JP6122099B2 - Ｗ字形メサを作成する方法及び装置 - Google Patents

Description

本開示は、半導体ダイを分離するために使用されるプロセスに関する。

半導体デバイスは、通常、円形ウェハ上の矩形ダイとして形成される。図１は、多数のダイ１０１（数個のダイにのみ符号を付してある）を含む例示的なウェハ１００を示す。例示的なダイ１０１Ａ、１０１Ｂは、しばしばストリートと呼ばれる領域１０２によって分離されている。ダイ間の任意の領域は、ストリートと呼ばれ、幾つかのダイ１０１及び任意の他の適切な領域を過ぎて続く垂直及び水平領域を含む。レーザを使用して、ストリート領域１０２においてウェハ１００を切断することによって、ダイを分離する。

しかし、レーザによってもたらされる熱衝撃及び高温によって、ウェハの一部が「投げられた」粒子又は改質された材料を介してダイ１０１に損傷をもたらしてしまうことがある。ダイ１０１にあまり損傷を与えないダイ分離方法を使用することが望ましい。

レーザを使用することによってダイのウェハを分離することは良く知られている。レーザ分離は、一部のダイを損傷してしまうことがある。デバイスのウェハのストリートの両側に、２つのスロットを形成することによって、「Ｗ」字形の横断面が作成される。スロット間の領域は、「メサ」と呼ばれる。結果として得られるＷ字形メサは、レーザ分離プロセスの間、ダイを保護する。スロットが形成された後、保護コーティングがウェハ全体に亘って形成される。最終的に、レーザを使用して、各メサの中心においてウェハを分割することによって、ダイが分離される。残存するメサの一部分が、レーザ分離によって生成されたデブリからダイを保護する。

図１は、ＬＥＤであってよい半導体ダイのウェハの平面図である。 図２は、ＬＥＤのウェハの一部の平面図である。 図３Ａは、「Ｕ」字形ストリートがエピタキシャル層内をエッチングされたウェハの断面図を示す。 図３Ｂは、「Ｕ」字形ストリートが保護コーティングで覆われているウェハの断面図を示す。 図３Ｃは、「Ｕ」字形ストリートがデブリを生成するレーザによって分離されているウェハの断面図を示す。 図３Ｄは、デブリの保護コーティングへの侵入によってデバイスが損傷されているウェハの断面図を示す。 図３Ｅは、デブリによるダイの損傷を示す例示的な写真を示す。 図４Ａは、Ｗ字形メサの形状をしたストリートがエピタキシャル層内をエッチングされたウェハの断面図を示す。 図４Ｂは、Ｗ字形メサの形状をしたストリートが保護コーティングで覆われているウェハの断面図を示す。 図４Ｃは、Ｗ字形メサの形状をしたストリートがデブリを生成するレーザによって分離されているウェハの断面図を示す。 図４Ｄは、保護コーティングの除去後に、Ｗ字形メサの形状をしたストリートがデブリを生成するレーザによって分離されているウェハの断面図を示す。 図４Ｅは、Ｗ字形メサによる、デブリからのダイの保護を示す例示的な写真を示す。

様々な図面における同様の参照符号の使用は、同様又は同一の要素を示す。

ダイに分割される任意のタイプの半導体ウェハに本発明が活用されてもよいが、以下の説明では、説明を簡潔にするために、矩形のＬＥＤダイのウェハを使用する。以下の説明では、ＬＥＤにのみ言及するが、デバイスは、レーザ、太陽電池、検出器、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＭＥＭＳデバイス、マイクロプロセッサ、論理ゲート、ＦＰＧＡ、又は、任意の他の適切なデバイスであってよい。同様に、矩形のダイ形状が説明されるが、任意の適切な１つ以上のダイ形状が想到され、本発明の範囲に含まれる。

エピタキシャル層を有する基板が示されるが、例えばアモルファス層である非エピタキシャル層を使用した他の半導体構造も想到され、本発明の範囲に含まれる。エピタキシャル層を有するウェハ及び基板が示されるが、サブマウントのウェハに取付けられた又は接合されたデバイスのウェハといった他の構造も想到され、本発明の範囲に含まれる。

発光ダイオード（ＬＥＤ）といった半導体発光デバイスは、現在入手可能である最も効率のよい光源のうちの１つである。可視スペクトル全体にわたって動作可能な高輝度発光デバイスの製造において、現在関心が寄せられている材料系は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、特にガリウム、アルミニウム、インジウム及び窒素の二元、三元及び四元の合金（ＩＩＩ族窒化物材料とも称される）、また、ガリウム、アルミニウム、インジウム、ヒ素及びリンの二元、三元及び四元の合金を含む。多くの場合、ＩＩＩ族窒化物デバイスは、サファイア、シリコンカーバイド又はＩＩＩ族窒化物基板上にエピタキシャル成長され、ＩＩＩ族リン化物デバイスは、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）又は他のエピタキシャル技術によって、ヒ化ガリウム上にエピタキシャル成長される。多くの場合、ｎ型領域が基板上に堆積され、次に活性領域がｎ型領域上に堆積され、その次にｐ型領域が活性領域上に堆積される。ｐ型領域が基板に隣接するように、層の順序が逆にされてもよい。

図２は、ＬＥＤダイの円形ウェハ２００の一部の平面図である。ウェハ２００は、基板上に成長させられたエピタキシャル構造体であってよいが、ＬＥＤを作成する他の方法も数多く知られており、本発明における使用が想到される。一実施形態では、ｐ型領域が基板上に堆積され、次に活性領域がｐ型領域上に堆積され、その次にｎ型領域が活性領域上に堆積される。代案では、ｎ型領域が基板に隣接するように、層の順序が逆にされてもよい。同様に、層は１つの基板上に成長させられて、第２の基板上に移されてもよい。この場合、第１の基板は、レーザリフトオフ法又は任意の他の適切な方法によって除去される。

別の実施形態では、ウェハ２００は、円形である必要はなく、その代わりに、矩形、三角形、六角形又は任意の他の適切な形状であってもよい。別の実施形態では、ウェハ２００は、サブマウントウェハであって、ＬＥＤダイ又は任意の他の適切なデバイスが取付けられてもよい。

ウェハ２００の一部が、ダイ２０１Ａ乃至２０１Ｆを含む。ＬＥＤ２０１Ａ及び２０１Ｂは、例示的なストリート２０２によって分離される。ＡＢ線は、ストリート２０２の区分とＬＥＤ２０１Ａ及び２０１Ｂの一部との例示的な断面の位置を示す。ストリート領域は、１つ以上の位置において、ウェハ２００の１つ以上のエピタキシャル層をエッチングして除去することによって画定される。代案では、ウェハは、デバイスとストリートとに、リソグラフィを介して分割される。デバイスは、ＬＥＤ、レーザ、太陽電池、検出器、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＭＥＭＳデバイス、マイクロプロセッサ、論理ゲート、ＦＰＧＡ又は任意の他の適切なデバイスであってよい。ストリートとの用語は、デバイス間の領域を指しても、分離前にエッチングされたウェハの領域を指してもよい。通常は、ストリートとの用語は、すべてのＬＥＤダイ２０１によって画定される水平又は垂直領域全体を含む。通常は、ストリートの集合は、ダイ間のグリッドである。

図３Ａは、図２内のＡＢ線の位置における例示的な横断面３００を示す。ウェハ２００は、基板上の又はサブマウント３１３に接合された１つ以上のエピタキシャル層を含む。分離前に、ウェハ２００は、伸張可能なテープ３５０上に置かれてもよい。

例示的なエピタキシャル層は、ｎ型層３１０、活性層３１１及びｐ型層３１２を含む。横断面３００に示される例示的なストリート２０２は、基板３１３が「Ｕ」字の底面として露出されるまで、ウェハのすべてのエピタキシャル層内をエッチングすることによって作成される「Ｕ」字形スロット３２１である。すべてのエピタキシャル層がエッチングされ、基板はエッチングされていないものとして示されているが、エピタキシャル層の一部若しくは全部の部分エッチング、又は、基板の部分エッチングといった他の組み合わせも想到され、本発明の範囲に含まれる。（図示されない）一実施形態では、エピタキシャル層について、ｎ型層３１０、活性層３１１及びｐ型層３１２の一部がエッチングされるか、又は、ｐ型層３１２は全くエッチングされない。「Ｕ」字形スロット３２１は、ストリート２０２の一部又は全部を画定する。「Ｕ」字形スロット３２１は、図３Ａに示されるように、台形の横断面を有するか、又は、例えば矩形、楕円形又は非対称形状の任意の他の適切な横断面を有してもよい。

図３Ａは、「Ｕ」字形スロット３２１の片側におけるＬＥＤ２０１Ｂの一部と、「Ｕ」字形スロット３２１のもう片側におけるＬＥＤ２０１Ａの一部とを示す。ストリート２０２の幅は、２乃至２００マイクロメートルである。ＬＥＤ間のストリートの典型的なサイズは、２０乃至７５マイクロメートルである。

図３Ｂは、ウェハ２００への保護層３２０の追加を示す。保護層３２０は、スピンオンコーティングとして塗布される高分子化合物であってよい。保護コーティング３２０は、ウェハ２００の上面の一部又は全体を覆う。通常、保護コーティング３２０は、すべてのストリートのスロット３２１の壁及び底面と、ウェハ上のダイの上面全体とを覆う。保護コーティング３２０は、ウェハ２００、スロット３２１の壁及び底面に亘って均等又は不均等な厚さを有する。通常、ウェハ上のすべてのストリート及びダイは、図３Ｂに示される例示的な横断面と同様にコーティングされる。

図３Ｃは、レーザビーム３４０を介するＬＥＤダイの分離を示す。レーザビーム３４０は、開口又は切り口３６０を作成することによって、基板３１３を分割する。切り口３６０は、通常は、基板３１３の一部を蒸発させることによって、レーザ３４０によって除去される基板３１３の一部である。切り口３６０の幅は、基板３１３の厚さに依存する。より厚い基板３１３は、通常、より幅のある切り口３６０を有する。許容可能な歩留りを提供するストリート２０２及び／又は「Ｕ」字形のスロット３２１の幅は、切り口３６０の幅に依存する。切り口３６０は、スロット３２１の一部又は全部を包含する。切り口３６０は、伸張可能なテープ３５０の少し上で終わって基板３１３の一部に切り口が届かないようにされるか、又は、切り口３６０は、伸張可能なテープ３５０内へと入ってもよい。切り口３６０は、先のとがった又は平らな底面で終わってもよい。切り口３６０の壁は傾斜されていてもよい。好適には、レーザビーム３４０は、伸張可能なテープ３５０を損傷することなく、基板３１３を分割する。ダイ分離後、伸張可能なテープ３５０は、更なる処理のためにＬＥＤダイを離すように伸張される。

分割プロセスの間、レーザビーム３４０は、デブリ３３０Ａ乃至３３０Ｅを生成することがある。デブリ３３０Ａ乃至３３０Ｅは、熱衝撃によって基板３１３から「分離」された基板の断片、又は、蒸発若しくは改質された材料である。例えばデブリ３３０Ａ、３３０Ｃ及び３３０Ｅといったように、あるデブリは、保護コーティング３２０の上に落ちる。デブリ３３０Ｂ及びデブリ３３０Ｄといったように、その他のデブリは保護コーティング３２０に侵入する。

図３Ｄは、保護層３２０を除去した後の横断面３００を示す。保護層は、水洗いプロセスを介して、エッチング液を使用して、又は、他の適切な方法によって除去される。デブリ３３０Ｄは、エピタキシャル層内に埋め込まれたままとなり、ＬＥＤ２０１Ｂを短絡させて動作不能にしてしまう。デブリ３３０Ｂは、単層内に埋め込まれ、ＬＥＤ２０１Ａの性能を低下させてしまう。改良されたプロセスは、埋め込まれたデブリを少なくする又はなくす。

図３Ｅは、「Ｕ」字形ストリートのレーザ分離後の切り口３６０の一部及び例示的なＬＥＤ２０１Ｇの一部の例示的な写真を示す。デブリ３３０ＸがＬＥＤ２０１Ｇ内に侵入していることに注目されたい。ＬＥＤ２０１Ｇは、このデブリによって破壊又は損傷された可能性が高い。

図４Ａは、図２におけるストリート２０２のＡＢ線の位置における横断面４００を示す。ウェハ２００は、基板上に、又はサブマウント４１３に接合された、１つ以上のエピタキシャル層を含む。分離前に、ウェハ２００は、伸張可能なテープ４５０上に置かれてもよい。

例示的なエピタキシャル層は、ｎ型層４１０、活性層４１１及びｐ型層４１２を含む。横断面４００に示される例示的なストリート２０２は、基板４１３が、２つのスロット４２１Ａ、４２１Ｂの底面として露出されるまで、ウェハのすべてのエピタキシャル層内をエッチングすることによって作成される「Ｗ」字形ストリートである。スロット４２１Ａ及び４２１Ｂは、デバイス２０１Ａを、デバイス２０１Ｂから電気的に絶縁する。

すべてのエピタキシャル層がエッチングされ、基板はエッチングされていないものとして示されているが、エピタキシャル層の一部若しくは全部の部分エッチング、又は、基板の部分エッチングといった他の組み合わせも想到され、本発明の範囲に含まれる。（図示されない）一実施形態では、エピタキシャル層について、ｎ型層４１０、活性層４１１及びｐ型層４１２の一部がエッチングされるか、又は、ｐ型層４１２は全くエッチングされない。スロット間のストリートの一部は、メサ４７０である。スロット４２１Ａ、４２１Ｂ及びメサ４７０の集合体が、Ｗ字形メサを形成する。

スロット４２１Ａ、４２１Ｂが、ストリート２０２の一部又は全部、即ち、ストリート２０２の幅を画定する。２つのスロットが示されているが、３以上のスロットも想定され、本発明の範囲に含まれる。スロット４２１Ａ、４２１Ｂは、図４に示されるように台形の横断面を有するものとして示されているが、例えば矩形又は楕円形といった任意の他の適切な形状も想到され、本発明の範囲に含まれる。同様に、スロット４２１Ａ、４２１Ｂは、対称横断面を有し、また、同一として示されているが、非対称横断面及び各スロットに異なる横断面も想到され、本発明の範囲に含まれる。

図４Ａは、ストリート２０２の片側においてスロット４２１Ａに隣接するＬＥＤ２０１Ｂの一部を示す。ＬＥＤ２０１Ａの一部が、ストリート２０２のもう片側において、スロット４２１Ｂに隣接して示される。通常、スロット４２１Ａ及び４２１Ｂの間には、ＬＥＤ２０１Ａ及び２０１Ｂの部分は配置されない。ストリート２０２の幅は、２乃至２００マイクロメートルである。ＬＥＤストリートの典型的なサイズは、２０乃至７５マイクロメートルである。通常、ストリート２０２は、「Ｕ」字形状を使用したストリートの幅に比べて、Ｗ字形メサを収容するために広げられるわけではない。

図４Ｂは、ウェハ２００への保護層４２０の追加を示す。保護層４４０は、スピンオンコーティングとして塗布される高分子化合物であってよい。保護コーティング４２０は、ウェハ２００の上面の一部又は全体を覆う。理想的には、保護コーティング４２０は、スロット４２１Ａ、４２１Ｂの上に層を形成する。保護コーティングは、スロット４２１Ａ、４２１Ｂを埋める又は部分的に埋める。保護コーティング４２０は、ウェハ２００全体に亘って均等又は不均等な厚さを有する。代替実施形態では、保護コーティング４２０は、スロット４２１Ａ、４２１Ｂの壁及び底面に亘って均等又は不均等な厚さを有する。通常、ウェハ上のすべてのストリート及びダイは、図４Ｂに示される例示的な横断面と同様にコーティングされる。

図４Ｃは、レーザビーム４４０を介するＬＥＤダイの分離を示す。レーザビーム４４０は、開口又は切り口４６０を作成することによって、ウェハ２００を分割する。切り口４６０は、レーザ４４０によって除去される基板４１３及びエピタキシャル層４１０、４１１、４１２の一部である。通常、切り口４６０は、通常、エピタキシャル層４１０、４１１、４１２及び基板４１３の一部を含むウェハ２０２の一部を蒸発させることによって作成される。切り口４６０は更に、メサ４７０を、２つの部分、４７０Ａ及び４７０Ｂに分割する。

切り口４６０の幅は、ウェハ２００の厚さに依存する。より厚いウェハ２００は、通常、より幅のある切り口４６０を有する。許容可能な歩留りを提供するストリート２０２の幅は、切り口４６０の幅に依存する。好適には、切り口４６０は、メサ４７０の一部を包含する。切り口４６０は、伸張可能なテープ４５０の少し上で終わって基板４１３の一部に切り口が届かないようにされるか、又は、切り口４６０は、伸張可能なテープ４５０内へと入ってもよい。切り口４６０は、先のとがった又は平らな底面で終わってもよい。切り口４６０の壁は傾斜されていてもよい。好適には、レーザビーム４４０は、伸張可能なテープ４５０を損傷することなく、基板４１３を分割する。ダイ分離後、伸張可能なテープ４５０は、更なる処理のためにＬＥＤダイを離すように伸張される。

分割プロセスの間、レーザビーム４４０は、デブリ４３０Ａ乃至４３０Ｅを生成することがある。デブリ４３０Ａ乃至４３０Ｅは、熱衝撃によってエピタキシャル層４１０、４１１、４１２及び基板４１３から「分離」された基板の断片、又は、蒸発若しくは改質された材料である。例えばデブリ４３０Ａ乃至４３０Ｄといったように、あるデブリは、保護コーティング４２０の上に落ちる。４７０Ａ内のデブリ４３０Ｅといったように、あるデブリは、メサ４７０の一部分内に埋め込まれる。

図４Ｄは、保護層４２０を除去した後の横断面４００を示す。保護層は、水洗いプロセスを介して、エッチング液を使用して、又は、他の適切な方法によって除去される。ウェハ２００上にはデブリは残らない。しかし、４７０Ａ内のデブリ４３０Ｅといったように、一部のデブリは、メサ４７０の一部分内に埋め込まれたまま又は融合されたままである。このデブリは、例えば２１０Ｂであるデバイスに損害を及ぼさない。というのは、メサ部４７０Ａ、４７０Ｂは、任意のデバイスに電気的に接続されていないからである。したがって、メサ部４７０Ａ、４７０Ｂが、デバイス２０１Ａ、２０１Ｂを電気的及び機械的に保護する。

代替実施形態では、メサ部４７０Ａ、４７０Ｂが除去されて、「Ｕ」字形ストリートが残されてもよい。メサ部４７０Ａ、４７０Ｂを除去すると、メサ部４７０Ａ、４７０Ｂ内に埋め込まれた任意のデブリも除去する。

図４Ｅは、切り口４６０の一部及び例示的なＬＥＤ２０１Ｈの一部の写真を示す。ＬＥＤ２０１Ｈ内にデブリ３３０が侵入していないことに注目されたい。

当業者は、請求項に係る発明を実施する際に、図面、開示内容及び添付の請求項の検討から、開示された実施形態の変更態様を理解し、また、達成できよう。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞は、複数形を排除するものではない。特定の手段が、相互に異なる従属項に記載されるからといって、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (6)

1. 半導体構造体を製造する方法であって、
   ウェハの第１の部分と前記ウェハの第２の部分との間に、中心部と、第１の側部と、第２の側部とを有するストリートを指定するステップと、
   前記ウェハ内に少なくとも２つのスロットを形成するステップであり、
   第１のスロットが、前記ストリートの前記第１の側部と前記ストリートの前記中心部との間に形成され、第２のスロットが、前記ストリートの前記第２の側部と前記ストリートの前記中心部との間に形成され、
   前記第１のスロットは、前記ウェハ内に形成された第１の電気デバイスと直に隣接する内壁と、前記ストリートの前記中心部側の外壁とを有し、
   前記第２のスロットは、前記ウェハ内に形成された第２の電気デバイスと直に隣接する内壁と、前記ストリートの前記中心部側の外壁とを有し、
   前記第１のスロット及び前記第２のスロットは、前記第１の電気デバイス及び前記第２の電気デバイスを前記ストリートの中心部から電気的に分離する、ステップと、
   前記第１のスロット及び前記第２のスロットを保護材料で少なくとも部分的に充填するステップと、
   前記ウェハを少なくとも部分的に個片化するために、前記第１のスロットの前記外壁と前記ストリートの前記中心部との間の前記ウェハの第１の部分を残し且つ前記第２のスロットの前記外壁と前記ストリートの前記中心部との間の前記ウェハの第２の部分を残して、レーザを用いて前記ストリートの前記中心部に沿って切断するステップと、
   前記第１のスロット及び前記第２のスロットから前記保護材料を除去するステップと、
   を有する方法。
2. 前記ウェハは、基板上に１つ以上のエピタキシャル層を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも２つのスロットを形成するステップは、前記１つ以上のエピタキシャル層のすべてと前記基板の一部とを貫通することを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記半導体構造体は、ＬＥＤであり、前記１つ以上のエピタキシャル層のうちの少なくとも１つは、活性層であり、前記少なくとも２つのスロットを形成するステップは、前記活性層を貫通することを含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記ウェハは、複数のダイに分割され、ストリートが各ダイを囲んでいる、請求項１に記載の方法。
6. 前記第１のスロットと前記第２のスロットとの間で前記ウェハを分割するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。

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