JP2005012034A

JP2005012034A - 半導体薄膜の製造方法及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2005012034A
Application number: JP2003175715A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiko Ogiwara; 光彦荻原; Hiroyuki Fujiwara; 博之藤原; Masaaki Sakuta; 昌明佐久田; Ichimatsu Abiko; 一松安孫子
Original assignee: Oki Data Corp; Oki Digital Imaging Corp
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Oki Digital Imaging Corp
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: JP4315742B2

Abstract

【課題】半導体薄膜を基板上に形成した後剥離する方法において、剥離のためのエッチング液の浸透速度が高く、エッチング速度の均一性を高め、短時間で良好な半導体薄膜を得ることのできるようにする。
【解決手段】複数の半導体薄膜２０が基板１１上にあるときに、複数の半導体薄膜２０を互いに連結して支持するための連結支持体４０を設ける。連結支持体としては、基板１１の面に垂直な方向又は平行な方向に、エッチング液を通過させる空隙を備えたものを用いる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体薄膜の製造方法及び半導体装置の製造方法に関し、特に基板上に形成した半導体薄膜を上記基板から剥離して半導体薄膜を得る半導体薄膜の製造方法、及びこのようにして得られた半導体薄膜を第２の基板へ固定する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の製造方法として、下記の非特許文献１に開示されるものがある。
【０００３】
【非特許文献】
コナガイ他、「膜剥離技術による高効率ＧａＡｓ薄膜光電池（ＨＩＧＨＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹＧａＡｓＴＨＩＮＦＩＬＭＳＯＬＡＲＣＥＬＬＳＢＹＰＥＥＬＥＤＦＩＬＭＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ）」ジャーナル・オブ・クリスタル・グロウス（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ）４５（１９７８）２２７２８０
【０００４】
図３２は非特許文献１に開示されている製造方法の概略を示している。この方法は、第１の基板上に形成した半導体薄膜を化学的なリフトオフ法によって第１の基板から剥離する工程を含む。
【０００５】
具体的には、図３２（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板２０１上に犠牲層（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３Ａｓ）２０２を設ける。この基板（ＧａＡｓ／Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３Ａｓ／ＧａＡｓ基板）を弗酸（ＨＦ）に浸漬し、上部ＧａＡｓ薄膜を得る（図３２（ｂ））。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法で大面積の半導体薄膜を剥離する場合には薬液の浸透速度が遅いため半導体薄膜の剥離に長い時間が必要であった。剥離の時間を短時間におさえるために、例えば、半導体基板上に形成されている半導体薄膜を適当な大きさに分割して剥離することが考えられる。パターン化された複数の半導体薄膜を剥離する場合、例えば、複数の半導体薄膜にまたがるシート状の支持体、例えば粘着シートのごとき支持体を設け複数の半導体薄膜を剥離することが考えられる。しかるに、この場合には、シート状の支持体と半導体薄膜を設けた基板の間の、薬液が浸透するスペースが狭いため、量産で使用するような大面積基板に適用する場合にはやはり薬液の浸透速度が十分でない問題が内在していると考えられる。また、エッチング速度が基板上の位置によって一定でないという問題もあった。
【０００７】
そこで、例えば、この支持体として多孔性材料を使用することが考えられるが、どのような形態の多孔性材料によって半導体薄膜を良好に支持することができるかについては不明であった。
【０００８】
本発明は、所定のパターン形状を持つ半導体薄膜を半導体基板から化学的エッチングによって剥離する工程において、剥離のためのエッチング液の浸透速度が高く、エッチング速度の均一性を高め、短時間で良好な半導体薄膜を得ることのできる方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
基板上に形成した複数の半導体薄膜をエッチング液を用いる化学的エッチングによって上記基板から剥離して半導体薄膜を得る半導体薄膜の製造方法であって、
上記半導体薄膜が上記基板上にあるときに、上記半導体薄膜上に、上記複数の半導体薄膜を互いに連結して支持するための連結支持体を設ける工程を備え、
上記連結支持体が上記基板の面に垂直な方向又は平行な方向に、上記エッチング液を通過させる空隙を備えていることを特徴とする半導体薄膜の製造方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、主として半導体薄膜がＬＥＤアレイとして用いられるものについて説明するが、本発明はこのような応用に限定されない。
【００１１】
第１の実施の形態
最初に図１に示すように、基板、例えばｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、例えばＧａＡｓバッファー層１２、例えばＡｌＡｓ剥離層１３、例えばｐ型ＧａＡｓ下側コンタクト層１４、例えばｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ下側クラッド層１５、例えばｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ活性層１６、例えばｎ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ上側クラッド層１７、例えばｎ型ＧａＡｓ上側コンタクト層１８を形成する。
これらの層は順にエピタキシャル成長させることにより得られる。
これらの層のうち、下側コンタクト層１４、下側クラッド層１５、活性層１６、上側クラッド層１７、及び上側コンタクト層１８で半導体薄膜層２０ａが形成されている。また、半導体薄膜層２０ａと、バッファー層１２、剥離層１３をまとめて半導体エピタキシャル層２５ａと呼ぶ。
【００１２】
図１に示す積層構造物の半導体薄膜層２０ａ内において素子分離（例えば発光領域以外の部分の活性層までをエッチング除去する）などを行うことにより、半導体素子を形成する。半導体薄膜層２０ａは、以下に詳述するように、溝２３の形成により複数の半導体薄膜片に分割されるものであり、半導体素子は、各半導体薄膜片形成予定領域内に形成される。本実施の形態では、各半導体薄膜がＬＥＤアレイを構成する場合を想定しており、各半導体薄膜片内に複数のＬＥＤ素子から成るＬＥＤアレイが形成される。
【００１３】
バッファー層１２は、欠陥が少ない良好な半導体エピタキシャル層を形成するにあたり、良好な状態の表面を用意するとともに、基板１１とＡｌＧａＡｓ層（１４、１５、１７）との格子定数のミスマッチを緩和するとともに、基板１１とＡｌＧａＡｓ層（１４、１５、１７）の熱膨張率の差を緩和するためのものである。
【００１４】
剥離層１３は、半導体薄膜層２０ａ（を後述のように分割することにより形成される半導体薄膜２０）を基板１１から化学的エッチングによって剥離するためのもので、半導体薄膜層２０ａの各層に対しエッチング性の低いエッチング液により高速にエッチングされる材料で形成されている。
【００１５】
活性層１６は、組成Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓにおいて、発光波長が７６０ｎｍの場合には、ｙ＝０．１５程度、発光波長が７４０ｎｍの場合には、ｙ＝０．２程度とされる。
下側クラッド層１５及び上側クラッド層１７は、ポテンシャル障壁によりダブルへテロ構造を形成するために設けられるものであり、例えば組成を表すＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ及びＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓにおいて、ｘ＝０．６、ｚ＝０．６とされる。
コンタクト層１８は、ｎ型ＧａＡｓ（５×１０^１７〜３×１０^１８ｃｍ^−３）であり、ｎ側のオーミックコンタクトを取るために高い不純物濃度を有する。
【００１６】
なお、活性層を上下２つの層に分け、下側の活性層をｐ型とし、上側の活性層をｎ型とすることとしても良い。
さらに、下側コンタクト層１５及び下側クラッド層１６をｎ型とし、上側のクラッド層１８及び上側コンタクト層をｐ型としても良い。この場合において、活性層を上下２つの層に分ける場合には、下側をｎ型とし、上側をｐ型とする。
【００１７】
なおまた、上記のようなヘテロ接合型のＬＥＤとする代わりに、ホモ接合型のＬＥＤを構成することもできる。この場合、各層をエピタキシャル成長させた後、最上層の表面から固相拡散法により不純物拡散を行って活性層内にｐｎ接合を形成する。このように不純物拡散を行ってｐｎ接合を形成する場合には、上記にように発光領域以外の部分のエッチング除去の代わりに、この不純物拡散が素子形成の工程を構成する。また同一の半導体材料でエピタキシャル層を形成し、拡散またはエピタキシャル成長によりｐ型層及びｎ型層を形成するなどして、ｐｎ接合を形成しても良い。
【００１８】
上記のように、素子分離などを行って素子を形成した後、上記の半導体エピタキシャル層２５ａ上に、個別支持体となる層３０ａを形成する。個別支持体となる層２５ａは、例えばフォトレジスト材料で形成され、半導体エピタキシャル層２５ａの全面に塗布、又は貼付することにより、半導体エピタキシャル層２５ａに固定される。
【００１９】
その後、図示しないフォトマスクを用いて層３０ａを選択的に露光し、現像することにより、パターニングし、個別支持体３０を形成する（図２）。
【００２０】
次に、個別支持体３０をマスクとしてエッチングを行なうことにより、半導体薄膜層２０ａをエッチング溝２３により分割し、パターニングして複数の半導体薄膜２０を形成する（図３）。図３には、複数の半導体薄膜のうち二つのみが図示されている。
【００２１】
このエッチングは、少なくとも剥離層１３の一部が露出するまで、例えば剥離層１３がエッチング溝により分割されるまで行なわれる。図示の例では、エッチング溝が剥離層１３のみならず、その下に位置するバッファー層１２をも貫通し、基板１１の表面まで達している。その結果、エピタキシャル層２５ａも複数のエピタキシャル膜２５に分割されている。
【００２２】
例えば、ＡｌＧａＡｓで形成された層１５、１６、１７やＧａＡｓで形成された層１４、１８のエッチングには、エッチング液として、硫酸過水（硫酸、過酸化水素及び水の混合液／Ｈ_２ＳＯ_４：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１６：１：１）、又は燐酸過水（燐酸、過酸化水素及び水の混合液）、又はクエン酸系エッチャントを用いることができる。
【００２３】
半導体薄膜２０の各々（「薄膜片」或いは「チップ」と呼ぶこともある）の大きさは、半導体薄膜２０でＬＥＤアレイを形成する場合、例えば、１０μｍ乃至２００μｍであり、その他の応用の場合も約５ｍｍ以下の範囲にある。
【００２４】
次に図４に示すように、例えばポジ型のドライフィルム・レジスト４１ａを個別支持体３０の上面に貼り付け、次にドライフィルム・レジスト４１ａ上にメッシュ状の連結支持体４０を加熱圧着する。
【００２５】
ドライフィルム・レジスト４１ａは、加熱圧着によりメッシュ状の連結支持体４０の下面及び個別支持体３０の上面に接着し、これにより連結支持体４０を個別支持体３０に接着する。
例えばポジ型ドライフィルム・レジスト４１ａはまた、一般的に知られているフォトリソグラフィ工程（レジストの露光、現像を含む工程）により、露光領域の選択的除去が可能である。
【００２６】
連結支持体４０は、後述の剥離層１３のエッチングの際、エッチング液が容易に通過できるように、メッシュ状に形成され、隣接する線状部材相互間に開口４５を有するものである。メッシュ状の連結部材は、例えば、縦方向の線状部材４３の群と横方向の線状部材４４の群を編むことにより形勢されている。メッシュを構成する線状部材は、例えば、使用されるエッチング液に対して耐酸性を有するメタルワイヤで形成されている。代りに、それ自体は耐酸性を持たない芯線を耐酸性のポリマー、例えば、ポリイミドでコーティングしたものを使用することができる。
【００２７】
上記のように、ドライフィルム・レジスト４１ａの上に連結支持体４０が設けられた構造を得た後、連結支持体４０のメッシュを形成する線状部材４３、４４をフォトマスクとしてドライフィルム・レジストの露光、現像を行なう。これにより、ドライフィルム・レジスト４１ａのうち、メッシュの線状部材４３、４４に整列した部分は残って接着層４１となり、メッシュの線状部材に整列しない部分、即ちメッシュの開口４５に整列した部分のレジスト材料４１ａは除去される（図５及び図６）。
【００２８】
なお、図６では、接着層４１が省略され、半導体エピタキシャル層２５は、その詳細が省略されている。
また、図４及び図５は、図６のＡ‐Ａ線の位置における概略部分断面図である。後述の図７、図８、図９、図１０も同様の位置における概略部分断面図である。
【００２９】
個別支持体３０は、それぞれ半導体薄膜２０に対応して設けられ、対応する半導体薄膜２０を支持する。
連結支持体４０は、複数の個別支持体３０に共通で、これらを互いに連結して支持する。
上記のように、個別支持体３０をマスクとして半導体薄膜層２０ａをエッチングすることにより半導体薄膜２０を形成しているので、半導体薄膜２０は個別支持体３０に自己整合的に形成されている。
【００３０】
次に、図５及び図６に示す、連結支持体４０及び個別支持体３０を設けた半導体エピタキシャル基板（即ち、基板１１と複数のエピタキシャル膜２５の組合せ）を、図７に示すように、剥離のためのエッチング液に浸漬し、剥離層１３を溶解乃至分解させて、基板１１（及びバッファー層１２）から半導体薄膜２０を剥離する。
剥離のためのエッチング液としては、剥離層１３のエッチング速度が高く、半導体薄膜２０の各層（１４、１５、１６、１７、１８）のエッチング速度が低いもの、例えば、１０％の弗酸（ＨＦ）が用いられる。
この剥離に際し、エッチング液が、連結支持体４０のメッシュの開口４５を通り、さらにエピタキシャル膜２５相互間のエッチング溝２３を通って、剥離層１３に達する。
【００３１】
エッチング液がメッシュ状の連結支持体４０の開口を通過することができ、半導体ウエハ全面にわたり、均一な剥離速度を得ることができるため、均一な半導体薄膜の剥離を行なうことができる。
【００３２】
メッシュ状の連結支持体４０のメッシュの目の大きさが細かすぎると、表面張力などにより、エッチング液が通りにくくなるため、例えば開口４６の大きさが、０．５ｍｍ以上の目の粗いものを使用するとよい。表面は親水化処理したものが望ましい。
【００３３】
一方メッシュの目は、少なくとも一つの方向において、支持すべき薄膜片（チップ）の寸法よりも小さいことが必要である。メッシュの目がいずれの方向においても薄膜辺よりも大きいと支持できない場合があるためである。
図示の例では、メッシュの開口４５は略正方形であり、半導体薄膜２０が長方形であるので、メッシュの開口４５を構成する正方形の辺の長さが、半導体薄膜２０の長辺の長さよりも小さくしてある。
【００３４】
次に図８に示すごとく、連結支持体４０を（例えば、連結支持体４０の周縁に設けた枠（図示しない）を）図示しない治具で保持しながら、搬送することで、複数の半導体薄膜２０を一括して移動し、次に図９に示すごとく、異種基板、例えばＳｉ基板５１上の所定の領域に固定する。この際、例えば、半導体薄膜２０の下側コンタクト層１４が、Ｓｉ基板５１上の導通層（メタル層）５２にボンディングされるようにする。
このボンディング工程においては、所望のボンディング強度を得るために適当な圧力で加圧することができる。また、適宜加熱してもよい。
【００３５】
次に、ボンディングされた基板５１、半導体薄膜２０、支持体３０、及び支持体４０を含む構造物を、個別支持体３０を分解または溶解させる溶剤に浸漬させるなど処理により、連結支持体４０と個別支持体３０を除去し、基板５１と半導体薄膜２０の組合せを得る（図１０）。
【００３６】
上記説明した実施の形態については、種々の変形が可能である。例えば、Ｓｉ基板５１上の導通層５２は除いてもよい。
また、Ｓｉ基板５１の代りに、他の材料の基板、例えば、ガラス基板、金属基板、セラミック基板、あるいはＳｉＯ_２膜のような絶縁膜をコーティングした基板を用いても良い。
また、ＧａＡｓ基板１１や半導体薄膜を構成するＡｌＧａＡｓ層（１５、１６、１７）の代りに、他の材料の基板や層を用いられる場合にも本発明を適用することができる。
【００３７】
本発明の第１の実施の形態では、半導体薄膜を化学的にエッチングして基板から剥離する工程において、エッチング液がメッシュ状の連結支持体４０の開口（メッシュの目）を通過することができ、半導体ウエハ全面にわたり、均一な剥離速度を得ることができ、均一な半導体薄膜の剥離を行なうことができる。
【００３８】
第２の実施の形態
上記の第１の実施の形態では、連結支持体としてメッシュ状の連結支持体４０を用いたが、代りに図１１及び図１２に示すような連結支持体６０を用いることとしても良い。図１２は、図１１のＢ−Ｂ線の位置における概略部分断面図である。
【００３９】
図１１及び図１２に示される連結支持体６０は、第１の実施の形態の連結支持体４０と同じく、複数の個別支持体３０を連結して支持するためのものであるが、例えば円形の貫通孔６１を有し、また例えば、感光性のポリマーシートで形成されている点で異なる。
【００４０】
感光性ポリマーシートは、それ自体接着性を有する。感光性ポリマーシートとしては、例えば、ドライフィルム・レジストを用いるのが望ましい。
ドライフィルム・レジストは、それをラミネートするときには、加熱、圧着により、例えば個別支持体３０の上面に接着される。また、露光、現像により選択的除去が可能である。さらに、ポストベークされたあとは、個別支持体３０との密着性を保持する一方、他の面、例えば上面には接着性がなくなる。
本実施の形態では、感光性ポリマーシートとして、上記のようなドライフィルム・レジストを用い、それ自体の接着性で、個別支持体３０に接着させる。従って、第１の実施の形態で用いた別個の接着層４１は不要である。
【００４１】
上記のような連結支持体６０を備えた構造は以下のようにして得られる。
例えば、図３に引き続き、図１３に示すように、連結支持体６０となるドライフィルム・レジスト６０ａを個別支持体３０の上に貼り付ける（ラミネートする）。この際、例えば、適当な加圧、加熱下で該感光性ポリマーを、それ自体の接着性により、個別支持体３０上に固定することができる。
【００４２】
次に、ドライフィルム・レジスト６０ａに、フォトリソ工程（露光、現像）により、複数の、所定の配置の、貫通孔６１を形成して、連結支持体６０を得る（図１２、図１１）。露光工程においては、貫通孔６１のパターンに対応したフォトマスクを用いる。
【００４３】
貫通孔６１は、剥離工程で剥離層１３のエッチングに用いられるエッチング液の通過を良好にするため、例えば、孔径を０．５ｍｍ以上とすることが望ましい。また、連結支持体６０の表面は親水化処理したものが望ましい。
一方、貫通孔６１の径は、少なくとも一つの方向において、薄膜片（チップ）の寸法よりも小さくする必要がある。貫通孔の径がいずれの方向においても薄膜片の寸法よりも大きいと、連結支持体６０により薄膜片の支持ができない場合があるためである。
【００４４】
貫通孔６１を形成した後、適宜ポストベークを施して、後の工程で使用される薬液に対する、連結支持体６０の耐薬品性を向上させる。
【００４５】
以降、第１の実施の形態について説明した、図７乃至図１０と同様の工程により、半導体薄膜の剥離、異種基板へのボンディング、及び支持体の除去を行なう。
【００４６】
剥離の際、連結支持体６０の貫通孔６１を通して、エッチング液が通過するので、第１の実施の形態について説明したのと同様、半導体ウエハ全面にわたり、均一な剥離速度を得ることができ、均一な半導体薄膜の剥離を行なうことができる。
【００４７】
また、貫通孔６１の大きさや形状は、半導体薄膜２０のサイズおよび使用するエッチング液の特性に合わせて、自由に調整することができる。
【００４８】
なお、図１１乃至図１３を参照して説明した例では、感光性ポリマーシートで連結支持体を形成しているが、感光性のポリイミドをドライフィルムのごとく、あらかじめシート状態に形成した感光性を備えた感光性ポリイミドシートを用いても良い。感光性ポリイミドシートは、例えば、以下のように作製することができる。まず、ポリエチレンテレフタレートなどのフィルム上に液状の感光性ポリイミド（正確には、感光性ポリアミド）を所望の厚さに塗布し、溶剤を乾燥させ、その上にポリエチレンなどのカバーフィルムを設ける。
ここで、感光性ポリイミドについて、以下概略を説明する。
通常のポリイミド（非感光性ポリイミド）は、その前駆体であるポリアミック酸（芳香族無水物とジアミンを反応させて得られるもの）を約３５０℃で加熱してポリアミック酸から水分子を外し、イミド環を形成してポイミドが形成される。これに対し、ポリイミドに感光性を持たせたものが、感光性ポリイミドである。芳香族無水物に二重結合を持ったアルコール（例えばメタクリル酸ヒドロキシエチル）を反応させジカルボン酸を形成し、これにジアミンを反応させて、側鎖に二重結合をもったポリアミドを形成する。これはポリアミック酸のカルボキシル基を重合性の二重結合を持った構造に置換した構造に相当する。このポリマーを光開始剤や増感剤、接着助剤と一緒にＮＭＰ（ｎ−メチルピロリドン）のような極性溶媒に溶かしたものが、感光性ポリイミドである。
次にこの感光性ポリイミド（ネガ型）を使ったパターン形成について説明する。まず感光性ポリイミドをスピンコートで適当な厚さ（例えば１０μｍ）塗布し、溶剤を乾燥させる。次に所定のフォトマスクを使って露光する。この露光によって光開始剤から発生したラジカルによってポリアミド（出発ポリマー）の側鎖の二重結合同士の重合反応が起こり架橋構造となる。出発ポリマーを有機溶剤で溶解（現像）し、約３５０乃至４００℃で熱処理することにより架橋鎖の部分がはずれ（熱分解して揮散して）、露光された領域にポリイミド構造が形成される。
【００４９】
第３の実施の形態
第２の実施の形態では、感光性ポリマーシートで連結支持体６０を形成しているが、代りに、図１４、図１５、図１６及び図１７に示すように、ポリマーシート基材８３に粘着層８４を貼り合わせてなるポリマーシート８０を連結支持体として用いることができる。図１５は、図１４のＣ−Ｃ線の位置における概略部分断面図、図１６は図１４のＤ−Ｄ線の位置における概略部分断面図である。図１７は、連結支持体８０の平面図である。図示の連結支持体８０は、例えばスリット状の貫通孔８１を有する。
【００５０】
上記のような支持体８０を備えた構造は以下のようにして得られる。
図３に示す構造物の作成とは別に、貫通孔８１を設けた連結支持体８０を用意する。
そして、図３に示す構造物に、上記のように予め貫通孔８１を設けた、連結支持体８０を、個別支持体３０の上に貼り付ける（ラミネートする）。この際、個別支持体３０と連結支持体８０の固定は、連結支持体８０の粘着層８４によってなされる。
【００５１】
貫通孔８１は、剥離工程で剥離層１３のエッチングに用いられるエッチング液の通過を良好にするため、例えば、幅を０．５ｍｍ以上とすることが望ましい。また連結支持体８０の表面は親水化処理したものが望ましい。
【００５２】
一方、貫通孔８１の幅は、薄膜片（チップ）のサイズ（貫通孔８１の幅と同じ方向の寸法）よりも小さくすべきである。貫通孔８１がいずれの方向においても薄膜片の寸法よりも大きいと、連結支持体８０による薄膜片の支持ができない場合があるためである。
【００５３】
以降、第１の実施の形態について説明した、図７乃至図１０と同様の工程により、半導体薄膜の剥離、異種基板へのボンディング、及び支持体の除去を行なう。
剥離の際、連結支持体８０の貫通孔８１を通して、エッチング液が通過するので、第１の実施の形態について説明したのと同様、半導体ウエハ全面にわたり、均一な剥離速度を得ることができ、均一な半導体薄膜の剥離を行なうことができる。
【００５４】
また、貫通孔の大きさや形状は、半導体薄膜２０のサイズおよび使用するエッチング液の特性に合わせて、自由に調整することができる。
【００５５】
第３の実施の形態の変形例
貫通孔８１が上記の例のように、スリット状である場合、ＧａＡｓ基板（ウエハ）の全領域にわたる連続したスリットであってもよく、また断続的なスリット（不連続であって、間に適当な間隔が設けられたもの）であってもよい。
また、貫通孔は、スリット状以外の形状、例えば図１８に示すように、正方形状であっても良い。
【００５６】
また、連結支持体８０としては、図１９に示すように、その周縁部に堅固な（剛性の）フレーム８５を備え、これにより固定されたものを用いても良い。
【００５７】
本発明の第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態および第２の実施の形態で得られる効果の他に、連結支持体８０と個別支持体３０の接着のためにあらたに別の層を設ける必要がないため、工程を省略することができると言う効果もある。
【００５８】
第４の実施の形態
連結支持体としては、第１乃至第３の実施の形態で説明したものの代りに、図２０乃至図２３に示す連結支持体９０を用いることができる。なお、図２０は連結支持体９０を薄膜上に固定した状態の概略部分斜視図、図２１は図２０のＥ−Ｅ線の位置における概略部分断面図、図２２は図２０のＦ‐Ｆ線の位置における概略部分断面図、図２３は連結支持体の概略部分底面図である。
【００５９】
図２０乃至図２３に示される連結支持体は、第１の実施の形態で説明された連結支持体４０と同じく、複数の個別支持体３０を連結して支持するためのものである。
この連結支持体９０は、シート状部分９１と、シート状部分９１と個別支持体３０の間にスペースを設け、よりエッチング液の通過を可能にするため、橋桁状のスペーサ部９２とを有する。
このような連結支持体９０は、予め（薄膜上に載置する前に）、精密機械加工によって形成される。
【００６０】
連結支持体９０と個別支持体３０の接着領域にはタック性のある材料、すなわち粘着性や接着性を備えた材料、例えば感光性ポリマー材料が設けられる。ここで、感光性ポリマー材料としては、例えば、液状レジストやドライフィルム・レジストが接着層４１として設けられる。
【００６１】
本実施の形態の連結支持体９０は、例えば、石英、サファイヤ、アクリルなどの透明材料、ポリイミドなどでコーティングされた金属材料、セラミック材料、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））材料、ポリエチレン材料、Ｓｉのような半導体材料などで形成することが望ましい。
【００６２】
以下、透明材料で連結支持体９０を形成する場合について、半導体薄膜の製造方法の例を説明する。
【００６３】
まず、上記のような連結支持体９０を備えた構造を以下のようにして得る。
図３に示す構造物の作成とは連結支持体９０を、精密機械加工によって別途作成する。
【００６４】
そして、図３に示す構造物を作成した後、ドライフィルム・レジスト４１ａを個別支持体３０の表面に張り付け（ラミネートし）、さらに連結支持体９０を、そのスペーサ部９２が個別支持体３０上の感光性ポリマーシート４１ａに接するように載せて、貼り付け、加熱、圧接して、個別支持体３０に固定する（図２４（ａ））。
【００６５】
次に連結支持体９０のスペーサ部９２以外のドライフィルム・レジスト４１ａを除去し、接着層４１を形成する（図２２）。
例えば、ドライフィルム・レジスト４１ａに対し、一般的に知られている露光及び現像を行うことで、スペーサ部９２以外のドライフィルム・レジスト４１ａを除去することができる。この露光、現像プロセスでは、連結支持体９０の上にフォトマスクを位置合わせして露光することができる。図２４（ｂ）にこの工程の概略例を示した。ここでは、ネガタイプのドライフィルム（４１ａ）を想定した場合の構成を示した。図２４（ｂ）に示したように、連結支持体９０の上に、開口部９６を持ったフォトマスク９５を、スペーサ９２の位置に合わせて設置する。次にこのフォトマスクを通してレジスト４１ａを露光する。光が当たった領域４１ｅではレジストが重合し架橋構造を作る。現像液で未露光領域を除去することによって、露光領域（スペーサ領域の下のレジスト）４１ｅが残留する。レジスト４１ａは現像前にすでに個別支持体と連結支持体のスペーサと接着されているので、連結支持体が個別支持体に固定される。ここで、フォトマスク面とレジスト面が離れており、フォトマスクの開口部９６の幅よりも光が広がるが、ここではスペーサと個別支持体の接着が主目的であって、露光領域４１ｅの幅の広がり、したがって残留するレジストの幅の広がり（パターン形成精度）はここでは問題とならない。
【００６６】
なお、上記のように、ドライフィルム・レジストなどの感光性ポリマーで接着層４１を形成する代わりに、粘着剤で接着層４１ｂを形成することもできる。この場合の工程は以下のとおりである。
【００６７】
連結支持体９０のスペーサ部９２の下面に、液状の粘着剤ないし接着剤を塗布し、しかる後、溶剤成分を揮発させ、適度な固さおよび接着剤を有する接着層４１ｂを形成する（図２５）。
その後、連結支持体９０を、そのスペーサ部９２が、図３に示される構造物の個別支持体３０のパターンに整列させ、接着層４１ｂを個別支持体３０の表面に圧接して、接着する（図２６）。
【００６８】
スペーサ部９２の下面に塗布する接着剤（４１ｂ）は、光硬化性であっても熱硬化性であっても良く、また、それらの性質を有していない材料であってもよい。
また、スペーサ部９２の下面に塗布する接着剤（４１ｂ）は、半導体薄膜２０を基板１１から剥離するためのエッチング液で浸漬した際に、該エッチング液によって溶解ないし分解しないことが必要である。
【００６９】
上記のようにして連結支持体９０を形成し、図２０乃至図２２に示される構造物又は図２５に示される構造物を得た後、第１の実施の形態について説明した、図７乃至図１０と同様の工程により、半導体薄膜の剥離、異種基板へのボンディング、及び支持体の除去を行なう。
【００７０】
剥離の際、連結支持体９０のスペーサ部９２によって、シート状部分９１と個別支持体３０の上面との間に形成されたスペース９３（図２０）を、エッチング液が通過する（図２０に矢印９４で示す）ので、第１の実施の形態について説明したのと同様、半導体ウエハ全面にわたり、均一な剥離速度を得ることができ、均一な半導体薄膜の剥離を行なうことができる。
【００７１】
第４の実施の形態の変形例
図２０乃至図２２に示した連結支持体９０の代りに、図２７及び図２８に示す連結支持体１００を用いることもできる。図２７は連結支持体１００を薄膜上に固定した状態の概略部分斜視図、図２８は連結支持体１００の概略部分底面図である。この連結支持体１００は、図２０乃至図２２に示すものと同様に、シート状部分１０１とスペーサ部１０２とを有するが、さらに、シート状部分１０１に貫通孔１０３を有する点で異なる。
【００７２】
このように貫通孔１０３を設ければ、エッチング液の流入経路が増加し、エッチングの速度が一層高くなり、かつエッチング速度の均一性がさらに向上する。
【００７３】
図２７及び図２８に示す連結支持体１００の薄膜への固定方法などは、図２０乃至図２２の例について説明したのと同様である。
【００７４】
第５の実施の形態
上記の第１乃至第４の実施の形態の剥離工程は、図２９乃至図３１に示すようにして行なうことができる。図２９乃至図３１に示す剥離工程は、剥離のためのエッチング液を支持体と半導体薄膜のスペースに導く方法に特徴がある。図２９乃至図３１には、第４の実施の形態で説明した連結支持体９０を用いるものとして、図示している。
【００７５】
図２０を参照して説明したように連結支持体９０を固定した構造物（薄膜剥離前基板）１１０と、エッチング液槽１１１とを、真空層１１２内に設置する。
次に、真空槽１１２内を減圧する。ここで真空度は低真空で十分であって、例えば０．１Ｔｏｒｒ程度とする。
【００７６】
次に図３０に示すように減圧状態を保持し、薄膜剥離前基板１１０をエッチング液槽１１１内に浸漬し、例えば１分乃至１時間程度浸漬した状態に保つ。ここで、薄膜剥離前基板１１０内の全ての空隙は減圧されているため、エッチング液槽１１１内に浸漬することによって、速やかに半導体薄膜剥離前基板１１０内の空隙へエッチング液が浸透し、半導体薄膜剥離前基板１１０内の空隙がエッチング液によって満たされる。
【００７７】
次に、図３１に示すように、真空槽１１２を大気圧に開放し、例えば１時間乃至１００時間程度エッチング液に浸漬した状態で放置する。
【００７８】
このようにして剥離が終わったら、図９及び図１０と同様の工程により、異種基板５１へのボンディング、及び支持体の除去を行なう。
【００７９】
第５の実施の形態によれば、真空槽内でエッチング液への浸漬を行うので、速やかにエッチング液が隙間に浸透し、均一なエッチングを実行できる。本第５の実施の形態のごとく、真空槽を用いれば、例えば第１の実施の形態のメッシュ連結支持体４０のメッシュ開口部の大きさや第２の実施の形態で説明した連結支持体６０に形成する孔の径を０．５ｍｍ以下、例えば５０μｍ乃至５００μｍとしても良い。
【００８０】
上記の各実施の形態において、個別支持体３０を省くこともできる。
例えば、図２０の例において、個別支持体３０を省き、上側コンタクト層１８の上に直接連結支持体９０を接着する。
この接着は、半導体薄膜２０の剥離、及び別の基板（５１）へのボンディング後に、加熱、光照射、剥離液への浸漬、有機溶剤への浸漬、真空（真空中におくこと）、磁気的作用など適当な手段によって、速やかに、連結支持体９０と半導体薄膜表面との接着を解除できる形態の接着とするのが望ましい。
【００８１】
また、半導体薄膜２０などの材料については例示した材料に限定する必要がなく、例えば、他の化合物半導体材料、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＡｌＧａＮ系などであってもよいし、Ｓｉ系であってもよい。
【００８２】
また、支持体の材料についても種々の変形が可能であるし、本発明で説明した形態を適宜組み合わせることも可能である。
【００８３】
さらに本発明では、基板１１のすべての半導体薄膜２０を一括して剥離し、一括してボンディングする例を説明したが、例えば、半導体基板１１上の複数の半導体薄膜２０の群を複数の群に分割し、群毎に剥離し、ボンディングするなどの変形が可能である。
その他、本実施の形態で説明した半導体薄膜２０の支持の形態を利用して、種々の剥離工程を実行することができる。
【００８４】
メッシュの目の大きさや貫通孔の大きさ（円形の貫通孔の径や、長方形の貫通孔の幅）が小さい場合には、表面張力によって薬液の通過が阻害されるので、それぞれ十分な大きさを有する必要がある。例えば、０．５ｍｍ以上とすべきである。一方、メッシュの目の大きさや貫通孔の大きさ（円形の貫通孔の径や、スリット状の貫通孔の幅）がいずれの方向においても薄膜片（チップ）のサイズ（同じ方向の寸法）よりも大きいと、連結支持体による薄膜片の支持ができない場合が生じるので、メッシュの目の大きさや貫通孔の幅は、少なくとも一つの方向において薄膜片の対応する寸法よりも小さくすべきである。支持体と半導体薄膜の間の空隙を真空排気した後に薬液に浸漬するようにして、メッシュや貫通孔の大きさを、例えば５０μｍ乃至５００μｍのような小さい孔とすることもできる。
【００８５】
また、連結支持体として用いられるメッシュやシートの表面は、エッチング液が進入しやすいように、親水化処理したものを使用することが望ましい。
さらに、個別支持体を同様に親水化処理することとしても良い。また、エッチング液に表面張力を低減する界面活性剤を配合しても良い。
【００８６】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、剥離のためのエッチング液の浸透速度が高く、エッチング速度の均一性を高め、短時間で良好な半導体薄膜を得ることのできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の製造方法において、半導体薄膜の積層構造を形成した状態を示す概略部分断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の製造方法において、個別支持体を形成した状態を示す概略部分断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の製造方法において、溝を形成した状態を示す概略部分断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の製造方法において、連結支持体を形成した状態を示す概略部分断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の製造方法において、連結支持体のメッシュ構造をマスクとして、その下にあるドライフィルム・レジストを部分的に除去した状態を示す概略部分断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の製造方法において、連結支持体を形成した状態を示す概略部分斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の製造方法において、剥離層を除去した状態を示す概略部分断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の製造方法において、基板から分離された半導体薄膜を示す概略部分断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の製造方法において、基板から分離された半導体薄膜を別の基板にボンディングした状態を示す概略部分断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の製造方法において、半導体薄膜を別の基板にボンディングした後、連結支持体及び個別支持体を除去した状態を示す概略部分断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の製造方法において、連結支持体を形成した状態を示す概略部分斜視図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の製造方法において、連結支持体を形成した状態を示す概略部分断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態の製造方法において、連結支持体に貫通孔を形成する前の状態を示す概略部分断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の製造方法において、連結支持体を形成した状態を示す概略部分斜視図である。
【図１５】図１４のＣ−Ｃ線の位置における概略部分断面図である。
【図１６】図１４のＤ−Ｄ線の位置における概略部分断面図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態で用いられる連結支持体の平面図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態の変形例で用いられる連結支持体の平面図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態の他の変形例で用いられる連結支持体の平面図である。
【図２０】本発明の第４の実施の形態の製造方法において、連結支持体を形成した状態を示す概略部分斜視図である。
【図２１】図２０のＥ−Ｅ線の位置における概略部分断面図である。
【図２２】図２０のＦ−Ｆ線の位置における概略部分断面図である。
【図２３】本発明の第４の実施の形態で用いられる連結支持体の概略部分底面図である。
【図２４】本発明の第４の実施の形態において、感光性ポリマーシート４１を貼り付けた状態、及びその露光、現像を示す概略部分断面図である。
【図２５】本発明の第４の実施の形態の変形例において、接着層を形成した状態を示す概略部分断面図である。
【図２６】本発明の第４の実施の形態の変形例において、接着層を形成した連結支持体を個別支持体に接着した状態を示す概略部分断面図である。
【図２７】本発明の第４の実施の形態の変形例で用いられる連結支持体の概略部分斜視図である。
【図２８】図２７の連結支持体の概略部分底面図である。
【図２９】本発明の第５の実施の形態における剥離工程を示す概略図である。
【図３０】本発明の第５の実施の形態における剥離工程を示す概略図である。
【図３１】本発明の第５の実施の形態における剥離工程を示す概略図である。
【図３２】従来の半導体装置の製造方法を示す概略部分断面図である。
【符号の説明】
１１基板、１２バッファー層、１３剥離層、１４下側コンタクト層、１５下側クラッド層、１６活性層、１７上側クラッド層、１８上側コンタクト層、２０半導体薄膜、２３溝、２５エピタキシャル膜、３０個別支持体、４０連結支持体、４１接着層、４１ａドライフィルム・レジスト、４１ｂ接着層、４３縦方向の線状部材、４４横方向の線状部材、４５開口、５１基板、５２導通層、６０連結支持体、６１貫通孔、８０連結支持体、８１貫通孔、９０連結支持体、９１シート状部分、９２スペーサ部、９３スペース、１００連結支持体、１０１シート状部分、１０２スペーサ部、１０３貫通孔、１１１エッチング液槽、１１２真空槽。

Claims

基板上に形成した複数の半導体薄膜をエッチング液を用いる化学的エッチングによって上記基板から剥離して半導体薄膜を得る半導体薄膜の製造方法であって、
上記半導体薄膜が上記基板上にあるときに、上記半導体薄膜上に、上記複数の半導体薄膜を互いに連結して支持するための連結支持体を設ける工程を備え、
上記連結支持体が上記基板の面に垂直な方向又は平行な方向に、上記エッチング液を通過させる空隙を備えていることを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
上記連結支持体がメッシュ状の支持体であることを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
上記連結支持体と上記半導体薄膜の間に位置するドライフィルム・レジストで上記連結支持体を固定する工程と、
上記ドライフィルム・レジストを上記メッシュ状の連結支持体をマスクとして露光して、現像することにより、上記ドライフィルム・レジストのうち、上記メッシュの線状部材に整列した部分以外の部分を除去する工程と
を
をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の半導体薄膜の製造方法。
上記連結支持体が粘着層又は接着層を備えたシート状部分を有し、上記シート状部分に貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
上記連結支持体が感光性のシート状部分を有し、上記連結支持体の上記シート状部分を上記半導体装置半導体薄膜の上に設けた後、上記シート状部分に貫通孔を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
上記感光性のシート状部分が、感光性のエッチングレジスト材料で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体薄膜の製造方法。
上記感光性のシート状部分が、感光性のポリイミドで形成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体薄膜の製造方法。
上記感光性のシート状部分が、感光性のポリマー材料で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体薄膜の製造方法。
上記連結支持体がシート状部分と、上記シート状部分と半導体薄膜との間に空隙を設けるためのスペーサ部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
上記連結支持体のシート状部分には貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の半導体薄膜の製造方法。
上記複数の半導体薄膜の上にそれぞれ対応する個別支持体を設ける工程をさらに備え、
上記連結支持体を設ける工程は、上記複数の個別支持体を連結するように上記連結支持体を設ける
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
貫通孔の大きさが０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４、５又は１０に記載の半導体薄膜の製造方法。
上記スペーサ部の高さが約０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項９に記載の半導体薄膜の製造方法。
上記連結支持体を親水化処理する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
上記個別支持体を親水化処理する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の半導体薄膜の製造方法。
請求項１乃至１５のいずれかに記載の方法で製造された半導体薄膜を、第２の基板に固定することを含む半導体装置の製造方法。