JP2003151921A - 化合物半導体とその製造方法 - Google Patents

化合物半導体とその製造方法

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groove
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semiconductor
layer
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Shigeru Yamamoto
山本　　茂
Katsumi Yagi
克己 八木
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Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Electric Co Ltd
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Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Tottori Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Electric Co Ltd
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、スクライブ法に比べて形状異常が
少なく、歩留を安定させる製造方法を提供することを課
題とする。 【解決手段】 基板２の表面側に少なくとも２層以上の
半導体層３を有する化合物半導体ウエハ１を分割するに
あって、前記基板２に吸収が生じる波長のレーザー光９
を用いて前記基板２の裏面側に溝１０を形成し、この溝
１０に沿って前記ウエハ１を分割すること特徴とする。
前記レーザー光９によって形成する溝１０の深さを、前
記基板２の厚さ、または前記基板２の裏面から前記半導
体層のＰＮ接合部６までの厚みの３０％以上９５％以下
とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体とそ
の製造方法に関し、特に、化合物半導体ウエハにレーザ
ー光によって溝を形成し、この溝に沿ってウエハを素子
形状に分離・分割する製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、化合物半導体ウエハを個別の素子
形状に分割を行う方法として、ダイヤモンド粒子を用い
て行うダイシング法が主流であった。また、近年、窒化
物化合物半導体を用いた紫外〜緑色発光素子が量産化さ
れているが、高硬度のサファイア基板を用いるためダイ
シング法では切断が困難であり、ダイヤモンドポイント
で罫書き線を形成して割るスクライブ法が用いられてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ダイシング法は切断面
に機械的ストレスが生じるため、チッピングやクラック
が生じやすい。そのため、歩留、信頼性の低下を生じさ
せ易く、ブレードの管理等も重要な要素となっている。
そのストレスに起因して、素子サイズを小型化、薄型化
するに際して制約を生じさせている。
【０００４】スクライブ法は浅く形成した罫書き線に沿
って強制的に分割するため、形状異常が生じやすく、歩
留を安定させる事が困難であった。また、へき開方向や
ウエハ厚み、チップサイズ(幅)等、設計に際して多くの
制約を生じる方法となっている。
【０００５】また、ダイシング、スクライブ法はそれぞ
れダイシングブレード、スクライブポイントの部品を用
いるが、高硬度の材料(サファイア等)を加工する場合は
劣化が著しく、頻繁な交換が必要であり、その部品の良
否によっても歩留を大きく左右する。
【０００６】そこで本発明は、機械的ストレスが少な
く、チッピングやクラックの発生を抑制することを課題
の1つとする。また、素子サイズを小型化、薄型化する
ことを課題の1つとする。また、スクライブ法に比べて
形状異常が少なく、歩留を安定させる事を課題の1つと
する。また、へき開方向やウエハ厚み、チップサイズ
(幅)等、設計に際して制約の少ない製造方法を提供する
ことを課題の1つとする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、請
求項１に記載のように、基板の表面側に少なくとも２層
以上の半導体層を有する化合物半導体ウエハを分割する
にあって、前記基板に吸収が生じる波長のレーザー光を
用いて前記基板の裏面側に溝を形成し、この溝に沿って
前記ウエハを分割すること特徴とする。
【０００８】本発明の製造方法は、請求項２に記載のよ
うに、前記レーザー光によって形成する溝の深さを、前
記基板の厚さ、または前記基板の裏面から前記半導体層
のＰＮ接合部までの厚みの３０％以上９５％以下とする
ことを特徴とする。
【０００９】本発明の製造方法は、請求項３に記載のよ
うに、前記レーザー光によって形成する溝を二回以上に
分けて形成し、順次レーザー光のエネルギーレベルを低
減させて半導体層へのダメージを低減することを特徴と
する。
【００１０】本発明の製造方法は、請求項４に記載のよ
うに、前記レーザー光で、ガウシアン分布形状のビーム
プロファイルを用いることにより、溝の先端をＶ字型に
することを特徴とする。
【００１１】本発明の製造方法は、請求項５に記載のよ
うに、前記レーザー光の焦点を溝形成の最下点に設定す
ることを特徴とする。
【００１２】本発明の製造方法は、請求項６に記載のよ
うに、基板の表面側に上に少なくとも２層以上の半導体
層を有する化合物半導体ウエハにあって、前記基板と前
記半導体層の界面領域に前記基板より短波長側に光吸収
端を有する層を形成し、前記基板に吸収が生じる短波長
領域の波長を選択したレーザー光を用いて前記基板の裏
面側に溝を形成し、この溝に沿って前記ウエハを分割す
ること特徴とする。
【００１３】本発明の製造方法は、請求項７に記載のよ
うに、前記吸収層は、前記溝を形成する位置、寸法に略
一致する形状に選択的に形成したこと特徴とする。
【００１４】本発明の製造方法は、請求項８に記載のよ
うに、前記レーザー光において、シェイプドビームのビ
ームプロファイルを用いることにより、溝の先端を平坦
にすることを特徴とする。
【００１５】本発明の製造方法は、請求項９に記載のよ
うに、前記レーザー光による溝を、基板と半導体層の界
面に形成した前記吸収層に到達するまで形成することを
特徴とする。
【００１６】本発明の製造方法は、請求項１０に記載の
ように、前記基板が窒化ガリウム、炭化珪素またはサフ
ァイアで、半導体層が窒化物系化合物半導体であり、レ
ーザー光波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とす
る。
【００１７】本発明の半導体は、請求項１１に記載のよ
うに、上記のいずれかに記載の製造方法で製造されたこ
とを特徴とする。
【００１８】本発明の半導体は、請求項１２に記載のよ
うに、基板の表面側に上に少なくとも２層以上の半導体
層を有する化合物半導体であって、前記基板と前記半導
体層の界面領域に前記基板より短波長側に光吸収端を有
する吸収層が形成され、この吸収層がレーザー光によっ
て前記基板に溝を形成する際の前記レーザー光の吸収に
用いられること特徴とする化合物半導体。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
【００２０】図１に示すように、半導体ウエハ１を準備
する。この半導体ウエハ１は、基板の表面側に少なくと
も２層以上の半導体層３を有する。基板２は、厚さが２
５０μｍのサファイア基板としているが、それ以外の厚
さのものとすることもできる。基板２の大きさは、直径
が２インチである。基板２の表面側に、ｎ型とｐ型の窒
化物系化合物半導体４，５が積層して形成されている。
ｎ型とｐ型の半導体層４，５の間に発光層６が形成され
る。半導体ウエハ１は、ｎ層４の上にｐ層５を島状に有
するＰＮ接合型化合物半導体ウエハで構成される。
【００２１】ウエハ１は、一方の面にｎ型の電極７とｐ
型の電極８を備える。ｎ型の半導体層４にはｎ型用の電
極７を接続し、ｐ型の半導体層５にはｐ型用の電極８を
接続している。
【００２２】図２に示すように、上記のウエハ１が表裏
反転され、基板２の裏面側からレーザー光９の照射が行
われる。このレーザー光９は、基板２にて大きな光吸収
が生じる短波長領域の波長を有するものを選択した。レ
ーザー光９の波長は、５００ｎｍ以下とするのが良い。
この例では、レーザー光９は、固体レーザであるＹＡＧ
レーザー(波長が１．０６μｍ)の第３高調波(波長が３
５５ｎｍ)を用いた高出力パルスレーザーを利用した。
【００２３】このレーザー光９を、ウエハ１のＸ方向、
あるいはＹ方向に走査することによって、ウエハ１の裏
面に溝１０を形成する。レーザー光のビームプロファイ
ルはガウシアン分布の波形のものを用いた。ガウシアン
分布、すなわち中心に出力のピーク分布を持つレーザー
波形を用いることにより、溝１０の底の断面形状をＶ字
形状とすることができた。レーザー光９の焦点は基板２
内部の基板表面近傍に設定した。レーザー光９のパルス
周波数は１０ｋＨｚとした。走査のスピードは、０．７
５ｍｍ／secとした。レーザー光９による走査は、半導
体層３と電極７，８の形成パターンに従ったピッチで行
なった。この例では、レーザー光９による走査を３５０
μｍのピッチでＸ方向とＹ方向に行なった。
【００２４】この時、基板２に形成される溝１０は、図
５に断面写真で示す形状であり、その深さは２４０μｍ
であった。溝１０は、最上部の幅が３０μｍ、最下部の
幅が１０μｍ以下であった。基板２の厚さが２５０μｍ
であるので、溝１０は基板２の表面に達しない。溝１０
の深さは、基板２の厚さの３０％以上とするのが、分割
時の歩留まりを高める上で好ましい。溝１０の深さは、
基板２の裏面から半導体層３のＰＮ接合迄の厚さの９５
％以下とするのが、発光層６に与えるダメージを少なく
する上で好ましい。溝１０の深さは、基板２の厚さの５
０％以上９５％以下とするのが、分割時の歩留まりを高
め、発光層６に与えるダメージを少なくする上で好まし
い。
【００２５】Ｘ（横）方向とＹ（縦）方向に複数の溝１
０が形成されたウエハは、基板２の裏面側からローラー
を用いて加圧することにより、複数の半導体素子に分割
され、図３に示すように、一辺が３５０μｍの平面四角
形の半導体１２が形成された。ＸもしくはＹ方向のレー
ザー光の走査間隔を短くすることにより、素子の縦
（横）寸法は、３５０μｍよりも短くすることができ
る。例えば、図４に示すように、縦もしくは横方向の長
さが基板２の厚さよりも短い寸法で、細長の半導体１２
を形成することができる。このような細長の半導体１２
は、基板２にサファイア基板のような硬質の基板を用い
る半導体素子では形成が困難であったが、レーザー光を
照射して基板２に深い溝１０を形成することにより、実
現することができた。レーザー光によって半導体層３に
与えるダメージが少ない領域などの適所に、レーザー光
９によってウエハ１の一部を貫通してミシン目状の切り
離し線を形成し、それに沿ってウエハの分割を行なって
も良い。
【００２６】上記レーザー光による溝形成は、一回の光
走査にて行なったが、レーザー光９による走査を二回以
上に分けて行っても良い。この時、走査の都度、順次レ
ーザー光のエネルギーレベルを低減させて半導体層３へ
のダメージを低減することが望ましい。
【００２７】溝１０の先端をＶ字型にするためには、前
記レーザー光９をガウシアン分布形状のビームプロファ
イルとするのが良い。溝１０を形成する際、前記レーザ
ー光９の焦点１１を溝形成の最下点に予め設定しておく
ことが望ましい。
【００２８】基板２の表面側に少なくとも２層以上の半
導体層を有する上記の化合物半導体ウエハ１にあって、
前記基板２と前記半導体層３の界面領域に前記基板２よ
り短波長側に光吸収端を有する吸収層（図示せず）を形
成して置くのが望ましい。そして、前記基板２に光吸収
が生じる短波長領域の波長を選択したレーザー光を用い
て前記基板２の裏面側に溝１０を形成し、この溝１０に
沿って前記ウエハを分割することが望ましい。このよう
に吸収層を形成しておくことにより、吸収層がレーザー
光９の一部を吸収し、その上の発光層６、あるいは半導
体層３に与えるダメージを低減することができる。吸収
層は、半導体層３を形成する際に用いる素材と同じもの
を用いても良いし、異なる素材を用いても良い。
【００２９】前記吸収層は、前記溝１０を形成する位
置、寸法に略一致する形状に選択的に形成して置くのが
望ましい。そうすることにより、吸収層が発光層６から
の光を吸収することに起因する光取り出し効率の低減を
抑制することができる。この時の吸収層の幅は、溝１０
の最下部の幅よりも広くするのが好ましい。この時の吸
収層の幅は、溝１０の最上部の幅よりも狭くするのが好
ましい。
【００３０】前記レーザー光９は、ガウシアン分布のピ
ーク部分ををカットした出力分布を持つシェイプドビー
ムのビームプロファイルを持つものを用いることができ
る。このような出力分布のレーザー光を用いることによ
り、溝１０の先端を平坦にすることができる。
【００３１】前記レーザー光９による溝１０は、基板２
と半導体層３の間、もしくは半導体層３の内部に形成し
た前記吸収層に到達する直前までに形成することが望ま
しい。また、前記レーザー光９による溝１０は、基板２
と半導体層３の間、もしくは、半導体層３内部に形成し
た前記吸収層に達するまで形成することもできる。
【００３２】前記基板２は、サファイア基板以外に、窒
化ガリウム基板、炭化珪素基板を用いることもできる。
それに溝を形成するためのレーザー光の波長は、５００
ｎｍ以下とすることが望ましい。
【００３３】比較のため、上記の溝１０に代えて基板２
の裏面に基板２の厚さの１０％以下の深さの罫書き線を
形成してのスクライブ法を採用した分割を行なった。こ
の場合、事実上の分割ができず、歩留はほぼ０％であっ
た。ウエハの厚みを約１００μｍに設定し直した条件に
おいても、各種設定の相異によって１０〜５０％のチッ
ピング、クラックを含む形状異常品が生じた。これに対
して、固体レーザー光を用いた上記の方法による素子分
離の結果、外観異常形状の発生はなかった。
【００３４】尚、レーザー光9による溝形成は、基板２
の裏側から行なったが、基板２の表側から行なうことも
できる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、チッピングやクラック
の発生を抑制することができる。また、素子サイズを小
型化、薄型化することができる。また、スクライブ法に
比べて形状異常が少なく、歩留を安定させることができ
る。また、へき開方向やウエハ厚み、チップサイズ(幅)
等、設計に際して制約の少ない製造方法を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すウエハの要部断面図で
ある。
【図２】本発明の実施形態を示すウエハの表裏を反転し
た要部断面図である。
【図３】本発明の実施形態を示す半導体の斜視図であ
る。
【図４】本発明の実施形態を示す半導体の斜視図であ
る。
【図５】本発明の実施形態を示すウエハ（基板部分）の
溝近傍の断面を示す写真である。
【符号の説明】 １ 半導体ウエハ ２ 基板 ３ 半導体層 ６ 発光層 ９ レーザー光 １０ 溝 １２ 半導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木 克己 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥取 三洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 AE01 DA10 5F041 CA40 CA75 CA76 CA77

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板の表面側に少なくとも２層以上の半
    導体層を有する化合物半導体ウエハを分割するにあっ
    て、前記基板に吸収が生じる波長のレーザー光を用いて
    前記基板の裏面側に溝を形成し、この溝に沿って前記ウ
    エハを分割すること特徴とする化合物半導体の製造方
    法。
  2. 【請求項２】 前記レーザー光によって形成する溝の深
    さを、前記基板の厚さ、または前記基板の裏面から前記
    半導体層のＰＮ接合部までの厚みの３０％以上９５％以
    下とすることを特徴とする請求項１記載の化合物半導体
    の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記レーザー光によって形成する溝を二
    回以上に分けて形成し、順次レーザー光のエネルギーレ
    ベルを低減させて半導体層へのダメージを低減すること
    を特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の化合物半
    導体の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記レーザー光で、ガウシアン分布形状
    のビームプロファイルを用いることにより、溝の先端を
    Ｖ字型にすることを特徴とする請求項１から３のいずれ
    かに記載の化合物半導体の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記レーザー光の焦点を溝形成の最下点
    に設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか
    に記載の化合物半導体の製造方法。
  6. 【請求項６】 基板の表面側に上に少なくとも２層以上
    の半導体層を有する化合物半導体ウエハにあって、前記
    基板と前記半導体層の界面領域に前記基板より短波長側
    に光吸収端を有する層を形成し、前記基板に吸収が生じ
    る短波長領域の波長を選択したレーザー光を用いて前記
    基板の裏面側に溝を形成し、この溝に沿って前記ウエハ
    を分割すること特徴とする化合物半導体の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記吸収層は、前記溝を形成する位置、
    寸法に略一致する形状に選択的に形成したこと特徴とす
    る請求項６に記載の化合物半導体の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記レーザー光において、シェイプドビ
    ームのビームプロファイルを用いることにより、溝の先
    端を平坦にすることを特徴とする請求項６もしくは７記
    載の化合物半導体の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記レーザー光による溝を、基板と半導
    体層の界面に形成した前記吸収層に到達するまで形成す
    ることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の
    化合物半導体の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記基板が窒化ガリウム、炭化珪素ま
    たはサファイアで、半導体層が窒化物系化合物半導体で
    あり、レーザー光波長が５００ｎｍ以下である請求項１
    から９のいずれかに記載の化合物半導体の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記請求項１から１０のいずれかに記
    載の製造方法で製造されたことを特徴とする化合物半導
    体。
  12. 【請求項１２】 基板の表面側に上に少なくとも２層以
    上の半導体層を有する化合物半導体であって、前記基板
    と前記半導体層の界面領域に前記基板より短波長側に光
    吸収端を有する吸収層が形成され、この吸収層がレーザ
    ー光によって前記基板に溝を形成する際の前記レーザー
    光の吸収に用いられること特徴とする化合物半導体。
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