專利名稱：化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造可用于制造發(fā)光器件例如發(fā)光二極管和激光二極管的半導(dǎo)體晶片的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知pn結(jié)發(fā)光二極管(LED)是化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的一種類型。這種公知的LED的實例包括GaP LED，其具有襯底和磷化鎵(GaP)發(fā)光層，該磷化鎵發(fā)光層在襯底頂部上通過外延生長導(dǎo)電的GaP單晶而獲得；發(fā)射紅色光或橙黃至綠色光的LED，該LED具有由砷化鋁鎵混合晶體(AlXGaYAs0≤X，Y≤1，并且X+Y＝1)形成的，或由磷化鋁鎵銦混合晶體(AlXGaYInZP0≤X，Y，Z≤1，并且X+Y+Z＝1)形成的發(fā)光層；以及發(fā)射短波長光(例如，近紫外光、藍色光或綠色光)的LED，該LED具有由III族氮化物半導(dǎo)體例如氮化鎵銦(GaαInβN0≤α，β≤1，并且α+β＝1)形成的發(fā)光層。
例如，上述AlXGaYInZP LED包括由導(dǎo)電的p型或n型砷化鎵(GaAs)單晶形成的襯底，在其上形成有導(dǎo)電的n型或p型發(fā)光層。藍色LED包括由單晶(例如，電絕緣的藍寶石(α-Al2O3)單晶)形成的襯底。短波長LED包括由立方(3C)或六方(4H或6H)碳化硅(SiC)形成的襯底。
通常，采用切片器或劃片器從包括這種襯底和許多化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片制備分立的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片，這些器件規(guī)則地和周期性地排列，其間設(shè)置有分離區(qū)。“切片器”是用于通過下列工序?qū)⑦@種晶片切割成芯片的裝置通過具有金剛石刃的圓盤刀片的旋轉(zhuǎn)對晶片進行完全切割；或在晶片上形成其寬度大于刀片刃的寬度的溝槽(半切割)，然后利用外力對所得到的晶片進行切割。另一方面，“劃片器”是用于通過下列工序?qū)⑦@種晶片切割成芯片的裝置利用其尖端由金剛石形成的針，在晶片上以例如柵格形狀劃出非常細的線，然后利用外力對所得到的晶片進行切割。具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)的晶體例如GaP或GaAs呈現(xiàn)出沿“110”面的可解理性。因此，利用這種特性特征，由例如GaAs、GaAlAs或GaP形成的半導(dǎo)體晶片可以相對容易地被分離成具有所希望形狀的芯片。
然而，層疊在藍寶石襯底或類似襯底上的氮化物半導(dǎo)體具有異質(zhì)外延結(jié)構(gòu)，并且相對于藍寶石襯底具有大的晶格常數(shù)失配。藍寶石襯底具有六方晶系，由此呈現(xiàn)出無解理性。藍寶石和氮化物半導(dǎo)體具有約為9的莫氏硬度；即，它們是非常硬的物質(zhì)。因此，利用劃片器很難將包括藍寶石襯底和氮化物半導(dǎo)體的晶片切割成芯片。當利用切片器對這種晶片進行完全切割時，在切割表面上易于出現(xiàn)裂紋和碎屑；即，晶片不能被成功地切割成芯片。在某些情況下，在藍寶石襯底上形成的半導(dǎo)體層會由此脫落。
為了解決這些問題，已提出了采用激光輻照的劃片技術(shù)。已報道了當通過激光輻照在化合物半導(dǎo)體晶片上形成分離槽時，可以高成品率和大規(guī)模生產(chǎn)率制造發(fā)光器件(例如，參看日本專利No.3449201、日本專利No.3230572和日本專利申請?zhí)亻_No.11-177139)。這些技術(shù)制造了具有非常好形狀的發(fā)光器件。然而，在實踐中，由于激光處理所得到的殘渣(debris)沉積在由此制造的發(fā)光器件的表面上，導(dǎo)致光從器件向外面提取的效率降低。當對化合物半導(dǎo)體晶片的半導(dǎo)體層進行激光處理時，殘渣沉積在半導(dǎo)體層的側(cè)面上或沉積以致覆蓋在其上將要形成負電極和正電極的表面上，而因此劣化所得到的發(fā)光器件的電特性(例如，反向擊穿電壓)。
因此，已報導(dǎo)了這樣的效果，即當在激光處理的表面上形成保護膜并在形成激光槽之后清洗掉沉積到保護膜上的污染物以解決上述問題時，III族氮化物型化合物半導(dǎo)體器件可以獲得高成品率(例如，參看日本專利申請?zhí)亻_NO.2004-31526)。根據(jù)該方法，確實可以提高例如反向擊穿電壓的電特性，并且可以提高由外表和特性的缺陷所導(dǎo)致的成品率下降，但仍然未解決當通過激光處理形成分離槽時熔化物質(zhì)附著到分離槽側(cè)面以及器件的光發(fā)射輸出降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種制造化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片的方法，該方法解決了關(guān)于否則將在晶片制造期間沉積在晶片表面上的殘渣的問題。另一個目的是提供一種不具有殘渣的高質(zhì)量的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片。
本發(fā)明提供如下方面。
(1)一種化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片的制造方法，包括以下步驟在包括襯底和許多化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片的頂部表面(即半導(dǎo)體側(cè)的表面)和/或底部表面上形成保護膜，所述器件規(guī)則地且周期性地排列，其間設(shè)置有分離區(qū)；在使氣體吹到被激光輻照的部分上的同時，通過激光處理在其上形成有所述保護膜的所述表面的所述分離區(qū)中形成分離槽；以及除去至少部分所述保護膜，按上述順序進行這些步驟。
(2)根據(jù)上述(1)的制造方法，其中用吸氣管抽吸吹到所述被激光輻照的部分上的所述氣體。
(3)根據(jù)上述(1)或(2)的制造方法，其中所述化合物半導(dǎo)體是III族氮化物半導(dǎo)體。
(4)根據(jù)上述(1)至(3)中任何一項的制造方法，其還包括在所述晶片的所述頂部表面的所述分離區(qū)中形成溝槽的步驟，在所述保護膜形成步驟之前進行該步驟。
(5)根據(jù)上述(4)的制造方法，其中通過蝕刻形成所述溝槽。
(6)根據(jù)上述(1)至(5)中任何一項的制造方法，其還包括減薄所述襯底的步驟，在所述分離槽形成步驟之前或之后進行該步驟。
(7)根據(jù)上述(6)的制造方法，在所述分離槽形成步驟之后進行所述減薄所述襯底的步驟。
(8)根據(jù)上述(1)至(7)中任何一項的制造方法，其中所述保護膜是選自抗蝕劑、透明樹脂、玻璃、金屬和絕緣膜之中的至少一種。
(9)根據(jù)上述(1)至(8)中任何一項的制造方法，其中激光束聚焦在所述保護膜的表面上。
(10)一種通過根據(jù)上述(1)至(9)中任何一項的制造方法制造的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片。
(11)根據(jù)上述(10)的晶片，其具有分離槽，所述分離槽的截面具有V或U形狀。
(12)根據(jù)上述(10)或(11)的晶片，其中在溝槽上形成的保護膜不被除去。
(13)根據(jù)上述(10)至(12)中任何一項的晶片，其中所述保護膜是透明絕緣膜。
(14)根據(jù)上述(10)至(13)中任何一項的晶片，其中所述溝槽的底部表面在與其上形成有負電極的表面的高度相等的高度處。
(15)一種由根據(jù)上述(10)至(14)中任何一項的晶片制造的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中至少所述器件的頂部表面和所述器件的底部表面(即襯底的表面)基本上不具有含有選自鋁、碳、硅、氯和氧之中的至少一種成分的殘渣。
(16)根據(jù)上述(15)的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述襯底由選自藍寶石、SiC和氮化物半導(dǎo)體單晶中的材料形成。
(17)根據(jù)上述(16)的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述襯底由藍寶石形成。
根據(jù)本發(fā)明，當在晶片上形成分離槽之前在化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片上形成保護膜，并在形成分離槽之后從器件上除去保護膜時，在分離槽形成期間產(chǎn)生的并在晶片上沉積的殘渣與保護膜一起被除去。因此，所得到的晶片在包括分離槽側(cè)的晶片表面上基本上沒有殘渣。晶片沒有至少在分離槽形成期間所產(chǎn)生的殘渣(這種殘渣占在化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片的制造期間所產(chǎn)生的殘渣的絕大多數(shù))。
原因如下。當激光輻照到化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片上時，不必要的熔化和蒸發(fā)物質(zhì)可通過將氣體吹到輻照部分而被瞬時吹走，并且不會附著到分離槽的側(cè)面上。因為在輻照部分附近設(shè)置了吸氣管并且抽吸所吹的氣體，所以可減少晶片表面上分散的殘渣，并且可有效地保護器件例如光學透鏡不受污染。
因此，由該晶片制造的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片呈現(xiàn)出高光提取效率和優(yōu)良的電特性(例如，反向擊穿電壓)。


圖1是示出了在實例1中制造的本發(fā)明的晶片的示意性平面圖；以及圖2是示出了在實例1中制造的本發(fā)明的晶片的示意性截面圖。
具體實施例方式
對本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片的襯底的材料沒有特別的限制，襯底可以由任何已知的材料形成。已知材料的實例包括玻璃；氧化物單晶，例如藍寶石單晶(Al2O3；A面、C面、M面或R面)、尖晶石單晶(MgAl2O4)、ZnO單晶、LiAlO2單晶、LiGaO2單晶和MgO單晶；Si單晶；GaAs單晶；氮化物半導(dǎo)體單晶，例如AlN單晶和GaN單晶；以及硼化物單晶，例如ZrB2單晶。這些材料中，優(yōu)選藍寶石單晶、Si單晶和氮化物半導(dǎo)體單晶。對襯底的晶向沒有特別的限制。襯底可以是正對準(just)襯底或具有斜角(off-angle)的襯底。
所要使用的襯底通常是從單晶錠上切割下來，以便具有250至1000μm的厚度。在具有在上述范圍內(nèi)的厚度的襯底上層疊化合物半導(dǎo)體層，隨后，在半導(dǎo)體層上形成分離槽，然后拋光襯底以使其減薄?？蛇x地，可在通過拋光使襯底減薄之后形成分離槽。拋光之后的襯底的厚度優(yōu)選為150μm或更小，更優(yōu)選為100μm或更小。這是因為，當減小襯底厚度時，可以縮短切割距離，從而在分離槽的位置處可靠地將晶片切割成芯片。
當半導(dǎo)體層的厚度是例如5μm或更大時，由于下面的原因，最好在半導(dǎo)體層側(cè)形成分離槽，然后減小襯底側(cè)的厚度。半導(dǎo)體層的膜厚度的厚度越大，由于半導(dǎo)體層和襯底之間的熱膨脹系數(shù)差異，而使晶片的翹曲變得越大。此時，半導(dǎo)體層側(cè)描述為凸起表面。當晶片的翹曲變大，分離槽和器件的后續(xù)形成變得非常難。通過襯底上的表面粗糙度可以調(diào)整晶片的翹曲。當表面粗糙度Ra(算術(shù)平均粗糙度)大時，晶片變得平坦。值Ra優(yōu)選為至少0.001μm，更優(yōu)選為至少0.01μm。然而，當Ra太大時，半導(dǎo)體層側(cè)反而變成凹入表面。因此，Ra優(yōu)選為2μm或更小，更優(yōu)選為0.3μm或更小。在本發(fā)明的說明書中，利用原子力顯微鏡(GI公司的產(chǎn)品)來測量襯底的背面的Ra(算術(shù)平均粗糙度)。此時，視場是30×30μm，掃描線是256以及掃描速率是1Hz。
構(gòu)成發(fā)光器件的化合物半導(dǎo)體層的實例包括III族氮化物半導(dǎo)體層，例如AlXGaYInZN1-aMa(0≤X≤1，0≤Y≤1，0≤Z≤1，以及X+Y+Z＝1，其中M表示氮以外的其它V族元素，并且滿足下列關(guān)系0≤a＜1)層，該層設(shè)置在例如藍寶石襯底、碳化硅襯底或硅襯底上；AlXGaYAs(0≤X，Y≤1，X+Y＝1)層，設(shè)置在砷化鎵(GaAs)單晶襯底上；AlXGaYInZP(0≤X，Y，Z≤1，X+Y+Z＝1)層，設(shè)置在砷化鎵(GaAs)單晶層上；以及GaP層，設(shè)置在GaP襯底上。特別是在很難切割的III族氮化物半導(dǎo)體層的情況下，本發(fā)明的效果變得顯著。
這種化合物半導(dǎo)體層必須設(shè)置在襯底上的適當位置處，以便獲得預(yù)期的性能。例如，為了形成具有雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的發(fā)光部分，在發(fā)光層的上部和下部表面上設(shè)置n型和p型化合物半導(dǎo)體層。
對用于生長這些化合物半導(dǎo)體層的方法沒有特別的限制，可以利用任何公知的方法來生長化合物半導(dǎo)體層，例如MOCVD(金屬有機化學氣相沉積)、HVPE(氫化物氣相外延)或MBE(分子束外延)。從層厚度可控性和大規(guī)模生產(chǎn)率的觀點來看，優(yōu)選利用MOCVD。
在通過MOCVD生長III族氮化物半導(dǎo)體層的情況下，采用氫氣(H2)或氮氣(N2)作為載氣，采用三甲基鎵(TMG)或三乙基鎵(TEG)作為Ga(III族元素)源，采用三甲基鋁(TMA)或三乙基鋁(TEA)作為Al(III族元素)源，采用三甲基銦(TMI)或三乙基銦(TEI)作為In(III族元素)源，以及采用氨(NH3)、肼(N2H4)等作為N(V族元素)源。此外，采用用作Si源的甲硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)、或用作Ge源的有機鍺烷作為n型摻雜劑，而采用用作Mg源的鎂化合物雙(環(huán)戊二烯基)鎂(Cp2Mg)或雙(乙基環(huán)戊二烯基)鎂((EtCp)2Mg)作為p型摻雜劑。
在層疊預(yù)期的半導(dǎo)體層之后，在半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的預(yù)定位置上形成正電極和負電極。對本發(fā)明中所采用的正和負電極沒有特別的限制，可以利用各種用于形成化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的正和負電極，所述電極具有公知的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)。對用于形成正和負電極的方法沒有特別的限制，可以采用任何公知的方法，例如真空沉積或濺射。
從而，均具有設(shè)置在預(yù)定位置上的電極的許多化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件規(guī)則地且周期性地排列，它們之間設(shè)置有分離區(qū)。此后，用保護膜涂覆所得到的晶片，然后在分離區(qū)中形成分離槽?？稍谛纬煞蛛x槽后設(shè)置電極。
在形成分離槽之前，可以除去存在于分離區(qū)中的化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的部分，由此形成溝槽。在通過在襯底上依序?qū)盈Bn型層、發(fā)光層和p型層所形成的發(fā)光器件的情況下，優(yōu)選在除去所得到的化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的部分以在n型層上形成負電極的同時，設(shè)置溝槽。
圖1是示出了在實例1中制造的本發(fā)明的晶片的示意性平面圖。參考標號10表示發(fā)光器件，20表示分離區(qū)，30表示負電極形成表面。圖2是晶片的示意性截面圖。參考標號1表示襯底，2表示n型層，3表示發(fā)光層，4表示p型層，以及5表示正電極。除去存在于分離區(qū)中的半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的一部分，使得n型層暴露到外面，由此形成溝槽40。參考標號50表示分離槽。
各溝槽的寬度通常等于各分離區(qū)的寬度，但溝槽寬度可以小于分離區(qū)的寬度。然而，溝槽寬度必須大于各分離槽的寬度。
對各溝槽的深度沒有特別的限制。根據(jù)半導(dǎo)體層的厚度而改變的溝槽深度通常為約1至約10μm。可以除去存在于分離區(qū)中的所有半導(dǎo)體層，使得襯底表面暴露到外面。優(yōu)選地，在通過蝕刻暴露出負電極形成表面的同時形成溝槽，使得溝槽深度調(diào)整為使n型層暴露到外面。這是因為可以簡化制造工藝。
各溝槽的橫截面可以呈現(xiàn)任何形狀，例如矩形、U形或V形。然而，從在溝槽底部上形成分離槽的觀點來看，溝槽橫截面優(yōu)選呈現(xiàn)矩形。
對用于形成溝槽的技術(shù)沒有特別的限制，可以通過任何公知的技術(shù)例如蝕刻、切片、激光處理和劃片來形成溝槽。然而，優(yōu)選通過蝕刻技術(shù)例如濕法蝕刻或干法蝕刻來形成溝槽。這是因為，蝕刻不易于引起對化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的頂部表面和側(cè)面的損傷。
在干法蝕刻的情況下，可以采用例如反應(yīng)離子蝕刻、離子銑削、聚焦粒子束蝕刻或ECR蝕刻的技術(shù)，而在濕法蝕刻的情況下，可以采用例如硫酸和磷酸的混合物。不必說，在進行蝕刻之前，在化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的頂部表面上形成預(yù)定掩模，以便得到希望的芯片形狀。
可以在晶片的頂部表面(半導(dǎo)體側(cè))和/或在底部表面(襯底側(cè))上形成分離槽。在僅僅在底部表面上形成分離槽的情況下，必須在分離區(qū)中形成上述溝槽。當僅僅在底部表面上形成分離槽而不設(shè)置溝槽時，晶片可能不能沿分離區(qū)成功地切割成芯片，導(dǎo)致不合格芯片的增加。
對各分離槽的寬度沒有特別的限制，只要分離槽寬度小于分離區(qū)寬度。各分離槽的深度優(yōu)選為6μm或更大。當分離槽深度小于6μm時，晶片可能被傾斜地切割成芯片，這引起不合格芯片的形成。分離槽深度更優(yōu)選為10μm或更大，特別優(yōu)選為20μm或更大。
各分離槽的橫截面可以呈現(xiàn)任何形狀，例如矩形、U形或V形，但分離槽截面優(yōu)選呈現(xiàn)V形。這是因為，當晶片切割成芯片時，裂紋開始于V形槽的底端附近，能夠使晶片幾乎垂直地被切割。
為形成分離槽，優(yōu)選采用激光處理。這是因為，與蝕刻的情況相比，激光處理可以形成具有預(yù)定深度的分離槽，并能夠快速形成分離槽。另外，與劃片或切片的情況相比，激光處理在處理精度方面呈現(xiàn)出很小的變化，所述變化將作為切割刀片或金剛石針的磨損和劣化的結(jié)果而出現(xiàn)。此外，激光處理能夠降低制造成本，因為該技術(shù)不需要例如更換切割刀片的刃。
通過激光處理形成的在其側(cè)面具有可以在差分干涉光學顯微鏡下觀察到的凹凸不平的分離槽能夠提高光提取效率。另外，柵格形狀的分離槽的各交叉點的深度變大，從而使晶片被可靠地切割成芯片，其中交叉點對應(yīng)于芯片的拐角。
對在本發(fā)明中所采用的激光處理機器的類型沒有特別的限制，只要該機器可以形成用于將半導(dǎo)體晶片分離成芯片的分離槽?？刹捎玫臋C器的具體實例包括CO2激光器、YAG激光器、受激準分子激光器和脈沖激光器。在這些機器中，優(yōu)選脈沖激光器。激光器頻率可以為例如1064nm、355nm或266nm。
從激光處理機器中發(fā)射出的激光束可以通過光學系統(tǒng)(例如，透鏡)聚焦在預(yù)定的位置上。
在通過激光處理形成分離槽的情況下，當對化合物半導(dǎo)體晶片輻照激光束以使光束聚焦在晶片表面上時，熱量傳導(dǎo)到在被激光輻照部分周圍的部分，從而使化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)被熱損傷，這導(dǎo)致成品率降低。因此，優(yōu)選激光束聚焦在形成于化合物半導(dǎo)體晶片上的保護膜的表面上。這是因為，在形成分離槽的過程期間，保護膜吸收了傳導(dǎo)到在被激光輻照部分周圍的部分的熱量，從而可以減少對化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的熱損傷。
并且，因為將氣體吹到被激光輻照部分，所以冷卻了在化合物半導(dǎo)體層的被激光輻照部分周圍的部分，并可減少化合物半導(dǎo)體層的熱損傷。此外，輻照所產(chǎn)生的熔化物質(zhì)不會附著到分離槽的側(cè)面上，而是通過氣體流被吹走。因此，可以提高從分離槽側(cè)面的光提取量。此外，因為吸氣管設(shè)置在被激光輻照部分的附近并吸入被吹入的氣體，所以可減少晶片表面上分散的殘渣，并可有效地保護器件例如光學透鏡不受污染。
被吹到被激光輻照部分的氣體包括氧氣、氮氣、氦氣、氬氣、氫氣等等，可以使用它們而沒有任何限制。氦氣、氫氣和氮氣具有特別高的冷卻效果并可以優(yōu)選使用。在這些氣體中，由于氮氣很廉價，更優(yōu)選氮氣。為吹入氣體，優(yōu)選在末端處的噴嘴直徑盡可能小。噴嘴直徑越小，局部吹氣就成為可能，并可增達氣體流動速度。
與通過其它技術(shù)來形成分離槽的情況相比，通過激光處理形成分離槽尤其會引起相當多的殘渣分散。因此，本發(fā)明在通過激光處理形成分離槽的情況下尤其有效。
作為利用電子顯微鏡(FE-SEM)的EDX分析的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在形成分離槽期間在半導(dǎo)體晶片的頂部表面和底部表面上所沉積的殘渣含有選自Al、O、C、Cl、Si之中的至少一種元素。
不必說，保護膜僅僅設(shè)置在其上形成有分離槽的表面上。當形成溝槽時，在形成溝槽之后設(shè)置保護膜。
對保護膜的材料沒有特別的限制，該膜可以由例如抗蝕劑、透明樹脂、玻璃、金屬或絕緣膜形成?？刮g劑的實例包括用于光刻的水溶性抗蝕劑。透明樹脂的實例包括丙烯酸樹脂、聚酯、聚酰亞胺、聚氯乙烯和聚硅氧烷樹脂。金屬的實例包括鎳和鈦。絕緣膜的實例包括氧化硅膜和氮化硅膜?？梢岳霉募夹g(shù)例如涂敷、氣相沉積或濺射來形成保護膜。
對保護膜的厚度沒有特別的限制，只要該膜具有足以在分離槽形成期間保護膜不受損傷的強度。保護膜的最小厚度優(yōu)選為0.001μm或更大，更優(yōu)選為0.01μm或更大。在保護膜的厚度過大的情況下，并且當通過激光處理形成分離槽時，保護膜可能吸收激光束并可能從晶片上脫落。因此，保護膜的最大厚度優(yōu)選為5μm或更小，更優(yōu)選為3μm或更小，特別優(yōu)選為1μm或更小。
在形成分離槽之后，除去保護膜和在其表面上沉積的殘渣。對除去保護膜的技術(shù)沒有特別的限制，只要能徹底除去保護膜?？梢酝ㄟ^任何技術(shù)例如超聲處理、噴水處理、噴淋、浸洗、蝕刻或洗滌來除去保護膜。
優(yōu)選采用水溶性抗蝕劑，因為利用旋涂器可以由抗蝕劑形成具有均勻厚度的保護膜，以便覆蓋半導(dǎo)體晶片的整個表面，并且在形成分離槽之后可通過清洗容易地去除抗蝕劑膜。
在保護膜由絕緣膜形成的情況下，優(yōu)選部分地除去保護膜，使得膜保留在半導(dǎo)體晶片的溝槽上，防止正和負電極之間的短路。在這種情況下，優(yōu)選保護膜由透明的絕緣膜形成。在這種部分除去保護膜的情況下，可以利用蝕刻掩模對該膜進行選擇性蝕刻。
實例下面將通過實例更加詳細地說明本發(fā)明，實例不應(yīng)被解釋為限定本發(fā)明。
(實例1)如下制造包括氮化鎵化合物半導(dǎo)體的藍色發(fā)光器件。
在藍寶石襯底上形成AlN緩沖層。在AlN緩沖層上，依序?qū)盈B由未摻雜的GaN形成的底層(厚度2μm)；由摻雜有Si(濃度1×1019/cm3)的GaN形成的n接觸層(厚度2μm)；由摻雜有Si(濃度1×1018/cm3)的In0.1Ga0.9N形成的n覆層(厚度12.5nm)；具有多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層，其通過交替層疊五層GaN勢壘層(厚度每層16nm)和五層In0.2Ga0.8N阱層(厚度每層2.5nm)、并隨后在最上面的阱層上設(shè)置GaN勢壘層(厚度16nm)而形成；由摻雜有Mg(濃度1×1020/cm3)的Al0.07Ga0.93N形成的p覆層(厚度2.5nm)；以及由摻雜有Mg(濃度8×1019/cm3)的GaN形成的p接觸層(厚度0.15μm)，由此制造化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)。
在如上制造的化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的p接觸層的預(yù)定位置上形成具有包括Au層和NiO層的多層結(jié)構(gòu)的半透明正電極。具體地，通過利用公知的光刻和剝離技術(shù)在p接觸層上依序?qū)盈BAu層和NiO層，形成正電極。隨后，通過公知的光刻技術(shù)，形成有具有包括Ti層、Al層、Ti層和Au層的多層結(jié)構(gòu)的正電極接合襯墊(bonding pad)，這些層按照這種順序依序設(shè)置在正電極上。
發(fā)現(xiàn)如上形成的半透明正電極對470nm的光具有60％的透射率。利用通過上述工序形成的半透明正電極測量了透射率，調(diào)整其尺寸以滿足透射率測量要求。
接著，通過公知的光刻技術(shù)和反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)，對圖1中所示的分離區(qū)(間距350μm，寬度20μm)進行蝕刻，以便獲得1μm的深度，由此形成溝槽。同時，如圖1中所示，對面向分離區(qū)的各化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的一部分進行蝕刻，由此使n接觸層暴露到外面并形成半圓形負電極形成表面(30)。隨后，通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法在負電極形成表面上形成具有Ti/Au兩層結(jié)構(gòu)的負電極。
對由此制造的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片的藍寶石襯底的底部表面進行研磨和拋光，以由此將襯底厚度減小到80μm。此外，對藍寶石襯底的底部表面進行鏡面拋光以獲得平坦的表面，由此能夠通過襯底的底部表面容易地觀察上述分離區(qū)。
此后，利用旋涂器對半導(dǎo)體晶片的半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的整個表面均勻地施加水溶性抗蝕劑，隨后干燥，由此形成具有0.2μm厚度的保護膜。
隨后，將UV帶附著到半導(dǎo)體晶片的藍寶石襯底上，然后利用真空吸盤將晶片固定在脈沖激光處理機器的平臺上。平臺沿X軸(左右)和Y軸(上下)方向是可移動的，并且是可轉(zhuǎn)動的。在固定了晶片之后，控制激光光學系統(tǒng)，使得激光束聚焦在保護膜的表面上，然后將氮氣從噴嘴吹到被激光輻照的部分并通過吸氣管被抽吸，從而沿藍寶石襯底的X軸方向在溝槽的底部表面上形成分離槽(間距350μm，深度25μm，寬度10μm)。如此形成各分離槽，以使其橫截面呈現(xiàn)V形。接著，將平臺旋轉(zhuǎn)90°，并按與上述方式類似的方式沿Y軸方向形成分離槽。在形成分離槽之后，釋放真空吸盤，并從平臺移走所得到的晶片。
隨后，將半導(dǎo)體晶片置于清洗機器的平臺上，在旋轉(zhuǎn)晶片的同時使水噴淋到半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的表面，由此除去如上形成的保護膜。最后，以高速旋轉(zhuǎn)所得到的晶片，從而吹掉水以干燥晶片。
對所得到的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片進行目測，在晶片的表面上沒有觀察到殘渣。通過施加壓力到藍寶石襯底上，將晶片切割成許多個發(fā)光器件芯片(各具有350μm×350μm的尺寸)。發(fā)現(xiàn)具有良好形狀的器件芯片的成品率為90％。發(fā)現(xiàn)具有良好形狀并呈現(xiàn)出高反向擊穿電壓的器件芯片的成品率為86％。
對裸芯片安裝的發(fā)光器件進行積分球(integrating sphere)測量，器件在20mA的電流下呈現(xiàn)出5.1mW的發(fā)射輸出。
(比較實例1)除沒有形成保護膜以外，重復(fù)實例1的工序，由此制造化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片。目測每個由此制造的發(fā)光器件的表面，發(fā)現(xiàn)器件的外周被顯著污染。因此，發(fā)光器件呈現(xiàn)出低的光提取效率；具體地，器件在20mA的電流下呈現(xiàn)出4.5mW的發(fā)射輸出。
(比較實例2)除不對被激光輻照的部分進行吹入和抽吸氮氣以外，重復(fù)實例1的工序，由此制造化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片。通過顯微鏡觀察每個由此制造的發(fā)光器件的側(cè)面，發(fā)現(xiàn)熔化物質(zhì)附著到分離槽的側(cè)面。因此，發(fā)光器件呈現(xiàn)出低的光提取效率；具體地，器件在20mA的電流下呈現(xiàn)出4.8mW的發(fā)射輸出。
(實例2)除如下所述改變了溝槽的形狀以及如下所述進行了形成和除去保護膜的步驟以外，重復(fù)實例1的工序，由此制造化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片。將溝槽的寬度、深度和間距分別調(diào)整為12μm、1μm和350μm。通過濺射形成用作保護膜的氧化硅絕緣膜(厚度1μm)。在形成分離槽之后，通過下面的工序除去保護膜用蝕刻掩模覆蓋化合物半導(dǎo)體晶片的表面，除去存在于溝槽以外的區(qū)域上的蝕刻掩模的部分以由此形成開口，對所得到的晶片進行蝕刻。因此，在溝槽上保留氧化硅絕緣膜。
對所得到的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片進行目測。結(jié)果，在溝槽上觀察到一些殘渣，而在除溝槽以外的晶片的部分上沒有觀察到殘渣。通過施加壓力到藍寶石襯底上，將晶片切割成許多個發(fā)光器件芯片(各具有350μm×350μm的尺寸)。與實例1的情況類似，發(fā)現(xiàn)具有良好形狀的器件芯片的成品率為90％。發(fā)現(xiàn)具有良好形狀并呈現(xiàn)出高反向擊穿電壓的器件芯片的成品率為81％。所得到的發(fā)光器件在20mA的電流下呈現(xiàn)出5.0mW的發(fā)射輸出。
(實例3)如下制造包括氮化鎵化合物半導(dǎo)體的藍色發(fā)光器件。
在藍寶石襯底上形成AlN緩沖層。在AlN緩沖層上，依序?qū)盈B由未摻雜的GaN形成的底層(厚度8μm)；由摻雜有Si(濃度1×1019/cm3)的GaN形成的n接觸層(厚度2μm)；由摻雜有Si(濃度1×1018/cm3)的In0.1Ga0.9N形成的n覆層(厚度12.5nm)；具有多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層，其通過交替層疊五層GaN勢壘層(厚度每層16nm)和五層In0.2Ga0.8N阱層(厚度每層2.5nm)、并隨后在最上面的阱層上設(shè)置GaN勢壘層(厚度16nm)而形成；由摻雜有Mg(濃度1×1020/cm3)的Al0.07Ga0.93N形成的p覆層(厚度2.5nm)；以及由摻雜有Mg(濃度8×1019/cm3)的GaN形成的p接觸層(厚度0.15μm)，由此制造化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)。
在如上制造的化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的p接觸層的預(yù)定位置上形成具有包括Au層和NiO層的多層結(jié)構(gòu)的半透明正電極。具體地，通過公知的光刻和剝離技術(shù)在p接觸層上依序?qū)盈BAu層和NiO層，形成正電極。隨后，通過公知的光刻技術(shù)，形成具有包括Ti層、Al層、Ti層和Au層的多層結(jié)構(gòu)的正電極接合襯墊，這些層按照這種順序依序設(shè)置在正電極上。
發(fā)現(xiàn)如上形成的半透明正電極對470nm的光具有60％的透射率。利用通過上述工序形成的半透明正電極測量透射率，調(diào)整其尺寸以滿足透射率測量要求。
接著，通過公知的光刻和反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)對圖1中所示的分離區(qū)(間距350μm，寬度20μm)進行蝕刻，以便獲得1μm的深度，由此形成溝槽。同時，如圖1中所示，對面向分離區(qū)的各化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的一部分進行蝕刻，由此使n接觸層暴露到外面并形成半圓形負電極形成表面(30)。隨后，通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法在負電極形成表面上形成具有Ti/Au兩層結(jié)構(gòu)的負電極。
對由此制造的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片的藍寶石襯底的底部表面進行研磨和拋光，以由此將襯底厚度減小到85μm。結(jié)果，與實例1相比，襯底的翹曲相對大。
此后，利用旋涂器對半導(dǎo)體晶片的半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的整個表面均勻地施加水溶性抗蝕劑，隨后干燥，由此形成具有0.2μm厚度的保護膜。
隨后，使UV帶附著到半導(dǎo)體晶片的藍寶石襯底上，然后通過真空吸盤使晶片固定在脈沖激光處理機器的平臺上。該平臺沿X軸(左右)和Y軸(上下)方向是可移動的，并且是可轉(zhuǎn)動的。在固定了晶片之后，控制激光光學系統(tǒng)，以使激光束聚焦在保護膜的表面上，然后將氮氣從噴嘴吹到被激光輻照的部分并通過抽氣管抽吸，以70mm/秒的處理速度沿藍寶石襯底的X軸方向在溝槽的底部表面上形成分離槽(間距350μm，深度20μm，寬度5μm)。如此形成各分離槽，以使其橫截面呈現(xiàn)為V形。接著，使平臺旋轉(zhuǎn)90°，并按與上述方式類似的方式沿Y軸方向形成分離槽。在形成分離槽之后，釋放真空吸盤，并從平臺移走所得到的晶片。
隨后，將半導(dǎo)體晶片置于清洗機器的平臺上，在旋轉(zhuǎn)晶片的同時使水噴淋到半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的表面上，由此除去如上形成的保護膜。最后，以高速旋轉(zhuǎn)所得到的晶片，從而吹掉水以干燥晶片。
對所得到的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片進行目測。結(jié)果，襯底極大地翹曲，并在化合物半導(dǎo)體層中在一定程度上出現(xiàn)由激光導(dǎo)致的熱損傷部分，大概是因為激光的聚焦點沒有穩(wěn)定地輻照到化合物半導(dǎo)體層上。當通過施加壓力到藍寶石襯底上將晶片切割成許多個發(fā)光器件芯片(各具有350μm×350μm的尺寸)時，在晶片中出現(xiàn)了裂紋，而且成品率是70％。當舍棄了具有劣等的反向擊穿電壓的產(chǎn)品時，成品率變?yōu)?5％。所得到的發(fā)光器件在20mA的電流下呈現(xiàn)出4.9mW的發(fā)射輸出。
(實例4)除在激光處理之后進行了研磨和拋光化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片的藍寶石襯底的底部表面的步驟以外，重復(fù)實例3的工序，由此制造化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片。結(jié)果，獲得了350μm見方的的大量芯片。發(fā)現(xiàn)具有良好形狀的器件芯片的成品率為90％。發(fā)現(xiàn)具有良好形狀并呈現(xiàn)出高反向擊穿電壓的器件芯片的成品率為89％。所得到的發(fā)光器件在20mA的電流下呈現(xiàn)出5.3mW的發(fā)射輸出。
工業(yè)適用性通過本發(fā)明的方法制造的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片在其表面上沒有殘渣。因此，從該晶片制造的發(fā)光器件呈現(xiàn)出高的光提取效率，并且具有非常高的工業(yè)實用價值。
權(quán)利要求
1.一種化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片的制造方法，包括以下步驟在包括襯底和許多化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片的頂部表面(即半導(dǎo)體側(cè)的表面)和/或底部表面上形成保護膜，所述器件規(guī)則地且周期性地排列，其間設(shè)置有分離區(qū)；在使氣體吹到被激光輻照的部分上的同時，通過激光處理在其上形成有所述保護膜的所述表面的所述分離區(qū)中形成分離槽；以及除去至少部分所述保護膜，按上述順序進行這些步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，其中用吸氣管抽吸吹到所述被激光輻照的部分上的所述氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造方法，其中所述化合物半導(dǎo)體是III族氮化物半導(dǎo)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項的制造方法，其還包括在所述晶片的所述頂部表面的所述分離區(qū)中形成溝槽的步驟，在所述保護膜形成步驟之前進行該步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的制造方法，其中通過蝕刻形成所述溝槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項的制造方法，其還包括減薄所述襯底的步驟，在所述分離槽形成步驟之前或之后進行該步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的制造方法，在所述分離槽形成步驟之后進行所述減薄所述襯底的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項的制造方法，其中所述保護膜是選自抗蝕劑、透明樹脂、玻璃、金屬和絕緣膜之中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項的制造方法，其中激光束聚焦在所述保護膜的表面上。
10.一種通過根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一項的制造方法制造的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件晶片。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的晶片，其具有分離槽，所述分離槽的截面具有V或U形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的晶片，其中在溝槽上形成的保護膜不被除去。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任何一項的晶片，其中所述保護膜是透明絕緣膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任何一項的晶片，其中所述溝槽的底部表面在與其上形成有負電極的表面的高度相等的高度處。
15.一種由根據(jù)權(quán)利要求10至14中任何一項的晶片制造的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中至少所述器件的頂部表面和所述器件的底部表面(即襯底的表面)基本上不具有含有選自鋁、碳、硅、氯和氧之中的至少一種成分的殘渣。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述襯底由選自藍寶石、SiC和氮化物半導(dǎo)體單晶中的材料形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述襯底由藍寶石形成。
全文摘要
本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件(LED)晶片的制造方法包括以下步驟在化合物半導(dǎo)體LED晶片的頂部和/或底部表面上形成保護膜，其中所述器件規(guī)則地且周期性地排列，其間設(shè)置有分離區(qū)；在使氣體吹到被激光輻照的部分上的同時，通過激光處理在其上形成有所述保護膜的所述表面的所述分離區(qū)中形成分離槽；以及除去至少部分所述保護膜，按上述順序進行這些步驟。
文檔編號H01L21/78GK1943050SQ20058001182
公開日2007年4月4日 申請日期2005年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月20日
發(fā)明者楠木克輝 申請人:昭和電工株式會社