JP2019033280A - 基板ウェハ上に形成された発光デバイスを分離する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に成長された発光デバイスを分離する方法を提供する。【解決手段】サファイア基板１０の第１の表面上に、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光層を含んだ半導体構造を成長させることを含む。この半導体構造は複数のＬＥＤ１２に形成される。サファイア基板にノッチが形成される。これらノッチ５４は、サファイア基板の第１の表面から延在し、サファイア基板の厚さ全体は貫かない。サファイア基板にノッチを形成した後に、サファイア基板の第２の表面からサファイア基板が薄化される。第２の表面は第１の表面の反対側である。【選択図】図１１

Description

本発明は、基板ウェハ上に成長された発光デバイスを分離する方法に関する。

現在利用可能な最も効率的な光源の中に、発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振器型（resonant cavity）発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）及び端面発光レーザを含む半導体発光デバイスがある。可視スペクトルで動作可能な高輝度発光デバイスの製造において現在関心ある材料系は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、特に、ＩＩＩ族窒化物材料とも呼ばれる、ガリウム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の二元、三元、及び四元合金を含む。典型的に、ＩＩＩ族窒化物発光デバイスは、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）又はその他のエピタキシャル技術により、サファイア、炭化シリコン（シリコンカーバイド）、ＩＩＩ族窒化物若しくは複合材の基板、又はその他の好適な基板の上に、異なる組成及びドーパント濃度の複数の半導体層のスタック（積層体）をエピタキシャル成長することによって製造される。スタックは、しばしば、基板上に形成された、例えばＳｉでドープされた１つ以上のｎ型層と、該１つ以上のｎ型層上に形成された活性領域内の１つ以上の発光層と、活性領域上に形成された、例えばＭｇでドープされた１つ以上のｐ型層とを含んでいる。これらｎ型領域及びｐ型領域の上に、電気コンタクトが形成される。

一部のＬＥＤにおいて、成長基板は、例えば半導体構造に機械的安定性を与えるために、最終的なデバイス構造の一部として残る。有意量の光が、成長基板の側面を通じて放たれ得る。基板からの側面光放射は、光の殆ど又は全てがデバイスの頂部から放たれることを必要とする又は好む用途では望ましくない。

特許文献１は、成長基板を薄くする方法を記載している。その要約によれば、その方法は、「サファイヤ基板の裏面を研削するサファイア基板研削工程と、サファイア基板にその裏面側からレーザビームを適用し、それにより、サファイア基板の内部に各ストリートに沿って変質層を形成する変質層形成工程と、変質層が形成された各ストリートに沿ってサファイア基板を破断するウェハ分割工程と」を含んでいる。

米国特許出願公開第２０１０／０２６７２１９号明細書

本発明の１つの目的は、基板内にノッチを形成し、そしてノッチを露出させるように基板を薄化することによって、基板上に成長された発光デバイスを分離する方法を提供することである。

本発明の実施形態に従った一方法は、基板上に成長された発光半導体構造を用意することを含む。基板は、正面側と、該正面側とは反対の裏面側とを有する。この基板にノッチが形成される。ノッチは、基板の正面側から基板の中まで延在する。基板にノッチを形成した後に、ノッチを露出させるように基板の裏面側が薄化される。

本発明の実施形態に従った一方法は、サファイア基板の第１の表面上に、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光層を含んだ半導体構造を成長させることを含む。この半導体構造は複数のＬＥＤに形成される。サファイア基板にクラックが形成される。これらクラックは、サファイア基板の第１の表面から延在し、サファイア基板の厚さ全体は貫かない。サファイア基板にクラックを形成した後に、サファイア基板の第２の表面からサファイア基板が薄化される。第２の表面は第１の表面の反対側である。

ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤの一例を示す図である。 ＬＥＤが基板上に形成されたウェハの一部を例示する図である。 ウェハをハンドリングテープに取り付けて基板を薄化した後の図２の構造を例示する図である。 基板をスクライブした後の図３の構造を例示する図である。 基板を薄化した後の図４の構造を例示する図である。 ハンドリングテープを引き延ばしてＬＥＤを分離した後の図５の構造を例示する図である。 基板の一部に設けられたマスクを例示する図である。 基板内にノッチをエッチングした後の図７の構造を例示する図である。 マスクを剥離した後の図８の構造を例示する図である。 ノッチ形成された基板上にＬＥＤを形成した後の図９の構造を例示する図である。 ウェハをハンドリングテープに取り付け且つ基板を薄化してＬＥＤを分離した後の図１０の構造を例示する図である。 部分的に形成されたＬＥＤを含む基板の一部を例示する図である。 基板内にノッチを形成した後の図１２の構造を例示する図である。 ＬＥＤを完成させた後の図１３の構造を例示する図である。 ウェハをハンドリングテープに取り付け且つ基板を薄化してＬＥＤを分離した後の図１４の構造を例示する図である。 隣接するＬＥＤ間にクラックが形成された、ＬＥＤが基板上に形成されたウェハの一部を例示する図である。 基板を薄化した後の図１６の構造を例示する図である。

本発明の実施形態においては、サファイア又はその他の成長基板が、最終的なデバイス構造の一部として残るが、成長基板の側面からの光放射を抑制あるいは排除するように薄化される。本発明の実施形態においては、先ず、基板内のノッチ又はクラックであることが多いものである分離ゾーンを、基板の厚さの少なくとも一部を通して形成することによって、ウェハが部分的に分離される。その後、分離ゾーンに到達するまで基板を薄化することによって、ウェハが完全に分離される。本発明の実施形態は特に、例えば一部の自動車用途など、光の全て又はかなりの部分がデバイスの頂面から放射されることを必要とする用途に適している。

以下の例では、半導体発光デバイスは、青色光又はＵＶ光を発するＩＩＩ族窒化物ＬＥＤであるが、例えばレーザダイオードなどの、ＬＥＤ以外の半導体発光デバイスや、例えばその他のＩＩＩ−Ｖ族材料、ＩＩＩ族リン化物、ＩＩＩ族ヒ化物、ＩＩ−ＶＩ族材料、ＺｎＯ、又はＳｉ系材料などの、その他の材料系からなる半導体発光デバイスが使用されてもよい。

図１は、本発明の実施形態で使用され得る単一のＩＩＩ族窒化物ＬＥＤ１２を例示している。如何なる好適な半導体発光デバイスが使用されてもよく、本発明の実施形態は、図１に例示されるデバイスに限定されない。図１のデバイスは、技術的に知られているように、成長基板１０の一部上にＩＩＩ族窒化物半導体構造を成長させることによって形成される。成長基板は、サファイアであることが多いが、例えばＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ又は複合基板など、如何なる好適基板であってもよい。半導体構造は、ｎ型領域とｐ型領域との間に挟まれた発光領域又は活性領域を含む。先ずｎ型領域１４が成長され得る。ｎ型領域１６は、異なる組成及びドーパント濃度の複数の層を含み得る。該複数の層は、例えば、ｎ型あるいは意図的にはドープされないものとし得るバッファ層若しくは核生成層などのプリパレーション層及び／又は成長基板の除去を容易にするように設計される層と、発光領域が効率的に発光するのに望ましい特定の光学特性、材料特性若しくは電気特性に合わせて設計されるｎ型、若しくはｐ型であってもよい、デバイス層とを含み得る。ｎ型領域１４の上に、発光領域又は活性領域１６が成長される。好適な発光領域の例は、単一の厚い若しくは薄い発光層、又はバリア層によって分離された複数の薄い若しくは厚い発光層を含んだマルチ量子井戸発光領域を含む。次いで、発光領域１６の上に、ｐ型領域１８が成長され得る。ｎ型領域１４と同様に、ｐ型領域１８は、異なる組成、厚さ及びドーパント濃度の複数の層を含むことができ、該複数の層は、意図的にはドープされていない層又はｎ型層を含んでいてもよい。

成長後、ｐ型領域の表面上にｐコンタクト２０が形成される。ｐコンタクト２０は、しばしば、例えば反射メタル及びガードメタルなどの複数の導電層を含む。ガードメタルは、反射メタルのエレクトロマイグレーションを防止あるいは抑制し得る。反射メタルは銀であることが多いが、如何なる好適な１つ以上の材料が使用されてもよい。ｐコンタクト２０を形成した後、ｎコンタクト２２が上に形成されるｎ型領域１４の部分を露出させるよう、ｐコンタクト２０、ｐ型領域１８及び活性領域１６の一部が除去される。ｎコンタクト２２とｐコンタクト２０は、例えばシリコンの酸化物又はその他の好適材料などの誘電体で充填され得る間隙２５（ハッチングして示す）によって、互いに電気的に分離（アイソレート）される。複数のｎコンタクトビアが形成されてもよく、ｎコンタクト２２及びｐコンタクト２０は、図１に例示される構成に限定されない。ｎ及びｐコンタクトは、技術的に知られているように、誘電体／金属スタックを有するボンドパッドを形成するように再分配されてもよい。

ＬＥＤ１２への電気接続を形成するため、１つ以上のインターコネクト２６及び２８が、ｎコンタクト２２及びｐコンタクト２０の上に形成され、あるいはそれらに電気的に接続される。図１では、インターコネクト２６がｎコンタクト２２に電気的に接続されている。インターコネクト２８がｐコンタクト２０に電気的に接続されている。インターコネクト２６及び２８は、誘電体層２４（ハッチングして示す）及び間隙２７によって、ｎコンタクト２２及び２０から電気的に分離されるとともに互いから電気的に分離される。インターコネクト２６及び２８は、例えば、はんだ、スタッドバンプ、金層、又はその他の好適構造とし得る。後述のように、多数の個々のＬＥＤ１２が、単一のウェハ上に形成され、その後、デバイスのウェハからダイシングされ得る。

以下の実施形態は、ウェハを個々のＬＥＤ１２へと分離することを示すが、記載される技術は、ウェハをＬＥＤのグループへと分離するように使用されてもよい。以下の実施形態は、サファイア成長基板を参照するが、記載される技術は、如何なる好適基板にも適用され得る。

本発明の一実施形態を、図２、３、４、５、及び６に例示する。図２−６に例示する実施形態においては、基板１０が薄化され、次いでスクライブされ、そして再び薄化される。

図２にて、幾つかのＬＥＤ１２の例示的なグループが基板１０の上に形成される。例えば、ＬＥＤ１２は、図１に例示したデバイス又はその他の好適デバイスとし得る。６個のＬＥＤ１２が図示されているが、単一の基板上に作製され得るＬＥＤの個数への限定を表すものではなく、また、これらのＬＥＤはグループにされる必要もない。図中のＬＥＤは、単に、基板１０の一部又は基板１０の全体の上の“幾つかの”ＬＥＤの例である。

図３にて、ウェハハンドリングテープ３４がＬＥＤ１２に貼り付けられる。成長基板１０の厚さの一部３０が、例えば研削などの機械的技術といった何らかの好適技術によって、残部３２を残して除去される。基板１０は、図４にて記述されるスクライビングに適合する厚さまで薄くされる。図２における薄化前の基板１０の厚さは、例えば、一部の実施形態において３００μｍ厚以上及び一部の実施形態において１５００μｍ厚以下とし得るが、基板は一部の実施形態において１５００μｍより厚くてもよい。基板１０の残部３２は、例えば、一部の実施形態において３００μｍ厚以下、一部の実施形態において２７５μｍ厚以下、そして、一部の実施形態において２５０μｍ厚以下とし得る。

図４にて、個々のＬＥＤ１２又はＬＥＤ１２のグループの間の領域３８がスクライブされて、基板の残部３２内にクラック（割れ目）又はノッチ（刻み目）４０が形成される。クラック４０は、基板３２の厚みのうちＬＥＤ１２に非常に近い部分に局在する。クラック４０は、基板の残部３２を完全には貫かない。クラック４０は、例えば、領域３８内で基板３２を通してレーザ３６を光らせるレーザスクライビング、又は基板の内部にレーザを集束させることによって基板内に変質層を形成するステルスダイシングによって形成され得る。例えば、レーザスクライビングには、２６６ｎｍと３５５ｎｍとの間の波長を持つフェムト秒レーザを使用することができ、ステルスダイシングには、８００ｎｍと１１００ｎｍとの間の波長を持つレーザを使用し得る。

図５にて、次いで、図４で形成されたクラック４０の頂部を露出させるように、サファイア基板１０の残部３２が薄化される。基板は、例えば研削などの機械的技術を含め、如何なる好適技術によって薄化されてもよい。残部３２のうち除去される部分４２の厚さは、一部の実施形態において１００μｍ厚以上及び一部の実施形態において２００μｍ厚以下とし得る。薄化後に残るクラック形成部４４は、例えば、一部の実施形態において６０μｍ厚以下、一部の実施形態において５０μｍ厚以下、そして、一部の実施形態において４０μｍ厚以下とし得る。薄化後に残るクラック形成部４４は、一部の実施形態において、半導体構造を機械的に支持するのに十分な厚さである。図５に提示した薄化の後、クラック４０の一部又は全てが、残存するクラック形成部４４の厚さ全体を貫いて延在する。好ましくは、クラック４０の全てが、残存するクラック形成部４４の厚さ全体を貫いて延在する。

図６にて、テープ３４が引き延ばされて、クラック４０が形成された隙間４６で個々のＬＥＤ１２又はＬＥＤ１２のグループが分離され得る。各ＬＥＤ１２又は一群のＬＥＤ１２は、半導体構造の頂部に取り付けられた基板１０（クラック形成部４４）の小片を有する。クラック形成部４４は、半導体構造を機械的に支持するのに十分な厚さであり得る。クラック形成部４４は、滑らかなエッジ又は粗いエッジを有し得る。

他の一実施形態を、図７、８、９、１０、及び１１に例示する。図７−１１に例示する実施形態においては、基板１０がエッチングされ、次いで薄化される。

図７にて、マスク５０が、サファイア基板１０を覆って形成され、そして、後に基板が分離される領域とアライメントされた開口５２を形成するようにパターニングされる。開口５２は、単一のＬＥＤのエッジ又はグループの複数のＬＥＤのエッジに対応し得る。半導体構造は、開口５２を形成する前又は後に、基板１０上に成長され得る。半導体構造は、ＬＥＤ間の領域から半導体構造が除去されるようにパターニングされ得る。

図８にて、マスク５０の開口５２内で基板１０にノッチ５４を形成するように、サファイア基板１０がエッチングされる。一部の実施形態において、ノッチ５４は少なくとも１μｍの深さである。一部の実施形態において、ノッチ５４は少なくとも１μｍの幅である。基板１０は、例えばドライエッチング又はウェットエッチングなどの何らかの好適技術によってエッチングされる。

図９にて、マスク５０が剥離され、領域５２にノッチ５４が形成された基板１０が残される。

図７、８、及び９に例示したマスキング、エッチング、及び剥離の技術の代わりとして、一部の実施形態において、ＬＥＤ１２の半導体構造を成長させる前に、エッチング以外の技術によって基板１０内にノッチが形成される。例えば、ノッチ５４は、上述のようなレーザスクライビング若しくはステルスダイシングによって、２６６ｎｍと３５５ｎｍとの間の波長を持つＵＶレーザを用いたレーザダイシングによって、あるいは例えばブレードを用いての機械的なダイシングによって形成されてもよい。これらの技術は、パターン形成されたマスクを使用してもよいが、最初に基板をマスキングすることを要しないものとし得る。

図１０にて、ノッチ５４間の領域にＬＥＤ１２が形成される。例えば、図１を参照して上述したようにエッチング及び金属層の形成によってコンタクト及びインターコネクトを形成することによって、基板１０上に成長された半導体構造がＬＥＤへと形成され得る。

図１１にて、ＬＥＤ１２がウェハハンドリングテープ３４に接続される。基板１０が、上述のように、何らかの好適技術によって薄化される。除去される基板１０の部分５６は、ノッチ５４の一部又は全てを露出させて個々のＬＥＤ１２又はＬＥＤのグループを分離するのに十分な厚さである。好ましくは、全てのノッチ５４を露出させる。基板１０の一部５０は、各ＬＥＤ１２又は一群のＬＥＤに取り付けられたままである。部分５０は、一部の実施形態において、ＬＥＤ１２の半導体構造を機械的に支持するのに十分な厚さである。

他の一実施形態を、図１２、１３、１４、及び１５に例示する。図１２−１５に例示する実施形態においては、ＬＥＤが部分的に形成され、基板がノッチ形成され、ＬＥＤが完成され、次いで基板が薄化される。

図１２にて、基板１０上にＬＥＤが部分的に形成される。例えば、ＬＥＤの半導体構造が基板１０上に成長され得る。

図１３にて、個々のＬＥＤ間又はＬＥＤのグループ間の領域５２で基板１０にノッチ５４が形成される。ノッチ５４は、例えばエッチング、ソーイング、又はレーザスクライビングを含め、如何なる好適技術によって形成されてもよい。

図１４にて、例えば、図１を参照して上述したようにエッチング及び金属層の形成によってコンタクト及びインターコネクトを形成することによって、ＬＥＤ１２が完成される。

図１５にて、ＬＥＤ１２がウェハハンドリングテープ３４に接続される。基板１０が、上述のように、何らかの好適技術によって薄化される。除去される基板１０の部分５６は、ノッチ５４の一部又は全てを露出させて個々のＬＥＤ１２又はＬＥＤのグループを分離するのに十分な厚さである。好ましくは、全てのノッチ５４を露出させる。基板１０の一部５０は、各ＬＥＤ１２又は一群のＬＥＤに取り付けられたままである。部分５０は、一部の実施形態において、ＬＥＤ１２の半導体構造を機械的に支持するのに十分な厚さである。

他の一実施形態を、図１６及び１７に例示する。図１６にて、基板１０上にＬＥＤ１２が成長される。例えば、ＬＥＤ１２は、図１に例示したデバイス又はその他の好適デバイスとし得る。個々のＬＥＤ１２又はＬＥＤ１２のグループの間の領域３８が、基板１０のＬＥＤ１２が上に形成されている側からレーザスクライブされる。このスクライビングは、基板１０の厚さの一部にクラック又はノッチ４０を形成する。クラック４０は、基板の厚みのうちＬＥＤ１２に非常に近い部分に局在する。クラック４０は、例えば、一部の実施形態において３０μｍ以上の深さ及び一部の実施形態において１００μｍ以下の深さとし得る。

そして、図７に示すように、ＬＥＤ１２が、例えばフレーム、支持ウェハ、又はハンドリングテープなどの構造３４にマウントされる。成長基板１０の厚さの一部３０が、例えば研削などの機械的技術などの何らかの好適技術によって除去される。薄化前の基板１０の厚さは、例えば、３００μｍと２０００μｍとの間とし得る。一部の実施形態において、基板は、（図１７に示す向きでの）クラック４０の頂部の一部又は全てに到達する厚さを超えて薄化される。好ましくは、クラック４０の頂部の全てに到達する。基板１０の残部３２は、一部の実施形態において、ＬＥＤ１２の半導体構造を機械的に支持するのに十分な厚さである。

上述の技術によって形成される発光デバイスは、幾つかの利点を有し得る。基板の一部が最終的なデバイスに取り付けられたままであるので、壊れやすい半導体構造が該基板によって支持され、それにより、クラック形成による不具合の発生が抑制され、半導体構造を支持する高価で複雑な厚い金属インターコネクトの必要性が排除され、半導体構造を支持するアンダーフィル又はその他の構造の必要性が排除され得る。このデバイスははんだ実装されることができる。さらに、基板が薄くされているので、基板の厚さ全体が半導体構造に取り付けられたままのデバイスと比較して、基板の側面を通じて漏れ出る光の量が低減され得る。従って、上述の技術によって形成されるデバイスは、基板が感動対構造に取り付けられたままのデバイスに典型的に付随する効率上のペナルティを回避あるいは抑制し得る。

本発明を詳細に説明したが、当業者が認識するように、本開示を所与として、ここに記載の発明概念の精神を逸脱することなく、本発明に変更が為され得る。故に、本発明の範囲は、図示して説明した特定の実施形態に限定されるものではない。

Claims (10)

1. 成長基板上に発光半導体構造を少なくとも部分的に形成し、前記発光半導体構造は、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光層を有し、前記成長基板は、正面側と、該正面側とは反対の裏面側とを有し、前記発光半導体構造は前記正面側に成長され、
   前記成長基板上に前記発光半導体構造を少なくとも部分的に形成した後に、前記発光半導体構造内に、前記成長基板の前記正面側の部分を露出させる複数の開口を形成し、且つ、前記複数の開口内で露出された前記成長基板の前記正面側の部分にノッチを形成し、前記ノッチの各々が、前記成長基板の前記正面側から前記成長基板の中まで延在し、前記ノッチの各々が、互いに向かって傾斜して該ノッチの底で出会うそれぞれの面を持ち、
   前記成長基板に前記ノッチを形成した後に、前記成長基板上で前記発光半導体構造を処理することによって、前記成長基板上で複数のＬＥＤを完成させ、
   前記成長基板上で前記複数のＬＥＤを完成させた後に、前記成長基板の前記裏面側を薄化することで、前記ノッチを露出させて、前記完成されたＬＥＤを分離する、
   ことを有する方法。
2. 前記ノッチは、ドライエッチング及びウェットエッチングのうちの少なくとも一方を用いて形成される、請求項１に記載の方法。
3. 前記成長基板にノッチを形成することは、前記成長基板内に前記ノッチをソーイングする又はレーザスクライビングすることを有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記成長基板はサファイアである、請求項１に記載の方法。
5. 前記成長基板の前記裏面側を薄化することの後に、前記完成されたＬＥＤの各々に前記成長基板の一部が取り付けられたままである、請求項１に記載の方法。
6. 成長基板上に発光半導体構造を少なくとも部分的に形成し、前記発光半導体構造は、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光層を有し、前記成長基板は、正面側と、該正面側とは反対の裏面側とを有し、前記発光半導体構造は前記正面側に成長され、
   前記成長基板上に前記発光半導体構造を少なくとも部分的に形成した後に、前記発光半導体構造内に、前記成長基板の前記正面側の部分を露出させる複数の開口を形成し、且つ、前記複数の開口内で露出された前記成長基板の前記正面側の部分にノッチを形成し、前記ノッチの各々が、前記成長基板の前記正面側から前記成長基板の中まで延在し、前記ノッチの各々がＵ次形状を持ち、
   前記成長基板に前記ノッチを形成した後に、前記成長基板上で前記発光半導体構造を処理することによって、前記成長基板上で複数のＬＥＤを完成させ、
   前記成長基板上で前記複数のＬＥＤを完成させた後に、前記成長基板の前記裏面側を薄化することで、前記ノッチを露出させて、前記完成されたＬＥＤを分離する、
   ことを有する方法。
7. 前記ノッチは、ドライエッチング及びウェットエッチングのうちの少なくとも一方を用いて形成される、請求項６に記載の方法。
8. 前記成長基板にノッチを形成することは、前記成長基板内に前記ノッチをソーイングする又はレーザスクライビングすることを有する、請求項６に記載の方法。
9. 前記成長基板はサファイアである、請求項６に記載の方法。
10. 前記成長基板の前記裏面側を薄化することの後に、前記完成されたＬＥＤの各々に前記成長基板の一部が取り付けられたままである、請求項６に記載の方法。

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