JP2008028144A

JP2008028144A - 窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法

Info

Publication number: JP2008028144A
Application number: JP2006198901A
Authority: JP
Inventors: Masanori Okada; 真紀岡田; Kazuo Yoshida; 一男吉田; Masami Hisatsune; 正美久恒; Hideyuki Tanaka; 秀幸田中; Hiroshi Saito; 博志斉藤; Hirotoshi Yonezawa; 宏敏米澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: JP4938374B2

Abstract

【課題】ＧａＮ系半導体発光素子はウエハ基板から分割してチップ状とするが、へき開性を持たない面で分割する際、割れや欠けが発生し分割歩留りが低下するという課題を解決するため、チップ分割時の割れ、欠けを低下させる製造法を提供する。
【解決手段】発光素子の共振器長手方向に高転位／低転位領域５をストライプ状に設けた基板６１から、高転位／低転位領域５上に共振器長手方向に沿って定めたチップ分割線上を全長にわたり同一加工条件で複数回スクライブ加工後、チップ状に分割する。
【選択図】図３

Description

この発明は、窒化ガリウム系半導体発光素子であるＧａＮ系青紫色レーザ発光素子の製造方法に関するものであり、特に基板からチップに分割する方法に係るものである。

従来の窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法において、基板からチップに分割する際、一般に転位密度の高い高転位領域は多方向に転位面を有するため分割性が良いが、転位密度の低い低転位領域は発光面をへき開した場合、チップ分割方向はへき開性を持たないので分割性が悪い。この為、分割性を向上させるために分割個所の材料特性に合わせるように高転位領域のみや、低転位領域のみを分割していた。一方、窒化ガリウムのへき開性を持たない方向の分割性を向上させるため、例えばサファイア基板の上に窒化ガリウムを選択成長させ、基板裏面のへき開面に沿って複数回のスクライブすることが示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００４−３１２０５０号公報

しかしながら、前記特許文献１に示されたものは、サファイア基板にＧａＮ層を形成後、ＣＶＤでＳｉＯ_２を成膜、レジスト膜を塗布して総膜厚４８０ｍｍとし、サファイア基板の裏面を研磨して５０〜１５０ｍｍ厚とし、エッチングによりＧａＮ層を露出、レジスト膜を除去しＧａＮを成長させた後、サファイア基板の裏面をスクライブ加工を行うことが示されており、総膜厚４８０ｍｍと大きな半導体素子であり、実用化に不向きであり、かつスクライブ加工性向上のために多くの工程を必要とするため、コスト高、大量生産性に適さない製造方法であるという問題点を有している。

また、最近の発光素子の低コスト化、基板からの分割歩留りの向上さらにはチップ幅を縮小して基板からのチップ取れ率を向上させる要求が高まるにつれ、分割性の良い高転位領域のみや、へき開性を持たない低転位領域のみの分割に加え、高転位領域と低転位領域の両方を分割する製造方法の開発が急務となってきている。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、窒化ガリウム系半導体発光素子においてバー基板からチップ状に分割する際、分割性の良い高転位領域に加え、へき開性を持たない低転位領域も良好な分割性を有する製造方法を提供する。

この発明の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法は、発光素子の共振器長手方向に、高転位領域と低転位領域がストライプ状に設けられたエリア基板から、共振器長手方向に直角な方向をへき開して、このへき開部を共振器端面とするバー基板を形成するステップと、バー基板の高転位領域上と低転位領域上に、共振器長手方向に沿って定めたスクライブ加工線上を同一加工条件で、複数回のスクライブ加工するステップと、引き続きスクライブ線に沿って分割してチップ状の発光素子に分割するステップとを備えたものである。

この発明による窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法では、発光素子の共振器長手方向に、高転位領域と低転位領域がストライプ状に設けられたエリア基板から、共振器長手方向に直角な方向をへき開して、このへき開部を共振器端面とするバー基板を形成するステップと、バー基板の高転位領域上と低転位領域上に、共振器長手方向に沿って定めたスクライブ加工線上を同一加工条件で、複数回のスクライブ加工するステップと、引き続きスクライブ線に沿って分割してチップ状の発光素子に分割するステップとを備えており、高転位領域と低転位領域とを同一条件でスクライブ加工を行うので、スクライブ加工工程が単純、簡素化され、加工時間の短縮により低コスト化がはかれる。また、複数回のスクライブ加工により、基板にクラックを深く進展させ、チップ状に分割する際のチップの割れ、欠けの発生や未分割を抑制し、分割の歩留りを向上させる。

実施の形態１．
実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は実施の形態１による窒化ガリウム系半導体発光素子（以後、ＧａＮ系発光素子と称す）５０が、エリア基板６０上に縦、横列に複数個配置された模式図である。このエリア基板６０は、前工程で例えば２インチ径の丸ウエハから図１に示すような方形のエリア基板６０に加工されたものである。このエリア基板６０上にはＧａＮ系発光素子５０の転位密度の高い領域を共振器Ｌ方向に選択成長させた高転位領域１がストライプ状に設けてある。この高転位領域１以外は低転位領域２である。低転位領域２内にはリッジ３が設けてある。Ｐ_Ｈは前記ストライプ状に設けられた高転位領域１の配置のピッチである。Ｌは後述するチップ状ＧａＮ系発光素子５０の共振器長を示す。図１に示すエリア基板６０は、一次へき開面４に沿ってへき開され、図２に示すような短冊状のバー基板６１となる。

ここでＧａＮ系発光素子５０の基板のへき開性について述べる。「へき開」とは、ある方向に原子が規則正しく並んでおり、その面で平らに割れることである。また、「へき開性」とは、ある方向に原子が規則正しくならんでおり、その面で平らに割れる性質である。「へき開する」とは、原子が規則正しく並んでいる面で平らに割ることである。
選択成長した高転位領域１は多方向に転移面を有するので割れやすい。さらに低転位領域２は図１の一次へき開面４に対し、その直角方向つまり図１では共振器長Ｌ方向にへき開性を有さないため割れにくい（へき開できない）。従って、図２のバー基板６１からチップ状に分割する際、従来方法では分割性を向上させるため、分割箇所の材料特性を合せるように高転位領域１のみや低転位領域２のみにスクライブ加工を施し高転位領域１と同じ幅のチップを得ていた。

チップ幅縮小により取れ率を向上させるため、この実施の形態１では図２に示すバー基板６１の共振器長Ｌの方向の全長にわたり図３に示すように高転位領域１上にスクライブ加工５ａを施すと共に、低転位領域２上にスクライブ加工５ｂを施し、その後分割加工により図４に示すＧａＮ系発光素子チップ５０ａとしている。
この実施の形態１のＧａＮ系発光素子５０ａのチップ厚さは１１０ｕｍ、高転位領域ピッチＰ_Ｈは４００ｕｍ、スクライブ加工ピッチｐ_１は、図４に示すチップ分割後のチップ幅Ｗとほぼ同じの２００ｕｍである。高転位領域１上のスクライブ加工５ａと、低転位領域２上のスクライブ加工５ｂの加工条件は同一である。最適なスクライブ条件を見い出すために、ダイヤモンド性の先端角６９°±２°を有するスクライブツールを用い、約１２０ｕｍ厚の粘着性シート上にバー基板６１を貼り付けて同一スクライブ加工線上を１〜３回スクライブ加工し、スクライブ荷重を１０〜４０ｇｆまで変化させた。その結果を図５に示す。

１回スクライブ加工ではスクライブ荷重を上げてもクラックが入りにくいため、チップ状に分割する工程では未分割が多発もしくは分割しにくくチップを無理に分割しようとすると割れ欠けが多発する。そこで２、３回スクライブすることで、クラックを深く進展させ１回スクライブ加工よりも分割性を上げることができ分割歩留りを向上できる。図５では、４回以上のスクライブを図示していないが４回以上のスクライブ加工ではスクライブ部に細かいチッピングが多発するため、異物としてチップに付着する恐れが高く、またツールとバー基板６１が当る箇所と、バー基板６１からツールを引き抜く箇所で発光部付近まで進展する欠けが発生する。さらに、４回以上スクライブ加工はスクライブタクトが低下するため、スクライブ加工回数は２〜３回が好ましい。
スクライブ荷重については、２〜３回スクライブ加工について〜１５ｇｆ程度まではスクライブが浅いため、チップ分割にて未分割が多発、もしくは分割しにくいチップを無理に分割しようとするため、チップ割れが多発する。２０ｇｆ〜３０ｇｆでは良好にチップ分割でき、３５ｇｆ〜になると、スクライブ加工することでスクライブ部にてチップ欠けが多発する。従って、２〜３回スクライブではスクライブ荷重を２０ｇｆ〜３０ｇｆとすることが好ましい。

さらに図５に示すデータにおいて、高転位領域１のスクライブ荷重は約２０ｇｆと低くても歩留り良くチップ状に分割できるが、低転位領域２のスクライブ荷重が約２０ｇｆではスクライブ線が入りにくく、未分割が多発するため、低転位領域２を歩留り良く分割するためには２０〜３０ｇｆのスクライブ荷重が必要である。従って高転位領域１と低転位領域２の双方を歩留り良く分割できるスクライブ荷重は２０〜３０ｇｆとなる。

図６にチップ状に分割した後の端面Ａの角部拡大図を示す。図から判るように同一スクライブ荷重であっても角部においては、スクライブ深さが１回目では２ｕｍ、２回目では１２ｕｍ、３回目では２８ｕｍと遂次深く形成されている。このように加工端面のツール接触跡が加工回数毎に格段に進展しており、その結果が分割の歩留りを向上させていると考えられる。

このような実施の形態１による高転位領域１と低転位領域２を共振器長Ｌに沿った方向に定めたスクライブ加工線上を全長にわたり同一加工条件で複数回スクライブ加工を行い、後工程で分割を行う製造方法を採用することにより、低転位領域と高転位領域の両方を分割しチップサイズを縮小することができる。また、本工法はチップ全長にわたりスクライブ加工する場合だけに限らず、発光端面側と逆端面側を残してスクライブする場合にも分割性を向上できる。
また、同一加工条件であるのでスクライブ加工装置動作を簡略化でき、またスクライブツールやスクライブ荷重設定の作業効率が向上し、タクトタイムの短縮化、コスト低減等の効果を奏する。さらに本工法は、へき開性を有していない材料であれば、これに限らずＧａＮに限定されるものではない。

実施の形態２．
この実施の形態２はチップ分割性をより向上させるため、スクライブ工程にてチップ全長（共振器長Ｌ方向の全長）をスクライブ加工する方法の詳細について述べる。
バー基板６１をスクライブ加工する際、従来例えば赤色レーザに用いているＧａＡｓ等のスクライブ方向にへき開性のある材料は図７（ａ）のように発光端面側Ａと反発光端面側Ｂの両端をスクライブ加工せず、途中から船形にスクライブツール９を入れることで端面の割れ欠けを低減させている。しかし、この発明のようなＧａＮ等の硬い材質ではバー基板６１の発光端面側Ａと反発光端面側Ｂを残してスクライブ加工し、分割すると、非スクライブ部の剛性が高いため、チップ状に分割しにくく、未分割・もしくは割れにくいチップを無理に割ることで割れ欠けが多発していた。前述した実施の形態１は、図７（ｂ）のようにチップ全長をスクライブ加工することで、非スクライブ部を無くし、チップの分割性を向上させているが、この実施の形態２では先の実施の形態１にさらに加えて、図７（ｂ）に示すようにスクライブ加工方向を発光端面側Ａから反発光端面側Ｂである他端面に向けて行うことで発光端面側Ａの欠けを抑制している。欠けが抑制可能な理由は、スクライブツールをバー基板６１から引き抜く端面では、スクライブツール９の荷重がツール先端に集中するためバー基板６１の端面が欠けやすい。それに対し、スクライブツール９がバー基板６１に当たり始める端面、つまり発光端面側Ａではツール稜線がバー基板６１に当るため、バー基板６１に発生する欠けは少ない。つまりスクライブ加工開始側の発光端面側Ａは欠けが少ない。したがって、発光端面側Ａからスクライブを開始することで、発光端面の欠けを抑制することができる。

実施の形態３．
実施の形態１に示したように、高転位領域１と低転位領域２を複数回、同一加工条件でスクライブ加工した後のチップ分割行程にて高歩留りにて分割が可能である。そこでこの実施の形態３では、図８（ｂ）のようにスクライブヘッド１４を２個並列に図示省略した同一機構上に設置し、スクライブヘッド１４に取り付けられた一方のスクライブツール９ａが高転位領域１をスクライブ加工し、他方のツール９ｂが低転位領域２を同時にスクライブ加工する。なお図８（ａ）は側面図、図８（ｂ）は平面図を示す。このようなスクライブツール９ａ、９ｂを複数個使用すると一度のスクライブ加工で各領域を同時にスクライブ加工でき、さらにダイヤモンドツールの種類やツール角度・スクライブ荷重をそれぞれの領域の最適加工条件に合わせることができるため、チップ割れ欠けや未分割を低減させ、分割歩留りを向上できる。
例えば、スクライブヘッド１４を２個並列に並べ、それぞれを高転位領域１、高転位領域幅の半分の位置の低転位領域２をスクライブ加工するように調整する場合、高転位領域１のピッチをＰ_Ｈ、ｎを自然数（ゼロ含む）としたとき、それぞれのスクライブヘッド１４先端のツール９ａ、９ｂの先端の間隔をＰ_Ｈ／２×（２ｎ＋１）とすることで、片方のツール９ａが高転位領域１をスクライブ加工するとき、もう片方は低転位領域２をスクライブ加工できる。
また、上記スクライブヘッド１４はそれぞれ独立してスクライブ荷重を調整ネジ１３で調整可能とするとともに、チップ共振器方向・幅方向・厚さ方向に微調整できるような構成とし、微調整することでスクライブ加工開始位置をそれぞれのスクライブヘッド１４で合わすことができるため、適正なスクライブ加工条件が設定可能となりその結果、分割品質が安定し分割歩留りを向上できる。さらに、スクライブ加工の１動作で２箇所スクライブ加工するため、装置タクトを向上できる。また、スクライブヘッド１４を２個以上取付けることで、さらに装置タクトを向上できる。例えばスクライブヘッド１４を３個取付け、ツール９先端の間隔をそれぞれＰ_Ｈ／３×（３ｎ＋１）とすることで、高転位領域ピッチの１／３の幅でスクライブでき、高価なＧａＮ系ウエハから多数のＧａＮ発光素子を取り出すことができ、コスト低減がはかれる。

この発明の実施の形態１〜３は、窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法に適用できる。

この発明の実施の形態１のＧａＮ系発光素子がエリア基板上に配列を示す模式図である。この発明の実施の形態１のバー基板上のＧａＮ系発光素子を示す模式図である。この発明の実施の形態１のバー基板のスクライブ加工線を示す図である。この発明の実施の形態１のスクライブ後に分割されたチップを示す図である。この発明の実施の形態１のスクライブ加工回数とスクライブ荷重に対する分割歩留りを示す図である。この発明の実施の形態１のスクライブ加工断面を示す図である。この発明の実施の形態２のスクライブ加工の詳細を示す図である。この発明の実施の形態３のスクライブヘッドを示す図である。

符号の説明

１高転位領域、２低転位領域、５ａ，５ｂスクライブ加工線、
９，９ａ，９ｂスクライブツール、１４スクライブヘッド、
５０ＧａＮ系発光素子、５０ａＧａＮ系発光素子チップ、６０エリア基板、
６１バー基板、Ｌ共振器長。

Claims

次のステップを備えたことを特徴とする窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
ステップ１．発光素子の共振器長手方向に、高転位領域と低転位領域がストライプ状に設けられたエリア基板から、前記共振器長手方向に直角な方向をへき開して、該へき開部を前記共振器端面とするバー基板を形成するステップ。
ステップ２．前記バー基板の前記高転位領域上と低転位領域上に、前記共振器長手方向に沿って定めたスクライブ加工線上を同一加工条件で、複数回のスクライブ加工するステップ。
ステップ３．引き続き前記スクライブ線に沿って分割してチップ状の発光素子に分割するステップ。
前記ステップ２におけるスクライブ加工を、前記スクライブ加工線上を全長にわたり同一加工条件で、複数回行うものとする請求項１に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
前記ステップ２におけるスクライブ加工を、前記スクライブ加工線上を前記共振器端面のうちの発光面端側から、他端面に到る全長にわたり同一加工条件で複数回行うものとする請求項１に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
前記ステップ２におけるスクライブ加工を、スクライブツールを取付けた複数のスクライブヘッドを使用して行うものとする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
前記ステップ２における加工条件を、スクライブツール角度６９°±２°、スクライブ荷重２０ｇｆ〜３０ｇｆとする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。