CN103430281B - 用于半导体元件的基板的处理方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于半导体元件的基板的处理方法，该方法用于向基板施加喷射处理，所述基板具有第一表面和与第一表面相对的第二表面。该处理方法包括以下步骤：向与第一表面相对的第二表面施加喷射处理，在所述第一表面上，形成或者将要形成化合物半导体膜。

Description

用于半导体元件的基板的处理方法
技术领域
本发明涉及用于半导体元件的基板的处理方法。
背景技术
传统上，在发光二极管的制造过程中，由基于GaN的化合物半导体制成的发光层通过外延晶体生长而形成在由诸如蓝宝石之类的材料形成的基板的镜面磨光的主要表面上，然后在外延生长的晶片上形成电极。外延生长(EPI生长)过程包括步骤，诸如在加热基板的同时在基板上形成膜的步骤，以及在膜形成步骤之后将基板冷却至常温的步骤。因为这个原因，当在膜形成步骤之后冷却基板时，由于基板与基于GaN的化合物半导体之间的线性膨胀系数的差异，发生朝向基于GaN的化合物半导体一侧凸起的翘曲(畸变)。为了应对这一点，专利文献1公开了校正翘曲的技术。在这种方法中，使用了能够施加4.9×104Pa至4.9×106Pa的压力的大型压力设备。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利公开公布第2003-128499号
发明内容
技术问题
在专利文献1中描述的方法中，在用于外延生长的MOCVD设备中需要提供压力机构。进一步，根据朝向大规模生产的市场趋势，制造过程中使用的基板的尺寸将来趋于从2英寸尺寸进一步增加到4英寸尺寸。因为这个原因，将会变得更加重要的是，在按压基板时抑制基板中发生的断裂和破损。在这个技术领域中，期望一种有效的且适于大规模生产的半导体制造方法，以及可以以低成本校正用于半导体元件的基板的翘曲的方法。
针对问题的解决方案
根据本发明的一方面的用于半导体元件的基板的处理方法是这样一种用于半导体元件的基板的处理方法，该方法用于向基板施加喷射处理，所述基板具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，其特征在于包括以下步骤：向与第一表面相对的第二表面施加喷射处理，在所述第一表面上，形成化合物半导体膜，或者将要形成化合物半导体膜。
发明的有益效果
根据本发明的一方面，使用用于半导体元件的基板的处理方法，可以提供一种有效的且适于大规模生产的并且校正用于半导体的基板的翘曲的方法。
附图说明
图1是根据本发明实施例的例子的流程图。
图2是示出根据实施例的测量方法的示意图。
图3是示出根据实施例的评价方法的示意图。
图4是示出当执行根据实施例的喷射处理时喷嘴与基板的相对运动的轨迹的示意图。
图5是示出用于通过根据实施例的喷射处理来校正晶片的畸变的原理的示意图。
图6是示出根据另一个实施例的方法的流程图。
图7是示出根据再一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
下面来描述根据本发明的实施例。根据本发明的实施例的方法是使用喷射处理的翘曲校正方法，当制造发光二极管（LED）元件等时，所述喷射处理被施加到由诸如蓝宝石之类的材料制成的基板。在这种方法中，通过使用喷射处理来校正翘曲，当制造LED元件或LD元件时，所述喷射处理被施加到用于半导体元件的基板。例如，这种方法可以包括以下步骤：制造基板；执行在基板上形成化合物半导体膜的步骤；向基板的表面施加喷射处理，该表面与上面形成有化合物半导体膜的镜面表面相对；以及在与经受喷射处理的表面相对的表面上形成LED电极或LD电极，然后将基板切割成LED元件或LD元件。
这里，在实施例中，LED元件例如指的是基于InGaN的高亮度LED。作为其它的LED元件，有基于AlGaNlnP的高亮度LED、基于GaP的高亮度LED和基于GaAs的高亮度LED等。LED指的是发光二极管，当向其供应电力时会发光，并且用于大面积照明等。进一步，LD指的是激光二极管，当向其供应电力时发出激光，并且用作用于通信和光盘的光源。
基板指的是这样一种基板，其通过切片蓝宝石、SiC、GaAs、GaP或GaAlAs等的单晶体的结晶块而制成，并且可以经受外延生长。这种基板例如是用于半导体元件的基板，并且具有第一表面和与第一表面相对的第二表面。在第一表面上形成化合物半导体膜。第二表面可以具有比第一表面的表面粗糙度大的表面粗糙度。可以磨光基板的两个表面。喷射处理指的是这样的处理，在所述处理中，以这样的方式处理工件：通过使用矩形喷嘴或圆形喷嘴，将研磨粒与压缩空气的混合物作为气固两相喷流进行喷射，并且使气固两相喷流的颗粒碰撞工件。在本实施例中，工件在被扫描的同时被处理（扫描处理方法）。
蓝宝石基板的镜面表面指的是具有大约1至Ra的表面粗糙度的表面。基于GaN的化合物半导体膜指的是通过使用气相生长方法或液相生长方法而形成在基板的镜面表面一侧的膜。形成LED电极或LD电极指的是在基板上形成的化合物半导体膜上形成透明电极、焊盘电极和保护膜等。例如，形成基于GaN的化合物半导体膜。元件指的是上面形成有电极的LED芯片或LD芯片。切割指的是通过使用利用激光、刀片或喷射等的方法将基板切割成具有标准尺寸的芯片。
下面参考附图来描述根据实施例的处理方法。图1示出了使用喷射处理的翘曲校正方法的流程图，在制造LED元件或LD元件时，所述喷射处理被施加到基板。在图1中，处理方法包括：步骤(S10)，用于制造基板；步骤(S12)，用于执行在基板上形成化合物半导体膜的步骤；步骤(S14)，用于向与上面形成有化合物半导体膜的镜面表面相对的表面施加喷射处理；以及步骤(S16)，用于在与施加喷射处理的表面相对的表面上形成LED电极或LD电极，然后将基板切割成LED元件或LD元件。注意，在下文中，考虑到易于描述和理解起见，将会描述形成基于GaN的化合物半导体膜的情况作为例子。
首先，制造基板(S10)。例如，制造这样的基板，所述基板由蓝宝石制成，并且具有4英寸的尺寸和0.65mm的厚度。接下来，在基板上形成膜(S12)。例如，形成基于GaN的化合物半导体膜。接下来，执行喷射处理步骤(S14)。这里，例如在以下条件（表1）下执行喷射处理，以便向基板的整个表面施加喷射处理，所述整个表面与上面形成有基于GaN的化合物半导体膜的表面相对。
[表1]
喷嘴尺寸 15×4.8mm
喷嘴横越速度 100mm/sec
喷嘴馈送间距 20mmP
扫描次数 1次
表1中示出的条件作为例子表示了这样一种情况，在所述情况下，使用具有15mm×4.8mm的喷嘴尺寸的矩形喷嘴。然而，也可以使用具有φ8mm的喷嘴直径的圆形喷嘴。进一步，表1中示出的条件作为例子表示了这样一种情况，在所述情况下，通过使用扫描处理方法向蓝宝石基板的整个表面施加喷射处理。由此，应力被施加到整个晶片，以便校正晶片的翘曲。注意，当不需要经受喷射处理的表面的表面粗糙度的均匀性时，喷射处理不一定需要施加到整个晶片表面。例如，通过在诸如蓝宝石基板的中心部分之类的固定部分处执行喷射，也可以施加应力。
注意，作为喷射机，例如可以采用（新东工业股份有限公司制造的）MICROBLASTERMB-1。例如，可以采用作为矩形喷嘴的吸入式扁平喷嘴作为用于喷射处理的喷嘴。
进一步，经受喷射处理的表面的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)例如可以处于0.01至5.0μm Ra的范围内。由此，可以校正翘曲，而不会显著改变喷射处理之前和之后的表面粗糙度。进一步，可能更加优选的是，经受喷射处理的表面的表面粗糙度处于0.5至5.0μmRa的范围内。为了获得0.5至5.0μm Ra的范围内的表面粗糙度，例如可以在表2中示出的喷射条件下执行喷射处理。
[表2]
磨料 WA#600
喷射量 200g/min
喷射压力 0.2MPa
喷嘴横越速度 100mm/sec
喷嘴馈送间距 20mmP
喷射距离 100mm
喷射角度 垂直于基板
扫描次数 1次
喷射时间 21sec
这里，磨料是JIS(日本工业标准)R6001的研磨微粒尺寸中包括的材料。
表2中示出的喷射条件是例子。根据蓝宝石基板的尺寸和厚度，并且进一步根据形成基于GaN的化合物半导体膜的条件，蓝宝石基板的翘曲量发生变化。因为这个原因，根据将要校正的蓝宝石基板的翘曲量，可以任意改变喷射条件中的每一个。
进一步，在喷射处理中，根据磨料的硬度、喷射速度和覆盖率(向基板喷射的材料的密度，所述密度与喷射量相关联)等来选择最佳条件。例如，对于磨料，在表2中示出了例子，在所述例子中，通过化学式Al2O3表达的氧化铝研磨粒用作磨料。然而，可以使用任何材料，只要该材料可以向基板给予应力。也可以适当地选择材料的硬度，只要具有所选硬度的材料可以向基板给予应力。
磨料的尺寸优选地具有25至70μm的平均粒径。在磨料的平均粒径大于70μm的情况下，基板的表面变得粗糙。在磨料的平均粒径小于25μm的情况下，存在如下可能性：即使当喷射压力增加时，由于向基板施加的颗粒的碰撞能量不足，所以基板的翘曲不能被校正到希望的曲率半径。
进一步，喷射速度由磨料的种类、喷射压力和喷射量等确定。这里，喷射压力可以设置在0.2MPa至0.4MPa的范围内。在喷射压力大于0.4MPa的情况下，由于处理能量变得过度，所以在基板中可能发生断裂和破损。在喷射压力小于0.2MPa的情况下，由于施加到基板的应力变小，所以校正基板翘曲所需的处理时间可能增加。进一步，喷射量可以设置在100g/min至400g/min的范围内。这是因为，当喷射量少于100g/min时，填充覆盖率所需的处理时间增加。当喷射量多于400g/min时，存在如下可能性：由于在短时间内填充了覆盖率，所以基板的翘曲不能被校正到希望的曲率半径。
进一步，覆盖率是与向基板喷射的材料的密度类似的指标，并且受到磨料的种类、喷射量、喷射时间、喷嘴横越速度、喷嘴馈送间距和喷射角度等影响。从以上可知，当采用氧化铝研磨粒时，磨料可以具有25μm至70μm的范围内的平均粒径。喷射压力可以设置在0.2MPa至0.5MPa的范围内，并且更加优选地设置在0.2MPa至0.4MPa的范围内。喷射量可以设置在100g/min至400g/min的范围内，并且更加优选地设置在200g/min至400g/min的范围内。在上面描述的条件下，通过使用上面描述的喷射机，可以以大约20秒扫描一次的高速度执行喷射处理。
注意，在从蓝宝石的单晶体切片基板之后，也可以磨光蓝宝石基板的两个切片表面。磨光表面的表面粗糙度例如如下(表3)。
[表3]
表中的表面粗糙度是作为例子，并且根据通过切片步骤制造基板之后的磨光步骤的条件，以及根据当形成基于GaN的化合物半导体膜时的条件，膜形成之前的表面粗糙度可以进行改变。
然而，在基板通过切片步骤形成并且通过磨光步骤磨光之后，基板的前后表面可以具有表面粗糙度方面的差异。这是因为，经受镜面磨光的表面对于在外延生长时形成均匀薄膜而言是必要的。另一方面，在电极形成步骤之后，背面经受被称为BGP(背面研磨抛光)的步骤，以将基板的厚度减少至大约0.1mm，因此，在通过切片步骤制造基板之后的磨光步骤时，不需要将基板的背面磨光成镜面表面。
进一步，当具有大表面粗糙度的基板表面经受喷射处理时，可以校正基板的翘曲，而不会向基板的镜面表面给予破坏，所述表面经受外延生长。因此，可以预先提供基板的表面和背面之间的表面粗糙度方面的差异。这是因为，当背面的表面粗糙度与磨光成镜面表面的表面的表面粗糙度相同时，需要另外执行磨光步骤，而在另外的磨光步骤之后，需要进一步执行另外的喷射步骤。进一步，当预先提供基板的表面和背面之间的表面粗糙度方面的差异时，获得以下优点：可以校正基板的翘曲，而不会对基板的镜面表面给予破坏，所述表面经受外延生长。
注意，在蓝宝石基板的喷射处理之前和之后的翘曲量的测量中，例如可以使用表面粗糙度仪表SURFCOM1400D(由东京精密股份有限公司制造)。图2中示出了测量范围的例子。测量范围例如是由具有L=97mm的边长的矩形包围的范围。可以以这样的方式来确认喷射处理之前和之后的翘曲校正的效果：在喷射处理之前和之后的两个方向上通过这种方法测量翘曲量，并且获得翘曲量的平均值，然后将翘曲量转换成曲率半径。
图3是示出评价方法的示意图。翘曲量Ah是蓝宝石基板的表面上的最大高度与最小高度之间的差。当表面为凸起时用正值表示翘曲量Ah，而当表面为凹下时用负值表示翘曲量Ah。可以根据翘曲量Ah来转换曲率半径R。图3中示出了曲率半径R和翘曲量Ah之间的关系。注意，用于测量表面粗糙度的设备和方法不限于上面描述的那些。
在喷射处理时，例如以这样的方式来执行喷射处理：在通过使用吸附夹具施加的吸附负压固定基于GaN的化合物半导体膜的一侧的同时扫描喷嘴。图4是示出根据本发明的喷射处理时的喷嘴与基板之间的相对运动的轨迹的示意图。在实施例中，在喷嘴横越速度为100mm/sec、喷嘴馈送间距为P=20mm并且扫描次数为1次的条件下，可以通过从S1扫描到S2来执行喷射处理。进一步，上面描述了扫描喷嘴的方法。然而，也可以采用这样的方法，在所述方法中，用于固定蓝宝石基板的吸附夹具的侧面进行扫描，而喷嘴则被固定。进一步，还可以通过以这样的方式执行扫描操作来执行喷射处理：沿着一个轴移动喷嘴，同时在与喷嘴的移动方向正交的方向上移动吸附夹具。总而言之，可以使用任何扫描手段，只要通过相对于彼此移动晶片和喷嘴而向蓝宝石基板施加扫描处理。
图5是示出用于通过根据实施例的喷射处理来校正晶片的畸变的原理的示意图。注意，在下文中描述在形成基于GaN的化合物半导体膜之后施加的喷射处理的情况。在图5中，磨料F从喷嘴N喷射到蓝宝石晶片W，所述蓝宝石晶片W由于形成基于GaN的化合物半导体G的膜而产生翘曲。结果，在基于GaN的化合物半导体Gf保持在蓝宝石基板Wf上的状态下，由于形成基于GaN的化合物半导体G的膜而翘曲的蓝宝石基板W的翘曲被校正。
表4示出了当磨料、喷射量、喷射压力和EPI步骤之后的翘曲量变化时的测量结果的例子。
[表4]
作为磨料，使用（新东工业股份有限公司制造的）氧化铝研磨粒(白刚玉)WA#240至#600，亦即具有25μm至70μm的平均粒径的氧化铝研磨粒。这里，磨料是JIS(日本工业标准)R6001的研磨微粒尺寸中包括的材料。进一步，使用0.3MPa至0.5MPa的喷射压力。EPI步骤之后的4英寸(φ100mm)基板(晶片)W的97mm×97mm的区域内的翘曲量在83μm至210μm的范围内变化。然而，在喷射处理之后，翘曲量被校正到40μm以下(35μm至20μm)。注意，根据翘曲量转换的曲率半径为30m以上。进一步，在晶片的英寸尺寸今后增加的情况下，晶片的翘曲量作为整体可能变为40μm以上。甚至在这种情况下，翘曲量也是可接受的，只要当翘曲量转换成4英寸（φ100mm）晶片的翘曲量时，转换的翘曲量为40μm以下。在这个范围的翘曲量内，存在如下优点：在随后的过程中，用于将基板切割成芯片的激光处理的产出提高。
返回到图1，当喷射处理步骤完成时，处理转移到电极形成步骤(S16)。在电极形成步骤中，透明电极、焊盘电极和保护膜等形成在晶片上形成的化合物半导体膜上。当电极形成步骤完成时，处理转移到元件切割步骤(S18)。在元件切割步骤中，将基板切割成具有标准尺寸的芯片。当S18的步骤完成时，图1中示出的方法结束。
如从上面的描述中明显的那样，根据本发明的实施例，通过在形成基于GaN的化合物半导体膜之后执行喷射处理，可以校正在形成基于GaN的化合物半导体膜时造成的翘曲。
注意，上面描述的实施例示出了根据本发明的处理方法的例子。根据本发明的处理方法并不限于根据上面描述的实施例的处理方法。例如，在另一个实施例中，当在形成化合物半导体膜之前执行喷射处理时，也可以校正在形成基于GaN的化合物半导体膜时造成的翘曲。在图6中示出了这个例子的流程图。图6中示出的流程图基本上与图1中示出的流程图相同，并且S20、S26和S28中的每一个的处理对应于S10、S16和S18中的每一个的处理。亦即，在图6中，在喷射处理步骤(S22)之后执行膜形成步骤(S24)。
如从上面的描述中明显的那样，当在形成基于GaN的化合物半导体膜之前或之后执行喷射处理时，可以校正在形成基于GaN的化合物半导体膜时造成的翘曲。
然而，当在形成基于GaN的化合物半导体膜之前执行喷射处理时，基板的镜面表面侧在形成基于GaN的化合物半导体膜时翘曲成凸起形状的这一现象，可以通过预先形成凹下形状的基板的镜面表面侧来弥补。然而，当预先以凹下形状形成基板的镜面表面侧时，取决于在形成基于GaN的化合物半导体膜时热源的加热方式，可能发生膜形成变化。因此，优选的是，在形成基于GaN的化合物半导体膜之后执行喷射处理。
以这种方式，其中制造LED元件或LD元件的制造过程被设计，使得在基于GaN的化合物半导体膜形成于基板上之前或之后执行喷射处理。由此，在形成基于GaN的化合物半导体膜时造成的基板的翘曲的曲率半径可以增加至30m以上。
注意，在磨光步骤之前或之后，或者在喷射步骤之后，或者在形成电极之间的间隔内，等等，优选地添加清洗步骤以清洗并去除杂质，如在磨光步骤、喷射步骤和电极形成步骤中生成的油脂成分、氧化物和加工废料。图7示出了其中添加了清洗步骤的处理方法的例子。图7中示出的流程图基本上与图1中示出的流程图相同，并且S30的处理对应于图1中的S10的处理。进一步，S36至S40的处理对应于图1中的S12至S16的处理，并且S46的处理对应于图1中的S18的处理。亦即，在图7中包括磨光步骤(S32和S42)和清洗步骤(S34和S44)。
在另一个实施例中，同样可能的是，在测量表面粗糙度的同时执行喷射处理，并且将测量结果反馈到喷射处理。另一方面，不一定需要针对全部基板都执行表面粗糙度的测量。当处理条件被确定时，表面粗糙度的测量在普通步骤中并不必要。
工业可用性
根据本发明的实施例和各个方面，可以在制造LED元件和LD元件时校正基板的翘曲，由此在用于通过使用激光将基板切割成各个元件的随后过程中，可以消除由当基板翘曲时造成的聚焦故障引起的切割故障。
进一步，根据本发明的实施例和各个方面，还可以减少在基于GaN的化合物半导体上形成电极时的变化。
进一步，根据本发明的实施例和各个方面，在向基板施加喷射处理时，通过改变喷射处理条件，向与上面形成有基于GaN的化合物半导体膜的表面相对的表面施加喷射处理。由此，基板的喷射表面可以被处理以具有任何表面粗糙度。结果，在LED元件或LD元件使用与上面形成有基于GaN的化合物半导体膜的表面相对的表面作为发光侧的情况下，与从LED或LD发出的光的波长相一致，可以提高光散射性质。
参考符号列表
W，Wf基板（晶片），L表面粗糙度测量范围，Ah翘曲量，R曲率半径，N喷嘴，G，Gf形成的膜。

Claims (7)

1.一种用于半导体元件的基板的处理方法，用于向基板施加喷射处理以校正所述基板的翘曲，所述基板具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述处理方法包括以下步骤：
向与所述第一表面相对的所述第二表面施加以在所述基板上不产生断裂和破损的方式施加应力的喷射处理，在所述第一表面上，形成或者将要形成化合物半导体膜，
其中，经受喷射处理的表面具有0.01至5.0μm Ra的范围内的表面粗糙度，
在喷射处理中，具有25μm至70μm的范围内的平均粒径的氧化铝研磨粒用作磨料，将所述氧化铝研磨粒与压缩空气的混合物作为气固两相喷流进行喷射，喷射压力设置在0.2MPa至0.4MPa的范围内，并且喷射量设置在100g/min至400g/min的范围内。
2.根据权利要求1所述的用于半导体元件的基板的处理方法，进一步包括以下步骤：
制造基板；
执行在所述基板的所述第一表面上形成所述化合物半导体膜的步骤；以及
在与经受喷射处理的所述第二表面相对的所述第一表面上形成LED电极或LD电极，并且将所述基板切割成LED元件或LD元件。
3.根据权利要求1或2所述的用于半导体元件的基板的处理方法，其中，当向所述基板施加喷射处理时，向所述基板的所述第二表面的整个表面施加喷射处理。
4.根据权利要求1或2所述的用于半导体元件的基板的处理方法，其中，经受喷射处理的所述基板的翘曲量在所述基板的97mm×97mm的区域内处于﹣40μm以上至40μm以下的范围内。
5.根据权利要求1或2所述的用于半导体元件的基板的处理方法，其中，所述第二表面的表面粗糙度大于所述第一表面的表面粗糙度。
6.根据权利要求1或2所述的用于半导体元件的基板的处理方法，其中，所述基板是蓝宝石基板。
7.根据权利要求1或2所述的用于半导体元件的基板的处理方法，其中，所述化合物半导体膜由基于GaN的化合物制成。
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