(57)【要約】【課題】レーザー光を用いて窒化物半導体基板に対してより短時間でマークを形成することができるとともに、マークの縁部の表面状態を良好にすることが可能な、マーク付き窒化物半導体基板の製造方法を提供する。【解決手段】マーク付き窒化物半導体基板の製造方法は、Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（ｘ≧０）からなり非ミラー面１１を有する窒化物半導体基板１０を準備する第１工程と、非ミラー面１１にレーザー光を照射することによって、非ミラー面１１においてレーザー光が照射された領域を窪ませて、非ミラー面１１にマーク２０を形成する第２工程と、第２工程の後でマーク２０が残留する研磨深さで非ミラー面１１の表面を研磨する第３工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（ｘ≧０）からなり非ミラー面を有する窒化物半導体基板を準備する第１工程と、
前記非ミラー面にレーザー光を照射することによって、前記非ミラー面において前記レーザー光が照射された領域を窪ませて、前記非ミラー面にマークを形成する第２工程と、
前記第２工程の後で、前記マークが残留する研磨深さで前記非ミラー面の表面を研磨する第３工程と、
を含む、マーク付き窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記第３工程での研磨では、前記レーザー光の照射により前記マークの縁部に形成された隆起部を除去する、請求項１に記載のマーク付き窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記第３工程での研磨により、前記非ミラー面をミラー面に加工する、請求項２に記載のマーク付き窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記ミラー面は、その表面粗さＲａが０．０５μｍ未満である請求項３に記載のマーク付き窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記第３工程での研磨では、前記レーザー光の照射により前記マークの縁部に形成された隆起部を除去し、前記非ミラー面を第２非ミラー面に加工する、請求項１に記載のマーク付き窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記非ミラー面は、その表面粗さＲａが０．０５μｍ以上である請求項１乃至５の何れか一項に記載のマーク付き窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記レーザー光の波長は、４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である請求項１乃至６の何れか一項に記載のマーク付き窒化物半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マーク付き窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体基板の表面に文字または記号等のマークを形成する方法としては、特許文献１に記載のものがある。同文献の技術では、窒化ガリウム（ＧａＮ）から形成される窒化物半導体基板のミラー面にレーザー光を照射することにより、ミラー面にマークを形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９５７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、特許文献１の技術には、以下の点で改善の余地があると考えた。
【０００５】
特許文献１に記載されているように、劈開性の高い窒化物半導体基板のミラー面にレーザー光を照射してマーキングを行う場合、クラック等の発生を抑制し窒化物半導体基板の品質を確保する観点から、加工速度を極めて低速に制御する必要がある。具体的には、特許文献１には、加工速度を０．５ｍｍ／ｓから３ｍｍ／ｓとすることが好ましい旨の記載がある。
加えて、ＧａＮ等の窒化物半導体基板は、可視光を含む波長４００ｎｍ〜１５００ｎｍの領域の光の透過率が高いため、波長４００ｎｍ〜１５００ｎｍのレーザー光の照射によりマークを形成するのに時間がかかる。
このため、特許文献１の技術では、マークが形成された窒化物半導体基板の生産性が悪い。
また、ミラー面にレーザー光を照射する場合はレーザー光が透過し易いため、特許文献１に記載されているように、レーザー光の照射条件によっては窒化物半導体基板の裏面側にマークが入ることがある。
【０００６】
なお、特許文献１の技術においてマークを形成する面をミラー面に限定している理由としては、窒化物半導体基板の壁開性が高いために非ミラー面にレーザー光を照射してマーキングを行うとマークの縁部に欠けやクラックが発生し易いことが考えられる。一方、ミラー面にレーザー光を照射してマーキングを行う場合は、マークの縁部の欠けやクラックが抑制される。このため特許文献１の技術ではマークを形成する面をミラー面に限定しているものと推測される。
【０００７】
また、レーザー光の照射により窒化物半導体基板にマークを形成すると、マークの縁部が隆起した状態となり、窒化物半導体基板の品質が悪くなる場合がある。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、レーザー光を用いて窒化物半導体基板に対してより短時間でマークを形成するとともに、マークの縁部の表面状態を良好にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（ｘ≧０）からなり非ミラー面を有する窒化物半導体基板を準備する第１工程と、
前記非ミラー面にレーザー光を照射することによって、前記非ミラー面において前記レーザー光が照射された領域を窪ませて、前記非ミラー面にマークを形成する第２工程と、
前記第２工程の後で、前記マークが残留する研磨深さで前記非ミラー面の表面を研磨する第３工程と、
を含む、マーク付き窒化物半導体基板の製造方法を提供する。
【００１０】
この製造方法によれば、ミラー面ではなく非ミラー面に対してレーザー光の照射によりマークを形成するため、ミラー面に対してレーザー光の照射によりマークを形成する場合と比べて、マークの加工条件の制約が緩くなる。これにより、レーザー光を用いて窒化物半導体基板に対してマークを形成するに際し、マークの加工速度を速くすることができ、より短時間でマークを形成することが可能となる。
また、非ミラー面は、ミラー面と比べて光が散乱されるため、レーザー光を吸収し易くなる。このため、非ミラー面へのマークの形成は、ミラー面へのマークの形成と比べて、短時間で行うことができる。
さらに、非ミラー面はレーザー光が透過し難いため、レーザー光の条件によらず、窒化物半導体基板の裏面側にマークが形成されてしまうことを抑制することができる。
加えて、非ミラー面にマークを形成した後で、マークが残留する研磨深さで非ミラー面の表面を研磨する。よって、レーザー光の照射によりマークが形成された窒化物半導体基板のマークの縁部の表面状態を良好にすることができ、窒化物半導体基板の品質を向上することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レーザー光を用いて窒化物半導体基板に対してより短時間でマークを形成することができるとともに、マークの縁部の表面状態を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るマーク付き窒化物半導体基板の製造方法の一連の工程を示すフローチャートである。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は実施形態に係るマーク付き窒化物半導体基板の製造方法の一連の工程を示す模式的な断面図である。
【図３】図３は実施形態に係るマーク付き窒化物半導体基板の製造方法により形成されたマークの平面画像を示す図である。
【図４】実施形態に係るマーク付き窒化物半導体基板の製造方法により形成されたマークを俯瞰した画像を示す図である。
【図５】実施例１に係るマーク付き窒化物半導体基板の製造方法により形成されたマーク（研磨前）の平面画像を示す図である。
【図６】実施例１に係るマーク付き窒化物半導体基板の製造方法により形成されたマーク（研磨後）の平面画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。
【００１４】
図１は実施形態に係るマーク付き窒化物半導体基板の製造方法の一連の工程を示すフローチャートである。図２（ａ）〜（ｃ）は実施形態に係るマーク付き窒化物半導体基板の製造方法の一連の工程を示す模式的な断面図である。図３は実施形態に係るマーク付き窒化物半導体基板の製造方法により形成されたマーク２０の平面画像を示す図である。図４は実施形態に係るマーク付き窒化物半導体基板の製造方法により形成されたマーク２０を俯瞰した画像を示す図である。
【００１５】
本実施形態に係るマーク付き窒化物半導体基板の製造方法は、Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（ｘ≧０）からなり非ミラー面１１を有する窒化物半導体基板１０を準備する第１工程（図１のステップＳ１、図２（ａ））と、非ミラー面１１にマーク２０を形成する第２工程（図１のステップＳ２、図２（ｂ））と、第２工程の後でマーク２０が残留する研磨深さで非ミラー面１１の表面を研磨する第３工程（図１のステップＳ３、図２（ｃ））と、を含む。非ミラー面１１にマーク２０を形成する工程では、非ミラー面１１にレーザー光を照射することによって、非ミラー面１１においてレーザー光が照射された領域を窪ませて、非ミラー面１１にマーク２０を形成する。つまり、非ミラー面１１の表面を、非ミラー面１１の反対側面（他方の面１２）に向けて窪ませることによって、マーク２０を形成する。
以下、詳細に説明する。
【００１６】
窒化物半導体基板１０は、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板である。ただし、窒化物半導体基板１０は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）基板であっても良いし、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板であっても良い。すなわち、窒化物半導体基板１０は、Ａｌ１−ｘＧａｘＮからなる基板である（ｘ≧０）。
【００１７】
窒化物半導体基板１０を作製する方法としては、異種基板上に窒化物半導体層（例えばＧａＮ層）を厚膜成長した後、窒化物半導体層から異種基板を剥離することにより、窒化物半導体層の単膜を得て、この単膜の表裏の面に対して、機械研磨処理によって、粗い番手の砥粒を用いた研磨及び研削（以下粗研磨と称する）を行うことにより、窒化物半導体層からなる窒化物半導体基板１０を得る方法がある。
【００１８】
窒化物半導体基板１０は、少なくともその一方の面が非ミラー面１１である。非ミラー面１１は、例えば、上述のような粗研磨によって形成された面である。非ミラー面１１は、例えば、その表面粗さＲａが０．０５μｍ以上である。
【００１９】
なお、窒化物半導体基板１０の他方の面１２は、非ミラー面であっても良いし、ミラー面であっても良い。
【００２０】
また、マーク２０を形成するために非ミラー面１１に照射されるレーザー光の波長は、例えば、４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下とすることができる。
非ミラー面１１に照射されるレーザー光は、より具体的には、例えば、ＹＡＧレーザー又はＹＶＯ４レーザーの基本波、または第２高調波（２倍波）とすることができる。ただし、窒化物半導体基板１０の表面にマーク２０を形成することが可能なレーザー光であれば、その他のレーザー光であっても良い。
【００２１】
本実施形態では、レーザーの発振波長域での透過率が高い窒化物半導体基板１０に対しても、非ミラー面にレーザー光を照射してマーク２０を形成することにより、レーザー光が透過し難くくなるため、容易に表面にマーク２０を形成することができる。
【００２２】
第２工程では、窒化物半導体基板１０を図示しないレーザーマーキング装置のステージに設置し、レーザーマーキング装置のレーザー光源から非ミラー面１１に対してレーザー光を照射しながら、非ミラー面１１上においてレーザー光を走査させる。非ミラー面１１上においてレーザー光を所望の経路で走査させることにより、非ミラー面１１に所望の形状パターンのマーク２０を形成することができる。マーク２０は、文字、記号、或いはその他の図形等である。
【００２３】
本実施形態では、ミラー面ではなく、ミラー面よりも光が透過され難い非ミラー面１１に、レーザー光を照射する。このため、マーク２０を形成する際に、ミラー面にマークを形成する場合と比べて、レーザー光が吸収され易く、短時間でマーク２０を形成することができる。ただし、マーク２０の周囲には微小な欠けやクラックが発生し易くなる。さらに、加工時間の短縮のためマークの加工条件（レーザー光の出力等）を強くするに従い、欠け・クラックの程度は大きくなる。しかしながらこの後の研磨により欠け・クラックは除去可能なため、マーク２０の加工速度を速くすることができる。
【００２４】
具体的には、マーク２０の加工速度、すなわち非ミラー面１１上におけるレーザー光の走査速度は、例えば、１０ｍｍ／ｓ以上１０００ｍｍ／ｓ以下程度とすることができる。
【００２５】
レーザー光の照射により、窒化物半導体基板１０における非ミラー面１１側の表層がレーザー光のエネルギーを吸収して溶融及び蒸発し、窒化物半導体基板１０においてレーザー光が照射された領域が、非ミラー面１１からその反対側面に向けて窪んだ状態となる。つまり、窪みからなるマーク２０が非ミラー面１１に形成される。
【００２６】
ここで、レーザー光の照射によりマーク２０を形成することによって、図２（ｂ）に示すように、マーク２０の縁部は、隆起部２１が形成されたり、飛沫が付着したりするなどによって、表面が荒れた状態となる場合がある。
【００２７】
そこで、本実施形態では、マーク２０の形成後、非ミラー面１１を研磨することによって、マーク２０の縁部の表面状態を改善する。
【００２８】
この研磨では、マーク２０の深さ方向における少なくとも一部分が残留する研磨深さ（研磨厚さ）で非ミラー面１１の表面を研磨する（図１のステップＳ３）。これにより、マーク２０の縁部の表面状態を良好なものとすることができる。例えば、レーザー光の照射によりマーク２０を形成した後の状態では、マーク２０の周囲に微小なクラック等が発生していたとしても、そのクラック等が発生している部分を、研磨によって除去することができる。これにより、マーク２０が形成された表面にクラックのない窒化物半導体基板１０を得ることができる。
【００２９】
より具体的には、例えば、この研磨では、レーザー光の照射によりマーク２０の縁部に形成された隆起部２１を除去する。これにより、窒化物半導体基板１０の品質をさらに良好にすることができる。
【００３０】
この研磨では、非ミラー面１１をミラー面１３（図２（ｃ））に加工しても良い。これにより、先にミラー面を形成した後でこのミラー面にマークを形成する場合と比べて、ミラー面１３にマーク２０が形成された窒化物半導体基板１０を生産性良く得ることができる。
【００３１】
ここで、ミラー面１３は、例えば、その表面粗さＲａが０．０５μｍ未満である。
【００３２】
なお、マーク２０が形成された面は、必ずしもミラー面１３とする必要は無い。他方の面１２のみをミラー面とする場合、例えば、マーク２０が形成された面に梨地加工を施すことによって、表面のクラックを除去したり、隆起部２１を除去したりすることができる。すなわち、第３工程での研磨では、レーザー光の照射によりマーク２０の縁部に形成された隆起部２１を除去し、非ミラー面１１を第２非ミラー面（例えば梨地面）に加工しても良い。
【００３３】
図３は、レーザー光としてＹＡＧレーザーの第２高調波を非ミラー面１１に照射することによってマーク２０が形成された窒化物半導体基板１０の実際の平面画像（顕微鏡写真）を示している。この画像は、ステップＳ３の研磨を行う前の状態を示す。すなわち、粗研磨を行うことによって形成された粗面である非ミラー面１１に、マーク２０を形成した状態を示す。図３のレーザー出力は１．２Ｗ、加工速度は５０ｍｍ／ｓ、加工周波数は２０ｋＨｚとした。
【００３４】
図４は、レーザー光としてＹＡＧレーザーの第２高調波を非ミラー面１１に照射することによってマーク２０が形成された窒化物半導体基板１０のマーク２０周辺を俯瞰した実際の画像（デジタルマイクロスコープにより撮像した画像）を示している。この画像は、ステップＳ３の研磨を行う前の状態を示す。マーク２０の縁部に隆起部２１が形成されていることが分かる。
【００３５】
マーク２０の深さ（非ミラー面１１の研磨を行う前のマーク２０の深さ）は、特に限定されないが、例えば、２０μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。また、非ミラー面１１の研磨を行った後の最終形状のマーク２０の深さは、特に限定されないが、例えば、５μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。
また、窒化物半導体基板１０の厚さは、特に限定されないが、例えば、３００μｍ以上６００μｍ以下の厚さの窒化物半導体基板１０を用いることができる。
【００３６】
以上のような実施形態によれば、マーク付き窒化物半導体基板の製造方法は、Ａｌ１−ｘＧａｘＮ（ｘ≧０）からなり非ミラー面１１を有する窒化物半導体基板１０を準備する第１工程と、非ミラー面１１にレーザー光を照射することによって、非ミラー面１１においてレーザー光が照射された領域を窪ませて、非ミラー面１１にマーク２０を形成する第２工程と、を含む。
つまり、ミラー面ではなく非ミラー面１１に対してレーザー光の照射によりマーク２０を形成する。よって、ミラー面に対してレーザー光の照射によりマークを形成する場合と比べて、マーク２０の加工条件の制約が緩くなる。これにより、レーザー光を用いて窒化物半導体基板に対してマークを形成するに際し、マーク２０の加工速度を速くすることができ、より短時間でマーク２０を形成することが可能となる。
また、非ミラー面１１は、ミラー面と比べて光が散乱されるために透過してしまう光が減少する。すなわち、窒化物半導体基板にレーザー光が吸収され易くなり、マーク２０を形成する場合において、ミラー面にマークを形成する場合と比べて、短時間でマーク２０を形成することができる。
【００３７】
また、非ミラー面１１はレーザー光が透過し難いため、レーザー光の条件によらず、窒化物半導体基板１０の裏面側にマークが形成されてしまうことを抑制することができる。
【００３８】
なお、従来、窒化物半導体基板にマークを形成する場合は、特許文献１等に記載されているように、ミラー面にマークを形成することが技術常識であった。なぜなら、マークの形成は、窒化物半導体基板が完成した後の最終工程で行うことが普通であるためである。また、窒化物半導体基板の壁開性が高いため、ミラー面にマークを形成することで、マーキングによるチッピングや欠けの発生を抑制する必要があるためである。
また、マーキングの縁の隆起を極力抑制するために、レーザーの加工条件を抑えることが必要であった。
また、上記のように、マークの形成は、窒化物半導体基板が完成した後の最終工程において、ミラー面に対して行うことが普通である。このため、マークの形成後に改めてマークの形成面を研磨したりはしないことが技術常識であった。
【００３９】
これに対し、本実施形態では、第２工程の後、マーク２０が残留する研磨深さで非ミラー面１１の表面を研磨する第３工程をさらに行うので、マーク２０の縁部の表面状態を改善することができる。例えば、レーザー光の照射によりマーク２０の周囲に微小なクラック等が発生していたとしても、そのクラック等が発生している部分を、研磨によって除去することができる。
なお、マーク２０の周囲のクラックの状態をより改善するために、第３工程での研磨では、機械的な研磨だけでなく、ＣＭＰを行っても良い。また、ＣＭＰに加えて、或いは、ＣＭＰに代えて、熱処理やエッチングの処理を行うことにより、クラックの状態を改善させることもできる。
【００４０】
より具体的には、第３工程での研磨では、レーザー光の照射によりマーク２０の縁部に形成された隆起部２１を除去するので、窒化物半導体基板１０の品質をさらに良好にすることができる。
【００４１】
より具体的には、例えば、第３工程での研磨により、非ミラー面１１をミラー面１３に加工するので、ミラー面１３にマーク２０が形成された窒化物半導体基板１０を生産性良く得ることができる。
【００４２】
非ミラー面１１は、その表面粗さＲａが０．０５μｍ以上であることにより、非ミラー面１１をミラー面よりも光が散乱され易い状態とすることができる。このため、透過率の高い波長域のレーザー光を照射し、マーク２０を形成する場合において、より短時間でマーク２０を形成することができる。
【００４３】
また、第２工程では、例えば、非ミラー面１１上においてレーザー光を１０ｍｍ／ｓ以上１０００ｍｍ／ｓ以下の速度で走査することによってマーク２０を形成することができ、短時間でマーク２０を形成することができる。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
図５および図６は実施例１に係るマーク付き窒化物半導体基板の製造方法により形成されたマークの平面画像（顕微鏡写真）を示す図であり、このうち図５は研磨前の状態を、図６は研磨後の状態を、それぞれ示す。
【００４５】
先ず、自立化されたＧａＮ基板の一方の面をＲａ＝０．１以上０．２μｍ以下の範囲の不透明な粗研磨（非ミラー面）まで加工した。次に、ＧａＮ基板の一方の面における所定の位置にレーザー出力を５Ｗ、加工速度５０ｍｍ／ｓ、加工周波数１０ｋＨｚとしてマークを形成した（図５）。マークの深さは約２６μｍ程度であった。ただし、マークの縁部は、隆起や揮発物の再付着によって品質が低下していることが明らかであった。また、マークを形成した面とは反対側の面にはマークが形成されていなかった。
【００４６】
次に、マークを形成した後のＧａＮ基板の一方の面に対し、ダイヤモンド粒子を含有する研磨スラリーを用いてダイヤモンド研磨を行うことによって、ＧａＮ基板をミラー面まで加工した後、ＣＭＰを行った（図６）。マーク縁部の隆起や再付着した揮発物は除去されており、チッピングもなく、明瞭なマークを有する面が得られた。この面の品質は、半導体基板の品質として十分なものとすることができた。
【００４７】
以上、本発明の実施形態及び実施例を説明したが、上記の実施形態及び実施例は本発明を実施するための例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。更に本発明の範囲内において他の様々な実施形態及び実施例が可能であることは上記記載からも明らかである。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 窒化物半導体基板
１１ 非ミラー面
１２ 他方の面
１３ ミラー面
２０ マーク
２１ 隆起部
【図１】
2015119087.tif 000003
【図２】
2015119087.tif 000004
【図３】
2015119087.tif 000005
【図４】
2015119087.tif 000006
【図５】
2015119087.tif 000007
【図６】
2015119087.tif 000008