JP3247592B2 - Method for manufacturing compound semiconductor - Google Patents
Method for manufacturing compound semiconductorInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子等の化
合物半導体素子が形成される化合物半導体用の基板に関
し、特に、製造プロセスにおける歩留りを改善し得るサ
ファイア基板の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compound semiconductor substrate on which a compound semiconductor device such as a semiconductor light emitting device is formed, and more particularly to an improvement in a sapphire substrate capable of improving a yield in a manufacturing process.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、青色発光素子、特に、窒化ガリウ
ム系化合物半導体に使用される基板としてはサファイア
がよく知られている。サファイア基板は、厚さ330μ
m程度のものが使われている。この程度の厚さが必要と
されるのは、サファイア基板が薄い場合、基板上に素子
を結晶成長させる際の昇温及び降温によって基板が割れ
てしまうからである。この基板上に一般式 InX Al
Y Ga1-X-Y N (0≦X <1,0≦Y <1)で表され
る窒化ガリウム系化合物半導体を積層させる。この半導
体材料が積層されたウェーハから発光素子用のチップを
切り出す方法としては、高速回転するスピンドルの先端
に取付けられた極薄外周刃によりウェーハのストリート
を切断、あるいは切溝を加工するダイサ(dicing saw)
の使用、ウェーハを個々のダイに分割するために、劈開
性を利用してダイヤモンドカッタ等で引掻き傷を入れる
スクライブ等の使用が一般的である。2. Description of the Related Art Conventionally, sapphire is well known as a substrate used for a blue light emitting device, particularly, a gallium nitride compound semiconductor. Sapphire substrate is 330μ thick
m is used. The reason why such a thickness is required is that, when the sapphire substrate is thin, the substrate is broken by the temperature rise and the temperature decrease when the crystal is grown on the substrate. On this substrate, the general formula In X Al
Y Ga 1-XY N (0 ≦ X <1,0 ≦ Y <1) is laminated gallium nitride-based compound semiconductor represented by. As a method of cutting chips for a light emitting element from a wafer on which the semiconductor material is laminated, a dicing method is used in which a street of the wafer is cut or a kerf is cut by an ultra-thin outer peripheral blade attached to a tip of a spindle rotating at a high speed. saw)
In order to divide the wafer into individual dies, it is common to use scribing or the like for making a scratch using a diamond cutter or the like by using cleavage.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化ガ
リウム系化合物半導体が積層されたウェーハは、サファ
イア基板、窒化ガリウム系化合物半導体の両方ともモー
ス硬度がほぼ9と非常に硬い物質である。また、六方晶
系というサファイア結晶の性質上、劈開性を有していな
いため従来の厚さ(80〜330μm)の基板を使用し
たウェーハを切断する場合、切断面にクラック、チッピ
ング(不定形の破断)が発生しやすくなり綺麗に切断す
ることができずチップ(ダイ)の不良が多発する。However, the wafer on which the gallium nitride-based compound semiconductor is laminated is a very hard material having a Mohs hardness of about 9 for both the sapphire substrate and the gallium nitride-based compound semiconductor. Also, due to the nature of the sapphire crystal of hexagonal system, since it does not have cleavage properties, when a wafer using a substrate having a conventional thickness (80 to 330 μm) is cut, cracks and chipping (irregular shaped) (Breakage) is likely to occur, making it impossible to cut neatly, resulting in frequent chip (die) defects.
【0004】この結果、半導体素子自身の性能が十分に
発揮されず、例えば、発光素子の効率が低下する。使用
できないチップが増えて、製品の歩留りが低下する。特
に、高価なサファイア基板を使用する場合には、歩留り
は製品価格への影響が大きい。As a result, the performance of the semiconductor element itself is not sufficiently exhibited, and for example, the efficiency of the light emitting element is reduced. The number of chips that cannot be used increases, and the product yield decreases. In particular, when an expensive sapphire substrate is used, the yield greatly affects the product price.
【0005】よって、本発明の目的は、ウェーハ切断の
際に切断面に発生するクラック、チッピングを減少させ
ることにある。Accordingly, it is an object of the present invention to reduce cracks and chipping generated on a cut surface when cutting a wafer.
【0006】また、本発明の他の目的は、チップを綺麗
に分離することで発光素子の効率を向上させることにあ
る。It is another object of the present invention to improve the efficiency of a light emitting device by separating chips neatly.
【0007】また、本発明の更に他の目的は、サファイ
ア基板を使用する半導体装置の歩留りを向上させること
にある。Another object of the present invention is to improve the yield of a semiconductor device using a sapphire substrate.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の化合物半導体の製造方法は、厚さ20μm
〜60μmのサファイア基板を40℃〜60℃/分にて
昇温する工程と、CVD法により上記サファイア基板上
に結晶成長を行って化合物半導体素子を形成する工程
と、上記結晶成長後に上記サファイア基板を20℃〜3
0℃/分にて降温する工程と、を備える。In order to achieve the above object, a method for producing a compound semiconductor according to the present invention has a thickness of 20 μm.
Raising the temperature of a sapphire substrate having a thickness of about 60 μm at a rate of 40 ° C. to 60 ° C./min, forming a compound semiconductor device by growing a crystal on the sapphire substrate by a CVD method, and forming the sapphire substrate after growing the crystal. 20 ° C ~ 3
Lowering the temperature at 0 ° C./min.
【0009】[0009]
【実施の形態】本発明は、予め薄く製造したサファイア
基板(20μm≦厚さt≦60μm)に、窒化ガリウム
系化合物等の化合物半導体材料を積層する。この積層過
程においては、薄いサファイア基板が高温環境下で行わ
れる(MO)CVD過程で割れることを防止するため、
(MO)CVD法による積層過程への移行と、積層過程
からの退出とを緩やかな温度変化下に行う。すなわち、
サファイア基板の厚さが20μm〜60μmのとき、昇
温を40〜60℃/min 以下の昇温速度で、降温を熱膨
張係数等が異なる素子膜が基板に積層されたことを更に
考慮して20〜30℃/min 以下の降温速度で行うこと
によって、基板が薄くても割れることを防止できる。基
板をこの薄さにすると、ウェーハ切断の際、綺麗にチッ
プ状に分離ができ、発光素子の効率向上と共に歩留りも
向上する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to the present invention, a compound semiconductor material such as a gallium nitride-based compound is laminated on a sapphire substrate (20 μm ≦ thickness t ≦ 60 μm) manufactured in advance. In this laminating process, in order to prevent the thin sapphire substrate from cracking in the (MO) CVD process performed in a high temperature environment,
The transition to the lamination process by the (MO) CVD method and the exit from the lamination process are performed under a gentle temperature change. That is,
When the thickness of the sapphire substrate is 20 μm to 60 μm, the temperature is raised at a rate of 40 to 60 ° C./min or less, and the temperature is lowered by further considering that element films having different thermal expansion coefficients and the like are laminated on the substrate. By performing the cooling at a rate of 20 to 30 ° C./min or less, it is possible to prevent the substrate from being cracked even if it is thin. When the substrate is made this thin, it can be neatly separated into chips when the wafer is cut, and the efficiency of the light emitting element is improved and the yield is improved.
【0010】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照して説明する。まず、サファイア基板の厚さとチッ
プ加工の歩留りの関係について調べた。図1は、化合物
半導体装置が形成された基板のダイシングの際のチップ
の歩留りのグラフを示している。同図において、横軸は
結晶成長時のサファイア基板(2インチ口径のウェー
ハ)の厚さを、縦軸は歩留り(クラック、テッピングに
よるもの)を示している。サファイア基板のブレード条
件は、プレード種はダイヤモンドブレード、刃の厚さは
50μm、カットスピードは2mm/secである。な
お、カットスピードを5mm/secにした場合も同様
のグラフである。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the relationship between the thickness of the sapphire substrate and the yield of chip processing was examined. FIG. 1 shows a graph of chip yield when dicing a substrate on which a compound semiconductor device is formed. In the figure, the horizontal axis indicates the thickness of the sapphire substrate (a wafer having a diameter of 2 inches) during crystal growth, and the vertical axis indicates the yield (due to cracking and tapping). The blade conditions for the sapphire substrate are diamond blade for blade type, blade thickness of 50 μm, and cut speed of 2 mm / sec. The same graph is obtained when the cutting speed is set to 5 mm / sec.
【0011】図1より、ウェーハの厚さtを20μm≦
t≦60μmとして化合物半導体装置を形成した実施例
のサンプルは、歩留りが95%以上得られることが判
る。同じ製造条件でウェーハを厚くしていくと歩留りが
低下し、従来品である330μmの基板を使用したもの
は89%である。すなわち、ウェーハの厚さを20μm
〜60μmとすることによって5%以上歩留りが改善さ
れる。逆に、同じ製造条件でウェーハの厚さが10μm
になると、スクライブする前にウェーハの反りによりウ
ェーハ自体が割れてしまい、歩留りが大きく低下する。From FIG. 1, the thickness t of the wafer is set to 20 μm ≦
It can be seen that the sample of the example in which the compound semiconductor device was formed with t ≦ 60 μm had a yield of 95% or more. The yield decreases as the thickness of the wafer is increased under the same manufacturing conditions, and 89% of the conventional products use a 330 μm substrate. That is, the thickness of the wafer is 20 μm
By setting the thickness to μ60 μm, the yield is improved by 5% or more. Conversely, the wafer thickness is 10 μm under the same manufacturing conditions.
Then, before scribing, the wafer itself breaks due to the warpage of the wafer, and the yield is greatly reduced.
【0012】しかし、20μm〜60μmのような薄い
ウェーハは、CVD(結晶成長)プロセスにおいて、基
板への加熱・冷却で割れてしまうので、従来使用してい
ない。However, thin wafers having a thickness of 20 μm to 60 μm are not conventionally used because they are broken by heating and cooling the substrate in a CVD (crystal growth) process.
【0013】そこで、従来プロセスにおける基板の厚さ
と割れの関係について検討を行った。図2(a)は、サ
ファイア基板9(厚さ330μm)への発光素子の従来
の形成(結晶成長)過程における温度プロファイルの例
を説明するものである。基板の雰囲気の温度を常温から
1150℃まで昇温スピード150℃/min で上昇する
温度上昇過程aを行い、1150℃で所定時間、基板の
サーマルクリーニング過程bを行う。次に、雰囲気温度
を550℃に低下する過程cを行い、基板上にGaNバ
ッファ層を成長させる過程dを行う。雰囲気温度を11
50℃に上昇する過程eを経て、基板のGaNバッファ
層上にN型GaN層、P型GaN層を順次に形成する過
程fを行う。雰囲気温度を1150℃から減少し、降温
スピード50℃/min で常温まで放熱する過程gを行
う。Therefore, the relationship between the thickness of the substrate and the crack in the conventional process was examined. FIG. 2A illustrates an example of a temperature profile in a conventional process of forming (crystal growing) a light emitting element on a sapphire substrate 9 (thickness: 330 μm). A temperature increasing process a is performed in which the temperature of the substrate atmosphere is increased from room temperature to 1150 ° C. at a rate of 150 ° C./min, and a thermal cleaning process b is performed at 1150 ° C. for a predetermined time. Next, a step c of lowering the ambient temperature to 550 ° C. is performed, and a step d of growing a GaN buffer layer on the substrate is performed. Atmospheric temperature is 11
Through a process e of raising the temperature to 50 ° C., a process f of sequentially forming an N-type GaN layer and a P-type GaN layer on the GaN buffer layer of the substrate is performed. A process g is performed in which the ambient temperature is reduced from 1150 ° C. and the heat is released to room temperature at a temperature decreasing speed of 50 ° C./min.
【0014】昇温スピードは加熱装置の出力を制御する
ことにより、降温スピードはCVD装置への雰囲気ガス
の供給量を変えることにより設定する。雰囲気ガスは、
通常の結晶成長と同様、昇温の際には水素を、降温の際
にはアンモニア+水素+窒素とし、CVD装置のチャン
バ内圧は常圧とする。The heating speed is set by controlling the output of the heating device, and the cooling speed is set by changing the supply amount of the atmospheric gas to the CVD device. Atmosphere gas is
As in the case of ordinary crystal growth, hydrogen is used for raising the temperature, ammonia + hydrogen + nitrogen is used for lowering the temperature, and the internal pressure of the chamber of the CVD apparatus is set to normal pressure.
【0015】図3(a)〜同図(d)は、過程b〜fの
条件を共通にし、種々の厚さの基板について、昇温過程
a及び降温過程gにおける昇温時間、降温時間、を種々
に設定した場合のサファイア基板へのひび割れの発生を
調べた結果を示している。FIGS. 3 (a) to 3 (d) show the same conditions for the steps b to f, and for the substrates of various thicknesses, the heating time, the cooling time, 3 shows the results of examining the occurrence of cracks in the sapphire substrate when various values were set.
【0016】図3(a)は、サファイア基板の厚さ20
μmの場合を示しており、常温から1150℃に至る昇
温時間が30分以上で、1150℃から常温に戻る降温
時間も30分以上である場合には、基板の割れは発生し
なかった。この場合の昇温速度は約40℃/min(1
150℃/30分)、降温速度は約40℃/min(1
150℃/30分)である。基板の厚さが20μmの場
合、昇温・降温とも、30分程度の時間をかけ、ゆっく
りと目標温度へ移行させなければならないことが判る。FIG. 3A shows a sapphire substrate having a thickness of 20 mm.
When the temperature rise time from normal temperature to 1150 ° C. is 30 minutes or more, and the temperature fall time from 1150 ° C. to normal temperature is 30 minutes or more, no cracking of the substrate occurs. The heating rate in this case is about 40 ° C./min (1
150 ° C./30 minutes), and the cooling rate is about 40 ° C./min (1
150 ° C./30 minutes). It can be seen that when the thickness of the substrate is 20 μm, it takes about 30 minutes to raise and lower the temperature, and it is necessary to slowly shift to the target temperature.
【0017】図3(b)は、サファイア基板の厚さが6
0μmの場合を示しており、常温から1150℃に至る
昇温時間が20分以上で、1150℃から常温に戻る降
温時間も30分以上である場合には、基板の割れは発生
しなかった。この場合の昇温速度は約60℃/min
(1150℃/20分)、降温速度は約40℃/min
(1150℃/30分)である。FIG. 3B shows that the sapphire substrate has a thickness of 6 mm.
The graph shows the case of 0 μm. When the temperature rise time from normal temperature to 1150 ° C. was 20 minutes or more and the temperature fall time from 1150 ° C. to normal temperature was 30 minutes or more, no cracking of the substrate occurred. In this case, the heating rate is about 60 ° C./min.
(1150 ° C / 20 minutes), the temperature drop rate is about 40 ° C / min
(1150 ° C./30 minutes).
【0018】図3(c)は、サファイア基板の厚さが1
00μmの場合を示しており、常温から1150℃に至
る昇温時間が10分以上で、1150℃から常温に戻る
降温時間も30分以上である場合には、基板の割れは発
生しなかった。この場合の昇温速度は約115℃/mi
n(1150℃/10分)、降温速度は約40℃/mi
n(1150℃/30分)である。FIG. 3C shows that the thickness of the sapphire substrate is 1
The case of 00 μm is shown. When the temperature rise time from normal temperature to 1150 ° C. is 10 minutes or more and the temperature fall time from 1150 ° C. to normal temperature is 30 minutes or more, no cracking of the substrate occurred. In this case, the heating rate is about 115 ° C./mi.
n (1150 ° C./10 minutes), the temperature drop rate is about 40 ° C./mi
n (1150 ° C./30 minutes).
【0019】図3(d)は、サファイア基板の厚さが従
来の330μmの場合を示しており、常温から1150
℃に至る昇温時間が5分以上で、1150℃から常温に
戻る降温時間も20分以上である場合には、基板の割れ
は発生しなかった。この場合の昇温速度は約230℃/
min(1150℃/5分)、降温速度は約60℃/m
in(1150℃/20分)である。サファイア基板
は、基板の厚さが厚くなる程、温度変化に対して強くな
ることが判る。図3(a)及び同(b)より、20μm
の薄いサファイア基板では40℃/min以下の昇温速
度(温度上昇)となるようにする必要があることが判
る。60μmの薄いサファイア基板では60℃/min
以下の昇温速度となるようにする必要があることが判
る。また、20μm及び60μmの基板では、基板のみ
の場合(素子を積層していない状態)は降温速度は、約
40℃/min以下であればよいことが判る。しかしな
がら、実際には、サファイア基板に素子を形成した後に
降温するので、熱膨張率等が異なる材料が積層されるこ
とを加味すると経験的に降温速度を昇温速度の半分程度
に抑えるのがよい。そこで、20μmの基板の場合は素
子が積層された状態では降温速度を20℃/min以下
とする。60μmの基板の場合は素子が積層された状態
では降温速度を30℃/min以下とする。FIG. 3 (d) shows a case where the thickness of the sapphire substrate is 330 μm, which is a conventional one, from normal temperature to 1150 μm.
When the temperature rise time to 5 ° C. was 5 minutes or more and the temperature fall time from 1150 ° C. to normal temperature was 20 minutes or more, no cracking of the substrate occurred. The heating rate in this case is about 230 ° C /
min (1150 ° C / 5 minutes), temperature drop rate is about 60 ° C / m
in (1150 ° C./20 minutes). It can be seen that the sapphire substrate is more resistant to temperature changes as the thickness of the substrate increases. According to FIGS. 3A and 3B, the thickness is 20 μm.
It can be seen that a thin sapphire substrate needs to have a temperature rise rate (temperature rise) of 40 ° C./min or less. 60 ° C / min for thin sapphire substrate of 60 μm
It turns out that it is necessary to make the following temperature rise rates. In addition, in the case of the substrates of 20 μm and 60 μm, it can be seen that the temperature reduction rate may be about 40 ° C./min or less when only the substrate is used (in a state where the elements are not stacked). However, actually, since the temperature is lowered after the element is formed on the sapphire substrate, it is empirically preferable to suppress the temperature lowering rate to about half of the temperature increasing rate in consideration of the fact that materials having different coefficients of thermal expansion and the like are laminated. . Therefore, in the case of a 20 μm substrate, the temperature reduction rate is set to 20 ° C./min or less when the elements are stacked. In the case of a 60 μm substrate, the temperature reduction rate is 30 ° C./min or less when the elements are stacked.
【0020】なお、図3(a)〜同(d)において、昇
温時間に比べて降温時間を予め長くして測定しているの
は、GaN等とサファイア基板は、熱膨張係数、格子定
数が大きく異なるため、基板にGaN等の結晶を成長さ
せた後の温度変化の方が基板の割れへの影響が大きいと
考えられ、ゆっくりと温度を下げる必要があること、ま
た、装置構造上の理由から降温は放射冷却に近い状態の
ため、時間がかかることによる。3 (a) to 3 (d), the measurement was performed with the cooling time being longer than the heating time, because the GaN or the like and the sapphire substrate had a thermal expansion coefficient and a lattice constant. It is considered that the temperature change after growing a crystal such as GaN on the substrate has a greater effect on the cracking of the substrate, and it is necessary to lower the temperature slowly. The reason is that the temperature drop takes a long time because the temperature is close to the radiation cooling.
【0021】従って、20μm〜60μmのような薄い
サファイア基板でもCVDプロセスにおける最初の昇温
過程aの昇温スピード及び結晶成長後の降温過程gの降
温スピードをそれぞれ基板の厚さに応じて40〜60℃
/min 以下、20〜30℃/min 以下で行えば、基板の
割れを防止することが可能である。Therefore, even for a thin sapphire substrate such as 20 μm to 60 μm, the temperature increasing speed in the first temperature increasing step a in the CVD process and the temperature decreasing rate in the temperature decreasing step g after the crystal growth are set to 40 to 40 μm depending on the thickness of the substrate. 60 ° C
If the heat treatment is performed at a temperature of 20 to 30 ° C./min or less, cracking of the substrate can be prevented.
【0022】このように、サファイア基板の厚さを20
μm〜60μmと薄くし、図2(b)に示すよう、CV
Dプロセスにおける最初の昇温過程aの昇温スピードを
40〜60℃/min 以下とし、高温プロセスを終了する
降温過程gの降温スピードを基板に素子層が形成された
ことを考慮して昇温スピードの約1/2の20〜30℃
/min 以下として、より緩やかな温度傾斜とすることに
よって、ウェーハ切断におけるクラック及びクリッピン
グを防止し、かつ、CVDプロセスにおける基板の割れ
を防止することが可能となる。As described above, the thickness of the sapphire substrate is set to 20.
2 μm to 60 μm, and as shown in FIG.
In the process D, the temperature rising speed in the first temperature rising process a is set to 40 to 60 ° C./min or less, and the temperature rising speed in the temperature falling process g for terminating the high temperature process is raised in consideration of the formation of the element layer on the substrate. 20 ~ 30 ℃ which is about 1/2 of the speed
By setting the temperature gradient to be gentler at not more than / min, it is possible to prevent cracking and clipping in wafer cutting and prevent cracking of the substrate in the CVD process.
【0023】この温度プロファィルの結晶成長プロセス
による化合物半導体装置の製造例について説明する。図
4は、化合物半導体装置の例として発光素子の構造例を
示している。同図において、1はサファイア基板、2は
GaN(窒化ガリウム)バッファ層、3はN型GaN
層、4はP型GaN層、5はAu/Ni(金/ニッケ
ル)電極、6はTi/Al(チタン/アルミニウム)電
極である。An example of manufacturing a compound semiconductor device by the temperature profile crystal growth process will be described. FIG. 4 illustrates a structural example of a light emitting element as an example of a compound semiconductor device. In the figure, 1 is a sapphire substrate, 2 is a GaN (gallium nitride) buffer layer, 3 is N-type GaN
The layers 4, 4 are P-type GaN layers, 5 is an Au / Ni (gold / nickel) electrode, and 6 is a Ti / Al (titanium / aluminum) electrode.
【0024】図5〜図11は、図4に示す発光素子の製
造プロセスの例を示している。上述したように、基板の
厚さtが20μm≦t≦60μmの範囲内で選択された
厚さのサファイア・ウェーハを半導体基板として用い
る。FIGS. 5 to 11 show an example of a manufacturing process of the light emitting device shown in FIG. As described above, a sapphire wafer having a thickness selected within a range of 20 μm ≦ t ≦ 60 μm is used as a semiconductor substrate.
【0025】図2(b)に示す温度プロファイルでMO
CVD装置によって、基板に結晶を成長させる。まず、
サファイア基板1を収容したMOCVD装置のチャンバ
内の温度を、還元性の水素ガス雰囲気下で、40℃/mi
n (tが20μmのとき)〜60℃/min (tが60μ
mのとき)の昇温スピードで1150℃まで比較的に緩
やかに上昇し(図2(b)のa)、所定時間の基板のサ
ーマルクリーニングを行う(同図b)。次に、チャンバ
内の温度を550℃に降温し(同図c)、(0001)
結晶構造のサファイア基板上1に、MOCVD法によっ
てアモルファス状のGaN層2を厚さ0.04μm程度
形成する(同図d)。温度を1150℃に上昇し(同図
e)、MOCVD法により、N型不純物を追加したN型
GaN層3を厚さ4.0μm程度形成する。更に、P型
不純物を追加したP型GaN層4を厚さ1.0μm程度
順次形成する(同図f)。この結果、図5に示すよう
に、MOCVD法によってサファイア基板1に、発光素
子のGaNバッファ層2、N型GaN層3、P型GaN
層4が結晶成長によって順次積層される。In the temperature profile shown in FIG.
A crystal is grown on the substrate by a CVD apparatus. First,
The temperature in the chamber of the MOCVD apparatus accommodating the sapphire substrate 1 was raised to 40 ° C./mi in a reducing hydrogen gas atmosphere.
n (when t is 20 μm) to 60 ° C./min (when t is 60 μm)
(at m), the temperature rises relatively slowly to 1150 ° C. (a in FIG. 2B), and the substrate is thermally cleaned for a predetermined time (b in FIG. 2). Next, the temperature in the chamber was lowered to 550 ° C. (FIG. C), and (0001)
An amorphous GaN layer 2 having a thickness of about 0.04 μm is formed on a sapphire substrate 1 having a crystal structure by MOCVD (FIG. 4D). The temperature is increased to 1150 ° C. (FIG. 3E), and an N-type GaN layer 3 to which an N-type impurity is added is formed to a thickness of about 4.0 μm by MOCVD. Further, a P-type GaN layer 4 to which a P-type impurity is added is sequentially formed to a thickness of about 1.0 μm (f in the figure). As a result, as shown in FIG. 5, a GaN buffer layer 2, an N-type GaN layer 3, a P-type GaN
The layers 4 are sequentially stacked by crystal growth.
【0026】次に、GaN層4の上に、CVD法によ
り、SiO2 (酸化シリコン)膜7を500nmの厚さ
に堆積する(図6)。その後、アンモニア+水素+窒素
ガス雰囲気下でチャンバ内の温度を降温スピード20℃
/min (tが20μm)〜30℃/min (tが60μ
m)で常温までゆっくりと低下し(同図g)、基板をチ
ャンバから取出す。SiO2 膜7にフォトレジストを塗
布し、パターン露光、現像を行って、レジストマスク8
を形成する(図7)。レジスト8をマスクとしてSiO
2 膜7をHF(フッ化水素)溶液にてエッチングし、S
iO2 マスク7aを形成する(図8)。Next, an SiO 2 (silicon oxide) film 7 is deposited to a thickness of 500 nm on the GaN layer 4 by a CVD method (FIG. 6). After that, the temperature in the chamber is lowered at a temperature reduction rate of 20 ° C. in an atmosphere of ammonia + hydrogen + nitrogen gas.
/ Min (t is 20 μm) to 30 ° C./min (t is 60 μm)
m), the temperature slowly decreases to room temperature (g in the figure), and the substrate is removed from the chamber. A photoresist is applied to the SiO2 film 7, pattern exposure and development are performed, and a resist mask 8 is formed.
Is formed (FIG. 7). SiO 2 using resist 8 as a mask
2 Etch the film 7 with an HF (hydrogen fluoride) solution,
An iO2 mask 7a is formed (FIG. 8).
【0027】SiO2 マスク7aをマスクとし、180
〜200℃の熱リン酸によりP型GaN層4とN型Ga
N層3の一部をエッチングし、N型GaN層3の一部を
露出させる。エッチング量はエッチング時間により制御
できる(図9)。HF溶液にてSiO2 マスク7aを選
択的にエッチングし、除去する(図10)。Using the SiO 2 mask 7a as a mask, 180
P-type GaN layer 4 and N-type Ga by hot phosphoric acid
A part of the N layer 3 is etched to expose a part of the N-type GaN layer 3. The amount of etching can be controlled by the etching time (FIG. 9). The SiO2 mask 7a is selectively etched with an HF solution and removed (FIG. 10).
【0028】次に、P型GaN層4上にP電極としてA
u/Ni層7、N型GaN層3上に、N電極としてTi
/Al層8を蒸着により形成する(図11)。Next, on the P-type GaN layer 4, A
On the u / Ni layer 7 and the N-type GaN layer 3, Ti is used as an N electrode.
/ Al layer 8 is formed by vapor deposition (FIG. 11).
【0029】この様にして、サファイア基板に化合物半
導体装置を形成した後、ダイシングを行う。すなわち、
サファイア基板1側からダイヤモンドカッタ装置によっ
てスクライブして引掻き傷(加工溝)を入れ、ブレーキ
ング装置(wafer breaking equipment)によってウェーハ
の引掻き傷に沿って割れ目を入れて、ダイに分割する。After the compound semiconductor device is formed on the sapphire substrate in this way, dicing is performed. That is,
Scratches (working grooves) are made by scribing from the sapphire substrate 1 side by a diamond cutter device, cracks are made along the scratches of the wafer by wafer breaking equipment, and the wafer is divided into dies.
【0030】なお、基板の厚さtを20μm≦t≦60
μmの範囲とするために、MOCVDプロセスで割れの
生じない厚さ、例えば、従来の80〜330μmの基板
を用いて素子形成を行った後で、基板を薄くすることが
できる。例えば、基板への結晶成長後、ウェーハの裏面
を上にして治具に固定し、ボロンカーバイト等の研磨剤
を用いて上記範囲の基板の厚さまでウェーハ裏面から研
磨を行う。The thickness t of the substrate is set to 20 μm ≦ t ≦ 60.
In order to set the thickness in the range of μm, the substrate can be thinned after forming an element using a substrate having a thickness that does not cause cracking in the MOCVD process, for example, a conventional substrate having a thickness of 80 to 330 μm. For example, after crystal growth on the substrate, the wafer is fixed to a jig with the back side of the wafer facing up, and polished from the back surface of the wafer to a thickness of the substrate in the above range using an abrasive such as boron carbide.
【0031】[0031]
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、化合物半導体の製造においてサファイア基板の厚さ
が20μm〜60μmのものを用いかつ結晶成長過程
(高温プロセス)における最初の昇温及び結晶成長後の
降温の温度プロファイルを特定の緩やかな傾斜で行うの
で、CVDプロセスにおけるウェーハの割れを抑制しつ
つダイシングの際の歩留りを従来品より向上させること
が可能となる。As described above, according to the present invention, a sapphire substrate having a thickness of 20 .mu.m to 60 .mu.m is used in the production of a compound semiconductor, and the first temperature increase and the crystal growth in the crystal growth process (high temperature process) are performed. Since the temperature profile of the subsequent temperature decrease is performed at a specific gentle slope, it is possible to improve the yield at the time of dicing as compared with the conventional product while suppressing cracking of the wafer in the CVD process.
【図1】基板の厚さとチップ化の歩留りの関係を示すグ
ラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the thickness of a substrate and the yield of chip formation.
【図2】本発明と従来例との温度プロファイルの違いを
説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a difference in a temperature profile between the present invention and a conventional example.
【図3】基板の厚さと昇温及び降温による基板の割れの
関係を説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the thickness of the substrate and cracking of the substrate due to temperature rise and fall.
【図4】化合物半導体装置の構造例を説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a structural example of a compound semiconductor device.
【図5】化合物半導体装置の製造プロセスを示す示す第
1の工程図である。FIG. 5 is a first process chart showing a manufacturing process of the compound semiconductor device.
【図6】化合物半導体装置の製造プロセスを示す第2の
工程図である。FIG. 6 is a second process chart showing a manufacturing process of the compound semiconductor device.
【図7】化合物半導体装置の製造プロセスを示す第3の
工程図である。FIG. 7 is a third process chart showing a manufacturing process of the compound semiconductor device.
【図8】化合物半導体装置の製造プロセスを示す第4の
工程図である。FIG. 8 is a fourth process chart showing the manufacturing process of the compound semiconductor device.
【図9】化合物半導体装置の製造プロセスを示す第5の
工程図である。FIG. 9 is a fifth process chart showing the manufacturing process of the compound semiconductor device.
【図10】化合物半導体装置の製造プロセスを示す第6
の工程図である。FIG. 10 is a sixth view showing the manufacturing process of the compound semiconductor device;
FIG.
【図11】化合物半導体装置の製造プロセスを示す第7
の工程図である。FIG. 11 is a seventh diagram showing the manufacturing process of the compound semiconductor device;
FIG.
1 サファイア基板 2 GaNバッファ層 3 N型GaN層 4 P型GaN層 5 Au/Ni電極 6 Ti/Al電極 Reference Signs List 1 sapphire substrate 2 GaN buffer layer 3 N-type GaN layer 4 P-type GaN layer 5 Au / Ni electrode 6 Ti / Al electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 C30B 25/10 C30B 29/38 H01L 27/12 H01L 33/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 C30B 25/10 C30B 29/38 H01L 27/12 H01L 33/00
Claims (2)
を40℃〜60℃/分にて昇温する工程と、 CVD法により前記サファイア基板上に結晶成長を行っ
て化合物半導体素子を形成する工程と、 前記結晶成長後に前記サファイア基板を20℃〜30℃
/分にて降温する工程と、 を備える化合物半導体の製造方法。A step of raising a temperature of a sapphire substrate having a thickness of 20 μm to 60 μm at a rate of 40 ° C. to 60 ° C./min; and a step of forming a compound semiconductor device by growing crystals on the sapphire substrate by a CVD method. After the crystal growth, the sapphire substrate is kept at 20 ° C. to 30 ° C.
A step of lowering the temperature at a rate of / min.
を特徴とする請求項1に記載の化合物半導体の製造方
法。2. The method according to claim 1, wherein said CVD method is a MOCVD method.
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