JP3449201B2 - 窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は紫外域から橙色まで
発光可能な発光ダイオードやレーザーダイオード、更に
は高温においても駆動可能な３-５族半導体素子の製造
方法に係わり、特に、基板上に形成された窒化物半導体
素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】今日、高エネルギーバンドギャップを有す
る窒化物半導体（Ｉｎ_XＧａ_YＡｌ_{1- X-Y}Ｎ、０≦Ｘ、０
≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を利用した半導体素子が開発されつ
つある。窒化物半導体を利用したデバイス例として、青
色、緑色や紫外がそれぞれ発光可能な発光ダイオードや
青紫光が発光可能な半導体レーザが報告されている。更
には高温においても安定駆動可能且つ機械的強度が高い
各種半導体素子などが挙げられる。

【０００３】通常、ＧａＡｓ、ＧａＰやＩｎＧａＡｌＡ
ｓなどの半導体材料が積層された半導体ウエハーは、チ
ップ状に切り出され赤色、橙色、黄色などが発光可能な
ＬＥＤチップなどの半導体素子として利用される。半導
体ウエハーからチップ状に切り出す方法としては、ダイ
サー、やダイヤモンドスクライバーが用いられる。ダイ
サーとは刃先をダイヤモンドとする円盤の回転運動によ
りウエハーをフルカットするか、又は刃先巾よりも広い
巾の溝を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によりカ
ットする装置である。一方、ダイヤモンドスクライバー
とは同じく先端をダイヤモンドとする針などにより半導
体ウエハーに極めて細い線（スクライブ・ライン）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。ＧａＰやＧａＡｓ等のせん亜鉛構造の結晶は、
へき開性が「１１０」方向にある。そのため、この性質
を利用してＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＰなどの半導
体ウエハーを比較的簡単に所望形状に分離することがで
きる。

【０００４】しかしながら、窒化物半導体を利用した半
導体素子は、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓやＧａＡｓ半導体基
板上に形成させたＧａＡｓＰ、ＧａＰやＩｎＧａＡｌＡ
ｓなどの半導体素子とは異なり単結晶を形成させること
が難しい。結晶性の良い窒化物半導体の単結晶膜を得る
ためには、ＭＯＣＶＤ法やＨＤＶＰＥ法などを用いサフ
ァイアやスピネル基板など上にバッファー層を介して形
成させることが行われている。サファイア基板などの上
に形成された窒化物半導体層を所望の大きさに切断分離
することによりＬＥＤチップなど半導体素子を形成させ
なければならない。

【０００５】サファイアやスピネルなどに積層される窒
化物半導体はヘテロエピ構造である。窒化物半導体はサ
ファイア基板などとは格子定数不整が大きい。また、サ
ファイア基板は六方晶系という結晶構造を有しており、
その性質上へき開性を有していない。さらに、サファイ
ア、窒化物半導体ともモース硬度がほぼ９と非常に硬い
物質である。

【０００６】したがって、ダイヤモンドスクライバーで
切断することは困難であった。また、ダイサーでフルカ
ットすると、その切断面にクラック、チッピングが発生
しやすく綺麗に切断できなかった。また、場合によって
は基板から窒化物半導体層が部分的に剥離する場合があ
った。

【０００７】窒化物半導体の結晶性を損傷することなく
半導体ウエハーを正確にチップ状に分離することができ
れば、半導体素子の電気特性や効率を向上させることが
できる。しかも、１枚の半導体ウエハーから多くの半導
体チップを得ることができるため生産性をも向上させら
れる。

【０００８】そのため窒化物半導体ウエハーはダイヤモ
ンドスクライバーやダイサーを組み合わせて所望のチッ
プごとに分離することが行われている。チップごとの分
離方法として特開平８−２７４３７１号などに記載され
ている。具体的一例として、図５（Ａ）から図５（Ｄ）
に窒化物半導体素子の製造方法を示す。サファイア基板
(501)上に窒化物半導体層(502)が形成された半導体ウエ
ハー(500)を図５（Ａ）に示している。サファイア基板
下面側から窒化物半導体層に達しない深さでダイサー
（不示図）による溝部(509)を形成する工程を図５
（Ｂ）に示している。溝部(509)にスクライブ・ライン
(507)を形成する工程を図５（Ｃ）に示してある。スク
ライブ工程の後半導体ウエハー(500)をチップ状の半導
体発光素子(510)に分離する分離工程を図５（Ｄ）に示
してある。これにより、切断面のクラック、チッピング
が発生することなく比較的綺麗に切断することができる
とされている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
ウエハーの一方のみにスクライブ・ラインなどを形成さ
せると分離時に他方の切断面にクラック、チッピングが
発生しやすい傾向にある。分離された窒化物半導体素子
の一表面形状は揃えることが可能であるが、窒化物半導
体素子の他方の表面形状ではバラツキが発生し、半導体
ウエハーにクラックやチッピングが生じやすい。したが
って、半導体ウエハーを分離するときに、スクライブ・
ライン形成面側から形成されていない半導体ウエハー面
側への割れかたを制御し完全に窒化物半導体素子の形状
を揃えて切断することは極めて難しいという問題を有す
る。

【００１０】他方、半導体ウエハーの両面にスクライブ
・ラインを形成させ窒化物半導体ウエハーの割れ方を制
御することは可能である。しかし、窒化物半導体ウエハ
ーの両主面にスクライブ・ラインを形成するには半導体
ウエハーをゴミの付着などを防止しつつ、ひっくり返し
再度固定する工程が必要となり極めて量産性が悪くな
る。また、サファイア基板上に形成された窒化物半導体
の半導体ウエハー硬度は極めて高くダイヤモンドスクラ
イバーのカッター刃先などの消耗、劣化が多くなり加工
精度のバラツキ、刃先交換の為の製造コストが発生す
る。さらには、ダイヤモンドスクライバーでスクライブ
・ラインを形成させると刃先の磨耗に応じてダイヤモン
ドスクライバーの加重を変えなければならない。また、
ダイヤモンドスクライバーによりスクライブ・ラインを
形成させるためにはそのダイヤモンドの刃先ごとに適し
た角度で接触させなければならず極めて量産性が悪いと
いう問題を有する。

【００１１】より小さい窒化物半導体素子を正確に量産
性よく形成させることが望まれる今日においては上記切
断方法においては十分ではなく、より優れた窒化物半導
体素子の製造方法が求められている。

【００１２】特に、窒化物半導体の結晶性を損傷するこ
となく半導体ウエハーを正確にチップ状に分離すること
ができれば、半導体素子の電気特性や効率を向上させる
ことができる。しかも、１枚のウエハーから多くの窒化
物半導体素子を得ることができるため生産性をも向上さ
せられる。

【００１３】したがって、本発明は窒化物半導体ウエハ
ーをチップ状に分離するに際し、切断面のクラック、チ
ッピングの発生をより少なくする。また、窒化物半導体
の結晶性を損なうことなく、かつ歩留まりよく所望の
形、サイズに分離された窒化物半導体素子を量産性良く
形成する製造方法を提供することを目的とするものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板(101)上
に窒化物半導体(102)が形成された半導体ウエハー(100)
を窒化物半導体素子(110)に分割する窒化物半導体素子
(110)の製造方法である。特に、半導体ウエハー(100)は
第１及び第２の主面を有し第１の主面(111)側及び／又
は第２の主面(121)側からレーザーを半導体ウエハー(10
0)を介して照射し少なくとも基板(101)の第２の主面(12
1)側及び／又は基板(101)の第１の主面(111)側に形成さ
れたレーザーの焦点にスクライブ・ライン(103)を形成
する工程と、スクライブ・ラインに沿って半導体ウエハ
ーを分離する工程とを有する窒化物半導体素子の製造方
法である。

【００１５】本発明の請求項２に記載された窒化物半導
体素子の製造方法においては、第１の主面(111)が基板
(101)上の一方にのみ窒化物半導体(102)が形成された半
導体ウエハー(100)の窒化物半導体積層側であり、第２
の主面(121)が半導体ウエハー(100)を介して第１の主面
(111)と対向する基板露出面側である。

【００１６】本発明の請求項３に記載された窒化物半導
体素子の製造方法において、スクライブ・ラインが基板
露出面に形成された凹部(103)である。

【００１７】本発明の請求項４に記載された窒化物半導
体素子の製造方法においては、スクライブ・ラインが基
板内部に形成された加工変質層(206)である。

【００１８】本発明の請求項５に記載された窒化物半導
体素子の製造方法においては、レーザーが照射される半
導体ウエハー(100)の第１の主面(111)側及び／又は第２
の主面(121)側にダイヤモンドスクライバー、ダイサ
ー、レーザー加工機から選択される少なくとも１種によ
ってスクライブ・ラインと略平行の溝部(104)を形成す
る工程を有する。

【００１９】本発明の請求項６に記載の窒化物半導体素
子の製造方法は、基板(101)上の一方にのみ窒化物半導
体(102)が形成された半導体ウエハー(100)を窒化物半導
体素子(110)に分割する窒化物半導体素子の製造方法で
あって、第１及び第２の主面を有する半導体ウエハー(1
00)の窒化物半導体(102)が形成された第１の主面(111)
側からレーザーを照射して第２の主面(121)側でありレ
ーザーの焦点にスクライブ・ライン(103)を形成する工
程と、第１の主面(111)側からスクライブ・ライン(103)
と略平行であり基板(101)表面に達する溝部(104)を形成
する工程と、スクライブ・ライン(103)に沿って半導体
ウエハー(100)を分離する工程とを有する。

【００２０】本発明の請求項７に記載の窒化物半導体素
子の製造方法においては、溝部(204)が第１の主面(211)
側の予め基板が露出された表面に形成される。

【００２１】本発明の請求項８に記載の窒化物半導体素
子の製造方法は、基板(301)上の一方にのみ窒化物半導
体(302)が形成された半導体ウエハー(300)を窒化物半導
体素子(310)に分割する窒化物半導体素子の製造方法で
あって、第１及び第２の主面を有する半導体ウエハー(3
00)の窒化物半導体(302)が形成された第１の主面(311)
と対向する第２の主面(321)側からレーザーを照射して
基板(301)の第１の主面(311)側でありレーザーの焦点に
スクライブ・ライン(308)を形成する工程と、第２の主
面(321)側から窒化物半導体(302)に達しない溝部(309)
をスクライブ・ライン(308)と略平行に形成する工程
と、スクライブ・ライン(308)に沿って半導体ウエハー
(300)を分離する工程とを有する

【発明の実施の形態】本発明者らは種々実験の結果、窒
化物半導体素子を製造する場合において半導体ウエハー
の特定箇所に特定方向からレーザーを照射することによ
り、半導体特性を損傷することなく量産性に優れた窒化
物半導体素子を製造することができることを見いだし本
発明を成すに到った。

【００２２】即ち、本発明の方法により窒化物半導体素
子の分離ガイドとなるスクライブ・ラインを窒化物半導
体層を損傷することなく窒化物半導体ウエハーを透過し
てレーザー照射面側以外の任意の点に形成することがで
きる。特に、同一面側から窒化物半導体素子に悪影響を
引き起こすことなく半導体ウエハーの両面を比較的簡単
に加工することができる。以下、本発明の製造方法につ
いて詳述する。

【００２３】半導体ウエハーとして、ＬＤ（laser diod
e）となる構成の窒化物半導体層をスピネル基板上に形
成させた。具体的には、スピネル基板上に、ＧａＮのバ
ッファー層、ｎ型ＧａＮのコンタクト層、ｎ型ＡｌＧａ
Ｎのクラッド層、ｎ型ＧａＮの光ガイド層、Ｓｉをドー
プしＩｎの組成を変化させた多重量子井戸構造となるＩ
ｎＧａＮの活性層、ｐ型ＡｌＧａＮのキャップ層、ｐ型
ＧａＮの光ガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮのクラッド層及び
ｐ型ＧａＮのコンタクト層が積層されている。この半導
体ウエハーのスピネル基板側からＣＯ₂レーザーを照射
して窒化物半導体層とスピネル基板の界面に加工変質層
をスクライブ・ラインとして形成させた。スクライブ・
ラインと略平行にダイサーによりスピネル基板上に溝を
形成させる。ローラーにより溝に沿って加圧することで
窒化物半導体素子を形成させた。分離された窒化物半導
体素子は何れも端面が綺麗に形成されている。以下、本
発明の工程に用いられる装置などについて詳述する。

【００２４】（窒化物半導体ウエハー１００、２００、
３００、４００）窒化物半導体ウエハー１００、２０
０、３００、４００としては、基板１０１上に窒化物半
導体１０２が形成されたものである。窒化物半導体１０
２の基板１０１としては、サファイア、スピネル、炭化
珪素、酸化亜鉛や窒化ガリウム単結晶など種々のものが
挙げられるが量産性よく結晶性の良い窒化物半導体層を
形成させるためにはサファイア基板、スピネル基板など
が好適に用いられる。サファイア基板などは劈開性がな
く極めて硬いため本発明が特に有効に働くこととなる。
窒化物半導体は基板の一方に形成させても良いし両面に
形成させることもできる。

【００２５】窒化物半導体（Ｉｎ_XＧａ_YＡｌ_1-X-YＮ、
０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）はＭＯＣＶＤ法やＨＶＰ
Ｅ法などにより種々形成することができる。窒化物半導
体にＰＮ接合、ＰＩＮ接合、ＭＩＳ接合を形成させるこ
とにより半導体素子として利用することができる。半導
体の構造もホモ接合、ヘテロ接合やダブルへテロ接合な
ど種々選択することができる。また、半導体層を量子効
果が生じる程度の薄膜とした単一量子井戸構造や多重量
子井戸構造とすることもできる。

【００２６】窒化物半導体はバンドギャップが比較的大
きく熱に強いことから紫外から赤色系まで発光可能な発
光ダイオード、ＤＶＤなどに利用可能な短波長レーザー
などの発光素子、光センサーや比較的高起電力を有する
太陽電池などの受光素子、耐熱性を持つトランジスター
など種々の半導体素子として利用することができる。

【００２７】基板の厚さとしてはレーザー加工機の加工
精度や出力により種々選択することができるがレーザー
により大きい溝（深い溝）を形成させる場合はダイヤモ
ンドスクライバーやダイサーに比べて時間が掛かること
及び長時間の加熱による部分的な破壊などの観点からレ
ーザー加工による溝などを大きくさせすぎないことが好
ましい。したがって、半導体ウエハーに形成される溝部
１０４はレーザーによる他、量産性等を考慮してダイサ
ーやダイヤモンドスクライバーにより種々選択すること
ができる。或いはそれらの組み合わせにより形成させる
ことができる。

【００２８】窒化物半導体が積層されたサファイア基板
を分離させる場合、切断端面を量産性良く切断させるた
めに窒化物半導体ウエハーの最も薄い分離部の厚みは１
００μｍ以下が好ましい。１００μｍ以下だとチッピン
グやクラックなどが少なく比較的容易に分離することが
できる。基板の厚さの下限値は特に問わないが、あまり
薄くすると半導体ウエハー自体が割れやすく量産性が悪
くなるため３０μｍ以上が好ましい。また、窒化物半導
体層が単一量子井戸構造や多重量子井戸構造などの薄膜
を含む場合、レーザー照射による半導体接合や半導体層
の損傷を防ぐ目的で予めレーザーが照射される窒化物半
導体層をエッチングなどにより予め除去することもでき
る。エッチングは種々のドライエッチング法やウエット
エッチング法を用いることができる。

【００２９】発光ダイオード用の窒化物半導体ウエハー
とする場合、基板で通常３００μｍから５００μｍの厚
みがあり、ｐｎ接合を持つ窒化物半導体層で数μｍから
数十μｍの厚みがある。したがって、半導体ウエハーの
ほとんどが基板の厚みで占められることとなる。レーザ
ーによる加工を行いやすくするために基板の厚みを研磨
により薄くすることができる。このような研磨は、窒化
物半導体を形成させてから薄くしても良いし薄く研磨し
た基板上に窒化物半導体を形成させることもできる。

【００３０】なお、レーザーが照射された窒化物半導体
ウエハーは、その焦点となる照射部が選択的に飛翔した
凹部１０３、４０３或いは微視的なマイクロ・クロック
の集合である加工変質層２０６、３０８になると考えら
れる。また、第１の主面側、第２の主面側とは加工分離
される半導体ウエハーの総膜厚を基準として、総膜厚の
半分からその第１の主面或いは第２の主面に向けての任
意の位置を言う。したがって、半導体ウエハーの表面で
も良いし内部でも良い。さらに、本発明は第１の主面側
及び／又は第２の主面側のレーザー加工に加えて半導体
ウエハーの総膜厚の中心をレーザー加工させても良い。

【００３１】（レーザー加工機）本発明に用いられるレ
ーザー加工機としては、窒化物半導体ウエハーが分離可
能な溝、加工変質層などが形成可能なものであればよ
い。具体的には、ＣＯ₂レーザー、ＹＡＧレーザーやエ
キシマ・レーザーなどが好適に用いられる。

【００３２】レーザー加工機によって照射されるレーザ
ーはレンズなどの光学系により所望により種々に焦点を
調節させることができる。したがって、同一方向からの
レーザー照射により半導体ウエハーの任意の焦点に窒化
物半導体を損傷させることなく溝、加工変質層などを形
成させることができる。また、レーザーの照射面は、フ
ィルターを通すことなどにより真円状、楕円状や矩形状
など所望の形状に調節させることもできる。

【００３３】レーザー加工機によるスクライブ・ライン
の形成にはレーザー照射装置自体を移動させても良いし
照射されるレーザーのみミラーなどで走査して形成させ
ることもできる。さらには、半導体ウエハーを保持する
ステージを上下、左右、９０度回転など種々駆動させる
ことにより所望のスクライブ・ラインを形成することも
できる。以下、本発明の実施例について詳述するが実施
例のみに限定されるものでないことは言うまでもない。

【００３４】

【実施例】（実施例１）厚さ２００μｍであり洗浄され
たサファイアを基板としてＭＯＣＶＤ法を利用して窒化
物半導体を積層させ窒化物半導体ウエハーを形成させ
た。窒化物半導体は基板を分離した後に発光素子とする
ことが可能なよう多層膜として成膜させた。まず、５１
０℃において原料ガスとしてＮＨ₃（アンモニア）ガ
ス、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス及びキャリアガ
スである水素ガスを流すことにより厚さ約２００オング
ストロームのバッファー層を形成させた。

【００３５】次に、ＴＭＧガスの流入を止めた後、反応
装置の温度を１０５０℃に挙げ再びＮＨ₃（アンモニ
ア）ガス、ＴＭＧガス、ドーパントガスとしてＳｉＨ₄
（シラン）ガス、キャリアガスとして水素ガスを流すこ
とによりｎ型コンタクト層として働く厚さ約４μｍのＧ
ａＮ層を形成させた。

【００３６】活性層は、一旦、キャリアガスのみとさせ
反応装置の温度を８００℃に保持し後、原料ガスとして
ＮＨ₃（アンモニア）ガス、ＴＭＧガス、ＴＭＩ（トリ
メチルインジウム）及びキャリアガスとして水素ガスを
流すことにより厚さ約３ｎｍのアンドープＩｎＧａＮ層
を堆積させた。

【００３７】活性層上にクラッド層を形成させるため原
料ガスの流入を停止し反応装置の温度を１０５０℃に保
持した後、原料ガスとしてＮＨ₃（アンモニア）ガス、
ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、ＴＭＧガス、
ドーパントガスとしてＣｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエル
マグシウム）ガス及びキャリアガスとして、水素ガスを
流しｐ型クラッド層として厚さ約０．１μｍのＧａＡｌ
Ｎ層を形成させた。

【００３８】最後に、反応装置の温度を１０５０℃に維
持し原料ガスとしてＮＨ₃（アンモニア）ガス、ＴＭＧ
ガス、ドーパントガスとしてＣｐ₂Ｍｇガス及びキャリ
アガスとして水素ガスを流しｐ型コンタクト層として厚
さ約０．５μｍのＧａＮ層を形成させた（図１
（Ａ））。（なお、ｐ型窒化物半導体層は４００℃以上
でアニール処理してある。） こうして形成された半導体ウエハー１００を形成された
窒化物半導体１０２が上になるように上下・左右の平面
方向に自由に駆動可能なテーブル上に固定させた。レー
ザー光線（波長３５６ｎｍ）をサファイア基板１０１上
に形成された窒化物半導体１０２側から照射し、焦点が
サファイア基板１０１の略底面に結ばれるようにレーザ
ーの光学系を調整した。調整したレーザーを１６Ｊ／ｃ
ｍ²で照射させながらステージを移動させることにより
サファイア基板１０１の底面に深さ約４μｍのスクライ
ブ・ライン１０３を縦横に形成する。形成されたスクラ
イブ・ライン１０３は、窒化物半導体ウエハー１００の
主面から見るとそれぞれがその後に窒化物半導体素子１
１０となる約３５０μｍ角の大きさに形成させてある
（図１（Ｂ））。

【００３９】次に、レーザー加工機のレーザー照射部の
みダイシングソーと入れ替え窒化物半導体ウエハーの固
定を維持したままダイサーにより、半導体ウエハー１０
０に窒化物半導体１０２の上面からサファイア基板１０
１に達する溝部１０４を形成する。ダイサーにより形成
された溝部１０４は、レーザー照射により形成されたス
クライブ・ライン１０３と半導体ウエハー１００を介し
て平行に形成されており、溝部１０４底面とサファイア
基板１０１側の底面との間隔が、１００μｍでほぼ均一
にさせた（図１（Ｃ））。

【００４０】スクライブ・ライン１０３に沿って、不示
図のローラーにより荷重を作用させ、窒化物半導体ウエ
ハーを切断分離することができる。分離された端面はい
ずれもチッピングやクラックのない窒化物半導体素子１
１０を形成することができる（図１（Ｄ））。

【００４１】実施例１ではレーザーが照射される窒化物
半導体１０２が形成された半導体ウエハー１００の表面
側ではなく窒化物半導体１０２及びサファイア基板１０
１を透過した半導体ウエハー１００の裏面側となるサフ
ァイア基板１０１底面で集光されたレーザーによりスク
ライブ・ライン１０３が形成される。

【００４２】半導体ウエハー１００の窒化物半導体１０
２が形成された主面側（レーザー照射側）からサファイ
アなどの基板１０１に達する溝部１０４を形成すること
で、容易にかつ正確にスクライブ・ライン１０４に沿っ
て窒化物半導体素子１１０を分割することができる。

【００４３】なお、スクライブ・ライン１０３の形成を
レーザーで行うため、ダイヤモンドスクライバーの如
き、カッターの消耗、劣化による加工精度のバラツキ、
刃先交換のために発生するコストを低減することができ
る。また、半導体ウエハーの片側からだけの加工で、半
導体ウエハー両面から加工したのと同様の効果を得ら
れ、上面、裏面においても形状の揃った窒化物半導体素
子１１０を製造することが可能となり、製造歩留まりを
高め、形状のバラツキが低減できる分、特に、切り代を
小さくし、半導体素子の採り数を向上させることが可能
となる。さらに、スクライブ・ライン１１０をサファイ
ア基板１０１側の表面で形成させるためにレーザーによ
る加工くずが窒化物半導体１０２上に付着することなく
スクライブ・ラインを形成することができる。

【００４４】（実施例２）実施例１と同様にして形成さ
せた半導体ウエハーに、ＲＩＥ（Reactive Ion Etchin
g）によって窒化物半導体表面側から溝が形成されるサ
ファイア基板との境界面が露出するまでエッチングさせ
複数の島状窒化物半導体層２０５が形成された半導体ウ
エハーを用いる。なお、エッチング時にｐｎ各半導体が
露出するようマスクを形成させエッチング後除去させて
ある。また、ｐｎ各半導体層には、電極２２０がスパッ
タリング法により形成されている（図２（Ａ））。

【００４５】この半導体ウエハー２００を実施例１と同
様のレーザー加工機に固定配置させた。実施例２におい
てもレーザー加工機からのレーザーを窒化物半導体ウエ
ハーの窒化物半導体２０５側から照射し、焦点がサファ
イア基板２０１の底面から２０μmのサファイア基板内
部に結ばれるようにレーザー光学系を調整する。調整し
たレーザー光線を１６Ｊ／ｃｍ²で照射させながらステ
ージを移動させることによりサファイア基板の底面付近
の基板内部に加工変質層２０６となるスクライブ・ライ
ンを形成する（図２（Ｂ））。

【００４６】次に、レーザー光学系（不示図）を調整し
直し、焦点がエッチングにより露出されたサファイア基
板２０１の上面（窒化物半導体の形成面側）に結ばれる
ように調整した。調整したレーザーを照射させながらス
テージを移動させることにより、半導体ウエハーに窒化
物半導体層側の上面からサファイア基板に達する溝部を
形成する。形成された溝部２０４は、加工変質層２０６
とサファイア基板２０１を介して略平行に形成させてあ
る。なお、レーザー照射により形成されたサファイア基
板２０１上の溝部２０４は、溝部の底面とサファイア基
板の底面との間隔が、約１００μｍで、ほぼ均一になる
ように調整してある。さらに、レーザー光学系を調節し
直し、焦点がサファイア基板２０１に設けられた溝部底
面に結ばれるよう調節した。調節したレーザーを１４Ｊ
／ｃｍ²で照射させながらステージを移動させることに
より、窒化物半導体が形成されたサファイア基板の露出
面に設けられた溝部２０４の底面に深さ約３μｍのスク
ライブ・ライン２０７を形成する（図２（Ｃ））。

【００４７】続いて、溝部（スクライブ・ライン）に沿
ってローラーによって荷重をかけ半導体ウエハーを切断
し、ＬＥＤチップ２１０を分離させた（図２（Ｄ））。

【００４８】こうして形成されたＬＥＤチップに電力を
供給したところいずれも発光可能であると共に切断端面
にはチッピングが生じているものはほとんどなかった。
歩留まりは９８％以上であった。

【００４９】実施例２では半導体ウエハーの片面側から
レーザーにより基板表裏両面にスクライブ・ラインを形
成することで、厚みがある窒化物半導体ウエハーでもス
クライブ・ラインに沿って簡単に窒化物半導体素子を分
割するることが可能となる。また、溝の形成される部分
が、サファイア基板までエッチングされているため、溝
形成による窒化物半導体への損傷がより少なく分離させ
た後の窒化物半導体素子の信頼性を向上させることが可
能である。特に、スクライブ・ラインが形成されると
き、レーザーの焦点がサファイア基板内部で結ばれてい
ることから、半導体ウエハーを固定している、テーブル
若しくは粘着性シートを損傷することなく加工が実現で
きる。また、レーザー照射による加工くずの発生もな
い。なお、全てをレーザー加工でなく溝の形成をダイサ
ーで行っても本発明と同様に量産性良く窒化物半導体素
子を形成することができる。

【００５０】レーザーによって溝部、スクライブ・ライ
ンを窒化物半導体ウエハーに対して非接触で加工でき
る。そのため、ブレード及びカッターの消耗、劣化によ
る加工精度のバラツキ、刃先の交換のために発生するコ
ストを低減できる。また、半導体ウエハーの片側からだ
けの加工で、半導体ウエハー両面から加工したのと同様
の効果を得られ、形状の揃った半導体チップを製造する
ことが可能となる。製造歩留まりを高め形状のバラツキ
が低減できる分切り代を小さくし、窒化物半導体ウエハ
ーからの半導体素子の採り数を向上させることが可能と
なる。

【００５１】さらに、半導体層面からの溝部をもレーザ
ーにより形成することで、より幅の狭い溝を形成するこ
とが可能となる。このため窒化物半導体ウエハーからの
チップの採り数をさらに向上させることが可能となる。

【００５２】（実施例３）実施例１と同様にして形成さ
せた半導体ウエハー３００に、予めサファイア基板３０
１を８０μｍまで研磨して鏡面仕上げされている。この
半導体ウエハーを窒化物半導体３０２が積層されていな
いサファイア基板３０１面を上にして実施例１と同様の
レーザー加工機のステージに固定配置させた（図３
（Ａ））。

【００５３】実施例３においてはレーザー加工機（不示
図）からのレーザーを窒化物半導体ウエハー３００の窒
化物半導体３０２が形成されていないサファイア基板３
０１面側（基板露出面側）から照射し、焦点が窒化物半
導体３０２とサファイア基板３０１の界面に結ばれるよ
うにレーザー光学系を調整しする。ステージを駆動させ
ながらレーザーを照射することにより窒化物半導体３０
２及び窒化物半導体と接したサファイア基板３０１界面
近傍に加工変質層３０８であるスクライブ・ラインを縦
横に第１のスクライブ・ラインとして形成する（図３
（Ｂ））。

【００５４】次に、レーザー加工機のレーザー照射部の
みダイシングソー（不示図）と入れ替え窒化物半導体ウ
エハーの固定を維持したままダイサーによりブレード回
転数３０，０００ｒｐｍ、切断速度３ｍｍ／ｓｅｃで窒
化物半導体が積層されていないサファイア基板底面側か
ら窒化物半導体面に達しない溝部３０９を形成した。ダ
イサーにより形成された溝部は、縦横とも加工変質層３
０８と略平行に設けられ溝部３０９の底面とサファイア
基板底面との間隔が、５０μｍでほぼ均一になるように
形成させる。さらに、ダイシングソーをレーザー加工機
と入れ替えレーザーの焦点をダイサーにより形成された
溝部３０９の底面に合わせる。レーザー照射により、サ
ファイア基板３０１に形成された溝部３０９の底面に深
さ約３μｍの第２のスクライブ・ライン３０７を形成す
る（図３（Ｃ））。

【００５５】第２のスクライブ・ライン３０７に沿っ
て、ローラー（不示図）により荷重をかけ窒化物半導体
ウエハーを切断分離し窒化物半導体素子３１０を形成さ
せた（図３（Ｄ））。こうして形成された窒化物半導体
素子の切断端面にはチッピングが生じているものはほと
んどなかった。

【００５６】実施例３に記載の方法は、サファイアなど
基板３０１裏面側から窒化物半導体３０２に達しない溝
部３０９を別途形成することで、レーザーにより形成さ
れたスクライブ・ラインに沿って容易にかつ正確に窒化
物半導体素子３１０を分離することが可能となる。した
がって、上面、裏面においても形状の揃った窒化物半導
体素子の供給、及び製品歩留まりの向上が可能となる。
なお、ダイサーによる加工の後に、レーザー加工による
第１及び第２のスクライブ・ラインの形成を形成するこ
ともできる。第１及び第２のスクライブ・ライン形成後
にダイサーによる加工をすることもできる。

【００５７】スクライブ・ラインの形成をレーザーで行
うため、ダイヤモンドスクライバーのカッター消耗、劣
化による加工精度のバラツキ、刃先交換のために発生す
るコストを低減することができる。また、窒化物半導体
ウエハーをひっくり返すことなく、半導体ウエハーの片
側からだけの加工で半導体ウエハー両面から加工したの
と同様の効果を得られる。形状の揃った半導体チップを
製造することが可能となり、製造歩留まりを高め形状の
バラツキが低減できるため切り代を小さくし、窒化物半
導体ウエハーからの半導体チップの採り数を向上させる
ことが可能となる。さらに、レーザー加工による加工く
ずが窒化物半導体表面に付着することもない。

【００５８】（実施例４）実施例１と同様にして形成さ
せた半導体ウエハーに、ＲＩＥ（Reactive Ion Etchin
g）によって窒化物半導体表面側から溝が形成されるサ
ファイア基板４０１との境界面が露出するまでエッチン
グさせ複数の島状窒化物半導体４０５が形成された半導
体ウエハー４００を用いる。なお、エッチング時にｐｎ
各半導体が露出するようマスクを形成させエッチング後
除去させてある。また、ｐｎ各半導体層には、電極４２
０がスパッタリング法により形成されている。この半導
体ウエハー４００のサファイア基板４０１を１００μｍ
まで研磨して鏡面仕上げさせる（図４（Ａ））。

【００５９】半導体ウエハー４００を窒化物半導体が全
く積層されていないサファイア基板４０１を上にして実
施例１と同様のレーザー加工機（不示図）に固定配置さ
せた。実施例４においてはレーザー加工機のレーザーを
半導体ウエハー（４００）の窒化物半導体４０５が形成
されていないサファイア基板４０１面側から照射し、焦
点は窒化物半導体４０５が積層されたサファイア基板表
面側の（予め基板が露出された）表面近傍に結ばれるよ
うにレーザー光学系（不示図）を調整し、レーザー走査
によりサファイア基板４０１に深さ約４μｍの第１のス
クライブ・ライン４０３を縦横に形成する（図４
（Ｂ））。

【００６０】次に、レーザー光学系を再び調整してレー
ザーの走査により、窒化物半導体ウエハーにサファイア
基板４０１側から窒化物半導体４０５面に達しない溝部
４０９を第１のスクライブ・ライン４０３に沿って形成
する。レーザー光学系を再び調整してレーザーの走査に
より、溝部の底面に深さ約３μｍの第２のスクライブ・
ラインを形成する（図４（Ｃ））。

【００６１】スクライブ・ラインに沿って、ローラー
（不示図）により荷重をかけ窒化物半導体ウエハーを分
離し窒化物半導体素子４１０を形成させる（図４
（Ｄ））。

【００６２】分離された窒化物半導体素子であるＬＥＤ
チップに通電させたところ何れも発光可能であり、その
端面を調べたところチッピングやクラックが生じている
ものはほとんどなかった。歩留まりは９８％以上であっ
た。

【００６３】スクライブ・ラインの形成をレーザーで行
うため、ダイヤモンドスクライバーのカッターの消耗、
劣化による加工精度のバラツキ、刃先交換のために発生
するコストを低減することができる。また、窒化物半導
体ウエハーの片側からだけの加工で、半導体ウエハー両
面から加工したのと同様の効果を得られ、形状の揃った
半導体素子を製造することが可能となり、製造歩留まり
を高め、形状のバラツキが低減できる分、切り代を小さ
くし、窒化物半導体ウエハーからの半導体チップの採り
数を向上させることが可能となる。

【００６４】（実施例５）実施例１のＹＡＧレーザーの
照射の代わりにエキシマ・レーザーを用いた以外は実施
例１と同様にして半導体ウエハーを分離してＬＥＤチッ
プを形成させた。実施例１と同様半導体ウエハーを分離
させるときに半導体ウエハーを裏返すことなく分離する
ことができる。また、形成されたＬＥＤチップの分離端
面はいずれも発光可能でありチッピングやクラックのな
い綺麗な面を有している。

【００６５】（比較例１）レーザー加工の代わりにダイ
ヤモンドスクライバーにより繰り返し３回スクライブし
た以外は実施例１と同様にして半導体ウエハーを分離さ
せた。比較例１の分離された窒化物半導体素子は部分的
にクラックが生じていた。また、割れが生じ約８４％以
下の歩留まりであった。なお、半導体ウエハーの両面に
スクライブ・ラインやダイサーによる溝を形成させるた
めにひっくり返すなどの手間がかかり作業性が極めて悪
く約１．５倍の時間が掛かった。

【００６６】

【発明の効果】本発明の窒化物半導体素子の製造方法で
は、レーザー源から照射したレーザーをレンズなどの光
学系で集光することにより、所望の焦点付近でエネルギ
ーを集中させることができる。このエネルギー密度が非
常に高くなった焦点でワークの加工がなされる。特に、
窒化物半導体ウエハーを透過したレーザーの焦点を利用
する。不要な分離部となる窒化物半導体ウエハーに光学
系で調整したレーザーを照射し、必要な窒化物半導体層
の損傷をすることなく窒化物半導体ウエハーのレーザー
照射面に対して半導体ウエハーの反対側の面まで自由に
加工を行うことが可能となる。

【００６７】したがって、本発明は窒化物半導体ウエハ
ーを透過した所望の焦点での加工を利用することによ
り、窒化物半導体ウエハーを両面側から加工する必要が
なく、片側からのみの加工で窒化物半導体ウエハーの表
裏両面から加工したのと同じ効果を得ることができる。
したがってより歩留まりを向上させ、且つ形状にバラツ
キが少ない窒化物半導体素子及びその量産性の良い製造
方法を提供することができる。

【００６８】

【図の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例１における半導体ウエハ
ーの分離方法を示した模式的部分断面図である。

【００６９】

【図２】図2は本発明の実施例２における半導体ウエハ
ーの分離方法を示した模式的部分断面図である。

【００７０】

【図３】図３は本発明の実施例３における半導体ウエハ
ーの分離方法を示した模式的部分断面図である。

【００７１】

【図４】図４は本発明の実施例４における半導体ウエハ
ーの分離方法を示した模式部分断面図である。

【００７２】

【図５】図５は本発明と比較のために示す窒化物半導体
ウエハーの切断方法を示した模式的部分断面図である。

【００７３】

【符号の説明】

１００、２００、３００、４００・・・半導体ウエハー １０１、２０１、３０１、４０１・・・基板 １０２、３０２・・・窒化物半導体層 １０３、４０３・・・基板表面に形成されたスクライブ
・ライン １０４、２０４・・・半導体層面よりサファイア基板に
形成した溝部 ２０５、４０５・・・島状窒化物半導体層 ２０６・・・基板内部に形成した加工変質層によるスク
ライブ・ライン ２０７、３０７、４０７・・・溝部底面に形成したスク
ライブ・ライン ３０８・・・半導体層と基板の境界に形成したスクライ
ブ・ライン ３０９、４０９・・・サファイア基板に形成した溝部 １１０、２１０、３１０、４１０・・・窒化物半導体素
子 １１１、２１１、３１１、４１１・・・第１の主面 １２１、２２１、３２１、４２１・・・第２の主面 ２２０、４２０・・・電極 ５００・・・半導体ウエハー ５０１・・・基板 ５０２・・・窒化物半導体層 ５０７・・・溝部底面に形成したスクライブ・ライン ５０９・・・サファイア基板に形成した溝部 ５１０・・・窒化物半導体素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−204336（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−115657（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−274371（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−218586（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−27769（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−189498（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−275936（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−55640（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−115191（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 33/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板(101)上に窒化物半導体(102)が形成さ
   れた半導体ウエハー(100)を窒化物半導体素子(110)に分
   割する窒化物半導体素子(110)の製造方法であって、 前記半導体ウエハー(100)は第１及び第２の主面を有し
   該第１の主面(111)側及び／又は第２の主面(121)側から
   レーザーを前記半導体ウエハー(100)を介して照射し少
   なくとも前記基板(101)の第２の主面(121)側及び／又は
   前記基板(101)の第１の主面(111)側に形成されたレーザ
   ーの焦点にスクライブ・ライン(103)を形成する工程
   と、 前記スクライブ・ラインに沿って半導体ウエハーを分離
   する工程とを有することを特徴とする窒化物半導体素子
   の製造方法。
2. 【請求項２】前記第１の主面(111)は基板(101)上の一方
   にのみ窒化物半導体(102)が形成された半導体ウエハー
   (100)の窒化物半導体積層側であり、第２の主面(121)は
   半導体ウエハー(100)を介して第１の主面(111)と対向す
   る基板露出面側である請求項１に記載された窒化物半導
   体素子の製造方法。
3. 【請求項３】前記スクライブ・ラインは基板露出面に形
   成された凹部(103)である請求項１に記載された窒化物
   半導体素子の製造方法。
4. 【請求項４】前記スクライブ・ラインは基板内部に形成
   された加工変質層(206)である請求項１に記載された窒
   化物半導体素子の製造方法。
5. 【請求項５】レーザーが照射される前記半導体ウエハー
   (100)の第１の主面(111)側及び／又は第２の主面(121)
   側にダイヤモンドスクライバー、ダイサー、レーザー加
   工機から選択される少なくとも１種によって前記スクラ
   イブ・ラインと略平行の溝部(104)を形成する工程を有
   する請求項１に記載された窒化物半導体素子の製造方
   法。
6. 【請求項６】基板(101)上の一方にのみ窒化物半導体(10
   2)が形成された半導体ウエハー(100)を窒化物半導体素
   子(110)に分割する窒化物半導体素子の製造方法であっ
   て、 第１及び第２の主面を有する半導体ウエハー(100)の窒
   化物半導体(102)が形成された第１の主面(111)側からレ
   ーザーを照射して第２の主面(121)側でありレーザーの
   焦点にスクライブ・ライン(103)を形成する工程と、 前記第１の主面(111)側から前記スクライブ・ライン(10
   3)と略平行であり基板(101)表面に達する溝部(104)を形
   成する工程と、 前記スクライブ・ライン(103)に沿って半導体ウエハー
   (100)を分離する工程とを有することを特徴とする窒化
   物半導体素子の製造方法。
7. 【請求項７】前記溝部(204)は第１の主面(211)側の予め
   基板が露出された表面に形成される請求項６に記載され
   た窒化物半導体素子の製造方法。
8. 【請求項８】基板(301)上の一方にのみ窒化物半導体(30
   2)が形成された半導体ウエハー(300)を窒化物半導体素
   子(310)に分割する窒化物半導体素子の製造方法であっ
   て、 第１及び第２の主面を有する半導体ウエハー(300)の窒
   化物半導体(302)が形成された第１の主面(311)と対向す
   る第２の主面(321)側からレーザーを照射して基板(301)
   の第１の主面(311)側でありレーザーの焦点にスクライ
   ブ・ライン(308)を形成する工程と、 前記第２の主面(321)側から窒化物半導体(302)に達しな
   い溝部(309)を前記スクライブ・ライン(308)と略平行に
   形成する工程と、 前記スクライブ・ライン(308)に沿って前記半導体ウエ
   ハー(300)を分離する工程とを有することを特徴とする
   窒化物半導体素子の製造方法。