TW202242211A - 氧化鎵基板的加工方法 - Google Patents

氧化鎵基板的加工方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202242211A
TW202242211A TW110143695A TW110143695A TW202242211A TW 202242211 A TW202242211 A TW 202242211A TW 110143695 A TW110143695 A TW 110143695A TW 110143695 A TW110143695 A TW 110143695A TW 202242211 A TW202242211 A TW 202242211A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
main surface
gallium oxide
substrate
oxide substrate
cut
Prior art date
Application number
TW110143695A
Other languages
English (en)
Inventor
北市充
淺井義之
岡本浩和
辻本優季
Original Assignee
日商三星鑽石工業股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商三星鑽石工業股份有限公司 filed Critical 日商三星鑽石工業股份有限公司
Publication of TW202242211A publication Critical patent/TW202242211A/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B23K26/402—Removing material taking account of the properties of the material involved involving non-metallic material, e.g. isolators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0005—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing
    • B28D5/0011—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing with preliminary treatment, e.g. weakening by scoring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02035—Shaping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/34—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies not provided for in groups H01L21/0405, H01L21/0445, H01L21/06, H01L21/16 and H01L21/18 with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/42—Bombardment with radiation
    • H01L21/423—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/428—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/40—Semiconductor devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/52—Ceramics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/56—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26 semiconducting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Dicing (AREA)

Abstract

提供一種可將氧化鎵基板予以縱橫地切斷成格子狀之實用的氧化鎵基板的加工方法。使用主面為面（001）的氧化鎵基板，且以平行於主面與面（100）之交叉線的方向作為X方向，進行沿著與X方向平行的切斷預定線而在主面上藉由刻劃刀具刻設切溝的機械式刻劃加工，並且進行藉由沿著與Y方向平行的切斷預定線而掃描雷射射束使之變質的雷射刻劃加工，且以沿著機械式刻劃加工後和雷射刻劃加工後之X方向和Y方向的切斷預定線斷開之方式切斷。

Description

氧化鎵基板的加工方法
本發明係關於一種氧化鎵（Ga 2O 3）基板的加工方法，更詳而言之，係關於一種可將氧化鎵基板切割成格子狀的基板加工方法。
以將元件區域予以圖案形成為格子狀於半導體基板上或玻璃基板上，且依各個元件區域切出之方式作成的電子元件，係作為光元件、顯示元件、控制元件、功率元件等製品而被利用於廣泛的領域中。在其中被使用於電力控制等的功率半導體元件中，較理想為使用可抑制電力損耗，並且具有優異之耐電壓性能之特性的基板材料。
使用於功率半導體上之基板材料的性能評估，係使用巴利加性能指數（Baliga Figure of Merits）（εμEc 3：惟，ε為介電常數，μ為電子移動率，Ec為絕緣破壞電場強度）作為性能指標之一，該指標值大的材料被評估為是作為功率半導體之優異的材料。若比較主要之半導體材料的巴利加性能指數，當設Si為1時，SiC為340左右、GaN為870左右、Ga 2O 3為1500至3000的值，SiC、GaN、Ga 2O 3均被作為次世代的功率半導體材料而於市場受到矚目。
其中，氧化鎵（Ga 2O 3）的巴利加性能指數優異，而且若是β加利亞（Gallia）結構的氧化鎵，則可藉由如EFG（Edge Defined Film Fed Growth，限邊饋膜生長）法之類的熔融液生長法使之有效率地生長高品質的大塊單晶體（bulk  single crystal），故尤其受到期待被應用作為功率半導體材料。
此β加利亞結構的氧化鎵，其a軸晶格常數為12.2Å、b軸晶格常數為3.0Å、c軸晶格常數為5.8Å、α角（b軸與c軸所構成的角）為90°、β角（c軸與a軸所構成的角）為103.8°、γ角（a軸與b軸所構成的角）為90°，具有如圖1所示之單斜晶系的結晶構造。
此外，β加利亞結構的氧化鎵單晶（以下將β加利亞結構的氧化鎵簡稱為氧化鎵），係上述結晶構造的面（100）顯示作為第一劈裂面（cleavage plane）具有特強的劈裂性，其次，面（001）作為第二劈裂面具有較弱的劈裂性。
在使種晶接觸熔融液而使之生長的熔融液生長法中，單晶的劈裂性會因為使之接觸熔融液的結晶面（生長面）而產生極大的差異，當製作劈裂性強的單晶時，即會產生基板的加工性顯著地受損的問題。 因此，作為解決基板之加工性受損之問題之氧化鎵結晶的生長方法，已揭示了若設為將結晶生長之際之種晶的提舉方向（lifting direction）設為c軸方向而使結晶生長面作為面（001），且藉由EFG法使之生長而使面（100）垂直地豎立之方式獲得單晶，則可減弱劈裂性，且可提升加工性（參照發明專利文獻1）。
藉由發明專利文獻1所記載之氧化鎵單晶的生長方法，雖可獲得使之朝c軸方向生長而得的單晶，但在進行從該單晶切出圓板狀基板（晶圓（wafer））之整圓沖片加工（circle punching）和切片（slice）加工、及形成顯示晶向之定向平面（orientation flat）的定向平面加工時，若切出使主面（基板表面）成為面（100），則依然會顯示面（100）作為劈裂面之較強的劈裂性，而會產生缺陷（崩裂、龜裂、剝離）。
因此，為了獲得不會產生缺陷的氧化鎵基板，已揭示了一種氧化鎵基板及其製造方法（參照發明專利文獻2），其係將除（100）以外的面作為圓形之氧化鎵基板的主面，且以將該主面和正交於面（100）的定向平面，以主面的中心點為對稱點使第一、第二定向平面呈點對稱地配置之方式形成於主面的周緣。
在發明專利文獻2所記載之氧化鎵基板及其製造方法中，係記載了主面雖可為除面（100）外的任何面，但具體而言係以將面（101）、面（110）、面（111）作為主面為佳。
此外，與發明專利文獻2同樣地，作為抑制缺陷的產生，同時從氧化鎵單晶之晶錠（ingot）製造圓板狀氧化鎵基板的方法，已揭示了藉由線放電加工，再包括定向平面加工而切出圓柱狀塊體，且將圓柱狀塊體予以切片而製造氧化鎵基板的方法（參照發明專利文獻3）。
在發明專利文獻3所記載的氧化鎵基板及其製造方法中，係記載了主面設為與面（100）不同的面，例如設為面（-201）、面（101）、面（001）。此外，當主面為面（001）時，可進行高品質之Ga 2O 3系半導體層的同質磊晶（homo epitaxial）生長，而可作為優異之電子元件用的基板來使用。 此外，揭示了關於定向平面係以沿著平行於主面與面（100）之交叉線之方向設置之方式相對於主面為垂直為佳，而在藉由線放電加工再包括定向平面加工而切出圓柱狀塊體之際所形成之定向平面的數量可為一個（亦可形成二個）。 [先前技術文獻] [發明專利文獻]
發明專利文獻1：日本特開2006-312571號公報 發明專利文獻2：日本特開2013-67524號公報 發明專利文獻3：日本特許第5816343號公報
[發明所欲解決之問題]
如上述發明專利文獻3所亦記載者，在以與面（100）不同的面方位作為主面（基板表面）的基板中，亦為以主面作為面（001）的氧化鎵基板作為電子元件用基板較為優異，若被用來作為功率半導體元件用的基板，將可製造出優異的功率元件。
不過，當在氧化鎵基板上圖案形成了功率半導體元件時，與在Si基板上或玻璃基板上形成之習知的元件加工同樣地，由於必須在對於元件區域（圖案形成區域）不會造成不良影響下依每一元件區域予以切斷，故需要藉由使用了絞刀輪（cutter wheel）等之刀尖的機械式刻劃（mechanical scribe）或利用雷射照射的雷射刻劃，在對於元件區域不會造成不良影響下進行切斷的切斷步驟。
在圓板狀Si基板的切斷步驟中，以往，係以定向平面為基準而縱橫地切斷為格子狀。具體而言，係設為以平行於主面與定向平面之交叉線的方向作為X方向，且以在主面上與X方向正交的方向作為Y方向，而沿著X方向和Y方向切斷成格子狀。
然而，由於氧化鎵基板存在有顯示較強劈裂性之第一劈裂面的面（100），故可得知若欲直接應用與至今為止在Si基板或玻璃基板上所確立而來的切斷加工方法同樣的刻劃而切斷成格子狀時，會受到較強之劈裂面的影響，而難以進行所預期之格子狀的切斷加工。 具體而言，係當欲以機械式刻劃朝X方向、Y方向切斷時，即使在主面形成有切溝的情形下，若切溝為與劈裂面之方向不同的方向，則會產生龜裂不朝厚度方向滲透而無法予以切斷的問題。此外，當欲以雷射刻劃朝X方向、Y方向切斷時，儘管沿著切斷預定線照射了雷射，卻仍會經常發生主面上之切斷面的位置不固定而無法進行配合切斷預定線之切斷的情形，而產生了無法進行高加工精確度之切斷的問題。
雖亦可考慮應用如發明專利文獻3所記載的其他切斷技術（例如線放電加工）而進行縱橫地切斷，但在主面上圖案形成有元件區域之後的基板中，會有對於元件區域造成不良影響之虞。再者，為了要將元件予以量產化，亦必須考慮切斷所需要的加工時間或加工成本。此外，較理想為可應用在Si基板或玻璃基板的切斷加工上一直以來所進行之高可靠性的加工技術來進行切斷。
因此，本發明之目的為提供一種可將圓板狀氧化鎵基板予以縱橫地切斷成格子狀之實用的氧化鎵基板的加工方法。 此外，本發明之目的為提供一種當將元件區域予以圖案形成為格子狀於圓板狀氧化鎵基板上的情形等，在不會對於元件區域造成影響下，用以依氧化鎵基板上的每一元件區域以格子狀切出的加工方法。 [用以解決問題的手段]
為了解決上述問題所進行之本發明之氧化鎵基板的加工方法，係沿著在主面上彼此正交之X方向和Y方向而將β加利亞結構的氧化鎵基板予以切斷之氧化鎵基板的加工方法，其中： 該方法係設為使用前述主面為面（001）的氧化鎵基板，且以平行於前述主面與面（100）之交叉線的方向作為X方向，進行沿著與X方向平行的切斷預定線而在前述主面上藉由刻劃刀具之刀尖刻設切溝的機械式刻劃加工，並且進行沿著與Y方向平行的切斷預定線而藉由掃描雷射射束使之變質的雷射刻劃加工，以沿著前述機械式刻劃加工後和前述雷射刻劃加工後之X方向和Y方向的切斷預定線而斷開。
在此，所謂「刻劃刀具」係具有由鑽石、超硬合金等硬度比基板材料更高的材料所形成之銳利的刀尖，對於基板藉由壓接刀尖同時掃描以進行刻劃，從而刻設切溝的工具。刀尖可為旋轉刀，亦可為固定刀。
在「雷射刻劃加工」中所使用的雷射光源，雖使用氧化鎵基板所可吸收之波長的雷射光源，但更佳為選擇不僅可被基板表面吸收，而且亦可盡量被基板內部吸收之類的雷射波長或透鏡光學系統，而進行雷射照射使得以變質至厚度方向上較深的位置。具體而言，係可使用紅外線雷射作為雷射光源。
在「斷開」步驟中，係設為沿著刻劃後的切斷預定線而機械性或加熱式地給予應力。關於應力的給予方式雖無特別限定，但可使用以往以來使用於Si基板或玻璃基板之斷開之際的斷開裝置。具體而言，係可使用將斷開桿（break bar）靠在切斷預定線的背側而使基板撓曲以進行切斷之機械式的斷開裝置，亦可使用噴吹冷熱或溫熱而加熱式地進行斷開的斷開裝置。亦可為使用手工作業或簡單的治具而使基板撓曲等之簡單的斷開。
依據本發明，當沿著與X方向平行之切斷預定線而在主面上以刻劃刀具的刀尖進行刻劃而刻設切溝時，由於X方向係主面與面（100）的交叉線方向，故會在包含有切溝的面（100）劈裂，且可沿著該面（100）而切出。 相對於此，與X方向正交的Y方向不存在顯示劈裂性的面方位。因此，即使藉由刻劃刀具朝Y方向刻劃而於主面上刻設切溝，龜裂也不會滲透。若欲沿著Y方向刻設深的切溝且用盡全力地切出，表面層也將會剝離或基板將被破壞。 因此，關於Y方向，係進行藉由沿著切斷預定線而掃描雷射射束而使之加熱式地變質的雷射刻劃加工。藉此，即可在從基板表面至基板內部使之變質為減弱在無劈裂性之晶格間的結合，而可照射切斷預定線正下方的雷射射束而沿著局部變質的垂直面進行切出。 另外，當針對X方向沿著切斷預定線照射雷射射束時，此情形雖會沿著面（100）的劈裂面而劈裂，但劈裂的起點位置不限定於主面的切斷預定線上，而會發生在雷射照射位置附近偏離切斷預定線的位置產生劈裂的情形。因此，無法正確地沿著切斷預定線進行切出，而使加工精確度顯著地降低。 [發明之功效]
依據本發明，係設為使用特定有主面和切斷方向之方位的基板，X方向係進行利用刻劃刀具的機械式刻劃加工，並且與X方向正交的Y方向係進行雷射刻劃加工，故關於X方向係可利用劈裂性（朝相對於XY面（主面）為約14°的傾斜且相對於主面為大致垂直方向）切斷，關於Y方向係得以對於無劈裂面的方向減弱晶格間的結合之方式進行切斷，且可進行在氧化鎵基板的主面朝彼此正交之X方向和Y方向精確度良好地予以切斷的加工。
在上述發明中，對於與前述Y方向平行之切斷預定線的雷射刻劃加工，係可設為對於一條切斷預定線反覆複數次前述雷射射束的掃描。 藉由反覆複數次雷射射束的掃描，即可伴隨著掃描次數的增加而更減弱在基板內部之雷射射束所通過之位置之晶格間的結合，而將可更易於進行接續之Y方向的斷開處理。當要增厚基板的板厚時，係可依據板厚而增加雷射射束的掃描次數，從而調整Y方向的易於切斷性。
此外，亦可使用上述記載之氧化鎵基板的加工方法，前述主面為面（001），X方向的側面為相對於前述主面（理論上的角度為103.8°）傾斜交叉的面（100），Y方向的側面為與前述主面和前述X方向之側面正交的面，而加工成使前述主面成為長方形的平行六面體形狀。 依據本發明，當利用X方向的劈裂而切斷時，可切出使主面和背面為長方形（包含正方形）的平行六面體形狀。 在使用以往之Si基板之元件的製造步驟中，雖將基板的主面朝XY方向刻劃而切出成了長方體形狀，但本發明的氧化鎵基板亦將主面朝XY方向刻劃，從而可切出接近長方體形狀的平行六面體形狀，故可將以往對於Si基板所一直採用的元件加工技術幾乎直接應用於氧化鎵基板的元件加工上。
（氧化鎵基板的面方位指數和定向平面的方位指數） 以下根據圖式來說明本發明的實施形態。圖2係說明在本發明之基板加工方法中所使用之氧化鎵基板的面方位指數和定向平面之晶向的圖式。 圓板狀的氧化鎵基板1係將成為基板表面的主面S、及基板背面的面方位設為（001）。此外，定向平面係沿著平行於作為主面S之面（001）與面（100）之交叉線L之方向的面，且將相對於主面S為垂直的面形成作為定向平面OF。因此，面（100）係從定向平面OF傾斜了理論上的角度13.8°。 另外，關於製造以此方式規定主面S和定向平面OF之方位之基板的方法雖無特別限定，但可藉由例如發明專利文獻3所記載的製造方法來製作。
（切斷加工驗證實驗） 以下說明本發明的驗證實驗。以平行於主面S與面（100）之交叉線L的方向，亦即平行於主面S與定向平面OF之交叉線的方向（方位指數＜010＞）為基準且將其設為X方向、將在主面S上與該X方向正交的方向設為Y方向，如圖3所示進行沿著設定於主面S上之X方向、Y方向之切斷預定線而切斷成格子狀的加工。基板的板厚係使用了0.7mm。
（朝向X方向的機械式刻劃加工） X方向的加工作為第一步驟係使用刻劃刀具進行機械式刻劃加工，從而在主面S形成切溝，接著作為第二步驟係進行了沿著切斷預定線而機械式地賦予應力的斷開處理。刻劃條件如下所述。 刻劃刀具：絞刀輪（旋轉刀） 刻劃荷重：0.1MPa 刻劃速度：100mm/s
結果，可以主面S之切斷預定線上作為起點進行切斷。圖4（a）係從正面觀看切斷面時的剖面相片，圖4（b）係從側面觀看時的剖面相片。切斷面係相對於主面S為以約104°的角度（相對於定向平面為約14°）傾斜（碎裂產生），而得以沿著面（100）的劈裂面進行切斷。此外，當刻劃荷重設為0.05MPa至0.2MPa時亦同樣地得以切斷。
（朝向Y方向的機械式刻劃加工） Y方向的加工係與X方向同樣地，在第一步驟中藉由刻劃刀具進行機械式刻劃加工，接著作為第二步驟而進行了沿著切斷預定線而機械式地賦予應力的斷開處理。刻劃條件如下所述。 刻劃刀具：絞刀輪（旋轉刀） 刻劃荷重：0.1MPa 刻劃速度：100mm/s
結果，未能完全地切斷。若欲使刻劃荷重增加而加深切溝，則會產生主面S（表層）的剝離。由於在Y方向上不存在有劈裂面，故無法使龜裂朝厚度方向滲透，而無法進行沿著切斷預定線的切斷。
（朝X方向的雷射刻劃加工） X方向的加工係在第一步驟中藉由紅外線雷射進行雷射刻劃加工，接著在第二步驟中進行了沿著切斷預定線而機械式地賦予應力的斷開處理。刻劃條件如下所述。 雷射光源：紅外線雷射 振盪波長：1064nm 透鏡光學系統：組合透鏡（多重焦點透鏡）
結果，得以在平坦的切斷面進行切斷。圖5（a）係從正面觀看切斷面時的剖面相片，圖5（b）係從側面觀看時的剖面相片。切斷面係相對於主面S為以約103.9°的角度傾斜（碎裂產生），而得以沿著面（100）的劈裂面進行切斷。 然而，會經常發生主面S上之切斷面的位置與切斷預定線平行錯開而被切斷的情形，使切斷面的位置不固定。圖6係從上方拍攝主面S時的俯視相片。作為在主面S上被雷射照射後之痕跡的刻劃線L（與切斷預定線相同的線）、和在主面S上實際被切斷的切斷線C，係平行地產生了位置偏移。
此現象可考量為係由於決定切斷面的起點龜裂產生位置會因為在基板內部不規則地存在之晶格結合較弱的部分與雷射射束通過基板內之位置間的位置關係而機率性地發生變化，故而使切斷面的位置變得不固定之故。因此，在藉由雷射照射進行X方向的刻劃加工中，無法精確度良好地進行沿著切斷預定線上的切斷。
（朝Y方向的雷射刻劃加工） Y方向的加工係在第一步驟中藉由紅外線雷射進行雷射刻劃加工，接著在第二步驟中進行了沿著切斷預定線而機械式地賦予應力的斷開處理。刻劃條件如下所述。 雷射光源：紅外線雷射 振盪波長：1064nm 透鏡光學系統：組合透鏡（多重焦點透鏡）
結果，得以在平坦的切斷面進行切斷。圖7（a）係從正面觀看切斷面時的剖面相片，圖7（b）係從側面觀看時的剖面相片。切斷面係可相對於主面S垂直地切斷，且得以朝無劈裂面的方向切斷。關於切斷面的位置亦得以沿著切斷預定線而精確度良好地切斷。
在朝向Y方向的雷射刻劃加工中，當將雷射刻劃的掃描次數增加為複數次時，隨著掃描次數的增加在第二步驟中的斷開處理之際，即使減少沿著切斷預定線所施加的應力亦可進行切斷，相較於進行只用一次之掃描之雷射刻劃的情形，可觀察到可易於進行斷開處理的傾向。藉由減少在斷開處理之際所施加的應力，在斷開之際可抑制作為主面之面（001）之劈裂被誘發之虞。
（驗證結果的匯整） 茲匯整以上的驗證實驗結果如下： （a）使用主面為面（001），且沿著包含有平行於主面與面（100）之交叉線之方向（＜010＞方向）之面（較佳為垂直於主面S的面）而形成有定向平面的氧化鎵基板， （b）進行以上述交叉線方向（＜010＞方向）作為X方向，且沿著與X方向平行的切斷預定線使用刻劃刀具而於主面S上刻設切溝的機械式刻劃加工， （c）進行沿著與正交於X方向之Y方向平行的切斷預定線而掃描雷射射束，藉此使之變質的雷射刻劃加工。 通過滿足以上各者，即得以將主面S沿著彼此正交的X、Y方向而切斷成格子狀。
藉由上述加工方法從主面S切斷成格子狀的基板，由於可切出主面S（基板表面）和基板背面為面（001），一對側面相對於主面S為垂直的面（010），而另一對側面相對於主面S傾斜理論上的角度103.8°的平行六面體，故幾乎可切出長方體形狀，而將可應用（沿用）以往之Si基板中的元件加工技術。 [產業上的可利用性]
本發明係可利用來作為適於功率元件用之氧化鎵基板的切斷加工方法。
1:氧化鎵基板 (001),(010),(100):面 C:切斷面 L:雷射刻劃的照射痕跡（切斷預定線） OF:定向平面 S:主面
圖1係說明屬於單斜晶系之β加利亞結構之氧化鎵結晶的面方位和結晶軸的圖式。 圖2係說明本發明中所使用之氧化鎵基板之面方位指數和定向平面之晶向的圖式（（a）俯視圖、（b）前視圖、（c）右側視圖）。 圖3係顯示切斷本發明之氧化鎵基板之X方向、Y方向之切斷預定線的圖式。 圖4係顯示藉由朝向X方向之機械式刻劃加工之切斷面的放大圖，（a）係從正面觀看時的剖面相片，（b）係從側面觀看時的剖面相片。 圖5係顯示藉由朝向X方向之雷射刻劃加工之切斷面的放大圖，（a）係從正面觀看時的剖面相片，（b）係從側面觀看時的剖面相片。 圖6係從上方拍攝藉由朝X方向之雷射刻劃加工而成之主面的放大相片。 圖7係顯示藉由朝向Y方向之雷射刻劃加工而成之切斷面的放大圖，（a）係從正面觀看時的剖面相片，（b）係從側面觀看時的剖面相片。
OF:定向平面
S:主面

Claims (3)

  1. 一種氧化鎵基板的加工方法，係沿著在主面上彼此正交之X方向和Y方向而將β加利亞結構的氧化鎵基板予以切斷， 該方法係使用前述主面為面（001）的氧化鎵基板，且以平行於前述主面與面（100）之交叉線的方向作為X方向，進行沿著與X方向平行的切斷預定線而藉由刻劃刀具之刀尖在前述主面上刻設切溝的機械式刻劃加工， 並且進行藉由沿著與Y方向平行的切斷預定線而掃描雷射射束使之變質的雷射刻劃加工， 沿著前述機械式刻劃加工後和前述雷射刻劃加工後之X方向和Y方向的切斷預定線而斷開。
  2. 如請求項1所述之氧化鎵基板的加工方法，其中，對於與前述Y方向平行之切斷預定線的雷射刻劃加工，係對於一條切斷預定線反覆複數次前述雷射射束的掃描。
  3. 一種氧化鎵基板的加工方法，係使用請求項1或請求項2中之任一項所述之氧化鎵基板的加工方法，前述主面為面（001），X方向的側面為相對於前述主面傾斜交叉的面（100），Y方向的側面為與前述主面和前述X方向之側面正交的面，而加工成使前述主面成為長方形的平行六面體形狀。
TW110143695A 2020-12-24 2021-11-24 氧化鎵基板的加工方法 TW202242211A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020214457 2020-12-24
JP2020-214457 2020-12-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202242211A true TW202242211A (zh) 2022-11-01

Family

ID=82159527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110143695A TW202242211A (zh) 2020-12-24 2021-11-24 氧化鎵基板的加工方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240139883A1 (zh)
EP (1) EP4269669A1 (zh)
JP (1) JPWO2022138098A1 (zh)
CN (1) CN116601341A (zh)
TW (1) TW202242211A (zh)
WO (1) WO2022138098A1 (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4611103B2 (ja) 2005-05-09 2011-01-12 株式会社光波 β−Ｇａ２Ｏ３結晶の製造方法
JP5102557B2 (ja) * 2007-08-09 2012-12-19 三星ダイヤモンド工業株式会社 サファイア基板の分断方法
JP5857337B2 (ja) 2011-09-21 2016-02-10 並木精密宝石株式会社 酸化ガリウム基板とその製造方法
JP5816343B1 (ja) 2014-06-30 2015-11-18 株式会社タムラ製作所 酸化ガリウム基板及びその製造方法
JP7055647B2 (ja) * 2018-01-26 2022-04-18 株式会社タムラ製作所 切断方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022138098A1 (ja) 2022-06-30
EP4269669A1 (en) 2023-11-01
CN116601341A (zh) 2023-08-15
US20240139883A1 (en) 2024-05-02
JPWO2022138098A1 (zh) 2022-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101109860B1 (ko) 레이저 가공 방법, 가공 대상물 절단 방법 및 반도체 장치
US8513567B2 (en) Laser processing method for forming a modified region for cutting in an object
US8431467B2 (en) Laser working method
TWI464986B (zh) Method for manufacturing semiconductor laser element
US8828306B2 (en) Working object cutting method
KR101283228B1 (ko) 레이저 가공 방법 및 가공 대상물
US8815705B2 (en) Laser machining method and method for manufacturing compound semiconductor light-emitting element
US9478696B2 (en) Workpiece cutting method
KR101212875B1 (ko) 레이저 가공 방법 및 반도체 칩
TWI471195B (zh) Processing object grinding method
KR101323078B1 (ko) 미리 만들어 놓은 트레이스를 따라 레이저 빔에 의해 취성평판 물질들을 절단하는 방법
JPH0888201A (ja) サファイアを基板とする半導体素子
WO2013176089A1 (ja) 加工対象物切断方法、加工対象物、及び、半導体素子
JP2009061462A (ja) 基板の製造方法および基板
US20150217399A1 (en) Workpiece cutting method
CN111916348A (zh) 制造碳化硅器件的方法和在处置衬底中包括激光修改区带的晶片复合体
JP2009266892A (ja) 化合物半導体結晶基材の製造方法
US20150174698A1 (en) Workpiece cutting method
TW202242211A (zh) 氧化鎵基板的加工方法
KR20190029453A (ko) 발광소자의 제조 방법
JP2009081285A (ja) 基板およびその製造方法
US11367655B2 (en) Forming openings at intersection of cutting lines
JP2021108344A (ja) 半導体素子の製造方法
CN112725902B (zh) 一种单晶金刚石衬底结构及其拼接加工方法
CN118077035A (zh) 半导体装置