JP6232186B2 - 窒化物半導体ウェハのマーキング方法および識別符号付き窒化物半導体ウェハ - Google Patents

Description

本発明は、窒化物半導体ウェハのマーキング方法および識別符号付き窒化物半導体ウェハに関するものである。

半導体ウェハには、半導体ウェハを個々に識別することを目的として、識別符号が印字されている。半導体ウェハへの識別の印字は、半導体ウェハ１枚１枚の工程履歴を管理する上で非常に有効な手段であり、不良解析や、工程の最適化、製造上の管理等に使用されている。

一般に、識別符号は、半導体ウェハの表面または裏面どちらかに印字される。印字する手段としては、レーザマーカが用いられるのが一般的である。

窒化物半導体ウェハ（窒化物半導体基板）である窒化ガリウムウェハ（ＧａＮ基板）に識別符号を印字する際には、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本派や第２高波長のレーザ光を用いてマーキングが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１８１９７２号公報

しかしながら、従来の窒化物半導体ウェハのマーキング方法では、窒化物半導体ウェハに識別符号を印字すると、印字した識別符号の周辺（表面もしくは裏面）が盛り上がってしまうという問題があった。識別符号の周辺の盛り上がりは、識別符号付き窒化物半導体ウェハを真空ピンセットで吸着する際の落下の原因となるため、改善が望まれる。

なお、識別符号をマーキングした後に盛り上がった部分を研磨して平坦化することも考えられるが、通常、研磨後の窒化物半導体ウェハに識別符号のマーキングを行うので、マーキング後に再び研磨を行うのは製造コストがかかる。また、研磨前の窒化物半導体ウェハに識別符号をマーキングする場合は、研磨により消えてしまわないよう識別符号のマーキング深さを深くする必要があり、窒化物半導体ウェハに割れが発生する可能性が大きくなる。

さらに、識別符号を印字する際のレーザ光の周波数によっては、１回のマーキングで十分なマーキング深さが得られず、識別符号の視認性が十分に得られない場合があるという問題もあった。１回のマーキングで十分なマーキング深さが得られない場合、複数回マーキングを実施して識別符号の視認性を向上させる必要があり、製造時間およびコストがかかってしまう。

本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、識別符号周辺の盛り上がりを抑え、かつ、識別符号の視認性が良好な窒化物半導体ウェハのマーキング方法および識別符号付き窒化物半導体ウェハを提供することを目的とする。

本発明は、厚さが２５０μｍ以上の窒化物半導体ウェハに、周波数２５ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下のレーザ光を照射してマーキング深さが２０μｍ以上の識別符号をマーキングし、前記識別符号をマーキングしていない平坦面からの前記識別符号周辺の盛り上がり高さを３μｍ以下とする窒化物半導体ウェハのマーキング方法を提供する。

前記レーザ光が、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波もしくは第２高調波であってもよい。

前記窒化物半導体ウェハが、窒化ガリウムウェハであってもよい。

前記識別符号を、ライン状もしくはドット状にマーキングしてもよい。

また、本発明は、厚さが２５０μｍ以上の窒化物半導体ウェハに、周波数２５ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下のレーザ光を照射してマーキング深さが２０μｍ以上の識別符号をマーキングし、前記識別符号をマーキングしていない平坦面からの前記識別符号周辺の盛り上がり高さを３μｍ以下とする窒化物半導体ウェハの製造方法を提供する。

本発明によれば、識別符号周辺の盛り上がりを抑え、かつ、識別符号の視認性が良好な窒化物半導体ウェハのマーキング方法および識別符号付き窒化物半導体ウェハを提供できる。

本発明において、使用するレーザ光の周波数（加工周波数）と識別符号周辺の盛り上がり高さの関係を示すグラフ図である。 本発明において、使用するレーザ光の周波数（加工周波数）と識別符号のマーキング深さの関係を示すグラフ図である。 本発明の実施例において、識別符号付き窒化ガリウムウェハの断面を示す写真である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

本実施の形態に係る窒化物半導体ウェハのマーキング方法では、窒化物半導体ウェハ（窒化物半導体基板）にレーザ光を照射して識別符号をマーキングして、識別符号付き窒化物半導体ウェハを作製する。

本実施の形態では、窒化物半導体ウェハとして研磨後の窒化ガリウムウェハ（ＧａＮ自立基板）を用いる。窒化ガリウムウェハは、例えば、サファイアなどの下地基板に窒化ガリウム単結晶を成長させ、その後下地基板を除去することで得られる。

また、本実施の形態では、識別符号のマーキングに使用するレーザ光としてＮｄ−ＹＡＧレーザの基本波もしくは第２高調波を用い、識別符号をライン状もしくはドット状にマーキングする。なお、使用するレーザ光はこれに限定されるものではなく、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの第３高調波、エキシマレーザ光、炭酸ガスレーザ光等も使用可能である。

レーザ光を用いて識別符号をマーキングする場合、使用するレーザ光の周波数により加工状態が変化し、識別符号周辺の盛り上がり高さや、識別符号のマーキング深さが変化する。

図１は、使用するレーザ光の周波数（加工周波数）と識別符号周辺の盛り上がり高さの関係を示すグラフ図である。なお、識別符号周辺の盛り上がり高さとは、識別符号をマーキングしていない窒化ガリウムウェハの平坦面からの高さである。

図１に示すように、マーキングスピード２ｍｍ／ｓ、１０ｍｍ／ｓいずれの場合も加工周波数が２０ｋＨｚのときに盛り上り高さは最大となり、加工周波数が２０ｋＨｚより高くあるいは低くなると、識別符号周辺の盛り上り高さは低くなる。

真空ピンセットで吸着する際の落下等の不具合を抑制するためには、識別符号周辺の盛り上がり高さを３μｍ以下とすることが望ましい。図１に示すように、識別符号周辺の盛り上がり高さが３μｍを超えるのは、加工周波数が１５ｋＨｚ超〜２５ｋＨｚ未満の場合であるから、使用するレーザ光の周波数は、１５ｋＨｚ以下または２５ｋＨｚ以上が適しているといえる。

他方、使用するレーザ光の周波数（加工周波数）と識別符号のマーキング深さ（レーザマーク深さ）の関係は、図２のようになる。なお、縦軸の識別符号のマーキング深さは、１回のマーキングで得られる深さである。

識別符号の視認性を良好とするためには、識別符号のマーキング深さを２０μｍ以上とすることが望ましい。図２に示すように、加工周波数が３ｋＨｚより小さく、または６０ｋＨｚより大きくなると、マーキングを行う際のパワーが低下して識別符号のマーキング深さが２０μｍ未満と浅くなり、視認性が悪化する。

そのため、加工周波数を３ｋＨｚより小さく、または６０ｋＨｚより大きくする場合は、複数回マーキングを実施してマーキング深さを２０μｍ以上とする必要が生じ、製造時間およびコストがかかってしまう。よって、視認性を良好とする観点からは、使用するレーザ光の周波数は、３ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下が適しているといえる。

したがって、本実施の形態では、これら両方の条件を満たす周波数３ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ以下、または２５ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下のレーザ光を使用して、識別符号をマーキングする。

本実施の形態では、良好な識別符号付き窒化物半導体ウェハを得るために、加工周波数を調整してマーキングするものであって、マーキングスピードを特に規定するものではないが、盛り上がり高さを抑制するという点からみるとマーキングスピードが１０ｍｍ／ｓの場合の方がより盛り上がり高さが抑制されることがわかる（図１）。

なお、窒化物半導体ウェハの厚さが薄いと、識別符号のマーキング深さを深くしたときに割れが発生する場合があるので、窒化物半導体ウェハの厚さを２５０μｍ以上とし、かつ、識別符号のマーキング深さを２０μｍ以上とすることが望ましい。

以上説明したように、本実施の形態に係る窒化物半導体ウェハのマーキング方法では、窒化物半導体ウェハに、周波数３ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ以下、または２５ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下のレーザ光を照射して識別符号をマーキングしている。

これにより、識別符号周辺の盛り上がり高さが３μｍ以下と小さく、識別符号をマーキングした面を真空ピンセットで吸着した最にも落下することがなく、かつ、識別符号のマーキング深さが２０μｍ以上と視認性の良好な識別符号付き窒化物半導体を得ることが可能になる。

また、本実施の形態では識別符号周辺の盛り上がり高さが３μｍ以下と小さくできるため、識別符号をマーキングした後に盛り上がった部分を研磨して平坦化するといった作業も不要となり、製造コストを削減できる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

サファイアからなる下地基板上に、ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法により、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とＮＨ₃を原料として、アンドープＧａＮ層を３００ｎｍの厚さに成長させた。

その後、アンドープＧａＮ層上に、Ｔｉ薄膜を２０ｎｍの厚さに蒸着し、これを電気炉に入れて、２０％のＮＨ₃と８０％のＨ₂の混合ガス雰囲気中で、１０５０℃で２０分間熱処理を施した。その結果、アンドープＧａＮ層の一部がエッチングされて高密度の空隙が発生しボイド形成ＧａＮ層に変化するとともに、Ｔｉ薄膜が窒化されて表面にサブミクロンの微細な穴が高密度に形成された穴形成ＴｉＮ層に変化した。

得られた基板をＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）装置（ＨＶＰＥ炉）に入れ、ＧａＮを全体で６５０μｍの厚さに堆積させた。このとき、Ｇａメタルのボートは９００℃に加熱し、基板側の温度は１１００℃とし、キャリアガスとして水素５％と窒素９５％の混合ガスを用いた。原料ガスとしてＨＣｌガスとＧａを反応させてＧａＣｌを生成させ、同時にアンモニアガスを供給し、成長の開始時にはＶ／III比が１２となるように流量を調整し１時間成長した。これにより、ＧａＮの核がＴｉＮ層上に３次元の島状に成長した。

その後、Ｖ／III比が７になるように流量を調整し、３時間成長した。これにより、ＧａＮの結晶同士が横方向に成長して互いに結合し、表面の平坦化が進行した。ＧａＮ結晶成長の終了後、ＨＶＰＥ装置を冷却する過程で、ＧａＮ層はボイド層を境にサファイアの下地基板から自然に剥離し、６５０μｍの厚さのＧａＮ自立基板が得られた。その後、裏を８０μｍ、表を１７０μｍ研磨し、最終的な厚さが４００μｍである窒化ガリウムウェハを得た。

その後、得られた窒化ガリウムウェハの表面もしくは裏面にＮｄ−ＹＡＧレーザの基本波や第２高調波を用い、識別符号をマーキングした。本実施例では、レーザ光として、パワー（出力）０．５Ｗ、加工周波数５ｋＨｚのものを用い、加工速度は１０ｍｍ／ｓでマーキングを実施した。

図１、図２に示すように、この場合の識別符号のマーキング深さは２５μｍ、識別符号周辺の盛り上がり高さは５μｍとなり良好な結果となった。また３ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ以下または、２５ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下の加工周波数でレーザマーキングした場合には、いずれも十分な視認性があり（マーキング深さ２０μｍ以上）かつ、識別符号周辺の盛り上がり高さが３μｍ以下に抑制されていることがわかる。

識別符号のマーキング実施後の識別符号付き窒化ガリウムウェハの断面を図３に示す。図３に示すように、本実施例の識別符号付き窒化ガリウムウェハ３０では、窒化ガリウムウェハ３１の識別符号３２周辺部分Ａの盛り上がりを抑制できたことが分かる。

３０ 識別符号付き窒化ガリウムウェハ（識別符号付き窒化物半導体ウェハ）
３１ 窒化ガリウムウェハ（窒化物半導体ウェハ）
３２ 識別符号

Claims (5)

1. 厚さが２５０μｍ以上の窒化物半導体ウェハに、周波数２５ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下のレーザ光を照射してマーキング深さが２０μｍ以上の識別符号をマーキングし、前記識別符号をマーキングしていない平坦面からの前記識別符号周辺の盛り上がり高さを３μｍ以下とする
   ことを特徴とする窒化物半導体ウェハのマーキング方法。
2. 前記レーザ光が、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波もしくは第２高調波である
   請求項１記載の窒化物半導体ウェハのマーキング方法。
3. 前記窒化物半導体ウェハが、窒化ガリウムウェハである
   請求項１または２記載の窒化物半導体ウェハのマーキング方法。
4. 前記識別符号を、ライン状もしくはドット状にマーキングする
   請求項１〜３いずれかに記載の窒化物半導体ウェハのマーキング方法。
5. 厚さが２５０μｍ以上の窒化物半導体ウェハに、周波数２５ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下のレーザ光を照射してマーキング深さが２０μｍ以上の識別符号をマーキングし、前記識別符号をマーキングしていない平坦面からの前記識別符号周辺の盛り上がり高さを３μｍ以下とする
   ことを特徴とする窒化物半導体ウェハの製造方法。