JP2010507234A - ダイ分離法 - Google Patents
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Abstract
垂直発光ダイオード（ＶＬＥＤ）、パワーデバイス、レーザダイオード及び垂直キャビティ表面発光レーザデバイスのダイ等の複数の金属デバイスダイを含むウェハ構造体を分割する技術が開示されている。この技術によって製造されるデバイスによって従来の金属デバイスと較べて生産効率が上昇し、発光ダイオードの輝度や熱伝導性等の性能が向上する。さらに、除去されている本来は非（低）熱伝導性及び／又は非（低）導電性であるキャリア基板を有する金属デバイスの高放熱性が存在する場合には、この技術はＧａＮ系電子デバイスにも適用可能である。
【選択図】１ｃ
【選択図】１ｃ
Description
本発明の実施形態は、全体的に発光ダイオード（ＬＥＤ）、パワーデバイス、レーザダイオード及び垂直キャビティ表面発光デバイス（vertical cavity surface emitting device）等々の金属デバイスに関し、さらにそれらの製造方法に関する。
今日、金属デバイスのごときマイクロ電子デバイスは益々重要な役割を演じている。例えばＬＥＤはモバイルフォン、モバイル装置及び他の電子デバイスのごとき多くのアプリケーションで使用されている。近年、ビデオ表示器及び光学記憶媒体から発光機器並びに医療機器に至るまでオプトエレクトロニクス用の窒化物系半導体材料（例：窒化ガリウムすなわちＧａＮを含むもの）に対する需要が急激に高まっている。
従来の青色ＬＥＤはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌｌｎＧａＮ等の窒化物の半導体複合材料を使用することで製造される。これら発光デバイスの大半の半導体層は電気的に非伝導性であるサファイヤ基板上でエピタキシャルに形成される。
本発明の１実施形態は金属基板上に形成された複数の半導体ダイを含むウェハ構造体の分割方法である。一般的にこの方法はウェハ構造体の少なくとも一部を切断するために第１ダイと第２ダイとの間にレーザを適用するステップと、第１ダイと第２ダイとを完全分離するために物理力を適用するステップと、を含む。
本発明の別実施形態は金属基板上に形成された複数の垂直発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイを分離する方法である。一般的にこの方法は、隣接するＶＬＥＤダイ間で半導体を切断し、金属基板の少なくとも一部を切断するために、それら隣接する複数のＶＬＥＤダイ間にレーザを適用するステップと、隣接するＶＬＥＤダイを分離するために物理力を適用するステップとを含む。
本発明の実施形態は効率生産及びＬＥＤの輝度並びに熱伝導性の向上のごとき性能向上を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）の製造技術分野の改善を提供する。さらに本明細書は、本来的に非（又は低）熱伝導性であるもの及び／又は除去されている非（低）電気伝導性（導電性）基板を有した金属デバイスが有する高放熱性が存在する場合の垂直発光ダイオード（ＶＬＥＤ）、パワーデバイス、レーザダイオード、及び垂直キャビティ表面発光レーザデバイス等のＧａＮ系電子デバイスに適用可能な製造技術の実施形態を開示する。
図１ａは本発明の１実施形態による複数のｎ-ＧａＮ-アップ垂直発光ダイオード（ＶＬＥＤ）構造体を有するウェハ構造体１００ａを図示する。本例では光線はｎ-ＧａＮを透過してＶＬＥＤ構造体から外部環境に出る。このＶＬＥＤ構造体は個別の半導体ダイに分割される必要がある。多層エピタキシャル構造体（ＥＰＩ）はｎ型ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ/ＧａＮ層を有した１以上の量子井戸及びｐ型ＡｌＧａＮ/ＧａＮ層で形成できる。このｎ型層とｐ型層はＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ並びにＡｌｌｎＧａＮのごとき様々な複合半導体材料を含むが、ｎ-ＧａＮ及びｐ-ＧａＮの層を下記で解説する。本分野の専門家が知る様々な方法がこれら特殊なＶＬＥＤ構造体の形成に利用された。
ＶＬＥＤ構造体によってはダイ分離前に光子反射器として作用するように鏡体がｐ-ＧａＮ層の下側に設置される。例示として、この鏡体はＡｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ又はＡｌを含有する合金を使用してＮｉ/Ａｇ/Ｎｉ/Ａｕ、Ａｇ/Ｎｉ/Ａｕ、Ｔｉ/Ａｇ/Ｎｉ/Ａｕ、Ａｇ/Ｐｔ又はＡｇ/ＰｄあるいはＡｇ/Ｃｒのごとき複数の層で成る。
熱的に伝導性でもある１以上の電気的に非伝導性である層（以下「非伝導材料」ともいう。）が形成されたデバイス間の領域である通路を満たすのに使用されているであろう。この通路を満たす非伝導材料は複数の量子井戸（ＭＱＷ）活性領域をさらに保護するためにｐ-ＧａＮの横面の少なくとも一部をも覆うことができる。
１以上の層の積層は、例えば“金属”とラベル化された１枚の厚い金属プレートを造りだす努力にてキャリア基板が除去される前に鏡体及び非伝導材料上で実施可能である。図１ａではウェハ構造体１００ａはキャリア基板の除去後に反転されており、金属は鏡体とエピタキシャル構造体の下側で示されている。これら１以上の積層された金属層は電解化学積層（ＥＣＤ）又は無電解化学で積層（無電ＣＤ）、ＣＶＤ、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、蒸着又はスラズマスプレー法によって形成されている。金属層は単層又は複層でよい。金属層が複層構造体である場合、異なる組成（例：Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｕ-Ｃｏ、Ｃｕ-Ｍｏ、Ｎｉ/Ｃｕ、Ｎｉ/Ｃｕ-Ｍｏ及びそれらの合金）である複数の金属層が形成されている。これらの金属層は異なる技術を利用して形成されていてもよい。実施形態によっては最も厚い金属層はＥＣＤ又は無電ＣＤで積層されている。この最厚の金属層は金属複層内のどの層でもよい。各金属層の厚みは約１０μｍから４００μｍである。
電解化学又は無電解化学積層技術を利用して金属層を積層する前に、好適には電気的に伝導性であるシード金属が図１ａから図１ｃで図示するように形成されている。このシード金属は、ＥＣＤを利用して銅層とニッケル層を形成する前に、まずタングステンの蒸着、スパッタリング、化学蒸着（ＣＶＤ）又は有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）によって１以上の層として積層されている銅、ニッケル又はタングステンでよい。金属層のためのＥＣＤ又は無電ＣＤの場合、シード金属を形成するように伝導性材料の積層が実行されている。このシード金属は電解メッキ又は無電解メッキ処理によって単金属層又は複金属層の成長を援助している。このような場合にはシード金属はＴａ/Ｃｕ、Ｔａ/ＴａＮ/Ｃｕ、ＴａＮ/Ｃｕ、Ｔｉ/ＴａＮ/Ｃｕ、Ｔａ/ＴｉＮ/Ｃｕ、Ｔｉ/Ｃｕ、Ｔｉ/ＴｉＮ/Ｃｕ、ＴｉＮ/Ｃｕ、Ｃｒ/Ａｕ、Ｃｒ/Ａｕ/Ｎｉ/Ａｕ、Ｃｒ/Ａｕ/Ｔｉ/Ｎｉ/Ａｕ、Ｔｉ/Ａｕ又はＴｉ/Ｎｉ/Ａｕのごとき構造を有するであろう。
１以上の追加金属層が下側の金属層（図１Ａａから図１ｃの“伝導性酸化/腐食保護層”）を保護する努力でオリジナル金属層上に形成されている。このような追加保護金属層は例えばＣｒ/Ａｕ、Ｎｉ又はＮｉ/Ａｕを含むであろう。
エピタキシャルウェハ構造体からキャリア基板を分離した後に、場合によっては図１ａで示すようにウェハ構造体が反転されており、様々なステップを利用してそのウェハ構造体は分割される（すなわち個別の半導体ダイに分離される）。これらステップでダイを分離する方法はブレーカ又はエアナイフを利用し、あるいは化学溶液（銅の切断エッジの酸化防止材料コーティング用）でのウォータジェットの利用を含んでいる。
実施形態によっては、ダイが形成されたウェハ構造体はレーザカット、ソーカット又はウォータジェットによって切断分割される。この切断力は図１ａのウェハ構造体１００ａで示す下方矢印で表されている。この金属基板のカットにレーザが使用された後、その金属は図１ｂのウェハ構造体１００ｂで示すようにレーザ加熱によって再合体される。続いて図１ｃのウェハ構造体１００ｃで示すようにこれらのダイはブレーカ、ナイフ、エアナイフ又はウォータジェットのごとき軽力の適用によって完全分離される。
ブレーカの力が強力すぎて電気デバイスに損傷を引き起こすようなら図２ａのウェハ構造体２００ａに関して図示されているようにダイはウェハの分割を注意深く制御するようにエアナイフを使用して分離される。
レーザ切断の場合には、レーザ切断中に形成される削り屑からデバイスを保護するために、好適には切断前に除去可能な保護コーティング（例：ポリマーコーティング）によってデバイスを保護する。製造特性と接合部特性のために酸素含有環境にてデバイスを切断することも好適である。
レーザ切断後にデバイスは削り屑を効率的に除去し、保護コーティングが存在するならその保護コーティングを除去し、接合部を洗浄／表面安定化処理するために液体及び／又は溶剤で洗浄処理される。この液体は塩基溶液又は酸化剤（例：Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２、ＨＮＯ３、ＨＮＯ３/ＨＣｌ、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２、ＫＯＨ：Ｈ２Ｏ２、Ｈ３ＰＯ４）含有又は非含有の酸溶液である。この溶液は加熱され、あるいは室温で使用される。溶剤はウェハ表面上の除去可能な保護コーティングを除去するためのデバイスの洗浄に使用される。この溶剤は界面活性剤含有又は非含有にて使用することができ、水溶液でよい。この溶剤がまず使用され、続いて液体が使用される。あるいは液体がまず使用され、溶剤が続く。実施形態によっては液体のみがデバイスの洗浄に使用される。あるいは溶剤のみがデバイスの洗浄に使用される。しかし、溶剤で保護コーティングをまず除去し、液体で接合部を洗浄／表面安定化処理することが望ましい。
分割には、特にレーザ切断後には、図２ｂで図示するようにダイのエッジに対して酸化防止表面安定化処理がウォータジェット用化学溶液の使用のごとき方法で適用される。この化学溶液は、例えばＣｕ、Ｐｄ、Ｎｉ又はＡｕメッキ溶液である。
ここで開示されている実施形態は金属基板の高放熱特性によりパワーデバイス、レーザダイオード及び垂直キャビティ表面発光レーザデバイスのごときＧａＮ系電子デバイスの製造にも利用できる。従来のＬＥＤに関した上記の教示は生産効率、輝度及び熱伝導性を高める。
前述は本発明の実施形態を解説する。本発明の他の実施形態もその基本的概念から逸脱せずに考案することが可能である。よって本発明の技術的範囲は本明細書の「特許請求の範囲」で決定されるべきものである。
Claims (23)
- 金属基板上に形成された複数の半導体ダイを含んだウェハ構造体を分割する方法であって、
（ａ）前記ウェハ構造体の少なくとも一部を切断するために第１ダイと第２ダイとの間にレーザを適用するステップと、
（ｂ）前記第１ダイと前記第２ダイとを完全分離するために物理力を適用するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。 - 複数の半導体ダイ全体にステップ（ａ）を反復するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 複数の半導体ダイ全体にステップ（ｂ）を反復するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項２記載の方法。
- ウェハ構造体の少なくとも一部は第１ダイ及び第２ダイと、金属基板の少なくとも一部との間に半導体材料を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 金属基板の少なくとも一部はレーザ適用ステップ後に再合体することを特徴とする請求項４記載の方法。
- 物理力適用ステップはブレーカ、ナイフ、エアナイフ及びウォータジェットのうちの少なくとも一種を利用することを特徴とする請求項１記載の方法。
- ウォータジェットは水のみであることを特徴とする請求項６記載の方法。
- 物理力適用ステップは化学剤溶液のウォータジェットの適用を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 化学剤溶液は酸又は塩基であることを特徴とする請求項８記載の方法。
- 化学剤溶液はＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２、ＨＮＯ３、ＨＮＯ３/ＨＣｌ、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２及びＨ３ＰＯ４のうちの少なくとも一種を含んでいることを特徴とする請求項９記載の方法。
- 化学剤溶液はＣｕ、Ｐｄ、Ｎｉ及びＡｕのうちの少なくとも一種を含んでいることを特徴とする請求項８記載の方法。
- 化学剤溶液のウォータジェット適用ステップにより第１ダイと第２ダイのエッジには酸化防止表面安定化層が形成されることを特徴とする請求項８記載の方法。
- 金属基板はＣｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ及びそれらの合金のうちの少なくとも一種を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 金属基板はシード金属層及び厚金属層を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
- シード金属層はＣｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔａ/Ｃｕ、Ｔａ/ＴａＮ/Ｃｕ、ＴａＮ/Ｃｕ、Ｔｉ/ＴａＮ/Ｃｕ、Ｔａ/ＴｉＮ/Ｃｕ、Ｔｉ/Ｃｕ、Ｔｉ/ＴｉＮ/Ｃｕ、ＴｉＮ/Ｃｕ、Ｃｒ/Ａｕ、Ｃｒ/Ａｕ/Ｎｉ/Ａｕ、Ｔｉ/Ａｕ及びＴｉ/Ｎｉ/Ａｕのうちの少なくとも一種を含んでいることを特徴とする請求項１４記載の方法。
- 半導体ダイは発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイ、パワーデバイスダイ、レーザダイオードダイ又は垂直キャビティ表面発光デバイスダイであることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 金属基板上に形成された複数の垂直発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイを分離する方法であって、
（ａ）隣接ＶＥＬＤダイと前記金属基板の少なくとも一部との間の半導体材料を切断するために前記複数のＶＬＥＤダイの隣接ＶＬＥＤダイ間にレーザを適用するステップと、
（ｂ）前記隣接ＶＬＥＤダイを分離するために物理力を適用するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。 - 隣接ＶＬＥＤダイを分離する物理力適用ステップは該隣接ＶＬＥＤダイ間で金属基板の再合体した部分の分断を含んでいることを特徴とする請求項１７記載の方法。
- 隣接ＶＬＥＤダイを分離する物理力適用ステップはブレーカ、ナイフ、エアナイフ及びウォータジェットのうちの少なくとも一種を利用することを特徴とする請求項１７記載の方法。
- 隣接ＶＬＥＤダイを分離する物理力適用ステップは化学剤溶液のウォータジェットの適用を含んでいることを特徴とする請求項１７記載の方法。
- 化学剤溶液はＣｕ、Ｐｄ、Ｎｉ及びＡｕのうちの少なくとも一種を含んでいることを特徴とする請求項２０記載の方法。
- 化学剤溶液のウォータジェット適用ステップにより第１ダイと第２ダイのエッジには酸化防止表面安定化層が形成されることを特徴とする請求項２０記載の方法。
- ＶＬＥＤダイはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮのうちの少なくとも一種を含んでいることを特徴とする請求項１７記載の方法。
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