CN1324660C - 可以识别表里的矩形氮化物半导体基片 - Google Patents

可以识别表里的矩形氮化物半导体基片 Download PDF

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Abstract

本发明涉及可以识别表里的矩形氮化物半导体基片。已有的GaN晶片表面是镜面，里面是粗糙面，用肉眼就能看到面粗糙度的不同从而区别表面和里面。当里面未加利用和保护时恐怕会附着粒子，也恐怕也会使弯曲变大，发生裂缝·发生破裂等。希望不用粗糙度的不同也能够区别氮化物半导体矩形基片的表里。为了区别表里在矩形GaN基片的两个角部设置按顺时钟旋转地以长短顺序排列的切除缺口，在一个角部设置形成角度5°～40°的一个切除缺口，或者使表面一侧和里面一侧的面去除量不同，或者通过写入文字来区别表里。因为能够使里面更平滑使它的状态与表面近似，所以减少粒子的附着，既能减少弯曲，也能减少裂缝碎片等的发生。

Description

可以识别表里的矩形氮化物半导体基片
技术领域
本发明涉及矩形氮化物半导体基片，在简单地附加表里区别上下工夫。因为GaN基片是透明的，所以存在与不透明的Si晶片和GaAs晶片不同的问题。即便在里面加上标记从表面也可以看到，即便在表面加上标记从里面也可以看到。如果是圆形的晶片则能够通过从侧周切取2类长度不同的弦(OF、IF)来显示表里面。但是GaN基片的生长技术还不成熟，不能够制造出相当大的圆形晶片。在圆形晶片的情形中，最大直径也只有1英寸～2英寸左右。
因为制作圆形晶片是困难的，所以也可以制作1边为1cm～2cm左右的矩形晶片。在矩形晶片的情形中，因为已经具有4条边，所以为了显示表面里面，不可能再从侧周切取弦。
背景技术
GaN基片的加工由粗加工(研削)、形状加工、粗研磨、抛光研磨、清洗等工序组成。现在，用SiC和金刚石等的研磨剂，使GaN的表面镜面化(面粗糙度Ra≤1nm)。用粗砂轮(#400～1000)对里面进行加工。里面成为用粗砂轮研磨的面粗糙度大的毛玻璃状。这样一来表面与里面的面粗糙度显著不同。所以能够用肉眼区别GaN基片的表面和里面。因此在矩形晶片的情形中用眼睛观看表里面由粗糙面镜面的不同进行区别。因为用光学上的差异区别表里面所以不设置特别的表里标识。
在圆形晶片中需要表示方位的线(OF)，但是在矩形晶片的情形中因为能够利用四边中的任何一边作为方位指标所以不需要OF。在GaN矩形晶片的情形中既不需要再附加表里标识也不需要再附加方位标识。这就是现状。
对于不用OF和IF等的弓形切除缺口显示表里的半导体晶片已经提出了几种方案。
专利文献1提出了不用OF、IF，通过在圆形Si晶片的表面和里面，去除角度不同的面来识别表里的方案。
专利文献2提出了不用OF、IF等将聚焦的激光束照射在晶片上沿特定方向延伸的线上形成圆点状熔融孔，用它显示方位和表里的Si圆形晶片的方案。
专利文献3提出了不设置OF、IF等用切口和表里面的面去除的不同来显示方位和表里面的Si圆形晶片的方案。
专利文献4提出了为了明确地区别Si晶片的表里不对称地去除表里面的Si圆形晶片的方案。
专利文献5也提出了为了区别表里使面去除不对称的Si圆形晶片的方案。
专利文献6首先提出了对周边部分进行面去除的自立的GaN晶片的方案。
专利文献7首先提出了在对可见光透明的又硬又脆的氮化镓晶片上用激光写入文字的方法。
[专利文献1]日本平成2年公布的2-144908号专利公报“半导体装置的制造方法”
[专利文献2]日本昭和60年公布的60-167426号专利公报“半导体结晶圆片”
[专利文献3]日本2000年公布的2000-331898号专利公报“附加切口的半导体晶片”
[专利文献4]日本昭和58年公开的58-71616号专利公报“半导体装置的制造方法”
[专利文献5]日本平成8年公开的8-316112号专利公报“附加切口的半导体晶片”
[专利文献6]日本2002年公布的2002-356398号专利公报“氮化镓晶片”
[专利文献7]日本2002年公布的2002-008130号专利公报“氮化镓晶片和氮化镓晶片的标记方法”
发明内容
GaN单晶基片是透明的，现状是，因为里面是粗糙面，表面是镜面所以能够用肉眼判别表里。但是这样做时因为里面是粗糙面所以产生了问题。因为里面是粗糙面所以容易附着粒子。这些粒子在表面上转移并进入表面污染了表面。并且因为里面和表面的面粗糙度有很大的不同所以平坦度恶化发生弯曲。由于弯曲和产生刻蚀的误差，制品的成品率也恶化了。进一步也存在从里面发生裂缝的情形。又也存在着当里面与散热片和外壳粘合时由于是粗糙面热传导性恶化散热不充分的情形。
因此，我们希望使里面也更平滑接近镜面。如果这样做，则也能够减少粒子在里面的附着。当使里面粘合在散热片上时热传导也变好了，弯曲的问题也得到了改善。但是当里面也接近镜面时由于表里的面粗糙度接近用肉眼不能够区别表里。这样一来，需要有代替根据面粗糙度的不同区别表里的至今在使用的识别方法的新方法。
本发明的第1个目的是提供使里面也更平滑化并且为了能够区别表里而设置表里标识的单晶氮化物半导体基片。本发明的第2个目的是提供不使里面成为粗糙面粒子难以附着的单晶氮化物半导体基片。本发明的第3个目的是提供不使里面成为粗糙面减少弯曲的单晶氮化物半导体基片。本发明的第4个目的是提供不使里面成为粗糙面提高里面的热传导的单晶氮化物半导体基片。
本发明的一种可以识别表里的矩形氮化物半导体基片，其特征是：它是将持有(0001)表面的(11-20)面和(1-100)面作为侧边的矩形，将(11-20)面作为基准面，在它的对边的2个顶点上从表面看时按顺时钟旋转的顺序附着长的切除缺口和短的切除缺口。
本发明的另一种可以识别表里的矩形氮化物半导体基片，其特征是：它是将持有(0001)表面的(11-20)面和(1-100)面作为侧边的矩形，将(1-100)面作为基准面，在它的对边的2个顶点上从表面看时按顺时钟旋转的顺序附着长的切除缺口和短的切除缺口。
本发明的矩形氮化物半导体基片为了区别表里在2个角部设置按顺时钟旋转地长短顺序排列的切除缺口，或者在一个角部设置形成角度5°～40°的一个切除缺口，或者使表面一侧和里面一侧的面去除量不同，或者通过写上文字区别表里。下面，我们概略地说明本发明的作为氮化物半导体基片的GaN矩形晶片的情形。
1.它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，将(11-20)面作为基准面，在基准面的对边的两侧当使表面向着前方时按顺时钟转动顺序排列长的切除缺口L、短的切除缺口S那样地设置长的切除缺口L和短的切除缺口S(图1)。令四边全长为K，长切除缺口、短切除缺口的长度为K/40≤L≤K/12、K/40≤S≤K/16是合适的。
2.它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，将(1-100)面作为基准面，在基准面的对边的两侧当使表面向着前方时按顺时钟转动顺序排列长的切除缺口L、短的切除缺口S那样地设置长的切除缺口L和短的切除缺口S(图2)。令四边全长为K，长切除缺口、短切除缺口的长度为K/40≤L≤K/12、K/40≤S≤K/16是合适的。
3.它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，将(11-20)面作为基准面，当使基准面的对边在上面，表面向着前方时在对边的左侧设置与非基准面形成角度Θ(5°＜Θ＜40°)的切除缺口，当表面向着前方时按顺时钟转动顺序使切除缺口部分成为长、短那样地进行设置(图3)。
4.它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，将(1-100)面作为基准面，当使基准面的对边在上面，表面向着前方时，在对边的左侧设置与非基准面形成角度Θ(5°＜Θ＜40°)的切除缺口，当表面向着前方时按顺时钟转动顺序使切除缺口部分成为长、短那样地进行设置(图4)。
5.它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，对表面的边缘进行短的面去除(g)，对里面的边缘进行长的面去除(h)(图5)。最好g＜h。适合的范围如下所示。短的面去除宽度为g＝100μm～400μm左右。长的面去除宽度为h＝300μm～1000μm左右(图5)。
6.它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，对表面的边缘进行短的弯曲面去除(g)，对里面的边缘进行长的弯曲面面去除(h)(图6)。最好g＜h。适合的范围如下所示。短的面去除宽度为g＝100μm～400μm左右。长的面去除宽度为h＝300μm～1000μm左右(图6)。
上述图5、图6的面去除方法是用附有GC#600～#800的固定砂粒的500mmφ的转盘一面以100rpm的速度旋转一面进行湿式研磨以大约300gf的荷重加以实施。
7.它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，在表面一侧，沿[1-100]方向，与(11-20)面平行地进行激光标记在正方向写入文字(图7)。
8.它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，在里面一侧，沿[1-100]方向，与(11-20)面平行地进行激光标记在正方向写入文字(图8)。
9.它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，在里面一侧，沿[1-100]方向，与(11-20)面平行地进行激光标记在反方向写入文字(图9)。
10.它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，在表面一侧，沿[11-20]方向，与(1-100)面平行地进行激光标记在正方向写入文字(图10)。
11.它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，在里面一侧，沿[11-20]方向，与(1-100)面平行地进行激光标记在正方向写入文字(图11)。
12.它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，在里面一侧，沿[11-20]方向，与(1-100)面平行地进行激光标记在反方向写入文字(图12)。
本发明为了区别矩形GaN基片的表里面又在角部附有2个或1个切除缺口又改变面去除深度，写入文字。因此，能够区别表面和里面。已有技术用粗糙面、镜面用眼睛看区分表里，但是在透明的GaN基片的情形就不大容易分清粗糙面与镜面的不同。本发明的方法与根据粗糙度的不同的方法比较，用肉眼就能够容易地区别表里。又，它也能够同样地适用于AlGaN、AlN、InN等的氮化物半导体基片。
又，为了区别表里可以不使里面粗糙化。因为将里面加工成接近镜面，所以减少了里面的粒子附着。因为里面容易附着粒子的一个原因是粗糙面。因为加工加工里面和表面的工序没有大的不同所以减少了弯曲。弯曲的原因也是由于面加工的不同，当面加工没有大的不同时，也能够减少弯曲。减少了里面的凹凸不平变得更适合于光刻工序。
我们测定表面粒子数、弯曲(TTV)、裂缝·破裂发生率比较如已有的方法所示的用砂轮使里面粗糙化的GaN晶片和根据本发明使里面镜面化的GaN晶片。结果如图13、14、15所示。我们看到使里面镜面化的本发明能够减少表面粒子，既能够减少弯曲，又能够减少裂缝·破裂发生率。
附图说明
图1是与是持有(0001)面，将(11-20)面、(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，将(11-20)面作为基准面，在基准面的对边的两侧当使表面向着前方时按顺时钟转动顺序排列长的切除缺口L、短的切除缺口S那样地设置长的切除缺口L和短的切除缺口S的实施形态1有关的GaN晶片的平面图。
图2是与是持有(0001)面，将(11-20)面、(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，将(1-100)面作为基准面，在基准面的对边的两侧当使表面向着前方时按顺时钟转动顺序排列长的切除缺口L、短的切除缺口S那样地设置长的切除缺口L和短的切除缺口S的实施形态2有关的GaN晶片的平面图。
图3是与是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，将(11-20)面作为基准面，当使基准面的对边在上面，表面向着前方时，为了与非基准面形成角度Θ(5°＜Θ＜40°)而在对边的左侧设置切除缺口的实施形态3有关的GaN晶片的平面图。
图4是与是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，将(1-100)面作为基准面，当使基准面的对边在上面，表面向着前方时，为了与非基准面形成角度Θ(5°＜Θ＜40°)而在对边的左侧设置切除缺口的实施形态4有关的GaN晶片的平面图。
图5是与是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，为了能够通过使对里面一侧进行的面去除h比对表面一侧进行的面去除g大，区别表里的实施形态5有关的GaN晶片的平面图。
图6是与是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片，为了能够通过使对里面一侧进行的弯曲面去除h比对表面一侧进行的弯曲面去除g大，区别表里的实施形态6有关的GaN晶片的平面图。
图7是它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的矩形晶片，在表面一侧，沿[1-100]方向，与(11-20)面平行地进行激光标记在正方向写入文字的矩形GaN晶片的平面图。
图8是它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的矩形晶片，在里面一侧，沿[1-100]方向，与(11-20)面平行地进行激光标记在正方向写入文字的矩形GaN晶片的平面图。
图9是它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的矩形晶片，在里面一侧，沿[1-100]方向，与(11-20)面平行地进行激光标记在反方向写入文字的矩形GaN晶片的平面图。
图10是它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的矩形晶片，在表面一侧，沿[11-20]方向，与(1-100)面平行地进行激光标记在正方向写入文字的矩形GaN晶片的平面图。
图11是它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的矩形晶片，在里面一侧，沿[11-20]方向，与(1-100)面平行地进行激光标记在正方向写入文字的矩形GaN晶片的平面图。
图12是它是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的矩形晶片，在里面一侧，沿[11-20]方向，与(1-100)面平行地进行激光标记在反方向写入文字的矩形GaN晶片的平面图。
图13是测定表面粒子数比较根据已有方法用砂轮使里面粗糙化的GaN晶片和根据本发明使里面镜面化的GaN晶片的曲线图。
图14是测定弯曲(TTV)比较根据已有方法用砂轮使里面粗糙化的GaN晶片和根据本发明使里面镜面化的GaN晶片的曲线图。
图15是测定裂缝·破裂发生率比较根据已有方法用砂轮使里面粗糙化的GaN晶片和根据本发明使里面镜面化的GaN晶片的曲线图。
其中：
a——(-1100)边
b——(-1-120)边
c——(1-100)边
d——(11-20)边
L——长切除缺口
S——短切除缺口
Θ——切除缺口与非基准面形成的角度
 ——边d、边a形成的角部
 ——边a、边b形成的角部
 ——边b、边c形成的角部
 ——边c、边d形成的角部
g——表面一侧的面去除
h——里面一侧的面去除
具体实施方式
本发明在将(0001)面(C面)作为表面，(11-20)面(A面)和(1-100)面(M面)作为四边的矩形GaN晶片上，在连续的2个角部中设置使表面向着前方按顺时钟转动顺序排列长短的切除缺口。
或者在一个角部设置倾斜角为5°～40°的切除缺口，它们通过是否能够看到2个角部的切除缺口或者1个角部的切除缺口区别是表面还是里面。或者在表面一侧和里面一侧改变面去除量g、h。如果能够看到面去除则立即能够知道表里。
或者在GaN基片上写上文字。将在基片上写上文字称为标记。能够用大功率激光在GaN基片上写上文字。因为GaN基片是透明的所以既能够从表面也能够从里面看到。当进行标记时，使用二氧化碳气体激光(波长为10.6μm)以每个脉冲的激光功率为15～20mJ进行照射，打印上直径为100～140μmφ的圆点。
能够在表面上在正方向写入文字。能够看见正立的文字的是表面。也能够通过在表面上具有激光加工孔来进行判别。
能够在里面上在正方向写入文字。能够在反方向看见文字的是表面。也能够将没有激光加工孔的面判定为里面。
也能够在里面上在反方向写入文字(反文字)。能够看见正立的文字的是表面。现在我们说明各个情形。在无论哪种情形中也都是持有(0001)面，将(11-20)面和(1-100)面作为侧边的GaN矩形晶片。
1.将(11-20)面作为基准面，在基准面的对边的两侧当使表面向着前方时按顺时钟转动顺序排列长的切除缺口L、短的切除缺口S那样地设置长的切除缺口L和短的切除缺口S(图1)。令四边全长为K，长切除缺口、短切除缺口的长度为K/40≤L≤K/12、K/40≤S≤K/16是合适的。
所谓的“基准面”指的表示方位的面。在将(0001)面作为表面的GaN晶片上具有相互正交的a(-1100)、b(-1-120)、c(1-100)、d(11-20)的4条边。进一步，具有4个角部。它们是边d边a形成的角部、边a边、b形成的角部、边b、边c形成的角部、边c、边d形成的角部。
这里将d(11-20)作为基准边。对边是(-1-120)。对对边两侧的角部ロ、ハ进行切除。ロ是长切除缺口、ハ是短切除缺口。因为从表面观看，按顺时钟转动顺序排列长的切除缺口L、短的切除缺口S，所以我们知道它是表面。因为从里面观看，ロ、ハ是左右反转的，按顺时钟转动顺序排列短的切除缺口S、长的切除缺口L，所以我们知道它是里面。
2.将(1-100)面作为基准面，在基准面的对边的两侧当使表面向着前方时按顺时钟转动顺序排列长的切除缺口L、短的切除缺口S那样地设置长的切除缺口L和短的切除缺口S(图2)。令四边全长为K，长切除缺口、短切除缺口的长度为K/40≤L≤K/12、K/40≤S≤K/16是合适的。
因为它将c(1-100)作为基准面，所以对边是a(-1100)，对它的左右角部イ、ロ进行切除，形成长切除缺口L、短切除缺口S。
3.将(11-20)面作为基准面，当使基准面的对边在上面，表面向着前方时，在对边的左侧设置与非基准面形成角度Θ(5°＜Θ＜40°)的切除缺口，当表面向着前方时按顺时钟转动顺序使切除缺口部分成为长、短那样地进行设置(图3)。
因为它将d(11-20)作为基准面，所以对边是b(-1-120)，在它的左侧ロ，形成与非基准面a(-1100)形成角度Θ为5°～40°的切除缺口，当切除缺口的长度为ケロ、ロフ时从表面观看时，按顺时钟转动顺序排列长短切除缺口。
4.将(1-100)面作为基准面，当使基准面的对边在上面，表面向着前方时，在对边的左侧设置与非基准面形成角度Θ(5°＜Θ＜40°)的切除缺口，当表面向着前方时按顺时钟转动顺序使切除缺口部分成为长、短那样地进行设置(图4)。
因为它将c(1-100)作为基准面，所以对边是b(-1100)，在它的左侧イ，形成与非基准面d(11-20)形成角度Θ为5°～40°的切除缺口，当切除缺口的长度为エイ、イテ时从表面观看时，按顺时钟转动顺序排列长短切除缺口。
5.对表面的边缘进行短的面去除(g)，对里面的边缘进行长的面去除(h)(图5)。最好g＜h。适合的范围如下所示。短的面去除宽度为g＝100μm～400μm左右。长的面去除宽度为h＝300μm～1000μm左右(图5)。
这是用边的面去除的长短表示表里的情形。能够与基准面无关地进行定义。对于圆形Si晶片已经提出了几个方案。在矩形氮化镓中没有先例。既可以在矩形的全部4条边上进行非对称面去除，也可以只在某1条或2条边上进行非对称面去除。
6.对表面的边缘进行短的弯曲面去除(g)，对里面的边缘进行长的弯曲面去除(h)(图6)。最好g＜h。适合的范围如下所示。短的面去除宽度为g＝100μm～400μm左右。长的面去除宽度为h＝300μm～1000μm左右(图6)。
这使由于弯曲地进行面去除而发生破裂和裂缝变得很困难。
7.在表面一侧，沿[1-100]方向，与(11-20)面平行地进行激光标记在正方向写入文字(图7)。
因为氮化镓对于可见光是透明的，所以用在激光标记中经常使用的YAG激光(1.06μm)不能进行打孔。即便是YAG的第2高频波(530nm)因为吸收少也不能进行打孔。如上述的专利文献7所述，可以用400nm以下波长的激光(例如YAG的第3高频波)和5000nm以上波长的激光(例如的10.6μm的二氧化碳激光)。
因为在表面一侧写入文字，所以可以正确地看见文字的是表面，翻过来才可以看见的是里面。
所谓的(11-20)面是沿边イ二而且法线与ロイ、ハイ平行的面。用(hkmn)表示别的面、用[hkmn]表示别的方向，但是将别的方向[hkmn]定义为别的面(hkmn)的向外的法线方向。面ハイ是别的面(1-100)，与它垂直的边イ二是别的方向[1-100]。即[1-100]方向是与(11-20)面平行的。上面的文字意味着同一个方位。
进一步，因为通过文字是否左右反转来区别表里，所以应该将文字记入成左右非对称的。
8.在里面一侧，沿[1-100]方向，与(11-20)面平行地进行激光标记在正方向写入文字(图8)。
这里因为在里面一侧写入文字，所以可以正确地看见文字的是里面，翻过来才可以看见的是表面。
9.在里面一侧，沿[1-100]方向，与(11-20)面平行地进行激光标记在反方向写入文字(图9)。
这里因为在里面一侧写入左右方向相反的文字，所以可以正确地看见文字的是表面，翻过来才可以看见的是里面。
10.在表面一侧，沿[11-20]方向，与(1-100)面平行地进行激光标记在正方向写入文字(图10)。
因为在表面一侧写入文字，所以可以正确地看见文字的是表面，翻过来才可以看见的是里面。
11.在里面一侧，沿[11-20]方向，与(1-100)面平行地进行激光标记在正方向写入文字(图11)。
这里因为在里面一侧写入文字，所以可以正确地看见文字的是里面，翻过来才可以看见的是表面。
12.在里面一侧，沿[11-20]方向，与(1-100)面平行地进行激光标记在反方向写入文字(图12)。
这里因为在里面一侧写入左右方向相反的文字，所以可以正确地看见文字的是表面，翻过来才可以看见的是里面。

Claims (4)

1 一种可以识别表里的矩形氮化物半导体基片，其特征是：它是将持有(0001)表面的(11-20)面和(1-100)面作为侧边的矩形，将(11-20)面作为基准面，在它的对边的2个顶点上从表面看时按顺时钟旋转的顺序附着长的切除缺口和短的切除缺口。
2 根据权利要求1所述的可以识别表里的矩形氮化物半导体基片，其特征是：当基片四边的全长为K、长的切除缺口的长度为L、短的切除缺口的长度为S且S＜L时，具有K/40≤L≤K/12和K/40≤S≤K/16的关系。
3 一种可以识别表里的矩形氮化物半导体基片，其特征是：它是将持有(0001)表面的(11-20)面和(1-100)面作为侧边的矩形，将(1-100)面作为基准面，在它的对边的2个顶点上从表面看时按顺时钟旋转的顺序附着长的切除缺口和短的切除缺口。
4 根据权利要求项3所述的可以识别表里的矩形氮化物半导体基片，其特征是：当基片四边的全长为K、长的切除缺口的长度为L、短的切除缺口的长度为S且S＜L时，具有K/40≤L≤K/12和K/40≤S≤K/16的关系。
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