JP3856639B2

JP3856639B2 - 半導体発光素子の製造方法

Info

Publication number: JP3856639B2
Application number: JP2000317516A
Authority: JP
Inventors: 浩梅田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2020-10-18
Also published as: JP2002124489A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光素子の製造方法に関するものであり、特にウエハ単位面積当たりのチップ取れ数をより多くするための製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）が屋内外の表示デバイスとして脚光を浴びている。特にその高輝度化に伴い、屋外用ディスプレイ市場が急伸、成長を続けている。可視光域のＬＥＤはこれまで緑から赤色域でＧａＰ、ＧａＡｓＰ、及びＧａＡｌＡｓが中心であったが、ＡｌＧａＩｎＰ系が実用化され緑色から赤色域の高輝度化が実現している。また、短波長の青色から緑色域についてＧａＮ系ＬＥＤが挙げられるが、緑色域については動作電圧が低いＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの需要が大きい。
【０００３】
代表として、ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤエピタキシャル成長ウエハの構造を図４に示した。ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤは閃亜鉛鉱型結晶であるＮ−ＧａＡｓ基板１上にＭＯＣＶＤ法にて、Ｎ−ＧａＡｓバッファ層６、Ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７、ＡｌＧａＩｎＰ活性層８、Ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層９及びＰ−ＡｌＧａＩｎＰ電流拡散層１０を順次成長させ基板側及びエピタキシャル成長側にそれぞれ電極４、５を形成させたものである。ここで閃亜鉛鉱型結晶とは、ＧａＡｓやＩｎＰのようなＩＩＩ−Ｖ族化合物結晶がとる特有の結晶配列を示す結晶構造であり、（１００）面もしくは（１００）から若干傾斜した面（一般にオフ基板と呼ばれる）を主面とする単結晶が基板として使用される。閃亜鉛鉱型結晶では（０１１）面が劈開面でありこの面にそってウエハをチップに分割することが行われている。
【０００４】
このようなウエハをチップに分割するには一般的にダイシング法が用いられる。ダイシング法では所定の間隔でウエハをダイシングソー（切断刃）でダイシングし、化学エッチングした後チップに分割する方法である。前記化学エッチングは切断面（ダイシング面）に発生した表面欠陥を除去するために行われるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ダイシング法ではダイシング溝の幅及びエッチングによるロスが発生する。すなわち、２５０μｍ×２５０μｍ間隔でダイシングし、エッチングした後のチップサイズは平均２３０μｍ×２３０μｍの出来上がりとなる。チップの原価を低減するためには一定のチップサイズのもと、ウエハ単位面積当たりのチップ取れ数を増やすことが必要で、このダイシング溝の幅及びエッチングによるロスが問題となる。
【０００６】
また、ダイシング法によるチップ分割を行わずに、ウエハ厚みを薄くして基板側からけがき傷（スクライブ傷）を入れローラーによって押圧することでチップに分割するブレイク法がある。この方法ではダイシング法のようなダイシング溝の幅及びエッチングによるロスが発生しないため、単位面積当たりのチップ取れ数を増やすことができる。しかし、このブレイク法ではローラーによる押圧で確実にチップに分割するためには、チップ高さ（ウエハ厚み）を１００μｍ程度にする必要がある。しかし、チップ高さが小さくなるとチップ底面からＰＮ接合面までの距離が小さくなるため、チップを用いた製品の製造工程において、Ａｇペーストがチップ側面に這い上がりＰＮ接合面を短絡しリーク不良が発生するなどの問題がある。
【０００７】
さらに、別のチップ分割法として、特開平５−２８５９３６号公報に開示されたけがき（スクライブ）法とエッチング法を併用したものがある。この併用法はウエハの一方の面にけがきによって溝を形成し、もう一方の面には前記けがきによる溝に直交する方向にエッチングによる溝を形成し、しかる後、ローラーの押圧によってチップに分割するものである。しかし、この併用法もウエハの厚みは１００μｍ程度まで薄くして実施されており、前記リーク不良が発生することに変わりはない。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、リーク不良を発生することなくウエハ単位面積当たりのチップ取れ数を増やすことのできる半導体発光素子の製造方法の提供を目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明に係わる半導体発光素子の製造方法は、（１００）面から［０１−１］方向にθ°傾いた面を主表面とする閃亜鉛鉱型結晶基板上に少なくとも発光層を形成したウエハを、複数個のチップに分割する半導体発光素子の製造方法において、
前記ウエハの表面の所定の位置に、化学エッチング法により、［０１−１］方向およびウエハの厚み方向に直交する［０１１］方向に延伸する溝を形成する工程と、
前記ウエハの厚みをｄとした時、前記基板の裏面の、前記ウエハの表面の所定の位置であって［０１１］方向に延伸する溝を形成する所定の位置に対し［０１−１］方向にｄ×ｔａｎθで表わされる距離だけ離れた位置にけがき傷を入れる工程と、
前記ウエハの表面から曲げ応力を加えて、前記ウエハを複数個のチップに分割する工程とを含み、
前記複数個のチップに分割する工程は、
前記溝を形成する工程および前記けがき傷を入れる工程の後、前記ウエハを円筒体に対し押圧した状態で［０１１］方向に相対的に移動させて、（１００）面に対してオフ角度を持たない第１の劈開面を利用して、前記ウエハの表面から曲げ応力を加えて、前記ウエハをバー状に分割する段階と、
前記段階の後、前記バー状に分割されたウエハを前記円筒体に対し押圧した状態で［０１−１］方向に相対的に移動させて、（１００）面に対してオフ角度を持つ第２の劈開面を利用して、前記ウエハの表面から曲げ応力を加えて、前記ウエハを複数個のチップに分割する段階とを含むことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の製造方法を用いて作製されたＬＥＤチップを［０１−１］方向から見た断面図である。本ＬＥＤの構造は（１００）面に対して主面が［０１−１］方向に１５°傾いたＮ−ＧａＡｓ基板１１の主面上にＭＯＣＶＤ法を用いて、Ｎ−ＧａＡｓバッファ層（厚み０．５μｍ）１２、Ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（厚み１．０μｍ）１３、アンドープ（Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（厚み０．５μｍ、黄色発光組成に相当）１４、Ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（厚み１．０μｍ）１５、Ｐ−（Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ電流拡散層（厚み７μｍ）１６を順次エピタキシャル成長させたウエハのエピタキシャル成長表面にＡｕＢｅ／Ａｕ材料を蒸着しＰ電極１７を形成し、また、後述のようにＮ−ＧａＡｓ基板１１の裏面を研磨した後、ＡｕＧｅ材料を蒸着しＮ電極１８を形成することによって得られる。
【００１５】
次に本実施形態のＬＥＤチップの作製方法を図１及び図２に基づいて説明する。図２（ａ）は基板の結晶方向を表わすものである。この図に示すＯＦ（オリエンテーション・フラット）とは基板と結晶方位の関係を示すためもので、この例では結晶の劈開面の一つである［０１１］方向２０に平行に設けてある。前記Ｐ電極（図示せず）の表面に幅１０μｍの［０１１］方向２０と［０１−１］方向２１に延伸した格子状パターンをフォトレジストを用いて形成する。前記Ｐ電極のパターン形成は基板の劈開面に平行なＯＦに合せてマスクアライメントすることで所望の方向に沿ったパターンを形成することができる。ここでは前記Ｐ電極のパターン間隔は２００μｍ×２００μｍとした。格子状に作製されたフォトレジストパターンがついたウエハを、ＨＣｌ：ＣＨ₃ＣＯＯＨ：Ｈ₂Ｏ₂＝３１：６２：７の組成からなるエッチング液に５分間浸漬するとＰ−（Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ電流拡散層が除去される。さらに、エッチング液を３０分放置した後、ウエハを再度このエッチング液に浸漬させ、Ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層、アンドープ（Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層、及びＮ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層を除去させる。このエッチング液はＧａＡｓに対してエッチングレートが遅いため、エピタキシャルウエハ表面からのエッチングはＧａＡｓのところでほとんど停止する。ＧａＡｓのエッチングはアンモニア系エッチング液にて行い、所望の溝２５（深さｈ）を得る。アンモニア系のエッチング液はＧａＡｓのエッチングにおいてそのエッチング面を平滑にすることが容易である。即ち、前記エッチング深さだけチップ高さを高くすることができるので、チップを用いた製品の製造工程において、Ａｇペーストがチップ側面に這い上がりＰＮ接合面を短絡するリーク不良の発生を抑制できる。本実施の形態では溝２５の深さｈを２０μｍとした。
【００１６】
次に、Ｎ−ＧａＡｓ基板１１の裏面を研磨し所望の厚みに加工する。本実施の形態ではウエハ全体の厚みを１５０μｍとした。さらに、この裏面研磨面をエッチングすることで研磨によるダメージ層を除去し、その後、例えばＡｕＧｅをこの面に形成することでＮ電極１８を得る。以上の工程でＬＥＤのウエハ工程が完了する。
【００１７】
次に、けがき傷を入れる工程について説明する。ウエハのＰ電極１７側の表面に粘着シート２４を貼り、ウエハ表面に形成させた格子状の溝に沿ってＮ−ＧａＡｓ基板１１裏面側をダイアモンドツールにてけがき傷を入れる。ここで（１００）に対して［０１−１］方向２１に１５°傾いたＮ−ＧａＡｓ基板１１を使用しているためＯＦと水平方向のけがき傷２３はウエハ表面に設けられた溝２５に対して［０１−１］方向２１にずれた状態で対向している。このずれ量は概略ｄ×ｔａｎθ（ｄは基板の厚み、θは基板表面の傾き角度）で示される。本実施の形態の場合、ｄはウエハ全体の厚み１５０μｍから溝２５の深さ（ｈ）２０μｍを差し引いた正味のウエハ厚さ１３０μｍであり、θは１５°である。従って、この値を上式に当てはめるとずらすべき距離は略３５μｍとなる。
【００１８】
次にチップに分割する工程について説明する。けがきが完了した後、粘着シート２４に貼ったエピタキシャルウエハのＮ−ＧａＡｓ基板裏面に保護紙（図示せず）を貼った後、粘着シート２４側からローラー２２によって押圧する。このとき［０１１］方向２０にローラー２２を移動しながら押圧し、第１の劈開面を利用してウエハをバー状に分割する。次に［０１−１］方向２１にローラー２２を移動しながら押圧し、第２の劈開面２６を利用しチップに分割する。これは（１００）面に対してオフ角度を持たない第１の劈開面に比べ、オフ角度を持った第２の劈開面２６は良好な劈開面が得にくいためである。従って第２の劈開面２６を出す工程を第１の劈開面を出す工程の後に実施する方が、チップの欠け等が少なく歩留まりが向上する。図２（ｂ）は第２の劈開面２６を得る［０１−１］方向２１へのローラー２２の押圧による分割（ブレイク）を示す図である。この時、けがき傷２３から発生した第２の劈開面２６は１５°右上方向へ延び、概略ｄ×ｔａｎθで求めた位置で基板表面側に形成した溝２５に達する。このブレイクが終わった後、粘着シート２４を拡大すると個々に分離されたチップが得られる。
【００１９】
一般に、ＬＥＤチップは、チップを用いた製品の製造工程におけるＡｇペーストによるリーク不良発生を防止するためチップ高さは１４０μｍ以上が必要とされる。また、ダイボンド時のダイシェア強度を確保する観点からチップの表面側のサイズは１８０μｍ×１８０μｍ以上が要求されている。今回作製したチップは、図１に示す通り、チップ裏面サイズ２００μｍ×２００μｍ、チップ表面サイズ１８０μｍ×１８０μｍ、チップ高さ１５０μｍとなった。同じチップサイズの場合、従来例では１８９０チップ／ｃｍ²、本発明による実施の形態では２５００チップ／ｃｍ²となり２４％の原価低減が実現できた。けがき、ブレイクによるチップ分割におけるけがき間隔とチップ分割後に良好な劈開面が得られる最大の厚みの関係を図３に示した。従来は、けがき間隔２００μｍの場合、ウエハ厚みは１２０μｍであり、けがき間隔２８０μｍの場合、ウエハ厚みは１５０μｍ（図中●で示す）であった。一方、本発明を用いた場合、けがき間隔２００μｍで１５０μｍのウエハ厚み（図中○で示す）が得られた。さらに、ウエハ表面に設ける格子状の溝深さを３０μｍまでエッチングすることが可能であり、この場合１６０μｍのウエハ厚みとなり、チップを用いた製品の製造工程におけるチップ高さに関する問題の発生が抑制された。
【００２０】
以上、本説明ではＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤについて説明したが本発明の材料はこれに限定されるものではなく、ＧａＡｓＰ系やＧａＡｌＡｓ系など広い範囲に適用できることは言うまでもない。また、半導体レーザチップの製造工程においてレーザバーからチップに分割する際にも適用できる。さらに、本実施の形態ではエピタキシャルウエハ表面への溝形成にウエットエッチングのみを用いたがこれに限定されるものではなく、ドライエッチングやハーフダイシング後にウエットエッチングを行い残留歪みを除去する方法などを使用しても良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、傾いた基板であってもウエハ表面の所定の位置においてチップに分割することが容易になる。また、ダイシング法によってチップに分割する時に発生するダイシング溝の幅及びエッチングによるロスをなくすことができる。そして基板裏面に形成されたけがき傷から発生した劈開面が溝に達するため、チップの高さを十分に確保することができ、チップを用いた製品の製造工程におけるリーク発生不良を抑制することが可能となる。また、ウエハ表面の所定の位置においてチップに分割することが容易になる。また、劈開を利用してチップに分割しているため、ダイシング法による分割時に生じる歪みは発生しない。さらに、ローラーによる押圧後に得られる分割されたチップの欠け等の発生を少なくすることができ、歩留まりが向上し製造原価を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を用いて作製したＬＥＤチップの構造図である。
【図２】本発明に係わるチップ分割方法を示す図であり、（ａ）は基板と結晶方向の関係を示すもの、（ｂ）はバー状に分割されたウエハをチップに分割するときの状態を示すものである。
【図３】本発明を利用した時のけがき間隔とウエハ厚みの関係を示す図である。
【図４】従来のＬＥＤチップに係わるエピタキシャルウエハ構造断面図である。
【符号の説明】
１１Ｎ−ＧａＡｓ基板
１２Ｎ−ＧａＡｓバッファ層
１３Ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
１４アンドープ（Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層
１５Ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
１６Ｐ−（Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ電流拡散層
１７Ｐ電極
１８ N電極
２０［０１１］方向
２１［０１−１］方向
２２ローラー
２３けがき傷
２４粘着シート
２５溝
２６第２の劈開面

Claims

（１００）面から［０１−１］方向にθ°傾いた面を主表面とする閃亜鉛鉱型結晶基板上に少なくとも発光層を形成したウエハを、複数個のチップに分割する半導体発光素子の製造方法において、
前記ウエハの表面の所定の位置に、化学エッチング法により、［０１−１］方向およびウエハの厚み方向に直交する［０１１］方向に延伸する溝を形成する工程と、
前記ウエハの厚みをｄとした時、前記基板の裏面の、前記ウエハの表面の所定の位置であって［０１１］方向に延伸する溝を形成する所定の位置に対し［０１−１］方向にｄ×ｔａｎθで表わされる距離だけ離れた位置にけがき傷を入れる工程と、
前記ウエハの表面から曲げ応力を加えて、前記ウエハを複数個のチップに分割する工程とを含み、
前記複数個のチップに分割する工程は、
前記溝を形成する工程および前記けがき傷を入れる工程の後、前記ウエハを円筒体に対し押圧した状態で［０１１］方向に相対的に移動させて、（１００）面に対してオフ角度を持たない第１の劈開面を利用して、前記ウエハの表面から曲げ応力を加えて、前記ウエハをバー状に分割する段階と、
前記段階の後、前記バー状に分割されたウエハを前記円筒体に対し押圧した状態で［０１−１］方向に相対的に移動させて、（１００）面に対してオフ角度を持つ第２の劈開面を利用して、前記ウエハの表面から曲げ応力を加えて、前記ウエハを複数個のチップに分割する段階とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。