JP4910492B2

JP4910492B2 - 窒化物半導体ウエハの分割方法

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Publication number: JP4910492B2
Application number: JP2006166305A
Authority: JP
Inventors: 貴広園山
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-06-15
Also published as: JP2007335667A

Description

本発明は、レーザ（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation：ＬＡＳＥＲ）ダイオード等の窒化物半導体素子を得る場合に用いられる窒化物半導体ウエハの分割方法に関する。

近年、レーザダイオード等の半導体素子（発光素子）を用いた発光装置は、白熱電球と比べて小型で、電力効率が良好であるとともに、長寿命である等の利点をもつことから、各種の光源として広く利用されている。

このような発光装置の半導体素子は、例えばIII族窒化物半導体層を異種材料からなるサファイア基板上に成長させることにより得られる。

ところが、サファイア基板上に成長させたIII族窒化物半導体層には１０⁸〜１０¹⁰ｃｍ⁻²もの多数の転位が生じ、III族窒化物半導体層を用いた半導体素子の素子特性は悪影響を受ける。また、サファイア基板は高硬質材料であるため、分割し難く、しかもサファイア基板の劈開方向とその上に積層されるIII族窒化物半導体層の劈開方向とが３０°ずれた関係になるため、素子形成用の半導体ウエハから個々の半導体素子に分割する場合にその分割方向を基板側及び積層物側のいずれの側に合わせても劈開面に生じる凹凸を小さくすることが困難である。

このため、III族窒化物半導体層を積層する基板としては、劈開性を有し、かつIII族窒化物半導体層の劈開方向と同一の劈開方向をもつIII族窒化物半導体基板が用いられる。そして、このIII族窒化物半導体基板上にIII族窒化物半導体層を成長させてIII族窒化物半導体素子を得ることが行われている。

このようなIII族窒化物半導体基板及びIII族窒化物半導体層からなるIII族窒化物半導体素子は、次に示す効果が期待される。

（１）III族窒化物半導体層及びIII族窒化物半導体基板の各劈開方向が互いに一致するため、III族窒化物半導体素子の劈開面が平坦になる。

（２）III族窒化物半導体層とIII族窒化物半導体基板とは格子整合性がよく、熱膨張率差も存在しないため、III族窒化物半導体素子に生じる歪や欠陥等を減少させることができ、III族窒化物半導体素子の寿命が長くなる。

従来、この種の窒化物半導体素子を得るための窒化物半導体ウエハの分割方法としては、窒化物半導体ウエハに窒化物半導体層の表面側から複数の劈開導入溝を破線状に形成する工程と、これら複数の劈開導入溝に沿って窒化物半導体ウエハを劈開する工程とを備えたものが知られている（例えば特許文献１）。

このような窒化物半導体ウエハの分割方法において、窒化物半導体ウエハに劈開導入溝を形成するには、劈開導入溝形成領域のウエハ周縁部側をスクライブ始端位置とし、このスクライブ始端位置から窒化物半導体ウエハのウエハ中央部側に向かってスクライブが実行される。
特開２００３−０１７７９１号公報

しかしながら、特許文献１によると、半導体ウエハ劈開時に窒化物半導体ウエハがスクライブライン（劈開導入溝に沿ったライン）からずれて劈開されていた。これは、窒化物半導体ウエハの結晶構造が六方晶構造であり、このため劈開導入溝の形成時にスクライブ方向と異なる方向にクラック形成方向成分をもつマイクロクラックが発生し、このマイクロクラックが劈開案内となって窒化物半導体ウエハが分割されてしまうからである。この結果、窒化物半導体ウエハが所望の分割ラインに沿って劈開されず、窒化物半導体素子の長さ（レーザ素子にあっては共振器長）がばらつき、良好な素子特性を得ることができないという問題があった。

従って、本発明の目的は、半導体素子長のばらつき発生を抑制することができ、もって良好な素子特性を得ることができる窒化物半導体ウエハの分割方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層してなる窒化物半導体ウェハのウェハ周縁部に対して窒化物半導体素子を得るための劈開導入溝を形成する工程と、前記劈開導入溝に沿って前記窒化物半導体ウェハを劈開する工程とを備えた窒化物半導体ウェハの分割方法であって、前記劈開導入溝を形成する工程は、前記窒化物半導体ウェハにおける劈開導入溝形成領域のウェハ中央部側をスクライブ始端位置とするとともに、そのウェハ周縁をスクライブ終端位置とし、前記窒化物半導体層に対して溝長４００μｍ未満となるよう前記スクライブ始端位置から前記スクライブ終端位置に向かってスクライビング加工を施すことを特徴とする窒化物半導体ウェハの分割方法を提供する。

本発明によると、半導体素子長のばらつき発生を抑制することができ、良好な素子特性を得ることができる。

[実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体ウエハの分割方法によって得られた窒化物半導体素子を説明するために示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体ウエハの分割方法によって得られた窒化物半導体素子のサイズを説明するために示す斜視図である。

本実施の形態における窒化物半導体素子は、III族窒化物半導体基板上にIII族窒化物半導体層を形成し、III族窒化物半導体層及びIII族窒化物半導体基板上にそれぞれ電極を形成して構成される。ここで、III族窒化物半導体基板とは、少なくともＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成比で表される六方晶構造をとるIII−V族窒化物半導体を構成要素とする基板をいう。また、III族窒化物半導体層とは、少なくともＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成比で表される六方晶構造をとるIII−V族窒化物半導体を構成要素とする層をいう。

III−V族窒化物半導体を用いてｎ型の半導体層を形成する場合の不純物としてはシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）・セレン（Ｓｅ）・テルル（Ｔｅ）・炭素（Ｃ）等が用いられる。ｐ型の半導体層を形成する場合の不純物としてはベリリウム（Ｂｅ）やカルシウム（Ｃａ）・ストロンチウム（Ｓｒ）・バリウム（Ｂａ）等が用いられる。

この場合、III族元素の一部をボロン（Ｂ）やタリウム（Ｔｌ）で、窒素（Ｎ）の一部をリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）・アンチモン（Ｓｂ）・ビスマス（Ｂｉ）でそれぞれ置換してもよい。

図１において、窒化物半導体素子１は、窒化物半導体基板２及び窒化物半導体層３からなり、例えば波長を４０５ｎｍとする青紫色光を発するＧａＮ系の青紫色レーザダイオードとして機能するように構成されている。窒化物半導体素子１のサイズは、図２に示すように、例えばダイクロイックミラー面となる劈開面ａの縦横寸法（縦寸法Ｌ₁，横寸法Ｌ₂）をそれぞれＬ₁＝１２０μｍとＬ₂＝４００μｍとするとともに、レーザ共振器長に対応する寸法ＬをＬ＝７００μｍとする直方体サイズに設定されている。

なお、窒化物半導体素子１の長手方向両端面（劈開面ａ）には、ダイクロイックミラー部として例えば二酸化珪素（ＳｉＯ₂）及び二酸化チタン（ＴｉＯ₂）を積層してなる誘電体ミラー（図示せず）が配置される。一方の誘電体ミラーは入力ミラーとして、また他方の誘電体ミラーは出力ミラーとしてそれぞれ機能する。

窒化物半導体基板２は、その厚さが１００μｍ程度の寸法に設定されたＧａＮ基板によって形成されている。窒化物半導体基板２の上部には、ｎ−ＧａＮ層４及び活性層５・ｐ−ＧａＮ層６からなる窒化物半導体層３が配設されている。窒化物半導体基板２の下部には、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなるｎ電極７が形成されている。

窒化物半導体層３は、窒化物半導体基板２上にｎ−ＧａＮ層４及び活性層５・ｐ−ＧａＮ層６を順次結晶成長させることにより形成されている。そして、ｐ−ＧａＮ層６の上面及びｎ−ＧａＮ層４の側面等を除き絶縁層８で被覆されている。窒化物半導体層３には、レーザ共振器を構成するためのリッジ部９が形成されている。絶縁層８の材料としては例えば二酸化珪素（ＳｉＯ₂）が用いられる。絶縁層８には、ｐ−ＧａＮ層６の上面に連接し、かつｎ電極７に窒化物半導体基板２及び窒化物半導体層３を介して対向する例えば金（Ａｕ）からなるｐ電極１０が形成されている。

このような窒化物半導体素子１は、窒化物半導体基板２上に窒化物半導体層３を積層してなる電極付きの窒化物半導体ウエハ（図１及び図２には図示せず）を分割することにより形成される。

次に、本実施の形態に係る窒化物半導体ウエハの分割方法につき、図３〜図６を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体ウエハの分割方法を実施した場合に窒化物半導体ウエハに形成される劈開導入溝及び劈開ラインを説明するために示す平面図である。図４は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体ウエハの分割方法におけるスクライビング加工を説明するために示す平面図である。図５は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体ウエハの分割方法における劈開導入溝の形成工程を説明するために示す断面図である。図６は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体ウエハの分割方法における窒化物半導体ウエハの劈開工程を説明するために示す断面図である。

本実施の形態における窒化物半導体ウエハの分割方法は、「劈開導入溝の形成」及び「窒化物半導体ウエハの劈開（レーザダイオードバーの形成）」・「端面コーティング膜の形成」・「窒化物半導体素子の形成」の各工程が順次実施されるため、これら各工程を順次説明する。

「劈開導入溝の形成」
予め窒化物半導体基板２の表面上に窒化物半導体層３を積層してなる電極（ｎ電極７，ｐ電極１０）付の窒化物半導体ウエハ１００のウエハ周縁部１００Ａに対して＜１１−２０＞方向に複数の劈開導入溝１００Ｂを形成する。この場合、劈開導入溝１００Ｂは、図３に示すように、窒化物半導体ウエハ１００のウエハ周縁部１００Ａにおいて劈開導入溝形成領域のウエハ中央部側をスクライブ始端位置ｍとするとともに、そのウエハ周縁部側をスクライブ終端位置ｎとし、スクライブ始端位置ｍからスクライブ終端位置ｎに向かって図４に矢印Ｑで示すようにダイヤモンド針でスクライビング加工を施すことにより形成される。この際、窒化物半導体ウエハ１００のウエハ周縁部１００Ａにおいて、図３に２点鎖線で示すようにスクライブ方向に沿ってマイクロクラック１００Ｃが形成される。

なお、劈開導入溝１００Ｂの溝長Ｌ₃（図３に示す）及び溝幅Ｗ（図５に示す）はＬ₃＝３８０μｍ（劈開導入溝１００Ｂ内に窒化物半導体ウエハ１００の欠陥集中部１００ａを含まない寸法）とＷ＝１５μｍに、その深さｈ（図５に示す）はｈ＝１〜５μｍ程度にそれぞれ設定される。また、複数の劈開導入溝１００Ｂのうち互いに隣り合う２つの劈開導入溝１００Ｂ，１００Ｂ間の寸法Ｌ₄はＬ₄＝７００μｍｍに設定される。

「窒化物半導体ウエハの劈開」
窒化物半導体ウエハ１００（窒化物半導体基板２）の裏面であって劈開導入溝１００Ｂの形成領域に対応する位置にブレーキング刃（図示せず）を押圧することにより窒化物半導体ウエハ１００をバー状に分割する。この場合、窒化物半導体ウエハ１００が図３に２点鎖線で示すように劈開ラインＳ（ウエハ周縁部１００Ａにおいてはマイクロクラック１００Ｃの発生に起因する割れ目Ｇ）に沿って分割されると、レーザ共振器長に対応する寸法Ｌ（Ｌ＝Ｌ₄＝７００μｍ）及びダイクロイックミラー面の縦横寸法に対応する寸法Ｌ₁，Ｌ₂（Ｌ₁＝１２０μｍ，Ｌ₂＝４００μｍ）をもつ複数の窒化物半導体素子１からなる複数のレーザダイオードバー２００（図６に示す）が形成される。

「端面コーティング膜の形成」
複数のレーザダイオードバー２００（窒化物半導体ウエハ１００の劈開面）に端面コーティング膜を形成する。

「窒化物半導体素子の形成」
複数のレーザダイオードバー２００をその表面又は裏面から<１−１００>の方向にスクライビング加工をそれぞれ施す。次に、複数のレーザダイオードバー２００の裏面又は表面であってスクライブ加工領域に対応する位置にブレーキング刃（図示せず）を押圧することによりレーザダイオードバー２００を分割する。この場合、レーザダイオードバー２００が分割されると、複数の窒化物半導体素子１（図２に示す）が形成される。
このようにして、窒化物半導体ウエハ１００を分割することができる。

[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

窒化物半導体ウエハ１００の分割時にスクライブライン（劈開導入溝１００Ｂ）と劈開ラインＳとが一致するため、窒化物半導体ウエハ１００が所望の分割ラインに沿って劈開される。これにより、窒化物半導体素子１におけるレーザ共振器長のばらつき発生を抑制することができ、良好な半導体素子特性を得ることができる。

以上、本発明の窒化物半導体ウエハの分割方法を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

（１）本実施の形態では、青紫色レーザダイオードとして機能する窒化物半導体素子１を得る場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、紫外線レーザダイオードあるいは青紫色以外の可視光レーザダイオードとして機能する窒化物半導体素子を得る場合にも本実施の形態と同様に実施することができる。

（２）本実施の形態では、劈開導入溝１００Ｂの溝長Ｌ₃がＬ₃＝３８０μｍに設定される場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、他の溝長に設定してもよい。但し、窒化物半導体素子１の生産性を高めるためには、劈開導入溝１００Ｂ内に窒化物半導体ウエハ１００の欠陥集中部１００ａを含まない寸法（Ｌ₃＜４００μｍ）に設定することが望ましい。

本発明の実施の形態に係る窒化物半導体ウエハの分割方法によって得られた窒化物半導体素子を説明するために示す断面図。本発明の実施の形態に係る窒化物半導体ウエハの分割方法によって得られた窒化物半導体素子のサイズを説明するために示す斜視図。本発明の実施の形態に係る窒化物半導体ウエハの分割方法を実施した場合に窒化物半導体ウエハに形成される劈開導入溝及び劈開ラインを説明するために示す平面図。本発明の実施の形態に係る窒化物半導体ウエハの分割方法におけるスクライビング加工を説明するために示す平面図。本発明の実施の形態に係る窒化物半導体ウエハの分割方法における劈開導入溝の形成工程を説明するために示す断面図。本発明の実施の形態に係る窒化物半導体ウエハの分割方法における窒化物半導体ウエハの劈開工程を説明するために示す断面図。

符号の説明

１…窒化物半導体素子、２…窒化物半導体基板、３…窒化物半導体層、４…ｎ−ＧａＮ層、５…活性層、６…ｐ−ＧａＮ層、７…ｎ電極、８…絶縁層、９…リッジ部、１０…ｐ電極、１００…窒化物半導体ウエハ、１００Ａ…ウエハ周縁部、１００Ｂ…劈開導入溝、１００Ｃ…マイクロクラック、１００ａ…欠陥集中部、２００…レーザダイオードバー、ａ…劈開面、ｍ…スクライブ始端位置、ｎ…スクライブ終端位置、Ｇ…割れ目、Ｓ…劈開ライン

Claims

窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層してなる窒化物半導体ウェハのウェハ周縁部に対して窒化物半導体素子を得るための劈開導入溝を形成する工程と、前記劈開導入溝に沿って前記窒化物半導体ウェハを劈開する工程とを備えた窒化物半導体ウェハの分割方法であって、
前記劈開導入溝を形成する工程は、前記窒化物半導体ウェハにおける劈開導入溝形成領域のウェハ中央部側をスクライブ始端位置とするとともに、そのウェハ周縁をスクライブ終端位置とし、前記窒化物半導体層に対して溝長４００μｍ未満となるよう前記スクライブ始端位置から前記スクライブ終端位置に向かってスクライビング加工を施すことを特徴とする窒化物半導体ウェハの分割方法。
前記劈開導入溝のスクライブ方向は<１１−２０>方向である請求項１に記載の窒化物半導体ウェハの分割方法。
前記窒化物半導体基板はＧａＮ基板からなる請求項１に記載の窒化物半導体ウェハの分割方法。
前記窒化物半導体素子はレーザダイオードである請求項１に記載の窒化物半導体ウェハの分割方法。