JPH07122520A

JPH07122520A - 窒化ガリウム系化合物半導体チップの製造方法

Info

Publication number: JPH07122520A
Application number: JP26378293A
Authority: JP
Inventors: Motokazu Yamada; 元量山田; Shuji Nakamura; 修二中村
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 1995-05-12
Anticipated expiration: 2013-05-06
Also published as: JP2748354B2

Abstract

(57)【要約】【目的】サファイアを基板とする窒化ガリウム系化合
物半導体ウエハーをチップ状に切断するに際し、切断面
のクラック、チッピングの発生を防止し、歩留良く、所
望の形状、サイズに切断する方法を提供する。【構成】窒化ガリウム系化合物半導体が表面に成長し
ない性質を有する保護膜１１をサファイア基板１上に所
望のチップ形状で線状に形成した後、前記保護膜１１が
形成されたサファイア基板１上に、窒化ガリウム系化合
物半導体２を選択成長させ、保護膜１１を形成した部分
から窒化ガリウム系化合物半導体ウエハーを切断してチ
ップ状に分離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、青色、緑色あるいは赤
色発光ダイオード、レーザーダイオード等の発光デバイ
スに使用される窒化ガリウム系化合物半導体チップの製
造方法に係り、特にサファイア基板上に一般式Ｉｎ_XＡ
ｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X＜１、０≦Y＜１）で表される窒
化ガリウム系化合物半導体が積層された窒化ガリウム系
化合物半導体ウエハーをチップ状に切断する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に発光ダイオード、レーザダイオー
ド等の発光デバイスにはステム上に発光源である半導体
チップが設けられている。半導体チップを構成する材料
として、例えば赤色、橙色、黄色、緑色ダイオードの場
合ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＰ等が知られており、
また青色ダイオードであればＺｎＳｅ、ＩｎＡｌＧａ
Ｎ、ＳｉＣ等が知られている。

【０００３】従来、半導体材料が積層されたウエハーか
ら、発光デバイス用のチップに切り出す装置には一般に
ダイサー、またはスクライバーが使用されている。ダイ
サーとは一般にダイシングソーとも呼ばれ、刃先をダイ
ヤモンドとするブレードの回転運動により、ウエハーを
直接フルカットするか、または刃先巾よりも広い巾の溝
を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によってウエハ
ーを割る装置である。一方、スクライバーとは同じく先
端をダイヤモンドとする針の往復直線運動によりウエハ
ーに極めて細いスクライブライン（罫書線）を例えば碁
盤目状に引いた後、外力によってウエハーを割る装置で
ある。

【０００４】これらの装置を用いて上記半導体材料をチ
ップ状にカットする際、例えばＧａＰ、ＧａＡｓ等のせ
ん亜鉛構造の結晶はへき開性が「１１０」方向にあるた
めこの性質を利用して、例えばスクライバーでこの方向
にスクライブラインを入れることにより簡単にチップ状
に分離できる。

【０００５】しかしながら、一般に窒化ガリウム系化合
物半導体はサファイア基板の上に積層されるため、その
ウエハーは六方晶系というサファイア結晶の性質上へき
開性を有しておらず、スクライバーで切断することは困
難であった。一方、ダイサーで切断する場合において
も、窒化ガリウム系化合物半導体ウエハーは、前記した
ようにサファイアの上に窒化ガリウム系化合物半導体を
積層したいわゆるヘテロエピタキシャル構造であるた
め、格子定数不整が大きく、また熱膨張率も異なるため
窒化ガリウム系化合物半導体がサファイア基板から剥が
れやすいという問題があった。さらにサファイア、窒化
ガリウム系化合物半導体両方ともモース硬度がほぼ９と
非常に硬い物質であるため、切断面にクラック、チッピ
ングが発生しやすくなり正確に切断することができなか
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】窒化ガリウム系化合物
半導体の結晶性を傷めずに、ウエハーを正確にチップ状
に分離することができれば、発光素子の出力、効率を向
上させることができ、しかも、一枚のウエハーから多く
のチップが得られるので生産性を向上させることができ
る。従って、本発明はこのような事情を鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、サファイアを基板と
する窒化ガリウム系化合物半導体ウエハーをチップ状に
分離するに際し、切断面のクラック、チッピングの発生
を防止し、歩留良く、所望の形状、サイズを得るチップ
の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体チップの製造方法は、窒化ガリウム系化合
物半導体が表面に成長しない性質を有する保護膜をサフ
ァイア基板上に所望のチップ形状で線状に形成する工程
と、前記保護膜が形成されたサファイア基板上に、窒化
ガリウム系化合物半導体を選択成長させて窒化ガリウム
系化合物半導体ウエハーを作成する工程と、前記保護膜
を形成した部分から窒化ガリウム系化合物半導体ウエハ
ーを切断してチップ状に分離する工程とを具備すること
を特徴とする。

【０００８】本発明の方法において、サファイア基板の
上に形成する保護膜の材料には、窒化ガリウム系化合物
半導体の成長温度にも耐え、窒化ガリウム系化合物半導
体が成長しない性質を有するものであればどのようなも
のを使用してもよく、具体的には二酸化ケイ素、または
窒化ケイ素のいずれかを用いることが好ましい。これら
の材料は蒸着、スパッタ等の技術を用い、マスクをサフ
ァイア基板表面に線状に設けることにより、容易にチッ
プ形状にパターン形成できる。

【０００９】次に、保護膜が形成されたサファイア基板
上に、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法等の気相成長法を利用し
て窒化ガリウム系化合物半導体を積層し、例えばｐ−ｎ
接合を有する窒化ガリウム系化合物半導体ウエハーを作
成することができる。窒化ガリウム系化合物半導体は、
サファイアの上には成長するが保護膜の上には成長しな
いため、予め所望のチップ形状になるように選択成長さ
れた窒化ガリウム系化合物半導体を積層したウエハーが
得られる。

【００１０】次に、前記保護膜が形成されていた部分か
らウエハーを切断することにより、チップ状に分離でき
る。切断方法は特に問わず、例えばスクライバーによる
スクライブ、ダイサーによるハーフカット、フルカット
等の方法を適用することができ、またレーザー等を利用
することもできる。切断線はウエハーのサファイア基板
側、保護膜側、いずれから入れてもよい。なおサファイ
ア基板側から切断線を入れる際、切断線の位置を保護膜
が形成された位置と一致させることは言うまでもない。
また、切断前にウエハーの保護膜を例えばウエットエッ
チング等のエッチング技術を用いて除去してもよい。予
め保護膜を除去することにより、例えばスクライブライ
ンを保護膜側から入れてウエハーを割る際、スクライブ
ラインを、保護膜が剥離されたサファイア基板面に直接
入れることができるので、非常に割りやすくなり好まし
い。

【００１１】さらに、窒化ガリウム系化合物半導体層側
から切断線を入れて切断する際、予め保護膜の線幅を窒
化ガリウム系化合物半導体ウエハーの切断幅よりも広く
形成することは、窒化ガリウム系化合物半導体を傷める
ことがないため非常に好ましい。これは、ダイサーで保
護膜側からカットする際には特に有効である。なぜな
ら、ダイサーはスクライバーに比して刃の厚みが数倍〜
数十倍も大きい。従って、刃の厚さの大きいダイサーで
保護膜側からウエハーをカットする際、保護膜の幅が狭
いと、切断する刃の先端、刃の側面等で窒化ガリウム系
化合物半導体を傷めてしまうからである。一方、スクラ
イバーで切断する際でも、保護膜を剥離した部分の幅が
スクライブラインよりも狭いと、スクライバーの先端
で、窒化ガリウム系化合物半導体を傷めてしまう。ま
た、レーザー等で切断する場合においても同様に、レー
ザーのスポット径よりも、保護膜を剥離した部分の幅が
広いことが好ましい。

【００１２】また、窒化ガリウム系化合物半導体ウエハ
ー作成後、ウエハー切断前にサファイア基板側を研磨し
て薄くすることが好ましく、研磨後のサファイア基板の
厚さは２００μｍ以下、さらに好ましくは１５０μｍ以
下に調整することが望ましい。この手段はスクライバー
を用い、スクライブラインをサファイア基板側から入れ
る際、およびダイサーでサファイア基板側からハーフカ
ットする際には特に有効である。なぜなら、サファイア
基板の厚さが２００μｍよりも厚いと、チップ状に割る
際、ウエハーが割れにくい傾向にあるからである。ま
た、ダイサー、レーザー等でフルカットする際にもウエ
ハーを研磨して薄くすれば切断時間の短縮ができる。基
板の厚さの下限値は特に問わないが、あまり薄くすると
研磨中にウエハー自体が割れ易くなるため、実用的な値
としては５０μｍ以上が好ましい。

【００１３】

【作用】本発明の製造方法の作用を図面を元に説明す
る。図１ないし図４は本発明の一製造方法の工程を模式
断面図でもって説明する図であり、図１はサファイア基
板１の表面に、所定のチップ形状になるように、保護膜
１１を線状に形成した状態を示し、図２は保護膜１１を
形成したサファイア基板１の上に窒化ガリウム系化合物
半導体２を選択成長させて積層したウエハーの状態を示
す。また、図３は保護膜１１を剥離した状態を示し、図
４は保護膜１１を剥離すると共に、サファイア基板１を
研磨して薄くした後、保護膜１１が剥離された部分のサ
ファイア基板１に、窒化ガリウム系化合物半導体層２側
からスクライブラインを入れた状態を示している。

【００１４】図１および図２に示すように、窒化ガリウ
ム系化合物半導体が成長しない保護膜１１をサファイア
基板１上に形成し、この保護膜１１の作用により窒化ガ
リウム系化合物半導体２がサファイアの上にのみ成長し
た状態となり、窒化ガリウム系化合物半導体を選択成長
させたウエハーを実現できる。また保護膜１１は所望と
するチップ形状に線状に形成してある。（チップ形状は
通常四角形であるので、保護膜１１は碁盤目状に形成し
てある。）

【００１５】また、図３に示すウエハーは、保護膜１１
を剥離した位置から破線で示すように切断することを示
しており、例えばダイサーでハーフカット、またはフル
カットすることによって切断できる。また、図４に示す
ウエハーは基板を研磨して薄くしたことにより、スクラ
イブラインの破線で示す位置から割って切断できる。図
４のように保護膜を予め剥離することにより、スクライ
ブラインを直接サファイア基板に入れることができるの
で、ウエハーが割れ易くなる。しかも窒化ガリウム系化
合物半導体にはスクライバーのストレスが係らないため
剥がれる心配がない。保護膜１１を剥離しない場合に
は、スクライブラインの深さを深くする必要がある。

【００１６】図１〜図４に示すように、保護膜１１の線
幅を広くして、スクライブ、ダイシング等の切断線が窒
化ガリウム系化合物半導体層２にかからないようにする
と、窒化ガリウム系化合物半導体層２を傷めることがな
い。さらに、保護膜１１を剥離すると、切断部分がサフ
ァイア基板１のみとなり、窒化ガリウム系化合物半導体
層２にストレスが係らず、正確にチップ状に切断でき
る。

【００１７】

【実施例】［実施例１］厚さ４００μｍ、大きさ２イン
チφのサファイア基板１に所定の形状のマスクを形成す
る。そのマスクの上から、蒸着によってＳｉＯ₂を付着
した後、溶剤にサファイアを浸漬して、マスクを除去す
る。これにより、サファイア基板上に線幅５０μｍ、５
００μｍピッチの碁盤目上のＳｉＯ₂保護膜１１よりな
るパターンが完成する。この工程において、保護膜側か
らみたサファイア基板の平面図を図５に示す。

【００１８】前記サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置にセ
ットし、サファイア基板上にｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ
層とを合わせて５μｍの厚さで成長して窒化ガリウム系
化合物半導体ウエハーとする。ウエハーを装置から取り
出して成長面を観察したところ、サファイアの上にはＧ
ａＮが成長して透明を呈していたが、ＳｉＯ₂保護膜の
上には何も成長していなかった。

【００１９】以上のようにしてＧａＮを選択成長させた
ウエハーをフッ酸に浸漬して、ＳｉＯ₂保護膜を剥離し
た後、ウエハーのサファイア基板側を研磨して、基板の
厚さを１００μｍとする。

【００２０】次に、サファイア基板側に粘着テープを貼
付し、スクライバーにセットし、真空チャックで固定し
た後、保護膜を剥離した線の中央におよそ１０μｍ幅、
５μｍの深さでスクライブラインを入れる。スクライブ
ラインを入れたウエハーの部分拡大断面図を図６に示
す。このようにＳｉＯ₂保護膜の線幅を予めスクライブ
ラインの幅よりも広くする、つまり保護膜の線幅をウエ
ハーの切断幅よりも広くすることにより、スクライブ
中、または割る最中に、窒化ガリウム系化合物半導体の
表面、側面を傷めることがない。

【００２１】スクライブ後、真空チャックを解放し、ウ
エハーをテーブルから剥し取り、サファイア基板側から
軽くローラーで押さえることにより、２インチφのウエ
ハーから５００μｍ角のチップを多数得た。チップの切
断面にクラック、チッピング等が発生しておらず、また
ＧａＮ層も剥離しておらず外形不良の無いものを取りだ
したところ、歩留は９５％以上であった。

【００２２】［実施例２］実施例１のスクライブする工
程において、ＧａＮ層側に粘着テープを貼付し、サファ
イア基板側からスクライブラインを入れる他は同様にし
て、５００μｍ角のチップを得たところ、歩留は同じく
９５％以上であった。なおサファイア基板側のスクライ
ブラインも、ＧａＮ層側の保護膜を剥離した線の中央線
に入れた。

【００２３】［実施例３］実施例１の保護膜を形成する
工程において、マスクの形状を変えて、ＳｉＯ₂よりな
る保護膜を、線幅２００μｍ、５００μｍピッチで碁盤
目状にパターン形成する。

【００２４】次に同様にして保護膜の上からＧａＮ層を
積層してウエハーを作成した後、サファイア基板を研磨
して、基板の厚さを２００μｍに調整する。

【００２５】研磨したウエハーのサファイア基板側に粘
着テープを貼付して、ダイサーに固定した後、保護膜の
中央線を１５０μｍ幅のブレードでダイシングしてウエ
ハーをフルカットする。このダイシング工程途中のウエ
ハーの部分拡大断面図を図７に示す。これも同じく、Ｓ
ｉＯ₂保護膜の線幅を予めブレード幅よりも広くする、
つまり保護膜の線幅をウエハーの切断幅よりも広くする
ことにより、切断中に窒化ガリウム系化合物半導体の表
面、側面を傷めることがない。

【００２６】ダイシング後のウエハーから５００μｍ角
のチップを多数得た。同じくチップの切断面にクラッ
ク、チッピング等が発生しておらず外形不良の無いもの
を取りだしたところ、歩留は９５％以上であった。

【００２７】［実施例４］実施例３のダイシング工程に
おいて、ＧａＮ層側に粘着テープを貼付し、サファイア
基板側からフルカットする他は同様にして、５００μｍ
角のチップを得たところ、歩留は同じく９５％以上であ
った。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
ると、へき開性を有していない窒化ガリウム系化合物半
導体ウエハーでも、種々の切断装置を用いて歩留よく正
確に切断することができ、生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法の一工程を説明する模式断
面図。

【図２】本発明の製造方法の一工程を説明する模式断
面図。

【図３】本発明の製造方法の一工程を説明する模式断
面図。

【図４】本発明の製造方法の一工程を説明する模式断
面図。

【図５】本発明の製造方法の一工程を説明する平面
図。

【図６】本発明の製造方法の一工程を説明する部分拡
大断面図。

【図７】本発明の製造方法の一工程を説明する部分拡
大断面図。

【符号の説明】

１・・・サファイア基板２・・・窒化ガリウム系化合物半導体１１・・・保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化ガリウム系化合物半導体が表面に成
長しない性質を有する保護膜を、サファイア基板上に所
望のチップ形状で線状に形成する工程と、前記保護膜が形成されたサファイア基板上に、窒化ガリ
ウム系化合物半導体を選択成長させて窒化ガリウム系化
合物半導体ウエハーを作成する工程と、前記保護膜を形成した部分から前記ウエハーを切断して
チップ状に分離する工程とを具備することを特徴とする
窒化ガリウム系化合物半導体チップの製造方法。
【請求項２】前記窒化ガリウム系化合物半導体ウエハ
ーを作成した後、前記保護膜を剥離する工程を具備する
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合
物半導体チップの製造方法。
【請求項３】前記窒化ガリウム系化合物半導体ウエハ
ーを作成した後、そのウエハーのサファイア基板側を２
００μｍ以下に研磨する工程を具備することを特徴とす
る請求項１または請求項２に記載の窒化ガリウム系化合
物半導体チップの製造方法。
【請求項４】前記保護膜が二酸化ケイ素、または窒化
ケイ素の内のいずれかであることを特徴とする請求項１
ないし請求項３のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系
化合物半導体チップの製造方法。
【請求項５】前記保護膜の線幅を、窒化ガリウム系化
合物半導体ウエハーの切断幅よりも広く形成することを
特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記
載の窒化ガリウム系化合物半導体チップの製造方法。