(57)【要約】【課題】半導体ウェハの研削工程において半導体ウェハ外周部にひびや割れを生じさせることなく、半導体ウェハを薄型化することのできる半導体発光素子の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明は、サファイア基板上に窒化物半導体層を積層して半導体ウェハを形成する工程と、前記半導体ウェハの前記窒化物半導体層側の面に粘着剤を塗布した後、前記半導体ウェハを前記粘着剤を介して固定板に貼着する工程と、前記固定板に貼着された前記半導体ウェハのサファイア基板を研削することにより、前記半導体ウェハを薄くする研削工程とをこの順で含み、前記半導体ウェハの外周部に塗布される粘着剤の膜厚が、前記半導体ウェハの中央部に塗布される粘着剤の膜厚よりも厚いことを特徴とする、半導体発光素子の製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板上に窒化物半導体層を積層して半導体ウェハを形成する工程と、
前記半導体ウェハの前記窒化物半導体層側の面に粘着剤を塗布した後、前記半導体ウェハを前記粘着剤を介して固定板に貼着する工程と、
前記固定板に貼着された前記半導体ウェハのサファイア基板を研削することにより、前記半導体ウェハを薄くする研削工程とをこの順で含み、
前記半導体ウェハの外周部に塗布される粘着剤の膜厚が、前記半導体ウェハの中央部に塗布される粘着剤の膜厚よりも厚いことを特徴とする、半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記半導体ウェハの外周部に塗布される粘着剤の膜厚が、前記半導体ウェハの中央部に塗布される粘着剤の膜厚よりも５μｍ以上厚い、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記半導体ウェハの中央部に塗布される粘着剤の膜厚が１５μｍ以上である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記半導体ウェハの中央部に塗布される粘着剤の膜厚が２０μｍ以上２５μｍ以下である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記研削工程の後に、前記固定板より前記半導体ウェハを取り外し、前記粘着剤を除去する工程を含む、請求項１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮで表される窒化ガリウム化合物半導体が青色および緑色ＬＥＤの材料として注目されている。このような材料の化合物半導体を使用することにより、これまで困難であった発光強度の高い青色、緑色等の発光が可能となった。これにより、モニターのバックライトや照明用途に使用されるなど、多種多様な広がりを見せている。
【０００３】
また、近年、タブレット端末等は薄型化小型化が進んでおり、内蔵される半導体発光素子もその厚さが２００μｍ、あるいはそれ以下にまで薄くすることが要求されている。このような半導体発光素子を作製するには、半導体ウェハ自体を薄くする必要がある。
【０００４】
ここで代表的な窒化物半導体発光素子の製造方法を以下に例示する。
サファイア基板上にｎ型窒化物半導体層およびｐ型窒化物半導体層が積層され、ｎ型およびｐ型窒化物半導体層と電気的に接続する電極が形成された構造となる。
【０００５】
ｐ型窒化物半導体層と電気的に接続する電極として、ｐ型半導体層上部に透光性電極を形成し、その上に金属からなるパッド電極を形成する。透光性電極としては、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯなどの導電性酸化物が用いられる。また、上部のパッド電極は、透光性電極と密着性の良い、Ｎｉ、Ｒｈ等からなる層とＡｕ、Ａｌ等のボンディング層が用いられる。透光性電極は、パッド電極から注入された電流をｐ型窒化物半導体層に広げると共に、窒化物半導体発光素子からの光を透過させて外部に取り出し可能とする。
【０００６】
一方、ｎ型窒化物半導体は一般に電気抵抗が低いため、ｎ型窒化物半導体に直接パッド電極が形成される。このｎ電極としては、ｎ型半導体層と良好なオーミック接触とするため、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉなどのオーミック接触層とＰｔ、Ｍｏなどのバリア層とＡｌ、Ａｕなどのボンディング層が用いられる。
【０００７】
その後、パッド電極側面および表面の一部を覆うようにＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ等からなる絶縁性保護膜を形成する。
【０００８】
その後、半導体ウェハの裏面を研削機や研磨機を用いて加工し、２００μｍ以下まで薄くする。この裏面の加工（裏面研削）の方法としては、半導体発光層が形成された面に粘着剤をコーティングし、半導体発光層を保護すると共に、この粘着剤をコーティングした面を固定板に接着し、半導体ウェハを固定板に固定した状態で半導体ウェハ裏面を研削機を用い研削する方法が知られている。
【０００９】
また、軟質基材の上に粘着剤を積層して形成されたウェハ加工用粘着シートなどを、半導体発光層が形成された面に付けて該面を保護すると共に、このウェハ加工用粘着シートの貼り付け面側を研削機の固定台に貼り付けた状態で、半導体ウェハの裏面を研削機を用いて研削する方法が知られている（特許文献１：特開２００３−９４２９５号公報参照）。
【００１０】
しかし、従来は、上記のような半導体ウェハの薄層化を行うための裏面研削において、以下に示すような問題点があった。
【００１１】
サファイア基板上に窒化物半導体層（特にIII族窒化物半導体層）を形成すると、基板と半導体層の熱膨張係数の違いによってウェハが反る。これは窒化物半導体層の膜厚が厚くなるほど、反りが大きくなりこのときの反りは、窒化物半導体層側が凸面となる。これにより、粘着剤３をコーティングした半導体ウェハ１を固定板７に接着する際、半導体ウェハ１の外周部で固定板７と半導体ウェハ１の間に隙間が生じる（図１２）。この状態で半導体ウェハ裏面の研削を行うと半導体ウェハ外周部にひびや割れが生じることになる。この現象は、半導体ウェハが大口径で薄層化されるほど顕著に現れ、直径２インチの半導体ウェハでは、窒化物半導体層側を上にしたときに外周部より中央部が約４０〜６０μｍ高くなり、直径４インチの半導体ウェハでは、外周部より中央部が約８０〜１２０μｍ高くなる。
【００１２】
ウェハ加工用粘着シートを用いた場合でも、この半導体ウェハの反りによってウェハ外周部が粘着シートに接着されず粘着シートと半導体ウェハの間に隙間が生じることになり、上記同様、研削時に半導体ウェハ外周部にひびや割れが生じることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−９４２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、半導体ウェハの研削工程において半導体ウェハ外周部にひびや割れを生じさせることなく、半導体ウェハを薄型化することのできる半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、サファイア基板上に窒化物半導体層を積層して半導体ウェハを形成する工程と、
前記半導体ウェハの前記窒化物半導体層側の面に粘着剤を塗布した後、前記半導体ウェハを前記粘着剤を介して固定板に貼着する工程と、
前記固定板に貼着された前記半導体ウェハのサファイア基板を研削することにより、前記半導体ウェハを薄くする研削工程とをこの順で含み、
前記半導体ウェハの外周部に塗布される粘着剤の膜厚が、前記半導体ウェハの中央部に塗布される粘着剤の膜厚よりも厚いことを特徴とする、半導体発光素子の製造方法である。
【００１６】
前記半導体ウェハの外周部に塗布される粘着剤の膜厚が、前記半導体ウェハの中央部に塗布される粘着剤の膜厚よりも５μｍ以上厚いことが好ましい。
【００１７】
前記半導体ウェハの中央部に塗布される粘着剤の膜厚は、好ましくは１５μｍ以上であり、より好ましくは２０μｍ以上２５μｍ以下である。
【００１８】
前記研削工程の後に、前記固定板より前記半導体ウェハを取り外し、前記粘着剤を除去する工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、半導体ウェハの外周部に塗布する粘着剤の膜厚を、半導体ウェハの中央部に塗布する粘着剤の膜厚よりも５μｍ以上厚くすることにより、半導体ウェハを薄層化するための研削工程における半導体ウェハのひびや割れを防ぐことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、実施形態１を説明するための模式図である。
【図２】実施形態１について、スピンコーターの回転数と粘着剤の膜厚との相関データを示すグラフである。
【図３】実施形態１を説明するための別の模式図である。
【図４】実施形態１を説明するためのさらに別の模式図である。
【図５】実施形態１を説明するためのさらに別の模式図である。
【図６】実施形態１を説明するためのさらに別の模式図である。
【図７】実施形態１を説明するためのさらに別の模式図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、実施形態１を説明するためのさらに別の模式図である。
【図９】実施形態１を説明するためのさらに別の模式図である。
【図１０】実施形態１を説明するためのさらに別の模式図である。
【図１１】実施形態１を説明するためのさらに別の模式図である。
【図１２】従来技術を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、サファイア基板上に窒化物半導体層を積層して半導体ウェハを形成する工程と、
前記半導体ウェハの前記窒化物半導体層側の面に粘着剤を塗布した後、前記半導体ウェハを前記粘着剤を介して固定板に貼着する工程と、
前記固定板に貼着された前記半導体ウェハのサファイア基板を研削することにより、前記半導体ウェハを薄くする研削工程とをこの順で含む、半導体発光素子の製造方法であって、
前記半導体ウェハの外周部に塗布する粘着剤の膜厚を、前記半導体ウェハの中央部に塗布する粘着剤の膜厚よりも厚くすることを特徴とする。
【００２２】
半導体ウェハは、通常は化合物半導体ウェハである。窒化物半導体層は、特に限定されないが、好ましくはIII族窒化物半導体層である。サファイア基板は、半導体ウェハの形成に用いられるものであれば特に限定されない。
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
＜実施形態１＞
まず、半導体ウェハ１の窒化物半導体層１２（半導体発光層）が形成されている面を上側にしてスピンコーター４に設置する。スピンコーター４に設置された状態の半導体ウェハ１の上面の中央部に、上側（窒化物半導体層１２側）からノズル３を介して粘着剤２を供給する（図１（ａ））。次に、スピンコーター４を回転させることにより、粘着剤２は遠心力で半導体ウェハ１の中央部から外周部へ向かって広がり、これにより半導体ウェハ１の窒化物半導体層１２側の面全体に粘着剤２が塗布される（図１（ｂ））。
【００２５】
粘着剤２としては、半導体ウェハ１の裏面の研削後、除去可能なものを使用することが好ましい。このような粘着剤としては、例えば、日化精工株式会社製のスカイリキッド、スペースリキッド等の市販品を使用することができる。粘着剤２の塗布後（図１（ｂ）の状態）の厚みは、スピンコーター３の回転数を変更することや、粘着剤２の供給量等により調整することができる。回転時間は、所定の時間以上であれば、変更しても粘着剤の膜厚には影響ないため、任意に設定することができる。これは、半導体ウェハを回転させることによって生じる遠心力を利用し、粘着剤を中央部から外周部に広げているためである。回転数が大きくなるほど遠心力も大きくなるが、回転時間によって遠心力に変化は生じないため回転時間は任意に設定してもよい。
【００２６】
本発明においては、半導体ウェハの外周部に塗布される粘着剤の膜厚が、半導体ウェハの中央部に塗布される粘着剤の膜厚よりも厚くなるようにスピンコーターの回転数等が設定される。これにより、半導体ウェハが反りを有している場合でも、半導体ウェハを薄層化するための研削工程における半導体ウェハのひびや割れを防ぐことが出来る。ここで、半導体ウェハの外周部に塗布される粘着剤の膜厚は、半導体ウェハの中央部に塗布される粘着剤の膜厚よりも５μｍ以上厚いことが好ましい。半導体ウェハの外周部の粘着剤の膜厚と中央部の粘着剤の膜厚との差が５μｍ未満である場合は、１００μｍを超えるような反りが大きい半導体ウェハの場合に、後の固定板との貼着時において、半導体ウェハ外周部と固定板との間に隙間が生じることになる。
【００２７】
図２に、スピンコーターの回転数と粘着剤の膜厚（中央部の膜厚と、中央部と外周部との膜厚差）との相関データを示す。このデータは、粘着剤として日化精工製アストロリキッドを使用し、直径１００ｍｍの円形の半導体ウェハの中央部に４ｃｃの量の粘着剤を供給した後に、半導体ウェハを５秒間回転させた場合についてのものである。図２に示されるように、スピンコーターの回転数を低速にするほど、半導体ウェハの中央部の粘着剤の膜厚が厚くなり、且つ半導体ウェハの中央部と外周部の膜厚差が大きくなる。これは、低速回転にするほど遠心力が小さくなるため、粘着剤が広がりにくく、且つ、外周部に溜まった、粘着剤が振り切れないため、中央部と外周部に膜厚差が生じ易くなるからである。
【００２８】
図２に示すデータでは、回転数が８００ｒｐｍ以下で半導体ウェハの中央部と外周部の膜厚差が５μｍ以上となっている。このため、例えば、スピンコーターの回転数を５００ｒｐｍ、回転時間を５．０秒間に設定することで、半導体ウェハの外周部に塗布される粘着剤の膜厚が、半導体ウェハの中央部に塗布される粘着剤の膜厚よりも５μｍ以上厚くなるようにすることができる。
【００２９】
次に、ホットプレートを使用して、例えば１００〜１２０℃で２〜３分間ベーキングを行い、粘着剤中の溶媒を蒸発させ粘着剤２を硬化させる。このベーキングは、オーブンを使用して行ってもよい。オーブン５を使用する場合は、例えば９０〜１００℃で１０〜２０分間ベーキングを行う（図３）。これにより、例えば、硬化後の粘着剤の膜厚は中央部１８μｍ、外周部２５μｍとなる。
【００３０】
半導体ウェハ１の中央部に塗布する粘着剤の膜厚は、好ましくは１５μｍ以上であり、より好ましくは２０μｍ以上２５μｍ以下である。半導体発光層が形成されている面は凹凸があるため、塗布する粘着剤の膜厚が薄すぎると、後の固定板との貼着時において粘着剤が均一に広がらず、固定板と半導体ウェハに隙間が生じやすくなる。また、塗布した粘着剤が厚くなりすぎると、ベーキングの際、粘着剤中の溶媒が充分蒸発せず粘着剤の中に残る。粘着剤の中に溶媒が残っていると粘着強度が低下するため、半導体ウェハを固定板に貼着後、研削機で研削する際に固定板から半導体ウェハが剥がれ落ちたり、半導体ウェハの一部でひびや割れが生じることになるからである。
【００３１】
次に固定板６をホットプレート７を使用して加熱する（図４）。固定板６の加熱は、前述のベーキングより２０〜３０℃高い温度で行うことが好ましい。例えば、１４０℃で５分間の加熱を行う。
【００３２】
次に、加熱した固定板７の上に、粘着剤２が塗布された面が固定板６側になるよう半導体ウェハ１を置き、粘着剤２が溶けるまで３〜５分間待機する（図５）。
【００３３】
次に固定板６に半導体ウェハ１を固定するため、固定板６を冷却しながらプレスする。固定板６を冷却することにより、溶けた粘着剤２が再硬化するため半導体ウェハ１と固定板６とが貼着される。具体的には、内部に冷却水を循環させている冷却板８１上に固定板６を乗せ、半導体ウェハ１側からプレス機のプレスヘッド８２でプレスする（図６）。このときの固定板６の冷却温度は、粘着剤２の軟化点以下であれば任意に設定してよい。また、プレス圧力は固定板６と半導体ウェハ１が貼着される圧力であればよい。
【００３４】
例えば、軟化点８０〜９０℃の粘着剤を使用した場合、冷却ステージの冷却温度を２５℃、プレス圧力を１０００ｇ／ｃｍ２で１０分間プレスを行うことができる。これにより、半導体ウェハ１の反りによって、半導体ウェハ１の外周部分が固定板６から浮き上がった状態になるが、半導体ウェハ１の外周部に塗布された粘着剤２の厚みが中央部より厚いため、固定板６と半導体ウェハ１との間に隙間を生じることなく、半導体ウェハ１を固定板６に貼着することができる。
【００３５】
次に、半導体ウェハ１を接着した固定板６を研削機のステージ９１に載せ、研削機の研削刃９２で所望の厚さまで半導体ウェハ１を薄層化して、薄層化半導体ウェハ１０を得る（図７）。このような半導体ウェハ１の裏面研削は、研削機だけでなく研磨機等を用いて行ってもよい。また、研削機による研削の後に、研磨機による研磨をさらに施してもよい。
【００３６】
その後、固定板６より薄層化半導体ウェハ１０を取り外すため、ホットプレート７を使用して固定板６を加熱する（図８（ａ））。固定板６の加熱温度は、粘着剤２の軟化点以上に設定すればよい。軟化点８０〜９０℃の粘着剤を使用した場合は、例えば１２０℃で５分間加熱を行えばよい。固定板６を加熱し、薄層化半導体ウェハ１０に塗布された粘着剤２が十分に軟化した後、薄層化半導体ウェハ１０を固定板６から取外し、粘着剤２を除去する（図８（ｂ））。
【００３７】
粘着剤が有機溶剤で除去可能なものである場合は、薄層化半導体ウェハ１０をアセトンに５分間浸漬することにより粘着剤２を除去することができる（図９）。
【００３８】
以降は、公知の技術によって、薄層化半導体ウェハ１０から個々の半導体発光素子を切り出す。具体的には、薄層化半導体ウェハ１０の表面側（研削面と反対側）をウェハ加工用粘着シート２１に貼り付け、薄層化半導体ウェハ１０の裏面（研削面）が上側になるようにウェハ加工用粘着シート２１上に固定する（図１０）。ウェハ加工用粘着シート２１としては、例えばＵＶ硬化シート等の加工後に粘着力を弱めることが可能なシートが用いられる。
【００３９】
次に、薄層化半導体ウェハ１０に作製されている半導体発光素子１００の間をダイシング法もしくはスクライブ法を用いて個々の半導体発光素子１００に分離する（図１１）。個々の半導体発光素子１００を分離した後、ウェハ加工用粘着シート２１の裏面からＵＶを照射する。これにより、ウェハ加工用粘着シート２１の粘着力が弱まる。その後、任意のシートに半導体発光素子１００を反転し移し変えることにより、半導体発光素子１００の表面が上を向くようにする。
【００４０】
＜実施形態２＞
実施形態１では粘着剤の除去に有機溶剤を用いたが、本実施形態では、エッチングガスを用いたドライ洗浄法により粘着剤を除去する。それ以外の点は実施形態１と同様であるため説明は省略する。
【００４１】
具体的には、真空装置内に半導体ウェハをセットし、装置内圧力を０．１〜２．０Ｐａ程度にし、Ｏ２ガスを１０〜２０ｓｃｃｍ程度流す。そこにＲＦ電源で、１００〜３００Ｗ程度の出力でプラズマを発生させることにより、粘着剤を除去することができる。なお、半導体ウェハの表面に形成された窒化物半導体層等はＯ２ガスではエッチングされないため粘着剤のみを除去することが可能となる。
【００４２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１  半導体ウェハ、１０  薄層化半導体ウェハ、１００  半導体発光素子、１１  サファイア基板、１２  窒化物半導体層、２  粘着剤、２１  ウェハ加工用粘着シート、３  ノズル、４  スピンコーター、５  オーブン、６  固定板、７  ホットプレート、８１  冷却板、８２  プレスヘッド、９１  ステージ、９２  研削刃。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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