專利名稱：緣經過研磨的氮化物半導體基片及其邊緣加工方法
技術領域：
本發明涉及圓形單晶氮化物半導體基片(晶片)，特別是GaN基片的邊緣部分的改良。所謂的邊緣部分指的是在晶片的周邊部分尖出成為裂縫破碎原因的要進行面去除的部分。所謂的面去除也指斜削而言。所謂的氮化物半導體指的是GaN、InN、AlN等。它們都是硬脆性材料很難進行加工。
制造品質優良的大型單晶氮化物半導體晶片是困難的。得到GaN獨立基片，但是至今多數還是小的矩形的情形(邊長為10mm～20mm)，作為藍色激光的基片在大批量生產中使用是困難的。InN、AlN的圓形基片幾乎還沒有制造出來。
制造圓形的GaAs單晶基片終于正在變成可能。對晶片的周面進行斜削加工，傾斜地進行面去除，使不發生破裂和缺損。這對于Si晶片和GaAs晶片能夠很好地進行，使周面與旋轉砂輪接觸同時旋轉晶片和旋轉砂輪切削周面。在技術不成熟的GaN的情形中到現在為止還很少有圓形晶片。圓形GaN晶片很少，但是用粗的旋轉砂輪(#100～#400)對該晶片進行旋轉研削實施面去除是現在的狀況。
背景技術：
關于晶片的斜削加工，正在對Si晶片、GaAs晶片等的晶片進行，對于Si晶片有很多改良。現在我們舉出幾個關于Si晶片的眾所周知的文獻作為例子加以說明。
專利文獻1提出了使包含5～30％重量的粒徑為3～18nm的超微粒子的金剛石粒子和包含70～95％重量的粒徑為5～8μm的金剛石粒子的金剛石砂輪旋轉，與晶片的側周接觸對側周進行研削的方法。因為金剛石粒子的粒徑分成2個等級所以金剛石砂輪的構成復雜。因為在已有技術中使用粒徑20μm的金剛石砂輪進行斜削，發生破裂、裂縫，所以為了防止發生破裂、裂縫，提出了用更細粒子的金剛石砂輪的方案。因為使用細微粒子的金剛石，所以不會產生破碎層不發生裂縫和破裂等。因為僅僅是這樣使研削的速度過慢所以也使用5～8μm的金剛石粒子。
專利文獻2是因為Si晶片很硬機械切削很困難當進行機械切削時必須使用金剛石砂輪成本很高，所以在Si晶片的側周面上加入電解液加上電壓進行電解研磨。
上述的是關于Si晶片的斜削。
專利文獻3是關于本專利申請人的GaN基片的斜削的發明。
日本平成9年公布的9-181021號專利公報“晶片的斜削加工方法”[專利文獻2]日本平成6年公布的6-315830號專利公報“難切削材料的斜削加工方法”[專利文獻3]日本2002年公布的2002-356398號專利公報“氮化鎵晶片”發明內容本專利申請人提出的圓形GaN基片的斜削是使GaN基片與加入粒度#100～#400(主要為#200)的金剛石砂粒的金屬粘合系列的圓形砂輪外接，以周速為800m/分～2000m/分的速度相對地旋轉晶片和旋轉砂輪進行斜削。圖1表示該工序。將GaN獨立基片2的邊緣按壓在旋轉砂輪3上除去尖出的邊緣。在旋轉砂輪3上加入固定砂粒一面流過研磨液一面切削晶片的棱線。旋轉砂輪3與晶片2外接。旋轉砂輪具有各種形狀。當用該方法進行面去除加工時，為了削減直徑1mm需要10分鐘～20分鐘。根據SEMI標準形成邊緣形狀。
圖5表示當加工2英寸圓形GaN晶片時的尺寸例。在需要研削半徑1mm的2英寸晶片的情形中，制作直徑52mm厚度520μm的GaN基片。用切割機或研削用砂輪在它的周面加工表示方位的OF、IF。OF的長度為16mm，，IF的長度為7mm。OF是從周邊緣沿2.32mm的直線切削的。當表面向前時OF、IF按時鐘轉動順序排列。這種尺寸是預先決定的。
已有的邊緣研磨，如圖1所示，使直徑52mm的附有OF、IF的GaN基片與金屬粘合金剛石旋轉砂輪外接使砂輪旋轉進行研削直到使外形成為50mm為止。因為使直徑減少2mm，所以需要約20分鐘～40分鐘。加工時間比較短。通過這種邊緣加工，邊緣部分的面粗糙度Ra為10000nm～6000nm(10μm～6μm)。最好能夠完成加工，但是加工中，在周邊發生破碎、剝落，進一步也發生裂縫。希望比Ra比5μm小但是用上述那樣的金屬粘合金剛石旋轉砂輪不能沒有零散地得到Ra6μm以下的面粗糙度。作為抑制破碎、剝落，并且改善面粗糙度的一個對策，可以考慮使用上述金屬系列粘合砂輪，加工速度極小長時間地對邊緣進行的方法。實際上，為了減小直徑2mm，當花費10小時以上的時間時能夠將Ra抑制到3μm左右。然而，砂輪的消耗很大，并且由于孔堵塞不能夠穩定地得到高的邊緣品質(面粗糙度、破碎、剝落)。
所謂的#200砂粒指的是在上述專利文獻1等中用于對Si晶片進行斜削的粗砂粒。所以形成Ra10μm～6μm那樣的粗糙面。
這樣，本發明者為了對GaN進行面去除，使用相當粗的砂輪。GaN晶片又硬又脆很難加工，與旋轉砂輪外接切削邊緣時，恐怕在加工中會使晶片邊緣破損。即便不破損也形成上述的粗的面粗糙度(Ra＝10μm～6μm)。因為面粗糙度大在以后的加工中也會出現問題。在周邊具有粗糙面的晶片也會發生從端部開始的裂縫和破裂。進一步也存在著容易在面上發生刻痕的難點。因為邊緣成為粗糙面所以研削屑、研磨屑也容易進入凹凸部分。
我們認為最好使用更細砂粒的旋轉砂輪。但是，當用比上述更細的金剛石砂粒的砂輪時，用于周面研削的時間變得過長，增加了成本。又，由于砂輪發生孔堵塞，縮短了砂輪的壽命。不僅是這些，而且使晶片自身由于破裂、缺損等而破損的可能性也增高了。當考慮到研磨時間和孔堵塞，破損的可能性等時，用更細砂粒的旋轉砂輪對GaN進行斜削是困難的。
本發明的第1個目的是提供不用擔心發生從邊緣部分開始的裂縫的GaN獨立基片。
本發明的第2個目的是提供不用擔心發生從邊緣部分開始的破裂、剝落的GaN獨立基片。
本發明的第3個目的是提供不會由于邊緣部分附著粒子，發生塵埃污染的GaN獨立基片。又，本發明不僅能夠適用于GaN基片，也能夠適用于AlN，InN等的氮化物半導體基片。
本發明通過研磨圓形GaN獨立晶片的邊緣部分使面粗糙度在Ra5μm以下。當在Ra5μm以下時，能夠將裂縫發生率抑制在50％以下。或者使圓形GaN獨立晶片的邊緣部分的面粗糙度在1μm以下。
進一步使邊緣部分的面粗糙度在Ra0.1μm以下。在無論哪種情形中面粗糙度的下限約為Ra10nm左右。這是表面的精密研磨的面粗糙度，不需要使邊緣部分比表面的面粗糙度更細。所以本發明的GaN晶片的邊緣面粗糙度是在下列范圍內(1)Ra5μm～Ra10nm(2)Ra1μm～Ra10nm(3)Ra0.1μm～Ra10nm。
圖6表示根據本發明對邊緣部分進行斜削后的GaN的截面圖。邊緣部分6成為圓的但是傾斜部分也可以是直線的。能夠使用支持母體柔軟的并且能夠連續地供給切削刀刃的砂輪進行邊緣部分的研磨。例如可以使用帶狀砂輪。因為用帶狀砂輪進行研磨所以中央部分自然地帶有圓形。
這樣，當使邊緣面平滑時能夠減少裂縫發生率提高成品率。也減少了晶片處理、搬運時的破裂、破碎的可能性。
因此本研磨法不用圖1所示的旋轉砂輪而使用砂輪帶。
所謂的帶狀砂輪是在布紙等的帶子上加入砂粒。圖2、圖3表示使砂輪帶4與晶片2的周邊部分6接觸使晶片旋轉，研磨周邊部分(邊緣部分)的樣子。雖然加入了砂粒5但是因為支持母體是是帶子所以可以自由地彎曲。由于彎曲厚實地覆蓋晶片6的旋轉。因為基材不是金屬圓板等而是帶狀的，所以由于柔軟而不會在晶片上加上強的力量。如果使用細的砂粒則不用擔心晶片周面在研削中發生破裂。因為是附著細砂粒的砂輪，所以研削花費很多時間，但是因為是高價值的晶片，所以這不是什么障礙。
而且，接觸面積不同。當旋轉砂輪與晶片接觸時(圖1)通過所謂的外接形成點接觸。接觸面積極其狹窄，這樣一來因為每單位面積的接觸壓力增大所以容易發生破裂。但是，因為是帶狀砂輪(圖3)帶子能夠自由地彎曲所以接觸部分成為EFG接觸面積增大。晶片與帶子內接。容易實現中心角EOG為40°～90°那樣的接觸角。接觸面積既在圓周方向很寬也在厚度方向(圖2)很寬。因為接觸面積很寬所以每單位面積的壓力也變小使加工中破裂的可能性變得更小。
當使用旋轉砂輪時因為不斷地交換不同的砂粒(傳送速度為U)所以不用擔心孔堵塞等。
本發明提供使邊緣部分的面粗糙度小的GaN獨立基片。這樣，當使邊緣面平滑時能夠減少裂縫發生率提高成品率。如圖4所示，根據已有方法的邊緣部分的面粗糙度為Ra10μm～6μm時裂縫發生率超過60％，不良率過高。本發明因為邊緣部分的面粗糙度在Ra5μm以下，所以裂縫發生率能夠在50％以下。又，本發明也能夠使邊緣部分在Ra1μm以下，這時裂縫發生率能夠在10％以下。進一步，當在Ra0.1μm以下時能夠使裂縫發生率在6％以下。不僅使裂縫減少，而且也減少了晶片處理、搬運時的破裂、破碎的可能性。也減少了由于研削屑、研磨屑、異物進入引起污染的可能性。因此，能夠提供更高品質的GaN獨立基片、AlN，InN等的氮化物半導體基片。
圖1是表示與使具有傾斜面的旋轉砂輪接觸晶片的邊緣對晶片的邊緣進行面去除的已有例有關的晶片面去除方法的截面圖。
圖2是用于表示通過使砂輪帶與GaN獨立基片的邊緣接觸使砂輪帶沿邊緣的角度方向運動進行對晶片周邊部分面去除加工的本發明的砂輪帶法的晶片的縱向截面圖。
圖3是用于表示通過使砂輪帶與GaN獨立基片的邊緣接觸使砂輪帶沿邊緣的角度方向運動進行對晶片周邊部分面去除加工的本發明的砂輪帶法的晶片的橫向截面圖。
圖4是表示GaN基片的邊緣的面粗糙度Ra(μm)與裂縫發生率(％)的關系的曲線。橫軸是周邊部分(邊緣部分)的面粗糙度Ra，縱軸是裂縫發生率。
圖5是表示在2英寸GaN晶片的例子，將外形52mmφ、520μmt的圓形GaN獨立基片上加工出取向平面(OF)和識別平面(IF)后，按照本發明的方法用砂輪帶對晶片的周邊部分(邊緣部分)進行加工削除直徑2mm(半徑1mm)使周面部分達到所定的面粗糙度工序中，晶片的各部分的尺寸的圖。
圖6是為了用砂輪帶將周邊部分加工到所定的面粗糙度而進過加工的GaN晶片的放大截面圖。
其中2——GaN晶片3——旋轉砂輪4——砂輪帶5——固定砂粒6——周邊部分(邊緣部分)具體實施方式
使砂輪帶與GaN晶片的周面接觸，一面旋轉GaN晶片一面斜削側周面使晶片的面粗糙度為(1)Ra＝5000nm～10nm作為本發明的GaN基片。又更好為(2)Ra＝1000nm～10nm。而最好是邊緣部分的面粗糙度為(3)Ra＝100nm～10nm。
使在帶面上附著砂粒的帶狀砂輪與GaN晶片的側周接觸，通過旋轉GaN基片對GaN基片的周邊部分進行研削。與旋轉砂輪的情形不同，通過使晶片旋轉對周面進行研削。
可以控制的變數為帶狀砂輪的砂粒大小(#)、砂輪帶與晶片周邊部分的按壓力F、晶片的周速V(旋轉數×半徑)、研磨時間H、砂輪帶傳送速度U、研磨液等。可以進行1階段研磨、2階段研磨、3階段研磨等。在多階段研磨的情形中，從砂粒大的砂輪帶順次地變到砂粒細的砂輪帶。
砂輪帶的砂粒大小為#500～#3000。砂輪帶傳送速度U也與砂粒的篩號有關，約為10mm～30mm/分。因為砂輪帶的砂粒越細，消耗得越快，所以傳送速度變得越快。因為經常更新砂輪面不用擔心孔堵塞，所以能夠使用細的砂粒。
因為實質上是機械研磨所以可以用水作研磨液。它的作用是冷卻接觸部分降低接觸阻抗。加工時間與砂粒有關當粗研削時加工時間變短，當細研磨時加工時間變長。加工時間H也與加工階段有關而不同。在各階段中約為1小時～10小時。砂粒越細加工時間H也越長。與在圖1的旋轉砂輪的情形(20～40分)比較加工時間變長是缺點，但是因為與此相當地邊緣面粗糙度Ra改善了，所以這也是不得已而為之的事。
經過約7小時的研削直徑減小到約2mm。為了研削1塊需要13m左右的帶狀砂輪，但是存在著削減到約10m的可能性。又，本發明不僅能夠適用于GaN，也能夠適用于AlN，InN等的氮化物半導體基片。
用切割機等預先對外形52mmφ、520μmt的GaN基片進行OF(16mm)、IF(7mm)加工。如圖5所示。
對它進行調整(芯出)使#800的環狀砂輪帶與周邊部分接觸加上一定的按壓力(7kg/cm2)進行斜削加工。砂輪帶的傳送速度U＝10mm/分。一面在工作中加入切削水(冷卻水)一面進行2小時加工。用AFM測定，邊緣部分的面粗糙度為Ra＝0.9μm。
其次，使用#2000的砂輪帶同樣地加上一定的壓力對晶片的周邊部分進行斜削加工。砂輪帶傳送速度U＝20mm/分。加工時間約為5小時。用AFM測定，周邊部分(邊緣部分)的面粗糙度為Ra＝0.3μm。
進一步使用#3000的砂輪帶用U＝30mm/分進行傳送，在6.5小時中對周邊部分進行斜削加工。用AFM測定，周邊部分(邊緣部分)的面粗糙度為Ra＝0.1μm。
本發明的第1目的是使GaN晶片的邊緣部分的面粗糙度在Ra5μm以下。這通過用第1階段的砂輪帶(#800)的研磨已經達到了(Ra0.9μm)。因為在Ra1μm以下裂縫發生率下降到10％左右，所以使邊緣面粗糙度在Ra1μm以下是有用的。
進一步，用第2階段的砂輪帶(#2000)對邊緣進行研磨達到Ra300nm，用第3階段的砂輪帶(#3000)對邊緣進行研磨達到Ra100nm。這是卓越的邊緣平滑度，裂縫發生率約為5～8％。因為發生裂縫的主要原因是在邊緣面粗糙度之外，所以這是非常好的效果。
權利要求
1.邊緣經過研磨的氮化物半導體基片，其特征是邊緣部分的面粗糙度為Ra10nm～Ra5μm。
2.邊緣經過研磨的GaN獨立基片，其特征是邊緣部分的面粗糙度為Ra10nm～Ra5μm。
3.邊緣經過研磨的GaN獨立基片，其特征是邊緣部分的面粗糙度為Ra10nm～Ra1μm。
4.邊緣經過研磨的GaN獨立基片，其特征是邊緣部分的面粗糙度為Ra10nm～Ra0.1μm。
5.氮化物半導體基片的邊緣加工方法，其特征是使用支持母體柔軟的并且能夠連續地供給切削刀刃的砂輪對作為硬脆性材料的氮化物半導體基片的邊緣部分進行加工。
全文摘要
本發明涉及緣經過研磨的氮化物半導體基片及其邊緣加工方法。用旋轉砂輪傾斜地研削邊緣部分(斜削)，但是成為使邊緣部分的面粗糙度惡化(Ra10μm～6μm)、晶片發生破碎、破裂、裂縫等的原因。使圓形獨立GaN晶片的邊緣部分的面粗糙度為Ra10nm～Ra5μm。最好為Ra10nm～Ra1μm。更好為Ra10nm～Ra0.1μm。一面用砂輪帶以弱的均勻的按壓力壓住晶片的側周，一面使晶片旋轉并改變砂輪帶進行加工。因為不斷地改變砂輪帶所以即便使用粒子細的砂輪帶也不會孔堵塞。通過用細粒子的砂輪帶能夠將晶片邊緣部分加工到卓越的平滑度。又，本方法不僅適用于GaN而且也適用于其它的氮化物半導體基片。
文檔編號B24B21/00GK1534734SQ20041000184
公開日2004年10月6日 申請日期2004年1月14日 優先權日2003年4月2日
發明者中山雅博, 入倉正登, 登 申請人:住友電氣工業株式會社