JP4082409B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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本発明は、GaN系化合物基板上に窒化物半導体層が形成された基板生産物を複数の半導体素子に分割する工程を備える半導体素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device comprising a step of dividing a substrate product having a nitride semiconductor layer formed on a GaN-based compound substrate into a plurality of semiconductor devices.
近年、青色LEDや紫外LEDといった短波長のLEDが盛んに開発され、実用化されている。これらのLEDの発光層に使用する半導体としては、バンドギャップが比較的大きい窒化物半導体が用いられる。従来、窒化物半導体は、絶縁性のサファイア基板上に形成されていた。しかし、最近では良質のGaN系化合物基板が得られるようになり、このGaN系化合物基板の主面上に窒化物半導体層が形成された構成のLEDが提案されている。 In recent years, short wavelength LEDs such as blue LEDs and ultraviolet LEDs have been actively developed and put into practical use. As a semiconductor used for the light emitting layer of these LEDs, a nitride semiconductor having a relatively large band gap is used. Conventionally, a nitride semiconductor has been formed on an insulating sapphire substrate. However, recently, a high-quality GaN-based compound substrate has been obtained, and an LED having a structure in which a nitride semiconductor layer is formed on the main surface of the GaN-based compound substrate has been proposed.
例えば上記したLEDのような窒化物系半導体素子を製造する際には、GaN系化合物からなるウェハ上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長させた後、ウェハをチップ状に分割することにより素子を形成する方法が一般的である。従来、このような製造方法においては、ウェハをチップ状に分割する際に、ブレードダイシングやブレーキングといった分割方法が用いられてきた。また、これらの分割方法ではウェハ上の窒化物半導体層の切断面が粗くなるので、予め窒化物半導体層及びウェハを分割ラインに沿って所定深さまでエッチングしてから上記した分割方法によりウェハを分割する方法が多く用いられている。 For example, when manufacturing a nitride semiconductor device such as the LED described above, a nitride semiconductor layer is epitaxially grown on a wafer made of a GaN compound, and then the device is formed by dividing the wafer into chips. The method is common. Conventionally, in such a manufacturing method, when dividing a wafer into chips, a dividing method such as blade dicing or braking has been used. Moreover, since the cutting surface of the nitride semiconductor layer on the wafer becomes rough in these dividing methods, the nitride semiconductor layer and the wafer are etched to a predetermined depth along the dividing line in advance, and then the wafer is divided by the dividing method described above. Many methods are used.
なお、ウェハを分割する技術ではないが、本発明に関連する技術として、特許文献1に開示された単結晶窒化ガリウム基板及びその製造方法、並びに特許文献2に開示された窒化物半導体のエッチング方法がある。
ブレードダイシングやブレーキングを行う前に予め窒化物半導体層及びウェハを所定深さまでエッチングする際には、一般的にドライエッチングなどの異方性エッチングが用いられる。しかしながら、ドライエッチングでは窒化物半導体層の側面が損傷し、素子の電気的な特性が制限されてしまう。 When the nitride semiconductor layer and the wafer are etched to a predetermined depth in advance before performing blade dicing or breaking, anisotropic etching such as dry etching is generally used. However, in dry etching, the side surface of the nitride semiconductor layer is damaged, and the electrical characteristics of the device are limited.
また、窒化物半導体層及びウェハをエッチングする際に半導体層上にマスクを形成し、マスクを介してウェットエッチングを行った場合には、等方性エッチングのため窒化物半導体層及びウェハの側面形状を制御することが困難となる。これに対し、特許文献2には、窒化物半導体層に結晶欠陥部分を形成し、該結晶欠陥部分を選択的にエッチング除去することにより窒化物半導体層の側面形状を制御する技術が開示されている。しかしながら、この技術はサファイア基板上に形成された窒化物半導体層をエッチングする技術であり、基板自体をもエッチングするものではない。 Further, when the nitride semiconductor layer and the wafer are etched, a mask is formed on the semiconductor layer, and when the wet etching is performed through the mask, the shape of the side surfaces of the nitride semiconductor layer and the wafer for isotropic etching. It becomes difficult to control. On the other hand, Patent Document 2 discloses a technique for controlling a side shape of a nitride semiconductor layer by forming a crystal defect portion in the nitride semiconductor layer and selectively removing the crystal defect portion by etching. Yes. However, this technique is a technique for etching a nitride semiconductor layer formed on a sapphire substrate, and does not etch the substrate itself.
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、GaN系化合物基板上に窒化物半導体層が形成された基板生産物を複数の半導体素子に分割する際に、窒化物半導体層の側面の損傷を抑えるとともに窒化物半導体層及びGaN系化合物基板の側面形状を良好に制御可能な半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when dividing a substrate product in which a nitride semiconductor layer is formed on a GaN-based compound substrate into a plurality of semiconductor elements, the nitride semiconductor layer It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing side damage and controlling the shape of the side surfaces of a nitride semiconductor layer and a GaN-based compound substrate satisfactorily.
上記した課題を解決するために、本発明による第1の半導体素子の製造方法は、GaN系化合物基板とGaN系化合物基板上に形成された窒化物半導体層とを有する基板生産物を複数の半導体素子に分割する工程を備える半導体素子の製造方法であって、GaN系化合物基板が、複数の半導体素子となる領域の間に結晶の面方位が反転している結晶反転領域を含んでおり、GaN系化合物基板の結晶反転領域及び結晶反転領域上の窒化物半導体層を、エッチャントとしてアルカリ性水溶液を用いたウェットエッチングにより結晶反転領域のN終端面側からエッチング除去する工程を有することを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a first method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a substrate product having a GaN-based compound substrate and a nitride semiconductor layer formed on the GaN-based compound substrate. A method for manufacturing a semiconductor device comprising a step of dividing a device, wherein the GaN-based compound substrate includes a crystal inversion region in which a crystal plane orientation is inverted between regions to be a plurality of semiconductor devices, and a GaN And a step of etching and removing the crystal inversion region of the compound compound substrate and the nitride semiconductor layer on the crystal inversion region from the N terminal surface side of the crystal inversion region by wet etching using an alkaline aqueous solution as an etchant .
GaN系化合物基板をウェットエッチングする際にアルカリ性のエッチャントを用いると、GaN系化合物基板のGa終端面が全くエッチングされず、N終端面のみが選択的にエッチングされる。上記した第1の半導体素子の製造方法では、GaN系化合物基板が、複数の半導体素子となる領域の間に結晶の面方位が反転している結晶反転領域を含んでいる。このようなGaN系化合物基板の一方の面では、複数の半導体素子となる領域のGa終端面の間に結晶反転領域のN終端面が形成されるので、アルカリ性のエッチャントを用いることにより、結晶反転領域をN終端面側から選択的にエッチング除去することができる。従って、第1の半導体素子の製造方法によれば、GaN系化合物基板の側面形状を良好に制御しつつGaN系化合物基板を分割することができる。
When a GaN-based compound substrate using alkaline product etchant during the wet etching, the GaN-based compound substrate Ga termination surface completely etched, only the N terminal end face is selectively etched. In the first method for manufacturing a semiconductor element described above, the GaN-based compound substrate includes a crystal inversion region in which the crystal plane orientation is inverted between regions to be a plurality of semiconductor elements. In one surface of such GaN-based compound substrate, the N-terminal end surface of the crystal inversion region between the Ga end face of the region to be a plurality of semiconductor elements are formed, by using a alkaline product etchant, The crystal inversion region can be selectively etched away from the N terminal end side . Therefore, according to the first method for manufacturing a semiconductor element, the GaN-based compound substrate can be divided while favorably controlling the side surface shape of the GaN-based compound substrate.
また、GaN系化合物基板の結晶反転領域上に成長した窒化物半導体層は、該窒化物半導体層の他の部分に対して結晶方位が異なる傾向がある。この結晶方位が異なる部分は他の部分よりもエッチングされ易くなるので、ウェットエッチングによりこの部分を選択的に除去することによって、窒化物半導体層の側面の損傷を抑えるとともに側面形状を良好に制御しつつ窒化物半導体層を分割することができる。 In addition, the nitride semiconductor layer grown on the crystal inversion region of the GaN-based compound substrate tends to have a different crystal orientation with respect to other portions of the nitride semiconductor layer. This portion with a different crystal orientation is easier to etch than the other portions, so by selectively removing this portion by wet etching, the side surface shape of the nitride semiconductor layer is controlled and the side surface shape is controlled well. In addition, the nitride semiconductor layer can be divided.
以上のことから、上記した第1の半導体素子の製造方法によれば、GaN系化合物基板上に窒化物半導体層が形成された基板生産物を複数の半導体素子に分割する際に、窒化物半導体層の側面の損傷を抑えつつ窒化物半導体層及びGaN系化合物基板の側面形状を良好に制御することができる。 From the above, according to the first method for manufacturing a semiconductor element, when a substrate product having a nitride semiconductor layer formed on a GaN-based compound substrate is divided into a plurality of semiconductor elements, the nitride semiconductor The side surface shapes of the nitride semiconductor layer and the GaN-based compound substrate can be favorably controlled while suppressing damage to the side surfaces of the layer.
また、本発明による第2の半導体素子の製造方法は、GaN系化合物基板とGaN系化合物基板上に形成された窒化物半導体層とを有する基板生産物を複数の半導体素子に分割する工程を備える半導体素子の製造方法であって、GaN系化合物基板が、複数の半導体素子となる領域の間に結晶の面方位が反転している結晶反転領域を含んでおり、GaN系化合物基板の結晶反転領域及び結晶反転領域上の窒化物半導体層を、エッチャントとしてアルカリ性水溶液を用いたウェットエッチングにより結晶反転領域のN終端面側から所定深さまでエッチングする工程と、GaN系化合物基板を結晶反転領域に沿って機械的に分割する工程とを有することを特徴とする。
The second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of dividing a substrate product having a GaN-based compound substrate and a nitride semiconductor layer formed on the GaN-based compound substrate into a plurality of semiconductor devices. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the GaN compound substrate includes a crystal inversion region in which a crystal plane orientation is inverted between regions to be a plurality of semiconductor elements, and the crystal inversion region of the GaN compound substrate And a step of etching the nitride semiconductor layer on the crystal inversion region from the N terminal surface side of the crystal inversion region to a predetermined depth by wet etching using an alkaline aqueous solution as an etchant, and a GaN-based compound substrate along the crystal inversion region And a mechanically dividing step.
上記した第2の半導体素子の製造方法によれば、GaN系化合物基板を機械的に分割(切断や割断など)する前工程としてGaN系化合物基板及び窒化物半導体層を分割方向に沿って所定深さまでエッチングする際に、上記した第1の半導体素子の製造方法と同様に窒化物半導体層の側面の損傷を抑えるとともにGaN系化合物基板及び窒化物半導体層の側面形状を良好に制御することができる。 According to the second method for manufacturing a semiconductor device described above, the GaN compound substrate and the nitride semiconductor layer are separated by a predetermined depth along the dividing direction as a pre-process for mechanically dividing (cutting, cleaving, etc.) the GaN compound substrate. When etching up to this point, it is possible to suppress damage to the side surfaces of the nitride semiconductor layer as well as the side surface shapes of the GaN-based compound substrate and the nitride semiconductor layer as in the above-described first semiconductor element manufacturing method. .
また、第1及び第2の半導体素子の製造方法は、ウェットエッチングにおけるエッチャントの温度を80℃以上とすることを特徴としてもよい。これによって、結晶反転領域のエッチング速度を速め、基板生産物の分割に要する時間を短縮することができる。
The manufacturing method of the first and second semiconductor element may be characterized in that the temperature of the etchant in the U E Tsu preparative etched 80 ° C. or higher. Thereby, the etching rate of the crystal inversion region can be increased, and the time required for dividing the substrate product can be shortened.
また、第1及び第2の半導体素子の製造方法は、ウェットエッチングを、エッチャントを密閉した状態で行うことを特徴としてもよい。これによって、ウェットエッチングにおけるエッチャントの蒸発を防ぎ、基板生産物の分割に要するエッチャントの量を少なくすることができる。 The manufacturing method of the first and second semiconductor element, a U E Tsu preparative etching may be characterized in that in a closed state of the etchant. This prevents evaporation of the etchant during wet etching and reduces the amount of etchant required for dividing the substrate product.
また、第1及び第2の半導体素子の製造方法において、ウェットエッチングを密閉状態で行う場合、エッチャントの温度が250℃を超えると密閉容器内の圧力が過度に高まり、密閉状態を保つことが困難となる。従って、ウェットエッチングを密閉状態で行う場合には、エッチャントの温度を250℃以下とすることが好ましい。 Further, in the first and second semiconductor element manufacturing methods, when wet etching is performed in a sealed state, when the temperature of the etchant exceeds 250 ° C., the pressure in the sealed container is excessively increased and it is difficult to maintain the sealed state. It becomes. Therefore, when wet etching is performed in a sealed state, the etchant temperature is preferably 250 ° C. or lower.
本発明による半導体素子の製造方法によれば、GaN系化合物基板上に窒化物半導体層が形成された基板生産物を複数の半導体素子に分割する際に、窒化物半導体層の側面の損傷を抑えるとともに窒化物半導体層及びGaN系化合物基板の側面形状を良好に制御することができる。 According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, when a substrate product having a nitride semiconductor layer formed on a GaN-based compound substrate is divided into a plurality of semiconductor devices, damage to the side surfaces of the nitride semiconductor layer is suppressed. In addition, the side surface shapes of the nitride semiconductor layer and the GaN-based compound substrate can be controlled well.
以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体素子の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1の実施の形態)
本発明による半導体素子の製造方法の第1実施形態を説明する前に、本実施形態において用いられるGaN系化合物基板及びその製造方法について説明する。図1は、本実施形態において用いられるGaN系化合物基板である基板3の外観を示す斜視図である。本実施形態では、基板3は単結晶のGaNからなる。図1を参照すると、基板3は、複数の素子領域31と結晶反転領域32とを含んでおり、主面3a上には分割予定ラインAが想定されている。分割予定ラインAは、基板3を分割する際の切断線であり、第1の方向及び第1の方向と交差する第2の方向に延びている。本実施形態では、第1の方向に延びる分割予定ラインAと第2の方向に延びる分割予定ラインAとは、互いに角度60°で交差している。
(First embodiment)
Before describing the first embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, the GaN-based compound substrate used in the present embodiment and the manufacturing method thereof will be described. FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a
複数の素子領域31は、基板3の分割後にそれぞれ半導体素子の基板となる部分である。複数の素子領域31は、互いの間に分割予定ラインAを挟むように二次元状に配列されている。複数の素子領域31の平面形状における各辺はそれぞれ分割予定ラインAに沿っており、素子領域31の平面形状は菱形となっている。また、結晶反転領域32は、複数の素子領域31の間に設けられている。換言すれば、結晶反転領域32は、基板3の厚さ方向に貫通するとともに分割予定ラインAに沿って形成されている。
The plurality of
基板3の主面3aにおいては、素子領域31の面方位が(0001)面(すなわちC面)となっており、結晶反転領域32の面方位が(000−1)面(すなわち−C面)となっている。つまり、結晶反転領域32は素子領域31に対してc軸が反転して成長している。従って、基板3の主面3aにおいては、素子領域31の表面がGa終端面となっているのに対し、結晶反転領域32の表面はN終端面となっている。基板3の裏面3bでは逆に、素子領域31がN終端面となっており、結晶反転領域32がGa終端面となっている。そして、素子領域31と結晶反転領域32との境界は、面欠陥(結晶粒界)となっている。
On the
次に、図1に示した基板3の製造方法について説明する。図2(a)〜図2(c)は、基板3の製造方法について説明するための断面図である。まず、図2(a)に示すように、GaAs、Si、またはサファイアからなる下地基板60を用意する。下地基板60がSiからなる場合には、下地基板60の主面60aを(111)面とする。また、下地基板60がGaAsからなる場合には、下地基板60の主面60aを(111)面かつGa終端面とする。下地基板60がサファイアからなる場合には、下地基板60の主面60aを(0001)面すなわちC面とする。
Next, a method for manufacturing the
続いて、下地基板60の主面60a上に、例えば厚さ100nmのSiO2膜を一様に成膜する。そして、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて素子領域31(図1参照)の平面形状と一致するマスクパターンをSiO2膜上に形成し、該マスクパターンを介してSiO2膜をエッチングすることにより、分割予定ラインA(図1参照)に沿ったマスク53を形成する。下地基板60が例えばサファイアからなる場合には、マスク53の長手方向を、例えば下地基板60の<1−100>方向(すなわち{11−20}面(A面)に平行な方向)、及び下地基板60の<11−20>方向(すなわち{1−100}面(M面)に平行な方向)とすることが好ましい。
Subsequently, a SiO 2 film having a thickness of, for example, 100 nm is uniformly formed on the
続いて、主面60a上においてマスク53が形成されていない部分に、エピタキシャルラテラルオーバーグロース(ELO、epitaxial lateral overgrowth)のためのパターンを形成する。このとき、ELOパターンを、例えば直径2μmの円形開口部が4μmピッチで正三角形の頂点に位置するように六回対称に配置するとよい。また、正三角形の辺がマスク53の長手方向に平行となるように、ELOパターンを配置するとよい。
Subsequently, a pattern for epitaxial lateral overgrowth (ELO) is formed in a portion where the
続いて、図2(b)に示すように、下地基板60上及びマスク53上に、例えばHVPE法によってGaN結晶5を成長させる。HVPE装置において、Gaメタルを収容したGaボートを縦長の反応炉の内部上方に設け、下地基板60を戴置するサセプタを反応炉の下方に設ける。そして、反応炉の上方からH2ガスとHClガスをGaボートに供給するとともに、NH3ガスとH2ガス(キャリアガス)をサセプタ上の下地基板60の直近へ供給する。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, the
このとき、反応炉内を常圧として、Gaボートを800℃以上に、下地基板を1050℃にそれぞれ加熱することが好ましい。GaとHClが反応して一旦GaClが合成され、このGaClが下降して下地基板60付近に至りNH3ガスと反応する。そして、反応生成物であるGaNが下地基板60上及びマスク53上に堆積することにより、GaN結晶5が成長する。なお、次に示す各数値は、GaN結晶5の成長条件の一例である。
成長温度:1050℃
NH3分圧:0.3atm(30kPa)
HCl分圧:0.02atm(2kPa)
成長時間:10時間
At this time, it is preferable to heat the Ga boat to 800 ° C. or higher and the base substrate to 1050 ° C. with the inside of the reactor at normal pressure. Ga and HCl react to synthesize GaCl once, and this GaCl descends to reach the vicinity of the
Growth temperature: 1050 ° C
NH3 partial pressure: 0.3 atm (30 kPa)
HCl partial pressure: 0.02 atm (2 kPa)
Growth time: 10 hours
GaN結晶5においては、下地基板60の表面上(下地基板60上であってマスク53上でない面上)に素子領域30が成長し、マスク53上に結晶反転領域33が成長する。すなわち、下地基板60の表面は(111)面(GaAsまたはSiの場合)またはC面(サファイアの場合)であるので下地基板60の表面上に成長する素子領域30も結晶方位をc軸として成長し、素子領域30の上面30aがC面(Ga終端面)となる。
In the
他方、マスク53上に成長するGaNは結晶方位が反転する場合がある。すなわち、SiO2からなるマスク53上においては、GaNが結晶方位を−c軸として成長する場合がある。このような場合には、マスク53上に成長するGaNは結晶反転領域33となり、該結晶反転領域33の上面33aは−C面(N終端面)となる。また、結晶反転領域33は素子領域30と比較して成長速度が遅いので、素子領域30の上面30aのうち結晶反転領域33に近い上面30aは、そのファセット面が結晶反転領域33の上面33aへ傾斜しながら成長する。従って、素子領域30内部の結晶欠陥は素子領域30と結晶反転領域33との境界(結晶粒界)に集まり、素子領域30内部の結晶欠陥密度が減少することとなる。
On the other hand, the crystal orientation of GaN grown on the
続いて、図2(c)に示すように、GaN結晶5を成長方向と交差する面で研削して基板3を形成する。まず、GaN結晶5の底面にある下地基板60を研削して削り落とす。その後、GaN結晶5を平板状に研削し、表面を研磨することによって、平坦な主面3aを有する基板3が完成する。この基板3は、素子領域31及び結晶反転領域32を含んでいる。GaN結晶5の素子領域30が結晶方位をc軸として成長しているので、基板3の主面(上面)3aにおける素子領域31表面はGa終端面となる。また、GaN結晶5の結晶反転領域33が結晶方位を−c軸として成長しているので、基板3の主面(上面)3aにおける結晶反転領域32表面はN終端面となる。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the
ここで、基板3の主面(上面)3aにおける結晶反転領域32表面がN終端面であるか否かを確認する方法として、以下の方法がある。すなわち、Ga終端面はアルカリ性水溶液によってエッチングされず、N終端面はアルカリ性水溶液によってエッチングされ易いといった性質を利用する方法である。結晶反転領域32表面がアルカリ性水溶液によって素子領域31表面よりもエッチングされ易い場合には、結晶反転領域32表面はN終端面である。
Here, as a method for confirming whether or not the surface of the
なお、上記した製造方法においては、マスク53の材料としてSiO2を用いたが、マスク53の材料として例えばSi3N4を用いることによっても、結晶反転領域33を好適に成長させることができる。
In the manufacturing method described above, SiO 2 is used as the material of the
以上、本実施形態による半導体素子の製造方法において用いられるGaN系化合物基板及びその製造方法について説明した。続いて、本実施形態による半導体素子の製造方法について説明する。図3(a)〜図3(e)は、本実施形態による半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。また、図4は、図3(d)に示した工程における基板生産物23の斜視図である。
The GaN compound substrate used in the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment and the manufacturing method thereof have been described above. Subsequently, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained. FIG. 3A to FIG. 3E are cross-sectional views for explaining the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment. FIG. 4 is a perspective view of the
本製造方法では、まず、図3(a)に示すように、GaN系化合物からなり素子領域31及び結晶反転領域32を含む基板3を用意する。基板3は、上述した基板製造方法によって製造されたものである。素子領域31は、本実施形態において複数の半導体素子となる領域である。また、結晶反転領域32は、素子領域31の間に位置しており、上述したように結晶の面方位が素子領域31に対し反転している。従って、基板3の主面3aにおいては、素子領域31表面がGa終端面となっており、結晶反転領域32表面がN終端面となっている。
In this manufacturing method, first, as shown in FIG. 3A, a
続いて、図3(b)に示すように、基板3の主面3a上に窒化物半導体層14を形成する。このとき、基板3の主面3aのうち素子領域31表面はC面なので、窒化物半導体層14のうち素子領域31上に成長した第1の部分15は結晶方位をc軸として成長する。また、結晶反転領域32表面は−C面なので、窒化物半導体層14のうち結晶反転領域32上に成長した第2の部分17は結晶方位がc軸とは異なって(例えば−c軸)成長することとなる。
Subsequently, as illustrated in FIG. 3B, the
本実施形態では、半導体素子としてLEDを製造する場合を説明する。すなわち、窒化物半導体層14の内部構造としては、n型半導体層、活性層、及びp型半導体層を順次積層した構造とする。具体的には、基板3の主面3a上に、n型窒化物半導体からなるバッファ層及びクラッド層、多重量子井戸構造を有する活性層、並びにp型窒化物半導体からなるクラッド層及びコンタクト層を順次積層することにより窒化物半導体層14を形成する。
In this embodiment, a case where an LED is manufactured as a semiconductor element will be described. That is, the
続いて、図3(c)に示すように、窒化物半導体層14の第1の部分15上に、アノード電極11を形成する。このとき、アノード電極11を例えばNi/Auといった金属材料を順次蒸着することにより形成し、高温下でアノード電極11と窒化物半導体層14とをオーミック結合させるとよい。また、各素子領域31の裏面上に、カソード電極13を形成する。このとき、カソード電極13を例えばTi/Alといった金属材料を順次蒸着することにより形成し、高温下でカソード電極13と基板3とをオーミック結合させるとよい。こうして、基板3、窒化物半導体層14、アノード電極11、及びカソード電極13を有する基板生産物23が完成する。
Subsequently, as illustrated in FIG. 3C, the
続いて、図3(d)及び図4に示すように、基板生産物23に対してウェットエッチングを行う。まず、基板3の裏面がエッチングされないように、基板3の裏面上の全面にマスク19を形成する。次に、アルカリ性水溶液からなるエッチャント21中に基板生産物23を浸す。このとき、窒化物半導体層14のうち素子領域31上に成長した第1の部分15は、c軸方向に成長しているのでその表面がC面(Ga終端面)となり、アルカリ性のエッチャント21中ではエッチングされない。これに対し、結晶反転領域32上に成長した第2の部分17は、c軸とは異なる結晶方向に成長しているのでその表面がC面とは異なり(例えば−C面)、アルカリ性のエッチャント21中においてエッチングされ易い。従って、窒化物半導体層14においては、第2の部分17が選択的にエッチング除去される。なお、エッチャント21としては、水酸化カリウム水溶液や水酸化ナトリウム水溶液などの強アルカリ性水溶液を用いることが好ましい。或いは、エッチャント21としては、アンモニア水溶液などの弱アルカリ性水溶液を用いてもよい。
Subsequently, as shown in FIGS. 3D and 4, wet etching is performed on the
こうして窒化物半導体層14の第2の部分17がエッチング除去されると、基板3の結晶反転領域32の表面が露出する。結晶反転領域32の表面は−C面(N終端面)となっており、アルカリ性のエッチャント21中においてエッチングされ易い。従って、基板3においては結晶反転領域32が選択的にエッチング除去される。
Thus, when the
続いて、エッチャント21中から基板生産物23を取り出し、基板3の裏面に形成したマスク19を除去する。こうして、図3(e)に示すように、基板生産物23が複数の半導体素子25に分割される。
Subsequently, the
本実施形態による半導体素子の製造方法は、以下の効果を有する。すなわち、本実施形態による半導体素子の製造方法では、基板3が、素子領域31の間に結晶の面方位が反転した結晶反転領域32を含んでいる。これにより、基板3の主面3aでは、素子領域31のGa終端面の間に結晶反転領域32のN終端面が形成されるので、例えばアルカリ性のエッチャント21を用いることによって、結晶反転領域32を選択的にエッチング除去することができる。従って、この半導体素子の製造方法によれば、基板3の側面形状を良好に制御しつつ基板3を分割することができる。
The semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment has the following effects. That is, in the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment, the
また、基板3の結晶反転領域32上に成長した窒化物半導体層14の第2の部分17は、素子領域31上に成長した窒化物半導体層14の第1の部分15に対して結晶方位が異なる傾向がある。従って、アルカリ性のエッチャント21を用いると、第2の部分17は第1の部分15よりもエッチングされ易くなるので、ウェットエッチングにより第2の部分17を選択的に除去することにより、窒化物半導体層14(の第1の部分15)の側面の損傷を抑えるとともに側面形状を良好に制御しつつ窒化物半導体層14を分割することができる。
In addition, the
以上のことから、本実施形態による半導体素子の製造方法によれば、基板3上に窒化物半導体層14が形成された基板生産物23を複数の半導体素子25に分割する際に、窒化物半導体層14の第1の部分15の側面の損傷を抑えつつ、窒化物半導体層14の第1の部分15及び基板3の側面形状を良好に制御することができる。
From the above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, when the
また、従来のブレードダイシングやブレーキングといった機械的な分割方法では、分割後の基板側面にチッピングやクラックが発生しやすい。また、このようなチッピングやクラックの発生は、ウェハがGaNなどの固い材料からなる場合に特に顕著となる。従って、従来の機械的な分割方法においては、予め窒化物半導体層をエッチングする際に分割予定ラインに沿ったエッチング幅を比較的広く設定し、切断面と窒化物半導体層の側面との間隔に余裕をもたせる必要があるので、1枚のウェハから得られる素子数が抑えられてしまう。これに対し、本実施形態による半導体素子の分割方法では、ウェットエッチングのみによって基板生産物23を分割することができるので、チッピングやクラックが発生しない。また、エッチングにより除去される結晶反転領域32の幅も、任意に設定することができる。従って、本実施形態による半導体素子の分割方法によれば、1枚のウェハからより多くの半導体素子を得ることができる。
Further, in the conventional mechanical dividing methods such as blade dicing and braking, chipping and cracks are likely to occur on the side surface of the substrate after the division. Such chipping and cracking are particularly noticeable when the wafer is made of a hard material such as GaN. Therefore, in the conventional mechanical dividing method, when the nitride semiconductor layer is etched in advance, the etching width along the line to be divided is set relatively wide, and the distance between the cut surface and the side surface of the nitride semiconductor layer is set. Since it is necessary to provide a margin, the number of elements obtained from one wafer is suppressed. On the other hand, in the semiconductor element dividing method according to the present embodiment, since the
(第2の実施の形態)
本発明による半導体素子の製造方法の第2実施形態について説明する。図5(a)〜図5(c)は、本実施形態による半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。なお、本実施形態が第1実施形態と異なる点は、基板生産物23の分割方法である。従って、基板3及び基板生産物23を製造するまでの工程は第1実施形態と同様なので、これらの工程に関する詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described. FIG. 5A to FIG. 5C are cross-sectional views for explaining the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment. Note that this embodiment is different from the first embodiment in the method for dividing the
まず、図5(a)に示すように、基板生産物23に対してウェットエッチングを行う。基板3の裏面がエッチングされないように、基板3の裏面上の全面にマスク19を形成する点は第1実施形態と同様である。次に、アルカリ性水溶液からなるエッチャント21中に基板生産物23を浸す。このとき、窒化物半導体層14においては第2の部分17が選択的にエッチング除去され、基板3においては結晶反転領域32が選択的にエッチングされる。ここで、本実施形態では、窒化物半導体層14の第2の部分17を除去した後、基板3の結晶反転領域32を少なくとも所定深さまでエッチングする。すなわち、エッチング時間を調整することにより、結晶反転領域32を途中の深さまでエッチング除去し、基板3の裏面から或る厚さまでの部分を残す。
First, as shown in FIG. 5A, wet etching is performed on the
続いて、エッチャント21中から基板生産物23を取り出し、基板3の裏面に形成したマスク19を除去する。そして、基板3を結晶反転領域32の長手方向に沿って機械的に分割する。ここで、機械的に分割するとは、例えば図5(b)に示すように、ブレーキング装置40を基板3の裏面側から結晶反転領域32の長手方向に沿って当て、基板3を割断するような分割方法である。或いは、機械的に分割するとは、例えばブレードダイシング装置を用いて基板3を結晶反転領域32の長手方向に沿って切断するような分割方法でもよい。こうして、図5(c)に示すように、基板生産物23が複数の半導体素子27に分割される。
Subsequently, the
本実施形態による半導体素子の製造方法は、以下の効果を有する。すなわち、本実施形態による半導体素子の製造方法によれば、基板3を機械的に分割する前工程として基板3及び窒化物半導体層14を分割予定ラインに沿って所定深さまでエッチングする際に、窒化物半導体層14の側面の損傷を抑えるとともに基板3及び窒化物半導体層14の側面形状を良好に制御することができる。
The semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment has the following effects. That is, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, when the
(実施例)
ここで、上記第1実施形態の実施例について説明する。本実施例では、基板生産物23をウェットエッチングにより複数の半導体素子25に分割する工程(図3(d)及び図3(e)参照)において、エッチング条件を以下の4つのパターンに設定して基板3の分割に要する速度を観察した。なお、本実施例では、基板3として、素子領域及び結晶反転領域を含む厚さ400μmのGaN基板を図2(a)〜図2(c)に示した工程によって予め形成した。そして、このGaN基板の裏面上の全面にマスクを予め形成した。
(Example)
Now, examples of the first embodiment will be described. In this embodiment, in the step of dividing the
(1)エッチング条件1
まず、ビーカー内に8規定の水酸化カリウム水溶液を深さ2cmまで満たし、裏面にマスクが形成されたGaN基板を水酸化カリウム水溶液内に横置きで投入した。なお、このとき、水酸化カリウム水溶液の温度を室温(25℃)とした。そして、2時間後にGaN基板を水酸化カリウム水溶液内から取り出した。その結果、このエッチング条件ではGaN基板を分割するには至らず、厚み400μmのGaN基板に対し結晶反転領域が深さ1μmしかエッチングされなかった。すなわち、結晶反転領域に対するエッチング速度は1時間あたり0.5μmであった。
(1) Etching condition 1
First, a GaN substrate having a beaker filled with an 8N aqueous potassium hydroxide solution to a depth of 2 cm and a mask formed on the back surface was placed horizontally in the aqueous potassium hydroxide solution. At this time, the temperature of the potassium hydroxide aqueous solution was set to room temperature (25 ° C.). After 2 hours, the GaN substrate was taken out from the aqueous potassium hydroxide solution. As a result, the GaN substrate was not divided under these etching conditions, and the crystal inversion region was etched only 1 μm deep with respect to the GaN substrate having a thickness of 400 μm. That is, the etching rate for the crystal inversion region was 0.5 μm per hour.
(2)エッチング条件2
まず、ビーカー内に8規定の水酸化カリウム水溶液を深さ2cmまで満たし、ビーカーの底に配置したホットプレートにより水酸化カリウム水溶液の温度を80℃に維持した。そして、裏面にマスクが形成されたGaN基板を水酸化カリウム水溶液内に横置きで投入した。このとき、結晶反転領域に対するエッチング速度を計測すると、1時間あたり20μmであった。しかし、水酸化カリウム水溶液を80℃といった高温に維持したため、水酸化カリウム水溶液が蒸発し、1時間後にGaN基板の表面が露出した。そこで、ビーカー内に8規定の水酸化カリウム水溶液を深さ40cmまで追加し、20時間後にGaN基板を水酸化カリウム水溶液内から取り出した。その結果、最後までGaN基板を水酸化カリウム水溶液中に浸すことができ、結晶反転領域を全てエッチング除去してGaN基板を完全に分割することができた。
(2) Etching condition 2
First, an 8N aqueous potassium hydroxide solution was filled to a depth of 2 cm in a beaker, and the temperature of the aqueous potassium hydroxide solution was maintained at 80 ° C. by a hot plate placed at the bottom of the beaker. Then, the GaN substrate with the mask formed on the back surface was placed horizontally in the potassium hydroxide aqueous solution. At this time, when the etching rate for the crystal inversion region was measured, it was 20 μm per hour. However, since the aqueous potassium hydroxide solution was maintained at a high temperature of 80 ° C., the aqueous potassium hydroxide solution evaporated and the surface of the GaN substrate was exposed after 1 hour. Therefore, an 8N aqueous potassium hydroxide solution was added to a depth of 40 cm in the beaker, and after 20 hours, the GaN substrate was taken out from the aqueous potassium hydroxide solution. As a result, the GaN substrate could be immersed in an aqueous potassium hydroxide solution until the end, and the GaN substrate could be completely divided by removing all the crystal inversion regions by etching.
(3)エッチング条件3
本実施例においては、図6に示すような密閉容器70及び密閉装置75を用意した。密閉容器70は、上部が開口した深さ6cmの水槽71、及び水槽71の開口を塞ぐ蓋72によって構成されている。また、密閉装置75は、密閉容器70を載置するステージ75a、及び密閉容器70の蓋72を押さえるための押さえボルト74を有しており、押さえ板73および76を介して密閉容器70を密閉する構造となっている。
(3)
In this example, a sealed
まず、水槽71内に8規定の水酸化カリウム水溶液22を深さ2cmまで満たし、水酸化カリウム水溶液22内にGaN基板3を横置きで投入した。そして、水槽71の開口を蓋72によって塞いだ後、密閉容器70を密閉装置75のステージ75a上に押さえ板76を介して載置した。そして、押さえボルト74と蓋72との間に押さえ板73を挟んだ状態で蓋72を押さえることにより、密閉容器70を密閉した。この状態で、密閉装置全体を80℃の恒温層の内部に放置し、水酸化カリウム水溶液22の温度を80℃に維持したところ、密閉容器70内部の気圧は2気圧(200kPa)であった。また、結晶反転領域に対するエッチング速度を計測すると、1時間あたり20μmであった。水酸化カリウム水溶液22は密閉容器70内にあるため蒸発せず、20時間後には結晶反転領域を全てエッチング除去してGaN基板を完全に分割することができた。
First, an 8N potassium hydroxide
(4)エッチング条件4
まず、水槽71内に8規定の水酸化カリウム水溶液22を深さ2cmまで満たし、水酸化カリウム水溶液22内にGaN基板3を横置きで投入した。そして、密閉容器70をエッチング条件3と同様の方法により密閉した。この状態で、密閉装置全体を150℃の恒温層の内部に放置し、水酸化カリウム水溶液22の温度を150℃に維持したところ、密閉容器70内部の気圧は5気圧(500kPa)であった。また、結晶反転領域に対するエッチング速度を計測すると、1時間あたり300μmであった。水酸化カリウム水溶液22は密閉容器70内にあるため蒸発せず、80分後には結晶反転領域を全てエッチング除去してGaN基板を完全に分割することができた。
(4) Etching condition 4
First, an 8N potassium hydroxide
なお、エッチング条件4と同様にして水酸化カリウム水溶液22及びGaN基板3を密閉容器70内に密閉した状態で、水酸化カリウム水溶液22の温度が250℃を超えると、密閉容器70内部の気圧は40気圧(4MPa)といった高圧になってしまい、密閉容器70の気密性を維持することが難しくなる。従って、量産プロセスとして現実的ではなくなる。
If the temperature of the potassium hydroxide
以上の実施例からわかるように、ウェットエッチングにおける水酸化カリウム水溶液22の温度を80℃以上(更に好ましくは150℃以上)に設定すると、結晶反転領域32に対するエッチング速度が速まるので、常温でのエッチングと比較して基板3の分割に要する時間を短縮し、製造コストを低減することができる。また、このように水酸化カリウム水溶液22の温度を高く設定した場合、エッチング条件2に示されたとおり、水酸化カリウム水溶液22が蒸発する分だけ余計に水酸化カリウム水溶液22が必要となってしまう。そこで、ウェットエッチングを密閉容器70内で行うことにより、水酸化カリウム水溶液22の蒸発を防いでGaN基板3の分割に要する水酸化カリウム水溶液22の量を少なくし、製造コストを低減することができる。そして、このようにウェットエッチングを密閉容器70内で行う場合には、密閉容器70の気密性を容易に維持するために水酸化カリウム水溶液22の温度を250℃以下に設定することが好ましい。
As can be seen from the above embodiments, when the temperature of the potassium hydroxide
本発明による半導体素子の製造方法は、上記した各実施形態に限られるものではなく、他にも様々な変形が可能である。例えば、上記した各実施形態では、結晶反転領域32の長手方向が互いに60°で交わる二方向として設定されているが、結晶反転領域32の長手方向はこれに限らず、任意に設定された基板生産物の切断予定ラインに沿って様々な方向とすることができる。
The semiconductor device manufacturing method according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other modifications are possible. For example, in each of the above-described embodiments, the longitudinal direction of the
3…基板、5…結晶、11…アノード電極、13…カソード電極、14…窒化物半導体層、15…第1の部分、17…第2の部分、19…マスク、21…エッチャント、23…基板生産物、25、27…半導体素子、30、31…素子領域、32、33…結晶反転領域、53…マスク、60…下地基板。 3 ... substrate, 5 ... crystal, 11 ... anode electrode, 13 ... cathode electrode, 14 ... nitride semiconductor layer, 15 ... first part, 17 ... second part, 19 ... mask, 21 ... etchant, 23 ... substrate Product, 25, 27 ... Semiconductor element, 30, 31 ... Element region, 32, 33 ... Crystal inversion region, 53 ... Mask, 60 ... Base substrate.
Claims (5)
前記GaN系化合物基板が、前記複数の半導体素子となる領域の間に結晶の面方位が反転している結晶反転領域を含んでおり、
前記GaN系化合物基板の前記結晶反転領域及び前記結晶反転領域上の前記窒化物半導体層を、エッチャントとしてアルカリ性水溶液を用いたウェットエッチングにより前記結晶反転領域のN終端面側からエッチング除去する工程を有することを特徴とする、半導体素子の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of dividing a substrate product having a GaN-based compound substrate and a nitride semiconductor layer formed on the GaN-based compound substrate into a plurality of semiconductor devices,
The GaN-based compound substrate includes a crystal inversion region in which a crystal plane orientation is inverted between the regions to be the plurality of semiconductor elements,
Etching and removing the crystal inversion region of the GaN-based compound substrate and the nitride semiconductor layer on the crystal inversion region from the N termination surface side of the crystal inversion region by wet etching using an alkaline aqueous solution as an etchant. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that:
前記GaN系化合物基板が、前記複数の半導体素子となる領域の間に結晶の面方位が反転している結晶反転領域を含んでおり、
前記GaN系化合物基板の前記結晶反転領域及び前記結晶反転領域上の前記窒化物半導体層を、エッチャントとしてアルカリ性水溶液を用いたウェットエッチングにより前記結晶反転領域のN終端面側から所定深さまでエッチングする工程と、
前記GaN系化合物基板を前記結晶反転領域に沿って機械的に分割する工程と
を有することを特徴とする、半導体素子の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of dividing a substrate product having a GaN-based compound substrate and a nitride semiconductor layer formed on the GaN-based compound substrate into a plurality of semiconductor devices,
The GaN-based compound substrate includes a crystal inversion region in which a crystal plane orientation is inverted between the regions to be the plurality of semiconductor elements,
Etching the crystal inversion region of the GaN-based compound substrate and the nitride semiconductor layer on the crystal inversion region from the N termination surface side of the crystal inversion region to a predetermined depth by wet etching using an alkaline aqueous solution as an etchant. When,
A step of mechanically dividing the GaN-based compound substrate along the crystal inversion region.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4 , wherein the temperature of the etchant in the wet etching is 250 ° C. or less.
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