1327340 1 * 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體元件之製法。更爲詳細而言, 是關於具有五角形以上之晶片(以下,稱爲「多角形晶片」) 形狀的半導體晶片之製法。 【先前技術】 將在藍寶石等的絕緣性基板上沉積η型層、活性層及p 型層的m族氮化物半導體晶圓切斷爲晶片狀而製造半導體 ® 元件時的步驟,如日本特開平05-34374 2號公報所揭示,包 括藉由蝕刻以使 η型層露出而形成晶片形狀的割槽 (expanding slot)的步驟;硏磨基板以使其減薄的步驟;將割 鋸的金剛石刀片鋸入割槽內,以使基板露出的步驟;再以 劃線器的金剛石刀具,而於切割軌跡上刻入刻劃線的步 驟;及藉由壓裂基板而獲得晶片的步驟。 另外,在日本特開平11-354841號公報揭示有一種切斷 分離步驟,.其包括藉由蝕刻以使η型層露出而形成晶片形 ^ 狀的割槽的步驟;硏磨基板以使其減薄的步驟;將割鋸的 金剛石刀片鋸入割槽內,以使基板露出的步驟:再從基板 背面側,在與切割線對應的位置,使用劃線器刻入刻劃線 的步驟;及藉由壓裂基板而獲得晶片的步驟。 藍寶石、瓜族氮化物半導體層很硬,要如Ga As、GaP般 劈開而予以晶片分離,較爲困難,所以爲了使其容易分割, 需要在晶片分離前將基板減薄,及需要設置分割用的應力 集中部,或形成一部份更薄之部位,而在所需位置進行分 1327340 割用的切割或劃線加工。割鋸的金剛石刀片,通常爲圓盤 狀的形狀,所以其專用於直線加工,而無法進行折線加工 或曲線加工。使用金剛石刀片的切割法,在πι族氮化物半 導體層或藍寶石等的基板上刻入劃線的方法,亦因爲被加 工物的硬度係具備匹敵於加工物之硬度的堅硬,而實質上 爲一直線加工法,而要精度良好地呈折線狀或曲線狀地刻 入刻劃線,較爲困難。因此,習知m族氮化物半導體元件 的晶片形狀係四角形。 另一方面’在in族氮化物半導體發光元件中,從活性層 發出的光,雖欲從m族氮化物半導體發光元件射出至外 部,但因折射率的關係而未從晶片表面射出至外部而是被 反射,並被瓜族氮化物半導體或藍寶石等的基板或電極金 屬等所吸收,而轉換爲熱。稱射出至晶片外部的光的比例 爲光輸出效率。晶片端部之光輸出效率,係晶片形狀爲多 角形者較晶片形狀爲四角形大,而晶片形狀成爲圓形時爲 最大。這可從例如可從晶片中央垂直入射於端面的條件, 在四角形中爲4條件,在六角形中爲6條件,而在圓形中可 以3 60度的所有條件垂直入射,即可理解。因此,六角形晶 片較四角形晶片,可改善在晶片端面的光輸出效率》 使用習知加工技術的六角形晶片之製法,被揭示於曰本 特開平09-082587號公報中。如同公報中的第4圖所示,是 藉由直線之加工線,以三角形與六角形相鄰接的方式切入 割槽,用以進行晶片分離的方法。亦即,成爲一種爲了獲 得六角形晶片而捨棄三角形部分的方法。製成爲六角形的 1327340 m族氮化物半導體發光元件的電極配置,被 開2000- 1 649 3 0號公報中。但是,同公報中未 六角形晶片之製法。 近年來’開發出一種使用雷射光形成晶片 的裝置,例如,美國專利第64 1 3 839號之說甲 雷射光不只是可作爲習知所使用的割鋸或劃 段使用,而且是可實現習知方法中無法進行 隱藏有未知可能性的加工技術。例如,3 ♦ 1〇-〇44丨39號公報,揭示照射雷射光於預先 部,引起一部份熱膨脹而進行切斷的技術。 單一的加熱手段,藉由控制其光束直徑、焦 制雷射輸出或照射時間等,即可形成具有任 的割槽。例如,其中之一,在日本特開平11-揭示有在與雷射光照射面相反側的面形成割才 多角形晶片可改善較習知四角形晶片多 分的光輸出效率’例如,在發光元件中,晶 ^ 輸出效率。習知六角形晶片之製法,如上述 或劃線器,直線狀刻入加工線,而可獲得三 晶片。在該方法中,三角形面積之部分成爲 積效率差。而在多角形晶片中,如此,雖在 期待高亮度化’但在習知多角形晶片的加工 損失大’而有面積效率差的問題。 雷射加工法係用以昇華除去從氮化鎵系 半導體的半導體面側或藍寶石基板側照射將 揭示於日本特 i記載任何有關 切斷用的割槽 3書中被揭示。 線器的替代手 的加工方法的 £曰本特開平 形成的割槽底 雷射光不只是 點位置,更控 意深度或寬度 1 63403號公報 曹的技術。 出其邊數之部 片端面處的光 ,係藉由割鋸 角形與六角形 損失,使得面 發光元件中可 方法中,加工 的1Π族氮化物 光束直徑收歛 1327340 爲4m級的雷射光的部分的氮化鎵系的瓜族氮化物半導體 或藍寶石的方法,其經加工之槽寬較切割法窄,且可以更 短時間形成深的割槽。但是,若在進行加工之基板上具有 翹曲時,雷射光的焦點位置相對發生變動,使得割槽的寬 度或深度發生變動。亦可考慮預先測定基板的翹曲,以使 焦點位置配合翹曲進行控制方法,但隨雷射加工的進行, 其翹曲形狀亦變化的情況很多,而無法獲得如對基板全面 形成# m級的割槽的加工精度。因此,欲精度良好地進行 雷射加工,其所加工之藍寶石的翹曲少,是必要的條件。 【發明內容】 本發明之目的在於,解決製造晶片形狀爲五角形或五角 形以上之多角形瓜族氮化物半導體元件時的上述問題,提 供一種可使多角形m族氮化物半導體元件的面積效率良 好,且可以低成本進行製造的方法。 本發明者等爲解決上述課題,經刻意硏究探討的結果而 達成本發明》亦即,本發明提供下述發明。 (1)一種m族氮化物半導體元件之製法,係在晶片形狀爲 五角形或五角形以上之多角形m族氮化物半導體元件之製 法中,其特徵爲包括以下步驟:在基板上使m族氮化物半 導體磊晶生長,而形成半導體晶圓的第一步驟;照射雷射 光於該半導體晶圓上而形成割槽的第二步驟;硏削及/或硏 磨與基板之磊晶生長的主面相異的主面側的第三步驟;及 藉由施加應力於該割槽而分離爲一個個的晶片的第四步 驟。 1327340 (2) 如上述1項記載的瓜族氮化物半導體元件之製法,其 中依序具有第一步驟'第二步驟'第三步驟及第四步驟。 (3) 如上述1或2項記載的瓜族氮化物半導體元件之製 法’其中更具有對應於割槽形成位置而形成至少使η型層 露出的槽部的第五步驟。 (4) 如上述3項記載的m族氮化物半導體元件之製法,其 中第五步驟係在第二步驟之前。 (5) 如上述3項記載的ffi族氮化物半導體元件之製法,其 ®中第五步驟係在第二步驟之後。 (6) 如上述1至5項中任一項記載的瓜族氮化物半導體元 件之製法’其中第二步驟係從半導體晶圓的半導體側照射 雷射光。 (7) 如上述1至6項中任一項記載的ΠΙ族氮化物半導體元 件之製法,其中割槽之至少一部份到達基板。 (8) 如上述1至7項中任一項記載的瓜族氮化物半導體元 件之製法,其中第二步驟係從半導體晶圓的基板側照射雷 籲射光。 (9) 如上述8項記載的瓜族氮化物半導體元件之製法,其 中第二步驟係由從半導體晶圓的半導體側照射雷射光的步 驟;及從半導體晶圓的基板側照射雷射光的步驟所構成。 (10) 如上述1至9項中任一項記載的瓜族氮化物半導體 元件之製法,其中割槽的剖面形狀爲V字型。 (11)如上述1至10項中任一項記載的ΙΠ族氮化物半導體 元件之製法,其中第二步驟係由設置經折彎後的折線狀的 1327340 割槽,並以平行移動該折線狀割槽的形式設置複數個經折 彎後的折線狀割槽,接著,設置每隔一個連接相鄰之該折 線狀割槽的彎曲點的直線狀割槽的作業所構成。 (12) 如上述1至ίο項中任一項記載的m族氮化物半導體 元件之製法’其中第二步驟係由設置第一虛線狀的割槽, 設置以第一角度與第一虛線狀割槽交叉的第二虛線狀的割 槽,再設置以第二角度與第二虛線狀割槽交叉,且又以第 三角度與第一虛線狀割槽交叉的第三虛線狀的割槽,且第 —角度' 第二角度及第三角度的和爲180度的作業所構成。 (13) 如上述1至12項中任一項記載的ΙΠ族氮化物半導體 元件之製法,其中在第三步驟,將半導體晶圓的厚度硏削 及/或硏磨至150ym或150/im以下。 (14) 如上述1至13項中任一項記載的瓜族氮化物半導體 元件之製法,其中第四步驟係藉由將基板壓抵至球形模具 上來進行。 (15) 如上述1至14項中任一項記載的m族氮化物半導體 元件之製法,其中晶片形狀實質上爲正六角形。 (16) 如上述1至14項中任一項記載的瓜族氮化物半導體 元件之製法,其中晶片形狀實質上爲五角形。 (17) 如上述16項記載的瓜族氮化物半導體元件之製 法’其中第二步驟係由設置經折彎後的折線狀的割槽,並 以平行移動該折線狀割槽的形式設置複數個經折彎後的折 線狀割槽,接著設置每隔一個連接相鄰之該折線狀割槽的 彎曲點的直線狀割槽,藉以形成六角形狀的割槽,更設置 1327340 連接該六角形狀之割槽的相對兩邊間的直線狀割槽的作業 所構成。 (18) 如上述16項記載的m族氮化物半導體元件之製 法,其中第二步驟係由設置第一虛線狀的割槽,設置以第 一角度與第一虛線狀割槽交叉的第二虛線狀的割槽,再設 置以第二角度與第二虛線狀割槽交叉,且又以第三角度與 第一虛線狀割槽交叉的第三虛線狀的割槽,且第一角度、 第二角度及第三角度的和爲180度,藉以形成六角形狀的割 ® 槽,更設置連接該六角形狀之割槽的相對兩邊間的直線狀 割槽的作業所構成。 (19) 如上述1至10、13及14項中任一項記載的m族氮 化物半導體元件之製法,其中晶片形狀實質上爲圓形。 (2 0)如上述1至19項中任一項記載的瓜族氮化物半導體 元件之製法’其中m族氮化物半導體元件係發光元件。 (21) 如上述20項記載的m族氮化物半導體元件之製 法,其中第一步驟係於基板上依序磊晶生長由m族氮化物 ® 半導體構成的η型層、發光層及p型層,而形成半導體晶圓。 (22) —種瓜族氮化物半導體發光元件,係由上述20或 21項記載之製法所製造。 (23) —種燈’係使用上述22項記載的發光元件所構成。 (24) 如上述23項記載的燈,其中在形成發光元件之半導 體晶片的端部配置比中央要更多的光能轉換材料。 藉由使用本發明,可在半導體晶圓全面使面積效率佳且 可以低成本獲得晶片形狀爲五角形或五角形以上之多角形 -11 - 1327340 半導體發光元件,尤其是在晶片端面的光輸出效率優良的 瓜族氮化物半導體發光元件。 【實施方式】 以下1主要以半導體發光元件爲例來說明本發明,但本 發明不只限於此。 本發明中,五角形或五角形以上的多角形,關於其角數 若爲5或5以上的話,並無任何限制,例如,包括5 ~ 10角 形的多角形在內,屬極端的多角形的圓形,亦包含在本發 ® 明的五角形或五角形以上的多角形內。 在與習知四角形晶片相比而在晶片端部之光輸出效率良 好的多角形晶片中,其加工損失最少的形狀,係半導體晶 圓表面或在基板表面形成爲蜂巢狀的晶片分離用割槽的六 角形晶片形狀。另外,雖然光輸出效率略有減少,但以將 六角形晶片一分爲二的方式再追加割槽所獲得的五角形晶 片的加工損失亦很少。可由本發明據以實施的圓形晶片, 雖其加工損失大,但在晶片端面的光輸出效率成爲最大。 ® 在本發明之第~步驟中,作爲使Π族氮化物半導體生長 的基板,以使用藍寶石基板或SiC基板爲較佳。基板除上述 外,可無任何限制地使用玻璃基板、MgAhCh或ZnO或LiAlCh 或LiGaCb或MgO等的氧化物基板、矽基板、GaAs基板、 GaN基板等。在後述之實施例中,雖針對劈開性極弱的藍寶 石基板予以記載,但使用矽基板、Ga As基板等的劈開性強 的基板用以製作多角形晶片,在劈開性弱的方向上亦需要 進行切斷,所以本發明對該種基板的切斷亦有效。 -12- 1327340 例如,在基板上通常於中間間隔著緩衝層而藉由MOCVD 法等以使η型層、發光層及p型層作磊晶生長,而製成半導 體晶圓。根據所使用之基板或磊晶層的生長條件,具有不 需要緩衝層的情況。 構成η型層、發光層及ρ型層的瓜族氮化物半導體,例 如,皆知由一般式 AUInyGai.x.yNiOS xS 1、OS yg 1、x + yS 1) 所表示的m族氮化物半導體,本發明中,亦包括該等周知 的化合物半導體在內,而可無任何限制地使用由一般式 鲁 AhInyGa卜1、OSyg 1、x + y$ 1)所表示的瓜族氮 化物半導體。 此等瓜族氮化物半導體之磊晶生長方法,亦無特別的限 定’可應用由MOCVD (有機金屬化學汽相生長法)、HVPE(氫 化物汽相生長法)、MBE(分子線磊晶法)等使ΙΠ族氮化物半 導體生長的已知所有方法。作爲其中較佳的生長方法,從 膜厚控制性、量產性的觀點考慮,則爲Μ 0 C V D法。在Μ 0 C V D 法中,使用氫氣(Η〇或氮氣(Ν2)作爲運載氣體,使用三甲基 鎵(TMG)或二乙基鎵(TEG)作爲屬m族原料的Ga源,使用三 甲基鋁(TMA)或三乙基鋁(TEA)作爲A1源,使用三甲基銦 (TMI)或三乙基銦(TEI)作爲銦源,使用氨(nh〇、聯氨(NhH〇 等作爲屬V族原料的N源》另外,作爲掺雜物,在η型係 使用甲砂院(SiH〇或乙矽烷(Si2H6)作爲Si原料,而使用鍺烷 (GeHJ或有機鍺化合物作爲Ge原料,而於ρ型則使用例如 二環戊二燃基鎂(CP2Mg)或二乙基環戊二烯基鎂((EtCP)2Mg) 作爲Mg原料。 -13- 1327340 對在第一步驟所形成的半導體晶圓,通常接續此,在η 型層及Ρ型層分別形成η電極及ρ電極。但是,該電極形成 亦可在第二步驟結束後進行。η電極及ρ電極,周知有各種 的組成及構造,本發明中,包括此等公知者在內,可使用 任何種類者。 爲形成η電極形成面,例如藉由乾式蝕刻法除去ρ型層 與發光層以使η型層露出。此時,晶片分離之位置(即,形 成割槽的位置)亦可使η型層露出,並藉由乾式蝕刻法同時 •形成後述的槽部》 η電極形成面’在六角形晶片的情況,以形成於一個角部 爲較佳。η電極的大小與習知四角形晶片相同。ρ電極可爲 透光性電極,亦可爲反射電極》亦即,可爲正裝構造的晶 片,亦可爲倒裝晶片構造的晶片。作成透光性電極之情況 的銲墊的位置,以形成於η電極形成面之相對向之一個角 部爲較佳。η電極形成面可形成於複數個角部,或在六角形 邊之部分如分枝狀伸出而形成η電極,或是沿邊所形成。 ® 爲避開?電極與Ρ型層或ρ電極間的短路,亦可於晶片表面 形成氧化矽膜等的絕緣膜。 在第一步驟所形成的半導體晶圓,被回到分離爲一個個 晶片用的第二~第四步驟。 在第二步驟中,將雷射光照射於半導體之指定位置(分離 爲一個個晶片的分離帶),而以形成深達基板的割槽爲較 佳。但割槽不一定要深達基板。尤其是如後述,在基板背 面(半導體未磊晶生長的面)亦設置割槽的情況,則無其必要 -14- 1327340 性。 割槽寬度若限於上述分離帶內,並無特別的限制。在預 先形成後述槽部的情況,照射雷射光於槽部,形成深達基 板的割槽,且以其寬度較槽部窄爲較佳。該割槽的深度, 係依硏削後的基板厚度而定,但通常以20/z m~50/z m的程 度爲較佳。 割槽的剖面形狀可爲任何形狀,但以V字狀爲較佳。若 形成爲V字狀割槽,其成爲容易使應力集中於割槽底部的 ® 形狀,而可使晶片分離變得容易。當由雷射光形成割槽時, 可獲得平滑且漂亮的晶片分離面。這可以認爲是藉由雷射 光而從割槽底部朝向基板內部形成熱影響部,該熱影響部 是作用於更容易使晶片分離的方向者的緣故。藉由雷射光 將割槽形狀越是形成爲尖銳的V字型,則越能加深熱影響 部所及的深度。 割槽亦可從基板背面(半導體未磊晶生長的面)側照射雷 射光而形成於基板背面。雖可只形成於基板之半導體側及 w 背面側的任一方,但若形成於兩側時,不僅可容易分離基 板’而且可增加來自割槽部的光輸出部分,所以可進一步 改善光輸出效率。基板背面側之割槽的形狀,以V字狀爲 更佳’但亦可爲u字狀。 割槽形狀,例如可藉由改變雷射光的焦點位置來控制, 一般當離開焦點位置時,割槽的寬度增寬,而逐漸變爲U 字型。爲整合割槽形狀,亦可多重照射雷射光。 可在本發明中所使用的雷射加工裝置,係可形成將半導 -15- 1327340 體晶圓分離爲各晶片的割槽者,若載置半導體晶圓的作業 台成爲由電腦控制驅動的話,即可爲任意的類型。具體而 言,可使用C〇2雷射器、YAG雷射器、激元雷射器等。雷 射器的振還方式亦可爲連續振Μ或脈衝振盪的任一種。在 從半導體層側照射雷射光於槽部時,需要盡可能更細地收 歛光束,所以以可進行精細光束照射的裝置爲較佳。 雷射光的波長可使用355nm、266nm等,又,亦可爲更短 之波長。頻率則以l~100000Hz爲較佳,又以30000~7000 0Hz • 爲更佳。輸出係根據割槽寬度及深度而異,但以可獲得所 需割槽所需要的最小限輸出爲較佳。多餘的雷射輸出會對 基板或化合物半導體造成熱損傷,所以上述最小限輸出通 常在2W以下爲較佳,尤以1W以下爲更佳。 本發明可具有在預先進行晶片分離的位置(分離帶)、即形 成割槽的位置,形成使η型層露出的槽部的所謂第五步驟β 當在該槽部藉由雷射加工形成割槽時,可防止雷射加工對 活性層及Ρ型層所施加的打擊,其與未在預先進行晶片分 ® 離的位置形成槽部的情況比較,成爲更佳的形態。相反, 在形成割槽後亦可形成槽部。該情況下,具有可除去雷射 加工時所生成的割槽側面的污損。 以濕式蝕刻及乾式蝕刻等的蝕刻法用於槽部的形成較爲 理想。這是因爲蝕刻較爲不易傷害到化合物半導體表面及 側面的緣故。若爲乾式蝕刻的情況,例如可使用反應性離 子蝕刻、離子硏磨、聚焦光束蝕刻及ECR蝕刻等的方法, 若爲濕式鈾刻的情況,例如可使用硫酸與磷酸的混合酸。 -16- 1327340 槽部則以至少使η型層露出者爲較佳,如上述,雖可於η 電極形成面之露出時同時形成,但以可簡化步驟者爲較 佳》槽部的剖面形狀可爲矩形、U字狀及V字狀等的任意 形狀,但爲了在底面形成割槽而以矩形爲較佳。 以可獲得多角形狀、例如正六角形狀的晶片形狀的方式 切入割槽的方法,如第1圖所示,最初以橫斷半導體晶圓 的方式,照射雷射光於具有例如以1 20度的角度所折彎的彎 曲點的各邊長度相同的折線(A 1)上,形成折線狀的割槽。接 • 著’以成爲平行移動該折線(A 1)形狀的折線(A 2)的方式形成 新的割槽,然後重複平行移動而於半導體晶圓全面形成折 線狀割槽。接著,如第2圖所示,以每隔一個的方式選擇 折線的彎曲點,並以連接平行移動之折線的相鄰彎曲點間 的方式,形成直線狀割槽(B)。接著,形成從前面未獲選擇 之彎曲點連結平行移動至與前面之平行移動的折線相反側 的折線的相鄰彎曲點間的直線狀割槽(C)。藉此,可在半導 體晶圓上形成能獲得蜂巢狀六角形晶片形狀的割槽。而爲 ^ 了獲得五角形晶片,如第3圖之直線(D)所示,只要再形成 直線狀的割槽即可。 除此之外’作爲獲得六角形晶片的方法,亦有於每隔6〇 度旋轉的方向上形成虛線狀割槽,而獲得正六角形的割槽 的方法。第4圖爲該方法的示意圖》於第一方向上呈斷續 狀且虛線狀形成與成爲晶片形狀的六角形一邊的長度等長 的割槽’作成第一方向的虛線狀割槽(E)。其次,使作業台 旋轉60度。將第一方向的虛線狀割槽(E)的各割槽端部作爲 -17- 1327340 開始端,呈虛線狀形成與成爲晶片形狀的六角形一邊的長 度等長的割槽,作成第二方向的虛線狀割槽(F)。其次,使 作業台再旋轉60度。將第二方向的虛線狀割槽(F)的各割槽 端部作爲開始端,呈虛線狀形成與成爲晶片形狀的六角形 —邊的長度等長的割槽,作成第三方向的虛線狀割槽(G)。 藉此,可在半導體晶圓上形成能獲得蜂巢狀六角形晶片形 狀的割槽。而爲了獲得五角形晶片,如第3圖之直線(D)所 示,只要再形成直線狀的割槽即可。能獲得蜂巢狀六角形 ® 晶片形狀的割槽的形成步驟,當然不限於上述記載的步驟 或方法。另外,形狀不一定姜正六角形,當改變折線的角 度或3方向上的虛線的旋轉角度時,可獲得任意的六角形。 若無法在半導體晶圓全體上精度良好地刻入此種複雜的 割槽形狀,則割槽深度或割槽寬度會部分變動,而成爲晶 片分離時之欠缺不良或損傷不良的產生原因。爲了可在半 導體晶圓全體上精度良好地刻入割槽,需要半導體晶圓的 翹曲少且盡可能將對晶圓表面的雷射光的焦點位置,在晶 ® 圓全體保持爲一定。亦有在雷射加工裝置組入自動焦點位 置控制功能者,亦有利用此的方法。但是,隨雷射加工的 進行,翹曲形狀進行變化的情況亦很多,基本上,重要的 是將照射雷射光之半導體晶圓的翹曲限制在最小限。若在 無翹曲的半導體晶圓上進行雷射加工而形成割槽時,即可 在半導體晶圓全體形成具有穩定寬度及深度的割槽。 於基板上磊晶生長薄膜後的半導體晶圓,較未進行晶晶 生長的基板,其翹曲增大的情況較多。雖然基板的厚度越 -18- 1327340 厚,其磊晶膜生長後的翹曲越少,但若過厚的話,則將造 成成本上升的原因。因此,爲在磊晶生長中減少翹曲的產 生,獲得穩定的磊晶膜,通常基板的厚度係在 3 50 /z m~45 0 // m,在磊晶膜厚較厚等而較大地出現翹曲影響 的情況,亦有使用更厚的600/zm的藍寶石基板的情況。但 針對在如GaN基板般使用與沉積於其上之磊晶膜相同種類 的基板的情況,或使用預先加入翹曲的基板等,用以控制 半導體晶圓的翹曲者,不受限於此》 在本發明之第三步驟中,以藉由硏削及/或硏磨如上述之 厚度的基板背面側,而將半導體晶圓的厚度作成在約 150 // m或150 // m以下者爲較佳。硏削及/或硏磨後之最終 厚度越薄,則在晶片分離時,不僅可減低傷及晶片端面的 不良,而且即使不採用特殊的晶片分離法,仍可獲得多角 形晶片。相反,若半導體晶圓之最終厚度太薄的話,則將 造成半導體晶圓的翹曲,而使得晶片分離變難,有時在背 面加工時容易產生半導體晶圓破損的碎裂不良。較佳之厚 度約爲120#m以下,更佳則約爲l〇〇/zm以下,特佳則約 在85 μ m以下。其下限則以約40 a m以上爲較佳,又以約 爲60/zm以上爲較佳。 當以容易分離晶片狀硏削及/或硏磨基板時,基板的力變 弱,而翹曲增大。因此,硏削及/或硏磨基板背面側,用以 減薄半導體晶圓之厚度的步驟,以在形成割槽之步驟後爲 較佳。但在基板背面形成割槽的情況,在割槽形成前進行 硏削者可精度良好地進行硏削,而較佳。因此,在從半導 -19- 1327340 體晶圓之半導體側及基板背面側的兩方設置割槽的情況, 則以下述方式較佳,首先,從半導體側設置割槽後進行硏 削及/或硏磨,其後再從基板背面側設置割槽。 另外,在形成割槽時,當以割槽的深度深達基板之方式 形成時,可減低半導體晶圓全體的翹曲,而更佳。這是因 爲在割槽的位置分斷成爲翹曲之原因的薄膜,而使得薄膜 施加於基板的應力在割槽的位置被分斷,所以可減少使晶 圓翹曲的全體應力的緣故。於是,不僅可減低在該割槽形 • 成步驟後所實施的基板背面的硏削及/或硏磨步驟中的半導 體晶圓的碎裂不良,而且可均勻加工基板背面全體,可獲 得厚度均勻的半導體晶圓。 若半導體晶圓的厚度不均勻,因爲割槽具有彎曲點,所 以在晶片分離時相鄰之晶片彼此不規則地摩擦,而成爲部 分產生晶片端面的欠缺不良或損傷不良的原因。因此,在 減薄基板之步驟前刻入割槽,以深達基板者爲較佳。 基板背面的硏削及硏磨,可由習知公知的任一方法來進 ® 行。其中尤以使用金剛石等的砂粒的硏削及硏磨爲較佳。 分離爲一個個晶片的第四步驟,係由滾子等施加應力藉 由實施第一~第三步驟所獲得的半導體晶圓上,藉以從割槽 處開始而於基板內部產生龜裂所進行。 若晶片形狀爲四角形的話,可藉由使用凹口的裂碎機進 行晶片分離,但在五角形或五角形以上的晶片形狀中,若 使用凹口而施加應力於半導體晶圓的直線狀區域時,多會 產生欠缺不良。同樣,呈直線狀刻上折曲線的分離方法, -20- 1327340 亦成爲產生欠缺不良的原因。因此,進行晶片分 體晶圓越薄越好。 在半導體晶圓厚的情況,以在相鄰之晶片間的 分開之方向分離的球形模具上載置半導體晶圓, 片的方法爲較佳。在使用球形模具的情況,以半 的厚度約爲90vm~150/im,而割槽深度爲15"m 程度爲較佳。
在半導體晶圓薄的情況,可利用滾子等施加 板上產生龜裂,藉以使晶片分離。在半導體晶 10〇Mm以下,且割槽深度爲15/zm以上時,可 施加應力,藉以使晶片分離。在減低損傷不良 的情況,更有取用寬裕量的必要。 當半導體晶圓進一步變薄時,即使使用凹口 機亦可進行晶片分離。將晶片碎裂機的凹口前 加於凹口的應力等最佳化,與滾子相同而對於 加均勻的應力,即使半導體晶圓的厚度爲1 00 β 由晶片碎裂機使晶片分離。 如此獲得的五角形或五角形以上的多角形晶 四角形晶片,在晶片端部的光輸出效率要佳。 膠或環氧系樹脂等將基板側黏接於導線架等上 兩極予以連線焊接而使其通電的正裝型晶片, 錫等的導電性物質介於中間而將正負兩極黏接 上以使其通電的倒裝型晶片。除可以樹脂封裝: 的導線架而作爲藍色或綠色的高亮度燈使用外
I 丄 離之半導 間隔可朝 而分離晶 導體晶圓 ~20 /i m 的 力而於基 的厚度爲 丨用滾子等 的產生率 晶片碎裂 形狀或施 闊區域施 η,仍可藉 ,較習知 爲利用銀 並於正負 可爲使焊 導線架等 載有晶片 亦可將螢 -21- 1327340 光體等的光能轉換材料配置於晶片周邊而作爲高亮度白色 燈使用。此時,爲有效利用從晶片端部發出的光,在端部 附近較晶片中央附近更多地配置光能轉換材料較有助益^ 又,可連絡導線架的形狀或從燈出射的光的配光性等,進 行各種設計。 (實施例) 以下’結合實施例進一步具體說明,但本發明不受限於 此等實施例。 (實施例1) 製作由晶片形狀爲正六角形的瓜族氮化物半導體所構成 的藍色發光元件如下。第5圖爲本實施例所製作的發光元 件的俯視圖。1爲P電極,2爲P電極銲墊,3爲η型層露 出面,及4爲η電極。 在直徑爲5.1cm(2英吋)且厚度爲420 //m的藍寶石基板 上’介以A1N構成的緩衝層,交錯五次沉積由未掺雜GaN 構成的厚度約 4/zm 的襯底層、由掺 Ge(濃度爲 lxl019/cm3)GaN構成的厚度約2// m的η側接觸層、由掺 Si(濃度約lxlOiVcn^lnuGauN構成的厚度約12.5nm的η 側金屬包層、由GaN構成的厚度約I6nm的障壁層及由 InD.2Ga〇.8N構成的厚度約2.5nm的井層後,最後藉由MOCVD 法依序沉積設置有障壁層的多重量子井構造的發光層、掺 Mg(濃度爲 lxl〇2°/cm3)AlD.fl7Ga<).93N 構成的厚度約 2.5nm 的 p 側金屬包層、及掺Mg(濃度爲8xlOl9/cm3)Al〇.〇2Ga〇.98N構成 的厚度約0.16/zm的p側接觸層,形成瓜族氮化物半導體沉 -22- 1327340 積構造。 在該m族氮化物半導體沉積構造的ρ側接觸層上的指定 位置上,使用光微影技術及剝落技術,從ρ側接觸層側依 序形成具有沉積Pt及Au的構造的透光性ρ電極。接著,使 用光微影技術,從半導體側形成由Au/Ti/Al/Ti/Au層構造所 構成的P電極銲墊。 其次,藉由光微影技術及反應性離子飩刻技術,進行使η 側接觸層露出的蝕刻,鈾刻η電極形成面以形成爲半圓狀。 • 接著,以熟悉該技術之同業者所周知的方法,在該η電極 形成面形成Cr/Ti/Au三層構造的η電極。 將如此般獲得之瓜族氮化物半導體晶圓,流動至切斷步 驟。首先,爲在雷射加工時不使切斷時的污物黏著於m族 氮化物半導體層上,在上述晶圓之半導體層側表面,以自 旋塗敷器將水溶性的抗蝕劑均勻地塗敷於表面全體上,予 以乾燥,形成厚度約0.2// m的保護膜。 其次,在上述晶圓的藍寶石基板側,黏貼UV帶後,以真 ^ 空吸盤固定於脈衝雷射加工機的作業台上。作業台係由電 腦控制而可沿X軸(左右)及Y軸(前後)方向移動,而成爲可 旋轉的構造。在固定於真空吸盤後,以雷射的焦點連結於 保護膜表面的方式調整雷射光學系,如第1圖所示照射雷 射’最初,以成爲具有120度角的各邊長度等長的折射線(A1) 的方式,且以橫斷半導體晶圓的方式照射雷射光而形成割 槽°接著,以成爲平行移動折射線(A1)的形狀的折射線(A2) 的方式形成割槽,重複此作業,而在半導體晶圓全面形成 -23- 1327340 折線狀的割槽。接著,如第2圖所示,以每隔一個的方式 選擇折線的彎曲點,並以成爲連接平行移動之折線的相鄰 彎曲點間的直線(B)的方式形成割槽。再以成爲從前面未獲 選擇之彎曲點’連結於平行移動至與前面平行移動後的折 線相反側的折線的相鄰彎曲點間的直線(C)的方式形成割 槽。藉此’在半導體晶圓上形成可獲得一邊爲300 的蜂 巢狀六角形晶片形狀的割槽。所形成後之割槽的深度約爲 30#m,而寬度約爲i〇em,並有使藍寶石基板露出。此時, 鲁割槽的剖面形狀係V字狀。在形成割槽後,解放真空吸盤, 並從作業台上剝取上述晶圓。其次,將上述晶圓設置於洗 淨機的作業台上,使上述晶圓旋轉,並於半導體層側表面 流動淋浴水,除去上述保護膜。 其次’利用硏削及硏磨上述晶圓之藍寶石基板背面側, 將其減薄成爲約80/zm的厚度。藉由滾子施加應力,用以 分離該晶圓’獲得約7000個的正六角形晶片。取出無外形 不良者,其良率約爲80%。 ® 將獲得之晶片,以藍寶石基板向下的方式載置於導線架 上,並由黏接劑予以固定。分別以金線連結η電極與第1 導線架、Ρ電極與第2導線架,並於晶片上流動元件驅動電 流。又,以透明的環氧樹脂封裝全體,成型爲LED燈的形 狀。經積分球測定該LED燈,在電流20mA顯示7.3lmW 的發光輸出。 (實施例2) 製作由ΙΠ族氮化物半導體所構成的藍色發光元件如下。 -24- 1327340 而其平面形狀與實施例1相同。 在直徑爲5.1cm(2英吋)的藍寶石基板上,介以A1N構成 的緩衝層,交錯五次沉積由未掺雜GaN構成的厚度約4//m 的襯底層、由掺Ge(濃度爲lxl019/cm3)GaN構成的厚度約 2/zm的η側接觸層、由掺Ge(濃度約爲lxlOW/cmyinuGauN 構成的厚度約12.5nm的η側金屬包層、由GaN構成的厚度 約16nm的障壁層及由In().2Ga〇.8N構成的厚度約2.5nm的井 層後,最後藉由MOCVD法依序沉積設置有障壁層的多重量 ® 子井構造的發光層、掺Mg(濃度爲lxl02°/cm3)Al〇.〇7Ga〇.93N 構成的厚度約 2.5nm的p側金屬包層、及掺Mg(濃度爲 8xl0l9/cm3)Al〇.〇2Ga〇.98N 構成的厚度約 0.16/z m 的 p 側接觸 層,形成Π族氮化物半導體沉積構造。 在該Π族氮化物半導體沉積構造的p側接觸層上的指定 位置上,使用光微影技術及剝落技術,從p側接觸層側依 序形成具有沉積Pt及Au的構造的透光性p電極。接著,使 用光微影技術,從半導體側形成由Au/Ti/Al/Ti/Au層構造所 β構成的p電極銲墊。 其次,藉由光微影技術及反應性離子蝕刻技術,進行使η 型側接觸層露出的蝕刻,蝕刻η電極形成面以形成爲半圓 狀。同時,以成爲正六角形的晶片形狀的方式,形成一邊 長度約爲3 00 //m且槽寬約爲18 的槽部。槽部係以成爲 正六角形的蜂巢狀圖案的方式形成於半導體晶圓全體。接 著,在露出η電極形成面周圍的活性層及p型層的部分,形 成氧化矽構成的絕緣膜,並以熟悉該技術之同業者所周知 -25- 1327340 的方法,在η電極形成面形成Cr/Ti/Au三層構造的η電極。 將如此般獲得之瓜族氮化物半導體晶圓,流動至切斷步 驟。首先,爲在雷射加工時不使切斷時的污物黏著於瓜族 氮化物半導體層上,在上述晶圓之半導體層側表面,以自 旋塗敷器將水溶性的抗蝕劑均勻地塗敷於表面全體上,予 以乾燥,形成厚度約0.2 的保護膜。 其次,在上述晶圓的藍寶石基板側貼上UV帶後,以真空 吸盤固定於脈衝雷射加工機的作業台上。作業台係由電腦 ® 控制而可沿X軸(左右)及Y軸(前後)方向移動,而成爲可旋 轉的構造。在固定於真空吸盤後,以雷射的焦點連結於保 護膜表面的方式調整雷射光學系,在上述槽底部照射雷射 光以形成割槽。割槽係在上述槽部上如第1圖所示照射雷 射,最初,以成爲具有120度角的各邊長度等長的折射線(A1) 的方式,且以橫斷半導體晶圓的方式照射雷射光所形成。 接著,以成爲平行移動折射線(A1)的形狀的折射線(A2)的方 式形成割槽,重複此作業,而在半導體晶圓全面形成折線 ^ 狀的割槽。接著’如第2圖所示,以每隔一個的方式選擇 折線的彎曲點,並以成爲連接平行移動之折線的相鄰彎曲 點間的直線(B)的方式形成割槽。再以成爲從前面未獲選擇 之彎曲點’連結於平行移動至與前面平行移動後的折線相 反側的折線的相鄰彎曲點間的直線(C)的方式形成割槽。藉 此,在半導體晶圓的上述槽部上形成可獲得一邊爲3〇〇 Am 的蜂巢狀六角形晶片形狀的割槽。所形成後之割槽的深度 約爲25#m,而寬度約爲ΙΟμιη,並有使藍寶石基板露出。 -26- 1327340 此時,割槽的剖面形狀係v字狀。在形成割槽後’解放真 空吸盤,並從作業台上剝取上述晶圓。其次,將上述晶圓 設置於洗淨機的作業台上,使上述晶圓旋轉,並於半導體 層側表面流動淋浴水,除去上述保護膜。 其次,利用硏削上述晶圓之藍寶石基板背面側,將其減 薄成爲約80 的厚度。藉由滾子施加應力,用以分離該 晶圓,獲得約7 000個如第5圖所示的正六角形晶片。取出 無外形不良者,其良率約爲80%。 將獲得之晶片,與第1實施例相同成型爲LED燈進行評 價,在電流20mA顯示9.3~10mW的發光輸出》 (實施例3) 進行實施例1之雷射光照射方法如下。如第4圖所示, 於第一方向上斷續地呈虛線狀形成與成爲晶片形狀的六角 形一邊的長度等長的割槽,作成第一方向的虛線狀割槽 (E)。其次,使作業台旋轉60度。將第一方向的虛線狀割槽 (E)的各割槽端部作爲開始端,呈虛線狀形成與成爲晶片形 狀的六角形一邊的長度等長的割槽,作成第二方向的虛線 狀割槽(F)。其次,使作業台再旋轉60度。將第二方向的虛 線狀割槽(F)的各割槽端部作爲開始端,呈虛線狀形成與成 爲晶片形狀的六角形一邊的長度等長的割槽,作成第三方 向的虛線狀割槽(G)。藉此’可在半導體晶圓上形成能獲得 —邊爲300// m的蜂巢狀六角形晶片形狀的割槽。割槽的尺 寸與剖面形狀與實施例I大致相同。將所獲得之晶片與實 施例1相同成型爲LED燈進行評價,在電流20ιώα顯示 -27- 1327340 7.3~8. lmW的發光輸出。 (實施例4) 硏削實施例2之半導體晶圓,將其減薄成爲約80 // m的 厚度後,載置於球形模具上,並從上按壓而分離爲一個個 的晶片。取出無外形不良者,其良率約爲85%。 (實施例5) 除形成具有從p側接觸層側依序沉積Pt及Rh的構造的光 反射性P電極,作爲p電極外,其餘與實施例2相同,獲得 • 約7000個正六角形晶片。取出無外形不良者,其良率約爲 80%。 將獲得之晶片的η電極與p電極銲墊,分別介由焊錫連 接於預先組入電路中的子黏晶架的負極及正極。再將該子 黏晶架載置於導線架上,以使元件驅動電流流動於晶片 中。再使用透明的環氧樹脂封裝全體,成型爲LED燈的形 狀。經積分球測定該'LED燈,在電流20mA顯示19~21mW 的發光輸出。 ® (實施例6) 在硏削及硏磨實施例5之半導體晶圓,將其減薄成爲約 80 μιη的厚度後,在對應於割槽形成位置的基板硏磨面側的 位置照射雷射光,形成深度約15/zm、寬度約2〇Aim的第 二割槽。割槽形狀係大致V字狀,並精加工爲使基板角部 倒角的形狀》藉由滚子施加應力用以分離該晶圓,獲得約 7 000個正六角形晶片。取出無外形不良者,其良率約爲90%。 將獲得之晶片,與第5實施例相同成型爲LED燈進行評 -28- 1327340 價,在電流20mA顯示20~23mW的發光輸出。 (實施例7) 除在形成第2圖所示直線(C)的割槽後,再形成第3圖所 示直線(D)的割槽,形成獲得第6圖所示五角形晶片的割槽 外,其餘與實施例1相同,獲得約14000個五六角形晶片。 取出無外形不良者,其良率約爲80%。 將獲得之晶片,與第1實施例相同成型爲LED燈進行評 價,在電流20mA顯示3.5~3.8mW的發光輸出。 (實施例8) 除以晶片形狀成爲半徑275 /z m的圓形的方式形成割槽 外,其餘以與實施例1相同的步驟製作發光元件。因爲在 圓與圓之間會有無法用作爲發光元件的區域,所以可晶片 化的有效面積,與正六角形的情況相比,約爲80%。又,電 極形狀係如第7圖所示,將η電極形成面(3)形成於晶片中 央部,並於其周圍配置ρ電極(1)。沿實施例1的步驟獲得 約6000個圓形晶片。取出無外形不良者,其良率約爲70%。 將獲得之晶片,與第1實施例相同成型爲LED燈進行評 價,在電流20mA顯示8.1~8.3mW的發光輸出。 (產業上的可利用性) 根據本發明所獲得之化合物半導體發光元件,其電流分 布佳’且容易對應於大型晶片,可改善晶片側面之光輸出 效率,且爲在晶片安裝時的晶片配置自由度高的形狀,所 以尤其是對照明產業具有極大的利用價値。又,因爲可改 善從基板取出晶片時的良率,所以可以低成本大量提供。 -29- 1327340 【圖式簡單說明】 第1圖爲六角形晶片的割槽形成步驟的一例的示意圖。 第2圖爲六角形晶片的割槽形成步驟的一例的另一示意 圖。 第3圖爲五角形晶片的割槽形成步驟的一例的示意圖。 第4圖爲六角形晶片的割槽形成步驟的一例的另一示意 圖。 第5圖爲在第1實施例製作的發光元件的俯視圖。 第6圖爲在第7實施例製作的發光元件的俯視圖。 第7圖爲在第8實施例製作的發光元件的俯視圖。 [主要元件符號說明】 1 P電極 2 P電極銲墊 3 η型層露出面 4 η電極
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