JP4576755B2 - 半導体基板の製造方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の製造方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の基板材料として使用されるものに、ＧａＮというものがある。ＧａＮの基板は、保持層の上にＧａＮ層を結晶成長させることによって作られている。これまで、一般的には、ＧａＮ層と保持層とを分離せずに使うことが多かったが、最終製品の半導体素子の特性を良くする試みとして、ＧａＮ層と保持層とを分離することが考えられている。この場合、保持層としてサファイアを用い、その層上に反応炉等によってＧａＮ層を育成した基板に、サファイア層側から紫外領域のレーザ光を照射すると、界面のＧａＮが分解し、層間で剥離が起こる。これを利用して、レーザ光を基板上の全面に走査することにより、サファイア層とＧａＮ層を剥離することができる。ＧａＮ層育成の過程では、保持層は１０００℃付近の高温で反応が進めるため、室温においては保持層とＧａＮ層の間で、熱膨張率の違いから生じる非常に大きなストレスがあり、基板が反った状態となっている。室温のまま、レーザ照射すると剥離部と未剥離部との境界に応力が集中し、基板の亀裂や割れが生じてしまう。
【０００３】
従来は、これを防止するため、図６に示すように、ヒータ１の上に保持層２とＧａＮ層３からなる基板４を載せて、１０００℃近くまで加熱してレーザ光５で照射を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
まず第一の課題は、ヒーターによって基板全体を加熱しているために、ＧａＮ結晶育成時の１０００℃近くまで温度を上げないと、基板の内部応力が緩和されない。また、非常に高温であるため、昇温および降温時に時間がかかる。
【０００５】
次に第二の課題は、ヒーター上に基板を載せて加熱する際、レーザを照射する側が保持層側となるため、ＧａＮ層側がヒータ側となる。このとき、保持層側の温度はＧａＮ層側と比較すると低くなってしまう。保持層としてサファイアを用いた場合には、サファイア層の方がＧａＮ層よりも熱膨張係数が大きく、室温での収縮量が大きくなっており、サファイア層側の温度を高くした方が、層間のストレスが緩和されるが、従来の方法では、反対の温度分布となっている。また、従来の方法では、層間が剥離するとヒータからの熱伝導が阻害されるため、サファイア層側の温度が低くなるため、より収縮が大きくなり、未剥離部との境界への応力集中が増加する。
【０００６】
そして第三の課題は、従来のレーザ照射方法では、図７に示すように、基板４上をレーザ光の軌跡６が直線上に走査していったために、剥離領域と未剥離領域の境界が直線上になり、その直線の端部においての応力集中があり、亀裂や割れが生じやすくなっている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、保持層とＧａＮ層で構成される基板を前記保持層から加熱して前記基板温度を上昇させ、前記保持層を透過し、前記ＧａＮ層に吸収される波長のレーザ光をこの保持層側から照射して二つの層を剥離させるものである。
【０００８】
これにより、照射されたレーザ光は保持層で吸収されて保持層の温度のみが上昇し、保持層とＧａＮ層の間では、温度勾配ができるために、ＧａＮ層育成時の温度まで昇温しなくても、層間のストレスを解消することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図５に本発明の実施の形態を示す。
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体基板材料の製造方法を示す図である。保持層２にサファイア層を用い、この保持層２上にＧａＮ層３を反応炉によって育成した二層からなる基板４を用いる。基板４は図示しない基板保持部によって保持されている。二つの層間を剥離する際に、保持層２側から保持層３に吸収されるＣＯ2レーザ光７を基板４の全体に照射する。基板４が十分に昇温した後、ＣＯ2レーザ光７は照射したまま、層間剥離用にＹＡＧレーザの第三高調波のレーザ光５を基板４に照射する。このレーザ光５によって、界面に存在するＧａＮが分解され、層間が剥がれた状態となる。このとき、保持層２側の温度はＧａＮ層３側と比較すると、高い温度であるため、保持層２側が膨張し、ＧａＮ層３との間のストレスが緩和され、基板４の亀裂や割れが発生しにくくなる。
【００１１】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体基板材料の製造方法を示す図である。保持層２にサファイア層を用い、この保持層２上にＧａＮ層３を反応炉によって育成した二層からなる基板４を用いる。基板４を加熱して、剥離加工時の層間ストレスを緩和する際に、図示しないヒーターの熱を均質にするための基板保持部である均質板８に、ＹＡＧ第三高調波のレーザ光５を透過する石英板を用いる。この均質板８に、従来とは反対側の保持層２側を設置する。加熱前の保持層２側とＧａＮ層３側では、保持層２側での収縮が大きく、基板４の層間では大きなストレスを生じているが、均質板８に保持層２側を設置することによって、保持層２側の温度が高くなる温度勾配が生じさせることができ、保持層２側の収縮が緩和される。界面剥離用のレーザ光５は、ミラー９を介して、均質板８を透過し、保持層２とＧａＮ層３の界面に照射される。剥離が起こった後は、保持層２側からＧａＮ層３側への熱の流れも少なくなるため、層間の温度差はより大きくなる。その結果、保持層２側の収縮は減少することになり、より層間ストレスが緩和される方向に働いている。
【００１２】
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体基板材料の製造方法を示す図である。層間剥離加工をするためのレーザ光を、基板４の外周部から螺旋状に基板の中心に向けて、レーザ光の軌跡６のように順次照射していく。このときの照射領域の重なりは、２０％〜８０％となるようにレーザ光の照射を行っている。
このことにより、点対称で剥離部と未剥離部が存在するために境界面が円周上になり、保持層とＧａＮ層の間に発生するストレスによる応力集中が分散されるため、亀裂や割れの発生が少なくなっている。
【００１３】
このレーザ光を螺旋状に走査するための方法としては、２軸のガルバノメータ（図示せず）によって行う方法の他に、図４に示すように、基板４を台１０とモータ１１からなる回転機構１２の上に載せ、一軸のステージ１３によって、基板４の周辺から回転中心に向かって移動していき、レーザ光５を照射する方法がある。また、他の方法として、図５に示すように、台１０とモータ１１からなる回転機構１２の上に載せた基板４に、一軸のガルバノメータ１３を使用して、基板４の周辺から回転中心に向かってレーザ光５を走査させる方法もある。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、照射されたレーザ光は保持層で吸収されて保持層の温度のみが上昇し、保持層とＧａＮ層の間では、温度勾配ができるために、ＧａＮ層育成時の温度まで昇温しなくても、層間のストレスを解消することが可能となる。
【００１５】
また、温度が低いため、昇温・降温にかかる時間も短くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体基板材料の製造方法を説明する図
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る半導体基板材料の製造方法を説明する図
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る半導体基板材料の製造方法を説明する図
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体基板材料の製造装置の概略図
【図５】本発明の実施の形態に係る半導体基板材料の製造装置の概略図
【図６】従来の半導体基板材料の製造方法を説明する図
【図７】従来の半導体基板材料の製造方法のレーザ照射方法を説明する図
【符号の説明】
２ 保持層
３ ＧａＮ層
５ レーザ光
７ レーザ光
８ 均熱板
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の製造方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の基板材料として使用されるものに、ＧａＮというものがある。ＧａＮの基板は、保持層の上にＧａＮ層を結晶成長させることによって作られている。これまで、一般的には、ＧａＮ層と保持層とを分離せずに使うことが多かったが、最終製品の半導体素子の特性を良くする試みとして、ＧａＮ層と保持層とを分離することが考えられている。この場合、保持層としてサファイアを用い、その層上に反応炉等によってＧａＮ層を育成した基板に、サファイア層側から紫外領域のレーザ光を照射すると、界面のＧａＮが分解し、層間で剥離が起こる。これを利用して、レーザ光を基板上の全面に走査することにより、サファイア層とＧａＮ層を剥離することができる。ＧａＮ層育成の過程では、保持層は１０００℃付近の高温で反応が進めるため、室温においては保持層とＧａＮ層の間で、熱膨張率の違いから生じる非常に大きなストレスがあり、基板が反った状態となっている。室温のまま、レーザ照射すると剥離部と未剥離部との境界に応力が集中し、基板の亀裂や割れが生じてしまう。
【０００３】
従来は、これを防止するため、図６に示すように、ヒータ１の上に保持層２とＧａＮ層３からなる基板４を載せて、１０００℃近くまで加熱してレーザ光５で照射を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
まず第一の課題は、ヒーターによって基板全体を加熱しているために、ＧａＮ結晶育成時の１０００℃近くまで温度を上げないと、基板の内部応力が緩和されない。また、非常に高温であるため、昇温および降温時に時間がかかる。
【０００５】
次に第二の課題は、ヒーター上に基板を載せて加熱する際、レーザを照射する側が保持層側となるため、ＧａＮ層側がヒータ側となる。このとき、保持層側の温度はＧａＮ層側と比較すると低くなってしまう。保持層としてサファイアを用いた場合には、サファイア層の方がＧａＮ層よりも熱膨張係数が大きく、室温での収縮量が大きくなっており、サファイア層側の温度を高くした方が、層間のストレスが緩和されるが、従来の方法では、反対の温度分布となっている。また、従来の方法では、層間が剥離するとヒータからの熱伝導が阻害されるため、サファイア層側の温度が低くなるため、より収縮が大きくなり、未剥離部との境界への応力集中が増加する。
【０００６】
そして第三の課題は、従来のレーザ照射方法では、図７に示すように、基板４上をレーザ光の軌跡６が直線上に走査していったために、剥離領域と未剥離領域の境界が直線上になり、その直線の端部においての応力集中があり、亀裂や割れが生じやすくなっている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、保持層とＧａＮ層で構成される基板を前記保持層から加熱して前記基板温度を上昇させ、前記保持層を透過し、前記ＧａＮ層に吸収される波長のレーザ光をこの保持層側から照射して二つの層を剥離させるものである。
【０００８】
これにより、照射されたレーザ光は保持層で吸収されて保持層の温度のみが上昇し、保持層とＧａＮ層の間では、温度勾配ができるために、ＧａＮ層育成時の温度まで昇温しなくても、層間のストレスを解消することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図５に本発明の実施の形態を示す。
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体基板材料の製造方法を示す図である。保持層２にサファイア層を用い、この保持層２上にＧａＮ層３を反応炉によって育成した二層からなる基板４を用いる。基板４は図示しない基板保持部によって保持されている。二つの層間を剥離する際に、保持層２側から保持層３に吸収されるＣＯ2レーザ光７を基板４の全体に照射する。基板４が十分に昇温した後、ＣＯ2レーザ光７は照射したまま、層間剥離用にＹＡＧレーザの第三高調波のレーザ光５を基板４に照射する。このレーザ光５によって、界面に存在するＧａＮが分解され、層間が剥がれた状態となる。このとき、保持層２側の温度はＧａＮ層３側と比較すると、高い温度であるため、保持層２側が膨張し、ＧａＮ層３との間のストレスが緩和され、基板４の亀裂や割れが発生しにくくなる。
【００１１】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体基板材料の製造方法を示す図である。保持層２にサファイア層を用い、この保持層２上にＧａＮ層３を反応炉によって育成した二層からなる基板４を用いる。基板４を加熱して、剥離加工時の層間ストレスを緩和する際に、図示しないヒーターの熱を均質にするための基板保持部である均質板８に、ＹＡＧ第三高調波のレーザ光５を透過する石英板を用いる。この均質板８に、従来とは反対側の保持層２側を設置する。加熱前の保持層２側とＧａＮ層３側では、保持層２側での収縮が大きく、基板４の層間では大きなストレスを生じているが、均質板８に保持層２側を設置することによって、保持層２側の温度が高くなる温度勾配が生じさせることができ、保持層２側の収縮が緩和される。界面剥離用のレーザ光５は、ミラー９を介して、均質板８を透過し、保持層２とＧａＮ層３の界面に照射される。剥離が起こった後は、保持層２側からＧａＮ層３側への熱の流れも少なくなるため、層間の温度差はより大きくなる。その結果、保持層２側の収縮は減少することになり、より層間ストレスが緩和される方向に働いている。
【００１２】
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体基板材料の製造方法を示す図である。層間剥離加工をするためのレーザ光を、基板４の外周部から螺旋状に基板の中心に向けて、レーザ光の軌跡６のように順次照射していく。このときの照射領域の重なりは、２０％〜８０％となるようにレーザ光の照射を行っている。
このことにより、点対称で剥離部と未剥離部が存在するために境界面が円周上になり、保持層とＧａＮ層の間に発生するストレスによる応力集中が分散されるため、亀裂や割れの発生が少なくなっている。
【００１３】
このレーザ光を螺旋状に走査するための方法としては、２軸のガルバノメータ（図示せず）によって行う方法の他に、図４に示すように、基板４を台１０とモータ１１からなる回転機構１２の上に載せ、一軸のステージ１３によって、基板４の周辺から回転中心に向かって移動していき、レーザ光５を照射する方法がある。また、他の方法として、図５に示すように、台１０とモータ１１からなる回転機構１２の上に載せた基板４に、一軸のガルバノメータ１３を使用して、基板４の周辺から回転中心に向かってレーザ光５を走査させる方法もある。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、照射されたレーザ光は保持層で吸収されて保持層の温度のみが上昇し、保持層とＧａＮ層の間では、温度勾配ができるために、ＧａＮ層育成時の温度まで昇温しなくても、層間のストレスを解消することが可能となる。
【００１５】
また、温度が低いため、昇温・降温にかかる時間も短くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体基板材料の製造方法を説明する図
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る半導体基板材料の製造方法を説明する図
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る半導体基板材料の製造方法を説明する図
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体基板材料の製造装置の概略図
【図５】本発明の実施の形態に係る半導体基板材料の製造装置の概略図
【図６】従来の半導体基板材料の製造方法を説明する図
【図７】従来の半導体基板材料の製造方法のレーザ照射方法を説明する図
【符号の説明】
２ 保持層
３ ＧａＮ層
５ レーザ光
７ レーザ光
８ 均熱板
Claims (12)
- ＧａＮ層と保持層とで構成される基板を前記保持層から加熱して前記基板温度を上昇させる工程と、前記保持層を透過し、前記ＧａＮ層に吸収される波長のレーザ光をこの保持層側から照射して二つの層を剥離させる工程とを有したことを特徴とする半導体基板の製造方法。
- 基板温度を上昇させる方法は、保持層に吸収される波長を持つレーザ光をこの保持層側から照射して基板を加熱することを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
- 保持層としてサファイア基板を用いたことを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
- 保持層に吸収されるレーザ光としてＣＯ2レーザを用いたことを特徴とする請求項３に記載の半導体基板の製造方法。
- 基板温度を上昇させる方法は、レーザ光が透過する材料で、ヒーターと前記基板間の温度分布を均一化させる均熱板を保持層側に接触させて基板を加熱することを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
- 均熱板として石英ガラスを用いたことを特徴とする請求項５に記載の半導体基板の製造方法。
- ＧａＮ層に吸収される波長のレーザとして、ＹＡＧ、ＹＬＦ、ＹＶＯ4のいずれかのレーザ光の第３高調波または第４高調波を用いたことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
- ＧａＮ層に吸収される波長のレーザの照射を基板の外周部から中心に向かって螺旋状に行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
- 螺旋状にレーザ光照射を行う方法として、レーザ光の位置を固定して、基板を回転させながら、前記レーザ光が基板の外周から回転中心に近づいていく方向に基板を移動させていくことを特徴とする請求項８に記載の半導体基板の製造方法。
- 螺旋状にレーザ光照射を行う方法として、ガルバノメータでレーザビームを螺旋状に走査することを特徴とする請求項８に記載の半導体基板の製造方法。
- ＧａＮ層と保持層とで構成される基板から半導体基板を製造する装置であって、前記保持層を透過し、前記ＧａＮ層に吸収される波長のレーザ光を出射する第１の光源と、前記保持層に吸収される波長を持つレーザ光を出射する第２の光源と、前記基板を保持する基板保持部とを有し、前記第１の光源とこの第２の光源とを前記基板保持部に対し、同じ側に配置したことを特徴とする半導体基板の製造装置。
- ＧａＮ層と保持層とで構成される基板から半導体基板を製造する装置であって、前記保持層を透過し、前記ＧａＮ層に吸収される波長のレーザ光を出射する第１の光源と、ヒーターと、前記レーザ光が透過する材料で、このヒーターの熱を前記基板に伝えて温度分布を均一化させる基板保持部とを有したことを特徴とする半導体基板の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182768A JP4576755B2 (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | 半導体基板の製造方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182768A JP4576755B2 (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | 半導体基板の製造方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003002797A JP2003002797A (ja) | 2003-01-08 |
| JP4576755B2 true JP4576755B2 (ja) | 2010-11-10 |
Family
ID=19022799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001182768A Expired - Fee Related JP4576755B2 (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | 半導体基板の製造方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4576755B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| DE102004058521A1 (de) * | 2004-12-04 | 2006-06-14 | Aixtron Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden von dicken Gallium-Nitrit-Schichten auf einem Saphirsubstrat und zugehörigen Substrathalter |
| JP2014084263A (ja) * | 2012-10-26 | 2014-05-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ族窒化物膜の製造方法 |
| JP6633326B2 (ja) * | 2015-09-15 | 2020-01-22 | 株式会社ディスコ | 窒化ガリウム基板の生成方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001501778A (ja) * | 1996-10-01 | 2001-02-06 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | ２つの材料層を相互に分離する方法及びこの方法により製造された電子部品 |
| WO2001023648A1 (en) * | 1999-09-30 | 2001-04-05 | Prowtech Inc. | Apparatus and method for forming single crystalline nitride substrate using hydride vapor phase epitaxy and laser beam |
-
2001
- 2001-06-18 JP JP2001182768A patent/JP4576755B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001501778A (ja) * | 1996-10-01 | 2001-02-06 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | ２つの材料層を相互に分離する方法及びこの方法により製造された電子部品 |
| WO2001023648A1 (en) * | 1999-09-30 | 2001-04-05 | Prowtech Inc. | Apparatus and method for forming single crystalline nitride substrate using hydride vapor phase epitaxy and laser beam |
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| Publication number | Publication date |
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| JP2003002797A (ja) | 2003-01-08 |
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