JPH10125958A - 窒化ガリウム系化合物半導体チップの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【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】 製造方法は、ウエハーから窒化ガリウム系化
合物半導体チップを製造する方法を改良したもので、窒
化ガリウム系化合物半導体層側から第一の割り溝１１を
線状に形成すると共に、この第一の割り溝を窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を貫通してサファイア基板１の一部
を除く深さまで形成する工程と、ウエハーのサファイア
基板側から第一の割り溝の線と合致する位置で、第一の
割り溝の線幅（Ｗ１）よりも細い線幅（Ｗ２）で第二の
割り溝２２を形成する工程と、第一の割り溝と第二の割
り溝に沿って、ウエハーをチップ状に分離する工程とか
らなる。

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ＩｎX
ＡｌYＧａ1-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（以下、窒化物半導体と記
載する。）が積層された窒化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】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破断できる。

【０００５】しかしながら、一般に窒化物半導体はサフ
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
り格子定数不整が大きく、また熱膨張率も異なるため、
窒化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、チップ形状を小さくでき、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】本発明の窒化物半導体チ
ップの製造方法は、サファイア基板上に窒化物半導体を
積層したウエハーから窒化物半導体チップを製造する方
法を改良のしたものである。本発明の製造方法は、ウエ
ハーの窒化ガリウム系化合物半導体層側から第一の割り
溝を所望のチップ形状で線状に形成すると共に、この第
一の割り溝を、窒化ガリウム系化合物半導体層を貫通し
てサファイア基板の一部を切除する深さに形成する工程
と、ウエハーのサファイア基板側から第一の割り溝の線
と合致する位置で、第一の割り溝の線幅（Ｗ１）よりも
細い線幅（Ｗ２）を有する第二の割り溝を形成する工程
と、第一の割り溝、および第二の割り溝に沿ってウエハ
ーを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】本発明の製造方法において、第一の割り溝
を形成するには、最も好ましくはウエットエッチング、
ドライエッチング等のエッチングを用いる。なぜならエ
ッチングが最も窒化物半導体表面、側面を傷めにくいか
らである。ドライエッチングであれば、例えば反応性イ
オンエッチング、イオンミリング、集束ビームエッチン
グ、ＥＣＲエッチング等の手法を用いることができ、ウ
エットエッチングであれば、例えば硫酸とリン酸の混酸
を用いることができる。但し、エッチングを行う前に、
窒化物半導体表面に、所望のチップ形状となるように、
所定の形状のマスクを形成することは言うまでもない。
また、エッチングの他、ダイシングによるハーフカッ
ト、スクライブ等を使用してもよいが、ダイシングは窒
化物半導体の表面、側面を物理的に傷め易く、サファイ
ア基板と、窒化物半導体層との界面にストレスが係り、
窒化物半導体がサファイア基板から剥がれ易い傾向にあ
り、またスクライブは、第二の割り溝よりも広い割り溝
を形成することが難しいため、あまり好ましいとはいえ
ない。

【０００９】次に、第二の割り溝をサファイア基板側に
形成するには、エッチング、ダイシング、スクライブ等
の手法を用いることができる。第二の割り溝はサファイ
ア基板側に形成し、直接窒化物半導体層にダイサー、ス
クライバー等の刃先が触れることはないので、この工程
では第二の割り溝を形成する手法は特に問わないが、そ
の中でも特に好ましくはスクライブを用いる。なぜな
ら、スクライブは第二の割り溝の線幅を、第一の割り溝
の線幅よりも狭くしやすく、また、エッチングに比べて
迅速に割り溝を形成できる。さらに、ダイシングに比べ
て、ウエハー切断時にサファイア基板を削り取る面積が
少なくて済むので、単一ウエハーから多くのチップが得
られるという利点がある。

【００１０】また、第二の割り溝を形成する前に、サフ
ァイア基板側を研磨して薄くすることが好ましい。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。な
ぜなら、窒化物半導体ウエハーは、サファイア基板の厚
さが通常３００〜８００μｍ、その上に積層された窒化
物半導体の厚さが多くとも数十μｍあり、そのほとんど
がサファイア基板の厚さで占められている。しかも、前
記したように窒化物半導体は格子定数、および熱膨張率
の異なる材料の上に積層されているため、非常に切断し
にくい性質を有している。サファイア基板の厚さが厚す
ぎると、後に第二の割り溝を形成してウエハーを分離す
る際、第一の割り溝と、第二の割り溝とを合致させた位
置で割りにくくなる傾向にある。つまり、図１のａの破
線に示すように、第一の割り溝線の中央線と、第二の割
り溝線の中央線が一致した位置でウエハーをチップ状に
分離できることが最も好ましいのであるが、ウエハーの
厚みが厚すぎると、その位置が、同じく図１のｃの破線
に示すように斜めになって割れ、ｐ−ｎ接合界面まで切
断されて、目的としない形状でチップ化されやすい傾向
にある。従って、サファイア基板を前記範囲内に研磨し
て薄くすることにより、前記割り溝の合致位置、つまり
目的とするチップ形状で、ウエハーをさらに分離しやす
くすることができる。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。

【００１１】また基板を研磨して薄くする他に、図２に
示すように、第二の割り溝２２をエッチング、ダイシン
グ等の手法によって、サファイア基板１に深く形成する
ことにより、部分的にサファイア基板１の厚さを薄くし
て、第一の割り溝１１との切断距離を短くしてもよい。

【００１２】

【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、ウエハーをチップに切断する工
程を示す。ただし、図３が本発明の実施例の方法でウエ
ハーをチップに裁断する工程を示している。図１はサフ
ァイア基板１の上にｎ型窒化物半導体層２（ｎ型層）
と、ｐ型窒化物半導体層３（ｐ型層）とを積層したウエ
ハーの模式断面図である。それらの窒化物半導体層側に
は所定のチップ形状になるように、第一の割り溝１１を
線状に形成しており、さらに第一の割り溝１１の線幅よ
り狭い線幅の第二の割り溝２２を、第一の割り溝１１の
線の中央線と一致する位置で形成した状態を示してい
る。但し、この図では、第一の割り溝はｐ型層３をエッ
チングして、ｎ型層２を露出するように形成しており、
第二の割り溝はスクライブで形成している。図１に示す
ように、ウエハーは第一の割り溝１１と第二の割り溝２
２の中央線が一致した点、つまり破線ａで示す位置でま
っすぐに切断できることが最も好ましいが、仮に破線ｂ
で示すように切断線が曲がっても、第一の割り溝１１の
線幅Ｗ１を、第二の割り溝２２の線幅Ｗ２よりも広く形
成してあるため、切断位置がｐ−ｎ接合界面にまで及ば
ず、チップ不良がでることがない。

【００１３】図２は第二の割り溝２２をエッチング、ま
たはダイシングにより形成し、サファイア基板１をハー
フカットした状態を示している。この図では第二の割り
溝２２の深さを深くして、第一の割り溝との切断距離を
短くすることにより、第一の割り溝の中央線と、第二の
割り溝の中央線とが一致した位置でまっすぐに割ること
ができる。

【００１４】図３は本発明の実施例の方法を示し、第一
の割り溝１１のエッチング深さを深くした状態を示して
いるが、この図も図２と同じく第一の割り溝１１と、第
二の割り溝２２との切断距離を短くすることにより、割
り溝が一致した位置でまっすぐに切断することができ
る。このように割り溝を深く形成してチップを分離する
際には、割り溝１１の底部と、割り溝２２との底部との
距離を２００μｍ以下として、サファイア基板１の厚さ
を薄くすることが好ましく、サファイア基板１の厚さを
部分的に薄くすることにより、両割り溝が合致した位置
でまっすぐ切断できる。なお、割り溝２２を深く形成す
るのは、サファイア基板を研磨した後（２００μｍ以上
の厚さで研磨する場合）でも、研磨する前でもかまわな
いが、スクライブによってその深さを深くするのは困難
である。

【００１５】このように図３では第一の割り溝１１の深
さ、第二の割り溝２２の深さを深くすることにより、切
断距離を短くしてまっすぐに割れるようにしている。な
お基板を研磨して２００μｍ以下に調整すれば、第二の
割り溝の深さを深くする必要がないことはいうまでもな
い。

【００１６】図４は、図１に示すウエハーを窒化物半導
体層側からみた平面図であり、第一の割り溝１１の形状
を示していると同時に、チップ形状も示している。この
図では、ｐ型層３を予めｎ層の電極が形成できる線幅で
エッチングして、第一の割り溝１１を形成し、さらにｐ
型層３の隅部を半弧状に切り欠いた形状としており、こ
の切り欠いた部分にｎ層の電極を形成することができ
る。

【００１７】本発明の方法は、第一の割り溝１１の線幅
Ｗ１を、第二の割り溝２２の線幅Ｗ２よりも広くしてい
るので、仮に切断線が斜めとなってウエハーが切断され
た場合でも、ｐ−ｎ接合界面まで切断面が入らずチップ
不良が出ることがなく、一枚のウエハーから多数のチッ
プを得ることができる。そして、さらに好ましくウエハ
ーのサファイア基板を研磨するか、または第二の割り溝
の深さを深くすることにより、所望とする切断位置で正
確に分離することができる。

【００１８】

【実施例】

［比較例１］厚さ４００μｍ、大きさ２インチφのサフ
ァイア基板の上に順にｎ型ＧａＮ層を５μｍと、ｐ型Ｇ
ａＮ層とを１μｍ積層したウエハーを用意する。

【００１９】次にこのｐ型ＧａＮ層の上に、フォトリソ
グラフィー技術によりＳｉＯ2よりなるマスクをかけた
後、エッチングを行い、図４に示す形状で第一の割り溝
を形成する。但し、第一の割り溝の深さはおよそ２μｍ
とし、線幅（Ｗ１）８０μｍ、３５０μｍピッチとす
る。この第一の割り溝の線幅、ピッチを図４に示してい
る。

【００２０】以上のようにして、第一の割り溝を形成し
た後、ウエハーのサファイア基板側を研磨器により研磨
して、基板を８０μｍの厚さにラッピング、およびポリ
ッシングする。ポリッシングで基板表面を鏡面均一と
し、容易にサファイア基板面から第一の割り溝が確認で
きるようする。

【００２１】次に、ｐ型ＧａＮ層側に粘着テープを貼付
し、スクライバーのテーブル上にウエハーを張り付け、
真空チャックで固定する。テーブルはＸ軸（左右）、Ｙ
軸（前後）方向に移動することができ、回転可能な構造
となっている。固定後、スクライバーのダイヤモンド針
で、サファイア基板をＸ軸方向に３５０μｍピッチ、深
さ５μｍ、線幅５μｍで一回スクライブする。テーブル
を９０゜回転させて今度はＹ軸方向に同様にしてスクラ
イブする。このようにして３５０μｍ角のチップになる
ようにスクライブラインを入れ、第二の割り溝を形成す
る。ただし、第二の割り溝を形成する位置は、前記第一
の割り溝の線の中央線と一致した位置とする。

【００２２】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３５０μｍ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、外形
不良の無いものを取りだしたところ、歩留は９８％以上
であった。

【００２３】［比較例２］比較例１のサファイア基板を
研磨する工程において、サファイア基板の厚さを１５０
μｍとする他は同様にして、３５０μｍ角のチップを得
たところ、歩留は９５％以上であった。

【００２４】［比較例３］比較例１のサファイア基板を
研磨する工程において、サファイア基板の厚さを２００
μｍとする他は同様にして、３５０μｍ角のチップを得
たところ、歩留は９０％以上であった。

【００２５】［比較例４］比較例１の第二の割り溝を形
成する工程において、スクライバーの代わりにダイサー
を用い、線幅２０μｍ、深さ１０μｍ、同じく３５０μ
ｍピッチでハーフカットして第二の割り溝を形成する他
は同様にして、３５０μｍ角のチップを得たところ、同
じく歩留は９８％以上であった。

【００２６】［比較例５］比較例１において、第一の割
り溝を形成した後、サファイア基板を研磨せずにウエハ
ーをダイサーにセットし、サファイア基板側を線幅２０
μｍ、深さ３００μｍでダイシングして第二の割り溝を
形成する他は同様にして、３５０μｍ角のチップを得た
ところ、歩留は９５％以上であった。

【００２７】以上の比較例１〜５の方法は、図１又は図
２に示すように、第一の割り溝を窒化ガリウム系化合物
半導体層を貫通しない状態で設けている。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、第一の割
り溝を、図３の断面図に示すように、窒化ガリウム系化
合物半導体層を貫通して、サファイア基板１の一部を除
去する深さまで深く形成する。したがって、本発明の方
法は、第一の割り溝１１と、第二の割り溝２２との切断
距離を短くすることにより、割り溝を一致した位置でま
っすぐに切断することができる。とくに、第一の割り溝
と第二の割り溝を設けたウエハーを、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、多数のチップ
に分離できる。

【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物半導体ウエハーで
も、スクライブ、ダイサー、レーザー等の手法により、
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】 ウエハーを分離する工程を説明する模式断面
図。

【図２】 ウエハーを分離する工程を説明する模式断面
図。

【図３】 ウエハーを分離する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平面
図。

【符号の説明】

１・・・・サファイア基板 ２・・・・ｎ型層 ３・・・・ｐ型層 １１・・・第一の割り溝 ２２・・・第二の割り溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サファイア基板上に窒化ガリウム系化合
   物半導体を積層したウエハーから窒化ガリウム系化合物
   半導体チップを製造する方法において、 前記ウエハーの窒化ガリウム系化合物半導体層側から第
   一の割り溝を所望のチップ形状で線状に形成すると共
   に、この第一の割り溝を窒化ガリウム系化合物半導体層
   を貫通してサファイア基板の一部を除く深さまで形成す
   る工程と、 前記ウエハーのサファイア基板側から第一の割り溝の線
   と合致する位置で、第一の割り溝の線幅（Ｗ１）よりも
   細い線幅（Ｗ２）を有する第二の割り溝を形成する工程
   と、 前記第一の割り溝および前記第二の割り溝に沿って、前
   記ウエハーを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リム系化合物半導体チップの製造
   方法。
2. 【請求項２】 前記第一の割り溝をエッチングにより形
   成することを特徴とする請求項１記載の窒化ガリウム系
   化合物半導体チップの製造方法。
3. 【請求項３】 前記第二の割り溝をスクライブにより形
   成することを特徴とする請求項１又は請求項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。