DE2334658C3

DE2334658C3 - Verfahren zum Zerteilen von Halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE2334658C3
Application number: DE19732334658
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Amagasaki Hyogo Abe (Japan)
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1972-07-08
Filing date: 1973-07-07
Publication date: 1978-11-23
Also published as: GB1398940A; JPS4928270A; JPS523775B2; FR2192378A1; DE2334658A1; FR2192378B1; DE2334658B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerteilen einer Halbleiterscheibe durch selektive Maskierung der Halbleiterscheibe mit einer Resistmembran, Beaufschlagung der unmaskierten Bereiche der Halbleiterscheibe mit einem Gasplasma einer verdampfbaren Fluorverbindung unter Ausbildung von Nuten in einer Gasplasmakammer, durch Entfernung der Resistmembran und durch Zerbrechen der Halbleiterscheibe entlang den Nuten.

Verfahren zum Unterteilen von Halbleiterscheiben in eine Vielzahl von Halbleiterelementen sind bekannt. Wenn z. B. eine integrierte Halbleiterschaltung hergestellt wird, so werden eine Vielzahl von integrierten Schaltungselementen auf einer Halbleiterscheibe ausgebildet und danach werden die elektrischen Kenndaten jedes integrierten Schaltelements getestet, worauf die Halbleiterscheibe in eine Vielzahl getrennter integrierter Schaltelemente zerteilt wird.

Das Verfahren zur Unterteilung einer Halbleiterscheibe in eine Vielzahl von Halbleiterelementen umfaßt herkömmlicherweise zwei Stufen. In der ersten Stufe werden Nuten in der Halbleiterscheibe ausgebildet, entlang derer die Zerteilung vorgenommen werden soll. In der zweiten Stufe wird sodann die Halbleiterscheibe entlang der Nuten durchtrennt.

Bei einem bekannten Verfahren zur Ausbildung der Nuten wird ein teurer Diamantschneider verwendet. Es ist dabei erforderlich, den Diamantschneider entlang jeder einzelnen Nut zu führen. Wenn die Halbleiterscheibe in eine Vielzahl von Halbleiterelementen unterteilt werden soll, so bedarf dies einer äußerst langen Zeit. Darüber hinaus sind die Tiefe und Breite dieser Nuten nicht einheitlich, so daß beim anschließenden Zerteilen keine präzise Trennung zustande kommt und die Halbleiterelemente oft zerbrechen oder Teilbereiche der Halbleiterelemente an den Seiten

ausbrechen.

Es ist aus der US-PS 36 15 956 ein Verfahren zum Zerteilen einer Halbleiterscheibe der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Nuten nach Maskierung mit Hilfe eines Gasplasmas einer Fluorverbindung eingeätzt werden. Vor dem mechanischen Zertrennen der Halbleiterscheibe muß die Maskierungsschicht nach Entnahme aus der Gasplasmakammer nach einem umständlichen naßchemischen Verfahren entfernt werden.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die Stufe der Entfernung der Resistmembran bei dem Verfahren der eingangs genannten Art zur Zerteilung einer Halbleiterscheibe zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Halbleiterscheibe in der Plasmagaskammer nach der Beaufschlagung mit dem Gasplasma der verdampfbaren Fluorverbindung zur Entfernung der Resistmembran mit einem Sauerstoffplasma beaufschlagt

Die verdampfbare Fluorverbindung kann eine anorganische und insbesondere eine organische Fluorverbindung sein. Es eignen sich Fluorkohlenwasserstoffe und insbesondere Perfluorkohlenwasserstoffe oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe und insbesondere Perfluorchlorkohlenwasserstoffe oder Fluorbromkohlenwasserstoffe oder Fluorjodkohlenwasserstofie.

Prinzipiell können alle Halbleitermaterialien bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Bevorzugt sind solche Halbleiter, welche stark mit aktivierten Fluoratomen reagieren, wie Germanium und insbesondere Silicium.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 a einen Schnitt durch eine Halbleiterscheibe, in welcher Nuten ausgebildet werden sollen,

Fig. Ib eine Draufsicht der Halbleiterscheibe gemäß Fig. la,
Fig. 2 einen vergrößerten Teilbereich gemäß

■to Fig. la,

F i g. 3 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Ausbildung von Nuten im Schnitt,

F i g. 4 einen Schnitt durch eine Halbleiterscheibe mit Nuten und

Fig.5 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Zerteilung von Halbleiterscheiben in eine Vielzahl von Halbleiterelementen.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt eine erste Verfahrensstufe zur Ausbildung einer oder mehrerer

so Nuten entlang welchen die Halbleiterscheibe zerteilt wird. Diese Nuten werden durch ein Plasma einer Fluorverbindung ausgebildet. In der zweiten Stufe wird die mit Nuten versehene Halbleiterscheibe entlang diesen Nuten zerteilt.

Die erste Stufe zerfällt wiederum in drei Schritte (a), (b) und (c). Beim ersten Schritt (a) wird die Halbleiterscheibe selektiv mit einer Resistmembran gegen das Plasma der Fluoryerbindung maskiert Beim zweiten Schritt (b) wird die Ätzung der Halbleiterscheibe be mit dem Plasma der Fluorverbindung durchgeführt. Beim dritten Schritt (c) wird die Resistmembran entfernt. F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Halbleiterscheibe nach beendeter Maskierung (a). In den Figuren ist die Halbleiterscheibe mit 1 bezeichnet.

<>> Sie umfaßt ein Siliciumhalbleitersubstrat 10, auf welchem eine Vielzahl von Halbleiterelementen in einer Vielzahl getrennter Bereiche 11 vorgesehen sind.
Die Ausbildung der Halbleiterelemente geschieht in

herkömmlicher Weise durch ein selektives Diffusionsverfahren, durch das Epitaxialverfahren oder Aufwachsverfahren und durch die Metalldampfabscheidung. Jedes der Halbleiterelemente 11 kann eine integrierte Schaltung tragen oder es kann ein Transbitorelement sein, ein Diodenelement oder ein Thyristcrelement Das Halbleitersubstrat 10 weist eine obere Hauptfläche 12 und eine untere Hauptfläche 13 auf, welche im wesentlichen parallel zueinander sind. Die gesamte untere Fläche 13 ist mit einer Resistmembran 14 bedeckt. Di^ obere Hauptfläche 12 weist in einem Muster an einer Vielzahl von Stellen eine SResistmembran 15 auf. Diese Resistmembran ist in eine Vielzahl von Inselbereiche 15s* unterteilt und die einzelnen Inselbereiche entsprechen den Halbleiterelementen. Zwischen zwei benachbarten Inselbereichen 15a ist jeweils eine Nut 16 vorgesehen. Das Siliciumsubstrat 10 liegt im Bereich der Nuten 16 frei. Die Resistmembranen 14 und 15 werden in herkömmlicher Weise ausgebildet und es ist bevorzugt, eine Photo»'esistmembran aus einem organischen Harz, welches keine anorganischen Verunreinigungen aufweist und insbesondere keine Schwermetallverunreinigungen, zu bilden. Als Photoresist kommen Harze, die unter der Bezeichnung KTTR und MICRO NEGA (hergestellt durch Kodak, USA), WAY COAT (hergestellt durch Hunt, USA), AZ-1350 (hergestellt durch Shipley. USA) und OMR-83 (hergestellt durch Tokyo Oka Kogyo, Japan) im Handel sind, in Frage. Die Bildung der Nuten 16 kann nach dem herkömmlichen Photo-Gravur-Verfahren erfolgen.

F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung, welche zur Durchführung des Schrittes (b) zum Ätzen der Halbleiterscheibe unter Ausbildung der Nuten herangezogen wird. Zum Ätzen dient ein Plasma einer Fluorverbindung und insbesondere eines fluorhaltigen Kohlenwasserstoffs (z. B. Freon). Die Vorrichtung ist mit einem Rohr 20 zur Plasmaerzeugung ausgerüstet Ein Ende des Plasmaerzeugungsrohrs 20 ist über eine Leitung 21 mit einer Vakuumpumpe 22 verbunden. Das andere Ende des Plasmaerzeugungsrohrs 20 ist durch eine Kappe 23 über einen Dichtungsring (O-Ring) 24, welcher aus Silikongummi besteht, verschlossen. Die Abmessungen des Plasmaerzeugungsrohrs 20 sind nicht wichtig. Bei einer Ausführungsform hat das Rohr 20 einen Innendurchmesser von 110 mm und eine Länge von 300 mm. Durch das Rohr 20 wird eine Kammer 25 gebildet. Um nun zu verhindern, daß diese Kammer 25 des Plasmaerzeugungsrohrs 20 verunreinigt wird, sind das Rohr 21 und die Kappe 23 vorgesehen. Diese bestehen aus Quarz. Ein Gaseinlaßrohr 26 ist an der Innenwandung des Plasmaerzeugungsrohrs 20 vorgesehen. Vier Gaseinlaßrohre 26 dieser Art sind um die Innenperipherie des Plasmaerzeugungsrohrs 20 verteilt, und zwar mit gleichem Winkel und gleichem Abstand zueinander. Diese Rohre sind in Axialrichtung des Plasmaerzeugungsrohrs 20 langgestreckt. Das in F i g. 3 rechte Ende des Gaseinleitungsrohrs 26 ist an einem Ende verschlossen und an der Innenfläche des Plasmaerzeugungsrohrs 20 befestigt. Eine Vielzahl von Gasdüsen 26a sind an jedem Gaseinleitungsrohr in Längsrichtung verteilt vorgesehen. Das andere Ende eines jeden Gaseinleitungsrohrs 26 links in Fig. 3 ist durch die Wandung des Plasmaerzeugungsrohrs 20 geführt und mit einem Gasmischer 27 verbunden. Gasmischer dieser Art sind bekannt. Die Stelle der Durchführung des Gaseinleitungsrohrs 26 ist sorgfältig mit einer Dichtungsmasse abgedichtet. Zwei Rohre 28, 29 sind mit dem Gasmischer 27 verbunden. Fluorkohlenwasserstoff oder Chlorfluorkohlenwasserstoff oder dgl. wird durch das Rohr 28 und ein Inertgas wird durch das Rohr 29 zugeführt Als Inertgas kann ein Edelgas dienen, wie Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon oder aber auch Stickstoff oder dgL Ein Elektrodraht 30 zum Anlegen einer Hochfrequenz ist um das Plasmaerzeugungsrohr 20 herumgewickelt Der Elektrodraht 30 ist mit einer Hochfrequenzquelle 31 verbunden. Die

lu Hochfrequenzquelle 30 arbeilet bei einer Frequenz von 13,56 MHz (Bereich zwischen 5 und 50 MHz) und bei mehreren zehn bis mehreren hundert Watt In der Kammer 25 ist ein Quarz-Boot vorgesehen und eine Vielzahl von Scheiben 1 befinden sich auf dem Quarz-Boot Die Scheiben 1 sind in der beschriebenen Weise mit einer Resistmembran maskiert Der Abstand zwischen den Scheiben 1 beträgt vorzugsweise 5—15 mm und insbesondere etwa 10 mm. Bei einem derartigen Abstand arbeitet „das Verfahren am wirtschaftlichsten.

Zur Durchführung der Ätzoperation wird das Boot mit den Halbleiterscheiben 1 in die Kammer 25 gegeben und die Kammer 25 wird durch die Kappe 23 verschlossen und durch die Vakuumpumpe 22 bis auf einen Druck von unterhalb 10~² Torr evakuiert

Sodann wird eine Mischung eines Gases einer fluororganischen Verbindung und von Argongas vom Gasmischer 27 zu den Gasauslässen 26a geführt Danach strömt die Gasmischung in die Kammer 25 aus.

i» Die Strömungsgeschwindigkeit der Gasmischung wird auf 10—5O0cm³/min und insbesondere auf etwa 100 cmVmin eingestellt Der Druck in der Kammer 25 wird durch das Einleiten der Gasmischung erhöht und auf etwa 0,4—0,8 Torr gehalten.

)^r> Die Hochfrequenzquelle 31 wird sodann eingeschaltet und der Elektronendraht 30 wird mit Hochfrequenz beaufschlagt. Durch Anwendung der Hochfrequenz wird das fluorhaltige organische Gas der Gasmischung in der Kammer 25 in ein Plasma verwandelt Das so hergestellte Plasma wird als schwach ionisiertes Plasma bezeichnet, bei dem geringe Mengen von Ionen und Elektronen vorliegen und bei dem eine große Menge von angeregten Fluoratomen F* vorliegt Das Fluoratom kann verschiedenste Anregungszustände (Singulett, Duplett, Triplett oder dgl.) haben. Die Energie des F* liegt im Bereich von 500—1000° K. Dieses angeregte Fluor wirkt auf die Halbleiterscheibe 10 ein. Sodann findet im Falle einer Siliciumhalbleiterscheibe die Reaktion

'" Si + F·- SiF₄(GaS)

statt, so daß die freiliegenden Bereiche des Siliciumsubstrats 10 allmählich geätzt werden, wobei die Temperatur der Halbleiterscheibe 1 in der Kammer etwa 50 bis 200° C, insbesondere 80—150° C und speziell 100—12O⁰C beträgt. Die Resistmembranen 14 und 15 werden durch das Plasma nicht geätzt.

Die' Ätzgeschwindigkeit kann durch Auswahl des Drucks in der Kammer 25 und das Verhältnis von

μ) fluorhaltigem Gas zu Argongas oder durch die Hochfrequenzenergiezufuhr gesteuert werden. Die Ätzgeschwindigkeit beträgt maximal 1 μ/min. Die Menge des Argongases in der Gasmischung liegt im Bereich von 0—40 Volumenprozent. Die Z^mischung

''■' von Argongas zu dem fluorhaltigen Gas ist nicht nur günstig für die Steuerung der Ätzgeschwindigkeit, sondern dient auch der Erhöhung der Korrosionsfestigkeit der Resistmembranen 14 und 15 gegenüber dem

Gasplasma. Es ist jedoch möglich, lediglich fluorhaltiges Gas durch das Gaseinlaßrohr 26 in die Kammer 25 ohne Zumischung von Argongas einzuleiten.

Nach Beendigung des Ätzens durch das Gasplasma werden die Resistmembranen 14 und 15 entfernt. Hierzu wird ein Sauerstoffplasma in der Apparatur gemäß F i g. 3 gebildet. Sauerstoffgas wird durch das Gaseinleitungsrohr 26 in die Kammer 25 geführt, wobei ein Sauerstoffgasplasma gebildet wird. Das Sauerstoffgasplasma enthält O*. Dieser aktivierte Sauerstoff führt zu einer Entfernung der Resistmembranen 14 und 15. Diese bestehen aus organischem Harz, welches gewöhnlich eine Hauptkomponente der Formel C^H₁. enthält. Wenn der aktivierte Sauerstoff auf C₁H₁,- einwirkt, so findet die folgende Reaktion statt:

CH, + O* - CO₂ + H₂O.

Zur Entfernung der Resistmembranen durch das Sauerstoffgasplasma wird die Kammer 25 unter einem Druck von 1 —5 Torr gehalten und Sauerstoff wird in einer Menge von 500—2000 cmVmin und insbesondere von etwa 1 l/min unter Anwendung einer Hochfrequenz von 300—400 Watt eingeleitet.

Fig.4 zeigt eine vergrößerte Teilansicht einer Halbleiterscheibe 1 nach der Entfernung der Resistmembranen 14 und 15. Die Nut 17 dient zur Zerteilung der Scheibe 1. Wenn die Dicke des Substrats 10 etwa 300 μ beträgt, so kann die Tiefe der Nut etwa mehrere 10 μ betragen, wie 10—20 μ. Wenn die Nut eine Tiefe von 10—20 μ haben soll, so genügt ein 10—20minutiges Ätzen mit dem Gasplasma. Die Weite der Nut liegt vorzugsweise im Bereich von 2— 15 μ. Nach Bildung der Nut 17 wird die zweite Stufe zur Zerteilung der Scheibe entlang der Nuten 17 durchgeführt. Die Scheibe 1 kann von Hand zerteilt werden. Hierbei kann sie jedoch verunreinigt werden. Demgemäß ist es vorteilhaft, die Scheibe 1 ohne direkte Berührung durch Anwendung von Druck zu zerteilen.

F i g. :5 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung der zweiten Stufe. In einem Metalltank 14 ist Wasser 42 enthalten. Am Boden des Tanks 41 ist ein Ultraschallwandler 40 vorgesehen. Ein Glasbehälter 43 schwimmt auf dem Wasser und eine Vielzahl von Scheiben 1 liegt auf dem Boden des Glasbehälters 43.

Eine leicht verdampfende Flüssigkeit 44 wird in den Glasbehälter 43 gegeben. Es kann sich um eine organische Flüssigkeit, wie Alkohol, Trichloräthan, Aceton oder dgl. handeln. Wenn eine Ultraschallschwingung von etwa 100 Watt mit dem Ultraschallwandler 40 erzeugt wird, so wird der Schwingungsimpuls über das Wasser 42 und den Glasbehälter 43 auf die Scheibe 1 übertragen und diese zerbricht entlang der Nut 17. Innerhalb 10 see ist die Scheibe 1 vollständig zerteilt. Es ist ferner möglich, die Scheibe durch eine Vakuumsaugwirkung zu zerteilen. In diesem Fall wird die Scheibe 1 derart angeordnet, daß sie eine Wand einer Vakuumkammer bildet, und in der Kammer wird ein Vakuum aufgebaut, so daß die Scheibe 1 entlang der Nut 17 durch den Unterdruck zerteilt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Zerteilen einer Halbleiterscheibe durchselektive Maskierung der Halbleiterscheibe mit einer Resistmembran, Beaufschlagung der unmaskierten Bereiche der Halbleiterscheibe mit einem Gasplasma einer verdampfbaren Fluorverbindung unter Ausbildung von Nuten in einer Gasplasmakammer, durch Entfernung der Resistmembran und durch Zerbrechen der Halbleiterscheibe entlang der Nuten, dadurch gekennzeichnet, daß man die Halbleiterscheibe in der Plasmagaskammer nach der Beaufschlagung mit dem Gasplasma der verdampfbaren Fluorverbindung zur Entfernung der Resistmembran mit einem Sauerstoffplasma beaufschlagt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffgasplasma durch Einführung von Sauerstoff in die Gasplasmakammer und Erzeugung eines Hochfrequenzstroms an der Peripherie der Gasplasmakammer gebildet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Resistmembran aus einem organischen Kunststoff verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Halbleiterscheibe durch Anwendung von Ultraschall zerbricht