層に用いる場合、ゲート絶縁層を酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、それらの積層などを用いるとよく、ゲート電極層、ソース電極層、ドレイン電極層としては、ITO、金、チタンなどを用いるとよい。また、酸化亜鉛にインジウムやガリウムなどを添加することもできる。 Further, as a semiconductor material, a compound semiconductor such as gallium arsenide, InP, SiC, ZnSe, GaN, SiGe, etc. can be used in addition to a simple substance such as silicon (Si) and germanium (Ge). An oxide semiconductor such as zinc oxide or tin oxide can also be used. When ZnO is used for the semiconductor layer, a gate insulating layer is preferably formed using yttrium oxide, aluminum oxide, titanium oxide, a stacked layer thereof, or the like. As the layer, the source electrode layer, and the drain electrode layer, ITO, gold, titanium, or the like is preferably used. Indium, gallium, or the like can also be added to zinc oxide.
半導体層に、結晶性半導体膜を用いる場合、その結晶性半導体膜の作製方法は、種々の方法(レーザ結晶化法、熱結晶化法、またはニッケルなどの結晶化を助長する元素を用いた熱結晶化法等)を用いれば良い。また、微結晶半導体をレーザ照射して結晶化し、結晶性を高めることもできる。結晶化を助長する元素を導入しない場合は、非晶質珪素膜にレーザ光を照射する前に、加熱処理によって非晶質珪素膜より水素を放出させる工程を行う。例えば、窒素雰囲気下500℃で1時間加熱することによって非晶質珪素膜の含有水素濃度を1×1020atoms/cm3以下にまで放出させる。これは水素を多く含んだ非晶質珪素膜にレーザ光を照射すると非晶質珪素膜が破壊されてしまうからである。 In the case where a crystalline semiconductor film is used for a semiconductor layer, a crystalline semiconductor film can be formed by various methods (laser crystallization method, thermal crystallization method, or heat using an element that promotes crystallization such as nickel). A crystallization method or the like may be used. In addition, crystallinity can be increased by crystallizing a microcrystalline semiconductor by laser irradiation. In the case where an element for promoting crystallization is not introduced, a step of releasing hydrogen from the amorphous silicon film by heat treatment is performed before the amorphous silicon film is irradiated with laser light. For example, the hydrogen concentration in the amorphous silicon film is released to 1 × 10 20 atoms / cm 3 or less by heating at 500 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. This is because the amorphous silicon film is destroyed when the amorphous silicon film containing a large amount of hydrogen is irradiated with laser light.
非晶質半導体層への結晶化を助長する元素の導入の仕方としては、当該結晶化を助長する元素を非晶質半導体膜の表面又はその内部に存在させ得る手法であれば特に限定はなく、例えばスパッタ法、CVD法、プラズマ処理法(プラズマCVD法も含む)、吸着法、金属塩の溶液を塗布する方法を使用することができる。このうち溶液を用いる方法は簡便であり、結晶化を助長する元素の濃度調整が容易であるという点で有用である。また、このとき非晶質半導体膜の表面の濡れ性を改善し、非晶質半導体膜の表面全体に水溶液を行き渡らせるため、酸素雰囲気中でのUV光の照射、熱酸化法、ヒドロキシラジカルを含むオゾン水又は過酸化水素による処理等により、酸化膜を成膜することが望ましい。 The method for introducing an element that promotes crystallization into the amorphous semiconductor layer is not particularly limited as long as the element that promotes crystallization can be present on the surface of the amorphous semiconductor film or inside thereof. For example, a sputtering method, a CVD method, a plasma processing method (including a plasma CVD method), an adsorption method, and a method of applying a metal salt solution can be used. Among these, the method using a solution is simple and useful in that the concentration of an element that promotes crystallization can be easily adjusted. At this time, in order to improve the wettability of the surface of the amorphous semiconductor film and to spread the aqueous solution over the entire surface of the amorphous semiconductor film, irradiation with UV light in an oxygen atmosphere, thermal oxidation method, hydroxy radical It is desirable to form an oxide film by treatment with ozone water or hydrogen peroxide.
また、非晶質半導体膜を結晶化し、結晶性半導体膜を形成する結晶化工程で、非晶質半導体膜に結晶化を促進する元素を添加し、熱処理(550℃〜750℃で3分〜24時間)により結晶化を行ってもよい。結晶化を助長(促進)する元素としては、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、銅(Cu)及び金(Au)などの金属元素から選ばれた一種又は複数種類を用いることができる。 In the crystallization step of crystallizing the amorphous semiconductor film and forming the crystalline semiconductor film, an element for promoting crystallization is added to the amorphous semiconductor film, and heat treatment (at 550 ° C. to 750 ° C. for 3 minutes to 24 hours) may be crystallized. As elements that promote (promote) crystallization, iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir) ), Platinum (Pt), copper (Cu), and gold (Au), or one or more kinds selected from metal elements can be used.
結晶化を助長する元素を結晶性半導体膜から除去、又は軽減するため、結晶性半導体膜に接して、不純物元素を含む半導体膜を形成し、ゲッタリングシンクとして機能させる。不純物元素としては、n型を付与する不純物元素、p型を付与する不純物元素や希ガス元素などを用いることができ、例えばリン(P)、窒素(N)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、ボロン(B)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複数種を用いることができる。結晶化を促進する元素を含む結晶性半導体膜に、希ガス元素を含む半導体膜を形成し、熱処理(550℃〜750℃で3分〜24時間)を行う。結晶性半導体膜中に含まれる結晶化を促進する元素は、希ガス元素を含む半導体膜中に移動し、結晶性半導体膜中の結晶化を促進する元素は除去、又は軽減される。その後、ゲッタリングシンクとなった希ガス元素を含む半導体膜を除去する。 In order to remove or reduce an element that promotes crystallization from the crystalline semiconductor film, a semiconductor film containing an impurity element is formed in contact with the crystalline semiconductor film and functions as a gettering sink. As the impurity element, an impurity element imparting n-type conductivity, an impurity element imparting p-type conductivity, a rare gas element, or the like can be used. For example, phosphorus (P), nitrogen (N), arsenic (As), antimony (Sb ), Bismuth (Bi), boron (B), helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), or xenon (Xe) can be used. A semiconductor film containing a rare gas element is formed over the crystalline semiconductor film containing the element that promotes crystallization, and heat treatment (at 550 ° C. to 750 ° C. for 3 minutes to 24 hours) is performed. The element that promotes crystallization contained in the crystalline semiconductor film moves into the semiconductor film containing a rare gas element, and the element that promotes crystallization in the crystalline semiconductor film is removed or reduced. After that, the semiconductor film containing a rare gas element that has become a gettering sink is removed.
非晶質半導体膜の結晶化は、熱処理とレーザ光照射による結晶化を組み合わせてもよく、熱処理やレーザ光照射を単独で、複数回行っても良い。 Crystallization of the amorphous semiconductor film may be a combination of heat treatment and crystallization by laser light irradiation, or may be performed multiple times by heat treatment or laser light irradiation alone.
また、結晶性半導体膜を、直接基板にプラズマ法により形成しても良い。また、プラズマ法を用いて、結晶性半導体膜を選択的に基板に形成してもよい。 Alternatively, the crystalline semiconductor film may be directly formed over the substrate by a plasma method. Alternatively, a crystalline semiconductor film may be selectively formed over the substrate by a plasma method.
本実施の形態では、半導体膜として水素を含む非晶質珪素膜(膜厚54nm)を積層形成し、触媒元素を用いた結晶化方法を用いて多結晶珪素膜を形成する。重量換算で10ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル溶液をスピナーで添加する。なお、溶液を添加する方法に代えてスパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用いてもよい。次いで、加熱処理を行い結晶化させて結晶構造を有する半導体膜(ここでは多結晶珪素膜)を形成する。ここでは熱処理(500℃、1時間)の後、結晶化のための熱処理(550℃、4時間)を行って多結晶珪素膜を得る。 In this embodiment mode, an amorphous silicon film containing hydrogen (film thickness: 54 nm) is stacked as a semiconductor film, and a polycrystalline silicon film is formed by a crystallization method using a catalytic element. A nickel acetate solution containing 10 ppm nickel by weight is added with a spinner. Instead of adding the solution, a method of spraying nickel element over the entire surface by sputtering may be used. Next, heat treatment is performed for crystallization to form a semiconductor film having a crystal structure (here, a polycrystalline silicon film). Here, after heat treatment (500 ° C., 1 hour), heat treatment for crystallization (550 ° C., 4 hours) is performed to obtain a polycrystalline silicon film.
次いで、多結晶珪素膜表面の酸化膜を希フッ酸等で除去する。その後、結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するためのレーザ光(XeCl:波長308nm)の照射を大気中、または酸素雰囲気中で行う。 Next, the oxide film on the surface of the polycrystalline silicon film is removed with dilute hydrofluoric acid or the like. After that, irradiation with laser light (XeCl: wavelength 308 nm) for increasing the crystallization rate and repairing defects left in the crystal grains is performed in the air or an oxygen atmosphere.
レーザ光には波長400nm以下のエキシマレーザ光や、YAGレーザの第2高調波又は第3高調波を用いる。ここでは、繰り返し周波数10〜1000Hz程度のパルスレーザ光を用い、当該レーザ光を光学系にて100〜500mJ/cm2に集光し、90〜95%のオーバーラップ率をもって照射し、シリコン膜表面を走査させればよい。本実施の形態では、繰り返し周波数30Hz、エネルギー密度470mJ/cm2でレーザ光の照射を大気中で行なう。 As the laser light, excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less or the second harmonic or the third harmonic of a YAG laser is used. Here, a pulsed laser beam having a repetition frequency of about 10 to 1000 Hz is used, the laser beam is condensed to 100 to 500 mJ / cm 2 by an optical system, and irradiated with an overlap rate of 90 to 95%. May be scanned. In this embodiment mode, laser light irradiation is performed in the atmosphere at a repetition frequency of 30 Hz and an energy density of 470 mJ / cm 2 .
なお、大気中、または酸素雰囲気中で行うため、レーザ光の照射により表面に酸化膜が形成される。なお、本実施の形態ではパルスレーザを用いた例を示したが、連続発振のレーザを用いてもよく、半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第2高調波〜第4高調波を適用するのが好ましい。代表的には、Nd:YVO4レーザ(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を適用すればよい。 Note that an oxide film is formed on the surface by irradiation with a laser beam because it is performed in the air or in an oxygen atmosphere. Note that although an example using a pulse laser is shown in this embodiment mode, a continuous wave laser may be used, and continuous oscillation is possible in order to obtain a crystal with a large grain size when a semiconductor film is crystallized. It is preferable to use a solid-state laser and apply the second to fourth harmonics of the fundamental wave. Typically, a second harmonic (532 nm) or a third harmonic (355 nm) of an Nd: YVO 4 laser (fundamental wave 1064 nm) may be applied.
連続発振のレーザを用いる場合には、出力10Wの連続発振のYVO4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換する。また、共振器の中にYVO4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要である。そして、10〜2000cm/s程度の速度でレーザ光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射すればよい。 In the case of using a continuous wave laser, laser light emitted from a continuous wave YVO 4 laser having an output of 10 W is converted into a harmonic by a nonlinear optical element. There is also a method of emitting harmonics by putting a YVO 4 crystal and a nonlinear optical element in a resonator. Then, it is preferably formed into a rectangular or elliptical laser beam on the irradiation surface by an optical system, and irradiated to the object to be processed. At this time, the energy density of approximately 0.01 to 100 MW / cm 2 (preferably 0.1 to 10 MW / cm 2) is required. Then, irradiation may be performed by moving the semiconductor film relative to the laser light at a speed of about 10 to 2000 cm / s.
次いで、上記レーザ光の照射により形成された酸化膜に加え、オゾン水で表面を120秒処理して合計1〜5nmの酸化膜からなるバリア層を形成する。このバリア層は、結晶化させるために添加した元素、例えばニッケル(Ni)を膜中から除去するために形成する。ここではオゾン水を用いてバリア層を形成したが、酸素雰囲気下の紫外線の照射で結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する方法や酸素プラズマ処理により結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する方法やプラズマCVD法やスパッタ法や蒸着法などで1〜10nm程度の酸化膜を堆積してバリア層を形成してもよい。また、バリア層を形成する前にレーザ光の照射により形成された酸化膜を除去してもよい。 Next, in addition to the oxide film formed by the laser light irradiation, the surface is treated with ozone water for 120 seconds to form a barrier layer made of an oxide film having a total thickness of 1 to 5 nm. This barrier layer is formed to remove an element added for crystallization, such as nickel (Ni), from the film. Here, the barrier layer is formed using ozone water, but the surface of the semiconductor film having a crystal structure is oxidized by a method of oxidizing the surface of the semiconductor film having a crystal structure by irradiation with ultraviolet light in an oxygen atmosphere or the oxygen plasma treatment. The barrier layer may be formed by depositing an oxide film of about 1 to 10 nm by a method, plasma CVD method, sputtering method or vapor deposition method. Further, the oxide film formed by laser light irradiation may be removed before forming the barrier layer.
次いで、バリア層上にスパッタ法にてゲッタリングサイトとなるアルゴン元素を含む非晶質珪素膜を10nm〜400nm、ここでは膜厚100nmで成膜する。ここでは、アルゴン元素を含む非晶質珪素膜は、シリコンターゲットを用いてアルゴンを含む雰囲気下で形成する。プラズマCVD法を用いてアルゴン元素を含む非晶質珪素膜を形成する場合、成膜条件は、モノシランとアルゴンの流量比(SiH4:Ar)を1:99とし、成膜圧力を6.665Paとし、RFパワー密度を0.087W/cm2とし、成膜温度を350℃とする。 Next, an amorphous silicon film containing an argon element serving as a gettering site is formed with a thickness of 10 to 400 nm, here 100 nm, over the barrier layer by a sputtering method. Here, the amorphous silicon film containing an argon element is formed using a silicon target in an atmosphere containing argon. In the case where an amorphous silicon film containing an argon element is formed using a plasma CVD method, the film formation conditions are as follows: the flow ratio of monosilane to argon (SiH 4 : Ar) is 1:99, and the film formation pressure is 6.665 Pa. The RF power density is 0.087 W / cm 2 and the film formation temperature is 350 ° C.
その後、650℃に加熱された炉に入れて3分の熱処理を行い触媒元素を除去(ゲッタリング)する。これにより結晶構造を有する半導体膜中の触媒元素濃度が低減される。炉に代えてランプによる加熱装置を用いてもよい。 Thereafter, the catalyst element is removed (gettering) by performing a heat treatment for 3 minutes in a furnace heated to 650 ° C. As a result, the concentration of the catalytic element in the semiconductor film having a crystal structure is reduced. A heating device using a lamp may be used instead of the furnace.
次いで、バリア層をエッチングストッパとして、ゲッタリングサイトであるアルゴン元素を含む非晶質珪素膜を選択的に除去した後、バリア層を希フッ酸で選択的に除去する。なお、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、酸化膜からなるバリア層をゲッタリング後に除去することが望ましい。 Next, the amorphous silicon film containing an argon element which is a gettering site is selectively removed using the barrier layer as an etching stopper, and then the barrier layer is selectively removed with dilute hydrofluoric acid. Note that during gettering, nickel tends to move to a region with a high oxygen concentration, and thus it is desirable to remove the barrier layer made of an oxide film after gettering.
なお、結晶化を促進する元素を用いて半導体膜の結晶化を行わない場合には、上述したバリア層の形成、ゲッタリングサイトの形成、ゲッタリングのための熱処理、ゲッタリングサイトの除去、バリア層の除去などの工程は不要である。 Note that in the case where the semiconductor film is not crystallized using an element that promotes crystallization, the above-described barrier layer formation, gettering site formation, heat treatment for gettering, gettering site removal, and barrier Steps such as layer removal are not necessary.
次いで、得られた結晶構造を有する半導体膜(例えば多結晶珪素膜)の表面にオゾン水で薄い酸化膜を形成した後、第1のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体層331を形成する(図5(A)参照。)。半導体層331を形成した後、レジストからなるマスクを除去する。
Next, after forming a thin oxide film with ozone water on the surface of the obtained semiconductor film having a crystalline structure (for example, a polycrystalline silicon film), a resist mask is formed using a first photomask, and a desired film is formed. A
次いで、必要があればトランジスタのしきい値電圧を制御するために微量な不純物元素(ホウ素またはリン)のドーピングを行う。ここでは、ジボラン(B2H6)を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法を用いる。 Next, if necessary, a small amount of impurity element (boron or phosphorus) is doped in order to control the threshold voltage of the transistor. Here, an ion doping method in which diborane (B 2 H 6 ) is plasma-excited without mass separation is used.
次いで、フッ酸を含むエッチャントで酸化膜を除去すると同時に半導体層331の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜313を形成する。
Next, after removing the oxide film with an etchant containing hydrofluoric acid, the surface of the
ゲート絶縁膜313は酸化珪素、若しくは酸化珪素と窒化珪素の積層構造で形成すればよい。ゲート絶縁膜313は、プラズマCVD法や減圧CVD法により絶縁膜を堆積することで形成しても良いし、プラズマ処理による固相酸化若しくは固相窒化で形成すると良い。半導体層を、プラズマ処理により酸化又は窒化することにより形成するゲート絶縁膜は、緻密で絶縁耐圧が高く信頼性に優れているためである。例えば、亜酸化窒素(N2O)をArで1〜3倍(流量比)に希釈して、10〜30Paの圧力にて3〜5kWのマイクロ波(2.45GHz)電力を印加して半導体層の表面を酸化若しくは窒化させる。この処理により1nm〜10nm(好ましくは2nm〜6nm)の絶縁膜を形成する。さらに亜酸化窒素(N2O)とシラン(SiH4)を導入し、10〜30Paの圧力にて3〜5kWのマイクロ波(2.45GHz)電力を印加して気相成長法により酸化窒化シリコン膜を形成してゲート絶縁膜を形成する。固相反応と気相成長法による反応を組み合わせることにより界面準位密度が低く絶縁耐圧の優れたゲート絶縁膜を形成することができる。
The
また、ゲート絶縁膜313として、二酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、二酸化チタン、五酸化タンタルなどの高誘電率材料を用いても良い。ゲート絶縁膜313に高誘電率材料を用いることにより、ゲートリーク電流を低減することができる。
As the
本実施の形態では、ゲート絶縁膜313としてプラズマCVD法により115nmの厚さで窒素を含む酸化珪素膜を形成する。
In this embodiment, a silicon oxide film containing nitrogen with a thickness of 115 nm is formed as the
次いで、ゲート絶縁膜313上に金属膜を形成した後、第2のフォトマスクを用いて、ゲート電極334、配線314及び315、端子電極350を形成する(図5(B)参照)。この金属膜として、例えば窒化タンタル及びタングステン(W)をそれぞれ30nm、370nm積層した膜を用いる。
Next, after a metal film is formed over the
また、ゲート電極334、配線314及び315、端子電極350として、上記以外にもチタン(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ネオジム(Nd)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる単層膜、或いは、これらの窒化物、例えば、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化モリブデンからなる単層膜を用いることができる。
In addition to the above, as the
また、ゲート電極334、配線314及び315、端子電極350に可視光に対して透光性を有する透光性の材料を用いることもできる。透光性の導電材料としては、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)、有機インジウム、有機スズ、酸化亜鉛等を用いることができる。また、酸化亜鉛(ZnO)を含むインジウム亜鉛酸化物(IZO(Indium Zinc Oxide))、酸化亜鉛(ZnO)、ZnOにガリウム(Ga)をドープしたもの、酸化スズ(SnO2)、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを用いてもよい。
Alternatively, a light-transmitting material having a property of transmitting visible light can be used for the
次いで、半導体層331への一導電型を付与する不純物の導入を行って、トランジスタ373のソース領域またはドレイン領域337の形成を行う(図5(C)参照)。本実施の形態ではnチャネル型トランジスタを形成するので、n型を付与する不純物、例えばリン(P)、砒素(As)など半導体層331に導入する。pチャネル型トランジスタを形成する場合は、p型を付与する不純物元素、例えばボロン(B)を半導体層331に導入すればよい。
Next, an impurity imparting one conductivity type is introduced into the
次いで、CVD法により酸化珪素膜を含む第1の層間絶縁膜(図示しない)を50nm形成した後、それぞれの島状半導体領域に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工程は、ランプ光源を用いたラピッドサーマルアニール法(RTA法)、或いはYAGレーザまたはエキシマレーザを裏面から照射する方法、或いは炉を用いた熱処理、或いはこれらの方法のうち、いずれかと組み合わせた方法によって行う。 Next, after forming a first interlayer insulating film (not shown) including a silicon oxide film by CVD with a thickness of 50 nm, a step of activating the impurity element added to each island-like semiconductor region is performed. This activation process is performed by a rapid thermal annealing method (RTA method) using a lamp light source, a method of irradiating a YAG laser or an excimer laser from the back surface, a heat treatment using a furnace, or a combination thereof. By different methods.
次いで、水素及び酸素を含む窒化珪素膜を含む第2の層間絶縁膜316を、例えば10nmの膜厚で形成する。
Next, a second
次いで、第2の層間絶縁膜316上に絶縁性材料から成る第3の層間絶縁膜317を形成する(図5(D)参照)。第3の層間絶縁膜317はCVD法で得られる絶縁膜を用いることができる。本実施の形態においては密着性を向上させるため、第3の層間絶縁膜317として、900nmの膜厚で形成した窒素を含む酸化珪素膜を形成する。
Next, a third
次に、熱処理(300〜550℃で1〜12時間の熱処理、例えば窒素雰囲気中410℃で1時間)を行い、半導体層を水素化する。この工程は第2の層間絶縁膜316に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端させるために行うものである。ゲート絶縁膜313の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。
Next, heat treatment (300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours, for example, in a nitrogen atmosphere at 410 ° C. for 1 hour) is performed to hydrogenate the semiconductor layer. This step is performed in order to terminate dangling bonds in the semiconductor layer with hydrogen contained in the second
また第3の層間絶縁膜317として、シロキサンを用いた絶縁膜、及びそれらの積層構造を用いることも可能である。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造で構成される。置換基として、少なくとも水素を含む化合物(例えばアルキル基、アリール基)が用いられる。置換基として、フッ素を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む化合物と、フッ素とを用いてもよい。
Further, as the third
第3の層間絶縁膜317としてシロキサンを用いた絶縁膜、及びそれらの積層構造を用いた場合は、第2の層間絶縁膜316を形成後、半導体層を水素化するための熱処理を行い、次に第3の層間絶縁膜317を形成することもできる。
In the case where an insulating film using siloxane and a stacked structure thereof are used as the third
次いで、第3のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、第1の層間絶縁膜、第2の層間絶縁膜316及び第3の層間絶縁膜317またはゲート絶縁膜313を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。そして、レジストからなるマスクを除去する。
Next, a resist mask is formed using a third photomask, and the first interlayer insulating film, the second
なお、第3の層間絶縁膜317は必要に応じて形成すればよく、第3の層間絶縁膜317を形成しない場合は、第2の層間絶縁膜316を形成後に第1の層間絶縁膜、第2の層間絶縁膜316及びゲート絶縁膜313を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。
Note that the third
次いで、スパッタ法で金属積層膜を成膜した後、第4のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、選択的に金属膜をエッチングして、配線319、接続電極320、端子電極351、トランジスタ373のソース電極またはドレイン電極341を形成する。そして、レジストからなるマスクを除去する。なお、本実施の形態の金属膜は、膜厚100nmのTi膜と、膜厚350nmのSiを微量に含むAl膜と、膜厚100nmのTi膜との3層を積層したものとする。
Next, after a metal laminated film is formed by a sputtering method, a resist mask is formed using a fourth photomask, and the metal film is selectively etched, so that a
また配線319、接続電極320、端子電極351、及びトランジスタ373のソース電極又はドレイン電極341を単層の導電膜により形成する場合は、耐熱性及び導電率等の点からチタン膜(Ti膜)が好ましい。またチタン膜に変えて、タングステン(W)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ネオジム(Nd)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる膜、或いは、これらの窒化物、例えば、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化モリブデンからなる膜を用いることができる。
In the case where the
以上の工程で、多結晶珪素膜を半導体層として用いたトップゲート型のトランジスタ373を作製することができる。
Through the above steps, a
本実施の形態では、半導体集積回路部に含まれる半導体素子として、nチャネル型トランジスタを例として示したが、pチャネル型トランジスタを用いてもよい。様々な形態の電界効果トランジスタを用いることができ、用いるトランジスタの種類に限定はない。 In this embodiment mode, an n-channel transistor is described as an example of a semiconductor element included in the semiconductor integrated circuit portion. However, a p-channel transistor may be used. Various forms of field effect transistors can be used, and the type of transistors used is not limited.
本実施の形態では、シングルゲート構造のトランジスタを説明したが、ダブルゲート構造などのマルチゲート構造でもよい。この場合、半導体層の上方、下方にゲート電極層を設ける構造でも良く、半導体層の片側(上方又は下方)にのみ複数ゲート電極層を設ける構造でもよい。 In this embodiment, a single-gate transistor is described; however, a multi-gate structure such as a double-gate structure may be used. In this case, a gate electrode layer may be provided above and below the semiconductor layer, or a plurality of gate electrode layers may be provided only on one side (above or below) of the semiconductor layer.
また、インクジェット法や印刷法を用いて形成したトランジスタなどを用いることができる。これらにより、室温で製造、低真空度で製造、又は大型基板上に製造することができる。また、マスク(レチクル)を用いなくても製造することが可能となるため、トランジスタのレイアウトを容易に変更することができる。さらに、レジストを用いる必要がないので、材料費が安くなり、工程数を削減できる。さらに、必要な部分にのみ膜を付けるため、全面に成膜した後でエッチングする、という製法よりも、材料が無駄にならず、低コストにできる。 Alternatively, a transistor formed using an inkjet method or a printing method can be used. By these, it can manufacture at room temperature, manufacture at a low vacuum degree, or can manufacture on a large sized board | substrate. Further, since the transistor can be manufactured without using a mask (reticle), the layout of the transistor can be easily changed. Furthermore, since it is not necessary to use a resist, the material cost is reduced and the number of processes can be reduced. Further, since a film is formed only on a necessary portion, the material is not wasted and cost can be reduced as compared with a manufacturing method in which etching is performed after film formation on the entire surface.
または、有機半導体やカーボンナノチューブを有するトランジスタ等を用いることができる。これらにより、曲げることが可能な基板上にトランジスタを形成することができる。そのため、衝撃に強くできる。 Alternatively, a transistor including an organic semiconductor or a carbon nanotube can be used. Thus, a transistor can be formed over a substrate that can be bent. Therefore, it can be strong against impact.
または、半導体層として、単結晶半導体層を用いたSOI構造を有する基板などを用いてトランジスタを形成してもよい。これらにより、特性やサイズや形状などのバラツキが少なく、電流供給能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造することができる。これらのトランジスタを用いると、回路の低消費電力化、又は回路の高集積化を図ることができる。 Alternatively, the transistor may be formed using a substrate having an SOI structure including a single crystal semiconductor layer as the semiconductor layer. Accordingly, a transistor with small variations in characteristics, size, shape, and the like, high current supply capability, and small size can be manufactured. When these transistors are used, low power consumption of the circuit or high integration of the circuit can be achieved.
本実施の形態の半導体装置は、薄膜トランジスタを用いて電界効果トランジスタを構成することにより、ガラス基板等の透光性基板上に形成することができる。そのため、光電変換素子を基板上面に形成しても、基板の裏面から透光性基板を透過した光を光電変換素子で受光することが可能になる。 The semiconductor device of this embodiment can be formed over a light-transmitting substrate such as a glass substrate by forming a field effect transistor using a thin film transistor. Therefore, even if the photoelectric conversion element is formed on the upper surface of the substrate, the light that has passed through the light-transmitting substrate from the back surface of the substrate can be received by the photoelectric conversion element.
次いで、後に形成される光電変換層(代表的には非晶質シリコン)と反応して合金になりにくい導電性の金属膜(チタン(Ti)またはモリブデン(Mo)など)を成膜した後、第5のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、選択的に導電性の金属膜をエッチングして配線319を覆う保護電極318、保護電極345、保護電極346、及び保護電極348を形成する(図5(E))。ここではスパッタ法で得られる膜厚200nmのTi膜を用いる。なお、同様に接続電極320、端子電極351、トランジスタ373のソース電極またはドレイン電極341も導電性の金属膜で覆われる。従って、導電性の金属膜は、これらの電極における2層目のAl膜が露呈されている側面も覆い、導電性の金属膜は光電変換層へのアルミニウム原子の拡散も防止できる。
Next, after forming a conductive metal film (titanium (Ti) or molybdenum (Mo), etc.) that hardly reacts with a photoelectric conversion layer (typically amorphous silicon) to be formed later, A resist mask is formed using a fifth photomask, and a conductive metal film is selectively etched to form a
ただし、配線319、接続電極320、端子電極351、及びトランジスタ373のソース電極またはドレイン電極341を、単層の導電膜で形成する場合、保護電極318、保護電極345、保護電極346、及び保護電極348は形成しなくてもよい。
However, in the case where the
次に第3の層間絶縁膜317上に、p型半導体層371p、i型半導体層371i及びn型半導体層371nを含む光電変換層371を形成する。
Next, a
p型半導体層371pは、周期表第13属の不純物元素、例えばホウ素(B)を含んだ微結晶シリコン膜をプラズマCVD法にて成膜して形成すればよい。
The p-
微結晶シリコン膜を形成する方法の一例は、シランガスと水素及び/又は希ガスを混合してグロー放電プラズマにより成膜する方法が挙げられる。シランは水素及び/又は希ガスで10倍から2000倍に希釈される。そのため多量の水素及び/又は希ガスが必要とされる。基板の加熱温度は100℃〜300℃、好ましくは120℃〜220℃で行う。微結晶シリコン膜の成長表面を水素で不活性化し、微結晶シリコンの成長を促進するためには120℃〜220℃で成膜を行うことが好ましい。成膜処理中、活性種であるSiHラジカル、SiH2ラジカル、SiH3ラジカルは結晶核を基に結晶成長する。また、シラン等のガス中にGeH4、GeF4などの水素化ゲルマニウム、フッ化ゲルマニウムを混合する、あるいはシリコンに炭素又はゲルマニウムを加え、エネルギーバンド幅を調節しても良い。シリコンに炭素を加えた場合はエネルギーバンド幅は広がり、またシリコンにゲルマニウムを加えた場合はエネルギーバンド幅は狭まる。 As an example of a method for forming a microcrystalline silicon film, a method in which a silane gas and hydrogen and / or a rare gas are mixed to form a film by glow discharge plasma can be given. Silane is diluted 10 to 2000 times with hydrogen and / or a noble gas. Therefore, a large amount of hydrogen and / or a rare gas is required. The heating temperature of the substrate is 100 ° C to 300 ° C, preferably 120 ° C to 220 ° C. In order to inactivate the growth surface of the microcrystalline silicon film with hydrogen and promote the growth of the microcrystalline silicon, the film formation is preferably performed at 120 ° C. to 220 ° C. During the film forming process, SiH radicals, SiH 2 radicals, and SiH 3 radicals, which are active species, grow based on crystal nuclei. Further, the energy band width may be adjusted by mixing germanium hydride or germanium such as GeH 4 or GeF 4 in a gas such as silane, or adding carbon or germanium to silicon. When carbon is added to silicon, the energy bandwidth is widened, and when germanium is added to silicon, the energy bandwidth is narrowed.
また配線319及び保護電極318は光電変換層371の最下層、本実施の形態ではp型半導体層371pと接している。
In addition, the
p型半導体層371pを形成したら、さらにi型半導体層371i及びn型半導体層371nを順に形成する。これによりp型半導体層371p、i型半導体層371i及びn型半導体層371nを有する光電変換層371が形成される。
After the p-
i型半導体層371iとしては、例えばプラズマCVD法で微結晶シリコン膜を形成すればよい。またn型半導体層371nとしては、周期表第15属の不純物元素、例えばリン(P)を含む微結晶シリコン膜を形成してもよいし、微結晶シリコン膜を形成後、周期表第15属の不純物元素を導入してもよい。
As the i-
またp型半導体層371p、i型半導体層371i、n型半導体層371nとして、微結晶半導体膜だけではなく、非晶質半導体膜を用いてもよい。また前記の触媒やレーザ結晶化処理により形成される多結晶半導体膜を用いても良い。
Further, as the p-
さらには、微結晶シリコン、スマートカット法により形成される単結晶シリコンにて形成される光電変換層は基板面内の特性のばらつきを低減することができる。 Furthermore, a photoelectric conversion layer formed using microcrystalline silicon or single crystal silicon formed by a smart cut method can reduce variation in characteristics in the substrate surface.
次いで、全面に絶縁性材料(例えば珪素を含む無機絶縁膜)からなる封止層324を厚さ1μm〜30μmで形成する(図5(F)参照。)。ここでは封止層としてCVD法により、膜厚1μmの窒素を含む酸化珪素膜を形成する。CVD法による絶縁膜を用いることによって密着性の向上を図っている。
Next, a
次いで、封止層324をエッチングして開口部を設けた後、スパッタ法により配線374及び375を形成する。配線374及び375は、チタン膜(Ti膜)(200nm)はスパッタ法により成膜する(図6(A)参照。)。
Next, after the
次いで露出している面を覆って、保護膜377を形成する。保護膜377として、本実施の形態では窒化珪素膜を用いる。この保護膜377により、光電変換層371やトランジスタ373に、水分や有機物等の不純物が混入するのを防ぐことができる。
Next, a
次いで保護膜377上に、封止膜378を形成する。封止膜378も外部ストレスから半導体集積回路部を保護する機能を有する。本実施の形態では、封止膜378として、感光性のエポキシ−フェノール系樹脂を用い20μmの厚さで形成する。封止膜378としては、エポキシ−フェノール系樹脂であるオームコート1012B(ナミックス株式会社製)を用いてもよい。
Next, a sealing
次いで上層の端子電極が下層の配線374、もしくは配線375と電気的に接続される領域の保護膜をエッチングしてコンタクトホールを形成する。
Next, a contact hole is formed by etching the protective film in a region where the upper terminal electrode is electrically connected to the
次いで、封止膜378上に、端子電極115a及び端子電極115bとして、例えばニッケル(Ni)ペーストを用い、さらにペースト上にスパッタ法にてチタン膜(Ti膜)(150nm)と、ニッケル膜(Ni膜)(750nm)と、金膜(Au膜)(50nm)との積層膜を形成する。こうして得られる端子電極115a及び端子電極115bの固着強度は5Nを超え、端子電極として十分な固着強度を有している。
Next, on the
以上の工程で、はんだ接続が可能な端子電極115a及び端子電極115bが形成される(図6(B)参照。)。
Through the above steps, the
実際には、図6(B)の時点で形成された、光電変換素子及びトランジスタ等を含む1つの半導体集積回路部は、基板上にそれぞれ素子材料を形成されることで大量生産が可能である。1枚の基板(例えば600cm×720cm)からはそれぞれ半導体集積回路部を含む大量の半導体装置(例えば2mm×1.5mm)を製造することができる。その様子を図7(A)(B)に示す。 Actually, one semiconductor integrated circuit portion including a photoelectric conversion element, a transistor, and the like formed at the time of FIG. 6B can be mass-produced by forming an element material on a substrate. . From a single substrate (for example, 600 cm × 720 cm), a large number of semiconductor devices (for example, 2 mm × 1.5 mm) each including a semiconductor integrated circuit portion can be manufactured. This is shown in FIGS. 7A and 7B.
図7(A)においては、基板100上に、それぞれ端子電極115が設けられている複数の半導体集積回路151a、151b、151cを覆うように封止膜378が形成されている。なお、半導体集積回路151とは、図6(B)において、基板100から封止膜378との間に形成されている構造全てを含む。
In FIG. 7A, a sealing
次に図7(B)のように隣り合う半導体集積回路151a、151b、151cの間において、封止膜378は分断され、各半導体集積回路151a、151b、151cを覆う封止膜378a、378b、378cとなる。この分断工程を経ると図2(A)に示すように基板100上に複数の半導体集積回路部101a、101b、101cが間隔を有して設けられている構造とすることができる。
Next, as shown in FIG. 7B, the sealing
このようにして形成された半導体集積回路部101が形成された基板109は、さらに端子電極115a1、115a2の部分にて、はんだ363及び364で基板360へと実装される(図6(C)参照。)。なお端子電極115a1は、基板360上の電極361と、はんだ363で電気的に接続することで、端子電極115a2は、基板360の電極362と、はんだ364で電気的に接続することで実装される。
The
図6(C)に示す光電変換素子において、光電変換層371に入射する光は、透光性の基板109及び樹脂層110を用いることにより、基板109及び樹脂層110側から入ることができる。
In the photoelectric conversion element illustrated in FIG. 6C, light incident on the
本発明において、半導体装置は、光電変換素子へ照射する光の入射領域に開口、又は透光性材料を用いて形成する透光性領域を有する筐体に設けられてもよい。筐体において光電変換素子に検知させる対象の光以外の外部の光を遮断することができる。よって、センサとして半導体装置の精度を高め、誤差を軽減することができる。 In the present invention, the semiconductor device may be provided in a housing having a light-transmitting region formed using an opening or a light-transmitting material in an incident region of light irradiated to the photoelectric conversion element. External light other than the target light to be detected by the photoelectric conversion element in the housing can be blocked. Therefore, the accuracy of the semiconductor device as a sensor can be increased and errors can be reduced.
図8及び図9は、半導体装置に筐体を形成して光の入射する方向を制御した例である。 8 and 9 are examples in which a housing is formed in a semiconductor device and the direction in which light enters is controlled.
図8は、図6(C)の半導体装置に、基板360の電極361、362及びはんだ363、364で端子電極115a、115bに実装した後に、筐体601を形成して、光電変換層371に入射する光を、基板109側から入るようにしたものである。筐体601には、基板109側の光電変換層371が形成される領域に開口部が設けられている。
8A and 8B, the
基板109側から入射した光は、樹脂層110を通して光電変換層371に入射し光電流を発生させ、光を検知することが可能である。
Light incident from the
また筐体601、603は、光を遮断する機能を有する材料なら何を用いてもよく、例えば金属材料や黒色顔料を有する樹脂材料等を用いて形成すればよい。
The
図9は、筐体601に開口ではなく、筐体に透光性材料を用いて形成する透光性領域602を形成する例である。さらに、樹脂層としてカラーフィルタとして機能する有彩色の樹脂層114を設けている。
FIG. 9 illustrates an example in which the light-transmitting
以上の様な作製方法にて、半導体装置を作製すれば、単価を安く、かつ歩留まりを向上させることができる。 If a semiconductor device is manufactured by the above manufacturing method, the unit price can be reduced and the yield can be improved.
基板を分断する前に、基板の厚さを小さくすることで、基板を分断加工する際の切削工具の消耗を低減することが可能となる。基板の大型化、分断する半導体装置の小型化に伴い、切削工具の処理領域は増加するのでさらに切削工具の消耗は大きくなる。よって、切削工具の消耗を低減することができる本発明は、大型基板、より小型な半導体装置において、特に有益である。これにより半導体装置をより安価に製造することができる。また、基板の厚さが薄いため、半導体装置のサイズを薄型化することができる。 By reducing the thickness of the substrate before dividing the substrate, it is possible to reduce the consumption of the cutting tool when the substrate is divided. As the size of the substrate increases and the size of the semiconductor device to be divided decreases, the processing area of the cutting tool increases, so that the consumption of the cutting tool further increases. Therefore, the present invention capable of reducing the consumption of the cutting tool is particularly useful in a large substrate and a smaller semiconductor device. As a result, the semiconductor device can be manufactured at a lower cost. In addition, since the substrate is thin, the size of the semiconductor device can be reduced.
よって、薄型であっても取り扱いやすく、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、より薄型化、及び小型化を付与することを目的とした半導体装置、及びその半導体装置を歩留まり良く作製する方法を、図18を用いて詳細に説明する。具体的には、複数の分割されたチップ状のセンサを含む半導体装置の例を示す。
Therefore, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device that is easy to handle even if it is thin.
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, a semiconductor device intended to be thinner and smaller and a method for manufacturing the semiconductor device with high yield will be described in detail with reference to FIGS. Specifically, an example of a semiconductor device including a plurality of divided chip sensors is shown.
実施の形態1で示すような小型の半導体装置を複数個インターポーザなどに実装し、半導体装置とすることができる。インターポーザに実装される複数のチップ上の半導体装置は、自由に選択することができるため、それぞれ含む有彩色の透光性樹脂の色が異なる半導体装置をインターポーザに実装し、複数色のカラーセンサを含む半導体装置を作製することができる。 A plurality of small semiconductor devices as shown in Embodiment Mode 1 can be mounted on an interposer or the like to form a semiconductor device. Since the semiconductor devices on a plurality of chips mounted on the interposer can be freely selected, a semiconductor device having a different chromatic translucent resin color is mounted on the interposer and a multi-color sensor is installed. A semiconductor device including the same can be manufactured.
図18(A)乃至(C)に本実施の形態の半導体装置を示す。図18(A)は半導体装置の平面図であり、図18(B)(C)は半導体装置の断面図である。図18(B)は図18(A)において線V−Xの断面図に相当する。 18A to 18C illustrate the semiconductor device of this embodiment. 18A is a plan view of the semiconductor device, and FIGS. 18B and 18C are cross-sectional views of the semiconductor device. FIG. 18B corresponds to a cross-sectional view taken along line V-X in FIG.
図18の半導体装置は、チップ状の半導体装置112R、半導体装置112G、半導体装置112Bをインターポーザ160に実装して有する構造である。半導体装置112R、半導体装置112G、半導体装置112Bには外部との電気的接続を行うための導電層である端子電極115aR、115bR、115aG、115bG、115aB、115aBが設けられている。
The semiconductor device in FIG. 18 has a structure in which a chip-
半導体装置112R、半導体装置112G、半導体装置112Bは、それぞれの端子電極とインターポーザ160に形成された電極161a1、161a2、161b1、161b2、161c1、161c2とはんだ(図示せず)によって電気的に接続されている。インターポーザ160は図18の点線で示すように、表面と裏面とを貫通する開口を有しており、電極161a1と161a2、161b1と161b2、161c1と161c2は開口を介して連続的に接している。従って、電極161a2、161b2、161c2は半導体装置112R、半導体装置112G、半導体装置112Bの電極として、他の基板に実装することができる。
The
半導体装置112R、半導体装置112G、半導体装置112Bは、それぞれ基板109R、109G、109B、光電変換素子を含む半導体集積回路部101R、101G、101B及びカラーフィルタとして機能する有彩色の透光性樹脂層である樹脂層114R、114G、114Bを有しており、カラーセンサとして機能する。本実施の形態においては、半導体装置112Rは赤色の樹脂層114R、半導体装置112Gは緑色の樹脂層114G、半導体装置112Bは青色の樹脂層114Bをそれぞれ有しており、それぞれの樹脂層114R、114G、114Bに着色された色の光を透過し、検知することができる。よって、チップ状の半導体装置112R、半導体装置112G、半導体装置112Bを含む図18に示す半導体装置は、3種類の色(赤色、緑色、青色)の光をそれぞれに検知することのできる半導体装置である。
The
図18(A)乃至(C)における半導体装置は、樹脂層114R、114G、114Bは、少なくともカラーフィルタとして機能する有彩色の着色層であり、その上にさらに衝撃吸収層として透明な樹脂層110、110R、110G、110Bを積層する例である。
In the semiconductor device in FIGS. 18A to 18C, the resin layers 114R, 114G, and 114B are chromatic colored layers that function as at least a color filter, and further, a
透明な樹脂層110、110R、110G、110Bは、保護層として機能し、衝撃吸収性を向上させ、さらに有彩色の樹脂層114R、114G、114Bの劣化も防止する効果がある。
The
樹脂層114R、114G、114B及び樹脂層110、110R、110G、110Bが、作製工程、または検査工程において加わる圧力等の外部ストレスからの衝撃吸収層としても機能するため、半導体装置112R、112G、112Bのキズ、クラックなどの不良を低減し、信頼性の高い半導体装置を作製することができる。
Since the resin layers 114R, 114G, and 114B and the resin layers 110, 110R, 110G, and 110B also function as shock absorbing layers from external stress such as pressure applied in the manufacturing process or the inspection process, the
図18(A)(B)の半導体装置は、樹脂層110R、110G、110Bが各有彩色の樹脂層114R、114G、114B上に積層されているチップ状の半導体装置112R、半導体装置112G、半導体装置112Bをインターポーザ160に実装する例である。基板に接して有彩色の透光性樹脂層である樹脂層114R、114G、114Bが形成され、樹脂層114R、114G、114Bの上にそれぞれ透明な透光性樹脂層である樹脂層110R、110G、110Bが積層されている。
18A and 18B includes a chip-
一方、図18(C)の半導体装置は、インターポーザ160に半導体装置112R、112G、112Bを実装した後、半導体装置112R、112G、112B上を覆うように、樹脂層114R、114G、114B上に透明な透光性樹脂層である樹脂層110を形成する例である。半導体装置112R、112G、112Bをインターポーザ160に実装した後に樹脂層110を形成するため、図18(C)においては、樹脂層110は半導体装置112R、112G、112B側面及びインターポーザ160との接続部も連続的に覆う形状とすることができる。
On the other hand, the semiconductor device in FIG. 18C is transparent on the resin layers 114R, 114G, and 114B so as to cover the
本実施の形態の図18では、図4(A)の構造を有する複数のカラーセンサをインターポーザに実装する例を示すが、同様に図4(B)の構造を有する複数のカラーセンサをインターポーザに実装してもよい。図4(B)の半導体装置は、分断前の基板上に有彩色の透光性樹脂である樹脂層を形成し、基板109及び樹脂層114に分断した後、さらに保護層として樹脂層110を積層するため、基板109と同工程で分断される樹脂層114の端部は基板109の端部と一致する。
FIG. 18 of this embodiment mode shows an example in which a plurality of color sensors having the structure of FIG. 4A are mounted on an interposer. Similarly, a plurality of color sensors having the structure of FIG. May be implemented. In the semiconductor device in FIG. 4B, a resin layer that is a chromatic light-transmitting resin is formed over a substrate before being divided, and after being divided into a
光電変換素子を含む半導体装置は、インターポーザにはんだや異方性導電層によって実装することができる。 A semiconductor device including a photoelectric conversion element can be mounted on an interposer with solder or an anisotropic conductive layer.
また、半導体装置と実装されるインターポーザの電極との接続部分の構造としては、基板上の配線と半導体装置の端子電極に設けられた導電性の突起物であるバンプとを接触させ、インターポーザと半導体装置間を樹脂で固定してもよい。またインターポーザの電極と半導体装置の端子電極の間に導電性の粒子を分散させた樹脂を設け、この導電性の粒子で半導体装置とインターポーザの電極との接続を行い、導電性の粒子を分散させた有機樹脂で接着、固定してもよい。また、接着に使用する樹脂としては光硬化性の樹脂や熱硬化性のものあるいは自然硬化性の樹脂等を用いることができる。 In addition, as a structure of a connection portion between the semiconductor device and the electrode of the interposer to be mounted, the wiring on the substrate and a bump which is a conductive protrusion provided on the terminal electrode of the semiconductor device are brought into contact, and the interposer and the semiconductor You may fix between apparatuses with resin. In addition, a resin in which conductive particles are dispersed is provided between the electrode of the interposer and the terminal electrode of the semiconductor device, and the conductive particles are dispersed by connecting the semiconductor device and the electrode of the interposer with the conductive particles. It may be bonded and fixed with an organic resin. As the resin used for adhesion, a photo-curing resin, a thermosetting resin, a natural-curing resin, or the like can be used.
半導体装置とインターポーザとの間に樹脂を設けて固着すると、固着強度が向上するために好ましい。 It is preferable to provide a resin between the semiconductor device and the interposer and fix the resin because the fixing strength is improved.
インターポーザに設けられた開口は樹脂や導電性材料などによって充填される構造であると好ましい。充填する導電性材料として導電性樹脂なども用いることができる。 The opening provided in the interposer is preferably a structure filled with a resin, a conductive material, or the like. A conductive resin or the like can also be used as the conductive material to be filled.
インターポーザとしては、有機ポリマー、無機ポリマー、ガラスエポキシ系やセラミック系、ポリイミド、フッ素樹脂などの材料などを用いることができる。 As the interposer, an organic polymer, an inorganic polymer, a glass epoxy type, a ceramic type, a polyimide, a fluororesin, or the like can be used.
また、インターポーザの厚さは50μm〜300μm(代表的には100μm〜200μm)程度である。より厚さの薄いインターポーザを用いると、本発明における半導体装置を薄型化の効果をより高めることができる。図18の半導体装置においては、基板109R、109G、109Bとインターポーザ160はほぼ同じ厚さのものを用いる例を示すが、インターポーザは基板より厚さの厚いものを用いても、薄いものを用いてもよい。
The thickness of the interposer is about 50 μm to 300 μm (typically 100 μm to 200 μm). When an interposer having a smaller thickness is used, the effect of reducing the thickness of the semiconductor device in the present invention can be further enhanced. In the semiconductor device shown in FIG. 18, the
半導体装置において薄く成形された基板は樹脂層で覆われているため工程上取扱い易く、破損などの不良が生じにくい。よって、より薄型の高性能な半導体装置を歩留まり良く作製することができる。 In a semiconductor device, a thinly formed substrate is covered with a resin layer, so that it is easy to handle in the process and is not easily damaged. Accordingly, a thinner high-performance semiconductor device can be manufactured with high yield.
インターポーザに実装される複数のチップ状の半導体装置は、自由に選択することができるため、それぞれ含む有彩色の透光性樹脂の色が異なるチップ状の半導体装置をインターポーザに実装し、カラーセンサを複数色含む半導体装置を作製することができる。 Since a plurality of chip-like semiconductor devices mounted on the interposer can be freely selected, chip-like semiconductor devices having different chromatic color translucent resin colors are mounted on the interposer, and a color sensor is mounted. A semiconductor device including a plurality of colors can be manufactured.
また、インターポーザに実装する際に、チップ状の半導体装置に検査工程を行い、良品のみを選別してインターポーザに実装することができるため、作製工程において半導体装置の歩留まりが向上する。特に、増幅回路など複雑な構成を含む半導体集積回路部を有する構成の場合、チップ状の半導体装置に不良が生じる恐れがあるため、インターポーザに実装する前にチップ状の半導体装置の不良検査が行えることは有益である。 In addition, when mounting on the interposer, a chip-shaped semiconductor device can be inspected and only good products can be selected and mounted on the interposer. Therefore, the yield of the semiconductor device is improved in the manufacturing process. In particular, in the case of a configuration having a semiconductor integrated circuit portion including a complicated configuration such as an amplifier circuit, a defect may occur in the chip-shaped semiconductor device, so that the defect inspection of the chip-shaped semiconductor device can be performed before mounting on the interposer. It is beneficial.
よって、薄型であっても取り扱いやすく、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device that is easy to handle even if it is thin.
(実施の形態3)
本発明の半導体装置において、半導体集積回路部に含まれる半導体素子として様々な形態の電界効果トランジスタを用いることができる。本実施の形態では、本発明に適用することができる半導体素子として、単結晶半導体層を有する電界効果トランジスタについて詳細に説明する。
(Embodiment 3)
In the semiconductor device of the present invention, various types of field effect transistors can be used as semiconductor elements included in the semiconductor integrated circuit portion. In this embodiment, a field-effect transistor having a single crystal semiconductor layer will be described in detail as a semiconductor element that can be applied to the present invention.
以下、基板上に、単結晶半導体基板より単結晶半導体層を設け、半導体集積回路部に含まれる半導体素子を形成する方法を図15及び図16を用いて説明する。 Hereinafter, a method for forming a semiconductor element included in a semiconductor integrated circuit portion by providing a single crystal semiconductor layer over a substrate and using a single crystal semiconductor substrate will be described with reference to FIGS.
図15(A)に示す単結晶半導体基板1108は清浄化されており、その表面から電界で加速されたイオンを所定の深さに照射し、脆弱化層1110を形成する。イオンの照射は基板に転置する単結晶半導体層の厚さを考慮して行われる。イオンを照射する際の加速電圧はこのような厚さを考慮して、単結晶半導体基板1108に照射されるようにする。本発明では、単結晶半導体基板へイオンを照射し、イオンにより微小な空洞を有するように脆弱化された領域を脆弱化層という。
A single
単結晶半導体基板1108には、市販の単結晶半導体基板を用いることができ、例えば、単結晶シリコン基板、単結晶ゲルマニウム基板、単結晶シリコンゲルマニウム基板など、第4族元素でなる単結晶半導体基板を用いることができる。また、ガリウムヒ素やインジウムリン等の化合物半導体基板も用いることができる。半導体基板として多結晶半導体基板を用いてもよい。もちろん、単結晶半導体基板は、円形のウエハに限定されるものではなく、様々な形状の単結晶半導体基板を用いることができる。例えば、円形、長方形、五角形、六角形などの多角形の基板を用いることができる。もちろん、市販の円形状の単結晶半導体ウエハを単結晶半導体基板に用いることも可能である。円形状の単結晶半導体ウエハには、シリコンやゲルマニウムなどの半導体ウエハ、ガリウムヒ素やインジウムリンなどの化合物半導体ウエハなどがある。単結晶半導体ウエハの代表例は、単結晶シリコンウエハであり、直径5インチ(125mm)、直径6インチ(150mm)、直径8インチ(200mm)、直径12インチ(300mm)サイズ、直径400mm、直径450mmの円形のウエハを用いることができる。また、長方形の単結晶半導体基板は、市販の円形状の単結晶半導体ウエハを切断することで形成することができる。基板の切断には、ダイサー或いはワイヤソー等の切断装置、レーザ切断、プラズマ切断、電子ビーム切断、その他任意の切断手段を用いることができる。また、基板として薄片化する前の半導体基板製造用のインゴットを、その断面が長方形になるように直方体状に加工し、この直方体状のインゴットを薄片化することでも、長方形状の単結晶半導体基板を製造することができる。また、単結晶半導体基板の厚さは特に限定されないが、単結晶半導体基板を再利用することを考慮すれば、厚い方が1枚の原料ウエハからより多くの単結晶半導体層を形成することができるため、好ましい。市場に流通している単結晶シリコンウエハの厚さは、そのサイズはSEMI規格に準じており、例えば直径6インチのウエハは膜厚625μm、直径8インチのウエハは膜厚725μm、直径12インチのウエハは775μmとされている。なお、SEMI規格のウエハの厚さは公差±25μmを含んでいる。もちろん、原料となる単結晶半導体基板の厚さはSEMI規格に限定されず、インゴットをスライスするときに、その厚さを適宜調節することができる。もちろん、再利用された単結晶半導体基板1108を用いるときには、その厚さは、SEMI規格よりも薄くなる。基板上に得られる単結晶半導体層は母体となる半導体基板を選択することによって決定することができる。
As the single
また、単結晶半導体基板1108は、作製する半導体素子(本実施の形態においては電界効果トランジスタ)によって、結晶面方位を選択すればよい。例えば、結晶面方位として{100}面、{110}面など有する単結晶半導体基板を用いることができる。
Further, the crystal plane orientation of the single
本実施の形態は、単結晶半導体基板の所定の深さに水素、ヘリウム、又はフッ素をイオン照射して添加し、その後熱処理を行って表層の単結晶半導体層を剥離するイオン照射剥離法で形成するが、ポーラスシリコン上に単結晶シリコンをエピタキシャル成長させた後、ポーラスシリコン層をウオータージェットで劈開して剥離する方法を適用しても良い。 This embodiment mode is formed by an ion irradiation separation method in which hydrogen, helium, or fluorine is added by ion irradiation to a predetermined depth of a single crystal semiconductor substrate and then heat treatment is performed to separate the surface single crystal semiconductor layer. However, a method of epitaxially growing single crystal silicon on porous silicon, and then cleaving the porous silicon layer with a water jet may be applied.
単結晶半導体基板1108として単結晶シリコン基板を用い、希フッ酸で表面を処理し、自然酸化膜の除去と表面に付着するゴミ等の汚染物も除去して単結晶半導体基板1108表面を清浄化する。
A single crystal silicon substrate is used as the single
脆弱化層1110は、イオンをイオンドーピング法(ID法と略記する)やイオン注入法(II法と略記する)によって照射すればよい。脆弱化層1110は水素、ヘリウム若しくはフッ素に代表されるハロゲンのイオンを照射することで形成される。ハロゲン元素としてフッ素イオンを照射する場合にはソースガスとしてBF3を用いれば良い。なお、イオン注入とはイオン化したガスを質量分離して半導体基板に照射する方式をいう。
The
例えば、イオン注入法を用いて、イオン化した水素ガスを質量分離し、H+のみ、(又はH2 +のみ)を選択的に加速して単結晶半導体基板に照射することができる。 For example, ion-implanted hydrogen gas can be mass-separated using an ion implantation method, and H + alone (or H 2 + alone) can be selectively accelerated and irradiated to the single crystal semiconductor substrate.
イオンドープ法は、イオン化したガスを質量分離せずに、プラズマ中で複数種のイオン種を作り、それらを加速して単結晶半導体基板に照射する。例えば、H+、H2 +、H3 +イオンを含む水素では、照射されるイオンは、代表的にH3 +イオンが50%以上、例えばH3 +イオンが80%、他のイオン(H2 +、H3 +イオン)が20%、が一般的である。H3 +イオンのイオン種のみとして照射することもここではイオンドープとする。 In the ion doping method, a plurality of types of ion species are generated in plasma without mass separation of ionized gas, and these are accelerated to irradiate a single crystal semiconductor substrate. For example, H +, H 2 +, the hydrogen containing H 3 + ions, ions irradiated is typically H 3 + ions is 50% or more, for example H 3 + ions is 80%, other ions (H 2 + , H 3 + ions) is typically 20%. Irradiation as only the ion species of H 3 + ions is also referred to as ion doping here.
また、一又は複数の同一の原子から成る質量の異なるイオンを照射してもよい。例えば、水素イオンを照射する場合には、H+、H2 +、H3 +イオンを含ませると共に、H3 +イオンの割合を高めておくことが好ましい。水素イオンを照射する場合には、H+、H2 +、H3 +イオンを含ませると共に、H3 +イオンの割合を高めておくと照射効率を高めることができ、照射時間を短縮することができる。このような構成とすることで、剥離を容易に行うことができる。 Moreover, you may irradiate the ion from which the mass which consists of one or several same atoms differs. For example, when irradiating with hydrogen ions, it is preferable to include H + , H 2 + and H 3 + ions and to increase the ratio of H 3 + ions. In the case of irradiation with hydrogen ions, H + , H 2 + , H 3 + ions are included, and if the ratio of H 3 + ions is increased, the irradiation efficiency can be increased and the irradiation time can be shortened. Can do. With such a configuration, peeling can be easily performed.
以下、イオンドーピング法とイオン注入法について詳細に説明する。イオンドーピング法に用いるイオンドーピング装置(ID装置ともいう)では、プラズマ空間が大きく、大量のイオンを単結晶半導体基板に照射することができる。一方、イオン注入法に用いるイオン注入装置(II装置ともいう)は、プラズマから取り出したイオンを質量分析して特定のイオン種だけを半導体基板に打ち込めるという特徴があり、基本的に点ビ−ムをスキャンさせて処理する。 Hereinafter, the ion doping method and the ion implantation method will be described in detail. In an ion doping apparatus (also referred to as an ID apparatus) used for an ion doping method, a plasma space is large and a single crystal semiconductor substrate can be irradiated with a large amount of ions. On the other hand, an ion implantation apparatus (also referred to as an II apparatus) used for the ion implantation method is characterized by mass-analyzing ions extracted from plasma and implanting only specific ion species into a semiconductor substrate. Scan and process.
プラズマ発生方法としては、どちらの装置も、例えば、フィラメントを熱して出てくる熱電子によりプラズマ状態を作っている。しかし、生成される水素イオン(H+、H2 +、H3 +)が半導体基板に照射される際の水素イオン種の割合は、イオンドーピング法とイオン注入法で大きく異なる。 As a plasma generation method, both apparatuses create a plasma state by, for example, thermoelectrons that are generated by heating a filament. However, the proportion of hydrogen ion species when the semiconductor substrate is irradiated with the generated hydrogen ions (H + , H 2 + , H 3 + ) differs greatly between the ion doping method and the ion implantation method.
H3 +をより多く照射するという観点からすれば、イオン注入装置よりイオンドーピング装置を用いる方が好ましいといえる。 From the viewpoint of irradiating more H 3 + , it can be said that it is preferable to use an ion doping apparatus rather than an ion implantation apparatus.
単結晶シリコン基板に水素イオンやフッ素イオンのようなハロゲンイオンを照射した場合、添加されたフッ素が、シリコン結晶格子内のシリコン原子をノックアウトする(追い出す)ことによって空白部分を効果的に作り出し、脆弱化層に微小な空洞を作る。この場合、比較的低温の熱処理によって脆弱化層に形成された微小な空洞の体積変化が起こり、脆弱化層に沿って分離することにより薄い単結晶半導体層を形成することができる。フッ素イオンを照射した後に、水素イオンを照射して空洞内に水素を含ませるようにしても良い。単結晶半導体基板から薄い単結晶半導体層を分離するために形成する脆弱化層は、脆弱化層に形成された微小な空洞の体積変化を利用して分離をするので、このようにフッ素イオンや水素イオンの作用を有効利用することが好ましい。 When a single crystal silicon substrate is irradiated with halogen ions such as hydrogen ions or fluorine ions, the added fluorine effectively creates a blank portion by knocking out (displacing) silicon atoms in the silicon crystal lattice, making it vulnerable. Create a small cavity in the layer. In this case, a volume change of minute cavities formed in the weakened layer occurs by heat treatment at a relatively low temperature, and a thin single crystal semiconductor layer can be formed by separation along the weakened layer. After irradiation with fluorine ions, hydrogen ions may be irradiated so that hydrogen is included in the cavity. The weakened layer formed to separate the thin single crystal semiconductor layer from the single crystal semiconductor substrate is separated by utilizing the volume change of the minute cavity formed in the weakened layer. It is preferable to effectively use the action of hydrogen ions.
また、単結晶半導体基板と上記単結晶半導体層と接合する絶縁層との間に、保護層を形成してもよい。保護層は、窒化シリコン層、酸化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又は酸化窒化シリコン層から選ばれた一層又は複数の層による積層構造により形成することができる。これらの層は、単結晶半導体基板に脆弱化層が形成される前に単結晶半導体基板上に形成することができる。また、単結晶半導体基板に脆弱化層を形成した後に単結晶半導体基板上に形成してもよい。 Further, a protective layer may be formed between the single crystal semiconductor substrate and the insulating layer bonded to the single crystal semiconductor layer. The protective layer can be formed by a single layer or a stacked layer structure including a plurality of layers selected from a silicon nitride layer, a silicon oxide layer, a silicon nitride oxide layer, and a silicon oxynitride layer. These layers can be formed over the single crystal semiconductor substrate before the weakening layer is formed over the single crystal semiconductor substrate. Alternatively, the weakening layer may be formed over the single crystal semiconductor substrate and then formed over the single crystal semiconductor substrate.
なお、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)及び水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forward Scattering)を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が50〜70原子%、窒素が0.5〜15原子%、Siが25〜35原子%、水素が0.1〜10原子%の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、RBS及びHFSを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が5〜30原子%、窒素が20〜55原子%、Siが25〜35原子%、水素が10〜30原子%の範囲で含まれるものをいう。但し、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を100原子%としたとき、窒素、酸素、Si及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。 Note that the silicon oxynitride film has a composition that contains more oxygen than nitrogen, and includes Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) and Hydrogen Forward Scattering (HFS). As a concentration range, oxygen is included in the range of 50 to 70 atomic%, nitrogen is 0.5 to 15 atomic%, Si is 25 to 35 atomic%, and hydrogen is 0.1 to 10 atomic%. Means what In addition, the silicon nitride oxide film has a composition containing more nitrogen than oxygen. When measured using RBS and HFS, the concentration range of oxygen is 5 to 30 atomic%, nitrogen. In the range of 20 to 55 atomic%, Si in the range of 25 to 35 atomic%, and hydrogen in the range of 10 to 30 atomic%. However, when the total number of atoms constituting silicon oxynitride or silicon nitride oxide is 100 atomic%, the content ratio of nitrogen, oxygen, Si, and hydrogen is included in the above range.
脆弱化層の形成に当たってはイオンを高ドーズ条件で照射する必要があり、単結晶半導体基板1108の表面が粗くなってしまう場合がある。そのためイオンが照射される表面に窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、若しくは酸化シリコン膜などによりイオン照射に対する保護層を50nm乃至200nmの厚さで設けておいても良い。
In formation of the weakened layer, it is necessary to irradiate ions with a high dose condition, and the surface of the single
例えば、単結晶半導体基板1108上に保護層としてプラズマCVD法により酸化窒化シリコン膜(膜厚5nm〜300nm、望ましくは30nm〜150nm(例えば50nm))と窒化酸化シリコン膜(膜厚5nm〜150nm、望ましくは10nm〜100nm(例えば50nm))の積層を形成する。一例としては、単結晶半導体基板1108上に酸化窒化シリコン膜を膜厚50nm形成し、該酸化窒化シリコン膜上に窒化酸化シリコン膜を膜厚50nm形成し、積層する。酸化窒化シリコン膜は有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコン膜でもよい。
For example, a silicon oxynitride film (film thickness: 5 nm to 300 nm, desirably 30 nm to 150 nm (eg, 50 nm)) and a silicon nitride oxide film (film thickness: 5 nm to 150 nm, desirably, as a protective layer over the single
また、単結晶半導体基板1108を脱脂洗浄し、表面の酸化膜を除去して熱酸化を行ってもよい。熱酸化としては通常のドライ酸化でも良いが、酸化雰囲気中にハロゲンを添加した酸化を行うことが好ましい。例えば、酸素に対しHClを0.5〜10体積%(好ましくは3体積%)の割合で含む雰囲気中で、700℃以上の温度で熱処理を行う。好適には950℃〜1100℃の温度で熱酸化を行うと良い。処理時間は0.1〜6時間、好ましくは0.5〜3.5時間とすれば良い。形成される酸化膜の膜厚としては、10nm〜1000nm(好ましくは50nm〜200nm)、例えば100nmの厚さとする。
Alternatively, the single
ハロゲンを含むものとしてはHClの他に、HF、NF3、HBr、Cl2、ClF3、BCl3、F2、Br2、ジクロロエチレンなどから選ばれた一種又は複数種を適用することができる。 In addition to HCl, one or a plurality selected from HF, NF 3 , HBr, Cl 2 , ClF 3 , BCl 3 , F 2 , Br 2 , dichloroethylene, and the like can be used as the halogen-containing material.
このような温度範囲で熱処理を行うことで、ハロゲン元素によるゲッタリング効果を得ることができる。ゲッタリングとしては、特に金属不純物を除去する効果がある。すなわち、塩素の作用により、金属などの不純物が揮発性の塩化物となって気相中へ離脱して除去される。単結晶半導体基板1108の表面を化学的機械研磨(CMP)処理をしたものに対しては有効である。また、水素は単結晶半導体基板1108と形成される絶縁層との界面の欠陥を補償して界面の局在準位密度を低減する作用を奏し、単結晶半導体基板1108と絶縁層との界面が不活性化されて電気的特性が安定化する。
By performing heat treatment in such a temperature range, a gettering effect by a halogen element can be obtained. Gettering is particularly effective in removing metal impurities. That is, by the action of chlorine, impurities such as metals become volatile chlorides and are released into the gas phase and removed. This is effective for the surface of the single
この熱処理により形成される酸化膜中にハロゲンを含ませることができる。ハロゲン元素は1×1017/cm3〜5×1020/cm3の濃度で含まれることにより金属などの不純物を捕獲して単結晶半導体基板1108の汚染を防止する保護層としての機能を発現させることができる。
Halogen can be contained in the oxide film formed by this heat treatment. The halogen element is contained at a concentration of 1 × 10 17 / cm 3 to 5 × 10 20 / cm 3 so that it functions as a protective layer that captures impurities such as metal and prevents contamination of the single
脆弱化層1110を形成する際、加速電圧と全イオン数は、単結晶半導体基板上に堆積した膜の厚さと、目的とする単結晶半導体基板より分離して基板上に転置される単結晶半導体層の膜厚と、照射するイオン種によって調整することができる。
When the
例えば、イオンドーピング法で原料として水素ガスを用い、加速電圧を40kV、全イオン数2×1016ions/cm2でイオンを照射して脆弱化層を形成することができる。保護層の膜厚を厚くすれば、同一条件でイオンを照射し脆弱化層を形成した場合、目的とする単結晶半導体基板より分離して基板上に転置(転載)される単結晶半導体層として、膜厚の薄い単結晶半導体層を形成することができる。例えば、イオン種(H+、H2 +、H3 +イオン)の割合にもよるが、上記条件で脆弱化層を形成するとし、保護層として単結晶半導体基板上に酸化窒化シリコン膜(膜厚50nm)と窒化酸化シリコン膜(膜厚50nm)を保護層として積層する場合、基板に転置される単結晶半導体層の膜厚は約120nmとなり、単結晶半導体基板上に酸化窒化シリコン膜(膜厚100nm)と窒化酸化シリコン膜(膜厚50nm)を保護層として積層する場合は、基板に転置される単結晶半導体層の膜厚は約70nmとなる。 For example, the weakened layer can be formed by using hydrogen gas as a raw material by ion doping, irradiating ions with an acceleration voltage of 40 kV and a total number of ions of 2 × 10 16 ions / cm 2 . If the thickness of the protective layer is increased, when a weakened layer is formed by irradiating ions under the same conditions, the single crystal semiconductor layer is separated from the target single crystal semiconductor substrate and transferred (transferred) onto the substrate. A thin single crystal semiconductor layer can be formed. For example, although depending on the ratio of ion species (H + , H 2 + , H 3 + ions), a weakened layer is formed under the above conditions, and a silicon oxynitride film (film) is formed on the single crystal semiconductor substrate as a protective layer. When a protective layer is formed by stacking a silicon nitride oxide film (thickness 50 nm) and a silicon nitride oxide film (film thickness 50 nm), the thickness of the single crystal semiconductor layer transferred to the substrate is approximately 120 nm, and the silicon oxynitride film (film) is formed over the single crystal semiconductor substrate. When a protective layer is formed by stacking a silicon nitride oxide film (thickness: 100 nm) and a silicon nitride oxide film (thickness: 50 nm), the thickness of the single crystal semiconductor layer transferred to the substrate is approximately 70 nm.
ヘリウム(He)や水素を原料ガスにする場合、加速電圧を10kV〜200kVの範囲で、ドーズ量を1×1016ions/cm2〜6×1016ions/cm2の範囲で照射し脆弱化層を形成することができる。ヘリウムを原料ガスにすると、質量分離を行わなくてもHe+イオンを主なイオンとして照射することができる。また、水素を原料ガスとするとH3 +イオンやH2 +イオンを主なイオンとして照射することができる。イオン種は、プラズマの生成方法、圧力、原料ガス供給量、加速電圧によっても変化する。 When helium (He) or hydrogen is used as a raw material gas, irradiation is accelerated by accelerating voltage in the range of 10 kV to 200 kV and dose in the range of 1 × 10 16 ions / cm 2 to 6 × 10 16 ions / cm 2 . A layer can be formed. When helium is used as a source gas, He + ions can be irradiated as main ions without mass separation. In addition, when hydrogen is used as a source gas, irradiation can be performed using H 3 + ions or H 2 + ions as main ions. The ion species also varies depending on the plasma generation method, pressure, source gas supply amount, and acceleration voltage.
脆弱化層形成の例としては、単結晶半導体基板上に酸化窒化シリコン膜(膜厚50nm)、窒化酸化シリコン膜(膜厚50nm)、及び酸化シリコン膜(膜厚50nm)を保護層として積層し、水素を加速電圧40kV、ドーズ量2×1016ions/cm2で照射し単結晶半導体基板に脆弱化層を形成する。その後保護層の最上層である該酸化シリコン膜上に接合面を有する絶縁層として酸化シリコン膜(膜厚50nm)を形成する。脆弱化層形成の他の例としては、単結晶半導体基板上に酸化シリコン膜(膜厚100nm)、及び窒化酸化シリコン膜(膜厚50nm)を保護層として積層し、水素を加速電圧40kV、ドーズ量2×1016ions/cm2で照射し単結晶半導体基板に脆弱化層を形成する。その後保護層の最上層である該窒化酸化シリコン膜上に接合面を有する絶縁層として酸化シリコン膜(膜厚50nm)を形成する。なお、上記酸化窒化シリコン膜及び窒化酸化シリコン膜はプラズマCVD法により形成すればよく、上記酸化シリコン膜は有機シランガスを用いてCVD法により形成すればよい。 As an example of forming a weakened layer, a silicon oxynitride film (film thickness 50 nm), a silicon nitride oxide film (film thickness 50 nm), and a silicon oxide film (film thickness 50 nm) are stacked as a protective layer over a single crystal semiconductor substrate. Then, hydrogen is irradiated at an acceleration voltage of 40 kV and a dose of 2 × 10 16 ions / cm 2 to form a weakened layer on the single crystal semiconductor substrate. Thereafter, a silicon oxide film (film thickness: 50 nm) is formed as an insulating layer having a bonding surface over the silicon oxide film which is the uppermost layer of the protective layer. As another example of forming the weakened layer, a silicon oxide film (film thickness: 100 nm) and a silicon nitride oxide film (film thickness: 50 nm) are stacked over a single crystal semiconductor substrate as a protective layer, and hydrogen is accelerated at a voltage of 40 kV and a dose. Irradiation is performed in an amount of 2 × 10 16 ions / cm 2 to form a weakened layer on the single crystal semiconductor substrate. After that, a silicon oxide film (film thickness: 50 nm) is formed as an insulating layer having a bonding surface over the silicon nitride oxide film which is the uppermost layer of the protective layer. Note that the silicon oxynitride film and the silicon nitride oxide film may be formed by a plasma CVD method, and the silicon oxide film may be formed by a CVD method using an organosilane gas.
また、基板と単結晶半導体基板との間に絶縁層を形成してもよい。絶縁層は基板側、あるいは単結晶半導体基板側どちらか一方でもよいし、両方に形成してもよい。接合を形成する面に形成する絶縁層は平滑面を有し親水性表面を形成する。該絶縁層としては、酸化シリコン膜を用いることができる。酸化シリコン膜としては有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコン膜が好ましい。その他に、シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコン膜を適用することもできる。 An insulating layer may be formed between the substrate and the single crystal semiconductor substrate. The insulating layer may be formed on either the substrate side or the single crystal semiconductor substrate side, or may be formed on both. The insulating layer formed on the surface where the bond is formed has a smooth surface and forms a hydrophilic surface. As the insulating layer, a silicon oxide film can be used. As the silicon oxide film, a silicon oxide film formed by a chemical vapor deposition method using an organosilane gas is preferable. In addition, a silicon oxide film manufactured by a chemical vapor deposition method using silane gas can be used.
有機シランガスとしては、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2H5)4)、トリメチルシラン(TMS:(CH3)3SiH)、テトラメチルシラン(化学式Si(CH3)4)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラン(SiH(OC2H5)3)、トリスジメチルアミノシラン(SiH(N(CH3)2)3)等のシリコン含有化合物を用いることができる。なお、原料ガスに有機シランを用いて化学気相成長法により酸化シリコン層を形成する場合、酸素を付与するガスを混合させることが好ましい。酸素を付与するガスとしては、酸素、亜酸化窒素、二酸化窒素等を用いることができる。さらに、アルゴン、ヘリウム、窒素又は水素等の不活性ガスを混合させてもよい。 Examples of the organic silane gas include ethyl silicate (TEOS: chemical formula Si (OC 2 H 5 ) 4 ), trimethylsilane (TMS: (CH 3 ) 3 SiH), tetramethylsilane (chemical formula Si (CH 3 ) 4 ), tetramethylcyclo Tetrasiloxane (TMCTS), octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), triethoxysilane (SiH (OC 2 H 5 ) 3 ), trisdimethylaminosilane (SiH (N (CH 3 ) 2 ) 3 ) and other silicon-containing compounds can be used. Note that in the case where a silicon oxide layer is formed by a chemical vapor deposition method using organosilane as a source gas, it is preferable to mix an oxygen-providing gas. As a gas for imparting oxygen, oxygen, nitrous oxide, nitrogen dioxide, or the like can be used. Further, an inert gas such as argon, helium, nitrogen or hydrogen may be mixed.
また、接合を形成する面に形成する絶縁層として、モノシラン、ジシラン、又はトリシラン等のシランを原料ガスに用いて化学気相成長法により形成される酸化シリコン膜を適用することもできる。この場合も、酸素を付与するガスや不活性ガス等を混合させることが好ましい。また、単結晶半導体層と接合する絶縁層となる酸化シリコン膜は、塩素を含んでいてもよい。なお、本明細書において、化学気相成長(CVD;Chemical Vapor Deposition)法は、プラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法を範疇に含む。 Alternatively, a silicon oxide film formed by a chemical vapor deposition method using silane such as monosilane, disilane, or trisilane as a source gas can be used as an insulating layer formed on a surface where a bond is formed. Also in this case, it is preferable to mix an oxygen-providing gas, an inert gas, or the like. Further, the silicon oxide film to be an insulating layer bonded to the single crystal semiconductor layer may contain chlorine. Note that in this specification, a chemical vapor deposition (CVD) method includes, in its category, a plasma CVD method, a thermal CVD method, and a photo CVD method.
その他、接合を形成する面に形成する絶縁層として、酸化性雰囲気下において熱処理することにより形成される酸化シリコン、酸素ラジカルの反応により成長する酸化シリコン、酸化性の薬液により形成されるケミカルオキサイドなどを適用することもできる。絶縁層として、シロキサン(Si−O−Si)結合を含む絶縁層を適用してもよい。また、前記有機シランガスと、酸素ラジカル又は窒素ラジカルとを反応させて絶縁層を形成してもよい。 In addition, as an insulating layer formed on the surface to form a bond, silicon oxide formed by heat treatment in an oxidizing atmosphere, silicon oxide grown by reaction of oxygen radicals, chemical oxide formed by an oxidizing chemical, etc. Can also be applied. An insulating layer containing a siloxane (Si—O—Si) bond may be used as the insulating layer. Further, the insulating layer may be formed by reacting the organic silane gas with oxygen radicals or nitrogen radicals.
絶縁層において、接合を形成する面の表面は、算術平均粗さRaが0.8nm未満、二乗平均平方根粗さRmsが0.9nm未満が望ましく、Raが0.4nm以下、Rmsが0.5nm以下がより望ましく、さらにはRaが0.3nm以下、Rmsが0.4nm以下がより望ましい。例えば、Raが0.27nm、Rmsが0.34nmである。本明細書においてRaは算術平均粗さであり、Rmsは二乗平均平方根粗さであり、測定範囲は2μm2、又は10μm2である。 In the insulating layer, the surface of the surface where the junction is formed preferably has an arithmetic average roughness Ra of less than 0.8 nm, a root mean square roughness Rms of less than 0.9 nm, an Ra of 0.4 nm or less, and an Rms of 0.5 nm. More preferably, Ra is 0.3 nm or less, and Rms is 0.4 nm or less. For example, Ra is 0.27 nm and Rms is 0.34 nm. In this specification, Ra is the arithmetic mean roughness, Rms is the root mean square roughness, and the measurement range is 2 μm 2 or 10 μm 2 .
基板と単結晶半導体基板とを接合するに際し、接合を形成する面の一方若しくは双方に、好ましくは有機シランを原材料として成膜した酸化シリコン膜でなる絶縁層を設けると強固な接合を形成することができる。 When the substrate and the single crystal semiconductor substrate are bonded, an insulating layer made of a silicon oxide film formed preferably using organosilane as a raw material is provided on one or both of the surfaces where the bond is to be formed to form a strong bond. Can do.
本実施の形態では、図15(B)で示すように基板と接合を形成する面に絶縁層1104として酸化シリコン膜を形成する。酸化シリコン膜としては有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコン膜が好ましい。その他に、シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコン膜を適用することもできる。化学気相成長法による成膜では、単結晶半導体基板に形成した脆弱化層1110から脱ガスが起こらない温度として、例えば350℃以下(具体的な例としては300℃)の成膜温度が適用される。また、単結晶半導体基板から単結晶半導体層を剥離する熱処理は、成膜温度よりも高い熱処理温度が適用される。
In this embodiment, as illustrated in FIG. 15B, a silicon oxide film is formed as the insulating
基板には、不純物元素の拡散を防止する窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜をブロッキング層(バリア層ともいう)として設けてもよい。さらに応力を緩和する作用のある絶縁膜として酸化窒化シリコン膜を組み合わせても良い。 The substrate may be provided with a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film which prevents diffusion of an impurity element as a blocking layer (also referred to as a barrier layer). Further, a silicon oxynitride film may be combined as an insulating film having a function of relieving stress.
図15(C)は基板1101上に設けられたブロッキング層1109と単結晶半導体基板1108の絶縁層1104が形成された面とを密接させ、この両者を接合させる態様を示す。接合を形成する面は、十分に清浄化しておく。基板1101上に設けられたブロッキング層1109と単結晶半導体基板1108の絶縁層1104が形成された面は、メガソニック洗浄などによって清浄化すればよい。また、メガソニック洗浄後にオゾン水で洗浄し、有機物の除去と表面の親水性向上を行ってもよい。
FIG. 15C illustrates a mode in which the
基板1101上のブロッキング層1109と絶縁層1104を対向させて、一箇所を外部から押しつけると、局所的に接合面同士の距離が縮まる事による、ファン・デル・ワールス力の強まりや水素結合の寄与によって、お互いに引きつけ合う。更に、隣接した領域でも対向する基板1101上のブロッキング層1109と絶縁層1104間の距離が縮まるので、ファン・デル・ワールス力が強く作用する領域や水素結合が関与する領域が広がる事によって、接合(ボンディングともいう)が進行し接合面全域に接合が広がる。
When the
押しつける際に、基板四隅の一ヶ所を100kPa〜5000kPaの圧力で抑えると、接合面同士が近づき、ファン・デル・ワールス力から水素結合へ移行することができる。基板内において一ヶ所の接合面が近接すると、隣接する接合面も近接し水素結合へ移行するため、接合面全域が水素結合へ移行することができる。 When pressing, if one of the four corners of the substrate is suppressed by a pressure of 100 kPa to 5000 kPa, the joint surfaces approach each other, and a transition from van der Waals force to hydrogen bonding can be achieved. When one bonding surface in the substrate approaches, the adjacent bonding surfaces also approach and shift to hydrogen bonds, so that the entire bonding surface can shift to hydrogen bonds.
良好な接合を形成するために、表面を活性化しておいても良い。例えば、接合を形成する面に原子ビーム若しくはイオンビームを照射する。原子ビーム若しくはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビーム若しくは不活性ガスイオンビームを用いることができる。その他に、プラズマ照射若しくはラジカル処理を行う。このような表面処理により200℃乃至400℃の温度であっても異種材料間の接合を形成することが容易となる。 In order to form a good bond, the surface may be activated. For example, an atomic beam or an ion beam is irradiated to the surface on which the junction is formed. When an atomic beam or an ion beam is used, an inert gas neutral atom beam or inert gas ion beam such as argon can be used. In addition, plasma irradiation or radical treatment is performed. Such surface treatment makes it easy to form a bond between different materials even at a temperature of 200 ° C. to 400 ° C.
また、基板と絶縁層との接合界面の接合強度を向上させるために、加熱処理を行うと好ましい。例えば、オーブンや炉などで70℃〜350℃(例えば200℃で2時間)の温度条件で熱処理を行う。 Further, heat treatment is preferably performed in order to improve the bonding strength at the bonding interface between the substrate and the insulating layer. For example, heat treatment is performed in a temperature condition of 70 ° C. to 350 ° C. (for example, 200 ° C. for 2 hours) in an oven or a furnace.
図15(D)において、基板1101と単結晶半導体基板1108を貼り合わせた後、加熱処理を行い脆弱化層1110を劈開面として単結晶半導体基板1108を基板1101から剥離する。例えば、400℃〜700℃の熱処理を行うことにより、脆弱化層1110に形成された微小な空洞の体積変化が起こり、脆弱化層1110に沿って劈開することが可能となる。絶縁層1104はブロッキング層1109を介して基板1101と接合しているので、基板1101上には単結晶半導体基板1108と同じ結晶性の単結晶半導体層1102が残存することとなる。
In FIG. 15D, after the
400℃〜700℃の温度域での熱処理は、前述の接合強度を向上させるための熱処理と同じ装置で連続して行ってもよいし、別の装置で行ってもよい。例えば炉で200℃2時間熱処理した後に、600℃近傍まで昇温し2時間保持し、400℃から室温までの温度域に降温した後炉より取り出す。また、熱処理は室温から昇温してもよい。また、炉で200℃2時間熱処理した後に、瞬間熱アニール(RTA)装置によって600℃〜700℃の温度域で、1分間〜30分間(例えば600℃7分間、650℃7分間)熱処理を行ってもよい。 The heat treatment in the temperature range of 400 ° C. to 700 ° C. may be continuously performed with the same apparatus as the heat treatment for improving the above-described bonding strength, or may be performed with another apparatus. For example, after heat treatment at 200 ° C. for 2 hours in a furnace, the temperature is raised to near 600 ° C., held for 2 hours, the temperature is lowered to a temperature range from 400 ° C. to room temperature, and then removed from the furnace. Further, the heat treatment may be performed from room temperature. In addition, after heat treatment at 200 ° C. for 2 hours in a furnace, heat treatment is performed in a temperature range of 600 ° C. to 700 ° C. for 1 minute to 30 minutes (for example, 600 ° C. for 7 minutes, 650 ° C. for 7 minutes) using a rapid thermal annealing (RTA) apparatus. May be.
400℃〜700℃の温度域での熱処理により、絶縁層と基板との接合は水素結合から共有結合に移行し、脆弱化層に添加された元素が析出し圧力が上昇し、単結晶半導体基板より単結晶半導体層を剥離することができる。熱処理を行った後は基板と単結晶半導体基板は、一方が他方に載っている状態であり、大きな力を加えずに基板と単結晶半導体基板を離すことができる。例えば、上方に載っている基板を真空チャックで持ち上げることにより簡単に話すことができる。この際、下側の基板の真空チャックやメカニカルチャックで固定しておくと水平方向のずれがなく基板及び単結晶半導体基板の両基板を離すことができる。 By heat treatment in the temperature range of 400 ° C. to 700 ° C., the bonding between the insulating layer and the substrate shifts from a hydrogen bond to a covalent bond, the element added to the weakened layer is precipitated, and the pressure rises, and the single crystal semiconductor substrate The single crystal semiconductor layer can be peeled more. After the heat treatment, one of the substrate and the single crystal semiconductor substrate is placed on the other, and the substrate and the single crystal semiconductor substrate can be separated without applying a large force. For example, the user can speak easily by lifting the substrate placed above with a vacuum chuck. At this time, if the lower substrate is fixed with a vacuum chuck or a mechanical chuck, both the substrate and the single crystal semiconductor substrate can be separated from each other without horizontal displacement.
なお、図15、図16においては、単結晶半導体基板1108が基板1101より小さいサイズの例を示すが、本発明はそれに限定されず、単結晶半導体基板1108と基板1101が同じサイズであってもよいし、単結晶半導体基板1108が基板1101より大きいサイズであってもよい。
15 and 16 illustrate examples in which the single
図16は基板側に絶縁層を設けて単結晶半導体層を形成する工程を示す。図16(A)は保護層1121として酸化シリコン膜が形成された単結晶半導体基板1108に電界で加速されたイオンを所定の深さに照射し、脆弱化層1110を形成する工程を示している。イオンの照射は図15(A)の場合と同様である。単結晶半導体基板1108の表面に保護層1121を形成しておくことでイオン照射によって表面がダメージを受け、平坦性が損なわれるのを防ぐことができる。また、保護層1121によって、単結晶半導体基板1108から形成される単結晶半導体層1102に対する不純物の拡散防止効果を発現する。
FIG. 16 illustrates a step of forming a single crystal semiconductor layer by providing an insulating layer on the substrate side. FIG. 16A illustrates a step of forming a weakened
図16(B)は、ブロッキング層1109及び絶縁層1104が形成された基板1101と単結晶半導体基板1108の保護層1121が形成された面を密着させて接合を形成する工程を示している。基板1101上の絶縁層1104と単結晶半導体基板1108の保護層1121を密着させることにより接合が形成される。
FIG. 16B illustrates a process in which a
その後、図16(C)で示すように単結晶半導体基板1108を剥離する。単結晶半導体層を剥離する熱処理は図15(D)の場合と同様にして行う。このようにして図16(C)で示す絶縁層を介して単結晶半導体層を有する本発明のSOI構造の半導体基板を得ることができる。
After that, the single
また、単結晶半導体基板より分離し、基板に転置された単結晶半導体層は、分離工程およびイオン注入工程によって、結晶欠陥が生じ、また、その表面は平坦性が損なわれ、凹凸が形成されてしまう場合がある。単結晶半導体層を用いて半導体素子としてトランジスタを作製する場合、このような凹凸のある単結晶半導体層の上面に薄く、絶縁耐圧性の高いゲート絶縁層を形成することは困難である。また、単結晶半導体層に結晶欠陥があると、ゲート絶縁層との局在界面準位密度が高くなるなど、トランジスタの性能および信頼性に影響を与える。 In addition, the single crystal semiconductor layer separated from the single crystal semiconductor substrate and transferred to the substrate has crystal defects caused by the separation process and the ion implantation process, and the surface is not flat and uneven. May end up. In the case of manufacturing a transistor as a semiconductor element using a single crystal semiconductor layer, it is difficult to form a thin gate insulating layer with high withstand voltage on the top surface of the uneven single crystal semiconductor layer. In addition, a crystal defect in the single crystal semiconductor layer affects the performance and reliability of the transistor, such as an increase in the density of localized interface states with the gate insulating layer.
従って単結晶半導体層にレーザ光のような電磁波を照射し、結晶欠陥を低減させることが好ましい。電磁波を照射することによって、単結晶半導体層の少なくとも一部の領域を溶融させ、単結晶半導体層中の結晶欠陥を低減させることができる。なお、電磁波の照射前に単結晶半導体層表面に形成された酸化膜(自然酸化膜、あるいはケミカル酸化膜)を希フッ酸で除去するとよい。 Accordingly, it is preferable to reduce crystal defects by irradiating the single crystal semiconductor layer with electromagnetic waves such as laser light. By irradiation with electromagnetic waves, at least part of the single crystal semiconductor layer can be melted and crystal defects in the single crystal semiconductor layer can be reduced. Note that an oxide film (a natural oxide film or a chemical oxide film) formed on the surface of the single crystal semiconductor layer is preferably removed with dilute hydrofluoric acid before irradiation with electromagnetic waves.
電磁波は単結晶半導体層に高いエネルギーを供給できるものであればよく、好適にはレーザ光を用いることができる。 Any electromagnetic wave may be used as long as it can supply high energy to the single crystal semiconductor layer, and laser light can be preferably used.
またエネルギーの供給は、高エネルギーを有する粒子を照射などによって単結晶半導体層に衝突させ、主として熱伝導によって行うこともできる。高エネルギーを有する粒子を提供する熱源としては、プラズマを用いることができ、常圧プラズマ、高圧プラズマ、熱プラズマジェット、ガスバーナーなどの炎を用いることができる、又、他の熱源としては電子ビームなどを用いることができる。 The energy can also be supplied mainly by heat conduction by causing particles having high energy to collide with the single crystal semiconductor layer by irradiation or the like. As a heat source for providing particles having high energy, a plasma can be used, and a flame such as an atmospheric plasma, a high pressure plasma, a thermal plasma jet, a gas burner can be used, and an electron beam is used as another heat source. Etc. can be used.
電磁波の波長は、単結晶半導体層に吸収される波長とする。その波長は、電磁波の表皮深さ(skin depth)などを考慮して決定することができる。例えば、電磁波の波長は190nm〜600nmを用いることができる。また、電磁波のエネルギーは、電磁波の波長、電磁波の表皮深さ、照射する単結晶半導体層の膜厚などを考慮して決定することができる。 The wavelength of the electromagnetic wave is a wavelength that is absorbed by the single crystal semiconductor layer. The wavelength can be determined in consideration of the skin depth of the electromagnetic wave. For example, the wavelength of the electromagnetic wave can be 190 nm to 600 nm. The energy of the electromagnetic wave can be determined in consideration of the wavelength of the electromagnetic wave, the skin depth of the electromagnetic wave, the thickness of the single crystal semiconductor layer to be irradiated, and the like.
レーザ光を発振するレーザは、連続発振レーザ、疑似連続発振レーザ及びパルス発振レーザを用いることができる。部分溶融させるためパルス発振レーザが好ましい。例えば、KrFレーザなどのエキシマレーザ、Arレーザ、Krレーザなどの気体レーザがある。その他、固体レーザとして、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、GdVO4レーザ、KGWレーザ、KYWレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ、Y2O3レーザなどがある。なお、エキシマレーザはパルス発振レーザであるが、YAGレーザなどの固体レーザには、連続発振レーザにも、疑似連続発振レーザにも、パルス発振レーザにもなるものがある。なお、固体レーザにおいては、基本波の第2高調波〜第5高調波を適用するのが好ましい。また、GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAsP等の半導体レーザも用いることができる。 As a laser that oscillates laser light, a continuous wave laser, a pseudo continuous wave laser, or a pulsed laser can be used. A pulsed laser is preferable for partial melting. For example, there is an excimer laser such as a KrF laser, or a gas laser such as an Ar laser or a Kr laser. Other solid-state lasers include YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, GdVO 4 laser, KGW laser, KYW laser, alexandrite laser, Ti: sapphire laser, and Y 2 O 3 laser. An excimer laser is a pulsed laser, but some solid-state lasers such as a YAG laser can be a continuous wave laser, a pseudo continuous wave laser, or a pulsed laser. In the solid-state laser, it is preferable to apply the second to fifth harmonics of the fundamental wave. A semiconductor laser such as GaN, GaAs, GaAlAs, InGaAsP, or the like can also be used.
また、電磁波のエネルギーを単結晶半導体層に照射できるならば、ランプ光を用いてもよい。例えば、紫外線ランプ、ブラックライト、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いてもよい。上記ランプ光を用いたフラッシュアニールを用いてもよい。ハロゲンランプやキセノンランプなどを好適に用いて行うフラッシュアニールは極短時間の処理でよいため、基板の温度上昇を抑えることができる。 If the single crystal semiconductor layer can be irradiated with electromagnetic wave energy, lamp light may be used. For example, light emitted from an ultraviolet lamp, black light, halogen lamp, metal halide lamp, xenon arc lamp, carbon arc lamp, high pressure sodium lamp, or high pressure mercury lamp may be used. Flash annealing using the lamp light may be used. Flash annealing that is preferably performed using a halogen lamp, a xenon lamp, or the like may be performed in an extremely short time, and thus the temperature rise of the substrate can be suppressed.
電磁波の形状や電磁波の進路を調整するため、シャッター、ミラー又はハーフミラー等の反射体、シリンドリカルレンズや凸レンズなどによって構成される光学系が設置されていてもよい。 In order to adjust the shape of the electromagnetic wave and the path of the electromagnetic wave, an optical system including a reflector such as a shutter, a mirror or a half mirror, a cylindrical lens, or a convex lens may be installed.
なお、電磁波の照射方法は、選択的に電磁波を照射してもよいし、光(電磁波)をXY軸方向に走査して光(電磁波)を照射することができる。この場合、光学系にポリゴンミラーやガルバノミラーを用いることが好ましい。 Note that an electromagnetic wave irradiation method may selectively irradiate electromagnetic waves, or light (electromagnetic waves) may be irradiated by scanning light (electromagnetic waves) in the XY axis direction. In this case, it is preferable to use a polygon mirror or a galvanometer mirror for the optical system.
電磁波の照射は、大気雰囲気のような酸素を含む雰囲気、または窒素雰囲気のような不活性雰囲気で行うことができる。不活性雰囲気中で電磁波を照射するには、気密性のあるチャンバー内で電磁波を照射し、このチャンバー内の雰囲気を制御すればよい。チャンバーを用いない場合は、電磁波の被照射面に窒素ガスなど不活性ガスを吹き付けることで、窒素雰囲気を形成することもできる。 Irradiation with electromagnetic waves can be performed in an atmosphere containing oxygen such as an air atmosphere or an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere. In order to irradiate electromagnetic waves in an inert atmosphere, electromagnetic waves may be irradiated in an airtight chamber and the atmosphere in the chamber may be controlled. When a chamber is not used, a nitrogen atmosphere can be formed by spraying an inert gas such as nitrogen gas on the surface irradiated with electromagnetic waves.
さらに、電磁波照射などの高エネルギーを供給され、結晶欠陥を低減された単結晶半導体層表面に研磨処理を行ってもよい。研磨処理によって単結晶半導体層表面の平坦性を高めることができる。 Further, polishing treatment may be performed on the surface of the single crystal semiconductor layer which is supplied with high energy such as electromagnetic wave irradiation and crystal defects are reduced. The planarity of the surface of the single crystal semiconductor layer can be improved by the polishing treatment.
研磨処理としては、化学的機械研磨(CMP)法や液体ジェット研磨法を用いることができる。なお、研磨処理前に単結晶半導体層表面を洗浄し、清浄化する。洗浄は、メガソニック洗浄や2流体ジェット洗浄等を用いればよく、洗浄により単結晶半導体層表面のゴミ等を除去する。また、希フッ酸を用いて単結晶半導体層表面上の自然酸化膜等を除去して単結晶半導体層を露出させると好適である。 As the polishing treatment, a chemical mechanical polishing (CMP) method or a liquid jet polishing method can be used. Note that the surface of the single crystal semiconductor layer is cleaned and cleaned before the polishing treatment. Cleaning may be performed using megasonic cleaning, two-fluid jet cleaning, or the like, and dust or the like on the surface of the single crystal semiconductor layer is removed by cleaning. In addition, it is preferable that a natural oxide film or the like on the surface of the single crystal semiconductor layer be removed using diluted hydrofluoric acid to expose the single crystal semiconductor layer.
また、電磁波を照射する前にも単結晶半導体層表面に研磨処理(又はエッチング処理)を行ってもよい。 In addition, polishing treatment (or etching treatment) may be performed on the surface of the single crystal semiconductor layer before irradiation with electromagnetic waves.
また、単結晶半導体基板より単結晶半導体層を転載する際、単結晶半導体基板を選択的にエッチングし、形状を加工された複数の単結晶半導体層を、基板に転載してもよい。基板には、複数の島状の単結晶半導体層を形成することができる。予め、単結晶半導体基板で形状を加工して転載するために、単結晶半導体基板の大きさや形状に制限を受けない。そのために大型の基板への単結晶半導体層の転載がより効率よく行うことができる。 In addition, when the single crystal semiconductor layer is transferred from the single crystal semiconductor substrate, the single crystal semiconductor substrate may be selectively etched and the plurality of single crystal semiconductor layers whose shapes are processed may be transferred to the substrate. A plurality of island-shaped single crystal semiconductor layers can be formed over the substrate. Since the shape is processed and transferred in advance using a single crystal semiconductor substrate, the size and shape of the single crystal semiconductor substrate are not limited. Therefore, transfer of the single crystal semiconductor layer to a large substrate can be performed more efficiently.
さらに、基板上に貼り合わせられた単結晶半導体層に対して、エッチングを行い、単結晶半導体層の形状を加工、修正し精密に制御してもよい。これにより、半導体素子の単結晶半導体層の形状に加工でき、レジストマスク形成時の露光の回り込みなどによるパターンズレや、転載時の貼り合わせ工程による位置ズレなどによる単結晶半導体層の形成位置の誤差や形状不良を修正することができる。 Furthermore, etching may be performed on the single crystal semiconductor layer bonded to the substrate, and the shape of the single crystal semiconductor layer may be processed and corrected to be precisely controlled. This allows processing into the shape of a single crystal semiconductor layer of a semiconductor element, and an error in the formation position of the single crystal semiconductor layer due to pattern misalignment due to exposure wraparound at the time of resist mask formation or misalignment due to the bonding process during transfer. And shape defects can be corrected.
従って、基板に所望の形状の複数の単結晶半導体層を、歩留まりよく形成することができる。よって、精密な高性能の半導体素子及び集積回路を有する半導体装置を高スループットで生産性よく作製することができる。 Accordingly, a plurality of single crystal semiconductor layers having a desired shape can be formed over the substrate with high yield. Therefore, a semiconductor device including a precise high-performance semiconductor element and an integrated circuit can be manufactured with high throughput and high productivity.
また、単結晶半導体基板より単結晶半導体層を分離してから、基板に貼り合わせてもよい。劈開により露出される単結晶半導体層の表面を基板側に向けて貼り合わせてもよいし、劈開により露出される単結晶半導体層の表面とゲート絶縁膜とが接するように、単結晶半導体層を基板上に貼り合わせてもよい。 Alternatively, the single crystal semiconductor layer may be separated from the single crystal semiconductor substrate and then bonded to the substrate. The surface of the single crystal semiconductor layer exposed by cleavage may be bonded to the substrate side, or the single crystal semiconductor layer is formed so that the surface of the single crystal semiconductor layer exposed by cleavage and the gate insulating film are in contact with each other. You may affix on a board | substrate.
本実施の形態において、単結晶半導体基板1108として単結晶シリコン基板を適用した場合は、単結晶半導体層1102として単結晶シリコン層を得ることが可能である。また、本実施の形態の半導体装置の製造方法は、プロセス温度を700℃以下とすることができるため、基板1101としてガラス基板を適用することができる。すなわち、従来の薄膜トランジスタと同様にガラス基板上に形成することができ、かつ単結晶シリコン層を半導体層に適用することが可能となる。これらのことにより、高速動作が可能で、サブスレッショルド値が低く、電界効果移動度が高く、低消費電圧で駆動可能など高性能、高信頼性のトランジスタをガラス基板等の透光性基板上に作製することができる。
In this embodiment, when a single crystal silicon substrate is used as the single
本実施の形態は、実施の形態1及び実施の形態2と適宜組み合わせることができる。 This embodiment can be combined with Embodiment 1 and Embodiment 2 as appropriate.
(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態3において、単結晶半導体基板より基板へ単結晶半導体層を接合する工程の異なる例を示す。従って、実施の形態3と同一部分又は同様な機能を有する部分の繰り返しの説明は省略する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example in which the single crystal semiconductor layer is bonded to the substrate from the single crystal semiconductor substrate in Embodiment 3 will be described. Therefore, repetitive description of the same portions as those in Embodiment 3 or portions having similar functions is omitted.
まず、単結晶基板側の処理を説明する。本実施の形態では、単結晶半導体基板を脱脂洗浄し、表面の酸化膜を除去して熱酸化を行う。熱酸化としては、酸化雰囲気中にハロゲンを添加した酸化を行うことが好ましい。例えば、酸素に対しHClを0.5〜10体積%(好ましくは3体積%)の割合で含む雰囲気中で、700℃以上の温度で熱処理を行う。好適には950℃〜1100℃の温度で熱酸化を行うと良い。処理時間は0.1〜6時間、好ましくは0.5〜3.5時間とすれば良い。形成される酸化膜の膜厚としては、10nm〜1000nm(好ましくは50nm〜200nm)、例えば100nmの厚さとする。 First, processing on the single crystal substrate side will be described. In this embodiment, the single crystal semiconductor substrate is degreased and cleaned, and the surface oxide film is removed to perform thermal oxidation. As thermal oxidation, it is preferable to perform oxidation with halogen added in an oxidizing atmosphere. For example, heat treatment is performed at a temperature of 700 ° C. or higher in an atmosphere containing HCl at 0.5 to 10% by volume (preferably 3% by volume) with respect to oxygen. The thermal oxidation is preferably performed at a temperature of 950 ° C. to 1100 ° C. The treatment time may be 0.1 to 6 hours, preferably 0.5 to 3.5 hours. The thickness of the oxide film to be formed is 10 nm to 1000 nm (preferably 50 nm to 200 nm), for example, 100 nm.
ハロゲンを含むものとしてはHClの他に、HF、NF3、HBr、Cl2、ClF3、BCl3、F2、Br2などから選ばれた一種又は複数種を適用することができる。 In addition to HCl, one or more selected from HF, NF 3 , HBr, Cl 2 , ClF 3 , BCl 3 , F 2 , Br 2 and the like can be used as the halogen-containing material.
このような温度範囲で熱処理を行うことで、ハロゲン元素によるゲッタリング効果を得ることができる。ゲッタリングとしては、特に金属不純物を除去する効果がある。すなわち、塩素の作用により、金属などの不純物が揮発性の塩化物となって気相中へ離脱して除去される。単結晶半導体基板の表面を化学的機械研磨(CMP)処理をしたものに対しては有効である。また、水素は単結晶半導体基板と、基板に形成される絶縁層との界面の欠陥を補償して界面の局在準位密度を低減する作用を奏し、単結晶半導体基板と絶縁層との界面が不活性化されて電気的特性が安定化する。 By performing heat treatment in such a temperature range, a gettering effect by a halogen element can be obtained. Gettering is particularly effective in removing metal impurities. That is, by the action of chlorine, impurities such as metals become volatile chlorides and are released into the gas phase and removed. This is effective for a single crystal semiconductor substrate whose surface has been subjected to chemical mechanical polishing (CMP). In addition, hydrogen compensates for defects at the interface between the single crystal semiconductor substrate and the insulating layer formed on the substrate to reduce the localized level density of the interface, thereby reducing the interface between the single crystal semiconductor substrate and the insulating layer. Is inactivated and the electrical characteristics are stabilized.
この熱処理により形成される酸化膜中にハロゲンを含ませることができる。ハロゲン元素は1×1017/cm3〜5×1020/cm3の濃度で含まれることにより金属などの不純物を捕獲して単結晶半導体基板の汚染を防止する保護層としての機能を発現させることができる。 Halogen can be contained in the oxide film formed by this heat treatment. When the halogen element is contained at a concentration of 1 × 10 17 / cm 3 to 5 × 10 20 / cm 3 , it captures impurities such as metal and exhibits a function as a protective layer that prevents contamination of the single crystal semiconductor substrate. be able to.
単結晶半導体基板にイオンを導入し、脆弱化層を形成する。脆弱化層が形成される領域の深さは、導入されるイオンの加速エネルギーと入射角によって調節することができる。加速エネルギーは加速電圧、ドーズ量などにより調節できる。 Ions are introduced into the single crystal semiconductor substrate to form a weakened layer. The depth of the region where the weakened layer is formed can be adjusted by the acceleration energy and incident angle of the introduced ions. The acceleration energy can be adjusted by the acceleration voltage, the dose amount, and the like.
イオンの導入の際に用いるガスとしては、水素ガス、希ガス等があるが、本実施の形態では水素ガスを用いることが好ましい。イオンドーピング法で水素ガスを用いた場合、生成するイオン種は、H+、H2 +及びH3 +であるが、H3 +が最も多く導入されることが好ましい。H3 +はH+、H2 +よりもイオンの導入効率がよく、導入時間の短縮を図ることができる。また、後の工程において脆弱化層に亀裂が生じやすくなる。 As a gas used for the introduction of ions, there are a hydrogen gas, a rare gas, and the like. In this embodiment, it is preferable to use a hydrogen gas. When hydrogen gas is used in the ion doping method, the ion species to be generated are H + , H 2 + and H 3 + , but it is preferable that H 3 + is introduced in the largest amount. H 3 + has higher ion introduction efficiency than H + and H 2 +, and can shorten the introduction time. Moreover, it becomes easy to produce a crack in a weakened layer in a later process.
次に、基板側の処理を説明する。まず基板の表面を洗浄する。洗浄は、塩酸過水(HPM)、硫酸過水(SPM)、アンモニア過水(APM)、希フッ酸(DHF)等を用いて超音波洗浄を行えばよく、本実施の形態では、塩酸過水を用いて超音波洗浄を行う。 Next, processing on the substrate side will be described. First, the surface of the substrate is cleaned. The cleaning may be performed by ultrasonic cleaning using hydrochloric acid / hydrogen peroxide (HPM), sulfuric acid / hydrogen peroxide (SPM), ammonia / hydrogen peroxide (APM), dilute hydrofluoric acid (DHF), and the like. Perform ultrasonic cleaning with water.
次に、洗浄によって表面のゴミ等の不純物などを除去された基板にプラズマ処理による平坦化処理を行う。本実施の形態では、プラズマ処理は真空チャンバー内でアルゴン(Ar)ガスなどの不活性ガスを用い、被処理物である基板にバイアス電圧を印加してプラズマ状態として行う。不活性ガスとともに、酸素(O2)ガス、窒素(N2)ガスを導入してもよい。 Next, planarization treatment by plasma treatment is performed on the substrate from which impurities such as dust on the surface are removed by cleaning. In this embodiment mode, plasma treatment is performed in a plasma state by using an inert gas such as argon (Ar) gas in a vacuum chamber and applying a bias voltage to a substrate which is an object to be processed. Oxygen (O 2 ) gas and nitrogen (N 2 ) gas may be introduced together with the inert gas.
基板を陰極方向とし、プラズマ中のArの陽イオンを陰極方向に加速し、基板に衝突させる。Arの陽イオンの衝突によって基板表面がスパッタエッチングされ、基板表面の凸部をエッチングし、基板の表面を平坦化することができる。反応ガスは、基板表面のスパッタエッチングによって生じる欠陥を補修する効果がある。 With the substrate facing the cathode, Ar cations in the plasma are accelerated toward the cathode and collide with the substrate. The substrate surface is sputter-etched by the collision of Ar cations, and the convex portion of the substrate surface can be etched to flatten the surface of the substrate. The reactive gas has an effect of repairing defects caused by sputter etching on the substrate surface.
次に、基板上に絶縁層を形成する。本実施の形態では、シリコン系の絶縁層以外の絶縁層である酸化アルミニウムを主成分とする酸化膜を用いる。酸化アルミニウムを主成分とする酸化膜とは、当該酸化膜に含まれる成分の合計を100重量%とするときに、酸化アルミニウムを10重量%以上含む酸化膜をいう。他にも、絶縁層としては、酸化アルミニウムを主成分とし、酸化マグネシウムと酸化ストロンチウムの一方又は両方が含まれる膜を適用することができる。また、窒素を含む酸化アルミニウムを用いてもよい。 Next, an insulating layer is formed over the substrate. In this embodiment, an oxide film containing aluminum oxide as a main component, which is an insulating layer other than a silicon-based insulating layer, is used. An oxide film containing aluminum oxide as a main component refers to an oxide film containing 10% by weight or more of aluminum oxide when the total of components contained in the oxide film is 100% by weight. In addition, as the insulating layer, a film containing aluminum oxide as a main component and containing one or both of magnesium oxide and strontium oxide can be used. Alternatively, aluminum oxide containing nitrogen may be used.
絶縁層は、スパッタリング法により形成することができる。スパッタリング法に用いるターゲットとしては、例えば、アルミニウムを含む金属又は酸化アルミニウム等の金属酸化物を用いることができる。なお、ターゲットの材料は、形成する膜に応じて適宜選択すればよい。 The insulating layer can be formed by a sputtering method. As a target used in the sputtering method, for example, a metal containing aluminum or a metal oxide such as aluminum oxide can be used. Note that a target material may be selected as appropriate depending on a film to be formed.
ターゲットとして金属を用いる場合には、反応ガス(例えば、酸素)を導入しながらスパッタすること(反応性スパッタリング法)により、絶縁層を形成する。金属としては、アルミニウムの他に、マグネシウム(Mg)、アルミニウムとマグネシウムを含む合金、アルミニウムとストロンチウム(Sr)を含む合金、アルミニウムとマグネシウムとストロンチウムを含む合金を用いることができる。この場合、スパッタリングは直流(DC)電源又は高周波(RF)電源を用いて行えばよい。 When a metal is used as the target, the insulating layer is formed by sputtering (reactive sputtering method) while introducing a reactive gas (for example, oxygen). As the metal, in addition to aluminum, magnesium (Mg), an alloy containing aluminum and magnesium, an alloy containing aluminum and strontium (Sr), or an alloy containing aluminum, magnesium and strontium can be used. In this case, sputtering may be performed using a direct current (DC) power source or a radio frequency (RF) power source.
ターゲットとして金属酸化物を用いる場合には、高周波(RF)電源を用いてスパッタすること(RFスパッタリング法)により、絶縁層を形成する。金属酸化物としては、酸化アルミニウムの他に、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、アルミニウムとマグネシウムを含有する酸化物、アルミニウムとストロンチウムを含有する酸化物、アルミニウムとマグネシウムとストロンチウムを含有する酸化物を用いることができる。 In the case where a metal oxide is used as a target, the insulating layer is formed by sputtering using a radio frequency (RF) power source (RF sputtering method). As the metal oxide, in addition to aluminum oxide, magnesium oxide, strontium oxide, an oxide containing aluminum and magnesium, an oxide containing aluminum and strontium, or an oxide containing aluminum, magnesium and strontium may be used. it can.
他にも、バイアススパッタリング法を用いて、絶縁層を形成してもよい。バイアススパッタリング法を用いると、膜の体積と表面の平坦化を両方行うことができる。 In addition, the insulating layer may be formed using a bias sputtering method. When the bias sputtering method is used, both the volume of the film and the planarization of the surface can be performed.
アルミニウムを主成分とする酸化膜は基板に含まれる可動イオンや水分等の不純物が、後に基板上に形成される単結晶半導体膜に拡散することを防ぐことができる。 An oxide film containing aluminum as its main component can prevent impurities such as mobile ions and moisture contained in the substrate from diffusing into a single crystal semiconductor film formed over the substrate later.
次に、単結晶半導体基板の表面と基板の表面とを対向させ、単結晶半導体基板と絶縁層とをボンディングする。単結晶半導体基板と基板上に形成された絶縁層の表面とを密着させることにより接合が形成される。 Next, the surface of the single crystal semiconductor substrate and the surface of the substrate are opposed to each other, and the single crystal semiconductor substrate and the insulating layer are bonded to each other. A bond is formed by closely contacting the single crystal semiconductor substrate and the surface of the insulating layer formed over the substrate.
なお、単結晶半導体基板と基板をボンディングさせる前に、基板上に形成された絶縁層の表面処理を行うことが好ましい。 Note that before the single crystal semiconductor substrate and the substrate are bonded to each other, surface treatment of the insulating layer formed over the substrate is preferably performed.
次に、実施の形態3と同様に、加熱処理を行い脆弱化層にて分離(劈開)することにより、基板上に絶縁層を介して単結晶半導体層を形成することができる。 Next, similarly to Embodiment Mode 3, a single crystal semiconductor layer can be formed over the substrate with an insulating layer interposed therebetween by heat treatment and separation (cleavage) in the weakened layer.
基板上に設けられた単結晶半導体層を用いて半導体集積回路部を形成することができる。 A semiconductor integrated circuit portion can be formed using a single crystal semiconductor layer provided over a substrate.
次に、分離された単結晶半導体基板を繰り返し利用する工程(半導体基板再生処理)について説明する。 Next, a process of repeatedly using the separated single crystal semiconductor substrate (semiconductor substrate recycling process) will be described.
まず、分離された単結晶半導体基板を取り出す。エッジロールオフの影響により、単結晶半導体基板の端部において基板との貼り合わせが十分に行われない場合がある。その結果、端部において単結晶半導体基板は脆弱化層にて分離されず、絶縁層等が残存する場合がある。 First, the separated single crystal semiconductor substrate is taken out. Due to the influence of edge roll-off, bonding to the substrate may not be sufficiently performed at the end portion of the single crystal semiconductor substrate. As a result, the single crystal semiconductor substrate is not separated by the weakened layer at the end portion, and an insulating layer or the like may remain.
単結晶半導体基板の端部における残渣部分を除去する。残渣部分は、ウェットエッチング処理を行うことにより除去することができる。具体的には、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合溶液(例えば、ステラケミファ社製、商品名:LAL500)をエッチャントとして用いてウェットエッチングを行う。 A residue portion at an end portion of the single crystal semiconductor substrate is removed. The residual portion can be removed by performing a wet etching process. Specifically, wet etching is performed using a mixed solution containing hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and a surfactant (for example, product name: LAL500, manufactured by Stella Chemifa Corporation) as an etchant.
また、水素イオンが導入された脆弱化層は、TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)に代表される有機アルカリ系水溶液を用いてウェットエッチングすることにより、除去することができる。このような処理を行うことにより、単結晶半導体基板の端部における残渣物による段差が緩和される。 In addition, the weakened layer into which hydrogen ions are introduced can be removed by wet etching using an organic alkaline aqueous solution typified by TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide). By performing such treatment, a step due to a residue at the end portion of the single crystal semiconductor substrate is reduced.
次に、単結晶半導体基板をハロゲン雰囲気中で酸化することにより、酸化膜を形成し、その後当該酸化膜を除去する。ハロゲンとしては塩化水素(HCl)を用いることができる。こうすることでハロゲン元素によるゲッタリング効果を得ることができる。ゲッタリングとしては、特に金属不純物を除去する効果がある。すなわち、塩素の作用により、金属などの不純物が揮発性の塩化物となって気相中へ離脱して除去される。 Next, the single crystal semiconductor substrate is oxidized in a halogen atmosphere to form an oxide film, and then the oxide film is removed. Hydrogen chloride (HCl) can be used as the halogen. By doing so, a gettering effect by a halogen element can be obtained. Gettering is particularly effective in removing metal impurities. That is, by the action of chlorine, impurities such as metals become volatile chlorides and are released into the gas phase and removed.
次に、単結晶半導体基板に研磨処理としてCMP処理を行う。その結果、単結晶半導体基板の端部における段差を除去し、単結晶半導体基板の表面を平坦にすることができる。その後、得られた単結晶半導体基板を母体ウエハーとして再度利用する。 Next, a CMP process is performed on the single crystal semiconductor substrate as a polishing process. As a result, a step at the end portion of the single crystal semiconductor substrate can be removed, and the surface of the single crystal semiconductor substrate can be flattened. Thereafter, the obtained single crystal semiconductor substrate is reused as a base wafer.
本実施の形態で示したように、単結晶半導体基板の再生処理工程により単結晶半導体基板を繰り返し利用することによって、低コスト化を図ることができる。また、本実施の形態で示した単結晶半導体基板の再生処理工程を用いることにより、単結晶半導体基板を繰り返し利用した場合であっても、単結晶半導体基板の表面を十分に平坦化することができるため、単結晶半導体基板と基板との密着性を向上させ、貼り合わせ不良を低減することができる。 As described in this embodiment mode, cost reduction can be achieved by repeatedly using a single crystal semiconductor substrate in a process for regenerating the single crystal semiconductor substrate. Further, by using the single crystal semiconductor substrate regeneration process described in this embodiment, the surface of the single crystal semiconductor substrate can be sufficiently planarized even when the single crystal semiconductor substrate is repeatedly used. Therefore, adhesion between the single crystal semiconductor substrate and the substrate can be improved, and bonding defects can be reduced.
本実施の形態は実施の形態1乃至3と適宜組み合わせることができる。 This embodiment mode can be combined with any of Embodiment Modes 1 to 3 as appropriate.
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明により得られたセンサを含む様々な電子機器の例について説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, examples of various electronic devices including a sensor obtained by the present invention will be described.
本発明のセンサにおいては、衝撃吸収層として機能する樹脂層を形成しても、さらに基板を研削、研磨により薄く加工しているため、薄型であり、よって実装する電子機器も薄型化、小型化することができる。 In the sensor of the present invention, even if a resin layer functioning as a shock absorbing layer is formed, the substrate is further thinned by grinding and polishing, so it is thin, so that the electronic equipment to be mounted is also thinned and miniaturized. can do.
本発明が適用される電子機器として、コンピュータ、ディスプレイ、携帯電話、テレビジョン装置などが挙げられる。それらの電子機器の具体例を図10(A)乃至(C)、図11(A)(B)、図12、図13(A)(B)、及び図14に示す。 Examples of electronic devices to which the present invention is applied include computers, displays, mobile phones, and television devices. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS. 10A to 10C, FIGS. 11A and 11B, FIGS. 12, 13A and 13B, and FIG.
図10(A)乃至(C)は携帯電話であり、図10(A)は、本体(A)701、本体(B)702、筐体703、操作キー704、音声出力部705、音声入力部706、回路基板707、表示パネル(A)708、表示パネル(B)709、蝶番710、透光性材料部711、センサ712を有している。
10A to 10C illustrate a mobile phone. FIG. 10A illustrates a main body (A) 701, a main body (B) 702, a
センサ712は透光性材料部711を透過した光を検知し、検知した外部光の照度に合わせて表示パネル(A)708及び表示パネル(B)709の輝度コントロールや、センサ712で得られる照度に合わせて操作キー704の照明制御を行う。これにより携帯電話の消費電流を抑えることができる。
The
図10(B)及び図10(C)に携帯電話の別の例を示す。図10(B)及び図10(C)において、本体721、筐体722、表示パネル723、操作キー724、音声出力部725、音声入力部726、センサ727、センサ728を示している。
FIG. 10B and FIG. 10C illustrate another example of a mobile phone. 10B and 10C, a
図10(B)に示す携帯電話では、本体721に設けられたセンサ727により外部の光を検知することにより表示パネル723及び操作キー724の輝度を制御することが可能である。
In the mobile phone illustrated in FIG. 10B, the brightness of the
また図10(C)に示す携帯電話では、図10(A)の構成に加えて、本体721の内部にセンサ728を設けている。センサ728により、表示パネル723に設けられているバックライトの輝度を検出することも可能となる。
In addition, in the cellular phone illustrated in FIG. 10C, a
図11(A)はコンピュータであり、本体731、筐体732、表示部733、キーボード734、外部接続ポート735、ポインティングデバイス736等を含む。
FIG. 11A illustrates a computer, which includes a
また図11(B)は表示装置の例であるテレビジョン装置であり、筐体741、支持台742、表示部743などによって構成されている。
FIG. 11B illustrates a television device which is an example of a display device, which includes a
図11(A)のコンピュータに設けられる表示部733、及び図11(B)に示す表示装置の表示部743として、液晶パネルを用いた場合の詳しい構成を図12に示す。
FIG. 12 shows a detailed structure in the case where a liquid crystal panel is used as the
図12に示す液晶パネル762は、筐体761に内蔵されており、基板751a及び基板751b、基板751a及び基板751bに挟まれた液晶層752、偏光フィルタ752a及び偏光フィルタ752b、及びバックライト753等を有している。また筐体761にはセンサ754が形成されている。
A
本発明を用いて作製されたセンサ754はバックライト753からの光量を感知し、その情報がフィードバックされて液晶パネル762の輝度が調節される。
The
図13(A)及び図13(B)は、本発明を用いたセンサ810を含むカメラ、例えばデジタルカメラの例を示す図である。図13(A)は、デジタルカメラの前面方向から見た斜視図、図13(B)は、後面方向から見た斜視図である。図13(A)において、デジタルカメラには、リリースボタン801、メインスイッチ802、ファインダ窓803、フラッシュ804、レンズ805、鏡胴806、筺体807、センサ810が備えられている。
13A and 13B are diagrams illustrating an example of a camera including a
また、図13(B)において、ファインダ接眼窓811、モニタ812、操作ボタン813a、813bが備えられている。
In FIG. 13B, a
リリースボタン801は、半分の位置まで押下されると、焦点調整機構および露出調整機構が作動し、最下部まで押下されるとシャッターが開く。
When the
メインスイッチ802は、押下又は回転によりデジタルカメラの電源のオン、オフを切り替える。
A
ファインダ窓803は、デジタルカメラの前面のレンズ805の上部に配置されており、図13(B)に示すファインダ接眼窓811から撮影する範囲やピントの位置を確認するための装置である。
The
フラッシュ804は、デジタルカメラの前面上部に配置され、被写体輝度が低いときに、リリースボタンが押下されてシャッターが開くと同時に補助光を照射する。
The
レンズ805は、デジタルカメラの正面に配置されている。レンズは、フォーカシングレンズ、ズームレンズ等により構成され、図示しないシャッター及び絞りと共に撮影光学系を構成する。また、レンズの後方には、CCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子が設けられている。
The
鏡胴806は、フォーカシングレンズ、ズームレンズ等のピントを合わせるためにレンズの位置を移動するものであり、撮影時には、鏡胴を繰り出すことにより、レンズ805を手前に移動させる。また、携帯時は、レンズ805を沈銅させてコンパクトにする。なお、本実施の形態においては、鏡胴を繰り出すことにより被写体をズーム撮影することができる構造としているが、この構造に限定されるものではなく、筺体807内での撮影光学系の構成により鏡胴を繰り出さずともズーム撮影が可能なデジタルカメラでもよい。
The
ファインダ接眼窓811は、デジタルカメラの後面上部に設けられており、撮影する範囲やピントの位置を確認する際に接眼するために設けられた窓である。
The
操作ボタン813は、デジタルカメラの後面に設けられた各種機能ボタンであり、セットアップボタン、メニューボタン、ディスプレイボタン、機能ボタン、選択ボタン等により構成されている。 The operation buttons 813 are various function buttons provided on the rear surface of the digital camera, and include a setup button, a menu button, a display button, a function button, a selection button, and the like.
本発明を適用し、センサ810を図13(A)及び図13(B)に示すカメラに組み込むと、センサ810が光の有無及び強さを感知することができ、これによりカメラの露出調整等を行うことができる。本発明のセンサは、薄型なため、実装しても装置を小型化することができる。センサのような部品の小型化は、携帯用電子機器に利用する場合に特に有用である。
When the present invention is applied and the
本発明は、音響再生機能を有する携帯情報端末にも適用することができる。図14は、デジタルプレーヤーを示しており、オーディオ装置の1つの代表例である。図14に示すデジタルプレーヤーは、本体2130、表示部2131、メモリ部2132、操作部2133、イヤホン2134、センサ2135、センサ2136、制御部2137等を含んでいる。なお、イヤホン2134の代わりにヘッドホンや無線式イヤホンを用いることができる。
The present invention can also be applied to a portable information terminal having a sound reproduction function. FIG. 14 shows a digital player, which is one typical example of an audio device. A digital player shown in FIG. 14 includes a
センサ2135は本発明の光を検出する光センサであるので、イヤホンにおいて、イヤホン装着時に遮光される領域に設けられる。一方、センサ2136は感圧センサであるので、イヤホンにおいてイヤホン装着時に耳と接触する領域に設けられる。センサ2135においては光の検出の有無、センサ2136では圧力の検出の有無により、イヤホンの装着、非装着を検出することができる。センサ2135及びセンサ2136より検出された情報により制御部2137が、イヤホンの装着時はデジタルプレーヤーがオン、非装着時はオフとなるように制御する。従って、デジタルプレーヤー本体2130の操作部2133を直接操作しなくても、イヤホンの装着、非装着によって自動的にデジタルプレーヤーのオン、オフの切り替えを行うことができる。
Since the
センサ2138として本発明のカラーセンサを用いることができ、外部からの光を検知し、検知した外部光の照度に合わせて表示部2131の輝度コントロールを行うことができる。
The color sensor of the present invention can be used as the
また、メモリ部2132を用いて、操作部2133を操作することにより、映像や音声(音楽)を記録、再生することができる。なお、表示部2131は黒色の背景に白色の文字を表示することで消費電力を抑えられる。なお、メモリ部2132に設けられたメモリは、取り出し可能な構成としてもよい。
In addition, by operating the
また本発明の半導体装置はその他の電子機器、例えばプロジェクションテレビ、ナビゲーションシステム等に応用することが可能である。すなわち光を検出する必要のあるものであればいかなるものにも用いることが可能である。 The semiconductor device of the present invention can be applied to other electronic devices such as a projection television and a navigation system. In other words, it can be used for any object that needs to detect light.
なお本実施の形態は、実施の形態1乃至4と適宜組み合わせることができる。 Note that this embodiment can be combined with any of Embodiments 1 to 4 as appropriate.
Claims (9)
前記第1の基板の厚さを薄くし、
前記半導体集積回路部と第2の基板の第1の面とを接着剤で固着し、
前記半導体集積回路部同士の間において、前記厚さを薄くした第1の基板を切断し、
前記厚さを薄くした第1の基板の第2の面と、複数の前記厚さを薄くした第1の基板の切断面と、複数の前記半導体集積回路部の側面と、前記第2の基板の第1の面とを連続的に覆って樹脂層を形成し、
前記半導体集積回路部同士の間において、前記樹脂層を切断し、
前記接着剤を除去して前記第2の基板より前記半導体集積回路部を分離することを特徴とする半導体装置の作製方法。 Forming a plurality of semiconductor integrated circuit portions on the first surface of the first substrate having translucency;
Reducing the thickness of the first substrate;
Fixing the semiconductor integrated circuit portion and the first surface of the second substrate with an adhesive;
Between the semiconductor integrated circuit portions , cutting the first substrate having the reduced thickness,
A first of the second surface of the substrate by thinning the thickness, the first cutting surface of the substrate having a reduced plurality of said thickness, and a plurality of side surfaces of the semiconductor integrated circuit portion, the second Forming a resin layer continuously covering the first surface of the substrate;
Between the semiconductor integrated circuit portions , cutting the resin layer ,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor integrated circuit portion is separated from the second substrate by removing the adhesive .
前記第1の基板の厚さを薄くし、
前記厚さを薄くした第1の基板の第2の面に、透光性を有する有彩色の第1の樹脂層を形成し、
前記半導体集積回路部と第2の基板の第1の面とを接着剤で固着し、
前記半導体集積回路部同士の間において、前記厚さを薄くした第1の基板と、前記透光性を有する有彩色の第1の樹脂層とを切断し、
前記透光性を有する有彩色の第1の樹脂層と、前記複数の透光性を有する有彩色の第1の樹脂層の切断面と、前記複数の前記厚さを薄くした第1の基板の切断面と、複数の前記半導体集積回路部の側面と、前記第2の基板の第1の面とを連続的に覆って第2の樹脂層を形成し、
前記半導体集積回路部同士の間において、前記第2の樹脂層を切断し、
前記接着剤を除去して前記第2の基板より前記半導体集積回路部を分離することを特徴とする半導体装置の作製方法。 Forming a plurality of semiconductor integrated circuit portions on the first surface of the first substrate having translucency;
Reducing the thickness of the first substrate;
A chromatic first resin layer having translucency is formed on the second surface of the first substrate having the reduced thickness,
Fixing the semiconductor integrated circuit portion and the first surface of the second substrate with an adhesive;
Between the semiconductor integrated circuit portions , the first substrate having a reduced thickness and the chromatic color first resin layer having translucency are cut,
The chromatic first resin layer having translucency, the cut surface of the plurality of chromatic first resin layers having translucency, and the plurality of first substrates having the reduced thickness. and the cut surface to form a plurality of the semiconductor and the side surface of the integrated circuit portion, the second resin layer over a first surface of the second substrate continuously,
Between the semiconductor integrated circuit portions , the second resin layer is cut ,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor integrated circuit portion is separated from the second substrate by removing the adhesive .
前記第1の基板の厚さを薄くし、
前記半導体集積回路部と第2の基板の第1の面とを接着剤で固着し、
前記半導体集積回路部同士の間において、前記厚さを薄くした第1の基板を切断し、
前記厚さを薄くした第1の基板の第2の面と、複数の前記厚さを薄くした第1の基板の切断面と、複数の前記半導体集積回路部の側面と、前記第2の基板の第1の面とを連続的に覆って透光性を有する有彩色の第1の樹脂層を形成し、
前記第1の樹脂層の上方に、第2の樹脂層を形成し、
前記半導体集積回路部同士の間において、前記第1の樹脂層と、前記第2の樹脂層とを切断し、
前記接着剤を除去して前記第2の基板より前記半導体集積回路部を分離することを特徴とする半導体装置の作製方法。 Forming a plurality of semiconductor integrated circuit portions on the first surface of the first substrate having translucency;
Reducing the thickness of the first substrate;
Fixing the semiconductor integrated circuit portion and the first surface of the second substrate with an adhesive;
Between the semiconductor integrated circuit portions , cutting the first substrate having the reduced thickness,
A first of the second surface of the substrate by thinning the thickness, the first cutting surface of the substrate having a reduced plurality of said thickness, and a plurality of side surfaces of the semiconductor integrated circuit portion, the second Forming a chromatic first resin layer having translucency by continuously covering the first surface of the substrate;
Forming a second resin layer above the first resin layer;
Between the semiconductor integrated circuit portions , the first resin layer and the second resin layer are cut ,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor integrated circuit portion is separated from the second substrate by removing the adhesive .
前記第1の基板の厚さを薄くし、
前記半導体集積回路部と第2の基板の第1の面とを接着剤で固着し、
前記半導体集積回路部同士の間において、前記厚さを薄くした第1の基板を切断し、
前記厚さを薄くした第1の基板の第2の面の一部の領域と、複数の前記厚さを薄くした第1の基板の切断面と、複数の前記半導体集積回路部の側面と、前記第2の基板の第1の面とを連続的に覆って遮光層を形成し、
前記厚さを薄くした第1の基板の第2の面と、前記遮光層の上方に、樹脂層を連続的に形成し、
前記半導体集積回路部同士の間において、前記遮光層と、前記樹脂層とを切断し、
前記接着剤を除去して前記第2の基板より前記半導体集積回路部を分離することを特徴とする半導体装置の作製方法。 Forming a plurality of semiconductor integrated circuit portions on the first surface of the first substrate having translucency;
Reducing the thickness of the first substrate;
Fixing the semiconductor integrated circuit portion and the first surface of the second substrate with an adhesive;
Between the semiconductor integrated circuit portions , cutting the first substrate having the reduced thickness,
A partial area of the second surface of the first substrate that thinning the thickness, the first cutting surface of the substrate having a reduced plurality of said thickness, and a plurality of side surfaces of said semiconductor integrated circuit section Forming a light shielding layer continuously covering the first surface of the second substrate;
A resin layer is continuously formed on the second surface of the first substrate with the reduced thickness and the light shielding layer ,
Between the semiconductor integrated circuit portions , cutting the light shielding layer and the resin layer ,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor integrated circuit portion is separated from the second substrate by removing the adhesive .
前記第1の基板の厚さを薄くし、
前記半導体集積回路部と第2の基板の第1の面とを接着剤で固着し、
前記半導体集積回路部同士の間において、前記厚さを薄くした第1の基板を切断し、
前記厚さを薄くした第1の基板の第2の面と、複数の前記厚さを薄くした第1の基板の切断面と、複数の前記半導体集積回路部の側面と、前記第2の基板の第1の面とを連続的に覆って透光性を有する有彩色の第1の樹脂層を形成し、
前記第1の樹脂層の上方の一部の領域に、遮光層を形成し、
前記遮光層の上方に、第2の樹脂層を形成し、
前記半導体集積回路部同士の間において、前記第1の樹脂層と、前記遮光層と、前記第2の樹脂層とを切断し、
前記接着剤を除去して前記第2の基板より前記半導体集積回路部を分離することを特徴とする半導体装置の作製方法。 Forming a plurality of semiconductor integrated circuit portions on the first surface of the first substrate having translucency;
Reducing the thickness of the first substrate;
Fixing the semiconductor integrated circuit portion and the first surface of the second substrate with an adhesive;
Between the semiconductor integrated circuit portions , cutting the first substrate having the reduced thickness,
A first of the second surface of the substrate by thinning the thickness, the first cutting surface of the substrate having a reduced plurality of said thickness, and a plurality of side surfaces of the semiconductor integrated circuit portion, the second Forming a chromatic first resin layer having translucency by continuously covering the first surface of the substrate;
Forming a light shielding layer in a partial region above the first resin layer;
Forming a second resin layer above the light shielding layer;
Cutting between the first resin layer, the light shielding layer, and the second resin layer between the semiconductor integrated circuit portions ;
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor integrated circuit portion is separated from the second substrate by removing the adhesive .
前記樹脂層は、透光性材料を用いて形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 In claim 1 or 4,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the resin layer is formed using a light-transmitting material.
前記第2の樹脂層は、透光性材料を用いて形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 In claim 2, 3 or 5,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second resin layer is formed using a light-transmitting material.
前記接着剤は、有機溶剤を用いた洗浄によって除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。 In any one of Claims 1 thru | or 7 ,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the adhesive is removed by cleaning with an organic solvent.
前記厚さを薄くした第1の基板は、ダイサーを用いて切断することを特徴とする半導体装置の作製方法。 In any one of Claims 1 thru | or 8 ,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first substrate with the reduced thickness is cut using a dicer.
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