KR19980070042A - Improved scribing and breaking methods for materials that are difficult to scribe - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스크라이빙이 어려운 물질의 개선된 스크라이빙 및 파단 방법에 관한 것이다. 본 발명에서, 스크라이빙이 어려운 기판(hard-to scribe substrate)은 이후에 절단되기에 적합한 두께로 래핑(lapping)된다. 스크라이빙(scribing)되도록 선택된 기판의 표면에 스크라이빙을 용이하게 하는 유전체 층과 같은 비-연성 재료를 기판상에 성장 또는 침착시킨다. 상기 층의 경도 및 두께는 기판보다 더 연하고 뚜렷한 스크라이빙선을 허용하도록 선택된다. 다른 방법으로서 또는 이와 연관되게, 파단을 용이하게 하는 유전체 층과 같은 제 2의 비-연성 재료를 스크라이빙이 어려운 기판의 스크라이빙되도록 선택된 다른 면에 침착시킨다. 상기 층의 두께 및 경도는 확실한 파단 전파를 위한 최적의 인장 조건에서 표면이 스크라이빙되도록 선택된다. 임의적인 금속층을 스크라이빙될 표면에 위치시킨다. 상기 층은 입방체 분리시에 발생된 열을 소산시키고 압전성 방전(piezoelectric discharge)으로부터 절삭 공구를 차단시키는 역할을 한다.The present invention relates to improved methods for scribing and breaking of materials that are difficult to scribe. In the present invention, hard-to-scribe substrates are wrapped to a thickness suitable for subsequent cutting. A non-soft material, such as a dielectric layer, that facilitates scribing on the surface of the substrate selected for scribing is grown or deposited on the substrate. The hardness and thickness of the layer is chosen to allow softer and more pronounced scribing lines than the substrate. As another method or in connection therewith, a second non-soft material such as a dielectric layer that facilitates fracture is deposited on the other side selected for scribing of the substrate that is difficult to scribe. The thickness and hardness of the layer is chosen such that the surface is scribed under optimal tensile conditions for reliable break propagation. An optional metal layer is placed on the surface to be scribed. The layer serves to dissipate the heat generated during cube separation and to block the cutting tool from the piezoelectric discharge.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 모놀리식(monolithic) 기판상에서 성장하는 소자의 분리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a method of isolating a device growing on a monolithic substrate.
청색광/녹색광 발광 소자는 두꺼운 사파이어 기판(약 100 내지 500 마이크로미터의 두께 및 50 내지 150mm의 직경을 갖는 두꺼운 원반 형태의 기판 웨이퍼)상에서 성장하는 육각형 결정 대칭체의 얇은(약 1 내지 10 마이크로미터) GaN-계 화합물 소자 구성물(우르쯔(wurtzite))이다. 소자는 종종 정방형이고, 전형적으로는 변의 길이가 200 내지 500 마이크로미터이다. 따라서 하나의 기판상에서 많은 연속적 개별적 소자가 제작될 수 있다. GaN과 사파이어는 거의 다이아몬드만큼이나 단단하고, 사파이어의 자연적인 절단면은 표면에 대해서 직각이 아니기 때문에 소자의 분리(즉 웨이퍼를 개별적인 입방체(dice)로 개별화함)가 매우 어렵다. 따라서, 웨이퍼를 통한 개별적인 파단면은 매끄럽지 않고 평평하지 않고 수직이지 않으며, 이는 소자의 성능 및 신뢰도에 영향을 미칠 것이다.The blue / green light emitting device is a thin (about 1 to 10 micrometer) of hexagonal crystal symmetry that grows on a thick sapphire substrate (a thick disk-shaped substrate wafer having a thickness of about 100 to 500 micrometers and a diameter of 50 to 150 mm). GaN-based compound device construction (wurtzite). The device is often square and typically has a side length of 200 to 500 micrometers. Thus, many continuous individual devices can be fabricated on one substrate. GaN and sapphire are almost as hard as diamond, and because the natural cut edges of sapphire are not perpendicular to the surface, it is very difficult to separate the device (ie, individualize the wafer into individual cubes). Thus, the individual fracture surfaces through the wafer are not smooth, not flat or perpendicular, which will affect the performance and reliability of the device.
소자를 분리시키는 종래의 방법중 하나는 소자를 톱질해서(sawing) 나누는 것이다. 사파이어 및 GaN계 화합물은 너무 단단해서 톱날은 작은 소자를 톱질하기에 비실용적으로 수명이 짧다(전형적으로는 250 선형 센티미터 미만). 또한, 톱질을 하면 넓은 톱자국이 생기며 톱질로 인한 양은 약 150 마이크로미터 이상이다. 톱질은 또한 과다한 찌꺼기(chipping) 및 바람직하지 못한 균열을 유발하고 이들은 소자의 활성 영역으로 전달되어 성능 및 신뢰도를 저하시킨다.One conventional method of isolating devices is by sawing and dividing the devices. Sapphire and GaN based compounds are so hard that saw blades have an impractical short life (typically less than 250 linear centimeters) for sawing small devices. In addition, sawing results in wide saw marks and the amount due to sawing is about 150 micrometers or more. Sawing also causes excessive chipping and undesired cracking, which are transferred to the active area of the device, degrading performance and reliability.
또다른 종래 방법은 입방체를 레이저로써 절단 분리시키는 것이다. 유감스럽게도, 사파이어는 레이저에 대해 매우 짧은 파장을 갖기 때문에(230 나노미터 미만), 레이저를 사용하면 너무 많은 열이 발생한다. 입방체는 바람직하지 못하게 열팽창된다. 그리고, 분리성이 톱질에 의한 것보다 훨씬 좋지 못하다.Another conventional method is to cut apart the cube with a laser. Unfortunately, sapphire has a very short wavelength for lasers (less than 230 nanometers), so using a laser generates too much heat. The cube is undesirably thermally expanded. And separation is much worse than by sawing.
또다른 종래의 스크라이빙 및 파단 방법에서는, 입방체를 분리할 부분에 스크라이빙선을 넣고 상기 스크라이빙 표시에 의해 파단 전달을 개시하여 상기 선을 따라 입방체를 분리시킨다. 상기 방법은 단지 처리량 및 비용면에 있어서만 적당한데, 왜냐하면 입방체 사이의 틈(street)이 50 내지 150 마이크로미터여서 웨이퍼상에 너무 많은 양의 공간이 생기기 때문이다. 또한, 상기와 같이 단단한 표면상에서는 스크라이빙 공구는 전형적으로는 500 선형 센티미터 미만의 유효 수명을 갖는다.In another conventional scribing and breaking method, a scribing line is placed in a portion from which the cube is to be separated, and breaking transmission is initiated by the scribing mark to separate the cube along the line. The method is only suitable in terms of throughput and cost since the distance between the cubes is 50 to 150 micrometers, resulting in too much space on the wafer. In addition, on such hard surfaces, the scribing tool typically has a useful life of less than 500 linear centimeters.
전술된 모든 종래 방법은 값비싼 기판 물질을 소비하며 부적절하거나 매우 약간 적절한 정도의 윤활성을 갖는 파단면을 생성시킨다. 스크라이빙이 어려운 값비싼 기판을 효율적으로 사용하는 방법이 바람직하다. 이 방법이 절삭 공구의 수명을 연장시킨다면, 비용 및 처리량 면에서도 이로울 것이다. 마지막으로, 뚜렷하고 매끄럽고 수직인 파단면을 생성시키는 방법이 최종 소자의 성능 및 신뢰도를 개선시킬 것이다.All of the prior art methods described above consume expensive substrate materials and produce fracture surfaces with an inadequate or very slightly moderate degree of lubricity. It is desirable to efficiently use expensive substrates that are difficult to scribe. If this method extends the life of the cutting tool, it will be advantageous in terms of cost and throughput. Finally, the method of creating a clear, smooth, vertical fracture surface will improve the performance and reliability of the final device.
기타 절단이 어려운 물질 시스템에서 소자를 분리하는 경우, 예를 들면 GaN 기판상에서 성장하는 GaN계 소자(또는 사파이어 이외의 다른 기판); 평판 디스플레이의 제조에서 사용되는 몇 종류의 유리; 또는 유리- 또는 석영-계 소자(예를 들면 웨이퍼-결합된 암시(暗視) 시스템)의 경우에도 유사한 문제점이 발생된다. 문제가 되는 기타 시스템은 갈륨 포스파이드(GaP)와 같은 스크라이빙이 어려운 반도체, 또는 스크라이빙이 개시되는 기판 또는 웨이퍼층이 소자내의 몇몇 다른 층과 상이한 물질 시스템인 복합 반도체이다.When separating devices in other difficult material systems, for example GaN-based devices (or substrates other than sapphire) growing on GaN substrates; Several kinds of glass used in the manufacture of flat panel displays; Or similar problems arise in the case of glass- or quartz-based devices (eg wafer-bonded implied systems). Other systems in question are difficult to scribing semiconductors such as gallium phosphide (GaP), or complex semiconductors in which the substrate or wafer layer on which scribing is initiated is different from some other layers in the device.
본 발명은 스크라이빙이 어려운 값비싼 기판을 효율적으로 사용하고, 절삭 공구의 수명을 연장시켜 비용 및 처리량 면에서도 이롭고, 뚜렷하고 매끄럽고 수직인 파단면을 생성시키는 스크라이빙 및 파단 방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention seeks to provide a scribing and breaking method that efficiently uses expensive substrates that are difficult to scribe and extends the life of the cutting tool to produce a clear, smooth and vertical fracture surface which is advantageous in terms of cost and throughput. will be.
도 1a 내지 1c는 개선된 스크라이빙 및 파단성을 갖는 웨이퍼의 단면도이다.1A-1C are cross-sectional views of a wafer with improved scribing and breaking properties.
도 2a 및 2b는 본 발명의 공정 흐름도를 나타낸다.2A and 2B show a process flow diagram of the present invention.
소자 표면을 갖는 스크라이빙이 어려운 기판은, 이후에 절단되기에 적당한 두께로 얇게 만들어진다(예를 들면 래핑(lapping), 연삭(grinding), 에칭(etching), 리프트-오프(lift-off) 등에 의해). 기판의 또다른 면에서는, 유전체의 층 또는 기타 비-연성 물질(피복물)이 성장 또는 침착된다.Substrates that are difficult to scribe with device surfaces are made thin (for example, lapping, grinding, etching, lift-off, etc.) to a thickness suitable for later cutting. due to). In another aspect of the substrate, a layer of dielectric or other non-soft material (cover) is grown or deposited.
스크라이빙이 상기 피복물의 표면상에서 수행될 때, 피복물은 스크라이빙을 용이하게 하는 층의 역할을 하고, 기판보다 더 연하고 뚜렷한 스크라이빙선을 허용하는 것으로 선택된다. 그의 두께는 우수한 파단 전달에 최적인 것으로 선택된다. 금속의 임의적인 층이 스크라이빙을 용이하게 하는 층상에 놓인다. 이 금속층은 입방체 분리시에 발생된 열을 소산시킬 뿐만 아니라 절삭 공구를 압전성 방전으로부터 차단시킨다.When scribing is performed on the surface of the coating, the coating acts as a layer to facilitate scribing and is selected to allow softer and more pronounced scribe lines than the substrate. Its thickness is chosen to be optimal for good break transfer. An optional layer of metal is placed on the layer to facilitate scribing. This metal layer not only dissipates heat generated during cube separation, but also cuts the cutting tool from piezoelectric discharges.
스크라이빙이 피복물의 표면상에서 수행되지 않고 그 대신 기판의 또다른 면상에서 수행될 경우, 피복물의 두께 및 경도는 확실한 파단 전달에 최적인 인장 상태로 표면이 스크라이빙되도록 선택된다. 임의적인 금속층이 스크라이빙될 표면위에 놓인다. 이 금속층은 입방체 스크라이빙 및 분리시에 발생된 열을 소산시킬 뿐만 아니라 절삭 공구를 압전성 방전으로부터 차단시킨다.If scribing is not performed on the surface of the coating but instead on the other side of the substrate, the thickness and hardness of the coating is chosen such that the surface is scribed in a tension state that is optimal for reliable failure delivery. An optional metal layer is placed on the surface to be scribed. This metal layer not only dissipates heat generated during cube scribing and separation, but also cuts the cutting tool from piezoelectric discharges.
도 1a 내지 1c는 개선된 파단 전달성을 갖는 웨이퍼의 단면도를 예시한다. 도 1a에서, 유전체 층(2)은 사파이어 또는 갈륨 니트라이드(GaN) 또는 갈륨 포스파이드(GaP)와 같은 스크라이빙이 어려운 기판(4)의 얇은 배면에서 성장한다. 도 1b에서, 유전성 피복물은 사파이어 기판의 소자 면(4a)위에 침착된다. 도 1a 및 1b 둘다에서, 알루미늄과 같은 임의적인 금속층(6)이 유전체(2)위에 침착된다. 도 1a 및 1b 둘다에서, 금속으로 피복될 얇은 기판 면상에서 스크라이빙이 수행된다. 임의적인 제 2 유전체 층 및 제 2 금속층이 반대 면(도시되지 않음)위에 침착될 수 있다. 도 1c에서, 단일 유전체 층(8)이 얇은 면상에 침착되고, 반면에 스크라이빙은 피복되지 않은 채로 있는 소자 면상에서 수행된다.1A-1C illustrate cross-sectional views of a wafer with improved break transferability. In FIG. 1A, the dielectric layer 2 grows on the thin backside of the scribing difficult substrate 4 such as sapphire or gallium nitride (GaN) or gallium phosphide (GaP). In FIG. 1B, a dielectric coating is deposited on the device side 4a of the sapphire substrate. In both FIGS. 1A and 1B, an optional metal layer 6, such as aluminum, is deposited over the dielectric 2. In both FIGS. 1A and 1B, scribing is performed on a thin substrate surface to be coated with a metal. An optional second dielectric layer and second metal layer may be deposited on opposite sides (not shown). In FIG. 1C, a single dielectric layer 8 is deposited on a thin side, while scribing is performed on the element side which remains uncovered.
스크라이빙이 피복물면에서 수행될때는, 항상 피복물은 스크라이빙을 용이하게 하는 층으로서의 역할을 하고 이는 이산화규소(SiO2)와 같이 사파이어보다 더 연한 쉽게 절단가능한 물질이도록 선택된다. 그 결과로, 피복물상의 스크라이빙선은 사파이어상에서의 스크라이빙선보다 더 선명하고 더 또렷하다. 확실한 파단 개시가 일어나기 때문에 경질 물질을 통한 파단 전달이 우수하다. 또한, 확실한 파단 전달성이 있는 응력에 웨이퍼를 적용시킴으로써 파단을 추가로 보조할 수 있다. 그 결과, 스크라이빙 공구의 수명이 연장되고, 개선이 이루어지고 제작 비용이 감소된다.When scribing is performed on the coating side, the coating always serves as a layer that facilitates scribing and it is selected to be a more easily cleavable material that is softer than sapphire, such as silicon dioxide (SiO 2 ). As a result, the scribing line on the coating is sharper and clearer than the scribing line on the sapphire. Since a clear break initiation occurs, break delivery through the hard material is excellent. In addition, breakage can be further assisted by applying the wafer to stress with reliable break transfer properties. As a result, the life of the scribing tool is extended, improvements are made and manufacturing costs are reduced.
임의적인 금속층(6)은 기판에 대한 공구의 충격을 완화시키고 열을 소산시키기 위해 입방체 절단 공구를 윤활화시킨다. 절단 과정으로부터 발생된 열은 공구를 마모시켜 스크라이빙성을 열화시킨다. 또한, 이 층은 또한 마모 및 파열을 증가시키는 압전성 방전으로부터 공구를 차단시키는 작용을 한다.The optional metal layer 6 lubricates the cube cutting tool to mitigate the impact of the tool on the substrate and dissipate heat. Heat generated from the cutting process wears the tool and degrades the scribing properties. In addition, this layer also serves to block the tool from piezoelectric discharges which increase wear and tear.
스크라이빙을 용이하게 하는 층(2)은 질화알루미늄, 알루미나, 질화규소, 옥시질화규소, 또는 이에 필적하는 유전성 또는 비-연성층일 수 있고, 산화규소 또는 이산화규소가 바람직하다. 또다른 스크라이빙이 어려운 기판(4)은 반도체(즉 GaP, 실리콘, 탄화규소 또는 GaN), 스피넬(spinel), 유리(즉 G7) 또는 석영의 거대 플레이트이다.The layer 2 that facilitates scribing may be aluminum nitride, alumina, silicon nitride, silicon oxynitride, or a dielectric or non-soft layer comparable thereto, with silicon oxide or silicon dioxide being preferred. Another difficult to scribe substrate 4 is a large plate of semiconductor (ie GaP, silicon, silicon carbide or GaN), spinel, glass (ie G7) or quartz.
도 2a 및 2b는 본 발명에 대한 공정 흐름도를 예시한다. 단계(30)에서, 기판의 배면은 대부분의 물질 시스템의 경우, 약 50 내지 150 마이크로미터의 두께를 갖도록 래핑된다. 단계(40)에서, 두께가 전형적으로는 5 내지 1000 나노미터인 유전체 층은 기판의 목적하는 면상에서 성장한다. 유전체 층은 스퍼터링, 증발, 이온 빔 침착, 화학적 증착(CVD), 플라스마 보조 CVD, 또는 스펀-온 글래스(spun-on glass)를 통해 침착된다. 단계(50)에서, 임의적인 금속층이 스크라이빙될 표면상에 침착된다. 단계(50)에서, 웨이퍼 구조물이 스크라이빙된 후, 스크라이빙선을 따라 파단된다.2A and 2B illustrate a process flow diagram for the present invention. In step 30, the backside of the substrate is wrapped to have a thickness of about 50 to 150 micrometers for most material systems. In step 40, a dielectric layer, typically 5 to 1000 nanometers thick, is grown on the desired side of the substrate. The dielectric layer is deposited via sputtering, evaporation, ion beam deposition, chemical vapor deposition (CVD), plasma assisted CVD, or spun-on glass. In step 50, an optional metal layer is deposited on the surface to be scribed. In step 50, the wafer structure is scribed and then broken along the scribe line.
유전성 또는 비-연성 층을 선택된 표면상에 침착시켜 스크라이빙될 표면이 인장 상태에 있게 하는 것이 바람직하다. 이로써, 보다 확실한 파단 전달을 촉진시키고 입방체의 가장자리의 찌꺼기를 감소시킴으로써 입방체 사이에 요구되는 틈이 감소된다.It is desirable to deposit a dielectric or non-soft layer on the selected surface so that the surface to be scribed is in tension. This reduces the required gap between the cubes by promoting more reliable break delivery and reducing the debris at the edges of the cube.
도 2a에 도시된 방법과 도 2b에 도시된 방법의 가장 큰 차이점은 유전성 또는 비-연성 층(피복물)의 역할이다. 도 2a에서, 피복물은 비교적 연하고(예를 들면 이산화규소) 주로 확실한 스크라이빙 및 파단 개시를 허용한다(스크라이빙을 용이하게 함). 스크라이빙 표면을 적당한 인장 상태로 두는 것은 2차적으로 고려할 일이다. 도 2b에서, 피복물의 1차 목적은 파단 개시 후에 최적의 파단 전달을 위해서(파단을 용이하게 함) 반대쪽 스크라이빙 표면을 적당한 인장 상태에 두는 것이다. 스크라이빙 공구는 절대 물질과 접촉하지 않기 때문에 물질은 꽤 단단할 수 있다(즉 질화규소).The biggest difference between the method shown in FIG. 2A and the method shown in FIG. 2B is the role of the dielectric or non-soft layer (cover). In FIG. 2A, the coating is relatively soft (eg silicon dioxide) and mainly permits reliable scribing and breaking initiation (to facilitate scribing). Keeping the scribing surface in proper tension is a secondary consideration. In FIG. 2B, the primary purpose of the coating is to place the opposite scribing surface in a suitable tension state for optimal break delivery (easy to break) after the onset of break. Since the scribing tool never comes into contact with the material, the material can be quite hard (ie silicon nitride).
마지막으로, 스크라이빙될 표면을 보다 연하고 보다 절단가능한 물질로 피복시키고 다른 면을 보다 단단한 물질로 피복시킴으로써 도 2a에 도시된 방법과 도 2b에 도시된 방법을 조합할 수 있다(여기서, 보다 연한 피복물의 두께 및 보다 단단한 피복물의 두께는 각각 파단 개시(스크라이빙을 용이하게 함) 및 파단 전달(파단을 용이하게 함)을 가장 좋게 하는 두께이다).Finally, the method shown in FIG. 2A and the method shown in FIG. 2B can be combined (where, moreover, by coating the surface to be scribed with a softer, more cleavable material and the other side with a harder material). The thickness of the soft coating and the thickness of the harder coating is the thickness that best facilitates break initiation (easy scribing) and break transfer (easy to break), respectively.
본 발명에 의해 스크라이빙이 어려운 값비싼 기판을 효율적으로 사용하고, 절삭 공구의 수명을 연장시켜 비용 및 처리량 면에서도 이롭고, 뚜렷하고 매끄럽고 수직인 파단면을 생성시키는 스크라이빙 및 파단 방법이 제공된다.The present invention provides a scribing and breaking method that efficiently uses expensive substrates that are difficult to scribe and extends the life of the cutting tool to produce a clear, smooth and vertical fracture surface that is advantageous in terms of cost and throughput. .
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