JP2017201668A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子の製造に当り、精度良く、比較的深い分離用の溝を形成する場合、その素子の性能に影響を及ぼし難い、分離用の溝を形成する製造方法を提供する。【解決手段】半導体発光素子領域３０上に、硬質の材料から成る被覆部材６０を仮固定し、被覆部材仮固定工程の後、半導体発光素子ウエハ１０をドライエッチングし、エッチング工程を経て、被覆部材を除去する工程とすることで、フォトレジストをマスク（被覆部材）として利用した場合に比べて、加工精度が良く、結晶成長用基板が窒化物系化合物半導体から成る素子の場合には、素子の性能に影響を及ぼす可能性のあるレーザビームの照射を伴わない製造方法で、分離用の溝を形成する。【選択図】図５

Description

本発明は、半導体発光素子の製造方法に関する。

例えば、特許文献１では、サファイア基板等の結晶成長用基板表面に、半導体層を形成して成る半導体発光素子であって、フェイスアップ素子（ＦＵ素子）の様な、主に素子の半導体層側から光を取り出す素子について、結晶成長用基板に対してドライエッチング処理を施すことで、分離用の溝を形成する製造方法が提案されている。また、特許文献２では、半導体発光素子ウエハの状態から個々の半導体発光素子への分離を容易とするために、結晶成長用基板に対して、分離のための分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射し、分離用の溝を形成する製造方法が提案されている。近年では、半導体発光素子の半導体層に、窒化ガリウム（ＧａＮ）の様な窒化物系化合物を採用した場合に、半導体層の結晶成長の安定性向上等の目的で、半導体層と同様の材質から成る結晶成長用基板を採用することも提案されており、例えば、特許文献３には、結晶成長用の窒化物系化合物半導体基板にレーザビームを照射することで、レーザビームが照射された領域の窒化物系化合物半導体を変質させて、エッチング処理に対する耐性を得る技術が開示されている。

特開平１０−０２７７６９号公報 特開２０１２−０２３０８５号公報 特開２０１０−０９８２８８号公報

エッチング処理を利用して分離用の溝を比較的深く形成する場合には、例えば、フォトレジスト（マスク）の形成とエッチング処理とを、何度か繰り返して実施することが必要であり、該溝の位置や形状等について、ずれの発生を抑制する処置を講じる必要があるとともに、高い加工精度を実現することが困難である。また、半導体発光素子の結晶成長用基板の材質として、窒化ガリウムの様な窒化物系化合物半導体を採用する場合、該素子の分離用の溝をレーザビームの照射によって形成しようとすると、レーザビームが照射された領域の窒化物系化合物半導体が変質することに起因して、該半導体の変質した部位に於いて光が吸収されたり、想定外の方向へ光が散乱してしまう不具合等が懸念され、該素子の性能に影響を及ぼす虞がある。更に、半導体発光素子の結晶成長用基板の材質として、サファイア基板を採用していたとしても、レーザビームの照射範囲のバラツキによって、半導体発光素子の半導体層の領域に照射された場合に、該半導体層が窒化物系化合物半導体であると、該半導体層の変質に起因して該素子の性能に影響を及ぼす虞がある。

本発明に於いては、前述の様な課題を解消可能とする、半導体素子の製造方法について提案する。

本発明は、半導体発光素子の製造方法であって、結晶成長用基板上に、複数の半導体発光素子領域が形成された半導体発光素子ウエハを準備する、ウエハ準備工程と、ウエハ準備工程の後、半導体発光素子領域上に、硬質の材料から成る被覆部材を仮固定する、被覆部材仮固定工程と、被覆部材仮固定工程の後、半導体発光素子ウエハをドライエッチングする、エッチング工程と、エッチング工程の後、被覆部材を除去する、除去工程とを有することを特徴とする。

前述の半導体発光素子の製造方法に於いては、被覆部材仮固定工程に於ける仮固定が、両面粘着テープによって成されることが望ましい。

前述の半導体発光素子の製造方法に於いては、両面粘着テープが熱剥離テープであって、熱剥離テープは、少なくとも前記半導体発光素子ウエハと向き合う面が、所定の温度で剥離する面であることが望ましい。

前述の半導体発光素子の製造方法に於いては、被覆部材として、二酸化珪素、珪素、炭化珪素、酸化アルミニウムのうち、少なくともいずれか一つの結晶を材料とすることが望ましい。

本発明の半導体発光素子の製造方法に於いては、分離用の溝を比較的深く形成する場合に、該溝の位置や形状等について、ずれの発生の虞が少なく、高い加工精度を実現することが可能となる。また、レーザビームの照射を用いずにドライエッチングにて分離用の溝を形成しているため、結晶成長用基板の材質として、窒化ガリウムの様な窒化物系化合物半導体を採用する場合等に於いても、レーザビームの照射に起因する、窒化ガリウム（窒化物系化合物半導体）の変質の虞が排除される。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法に於いては、被覆部材の仮固定に両面粘着テープを用いることで、被覆部材の除去作業を比較的簡便に行うことが出来る。また、フォトレジストを用いないため、フォトレジストに起因した残渣物が発生せず、該残渣物による素子の性能低下（例えば、光の取り出しが部分的に阻害される等）の虞が抑制される。更に、被覆部材を除去した後の洗浄工程の省略も見込まれるため、工程の簡略化が望める。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法に於いては、両面粘着テープとして熱剥離テープを用いることで、被覆部材の除去作業をより一層簡便に行い、且つ、確実に行うことが出来る。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法に於いては、被覆部材として、二酸化珪素、珪素、炭化珪素、酸化アルミニウムのうち、少なくともいずれか一つの結晶を材料として用いることで、ドライエッチング処理に対する耐性を、フォトレジストに比べて格段に向上することが出来る。また、フォトレジストに比べて、厚みを厚くすることが比較的容易であるとともに、所望の分離用の溝の深さに合せて、一つの被覆部材（マスク）でエッチング処理が可能となることから、フォトレジストによるエッチング処理の様に、複数回の処理を必要としないため、高い加工精度を得られる。

図１は本発明の製造方法に於ける半導体発光素子ウエハ準備工程Ｓ１００及び該工程Ｓ１００に於ける半導体発光素子ウエハ１０を示す概略図である。（実施例１） 図２は図１に於ける半導体発光素子ウエハ１０のＡ−Ａ断面を示す断面図である。（実施例１） 図３は本発明の製造方法に於ける被覆部材準備工程Ｓ１１０及び該工程Ｓ１１０に於ける被覆部材準備体４０を示す概略図である。（実施例１） 図４は図３に於ける被覆部材準備体４０のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。（実施例１） 図５は本発明の製造方法の被覆部材仮固定工程Ｓ１２０を示す概略図である。（実施例１） 図６は本発明の製造方法のエッチング工程Ｓ１３０及び該工程Ｓ１３０に於ける被覆部材６０が貼着された半導体発光素子ウエハ１０の断面を示す断面図である。（実施例１） 図７は本発明の製造方法の工程フローを示す図である。（実施例１）

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、実施例では、フェイスアップ型の半導体発光素子（ＦＵ素子）を例に採り、その構成と製造方法について説明する。また、全ての図は、半導体発光素子の製造方法及び各工程等を判り易くするために模式的に描いている。

（半導体発光素子ウエハ１０）
先ず、実施例１の半導体発光素子の製造方法に於いて使用する半導体発光素子ウエハ１０について説明する。

図１及び図２に示す様に、半導体発光素子ウエハ１０は、結晶成長用基板２０と、複数の半導体発光素子領域３０とから成る。結晶成長用基板２０は窒化ガリウム（ＧａＮ）から成る略円形の薄い板状の部材であり、半導体発光素子領域３０が形成される側の面となる第１の面２１と、該第１の面２１と反対側の面である第２の面２２とを有する。半導体発光素子領域３０は、結晶成長用基板２０と同じ材質である窒化ガリウムの半導体層から成る。この半導体発光素子ウエハ１０は、直径３インチ（約７５ｍｍ）程の大きさであり、厚みは約０．１ｍｍである。

（被覆部材準備体４０）
次に、実施例１の半導体発光素子の製造方法に於いて使用する被覆部材準備体４０について説明する。

図３及び図４に示す様に、被覆部材準備体４０は、支持体５０と、複数の被覆部材６０と、複数の仮固定部材７０とから成る。

支持体５０は、被覆部材６０を積載するための部材であり、実施例１では、可撓性を有するテープ状の部材を採用している。このテープ状の部材には、後述する仮固定部材７０が貼着される側の面に、粘着剤５１が塗布されている。

被覆部材６０は、後述するエッチング工程Ｓ１３０に於いて、半導体発光素子領域３０をエッチングしない様に被覆し、所謂マスクとして機能する部材である。この被覆部材６０は板状の部材であり、仮固定部材７０が貼着される側の面となる第１の面６１と、該第１の面６１と反対側の面であり、エッチング工程Ｓ１３０に於いてドライエッチング処理に晒される面となる第２の面６２とを有する。この被覆部材６０の外形形状は、半導体発光素子領域３０を充分被覆可能となる様に、半導体発光素子領域３０の外形形状より若干大きくなる様に設定されている。具体的には、半導体発光素子領域３０の外形形状に対して、２〜５μｍ程度大きいことが望ましく、この実施例１に於いては、半導体発光素子領域３０の外形形状に対して、３μｍ程度大きく設定されている。この被覆部材６０の厚みは、所望する分離用の溝の深さに合せて設定され、数十〜数百μｍ程度の範囲で設定される。また、この被覆部材６０は、ドライエッチングに耐える硬質の材料から成る、単層の部材であり、この実施例１では、材料として珪素（Ｓｉ）を採用している。この被覆部材６０に対し、後述する仮固定部材７０が貼着された状態で支持体５０の上に並べられ、被覆部材準備体４０が形成される。

仮固定部材７０は、基材７１と、熱剥離粘着剤７２と、接着剤７４とから成る可撓性を有する薄い板状の部材であり、所謂両面粘着テープの構造を有している。また、仮固定部材７０の外形形状は、半導体発光素子領域３０の外形形状を被覆するとともに、被覆部材６０の外形形状からは食み出さない程度の大きさに設定され、厚みは約０．１５ｍｍである。熱剥離粘着剤７２は、基材７１に於いて、支持体５０に於ける粘着剤５１が塗布された面の側に層状に形成され、熱剥離面７３を成している。この熱剥離粘着剤７２は、１５０℃まで加熱されると粘着力が弱まる様に設定されている。接着剤７４は、基材７１に於いて、熱剥離粘着剤７２が形成されている面とは反対側の面であって、被覆部材６０の側となる面に層状に形成され、接着面７５を成している。この接着剤７４は、後述する所定の温度では接着力が低下しないものであれば良く、この実施例１では２００℃以上の耐熱性を有する。なお、仮固定部材７０を支持体５０に並べるにあたっては、熱剥離面７３と、支持体５０に於ける粘着剤５１との間に、離型紙７６を介在させている。

（半導体発光素子ウエハ準備工程Ｓ１００）
次に、図１、図２、図５及び図７に示す半導体発光素子ウエハ準備工程Ｓ１００について説明する。

半導体発光素子ウエハ準備工程Ｓ１００として、図１及び図２の如く形成された半導体発光素子ウエハ１０を、後述する被覆部材仮固定工程Ｓ１２０に於けるダイボンダー装置８０の所定位置に積載し、仮固定する。

（被覆部材準備工程Ｓ１１０）
次に、図３、図４、図５及び図７に示す被覆部材準備工程Ｓ１１０について説明する。

半導体発光素子ウエハ準備工程Ｓ１００に次いで、被覆部材準備工程Ｓ１１０として、図３及び図４の如く形成された被覆部材準備体４０を、被覆部材仮固定工程Ｓ１２０に於けるダイボンダー装置８０の所定位置に積載し、仮固定する。

（被覆部材仮固定工程Ｓ１２０）
次に、図５及び図７に示す被覆部材仮固定工程Ｓ１２０について説明する。

被覆部材準備工程Ｓ１１０に次いで、被覆部材仮固定工程Ｓ１２０として、図５の如く、仮固定部材７０が貼着された状態で、支持体５０の上に並べられている被覆部材６０を、ダイボンダー装置８０を用いて、半導体発光素子領域３０の上に載せ換え、半導体発光素子領域３０に対して仮固定部材７０を介して被覆部材６０を仮固定する。この時、仮固定部材７０に於ける熱剥離粘着剤７２は、半導体発光素子領域３０と接し、貼着することとなる。

具体的には、先ず、ダイボンダー装置８０に於ける吸着コレット（図示せず）を、複数の被覆部材６０のうち、任意の一つの被覆部材６０の上方側（仮固定部材７０が貼着されていない側）に吸着させる。次いで、ダイボンダー装置８０に於けるニードル（図示せず）を用いて、仮固定部材７０が貼着した状態のままの該被覆部材６０を、その下方側（仮固定部材７０が貼着されている側）から、上方側へ突き上げる。次いで、吸着コレットを用いて、仮固定部材７０が貼着した状態のままの該被覆部材６０を持ち上げ、離型紙７６から剥離させる。次いで、吸着コレットを用いて、仮固定部材７０が貼着した状態のままの該被覆部材６０を、複数の半導体発光素子領域３０のうち、任意の一つの半導体発光素子領域３０の上方側へ移動させ、該半導体発光素子領域３０の上に該被覆部材６０を積載する。以上の様にして、被覆部材６０が半導体発光素子領域３０に対して仮固定される。

この様に、ダイボンダー装置８０を用いることで、半導体発光素子領域３０に対して被覆部材６０を精度良く配設することが可能であり、後述するエッチング工程Ｓ１３０に於いて、分離用の溝２３を、精度良く形成することが可能となる。半導体発光素子領域３０と被覆部材６０との位置合せには、半導体発光素子領域３０に形成されている、電極の配線パターン等を利用して画像認識する方法を採用しても良い。なお、ダイボンダー装置８０としては、例えば、ユニテンプジャパン株式会社が取り扱う、モデルｆｅｍｔｏ等の様な市販の設備を用いれば良い。

（エッチング工程Ｓ１３０）
次に、図６及び図７に示すエッチング工程Ｓ１３０について説明する。

被覆部材仮固定工程Ｓ１２０に次いで、エッチング工程Ｓ１３０として、図６の如く、半導体発光素子ウエハ１０に被覆部材６０が貼着された状態で、半導体発光素子ウエハ１０に対してドライエッチング処理を行う。ドライエッチング処理を行うにあたっては、被覆部材６０が貼着された状態の半導体発光素子ウエハ１０をダイボンダー装置８０から取り外し、ドライエッチング装置（図示せず）に投入してドライエッチング処理を行う。

この実施例１では、ドライエッチング処理として、ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ方式：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｐｌａｓｍａ）型ＲＩＥ（反応性イオンエッチング：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を用いている。具体的には、エッチングガスとして、塩素（Ｃｌ）と四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）との混合ガスを、０．６Ｐａの圧力下で用い、放電条件として、放電電力（ＩＣＰ）を１２０Ｗ、バイアス電力を１２０Ｗとしている。このドライエッチング処理により、結晶成長用基板２０の厚みの少なくとも１／３以上の深さの分離用の溝２３を形成する。

（被覆部材除去工程Ｓ１４０）
次に、図７に示す被覆部材除去工程Ｓ１４０について説明する。

エッチング工程Ｓ１３０に次いで、被覆部材除去工程Ｓ１４０として、半導体発光素子ウエハ１０から、被覆部材６０を除去する。具体的には、先ず、被覆部材６０が貼着された状態の半導体発光素子ウエハ１０を、ドライエッチング装置から取り出し、再びダイボンダー装置８０に仮固定する。次に、被覆部材６０が貼着された状態の半導体発光素子ウエハ１０を、仮固定部材７０に於ける熱剥離粘着剤７２の粘着力が弱まる所定の温度まで、加熱機（図示せず）を用いて加熱する。次に、ダイボンダー装置８０の吸着コレットを用いて、仮固定部材７０が貼着した状態のままの被覆部材６０を持ち上げ、半導体発光素子ウエハ１０から、仮固定部材７０が貼着した状態のままの被覆部材６０を除去する。なお、ドライエッチング処理にて被覆部材６０が消尽し、仮固定部材７０のみが残存している場合も、同様の方法にて、半導体発光素子ウエハ１０から、仮固定部材７０を除去する。

（素子分離工程Ｓ１５０）
次に、図７に示す素子分離工程Ｓ１５０について説明する。

被覆部材除去工程Ｓ１４０に次いで、素子分離工程Ｓ１５０として、半導体発光素子ウエハ１０を個々の半導体発光素子に分離する。具体的には、ブレーキング装置（図示せず）等を用いて、分離用の溝２３に沿って半導体発光素子ウエハ１０を個々の半導体発光素子に分離する。

以上の様にして、半導体発光素子が製造される。

以上、図１から図７に基づいて、半導体発光素子の製造方法を説明してきたが、本発明を実施する上では、下記の様に、更に製造方法及び構成の一部を適宜変更可能である。以下、箇条書きに列記する。
・結晶成長用基板２０の材質として、窒化ガリウム（ＧａＮ）を例示しているが、これに限らず、サファイア等、結晶成長が可能な材質であれば、特に限定されない。但し、半導体発光素子領域３０に於ける半導体層の結晶成長及び結晶性を考慮した場合、半導体発光素子領域３０と同系の材質を選択することが望ましく、略同一の材質を選択することが、より望ましい。
・半導体発光素子領域３０の材質として、窒化ガリウム（ＧａＮ）を例示しているが、これに限らず、窒化物系化合物半導体であれば良く、特に限定されない。
・支持体５０として、テープ状の部材を例示しているが、これに限らず、被覆部材仮固定工程Ｓ１２０が成立する態様であれば良く、特に限定されない。
・被覆部材６０として、珪素（Ｓｉ）から成ることを例示しているが、これに限らず、ドライエッチング処理に耐える代表的な硬質の材料として、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の結晶が挙げられ、これ等の材料から選択することが望ましい。
・被覆部材６０として、単層の部材から成ることを例示しているが、これに限らず、ドライエッチングに耐えられる構成であれば良く、単一の材料から成る板状部材を複数積層したものや、異なる材料から成る板状部材を複数積層したものでも良い。また、材料自体が、複合的なものであっても良い。
・仮固定部材７０は、半導体発光素子領域３０の側に熱剥離粘着剤７２を形成しているが、半導体発光素子領域３０との熱剥離を考慮しなければ、仮固定部材７０の両面に接着剤７４を形成しても良い。また、被覆部材６０の側の面の接着剤７４を、熱剥離粘着剤７２が熱剥離する所定の温度よりも高い温度で熱剥離する熱剥離粘着剤に置換して、仮固定部材７０の両面を熱剥離粘着剤で形成しても良い。また、熱剥離粘着剤７２は、所定の温度として１５０℃まで加熱されると粘着性が弱まる様に設定されているが、半導体発光素子ウエハ１０の耐熱性を考慮して、この温度を適宜変更しても良い。
・仮固定部材７０として、熱剥離粘着剤７２が塗布された両面粘着テープに替えて、紫外線（ＵＶ）照射によって粘着性が損なわれる、所謂ＵＶテープを用いても良い。
・半導体発光素子ウエハ準備工程Ｓ１００と被覆部材準備工程Ｓ１１０の工程の順序は、入れ替わっても良い。
・ドライエッチング処理の方法として、ＩＣＰ型ＲＩＥ装置を用いることを例示しているが、これに限らず、適宜、他のドライエッチングの方法を採用しても良い。また、条件も適宜変更して良い。
・ドライエッチング処理によって形成される、分離用の溝２３の深さについて、結晶成長用基板２０の厚みの１／３以上を例示しているが、より望ましくは、該厚みの１／２以上であることが望ましい。なお、ドライエッチング処理のみで、素子の分離を行っても構わないが、その場合は、素子の分離を安定的に行うために、結晶成長用基板２０の第２の面２２側に、テープを貼着しておくことが望ましい。そのテープとして、熱剥離テープやＵＶテープを用いても良い。
・分離用の溝２３について、結晶成長用基板２０の第１の面２１側にのみ形成しているが、結晶成長用基板２０の第２の面２２側にも形成しても良い。また、分離が可能であれば、分離用の溝２３を、結晶成長用基板２０の第２の面２２側にのみ形成することとしても良い。
・被覆部材除去工程Ｓ１４０に於いて、半導体発光素子ウエハ１０を加熱する方法は特に限定されず、半導体発光素子ウエハ１０をダイボンダー装置８０に仮固定する前に、恒温槽等の別の装置を用いて加熱しても良い。また、半導体発光素子ウエハ１０をダイボンダー装置８０に仮固定してから加熱する場合の加熱機としては、ヒーターを用いたり、赤外線照射機やマイクロ波照射機等の加熱機を用いる方法で加熱しても良い。
・被覆部材除去工程Ｓ１４０に於いて、被覆部材６０を除去する装置は特に限定されず、ダイボンダー装置８０以外の装置や方法を用いても良い。

本発明は、フェイスアップ型の半導体発光素子を実施例に採り、その製造方法について説明しているが、本発明を適用可能な半導体発光素子としては、これに限られるものではない。

１０ ・・・ 半導体発光素子ウエハ（実施例１）
２０ ・・・ 結晶成長用基板
２１ ・・・ （結晶成長用基板２０の）第１の面
２２ ・・・ （結晶成長用基板２０の）第２の面
２３ ・・・ （結晶成長用基板２０の）分離用の溝
３０ ・・・ 半導体発光素子領域
４０ ・・・ 被覆部材準備体
５０ ・・・ 支持体
５１ ・・・ （支持体５０の）粘着剤
６０ ・・・ 被覆部材
６１ ・・・ （被覆部材６０の）第１の面
６２ ・・・ （被覆部材６０の）第２の面
７０ ・・・ 仮固定部材
７１ ・・・ （仮固定部材７０の）基材
７２ ・・・ （仮固定部材７０の）熱剥離粘着剤
７３ ・・・ （仮固定部材７０の）熱剥離面
７４ ・・・ （仮固定部材７０の）接着剤
７５ ・・・ （仮固定部材７０の）接着面
７６ ・・・ （仮固定部材７０の）離型紙
８０ ・・・ ダイボンダー装置
Ｓ１００ ・・・ 半導体発光素子ウエハ準備工程
Ｓ１１０ ・・・ 被覆部材準備工程
Ｓ１２０ ・・・ 被覆部材仮固定工程
Ｓ１３０ ・・・ エッチング工程
Ｓ１４０ ・・・ 被覆部材除去工程
Ｓ１５０ ・・・ 素子分離工程

Claims (4)

1. 結晶成長用基板上に、複数の半導体発光素子領域が形成された半導体発光素子ウエハを準備する、ウエハ準備工程と、
   前記ウエハ準備工程の後、前記半導体発光素子領域上に、硬質の材料から成る被覆部材を仮固定する、被覆部材仮固定工程と、
   前記被覆部材仮固定工程の後、前記半導体発光素子ウエハをドライエッチングする、エッチング工程と、
   前記エッチング工程の後、前記被覆部材を除去する、除去工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
2. 前記被覆部材仮固定工程に於ける仮固定が、両面粘着テープによって成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
3. 前記両面粘着テープが熱剥離テープであって、前記熱剥離テープは、少なくとも前記半導体発光素子ウエハと向き合う面が、所定の温度で剥離する面であることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子の製造方法。
4. 前記被覆部材として、二酸化珪素、珪素、炭化珪素、酸化アルミニウムのうち、少なくともいずれか一つの結晶を材料とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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