(57)【要約】【課題】素子ワレ、カケの少ない、歩留まりの良い３族窒化物系化合物半導体素子の分離方法を提供する。【解決手段】基板１ｓに、複数層の３族窒化物系化合物半導体層を形成し、素子形状及び電極形成を行う。（２つの３族窒化物系化合物半導体層２ｎと３ｐで代表させている。）分離線上に、エッチング又はダイサーによるダイシング等で、基板に近い側の電極形成層のみ残された状態、又は分離線上の３族窒化物系化合物半導体層が無い状態を作る（ａ）。保護膜４を全表面に形成し（ｂ）、レーザーにより、基板１ｓに、分離溝５を形成する（ｃ）。保護膜４をレーザーによる反応物とともに除去し（ｄ）、基板１ｓ裏面を研磨し、基板１ｓを薄膜化する（ｅ）。次に基板１ｓの裏面の格子枠状の分離線に対応するように、裏面溝６を形成し（ｆ）、分離線に沿って個々の素子に分離する（ｇ）。【選択図】　図１
2004031526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された３族窒化物系化合物半導体素子を分離して個々の３族窒化物系化合物半導体素子とする製造方法において、
分離線上の３族窒化物系化合物半導体層が前記基板に近い側の電極形成層のみ残された状態、又は分離線上の３族窒化物系化合物半導体層が無い状態とする半導体層除去工程と、
基板表面側層を覆う、後の工程で除去可能な保護膜を形成する保護膜形成工程と、
分離線に沿ってレーザービームを走査して分離溝を形成するレーザー走査工程と、
前記保護膜及びレーザービーム走査により生じた不要物を除去する保護膜等除去工程とを有し、
分離線に沿ってレーザービームの走査により形成された分離溝を用いて基板を素子ごとに分離して個々の３族窒化物系化合物半導体素子とすることを特徴とする３族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記半導体層除去工程は、エッチングにより前記基板に近い側の電極形成層の電極形成部を露出させる電極形成エッチング工程により行われることを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記半導体層除去工程は、ダイシングにより分離線上の、前記基板の電極形成層側の一部まで除去することを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記保護膜等除去工程以降に、前記分離溝に対応するように、基板裏面に裏面溝を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の３族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記保護膜等除去工程以降に、基板を裏面から研磨により薄肉化して、基板表面に形成された分離溝のみにより基板を素子ごとに分離して個々の３族窒化物系化合物半導体素子とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の３族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記保護膜等除去工程以降に、基板を裏面から研磨により薄肉化した後、前記分離溝に対応するよう、基板裏面に裏面溝を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の３族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板上に形成された３族窒化物系化合物半導体素子の製造方法に関する。本発明は特に、基板上に形成された３族窒化物系化合物半導体を容易且つ歩止まり良く分離して、個々の３族窒化物系化合物半導体素子を得るための製造工程に関する。
【０００２】
【従来の技術】
３族窒化物系化合物半導体素子の製造、例えば青色ＬＥＤ等の製造においては、基板としてサファイアやスピネルなどが用いられている。これらはシリコンやガリウムヒ素と異なり、加工が容易でないため、基板上に形成した３族窒化物系化合物半導体ウエハを個々の素子に分離するためウエハを分割する際、他の半導体素子とは異なり困難が伴う。
【０００３】
例えば、素子形成面側をダイヤモンドブレードを用いたダイサーにより、分離線上の３族窒化物系化合物半導体層の一部を除去又は基板表面側から約１０μｍの深さに達する分離溝を形成し（いわゆるハーフカット）、裏面にスクライバーで浅い裏面溝を形成してローラーブレイキングするなどしていた。この際、厚さ３００μｍのウエハを素子形成後に裏面を研磨して厚さ１００μｍ程度としてから裏面溝を形成することが多かった。その結果、分離に際し、素子として機能しないような割れ方をしたもの（素子ワレ）、周辺部が一部欠けて正常品とは認めがたいもの（カケ）が５％程度生じるものが多かった。ダイサーによる基板に達する分離溝の深さを１０μｍとする場合、その幅は２０〜３０μｍが必要である。一方基板表面からの深さを大きくすると基板のワレ方に起因する不具合が低減されるが、さらに深くするには幅も広げざるを得ない。分離に必要な幅を大きくすると言うことは、１枚のウエハから得られる半導体素子の個数を減らすことを意味する。更に異なる厚さのウエハに対しては例えば裏面研磨の時間や条件設定を変えなければならないが、それは試行錯誤を伴う極めて煩雑な作業である。ところで、レーザービームにより分離溝を形成するものが各種提案（特許第３２３０５７２号等）されているが、３族窒化物系化合物半導体素子の製造において、実用化には至っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
単にレーザービームにより分離溝を形成するのみでは、レーザーの溝形成が溶融、蒸発、及び化学反応であって、反応物が不要物として素子面を汚染する。また、溶融した半導体が、望ましくない短絡経路を形成し、素子特性を著しく損ねたり、場合によっては合格品が極めて少ない分離方法となってしまう。
【０００５】
本発明は上記の検討結果に基づき完成されたものであって、基板を容易且つ歩止まり良く分離して、個々の３族窒化物系化合物半導体素子を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の手段によれば、基板上に形成された３族窒化物系化合物半導体を分離して個々の３族窒化物系化合物半導体素子とする製造方法において、分離線上の３族窒化物系化合物半導体層が基板に近い側の電極形成層のみ残された状態、又は分離線上の３族窒化物系化合物半導体層が無い状態とする半導体層除去工程と、基板表面側層を覆う、後の工程で除去可能な保護膜を形成する保護膜形成工程と、分離線に沿ってレーザービームを走査して分離溝を形成するレーザー走査工程と、保護膜及びレーザービーム走査により生じた不要物を除去する保護膜等除去工程とを有し、分離線に沿ってレーザービームの走査により形成された分離溝を用いて基板を素子ごとに分離して個々の３族窒化物系化合物半導体素子とすることを特徴とする。ここで分離線とは、ウエハから全ての３族窒化物系化合物半導体素子を個々に分離するための理想の分離面（ただし基板又はウエハ面に垂直）を、基板又はウエハ表面側又は裏面側から見た場合の、格子枠状の線を意味する。
【０００７】
また、請求項２に記載の手段は、半導体層除去工程は、エッチングにより基板に近い側の電極形成層の電極形成部を露出させる電極形成エッチング工程により行われることを特徴とする。また、請求項３に記載の手段は、半導体層除去工程は、ダイシングにより分離線上の、基板の電極形成層側の一部までを除去することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に記載の手段は、保護膜等除去工程以降に、分離溝に対応するように、基板裏面に裏面溝を形成することを特徴とする。また、請求項５に記載の手段は、保護膜等除去工程以降に、基板を裏面から研磨により薄肉化して、基板表面に形成された分離溝のみにより基板を素子ごとに分離して個々の３族窒化物系化合物半導体素子とすることを特徴とする。また、請求項６に記載の手段は、これらを組合せ、基板を裏面から研磨により薄肉化した後、既に形成された分離溝に対応するよう、基板裏面に裏面溝を形成することを特徴とする。
【０００９】
【作用及び発明の効果】
分離線上の３族窒化物系化合物半導体層が基板に近い側の電極形成層のみ残された状態、又は分離線上の３族窒化物系化合物半導体層が無い状態とすることで、３族窒化物系化合物半導体層のレーザー走査による溶融物、反応物が、各々異なる電極と接触すべき層の間で短絡を生じることを防止することができる。また、保護膜を形成することで、レーザー走査により生じる基板や３族窒化物系化合物半導体層の溶融物、反応物が半導体素子に付着することを防止することができる。特に、各々異なる極性の電極と接触すべき層の間で短絡を生じることを防止することができる。このようにして、３族窒化物系化合物半導体素子の電気特性等に不具合を生じることなく、幅が一定で細く、深い分離溝を形成することができる。即ち、走査速度や多重回数で分離溝の深さを調整可能とし、幅が一定な、深い分離溝やウエハの厚さやウエハの反りに応じた深さの分離溝を容易に形成することができる。また、当該深い分離溝の形成に際し３族窒化物系化合物半導体層と基板の剥離が生じない。同じ深さの分離溝の形成に必要な消耗品であるブレードや純水を削減することができ、製造コストを抑えることができる。現在既に２０μｍ以下のビーム径のレーザーが入手可能で、同じ深さの分離溝の形成の際にダイシングで生じる分離溝の幅より狭くでき、例えば発光素子においては発光面の間隔を６０μｍ以下とすることができる（請求項１）。
【００１０】
分離溝を形成する前に、エッチングにより基板に近い側の電極形成層の電極形成部を露出させる電極形成エッチング工程により、分離線上の他の電極層を除去すれば、レーザー走査による異なる層間の短絡を防ぐための半導体層除去工程を別に設ける必要がなく、作業工程が短縮できる（請求項２）。また、ダイシングにより少なくとも、基板の電極形成層側の一部までを除去すれば、条件設定により基板表層を所望の深さに削ることが可能である（請求項３）。
【００１１】
分離溝に対応するよう、基板裏面に裏面溝を形成することで、確実に分離線に沿って分離面を形成することができる（請求項４）。また、基板を裏面から研磨により薄肉化すれば、基板表面に形成された分離溝のみにより容易に基板を素子ごとに分離して個々の３族窒化物系化合物半導体素子とすることも可能である（請求項５）。これらを組合わせて、基板を裏面から研磨により薄肉化した後、既に形成された分離溝に対応するよう、基板裏面に裏面溝を形成すれば、より確実に基板を素子ごとに分離して個々の３族窒化物系化合物半導体素子とすることができ、レーザー走査による表面側分離溝の形成も、浅く且つレーザー走査を速くすることができる（請求項６）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。尚、本発明は以下に説明する実施形態、実施例に限定されるものではない。また、図１乃至図３においては、本発明の本質を説明するため、極めて簡略化した図を用いるが、以下に説明する通り、図１乃至図３に基づいて、本発明は通常の３族窒化物系化合物半導体素子の製造方法に適用できるものである。
【００１３】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態を説明するための工程図（断面図）である。基板１ｓに、複数層の３族窒化物系化合物半導体層を形成し、素子形状及び電極形成を行う。図１では、２つの３族窒化物系化合物半導体層２ｎと３ｐで代表させているが、これは短絡させてはいけない層を意味するのであって、２層の３族窒化物系化合物半導体層のみを意味するものではない。次に、分離線上に、エッチング又はダイサーによるダイシング等で、基板に近い側の電極形成層のみ残された状態を作る（図１の（ａ））。即ち、凹部Ａを形成する。ここで分離線とは、基板１ｓから全ての３族窒化物系化合物半導体素子を個々に分離するための理想の分離面（ただし基板１ｓ面に垂直）を、基板１ｓ表面側又は裏面側から見た場合の、格子枠状の線を意味する。図１の（ａ）では、基板に近い側の電極形成層２ｎのみ残す状態としたが、基板１ｓが露出するまで、或いは基板１ｓの一部を取り除くまで、エッチング又はダイサーによるダイシング等を行って良いことはもちろんである。次に、レーザーによる基板１ｓの反応物等の付着を防止するため、保護膜４を全表面に形成する（図１の（ｂ））。保護膜４は、レーザー走査による分離溝５の形成の際、レーザーが当たらない部分では容易には溶融しないものであって、後の工程で除去可能であり、半導体素子の特性に悪影響を及ぼさないものであれば任意のものが使用可能である。
【００１４】
次に、レーザーにより、基板１ｓに、分離溝５を形成する（図１の（ｃ））。分離溝５は格子枠状の分離線に沿って基板１ｓの表面側（素子を形成した側）に格子枠状に形成される。分離溝５は、後の工程で研磨により基板１ｓを薄肉化した後の厚さの１／５程度以上の深さとすると良い。尚、基板１ｓの一部を取り除くまで、エッチング又はダイサーによるダイシング等を行う場合は、それにより取り除かれた基板１ｓの厚さとレーザー走査により削られた深さを併せて、後の工程で研磨により基板１ｓを薄肉化した後の厚さの１／５程度以上の深さとすれば良い。。次に、保護膜４をレーザーによる反応物とともに除去する（図１の（ｄ））。
【００１５】
次に、基板１ｓ裏面を研磨し、基板１ｓを薄肉化する（図１の（ｅ））。次に基板１ｓの裏面の格子枠状の分離線に対応する位置に、裏面溝６を形成する（図１の（ｆ））。裏面溝６の形成方法に関してはは分離溝５と異なり、スクライバー等により浅い溝を形成すれば良い。こののちローラーブレイキング等により格子枠状の分離線に沿って個々の素子に分離する。この場合、分離溝５の深さは薄肉化した基板１ｓの１／５程度以上であるので、分離面７は確実に格子枠状の分離線に沿った、分離溝５と裏面溝６とを接続したものとなる。即ち、斜め方向などの望ましくない方向に割れることが防止される（図１の（ｇ））。
【００１６】
〔第２の実施の形態〕
図２は、本発明の第２の実施の形態を説明するための工程図（断面図）である。図１の第１の実施の形態同様、分離線上に、エッチング又はダイサーによるダイシング等で、基板に近い側の電極形成層のみ残された状態を作る（図２の（ａ））。この場合、基板１ｓが露出するまで、或いは基板１ｓの一部を取り除くまでエッチング又はダイサーによるダイシング等を行って良いことはもちろんである。次に、後の工程で除去可能な保護膜４を全表面に形成する（図２の（ｂ））。次に、本実施形態では、基板１ｓの厚さの１／５程度以上の深さの第１の溝５ｄを、格子枠状の分離線に沿って基板１ｓの表面側（素子を形成した側）に格子枠状に形成する（図２の（ｃ））。次に、保護膜４をレーザーによる反応物とともに除去する（図２の（ｄ））。
【００１７】
次に基板１ｓの裏面の格子枠状の分離線に対応するように、裏面溝６を形成する（図２の（ｅ））。裏面溝６の形成方法は第１の実施の形態におけるものと同様に、スクライバー等により浅い溝を形成すれば良い。こののちローラーブレイキング等により格子枠状の分離線に沿って個々の素子に分離する。分離溝５ｄの深さが基板１ｓの１／５程度以上であるので、分離面７は確実に格子枠状の分離線に沿った、分離溝５ｄと裏面溝６とを接続したものとなる（図２の（ｆ））。
【００１８】
〔第３の実施の形態〕
図３は、本発明の第３の実施の形態を説明するための工程図（断面図）である。図２の第２の実施の形態同様、分離線上に、エッチング又はダイサーによるダイシング等で、基板に近い側の電極形成層のみ残された状態を作る（図３の（ａ））。この場合、基板１ｓが露出するまで、或いは基板１ｓの一部を取り除くまでエッチング又はダイサーによるダイシング等を行って良いことはもちろんである。次に、後の工程で除去可能な保護膜４を全表面に形成する（図３の（ｂ））。次に、後の工程で研磨により基板１ｓを薄肉化した後の厚さ程度以上の深さの第１の溝５ｄを、格子枠状の分離線に沿って基板１ｓの表面側（素子を形成した側）に格子枠状に形成する（図３の（ｃ））。次に、保護膜４をレーザーによる反応物とともに除去する（図３の（ｄ））。
【００１９】
次に、１枚の粘着シート８を基板１ｓ表面全体に貼り付け、裏返して基板１ｓ裏面を研磨し、基板１ｓを薄肉化する（図３の（ｅ））。基板１ｓを薄肉化して、分離溝５の深さ以下にまで薄肉化すれば、確実に格子枠状の分離線に沿った、分離溝５により個々の素子が分離できる（図３の（ｆ））。
【００２０】〔第１実施例〕
図４はワレとカケの歩留まり及び素子特性を評価するために行った、本発明の具体的な第１の実施例を説明するための工程図（断面図）である。厚さ約３００μｍのサファイア基板１上に３族窒化物系化合物半導体層を積層して、ｐｎダブルヘテロ接合の約３０００個の青色ＬＥＤ素子を形成した。当該素子部分の積層構造については簡略化し１の符号２で示す。電極含まないで、３族窒化物系化合物半導体層の総膜厚は約５μｍである。まず、ダイヤモンドブレードを使用するダイサーによって、各格子内が１の青色ＬＥＤ素子となる格子枠状の分離線に沿って、最深部１０μｍ、幅約３０μｍの第１の溝部Ａを形成した。この時、第１の溝部Ａの最深部Ｂにおいて、サファイア基板１は約５μｍ削除された。
【００２１】
次に、透明樹脂４を素子形成面の全面に塗布し、硬化させた。次にＹＡＧレーザーの第３次高調波（波長３５５ｎｍ）を用い、ビーム径約２０μｍのレーザービームを分離線に沿って照射し、第１の溝部Ａより更に１０μｍ深い第２の溝部Ｃを形成した。こうして第１の溝部Ａと第２の溝部Ｃにより、サファイア基板１を約１５μｍ削った分離溝５が形成された。この後、サファイア基板１の裏面を研磨し、サファイア基板１を１００μｍまで薄肉化させた。次にサファイア基板１の裏面にスクライバーにより分離溝６を形成した。この後、ローラーブレイキングによりサファイア基板を割り、個々の青色ＬＥＤ素子に分離した。この際、サファイア基板１を割ること自体による形状不良品（いわゆる素子ワレ、カケ）は１０個以下であり、また、各発光素子は、レーザーを用いないで分離した青色ＬＥＤ素子と素子特性に差異がなかった。
【００２２】
〔比較例１〕
レーザーを用いないで、表面をダイシング、裏面を研磨後のスクライビングとした他、上記第１実施例と同様に素子分離を行った場合、形状不良品（いわゆる素子ワレ、カケ）は１００個以上生じた。
【００２３】
〔比較例２〕
表面の分離溝をレーザーのみを用い、ダイシングを行わないものとした他、上記第１実施例と同様に素子分離を行った場合、不良品（いわゆる素子ワレ、カケ）は少なく、良好であった。しかし、ｐ電極側層とｎ電極側層の短絡が生じるため、いずれの場合も素子特性の不良が大量に生じた。又、ＹＡＧレーザーの基本波（１０６４ｎｍ）、ビーム径約１５μｍの場合においても、同様な結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明するための工程図（断面図）。
【図２】本発明の第２の実施の形態を説明するための工程図（断面図）。
【図３】本発明の第３の実施の形態を説明するための工程図（断面図）。
【図４】本発明の具体的な第１の実施例を説明するための工程図（断面図）。
【符号の説明】
１、１ｓ　基板
２　積層した３族窒化物系化合物半導体層
２ｎ　基板に近い電極形成層（３族窒化物系化合物半導体層）
３ｐ　３族窒化物系化合物半導体層
４　保護膜
５、５ｄ　分離溝
６　裏面溝
７　分離面
８　粘着シート
Ａ　凹部又は第１の溝部
Ｂ　第１の溝部の最深部
Ｃ　第２の溝部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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