JP2910811B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体ウエハーの切断方法 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体ウエハーの切断方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、青色発光ダイオード、
青色レーザーダイオード等の発光デバイスに使用される
窒化ガリウム系化合物半導体チップの製造方法に係り、
特にサファイア基板上に一般式InXAlYGa1-X-Y
(0≦X<1、0≦Y<1)で表される窒化ガリウム系化
合物半導体が積層された窒化ガリウム系化合物半導体ウ
エハーをチップ状に切断する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に発光ダイオード、レーザダイオー
ド等の発光デバイスにはステム上に発光源である半導体
チップが設けられている。半導体チップを構成する材料
として、例えば赤色、橙色、黄色、緑色ダイオードの場
合GaAs、GaAlAs、GaP等が知られており、
また青色ダイオードであればZnSe、InAlGa
N、SiC等が知られている。
【0003】従来、半導体材料が積層されたウエハーか
ら、発光デバイス用のチップに切り出す装置には一般に
ダイサー、またはスクライバーが使用されている。ダイ
サーとは一般にダイシングソーとも呼ばれ、刃先をダイ
ヤモンドとする円盤の回転運動により、ウエハーを直接
フルカットするか、または刃先巾よりも広い巾の溝を切
り込んだ後、外力によってカットする装置である。一
方、スクライバーとは同じく先端をダイヤモンドとする
針の往復直線運動によりウエハーに極めて細いスクライ
ブライン(罫書線)を例えば碁盤目状に引いた後、外力
によってカットする装置である。
【0004】これらの装置を用いて上記半導体材料をチ
ップ状にカットする際、例えばGaP、GaAs等のせ
ん亜鉛構造の結晶はへき開性が「110」方向にあるた
め、この性質を利用してスクライバーで、この方向にス
クライブラインを入れることにより簡単にチップ状に分
離できる。しかしながら、一般に窒化ガリウム系化合物
半導体はサファイア基板の上に積層されるため、そのウ
エハーは六方晶系というサファイア結晶の性質上、へき
開性を有しておらずスクライバーで切断することは不可
能であった。一方、ダイサーで切断する場合において
も、窒化ガリウム系化合物半導体ウエハーは、前記した
ようにサファイアの上に窒化ガリウム系化合物半導体を
積層したいわゆるヘテロエピタキシャル構造であるた
め、格子定数不整が大きく、また熱膨張率も異なるた
め、窒化ガリウム系化合物半導体がサファイア基板から
剥がれやすいという問題があった。さらにサファイア、
窒化ガリウム系化合物半導体両方ともモース硬度がほぼ
9と非常に硬い物質であるため、切断面にクラック、チ
ッピングが発生しやすくなり綺麗に切断することができ
なかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】窒化ガリウム系化合物
半導体の結晶性を損なわずに綺麗にチップ状に分離する
ことができれば、発光素子の出力、効率を向上させるこ
とができ、しかも一枚のウエハーから多くのチップが得
られ、生産性も向上させることができる。したがって本
発明はこのような事情を鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、サファイアを基板とする窒化ガリウ
ム系化合物半導体ウエハーをチップ状にカットするに際
し、切断面のクラック、チッピングの発生を防止し、歩
留良く、所望の形、サイズにカットする方法を提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】我々は、窒化ガリウム系
化合物半導体がサファイア基板上に積層されたウエハー
をチップ状に分離するにあたり、基板を研磨して薄くす
ることによりウエハーに発生する反りによる応力を利用
してスクライバーで分離した結果、前記問題が解決でき
ることを見いだした。即ち、本発明の方法は、サファイ
ア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体が積層されたウ
エハーをチップ状に切断する方法において、前記サファ
イア基板を研磨して薄くする研磨工程と、研磨されたサ
ファイア基板面をスクライブして、その研磨面にスクラ
イブラインを形成するスクライブ工程と、スクライブさ
れたウエハーがサファイア基板面を凸状として反り返る
応力により、前記スクライブラインからウエハーをチッ
プ状に分離する分離工程とを具備することを特徴とす
る。なお、スクライブとはすでに述べたように、スクラ
イバー等の装置に備えられた罫書針で線を刻みつけるこ
と、即ち、罫書線を入れることをいう。
【0007】前記研磨工程において、研磨するサファイ
ア基板の厚さは200μm以下、さらに好ましくは10
0μm以下の厚さに調整することが好ましい。なぜな
ら、窒化ガリウム系化合物半導体ウエハーは、サファイ
ア基板の厚さが通常300〜800μm、その上に積層
された窒化ガリウム系化合物半導体の厚さが多くとも数
十μmであり、そのほとんどがサファイア基板の厚さで
占められている。しかも、前記したように窒化ガリウム
系化合物半導体は格子定数、および熱膨張率の異なる材
料の上に積層されているため、サファイア基板を薄く研
磨するに従い、それらの歪によりサファイア基板側を凸
状として反り返る性質を有している。従って、200μ
mよりも厚いと、スクライブラインを深くしなければな
らなかったり、またウエハーの反りが少なくなるため、
スクライブラインの溝に係る応力が少なくなり破断面が
斜めになったりして、綺麗に割れにくい傾向にあるから
である。このようなことから、最も好ましい厚さは10
0μm以下である。また、基板の厚さの下限について
は、窒化ガリウム系化合物半導体の厚さによって歪の程
度が異なってくるため、特に特定しないが、研磨機、研
磨材等の種類を選定することによってかなり薄くまで研
磨することができる。しかし、スクライブする前にウエ
ハーの反りによりウエハー自体が割れやすくなるため、
実用的な値としては5μm以上が好ましい。さらにま
た、サファイア基板を鏡面研磨することにより、窒化ガ
リウム系化合物半導体に形成した電極パターンを、サフ
ァイア基板側から観察できるようになるので、次のスク
ライブ工程でスクライブラインを設定しやすくなるとい
う利点がある。
【0008】次に、スクライブ工程において、スクライ
ブは必ずサファイア基板側に行う必要がある。ウエハー
はサファイア基板側を凸状として反り返るため、窒化ガ
リウム系化合物半導体層側から行っても、ウエハーの応
力による恩恵を受けることができない。また窒化ガリウ
ム系化合物半導体層側から行うと結晶を傷つけたりする
ため好ましくない。さらに、スクライブ深さはサファイ
ア基板の厚さに対し10%以下の深さに調整することが
好ましい。深さは罫書針の先にかかる加重を調整する
か、または同一箇所を複数回スクライブすることによっ
て調整可能である。サファイア基板の厚さが厚い場合に
は、10%より深くスクライブする手段も有効である
が、例えば基板を100μm以下に研磨した場合、罫書
針の加重を多くして基板の厚さよりも10%以上スクラ
イブすると、スクライブラインから四方八方に分散して
割れやすくなり綺麗に切断できない傾向にある。本発明
の方法は、基板を研磨して発生するウエハーの反りによ
る応力を利用して分離できるため、罫書針の加重が少な
くて済み、10%以下の深さで十分切断できる。つま
り、罫書針を複数回往復してスクライブ深さを深くせず
とも、浅い深さで切断できる。このスクライブの深さの
下限も、研磨したサファイア基板の厚さにより異なるた
め、特に限定するものではないが、例えば100μm以
下に研磨した場合では、基板の厚さに対し5%以下、
0.1%以上の深さで入れれば、スクライブ中にでも十
分に切断できる。また、スクライブ工程において、スク
ライブする前にサファイア基板をわずかにダイシング
し、スクライブラインを入れる箇所を予め設定しておい
てもよい。
【0009】次に分離工程は、スクライブラインを入れ
たウエハーをチップ状に分離する工程であるが、ウエハ
ーがサファイア基板面を凸状にして反り返る応力を利用
して簡単に分離することができる。例えば、先の研磨工
程において、研磨されたウエハーは前記のように反り返
る性質を有しているが、次のスクライブ工程ではこの反
り返ったウエハーを真空チャック等で固定し、ほぼ水平
面として、サファイア基板をスクライブする。スクライ
ブ工程中、ほぼ水平面に保たれたウエハーは元の反り返
った状態に戻ろうとするため、ウエハー全体に上向きの
応力が作用する。このように上向きの応力が働いた状態
で、最上層のサファイア基板をスクライブすることによ
り、スクライブラインから簡単に割ることができる。ス
クライブラインが浅い場合でも、スクライブ後真空チャ
ックをはずした状態にすると、ウエハーは解放されて元
の反り返った状態に復帰するため、その応力を利用して
簡単に割ることができるのである。
【0010】
【作用】図1は、本発明の方法により切断される窒化ガ
リウム系化合物半導体ウエハーの模式断面図である。こ
の図において、1はサファイア基板、2は窒化ガリウム
系化合物半導体であり、Aは研磨される前のウエハー、
Bは研磨工程後のウエハー、Cは真空チャック等で固定
され、ほぼ平面状に押さえつけられたウエハーにスクラ
イブ工程でサファイア基板にスクライブラインを入れた
ウエハー、Dは分離工程で解放された状態のウエハーが
反り返り、波線部分より分離される前の状態を模式的に
示している。この図に示すように、研磨工程においてサ
ファイア基板を研磨して薄くすることにより、ウエハー
全体をサファイア基板を凸面として反り返らせ、再度そ
のウエハーをほぼ平面状としてスクライブすることによ
りスクライブラインを入れる。ウエハーの上向きの応力
は常時作用しているため、スクライブラインを入れてい
る最中、もしくは真空チャックから解放した際に、その
スクライブラインから綺麗に切断して分離することがで
きる。
【0011】
【実施例】[実施例1]厚さ330μm、大きさ2イン
チφのサファイア基板上に、n型GaN層とp型GaN
層とが合わせて5μmの厚さで積層されたウエハーを用
意し、そのp型GaN層、およびn型GaN層の上に、
常法に従い電極パターンを作成する。次に、ウエハーの
サファイア基板側を研磨器により研磨して、基板を10
0μmの厚さにラッピング、およびポリッシングする。
ポリッシングで基板を鏡面均一とし、容易にサファイア
基板面から電極パターンが確認できるようする。
【0012】次に、GaN層側に粘着テープを貼付し、
スクライバーのテーブル上に張り付け、真空チャックで
固定する。テーブルはX軸(左右)、Y軸(前後)方向
に移動することができ、回転可能な構造となっている。
固定後、スクライバーのダイヤモンド針で、サファイア
基板をX軸方向に300μmピッチ、5μmの深さで一
回スクライブする。テーブルを90゜回転させて今度は
Y軸方向に同様にしてスクライブする。このようにして
300μm角のチップになるようにスクライブラインを
入れる。
【0013】スクライブ後、真空チャックを解放する
と、ウエハーはすでに大部分がチップ状に分離されてい
た。最後にウエハーをテーブルから剥し取り、サファイ
ア基板側から軽くローラーで押さえることにより、2イ
ンチφのウエハーを300μm角のチップに分離し、チ
ップの切断面にクラック、チッピング等が発生しておら
ず外形不良の無いものを取りだしたところ、歩留は95
%以上であった。
【0014】[実施例2]研磨工程において、サファイ
ア基板の厚さを80μmとする他は実施例1と同様にし
て、チップに分離したところ、98%以上の歩留であっ
た。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
ると、窒化ガリウム系化合物半導体と薄く研磨したサフ
ァイア基板との熱膨張率、結晶構造の差、つまりミスフ
ィットによる欠点を逆に積極的に利用し、ウエハーが反
り返る応力を用いて分離するため、へき開性を有してい
ない窒化ガリウム系化合物半導体ウエハーでも、スクラ
イブによって、歩留よく綺麗に切断することができる。
またスクライブするため、ダイシングで切断する方法に
比べて、細かいチップが数多くでき、生産性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の方法により切断される窒化ガリウム
系化合物半導体ウエハーの模式断面図。
【符号の説明】
1・・・・・サファイア基板 2・・・・・窒化ガリウム系化合物半導体

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サファイア基板上に窒化ガリウム系化合
    物半導体が積層されたウエハーをチップ状に切断する方
    法において、 前記サファイア基板を研磨して薄くする研磨工程と、 研磨されたサファイア基板面をスクライブして、その研
    磨面にスクライブラインを形成するスクライブ工程と スクライブされたウエハーがサファイア基板面を凸状と
    して反り返る応力により、前記スクライブラインからウ
    エハーをチップ状に分離する分離工程とを具備すること
    を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体ウエハーの切
    断方法。
  2. 【請求項2】 前記研磨工程において、サファイア基板
    を200μm以下の厚さで研磨することを特徴とする請
    求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半導体ウエハーの
    切断方法。
  3. 【請求項3】 前記スクライブ工程において、サファイ
    ア基板の厚さに対し10%以下の深さでスクライブする
    ことを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系化合
    物半導体ウエハーの切断方法。
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