JP2009130128A - ウエハの分割方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロクラックやチッピングの発生を防止すると共に、半導体チップの取れ数を向上できるウエハの分割方法を提供する。
【解決手段】半導体素子が複数形成されたウエハ１１を個別の半導体チップＣ１〜Ｃ３に分離するウエハ１１の分割方法であって、ウエハ１１の面方位と等価な方向に、直線状の深溝Ｔ１をドライエッチングにより形成する深溝形成工程と、深溝Ｔ１内に、体積膨張材Ｅ１を充填する体積膨張材充填工程と、体積膨張材Ｅ１を、深溝Ｔ１内で体積膨張させる体積膨張工程とを有するウエハ１１の分割方法とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子が複数形成されたウエハを個別の半導体チップに分離する、ウエハの分割方法に関するものである。

半導体装置の製造においては、一般的に、一枚のウエハ上へ半導体素子の構造を繰り返しパターンで複数形成した後、該ウエハをダイサーもしくはスクライバを用いて半導体チップに分離する。ダイサーによるウエハ分割方法は、外周縁にダイヤモンド砥石を有する円盤状のダイサーの刃先をほぼ垂直な角度でウエハ面にあてて高速回転させることにより、ウエハを個々のチップに切断する。スクライバによるウエハ分割方法は、先端にダイヤモンドを有する針状の刃をウエハ上で往復直線運動させ、スクライブラインと呼ばれる極めて細い溝をウエハ面に形成し、その後、ウエハ面に外力を加えて、スクライブラインで個々のチップに破断分離する。上記ダイサーやスクライバによるウエハ分割方法は、加工が容易で製造コストが低い反面、切断面でマイクロクラックが発生したり、ウエハ裏面でチッピングが生じたりする問題がある。

一方、上記ダイサーやスクライバによるウエハ分割方法とは別の分割方法が、特開平１０−１９００５７号公報（特許文献１）と特開２００２−２５９４８号公報（特許文献２）に開示されている。

特許文献１に開示されたウエハ分割方法は、劈開性を有さないサファイア（Ａｌ₂Ｏ₃単結晶）等の基板においても容易に基板をチップごとに分離できるウエハ分割方法を提供するものである。図３は、特許文献１に開示されたウエハの分割方法で、（ａ）〜（ｄ）は、ＧａＮ系半導体層を発光層として用いた発光ダイオードのチップ分離工程を示した図である。

図３（ａ）は、厚さ約３００〜３５０μｍのサファイア基板３０上に、ｎ型の導電型を有するｎ−ＡｌＩｎＧａＮ膜２０とｐ型の導電型を有するｐ−ＡｌＩｎＧａＮ膜１０からなる発光層が形成されたウエハ状態を示している。

次に、図３（ｂ）に示すように、発光層が形成された基板表面側の個々のチップの境界線に相当する線上に、第１分離溝４０を形成する。この第１分離溝４０は、溝の底部に尖鋭な溝先を有する。次に、第１分離溝４０が形成された基板表面上に液状の第１緩衝材５０を塗布し、もしくは流しこみ、第１分離溝４０を第１緩衝材５０で埋める。この第１緩衝材５０は、例えば水のように、凝固すると体積が増加する材料を選択する。

次に、図３（ｃ）に示すように、基板表面上にエキスパンドフィルム等のプラスチックフィルム６０を貼り、その上に剛性の押え板７０を乗せ、固定する。このとき、第１分離溝内の第１緩衝材５０のみを残して、余分な第１緩衝材５０は取り除かれるので、プラスチックフィルム６０は、直接基板表面上に密着する。一方、基板の裏面側は、プラスチックフィルム８０を介してゴム材等からなる弾性を有する板材９０に固定する。

次に、図３（ｃ）に示す状態のまま、基板を第１緩衝材５０の凝固点より低い温度まで冷却する。例えば第１緩衝材５０として水を用いた場合は、基板を０℃より低い温度まで冷却し、第１緩衝材５０である水を氷に変える。第１緩衝材５０は凝固の際体積が増加するので、第１分離溝４０上部および内壁には外向きの力がかかる。一方、第１分離溝４０の尖鋭な溝先には応力が集中する。第１緩衝材５０の凝固が進行し、応力があるレベルを越えると、同図中破線Ｌ１で示すように、溝先の延長線面で基板が破断する。

次に、図３（ｄ）に示すように、基板を常温に戻し、基板を固定している押さ板７０、板材９０およびプラスチックフィルム６０を取り除き、基板裏面に貼っているプラスチックフィルム８０を引き延ばすと、基板は個々のチップに分離される。

特許文献２に開示されたウエハ分割方法は、信頼性良いハンドリングとチップの取り個数の増大が可能なウエハ分割方法を提供するものである。図４は、特許文献２に開示されたウエハ分割方法で、（ａ）〜（ｅ）は、ウエハを個々の半導体チップに分離する基本的な工程を説明するための断面図である。

図４（ａ）は、ウエハであるシリコン基板１における半導体素子の形成面に、電極部としてＡｌからなるアルミパッド２が複数形成され、アルミパッド２を除く部分にパッシベーション膜３がパターニングにより形成されたウエハ状態を示している。

次に、図４（ｂ）に示すように、アルミパッド２上およびパッシベーション膜３の表面にレジスト４の膜を形成し、ウエハ分離用の溝を前記半導体チップの外形形状に対応する位置に形成するためにレジスト４をパターニングする。

次に、図４（ｃ）に示すように、レジスト４をマスクにしてパッシベーション膜３およびシリコン基板１のドライエッチングを行って、シリコン基板１をトレンチ状にエッチングし、パッシベーション膜３およびシリコン基板１に、ウエハ分割用の溝であるトレンチ穴５を形成する。

次に、図４（ｄ）に示すように、シリコン基板１上のレジスト４を除去してから、シリコン基板１上のパッシベーション膜３の表面に、保持用シートであるバックグラインディングテープ６を貼り付けた後、シリコン基板１における半導体素子の形成面と反対側の裏面を、トレンチ穴５に達するまで研削および研磨して、バックグラインドを行う。このようにシリコン基板１の裏面を研削および研磨することにより、シリコン基板１がトレンチ穴５で個々の半導体チップ２１に分離される。

そして、図４（ｅ）に示すように、それぞれの半導体チップ２１からバックグラインディングテープ６を剥離させる。
特開平１０−１９００５７号公報 特開２００２−２５９４８号公報

図３に示す特許文献１に開示されたウエハ分割方法では、尖鋭な溝先を有する第１分離溝４０を形成する際、最初にスクライバやダイサーが用いられる。このため、次工程で異方性エッチングにより溝を掘り下げて第１分離溝４０としているものの、先にスクライバやダイサーを用いた時に発生するマイクロクラックが最後まで除去しきれず、製造歩留まりが低下するおそれがある。またスクライバやダイサーは、１００μｍ程度の加工幅が必要であり、半導体チップの取れ数向上は見込めない。

また、図４に示す特許文献２に開示されたウエハ分割方法では、半導体チップの取れ数向上が見込めるものの、裏面の研削・研磨時にマイクロクラックやチッピングが発生する可能性が高い。

そこで本発明は、半導体素子が複数形成されたウエハを個別の半導体チップに分離するウエハの分割方法であって、マイクロクラックやチッピングの発生を防止すると共に、半導体チップの取れ数を向上できるウエハの分割方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、半導体素子が複数形成されたウエハを個別の半導体チップに分離するウエハの分割方法であって、前記ウエハの面方位と等価な方向に、直線状の深溝をドライエッチングにより形成する深溝形成工程と、前記深溝内に、体積膨張材を充填する体積膨張材充填工程と、前記体積膨張材を、前記深溝内で体積膨張させる体積膨張工程とを有することを特徴としている。

上記ウエハの分割方法によれば、従来のウエハ分割方法で使用されていたダイサーやスクライバを用いることなく、半導体素子が複数形成されたウエハを個別の半導体チップに分離することができる。すなわち、上記ウエハの分割方法では、深溝形成工程において、ウエハの面方位と等価な方向に、直線状の深溝を、ウエハの一方の表面からもう一方の表面近くに至る深さで、ドライエッチングにより最初に形成しておく。次に、該深溝内に体積膨張材を充填し、該体積膨張材を深溝内で体積膨張させる。この体積膨張によって、前記深溝には、該深溝を押し広げようとする応力がかかる。該応力によって、深溝の底部を起点として、深溝に沿って当該ウエハを劈開させることで、当該ウエハを個別の半導体チップに分離することができる。

上記ウエハの分割方法では、ダイサーやスクライバを用いていないため、マイクロクラックやチッピングの発生を防止することができる。このため、上記ウエハの分割方法によれば、製造歩留りや製造された半導体チップの信頼性を高めることができる。また、１００μｍ程度の加工幅が必要な従来のダイサーやスクライバによる分割方法と較べて、上記ウエハの分割方法では、分割ラインとなる深溝をドライエッチングにより形成するため、加工幅を格段に狭くすることができる。このため、上記ウエハの分割方法では、半導体チップの一枚のウエハからの取れ数を向上することができる。

以上のようにして、上記ウエハの分割方法は、半導体素子が複数形成されたウエハを個別の半導体チップに分離するウエハの分割方法であって、マイクロクラックやチッピングの発生を防止すると共に、半導体チップの取れ数を向上できるウエハの分割方法とすることができる。

上記ウエハの分割方法においては、例えば請求項２に記載のように、前記ウエハが、（１００）面方位、（１１０）面方位および（１１１）面方位のいずれかの単結晶シリコンウエハであってよい。

また、請求項３に記載のように、前記ウエハが、（１００）面方位または（１１０）面方位の単結晶シリコンウエハである場合には、前記深溝形成工程において、前記深溝を形成後、該深溝内に異方性エッチング液を注入して、該深溝の底部を尖鋭化することが好ましい。これによれば、後の体積膨張工程において体積膨張材を深溝内で体積膨張させる際に、尖鋭化された該深溝の底部を起点としてウエハを劈開させることができる。このため、劈開が容易で安定的となり、きれいな分離面（劈開面）を得ることができる。

この場合、前記異方性エッチング液は、例えば請求項４に記載のように、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液とすることができる。

上記ウエハの分割方法における前記直線状の深溝の幅は、請求項５に記載のように、加工が容易であることから５μｍ以上、また加工時間の低減と半導体チップの取れ数を増大するため１００μｍ以下であることが好ましい。

また、前記深溝の先端における前記ウエハの残厚は、加工時間の低減と後の劈開の容易性を両立させるためには、例えば請求項６に記載のように、５０μｍ以上、１００μｍ以下が好ましい。

上記ウエハの分割方法においては、例えば請求項７に記載のように、前記体積膨張材を、純水とし、前記体積膨張工程において、前記深溝内に該純水が充填されたウエハを冷却して、該純水を深溝内で凝固させる構成とすることができる。

以上のように、上記ウエハの分割方法は、マイクロクラックやチッピングの発生を防止すると共に、半導体チップの取れ数を向上できるウエハの分割方法となっている。従って、上記ウエハの分割方法は、請求項８に記載のように、前記ウエハにおいて、隣り合った前記直線状の深溝の間隔を、１ｍｍ以下とする場合、言い換えれば、分離された半導体チップの一辺が１ｍｍ以下であるようなμチップを製造する場合に好適である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。

本発明は、半導体素子が複数形成されたウエハを個別の半導体チップに分離する、ウエハの分割方法に関する。

図１は、本発明によるウエハの分割方法の一例で、（ａ）〜（ｅ）は、ウエハ１１を個々の半導体チップＣ１〜Ｃ３に分離する基本的な工程を説明するための工程別断面図である。尚、以下においては単結晶シリコンウエハ１１を例としてその分割方法を説明するが、以下に説明するウエハの分割方法は、単結晶シリコンウエハ１１に限らず、ガリウム−砒素（Ｇａ−Ａｓ）等の任意の単結晶材料から半導体ウエハであってよい。

図１に示すウエハの分割方法では、最初に、図１（ａ）に示すように、（１００）面方位の単結晶シリコンウエハ１１を準備し、該ウエハ１１上に、開口部Ｋ１を有するレジストマスクＭ１を形成する。レジストマスクＭ１の開口部Ｋ１は、ウエハ１１の（１００）面方位と等価な方向（図の〔０１０〕方向と〔００１〕方向）に、直線状のパターンとして形成する。尚、（１００）面方位の代わりに（１１０）面方位や（１１１）面方位の単結晶シリコンウエハを用いる場合にも、同様にして、それぞれのウエハの面方位と等価な方向で直線状の開口部を有するレジストマスクを形成する。

次に、図１（ｂ）に示すように、レジストマスクＭ１の開口部Ｋ１を介してウエハ１１の一方の表面から裏面寸前までドライエッチングし、ウエハ１１に深溝Ｔ１を形成する。尚、深溝Ｔ１は、上記レジストマスクＭ１の開口部Ｋ１のパターンを反映して、ウエハ１１の面方位（１００）と等価な〔０１０〕方向と〔００１〕方向に、直線状に形成される。

次に、図１（ｃ）に示すように、ウエハ１１の裏面側に台座Ｂ１を取り付けた後、深溝Ｔ１内に、体積膨張材として純水Ｅ１を充填する。

体積膨張材は、純水Ｅ１に限らず、温度等変えることで体積膨張するものであれば、任意の材料であってよい。また、台座Ｂ１は、分離後の半導体チップの回収を容易にするためのもので、例えばガラス基板に両面テープを貼り付けたものなどを使用すればよい。尚、台座Ｂ１は、図１（ｃ）より前の工程で、ウエハ１１に取り付けるようにしてもよい。

次に、図１（ｄ）に示すように、深溝Ｔ１内に体積膨張材として純水Ｅ１が充填された図１（ｃ）のウエハ１１を冷却して該純水Ｅ１を深溝Ｔ１内で凝固させ、純水Ｅ１を氷Ｅ１ａに状態変化させる。すると、純水Ｅ１を氷Ｅ１ａに状態変化させると、体積膨張するため、深溝Ｔ１には図中に矢印で示したような深溝Ｔ１を押し広げようとする応力がかかる。該応力によって、深溝Ｔ１の底部Ｔ１ａを起点として、深溝Ｔ１に沿ってウエハ１１を劈開させることができ、図中に太線で示した分離面Ｈ１が形成される。

次に、台座Ｂ１を引き伸ばせば、図１（ｅ）に示すように、半導体素子が複数形成されたウエハ１１を個別の半導体チップＣ１〜Ｃ３に分離することができる。

図１に示したウエハの分割方法によれば、従来のウエハ分割方法で使用されていたダイサーやスクライバを用いることなく、半導体素子が複数形成されたウエハ１１を個別の半導体チップＣ１〜Ｃ３に分離することができる。すなわち、上記ウエハ１１の分割方法では、図１（ｃ）に示す深溝形成工程において、ウエハ１１の面方位（１００）と等価な〔０１０〕方向と〔００１〕方向に、直線状の深溝Ｔ１を、ウエハ１１の一方の表面からもう一方の表面近くに至る深さで、ドライエッチングにより最初に形成しておく。次に、該深溝Ｔ１内に体積膨張材（例えば純水Ｅ１）を充填し、該体積膨張材を深溝Ｔ１内で体積膨張させる。この体積膨張によって、深溝Ｔ１には、該深溝Ｔ１を押し広げようとする応力がかかる。該応力によって、深溝Ｔ１の底部を起点として該深Ｔ１に沿ってウエハ１１を劈開させることで、ウエハ１１を個別の半導体チップＣ１〜Ｃ３に分離することができる。

このように、図１に示したウエハの分割方法では、ダイサーやスクライバを用いていないため、従来のウエハ分割方法において問題となっていたマイクロクラックやチッピングの発生を防止することができる。このため、上記ウエハの分割方法によれば、製造歩留りや製造された半導体チップの信頼性を高めることができる。また、１００μｍ程度の加工幅が必要なダイサーやスクライバによる従来の分割方法と較べて、上記ウエハの分割方法では、分割ラインとなる深溝Ｔ１をドライエッチングにより形成するため、加工幅を格段に狭くすることができる。このため、上記ウエハの分割方法では、半導体チップの一枚のウエハからの取れ数を向上することができる。

以上のようにして、図１に示したウエハの分割方法は、半導体素子が複数形成されたウエハを個別の半導体チップに分離するウエハの分割方法であって、マイクロクラックやチッピングの発生を防止すると共に、半導体チップの取れ数を向上できるウエハの分割方法とすることができる。

特に、上記ウエハの分割方法における直線状の深溝Ｔ１の図１（ｂ）中に示した幅Ｗ１は、加工が容易であることから５μｍ以上、また加工時間の低減と半導体チップＣ１〜Ｃ３の取れ数を増大するため１００μｍ以下であることが好ましい。また、深溝Ｔ１の先端におけるウエハ１１の残Ｄ１は、加工時間の低減と後の劈開の容易性を両立させるためには、５０μｍ以上、１００μｍ以下が好ましい。

尚、図１に示したウエハの分割方法によれば、図１（ｅ）に示すように、分離された半導体チップＣ１〜Ｃ３の底部に、ドライエッチング時の残厚凸部Ｚ１が残ることとなる。この残厚凸部Ｚ１は、半導体チップＣ１〜Ｃ３をリードフレームにダイボンディングする際の糊しろとして利用することができ、残厚凸部Ｚ１があることでリードフレームへの接合面積も大きくなるため、放熱性を向上することができる。また、残厚凸部Ｚ１があることで、半導体チップＣ１〜Ｃ３を把持し易くなるため、リードフレームへの半導体チップＣ１〜Ｃ３の搭載も容易となる。

図２は、図１に示したウエハの分割方法の変形例で、（ａ）〜（ｄ）は、ウエハ１１を個々の半導体チップＣ４〜Ｃ６に分離する基本的な工程を説明するための工程別断面図である。尚、図２の各断面図においては、図１の各断面図で用いた符号の各部と同様の部分については、同じ符号を付した。

図２に示すウエハの分割方法は、分割対象であるウエハ１１が、（１００）面方位または（１１０）面方位の単結晶シリコンウエハである場合に適用することができる。

図２に示すウエハの分割方法においては、最初に、図１（ａ）および図１（ｂ）で説明した工程を用いて、ウエハ１１の面方位（１００）と等価な〔０１０〕方向と〔００１〕方向に、直線状に深溝Ｔ１を形成しておく。

次に、図２（ａ）に示すように、深溝Ｔ１内に異方性エッチング液Ａ１を注入して、該深溝Ｔ１の底部Ｔ１ｂを図のように尖鋭化する。この異方性エッチング液Ａ１は、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液とすることができる。

以降の工程は、図１（ｃ）〜（ｅ）と同様である。図２（ｂ）に示すように、底部Ｔ１ｂが尖鋭化された深溝Ｔ１内に、体積膨張材として純水Ｅ１を充填する。次に、図２（ｃ）に示すように、ウエハ１１を冷却して該純水Ｅ１を深溝Ｔ１内で凝固させ、純水Ｅ１を氷Ｅ１ａに状態変化させる。これによって、深溝Ｔ１には図中に矢印で示したような深溝Ｔ１を押し広げようとする応力がかかり、該応力によって、深溝Ｔ１の底部Ｔ１ｂを起点として、深溝Ｔ１に沿ってウエハ１１を劈開させることができ、図中に太線で示した分離面Ｈ２が形成される。次に、台座Ｂ１を引き伸ばせば、図２（ｄ）に示すように、半導体素子が複数形成されたウエハ１１を個別の半導体チップＣ４〜Ｃ６に分離することができる。

図２に示したウエハの分割方法によれば、図２（ｃ）の体積膨張工程において体積膨張材である純水Ｅ１を氷Ｅ１ａに状態変化させて深溝Ｔ１内で体積膨張させる際に、尖鋭化された該深溝Ｔ１の底部Ｔ１ｂを起点としてウエハ１１を劈開させることができる。このため、劈開が容易で安定的となり、きれいな分離面（劈開面）を得ることができる。

以上のようにして、図１および図２で例示したウエハの分割方法は、マイクロクラックやチッピングの発生を防止すると共に、半導体チップＣ１〜Ｃ６の取れ数を向上できるウエハ１１の分割方法となっている。従って、上記ウエハの分割方法は、ウエハ１１において、隣り合った直線状の深溝Ｔ１の間隔を、１ｍｍ以下とする場合、言い換えれば、分離された半導体チップＣ１〜Ｃ６の一辺が１ｍｍ以下であるようなμチップを製造する場合に好適である。

本発明によるウエハの分割方法の一例で、（ａ）〜（ｅ）は、ウエハ１１を個々の半導体チップＣ１〜Ｃ３に分離する基本的な工程を説明するための工程別断面図である。 図１に示したウエハの分割方法の変形例で、（ａ）〜（ｄ）は、ウエハ１１を個々の半導体チップＣ４〜Ｃ６に分離する基本的な工程を説明するための工程別断面図である。 特許文献１に開示されたウエハの分割方法で、（ａ）〜（ｄ）は、ＧａＮ系半導体層を発光層として用いた発光ダイオードのチップ分離工程を示した図である。 特許文献２に開示されたウエハ分割方法で、（ａ）〜（ｅ）は、ウエハを個々の半導体チップに分離する基本的な工程を説明するための断面図である。

符号の説明

１１ （単結晶シリコン）ウエハ
Ｃ１〜Ｃ６ 半導体チップ
Ｔ１ 深溝
Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ 底部
Ｅ１ 純水（体積膨張材）
Ｅ１ａ 氷
Ｈ１，Ｈ２ 分離面

Claims (8)

1. 半導体素子が複数形成されたウエハを個別の半導体チップに分離するウエハの分割方法であって、
   前記ウエハの面方位と等価な方向に、直線状の深溝をドライエッチングにより形成する深溝形成工程と、
   前記深溝内に、体積膨張材を充填する体積膨張材充填工程と、
   前記体積膨張材を、前記深溝内で体積膨張させる体積膨張工程とを有することを特徴とするウエハの分割方法。
2. 前記ウエハが、（１００）面方位、（１１０）面方位および（１１１）面方位のいずれかの単結晶シリコンウエハであることを特徴とする請求項１に記載のウエハの分割方法。
3. 前記ウエハが、（１００）面方位または（１１０）面方位の単結晶シリコンウエハであり、
   前記深溝形成工程において、
   前記深溝を形成後、該深溝内に異方性エッチング液を注入して、該深溝の底部を尖鋭化することを特徴とする請求項２に記載のウエハの分割方法。
4. 前記異方性エッチング液が、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液であることを特徴とする請求項３に記載のウエハの分割方法。
5. 前記直線状の深溝の幅が、５μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のウエハの分割方法。
6. 前記深溝の先端における前記ウエハの残厚が、５０μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のウエハの分割方法。
7. 前記体積膨張材が、純水であり、
   前記体積膨張工程において、
   前記深溝内に該純水が充填されたウエハを冷却して、該純水を深溝内で凝固させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のウエハの分割方法。
8. 前記ウエハにおいて、隣り合った前記直線状の深溝の間隔が、１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のウエハの分割方法。

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