JP2007081255A - Method for manufacturing semiconductor lamination - Google Patents

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Shen Fon Chin
チンシェンフォン
Tsutomu Uesugi
勉 上杉
Toru Kachi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor layer of gallium nitride where cracks are hardly generated. <P>SOLUTION: A method for manufacturing a semiconductor lamination comprises a first process for forming wall sections 22 that are extended in almost vertical directions from the surface of a silicon substrate 10 and comparts the surface of the substrate 10 into a plurality of regions, a second process for forming semiconductor layers 42 by performing crystal growth on gallium nitride of a semiconductor material different from that of the substrate 10 from each region on the surface of the substrate 10 comparted by the sections 22, and a third process for forming a plurality of semiconductor laminations by dicing the layers 42 along at least a part of planer patterns of the sections 22 and allowing the layers 42 to be laminated on the surface of the substrate 10. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体基板の表面に半導体基板と異なる材料の半導体層が積層されている半導体積層体を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor stacked body in which a semiconductor layer made of a material different from a semiconductor substrate is stacked on the surface of a semiconductor substrate.

窒化ガリウムは、高い破壊電界強度と高い飽和電子移動度を備えている。このため、窒化ガリウムを利用する半導体装置は、高耐圧、高周波、高温動作を実現すると期待されている。ところが、窒化ガリウムは、例えば汎用品のシリコンに比べると、極めて高価である。このため、安価なシリコン基板上に窒化ガリウムを結晶成長し、半導体装置を作り込むのに必要な厚みを有する窒化ガリウムの半導体層を形成する技術の開発が進められている。   Gallium nitride has a high breakdown field strength and a high saturation electron mobility. For this reason, a semiconductor device using gallium nitride is expected to realize high breakdown voltage, high frequency, and high temperature operation. However, gallium nitride is extremely expensive compared to, for example, general-purpose silicon. For this reason, the development of a technique for growing a gallium nitride semiconductor layer having a thickness necessary for crystal growth of gallium nitride on an inexpensive silicon substrate and making a semiconductor device is underway.

窒化ガリウムとシリコンの熱膨張係数は大きく異なっている。このため、シリコン基板の全体表面に所定の厚みを有する窒化ガリウムの半導体層を形成すると、温度変化等によって両者間に熱膨張差が生じる。この熱膨張差に基づく過大な応力が半導体層に加わると、半導体層にクラックが発生してしまう。
特許文献1には、シリコン基板の表面に、開口が分散して設けられた酸化シリコン層を形成し、その開口において露出しているシリコン基板から窒化ガリウムを結晶成長させる技術が開示されている。特許文献1によると、開口と開口の間の距離が広く確保されている。このため、開口において露出しているシリコン基板から結晶成長してきた窒化ガリウムは、開口と開口の間の酸化シリコン層の表面を横方向に結晶成長することができない。特許文献1によると、窒化ガリウムの半導体層は開口の上方のみに選択的に形成される。窒化ガリウムの半導体層は、酸化シリコン層の上方において空間的に分離される。窒化ガリウムの半導体層が空間的に分離されることによって、シリコン基板と窒化ガリウムの半導体層の間の熱膨張差に基づく応力が低減され、半導体層にクラックが発生することが防止される。
The thermal expansion coefficients of gallium nitride and silicon are very different. For this reason, when a gallium nitride semiconductor layer having a predetermined thickness is formed on the entire surface of the silicon substrate, a difference in thermal expansion occurs between the two due to a temperature change or the like. When excessive stress based on this thermal expansion difference is applied to the semiconductor layer, cracks are generated in the semiconductor layer.
Patent Document 1 discloses a technique in which a silicon oxide layer having openings dispersed therein is formed on the surface of a silicon substrate, and gallium nitride is crystal-grown from the silicon substrate exposed in the openings. According to Patent Document 1, a wide distance between the openings is ensured. For this reason, the gallium nitride crystal grown from the silicon substrate exposed in the opening cannot crystal grow laterally on the surface of the silicon oxide layer between the openings. According to Patent Document 1, the gallium nitride semiconductor layer is selectively formed only above the opening. The gallium nitride semiconductor layer is spatially separated above the silicon oxide layer. The spatial separation of the gallium nitride semiconductor layer reduces stress based on the difference in thermal expansion between the silicon substrate and the gallium nitride semiconductor layer, and prevents the semiconductor layer from cracking.

特開平11−186178号公報JP-A-11-186178

しかしながら、特許文献1では、開口と開口の間の距離が広く確保されているので、一つのシリコン基板から得られる窒化ガリウムの半導体層の合計の面積が小さい。このため、効率良く窒化ガリウムの半導体層を製造することができない。
なお、この種の課題はシリコン基板と窒化ガリウムの組合せ以外においても生じ得る。例えば、サファイア基板、SiC基板等の半導体基板と、III-V族化合物半導体(典型的には、一般式がAlXGaYIn1-X-YN(ただし、0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦1−X−Y≦1)で表される)の半導体層の組合せにおいても生じ得る。即ち、本発明が解決しようとする課題は、半導体基板の表面に半導体基板と異なる材料の半導体層が積層されている半導体積層体において一般的に生じ得る。
本発明は、半導体基板と半導体層の間の熱膨張差に基づくクラックの発生を抑制するとともに、製造コストの削減にも寄与する方法を提案する。
However, in Patent Document 1, since the distance between the openings is widely secured, the total area of the gallium nitride semiconductor layers obtained from one silicon substrate is small. For this reason, a gallium nitride semiconductor layer cannot be manufactured efficiently.
Note that this type of problem may occur in other than the combination of a silicon substrate and gallium nitride. For example, a semiconductor substrate such as a sapphire substrate or a SiC substrate and a III-V group compound semiconductor (typically, Al X Ga Y In 1-XY N (where 0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1 and 0 ≦ 1-X−Y ≦ 1)), which may also occur. That is, the problem to be solved by the present invention can generally occur in a semiconductor stacked body in which a semiconductor layer made of a material different from the semiconductor substrate is stacked on the surface of the semiconductor substrate.
The present invention proposes a method of suppressing the generation of cracks based on the difference in thermal expansion between a semiconductor substrate and a semiconductor layer and contributing to a reduction in manufacturing cost.

本発明では、半導体層と半導体層が空間的に分離されていない。半導体層と半導体層は、壁部を介して分離されている。壁部には、特許文献1の空間を利用するほどの面積は必要とされない。半導体層と半導体層の間に壁部が介在していることによって、半導体層は複数に分割されている。半導体層が複数に分割されていることによって、個々の半導体層の面積は小さく制限されている。個々の半導体層の面積が小さいと、半導体基板との間の熱膨張差に応じて半導体層に応力が加わったとしても、半導体層はその応力に耐えることができる。また、介在する壁部が収縮膨張することによって、半導体層に加わる応力を緩和することができる。これにより、半導体層にクラックが発生することが抑制される。本発明では、個々の半導体層の面積は小さく制限されているが、一つの半導体基板上に形成されている半導体層の合計の面積は大きい。このため、一つの半導体基板から得られる半導体層の面積は大きく、製造コストを抑えることができる。
なお、特許文献1の酸化シリコン層は、広義に捉えれば、開口と開口の間において「壁部」として存在しているかもしれない。しかしながら、特許文献1の酸化シリコン層は、開口の面積に比して酸化シリコン層の面積が極めて大きく形成されており、これを壁部と観念することはできない。特許文献1の酸化シリコン層は、本明細書でいう壁部とは全く別異なものである。したがって、特許文献1の酸化シリコン層が、本発明の壁部を想到する動機になるものではないことは明白である。
ここで、本明細書で使用される「半導体機能構造」に関して説明する。「半導体機能構造」とは、例えば不純物が導入された複数の半導体領域の組合せによって特定の機能を発揮することができる構造のことをいう。典型的には、スイッチング用のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等が含まれる。その他に、マイクロマシン等の構造も含まれる。
In the present invention, the semiconductor layer and the semiconductor layer are not spatially separated. The semiconductor layer and the semiconductor layer are separated via a wall portion. The wall is not required to have an area enough to use the space disclosed in Patent Document 1. Since the wall portion is interposed between the semiconductor layers, the semiconductor layer is divided into a plurality of parts. Since the semiconductor layer is divided into a plurality of parts, the area of each semiconductor layer is limited to be small. When the area of each semiconductor layer is small, even if a stress is applied to the semiconductor layer according to a difference in thermal expansion between the semiconductor layer and the semiconductor substrate, the semiconductor layer can withstand the stress. In addition, the stress applied to the semiconductor layer can be relaxed by contracting and expanding the intervening wall portion. Thereby, the occurrence of cracks in the semiconductor layer is suppressed. In the present invention, the area of each semiconductor layer is limited to be small, but the total area of the semiconductor layers formed on one semiconductor substrate is large. For this reason, the area of the semiconductor layer obtained from one semiconductor substrate is large, and the manufacturing cost can be suppressed.
Note that the silicon oxide layer of Patent Document 1 may be present as a “wall portion” between the openings if viewed in a broad sense. However, the silicon oxide layer of Patent Document 1 is formed so that the area of the silicon oxide layer is extremely larger than the area of the opening, and this cannot be considered as a wall portion. The silicon oxide layer of Patent Document 1 is completely different from the wall portion referred to in this specification. Therefore, it is clear that the silicon oxide layer of Patent Document 1 is not a motivation for conceiving the wall portion of the present invention.
Here, the “semiconductor functional structure” used in this specification will be described. The “semiconductor functional structure” refers to a structure that can exhibit a specific function by a combination of a plurality of semiconductor regions into which impurities are introduced, for example. Typically, switching MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and the like are included. In addition, a structure such as a micromachine is also included.

本発明で創作された製造方法は、半導体基板の表面に半導体基板と異なる材料の半導体層が積層されている半導体積層体を製造する方法に具現化される。本発明の製造方法は、少なくとも以下の3つの工程を備えている。第1工程では、半導体基板の表面に、半導体基板の表面から略垂直方向に伸びており、半導体基板の表面を複数の領域に区画している壁部を形成する。第2工程では、壁部によって区画されている半導体基板の表面の各々の領域から、半導体基板と異なる半導体材料を結晶成長させて半導体層を形成する。第3工程では、壁部の平面パターンの少なくとも一部に沿ってダイシングし、半導体基板に半導体層が積層されている半導体積層体の複数個を形成する。
第2工程まで実施すると、半導体基板上には、壁部によって複数に分割された半導体層が形成される。半導体層と半導体層の間には壁部が介在している。なお、半導体層の一部が壁部を超えて連続していてもよい。この場合も、半導体層の大部分は壁部によって隔てられており、実質的には半導体層が壁部によって複数に分割されていると評価することができる。半導体層が複数に分割されていると、個々の半導体層の面積が小さく制限される。個々の半導体層の面積が小さいと、半導体基板との間の熱膨張差に応じて応力が半導体層に加わったとしても、半導体層はその応力に耐えることができる。また、介在する壁部が収縮膨張することによって、半導体層に加わる応力を緩和することができる。これにより、半導体層にクラックが発生することが抑制される。
また、第3工程を実施することによって、半導体基板に半導体層が積層されている半導体積層体を得ることができる。半導体積層体の面積には、チップとして最終的に要求される面積が確保されている。即ち、本発明は、クラックが発生し易い大面積の半導体層を形成した後にチップサイズに分割するのではなく、壁部によって半導体層をチップサイズに予め分割しておく。これにより、クラックが低減された良質な半導体層を得ることができる。また、ダイシングは壁部の平面パターンの少なくとも一部に沿って行われる。即ち、壁部はダイシングのスクライブ線に沿って形成されていることから、壁部を設けたとしても得られる半導体層の面積の実質的な低下を抑えることができる。本発明は、半導体基板上に効率的に半導体層を形成することができる。一つの半導体基板から多くの半導体層が得られる。
なお、ダイシングに関し、「壁部の平面パターンの少なくとも一部に沿って」とは、複数の半導体層を個々に切り出す場合の他に、複数の半導体層の一部を組み合わせて切り出す場合も含むことを意味する。また、ダイシングは、壁部の平面パターンに沿って実行すればよく、ダイシングの際に壁部が実際に存在しているか否かは問題とならない。
The manufacturing method created in the present invention is embodied in a method for manufacturing a semiconductor stacked body in which a semiconductor layer of a material different from that of a semiconductor substrate is stacked on the surface of the semiconductor substrate. The production method of the present invention comprises at least the following three steps. In the first step, a wall portion that extends in a substantially vertical direction from the surface of the semiconductor substrate and divides the surface of the semiconductor substrate into a plurality of regions is formed on the surface of the semiconductor substrate. In the second step, a semiconductor layer is formed by crystal growth of a semiconductor material different from the semiconductor substrate from each region on the surface of the semiconductor substrate partitioned by the wall portion. In the third step, dicing is performed along at least a part of the planar pattern of the wall portion to form a plurality of semiconductor stacked bodies in which semiconductor layers are stacked on a semiconductor substrate.
When implemented up to the second step, a semiconductor layer divided into a plurality of walls by the wall is formed on the semiconductor substrate. A wall portion is interposed between the semiconductor layers. Note that a part of the semiconductor layer may be continuous beyond the wall. Also in this case, most of the semiconductor layer is separated by the wall portion, and it can be evaluated that the semiconductor layer is substantially divided into a plurality of portions by the wall portion. When the semiconductor layer is divided into a plurality of parts, the area of each semiconductor layer is limited to be small. When the area of each semiconductor layer is small, even if a stress is applied to the semiconductor layer according to the difference in thermal expansion between the semiconductor layer and the semiconductor substrate, the semiconductor layer can withstand the stress. In addition, the stress applied to the semiconductor layer can be relaxed by contracting and expanding the intervening wall portion. Thereby, the occurrence of cracks in the semiconductor layer is suppressed.
Moreover, the semiconductor laminated body by which the semiconductor layer is laminated | stacked on the semiconductor substrate can be obtained by implementing a 3rd process. As the area of the semiconductor stacked body, an area finally required as a chip is secured. That is, according to the present invention, the semiconductor layer is divided into the chip size by the wall portion in advance, instead of dividing into the chip size after forming the semiconductor layer having a large area where cracks are likely to occur. Thereby, a good quality semiconductor layer with reduced cracks can be obtained. Further, dicing is performed along at least a part of the planar pattern of the wall portion. That is, since the wall portion is formed along the scribe line for dicing, even if the wall portion is provided, a substantial decrease in the area of the obtained semiconductor layer can be suppressed. The present invention can efficiently form a semiconductor layer on a semiconductor substrate. Many semiconductor layers can be obtained from one semiconductor substrate.
Regarding dicing, “along at least part of the planar pattern of the wall” includes not only cutting out a plurality of semiconductor layers individually but also including cutting out a part of a plurality of semiconductor layers. Means. Moreover, dicing should just be performed along the plane pattern of a wall part, and it does not become a problem whether the wall part actually exists in the case of dicing.

第1工程は、半導体基板上に酸化シリコン層を形成する工程と、酸化シリコン層の表面から半導体基板にまで達する複数の溝を形成する工程を備えていることが好ましい。
酸化シリコン層に複数の溝を形成すると、残部の酸化シリコン層を壁部とすることができる。
The first step preferably includes a step of forming a silicon oxide layer on the semiconductor substrate and a step of forming a plurality of grooves reaching the semiconductor substrate from the surface of the silicon oxide layer.
When a plurality of grooves are formed in the silicon oxide layer, the remaining silicon oxide layer can be used as a wall portion.

第2工程を、結晶成長した半導体層が、壁部の高さを超える前に停止することが好ましい。
これにより、壁部によって半導体層が複数に分割された状態を得ることができる。本発明の作用効果を有効に得ることができる。
It is preferable to stop the second step before the crystal-grown semiconductor layer exceeds the height of the wall.
Thereby, the state by which the semiconductor layer was divided | segmented into plurality by the wall part can be obtained. The effects of the present invention can be obtained effectively.

壁部の材料に、その表面からは半導体層が結晶成長しない材料が用いられているのが好ましい。この場合、第2工程では、半導体層が半導体基板の表面からのみ結晶成長することを特徴としている。
半導体層が壁部の表面からも結晶成長すると、壁部を超えて半導体層の大部分が連続してしまう。この場合、複数に分割された半導体層を得ることが困難になる場合がある。このため、壁部の材料には、その表面から半導体層が結晶成長しない材料が用いられるのが好ましい。壁部によって半導体層が複数に分割された状態を得ることができる。本発明の作用効果を有効に得ることができる。
It is preferable that the material of the wall portion is a material from which the semiconductor layer does not grow from the surface. In this case, the second step is characterized in that the semiconductor layer is crystal-grown only from the surface of the semiconductor substrate.
When the semiconductor layer is crystal-grown from the surface of the wall, most of the semiconductor layer continues beyond the wall. In this case, it may be difficult to obtain a semiconductor layer divided into a plurality of parts. For this reason, it is preferable to use a material that does not allow crystal growth of the semiconductor layer from the surface of the wall portion. A state where the semiconductor layer is divided into a plurality of portions by the wall portion can be obtained. The effects of the present invention can be obtained effectively.

第3工程は、壁部で形成された空間の平面パターンの少なくとも一部に沿ってダイシングし、半導体基板に半導体層が積層されている半導体積層体の複数個を形成することが好ましい。また、ダイシング前に前記壁部を除去することで空間を形成し、その空間の平面パターンの少なくとも一部に沿ってダイシングを行うことがより好ましい。
この場合、壁部を除去することによって、ダイシングブレード(切刃)がその空間に侵入して半導体基板を切断(又は割り溝を形成する)する。したがって、ダイシングの際に、半導体層が破損されることが抑制され、歩留まりを向上させることができる。
In the third step, it is preferable that dicing is performed along at least a part of the planar pattern of the space formed by the wall portion to form a plurality of semiconductor stacked bodies in which semiconductor layers are stacked on a semiconductor substrate. Moreover, it is more preferable to form a space by removing the wall portion before dicing, and to perform dicing along at least a part of the plane pattern of the space.
In this case, by removing the wall portion, the dicing blade (cutting blade) enters the space and cuts the semiconductor substrate (or forms a split groove). Therefore, the semiconductor layer is prevented from being damaged during dicing, and the yield can be improved.

第2工程と第3工程の間に、半導体層に半導体機能構造を作り込む工程をさらに備えていることが好ましい。
この場合、半導体基板と半導体層の積層が、ダイシングする前であり、取り扱い易い状態において、その半導体層に半導体機能構造を作り込むことができる。
It is preferable to further include a step of forming a semiconductor functional structure in the semiconductor layer between the second step and the third step.
In this case, the lamination of the semiconductor substrate and the semiconductor layer is before dicing, and a semiconductor functional structure can be formed in the semiconductor layer in a state where it is easy to handle.

半導体層と半導体層を隔てる壁部の厚みは、ダイシングのスクライブ線の幅に略一致していることが好ましい。スクライブ線の幅は、使用するダイシングブレード(切刃)の種類によって異なるが、その場合は、その種類に応じて壁部の厚みを調整してもよい。即ち、壁部の厚みは、熱膨張差に基づく応力を緩和することができる厚みを少なくとも有していれば良く、厚みの上限は使用するダイシングブレード(切刃)の種類によって調整してもよい。
スクライブ線の幅に対応する部分は、最終的には無駄となる部分である。したがって、壁部の厚みがスクライブ線の幅に略一致していると、壁部を設けたとしても、得られる半導体層の面積の実質的な低下を抑えることができる。本発明は、半導体基板上に効率的に半導体層を形成することができる。一つの半導体基板から多くの半導体層が得られる。
It is preferable that the thickness of the wall portion separating the semiconductor layer and the semiconductor layer substantially matches the width of the dicing scribe line. The width of the scribe line varies depending on the type of dicing blade (cutting blade) to be used. In this case, the thickness of the wall portion may be adjusted according to the type. That is, the thickness of the wall portion only needs to have at least a thickness that can relieve stress based on the difference in thermal expansion, and the upper limit of the thickness may be adjusted depending on the type of dicing blade (cutting blade) to be used. .
The part corresponding to the width of the scribe line is a part that is eventually wasted. Therefore, when the thickness of the wall portion substantially matches the width of the scribe line, even if the wall portion is provided, a substantial decrease in the area of the obtained semiconductor layer can be suppressed. The present invention can efficiently form a semiconductor layer on a semiconductor substrate. Many semiconductor layers can be obtained from one semiconductor substrate.

半導体基板は、シリコン基板であることが好ましい。
安価なシリコン基板を利用することによって、製造コストを抑えることができる。
The semiconductor substrate is preferably a silicon substrate.
By using an inexpensive silicon substrate, the manufacturing cost can be suppressed.

半導体層は、窒化ガリウムであることが好ましい。
本発明の製造方法を利用することによって、有用な特徴を有する窒化ガリウムを良質な状態で得ることができる。
The semiconductor layer is preferably gallium nitride.
By using the production method of the present invention, gallium nitride having useful characteristics can be obtained in a good quality state.

本発明の製造方法によると、半導体基板と半導体層の間の熱膨張差に基づくクラックの発生を抑制するとともに、製造コストの削減にも寄与することができる。   According to the manufacturing method of the present invention, the generation of cracks based on the difference in thermal expansion between the semiconductor substrate and the semiconductor layer can be suppressed, and the manufacturing cost can be reduced.

本発明の特徴を列記する。
(第1形態) 半導体基板と半導体層は、異なる半導体材料である。両者間には、熱膨張係数の差が存在している。熱膨張係数の差が大きいほど、壁部によって半導体層はより細かく分割されるのが好ましい。ただし、半導体層の面積は、チップとして必要とされる面積は確保しておくことが好ましい。
(第2形態) 半導体基板には、サファイア基板、SiC基板等を利用することができる。
(第3形態) 半導体層には、III-V族化合物半導体を利用することができる。典型的には、一般式がAlXGaYIn1-X-YN(ただし、0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦1−X−Y≦1)で表される半導体材料を利用することができる。これらの半導体層と第2形態の半導体基板には、大きな熱膨張係数の差が存在している。
(第4形態) 壁部には、酸化シリコン、窒化シリコンを利用することができる。
The features of the present invention are listed.
(First Embodiment) The semiconductor substrate and the semiconductor layer are different semiconductor materials. There is a difference in thermal expansion coefficient between the two. The larger the difference in thermal expansion coefficient, the more preferably the semiconductor layer is divided more finely by the wall portion. However, it is preferable to secure the area required for the chip as the area of the semiconductor layer.
(2nd form) A sapphire substrate, a SiC substrate, etc. can be utilized for a semiconductor substrate.
(3rd form) A III-V group compound semiconductor can be utilized for a semiconductor layer. Typically, a semiconductor material having a general formula of Al X Ga Y In 1-XY N (where 0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ 1-X−Y ≦ 1) is used. can do. A large difference in thermal expansion coefficient exists between these semiconductor layers and the semiconductor substrate of the second form.
(4th form) A silicon oxide and silicon nitride can be utilized for a wall part.

以下、図1〜図6を参照して、シリコン基板上に、窒化ガリウムの半導体層が積層されている半導体積層体を製造する方法に関して説明する。
まず、図1に示すように、シリコン基板10を準備し、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を利用して、そのシリコン半導体基板10上に酸化シリコン層20を形成する。CVD法に代えて、スパッタ法を利用してもよい。なお、酸化シリコン層20の厚みは、後述するように、半導体層に作り込む半導体機能構造の特性等に合わせて適宜に調整される。
次に、図2に示すように、リソグラフィー技術を利用して、酸化シリコン層20の表面にレジスト30をパターニングする。レジスト30は、平面視したときに、酸化シリコン層20の表面に格子状にパターニングされている。
A method for manufacturing a semiconductor stacked body in which a gallium nitride semiconductor layer is stacked on a silicon substrate will be described below with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 1, a silicon substrate 10 is prepared, and a silicon oxide layer 20 is formed on the silicon semiconductor substrate 10 by using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. A sputtering method may be used instead of the CVD method. Note that the thickness of the silicon oxide layer 20 is appropriately adjusted according to the characteristics of the semiconductor functional structure formed in the semiconductor layer, as will be described later.
Next, as shown in FIG. 2, a resist 30 is patterned on the surface of the silicon oxide layer 20 by using a lithography technique. The resist 30 is patterned in a lattice pattern on the surface of the silicon oxide layer 20 when viewed in plan.

次に、図3に示すように、異方性エッチング技術を利用して、レジスト30から露出している酸化シリコン層20の表面からシリコン基板10にまで達する溝40を形成する。溝40は、格子状にパターニングされたレジスト30の窓部に応じて形成される。溝40の形状は略直方体状であり、複数の溝40は縦横方向に平行に繰返し形成されている。複数の溝40が形成されると、残部の酸化シリコン層20が壁部22になる。壁部22は、シリコン基板10の表面から略垂直方向に伸びており、半導体基板10の表面を複数の領域に区画している。壁部22は、縦横方向に連続して直線的に伸びている。後述するように、壁部22はダイシングのスクライブ線になることから、壁部22は縦横方向に連続して直線的に伸びていることが好ましい。   Next, as shown in FIG. 3, a groove 40 reaching the silicon substrate 10 from the surface of the silicon oxide layer 20 exposed from the resist 30 is formed using an anisotropic etching technique. The groove 40 is formed in accordance with the window portion of the resist 30 patterned in a lattice shape. The shape of the groove 40 is a substantially rectangular parallelepiped shape, and the plurality of grooves 40 are repeatedly formed in parallel in the vertical and horizontal directions. When the plurality of grooves 40 are formed, the remaining silicon oxide layer 20 becomes the wall portion 22. The wall portion 22 extends from the surface of the silicon substrate 10 in a substantially vertical direction, and divides the surface of the semiconductor substrate 10 into a plurality of regions. The wall portion 22 extends linearly continuously in the vertical and horizontal directions. As will be described later, since the wall portion 22 becomes a dicing scribe line, it is preferable that the wall portion 22 continuously extends linearly in the vertical and horizontal directions.

次に、図4に示すように、例えばMOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法を利用して、壁部22によって区画されているシリコン基板10の表面の各々の領域から、窒化ガリウムを結晶成長させて複数の半導体層42を形成する。このとき、壁部22の表面から窒化ガリウムが結晶成長しない成長条件を適用する。また、必要に応じて、結晶成長前にバッファ層として窒化アルミニウム(AlN)等を成膜してもよい。半導体層42の結晶成長は、半導体層42の上面が壁部22の高さを超える前に停止させられる。これにより、半導体層42は溝40内に収まり、壁部22によって半導体層42が複数に分割された状態が得られる。半導体層42の結晶成長が、(1)壁部22の高さを超えないこと、(2)シリコン基板10の表面からのみ起きること、の両者が組み合わさると、壁部22によって半導体層42は完全に複数に分割される。   Next, as shown in FIG. 4, gallium nitride is crystal-grown from each region of the surface of the silicon substrate 10 partitioned by the wall 22 using, for example, MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition). Thus, a plurality of semiconductor layers 42 are formed. At this time, a growth condition in which gallium nitride does not grow from the surface of the wall portion 22 is applied. If necessary, aluminum nitride (AlN) or the like may be formed as a buffer layer before crystal growth. Crystal growth of the semiconductor layer 42 is stopped before the upper surface of the semiconductor layer 42 exceeds the height of the wall portion 22. Thereby, the semiconductor layer 42 is accommodated in the groove 40, and a state in which the semiconductor layer 42 is divided into a plurality of portions by the wall portion 22 is obtained. When crystal growth of the semiconductor layer 42 (1) does not exceed the height of the wall portion 22 and (2) occurs only from the surface of the silicon substrate 10, the semiconductor layer 42 is formed by the wall portion 22. It is completely divided into multiple parts.

この段階で、シリコン基板10上には、壁部22によって複数に分割された半導体層42が形成される。半導体層42と半導体層42の間には壁部22が介在している。半導体層42が複数に分割されていると、個々の半導体層42の面積が小さく制限される。個々の半導体層42の面積が小さいと、シリコン基板10との間の熱膨張差に応じて応力が半導体層42に加わったとしても、半導体層42はその応力に耐えることができる。また、介在する壁部22が収縮膨張することによって、半導体層42に発生する応力を緩和することができる。これにより、半導体層42にクラックが発生することが抑制される。   At this stage, the semiconductor layer 42 divided into a plurality by the wall portion 22 is formed on the silicon substrate 10. The wall 22 is interposed between the semiconductor layer 42 and the semiconductor layer 42. When the semiconductor layer 42 is divided into a plurality of parts, the area of each semiconductor layer 42 is limited to be small. If the area of each semiconductor layer 42 is small, even if a stress is applied to the semiconductor layer 42 according to the difference in thermal expansion between the semiconductor layer 42 and the semiconductor substrate 42, the semiconductor layer 42 can withstand the stress. Moreover, the stress which generate | occur | produces in the semiconductor layer 42 can be relieve | moderated when the intervening wall part 22 contracts and expands. Thereby, the occurrence of cracks in the semiconductor layer 42 is suppressed.

また、この段階で、半導体層42に半導体機能構造を作り込むのが好ましい。この段階では、シリコン基板10と複数の半導体層42は大面積のままである。また、複数の半導体層42は、シリコン基板10によって機械的強度が付与されている。このため、シリコン基板10と複数の半導体層42の積層体を取り扱うことが容易である。したがって、安定な状態で半導体層42に半導体機能構造を作り込むことができる。また、半導体機能構造を作り込む工程では、熱処理工程を伴うことが多い。この熱処理工程によって、雰囲気温度が大きく変化することが多い。しかしながら、前記したように、シリコン基板10と複数に分割された半導体層42の積層体は、温度変化が起きたとしても、半導体層42にクラックが発生することが抑制されている。したがって、この段階で半導体層42に半導体機能構造を作り込めば、歩留まり良く半導体層42に半導体機能構造を作り込むことができる。
また、半導体層42を平面視したときの面積は、半導体機能構造を備えたチップに要求される大きさが確保されている。例えば、半導体機能構造がMOSFETの場合、100Aの電流容量を得ようすれば、半導体層42の面積は7〜10mm□が必要になる。したがって、半導体層42は、予めチップに要求されている大きさに応じて、壁部22によって区画されている、とも言える。即ち、クラックが発生し易い大面積の半導体層42を形成した後にチップサイズに分割するのではなく、壁部22を利用して、半導体層42をチップサイズに予め分割しておく。これにより、クラックが低減された良質な半導体層42を得ながらも、所望のサイズのチップを得ることができるのである。
At this stage, it is preferable to build a semiconductor functional structure in the semiconductor layer 42. At this stage, the silicon substrate 10 and the plurality of semiconductor layers 42 remain in a large area. The plurality of semiconductor layers 42 are given mechanical strength by the silicon substrate 10. For this reason, it is easy to handle a stacked body of the silicon substrate 10 and the plurality of semiconductor layers 42. Therefore, a semiconductor functional structure can be formed in the semiconductor layer 42 in a stable state. Also, the process of creating a semiconductor functional structure often involves a heat treatment process. In many cases, the heat treatment process greatly changes the ambient temperature. However, as described above, in the stacked body of the silicon substrate 10 and the semiconductor layer 42 divided into a plurality, even if a temperature change occurs, the generation of cracks in the semiconductor layer 42 is suppressed. Therefore, if a semiconductor functional structure is formed in the semiconductor layer 42 at this stage, the semiconductor functional structure can be formed in the semiconductor layer 42 with a high yield.
Further, the area required when the semiconductor layer 42 is viewed in a plan view is secured to a size required for a chip having a semiconductor functional structure. For example, when the semiconductor functional structure is a MOSFET, the area of the semiconductor layer 42 needs to be 7 to 10 mm □ to obtain a current capacity of 100 A. Therefore, it can be said that the semiconductor layer 42 is partitioned by the wall portion 22 according to the size required for the chip in advance. That is, the semiconductor layer 42 is not divided into chip sizes after the formation of the large-area semiconductor layer 42 where cracks are likely to occur, but is divided into chip sizes in advance using the wall portion 22. As a result, a chip having a desired size can be obtained while obtaining a high-quality semiconductor layer 42 with reduced cracks.

次に、図5に示すように、弗化水素酸溶液等を利用して、壁部22を除去する。壁部22が除去された部分には空間24が形成される。この空間24は、壁部22の存在範囲に一致する。
次に、図6に示すように、空間24の平面パターンに沿ってダイシングし、シリコン基板10に半導体層42が積層されている半導体積層体50の複数個を形成する。このとき、ダイシングブレード(切刃)は、空間24内に侵入してシリコン基板10を切断する。ダイシングブレード(切刃)と半導体層42が直接的に接触することがないので、半導体層42の破損が抑制される。
また、ダイシングは空間24の平面パターンに沿って行われる。即ち、空間24はダイシングのスクライブ線に対応している。このため、空間24を設けたとしても、得られる半導体層42の面積が低下することがない。例えば、半導体層42と半導体層42を隔てる塀部22(空間24)の幅は約100μmであり、この幅はスクライブ線の幅とほぼ一致している。このため、シリコン基板10上に効率的に半導体層42を形成することができる。一つのシリコン基板10から多くの半導体層42を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 5, the wall portion 22 is removed using a hydrofluoric acid solution or the like. A space 24 is formed in the portion where the wall portion 22 is removed. This space 24 coincides with the existence range of the wall portion 22.
Next, as shown in FIG. 6, dicing is performed along the plane pattern of the space 24 to form a plurality of semiconductor stacked bodies 50 in which the semiconductor layers 42 are stacked on the silicon substrate 10. At this time, the dicing blade (cutting blade) enters the space 24 and cuts the silicon substrate 10. Since the dicing blade (cutting edge) and the semiconductor layer 42 are not in direct contact with each other, the semiconductor layer 42 is prevented from being damaged.
Dicing is performed along the plane pattern of the space 24. That is, the space 24 corresponds to a dicing scribe line. For this reason, even if the space 24 is provided, the area of the obtained semiconductor layer 42 does not decrease. For example, the width of the flange 22 (space 24) separating the semiconductor layer 42 and the semiconductor layer 42 is about 100 μm, and this width substantially matches the width of the scribe line. For this reason, the semiconductor layer 42 can be efficiently formed on the silicon substrate 10. Many semiconductor layers 42 can be obtained from one silicon substrate 10.

(壁部の変形例)
図7に、壁部の一変形例を示す。
この壁部は、シリコン壁125と、そのシリコン壁125を被覆する酸化シリコン膜126、127を備えている。シリコン壁125は、シリコン基板100の表面から略垂直方向に伸びており、半導体基板100の表面を複数の領域に区画している。酸化シリコン膜126、127は、シリコン壁125の側面を被覆している側面酸化シリコン膜126と、シリコン壁125の上面を被覆している上面酸化シリコン膜127を備えている。なお、シリコン壁125とシリコン基板100は、実質的には一体と評価することができる。
この壁部は、例えば次の手順で形成することができる。
シリコン基板100の表面から所定深さの溝の複数を形成し、残部をシリコン壁125にする。その後に、シリコン壁125の表面に酸化シリコン膜126、127を選択的に形成することによって得ることができる。
この壁部も前記の実施例と同様に、壁部で囲まれた部分に窒化ガリウムの半導体層を形成することによって、良質な半導体層を得ることができる。
(Modification of wall)
FIG. 7 shows a modification of the wall portion.
This wall portion includes a silicon wall 125 and silicon oxide films 126 and 127 covering the silicon wall 125. The silicon wall 125 extends from the surface of the silicon substrate 100 in a substantially vertical direction, and divides the surface of the semiconductor substrate 100 into a plurality of regions. The silicon oxide films 126 and 127 include a side-surface silicon oxide film 126 that covers the side surface of the silicon wall 125 and an upper-surface silicon oxide film 127 that covers the upper surface of the silicon wall 125. Note that it can be evaluated that the silicon wall 125 and the silicon substrate 100 are substantially integrated.
This wall can be formed, for example, by the following procedure.
A plurality of grooves having a predetermined depth are formed from the surface of the silicon substrate 100, and the remainder is formed as a silicon wall 125. Thereafter, it can be obtained by selectively forming silicon oxide films 126 and 127 on the surface of the silicon wall 125.
In the same manner as in the above embodiment, a gallium nitride semiconductor layer is formed on the wall portion in the portion surrounded by the wall portion, whereby a high-quality semiconductor layer can be obtained.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

半導体積層を製造する過程を示す(1)。A process of manufacturing a semiconductor stack is shown (1). 半導体積層を製造する過程を示す(2)。A process of manufacturing a semiconductor stack is shown (2). 半導体積層を製造する過程を示す(3)。A process of manufacturing a semiconductor stack is shown (3). 半導体積層を製造する過程を示す(4)。A process of manufacturing a semiconductor stack is shown (4). 半導体積層を製造する過程を示す(5)。A process of manufacturing a semiconductor stack is shown (5). 半導体積層を製造する過程を示す(6)。A process of manufacturing a semiconductor stack is shown (6). 壁部の変形例を示す。The modification of a wall part is shown.

符号の説明Explanation of symbols

10、100:シリコン基板
20:酸化シリコン層
22:壁部
24:空間
30:レジスト
40:溝
42:半導体層
50:半導体積層体
125:シリコン壁
126:側面酸化シリコン膜
127:上面酸化シリコン膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 100: Silicon substrate 20: Silicon oxide layer 22: Wall part 24: Space 30: Resist 40: Groove 42: Semiconductor layer 50: Semiconductor laminated body 125: Silicon wall 126: Side surface silicon oxide film 127: Upper surface silicon oxide film

Claims (9)

半導体基板の表面に半導体基板と異なる材料の半導体層が積層されている半導体積層体を製造する方法であり、
半導体基板の表面に、半導体基板の表面から略垂直方向に伸びており、半導体基板の表面を複数の領域に区画している壁部を形成する第1工程と、
壁部によって区画されている半導体基板の表面の各々の領域から、半導体基板と異なる半導体材料を結晶成長させて半導体層を形成する第2工程と、
壁部の平面パターンの少なくとも一部に沿ってダイシングし、半導体基板に半導体層が積層されている半導体積層体の複数個を形成する第3工程と、
を備えていることを特徴とする半導体積層体の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor laminate in which a semiconductor layer of a material different from a semiconductor substrate is laminated on the surface of a semiconductor substrate,
A first step of forming, on the surface of the semiconductor substrate, a wall portion extending in a substantially vertical direction from the surface of the semiconductor substrate and dividing the surface of the semiconductor substrate into a plurality of regions;
A second step of forming a semiconductor layer by crystal growth of a semiconductor material different from the semiconductor substrate from each region of the surface of the semiconductor substrate partitioned by the wall;
A third step of dicing along at least a part of the planar pattern of the wall and forming a plurality of semiconductor laminates in which semiconductor layers are laminated on a semiconductor substrate;
A method for producing a semiconductor laminate, comprising:
前記第1工程は、
半導体基板上に酸化シリコン層を形成する工程と、
酸化シリコン層の表面から半導体基板にまで達する複数の溝を形成する工程と、
を備えていることを特徴とする請求項1の製造方法。
The first step includes
Forming a silicon oxide layer on a semiconductor substrate;
Forming a plurality of grooves reaching the semiconductor substrate from the surface of the silicon oxide layer;
The manufacturing method of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
前記第2工程を、
結晶成長した半導体層が、壁部の高さを超える前に停止することを特徴とする請求項1又は2の製造方法。
The second step,
3. The method according to claim 1, wherein the crystal grown semiconductor layer is stopped before the height of the wall is exceeded.
壁部の材料に、その表面からは前記半導体層が結晶成長しない材料が用いられており、
第2工程では、半導体層が半導体基板の表面からのみ結晶成長することを特徴とする請求項1〜3のいずれかの製造方法。
The material of the wall is a material from which the semiconductor layer does not grow from the surface,
4. The method according to claim 1, wherein in the second step, the semiconductor layer is crystal-grown only from the surface of the semiconductor substrate.
前記第3工程は、
壁部を除去することで形成された空間の平面パターンの少なくとも一部に沿ってダイシングし、半導体基板に半導体層が積層されている半導体積層体の複数個を形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれかの製造方法。
The third step includes
A dicing along at least a part of a planar pattern of a space formed by removing the wall portion to form a plurality of semiconductor stacked bodies in which semiconductor layers are stacked on a semiconductor substrate. The manufacturing method in any one of 1-4.
前記第2工程と第3工程の間に、半導体層に半導体機能構造を作り込む工程をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかの製造方法。   6. The method according to claim 1, further comprising a step of forming a semiconductor functional structure in the semiconductor layer between the second step and the third step. 半導体層と半導体層を隔てる壁部の厚みは、ダイシングのスクライブ線の幅に略一致していることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the thickness of the wall portion separating the semiconductor layer and the semiconductor layer substantially matches the width of the scribe line for dicing. 半導体基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかの製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate. 半導体層は、窒化ガリウムであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかの製造方法。


The manufacturing method according to claim 1, wherein the semiconductor layer is gallium nitride.


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