(57)【要約】【課題】ウエハにレーザーにより分離溝を形成し、非透明な溶融再固化物を除いてから個々のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子を得る。【解決手段】基板１にＩＩＩ族窒化物系化合物半導体素子層２を形成し、粘着シート３を貼り、ウエハを裏返す（ａ）。レーザー照射により、ウエハを裏面に格子状（ｄ）に分離溝を形成すると、溶融再固化物Ｍを有した状態で分離溝が形成される（ｂ）。分離溝側面ＬＳが露出するまでブラスト処理を行う（ｃ）。こののちローラーブレーキング等により個々の素子に分離する。（ｅ）はブラスト処理前の（ｂ）でＡと示した部分の拡大図であり、分離溝表面に溶融再固化物Ｍが、基板１裏面には溶融飛散再固化物Ａｂが一様に付着している。（ｆ）のように、分離溝側面ＬＳが露出するまでブラスト処理を行えば、更には基板１裏面の一部をも削ることとなり、表面荒れを生じた基板裏面ＢＳを露出させ、光取り出し性を向上させることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたＩＩＩ族窒化物系化合物半導体素子を分離して個々のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体素子とする製造方法において、
レーザーにより分離溝を形成したのち研磨処理又はブラスト処理を行うことを特徴とするＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記分離溝はＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層及び電極を形成した表面側とは反対側の裏面に形成し、当該裏面側を研磨処理又はブラスト処理することを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
処理はブラスト処理であって、用いる粒子は、分離溝の幅の１／２程度の直径の粒子を中央値の成分とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記基板はサファイア基板であ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ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
処理はブラスト処理であって、前記粒子は主としてアルミナ又は炭化珪素からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
【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ＩＩＩ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ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体素子を容易且つ歩止まり良く分離して、個々のＩＩＩ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】
ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体素子の製造、例えば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。これらの材料の基板はシリコンやガリウムヒ素を用いた基板と異なり、加工が容易でないため、基板上にＩＩＩ族窒化物系化合物半導体を積層して得られるウエハを個々の素子に分割する際、他の半導体素子とは異なり困難が伴う。公知技術としては例えば以下の特許文献１乃至３のような技術がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平  ７−１３１０６９号公報
【特許文献２】
特開平  ５−３１５６４６号公報
【特許文献３】
特許第３２３０５７２号公報
【０００４】
特許文献１、２のように、例えば、エッチングにより分離線上のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層の一部を除去し、又はダイヤモンドブレードを用いたダイサーにより基板の表面から約１０μｍの深さに達する分離溝を形成した後（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して素子を分離していた。この際、素子形成後に厚さ３００μｍのウエハの裏面を研磨してウエハの厚さを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）や周辺部が一部欠けて正常品とは認めがたいもの（カケ）を合わせて５％程度生じるものが多かった。ダイサーにより、基板の分離溝を深さ１０μｍに形成する場合、その分離溝の幅は２０〜３０μｍが必要である。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、深くするには幅もより広げざるを得ない。分離溝の幅が大きくなると、１枚のウエハから得られる半導体素子の個数が減少する。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。一方、特許文献３等のように、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されているが、ＩＩＩ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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
レーザービームにより分離溝を形成する場合、基板材料や半導体材料の溶融、蒸発が生じるため、反応物が素子面を汚染する。このうち素子の表面の汚染については、分離溝形成前に保護膜等で被覆するなどして防止することができる（出願人による特願２００２−１８３７３０）。或いは素子形成面である表面ではなく、裏面に分離溝を形成する手段も考えられる。しかし、形成した分離溝自体は、素子の外周、即ち側面に基板が溶融し再固化した形で残る。透明なサファイア基板に形成した発光素子の場合は、この素子外周（側面）及び裏面に非透明物を形成することとなり、光取り出し効率を低下させることとなる。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するために完成されたものであって、分離後の素子外周における基板の溶融物を極力除去することを目的とする。
【０００７】
【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ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体素子を分離して個々のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体素子とする製造方法において、レーザーにより分離溝を形成したのち研磨処理又はブラスト処理を行うことを特徴とするＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法である。ここでブラスト処理とは、微粒子粉体を被処理物に高圧で吹きつけ、被処理物表面を削るものを言う。
【０００８】
また、請求項２に記載の手段によれば、分離溝はＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層及び電極を形成した表面側とは反対側の裏面に形成し、当該裏面側を研磨処理又はブラスト処理することを特徴とする。また、請求項３に記載の手段によれば、処理はブラスト処理であって、用いる粒子は、分離溝の幅の１／２程度の直径の粒子を中央値の成分とすることを特徴とする。また、請求項４に記載の手段によれば、基板はサファイア基板であることを特徴とする。また、請求項５に記載の手段によれば、処理はブラスト処理であって、粒子は主としてアルミナ又は炭化珪素からなることを特徴とする。
【０００９】
【作用及び発明の効果】
以下に示す通り、研磨処理又はブラスト処理において条件を適切に設定することにより、分離後のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子の特性を損ねることなく、溶融し再固化した基板の溶融物を大幅に除去できることが本願発明者らによって確かめられた。即ち、レーザービームにより分離溝を形成したのち、研磨処理又はブラスト処理をすることにより、分離後に非透明な基板の溶融物を除去した、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子を得ることが可能となる（請求項１）。また、ダイサーやスクライバーを用いる場合に必要な高価な消耗品（切削器具）を使用することがないので、製造コストを抑制することができる。
【００１０】
レーザービームによる分離溝の形成及び研磨処理若しくはブラスト処理を素子を形成した表面側でなく裏面側に行うことにより、素子を形成するＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層への影響を押えることができる。これは極めて深い裏面溝を形成可能とするので、他のダイサーやスクライバーを用いず、実質的にレーザービームによる分離溝のみでウエハの分離も可能となる。また、研磨処理又はブラスト処理により基板裏面が削られ、ブラスト粒子の大きさ程度の凹凸が形成される。これは素子の発光の際にチップ底面で乱反射することとなり、光取り出し性が向上する（請求項２）。
【００１１】
レーザービームによる分離溝には当該分離溝程度の大きさの溶融物が固化しているので、その大きさのものを吹き飛ばせるよう、ブラスト処理に用いる粒子の大きさを設定することが必要である。このためには粒子は、分離溝の幅の１／２程度の直径の粒子を中央値の成分とすることが望ましい（請求項３）。サファイア基板を用いることで、フリップチップタイプの発光素子を形成し、裏面から光取り出し性の向上した、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子を得ることができる（請求項４）。粒子は他の望ましくない影響を有しない様な化合物等が望ましく、主としてアルミナ又は炭化珪素からなることが望ましい（請求項５）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の概要を示すための説明図である。図１（ａ）はＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子を示す斜視図である。外周側面のうち、ＬＣと示した部分はレーザー照射により形成された分離溝の側面であり、Ｂｒと示した部分は分離溝から発生させた亀裂により生じた基板の分離面である。
【００１３】
基板表面にＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子を形成し、裏面からレーザーを照射して分離溝を形成し、単にローラーブレーキングした場合は、図１（ｂ）の斜視図のようにレーザーによる基板の溶融再固化物Ｍが分離溝側面に、また、蒸発（昇華）再固化物又は溶融飛散再固化物Ａｂが基板裏面全体に付着することとなる。これは図１（ｃ）の断面図のように、分離溝側面全体と、基板裏面全体を覆う。通常これらは非晶質のため非透明であり、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子の光取り出し性を悪化させる。そこで本発明の研磨処理又はブラスト処理ののちローラーブレーキングすることで、図１（ｄ）の斜視図の及び図１（ｅ）の断面図のように、溶融再固化物Ｍをほとんど除去して、分離溝側面ＬＳを露出させ、また、蒸発（昇華）再固化物又は溶融飛散再固化物Ａｂを除去し、表面荒れを有する基板裏面ＢＳを露出させることができる。こうして、非透明な溶融再固化物Ｍや蒸発（昇華）再固化物又は溶融飛散再固化物Ａｂを外周部及び裏面にほとんど有せず、裏面に凹凸を有するＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子を簡便に形成することができる。
【００１４】
図２に本発明の実施例を工程図等で示す。まず、図２（ａ）乃至（ｃ）が本発明の実施態様を示す工程図である。基板１にＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層、電極その他の必要な層を形成する。図２（ａ）乃至（ｃ）では間略して１つの層としてＩＩＩ族窒化物系化合物半導体素子層２と示した。次にＩＩＩ族窒化物系化合物半導体素子層２を形成した側に粘着シート３を貼り、ウエハを裏返して基板１裏面を上向きにする（図２（ａ））。次に、必要に応じて基板を研磨して薄肉化しても良い。
【００１５】
次にレーザー照射により、ウエハを裏面に格子状に分離溝を形成する。格子状とは例えば図２（ｄ）のようにする。こうして図２（ｂ）のように、溶融再固化物Ｍを有した状態で分離溝が形成される。次に研磨処理又はブラスト処理を行い、分離溝の溶融再固化物Ｍを除去すると、図２（ｃ）のように分離溝側面ＬＳが露出する。こうしてローラーブレーキング等により分離溝から亀裂ＢＬを生じさせて、個々のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子に分離する。
【００１６】
研磨処理又はブラスト処理前後の詳細図を図２（ｅ）及び図２（ｆ）に示す。図２（ｅ）は研磨処理又はブラスト処理前における、図２（ｂ）でＡと示した部分の拡大図である。分離溝表面に溶融再固化物Ｍが付着し、基板１裏面には蒸発（昇華）再固化物又は溶融飛散再固化物Ａｂが一様に付着している。ここで、研磨処理又はブラスト処理により、分離溝表面の溶融再固化物Ｍを除去すると、研磨処理の場合は当然基板裏面全体、ブラスト処理の場合もブラスト噴出孔が分離溝の幅よりも大きいので、ブラスト粒子が基板１裏面にも叩きつけられ、ブラスト粒子により蒸発（昇華）再固化物又は溶融飛散再固化物Ａｂが除去され、更には基板１裏面の一部をも削ることとなる。こうして、図２（ｅ）でＺと示した範囲が研磨処理又はブラスト処理される。これにより図２（ｆ）のように、分離溝側面ＬＳが露出するまで研磨処理又はブラスト処理を行えば、表面荒れを生じた基板裏面ＢＳを露出させることができる。
【００１７】
以下の実施例ではサファイア基板を用いるものを示すが、本発明を適用する際の基板はサファイア基板に限定されない。基板としてはサファイア、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＺｎＯ、ＭｇＯその他の無機結晶基板、リン化ガリウム又は砒化ガリウムのようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）その他のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体等を用いることができる。下記実施例ではＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を形成する方法を特に例示しないが、形成方法は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ又はＭＯＶＰＥ）が好ましいが、分子線気相成長法（ＭＢＥ）、ハライド気相成長法（Ｈａｌｉｄｅ  ＶＰＥ）、液相成長法（ＬＰＥ）等を用いても良く、各層を各々異なる成長方法で形成しても良い。また、例えばサファイア基板上にＩＩＩ族窒化物系化合物半導体積層する際、結晶性良く形成させるため、サファイア基板との格子不整合を是正すべくバッファ層を形成することが好ましい。各図面では簡略化して要部のみを説明するため、電極その他の形成を省略しているが電極の形成や各部分の形状は、当然発光素子の設計に応じて任意に形成して良い。
【００１８】
〔実施例〕
厚さ約３００μｍのサファイア基板１上にＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層２を積層して、約３０００個のｐｎダブルヘテロ接合構造の青色ＬＥＤ素子を形成した。このウエハの素子形成側面に粘着シートを貼り、裏面を機械研磨してウエハを薄肉化し、厚さを９０〜１５０μｍとした。次に裏面からＹＡＧレーザーの第３次高調波（波長３５５ｎｍ）を用い、ビーム径約１０μｍのレーザービームを分離線に沿って照射し、幅１０〜１５μｍ、深さ５０〜９０μｍの分離溝を形成した。
【００１９】
次に２０００メッシュのアルミナ粒子（粒径の中央値は７μｍ）を用いて、ブラスト処理を行い、裏面を洗浄、乾燥させたのち、ローラーブレーキングした。得られた青色ＬＥＤ素子は、レーザーによらずに従来のダイサー又はスクライバーを用いる方法で分離したものと比較して、光取り出し性が向上し、他の素子特性も同等であった。また、ワレ、カケによる歩留まりも、本発明による分離方法においては従来のダイサー又はスクライバーを用いる分離方法より向上した。
【００２０】
本発明を実施した様子を顕微鏡写真として図３乃至図６に示す。図３は、上記実施例におけるレーザー照射により分離溝を形成したブラスト処理前の、ウエハ裏面の顕微鏡写真である。図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれウエハの異なる位置を示す。図３（ａ）右側に示した通り十文字様の黒い帯状の部分が分離溝Ｌであり、その内部に細い帯状の溶融再固化物Ｍが観察される。また、分離溝Ｌの周囲には蒸発（昇華）再固化物又は溶融飛散再固化物Ａｂの特に多い部分が観察されるが、蒸発（昇華）再固化物又は溶融飛散再固化物Ａｂはウエハの分離溝Ｌ以外の裏面全体にわたって付着している。図３（ｂ）では粒状の蒸発（昇華）再固化物又は溶融飛散再固化物Ａｂが目立たず、分離溝Ｌの周囲に一様に蒸発（昇華）再固化物又は溶融飛散再固化物Ａｂが付着しているものである。
【００２１】
図４、図５はブラスト処理が不十分で、レーザー溶融物が残ったウエハの顕微鏡写真図である。図４のウエハは、ブラスト噴射圧力０．２５ＭＰａで各分離溝Ｌに沿って２回のブラスト処理をしたもの、図５のウエハは、ブラスト噴射圧力０．３５ＭＰａで各分離溝Ｌに沿って２回のブラスト処理をしたものである。いずれも分離溝Ｌ内部に溶融再固化物Ｍが残存していることがわかる。
【００２２】
図６はブラスト処理を十分に行い、レーザー溶融物がほぼ除去されたウエハの顕微鏡写真図である。この処理はブラスト噴射圧力０．３５ＭＰａで各分離溝Ｌに沿って１０回のブラスト処理をしたものである。若干の残存が見られるものの、溶融再固化物Ｍはほぼ除去されている。
【００２３】
上記実施例においてはブラスト処理をする実施例を示したが、本発明は機械研磨によっても達成できる。この時、研磨に用いる研ぎ粉の粒径が分離溝Ｌの幅の１／２程度の中央値を持つものが好ましい。これにより分離溝Ｌの側面ＬＳに付着した非透明の溶融再固化物Ｍを除くことが可能である。また、当然、機械研磨により基板の裏面に付着した蒸発（昇華）再固化物又は溶融飛散再固化物Ａｂも除去可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体素子の、（ａ）は素子形成側の斜視図、（ｂ）は従来の裏面側の斜視図、（ｃ）は従来の断面図、（ｄ）は本発明による裏面側の斜視図、（ｅ）は本発明による断面図。
【図２】本発明の具体的な実施態様に係るＩＩＩ族窒化物系化合物半導体素子の製造方法の、（ａ）乃至（ｃ）は工程図、（ｄ）は分離溝の形成を示す図、（ｅ）及び（ｆ）は研磨処理又はブラスト処理の詳細な説明図。
【図３】本発明のブラスト処理を行う前のレーザー溶融物が残ったウエハの顕微鏡写真図。
【図４】ブラスト処理が不十分でレーザー溶融物が残ったウエハの顕微鏡写真図。
【図５】ブラスト処理が不十分でレーザー溶融物が残った別のウエハの顕微鏡写真図。
【図６】本発明のブラスト処理によりレーザー溶融物がほぼ除去されたウエハの顕微鏡写真図。
【符号の説明】
１  基板
２  ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体素子層
３  粘着シート
Ａｂ  蒸発（昇華）再固化物又は溶融飛散再固化物
ＢＳ  凹凸を有する基板裏面
Ｌ  レーザー照射により形成された分離溝
ＬＳ  分離溝側面
Ｍ  溶融再固化物
【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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