JP2011243857A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚みのある半導体基板に対し、正確な位置でのへき開を可能とするような十分な深さのガイド溝を形成する半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る半導体基板の製造方法は、インジウムリン化合物半導体またはガリウムヒ素化合物半導体からなる基板本体の表面に、開口幅が略４０ｕｍ以下である開口部が形成されたマスクを、その開口部が基板本体のへき開線に沿って延びるように転写する工程と、基板本体の表面に臭素系のエッチング液を用いてウエットエッチング処理を施すことによって、縦断面で略Ｖ字型を有するガイド溝を形成する工程と、ガイド溝に反応性ガスを用いてドライエッチング処理を施すことによって、底部の縦断面形状を略Ｖ字型に保持したままガイド溝の溝深さを深くする工程と、を含むものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、へき開用のガイド溝が表面に形成された半導体基板の製造方法に関し、特に、正確な位置でのへき開が可能な半導体基板の製造方法に関する。

半導体レーザ等の半導体発光素子としては、光共振器を半導体基板と平行に作り込み、半導体基板の側面から光が出射する端面出射型の構造が広く採用される。そして、光が出射する端面としては半導体結晶面が多く利用されるが、半導体発光素子の素子特性を均一にするためには、この半導体結晶面を正確な位置に且つ平坦性良く形成することが重要である。そこで、半導体結晶面の形成する手段として、へき開（劈開）、すなわち結晶を特定方向へ平滑に割る方法が一般的に用いられる。

ここで、へき開とは、まず半導体基板の表面であって分割を予定する位置にガイド溝を形成した後、半導体基板の裏面であってガイド溝の直下位置にブレードを押し当てて、半導体基板を割る手法である。そして、半導体基板の表面にガイド溝を形成する手段としては、ダイヤモンドカッターや高出力レーザビーム等を用いて半導体基板の表面に筋を入れる方法がある。しかし、この方法によれば、ガイド溝の形成時に欠陥やクラックが発生しやすい。そして、欠陥やクラックが発生した半導体基板は、ブレードを押し当てて割る際にへき開線が直進せず、その結果として端面の平坦性や歩留まりが悪化するという問題がある。

そこで、半導体基板の表面にガイド溝を形成する手段として、ウエットエッチングを用いる方法がある（例えば、特許文献１参照）。このウエットエッチングでは、液体状の薬品で半導体基板を腐食溶解することによって、その表面に断面Ｖ字型のガイド溝を形成する。

特開昭５６−７１９８９号公報

しかし、従来のウエットエッチングによるガイド溝の形成方法では、半導体基板に厚みがある場合、十分な深さのガイド溝を形成することが難しいという問題がある。より詳細には、厚みのある半導体基板を正確な位置でへき開するためには、その表面に深いガイド溝を形成する必要がある。しかし、ウエットエッチングだけで深いガイド溝を形成することは困難である。その理由の１つとしては、深いガイド溝を形成するためにはウエットエッチングの時間を長くする必要があるが、半導体基板の表面にウエットエッチングされて安定した部分が増えるに従って、エッチング速度が低下するからである。また、他の理由としては、結晶方位によって断面Ｖ字型の角度が定まるため、ガイド溝の開口幅によってその深さが一律に決まるからである。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、厚みのある半導体基板に対し、正確な位置でのへき開を可能とするような十分な深さのガイド溝を形成する半導体基板の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る半導体基板の製造方法は、インジウムリン化合物半導体またはガリウムヒ素化合物半導体からなる基板本体の表面に、開口幅が略４０ｕｍ以下である開口部が形成されたマスクを、その開口部が前記基板本体のへき開線に沿って延びるように転写する工程と、前記基板本体の表面のうち前記マスクの開口部に相当する部分に、臭素系のエッチング液を用いてウエットエッチング処理を施すことによって、縦断面で略Ｖ字型を有し前記基板本体のへき開を案内するためのガイド溝を形成する工程と、前記ガイド溝に、反応性ガスを用いてドライエッチング処理を施すことによって、底部の縦断面形状を略Ｖ字型に保持したまま前記ガイド溝の溝深さを深くする工程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る半導体基板の製造方法によれば、厚みのある半導体基板に対し、底部形状が先鋭であって、且つ、その溝深さが基板本体の厚みに対して十分に深いガイド溝を形成することができる。これにより、基板本体をへき開する際に、ガイド溝によって案内されることにより、正確な位置でのへき開が可能となる。

本発明の実施形態に係る半導体基板の製造方法によって製造された半導体基板を示す概略縦断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体基板の製造方法によって製造された半導体基板を示す概略平面図である。 半導体基板の製造方法を説明するための図であって、ガイド溝の周辺部を示す概略縦断面図である。 半導体基板の製造方法を説明するための図であって、ガイド溝の周辺部を示す概略縦断面図である。 半導体基板の製造方法を説明するための図であって、半導体基板の概略平面図である。 半導体基板のへき開動作を説明するための図であって、ガイド溝の周辺部を示す概略縦断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の実施形態に係る半導体基板の製造方法によって製造された半導体基板の構成について説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る半導体基板の製造方法によって製造された半導体基板１０を示す図であって、図１は概略縦断面図、図２は概略平面図である。半導体基板１０は、図１及び図２に示すように、所定厚みの基板本体１１と、この基板本体１１の表面に形成された複数のガイド溝１２と、を備えるものである。

基板本体１１は、図１に示すように、ＩｎＰ（インジウムリン）化合物半導体またはＧａＡｓ（ガリウムヒ素）化合物半導体からなる平板状の部材であって、厚みＤｋを有している。尚、基板本体１１の材質は、ウエットエッチングが可能な化学的特性を有する半導体材料であればよく、本実施形態には限定されない。但し、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）のように、化学的に安定した特性を有するためウエットエッチングが行えない半導体材料は用いることができない。

ガイド溝１２は、図１に示すように、基板本体１１の表面に対して略垂直な壁面１３ａを有するドライエッチング部１３と、基板本体１１の表面に対して所定角度をなして傾斜した壁面１４ａを有するウエットエッチング部１４と、を備えている。

ドライエッチング部１３は、後述するドライエッチング処理によって形成されるものである。このドライエッチング部１３は、図２に示すように平面視で細長の矩形形状を有し、その開口幅がＷ１であってその開口長がＬ１である。また、ドライエッチング部１３は、図１に示すように縦断面でも矩形形状を有し、その溝深さはＤ１である。

ウエットエッチング部１４は、後述するウエットエッチング処理によって形成されるものである。このウエットエッチング部１４は、平面視で細長の矩形形状を有し、その開口幅がＷ２であってその開口長がＬ１である。ここで、ウエットエッチング部１４の開口幅Ｗ２は、ドライエッチング部１３の開口幅Ｗ１より狭く形成されている。また、ウエットエッチング部１４は、図１に示すように縦断面で略Ｖ字型を有し、その溝深さはＤ２である。そして、ウエットエッチング部１４の溝深さＤ２と前記ドライエッチング部１３の溝深さＤ１との合計、すなわちガイド溝１２全体としての溝深さＤｇは、基板本体１１の厚みＤｋより小さくなっている。

このように構成されるガイド溝１２は、図２に示すように、基板本体１１の縦方向及び横方向の双方に向かってそれぞれ略等間隔で形成されている。これにより、各ガイド溝１２は、図２に二点鎖線で示す複数のへき開線Ｈ、すなわちへき開しようとするラインに沿って並んでいる。尚、本実施形態ではへき開線Ｈに沿って複数のガイド溝１２を形成したが、へき開線Ｈに沿って延びる１本の長いガイド溝１２を形成してもよい。

次に、本発明の実施形態に係る半導体基板１０の製造方法の手順について説明する。図３から図５は、半導体基板１０の製造方法を説明するための図であって、図３と図４はガイド溝１２の周辺部を示す概略縦断面図、図５は半導体基板１０の概略平面図である。半導体基板１０の製造に際しては、まず、図に詳細は示さないが、平滑な平板部材である基板本体１１の表面にマスキング処理を施す。具体的には、図３に示すように、所定形状の開口部１５ａが設けられた二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなるマスク１５を基板本体１１の表面に転写することにより、基板本体１１の表面のうちウエットエッチングを行わない領域を保護する。ここで、マスク１５に設けた開口部１５ａの平面視形状は、前記ドライエッチング部１３の平面視形状に略等しく、その開口幅Ｗ１は略４０ｕｍ以下であって、特に略１０ｕｍ程度が好適である。尚、マスク１５の材質は特に限定されないが、本実施形態のように二酸化ケイ素を用いれば、エッチング液と化学的に反応しない高い安定性と、高い精度での加工が可能なプロセス容易性の両方が得られるという利点がある。

次に、基板本体１１に対してウエットエッチング処理を行う。具体的には、基板本体１１の表面を、エッチング液であるＨＢｒ（臭化水素酸）に浸す。これにより、図３に示すように、基板本体１１の表面のうちマスク１５で覆われていない領域が、ＨＢｒによって腐食溶解し、縦断面で略Ｖ字型のウエットエッチング部１４が形成される。このようにウエットエッチング部１４が略Ｖ字型に腐食溶解するのは、ウエットエッチングにより基板本体１１の表面に特異面が現れ、エッチングがそれ以上進まなくなるためである。そして、形成されたウエットエッチング部１４は、その開口幅が、マスク１５に設けた開口部１５ａの開口幅Ｗ１と略等しく、その溝深さが、図１に示すウエットエッチング部１４の溝深さＤ２より若干大きいＤ３である。尚、エッチング液はＢｒ系であれば足り、ＨＢｒには限定されない。

ここで、半導体基板１０上におけるウエットエッチング部１４の形成位置は、半導体基板１０の表面にマスク１５を転写する露光工程において、その露光精度によって決まる。従って、この露光工程においていわゆるステッパ露光技術を用いれば、半導体基板１０におけるウエットエッチング部１４の形成位置を、サブミクロン以下のオーダーで調整することができる。

次に、基板本体１１に対してドライエッチング処理を行う。具体的には、基板本体１１の表面に対して所定の反応性ガスを噴霧する。これにより、図４に示すように、ウエットエッチング部１４の底部がＶ字型を保持したまま溝が深くなるとともに、その壁面１４ａの上部が反応性ガスで溶解することによって、基板本体１１の表面に対して略垂直な壁面１３ａを有するドライエッチング部１３が形成される。ここで、形成されたドライエッチング部１３は、前述のようにその開口幅がＷ１であってその溝深さがＤ１である。一方、ドライエッチング処理後のウエットエッチング部１４は、その上部にドライエッチング部１３が形成されることにより、その溝深さがドライエッチング処理前のＤ３より若干小さいＤ２に、その開口幅もドライエッチング処理前のＷ１から若干小さいＷ２となる。

尚、ドライエッチング部１３の溝深さＤ１は、ガイド溝１２全体としての溝深さＤｇが基板本体１１の厚みＤｋに対して十分深くなるように適宜設定される。例えば基板本体１１の厚みが２００ｕｍ程度であれば、溝深さＤ１を４０ｕｍ程度とするのが好適である。そして、この溝深さＤ１の調整は、ドライエッチング処理を行う処理時間を変化させることで行えばよい。

以上より、基板本体１１の表面に、ドライエッチング部１３とウエットエッチング部１４とを有するガイド溝１２が形成される。最後に、半導体基板１０の表面を覆ったマスク１５を除去することにより、半導体基板１０が完成する。

ここで、図５は、本発明に係る半導体基板１０の製造方法を半導体レーザの製造に適用する場合における、半導体基板１０の概略平面図である。半導体レーザの製造時には、ＩｎＰ化合物半導体からなる基板本体１１が用いられる。そして、この基板本体１１の表面には、ガイド溝１２の形成後に、活性層１６が周期的に配列されてなる活性層ストライプ１７が形成される。従って、各ガイド溝１２は、前述のようにへき開線Ｈに沿って並ぶように形成されるとともに、活性層ストライプ１７に干渉しないようにそれぞれ形成される。そして、この時、図５に示すように半導体基板１０の方位を＜００１＞とし、へき開方向を＜０−１１＞とすれば、半導体基板１０をへき開した際に平坦性の高い結晶面を得ることができる。尚、活性層１６とは、注入されたキャリア（電子・ホール）が再結合し、この層の物性であるバンドギャップエネルギーに応じた波長の光を発光する層のことを言う。

最後に、本発明に係る半導体基板１０の製造方法が終了した後に行う、半導体基板１０のへき開動作について説明する。図６は、半導体基板１０のへき開動作を説明するための図であって、ガイド溝１２の周辺を示す概略縦断面図である。図に示すように、基板本体１１の底面であってガイド溝１２の直下にブレードＢの先端を押し当て、この状態でブレードＢの当接点を支点として、半導体基板１０をへき開線Ｈに沿って２つに割ることによってへき開する。ここで、前述のように半導体基板１０に形成されたガイド溝１２は、その下端部が先鋭な形状となるように形成され、且つ、その溝深さＤｇが基板本体１１の厚みＤｋに対して十分深く形成されている。これにより、半導体基板１０をへき開する際に、へき開線Ｈに沿った位置で半導体基板１０を正確にへき開することができる。更に、このガイド溝１２の延びる方向を、結晶面と一致させることにより、平坦性の高いへき開面を形成することができる。これにより、半導体レーザの製造に適用した場合には、素子共振器長にばらつきがなく、均一な特性を実現することができる。

尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは製作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

本発明に係る半導体基板の製造方法は、半導体レーザ以外の他の半導体素子の製造にも適用可能である。

１０…半導体基板
１１…半導体基板
１２…ガイド溝
１５…マスク
１５ａ…開口部（マスク）
Ｈ…へき開線

Claims (4)

1. インジウムリン化合物半導体またはガリウムヒ素化合物半導体からなる基板本体の表面に、開口幅が略４０ｕｍ以下である開口部が形成されたマスクを、その開口部が前記基板本体のへき開線に沿って延びるように転写する工程と、
   前記基板本体の表面のうち前記マスクの開口部に相当する部分に、臭素系のエッチング液を用いてウエットエッチング処理を施すことによって、縦断面で略Ｖ字型を有し前記基板本体のへき開を案内するためのガイド溝を形成する工程と、
   前記ガイド溝に、反応性ガスを用いてドライエッチング処理を施すことによって、底部の縦断面形状を略Ｖ字型に保持したまま前記ガイド溝の溝深さを深くする工程と、
   を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
2. 前記マスクが、二酸化ケイ素からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
3. 前記ガイド溝が、前記基板本体に形成される活性層ストライプに干渉しない位置に、前記基板本体のへき開線に沿って所定間隔で複数形成されたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の半導体基板の製造方法。
4. 前記マスクに形成された開口部の開口幅が、略１０ｕｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体基板の製造方法。

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