(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、その基板上に形成された多結晶若しくは単結晶の気相合成ダイヤモンド薄膜と、その気相合成ダイヤモンド薄膜上に形成された複数の素子からなるダイヤモンドウエハを、基板ごと一素子毎に切断してチップ化するダイヤモンドウエハのチップ化方法において、レーザ加工により前記気相合成ダイヤモンド薄膜の表面から、その膜厚の１倍未満の深さの第一の溝を加工する工程と、酸素プラズマにより前記レーザ加工による熱分解部の清浄を実施する工程と、ダイヤモンドブレードによるカッティングにより前記第一の溝に合わせて前記基板に第二の溝を加工する工程と、その後ダイヤモンドウエハに応力を加え各チップに分離するブレーキング工程とからなることを特徴とするダイヤモンドウエハのチップ化方法。
【請求項２】
基板と、その基板上に形成された多結晶若しくは単結晶の気相合成ダイヤモンド薄膜と、その気相合成ダイヤモンド薄膜上に形成された複数の素子からなるダイヤモンドウエハを、基板ごと一素子毎に切断してチップ化するダイヤモンドウエハのチップ化方法において、レーザ加工により前記気相合成ダイヤモンド薄膜の表面から、その膜厚の１倍以上の深さの第一の溝を加工する工程と、前記基板がＳｉまたはＳｉＣであり、酸素、若しくはＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、ＣＨＦ3、Ｃ4Ｆ8のＣＦ系ガス、または、酸素とＣＦ系ガスとの混合ガスのプラズマにより前記レーザ加工による熱分解部の清浄を実施する工程と、ダイヤモンドブレードによるカッティングにより前記第一の溝に合わせて前記基板に第二の溝を加工する工程と、その後ダイヤモンドウエハに応力を加え各チップに分離するブレーキング工程とからなることを特徴とするダイヤモンドウエハのチップ化方法。
【請求項３】
基板と、その基板上に形成された多結晶若しくは単結晶の気相合成ダイヤモンド薄膜と、その気相合成ダイヤモンド薄膜上に形成された複数の素子からなるダイヤモンドウエハを、基板ごと一素子毎に切断してチップ化するダイヤモンドウエハのチップ化方法において、レーザ加工により前記気相合成ダイヤモンド薄膜の表面から、その膜厚の１倍以上の深さの第一の溝を加工する工程と、前記基板がサファイヤ、ＡｌＮ、またはＧａＡｓであり、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6のＣＨ系ガス、若しくはＢＣｌ2、ＣＣｌ4のＣｌを含むガスのプラズマにより前記レーザ加工による熱分解部の清浄を実施する工程と、ダイヤモンドブレードによるカッティングにより前記第一の溝に合わせて前記基板に第二の溝を加工する工程と、その後ダイヤモンドウエハに応力を加え各チップに分離するブレーキング工程とからなることを特徴とするダイヤモンドウエハのチップ化方法。
【請求項４】
前記レーザは、ＹＡＧ、ＣＯ2、エキシマレーザの高出力レーザで、その波長は２５０〜１１２０ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のダイヤモンドウエハのチップ化方法。
【請求項５】
前記ダイヤモンドブレードによるカッティングにより前記基板に加工する第二の溝の深さは、その基板の残厚が０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のダイヤモンドウエハのチップ化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板と、その基板上に形成された多結晶若しくは単結晶の気相合成ダイヤモンド薄膜と、その気相合成ダイヤモンド薄膜上に形成された複数の素子からなるダイヤモンドウエハを切断してチップ化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板と、気相合成ダイヤモンドと、複数の素子からなるダイヤモンドウエハを、チップ化する方法として、ダイヤモンドブレードによる気相合成ダイヤモンドのカッティング（以後、ダイシングと称す）は、ダイヤモンドの共削りとなるため、安定した切断を行うことができない。
【０００３】
そのためダイシング等と共にレーザを利用してダイヤモンドウエハをチップ化する方法が開発され、その一つが特開２０００―２１８１９号公報に開示されている。それを図３で説明する。
【０００４】
図３（ａ）は、Ｓｉ基板１０２上に気相合成ダイヤモンド層１０３と、更にその上に形成された複数の素子１０４１、１０４２とを有するダイヤモンドウエハ１０１である。
これをチップ化する方法として、図３（ｂ）に示すように、まずＳｉ基板１０２をダイシング等によりハーフカットし、溝を加工する。その溝の深さは、基板１０２の厚みより浅く、基板１０２の厚みの半分より深くする。
【０００５】
次に、ハーフカットした溝の底面１０５にレーザを照射して、残りの基板１０２と気相合成ダイヤモンド層１０３とを、前記溝より細い溝幅でフルカットし、図３（ｃ）のように一素子毎に切り離す。
【０００６】
また、特開平１０―１２５９５８号公報に開示されている別の技術を図４で説明する。図４（ａ）は、サファイヤ基板１１２の上にｎ型窒化物半導体層１１３と、ｐ型窒化物半導体層１１４とを積層したウエハ１１１である。
【０００７】
これをチップ化する方法として、図４（ｂ）に示すように、まず半導体層側から半導体層を貫通してサファイヤ基板１１２の一部を除く深さまで第一の割溝１１５を形成する。
次に、ウエハ１１１のサファイヤ基板１１２側から第一の割溝１１５の線と合致する位置で、第一の割溝１１５の線幅（Ｗ１）よりも細い線幅（Ｗ２）で第二の割溝１１６を形成し、その後、ウエハ１１１に応力を加え一素子毎に分離する。
【０００８】
更に特開昭５６―６４５１号公報に開示されている別の技術を、図５で説明する。
図５（ａ）は、サファイヤ基板１２２上にシリコン単結晶層１２３を気相成長により作製し、そのシリコン単結晶層１２３内に半導体素子１２４を形成したＳＯＳ形半導体装置１２１である。
【０００９】
図５（ｂ）に示すように、シリコン単結晶層１２３の表面にダイヤモンドカッタにより引っ掻き傷１２５を形成し、次に、サファイヤ基板１２２上にレーザ光線により前記引っ掻き傷１２５と対応して溝１２６を形成する。そして、ＳＯＳ形半導体装置１２１にストレスを加えて各チップに分割するのである。
【００１０】
【発明が解決しょうとする課題】
特開２０００―２１８１９号公報に開示される技術は、気相合成ダイヤモンド層の全厚みをレーザ照射により切断する工程があるので、素子部分の熱損傷を避けようとすると、加工に長時間を要することになる。
また、特開平１０―１２５９５８号公報に開示される技術では、半導体層側から半導体層を貫通して基板の一部に達する加工工程があるが、この時の加工屑が素子の表面に付着し問題となることがあるし、同じく特開昭５６―６４５１号公報の技術もレーザ光線による加工時の加工屑が、各チップに付着しチップを汚染することがある。
【００１１】
本発明は、上記の問題に鑑みて、気相合成ダイヤモンド層を有するダイヤモンドウエハを、素子に熱損傷や熱分解した加工屑での性能低下を与えることなく、チップ化する方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
基板と、その基板上に形成された多結晶若しくは単結晶の気相合成ダイヤモンド薄膜と、その気相合成ダイヤモンド薄膜上に形成された複数の素子からなるダイヤモンドウエハをチップ化する方法として、まず、ＹＡＧ、ＣＯ２、エキシマレーザ等の高出力レーザにより前記気相合成ダイヤモンド薄膜にその膜厚の１／１００〜１．５倍の深さの第一の溝を加工する。
【００１３】
次に、前記レーザ加工による熱分解部の清浄をプラズマを用いて実施する。そして、ダイシングにより前記基板に前記第一の溝に合わせて第二の溝を加工し、ダイヤモンドウエハに応力を加え各チップに分離する。
尚、前記ダイシングにより前記基板に加工する第二の溝の深さは、その基板の残りの厚みが０〜１００μｍが好ましい。
【００１４】
前記気相合成ダイヤモンド薄膜へのレーザ加工の深さがその膜厚の１倍未満の時（レーザ加工が気相合成ダイヤモンド薄膜内の深さ）は、前記熱分解部の清浄作業に用いるプラズマのガスは酸素を用いる。
また、前記気相合成ダイヤモンド薄膜へのレーザ加工の深さがその膜厚の１倍以上で（レーザ加工が基板に迄至る深さ）、  且つ、前記基板がＳｉまたはＳｉＣであるときは、前記熱分解部の清浄作業に用いるプラズマのガスは酸素、若しくはＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８のＣＦ系ガス、または、酸素とＣＦ系ガスとの混合ガスを用い、同じく前記気相合成ダイヤモンド薄膜へのレーザ加工の深さがその膜厚の１倍以上で、  且つ、前記基板がサファイヤ、ＡｌＮ、またはＧａＡｓであるときは、前記熱分解部の清浄作業に用いるプラズマのガスはＣＨ４、Ｃ２Ｈ６のＣＨ系ガス、若しくはＢＣｌ２、ＣＣｌ４のＣｌを含むガスを用いる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイヤ、ＡｌＮ、ＧａＡｓの単一材料、若しくはＰｔ等の金属が存在するＳｉ等の金属と前者材料との組み合わせが好ましいが、ここでは厚さ１ｍｍのＳｉ基板を準備した。  以下、図１、図２を用いて説明する。
【００１６】
（実施例１）
図２（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１上に、２％のＣＨ４ガスを含むＨ２ガスを用い、下記の条件のマイクロ波プラズマＣＶＤ法により、厚さ３５μｍの気相合成ダイヤモンド薄膜２を成長させた。尚、本発明に用いる気相合成ダイヤモンド薄膜２の厚みの適用範囲は、０．１〜１０００μｍが望ましい。０．１μｍ以下の厚みであれば本発明を使わなくてもチップ化可能であり、ハンドリング上１０００μｍを超える厚みのものは殆ど存在しない。
・マイクロ波パワー  ；  １５０Ｗ
・反応ガス                  ；  ＣＨ４：Ｈ２＝２：１００．トータル流量５０ｓｃｃｍ
・ガス圧力                  ；  ５．３３Ｐａ
・成膜温度                  ；  ８００℃
【００１７】
この気相合成ダイヤモンド薄膜２を電着ダイヤモンド砥石を用いて図２（ｂ）のように、２０μｍの膜厚になる迄機械研磨し、平均凹凸２ｎｍ以下の平坦度で、且つ、０．５μｍ以上の表面欠陥を５０個／ｃｍ２以下とした。
次に、その気相合成ダイヤモンド薄膜２の上に必要とするＳＡＷフィルタ素子３を形成し、ダイヤモンドウエハ４を作製した。それを図２（ｃ）に示す。そして、そのＳＡＷフィルタ素子３のサイズに合わせ、フォトリソグラフィ技術によりパターニングをし、ＳＡＷフィルタ素子３をレジスト５でカバーした。
【００１８】
そして、図２（ｄ）に示すように、気相合成ダイヤモンド薄膜２のレジスト５のない部分に、下記のＹＡＧレーザ条件でレーザを掃引し、第一の溝６（実線で示す深さの溝）を加工した。
・レーザ加工面パワー  ；  ０．３８Ｗ
・加工速度                      ；  ２ｍｍ／ｓｅｃ．
・深さ                              ；  ５μｍ
（５μｍは、気相合成ダイヤモンド薄膜２０μｍの１／４倍）溝加工の深さは、気相合成ダイヤモンド薄膜２の厚みの１／１００〜１．５倍の深さが好ましい。ブレーキングが可能であれば加工時間、素子への熱影響の面から浅いほど好ましく、１／１００倍あればよい。また、殆どの場合レーザ加工は基板１迄は加工しない範囲とするが、基板１迄加工する場合は気相合成ダイヤモンド薄膜２の厚みの１．５倍を超えない範囲とし、素子に熱影響を与えないよう時間をかけて加工する。
【００１９】
尚、この実施例では、ＹＡＧレーザを用いたが、高出力でさえあれば、ＣＯ２、エキシマレーザ等でもよく、そのときの波長は気相合成ダイヤモンドのバンドギャップ（５．５ｅＶ）より小さく、Ｓｉ基板のバンドギャップ（１．１ｅＶ）より大きいものとする。具体的には、２５０ｎｍ〜１１２０ｎｍの波長が好ましい。
【００２０】
上記範囲にある波長のレーザはＳｉではレーザのエネルギーが吸収され、ダイヤモンドでは比較的透過されてしまう。つまり、上記波長範囲のレーザを使って熱エネルギーを与えると、ダイヤモンドで僅かの溝が入る条件でも基板側のＳｉには、ダイヤモンドを透過したレーザによる変質層が形成され、その部分が機械的に脆くなるからである。このことにより、後工程のブレーキングが容易となる。
【００２１】
この後、バレルタイプのチャンバーを持つプラズマ発生装置を用い、下記のプラズマ条件で熱分解部の加工屑７を除去し、清浄にした。
・圧力          ；  ６．６７Ｐａ
・ガス          ；  酸素                            トータル流量５０ｓｃｃｍ
・ＲＦ電源  ；  パワー３００Ｗ、    １３．５６ＭＨｚ
・時間          ；  ５分
【００２２】
プラズマに用いるガスは、レーザ加工が気相合成ダイヤモンド薄膜２の厚み以内の場合は酸素を用い、基板１迄レーザ加工を実施した場合は基板の材質によって替える必要がある。即ち、基板が本実施例のＳｉやＳｉＣである時は、Ｓｉ＋４Ｆ＝ＳｉＦ４の反応がベースなので、プラズマに使用するガスには、酸素、若しくはＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８、のＣＦ系ガス、または、酸素とＣＦ系ガスとの混合ガスを用いるとよい。また、基板がサファイヤ、ＡｌＮ、ＧａＡｓである時は、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、等のＣＨ系ガス、または、ＢＣｌ２、ＣＣｌ４等のＣｌを含むガスを用いるのが好ましい。
【００２３】
この熱分解部の加工屑７の除去工程は、気相合成ダイヤモンド薄膜２をレーザで熱分解した場合、分解されたものはグラファイトやカーボンであり、これが残存すると絶縁性を保てなくなるので大切な工程である。特に、このＳＡＷフィルタ素子３、或いは、レーザダイオードのように絶縁性が強く要求される素子には、この熱分解部の清浄は欠かせない。尚、レジスト５はアセトンまたはイソプロピルアルコール等の有機溶剤で洗浄し除去しておく。それを、図２（ｅ）に示す。
【００２４】
次に、両面マスクアライナーとフォトリソグラフィ技術を使い前記のＹＡＧレーザの加工溝に合わせ裏面のパターンニングを実施し、Ｓｉ基板１をレジスト８でカバーした。
そして、ダイシング装置により、下記の条件で図２（ｆ）に示すようにＳｉ基板１をカットし、第二の溝９を加工した。
・加工速度              ；  ５ｍｍ／ｓｅｃ
・ブレード回転数  ；  ３０，０００ｒｐｍ．
・深さ                      ；  Ｓｉ基板の残厚１０μｍ迄切り込む
【００２５】
基板１へのカットの深さは、その基板の残厚が０〜１００μｍが好ましい。ダイシングの刃が気相合成ダイヤモンド薄膜に掛からない範囲とする必要があるが、基板１の残厚が１００μｍを超えると、ブレーキングが困難となるからである。
【００２６】
ダイシング加工後、前記の有機溶剤でレジスト７を除去し、Ｓｉ基板１側に粘着テープを貼り付け、ＳＡＷフィルタ素子３側からローラで圧力をかけて各チップ１０にブレーキングをした。それを図１に示す。
【００２７】
（実施例２）
同じく図１、図２を用いて、実施例２の説明をする。
図２（ａ）に示すように、厚み０．５ｍｍのＡｌＮ基板１を準備し、その上に実施例１と同じ条件のマイクロ波プラズマＣＶＤ法により、厚さ１５μｍの気相合成ダイヤモンド薄膜２を成長させた。
【００２８】
この気相合成ダイヤモンド薄膜２を電着ダイヤモンド砥石を用いて図２（ｂ）のように、１０μｍの膜厚になる迄機械研磨し、平均凹凸２ｎｍ以下の平坦度で、且つ、０．５μｍ以上の表面欠陥を５０個／ｃｍ２以下とした。
次に、実施例１と同じく、その気相合成ダイヤモンド薄膜２の上に必要とするＳＡＷフィルタ素子３を形成し、ダイヤモンドウエハ４を作製した。それを図２（ｃ）に示す。そして、そのＳＡＷフィルタ素子３のサイズに合わせ、フォトリソグラフィ技術によりパターニングをし、ＳＡＷフィルタ素子３をレジスト５でカバーした。
【００２９】
そして、図２（ｄ）に示すように、気相合成ダイヤモンド薄膜２のレジスト５のない部分に、下記のＹＡＧレーザ条件でレーザを走引し、第一の溝６（点線で示す深さの溝）を加工した。
・レーザ加工面パワー  ；  ０．３Ｗ
・加工速度                      ；  ２ｍｍ／ｓｅｃ．
・深さ                              ；  １２μｍ
（第一の溝６の深さは点線で示すように，ＡｌＮ基板１迄加工）
【００３０】
この後、バレルタイプのチャンバーを持つプラズマ発生装置を用い、下記の２通りのプラズマ条件で、気相合成ダイヤモンド薄膜２とＡｌＮ基板１の熱分解部加工屑７を除去し、清浄にした。
（１）
・圧力          ；  ６．６Ｐａ
・ガス          ；  酸素                            トータル流量５０ｓｃｃｍ
・ＲＦ電源  ；  パワー３００Ｗ、    １３．５６ＭＨｚ
・時間          ；  ５分
（２）
・圧力          ；  ６．６Ｐａ
・ガス          ；  ＢＣｌ３                      トータル流量５０ｓｃｃｍ
・ＲＦ電源  ；  パワー３００Ｗ、    １３．５６ＭＨｚ
・時間          ；  １５分
【００３１】
次に、両面マスクアライナーとフォトリソグラフィ技術を使い前記のＹＡＧレーザの加工溝に合わせ裏面のパターニングを実施し、ＡｌＮ基板１をレジスト８でカバーした。
そして、ダイシング装置により、下記の条件で図２（ｆ）に示すようにＡｌＮ基板１をカットし、第二の溝９を加工した。
・加工速度              ；  １０ｍｍ／ｓｅｃ
・ブレード回転数  ；  ３０，０００ｒｐｍ．
・深さ                      ；  ＡｌＮ基板の残厚１０μｍ迄切り込む
【００３２】
ダイシング加工後、前記の有機溶剤でレジスト８を除去し、ＡｌＮ基板１側に粘着テープを貼り付け、ＳＡＷフィルタ素子３側からローラで圧力をかけて各チップ１０にブレーキングをした。それを図１に示す。
【００３３】
レーザ加工による気相合成ダイヤモンド２の加工屑を、プラズマ工程で除去した各チップ１０は、Ｓｉ基板、ＡｌＮ基板いずれの場合も１０ＭΩ以上の高抵抗で品質の良いものを作製できた。
【００３４】
【発明の効果】
基板と、気相合成ダイヤモンドと、素子からなるダイヤモンドウエハをチップ化する方法において、気相合成ダイヤモンドのレーザ加工、その加工屑のプラズマでの除去、基板のダイシング加工、最後にブレーキングという各工程でダイヤモンドウエハをチップ化することにより、素子の性能を損じることなく品質の良いチップを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるチップの模式断面図である。
【図２】本発明によるチップ化方法の各工程を説明する模式断面図である。
【図３】従来技術によるチップ化方法を説明する模式断面図である。
【図４】従来技術による他のチップ化方法を説明する模式断面図である。
【図５】従来技術による他のチップ化方法を説明する模式断面図である。
【符号の説明】
１．基板
２．気相合成ダイヤモンド薄膜
３．ＳＡＷフィルタ素子
４．ダイヤモンドウエハ
５．レジスト
６．第一の溝
７．加工屑
８．レジスト
９．第二の溝
１０．チップ
【図１】
0003616872.tif 000002
【図２】
0003616872.tif 000003
【図３】
0003616872.tif 000004
【図４】
0003616872.tif 000005
【図５】
0003616872.tif 000006