JP2002203817A - 半導体チップの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 棒状半導体結晶を切断して半導体チップを製
造する際に使用する容器などを繰り返し使用可能にし、
さらに切断用工具の長寿命化を実現する。 【解決手段】 まず、型枠４にセットされたセパレータ
２に棒状半導体結晶１を挿入し、その型枠４を水を入れ
た容器内に収納する。次に、水を凍結させて氷11にす
る。次いで、容器を加熱して、容器内面と型枠４の外面
との間の氷を溶かし、型枠４を容器から取り出す。取り
出された型枠４内の棒状半導体結晶１をその周囲の氷11
と共にその長手方向と直交する方向に切断する。氷を溶
かし、半導体チップをセパレータ２から分離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップの製
造方法および製造装置に関し、特に、ＳｉＯ₂ 、ビスマ
ス−テルルなど、硬くて脆い半導体結晶のチップを製造
する方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ビスマス−テルルなどの熱電半導体を用
いたサーモ・モジュールは、コンピュータのＣＰＵの冷
却、光通信用半導体装置の冷却、携帯用保冷装置など、
広範な用途を有している。そして、サーモ・モジュール
を製造する際には、多数のｐ型とｎ型の熱電半導体結晶
のチップ（立方体状、または円柱状）を格子状に交互に
配列し、その端面を精密に、かつ一点の欠け（チッピン
グ）なしに仕上げることが必要である。

【０００３】従来、このような熱電半導体チップの一般
的な製造方法としては、インゴット状の半導体結晶をス
ライスして円板状に形成し、さらにこの円板をダイシン
グして多数の立方体状の熱電半導体チップを製造する方
法が知られている。

【０００４】しかしながら、ビスマス−テルルなどの材
料は、優れた電気的・熱的特性を有する一方で、極めて
硬く、脆いという性質を有するため、スライスやダイシ
ングの時にチッピングによる不良発生があり、かつ製造
工数が多いため、生産性低下の大きな要因となってい
る。

【０００５】そこで、本発明の出願人等は、先に製造工
数の削減およびチッピングによる不良発生の抑制を実現
する方法を提案した（特願平9-218421号）。この方法で
は、多数の棒状熱電半導体結晶を金属製あるいはプラス
チック製の箱型の容器内に収納し、前記容器内に固定用
樹脂を注入して棒状熱電半導体結晶の周囲を固化させた
後、容器を棒状熱電半導体結晶の長手方向と直交する方
向に所定の間隔で切断し、さらに固定用樹脂を溶解させ
ることで多数の熱電半導体結晶のチップを製造する。

【０００６】この方法によれば、切断時に棒状熱電半導
体結晶の周囲が固定用樹脂で固められているためチッピ
ングの発生を抑えることができる。また、切断工程が一
回で済むため、製造工数の削減による生産性の向上を図
ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の製造方法では、棒状熱電半導体結晶を容器ご
と切断するため、コストが高いという問題があった。ま
た、切断用の工具の目詰まりにより切削性が低下してし
まうとい問題があった。さらに、固定用樹脂の溶解のた
めの溶剤、および切削油の洗浄のための洗剤が必要であ
り、溶解のプロセスおよび洗浄のプロセスが必要である
という問題があった。

【０００８】本発明は、上記従来の問題を解決するため
になされたもので、棒状熱電半導体結晶を切断する際に
使用する容器などを繰り返し使用可能にすることで、コ
ストを低減した半導体チップの製造方法および製造装置
を提供することを目的とする。

【０００９】また、本発明は、切断用の工具の目詰まり
による切削性の低下を防止することのできる半導体チッ
プの製造方法および製造装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】さらに、本発明は、溶剤およ洗剤が不要で
あり、かつ、溶解および洗浄の工程が不要な半導体チッ
プの製造方法および製造装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体チッ
プの製造方法は、棒状半導体結晶を容器内に収納し、前
記棒状半導体結晶の周囲を液体で覆う第１工程と、前記
液体を凍結させて固体にする第２工程と、前記棒状半導
体結晶を前記固体と共に前記容器から取り出す第３工程
と、前記取り出された棒状半導体結晶をその周囲の固体
と共にその長手方向と直交する方向に切断する第４工程
とを備えたことを特徴とする。

【００１２】また、本発明に係る半導体チップの製造装
置は、棒状半導体結晶を挿入するための複数の貫通孔が
形成された複数のセパレータと、前記複数のセパレータ
を保持すると共に切断用の溝を有する型枠と、前記型枠
を収納する容器と、前記容器の冷却／加熱手段と、切断
手段とを備え、前記複数のセパレータを前記型枠により
保持し、前記複数のセパレータの互いに対向する貫通孔
に前記棒状半導体結晶を挿入し、前記型枠を前記容器に
収納し、前記容器内に液体を注入し、前記冷却／加熱手
段により容器を冷却して前記液体を固体にし、前記冷却
／加熱手段により容器を加熱して前記型枠と前記容器の
内壁との間の固体を融解させて前記形枠を前記容器から
取り出し、前記取り出された型枠の溝に沿って、前記切
断手段により前記棒状半導体結晶をその周囲の固体と共
に長手方向と直交する方向に切断することを特徴とす
る。

【００１３】本発明に係る半導体チップの製造方法およ
び製造装置によれば、棒状半導体結晶の周囲の液体を容
器内で凍結させて固体にした後、棒状半導体結晶とその
周囲の固体を容器から取り出し、切断することにより、
容器を繰り返し使用可能にすることができる。また、容
器を切断しないため、切断用工具の目詰まりが発生し難
い。

【００１４】本発明に係る半導体チップの製造方法およ
び製造装置において、液体として水や水溶性切削液を使
用することにより、切削油を不要にし、切断後の洗浄工
程を不要にすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形
態の半導体チップの製造方法（以下、本実施の形態の方
法と略す）において使用する棒状半導体結晶を示す斜視
図である。この棒状半導体結晶１は、ｐ型あるいはｎ型
の半導体結晶である。

【００１６】図２は本実施の形態の方法において使用す
るセパレータを示す斜視図である。このセパレータ２
は、エポキシなどの絶縁材料により、矩形の板状に形成
されている。そして、多数の貫通孔３が格子状に配列さ
れている。なお、ここでは、便宜上、４×４＝１６個の
貫通孔を図示したが、実際には８×８＝６４個、１２×
１２＝１４４個など、多数の貫通孔が配列される。

【００１７】図３は本実施の形態の方法において使用す
る型枠を示す斜視図である。この型枠４は、金属などに
より、長手方向の両壁面（以下、正面および背面とい
う）が除去された箱型に形成されている。そして、箱の
側面内壁の下端から上端にわたって、箱の長手方向と直
交する方向に、前記セパレータ２を嵌め込むための第１
の溝５が多数（図示は１４対）形成されている。また、
隣り合う第１の溝の間には、棒状半導体結晶１をその長
手方向と直交する方向に切断する際に、メタルソーなど
の刃が型枠を切断しないように誘導するための第２の溝
６が形成されている。なお、第１の溝は、箱の内部底面
にも形成して良い。

【００１８】図４は本実施の形態の方法において使用す
る型枠用容器を示す斜視図である。この型枠用容器７
は、金属などにより、箱型に形成されている。

【００１９】次に、本実施の形態の方法について説明す
る。図５は本実施の形態の方法の概要を示すフロー図で
あり、図６〜図１５は、そのフロー図の各ステップにお
いて、図１〜図４に示した棒状半導体結晶１、セパレー
タ２、型枠４、および型枠用容器７をどのように用いる
かを示す図である。

【００２０】まず、型枠４の内部にセパレータ２を組み
込み、セパレータ２の貫通孔３の中へ棒状半導体結晶１
を挿入する（工程Ｐ１）。ここで、型枠４の内部にセパ
レータ２を組み込むときには、第１の溝５の中にセパレ
ータ２の側面を嵌め込むことにより、セパレータ２を立
てる。また、セパレータ２の貫通孔３の中へ棒状半導体
結晶１を挿入するときには、複数のセパレータの互いに
対向する貫通孔に棒状半導体結晶１を通す。図６はこの
状態を示す斜視図である。

【００２１】次いで、図７に示すように、型枠４を型枠
用容器７の内部へ収納する（工程Ｐ２）。型枠４には、
セパレータ３が嵌め込まれ、セパレータ３の貫通孔４に
は棒状半導体結晶１が挿入されているので、型枠用容器
７内には、型枠４、セパレータ３、および棒状半導体結
晶１が一体的に収納されることになる。ここで、型枠用
容器７の内部には予め所定量の水が入れてある。図８は
この状態において、型枠用容器７の側面側の中心を切断
した断面図であり、図９は型枠用容器７の正面側の中心
を切断した断面とその下側および両側に配置されている
装置の関係を示す図である。図９に示すように、型枠用
容器７の下面には冷凍機９が配設され、型枠用容器７の
両側面にはヒーター10が配設される。冷凍機９およびヒ
ーター10は、それぞれ、型枠用容器７を伝熱冷却または
加熱することができるように、型枠用容器７に接触して
いる。

【００２２】次に、冷凍機８を動作させて型枠用容器７
を冷却し、型枠用容器７内の水８を例えば−１０℃で凍
らせる（工程Ｐ３）。図１０は水８が凍って氷11となっ
た状態を示す側面側断面図であり、図１１は同じく正面
側断面図である。なお、水の凝固による体積の膨脹は無
視した。

【００２３】次いで、ヒーター９を動作させて、型枠用
容器７の内面と型枠４の外面との間の氷を溶かし、型枠
４を型枠用容器７から取り出す（工程Ｐ４）。このと
き、型枠４の内部の氷は凍結したままなので、図１２の
側面側断面図および図１３の正面側断面図に示すよう
に、型枠４の内部、したがってセパレータ３と棒状半導
体結晶１の周囲は氷11で覆われたまの状態で取り出され
る。

【００２４】次に、図１４および図１５に示すように、
型枠４を固定治具12の上に載置した後、多数のメタルソ
ー13が前記第２の溝６の間隔で固定されたスピンドルを
高速回転させながら、降下させる（工程Ｐ５）。これら
の図において、一点鎖線の矢印はメタルソー13の刃の動
く方向を示す。ここで、メタルソー13が下降したとき
に、メタルソー13の外周面が第２の溝６内に進入するよ
うに、型枠４およびメタルソー13が位置決めされてい
る。

【００２５】この結果、棒状半導体結晶１は周囲の氷と
共に所定の長さで長手方向と直交する方向に切断され
る。この時、棒状半導体結晶１の周囲は氷に覆われてい
るので、切段時にチッピングは発生しない。

【００２６】最後に、切断された部材を加熱するかまた
は常温で放置することにより、氷を融解させて、図１６
に示すような、セパレータ２に挿入された円柱状半導体
チップ14を取得し、それをセパレータ２から抜き取るこ
とで、図１７（ａ）に示すような円柱状半導体チップ14
が得られる（工程Ｐ６）。

【００２７】このように、本実施の形態の方法によれ
ば、以下の特徴を有する。 （１）棒状半導体結晶１の周囲が氷11で覆われた状態で
切断するため、切断時にチッピングが発生しない。この
ため、切削速度を飛躍的に向上させることで、生産性を
大幅に高めることかできる。

【００２８】（２）棒状半導体結晶１を固定する材料が
水であるため、安価である。 （３）型枠４を切断しないため、型枠４を繰り返し使用
することができ、メタルソーの目詰まりの発生を抑え、
長寿命化を実現できる。

【００２９】（４）切断時に、切断用の工具であるメタ
ルソーの刃と被切断部材である氷および棒状半導体結晶
１との間の摩擦熱より氷が融解し、水溶性の切削液およ
び潤滑液として作用するため、切削性が向上し、切削精
度の向上と工具の長寿命化を実現できる。

【００３０】（４）固定用樹脂を使用しないため、その
溶剤が不要である。 （５）切削油や潤滑油を使用しないため、それらを除去
するための洗浄工程が不要である。

【００３１】なお、以上の実施の形態では、液体として
水を使用したが、水に限られるものではなく、水溶性の
切削液を用いても良い。また、図１に示すような断面が
円形の棒状半導体結晶（丸棒状半導体結晶）に代えて、
断面が矩形の棒状半導体結晶（角棒状半導体結晶あるい
は角材状半導体結晶）を用いることにより、図１７
（ｂ）に示すような角柱状半導体チップ15が得られる。
さらに、メタルソーに代えてマルチワイヤーソー、ハッ
クソー、レジンボンドのブレードなどを用いても良い。
また、以上の実施の形態では、型枠４内に多数（図示は
１４枚）のセパレータ２をセットしたが、セパレータは
型枠４の長手方向の両端に２枚あれば良い。さらに、そ
の２枚のセパレータが型枠の長手方向の両端の壁面を兼
用していても良い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
棒状半導体結晶の周囲の液体を容器内で凍結させた後、
棒状半導体結晶とその周囲の固体を容器から取り出し、
切断することにより、容器を繰り返し使用可能にするこ
とができると共に、切断用工具の目詰まりの発生を抑
え、その長寿命化を実現できる。また、液体として水や
水溶性の切削液を使用することにより、切削油を不要に
し、その結果、切断後の洗浄工程を不要にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態の方法において使用する棒状半導
体結晶を示す斜視図、

【図２】本実施の形態の方法において使用するセパレー
タを示す斜視図、

【図３】本実施の形態の方法において使用する型枠を示
す斜視図、

【図４】本実施の形態の方法において使用する型枠用容
器を示す斜視図、

【図５】本実施の形態の方法の概要を示すフロー図、

【図６】型枠にセットされたセパレータに棒状半導体結
晶を挿入した状態を示す図、

【図７】型枠を型枠用容器内に収納する様子を示す図、

【図８】型枠を型枠用容器内に収納した状態で型枠用容
器の側面側の中心を切断した断面図、

【図９】型枠を型枠用容器内に収納した状態で型枠用容
器の正面側の中心を切断した断面とその下側および両側
に配置されている装置の関係を示す図、

【図１０】図８の水が凍結した状態を示す図、

【図１１】図９の水が凍結した状態を示す図、

【図１２】凍結した氷と共に型枠用容器から型枠を取り
出した状態を示す側面側断面図、

【図１３】凍結した氷と共に型枠用容器から型枠を取り
出した状態を示す正面側断面図、

【図１４】型枠用容器から取り出された棒状半導体結晶
をその周囲の氷と共に切断する様子を示す側面側断面
図、

【図１５】型枠用容器から取り出された棒状半導体結晶
をその周囲の氷と共に切断する様子を示す正面側断面
図、

【図１６】切断され、氷が融解した棒状半導体結晶およ
びセパレータを示す斜視図、

【図１７】本発明の方法により得られる半導体チップを
示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 棒状半導体結晶 ２ セパレータ ３ 貫通孔 ４ 型枠 ５、６ 溝 ７ 型枠用容器 ８ 水 ９ 冷凍機 10 ヒーター 11 氷 12 固定治具 13 メタルソー 14 円柱状半導体チップ 15 角柱状半導体チップ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 棒状半導体結晶を容器内に収納し、前記
   棒状半導体結晶の周囲を液体で覆う第１工程と、前記液
   体を凍結させて固体にする第２工程と、前記棒状半導体
   結晶を前記固体と共に前記容器から取り出す第３工程
   と、前記取り出された棒状半導体結晶をその周囲の固体
   と共にその長手方向と直交する方向に切断する第４工程
   とを備えたことを特徴とする半導体チップの製造方法。
2. 【請求項２】 前記液体は水であることを特徴とする請
   求項１記載の半導体チップの製造方法。
3. 【請求項３】 各々複数の貫通孔が形成された複数のセ
   パレータと、前記複数のセパレータを保持すると共に切
   断用の溝を有する型枠と、前記型枠を収納する容器とを
   用い、 前記複数のセパレータを前記型枠により保持し、前記複
   数のセパレータの互いに対向する貫通孔に前記棒状半導
   体結晶を挿入し、予め液体を入れておいた前記容器に前
   記型枠を収納することで前記第１工程を実行することを
   特徴とする請求項１記載の半導体チップの製造方法。
4. 【請求項４】 冷却手段を用いて前記容器を冷却するこ
   とで前記第２工程を実行することを特徴とする請求項３
   記載の半導体チップの製造方法。
5. 【請求項５】 加熱手段を用いて前記容器を加熱して前
   記型枠と前記容器の内壁との間の固体を融解させて前記
   形枠を前記容器から取り出すことで前記第３工程を実行
   することを特徴とする請求項３記載の半導体チップの製
   造方法。
6. 【請求項６】 切断手段を用いて、前記取り出された型
   枠の溝に沿って前記棒状半導体結晶をその周囲の固体と
   共に長手方向と直交する方向に切断することで前記第４
   工程を実行することを特徴とする請求項３記載の半導体
   チップの製造方法。
7. 【請求項７】 棒状半導体結晶を挿入するための複数の
   貫通孔が形成された複数のセパレータと、前記複数のセ
   パレータを保持すると共に切断用の溝を有する型枠と、
   前記型枠を収納する容器と、前記容器の冷却／加熱手段
   と、切断手段とを備え、前記複数のセパレータを前記型
   枠により保持し、前記複数のセパレータの互いに対向す
   る貫通孔に前記棒状半導体結晶を挿入し、前記型枠を前
   記容器に収納し、前記容器内に液体を注入し、前記冷却
   ／加熱手段により容器を冷却して前記液体を固体にし、
   前記冷却／加熱手段により容器を加熱して前記型枠と前
   記容器の内壁との間の固体を融解させて前記形枠を前記
   容器から取り出し、前記取り出された型枠の溝に沿っ
   て、前記切断手段により前記棒状半導体結晶をその周囲
   の固体と共に長手方向と直交する方向に切断することを
   特徴とする半導体チップの製造装置。
8. 【請求項８】 前記セパレータの貫通孔は、所定の間隔
   で格子状に配列されていることを特徴とする請求項７記
   載の半導体チップの製造装置。
9. 【請求項９】 前記形枠は、長手方向の両壁面が除去さ
   れた箱型に形成されており、箱の両側面の長手方向と直
   交する方向に前記切断用の溝が所定の間隔で形成されて
   いることを特徴とする請求項７記載の半導体チップの製
   造装置。