JP2005108943A - Semiconductor wafer and method for manufacturing semiconductor device using same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、剥離可能な半導体エピタキシャル層を備えた半導体ウェハ及びこれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor wafer having a peelable semiconductor epitaxial layer and a method for manufacturing a semiconductor device using the same.
GaAs基板とGaAsエピタキシャル層との間に、厚さ5μmのGa0.3Al0.7As層を設け、Ga0.3Al0.7As層をエッチング除去して、上層のGaAsエピタキシャル層を剥離し、異種基板上に貼り付ける技術が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。 A Ga 0.3 Al 0.7 As layer having a thickness of 5 μm is provided between the GaAs substrate and the GaAs epitaxial layer, the Ga 0.3 Al 0.7 As layer is removed by etching, and the upper GaAs epitaxial layer is removed. A technique for peeling and pasting on a different substrate has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).
しかし、基板と半導体エピタキシャル層との間に配置された層(剥離層)をエッチング除去して半導体エピタキシャル層を剥離した場合には、剥離層の厚さに剥離面の平坦性が依存しており、剥離層の厚さが厚い場合、剥離された半導体エピタキシャル層である半導体エピタキシャルフィルムの剥離面の平坦性が悪く、異種基板上に貼り付けた場合に、良好な密着力が得られないということが、本出願の発明者等の実験から判明した。 However, when the semiconductor epitaxial layer is peeled off by etching away the layer (peeling layer) disposed between the substrate and the semiconductor epitaxial layer, the flatness of the peeled surface depends on the thickness of the peeling layer. When the thickness of the release layer is large, the flatness of the release surface of the semiconductor epitaxial film, which is the peeled semiconductor epitaxial layer, is poor, and good adhesion cannot be obtained when pasted on a different substrate. However, it became clear from experiment of the inventors of this application.
そこで、本発明は、上記したような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、剥離面がナノオーダーの平坦性を持つ半導体エピタキシャルフィルムを得る条件を備えた半導体ウェハ及びこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and the object thereof is a semiconductor wafer having a condition for obtaining a semiconductor epitaxial film having a separation surface with nano-order flatness. And it is providing the manufacturing method of a semiconductor device using the same.
本発明の半導体ウェハは、基板と、前記基板上に形成された剥離層と、前記剥離層上に形成された半導体エピタキシャル層とを有し、前記剥離層の厚さが10nm以上200nm未満であることを特徴とするものである。 The semiconductor wafer of the present invention has a substrate, a release layer formed on the substrate, and a semiconductor epitaxial layer formed on the release layer, and the thickness of the release layer is 10 nm or more and less than 200 nm. It is characterized by this.
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体ウェハを用意する工程と、エッチングマスクにより、前記半導体エピタキシャル層をパターニングし、エッチング溝を形成する工程と、前記剥離層をエッチングする工程と、前記半導体エピタキシャル層を剥離することによって得られた半導体エピタキシャルフィルムを他の基板上にボンディングする工程とを有することを特徴とするものである。 The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of preparing the semiconductor wafer, a step of patterning the semiconductor epitaxial layer with an etching mask to form an etching groove, a step of etching the release layer, And a step of bonding a semiconductor epitaxial film obtained by peeling off the semiconductor epitaxial layer onto another substrate.
本発明の半導体ウェハにおいては、剥離層の厚さを適切にすることによって、半導体エピタキシャルフィルムの剥離面の平坦性を極めて高くすることができるので、半導体エピタキシャルフィルムを他の基板にボンディングしたときの密着力を高めることができるという効果が得られる。 In the semiconductor wafer of the present invention, the flatness of the peeling surface of the semiconductor epitaxial film can be made extremely high by making the thickness of the peeling layer appropriate, so that when the semiconductor epitaxial film is bonded to another substrate The effect that the adhesive force can be increased is obtained.
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、平坦性の極めて高い半導体エピタキシャルフィルムを他の基板にボンディングすることができるので、半導体エピタキシャルフィルムと他の基板間の密着力に優れた半導体装置を得ることができるという効果が得られる。 In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a semiconductor epitaxial film with extremely high flatness can be bonded to another substrate, so that the semiconductor device has excellent adhesion between the semiconductor epitaxial film and the other substrate. The effect that can be obtained is obtained.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体ウェハの構成を概略的に示す断面図であり、図2は、第1の実施形態に係る半導体ウェハの構成を概略的に示す平面図である。図1は、図2の半導体ウェハをS1−S1線で切る面に相当する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a semiconductor wafer according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of the semiconductor wafer according to the first embodiment. It is. FIG. 1 corresponds to a surface obtained by cutting the semiconductor wafer of FIG. 2 along line S 1 -S 1 .
図1に示されるように、半導体ウェハ100は、GaAs基板101と、GaAsバッファ層102と、その上に形成された剥離層(犠牲層)103と、この剥離層103上に形成された半導体エピタキシャル層104とを有しており、剥離層103の厚さを10nm以上200nm未満の範囲内の値としている。
As shown in FIG. 1, a
半導体エピタキシャル層104は、剥離層103側から順に、n−GaAs層(下側コンタクト層)111、n−AlxGa1−xAs層(下側クラッド層)112、n−AlyGa1−yAs層(活性層)113、p−AlzGa1−zAs層(上側クラッド層)114、及び、p−GaAs層(上側コンタクト層)115を積層させた積層構造である。ここで、例えば、z>yかつx>yとすると、半導体エピタキシャル層104は、n−AlyGa1−yAs層(活性層)113を発光層とするダブルへテロ・エピタキシャル層構造の発光ダイオードになる。なお、半導体エピタキシャル層104の構成材料、層数は、上記した例に限定されず、また、半導体エピタキシャル層104に形成される半導体素子の種類も発光ダイオードに限定されない。
Semiconductor
また、剥離層103は、例えば、AltGa1−tAs層(0≦t≦1)である。また、剥離層103は、AlAs層とすることができる。剥離層103の構成材料は、半導体エピタキシャル層104の構成材料に応じて選択すればよい。さらに、剥離層103が形成される基板も、図示されたGaAs基板101とGaAsバッファ層102の積層構造に限定されない。
Further, the
次に、半導体エピタキシャル層104を基板から剥離する手順を説明する。図3から図6(a),(b)までは、半導体エピタキシャル層104の剥離工程を概略的に示す断面図(その1〜5)である。
Next, a procedure for peeling the semiconductor
半導体エピタキシャル層104の剥離に際しては、図3に示されるように、先ず、半導体エピタキシャル層104上にエッチングマスク120を形成する。次に、図4に示されるように、例えば標準的なフォトリソグラフィー方法により、エッチングマスク120にエッチング溝パターン130を形成する。次に、図5に示されるように、半導体エピタキシャル層104、剥離層103、及びGaAsバッファ層102にエッチング溝131を形成する。このエッチング溝形成では、例えば硫酸過水(硫酸+H2O2+H2O)又は燐酸過水(燐酸+H2O2+H2O)を用いることができる。また、ここでは、エッチング溝131がGaAsバッファー層に到達するエッチング溝を示したが、エッチング溝131は少なくとも剥離層が露出するように形成すればよい。次に、エッチング液に浸漬することによって、図6(a)に示される剥離層103をエッチング除去して、図6(b)に示されるように、半導体エピタキシャル層104を基板から剥離する。
When the semiconductor
剥離された半導体エピタキシャル層104は、半導体エピタキシャルフィルム104aとして異種基板上(例えば、駆動IC回路が形成されたSi基板上に直接、又は、Si基板上に形成されたメタル層上)にボンデイングされる。ボンデシングされた半導体エピタキシャルフィルム104aがSi基板に対して良好な密着力を得るためには、半導体エピタキシャルフィルム104aの剥離面105に高い平坦性が要求される。半導体エピタキシャルフィルム104aの剥離面105の平坦性が悪い場合には、半導体エピタキシャルフィルム104aをSi基板に対して良好に接合することができなくなる。図7は、半導体エピタキシャルフィルム104aの剥離面105に起伏が形成され、また、剥離面105の端部付近に異物202が付着して、平坦性が悪い場合を概念的に示す図である。この場合には、図7に示されるように、半導体エピタキシャルフィルム104aをSi基板201に対して良好に接合することができなくなる。
The peeled semiconductor
次に、半導体エピタキシャルフィルム104aの剥離面105の表面粗さの測定結果を説明する。測定は、剥離層103をAlAs層とし、剥離層103の厚さが200nm,100nm,50nm,20nmの場合について行った。測定は、半導体エピタキシャルフィルム104aの剥離面105をAFM(原子間力顕微鏡)で測定することによって行った。測定結果を図8に示す。図8において、横軸は剥離層103の厚さ(nm)を示し、縦軸は剥離面105の平均表面粗さRa(nm)又は最大表面粗さRmax(nm)を示す。図8において、白丸は平均表面粗さRa(nm)の測定点を示し、黒丸は最大表面粗さRmax(nm)の測定点を示す。図8からわかるように、剥離層103の厚さが10nm以上200nm未満であれば、半導体エピタキシャルフィルム104aの剥離面105の表面粗さを、他の基板にボンディング可能な範囲に抑制することができる。ただし、ただし、剥離面105にさらに高い平坦度を要求する場合には、許容される剥離層103の厚さの範囲を狭くする必要がある。
Next, the measurement result of the surface roughness of the
図8からわかるように、剥離層103の厚さが50nmで半導体エピタキシャルフィルム104aの剥離面105の表面粗さは最小になる。また、剥離層103の厚さが50nmよりも厚くなると半導体エピタキシャルフィルム104aの剥離面105の表面粗さは増加し、剥離層103の厚さが50nmよりも薄くなると半導体エピタキシャルフィルム104aの剥離面105の表面粗さは増加する。
As can be seen from FIG. 8, when the thickness of the
剥離層103の厚さが大きくなると、剥離面105の表面粗さが増加する理由を説明する。剥離層103は、GaAs基板101上のバッファ層102と半導体エピタキシャル層104との間の狭い(薄い)領域にあり、エッチング液が剥離層103のある狭い領域に浸透しながら剥離層103のエッチングが進行する。剥離層103の厚さを大きくすると、剥離層103のエッチング速度が低下する。これには、以下の2つの理由が考えられる。
1)エッチングする剥離層103の体積が増える。
2)剥離層103が厚くなると、剥離層103のエッチング進行によりLEDエピタキシャルフィルム104と基板との間の空隙によってLEDエピタキシャルフィルム104が変形(例えば、LEDエピタキシャルフィルム104の剥離面105が基板の剥離面に接近して、両者の空隙を狭めるように変形する)し、この変形に起因してエッチング領域(エッチングスペース)にエッチング液が浸透し難くなる(即ち、エッチング液の浸透が阻害される)。エッチング液の浸透速度が遅くなると、エッチング液に溶解した成分(剥離層103がAlAs層である場合には、AlやAs)の、エッチング領域における濃度が高くなり、その高濃度の溶解成分がエッチング領域に滞留する時間も長くなる。その結果、一旦剥離層103がエッチングされて露出したGaAs層の表面溶解成分が堆積又は再結晶化することが起こり得る。Asは、Alと比較して、GaやAsとの結合エネルギーが小さいので、AsよりもむしろAlがGaAs表面に堆積又は再結晶化し易いと考えられる。実際に、GaAs表面の平坦性を悪くしている堆積物又は再結晶化物を定性分析した。その結果、堆積物又は再結晶化物はAl又はAlのフッ化物(Al−F)であることが確認された。Alのフッ化物が確認された原因は、エッチング液としてHF液を使ったことによると考えられる。
The reason why the surface roughness of the
1) The volume of the
2) When the
このように、LEDエピタキシャルフィルム104の剥離面(GaAs表面)105上には、Al(エッチング液としてHF液を使った場合にはAlのフッ化物も含まれる)が堆積又は再結晶化して、表面粗さを増加させている。また、表面への堆積又は再結晶化の現象は、剥離層103のエッチング速度と関係があり、エッチング速度の減少に伴って、表面への堆積又は再結晶化の現象がより顕著(より大きな堆積領域又は再結晶化領域)になっていくと考えらる。
Thus, on the peeling surface (GaAs surface) 105 of the
次に、剥離層103の厚さが小さくなると、剥離面105の表面粗さが増加する理由を説明する。既に、剥離層103の厚さの増加に伴う現象について説明したが、剥離層103が非常に薄くなった場合にも、剥離層103の厚さが非常に薄いことによって浸透スペースが狭くなり、エッチング液が浸透し難くなると考えられる。したがって、剥離層103が非常に薄くなった場合にも、上で述べた剥離層103の厚さの増加に伴う現象と同様に、LEDエピタキシャルフィルム104上にエッチング液へ溶解した剥離層成分の堆積又は再結晶化の現象が促進されると考えられる。
Next, the reason why the surface roughness of the peeling
図8に示したように、剥離層(AlAs層)103の厚さTが、20nm≦T≦100nmの範囲で、平均表面粗さRaは、T=50nmの場合に最小でRa=0.3nmである。また、測定領域内における最大高低差(最大表面粗さRmax)についても、T=50nmのときに最小になりRmax=3.4nmである。また、LEDエピタキシャルフィルム104の平坦性として少なくともRa=1nm以下、Rmax=8nm以下であれば良好なボンディングを行うことができる。
As shown in FIG. 8, when the thickness T of the release layer (AlAs layer) 103 is in the range of 20 nm ≦ T ≦ 100 nm, the average surface roughness Ra is at least Ra = 0.3 nm when T = 50 nm. It is. The maximum height difference (maximum surface roughness Rmax) in the measurement region is also minimum when T = 50 nm, and Rmax = 3.4 nm. Further, if the flatness of the
次に、50nm≦T≦100nmの範囲のデータを使い、d≧50nmの範囲で、
Rmax[nm]
=a×(d[nm]−50[nm])2+b×(d[nm]−50[nm])+c
…(1)
を仮定して、100nm≦T≦200nmの範囲を補完し、式(1)で50nm≦T≦100nmの範囲のデータを使うと、a=1.93×10−9、b=−0.0725、c=3.4となり、Rmax=8nmとなるdを求めると、d=122nmとなる。若干の許容を持たせてRmax=10nmを最大表面粗さRmaxの限度とすると、d=130nmを得る。また、平均表面粗さRaについて、50nm≦T≦100nmの範囲のデータを使って、d≧50nmの範囲で、
Ra[nm]
=a×(d[nm]−50[nm])2+b×(d[nm]−50[nm])+c
…(2)
を仮定して、100nm≦T≦200nmの範囲を補完し、式(2)で50nm≦T≦100nmの範囲のデータを使うと、a=1.93×10−4、b=−5.65×10−3、c=0.3を得る。Ra=1.00nmとなるdを求めると、d=127nmとなり、おおよそ、d=130nmを得る。
Next, using data in the range of 50 nm ≦ T ≦ 100 nm, in the range of d ≧ 50 nm,
Rmax [nm]
= A × (d [nm] −50 [nm]) 2 + b × (d [nm] −50 [nm]) + c
... (1)
Assuming that the range of 100 nm ≦ T ≦ 200 nm is supplemented and the data in the range of 50 nm ≦ T ≦ 100 nm is used in equation (1), a = 1.93 × 10 −9 , b = −0.0725 , C = 3.4, and d for Rmax = 8 nm is obtained, d = 122 nm. If Rmax = 10 nm is the limit of the maximum surface roughness Rmax with some tolerance, d = 130 nm is obtained. Further, for the average surface roughness Ra, using data in the range of 50 nm ≦ T ≦ 100 nm, in the range of d ≧ 50 nm,
Ra [nm]
= A × (d [nm] −50 [nm]) 2 + b × (d [nm] −50 [nm]) + c
... (2)
Assuming that the range of 100 nm ≦ T ≦ 200 nm is supplemented and the data in the range of 50 nm ≦ T ≦ 100 nm is used in equation (2), a = 1.93 × 10 −4 , b = −5.65 × 10 −3 , c = 0.3 is obtained. When d which satisfies Ra = 1.00 nm is obtained, d = 127 nm, and approximately d = 130 nm is obtained.
さらに、剥離層103の厚さが20nm未満の場合について、d≦50nmの範囲で、
Ra[nm]=α×(50[nm]−d[nm])2+β …(3)
を仮定して外挿すると、α=4.44×10−4,β=0.3を得る。ここで、Ra=1nmとなるようなdを求めると、d=10nmを得る。したがって、剥離層103の厚さの下限としてRa=1nmとなるようなdを求めると、d=10nmを得る。したがって、剥離層103の厚さの下限を10nmとすることができる。
Furthermore, in the case where the thickness of the
Ra [nm] = α × (50 [nm] −d [nm]) 2 + β (3)
Is extrapolated to obtain α = 4.44 × 10 −4 , β = 0.3. Here, when d is obtained such that Ra = 1 nm, d = 10 nm is obtained. Therefore, when d is determined such that Ra = 1 nm as the lower limit of the thickness of the
以上述べたように、10nm≦T≦130nmの範囲内であれば、Raが1nm以下又はRmaxが10nm以下となり、良好なボンディングができる。 As described above, if it is within the range of 10 nm ≦ T ≦ 130 nm, Ra is 1 nm or less or Rmax is 10 nm or less, and good bonding can be performed.
また、より好ましい条件を考えると、LEDエピタキシャルフィルム104の剥離面105の平坦性としてRa=0.5nm、Rmax=5nmとなるようにする。Ra=0.5nm、Rmax=5nmとなるような剥離層(AlAs層)103の厚さ範囲を求めると、図8の結果から、剥離層103の膜厚範囲は、30nm≦T≦100nmとすればよい。
Considering more preferable conditions, the flatness of the peeling
図9は、剥離層103の厚さが200nmである場合における半導体エピタキシャルフィルムの剥離面の電子顕微鏡写真であり、図10は、図9の一部の拡大写真である。図9は、半導体エピタキシャル層104を幅100μm、長さ8mmで剥離した後の剥離面であり、図10は、剥離面の端部付近の拡大写真である。また、図11は、剥離層の厚さが50nmである場合に、半導体エピタキシャル層104を幅100μm、長さ8mmで剥離した後の剥離面の光学顕微鏡写真である。図9及び図10に示されるように、剥離層103の厚さが200nmの場合には、若干の異物が存在するが、図11に示されるように、剥離層103の厚さが50nmの場合には、ほとんど異物が存在しない。
FIG. 9 is an electron micrograph of the peeling surface of the semiconductor epitaxial film when the thickness of the
以上説明したように、第1の実施形態の半導体ウェハ100においては、剥離層103の厚さを適切な範囲内にすることによって、半導体エピタキシャルフィルム104aの剥離面105の平坦性を極めて高くすることができるので、半導体エピタキシャルフィルム104aを他の基板にボンディングしたときの密着力を高めることができる。
As described above, in the
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。先ず、図1(第1の実施形態)に示される半導体チップ100を用意する。次に、図2から図5までに示される手順に従い、エッチングマスク120を用いて、半導体エピタキシャル層104をパターニングし、エッチング溝131を形成する。次に、図6(a)及び(b)に示される手順に従い、剥離層103をエッチングする。
<Second Embodiment>
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described. First, the
剥離層103がAlAs又はAlxGa1−xAs系材料からなる場合には、エッチング液としてHF(フッ酸)液を用いることができる。HF液の濃度は、通常10%であるが、1%〜50%程度の範囲内で適宜選択できる。HF液の濃度を選択する際には、剥離工程においてLEDエピタキシャルフィルム104を支持する支持体の耐性、支持体と半導体層表面との密着性が保持できるかどうかといった条件を考慮して、上限値を適宜決定すればよい。また、HF液の濃度を下げるとエッチング速度が低下するが、HF液の濃度の下限値は、エッチング速度を判断基準にして適宜選択すればよい。
In the case where the
また、エッチング液の温度は、0℃〜60℃程度の範囲内で適宜選択することができる。高温側では、エッチング液と剥離層103との反応速度が速くなるが、反応に伴う発泡(H2発生)によって、エッチング液と剥離層103との接触の阻害が起こること、熱膨張に伴ってエッチング液の浸透が阻害される方向に半導体エピタキシャル層104が変形することが、考えられるため、高温側の温度条件は、エッチング速度を判断基準にして選択すればよい。低温側では、反応速度が低下するが、半導体エピタキシャル層104の変形が、エッチングを促進する方向に変形するので、この変形によるエッチングの増加が考えられる。低温側の条件についても、エッチング速度を判断基準として選択すればよい。
Moreover, the temperature of the etching solution can be appropriately selected within a range of about 0 ° C to 60 ° C. On the high temperature side, the reaction rate between the etchant and the
さらに、エッチング液としては、HFに代えて、塩化水素酸(HCl)、臭化水素酸(HBr)が使用できる。これらのエッチング液の濃度としては、1%〜30%程度の範囲内であり、温度は、0℃〜25℃程度の範囲内である。また、剥離層103が、(AlxGa1−x)yIn1−yP層である場合には、エッチング液として、塩酸(濃度1%〜30%程度、0℃〜25℃程度の塩酸、又は、塩酸と燐酸と水を混合したエッチング液を使用できる。さらに、剥離層103がAlNである場合には、エッチング液として、熱燐酸(50℃〜100℃程度)が使用できる。また、剥離層103をAl2O3とすることもできる。
Further, hydrochloric acid (HCl) or hydrobromic acid (HBr) can be used as an etchant instead of HF. The concentration of these etching solutions is in the range of about 1% to 30%, and the temperature is in the range of about 0 ° C to 25 ° C. When the
次に、半導体エピタキシャル層104を剥離することによって得られた半導体エピタキシャルフィルム104aを異種基板(例えば、駆動ICを備えたSi基板上に直接、又は、Si基板上に形成されたメタル層)上にボンディングする。その後、半導体エピタキシャルフィルム104aの個別動作領域(発光部)上から基板上に至る領域に薄膜配線層を形成する。以上の工程によって製造された半導体装置の一部を示す概略的な斜視図を図12に図示する。図12において、201はSi基板、211はメタル層、212は個別配線層(薄膜配線)、213はSi基板内に形成された駆動ICである。
Next, the
以上説明したように、第2の実施形態の半導体装置の製造方法によれば、平坦性の極めて高い半導体エピタキシャルフィルム104aを基板にボンディングすることができるので、半導体エピタキシャルフィルム10aと基板201間の密着力に優れた半導体装置を得ることができる。
As described above, according to the manufacturing method of the semiconductor device of the second embodiment, the
<第3の実施形態>
図13は、本発明の第3の実施形態に係る半導体ウェハを概略的に示す断面図である。
<Third Embodiment>
FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor wafer according to the third embodiment of the present invention.
図13に示されるように、半導体ウェハ300は、GaAs基板301と、その上に形成された剥離層(犠牲層)303と、剥離層303上に形成された半導体エピタキシャル層304とを有しており、剥離層の厚さを10nm以上200nm未満の範囲内の値としている。
As shown in FIG. 13, the
半導体エピタキシャル層304は、剥離層303側から順に、例えば、n−GaAs層(下側コンタクト層)311、n−AlxGa1−xAs層(下側クラッド層)312、n−AlyGa1−yAs層(活性層)313、p−AlzGa1−zAs層(上側クラッド層)314、及び、p−GaAs層(上側コンタクト層)315を積層させた積層構造とすることができる。ここで、例えば、z>yかつx>yとすると、半導体エピタキシャル層304は、n−AlyGa1−yAs層(活性層)313を発光層とするダブルへテロ・エピタキシャル層構造の発光ダイオードになる。
The
剥離層303は、AltGa1−tAs層(x<t<1)である。剥離層303は、例えば、Al0.95Ga0.05As層である。なお、半導体エピタキシャル層304の構成材料、層数は、上記した例に限定されず、また、半導体エピタキシャル層304に形成される半導体素子の種類も発光ダイオードに限定されない。さらに、剥離層303が形成される基板も、図示されたGaAs基板301に限定されない。
The
実施の形態3の場合にも、剥離層303のエッチングに際して、上記実施の形態1の場合と同様の反応が生じるので、実施の形態1の場合と同様の効果が得られる。なお、実施の形態3において、上記以外の点は、上記第1の実施形態の場合と同じである。また、半導体ウェハ300を第2実施形態の製造方法に使用することもできる。
Also in the case of the third embodiment, the same reaction as in the first embodiment occurs when the
<第4の実施形態>
図14は、本発明の第4の実施形態に係る半導体ウェハを概略的に示す断面図である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor wafer according to the fourth embodiment of the present invention.
図14に示されるように、半導体ウェハ400は、GaAs基板401と、GaAsバッファ層402と、その上に形成された剥離層(犠牲層)403と、剥離層403上に形成された半導体エピタキシャル層404とを有しており、剥離層の厚さを10nm以上200nm未満の範囲内の値としている。
As shown in FIG. 14, a
剥離層403は、例えば、AlAs層である。また、半導体エピタキシャル層404は、剥離層403側に、n−(AlxGa1−x)yIn1−yP層411、例えば、n−(AlxGa1−x)0.51In0.49P層を含む。n−(AlxGa1−x)yIn1−yP層411の上層は、特に限定されないが、例えば、発光ダイオードなどの半導体素子を有する構成とする。さらに、剥離層403が形成される基板も、図示されたものに限定されない。
The
実施の形態4の場合にも、剥離層403のエッチングに際して、上記実施の形態1の場合と同様の反応が生じるので、実施の形態1の場合と同様の効果が得られる。なお、実施の形態4において、上記以外の点は、上記第1の実施形態の場合と同じである。また、半導体ウェハ400を第2実施形態の製造方法に使用することもできる。
Also in the case of the fourth embodiment, the same reaction as in the first embodiment occurs when the
<他の変形例>
なお、基板と半導体エピタキシャル層との間の剥離層を(AlxGa1−x)yIn1−yP層とすることができる。この場合には、この剥離層を塩酸(例えば、室温)、又は、塩酸と燐酸と水の混合液(例えば、30℃)によってエッチングすることができる。この場合にも、剥離層が半導体基板や半導体エピタキシャル層をほとんどエッチングせずに、剥離層を選択的にエッチング除去することができる。
<Other variations>
Incidentally, it is possible to make the release layer between the substrate and the semiconductor epitaxial layer (Al x Ga 1-x) y In 1-y P layer. In this case, the release layer can be etched with hydrochloric acid (for example, room temperature) or a mixed solution of hydrochloric acid, phosphoric acid, and water (for example, 30 ° C.). Also in this case, the peeling layer can be selectively removed by etching without almost etching the semiconductor substrate or the semiconductor epitaxial layer.
また、GaN、InGaN、AlGaN、AlInN等のIII−IV族の窒化物材料を半導体薄膜層とした場合にも、半導体薄膜層と基板との間の剥離層としてAlN層を設け、この剥離層を熱燐酸(例えば、80℃)によってエッチング除去することができる。この場合にも、剥離層が半導体基板や半導体エピタキシャル層をほとんどエッチングせずに、剥離層を選択的にエッチング除去することができる。 Also, when a III-IV group nitride material such as GaN, InGaN, AlGaN, AlInN is used as the semiconductor thin film layer, an AlN layer is provided as a peeling layer between the semiconductor thin film layer and the substrate. It can be removed by etching with hot phosphoric acid (eg, 80 ° C.). Also in this case, the peeling layer can be selectively removed by etching without almost etching the semiconductor substrate or the semiconductor epitaxial layer.
上記実施形態の説明では、半導体エピタキシャルフィルム内に素子を設ける前に半導体エピタキシャル層を剥離する例を具体例として述べたが、半導体エピタキシャル層内に素子を形成した後に、半導体エピタキシャル層を剥離する場合にも、本発明を適用することができる。例えば、半導体エピタキシャル層を下から順にn型GaAs/n型AlxGa1−xAs/n型AlyGa1−yAs/n型AlzGa1−zAs/n型GaAsとして、上面から活性層(n型AlyGa1−yAs)に拡散フロントが至るようなZn拡散を選択的に行って、LEDアレイ(pn接合の配列)を形成した後に、第1の実施形態で説明した方法と同様に、半導体エピタキシャル層を剥離することができる。 In the description of the above embodiment, the example in which the semiconductor epitaxial layer is peeled off before providing the element in the semiconductor epitaxial film has been described as a specific example. However, after the element is formed in the semiconductor epitaxial layer, the semiconductor epitaxial layer is peeled off. Also, the present invention can be applied. For example, the semiconductor epitaxial layer is formed as n-type GaAs / n-type Al x Ga 1-x As / n-type Al y Ga 1-y As / n-type Al z Ga 1-z As / n-type GaAs in order from the bottom. As described in the first embodiment, Zn diffusion is performed so that the diffusion front reaches the active layer (n-type Al y Ga 1-y As) to form an LED array (arrangement of pn junctions). Similar to the method, the semiconductor epitaxial layer can be peeled off.
また、半導体エピタキシャル層をボンディングする異種基板は、Si基板でなくともよい。例えば、ガラス基板、金属基板、セラミック基板などであってもよい。異種基板上への半導体エピタキシャル層のボンディングは、直接基板表面にボンディングしてもよいし、基板上にメタル層、絶縁膜層などを設け、その上にボンディングしてもよい。 Further, the heterogeneous substrate for bonding the semiconductor epitaxial layer may not be the Si substrate. For example, a glass substrate, a metal substrate, a ceramic substrate, etc. may be used. Bonding of the semiconductor epitaxial layer on the different substrate may be performed directly on the surface of the substrate, or a metal layer, an insulating film layer, or the like may be provided on the substrate and bonded thereto.
100,300,400 半導体ウェハ、
101,301,401 GaAs基板、
102,402 GaAsバッファ層、
103,303,403 剥離層、
104,304,404 半導体エピタキシャル層、
104a 半導体エピタキシャルフィルム(剥離された半導体エピタキシャル層)、
105 半導体エピタキシャルフィルムの剥離面、
111,311,411 下側コンタクト層、
112 下側クラッド層、
113 活性層、
114 上側クラッド層、
115 上側コンタクト層、
120 エッチングマスク、
130 エッチングマスクのエッチング溝パターン、
131 LEDエピタキシャル層及び剥離層のエッチング溝、
200 半導体装置、
201 異種基板、
202 異物、
211 メタル層、
212 個別配線層(薄膜配線)、
213 Si基板内に形成された駆動IC。
100, 300, 400 semiconductor wafer,
101, 301, 401 GaAs substrate,
102, 402 GaAs buffer layer,
103,303,403 release layer,
104, 304, 404 Semiconductor epitaxial layer,
104a Semiconductor epitaxial film (peeled semiconductor epitaxial layer),
105 peeling surface of the semiconductor epitaxial film,
111, 311, 411 Lower contact layer,
112 lower cladding layer,
113 active layer,
114 upper cladding layer,
115 upper contact layer,
120 etching mask,
130 Etching groove pattern of etching mask,
131 Etch grooves of LED epitaxial layer and release layer,
200 semiconductor devices,
201 heterogeneous substrates,
202 Foreign matter,
211 metal layer,
212 Individual wiring layer (thin film wiring),
213 Drive IC formed in the Si substrate.
Claims (15)
前記基板上に形成された剥離層と、
前記剥離層上に形成された半導体エピタキシャル層とを有し、
前記剥離層の厚さが10nm以上200nm未満であることを特徴とする半導体ウェハ。 A substrate,
A release layer formed on the substrate;
A semiconductor epitaxial layer formed on the release layer;
A semiconductor wafer, wherein a thickness of the release layer is 10 nm or more and less than 200 nm.
エッチングマスクにより、前記半導体エピタキシャル層をパターニングし、エッチング溝を形成する工程と、
前記剥離層をエッチングする工程と、
前記半導体エピタキシャル層を剥離することによって得られた半導体エピタキシャルフィルムを他の基板上にボンディングする工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Preparing a semiconductor wafer according to any one of claims 1 to 13;
Patterning the semiconductor epitaxial layer with an etching mask to form an etching groove;
Etching the release layer;
Bonding the semiconductor epitaxial film obtained by peeling the semiconductor epitaxial layer onto another substrate.
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, further comprising a step of forming a thin film wiring layer in a region from the semiconductor epitaxial film after bonding to the other substrate.
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