專利名稱：襯底的分割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種襯底的分割方法，其可適用于例如由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體激光元件、發(fā)光二極管或者場效應(yīng)晶體管集成電路的制造方法中。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)式AlxGa1-x-yInyN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1、0≤x+y+z≤1)所示的GaN類氮化物半導(dǎo)體(下記為InGaAlN)，具有較寬的禁帶寬度(GaN在室溫下的禁帶寬度為3.4eV)是在綠色、藍(lán)色的可視區(qū)域或者稱為紫外的波長范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)高輸出功率發(fā)光二極管的材料，通過由藍(lán)色發(fā)光二極管激發(fā)熒光體而得到白色光的白色發(fā)光二極管被廣泛應(yīng)用。另外，作為下一代高密度光盤系統(tǒng)用光源的、使用氮化物半導(dǎo)體的藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光元件也已商品化。另外，氮化物半導(dǎo)體因其較大的飽和漂移速度或者高耐壓的特性，有望用于將來的高頻高輸出功率電子器件，因而正活躍進(jìn)行研究開發(fā)。
通常，在氮化物半導(dǎo)體的晶體生長過程中，使用稱作藍(lán)寶石襯底或者SiC襯底的非常堅(jiān)硬的襯底，采用通過有機(jī)金屬氣相生長法(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition；MOCVD法)在該襯底上外延生長器件結(jié)構(gòu)的方法。另外，最近，開發(fā)出一種通過氫化物氣相生長法(Hydride Vapor Phase Epitaxy；HVPE法)在母材襯底上形成厚膜晶體，并通過分離或者除去母材襯底而得到的GaN襯底，也在其上進(jìn)行器件結(jié)構(gòu)的形成。在任意情況下，這些襯底與作為現(xiàn)有半導(dǎo)體襯底的Si襯底或者GaAs襯底相比非常硬，因此，芯片分離通常非常困難，在使用通常使用的金剛石刀片進(jìn)行切割的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1、2)中，會有芯片缺陷多，很難再現(xiàn)性良好地切割為四邊形的問題。另外，在制作半導(dǎo)體激光元件的情況下，必須通過解理形成諧振器鏡，但是，很難使該解理面成為平坦的面。前面，例如，在藍(lán)寶石襯底或者SiC襯底上通過例如金剛石劃線器形成線狀的槽之后，可以通過將刃型夾具按壓在襯底上的方式來進(jìn)行解理等，但是，通過該方法很難得到平坦的解理面，因此，其結(jié)果會產(chǎn)生得到的半導(dǎo)體激光元件的閾值電流變大，工序的成品率變差的問題。
另外，作為切割困難的另外一個(gè)例子，可以列舉形成有具有非常硬的低介電常數(shù)絕緣膜的Si集成電路(LSILarge Scale Integrated circuits)的襯底的芯片分離。Si集成電路中，對深度超微區(qū)域的細(xì)微化及隨之而來的高速作業(yè)化的開發(fā)正加速進(jìn)行，這種大規(guī)模集成電路中，布線延遲成為很大的問題。為了解決該問題，正積極地減小布線的層間絕緣膜的介電常數(shù)，以減少布線延遲。該低介電常數(shù)絕緣膜通常是非常硬的材料，因此，會產(chǎn)生用金剛石刀片進(jìn)行的芯片分離的切割加工非常困難的問題。
如上所述，在藍(lán)寶石襯底或者SiC襯底上形成氮化物半導(dǎo)體器件而構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體襯底，或者在上述襯底上形成包含低介電常數(shù)絕緣膜等非常硬的材料的半導(dǎo)體器件而構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底，很難不產(chǎn)生芯片缺陷或者再現(xiàn)性良好地分割為所期望的形狀。因此，正在尋求一種可以解決這種問題的、半導(dǎo)體襯底的解理和芯片分離技術(shù)。
下面，作為現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)例子，以兩個(gè)現(xiàn)有例說明半導(dǎo)體襯底的分割方法。
圖1A、圖1B表示現(xiàn)有例子中的氮化物半導(dǎo)體襯底的解理方法的外觀圖及剖面圖。
首先，如圖1A所示，在藍(lán)寶石襯底7上通過例如MOCVD法形成外延生長層13，形成GaN系列半導(dǎo)體激光元件。該外延生長層13具體包括n型AlGaN覆蓋層、InGaN多重量子阱活性層、p型AlGaN覆蓋層，InGaN多重量子阱活性層以405nm進(jìn)行藍(lán)紫色激光振蕩。p型AlGaN覆蓋層或者p型GaN層形成在外延生長層13表面上，并在P型AlGaN覆蓋層上形成構(gòu)圖的例如Ni/Au等p型歐姆電極。在選擇性地除去p型AlGaN覆蓋層及InGaN多重量子阱活性層之后，在露出于表面的n型AlGaN覆蓋層或者形成在其下部的n型GaN層上，形成有Ni/Al等p型歐姆電極。此外，這里雖然以藍(lán)寶石襯底為例，但是也可以是SiC襯底。接著，將未形成該外延生長層13的藍(lán)寶石襯底7的背面研磨至藍(lán)寶石襯底7為例如100μm左右厚度之后，在藍(lán)寶石襯底7的背面，以半導(dǎo)體激光元件諧振器長度的間隔，朝著作為藍(lán)寶石襯底7的解理方向的a軸方向(<11-20>)形成劃線15。該劃線15的形成中，使用金剛石劃線器14形成深約50μm的槽。
接著，在形成劃線15之后，如圖1B所示，將刃型夾具抵靠在藍(lán)寶石襯底7背面的劃線15上，并從外延生長層13表面對夾具施加壓力，形成由多個(gè)半導(dǎo)體激光芯片構(gòu)成的桿狀氮化物半導(dǎo)體襯底。此外，反復(fù)進(jìn)行用于提高相對于桿狀的氮化物半導(dǎo)體襯底的解理面18的端面反射率的涂敷及上述解理工序，從而進(jìn)一步分割桿狀的氮化物半導(dǎo)體襯底，并得到半導(dǎo)體激光芯片。
圖2是表示現(xiàn)有例子中的半導(dǎo)體襯底的芯片分離方法的外觀圖。
首先，如圖2所示，在藍(lán)寶石襯底7上通過例如MOCVD法形成GaN系列外延生長層19。該外延生長層19構(gòu)成發(fā)光二極管或者場效應(yīng)晶體管集成電路。構(gòu)成發(fā)光二極管時(shí)，外延生長層19具體包括n型GaN覆蓋層或者n型AlGaN覆蓋層、InGaN多重量子阱活性層、p型AlGaN覆蓋層或者p型GaN覆蓋層，InGaN多重量子阱活性層通過電流注入以470nm發(fā)出藍(lán)光。另一方面，構(gòu)成場效應(yīng)晶體管時(shí)，在未摻雜GaN層上形成n型AlGaN覆蓋層。接著，在電極形成等器件形成步驟完成后，通過研磨等使藍(lán)寶石襯底7薄膜化。其后，使用金剛石刀片20，如圖2所示，在xy方向?qū)雽?dǎo)體襯底切斷為四邊形，由此可以進(jìn)行芯片分離。
專利文獻(xiàn)1日本特開平8-236867號公報(bào)；專利文獻(xiàn)2日本特開平10-242570號公報(bào)。
但是，現(xiàn)有的半導(dǎo)體襯底的分割方法中，在圖1A、1B及圖2所示的任意一種情況下，都必須使用金剛石劃線器等在半導(dǎo)體襯底上設(shè)置槽或者切斷半導(dǎo)體襯底，經(jīng)常發(fā)生芯片缺陷，存在有不能使芯片形狀再現(xiàn)性良好地形成為四邊形的問題。并且，用金剛石刀片進(jìn)行切斷、并進(jìn)行線分離的情況下，必須確保由金剛石刀片切斷部分的芯片寬度，結(jié)果，存在有由每片襯底得到的芯片總數(shù)減少、芯片成本增加的問題。并且，在為了形成半導(dǎo)體激光元件的諧振器而進(jìn)行解理的情況下，很難得到平坦的解理面，結(jié)果，還存在有半導(dǎo)體激光元件的閾值電流大、且工藝成品率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種襯底分割方法，其可適用于半導(dǎo)體襯底的解理方法及芯片分離方法，在不會產(chǎn)生芯片缺陷的情況下，分割襯底，使芯片形狀再現(xiàn)性良好為且接近四邊形，并且再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的襯底分割方法具有下述構(gòu)成。即，本發(fā)明的襯底分割方法的構(gòu)成是，在襯底上沿分離面照射電子束且電子束的電子射程位于襯底內(nèi)，在比電子射程更靠近表面?zhèn)?，通過電子束照射加熱襯底。在該加熱的部分，產(chǎn)生使襯底的晶格常數(shù)變大的熱膨脹的結(jié)果是，可以通過該晶格失配解理襯底?？梢哉J(rèn)為開始產(chǎn)生解理的射束功率密度是，使得電子射程和因晶格失配而開始產(chǎn)生晶體缺陷的臨界膜厚相等的程度的射束功率密度，且為了產(chǎn)生解理，產(chǎn)生晶體缺陷的功率密度w1必須比使襯底熔融的功率密度w2小。該條件下，在照射具有大于等于w1且小于等于w2的射束功率密度的電子束的情況下可以產(chǎn)生解理。這時(shí)，為了在更寬的射束條件范圍內(nèi)進(jìn)行解理，期望進(jìn)行以下動作襯底選擇由難熔融的材料構(gòu)成的襯底，或者選擇由熱膨脹系數(shù)大的材料構(gòu)成的襯底，或者冷卻襯底來擴(kuò)大襯底和電子束照射部分之間的溫度差。
通過這種結(jié)構(gòu)，即通過在上述射束照射條件下用電子束掃描襯底表面，在不會發(fā)生芯片缺陷的情況下，分割襯底，使芯片形狀再現(xiàn)性良好且接近四邊形，并且可以再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面。
具體來說，本發(fā)明的襯底的分割方法的特征在于，在上述襯底的前面照射使該襯底的內(nèi)部產(chǎn)生錯位的強(qiáng)電子束，產(chǎn)生以上述錯位為起點(diǎn)的裂縫，從而分割上述襯底。換言之，從襯底的主面一側(cè)照射電子束，從上述襯底的主面上的上述電子束的入射點(diǎn)沿著上述電子束的軌跡加熱上述襯底內(nèi)部，在上述襯底內(nèi)部，比從上述電子束的入射點(diǎn)開始的上述電子束的電子射程更靠近背面?zhèn)犬a(chǎn)生錯位。在此，上述電子束的射程優(yōu)選的是，比上述襯底的深度方向上的從上述表面開始到開始產(chǎn)生晶體缺陷的、不同溫度的兩個(gè)部分的界面的深度長。
通過這種結(jié)構(gòu)，通過電子束照射加熱從襯底表面到電子射程為止的范圍，襯底的表面部分熱膨脹，因此，比電子射程更深的未加熱部分和被加熱的部分的晶格失配變大，在被加熱的部分的膜厚超過臨界膜厚的時(shí)刻，在襯底上產(chǎn)生裂縫，襯底被分割。由此，在襯底分割過程中，很難產(chǎn)生芯片缺陷，并且可以再現(xiàn)性良好地控制芯片形狀，進(jìn)而，劃線部分上的襯底及薄膜層沒有缺失，在晶片中可以得到更多的芯片，因此，可以進(jìn)行低成本、高成品率的襯底分割。另外，可以再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面。
另外，優(yōu)選的是，上述襯底具有絕緣性襯底和在該絕緣性襯底上形成的金屬膜，上述電子束照射在上述金屬膜上。換言之，優(yōu)選的是，作為上述襯底采用絕緣性襯底，上述電子束照射的照射之前在上述襯底的主面?zhèn)刃纬山饘倌?，上述電子束從上述金屬膜的主面?zhèn)冗M(jìn)行照射。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，即使襯底是絕緣性的情況下襯底表面也不會充電，電子束不會產(chǎn)生彎曲，因此，可以再現(xiàn)性良好地呈直線狀照射電子束。結(jié)果，使芯片形狀再現(xiàn)性良好且接近四邊形地分割襯底。
另外，上述襯底中的上述電子束的射程優(yōu)選比上述金屬膜的厚度長。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，不是在金屬膜中，而是在襯底內(nèi)部產(chǎn)生裂縫。結(jié)果，可以進(jìn)行再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面的、低成本且高成品率的襯底分割。
另外，優(yōu)選的是，上述襯底進(jìn)一步具有形成在未形成上述金屬膜的絕緣性襯底的背面上、且由和上述絕緣性襯底不同的材料構(gòu)成的半導(dǎo)體層。換言之，優(yōu)選的是，在照射上述電子束的上述襯底的背面?zhèn)阮A(yù)先形成與上述襯底不同材料的外延生長層。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，無需在外延生長層側(cè)照射電子束即可進(jìn)行襯底分割，因此，不會在外延生長層上產(chǎn)生熱損傷，可以分割包括外延生長層的襯底。
另外，優(yōu)選的是，上述襯底具有半導(dǎo)體層，上述電子束照射在上述半導(dǎo)體層上。換言之，上述襯底的主面上預(yù)先形成與上述襯底不同材料的外延生長層，并從上述外延生長層的主面?zhèn)日丈渖鲜鲭娮邮?br> 通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，使用上述電子束照射，可以對包括已形成半導(dǎo)體裝置的外延層的襯底進(jìn)行分割。
另外，上述半導(dǎo)體層優(yōu)選由InGaAlN構(gòu)成。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，對于形成例如以InGaAlN量子阱結(jié)構(gòu)作為發(fā)光層的高輝度的可視區(qū)域或者紫外發(fā)光二極管、或者藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光元件、以及以AlGaN/GaN中的二維電子氣體為通道的場效應(yīng)晶體管以及其集成電路芯片的襯底，可以進(jìn)行以再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面的、低成本且高成品率的襯底分割。
另外，上述襯底優(yōu)選具有由SiC、藍(lán)寶石、GaN、Si、GaAs及InP中任意一種構(gòu)成的部分。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，相對于含有SiC襯底及藍(lán)寶石襯底等非常硬的襯底、或者GaN襯底、Si襯底、GaAs襯底及InP襯底等半導(dǎo)體襯底的襯底，可以進(jìn)行以再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面的、低成本且高成品率的襯底分割。
另外，上述襯底中的上述電子束的射程優(yōu)選比上述半導(dǎo)體層的厚度長。換言之，上述電子束的電子射程優(yōu)選比上述外延生長層的膜厚大。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，不是在外延生長層中，而是在襯底內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，因此，可以對以外延生長層的解理面和襯底的解理面一致的形狀形成的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行襯底分割。
另外，優(yōu)選上述襯底具有介電常數(shù)小于等于3.9的電介質(zhì)膜，將上述電子束照射在上述電介質(zhì)膜上。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，在Si集成電路中，在為了降低布線延遲而使用低介電常數(shù)的情況下，可以不會產(chǎn)生芯片缺陷的情況下以優(yōu)良的直線性的形狀進(jìn)行以往技術(shù)中困難的芯片分離。
另外，上述電介質(zhì)膜優(yōu)選以摻雜有氟的硅玻璃、有機(jī)硅酸鹽玻璃、聚酰亞胺類材料及多孔樹脂類材料的任意一種構(gòu)成。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，相對于形成有層間絕緣膜使用摻雜有氟的硅玻璃(SiOF)、有機(jī)硅酸鹽玻璃(SiOC)、聚酰亞胺類材料或多孔樹脂類材料等低介電常數(shù)膜的Si類高速集成電路的襯底，可以進(jìn)行再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面的、低成本且高成品率的襯底分割。
另外，優(yōu)選的是，將在上述襯底中的射程比上述電介質(zhì)膜的厚度短的電子束照射到上述電介質(zhì)膜上后，將在上述襯底中的射程比上述電介質(zhì)膜的厚度長的電子束照射上述電介質(zhì)膜。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，用電子束進(jìn)行掃描，從而在低介電常數(shù)層間絕緣膜上形成分離線后，再次用大的電子射程的電子束進(jìn)行掃描，通過從襯底內(nèi)部產(chǎn)生裂縫來形成同樣的分離線，可以在不產(chǎn)生芯片缺陷的情況下，以優(yōu)良的直線性的形狀來分離具有低介電常數(shù)層間絕緣膜的Si集成電路芯片。
這里，上述電子束優(yōu)選具有在上述襯底內(nèi)部產(chǎn)生錯位、且不會使上述襯底熔融的功率密度。換言之，優(yōu)選的是，將通過上述電子束照射而使上述襯底產(chǎn)生錯位的上述電子束的功率密度設(shè)為P1，將通過上述電子束照射而使上述襯底熔融的上述電子束的功率密度設(shè)為P2時(shí)，P1＜P2。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，通過電子束照射可以不使襯底熔融而在襯底上產(chǎn)生裂縫。結(jié)果，可以進(jìn)行再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面的、低成本且高成品率的襯底分割。
另外，優(yōu)選在將上述襯底的背面冷卻的同時(shí)，將上述電子束照射在襯底的前面。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，比電子射程深的部分被冷卻，照射電子束的部分熱膨脹而進(jìn)一步變大，結(jié)果，可以以更小的功率密度進(jìn)行裂縫產(chǎn)生，即解理。結(jié)果，可以減小照射的電子束的功率密度，因此，可以在不會在襯底內(nèi)部或者上部所形成的半導(dǎo)體裝置上產(chǎn)生由熱損傷導(dǎo)致的劣化的情況下，進(jìn)行襯底分割。
另外，上述襯底上優(yōu)選形成半導(dǎo)體激光元件。
另外，優(yōu)選通過上述電子束照射，形成構(gòu)成上述半導(dǎo)體激光元件的諧振器的面。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，使用電子束照射來形成可適用于半導(dǎo)體激光元件的諧振器反射鏡的平坦性優(yōu)良的解理面，通過在該解理面上實(shí)施涂敷來可制作反射率大的鏡，因此，可以實(shí)現(xiàn)例如低閾值電流的半導(dǎo)體激光元件。
另外，優(yōu)選通過上述電子束的照射，將具有兩個(gè)解理面、呈桿狀并排多個(gè)半導(dǎo)體芯片而構(gòu)成的長方形襯底分割為芯片單位。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，在形成例如GaN類半導(dǎo)體藍(lán)紫色激光元件的襯底上，在解理面解理襯底后，為了芯片分離而在從解理面偏離30°的面上進(jìn)行分割時(shí)，在不會產(chǎn)生芯片缺陷的情況下，使芯片形狀再現(xiàn)性良好且接近四邊形地進(jìn)行分割。
另外，上述外延生長層優(yōu)選包含構(gòu)成發(fā)光二極管的層。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，通過電子束照射，相對于形成發(fā)光二極管的襯底，可以進(jìn)行以再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面的低成本、高成品率的襯底分割。
另外，上述外延生長層或者上述襯底優(yōu)選包含晶體管。
通過該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，通過上述電子束照射，相對于形成晶體管或者其集成電路的襯底，可以進(jìn)行再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面的、低成本且高成品率的襯底分割。
發(fā)明效果如上所述，通過本發(fā)明的襯底的分割方法，可在不會產(chǎn)生芯片缺陷的情況下，進(jìn)行襯底分割，使芯片形狀再現(xiàn)性良好且接近四邊形的形狀，并且能夠?qū)崿F(xiàn)再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面的襯底的分割方法。尤其，在藍(lán)寶石襯底、SiC襯底等硬襯底上形成氮化物半導(dǎo)體器件而構(gòu)成的襯底的分割過程中，可在不會產(chǎn)生產(chǎn)生芯片缺陷的情況下，進(jìn)行襯底分割，使芯片形狀再現(xiàn)性良好且接近四邊形的形狀，并且能夠再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面。另外，劃線部分上的襯底幾乎沒有缺損，因此，可增加可在1片晶片內(nèi)制作的總芯片數(shù)，結(jié)果，可以低成本地進(jìn)行制造工序。另外，即使具有最新的Si-LSI中開始使用的低介電常數(shù)膜的襯底，同樣通過在低介電常數(shù)膜中發(fā)生解理后解理Si襯底，可以容易切割具有非常硬的低介電常數(shù)膜的襯低。


圖1A是表示現(xiàn)有例子中的氮化物半導(dǎo)體襯底的解理方法的外觀圖；圖1B是表示現(xiàn)有例子中的氮化物半導(dǎo)體襯底的解理方法的剖面圖；圖2是表示現(xiàn)有例子中的半導(dǎo)體襯底的芯片分離方法的外觀圖；圖3是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體襯底的解理方法的剖面圖；圖4是表示同一實(shí)施方式中的電子射程的電子束加速電壓依存性的圖；圖5是表示同一實(shí)施方式中的電子束照射時(shí)的襯底中的深度方向上的溫度分布的圖；圖6是表示同一實(shí)施方式中的發(fā)生解理的電子束的功率密度范圍的圖；圖7是表示同一實(shí)施方式中的發(fā)生解理的電子束的功率密度范圍的圖；圖8是表示同一實(shí)施方式中為了得到最小束徑而設(shè)定電子束的照射條件的情況下發(fā)生解理的電子束的功率密度范圍的圖；圖9是表示同一實(shí)施方式中為了得到最小束徑而設(shè)定電子束的照射條件的情況下發(fā)生解理的電子束的功率密度范圍的圖；圖10是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體襯底的解理方法的剖面圖；圖11是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體襯底的解理方法的剖面圖；圖12A是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式中的半導(dǎo)體襯底的芯片分離方法的剖面圖；圖12B是表示同一實(shí)施方式中的半導(dǎo)體襯底的芯片分離方法的剖面圖。
附圖標(biāo)記說明1 電子束2 襯底表面3 區(qū)域 4、18 襯底的一部分5、12 解理面6GaN系列半導(dǎo)體薄膜7 藍(lán)寶石襯底8 金屬薄膜9 低介電常數(shù)絕緣膜 10Si襯底11 Cu布線 13、19外延生長層14金剛石劃線器 15劃線16夾具 17刃型夾具20金剛石刀片具體實(shí)施方式
下面，參照附圖就本發(fā)明的實(shí)施方式中的襯底的分割方法進(jìn)行說明。
(第1實(shí)施方式)圖3是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體襯底的解理方法的剖面圖。下面，通過圖3～圖9就可以再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面的電子束照射條件進(jìn)行說明。
如圖3所示，在氮化物半導(dǎo)體襯底的襯底表面2上，以由加速電壓Vb、射束電流Ib、電子束能量Eb構(gòu)成的照射條件照射電子束1。這時(shí)，將由上述照射條件決定的束徑設(shè)為db。電子束1從襯底表面2侵入到電子射程R。該電子射程R定義為從襯底表面2到電子強(qiáng)度為0的位置的深度。這時(shí)，照射的電子束1的加速電壓為小于等于MeV的比較低的加速電壓，因此，襯底的電子束1的能量損失中，也可認(rèn)為沖撞損失為其大部分，且在構(gòu)成襯底的物質(zhì)的密度為ρ的情況下，由實(shí)驗(yàn)可知有以下關(guān)系(電子束手冊p.303中有記載，其他參考文獻(xiàn)L.Katz andA.S.Penfold Rev.Mod.Phys.31(1959)920)。
(式1)Rρ＝412Ebn(式2)n＝1.265-0.0954InEb而且，Eb以MeV的單位進(jìn)行表示。根據(jù)這些式子，可以計(jì)算出表示襯底上的電子射程R的電子束加速電壓依存性的圖4。而且，在圖4中，“△”、“◇”及“□”分別表示GaN襯底、藍(lán)寶石襯底及SiC襯底中的電子射程R的電子束加速電壓依存性，1.E+03、1.E+04等分別表示1×103、1×104等。
在襯底中，將電子束1照射的區(qū)域3加熱至溫度T1，而在處于比電子射程深的位置的非加熱區(qū)域不照射電子束1，非加熱區(qū)域的溫度成為不同于溫度T1的溫度T2。結(jié)果，襯底內(nèi)的溫度分布如圖5所示。而且，圖5中，實(shí)線表示理想的階梯溫度分布，虛線表示考慮到電子束強(qiáng)度分布及熱擴(kuò)散的實(shí)際的溫度分布。通過在襯底內(nèi)形成這種溫度分布，在襯底的一部分4上產(chǎn)生由以某連接面為邊界的晶格常數(shù)的差引起的錯位等晶體缺陷，發(fā)生原子鍵的切斷、即解理現(xiàn)象，形成解理面5。這是因?yàn)?，雖然在襯底內(nèi)的加熱部分，由于晶格的膨脹而使晶格常數(shù)變大，但是，在非加熱部分依然由照射電子束時(shí)的襯底溫度決定的晶格常數(shù)，在襯底內(nèi)形成晶格常數(shù)不同的部分。這時(shí)，在襯底上形成晶格常數(shù)不同的薄膜層的情況下，在襯底和薄膜層的界面上開始產(chǎn)生晶體缺陷的薄膜層的膜厚所謂的臨界膜厚由Matthews等計(jì)算出來，即通過下式計(jì)算(J.W.Matthews and A.E.Blakeslee，Journal of Crystal Growth 27(1974)118-125中有記載)。
(式3)hc=a12πf1-ν41+v(Inhc2a2+1)]]>其中，hc為臨界膜厚，a1為薄膜層的晶格常數(shù)，a2為襯底的晶格常數(shù)，f為晶格失配(＝|(a2-a1)/a1|)，ν為薄膜層的泊松比。從而，如果以在襯底內(nèi)產(chǎn)生晶體缺陷，并開始發(fā)生解理時(shí)的加熱部分的厚度即電子束的電子射程R設(shè)為臨界膜厚hc，以T1-T2的溫度差使晶格常數(shù)產(chǎn)生差時(shí)，開始發(fā)生解理的電子束的電子射程可由下式獲得。
(式4)R=a12πf1-ν41+v(InR2a(1+α(T1-T2))+1)]]>其中，α為襯底的熱膨脹系數(shù)，a為襯底的晶格常數(shù)。由上式可知，發(fā)生解理的過程中，通過電子束照射加熱襯底的表面?zhèn)?，以使晶格失配變地充分大，電子束的電子射程R必須比臨界膜厚hc長。
另一方面，根據(jù)襯底的種類，會產(chǎn)生因?yàn)殡娮邮丈浼訜岫挂r底分解、熔融的情況。例如為GaN時(shí)，在900℃以上會發(fā)生分解，因此，賦予上述R的T1必須低于900℃。從而，為了在襯底內(nèi)發(fā)生解理，電子束照射條件被設(shè)定為T1比襯底的分解溫度低，并且比在襯底內(nèi)產(chǎn)生錯位的溫度高。
圖6及圖7中以圖解用于發(fā)生上述解理的電子束照射條件。電子束的功率密度wb可由下式獲得。
(式5)wb＝4VbIb/πdb2其中，Vb表示電子束的加速電壓、Ib表示電子束的射束電流，db表示電子束的束徑。圖6、圖7分別圖示了根據(jù)該式，使Vb為一定值時(shí)，將Ib或db作為參數(shù)，發(fā)生解理的電子束的功率密度范圍。在此，將襯底開始熔融的功率密度作為w2，將產(chǎn)生錯位的功率密度作為w1。該圖中，粗線所示的射束照射條件表示可以解理襯底的射束照射條件。根據(jù)圖6、圖7可知，為了在更廣的射束條件范圍內(nèi)進(jìn)行解理，以下方式是有效的襯底材料選擇難熔融的材料，或者選擇熱膨脹系數(shù)大的材料，或者在電子束照射時(shí)冷卻例如將襯底的背面等，來擴(kuò)大襯底和電子束照射部分之間的溫度差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，在藍(lán)寶石襯底及SiC襯底之類的易熔融的襯底上照射了電子束時(shí)，通過將襯底保持為室溫，并將加速電壓設(shè)定為60kV，射束電流設(shè)定為15mA，射束照射時(shí)間設(shè)定為50msec，該條件滿足上述功率密度范圍。
這里，可以無視電子束照射時(shí)的空間電荷效應(yīng)，考慮到透鏡的球面象差和熱初速度時(shí)的電子束的最小束徑db可由下式獲得(co為常數(shù))。
(式6)db=(Ibc0Vb)3/8]]>滿足該關(guān)系的電子束的功率密度wb如下式所示。
(式7)Wb＝4C03/4Ib1/4Vb7/4/π如圖8、圖9所示，根據(jù)該關(guān)系，將圖6及圖7所示的產(chǎn)生解理的電子束的功率密度范圍，表示為在可得到最小束徑的條件下的電子束的加速電壓及射束電流的函數(shù)。該圖中，粗線所示的射束照射條件表示可以解理襯底的射束照射條件。
如上所述，通過本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體襯底的解理方法，以上述圖6～圖9中粗線所示的射束照射條件的電子束掃描襯底表面，并照射電子束。由此，在襯底內(nèi)產(chǎn)生以錯位等晶體缺陷為起點(diǎn)的裂縫，形成解理面，因此，可以實(shí)現(xiàn)可以再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面的氮化物半導(dǎo)體襯底的解理方法。
而且，在將具有兩解理面、且呈棒狀并排多個(gè)半導(dǎo)體激光元件的長方形晶片分割為芯片單位時(shí)，也可適用上述實(shí)施方式的發(fā)明。
(第2實(shí)施方式)圖10是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體襯底的解理方法的剖面圖。
如圖10所示，在由藍(lán)寶石襯底7和其上形成的GaN系列半導(dǎo)體薄膜6構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體襯底的表面上，照射電子束1。GaN系列半導(dǎo)體薄膜6構(gòu)成例如半導(dǎo)體激光元件或者發(fā)光二極管。而且，GaN系列半導(dǎo)體薄膜6上也可以已經(jīng)形成電極等。電子束1的電子射程R達(dá)到GaN系列半導(dǎo)體薄膜6下部的藍(lán)寶石襯底7中，成為第1實(shí)施方式中解說的由藍(lán)寶石襯底7產(chǎn)生解理的結(jié)構(gòu)。電子束1的加速電壓小，電子束1不侵入藍(lán)寶石襯底7內(nèi)時(shí)，GaN系列半導(dǎo)體薄膜6上產(chǎn)生裂縫，但是，很難同時(shí)解理藍(lán)寶石基板7。從而，通過將射束照射條件設(shè)定為使電子射程R比GaN系列半導(dǎo)體薄膜6的膜厚長，由電子束1照射的區(qū)域3達(dá)到藍(lán)寶石襯底7，在藍(lán)寶石襯底7的一部分4上產(chǎn)生錯位等晶體缺陷，從而形成解理面5，因此，可以再現(xiàn)性良好地進(jìn)行藍(lán)寶石襯底7及GaN系列半導(dǎo)體薄膜6的解理，且得到平坦的解理面。這里，雖然就包括藍(lán)寶石襯底在內(nèi)的襯底的解理的情況進(jìn)行了說明，但是，只要滿足圖6～圖9所示的射束照射條件，也可以用在包括SiC襯底或者Si襯底等在內(nèi)的襯底的解理的情況。
(第3實(shí)施方式)圖11是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體襯底的解理方法的剖面圖。
如圖11所示，在由藍(lán)寶石襯底7和其上形成的GaN系列半導(dǎo)體薄膜6構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體襯底的表面上，照射電子束1。GaN系列半導(dǎo)體薄膜6構(gòu)成例如半導(dǎo)體激光元件或者發(fā)光二極管。而且，GaN系列半導(dǎo)體薄膜6上也可以事先形成電極等。在第2實(shí)施方式中，從GaN系列半導(dǎo)體薄膜6表面?zhèn)日丈潆娮邮?，而在本實(shí)施方式中，通過從藍(lán)寶石襯底7側(cè)照射電子束1，來進(jìn)行氮化物半導(dǎo)體襯底的解理。因?yàn)樵贕aN系列半導(dǎo)體薄膜6側(cè)不照射電子束1，因此，通過隨著電子束1的照射的加熱，不會產(chǎn)生例如Mg等摻雜劑雜質(zhì)的擴(kuò)散、InGaN量子阱活性層的組分變質(zhì)等GaN系列半導(dǎo)體薄膜6的劣化。并且，藍(lán)寶石襯底7為絕緣性襯底，因而，需要擔(dān)心藍(lán)寶石襯底7表面上的充電以及隨之產(chǎn)生的電子束1的彎曲，因此，作為對策，在藍(lán)寶石襯底7的沒有形成GaN系列半導(dǎo)體薄膜6的背面，形成例如10nm左右的Au等金屬薄膜8，電子束1照射在該金屬薄膜8上。照射的電子束1的電子射程R比金屬薄膜8的厚度更長，可以到達(dá)藍(lán)寶石襯底7中，即，電子束1所照射的區(qū)域3到達(dá)藍(lán)寶石襯底7，在藍(lán)寶石襯底7的一部分4上產(chǎn)生錯位等晶體缺陷，從而形成解理面5，因此，成為由藍(lán)寶石襯底7發(fā)生第1實(shí)施方式中解說的解理。通過這種結(jié)構(gòu)，可以再現(xiàn)性良好地進(jìn)行藍(lán)寶石襯底7及GaN系列半導(dǎo)體薄膜6的解理，并且GaN系列半導(dǎo)體薄膜不會發(fā)生劣化，從而得到平坦的解理面。這里，就解理包括藍(lán)寶石襯底在內(nèi)的襯底的情況進(jìn)行了說明，但是，要滿足如圖6～圖9所示的射束照射條件，也可以用在包括SiC襯底或者Si襯底等在內(nèi)的襯底的解理的情況。另外，在不使用藍(lán)寶石襯底之類的絕緣性襯底，而使用導(dǎo)電性襯底的情況下，沒有必要形成上述金屬薄膜。
(第4實(shí)施方式)圖12A、圖12B是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式中的形成有Si集成電路的半導(dǎo)體襯底的芯片分離方法的剖面圖。
如圖12A、12B所示，在由Si襯底10和其上形成的例如SiOC(有機(jī)硅酸鹽玻璃)或者SiLK(多孔樹脂類材料、Daewo Coming Co.，)等低介電常數(shù)絕緣膜(所謂low-k膜)9及Cu布線11的Si集成電路構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底的表面上，照射電子束1。而且，也可以在Si集成電路上形成晶體管及多層布線。該襯底的芯片分離方法中，使加速電壓在兩個(gè)階段改變，沿著芯片分割線，至少用電子束1掃描兩次。具體來說，首先如圖12A所示，將電子束1的照射條件設(shè)定為使電子束1的電子射程R比低介電常數(shù)絕緣膜9的膜厚更短，并用電子束1進(jìn)行掃描。由此，電子束1所照射的區(qū)域3未到達(dá)Si襯底10，而在低介電常數(shù)絕緣膜9的一部分4產(chǎn)生錯位等晶體缺陷，形成解理面5，僅在低介電常數(shù)絕緣膜9上產(chǎn)生用于分離的裂縫。然后，如圖12B所示，進(jìn)一步將電子束的照射條件設(shè)定為電子射程R充分長且比低介電常數(shù)絕緣膜9的膜厚更長，并用電子束1進(jìn)行掃描。由此，用電子束1所照射的區(qū)域3到達(dá)Si襯底10，在Si襯底10的一部分4產(chǎn)生錯位等晶體缺陷，形成解理面12，并在Si襯底10上產(chǎn)生用于分離的裂縫。結(jié)果，和第1～第3實(shí)施方式相同，通過將滿足圖6～圖9所示的射束照射條件的電子束1照射在襯底上，可以再現(xiàn)性良好地得到平坦的解理面。在此，雖然就兩階段的照射進(jìn)行了說明，但是，在例如低介電常數(shù)絕緣膜相對于襯底充分薄的情況下，使電子射程充分長，僅通過將Si襯底解理的工序即可同樣地進(jìn)行襯底分割。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體襯底的芯片分離方法，使加速電壓改變，并用電子束1多次掃描襯底。由此，即使對于包括低介電常數(shù)絕緣等非常硬的材料的襯底，也不會發(fā)生芯片缺陷，可以實(shí)現(xiàn)可以將芯片形狀再現(xiàn)性良好且接近四邊形的形狀進(jìn)行芯片分離的、半導(dǎo)體襯低的芯片分離。
以上，根據(jù)實(shí)施方式，對本發(fā)明的襯底的分割方法進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明并不僅限于該實(shí)施方式，當(dāng)然也可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，進(jìn)行各種變形或者修改。
例如，圖3～圖12A、12B所示的實(shí)施方式所使用的襯底也可以具有任意面方位，另外，也可以具有例如在藍(lán)寶石襯底的情況下，從(0001)面，在Si襯底的情況下，從(100)面及(111)面等代表面到達(dá)出射角(off-angle)的面方位。另外，這些襯底也可以是GaAs襯底、InP襯底、SiC襯底或者GaN襯底。另外，GaN類半導(dǎo)體薄膜也可以是InGaAlN的任意組成比，也可以作為構(gòu)成元素含有As、P等V族元素或者B等III族元素。另外，該晶體生長方法也可以是由MOCVD法、分子束外延法(Molecular Beam EpitaxyMBE法)、或者HVPE法中任意一種或者多種構(gòu)成的形式。另外，本發(fā)明并不僅限于氮化物半導(dǎo)體襯底，也可以適用于形成了使用GaAs或者InP之類III-V族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光元件、發(fā)光二極管及場效應(yīng)晶體管集成電路的襯底的解理方法或者芯片分離方法。另外，作為構(gòu)成低介電常數(shù)絕緣膜的材料，雖然列舉了SiOC及SiLK等，但是，并不限于此，只要是介電常數(shù)比SiO2小、小于等于3.9的絕緣體材料，例如SiOF(摻雜有氟的硅玻璃(フッ素ド一プシリコンガラス))及聚酰亞胺類材料等都可以。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明可適用于襯底的分割方法，尤其適用于由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的高密度光器件用半導(dǎo)體激光元件、各種顯示用或者照明用半導(dǎo)體二極管、高頻通信用或者大功率用場效應(yīng)晶體管集成電路、或者超高速動作Si集成電路的制造方法，是非常有用的。
權(quán)利要求
1.一種襯底的分割方法，其特征在于，在上述襯底的前面照射使該襯底的內(nèi)部產(chǎn)生錯位的強(qiáng)電子束，產(chǎn)生以上述錯位為起點(diǎn)的裂縫，從而分割上述襯底。
2.如權(quán)利要求1所述的襯底的分割方法，其特征在于上述襯底具有絕緣性襯底和形成在上述絕緣性襯底上的金屬膜，上述電子束照射在上述金屬膜上。
3.如權(quán)利要求2所述的襯底的分割方法，其特征在于上述襯底中的上述電子束的射程比上述金屬膜的厚度長。
4.如權(quán)利要求3所述的襯底的分割方法，其特征在于上述襯底還具有半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層形成在未形成有上述金屬膜的絕緣性襯底的背面，并且由不同于上述絕緣性襯底的材料構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的襯底的分割方法，其特征在于上述襯底具有半導(dǎo)體層，將上述電子束照射在上述半導(dǎo)體層上。
6.如權(quán)利要求5所述的襯底的分割方法，其特征在于上述半導(dǎo)體層由InGaAlN構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求5所述的襯底的分割方法，其特征在于上述襯底具有由SiC、藍(lán)寶石、GaN、Si、GaAs及InP的任一種構(gòu)成的部分。
8.如權(quán)利要求5所述的襯底的分割方法，其特征在于上述襯底中的上述電子束的射程比上述半導(dǎo)體層的厚度長。
9.如權(quán)利要求1所述的襯底的分割方法，其特征在于上述襯底具有介電常數(shù)小于等于3.9的電介質(zhì)膜，上述電子束照射在上述電介質(zhì)膜上。
10.如權(quán)利要求9所述的襯底的分割方法，其特征在于上述電介質(zhì)膜由摻雜有氟的硅玻璃、有機(jī)硅酸鹽玻璃、聚酰亞胺類材料及多孔樹脂類材料的任意一種構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求9所述的襯底的分割方法，其特征在于將上述襯底中的射程比上述電介質(zhì)膜的厚度短的電子束照射到上述電介質(zhì)膜上后，將上述襯底中的射程比上述電介質(zhì)膜的厚度長的電子束照射到上述電介質(zhì)膜上。
12.如權(quán)利要求1所述的襯底的分割方法，其特征在于上述電子束的射程，比上述襯底的深度方向上的從上述表面開始到開始產(chǎn)生晶體缺陷的、不同溫度的兩個(gè)部分的界面的深度長。
13.如權(quán)利要求1所述的襯底的分割方法，其特征在于上述電子束具有使上述襯底的內(nèi)部產(chǎn)生錯位、且不會使上述襯底熔融的功率密度。
14.如權(quán)利要求1所述的襯底的分割方法，其特征在于在將上述襯底的背面冷卻的同時(shí)，將上述電子束照射在襯底的前面。
15.如權(quán)利要求1所述的襯底的分割方法，其特征在于在上述襯底上形成半導(dǎo)體激光元件。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種襯底的分割方法，通過該方法，可在不會產(chǎn)生芯片缺陷的情況下，進(jìn)行襯底分割，使芯片形狀再現(xiàn)性良好且接近四邊形，并且可以再現(xiàn)性良好地形成平坦的解理面，在襯底表面2上，照射使襯底的內(nèi)部產(chǎn)生錯位的強(qiáng)電子束(1)，產(chǎn)生以錯位為起點(diǎn)的裂縫，從而形成解理面(5)，來分割襯底。
文檔編號H01L21/304GK1707824SQ20051007612
公開日2005年12月14日 申請日期2005年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月8日
發(fā)明者上田哲三, 上田大助 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社