JP2013004632A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置を製造する方法に関する。特に、第1基板上に形成した半導体層の第2基板への転写による半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device by transferring a semiconductor layer formed on a first substrate to a second substrate.
半導体装置を効率的に製造する方法として、例えば、特許文献1記載が提案されている。
For example,
特許文献1では、一つの実施形態として、第1基板上の半導体薄膜片を個別にピックアップして、第2基板に移設する方法が開示されている。
In
しかし、この方法では、移設する半導体薄膜片が複数になると、ピックアップの回数が多くなるため時間がかかり、複数の半導体薄膜片を実装する基板の生産には向かない。また、ピックアップするための治具を増やす等の対策をした場合、一度に複数の半導体薄膜片を移設できるが、アライメント等の治具のメンテナンスが必要である。さらに、半導体薄膜片の配列パターンを変更した場合、それに応じて治具のアライメントが必要であり、少量多品種の生産には向かない。 However, in this method, when there are a plurality of semiconductor thin film pieces to be transferred, the number of pick-ups increases, so it takes time, and is not suitable for production of a substrate on which a plurality of semiconductor thin film pieces are mounted. Further, when measures such as increasing the number of jigs for picking up are taken, a plurality of semiconductor thin film pieces can be transferred at once, but maintenance of the jigs such as alignment is necessary. Furthermore, when the arrangement pattern of the semiconductor thin film pieces is changed, jig alignment is required accordingly, which is not suitable for the production of a small variety of products.
また、特許文献1のもう一つの実施形態として、複数の個別支持体を連結する連結支持体を個別支持体の上面に接合させて、半導体薄膜片を一括して移設する方法が開示されている。
In addition, as another embodiment of
この実施形態においては、個別支持体と連結支持体は、半導体薄膜片を第1の基板から確実に剥離させるため(エッチングによる剥離である場合、エッチング液中で半導体薄膜片を保持するため)に十分な強度で結合されていなくてはならない。そのため、連結支持体の剛性が高ければ、第2基板への移設後に個別支持体と連結支持体を分離するとき、第2基板と半導体薄膜片の間で一度に大きな力が働き、半導体薄膜片が第2基板から剥離したり、半導体薄膜片あるいは第2基板が破損することがある。また、連結支持体が柔軟なものであれば、半導体薄膜片を第2基板に接合させる際のアライメントが困難になる。 In this embodiment, the individual support body and the connection support body ensure that the semiconductor thin film piece is peeled off from the first substrate (in order to hold the semiconductor thin film piece in the etching solution in the case of peeling by etching). Must be bonded with sufficient strength. Therefore, if the rigidity of the connection support is high, a large force acts between the second substrate and the semiconductor thin film piece at a time when the individual support and the connection support are separated after the transfer to the second substrate, and the semiconductor thin film piece May peel from the second substrate, or the semiconductor thin film piece or the second substrate may be damaged. Moreover, if a connection support body is flexible, the alignment at the time of joining a semiconductor thin film piece to a 2nd board | substrate will become difficult.
そこで、本発明は、複数の半導体を破損することなく効率的に基板上に実装することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to efficiently mount a plurality of semiconductors on a substrate without damaging them.
上記目的を達成するため、本発明によれば、第1基板の上に犠牲層を介して形成された半導体層を第2基板に移設して半導体装置を製造する方法であって、第1の粘着面に移設用基板が接合された両面粘着材の第2の粘着面を前記半導体層の上に接合する工程と、エッチングを行って前記犠牲層を除去することにより、前記第1基板から前記両面粘着材に接合された前記半導体層を分離し、前記分離された前記半導体層を第2基板に接着剤を介して接合する工程と、前記両面粘着材から前記移設用基板を分離し、その後、前記半導体層から前記両面粘着材を剥離する工程とを含み、前記第1の粘着面における粘着力は、前記第2の粘着面における粘着力よりも小さいことを特徴とする方法が提供される。 To achieve the above object, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device by transferring a semiconductor layer formed on a first substrate via a sacrificial layer to a second substrate, Bonding the second adhesive surface of the double-sided adhesive material having the transfer substrate bonded to the adhesive surface on the semiconductor layer, and removing the sacrificial layer by etching to remove the sacrificial layer from the first substrate; Separating the semiconductor layer bonded to the double-sided pressure-sensitive adhesive material, bonding the separated semiconductor layer to a second substrate via an adhesive, and separating the transfer substrate from the double-sided pressure-sensitive adhesive material; And a step of peeling the double-sided adhesive material from the semiconductor layer, wherein the adhesive force on the first adhesive surface is smaller than the adhesive force on the second adhesive surface. .
本発明によれば、複数の半導体を破損することなく効率的に基板上に実装する方法が提供される。 The present invention provides a method for efficiently mounting a plurality of semiconductors on a substrate without damaging them.
以下、第1基板1の上に犠牲層2を介して形成された半導体層3を第2基板8に移設して半導体装置を製造するための、本発明を適用できる好適な実施例について、添付図面を参照して、さらに具体的かつ詳細に説明する。なお、既に説明した部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
Hereinafter, a preferred embodiment to which the present invention can be applied for manufacturing a semiconductor device by transferring a
<第1工程>
第1工程では、図1に示すように、第1基板1上に犠牲層2を介して半導体層3を形成する。まず、GaAsにより形成された6インチの第1基板1上にAlAsからなる犠牲層2をエピタキシャル成長により形成する。ここで、第1基板1はGaAsに限らずサファイヤ、Si等により形成されていてもよく、大きさも6インチには限られない。また、犠牲層2はAlAsに限らず、InGaP等の、フッ酸、希フッ酸又は塩酸等によるウェットエッチングあるいはドライエッチングを行うことにより除去することができる膜を材料として用いることができる。
<First step>
In the first step, as shown in FIG. 1, a
次に、犠牲層2の上にLED発光層を含む半導体層3を、エピタキシャル成長により積層する。なお、半導体層3は、AlGaAs、GaAs、さらにはLED特性、圧電特性、誘電特性、磁性特性等など機械的、電気的、磁気的、光学的な機能などを発揮する半導体接合を有する領域あるいは素子であれば何れでもよい。
Next, the
<第2工程>
第2工程では、図2に示すように、第1基板1上に形成された半導体層3の上面に後述の第3工程におけるエッチングマスクとしてレジスト4を形成する。ここで、塗布したレジスト4の表面が平坦であれば、後の工程において、レジスト4と両面粘着材6との密着性が向上する。
<Second step>
In the second step, as shown in FIG. 2, a
本実施形態では、スピンコーティング法、スプレーコーティング法等の方法で感光性のレジスト4を塗布した後、レジスト4を露光し、現像することでパターニングをする。この場合、レジスト4は感光性を有するものであり、本実施形態では、東京応化工業(株)社製PMER P−LA900PMを用いているが、これに限られない。
In this embodiment, after the
また、他の方法として、レジスト4を半導体層3上に印刷する等の方法があり、この場合、レジスト4は感光性を有さなくてよい。
As another method, there is a method of printing the
<第3工程>
第3工程では、レジスト4をマスクとして、エッチングにより、第1基板1の上に犠牲層2を介して形成された半導体層3を犠牲層2と共に複数に分割する。エッチング後の第1基板の状態の断面の概略図は図3に示しており、半導体層3の上面にレジスト4が形成された部分は半導体層3及び犠牲層2が残存しており、それ以外の部分は半導体層3を貫通する溝5が形成される。なお、溝5は図3のように第1基板1に達するものであれば、後述の犠牲層2をエッチングする工程(第6工程)でエッチング液が浸透しやすくなるが、必ずしもその必要はない。また、本実施形態では、ウェットエッチングを行っているが、材料の組み合わせによってはドライエッチングでもよい。
<Third step>
In the third step, the
本工程により、本実施形態では、溝5が形成された後の半導体層3の形状はオリフラに垂直な方向で8mm、オリフラに平行な方向で60μmの島状であり280μmピッチで第1基板1のオリフラに平行に配列され、37個で1ユニットを形成する。各ユニット間にはオリフラに垂直方向で1592.5μm、平行方向で2740μmの隙間があり、この隙間には半導体機能膜は配置されていない。
According to this process, in this embodiment, the shape of the
次に、第6工程において犠牲層2のエッチング液を浸入しやすくするため、必要に応じて第1基板1上の構成物表面の濡れ性を改善する。本実施形態では、ヤマト科学社製プラズマリアクターPR−500を使用し、条件は酸素流量50ml/min、出力200W、チャンバー内圧力90Pa、処理時間120秒である。
Next, in order to make it easier for the etching solution of the
<第4工程>
第4工程では、図4に示すように、移設用基板7を両面粘着材6の第1の粘着面61に接合する。本実施形態では、両面粘着材6はパナック社製の片面微粘着フィルムPX50(第1の粘着面61を形成)と片面粘着材HUCB100A(第2の粘着面62を形成)を背中合わせに貼り合わせることにより両面粘着材6としている。移設用基板7には6インチのガラス基板を用いる。
<4th process>
In the fourth step, as shown in FIG. 4, the
ここで、第6工程において移設用基板7がエッチングされてしまうようなエッチング液に浸漬する場合、移設用基板7を保護するため、両面粘着材6が接合されていない面に保護フィルムを貼り付けるか又は樹脂などを塗布する。本実施形態では、保護フィルムとして、第1の粘着面61を形成したものと同じパナック社製の片面微粘着フィルムPX50を用いた。また、第6工程において犠牲層2のエッチング液を浸入しやすくするため、必要に応じて、第2の粘着面62の濡れ性を改善する。例えば、短時間のアッシング処理などを行う。本実施形態では、ヤマト科学社製プラズマリアクターPR−500を使用し表面を濡れやすくした。条件は酸素流量50ml/min、出力200W、チャンバー内圧力90Pa、処理時間120秒である。
Here, in the case where the
なお、両面粘着材6は本実施形態のものに限らず、第2の粘着面62を半導体層3の上に接合させたとき、第1の粘着面61における粘着力は、第2の粘着面62における粘着力よりも小さければよい。具体的には、常温において、第1の粘着面61における粘着力は0.375N/10mm以下(本実施形態では0.01N/10mm)で、かつ第2の粘着面62における粘着力は0.6N/10mm以上(本実施形態では6N/10mm)であることが望ましい。さらに両面粘着材6は、後述の半導体層3から剥離する工程において、柔軟なものであることが望ましい。一方、移設用基板7の大きさは6インチに限らないが、生産性を考慮した場合、第1基板1と同等以上の大きさであることが望ましい。移設用基板7の材質は耐エッチング性があるものが良く、後の工程におけるアライメントの作業性を考慮すると、剛性の高いものが望ましい。さらに、移設用基板7及び両面粘着材6は、可視光を透過する材料から形成されるものであれば、直接、基板上の半導体層3の位置を目視できるため、アライメントの作業性がいっそう容易になる。なお、粘着力の表示方法はJIS Z 0237に準拠するものとする。
The double-sided
ここで、本工程を第4工程としたが、必ずしも第3工程の後に行う必要はなく、次の第5工程までに移設用基板7を接合した両面粘着材6を準備できればよい。
Here, although this process was made into the 4th process, it does not necessarily need to carry out after the 3rd process, and should just prepare double-sided
<第5工程>
第5工程では、図5に示すように、第1の粘着面61に移設用基板7が接合された両面粘着材6の第2の粘着面62を半導体層3の上に接合する。本実施形態においては、半導体層3の上面にレジスト4が形成されていることから、第2の粘着面62をレジスト4に接合することになる。その際、貼り合わせる圧力は全面に均一にすることが望ましい。また、圧力が強すぎては、第2の粘着面62の粘着剤が溝5に入り込み、犠牲層2のエッチング液の浸入スペースを塞いでしまう。逆に、圧力が弱すぎては第2の粘着面62における粘着力が不十分となり、接合した基板が自然剥離するなどして、半導体層3が移設されない恐れがある。なお、本実施形態では、9g/cm2の圧力で2分間加圧接合した。
<5th process>
In the fifth step, as shown in FIG. 5, the second
<第6工程>
第6工程では、エッチングを行って犠牲層2を除去することにより、第1基板1から両面粘着材6に接合された半導体層3を分離し、分離された半導体層3を第2基板8に接着剤9を介して接合する。本工程について、以下に説明する。
<6th process>
In the sixth step, the
まず、エッチング液の調整をする。本実施形態では、50wt%の市販のHF水溶液を希釈し10wt%HF水溶液とした。さらに、基板表面に対する濡れ性(または接触角)を改善するため界面活性剤を添加した。界面活性剤は横浜油脂工業(株)社製セミクリーン(登録商標)M2を使用し、濃度は5wt%とした。 First, the etching solution is adjusted. In this embodiment, a 50 wt% commercially available HF aqueous solution is diluted to obtain a 10 wt% HF aqueous solution. Furthermore, a surfactant was added to improve the wettability (or contact angle) to the substrate surface. As the surfactant, semi-clean (registered trademark) M2 manufactured by Yokohama Oil & Fat Co., Ltd. was used, and the concentration was 5 wt%.
次に、第5工程で接合した半導体層3を含む接合基板にエッチング液を浸透させ、犠牲層2を除去する。このとき、エッチング液の浸入性を良好にし、途中で気泡を含まないようにするために、半導体層3の長手方向がエッチング液水面に対し直角になるよう接合基板を浸漬する。その後、犠牲層2がエッチングにより除去されるまで、しばらく静置する。犠牲層2が除去されると、図6(a)に示すような状態になり、その後、接合基板を引き上げ水洗しつつ、第1基板1を半導体層3から分離する。基板どうしを分離するとき、第2の粘着面62における粘着力が弱ければ、半導体層3が両面粘着材6から剥離する、あるいは、ずれる。
Next, an etching solution is permeated into the bonding substrate including the
次に、図6(b)に示すように半導体層3を第2基板8に接合する。本実施形態において、第2基板8は、Si基板で、接着剤9が塗布されており、また、半導体装置を制御するための配線を有する。接着剤9を加熱して、半導体層3を第2基板8に加圧接合する。このとき、基板が熱により曲がることを防止するため、移設用基板7は、第2基板8と熱膨張係数が略同一であることが望ましい。なお、接合したときに十分な接着力が得られるならば接着剤9を加熱及び加圧しなくてもよい。
Next, as shown in FIG. 6B, the
本実施形態では、接着剤9には東レ(株)社製ポリイミド前駆体溶液セミコファイン(登録商標)SP−811を用いている。 In this embodiment, a polyimide precursor solution Semicofine (registered trademark) SP-811 manufactured by Toray Industries, Inc. is used as the adhesive 9.
<第7工程>
第7工程では、両面粘着材6から移設用基板7を分離し、その後、半導体層3から両面粘着材6を徐々に剥離する。本工程について、以下に説明する。
<Seventh step>
In the seventh step, the
第6工程で得られた基板を室温まで冷却後、図7(a)のように移設用基板7を両面粘着材6から剥離する。第1の粘着面61における粘着力は極めて弱いため、第1の粘着面61の全面で接合していたとしても剥離は可能である。
After the substrate obtained in the sixth step is cooled to room temperature, the
次に、第2の粘着面62を40℃以上に加熱した状態で、半導体層3から両面粘着材6を徐々に剥離する。基板を加熱するのは、レジスト4及び第2の粘着面62を軟化させるためで、本実施形態では70℃である。
Next, the double-sided pressure-sensitive
この状態で図7(b)の簡略斜視図に示すように、剥離の途中において、両面粘着材6の剥離された部分と剥離されていない部分の境界Lが折れ目となり、両面粘着材6が鋭角に曲げられた状態で徐々に剥離する。本実施形態では、図7(c)に示すように、両面粘着材6を引く力Fの方向は基板面に対して平行である。そのため、半導体層3を第2基板8から上方向に引き剥がそうとする力を最小限に抑えることができる。上記のように剥離すれば、半導体層3の上面には図7(b)に示した直線状の境界Lのみにかかるため、容易に両面粘着材を剥離することができる。
In this state, as shown in the simplified perspective view of FIG. 7B, in the middle of peeling, the boundary L between the peeled portion and the unpeeled portion of the double-sided
<第8工程>
半導体層3から両面粘着材6を剥離した後、第8工程で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を高圧スプレーする等の方法により、図8に示すように、半導体層3上部に残存するレジスト4を半導体層3から除去する。
<Eighth process>
After the double-
<その他の実施形態>
以上、本発明の1つの実施形態について説明したが、これだけには限らない。例えば、半導体層3の分割は上記の第2工程及び第3工程の代わりに、第1工程の後ハーフダイシング等で半導体層3を分割することが可能である。この場合、第2の粘着面62と半導体層3の間の粘着力が十分に得られる場合、半導体層3上にレジスト4を設ける必要はない。
<Other embodiments>
As mentioned above, although one embodiment of the present invention was described, it is not restricted to this. For example, the
<上記の実施形態の効果>
以上、上記の実施形態によれば、両面粘着材6は剛性の高い移設用基板7に接合されている。そのため、半導体層3の上に両面粘着材6を接合させる際(第5工程)、及び半導体層3を第2基板8に接合させる際(第6工程)、半導体層3に均等に圧力を加えること、及び第1基板1及び第2基板8へのアライメントが容易である。一方、半導体層3の第2基板8への移設後において、移設用基板7を両面粘着材6から小さな力で分離し、柔軟な両面粘着材6を折り曲げながら半導体層3から徐々に剥離することができる。そのため、この工程(第7工程)において半導体層3に係る応力を小さくすることができる。
<Effects of the above embodiment>
As mentioned above, according to said embodiment, the double-sided
したがって、上記の実施形態によれば、複数の半導体層3を実装する第2基板8の製造に対応可能で、半導体層3あるいは第2基板8を破損させず、確実に第1基板1上に形成した半導体層3を第2基板8に転写する方法を提供できる。さらに、上記の実施形態の方法を用いることで、低コストで高性能なLEDアレイ、LEDプリンタヘッド、LEDプリンタやディスプレイ等の表示装置等、あるいは、光送受信用素子や受光素子などの製造にも適用することができる。
Therefore, according to the above-described embodiment, it is possible to cope with the manufacture of the
1 第1基板
2 犠牲層
3 半導体層
4 レジスト
5 溝
6 両面粘着材
7 移設用基板
8 第2基板
9 接着剤
Claims (7)
第1の粘着面に移設用基板が接合された両面粘着材の第2の粘着面を前記半導体層の上に接合する工程と、
エッチングを行って前記犠牲層を除去することにより、前記第1基板から前記両面粘着材に接合された前記半導体層を分離し、前記分離された前記半導体層を第2基板に接着剤を介して接合する工程と、
前記両面粘着材から前記移設用基板を分離し、その後、前記半導体層から前記両面粘着材を剥離する工程とを含み、
前記第1の粘着面における粘着力は、前記第2の粘着面における粘着力よりも小さい
ことを特徴とする方法。 A method of manufacturing a semiconductor device by transferring a semiconductor layer formed on a first substrate via a sacrificial layer to a second substrate,
Bonding the second adhesive surface of the double-sided adhesive material having the transfer substrate bonded to the first adhesive surface on the semiconductor layer;
The sacrificial layer is removed by etching to separate the semiconductor layer bonded to the double-sided pressure-sensitive adhesive material from the first substrate, and the separated semiconductor layer is bonded to the second substrate via an adhesive. Joining, and
Separating the transfer substrate from the double-sided adhesive material, and then peeling the double-sided adhesive material from the semiconductor layer,
The adhesive force on the first adhesive surface is smaller than the adhesive force on the second adhesive surface.
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