JP2022013255A - Manufacturing method for junction type semiconductor wafer, and manufacturing method for junction type semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接合型半導体ウェーハの製造方法及び接合型半導体素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a bonded semiconductor wafer and a method for manufacturing a bonded semiconductor element.
化合物半導体の持つ特性と他の機能性基板とを接合することにより得られる新規機能性基板としての接合型半導体素子が各種提案されている。 Various bonded semiconductor devices have been proposed as new functional substrates obtained by bonding the characteristics of compound semiconductors to other functional substrates.
IoT用センサーでは、駆動基板を有するシリコン基板上に、受電源として太陽電池(PV)を、信号受信部としてフォトダイオード(PD)を、信号発信部としてレーザーダイオード(LD)や発光ダイオード(LED)を実装して機能性チップが実現できる。 In the IoT sensor, a solar cell (PV) is used as a power receiving unit, a photodiode (PD) is used as a signal receiving unit, and a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED) is used as a signal transmitting unit on a silicon substrate having a drive substrate. Can be implemented to realize a functional chip.
発光ダイオードにおいては、シリコン基板に金属接合で発光層を接合したLEDが、あるいは透明なサファイア基板に透明接着剤で発光層を接合したLEDが提案されている。 As the light emitting diode, an LED in which a light emitting layer is bonded to a silicon substrate by metal bonding or an LED in which a light emitting layer is bonded to a transparent sapphire substrate by a transparent adhesive has been proposed.
いずれの構造においても、線膨脹係数や屈折率など、異なる物性を有する材料同士を接合し、実現している特徴がある。 Each structure has a feature that materials having different physical properties such as a linear expansion coefficient and a refractive index are joined to each other to realize the structure.
異種材料同士を接合する際、物性値が異なる事から熱設計・光学設計の点において、制約が大きくなる。光学素子を作製する場合、支持基板と半導体層の物性の差異は、屈折率の差異となって現れ、接合界面において、大きな全反射角となって出現し、光学設計の制約を増やすことになる。 When joining dissimilar materials, the physical property values are different, which increases restrictions in terms of thermal design and optical design. When manufacturing an optical element, the difference in physical properties between the support substrate and the semiconductor layer appears as a difference in refractive index, and appears as a large total reflection angle at the junction interface, which increases the restrictions on optical design. ..
全反射角を減らすため、屈折率差が少ない材料に変更することは可能ではあるが、その結果として、光吸収係数が大きく、光透過が起きないため、光学設計ができない材料となる場合が生じる。 In order to reduce the total reflection angle, it is possible to change to a material with a small difference in refractive index, but as a result, the material may not be able to be optically designed because it has a large light absorption coefficient and does not transmit light. ..
そのため、半導体と支持基板との間に反射膜を設けて、支持基板がいかなる光学特性であっても、接合界面で光反射を起こさせることにより、光学設計の自由度を増やすチップ構造が提案されている。 Therefore, a chip structure has been proposed in which a reflective film is provided between the semiconductor and the support substrate to cause light reflection at the bonding interface regardless of the optical characteristics of the support substrate, thereby increasing the degree of freedom in optical design. ing.
接合界面に金属反射膜を設け、接合を実現する方法は光学設計の自由度を増やし、かつ、機械強度の強い基板と置き換えることにより、機械強度を増やすという利点がある。しかし、その一方で、接合後、半導体機能層をエピタキシャル成長するために使用した出発基板は全溶解し、除去される。 The method of providing a metal reflective film at the bonding interface to realize the bonding has the advantages of increasing the degree of freedom in optical design and increasing the mechanical strength by replacing the substrate with a substrate having strong mechanical strength. However, on the other hand, after bonding, the starting substrate used for epitaxially growing the semiconductor functional layer is completely dissolved and removed.
出発基板をエッチングすることはInPやGaAsでは容易ではあるが、出発基板は一度の接合でエッチングにより失われる。 Etching the starting substrate is easy with InP or GaAs, but the starting substrate is lost by etching in a single junction.
出発基板として用いられるInP基板やGaAs基板は移載した支持基板より、高価であり、材料費として10~20%程度を占める。そのため、出発基板を全溶解し除去する方策には、ウェーハの製造コストが増加してしまうという問題があった。 The InP substrate and GaAs substrate used as the starting substrate are more expensive than the transferred support substrate, and occupy about 10 to 20% of the material cost. Therefore, the measure for completely melting and removing the starting substrate has a problem that the manufacturing cost of the wafer increases.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、製造コストを低減することができる接合型半導体ウェーハの製造方法、及び製造コストを低減することができる接合型半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and a method for manufacturing a bonded semiconductor wafer capable of reducing the manufacturing cost and a method for manufacturing a bonded semiconductor element capable of reducing the manufacturing cost are provided. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明では、接合型半導体ウェーハの製造方法であって、
出発基板上に犠牲層をエピタキシャル成長する工程と、
前記犠牲層上に化合物半導体機能層をエピタキシャル成長する工程と、
選択エッチング法にて前記化合物半導体機能層の一部領域に、犠牲層が露出するようにトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの表面及び前記犠牲層の露出部に保護膜を形成する工程と、
前記犠牲層を覆う前記保護膜の一部を開口して、前記保護膜に開口部を形成する工程と、
前記化合物半導体機能層と異なる材料の支持基板を接合材を介して前記化合物半導体機能層に接合する工程と、
前記開口部からエッチング液を供給し前記犠牲層をエッチングすることで、前記出発基板と前記化合物半導体機能層とを分離する工程と
を有することを特徴とする接合型半導体ウェーハの製造方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention is a method for manufacturing a bonded semiconductor wafer.
The process of epitaxially growing the sacrificial layer on the starting substrate,
A step of epitaxially growing a compound semiconductor functional layer on the sacrificial layer,
A step of forming a trench in a part of the compound semiconductor functional layer by a selective etching method so that the sacrificial layer is exposed, and
A step of forming a protective film on the surface of the trench and the exposed portion of the sacrificial layer, and
A step of opening a part of the protective film covering the sacrificial layer to form an opening in the protective film.
A step of joining a support substrate made of a material different from that of the compound semiconductor functional layer to the compound semiconductor functional layer via a bonding material.
Provided is a method for manufacturing a bonded semiconductor wafer, which comprises a step of separating the starting substrate and the compound semiconductor functional layer by supplying an etching liquid from the opening and etching the sacrificial layer. ..
このような製造方法であれば、化合物半導体機能層と支持基板との接合前に化合物半導体機能層に犠牲層が露出するようにトレンチ部を形成し、そのトレンチの表面及び犠牲層の露出部に保護膜を形成し、更に犠牲層を覆う保護膜の一部を開口することで、犠牲層の選択エッチングを可能とする開口部を形成し、この開口部からエッチング液を供給して犠牲層のエッチングを行うことで、出発基板をエッチングすることなく出発基板と化合物半導体機能層とを分離できるので、出発基板の再利用が可能となることから、製造コストを大幅に低減することができる。 In such a manufacturing method, a trench portion is formed so that the sacrificial layer is exposed on the compound semiconductor functional layer before joining the compound semiconductor functional layer and the support substrate, and the surface of the trench and the exposed portion of the sacrificial layer are formed. By forming a protective film and further opening a part of the protective film that covers the sacrificial layer, an opening that enables selective etching of the sacrificial layer is formed, and an etching solution is supplied from this opening to supply the sacrificial layer. By performing etching, the starting substrate and the compound semiconductor functional layer can be separated without etching the starting substrate, so that the starting substrate can be reused, and the manufacturing cost can be significantly reduced.
例えば、前記出発基板としてInPからなる基板を用いることができ、前記化合物半導体機能層として、厚さ0.1μm以上のInx(GayAl1-y)1-xAs(0.4≦x≦0.6、0≦y≦1)の層と、厚さ0.1μm以上のInPからなる層とを含むものをエピタキシャル成長することができる。 For example, a substrate made of InP can be used as the starting substrate, and In x (Gay Al 1-y ) 1-x As (0.4 ≦ x) having a thickness of 0.1 μm or more can be used as the compound semiconductor functional layer. A layer containing ≦ 0.6, 0 ≦ y ≦ 1) and a layer made of InP having a thickness of 0.1 μm or more can be epitaxially grown.
このような製造方法であれば、より高価なInP基板を再利用できるのでより製造コストを低減することができる。 With such a manufacturing method, the more expensive InP substrate can be reused, so that the manufacturing cost can be further reduced.
例えば、前記支持基板として、AlN、Al2O3、Cu、GaAs、GaN、GaP、InP、Si、SiC及びSiO2からなる群より選択される少なくとも1種の材料であって、結晶あるいは非晶質の構造を有する材料を用いることができる。 For example, the support substrate is at least one material selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Cu, GaAs, GaN, GaP, InP, Si, SiC and SiO 2 , and is crystalline or amorphous. Materials with a quality structure can be used.
支持基板として上記のものを好適に用いることができる。 The above-mentioned one can be preferably used as the support substrate.
例えば、前記接合材として、Au、Ag、Al、Ga、In、Ni、Pt及びTiからなる群より選択される少なくとも一種類以上の金属を含むものを用いることができる。 For example, as the bonding material, a material containing at least one kind of metal selected from the group consisting of Au, Ag, Al, Ga, In, Ni, Pt and Ti can be used.
接合材として上記のものを好適に用いることができる。 The above-mentioned materials can be preferably used as the bonding material.
また、本発明では、接合型半導体素子の製造方法であって、
本発明の接合型半導体ウェーハの製造方法によって、接合型半導体ウェーハを製造し、
前記接合型半導体ウェーハを前記トレンチに沿って分割して、接合型半導体素子を得ることを特徴とする接合型半導体素子の製造方法を提供する。
Further, in the present invention, it is a method for manufacturing a bonded semiconductor device.
A bonded semiconductor wafer is manufactured by the method for manufacturing a bonded semiconductor wafer of the present invention.
Provided is a method for manufacturing a bonded semiconductor element, which comprises dividing the bonded semiconductor wafer along the trench to obtain a bonded semiconductor element.
このような製造方法であれば、本発明の接合型半導体ウェーハの製造方法によって、接合型半導体ウェーハを製造し、これをトレンチに沿って分割して接合型半導体素子を得るので、出発基板の再利用が可能となることから、接合型半導体素子の製造コストを大幅に低減することができる。 With such a manufacturing method, a bonded semiconductor wafer is manufactured by the method for manufacturing a bonded semiconductor wafer of the present invention, and the bonded semiconductor wafer is divided along a trench to obtain a bonded semiconductor element. Since it can be used, the manufacturing cost of the junction type semiconductor element can be significantly reduced.
以上のように、本発明の接合型半導体ウェーハの製造方法であれば、高価であり、製造コストに占める割合が大きい出発基板を再利用することができるので、製造コストを大幅に低減して、接合型半導体ウェーハを製造することができる。 As described above, the method for manufacturing a bonded semiconductor wafer of the present invention can reuse the starting substrate, which is expensive and occupies a large proportion of the manufacturing cost, so that the manufacturing cost can be significantly reduced. A junction type semiconductor wafer can be manufactured.
また、本発明の接合型半導体素子の製造方法であれば、高価であり、製造コストに占める割合が大きい出発基板を再利用することができるので、製造コストを大幅に低減して、接合型半導体素子を製造することができる。 Further, according to the method for manufacturing a bonded semiconductor device of the present invention, the starting substrate, which is expensive and occupies a large proportion of the manufacturing cost, can be reused, so that the manufacturing cost can be significantly reduced and the bonded semiconductor can be manufactured. The element can be manufactured.
上述のように、製造コストを低減することができる接合型半導体ウェーハの製造方法、及び製造コストを低減することができる接合型半導体素子の製造方法の開発が求められていた。 As described above, there has been a demand for the development of a method for manufacturing a bonded semiconductor wafer that can reduce the manufacturing cost and a method for manufacturing a bonded semiconductor element that can reduce the manufacturing cost.
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、化合物半導体機能層と支持基板との接合前にエピタキシャルウェーハの化合物半導体機能層に犠牲層が露出するようにトレンチ部を形成し、そのトレンチの表面及び犠牲層の露出部に保護膜を形成し、更に犠牲層を覆う保護膜の一部を開口することで、犠牲層の選択エッチングを可能とする開口部を形成し、この開口部からエッチング液を供給して犠牲層のエッチングを行うことで、出発基板をエッチングすることなく出発基板と化合物半導体機能層とを分離でき、出発基板の再利用が可能となることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent studies on the above problems, the present inventors have formed a trench portion so that the sacrificial layer is exposed in the compound semiconductor functional layer of the epitaxial wafer before the bonding between the compound semiconductor functional layer and the support substrate. A protective film is formed on the surface of the trench and the exposed portion of the sacrificial layer, and a part of the protective film covering the sacrificial layer is opened to form an opening that enables selective etching of the sacrificial layer. We have found that the starting substrate and the compound semiconductor functional layer can be separated without etching the starting substrate by supplying the etching solution from the etching solution to etch the sacrificial layer, and the starting substrate can be reused. Was completed.
即ち、本発明は、接合型半導体ウェーハの製造方法であって、
出発基板上に犠牲層をエピタキシャル成長する工程と、
前記犠牲層上に化合物半導体機能層をエピタキシャル成長する工程と、
選択エッチング法にて前記化合物半導体機能層の一部領域に、犠牲層が露出するようにトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの表面及び前記犠牲層の露出部に保護膜を形成する工程と、
前記犠牲層を覆う前記保護膜の一部を開口して、前記保護膜に開口部を形成する工程と、
前記化合物半導体機能層と異なる材料の支持基板を接合材を介して前記化合物半導体機能層に接合する工程と、
前記開口部からエッチング液を供給し前記犠牲層をエッチングすることで、前記出発基板と前記化合物半導体機能層とを分離する工程と
を有することを特徴とする接合型半導体ウェーハの製造方法である。
That is, the present invention is a method for manufacturing a junction type semiconductor wafer.
The process of epitaxially growing the sacrificial layer on the starting substrate,
A step of epitaxially growing a compound semiconductor functional layer on the sacrificial layer,
A step of forming a trench in a part of the compound semiconductor functional layer by a selective etching method so that the sacrificial layer is exposed, and
A step of forming a protective film on the surface of the trench and the exposed portion of the sacrificial layer, and
A step of opening a part of the protective film covering the sacrificial layer to form an opening in the protective film.
A step of joining a support substrate made of a material different from that of the compound semiconductor functional layer to the compound semiconductor functional layer via a bonding material.
It is a method for manufacturing a bonded semiconductor wafer, which comprises a step of separating the starting substrate and the compound semiconductor functional layer by supplying an etching liquid from the opening and etching the sacrificial layer.
また、本発明は、接合型半導体素子の製造方法であって、
本発明の接合型半導体ウェーハの製造方法によって、接合型半導体ウェーハを製造し、
前記接合型半導体ウェーハを前記トレンチに沿って分割して、接合型半導体素子を得ることを特徴とする接合型半導体素子の製造方法である。
Further, the present invention is a method for manufacturing a bonded semiconductor device.
A bonded semiconductor wafer is manufactured by the method for manufacturing a bonded semiconductor wafer of the present invention.
A method for manufacturing a junction-type semiconductor element, which comprises dividing the junction-type semiconductor wafer along the trench to obtain a junction-type semiconductor element.
なお、特許文献1には、化合物半導体基板上にエッチング除去層を形成し、その上に化合物半導体接着層を形成し、この化合物半導体接着層をシリコン基板上に接着し、その後、エッチング除去層をエッチングにより除去し、次いで化合物半導体接着層上にデバイス形成層を形成する、半導体基板の製造方法が開示されている。しかしながら、特許文献1には、デバイス形成層にトレンチを形成することは開示されていない。また、特許文献1では、エッチング除去層を除去した後に、デバイス形成層を形成している。そして、特許文献1では、化合物半導体(化合物半導体接着層)をシリコン基板に直接接着している。
In
また、特許文献2には、エピタキシャル成長により得られた層同士を接合後、一方の層の下に設けられたAlyGa1-yAs層をエッチングして、エピタキシャル層と出発基板とを分離する方法が開示されている。しかしながら、特許文献2には、エピタキシャル層と支持基板であるシリコン基板とを直接接合している。
Further, in
また、特許文献3には、ヒートシンク機能を有する基板がアバランシェフォトダイオード(APD)メサに接着層を介して接合されたアバランシェフォトダイオードが開示されている。しかしながら、引用文献3では、APDのメサが上に形成された基板、すなわち出発基板を残置させている。
Further,
また、特許文献4には、基材部とエピタキシャル層との間にエッチストップ層を有する半導体素子から基材部とエピタキシャル層とを分離する半導体素子のエピタキシャル層分離方法が記載されている。しかしながら、特許文献4に開示された方法では、エピタキシャル層ではなく、基材部の一部を裏面側からエッチストップ層に到達するまで選択的にエッチングして、少なくとも1つのエッチング窓を開けている。
Further,
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.
<接合型半導体ウェーハの製造方法>
本発明の接合型半導体ウェーハの製造方法は、
出発基板上に犠牲層をエピタキシャル成長する工程と、
犠牲層上に化合物半導体機能層をエピタキシャル成長する工程と、
選択エッチング法にて化合物半導体機能層の一部領域に、犠牲層が露出するようにトレンチを形成する工程と、
トレンチの表面及び犠牲層の露出部に保護膜を形成する工程と、
犠牲層を覆う保護膜の一部を開口して、保護膜に開口部を形成する工程と、
化合物半導体機能層と異なる材料の支持基板を接合材を介して化合物半導体機能層に接合する工程と、
保護膜の開口部からエッチング液を供給し犠牲層をエッチングすることで、出発基板と化合物半導体機能層とを分離する工程と
を有することを特徴とする。
<Manufacturing method of junction type semiconductor wafer>
The method for manufacturing a bonded semiconductor wafer of the present invention is as follows.
The process of epitaxially growing the sacrificial layer on the starting substrate,
The process of epitaxially growing a compound semiconductor functional layer on the sacrificial layer,
A process of forming a trench so that the sacrificial layer is exposed in a part of the compound semiconductor functional layer by the selective etching method.
The process of forming a protective film on the surface of the trench and the exposed part of the sacrificial layer,
The process of opening a part of the protective film that covers the sacrificial layer to form an opening in the protective film,
A process of joining a support substrate made of a material different from that of the compound semiconductor functional layer to the compound semiconductor functional layer via a bonding material,
It is characterized by having a step of separating the starting substrate and the compound semiconductor functional layer by supplying an etching solution from the opening of the protective film and etching the sacrificial layer.
以下、各工程を順に説明する。 Hereinafter, each step will be described in order.
[出発基板上に犠牲層をエピタキシャル成長する工程]
まず、出発基板上に犠牲層をエピタキシャル成長する。
出発基板としては、犠牲層及び化合物半導体機能層をその上にエピタキシャル成長できるものであれば、特に限定されない。
[Step of epitaxially growing the sacrificial layer on the starting substrate]
First, the sacrificial layer is epitaxially grown on the starting substrate.
The starting substrate is not particularly limited as long as it can epitaxially grow the sacrificial layer and the compound semiconductor functional layer on the sacrificial layer.
本発明の接合型半導体ウェーハの製造方法では、出発基板を再利用することができるので、より高価で高品質のInP基板を支持基板として用いたとしても、製造コストをより低減できる。 In the method for manufacturing a bonded semiconductor wafer of the present invention, the starting substrate can be reused, so that even if a more expensive and high-quality InP substrate is used as a support substrate, the manufacturing cost can be further reduced.
犠牲層としては、出発基板をエッチングしないエッチング液でエッチングできるものを用いることができる。犠牲層としては、例えば、厚さ0.3μmのi-InxGa1-xAszP1-z(0.4≦x≦0.6、0.8≦z≦1)の層を用いることができる。 As the sacrificial layer, a layer that can be etched with an etching solution that does not etch the starting substrate can be used. As the sacrificial layer, for example, a layer of i-In x Ga 1-x As z P 1-z (0.4 ≦ x ≦ 0.6, 0.8 ≦ z ≦ 1) having a thickness of 0.3 μm is used. be able to.
[犠牲層上に化合物半導体機能層をエピタキシャル成長する工程]
次に、犠牲層上に化合物半導体機能層をエピタキシャル成長する。
エピタキシャル成長させる化合物半導体機能層は、半導体素子において目的の機能を果たせるものであれば特に限定されない。例えば、化合物半導体機能層として、厚さ0.1μm以上のInx(GayAl1-y)1-xAs(0.4≦x≦0.6、0≦y≦1)の層と、厚さ0.1μm以上のInPからなる層とを含むものをエピタキシャル成長することができる。
[Step of epitaxially growing a compound semiconductor functional layer on a sacrificial layer]
Next, the compound semiconductor functional layer is epitaxially grown on the sacrificial layer.
The compound semiconductor functional layer to be epitaxially grown is not particularly limited as long as it can achieve the desired function in the semiconductor device. For example, as a compound semiconductor functional layer, an In x (Gay Al 1-y ) 1-x As (0.4 ≦ x ≦ 0.6, 0 ≦ y ≦ 1) layer having a thickness of 0.1 μm or more can be used. Those containing a layer made of InP having a thickness of 0.1 μm or more can be epitaxially grown.
[トレンチを形成する工程]
次に、選択エッチング法にて前記化合物半導体機能層の一部領域に、犠牲層が露出するようにトレンチを形成する。ここで形成するトレンチは、デバイス予定エリアのサイズに沿って形成することできる。このようにトレンチを形成した場合、後工程において、製造した接合型半導体ウェーハをトレンチに沿って分割することにより、接合型半導体素子を容易に製造できる。
[Step of forming a trench]
Next, a trench is formed in a part of the compound semiconductor functional layer by the selective etching method so that the sacrificial layer is exposed. The trench formed here can be formed according to the size of the planned device area. When the trench is formed in this way, the junction-type semiconductor element can be easily manufactured by dividing the manufactured junction-type semiconductor wafer along the trench in the subsequent process.
トレンチ形成は、ウェットエッチング、ドライエッチングいずれの方法も可能である。 Both wet etching and dry etching methods can be used to form the trench.
ウェットエッチングの場合は、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成後、レジストパターンに沿って化合物半導体機能層を構成する各層を選択エッチングすることで、トレンチを形成することができる。具体例は、後段の実施形態において説明する。 In the case of wet etching, a trench can be formed by forming a resist pattern by photolithography and then selectively etching each layer constituting the compound semiconductor functional layer along the resist pattern. Specific examples will be described in the subsequent embodiments.
ドライエッチングの場合は、Cl2等の塩素系ガスとAr等のプラズマ安定化ガスとを混合した雰囲気にてガスエッチングすることによりエッチングが可能である。ドライエッチングを選択した場合、トレンチ側壁形状に凹凸が生じないという利点があるが、エッチング選択性が低いため、犠牲層で自動的にエッチングを止めることが難しい、そのため、犠牲層の厚さはウェットエッチングの場合と比べて厚くする必要があり、0.3μm以上にするのが好ましい。 In the case of dry etching, etching is possible by gas etching in an atmosphere in which a chlorine-based gas such as Cl 2 and a plasma stabilizing gas such as Ar are mixed. When dry etching is selected, there is an advantage that the shape of the trench side wall is not uneven, but it is difficult to automatically stop etching at the sacrificial layer due to the low etching selectivity, so the thickness of the sacrificial layer is wet. It needs to be thicker than in the case of etching, and it is preferably 0.3 μm or more.
[保護膜を形成する工程]
次に、トレンチの表面及び犠牲層の露出部に保護膜を形成する。保護膜形成はゾルゲル法、ディップ法、RF-EB、スパッタ、CVD等、保護膜を成膜出来るのであればどのような方法でも選択可能であるが、例えば、TEOSとO2を組み合わせた材料系にてp-CVD法を用いてSiO2膜を形成することができる。TEOS系SiO2はカバレッジ被覆性が良好のため、トレンチ側壁部に凹凸が存在しても良好に被覆するため、保護膜形成手法として好適である。SiO2保護膜の厚さは例えば0.3μmとすることができる。
[Step of forming a protective film]
Next, a protective film is formed on the surface of the trench and the exposed portion of the sacrificial layer. The protective film can be formed by any method such as sol-gel method, dip method, RF-EB, sputtering, CVD, etc. as long as the protective film can be formed. For example, a material system in which TEOS and O 2 are combined. The SiO 2 film can be formed by using the p-CVD method. Since the TEOS-based SiO 2 has good coverage coverage, it covers well even if there are irregularities on the side wall of the trench, and is therefore suitable as a protective film forming method. The thickness of the SiO 2 protective film can be, for example, 0.3 μm.
[保護膜に開口部を形成する工程]
次に、犠牲層を覆う保護膜の一部を開口して、保護膜に開口部を形成する。保護膜の開口部は、例えば、フォトリソグラフィー法により、保護層の表面にレジストマスクとしてのレジストパターンを形成し、このレジストマスクを用いて犠牲層を覆う保護膜の一部を開口し、開口部(開口パターン)を形成することができる。
[Step of forming an opening in the protective film]
Next, a part of the protective film covering the sacrificial layer is opened to form an opening in the protective film. For the opening of the protective film, for example, a resist pattern as a resist mask is formed on the surface of the protective layer by a photolithography method, and a part of the protective film covering the sacrificial layer is opened by using this resist mask to open the opening. (Opening pattern) can be formed.
開口パターンエッチングに例えばフッ酸系エッチャントを用いることができる。ただ、開口エッチングはウェットエッチングに限らない。ドライエッチングの場合は、フッ素系ガス(NF3、SF6等)を用いても同様の結果が得られる。 For example, a hydrofluoric acid-based etchant can be used for aperture pattern etching. However, aperture etching is not limited to wet etching. In the case of dry etching, similar results can be obtained by using a fluorine-based gas (NF 3 , SF 6 , etc.).
[接合する工程]
次に、化合物半導体機能層と異なる材料の支持基板を接合材を介して化合物半導体機能層に接合する。
[Joining process]
Next, a support substrate made of a material different from that of the compound semiconductor functional layer is bonded to the compound semiconductor functional layer via a bonding material.
接合する支持基板は、特に限定されない。支持基板としては、AlN、Al2O3、Cu、GaAs、GaN、GaP、InP、Si、SiC及びSiO2からなる群より選択される少なくとも1種の材料であって、結晶あるいは非晶質の構造を有する材料を用いることができる。本発明では、支持基板として上記のものを好適に用いることができる。 The support substrate to be joined is not particularly limited. The support substrate is at least one material selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Cu, GaAs, GaN, GaP, InP, Si, SiC and SiO 2 , and is crystalline or amorphous. A material having a structure can be used. In the present invention, the above-mentioned one can be preferably used as the support substrate.
出発基板よりも機械的強度に優れた支持基板を用いることが好ましい。 It is preferable to use a support substrate having higher mechanical strength than the starting substrate.
用いる接合材は、特に限定されない。例えば、接合材として、Au、Ag、Al、Ga、In、Ni、Pt及びTiからなる群より選択される少なくとも一種類以上の金属を含むものを用いることができる。すなわち、上記一種類以上の金属を含む接合材層により、化合物半導体機能層と支持基板とを接合することができる。 The joining material used is not particularly limited. For example, as the bonding material, a material containing at least one kind of metal selected from the group consisting of Au, Ag, Al, Ga, In, Ni, Pt and Ti can be used. That is, the compound semiconductor functional layer and the support substrate can be bonded by the bonding material layer containing one or more kinds of metals.
接合材層は、複数層の接続金属層から構成されていても良い。例えば、化合物半導体機能層側及び支持基板側にそれぞれ接続金属層を設け、これらの接続金属層を熱圧着して接合してもよい。 The bonding material layer may be composed of a plurality of connecting metal layers. For example, connecting metal layers may be provided on the compound semiconductor functional layer side and the support substrate side, respectively, and these connecting metal layers may be thermocompression bonded to each other.
接合温度は350℃以上が好ましい。また、接合圧力部は50N/cm2以上で接合することが好適である。前記条件は接合強度を十分に得るために好適な条件であり、この条件に限定されるものではない。 The joining temperature is preferably 350 ° C. or higher. Further, it is preferable to join the joining pressure portion at 50 N / cm 2 or more. The above conditions are suitable conditions for obtaining sufficient bonding strength, and are not limited to these conditions.
以上のような接合により、支持基板と化合物半導体機能層とが接合材を介して接合された接合ウェーハを得ることができる。 By the above-mentioned bonding, it is possible to obtain a bonded wafer in which the support substrate and the compound semiconductor functional layer are bonded via a bonding material.
[犠牲層をエッチングすることで、出発基板と化合物半導体機能層とを分離する工程]
次に、保護膜の開口部からエッチング液を供給し犠牲層をエッチングすることで、出発基板と化合物半導体機能層とを分離する。
[Step of separating the starting substrate and the compound semiconductor functional layer by etching the sacrificial layer]
Next, the starting substrate and the compound semiconductor functional layer are separated by supplying an etching solution from the opening of the protective film and etching the sacrificial layer.
用いるエッチング液は、犠牲層を選択エッチングできるものであれば、特に限定されない。また、保護膜の開口部からのエッチング液の供給の具体的な方法は、特に限定されない。 The etching solution used is not particularly limited as long as it can selectively etch the sacrificial layer. Further, the specific method of supplying the etching solution from the opening of the protective film is not particularly limited.
この選択エッチングにより、接合ウェーハから出発基板を分離できる。分離した出発基板は、別のエピタキシャルウェーハ作製のために再利用することができる。 By this selective etching, the starting substrate can be separated from the bonded wafer. The separated starting substrate can be reused for making another epitaxial wafer.
[その他の工程]
本発明の接合型半導体ウェーハの製造方法は、以上の工程以外の工程を含むこともできる。具体例は、後段に示す実施形態を参照されたい。
[Other processes]
The method for manufacturing a bonded semiconductor wafer of the present invention may include steps other than the above steps. For a specific example, refer to the embodiment shown in the latter part.
<接合型半導体素子の製造方法>
本発明の接合型半導体素子の製造方法は、
本発明の接合型半導体ウェーハの製造方法によって、接合型半導体ウェーハを製造し、
接合型半導体ウェーハを上記トレンチに沿って分割して、接合型半導体素子を得ることを特徴とする。
<Manufacturing method of junction type semiconductor element>
The method for manufacturing a bonded semiconductor device of the present invention is as follows.
A bonded semiconductor wafer is manufactured by the method for manufacturing a bonded semiconductor wafer of the present invention.
It is characterized in that a bonded semiconductor wafer is divided along the trench to obtain a bonded semiconductor element.
分割の具体的な方法は特に限定されないが、例えばダイシングやスクライブ/ブレーキング法などによって、接合型半導体ウェーハを分割することができる。 The specific method of division is not particularly limited, but the bonded semiconductor wafer can be divided by, for example, dicing, scribe / braking method, or the like.
次に、図1~図11を参照しながら、本発明の接合型半導体ウェーハの製造方法、及び接合型半導体素子の製造方法の1つの実施形態を詳細に説明する。しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 Next, one embodiment of the method for manufacturing a bonded semiconductor wafer and the method for manufacturing a bonded semiconductor element of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 11. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
(実施形態)
この実施形態では、本発明の一例として、図10に示す接合型半導体ウェーハ1000の製造方法、及び図11に示す接合型半導体素子2000の製造方法を説明する。
(Embodiment)
In this embodiment, as an example of the present invention, a method for manufacturing the bonded
まず、図1に示すエピタキシャルウェーハ100を準備する。ここでは最初に、半絶縁性InP基板上にi-InPバッファ層を例えば厚さ0.5μmで形成し、出発基板1を準備する。次いで、この出発基板1上に、i-InxGa1-xAs(0.4≦x≦0.6)犠牲層(以下、i-InGaAs犠牲層又は犠牲層)2を例えば厚さ0.3μmでエピタキシャル成長により形成する。次いで、犠牲層2上に、i-InPエッチストップ層3を例えば厚さ0.3μmで形成し、次いでi-InxGa1-xAs(0.4≦x≦0.6)コンタクト層(以下、i-InGaAsコンタクト層)11を例えば厚さ0.1μmでエピタキシャル成長により形成し、次いでi-InPキャップ層12を例えば厚さ0.1μmでエピタキシャル成長により形成し、次いでi-InxGa1-xAs(0.4≦x≦0.6)吸収層(以下、i-InGaAs吸収層)13を例えば厚さ3.0μmでエピタキシャル成長により形成し、次いでn-InP層14を例えば厚さ1.0μmでエピタキシャル成長により形成する。これにより、犠牲層2上に、エッチストップ層3と、i-InGaAsコンタクト層11、i-InPキャップ層12、i-InGaAs吸収層13及びn-InP層14を含んだ化合物半導体機能層10とがエピタキシャル成長したエピタキシャルウェーハ100が得られる。
First, the
次に、図2に示すように、デバイス予定エリア・サイズに沿って、化合物半導体機能層10にトレンチ4を形成する。トレンチ4の形成の手段は、先に述べたように、ウェットエッチング、ドライエッチングいずれの方法も可能である。
Next, as shown in FIG. 2, a
ウェットエッチングの場合は、例えば、以下の手順でトレンチ4を形成することができる。まず、フォトリソグラフィー法により化合物半導体機能層10の表面、すなわちn-InP層14の表面にレジストパターンを形成する。次いで、レジストパターンをマスクとして、n-InP層14を塩素系エッチャントで選択エッチングする。n-InP層14の選択エッチング後、硫酸過水系エッチャントに切り替えて、i-InGaAs吸収層13を選択エッチングする。次いで、塩素系エッチャントに切り替えて、i-InPキャップ層12を選択エッチングする。次いで、硫酸過水系エッチャントに切り替えて、i-InGaAsコンタクト層11を選択エッチングする。次いで、塩素系エッチャントに切替え、i-InPエッチングストップ層3を選択エッチングする。以上の工程を経ることで、底部にi-InGaAs犠牲層2の一部が露出したトレンチ4を形成することができる。
In the case of wet etching, for example, the
また、ドライエッチングの場合は、先に述べたように、Cl2等の塩素系ガスとAr等のプラズマ安定化ガスとを混合した雰囲気にてガスエッチングすることによりエッチングが可能である。ドライエッチングを選択した場合、トレンチ4の側壁形状に凹凸が生じないという利点があるが、エッチング選択性が低いため、犠牲層2で自動的にエッチングを止めることが難しい、そのため、犠牲層2の厚さはウェットエッチングの場合と比べて厚くする必要があり、0.3μm以上にするのが好ましい。
Further, in the case of dry etching, as described above, etching is possible by gas etching in an atmosphere in which a chlorine-based gas such as Cl 2 and a plasma stabilizing gas such as Ar are mixed. When dry etching is selected, there is an advantage that unevenness does not occur in the side wall shape of the
次に、図3に示すように、トレンチ4の表面及び犠牲層2の露出部に保護膜5を形成する。保護膜5の形成は、先に述べたように、ゾルゲル法、ディップ法、RF-EB、スパッタ、CVD等、保護膜5を成膜出来るのであればどのような方法でも選択可能であるが、例えば、TEOSとO2を組み合わせた材料系にてp-CVD法を用いてSiO2膜を形成することができる。TEOS系SiO2はカバレッジ被覆性が良好のため、トレンチ4の側壁部に凹凸が存在しても良好に被覆するため、保護膜5の形成手法として好適である。SiO2保護膜の厚さは例えば0.3μmとすることができる。
Next, as shown in FIG. 3, a
次に、フォトリソグラフィー法により、犠牲層2を覆う保護膜5の一部の表面にレジストパターンを形成し、形成したレジストパターンをレジストマスクとして用いて、犠牲層2を覆う保護膜5の一部を開口して、図3に示す開口部(開口パターン)5Aを形成する。
Next, a resist pattern is formed on the surface of a part of the
先に述べたように、開口パターンエッチングにフッ酸系エッチャントを用いることができる。ただ、開口エッチングはウェットエッチングに限らない。ドライエッチングの場合は、フッ素系ガス(NF3、SF6等)を用いても同様の結果が得られる。 As mentioned above, a hydrofluoric acid-based etchant can be used for aperture pattern etching. However, aperture etching is not limited to wet etching. In the case of dry etching, similar results can be obtained by using a fluorine-based gas (NF 3 , SF 6 , etc.).
一方で、支持基板30としてSi基板を準備し、図4に示すように、Si基板30の表面に接合金属層21を形成する。
On the other hand, a Si substrate is prepared as the
なお、支持基板30としてはSi基板に限定されるものではなく、InP基板より機械的な強度に優れる材料、例えばAl2O3やAlN、GaAs等を選択しても同様の効果が得られる。
The
接合金属層21は、支持基板30に接する層にはPtの他、AlやTiを選択可能である。接合界面層にはAuの他、Al、Ag、Ga、In等が選択可能である。
なお、接続金属層21の厚さは、例えば、Pt層を0.1μm、Au層を1μmとすることができる。
For the bonded
The thickness of the connecting
次に、図5に示すように、エピタキシャルウェーハ100の非トレンチ部15に含まれるn-InP層14上に接合金属層22を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, the bonded
接合金属層22は、化合物半導体機能層10に接する層にPt、接合界面にAuを配置することができる。化合物半導体機能層10に接する層にはPtの他、AlやTi、Ni、Auなどを選択可能である。接合金属層22は、次工程の接合が可能な構造で、かつ、後の工程の犠牲層エッチングに対して耐性のある材料系であればどのような材料の組み合わせも選択可能である。
なお、接続金属層22の厚さは、例えば、Pt層を0.1μm、Au層を1μmとすることができる。
In the bonded
The thickness of the connecting
次に、図6に示すように、支持基板30とエピタキシャルウェーハ100とを、接合金属層21及び22を互いに熱圧着することによって接合し、接合ウェーハ200を形成する。接合金属層21及び22は、互いに圧着して、接合材層20となる。
Next, as shown in FIG. 6, the
先にも述べたように、接合温度は350℃以上が好ましい。また、接合圧力部は50N/cm2以上で接合することが好適である。前記条件は接合強度を十分に得るために好適な条件であり、この条件に限定されるものではない。 As described above, the joining temperature is preferably 350 ° C. or higher. Further, it is preferable to join the joining pressure portion at 50 N / cm 2 or more. The above conditions are suitable conditions for obtaining sufficient bonding strength, and are not limited to these conditions.
次に、接合ウェーハ200をエッチング液、例えば硫酸過水系エッチャントに浸漬する。これにより、エッチング液が、例えば図6の紙面に対して垂直な方向からトレンチ4に入り込んでこのトレンチ4を通り、保護層5の開口部5Aから犠牲層2に供給される。i-InGaAs犠牲層2はInP層(i-InPエッチストップ層3、及び出発基板1のi-InPバッファ層)に挟持されており、硫酸過水はInPに対してエッチング選択性がある(InPをエッチングしない)ため、また保護層5がトレンチ4の表面を被覆しているため、i-InGaAs犠牲層2のみがエッチングされ、図7に示すように、InP出発基板1と、化合物半導体機能層10とが分離する。
Next, the
分離後は、図7に示すように、化合物半導体機能層10が孤立した島状パターンで支持基板30上に残置する。一方、分離した出発基板1は、別の接合ウェーハ作製に再利用することができる。
After separation, as shown in FIG. 7, the compound semiconductor
次に、i-InPエッチストップ層3を塩素系エッチャントで選択エッチングする。i-InPエッチストップ層3が除去されたことで、保護層5の一部が化合物半導体機能層10の表面に飛び出る形となり、次工程以降で剥離しやすく、歩留まり低下の要因となるため、水流などで保護層5の飛び出た部分を部分的に剥離する。これにより、図8に示すように、i-InGaAsコンタクト層11の一方の主面が露出し、保護層5の端部もi-InGaAsコンタクト層11の露出した主面に揃った状態となる。剥離後、i-InGaAsコンタクト層11の表面にZnを拡散し、i-InGaAsコンタクト層11の表面にp型層を形成する。
Next, the i-InP
次に、i-InGaAsコンタクト層11の表面に保護膜5を再度形成する。保護膜5の形成にはトレンチ4及び犠牲層2へ形成した保護膜5と同様の工程が適用可能である。その後、図9に示すように、形成した保護膜5の一部に開口パターン5Bを形成する。更に開口パターン5BにZnを拡散させる。
Next, the
次に、図10に示すように、開口パターン5Bに、i-InGaAsコンタクト層11Aと接するように電極6を形成し、支持基板30の裏面側にも電極7を形成する。電極6及び7形成後、同じく図10に示すように、i-InGaAsコンタクト層11の一部を除去し、アパーチャ部11Aを形成する。アパーチャ部11A形成後、SiNx(0<x≦2)等の保護層を形成し、保護層のうち電極部分及びダイシング部に対応する部分を除去する。
Next, as shown in FIG. 10, an
以上の工程を経ることにより、図10に示す接合型半導体ウェーハ1000が得られる。
By going through the above steps, the junction
次に、接合型半導体ウェーハ1000を、例えばダイシングもしくはスクライブ/ブレーキング法により、トレンチ4に沿って分割することにより、図11に示す個別素子である接合型半導体素子2000を形成する。
Next, the junction-
図11に示す接合型半導体素子2000は、受光素子であるが、本発明の接合型半導体素子2000の製造方法で製造できる接合型半導体素子は、受光素子に限定されない。
The bonded
なお、上記実施形態で用いた、i-InGaAsコンタクト層11、及びi-InGaAs吸収層13は、i-InxGa1-xAs(0.4≦x≦0.6)の代わりに、Alを含む、i-Inx(GayAl1-y)1-xAs(0.4≦x≦0.6、0<y≦1)であっても良い。また、上記実施形態で用いたi-InGaAs犠牲層2は、i-InxGa1-xAs(0.4≦x≦0.6)の代わりに、Pを含む、i-InxGa1-xAszP1-z(0.4≦x≦0.6、0.8≦z<1)の層であってもよい。
The i-
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
(実施例)
実施例では、以下の手順で、図10に示すのと同様の構造を有する接合型半導体ウェーハ1000及び図11に示すのと同様の構造を有する接合型半導体素子2000を製造した。
(Example)
In the embodiment, the bonded
まず、以下の手順で、図1に示すエピタキシャルウェーハ100を準備した。最初に、半絶縁性InP基板上に厚さ0.5μmのi-InPバッファ層を形成し、出発基板1を準備した。次いで、この出発基板1上に、厚さ0.3μmのi-InGaAs犠牲層2をエピタキシャル成長により形成した。次いで、犠牲層2上に、厚さ0.3μmのi-InPエッチストップ層3、厚さ0.1μmのi-InGaAsコンタクト層11、厚さ0.1μmのi-InPキャップ層12、厚さ3.0μmのi-InGaAs吸収層13、厚さ1.0μmのn-InP層14を順にエピタキシャル成長により形成した。これにより、犠牲層2上に、エッチストップ層3と、i-InGaAsコンタクト層11、i-InPキャップ層12、i-InGaAs吸収層13及びn-InP層14を含んだ化合物半導体機能層10とがエピタキシャル成長したエピタキシャルウェーハ100を製造した。
First, the
次に、図2に示したように、デバイス予定エリア・サイズに沿って、犠牲層2の一部が露出するように、化合物半導体機能層10にトレンチを形成した。トレンチ形成は以下の手順に従うウェットエッチングによって行った。最初にフォトリソグラフィー法により化合物半導体機能層10の表面にレジストパターンを形成した。次いで、レジストパターンをマスクとして用い、n-InP層14を塩素系エッチャントで選択エッチングした。n-InP層14の選択エッチング後、硫酸過水系エッチャントに切り替えて、i-InGaAs吸収層13を選択エッチングした。次いで、塩素系エッチャントに切り替えて、i-InPキャップ層12を選択エッチングした。次いで、硫酸過水系エッチャントに切り替えて、i-InGaAsコンタクト層11を選択エッチングした。次いで、塩素系エッチャントに切り替えて、i-InPエッチングストップ層3を選択エッチングした。以上の工程を経ることで、底部にi-InGaAs犠牲層2の一部が露出したトレンチ4を形成した。
Next, as shown in FIG. 2, a trench was formed in the compound semiconductor
次に、トレンチ4の表面及び犠牲層2の露出部に保護膜を形成した。具体的には、TEOSとO2を組み合わせた材料系にてp-CVD法を用いて、保護膜5としての厚さ0.3μmのSiO2膜を形成した。
Next, a protective film was formed on the surface of the
次に、フォトリソグラフィー法により、犠牲層2を覆う保護膜5の一部の表面にレジストパターンを形成し、形成したレジストパターンをレジストマスクとして用いて、フッ酸によって、犠牲層2を覆う保護膜5の一部を開口して、図3に示した開口部(開口パターン)5Aを形成した。
Next, a resist pattern is formed on the surface of a part of the
一方で、図4に示したのと同様の、表面にPt(0.1μm)とAu(1μm)からなる接合金属層21を形成した、支持基板30としてのSi基板を準備した。
On the other hand, a Si substrate as a
次に、図5に示すように、エピタキシャルウェーハ100の非トレンチ部15に含まれるn-InP層14上にPt(0.1μm)とAu(1μm)からなる接合金属層22を形成した。
Next, as shown in FIG. 5, a bonded
次に、支持基板30とエピタキシャルウェーハ100とを、接合金属層21及び22を温度400℃及び圧力100N/cm2で互いに熱圧着することによって接合し、図6に示す接合ウェーハを得た。接合金属層21及び22は圧着して接合層20となった。
Next, the
次に、接合ウェーハ200をエッチング液としての硫酸過水系エッチャントに浸漬した。これにより、エッチング液を、トレンチ4を通して、保護層5の開口5Aから犠牲層2に供給した。それにより、エッチング液が犠牲層2のみを選択エッチングし、図7に示すように、InP出発基板1と化合物半導体機能層10とを分離した。
Next, the bonded
分離したInP出発基板1は、他のエピタキシャルウェーハの作製において再利用した。
The separated
次に、InPエッチストップ層3を塩素系エッチャントで選択エッチングし、図8に示したように、i-InGaAsコンタクト層11の一方の主面を露出させた。次いで、i-InGaAsコンタクト層11の露出した表面にZnを拡散し、この表面にp型層を形成した。
Next, the InP
次に、i-InGaAsコンタクト層11の表面に保護膜5を再度形成し、形成した保護膜5の一部に、図9に示したように、開口パターン5Bを形成した。更に開口パターン5BにZnを拡散させた。
Next, the
次に、図10に示したように、開口パターン5Bに、i-InGaAsコンタクト層11Aと接するように電極6を形成し、支持基板30の裏面側にも電極7を形成した。電極6及び7形成後、同じく図10に示したように、i-InGaAsコンタクト層11の一部を除去し、アパーチャ部11Aを形成した。アパーチャ部11A形成後、SiNx(0<x≦2)等の保護層を形成し、保護層のうち電極部分及びダイシング部に対応する部分を除去した。
Next, as shown in FIG. 10, an
それにより、図10に示した接合型半導体ウェーハ1000が得られた。
As a result, the junction
次に、接合型半導体ウェーハ1000を、ダイシングによりトレンチ4に沿って分割することにより、図11に示した個別素子である接合型半導体素子(受光素子)2000を形成した。
Next, the bonded
(比較例)
比較例では、以下の手順で、図12に示す受光素子2000’を製造した。
(Comparative example)
In the comparative example, the light receiving element 2000'shown in FIG. 12 was manufactured by the following procedure.
まず、N型InP基板を含む出発基板30’上に化合物半導体機能層(エピタキシャル機能層)10’を形成した。化合物半導体機能層10’は、以下の順に積層した。 First, a compound semiconductor functional layer (epitaxial functional layer) 10'was formed on a starting substrate 30'including an N-type InP substrate. The compound semiconductor functional layer 10'was laminated in the following order.
N型InP基板上に、i-InPバッファ層を厚さ0.5μmで形成し、出発基板30’とした。この出発基板30’上に、厚さ1.0μmのn-InPクラッド層14’、厚さ3.0μmのi-InGaAs吸収層13’、厚さ0.1μmのi-InPキャップ層12’、及び厚さ0.1μmのi-InGaAsコンタクト層11’を順にエピタキシャル成長により形成した。これにより、出発基板30’上に、n-InPクラッド層14’、i-InGaAs吸収層13’、i-InPキャップ層12’、及びi-InGaAsコンタクト層11’を含んだ化合物半導体機能層10’がエピタキシャル成長したエピタキシャルウェーハ100’を製造した。
An i-InP buffer layer having a thickness of 0.5 μm was formed on an N-type InP substrate to form a starting substrate 30'. On the starting substrate 30', a 1.0 μm thick n-InP clad layer 14', a 3.0 μm thick i-InGaAs absorption layer 13', and a 0.1 μm thick i-InP cap layer 12', And i-InGaAs contact layer 11'with a thickness of 0.1 μm was formed by epitaxial growth in order. As a result, the compound semiconductor
次に、i-InGaAsコンタクト層11’の表面に保護膜5’を形成した。次に、フォトリソグラフィー法により、保護膜5’の表面にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをレジストマスクとして用いて保護膜5’に開口パターンを形成した。 Next, a protective film 5'was formed on the surface of the i-InGaAs contact layer 11'. Next, a resist pattern was formed on the surface of the protective film 5'by a photolithography method, and this resist pattern was used as a resist mask to form an opening pattern on the protective film 5'.
次に、保護膜5’の開口パターンを通して、i-InGaAsコンタクト層11’表面にZnを拡散し、表面にp型層を形成した。 Next, Zn was diffused on the surface of the i-InGaAs contact layer 11'through the opening pattern of the protective film 5'to form a p-type layer on the surface.
次いで、開口パターン部に、Ti層0.1μm、Au層1.0μmからなる電極6’を形成した。 Next, an electrode 6'composed of a Ti layer of 0.1 μm and an Au layer of 1.0 μm was formed in the opening pattern portion.
電極6’形成後、SiNx(0<x≦2)の保護層を形成し、電極部分及びダイシング部に対応する部分を除去した。 After forming the electrode 6', a protective layer of SiN x (0 <x ≦ 2) was formed, and the portion corresponding to the electrode portion and the dicing portion was removed.
その後、出発基板30’のN型InP基板の化合物半導体機能層10’とは反対側の面に前述と同様の構造、材料にて裏面コンタクト電極7’を形成した。 Then, the back surface contact electrode 7'was formed on the surface of the starting substrate 30'on the side opposite to the compound semiconductor functional layer 10'of the N-type InP substrate with the same structure and material as described above.
裏面コンタクト電極7’形成後、ダイシングにより個別素子に分離し、図12に示す受光素子2000’を形成した。 After forming the back surface contact electrode 7', it was separated into individual elements by dicing to form the light receiving element 2000' shown in FIG.
(評価)
図13に、比較例を基準(100%)とした実施例における材料費の低減効果を示す。図13から、実施例においては、出発基板を分離しない比較例に対して半分程度まで材料コストが低減したことが分かる。これは出発基板を再利用することにより、実質的に出発基板の材料費が無視できるほど低減できたことによる効果である。これは、支持基板と接合する前に化合物半導体機能層にトレンチを形成し、トレンチの表面を保護膜で被覆した上で支持基板と化合物半導体機能層とを接合し、次いで犠牲層に通じる保護膜の開口部を通してエッチング液を供給して犠牲層を選択エッチングして出発基板と化合物半導体機能層とを分離する本発明の製造方法によって初めて達成できたものである。特にInP/InGaAs材料系でこの効果を達成するのは、本発明の製造方法以外では極めて困難である。
(evaluation)
FIG. 13 shows the effect of reducing the material cost in the example using the comparative example as a reference (100%). From FIG. 13, it can be seen that in the examples, the material cost was reduced to about half as compared with the comparative example in which the starting substrate was not separated. This is due to the fact that by reusing the starting substrate, the material cost of the starting substrate can be substantially reduced to a negligible level. In this method, a trench is formed in the compound semiconductor functional layer before being bonded to the support substrate, the surface of the trench is covered with a protective film, the support substrate and the compound semiconductor functional layer are bonded, and then the protective film leading to the sacrificial layer is formed. This was achieved for the first time by the manufacturing method of the present invention in which the etching solution is supplied through the opening of the above and the sacrificial layer is selectively etched to separate the starting substrate and the compound semiconductor functional layer. In particular, it is extremely difficult to achieve this effect with an InP / InGaAs material system other than the production method of the present invention.
図14に実施例及び比較例におけるチップ割れ不良率に関するデータを示す。図14から明らかなように、出発基板を支持基板としてそのまま利用する比較例に比べて、実施例において割れ不良が改善した。これは、脆いInP基板からSi基板に置き換えたことで、パッケージ加工工程の熱及び応力に対するチップの強度が高まったため、機械的強度が改善したものである。 FIG. 14 shows data on the chip cracking defect rate in Examples and Comparative Examples. As is clear from FIG. 14, the crack defect was improved in the examples as compared with the comparative example in which the starting substrate was used as it was as the support substrate. This is because the strength of the chip against heat and stress in the packaging processing process was increased by replacing the brittle InP substrate with the Si substrate, so that the mechanical strength was improved.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an example, and any of the above-described embodiments having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and having the same effect and effect is the present invention. Is included in the technical scope of.
1…出発基板、 2…犠牲層、 3…エッチストップ層、 4…トレンチ、 5及び5’…保護膜、 5A…開口部、 5B…開口パターン、 6、6’及び7…電極、 7’…裏面コンタクト電極、 10及び10’…化合物半導体機能層、 11及び11’…コンタクト層、 11A…アパーチャ部、 12及び12’…キャップ層、 13及び13’…吸収層、 14…n-InP層、 14’…クラッド層、 15…非トレンチ部、 20…接合材層、 21…接合金属層、 22…接合金属層、 30…支持基板、 30’…出発基板、 100及び100’…エピタキシャルウェーハ、 200…接合ウェーハ、 1000…接合型半導体ウェーハ、 2000…接合型半導体素子(受光素子)、 2000’…受光素子。
1 ... starting substrate, 2 ... sacrificial layer, 3 ... etch stop layer, 4 ... trench, 5 and 5'... protective film, 5A ... opening, 5B ... opening pattern, 6,
Claims (5)
出発基板上に犠牲層をエピタキシャル成長する工程と、
前記犠牲層上に化合物半導体機能層をエピタキシャル成長する工程と、
選択エッチング法にて前記化合物半導体機能層の一部領域に、犠牲層が露出するようにトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの表面及び前記犠牲層の露出部に保護膜を形成する工程と、
前記犠牲層を覆う前記保護膜の一部を開口して、前記保護膜に開口部を形成する工程と、
前記化合物半導体機能層と異なる材料の支持基板を接合材を介して前記化合物半導体機能層に接合する工程と、
前記開口部からエッチング液を供給し前記犠牲層をエッチングすることで、前記出発基板と前記化合物半導体機能層とを分離する工程と
を有することを特徴とする接合型半導体ウェーハの製造方法。 It is a manufacturing method of a junction type semiconductor wafer.
The process of epitaxially growing the sacrificial layer on the starting substrate,
A step of epitaxially growing a compound semiconductor functional layer on the sacrificial layer,
A step of forming a trench in a part of the compound semiconductor functional layer by a selective etching method so that the sacrificial layer is exposed, and
A step of forming a protective film on the surface of the trench and the exposed portion of the sacrificial layer, and
A step of opening a part of the protective film covering the sacrificial layer to form an opening in the protective film.
A step of joining a support substrate made of a material different from that of the compound semiconductor functional layer to the compound semiconductor functional layer via a bonding material.
A method for manufacturing a bonded semiconductor wafer, which comprises a step of separating the starting substrate and the compound semiconductor functional layer by supplying an etching liquid from the opening and etching the sacrificial layer.
請求項1~4のいずれか一項に記載の接合型半導体ウェーハの製造方法によって、接合型半導体ウェーハを製造し、
前記接合型半導体ウェーハを前記トレンチに沿って分割して、接合型半導体素子を得ることを特徴とする接合型半導体素子の製造方法。 It is a manufacturing method of a bonded semiconductor device.
A bonded semiconductor wafer is manufactured by the method for manufacturing a bonded semiconductor wafer according to any one of claims 1 to 4.
A method for manufacturing a bonded semiconductor device, which comprises dividing the bonded semiconductor wafer along the trench to obtain a bonded semiconductor element.
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