JP2014203954A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】劈開方向に沿って基板表面に生じる剥がれが少なく、破砕屑や変質層が極めて少ない良好な切断面を有する半導体素子を製造することができる半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】この半導体素子の製造方法は、互いに反対側に位置する第１及び第２の主面１ａ、１ｂを有するＧａ_２Ｏ_３基板１１０に複数の発光素子１０を形成した半導体ウエハ１を準備し、半導体ウエハ１の第２の主面１ｂをダイシングテープ３上に貼着し、半導体ウエハ１の第１の主面１ａ側に保護シート５を形成し、半導体ウエハ１をダイシングブレード又はレーザを用いて素子単位に分割し、保護シート５を除去する工程を含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体ウエハを素子単位に分割して複数の半導体素子を製造する半導体素子の製造方法に関する。

従来、ＧａＮ系半導体を用いた青色や短波長領域の発光素子が知られている。このような発光素子の下地基板として、例えばサファイア基板やＳｉＣ基板が用いられている。しかし、サファイア基板は、導電性を有しないため、発光素子の電極構造が水平型となる構造上の制約を有している。また、ＳｉＣ基板は、単結晶ウエハの結晶性が悪く、単結晶の垂直方向に貫通するいわゆるマイクロパイプ欠陥が存在するため、マイクロパイプ欠陥を避けてｎ型層及びｐ型層を形成して切り出さなければならない等という問題がある。

そこで、III−Ｖ族系化合物半導体の発光領域の全波長範囲、特に紫外領域で光透過性を有し、ＧａＮに対する格子不整合が比較的小さく、また良質なバルク単結晶が得られるという特性から、青色や短波長領域の発光素子の下地基板としてＧａ_２Ｏ_３基板を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このＧａ_２Ｏ_３基板、特にβ−Ｇａ_２Ｏ_３基板は、劈開性の大なる特性を有しており、発光素子の製造工程においてウエハから素子をダイシング等によって切り出す際に基板が劈開方向に剥離してしまうため、素子化が難しいという問題がある。

このため、基板の劈開による剥離を防いで素子単位に分割する発光素子の製造方法として、ダイシングブレードで複数回に分けて基板を切断する方法（例えば、特許文献２参照。）や、レーザで基板を切断する方法（例えば、特許文献３参照。）が提案されている。

特開２００６−３１０７６５号公報 特開２００７−２３４９０２号公報 特開２００７−１６５６２５号公報

しかし、特許文献２のダイシングブレードを用いる方法では、基板の劈開方向に沿って基板表面に剥がれが生じやすいという問題がある。さらに、ダイシングブレードによる切断面に切断痕（破砕屑）が生成し、これにより素子の抗折強度が低下してチッピング（剥がれ）やクラック（割れ）といった信頼性の問題が生じる。特許文献３のレーザを用いる方法では、レーザによる切断面にデブリ（気化した基板材料の再付着物）や熱的変質層等の光吸収層が生成し、光取り出し効率が著しく低下するという問題がある。

したがって、本発明の目的は、基板の劈開方向に沿って基板表面に生じる剥がれが少なく、破砕屑や変質層が極めて少ない良好な切断面を有する半導体素子を製造することができる半導体素子の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、酸化ガリウムからなる基板であって、互いに反対側に位置する第１及び第２の主面を有する基板に複数の半導体素子を形成した半導体ウエハを準備し、前記半導体ウエハの第２の主面を支持基材上に貼着し、前記半導体ウエハの第１の主面側に保護シートを形成し、前記半導体ウエハを素子単位に分割し、前記保護シートを除去する工程を含む半導体素子の製造方法を提供する。

本発明によれば、基板の劈開方向に沿って基板表面に生じる剥がれが少なく、破砕屑や変質層が極めて少ない良好な切断面を有する半導体素子を製造することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の断面図である。 図２（ａ）は、第１の本実施の形態に係る半導体ウエハの斜視図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の半導体ウエハの発光素子の部分を示す断面図である。 図３は、ダイシングフレームに装着された状態を示す半導体ウエハの斜視図である。 図４は、第１の実施の形態に係る半導体ウエハの要部平面図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態の製造工程の一例を示す断面図である。 図６は、第１の実施の形態の製造工程の一例を示す工程図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の断面図である。この発光素子１０は、半導体素子の一例であり、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）からなる基板であって、互いに反対側に位置する第１の主面１ａ及び第２の主面１ｂを有するＧａ_２Ｏ_３基板１１と、Ｇａ_２Ｏ_３基板１１の第１の主面１ａに図示しないＡｌＮバッファ層を介して形成されたＧａＮ系半導体層１２と、ＧａＮ系半導体層１２上に形成されたＡｕ等からなるｐ側電極１３と、Ｇａ_２Ｏ_３基板１１の第２の主面１ｂに形成されたＡｌ等からなるｎ側電極１４とを有する。

（Ｇａ_２Ｏ_３基板）
本実施の形態では、Ｇａ_２Ｏ_３基板１１の第１の主面１ａ及び第２の主面１ｂの面方位を（−２０１）面としているが、この面方位に限られない。例えば、（１０１）面、（１００）面でもよい。Ｇａ_２Ｏ_３基板１１は、例えば１００〜２００μｍの厚さを有する。

このＧａ_２Ｏ_３基板１１は、β−Ｇａ_２Ｏ_３を基本とするが、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎからなる群から選ばれる１種以上を添加したＧａを主成分とした酸化物で構成してもよい。より具体的には、例えば（Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}）_２Ｏ_３（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされるガリウム酸化物を用いることができる。

また、Ｇａ_２Ｏ_３基板１１は、酸素欠陥により、又はＳｉやＳｎ等の不純物がドーピングされることにより、ｎ型の導電型を有する。

上記のＧａ_２Ｏ_３基板１１は、例えばＥＦＧ（Edge-defined Film-fed Growth）法又はＦＺ（Floating Zone）法によって製造されたバルク状のＧａ_２Ｏ_３を所望の寸法に切り出し、その表面に機械的研磨又は化学的研磨を施し、さらに有機洗浄及び酸洗浄を行ったものを用いることができる。

（ＧａＮ系半導体層）
ＧａＮ系半導体層１２は、ＡｌＮバッファ層上に形成されたＳｉドープのｎ型ＧａＮ層と、ｎ型ＧａＮ層上に形成され、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子井戸構造を有する活性層としてのＭＱＷ（Multiple-Quantum Well）層と、ＭＱＷ層上に形成されたＭｇドープのｐ型ＧａＮ層とを備えて構成されている。ＧａＮ系半導体層におけるＧａＮ系は、ＧａとＮを構成要素に含むことを示す。

（第１の実施の形態の製造方法）
次に、発光素子１０の製造方法の一例について、図６の工程図に従い、図２〜図５を参照して説明する。

（１）半導体ウエハの形成（Ｓ１）
図２に示すように、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）からなる基板であって、互いに反対側に位置し面方位を（−２０１）面とする第１及び第２の主面１ａ、１ｂを有する円盤状のＧａ_２Ｏ_３ウエハ基板１１０を準備する。

次に、図２に示すように、Ｇａ_２Ｏ_３ウエハ基板１１０に複数の発光素子１０を互いに直交する行方向ｘ及び列方向ｙにマトリクス状に形成する。すなわち、ＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法等を用いて、Ｇａ_２Ｏ_３ウエハ基板１１０の第１の主面１ａ上にＡｌＮバッファ層を形成し、ＡｌＮバッファ層上にＧａＮ系半導体層１２をエピタキシャル成長させて形成する。そして、ＧａＮ系半導体層１２上にｐ側電極１３を形成し、Ｇａ_２Ｏ_３ウエハ基板１１０の第２の主面１ｂ上にｎ側電極１４を形成する。なお、上記実施の形態では、ＧａＮ系半導体層１２を素子毎に分離した構成としたが、ＭＱＷ層とｐ型ＧａＮ層を素子毎に分離した構成としてもよい。

次に、図３に示すように、環状のダイシングフレーム２の裏面に支持基材としてのダイシングテープ３を貼着し、半導体ウエハ１の第２の主面１ｂをダイシングテープ３上に貼着する。

ダイシングフレーム２は、例えばステンレス鋼等の金属から形成されている。また、ダイシングフレーム２は、後述するウエット処理（Ｓ５）によって劣化しないようにコーディングしておくのが望ましい。

ダイシングテープ３は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂からなる厚さ５０〜１００μｍ程度の薄い円板状の合成樹脂フィルムと、この合成樹脂フィルムの表面に塗布されてダイシングフレーム２及び半導体ウエハ１を粘着するアクリル系の粘着剤とを備える。また、ダイシングテープ３は、後述するウエット処理（Ｓ５）、保護シート５の除去（Ｓ６）によって劣化しない材料であることが望ましい。

半導体ウエハ１には、図４に示すように、発光素子１０間に行方向ｘに沿う分割予定ライン４ｘと列方向ｙに沿う分割予定ライン４ｙが互いに直交するように設定されている。

（２）保護シートの形成（Ｓ２）
図５（ａ）に示すように、半導体ウエハ１の第１の主面１ａ側を覆うように保護シート５を塗布又は貼り付ける。保護シート５は、後述するウエット処理（Ｓ５）の際にｐ側電極１３が劣化しないようにする目的と基板の劈開方向に沿って基板表面に生じる剥がれを抑制するためである。

保護シート５としては、ワックス、アクリル系の接着剤、感光性材料としてのフォトレジストや、ドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）等を用いることができる。ドライフィルムレジストは、例えばフィルム状に加工した感光性樹脂を、ベースフィルムと保護フィルムとの間に挟み込んだものである。保護シート５としては硬度が高いほどよい。

（３）露光・現像（Ｓ３）
次に、図５（ｂ）に示すように、保護シート５のうち分割予定ライン４ｘ、４ｙを含む領域を、マスクを用いて露光し、現像液で現像して除去する。なお、この露光・現像工程は、後述するダイシング（Ｓ４）によっては省くことは可能である。

（４）ダイシング（Ｓ４）
次に、図５（ｃ）に示すように、ダイシングブレードを用いてＧａ_２Ｏ_３ウエハ基板１１０の第１の主面１ａ側から分割予定ライン４ｙに沿ってＧａ_２Ｏ_３ウエハ基板１１０の厚さ全てを切断する。図５（ｃ）中、符号１１１は、切断面である。次に、ダイシングフレーム２の向きを９０度変えてダイシングブレードを用いて分割予定ライン４ｘに沿ってＧａ_２Ｏ_３ウエハ基板１１０の厚さ全てを切断して半導体ウエハ１を素子単位に分割する。素子単位の分割によって矩形のＧａ_２Ｏ_３基板１１が形成される。

（５）ウエット処理（Ｓ５）
次に、ダイシングによって切断面１１１に生成された生成層をウエット洗浄液で除去する。生成層は、ダイシングにダイシングブレードを用いた場合には、破砕屑であり、後述するレーザを用いた場合には、デブリ等の加工屑、光吸収層等の変質層である。

ウエット洗浄液は、Ｇａ_２Ｏ_３を溶かし、かつ、保護シート５を溶かさない性質の液、例えばフッ酸、リン酸、硝酸等を含む酸系の溶剤、ＫＯＨ等のアルカリ系の溶剤を用いることができる。本実施の形態では、フッ酸を含む溶剤を用いる。なお、このウェット処理工程（Ｓ５）は、ダイシングブレードによる破砕屑、レーザーによるデブリ等の加工屑等が発生しない場合には、省くことは可能である。

（６）保護シート５の除去（Ｓ６）
次に、保護シート５をＧａ_２Ｏ_３ウエハ基板１１０がダイシングテープ３から剥がれず保護シート５のみを除去する溶剤、例えばエタノール・メタノール・アセトン・イソプロピルアルコール等の有機溶剤を用いて除去する。以上の工程を経て図１に示す発光素子１０が形成される。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、Ｇａ_２Ｏ_３ウエハ基板１１０をダイシングブレードで切断した後、ダイシングブレードにより切断面に生成された破砕屑等をウエット処理によって除去しているので、破砕屑が極めて少ない良好な切断面を有する半導体素子を製造することができる。また、ダイシング時に基板表面を保護シート５により保護しているため、基板の劈開方向に沿って基板表面に生じる剥がれが少ない半導体素子を製造することができる。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、ダイシング工程（Ｓ４）でダイシングブレードを用いてダイシングを行ったが、本実施の形態は、レーザを用いてダイシングを行うものである。

本実施の形態は、第１の実施の形態と同様に、半導体ウエハの形成（Ｓ１）、保護シートの貼着（Ｓ２）、露光・現像（Ｓ３）を行う。

次のダイシング（Ｓ４）では、半導体ウエハ１の第２の主面１ｂを互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動可能な支持基材としてのＸＹテーブル上に貼着し、レーザを用いて分割予定ライン４ｘ、４ｙに沿ってＧａ_２Ｏ_３ウエハ基板１１０の厚さ全てを切断する。なお、Ｇａ_２Ｏ_３ウエハ基板１１０の厚さ全てを切断せず、溝を形成し、溝に沿って力を加えて割断して素子単位に分割してもよい。

レーザは、例えばＹＡＧレーザの第４高調波（波長２６６ｎｍ）を用いることができる。波長２６６ｎｍは、その光透過スペクトルから、約３０％はβ−Ｇａ_２Ｏ_３に吸収される。また、波長２６６ｎｍは、β−Ｇａ_２Ｏ_３の吸収端２４８〜２５８ｎｍに近接した波長である。この結果、半導体ウエハ１の表面に照射されたレーザビームは、加工部を加熱溶融する熱加工だけではなく、β−Ｇａ_２Ｏ_３の分子間結合の少なくとも一部を断ち切り、ガス化あるいは極微粒子化させて飛散させて加工部を除去する、いわゆる、レーザアブレーション加工が行われる。

なお、レーザビームの加工波長は、上記の波長２６６ｎｍに限られず、β−Ｇａ_２Ｏ_３の吸収端２４８〜２５８ｎｍより長波長側であっても、光吸収が行われる３００ｎｍ以下の波長範囲であれば、上記の基板加工が可能である。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によれば、Ｇａ_２Ｏ_３ウエハ基板１１０をレーザで切断した後、レーザにより切断面に生成された変質層等をウエット処理によって除去しているので、変質層が極めて少ない良好な切断面を有する半導体素子を製造することができる。また、光取出し効率の低下の極めて少ない発光素子を製造することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形可能である。例えば、上記実施の形態で説明した製造方法のステップの入れ替え、追加、削除等は発明の要旨を変更しない範囲で可能である。

また、上記実施の形態では、発光素子として垂直型について説明したが、本発明は水平型にも適用可能である。また、上記実施の形態では、半導体素子として発光素子について説明したが、本発明は、ショットキーバリアダイオード、レーザ、トランジスタ等の半導体素子にも適用可能である。また、上記実施の形態では、支持基材に第２の主面１ｂを貼着して第１の主面１ａ側から切断したが、支持基材に第１の主面１ａを貼着して第２の主面１ｂ側から切断してもよい。

１…半導体ウエハ、１ａ…第１の主面、１ｂ…第２の主面、２…ダイシングフレーム、３…ダイシングテープ、４ｘ，４ｙ…分割予定ライン、５…保護シート、１０…発光素子、１１…Ｇａ_２Ｏ_３基板、１２…ＧａＮ系半導体層、１３…ｐ側電極、１４…ｎ側電極、１１０…Ｇａ_２Ｏ_３ウエハ基板、１１１…切断面、ｘ…行方向、ｙ…列方向

Claims (6)

1. 酸化ガリウムからなる基板であって、互いに反対側に位置する第１及び第２の主面を有する基板に複数の半導体素子を形成した半導体ウエハを準備し、
   前記半導体ウエハの第２の主面を支持基材上に貼着し、前記半導体ウエハの第１の主面側に保護シートを形成し、
   前記半導体ウエハを素子単位に分割し、
   前記保護シートを除去する工程を含む半導体素子の製造方法。
2. 前記保護シートを除去する工程の前工程として、前記素子単位の分割によって切断面に生成された生成層をウエット処理により除去する工程を含む請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
3. 前記素子単位の分割は、前記保護シートのうち前記半導体ウエハの分割予定ラインを含む領域を露光と現像によって除去した後、前記分割予定ラインに沿って前記半導体ウエハを前記素子単位に分割する請求項１又は２に記載の半導体素子の製造方法。
4. 前記ウエット処理は、酸系のウエット洗浄液を用いて行う請求項２又は３に記載の半導体素子の製造方法。
5. 前記素子単位の分割は、レーザを用いたダイシングによって行う請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
6. 前記保護シートを除去する工程は、前記半導体ウエハが前記支持基材から剥がれず前記保護シートのみを除去する溶剤を用いる、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
   

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