(57)【要約】【課題】チップ形状を安定化でき、これにより歩留まりを向上できる窒化物半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】サファイアウエハ５の一主面に、切断予定ライン７を選択的に被覆するパターンのマスク３１が形成される。サファイアウエハ５の露出部分からIII族窒化物半導体を選択成長させ、切断予定ライン７上のマスク３１を露出させた状態のIII族窒化物半導体層２が形成される。切断予定ライン７に沿って、レーザ光９により、サファイアウエハ５に分割ガイド溝１０が形成される。この分割ガイド溝１０に沿ってサファイアウエハ５が分割される。【選択図】図１
2009032971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切断予定ラインを選択的に被覆するパターンのマスクを基板の一主面に形成する工程と、
前記基板の一主面の露出部分からIII族窒化物半導体を選択成長させ、前記切断予定ライン上の前記マスクを露出させるIII族窒化物半導体層を形成する工程と、
前記切断予定ラインに沿って、前記基板に分割ガイド溝を形成する工程と、
前記分割ガイド溝に沿って前記基板を分割する工程とを含む、窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記分割ガイド溝を形成する工程は、レーザ加工によって前記分割ガイド溝を形成する工程を含む、請求項１記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記分解ガイド溝を形成する工程は、ダイヤモンドカッタで前記分割ガイド溝を形成する工程を含む、請求項１記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記分割ガイド溝を形成する工程は、ダイシングによって前記分割ガイド溝を形成する工程を含む、請求項１記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記分割ガイド溝を形成する工程は、前記基板の一主面に分割ガイド溝を形成する工程を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記分割ガイド溝を形成する工程は、前記基板の他の主面に分割ガイド溝を形成する工程を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、III族窒化物半導体を用いた窒化物半導体素子の製造方法に関する。III族窒化物半導体とは、III-Ｖ族半導体においてＶ族元素として窒素を用いた半導体であり、その代表例は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）である。一般には、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）と表わすことができる。
【背景技術】
【０００２】
サファイア基板上にIII族窒化物半導体層を成長させた構成の半導体素子が知られている。青色系の発光ダイオードや半導体レーザがその典型例である。発光素子の他にも、パワートランジスタや高電子移動度トランジスタのようなトランジスタ素子にもIII族窒化物半導体が適用されている。
発光素子の場合、III族窒化物半導体層は、たとえば、サファイア基板側から、ｎ型ＧａＮ層、活性層（発光層）およびｐ型ＧａＮ層を積層した積層構造を有している。この構成により、活性層で電子および正孔が再結合して発光が生じる。
【０００３】
製造工程では、サファイアウエハ上にIII族窒化物半導体層が成長させられ、その後、III族窒化物半導体層が形成された状態のウエハが個別素子に分割される。サファイアとIII族窒化物半導体では、格子不整合のために、劈開方向が異なる。そのため、スクライブ傷を入れてブレークを行う一般的な手法では、サファイア基板とIII族窒化物半導体層とで割れ易さが異なるので、チップ形状が安定せず、歩留まりが悪い。すなわち、サファイアウエハにスクライブ傷を入れると、III族窒化物半導体層の断面が不安定になり、III族窒化物半導体層にスクライブ傷を入れるとサファイアウエハの断面が不安定になる。
【特許文献１】特開２００４−２６８３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、この発明の目的は、チップ形状を安定化でき、これにより歩留まりを向上できる窒化物半導体素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、切断予定ラインを選択的に被覆するパターンのマスクを基板の一主面に形成する工程と、前記基板の一主面の露出部分からIII族窒化物半導体を選択成長させ、前記切断予定ライン上の前記マスクを露出させるIII族窒化物半導体層を形成する工程と、前記切断予定ラインに沿って、前記基板に分割ガイド溝を形成する工程と、前記分割ガイド溝に沿って前記基板を分割する工程とを含む、窒化物半導体素子の製造方法である。
【０００６】
前記基板は、主面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させることができるものであればよく、III族窒化物半導体からなる同種基板であってもよいし、III族窒化物半導体以外の異種基板であってもよい。異種基板の例としては、サファイア基板やＳｉＣ基板を挙げることができる。
この発明によれば、切断予定ラインを被覆するパターンのマスクを基板の一主面に形成した状態で、マスクから露出している基板主面からの選択成長によってIII族窒化物半導体層が形成される。このIII族窒化物半導体層は、切断予定ライン上のマスクを露出させている。したがって、切断予定ライン上には、III族窒化物半導体層が形成されていない。よって、切断予定ラインに沿って分割ガイド溝を基板に形成し、その後に基板を分割するときには、基板のみが分割されるのであり、III族窒化物半導体層は分割されない。換言すれば、III族窒化物半導体層は、その選択成長時に、既に分離された状態で形成されていて、事後的な分割を要しない。
【０００７】
分割ガイド溝が形成される基板は、分割後の断面形状が安定している。また、III族窒化物半導体層の端面形状は基板の分割による影響を受けないから、やはり安定している。こうして、端面形状の安定したチップを得ることができるので、歩留まりを向上することができる。
請求項２記載の発明は、前記分割ガイド溝を形成する工程は、レーザ加工によって前記分割ガイド溝を形成する工程を含む、請求項１記載の窒化物半導体素子の製造方法である。この方法では、レーザ加工によって分割ガイド溝が形成されるので、分割ガイド溝の幅を小さくすることができる。したがって、基板上で隣接するIII族窒化物半導体層間の距離を短くできるから、それに応じて、III族窒化物半導体層の面積を広くすることができる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、前記分解ガイド溝を形成する工程は、ダイヤモンドカッタで前記分割ガイド溝を形成する工程を含む、請求項１記載の窒化物半導体素子の製造方法である。この方法では、ダイヤモンドカッタを用いた罫書き傷によって分割ガイド溝が形成される。したがって、分割ガイド溝の形成のための加工を簡単な構成の装置で行える。
請求項４記載の発明は、前記分割ガイド溝を形成する工程は、ダイシングによって前記分割ガイド溝を形成する工程を含む、請求項１記載の窒化物半導体素子の製造方法である。この方法では、半導体ウエハの分割のために従来から用いられてきたダイシングによって分割ガイド溝が形成される。分割ガイド溝の深さは、この場合、基板の板厚途中に至る深さであってもよく、板厚全部に渡る深さであってもよい。板厚全部に渡る場合には、分割ガイド溝を形成する工程の末期において、基板分割工程が行われることになる。
【０００９】
請求項５記載の発明は、前記分割ガイド溝を形成する工程は、前記基板の一主面に分割ガイド溝を形成する工程を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子の製造方法である。この方法では、III族窒化物半導体層が切断予定ラインに沿って分離された状態で形成されている側の主面から基板に分割ガイド溝が形成される。したがって、分割ガイド溝を形成するための加工工程が容易である。
【００１０】
請求項６記載の発明は、前記分割ガイド溝を形成する工程は、前記基板の他の主面に分割ガイド溝を形成する工程を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子の製造方法である。この方法では、III族窒化物半導体層が形成されていない側の主面から基板に分割ガイド溝が形成される。そのため、分割ガイド溝を形成するときの加工によって、III族窒化物半導体層に影響が与えられることを抑制または防止できる。
【００１１】
III族窒化物半導体層が分離されている位置（切断予定ライン）と分割ガイド溝の位置とを正確に一致させるためには、前記基板として透明基板を用いることが好ましい。この場合、基板の前記他の主面側から分割予定ライン（III族窒化物半導体層からマスクが露出している部分）を透視しながら、分割ガイド溝の形成位置を定めることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を工程順に示す図解図であり、図２は、窒化物半導体素子を製造するために用いられるサファイアウエハ５の図解的な斜視図である。サファイアウエハ５は、図２に示すように、ほぼ円形板状体であるが、図１では、その一部の矩形の領域を示す。
【００１３】
サファイアウエハ５上に格子状に配列される複数の個別素子領域に個別素子８０がそれぞれ形成され、その後、サファイアウエハ５を分割することによって、個別素子８０がチップ状に切り出される。個別素子領域は、碁盤目状の仮想的な切断予定ライン７によって区画される矩形領域である。
まず、図１(a)に示すように、サファイアウエハ５の一主面上に、マスク３１が形成される。マスク３１は、たとえば、酸化シリコンからなる。このマスク３１は、フォトリソグラフィ工程の適用によって、切断予定ライン７およびその両側の所定幅の領域を選択的に被覆するパターンに形成される。したがって、マスク３１は、切断予定ライン７を被覆する帯状部からなり、全体として、碁盤目状のパターンを形成している。そして、複数の矩形形状の個別素子領域を区画しており、それらの個別素子領域でサファイアウエハ５が露出している。マスク３１の帯状部の幅は、たとえば、１０μｍ〜２０μｍである。また、マスク３１の厚さは、たとえば、２０００Å〜３０００Åとされる。
【００１４】
次に、図１(b)に示すように、サファイアウエハ５の露出領域からIII族窒化物半導体層２がエピタキシャル成長させられる。このエピタキシャル成長は、マスク３１によって被覆されている領域以外での選択成長となる。III族窒化物半導体層２がマスク３１の厚さに至ると、III族窒化物半導体層２はマスク３１上の領域にも成長していく。このIII族窒化物半導体層２の選択成長は、隣接する個別素子領域から成長したIII族窒化物半導体層２，２間に、マスク３１の幅よりも小さなギャップｇが確保されている状態で停止される。こうして、個々の個別素子領域ごとに分離された複数個のIII族窒化物半導体層２が形成される。
【００１５】
たとえば、発光ダイオード素子を作製する場合には、III族窒化物半導体層２は、サファイアウエハ５に接するｎ型ＧａＮバッファ層（たとえば２μｍ）と、このｎ型ＧａＮバッファ層に積層されるｎ型ＧａＮコンタクト層（たとえば１μｍ〜１０μｍ）と、このｎ型ＧａＮコンタクト層に積層される活性層（発光層）と、この活性層に積層されるｐ型ＧａＮコンタクト層（たとえば０．２μｍ〜１μｍ）とを順にエピタキシャル成長させて形成される。活性層は、たとえば、ＩｎＧａＮ層（たとえば１ｎｍ〜３ｎｍ）からなる量子井戸層とノンドープＧａＮ層（たとえば１０ｎｍ〜２０ｎｍ）からなるバリア層とを交互に繰り返し（たとえば３〜８周期）形成した多重量子井戸構造（ＭＱＷ：multiple-quantum well。たとえば全体で０．０５μｍ〜０．３μｍの厚さ）を有するものであってもよい。
【００１６】
次に、サファイアウエハ５が薄型化される。この薄型化は、研削処理や研磨処理（たとえば化学的機械的研磨処理）によって行われる。たとえば、当初のサファイアウエハ５の厚さは、３５０μｍ程度であり、これが８０μｍ程度まで薄型化される。III族窒化物半導体層２の厚さは、たとえば、２μｍ〜３μｍ程度である。
次いで、図１(c)に示すように、サファイアウエハ５に対して、切断予定ライン７（図１(a)参照）に沿って分割ガイド溝１０が形成される。この分割ガイド溝１０を形成するための加工は、この例では、レーザ加工機を用いて行われる。
【００１７】
詳細な構成の図示は省略するが、レーザ加工機は、レーザ光発生ユニットと、このレーザ光発生ユニットから発生したレーザ光を集光する集光レンズ１５を含むレーザ照射ヘッドと、ＸＹステージ機構とを備えている。これらのうち、図１(c)には、集光レンズ１５のみが示されている。レーザ光発生ユニットとしては、たとえば、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザなどを用いることができる。ＸＹステージ機構は、支持シート８を介してウエハ５を保持するステージと、このステージを直交する２つの方向（たとえば水平方向）であるＸ方向およびＹ方向に二次元移動させる移動機構とを備えている。ＸＹステージ機構は、必要に応じて、集光レンズ１５に接近／離反する方向であるＺ方向（たとえば上下方向）に沿ってステージを移動させる機構をさらに備えていてもよい。集光レンズ１５は、レーザ光９を集光させることができ、また、必要に応じて、その焦点距離を調整することができるものとされていてもよい。集光レンズ１５とウエハ５との距離の調整は、集光レンズ１５をＸＹステージ機構のステージに対して接近／離反させて行ってもよいし、ＸＹステージ機構のステージを集光レンズ１５に対して接近／離反させて行ってもよい。これにより、集光レンズ１５の集光点とウエハ５との位置関係を調整できる。この位置関係の調整は、むろん、集光レンズ２３の焦点距離の調整によっても行える。
【００１８】
このような構成のレーザ加工機を用いて、サファイアウエハ５に対してレーザ光９が走査される。より具体的には、切断予定ライン７に沿って、マスク３１上にレーザ光９が走査される。
走査の過程において、レーザ光９は常時照射されていてもよいし、レーザ光発生ユニットをオン／オフすることによって、間欠的にレーザ光９が照射されるようにしてもよい。
【００１９】
レーザ光９が照射される位置においては、マスク３１の表面にレーザ光９が集光されて吸収され、これにより、マスク３１に溝が形成され、さらに、その溝がマスク３１を貫通すると、サファイアウエハ５に溝が形成される。そして、集光点がウエハ５の表面に沿って走査されることによって、隣接する個別素子８０の境界領域に、切断予定ライン７に沿って、分割ガイド溝１０が形成される。走査時にレーザ光９を常時照射していれば、分割ガイド溝１０は連続形状の溝となり、走査時に間欠的にレーザ光９を照射すれば走査方向に所定の間隔を隔ててミシン目状に分割された分割ガイド溝１０が形成されることになる。
【００２０】
切断予定ライン７上には、マスク３１が形成されているが、III族窒化物半導体層２は形成されていない。また、切断予定ライン７を挟んで隣接するIII族窒化物半導体層２，２間には、レーザ光９による加工幅（たとえば２μｍ〜３μｍ）よりも広いギャップｇ（たとえば、５μｍ）が確保されている。このギャップｇを介して、レーザ光９によるによる加工が行われることにより、マスク３１を貫通してサファイアウエハ５の主面に到達し、さらに、サファイアウエハ５の主面から所定の深さｄ（たとえば２μｍ〜３μｍ）に至るように分割ガイド溝１０が形成される。
【００２１】
レーザ光９を走査させるときには、分割ガイド溝１０が切断予定ライン７に沿って形成されるように、レーザ加工機のＸＹステージ機構は、サファイアウエハ５を保持したステージをＸ方向およびＹ方向に移動させる。これにより、レーザ光９が切断予定ライン７に沿ってサファイアウエハ５を走査し、その結果、切断予定ライン７に沿う分割ガイド溝が形成されることになる。前述のとおり、切断予定ライン７は、サファイアウエハ５を碁盤目状に分ける仮想的な線であるから、分割ガイド溝１０は、サファイアウエハ５の一主面に碁盤目状に形成されることになる。
【００２２】
次に、図１(d)に示すように、サファイアウエハ５を分割する分割工程が行われる。具体的には、サファイアウエハ５に対して、切断予定ライン７に沿って、主面に垂直な方向の外力が加えられる。これにより、サファイアウエハ５は、分割ガイド溝１０に沿って割れる。こうして、チップ状の複数の個別素子８０がサファイアウエハ５から切り出されることになる。
【００２３】
以上のようにこの実施形態によれば、サファイアウエハ５の一主面に、切断予定ライン７上を選択的に被覆するパターンのマスク３１が形成され、このマスク３１から露出したサファイアウエハ５の表面からIII族窒化物半導体層２が選択エピタキシャル成長させられる。そして、切断予定ライン７に沿って分割ガイド溝１０がサファイアウエハ５に形成される。分割ガイド溝１０に沿ってサファイアウエハ５を分割すれば、分割後のサファイア基板５１は良好な切断端面５２を有する。また、切断予定ライン７上にはIII族窒化物半導体層２は形成されず、III族窒化物半導体層２はもともと個別素子領域ごとに分離された状態で形成される。したがって、サファイアウエハ５の分割によってIII族窒化物半導体層２の端面２２の形状に悪影響が与えられるおそれはない。こうして、安定した端面形状の窒化物半導体素子を形成することができるので、歩留まりを向上することができる。
【００２４】
図３は、この発明の第２の実施形態に係る製造方法を説明するための図であり、図１(c)の工程に代えて実行することができる分割ガイド溝形成工程が示されている。この実施形態では、分割ガイド溝１０を形成するための加工は、ダイヤモンドカッタ２０を用いて行われる。切断予定ライン７（図２参照）上は、マスク３１が形成されているが、III族窒化物半導体層２は形成されていない。そして、切断予定ライン７を挟んで隣接するIII族窒化物半導体層２，２間には、ダイヤモンドカッタ２０による加工幅（たとえば３μｍ〜５μｍ）よりも広いギャップｇ（たとえば、２０μｍ）が確保されている。このギャップｇを介して、ダイヤモンドカッタ２０による加工が行われることにより、マスク３１を貫通して、サファイアウエハ５の主面から所定の深さ（たとえば２μｍ〜３μｍ）に至るように分割ガイド溝１０が形成される。この分割ガイド溝１０は、切断予定ライン７に沿って形成される。
【００２５】
このようにダイヤモンドカッタ２０を用いて分割ガイド溝１０を形成することにより、製造工程を簡単にすることができる。ただし、ダイヤモンドカッタ２０により分割ガイド溝１０を形成するためには、ギャップｇは２０μｍ程度としておく必要がある。したがって、レーザ加工を行う場合の方が、個別素子領域におけるIII族窒化物半導体層２の面積を広くすることができる利点がある。
【００２６】
図４は、この発明の第３の実施形態に係る製造方法を説明するための図であり、図１(c)の工程に代えて実行することができる分割ガイド溝形成工程が示されている。この実施形態では、分割ガイド溝１０を形成するための加工は、ダイシングソー３０を用いて行われる。切断予定ライン７上には、マスク３１が形成されているが、III族窒化物半導体層２は形成されていない。そして、切断予定ライン７を挟んで隣接するIII族窒化物半導体層２，２間には、ダイシングソー３０による加工幅（たとえば、２０μｍ）よりも広いギャップｇ（たとえば３０μｍ）が確保されている。このギャップｇを介して、ダイシングソー３０による加工が行われ、マスク３１を貫通してサファイアウエハ５の主面に到達し、さらに、サファイアウエハ５の主面から所定の深さ（たとえば２μｍ〜３μｍ）に至るように分割ガイド溝１０が形成される。この分割ガイド溝１０は、切断予定ライン７に沿って形成される。
【００２７】
このようにダイシングソー３０を用いて分割ガイド溝１０を形成することにより、レーザ加工によって分割ガイド溝１０を形成する場合よりも、製造工程を簡単にすることができる。ダイシングソー３０により分割ガイド溝１０を形成するためには、ギャップｇは、３０μｍ程度としておく必要がある。また、マスク３１の幅がギャップｇよりも広くなるように、必要に応じてマスク３１の幅も広くしておく必要がある。したがって、やはり、レーザ加工を行う場合の方が、個別素子領域におけるIII族窒化物半導体層２の面積を広くすることができる利点がある。
【００２８】
図５は、この発明の第４の実施形態に係る製造方法を説明するための図であり、図１(c)の工程に代えて実行することができる分割ガイド溝形成工程が示されている。この実施形態では、サファイアウエハ５において、III族窒化物半導体層２とは反対側の主面に所定の深さ（たとえば、２μｍ〜３μｍ）の分割ガイド溝１０が形成される。サファイアウエハ５は透明基板であり、また、酸化シリコンからなるマスク３１も透明である。したがって、III族窒化物半導体層２とは反対側の主面から、サファイアウエハ５およびマスク３１を透視して、ギャップｇを観察することができる。そこで、たとえば、ＣＣＤカメラ等の撮像装置を用いてサファイアウエハ５をIII族窒化物半導体層２とは反対側から撮像してギャップｇの位置を特定し、この特定されたギャップｇの位置に沿って、分割ガイド溝１０を形成することができる。
【００２９】
図５には、レーザ加工機を用いて分割ガイド溝を形成する例が示されている。すなわち、III族窒化物半導体層２をステージに対向させた姿勢で、支持シート８によって当該ステージに保持させる。その状態で、撮像装置によってIII族窒化物半導体層２とは反対側からサファイアウエハ５を撮像する。撮像された画像からギャップｇを画像認識し、その画像認識結果に基づいて、レーザ加工機のＸＹステージ機構が制御される。これにより、レーザ光９が切断予定ライン７（図２参照）に沿ってサファイアウエハ５を走査し、切断予定ライン７に沿う分割ガイド溝１０が形成される。
【００３０】
以上、この発明の４つの実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、サファイア基板上にIII族窒化物半導体層を成長させた構成の窒化物半導体素子の製造方法について説明したが、基板としては、ＳｉＣ基板等の他の透明基板が適用されてもよいし、ＧａＮ基板等のIII族窒化物半導体基板が適用されてもよい。
【００３１】
また、前述の実施形態では、マスク３１を酸化シリコンで形成した例について説明したが、窒化シリコン、タングステン、チタニア（酸化チタン）などを材料としてマスク３１を形成してもよい。
さらに、図４の実施形態では、ダイシングソー３０で分割ガイド溝１０をサファイアウエハ５の厚さ方向途中まで形成する例について説明したが、分割ガイド溝１０をサファイアウエハ５の厚み全体に渡って形成してもよい。これにより、ダイシングソー３０による分割ガイド溝１０の形成と、サファイアウエハ５の分割とを同工程によって行うことができる。
【００３２】
また、図５の実施形態では、III族窒化物半導体層２とは反対側のウエハ主面にレーザ加工によって分割ガイド溝１０を形成する例について説明したが、ダイヤモンドカッタやダイシングソーを用いて同様な分割ガイド溝を形成してもよい。
さらに、また、ウエハ５の両方の主面に切断予定ライン７に沿う分割ガイド溝をそれぞれ形成してもよい。
【００３３】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を工程順に示す図解図である。
【図２】窒化物半導体素子を製造するために用いられるサファイアウエハの図解的な斜視図である。
【図３】この発明の第２の実施形態に係る製造方法を説明するための図であり、分割ガイド溝形成工程が示されている。
【図４】この発明の第４の実施形態に係る製造方法を説明するための図であり、分割ガイド溝形成工程が示されている。
【図５】この発明の第５の実施形態に係る製造方法を説明するための図であり、分割ガイド溝形成工程が示されている。
【符号の説明】
【００３５】
２    III族窒化物半導体層
５    サファイアウエハ
７    切断予定ライン
８    支持シート
９    レーザ光
１０    分割ガイド溝
１５    集光レンズ
２０    ダイヤモンドカッタ
２２    III族窒化物半導体層の端面
３０    ダイシングソー
３１    マスク
５１    サファイア基板
５２    サファイア基板の切断端面
８０    個別素子
ｄ    深さ
ｇ    ギャップ
【図１】
2009032971.tif 000003
【図２】
2009032971.tif 000004
【図３】
2009032971.tif 000005
【図４】
2009032971.tif 000006
【図５】
2009032971.tif 000007