JP2002246337A - 窒化物半導体チップの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サファイア基板に窒化物半導体を積層したウ
エハをスクライバによってチップ状に分離する窒化物半
導体チップの製造方法であって、切断面のクラック、チ
ッピングの発生を抑制し、スクライブ刃の寿命を延長す
ることのできる製造方法を提供すること。 【解決手段】 スクライバ刃先位置のウエハ表面を相対
湿度６０％以上に加湿することにより、サファイア基板
表面に発生した縦クラックの進行を促進し、スクライブ
に必要な刃先荷重を減少する。ウエハ表面の加湿は、水
の滴下又は流下、ミスト状態の水の噴霧、加湿した気体
等の手段により行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒化物半導体チップの
製造方法に関し、詳細には、サファイア基板上に一般式
Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X＜１、０≦Y＜１）で表
される窒化ガリウム系化合物半導体（以下、窒化物半導
体と記載する。）が積層された半導体ウエハをスクライ
バによりチップ状に分離する窒化物半導体チップの製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体材料が積層されたウエハか
ら、発光デバイス用のチップに切り出す装置にはスクラ
イバが使用される場合が多い。スクライバとは刃先をダ
イヤモンド等の硬質材料で形成したスクライブ刃の往復
直線運動によりウエハーに極めて細いスクライブライン
（罫書線）を例えば碁盤目状に引いた後、外力によって
ウエハーを割る装置である。スクライブによりウエハー
が良好に割れるためには、スクライブ刃の先端をウエハ
ー表面に押しこむことによってウエハーに垂直な縦クラ
ックが形成され、その縦クラックが外力によってウエハ
ー裏面まで進行できるだけの十分な深さを有しているこ
とが必要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サファ
イア基板に窒化物半導体を形成したウエハからチップを
切り出す場合、サファイアと窒化物半導体は両方ともモ
ース硬度がほぼ９と非常に硬い物質であるため、スクラ
イブ刃に大きな荷重を加えなければウエハーの縦クラッ
クが十分に進行しない。ところが、スクライブ刃に加え
る荷重を大きくしていくと、スクライブ刃が押し込まれ
てスクライブ刃とウエハーの接触面積が広くなり、ウエ
ハーの切断面に横クラックやチッピングが発生し易くな
る。このため、サファイア基板に窒化物半導体を形成し
たウエハをスクライブして窒化物半導体チップを製造す
る場合、得られたチップ切断面の品質が十分でないとい
う問題があった。

【０００４】また、サファイア基板に窒化物半導体を形
成したウエハをスクライブする場合、スクライブ刃の磨
耗による交換頻度が高く、窒化物半導体チップの製造コ
ストが高くなるという問題もあった。

【０００５】そこで、本発明は、サファイア基板に窒化
物半導体を積層したウエハをスクライブしてチップ状に
分離する窒化物半導体チップの製造方法であって、切断
面のクラック、チッピングの発生を抑制し、スクライブ
刃の寿命を延長することのできる製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本件発明における窒化物半導体チップの製造方法
は、サファイア基板上にＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X
＜１、０≦Y＜１）で表される窒化ガリウム系化合物半
導体を積層したウエハをスクライバによって分離する窒
化物半導体チップの製造方法であって、前記スクライバ
の刃先が接触する位置の前記ウエハ表面を相対湿度６０
％以上にすることを特徴とする。スクライブ刃の先端を
相対湿度６０％以上に加湿することにより、スクライブ
刃によってサファイア基板表面に発生したクラックを速
やかに進行させることができる。したがって、スクライ
ブに必要な刃先荷重を減少して、窒化物半導体チップに
発生するクラックやチッピングを抑制し、また、スクラ
イブ刃先の寿命を延長して窒化物半導体チップの製造コ
ストを低減することができる。

【０００７】尚、スクライブ刃の先端近傍を加湿するこ
とにより縦クラックの成長が促進される原理は、いわゆ
る「応力腐蝕割れ」によるものと推定される。即ち、スク
ライブによってサファイア基板の表面に応力が加わると
クラックが発生すると、表面エネルギの高い破断面が形
成され、そこに水分子が吸着して応力の付加されている
Ａｌ−Ｏ結合を攻撃してクラック破断面にＯＨ結合が次
々と形成される。すると、クラック破断面の表面エネル
ギが低下して、クラックが進行していく。

【０００８】クラックの進行速度は、クラック発生位置
であるスクライブ刃先端近傍の相対湿度及び刃先荷重に
強く依存しており、刃先近傍の相対湿度又は刃先荷重の
いずれかが高くなるとクラックの進行速度も増加する。
したがって、刃先近傍の相対湿度を積極的に高めること
によって、従来よりも小さな刃先荷重で割断を行うこと
ができる。刃先荷重を小さくすれば、窒化物半導体チッ
プに発生するクラックやチッピングを抑制し、また、ス
クライブ刃先の寿命を延長することができる。クラック
やチッピングを抑制し、刃先の寿命を延長するために
は、スクライブ刃の先端近傍におけるウエハ表面の相対
湿度が高いほど有利であり、少なくとも６０％以上、好
ましくは７０％以上、さらに好ましくは８０％以上とす
る。

【０００９】スクライブの刃先近傍におけるウエハ表面
の相対湿度を高めるためには、種々の方法をとることが
できる。例えば、刃先近傍に適当なノズルから水を液体
で供給すれば、ウエハ表面の相対湿度を１００％とする
ことができる。また、適当な噴霧器を用いてスクライブ
刃の刃先近傍においてウエハ表面に水を噴霧しても良
い。さらに、ウエハ表面に相対湿度６０％以上に加湿し
た気体（空気、不活性ガスなど）を送出しても良い。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．本実施の形態にお
いては、スクライブを行う刃先位置のウエハ表面に液体
の水を供給しながらウエハのスクライブを行う製造方法
について説明する。図１は、サファイア基板上の窒化物
半導体を積層したウエハ１０とスクライブ刃１２を側面
から拡大して見た模式図である。ウエハ１０のサファイ
ア基板側からスクライブ刃１２が一定の荷重で押しつけ
られており、スクライブ刃１２がウエハ１０上を直線移
動するスクライブライン上に液体の水１３が供給されて
いる。スクライブ刃１２がウエハ１０に圧力を加えて初
期の縦クラック２０を発生させると、水１３が縦クラッ
ク２０に侵入して「応力腐蝕割れ」を起こし、縦クラック
２０の成長を促進する。したがって、従来よりも小さな
刃先荷重でウエハ１０のスクライブを行うことができ、
チップの切断面に発生するチッピングやクラックを抑制
し、スクライブ刃の寿命を延長してチップの製造コスト
を低減することができる。

【００１１】図５（ａ）から（ｃ）は、水１３の侵入に
より縦クラック２０が成長する様子を示す模式図であ
る。まず、図５（ａ）に示すように、スクライブ刃１２
にある一定以上の荷重を加えるとウエハ１０の表面に縦
クラック２０が発生する。形成された縦クラック２０の
表面には、図５（ｂ）に示すように、Ａｌ−Ｏ−Ａｌ結
合の切れた結合手が露出している。そこに水１３が侵入
すると、Ａｌ−Ｏ−Ａｌ結合の切れた結合手と容易に反
応する。そして、図５（ｃ）に示すように、反応した水
１３によってクラック内面にＯＨ群が形成され、クラッ
ク内面の表面エネルギが低下して縦クラック２０の進行
が促進される。

【００１２】水１３を供給するタイミングは、スクライ
ブ刃１２がサファイア基板１０を通過した後でも良い
が、スクライブ刃１２がサファイア基板１０の表面を切
削すると同時又はその前であることが好ましい。スクラ
イブ刃１２がサファイア基板１０に圧力を加えている際
中は縦クラック２０を押し広げる応力が働いているた
め、水１３が縦クラックに容易に侵入することができ、
また、ＯＨ群の形成による縦クラック２０の進行も促進
され易いからである。

【００１３】また、水１３を供給する手段として、種々
の方法を採用することができる。例えば、スクライバの
スクライブ刃保持機構に水を供給するノズル等を取り付
け、ウエハ上を移動するスクライブ刃に対して連続的な
水流を供給しても良い。また、最も簡易には、図２に示
すように、スクライブ刃がウエハ１０上を直線移動する
割断予定線１６の各開始位置に水滴１３を滴下してお
き、スクライブ刃１２が水滴１３を引きずりながらウエ
ハ１０上を移動するようにしても良い。

【００１４】実施の形態２．本実施の形態においては、
液体状態の水を供給するのではなく、ミスト状の水を供
給しながらスクライブをして、窒化物半導体チップを製
造する。その他の点は実施の形態１と同様である。図３
は、本実施の形態におけるウエハ１０とスクライブ刃１
２を側面から拡大して見た模式図である。スクライブ刃
１２がウエハ１０に当たる位置に、適当な噴霧器１８か
らミスト状の水１４が供給されている。ミスト状の水１
４は、スクライブ刃１２の近傍で容易に気化し、ウエハ
１０に発生した縦クラック２０に侵入して応力腐蝕割れ
を起こしてクラックを成長させる。気化した水１４は、
液体と異なり表面張力の影響を受けないため、微細なク
ラックの奥に容易に到達することができる。したがっ
て、縦クラック２０の進行を一層促進することができ
る。

【００１５】実施の形態３．本実施の形態においては、
最初から気化させた水を適当なキャリアガスと共にスク
ライバ刃先位置のウエハ表面に供給する。その他の点は
実施の形態１と同様である。図４は、本実施の形態にお
けるウエハ１０とスクライブ刃１２を側面から拡大して
見た模式図である。スクライブ刃１２がウエハ１０に当
たる位置に、気化した水１５が適当なキャリアガスと共
に送出されている。キャリアガスには、空気のほかに、
Ｎ_２やＡｒ等の不活性ガスなども用いることができる。
供給された気体状態の水分子１５は、ウエハ１０に発生
した縦クラック２０に侵入して応力腐蝕割れによってク
ラックを成長させる。本実施の形態では、最初から気化
した水を供給するため、縦クラック２０の発生後速やか
に水分子をクラック内に侵入させることができる。供給
するガスの相対湿度は、少なくとも６０％以上、好まし
くは７０％以上、さらに好ましくは８０％以上とする。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 （実施例）厚さ４００μｍ、大きさ２インチφのサファ
イア基板の上に順にｎ型ＧａＮ層を５μｍと、ｐ型Ｇａ
Ｎ層とを１μｍ積層したウエハーを用意する。次に、ウ
エハのサファイア基板側を研磨器により研磨して、基板
を８０μｍの厚さにラッピング、およびポリッシングす
る。次に、ｐ型ＧａＮ層側に粘着テープを貼付し、スク
ライバーのテーブル上にウエハーを張り付け、真空チャ
ックで固定する。テーブルはＸ軸（左右）、Ｙ軸（前
後）方向に移動することができ、回転可能な構造となっ
ている。スクライバには加湿した空気を送る送風機が取
りつけられており、ウエハの全面に相対湿度約８０％に
加湿した空気を送り込むようになっている。

【００１７】ウエハを固定後、室温（約２５℃）でウエ
ハ全面に相対湿度８０％に加湿した空気を送出しながら
スクライブを行う。スクライバーのダイヤモンドバイト
でウエハのサファイア基板側をＸ軸方向に３５０μｍピ
ッチ、深さ５μｍ、線幅５μｍで一回スクライブし、テ
ーブルを９０゜回転させて今度はＹ軸方向に同様にして
スクライブする。このようにして３５０μｍ角のチップ
になるようにスクライブラインを入れる。

【００１８】スクライブ後、すぐに真空チャックを解放
し、ウエハーをテーブルから剥し取り、サファイア基板
側から軽くローラーで押さえることにより、２インチφ
のウエハーから３５０μｍ角の窒化物半導体チップを多
数得る。

【００１９】上記の方法について、スクライバのダイヤ
モンドバイトに加える荷重を変化させながら実験を繰り
返し、チップの外形良品の歩留まりが最も高くなる最適
荷重を調べたところ最適荷重は約２５ｇであった。最適
荷重の条件では、チッピングやクラックの発生は殆ど見
られなかった。また、ダイヤモンドバイトの寿命を調べ
たところ約２時間であった。

【００２０】（比較例）実施例１において、加湿した空
気を送出せずに相対湿度約３０％でスクライブを行う以
外は、実施例１と同様にしてスクライブを行った。スク
ライバのダイヤモンドバイトに加える荷重を変化させな
がら実験を繰り返し、最適荷重を調べたところ約３０ｇ
であった。最適荷重の条件でも、チッピングやクラック
の発生が若干残っていた。また、ダイヤモンドバイトの
寿命を調べたところ約１時間であった。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、サファイア基板に窒化物半導体を積層したウエハ
をチップ状にスクライブする際にスクライブの刃先近傍
を相対湿度６０％以上に加湿するため、窒化物半導体チ
ップの切断面におけるクラック、チッピングの発生を抑
制し、スクライブ刃の寿命を延長して窒化物半導体チッ
プの製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の実施の形態１に係る窒化物
半導体チップの製造方法を示す模式図である。

【図２】 図２は、図１に示す窒化物半導体チップの製
造方法における水滴配置の例を模式的に示す上面図であ
る。

【図３】 図３は、本発明の実施の形態２に係る窒化物
半導体チップの製造方法を示す模式図である。

【図４】 図４は、本発明の実施の形態３に係る窒化物
半導体チップの製造方法を示す模式図である。

【図５】 図５（ａ）から（ｃ）は、応力腐蝕割れの原
理を示す模式図である。

【符号の説明】

１０ サファイア基板上に窒化物半導体を積層したウエ
ハ、１２ スクライブ刃、１３ 液体状の水、１４ ミ
スト状の水、１５ 気体状の水、２０ 縦クラック。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サファイア基板上にＩｎ_XＡｌ_YＧａ
   _1-X-YＮ（０≦X＜１、０≦Y＜１）で表される窒化ガリ
   ウム系化合物半導体を積層したウエハをスクライバによ
   って分離する窒化物半導体チップの製造方法であって、
   前記スクライバの刃先が接触する位置の前記ウエハ表面
   を相対湿度６０％以上にすることを特徴とする窒化物半
   導体チップの製造方法。
2. 【請求項２】 前記スクライバの刃先が接触する位置の
   前記ウエハ表面に液体状態の水を滴下又は流下すること
   を特徴とする請求項１記載の窒化物半導体チップの製造
   方法。
3. 【請求項３】 前記スクライバの刃先が接触する位置の
   前記ウエハ表面にミスト状の水を噴霧することを特徴と
   する請求項１記載の窒化物半導体チップの製造方法。
4. 【請求項４】 前記スクライバの刃先が接触する位置の
   前記ウエハ表面に相対湿度６０％以上に加湿した気体を
   送出することを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体
   チップの製造方法。