JP2000022213A - 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法Info
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- JP2000022213A JP2000022213A JP18346098A JP18346098A JP2000022213A JP 2000022213 A JP2000022213 A JP 2000022213A JP 18346098 A JP18346098 A JP 18346098A JP 18346098 A JP18346098 A JP 18346098A JP 2000022213 A JP2000022213 A JP 2000022213A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方
法、特に発光素子のチップ分離のための切断方法に関
し、歩留まりの向上が得られる量産形態に即した切断技
術を提供する。 【解決手段】 サファイア又は炭化珪素基板裏面を研削
して５０〜１２０μｍまで薄くする工程と、研削した面
側を深さ２０μｍ以下の第１の溝を形成する工程と、第
１の溝内に第１の溝より狭い第２の溝を形成し、この溝
に沿ってチップ分割をする事を特徴とする。
法、特に発光素子のチップ分離のための切断方法に関
し、歩留まりの向上が得られる量産形態に即した切断技
術を提供する。 【解決手段】 サファイア又は炭化珪素基板裏面を研削
して５０〜１２０μｍまで薄くする工程と、研削した面
側を深さ２０μｍ以下の第１の溝を形成する工程と、第
１の溝内に第１の溝より狭い第２の溝を形成し、この溝
に沿ってチップ分割をする事を特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム系半導
体素子及びその製造方法、特に発光素子のチップ分離の
ための切断方法に関する。
体素子及びその製造方法、特に発光素子のチップ分離の
ための切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】青色発光素子用材料として窒化ガリウム
系化合物半導体が注目され、実用化が推進されている
が、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青色発光素子
を実現するためには、閃亜鉛鉱構造を有するＧａＡｓ、
ＧａＰ等の基板上に、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｌ
Ａｓ等の化合物半導体層を成長し、赤色、黄色、緑色の
発光素子を形成するのとは異なる、新たな結晶成長技術
及び素子化技術の確立が必要である。素子化の要素技術
の１つであるチップ化技術、特に、切断技術の確立は不
可欠となっている。
系化合物半導体が注目され、実用化が推進されている
が、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青色発光素子
を実現するためには、閃亜鉛鉱構造を有するＧａＡｓ、
ＧａＰ等の基板上に、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｌ
Ａｓ等の化合物半導体層を成長し、赤色、黄色、緑色の
発光素子を形成するのとは異なる、新たな結晶成長技術
及び素子化技術の確立が必要である。素子化の要素技術
の１つであるチップ化技術、特に、切断技術の確立は不
可欠となっている。
【０００３】窒化ガリウム系半導体素子の場合、六方晶
構造を有する結晶を成長基板として用いるが、六方晶基
板は通常劈開が容易でないため、スクライバーでスクラ
イブラインを入れ強制的に切断するか、機械的な切断が
必要になる。六方晶基板としては、サファイア、炭化珪
素、窒化ガリウムなどが窒化ガリウム単結晶のエピタキ
シャル成長用基板として用いられているが、サファイ
ア、炭化珪素、窒化ガリウムはダイヤモンドに次ぐ硬度
を有しているため、ダイヤモンド砥流及びダイアモンド
砥流を固めた刃を用いた切断が行われている。切断方法
としては、ワイヤーソー及びダイシングソーなどが用い
られている。
構造を有する結晶を成長基板として用いるが、六方晶基
板は通常劈開が容易でないため、スクライバーでスクラ
イブラインを入れ強制的に切断するか、機械的な切断が
必要になる。六方晶基板としては、サファイア、炭化珪
素、窒化ガリウムなどが窒化ガリウム単結晶のエピタキ
シャル成長用基板として用いられているが、サファイ
ア、炭化珪素、窒化ガリウムはダイヤモンドに次ぐ硬度
を有しているため、ダイヤモンド砥流及びダイアモンド
砥流を固めた刃を用いた切断が行われている。切断方法
としては、ワイヤーソー及びダイシングソーなどが用い
られている。
【０００４】窒化ガリウム系半導体層は、有機金属気相
成長法（ＭＯＣＶＤ法）又は分子線エピタキシャル成長
法（ＭＢＥ法）、ＣＶＤ法によって基板上に半導体層を
成長する場合、基板と半導体層の格子不整合及び熱膨張
係数等の違いにより、成長中に反りが生じ、素子特性、
特に発光特性に不均一を生じる。これを防止するため
に、基板は反りを防止できる程度の厚みのものを用い
る。例えば、サファイアの場合４００〜４５０μｍ厚を
基板として用いている。基板が厚いので切断は容易では
ない。
成長法（ＭＯＣＶＤ法）又は分子線エピタキシャル成長
法（ＭＢＥ法）、ＣＶＤ法によって基板上に半導体層を
成長する場合、基板と半導体層の格子不整合及び熱膨張
係数等の違いにより、成長中に反りが生じ、素子特性、
特に発光特性に不均一を生じる。これを防止するため
に、基板は反りを防止できる程度の厚みのものを用い
る。例えば、サファイアの場合４００〜４５０μｍ厚を
基板として用いている。基板が厚いので切断は容易では
ない。
【０００５】特開平５−３４３７４２号公報は、素子形
成後、サファイア基板をダイヤモンド砥流を用いた研磨
によりサファイア基板の厚みを１／３程度まで減少さ
せ、かつ半導体層を基板までエッチングした後、基板を
ダイシングすることにより、チップ化の際に半導体層を
切断するときのダイヤモンド砥流を固めた刃への負担を
軽くし、刃の消耗を軽減し、また、切断速度を上げる試
みがなされている。
成後、サファイア基板をダイヤモンド砥流を用いた研磨
によりサファイア基板の厚みを１／３程度まで減少さ
せ、かつ半導体層を基板までエッチングした後、基板を
ダイシングすることにより、チップ化の際に半導体層を
切断するときのダイヤモンド砥流を固めた刃への負担を
軽くし、刃の消耗を軽減し、また、切断速度を上げる試
みがなされている。
【０００６】また、特開平８−３３０６２８号公報は、
ダイヤモンド砥流を固めた刃の消耗が基板の切断方向に
より消耗量が異なることに基づき、半導体層をエッチン
グして発光素子を形成した後、発光素子側より基板表面
に〈１１−２０〉方向、もしくは〈１−１００〉方向に
スクライブラインを入れ、基板を押し割って分離する方
法を開示している。
ダイヤモンド砥流を固めた刃の消耗が基板の切断方向に
より消耗量が異なることに基づき、半導体層をエッチン
グして発光素子を形成した後、発光素子側より基板表面
に〈１１−２０〉方向、もしくは〈１−１００〉方向に
スクライブラインを入れ、基板を押し割って分離する方
法を開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板裏
面を研磨して厚みを薄くすると、研磨仕上げ精度が十分
でない場合には研磨歪みにより、研磨装置より基板を剥
離する場合又は後工程のダイシングによる切断時にクラ
ックが発生し、クラックが素子特性に悪影響を与える。
ダイヤモンド砥流を固めた刃を用いたダイシングソーに
よる切断はサファイア、炭化珪素、窒化ガリウムが硬い
ことにより切断は可能ではあるが、切断面は少し蛇行し
ており直線ではなく、一部に欠けが生じるチッピング
（切断面の欠け）も多く発生しており、また、切断速度
を上げることが出来ない。
面を研磨して厚みを薄くすると、研磨仕上げ精度が十分
でない場合には研磨歪みにより、研磨装置より基板を剥
離する場合又は後工程のダイシングによる切断時にクラ
ックが発生し、クラックが素子特性に悪影響を与える。
ダイヤモンド砥流を固めた刃を用いたダイシングソーに
よる切断はサファイア、炭化珪素、窒化ガリウムが硬い
ことにより切断は可能ではあるが、切断面は少し蛇行し
ており直線ではなく、一部に欠けが生じるチッピング
（切断面の欠け）も多く発生しており、また、切断速度
を上げることが出来ない。
【０００８】また、基板を〈１１−２０〉方向、〈１−
１００〉方向に切断しても刃の消耗量、チッピングが大
きいため、量産に即した切断方法ではない。また、刃の
消耗量とチッピングを調べた結果、刃の消耗量とチッピ
ング量は反比例の関係にあることが判明し、使用する刃
の種類を選択して刃の消耗量を減少させると、チッピン
グが増加する等により歩留まりが低下する。
１００〉方向に切断しても刃の消耗量、チッピングが大
きいため、量産に即した切断方法ではない。また、刃の
消耗量とチッピングを調べた結果、刃の消耗量とチッピ
ング量は反比例の関係にあることが判明し、使用する刃
の種類を選択して刃の消耗量を減少させると、チッピン
グが増加する等により歩留まりが低下する。
【０００９】ダイヤモンド砥流を固めた刃の種類を種々
変えてダイシングを試みた結果ではチッピングが多く発
生し歩留まりが５０％以下と悪く、また刃の消耗量が大
きく量産形態に即した切断方法としては不十分である。
刃の消耗量を低減するためには切断する基板の厚みを薄
くする方法が考えられる。素子のハンドリングには５０
μｍ程度以上の基板厚みが必要であり、裏面研磨による
基板厚の減少と表面からの切断を同時に行った場合で
も、まだ、チッピングが大きく歩留まりは十分ではな
い。基板を薄くする方法としては、ダイアモンド砥粒を
用いた研磨とダイアモンドを電着させた盤又はリングを
用いる研削があるが、研磨は速度が遅く量産形態には不
向きであり、研削の場合には速度は速く厚みを薄くする
方法としては最適ではあるが、研削面の精度が荒く表面
に加工歪みが残っており、研削後基板を取付治具より取
り外すときに割れが無数発生したり、後工程のダイシン
グでのチッピング及びクラック発生を防止する必要があ
る。
変えてダイシングを試みた結果ではチッピングが多く発
生し歩留まりが５０％以下と悪く、また刃の消耗量が大
きく量産形態に即した切断方法としては不十分である。
刃の消耗量を低減するためには切断する基板の厚みを薄
くする方法が考えられる。素子のハンドリングには５０
μｍ程度以上の基板厚みが必要であり、裏面研磨による
基板厚の減少と表面からの切断を同時に行った場合で
も、まだ、チッピングが大きく歩留まりは十分ではな
い。基板を薄くする方法としては、ダイアモンド砥粒を
用いた研磨とダイアモンドを電着させた盤又はリングを
用いる研削があるが、研磨は速度が遅く量産形態には不
向きであり、研削の場合には速度は速く厚みを薄くする
方法としては最適ではあるが、研削面の精度が荒く表面
に加工歪みが残っており、研削後基板を取付治具より取
り外すときに割れが無数発生したり、後工程のダイシン
グでのチッピング及びクラック発生を防止する必要があ
る。
【００１０】本発明は、この問題を解決して歩留まりが
よく、量産に必要な切断速度及び刃の耐久性を有する切
断技術を提供するものである。
よく、量産に必要な切断速度及び刃の耐久性を有する切
断技術を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の窒化ガリウム系半導体素子は、基板上に形成された窒
化ガリウム系半導体層をチップ状に分割してなる窒化ガ
リウム系半導体素子において、前記基板裏面に溝を形成
して前記窒化ガリウム系半導体層をチップ化したことを
特徴とする。本発明は基板裏面に溝をダイシング、又は
化学的エッチングによって形成し、この溝を利用してチ
ップ化するから、基板裏面に存在する加工歪の影響なし
にチップ化することができる。このため、基板裏面を研
削した後、加工歪を除去する研磨仕上げをなくすことが
できる。したがって、歩留まり向上が計れ、生産効率が
よくなり、量産に適する。
の窒化ガリウム系半導体素子は、基板上に形成された窒
化ガリウム系半導体層をチップ状に分割してなる窒化ガ
リウム系半導体素子において、前記基板裏面に溝を形成
して前記窒化ガリウム系半導体層をチップ化したことを
特徴とする。本発明は基板裏面に溝をダイシング、又は
化学的エッチングによって形成し、この溝を利用してチ
ップ化するから、基板裏面に存在する加工歪の影響なし
にチップ化することができる。このため、基板裏面を研
削した後、加工歪を除去する研磨仕上げをなくすことが
できる。したがって、歩留まり向上が計れ、生産効率が
よくなり、量産に適する。
【００１２】また、本発明の請求項２に記載の窒化ガリ
ウム系半導体素子は、前記溝は基板裏面より形成した幅
広の第１の溝と、前記第１の溝内に形成した第１の溝よ
り幅狭の第２の溝とからなることを特徴とする。この特
徴のため、基板裏面に存在する加工歪を幅広の溝によっ
て除去して基板を露出させ、幅狭の溝によって基板を切
断あるいは切断寸前までに溝を形成することができる。
したがって、効率よくチップ化することができる。
ウム系半導体素子は、前記溝は基板裏面より形成した幅
広の第１の溝と、前記第１の溝内に形成した第１の溝よ
り幅狭の第２の溝とからなることを特徴とする。この特
徴のため、基板裏面に存在する加工歪を幅広の溝によっ
て除去して基板を露出させ、幅狭の溝によって基板を切
断あるいは切断寸前までに溝を形成することができる。
したがって、効率よくチップ化することができる。
【００１３】また、本発明の請求項３に記載の窒化ガリ
ウム系半導体素子は、前記第１の溝の深さは、基板裏面
のダメージ層厚以上であることを特徴とする。この特徴
により、確実に基板裏面に存在する加工歪の影響を除去
してチップ化することができる。
ウム系半導体素子は、前記第１の溝の深さは、基板裏面
のダメージ層厚以上であることを特徴とする。この特徴
により、確実に基板裏面に存在する加工歪の影響を除去
してチップ化することができる。
【００１４】また本発明の請求項４に記載の窒化ガリウ
ム系半導体素子は、前記第１の溝の深さが基板裏面より
２０μｍ以下であり、第２の溝が素子表面より２０〜３
０μｍ残した深さであることを特徴とする。この特徴に
より、第１の溝の深さと第２の溝の深さの適正化を図る
ことができ、歩留まり向上を計り、生産効率をあげ、か
つ大量生産を可能にする。
ム系半導体素子は、前記第１の溝の深さが基板裏面より
２０μｍ以下であり、第２の溝が素子表面より２０〜３
０μｍ残した深さであることを特徴とする。この特徴に
より、第１の溝の深さと第２の溝の深さの適正化を図る
ことができ、歩留まり向上を計り、生産効率をあげ、か
つ大量生産を可能にする。
【００１５】また、本発明の請求項５に記載の窒化ガリ
ウム系半導体素子は、前記基板はＣ面（０００１面）を
主面とする基板であり、前記溝は〈１１−２０〉方向又
は〈１−１００〉方向に形成されることを特徴とする。
この特徴により、基板を直線に切断することを容易に
し、チッピングの発生を少なくするとともに刃の消耗を
少なく、切断速度を速くして、歩留まり向上と大量生産
を可能にする。
ウム系半導体素子は、前記基板はＣ面（０００１面）を
主面とする基板であり、前記溝は〈１１−２０〉方向又
は〈１−１００〉方向に形成されることを特徴とする。
この特徴により、基板を直線に切断することを容易に
し、チッピングの発生を少なくするとともに刃の消耗を
少なく、切断速度を速くして、歩留まり向上と大量生産
を可能にする。
【００１６】さらに、本発明の請求項６に記載の窒化ガ
リウム系半導体素子の製造方法は、基板上に形成された
窒化ガリウム系半導体層をチップ状に分割してなる窒化
ガリウム系半導体素子の製造方法において、前記基板裏
面にダイシングを用いて溝を形成し、チップ化すること
を特徴とする。この特徴により、基板裏面に溝を研削す
るときに基板裏面に存在する加工歪の影響をなくしてチ
ップ化することができる。したがって、歩留まり向上が
計れ、量産に適する。
リウム系半導体素子の製造方法は、基板上に形成された
窒化ガリウム系半導体層をチップ状に分割してなる窒化
ガリウム系半導体素子の製造方法において、前記基板裏
面にダイシングを用いて溝を形成し、チップ化すること
を特徴とする。この特徴により、基板裏面に溝を研削す
るときに基板裏面に存在する加工歪の影響をなくしてチ
ップ化することができる。したがって、歩留まり向上が
計れ、量産に適する。
【００１７】さらに、本発明の請求項７に記載の窒化ガ
リウム系半導体素子の製造方法は、第１の溝形成に用い
るダイシング用の切断刃は刃の消耗量の大きい樹脂埋め
込み切断刃を用いることを特徴とする。この特徴によ
り、基板裏面に存在する加工歪の影響なく、そしてチッ
ピング、クラックを生じることなく溝を形成することが
でき、歩留まり向上が計れ、量産に適する。
リウム系半導体素子の製造方法は、第１の溝形成に用い
るダイシング用の切断刃は刃の消耗量の大きい樹脂埋め
込み切断刃を用いることを特徴とする。この特徴によ
り、基板裏面に存在する加工歪の影響なく、そしてチッ
ピング、クラックを生じることなく溝を形成することが
でき、歩留まり向上が計れ、量産に適する。
【００１８】さらに、請求項８に記載の窒化ガリウム系
半導体素子の製造方法は、第１の溝形成に用いるダイシ
ング用の切断刃は刃の厚みが１００〜２００μｍ、第２
の溝形成に用いるダイシング用の切断刃は刃の厚みが３
０〜１００μｍであることを特徴とする。この特徴によ
り、幅広の溝と幅狭の溝をダイシング用の切断刃によっ
て形成することができる。
半導体素子の製造方法は、第１の溝形成に用いるダイシ
ング用の切断刃は刃の厚みが１００〜２００μｍ、第２
の溝形成に用いるダイシング用の切断刃は刃の厚みが３
０〜１００μｍであることを特徴とする。この特徴によ
り、幅広の溝と幅狭の溝をダイシング用の切断刃によっ
て形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の窒化ガリウム系半導体素
子は、図１に示すように、サファイア、炭化珪素あるい
は窒化ガリウムよりなる基板の上にＧａＮ系成長層２が
エピタキシャル成長される。ＧａＮ系成長層２は、ｎ型
ＧａＮ：Ｓｉ層１０、ＩｎＧａＮ活性層（又は発光層）
１１、ＡｌＧａＮクラッド層１２、ｐ型ＧａＮ：Ｍｇキ
ャップ層１３をＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＣＶＤ法によ
りエピタキシャル成長してなる。ＧａＮ系成長層２の表
面に透明電極１４が積層され、この一部分にｐ側電極３
ａを形成する。上記ＩｎＧａＮ活性層（又は発光層）１
１、ＡｌＧａＮクラッド層１２、ｐ型ＧａＮ：Ｍｇキャ
ップ層１３、透明電極１４の一部を除去してｎ型Ｇａ
Ｎ：Ｓｉ層１０を露出させ、露出したｎ型ＧａＮ：Ｓｉ
層１０にｎ型電極３ｂを形成する。
子は、図１に示すように、サファイア、炭化珪素あるい
は窒化ガリウムよりなる基板の上にＧａＮ系成長層２が
エピタキシャル成長される。ＧａＮ系成長層２は、ｎ型
ＧａＮ：Ｓｉ層１０、ＩｎＧａＮ活性層（又は発光層）
１１、ＡｌＧａＮクラッド層１２、ｐ型ＧａＮ：Ｍｇキ
ャップ層１３をＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＣＶＤ法によ
りエピタキシャル成長してなる。ＧａＮ系成長層２の表
面に透明電極１４が積層され、この一部分にｐ側電極３
ａを形成する。上記ＩｎＧａＮ活性層（又は発光層）１
１、ＡｌＧａＮクラッド層１２、ｐ型ＧａＮ：Ｍｇキャ
ップ層１３、透明電極１４の一部を除去してｎ型Ｇａ
Ｎ：Ｓｉ層１０を露出させ、露出したｎ型ＧａＮ：Ｓｉ
層１０にｎ型電極３ｂを形成する。
【００２０】本発明は上記窒化ガリウム系半導体素子の
基板裏面を研削して薄い基板４ａとした後、研削面に存
在するダメージ層４ｂをエッチング又は消耗量の大きい
刃で浅く第１の溝を形成してチッピング及びクラック発
生を防止し、この第１の溝内に第１の溝より幅狭の第２
の溝を基板を切断する深さまで、あるいは素子表面より
２０〜３０μｍ残した深さまで形成する。第１の溝、第
２の溝はウエットエッチング、ドライエッチングによっ
て形成することも可能である。これにより、チッピング
及びクラック発生を防止する事が可能となり、歩留まり
向上が計れ、加えて切断速度が早くでき及び消耗量も削
減でき、かつ基板裏面の研削後の研磨仕上げをなくすこ
とができるので、量産形態に即した切断が可能となる。
基板裏面を研削して薄い基板４ａとした後、研削面に存
在するダメージ層４ｂをエッチング又は消耗量の大きい
刃で浅く第１の溝を形成してチッピング及びクラック発
生を防止し、この第１の溝内に第１の溝より幅狭の第２
の溝を基板を切断する深さまで、あるいは素子表面より
２０〜３０μｍ残した深さまで形成する。第１の溝、第
２の溝はウエットエッチング、ドライエッチングによっ
て形成することも可能である。これにより、チッピング
及びクラック発生を防止する事が可能となり、歩留まり
向上が計れ、加えて切断速度が早くでき及び消耗量も削
減でき、かつ基板裏面の研削後の研磨仕上げをなくすこ
とができるので、量産形態に即した切断が可能となる。
【００２１】サファイア、炭化珪素及び窒化ガリウムは
六方晶系の菱面体構造を有する結晶であるので、Ｃ面
（（０００１）面）内には〈１１−２０〉方向と〈１−
１００〉方向の３０度で交差する６回対称の２つの特徴
的な方向が存在する。従来は発光素子の形状は方形であ
るため、切断の１つの方向を仮に〈１１−２０〉方向と
すると他の切断方向は〈１−１００〉となる。しかしな
がら、サファイアのダイシングソーによる切断の性質に
方向依存性がある事が判明した。特に〈１１−２０〉方
向は〈１−１００〉方向より切断が容易であり、すなわ
ち、〈１１−２０〉方向のみを切断方向にすることによ
り、刃に加わる負荷が少なくなり切断速度が大きくで
き、加えて刃の消耗も少なくする事が出来るが、このと
き、切断方向として〈１１−２０〉方向のみを用いてい
る事により窒化ガリウム系発光素子のチップ形状は、基
板面の形状が三角、菱形、台形となる。
六方晶系の菱面体構造を有する結晶であるので、Ｃ面
（（０００１）面）内には〈１１−２０〉方向と〈１−
１００〉方向の３０度で交差する６回対称の２つの特徴
的な方向が存在する。従来は発光素子の形状は方形であ
るため、切断の１つの方向を仮に〈１１−２０〉方向と
すると他の切断方向は〈１−１００〉となる。しかしな
がら、サファイアのダイシングソーによる切断の性質に
方向依存性がある事が判明した。特に〈１１−２０〉方
向は〈１−１００〉方向より切断が容易であり、すなわ
ち、〈１１−２０〉方向のみを切断方向にすることによ
り、刃に加わる負荷が少なくなり切断速度が大きくで
き、加えて刃の消耗も少なくする事が出来るが、このと
き、切断方向として〈１１−２０〉方向のみを用いてい
る事により窒化ガリウム系発光素子のチップ形状は、基
板面の形状が三角、菱形、台形となる。
【００２２】本発明によれば窒化ガリウム系半導体素子
において量産形態に即した切断技術が得られ歩留まりの
向上、半導体素子の特性及び信頼性向上が可能となる。
において量産形態に即した切断技術が得られ歩留まりの
向上、半導体素子の特性及び信頼性向上が可能となる。
【００２３】以下に本発明の窒化ガリウム系半導体素子
の製造方法を具体的に説明する。本実施の形態は発光ダ
イオード（ＬＥＤ）を用いて説明するが、素子はＬＥＤ
に限定されるものでなく、レーザダイオード（ＬＤ）、
ＭＭＩＣ等の半導体装置でもよく、その積層構造も図１
に示す構造に限定されることはなく、また、素子構造も
量子井戸等種々の構造が使用できる。
の製造方法を具体的に説明する。本実施の形態は発光ダ
イオード（ＬＥＤ）を用いて説明するが、素子はＬＥＤ
に限定されるものでなく、レーザダイオード（ＬＤ）、
ＭＭＩＣ等の半導体装置でもよく、その積層構造も図１
に示す構造に限定されることはなく、また、素子構造も
量子井戸等種々の構造が使用できる。
【００２４】｛実施の形態１｝窒化ガリウム系発光素
子、発光ダイオードを形成する窒化ガリウム系化合物半
導体はＭＯＣＶＤ法を用いて成長を行う。基板１はサフ
ァイア（０００１）Ｃ面、基板厚４３０μｍを用い、Ｉ
ＩＩ族ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリ
メチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム
（ＴＭＩ）、Ｖ族ガスとしてアンモニア（ＮＨ3）を用
い、ドーピングガスとして、モノシラン（ＳｉＨ4）、
ビスシクロペンタディエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍ
ｇ）を、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を用いた。
子、発光ダイオードを形成する窒化ガリウム系化合物半
導体はＭＯＣＶＤ法を用いて成長を行う。基板１はサフ
ァイア（０００１）Ｃ面、基板厚４３０μｍを用い、Ｉ
ＩＩ族ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリ
メチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム
（ＴＭＩ）、Ｖ族ガスとしてアンモニア（ＮＨ3）を用
い、ドーピングガスとして、モノシラン（ＳｉＨ4）、
ビスシクロペンタディエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍ
ｇ）を、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を用いた。
【００２５】ＭＯＣＶＤ装置内にサファイア製の基板１
を導入し、基板１をＨ2雰囲気中で基板温度約１１００
℃で基板表面処理を行う。次に、基板温度を約６００℃
まで下げＧａＮ又はＡｌＮバッファ層を成長する。Ｇａ
Ｎ又はＡｌＮバッファ層の膜厚はそれぞれ３５０Å、５
００Åである。次に、基板温度を１１００℃まで上げて
ｎ型ＧａＮ層を約４μｍ程度、ｎ型ＡｌＧａＮ下部クラ
ッド層を約１５００Å成長し、その後、基板温度を約８
００℃に下げてＳｉドープＩｎＧａＮ活性層（又は発光
層）を５００Å成長する。次に、基板温度を１１００℃
に上げてｐ型ＡｌＧａＮ上部クラッド層、ｐ型ＧａＮキ
ャップ層をそれぞれ１５００Å、３０００Å成長し、発
光ダイオード用のＧａＮ系成長層２が形成できる。
を導入し、基板１をＨ2雰囲気中で基板温度約１１００
℃で基板表面処理を行う。次に、基板温度を約６００℃
まで下げＧａＮ又はＡｌＮバッファ層を成長する。Ｇａ
Ｎ又はＡｌＮバッファ層の膜厚はそれぞれ３５０Å、５
００Åである。次に、基板温度を１１００℃まで上げて
ｎ型ＧａＮ層を約４μｍ程度、ｎ型ＡｌＧａＮ下部クラ
ッド層を約１５００Å成長し、その後、基板温度を約８
００℃に下げてＳｉドープＩｎＧａＮ活性層（又は発光
層）を５００Å成長する。次に、基板温度を１１００℃
に上げてｐ型ＡｌＧａＮ上部クラッド層、ｐ型ＧａＮキ
ャップ層をそれぞれ１５００Å、３０００Å成長し、発
光ダイオード用のＧａＮ系成長層２が形成できる。
【００２６】次に、このようにして得られた発光ダイオ
ード用のＧａＮ系成長層２にメサ構造をリアクティブイ
オンエッチング（ＲＩＥ）を用いて形成する。次に、図
２（ａ）に示すように、ｐ側電極３ａとｎ側電極３ｂを
形成して発光素子が形成される。
ード用のＧａＮ系成長層２にメサ構造をリアクティブイ
オンエッチング（ＲＩＥ）を用いて形成する。次に、図
２（ａ）に示すように、ｐ側電極３ａとｎ側電極３ｂを
形成して発光素子が形成される。
【００２７】続いて、発光素子を形成した基板の裏面を
表面にした状態で研削及びダイシング用の治具５にワッ
クス９を用いて張り付け、基板裏面を粒度＃４００番の
ダイヤモンドを電着した研削盤を載置した研削機を用い
て基板の厚みを図２（ｂ）に示すように１００μｍまで
薄くする（薄い基板４ａが出来る）。研削の際に加工歪
みが発生し、基板裏面にダメージ層４ｂができる。加工
歪みは基板裏面より２０μｍ以下に発生する。ここで基
板裏面を研磨仕上げすることなく、次に、治具５をダイ
シング装置に移し、研削した基板裏面を反射光又は透過
光により位置合わせして１５０μｍ厚のレジンボンド型
（樹脂埋め込み）ダイヤモンドブレード（刃）を用いた
ダイシング装置により、図２（ｃ）に示すように深さ２
０μｍの第１の溝６の形成を行う。基板裏面のダメージ
層４ｂは基板裏面より２０μｍ以下に存在し、第１の溝
６により加工歪のない基板裏面を第１の溝６の底面に露
出させる。溝形成方向は〈１１−２０〉方向であり、４
００μｍ間隔で溝形成を行う。送り速度は１５ｍｍ／ｓ
ｅｃである。次に、基板を６０度回転し、同様に溝形成
を行う。
表面にした状態で研削及びダイシング用の治具５にワッ
クス９を用いて張り付け、基板裏面を粒度＃４００番の
ダイヤモンドを電着した研削盤を載置した研削機を用い
て基板の厚みを図２（ｂ）に示すように１００μｍまで
薄くする（薄い基板４ａが出来る）。研削の際に加工歪
みが発生し、基板裏面にダメージ層４ｂができる。加工
歪みは基板裏面より２０μｍ以下に発生する。ここで基
板裏面を研磨仕上げすることなく、次に、治具５をダイ
シング装置に移し、研削した基板裏面を反射光又は透過
光により位置合わせして１５０μｍ厚のレジンボンド型
（樹脂埋め込み）ダイヤモンドブレード（刃）を用いた
ダイシング装置により、図２（ｃ）に示すように深さ２
０μｍの第１の溝６の形成を行う。基板裏面のダメージ
層４ｂは基板裏面より２０μｍ以下に存在し、第１の溝
６により加工歪のない基板裏面を第１の溝６の底面に露
出させる。溝形成方向は〈１１−２０〉方向であり、４
００μｍ間隔で溝形成を行う。送り速度は１５ｍｍ／ｓ
ｅｃである。次に、基板を６０度回転し、同様に溝形成
を行う。
【００２８】続いて、第１の溝６の中央を５０μｍ厚の
メタルボンド（金属埋め込み）ダイヤモンドブレードを
用いて、基板裏面より８０μｍまで切り込み、図２
（ｄ）に示すように第２の溝７を形成する。送り速度は
５０ｍｍ／ｓｅｃである。第１の溝６の底面は加工歪の
ない表面であるから、メタルボンドダイヤモンドブレー
ドの送り速度を速くしても基板裏面に存在する加工歪か
らクラックを発生することがない。この状態で基板及び
半導体層を第１の溝６及び第２の溝７に沿って押し割
り、ワックス９を除去してチップに分割する。
メタルボンド（金属埋め込み）ダイヤモンドブレードを
用いて、基板裏面より８０μｍまで切り込み、図２
（ｄ）に示すように第２の溝７を形成する。送り速度は
５０ｍｍ／ｓｅｃである。第１の溝６の底面は加工歪の
ない表面であるから、メタルボンドダイヤモンドブレー
ドの送り速度を速くしても基板裏面に存在する加工歪か
らクラックを発生することがない。この状態で基板及び
半導体層を第１の溝６及び第２の溝７に沿って押し割
り、ワックス９を除去してチップに分割する。
【００２９】得られたＬＥＤチップは形状が菱形であ
り、切断面及び素子形成側表面にチッピング等は発生し
ておらず、また、切断は直線的であり、良好な切断が出
来ている。得られたチップの歩留まりは８５％であり、
従来の方法で切断された時の歩留まり５０％以下より大
きく改善された。また、用いたメタルブレード（刃）は
耐久性があり、２インチ基板で約１０枚分、１５ｋｍ以
上の切断が可能である。
り、切断面及び素子形成側表面にチッピング等は発生し
ておらず、また、切断は直線的であり、良好な切断が出
来ている。得られたチップの歩留まりは８５％であり、
従来の方法で切断された時の歩留まり５０％以下より大
きく改善された。また、用いたメタルブレード（刃）は
耐久性があり、２インチ基板で約１０枚分、１５ｋｍ以
上の切断が可能である。
【００３０】｛実施の形態２｝基板を３５０μｍ厚の炭
化珪素（ＳｉＣ）、バッファ層をＡｌＧａＮに変えた以
外は｛実施の形態１｝で用いたと同条件の発光ダイオー
ド用のＧａＮ系成長層２を用いる。上記｛実施の形態
１｝で用いたのと同様のチップを形成し、続いて、チッ
プを形成した基板の裏面を表面にした状態で研削及びダ
イシング用の治具５にワックス９により張り付け、基板
裏面を粒度＃６００番のダイヤモンドを電着した研削リ
ングを載置した研削機を用いて基板の８０μｍ厚みをま
で薄くする（基板４ａが出来る）。続いて、治具をダイ
シング装置に移し、研削した基板裏面を１００μｍ厚の
レジンボンド型（樹脂埋め込み）ダイヤモンドブレード
（刃）を用いたダイシング装置で深さ１５μｍの第１の
溝６を形成する。溝形成方向は〈１１−２０〉方向であ
り、３００μｍ間隔で溝形成を行う。送り速度は１０ｍ
ｍ／ｓｅｃである。続いて、基板を６０度回転し、同様
に溝形成を行う。次に第１の溝６の中央を４０μｍ厚の
メタルボンド（金属埋め込み）ダイヤモンドブレードを
用いて、図３に示すように素子形成表面まで切り込み第
２の溝８を形成し、切断する、送り速度は３０ｍｍ／ｓ
ｅｃである。ワックス９を除去してチップに分割する。
化珪素（ＳｉＣ）、バッファ層をＡｌＧａＮに変えた以
外は｛実施の形態１｝で用いたと同条件の発光ダイオー
ド用のＧａＮ系成長層２を用いる。上記｛実施の形態
１｝で用いたのと同様のチップを形成し、続いて、チッ
プを形成した基板の裏面を表面にした状態で研削及びダ
イシング用の治具５にワックス９により張り付け、基板
裏面を粒度＃６００番のダイヤモンドを電着した研削リ
ングを載置した研削機を用いて基板の８０μｍ厚みをま
で薄くする（基板４ａが出来る）。続いて、治具をダイ
シング装置に移し、研削した基板裏面を１００μｍ厚の
レジンボンド型（樹脂埋め込み）ダイヤモンドブレード
（刃）を用いたダイシング装置で深さ１５μｍの第１の
溝６を形成する。溝形成方向は〈１１−２０〉方向であ
り、３００μｍ間隔で溝形成を行う。送り速度は１０ｍ
ｍ／ｓｅｃである。続いて、基板を６０度回転し、同様
に溝形成を行う。次に第１の溝６の中央を４０μｍ厚の
メタルボンド（金属埋め込み）ダイヤモンドブレードを
用いて、図３に示すように素子形成表面まで切り込み第
２の溝８を形成し、切断する、送り速度は３０ｍｍ／ｓ
ｅｃである。ワックス９を除去してチップに分割する。
【００３１】得られたＬＥＤチップは形状が菱形であ
り、切断面及び素子形成側表面にチッピング等は発生し
ておらず、また、切断は直線的であり、良好な切断が出
来ている。得られたチップの歩留まりは８０％であり、
従来の方法で切断された時の歩留まり５０％以下より大
きく改善された。また、用いたメタルブレード（刃）は
耐久性があり、２インチ基板で約１０枚分、１５ｋｍ以
上の切断が可能である。
り、切断面及び素子形成側表面にチッピング等は発生し
ておらず、また、切断は直線的であり、良好な切断が出
来ている。得られたチップの歩留まりは８０％であり、
従来の方法で切断された時の歩留まり５０％以下より大
きく改善された。また、用いたメタルブレード（刃）は
耐久性があり、２インチ基板で約１０枚分、１５ｋｍ以
上の切断が可能である。
【００３２】｛実施の形態３｝上記｛実施の形態１｝の
第１の溝６の形成工程を除いた以外は｛実施の形態１｝
で用いたのと同じ条件で切断を行った結果、第２の溝７
の形成時に多少クラック及びチッピングが発生した。溝
形成速度を３ｍｍ／ｓｅｃ以下に落とすとチッピングが
防止でき、クラックが減少し、歩留まりを上げることが
できる。
第１の溝６の形成工程を除いた以外は｛実施の形態１｝
で用いたのと同じ条件で切断を行った結果、第２の溝７
の形成時に多少クラック及びチッピングが発生した。溝
形成速度を３ｍｍ／ｓｅｃ以下に落とすとチッピングが
防止でき、クラックが減少し、歩留まりを上げることが
できる。
【００３３】｛実施の形態４｝上記｛実施の形態１｝の
第１の溝６の形成工程で用いた刃をメタルボンド（金属
埋め込み）ダイヤモンドブレードに変えた以外は｛実施
の形態１｝で用いたのと同じ条件で切断を行った結果、
第１の溝形成時に多少クラックが発生したが、第１の溝
形成速度を３ｍｍ／ｓｅｃ以下に落とすとクラック発生
密度は減少し、歩留まりを上げることができる。
第１の溝６の形成工程で用いた刃をメタルボンド（金属
埋め込み）ダイヤモンドブレードに変えた以外は｛実施
の形態１｝で用いたのと同じ条件で切断を行った結果、
第１の溝形成時に多少クラックが発生したが、第１の溝
形成速度を３ｍｍ／ｓｅｃ以下に落とすとクラック発生
密度は減少し、歩留まりを上げることができる。
【００３４】｛実施の形態５｝１方の溝の切断方向を
〈１−１００〉方向にした以外は上記｛実施の形態１｝
で用いたと同じ条件で切断を行った。〈１−１００〉方
向の切断においては、５０μｍ厚のメタルボンドブレー
ド（刃）を用いたダイシングでは、切断の送り速度を２
ｍｍ／ｓｅｃ以下とした。加えて切断面は直線には成ら
ず少し蛇行した切断面になる。〈１−１００〉方向の切
断を行う場合には、ダイヤモンド砥流を固めた刃厚２０
０μｍ以上の刃を用いて切断送り速度を３ｍｍ／ｓｅｃ
以下にして切断可能であり、ダイヤモンド砥流を固めた
刃は消耗が大きい。
〈１−１００〉方向にした以外は上記｛実施の形態１｝
で用いたと同じ条件で切断を行った。〈１−１００〉方
向の切断においては、５０μｍ厚のメタルボンドブレー
ド（刃）を用いたダイシングでは、切断の送り速度を２
ｍｍ／ｓｅｃ以下とした。加えて切断面は直線には成ら
ず少し蛇行した切断面になる。〈１−１００〉方向の切
断を行う場合には、ダイヤモンド砥流を固めた刃厚２０
０μｍ以上の刃を用いて切断送り速度を３ｍｍ／ｓｅｃ
以下にして切断可能であり、ダイヤモンド砥流を固めた
刃は消耗が大きい。
【００３５】以上の実施の形態では基板を薄くする厚み
を８０、１００μｍにしたが、５０μｍから１２０μｍ
の範囲で可能であり、５０μｍより薄いと研削時に割れ
やすくなり、１２０μｍ以上では切断時の刃への負荷が
大きくなり消耗が大きく量産形態には向かない。また、
第１の溝の形成深さは１５μｍ、２０μｍとしたが、３
０μｍ程度までは可能である。これより大きいとレジン
ボンド型の刃では消耗が大きすぎ、また刃に加わる抵抗
が大きくなりチッピング、クラックが増加し歩留まり低
減を来す。また、第１の溝形成にレジンボンド型の刃を
用いたがその他の方法で埋め込まれた刃でも刃の消耗量
が大きく切断時の抵抗が少ない刃であれば使用可能であ
る。
を８０、１００μｍにしたが、５０μｍから１２０μｍ
の範囲で可能であり、５０μｍより薄いと研削時に割れ
やすくなり、１２０μｍ以上では切断時の刃への負荷が
大きくなり消耗が大きく量産形態には向かない。また、
第１の溝の形成深さは１５μｍ、２０μｍとしたが、３
０μｍ程度までは可能である。これより大きいとレジン
ボンド型の刃では消耗が大きすぎ、また刃に加わる抵抗
が大きくなりチッピング、クラックが増加し歩留まり低
減を来す。また、第１の溝形成にレジンボンド型の刃を
用いたがその他の方法で埋め込まれた刃でも刃の消耗量
が大きく切断時の抵抗が少ない刃であれば使用可能であ
る。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、窒化ガリウム系化合物
半導体のチップ分割（切断）において、切断時の刃の消
耗量の低減、及びチッピング・クラックの発生を防止で
き、歩留まりの向上が可能となり、また、窒化ガリウム
系化合物半導体を用いた半導体装置、特に発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）の特性向上
も可能となる。
半導体のチップ分割（切断）において、切断時の刃の消
耗量の低減、及びチッピング・クラックの発生を防止で
き、歩留まりの向上が可能となり、また、窒化ガリウム
系化合物半導体を用いた半導体装置、特に発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）の特性向上
も可能となる。
【図１】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体素子の断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体素子の製
造工程を工程順に説明する図である。
造工程を工程順に説明する図である。
【図３】本発明の他の実施例の窒化ガリウム系化合物半
導体素子の製造工程を説明する図である。
導体素子の製造工程を説明する図である。
１ 基板 ２ ＧａＮ系成長層 ３ 電極 ４ａ 基板 ４ｂ ダメージ層 ５ 治具 ６ 第１の溝 ７ 第２の溝 ８ 第２の溝 ９ ワックス
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上に形成された窒化ガリウム系半導
体層をチップ状に分割してなる窒化ガリウム系半導体素
子において、前記基板裏面に溝を形成して前記窒化ガリ
ウム系半導体層をチップ化したことを特徴とする窒化ガ
リウム系半導体素子。 - 【請求項２】 前記溝は基板裏面より形成した幅広の第
１の溝と、前記第１の溝内に形成した第１の溝より幅狭
の第２の溝とからなることを特徴とする請求項１記載の
窒化ガリウム系半導体素子。 - 【請求項３】 前記第１の溝の深さは、基板裏面のダメ
ージ層厚以上であることを特徴とする請求項１記載の窒
化ガリウム系半導体素子。 - 【請求項４】 前記第１の溝の深さが基板裏面より２０
μｍ以下であり、第２の溝が素子表面より２０〜３０μ
ｍ残した深さであることを特徴とする請求項１記載の窒
化ガリウム系半導体素子。 - 【請求項５】 前記基板はＣ面（０００１面）を主面と
する基板であり、前記溝は〈１１−２０〉方向又は〈１
−１００〉方向に形成されることを特徴とする請求項１
記載の窒化ガリウム系半導体素子。 - 【請求項６】 基板上に形成された窒化ガリウム系半導
体層をチップ状に分割してなる窒化ガリウム系半導体素
子の製造方法において、前記基板裏面にダイシングを用
いて溝を形成し、チップ化したことを特徴とする窒化ガ
リウム系半導体素子の製造方法。 - 【請求項７】 前記溝は第１の溝と第２の溝からなり、
該第１の溝形成に用いるダイシング用の切断刃は刃の消
耗量の大きい樹脂埋め込み切断刃を用いることを特徴と
する請求項６記載の窒化ガリウム系半導体素子の製造方
法。 - 【請求項８】 前記第１の溝形成に用いるダイシング用
の切断刃は刃の厚みが１００〜２００μｍ、第２の溝形
成に用いるダイシング用の切断刃は刃の厚みが３０〜１
００μｍであることを特徴とする請求項７記載の窒化ガ
リウム系半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18346098A JP2000022213A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18346098A JP2000022213A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000022213A true JP2000022213A (ja) | 2000-01-21 |
| JP2000022213A5 JP2000022213A5 (ja) | 2005-10-20 |
Family
ID=16136176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18346098A Pending JP2000022213A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000022213A (ja) |
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