TW201713448A - 氮化鎵基板之生成方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種氮化鎵基板之生成方法，其課題為提供：未出現浪費，而可自氮化鎵(GaN)錠塊生成多量之氮化鎵基板的氮化鎵基板之生成方法。 解決手段係將具有第1面，和與第1面相反側的第2面之氮化鎵(GaN)錠塊，生成為複數之氮化鎵基板的氮化鎵基板之生成方法，其中，包含：將對於氮化鎵(GaN)而言具有透過性之波長的雷射光線之集光點，自第1面定位於氮化鎵(GaN)錠塊之內部而進行照射，破壞氮化鎵(GaN)而形成使鎵(Ga)與氮(N)析出之界面的界面形成工程，和於氮化鎵(GaN)錠塊之第1面，貼著第1保持構件之同時，於第2面，貼著第2保持構件的保持構件貼著工程，和將氮化鎵(GaN)錠塊，加熱至鎵(Ga)產生熔融之溫度同時，經由移動於相互背離第1保持構件與第2保持構件之方向而自界面分離氮化鎵(GaN)錠塊，生成氮化鎵基板之氮化鎵基板生成工程。

Description

氮化鎵基板之生成方法
本發明係有關自氮化鎵(GaN)錠塊，生成具有特定厚度之氮化鎵基板的氮化鎵基板之生成方法。
氮化鎵(GaN)係從比較於矽，能帶隙為3倍寬，而絕緣破壞電壓亦高之情況，作為電力控制用的半導體元件(功率裝置)而加以利用。例如，於氮化鎵基板的上面，經由加以配列成格子狀之複數的分割預定線所區隔之複數範圍，加以形成有功率裝置之功率裝置晶圓，係沿著分割預定線而加以分割成各個功率裝置，而加以使用於電腦，汽車等之控制之裝置。
構成上述之功率裝置晶圓的氮化鎵基板係由線鋸而切割氮化鎵(GaN)錠塊，再研磨所切割之氮化鎵基板的表背面而加工成鏡面(例如，參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2000-94221號公報
然而，對於氮化鎵(GaN)錠塊之製造，係需要相當的設備與時間之故，例如直徑為100mm，厚度為3mm之氮化鎵(GaN)錠塊係儘管為日幣數百萬元之高價，當以線鋸切割時，成為作為切削屑而加以捨棄氮化鎵(GaN)錠塊之60~70%，而不經濟之同時亦有生產性差的問題。
本發明係有鑑於上述情事所作為之構成，而其主要技術的課題係提供：未出現浪費，而可自氮化鎵(GaN)錠塊生成多量之氮化鎵基板的氮化鎵基板之生成方法者。
為了解決上述主要之技術課題，如根據本發明，係將具有第1面，和與該第1面相反側的第2面之氮化鎵(GaN)錠塊，生成為複數之氮化鎵基板的氮化鎵基板之生成方法，其特徵為加以提供包含： 將對於氮化鎵(GaN)而言具有透過性之波長的雷射光線之集光點，自該第1面定位於氮化鎵(GaN)錠塊之內部而進行照射，破壞氮化鎵(GaN)而形成使鎵(Ga)與氮(N)析出之界面的界面形成工程， 和於氮化鎵(GaN)錠塊之該第1面，貼著第1保持構 件之同時，於該第2面，貼著第2保持構件的保持構件貼著工程，和將氮化鎵(GaN)錠塊，加熱至鎵(Ga)產生熔融之溫度同時，經由移動於相互背離該第1保持構件與該第2保持構件之方向而自該界面分離氮化鎵(GaN)錠塊，生成氮化鎵基板之氮化鎵基板生成工程之氮化鎵基板之生成方法。
在上述保持構件貼著工程之第2保持構件，係在實施上述界面形成工程之前，貼著於第2面。
上述保持構件貼著工程，係使用以較鎵(Ga)產生熔融之溫度為高的溫度而熔融氮化鎵(GaN)錠塊的蠟，於第1面，貼著第1保持構件之同時，於第2面，貼著第2保持構件。
實施研削形成於析出於上述界面，藉由氮化鎵基板形成工程所分離之氮化鎵基板之分離面的鎵(Ga)面而除去之研削工程。
經由本發明之氮化鎵基板的生成方法係因包含：將對於氮化鎵(GaN)而言具有透過性之波長的雷射光線之集光點，自第1面定位於氮化鎵(GaN)錠塊之內部而進行照射，破壞氮化鎵(GaN)而形成使鎵(Ga)與氮(N)析出之界面的界面形成工程，和於氮化鎵(GaN)錠塊之該第1面，貼著第1保持構件之同時，於該第2面，貼著第2保 持構件的保持構件貼著工程，和將氮化鎵(GaN)錠塊，加熱至鎵(Ga)產生熔融之溫度同時，經由移動於相互背離第1保持構件與第2保持構件之方向而自界面分離氮化鎵(GaN)錠塊，生成氮化鎵基板之氮化鎵基板生成工程之故，可經由於氮化鎵(GaN)錠塊之內部，形成破壞氮化鎵(GaN)而使鎵(Ga)與氮(N)析出之界面之時，而生成氮化鎵基板之故，成為如以往，皆無經由以線鋸進行切割而捨棄之切削屑。隨之，未有浪費氮化鎵(GaN)錠塊而可生成於氮化鎵基板，而比較於以線鋸進行切割之以往的加工方法，生產性則提升2.5倍。
2‧‧‧氮化鎵(GaN)錠塊
20‧‧‧氮化鎵基板
3‧‧‧雷射加工裝置
31‧‧‧雷射加工裝置之夾盤
32‧‧‧雷射光線照射手段
322‧‧‧集光器
4‧‧‧第1保持構件
5‧‧‧第2保持構件
6‧‧‧蠟
7‧‧‧研削裝置
71‧‧‧研削裝置之夾盤
72‧‧‧研削手段
8‧‧‧剝離裝置
81‧‧‧保持台
82‧‧‧吸引墊
圖1係經由本發明之氮化鎵基板的生成方法所加工之氮化鎵(GaN)錠塊的斜視圖。
圖2係為了實施在經由本發明之氮化鎵基板的生成方法之界面形成工程的雷射加工裝置之要部斜視圖。
圖3係在經由本發明之氮化鎵基板的生成方法之界面形成工程的說明圖。
圖4係加以實施在經由本發明之氮化鎵基板的生成方法之界面形成工程之其他實施形態之氮化鎵(GaN)錠塊的平面圖。
圖5係在經由本發明之氮化鎵基板的生成方法之保持構件貼著工程的說明圖。
圖6係在經由本發明之氮化鎵基板的生成方法之保持構件分離工程的說明圖。
圖7係顯示在經由本發明之氮化鎵基板的生成方法之研削工程的第1實施形態的說明圖。
圖8係顯示在經由本發明之氮化鎵基板的生成方法之研削工程的第2實施形態的說明圖。
圖9係在經由本發明之氮化鎵基板的生成方法之保持構件分離工程的說明圖。
以下，對於經由本發明之氮化鎵基板的生成方法，參照附加圖面而更加以詳細說明。
對於圖1係加以顯示經由本發明之氮化鎵基板的生成方法所加工之氮化鎵(GaN)錠塊的斜視圖。圖1所示之氮化鎵(GaN)錠塊2係加以形成為直徑為100mm而厚度為3mm。此氮化鎵(GaN)錠塊2係具有加以形成於對於軸心而言垂直的面之第1面21，和與該第1面21相反側的第2面22。另外，對於氮化鎵(GaN)錠塊2之外周，係加以形成有成為加工基準面之平面23。
對於自上述氮化鎵(GaN)錠塊2生成氮化鎵基板，係在圖示之實施形態中，實施將對於氮化鎵(GaN)而言具有透過性之波長的雷射光線之集光點，自該第1面定位於氮化鎵(GaN)錠塊之內部而進行照射，破壞GaN而形成使鎵(Ga)與氮(N)析出之界面的界面形成工程。此界面 形成工程係使用圖2所示之雷射加工裝置3而實施。圖2所示之雷射加工裝置3係具備：保持被加工物之夾盤31，和於加以保持在該夾盤31上之被加工物，照射雷射光線的雷射光線照射手段32。夾盤31係呈吸引保持被加工物地加以構成，而成為呈經由未圖示之加工傳送手段而加以移動至在圖2中，以箭頭X所示之加工傳送方向(X軸方向)之同時，經由未圖示之算出傳送手段而加以移動至在圖2中，以箭頭Y所示之算出傳送方向(Y軸方向)。另外，夾盤31係呈經由未圖示之旋轉機構而加以旋轉地加以構成。
上述雷射光線照射手段32係包含：實質上加以配置為水平之圓筒形狀的套筒321。對於套筒321內，係加以配設有具備未圖示之脈衝雷射光線振盪器或反覆頻率設定手段之脈衝雷射光振盪手段。對於上述套筒321之前端部，係加以裝上：為了集光自脈衝雷射光振盪手段所振盪之脈衝雷射光線的集光器322。然而，雷射光線照射手段32係具備：為了調整經由集光器322所集光之脈衝雷射光線的集光點位置之集光點位置調整手段(未圖示)。
對於使用上述雷射加工裝置3而實施界面形成工程，係如圖2所示，於夾盤31上面(保持面)，載置上述氮化鎵(GaN)錠塊2之第2面22側。並且，經由未圖示之吸引手段而吸著保持氮化鎵(GaN)錠塊2於夾盤31上(錠塊保持工程)。隨之，加以保持於夾盤31上之氮化鎵(GaN)錠塊2係第1面21則成為上側。此時，加以形成於 氮化鎵(GaN)錠塊2之外周的平面23則呈成為與X軸方向平行地加以定位。如此，吸引保持氮化鎵(GaN)錠塊2於夾盤31上同時，作動未圖示之加工傳送手段，而將夾盤31，移動至雷射光線照射手段32之集光器322所定位之雷射光線照射範圍，而在一端(在圖3的(a)左端)，定位於雷射光線照射手段32之集光器322的正下方。並且，呈在圖3的(b)所示地，將自集光器322所照射的脈衝雷射光線的集光點(P)，定位於自第1面21(上面)500μm內部位置。接著，作動雷射光線照射手段32而自集光器322照射脈衝雷射光線同時，將夾盤31，以特定的加工傳送速度加以移動至在圖3的(a)中，以箭頭X1所示之方向。並且，呈在圖3的(c)所示地，當氮化鎵(GaN)錠塊2之另一端(在圖3的(c)右端)到達至雷射光線照射手段32之集光器322的照射位置時，停止脈衝雷射光線的照射同時，停止夾盤31之移動。接著，將夾盤31，移動50~60μm至算出傳送方向(Y軸方向)，而實施上述界面形成工程。經由將此界面形成工程，呈在圖3的(d)所示地，實施於對應於氮化鎵(GaN)錠塊2全面之範圍之時，對於氮化鎵(GaN)錠塊2，係呈以圖3的(e)所示地，加以形成破壞氮化鎵(GaN)而使鎵(Ga)與氮(N)析出之界面24。此界面24係在圖示之實施形態中，係以10μm程度的厚度加以形成。
然而，上述界面形成工程係將集光器322，定位於氮化鎵(GaN)錠塊2之外周部，旋轉夾盤31之同時，將集光 器322朝向中心移動，而如在圖4所示地，經由將脈衝雷射光線照射成漩渦狀於氮化鎵(GaN)錠塊2內部之時，形成破壞氮化鎵(GaN)而使鎵(Ga)與氮(N)析出之界面24亦可。
上述界面形成工程係例如，由以下的加工條件而加以實施。
波長：532nm
反覆頻率：15kHz
平均輸出：0.02W
脈衝寬度：800ps
集光點口徑：10μm
加工傳送速度：45mm/秒
接著，實施：於氮化鎵(GaN)錠塊2之第1面21，貼著第1保持構件4之同時，於第2面22，貼著第2保持構件5之保持構件貼著工程。即，如圖5的(a)及(b)所示地，於氮化鎵(GaN)錠塊2之第1面21，藉由蠟6而貼著第1保持構件4之同時，於第2面22，藉由蠟6而貼著第2保持構件5。然而，蠟6係在圖示之實施形態中，加以使用在上述界面形成工程，形成破壞氮化鎵(GaN)而使鎵(Ga)與氮(N)析出之界面24於氮化鎵(GaN)錠塊的內部，熔融溫度則較鎵(Ga)所熔融之溫度(30℃)為高(例如100℃)的蠟。
然而，在保持構件貼著工程之第2保持構件5係在實施上述界面形成工程之前，貼著於氮化鎵(GaN)錠塊2之 第2面22亦可。
如實施上述保持構件貼著工程時，實施：將氮化鎵(GaN)錠塊2，加熱為Ga所熔融之溫度同時，經由移動至相互背離第1保持構件4與第2保持構件5之方向之時，將氮化鎵(GaN)錠塊2，自界面24分離，生成氮化鎵基板之氮化鎵基板生成工程。即，加熱成加以實施上述保持構件貼著工程，加以形成於氮化鎵(GaN)錠塊2，形成上述界面24的鎵(Ga)所熔融之溫度。然而，在圖示之實施形態中係因加以使用，在上述之保持構件貼著工程，介入存在於氮化鎵(GaN)錠塊2之第1面21及第2面22與第1保持構件4及第2保持構件5之間的蠟6，熔融溫度則較鎵(Ga)之熔融的溫度(30℃)為高(例如，100℃)的蠟之故，成為經由蠟6的溫度而加以加熱上述界面24而使鎵(Ga)熔融之狀態。如為由此作為而加以加熱界面24而使鎵(Ga)熔融之狀態時，如圖6的(a)所示地，移動至相互背離第1保持構件4與第2保持構件5之方向。其結果，如圖6的(b)所示地，氮化鎵(GaN)錠塊2係加以分離成在界面24，加以貼著第1保持構件4，加以貼著氮化鎵基板20與第2保持構件5之氮化鎵(GaN)錠塊2。對於由如此作為加以貼著所分離之第2保持構件5的氮化鎵(GaN)錠塊2之分離面2a，係如圖6的(c)所示地，加以形成有鎵(Ga)面241，而對於加以貼著第1保持構件4之氮化鎵基板20的分離面20a，係如圖6的(d)所示地，加以形成有鎵(Ga)面241。如以上，在圖示之實施形態中，因可經由 形成破壞氮化鎵(GaN)而使鎵(Ga)與氮(N)析出之厚度為10μm程度的界面24於氮化鎵(GaN)錠塊2內部之時，而生成氮化鎵基板20之故，成為皆無經由以線鋸而切割之時所捨棄之切削屑。
接著，實施研削形成於析出於上述界面24，加以形成於經由氮化鎵基板生成工程所分離之氮化鎵基板之分離面及氮化鎵(GaN)錠塊2之分離面的鎵(Ga)面241而除去之研削工程。此研削工程係使用圖7的(a)所示之研削裝置7而實施。圖7的(a)所示之研削裝置7係具備：保持被加工物之夾盤71，和研削加以保持於該夾盤71之被加工物的研削手段72。夾盤71係呈吸引保持被加工物於保持面之上面地加以構成，經由未圖示之旋轉驅動機構，加以旋轉於在圖7的(a)中，以箭頭71a所示之方向。研削手段72係具備：主軸輪轂套721，和經由旋轉自由地加以支持於該主軸輪轂套721，未圖示之旋轉驅動機構而加以旋轉之旋轉心軸722，和加以裝上於該旋轉心軸722之下端的固定件723，和加以安裝於該固定件723下面之研削輪724。此研削輪724係由圓環狀的基台725，和環狀地加以裝上於該基台725下面之研磨石726所成，而基台725則經由締結螺栓727加以安裝於固定件723下面。
對於實施使用上述之研削裝置7而研削除去形成於氮化鎵基板20之分離面的鎵(Ga)面241之第1研削工程，係如圖7的(a)所示地，於夾盤71上面(保持面)，載置加以貼著於經由上述氮化鎵基板生成工程所分 離之氮化鎵基板20之第1保持構件4側。並且，經由作動未圖示之吸引手段，而於夾盤71上，藉由第1保持構件4而吸引保持氮化鎵基板20。隨之，加以保持於夾盤71上之氮化鎵基板20，係加以形成於分離面的鎵(Ga)面241則成為上側。如此，如藉由第1保持構件4而吸引保持氮化鎵基板20於夾盤71上時，將夾盤71，於在圖7的(a)及(b)中以箭頭71a所示之方向，例如以300rpm進行旋轉的同時，將研削手段72之研削輪724，於在圖7的(a)及(b)中以箭頭724a所示之方向，例如以6000rpm進行旋轉，再如圖7的(b)所示地，使研磨石726，接觸於加以形成於被加工面之氮化鎵基板20的分離面的鎵(Ga)面241，將研削輪724，在圖7的(a)及(b)中以箭頭724b所示地，例如以1μm/秒之研削傳送速度，特定量(10~20μm)研削傳送於下方(對於夾盤71之保持面而言垂直之方向)。其結果，加以研削形成於氮化鎵基板20之分離面的鎵(Ga)面241，如在圖7的(c)所示地，加以除去形成於氮化鎵基板20之分離面20a的鎵(Ga)面。
接著，使用上述之研削裝置7，而實施除去經由上述氮化鎵基板生成工程所分離，形成於加以貼著第2保持構件5的氮化鎵(GaN)錠塊2之分離面的鎵(Ga)面241之第2研削工程。即，如圖8的(a)所示地，於夾盤71上面(保持面)，載置加以貼著於經由上述氮化鎵基板生成工程所分離之氮化鎵(GaN)錠塊2之第2保持構件5側。並且，經由作動未圖示之吸引手段，而於夾盤71上，藉由 第2保持構件5而吸引保持氮化鎵(GaN)錠塊2。隨之，加以保持於夾盤71上之氮化鎵(GaN)錠塊2，係加以形成於分離面的鎵(Ga)面241則成為上側。如此，如藉由第2保持構件5而吸引保持氮化鎵(GaN)錠塊2於夾盤71上時，將夾盤71，於在圖8的(a)中以箭頭71a所示之方向，例如以300rpm進行旋轉的同時，將研削手段72之研削輪724，於在圖8的(a)中以箭頭724a所示之方向，例如以6000rpm進行旋轉，再如圖8的(a)所示地，使研磨石726，接觸於加以形成於被加工面之氮化鎵(GaN)錠塊2的分離面的鎵(Ga)面241，將研削輪724，在圖8的(a)中以箭頭724b所示地，例如以1μm/秒之研削傳送速度，特定量(10~20μm)研削傳送於下方(對於夾盤71之保持面而言垂直之方向)。其結果，加以研削形成於氮化鎵(GaN)錠塊2之分離面的鎵(Ga)面241，如在圖8的(b)所示地，加以除去形成於氮化鎵(GaN)錠塊2之分離面2a的鎵(Ga)面。
如實施如以上作為，研削形成於經由氮化鎵基板生成工程所分離之氮化鎵基板20的分離面及氮化鎵(GaN)錠塊2之分離面的鎵(Ga)面241而除去之研削工程時，實施分離除去形成於分離面之鎵(Ga)，加以貼著於氮化鎵基板20的第1保持構件4之保持構件分離工程。即，如圖9的(a)所示，於剝離裝置8之保持台81上，載置加以實施上述研削工程之氮化鎵基板20的第1保持構件4側，再經由作動未圖示之吸引手段，藉由第1保持構 件4而吸引保持氮化鎵基板20於保持台81上。隨之，藉由第1保持構件4而加以保持於保持台81上之氮化鎵基板20，係分離面20a則成為上側。並且，作動加以配設於保持台81之未圖示之加熱器，而加熱第1保持構件4，將介入存在於第1保持構件4與氮化鎵基板20之間的蠟6，加熱至熔融溫度(例如，100℃)。接著，如圖9的(b)所示地，將吸引墊82下面之吸引面，載置於藉由第1保持構件4而加以吸引保持於保持台81上之氮化鎵基板20的上面(分離面20a)之同時，經由作動未圖示之吸引手段，而於吸引墊82下面之吸引面，吸引氮化鎵基板20的上面。並且，如圖9的(c)所示地，經由將吸引墊82，拉起於自保持台81背離之方向之時，可將氮化鎵基板20，自第1保持構件4分離者。
如上述，如自氮化鎵(GaN)錠塊2生成1片之氮化鎵基板20時，對於所殘留之氮化鎵(GaN)錠塊2而言，反覆4次實施上述界面形成工程，於加以實施界面形成工程之氮化鎵(GaN)錠塊2的第1面21，貼著第1保持構件4之保持構件貼著工程，氮化鎵基板生成工程，研削工程，保持構件分離工程。其結果，在圖示之實施形態中，係成為可自直徑100mm，厚度為3mm之氮化鎵(GaN)錠塊2，生成5片厚度為略500μm之氮化鎵基板20者，比較於以線鋸進行切割之以往的加工方法，生產性則提升2.5倍。
2‧‧‧氮化鎵(GaN)錠塊
2a‧‧‧錠塊2之分離面
4‧‧‧第1保持構件
5‧‧‧第2保持構件
6‧‧‧蠟
20‧‧‧氮化鎵基板
20a‧‧‧基板20之分離面
23‧‧‧平面
24‧‧‧界面
241‧‧‧鎵(Ga)面

Claims (4)

  1. 一種氮化鎵基板之生成方法，係將具有第1面，和與該第1面相反側的第2面之氮化鎵(GaN)錠塊，生成為複數之氮化鎵基板的氮化鎵基板之生成方法，其特徵為包含：將對於氮化鎵(GaN)而言具有透過性之波長的雷射光線之集光點，自該第1面定位於氮化鎵(GaN)錠塊之內部而進行照射，形成破壞氮化鎵(GaN)而使鎵(Ga)與氮(N)析出之界面的界面形成工程，和於氮化鎵(GaN)錠塊之該第1面，貼著第1保持構件之同時，於該第2面，貼著第2保持構件的保持構件貼著工程，和經由將氮化鎵(GaN)錠塊，加熱至鎵(Ga)產生熔融之溫度同時，移動該第1保持構件與該第2保持構件至相互背離的方向而自該界面分離氮化鎵(GaN)錠塊，生成氮化鎵基板之氮化鎵基板生成工程。
  2. 如申請專利範圍第1項記載之氮化鎵基板之生成方法，其中，該保持構件貼著工程之該第2保持構件，係在實施上述界面形成工程之前，貼著於該第2面。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項記載之氮化鎵基板之生成方法，其中，該保持構件貼著工程，係使用以較鎵(Ga)產生熔融之溫度為高的溫度而熔融該氮化鎵(GaN)錠塊的蠟，於該第1面，貼著該第1保持構件之同時，於該第2面，貼著該第2保持構件。
  4. 如申請專利範圍第1項記載之氮化鎵基板之生成方法，其中，實施研削析出於該界面，形成於經由氮化鎵基板形成工程所分離之氮化鎵基板之分離面的鎵(Ga)面而除去之研削工程。
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