JP5075815B2 - 半導体ダイの分離方法 - Google Patents

Description

本発明は一般に、半導体、特にダイを単一化する方法に関する。

ダイは益々一層複雑になり、および集積回路を構成するのに使用される絶縁性と導電性の材料の幾つかの薄層とを含むことがある。加えて、作業速度を増加し、かつ動力を削減するために、低い誘電率の材料が使用される。幾つかの場合、シリコン以外の材料、たとえばガリウム砒化物とガリウム窒化物とが、ダイが製造される半導体ウエハを生成するのに使用される。これらの新しい材料は、従来使用される材料よりも壊れやすい。

上述の材料の使用を効果的にするために、数千のダイが単一のウエハから一般的に生成される。そのウエハは、ついで種々の既知の単一化またはダイシングの工程の１つの手段により個別のダイに分離される。一例において、ダイシング工程は、隣接するダイが互いに分離されるまで半導体ウエハの非活性部位を機械的に研削する回転鋸を使用する。一般的に、鋸の移動はほぼ直線の経路に従い、その結果、ダイは通常、長方形または正方形の形状である。ウエハ内のそれぞれのダイは一般的に、同一のサイズであるか、またはウエハのこ引き工程に対応する整数倍数のものである。

鋸ダイシングは過去においてダイを単一化するのに有効に使用されてきたが、より新しく、かつより薄いダイを単一化するのに、およびより壊れやすいウエハ材料には適切ではなかった。たとえば、回転鋸はダイ縁部を不用意に損傷することがある。具体的には、その鋸は、ダイの外周縁部または隅部上に、微細割れのような縁部欠陥を生じることがある。これらの欠陥は割れ伝播部位を形成することがある。加えて、縁部欠陥と割れとの存在により、半導体組立処理または最終用途用に後で使用されるときに、ウエハからのこ引きされる場合、その周辺に沿う箇所において亀裂または微小欠けを特に生じやすくなる。上述の問題は収量損失を生じることがあり、かつ結果として生成されたデバイスの機能性を低下することがある。

したがって、組立中にダイの亀裂および微小欠けから生じる損失を最小にする半導体デバイスを製造する方法を提供することが望ましいであろう。加えて、ダイの亀裂または微小欠けの発生が増加することなく、シリコン、ガリウム砒化物、またはガリウム窒化物などのような種々の基板材料から単一ウエハ内で種々のサイズと形状のダイを製造することができる半導体デバイスを製造する方法を提供することが望ましいであろう。さらに、本発明の他の望ましい機能と特徴は、添付図面、およびこの発明の背景と連係してなされる本発明の引続く詳細な説明と付属の特許請求の範囲とから明らかになる。

本発明を、以下に、下記の図面の図と連係して説明するが、そこにおいて、同様な数字は同様な構成部材を表す。
本発明の下記の詳細な説明は本来単なる代表例であり、かつ本発明の適用および用途を限定しようとするものではない。さらに、先の発明の背景または下記の発明の詳細な説明に示されるいかなる理論によっても拘束される意図は全くない。

図１は、基板層１０２とその上に堆積される基材１０４とを含む代表的な単一化されたダイ１００を示す。基板層１０２は、ダイを構成するために従来使用される多くの基板材料、たとえばシリコン、ガリウム砒化物、およびガリウム窒化物のような材料のいずれからも製造されてもよい。基板層１０２は、トランジスタ、相互接続部材、または他の従来の回路構成部材のような図示されないデバイス構成部材が中に形成される導電性または絶縁性の材料を含んでもよい。基板層１０２は、好ましくは、減少した縁部欠陥を有する平坦な縁部側壁１０６を含む。図１は湾曲した側壁１０６を示すが、他の形状が適切に採用されてもよい。基材１０４は、ダイ１００の製造に採用されるエッチング工程中にウエハを保護し、かつ好ましくは、後の実装組立に適合する材料である。基材１０４は金属または非金属でもよい。適切な金属には、金、バナジウム、チタン、Ｔｉ／ＮｉＶ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｇ、Ｔｉ／Ａｕが含まれるがそれらに限定されないし、および適切な非金属には、パシベーション酸化シリコン、ガラス、窒化物、セラミックスまたは有機物が含まれるがそれらに限定されない。

図２を参照すると、基板層１０２に連係して上述された材料のいずれかから好ましくは製造される基板２００がハンドルウエハ２０２に接着される。これに関して、基板２００は、ハンドルウエハ２０２に接着される活性面２０４、および露出したままの非活性面２０６を有する。基板２００は従来の技法、たとえば熱硬化性エポキシ樹脂、熱硬化性プラスチックまたは有機接着剤、もしくはワックスを採用する技法を使用してハンドルウエハ２０２に接着されてもよい。ハンドルウエハ２０２は任意の適切な材料、たとえばサファイア、ガーネット、アルミナ、セラミック、ガラス、石英またはフェライトから製造されてもよい。必要に応じて、基板２００の非活性面２０６から材料を除去して、図３に示されるように、基板２００の厚さを減少してもよい。他の代表的な実施態様において、ハンドルウエハ２０２は基板２００に接着されず、活性面２０４および非活性面２０６の両方が露出したたままである。

次に、基材１０４は一定のパターンで基板２００（図４）上に堆積される。基板２００がハンドルウエハ２０２に接着されない実施態様において、基材１０４が活性面２０４上に堆積されてもよい。ハンドルウエハ２０２が基板２００に接着される場合、基材１０４は、好ましくは非活性面２０６上に堆積される。任意の周知の堆積プロセスが採用されてもよい。たとえば、スパッタリングを、基材１０４を非活性面２０６上に堆積するのに使用してもよい。加えて、フォトエッチングプロセスを、基材１０４を基板２００上にパターン付けするために実施してもよい。そのようなプロセスにおいて、基材１０４は、基板２００の非活性面２０６を覆うために堆積される。フォトレジスト材料が所望のパターンで基材１０４上に堆積され、基材１０４においてフォトレジスト材料により保護されない部分がエッチングにより除去される。他の例において、シャドーマスクプロセスを基板２００上に実施してもよい。この場合、所望のパターンの輪郭を有するマスクが基板２００の非活性面上に載置され、基材１０４は基板２００およびマスク上に堆積される。ついで、マスクは基板２００から取り外され、基板２００上に残る基材１０４は所望のパターンを形成する。

所望のパターンは種々の形状を有することができる。代表的なパターン５００が図５に示される。この実施態様において、パターン５００は、少なくとも第１のダイセクション２５０、および帯状接続片２５４により第１のダイセクション２５０に接続される第２のダイセクション２５２を有する。第１のダイセクション２５０と第２のダイセクション２５２とは互いに隣接し、かつ縁部２２４および２２６をそれぞれ有する。第１のダイセクション２５０と第２のダイセクション２５２とは、ダイ１００の所望の形状に対応する形状を有する。これに関して、第１のダイセクション２５０と第２のダイセクション２５２とは、たとえば多角形（たとえば、長方形２２８）、非長方形（たとえば、円形２３０）でもよく、および任意の所望の辺数（たとえば、五角形、六角形２３２、七角形など）を有することができる。必要に応じて、ダイ形状に丸い隅部２３４または鋭い隅部２３５が設けられてもよい。２箇所のみのダイセクション２５０および２５２がここで検討されているが、２箇所を超えるダイ形状部分が、図５に示されるように、このパターンに含められることが分かる。

帯状接続片２５４は、隣接するダイセクション（たとえば、２５０と２５２）の縁部（たとえば、２２４と２２６）を互いに接続するために設けられる。この目的のために、帯状接続片２５４は比較的に狭い。帯状接続片の数は、後のプロセス工程中に、結果として生成された第１と第２のダイとを保持可能な構造体が生じるのに十分なものでなければならないことが分かる。

代表的な一実施態様において、基材１０４は、基板２００上に堆積されてパターン５００を形成する。図４および図５を参照すると、図５に示す形状を有する第１のダイセクション２５０と、図５に示す形状を有する第２のダイセクション２５２と、図５に示す形状を有する帯状接続片２５４とが基材１０４内に形成される。帯状接続片２５４は、第１のダイセクション２５０を第２のダイセクション２５２に接続する。

次に、図６に図示されるように、基材１０４により保護されていない基板２００のこれらの部分が除去されて壁１０６が形成され、部分的に基板２００を、少なくとも第１のダイ２３６と第２のダイ２３８とに分離する。この工程は、たとえば化学的エッチングにより実施されてもよく、たとえば等方性ドライもしくはウエットのエッチングプロセスまたは異方性エッチングプロセスが使用されてもよい。好ましくは、基板２００の一部分２３５を横方向にエッチングする化学的エッチングプロセスが採用される。いずれの場合も、第１および第２のダイ２３６および２３８は、少なくとも帯状接続片２５４に互いに接続されたままである。

次いで、ハンドルウエハ２０２は、任意の従来の手段により、たとえば加熱により、またはアセトンのような適切な薬品への暴露により基板２００から分離される。この工程中に、第１および第２のダイ２３６および２３８は、帯状接続片２５４に互いに依然接続されたままである。ついで図７に示されるように、接着テープ２２０を基材１０４に結合してもよい。半導体処理に従来使用される任意の種類の接着テープを使用することができることが分かる。

次に、帯状接続片２５４は、図８に示されるように破断されて、第１および第２のダイ２３６および２３８が分離される。たとえば、帯状接続片２５４を、帯状接続片を破断可能な鋸を使用してのこ引きしてもよい。必要に応じて、第１および第２のダイ２３６および２３８は、レーザを使用して熱的に分離されるか、または高圧水流が帯状接続片２５４へ向けられてもよい。代わりに、第１および第２のダイ２３６および２３８、または任意の他のセクションを、図８に示されるように、第２のダイセクション２５２を持ち上げる従来の取外工具２４０を使用してテープ２２０から分離してもよい。たとえば、第１および第２のダイ２３６および２３８を、ピックアップコレットまたは任意の他の適切な装置を使用して取り出して載置してもよい。他の代表的な実施態様において、図９に示されるように帯状接続片２５４が除去されてもよい。

一旦分離されると、半導体ダイは、最終用途のためにさらに処理されてもよい。たとえば、基材１０４は、はんだダイ装着プロセスまたはエポキシダイ装着プロセス用に使用されてもよい。

活性面と非活性面とを有する基板から半導体デバイスを製造する方法が、ここで提供されている。代表的な一実施態様において、その方法は、基材を基板の非活性面上に一定のパターンで堆積する工程であって、そのパターンは、少なくとも第１のダイセクション、第１のダイセクションに隣接する第２のダイセクション、および第１のダイセクションと第２のダイセクションとを接続する帯状接続片を有する工程と、基板の非活性面において基材が堆積されていない部分から材料を除去し、それにより基板を、堆積された基材の帯状接続片により互いに接続される第１のダイと第２のダイとに部分的に分離する工程と、帯状接続片を破断して第１のダイを第２のダイから分離する工程とを含む。

他の代表的な実施態様において、堆積工程は、中に形成されるパターンの輪郭を有するシャドーマスクを基板の非活性面上に載置する工程と、基材をシャドーマスクおよび基板の非活性面上に堆積し、それによりパターンを基板上に形成する工程とを含むことができる。代わりに、堆積工程は金属を堆積する工程を備えてもよい。代わりに、堆積工程は非金属を堆積する工程を備えてもよい。他の代表的な実施態様において、堆積工程は、基材を基板の非活性面上に堆積する工程と、堆積された基材上にフォトレジストを前記パターンで堆積する工程であって、堆積された基材の少なくとも一部分が露出する工程と、露出した基材をエッチングする工程とを備えてもよい。

他の実施態様において、第１のダイセクションは円形である。他の代表的な実施態様において、第１のダイセクションは、丸または鋭い隅部を有する多角形である。さらに他の実施態様において、その方法は、ハンドルウエハを基板の活性面に接着する工程をさらに含む。代わりに、その方法は、基板の活性面をハンドルウエハに接着する工程後に、基板の厚さを減少させる工程を含んでもよい。他の代表的な実施態様において、その方法は、基板をハンドルウエハから除去する工程と、該除去工程後に基板を接着テープに結合する工程を含む。代わりに、その方法は、基板の非活性面において基材が堆積されていない部分から材料を除去する工程後に基板を接着テープに結合する工程を含む。

代表的な一実施態様において、基板の非活性面において基材が堆積されていない部分から材料を除去する工程は、基板をエッチングする工程を含む。他の代表的な実施態様において、基板をエッチングする工程は、基板を等方性的にドライエッチングする工程を含む。さらに他の代表的な実施態様において、基板を等方性的にウエットエッチングする工程を含む。代わりに、帯状接続片を破断する工程は、帯状接続片をのこ引きする工程を含む。

他の代表的な実施態様において、その方法は、ハンドルウエハを基板の活性面に接着する工程と、基板の非活性面の厚さを減少させる工程と、基材を基板の非活性面上に一定のパターンで堆積する工程であって、そのパターンは、少なくとも第１のダイセクション、第１のダイセクションに隣接する第２のダイセクション、および第１のダイセクションと第２のダイセクションとを接続する帯状接続片を有する工程と、基板の非活性面において基材が堆積されていない部分から材料を化学的に除去し、それにより基板を、堆積された基材の帯状接続片により互いに接続されている第１のダイと第２のダイとに部分的に分離する工程と、ハンドルウエハを基板から除去する工程と、堆積された基材を接着テープに結合する工程と、帯状接続片を破断して第１のダイを第２のダイから分離する工程とを含む。この方法の一実施態様において、化学的に除去する工程は、基板の露出した部分をエッチングする工程を含む。他の実施態様において、第１のダイセクションは円形である。さらに他の実施態様において、第１のダイセクションは、丸または鋭い隅部を有する多角形である。

その上さらに他の代表的な実施態様において、基材層を基板の活性面上に一定のパターンで堆積する工程であって、そのパターンは、少なくとも第１のダイセクション、第１のダイセクションに隣接する第２のダイセクション、および第１のダイセクションと第２のダイセクションとを接続する帯状接続片を有する工程と、基板の活性面において基材層が堆積されていない部分をエッチングして、第１のダイと第２のダイとを帯状接続片により互いに接続されるのを維持しながら、基板を第１のダイと第２のダイとに部分的に分離する工程と、帯状接続片を破断して第１のダイを第２のダイから分離する工程とを含む、基板からダイを製造する方法が提供される。

少なくとも１つの代表的な実施態様が、本発明の上述の詳細な説明に示されてきたが、非常に多くの変形態様が存在することを理解すべきである。代表的な実施態様または複数の代表的な実施態様は単なる例であり、および本発明の範囲、適用性または構成を、どの点においても限定しようとするものでないことも理解すべきである。むしろ、上述の詳細な説明は、本発明の代表的な実施態様を実施する便利なロードマップを当該技術に有能な者に提供し、付属する特許請求の範囲およびその法的同等物に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、代表的な実施態様に説明される構成部材の機能と配置における種々の変更を実施できることが理解される。

代表的なダイの断面図である。 代表的な基板の単純化された断面図であり、その基板は、図１に示される代表的なダイを製造する代表的な方法の種々の工程中に使用される。 代表的な基板の単純化された断面図であり、その基板は、図１に示される代表的なダイを製造する代表的な方法の種々の工程中に使用される。 代表的な基板の単純化された断面図であり、その基板は、図１に示される代表的なダイを製造する代表的な方法の種々の工程中に使用される。 図４に示される基板の平面図である。 代表的な基板の単純化された断面図であり、その基板は、図１に示される代表的なダイを製造する代表的な方法の種々の工程中に使用される。 代表的な基板の単純化された断面図であり、その基板は、図１に示される代表的なダイを製造する代表的な方法の種々の工程中に使用される。 代表的な基板の単純化された断面図であり、その基板は、図１に示される代表的なダイを製造する代表的な方法の種々の工程中に使用される。 代表的な基板の単純化された断面図であり、その基板は、図１に示される代表的なダイを製造する代表的な方法の種々の工程中に使用される。

Claims (2)

1. 活性面と非活性面とを有する基板から半導体デバイスを製造する方法であって、
   基材を前記基板の非活性面上に一定のパターンで堆積する工程であって、前記パターンは一平面上に形成されるとともに、少なくとも第１のダイセクション、該第１のダイセクションに隣接する第２のダイセクション、および第１のダイセクションと第２のダイセクションとを接続する帯状接続片を有し、前記帯状接続片が前記第１及び第２のダイセクションの対向する縁部に対して交差するように延びる、工程と、
   前記基板の非活性面において前記基材が堆積されていない部分から材料を除去することによって、前記堆積された基材からなる帯状接続片により前記第１及び第２のダイセクションを介して互いに接続されている第１のダイと第２のダイとに前記基板を部分的に分離する工程と、
   前記帯状接続片を破断して前記第１のダイセクションを第２のダイセクションから分離することにより、前記第１のダイを第２のダイから分離する工程とを備える方法。
2. 基板からダイを製造する方法であって、
   ハンドルウエハを前記基板の活性面に接着する工程と、
   前記基板の非活性面の厚さを減少させる工程と、
   基材を前記基板の非活性面上に一定のパターンで堆積する工程であって、前記パターンは一平面上に形成されるとともに、少なくとも第１のダイセクション、該第１のダイセクションに隣接する第２のダイセクション、および前記第１のダイセクションと前記第２のダイセクションとを接続する帯状接続片を有し、前記帯状接続片が前記第１及び第２のダイセクションの対向する縁部に対して交差するように延びる、工程と、
   前記基板の非活性面において前記基材が堆積されていない部分から材料を化学的に除去することによって、前記堆積された基材からなる帯状接続片により前記第１及び第２のダイセクションを介して互いに接続されている第１のダイと第２のダイとに前記基板を部分的に分離する工程と、
   前記ハンドルウエハを基板から除去する工程と、
   前記堆積された基材を接着テープに結合する工程と、
   前記帯状接続片を破断して前記第１のダイセクションを第２のダイセクションから分離することにより、前記第１のダイを第２のダイから分離する工程とを備える方法。