JP2012129438A - Manufacturing method of semiconductor device, laminate support substrate for epitaxial growth, and laminate support substrate for device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイスの製造方法、ならびにその製造方法において製造されるエピ成長用積層支持基板およびデバイス用積層支持基板に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, a laminated support substrate for epitaxial growth manufactured by the manufacturing method, and a stacked support substrate for a device.
基板上に少なくとも1層のIII族窒化物系半導体層が形成されたIII族窒化物系半導体デバイスは、青色発光デバイス、電子デバイスなどとして重要な半導体デバイスである。かかる半導体デバイスを製造するための基板としては、発光層となる良質のIII族窒化物系半導体層をエピタキシャル成長させる観点から、格子定数および熱膨張係数がIII族窒化物系半導体層に近似しているGaN基板が好適に用いられる。 A group III nitride semiconductor device in which at least one group III nitride semiconductor layer is formed on a substrate is an important semiconductor device as a blue light emitting device, an electronic device or the like. As a substrate for manufacturing such a semiconductor device, a lattice constant and a thermal expansion coefficient are close to those of a group III nitride semiconductor layer from the viewpoint of epitaxially growing a high-quality group III nitride semiconductor layer serving as a light emitting layer. A GaN substrate is preferably used.
かかるGaN基板は非常に高価であるため、特開2006−210660号公報(以下、引用文献1という)において、シリコン(Si)基板などのGaN以外の支持基板上に膜厚の小さいGaN層を貼り合わせた基板をおよびその貼り合わせ基板を用いた製造方法が提案されている。 Since such a GaN substrate is very expensive, a thin GaN layer is pasted on a support substrate other than GaN such as a silicon (Si) substrate in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-210660 (hereinafter referred to as Cited Document 1). A manufacturing method using the combined substrate and the bonded substrate has been proposed.
また、上記の貼り合わせ基板のGaN層上にIII族窒化物系半導体層をエピタキシャル成長させた後にGaN層から支持基板を分離して上記の半導体デバイスを効率的に製造するのに有用な方法として、特表2001−501778号公報(以下、引用文献2という)において、III族窒化物材料からなる一方の材料層とIII族窒化物材料以外の材料からなる他方の材料層との界面またはその界面付近の領域に露光させた電磁放射線(たとえば光)を吸収させ、その吸収によりその界面でいずれかの材料層の一部を分解させて、一方の材料層と他方の材料層とを分離する方法が提案されている。 In addition, as a useful method for efficiently manufacturing the semiconductor device by separating the support substrate from the GaN layer after epitaxially growing the group III nitride semiconductor layer on the GaN layer of the bonded substrate, In Japanese translations of PCT publication No. 2001-501778 (hereinafter referred to as cited reference 2), the interface between one material layer made of a group III nitride material and the other material layer made of a material other than the group III nitride material or the vicinity of the interface A method of separating one material layer and the other material layer by absorbing electromagnetic radiation (for example, light) exposed to a region of the substrate and decomposing a part of one of the material layers at the interface by the absorption. Proposed.
しかし、上記の特開2006−210660号公報(引用文献1)で提案された上記貼り合わせ基板を用いても、GaN以外の支持基板とGaN層とは、熱膨張係数が異なるため、その貼り合わせ基板のGaN層上に良質のIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることは困難であった。 However, even if the above-mentioned bonded substrate proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-210660 (cited document 1) is used, the support substrate other than GaN and the GaN layer have different coefficients of thermal expansion. It has been difficult to epitaxially grow a high-quality group III nitride semiconductor layer on the GaN layer of the substrate.
上記の特表2001−501778号公報(引用文献2)で提案された方法では、一方の材料層と他方の材料層とは必ず異なる必要があり、熱膨張係数の違いによる上記の困難は解決されない。また、露光させた電磁放射線(光)が、後にデバイスとなる半導体層の界面を分解するため、デバイス性能の劣化を引き起こすおそれがある。 In the method proposed in the above Japanese translations of PCT publication No. 2001-501778 (Cited document 2), one material layer and the other material layer must be different from each other, and the above difficulty due to the difference in thermal expansion coefficient cannot be solved. . Moreover, since the exposed electromagnetic radiation (light) decomposes | disassembles the interface of the semiconductor layer used as a device later, there exists a possibility of causing deterioration of device performance.
そこで、下地基板と半導体層(GaN層およびその上にエピタキシャル成長されたIII族窒化物半導体層)との界面に中間層を導入し、中間層内部に支持基板および半導体層においては吸収されない波長の光を吸収し得る材料を配置した基板を考える。このとき、特に下地基板として半導体層と熱膨張係数の一致した基板(たとえばGaN基板)を用いることで、良質のIII族窒化物半導体層を成長させることができる。また、中間層内部でのみ吸収され支持基板および半導体層には吸収されない波長の光を用いて、中間層に隣接する支持基板および半導体層のいずれかの少なくとも一部を分解することで、半導体層から支持基板を分離することができる。 Therefore, an intermediate layer is introduced at the interface between the base substrate and the semiconductor layer (the GaN layer and the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown thereon), and light having a wavelength that is not absorbed by the support substrate and the semiconductor layer inside the intermediate layer. Consider a substrate on which a material capable of absorbing water is disposed. At this time, a high-quality group III nitride semiconductor layer can be grown particularly by using a substrate (for example, a GaN substrate) having a thermal expansion coefficient that matches that of the semiconductor layer as the base substrate. Further, by using light of a wavelength that is absorbed only inside the intermediate layer and not absorbed by the support substrate and the semiconductor layer, the semiconductor layer is decomposed by disassembling at least a part of the support substrate and the semiconductor layer adjacent to the intermediate layer. The support substrate can be separated from the substrate.
上記のような場合、照射した光が上記中間層内で完全に吸収されずに、支持基板と半導体層との界面以外の領域においても吸収されて不要な熱に変換され、デバイス性能に悪影響を与えるおそれがある。 In such a case, the irradiated light is not completely absorbed in the intermediate layer, but is absorbed in a region other than the interface between the support substrate and the semiconductor layer and converted to unnecessary heat, which adversely affects device performance. There is a risk of giving.
そこで、本発明は、支持基板と半導体層とを分離するために照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されずに中間層外に透過する率を低減する半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 In view of this, the present invention eliminates the light irradiated to separate the support substrate and the semiconductor layer from the intermediate layer without being absorbed by the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer formed between the support substrate and the semiconductor layer. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that reduces the transmission rate.
本発明にかかる半導体デバイスの製造方法は、以下の工程を備える。すなわち、Ga含有透明支持基板上に、光熱変換層と光透過抑制構造層とを含む中間層を形成して積層支持基板を作製する工程を備える。また、積層支持基板の中間層にGaN基板を貼り合わせて積層貼り合わせ基板を作製する工程を備える。また、積層貼り合わせ基板のGaN基板を、中間層との貼り合わせ面から所定の深さの面において分離することにより、積層支持基板の中間層上にGaN層が形成されたエピ成長用積層支持基板を作製する工程を備える。また、エピ成長用積層支持基板のGaN層上に少なくとも1層の透明半導体層をエピタキシャル成長させることにより、デバイス用積層支持基板を作製する工程を備える。また、デバイス用積層支持基板に、Ga含有透明支持基板およびGaN層および透明半導体層のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層が吸収しうる波長の光を照射して、Ga含有透明支持基板と中間層とを分離することにより、透明半導体層とGaN層と中間層とを含むデバイス用積層ウエハを作製する工程を備える。また、デバイス用積層ウエハから中間層を除去して透明半導体層とGaN層とを含む透明半導体層積層ウエハを含む半導体デバイスを作製する工程を備える。かかる方法によれば、デバイス用積層支持基板に照射される光の中間層における透過率を低減することができる。これにより、透明半導体層上に光を吸収する構造体(たとえば、電極、別の支持基板など)が存在する場合でも、中間層を透過した光の上記の構造体における吸収による不要な発熱を抑えることができる。その結果、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスが得られる。 A manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention includes the following steps. That is, it includes a step of forming a laminated support substrate by forming an intermediate layer including a photothermal conversion layer and a light transmission suppressing structure layer on a Ga-containing transparent support substrate. In addition, the method includes a step of manufacturing a laminated substrate by attaching a GaN substrate to an intermediate layer of the laminated supporting substrate. In addition, by separating the GaN substrate of the laminated substrate from the bonding surface with the intermediate layer at a predetermined depth, the laminated support for epitaxial growth in which the GaN layer is formed on the intermediate layer of the laminated support substrate A step of producing a substrate; In addition, the device includes a step of producing a device multilayer support substrate by epitaxially growing at least one transparent semiconductor layer on the GaN layer of the epitaxial growth support substrate. In addition, the laminated support substrate for devices can absorb the light-to-heat conversion layer at a wavelength longer than the wavelength corresponding to the lowest band gap energy among the band gap energies of the Ga-containing transparent support substrate, the GaN layer, and the transparent semiconductor layer. The method includes a step of producing a laminated wafer for a device including a transparent semiconductor layer, a GaN layer, and an intermediate layer by irradiating light of a wavelength to separate the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer. Further, the method includes a step of removing the intermediate layer from the device laminated wafer to produce a semiconductor device including a transparent semiconductor layer laminated wafer including a transparent semiconductor layer and a GaN layer. According to this method, it is possible to reduce the transmittance of the light applied to the device multilayer support substrate in the intermediate layer. Thereby, even when a structure (for example, an electrode or another support substrate) that absorbs light exists on the transparent semiconductor layer, unnecessary heat generation due to absorption of light transmitted through the intermediate layer in the structure is suppressed. be able to. As a result, a high-quality semiconductor device having a high-quality semiconductor layer is obtained.
本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板に照射される光の中間層に入射する光に対する中間層から出射する光の比率である透過率を20%未満とすることができる。これにより、上述のように、中間層を透過した光の上記デバイス中の上記構造体における吸収による不要な発熱を抑えることができるため、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスが得られる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the transmittance, which is the ratio of the light emitted from the intermediate layer to the light incident on the intermediate layer of the light irradiated to the device multilayer support substrate, can be less than 20%. . Thus, as described above, unnecessary heat generation due to absorption of light transmitted through the intermediate layer in the structure in the device can be suppressed, and thus a high-quality semiconductor device having a high-quality semiconductor layer can be obtained. .
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、光透過抑制構造層を、低屈折率層および高屈折率層の対の1対以上で形成することができる。これにより、デバイス用積層支持基板に照射される光の中間層における透過率を効率よく低減することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the light transmission suppressing structure layer can be formed of one or more pairs of a low refractive index layer and a high refractive index layer. Thereby, the transmittance | permeability in the intermediate | middle layer of the light irradiated to the lamination | stacking support substrate for devices can be reduced efficiently.
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、中間層に入射する光について、光熱変換層および光透過抑制構造層におけるその光の全吸収率に対する光熱変換層におけるその光の吸収率の比を0.5以上とすることができる。これにより、中間層とGa含有透明支持基板とを効率よく分離するとともに、上記光の中間層における透過率を効率よく低減することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the ratio of the light absorption rate in the photothermal conversion layer to the total light absorptance in the photothermal conversion layer and the light transmission suppressing structure layer is determined for light incident on the intermediate layer. It can be 0.5 or more. Thereby, while separating an intermediate | middle layer and a Ga containing transparent support substrate efficiently, the transmittance | permeability in the intermediate | middle layer of the said light can be reduced efficiently.
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、中間層は、中間層の光透過抑制構造層とGaN基板との間に配置される第1の透明層と、中間層の光熱変換層とGa含有透明支持基板との間に配置される第2の透明層と、をさらに含むことができる。中間層が第1の透明層を含むことにより、光熱変換層中の原子のマイグレーションによるGaN層(かかるGaN層は、GaN基板の中間層との貼り合わせ面から所定の深さの面において分離されることにより得られる)および透明半導体層への原子拡散を抑制するとともに、光熱変換層における光吸収により発生する熱によるGaN層および透明半導体へのダメージを低減することができる。中間層が第2の透明層を含むことにより、光熱変換層中の原子のマイグレーションによるGa含有透明支持基板への原子拡散を抑制するとともに、中間層とGa含有透明支持基板との接合強度を高めることができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the intermediate layer includes a first transparent layer disposed between the light transmission suppressing structure layer of the intermediate layer and the GaN substrate, a photothermal conversion layer of the intermediate layer, and Ga. And a second transparent layer disposed between the containing transparent support substrate. By including the first transparent layer in the intermediate layer, a GaN layer by migration of atoms in the photothermal conversion layer (the GaN layer is separated from the bonding surface with the intermediate layer of the GaN substrate at a predetermined depth. And the atomic diffusion into the transparent semiconductor layer can be suppressed, and damage to the GaN layer and the transparent semiconductor due to heat generated by light absorption in the photothermal conversion layer can be reduced. When the intermediate layer includes the second transparent layer, atomic diffusion into the Ga-containing transparent support substrate due to migration of atoms in the photothermal conversion layer is suppressed, and the bonding strength between the intermediate layer and the Ga-containing transparent support substrate is increased. be able to.
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、第1の透明層の厚さを、第2の透明層の厚さに比べて大きくすることができる。これにより、中間層とGa含有透明支持基板との貼り合わせ面の温度を、中間層とGaN層との貼り合わせ面の温度より高くすることができるため、中間層とGaN層との間の接合を保持しつつ、中間層とGa含有透明支持基板との間で選択的に分離できる。これにより、GaN層および透明半導体層へダメージを与えることなく、GaN層および透明半導体層からGa含有透明支持基板を分離できるため、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスが得られる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the thickness of the first transparent layer can be made larger than the thickness of the second transparent layer. Thereby, since the temperature of the bonding surface of the intermediate layer and the Ga-containing transparent support substrate can be made higher than the temperature of the bonding surface of the intermediate layer and the GaN layer, the bonding between the intermediate layer and the GaN layer is possible. Can be selectively separated between the intermediate layer and the Ga-containing transparent support substrate. Accordingly, since the Ga-containing transparent support substrate can be separated from the GaN layer and the transparent semiconductor layer without damaging the GaN layer and the transparent semiconductor layer, a high-quality semiconductor device having a high-quality semiconductor layer can be obtained.
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板の透明半導体層側に電極を形成する工程をさらに備え、電極は、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成することができる。中間層に含まれる光透過抑制構造層により、透明半導体層、ひいては電極まで到達する光の割合を大幅に抑制することができ、その光が電極に吸収されることにより発生する熱を,デバイス特性に影響しないレベルにまで低減することができる。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the step of manufacturing the laminated support substrate for devices and before the step of manufacturing the laminated wafer for devices, the transparent support layer side of the multilayer support substrate for devices is provided. The method may further include a step of forming an electrode, and the electrode may be formed of a material that absorbs light irradiated to the laminated support substrate for devices. The light transmission suppressing structure layer included in the intermediate layer can greatly suppress the ratio of light reaching the transparent semiconductor layer and, in turn, the electrode, and the heat generated by the absorption of the light into the electrode It can be reduced to a level that does not affect
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板の透明半導体層側に接着剤および接着層のいずれかを形成する工程をさらに備え、接着剤および接着層のいずれかは、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成することができる。中間層に含まれる光透過抑制構造層により、透明半導体層、ひいては接着剤および接着層のいずれかにまで到達する光の割合を大幅に抑制することができ、その光が接着剤または接着層に吸収されることにより発生する熱を,デバイス特性に影響しないレベルにまで低減することができる。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the step of manufacturing the laminated support substrate for devices and before the step of manufacturing the laminated wafer for devices, the transparent support layer side of the multilayer support substrate for devices is provided. The method further includes a step of forming either an adhesive or an adhesive layer, and either the adhesive or the adhesive layer can be formed of a material that absorbs light applied to the laminated support substrate for a device. The light transmission suppressing structure layer included in the intermediate layer can significantly suppress the ratio of light reaching the transparent semiconductor layer, and thus the adhesive and the adhesive layer, and the light is applied to the adhesive or adhesive layer. The heat generated by absorption can be reduced to a level that does not affect the device characteristics.
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハを作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板の透明半導体層側に仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかを配置する工程をさらに備え、仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかは、デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成することができる。中間層に含まれる光透過抑制構造層により、透明半導体層、ひいては仮支持基板および透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかにまで到達する光の割合を大幅に抑制することができ、その光が仮支持基板または透明半導体層積層ウエハ支持基板に吸収されることにより発生する熱を,デバイス特性に影響しないレベルにまで低減することができる。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the step of manufacturing the laminated support substrate for devices and before the step of manufacturing the laminated wafer for devices, the transparent support layer side of the multilayer support substrate for devices is provided. The method further includes a step of arranging either the temporary support substrate or the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate, and either the temporary support substrate or the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate absorbs light irradiated to the device multilayer support substrate. It can be made of a material that The light transmission suppressing structure layer included in the intermediate layer can significantly suppress the ratio of light reaching the transparent semiconductor layer, and eventually the temporary support substrate and the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate, The heat generated by being absorbed by the temporary support substrate or the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate can be reduced to a level that does not affect the device characteristics.
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、Ga含有透明支持基板、透明半導体層、第1の透明層および第2の透明層は波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数を1×103cm-1未満とし、光熱変換層は波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数を1×103cm-1以上とすることができる。これにより、Ga含有透明支持基板と中間層を分離するのに波長500nm以上600nm未満のレーザ光を使用することで、Ga含有透明支持基板、GaN層、透明半導体層は光が吸収されずに透過するため上記のGa含有透明支持基板、透明半導体層、第1の透明層および第2の透明層に光吸収に伴う熱によるダメージを回避できる一方で、光熱変換層で吸収させた光のエネルギーを熱として利用することでGa含有透明支持基板と中間層を分離させることができ、その結果高品質の半導体層を維持したまま容易に透明支持基板を分離できる。 In the method for producing a semiconductor device according to the present invention, the Ga-containing transparent support substrate, the transparent semiconductor layer, the first transparent layer, and the second transparent layer have a light absorption coefficient of 1 × 10 for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm. 3 cm and less than -1, the photothermal conversion layer may be a light absorption coefficient for light to less than the wavelength 500nm 600nm 1 × 10 3 cm -1 or more. Thus, by using laser light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm to separate the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer, the Ga-containing transparent support substrate, the GaN layer, and the transparent semiconductor layer are transmitted without being absorbed. Therefore, while the Ga-containing transparent support substrate, the transparent semiconductor layer, the first transparent layer, and the second transparent layer can avoid damage caused by heat due to light absorption, the light energy absorbed by the photothermal conversion layer can be avoided. By using it as heat, the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer can be separated, and as a result, the transparent support substrate can be easily separated while maintaining a high-quality semiconductor layer.
本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、デバイス用積層支持基板に照射する光を、波長500nm以上600nm未満のレーザ光とすることができる。これにより、Ga含有透明支持基板、GaN層および透明半導体層にダメージを与えることなく、Ga含有透明支持基板と中間層とを分離できる。ここで、レーザ光は、Nd:YAGレーザ光またはNd:YVO4レーザ光の第2高調波によるレーザ光とすることができる。かかるレーザ光は、Ga含有透明支持基板、GaN層および透明半導体層に光吸収に伴う熱によるダメージを与えることなく、Ga含有透明支持基板と中間層とを分離するのに極めて有効である。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the light applied to the laminated support substrate for devices can be laser light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm. Accordingly, the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer can be separated without damaging the Ga-containing transparent support substrate, the GaN layer, and the transparent semiconductor layer. Here, the laser beam can be a laser beam based on the second harmonic of the Nd: YAG laser beam or the Nd: YVO 4 laser beam. Such laser light is extremely effective in separating the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer without damaging the Ga-containing transparent support substrate, the GaN layer, and the transparent semiconductor layer due to heat accompanying light absorption.
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法においては、デバイス用積層支持基板に上記光を照射してGa含有透明支持基板と中間層とを分離する際に、Ga含有透明支持基板からGa含有透明支持基板と中間層との界面に金属Gaが析出する。この金属Ga層を利用することで、容易にGa含有透明支持基板と中間層とを分離することができる。 Moreover, in the manufacturing method of the semiconductor device concerning this invention, when irradiating the said laminated support substrate for devices with the said light and isolate | separating a Ga containing transparent support substrate and an intermediate | middle layer, Ga containing transparent support substrate is contained. Metal Ga is deposited at the interface between the support substrate and the intermediate layer. By using this metal Ga layer, the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer can be easily separated.
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、中間層は、1200℃以上の融点を有することが好ましい。これにより、エピタキシャル成長(通常800℃〜1100℃程度)や熱アニール(通常、〜700℃)など高温プロセスにおいて、中間層が熱により損なわれることを避けることができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the intermediate layer preferably has a melting point of 1200 ° C. or higher. This can prevent the intermediate layer from being damaged by heat in high-temperature processes such as epitaxial growth (usually about 800 ° C. to 1100 ° C.) and thermal annealing (usually up to 700 ° C.).
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、中間層の光熱変換層は、アモルファスシリコン層とすることができる。アモルファスシリコン層は、波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1以上でかつ融点が1200℃以上であるため、光熱変換層として好適である。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the photothermal conversion layer of the intermediate layer can be an amorphous silicon layer. The amorphous silicon layer has a light absorption coefficient of 1 × 10 3 cm −1 or more for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm and a melting point of 1200 ° C. or more, and thus is suitable as a photothermal conversion layer.
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、高屈折率層は、アモルファスシリコン層とすることができる。アモルファスシリコン層は、屈折率が約4.0と高いため、高屈折率層として好適である。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the high refractive index layer can be an amorphous silicon layer. Since the amorphous silicon layer has a high refractive index of about 4.0, it is suitable as a high refractive index layer.
また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、低屈折率層、第1の透明層および第2の透明層は、それぞれ独立に酸化シリコン層および窒化シリコン層のいずれかとすることができる。酸化シリコン層および窒化シリコン層は、屈折率がそれぞれ約1.48、約2.00と低いため、低屈折率層として好適である。また、酸化シリコン層および窒化シリコン層は、いずれも波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満でかつ融点が1200℃以上であるため、第1および第2の透明層として好適である。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the low refractive index layer, the first transparent layer, and the second transparent layer can be independently any of a silicon oxide layer and a silicon nitride layer. Since the silicon oxide layer and the silicon nitride layer have low refractive indexes of about 1.48 and about 2.00, respectively, they are suitable as a low refractive index layer. In addition, each of the silicon oxide layer and the silicon nitride layer has a light absorption coefficient of less than 1 × 10 3 cm −1 for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm and a melting point of 1200 ° C. or more. Suitable as a transparent layer.
さらに、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、透明半導体層は、III族窒化物半導体層とすることができる。III族窒化物半導体層は波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満であるため、照射光によるダメージを受けることなく、高品質の半導体デバイスが得られる。 Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the transparent semiconductor layer can be a group III nitride semiconductor layer. Since the group III nitride semiconductor layer has a light absorption coefficient of less than 1 × 10 3 cm −1 for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm, a high-quality semiconductor device can be obtained without being damaged by irradiation light.
本発明にかかるエピ成長用積層支持基板は、Ga含有透明支持基板と、Ga含有透明支持基板上に配置されている中間層と、中間層上に配置されているGaN層と、を含み、中間層は、光熱変換層と光透過抑制構造層とを含む。かかるエピ成長用積層支持基板は、GaN層上に高品質の少なくとも1層の透明半導体層をエピタキシャル成長させてデバイス用積層支持基板を形成し、デバイス用積層支持基板にGa含有透明支持基板およびGaN層および透明半導体層のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層が吸収しうる波長の光を照射することによりGa含有透明支持基板と中間層とを分離させる際に、上記波長の光の中間層における透過率を低減することができる。これにより、透明半導体層上に光を吸収する構造体(たとえば、電極、別の支持基板など)が存在する場合でも、中間層を透過した光の上記の構造体における吸収による不要な発熱を抑えることができる。その結果、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスを作製することができる。 The laminated support substrate for epitaxial growth according to the present invention includes a Ga-containing transparent support substrate, an intermediate layer disposed on the Ga-containing transparent support substrate, and a GaN layer disposed on the intermediate layer. The layer includes a photothermal conversion layer and a light transmission suppressing structure layer. Such a laminated support substrate for epitaxial growth is formed by epitaxially growing at least one transparent semiconductor layer of high quality on a GaN layer to form a laminated support substrate for a device, and the Ga-containing transparent support substrate and the GaN layer are formed on the laminated support substrate for a device. And a Ga-containing transparent support substrate and an intermediate layer by irradiating light having a wavelength longer than the wavelength corresponding to the lowest band gap energy among the band gap energies of the transparent semiconductor layer and capable of being absorbed by the photothermal conversion layer. When separating the light, it is possible to reduce the transmittance of the light having the above wavelength in the intermediate layer. Thereby, even when a structure (for example, an electrode or another support substrate) that absorbs light exists on the transparent semiconductor layer, unnecessary heat generation due to absorption of light transmitted through the intermediate layer in the structure is suppressed. be able to. As a result, a high-quality semiconductor device having a high-quality semiconductor layer can be manufactured.
本発明にかかるエピ成長用積層支持基板において、光透過抑制構造層は、低屈折率層および高屈折率層の対を1対以上含むことができる。これにより、かかるエピ成長用積層支持基板を用いて上記デバイス用積層支持基板を作製し、そのデバイス用積層支持基板を用いて半導体デバイスを作製する際に、デバイス用積層支持基板に照射される光がGaN層および透明半導体層に到達するのを抑制ないし防止することができる。 In the laminated support substrate for epitaxial growth according to the present invention, the light transmission suppressing structure layer can include one or more pairs of a low refractive index layer and a high refractive index layer. Thus, when the above-mentioned laminated support substrate for devices is produced using such a laminated support substrate for epitaxial growth, and a semiconductor device is produced using the laminated support substrate for devices, the light irradiated to the laminated support substrate for devices Can be suppressed or prevented from reaching the GaN layer and the transparent semiconductor layer.
また、本発明にかかるエピ成長用積層支持基板において、中間層は、中間層の光透過抑制構造層とGaN層との間に配置される第1の透明層と、中間層の光熱変換層とGa含有透明支持基板との間に配置される第2の透明層と、をさらに含むことができる。中間層が第1の透明層を含むことにより、エピ成長用積層支持基板を用いて上記デバイス用積層支持基板を作製し、そのデバイス用積層支持基板を用いて半導体デバイスを作製する際に、光熱変換層中の原子のマイグレーションによるGaN層および透明半導体層への原子拡散を抑制するとともに、光熱変換層における光吸収により発生する熱によるGaN層および透明半導体へのダメージを低減することができる。中間層が第2の透明層を含むことにより、エピ成長用積層支持基板を用いて上記デバイス用積層支持基板を作製し、そのデバイス用積層支持基板を用いて半導体デバイスを作製する際に、光熱変換層中の原子のマイグレーションによるGa含有透明支持基板への原子拡散を抑制するとともに、中間層とGa含有透明支持基板との接合強度を高めることができる。 In the laminated support substrate for epitaxial growth according to the present invention, the intermediate layer includes a first transparent layer disposed between the light transmission suppressing structure layer of the intermediate layer and the GaN layer, and a photothermal conversion layer of the intermediate layer. And a second transparent layer disposed between the Ga-containing transparent support substrate. When the intermediate layer includes the first transparent layer, the device stack support substrate is manufactured using the epitaxial growth support substrate, and the semiconductor device is manufactured using the device stack support substrate. It is possible to suppress atomic diffusion into the GaN layer and the transparent semiconductor layer due to migration of atoms in the conversion layer, and to reduce damage to the GaN layer and the transparent semiconductor due to heat generated by light absorption in the photothermal conversion layer. When the intermediate layer includes the second transparent layer, the device multilayer support substrate is manufactured using the epitaxial growth support substrate, and the semiconductor device is manufactured using the device support substrate. While suppressing atomic diffusion to the Ga-containing transparent support substrate due to migration of atoms in the conversion layer, the bonding strength between the intermediate layer and the Ga-containing transparent support substrate can be increased.
また、本発明にかかるエピ成長用積層支持基板において、第1の透明層の厚さを第2の透明層の厚さに比べて大きくすることができる。これにより、中間層とGa含有透明支持基板との貼り合わせ面の温度を、中間層とGaN層との貼り合わせ面の温度より高くすることができるため、中間層とGaN層との間の接合を保持しつつ、中間層とGa含有透明支持基板との間で選択的に分離できる。 Moreover, in the laminated support substrate for epitaxial growth according to the present invention, the thickness of the first transparent layer can be made larger than the thickness of the second transparent layer. Thereby, since the temperature of the bonding surface of the intermediate layer and the Ga-containing transparent support substrate can be made higher than the temperature of the bonding surface of the intermediate layer and the GaN layer, the bonding between the intermediate layer and the GaN layer is possible. Can be selectively separated between the intermediate layer and the Ga-containing transparent support substrate.
また、本発明にかかるエピ成長用積層支持基板において、光熱変換層は、アモルファスシリコン層とすることができる。アモルファスシリコン層は、波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1以上でかつ融点が1200℃以上であるため、光熱変換層として好適である。 Moreover, in the laminated support substrate for epitaxial growth according to the present invention, the photothermal conversion layer can be an amorphous silicon layer. The amorphous silicon layer has a light absorption coefficient of 1 × 10 3 cm −1 or more for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm and a melting point of 1200 ° C. or more, and thus is suitable as a photothermal conversion layer.
また、本発明にかかるエピ成長用積層支持基板において、光透過抑制構造層の高屈折率層は、アモルファスシリコン層とすることができる。アモルファスシリコン層は、屈折率が約4.0と高いため、高屈折率層として好適である。 In the laminated support substrate for epitaxial growth according to the present invention, the high refractive index layer of the light transmission suppressing structure layer can be an amorphous silicon layer. Since the amorphous silicon layer has a high refractive index of about 4.0, it is suitable as a high refractive index layer.
また、本発明にかかるエピ成長用積層支持基板において、低屈折率層、第1の透明層および第2の透明層は、それぞれ独立に酸化シリコン層および窒化シリコン層のいずれかとすることができる。酸化シリコン層および窒化シリコン層は、屈折率がそれぞれ約1.48、約2.00と低いため、低屈折率層として好適である。また、酸化シリコン層および窒化シリコン層は、いずれも波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満でかつ融点が1200℃以上であるため、第1および第2の透明層として好適である。 In the laminated substrate for epitaxial growth according to the present invention, each of the low refractive index layer, the first transparent layer, and the second transparent layer can be independently a silicon oxide layer or a silicon nitride layer. Since the silicon oxide layer and the silicon nitride layer have low refractive indexes of about 1.48 and about 2.00, respectively, they are suitable as a low refractive index layer. In addition, each of the silicon oxide layer and the silicon nitride layer has a light absorption coefficient of less than 1 × 10 3 cm −1 for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm and a melting point of 1200 ° C. or more. Suitable as a transparent layer.
本発明にかかるデバイス用積層支持基板は、上記のエピ成長用積層支持基板と、エピ成長用積層支持基板のGaN層上にエピタキシャル成長された少なくとも1層の透明半導体層と、を含む。かかるデバイス用積層支持基板は、GaN層上にエピタキシャル成長された高品質の少なくとも1層の透明半導体を含み、デバイス用積層支持基板にGa含有透明支持基板およびGaN層および透明半導体層のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層が吸収しうる波長の光を照射することによりGa含有透明支持基板と中間層とを分離させる際に、上記光の中間層における透過率を低減することができる。これにより、透明半導体層上に光を吸収する構造体(たとえば、電極、別の支持基板など)が存在する場合でも、中間層を透過した光の上記の構造体における吸収による不要な発熱を抑えることができる。その結果、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスを作製することができる。 The laminated support substrate for a device according to the present invention includes the above-described laminated support substrate for epitaxial growth and at least one transparent semiconductor layer epitaxially grown on the GaN layer of the laminated support substrate for epitaxial growth. Such a laminated support substrate for devices includes at least one transparent semiconductor of high quality epitaxially grown on the GaN layer, and the laminated support substrate for devices has a band gap energy of the Ga-containing transparent support substrate, the GaN layer, and the transparent semiconductor layer. When separating the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer by irradiating light having a wavelength longer than the wavelength corresponding to the lowest band gap energy and capable of being absorbed by the photothermal conversion layer, The transmittance in the intermediate layer can be reduced. Thereby, even when a structure (for example, an electrode or another support substrate) that absorbs light exists on the transparent semiconductor layer, unnecessary heat generation due to absorption of light transmitted through the intermediate layer in the structure is suppressed. be able to. As a result, a high-quality semiconductor device having a high-quality semiconductor layer can be manufactured.
本発明にかかるデバイス用積層支持基板において、Ga含有透明支持基板およびGaN層および透明半導体層のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ前記光熱変換層が吸収しうる波長の光がデバイス用積層支持基板に照射されたときに、中間層に入射する光に対する中間層から出射する光の比率である透過率を20%未満とすることができる。これにより、かかるデバイス用積層支持基板を用いて半導体デバイスを形成する際に、デバイス用積層支持基板に照射される光がGaN層および透明半導体層に到達するのを抑制ないし防止することができる。 In the laminated support substrate for devices according to the present invention, the photothermal conversion layer has a wavelength longer than the wavelength corresponding to the lowest band gap energy among the band gap energies of the Ga-containing transparent support substrate, the GaN layer, and the transparent semiconductor layer. When light having a wavelength that can be absorbed is applied to the laminated support substrate for a device, the transmittance, which is the ratio of the light emitted from the intermediate layer to the light incident on the intermediate layer, can be less than 20%. Thereby, when forming a semiconductor device using such a laminated support substrate for devices, it is possible to suppress or prevent light irradiated to the laminated support substrate for devices from reaching the GaN layer and the transparent semiconductor layer.
また、本発明にかかるデバイス用積層支持基板において、中間層に入射する光について、光熱変換層および光透過抑制構造層におけるその光の全吸収率に対する光熱変換層におけるその光の吸収率の比を、0.5以上とすることができる。これにより、かかるデバイス用積層支持基板を用いて半導体デバイスを形成する際に、中間層とGa含有透明支持基板とを効率よく分離するとともに、上記光の中間層における透過率を効率よく低減することができる。 Further, in the laminated support substrate for a device according to the present invention, the ratio of the light absorption rate in the photothermal conversion layer to the total light absorption rate in the photothermal conversion layer and the light transmission suppressing structure layer for the light incident on the intermediate layer , 0.5 or more. Thereby, when forming a semiconductor device using such a laminated support substrate for devices, the intermediate layer and the Ga-containing transparent support substrate are efficiently separated, and the transmittance of the light in the intermediate layer is efficiently reduced. Can do.
また、本発明にかかるデバイス用積層支持基板において、透明半導体層は、III族窒化物半導体層である。III族窒化物半導体層は波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満であるため、かかるデバイス用積層支持基板を用いて半導体デバイスを形成する際に、照射光によるダメージを受けることなく、高品質の半導体デバイスが得られる。 In the laminated support substrate for a device according to the present invention, the transparent semiconductor layer is a group III nitride semiconductor layer. The group III nitride semiconductor layer has a light absorption coefficient of less than 1 × 10 3 cm −1 for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm. A high-quality semiconductor device can be obtained without being damaged by.
本発明によれば、支持基板と半導体層とを分離するために照射される光について、支持基板と半導体層との間に形成される中間層の光熱変換層で吸収されずに中間層外に透過する率を低減することにより、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスが得られる半導体デバイスの製造方法、ならびにかかる製造方法に好適に用いられるエピ成長用積層支持基板およびデバイス用積層支持基板を提供することができる。 According to the present invention, the light irradiated to separate the support substrate and the semiconductor layer is not absorbed by the light-to-heat conversion layer of the intermediate layer formed between the support substrate and the semiconductor layer and is outside the intermediate layer. Semiconductor device manufacturing method for obtaining a high-quality semiconductor device having a high-quality semiconductor layer by reducing the transmission rate, and a multilayer support substrate for epitaxial growth and a multilayer support for devices suitably used in such a manufacturing method A substrate can be provided.
[実施形態1]
図1を参照して、本発明のある実施形態である半導体デバイスの製造方法は、Ga含有透明支持基板10上に、光熱変換層21と光透過抑制構造層27とを含む中間層20aを形成して積層支持基板1を作製する工程を備える(図1(A))。また、積層支持基板1の中間層20aにGaN基板30を貼り合わせて積層貼り合わせ基板2を作製する工程を備える(図1(B))。また、積層貼り合わせ基板2のGaN基板30を、中間層20との貼り合わせ面から所定の深さの面Pにおいて分離することにより、積層支持基板1の中間層20上にGaN層30aが形成されたエピ成長用積層支持基板3を作製する工程を備える(図1(C))。また、エピ成長用積層支持基板3のGaN層30a上に少なくとも1層の透明半導体層40をエピタキシャル成長させることにより、デバイス用積層支持基板4を作製する工程を備える(図1(D))。また、デバイス用積層支持基板4に、Ga含有透明支持基板10およびGaN層30aおよび透明半導体層40のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層が吸収しうる波長の光Lを照射して、Ga含有透明支持基板10と中間層20とを分離することにより、透明半導体層40とGaN層30aと中間層20とを含むデバイス用積層ウエハ5を作製する工程を備える(図1(E)および(F))。また、デバイス用積層ウエハ5から中間層20を除去して透明半導体層40とGaN層30aとを含む透明半導体層積層ウエハ6を含む半導体デバイス7を作製する工程を備える(図1(G)および(H))。これらの工程を備えることにより、デバイス用積層支持基板に照射される光の中間層における透過率を低減することができ、GaN層30aおよび透明半導体層40にダメージを与えることなく透明半導体層積層ウエハ6を形成することができるため、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスが得られる。
[Embodiment 1]
Referring to FIG. 1, in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, an
(積層支持基板の作製工程)
図1(A)を参照して、積層支持基板1の作製工程は、Ga含有透明支持基板10上に、光熱変換層21と光透過抑制構造層27を含む中間層20aを形成することにより行われる。
(Lamination support substrate manufacturing process)
Referring to FIG. 1A, the laminated support substrate 1 is manufactured by forming an
Ga含有透明支持基板10上に中間層20aを形成する方法は、特に制限はなく、プラズマCVD(化学気相堆積)法、スパッタ法、真空蒸着法などが用いられる。
The method for forming the
本工程により得られる積層支持基板1は、本基板に照射される光が中間層20aに含まれる光熱変換層21に吸収されることにより、光熱変換層21を含む中間層20aは熱が蓄えられて高温となり、この熱によりGa含有透明支持基板10の中間層20aに接する面が分解されて、中間層20aとGa含有透明支持基板10とに分離することができる。
In the laminated support substrate 1 obtained in this step, the light irradiated on the substrate is absorbed by the light-to-
また、本工程により得られる積層支持基板1は、中間層20aに光透過抑制構造層27を設けることにより、中間層20aに入射した光の大部分を反射させることができる。これにより、中間層20aに入射する光について、光透過抑制構造層27を含む中間層20aにおけるその光の透過率を、光透過抑制構造層27を含まない中間層におけるその光の透過率と比べてより低くすることができる。かかる透過率は20%未満とすることが好ましい。ここで、本基板に照射される光の中間層における透過率とは、厳密には、基板の主表面に対して垂直に照射される光の中間層における透過率を意味する。
Moreover, the laminated support substrate 1 obtained by this process can reflect most of the light incident on the
中間層20aに含まれる光透過抑制構造層27は、基板に照射される光の透過率を低減するものであれば特に制限はないが、低屈折率層27kおよび高屈折率層27hの対の1対以上で形成されていることが好ましい。光熱変換層21と1対以上の低屈折率層27kおよび高屈折率層27hの対とによる共振構造を形成し、光の屈折による干渉を利用して反射率を向上させて透過率を低減することができる。たとえば、図1(A)を参照して、中間層20aにおいてGa含有透明支持基板10側から光熱変換層21、ならびに1対の低屈折率層27kおよび高屈折率層27h(光透過抑制構造層)が配置される。また、中間層20aにおいて、Ga含有透明支持基板側から光熱変換層、ならびに2対の低屈折率層および高屈折率層(光透過抑制構造層)が配置される。
The light transmission suppressing
また、中間層20aは、光透過抑制構造層27および光熱変換層21の片側または両側に透明層(たとえば、図1(A)において、第1の透明層23aおよび第2の透明層)をさらに含むことができる。たとえば、図1(A)を参照して、中間層20aは、GaN含有透明支持基板10側から順に、第2の透明層25、光熱変換層21、低屈折率層27k、高屈折率層27h、および第1の透明層23aを含むことができる。また、中間層は、GaN含有透明支持基板側から順に、第2の透明層、光熱変換層、低屈折率層、高屈折率層、低屈折率層、高屈折率層、および第1の透明層を含むことができる。なお、第1の透明層23aは、後工程(図1(B))においてGaN基板30と貼り合わされて、第1の透明層23としてGaN基板30と光熱変換層21との間に位置することになる。
The
光熱変換層21を含む中間層20aは、上記のように高温となる。また、透明半導体層40をエピタキシャル成長させる際に、800℃以上、場合によっては1100℃付近の高温に曝される。これらの理由から、光熱変換層21を含む中間層20aは高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば1200℃以上の融点を有することが好ましい。
The
ここで、半導体デバイスの製造方法において、基板に照射する光として波長500nm以上600nm未満の光を有効に利用する観点から、Ga含有透明支持基板10は、波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1以上未満であることが好ましく、たとえば、GaN支持基板が好ましい。また、光熱変換層21は、波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1以上であることが好ましく、たとえば、アモルファスシリコン層が好ましい。また、光透過抑制構造層27の低屈折率層27kは、酸化シリコン層(屈折率:約1.48)および窒化シリコン層(屈折率:約2.00)のいずれかが好ましい。また、光透過抑制構造層27の高屈折率層27hは、アモルファスシリコン層(屈折率:約4.0)が好ましい。また、第1の透明層23a,23および第2の透明層25は、波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1以上未満であることが好ましく、たとえば、酸化シリコン層および窒化シリコン層のいずれかであることが好ましい。光熱変換層21は、後述するように、たとえば、アモルファスシリコン層であることが好ましい。
Here, in the method of manufacturing a semiconductor device, from the viewpoint of effectively using light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm as light irradiated to the substrate, the Ga-containing
(積層貼り合わせ基板の作製工程)
図1(B)を参照して、積層貼り合わせ基板2の作製工程は、積層支持基板1の中間層20aにGaN基板30を貼り合わせることにより行われる。ここで、積層支持基板1の中間層20aにGaN基板30を貼り合わせる方法には、特に制限はなく、貼り合わせる面の表面を洗浄して直接貼り合わせ、その後700℃〜1000℃に昇温して接合する直接接合法、金属膜を形成し、接触させつつ昇温することで金属膜の金属を合金化させることにより接合する合金接合法、プラズマやイオンなどで貼り合わせ面を活性化させ接合する表面活性化法、などが好ましく用いられる。
(Manufacturing process of laminated substrate)
With reference to FIG. 1B, the manufacturing process of the laminated
また、GaN基板30の貼り合わせ面には、光Lの照射時に光熱変換層からGaN基板30に伝わる熱を低減するとともに接合強度を高める観点から、積層支持基板1の中間層20aの最外層と化学的に同じ材質の層が形成されていることが好ましい。たとえば、積層支持基板1の中間層20aの最外層が第1の透明層23aである場合には、かかる第1の透明層23aと化学的に同一の材質の層である第1の透明層23bがGaN基板30の貼り合わせ面に形成されていることが好ましい。GaN基板30の第1の透明層23bを、積層支持基板1の中間層20aの第1の透明層23aに貼り合わせることにより、光熱変換層21とGaN基板30との間に第1の透明層23が形成される。
In addition, the bonded surface of the
こうして、光熱変換層21と、光透過抑制構造層27と、光透過抑制構造層27とGaN基板30との間に配置される第1の透明層23と、光熱変換層21とGa含有透明支持基板10との間に配置される第2の透明層25とを含み、光透過抑制構造層27が低屈折率層27kおよび高屈折率層27hの対の1対以上で形成されている中間層20が形成される。ここで、光透過抑制構造層27において、低屈折率層27kおよび高屈折率層27hの対は、光熱変換層21側から、低屈折率層27k、高屈折率層27hの順に配置される。
Thus, the
(エピ成長用積層支持基板の作製工程)
図1(C)を参照して、エピ成長用積層支持基板3の作製工程は、積層貼り合わせ基板2のGaN基板30を、中間層20との貼り合わせ面から所定の深さの面Pにおいて分離することにより行われる。かかる工程により、積層支持基板1の中間層20上にGaN層30aが形成されたエピ成長用積層支持基板3が得られる。
(Manufacturing process of laminated support substrate for epi growth)
Referring to FIG. 1C, in the process of manufacturing the epitaxial growth laminated
GaN基板30を中間層20との貼り合わせ面から所定の深さの面Pにおいて分離する方法には、特に制限はなく、GaN基板30を上記の面Pにおいて切断する方法や、積層支持基板1に脆弱領域を形成させるため、積層支持基板1に貼り合わせる前に上記面Pにイオンを注入したGaN基板30を積層支持基板1に貼り合せた後、熱および/または応力を加えることにより、イオン注入により脆化された面Pにおいて分離する方法、などが用いられる。かかる方法により、積層支持基板1の中間層20上に厚さ0.05μm〜100μmのGaN層30aを形成することができる。
The method for separating the
ここで、Ga含有透明支持基板10は、エピタキシャル成長やアニール処理時においてGaN層30aにクラックなどを発生させない観点から、その熱膨張係数がGaN層30aの熱膨張係数と同一または近似していることが好ましく、GaN層30aの主表面の面方位と同一の面方位の主表面を有するGaN支持基板であることが特に好ましい。
Here, the Ga-containing
(デバイス用積層支持基板の作製工程)
図1(D)を参照して、デバイス用積層支持基板4の作製工程は、エピ成長用積層支持基板3のGaN層30a上に少なくとも1層の透明半導体層40をエピタキシャル成長させることにより行われる。
(Manufacturing process of laminated support substrate for devices)
Referring to FIG. 1D, the process for manufacturing the device
ここで、熱膨張係数がGaN層30aの熱膨張係数と同一または近似するGaN含有透明支持基板10を用いることにより、エピタキシャル成長やアニール処理時においてクラックなどを発生させることなく、高品質の少なくとも1層の透明半導体層40を形成することができる。かかる観点から、Ga含有透明支持基板10は、たとえばGaN層30aの主表面の面方位と同一の面方位の主表面を有するGaN支持基板であることが好ましい。
Here, by using the GaN-containing
エピ成長用積層支持基板3のGaN層30a上に少なくとも1層の透明半導体層40をエピタキシャル成長させる方法には、特に制限はないが、高品質の透明半導体層を成長させる観点から、MOCVD(有機金属化学気相堆積)法、MBE(分子線エピタキシ)法、HVPE(ハイドライド気相成長)法などの気相法などが好ましく用いられる。
The method for epitaxially growing at least one
エピ成長用積層支持基板3上にエピタキシャル成長させる少なくとも1層の透明半導体層40は、クラックなどを発生させることなく高品質の透明半導体層40を成長させる観点から、GaN層30aと格子定数が同一または近似しており、また、GaN層30aおよびGa含有透明支持基板10と熱膨張係数が同一または近似していることが好ましい。また、透明半導体層40は、波長500nm以上600nm未満の光を基板に照射したときの透明半導体層へのダメージを回避する観点から、波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満であることが好ましい。また、中間層を透過した照射光を吸収しないという観点から、透明半導体層40は、デバイス用積層支持基板4に照射される光よりも短波長でかつ波長300nm以上550nm以下のピーク波長を有する光を放出する発光層45を含むことが好ましい。これらの観点から、透明半導体層40は、たとえば、III族窒化物半導体層であることが好ましい。
The at least one
(デバイス用積層ウエハの作製工程)
図1(E)および(F)を参照して、デバイス用積層ウエハ5の作製工程は、デバイス用積層支持基板4に、Ga含有透明支持基板10およびGaN層30aおよび透明半導体層40のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層が吸収しうる波長の光Lを照射して、Ga含有透明支持基板10と中間層20とを分離することにより行われる。かかる工程により、透明半導体層40とGaN層30aと中間層20とを含むデバイス用積層ウエハ5が得られる。ここで、図1(E)に示すように、光Lは、デバイス用積層支持基板4のGa含有透明支持基板10側から照射される。
(Process for producing laminated wafers for devices)
Referring to FIGS. 1E and 1F, the device laminated
本工程において、デバイス用積層支持基板4に照射される光の光子1個あたりのエネルギーは、Ga含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーよりも低いため、Ga含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40では光が吸収されずに透過する。これにより、Ga含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40では不要な光吸収に伴い発生する熱を起因とするダメージを回避できる。
In this step, the energy per photon of light irradiated on the device
デバイス用積層支持基板4に照射された光は、光熱変換層21で吸収され熱に変換される。この熱により、Ga含有透明支持基板10の中間層20に接する面が分解されて、デバイス用積層支持基板4はGa含有透明支持基板10と中間層20との間で分離される。こうして、透明半導体層40とGaN層30aと中間層20とを含むデバイス用積層ウエハ5が得られる。
The light irradiated to the device
デバイス用積層支持基板4に照射される光は、その波長がGa含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長ければ特に制限はないが、比較的低い投入エネルギーで効率よくGa含有透明支持基板10と中間層20とを分離するためには、波長500nm以上600nm未満のレーザ光であることが好ましく、たとえば波長808nmの半導体レーザで励起された波長1064nmのNd:YAGレーザ光(ここで、Nd:YAGとは、Nd(ネオジム)を添加したY(イットリウム)・A(アルミニウム)・G(ガーネット)により形成される結晶をいう)またはNd:YVO4レーザ光(ここで、Nd:YVO4とは、Nd(ネオジム)を添加したY(イットリウム)・V(バナジウム)・O4(オキサイド)またはY(イットリウム)・VO4(バナデート))により形成される結晶をいう)をLiB3O5のなどのいわゆるSHG(Second Harmonic Generation;第2高調波)結晶で変換した波長532nmのレーザ光が好ましく用いられる。この波長の光は、Ga含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40を構成し得る、たとえば、GaN、InGaN、AlGaNなどのIII族窒化物や、第1の透明層23および第2の透明層25を構成し得るたとえば酸化シリコンには吸収されないが、光熱変換層21を構成し得るたとえばアモルファスシリコンには好適に吸収される。
The light irradiated to the device
ここで、Ga含有透明支持基板10としてGaN支持基板を用いる場合は、上記光Lの照射により、GaN支持基板において中間層に接する面が金属Gaと窒素(N2)ガスに分解され、GaN支持基板と中間層との間に金属Gaが析出する。金属Gaは29.8℃で融解するため、この温度以上に加熱されることにより、GaN支持基板と中間層とが分離される。
Here, when a GaN support substrate is used as the Ga-containing
デバイス用積層支持基板4においては、GaN層30a上に高品質の透明半導体層40を形成させる観点から、Ga含有透明支持基板10はGaN支持基板であり、透明半導体層40はIII族窒化物半導体層であることが好ましい。かかる場合においては、GaN層30a、GaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)およびIII族窒化物半導体層(透明半導体層40)は、通常波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満である。したがって、GaN支持基板と中間層との分離のために、デバイス用積層支持基板4に照射される光は、GaN層30a、GaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)およびIII族窒化物半導体層(透明半導体層40)に与えるダメージを低減する観点から、波長500nm以上600nm未満のレーザ光であることが好ましい。
In the
中間層20は、Ga含有透明支持基板10と中間層20との間の分離に際して高温となる。また、透明半導体層40をエピタキシャル成長させる際に、800℃以上、場合によっては1100℃付近の高温に曝される。これらの理由から、中間層20は高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば1200℃以上の融点を有することが好ましい。すなわち、光熱変換層21は、高い耐熱性を有していることが好ましく、たとえば1200℃以上の融点を有することが好ましい。また、デバイス用積層支持基板4に照射される光が波長500nm以上600nm未満のレーザ光である場合は、光熱変換層21は、その波長域の光を効率よく吸収することが好ましいため、波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1以上であることが好ましい。以上の要件を満たす材料からなる層として、光熱変換層21は、たとえばアモルファスシリコン層であることが好ましい。
The
デバイス用積層支持基板4において、光熱変換層21を含む中間層20は、Ga含有透明支持基板10およびGaN層30aに接している。このため、上記の光Lの照射により、光熱変換層21が加熱されて高温になると、その熱がGa含有透明支持基板10だけでなく、GaN層30aおよびGaN層30aに接している透明半導体層40にも伝わり、GaN層30aおよび透明半導体層40にもダメージを与えるおそれがある。このようなGaN層30aおよび透明半導体層40に与えるダメージを低減し、また中間層20とGaN層30aとの接合は保持しつつ中間層20とGa含有透明支持基板10との間で確実に分離するため、中間層20は、中間層20の光熱変換層21とGaN層30aとの間に配置される第1の透明層23をさらに含むことが好ましい。また、第1の透明層23は、光熱変換層21中の原子(たとえばアモルファスシリコン層中のSi原子)のマイグレーションによるGaN層30aおよび透明半導体層40への原子拡散および、光照射時のGaN層30aおよび透明半導体層40へ与えられるダメージを低減するとともに中間層20とGaN層30aとの接合強度も高める。
In the device
かかる第1の透明層23は、特に制限はないが、不要な光吸収に伴う発熱によるGaN層30aおよび透明半導体層40への熱ダメージおよび/または熱に伴う膨張による応力ダメージを生じさせないために、Ga含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40と同様の透明性、すなわち波長500nm以上600nm以下の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満であることが好ましい。また、第1の透明層23は、上記のように高温となる光熱変換層21に接する。また、透明半導体層40をエピタキシャル成長させる際に、800℃以上、場合によっては1100℃付近の高温に曝される。これらの理由から、第1の透明層23は高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば1200℃以上の融点を有することが好ましい。上記の要件を満たす材料として 、第1の透明層は、たとえば、酸化シリコン層および窒化シリコン層のいずれかが特に好ましい。
The first
また、光熱変換層21中の原子(たとえばアモルファスシリコン層中のSi原子)のマイグレーションによる原子拡散を抑制するとともに中間層20とGa含有透明支持基板10との接合強度を高める観点から、中間層20は、中間層20の光熱変換層21とGa含有透明支持基板10との間に配置される第2の透明層25をさらに含むことが好ましい。
Further, from the viewpoint of suppressing atomic diffusion due to migration of atoms in the photothermal conversion layer 21 (for example, Si atoms in the amorphous silicon layer) and increasing the bonding strength between the
かかる第2の透明層25は、特に制限はないが、不要な光吸収に伴う発熱によるGaN層30aおよび透明半導体層40への熱ダメージおよび/または熱に伴う膨張による応力ダメージを生じさせないために、Ga含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40と同様の透明性、すなわち波長500nm以上600nm以下の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満であることが好ましい。また、第2の透明層25は、上記のように高温となる光熱変換層21に接する。また、透明半導体層40をエピタキシャル成長させる際に、800℃以上、場合によっては1100℃付近の高温に曝される。これらの理由から、第2の透明層25は高い耐熱性を有することが好ましく、たとえば1200℃以上の融点を有することが好ましい。上記の要件を満たす材料として 、第2の透明層は、たとえば、酸化シリコン層および窒化シリコン層のいずれかが特に好ましい。
The second
第1の透明層23および第2の透明層25の両方が存在する場合、第1の透明層23の厚さは第2の透明層25の厚さに比べて大きいことが好ましい。これにより、中間層20とGa含有Ga含有透明支持基板10との貼り合わせ面の温度を、中間層20とGaN層30aとの貼り合わせ面の温度より高くできる。これを利用して、中間層20とGa含有透明支持基板10との貼り合わせ面の温度を金属Gaが形成可能な温度以上に、中間層20とGaN層30aとの貼り合わせ面の温度が金属Gaが形成可能な温度未満にすることで、中間層20とGaN層30aの貼り合わせ面には金属Gaを形成させずに、中間層20とGa含有透明支持基板10との貼り合わせ面にのみ金属Ga60を形成することができる。これにより、デバイス用積層ウエハ5を、デバイス用積層支持基板4の中間層20とGa含有透明支持基板10との貼り合わせ面の選択分離により、形成できるようになる。
When both the first
こうして、透明半導体層40とGaN層30aとを含むデバイス用積層ウエハ5が得られる。ここで、デバイス用積層ウエハ5は、Ga含有透明支持基板10の分離の際に、Ga含有透明支持基板10と中間層20と界面に形成される金属Ga60を中間層20の表面に有する。
In this way, the device laminated
なお、本工程で得られるデバイス用積層ウエハ5および次工程で得られる透明半導体層積層ウエハ6(GaN層30aと透明半導体層40との積層ウエハをいう。以下同じ。)は機械強度が極めて低い。このため、図1(E)、図2(B)、図3(B)、図4(A)および(B)を参照して、得られるデバイス用積層ウエハ5および透明半導体層積層ウエハ6の機械強度を補強するため、本工程の前に、デバイス用積層支持基板4の透明半導体層積層ウエハ6の機械強度を補強するために、仮支持基板50または透明半導体層積層ウエハ支持基板70をデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40側に貼り合わせることが好ましい。このような仮支持基板50または透明半導体層積層ウエハ支持基板70の貼り合わせにおいては、接着剤51または導電性接着層85,85a,85bが用いられる。
Note that the device laminated
また、作製する半導体デバイスの構造によっては、デバイス用積層支持基板4からデバイス用積層ウエハ5を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板4の透明半導体層40上に電極(たとえばp−電極80)が形成される場合がある。
Depending on the structure of the semiconductor device to be manufactured, an electrode (for example, a p-electrode) may be formed on the
上記のような場合においては、上記光が照射される前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40側に、電極(p−電極80)、接着剤51および接着層(導電性接着層85,85a,85b)のいずれか、ならびに仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板70のいずれかのうち少なくともいずれかが配置される。
In the case as described above, the electrode (p-electrode 80), the adhesive 51, and the adhesive layer (the conductive adhesive layer 85) are formed on the
上記のようなデバイス用積層支持基板4のGa含有透明支持基板10側から上記光を照射すると、照射された上記光のうち中間層20(特に、光熱変換層21)で吸収されなかった光は、透明半導体層40を透過して、電極(p−電極80)、接着剤51および接着層(導電性接着層85,85a,85b)のいずれか、ならびに仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板70のいずれかに達する。
When the light is irradiated from the Ga-containing
このとき、透明半導体層40を透過して、電極(p−電極80)、接着剤51および接着層(導電性接着層85,85a,85b)のいずれか、ならびに仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板70のいずれかの少なくともいずれかが上記光を吸収する材料で形成されていると、これらの光吸収によって発生した熱により、透明半導体層40の品質を低下させるおそれがある。
At this time, the
たとえば、図2(A)、図3(A)および図4(A)においては、上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4A,4B,4Cの透明半導体層40に電極(p−電極80、n−電極90)が形成される。ここで、電極を形成する材料が、たとえば、ニッケル(Ni)、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、インジウム(In)、アンチモン(Sb)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、酸化スズ(SnO)および酸化亜鉛(ZnO)からなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む場合は、電極が基板に照射されて中間層に吸収されずに透過した光を吸収するため、上記のおそれがある。
For example, in FIGS. 2A, 3A, and 4A, electrodes (p-electrodes 80) are formed on the
すなわち、本実施形態は、デバイス用積層支持基板4を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハ5を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板4の透明半導体層40側に電極を形成する工程をさらに備え、電極がデバイス用積層支持基板4に照射される光を吸収する上記材料で形成される場合に、好適に用いられる。
That is, in the present embodiment, after the step of manufacturing the
また、図1(E)および図5(A)においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40に仮支持基板50を貼り合わせるための接着剤51が配置され、図2(B)においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40およびその上に形成された電極(p−電極80、n−電極90)に仮支持基板50を貼り合わせるための接着剤51が配置され、図3(B)においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40に形成された電極(p−電極80)に仮支持基板50を貼り合わせるための接着剤51が配置され、図4(A)および(B)においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40に形成された電極(p−電極80)側に透明半導体層積層ウエハ支持基板70を貼り合わせるための接着層(導電性接着層85,85a,85b)が形成される。ここで、接着剤51および接着層(導電性接着層85,85a,85b)のいずれかが、チタン(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、スズ(Sn)およびゲルマニウム(Ge)からなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む場合は、電極が基板に照射されて中間層に吸収されずに透過した光を吸収するため、上記のおそれがある。
Further, in FIGS. 1E and 5A, an adhesive 51 for bonding the
すなわち、本実施形態は、デバイス用積層支持基板4を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハ5を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板4の透明半導体層40側に接着剤51および接着層(導電性接着層85,85a,85b)のいずれかを形成する工程をさらに備え、接着剤51および接着層(導電性接着層85,85a,85b)のいずれかがデバイス用積層支持基板4に照射される光を吸収する上記材料で形成される場合に、好適に用いられる。
That is, in the present embodiment, the adhesive is applied to the
また、図1(E)、図2(B)、図3(B)および図5(A)においては、上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4,4A,4Bの透明半導体層40側に接着剤51を介在させて仮支持基板50が配置され、図4(B)においては上記光の照射前のデバイス用積層支持基板4の透明半導体層40に形成された電極(p−電極)側に導電性接着層85を介在させて透明半導体層積層ウエハ支持基板70が形成される。ここで、仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板70のいずれかが、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ化ガリウム(GaAs)、リン化インジウム(InP)、炭化シリコン(SiC)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、窒化アルミニウム(AlN)からなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む場合は、電極が基板に照射されて中間層に吸収されずに透過した光を吸収するため、上記のおそれがある。また、仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板70は、単結晶体であっても、焼結体などの多結晶体であっても、非結晶体であってもよい。
Further, in FIGS. 1E, 2B, 3B, and 5A, the
すなわち、本実施形態は、デバイス用積層支持基板4を作製する工程の後、かつ、デバイス用積層ウエハ5を作製する工程の前に、デバイス用積層支持基板4の透明半導体層40側に仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板70のいずれかを配置する工程をさらに備え、仮支持基板50および透明半導体層積層ウエハ支持基板70のいずれかは、前記デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する上記材料で形成される場合に、好適に用いられる。
That is, in the present embodiment, after the step of manufacturing the
ここで、本実施形態においては、デバイス用積層支持基板4に照射される光の中間層20における透過率を低減するため、中間層20は、光熱変換層21に加えて、光透過抑制構造層27を含む。
Here, in this embodiment, in order to reduce the transmittance in the
デバイス用積層支持基板4に照射される光の光透過抑制構造層27を含む中間層20における透過率は、光透過抑制構造を含まない中間層における透過率に比べて、低くすることができる。透明半導体層40の品質を高く維持する観点から、上記透過率は、20%未満が好ましく、12%未満がより好ましく、6%未満がさらに好ましく、1%未満が最も好ましい。ここで、本基板に照射される光の中間層における透過率とは、厳密には、基板の主表面に対して垂直に照射される光の中間層における透過率を意味する。
The transmittance in the
中間層20に含まれる光透過抑制構造層27は、基板に照射される光の透過率を低減するものであれば特に制限はないが、低屈折率層27kおよび高屈折率層27hの対の1対以上で形成されていることが好ましい。光熱変換層21と1対以上の低屈折率層27kおよび高屈折率層27hの対とによる共振構造を形成し、光の屈折による干渉を利用して反射率を向上させて透過率を低減することができる。たとえば、図1(F)および図6を参照して、中間層20においてGa含有透明支持基板10側から光熱変換層21、光透過抑制構造層27として1対の低屈折率層27kおよび高屈折率層27hが順に配置される。また、図8を参照して、中間層20において、Ga含有透明支持基板10側0から光熱変換層21、光透過抑制構造層27として2対の低屈折率層27kおよび高屈折率層27hが配置される。
The light transmission suppressing
また、デバイス用積層支持基板4に照射される光の中間層20に入射する光について、光熱変換層21および光透過抑制構造層27におけるその光の全吸収率に対する光熱変換層21におけるその光の吸収率の比は、Ga含有透明支持基板10と中間層20との界面で選択的に分離させる観点から、0.5以上が好ましく、0.66以上がより好ましく、0.85以上がさらに好ましい。ここで、本基板に照射される光の中間層における吸収率とは、厳密には、基板の主表面に対して垂直に照射される光の中間層における吸収率を意味する。
Further, with respect to the light incident on the
また、中間層20は、光透過抑制構造層27および光熱変換層21の片側または両側に透明層(たとえば、図1(B)〜(E)において、第1の透明層23および第2の透明層)をさらに含むことができる。たとえば、図1(E)および図6を参照して、中間層20aは、GaN含有透明支持基板10側から順に、第2の透明層25、光熱変換層21、光透過抑制構造層27としての低屈折率層27kおよび高屈折率層27h、ならびに第1の透明層23aを含むことができる。また、図8を参照して、中間層20は、GaN含有透明支持基板10側から順に、第2の透明層25、光熱変換層21、光透過抑制構造層27としての低屈折率層27k、高屈折率層27h、低屈折率層27kおよび高屈折率層27h、ならびに第1の透明層を含むことができる。
Further, the
また、図1〜図6および図8を参照して、中間層20において、第1の透明層23の厚さは、第2の透明層25の厚さに比べて大きいことが好ましい。これにより、中間層20とGa含有Ga含有透明支持基板10との貼り合わせ面の温度を、中間層20とGaN層30aとの貼り合わせ面の温度より高くできる。これを利用して、中間層20とGa含有透明支持基板10との貼り合わせ面の温度を金属Gaが形成可能な温度以上に、中間層20とGaN層30aとの貼り合わせ面の温度が金属Gaが形成可能な温度未満にすることで、中間層20とGaN層30aの貼り合わせ面には金属Gaを形成させずに、中間層20とGa含有透明支持基板10との貼り合わせ面にのみ金属Ga60を形成することができる。これにより、デバイス用積層ウエハ5を、デバイス用積層支持基板4の中間層20とGa含有透明支持基板10との貼り合わせ面の選択分離により、形成できるようになる。
1 to 6 and 8, in the
こうして、透明半導体層40とGaN層30aとを含むデバイス用積層ウエハ5が得られる。ここで、デバイス用積層ウエハ5は、Ga含有透明支持基板10の分離の際に、Ga含有透明支持基板10と中間層20と界面に形成される金属Ga60を中間層20の表面に有する。
In this way, the device laminated
(透明半導体層積層ウエハの作製工程)
図1(G)を参照して、透明半導体層積層ウエハ6の作製工程は、デバイス用積層ウエハ5から中間層20を除去することにより行われる。かかる工程により、透明半導体層40とGaN層30aとを含む透明半導体層積層ウエハ6が得られる。デバイス用積層ウエハ5から中間層20を除去する方法は、特に制限はなく、半導体プロセスで一般的に用いられるウェットエッチング、ドライエッチングなどの方法を利用できる。
(Transparent semiconductor layer laminated wafer manufacturing process)
Referring to FIG. 1G, the manufacturing process of the transparent semiconductor layer laminated
(半導体デバイスの作製工程)
図1(H)を参照して、半導体デバイス7の作製工程は、透明半導体層積層ウエハ6に透明半導体層積層ウエハ支持基板70を貼り合わせることにより行われる。かかる工程により、半導体デバイス7が得られる。
(Semiconductor device fabrication process)
Referring to FIG. 1H, the manufacturing process of the
[実施形態2]
図1を参照して、本発明にかかる他の実施形態であるエピ成長用積層支持基板3は、Ga含有透明支持基板10と、Ga含有透明支持基板10上に配置されている中間層20と、中間層20上に配置されているGaN層30aと、を含み、中間層20は、光熱変換層21と光透過抑制構造層27とを含む。
[Embodiment 2]
Referring to FIG. 1, an epitaxial
実施形態1に記載のように、本実施形態のエピ成長用積層支持基板3は、GaN層30a上にクラックなどを発生させることなく品質のよい少なくとも1層の透明半導体層40をエピタキシャル成長させることができる。また、本エピ成長用積層支持基板3は、中間層20の光熱変換層21が照射された光Lを吸収することにより高温に加熱され、この高熱により中間層20に接するGa含有透明支持基板10の面が分解することを利用して、中間層20とGa含有透明支持基板10との間で分離できる。
As described in the first embodiment, the
また、実施形態1に記載のように、本実施形態のエピ成長用積層支持基板3は、中間層20が光熱変換層21に加えて光透過抑制構造層27を含んでいるため、上記のGa含有透明支持基板10と中間層20とを分離させる際に、上記波長の光の中間層における透過率を低減することができる。
In addition, as described in the first embodiment, the epitaxial growth stacked
また、本実施形態のエピ成長用積層支持基板3において、光透過抑制構造層27は、基板に照射される光Lの透過率を低減するものであれば特に制限はないが、低屈折率層27kおよび高屈折率層27hの対を1対以上で形成されていることが好ましい。光熱変換層21と1対以上の低屈折率層27kおよび高屈折率層27hの対とによる共振構造を形成し、光の屈折による干渉を利用して反射率を向上させて透過率を低減することができる。
Further, in the epitaxial growth laminated
また、中間層20は、中間層20の光透過抑制構造層27とGaN層30aとの間に配置される第1の透明層23と、中間層20の光熱変換層21とGa含有透明支持基板10との間に配置される第2の透明層25と、をさらに含むことが好ましい。中間層20が第1の透明層23を含むことにより、エピ成長用積層支持基板3を用いて上記デバイス用積層支持基板4を作製し、そのデバイス用積層支持基板4を用いて半導体デバイスを作製する際に、光熱変換層21中の原子のマイグレーションによるGaN層30aおよび透明半導体層40への原子拡散を抑制するとともに、光熱変換層21における光吸収により発生する熱によるGaN層30aおよび透明半導体層40へのダメージを低減することができる。中間層20が第2の透明層25を含むことにより、エピ成長用積層支持基板3を用いて上記デバイス用積層支持基板4を作製し、そのデバイス用積層支持基板4を用いて半導体デバイス7を作製する際に、光熱変換層21中の原子のマイグレーションによるGaN層30aおよび透明半導体層40への原子拡散を抑制するとともに、中間層20とGa含有透明支持基板10との接合強度を高めることができる。
The
ここで、第1の透明層23の厚さは、第2の透明層25の厚さに比べて大きいことが好ましい。これにより、中間層20とGa含有透明支持基板10との貼り合わせ面の温度を、中間層20とGaN層30aとの貼り合わせ面の温度より高くすることができるため、中間層20とGaN層30aとの間の接合を保持しつつ、中間層20とGa含有透明支持基板10との間で選択的に分離できる。
Here, the thickness of the first
また、光熱変換層は、アモルファスシリコン層が好ましい。アモルファスシリコン層は、波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1以上でかつ融点が1200℃以上であるため、光熱変換層として好適である。 The photothermal conversion layer is preferably an amorphous silicon layer. The amorphous silicon layer has a light absorption coefficient of 1 × 10 3 cm −1 or more for light having a wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm and a melting point of 1200 ° C. or more, and thus is suitable as a photothermal conversion layer.
また、光透過抑制構造層27の高屈折率層27hは、アモルファスシリコン層が好ましい。アモルファスシリコン層は、屈折率が約4.0と高いため、高屈折率層として好適である。
The high
また、低屈折率層27k、第1の透明層23および第2の透明層25は、それぞれ独立に酸化シリコン層および窒化シリコン層のいずれかが好ましい。酸化シリコン層および窒化シリコン層は、屈折率がそれぞれ約1.48、約2.00と低いため、低屈折率層として好適である。また、酸化シリコン層および窒化シリコン層は、いずれも波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満でかつ融点が1200℃以上であるため、第1および第2の透明層として好適である。
In addition, the low
[実施形態3]
図1を参照して、本発明にかかる他の実施形態であるデバイス用積層支持基板4は、エピ成長用積層支持基板3と、エピ成長用積層支持基板3のGaN層30a上にエピタキシャル成長された少なくとも1層の透明半導体層40と、を含む。本実施形態のデバイス用積層支持基板4は、GaN層30a上にエピタキシャル成長された高品質の少なくとも1層の透明半導体層40を含み、デバイス用積層支持基板4にGa含有透明支持基板10およびGaN層30aおよび透明半導体層40のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層21が吸収しうる波長の光を照射することによりGa含有透明支持基板10と中間層20とを分離させる際に、上記光の中間層20における透過率を低減することにより、高品質の半導体層を有する高品質の半導体デバイスを作製することができる。
[Embodiment 3]
Referring to FIG. 1, a
本実施形態のデバイス用積層支持基板4において、Ga含有透明支持基板10およびGaN層30aおよび透明半導体層40のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ光熱変換層21が吸収しうる波長の光がデバイス用積層支持基板4に照射されたときに、中間層20に入射する光に対する中間層20から出射する光の比率である中間層20におけるその光の透過率は、20%未満が好ましく、12%未満がより好ましく、6%未満がさらに好ましく、1%未満が最も好ましい。ここで、本基板に照射される光の中間層における透過率とは、厳密には、基板の主表面に対して垂直に照射される光の中間層における透過率を意味する。これにより、かかるデバイス用積層支持基板を用いて半導体デバイスを形成する際に、デバイス用積層支持基板に照射される光の中間層における透過率を効率よく低減することができる。
In the
また、光熱変換層21および光透過抑制構造層27におけるデバイス用積層支持基板に照射される光の中間層に入射する光について、光熱変換層および光透過抑制構造層におけるその光の全吸収率に対する光熱変換層におけるその光の吸収率の比は、0.5以上が好ましく、0.66以上がより好ましく、0.85以上がさらに好ましい。とすることができる。これにより、かかるデバイス用積層支持基板を用いて半導体デバイスを形成する際に、中間層とGa含有透明支持基板とを効率よく分離するとともに、上記光の中間層における透過率を効率よく低減することができる。
Further, with respect to the light incident on the intermediate layer of the light irradiated to the device multilayer support substrate in the light-to-
また、透明半導体層40は、III族窒化物半導体層が好ましい。III族窒化物半導体層は波長500nm以上600nm未満の光に対する光吸収係数が1×103cm-1未満であるため、かかるデバイス用積層支持基板4を用いて半導体デバイスを形成する際に、照射光によるダメージを受けることなく、高品質の半導体デバイス7が得られる。
The
[実施例O]
デバイス用積層支持基板の中間層の構造の差異(具体的には、光透過抑制構造の有無および差異)がその基板の中間層に入射する光に対するその中間層から出射する光の比率である透過率に及ぼす影響は、電磁界計算法により評価することができ、かかる評価に基づいて中間層の構造を最適化することができる。
[Example O]
Transmission, which is the ratio of the light emitted from the intermediate layer to the light incident on the intermediate layer of the substrate, is the difference in the structure of the intermediate layer of the laminated support substrate for devices (specifically, the presence or absence of the light transmission suppressing structure) The influence on the rate can be evaluated by an electromagnetic field calculation method, and the structure of the intermediate layer can be optimized based on the evaluation.
以下に、中間層に光熱変換層および光透過抑制構造層を含むデバイス用積層支持基板の例(例O1および例O2)、ならびに中間層に光熱変換層を含み光透過抑制構造層を含まないデバイス用積層支持基板の例(例OR1)について、その基板の中間層に入射する光に対するその中間層から出射する光の比率である透過率T、その基板の中間層に入射する光に対するその中間層において反射される光の比率である反射率Rおよびその基板の中間層に入射する光に対するその中間層において吸収される光の比率である吸収率Aを、電磁界計算法により算出した。具体的には、例A1、例A2および例AR1のそれぞれについて、デバイス用積層支持基板のGa含有透明支持基板側から基板の主表面に垂直に入射した波長532nmの平面波状の光Lの、中間層における光の透過率T、反射率Rおよび吸収率Aを散乱行列法により算出した。 Examples of laminated support substrates for devices that include a photothermal conversion layer and a light transmission suppressing structure layer in the intermediate layer (Examples O1 and O2), and devices that include the light heat conversion layer in the intermediate layer and do not include the light transmission suppressing structure layer For a laminated support substrate example (example OR1), the transmittance T, which is the ratio of the light emitted from the intermediate layer to the light incident on the intermediate layer of the substrate, the intermediate layer for the light incident on the intermediate layer of the substrate The reflectance R, which is the ratio of the light reflected in the substrate, and the absorption ratio A, which is the ratio of the light absorbed in the intermediate layer to the light incident on the intermediate layer of the substrate, were calculated by the electromagnetic field calculation method. Specifically, for each of Example A1, Example A2, and Example AR1, the intermediate of plane wave-like light L having a wavelength of 532 nm incident perpendicularly to the main surface of the substrate from the Ga-containing transparent support substrate side of the laminated support substrate for devices Light transmittance T, reflectance R, and absorption rate A in the layer were calculated by the scattering matrix method.
上記の散乱行列法を用いた電磁界計算について、その詳細は割愛するが、デバイス用積層支持基板のGa含有透明支持基板、中間層および透明半導体層それぞれの屈折率、消衰係数および膜厚、入射させる光の波長、入射角度、ならびに偏光から、一次元積層構造を構成するGa含有透明支持基板、中間層および透明半導体層のそれぞれにおける電磁界分布を求めることができる。本計算においては、上記のように光はデバイス用積層支持基板のGa含有透明支持基板側の主面に対して垂直入射を仮定していることから、P偏波とS偏光とが縮退するため、S偏光のみを考慮した。 For the electromagnetic field calculation using the above scattering matrix method, the details thereof are omitted, but the refractive index, extinction coefficient and film thickness of the Ga-containing transparent support substrate, intermediate layer and transparent semiconductor layer of the laminated support substrate for devices, From the wavelength of incident light, the incident angle, and the polarization, the electromagnetic field distribution in each of the Ga-containing transparent support substrate, the intermediate layer, and the transparent semiconductor layer constituting the one-dimensional laminated structure can be obtained. In this calculation, light is assumed to be perpendicularly incident on the Ga-containing transparent support substrate side main surface of the device multilayer support substrate, as described above, and therefore P-polarized light and S-polarized light are degenerated. Only S-polarized light was considered.
このとき、電磁界分布は積層方向(これをx方向とする)のみに分布を持つ。一次元積層構造中のある層(層Jとする)における電界成分EJ(x)は、+x方向に進行する光の複素振幅FJ、−x方向に進行する光の複素振幅RJ、虚数単位iおよび波数kJを用いて、次式(1)
EJ(x)=FJ exp{−ikJx}+RJexp{ikJx} (1)
のように表わすことができる。ここで、波数kJは、層Jの屈折率nJと消衰係数κJおよび光の波長λを用いて、次式(2)
kJ=2π(kJ+iκJ)/λ (2)
のように定義される。
At this time, the electromagnetic field distribution is distributed only in the stacking direction (this is the x direction). The electric field component E J (x) in a certain layer (referred to as layer J) in the one-dimensional stacked structure includes a complex amplitude F J of light traveling in the + x direction, a complex amplitude R J of light traveling in the −x direction, and an imaginary number. Using unit i and wave number k J ,
E J (x) = F J exp {−ik J x} + R J exp {ik J x} (1)
It can be expressed as Here, the wave number k J, using the wavelength λ of the refractive index n J and extinction coefficient kappa J and optical layer J, the following equation (2)
k J = 2π (k J + iκ J ) / λ (2)
Is defined as follows.
今、入射層であるGa含有透明支持基板に相当)を層0(J=0)、出射層であるGaN層を層N(J=N)とすると、層0における+x方向に進行する光の複素振幅F0および−x方向に進行する光の複素振幅R0、ならびに層Nにおける+x方向に進行する光の複素振幅FNを用いて,中間層における光の透過率T、反射率Rおよび吸収率Aを、それぞれ次式(3)〜(5)
T=|FN/F0|2 (3)
R=|R0/F0|2 (4)
A=1−T−R (5)
のように定義する。
Now, assuming that the incident layer (corresponding to a Ga-containing transparent support substrate) is layer 0 (J = 0) and the GaN layer as the output layer is layer N (J = N), the light traveling in the + x direction in
T = | F N / F 0 | 2 (3)
R = | R 0 / F 0 | 2 (4)
A = 1-TR (5)
Define as follows.
また、光吸収をもつある層J’における光吸収率が中間層全体の全光吸収率に占める割合(比)ηJ'を次式(6)
ηJ'=∫J'|E|2・κJ'dx/ΣJ'(∫J'|E|2・κJ'dx) (6)
のように定義する。ここで、∫J'に関する積分はある層J’に渡る積分を意味し、ΣJ'は該当する層Jに関する総和を意味する。
Further, the ratio (ratio) η J ′ of the light absorption rate in a certain layer J ′ having light absorption to the total light absorption rate of the entire intermediate layer is expressed by the following equation (6).
η J ′ = ∫ J ′ | E | 2 · κ J ′ dx / ΣJ ′ (∫ J ′ | E | 2 · κ J ′ dx) (6)
Define as follows. Here, the integral with respect to ∫ J ′ means the integral over a certain layer J ′, and Σ J ′ means the total sum with respect to the corresponding layer J.
なお、光の吸収係数αと消衰係数κとは、光の真空中の波長λ0との間に次式(7)
α=4π/λ0×κ (7)
の関係がある。
The light absorption coefficient α and the extinction coefficient κ are expressed by the following formula (7) between the light wavelength λ 0 in vacuum.
α = 4π / λ 0 × κ (7)
There is a relationship.
(例O1)
1.デバイス用積層支持基板の構造
図6を参照して、例O1のデバイス用積層支持基板は、Ga含有透明支持基板10である厚さ400μmのGaN支持基板(屈折率が2.5、消衰係数が0)に、以下の中間層20が形成されている。すなわち、GaN含有透明支持基板10上に第2の透明層25として厚さ10nmのSiO2層(屈折率が1.48、消衰係数が0)が形成され、その上に光熱変換層21として厚さ40nmのアモルファスシリコン層(屈折率が4、消衰係数が0.25(吸収係数では5.9×104cm-1))が形成され、その上に光透過抑制構造層27として低屈折率層27kである厚さ100nmのSiO2層と高屈折率層27hである厚さ20nmのアモルファスシリコン層の対が1対形成され、その上に第1の透明層23として厚さ325nmのSiO2層が形成されている。かかる中間層20上にGaN層30aおよび透明半導体層40として厚さ3μmのGaN層が形成されている。上記構造を表1にまとめた。
(Example O1)
1. Structure of laminated support substrate for device Referring to FIG. 6, the laminated support substrate for device of Example O1 is a Ga-containing
2.中間層における照射光の透過率、反射率、吸収率の算出
上記構造を有するデバイス用積層支持基板のGaN基板(Ga含有透明支持基板10)側から基板の主表面に垂直に波長532nmの光Lを照射したときの、中間層における光の透過率T、反射率Rおよび吸収率Aを算出した。結果を表1にまとめ、図7に図示した。なお、表1において、光の透過率T、反射率Rおよび吸収率Aは、いずれも有効数字2桁で表示した。
2. Calculation of transmittance, reflectance, and absorptance of irradiation light in the intermediate layer Light L having a wavelength of 532 nm perpendicular to the main surface of the substrate from the GaN substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) side of the laminated support substrate for devices having the above structure The light transmittance T, reflectance R, and absorption rate A in the intermediate layer were calculated. The results are summarized in Table 1 and illustrated in FIG. In Table 1, the light transmittance T, the reflectance R, and the absorption rate A are all represented by two significant digits.
(例O2)
1.デバイス用積層支持基板の構造
図8を参照して、例O2のデバイス用積層支持基板は、Ga含有透明支持基板10である厚さ400μmのGaN支持基板に、以下の中間層20が形成されている。すなわち、GaN含有透明支持基板10上に第2の透明層25として厚さ10nmのSiO2層が形成され、その上に光熱変換層21として厚さ35nmのアモルファスシリコン層が形成され、その上に光透過抑制構造層27として低屈折率層27kである厚さ80nmのSiO2層と高屈折率層27hである厚さ35nmのアモルファスシリコン層の対が2対形成され、その上に第1の透明層23として厚さ265nmのSiO2層が形成されている。かかる中間層20上にGaN層30aおよび透明半導体層40として厚さ3μmのGaN層が形成されている。上記構造を表2にまとめた。
(Example O2)
1. Structure of Device Multilayer Support Substrate Referring to FIG. 8, the device multilayer support substrate of Example O2 has the following
2.中間層における照射光の透過率、反射率、吸収率の算出
上記構造を有するデバイス用積層支持基板のGaN基板(Ga含有透明支持基板10)側から基板の主表面に垂直に波長532nmの光Lを照射したときの、中間層における光の透過率T、反射率Rおよび吸収率Aを算出した。結果を表2にまとめ、図9に図示した。なお、表2において、光の透過率T、反射率Rおよび吸収率Aは、いずれも有効数字2桁で表示した。
2. Calculation of transmittance, reflectance, and absorptance of irradiation light in the intermediate layer Light L having a wavelength of 532 nm perpendicular to the main surface of the substrate from the GaN substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) side of the laminated support substrate for devices having the above structure The light transmittance T, reflectance R, and absorption rate A in the intermediate layer were calculated. The results are summarized in Table 2 and illustrated in FIG. In Table 2, the light transmittance T, reflectance R, and absorptance A are all represented by two significant digits.
(例OR1)
1.デバイス用積層支持基板の構造
図10を参照して、例OR1のデバイス用積層支持基板は、Ga含有透明支持基板10である厚さ400μmのGaN支持基板に、以下の中間層20が形成されている。すなわち、GaN含有透明支持基板10上に第2の透明層25として厚さ10nmのSiO2層が形成され、その上に光熱変換層21として厚さ45nmのアモルファスシリコン層が形成され、その上に第1の透明層23として厚さ445nmのSiO2層が形成されている。かかる中間層20上にGaN層30aおよび透明半導体層40として厚さ3μmのGaN層が形成されている。すなわち、例OR1のデバイス用積層支持基板は光透過抑制構造層が含まれていない。上記構造を表3にまとめた。
(Example OR1)
1. Structure of Device Multilayer Support Substrate With reference to FIG. 10, the device multilayer support substrate of Example OR1 has the following
2.中間層における照射光の透過率、反射率、吸収率の算出
上記構造を有するデバイス用積層支持基板のGaN基板(Ga含有透明支持基板10)側から基板の主表面に垂直に波長532nmの光Lを照射したときの、中間層における光の透過率T、反射率Rおよび吸収率Aを算出した。結果を表3にまとめ、図11に図示した。なお、表3において、光の透過率T、反射率Rおよび吸収率Aは、いずれも有効数字2桁で表示した。
2. Calculation of transmittance, reflectance, and absorptance of irradiation light in the intermediate layer Light L having a wavelength of 532 nm perpendicular to the main surface of the substrate from the GaN substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) side of the laminated support substrate for devices having the above structure The light transmittance T, reflectance R, and absorption rate A in the intermediate layer were calculated. The results are summarized in Table 3 and illustrated in FIG. In Table 3, the light transmittance T, reflectance R, and absorptance A are all represented by two significant digits.
表1〜3および図7、9および11を参照して、基板に照射される光について、光透過抑制構造層を含まない中間層における透過率が36%(例OR1)であったのに対し、1対の低屈性率層および高屈折率層で形成される光透過抑制構造を含む中間層における透過率(例O1)が10%と大きく低減し、2対の低屈性率層および高屈折率層で形成される光透過抑制構造を含む中間層における透過率(例O2)が0.79%とさらに大きく低減した。これは、基板に照射される光について、光透過抑制構造層を含まない中間層における反射率が45%(例OR1)であったのに対し、1対の低屈性率層および高屈折率層で形成される光透過抑制構造を含む中間層における反射率(例O1)が69%と大きく増大し、2対の低屈性率層および高屈折率層で形成される光透過抑制構造を含む中間層における反射率(例O2)が75%とさらに大きく増大したためと考えられる。 Referring to Tables 1 to 3 and FIGS. 7, 9 and 11, the light applied to the substrate had a transmittance of 36% (example OR1) in the intermediate layer not including the light transmission suppressing structure layer. The transmittance (example O1) in the intermediate layer including the light transmission suppressing structure formed by the pair of low-refractive index layers and the high-refractive index layer is greatly reduced to 10%, and the two pairs of low-refractive index layers and The transmittance (Example O2) in the intermediate layer including the light transmission suppressing structure formed of the high refractive index layer was further greatly reduced to 0.79%. This is because the light applied to the substrate has a reflectance of 45% (example OR1) in the intermediate layer that does not include the light transmission suppressing structure layer, whereas a pair of low-refractive index layers and a high refractive index. The reflectance (example O1) in the intermediate layer including the light transmission suppressing structure formed by the layer is greatly increased to 69%, and the light transmission suppressing structure formed by two pairs of the low refractive index layer and the high refractive index layer is provided. This is considered to be because the reflectance (example O2) in the intermediate layer containing the material increased further to 75%.
また、例O1においては、基板に照射される光について、中間層の光熱変換層および光透過抑制構造層における全吸収率(図7におけるA1およびA2の和)に対する光熱変換層における吸収率(図7におけるA1)の比は0.90と極めて高く、Ga含有透明支持基板と中間層との効果的な分離が達成されることがわかった。また、例O2においても、基板に照射される光について、中間層の光熱変換層および光透過抑制構造層における全吸収率(図7におけるA1、A2およびA3の和)に対する光熱変換層における吸収率(図7におけるA1)の比は0.87と極めて高く、Ga含有透明支持基板と中間層との効果的な分離が達成されることがわかった。 Further, in Example O1, the absorption rate in the light-to-heat conversion layer with respect to the total absorption rate (the sum of A 1 and A 2 in FIG. 7) in the light-to-heat conversion layer and the light transmission suppressing structure layer of the intermediate layer with respect to the light irradiated on the substrate The ratio of (A 1 in FIG. 7) was as extremely high as 0.90, and it was found that effective separation between the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer was achieved. Also in Example O2, the light-to-heat conversion layer with respect to the total absorptance (the sum of A 1 , A 2 and A 3 in FIG. 7) in the light-to-heat conversion layer and the light transmission suppressing structure layer of the intermediate layer for the light irradiated on the substrate The ratio of absorptivity (A 1 in FIG. 7) was as extremely high as 0.87, indicating that effective separation between the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer was achieved.
[実施例A]
(例A1)
1.積層支持基板の作製
図1(A)を参照して、Ga含有透明支持基板10として、HVPE法により形成した直径が2インチ(5.08cm)で厚さ500μmのGaN支持基板を準備した。かかるGaN支持基板は、一主表面が(0001)面であるGa原子表面であり、他主表面が(000−1)面であるN原子表面であり、両主表面が鏡面加工されていた。
[Example A]
(Example A1)
1. Production of Laminated Support Substrate With reference to FIG. 1A, a GaN support substrate having a diameter of 2 inches (5.08 cm) and a thickness of 500 μm was prepared as a Ga-containing
このGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)のGa原子表面に、中間層20aとして、プラズマCVD法により、厚さ10nmのSiO2層(第2の透明層25)、厚さ40nmのアモルファスシリコン層(光熱変換層21)、厚さ100nmのSiO2層(光透過抑制構造層27の低屈折率層27k)、厚さ20nmのアモルファスシリコン層(光透過抑制構造層27の高屈折率層27h)および厚さ125nmのSiO2層(第1の透明層23a)を順に堆積させて、積層支持基板1を得た。プラズマCVDの条件は、SiO2層の堆積においては、RFが50W、Arガスにより8体積%に希釈されたSiH4ガスの流量が50sccm(1sccmは、標準状態に換算して1分間に1cm3のガスが流れる量をいう)、N2Oガス流量が460sccm、チャンバ圧力が80Pa、ステージ温度が250℃であり、アモルファスシリコン層の堆積においては、RFが50W、Arガスにより8体積%に希釈されたSiH4ガスの流量が200sccm、チャンバ圧力が80Pa、ステージ温度が250℃であった。
An SiO 2 layer (second transparent layer 25) having a thickness of 10 nm and an amorphous silicon having a thickness of 40 nm are formed on the Ga atom surface of the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) as an
また、GaN層30aを形成するためのGaN基板30として、HVPE法により形成した直径2インチ(5.08cm)で厚さが500μmのGaN基板を準備した。かかるGaN基板30は、一主表面が(0001)面であるGa原子表面であり、他主表面が(000−1)面であるN原子表面であり、両主表面が鏡面加工されていた。まず、GaN基板30のN原子表面に、プラズマCVD法により、厚さ200nmのSiO2層(第1の透明層23b)を堆積させた。
Further, as a
次いで、GaN基板30のSiO2層(第1の透明層23b)側から、水素イオンを注入した。水素イオンの注入条件は、加速電圧が50keV、ドーズ量が7×1017cm-2であった。こうして、水素イオンが注入されたGaN基板30は、そのN原子表面から約200nmの深さの面Pにドーズ量のピークがあった。このドーズ量はリファレンスとして同一バッチでイオン注入したGaN基板のイオン注入側から、SIMS(二次イオン質量分析計)分析を深さ方向に対して実施することで測定した。
Next, hydrogen ions were implanted from the SiO 2 layer (first
上記で得られた積層支持基板1のGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)とSiO2層(第2の透明層25)との密着性およびGaN基板30におけるGaN基板30とSiO2層(第1の透明層23b)との密着性を高めるために、窒素雰囲気中で700℃〜1000℃で10分間アニールした後、両基板のSiO2層の主表面を洗浄した。具体的には、両基板をドライエッチング装置に入れて、酸素(O2)ガスを原料としたプラズマに曝すことにより、SiO2層の主表面を清浄にした。このときのプラズマ条件は、RFが100W、O2ガス流量が50sccm、チャンバ圧力が6.7Paであった。
Adhesion between the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) and the SiO 2 layer (second transparent layer 25) of the laminated support substrate 1 obtained above, and the
2.積層貼り合わせ基板の作製工程
次に、図1(B)を参照して、上記の積層支持基板1の中間層20のSiO2層(第1の透明層23a)とGaN基板30に堆積させたSiO2層(第1の透明層23b)とを、積層支持基板1のGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)の一主表面((0001)面)の結晶方位とGaN基板30の一主表面((0001)面)の結晶方位が一致するように重ね合わせて、プレス装置(ウエハボンダ)で7MPa(2インチ基板当たり1400kgf)の荷重で押しつけることで、SiO2層同士を接合させることにより、積層支持基板1とGaN基板30とを貼り合わせた。こうして得られた積層貼り合わせ基板2は、大気中で室温(25℃)から300℃まで3時間かけてゆっくりと昇温することにより、接合界面の接合強度が増した。ここで、積層貼り合わせ基板2において、中間層20のアモルファスシリコン層(光熱変換層21)とGaN基板との間に配置されるSiO2層(第1の透明層23)の厚さは325nmであった。
2. Next, referring to FIG. 1B, the laminated substrate 1 was deposited on the SiO 2 layer (first
3.エピ成長用積層支持基板の作製工程
次に、図1(C)を参照して、積層貼り合わせ基板2を500℃に加熱して基板の主表面に対して斜めに応力をかけた。積層貼り合わせ基板2のGaN基板30において水素イオンが多く注入され脆化したN原子表面からの深さが約200nmの面Pにおいて熱応力がかかり、GaN基板30は、上記の面Pにおいて、積層支持基板1の中間層20に接合している厚さ200nmのGaN層30aと残部GaN基板30bとに分離した。こうして、積層支持基板1の中間層20上に厚さ200nmのGaN層30aが形成されたエピ成長用積層支持基板3が得られた。ここで、GaN層30aから分離した残部GaN基板30bは、分離面の表面状態(平坦性など)を研磨などの手法で整えた後、何度も再利用できる.これにより最終的に半導体デバイス1枚あたりのコストを低減できる。
3. Next, referring to FIG. 1C, the laminated
4.デバイス用積層支持基板の作製工程
次に、図1(D)を参照して、エピ成長用積層支持基板3のGaN層30a上に、MOCVD法により、透明半導体層40として、厚さ2μmのGaNバッファ層41、厚さ0.5μmのn−GaN層43、厚さ70nmの発光層45である3対のInGaN層およびGaN層からなる多重量子井戸層、厚さ80nmのp−GaN層47をこの順に堆積させた。こうして、デバイス用積層支持基板4が得られた。
4). Next, referring to FIG. 1D, a GaN layer having a thickness of 2 μm is formed as a
ここで、上記のMOCVD法による透明半導体層40のエピタキシャル成長においては、エピ成長用積層支持基板3の温度が1000℃程度になった。また、エピ成長用積層支持基板3には、GaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)とGaN層30aとの間に、中間層20としてSiO2層(第1の透明層23、低屈折率層27kおよび第2の透明層25)およびアモルファスシリコン層(光熱変換層21および高屈折率層27h)が含まれ、かかるSiO2層およびアモルファスシリコン層は、GaN支持基板およびGaN層30aと熱膨張係数が異なった。しかし、本実施例における中間層20の総厚さは300nmであり、エピタキシャル成長された透明半導体層40は、X線回折法により分析したところ、GaN層30aとほぼ同じ格子定数が得られており高い品質を有していると言える。中間層20の総厚さが1μm以下であれば、発生する応力が小さいため、エピタキシャル成長された透明半導体層40の品質は高く維持される。次いで、得られたデバイス用積層支持基板4を、CVD装置から取り出した後、全圧が1気圧で酸素が16体積%の窒素/酸素雰囲気中700℃でアニールした。
Here, in the epitaxial growth of the
5.二電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程
次に、図2(A)を参照して、以下のようにして、デバイス用積層支持基板4に二電極を形成した。デバイス用積層支持基板4の透明半導体層40のp−GaN層47上に、フォトリソグラフィ法によりp−電極用レジストマスク(図示せず)を形成し、真空蒸着法により厚さ5nmのNi層および厚さ11nmのAu層をこの順に形成した後、p−電極用レジストマスクを除去することにより不要部分の電極材料を除去することにより、p−電極80を形成した。
5. Next, with reference to FIG. 2 (A), two electrodes were formed on the device
次いで、p−電極80およびその周辺領域にフォトリソグラフィ法によりp−電極保護用レジストマスク(図示せず)を形成し、塩素ガスを用いて透明半導体層40のp−GaN層47側の主表面から250nmの深さまでメサエッチングをして、主表面の一部領域において、p−GaN層47、発光層45およびn−GaN層43を除去し、GaNバッファ層41を露出させた。その後、上記のp−電極保護用レジストマスクを除去した。露出されたGaNバッファ層41上に、上記p−電極の形成と同様の方法により、厚さ20nmのTi層および厚さ300nmのAu層で構成されるn−電極90を形成した。p−電極およびn−電極と半導体層とのオーミック接合を取るために、得られた基板を全圧が1気圧で酸素が0.4体積%の窒素/酸素雰囲気中500℃でアニールした。こうして、二電極付のデバイス用積層支持基板4Aが得られた。この後、図示しないが、p−電極およびn−電極のそれぞれの上に、リフトオフ法により、厚さ20nmのTi層および厚さ300nmのAu層で構成されるパッド電極層を形成してもよい。
Next, a p-electrode protecting resist mask (not shown) is formed on the p-
上記のように、半導体デバイスを形成するためには高温のアニールが必要となる。半導体デバイスを作製するためのデバイス用積層支持基板において、Ga含有透明支持基板10、GaN層30aおよび透明半導体層40が、化学種が異なり熱膨張係数が異なる材料であれば接合界面での剥がれ、あるいはGaN層30aおよび透明半導体層40などにクラックなどが生じるおそれがあるが、Ga含有透明支持基板10(GaN支持基板)および透明半導体層40(GaNバッファ層41、n−GaN層43、3対のInGaN層およびGaN層からなる多重量子井戸層である発光層45、およびp−GaN層47)が、GaN層30aと同一または近似する化学種で構成され、それらの基板および層の熱膨張係数が互いに同一または近似しているため、接合界面での剥がれ、GaN層30aおよび透明半導体層40などのクラックなどが防止できる。
As described above, high temperature annealing is required to form a semiconductor device. In the laminated support substrate for a device for producing a semiconductor device, if the Ga-containing
一方、GaNの基板は非常に高価であるため、最終製品としての半導体デバイスの単価を下げるためには、以下に説明するように、デバイス用積層支持基板からGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)を分離する必要がある。以下に説明する方法により、分離されたGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)は、その主表面の処理を行うことにより、再びGaN支持基板として利用できる。このように、1枚のGaN基板を繰り返し使用することにより、最終製品としての半導体デバイスの単価を下げることが可能になる。
On the other hand, since a GaN substrate is very expensive, in order to lower the unit price of a semiconductor device as a final product, as described below, a laminated support substrate for devices is changed from a GaN support substrate (Ga-containing
6.二電極付のデバイス用積層ウエハの作製工程
次に、図2(B)を参照して、二電極付のデバイス用積層支持基板4Aのp−電極80およびn−電極90の形成面に接着剤51をスピン塗布し、真空中で200℃に加熱された雰囲気下で、ウエハボンダを用いて、仮支持用サファイア板(仮支持基板50)を貼り付けた。かかる接着剤51には、後工程において、ウエハから仮支持用サファイア板を分離することを考慮して、200℃に加熱することで再度軟化させられるもの、たとえばBrewer Sciences社製WaferBond HT−10,10などを選んだ。
6). Next, referring to FIG. 2B, an adhesive is formed on the formation surface of the p-
次いで、上記の仮支持用サファイア板(仮支持基板50)が貼り付けられた二電極付のデバイス用積層支持基板4Aをレーザアニール装置にセットした。このレーザアニール装置は、Nd:YAGレーザとLiB3O5 SHG結晶を用いて、波長532nmの緑色レーザパルスを発生できる。このレーザアニール装置は元来、上記の波長の光を、アモルファスシリコンに吸収させることにより、アモルファスシリコンを数百℃〜千数百℃程度まで急加熱し、ポリシリコンへと変化させるための装置である。
Next, the
上記のレーザアニール装置を用いて、出力が0.2W、繰り返し周期が10kHz、パルス幅が10ns、アモルファスシリコン層上のスポットサイズが直径25nm、スキャンスピードが100mm/sの条件で、二電極付のデバイス用積層支持基板4AのGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)側からレーザを照射し、直径2インチの二電極付のデバイス用積層支持基板4AのGaN支持基板上を順次スキャンした。上記の波長532nmの光は、GaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)、SiO2層(第1の透明層23および第2の透明層25)、GaN層30a、透明半導体層40、接着剤51、および仮支持サファイア板(仮支持基板50)などでは吸収されず、アモルファスシリコン層(光熱変換層21)でのみ効率よく吸収された。これにより、アモルファスシリコン層(光熱変換層21)の温度は急激に上昇した。
Using the laser annealing apparatus described above, two electrodes are attached under the conditions that the output is 0.2 W, the repetition period is 10 kHz, the pulse width is 10 ns, the spot size on the amorphous silicon layer is 25 nm in diameter, and the scan speed is 100 mm / s. Laser was irradiated from the GaN support substrate (Ga-containing transparent support substrate 10) side of the device
その結果、アモルファスシリコン層(光熱変換層21)の近距離に位置するGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)における中間層20との貼り合わせ面は、その面の温度が900℃を超え、金属Gaと窒素(N2)ガスに熱分解された。一方、GaN層30aにおける中間層20との貼り合わせ面においては、熱分解温度には至らなかった。これは、GaN層30aとアモルファスシリコン層(光熱変換層21)との間には、GaN(熱伝導率が約100W・m-1・K-1)に比べて熱伝導率の低いSiO2(熱伝導率が約10W・m-1・K-1)で形成された厚さ230nmのSiO2層(第1の透明層23)が介在しているため、アモルファスシリコン層(光熱変換層21)で発生した熱量の大半がGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)側に拡散するため、GaN層30aは熱分解温度には至らなかったものと考えられる。また、同様の理由から、接着剤51部分の温度は100℃以下に抑えられ、接着剤51の軟化ないし炭化などの変質は生じなかった。このようにして、GaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)における中間層20との貼り合わせ面にのみ金属Ga60を析出させることができた。
As a result, the bonding surface with the
次いで、図2(B)および(C)を参照して、上記の金属Ga60が析出した二電極付のデバイス用積層支持基板4Aを、60℃のホットプレート(図示せず)に置いて、金属Ga(融点が29.8℃)を融解させた状態でGaN支持基板を滑らせる(スライドオフする)ことにより、中間層20からGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)を分離した。こうして、透明半導体層40、GaN層30aおよび中間層20を含む二電極付のデバイス用積層ウエハ5Aが得られた。なお、分離されたGaN支持基板は、主表面を研磨およびエッチングなどの処理をすることにより、再度利用できる。
Next, referring to FIGS. 2B and 2C, the
ここで、本例A1の二電極付のデバイス用積層支持基板4Aは、実施例Oの例O1のデバイス用積層支持基板と同様の構造の中間層を有するため、本例A1の二電極付のデバイス用積層支持基板4Aに照射されたレーザパルス光は中間層20の光熱変換層21で吸収され、さらに光熱変換層で吸収されずに中間層に入射したレーザパルス光は中間層20の光透過抑制構造層27で反射されてその光の透過率が10%まで低減されため、照射光が透明半導体層40を透過して電極(p−電極80、n−電極90)、接着剤51、仮支持基板50などに吸収されることが抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層40のダメージの発生が抑制された。
Here, the
7.二電極付の透明半導体層積層ウエハの作製工程
次に、図2(D)を参照して、二電極付のデバイス用積層ウエハ5Aの中間層20上の金属Ga60を塩酸により洗浄し、中間層20(SiO2層および一部がポリシリコン化したアモルファスシリコン層)を、フッ酸硝酸混合溶液を用いたウェットエッチングにより、除去した。こうして、透明半導体層40およびGaN層30aを含む二電極付の透明半導体層積層ウエハ6Aが得られた。
7). Step of Producing Transparent Semiconductor Layer Laminated Wafer with Two Electrodes Next, referring to FIG. 2D, the metal Ga60 on the
8.半導体デバイスの作製工程
次に、図2(E)を参照して、以下のようにして、二電極付の透明半導体層積層ウエハ6AのGaN層30aに、別途準備した透明半導体層積層ウエハ支持基板70を貼り合わせた。
8). Next, referring to FIG. 2 (E), a transparent semiconductor layer laminated wafer supporting substrate prepared separately on the
ここで、準備された透明半導体層積層ウエハ支持基板70としては、厚さ150μmのサファイア基板であった。貼り合わせは、二電極付の透明半導体層積層ウエハ6AのGaN層30aの主表面を洗浄した後に、プラズマエッチング装置にいれて、窒素プラズマ(プラズマ条件は、RFが100W、N2ガス流量が50sccm、チャンバ圧力13.3Paであった)に曝して主表面を清浄にした。サファイア基板(透明半導体層積層ウエハ支持基板70)も、その主表面を洗浄した後に、酸素プラズマ(プラズマ条件は、RFが100W、O2ガス流量が50sccm、チャンバ圧力が6.7Paであった)で主表面を清浄にした。二電極付の透明半導体層積層ウエハ6Aとサファイア基板(透明半導体層積層ウエハ支持基板70)とを貼り合わせた後に、大気中でウエハボンダを用いて7MPaの荷重で押しつけて、接合させて貼り合わせた。
Here, the prepared transparent semiconductor layer laminated
次いで、図2(F)を参照して、上記の貼り合わせ基板をホットプレートで接着剤の軟化温度である200℃まで加熱して、上記の貼り合わせ基板から仮支持用サファイア板(仮支持基板50)をスライドオフさせて取り除いた。透明半導体層40上のp−電極80およびn−電極90側に残った接着剤は専用のリムーバで除去した。
Next, referring to FIG. 2F, the bonded substrate is heated to 200 ° C., which is the softening temperature of the adhesive, with a hot plate, and the sapphire plate for temporary support (temporary support substrate) is heated. 50) was removed by sliding off. The adhesive remaining on the p-
上記の工程により、LED(発光ダイオード)である半導体デバイス7が得られた。かかる半導体デバイスにおいて、以降は一般的な素子化工程(スクライブ、ブレーク、ダイボンド、ワイヤボンドなどの諸工程)が適用できる。
The
(例A2)
中間層20の構造を、GaN支持基板(GaN含有透明支持基板10)側から透明半導体層40側に、順に、厚さ10nmのSiO2層(第2の透明層25)、厚さ35nmのアモルファスシリコン層(光熱変換層21)、厚さ80nmのSiO2層(光透過抑制構造層27の低屈折率層27k)、厚さ35nmのアモルファスシリコン層(光透過抑制構造層27の高屈折率層27h)、厚さ80nmのSiO2層(光透過抑制構造層27の低屈折率層27k)、厚さ35nmのアモルファスシリコン層(光透過抑制構造層27の高屈折率層27h)、および厚さ265nmのSiO2層(第1の透明層23a)としたこと以外は、例A1と同様にして、LED(発光ダイオード)である半導体デバイスを作製した。
(Example A2)
The structure of the
本例A2の二電極付のデバイス用積層支持基板4Aは、実施例Oの例O2のデバイス用積層支持基板と同様の構造の中間層を有するため、本例A2の二電極付のデバイス用積層支持基板4Aに照射されたレーザパルス光は中間層20の光熱変換層21で吸収され、さらに光熱変換層で吸収されずに中間層に入射したレーザパルス光は中間層20の光透過抑制構造層27で反射されてその光の透過率が0.79%まで低減されため、照射光が透明半導体層40を透過して電極(p−電極80、n−電極90)、接着剤51、仮支持基板50などに吸収されることが極めて抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層40のダメージの発生が極めて抑制された。
Since the
[実施例B]
(例B1)
1.デバイス用積層支持基板までの作製工程
図1(A)〜(D)を参照して、実施例Aの例A1と同様にして、デバイス用積層支持基板4を得た。
[Example B]
(Example B1)
1. Manufacturing Process Up to Device Multilayer Support Substrate With reference to FIGS. 1A to 1D, a device
2.一電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程
次に、図3(A)を参照して、デバイス用積層支持基板4の透明半導体層40のp−GaN層47上の全面に、真空蒸着法により、p−電極80として、Ni/Au電極(具体的には、厚さ5nmのNi層および厚さ11nmのAu層で構成される電極)を形成した。こうして、一電極付のデバイス用積層支持基板4Bが得られた。
2. Next, referring to FIG. 3A, a vacuum deposition method is performed on the entire surface of the
3.一電極付のデバイス用積層ウエハの作製工程
次に、図3(B)〜(C)を参照して、一電極付のデバイス用積層支持基板4Bのp−電極80上に、接着剤51を介在させて仮支持基板50をさせた後、実施例Aの例A1と同様にして、デバイス用積層支持基板4BからGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)をスライドオフさせた。こうして、一電極付のデバイス用積層ウエハ5Bが得られた。
3. Next, referring to FIGS. 3B to 3C, an adhesive 51 is applied on the p-
ここで、本例B1の一電極付のデバイス用積層支持基板4Bは、実施例Oの例O1のデバイス用積層支持基板と同様の構造の中間層を有するため、本例B1の一電極付のデバイス用積層支持基板4Bに照射されたレーザパルス光は中間層20の光熱変換層21で吸収され、さらに光熱変換層で吸収されずに中間層に入射したレーザパルス光は中間層20の光透過抑制構造層27で反射されてその光の透過率が10%まで低減されため、照射光が透明半導体層40を透過して電極(p−電極80)、接着剤51、仮支持基板50などに吸収されることが抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層40のダメージの発生が抑制された。
Here, since the laminated support substrate for
4.一電極付の透明半導体層積層ウエハの作製工程
次に、図3(D)を参照して、実施例Aの例A1と同様にして、一電極付のデバイス用積層ウエハ5Bから金属Ga60および中間層20を除去した。こうして、一電極付の透明半導体層積層ウエハ6Bが得られた。
4). Step of Producing Transparent Semiconductor Layer Laminated Wafer with One Electrode Next, referring to FIG. 3D, in the same manner as in Example A1 of Example A, metal Ga60 and an intermediate layer are formed from the laminated wafer for
5.半導体デバイスの作製方法
次に、図3(E)を参照して、一電極付の透明半導体層積層ウエハ6BのGa層30aの主表面(N原子表面)の全面に、真空蒸着法により、n−電極90としてTi/Al電極(具体的には、厚さ20nmのTi層および厚さ300nmのAu層で構成される電極)を形成した。次いで、n電極の上に、真空蒸着法により、導電性接着層95aとしてTi/Al層(具体的には、厚さ20nmのTi層および厚さ300nmのAu層)で構成される貼り合わせ用パッド電極層を形成した。
5. Next, referring to FIG. 3 (E), the entire surface of the main surface (N atom surface) of the
次いで、透明半導体層積層ウエハ支持基板70として、導電性基板であるP(リン)を1×1019cm-3と高濃度にドープしたn型導電性Si基板を準備した。このn型導電性Si基板の主表面に、真空蒸着法により、導電性接着層95bとしてTi/Al層(具体的には、厚さ20nmのTi層および厚さ300nmのAu層)で構成される貼り合わせ用パッド電極層を形成した。
Next, an n-type conductive Si substrate doped with P (phosphorus), which is a conductive substrate, at a high concentration of 1 × 10 19 cm −3 was prepared as the transparent semiconductor layer laminated
次に、図3(F)を参照して、一電極付の透明半導体層積層ウエハ6Bに形成された貼り合わせ用パッド電極層(導電性接着層95a)と、n型導電性Si基板(透明半導体層積層ウエハ支持基板70)に形成された貼り合わせ用パッド電極層(導電性接着層95b)と、を重ね合わせて、真空状態に保ったウエハボンダで3MPaの荷重で押しつけながら、400℃に加熱することにより、接合させて貼り合わせた。
Next, referring to FIG. 3F, a bonding pad electrode layer (conductive
次いで、貼り合わせ後に、n型導電性Si基板(透明半導体層積層ウエハ支持基板70)の裏面を研磨および洗浄して露出させた清浄面に、真空蒸着法により、n−パッド電極層92としてTi/Auパッド電極層(具体的には、厚さ20nmのTi層および厚さ300nmのAu層で構成されるパッド電極層)を形成した。
Next, after bonding, the back surface of the n-type conductive Si substrate (transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate 70) is polished and washed to expose a cleaned surface as an n-
次いで、図3(G)を参照して、上記の貼り合わせ基板をホットプレートで接着剤の軟化温度である200℃まで加熱して、上記の貼り合わせ基板から仮支持用サファイア板(仮支持基板50)をスライドオフさせて取り除いた。透明半導体層40上のp−電極80側に残った接着剤は専用のリムーバで除去した。
Next, referring to FIG. 3G, the bonded substrate is heated to 200 ° C. which is the softening temperature of the adhesive with a hot plate, and the sapphire plate for temporary support (temporary support substrate) is heated. 50) was removed by sliding off. The adhesive remaining on the p-
さらに、p−電極80、n−電極90およびn−パッド電極層92のオーミック化のために、上記の貼り合わせ基板を全圧が1気圧で酸素が0.4体積%の窒素/酸素雰囲気中500℃でアニールした。
Further, in order to make the p-
上記の工程により、LED(発光ダイオード)である半導体デバイス7が得られた。かかる半導体デバイスにおいて、以降は一般的な素子化工程(スクライブ、ブレーク、ダイボンド、ワイヤボンドなどの諸工程)が適用できる。
The
なお、本実施例においては、透明半導体層積層ウエハ支持基板70である導電性基板は透明基板であってもよい。かかる場合には、n−電極、貼り合わせ用パッド電極層およびn−パッド電極層として、ITO(インジウムスズ酸化物)をはじめとする透明導電性材料を用いることにより、支持基板側から光を取り出す様な実装(いわゆる、p−down実装)も可能となる。
In the present embodiment, the conductive substrate which is the transparent semiconductor layer laminated
(例B2)
中間層20の構造を、GaN支持基板(GaN含有透明支持基板10)側から透明半導体層40側に、順に、厚さ10nmのSiO2層(第2の透明層25)、厚さ35nmのアモルファスシリコン層(光熱変換層21)、厚さ80nmのSiO2層(光透過抑制構造層27の低屈折率層27k)、厚さ35nmのアモルファスシリコン層(光透過抑制構造層27の高屈折率層27h)、厚さ80nmのSiO2層(光透過抑制構造層27の低屈折率層27k)、厚さ35nmのアモルファスシリコン層(光透過抑制構造層27の高屈折率層27h)、および厚さ265nmのSiO2層(第1の透明層23a)としたこと以外は、例B1と同様にして、LED(発光ダイオード)である半導体デバイスを作製した。
(Example B2)
The structure of the
本例B2の一電極付のデバイス用積層支持基板4Bは、実施例Oの例O2のデバイス用積層支持基板と同様の構造の中間層を有するため、本例B2の一電極付のデバイス用積層支持基板4Bに照射されたレーザパルス光は中間層20の光熱変換層21で吸収され、さらに光熱変換層で吸収されずに中間層に入射したレーザパルス光は中間層20の光透過抑制構造層27で反射されてその光の透過率が0.79%まで低減されため、照射光が透明半導体層40を透過して電極(p−電極80)、接着剤51、仮支持基板50などに吸収されることが極めて抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層40のダメージの発生が極めて抑制された。
Since the
[実施例C]
(例C1)
1.デバイス用積層支持基板までの作製工程
図1(A)〜(D)を参照して、実施例Aの例A1と同様にして、デバイス用積層支持基板4を得た。
[Example C]
(Example C1)
1. Manufacturing Process Up to Device Multilayer Support Substrate With reference to FIGS. 1A to 1D, a device
2.デバイス用積層支持基板への透明半導体層積層ウエハ支持基板を貼り合わせ工程
次に、図4(A)を参照して、デバイス用積層支持基板4の透明半導体層40のp−GaN層47上の全面に、真空蒸着法により、Ni/Au(具体的には、厚さ5nmのNi層および厚さ11nmのAu層で構成される電極)を形成し、この貼り合わせ基板を窒素/酸素雰囲気中500℃でアニールすることにより、p−電極80を形成した。
2. Next, referring to FIG. 4A, the transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate is bonded to the device laminated support substrate. On the p-
次いで、p−電極80上に真空蒸着法により厚さ50nmのAg層83を形成し、その上にスパッタ法により厚さ200nmのITO(インジウムスズ酸化物)84を形成し、その上に真空蒸着法により導電性接着層85aとして貼り合わせ用Ti/Auパッド電極層を形成した。
Next, an
一方で、主表面に貼り合わせ用Ti/Auパッド電極層(導電性接着層85b)を形成した透明半導体層積層ウエハ支持基板70を準備した。透明半導体層積層ウエハ支持基板70としては、導電性支持基板であるB(ホウ素)を1×1019cm-3と高濃度にドープしたp型導電型Si基板を用いた。
On the other hand, a transparent semiconductor layer laminated
次いで、デバイス用積層支持基板4に形成された貼り合わせ用Ti/Auパッド電極層(導電性接着層85a)と、透明半導体層積層ウエハ支持基板70に形成された貼り合わせ用Ti/Auパッド電極層(導電性接着層85b)と、を重ね合わせてウエハボンダで350℃で4MPaの条件で加熱加圧して接合して貼り合わせた。
Next, a bonding Ti / Au pad electrode layer (conductive adhesive layer 85a) formed on the device laminated
3.支持基板付のデバイス用積層ウエハの作製工程
次に、図4(B)〜(C)を参照して、透明半導体層積層ウエハ支持基板70が貼り合わされたデバイス用積層支持基板4Cから、実施例Aの例A1と同様にして、Ga含有透明支持基板10を分離した。こうして、支持基板付のデバイス用積層ウエハ5Cが得られた。
3. Next, referring to FIGS. 4B to 4C, a device laminated
ここで、本例C1の支持基板付のデバイス用積層支持基板4Cは、実施例Oの例O1のデバイス用積層支持基板と同様の構造の中間層を有するため、本例C1の支持基板付のデバイス用積層支持基板4Cに照射されたレーザパルス光は中間層20の光熱変換層21で吸収され、さらに光熱変換層で吸収されずに中間層に入射したレーザパルス光は中間層20の光透過抑制構造層27で反射されてその光の透過率が10%まで低減されため、照射光が透明半導体層40を透過して電極(p−電極80)、導電性接着層85、仮支持基板50などに吸収されることが抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層40のダメージの発生が抑制された。
Here, the device laminated
4.支持基板付の透明半導体層積層ウエハの作製工程
次に、図4(D)を参照して、支持基板付のデバイス用積層ウエハ5Cから、実施例Aの例A1と同様にして、金属Ga60および中間層20が分離除去した。こうして、支持基板付の透明半導体層積層ウエハ6が得られた。
4). Step of Producing Transparent Semiconductor Layer Laminated Wafer with Support Substrate Next, referring to FIG. 4D, from the device laminated wafer 5C with a support substrate, in the same manner as in Example A1 of Example A, the metal Ga60 and The
5.半導体デバイスの作製工程
次に、図4(E)を参照して、支持基板付の透明半導体層積層ウエハ6のp型導電型Si基板(透明半導体層積層ウエハ支持基板)上に、真空蒸着法により、p−パッド電極層86としてTi/Auパッド電極層(具体的には、厚さ20nmのTi層および厚さ300nmのAu層で構成されるパッド電極層)を形成した。また、支持基板付の透明半導体層積層ウエハ6のGaN層30a上に、真空蒸着法およびリフトオフ法により、n−電極90としてTi/Au電極(具体的には、厚さ20nmのTi層および厚さ300nmのAu層で構成される電極)を形成した。p−パッド電極層86およびp−電極90と半導体層とのオーミック接合を取るために、これらの電極が形成された支持基板付の透明半導体層積層ウエハ6を、窒素雰囲気中500℃でアニールした。こうして、LEDである半導体デバイス7が得られた。以降は一般的な素子化工程(スクライブ、ブレーク、ダイボンド、ワイヤボンドなどの諸工程)が適用できる。
5. Next, referring to FIG. 4E, a vacuum deposition method is performed on a p-type conductivity Si substrate (transparent semiconductor layer laminated wafer supporting substrate) of a transparent semiconductor layer laminated
(例C2)
中間層20の構造を、GaN支持基板(GaN含有透明支持基板10)側から透明半導体層40側に、順に、厚さ10nmのSiO2層(第2の透明層25)、厚さ35nmのアモルファスシリコン層(光熱変換層21)、厚さ80nmのSiO2層(光透過抑制構造層27の低屈折率層27k)、厚さ35nmのアモルファスシリコン層(光透過抑制構造層27の高屈折率層27h)、厚さ80nmのSiO2層(光透過抑制構造層27の低屈折率層27k)、厚さ35nmのアモルファスシリコン層(光透過抑制構造層27の高屈折率層27h)、および厚さ265nmのSiO2層(第1の透明層23a)としたこと以外は、例C1と同様にして、LED(発光ダイオード)である半導体デバイスを作製した。
(Example C2)
The structure of the
本例C2の支持基板付のデバイス用積層支持基板4Cは、実施例Oの例O2のデバイス用積層支持基板と同様の構造の中間層を有するため、本例C2の支持基板付のデバイス用積層支持基板4Cに照射されたレーザパルス光は中間層20の光熱変換層21で吸収され、さらに光熱変換層で吸収されずに中間層に入射したレーザパルス光は中間層20の光透過抑制構造層27で反射されてその光の透過率が0.79%まで低減されため、照射光が透明半導体層40を透過して電極(p−電極80)、導電性接着層85、仮支持基板50などに吸収されることが極めて抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層40のダメージの発生が極めて抑制された。
Since the
[実施例D]
(例D1)
本実施例は、透明半導体層積層ウエハ支持基板の熱膨係数がGaNの熱膨張係数と同一または近似している場合に適用される。
[Example D]
(Example D1)
This embodiment is applied when the thermal expansion coefficient of the transparent semiconductor layer laminated wafer supporting substrate is the same as or close to the thermal expansion coefficient of GaN.
1.デバイス用積層支持基板までの作製工程
図1(A)〜(D)を参照して、実施例Aの例A1と同様にして、デバイス用積層支持基板4を得た。
1. Manufacturing Process Up to Device Multilayer Support Substrate With reference to FIGS. 1A to 1D, a device
2.デバイス用積層ウエハの作製工程
次に、図5(A)および(B)を参照して、デバイス用積層支持基板4の中間層20のp−GaN層47上に、接着剤51を介在させて仮支持基板50をさせた後、実施例Aの例A1と同様にして、デバイス用積層支持基板4からGaN支持基板(Ga含有透明支持基板10)をスライドオフさせた。こうして、デバイス用積層ウエハ5が得られた。
2. Next, referring to FIGS. 5A and 5B, an adhesive 51 is interposed on the p-
ここで、本例D1のデバイス用積層支持基板4は、実施例Oの例O1のデバイス用積層支持基板と同様の構造の中間層を有するため、本例C1のデバイス用積層支持基板4に照射されたレーザパルス光は中間層20の光熱変換層21で吸収され、さらに光熱変換層で吸収されずに中間層に入射したレーザパルス光は中間層20の光透過抑制構造層27で反射されてその光の透過率が10%まで低減されため、照射光が透明半導体層40を透過して接着剤51、仮支持基板50などに吸収されることが抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層40のダメージの発生が抑制された。
Here, because the device
3.透明半導体層積層ウエハの作製工程
次に、図5(C)を参照して、実施例Aの例A1と同様にして、デバイス用積層ウエハ5から金属Ga60および中間層20を除去した。こうして、透明半導体層積層ウエハ6が得られた。
3. Step of Producing Transparent Semiconductor Layer Laminated Wafer Next, with reference to FIG. 5C, the
4.半導体デバイスの作製工程
次に、図5(D)を参照して、透明半導体層積層ウエハ6に透明半導体層積層ウエハ支持基板70として透明支持基板であるスピネル基板を貼り合わせた。
4). Next, referring to FIG. 5D, a spinel substrate, which is a transparent support substrate, was bonded to the transparent semiconductor layer stacked
上記の貼り合わせは、透明半導体層積層ウエハ6のGaN層30aの主表面を洗浄した後に、プラズマエッチング装置にいれて、窒素プラズマ(プラズマ条件は、RFが100W、N2ガス流量が50sccm、チャンバ圧力13.3Paであった)に曝して主表面を清浄にした。スピネル基板(透明半導体層積層ウエハ支持基板70)も、その主表面を洗浄した後に、酸素プラズマ(プラズマ条件は、RFが100W、O2ガス流量が50sccm、チャンバ圧力が6.7Paであった。)で主表面を清浄にした。透明半導体層積層ウエハ6とスピネル基板(透明半導体層積層ウエハ支持基板70)とを貼り合わせた後に、大気中でウエハボンダを用いて7MPaの荷重で押しつけて、接合させて貼り合わせた。その後、この貼り合わせ基板をホットプレートで200℃までゆっくりと昇温させることにより、接合強度を増大させた。
The above bonding is performed by cleaning the main surface of the
このとき、図5(E)を参照して、上記の貼り合わせ基板は接着剤の軟化温度である200℃まで加熱されているため、上記の貼り合わせ基板から仮支持用サファイア板(仮支持基板50)をスライドオフさせて取り除いた。透明半導体層40上のp−電極80側に残った接着剤は専用のリムーバで除去した。
At this time, referring to FIG. 5E, the bonded substrate is heated to 200 ° C., which is the softening temperature of the adhesive, and therefore the sapphire plate for temporary support (temporary support substrate) is bonded to the bonded substrate. 50) was removed by sliding off. The adhesive remaining on the p-
その後は、通常の電極形成工程、たとえば実施例Aの例A1の二電極付のデバイス用積層支持基板の作製工程に記載されたようなp−電極およびn−電極の形成工程、を用いて、片側にp−電極80およびn−電極90を有する半導体デバイス(図5(F1)を参照)が得られた。
Thereafter, using a normal electrode forming step, for example, a step of forming a p-electrode and an n-electrode as described in the step of preparing a laminated support substrate for a device with two electrodes in Example A1 of Example A, A semiconductor device (see FIG. 5 (F1)) having the p-
なお、透明半導体層積層ウエハ支持基板70として透明でかつ導電性の基板を用いる場合は、通常の電極形成工程により、一方側にp−電極80を有し他方側にn−電極90を有する半導体デバイス(図5(F2)を参照)を形成することもできる。
When a transparent and conductive substrate is used as the transparent semiconductor layer laminated
(例D2)
中間層20の構造を、GaN支持基板(GaN含有透明支持基板10)側から透明半導体層40側に、順に、厚さ10nmのSiO2層(第2の透明層25)、厚さ35nmのアモルファスシリコン層(光熱変換層21)、厚さ80nmのSiO2層(光透過抑制構造層27の低屈折率層27k)、厚さ35nmのアモルファスシリコン層(光透過抑制構造層27の高屈折率層27h)、厚さ80nmのSiO2層(光透過抑制構造層27の低屈折率層27k)、厚さ35nmのアモルファスシリコン層(光透過抑制構造層27の高屈折率層27h)、および厚さ265nmのSiO2層(第1の透明層23a)としたこと以外は、例D1と同様にして、LED(発光ダイオード)である半導体デバイスを作製した。
(Example D2)
The structure of the
本例D2の支持基板付のデバイス用積層支持基板4は、実施例Oの例O2のデバイス用積層支持基板と同様の構造の中間層を有するため、本例D2の支持基板付のデバイス用積層支持基板4に照射されたレーザパルス光は中間層20の光熱変換層21で吸収され、さらに光熱変換層で吸収されずに中間層に入射したレーザパルス光は中間層20の光透過抑制構造層27で反射されてその光の透過率が0.79%まで低減されため、照射光が透明半導体層40を透過して電極(p−電極80)、導電性接着層85、仮支持基板50などに吸収されることが極めて抑制され、これらの光吸収によって発生する熱による透明半導体層40のダメージの発生が極めて抑制された。
Since the
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 積層支持基板、2 積層貼り合わせ基板、3 エピ成長用積層支持基板、4,4A,4B,4C デバイス用積層支持基板、5,5A,5B,5C デバイス用積層ウエハ、6,6A,6B,6C 透明半導体層積層ウエハ、7 半導体デバイス、10 Ga含有透明支持基板、20,20a 中間層、21 光熱変換層、23,23a,23b 第1の透明層、25 第2の透明層、27 光透過抑制構造層、27h 高屈折率層、27k 低屈折率層、30 GaN基板、30a GaN層、30b 残部GaN基板、40 透明半導体層、41 GaNバッファ層、43 n−GaN層、45 発光層、47 p−GaN層、50 仮支持基板、51 接着剤、60 金属Ga、70 透明半導体層積層ウエハ支持基板、80 p−電極、83 Ag層、84 ITO層、85,85a,85b,95,95a,95b 導電性接着層、86 p−パッド電極層、90 n−電極、92 n−パッド電極層。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laminated support board | substrate, 2 Laminated laminated board | substrate, 3 Laminated support board | substrate for epi-growth, Laminated support board | substrate for 4, 4A, 4B, 4C device, Laminated wafer for 5, 5A, 5B, 5C device 6C transparent semiconductor layer laminated wafer, 7 semiconductor device, 10 Ga-containing transparent support substrate, 20, 20a intermediate layer, 21 photothermal conversion layer, 23, 23a, 23b first transparent layer, 25 second transparent layer, 27 light transmission Suppression structure layer, 27h High refractive index layer, 27k Low refractive index layer, 30 GaN substrate, 30a GaN layer, 30b Remaining GaN substrate, 40 Transparent semiconductor layer, 41 GaN buffer layer, 43 n-GaN layer, 45 Light emitting layer, 47 p-GaN layer, 50 temporary support substrate, 51 adhesive, 60 metal Ga, 70 transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate, 80 p-electrode, 83 Ag layer , 84 ITO layer, 85, 85a, 85b, 95, 95a, 95b conductive adhesive layer, 86 p-pad electrode layer, 90 n-electrode, 92 n-pad electrode layer.
Claims (28)
前記積層支持基板の前記中間層にGaN基板を貼り合わせて積層貼り合わせ基板を作製する工程と、
前記積層貼り合わせ基板の前記GaN基板を、前記中間層との貼り合わせ面から所定の深さの面において分離することにより、前記積層支持基板の前記中間層上にGaN層が形成されたエピ成長用積層支持基板を作製する工程と、
前記エピ成長用積層支持基板の前記GaN層上に少なくとも1層の透明半導体層をエピタキシャル成長させることにより、デバイス用積層支持基板を作製する工程と、
前記デバイス用積層支持基板に、前記Ga含有透明支持基板および前記GaN層および前記透明半導体層のバンドギャップエネルギーのなかで最も低いバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長でかつ前記光熱変換層が吸収しうる波長の光を照射して、前記Ga含有透明支持基板と前記中間層とを分離することにより、前記透明半導体層と前記GaN層と前記中間層とを含むデバイス用積層ウエハを作製する工程と、
前記デバイス用積層ウエハから前記中間層を除去して前記透明半導体層と前記GaN層とを含む透明半導体層積層ウエハを含む半導体デバイスを作製する工程と、を備える半導体デバイスの製造方法。 Forming a laminated support substrate by forming an intermediate layer including a photothermal conversion layer and a light transmission suppressing structure layer on a Ga-containing transparent support substrate;
Bonding a GaN substrate to the intermediate layer of the laminated support substrate to produce a laminated laminated substrate;
Epi-growth in which a GaN layer is formed on the intermediate layer of the laminated support substrate by separating the GaN substrate of the laminated laminated substrate at a predetermined depth from the bonding surface with the intermediate layer Producing a laminated support substrate for use,
Producing a laminated support substrate for a device by epitaxially growing at least one transparent semiconductor layer on the GaN layer of the laminated support substrate for epi growth; and
The laminated support substrate for a device has a wavelength longer than the wavelength corresponding to the lowest band gap energy among the band gap energies of the Ga-containing transparent support substrate, the GaN layer, and the transparent semiconductor layer, and the photothermal conversion layer. By irradiating light having a wavelength that can be absorbed to separate the Ga-containing transparent support substrate and the intermediate layer, a laminated wafer for devices including the transparent semiconductor layer, the GaN layer, and the intermediate layer is manufactured. Process,
Removing the intermediate layer from the device laminated wafer to produce a semiconductor device including a transparent semiconductor layer laminated wafer including the transparent semiconductor layer and the GaN layer.
前記電極は、前記デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成される請求項1から請求項6のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。 After the step of producing the device laminated support substrate and before the step of producing the device laminated wafer, further comprising the step of forming an electrode on the transparent semiconductor layer side of the device laminated support substrate,
The said electrode is a manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 1-6 formed with the material which absorbs the light irradiated to the said laminated support substrate for devices.
前記接着剤および前記接着層のいずれかは、前記デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成される請求項1から請求項6のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。 After the step of producing the laminated support substrate for devices and before the step of producing the laminated wafer for devices, either an adhesive or an adhesive layer is provided on the transparent semiconductor layer side of the laminated support substrate for devices. Further comprising the step of forming,
Either of the said adhesive agent and the said contact bonding layer is a manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 1-6 formed with the material which absorbs the light irradiated to the said laminated support substrate for devices.
前記仮支持基板および前記透明半導体層積層ウエハ支持基板のいずれかは、前記デバイス用積層支持基板に照射される光を吸収する材料で形成される請求項1から請求項6のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。 After the step of manufacturing the laminated support substrate for devices and before the step of manufacturing the laminated wafer for devices, a temporary support substrate and a transparent semiconductor layer laminated wafer are provided on the transparent semiconductor layer side of the laminated support substrate for devices. Further comprising the step of arranging any of the support substrates,
Either of the said temporary support substrate and the said transparent semiconductor layer laminated wafer support substrate is formed with the material which absorbs the light irradiated to the said multilayer support substrate for devices. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記中間層は、光熱変換層と光透過抑制構造層とを含むエピ成長用積層支持基板。 A Ga-containing transparent support substrate, an intermediate layer disposed on the Ga-containing transparent support substrate, and a GaN layer disposed on the intermediate layer,
The intermediate layer is a laminated support substrate for epitaxial growth including a photothermal conversion layer and a light transmission suppressing structure layer.
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WO2014017837A2 (en) * | 2012-07-25 | 2014-01-30 | Seoul Viosys Co., Ltd. | Method of fabricating gallium nitride-based semiconductor |
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