TWI545623B - Semiconductor substrate processing method - Google Patents

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Description

半導體元件用基板之處理方法
本發明係關於一種半導體元件用基板之處理方法。
先前以來，發光二極體之製造步驟係藉由磊晶晶體生長而使以GaN系化合物半導體為材料之發光層形成並成膜於形成為鏡面且包含藍寶石等材質之基板之主面上，且於該磊晶生長之晶圓上不斷形成電極。磊晶生長(EPI(epitaxial，磊晶)生長)係一面加熱基板一面成膜，且其後冷卻至常溫之步驟。因此，於該成膜後之冷卻時，因該基板與GaN系化合物半導體之線膨脹係數之差，而產生朝向GaN系化合物半導體側凸起之翹曲(應變)。因此，於專利文獻1中揭示有矯正該翹曲之技術。該方法係使用以4.9×104 Pa~4.9×106 Pa之壓力進行擠壓之大型衝壓裝置。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2003-128499號公報
於專利文獻1記載之方法中，必需於進行磊晶生長之MOCVD(metal organic chemical vapor deposition，金屬有機化學氣相沈積)裝置之中設置衝壓機構。進而，根據製造步驟中使用之基板之大小以量產為目的之市場之趨勢，今後存在自2英吋向4英吋擴大之傾向。因此，擠壓時基板 斷裂之抑制、及龜裂產生之抑制變得越來越重要。於本技術領域中，期望一種效率較高且適於量產之半導體之製造方法且以低成本矯正半導體元件用基板之翹曲之方法。
本發明之一態樣之半導體元件用基板之處理方法係對具有第1面及與上述第1面相反之第2面之基板實施噴射處理者，且包含對與形成有化合物半導體成膜或應形成上述化合物半導體成膜之上述第1面相反之上述第2面實施噴射處理之步驟。
根據本發明之一態樣之半導體元件用基板之處理方法，可提供一種可有效地以適於量產之方法矯正半導體用基板之翹曲之方法。
以下，對本發明之一實施形態進行說明。一實施形態之方法係於製造發光二極體LED(Light Emitting Diode)元件等時使用對藍寶石等基板所實施之噴射處理之翹曲矯正方法。該方法係於製造LED元件或LD(Laser disc，雷射二極體)元件時，利用對半導體元件用基板所實施之噴射處理，矯正翹曲。該方法亦可包含例如以下之步驟：製作基板；對該基板實施化合物半導體成膜步驟；對與實施化合物半導體成膜之鏡面相反之面實施噴射處理；及於與經實施該噴射處理之面相反之面上形成LED電極或LD電極，且切斷為LED元件或LD元件。
此處，於一實施形態中，LED元件稱作例如InGaN系高亮度LED。其他亦存在AlGaNlnP系高亮度LED、GaP系、及GaAs系等種類。LED係指發光二極體，故通電後會發光，用於大面積之照明等。又，LD係指雷射二極管，故通電後發出雷射，用作通信或光碟之光源。
所謂基板係指可使自單晶錠切片之藍寶石、SiC、GaAs、GaP、及GaAlAs等磊晶生長之基板。該基板係例如半導體元件用基板，且具有第1面及與第1面相反之第2面。於第1面上形成有化合物半導體成膜。第2面亦可表面粗糙度大於第1面。該基板亦可為經實施雙面研磨之狀態。所謂噴射處理係指使用矩形噴嘴或圓形噴嘴，將研磨粒與壓縮空氣之混合物以氣固兩相噴流進行噴射，且使上述氣固兩相粒碰撞被加工物進行加工者。本實施形態係一面掃描被加工物一面實施加工(掃描加工法)。
所謂藍寶石基板之鏡面係指表面粗糙度為1~5 ÅRa左右之面。所謂GaN系化合物半導體成膜係指使用氣相沈積法或液相生長法成膜於基板之鏡面側之膜。所謂形成LED電極或LD電極係指於成膜之化合物半導體之上形成透明電極、焊墊電極、保護膜等。例如形成GaN系化合物半導體之膜。所謂元件係指形成電極後之LED或LD之晶片。切斷係指使用雷射、刮刀、或噴射等切斷方法，自基板切斷為恆定尺寸之晶片。
以下，基於圖式，對一實施形態之處理方法進行說明。圖1係表示於製造LED元件或LD元件時，使用對基板所實 施之噴射處理之翹曲矯正方法之流程。於圖1中，該處理方法具有步驟(S10)，其係製作基板；步驟(S12)，其係對該基板實施化合物半導體成膜步驟；步驟(S14)，其係對與實施化合物半導體成膜之鏡面相反之面實施噴射處理；及步驟(S16)，其係於與經實施該噴射處理之面相反之面上形成LED電極或LD電極，且切斷為LED元件或LD元件。再者，以下考慮到說明理解之容易性，而以使GaN系化合物半導體成膜之情形為例進行說明。
首先，製作基板(S10)。例如，製作大小為4英吋且厚度為0.65 mm材質為藍寶石之基板。繼而，於基板上進行成膜(S12)。例如，使GaN系化合物半導體成膜。繼而，實施噴射處理步驟(S14)。此處，為了遍及與基板之使GaN系化合物半導體成膜之面相反之面之總範圍實施噴射處理，而例如以如下之條件進行(表1)。
表1之條件係以使用噴嘴直徑為15 mm×4.8 mm之矩形噴嘴之情形為例，但亦可使用噴嘴直徑為Φ8 mm等之圓形噴嘴。又，表1之條件係以使用掃描加工法對藍寶石基板整面實施噴射處理之情形為例。藉此對晶圓整體賦予應力， 將晶圓之翹曲矯正。再者，於無需噴射面之面粗糙度之均一性之情形時，無需一定對晶圓整面實施噴射處理。例如，亦可對藍寶石基板之中心部等實施定點噴射，從而賦予應力。
再者，作為噴射機例如可採用新東工業股份公司製造之MicroBlaster MB-1。例如，作為噴嘴可採用矩形噴嘴之吸引式扁平噴嘴。
又，經實施噴射處理之面之表面粗糙度(算術平均粗糙度Ra)例如亦可為0.01~5.0 μmRa。藉此，於噴射處理之前後，無需使表面粗糙度較大地變化，便可矯正翹曲。又，可更佳為0.5~5.0 μmRa。為了使表面粗糙度為0.5~5.0 μmRa，而亦可例如以表2所示之噴射條件進行處理。
此處，噴射材係具有JIS(Japanese Industrial Standards，日本工業規格)R6001之研磨微粉之粒度之材料。
本噴射條件係為一例。藍寶石基板之翹曲量係因藍寶石基板之大小及厚度，進而因GaN系化合物半導體之成膜條件而變化。因此，亦可藉由藍寶石基板之需要矯正之翹曲量而任意地變更各噴射條件。
進而，於噴射處理中，藉由噴射材之硬度、噴射速度、覆蓋率(對基板噴射之密度，其係亦起因於噴射量)等來選擇最佳條件。例如，對於噴射材，雖表示了採用元素符號為Al2O3之氧化鋁研磨粒之例，但若為可賦予衝擊之噴射材，則不限材質。亦就硬度而言，為可賦予衝擊之噴射材即可。
噴射材係大小較佳為以平均粒子徑計自25 μm至70 μm。若大於70 μm，則會導致表面變得粗糙。若小於25 μm，則存在即便提高噴射壓力，對基板之碰撞能量亦不足，從而無法將翹曲矯正至所希望之曲率半徑為止之可能性。
又，噴射速度係由噴射材之種類、噴射壓力、噴射量等而決定。此處，噴射壓力亦可為自0.2 MPa至0.4 MPa。若大於0.4 MPa，則存在加工能量過強而產生基板之破裂或龜裂之可能性。若小於0.2 MPa，則存在應力賦予較弱，矯正翹曲所需之加工時間變長之可能性。又，噴射量亦可為100 g/min至400 g/min。若少於100 g/min，則導致消耗用以滿足覆蓋率之加工時間。若多於400 g/min，則存在立刻滿足覆蓋率，從而無法將翹曲矯正至所希望之曲率半徑為止之可能性。
進而，覆蓋率係與對於基板之噴射密度類似之指標，但 其受到噴射材之種類、噴射量、噴射時間、噴嘴移動速度、噴嘴饋送間距、及噴射角度等影響。根據以上，於採用氧化鋁研磨粒之情形時，噴射材可大小為平均粒子徑25 μm至70 μm。噴射壓力可為0.2 MPa至0.5 MPa，更較佳為0.2 MPa至0.4 MPa。噴射量亦可為100 g/min至400 g/min，更佳為200 g/min至400 g/min。若為上述條件，則可使用上述噴射機，以掃描次數為1次且20秒前後之高速進行處理。
再者，藍寶石基板亦可於將藍寶石之單晶切片後，對該經切片之雙面進行研磨處理。研磨面之表面粗糙度例如為如下所述(表3)。
本表面粗糙度為一例，可藉由對基板進行切片之後之研磨步驟之條件、及GaN系化合物半導體成膜時之成膜條件，而變更成膜前之表面粗糙度。
其中，對基板之切片後及研磨步驟之後之表面粗糙度，亦可具有表面與背面之差。其原因在於，為了於磊晶生長時形成均勻且較薄之膜，而需要鏡面研磨之面。另一方面，背面係於其後之電極形成後具有稱作BGP(Back Grinding Polish，背面研磨拋光)且使基板之板厚變薄至 0.1 mm左右為止之步驟，因此，無需於對基板進行切片之後之研磨步驟之時刻研磨至鏡面為止。
而且，可矯正翹曲而不存在因對基板之表面粗糙度較大之面進行噴射而對實現磊晶生長之基板之鏡面造成噴射之損害之情形，因此，亦可預先於表面與背面設置表面粗糙度之差。其原因在於，若使背面達到與表面之鏡面相同之表面粗糙度，則多餘地需要研磨步驟，相對於此，於此多餘之步驟之後，實施噴射處理變得更多餘。又，於預先於表面與背面設置表面粗糙度之差之情形時，具有以下之優點：可矯正翹曲而不會對實現磊晶生長之基板之鏡面造成噴射之損害。
再者，於藍寶石基板之噴射前後之翹曲量之計測中，例如可使用表面粗糙度測定機SURFCOM1400D(東京精密股份公司製造)。測定範圍之一例係示於圖2。測定範圍例如為由具有L=97 mm之邊之矩形包圍之範圍。可於噴射處理前後，以本方式進行2方向計測，且將該翹曲量之平均值與翹曲量換算為曲率半徑而確認噴射處理前後之翹曲矯正之效果。
圖3係表示評價方法之示意圖。翹曲量Ah係上述藍寶石基板表面上之最大高度與最小高度之差值，且若表面為凸狀則記為正值，而表面為凹狀則記為負值。可根據翹曲量Ah換算曲率半徑R。該關係係示於圖3。再者，測定表面 粗糙度之裝置與測定方法不限於上述。
於噴射處理時，例如可藉由使用吸附夾具，利用吸引負壓將GaN系化合物半導體成膜側固定，並使噴嘴進行掃描而實施噴射處理。圖4係表示本發明之噴射處理時之噴粒嘴與基板之相對運動之軌跡之示意圖。於一實施形態中，亦可以噴嘴移動速度100 mm/sec、噴嘴饋送間距P=20 mm、掃描次數1次，自S1至S2進行掃描噴射處理。又，對使噴嘴進行掃描之方法進行了說明，但亦可為掃描固定藍寶石基板之吸附夾具側，將噴嘴固定之方法。進而，亦可藉由使噴嘴單軸移動，且使吸附夾具朝向相對噴嘴正交之方向移動，而一面進行掃描一面實施噴射處理。總而言之，若為藉由使晶圓與噴嘴相對地移動而對藍寶石晶圓實施掃描加工，則掃描方法無需選擇。
圖5係矯正一實施形態之噴射處理造成之晶圓之應變之原理的示意圖。再者，以下，將說明於GaN系化合物半導體成膜後實施噴射處理之情形。於圖5中，自噴嘴N將噴射材F噴射至使GaN系化合物半導體G成膜而產生翹曲之藍寶石晶圓W。其結果，使GaN系化合物半導體G成膜而產生翹曲之藍寶石晶圓W於GaN系化合物半導體Gf保持於藍寶石晶圓Wf上之狀態下，將翹曲矯正。
表4係使噴射材、噴射量、噴射壓力、EPI步驟後之翹曲量變化時之測定結果之一例。
投射材係使用新東工業股份有限公司製造之氧化鋁研磨粒(白色鋼鋁石)WA#240至#600，若換算為粒徑，則以平均粒子徑計使用25 μm至70 μm。又，噴射壓力係使用0.3 MPa至0.5 MPa。此處，噴射材為具有JIS R6001之研磨微粉之粒度之材料。EPI步驟後之4英吋(Φ100 mm)基板(晶圓)W之於97 mm×97 mm之範圍內之翹曲量存在83 μm至210 μm之不均一，但於噴射處理後矯正為40 μm以下(35 μm至20 μm)。再者，若根據翹曲量換算曲率半徑則均為30 m以上。又，於晶圓之英吋今後變大之情形時，即便作為整體之翹曲量達到40 μm以上，但換算為Φ100 mm之晶圓時，翹曲量為40 μm以下即可。於如此之翹曲量之範圍內，存在後步驟中之晶片切斷時之雷射加工中之良率提昇之優點。
返回圖1，若噴射處理步驟結束，則轉移至電極形成步驟(S16)。電極形成步驟係對已成膜之化合物半導體之上 形成透明電極、焊墊電極、保護膜等。若電極形成步驟結束，則轉移至元件切斷步驟(S18)。自基板切斷為恆定尺寸之晶片。若S18之處理結束則結束圖1所示之方法。
根據上述說明而明確，一實施形態之發明係可藉由於GaN系化合物半導體成膜後實施噴射處理而將GaN系化合物半導體成膜時產生之翹曲矯正。
再者，上述實施形態係表示本發明之處理方法之一例者。本發明之處理方法並不限定於上述實施形態之處理方法。例如，於其他實施形態中，亦可藉由於GaN系化合物半導體成膜前實施噴射處理，而將GaN系化合物半導體成膜時產生之翹曲矯正。該例之流程係示於圖6。圖6係與圖1所示之流程大致相同，且S20、S26及S28之處理分別相當於S10、S16及S18之處理。即，於圖6中，在噴射處理步驟(S22)之後執行成膜步驟(S24)。
根據上述之說明而明確，可藉由於GaN系化合物半導體成膜之前或之後實施噴射處理，而將GaN系化合物半導體成膜時產生之翹曲矯正。
然而，於GaN系化合物半導體成膜前實施噴射處理之情形時，雖可藉由預先使基板之鏡面側為凹狀，而抵消GaN系化合物半導體成膜時變為凸狀之現象，但於預先使基板之鏡面側為凹狀之情形時，存在於GaN系化合物半導體成膜時，因熱源之加熱之方式不同而產生成膜不均一之可能性。因此，噴射處理亦可於GaN系化合物半導體成膜後實施。
如此，於製造LED元件或LD元件時，以於使GaN系化合物半導體在基板上成膜之前或之後進行噴射處理之方式構成製造步驟，因此，可使於GaN系化合物半導體成膜時產生之基板之翹曲為曲率半徑30 m以上。
再者，亦可於研磨步驟之前後、或噴射步驟之後、電極形成之時之間歇等中追加洗淨步驟，且將因研磨步驟、噴射步驟、電極形成步驟而產生之油脂成分、氧化物或加工屑等雜質洗淨、去除。追加有洗淨步驟時之處理方法之一例係示於圖7。圖7係與圖1所示之流程大致相同，且S30相當於圖1之S10之處理，S36~S40相當於圖1之S12~S16之處理，S46相當於圖1之S18之處理。即，於圖7中，包含研磨步驟(S32、S42)及洗淨步驟(S34、S44)。
又，於其他實施形態中，亦可一面測定表面粗糙度測定一面進行噴射處理，進而測定其結果，並反饋至噴射處理中。另一方面，無需全部產品實施表面粗糙度之測定，若決定處理條件，則於通常之步驟中不需要表面粗糙度之測定。
[產業上之可用性]
根據本發明之各種態樣及實施形態，由於在製造LED元件或LD元件時可矯正基板之翹曲，故可藉由於使用雷射將基板分別切斷為元件之後步驟中，使基板翹曲時之焦點不良造成之切斷不良降低。
又，根據本發明之各種態樣及實施形態，亦可降低電極形成於GaN系化合物半導體上時之形成時的不均一。
進而，根據本發明之各種態樣及實施形態，於進行噴射處理之情形時，可藉由改變噴射之加工條件而對已使GaN系化合物半導體成膜之面之背側進行噴射處理，藉此，便可獲得任意之表面粗糙度，因此，將與使GaN系化合物半導體成膜之面相反之面作為發光側之LED元件或LD元件構造之情形時，可使與LED或LD光之波長相符之光之擴散性提昇。
Ah‧‧‧翹曲量
F‧‧‧噴射材
G‧‧‧皮膜
Gf‧‧‧皮膜
L‧‧‧表面粗糙度計測範圍
N‧‧‧噴粒嘴
P‧‧‧噴嘴饋送間距
R‧‧‧曲率半徑
S10‧‧‧步驟
S12‧‧‧步驟
S14‧‧‧步驟
S16‧‧‧步驟
S18‧‧‧步驟
S20‧‧‧步驟
S22‧‧‧步驟
S24‧‧‧步驟
S26‧‧‧步驟
S28‧‧‧步驟
S30‧‧‧步驟
S32‧‧‧步驟
S34‧‧‧步驟
S36‧‧‧步驟
S38‧‧‧步驟
S40‧‧‧步驟
S42‧‧‧步驟
S44‧‧‧步驟
S46‧‧‧步驟
W‧‧‧基板(晶圓)
Wf‧‧‧基板(晶圓)
圖1係表示一實施形態之方法之實施例之流程。
圖2係表示一實施形態之測定方法之示意圖。
圖3係表示一實施形態之評價方法之示意圖。
圖4係表示一實施形態之噴射處理時之噴粒嘴與基板之相對運動之軌跡的示意圖。
圖5係矯正一實施形態之噴射處理造成之晶圓之應變之原理的示意圖。
圖6係表示其他實施形態之方法之流程。
圖7係進一步表示其他實施形態之方法之流程。
S10‧‧‧步驟
S12‧‧‧步驟
S14‧‧‧步驟
S16‧‧‧步驟
S18‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種半導體元件用基板之處理方法，其係對具有第1面及與上述第1面相反之第2面之基板實施噴射處理，藉此矯正上述基板之翹曲者，且包含對與形成有化合物半導體成膜或應形成上述化合物半導體成膜之上述第1面相反之上述第2面，以上述基板不產生斷裂及龜裂之方式實施賦予應力之噴射處理之步驟。
  2. 如請求項1之半導體元件用基板之處理方法，其中上述噴射處理係將研磨粒與壓縮空氣之混合物作為氣固兩相流噴射，並使上述氣固兩相流碰撞上述第2面之處理，且噴射壓力為0.2MPa至0.4MPa。
  3. 如請求項1之半導體元件用基板之處理方法，其更包含以下之步驟：製作基板；於該基板之上述第1面上使化合物半導體膜成膜；及於與實施該噴射處理之上述第2面相反之上述第1面上形成LED電極或LD電極，且切斷為LED元件或LD元件。
  4. 如請求項1至3中任一項之半導體元件用基板之處理方法，其中於實施噴射處理之情形時，遍及上述基板之上述第2面之總範圍實施噴射處理。
  5. 如請求項1至3中任一項之半導體元件用基板之處理方法，其中經實施上述噴射處理之面係表面粗糙度為0.01~5.0μmRa之面。
  6. 如請求項1至3中任一項之半導體元件用基板之處理方法，其中上述基板之噴射後之翹曲量係上述基板上之97mm×97mm之範圍中之翹曲量，且為-40μm以上40μm以下。
  7. 如請求項1至3中任一項之半導體元件用基板之處理方法，其中上述第2面係表面粗糙度大於上述第1面。
  8. 如請求項2之半導體元件用基板之處理方法，其中上述噴射處理係使用大小以平均粒子徑計為自25μm至70μm之氧化鋁研磨粒作為噴射材，且噴射量為100g/min至400g/min。
  9. 如請求項1至3中任一項之半導體元件用基板之處理方法，其中上述基板係藍寶石基板。
  10. 如請求項1至3中任一項之半導體元件用基板之處理方法，其中上述化合物半導體成膜係GaN系化合物。
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