JPS5951137B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体基板と熱膨張係数が異なる絶縁被膜に
よりメサ溝をパシベーシヨンしたメサ形半導体装置をダ
イシングする新規な方法に関する。

以下低融点ガラスでメサ溝をパシベーシヨンした逆阻止
形サイリスタを中心に説明する。

一般に電流容量が数＋Ａ以下の中小電力用半導体装置は
、拡散工程及びメタライズ工程が完了したのち一枚の半
導体ウエハから複数個の半導体ペンレツトに切断分離（
ダイシング）される。

これらの半導体装置のうち比較的高耐圧が要求される素
子にはメサ形構造が広＜採用されている。最近このメサ
形素子においてＰＮ接合のパシベーシヨンには、従来の
ワニス等の樹脂にかわつて、低融点ンガラス，ＳｉＯ。
膜，Ｓｉ，Ｎ，膜等の無機物で被覆保護されるいわゆる
パシベーテイツドメサ形が多く製造されるようになつて
きた。これにより素子の特性及び信頼度が向上するだけ
でなく、半導体を組立工程の直前までウエハ状態のまま
で作業を進め．ることができ、さらにはパツケージを従
来のキヤンタイプから樹脂モールドタイプとすることが
できるので、従来のメサ形構造に比べ、経済性及び量産
性に優れたものとすることができた。しかし一方では、
上記ガラス等の無機物で被覆．保護されたメサ溝部分か
らダイシングする工程における歩留りが非常に悪く、こ
れは量産を行なう上での大きな問題点となつていた。

このダイシングは当業者間では周知のダイヤモンドカツ
タ一、ワイヤソー、スラリソー及びレーザスクライバ・
（Ｎｄ’ ＹＡＧレーザを使用することが多い）等を用
いて行なうことができる。しかし、ガラス被膜の性質、
厚み、及びメサ溝構造さらにはダイシングの方法乃び諸
条件によつては、ダイシング時にガラス被膜に非常に細
かいひび割れ（クラツク）が生じてガラス被膜としての
機能が失なわれたり、シリコン（以下、例として半導体
のうちシリコンについて述べる）が欠けたり （チツピ
ング）、ガラスとシリコンとの界面よりガラスが剥離し
たりして、歩留りは５０〜７０％と低かつた。これはシ
リコンのみからなる半導体基板をダイシングする場合の
歩留りが９０〜１００％であるのと比較して非常に悪い
。この原因はガラス被膜とシリコンとの界面に存在する
残留ひずみや、両者の熱膨張係数、硬度及び脆性等の材
質の相違によるものと考えられる。第１図は、従来のダ
イヤモンドブレードを用いたダイシング方法を説明する
ための半導体基板の断面図である。

第１図において、１００は所定の工程が完了した半導体
基板（逆阻止形サイリスタ）、１，２乃び３は半導体基
板１００を外部電極に接続するためのオーミツク電極、
４はメサ溝、５はメサ溝４に露出したＰＮ接合をパシベ
ーシヨンするための絶縁被覆である低融点ガラス（例え
ば鉛系、あるいは亜鉛系ガラス）、６は従来のダイヤモ
ンドブレードで切削した場合の切削溝、７はその際に低
融点ガラス５によ＜発生するクラツク、７はシリコンの
チツピング、８はダイヤモンドブレードで切削溝６を切
削形成した形でブレイクしてペレツトに分割するブレイ
ク線である。第２図は、上記のダイシング工程で用いら
れる従来のダイヤモンドブレードの断面図である。

第２図において、２００はダイヤモンドブレード、１０
は切削部（切削刃）、１１はフランジである。上記従来
のダイヤモンドブレード２００は切削部１０の各側面１
０ａ，１０ｂが実質的に平行であることが特徴であつた
。 （以下、このような形状のブレードをストレートブ
レードと呼ぶ）。上記のストレートブレードでパシベー
シヨンガラス５部分を切削した場合、前述の原因の他に
ブレードのぶれや切屑等が原因となり、ガラスのクラツ
ク、シリコンのチツピング等が多数発生し、半導体装置
の耐圧不良や信頼度の低下をきたし、このようなストレ
ートブレードによる切削方法を実際に量産に適用するの
は非常に困難であつた。本発明者はこのような従来の状
況において、上記のストレートブレードのかわりに、ブ
レードの両側面に適当な角度をもつたブレードで上記の
切削加工を行なうと、一定の条件の下では、前記の不良
の発生防止が可能であることを見い出した。本発明は、
上記従来方法の欠点を除去するためになされたもので、
先細りのテーパの付いたレジ（ボンドのダイヤモンドブ
レードを使用し、メサ溝部分の絶縁被膜及び半導体基板
を、周速度１６００ｍ／分〜６４００ｍ／分で切削加工
することにより、ガラスパシベーシヨンされた半導体装
置を歩留りよくダイシングできる半導体装置の製造方法
１を提供することを目的としている。

第３図はこの発明の一実施例を示す断面図である。

図において、１００，１〜５及び８は上記第３図の従来
の半導体基板断面図と同一のものであり、９は本発明の
一実施例による方法で切削したノ切削溝である。第４図
は上記のダイシンダ工程で用いられた先細りのテーパの
付いたダイヤモンドブレードの断面図である。

第４図において、３００はダイヤモンドブレード、１１
はフランジ、２０は切削部２（切削刃）である。第５図
は上記切削部２０のＡ部拡大図であり、該切削部２０は
先端部へ行くに従つて切削に関与する部分が連続的に先
細りになつており、同図に示す切削部２０におては、そ
の両側面２０ａ及びＪ２Ｏｂは角度θをなしている。

そしてその最先端部は、完全に尖つている方が望ましい
が、実際にはブレードの製造上丸みをもつていることが
多く、また切削加工中この最先端部に摩耗が生じやすい
。上記最先端部の第６図に示す幅Ｘは、発明者らの実験
では切削加工前は２０〜４０μｍであつたものが、切削
加工を行なうとこの先端部の摩耗が進み、そのため切削
溝は、その底の幅が広くなるとともに丸みを帯びてしま
い、そのため次のシリコンウエハのブレイキング作業に
おいて、ブレイク線が直線とならず蛇行してパレツトを
所定の形状とすることができず、組立作業において支障
を来たしたり、被覆ガラスにクラツクが生じたり、ペレ
ツトの一部がかけたりしやすくなつた。

また、ブレードの先端部の寿命としては、被加工物の種
類にもよるが、発明者らの実験では第６図の幅ｘが５０
〜６０μｍとなると消耗の限界であるという一例が得ら
れた。しかし、上記幅ｘが５０〜６０μｍとノなつても
切削加工そのものには何ら支障はなく、ガラスのクラツ
タ及びシリコンのチツピング等の不良発生はなかつた。

上記のようなテーパ付ブレードで、ガラスパシベーシヨ
ンされた半導体基板を、そのガラスパシベーシヨン部分
より切削する場合、次のような理由によりガラスのクラ
ツク及び半導体（シリコン）のチツピングが防げると考
えられる。

テーパ付ブレードとストレートブレードとを比較した場
合、それぞれのブレードのぶれが同程度でも、ブレード
の両側面２０ａ，２０ｂと垂直方向の力は、テーパ付ブ
レードの方がストレートブレードよりも弱く、しかも該
両側面２０ａ，２０ｂはプルレートの切込み方向に対し
て傾いている。

また切込み溝９の形状から明らかなようにメサ溝４上の
パシベーシヨンガラス５はブレードの切込み方向の力に
対してもその垂直方向の力に対しても強い。さらに切削
過程を考えるとテーパ付ブレードの最先端部は、ストレ
ートブレードと比べ、最初に被切削物に接触して切削す
る部分が小さい。従つてこの時の被切削物（半導体素子
のメサ溝部）に与える破壊エネルギは小さく、この第１
過程ではガラスのクラツクが生じることなく比較的細い
切削溝９が形成されるにすぎない。次に第２過程で、ブ
レードの先端部で切削溝９を深く加工すと同時にそのテ
ーパの付いた両側面２０ａ，２０ｂで切削溝９の両側を
削り取つて切削溝９を徐々に広げる。この第２過程にお
いて、破壊エネルギが大きく、従つて加工に最も悪い影
響を与えると考えられる両側面２０ａ，２０ｂによる切
削は、第１過程において切り開かれた細い切削溝９を通
して、切削加工以前に貯えられていたパシベーシヨンガ
ラス５とシリコン基体１００との間の残留歪の一部が開
放されるためにガラスクラツクの発生を防止できる。

実際に、従来のストレートブレードとこの発明に用いら
れるテーパ付ブレードとの不良発生率を調べてみると、
ストレートブレードでは３５〜５０％であるのに対し、
テーパ付ブレードではＯ〜８％であり、両者の差は歴然
としていた。

上記の実験に用いたダイヤモンドブレードは、その形状
が第６図に示すようにテーパのついた両側面２０ａ及び
２０ｂがそれぞれ平面をなしているが、実際には第７図
に示すようにその両側面２０ａ及び゛２０ｂがブレード
の外側に凸になつた曲面で゛もよ＜、また逆に第８図の
ように内側に凹となつていてもさしつかえない。

要するに、ダイヤモンドブレードの切削部が先端へ行く
に従つて連続的に先細りになつている形状であれば本発
明の効果が得られる。また切削部の先端部は丸みを帯び
ていても、角状にとがつた形状になつていても、上述の
ようにこの部分が摩耗してその幅Ｘが大きくなり過ぎな
い限り、本発明の使用目的には充分その効果を期待でき
る。以上述べたブルードの先端部の形状に関して、その
ブレードのテーパ角度θを第５図〜第８図に示すように
両側面２０ａ，２０ｂ間のなす角度と定義する。

なお、第７図及び第８図においては、そのテーパ角度θ
は切削加工に関与する刃先部分の平均の角度、即ち両側
面２０ａ，２０ｂを平坦面とみなした場合の両側面のな
す角度と定義する。さて、ブレードの寿命は最先端部の
摩耗程度により決まるが、この摩耗の進行度は、ブレー
ドのテーパ角度θに強く依存することが実験の結果判明
した。

第９図は鉛系の低融点ガラスでパシベーシヨンした逆阻
止形サイリスタ （ペレツトサイズが４ｍｍ角の素子）
を、ダイヤモンド砥粒の粒経が３０μでレジノイドボン
ド（レジンボンド）のダイヤモンドブレードを使用して
ダイシング（切削加工及びブレイキング）した場合の上
記ダイヤモンドブレードのテーパ角度θと素子（切断分
離された逆阻．止形サイリスタ）の不良率との関係を示
すものである。

第９図において、曲線Ａ，Ｂ，Ｃは、上記ダイヤモンド
ブレード３００の走行完了距離、即ち切削加工走行距離
が、それぞれ５ｍ、８０ｍ、２５０ｍの場合の上記関係
を示す。第９図から判るように、ブレードのテーパの角
度θが２０゜から８０゜の間にあれば不良率を小さくお
さえることができる。

またテーパ角度θが３０゜から６０゜の間にあればさら
に望ましい結果が得られる。 ，さらに、上記ダイヤモ
ンドブレードを構成するダイヤモンド砥粒の粒径と、ガ
ラスパシベーシヨン素子の切削加工との関係は次のごと
くであつた。

（ｌ）ダイヤモンド砥粒の粒経が８μ以下の場合：切削
面がきれいでブレードの耐摩耗性にすぐれるが、ブレー
ドの目づまりや目つぶれが生じ易く、たびたびドレツシ
ング（ブレードを砥石等で研磨し新しい切刃を露出させ
ること）する必要があつた。

ドレツシングしないとガラスクラツクやチツピングが非
常に発生し易くなつてダイヤモンド歩留が悪＜なる。（
２）ダイヤモンド砥粒の粒径が３５μ以上の場合：ブレ
ードの切れ味は良くなるが、切断面が荒くチツピングが
発生し易＜なりブレードの寿命が短くなつて、′経済的
に不利となる。

以上のように、切削実験の結果、ダイヤモンドブレード
のダイヤモンド砥粒の粒径は８μから３５μの間にある
ことが望ましいことが判明した。

また、第９図において説明したのと同一の素子をダイヤ
モンドブレードの周速度及び切削速度（ブレードの送り
速度）をパラメータにとつてそれぞれのダイシング工程
の不良率を調べた一例を第１０図及び第１１図に示す。
第１０図及び第１１図において、使用したダイヤモンド
ブレードのダイヤモンド砥粒の粒径は１０μから２０μ
の範囲であり、ブレードのテーパ角は４５゜である。こ
れらの結果より明らかなように、ダイシング工程の不良
率を小さくするためには、ダイヤモンドブレードの周速
度を１６００ｍ／分から６４００ｍ／分の範囲に、また
切削速度を２７ｍｍ／秒以下にするとよい。さらに高い
歩留りを得、かつ切削時間を短縮して作業能率を上げる
ためには、周速度を２５００ｍ／分から５５００ｍ／分
の範囲に、また切削速度を１０ｍｍ／秒から１５ｍｍ／
秒の範囲にするのが望ましい。以上の切削加工では、テ
ーパ付ブレードにより、パシベーシヨンガラスとシリコ
ンとの界面より深く、かつ半導体基板（シリコン）を深
さ方向にｌ／２〜２／３程度切削し、残りの半導体基板
及び反対側（第３図Ｒ面）のパシベーシヨンガラスは次
のブレイキンダ工程にて完全にペレツトに分割される。

このブレイキング工程においては前述のように、テーパ
付ブレードの最先端部が摩耗していなければほとんど１
００％に近い歩留りが得られる。し力化、テーパ付ブレ
ードを用いて完全切断すると、被切削加工部が大きくな
りすぎて（第３図１が広くなり）半導体装置（素子）の
特性上思わしくない影響が与えられるだけでなく、切削
加工される反対面（第３図Ｒ面）において、ガラスクラ
ツクやチツピングが生じ易くなる。従つて本発明の効果
を上げるためには、切削加工は半導体基板１００の途中
まで行なうことが望ましい〜 上記実施例では、逆阻止形サイリスタについて述べたが
、その他のサイリスタ，トランジスタ及びダイオード等
の半導体基板と熱膨張係数が異なる絶縁被膜によりパシ
ベーシヨンされたメサ形半導体装置にも適用できること
はいうまでもない。

以上のように、本発明に係る半導体装置の製造方法によ
れば、先細りのテーパの付いたレジンボンドのダイヤモ
ンドブレードを使用し、メサ溝部分の絶縁被膜及び半導
体基板を、周速度１６００ｍ／分〜６４００ｍ／分で切
削加工したので、絶縁被膜にクラツクが生じるのを防止
でき、ダイシング歩留りを大きく向上できる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のストレートブレードによる半導体装置の
製造方法を説明するための半導体基板の断面図、第２図
は従来のストレートブレードの断面図、第３図は本発明
の一実施例方法により半導体基板を切削加工した時の様
子を示す断面図、第４図は本発明の実施に用いるテーパ
付レジンボンドブレードの断面図、第５図〜第８図はそ
の切削部の拡大断面図、第９図はテーパ付ブレードのテ
ーパ角度と不良率との関係を示す特性図、第１０図及び
第１１図はそれぞれブレードの周速度及び゛切削速度（
送り速度）と不良率との関係を示す特性図である。 図中、１００は半導体基板、５は絶縁被膜、４はメサ溝
、３００はダイヤモンドブレード、θは先端部の角度で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板と熱膨張係数が異なる絶縁被膜によりパ
   ジベーシヨンされたメサ溝を有する半導体基板を、該メ
   サ溝部分に切削加工を施すことにより複数個の半導体素
   子に分割する半導体装置の製造方法におおて、先端に行
   くに従つて連続的に先細りになつたレジンボンドのダイ
   ヤモンドブレードを使用し、該ダイヤモンドブレードの
   周速度が１６００ｍ／分から６４００ｍ／分の範囲で切
   削加工することを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２ 上記絶縁被膜が低融点ガラスであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。 ３ 上記ダイヤモンドブレードは、先端部の角度が２０
   ゜から８０゜の範囲にあることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。 ４ 上記ダイヤモンドブレードは、これを構成するダイ
   ヤモンド砥粒の粒径が８μから３５μの範囲にあること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の
   製造方法。 ５ 上記ダイヤモンドブレードによる切削加工を半導体
   基板の厚さ方向の一部を残して行なうことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。 ６ 上記低融点ガラスが鉛系ガラスであることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の半導体装置の製造方法
   。 ７ 半導体基板と熱膨張係数が異なる絶縁被膜によりパ
   ジベーシヨンされたメサ溝を有する半導体基板を、該メ
   サ溝部分に切削加工を施すことにより複数個の半導体素
   子に分割する半導体装置の製造方法において、先端に行
   くに従つて連続的に先細りになつたレジンボンドのダイ
   ヤモンドブレードを使用し、該ダイヤモンドブレードの
   周速度が１６００ｍ／分から６４００／ｍ分の範囲で、
   かつ該ダイヤモンドブレードの送り速度が２４ｍｍ／秒
   以下で切削することを特徴とする半導体装置の製造方法
   。 ８ 上記絶縁被膜が低融点ガラスであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第７項記載の半導体装置の製造方法。 ９ 上記ダイヤモンドブレードは、先端部の角度が２０
   ゜から８０゜の範囲にあることを特徴とする特許請求の
   範囲第７項記載の半導体装置の製造方法。 １０ 上記ダイヤモンドブレードは、これを構成するダ
   イヤモンド砥粒の粒径が８μから３５μの範囲にあるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の半導体装置
   の製造方法。 １１ 上記ダイヤモンドブレードによる切削加工を、半
   導体基板の厚さ方向の一部を残して行なうことを特徴と
   する特許請求の範囲第７項記載の半導体装置の製造方法
   。 １２ 上記低融点ガラスが鉛系ガラスであることを特徴
   とする特許請求の範囲第８項記載の半導体装置の製造方
   法。