JP2023135340A - 接合型ウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＢＣＢの熱硬化性不良を起因として発生するエピタキシャル層の不良部を減少させることが可能な、接合型ウェーハの製造方法を提供すること。【解決手段】Ｐ（燐）を含むエピタキシャルウェーハと被接合ウェーハとを、ベンゾシクロブテンを介して接合する接合型ウェーハの製造方法であって、前記エピタキシャルウェーハとして、第１の面および該第１の面とは反対側の第２の面を有する出発基板と、前記出発基板の前記第１の面上に形成され且つＰを含むエピタキシャル層とを備えたエピタキシャルウェーハを用い、前記エピタキシャルウェーハの前記出発基板の前記第２の面にエピタキシャル成長過程で回り込んで析出した析出物を除去した後、前記ベンゾシクロブテンの熱硬化を行うことを特徴とする接合型ウェーハの製造方法。【選択図】図１
Description
本発明は、成長基板（出発基板）上に化合物半導体機能層（エピタキシャル層）をエピタキシャル成長させたエピタキシャルウェーハに支持基板（被接合ウェーハ）を接合した接合型ウェーハの製造方法に関する。
出発基板からエピタキシャル機能層のみを分離し、別の基板へ移載する技術は、出発基板の物性に起因する制約を緩和し、デバイスシステムの設計自由度を上げるために重要な技術である。移載を実現するためには、エピタキシャル機能層を支持基板（被接合ウェーハ）に接合後、出発基板を除去し、移載を実現する技術が必要である。
特許文献１では、出発基板およびエピタキシャル機能層構造を有する半導体基板（エピタキシャルウェーハ）と仮支持基板とを誘電体層を介して熱圧着接合する技術、およびウェットエッチングで仮支持基板およびエピタキシャル機能層構造を出発基板から分離する技術が開示されているが、誘電体層の上に形成したベンゾシクロブテン（以下ＢＣＢ）層の熱硬化不良に対する改善策は示されていない。
ＢＣＢを熱硬化する際、雰囲気に酸素（より具体的には１００ｐｐｍ以上）が存在すると硬化不良を起こしやすい。
ＢＣＢの熱硬化時に雰囲気を真空または窒素雰囲気にしても、加熱に伴い、加熱炉内に存在する部材等に吸着した水分などから雰囲気中に酸素成分が放出され、ＢＣＢの硬化性を悪化させることがわかった。この熱硬化性不良を回避するため、熱処理前に窒素のサイクルパージや、低温での焼きだしなどで、加熱前に熱処理炉の雰囲気を改善することは可能である。
しかし、加熱前の熱処理炉の雰囲気を改善しても、ＢＣＢの熱硬化性が低下することがあった。
ＢＣＢの熱硬化不良は、ＢＣＢの層に局所的な凹凸を発生させ、そこから生じる応力によりエピタキシャル層中にクラックなどの破壊が生じる。クラックが生じた部位はデバイスを作製できない不良部となり、面積歩留まりが低下する。
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、ＢＣＢの熱硬化性不良を起因として発生するエピタキシャル層の不良部を減少させることが可能な、接合型ウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明では、Ｐ（燐）を含むエピタキシャルウェーハと被接合ウェーハとを、ベンゾシクロブテンを介して接合する接合型ウェーハの製造方法であって、
前記エピタキシャルウェーハとして、第１の面および該第１の面とは反対側の第２の面を有する出発基板と、前記出発基板の前記第１の面上に形成され且つＰを含むエピタキシャル層とを備えたエピタキシャルウェーハを用い、
前記エピタキシャルウェーハの前記出発基板の前記第２の面にエピタキシャル成長過程で回り込んで析出した析出物を除去した後、前記ベンゾシクロブテンの熱硬化を行うことを特徴とする接合型ウェーハの製造方法を提供する。
前記エピタキシャルウェーハとして、第１の面および該第１の面とは反対側の第２の面を有する出発基板と、前記出発基板の前記第１の面上に形成され且つＰを含むエピタキシャル層とを備えたエピタキシャルウェーハを用い、
前記エピタキシャルウェーハの前記出発基板の前記第２の面にエピタキシャル成長過程で回り込んで析出した析出物を除去した後、前記ベンゾシクロブテンの熱硬化を行うことを特徴とする接合型ウェーハの製造方法を提供する。
本発明の接合型ウェーハの製造方法であれば、エピタキシャルウェーハの出発基板の裏面である第２の面上に析出物がない状態で、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を熱硬化することができる。これにより、ＢＣＢの熱硬化不良により引き起こされるエピタキシャル層の破壊を防止して、歩留まり良く接合型ウェーハを製造できる。
例えば、前記エピタキシャル層として、Ｇａ（ガリウム）およびＩｎ（インジウム）およびＰを含む活性層と、Ｐを含む窓層とを有するものを用いることができる。
エピタキシャル層の構造は特に限定されないが、エピタキシャル層として、例えば、ＧａおよびＩｎおよびＰを含む活性層と、Ｐを含む窓層とを有するものを用いることができる。
例えば、前記被接合ウェーハとして、ゲルマニウム、シリコン、サファイアおよび石英からなる群より選択される材料のウェーハを用いることができる。
被接合ウェーハは特に限定されないが、被接合ウェーハとして、例えば、ゲルマニウムウェーハ、シリコンウェーハ、サファイアウェーハ又は石英ウェーハを用いることができる。
例えば、前記析出物の除去を、機械的な研削若しくは研磨、または機械化学研磨により行うことができる。
析出物除去の具体的手段は特に限定されないが、例えば、機械的な研削若しくは研磨、または機械化学研磨により析出物の除去を行うことができる。
この場合、前記エピタキシャル層は窓層を含み、
前記析出物の除去のための取り代を、前記エピタキシャル層の前記窓層の厚さの１／１０以上とすることが好ましい。
前記析出物の除去のための取り代を、前記エピタキシャル層の前記窓層の厚さの１／１０以上とすることが好ましい。
析出物の除去のための取り代を、エピタキシャル層の前記窓層の厚さの１／１０以上とすれば、析出物を完全に除去することができる。
或いは、前記析出物の除去を、ウェットエッチング法またはドライエッチング法によって行ってもよい。
装置メンテナンスの安全性の観点では、析出物除去の具体的手段としてウェットエッチング法を採用することが望ましいが、ドライエッチング法で析出物の除去を行っても良い。
この場合、前記ウェットエッチング法を、過酸化水素水と無機酸あるいは有機酸との混合液を水で希釈した液により行ってもよい。
ウェットエッチングで用いる溶液は特に限定されないが、例えば、過酸化水素水と無機酸或いは有機酸との混合液を水で希釈したものを用いることができる。
この場合、前記水で希釈した液の希釈比（水容積÷混合液容積）を９倍以上４９倍以下とすることが好ましい。
この範囲内の希釈比の溶液は、高い精度で作製できる。また、このような溶液を用いることにより、出発基板の裏面である第２の面のＴＴＶの悪化を防ぎながら、十分に短い処理時間で析出物を除去できる。
或いは、前記ドライエッチング法を、Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＳｉＣｌ４からなる群より選択される１種類以上含有する雰囲気で行ってもよい。
ドライエッチング法を行う雰囲気は特に限定されないが、例えばＣｌ２、ＢＣｌ３およびＳｉＣｌ４からなる群より選択される１種類以上含有する雰囲気でドライエッチング法を行うことができる。
以上のように、本発明の接合型ウェーハの製造方法であれば、ＢＣＢの熱硬化不良により引き起こされるエピタキシャル層の破壊を防止して、歩留まり良く接合型ウェーハを製造できる。
上述のように、ＢＣＢの熱硬化性不良を起因として発生するエピタキシャル層の不良部を減少させることが可能な、接合型ウェーハの製造方法の開発が求められていた。
発明者が検討を重ねた結果、加熱前の熱処理炉の雰囲気を改善しても、接合のために炉内に供給するエピタキシャルウェーハの裏面析出物からの出ガスによりＢＣＢの熱硬化性が低下することがわかった。エピタキシャルウェーハの裏面には燐（Ｐ）を主体とする析出物が存在しており、前記析出物はポリ状で結合状態が強固でなく、また隙間も多いため大気成分が侵入しやすく、容易に酸化燐を形成すると予想される。その結果、エピタキシャルウェーハの加熱処理中に、析出物から酸素が真空雰囲気へ放出され、ＢＣＢの熱硬化性が低下しているとみられる。
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、接合型ウェーハの製造方法において、エピタキシャルウェーハの出発基板の裏面にエピタキシャル成長過程で回り込んで析出した析出物を除去した後、接合材であるベンゾシクロブテンの熱硬化を行うことで、ＢＣＢの熱硬化性不良を起因として発生するエピタキシャル層の不良部を減少させることができることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、Ｐ（燐）を含むエピタキシャルウェーハと被接合ウェーハとを、ベンゾシクロブテンを介して接合する接合型ウェーハの製造方法であって、
前記エピタキシャルウェーハとして、第１の面および該第１の面とは反対側の第２の面を有する出発基板と、前記出発基板の前記第１の面上に形成され且つＰを含むエピタキシャル層とを備えたエピタキシャルウェーハを用い、
前記エピタキシャルウェーハの前記出発基板の前記第２の面にエピタキシャル成長過程で回り込んで析出した析出物を除去した後、前記ベンゾシクロブテンの熱硬化を行うことを特徴とする接合型ウェーハの製造方法である。
前記エピタキシャルウェーハとして、第１の面および該第１の面とは反対側の第２の面を有する出発基板と、前記出発基板の前記第１の面上に形成され且つＰを含むエピタキシャル層とを備えたエピタキシャルウェーハを用い、
前記エピタキシャルウェーハの前記出発基板の前記第２の面にエピタキシャル成長過程で回り込んで析出した析出物を除去した後、前記ベンゾシクロブテンの熱硬化を行うことを特徴とする接合型ウェーハの製造方法である。
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［第一実施形態］
以下に、図１～図３を参照しながら、本発明の接合型ウェーハの製造方法の第一実施形態を説明する。
以下に、図１～図３を参照しながら、本発明の接合型ウェーハの製造方法の第一実施形態を説明する。
まず、図１に示す出発基板１を準備する。図１に示す例では、出発基板１は、第一導電型のＧａＡｓ出発基板である。出発基板１は、おもて面としての第１の面１１と、第１の面１１とは反対側の裏面としての第２の面１２とを有する。
このような出発基板１の第１の面１１上に、０．５μｍの第一導電型のＧａＡｓバッファ層（図示しない）積層後、０．１μｍの第一導電型のＧａＩｎＰ第一エッチストップ層および０．１μｍの第一導電型のＧａＡｓ第二エッチストップ層を順次成長させ、エッチストップ層３を形成する。
次いで、エッチストップ層３上に、１μｍの第一導電型のＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層２１、０．２～０．５μｍのノンドープのＡｌＧａＩｎＰ活性層２２、１μｍの第二導電型のＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層２３、０．１μｍの第二導電型のＧａＩｎＰ中間層（図示しない）、および５μｍの第二導電型のＧａＰ窓層２５を順次成長した発光素子構造であるエピタキシャル層２を形成する。これにより、第１の面１１および第２の面１２を有する出発基板１と、出発基板１の第１の面１１上に形成され且つＰ（燐）を含むエピタキシャル層２とを備えたエピタキシャルウェーハ１０を準備する。ここで第一クラッド層２１から第二クラッド層２３までをＤＨ（ダブルヘテロ）構造部２４と称する。
なお、以上に説明したエピタキシャルウェーハ１０の各層の成分および厚さは具体例であり、本発明で用いるエピタキシャルウェーハ１０の各層の詳細は、エピタキシャル層２が燐を含むものであれば、特に限定されない。本実施形態で用いるエピタキシャルウェーハ１０は、Ｇａ（ガリウム）およびＩｎ（インジウム）およびＰを含む活性層２２と、Ｐを含む窓層２５とを有するものであるということもできる。
以上に説明したエピタキシャル成長過程において、出発基板１の裏面である第２の面１２に回り込んで、析出物（裏面付着析出物）５が析出する。
次に、この例では、エピタキシャルウェーハ１０のエピタキシャル層２上、具体的には窓層２５上に保護膜（加工保護膜）４を形成し、図１に示す状態のエピタキシャルウェーハ１０を得る。保護膜４の材料としては、ＳｉＯ２およびＳｉＮｘなどの無機膜やワックス、レジスト、塩化ビニル、ポリマーなどの有機膜などを選択可能である。本実施形態においては、成膜性および剥離性が容易である点から、ＳｉＯ２を保護膜４とした。
本実施形態においては保護膜４を形成したが、本発明では保護膜４を形成しなくてもよい。ただ、保護膜４を形成すれば、加工で生じた不純物がエピタキシャル層２表面に付着したり汚染したりすることを防止できる。
また、本実施形態においては、保護膜４は１μｍ形成したが、この膜厚に限定されるものではなく、これより薄くても、あるいは厚くても同様の効果が得られる。膜厚均一性や保護効果性の観点から、保護膜４は０．１μｍ以上の膜厚を有することが好ましい。また、剥離性（後のエッチング工程での除去容易性）の点から１０μｍを上限とすることが好ましい。
ただし、この膜厚はＳｉＯ２の場合の例示であり、保護膜４として例えば有機膜を形成した場合は、好ましい膜厚範囲は上記に限定されない。
次に、エピタキシャルウェーハ１０上に形成した保護膜４と加工プレートをホットワックスを介して接着し、エピタキシャルウェーハ１０の出発基板１の裏面である第２の面１２をポリッシュ加工する。これにより、出発基板１の第２の面１２上の析出物５を除去し、図２の状態のエピタキシャルウェーハ１０を得る。取り代（ＯＰ値；切削量等）は析出物５が完全に除去できる量以上であれば良い。析出物５はＰを含むエピタキシャル層２が厚いほど厚くなる傾向があるので、大きな厚さ比率を占める窓層２５の厚さに主に依存する。ＯＰ値が窓層２５の厚さの１／１０以上の場合、析出物５を完全に除去できる。本実施形態においては、窓層２５の厚さが５μｍであるので、その厚さの１／１０である０．５μｍ以上とすればよく、ウェーハ中心位置でのＯＰ値０．９μｍ程度になるように加工を行った。
本実施形態においては、析出物５の除去をポリッシュ加工により行う場合を具体例として例示しているが、エピタキシャルウェーハ１０の裏面からの析出物５の除去方法は、ポリッシュ加工のみに限定されない。例えば、ラップ法や平面研削法を選択しても同様の効果が得られる。言い換えると、析出物の除去を、例えば、機械的な研削若しくは研磨、または機械化学研磨により行うことができる。ただ、ラップ法の場合、加工で生じる破砕層に析出物が混入してしまうため、ポリッシュ法より大きな取り代が必要になる傾向にある。平面研削法でも、ラップ法と同様に、大きな破砕層が生じれば大きな切削量が必要になるため、破砕層の影響を少なくするため、砥石の研削番手は＃１，０００以上であることが好ましく、＃５，０００以上が好適である。
次に、保護膜４をフッ酸溶液で除去し、次いで、エピタキシャルウェーハ１０の窓層２５上にベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）をスピンコートし、ＢＣＢ塗膜を形成する。次いで、エピタキシャルウェーハ１０を、ＢＣＢ塗膜を介して、被接合ウェーハ３０であるサファイアウェーハと対向させて重ね合わせ、熱圧着する、すなわちＢＣＢの熱硬化を行うことで、図３に示す、熱硬化したＢＣＢ層（ＢＣＢ接合膜）２０を介してエピタキシャルウェーハ１０と被接合ウェーハ３０とが接合された接合型ウェーハ１００（接合基板）を作製する。
本発明では、エピタキシャルウェーハ１０の裏面である出発基板１の第２の面１２上の析出物５を除去することにより、析出物５に含まれる酸素成分を析出物５と共に除去することができる。このような析出物５を除去した後に、ベンゾシクロブテンの熱硬化を行うことで、ベンゾシクロブテンの熱硬化処理中に雰囲気に含まれる酸素分を低減させ、ＢＣＢ層２０の硬化不良率を改善することができる。それにより、ＢＣＢ層２０に局所的な凹凸が発生するのを抑えることができ、その結果、エピタキシャル層２中にクラックなどの破壊による不良部が生じるのを防ぐことができる。
本実施形態では、スピンコートにてＢＣＢを塗布する際、設計膜厚は０．６μｍとした。しかしながら、この厚さに限定されるものではなく、この厚さより厚くしても、また薄くても同様の効果が得られる。
また、本実施形態においては、保護膜４を除去する方法を例示したが、保護膜４がある状態でＢＣＢを塗布し、接合してもよい。特に保護膜４がＳｉＯ２の場合は、ＳｉＯ２がＢＣＢに対して接着増強層の効果があるため、保護膜（ＳｉＯ２）４を残した方が高い接合強度を得られる。
接合条件は、どのような接合条件でも選択可能である。例えば、接合は、１．２Ｎ／ｃｍ２以上かつ２００℃以上４００℃以下での熱圧着とすることができる。本実施形態においては、２Ｎ／ｃｍ２かつ２５０℃の接合条件にて接合を行ったが、この条件に限定されない。
本実施形態においては、被接合ウェーハ３０をサファイアウェーハとして例示したが、被接合ウェーハ３０の材料はサファイアに限定されるものではなく、平坦性が担保されていればどのような材料も選択可能である。透明基板が必要な場合はサファイアや石英を選択することができ、不透明な基板でもよければＳｉやＧｅを選択することが可能ある。
本実施形態において、ＢＣＢは層状に塗布した状態である場合を例示しているが、層状に限定されない。感光性ＢＣＢを用いて孤立島状やライン状、その他の形状にパターン化し、接合の工程を行っても同様な結果が得られる。
以上のようにして得られた図３に示す接合型ウェーハ１００に対し、更なる加工を行うこともできる。以下、接合型ウェーハ１００の加工の例を、図４～図７を参照しながら説明する。
この例では、図３に示す接合型ウェーハ１００から、ＧａＡｓ出発基板１をウェットエッチングで除去して第一エッチストップ層を露出させ、次いでエッチャントを切り替えて第一および第二エッチストップ層を除去して第一クラッド層２１を露出させ、図４に示すように、ＤＨ構造部２４および窓層２５のみを含むエピタキシャル層２を保持するＥＰ接合基板２００を作製する。
次に、エピタキシャル層２上にフォトリソ法によりパターンを形成し、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングにより素子分離加工を行う。ＩＣＰに使用するガスは、例えば塩素およびアルゴンである。ＩＣＰ加工は、例えばＢＣＢ層２０の表面の一部を露出させる工程とＧａＰ窓層２５の表面の一部を露出させる工程の２回行う。この素子分離加工により、例えば、図５に示すような、ＢＣＢ層２０を介して被接合ウェーハ３０に接合された分離素子６であって、表面の一部が露出したＧａＰ窓層２５と、窓層２５の表面の他の一部上に形成され、第一クラッド層２１、活性層２２および第二クラッド層２３を含むＤＨ構造部２４とを含む分離素子６が得られる。
本実施形態においてはＧａＰ窓層２５の表面の一部を露出させた場合を例示したが、ＧａＰ窓層２５の表面の一部を露出させる場合に限定されない。最低限、活性層２２が他の素子から分離されていれば加工目的が達成される。ＧａＰ窓層２５の露出ではなく、例えば第二クラッド層２３の表面の一部が露出する場合でも同様の効果が得られる。
素子分離加工後、図６に示すように、端面処理として保護膜４０を形成する。本実施形態においては、保護膜４０の材料としてＳｉＯ２を使用した。保護膜はＳｉＯ２に限定されるものではなく、分離素子６の端面が保護でき、かつ絶縁性を有する材料であればどのような材料でも選択可能である。例えば、ＳｉＮｘや酸化チタン、酸化マグネシウムなども選択可能である。
本実施形態では、図６に示すように、保護膜４０に、第一クラッド層２１の表面の一部を露出するための開口４０Ａと、ＧａＰ窓層２５の表面の一部を露出するための開口４０Ｂとを形成する。
保護膜４０の形成後、図７に示すように、第一導電型層である第一クラッド層２１および第二導電型層であるＧａＰ窓層２５のそれぞれに接する電極５０および６０を形成し、熱処理を施すことでオーミックコンタクトを形成する。これにより、図７に示す接合型デバイス３００が得られる。本実施形態においては第一導電型をＮ型とし、第二導電型をＰ型として設計し、Ｎ型層に接する電極５０にＡｕとＳｉを含有する金属を、Ｐ型層に接する電極６０にＡｕとＢｅを含有する金属を使用した。
本実施形態においては、Ｎ型電極としてＡｕとＳｉの金属を使用したが、この材料に限定されるものではなく、ＡｕとＧｅを含有する金属を使用しても同様な結果が得られる。また、Ｐ型電極としてＡｕとＢｅの金属を使用したが、この材料に限定されるものではなく、ＡｕとＺｎを含有する金属を使用しても同様な結果が得られる。
図７に示すような、電極５０および６０を形成したデバイス（分離素子）６がＢＣＢ層２０を介して被接合ウェーハ３０に接合された本実施形態の接合型デバイス３００は、例えば、信越化学のＥＺ－ＰＥＴＡＭＰ工程用の商品として供され、シリコーンを介して接合型デバイス３００の電極側をテンプレート基板に粘着させた後、被接合ウェーハ３０側からレーザーを照射してＢＣＢを昇華させることで、被接合ウェーハ３０を剥離し、被接合ウェーハ３０からテンプレート基板にデバイス６を移載することができる。移載されたデバイス６は、その後、駆動回路を有する実装基板に再転写され、ＲＧＢ表示装置を形成することができる。
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
第二実施形態は、図１を参照しながら説明した、エピタキシャル層２および保護膜４の形成までは、第一実施形態と同様である。
第二実施形態では、エピタキシャルウェーハ１０を硫酸過水液に浸して出発基板１の裏面である第２の面１２のウェットエッチング処理を行う。硫酸過水液は、硫酸と過酸化水素水（以下過水）の混合液（ピラニア液）を水で希釈したもので、水容積÷混合液容積を希釈比とした場合、本実施形態においては希釈比１９倍のものを用いて、１２０秒浸す。これにより、エピタキシャルウェーハ１０の出発基板１の第２の面１２から析出物５が除去され、図２に示す状態となる。
本実施形態においては、硫酸過水液を使用したウェットエッチング法による析出物５の除去を行うが、ウェットエッチング法で用いるエッチング溶液は、硫酸過水液に限定されず、他の酸と過水の混合液を希釈したものでも同様な効果が得られる。例えば、塩酸などの無機酸や、クエン酸・マロン酸・酒石酸などの有機酸を用いても同様な効果が得られる。
また、本実施形態においては、ウェットエッチング法を１２０秒間行う場合を例示したが、ウェットエッチング法を行う時間は１２０秒に限定されるものではなく、効果が得られれば、より短い処理時間でもよい。希釈比が小の場合、処理時間はより短くすることが可能である。ただし、硫酸過水液の場合、出発基板１のＧａＡｓもエッチングする。希釈比は４倍以上、より好ましくは９倍以上であれば、出発基板１の裏面である第２の面１２のＴＴＶ（ｔｏｔａｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）の悪化を防ぐことができる。また、希釈比が大きくても同様の効果が得られるが、処理時間が長くなることや混合液の作製精度の観点から９９倍程度まで、より好ましくは４９倍程度までが望ましい。
また、本実施形態においてはウェットエッチングの場合を例示したが、出発基板１の第２の面１２の析出物５を除去さえできれば効果が得られるため、エッチング方法は、ウェットエッチングに限定されない。塩素系ガス（Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４など）を含有する雰囲気にて誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングや電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いたエッチングなどのドライエッチング法でも同様の効果が得られる。ただ、出発基板１がＡｓを含む場合には、装置メンテナンス時の安全性の観点からウェットエッチング法を用いることが望ましい。
次に、図３に示すように、エピタキシャルウェーハ１０をＢＣＢ層２０を介して被接合基板３０に接合した接合型ウェーハ（ＥＰＷ接合基板）１００を作製するが、ＢＣＢ層２０の厚さおよび被接合ウェーハ３０等のその他の条件は、第一実施形態と同じである。
また、ＧａＡｓ出発基板１とエッチングストップ層３の除去工程、素子分離工程、保護膜４０と電極５０および６０の形成工程の詳細は、第一実施形態で図４～図７を参照しながら説明したものと同様である。
以下、実施例およ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。
（実施例１）
実施例１では、先に説明した本発明の第一実施形態に沿って、図３に示す接合型ウェーハ１００を製造し、図４～図７を参照しながら説明した手順で接合型ウェーハ１００を加工して、接合型デバイス３００を得た。エピタキシャル構造の材質および膜厚は、段落００３７および００３８に記載のとおりであるので参照されたい。また、保護膜は１μｍのＳｉＯ２膜とした。
実施例１では、先に説明した本発明の第一実施形態に沿って、図３に示す接合型ウェーハ１００を製造し、図４～図７を参照しながら説明した手順で接合型ウェーハ１００を加工して、接合型デバイス３００を得た。エピタキシャル構造の材質および膜厚は、段落００３７および００３８に記載のとおりであるので参照されたい。また、保護膜は１μｍのＳｉＯ２膜とした。
より具体的には、実施例１では、エピタキシャルウェーハ１０の出発基板１の第２の面１２の析出物５の除去方法として、ラップ法、ポリッシュ法および平面研削法のそれぞれを用いた。また、各除去方法において、取り代を変更し、複数の試作を行った。平面研削における番手は＃５，０００を使用した。
（実施例２）
実施例２では、先に説明した本発明の第二実施形態に沿って、図３に示す接合型ウェーハ１００を製造し、図４～図７を参照しながら説明した手順で接合型ウェーハ１００を加工して、接合型デバイス３００を得た。
実施例２では、先に説明した本発明の第二実施形態に沿って、図３に示す接合型ウェーハ１００を製造し、図４～図７を参照しながら説明した手順で接合型ウェーハ１００を加工して、接合型デバイス３００を得た。
より具体的には、実施例２では、エピタキシャルウェーハ１０の出発基板１の第２の面１２の析出物５の除去方法として、硫酸過水を用いたウェットエッチングを用いた。希釈比（水容積÷混合液容積）を４倍、９倍、１９倍、４９倍および９９倍とした硫酸過水を調製し、これらの硫酸過水を用いた。また、各硫酸過水を用い、浸漬時間を変更して、複数の試作を行った。
（比較例）
比較例では、図８に示すように、出発基板１の第１の面１１上にエピタキシャル層２を成長後、ＢＣＢ塗布前に保護膜を形成しなかったこと、および、図９に示すように、出発基板１の裏面である第２の面１２の析出物５の除去を行わずに、ＢＣＢを介して接合を行ったこと以外は実施例１と同様にして接合型ウェーハ１００を製造し、実施例１と同様の順で接合型ウェーハ１００を加工して、接合型デバイスを得た。
比較例では、図８に示すように、出発基板１の第１の面１１上にエピタキシャル層２を成長後、ＢＣＢ塗布前に保護膜を形成しなかったこと、および、図９に示すように、出発基板１の裏面である第２の面１２の析出物５の除去を行わずに、ＢＣＢを介して接合を行ったこと以外は実施例１と同様にして接合型ウェーハ１００を製造し、実施例１と同様の順で接合型ウェーハ１００を加工して、接合型デバイスを得た。
実施例１に関し、析出物５の除去方法がラップ法、ポリッシュ法、平面研削法のそれぞれの場合における、取り代（ＯＰ値；切削量等）と接合後のＢＣＢ熱硬化不良起因のエピタキシャル層の不良部面積比との関係を図１０に示す。図１０には、析出物５の除去を行わなかった、すなわち取り代を０μｍとした比較例の結果を合わせて示す。不良部面積比は、エピタキシャル層２の破壊された面積を、外周部の接合不良領域を除いた有効面積で除した割合で示している。また、例示した面積は１０．１６ｃｍ（４インチ）ウェーハの場合である。
図１０に示す取り代（ＯＰ値）は、ラップ法およびポリッシュ法においては切削プレートに貼り付けた後の切削前後の値の差を表示しており、平面研削法に関してはウェーハ中心の総厚さの減少量をＯＰ値として表している。
図１０に示す結果から、エピタキシャルウェーハ１０の出発基板１の第２の面１２上の析出物５を除去した後にＢＣＢの熱硬化を行った実施例１では、析出物５を除去せずにＢＣＢの熱硬化を行った比較例（ＯＰ値＝０μｍ）よりも、ＢＣＢ層２０起因のエピタキシャル層不良を抑えることができたことが分かる。特に、ラップ法では１μｍ程度以上のＯＰ値にて、その他の方法では０．５μｍ（窓層の厚さの１／１０）程度以上のＯＰ値からＢＣＢ層２０起因のエピタキシャル層不良が発生しない傾向が見て取れる。ラップ法において、より多くの切削量（取り代）が必要になるのは、ラップ時に生じる破砕層の影響があると推定される。ポリッシュ法や平面研削法では破砕層の影響が極小であり、ラップ法より少ない切削量（取り代）で改善したと推定される。
研削量は前述以上に大きくとっても良いが、研削量を大きくしても効果は増加しないため、研削量を大きくする積極的な意義は無い。
また、実施例２に関し、硫酸過水の希釈比およびエッチング時間と、接合後のＢＣＢ層起因のエピタキシャル層不良部の面積比率との関係を図１１に示した。図１１には、析出物５の除去を行わなかった、すなわちエッチング時間を０秒とした比較例の結果を合わせて示す。
図１１に示す結果から、エピタキシャルウェーハ１０の出発基板１の第２の面１２上の析出物５を除去した後にＢＣＢの熱硬化を行った実施例２では、析出物５を除去せずにＢＣＢの熱硬化を行った比較例（エッチング時間＝０秒）よりも、ＢＣＢ層２０起因のエピタキシャル層不良を抑えることができたことが分かる。特に、硫酸過水の希釈比が小さくなるにつれ短いエッチング時間でもエピタキシャル不良を十分に抑えることができる傾向が見て取れる。これはエピタキシャルウェーハ１０の出発基板１の裏面である第２の面１２に生じている析出物５に対するエッチング速度の差異を示していると考えられる。析出物５を除去さえできれば、どのような希釈比でもエッチング時間でも同様であるといえる。
エッチング時間の下限は、エッチング量のばらつき制御の観点からは６０秒以上あることが望ましく、そのため希釈比は９倍以上とすることが好ましい。また、処理時間の上限は生産性の観点から１２０秒前後が好ましく、そのため希釈比は４９倍以下とすることが好ましい。ただし、図１１に示したように、この希釈比をはずれて処理をしても効果は得られる。
本実施例においては、硫酸過水の場合を例示したが、過水を含めば、硫酸とは別の種類の無機酸や有機酸を含む混合液であっても、析出物５のエッチングに有効であり、硫酸過水の場合と同様の傾向が得られる。
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。
１…出発基板、 ２…エピタキシャル層、 ３…エッチストップ層、 ４および４０…保護膜、 ５…析出物、 ６…分離素子（デバイス）、 １０…エピタキシャルウェーハ、 １１…第１の面、 １２…第２の面、 ２０…ＢＣＢ層、 ２１…第一クラッド層、 ２２…活性層、 ２３…第二クラッド層、 ２４…ＤＨ構造部、 ２５…窓層、 ３０…被接合ウェーハ、 ４０Ａおよび４０Ｂ…開口、 ５０および６０…電極、 １００…接合型ウェーハ、 ２００…ＥＰ接合基板、 ３００…接合型デバイス。
Claims (9)
- Ｐ（燐）を含むエピタキシャルウェーハと被接合ウェーハとを、ベンゾシクロブテンを介して接合する接合型ウェーハの製造方法であって、
前記エピタキシャルウェーハとして、第１の面および該第１の面とは反対側の第２の面を有する出発基板と、前記出発基板の前記第１の面上に形成され且つＰを含むエピタキシャル層とを備えたエピタキシャルウェーハを用い、
前記エピタキシャルウェーハの前記出発基板の前記第２の面にエピタキシャル成長過程で回り込んで析出した析出物を除去した後、前記ベンゾシクロブテンの熱硬化を行うことを特徴とする接合型ウェーハの製造方法。 - 前記エピタキシャル層として、Ｇａ（ガリウム）およびＩｎ（インジウム）およびＰを含む活性層と、Ｐを含む窓層とを有するものを用いることを特徴とする請求項１に記載の接合型ウェーハの製造方法。
- 前記被接合ウェーハとして、ゲルマニウム、シリコン、サファイアおよび石英からなる群より選択される材料のウェーハを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の接合型ウェーハの製造方法。
- 前記析出物の除去を、機械的な研削若しくは研磨、または機械化学研磨により行うことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の接合型ウェーハの製造方法。
- 前記エピタキシャル層は窓層を含み、
前記析出物の除去のための取り代を、前記エピタキシャル層の前記窓層の厚さの１／１０以上とすることを特徴とする請求項４に記載の接合型ウェーハの製造方法。 - 前記析出物の除去を、ウェットエッチング法またはドライエッチング法によって行うことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の接合型ウェーハの製造方法。
- 前記ウェットエッチング法を、過酸化水素水と無機酸あるいは有機酸との混合液を水で希釈した液により行うことを特徴とする請求項６に記載の接合型ウェーハの製造方法。
- 前記水で希釈した液の希釈比（水容積÷混合液容積）を９倍以上４９倍以下とすることを特徴とする請求項７に記載の接合型ウェーハの製造方法。
- 前記ドライエッチング法を、Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＳｉＣｌ４からなる群より選択される１種類以上含有する雰囲気で行うことを特徴とする請求項６に記載の接合型ウェーハの製造方法。
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2023
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7501766B1 (ja) | 2023-10-03 | 2024-06-18 | 信越半導体株式会社 | エピタキシャル基板上への塗布膜形成方法及び接合型ウェーハの製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
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| TW202338920A (zh) | 2023-10-01 |
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