氮化镓基板的生成方法与流程

本发明涉及氮化镓基板的生成方法，从氮化镓(gan)锭生成具有规定的厚度的氮化镓基板。

背景技术：

由于氮化镓(gan)的禁带宽度(bandgap)比硅大3倍，绝缘破坏电压也高，所以作为功率控制用的半导体元件(功率器件)来进行利用。例如，在功率器件晶片中，在氮化镓基板的上表面上在由格子状排列的多条分割预定线划分的多个区域内形成有功率器件，沿着分割预定线将该功率器件晶片分割成各个功率器件，并应用于个人计算机、汽车等控制装置中。

关于上述的构成功率器件晶片的氮化镓基板，利用线切割机对氮化镓(gan)锭进行切片并对切片得到的氮化镓基板的正背面进行研磨而精加工成镜面(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2000-94221号公报

然而，由于在氮化镓(gan)锭的制造中需要与之相当的设备和时间，所以不但例如直径为100mm且厚度为3mm的氮化镓(gan)锭要花费数百万日元的高价，而且当利用线切割机进行切片时氮化镓(gan)锭的60～70％作为切削屑而被舍弃，存在不经济并且生产性差的问题。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述事实而完成的，其主要的技术课题在于提供氮化镓基板的生成方法，能够不浪费地从氮化镓(gan)锭生成大量的氮化镓基板。

为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供氮化镓基板的生成方法，将氮化镓(gan)锭生成多个氮化镓基板，该氮化镓(gan)锭具有第1面和处于该第1面的相反侧的第2面，其特征在于，该氮化镓基板的生成方法具有如下的工序：

界面形成工序，从该第1面将对于氮化镓(gan)具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在氮化镓(gan)锭的内部而进行照射，形成将氮化镓(gan)破坏而使镓(ga)和氮(n)析出的界面；

保持部件粘接工序，将第1保持部件粘接在氮化镓(gan)锭的该第1面上，并且将第2保持部件粘接在该第2面上；以及

氮化镓基板生成工序，将氮化镓(gan)锭加热到使镓(ga)发生熔融的温度，并且使该第1保持部件与该第2保持部件向互相远离的方向移动，由此从该界面将氮化镓(gan)锭分离而生成氮化镓基板。

在实施上述界面形成工序之前，将上述保持部件粘接工序中的第2保持部件粘接在第2面上。

在该保持部件粘接工序中，针对该氮化镓(gan)锭，使用蜡将该第1保持部件粘接在该第1面上并且将该第2保持部件粘接在该第2面上，其中，所述蜡在比镓(ga)发生熔融的温度高的温度下发生熔融。

该氮化镓基板的生成方法实施如下的磨削工序：对析出于上述界面并形成在通过氮化镓基板形成工序而分离的氮化镓基板的分离面上的镓(ga)面进行磨削而去除。

本发明的氮化镓基板的生成方法包含如下的工序：界面形成工序，从第1面将对于氮化镓(gan)具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在氮化镓(gan)锭的内部并进行照射，形成将氮化镓(gan)破坏而使镓(ga)和氮(n)析出的界面；保持部件粘接工序，将第1保持部件粘接在氮化镓(gan)锭的第1面上，并且将第2保持部件粘接在第2面上；氮化镓基板生成工序，将氮化镓(gan)锭加热到使镓(ga)发生熔融的温度，并且使第1保持部件和第2保持部件向互相远离的方向移动，由此，从界面将氮化镓(gan)锭分离而生成氮化镓基板，因此，在氮化镓(gan)锭的内部形成将氮化镓(gan)破坏而使镓(ga)和氮(n)析出的界面，由此，能够生成氮化镓基板，因此，完全避免了如以往那样因利用线切割机进行切片而舍弃的切削屑。因此，能够不浪费地将氮化镓(gan)锭生成为氮化镓基板，与以往的利用线切割机进行切片的加工方法相比，生产性提高了2.5倍。

附图说明

图1是通过本发明的氮化镓基板的生成方法进行加工的氮化镓(gan)锭的立体图。

图2是用于实施本发明的氮化镓基板的生成方法中的界面形成工序的激光加工装置的主要部分立体图。

图3的(a)～(e)是本发明的氮化镓基板的生成方法中的界面形成工序的说明图。

图4是实施了本发明的氮化镓基板的生成方法中的界面形成工序的其他的实施方式的氮化镓(gan)锭的俯视图。

图5的(a)、(b)是本发明的氮化镓基板的生成方法中的保持部件粘接工序的说明图。

图6的(a)～(d)是本发明的氮化镓基板的生成方法中的保持部件分离工序的说明图。

图7的(a)～(c)是示出本发明的氮化镓基板的生成方法中的磨削工序的第1实施方式的说明图。

图8的(a)、(b)是示出本发明的氮化镓基板的生成方法中的磨削工序的第2实施方式的说明图。

图9的(a)～(c)是本发明的氮化镓基板的生成方法中的保持部件分离工序的说明图。

标号说明

2：氮化镓(gan)锭；20：氮化镓基板；3：激光加工装置；31：激光加工装置的卡盘工作台；32：激光光线照射单元；322：聚光器；4：第1保持部件；5：第2保持部件；6：蜡；7：磨削装置；71：磨削装置的卡盘工作台；72：磨削单元；8：剥离装置；81：保持工作台；82：吸引垫。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的氮化镓基板的生成方法进行更详细地说明。

在图1中示出了通过本发明的氮化镓基板的生成方法进行加工的氮化镓(gan)锭的立体图。图1所示的氮化镓(gan)锭2形成为直径为100mm且厚度为3mm。该氮化镓(gan)锭2具有第1面21和处于该第1面21的相反侧的第2面22，其中，该第1面21形成为与轴心垂直的面。并且，在氮化镓(gan)锭2的外周形成有作为加工基准面的平面23。

要想从上述氮化镓(gan)锭2生成氮化镓基板，则实施界面形成工序，在图示的实施方式中，从该第1面将对于氮化镓(gan)具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在氮化镓(gan)锭的内部并进行照射，形成将gan破坏而使镓(ga)和氮(n)析出的界面。使用图2所示的激光加工装置3来实施该界面形成工序。图2所示的激光加工装置3具有：卡盘工作台31，其对被加工物进行保持；以及激光光线照射单元32，其对保持在该卡盘工作台31上的被加工物照射激光光线。卡盘工作台31构成为对被加工物进行吸引保持，通过未图示的加工进给单元在图2中箭头x所示的加工进给方向(x轴方向)上移动，并且通过未图示的分度进给单元在图2中箭头y所示的分度进给方向(y轴方向)上移动。并且，卡盘工作台31构成为通过未图示的旋转机构而旋转。

上述激光光线照射单元32包含实质上水平配置的圆筒形状的外壳321。在外壳321内配设有脉冲激光光线振荡单元，该脉冲激光光线振荡单元具有未图示的脉冲激光光线振荡器和重复频率设定单元。在上述外壳321的前端部安装有聚光器322，该聚光器322用于对从脉冲激光光线振荡单元振荡出的脉冲激光光线进行会聚。另外，激光光线照射单元32具有聚光点位置调整单元(未图示)，该聚光点位置调整单元用于对由聚光器322会聚的脉冲激光光线的聚光点位置进行调整。

要想使用上述激光加工装置3来实施界面形成工序，则如图2所示，将上述氮化镓(gan)锭2的第2面22侧载置到卡盘工作台31的上表面(保持面)上。并且，通过未图示的吸引单元将氮化镓(gan)锭2吸附保持在卡盘工作台31上(锭保持工序)。因此，卡盘工作台31上所保持的氮化镓(gan)锭2的第1面21成为上侧。此时，将形成在氮化镓(gan)锭2的外周的平面23定位成与x轴方向平行。这样，在将氮化镓(gan)锭2吸引保持在卡盘工作台31上之后，使未图示的加工进给单元动作而将卡盘工作台31移动至激光光线照射单元32的聚光器322所位于的激光光线照射区域，并将其一端(图3的(a)中左端)定位在激光光线照射单元32的聚光器322的正下方。并且，如图3的(b)所示，将从聚光器322照射的脉冲激光光线的聚光点(p)定位在距第1面21(上表面)500μm的内部位置。接着，一边使激光光线照射单元32动作而从聚光器322照射脉冲激光光线，一边使卡盘工作台31按照图3的(a)中箭头x1所示的方向以规定的加工进给速度移动。并且，如图3的(c)所示，在氮化镓(gan)锭2的另一端(图3的(c)中右端)到达激光光线照射单元32的聚光器322的照射位置之后，停止脉冲激光光线的照射并且停止卡盘工作台31的移动。接着，在分度进给方向(y轴方向)上将卡盘工作台31移动50～60μm并实施上述界面形成工序。如图3的(d)所示，在与氮化镓(gan)锭2的整个面对应的区域内实施该界面形成工序，从而如图3的(e)所示，在氮化镓(gan)锭2内形成将氮化镓(gan)破坏而使镓(ga)和氮(n)析出的界面24。该界面24在图示的实施方式中形成为10μm左右的厚度。

另外，关于上述界面形成工序，也可以是，将聚光器322定位在氮化镓(gan)锭2的外周部，一边旋转卡盘工作台31一边使聚光器322朝向中心移动，如图4所示，对氮化镓(gan)锭2的内部螺旋状地照射脉冲激光光线，由此，形成将gan破坏而使镓(ga)和氮(n)析出的界面24。

上述界面形成工序例如按照以下的加工条件来实施。

波长：532nm

重复频率：15khz

平均输出：0.02w

脉冲宽度：800ps

聚光光斑直径：10μm

加工进给速度：45mm/秒

接着，实施保持部件粘接工序，将第1保持部件4粘接在氮化镓(gan)锭2的第1面21上，并且将第2保持部件5粘接在第2面22上。即，如图5的(a)和(b)所示，借助蜡6将第1保持部件4粘接在氮化镓(gan)锭2的第1面21上，并且借助蜡6将第2保持部件5粘接在第2面22上。另外，关于蜡6，使用熔融温度比镓(ga)熔融的温度(30℃)高(例如100℃)的蜡，其中，该镓是在图示的实施方式的上述界面形成工序中在氮化镓(gan)锭的内部形成将氮化镓(gan)破坏而使镓(ga)和氮(n)析出的界面的镓(ga)。

另外，也可以在实施上述界面形成工序之前将保持部件粘接工序中的第2保持部件5粘接在氮化镓(gan)锭2的第2面22上。

在实施了上述保持部件粘接工序之后，实施氮化镓基板生成工序，将氮化镓(gan)锭2加热到使ga发生熔融的温度，并且使第1保持部件4与第2保持部件5向互相远离的方向移动，由此，将氮化镓(gan)锭2从界面24分离而生成氮化镓基板。即，加热到使形成上述界面24的镓(ga)发生熔融的温度，该界面24形成在实施了上述保持部件粘接工序的氮化镓(gan)锭2内。另外，在图示的实施方式中，在上述的保持部件粘接工序中，由于夹设于氮化镓(gan)锭2的第1面21与第1保持部件4和第2面22与第2保持部件5之间的蜡6所使用的蜡的熔融温度比镓(ga)发生熔融的温度(30℃)高(例如100℃)，所以上述界面24被蜡6的温度加热而成为使镓(ga)发生熔融的状态。这样，在对界面24进行加热而使镓(ga)成为熔融的状态之后，如图6的(a)所示，使第1保持部件4与第2保持部件5向互相远离的方向移动。其结果是，如图6的(b)所示，氮化镓(gan)锭2在界面24被分离成粘接有第1保持部件4的氮化镓基板20和粘接有第2保持部件5的氮化镓(gan)锭2。如图6的(c)所示，在这样被分离的粘接有第2保持部件5的氮化镓(gan)锭2的分离面2a上，形成有镓(ga)面241，如图6的(d)所示，在粘接有第1保持部件4的氮化镓基板20的分离面20a上形成有ga面241。如以上所述的那样，在图示的实施方式中，在氮化镓(gan)锭2的内部形成将氮化镓(gan)破坏而使镓(ga)和氮(n)析出的厚度为10μm左右的界面24，从而能够生成氮化镓基板20，因此，完全避免了因利用线切割机进行切片而舍弃的切削屑。

接着，实施磨削工序，对析出于上述界面24并形成在通过氮化镓基板生成工序而分离的氮化镓基板的分离面和氮化镓(gan)锭2的分离面上的镓(ga)面241进行磨削而去除。使用图7的(a)所示的磨削装置7来实施该磨削工序。图7的(a)所示的磨削装置7具有：卡盘工作台71，其对被加工物进行保持；以及磨削单元72，其对保持在该卡盘工作台71上的被加工物进行磨削。卡盘工作台71构成为将被加工物吸引保持在作为保持面的上表面上，并通过未图示的旋转驱动机构按照图7的(a)中箭头71a所示的方向旋转。磨削单元72具有：主轴外壳721；旋转主轴722，其被该主轴外壳721支承为自由旋转，并通过未图示的旋转驱动机构而旋转；安装座723，其安装在该旋转主轴722的下端；以及磨削磨轮724，其安装在该安装座723的下表面。该磨削磨轮724由圆环状的基台725和呈环状安装在该基台725的下表面的磨削磨具726构成，基台725通过紧固螺栓727而安装在安装座723的下表面。

要想实施使用上述的磨削装置7对形成在氮化镓基板20的分离面上的镓(ga)面241进行磨削而去除的第1磨削工序，则如图7的(a)所示，将第1保持部件4侧载置在卡盘工作台71的上表面(保持面)上，其中，该第1保持部件4粘接在通过上述氮化镓基板生成工序而分离的氮化镓基板20上。并且，通过使未图示的吸引单元动作而隔着第1保持部件4将氮化镓基板20吸引保持在卡盘工作台71上。因此，形成在氮化镓基板20的分离面上的镓(ga)面241成为上侧，其中，该氮化镓基板20保持在卡盘工作台71上。这样，在隔着第1保持部件4将氮化镓基板20吸引保持在卡盘工作台71上之后，一边使卡盘工作台71按照图7的(a)和(b)中箭头71a所示的方向以例如300rpm旋转，一边使磨削单元72的磨削磨轮724按照图7的(a)和(b)中箭头724a所示的方向以例如6000rpm旋转，如图7的(b)所示，使磨削磨具726与形成在作为被加工面的氮化镓基板20的分离面上的镓(ga)面241接触，并使磨削磨轮724按照图7的(a)和(b)中箭头724b所示，以例如1μm/秒的磨削进给速度朝向下方(与卡盘工作台71的保持面垂直的方向)磨削进给规定的量(10～20μm)。其结果是，如图7的(c)所示，对形成在氮化镓基板20的分离面上的镓(ga)面241进行磨削而将形成在氮化镓基板20的分离面20a上的镓(ga)面去除。

接着，使用上述的磨削装置7来实施第2磨削工序，将形成在通过上述氮化镓基板生成工序分离并粘接有第2保持部件5的氮化镓(gan)锭2的分离面上的镓(ga)面241去除。即，如图8的(a)所示，将第2保持部件5侧载置在卡盘工作台71的上表面(保持面)上，其中，该第2保持部件5粘接在通过上述氮化镓基板生成工序分离的氮化镓(gan)锭2上。并且，通过使未图示的吸引单元动作而隔着第2保持部件5将氮化镓(gan)锭2吸引保持在卡盘工作台71上。因此，形成在于氮化镓(gan)锭2的分离面上的镓(ga)面241成为上侧，其中，该氮化镓(gan)锭2保持在卡盘工作台71上。这样，在隔着第2保持部件5将氮化镓(gan)锭2吸引保持在卡盘工作台71上之后，一边使卡盘工作台71按照图8的(a)中箭头71a所示的方向以例如300rpm旋转，一边使磨削单元72的磨削磨轮724按照图8的(a)中箭头724a所示的方向以例如6000rpm旋转，如图8的(a)所示，使磨削磨具726与形成在作为被加工面的氮化镓(gan)锭2的分离面上的镓(ga)面241接触，并使磨削磨轮724按照图8的(a)中箭头724b所示，以例如1μm/秒的磨削进给速度朝向下方(与卡盘工作台71的保持面垂直的方向)磨削进给规定的量(10～20μm)。其结果是，如图8的(b)所示，对形成在氮化镓(gan)锭2的分离面上的镓(ga)面241进行磨削而将形成在氮化镓(gan)锭2的分离面2a上的镓(ga)面去除。

如以上所述的那样，在实施了对形成在通过氮化镓基板生成工序而分离的氮化镓基板20的分离面上和氮化镓(gan)锭2的分离面上的镓(ga)面241进行磨削而去除的磨削工序之后，实施保持部件分离工序，对粘接在氮化镓基板20上的第1保持部件4进行分离，其中，该氮化镓基板20是去除了形成在于分离面上的镓(ga)的基板。即，如图9的(a)所示，将实施了上述的磨削工序的氮化镓基板20的第1保持部件4侧载置在剥离装置8的保持工作台81上，并通过使未图示的吸引单元动作而隔着第1保持部件4将氮化镓基板20吸引保持在保持工作台81上。因此，氮化镓基板20的分离面20a成为上侧，其中，该氮化镓基板20隔着第1保持部件4被保持在保持工作台81上。并且，使配设在保持工作台81上的未图示的加热器进行动作而对第1保持部件4进行加热，并将介于第1保持部件4与氮化镓基板20之间的蜡6加热到熔融温度(例如100℃)。接着，如图9的(b)所示，将吸引垫82的作为下表面的吸引面载置到氮化镓基板20的上表面(分离面20a)上，该氮化镓基板20隔着第1保持部件4被吸引保持在保持工作台81上，并且，通过使未图示的吸引单元动作而将氮化镓基板20的上表面吸引在吸引垫82的作为下表面的吸引面上。并且，如图9的(c)所示，将吸引垫82向从保持工作台81远离的方向拉起，由此，能够使氮化镓基板20从第1保持部件4分离。

如上述的那样，在从氮化镓(gan)锭2生成了1张氮化镓基板20之后，对剩下的氮化镓(gan)锭2重复4次实施上述界面形成工序、将第1保持部件4粘接在实施了界面形成工序的氮化镓(gan)锭2的第1面21上的保持部件粘接工序、氮化镓基板生成工序、磨削工序以及保持部件分离工序。其结果是，在图示的实施方式中，能够从直径为100mm且厚度为3mm的氮化镓(gan)锭2生成5张厚度大致为500μm的氮化镓基板20，与利用线切割机进行切片的以往的加工方法相比，生产性提高了2.5倍。