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JP3540643B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP3540643B2
JP3540643B2 JP37268798A JP37268798A JP3540643B2 JP 3540643 B2 JP3540643 B2 JP 3540643B2 JP 37268798 A JP37268798 A JP 37268798A JP 37268798 A JP37268798 A JP 37268798A JP 3540643 B2 JP3540643 B2 JP 3540643B2
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Japan
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layer
semiconductor layer
substrate
semiconductor
split groove
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重之 岡本
浩司 冨永
雅幸 畑
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、GaN(窒化ガリウム)、AlN(窒化アルミニウム)、InN(窒化インジウム)もしくはBN(窒化ホウ素)またはこれらの混晶等のIII −V族窒化物系半導体層(以下、窒化物系半導体層と呼ぶ)からなる化合物半導体層を有する半導体素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年では、紫外域に渡る波長領域の光を出射可能な半導体発光素子として、GaN、InGaN、AlGaN、AlGaInN等の窒化物系半導体発光素子の実用化が進んできている。また、上記のような窒化物系半導体発光素子は、高温下で使用する耐環境電子素子あるいは移動体通信等で使用する高周波ハイパワー電子素子としての応用が期待されている。
【0003】
GaN系半導体発光素子の製造の際には、GaNからなる基板が存在しないため、GaNと同じ六方晶系であるサファイア(Al2 3 )等の絶縁基板上に、有機金属気相成長法(MOVPE法)や分子線エピタキシャル成長法(MBE法)等により、GaN系半導体層をヘテロエピタキシャル成長させる。この場合、サファイア基板とGaN系半導体層とでは、格子定数が異なる。
【0004】
従来の赤外光または赤色光を発生する半導体発光素子においては、基板と基板上の各半導体層との結晶方位が一致するため、基板をへき開しやすい面でへき開することにより容易にウエハを個々の素子に分離することが可能である。
【0005】
一方、GaN系半導体発光素子において、サファイア基板およびGaN系半導体層はともに(10-10)面においてへき開しやすいが、上述のようにサファイア基板とGaN系半導体層とでは格子定数が異なるため、サファイア基板とGaN系半導体層との結晶方位がずれている。したがって、両者の(10-10)面が同一平面とならない。また、サファイア基板およびGaN系半導体層は、ともに非常に固い材料であり、モース硬度が9である。以上のことから、GaN系半導体発光素子においては、へき開によりウエハを個々の素子に分離するのが困難である。
【0006】
このようなGaN系等の窒化物系半導体素子の製造方法については、特開平7−131069号および特開平9−167858号に開示されている。
【0007】
特開平7−131069号に示された製造方法においては、まず、サファイア基板の一方の面上に、n型窒化物系半導体層、発光層およびp型窒化物系半導体層を順に形成する。次に、所定領域のp型半導体層からn型半導体層までの一部領域をエッチングし、n型半導体層が露出してなるn電極形成領域および第1の割り溝を同時に形成する。このようにして、第1の割り溝をウエハ上に格子状に形成する。
【0008】
続いて、サファイア基板裏面の第1の割り溝に対応する位置をスクライブし、第2の割り溝を形成する。この場合、第2の割り溝の幅は、第1の割り溝の幅よりも小さくする。
【0009】
最後に、第1および第2の割り溝に沿ってウエハを個々の素子に分離する。
一方、特開平9−167858号に示された製造方法においては、まず、サファイア基板の一方の面にn型窒化物系半導体層、発光層およびp型窒化物系半導体層を順に形成する。次に、所定領域のp型半導体層からn型半導体層までの一部領域をエッチングし、n型半導体層が露出してなるダイシングライン境界領域を形成する。このようにして、凸状のダイシングラインをウエハ上に格子状に形成する。
【0010】
続いて、凸状のダイシングラインを認識パターンとし、ダイシングラインの幅よりもやや広いブレードによりダイシングする。このようにして、第1の割り溝を形成する。
【0011】
最後に、サファイア基板の他方の面において第1の割り溝に対応する位置をスクライブすることにより第2の割り溝を形成するとともに、第1および第2の割り溝に沿って荷重を負荷し、ウエハを個々の素子に分離する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
特開平7−131069号に示された製造方法においては、n電極形成領域と第1の割り溝をエッチングにより同時に形成するため、第1の割り溝の幅が広くなる。このため、第1の割り溝の中央において素子を分離することが困難であり、隣接する素子のいずれかに偏って分離面が形成される。したがって、均一な素子を製造することが困難となり、素子の歩留りが低下する。
【0013】
一方、特開平9−167858号に示された製造方法においては、ダイシングの際の認識パターンとなるダイシングラインを形成するために、幅の小さなダイシングライン境界領域をエッチングする必要がある。このような幅の小さな領域のエッチングにおいては、深さを制御することが困難である。このため、隣接する素子間隔を広くし、ダイシングライン境界領域の幅を大きくする等の対策が必要となり、素子の生産性が低下する。
【0014】
本発明の目的は、分離が容易でかつ歩留りの高い半導体素子の製造方法を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係る半導体素子の製造方法は、基板の主面上に、アルニミウム、インジウム、ガリウムおよびホウ素の少なくとも1つを含む窒化物系半導体からなる第1の半導体層を形成する工程と、第1の半導体層上にアルミニウム、インジウム、ガリウムおよびホウ素の少なくとも1つを含む窒化物系半導体からなる第2の半導体層を形成する工程と、第2の半導体層から基板に至る割り溝を形成する工程と、割り溝の内面の第2の半導体層から第1の半導体層までをエッチングして第1および第2の半導体層の露出した側面および第1の半導体層の露出した底面を形成する工程と、第1の半導体層の露出した底面上に電極を形成する工程と、基板を割り溝に沿って第1および第2の半導体層とともに分割する工程とを備えたものである。
【0016】
本発明に係る半導体素子の製造方法においては、基板上に第1および第2の半導体層を順に形成し、第2の半導体層から基板に至る割り溝を形成する。その後、割り溝の内面の第2の半導体層から第1の半導体層までをエッチングにより除去し、露出させた第1の半導体層の底面上に電極を形成する。最後に、形成した割り溝に沿って、基板を第1および第2の半導体層とともに分割し、個々の素子に分離する。
【0017】
上記の半導体素子の製造方法においては、割り溝を形成した後に、エッチングにより電極を形成する領域を露出させる。この場合、割り溝の幅は小さくてよいため、割り溝に沿って、垂直な分離面で素子を分離することができる。したがって、所望の形状および大きさの素子を均一に製造することができる。
【0018】
また、割り溝を形成する際に損傷を受けた第1および第2の半導体層をエッチングにより除去することができるため、割り溝を形成する際の損傷により素子の特性および信頼性が低下することはない。
【0019】
以上の点から、高い歩留りで均一な素子を製造することが可能となる。
さらに、電極の形成前に割り溝が形成されるので、割り溝を高精度に位置決めする必要がない。そのため、割り溝の形成の際に、割り溝の位置を特定する認識パターンが不要となり、素子を分離する際の工程が容易になるとともに、隣接する素子の間隔を小さくすることができる。したがって、製造効率および生産性が向上する。
【0020】
基板の分割前に割り溝に対応する基板の裏面の位置に分離線を形成する工程をさらに備えることが好ましい。これにより、割り溝および分離線に沿った垂直な分離面において、容易に素子を均一に分離することが可能となる。
【0021】
また、電極の形成後に基板の裏面を所定厚さまで研削する工程をさらに備えることが好ましい。これにより、基板を薄くすることが可能となるため、素子の分離がさらに容易となる。
【0022】
割り溝をダイシングにより形成してもよい。これにより、所望のパターンの割り溝を容易に形成することができる。また、ダイシングにより損傷を受けた割り溝の内面の第1および第2の半導体層がエッチングにより除去されるため、ダイシングにより素子の特性および信頼性が低下することはない。
【0023】
また、分離線をスクライブにより形成してもよい。これにより、分離線を容易に形成することができるとともに、割り溝および分離線に沿って均一に素子を分離することができる。
【0024】
第2の半導体層は、発光層を含んでもよい。この場合、割り溝の形成の際の損傷が除去された発光層を有し、形状および大きさの均一な半導体発光素子を製造することができる。したがって、ばらつきが少なく、特性および信頼性の均一な半導体発光素子を高い歩留りで製造することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体素子の製造方法を、GaN系発光ダイオード素子(以下、LEDチップと呼ぶ)の製造に適用した場合について説明する。
【0026】
図1は本発明に係る半導体素子の製造方法により製造したLEDチップの断面図であり、図2〜図6は、図1のLEDチップの製造工程を示す断面図である。
【0027】
図1に示すように、LEDチップは、サファイア基板1の(0001)面上に、AlNからなる低温バッファ層2、アンドープのGaNからなる第1の高温バッファ層3、アンドープのGaNからなる第2の高温バッファ層4、n−GaNからなるn−コンタクト層5、多重量子井戸発光層(以下、MQW発光層と呼ぶ)6、アンドープのGaNからなる保護層7、p−Al0.05Ga0.95Nからなるp−クラッド層8およびp−GaNからなるp−コンタクト層9が順に形成されている。
【0028】
上記の半導体層2〜9において、低温バッファ層2は非単結晶の層であり、これ以外の層3〜9は単結晶の層である。
【0029】
なお、図1のLEDチップにおいて、n型ドーパントとしてはSiが用いられており、p型ドーパントとしては、Mgが用いられている。
【0030】
MQW発光層6は、アンドープのGaNからなる6つの量子障壁層6aと、アンドープのGa0.65In0.35Nからなる5つの量子井戸層6bとが交互に積層されてなる多重量子井戸構造を有する。
【0031】
上記のLEDチップにおいて、n−コンタクト層5は、n−クラッド層としての作用も有する。また、保護層7は、MQW発光層6の結晶劣化を防止するための層である。
【0032】
p−コンタクト層9上には、Ni膜10aおよびAu膜10bが順に積層されてなるp側透光性電極10が形成されている。さらに、p側透光性電極10上の所定領域にTi膜11aおよびAu膜11bが積層されてなるp側パッド電極11が形成されている。
【0033】
一方、p−コンタクト層9からn−コンタクト層5までの一部領域がエッチングされ、n−コンタクト層5が露出している。
【0034】
露出したn−コンタクト層5上に、Al膜からなるn側電極12が形成されている。
【0035】
次に、図1のLEDチップの製造方法について説明する。
まず、サファイア基板1をMOVPE装置内に設置する。次に、この装置内において、図2に示すように、サファイア基板1の(0001)面上に、MOVPE法(有機金属気相成長法)により、低温バッファ層2、第1の高温バッファ層3、第2の高温バッファ層4およびn−コンタクト層5を順に成長させる。
【0036】
低温バッファ層2の成長時には、基板温度を非単結晶が成長する温度、例えば600℃に保持する。原料ガスには、NH3 、トリメチルアルミニウム(TMAl)およびトリメチルガリウム(TMGa)を用い、また、キャリアガスには、H2 およびN2 からなり、H2 の含有率が約50%のガスを用いる。
【0037】
このようにして、アンドープのAlNを成長させ、厚さ20nmの低温バッファ層2を形成する。
【0038】
第1の高温バッファ層3、第2の高温バッファ層4およびn−コンタクト層5の成長時には、基板温度を単結晶が成長する温度、例えば1150℃に保持する。この場合、基板温度を1000〜1200℃に保持することが好ましい。また、これらの層3〜5の原料ガスには、NH3 およびTMGaを用い、また、キャリアガスには低温バッファ層2の成長時と同様のガスを用いる。また、n−コンタクト層5のドーパントガスにSiH4 を用いる。
【0039】
このようにして、アンドープのGaNからなる厚さ80nmの第1の高温バッファ層3、アンドープのGaNからなる厚さ0.4μmの第2の高温バッファ層4およびn−GaNからなる厚さ1.5μmのn−コンタクト層5を順に形成する。この場合、各層3,4,5の成長速度は、それぞれ約0.7nm/s、約3μm/hおよび約3μm/hである。
【0040】
次に、n−コンタクト層5上に、6つの量子障壁層6aおよび5つの量子井戸層6bを交互に成長させることによりMQW発光層6を形成し、このMQW発光層6上に、保護層7を成長させる。
【0041】
MQW発光層6および保護層7の成長時には、基板温度を単結晶が成長する温度、例えば850℃に保持する。この場合、基板温度を700〜1000℃に保持することが好ましい。また、これらの層6,7の原料ガスには、NH3 、トリエチルガリウム(TEGa)およびトリメチルインジウム(TMIN)を用いる。また、キャリアガスには、H2 およびN2 からなり、H2 の含有率が約1〜5%のガスを用いる。
【0042】
このようにして、アンドープのGaNからなる6つの厚さ5nmの量子障壁層6aおよびアンドープのGa0.65In0.35Nからなる5つの厚さ5nmの量子井戸層6bを交互に成長させてMQW発光層6を形成し、さらに、アンドープのGaNを成長させ、厚さ10nmの保護層7を形成する。この場合、MQW発光層6および保護層7の成長速度は、ともに約0.4nm/sである。
【0043】
さらに、保護層7上に、p−クラッド層8およびp−コンタクト層9を成長させる。
【0044】
p−クラッド層8およびp−コンタクト層9の成長時には、基板温度を単結晶が成長する温度、例えば1150℃に保持する。この場合、基板温度を1000〜1200℃に保持することが好ましい。p−クラッド層8の原料ガスには、NH3 、TMGaおよびTMAlを用い、p−コンタクト層9の原料ガスにはNH3 およびTMGaを用いる。また、p−クラッド層8およびp−コンタクト層9のキャリアガスには、H2 およびN2 からなり、H2 の含有率が約1〜3%のガスを用い、ドーパントガスには、Cp2 Mgを用いる。
【0045】
p−クラッド層8およびp−コンタクト層9の成長時において、上記のようにキャリアガス中のH2 組成を低くすることにより、p型ドーパントを活性化することができる。したがって、この場合においては、従来のようにp型ドーパントを活性化するためのN2 雰囲気中での熱処理が不要となる。
【0046】
このようにして、p−Al0.05Ga0.95Nおよびp−GaNを順に成長させて、厚さ0.15μmのp−クラッド層8および厚さ0.3μmのp−コンタクト層9を順に形成する。この場合のp−クラッド層8およびp−コンタクト層9の成長速度はともに約3μm/hである。
【0047】
続いて、刃厚み25μmのブレードを有するダイサー装置を用いて、図3に示すように、p−コンタクト層9からサファイア基板1に至る割り溝50をダイシングにより形成する。これにより、ウエハ上に、割り溝50が格子状に形成される。
【0048】
この場合、割り溝50の底部がサファイア基板1に達するように、割り溝50の深さは、ウエハ厚み、反り等を考慮して、20〜30μmとすることが好ましい。
【0049】
ダイシングの際に、割り溝50の内面の各層2〜9およびサファイア基板1は損傷を受ける。このため、割り溝50の内面に欠け61や、割れ60が生じる。
【0050】
上記のダイシングの後、図4に示すように、反応性イオンビームエッチング法(RIBE法)等により、割り溝50の内面をp−コンタクト層9からn−コンタクト層5までエッチングする。これにより、n−コンタクト層5が露出してなるn側電極形成領域51が形成される。また、ダイシングの際に損傷を受けた割り溝50の内面の領域が、エッチングにより除去される。
【0051】
以上の製造工程を経た図4のウエハをp−コンタクト層9側から見ると、図5のようになる。
【0052】
図5に示すように、ウエハ表面には割り溝50が格子状に形成されている。このような割り溝50により区画された領域100が、個々のLEDチップ領域となる。また、n側電極形成領域51は、LEDチップ領域の一か所の隅を半弧状に切り欠いた形状となる。
【0053】
n側電極形成領域51を形成した後、図6に示すように、p−コンタクト層9上のほぼ全面にわたり、厚さ2nmのNi膜10aおよび厚さ4nmのAu膜10bを順に積層し、p側透光性電極10を形成する。さらに、このp側透光性電極10の所定領域上に、厚さ30nmのTi膜11aおよび厚さ500nmのAu膜11bを順に積層し、p側パッド電極11を形成する。また、n側電極形成領域51上に、厚さ500nmのAl膜からなるn側電極12を形成する。
【0054】
なお、p側透光性電極10、p側パッド電極11およびn側電極12は、真空蒸着法等により形成する。
【0055】
このようにして形成したp側透光性電極10およびn側電極12を500℃で熱処理し、それぞれp−コンタクト層9およびn−コンタクト層5にオーミック接触させる。
【0056】
次に、サファイア基板1の裏面側を研削してウエハの厚さを100μmにするとともに、割り溝50に対応する位置をスクライブし、分離線52を形成する。最後に、ブレーカー装置を用いて分離線52に沿って加圧し、サファイア基板1を複数のLEDチップに分離する。
【0057】
なお、研削によりウエハの厚さを100μm前後とすることが好ましい。これにより、割り溝50および分離線52に沿って、容易にLEDチップに分離することができる。
【0058】
上記のLEDチップの製造方法においては、割り溝50をダイシングにより形成した後、n側電極形成領域51をエッチングにより形成する。このため、第1の割り溝50の幅を大きく設定する必要がない。したがって、分離面がいずれかのLEDチップに偏って形成されることはなく、割り溝50および分離線52に沿った垂直な分離面において、均等に分離することができる。その結果、格子状の割り溝50に沿って、均一な形状および大きさのLEDチップを製造することができる。
【0059】
また、ダイシングにより損傷を受けた各層2〜9、特に、発光に影響を及ぼすMQW発光層6、n−コンタクト層5およびp−クラッド層8の領域を、エッチングにより除去するため、ダイシングによる損傷によりLEDチップの特性や信頼性が低下することはない。
【0060】
さらに、電極の形成前に割り溝50を形成するので、割り溝50を高精度に位置決めする必要がない。したがって、ダイシングの際の位置合わせはウエハの端面を認知する程度でよく、前述のようなダイシングの位置の認識パターンを形成する必要がない。このため、製造効率が向上するとともに、隣接するLEDチップの間隔を小さくできるので、生産性が向上する。
【0061】
以上のように、本発明に係るLEDチップの製造方法によれば、LEDチップを高い歩留りで効率よく製造することができる。
【0062】
なお、上記においては、Al、InおよびGaを含む窒化物系半導体により各層が構成される場合について説明したが、これ以外に、ホウ素を含む窒化物系半導体により各層が構成されてもよい。
【0063】
上記においては、本発明に係る半導体素子の製造方法をLEDチップの製造に適用した場合について説明したが、本発明に係る半導体素子の製造方法は、半導体レーザ素子やその他の半導体素子の製造にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体素子の製造方法により製造した発光ダイオード素子の断面図である。
【図2】図1の発光ダイオード素子の製造工程を示す断面図である。
【図3】図1の発光ダイオード素子の製造工程を示す断面図である。
【図4】図1の発光ダイオード素子の製造工程を示す断面図である。
【図5】図4のウエハの平面図である。
【図6】図1の発光ダイオード素子の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1 サファイア基板
2 低温バッファ層
3,4 高温バッファ層
5 n−コンタクト層
6 MQW発光層
7 保護層
8 p−クラッド層
9 p−コンタクト層
10 p側透光性電極
11 p側パッド電極
12 n側電極
50 割り溝
51 n側電極形成領域
52 分離線
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a group III-V nitride-based semiconductor layer (hereinafter referred to as a nitride semiconductor) of GaN (gallium nitride), AlN (aluminum nitride), InN (indium nitride), BN (boron nitride), or a mixed crystal thereof. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a compound semiconductor layer consisting of
[0002]
[Prior art]
In recent years, nitride semiconductor light emitting devices such as GaN, InGaN, AlGaN, and AlGaInN have been put into practical use as semiconductor light emitting devices capable of emitting light in a wavelength range over the ultraviolet region. The nitride-based semiconductor light emitting device as described above is expected to be applied as an environment-resistant electronic device used at high temperatures or a high-frequency high-power electronic device used in mobile communication and the like.
[0003]
When a GaN-based semiconductor light emitting device is manufactured, since a substrate made of GaN does not exist, an organic metal vapor phase epitaxy (hereinafter, referred to as GaN) is performed on an insulating substrate such as sapphire (Al 2 O 3 ) having the same hexagonal system as GaN. The GaN-based semiconductor layer is heteroepitaxially grown by MOVPE method, molecular beam epitaxial growth method (MBE method), or the like. In this case, the sapphire substrate and the GaN-based semiconductor layer have different lattice constants.
[0004]
In a conventional semiconductor light emitting device that emits infrared light or red light, since the crystal orientation of the substrate and each semiconductor layer on the substrate match, the wafer can be easily separated by cleaving the substrate on a surface that is easily cleaved. Can be separated.
[0005]
On the other hand, in the GaN-based semiconductor light-emitting device, both the sapphire substrate and the GaN-based semiconductor layer are easily cleaved on the (10-10) plane, but the sapphire substrate and the GaN-based semiconductor layer have different lattice constants as described above. The crystal orientations of the substrate and the GaN-based semiconductor layer are shifted. Therefore, both (10-10) planes are not the same plane. The sapphire substrate and the GaN-based semiconductor layer are both very hard materials and have a Mohs hardness of 9. As described above, in the GaN-based semiconductor light emitting device, it is difficult to separate the wafer into individual devices by cleavage.
[0006]
A method for manufacturing such a GaN-based or other nitride-based semiconductor device is disclosed in JP-A-7-1310069 and JP-A-9-167858.
[0007]
In the manufacturing method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-1310069, first, an n-type nitride-based semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type nitride-based semiconductor layer are sequentially formed on one surface of a sapphire substrate. Next, a part of the predetermined region from the p-type semiconductor layer to the n-type semiconductor layer is etched to simultaneously form the n-electrode formation region where the n-type semiconductor layer is exposed and the first split groove. Thus, the first split grooves are formed in a lattice on the wafer.
[0008]
Subsequently, a position corresponding to the first split groove on the back surface of the sapphire substrate is scribed to form a second split groove. In this case, the width of the second split groove is smaller than the width of the first split groove.
[0009]
Finally, the wafer is separated into individual devices along the first and second grooves.
On the other hand, in the manufacturing method disclosed in JP-A-9-167858, first, an n-type nitride-based semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type nitride-based semiconductor layer are sequentially formed on one surface of a sapphire substrate. Next, a part of the predetermined region from the p-type semiconductor layer to the n-type semiconductor layer is etched to form a dicing line boundary region where the n-type semiconductor layer is exposed. Thus, convex dicing lines are formed on the wafer in a lattice pattern.
[0010]
Subsequently, the convex dicing line is used as a recognition pattern, and dicing is performed with a blade slightly wider than the width of the dicing line. Thus, the first split groove is formed.
[0011]
Finally, a second split groove is formed by scribing a position corresponding to the first split groove on the other surface of the sapphire substrate, and a load is applied along the first and second split grooves. Separate the wafer into individual devices.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the manufacturing method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-1310069, since the n-electrode formation region and the first split groove are formed simultaneously by etching, the width of the first split groove is increased. For this reason, it is difficult to separate the element at the center of the first split groove, and the separation surface is formed biased to one of the adjacent elements. Therefore, it becomes difficult to manufacture a uniform element, and the yield of the element decreases.
[0013]
On the other hand, in the manufacturing method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-167858, it is necessary to etch a dicing line boundary region having a small width in order to form a dicing line serving as a recognition pattern at the time of dicing. In etching such a small width region, it is difficult to control the depth. For this reason, it is necessary to take measures such as increasing the distance between adjacent elements and increasing the width of the dicing line boundary region, and the productivity of the elements decreases.
[0014]
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device which is easy to separate and has a high yield.
[0015]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor containing at least one of aluminum, indium, gallium and boron on a main surface of a substrate; Forming a second semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor containing at least one of aluminum, indium, gallium and boron on the semiconductor layer, and forming a split groove extending from the second semiconductor layer to the substrate Etching the inner surface of the split groove from the second semiconductor layer to the first semiconductor layer to form exposed side surfaces of the first and second semiconductor layers and an exposed bottom surface of the first semiconductor layer; Forming an electrode on the exposed bottom surface of the first semiconductor layer, and dividing the substrate together with the first and second semiconductor layers along the dividing groove.
[0016]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, first and second semiconductor layers are sequentially formed on a substrate, and a dividing groove extending from the second semiconductor layer to the substrate is formed. Thereafter, the portion from the second semiconductor layer to the first semiconductor layer on the inner surface of the split groove is removed by etching, and an electrode is formed on the exposed bottom surface of the first semiconductor layer. Finally, the substrate is divided along with the formed groove along with the first and second semiconductor layers, and separated into individual elements.
[0017]
In the above-described method for manufacturing a semiconductor element, after forming the split groove, the region where the electrode is to be formed is exposed by etching. In this case, since the width of the split groove may be small, the element can be separated by a vertical separation surface along the split groove. Therefore, an element having a desired shape and size can be manufactured uniformly.
[0018]
In addition, since the first and second semiconductor layers damaged at the time of forming the split groove can be removed by etching, the characteristics and reliability of the device are reduced due to the damage at the time of forming the split groove. There is no.
[0019]
From the above points, it is possible to manufacture a uniform element with a high yield.
Further, since the split groove is formed before the electrode is formed, it is not necessary to position the split groove with high accuracy. Therefore, when forming the dividing groove, a recognition pattern for specifying the position of the dividing groove becomes unnecessary, so that the process of separating the elements becomes easy and the interval between adjacent elements can be reduced. Therefore, manufacturing efficiency and productivity are improved.
[0020]
It is preferable that the method further includes a step of forming a separation line at a position on the back surface of the substrate corresponding to the dividing groove before dividing the substrate. This makes it possible to easily and uniformly separate the elements on the vertical separation plane along the dividing groove and the separation line.
[0021]
Preferably, the method further includes a step of grinding the back surface of the substrate to a predetermined thickness after forming the electrodes. This makes it possible to make the substrate thinner, which further facilitates element separation.
[0022]
The split groove may be formed by dicing. This makes it possible to easily form a groove having a desired pattern. Further, since the first and second semiconductor layers on the inner surfaces of the split grooves damaged by the dicing are removed by etching, the characteristics and reliability of the element are not reduced by the dicing.
[0023]
Further, the separation line may be formed by scribe. Thus, the separation line can be easily formed, and the elements can be uniformly separated along the dividing groove and the separation line.
[0024]
The second semiconductor layer may include a light emitting layer. In this case, it is possible to manufacture a semiconductor light emitting device having a light emitting layer from which damage at the time of forming the split groove has been removed and having a uniform shape and size. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor light-emitting element with small variations and uniform characteristics and reliability at a high yield.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the case where the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is applied to the manufacture of a GaN-based light emitting diode device (hereinafter, referred to as an LED chip) will be described.
[0026]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an LED chip manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, and FIGS. 2 to 6 are cross-sectional views showing the manufacturing steps of the LED chip of FIG.
[0027]
As shown in FIG. 1, the LED chip has a low-temperature buffer layer 2 made of AlN, a first high-temperature buffer layer 3 made of undoped GaN, and a second layer made of undoped GaN on a (0001) plane of a sapphire substrate 1. Buffer layer 4, n-contact layer 5 made of n-GaN, multiple quantum well light emitting layer (hereinafter referred to as MQW light emitting layer) 6, protective layer 7 made of undoped GaN, p-Al 0.05 Ga 0.95 N A p-cladding layer 8 and a p-contact layer 9 made of p-GaN are sequentially formed.
[0028]
In the above semiconductor layers 2 to 9, the low-temperature buffer layer 2 is a non-single-crystal layer, and the other layers 3 to 9 are single-crystal layers.
[0029]
In the LED chip of FIG. 1, Si is used as an n-type dopant, and Mg is used as a p-type dopant.
[0030]
The MQW light emitting layer 6 has a multiple quantum well structure in which six quantum barrier layers 6a made of undoped GaN and five quantum well layers 6b made of undoped Ga 0.65 In 0.35 N are alternately stacked.
[0031]
In the above-mentioned LED chip, the n-contact layer 5 also functions as an n-cladding layer. Further, the protective layer 7 is a layer for preventing crystal deterioration of the MQW light emitting layer 6.
[0032]
On the p-contact layer 9, a p-side translucent electrode 10 formed by sequentially stacking a Ni film 10a and an Au film 10b is formed. Further, a p-side pad electrode 11 formed by laminating a Ti film 11a and an Au film 11b in a predetermined region on the p-side translucent electrode 10 is formed.
[0033]
On the other hand, a part of the region from the p-contact layer 9 to the n-contact layer 5 is etched, and the n-contact layer 5 is exposed.
[0034]
An n-side electrode 12 made of an Al film is formed on the exposed n-contact layer 5.
[0035]
Next, a method for manufacturing the LED chip of FIG. 1 will be described.
First, the sapphire substrate 1 is set in a MOVPE apparatus. Next, in this apparatus, as shown in FIG. 2, a low-temperature buffer layer 2 and a first high-temperature buffer layer 3 are formed on the (0001) plane of the sapphire substrate 1 by MOVPE (metal organic chemical vapor deposition). And a second high-temperature buffer layer 4 and an n-contact layer 5 are sequentially grown.
[0036]
During the growth of the low-temperature buffer layer 2, the substrate temperature is maintained at a temperature at which a non-single crystal grows, for example, 600 ° C. NH 3 , trimethylaluminum (TMAl) and trimethylgallium (TMGa) are used as a source gas, and a gas composed of H 2 and N 2 and having a H 2 content of about 50% is used as a carrier gas. .
[0037]
Thus, undoped AlN is grown to form the low-temperature buffer layer 2 having a thickness of 20 nm.
[0038]
During the growth of the first high-temperature buffer layer 3, the second high-temperature buffer layer 4, and the n-contact layer 5, the substrate temperature is maintained at a temperature at which a single crystal grows, for example, 1150 ° C. In this case, it is preferable to maintain the substrate temperature at 1000 to 1200 ° C. In addition, NH 3 and TMGa are used as source gases for these layers 3 to 5, and the same gas as that used when growing the low-temperature buffer layer 2 is used as a carrier gas. Further, SiH 4 is used as a dopant gas for the n-contact layer 5.
[0039]
Thus, the first high-temperature buffer layer 3 made of undoped GaN and having a thickness of 80 nm, the second high-temperature buffer layer 4 made of undoped GaN having a thickness of 0.4 μm, and the thickness 1. An n-contact layer 5 of 5 μm is formed in order. In this case, the growth rates of the layers 3, 4, and 5 are about 0.7 nm / s, about 3 μm / h, and about 3 μm / h, respectively.
[0040]
Next, an MQW light emitting layer 6 is formed by alternately growing six quantum barrier layers 6a and five quantum well layers 6b on the n-contact layer 5, and a protective layer 7 is formed on the MQW light emitting layer 6. Grow.
[0041]
During the growth of the MQW light emitting layer 6 and the protective layer 7, the substrate temperature is maintained at a temperature at which a single crystal grows, for example, 850 ° C. In this case, it is preferable to maintain the substrate temperature at 700 to 1000 ° C. NH 3 , triethylgallium (TEGa) and trimethylindium (TMIN) are used as source gases for these layers 6 and 7. Further, as the carrier gas, a gas composed of H 2 and N 2 and having a H 2 content of about 1 to 5% is used.
[0042]
In this manner, six 5 nm-thick quantum barrier layers 6a made of undoped GaN and five five-nm thick quantum well layers 6b made of undoped Ga 0.65 In 0.35 N are alternately grown to form the MQW light emitting layer 6. Is formed, and undoped GaN is grown to form a protective layer 7 having a thickness of 10 nm. In this case, the growth rates of the MQW light emitting layer 6 and the protective layer 7 are both about 0.4 nm / s.
[0043]
Further, a p-cladding layer 8 and a p-contact layer 9 are grown on the protective layer 7.
[0044]
During the growth of the p-cladding layer 8 and the p-contact layer 9, the substrate temperature is maintained at a temperature at which a single crystal grows, for example, 1150 ° C. In this case, it is preferable to maintain the substrate temperature at 1000 to 1200 ° C. NH 3 , TMGa and TMAl are used as source gases for the p-cladding layer 8, and NH 3 and TMGa are used as source gases for the p-contact layer 9. The carrier gas of the p-cladding layer 8 and the p-contact layer 9 is a gas composed of H 2 and N 2 and having a H 2 content of about 1 to 3%, and a dopant gas of Cp 2 Mg is used.
[0045]
During the growth of the p-cladding layer 8 and the p-contact layer 9, the p-type dopant can be activated by lowering the H 2 composition in the carrier gas as described above. Therefore, in this case, the heat treatment in the N 2 atmosphere for activating the p-type dopant as in the related art is not required.
[0046]
In this manner, p-Al 0.05 Ga 0.95 N and p-GaN are sequentially grown to form a p-cladding layer 8 having a thickness of 0.15 μm and a p-contact layer 9 having a thickness of 0.3 μm. In this case, the growth rates of p-cladding layer 8 and p-contact layer 9 are both about 3 μm / h.
[0047]
Subsequently, using a dicer device having a blade having a blade thickness of 25 μm, as shown in FIG. 3, a dividing groove 50 extending from the p-contact layer 9 to the sapphire substrate 1 is formed by dicing. As a result, the split grooves 50 are formed in a lattice on the wafer.
[0048]
In this case, the depth of the split groove 50 is preferably set to 20 to 30 μm in consideration of the wafer thickness, warpage, and the like so that the bottom of the split groove 50 reaches the sapphire substrate 1.
[0049]
During dicing, the layers 2 to 9 on the inner surface of the split groove 50 and the sapphire substrate 1 are damaged. For this reason, a chip 61 or a crack 60 occurs on the inner surface of the split groove 50.
[0050]
After the above dicing, as shown in FIG. 4, the inner surface of the split groove 50 is etched from the p-contact layer 9 to the n-contact layer 5 by a reactive ion beam etching method (RIBE method) or the like. Thereby, an n-side electrode formation region 51 in which the n-contact layer 5 is exposed is formed. Further, a region on the inner surface of the split groove 50 damaged during dicing is removed by etching.
[0051]
FIG. 5 is a view of the wafer of FIG. 4 having undergone the above manufacturing steps as viewed from the p-contact layer 9 side.
[0052]
As shown in FIG. 5, split grooves 50 are formed in a lattice shape on the wafer surface. The area 100 defined by the split grooves 50 is an individual LED chip area. Further, the n-side electrode forming region 51 has a shape in which one corner of the LED chip region is cut off in a semi-arc shape.
[0053]
After the formation of the n-side electrode formation region 51, as shown in FIG. 6, a Ni film 10a having a thickness of 2 nm and an Au film 10b having a thickness of 4 nm are sequentially stacked over substantially the entire surface of the p-contact layer 9, and The side translucent electrode 10 is formed. Further, a Ti film 11a having a thickness of 30 nm and an Au film 11b having a thickness of 500 nm are sequentially laminated on a predetermined region of the p-side translucent electrode 10 to form a p-side pad electrode 11. Further, the n-side electrode 12 made of an Al film having a thickness of 500 nm is formed on the n-side electrode formation region 51.
[0054]
The p-side translucent electrode 10, the p-side pad electrode 11, and the n-side electrode 12 are formed by a vacuum evaporation method or the like.
[0055]
The p-side translucent electrode 10 and the n-side electrode 12 thus formed are heat-treated at 500 ° C. to make ohmic contact with the p-contact layer 9 and the n-contact layer 5, respectively.
[0056]
Next, the back surface side of the sapphire substrate 1 is ground to make the thickness of the wafer 100 μm, and a position corresponding to the split groove 50 is scribed to form a separation line 52. Finally, the sapphire substrate 1 is separated into a plurality of LED chips by applying pressure along the separation line 52 using a breaker device.
[0057]
Preferably, the thickness of the wafer is reduced to about 100 μm by grinding. Thereby, it is possible to easily separate the LED chips along the split grooves 50 and the separation lines 52.
[0058]
In the above-described LED chip manufacturing method, the n-side electrode formation region 51 is formed by etching after the split groove 50 is formed by dicing. Therefore, it is not necessary to set the width of the first split groove 50 large. Therefore, the separation surface is not formed unevenly on any one of the LED chips, and can be separated evenly on the vertical separation surface along the dividing groove 50 and the separation line 52. As a result, LED chips having a uniform shape and size can be manufactured along the lattice-shaped split grooves 50.
[0059]
In addition, the layers 2 to 9 damaged by dicing, particularly, the regions of the MQW light emitting layer 6, the n-contact layer 5, and the p-cladding layer 8 which affect light emission are removed by etching. The characteristics and reliability of the LED chip do not decrease.
[0060]
Further, since the split groove 50 is formed before the electrode is formed, it is not necessary to position the split groove 50 with high accuracy. Therefore, the alignment at the time of dicing need only recognize the end face of the wafer, and there is no need to form a recognition pattern of the dicing position as described above. For this reason, the manufacturing efficiency is improved, and the interval between the adjacent LED chips can be reduced, so that the productivity is improved.
[0061]
As described above, according to the method for manufacturing an LED chip according to the present invention, an LED chip can be efficiently manufactured with a high yield.
[0062]
In the above description, the case where each layer is made of a nitride-based semiconductor containing Al, In, and Ga has been described. However, each layer may be made of a nitride-based semiconductor containing boron.
[0063]
In the above, the case where the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is applied to the manufacture of an LED chip has been described. However, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is also applicable to the manufacture of a semiconductor laser device and other semiconductor devices. Applicable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting diode device manufactured by a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the light-emitting diode element of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the light-emitting diode element of FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a process of manufacturing the light-emitting diode element of FIG.
FIG. 5 is a plan view of the wafer of FIG. 4;
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing the light-emitting diode element of FIG.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 sapphire substrate 2 low-temperature buffer layers 3 and 4 high-temperature buffer layer 5 n-contact layer 6 MQW light emitting layer 7 protective layer 8 p-cladding layer 9 p-contact layer 10 p-side translucent electrode 11 p-side pad electrode 12 n-side Electrode 50 Split groove 51 n-side electrode forming area 52 separation line

Claims (6)

基板の主面上に、アルニミウム、インジウム、ガリウムおよびホウ素の少なくとも1つを含む窒化物系半導体からなる第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層上にアルミニウム、インジウム、ガリウムおよびホウ素の少なくとも1つを含む窒化物系半導体からなる第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層から前記基板に至る割り溝を形成する工程と、
前記割り溝の内面の前記第2の半導体層から前記第1の半導体層までをエッチングして前記第1および第2の半導体層の露出した側面および前記第1の半導体層の露出した底面を形成する工程と、
前記第1の半導体層の露出した底面上に電極を形成する工程と、
前記基板を前記割り溝に沿って前記第1および第2の半導体層とともに分割する工程とを備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法。
Forming a first semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor containing at least one of aluminum, indium, gallium and boron on a main surface of the substrate;
Forming a second semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor containing at least one of aluminum, indium, gallium and boron on the first semiconductor layer;
Forming a split groove extending from the second semiconductor layer to the substrate;
Etching from the second semiconductor layer to the first semiconductor layer on the inner surface of the split groove to form exposed side surfaces of the first and second semiconductor layers and an exposed bottom surface of the first semiconductor layer The process of
Forming an electrode on the exposed bottom surface of the first semiconductor layer;
Dividing the substrate along with the first and second semiconductor layers along the split groove.
前記基板の分割前に前記割り溝に対応する前記基板の裏面の位置に分離線を形成する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体素子の製造方法。2. The method according to claim 1, further comprising forming a separation line at a position on the back surface of the substrate corresponding to the dividing groove before dividing the substrate. 前記電極の形成後に前記基板の裏面を所定厚さまで研削する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項1または2記載の半導体素子の製造方法。3. The method according to claim 1, further comprising a step of grinding the back surface of the substrate to a predetermined thickness after the formation of the electrode. 前記割り溝をダイシングにより形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the dividing groove is formed by dicing. 前記分離線をスクライブにより形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。The method according to claim 1, wherein the separation line is formed by scribe. 前記第2の半導体層は、発光層を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。The method according to claim 1, wherein the second semiconductor layer includes a light emitting layer.
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