JP2021009933A - 発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】上面視形状が六角形の発光素子の個片化の際に、割断予定線から逸れて割断されることを防止して、発光素子を良好な歩留まりで製造することを目的とする。【解決手段】第１主面及び第２主面を有するサファイアからなる基板及び該基板の第１主面に設けられた半導体積層体を有するウェハを準備する工程、レーザ光を照射して、前記基板の内部に、第１主面に至る亀裂及び第２主面に至る亀裂を有する改質領域を形成する工程、前記レーザ光を照射した領域に重ねて、ＣＯ2レーザを照射する工程、前記ウェハを前記改質領域に沿って割断して平面視形状が六角形の発光素子を得る工程を含む発光素子の製造方法。【選択図】図１Ｄ
Description
本発明は、発光素子の製造方法に関する。
従来から、サファイア基板と半導体積層体とを有するウェハを分割して発光素子が製造されている。例えば、発光素子の製造工程において、基板の内部にレーザ光を照射することにより改質領域を形成し、その改質領域を通る割断予定線に沿ってウェハを割断して発光素子を個片化することが行われている（例えば、特許文献１、２等）。
しかし、発光素子の上面視形状が六角形である場合、ウェハから発光素子に個片化する際に、割断予定線から逸れて割断されることがある。この場合、ウェハ上において、直線状に複数の発光素子の形状に不具合が発生することから、発光素子の歩留まりが低下するという課題があった。
本発明の一実施形態は、上記課題を解決するためになされたものであり、上面視形状が六角形の発光素子の個片化の際に、割断予定線から逸れて割断されることを防止して、発光素子を良好な歩留まりで製造することを目的とする。
本発明の一実施形態は、上記課題を解決するためになされたものであり、上面視形状が六角形の発光素子の個片化の際に、割断予定線から逸れて割断されることを防止して、発光素子を良好な歩留まりで製造することを目的とする。
本願は、以下の発明を含む。
第１主面及び第２主面を有するサファイアからなる基板及び該基板の前記第１主面に設けられた半導体積層体を有するウェハを準備する工程、
レーザ光を照射して、前記基板の内部に、前記第１主面に至る亀裂及び前記第２主面に至る亀裂を有する改質領域を形成する工程、
前記レーザ光を照射した線に重ねて、ＣＯ2レーザを照射する工程、
前記ウェハを前記改質領域に沿って割断して平面視形状が六角形の発光素子を得る工程を含む発光素子の製造方法。
第１主面及び第２主面を有するサファイアからなる基板及び該基板の前記第１主面に設けられた半導体積層体を有するウェハを準備する工程、
レーザ光を照射して、前記基板の内部に、前記第１主面に至る亀裂及び前記第２主面に至る亀裂を有する改質領域を形成する工程、
前記レーザ光を照射した線に重ねて、ＣＯ2レーザを照射する工程、
前記ウェハを前記改質領域に沿って割断して平面視形状が六角形の発光素子を得る工程を含む発光素子の製造方法。
本発明の一実施形態によれば、ウェハから上面視形状が六角形の発光素子に個片化する際に、割断予定線から逸れて割断されることを防止して、発光素子を良好な歩留まりで製造することができる。
以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。さらに、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、重複した説明は適宜省略する。
本願の一実施形態の発光装置の製造方法は、図１Ａ〜１Ｆに示すように
第１主面及び第２主面を有するサファイアからなる基板及び該基板の第１主面に設けられた半導体積層体を有するウェハを準備する工程（図１Ａ）、
レーザ光を照射して、前記基板の内部に、第１主面に至る亀裂及び第２主面に至る亀裂を有する改質領域を形成する工程（図１Ｂ、１Ｃ）、
前記レーザ光を照射した領域に重ねて、ＣＯ2レーザを照射する工程（図１Ｄ、１Ｅ）、
前記ウェハを前記改質領域に沿って割断して（図１Ｆ）平面視形状が六角形の発光素子を得る工程を含む。
第１主面及び第２主面を有するサファイアからなる基板及び該基板の第１主面に設けられた半導体積層体を有するウェハを準備する工程（図１Ａ）、
レーザ光を照射して、前記基板の内部に、第１主面に至る亀裂及び第２主面に至る亀裂を有する改質領域を形成する工程（図１Ｂ、１Ｃ）、
前記レーザ光を照射した領域に重ねて、ＣＯ2レーザを照射する工程（図１Ｄ、１Ｅ）、
前記ウェハを前記改質領域に沿って割断して（図１Ｆ）平面視形状が六角形の発光素子を得る工程を含む。
（ウェハの準備）
まず、図１Ａに示すように、第１主面及び第２主面１ａを有するサファイア基板１を準備する。サファイア基板は、その結晶構造から劈開性が極めて弱いが、本願発明は、劈開性の弱い方向において良好に切断することができるため、サファイア基板を用いることが有効である。基板の厚みは、例えば、５０μｍ〜２ｍｍが挙げられ、５０μｍ〜１ｍｍが好ましく、５０μｍ〜５００μｍがより好ましい。サファイア基板は、表面に複数の凸部又は凹凸を有するものであってもよい。また、Ｃ面、Ａ面等の所定の結晶面に対して０〜１０°程度のオフ角を有するものであってもよい。
まず、図１Ａに示すように、第１主面及び第２主面１ａを有するサファイア基板１を準備する。サファイア基板は、その結晶構造から劈開性が極めて弱いが、本願発明は、劈開性の弱い方向において良好に切断することができるため、サファイア基板を用いることが有効である。基板の厚みは、例えば、５０μｍ〜２ｍｍが挙げられ、５０μｍ〜１ｍｍが好ましく、５０μｍ〜５００μｍがより好ましい。サファイア基板は、表面に複数の凸部又は凹凸を有するものであってもよい。また、Ｃ面、Ａ面等の所定の結晶面に対して０〜１０°程度のオフ角を有するものであってもよい。
基板１上、例えば、図７に示すように、第１主面には、第１半導体層（例えば、ｎ型半導体層）２ａ、発光層２ｂ及び第２半導体層（例えば、ｐ型半導体層）２ｃがこの順に積層された半導体積層体２が形成されている。第１半導体層２ａ及び第２半導体層２ｃは、一方をｎ型、他方をｐ型とすることができる。また、基板と第１半導体層との間にバッファ層等を介してもよい。なお、図７は、発光素子を構成する一単位の半導体積層体等を示すものであり、図１Ａ等とはスケールを異ならせて表している。
第１半導体層、発光層及び第２半導体層の種類、材料は特に限定されるものではなく、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等、種々の半導体が挙げられる。具体的には、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物系の半導体材料が挙げられ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等を用いることができる。各層の膜厚及び層構造は、当該分野で公知のものを利用することができる。
第１半導体層、発光層及び第２半導体層の種類、材料は特に限定されるものではなく、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等、種々の半導体が挙げられる。具体的には、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物系の半導体材料が挙げられ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等を用いることができる。各層の膜厚及び層構造は、当該分野で公知のものを利用することができる。
サファイア基板１の第１主面に形成された半導体積層体２を有するウェハ３は、続いて、例えば、図７に示すように、第１半導体層２ａ及び第２半導体層２ｃに接続する第１電極８及び第２電極９を形成することが好ましい。ただし、これら電極は、後述する任意の段階のいずれにおいて形成してもよい。
例えば、第１半導体層２ａに第１電極８を形成するために、まず、第２半導体層２ｃと発光層２ｂとの一部を除去し、第１半導体層２ａを露出させる。この際、後述するように、個々の発光素子に割断するための割断予定線となる部位（つまり、レーザ光を照射する位置）においても第１半導体層を露出する溝を形成することが好ましい。このような溝を形成することにより、レーザ光の照射が、活性層及び第２半導体層にダメージを与えることを防止できる。
第２半導体層及び発光層は、例えば、反応性イオンエッチング、イオンミリング、集束ビームエッチング及びＥＣＲエッチングなどのドライエッチング、硫酸及びリン酸等の混酸を用いたウェットエッチング等によって除去することができる。
例えば、第１半導体層２ａに第１電極８を形成するために、まず、第２半導体層２ｃと発光層２ｂとの一部を除去し、第１半導体層２ａを露出させる。この際、後述するように、個々の発光素子に割断するための割断予定線となる部位（つまり、レーザ光を照射する位置）においても第１半導体層を露出する溝を形成することが好ましい。このような溝を形成することにより、レーザ光の照射が、活性層及び第２半導体層にダメージを与えることを防止できる。
第２半導体層及び発光層は、例えば、反応性イオンエッチング、イオンミリング、集束ビームエッチング及びＥＣＲエッチングなどのドライエッチング、硫酸及びリン酸等の混酸を用いたウェットエッチング等によって除去することができる。
第１電極８及び第２電極９は、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属又はこれらの合金の単層膜又は積層膜によって形成することができる。具体的には、半導体層２側からＴｉ／Ｒｈ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｒｈ等のように積層された積層膜によって形成することが好ましい。膜厚は、当該分野で用いられる膜の膜厚のいずれでもよい。また、第１電極及び第２電極は、それぞれ第１半導体層及び第２半導体層側に、発光層から出射される光に対する反射率が比較的高い材料層を有することが好ましい。反射率が高い材料としては、銀又は銀合金やアルミニウムを有する層が挙げられる。
第１電極８及び第２電極９と第１半導体層２ａ及び第２半導体層２ｃとのそれぞれの間に、両者の電気的な接続を阻害しない範囲で、ＤＢＲ（分布ブラッグ反射器）層等を配置してもよい。ＤＢＲは、例えば、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌからなる群より選択された少なくとも一種の酸化物または窒化物を含んで形成することができる。
第１電極８及び第２電極９と第１半導体層２ａ及び第２半導体層２ｃとのそれぞれの間に、両者の電気的な接続を阻害しない範囲で、ＤＢＲ（分布ブラッグ反射器）層等を配置してもよい。ＤＢＲは、例えば、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌからなる群より選択された少なくとも一種の酸化物または窒化物を含んで形成することができる。
（改質領域４の形成）
図１Ｂ及び１Ｃに示すように、サファイア基板１の内部に、レーザ光ＬＢを照射して、改質領域４を形成する。
改質領域４は、照射するレーザ光ＬＢの焦点位置を、サファイア基板１の内部、例えば、サファイア基板１の第１主面側から所定の深さに設定して、所定のエネルギーでレーザ光を照射することにより形成することができる。これにより、照射されたレーザ光のエネルギーによって電子が複数の光子を吸収する多光子吸収が生じ、励起された電子から格子にエネルギーが伝導されて熱エネルギーとなる。つまり、格子振動により集光部周辺で熱影響が生じ、この熱影響により発生した高温部は、溶融や蒸発、昇華により強い圧縮を受け、高転位密度化する。そのような高転位密度化した領域が、応力により変形することにより亀裂を有する改質領域が形成されると考えられる。改質領域から伸展する亀裂は、ウェハの深さ方向と、ウェハに平行な方向とに伸展する。さらに、改質領域をレーザ走査方向に沿って形成することで、改質領域の亀裂同士が繋がるように亀裂が伸展する。ウェハの深さ方向に複数の改質領域を形成する場合は、下側の改質領域の亀裂が上側の改質領域の亀裂と繋がるように改質領域が形成される。形成された改質領域４は、その内部においては亀裂が存在するものではないと考えられる。そして、亀裂が、基板１の第１主面側及び第２主面１ａ側にそれぞれ伸びる。その結果、第１主面に至る亀裂５ｂ及び第２主面１ａに至る亀裂５ａを有する改質領域４が形成される。
図１Ｂ及び１Ｃに示すように、サファイア基板１の内部に、レーザ光ＬＢを照射して、改質領域４を形成する。
改質領域４は、照射するレーザ光ＬＢの焦点位置を、サファイア基板１の内部、例えば、サファイア基板１の第１主面側から所定の深さに設定して、所定のエネルギーでレーザ光を照射することにより形成することができる。これにより、照射されたレーザ光のエネルギーによって電子が複数の光子を吸収する多光子吸収が生じ、励起された電子から格子にエネルギーが伝導されて熱エネルギーとなる。つまり、格子振動により集光部周辺で熱影響が生じ、この熱影響により発生した高温部は、溶融や蒸発、昇華により強い圧縮を受け、高転位密度化する。そのような高転位密度化した領域が、応力により変形することにより亀裂を有する改質領域が形成されると考えられる。改質領域から伸展する亀裂は、ウェハの深さ方向と、ウェハに平行な方向とに伸展する。さらに、改質領域をレーザ走査方向に沿って形成することで、改質領域の亀裂同士が繋がるように亀裂が伸展する。ウェハの深さ方向に複数の改質領域を形成する場合は、下側の改質領域の亀裂が上側の改質領域の亀裂と繋がるように改質領域が形成される。形成された改質領域４は、その内部においては亀裂が存在するものではないと考えられる。そして、亀裂が、基板１の第１主面側及び第２主面１ａ側にそれぞれ伸びる。その結果、第１主面に至る亀裂５ｂ及び第２主面１ａに至る亀裂５ａを有する改質領域４が形成される。
なお、１つの改質領域において、第１主面に至る亀裂と第２主面に至る亀裂との双方を有することが好ましいが、複数の改質領域のうちの１以上の改質領域において、第１主面に至る亀裂と第２主面に至る亀裂との双方を有していればよい。つまり、複数の改質領域のうちの一部において、第１主面に至る亀裂と第２主面に至る亀裂との一方のみを有していてもよいし、図１Ｃに示すように、複数の改質領域の全部において、第１主面に至る亀裂と第２主面に至る亀裂とを有していることが好ましい。第２主面に至る亀裂は、半導体積層体に伸展していてもよい。
改質領域４は、さらに、サファイア基板１の平面視において、隣接する改質領域間を繋ぐ亀裂を有することが好ましい。つまり、複数の隣接する改質領域のうち１以上の隣接する改質領域を繋ぐ亀裂が生じていればよい。隣接する改質領域間を繋ぐ亀裂を有することにより、ウェハを割断し、複数の発光素子に個片化する際に、発光素子同士が繋がり個片化されないといった不具合を防ぐことができる。
亀裂は、レーザ光の種類、その出力、周波数、照射速度、スポット径、基板内部における位置（例えば、基板の主面からの深さ、その間隔など）の１以上、好ましくは全てを制御することによって制御することができる。
レーザ光の照射は、サファイア基板の第１主面側又は第２主面側のいずれから行ってもよいが、半導体積層体が形成されていない第２主面側から行うことが好ましい。これにより、レーザ光による半導体積層体へのダメージを低減することができる。
亀裂は、レーザ光の種類、その出力、周波数、照射速度、スポット径、基板内部における位置（例えば、基板の主面からの深さ、その間隔など）の１以上、好ましくは全てを制御することによって制御することができる。
レーザ光の照射は、サファイア基板の第１主面側又は第２主面側のいずれから行ってもよいが、半導体積層体が形成されていない第２主面側から行うことが好ましい。これにより、レーザ光による半導体積層体へのダメージを低減することができる。
サファイア基板を透過可能な波長のレーザとしては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、チタンサファイアレーザ、ＫＧＷレーザ等が挙げられる。レーザ光の波長としてはサファイア基板を透過可能な波長、例えば、２００ｎｍ〜１４００ｎｍが挙げられ、１０００ｎｍ〜１１００ｎｍが好ましい。レーザ光は、フェムト秒レーザ、ピコ秒レーザなどのパルスレーザ光を用いることが好ましい。パルスレーザ光のパルス幅は、変色による光吸収が生じない改質領域を形成するために、多光子吸収による変質が可能な範囲を選択することが適している。レーザ光のパルス幅としては、例えば、１００ｆｓｅｃ〜１０００ｐｓｅｃが挙げられ、３００ｆｓｅｃ〜６００ｐｓｅｃが好ましい。この範囲のパルス幅とすることにより、改質領域でのサファイア溶融後に再凝固されることによる変色を防止することができ、特に分割後に得られる発光素子にとって有利である。
レーザ照射の出力は、所定の割溝を得るために必要な最小限の出力であることが好ましい。余分なレーザ出力は、基板及び／又は半導体積層体に熱損傷を与えるため、最小限、つまり５０ｍＷ〜１０００ｍＷが挙げられ、１００ｍＷ〜６００ｍＷが好ましく、１００ｍＷ〜４００ｍＷがより好ましい。これにより、ガイドとして利用可能な程度に伸展し、蛇行及び枝分かれの生じ難い亀裂を生じさせることができる。
レーザ光の周波数は、５０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚが挙げられ、５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚが好ましい。
レーザ光のレーザスポット径は、０．３μｍ〜１０μｍが挙げられ、レーザスポット径の形状は、円形又は楕円形、これらに近い形状であることが好ましい。
基板内部における位置（例えば、基板の主面からの深さ）は、例えば、サファイア基板の厚みの半分以下とし、具体的にはサファイア基板の第２主面から１５０μｍまでの間が挙げられる。
レーザ光の照射速度は、５ｍｍ／ｓ〜４０００ｍｍ／ｓが挙げられ、５ｍｍ／ｓ〜１５００ｍｍ／ｓが好ましく、５０ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓがより好ましい。
レーザ照射の間隔は、具体的には、０．０２５μｍ〜３０μｍが挙げられ、０．１μｍ〜１５μｍが好ましく、１μｍ〜１０μｍがより好ましい。この間隔は、レーザが照射される全間隔において略一定とすることが好ましい。
レーザ光の周波数は、５０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚが挙げられ、５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚが好ましい。
レーザ光のレーザスポット径は、０．３μｍ〜１０μｍが挙げられ、レーザスポット径の形状は、円形又は楕円形、これらに近い形状であることが好ましい。
基板内部における位置（例えば、基板の主面からの深さ）は、例えば、サファイア基板の厚みの半分以下とし、具体的にはサファイア基板の第２主面から１５０μｍまでの間が挙げられる。
レーザ光の照射速度は、５ｍｍ／ｓ〜４０００ｍｍ／ｓが挙げられ、５ｍｍ／ｓ〜１５００ｍｍ／ｓが好ましく、５０ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓがより好ましい。
レーザ照射の間隔は、具体的には、０．０２５μｍ〜３０μｍが挙げられ、０．１μｍ〜１５μｍが好ましく、１μｍ〜１０μｍがより好ましい。この間隔は、レーザが照射される全間隔において略一定とすることが好ましい。
レーザ光の照射は、レーザ光を走査する走査線上のうち、個々の発光素子に割断するための割断予定線となる部位に対して行う。従って、改質領域は、割断予定線上に形成されることとなる。ここでの割断予定線とは、最終的に形成する発光素子の平面視形状における各辺に相当する線を意味する。以下、図２に実線で示す、第１辺１１及び第２辺１２を第１割断予定線、第３辺１３及び第４辺１４を第２割断予定線、第５辺１５及び第６辺１６を第３割断予定線と記載することがある。
また、図２に示す、六角形のうち互いに平行な第１辺１１と第２辺１２に沿った第１方向Ｑに延長する２本の線、六角形のうち互いに平行な第３辺１３と第４辺１４に沿った第２方向Ｒに延長する２本の線、六角形のうち互いに平行な第５辺１５と第６辺１６に沿った第３方向Ｓに延長する２本の線はレーザ光を走査する軌跡を示す。以下、第１方向Ｑに延長する線を第１走査線２１、第２方向Ｒに延長する線を第２走査線２２、第３方向Ｓに延長する線を第３走査線２３等と記載することがある。
言い換えると、改質領域を形成する工程は、六角形のうち互いに平行な第１辺１１と第２辺１２に沿った第１方向Ｑにレーザ光を走査し、第１辺１１と第２辺１２とにレーザ光を照射する工程、六角形のうち互いに平行な第３辺１３と第４辺１４に沿った第２方向Ｒにレーザ光を走査し、第３辺１３と第４辺１４とにレーザ光を照射する工程及び六角形のうち互いに平行な第５辺１５と第６辺１６に沿った第３方向Ｓにレーザ光を走査し、第５辺１５と第６辺１６とにレーザ光を照射する工程を含む。ただし、これらのレーザ光の走査順序は、どのような順序で行ってもよい。
また、図２に示す、六角形のうち互いに平行な第１辺１１と第２辺１２に沿った第１方向Ｑに延長する２本の線、六角形のうち互いに平行な第３辺１３と第４辺１４に沿った第２方向Ｒに延長する２本の線、六角形のうち互いに平行な第５辺１５と第６辺１６に沿った第３方向Ｓに延長する２本の線はレーザ光を走査する軌跡を示す。以下、第１方向Ｑに延長する線を第１走査線２１、第２方向Ｒに延長する線を第２走査線２２、第３方向Ｓに延長する線を第３走査線２３等と記載することがある。
言い換えると、改質領域を形成する工程は、六角形のうち互いに平行な第１辺１１と第２辺１２に沿った第１方向Ｑにレーザ光を走査し、第１辺１１と第２辺１２とにレーザ光を照射する工程、六角形のうち互いに平行な第３辺１３と第４辺１４に沿った第２方向Ｒにレーザ光を走査し、第３辺１３と第４辺１４とにレーザ光を照射する工程及び六角形のうち互いに平行な第５辺１５と第６辺１６に沿った第３方向Ｓにレーザ光を走査し、第５辺１５と第６辺１６とにレーザ光を照射する工程を含む。ただし、これらのレーザ光の走査順序は、どのような順序で行ってもよい。
レーザ光照射は、１回であってもよいが、例えば、２回、３回等、複数回行ってもよい。レーザ光照射を複数回行う場合は、例えば、図６Ａに示すものであれば、同じ割断予定線上に３回照射を行っている。また、同じ割断予定線上にレーザ光照射を複数回行う場合、その深さは、複数回の全部において同じであってもよいし、一部又は全部において異なっていてもよい。つまり、ウェハの深さ方向に、改質領域が一部又は全部が重なっていてもよいし、図６Ａに示すように全てが離れていてもよい。
なお、複数回のレーザ照射は、深さ以外に、上述した条件の一部又は全部を同じとしてもよいし、一部又は全部を異ならせてもよい。
同じ割断予定線上にレーザ光照射を複数回行う場合、同じ割断予定線上へのレーザ光照射は、複数回を連続して行うことが好ましい。例えば、レーザ光を、第１方向Ｑに３回連続で照射した後に、第２方向Ｒに３回連続で照射し、その後、第３方向Ｓに３回連続で照射することが挙げられる。
なお、複数回のレーザ照射は、深さ以外に、上述した条件の一部又は全部を同じとしてもよいし、一部又は全部を異ならせてもよい。
同じ割断予定線上にレーザ光照射を複数回行う場合、同じ割断予定線上へのレーザ光照射は、複数回を連続して行うことが好ましい。例えば、レーザ光を、第１方向Ｑに３回連続で照射した後に、第２方向Ｒに３回連続で照射し、その後、第３方向Ｓに３回連続で照射することが挙げられる。
通常、１つのウェハから複数の発光素子を形成することから、発光素子の平面視形状が六角形である場合、複数の発光素子が隙間なく配置するようなレイアウトを採用することが好ましい。従って、ウェハ上の発光素子は、例えば、正六角形が隙間なく配置された図３に示すようなレイアウトとすることができる。これにより、ウェハの全体にわたって、発光素子を複数隙間なく配置することができるために、発光素子の製造の歩留まりの向上を図ることができる。
図３に示すような平面視形状が正六角形の発光素子を複数形成するために、複数の発光素子におよぶ、互いに平行な複数の第１走査線２１、第２走査線２２及び第３走査線２３へのレーザ光の照射を、それぞれ行うことが好ましい。レーザ光の照射は、互いに平行な第１走査線２１の全部を連続して、互いに平行な第２走査線２２の全部を連続して、互いに平行な第３走査線２３の全部を連続して行うことがより好ましい。この場合、第１走査線２１間の間隔、第２走査線２２間の間隔及び第３走査線２３間の間隔は、得ようとする発光素子の大きさによって適宜設定する。ただし、第１走査線２１、第２走査線２２及び第３走査線２３上には、発光素子の辺が存在する部分と発光素子の辺が存在しない部分があるため、レーザ照射は、レーザの走査のうち発光素子の辺上を走査する際に照射される破線状の照射とすることが適している。このようにレーザ光照射することにより、レーザ光の照射を短時間で、容易かつ簡便に行うことができる。また、レーザ光の照射は、任意の順序で行ってもよい。
なお、図４に示すように、レーザ光は、発光素子の辺に沿って鋸歯状に折れ曲がった第４走査線２４上において、レーザ光を連続して照射しながら走査してもよい。第２方向Ｒに沿う第５走査線２５上におけるレーザ光照射は、第１走査線２１等におけるレーザ光照射と同様に、割断予定線上のみにレーザ光が照射される。
（ＣＯ2レーザの照射）
レーザ光ＬＢを照射して改質領域４を形成した後、図１Ｄに示すように、レーザ光ＬＢを照射した領域のサファイア基板にＣＯ2レーザ光Ｌ２を照射する。ＣＯ2レーザ光Ｌ２の照射は、レーザ光ＬＢを照射した線に重ねることがより好ましい。
ＣＯ2レーザの照射は、サファイア基板の第１主面側又は第２主面側のいずれから行ってもよいが、半導体積層体が形成されていない第２主面側から行うことが好ましい。これにより、レーザ光による半導体積層体へのダメージを低減することができる。
ＣＯ2レーザは、ガスレーザの一種であり、気体の二酸化炭素を媒質に赤外線領域、例えば、１０．６μｍの波長帯の連続波又はパルス波、高出力のパルス波を得ることができる。ＣＯ2レーザの出力は、例えば、３Ｗ以上３０Ｗ以下が挙げられ、１０Ｗ以上２０Ｗ以下が好ましい。ＣＯ2レーザの出力をこの範囲の出力とすることによって、後述する伸縮性シートをウェハに貼着した場合に、ウェハに伸縮性シートが焼付くことを回避することができる。
ＣＯ2レーザ光の周波数は、例えば、５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚが挙げられ、５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚが好ましい。
レーザ光ＬＢを照射して改質領域４を形成した後、図１Ｄに示すように、レーザ光ＬＢを照射した領域のサファイア基板にＣＯ2レーザ光Ｌ２を照射する。ＣＯ2レーザ光Ｌ２の照射は、レーザ光ＬＢを照射した線に重ねることがより好ましい。
ＣＯ2レーザの照射は、サファイア基板の第１主面側又は第２主面側のいずれから行ってもよいが、半導体積層体が形成されていない第２主面側から行うことが好ましい。これにより、レーザ光による半導体積層体へのダメージを低減することができる。
ＣＯ2レーザは、ガスレーザの一種であり、気体の二酸化炭素を媒質に赤外線領域、例えば、１０．６μｍの波長帯の連続波又はパルス波、高出力のパルス波を得ることができる。ＣＯ2レーザの出力は、例えば、３Ｗ以上３０Ｗ以下が挙げられ、１０Ｗ以上２０Ｗ以下が好ましい。ＣＯ2レーザの出力をこの範囲の出力とすることによって、後述する伸縮性シートをウェハに貼着した場合に、ウェハに伸縮性シートが焼付くことを回避することができる。
ＣＯ2レーザ光の周波数は、例えば、５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚが挙げられ、５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚが好ましい。
ＣＯ2レーザ光の照射速度は、５ｍｍ／ｓ〜４０００ｍｍ／ｓが挙げられ、５ｍｍ／ｓ〜１５００ｍｍ／ｓが好ましく、５０ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓがより好ましい。
ＣＯ2レーザ光のレーザスポット径は、５０μｍ〜１０００μｍが挙げられ、５０μｍ〜７００μｍが好ましく、１００μｍ〜７００μｍがより好ましい。
ＣＯ2レーザ光の焦点は、第２主面から０ｍｍ〜１０ｍｍの位置に設定することが好ましい。
ＣＯ2レーザ照射の間隔は、０．１μｍ〜３００μｍが挙げられ、５μｍ〜１０００μｍが好ましく、５μｍ〜５０μｍがより好ましい。この間隔は、全間隔において略一定とすることが好ましい。特に、平面視において、先のレーザ光照射と同じ位置とすることがより好ましい。
ＣＯ2レーザ光照射は、１回の照射でもよく、例えば、２回等、複数回行ってもよい。
ＣＯ2レーザ光のレーザスポット径は、５０μｍ〜１０００μｍが挙げられ、５０μｍ〜７００μｍが好ましく、１００μｍ〜７００μｍがより好ましい。
ＣＯ2レーザ光の焦点は、第２主面から０ｍｍ〜１０ｍｍの位置に設定することが好ましい。
ＣＯ2レーザ照射の間隔は、０．１μｍ〜３００μｍが挙げられ、５μｍ〜１０００μｍが好ましく、５μｍ〜５０μｍがより好ましい。この間隔は、全間隔において略一定とすることが好ましい。特に、平面視において、先のレーザ光照射と同じ位置とすることがより好ましい。
ＣＯ2レーザ光照射は、１回の照射でもよく、例えば、２回等、複数回行ってもよい。
このように、レーザ光ＬＢをサファイア基板１の内部に照射した後、さらにＣＯ2レーザ光Ｌ２をサファイア基板１に照射することにより、図１Ｅに示すように、サファイア基板１内部の改質領域４によって維持されていた破断強度を、熱膨張によって低減させることができ、サファイア基板１の厚み方向及び割断方向にわたって、所望の領域でウェハを分割することができる。
（割断）
ウェハ３を改質領域４に沿って割断する。つまり、ウェハをレーザ光及びＣＯ2レーザ光の照射によって形成された部位に沿って、割断予定線で割断する。これによって、第１割断予定線、第２割断予定線及び第３割断予定線等で、ウェハを適切に割断することができる。その結果、平面視形状が六角形の発光素子を、割断予定線から逸れて割断されることなく、良好な歩留まりで製造することができる。
ウェハ３を改質領域４に沿って割断する。つまり、ウェハをレーザ光及びＣＯ2レーザ光の照射によって形成された部位に沿って、割断予定線で割断する。これによって、第１割断予定線、第２割断予定線及び第３割断予定線等で、ウェハを適切に割断することができる。その結果、平面視形状が六角形の発光素子を、割断予定線から逸れて割断されることなく、良好な歩留まりで製造することができる。
ウェハは、図１Ｆや図１Ｇに示すように、伸縮性シート７を利用して割断することが好ましい。例えば、ウェハ３を伸縮性シート７に貼着し、伸縮性シート７を伸張することにより、ウェハ３を割断することができる。ここでの伸縮性シート７の伸張は、半導体プロセスの分野において公知の方法のいずれを利用してもよい。例えば、図１Ｆに示すように、伸縮性シート７の端部をそれぞれ反対側に引っ張ることによって伸張させてもよい。
また、図１Ｇに示すように、伸縮性シート７の下面から空気圧ＡＰを加えることによりウェハが球面となるように伸縮性シート７を伸張させてもよい。空気圧ＡＰを加えることによりウェハが球面となるように伸縮性シート７を伸張させることができ、伸縮性シート全体を均一に伸張させ、かつウェハを曲げる方向に応力を加えることが可能となる。よって、ウェハを、確実に発光素子に割断することができる。空気圧ＡＰを加える際の空気の流量は、１〜５０Ｌ／ｍｉｎが挙げられ、２０〜３０Ｌ／ｍｉｎで行うことが好ましい。
また、隣り合うチップ間の間隔が離れる方向に分離できる球状金型を利用して、ウェハを球状金型に添わせること等により、ウェハを割断してもよい。
ローラー及びノッチ等を使用したチップブレーカーを利用する方法でウェハを分割することもできる。
ローラー及びノッチ等を使用したチップブレーカーを利用する方法でウェハを分割することもできる。
このように、一連の工程を経て発光素子を製造することにより、上面視形状が六角形の発光素子の個片化する場合、割断予定線から逸れて割断されることを確実に防止することができ、発光素子を良好な歩留まりで製造することが可能となる。
（基板の研磨等）
半導体積層体の形成後、第１半導体層の露出溝形成後、レーザ光の照射前後、ＣＯ2レーザを照射する前後、ウェハを割断する前等の任意の段階で、基板の第２主面側を研削及び／又は研磨してもよい。研削及び／又は研磨後の最終厚さが薄いほどウェハの割断時の半導体積層体等の損傷を低減することができ、六角形の発光素子を効率的に得ることができる。ただし、ウェハの最終厚さが薄くなりすぎると、ウェハ自体の反りが顕著となり、ウェハの割断が困難になったり、ウェハ自体が破損することがある。従って、ウェハの研削及び／又は研磨は、例えば、ウェハの厚みが５０μｍ以上３００μｍ以下となるように行うことが好ましい。
ウェハの研削及び研磨は、当該分野で公知の方法のいかなる方法を利用してもよい。なかでも、ダイヤモンド等の砥粒を用いた研削及び研磨が好ましい。
半導体積層体の形成後、第１半導体層の露出溝形成後、レーザ光の照射前後、ＣＯ2レーザを照射する前後、ウェハを割断する前等の任意の段階で、基板の第２主面側を研削及び／又は研磨してもよい。研削及び／又は研磨後の最終厚さが薄いほどウェハの割断時の半導体積層体等の損傷を低減することができ、六角形の発光素子を効率的に得ることができる。ただし、ウェハの最終厚さが薄くなりすぎると、ウェハ自体の反りが顕著となり、ウェハの割断が困難になったり、ウェハ自体が破損することがある。従って、ウェハの研削及び／又は研磨は、例えば、ウェハの厚みが５０μｍ以上３００μｍ以下となるように行うことが好ましい。
ウェハの研削及び研磨は、当該分野で公知の方法のいかなる方法を利用してもよい。なかでも、ダイヤモンド等の砥粒を用いた研削及び研磨が好ましい。
実施例１
まず、図１Ａに示すように、第１主面及び第２主面１ａを有するサファイア基板１の第１主面上に窒化物半導体からなる半導体積層体２が形成されたウェハ３を準備する。ウェハ３は、４インチのウェハを用い、研磨後のウェハの厚みを２００μｍとした。その後、半導体積層体の一部をエッチング除去して第１半導体層に接続した第１電極、第２半導体層に接続した第２電極をそれぞれ形成した。
次いで、得られたウェハを、伸縮性シート７の上に貼着し、図６Ａに示すように、サファイア基板１の内部に、レーザ光ＬＢを照射して、上面視形状が六角形になるように改質領域４を形成した。ここでの改質領域４の形成は、レーザ光の照射を、サファイア基板の第２主面側から、３回走査することによって行った。３回それぞれのレーザ光の照射は、集光位置をサファイア基板内における第２主面から５０μｍ、３３μｍ、１５μｍの深さの位置に設定して行った。また、３回それぞれのレーザ光の照射は、出力が０．１７Ｗ、走査速度が４５０ｍｍ／ｓ、周波数が５０ｋＨｚ、パルス幅が５００ｐｓｅｃ、波長が５３２ｎｍで行った。これによって、第２主面に至る亀裂５ａを有する第２主面側の改質領域４ａと、第１主面に至る亀裂５ｂを有する第１主面側の改質領域４ｃと、を形成することができる。さらに、第２主面側の改質領域４ｃと、第１主面側の改質領域４ａとの間にある改質領域４ｂは、改質領域４ａと改質領域４ｃに至る亀裂を有するように形成される。なお、第１主面に至る亀裂は、半導体積層体に伸展していてもよい。
まず、図１Ａに示すように、第１主面及び第２主面１ａを有するサファイア基板１の第１主面上に窒化物半導体からなる半導体積層体２が形成されたウェハ３を準備する。ウェハ３は、４インチのウェハを用い、研磨後のウェハの厚みを２００μｍとした。その後、半導体積層体の一部をエッチング除去して第１半導体層に接続した第１電極、第２半導体層に接続した第２電極をそれぞれ形成した。
次いで、得られたウェハを、伸縮性シート７の上に貼着し、図６Ａに示すように、サファイア基板１の内部に、レーザ光ＬＢを照射して、上面視形状が六角形になるように改質領域４を形成した。ここでの改質領域４の形成は、レーザ光の照射を、サファイア基板の第２主面側から、３回走査することによって行った。３回それぞれのレーザ光の照射は、集光位置をサファイア基板内における第２主面から５０μｍ、３３μｍ、１５μｍの深さの位置に設定して行った。また、３回それぞれのレーザ光の照射は、出力が０．１７Ｗ、走査速度が４５０ｍｍ／ｓ、周波数が５０ｋＨｚ、パルス幅が５００ｐｓｅｃ、波長が５３２ｎｍで行った。これによって、第２主面に至る亀裂５ａを有する第２主面側の改質領域４ａと、第１主面に至る亀裂５ｂを有する第１主面側の改質領域４ｃと、を形成することができる。さらに、第２主面側の改質領域４ｃと、第１主面側の改質領域４ａとの間にある改質領域４ｂは、改質領域４ａと改質領域４ｃに至る亀裂を有するように形成される。なお、第１主面に至る亀裂は、半導体積層体に伸展していてもよい。
続いて、図６Ｂに示すように、サファイア基板１の第２主面側から、レーザ光ＬＢを照射した領域に重ねて、つまり、改質領域４に重ねて、ＣＯ2レーザ光Ｌ２を１回照射した。ＣＯ2レーザ光の照射条件は、焦点をサファイア基板１の第２主面から５ｍｍとし、出力が１５．２Ｗ、走査速度が６２５ｍｍ／ｓ、周波数が２５ｋＨｚで行った。
ＣＯ2レーザ光Ｌ２の照射により、図６Ｃに示すように、サファイア基板１内部の改質領域４によって維持されていた破断強度をＣＯ2レーザ光Ｌ２の照射に起因する熱膨張によって低減させた。
ＣＯ2レーザ光Ｌ２の照射により、図６Ｃに示すように、サファイア基板１内部の改質領域４によって維持されていた破断強度をＣＯ2レーザ光Ｌ２の照射に起因する熱膨張によって低減させた。
その後、図１Ｇに示すように、伸縮性シート７の膨らむ高さが１１ｍｍとなるように、伸縮性シート７の裏面側から、空気を流量２５Ｌ／ｍｉｎで加え、ウェハ３が球面となるように伸縮性シート７を伸張させた状態を１秒維持することで、ウェハ３を改質領域４に沿って割断し、平面視形状が正六角形の発光素子を製造した。
このような一連の工程によって得られた発光素子の歩留まりを評価した。その結果、図５Ｂに示すように、割断予定線内でまっすぐウェハを割断することができないことによる不良率は、図５Ａに示すように、１枚のウェハから製造された発光素子全体の０．４６％であった。
一方、比較例として、上記製造工程において、ＣＯ2レーザ光Ｌ２を照射せずに、レーザ照射を行った後、空気圧の負荷により伸縮性シートを伸張させて、ウェハを改質領域４に沿って割断し、平面視形状が正六角形の発光素子を製造した。この場合、割断予定線内でまっすぐウェハを割断することができないことによる不良率は、１枚のウェハから製造された発光素子全体の３４．４５％であった。
このような一連の工程によって得られた発光素子の歩留まりを評価した。その結果、図５Ｂに示すように、割断予定線内でまっすぐウェハを割断することができないことによる不良率は、図５Ａに示すように、１枚のウェハから製造された発光素子全体の０．４６％であった。
一方、比較例として、上記製造工程において、ＣＯ2レーザ光Ｌ２を照射せずに、レーザ照射を行った後、空気圧の負荷により伸縮性シートを伸張させて、ウェハを改質領域４に沿って割断し、平面視形状が正六角形の発光素子を製造した。この場合、割断予定線内でまっすぐウェハを割断することができないことによる不良率は、１枚のウェハから製造された発光素子全体の３４．４５％であった。
１ 基板
１ａ 第２主面
２ 半導体積層体
２ａ 第１半導体層
２ｂ 発光層
２ｃ 第２半導体層
３ ウェハ
４、４ａ、４ｂ、４ｃ 改質領域
５ａ、５ｂ 亀裂
７ 伸縮性シート
８ 第１電極
９ 第２電極
ＬＢ レーザ光
Ｌ２ ＣＯ2レーザ光
１１ 第１辺
１２ 第２辺
１３ 第３辺
１４ 第４辺
１５ 第５辺
１６ 第６辺
２１ 第１走査線
２２ 第２走査線
２３ 第３走査線
２４ 第４走査線
２５ 第５走査線
１ａ 第２主面
２ 半導体積層体
２ａ 第１半導体層
２ｂ 発光層
２ｃ 第２半導体層
３ ウェハ
４、４ａ、４ｂ、４ｃ 改質領域
５ａ、５ｂ 亀裂
７ 伸縮性シート
８ 第１電極
９ 第２電極
ＬＢ レーザ光
Ｌ２ ＣＯ2レーザ光
１１ 第１辺
１２ 第２辺
１３ 第３辺
１４ 第４辺
１５ 第５辺
１６ 第６辺
２１ 第１走査線
２２ 第２走査線
２３ 第３走査線
２４ 第４走査線
２５ 第５走査線
Claims (5)
- 第１主面及び第２主面を有するサファイアからなる基板及び該基板の前記第１主面に設けられた半導体積層体を有するウェハを準備する工程、
レーザ光を照射して、前記基板の内部に、前記第１主面に至る亀裂及び前記第２主面に至る亀裂を有する改質領域を形成する工程、
前記レーザ光を照射した領域に重ねて、ＣＯ2レーザを照射する工程、
前記ウェハを前記改質領域に沿って割断して平面視形状が六角形の発光素子を得る工程を含む発光素子の製造方法。 - 前記発光素子を得る工程において、伸縮性シートに前記ウェハを貼着し、前記伸縮性シートの前記ウェハと反対側から空気圧を加えることによって前記ウェハを割断する請求項１に記載の発光素子の製造方法。
- ＣＯ2レーザを照射する工程において、前記ＣＯ2レーザの出力が３Ｗ以上３０Ｗ以下である請求項２に記載の発光素子の製造方法。
- 前記改質領域を形成する工程において、前記レーザ光の照射を前記基板側から行う請求項１から３のいずれか一項に記載の発光素子の製造方法。
- 前記改質領域を形成する工程は、前記六角形のうち互いに平行な第１辺と第２辺に沿った第１方向に前記レーザ光を走査し、前記第１辺と前記第２辺とに前記レーザ光を照射する工程と、
前記六角形のうち互いに平行な第３辺と第４辺に沿った第２方向に前記レーザ光を走査し、前記第３辺と前記第４辺とに前記レーザ光を照射する工程と、
前記六角形のうち互いに平行な第５辺と第６辺に沿った第３方向に前記レーザ光を走査し、前記第５辺と前記第６辺とに前記レーザ光を照射する工程とを含む請求項１から４のいずれか一項に記載の発光素子の製造方法。
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2019
- 2019-07-01 JP JP2019123139A patent/JP7364860B2/ja active Active
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2020
- 2020-06-22 US US16/908,354 patent/US11489086B2/en active Active
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