(57)【要約】ＩＣＰ  ＲＩＥ（誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング）を利用して基板を薄くしダイシングする。ダイシングする際には、有益にはリソグラフィ技術を利用して、サファイア基板上または半導体エピタキシャル層上に、スクライブラインを画定する硬質のフォトレジストパターンまたは金属マスクパターンを形成する。次いで、これらのスクライブラインに沿って基板をエッチングして、エッチングされたチャネルを形成する。ＢＣｌ３ガスおよび／またはＢＣｌ３／Ｃｌ２ガスからなるエッチングガスを使用する（任意選択で、Ａｒを添加し得る）。その後、エッチングされたチャネルに沿って基板を貫通する応力ラインを生成する。次いで、これらの応力ラインに沿って基板をダイシングする。薄くする際には、基板の表面を、ＢＣｌ３ガスおよび／またはＢＣｌ３／Ｃｌ２ガスに、おそらくはいくらかのＡｒを加えて使用するＩＣＰ  ＲＩＥ（誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング）にかける。ＩＣＰ  ＲＩＥは、サファイアその他の硬質基板を加工するときに特に有用である。
2005522874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板から個々の半導体デバイスを分離する方法であって、
少なくとも部分的に形成された複数の個別半導体デバイスを有する基板を準備する過程と、
前記基板の上に、スクライブラインにより前記基板が反応性イオンエッチングに露され、該マスクパターンの残りの部分により前記基板が保護されるようにスクライブラインを有するマスクパターンを形成する過程を含み、前記方法がさらに、
ＩＣＰ  ＲＩＥ（誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング）を利用して、前記基板内に、前記スクライブラインに沿ってトレンチをエッチングする過程と、
前記基板に応力を加えて応力ラインを発生させ、前記トレンチの位置で前記基板を分離し、それによって、前記少なくとも部分的に形成された複数の個別半導体デバイスの少なくとも１つをダイシングする過程を含む、方法。
【請求項２】
ＢＣｌ３を含む反応性ガスを使用してＩＣＰ  ＲＩＥを実施する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反応性ガスがＣｌ２をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記反応性ガスがＡｒをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
トレンチをエッチングすることにより、切欠きを備えたトレンチが生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記マスクパターンを形成する前記ステップが、金属層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記金属層がＣｒを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記金属層がＭｏを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記マスクパターンを形成する前記ステップが、フォトレジスト層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板を準備する前記ステップが、ＧａＮ半導体層を有するサファイア基板を得ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板を準備する前記ステップが、ＳｉＣを含む基板を得ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板に応力を加える前記ステップが、圧延機で前記基板を圧延することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板に応力を加える前記ステップが、前記トレンチに向かってナイフエッジを押し付けることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
半導体デバイスを形成する方法であって、
基板を準備する過程と、
前記基板上に複数の個別半導体デバイスを形成する過程と、
前記基板の上にスクライブラインにより、前記個々の半導体デバイス間の前記基板が反応性イオンエッチングに露され、前記マスクパターンの残りの部分により前記基板が保護されるようにスクライブラインを有するマスクパターンを形成する過程とを含み、さらに、
ＩＣＰ  ＲＩＥ（誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング）を利用して、前記基板内に、前記スクライブラインに沿ってトレンチをエッチングする過程と、
前記基板に応力を加えて応力ラインを生成し、前記トレンチのところで前記基板を分離し、それによって、複数の個別半導体デバイスのところでダイシングする過程とを含む、方法。
【請求項１５】
ＢＣｌ３を含む反応性ガスを使用してＩＣＰ  ＲＩＥを実施する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記反応性ガスがＣｌ２をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応性ガスがＡｒをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
トレンチをエッチングすることにより、切欠きを備えたトレンチが生成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記マスクパターンを形成する前記ステップが、金属層を形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記マスクパターンはＣｒおよびＭｏからなる群からの金属を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記マスクパターンを形成する前記ステップが、フォトレジスト層を形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
基板を準備する前記ステップが、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、およびＧａＰからなる群からの基板を得ることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
複数の個別半導体デバイスを形成する前記ステップが、ＧａＮを含む半導体層を形成することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板に応力を加える前記ステップが、圧延機で前記基板を圧延することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
前記基板に応力を加える前記ステップが、前記トレンチに向かってナイフエッジを押し付けることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記マスクパターンを形成する前記ステップにより、６μｍよりも厚いマスクパターンが形成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２７】
半導体デバイスを形成する方法であって、
サファイア基板を準備する過程と、
前記サファイア基板上に複数の個別ＧａＮ半導体デバイスを形成する過程と、
前記サファイア基板の上にスクライブラインにより、前記個々のＧａＮ半導体デバイス間の前記サファイア基板が反応性イオンエッチングに露され、前記マスクパターンの残りの部分により前記サファイア基板が保護されるようにスクライブラインを有するマスクパターンを形成する過程とを含み、さらに、
ＩＣＰ  ＲＩＥ（誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング）を利用して、前記サファイア基板内に、前記スクライブラインに沿ってトレンチをエッチングする過程と、
前記サファイア基板に応力を加えて応力ラインを生成し、前記トレンチのところで前記サファイア基板を分離し、それによって、複数の個別ＧａＮ半導体デバイスのところでダイシングする過程とを含む、方法。
【請求項２８】
ＢＣｌ３を含む反応性ガスを使用してＩＣＰ  ＲＩＥを実施する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記反応性ガスがＣｌ２をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記反応性ガスがＡｒをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
トレンチをエッチングすることにより、切欠きを備えたトレンチが生成される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記マスクパターンを形成する前記ステップが、金属層を形成することを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
前記マスクパターンが、ＣｒおよびＭｏからなる群からの金属を被着させることを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記マスクパターンを形成する前記ステップが、フォトレジスト層を形成することを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３５】
前記個々のＧａＮ半導体デバイスがＬＥＤである、請求項２７に記載の方法。
【請求項３６】
前記サファイア基板に応力を加える前記ステップが、圧延機で前記サファイア基板を圧延することを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】
前記サファイア基板に応力を加える前記ステップが、前記トレンチに向かってナイフエッジを押し付けることを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３８】
前記マスクパターンを形成する前記ステップが、個別のＧａＮ半導体デバイスを有する面の反対側の前記サファイア基板の面上に前記マスクパターンを形成する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３９】
前記マスクパターンを形成する前記ステップにより、６μｍよりも厚いマスクパターンが形成される、請求項２７に記載の方法。
【請求項４０】
基板を薄くする方法であって、
反応性イオンチャンバ内の電極上に基板を配置する過程と、
前記チャンバを真空に減圧する過程と、
前記電極にＲＦ電力および直流バイアスを印加する過程と、
ＢＣｌ３からなるエッチングガスを使用して、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングによって前記基板をエッチングする過程とを含む、方法。
【請求項４１】
前記エッチングガスがＣｌ２をさらに含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記エッチングガスがＡｒをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記エッチングガスが、２０％Ａｒ／４０％Ｃｌ２／４０％ＢＣｌ３からなる、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記ＲＦが約８００Ｗの誘電電力である、請求項４０に記載の方法。
【請求項４５】
前記直流バイアスが約−３００Ｖである、請求項４０に記載の方法。
【請求項４６】
前記チャンバを約４．０Ｐａの真空に減圧する、請求項４０に記載の方法。
【請求項４７】
前記反応型イオンチャンバ内にサファイア基板を配置する、請求項４０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の製作に関する。より詳細には、本発明は、半導体の製作における反応性イオンエッチングの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に「ＬＥＤ」と称する発光ダイオードは、電流を光に変換する周知の半導体デバイスである。ＬＥＤが放出する光の色（波長）は、ＬＥＤの製作に使用する半導体材料によって決定される。これは、放出される光の波長が、価電子帯の電子と伝導帯の電子のエネルギー差に相当する半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決まるからである。
【０００３】
最近、ＧａＮ（窒化ガリウム）がＬＥＤ研究者から大きく注目されている。その理由は、ＧａＮのバンドギャップエネルギーが、青色光を放出するのに適しているからである。青色光を放出するＬＥＤが重要なのは、青色光の波長が短いからであり、これは光記録などの応用例において有益である。また、青色ＬＥＤは、赤色および緑色のＬＥＤとともに使用すると広範囲の色を生成し得ることからも重要である。そのため、ＧａＮ技術は急速に発展しており、今後もそれが継続されるものと考えられる。例えば、ＧａＮ  ＬＥＤの効率は、白熱照明装置の効率を凌ぐほどになった。そのため、ＧａＮ系ＬＥＤの市場は急速に成長している。
【０００４】
ＧａＮ技術の発展にもかかわらず、ＧａＮ系デバイスは、ほとんどの用途で価格が高すぎる。この理由の１つは、ＧａＮ系デバイスを製造するコストが高いからである。これは、サファイアまたはシリコンカーバイドなどの硬質基板上にＧａＮエピタキシャル層を成長させ、次いで、この硬質基板上で成長させたＧａＮデバイスを処理するのが難しいことに関係している。
【０００５】
一般に、高品質ＧａＮエピタキシャル成長層は、サファイア基板上に製作する。これは、サファイアの格子がＧａＮと良好に適合するからである。さらに、サファイアの結晶は、化学的かつ熱的に安定であり、融点が高く、結合エネルギーが大きく（１２２．４ｋｃａｌ／モル）、誘電率が高い。サファイアは、化学的には結晶質酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３である。
【０００６】
サファイアには多くの利点があるが、大きな問題もある。例えば、サファイアは極めて硬く、その結晶方向には固有の劈開角がなく、そのため、ダイシングし、機械的に研磨する（低コストで高品質のデバイスを生産する大きな助けとなる工程ステップ）のが難しい。さらに、サファイアの強い結合力により生じる化学構造が、化学的なウェットエッチングの妨げになる。そのため、サファイアをデバイス用の基板として使用すると、特別な処理技術が必要になる。
【０００７】
一般に、サファイア上での半導体デバイスの製作は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）またはＭＢＥ（分子ビームエピタキシ法）を利用して、サファイア基板上でＧａＮエピタキシャル層を成長させることによって実施する。次いで、通常の半導体処理技術を利用して、このエピタキシャル層上にＧａＮ  ＬＥＤなどの複数の個別デバイスを製作する。
【０００８】
個々のデバイスを製作した後で、これらの個々のデバイスをサファイア基板から分離（ダイシング）しなければならない。そのために、まずサファイア基板を、機械的に研削し、ラッピングし、および／または研磨して、滑らかな裏面を有する薄いウエハを生成する。このような機械的なステップは、時間およびコストがかかることに留意されたい。薄くし研磨した後で、このサファイア基板を支持テープに取り付ける。次いで、ダイヤモンドソーまたはスタイラスにより、個々のデバイス間にスクライブラインを形成する。一般に、このようなスクライビングには、２インチの基板（ウエハ）を１枚処理するのに少なくとも３０分必要であり、それが製造コストにさらに追加される。さらに、これらのスクライブラインは、後続のダイシングを可能にするために比較的広くしなければならないので、デバイスの収率が下がり、製造コストがさらに上がる。スクライビング後、このサファイア基板を、スチールローラを使用して圧延するか、あるいは剪断切断工程にかけて応力亀裂を生成して、その後で個々の半導体デバイスのダイシングまたは分離が行われる。
【０００９】
コストを考慮すると、実際には、一度に２枚以上の基板を処理するのが極めて有益である。しかし、現在、機械的なラッピングおよびスクライブラインによる切断によってこのような処理を行うのは実用的ではない。そのため、各基板を個別に加工しなければならないので、これらの機械的な加工工程により単純にコストが増大する。さらに、機械的な加工工程では、ハンドリング段階が必要とされることだけで、収率が下がる傾向がある。
【００１０】
そのため、多くの面で極めて有益でありながら、サファイア基板には深刻な問題がある。したがって、サファイア基板上に、あるいは一般に、他の任意の基板上に製作されたデバイスを分離する新しい方法があれば有益であろう。機械的なハンドリングステップが少ない、デバイスをダイシングする新しい方法がさらに有益であろう。このような方法によりデバイスの収率を向上させることができると特に有用であろう。複数の基板を同時に処理することもできる方法が特に有用であろう。また、細くかつ正確に制御されたダイシングラインに沿って、比較的高速に、かつ機械的ステップが最小限に抑えられた状態でサファイア基板をダイシングする新しい方法が特に有益であろう。さらに、非機械的にサファイア基板を薄くする方法が特に有利であろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の以下の概要は、本発明に特有の革新的な特徴の一部の理解を容易にするために提供するものであり、本発明を完全に説明することを意図するものではない。本発明の様々な態様は、明細書、特許請求の範囲、図面、および要約書全体を全体として捉えることによって完全に理解することができる。
【００１２】
本発明の原理により、基板をダイシングして、基板上に製作された個々の半導体デバイスを分離する新しい方法が得られる。これらの原理を利用することによって、何枚かの基板から得られる許容可能な個々の半導体デバイス（チップ）の数が増え、それによって、この半導体製作工程の生産性を高めることができる。本発明の原理は、サファイアおよびシリコンカーバイドなどの極めて硬い基板上に製作されたＧａＮ  ＬＥＤなどの半導体デバイスを分離するときに特に有用である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の原理による、基板をダイシングして個々の半導体デバイスを分離する方法は、基板上またはデバイス面の表面上にマスクパターンを形成するステップを含む。このマスクパターンは、エッチングを行うために基板またはデバイス面の表面を露出させるスクライブラインを含む。このようなマスクパターンをフォトリソグラフィ技術および後続の現像を利用して生成すると有益である。マスクパターンが、比較的厚い硬質フォトレジスト、硬質金属マスク（Ｃｒ、Ｍｏなど）、または金属とフォトレジストの組合せからなると有益である。次いで、ＩＣＰ  ＲＩＥ（誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング）を利用して、これらのスクライブラインに沿って基板またはデバイス面の表面をエッチングする。エッチングガスは、ＢＣｌ３および／またはＢＣｌ３／Ｃｌ２からなり、おそらくはこれにＡｒを添加する。エッチングの結果、基板内を延びるトレンチが生成される。次いで、このエッチングした基板に応力を加える処理にかける。この応力処理により、トレンチから基板を貫通して延びる応力ラインが生成される。これらの応力ラインにより、個々の半導体デバイスが分離するように制御されて基板の分離が行われる。この応力は、基板を保持する支持テープを張り付け、次いで、この支持テープの裏面全体にわたって圧延機で圧延をかけるか、あるいは、トレンチに向かってナイフエッジを押し付けるなど、多くの方法で印加することができる。これらの処理ステップの大部分を複数の基板に対して同時に実施し得ると有益である。
【００１４】
本発明の原理は、サファイアまたはＳｉＣなどの極めて硬い基板上に製作された半導体デバイスを分離するときに特に有用である。使用し得る他の基板の例には、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、およびＧａＰが含まれる。本発明の原理により、複数の基板を同時に処理し得るのと同時に、必要とされる機械的なハンドリングのステップ数を少なくすることができる。さらに、本発明の原理により、ダイシングが細く正確に制御されたスクライブラインに沿って行われ、かつ機械的な加工が最小限に抑えられた状態で、硬質基板を高速にダイシングすることができる。
【００１５】
本発明の原理による硬質基板のダイシング方法は、硬質基板上に、基板またはデバイス面の表面を露出させるスクライブラインを有するマスクパターンを形成すること（上記参照）を含む。次いで、ＩＣＰ  ＲＩＥ（誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング）を利用して、これらのスクライブラインに沿ってこの基板またはデバイス面の表面をエッチングする。このエッチングガスは、ＢＣｌ３および／またはＢＣｌ３／Ｃｌ２からなり、おそらくはこれにＡｒを添加する。エッチングにより、硬質基板内を延びるトレンチが生成される。次いで、この硬質基板に応力を加える。応力処理は、圧延、ナイフエッジの使用その他の適切な手段で施すことができる。このように施された応力処理により、トレンチから硬質基板を貫通して延びる応力ラインが生成される。次いで、この硬質基板を応力ラインに沿ってダイシングして個々のデバイスを分離することができる。
【００１６】
トレンチが、トレンチの底面先端部のところに切欠きを伴って形成されるようにＩＣＰ  ＲＩＥを実施すると有益である。このような切欠きにより、応力ラインに沿った劈開が容易に可能になる。
【００１７】
さらに、本発明の原理により、ＩＣＰ  ＲＩＥ（誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング）を利用して基板を研磨する方法が提供される。ＩＣＰ  ＲＩＥガスは、ＢＣｌ３および／またはＢＣｌ３／Ｃｌ２であり、おそらくはこれにＡｒを添加する。
【００１８】
以下に示す本発明の詳細な説明を検討すれば、当業者には本発明の新規な特徴が明らかになろう。また、本発明を実施することによって、本発明の新規な特徴を習得することができよう。ただし、ここで提示する本発明の詳細な説明および特定の実施例は、本発明のある種の実施形態を示しているが、これらは単なる例として提供されることを理解されたい。というのは、以下に示す本発明の詳細な説明および特許請求の範囲から、当業者には本発明の趣旨および範囲内での様々な変更および改変が明白になるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
添付の図では、同じ参照数字は、別の図を通じて同じまたは機能上類似の要素を指す。これらの図は、本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を形成する。これらの図は、本発明をさらに例示するものであり、本発明の詳細な説明と併せ読めば、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００２０】
以下に、基板をダイシングして個々の半導体デバイスを分離する工程および基板を薄くする工程を概略的に説明する。ここで説明する工程は、サファイアおよびＳｉＣなどの極めて硬い基板をダイシングし薄くするときに特に有利である。使用し得る他の基板の例には、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、およびＧａＰが含まれる。硬質半導体基板上に製作されるすべての半導体デバイスは、ＩＣＰ  ＲＩＥスクライブ法で分離することができる。さらに、ここで説明する工程を利用して、ある種の金属をエッチングすることができる。ただし、以下では、本発明の原理による多くの様々な実施形態の一部しか説明しないことを理解されたい。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物が対象とするすべての実施形態を包含すると理解されたい。
【００２１】
本発明の原理では、ＩＣＰ  ＲＩＥ（誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング）を利用して、あらかじめ基板上に形成された個々の半導体デバイスを分離する。本発明の動機が、サファイア上に製作されたＧａＮ系のデバイスを分離することだったので、ここで示す実施形態はサファイア基板をダイシングし薄くすることを対象とする。ただし、他の材料も同様に処理することができる。そのため、まず、サファイア基板上に形成された個々の素子をダイシングする概略工程を説明し、その後で、ＩＣＰ  ＲＩＥプロセスについてより詳細に説明する。その後で、基板を薄くし研磨する場合のＩＣＰ  ＲＩＥを論じる。
【００２２】
図１に、複数の個別半導体デバイス１４を有するサファイア基板１２を示す。例えば、これらの半導体デバイスは、サファイア基板１２上にエピタキシャル層を被着させ処理することによって製作されるＧａＮ系ＬＥＤとし得る。このようなＧａＮ系ＬＥＤデバイスは、ドープしないＧａＮ、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ層を有する複数の量子井戸、Ｍｇをドープしたｐ型ＡｌＧａＮ、およびＭｇをドープしたｐ型ＧａＮの複数のエピタキシャル層からなり得る。もちろん、レーザダイオードおよび／または電子デバイスなど、他のタイプの半導体デバイスをサファイア基板１２上に形成することができるはずである。
【００２３】
ＩＣＰ  ＲＩＥを利用してスクライブラインを形成するには、半導体デバイス１４を形成する前に行うか、あるいはエピタキシャル成長の直後に行うかの２つの方法がある。フォトリソグラフィプロセスを利用して、基板ウエハのエピタキシャル面上にマスクパターン１６を形成する。マスクパターン１６により、個々の半導体デバイス１４を画定する、正確に制御されたスクライブライン１５が得られる。実際には、スクライブライン１５の幅を５μｍまたは１０μｍとすると有益である。マスクパターン１６の厚さは、マスクパターン１６全体にわたってサファイア基板１２のエッチング選択性に影響を及ぼす。そのため、マスクパターン１６の厚さは、適切なエッチング選択性が得られるように必要に応じて調整することができる。
【００２４】
次に図２に移ると、個々の半導体デバイス１４を形成した後で、機械的な研削およびラッピングによって、サファイア基板１２の裏面を薄くし、および／または研磨する。あるいは、後で説明するように、サファイア基板１２は、ＩＣＰ  ＲＩＥエッチングを利用して薄くすることができるはずである（ただし、ＩＣＰ  ＲＩＥによるエッチング速度が約０．３μｍ／分なので、ＩＣＰ  ＲＩＥを利用して厚いサファイア基板を薄くすることはおそらくは実用的ではない）。一般に、初期サファイア基板の厚さは約３３０〜４３０μｍであり、薄くした後の厚さは１００μｍ未満まで薄くなり得る。別の手法では、デバイスを形成し、ウエハを薄くし研磨した後で、スクライブラインを形成する。
【００２５】
次に図３に移ると、薄くした後で、フォトリソグラフィプロセスを利用して、薄くしたサファイア基板１２の裏面上にマスクパターン１６を形成する。マスクパターン１６により、個々の半導体デバイス１４を画定した、正確に制御されたスクライブライン１５が得られる。実際には、スクライブライン１５の幅を５μｍまたは１０μｍとすると有益である。このスクライブラインの幅は、一般にダイヤモンド切断ホイールまたはスタイラスを使用して形成される５０〜１５０μｍのスクライブラインよりもはるかに狭いことに留意されたい。マスクパターン１６の厚さは、マスクパターン１６全体にわたってサファイア基板１２のエッチング選択性に影響を及ぼす。そのため、マスクパターン１６の厚さは、適切なエッチング選択性が得られるように必要に応じて調整することができる。
【００２６】
極めて強いプラズマに耐える比較的硬いフォトレジスト材料、または極めて強いプラズマに耐える金属材料、あるいはその両方からマスクパターン１６を製作すると有益である。例えば、やはり図３を参照すると、マスクパターン１６は、フォトレジスト層１６ａ、または金属層１６ｂ、あるいはその両方を含み得る。フォトレジスト層１６ａは、（Ｃｌａｒｉａｎｔ社の製品である）ＡＺ  ９２６０とすることができるはずであり、フォトレジスト層１６ａを現像してスクライブライン１５を形成するのに使用する現像液は、（Ｃｌａｒｉａｎｔ社の別の製品である）ＡＺ  ＭＩＦ５００とし得るはずである。適切な金属層１６ｂは、Ｃｒ、Ｎｉ、またはＭｏなどである。ＰＶＤ（物理気相成長法）によって厚さ約１００ｎｍの適切な硬質金属層を準備することができる。
【００２７】
以下の説明は、主に適切なフォトレジスト層１６ａの製作に関係するものである。フォトレジストを被着させる前に、室温ＨＭＤＳ処理を実施して、脱水によりサファイア基板１２から水の分子を除去する。次いで、スピンコーティングによってフォトレジストコーティングを施して、厚さ約１２μｍ（好ましくは、１０〜２０μｍの範囲）のフォトレジストを生成する。実際には、このフォトレジストの厚さは、サファイア基板中にエッチングする深さとほぼ同じにすべきである。この深さの均一化が、サファイアのエッチング中にフォトレジストを完全なまま保つようにする助けになる。１つのステップで厚さ１２μｍのフォトレジストコーティングを形成するのは難しいので、このフォトレジストを、それぞれ厚さ約６μｍの２回のコーティングに分けて施すと有益である。第１のフォトレジストコーティングをスピンコーティングにより行い、次いで、９０℃で約１５分間ソフトベークする。その後、第２のフォトレジストコーティングを同じやり方で施すが、ソフトベークは１１０℃で約８分間行う。
【００２８】
やはり図３を参照すると、その後、このフォトレジストコーティングをパターン化してスクライブライン１５を形成する。リソグラフィ技術を利用してこれを実施すると有益である。このフォトレジストコーティングが厚いので、現像には比較的長い時間がかかる。現像後、フォトレジストパターン１６を約８０℃で約３０分間ハードベークする。次いで、このハードベークしたフォトレジストをＭＣＢ（金属クロロベンゼン）処理液に約３．５分間浸すと有益である。この浸漬処理により、フォトレジストがさらに硬化する。
【００２９】
パラグラフ［００２６］に加えて、金属層１６ｂは、標準の金属被着／メッキ技術を利用して形成することもできる。もちろん、これらは文献を参照して行うことができる。
【００３０】
次に図４を参照すると、マスクパターン１６を準備した後で、マスクパターン１６を通して（後でより詳細に説明する）ＩＣＰ  ＲＩＥによってサファイア基板１２をエッチングする。次いで、残余のマスク材料を除去する。エッチングの結果、サファイア基板１２中を延びるトレンチ１７が生成される。
【００３１】
後続の個々の半導体デバイスの分離の助けとするために、切欠きが生成されるようにトレンチのエッチングを最適化する。切欠きは、トレンチの側壁から下に延びる特に深く先端が尖ったくぼみとする。図５ａおよび図５ｂに、ＩＣＰ  ＲＩＥエッチングを利用してフォトレジスト層内に形成された、切欠きを備えたトレンチの走査型電子顕微鏡写真を示す。さらに、図６ａおよび図６ｂに、ＩＣＰ  ＲＩＥエッチングを利用して金属（Ｍｏ）層内に形成された、切欠きを備えたトレンチの走査型電子顕微鏡写真を示す。切欠きの形成は、エッチングする材料およびＩＣＰ  ＲＩＥ条件に依存することを強調しておく。後で、図５ａと図５ｂおよび図６ａと図６ｂに示すトレンチを製作する適切な条件の例を示す。
【００３２】
トレンチの形成後、サファイア基板１２上の個々の半導体を分離しなければならない。図７および図８に、基板１２を分離する一方法を示す。次に図７に具体的に移ると、サファイア基板１２の裏面に支持テープ１８を取り付ける。次いで、スチールローラ２０により、支持テープ１８の裏面全体にわたって圧延する。この動作により、エッチングされたチャネル１７からサファイア基板１２を貫通して延びる応力ライン２２が生成される。トレンチ内に切欠きを形成すると、応力ライン２２を生成する助けとなる。
【００３３】
次いで、図８に示すように、さらにスチールローラによる圧延をかけると、応力ラインが破断し、その結果、エッチングされたチャネル１７に沿ってサファイア基板１２がダイシングされて、個々の半導体デバイス１４が分離される。その後、支持テープを伸ばし（広げ）、このテープから個々の半導体デバイス１４を取り外すことができる。次いで、支持テープ１８からこれらの個々の半導体デバイス１４を取り外し、その後、デバイスパッケージまたはハイレベルアセンブリに一体化することができる。
【００３４】
図９に、個々の半導体デバイス１４を分離する別の方法を示す。そのために、この場合も、サファイア基板１２の裏面に支持テープ１８を取り付ける（図７参照）。次いで、この構造物を逆さまにし、上から下に向かってナイフエッジ２４をトレンチに押し付ける。しばしば剪断切断と称するこの動作により、エッチングされたチャネル１７からサファイア基板１２を貫通して延びる応力ライン２２が生成される。この場合も、トレンチ内に切欠きを形成すると、この動作の助けとなる。その後、支持テープを伸ばし、個々の半導体デバイス１４を取り外す。
【００３５】
以上、マスクパターン１６およびそのスクライブライン１５がサファイア基板の裏面上にある場合についてのみ説明した。ただし、これが要件ではないことに留意されたい。例えば、フォトレジストパターンを個々の半導体デバイスの上に塗布することができる。こうすると、個々の半導体デバイス間にトレンチ１７が配置される。こうすると、トレンチが基板を薄くすることの影響を受けないという別の利点が得られる。
【００３６】
上記で論じたＩＣＰ  ＲＩＥエッチングプロセスを平面型ＩＣＰとすると有益である。図１０に、ＩＣＰ  ＲＩＥエッチングを実施するのに適した装置を示す。２．５回程度巻いたらせん状の銅製コイル７０を絶縁窓７２の上に配置する（この窓を厚さ１ｃｍの石英製の窓にすると有益である）。この窓により、接地された金属シールド７４が覆われてチャンバ７５が形成される。ＲＦ（高周波）源７７からコイル７０に１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を印加する。このＲＦ電力により、絶縁窓７２に直交する磁界が生成されることに留意されたい。
【００３７】
やはり図１０を参照すると、チャンバ７５内の底部電極１１６上にサファイア基板１２が配置されている。底部電極１１６は、サファイア基板１２をエッチングし得るようにサファイア基板１２にバイアスをかけるバイアス電圧源１１８に接続される。バイアス電圧源１１８が、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力および直流バイアス電圧を供給すると有益である。絶縁窓７２から底部電極１１６までの距離を約６．５ｃｍにすると有益である。反応性ガス用ポート１２０を介してこのチャンバ内に、Ｃｌ２およびＢＣｌ３ならびにおそらくはＡｒのガス混合物を注入する。さらに、ポート１２２を介してこのチャンバ内に電子を注入する。
【００３８】
コイル７０によって生成された電磁界中に存在する電子は、注入されたガスの中性粒子と衝突してイオンおよび中性物を形成し、それらによりプラズマが生成される。プラズマ中のイオンは、バイアス電圧源１１８により電極１１６に印加されたバイアス電圧によってサファイア基板１２に向かって加速される。これらの加速されたイオンは、スクライブライン１５を通過してサファイア基板１２に至り、それによって、エッチングチャネル１７が形成される（図４および図５を参照）。
【００３９】
あらゆるチャンバおよびあらゆる応用例で最適にはならないが、適切なＩＣＰ  ＲＩＥプロセスパラメータの例は、ＲＦ電力が４００Ｗ〜２，０００Ｗ、バイアス電圧源が−１００〜−４００ＶＤＣ、プロセス圧が５〜４０ｍＴｏｒｒである。前に論じたように、ＩＣＰ  ＲＩＥプロセスは、トレンチをエッチングすることと、薄くすることに適している。もちろん、トレンチをエッチングするのと、薄くするのとでは継続時間が異なる。さらに、フォトレジストを使用せずに薄くすることもできる。
【００４０】
エッチングによって実現可能な平滑化処理の度合いを調べるために、表面粗さ１２．９５ｎｍのラッピングしたブランクサファイアウエハおよび研磨したウエハを、従来型のフォトレジストを使用してパターン化して、エッチングプロフィールおよびエッチング選択性を測定した。サファイアのエッチング特性を、様々なレベルの誘導電力（４００〜８００Ｗ）、バイアス電圧（−１００〜−３００Ｖ）、および動作圧（１．３３〜５．３３Ｐａ）で、Ｃｌ２／ＢＣｌ３およびＡｒ／Ｃｌ２／ＢＣｌ３のガスの組合せの関数として測定した。すべての場合において、このサファイア基板の温度を約７０℃に固定した。スタイラスプロフィールメータを使用して、フォトレジストを除去する前と、除去した後でフィーチャの深さを測定することによって、このサファイア基板およびフォトレジストのエッチング速度を推定した。その結果を以下に記す。
【００４１】
上記で説明したように金属（Ｃｒ）およびフォトレジストマスクパターンを使用することによって、誘導結合プラズマエッチング中に、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、およびＡｒの様々なガス混合物を使用して、ある特定の深さのエッチングを実施した。ＲＦ電力を６００Ｗおよび８００Ｗ、バイアス電圧を−３００ＶＤＣ、プロセス圧を４．０Ｐａとし、７０℃で、Ｃｌ２／ＢＣｌ３中のＢＣｌ３の割合を５０％まで大きくすると、サファイアのエッチング速度は概ね増加する。しかし、ＢＣｌ３の割合を５０％よりもさらに大きくすると、エッチング速度は減少し始める。誘導電力を大きくすると、サファイアのエッチング速度は増加した。誘電電力８００Ｗで、Ｃｌ２の割合を５０％、ＢＣｌ３の割合を５０％にして得られたサファイアのエッチング速度の最大値は３６２．７ｎｍ／分であった。しかし、フォトレジストに対するサファイアのエッチング選択性の最大値は、誘導電力８００Ｗで、ＢＣｌ３の割合が１００％のときに得られた。
【００４２】
２０％Ａｒを５０％Ｃｌ２＋５０％ＢＣｌ３に加えると、サファイアのエッチング速度がわずかに増加した。しかし、Ａｒをさらに加えると、エッチング速度は減少した。誘電電力８００Ｗで、Ａｒ／Ｃｌ２／ＢＣｌ３を使用して得られたエッチング速度の最大値は３７７．５ｎｍ／分であった。フォトレジストに対するサファイアのエッチング選択性は、Ａｒの増加に伴って概ね減少した。
【００４３】
ＲＦ電力、直流バイアス、およびプロセス圧がサファイアのエッチング速度に及ぼす影響も調べた。ＲＦ電力を増加させると、サファイアのエッチング速度およびエッチング選択性は概ね増加する。このことは、反応性遊離基密度およびプラズマイオン密度の増加に伴ってサファイアの化学的かつ物理的な反応が活発になることに関係しているように見える。エッチング選択性の増大も、フォトレジストに対してサファイアの化学反応が強まることに関係しているように見える。
【００４４】
直流バイアス電圧を増加させると、サファイアのエッチング速度が増加する傾向がある。しかし、エッチング選択性は、直流バイアス電圧の影響を比較的受けないことがわかった。直流バイアス電圧の増加に伴ってサファイアのエッチング速度が増加することは、衝突エネルギーの増加による物理的なスパッタリングが増加することに関係しているように見える。エッチング選択性が相対的にその影響を受けないのは、おそらくは、イオン衝突の増加に伴ってフォトレジストおよびサファイアのエッチング速度がともに増加することに関係している。
【００４５】
サファイアのエッチング速度およびエッチング選択性は、プロセス圧の増加に伴って、少なくとも４．０Ｐａに達するまでは増加することがわかった。プロセス圧をさらに増加させると、サファイアのエッチング速度およびエッチング選択性は減少することがわかった。プロセス圧の増加に伴ってサファイアのエッチング速度が増加することは、プラズマ中の遊離基密度の増加に関係しているように見える。しかし、より高いプロセス圧でサファイアのエッチング速度が減少することは、入射イオンの散乱およびエッチング生成物の再被着によって生じるように見える。動作圧３０ｍＴｏｒｒおよびＲＦ電力８００Ｗで、サファイアのエッチング速度およびエッチング選択性の最大値は３７７．５ｎｍ／分であった。
【００４６】
前に述べたように、トレンチ内で切欠きを形成すると、切欠きにより応力亀裂が効率的に始まるので、ダイの分離がうまく進む。これは、切欠きでは、トレンチ内の他の区域よりも応力集中係数が大きいからである。そのため、亀裂が切欠きのところで選択的に始まり、それによって、硬質基板が比較的簡単に破断する。これらの切欠きは、適切なＩＣＰ  ＲＩＥ用ガスの組成およびエッチングパラメータの結果生じるものである。電力／バイアス電圧を６００Ｗ／−３００Ｖ、動作圧を３０ｍＴｏｒｒに設定した図１０のＩＣＰ  ＲＩＥ装置で、４０％ＢＣｌ３／４０％Ｃｌ２／２０％ＡｒのＩＣＰ  ＲＩＥ用ガスの組成を用いて、極めて良好な結果が得られた。次に図３を参照すると、図５ａおよび図５ｂを得るのに使用したマスクパターン１６は、厚さ約２４μｍのフォトレジスト層（１６ａ）からなるものであった。サファイア基板中にエッチングした深さは約１２μｍであった。図５ａおよび図５ｂに示すように、ＩＣＰＲＩＥプロセス中の高密度プラズマにより、ＧａＮおよびサファイアの側壁が湾曲し、大きく損傷を受けた。しかし、フォトレジストマスクパターン１６は、このエッチングプロセスに耐えた。
【００４７】
金属、または金属とフォトレジストマスクパターン１６の組合せを使用することによって、マスクパターン１６の劣化を少なくすることができる。図６ａおよび図６ｂに、ＣｒまたはＭｏ製の金属マスクパターン１６（したがって、マスクパターン１６ｂとする）を使用したＧａＮ／サファイアウエハの典型的なエッチングプロフィールを示す。フォトレジストマスクを使用するときと異なり、金属マスクパターンを使用すると、側壁の垂直な状態がエッチングプロセス全体にわたって維持される。また、金属マスクパターン１６を使用すると、浅いエッチング深さのところに切欠きが形成されることに留意されたい。例えば、図６ａおよび図６ｂに、厚さ７０〜９０μｍのサファイア基板１２上で、厚さ１．８μｍのＭｏ製マスクパターン１６を使用し、セル（個々の半導体デバイス１４）の間隔を５μｍ、ガス組成を８０％ＢＣｌ３／２０％Ｃｌ２（２４／６ｓｃｃｍ）、ＩＣＰ  ＲＩＥを、電力／バイアス電圧８００Ｗ／−２５０Ｖ、動作圧６．２ｍＴｏｒｒに設定して得られた結果を示す。良好な切欠きが、エッチング深さ２．７μｍのところに生成されている。
【００４８】
２０％Ａｒ／４０％Ｃｌ２／４０％ＢＣｌ３、誘電電力８００Ｗ、動作圧４．０Ｐａ、直流バイアス電圧−３００Ｖ、および基板温度７０℃のエッチング条件で、サファイアを薄くしたときのエッチングプロフィールを検討した。フォトレジストでマスクしたサファイアをエッチングし、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）およびＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を使用して、そのエッチングプロフィールを観察した。ＩＣＰ  ＲＩＥを利用してサファイアの表面を１２分間エッチングした後で、表面粗さが１．４３ｎｍになったことがわかった。これに対して、機械的にラッピングしたサファイア表面と研磨したサファイア表面の表面粗さはそれぞれ、１２．９５ｎｍおよび５．３８ｎｍになったことがわかった。したがって、これらの結果から、ＩＣＰ  ＲＩＥドライエッチングを用いて、滑らかなエッチングプロフィールを得ることができるだけでなく、滑らかなエッチング表面を生成し得ることが示される。
【００４９】
ＩＣＰ  ＲＩＥエッチングの重要な特徴は以下のとおりである。
【００５０】
上記で説明したように、硬質基板上に半導体デバイスを製作する際に、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングにより多くの利益が得られる。これらの利益には以下のものが含まれる。
【００５１】
ＩＣＰ  ＲＩＥ（誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング）は、基板上の個々の半導体デバイスを分離するのに用いる主要ツールとして適している。
【００５２】
ＩＣＰ  ＲＩＥは、硬質基板上に製作される多くのタイプの、おそらくはあらゆるタイプの半導体デバイスを分離するのに適している。
【００５３】
ＩＣＰ  ＲＩＥにより、硬質基板上に製作された半導体デバイスを分離するのに、（マスクパターンなどの）標準のリソグラフィ技術を利用することができる。
【００５４】
ＩＣＰ  ＲＩＥを利用して、スクライブラインを形成し得るだけでなく、ウエハを薄くし研磨することができる。
【００５５】
ＩＣＰ  ＲＩＥにより、細い（５μｍまたは１０μｍの）スクライブラインが可能になり、それによってデバイスの収率が増す。
【００５６】
ＩＣＰ  ＲＩＥにより、トレンチの底部上に、亀裂を開始させ伝播させる助けとなる切欠き（特に深く、先端が尖ったくぼみ）を生成することができる。
【００５７】
ＩＣＰ  ＲＩＥエッチングは、平面的に実施することができる。
【００５８】
ＩＣＰ  ＲＩＥエッチングは、標準の（またはわずかに改変した）ＲＩＥ装置、利用可能なガス（Ｃｌ２およびＢＣｌ３、ＨＢｒおよびＡｒ）、および通常のＲＩＥ条件を用いて実施し得る。
【００５９】
ＩＣＰ  ＲＩＥにより、滑らかなサファイア表面を生成し得る（ＩＣＰ  ＲＩＥにより研磨されたサファイア表面のｒｍｓ粗さは、１．４３ｎｍになることがわかっている）。
【００６０】
実験条件に関する以下の補足説明が有用になろう。
【００６１】
極めて強いプラズマに耐える硬質フォトレジスト材料または金属材料、あるいはその両方からＩＣＰ  ＲＩＥ用マスクパターンを製作すると有益である。
【００６２】
フォトレジストの厚さは、サファイア基板中にエッチングする深さとほぼ同じにすべきである。
【００６３】
切欠きを得る一方法は、厚さ２４μｍのフォトレジストマスクを通してサファイア基板中約１２μｍまでエッチングすることである。
【００６４】
ＰＲマスクを使用して切欠きを形成するのに用いたプロセスパラメータは、ＩＣＰ  ＲＩＥを、電力／バイアス電圧６００Ｗ／−３００Ｖ、動作圧３０ｍＴｏｒｒにそれぞれ設定した状態で、ガス組成を４０％ＢＣｌ３／４０％Ｃｌ２／２０％Ａｒとした。
【００６５】
切欠きを得る別の方法は、セル間隔を５μｍにして、厚さ７０〜９０μｍのサファイア基板上に厚さ１．８μｍのＭｏ製マスクを組み込むことである。このサファイア基板中にエッチングする深さは、約２．７μｍにすべきである。切欠きを形成するのに用いたプロセスパラメータは、ガス組成を８０％ＢＣｌ３／２０％Ｃｌ２、ＩＣＰ  ＲＩＥを、電力／バイアス電圧８００Ｗ／−２５０Ｖ、および動作圧６．２ｍＴｏｒｒにそれぞれ設定した。
【００６６】
サファイアは、２０％Ａｒ／４０％Ｃｌ２／４０％ＢＣｌ３のガス混合物、誘導電力８００Ｗ、動作圧４．０Ｐａ、直流バイアス電圧−３００Ｖ、基板温度７０℃のＩＣＰ  ＲＩＥを利用して１２分間研磨した。
【００６７】
本明細書で述べた実施形態および実施例は、本発明およびその実用的な応用例を最もよく説明し、それによって、当業者が本発明を実施し利用し得るように提示するものである。ただし、上記説明および実施例は、単なる説明および例として提示されていることが当業者には理解されよう。当業者には本発明の他の変形形態および改変形態は明らかであり、添付の特許請求の範囲は、このような変形形態および改変形態を包含することを意図している。上記の説明は、本発明の範囲を網羅または限定するためのものではない。添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、上記教示に照らして多くの改変および変形が可能である。本発明を用いる際には、異なる特性の構成要素を含み得ることが企図されている。本発明の範囲は、あらゆる点で均等物を完全に認識した上で、本明細書に添付の特許請求の範囲によって定義することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】複数の個別半導体デバイスを有する基板を示す図である。
【図２】薄くした後の図１の基板を示す図である。
【図３】裏面または前面（デバイス面）上にマスクパターンを形成した後の図２の基板を示す図である。
【図４】ＩＣＰ  ＲＩＥによりエッチングし、マスクパターンの残りの部分を除去した後の図３の基板を示す断面図である。
【図５ａ】ほぼ最適化されたＩＣＰ  ＲＩＥエッチングプロセスによって形成されたトレンチを示す走査型電子顕微鏡による断面写真である。
【図５ｂ】ほぼ最適化されたＩＣＰ  ＲＩＥエッチングプロセスによって形成されたトレンチを示す走査型電子顕微鏡による斜視写真である。
【図６ａ】ほぼ最適化された別のＩＣＰ  ＲＩＥエッチングプロセスによって形成されたトレンチを示す走査型電子顕微鏡による断面写真である。
【図６ｂ】ほぼ最適化された別のＩＣＰ  ＲＩＥエッチングプロセスによって形成されたトレンチを示す走査型電子顕微鏡による斜視写真である。
【図７】基板の裏面に支持テープを取り付けた後の図４の基板を示す図である。
【図８】スチールローラで圧延した後の図７の基板を示す図である。
【図９】逆さまにし、ナイフエッジで応力を与えた後の図４の基板を示す図である。
【図１０】基板にＩＣＰ  ＲＩＥを実施するのに適した装置を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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