(57)【要約】【課題】本発明は、窒化物半導体基板を用いて、なおかつテーパー面の形成された窒化物半導体発光素子を、割れや欠けを抑制して高い歩留りで製造する方法を提供することを目的とするものである。【解決手段】窒化物半導体基板の主面側にレーザー照射を行い、格子状にスクライブ溝を形成する。そして、テーパー付きのダイシングブレードで前記スクライブ溝上をダイシングしてテーパー溝を形成し、ブレーキング装置等で前記テーパー溝に応力を加えてチップに分離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体バルク結晶基板上に、発光層を含む窒化物半導体多層膜が積層された窒化物半導体基板の主面を加工し、テーパー面の形成された発光素子を製造する方法であって、a) 前記主面上にレーザービームを照射し、所望のチップ形状に線状のスクライブ溝を形成する工程と、ｂ）テーパー付きのダイシングブレードを用いて、前記スクライブ溝上をダイシングして線状のテーパー溝を形成する工程と、ｃ）前記窒化物半導体基板に応力を加えてチップに分離する工程と、からなることを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記スクライブ溝を、複数の平行線よりなるスクライブ溝の集まりである溝群として形成することを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記溝群は、それらの中央の溝から端の溝に向かうほど溝深さが浅くなることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記主面上には保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記ダイシングブレードの番手は＃５００以上、＃４５００以下であることを特徴とする請求項１から請求項４に記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記ダイシングブレードのテーパー角は３０°以上、１２０°以下であることを特徴とする請求項１から請求項５に記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記工程ｂ）における前記ダイシングブレードの回転速度は１００００ｒｐｍ以上、３００００ｒｐｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記工程ｂ）における前記ダイシングブレードの走査速度は０．５ｍｍ／秒以上、５ｍｍ／秒以下であることを特徴とする請求項１から請求項７に記載の発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記窒化物半導体バルク結晶基板はＧａＮであることを特徴とする請求項１から請求項８に記載の発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体基板の主面を加工して、テーパー面の形成された発光素子を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体層が積層された基板から、発光素子であるチップを切り出すためには、一般的にはダイサーやスクライバーが使用されている。ダイサーはダイシングソーとも呼ばれ、ダイヤモンドが埋め込まれたブレードを高速回転させて基板のハーフカットまたはフルカットを行う装置である。
【０００３】
一方、スクライバーには、ダイヤモンドスクライバーやレーザースクライバー等がある。ダイヤモンドスクライバーは、先端にダイヤモンドを埋め込んだ針の往復直線運動により、基板に細いスクライブ溝を形成する装置であり、レーザースクライバーは、基板上にレーザービームを照射して、基板に細いスクライブ溝を形成する装置である。
【０００４】
このような方法でスクライブ溝を形成した基板は、例えばブレーキング装置やローラー等で外力を印加することにより、チップに分割することができる。
【０００５】
また、サファイア基板等の非常に硬度の高い基板の場合は、基板を１００μｍ程度にまで薄く研磨した後に、前述の方法でチップに分割する方法が一般的に行われている。
【０００６】
最近では、青色発光ダイオード等の発光デバイスを作製するにあたって、チップの特性向上のためにＧａＮ等の窒化物半導体基板も用いられるようになった。
【０００７】
そして更にはチップにテーパー面を形成し、光取出しを向上させる試みも行われている。
【０００８】
例えば、特許文献１には、ＧａＮバルク結晶からなる半導体結晶基板にテーパー面を形成する方法が示されている。
【０００９】
これは、厚さ１５０μｍまで薄く研磨したＧａＮバルク結晶基板の電極形成面側を粘着テープに貼り付け、ダイサーを用いてダイシングすることにより、基板裏面に素子単位に格子縞状のＶ字のテーパー溝を形成するというものである。これにより、発光素子の光取出しが向上することが示されている。
【特許文献１】国際公開第２００５／０１１００７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、この方法によれば、ＧａＮバルク結晶が非常に硬いため、ダイシングブレードの磨耗が著しく、安定した形状のテーパー溝を形成することができない。
【００１１】
また、テーパー溝を形成する際に、基板に加わるダイシングブレードの振動や、テーパー溝の目詰まり等によって、本来の発光素子の分割位置とは異なる位置での割れや欠けが多発する。
【００１２】
従って、発光素子の光取り出しに十分効果的なテーパー面を、歩留りよく形成することができない。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、従来の技術に対する課題を解決するものであり、窒化物半導体基板を用いたテーパー付きの窒化物半導体発光素子を歩留りよく製造する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】
【００１４】
上記従来の課題を解決するために、本発明の発光素子の製造方法では、まず窒化物半導体基板の主面側にレーザー照射を行い、デバイスのサイズや形状に合わせて格子状にスクライブ溝を形成する。そして、テーパー付きのダイシングブレードで前記スクライブ溝上をダイシングしてテーパー溝を形成し、ブレーキング装置等で前記テーパー溝に応力を加えてチップに分離する。
【００１５】
この方法では、テーパー溝形成時において、基板の割れや欠けの主な原因となる、基板の深さ方向に加わる負荷を抑制することができる。これによって、基板の割れや欠けを大幅に低減できるため、窒化物半導体基板を用いたテーパー付きの窒化物半導体発光素子を高い歩留りで作製することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の発光素子の製造方法によれば、テーパー溝を形成する際の割れや欠けを大幅に抑制し、窒化物半導体基板を用いたテーパー付きの窒化物半導体発光素子を高い歩留りで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
請求項１に記載の発明は、窒化物半導体バルク結晶基板上に、発光層を含む窒化物半導体多層膜が積層された窒化物半導体基板の主面を加工し、テーパー面の形成された発光素子を製造する方法であって、a) 前記主面上にレーザービームを照射し、所望のチップ形状に線状のスクライブ溝を形成する工程と、ｂ）テーパー付きのダイシングブレードを用いて、前記スクライブ溝上をダイシングして線状のテーパー溝を形成する工程と、ｃ）前記窒化物半導体基板に応力を加えてチップに分離する工程と、からなることを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００１８】
この発明によれば、テーパー溝形成時における前記基板の割れや欠けを抑制して、前記基板を用いたテーパー付きの窒化物半導体発光素子を高い歩留まりで製造することができるという作用を有する。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、前記スクライブ溝を、複数の平行線よりなるスクライブ溝の集まりである溝群として形成することを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法である。この発明によれば、テーパー溝形成時における前記基板の割れや欠けをさらに抑制して、前記基板を用いたテーパー付きの窒化物半導体発光素子をさらに高い歩留まりで製造することができるという作用を有する。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、前記溝群は、それらの中央の溝から端の溝に向かうほど溝深さが浅くなることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法である。この発明によれば、テーパー溝形成時における前記基板の割れや欠けをさらに抑制して、前記基板を用いたテーパー付きの窒化物半導体発光素子をさらに高い歩留まりで製造することができるという作用を有する。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記主面上には保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の発光素子の製造方法である。
【００２２】
この発明によれば、工程ｂ）において、前記基板表面に汚染物が付着する場合には、前記主面上にあらかじめ保護膜を塗布し、スクライブ溝形成後に除去することで、前記基板表面の汚染物付着を防止することができるという作用を有する。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、前記ダイシングブレードの番手は＃５００以上、＃４５００以下であることを特徴とする請求項１から請求項４に記載の発光素子の製造方法である。この発明によれば、前記基板のテーパー面およびその近傍の割れや欠けを抑制することができるという作用を有する。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、前記ダイシングブレードのテーパー角は３０°以上、１２０°以下であることを特徴とする請求項１から請求項５に記載の発光素子の製造方法である。この発明によれば、前記基板のテーパー面およびその近傍の割れや欠けを抑制することができるという作用を有する。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、前記工程ｂ）における前記ダイシングブレードの回転速度は１００００ｒｐｍ以上、３００００ｒｐｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項６に記載の発光素子の製造方法である。この発明によれば、前記基板のテーパー面およびその近傍の割れや欠けを抑制することができるという作用を有する。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、前記工程ｂ）における前記ダイシングブレードの走査速度は０．５ｍｍ／秒以上、５ｍｍ／秒以下であることを特徴とする請求項１から請求項７に記載の発光素子の製造方法である。この発明によれば、前記基板のテーパー面およびその近傍の割れや欠けを抑制することができるという作用を有する。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、前記窒化物半導体バルク結晶基板はＧａＮである請求項１から請求項８に記載の発光素子の製造方法である。この発明によれば、前記基板の割れや欠けを抑制して、ＧａＮバルク結晶基板を用いたテーパー付きの窒化物半導体発光素子を高い歩留まりで製造することができるという作用を有する。
【００２８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図２（Ａ）には、窒化物半導体基板の天面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ’線における断面図を示す。
【００３０】
この図は、厚さ３００μｍ、５０ｍｍφのＧａＮ基板１０の上に窒化物半導体多層膜２０よりなる発光素子を作製し、窒化物半導体多層膜２０側にｎ電極３０およびｐ電極４０を形成し、基板５０としたものである。
【００３１】
最初に、基板５０の電極面をワックスでセラミック貼り付け板に貼り付け、研削機およびラッピング装置を用いて厚さ１５０μｍまで鏡面研磨した。
【００３２】
そして、研磨が終了した基板をセラミック貼り付け板から剥離して、有機洗浄を行った。
【００３３】
次に、基板にスクライブ溝を形成するための準備を行った。
【００３４】
図３は、スクライブ溝を形成するための基板の配置を示した図である。
【００３５】
ここでは、研磨が終了した基板６０の電極面側をワックス７０でガラス基板８０に貼り付け、さらに、フレーム９０に接着した紫外線剥離シート１００にそのガラス基板８０を貼り付けた。
【００３６】
なお、ここでは基板６０をガラス基板８０に貼り付けているが、基板６０の厚みが厚い場合には、基板６０を紫外線剥離シート１００に直接貼り付けてもよい。
【００３７】
そして基板８０を貼り付けた後は、スピナーを用いて５００ｒｐｍで保護膜１１０を基板６０上に形成した。なお、このとき保護膜には、水で容易に洗浄できる材料を用いている。
【００３８】
あとは、レンズ１１４で集光したレーザービーム１１５を保護膜１１０上から照射すればよい。
【００３９】
図４（Ａ）は、スクライブ溝を形成した基板の拡大図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図を示したものである。
【００４０】
このように、発光素子を構成する各々の電極パターン間におけるストリートの中央部分に相当する位置で、基板６０の研磨面側からレーザースクライブを用いて格子状のスクライブ溝１２０を形成した。
【００４１】
この時、レーザーは波長３５５ｎｍの固体レーザを用い、スクライブ条件はレーザーパワーを２Ｗ、レーザーのデフォーカスを−１００μｍ、レーザーの走査速度を１０ｍｍ／秒とした。
【００４２】
また、レーザー照射位置は、基板６０が透過性を有し、図４の破線に示すように、前記ストリートの位置が確認できるので、容易に決定することができた。
【００４３】
なお、スクライブ溝１２０は、溝の深さを維持した状態でできるだけ溝幅を広げた方が、後のテーパー溝の形成時に基板にかかる負荷が低減される。
【００４４】
そのため、レーザーのデフォーカスはマイナス方向に大きくして溝幅を広げ、あとはレーザーパワーを上げるか、レーザーの走査速度を遅くして溝深さを確保すればよい。
【００４５】
こうして、３５０μｍ□の格子状に、溝幅２５μｍ、深さ７０μｍのスクライブ溝を形成することができた。
【００４６】
図５は、テーパー溝を形成するための基板の配置を示した図である。
【００４７】
このようにして、スクライブ溝形成済みの基板１３０をダイサーにセットし、テーパー角が９０°で番手が＃１０００のダイシングブレード１３５を用いて、２００００ｒｐｍ、１ｍｍ／秒の走査速度でスクライブ溝１２０上をなぞるようにしてダイシングし、溝幅１４０μｍ、溝深さ７０μｍを有するテーパー溝を形成した。
【００４８】
図６（Ａ）は、テーパー溝を形成した基板の拡大図、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＣ−Ｃ’線における断面図を示したものである。
【００４９】
この時点で、テーパー溝１４０を形成した基板１５０にはウエハー周辺１ｍｍを除いて割れや欠けがほとんど見られなかった。
【００５０】
ここで、テーパー溝を形成するためのダイシング条件については、まずブレードの番手は＃５００〜＃４５００が望ましい。＃５００よりも小さいと、大きな欠けが発生し易くなるし、逆に＃４５００よりも大きいと、テーパー溝が目詰まりを起こして削れにくくなってしまう。
【００５１】
次に、ダイシングブレードのテーパー角は３０°以上、１２０°以下が望ましい。３０°よりも小さいと、テーパー溝の底の部分からの割れが発生し易くなり、１２０°よりも大きいと、テーパー面のエッジの部分からの割れや欠けが発生し易くなる。
【００５２】
次に、ダイシングブレードの回転速度は１００００ｒｐｍ以上、３００００ｒｐｍ以下であることが望ましい。１００００ｒｐｍよりも遅いと、テーパー溝の目詰まりにより、チッピングが発生し易くなり、３００００ｒｐｍよりも速いと負荷がかかりすぎてダイシングブレードが破損する恐れがある。
【００５３】
また、ダイシングブレードの走査速度は０．５ｍｍ／秒以上、５ｍｍ／秒以下であることが望ましい。０．５ｍｍ／秒よりも遅いと、加工時間が大幅に長くなるし、５ｍｍ／秒よりも速いと基板の割れや欠けが多発するようになる。
【００５４】
こうしてテーパー溝１４０を形成した後は、フレーム９０に付いた紫外線剥離シート１００からガラス板を取り外し、有機溶剤を用いてガラス基板８０から基板を剥離して、洗浄した。
【００５５】
あとは、水洗で保護膜１１０を除去したところ、基板表面は汚染物の付着のない綺麗な表面であった。
【００５６】
なお、保護膜１１０に関しては、スクライブ溝を形成した直後に除去してもよいが、今回のようにテーパー溝を形成した後で除去した方が、テーパー溝形成時に基板表面に付着した研削くずも同時に除去できるので、より望ましい。
【００５７】
図７は基板をブレーキングしてチップに分離するための基板の配置を示した図である。
【００５８】
このようにして剥離したテーパー溝形成済みの基板１５０を、フレーム９０に接着したエキスパンドシート１６０に、テーパー溝側の面が接着面となるように貼り付けた。
【００５９】
ここで、最初にレーザーで形成したスクライブ溝１２０の深さはテーパー溝１４０の深さよりも１０μｍ〜３０μｍの範囲で深くすると、チップに応力を加えて切断する際に、チップ断面形状をより綺麗に仕上げることができる。
【００６０】
このあと、ブレーキング装置のブレーキング刃１７０を、基板１５０のテーパー溝の底の部分に合致する位置に合わせて押し割ることにより、チップに分割した。
【００６１】
一方、基板の電極形成面側に、前記テーパー溝の底の部分と合致する位置で別途レーザーでスクライブ溝を形成し、テーパー面側からブレーキング刃を押し当ててチップに分割することもできる。
【００６２】
最後に、エキスパンドシート１６０を広げることにより、個々のテーパー付きの発光素子を高い歩留りで作製することができた。
【００６３】
図１（Ａ）は、上記の方法で作製したテーパー付きの窒化物半導体発光素子の天面写真、図１（Ｂ）は、その断面写真である。
【００６４】
このようにして作製した発光素子は外観歩留り８５％〜９０％であった。
【００６５】
これに対し、従来の方法であるテーパー付きのブレードによるダイシングのみで同様に作製した発光素子の外観歩留りは５０〜７０％であった。
【００６６】
また、ダイシングブレードについては、今回の方法でも先端部の消耗は少しあったものの、従来の方法に比較して寿命が３倍程度にまで延びた。
【００６７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２にかかる発光素子の製造方法について説明する。
【００６８】
まず、実施の形態１と同様の窒化物半導体基板を準備し、研磨工程、保護膜形成までは、実施の形態１と同じ工法で実施した。
【００６９】
図８（Ａ）は、スクライブ溝を形成した基板の拡大図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＤ−Ｄ’線における断面図を示したものである。
【００７０】
この図に示されるように、発光素子を構成する各々の電極パターン間におけるストリートの中央部分に相当する位置で、基板研磨面側からレーザースクライブを用いて溝幅２５μｍ、深さ７０μｍの格子状のスクライブ溝１８０を形成した。
【００７１】
次に、スクライブ溝１８０を、その両サイドに３０μｍ平行移動した位置に、スクライブ溝１９０およびスクライブ溝２００を溝幅２０μｍ、深さ３０μｍで同様に格子状に形成した。これにより、スクライブ溝が３本集まった溝群２１０が形成された。
【００７２】
また、この時のスクライブ条件は、スクライブ溝１８０ではレーザーパワーを２Ｗ、レーザーのデフォーカスを−１００μｍ、レーザーの走査速度を１０ｍｍ／秒とし、スクライブ溝１９０および２００ではレーザーパワーを０．５Ｗ、レーザーのデフォーカスを−１００μｍ、レーザーの走査速度を１０ｍｍ／秒とした。
【００７３】
ここで、前述のように、チップの分割位置となる溝群２１０の中央のスクライブ溝１８０が最も深い溝深さとなり、その両サイドのスクライブ溝１９０およびスクライブ溝２００は、スクライブ溝１８０よりも浅い溝深さとなる。
【００７４】
これは、ダイシングブレード１３５によってテーパー形状に削られる部分を考慮して、溝深さを決めたものであり、溝群２１０の溝深さを深くし過ぎることにより、テーパー溝形成後に溝群２１０の一部が残ることを防止できる。
【００７５】
また、溝群２１０のスクライブ本数をさらに増やすことにより、ダイシングブレードおよび基板にかかる負荷がさらに低減され、ダイシングブレードの寿命がさらに延びるし、基板の割れや欠けがさらに低減される。
【００７６】
あとは、実施の形態１と同様の方法により、基板２２０の研磨面側からスクライブ溝１８０の位置に合致するようにダイシングブレード１３５の刃先を合わせて、スクライブ溝１８０上をなぞるようにダイシングし、図６に示されるように、スクライブ溝幅１４０μｍ、溝深さ７０μｍを有するテーパー溝１４０を実施の形態１の場合と同様に形成した。
【００７７】
このとき、テーパー溝１４０を形成した基板１５０のスクライブ溝には割れや欠けがほとんど見られなかった。
【００７８】
こうして最終的に得られたチップは外観歩留り９５％〜１００％であった。
【００７９】
また、ダイシングブレードについては、従来の方法に比較して寿命が５倍程度にまで延びた。
【００８０】
このように、基板上にレーザースクライブで形成した複数のスクライブ溝上に、テーパー付きのダイシングブレードでテーパー溝を形成することにより、さらに高い外観歩留りでテーパー付きの窒化物半導体発光素子を形成することができた。
【００８１】
なお、この例では、基板厚を１５０μｍとしているが、基板厚はさらに厚くしてもよい。例えば基板厚を３００μｍまで厚くする場合は、チップサイズをさらに大きくしたり、テーパー溝を深くしたり、あるいはテーパー溝の形成された面の裏面側からチップ分割位置に合わせて深くレーザー溝を形成したりすることにより、容易にチップに分割することが可能である。
【００８２】
また、窒化物半導体バルク結晶基板が、最初からチップに分割する際の厚みと同じでなおかつ両面研磨されている場合は、前述のような基板研磨工程は必要としない。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
基板上にスクライブ溝を形成し、テーパー付きのダイシングブレードで前記スクライブ溝上をダイシングすることによって、割れや欠けを大幅に抑制したテーパ溝を形成できる製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るテーパー付きの窒化物半導体発光素子の写真であり、（Ａ）は天面顕微鏡写真、（Ｂ）はその断面顕微鏡写真
【図２】本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体基板を示す図であり、（Ａ）は天面図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ’線における断面図
【図３】本発明の実施の形態１に係るスクライブ溝を形成するための基板の配置を示した図
【図４】本発明の実施の形態１に係るスクライブ溝を形成した基板を示す図であり、（Ａ）は拡大図、（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図
【図５】本発明の実施の形態１に係るテーパー溝を形成するための基板の配置を示した図
【図６】本発明の実施の形態１に係るテーパー溝を形成した基板を示す図であり、（Ａ）は拡大図、（Ｂ）は図６（Ａ）のＣ−Ｃ’線における断面図
【図７】本発明の実施の形態１に係る基板をブレーキングしてチップに分離するための基板の配置を示した図
【図８】本発明の実施の形態２に係るスクライブ溝を形成した基板を示す図であり、（Ａ）は拡大図、（Ｂ）は図８（Ａ）のＤ−Ｄ’線における断面図
【符号の説明】
【００８５】
１０  ＧａＮ基板
２０  窒化物半導体多層膜
３０  ｎ電極
４０  ｐ電極
５０、６０  基板
７０  ワックス
８０  ガラス基板
９０  フレーム
１００  紫外線剥離シート
１１０  保護膜
１１５  レーザービーム
１２０  スクライブ溝
１３０  基板
１３５  ダイシングブレード
１４０  テーパー溝
１５０  基板
１６０  エキスパンドシート
１７０  ブレーキング刃
１８０、１９０、２００  スクライブ溝
２１０  溝群
２２０  基板
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007258321.tif 000005
【図５】
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【図６】
2007258321.tif 000007
【図７】
2007258321.tif 000008
【図８】
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【図１】
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