(57)【要約】【課題】半導体発光素子側面の異物付着により、将来的品質不良を内在する半導体発光素子の特性不良を良化または安定させ、特性検査にて容易に検出区分させる方法を提供する。【解決手段】半導体発光素子１の特性検査を行う前に、前記半導体発光素子１を有機処理またはエッチング処理を行い、高温で熱処理して、半導体発光素子１に付着した異物１０を固着、導体化させ、特性検査で確実に不良を検出させる半導体発光素子の検査方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子の特性検査を行う前に、前記半導体発光素子を有機処理またはエッチング処理を行った後、高温で熱処理を行うことを特徴とする半導体発光素子の検査方法。
【請求項２】
前記有機処理またはエッチング処理は、少なくとも半導体発光素子の側面の一部が露出した状態で行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の検査方法。
【請求項３】
前記熱処理は、１００℃以上３５０℃以下で行われることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の特性検査方法に関し、特に、前記特性検査前の熱処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオードの市場は増大する一方、市場価格は下がる傾向にある。こうした中、重要となるのは生産過程での不良コストの削減、すなわち歩留まりの向上とともに、品質不良の流失を防ぎ、市場での高い信頼性評価を得ることである。そこで、各社様々なノウハウを用い、半導体発光素子のエピタキシャル工程から電極形成工程において特性改善を行ったり、最新装置を用いた素子化により、部品加工工程での不良及びダメージ低減を行ったりし、日々歩留まりの向上を図っている。
【０００３】
特に、ＧａＮ系ＬＥＤで一般的に用いられるようになったレーザーによる素子化は加工歩留まりの向上に大きな効果をもたらしたと言える。
【０００４】
特許文献１によると、半導体発光素子のウエハーに割溝を形成する前に、保護膜を形成
し、割溝形成後に保護膜を除去することによって、ウエハー表面に割溝形成時に発生する汚れは保護膜と一緒に除去されることが記載されている。
【０００５】
しかし、半導体発光素子に起因する特性不良、及び部品加工工程中に生じた不良を市場へ流失させないためには、最終の検査工程で不良品を除去する必要がある。
【０００６】
例えば、半導体発光素子側面に加工時の切削屑やパーティクル、または有機物等が付着していた場合、特性検査や外観検査を行うと、通常、不良品と判定され除去されるが、中には不良判定されず良品と判定される物がある。
【０００７】
このような半導体発光素子を樹脂等のパッケージへ実装し通電を行うと、当初は一見正常な動作を示す場合もあるが、連続して通電すると徐々に微小リークによる特性不良が生じ、輝度の低下を引き起こす。
【０００８】
また、半導体発光素子側面の微小リークにより実装時の静電気に非常に弱く、実装後に静電破壊が発生し発光しないといった現象が生じる場合もある。
【０００９】
そこで、半導体発光素子基板を素子化する部品加工工程において、半導体発光素子をエッチングや洗浄することにより、半導体発光素子側面に付着しているこれら切削屑やパーティクルを除去する方法がとられている。
【００１０】
その一つとして、ダイシング後に半導体発光素子側面をエッチングする目的のダイシングアフターエッチングが行われている。ダイシングアフターエッチングのエッチング液やエッチング方法については、半導体発光素子の材質や層の構成により様々な液、配合比、方法が提案され、特性や信頼性の向上が図られてきた。しかしながら、ダイシングアフターエッチングの効果を高める目的に反し、方法は複雑で難しくなり、最終工程が完了するまでに、再び半導体発光素子側面に異物が付着する可能性がある。
【００１１】
図３は一般的な半導体発光素子の例を示す概略断面図である。
【００１２】
図３を用いて一般的な半導体発光素子の構造と形成方法の概略を順次説明する。半導体発光素子３は基板３１の上に、ｎ型クラッド層３２、活性層３３、ｐ型クラッド層３４、ｐ型電流拡散層３５、が順次有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などにより積層形成され、さらにｐ側電極３６及びｎ側電極３７により形成される。
【００１３】
通常、半導体発光素子３の特性検査は、基板３１やｎ型クラッド層３２の一部を残し活性層３３がエッチングまたはダイシング等により個々の素子サイズに分断されたウエハーの状態で行われ、その後、再びダイシングやスクライブ等で基板３１を完全に分離し素子化される。あるいは、このように素子化された状態の素子単体で特性検査を行う。
【００１４】
その場合、半導体発光素子は粘着シートやガラス板等の支持体に固定した状態でダイシングアフターエッチングが行われるため、ダイシングアフターエッチングの後に支持体より取り外すなどの多くの工程が必要となる。
【００１５】
その結果、工程の途中で特性検査を行っても、その後再び半導体発光素子側面２に異物が付着する可能性がある。
【００１６】
そこで、最近は素子形成の最終工程で半導体発光素子単体を個別に検査し、検査結果の特性毎に分類する方法が主流となっている。この方法は素子形成の最後で検査を行うため、素子形成工程の途中で検査する方法に比較し、特性検査の信頼性は格段に高まる。
【００１７】
ダイシングアフターエッチングにより清浄処理された半導体発光素子が、特性検査以降の工程が少なくなることにより、再び異物付着や物理的影響を受けたりする可能性が小さくなるため、検査判定の結果が、半導体発光素子の品質そのものとなる。
【特許文献１】特開２００５−３３３１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
半導体発光素子の外観検査工程において、明らかに異物付着が確認できる半導体発光素子は不良として除去されるが、素子側面の微小な粉砕屑やパーティクル、有機物等の異物付着は確認除去できず、外観検査で良品として判定される。また、特性検査においても、異物の付着程度によっては良品として判定される。
【００１９】
ここで、半導体発光素子側面とは、通常、ｐ型層とｎ型層の接合断面を含む半導体発光素子側面のことであり、ＧａＮ系ＬＥＤのように、同一面にｐ、ｎ側電極を有する構造の場合は、前記同一面上の、ｐ型層とｎ型層の接合断面を含む半導体発光素子側面となる。
【００２０】
半導体発光素子側面に異物が付着しているにもかかわらず、特性検査で良品と判定される理由は、異物の接触が不完全で、電気的導通がないためである。
【００２１】
半導体発光素子単体で良品と判定された半導体発光素子が、樹脂等のパッケージで封止され通電を行うと不良特性を示すのは、接触不完全の異物が樹脂により半導体発光素子へ密着され導通が生じるためである。
【００２２】
また、当初は一見正常な動作を示す場合もあるが、連続して通電したり、逆バイアスを印加したりすると、徐々に微小リーク等の特性不良を生じるのは、これらの異物が絶縁物質の場合であり、半導体発光素子側面に単に接触するだけでは、電気的導通が生じないものが、実装後の通電や静電気、逆バイアス印加、経時変化で、この絶縁物質が炭化しグラファイト化したり、水分を吸収したりすることにより、トラッキング現象による電気的導通が生じるようになるためである。
【００２３】
このように樹脂等で封止し、しばらく使用しなければ現象が現れないという、異物付着により生じる特性不良を、半導体発光素子単体の状態で確認除去できれば、実装後の検査で除去するよりも工数、加工不良金額の削減に対し大きな効果があり、また市場へ不良品が流出するという危険性を抑止できる。
【００２４】
しかしながら、半導体発光素子側面の異物付着そのものを完全になくすことは限界があり、現実的には、異物付着により将来的に品質不良を引き起こす可能性のある半導体発光素子を、確実に検査工程で除去する方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
この改善策として、半導体発光素子の特性検査を行う前に、前記半導体発光素子を有機処理またはエッチング処理を行った後、高温で熱処理を行う半導体発光素子の検査方法がある。
【００２６】
外観検査で確認できない微小な異物も、半導体発光素子側面に確実に付着させ、電気的導通をさせることにより確実に特性検査で不良として選別し除去できる。
【００２７】
ここで、有機処理またはエッチング処理は、半導体発光素子の形成工程途中に付着したパーティクルの除去や、半導体発光素子基板の切断、分離時の加工屑、加工歪みの除去を目的として行われ、ダイシング後のダイシングアフターエッチング同様、特性及び信頼性を格段に高めることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、外観検査で不良判定できない半導体発光素子側面の小さな異物付着や、異物の付着が不完全なため特性検査で不良判定できなかった半導体発光素子においても、半導体発光素子側面に付着している異物に電気的導通を生じさせることができ、特性検査で確実に不良判定できるようになる。
【００２９】
さらに、高温環境下で分解し蒸発する異物が付着している場合は、サイリスタ等の不安定な特性が安定し、半導体発光素子の特性を良化させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本願の第１の発明は、半導体発光素子の特性検査を行う前に、前記半導体発光素子を有機処理またはエッチング処理を行った後、高温で熱処理を行うことを特徴としたものである。
【００３１】
これにより、外観検査で確認できない微小な異物も、半導体発光素子側面に確実に付着させ、電気的導通をさせることにより、確実に特性検査で不良として選別し除去することができる。
【００３２】
従来の特性検査のように、エッチング後に意図的に熱処理を行わないまま特性検査を行うと、半導体発光素子側面に異物が付着した状態の不良品を、不良判定して除去できず、将来的に品質異常を引き起こす可能性を内在した半導体発光素子を、市場へ流出させてしまう可能性がある。
【００３３】
この対策として、半導体発光素子を実装後に再度、検査項目を増やすなどして検査したり、一定期間通電して特性変化を確認したりするエージング試験などを行っているが、工数が掛かり、実装までの不良金額も増えてしまう割に、有効な手段とはなっていない。
【００３４】
そこで、特性検査前に熱処理を行うことで、半導体発光素子側面の異物を確実に半導体発光素子に付着させ、あるいは蒸発させて取り除くことにより、半導体発光素子の特性と信頼性を安定させることが可能となり、特性検査の信頼性と半導体発光素子の品質を高めることができる。
【００３５】
本願の第２の発明は、前記有機処理またはエッチング処理は、少なくとも半導体発光素子の側面の一部が露出した状態で行われることを特徴としたものである。
【００３６】
これにより、半導体発光素子側面に導通が生じ易くすることができ、特性検査においてリーク不良等の検査項目に該当させることにより除去ができる。
【００３７】
本願の第３の発明は、前記熱処理は、１００℃以上３５０℃以下で行われることを特徴としたものである。
【００３８】
これにより、水分の蒸発温度以上であり、半導体発光素子の電極材料として使用されている一般的な金属材料と半導体発光素子の共晶温度は３５０℃から４００℃前後であることから、半導体発光素子の特性に影響を与えないためには、これ以下の温度で熱処理することが望ましく、水分が蒸発する過程で異物を確実に付着させることができる。
【００３９】
異物の水分を蒸発させる過程で、異物を半導体発光素子へ確実に付着させる目的だけであれば、室温環境下でも長時間放置することにより可能ではあるが、作業性としては、現実的でない。短時間で効率よく焼結、付着させるには、水分の蒸発温度より高い温度で乾燥することが好ましい。
【００４０】
また、異物が絶縁物質の場合は、より高温で熱処理することにより炭化、焼結し電気的導通が生じ、特性検査で判定できるようになる。異物が有機物の場合は、高温で熱処理することにより蒸発し、特性の改善、安定化も図られる。
【００４１】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態の半導体発光素子の概略断面図である。
【００４２】
図１の半導体発光素子１は基板１１の上に、ｎ型クラッド層１２、活性層１３、ｐ型クラッド層１４、ｐ型電流拡散層１５、が順次積層形成され、さらにｐ側電極１６及びｎ側電極１７を形成した半導体発光素子である。
【００４３】
通常、半導体発光素子１の特性検査は、作業性や処理能力等の問題より半導体発光素子単体ではなく、基板１１やｎ型クラッド層１２の一部がつながったウエハーの状態、すなわち活性層１３はエッチングまたはダイシング等により個々の素子サイズに分断された状態で行われることが多い。
【００４４】
よって、半導体発光素子側面２の洗浄、ダメージ層の除去等を目的とした、有機処理またはエッチング処理等も、基板１１やｎ型クラッド層１２の一部がつながったウエハーの状態で行うことが好ましい。
【００４５】
これは、半導体発光素子単体で有機処理またはエッチング処理を行うと、半導体発光素子をガラス板等の支持体に粘着シートやワックス等で固定し取り扱うことになり、これら支持体から取り外す作業が発生し、粘着シートの粘着剤やワックス等の洗浄を十分に行わなければならなくなり、その後の工程移動による搬送機で扱われる際に付着する汚れも洗浄しなければならなくなり、またこれらに起因する不良が発生してしまうためである。
【００４６】
しかし、ウエハーの状態で行うと、これら複雑な工程も不要となり、容易に有機処理またはエッチング処理を行うことができる。
【００４７】
このように活性層１３を分離形成し、有機処理やエッチング処理を施した後の半導体発光素子側面２には、完全に除去できず、かつ外観検査や特性検査でも確認できない何らかの微小な異物１０が付着している場合がある。
【００４８】
特性検査で確認除去できないことより、その異物１０は半導体発光素子１の抵抗値よりも高い導体もしくは絶縁体、あるいは接触不完全により電気的導通がない状態で接触付着している。
【００４９】
図２は、その異物１０が付着した状態の概略回路図である。半導体発光素子１を発光ダイオード２８とすると、半導体発光素子側面２に付着した異物に相当する抵抗２９が並列に接続されている。
【００５０】
通常、ｐ側電極１６からｎ側電極１７へ順方向の電圧が印加されると、発光ダイオード２８へ電流は流れるが、半導体発光素子１よりも抵抗値の低い異物１０が付着していると、電流は抵抗２９へ流れ、特性検査のリーク不良や逆耐圧不良の検査項目で不良として判定除去される。
【００５１】
しかし、接触が不完全で不安定なダイオード特性を示したり、サイリスタ特性に似た現象を示したりする場合は、特性異常であるにもかかわらず、特性検査で不良判定されない場合がある。
【００５２】
そこで、この半導体発光素子１を１４０℃のオーブンで１時間熱処理し、接触不完全な異物を半導体発光素子側面２に完全に付着、焼結させ、続けて特性検査を行うと、これらの特性異常を示し、特性検査で不良判定できなかった半導体発光素子１も確実に不良判定でき除去が可能になる。
【００５３】
また、熱処理前に不安定な特性を示していた半導体発光素子１が、これら熱処理後に良化し、その後も異常特性を示すことなくその状態を維持することが、熱処理前後の特性追跡調査で確認できた。
【００５４】
これは、異物１０が有機物などのように、熱処理により蒸発して、抵抗２９が無くなり、ダイオード２８だけの状態になったからである。これにより、熱処理後の特性検査において良否判定を確実に行うことができるようになり、特性検査の信頼性を高めることができる。
【００５５】
一方、半導体発光素子１の逆方向電圧特性や静電耐圧試験において、順方向よりも逆方向の耐圧試験が弱い傾向がある。これは、半導体発光素子１の構造上の問題もあるが、半導体発光素子側面２の異物が影響している場合も多い。異物１０の抵抗が明らかに小さい場合は、特性不良で除去されるため、良品判定された半導体発光素子１の中から順方向の耐圧試験を行うと、一般的に半導体発光素子１そのものの耐圧を確認していることになる。
【００５６】
しかし、逆方向の耐圧試験の場合、異物１０が半導体発光素子側面２にあると、逆方向の電圧が低い時は半導体発光素子１、異物１０のいずれにも電流は流れないが、徐々に逆方向の電圧を上げていくと、半導体発光素子１または異物１０のどちらかに電流が流れ始める。
【００５７】
異物１０の抵抗値が半導体発光素子１の逆方向の抵抗よりも大きい場合は、単に半導体発光素子１の静電耐圧試験、あるいは逆方向電圧特性の結果となるが、異物１０の抵抗値が半導体発光素子１の逆方向の抵抗よりも小さい場合は、異物１０の抵抗値を超えた瞬間、一気に過電流が流れる。
【００５８】
この時、半導体発光素子側面２に不完全な状態で付着していた異物１０は、半導体発光素子側面２に完全に付着あるいは焼結し、異物１０は導体となり、この半導体発光素子１の特性は破壊された状態となる。
【００５９】
これと同じ状態を特性検査前に容易に行うことができるのが、前述した熱処理である。
【００６０】
ここで、図１を参照しながら、本発明の実施の形態の半導体発光素子の製造工程について簡単に説明する。
【００６１】
まず、基板１１の上に、ｎ型クラッド層１２、活性層１３、ｐ型クラッド層１４、ｐ型電流拡散層１５をＭＯＣＶＤ法により順次成長積層し、次にｐ型電流拡散層１５側と基板１１側にＡｕ系合金からなるｐ側電極１６とｎ側電極１７を形成する。次に、基板１１やｎ型クラッド層１２の一部を残しダイシングを行い、所望の半導体発光素子サイズに活性層１３を分離する。
【００６２】
次に、このダイシングにて生じた切削屑やダメージ層を除去するために、半導体発光素子側面２の表面を塩酸にてエッチング除去する。この際、ｐ型電流拡散層１５もエッチングされる場合もあるが、できれば半導体発光素子側面２のみがエッチングされるエッチング液を選定するか、ｐ型電流拡散層１５のエッチングが発光に影響しない程度のエッチングで終了するように時間を設定する。
【００６３】
次に、この半導体発光素子基板を十分水洗し、赤外ランプ下で乾燥する。続けて、１４０℃設定のオーブンにて１時間熱処理する。この後、オートプローバーにより、特性検査を行い、不良品にはインクでマーキングを行う。基板１１を完全に分離するために、再度ダイシングを行い、個々の半導体発光素子１を形成する。最後に、インクでマーキングした不良品を除去することにより、特性検査結果の信頼性が高い、すなわち品質の高い半導体発光素子１のみが残る。このように、熱処理を行った後に、特性検査を行うことで、特性検査の信頼性が高まり、完成した半導体発光素子の品質を向上させることができる。
【００６４】
本実施の形態の半導体発光素子を、図３に示すような従来技術により検査された半導体発光素子と比較すると、実装後に再度行う特性検査で不良判定除去される割合が、約１０％程度改善された。
【００６５】
本実施の形態においては、オーブンで熱処理を行ったが、アニール炉、シンター炉など、４００℃程度まで高温に上げることが可能で、かつ温度制御ができる装置であれば、どのような装置を用いて熱処理しても良い。
【００６６】
また、取り扱いの作業性より、半導体発光素子をウエハーの状態で熱処理や特性検査を行ったが、半導体発光素子単体で熱処理を行った後に、特性検査を行っても、特性検査以降の取り扱いを適正な方法で行えば構わない。すなわち、熱処理や特性検査は、半導体発光素子側面が露出した状態であれば、半導体発光素子のウエハー状態でも半導体発光素子単体の状態でも、また熱処理の方法においても、本発明の思想を脱しない範囲で種々変形して用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
このように半導体発光素子側面に付着している異物に電気的導通を容易に生じさせることができるので、半導体発光素子単体の特性検査で確実に良否判定、選別除去が可能となる。したがって、半導体発光素子実装前の段階で不良素子の除去ができ、工数及び不良金額の削減に大きな効果をもたらす。また、従来特性検査で判定できなかった不良品を、確実に不良判定でき、半導体発光素子完成品の品質向上と市場での信頼性を高める効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の半導体発光素子の実施の形態を示す概略断面図
【図２】本発明の半導体発光素子の実施の形態を示す概略回路図
【図３】一般的な半導体発光素子の例を示す概略断面図
【符号の説明】
【００６９】
１  半導体発光素子
２  半導体発光素子側面
１０  異物
１１  基板
１２  ｎ型クラッド層
１３  活性層
１４  ｐ型クラッド層
１５  ｐ型電流拡散層
１６  ｐ側電極
１７  ｎ側電極
２８  発光ダイオード
２９  抵抗
【図１】
2009200135.tif 000003
【図２】
2009200135.tif 000004
【図３】
2009200135.tif 000005