化合物半导体接合基板的制造方法及化合物半导体接合基板

技术领域

本发明涉及使化合物半导体功能层在起始基板上外延生长并仅分离出外延生长层而移置至另一基板的技术。

背景技术

从起始基板仅分离出外延功能层并移置至另一基板的技术，是能够减小由起始基板的物性导致的限制从而提高器件系统的设计自由度的重要技术。为了实现移置，需要一种将外延功能层暂时接合在暂时支撑基板上并进行保持，在接合于永久基板上后解除暂时接合，从而实现移置的技术。

专利文献1中公开了一种利用湿式蚀刻对暂时支撑基板与外延功能层进行分离的技术。然而，在专利文献1中，由于利用湿式蚀刻对暂时支撑基板与外延功能层进行分离，因此需要分离槽。

由于以湿式蚀刻进行剥离需要形成分离槽，因此在一片晶圆内存在不均匀的器件图案时或需要使分离槽较狭窄时等，存在设计上的自由度因存在分离槽而受到限制的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2021－27301

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种化合物半导体接合基板的制造方法，该方法在从支撑基板上分离外延功能层时不需要分离槽，从而可提高器件或器件系统的设计上的自由度。

解决技术问题的技术手段

为了实现上述目的，本发明提供一种化合物半导体接合基板的制造方法，其包括下述工序：

(1)使化合物半导体功能层在起始基板上外延生长的工序；

(2)将支撑基板暂时接合于所述外延生长面，制成第一化合物半导体接合基板的工序；

(3)将所述起始基板从所述第一化合物半导体接合基板中去除，制成第二化合物半导体接合基板的工序；

(4)将所述第二化合物半导体接合基板的去除了所述起始基板的面正式接合于永久基板，制成第三化合物半导体接合基板的工序；及

(5)将除所述支撑基板从所述第三化合物半导体接合基板中去除，制成第四化合物半导体接合基板的工序；

其中，所述工序(2)中的所述暂时接合通过热固性树脂而进行，且不使该热固性树脂固化而使其保持软化状态，

并且，所述工序(4)中的所述正式接合通过硅氧化膜或硅氮化膜而进行。

由此，对于暂时接合，通过使用热固性树脂且不使其固化从而使其保持软化状态，能够易于剥离暂时接合，并且，通过通过硅氧化膜进行正式接合，由此形成硅氧化膜时达到高温不会使热固性树脂固化，能够提高器件或器件系统的设计上的自由度。

另外，优选以厚度大于1.0μm且为30μm以下的方式涂布所述热固性树脂。

通过使厚度大于1.0μm，溶解剥离性得到提高，并且，从成本方面及接合后确保平坦性的角度出发，优选为30μm以下。

此外，优选所述热固性树脂为苯并环丁烯(BCB)树脂、氟树脂或聚酰亚胺(PI)树脂。

若为这些树脂，则能够确实地保持软化状态，能够容易进行溶解剥离。

此外，优选所述硅氧化膜或硅氮化膜的表面粗糙度为Ra＝1nm以下。

若为这样的表面粗糙度，则能够实现稳定的接合，故而优选。

此外，优选所述支撑基板由AlN、Al

在本发明中，适合使用这样的支撑基板。

此外，本发明提供一种化合物半导体接合基板，其是化合物半导体功能层通过热固性树脂接合于支撑基板上而形成的化合物半导体接合基板，其中，所述热固性树脂在软化状态下进行了接合。

若为这样的化合物半导体基板，则能够使化合物半导体功能层正式接合，易于剥离支撑基板。

此外，优选所述热固性树脂的厚度大于1.0μm且为30μm以下。

通过使厚度大于1.0μm，溶解剥离性得到提高，并且，从成本方面及接合后确保平坦性的角度出发，优选为30μm以下。

此外，优选所述热固性树脂为苯并环丁烯(BCB)树脂、氟树脂或聚酰亚胺(PI)树脂。

若为这些树脂，则能够确实地保持软化状态，能够易于进行溶解剥离。

另外，优选在所述化合物半导体功能层的未接合有所述支撑基板的一侧的表面形成有硅氧化膜或硅氮化膜。

通过由此形成硅氧化膜，能够易于进行永久接合。

此外，优选所述硅氧化膜或硅氮化膜的表面粗糙度为Ra＝1nm以下。

若为这样的表面粗糙度，则能够实现稳定的接合，故而优选。

此外，优选所述支撑基板由AlN、Al

在本发明中，适合使用这样的支撑基板。

发明效果

如上所述，本发明能够提供一种化合物半导体接合基板的制造方法，该方法在从支撑基板上分离外延功能层时不需要分离槽，从而可提高器件或器件系统的设计上的自由度。

附图说明

图1为示出了本发明的化合物半导体接合基板的制造方法的一个实例的流程图。

图2为本发明的第一实施方案及第二实施方案中的使化合物半导体功能层在起始基板上外延生长时的概略图。

图3为本发明的第一实施方案及第二实施方案中的在成长后的外延层上通过BCB树脂暂时接合支撑基板从而制成第一化合物半导体接合基板时的概略图。

图4为本发明的第一实施方案及第二实施方案中的去除起始基板从而制成第二化合物半导体接合基板时的概略图。

图5为本发明的第一实施方案及第二实施方案中的在去除了起始基板的面上形成硅氧化膜时的概略图。

图6为本发明的第一实施方案及第二实施方案中的将硅氧化膜表面正式接合于永久基板从而制成第三化合物半导体接合基板时的概略图。

图7为本发明的第一实施方案及第二实施方案中的去除支撑基板从而制成第四化合物半导体接合基板时的概略图。

图8为示出了硅氧化膜(SiO

图9为示出了对硅氧化膜(SiO

图10为以BCB树脂的厚度作为参数而示出了硅氧化膜(SiO

具体实施方式

如上所述，寻求一种化合物半导体接合基板的制造方法，其在从支撑基板上分离外延功能层时不需要分离槽，可提高器件或器件系统的设计上的自由度。

本申请的发明人进行了反复研究，结果发现使用热固性树脂且不使其固化从而使其保持软化状态进行暂时接合，并通过硅氧化膜进行正式接合，由此能够在不设置分离槽的情况下进行暂时接合与正式接合，能够易于剥离支撑基板，进而完成了本发明。

即，本发明是一种化合物半导体接合基板的制造方法，其包括下述工序：

(1)使化合物半导体功能层在起始基板上外延生长的工序；

(2)将支撑基板暂时接合于所述外延生长面，制成第一化合物半导体接合基板的工序；

(3)将所述起始基板从所述第一化合物半导体接合基板中去除，制成第二化合物半导体接合基板的工序；

(4)将所述第二化合物半导体接合基板的去除了所述起始基板的面正式接合于永久基板，制成第三化合物半导体接合基板的工序；及

(5)将所述支撑基板从所述第三化合物半导体接合基板中去除，制成第四化合物半导体接合基板的工序；

其中，所述工序(2)中的所述暂时接合通过热固性树脂而进行，且不使该热固性树脂固化从而使其保持软化状态，

并且，所述工序(4)中的所述正式接合通过硅氧化膜或硅氮化膜而进行。

＜化合物半导体接合基板的制造方法＞

以下，参照附图对本发明的化合物半导体接合基板的制造方法的实施方案进行详细说明，但本发明不受此限定。

(第一实施方案)

使用图1～图7对半导体基板的暂时粘合方法的第一实施方案进行说明。

首先，如图2所示，利用MOCVD(金属有机化学气相沉积)装置在第一导电型GaAs起始基板1上层叠第一导电型GaAs缓冲层2，然后依次生长第一导电型GaInP第一蚀刻终止层3、第一导电型GaAs第二蚀刻终止层4、第一导电型AlGaInP第一覆盖层5、无掺杂AlGaInP活性层6、第二导电型AlGaInP第二覆盖层7、第二导电型GaInP中间层8、第二导电型GaP窗层9，由此准备具有作为外延功能层的发光元件结构的外延晶圆(图1的工序(1))。其中，将第一覆盖层5至第二覆盖层7称为双异质(DH)结构部。

另外，并不限定于AlGaInP系发光二极管结构，还能够适用所有与GaAs基板晶格匹配的AlGaInP系发光元件结构、AlGaAs系发光元件结构、AlGaAs系HEMT(高电子迁移率晶体管)结构、InGaP系HBT(异质结双极型晶体管)结构及InGaP/GaAs系太阳能电池结构等。此外，还能够适用与InP基板晶格匹配的(Al)InGaAs(P)系发光元件结构、(Al)InGaAs(P)系受光元件结构、(Al)InGaAs(P)系HEMT结构、(Al)InGaAs(P)系HBT结构等。

接着，如图3所示，在外延晶圆上旋涂热固性树脂、例如苯并环丁烯(BCB)树脂10，将其与支撑基板、例如硅晶圆11以相对向的方式重叠并进行热压接，由此将外延晶圆与硅晶圆11通过BCB树脂10进行接合(暂时接合)，从而制作第一化合物半导体接合基板(图1的工序(2))。接合时，在使BCB树脂10的温度为150℃以下的条件下进行。

另外，还适合使用氟树脂或聚酰亚胺(PI)树脂作为热固性树脂。此外，优选以厚度大于1.0μm且为30μm以下的方式涂布热固性树脂。通过使厚度大于1.0μm，溶解剥离性得到提高，通过使厚度为30μm以下，能够降低成本，并使接合后的平坦性良好。

此外，支撑基板可以由AlN、Al

接着，如图4所示，通过湿式蚀刻去除GaAs起始基板1，露出第一蚀刻终止层3，切换蚀刻剂去除第二蚀刻终止层4，露出第一覆盖层5，从而制作仅保持了DH层与窗层的第二化合物半导体接合基板102(图1的工序(3))。此时，氨过氧化氢系蚀刻剂对GaInP系材料具有蚀刻选择性，因此在到达GaInP层的时刻停止蚀刻，因而能够选择性地仅去除GaAs起始基板。

接着，如图5所示，通过溅射法以50nm以下的膜厚的方式在第一覆盖层5的表面形成硅氧化膜12(SiO

在本实施方案中例示出了通过溅射法进行的SiO

还能够通过P-CVD(等离子体化学气相沉积)进行成膜，但需要施加250℃左右更高的温度。由于在250℃的温度条件下即使是短时间，也会进行BCB膜的固化，因此为了在抑制BCB树脂的固化的同时实现成膜，要求处理时间极短。虽然能够使用该方法，但并不适合。

利用电子枪进行蒸镀能够在抑制基板温度上升的同时使SiO

此外，即使通过SiO

接着，如图6所示，对硅氧化膜12(SiO

最后，如图7所示，将第三化合物半导体接合基板103浸渍在BCB溶解液中将BCB树脂10溶解，将硅晶圆11从第三化合物半导体接合基板103上分离，从而制成第四化合物半导体接合基板104。

在不易进行硅晶圆11(支撑基板)的剥离时，若对被粘合硅晶圆11侧施加旋转压力，则变得易于进行剥离。

另外，通过在所述硅氧化膜(SiO

另外，如图8所示，若硅氧化膜(SiO

(第二实施方案)

使用图1～图7对半导体基板的暂时粘合方法的第二实施方案进行说明。

首先，如图2所示，利用MOCVD装置在第一导电型GaAs起始基板1上层叠第一导电型GaAs缓冲层2，然后依次生长第一导电型GaInP第一蚀刻终止层3、第一导电型GaAs第二蚀刻终止层4、第一导电型AlGaInP第一覆盖层5、无掺杂AlGaInP活性层6、第二导电型AlGaInP第二覆盖层7、第二导电型GaInP中间层8、第二导电型GaP窗层9，由此准备具有作为外延功能层的发光元件结构的外延晶圆(图1的工序(1))。其中，将第一覆盖层5至第二覆盖层7称为双异质(DH)结构部。

另外，并不限定于AlGaInP系发光二极管结构，还能够适用所有与GaAs基板晶格匹配的AlGaInP系发光元件结构、AlGaAs系发光元件结构、AlGaAs系HEMT结构、InGaP系HBT结构及InGaP/GaAs系太阳能电池结构等。此外，还能够适用与InP基板晶格匹配的(Al)InGaAs(P)系发光元件结构、(Al)InGaAs(P)系光接收元件结构等。

接着，如图3所示，在外延晶圆上旋涂热固性树脂、例如苯并环丁烯(BCB)树脂10，将其与硅晶圆11以相对向的方式重叠并进行热压接，由此将外延晶圆与硅晶圆11通过BCB树脂10进行接合(暂时接合)，由此制作第一化合物半导体接合基板101(图1的工序(2))。接合时，在使BCB树脂10的温度为150℃以下的条件下进行。

另外，热固性树脂及支撑基板的优选的具体实例，如在第一实施方案中的说明所述。

接着，如图4所示，通过湿式蚀刻去除GaAs起始基板1，露出第一蚀刻终止层3，切换蚀刻剂去除第二蚀刻终止层4，露出第一覆盖层5，从而制作仅保持了DH层与窗层的第二化合物半导体接合基板102(图1的工序(3))。

接着，如图5所示，通过溅射法在第一覆盖层5的表面以大于50nm且为5μm以下的膜厚的方式形成硅氧化膜12(SiO

对该硅氧化膜12(SiO

此外，通过利用抛光加工将Ra加工成0.1nm以下，能够提高等离子体活性处理后的接合产率。

在本实施方案中，例示出了以溅射法进行的SiO

还能够利用P-CVD进行成膜，但需要施加250℃左右更高的温度。由于在250℃的温度条件下即使是数秒的短时间也会进行BCB膜的固化，因此为了在抑制BCB树脂的固化的同时实现成膜，要求处理时间极短。虽然能够使用该方法，但并不适合。

另外，即使通过SiO

接着，如图6所示，对硅氧化膜12(SiO

最后，如图7所示，将第三化合物半导体接合基板103浸渍在BCB溶解液中将BCB树脂10溶解，将硅晶圆11从第三化合物半导体接合基板103上分离，从而制成第四化合物半导体接合基板104(图1的工序(5))。

在不易进行硅晶圆的剥离时，若对被粘合硅晶圆11侧施加旋转压力，则变得易于进行剥离。

其中，图10中以BCB树脂的厚度为参数示出了硅氧化膜(SiO

另外，与P-CVD等其他成膜方法相比，选择溅射法能够抑制BCB膜的温度上升，且能够实现150℃以下的成膜。BCB树脂通过保持在大于150℃的温度条件而进行固化，因此通过保持150℃以下的温度，能够防止BCB树脂的固化。通过防止BCB树脂的固化，能够提高从第三化合物半导体接合基板上剥离硅晶圆的剥离性。

＜化合物半导体接合基板＞

此外，本发明提供一种化合物半导体接合基板，其是化合物半导体功能层通过热固性树脂接合于支撑基板而成的化合物半导体接合基板，其中，所述热固性树脂在软化状态下进行了接合。

本发明的化合物半导体接合基板的具体方案如上述的本发明的化合物半导体接合基板的制造方法的第一实施方案及第二实施方案所示。若为这样的化合物半导体基板，则能够将化合物半导体功能层正式接合，并能够易于剥离支撑基板。

实施例

以下，使用实施例及比较例对本发明进行具体说明，但本发明不受此限定。

(实施例1)

利用MOCVD装置在第一导电型GaAs起始基板上层叠0.5μm的第一导电型GaAs缓冲层，然后依次生长0.1μm的第一导电型GaInP第一蚀刻终止层、0.1μm的第一导电型GaAs第二蚀刻终止层、1μm的第一导电型AlGaInP第一覆盖层、0.5μm的无掺杂AlGaInP活性层、1μm的第二导电型AlGaInP第二覆盖层、0.1μm的第二导电型GaInP中间层、3μm的第二导电型GaP窗层，由此制造具有作为外延功能层的发光元件结构的外延晶圆(图2)。

接着，向外延晶圆上滴加BCB树脂，以5000rpm进行旋涂，在外延晶圆上形成1μm的BCB膜。准备作为支撑基板的硅晶圆，将外延晶圆的BCB膜侧与硅晶圆的抛光面以相对向的方式重叠，导入接合机内，在真空氛围下，进行热压接而进行暂时接合，从而制作第一化合物半导体接合基板(图3)。

其中，将BCB树脂的温度保持在150℃左右使BCB树脂软化，并使温度下降，由此进行接合。

接着，将第一化合物半导体接合基板浸渍在氨过氧化氢系的蚀刻剂中，通过湿式蚀刻去除GaAs起始基板，从而制成第二化合物半导体接合基板。接着，利用盐酸系蚀刻剂去除第一蚀刻终止层。

接着，露出第二蚀刻终止层后，利用硫酸过氧化氢系蚀刻剂去除GaAs第二蚀刻终止层。通过进行以上工序，露出第一覆盖层，从而制作仅保持了DH层与窗层的第二化合物半导体接合基板(图4)。

接着，通过溅射法在150℃以下的温度下以50nm以下的膜厚的方式在第一覆盖层表面沉积SiO

接着，在真空中对SiO

接着，通过将第三化合物半导体接合基板浸渍在BCB溶解液(均三甲苯)中而将BCB树脂溶解，从第三化合物半导体接合基板上分离作为支撑基板的硅晶圆，从而制成第四化合物半导体接合基板(图7)。

(实施例2)

利用MOCVD装置在第一导电型GaAs起始基板上层叠0.5μm第一导电型GaAs缓冲层，然后依次生长0.1μm的第一导电型Ga

接着，向外延晶圆上滴加BCB树脂，以5000rpm进行旋涂，在外延晶圆上形成1μm的BCB膜。准备作为支撑基板的硅晶圆，将EPW(外延晶圆)的BCB膜侧与硅晶圆的抛光面以相对向的方式重叠，导入接合机内，在真空氛围下进行热压接从而进行暂时接合，从而制作第一化合物半导体接合基板(图3)。

其中，将BCB树脂的温度保持在150℃左右使BCB树脂软化，并使温度下降，由此进行接合。

接着，将第一化合物半导体接合基板浸渍在氨过氧化氢系的蚀刻剂中，通过湿式蚀刻去除GaAs起始基板，从而制成第二化合物半导体接合基板。接着，利用盐酸系蚀刻剂去除第一蚀刻终止层。

接着，露出第二蚀刻终止层后，利用硫酸过氧化氢系蚀刻剂去除GaAs第二蚀刻终止层。通过进行以上工序，露出第一覆盖层，从而制作仅保持了DH层与窗层的第二化合物半导体接合基板(图4)。

接着，通过溅射法在150℃以下的温度下以5μm的膜厚的方式在第一覆盖层表面沉积SiO

接着，在真空中对SiO

接着，通过将第三化合物半导体接合基板浸渍在BCB溶解液(均三甲苯)中将BCB树脂溶解，从第三化合物半导体接合基板上分离作为支撑基板的硅晶圆，从而制成第四化合物半导体接合基板(图7)。

如上所述，若为本发明的化合物半导体接合基板的制造方法，则在将支撑基板与外延功能层分离时不需要进行湿式蚀刻，因此不需要形成分离槽。

在下述的比较例1中，在去除支撑基板后需要追加去除BCB处理，但在实施例1、2中不需要该处理。因此，在从进行了实际安装的永久基板上剥离支撑基板的过程中，不需要(干式蚀刻气氛、灰化气氛等)等离子体气氛，在本质上不会对永久基板造成新的损伤。

同样地通过溶解剥离进行BCB的去除，因此剥离性高于激光剥蚀(laserablation)，能够使剥离后的产率高于比较例1。并且，由于不需要激光处理，因此不需要激光设备，且能够使折旧/运营成本等总成本低于比较例1。

(比较例1)

利用MOCVD装置在第一导电型GaAs起始基板上层叠0.5μm的第一导电型GaAs缓冲层，然后依次生长0.1μm的第一导电型Ga

向外延晶圆上滴加BCB树脂，以5000rpm进行旋涂，在外延晶圆上形成1μm的BCB膜。准备作为支撑基板的蓝宝石基板，使外延晶圆的BCB膜侧与蓝宝石基板的抛光面以相对向的方式重叠，导入接合机内，在真空氛围下进行热压接，从而制作进行了暂时接合的EPW接合基板。

制作外延晶圆接合基板时，将BCB树脂的温度保持在300℃左右使BCB树脂完全固化，从而进行牢固的接合。

将外延接合基板浸渍在氨过氧化氢系的蚀刻剂中，通过湿式蚀刻去除GaAs起始基板。接着，利用盐酸系蚀刻剂去除第一蚀刻终止层。

接着，露出第二蚀刻终止层后，用硫酸过氧化氢系蚀刻剂去除GaAs第二蚀刻终止层。通过进行以上工序，露出第一覆盖层，从而制作仅保持了DH层与窗层的外延接合基板。

在第一覆盖层的表面旋涂BCB树脂，并将其接合于永久基板。接着，从蓝宝石基板侧照射短脉冲激光，将焦点聚焦并聚光于暂时接合部的BCB层，破坏BCB，由此形成剥离部，从而从永久基板上分离蓝宝石基板。

由此，即使在使暂时接合的BCB树脂完全固化时，也能够使用激光剥离(laserlift-off)在不进行湿式蚀刻的情况下从永久基板上分离出蓝宝石基板。然而，激光剥离是一种剥蚀处理，在剥蚀过程中BCB树脂完全蒸发，不会整面露出第一覆盖层。本质上会产生BCB残渣。

BCB残渣容易通过实施干式蚀刻而去除，但由于实际安装后需要进行干式蚀刻处理，因此会对实际安装基板造成损伤。为了避免因干式蚀刻导致的损伤，虽然还可以通过灰化而进行去除，但通过灰化去除BCB的效果较小，需要较长的时间才能去除。因此，即使等离子体输出功率小于干式蚀刻，也仍存在对实际安装基板造成损伤的缺点。

另外，本发明并不限定于上述实施方案。上述实施方案为例示，与本发明的权利要求书所记载的技术构思具有实质相同的组成并发挥相同作用效果的方案均包含在本发明的技术范围内。