JP6027027B2 - 半導体素子およびその製造方法ならびに半導体素子結合体 - Google Patents
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Description
(1)成長用基板の上にリフトオフ層を介して半導体層を形成する工程と、
該半導体層の一部を除去して、前記成長用基板または前記リフトオフ層の一部が露出する溝を形成することで半導体構造部を複数個形成する工程と、
前記溝を充填材で塞ぐ工程と、
前記半導体構造部および前記充填材の上にメッキシード層を形成するシード形成工程と、
該シード形成工程後に、前記溝の上方に、網目状のレジストを形成する工程と、
前記レジストに覆われず露出した前記メッキシード層からメッキ層を成膜して、複数個の前記半導体構造部を一体支持する導電性サポート体を形成する工程であって、前記導電性サポート体が前記レジストの上に凹みを有し、かつ、前記レジストの交差部位上に孔を有するように前記メッキ層を成膜する工程と、
前記充填材および前記レジストの、少なくとも一部を除去して、前記孔から前記リフトオフ層に通じる空隙を形成する工程と、
ケミカルリフトオフ法を用いて、前記孔を介して前記空隙に供給するエッチング液により前記リフトオフ層を除去する工程と、
前記半導体構造部間で前記凹みに沿って前記導電性サポート体を切断することにより、各々が導電性サポート体に支持された前記半導体構造部を有する複数個の半導体素子に個片化する工程と、を有する半導体素子の製造方法。
成長用基板102は、サファイア基板またはサファイア基板上にAIN膜を形成したAINテンプレート基板を用いるのが好ましい。形成するリフトオフ層の種類やIII族窒化物半導体からなる半導体積層体のAl、Ga、Inの組成、LEDチップの品質、コストなどにより適宜選択すればよい。
半導体層106の一部の除去には、ドライエッチング法を用いるのが好ましい。これは、半導体層106のエッチングの終点を再現性良く制御できるからである。また、半導体層106が繋がった状態であると、後工程においてエッチング液でリフトオフ層104をエッチングすることができないため、この除去は、少なくとも成長用基板またはリフトオフ層が露出するまで行うものとする。上記の本実施形態では、溝108の底部ではリフトオフ層104は除去され、成長用基板102が完全に露出する例を示した。
図1の実施形態では、溝108の充填剤として第1レジスト112を用い、その後全ての第1レジスト112を格子状のレジスト116とともに除去して空隙126を形成したが、本発明はこれに限らず、充填剤の一部を除去して、エッチング供給用の空隙を形成するものでもよい。例えば、半導体構造部110の横断面の形状が四角形の場合、PCT/JP2011/005485に記載するように、各半導体構造部110の1つの側面のみを充填剤としてのレジストによって塞ぎ、残りの3つの側面は充填剤としての金属をメッキで塞ぐことができる。そして、充填剤除去工程では、金属は除去せずレジストのみを除去し、レジストで埋められた溝のみにエッチング供給用の空隙を形成することができる。この場合、図1(H)のリフトオフ工程では、レジストで塞いだ溝側からその反対側の溝側に向かってエッチングが進行する。
レジストの交差部位上には、メッキ形成工程において孔が形成される。図1および図2の実施形態では、溝108の交差部位上にレジスト116の交差部位が位置する例を示したが、本発明はそれに限定されない。例えば、溝108に部分的に幅広の部位を設けることによって、溝108の辺上にレジスト116の交差部位を設けてもよい。この場合、溝108の辺上に孔124が形成される。すなわち、本明細書において「レジストの交差部位」とは、溝108の交差部位上でのレジスト116の交差部位に限らず、その他の溝108上でのレジスト116の交差部位をも意味する。
レジストの除去は、例えばアセトン、レジスト剥離液など、レジストの種類に合わせて溶解可能な液体により行う。なお、孔124の下のレジスト116と第1レジスト112との間のメッキシード層は、薄膜のため、機械的に除去しても、エッチング液を用いて化学的に除去してもよい。これらにより、孔114と空隙115が連通する。
本発明におけるケミカルリフトオフ法に使用可能なエッチング液としては、リフトオフ層がCrNの場合、硝酸第二セリウムアンモン溶液やフェリシアンカリウム系の溶液など、リフトオフ層がScNの場合、塩酸、硝酸、有機酸など選択性のある公知のエッチング液を挙げることができる。
個片化工程では、半導体構造部110間を例えばブレードダイサーやレーザーダイシング装置を用いて切断する。
図1および図2に示す製造方法で、図4に示す半導体素子を作製した。具体的には、まず、サファイア基板上に、スパッタ法により金属Cr層を形成しアンモニア雰囲気中で熱処理することによりリフトオフ層(CrN層、厚さ:18nm)を形成後、半導体層として、厚さ7μmのGaN系LED構造層を形成し、その後、サファイア基板の一部が露出するよう、半導体層の一部をドライエッチングにより除去して格子状の溝を形成することで、横断面の形状が正方形の島状に独立した複数個の半導体構造部を形成した。半導体構造部の幅Wは1350μmであり、個々の素子の配置は碁盤の目状とした。素子間のピッチは1500μm、すなわち溝幅は150μmである。
図6に示す製造方法で、半導体素子を作製した。具体的には、1回目のメッキ層成膜工程までは、以下の点を除いて実施例1と同様に行った。まず、溝幅は80μmに変更した。また、第2レジストの幅も100μmに変更した。そして、Cuのメッキは、半導体構造部上の厚さが120μmになる時点で止めた。このときにも、Cuメッキ層は第2レジスト上で結合し、複数の半導体構造部一体支持する第1の導電性サポータ体となった。また、第2レジストの交差部位上に孔も観察された。
図7および図8に示す従来の製造方法で半導体素子を作製した。具体的には、まず、サファイア基板上に、リフトオフ層(CrN層、厚さ:18nm)を形成後、半導体層として、厚さ7μmのGaN系LED構造層を形成しその後、サファイア基板の一部が露出するよう、半導体層の一部をドライエッチングにより除去して溝を形成することで、横断面の形状が直径1000μmの円形の島状に独立した複数個の半導体構造部を形成した。半導体構造部の素子間のピッチは1250μmである。
102 成長用基板
104 リフトオフ層
106 半導体層
108 溝
110 半導体構造部
112 第1レジスト(充填材)
114 メッキシード層
116 レジスト(第2レジスト)
117 レジスト(第3レジスト)
118 メッキシード層の露出部位
120 凹み
122 導電性サポート体(第1の導電性サポート体)
122A 切断された導電性サポート体
122B 導電性サポート体のコーナー
122C 半導体構造部と反対側の外周部
123 第2の導電性サポート体
124 孔
125 凹み(第2の凹み)
126 空隙
128 上部電極
200 半導体素子結合体
Claims (5)
- 成長用基板の上にリフトオフ層を介して半導体層を形成する工程と、
該半導体層の一部を除去して、前記成長用基板または前記リフトオフ層の一部が露出する溝を形成することで半導体構造部を複数個形成する工程と、
前記溝を充填材で塞ぐ工程と、
前記半導体構造部および前記充填材の上にメッキシード層を形成するシード形成工程と、
該シード形成工程後に、前記溝の上方に、網目状のレジストを形成する工程と、
前記レジストに覆われず露出した前記メッキシード層からメッキ層を成膜して、複数個の前記半導体構造部を一体支持する導電性サポート体を形成する工程であって、前記導電性サポート体が前記レジストの上に凹みを有し、かつ、前記レジストの交差部位上に孔を有するように前記メッキ層を成膜する工程と、
前記充填材および前記レジストの、少なくとも一部を除去して、前記孔から前記リフトオフ層に通じる空隙を形成する工程と、
ケミカルリフトオフ法を用いて、前記孔を介して前記空隙に供給するエッチング液により前記リフトオフ層を除去する工程と、
前記半導体構造部間で前記凹みに沿って前記導電性サポート体を切断することにより、各々が導電性サポート体に支持された前記半導体構造部を有する複数個の半導体素子に個片化する工程と、を有する半導体素子の製造方法。 - 前記メッキ層を成膜した後の、前記凹み位置での前記導電性サポート体の厚みが120μm以下である請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記メッキ層を成膜した後の、前記半導体構造部の上での前記導電性サポート体の厚みが80μm以上である請求項1または2に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記網目状のレジストを形成する工程と、前記導電性サポート体を形成する工程とを複数回くり返す請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記溝により、横断面形状が四角形の前記半導体構造部が縦横に整列して複数個形成され、前記シード形成工程後に、前記溝の上方に、格子状のレジストを形成する請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。
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