JPH05285937A

JPH05285937A - 半導体基板の分割方法

Info

Publication number: JPH05285937A
Application number: JP9277592A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kato; 正裕加藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-04-13
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 1993-11-02

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体基板を薄化する工程を伴う製造工程に
おいて、半導体基板を良好にかつ簡便に分割することの
できる基板分割方法を提供することを目的とする。【構成】半導体基板２１は（１００）面を主表面とす
る閃亜鉛鉱結晶構造を有する。この半導体基板２１の表
面から、ＯＦと平行な方向にダイシングソー２０によ
り、基板２１の厚さより浅くかつ所望のペレット厚ｄよ
り深い深さｄ１の切削分離溝を形成する。また、半導体
基板２１の裏面からこのペレット厚になるまで基板２１
を薄化し、ＯＦ平行方向の分割を完了させる。その後、
この基板裏面から、ＯＦ垂直方向にウエットエッチング
して分離溝を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置等
の製造工程において半導体基板を複数個の小片に分割す
る半導体基板の分割方法に関するものであり、特に半導
体基板の薄化工程を伴う製造工程における半導体基板の
分割方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板の主表面上に集積回路が形成
され、表面保護のためのパッシベーション膜の形成など
が終了すると、製造工程も最終ステップに入り、基板の
裏面処理工程および分割工程が行われる。この裏面処理
工程においては、必要に応じ、基板裏面の研削薄化、裏
面の研磨仕上げ、裏面金属の蒸着などが行われる。ま
た、分割工程においては、同一基板上に形成された多く
の回路や素子を単位小片に分離する半導体基板の分割が
行われる。

【０００３】近年、高速電子回路や高機能発受光素子を
製造する材料として用いられているＧａＡｓ，ＩｎＰ等
のIII −Ｖ族化合物半導体基板は熱伝導性が悪いため、
高集積回路や発光素子などでは熱放散特性を良くするた
め、最終的なチップ（＝ペレット）の厚みを極薄くする
必要がある。また、高周波素子として用いる場合には、
配線インダクタンスを低減するためにバイア（ＶＩＡ）
ホール配線を用いることも多く、バイアホール部の配線
インダクタンスの低減のためにも基板厚を薄くする必要
がある。このような事情から半導体基板の上記薄化工程
が行われているのであるが、ＧａＡｓやＩｎＰといった
III −Ｖ族化合物半導体材料は材料的に脆い性質を持っ
ており、僅かな衝撃で基板割れや欠けを起こしやすい。
このため、回路素子を製造する上工程ではある程度の厚
みのある基板が必要とされる。３インチ径の基板の場合
には通常６００μｍ程度の厚みを持つ基板に回路素子が
形成され、素子形成後にラッピングやグライディングに
よって基板が所望の厚さに薄肉化される。薄化工程にお
いて、基板は通常１００μｍ程度またはそれ以下の厚み
にされ、時には５０μｍ程度にまで薄くすることもあ
る。

【０００４】従来はこのような裏面処理工程と基板分割
工程とは完全に分離して行われており、裏面処理工程が
終了してから分割工程に進められ、種々の分割手段が用
いられて単位小片に分割されていた。この場合、裏面処
理工程が完了した段階では、半導体基板がたとえ薄くな
っていても一体化した状態を保っているため、ウエハ状
態でウエハ上の数々の回路や素子の機能試験を行える利
点はあった。

【０００５】半導体基板のチップ小片への分割は上記の
ように製造工程の最後で行われる。この基板分割の方法
としては、従来、例えば、ダイヤモンドポイントスク
ライブ法やブレードスクライブ法などの方法がある。
のダイヤモンドポイントスクライブ法は、ダイヤモン
ドポイントツールで罫引きによって傷を入れ、曲げ応力
を加えて結晶の劈開性を利用して基板を割る方法であ
り、スクライビングした後にブレーキングをして分割す
る方法である。のブレードスクライブ法は、基板厚の
全てをブレード（回転砥石）で切断したり、基板厚の一
部にブレードで切断溝を入れて残りの厚みをブレーキン
グで割る方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の切断方法には次の問題があった。つまり、ＧａＡ
ｓ，ＩｎＰのような材料自体が脆い材質の基板を約１０
０μｍないしそれ以下の厚さにしてから、上記のダイヤ
モンドスクライブ法やブレードスクライブ法を用いて直
交２方向に分割すると、チップ薄片にチッピング（欠
け）やクラック（割れ）が生じてしまった。このチッピ
ングやクラックが原因となり、回路や素子性能にダメー
ジを与える場合も生じる。従来、薄化された基板から、
このようなチッピングやクラックを生じさせることな
く、良好なチップ小片を得ることは困難であった。

【０００７】ＧａＡｓ，ＩｎＰ等の閃亜鉛鉱結晶の（１
００）面を主表面とする半導体基板は図４に示され、最
も一般的に用いられている。このようなＧａＡｓ，Ｉｎ
Ｐ単結晶からなる（１００）面を主表面とする基板で
は、劈開面は（１１０）面であり、ＯＦ（オリエンテー
ションフラット）面に平行な面と垂直な面が劈開面にな
り、この面を出す分割をするのが最も一般的である。換
言すると、通常、（１００）面でＯＦと平行な方向およ
び垂直な方向に基板は分割される。ここで、分割して割
り出す面はＯＦに平行な面も垂直な面も等価であるが、
一表面側から見た場合、ＯＦに平行な方向と垂直な方向
は結晶の対称性からみて性質が異なる。具体的には、
（１００）面内のＯＦに平行な方向と垂直な方向では引
っ掻き硬さが異なり、ダイシング（ブレードスクライ
ブ）したときのチッピングの程度が異なる。また、パタ
ーニングして溶液エッチングしたときの断面形状は異な
る。つまり、ＯＦに平行な方向には、エッチングで断面
が順メサの溝ができる。また、ダイシングでチッピング
が少なく分離溝が形成され、しかも、ダイヤモンドツー
ルの引っ掻きで良好なスクライブ溝が形成される。これ
に対し、ＯＦに垂直な方向には、エッチングで断面が逆
メサの溝ができる。また、ダイシングでチッピングが多
く、クラックを生じやすい。さらに、引っ掻きによるス
クライブ溝を良好に形成しにくい。

【０００８】一方、切断が通常容易なＯＦ平行方向にダ
イシング等によって分離溝を形成しようとしても、約１
００μｍないしそれ以下の厚みの取扱いが難しい薄化基
板においては、微妙な作業性（熟練）が要求される。ま
た、切断が困難なＯＦ垂直方向では大きなチッピングが
生じ、クラックは素子特性に致命的な損傷を与えてしま
う。また、ダイヤモンドツールで罫引きを入れる場合に
おいても、逆メサが形成されるＯＦ垂直方向に罫引きを
入れると所望しない基板割れを生じる可能性があり、ス
クライブ溝を形成すること自体が困難であった。すなわ
ち、ブレードスクライブ法にしてもダイヤモンドスクラ
イブ法にしても、薄化された基板にそのまま適用するの
は、肉厚基板に対して適用する場合に比して格段に条件
が厳しくなり、半導体基板を良好に分割することは困難
であった。

【０００９】本発明は、半導体基板を薄化する工程を伴
う製造工程において、半導体基板を良好にかつ簡便に分
割することのできる基板分割方法を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１００）面
を主表面とする閃亜鉛鉱結晶構造を有する半導体基板を
複数個の小片に分割する半導体基板の分割方法におい
て、半導体基板の一方の面から、異方性エッチングによ
り断面が順メサ形状になる方向に、半導体基板の厚さよ
り浅くかつ分割小片の厚さよりも深い切削分離溝を形成
する第１の工程と、半導体基板の他方の面からこの半導
体基板が上記小片の厚さになるまで薄化することにより
順メサ方向の分割を完了する第２の工程と、半導体基板
の薄化したこの他方の面から、順メサ方向と直交する方
向にエッチングして分離溝を形成する第３の工程とを含
んで半導体基板を分割するものである。

【００１１】

【作用】（１００）面を主表面とする閃亜鉛鉱結晶構造
を有する半導体基板の表面エッチング特性は図５および
図６に示される。すなわち、図５に示すようにして、こ
のような半導体基板１４の表裏面１４ａ，１４ｂに保護
膜１５ａ，１５ｂによるパターン１６ａ，１６ｂを形成
し、エッチングを行うと、図６に示すようなエッチング
断面形状が得られることが知られている。この図６に見
られるように、順メサのエッチング断面形状の溝１７
ｃ，１７ｄと、逆メサのエッチング断面形状の溝１７
ａ，１７ｂとが半導体基板１４の表裏面に形成される。

【００１２】すなわち、（１００）半導体基板の一方の
面（表面）では、ＯＦに対して平行方向に順メサが形成
され、このＯＦに平行な方向は切断・分割が容易な方向
になる。また、ＯＦに対して垂直方向に逆メサが形成さ
れ、このＯＦに垂直な方向は切断・分割が困難な方向に
なる。一方、半導体基板の他方の面（裏面）では、上記
関係は逆になり、ＯＦに対して平行方向に逆メサが形成
され、このＯＦに平行な方向は切断・分割が困難な方向
になる。また、ＯＦに対して垂直方向に順メサが形成さ
れ、このＯＦに垂直な方向は切断・分割が容易な方向に
なる。つまり、（１００）半導体基板の表側からみたと
きの切断・分割困難方向が、裏側からみた場合には、表
側からみたときの切断・分割容易方向と等価になる。

【００１３】従って、本発明では、半導体基板の一方の
面から、切断・分割容易方向に半導体基板の厚さより浅
くかつ分割小片の厚さよりも深い切削分離溝が形成さ
れ、半導体基板の他方の面から上記小片の厚さになるま
で基板厚を薄化することによってこの切断・分割容易方
向の分割が行われる。また、半導体基板の薄化したこの
他方の面から、上記切断・分割容易方向に直交する方
向、つまり、この反対面における切断・分割容易方向に
エッチングされて分離溝が形成される。

【００１４】また、半導体基板の薄化工程の前に切削分
離溝が形成されるため、切削条件は緩和される。また、
半導体基板の薄化工程と基板分割工程とが一部融合し、
工程が簡略化される。また、半導体基板が薄化された後
にエッチングが行われるため、エッチングの生産性の低
さは問題にならない。また、エッチングにより分離溝を
形成する工程は、バイアホール形成工程と併用すること
も可能である。

【００１５】

【実施例】図１から図３は本発明の一実施例による半導
体基板の分割方法を示す工程断面図である。この製造工
程はＭＭＩＣ（モノリシック・マイクロ波ＩＣ）の製造
の最終段階に行われる裏面形成プロセスに相当してい
る。

【００１６】半導体基板２１は閃亜鉛鉱結晶構造を有す
るＧａＡｓ材料からなり、その表側（（１００）面）に
おける集積回路形成工程が終了した後、ＯＦと平行な方
向の分割境界領域にダイシングソー（回転ブレード）２
０で切削分離溝が形成される（図１参照）。この溝の深
さｄ１は半導体基板２１の厚さより浅く、かつ、所望の
ペレット厚ｄより深く（ｄ１＞ｄ）形成される。例え
ば、３インチ径のＧａＡｓ基板の厚みは６００μｍ強で
あるが、ＭＭＩＣでは集積回路の放熱性を向上させるた
めに１００μｍ程度のペレット厚にされるので、この溝
深さｄ１は大きくても基板厚の１／３〜１／４程度の深
さに設定される。

【００１７】次に、半導体基板２１の表面保護のため、
表側にレジスト２２が塗布される（図２（ａ）参照）。
ここで、点線で示されているのは上記の深さｄ１の切削
溝である。また、図面の正面に見える面はＯＦ面であ
り、このＯＦ面は紙面に対して平行な面となっており、
紙面の左右方向がＯＦに平行な方向である。紙面の手前
から奥へ向かう方向はＯＦに垂直な方向である。また、
レジスト２２が塗布される基板面は（１００）面で基板
の表側に相当し、この面の反対側が基板の裏面に相当す
るものとする。レジスト２２が硬化した後この表面にワ
ックスが塗られ、ワックスを接着剤として例えば石英板
２３がレジスト２２の表面に貼り付けられる（同図
（ｂ）参照）。この時点で基板厚は上記のように６００
μｍ程度あるので、半導体基板２１は研削・研磨等によ
って所望のペレット厚ｄに達するまで裏側から薄化され
る（同図（ｃ）参照）。この薄化工程において、切削分
離溝は基板裏面から削られ、この裏面に分離溝が露出す
る。この結果、切削分離溝に沿って半導体基板２１は短
冊状に完全に分離し、ＯＦに平行な方向の基板分割が完
了する。ここで、半導体基板２１の表面には石英板２３
が固着しているため、短冊状に分離した半導体基板２１
は一体化した状態を保ち、バラバラにはならない。

【００１８】次に、薄化した基板２１の裏面にＳｉＯ₂
膜２４が形成される（同図（ｄ）参照）。その後、Ｓｉ
Ｏ₂膜２４の表面にレジスト２５が塗布され、パターニ
ングが行われる。通常、このパターニングにおいてはバ
イアホールのパターン２５ａが形成されるのであるが、
本実施例では同時にＯＦに垂直な方向にほぼ細線状の分
離領域パターン２５ｂが形成される（同図（ｅ）参
照）。従って、バイアホールパターン２５ａとＯＦ垂直
分離領域パターン２５ｂを同一の露光マスクに形成する
ことができ、パターニングマスクは一枚で済むことにな
る。また、この際、ＯＦ平行方向の上記切削分離溝によ
って基板には段差が形成されているが、既に分離してい
るこの溝の側面もマスキングしてエッチング液が回り込
まないようにするのが望ましい。次に、このパターンを
マスクとするウエットエッチングにより、バイアホール
２６および分離溝２７が形成される（同（ｆ）参照）。
この分離溝２７は、半導体基板２１の裏側からみてＯＦ
に対して垂直な方向であり、異方性エッチングにより順
メサが形成される方向になっている。

【００１９】上記のバイアホール形成では通常穴が貫通
するまでウエットエッチングされるので、処理時間はバ
イアホール形成条件で決まる。従って、ＯＦ垂直分離領
域パターン２５ｂのパターン幅を適当に調整することに
より、ＯＦ垂直方向を完全に分離することができる。本
実施例では、このウエットエッチング工程において、半
導体基板２１はＯＦ垂直方向に完全に分割される。この
時点で、直交する２方向の分離が終了し、半導体基板２
１は略直方体の複数個のペレットに分割されているが、
石英板２３に固着しているため、一体化した状態が保た
れている。

【００２０】次に、裏面側のＳｉＯ₂膜２４とレジスト
２５が除去される（図３（ｇ）参照）。引き続き、直交
する２方向の各分離溝をマスキングした状態で裏面金属
２８が蒸着される（同図（ｈ）参照）。この時、バイア
ホール２６にも金属膜が蒸着される。その後、半導体基
板２１の表側を固定していた石英板２３が剥がされ、石
英板２３が取り外ずされる。さらに、表側のレジスト２
２が除去される。この結果、半導体基板２１は略直方体
の複数個のバラバラのペレットに分かれ、回収される。

【００２１】このように本実施例による半導体分割方法
においては、ＯＦに対して平行な方向に順メサが形成さ
れる半導体基板２１の表面から、半導体基板２１の厚さ
より浅くかつ所望のペレット厚ｄよりも深い深さｄ１の
切削分離溝がこのＯＦ平行方向に形成される。その後、
半導体基板２１の他方の面からこの切削分離溝に到達す
る基板厚の薄化が行われることにより、切断・分割が容
易なＯＦ平行方向に半導体基板２１は分割される。ま
た、ＯＦに対して垂直な方向に順メサが形成される半導
体基板２１の裏面から、このＯＦに垂直な方向にウエッ
トエッチングにより分離溝が形成される。つまり、基板
表面からは切断困難方向である逆メサ方向には切削溝が
形成されない。また、この方向は基板裏面からみたとき
には切断容易な順メサ方向になるため、裏面からはこの
切断容易方向にウエットエッチングが行われる。このた
め、半導体基板２１の表面および裏面において、分割容
易な方向に分離溝が極めて容易に生産性良く形成され、
従来のようにチッピング（欠け）やクラック（割れ）を
生じることはない。しかも、チップ切断形状は良好であ
り、素子性能にダメージを与えることはない。

【００２２】また、半導体基板２１の薄化工程の前に切
削分離溝が形成されるため、切削条件は緩和される。つ
まり、基板厚が厚い時点で切削が行われるため、薄化さ
れた基板に適用するのが不可能な程度の比較的ハードな
切削条件下においても、チッピングやクラックを生じる
ことなく切削溝を生産性（スループット）良く形成する
ことが可能になる。

【００２３】また、半導体基板２１の薄化工程と基板分
割工程とが一部融合するため、製造工程が簡略化され、
裏面研削による基板薄化と同時に一方向の分離を完成さ
せることができる。また、半導体基板２１が薄化された
後に、基板に与える物理的ダメージの小さいウエットエ
ッチング処理が行われるため、エッチングの生産性の低
さおよび回路や素子に与えるダメージは問題にならな
い。つまり、エッチ速度がそれほど大きくなくても、短
時間で分離が完了する。また、基板裏面からのエッチン
グにより分離溝を形成する工程は、この分野で多用され
るバイアホール形成工程と併用することも可能であり、
工程数の増加は最小限である。従って、本実施例によれ
ば、半導体基板２１は傷や割れを生ずることなく極めて
容易に分割される。

【００２４】なお、上記実施例の説明においては、ＯＦ
垂直方向の分離溝形成に用いられるエッチングはウエッ
トエッチングとしたが、必ずしもウエットエッチングで
ある必要はなく、他のエッチング方法であっても良い。
また、上記実施例では半導体基板２１をＧａＡｓとして
説明したが、ＩｎＰ等の他の閃亜鉛鉱結晶構造をもつII
I −Ｖ族化合物半導体基板でも良い。また、上記実施例
ではＭＭＩＣの製造に本発明を適用した場合を説明した
が、発光素子や受光素子等であっても良い。これら各場
合においても、上記実施例と同様な効果が奏される。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体基板の一方の面から、切断・分割容易方向に半導体
基板の厚さより浅くかつ分割小片の厚さよりも深い切削
分離溝が形成され、半導体基板の他方の面から上記小片
の厚さになるまで基板厚を薄化することによってこの切
断・分割容易方向の分割が行われる。また、半導体基板
の薄化したこの他方の面から、上記切断・分割容易方向
に直交する方向、つまり、この反対面における切断・分
割容易方向にエッチングされて分離溝が形成される。こ
のため、基板の各面における分離溝形成方向は分割が容
易な方向になり、チッピングやクラックを生じることな
く、また、素子特性に悪影響を与えることがなく、しか
も、切断面の状態が良好な半導体基板の分割方法が提供
される。

【００２６】また、半導体基板の薄化工程の前に切削分
離溝が形成されるため、切削条件は緩和される。また、
半導体基板の薄化工程と基板分割工程とが一部融合し、
工程が簡略化される。また、半導体基板が薄化された後
にエッチングが行われるため、エッチングの生産性の低
さは問題にならない。また、エッチングにより分離溝を
形成する工程は、バイアホール形成工程と併用すること
も可能である。従って、傷や割れを生ずることなく極め
て容易に分割することのできる量産に適した基板分割方
法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をＭＭＩＣ製造工程に適用した一実施例
における基板表面へのダイシングを示す斜視図である。

【図２】本実施例におけるダイシング後の半導体製造工
程を示す第１の工程断面図である。

【図３】図２に示される第１の製造工程に引き続いて行
われる本実施例による半導体製造工程の第２の工程断面
図である。

【図４】閃亜鉛鉱結晶構造を持つ半導体基板の（１０
０）面，ＯＦ面およびその他の結晶軸を説明する斜視図
である。

【図５】（１００）半導体基板の表面エッチング特性を
説明する工程断面図である。

【図６】（１００）半導体基板の表面エッチング特性を
説明する斜視図である。

【符号の説明】

２０…ダイシングソー（回転砥石）、２１…閃亜鉛鉱結
晶構造を持つ半導体基板、２２…表面レジスト、２３…
石英板、２４…ＳｉＯ₂膜、２５…裏面レジスト、２５
ａ…バイアホールパターン、２５ｂ…ＯＦ垂直分離領域
パターン、２６…バイアホール、２７…ＯＦ垂直分離
溝、２８…裏面金属、ｄ１…切削溝深さ、ｄ…所望のペ
レット厚。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１００）面を主表面とする閃亜鉛鉱結
晶構造を有する半導体基板を複数個の小片に分割する半
導体基板の分割方法において、前記半導体基板の一方の面から、異方性エッチングによ
り断面が順メサ形状になる方向に、前記半導体基板の厚
さより浅くかつ前記小片の厚さよりも深い切削分離溝を
形成する第１の工程と、前記半導体基板の他方の面から前記半導体基板が前記小
片の厚さになるまで薄化することにより前記順メサ方向
の分割を行う第２の工程と、前記半導体基板の薄化したこの他方の面から、前記順メ
サ方向と直交する方向にエッチングして分離溝を形成す
る第３の工程とを含むことを特徴とする半導体基板の分
割方法。