特開 2023-34334 半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023034334

(43)【公開日】2023-03-13

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20230306BHJP

   H01L 21/301 20060101ALI20230306BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20230306BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20230306BHJP

   B23K 26/386 20140101ALI20230306BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 611B

H01L21/304 611Z

H01L21/78 Q

H01L21/78 B

H01L21/78 M

H01L21/02 C

B23K26/53

B23K26/386

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021140509

(22)【出願日】2021-08-30

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(71)【出願人】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中林 正助

(72)【発明者】

【氏名】長屋 正武

(72)【発明者】

【氏名】大原 淳士

(72)【発明者】

【氏名】恩田 正一

(72)【発明者】

【氏名】笹岡 千秋

(72)【発明者】

【氏名】小島 淳

(72)【発明者】

【氏名】河口 大祐

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 隆二

(72)【発明者】

【氏名】油井 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】原 佳祐

【テーマコード（参考）】

4E168

5F057

5F063

【Ｆターム（参考）】

4E168AD14

4E168AE01

4E168CB03

4E168CB11

4E168FC01

4E168HA01

4E168JA13

5F057AA05

5F057AA31

5F057AA43

5F057BA01

5F057BA11

5F057BA12

5F057BB06

5F057CA02

5F057CA03

5F057CA14

5F057CA31

5F057CA32

5F057CA40

5F057DA01

5F057DA22

5F057DA28

5F057DA31

5F057DA40

5F057EC06

5F057EC07

5F057EC08

5F057EC10

5F057EC16

5F057EC17

5F057EC18

5F057EC20

5F057FA15

5F057FA22

5F057FA28

5F057FA30

5F063AA05

5F063AA11

5F063AA18

5F063BA43

5F063CB05

5F063CB06

5F063CB08

5F063CB17

5F063CB24

5F063CB28

5F063CB30

5F063DD26

5F063DD27

5F063DD99

5F063EE07

5F063EE21

5F063EE22

5F063EE25

5F063EE36

5F063EE38

5F063EE40

5F063EE85

5F063FF04

(57)【要約】

【課題】 変質層の形成時に、ガスの圧力によって化合物半導体基板にクラックが発生することを抑制する。
【解決手段】 半導体装置の製造方法であって、化合物半導体基板（１２）の表面（１２ｂ）に表面保護材（２２）を貼り付ける工程と、前記化合物半導体基板の前記表面に穴または溝によって構成されたガス抜き部（１４）を形成する工程と、前記表面保護材の貼り付け、及び、前記ガス抜き部の形成の後に、前記化合物半導体基板にレーザ（９２）を照射することによって、前記ガス抜き部と重複する深さ範囲に前記化合物半導体基板の前記表面に沿って伸びる変質層（１６）を形成する工程、を有する。前記変質層の形成時において、前記表面保護材が厚み方向に通気性を有している。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体装置の製造方法であって、
化合物半導体基板（１２）の表面（１２ｂ）に表面保護材（２２）を貼り付ける工程と、
前記化合物半導体基板の前記表面に穴または溝によって構成されたガス抜き部（１４）を形成する工程と、
前記表面保護材の貼り付け、及び、前記ガス抜き部の形成の後に、前記化合物半導体基板にレーザ（９２）を照射することによって、前記化合物半導体基板の内部であって前記ガス抜き部と重複する深さ範囲に前記化合物半導体基板の前記表面に沿って伸びる変質層（１６）を形成する工程、
を有し、
前記変質層の形成時において、前記表面保護材が厚み方向に通気性を有している、
製造方法。

【請求項2】

前記化合物半導体基板を前記変質層に沿って分割する工程をさらに有する請求項１に記載の製造方法。

【請求項3】

前記表面保護材の貼り付けでは、接着層（２４）を介して前記表面保護材を前記化合物半導体基板の前記表面に貼り付け、
前記変質層の形成時において、前記接着層が厚み方向に通気性を有している、
請求項１または２に記載の製造方法。

【請求項4】

前記表面保護材の貼り付け後に、前記ガス抜き部の形成が実施され、
前記ガス抜き部の形成では、前記化合物半導体基板にレーザを照射することによって前記ガス抜き部を形成する、
請求項１～３のいずれか一項に記載の製造方法。

【請求項5】

前記表面保護材の貼り付け後に、前記ガス抜き部の形成が実施され、
前記ガス抜き部の形成では、前記表面保護材を貫通して前記化合物半導体基板に達する穴または溝を形成することによって、前記ガス抜き部を形成する、
請求項１～４のいずれか一項に記載の製造方法。

【請求項6】

前記ガス抜き部の形成後に、前記表面保護材の貼り付けが実施され、
前記表面保護材の貼り付けでは、接着層を介して前記表面保護材を前記化合物半導体基板の前記表面に貼り付け、
前記接着層が、流動性を有さない、
請求項１または２に記載の製造方法。

【請求項7】

前記変質層の形成時に、前記変質層で発生したガスが前記ガス抜き部と前記表面保護材を介して前記化合物半導体基板の外部に排出される、請求項１～６のいずれか一項に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。

【0002】

特許文献１に開示の半導体装置の製造方法では、化合物半導体基板にレーザを照射することによって、化合物半導体基板の内部に変質層を形成する。変質層は、化合物半導体基板の表面に沿って伸びるように形成される。このように変質層を形成することで、化合物半導体基板を加工することができる。例えば、変質層に沿って化合物半導体基板を分割することで、より薄い化合物半導体基板を得ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１０２５２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

化合物半導体基板の内部に変質層を形成するときに、変質層でガスが発生する。発生したガスの圧力によって、化合物半導体基板に意図しない方向にクラックが生じる場合がある。本明細書では、変質層の形成時に、ガスの圧力によって化合物半導体基板にクラックが発生することを抑制する技術を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、化合物半導体基板の表面に表面保護材を貼り付ける工程と、前記化合物半導体基板の前記表面に穴または溝によって構成されたガス抜き部を形成する工程と、前記表面保護材の貼り付け、及び、前記ガス抜き部の形成の後に、前記化合物半導体基板にレーザを照射することによって、前記化合物半導体基板の内部であって前記ガス抜き部と重複する深さ範囲に前記化合物半導体基板の前記表面に沿って伸びる変質層を形成する工程、を有する。前記変質層の形成時において、前記表面保護材が厚み方向に通気性を有している。

【0006】

なお、前記表面保護材の貼り付けと前記ガス抜き部の形成のいずれを先に実施してもよい。

【0007】

また、前記表面保護材の貼り付け前から前記表面保護材が厚み方向に通気性を有していてもよいし、前記表面保護材の貼り付け後に前記表面保護材に対して厚み方向に通気性が付与されてもよい。

【0008】

この製造方法では、化合物半導体基板にガス抜き部が形成されており、かつ、化合物半導体基板に表面保護材が貼り付けられている状態で、変質層の形成が実施される。変質層の形成時において、表面保護材が厚み方向に通気性を有している。したがって、変質層を形成すると、変質層で発生したガスが、ガス抜き部と表面保護材を介して化合物半導体基板の外部へ排出される。したがって、化合物半導体基板の内部でガスの圧力が高くなり難く、化合物半導体基板にクラックが生じ難い。すなわち、この製造方法によれば、ガスの圧力によって化合物半導体基板にクラックが発生することを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ＧａＮ基板１２の断面図。

【図2】実施例１で使用する保護部材の断面図。

【図3】実施例１の表面保護材貼り付け工程の説明図。

【図4】実施例１のガス抜き部形成工程の説明図。

【図5】ガス抜き溝が形成されたＧａＮ基板１２の平面図。

【図6】実施例１の変質層形成工程の説明図。

【図7】比較例の変質層形成工程の説明図。

【図8】分割工程の説明図。

【図9】実施例２で使用する保護部材の断面図。

【図10】実施例２の変質層形成工程の説明図。

【図11】実施例３で使用する保護部材の断面図。

【図12】実施例３の変質層形成工程の説明図。

【図13】実施例４のガス抜き部形成工程の説明図。

【図14】実施例４の変質層形成工程の説明図。

【図15】実施例５のガス抜き部形成工程の説明図。

【図16】実施例５の変質層形成工程の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本明細書が開示する一例の製造方法では、前記化合物半導体基板を前記変質層に沿って分割する工程をさらに有していてもよい。

【0011】

この構成によれば、薄い化合物半導体基板を得ることができる。

【0012】

本明細書が開示する一例の製造方法においては、前記表面保護材の貼り付けでは、接着層を介して前記表面保護材を前記化合物半導体基板の前記表面に貼り付けてもよい。この場合、前記変質層の形成時において、前記接着層が厚み方向に通気性を有していてもよい。

【0013】

なお、表面保護材の貼り付け前から接着層が厚み方向に通気性を有していてもよいし、表面保護材の貼り付け後に接着層に対して厚み方向に通気性が付与されてもよい。

【0014】

この構成によれば、変質層で発生したガスを、ガス抜き部、接着層、及び、表面保護材を介して化合物半導体基板の外部へ排出することができる。

【0015】

本明細書が開示する一例の製造方法においては、前記表面保護材の貼り付け後に、前記ガス抜き部の形成が実施されてもよい。この場合、前記ガス抜き部の形成では、前記化合物半導体基板にレーザを照射することによって前記ガス抜き部を形成してもよい。

【0016】

本明細書が開示する一例の製造方法においては、前記表面保護材の貼り付け後に、前記ガス抜き部の形成が実施されてもよい。前記ガス抜き部の形成では、前記表面保護材を貫通して前記化合物半導体基板に達する穴または溝を形成することによって、前記ガス抜き部を形成してもよい。

【0017】

本明細書が開示する一例の製造方法においては、前記ガス抜き部の形成後に、前記表面保護材の貼り付けが実施されてもよい。前記表面保護材の貼り付けでは、接着層を介して前記表面保護材を前記化合物半導体基板の前記表面に貼り付けてもよい。前記接着層が、流動性を有さなくてもよい。

【0018】

この構成によれば、表面保護材の貼り付け時に、接着層がガス抜き部内に流入することを防止できる。

【0019】

本明細書が開示する一例の製造方法においては、前記変質層の形成時に、前記変質層で発生したガスが前記ガス抜き部と前記表面保護材を介して前記化合物半導体基板の外部に排出されてもよい。

【実施例0020】

実施例１の製造方法では、図１に示す窒化ガリウム基板１２（以下、ＧａＮ基板１２という）から半導体装置を製造する。ＧａＮ基板１２は、光透過性を有する。また、図２は、ＧａＮ基板１２の下面１２ｂを保護するための保護部材を示している。保護部材は、表面保護材２２と接着層２４を有している。表面保護材２２は、硬い板材であってもよいし、柔軟性を有するシート状の部材であってもよい。接着層２４は、表面保護材２２の一方の表面に設けられている。表面保護材２２と接着層２４は、光透過性を有している。実施例１では、表面保護材２２は、多孔質であり、その厚み方向に通気性を有している。また、実施例１では、接着層２４は、多孔質であり、その厚み方向に通気性を有している。

【0021】

（表面保護材貼り付け工程）
まず、表面保護材貼り付け工程を実施する。表面保護材貼り付け工程では、図３に示すように、ＧａＮ基板１２の下面１２ｂに接着層２４を介して表面保護材２２を貼り付ける。後の工程では、表面保護材２２によって、下面１２ｂにキズが入ることが抑制される。

【0022】

（ガス抜き部形成工程）
次に、ガス抜き部形成工程を実施する。ガス抜き部形成工程では、ＧａＮ基板１２の下面１２ｂにガス抜き溝１４を形成する。ここでは、図４に示すように、下面１２ｂ側からＧａＮ基板１２にレーザ９０を照射する。表面保護材２２と接着層２４が光透過性を有するので、レーザ９０は表面保護材２２と接着層２４を透過する。レーザ９０は、ＧａＮ基板１２内で焦点Ｓ１を形成するように照射される。レーザ９０が照射された位置に、ガス抜き溝１４が形成される。ここでは、レーザ９０の照射位置を移動させることによって、図５に示すように、格子状にガス抜き溝１４を形成する。このように、レーザ９０を照射する方法によれば、下面１２ｂに表面保護材２２が貼り付けられている状態でも、下面１２ｂにガス抜き溝１４を形成することができる。なお、ガス抜き部形成工程では、上面１２ａ側からＧａＮ基板１２にレーザ９０を照射して、ＧａＮ基板１２の下面１２ｂにガス抜き溝１４を形成してもよい。

【0023】

（変質層形成工程）
次に、ＧａＮ基板１２の内部に変質層１６を形成する変質層形成工程を実施する。変質層形成工程では、図６に示すように、真空吸着ステージ３０上にＧａＮ基板１２を載置する。ここでは、表面保護材２２が真空吸着ステージ３０の上面に接する向きでＧａＮ基板１２を真空吸着ステージ３０上に載置する。図示していないが、真空吸着ステージ３０の内部には、多数の吸着流路が設けられている。例えば、真空吸着ステージ３０が多孔質であり、真空吸着ステージ３０の内部の空孔によって吸着流路が形成されていてもよい。また、真空吸着ステージ３０の内部に、真空吸着ステージ３０の上面に繋がる吸着流路が多数設けられていてもよい。図示しないポンプを作動させることによって、真空吸着ステージ３０の内部の吸着流路を減圧することができる。ここでは、ポンプを作動させることによって、真空吸着ステージ３０上に載置されたＧａＮ基板１２を真空吸着ステージ３０によって吸着して固定する。

【0024】

次に、上面１２ａ側からＧａＮ基板１２にレーザ９２を照射する。レーザ９２は、ＧａＮ基板１２の内部で焦点Ｓ２を形成するように照射される。焦点Ｓ２の位置では、ＧａＮ（すなわち、窒化ガリウム）が加熱されて分解される。その結果、焦点Ｓ２の位置に、ガリウムの析出層等によって構成された変質層１６が形成される。変質層１６の強度は、元の窒化ガリウム単結晶よりも低い。したがって、変質層１６の強度は、その周囲の窒化ガリウム単結晶よりも低い。ここでは、レーザ９２の照射位置をＧａＮ基板１２の上面１２ａ及び下面１２ｂと平行な方向に移動させることで、上面１２ａ及び下面１２ｂに沿って伸びる変質層１６を形成する。また、ここでは、変質層１６とガス抜き溝１４とが深さ範囲において重複するように変質層１６を形成する。言い換えると、ＧａＮ基板１２の厚み方向における変質層１６の範囲１６ａと、ＧａＮ基板１２の厚み方向におけるガス抜き溝１４の範囲１４ａとが重複するように、変質層１６を形成する。また、ここでは、ＧａＮ基板１２の横方向（すなわち、ＧａＮ基板１２の上面１２ａ及び下面１２ｂと平行な方向）の全体に変質層１６を形成する。以下では、ＧａＮ基板１２のうち、変質層１６よりも下面１２ｂ側の部分を第１部分６１といい、変質層１６よりも上側の部分を第２部分６２という。

【0025】

ＧａＮ基板１２へのレーザ９２の照射によってＧａＮが分解されるとき（すなわち、変質層１６が形成されるとき）に、窒素ガス（すなわち、Ｎ_２ガス）が発生する。上述したように、真空吸着ステージ３０の内部の吸着流路は減圧されている。また、接着層２４と表面保護材２２が多孔質であるので、ガス抜き溝１４は接着層２４と表面保護材２２を介して真空吸着ステージ３０の吸着流路に接続されている。したがって、ガス抜き溝１４内は減圧されている。また、変質層１６は、ガス抜き溝１４と重複する深さ範囲に形成される。このため、図６の矢印１００に示すように、変質層１６の形成位置で発生した窒素ガスは、ガス抜き溝１４、接着層２４、及び、表面保護材２２を介して真空吸着ステージ３０に吸引される。すなわち、変質層１６の形成位置で発生した窒素ガスは、ガス抜き溝１４、接着層２４、及び、表面保護材２２を介してＧａＮ基板１２の外部に排出される。これによって、ＧａＮ基板１２の内部で窒素ガスの圧力が高くなることが防止される。このため、窒素ガスの圧力によってＧａＮ基板１２にクラックが生じることが防止される。

【0026】

なお、図７は、接着層２４及び表面保護材２２が通気性を有さない場合を示している。この場合、接着層２４及び表面保護材２２が通気性を有さないため、ガス抜き溝１４は真空吸着ステージ３０内の吸着流路に接続されていない。したがって、変質層１６の形成位置で発生した窒素ガスは、真空吸着ステージ３０へ流れることができない。この場合には、変質層１６で発生した窒素ガスは、変質層１６またはガス抜き溝１４を通ってＧａＮ基板１２の径方向へ流れる。このため、窒素ガスは、矢印１０２に示すように、ＧａＮ基板１２の外周面１２ｃからＧａＮ基板１２の外部へ排出される。この場合、外周面１２ｃから遠いＧａＮ基板１２の中央部では、変質層１６の形成位置で発生した窒素ガスがＧａＮ基板１２の外部へ排出され難い。したがって、ＧａＮ基板１２の中央部で窒素ガスの圧力が高くなり易く、中央部近傍でＧａＮ基板１２にクラックが生じ易い。これに対し、実施例１の製造方法（すなわち、図６）では、接着層２４及び表面保護材２２が厚み方向に通気性を有しているので、変質層１６の形成位置で発生した窒素ガスがＧａＮ基板１２の厚み方向に流れてＧａＮ基板１２の外部に排出される。したがって、ＧａＮ基板１２の全体で窒素ガスの圧力が高くなり難い。このため、窒素ガスの圧力によるクラックの発生をＧａＮ基板１２の全体で抑制することができる。

【0027】

（分割工程）
次に、図８に示すように、第２部分６２に対して第１部分６１から離れる方向に力を加えることで、変質層１６でＧａＮ基板１２を分割する。すなわち、第２部分６２を第１部分６１から分離させる。上述したように、変質層１６の強度は窒化ガリウム単結晶の強度よりも低いので、変質層１６でＧａＮ基板１２を分割することができる。第１部分６１にはガス抜き溝１４が格子状に形成されているので、第１部分６１は多数のチップ６４となる。各チップ６４は表面保護材２２によって支持されているので、各チップ６４は表面保護材２２上に固定されている。

【0028】

その後、第１部分６１の上面６１ａ（すなわち、各チップ６４の上面）を研磨し、上面６１ａに電極等を形成することで、半導体装置が製造される。また、第２部分６２は、その後、半導体装置の製造に再利用される。例えば、第２部分６２の下面６２ａを研磨、エッチング等し、その後、下面６２ａ上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させることで、第２部分６２の厚みを元のＧａＮ基板１２の厚みまで増加させることができる。厚みを増加させた第２部分６２をＧａＮ基板１２として再利用して、半導体装置の製造を行うことができる。

【実施例0029】

実施例２の製造方法では、実施例１の保護部材（すなわち、図２）とは異なる保護部材を使用する。実施例２では、図９に示す保護部材を使用する。実施例２で使用する保護部材では、接着層２４が多孔質ではない。また、実施例２で使用する保護部材では、接着層２４が、表面保護材２２の上面にパターニングした状態で設けられている。すなわち、表面保護材２２の上面に、接着層２４の未形成領域２４ａが設けられている。表面保護材２２の上面において、未形成領域２４ａは格子状に伸びている。また、実施例２の表面保護材２２は、実施例１の表面保護材２２と同様に、多孔質であり、厚み方向に通気性を有している。したがって、実施例２では、未形成領域２４ａを通って接着層２４の厚み方向に気体が流れることができる。すなわち、未形成領域２４ａによって接着層２４に対してその厚み方向に通気性が付与されている。また、実施例２で使用するＧａＮ基板１２は、実施例１で使用するＧａＮ基板１２と等しい。

【0030】

実施例２の表面保護材貼り付け工程では、図１０に示すように、接着層２４を介して表面保護材２２をＧａＮ基板１２の下面１２ｂに貼り付ける。実施例２のガス抜き部形成工程では、実施例１と同様にレーザを照射することによって、ガス抜き溝１４を形成する。ここでは、図１０に示すように、接着層２４の未形成領域２４ａに沿ってガス抜き溝１４を形成する。実施例２の変質層形成工程では、実施例１と同様にレーザ９２を照射することによって、変質層１６を形成する。図１０の矢印１００に示すように、変質層１６の形成位置で発生する窒素ガスは、ガス抜き溝１４、未形成領域２４ａ及び表面保護材２２を介して真空吸着ステージ３０内の吸着流路へ排出される。したがって、窒素ガスの圧力によってＧａＮ基板１２にクラックが生じることが防止される。実施例２の分割工程では、実施例１と同様に、変質層１６でＧａＮ基板１２を分割する。その後、実施例１と同様にして、半導体装置を製造する。