KR101314618B1 - 반도체 웨이퍼 및 그 절단방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 웨이퍼 및 그 절단방법에 관한 것으로, 반도체 웨이퍼를 자연 벽개면로 분리할 수 있는 반도체 웨이퍼 및 그 절단방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 및 그 절단방법에 의하면 반도체 웨이퍼를 크래킹 현상 및 리지 손상 없이 절단하여 자연 벽개면을 형성할 수 있으므로, 저렴한 제작 공정 및 휘도 특성을 향상시킬 수 있는 레이저 다이오드, LED, 반도체 소자를 제공할 수 있다.
반도체, 웨이퍼, 리지, 스크라이빙, 브레이킹, 포스트
Description
도 1은 일반적인 반도체 웨이퍼 절단방법에 따른 GaN계 화합물 반도체 웨이퍼의 단면도이다.
도 2는 일반적인 레이저 스크라이빙공정이 적용된 반도체 웨이퍼의 표면상태를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 절단방법을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 절단 공정을 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
31 : 기판 32 : 금속 전극
33 : 리지 34 : 포스트
35 : 클리빙 라인
본 발명은 반도체 웨이퍼 및 그 절단방법에 관한 것으로, 반도체 웨이퍼를 자연 벽개면로 분리할 수 있는 반도체 웨이퍼 및 그 절단방법에 관한 것이다.
종래에는, 반도체층이 형성된 웨이퍼를 칩 단위로 절단하는 방법으로서, 다이아몬드 팁을 구비한 다이싱 소우(dicing saw) 또는 스크라이버(scriber)가 사용되었다．다이싱 소우는 다이아몬드 팁을 구비한 원반상 브레이드를 회전 운동시켜서 웨이퍼를 완전히 절단하거나, 브레이드 폭에 상당하는 넓은 폭의 홈을 형성하는 절단장치를 말한다. 반면에, 스크라이버는 다이아몬드 팁으로 갖춘 선단의 왕복직선운동을 이용하여 웨이퍼 상에 매우 얇은 폭과 소정의 깊이를 갖는 스크라이브 라인(scribe line)을 형성하는 장치를 말한다. 일반적으로, 다이싱 소우을 이용한 방법은 절단면에 치핑(chipping)이나 크랙(crack)이 발생하기 쉬우며, 정밀한 절단공정을 보장하기 어려우므로, 스크라이버를 이용한 절단방법이 반도체 칩을 제조하기 위한 절단공정으로서 보다 적극적으로 이용되고 있다.
하지만, 스크라이버에 이용한 웨이퍼 절단방법도 다이아몬드 팁의 기계적인 구동을 이용하므로, 절단과정에서 오염물질이 다량으로 발생될 뿐만 아니라, 기계적 힘에 의해서 원하지 않는 반도체층의 박리현상도 야기될 수 있다.
이러한 문제는, 청색 발광다이오드를 제조하기 위한 반도체 웨이퍼 절단공정에서 보다 심각하게 대두된다. 즉, 청색 발광 다이오드의 반도체층은 GaN, InGaN, GaAlN 등의 GaN계 화합물 반도체 물질이 사용되며, 이러한 반도체 결정을 성장시키기 위해, 웨이퍼로서 사파이어기판이 주로 이용된다. 사파이어 기판과 GaN계 화합물 반도체층은 결정 성질상 상이하여 박리현상이 발생되기 쉽다. 또한, 사파이어 및 GaN계 화합물 반도체층의 모스 경도는 약 ９정도로 매우 견고하므로 다이아몬드 팁을 갖는 스크라이버를 이용하더라도, 그 절단공정이 상당히 많은 시간이 소요되며, 통상 절단공정에 소요되는 시간은 전체 제조공정시간 중 70%를 차지하게 된다.
상기 문제를 해결하기 위한 종래기술로는, 일본특허공개공보 평5-315646호에 개시된 GaN계 반도체 웨이퍼 절단방법이 있다. 상기 절단방법에서는, 견고한 GaN계 화합물반도체 웨이퍼를 절단하기 위해서, 다이서와 스크라이버를 이용하는 방안을 제공한다.
도 1은 상기한 종래의 방식에 따라 칩 단위로 절단하기 위한 반도체 웨이퍼의 단면도를 도시한다. 도 1을 참조하면, GaN계 화합물 반도체층(3)이 형성된 사파이어 웨이퍼(1)의 상면에 대해 1차적으로 다이서를 이용하여 반도체층(3)을 지나 사파이어 웨이퍼(1)의 상부에 이르도록 홈(4)을 형성하고, 이어 홈(4)이 형성된 사파이어 웨이퍼(1)부분에 스크라이브 라인(5)을 형성한다. 결과적으로 도 1과 같이 가공된 반도체 웨이퍼를 얻을 수 있다.
상기 방법에 따르면, 다이서를 이용하여 미리 홈(5)을 형성함으로써 절단시간을 단축하면서, 스크라이브 라인을 이용하여 반도체층(3)의 결정성에 손상을 미치지 않도록 칩으로 분리시킬 수 있다.
하지만, 상기 방법을 적용하더라도, 사파이어기판이나 GaN계 화합물 반도체는 상당히 견고하므로 여전히 많은 공정시간이 소요될 뿐만 아니라, 웨이퍼가 휘거나 자연 벽개면으로 분리되지 않고 크래킹(craking)되는 현상이 발생하거나 또는 리지(ridge)에 손상이 발생할 수도 있었다. 상기 크래킹 현상 또는 리지에 손상이 발생하면 레이저 다이오드는 발진하지 않거나, 발진하게 되더라도 레이저 특성이 현저히 떨어지게 된다.
이를 해결하기 위해서, 니치아(Nichia)의 경우, 레이저 빔을 주사하여 스크라이빙 공정과 브레이킹 공정을 적용하고 있다. 레이저 빔을 이용할 경우에는, 반도체 웨이퍼 상에 비교적 용이하게 스크라이브라인을 형성할 수 있으므로, 공정시간을 효과적으로 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기계적 가공보다 반도체층의 결정에 미치는 영향을 감소시킬 수 있다. 하지만, 고가의 UV 레이저로 장비를 구성해야 하는 단점이 있고, 특히, 앞서 설명한 GaN계 화합물 반도체를 이용한 발광 다이오드의 경우에, 스크라이브 라인 형성과정에서 발생되는 반도체층이 오염되어 휘도 특성을 저하시키는 문제를 야기할 수 있다.
본 발명은 이상과 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, GaN계 화합물 반도체층이 형성된 반도체 웨이퍼를 크래킹 현상 및 리지 손상을 억제할 수 있는 반도체 웨이퍼 및 그 절단방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명은 레이저 다이오드의 저렴한 제작 공정 및 휘도 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 웨이퍼 및 그 절단방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼는 질화물계 화합물 반도체가 성장된 기판, 상기 기판 상에 레이저 다이오드에 전류를 주입하기 위한 금속 전극(metal electrode), 레이저 빛을 발진하는 리지(ridge) 및, 상기 리지 라인 사이에 형성된 포스트를 포함하는 것을 특징으로 한 다.
여기서, 상기 포스트는 상기 리지보다 높게 형성되고, 상기 리지의 폭보다 넓도록 높이와 폭이 4 ∼ 160㎛의 범위를 갖는다.
또한, 상기 포스트는 클리빙 라인(cleaving line)을 경계로 엇갈리게 형성되고, 이러한 포스트의 재질은 유전체로서, SiO2, SiN2, TiO2 중 적어도 어느 하나를 이용한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 절단방법은 질화물계 화합물 반도체가 성장된 기판 상에 금속 전극 라인을 형성하는 단계, 상기 금속 전극 라인을 포함한 전체 구조상에 절연막을 형성하는 단계, 상기 절연막 상에 유전체막을 형성하는 단계, 상기 유전체 막을 패터닝하여 포스트를 형성하는 단계, n-사이드(side) 스크라이빙(scribing)하는 단계 및 p-사이드(side) 브레이킹(breaking)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 유전체막은 두께가 4 ∼ 160㎛로, SiO2, SiN2, TiO2 중 적어도 어느 하나를 이용한다.
상기 포스트를 형성하는 단계는 상기 유전체막을 마스크로 하여 패터닝하는 단계와, 상기 패터닝된 유전체막을 노광하여 포스트로 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 포스트를 형성하는 단계는 클리빙 라인(cleaving line)을 경계로 엇갈리게 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 이하에서의 실시예들의 상세한 설명 을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 및 그 절단방법의 실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 도시한 개략도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 상면도로서, GaN 웨이퍼를 처리한 패턴의 모양을 나타낸다. 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼는 질화물계 화합물 반도체가 성장된 기판(31), 상기 기판(31) 상에 레이저 다이오드에 전류를 주입하기 위한 금속 전극(32), 레이저 빛을 발진하는 리지(33) 및, 상기 리지(33) 라인 사이에 형성된 포스트(34)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 포스트(34)는 상기 리지(33)를 보호하기 위해 형성된 일종의 스페이서로서, 이러한 기능을 위해, 상기 리지(33)의 높이보다 높게 형성함은 물론, 상기 리지(33)의 폭보다 폭을 넓게 형성한다. 포스트(34)의 높이와 폭은 4 ∼ 160㎛의 범위를 가질 수 있는 데 이는 리지(33)의 사이즈에 따라 가변될 수 있는 범위로, 리지(33)의 사이즈는 스토리지 레이저 다이오드의 경우 3㎛이지만, 고출력을 얻기 위한 브로드 스트립(broad strip)의 경우는 10 ∼ 150㎛의 사이즈를 갖게 된다.
또한, 상기 포스트는 클리빙 라인(cleaving line)(35)을 경계로 엇갈리게 형성할 수 있다. 클리빙 라인(35)은 웨이퍼를 분리하기 위한 라인으로, 도 3a에 도시된 바와 같이, 클리빙 라인(35)을 따라 리지(33) 사이마다 짝수번째 또는 홀수번째로 어긋나게 배열할 수도 있고, 리지(33) 사이마다 배열할 수도 있다. 이러한 포스트(34)의 재질은 유전체로서, SiO2, SiN2, TiO2 중 적어도 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다.
도 3b는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 단면도로서, 리지(33)와 리지(33) 사이에 형성된 포스트(34)의 단면 형상을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 절단방법을 도시한 도면이다.
도 4a는 일반적인 절단방법으로, GaAs나 InP와 같은 화합물 잔도체가 성장된 웨이퍼의 경우, 클리빙 라인(cleaving line)을 따라 에피(epi)층이 있는 p-side 쪽에 에지 스크라이빙(edge scribing)을 하고 n-side 쪽에서 브레이킹(breaking)을 하여 자연 벽개면을 형성한다. 그러나 GaN epi wafer의 경우는 공정이 끝난 후 epi 면의 불 균질성에 의하여 자연 벽개면을 얻어내기가 어렵다.
도 4b는 본 발명에 따른 절단방법으로, 도 4a에서 기술한 방법과는 달리 먼저 N-side 쪽으로 에지 스크라이빙(edge scribing)을 하고 p-side 쪽으로 브레이킹(breaking)하는 방법을 이용하여 자연 벽개면을 형성할 수 있었다. 그러나 이러한 경우에도, 브레이커(breaker) 장비의 블레이드(blade)를 이용하여 타격을 가할 때 웨이퍼에 미치는 기계적인 손상을 줄이기 위하여 보호 필름(cover film)을 사용하였다. 그러나 보호 필름을 사용하여 브레이킹을 하는 경우에도 리지(33)에 블레이드가 직접 접촉되는 현상이 발생하여 리지(33)가 손상을 받을 수도 있었다.
전술한 스크라이빙 및 브레이킹 방법을 도 5를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 절단 공정을 도시한 단면도이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 보호 필름만을 사용하여 웨이퍼를 브레이킹하는 경우 리지(33)가 직접 블레이드(36)에 접촉되는 현상이 발생하며, 이러한 현상에 의해 리지(33)가 기계적인 손상을 받게 된다. 이러한 리지(3)의 손상은 레이저 다이오드가 발진하지 않게 되거나, 발진하게 되더라도 레이저 특성이 현저히 떨어지게 된다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 도 5a에서 기술한 리지(33)의 기계적인 손상을 줄이기 위해 리지 라인(33)을 따라 리지(33)와 리지(33) 사이에 포스트(34) 스페이서를 형성하여 리지(33)에 직접 전달되는 기계적인 충격을 완화하였다. 상기 포스트(34)는 SiO2, SiN2, TiO2 등의 유전체 물질을 이용하여 형성한다. 상기 포스트(34)의 형성시 리지(33)의 높이 및 폭보다 크게 하여 형성하고, N-side 쪽으로 스크라이빙을 하고 p-side 쪽으로 브레이킹을 하는 경우에 블레이드가 형성된 포스트(34) 부분에 먼저 타격되고, 이러한 타격이 전파되어 자연 벽개면을 형성할 수 있었다.
전술한 자연 벽개면을 형성하기 위한 반도체 웨이퍼의 절단방법을 상세히 설명하면 이하에 기재된 바와 같다.
먼저, 질화물계 화합물 반도체가 성장된 기판(31) 상에 금속 전극(32) 라인을 형성하는 단계, 상기 금속 전극(32) 라인을 포함한 전체 구조상에 절연막을 형성하는 단계, 상기 절연막 상에 유전체막을 형성하는 단계, 상기 유전체 막을 패터닝하여 포스트(34)를 형성하는 단계, n-사이드(side) 스크라이빙(scribing)하는 단계 및 p-사이드(side) 브레이킹(breaking)하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 유전체막은 두께가 4 ∼ 160㎛로, SiO2, SiN2, TiO2 중 적어도 어느 하나를 이용한다.
상기 포스트(34)를 형성하는 단계는 상기 유전체막을 마스크로 하여 패터닝하는 단계와, 상기 패터닝된 유전체막을 노광하여 포스트(34)로 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 포스트(34)를 형성하는 단계는 클리빙 라인(35)을 경계로 엇갈리게 형성할 수도 있다.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 및 그 절단방법에 의하면 반도체 웨이퍼를 크래킹 현상 및 리지 손상 없이 절단하여 자연 벽개면을 형성할 수 있으므로, 저렴한 제작 공정 및 휘도 특성을 향상시킬 수 있는 레이저 다이오드, LED, 반도체 소자를 제공할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
Claims (10)
- 질화물계 화합물 반도체가 성장된 기판;상기 기판 상에 레이저 다이오드에 전류를 주입하기 위한 금속 전극(metal electrode);레이저 빛을 발진하는 리지(ridge); 및,상기 리지 라인 사이에 형성된 포스트를 포함하고,상기 포스트는,클리빙 라인(cleaving line)을 경계로 엇갈리게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼.
- 제 1 항에 있어서, 상기 포스트는,상기 리지보다 높게 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼.
- 제 1 항에 있어서, 상기 포스트는,상기 리지의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 포스트는,높이와 폭이 4 ∼ 160㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 포스트는,유전체인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼.
- 제 6 항에 있어서, 상기 유전체는,SiO2, SiN2, TiO2 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼.
- 질화물계 화합물 반도체가 성장된 기판 상에 금속 전극 라인을 형성하는 단계;상기 금속 전극 라인을 포함한 전체 구조상에 절연막을 형성하는 단계;상기 절연막 상에 유전체막을 형성하는 단계;상기 유전체 막을 패터닝하여 포스트를 형성하는 단계;n-사이드(side) 스크라이빙(scribing)하는 단계; 및p-사이드(side) 브레이킹(breaking)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 절단방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 포스트를 형성하는 단계는,상기 유전체막을 마스크로 하여 패터닝하는 단계와,상기 패터닝된 유전체막을 노광하여 포스트로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 절단방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 포스트를 형성하는 단계는,클리빙 라인(cleaving line)을 경계로 엇갈리게 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 절단방법.
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