KR101697383B1 - 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 반도체 소자의 제조 방법은, 기판을 함유하는 웨이퍼를 정밀도 좋게 분할하는 것을 목적으로 한다. 웨이퍼(1)를 구성하는 기판(10)의 내부에 펄스 레이저광을 집광하여, 기판(10)의 내부에 이격한 복수의 가공부(12)를 분할 예정선을 따라서 형성함과 함께, 가공부(12)로부터 적어도 기판(10)의 표면까지 연장하고, 인접하는 가공부(12)를 연결하는 균열(13)을 발생시키는 레이저 조사 공정과, 분할 예정선을 따라서 웨이퍼(1)를 분할하는 웨이퍼 분할 공정을 갖는 반도체 소자의 제조 방법이다.

Description

반도체 소자의 제조 방법{SEMICONDUCTOR ELEMENT MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 기판을 포함하는 웨이퍼를 분할하는 공정을 구비한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조에 있어서 웨이퍼를 소자 칩으로 분할하는 공정이 포함되고 있고, 그 소자 칩의 분할에는, 커터나 다이서 등으로 분리 홈을 형성하여 눌러 자르는 방법이 이용되어 왔다. 최근, 커터나 다이서 대신에 레이저광을 조사함으로써 분리 홈 등을 형성하여 브레이킹하는 방법이 제안되어 있지만, 레이저광의 조사에 의해 웨이퍼를 가열 용융시키는 방법에서는 용융하여 재응고된 개소가 변색되어, 발광 소자의 휘도가 저하되기 때문에, 단펄스 폭의 펄스 레이저광을 이용하여 가공하는 방법이 제안되어 있다. 단펄스 폭의 펄스 레이저광을 이용함으로써, 용융이 아닌 다광자 흡수에 의한 변색을 회피한 가공을 행할 수 있으므로, 발광 소자의 휘도 저하 억제가 가능하다.
단펄스 폭의 펄스 레이저광을 이용한 소자 칩 분할의 방법으로서, 도 12에 도시한 바와 같이, 반도체층(42)이 형성된 기판(40) 내부의 분할 예정 라인에 대한 영역에 레이저 조사에 의한 변질 영역(41)을 형성하고, 브레이킹하는 방법이 제안되어 있다(일본 특허 공개 제2008-6492호 공보 참조).
또한, 도 13에 도시한 바와 같이, 반도체층(52)이 형성된 기판(50) 내부에 레이저 조사에 의한 개질부(51)를 복수단 형성하고, 또한 레이저 조사에 의해서 연속한 홈부(53)를 기판(50)의 표면에 형성함으로써, 복수단의 개질부(51) 및 홈부(53)를 따른 분리면으로부터 각 반도체 발광 소자를 분리하는 방법도 제안되어 있다(일본 특허 공개 제2008-98465호 공보 및 일본 특허 공개 제2007-324326호 공보 참조).
그러나, 펄스 레이저광에 의한 변질 영역을 기판의 내부에만 형성하여 웨이퍼 분할하는 방법에서는, 외력을 가함으로써 내부의 변질 영역으로부터 기판의 표면 및 이면을 향하여 크랙을 발생시키고, 이에 의해서 할단하기 때문에, 크랙이 생기는 방향의 제어가 곤란하고, 의도하는 분할 영역과 다른 위치에서 균열이 생기는 경우가 있다.
또한, 기판 표면에 레이저 조사에 의해서 홈부를 형성하는 방법은, 종래부터 커터나 다이서에 의해서 형성하고 있던 분리 홈의 형성 수단을 레이저로 변경한 것이며, 커터나 다이서에 의한 분리 홈을 절결로 하는 할단과 마찬가지로 크랙이 생기는 방향의 제어가 곤란하다. 또한, 홈부를 형성하기 위해 기판 표면에 레이저광을 집광시키면, 기판 표면의 요철이나 레이저 장치의 집광 정밀도의 문제로 인해, 기판의 외측에 레이저광의 초점이 맺히는 경우가 있다. 기판 외측의 공기에 초점이 맺히는 경우, 그 부분에서 플라즈마가 발생하여, 레이저광의 에너지의 일부가 낭비된다.
본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 레이저 조사에 의해서 가공부와, 가공부로부터 기판 표면으로 연장하고 인접하는 가공부간을 연결하는 균열을 발생시킴으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하였다.
본 발명의 반도체 소자의 제조 방법은, 웨이퍼를 구성하는 기판의 내부에 펄스 레이저광을 집광하고, 상기 기판의 내부에 이격한 복수의 가공부를 분할 예정선을 따라서 형성함과 함께, 상기 가공부로부터 적어도 상기 기판의 표면까지 연장하고, 인접하는 상기 가공부를 연결하는 균열을 발생시키는 레이저 조사 공정과, 상기 분할 예정선을 따라서 상기 웨이퍼를 분할하는 웨이퍼 분할 공정을 갖는다.
본 발명의 반도체 소자의 제조 방법에는 이하의 구성을 조합할 수 있다.
균열은 상기 기판의 내부에 있어서 인접하는 상기 가공부를 연결한다.
가공부는 머리부와 다리부를 갖고, 상기 균열은 인접하는 상기 가공부의 머리부 및 다리부를 연결한다.
펄스 레이저광의 집광 위치와 상기 기판의 표면과의 거리는, 상기 펄스 레이저광의 가공 스폿 직경의 절반 이상, 25㎛ 이하이다.
펄스 레이저광의 집광 위치와 상기 기판의 표면과의 거리는, 5㎛ 이상, 25㎛ 이하이다.
가공부간의 거리는, 상기 펄스 레이저광의 가공 스폿 직경 이상이다.
가공부와 상기 균열은, 상기 기판의 두께의 10％ 이상, 80％ 이하의 범위 내에 형성한다.
분할 예정선은 제1 분할 예정선이고, 상기 균열은 제1 균열이고,
레이저 조사 공정에 있어서, 또한, 상기 제1 분할 예정선과 대략 수직인 제2 분할 예정선을 따라서 상기 기판의 내부에 펄스 레이저광을 집광하고, 상기 기판의 내부에 이격한 복수의 가공부를 분할 예정선을 따라서 형성함과 함께, 상기 가공부로부터 적어도 상기 기판의 표면까지 연장하고, 인접하는 상기 가공부를 연결하는 제2 균열을 발생시키고,
웨이퍼 분할 공정에 있어서, 또한, 상기 제2 분할 예정선을 따라서 상기 웨이퍼를 분할한다.
제1 균열은 인접하는 상기 가공부간을 우회하여 연장하고, 상기 제2 균열은, 상기 제2 분할 예정선을 따라서 연장된다.
상기 제1 분할 예정선을 따라서 형성되는 상기 가공부의 간격은, 상기 제2 분할 예정선을 따라서 형성되는 상기 가공부의 간격보다도 작다.
상기 기판은 제1 주면과 제2 주면을 갖고, 상기 제1 주면에 반도체층이 형성되어 있고, 상기 레이저 조사 공정에 있어서, 상기 제2 주면측으로부터 상기 펄스 레이저광을 조사한다.
상기 펄스 레이저광의 집광 위치와 상기 반도체층과의 거리는, 30㎛보다 크다.
가공부는 다광자 흡수에 의한 가공부이다.
기판은 사파이어 기판이다.
제2 주면은 A면과 다른 면이고, 상기 제1 분할 예정선은 상기 기판의 a축과 교차하는 선이다.
레이저 조사에 의해, 가공부와, 가공부로부터 기판 표면으로 연장하고 인접하는 가공부간을 연결하는 균열을 발생시킴으로써, 가공부나 균열을 따라서 정밀도 좋게 분할하는 것이 가능하게 된다. 분할 예정선을 따라서 레이저 조사함으로써, 우선 분할 예정선을 따른 균열이 가공부로부터 기판 표면에까지 도달하고, 또한 균열이나 가공부로부터 신장하는 크랙을 분할 예정선을 따라서 기판의 이면을 향하게 할 수 있다. 이에 의해서, 웨이퍼를 정밀도 좋게 분할할 수 있다.
도 1은 실시 형태의 주요한 공정을 설명하는 평면 모식도.
도 2는 실시 형태의 주요한 공정을 설명하는 평면 모식도.
도 3은 도 2의 A-A선에 있어서의 단면 모식도.
도 4는 도 2의 B-B선에 있어서의 단면 모식도.
도 5는 실시 형태의 공정의 일례를 설명하는 단면 모식도.
도 6은 실시 형태의 주요한 공정을 설명하는 단면 모식도.
도 7은 실시 형태에 있어서의 발광 소자의 측면의 일부를 설명하는 모식도.
도 8은 실시 형태의 공정의 일례를 설명하는 평면 모식도.
도 9는 실시 형태의 공정의 일례를 설명하는 평면 모식도.
도 10은 실시 형태의 공정의 일례를 설명하는 평면 모식도.
도 11은 실시 형태의 공정의 일례를 설명하는 단면 모식도.
도 12는 종래의 제조 방법을 설명하는 모식적인 사시도.
도 13은 종래의 제조 방법을 설명하는 모식적인 사시도.
본 실시 형태의 반도체 소자의 제조 방법은, 분할 예정선을 따라서 레이저를 조사하는 레이저 조사 공정과, 분할 예정선을 따라서 웨이퍼를 분할하는 웨이퍼 분할 공정을 갖는다. 레이저 조사 공정에 있어서는, 펄스 레이저광을 조사하여 기판 내부에 복수의 가공부를 형성함과 함께, 가공부로부터 적어도 기판의 표면까지 연장하고, 인접하는 상기 가공부를 연결하는 균열을 발생시킨다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 방법의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 도면은 모식적으로 도시한 것이며, 일부 과장되어, 실제와는 다른 경우가 있다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시 형태 및 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.
(레이저 조사 공정)
도 1 및 도 2는, 본 실시 형태의 반도체 소자의 제조 방법으로서 주요한 공정의 일부를 설명하는 평면 모식도이다.
기판(10)을 갖고, 분할 후에 반도체 소자로 되는 웨이퍼(1)에 대하여, 우선, 도 1에 도시한 분할 예정선(11)을 따라서 레이저 조사를 행한다. 기판(10)의 내부에 펄스 레이저광을 집광시킴으로써, 도 2에 도시한 바와 같이 서로 이격한 가공부(12)를 복수 형성할 수 있다. 또한, 동시에, 가공부(12)로부터 적어도 기판(10)의 표면까지 연장하고, 인접하는 가공부(12)를 연결하는 균열(13)을 발생시킬 수 있다. 또한, 도시하지 않지만, 기판 표면에 있어서, 가공부간을 연결하는 균열 이외에도 다른 방향으로 신장하는 균열이 생기는 경우가 있다. 적어도 인접하는 가공부를 연결하는 균열을 발생시킴으로써, 웨이퍼를 정밀도 좋게 분할할 수 있다. 여기서는, 모든 가공부(12)로부터 기판(10)의 표면으로 연장하는 균열을 발생시키는 것이 바람직하지만, 적어도 복수의 가공부에서, 기판의 표면으로 연장하는 균열을 발생시키면 된다. 또한, 모든 인접하는 가공부를 연결하도록 균열을 발생시키는 것이 바람직하지만, 적어도 복수 개소에서 인접하는 가공부를 연결하는 균열을 발생시키면 된다. 또한, 1개의 가공부에 대하여 기판의 표면까지 연장하는 균열과, 인접하는 가공부에 미치는 균열을 발생시키는 것이 바람직하지만, 기판의 표면까지 연장하는 균열과, 인접하는 가공부간을 연결하는 균열이, 다른 가공부에 형성되어 있어도 된다.
도 2는, 설명을 위해 가공부(12)의 위치를 나타내는 것이며, 실제의 가공부(12)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 기판(10)의 내부에 형성한다. 도 3은, 도 2의 A-A선에서 본 단면 모식도이다. 기판(10)의 제1 주면(10a)에는 반도체층(14)이 형성되어 있다. 레이저 조사에 의해, 기판(10)의 내부에 가공부(12)가 형성되고, 또한 가공부(12)로부터 기판의 제2 주면(10b)까지 도달하는 균열(13)이 발생한다. 이와 같은 균열(13)에 의해서 인접하는 가공부(12)를 연결함으로써, 도 2에 도시한 바와 같이, 분할 예정선을 따른 선 형상의 균열(13)이 기판(10)의 표면에 생긴다. 균열은 가공부로부터 발생한다. 즉, 펄스 레이저광을 집광시킴으로써 집광 위치 근방에 가공부가 형성됨과 함께, 그 주위에 압축 응력이 생긴다고 생각되고, 이 압축 응력에 의해서 균열이 발생한다고 생각된다.
이와 같이, 가공부를 형성하는 경우에, 후술하는 바와 같이, 가공부를 형성하기 위한 수단(예를 들면, 펄스 레이저를 이용함), 그 에너지, 주파수, 펄스 폭, 가공부의 스폿 직경 또는 형상, 기판 내부에 있어서의 가공부의 위치(예를 들면, 기판 또는 반도체층으로부터의 가공부의 깊이, 가공부간의 간격 등)의 1이상, 가장 바람직하게는 모두를 엄밀하게 제어함으로써, 가공부와 균열을 적절하게 형성할 수 있다.
펄스 레이저광으로서는, 기판의 내부를 가공 가능한 것으로부터 선택할 수 있고, 구체적으로는, 펄스당의 에너지를 0.8∼5μJ로 하는 것이 적합하고, 바람직하게는 0.8∼2.5μJ이다. 주파수는 50∼200㎑로 하는 것이 적합하고, 바람직하게는 50∼100㎑이다. 펄스 폭은, 변색에 의한 광 흡수가 생기지 않는 가공부를 형성하기 위해, 다광자 흡수에 의한 가공이 가능한 범위를 선택하는 것이 적합하다. 예를 들면, 300∼50,000fs를 들 수 있다. 이 범위의 펄스 폭으로 함으로써, 가공부에서의 용융 후에 재응고되는 것에 의한 변색을 방지할 수 있다. 이것은, 특히 분할 후에 얻어지는 반도체 소자가 발광 소자인 경우에 유효하다.
레이저광의 집광 위치는, 가공부가 기판 표면에 도달하지 않는 영역에서 선택하는 것이 적합하고, 기판 표면으로부터의 깊이를 적어도 가공 스폿 직경의 절반 이상으로 하는 것이 바람직하다. 레이저 장치의 오차나 기판 표면의 요철을 고려하면 5㎛ 이상의 깊이로 하는 것이 보다 바람직하다. 기판 표면과 반대측의 면(이하 「이면」이라고 기재하는 경우가 있음)에 반도체층을 갖는 웨이퍼의 경우, 전형적으로는, 집광 위치를, 반도체층으로부터 30㎛ 이하의 거리로 하면 반도체층이 손상될 우려가 있으므로, 반도체층으로부터의 거리를 30㎛보다도 크게 하는 것이 바람직하다. 이 경우의 기판 표면으로부터의 거리는, 50㎛ 이하로 하는 것이 적합하고, 25㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 10㎛ 이하이다.
분할 예정선을 따라서 조사하는 레이저광의 기판 표면에 있어서의 가공부간의 거리는, 전형적으로는 대략 일정하게 하고, 적어도 기판 표면에 있어서 가공부간을 연결하는 균열이 생기는 범위를 선택한다. 구체적으로는 가공부간의 거리를 가공 스폿 직경의 1∼4배로 하는 것이 바람직하다. 여기서는, 모든 가공부(12)간에 균열을 발생시키는 것이 바람직하지만, 적어도 복수의 가공부간에서 균열을 발생시키면 된다. 가공부간의 거리를 지나치게 작게 하면, 앞선 레이저 조사에 의해서 압축 응력이 생긴 영역에 다음의 레이저 조사에 의한 압축 응력도 생기고, 그 영역에서 서로 응력이 상쇄하여 소멸하게 되어, 가공부간이 균열에 의해서 연결되지 않게 된다고 생각된다. 이 때문에, 기판 내부에 있어서도 가공부간을 균열로 연결하기 위해서는, 가공부간의 거리를 기판 주면에 평행한 면 상에서의 가공 스폿 직경 이상으로 하는 것이 적합하고, 가공 스폿 직경의 1∼4배가 바람직하고, 1.5∼3배가 보다 바람직하다. 압축 응력이 기판 내부의 깊은 곳까지 도달함으로써, 기판 표면에 대하여 대략 수직으로 분할 예정선을 따라서 분할하기 쉬워진다고 생각되기 때문에, 상술한 바와 같이 기판 내부에 있어서도 가공부간에 압축 응력을 발생시키는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같이 압축 응력을 기판의 깊은 곳까지 도달하게 함으로써, 도 3에 도시한 바와 같은 1단의 가공만으로도 웨이퍼를 정밀도 좋게 분할할 수 있다.
레이저광의 스폿 직경(φ㎛)은, 이하의 수학식으로 산출할 수 있다. λ는 레이저광의 파장(㎛), D는 레이저광 사출 빔 직경(φ㎛), f는 대물 렌즈의 초점 거리(㎛)이다. 바람직하게는, 실제의 가공 상황에 의한 이론 스폿 직경으로부터의 어긋남에 의한 영향을 가미하여, 가공부의 위치를 조정한다. 구체적으로는, 기판에 형성되는 가공부의 직경을 가공 스폿 직경으로서 조정하는 것이 바람직하다.
스폿 직경(φ㎛)=(4ㆍλㆍf)/πㆍD
펄스 레이저광은 가공부를 연결하는 균열을 연장시킨 쪽의 기판 주면측으로부터 조사하는 것이 바람직하다. 이것은, 레이저광 조사측에 응력이 집중되기 쉬운 경향이 있고, 가공부로부터 기판 표면까지 도달하는 균열을 발생시키기 쉽기 때문이다. 전형적으로는 레이저광의 집광 위치에 가까운 쪽, 즉 가공부를 형성하는 위치에 가까운 쪽의 기판 주면측으로부터 조사한다. 예를 들면, 도 3에 도시한 웨이퍼(1)와 같이, 제2 주면(10b) 표면에 균열을 연장시키는 경우는, 제2 주면(10b)측으로부터 레이저광을 조사하여, 가공부(12)를 제2 주면(10b) 부근에 형성하는 것이 바람직하다.
도 2의 B-B선에서 본 단면 모식도를 도 4에 도시한다. 가공부(12)는 레이저 조사의 방향에 따라서 세로로 긴 형상으로 되고, 기판 바로 위에서 레이저 조사를 행한 경우는 도 4에 도시한 바와 같이 기판의 깊이 방향으로 긴 형상으로 된다. 균열은, 예를 들면, 도 4에 도시한 우상향 사선부의 범위에 발생시킨다. 이 사선부에 발생하는 균열은 가공부(12)로부터 제2 주면(10b)까지 도달하고, 적어도 기판 표면에 있어서 가공부(12)간을 연결한다. 통상, 가공부는 레이저광의 집광 위치보다도 기판 표면측으로 신장하기 때문에, 가공부로부터 기판 표면까지의 거리는 레이저광의 집광 위치로부터 기판 표면까지의 거리보다도 작아진다.
균열은, 가공부의 주위에 발생시켜, 기판 내부에 있어서도 인접하는 가공부간을 연결하는 것이 바람직하다. 이와 같이 균열을 깊은 곳까지 발생시킴으로써, 레이저 조사에 의한 압축 응력이 깊은 곳까지 발생시켰다고 추측된다. 이에 의해, 레이저 조사 방향을 따른 방향에서 기판이 분할되기 쉽다고 생각된다. 또한, 기판 내부에 있어서 가공부간이 균열로 연결되는 경우는, 가공부로부터 기판 표면까지의 거리를 적어도 가공부간의 거리 이하, 더 바람직하게는 가공부간의 거리의 절반 이하로 함으로써, 가공부로부터 기판 표면까지 균열을 연장시킬 수 있다고 생각된다.
균열의 깊이는, 레이저 조사에 의해서 부여되는 압축 응력의 제어에 의해서 조정 가능하다. 예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같이, 도 4의 경우보다도 얕게 형성할 수 있다. 이와 같은 균열의 깊이는, 조사하는 레이저의 파장, 주파수, 펄스 파형, 펄스 폭, 집광 정밀도, 가공 공정의 이송 속도, 가공부의 위치 또는 형상의 1이상을 제어함으로써 조정할 수 있다. 그 밖에, 기판에 압축 응력을 부여하는 방법으로서는, 레이저 조사 전에 기판을 연삭ㆍ연마하여 잔류 응력을 부여하는, 레이저 조사시에 기판의 레이저 조사측의 면이 오목하게 되도록 유지하는 것 등을 들 수 있다. 압축 응력을 광범위하게 넓힘으로써 균열을 보다 깊게 형성할 수 있다고 생각된다.
(웨이퍼 분할 공정)
도 6에 도시한 바와 같이, 가공부(12)나 균열(13)로부터 크랙(15)을 제1 주면(10a) 측으로 연장시켜, 분할 예정선을 따라서 웨이퍼를 분할한다. 분할은, 예를 들면, 웨이퍼의 분할 예정선을 따라서 브레이킹 칼날을 꽉 눌러, 외력을 가하여 눌러 자르는 등, 공지의 방법을 이용하여 행할 수 있다.
도 6은 도 3과 동일한 방향에서 본 단면 모식도이며, 본 실시 형태의 반도체 소자의 제조 방법으로서 주요한 공정의 일부를 설명하는 도면이다. 균열(13)은 상술한 바와 같이 인접하는 가공부(12)를 연결하고 있고, 즉, 균열(13)은 기판(10)의 제2 주면(10b)에 있어서 분할 예정선을 따른 선 형상으로 연결되어 있다. 이에 의해서 크랙(15)도 균열(13)과 마찬가지로 분할 예정선을 따라서 연장시킬 수 있고, 웨이퍼(1)를 분할 예정선을 따라서 정밀도 좋게 분할할 수 있다. 또한, 분할할 때에는 균열의 적어도 일부를 따라서 분할하는 것이 바람직하고, 분할에 의해 얻어지는 면을 균열을 완전히 따른 면으로 할 필요는 없다. 분할 후의 기판 표면이나 내부에 균열의 일부가 남는 경우도 있다.
웨이퍼를 분할하여 얻어지는 반도체 소자의 측면에는, 통상, 가공부나 균열의 흔적을 확인할 수 있다. 구체적으로는, 상술한 도 4 또는 도 5에 도시한 바와 같이, 기판 표면에까지 도달하지 않은 가공부(12)가 전형적으로는 대략 일정한 간격으로 인접하고, 가공부(12)로부터 기판 표면에 걸친 영역에는 균열에 의해서 생긴 요철이 남는다. 이와 같은 요철은, 예를 들면, 도 4 또는 도 5에 있어서의 우상향 사선부에서 확인할 수 있다. 분할하여 얻어지는 측면에 있어서, 가공부 및 요철은 예를 들면 기판 표면으로부터 5∼30㎛ 정도까지의 범위에서 보인다.
도 7은 분할에 의해 얻어지는 면의 제2 주면(10b) 근방을 나타내는 모식도이다. 기판(10)의 제2 주면(10b)으로부터 떨어져 설치된 가공부(12)는, 머리부(12a)와 다리부(12b)를 갖고, 균열에 의해 생겼다고 추측되는 미세한 요철(16)의 면이, 인접하는 가공부(12)의 머리부(12a) 및 다리부(12b)를 연결한다. 가공부(12)는, 기판(10)의 제2 주면(10b)으로부터 이격하고 있고, 제2 주면(10b)과 가공부(12)와의 거리는, 1㎛ 정도 이상으로 할 수 있다. 구체적으로는 1∼15㎛ 정도를 들 수 있다. 가공부(12)의 길이는, 구체적으로는 5∼30㎛ 정도로 할 수 있다. 머리부(12a)의 길이는 3∼10㎛ 정도로 할 수 있다. 요철(16)은 제2 주면으로부터 떨어질수록 적어지고, 다리부로부터 먼 곳에는 거의 보이지 않는 경향이 있다. 요철(16)의 단차는 구체적으로는 수㎛ 이하이며, 예를 들면 2㎛ 이하이다. 또한, 분할 후에 측면을 관찰하면, 가공부의 다리부는 균열에 의한 요철과 구별하기 어려운 경우가 있지만, 머리부로부터 연속해서 제1 주면측으로 대략 선 형상으로 신장하는 요철 영역을 다리부로 볼 수 있다. 또한, 레이저광의 다광자 흡수에 의해서 형성되는 가공부의 경우는, 가공부의 특히 머리부가 매끄러운 면으로서 확인할 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이 가공부가 머리부와 다리부를 갖는 경우, 균열은 적어도 인접하는 머리부를 연결하는 것이 바람직하고, 인접하는 다리부도 연결하는 것이 보다 바람직하다. 머리부와 반대측의 다리부 선단측으로 될수록 균열이 연결되기 어려운 경향이 있다. 제2 주면측에 머리부가 존재하는 가공부는, 예를 들면, 제2 주면측으로부터 레이저광을 조사함으로써 형성할 수 있다. 가공부나 요철의 크기는, 기판의 두께에 따라서 변경할 수 있고, 상술한 수치 범위는, 두께 50∼150㎛ 정도의 기판을 분할하는 경우에 특히 바람직하다. 가공부 및 요철을 형성하는 범위는, 기판의 두께의 약 10％ 이상인 것이 적합하고, 약 80％ 이하인 것이 바람직하고, 약 40％ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 범위로 함으로써, 기판을 효율적으로 분할할 수 있고, 또한, 반도체층의 손상을 방지할 수 있다.
(웨이퍼)
웨이퍼란, 통상, 원료 물질을 잉곳이라고 불리는 기둥 형상으로 성장시키고, 얇게 슬라이스하여 작성한 원반 형상의 기체를 의미한다. 본원에 있어서는, 이와 같은 원반 형상의 기체만을 후술하는 「기판」으로 해도 되고, 이 기판 상에 반도체층, 유전체층, 절연체층, 도전층 등의 1이상이 적층된 상태의 것을 웨이퍼로 해도 된다.
(기판(10))
기판의 재료는, 펄스 레이저광으로 가공 가능한 것을 선택한다. 구체적으로는, 사파이어, Si, SiC, GaAs, GaN, AlN 등을 이용할 수 있다. 전형적으로는, 기판으로서는, 그 위에 반도체층을 성장시킬 수 있는 재료를 선택한다. 사파이어 기판은 결정 방위를 따른 할단면이 생기기 어려워, 외력을 가하여 눌러 자르면 분할 예정선과는 다른 방향으로 할단되는 경우가 있기 때문에, 본 실시 형태의 방법을 이용함으로써 분할 정밀도를 향상시킬 수 있다. 기판의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 50∼150㎛로 할 수 있다. 이와 같은 두께의 기판에 대하여 본 실시 형태의 방법에 의해 가공부를 형성함으로써, 복수단의 레이저 가공을 필요로 하지 않고 웨이퍼를 분할할 수 있다.
기판의 재료나 분할 예정선의 방향에 따라서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 가공부(12)간을 연결하는 균열(13)이 사행하는 경우가 있다. 즉, 균열(13)이 인접하는 가공부(12)간을 우회하여 연장된다. 인접하는 가공부를 연결하는 직선에 대한 균열의 각도는, 기판 재료의 결정계에 의존하는 경향이 있고, 구체적으로는 10∼70도의 범위로부터 선택할 수 있다. 이와 같은 균열이 생기기 쉬운 기판 재료나 분할 예정선인 경우, 가공부간의 거리를 작게 하면, 균열은 가공부간의 최단 거리를 연결하는 직선에 접근한다고 생각되지만, 에너지 효율의 관점에서, 도 8에 도시한 바와 같이 우회하는 균열(13)로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 균열은 가공부간을 연결하는 것이므로, 가공부를 연결하는 직선으로부터 벗어난다고 해도 그 거리는 최대 0.5∼10㎛ 정도이며, 이와 같은 균열의 발생에 의해서 웨이퍼를 기판 주면에 대하여 대략 수직인 면으로 분할할 수 있다. 예를 들면, 육방정계의 사파이어 기판의 경우, 균열이 연장되는 기판 표면이 A면과 다른 면이고, 분할 예정선이 기판의 a축과 교차하는 선일 때에, 가공부간을 우회하여 연장하는 균열이 생기는 경향이 있다. 특히 C면을 주면으로 하는 사파이어 기판을 이용하는 경우에 이와 같은 경향으로 되기 쉽다. 여기서 설명하는 C면을 주면으로 하는 사파이어 기판이란, C면으로부터 수회 경사진 면을 주면으로 하는 것이어도 된다.
발광 소자는 통상, 대략 정사각형 또는 대략 직사각형이며, 분할 예정선으로서는 대략 수직으로 교차하는 2종류의 직선이 설정된다. 사파이어 기판 등의 육방정계의 기판의 경우, 분할 예정선의 1개를 비교적 자르기 쉬운 방향으로 하면, 그것과 대략 수직으로 교차하는 또 하나의 분할 예정선은 자르기 어려운 방향으로 설정되게 된다.
예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(2)의 기판(20) 내부에 제1 분할 예정선을 따른 제1 가공부(22a)와 제2 분할 예정선을 따른 제2 가공부(22b)를 형성하면, 제2 가공부(22b)를 연결하는 제2 균열(23b)은 제2 분할선을 따라서 대략 직선 형상으로 연장되지만, 제1 가공부(22a)를 연결하는 제1 균열(23a)은 인접하는 제1 가공부(22a)간을 우회하여 연장된다. 기판으로서 C면을 주면으로 하는 사파이어 기판을 이용하는 경우는, 제1 분할 예정선을 기판의 m축과 대략 평행한 선으로 하고, 제2 분할 예정선을 기판의 a축과 대략 평행한 선으로 하면, 제2 균열이 대략 직선 형상으로 연장되기 쉬워, 바람직하다.
제1 균열이 사행하고, 제2 균열이 대략 직선 형상으로 연장되는 경우는, 제2 분할 예정선의 방향이 제1 분할 예정선의 방향보다도 자르기 쉬운 방향이라고 생각되므로, 도 10에 도시한 바와 같이, 기판(20) 내부에 있어서, 제2 가공부(22b)간의 거리를 제1 가공부(22a)간의 거리보다도 크게 함으로써, 효율적으로 웨이퍼를 분할할 수 있다.
본 실시 형태의 방법은, 제1 분할 예정선의 분할에만 이용할 수도 있고, 제2 분할 예정선은, 예를 들면 커터 스크라이브에 의해서 분할할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 방법에서는, 제1 균열과 제2 균열, 즉, 제1 분할 예정선과 제2 분할 예정선은, 어느 것을 먼저 형성해도 된다.
(반도체층(14))
반도체층으로서는, 다양한 반도체 재료로 이루어지는 반도체층을 선택할 수가 있고, 예를 들면 질화 갈륨계 화합물 반도체층으로 한다. 구체적으로는, InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)으로 나타내는 것을 들 수 있다. 반도체층은, 통상, 사파이어 기판 상에, 제1 도전형층, 발광층, 제2 도전형층이 기판측으로부터 이 순서대로 적층되어 있고, 제1 또는 제2 도전형으로서, n형 불순물인 Si, Ge, Sn, S, O, Ti, Zr, Cd 등의 Ⅳ족 원소, 혹은 Ⅵ족 원소 등의 어느 하나 이상을 함유하거나, p형 불순물인 Mg, Zn, Be, Mn, Ca, Sr 등을 함유하고 있어도 된다.
이들 반도체층의 성장 방법으로서는, 특별히 한정되지 않지만, MOVPE(유기 금속 기상 성장법), MOCVD(유기 금속 화학 기상 성장법), HVPE(하이드라이드 기상 성장법), MBE(분자선 에픽택셜법) 등, 반도체의 성장 방법으로서 알려져 있는 모든 방법을 적절하게 이용할 수 있다. 특히, MOCVD는 결정성 좋게 성장시킬 수 있으므로 바람직하다.
반도체층은 통상, 기판보다도 박막이므로, 상술한 도 6에 도시한 바와 같이, 반도체층(14)을 기판(10)의 제1 주면(10a)에 형성하여 제2 주면(10b)측에 가공부(12)를 형성하는 경우, 가공부(12) 바로 아래의 반도체층(14)을 제거할 필요는 없으며, 기판(10)으로부터 신장하는 크랙(15)에 의해서 반도체층(14)도 함께 분할할 수 있다. 반도체층의 손상을 억제하기 위해서는, 레이저광을 제2 주면측으로부터 조사하는 것이 바람직하다. 반도체층이 형성된 제1 주면측에 가공부를 형성하는 경우도 마찬가지로 하여 분할할 수 있다.
도 11에 도시한 바와 같이, 기판(30)과, 기판(30)의 제1 주면(30a)에 형성된 반도체층(34)을 갖는 웨이퍼(3)에 있어서 제1 주면(30a) 측의 기판(30) 내부에 가공부(32)를 형성하는 경우, 레이저 조사 전에, 가공부(32)의 형성 위치에 대응하는 영역의 반도체층(34)을 분할 예정선을 따라서 제거하고, 그 후, 가공부(32)를 형성하여 균열(33)을 제1 주면(30a)까지 연장시킴으로써, 레이저 조사에 의한 반도체층의 손상을 방지할 수 있다. 이 경우, 레이저광의 조사는 제1 주면측으로부터 행하는 것이 바람직하다.
<실시예 1>
두께 약 85㎛의 사파이어 기판의 한쪽의 주면에 GaN계 반도체층이 형성된 웨이퍼를 준비한다. 반도체층은, 사파이어 기판의 (0001)면에, 사파이어 기판측으로부터, n형 반도체층, 발광층, p형 반도체층의 순서대로 적층되어 있다.
그 후, 발광층 및 p형 반도체층의 일부를 제거하여 n형 반도체층을 노출시키고, n형 반도체층 표면에 n 전극, p형 반도체층 표면에 p 전극을 각각 형성한다.
1변이 약 250㎛의 대략 정사각형의 소자가 얻어지도록, 웨이퍼의 분할 예정선을 사파이어 기판의 a축과 대략 평행한 방향과 대략 수직인 방향의 2방향으로 설정하고, 근적외선 레이저를 약 0.2W의 출력으로 이용하여, 각 분할 예정선을 따라서 펄스 레이저광을 사파이어 기판의 다른 쪽의 주면측으로부터 조사한다. 레이저광의 집광 위치를 기판 표면으로부터 약 5㎛의 깊이에 설정하고, 앞선 집광 위치로부터 다음의 집광 위치까지의 거리를 약 3.5㎛로 설정한다.
레이저 조사 후, 반도체층 측에 광원을 배치하고, 사파이어 기판의 다른 쪽의 주면측으로부터 광학 현미경으로 관찰하면, 대략 원 형상의 가공부와, 가공부로부터 신장하는 균열을 확인할 수 있고, 기판 표면에 있어서의 균열의 적어도 일부가 가공부와 가공부를 연결하도록 연장되어 있는 것을 확인할 수 있다. 2방향의 분할 예정선에 있어서 가공부간을 연결하는 균열을 비교하면, a축과 대략 수직인 분할 예정선에 있어서의 균열은, a축과 대략 평행한 분할 예정선에 있어서의 균열보다도 사행이 크다.
다음으로, 웨이퍼의 분할 예정선을 따라서 브레이킹 칼날을 꽉 눌러, 외력을 가하여 눌러 자르고, 1변이 약 250㎛의 대략 정사각형의 반도체 소자를 얻는다. 얻어지는 소자를 관찰하면, 소자의 측면은 사파이어 기판 표면에 대하여 대략 수직으로 분할되어 있고, 기판의 깊이 방향을 향하여 선 형상으로 신장하는 가공부를 기판 표면 근방에서 확인할 수 있다. 가공부에 변색은 보이지 않지만, 레이저 조사에 의한 다광자 흡수에 의해서 형성된 것으로 추측된다. 가공부로부터 기판 표면까지의 거리는 1∼10㎛ 정도, 가공부의 최대 폭은 0.5∼2㎛ 정도이며, 가공부로부터 기판 표면까지는 불규칙한 요철의 면으로 되어 있는 것을 확인할 수 있다.
요철면은 균열에 의해 형성되었다고 추측되고, 가공부간의 면도 마찬가지의 요철면인 것을 확인할 수 있다. 가공부 및 요철면은 기판 표면으로부터 15∼20㎛ 정도의 깊이에까지 형성되어 있다. 그것보다도 깊은 면, 즉 반도체층측의 면은, 평탄한 면 혹은 평탄한 면이 계단 형상으로 연속된 면이고, 레이저 조사 후에 분할된 면이라고 추측된다.
<실시예 2>
본 실시예에서는, a축과 대략 평행한 방향의 분할 예정선을 따라서 레이저광을 조사할 때에, 레이저광의 집광 위치간의 거리를 약 5㎛로 설정하는 점 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 반도체 소자를 제조한다.
레이저 조사 후, 사파이어 기판 표면을 관찰하면, 대략 원 형상의 가공부와, 가공부로부터 신장하는 균열을 확인할 수 있어, 기판 표면에 있어서의 균열의 적어도 일부가 가공부와 가공부를 연결하도록 연장되어 있는 것을 확인할 수 있다. 웨이퍼 분할 후, 얻어지는 반도체 소자를 관찰하면, 소자측면은 사파이어 기판 표면에 대하여 대략 수직으로 분할되어 있다.
본 발명의 제조 방법은, 기판을 갖는 웨이퍼를 분할하여 소자화하는 소자에 적용할 수 있다. 기판 상에 반도체층이 형성된 반도체 소자에 적용할 수 있어, LED, LD 등의 발광 소자, 수광 소자도 포함한 광소자, HEMT, FET 등의 트랜지스터를 포함한 반도체 소자에 적용할 수 있다.
1, 2, 3 : 웨이퍼
10, 20, 30 : 기판
10a, 30a : 제1 주면
10b, 30b : 제2 주면
11 : 분할 예정선
12, 32 : 가공부
12a : 머리부
12b : 다리부
13, 33 : 균열
14, 34 : 반도체층
15 : 크랙
16 : 요철
22a : 제1 가공부
22b : 제2 가공부
23a : 제1 균열
23b : 제2 균열
40, 50 : 기판
41 : 변질 영역
51 : 개질부
53 : 홈부
42, 52 : 반도체층

Claims (22)

  1. 반도체 소자의 제조 방법으로서,
    웨이퍼를 구성하는 사파이어 기판의 표면측으로부터 펄스 레이저 광을 조사하고, 상기 기판의 내부에 펄스 폭이 300∼50,000fs인 펄스 레이저 광을 집광하여, 상기 기판의 내부에 분리된 복수의 가공부를 분할 예정선을 따라 형성함과 함께, 상기 가공부로부터 적어도 상기 기판의 표면까지 연장되고, 인접하는 상기 가공부를 연결하고, 또한 상기 기판의 표면에 있어서 연결되는 균열을 발생시키는 레이저 조사 공정과,
    상기 균열이 상기 기판의 표면에서 연결된 후, 상기 분할 예정선을 따라 상기 웨이퍼를 분할하는 웨이퍼 분할 공정을 포함하며,
    상기 균열은 적어도 상기 기판의 표면에 있어서 인접하는 상기 복수의 가공부를 연결하고,
    상기 기판은 한쪽의 주면과 다른 쪽의 주면을 갖고, 상기 균열이 연장되는 상기 기판의 표면은 상기 한쪽의 주면이고,
    상기 웨이퍼 분할 공정에서는, 상기 가공부 및 상기 균열 중 적어도 어느 하나로부터 상기 다른 쪽의 주면까지 연장되는 크랙(crack)에 의해, 상기 웨이퍼를 분할하고,
    상기 펄스 레이저 광의 집광 위치와 상기 기판의 표면 간의 거리는, 상기 펄스 레이저 광의 가공 스폿 직경의 절반 또는 5㎛ 이상이고, 25㎛ 이하인, 반도체 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가공부를 1단으로만 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가공부는 머리부와 다리부를 갖고, 상기 균열은 인접하는 상기 가공부의 머리부 및 다리부를 연결하는 반도체 소자의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가공부 간의 거리는 상기 펄스 레이저 광의 가공 스폿 직경 이상인 반도체 소자의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가공부와 상기 균열은, 상기 기판의 두께의 10％ 이상 80％ 이하의 범위 내에서 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분할 예정선은 제1 분할 예정선이고, 상기 균열은 제1 균열이고,
    상기 레이저 조사 공정은, 또한, 상기 제1 분할 예정선과 수직인 제2 분할 예정선을 따라 상기 기판의 내부에 펄스 레이저 광을 집광함으로써, 상기 기판의 내부에 분리된 복수의 가공부를 분할 예정선을 따라 형성함과 함께, 상기 가공부로부터 적어도 상기 기판의 표면까지 연장되고 인접하는 상기 가공부를 연결하는 제2 균열을 발생시키고,
    상기 웨이퍼 분할 공정은, 또한, 상기 제2 분할 예정선을 따라 상기 웨이퍼를 분할하는 반도체 소자의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 균열은 인접하는 상기 가공부 간을 우회하여 연장되고, 상기 제2 균열은 상기 제2 분할 예정선을 따라 연장되는 반도체 소자의 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1 분할 예정선을 따라 형성되는 상기 가공부의 간격은 상기 제2 분할 예정선을 따라 형성되는 상기 가공부의 간격보다 작은 반도체 소자의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 제1 주면과 제2 주면을 갖고, 상기 제1 주면 상에 반도체층이 제공되고, 상기 레이저 조사 공정에서는, 상기 제2 주면측으로부터 상기 펄스 레이저 광을 조사하는 반도체 소자의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 펄스 레이저 광의 집광 위치와 상기 반도체층 간의 거리는 30㎛보다 큰 반도체 소자의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 가공부는 다광자 흡수(multiphoton absorption)에 의한 가공부인 반도체 소자의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2 주면은 A면과는 다른 면이고, 상기 분할 예정선은 상기 기판의 a축과 교차하는 선(line)인 반도체 소자의 제조 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 한쪽의 주면과 다른 쪽의 주면을 갖는 사파이어 기판과, 상기 기판의 한쪽의 주면측 또는 상기 다른 쪽의 주면측에 형성된 반도체층을 포함하는 반도체 소자로서,
    상기 기판의 측면에는, 분리된 복수의 가공부, 및 상기 가공부로부터 적어도 상기 기판의 한쪽의 주면까지 연장되고, 인접하는 상기 가공부를 연결하는 요철면이 형성되고,
    상기 가공부는 일렬로만 되어 있고,
    상기 요철면은 적어도 상기 기판의 한쪽의 주면에 있어서 인접하는 상기 복수의 가공부를 연결하고,
    상기 기판의 측면은, 상기 가공부와 상기 요철면이 형성된 영역보다 상기 기판의 다른 쪽의 주면측이 평탄한 면 또는 평탄한 면이 계단 형상으로 연속된 면이고,
    상기 기판의 상기 한쪽의 주면과 상기 가공부의 거리는 1∼15㎛이고,
    상기 가공부 및 상기 요철면은, 상기 기판의 두께의 10% 이상 80% 이하의 범위 내에서 형성된, 반도체 소자.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 제18항에 있어서,
    상기 반도체층은 상기 기판의 한쪽의 주면 측에 형성되어 있는 반도체 소자.
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