JP2013012704A - 半導体製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストを大幅に減少させることができる新規な半導体製造方法を提供する。
【解決手段】半導体製造方法は、成長基板１を提供する工程と、前記成長基板１に複数の溝１ａを形成する工程と、前記成長基板１に半導体素子層２を形成する工程と、前記成長基板１から前記半導体素子層２を分離するように、前記成長基板１及び前記半導体素子層２の温度を変更する工程と、を備えている。成長基板と窒化物半導体基板との間の接触面積を減らし、ウェハ接合工程においての加熱による温度変化工程では、成長基板と窒化物半導体基板とは異なる膨張係数を有しているので、応力が集中して、成長基板と窒化物半導体基板を互いに剥離する。
【選択図】図３
【解決手段】半導体製造方法は、成長基板１を提供する工程と、前記成長基板１に複数の溝１ａを形成する工程と、前記成長基板１に半導体素子層２を形成する工程と、前記成長基板１から前記半導体素子層２を分離するように、前記成長基板１及び前記半導体素子層２の温度を変更する工程と、を備えている。成長基板と窒化物半導体基板との間の接触面積を減らし、ウェハ接合工程においての加熱による温度変化工程では、成長基板と窒化物半導体基板とは異なる膨張係数を有しているので、応力が集中して、成長基板と窒化物半導体基板を互いに剥離する。
【選択図】図３
Description
本発明は、半導体製造工程に関し、特に、剥離（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）法による半導体製造工程に関する。
従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）の製造工程において、成長基板に高品質の窒化物半導体（例えば、ガリウム系（ＧａＮ）エピタキシャル薄膜を形成する）を形成させるために、一般的には、窒化ガリウム（ＧａＮ）の結晶構造と似ているサファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板を成長基板として選択されている。しかし、サファイア基板は、悪い（低い）電気伝導度と低い熱伝導率を有し、故に、ＧａＮ系ＬＥＤは、散熱性及びＬＥＤの信頼性が悪く、高電流、高出力かつ長時間の動作でＬＥＤチップの発光面積と発光効率が悪影響を受けるという欠点を有している。従って、ＬＥＤの生産性及び発光効率の向上を妨げている。
上記欠点を改善するために、従来の方法は、サファイア基板を除去することである。又、従来技術では、窒化物半導体素子は、ＬＥＤ素子の特性を高めるように、ウェハ接合技術により、サファイア成長基板から接合基板へ移行される。すなわち、ＧａＮエピタキシャル層は、サファイア基板から剥離され、高い電気伝導性と高い熱伝導率を有する基板に移行される。上記工程では、レーザ剥離法は、通常、サファイア成長基板を除去するために適用される。しかし、レーザー剥離法は、ＬＥＤ素子の特性を低下させ、その歩留りに悪影響を与える。また、レーザー剥離法は高コストである。したがって、もし窒化物半導体素子は、レーザー剥離法を利用せずに、ウェハ接合工程において、成長基板から剥離できれば、その製造コストが大幅に減少するだろう。
したがって、本発明はこのような従来の課題を解決するため、実験と研究を重ねた結果を通じて、得られたものである。
本発明の主な目的は、新規な半導体製造方法を提供することにより、製造コストを大幅に減少させることができる。
従来技術に鑑みて、本発明では、新しい工程技術を提供し、成長基板と窒化物半導体基板との間の接触面積を減らす。ウェハ接合工程においての加熱による温度変化工程では、成長基板と窒化物半導体基板とは異なる膨張係数を有しているので、応力が集中して、成長基板と窒化物半導体基板を互いに剥離する。従って、本発明は、レーザ剥離技術によって成長基板を除去する工程を必要としないため、コストを効果的に減少させる。
上述の目的を達成するために、本発明の半導体製造方法を提供する。本発明の半導体製造方法は、成長基板を提供する工程と、前記成長基板に複数の溝を形成する工程と、前記成長基板に半導体素子層を形成する工程と、前記成長基板から前記半導体素子層を分離するように、前記成長基板及び前記半導体素子層の温度を変更する工程と、を備えていることを特徴とする。
上記工程の本発明に係る半導体製造方法において、前記変更工程は、前記成長基板及び前記半導体素子層を加熱し、圧力を加えることにより前記半導体素子層を接合基板に接合する工程を更に含み、前記接合基板は、銅（Ｃｕ）材料、アルミニウム（Ａｌ）材料、シリコン（Ｓｉ）材料、ダイヤモンド材料、銅合金材料、アルミニウム合金材料及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれた一つであり、前記半導体素子層は、窒化物半導体素子層であり、前記成長基板は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材料、サファイア材料、炭化ケイ素（ＳｉＣ）材料とシリコン（Ｓｉ）材料からなる群から選ばれた一つを有している。
上記工程の本発明に係る半導体製造方法において、前記複数の溝は、化学ウェットエッチング及びドライエッチングのいずれかで前記成長基板をパターン形成することにより製造され、前記化学ウェットエッチングは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液によって実行され、前記半導体素子層を形成する工程の前には、前記成長基板の上面に誘電体層を形成する工程と、露光、現像及びエッチング法によって前記上面の一部の領域を見せる工程と、を更に含み、前記複数の溝を形成する工程の前には、ウェットエッチングによって前記一部の領域をエッチングして、前記複数の溝を形成する工程と、を更に含み、前記ウェットエッチングは、水素フッ化物（ＨＦ）溶液によって実行され、前記誘電体層は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の材料を有する。
上述の目的を達成するために、新規の他の半導体製造方法を提供する。本発明の半導体製造方法は、上面を有する成長基板を提供する工程と、下面を有する半導体素子層を前記成長基板に形成する工程と、前記上面と前記下面との間の接触面積を減らす工程と、前記成長基板及び前記半導体素子層を加熱する工程と、を備えていることを特徴とする。
上述の目的を達成するために、新規の更に他の半導体製造方法を提供する。本発明の半導体製造方法は、第一表面を有する成長基板を提供する工程と、前記第一表面と接触する第二表面を有する半導体素子層を提供する工程と、前記第一表面及び前記第二表面を分離するように、前記成長基板及び前記半導体素子層を加熱する工程と、を備えていることを特徴とする。
上述の目的を達成するために、新規の更に他の半導体製造方法を提供する。本発明の半導体製造方法は、第一表面を有する成長基板を提供する工程と、前記第一表面と接触する第二表面を有する半導体素子層を提供する工程と、前記第一表面及び前記第二表面を互いに分離するように、前記成長基板及び前記半導体素子層のいずれかを加熱する工程と、を備えていることを特徴とする。
上述の目的を達成するために、新規の更に他の半導体製造方法を提供する。本発明の半導体製造方法は、第一表面を有する成長基板を提供する工程と、前記第一表面と接触する第二表面を有する半導体素子層を提供する工程と、前記第一表面と前記第二表面との間の接触面積を減らすために前記第一表面を非平滑な表面に変形させる工程と、を備えていることを特徴とする。
上述の目的を達成するために、成長基板を提供する。本発明の成長基板は、半導体素子層を前記成長基板に成長させて半導体を製造するためのものであり、成長基板本体と、前記半導体素子層と前記成長基板との間の接触面積を減らすように、前記成長基板本体に形成された非平滑な表面と、を備えていることを特徴とする。
本発明は、レーザー剥離技術によって成長基板を除去する工程を必要としないため、コストを効果的に減少させる。
以下のように、本発明を実施例に基づいて詳述するが、あくまでも例示であって、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載されており、さらに特許請求の範囲の記載と均等な意味及び範囲内での全ての変更を含んでいる。
（第一の実施形態）
第一の実施形態を図１から図５を用いて説明する。
第一の実施形態を図１から図５を用いて説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る半導体製造方法を例示するフローチャートである。図２から図４は、本発明の第一実施形態による構造を示す図である。本発明の第一実施形態は、図１に示した工程Ｓ１１〜Ｓ１４を含み、以下のように説明する。
工程Ｓ１１は、図２に示すように、成長基板１のような第１の基板を提供する工程である。成長基板１は、好ましくは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材料、サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）材料、炭化ケイ素（ＳｉＣ）材料とシリコン（Ｓｉ）材料からなる群から選ばれた一つを有している。
工程Ｓ１２は、図３に示すように、成長基板１をパターン形成して、前記成長基板１に複数の溝１ａを形成する工程である。複数の溝１ａは、化学ウェットエッチング（例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液によって実行される）又はドライエッチングにより、成長基板１をパターン形成することを通じて形成されることができるということが当業者にとって理解できる。
工程Ｓ１３は、後続の素子の製造を進め、半導体素子層２を成長基板１に形成する工程である。工程Ｓ１２で形成された複数の溝１ａは、半導体素子層２と成長基板１との間の接触面積を減少させる。
工程Ｓ１４は、図４に示すように、ウェハ接合を進めながら、成長基板１と半導体素子層２の温度を変更する工程である。成長基板１と半導体素子層２とを加熱するとともに、圧力を与えることにより、半導体素子層２を接合基板３に接合する。接合基板３は、好ましくは、銅（Ｃｕ）材料、アルミニウム（Ａｌ）材料、シリコン（Ｓｉ）材料、ダイヤモンド材料、銅合金材料及びアルミニウム合金材料からなる群から選ばれた一つを有している。
成長基板１と半導体素子層２の温度は、ウェハ接合工程の間に変更される。成長基板１と半導体素子層２とは、膨張係数が異なるので、応力が成長基板１と半導体素子層２との接合部に集中する。更に、成長基板１と半導体素子層２との間の接触面積が減少させられているから、成長基板１と半導体素子層２とが互いに剥離する。
複数の溝１ａが、成長基板１と半導体素子層２との間の接触面積を減少させるために使用されていることは、当業者にとって理解されただろう。従って、複数の溝１ａは、ウェハ接合工程の前、かつ半導体素子層２の成形工程の後でさえあれば、任意の工程において形成することもできる。更に、複数の溝１ａは、図３と図４における規則的な配置に限定されていないとともに、成長基板１と半導体素子層２との間の接触面積を減らすための全ての溝（例えば線形溝やドット溝）は、本発明による効果を達成することができる。
（第二の実施形態）
上記の複数の溝１ａを形成する方法は、第一の実施形態により提供されるフローチャートに限定されていない。第二の実施形態を図５から図１０を用いて詳細に説明する。図５は、上記の複数の溝を形成するために、本発明の第二実施形態によるフローチャートである。図６から図１０は、図５に示した工程に対応して説明する構造を示す図である。図５の手順は以下のように示す。
上記の複数の溝１ａを形成する方法は、第一の実施形態により提供されるフローチャートに限定されていない。第二の実施形態を図５から図１０を用いて詳細に説明する。図５は、上記の複数の溝を形成するために、本発明の第二実施形態によるフローチャートである。図６から図１０は、図５に示した工程に対応して説明する構造を示す図である。図５の手順は以下のように示す。
工程Ｓ２１は、成長基板１を提供する工程である。第一実施形態に示すように、成長基板１は、好ましくは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材料、サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）材料、炭化ケイ素（ＳｉＣ）材料とシリコン（Ｓｉ）材料からなる群から選ばれた一つを有している。
工程Ｓ２２は、図６に示すように、成長基板１の上面に誘電体層４を形成し、且つ、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、誘電体層４は、線形パターンの露光、現像及びエッチング法によって線形の誘電体層４ａになり、前記成長基板１の上面の一部の領域を見せる工程である。図７（ｂ）に示すように、複数の溝１ａは、ウェットエッチングによって前記一部の領域をエッチングして形成される。図７（ａ）は、対応する上面図である。
さらに加えて、誘電体層４は、ドットパターンの露光、現像及びエッチング法により成長基板１の上面の一部の領域を見せるドット形の誘電体層４ｂになることができる。その後、図８（ｂ）に示すように（図８（ａ）対応する上面図である）、複数の溝１ａは、エッチング法によって前記一部の領域をエッチングして形成される。完成した複数の溝１ａの側面図は、図９に示される。誘電体層４ａ/４ｂは、好ましくは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の材料を有し、ウェットエッチング法は、好ましくは、水素フッ化物（ＨＦ）溶液によって実行される。
工程Ｓ２３は、図１０に示すように、複数の溝１ａを形成するように、ウェットエッチング法によって誘電体層４ａ/４ｂを除去する工程である。
本発明で形成された複数の溝は、上記実施形態に示された規則的に配置された溝構造に限定されず、任意の位置に配置できる溝構造である。成長基板１に形成された不規則な表面又は成長基板１と半導体素子層２との間に形成され、成長基板１と半導体素子層２との間の接触面積を減少させるための全ての溝構造は、本発明による効果を達成することができる。
以上の説明によると、当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、多様な変更及び修正が可能であることが分かる。従って、本発明の技術的な範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限らず、特許請求の範囲によって定めなければならない。
１ 成長基板
１ａ 複数の溝
２ 半導体素子層
３ 接合基板
４ 誘電体層
４ａ 線形の誘電体層
４ｂ ドット形の誘電体層
１ａ 複数の溝
２ 半導体素子層
３ 接合基板
４ 誘電体層
４ａ 線形の誘電体層
４ｂ ドット形の誘電体層
Claims (8)
- 成長基板を提供する工程と、
前記成長基板に複数の溝を形成する工程と、
前記成長基板に半導体素子層を形成する工程と、
前記成長基板から前記半導体素子層を分離するように、前記成長基板及び前記半導体素子層の温度を変更する工程と、
を備えていることを特徴とする半導体製造方法。 - 前記変更工程は、前記成長基板及び前記半導体素子層を加熱し、圧力を加えることにより前記半導体素子層を接合基板に接合する工程を更に含み、
前記接合基板は、銅（Ｃｕ）材料、アルミニウム（Ａｌ）材料、シリコン（Ｓｉ）、ダイヤモンド材料、銅合金材料、アルミニウム合金材料及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれた一つであり、
前記半導体素子層は、窒化物半導体素子層であり、前記成長基板は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材料、サファイア材料、炭化ケイ素（ＳｉＣ）材料とシリコン（Ｓｉ）材料からなる群から選ばれた一つであることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造方法。 - 前記複数の溝は、化学ウェットエッチング及びドライエッチングのいずれかで前記成長基板をパターン形成することにより製造され、
前記化学ウェットエッチングは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液によって実行され、
前記半導体素子層を形成する工程の前には、
前記成長基板の上面に誘電体層を形成する工程と、
前記誘導体層に対するパターン露光、現像及びエッチング法によって前記上面の一部の領域を見せる工程と、を更に含み、
前記複数の溝を形成する工程の前には、
ウェットエッチングによって前記一部の領域をエッチングして、前記複数の溝を形成する工程と、ウェットエッチングによって前記誘導体層を除去する工程と、を更に含み、
前記ウェットエッチングは、水素フッ化物（ＨＦ）溶液によって実行され、
前記誘電体層は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の材料を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造方法。 - 上面を有する成長基板を提供する工程と、
下面を有する半導体素子層を前記成長基板に形成する工程と、
前記上面と前記下面との間の接触面積を減らす工程と、
前記成長基板及び前記半導体素子層を加熱する工程と、
を備えていることを特徴とする半導体製造方法。 - 第一表面を有する成長基板を提供する工程と、
前記第一表面と接触する第二表面を有する半導体素子層を提供する工程と、
前記第一表面及び前記第二表面を分離するように、前記成長基板及び前記半導体素子層を加熱する工程と、
を備えていることを特徴とする半導体製造方法。 - 第一表面を有する成長基板を提供する工程と、
前記第一表面と接触する第二表面を有する半導体素子層を提供する工程と、
前記第一表面及び前記第二表面を互いに分離するように、前記成長基板及び前記半導体素子層のいずれかを加熱する工程と、
を備えていることを特徴とする半導体製造方法。 - 第一表面を有する成長基板を提供する工程と、
前記第一表面と接触する第二表面を有する半導体素子層を提供する工程と、
前記第一表面と前記第二表面との間の接触面積を減らすように、前記第一表面を非平滑な表面に変形させる工程と、
を備えていることを特徴とする半導体製造方法。 - 半導体素子層を成長基板に成長させ、半導体を製造するための成長基板であって、
成長基板本体と、
前記半導体素子層と前記成長基板との間の接触面積を減らすように、前記成長基板本体に形成される非平滑な表面と、
を備えていることを特徴とする成長基板。
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