반도체 웨이퍼 및 그 절단방법 document_id A220623045894

본 발명은 반도체 웨이퍼 및 그 절단방법에 관한 것으로, 반도체 웨이퍼를 자연 벽개면로 분리할 수 있는 반도체 웨이퍼 및 그 절단방법에 관한 것이다. 종래에는, 반도체층이 형성된 웨이퍼를 칩 단위로 절단하는 방법으로서, 다이아몬드 팁을 구비한 다이싱 소우(dicing saw) 또는 스크라이버(scriber)가 사용되었다．다이싱 소우는 다이아몬드 팁을 구비한 원반상 브레이드를 회전 운동시켜서 웨이퍼를 완전히 절단하거나, 브레이드 폭에 상당하는 넓은 폭의 홈을 형성하는 절단장치를 말한다. 반면에, 스크라이버는 다이아몬드 팁으로 갖춘 선단의 왕복직선운동을 이용하여 웨이퍼 상에 매우 얇은 폭과 소정의 깊이를 갖는 스크라이브 라인(scribe line)을 형성하는 장치를 말한다. 일반적으로, 다이싱 소우을 이용한 방법은 절단면에 치핑(chipping)이나 크랙(crack)이 발생하기 쉬우며, 정밀한 절단공정을 보장하기 어려우므로, 스크라이버를 이용한 절단방법이 반도체 칩을 제조하기 위한 절단공정으로서 보다 적극적으로 이용되고 있다. 하지만, 스크라이버에 이용한 웨이퍼 절단방법도 다이아몬드 팁의 기계적인 구동을 이용하므로, 절단과정에서 오염물질이 다량으로 발생될 뿐만 아니라, 기계적 힘에 의해서 원하지 않는 반도체층의 박리현상도 야기될 수 있다. 이러한 문제는, 청색 발광다이오드를 제조하기 위한 반도체 웨이퍼 절단공정에서 보다 심각하게 대두된다. 즉, 청색 발광 다이오드의 반도체층은 GaN, InGaN, GaAlN 등의 GaN계 화합물 반도체 물질이 사용되며, 이러한 반도체 결정을 성장시키기 위해, 웨이퍼로서 사파이어기판이 주로 이용된다. 사파이어 기판과 GaN계 화합물 반도체층은 결정 성질상 상이하여 박리현상이 발생되기 쉽다. 또한, 사파이어 및 GaN계 화합물 반도체층의 모스 경도는 약 ９정도로 매우 견고하므로 다이아몬드 팁을 갖는 스크라이버를 이용하더라도, 그 절단공정이 상당히 많은 시간이 소요되며, 통상 절단공정에 소요되는 시간은 전체 제조공정시간 중 70%를 차지하게 된다. 상기 문제를 해결하기 위한 종래기술로는, 일본특허공개공보 평5-315646호에 개시된 GaN계 반도체 웨이퍼 절단방법이 있다. 상기 절단방법에서는, 견고한 GaN계 화합물반도체 웨이퍼를 절단하기 위해서, 다이서와 스크라이버를 이용하는 방안을 제공한다. 도 1은 상기한 종래의 방식에 따라 칩 단위로 절단하기 위한 반도체 웨이퍼의 단면도를 도시한다. 도 1을 참조하면, GaN계 화합물 반도체층(3)이 형성된 사파이어 웨이퍼(1)의 상면에 대해 1차적으로 다이서를 이용하여 반도체층(3)을 지나 사파이어 웨이퍼(1)의 상부에 이르도록 홈(4)을 형성하고, 이어 홈(4)이 형성된 사파이어 웨이퍼(1)부분에 스크라이브 라인(5)을 형성한다. 결과적으로 도 1과 같이 가공된 반도체 웨이퍼를 얻을 수 있다. 상기 방법에 따르면, 다이서를 이용하여 미리 홈(5)을 형성함으로써 절단시간을 단축하면서, 스크라이브 라인을 이용하여 반도체층(3)의 결정성에 손상을 미치지 않도록 칩으로 분리시킬 수 있다. 하지만, 상기 방법을 적용하더라도, 사파이어기판이나 GaN계 화합물 반도체는 상당히 견고하므로 여전히 많은 공정시간이 소요될 뿐만 아니라, 웨이퍼가 휘거나 자연 벽개면으로 분리되지 않고 크래킹(craking)되는 현상이 발생하거나 또는 리지(ridge)에 손상이 발생할 수도 있었다. 상기 크래킹 현상 또는 리지에 손상이 발생하면 레이저 다이오드는 발진하지 않거나, 발진하게 되더라도 레이저 특성이 현저히 떨어지게 된다. 이를 해결하기 위해서, 니치아(Nichia)의 경우, 레이저 빔을 주사하여 스크라이빙 공정과 브레이킹 공정을 적용하고 있다. 레이저 빔을 이용할 경우에는, 반도체 웨이퍼 상에 비교적 용이하게 스크라이브라인을 형성할 수 있으므로, 공정시간을 효과적으로 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기계적 가공보다 반도체층의 결정에 미치는 영향을 감소시킬 수 있다. 하지만, 고가의 UV 레이저로 장비를 구성해야 하는 단점이 있고, 특히, 앞서 설명한 GaN계 화합물 반도체를 이용한 발광 다이오드의 경우에, 스크라이브 라인 형성과정에서 발생되는 반도체층이 오염되어 휘도 특성을 저하시키는 문제를 야기할 수 있다.