JP5421071B2

JP5421071B2 - 光半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP5421071B2
Application number: JP2009253818A
Authority: JP
Inventors: 孝信赤木
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2029-11-05
Also published as: JP2011100817A

Description

本発明は発光ダイオード（LED）等の光半導体装置の製造方法に関する。

青色発光ダイオードに代表される光半導体装置は近年の技術の進歩により高効率化及び高出力化が図られている。しかし、高出力化に伴い、光半導体装置から発生する熱も増加し、光半導体装置の効率の低下及び半導体層の劣化による信頼性の低下を招いている。

上述の光半導体装置の効率の低下及び信頼性の低下を解消するために、従来の光半導体装置の製造方法は、比較的熱伝導性の悪い成長基板を除去し、代りに、比較的熱伝導性の良い金属支持体で光半導体装置を支持している（参照：特許文献１）。この金属支持体を素子毎に分割する場合、ダイシング法あるいはスクライブ／ブレイキング法では歩留りが低下するのでレーザスクライブ法を用いる。たとえば、ダイシング法では、金属支持体の延性によりダイシングブレードの目詰まりが起こり、ウエハ全体を素子に分割するのには、ダイシングブレードを何枚も交換しなければならない。また、スクライブ／ブレイキング法でも、金属支持体の延性によりブレイキングでウエハが曲がるのみで素子に分割できない。金属支持体が厚ければ、ダイシング法あるいはスクライブ／ブレイキング法はさらに不適切となる。この従来の光半導体装置の製造方法を図８〜図１１を参照して簡単に説明する。

始めに、図８のステップ１０１及び図９の（Ａ）を参照すると、半導体層成長工程において、サファイア成長基板１上にｎ型GaN層２、発光層としての活性層３、ｐ型GaN層４を有機金属化学気相成長（MOCVD）法により順次エピタキシャル成長させる。

次に、図８のステップ１０２及び図９の（Ｂ）を参照すると、電気分解法によるめっき（以下、電解めっき）開始金属層形成工程において、電子ビーム（EB）蒸着法等によりｐ型GaN層４上に電解めっき開始のためのAu等の金属層５を形成する。

次に、図８のステップ１０３及び図９の（Ｃ）を参照すると、金属支持体電解めっき工程において、めっき浴に浸し、電解めっき法によりCu支持体６を形成する。

次に、図８のステップ１０４及び図１０の（Ａ）を参照すると、サファイア成長基板１をレーザリフトオフ（LLO）法により剥離つまり除去する。

次に、図８のステップ１０５及び図１０の（Ｂ）を参照すると、電極形成工程において、フォトリソグラフィ法によるフォトレジストパターン形成、全面に真空蒸着法による金属層形成、及びレジストパターンと共にその上の金属層の除去によって構成されるリフトオフ法によりｎ側電極７及び／またはｎ側パッドを形成する。

次に、図８のステップ１０６及び図１０の（Ｃ）を参照すると、ストリート溝形成工程において、反応性イオンエッチング（RIE）法により半導体層つまりｎ型GaN層２、活性層３及びｐ型GaN層４の素子分割領域（スクライブ領域）をフォトリソグラフィ／エッチング法により除去してストリート溝８を形成する。

最後に、図８のステップ１０７及び図１１を参照すると、レーザスクライブ法によりストリート溝８を介してAu層５及びCu支持体６にレーザ９を照射して素子毎に分割する。すなわち、ストリート溝８に露出したAu層５及びCu支持体６をレーザの熱エネルギーによって融解させもしくは瞬時に蒸発させて切断する。

特表２００７−５３６７２５号公報特開平８−７８８１７号公報特開２００８−２５５４２９号公報

一般に、光半導体装置の放熱性を考慮すると、熱伝導率の高いCu支持体６を厚くする方がよい。他方、Cu支持体６を厚くすると、レーザスクライブ法により素子に分割する際にレーザ照射で融解したCuがCu支持体６の下部で再び凝固して再固着するという現象が発生する。たとえば、Cu支持体６の厚さが80μmの場合を図１２に示すように、Cu支持体６の下部で再固着している。この結果、レーザスクライブ法による素子の分割が困難であるという課題がある。

また、図１２に示すように、レーザスクライブ後のCu支持体６の側面は平坦ではなく、バリ等が残存している。さらに、レーザ照射時に飛散したCuが半導体層２、３、４に付着して電気的にショートを起こす。この結果、歩留りの低下を招くという課題もある。

さらに、図１２に示すように、レーザ照射によるCu支持体６の切断形状がV字状となっている。従って、半導体層２、３、４へのレーザ照射及びCu付着を十分に避けるには、ストリート溝８を拡げる必要がある。Cu支持体６が厚ければさらにストリート溝８を拡げる必要がある。この結果、一枚のウエハから得られる素子数が少なくなり収率が低下するという課題もある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る光半導体装置の製造方法は、成長基板に半導体層を成長させる工程と、半導体層上に開口を有する金属層を形成する工程と、この金属層を電気分解法によるめっき（電解めっき）開始金属として金属層上に電解めっき法によって金属支持体を形成する工程と、金属支持体の形成後に、成長基板を除去する工程と、成長基板の除去後に、半導体層の一部を除去して開口を有する金属層を露出させることによりストリート溝を形成する工程と、ストリート溝の形成後に、ストリート溝を介して金属支持体を電気分解法によるエッチング（電解エッチング）法により金属支持体の金属層の開口に露出する部分を除去して金属支持体を素子毎に分割する工程とを具備し、金属層がAuを主成分とするものである。これにより、厚い金属支持体であっても除去つまり切断を確実に行える。

本発明によれば、電解めっきの開始のためのAuを主成分とする金属層に開口を設け、この金属層を用いた電解エッチング法によって金属支持体を除去つまり切断したので、厚い金属支持体も容易に切断できる。また、電解エッチング法によって金属支持体の側面を平坦できるので、バリを防止でき、また、除去された金属支持体が半導体層に付着して電気的にショートすることがないので、歩留りを向上できる。さらに、金属支持体の除去（切断）形状は垂直形状とすることができるので、ストリート溝の幅を狭くでき、従って、収率を向上できる。

本発明に係る光半導体装置の製造方法の実施の形態を説明するためのフローチャートである。本発明に係る光半導体装置の製造方法の実施の形態を説明するための断面図である。本発明に係る光半導体装置の製造方法の実施の形態を説明するための断面図である。本発明に係る光半導体装置の製造方法の実施の形態を説明するための断面図である。本発明に係る光半導体装置の製造方法の実施の形態を説明するための断面図である。図２の（Ｂ）の金属層を示す平面図である。図６の開口の例を示す平面図である。従来の光半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。従来の光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。従来の光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。従来の光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。従来の光半導体装置の製造方法の課題を説明する図である。

図１は本発明に係る光半導体装置の製造方法の実施の形態を説明するためのフローチャート、図２〜図５は本発明に係る光半導体装置の製造方法の実施の形態を説明するための断面図である。

始めに、図１のステップ１０１及び図２の（Ａ）を参照すると、図８のステップ１０１及び図９の（Ａ）と同様に、半導体層成長工程において、Ｃ面サファイア成長基板１上にｎ型GaN層２、発光層としての活性層３及びｐ型GaN層４をMOCVD法により順次エピタキシャル成長させる。

具体的には、Al_xIn_yGa_zN（0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1）が成長可能なＣ面サファイア成長基板１をMOCVD装置に投入し、水素雰囲気中で約1000℃、約10分間の加熱によりサーマルクリーニングを行う。次いで、トリメチルガリウム（TMG）：10.4μmol/min、NH₃：3.3LM（標準状態のリットル/分）を約500℃、約30秒間供給して低温GaNバッファ層を成長させる。次いで、約1000℃まで昇温して約30秒間保持して低温GaNバッファ層を結晶化させ、その温度で、TMG：45μmol/min、NH₃：4.4LMを20分間供給して厚さ約1μmの下地GaN層（図示せず）を形成する。引き続き、その温度で、TMG：45μmol/min、NH₃：4.4LM、SiH₄：2.7×10^-9μmol/minを約40分間供給して厚さ約2μmのｎ型GaN層２を成長させる。

次いで、活性層３としてInGaN/GaNよりなる多重量子井戸（MQW）構造を採用する。すなわち、TMG：3.6μmol/min、トリメチルインジウム（TMI）：10μmol/min、 NH₃：4.4LMを約700℃で約33秒間供給して厚さ約2.2nmのInGaN井戸層を成長させ、引き続き、同一温度で、TMG：3.6μmol/min、NH₃：4.4LMを約320秒間供給して厚さ約15nmのGaN障壁層を成長させ、これを5周期分繰返す。尚、活性層３は単一量子井戸（SQW）構造でも、単層でもよい。

次いで、温度を約870℃まで低下させ、TMG：8.1μmol/min、トリメチルアルミニウム（TMA）：7.5μmol/min、ビスシクロペンタジニエルマグネシウム（CP2Mg）：2.9×10^-7μmol/minを約5分間供給して厚さ約40nmのｐ型AlGaNクラッド層（図示せず）を成長させる。引き続き、その温度で、TMG：18μmol/min、NH₃：4.4LM、CP2Mg：2.9×10^-7μmol/minを約7分間供給して厚さ約150nmのｐ型GaN層４を成長させる。

次に、図１のステップ１０２’及び図２の（Ｂ）を参照すると、電解めっき開始金属層形成工程において、ｐ型GaN層４上に電解めっき開始のためのTi／Au、Au等のAuを主成分とする金属層５’を形成する。金属層５’には開口５ａが形成されている。金属層５’はリフトオフ法により形成される。つまり、ｐ型GaN層４上の開口５ａに相当する部分にフォトリソグラフィ法によりフォトレジストパターンを形成し、引き続き、全面にEB蒸着法によりTi／Auの金属層５’を形成し、引き続き、アセトン等の溶剤によりフォトレジストパターンと共にその上の金属層５’を除去して開口５ａを形成する。

金属層５’の開口５ａの領域は後工程の電解めっきがされない。従って、図６に示すごとく、開口５ａを格子状に設けると、後工程で、ウエハ全体に電解めっきがされる。また、図７の（Ａ）、（Ｂ）は金属層５’の開口５ａの例を示す。図７の（Ａ）、（Ｂ）において、開口５ａは後工程で形成されるストリート溝８内に形成される。

次に、図１のステップ１０３’及び図２の（Ｃ）を参照すると、金属支持体電解めっき工程において、シアン化銅もしくは硫酸銅のベースのめっき浴に浸し、電解めっき法によりCu支持体６’を形成する。尚、Cu支持体６’の剛性、平坦性等の機械的特性を調整するための添加剤として有機物ベースの平滑剤、光沢剤を用いてもよい。このとき、Cu支持体６’は金属層５’を起点に堆積し、最終的には、図３の（Ａ）に示すように、Cu支持体６’は約80μmの厚さとなり、かつ平坦となる。

次いで、金めっき用浴に移動させ、金属支持体６’の酸化防止のためのAuめっき層６１を形成する。

図３の（Ａ）において、Cu支持体６’の厚さT(=80μm)は金属層５’の開口５ａの幅Wより十分大きい。つまり、
T >> W
この結果、Cu支持体６’は金属層５’の開口５ａの直上に延在し、これにより、ウエハの機械的強度が維持される。この結果、ウエハのハンドリング性が向上し、従って、信頼性及び歩留りの向上が期待できる。

次に、図１のステップ１０４及び図３の（Ｂ）を参照すると、サファイア成長基板１をLLO法により剥離つまり除去する。LLO時に、サファイア成長基板１とｎ型GaN層２との界面のGaNが金属Gaと窒素ガスに分解され、サファイア成長基板１が剥離する。このとき、表出する剥離面はｎ型GaN層２もしくは下地GaN層（図示せず）である。尚、LLO法の代りに、研削、研磨あるいはドライエッチング法を用いることができる。また、サファイア成長基板１の代りにウェットエッチング可能な基板たとえばSiC基板を用いた場合には、ウェットエッチング法を用いることができる。

次に、図１のステップ１０５及び図３の（Ｃ）を参照すると、図８のステップ１０５及び図１０の（Ｂ）と同様に、電極形成工程において、フォトリソグラフィ技術によるフォトレジストパターン形成、全面に真空蒸着法による金属層形成、及びレジストパターンと共にその上の金属層の除去によって構成されるリフトオフ法によりｎ側電極７及び／またはｎ側パッドを形成する。この場合、ｎ型GaN層２全体にITOよりなる透明電極層を形成し、その一部にTiAlよりなるｎ側パッドを形成してもよい。

次に、図１のステップ１０６及び図４の（Ａ）を参照すると、図８のステップ１０６及び図１０の（Ｃ）と同様に、ストリート溝形成工程において、RIE法により半導体層つまりｎ型GaN層２、活性層３及びｐ型GaN層４の素子分割領域（スクライブ領域）をフォトリソグラフィ／エッチング法により除去してストリート溝８を形成する。つまり、ｎ側電極７及びｎ型GaN層２上にフォトレジストパターンを形成し、引き続き、RIE等のドライエッチング法及び／またはKOH等のアルカリ溶液によるウェットエッチング法によりｎ型GaN層２、活性層３、ｐ型GaN層４を金属層５’及びCu支持体６’に到達するまで完全エッチング除去する。半導体層（２，３，４）の一部でも残存すると、後工程でCu支持体６’を除去する際の障害となるからである。

最後に、図１のステップ１０７’及び図４の（Ｂ）、（Ｃ）、図５の（Ａ）、（Ｂ）を参照すると、電解エッチング法によりCu支持体６’を素子毎に分割する。

図４の（Ｂ）においては、電解エッチングの準備として、ｎ側電極７及び半導体層（２，３，４）の表面及び側面にフォトリソグラフィ法により保護層としてフォトレジストパターン１０を形成して半導体層（２，３，４）を保護する。この場合、ストリート溝８はフォトレジストパターン１０によって覆われていない。また、フォトレジストパターン１０はめっき浴に耐性があり、容易に除去が可能である。

また、電解エッチングの準備として、図４の（Ｃ）に示すごとく、Cu支持体６’のAuめっき層６１側を粘着テープ１１によって導電性の固定用治具１２に取付ける。この場合、粘着テープ１１には導電性の接点１１ａが設けられており、Auめっき層６１と固定用治具１２とが電気的に接続されることになる。

次いで、図５の（Ａ）に示すごとく、図４の（Ｃ）に示すウエハを金属支持体電解めっき工程で用いた同一もしくは同種のめっき浴に浸し、電解めっきの場合と逆に陽極、陰極を接続する。つまり、ウエハ側を陽極Ａにし、銅板を陰極Ｃとする。この結果、金属層５’の開口５ａに露出したCu支持体６’が電解エッチング法によって除去される。この場合、この電解エッチングはCu支持体６’の不要部分が完全に除去されるまで実行される。

上述の電解エッチングでは、エッチングのためのめっき浴は硫酸銅もしくはシアン化銅を主成分とする。この結果、Auを主成分とする金属層５’及びAuめっき層６１は電解エッチングされない。従って、金属層５’及びAuめっき層６１が電解エッチング終了時点でも残存するが、非常に僅かなので、超音波洗浄、粘着テープ１１の取り外しの際に残存の金属層５’及びAuめっき層６１は除去できる。そして、フォトレジストパターン１０を除去すると、光半導体装置（チップ）は完成する。

図５の（Ａ）においては、陽極（ウエハ）Ａの形状、大きさは陰極Ｃの形状、大きさとほぼ同一である。この結果、めっき浴中の電気力線はウエハと垂直かつウエハ内で均一に分布している。従って、電解エッチングがウエハ面内で均一に行われる。他方、図５の（Ｂ）に示すごとく、陰極Ｃが陽極Ａより大きくなると、電気力線の方向がウエハの中心部と端部とで異なることになるが、絶縁部材１３を導入することで電気力線はやはりウエハと垂直かつウエハ内で均一に分布する。このようにして、歩留りを向上させることができる。尚、電解エッチングについては特許文献２を参照されたし。また、電解エッチングに用いられる絶縁部材については特許文献３を参照されたし。

１：サファイア成長基板
２：ｎ型GaN層
３：活性層
４：ｐ型GaN層
５，５’：金属層
５ａ：開口
６，６’：Cu支持体
７：ｎ側電極
８：ストリート溝
９：レーザ
１０：フォトレジストパターン
１１：粘着テープ
１１ａ：接点
１２：固定用治具
Ａ：陽極
Ｃ：陰極

Claims

成長基板に半導体層を成長させる工程と、
該半導体層上に開口を有する金属層を形成する工程と、
該金属層を電解めっき開始金属として該金属層上に電解めっき法によって金属支持体を形成する工程と、
前記金属支持体の形成後に、前記成長基板を除去する工程と
該成長基板の除去後に、前記半導体層の一部を除去して前記開口を有する前記金属層を露出させることによりストリート溝を形成する工程と、
該ストリート溝の形成後に、該ストリート溝を介して前記金属支持体を電解エッチング法により前記金属支持体の前記金属層の開口に露出する部分を除去して前記金属支持体を素子毎に分割する工程と
を具備し、
前記金属層がAuを主成分とする光半導体装置の製造方法。
前記金属支持体がCuを主成分とする請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
前記金属支持体の厚さが前記金属層の開口の幅より大きい請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。