JPWO2010098186A1 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の半導体素子の製造方法は、基板を含有するウエハを精度良く分割することを目的とする。ウエハ１を構成する基板１０の内部にパルスレーザ光を集光して、基板１０の内部に離間した複数の加工部１２を分割予定線に沿って形成すると共に、加工部１２から少なくとも基板１０の表面まで走り、隣接する加工部１２を繋ぐ亀裂１３を発生させるレーザ照射工程と、分割予定線に沿ってウエハ１を分割するウエハ分割工程とを有する半導体素子の製造方法である。

Description

本発明は、半導体素子の製造方法に関し、特に基板を含むウエハを分割する工程を備えた半導体素子の製造方法に関する。
半導体素子の製造においてウエハを素子チップに分割する工程が含まれており、その素子チップの分割には、カッターやダイサー等で分離溝を形成して押し割る方法が用いられてきた。近年、カッターやダイサーに代えてレーザ光を照射することで分離溝等を形成してブレイキングする方法が提案されているが、レーザ光の照射によりウエハを加熱溶融させる方法では溶融して再凝固した箇所が変色し、発光素子の輝度が低下するため、短パルス幅のパルスレーザ光を用いて加工する方法が提案されている。短パルス幅のパルスレーザ光を用いることにより、溶融ではなく多光子吸収による変色を回避した加工が行えるため、発光素子の輝度低下抑制が可能である。
短パルス幅のパルスレーザ光を用いた素子チップ分割の方法として、図１２に示すように、半導体層４２が設けられた基板４０内部の分割予定ラインに対する領域にレーザ照射による変質領域４１を形成し、ブレイキングする方法が提案されている（特開２００８−６４９２号公報参照）。
また、図１３に示すように、半導体層５２が設けられた基板５０内部にレーザ照射による改質部５１を複数段形成し、更にレーザ照射によって連続した溝部５３を基板５０の表面に形成することにより、複数段の改質部５１及び溝部５３に沿った分離面から各半導体発光素子を分離する方法も提案されている（特開２００８−９８４６５号公報及び特開２００７−３２４３２６号公報参照）。
しかし、パルスレーザ光による変質領域を基板の内部のみに形成してウエハ分割する方法では、外力を加えることにより内部の変質領域から基板の表面及び裏面へ向けてクラックを生じさせ、これによって割断するため、クラックの走る方向の制御が困難であり、意図する分割領域と異なる位置で割れることがある。
また、基板表面にレーザ照射によって溝部を形成する方法は、従来からカッターやダイサーによって形成していた分離溝の形成手段をレーザに変更したものであり、カッターやダイサーによる分離溝を切欠とする割断と同様にクラックの走る方向の制御が困難である。更に、溝部を形成するため基板表面にレーザ光を集光させると、基板表面の凹凸やレーザ装置の集光精度の問題から、基板の外側にレーザ光の焦点が合うことがある。基板外の空気に焦点が合う場合、その部分でプラズマが発生し、レーザ光のエネルギーの一部が浪費される。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、レーザ照射によって加工部と、加工部から基板表面へ走って隣接する加工部間を繋ぐ亀裂とを発生させることで、上記課題を解決できることを見出した。
本発明の半導体素子の製造方法は、ウエハを構成する基板の内部にパルスレーザ光を集光して、前記基板の内部に離間した複数の加工部を分割予定線に沿って形成すると共に、前記加工部から少なくとも前記基板の表面まで走り、隣接する前記加工部を繋ぐ亀裂を発生させるレーザ照射工程と、前記分割予定線に沿って前記ウエハを分割するウエハ分割工程とを有する。
本発明の半導体素子の製造方法には以下の構成を組み合わせることができる。
亀裂は前記基板の内部において隣接する前記加工部を繋ぐ。
加工部は頭部と足部とを有し、前記亀裂は隣接する前記加工部の頭部及び足部を繋ぐ。
パルスレーザ光の集光位置と前記基板の表面との距離は、前記パルスレーザ光の加工スポット径の半分以上、２５μｍ以下である。
パルスレーザ光の集光位置と前記基板の表面との距離は、５μｍ以上、２５μｍ以下である。
加工部間の距離は、前記パルスレーザ光の加工スポット径以上である。
加工部と前記亀裂は、前記基板の厚みの１０％以上、８０％以下の範囲内に形成する。
分割予定線は第１分割予定線であり、前記亀裂は第１亀裂であり、
レーザ照射工程において、更に、前記第１分割予定線と略垂直な第２分割予定線に沿って前記基板の内部にパルスレーザ光を集光して、前記基板の内部に離間した複数の加工部を分割予定線に沿って形成すると共に、前記加工部から少なくとも前記基板の表面まで走り、隣接する前記加工部を繋ぐ第２亀裂を発生させ、
ウエハ分割工程において、更に、前記第２分割予定線に沿って前記ウエハを分割する。
第１亀裂は隣接する前記加工部間を迂回して走り、前記第２亀裂は、前記第２分割予定線に沿って走る。
前記第１分割予定線に沿って形成される前記加工部の間隔は、前記第２分割予定線に沿って形成される前記加工部の間隔よりも小さい。
前記基板は第１の主面と第２の主面とを有し、前記第１の主面に半導体層が設けられており、前記レーザ照射工程において、前記第２の主面側から前記パルスレーザ光を照射する。
前記パルスレーザ光の集光位置と前記半導体層との距離は、３０μｍより大きい。
加工部は多光子吸収による加工部である。
基板はサファイア基板である。
第２の主面はＡ面と異なる面であり、前記第１分割予定線は前記基板のａ軸と交差する線である。
レーザ照射により、加工部と、加工部から基板表面へ走って隣接する加工部間を繋ぐ亀裂とを発生させることにより、加工部や亀裂に沿って精度良く分割することが可能になる。分割予定線に沿ってレーザ照射することで、まず分割予定線に沿った亀裂が加工部から基板表面にまで達し、更に亀裂や加工部から伸びるクラックを分割予定線に沿って基板の裏面へと向かわせることができる。これによって、ウエハを精度良く分割することができる。
図１は実施形態の主要な工程を説明する平面模式図である。 図２は実施形態の主要な工程を説明する平面模式図である。 図３は図２のＡ−Ａ線における断面模式図である。 図４は図２のＢ−Ｂ線における断面模式図である。 図５は実施形態の工程の一例を説明する断面模式図である。 図６は実施形態の主要な工程を説明する断面模式図である。 図７は実施形態における発光素子の側面の一部を説明する模式図である。 図８は実施形態の工程の一例を説明する平面模式図である。 図９は実施形態の工程の一例を説明する平面模式図である。 図１０は実施形態の工程の一例を説明する平面模式図である。 図１１は実施形態の工程の一例を説明する断面模式図である。 図１２は従来の製造方法を説明する模式的な斜視図である。 図１３は従来の製造方法を説明する模式的な斜視図である。
本実施形態の半導体素子の製造方法は、分割予定線に沿ってレーザを照射するレーザ照射工程と、分割予定線に沿ってウエハを分割するウエハ分割工程とを有する。レーザ照射工程においては、パルスレーザ光を照射して基板内部に複数の加工部を形成すると共に、加工部から少なくとも基板の表面まで走り、隣接する前記加工部を繋ぐ亀裂を発生させる。
以下、図面を参照して本発明の方法の実施形態を詳細に説明する。なお、図面は模式的に示すものであり、一部誇張され、実際とは異なる場合がある。また、本発明は、以下の実施形態及び実施例に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
（レーザ照射工程）
図１及び図２は、本実施形態の半導体素子の製造方法として主要な工程の一部を説明する平面模式図である。
基板１０を有し、分割後に半導体素子となるウエハ１に対して、まず、図１に示す分割予定線１１に沿ってレーザ照射を行う。基板１０の内部にパルスレーザ光を集光させることで、図２に示すように互いに離間した加工部１２を複数形成することができる。また、同時に、加工部１２から少なくとも基板１０の表面まで走り、隣接する加工部１２を繋ぐ亀裂１３を発生させることができる。なお、図示しないが、基板表面において、加工部間を繋ぐ亀裂以外にも他の方向に伸びる亀裂が生じる場合がある。少なくとも隣接する加工部を繋ぐ亀裂を発生させることで、ウエハを精度良く分割することができる。ここでは、全ての加工部１２から基板１０の表面へ走る亀裂を生じさせることが好ましいが、少なくとも複数の加工部で、基板の表面に走る亀裂を生じさせればよい。また、全ての隣接する加工部を繋ぐように亀裂を生じさせることが好ましいが、少なくとも複数個所で隣接する加工部を繋ぐ亀裂が生じさせればよい。さらに、１つの加工部に対して基板の表面まで走る亀裂と、隣接する加工部に及ぶ亀裂とを発生させることが好ましいが、基板の表面まで走る亀裂と、隣接する加工部間を繋ぐ亀裂とが、異なる加工部に形成されていてもよい。
図２は、説明のために加工部１２の位置を示すものであり、実際の加工部１２は、図３に示すように、基板１０の内部に形成する。図３は、図２のＡ−Ａ線から見た断面模式図である。基板１０の第１の主面１０ａには半導体層１４が設けられている。レーザ照射により、基板１０の内部に加工部１２が形成され、更に加工部１２から基板の第２の主面１０ｂまで達する亀裂１３が発生する。このような亀裂１３によって隣接する加工部１２を繋ぐことにより、図２に示すように、分割予定線に沿った線状の亀裂１３が基板１０の表面に生じる。亀裂は加工部から発生する。つまり、パルスレーザ光を集光させることで集光位置近傍に加工部が形成されると共に、その周囲に圧縮応力が生じると考えられ、この圧縮応力によって亀裂が発生すると考えられる。
このように、加工部を形成する場合に、後述するように、加工部を形成するための手段（例えば、パルスレーザを用いる）、そのエネルギー、周波数、パルス幅、加工部のスポット径又は形状、基板内部における加工部の位置（例えば、基板又は半導体層からの加工部の深さ、加工部間の間隔など）の１以上、最も好ましくは全てを厳密に制御することによって、加工部と亀裂とを適切に形成することができる。
パルスレーザ光としては、基板の内部を加工可能なものから選択することができ、具体的には、パルス当たりのエネルギーを０．８〜５μＪとすることが適しており、好ましくは０．８〜２．５μＪである。周波数は５０〜２００ｋＨｚとすることが適しており、好ましくは５０〜１００ｋＨｚである。パルス幅は、変色による光吸収が生じない加工部を形成するために、多光子吸収による加工が可能な範囲を選択することが適している。例えば、３００〜５０，０００ｆｓが挙げられる。この範囲のパルス幅とすることにより、加工部での融後に再凝固されることによる変色を防止することができる。これは、特に分割後に得られる半導体素子が発光素子である場合に有効である。
レーザ光の集光位置は、加工部が基板表面に達しない領域で選択することが適しており、基板表面からの深さを少なくとも加工スポット径の半分以上とすることが好ましい。レーザ装置の誤差や基板表面の凹凸を考慮すると５μｍ以上の深さとすることがより好ましい。基板表面と反対側の面（以下「裏面」と記すことがある）に半導体層を有するウエハの場合、典型的には、集光位置を、半導体層から３０μｍ以下の距離とすると半導体層が損傷する虞があるため、半導体層からの距離を３０μｍよりも大きくすることが好ましい。この場合の基板表面からの距離は、５０μｍ以下とすることが適しており、２５μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは、１０μｍ以下である。
分割予定線に沿って照射するレーザ光の基板表面における加工部間の距離は、典型的には略一定とし、少なくとも基板表面において加工部間を繋ぐ亀裂が生じる範囲を選択する。具体的には加工部間の距離を加工スポット径の１〜４倍とすることが好ましい。ここでは、全ての加工部１２間に亀裂を生じさせることが好ましいが、少なくとも複数の加工部間で亀裂を生じさせればよい。加工部間の距離を小さくし過ぎると、先のレーザ照射によって圧縮応力が生じた領域に次のレーザ照射による圧縮応力も生じ、その領域で互いに応力が打ち消しあって消滅することとなり、加工部間が亀裂によって繋がらなくなると考えられる。このため、基板内部においても加工部間を亀裂で繋ぐには、加工部間の距離を基板主面に平行な面上での加工スポット径以上とすることが適しており、加工スポット径の１〜４倍が好ましく、１．５〜３倍がより好ましい。圧縮応力が基板内部の深くまで達することにより、基板表面に対して略垂直に分割予定線に沿って分割し易くなると考えられるため、上述のように基板内部においても加工部間に圧縮応力を生じさせることが好ましい。また、このように圧縮応力を基板の深くまで届かせることで、図３に示すような１段の加工のみでもウエハを精度良く分割することができる。
レーザ光のスポット径（φμｍ）は、以下の数式で算出できる。λはレーザ光の波長（μｍ）、Dはレーザ光射出ビーム径（φμｍ）、ｆは対物レンズの焦点距離（μｍ）である。好ましくは、実際の加工状況による理論スポット径からの外れによる影響を加味して、加工部の位置を調整する。具体的には、基板に形成される加工部の径を加工スポット径として調整することが好ましい。
スポット径（φμｍ）＝（４・λ・ｆ）／π・Ｄ
パルスレーザ光は加工部を繋ぐ亀裂を走らせたい方の基板主面側から照射することが好ましい。これは、レーザ光照射側に応力が集中し易い傾向にあり、加工部から基板表面まで達する亀裂を発生させ易いためである。典型的にはレーザ光の集光位置に近い方、つまり加工部を形成する位置に近い方の基板主面側から照射する。例えば、図３に示すウエハ１のように、第２の主面１０ｂ表面に亀裂を走らせる場合は、第２の主面１０ｂ側からレーザ光を照射して、加工部１２を第２の主面１０ｂ寄りに形成することが好ましい。
図２のＢ−Ｂ線から見た断面模式図を図４に示す。加工部１２はレーザ照射の方向に従って縦に長い形状となり、基板直上からレーザ照射を行った場合は図４に示すように基板の深さ方向に長い形状となる。亀裂は、例えば、図４に示す右上がり斜線部の範囲に発生させる。この斜線部に発生する亀裂は加工部１２から第２の主面１０ｂまで達し、少なくとも基板表面において加工部１２間を繋ぐ。通常、加工部はレーザ光の集光位置よりも基板表面側に伸びるため、加工部から基板表面までの距離はレーザ光の集光位置から基板表面までの距離よりも小さくなる。
亀裂は、加工部の周囲に発生させ、基板内部においても隣接する加工部間を繋ぐことが好ましい。このように亀裂を深くまで発生させることにより、レーザ照射による圧縮応力が深くまで発生させたと推測される。これにより、レーザ照射方向に沿った方向で基板が分割され易いと考えられる。また、基板内部において加工部間が亀裂で繋がる場合は、加工部から基板表面までの距離を少なくとも加工部間の距離以下、更に好ましくは加工部間の距離の半分以下とすることで、加工部から基板表面まで亀裂を走らせることができると考えられる。
亀裂の深さは、レーザ照射によって付与される圧縮応力の制御によって調整可能である。例えば、図５に示すように、図４の場合よりも浅く形成することができる。このような亀裂の深さは、照射するレーザの波長、周波数、パルス波形、パルス幅、集光精度、加工送り速度、加工部の位置又は形状の１以上を制御することによって調整することができる。その他、基板に圧縮応力を付与する方法としては、レーザ照射前に基板を研削・研磨して残留応力を付与する、レーザ照射時に基板のレーザ照射側の面が凹になるように保持すること等が挙げられる。圧縮応力を広範囲に広げることで亀裂をより深く形成することができると考えられる。
（ウエハ分割工程）
図６に示すように、加工部１２や亀裂１３からクラック１５を第１の主面１０ａ側へと走らせ、分割予定線に沿ってウエハを分割する。分割は、例えば、ウエハの分割予定線に沿ってブレイキング刃を押し当て、外力を加えて押し割るなど、公知の方法を利用して行うことができる。
図６は図３と同じ方向から見た断面模式図であり、本実施形態の半導体素子の製造方法として主要な工程の一部を説明する図である。亀裂１３は上述したように隣接する加工部１２を繋いでおり、つまり、亀裂１３は基板１０の第２の主面１０ｂにおいて分割予定線に沿った線状に繋がっている。これによってクラック１５も亀裂１３と同様に分割予定線に沿って走らせることができ、ウエハ１を分割予定線に沿って精度良く分割することができる。なお、分割する際は亀裂の少なくとも一部に沿って分割することが好ましく、分割により得られる面を亀裂に完全に沿った面とする必要はない。分割後の基板表面や内部に亀裂の一部が残る場合もある。
ウエハを分割して得られる半導体素子の側面には、通常、加工部や亀裂の跡が確認できる。具体的には、上述の図４又は図５に示すように、基板表面にまで達しない加工部１２が典型的には略一定の間隔で並び、加工部１２から基板表面にかけての領域には亀裂によって生じた凹凸が残る。このような凹凸は、例えば、図４又は図５における右上がり斜線部に確認できる。分割して得られる側面において、加工部及び凹凸は例えば基板表面から５〜３０μｍ程度までの範囲に見られる。
図７は分割により得られる面の第２の主面１０ｂ近傍を示す模式図である。基板１０の第２の主面１０ｂから離れて設けられた加工部１２は、頭部１２ａと足部１２ｂとを有し、亀裂により生じたと推測される微細な凹凸１６の面が、隣接する加工部１２の頭部１２ａ及び足部１２ｂを繋ぐ。加工部１２は、基板１０の第２の主面１０ｂから離間しており、第２の主面１０ｂと加工部１２との距離は、１μｍ程度以上とすることができる。具体的には１〜１５μｍ程度が挙げられる。加工部１２の長さは、具体的には５〜３０μｍ程度とすることができる。頭部１２ａの長さは３〜１０μｍ程度とすることができる。凹凸１６は第２の主面から離れるほど少なくなり、足部より遠くにはほとんど見られない傾向にある。凹凸１６の段差は具体的には数μｍ以下であり、例えば２μｍ以下である。なお、分割後に側面を観察すると、加工部の足部は亀裂による凹凸と区別し難い場合があるが、頭部から連続して第１の主面側へと略線状に伸びる凹凸領域を足部と見ることができる。また、レーザ光の多光子吸収によって形成される加工部の場合は、加工部の特に頭部が滑らかな面として確認できる。
図７に示すように加工部が頭部と足部を有する場合、亀裂は少なくとも隣接する頭部を繋ぐことが好ましく、隣接する足部も繋ぐことがより好ましい。頭部と反対側の足部先端側になるほど亀裂が繋がり難い傾向にある。第２の主面側に頭部が存在する加工部は、例えば、第２の主面側からレーザ光を照射することで形成できる。加工部や凹凸の大きさは、基板の厚みに応じて変更することができ、上述の数値範囲は、厚さ５０〜１５０μｍ程度の基板を分割する場合に特に好ましい。加工部及び凹凸を形成する範囲は、基板の厚みの約１０％以上であることが適しており、約８０％以下であることが好ましく、約４０％以下であることが好ましい。このような範囲とすることで、基板を効率よく分割でき、また、半導体層の損傷を防止できる。
（ウェハ）
ウェハとは、通常、原料物質をインゴットとよばれる柱状に成長させ、薄くスライスして作成した盤状の基体を意味する。本願においては、このような盤状の基体のみを後述する「基板」としてもよいし、この基板上に半導体層、誘電体層、絶縁体層、導電層等の１以上が積層された状態のものをウェハとしてもよい。
（基板１０）
基板の材料は、パルスレーザ光で加工可能なものを選択する。具体的には、サファイア、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＮ等を用いることができる。典型的には、基板としては、その上に半導体層を成長させることができる材料を選択する。サファイア基板は結晶方位に沿った割断面ができ難く、外力を加えて押し割ると分割予定線とは異なる方向へ割断される場合があるため、本実施形態の方法を用いることで分割精度を向上させることができる。基板の厚みは特に限定しないが、例えば５０〜１５０μｍとすることができる。このような厚みの基板に対して本実施形態の方法により加工部を形成することで、複数段のレーザ加工を必要とせずにウエハを分割することができる。
基板の材料や分割予定線の方向によっては、図８に示すように、加工部１２間を繋ぐ亀裂１３が蛇行する場合がある。つまり、亀裂１３が隣接する加工部１２間を迂回して走る。隣接する加工部を結ぶ直線に対する亀裂の角度は、基板材料の結晶系に依存する傾向にあり、具体的には１０〜７０度の範囲から選択できる。このような亀裂が生じ易い基板材料や分割予定線である場合、加工部間の距離を小さくすると、亀裂は加工部間の最短距離を結ぶ直線に近付くと考えられるが、エネルギー効率の点から、図８に示すように迂回する亀裂１３とすることが好ましい。このような亀裂は加工部間を繋ぐものであるので、加工部を結ぶ直線から外れるといってもその距離はせいぜい０．５〜１０μｍ程度であり、このような亀裂の発生によってウエハを基板主面に対して略垂直な面で分割することができる。例えば、六方晶系のサファイア基板の場合、亀裂の走る基板表面がＡ面と異なる面であり、分割予定線が基板のａ軸と交差する線であるときに、加工部間を迂回して走る亀裂が生じる傾向にある。特にＣ面を主面とするサファイア基板を用いる場合にこのような傾向となり易い。ここで述べるＣ面を主面とするサファイア基板とは、Ｃ面から数度傾斜した面を主面とするものであってもよい。
発光素子は通常、略正方形又は略長方形であり、分割予定線としては略垂直に交わる２種類の直線が設定される。サファイア基板等の六方晶系の基板の場合、分割予定線の１つを比較的割れ易い方向にすると、それと略垂直に交わるもう１つの分割予定線は割れ難い方向に設定することになる。
例えば、図９に示すように、ウエハ２の基板２０内部に第１分割予定線に沿った第１加工部２２ａと第２分割予定線に沿った第２加工部２２ｂとを形成すると、第２加工部２２ｂを繋ぐ第２亀裂２３ｂは第２分割線に沿って略直線状に走るが、第１加工部２２ａを繋ぐ第１亀裂２３ａは隣接する第１加工部２２ａ間を迂回して走る。基板としてＣ面を主面とするサファイア基板を用いる場合は、第１分割予定線を基板のｍ軸と略平行な線とし、第２分割予定線を基板のａ軸と略平行な線とすると、第２亀裂が略直線状に走り易く、好ましい。
第１亀裂が蛇行し、第２亀裂が略直線状に走る場合は、第２分割予定線の方向が第１分割予定線の方向よりも割れ易い方向であると考えられるので、図１０に示すように、基板２０内部において、第２加工部２２ｂ間の距離を第１加工部２２ａ間の距離よりも大きくすることで、効率よくウエハを分割することができる。
本実施形態の方法は、第１分割予定線の分割にのみ用いることもでき、第２分割予定線は、例えばカッタースクライブによって分割することができる。
なお、本実施形態の方法では、第１亀裂と第２亀裂、つまり、第１分割予定線と第２分割予定線とは、いずれを先に形成してもよい。
（半導体層１４）
半導体層としては、種々の半導体材料からなる半導体層を選択することができ、例えば窒化ガリウム系化合物半導体層とする。具体的には、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるものが挙げられる。半導体層は、通常、サファイア基板上に、第１導電型層、発光層、第２導電型層が基板側からこの順に積層されており、第１又は第２の導電型として、ｎ型不純物であるＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素、あるいはＶＩ族元素等のいずれか１つ以上を含有するか、ｐ型不純物であるＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有していてもよい。
これらの半導体層の成長方法としては、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）など、半導体の成長方法として知られている全ての方法を好適に用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤは結晶性良く成長させることができるので好ましい。
半導体層は通常、基板よりも薄膜であるので、上述の図６に示すように、半導体層１４を基板１０の第１の主面１０ａに形成して第２の主面１０ｂ側に加工部１２を形成する場合、加工部１２直下の半導体層１４を除去する必要はなく、基板１０から伸びるクラック１５によって半導体層１４も共に分割することができる。半導体層の損傷を抑制するためには、レーザ光を第２の主面側から照射することが好ましい。半導体層が設けられた第１の主面側に加工部を形成する場合も同様にして分割できる。
図１１に示すように、基板３０と、基板３０の第１の主面３０ａに設けられた半導体層３４とを有するウエハ３において第１の主面３０ａ側の基板３０内部に加工部３２を形成する場合、レーザ照射前に、加工部３２の形成位置に対応する領域の半導体層３４を分割予定線に沿って除去し、その後、加工部３２を形成して亀裂３３を第１の主面３０ａまで走らせることで、レーザ照射による半導体層の損傷を防止できる。この場合、レーザ光の照射は第１の主面側から行うことが好ましい。
厚み約８５μｍのサファイア基板の一方の主面にＧａＮ系半導体層が形成されたウエハを準備する。半導体層は、サファイア基板の（０００１）面に、サファイア基板側から、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層の順に積層されている。
その後、発光層及びｐ型半導体層の一部を除去してｎ型半導体層を露出させ、ｎ型半導体層表面にｎ電極、ｐ型半導体層表面にｐ電極をそれぞれ形成する。
１辺が約２５０μｍの略正方形の素子が得られるように、ウエハの分割予定線をサファイア基板のａ軸と略平行な方向と略垂直な方向の２方向に設定し、近赤外線レーザを約０．２Ｗの出力で用いて、各分割予定線に沿ってパルスレーザ光をサファイア基板の他方の主面側から照射する。レーザ光の集光位置を基板表面から約５μｍの深さに設定し、先の集光位置から次の集光位置までの距離を約３．５μｍに設定する。
レーザ照射後、半導体層側に光源を配置し、サファイア基板の他方の主面側から光学顕微鏡で観察すると、略円形状の加工部と、加工部から伸びる亀裂が確認でき、基板表面における亀裂の少なくとも一部が加工部と加工部を繋ぐように走っていることが確認できる。２方向の分割予定線において加工部間を繋ぐ亀裂を比較すると、ａ軸と略垂直な分割予定線における亀裂は、ａ軸と略平行な分割予定線における亀裂よりも蛇行が大きい。
次いで、ウエハの分割予定線に沿ってブレイキング刃を押し当て、外力を加えて押し割り、１辺が約２５０μｍの略正方形の半導体素子を得る。得られる素子を観察すると、素子の側面はサファイア基板表面に対して略垂直に分割されており、基板の深さ方向に向かって線状に伸びる加工部が基板表面近傍に確認できる。加工部に変色は見られず、レーザ照射による多光子吸収によって形成されたものと推測される。加工部から基板表面までの距離は１〜１０μｍ程度、加工部の最大幅は０．５〜２μｍ程度であり、加工部から基板表面までは不規則な凹凸の面となっていることが確認できる。
凹凸面は亀裂により形成されたと推測され、加工部間の面も同様の凹凸面であることが確認できる。加工部及び凹凸面は基板表面から１５〜２０μｍ程度の深さにまで形成されている。それよりも深い面、つまり半導体層側の面は、平坦な面もしくは平坦な面が階段状に連なった面であり、レーザ照射後に分割された面であると推測される。
本実施例では、ａ軸と略平行な方向の分割予定線に沿ってレーザ光を照射する際に、レーザ光の集光位置間の距離を約５μｍに設定する点以外は実施例１と同様にして、半導体素子を製造する。
レーザ照射後、サファイア基板表面を観察すると、略円形状の加工部と、加工部から伸びる亀裂が確認でき、基板表面における亀裂の少なくとも一部が加工部と加工部を繋ぐように走っていることが確認できる。ウエハ分割後、得られる半導体素子を観察すると、素子側面はサファイア基板表面に対して略垂直に分割されている。
本発明の製造方法は、基板を有するウエハを分割して素子化する素子に適用できる。基板上に半導体層が設けられた半導体素子に適用でき、ＬＥＤ、ＬＤ等の発光素子、受光素子も含めた光素子、ＨＥＭＴ、ＦＥＴなどのトランジスタを含めた半導体素子に適用できる。
１、２、３ ウエハ
１０、２０、３０ 基板
１０ａ、３０ａ 第１の主面、１０ｂ、３０ｂ 第２の主面
１１ 分割予定線
１２、３２ 加工部
１２ａ 頭部、１２ｂ 足部
１３、３３ 亀裂
１４、３４ 半導体層
１５ クラック
１６ 凹凸
２２ａ 第１加工部、２２ｂ 第２加工部
２３ａ 第１亀裂、２３ｂ 第２亀裂
４０、５０ 基板
４１ 変質領域、５１ 改質部、５３ 溝部
４２、５２ 半導体層

Claims (15)

  1. ウエハを構成する基板の内部にパルスレーザ光を集光して、前記基板の内部に離間した複数の加工部を分割予定線に沿って形成すると共に、前記加工部から少なくとも前記基板の表面まで走り、隣接する前記加工部を繋ぐ亀裂を発生させるレーザ照射工程と、
    前記分割予定線に沿って前記ウエハを分割するウエハ分割工程と
    を有する半導体素子の製造方法。
  2. 前記亀裂は前記基板の内部において隣接する前記加工部を繋ぐ請求項１記載の半導体素子の製造方法。
  3. 前記加工部は頭部と足部とを有し、前記亀裂は隣接する前記加工部の頭部及び足部を繋ぐ請求項２記載の半導体素子の製造方法。
  4. 前記パルスレーザ光の集光位置と前記基板の表面との距離は、前記パルスレーザ光の加工スポット径の半分以上、２５μｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
  5. 前記パルスレーザ光の集光位置と前記基板の表面との距離は、５μｍ以上、２５μｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
  6. 前記加工部間の距離は、前記パルスレーザ光の加工スポット径以上である請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
  7. 前記加工部と前記亀裂は、前記基板の厚みの１０％以上、８０％以下の範囲内に形成する請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
  8. 前記分割予定線は第１分割予定線であり、前記亀裂は第１亀裂であり、
    前記レーザ照射工程において、更に、前記第１分割予定線と略垂直な第２分割予定線に沿って前記基板の内部にパルスレーザ光を集光して、前記基板の内部に離間した複数の加工部を分割予定線に沿って形成すると共に、前記加工部から少なくとも前記基板の表面まで走り、隣接する前記加工部を繋ぐ第２亀裂を発生させ、
    前記ウエハ分割工程において、更に、前記第２分割予定線に沿って前記ウエハを分割する請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
  9. 前記第１亀裂は隣接する前記加工部間を迂回して走り、前記第２亀裂は、前記第２分割予定線に沿って走る請求項８記載の半導体素子の製造方法。
  10. 前記第１分割予定線に沿って形成される前記加工部の間隔は、前記第２分割予定線に沿って形成される前記加工部の間隔よりも小さい請求項８又は９記載の半導体素子の製造方法。
  11. 前記基板は第１の主面と第２の主面とを有し、前記第１の主面に半導体層が設けられており、前記レーザ照射工程において、前記第２の主面側から前記パルスレーザ光を照射する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
  12. 前記パルスレーザ光の集光位置と前記半導体層との距離は、３０μｍより大きい請求項１１に記載の半導体素子の製造方法。
  13. 前記加工部は多光子吸収による加工部である請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
  14. 前記基板はサファイア基板である請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
  15. 前記第２の主面はＡ面と異なる面であり、前記第１分割予定線は前記基板のａ軸と交差する線である請求項１４記載の半導体素子の製造方法。
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