JP2008016694A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２方向に劈開性を示す酸化ガリウム基板を含むウエハを分離して素子化する際に、酸化ガリウム基板の劈開を防止する。
【解決手段】半導体層を積層した酸化ガリウム基板２をその第１の劈開面ｍにそって短冊状に分割してバー２０を形成し（第１の分割ステップ）、このバー２０を第１の劈開面側ｍから分割する（第２の分割ステップ）。
【選択図】図４

Description

本発明は半導体素子の製造方法に関する。更に詳しくは、酸化ガリウムからなる基板へ例えばIII族窒化物系化合物半導体層を積層してなる半導体素子の製造方法において、そのダイシング工程を改良することに関する。

III族窒化物系化合物半導体は短波長の発光素子の製造に使用されている。かかる発光素子では透光性のサファイア基板が用いられてきた。しかし、絶縁性のサファイア基板では電極構造が水平型となるため、半導体層の形成後にエッチングプロセスが必要となっていた。
そこで、III族窒化物系化合物半導体層を成長させることに適した導電性かつ透光性の基板の提供が要望されている。

かかる要望を実現するものとして、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）基板が提案されている（特許文献１参照）。この酸化ガリウムの結晶構造は単斜晶で、かつ導電性を示すとともに三方晶のサファイアと比べてIII族窒化物系化合物半導体に対する格子不整合が小さいため、当該酸化ガリウムのバルク単結晶からなる基板上にIII族窒化物系化合物半導体層を結晶性良く成長可能と考えられている。
特開２００５−２１７４３７号公報

本発明者らは、酸化ガリウム基板につき鋭意検討を重ねてきたところ、下記の解決すべき課題を見出すに至った。
即ち、酸化ガリウム、特にβ−Ｇａ_２Ｏ_３は劈開する傾向が大きく、その（１００）面とそれと直交する（００１）面に劈開性がある。従って、ウエハをダイシングして素子を切り出す際に、基板が剥離して素子が損傷するおそれが高い。換言すれば、基板上に良質のIII族窒化物系化合物半導体層を形成できたとしても、素子化が困難である。
そこでこの発明は、ウエハを分離して素子化する際に、酸化ガリウム基板の劈開を防止することを目的とする。

この発明は上記目的を達成すべくなされたものであり、その構成は次のように規定される。
酸化ガリウムからなる基板上に半導体層を積層してなる半導体素子の製造方法であって、
前記半導体層を積層した基板をその第１の劈開面にそって短冊状に分割してバーを形成する第１の分割ステップと、
前記バーを前記第１の劈開面側から分割する第２の分割ステップと、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。

このように規定されるこの発明の製造方法によれば、第１の劈開面の劈開性を積極的に利用して基板を分割し、もってバーを得るので、このときに基板の劈開性が素子分割の支障となることはない。
次に、バーを分割して素子を切りわける際、汎用的なダイシング工程にならって、バーをその半導体層側（若しくはその反対側）から切り込んでいくと、基板の第２の劈開面方向（第１の劈開面と垂直方向、半導体層と平行）に応力がかかる。従って、基板が剥離したり、半導体層に過大なストレスがかかったりするおそれがある。これに対し、この発明で規定するように、バーを第１の劈開面側（即ち、バーの分割面側）から分割するようにすると、第２の劈開面方向への応力が小さくなる。よって、基板の剥離が防止されまた半導体層に対するストレスが低減される。これにより、素子分割が円滑に行なわれて、素子製造のスループット並びに歩留まりが向上する。

上記において、バーを素子まで分割する第２の分割ステップは、マーキングステップを含むことが好ましい。このマーキングステップにより付されたマークはバーにおける分割線を規定し、また分割線の基準となる。例えば、バーにおいて半導体層の積層面側へ分割線を描き、当該分割線をガイドとしてバーをその側面（第１の劈開面）側から分割する。ここに分割線は、バーの側面から認識可能であれば、実施例に示すように、ダイシングにより浅い溝を形成することにより描くことができるし、また、ペイントにより形成することもできる。ペイントによるマークはバーの側面に形成することもできる。更には、素子の大きさは予め定められているので、バーにおいて基準点を描いておけば、当該基準点から素子の大きさに対応したピッチで分割を実行することで、素子の切りわけが可能である。当該基準点もダイシング若しくはペインティングにより形成することができる。また、マーキングはレーザやドライエッチングにより行なうこともできる。バーにおいて半導体層積層面と反対側の面へマークを形成することもできる。

第２の分割ステップはダイシングステップを含む。このダイシングステップにおいてバーを第１の劈開面側からダイシング（第１のダイシング）する。バーを一方の側面（第１の劈開面）から所定の深さまで切り込み、次にバーを１８０度回転して、他方の側面からダイシング（第２のダイシング）を行ないバーの分割を完了することができる。このとき、バーの表面（半導体層の形成面）にマークが形成されていると、第１のダイシングと第２のダイシングとの位置合わせが簡易かつ正確になる。バーの両側面からダイシングを行なうことにより、バーの基板や半導体層に対する応力が緩和される。

上記において、酸化ガリウムからなる基板はＥＦＧ法あるいはＦＺ法等の周知の方法で得たバルクをウエハ状にスライスしたものであり、酸化ガリウム結晶としてベータ構造をとる。β−Ｇａ_２Ｏ_３基板の場合、III族窒化物系化合物半導体層を形成する面（基板表面）には（１００）、（０１０）、（００１）、又は（８０１）面が選択される。強い劈開性が（１００）及び（００１）面に現れる。
かかるβ−Ｇａ_２Ｏ_３は、その面方位にかかわらず、導電性と透光性を有する。

酸化ガリウム基板にはIII族窒化物系化合物半導体層を結晶性よくエピタキシャル成長させることができる。ここにIII族窒化物系化合物半導体とは、一般式としてＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）の四元系で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＮ及びＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族元素の一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。
III族窒化物系化合物半導体層以外の半導体層を酸化ガリウム基板へ成長させることもできる。

次に、この発明の実施例の製造方法について説明をする。
（半導体層の形成）
β−Ｇａ_２Ｏ_３からなるウエハをＭＯＣＶＤ装置へセットし、最初にその表面を窒化処理する。窒化処理の方法は特に限定されるものではないが、例えばβ−Ｇａ_２Ｏ_３からなるウエハをアンモニア雰囲気にさらして加熱すればよい。その（１００）面へ定法によりIII族窒化物系化合物半導体層を成長させる。
この実施例では、発光素子構造とするため、半導体の積層構造として下記の構成を採用する（図１参照）。なお、図１は層構成を示すもので、各層の膜厚を正確に反映するものではない。
層 ： 組成
ｐコンタクト層８ ： ｐ^＋−ＧａＮ
ｐクラッド層７ ： ｐ−ＡｌＧａＮ
ＭＱＷ発光層６ ： ＩｎＧａＮ／ＧａＮ
ｎクラッド層５ ： ｎ−ＡｌＧａＮ
ｎコンタクト層４ ： ｎ^＋−ＧａＮ
バッファ層３ ： Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０．５≦ｘ≦１）
基板２ ： β−Ｇａ_２Ｏ_３

上記において、β−Ｇａ_２Ｏ_３をアンモニア雰囲気中において数分間６００〜１１００℃に加熱する。これにより、その表面が窒化される。
バッファ層は水素ガスをキャリアとして３５０〜５５０℃程度の比較的低い温度において、ＭＯＣＶＤ法により形成される。Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮバッファ層はＡｌリッチとすることが好ましい。
ｎ型層としてはＧａＮが例示されているが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくはＡｌＩｎＧａＮ、その他のIII族窒化物系化合物半導体を用いることができる。ｎ型層にドープされるｎ型不純物としてＳｉの他、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることもできる。
ｐ型層も同様にIII族窒化物系化合物半導体で形成することができる。ｐ型層にドープされるｐ型不純物としてＭｇの他に、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを用いることもできる。

上記構成の発光素子において、各III族窒化物系化合物半導体層はＭＯＣＶＤ法を実行して形成されている。そのほか、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等の方法で形成することもできる。

ｐ−コンタクト層の上にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる電流拡散層９が積層される。この電流拡散層９の上へ金からなるｐ型電極１０を蒸着する。β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２の裏面（半導体層を積層した面と反対側の面）へアルミニウム製のｎ側電極１１を蒸着する。β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２が導電性を有するので、このようにｐ側電極１０とｎ側電極１１とを素子の上下に形成可能となり、素子の製造工程が簡素化される。

（第１の分割ステップ）
半導体層が形成されたβ−Ｇａ_２Ｏ_３ウエハをその（００１）面（第１の劈開面）にそって短冊状に分割し、バー２０を形成する（図２参照）。１つのバー２０の幅は素子の幅に等しく、換言すれば、素子を一次元的に連続させたものがバー２０である。バー２０の分割に際し、ウエハの表面（半導体形成面）から基板に達するスクライブ２１を形成する（図２（ａ））。このスクライブは基板における第１の劈開面にそって形成される。その後、スクライブに沿ってウエハ１をブレィキングすることにより、短冊状のバー２０を形成する。
かかる第１の分割ステップは、基板の第１の劈開面にそって分割が行なわれるため、基板に殆どストレスがかからない。よって、基板や半導体層を損傷することがない。

（第２の分割ステップ：マーキングステップ）
まず、各バー２０に対して、図３に示すとおり、ダイシングプレート３１によりその表面側から浅く溝３３をいれる。この溝３３はマークとなり、後で行なわれるダイシングステップの位置ガイドとなる。この溝３３の深さは、基板１０に応力を与えない程度の深さであれば特に限定されないが、基板１０の厚さをｔ１としたとき、溝３３の深さｄ１を０＜ｄ１≦０．５ｔ１とすることが好ましい。
この溝３３はバー２０を切りわけるべき部分、即ち素子のエッジ部分に形成される。
図３において第１の剥離面は符号ｍ１で示される。

（第１のダイシングステップ）
上記の様にして表面に浅い溝３３がマーキングされたバー２０を９０度回転させて第１の剥離面ｍ１を上側にする（図４）。そしてこの第１の剥離面ｍ１側からダイシングを行なう。この第１のダイシングステップでダイシングすべき領域を図中符号４０で示す。ダイシングを実行するとき、溝３３がガイドの役目をする。これにより、ダイシングの位置合わせが正確かつ容易に行える。第１の剥離面は平面であるため、この溝３３がないと素子を分割すべき位置を正確に決めることが困難である。
この第１のダイシングステップで形成する溝の深さｄ２は、バー２０の幅をｔ２としたとき、０．２ｔ２≦ｄ２≦０．８ｔ２とすることが好ましい。

（第２のダイシングステップ）
次に、図５に示すとおり、バー２０を１８０度回転させて第１の剥離面ｍ１を下側にする。そして、バー２０の他方の側面ｍ２（この面ｍ２も第１の剥離面である）からダイシングを行なう。このとき、溝３３がガイドの役目をし、ダイシングが正確に行なわれる。この第２のダイシングステップでダイシングすべき領域を図中符号５０で示す。
この第２のダイシングステップで形成する溝の深さｄ３は、バーの幅をｔ２としたとき、０．２ｔ２≦ｄ３≦０．８ｔ２とすることが好ましい。

これにより、ダイシングステップが終了する。その後バー２０をブレィキングして素子毎に分割する。
その後、得られた素子をその用途に合わせて直接若しくはサブマウントを介して配線基板へ取付けることができる。

この発明は、上記発明の実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

この発明の実施例におけるβ−Ｇａ_２Ｏ_３基板とその上に積層された半導体の構成を示す。 この発明の実施例における第１の分割ステップを示す模式図である。 この発明の実施例におけるマーキングステップを示す模式図である。 この発明は同じく第１のダイシングステップを示す模式図である。 この発明の同じく第２のダイシングステップを示す断面図である。

符号の説明

１ ウエハ
２ 基板
２０ バー
３３ マーク溝

Claims (6)

1. 酸化ガリウムからなる基板上に半導体層を積層してなる半導体素子の製造方法であって、
   前記半導体層を積層した基板をその第１の劈開面にそって短冊状に分割してバーを形成する第１の分割ステップと、
   前記バーを前記第１の劈開面側から分割する第２の分割ステップと、
   を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
2. 前記基板において前記第１の劈開面と垂直な面であって、第２の劈開面と平行な面に前記半導体層は積層されている、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
3. 前記第２の分割ステップは、前記バーにおいて前記半導体層の積層面側又は該積層面と反対の面側へマークを形成するマーキングステップと、該マークを基準にして前記バーを前記第１の劈開面側からダイシングするダイシングステップとを含む、ことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
4. 前記マーキングステップは、前記バーにおいて前記半導体層の積層面側を浅くダイシングすることにより行なわれる、ことを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の製造方法。
5. 前記ダイシングステップは、前記バーにおいて一方の前記第１の劈開面側から所定の深さまで第１のダイシングを行ない、次に他方の前記第１の劈開面側から第２のダイシングを行ない、前記バーを分割する、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体素子の製造方法。
6. 前記半導体はIII族窒化物系化合物半導体からなる、ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の半導体素子の製造方法。

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