JP2005064188A

JP2005064188A - 基板の回収方法および再生方法、ならびに半導体ウエハの製造方法

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Publication number: JP2005064188A
Application number: JP2003291575A
Authority: JP
Inventors: Seiji Nakahata; 成二中畑
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2005-03-10
Also published as: US20100190318A1; US20050037595A1; US7713878B2; KR20050016011A

Abstract

【課題】ＩＩＩ族窒化物基板などの高価な基板を用いて、効率よくかつ経済的に、ＩＩＩ族窒化物半導体層などの半導体層をエピタキシャル成長させることを可能とする。
【解決手段】第１の基板上１０にエピタキシャル成長させられた半導体層１１に第２の基板２０を貼りつける工程と、上記半導体層１１と第１の基板１０とを分離する工程とを含む第１の基板１０の回収方法。さらに、分離した第１の基板の表面処理を行なう工程とを含む第１の基板の再生方法。また、さらに、表面処理がされた第１の基板をホモエピタキシャル成長させる工程とを含む第１の基板の再生方法。また、さらに、ホモエピタキシャル成長させられた第１の基板上に半導体層をエピタキシャル成長させる工程とを含む半導体ウエハの製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、効率的な基板の回収方法および再生方法、ならびに半導体ウエハの製造方法に関する。詳しくは、本発明は、半導体層が形成された第１の基板の回収方法および再生方法、ならびに上記半導体層に第２の基板を貼りつける工程ととともに上記半導体層から第１の基板を分離する工程を含む半導体ウエハの製造方法に関する。

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）などのＩＩＩ族窒化物半導体を成長させるための基板としては、現在、サファイア基板が一般的に用いられている（たとえば、非特許文献１または非特許文献２参照。）。しかし、サファイア結晶とＩＩＩ族窒化物結晶とは、その格子定数が整合しないため、サファイア基板を用いてＩＩＩ窒化物半導体層をエピタキシャル成長させるためには、サファイア基板上に、まず低温堆積バッファ層としてＩＩＩ窒化物アモルファス層を形成した後、この低温堆積バッファ層にＩＩＩ族窒化物半導体層を積層させる必要があり、製造効率も低下する。

一方、上記基板としてＩＩＩ族窒化物基板を用いると、このＩＩＩ族窒化物基板上に直接ＩＩＩ窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることができる（たとえば、非特許文献３参照。）。しかし、上記ＩＩＩ族窒化物基板は、液相での成長が困難であり気相での成長を行なう必要があるため大きなバルク結晶を得ることができず非常に高価である。
赤崎勇編著，「ＩＩＩ族窒化物半導体」，培風館，１９９９年１２月８日，ｐ９３−１０２柴田直樹，「ＩＩＩ族窒化物を用いたＬＥＤの作製とその応用」，日本結晶成長学会誌，日本結晶成長学会，２００２年９月２０日，第２９巻，第３号，ｐ２８３−２８７ S. Porowski、他１名，"Thermodynamical properties of III-V nitrides and crystal growth of GaN at high N2pressure"，178，(1997)，p174-188

本発明は、ＩＩＩ族窒化物基板などの高価な基板を用いて、効率よくかつ経済的に、ＩＩＩ族窒化物半導体層などの半導体層をエピタキシャル成長させることを可能とするために、基板の回収方法および再生方法、ならびに半導体ウエハの製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる基板の回収方法は、第１の基板上にエピタキシャル成長させられた半導体層に第２の基板を貼りつける工程と、上記半導体層と第１の基板とを分離する工程とを含む第１の基板の回収方法である。

本発明にかかる基板の再生方法は、第１の基板上にエピタキシャル成長させられた半導体層に第２の基板を貼りつける工程と、上記半導体層と第１の基板とを分離する工程と、分離した第１の基板の表面処理を行なう工程とを含む第１の基板の再生方法である。本発明にかかる第１の基板の再生方法においては、上記の工程に加えて、さらに表面処理がされた第１の基板をホモエピタキシャル成長させる工程とを含むことができる。

本発明にかかる半導体ウエハの製造方法は、第１の基板上にエピタキシャル成長させられた半導体層に第２の基板を貼りつける工程と、上記半導体層と第１の基板とを分離する工程とを含む。本発明にかかる半導体ウエハの製造方法においては、上記の工程に加えて、さらに、分離した第１の基板の表面処理を行なう工程と、表面処理がされた第１の基板上に半導体層をエピタキシャル成長させる工程とを含むことができる。また、上記の工程に加えて、さらに、分離した第１の基板の表面処理を行なう工程と、表面処理がされた第１の基板をホモエピタキシャル成長させる工程と、ホモエピタキシャル成長させられた第１の基板上に半導体層をエピタキシャル成長させる工程とを含むことができる。

上記のように、本発明によれば、高価で生産性の低い第１の基板を効率よく回収、再生することができ、効率的かつ経済的に半導体ウエハの製造を行なうことができる。

本発明の実施形態を、図面に基づいて具体的に説明する。

本発明にかかる第１の基板の回収方法についての一の実施形態は、図１および図２を参照して、第１の基板１０上にエピタキシャル成長させられた半導体層１１に第２の基板２０を貼りつける工程と、図３を参照して、上記半導体層１１と第１の基板１０とを分離する工程とを含む。かかる工程により、効率よく第１の基板を回収することができる。

ここで、第１の基板１０とは、本発明において回収の対象となる高価な基板をいい、たとえば、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）などのＩＩＩ族窒化物からなるＩＩＩ族窒化物基板などが挙げられる。第１の基板の厚さは、特に制限はないが、取扱い性の観点からは、１．５ｍｍ以上であることが好ましい。

半導体層１１とは、上記第１の基板１０上にエピタキシャル成長させられる半導体層１１であれば特に制限はないが、上記第１の基板１０がＩＩＩ族窒化物基板である場合は、半導体層１１として、たとえば、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）などのＩＩＩ族窒化物からなるＩＩＩ族窒化物半導体がエピタキシャル成長させられる。また、半導体層１１は、１層の半導体層に限られず、２層以上の半導体層が積層されていてもよい。

半導体層１１をエピタキシャル成長させる方法については、特に制限がなく、上記ＩＩＩ族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる場合には、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシ）法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy；ハイドライド気相成長）法などが好ましく用いられる。

また、第２の基板２０とは、上記半導体層１１に貼りつける基板をいい、半導体層１１への貼りつけに適していれば汎用の基板で足りる。第２の基板２０としては、たとえば、Ｓｉ基板、Ａｌ基板、Ｃｕ基板、Ｃｕ−Ｗ基板などが好ましく挙げられる。第２の基板の厚さは、特に制限はないが、取扱い性の観点からは、３００μｍ以上であることが好ましい。

上記半導体層１１に第２の基板２０を貼りつける方法には、特に制限はないが、ろう付けが好ましく行なわれる。ろう付けは、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｔｉまたはこれらの合金などのろう材を、スパッタ法、蒸着法などの気相堆積法を用いて、半導体層１１上に堆積させた後、堆積させたろう材を融解させて、第２の基板２０を貼りつけることにより、あるいは、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｔｉまたはこれらの合金を含むペーストを半導体層１１上に塗布した後、第２の基板２０を貼りつけることにより行なう。

半導体層１１と第１の基板１０とを分離する方法については、特に制限はなく、たとえば、ワイヤソーまたは内周刃を用いて機械的にスライスする方法、電解エッチングなどの化学的処理方法が好ましく挙げられる。ここで、電解エッチングとは、たとえば、予め第１の基板と半導体層との間に導電層を形成したものを電解液中に浸漬し、導電層に電流を流すことにより、上記導電層をエッチングして第１の基板と半導体層を分離することをいう。たとえば、第１の基板がＩＩＩ族窒化物基板で、半導体層がＩＩＩ族窒化物半導体層である場合は、導電層としてＳｉなどを大量にドープしたＩＩＩ族窒化物層（比抵抗が１０^-2Ω・ｃｍ程度）を形成し、１Ｎ程度のＫＯＨ水溶液で、Ｐｔの陰極を設け、導電層を陽極として１ｍＡ程度の電流を流すことにより、導電層がエッチングされる。

半導体層１１と第１の基板１０とを分離する位置については、図３に示すように、理想的には半導体層１１と第１の基板１０との界面が望ましく、この場合には、理想的には第２の基板２０および半導体層１１からなる半導体ウエハ３０と第１の基板１０とに分離されるが、実際には半導体ウエハ３０の半導体層１１の表面に第１の基板の一部が残存している場合（図示せず）、または上記第１の基板１０の表面に半導体層の一部が残存している場合（図示せず）もある。また、たとえば、機械的にスライスする方法などで分離する場合は、界面でスライスすることが容易でなく、また界面でスライスできたとしても半導体層１１が傷つけられその表面に凹凸や結晶的な欠陥が生じる場合が多い。このため、現実的には、半導体層１１の損傷をできるだけ防止するため、半導体層１１と第１の基板１０との界面よりも第１の基板１０側で機械的なスライスを行なう場合が多い。かかる場合には、第２の基板２０、半導体層１１および第１の基板１０の一部からなる半導体ウエハ（図示せず）と残りの第１の基板１０とに分離される。本発明において、半導体層１１と第１の基板１０との分離によって得られる半導体ウエハ３０および第１の基板１０については、上記のいずれの場合をも含むものとする。

本発明にかかる第１の基板の再生方法についての一の実施形態は、図１および図２を参照して、第１の基板１０上にエピタキシャル成長させられた半導体層１１に第２の基板２０を貼りつける工程と、図３を参照して、上記半導体層１１と第１の基板１０とを分離する工程と、図４を参照して、分離した第１の基板１０の表面処理４０を行なう工程とを含む。かかる工程により、第１の基板を効率よく再生することができる。

図１〜図３に関わる工程は上述のとおりである。半導体層１１と第１の基板１０との分離により得られた第１の基板１０の表面に凹凸や結晶的な欠陥が生じている場合（図示せず）、または上記第１の基板１０の表面に半導体層の一部が残存している場合（図示せず）は、図４のように、第１の基板１０の表面処理４０を行なうことができる。表面処理の方法には、特に制限がなく、研磨ペーパによる機械的研磨法、研磨スラリーと研磨パッドによるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing；化学機械的研磨）法の他、液相エッチングまたは気相エッチングなどの化学的方法を用いることができる。ここで、第１の基板１０がＩＩＩ族窒化物基板である場合の液相エッチング法としては、エッチング液として少なくともＮａ、ＬｉまたはＣａを含む液体をＩＩＩ族窒化物基板に接触させる方法などがある。

本発明にかかる第１の基板の再生方法についての別の実施形態は、図１および図２を参照して、第１の基板１０上にエピタキシャル成長させられた半導体層１１に第２の基板２０を貼りつける工程と、図３を参照して、上記半導体層１１と第１の基板１０とを分離する工程と、図４を参照して、分離した第１の基板１０の表面処理４０を行なう工程と、図５を参照して、表面処理がされた第１の基板１０をホモエピタキシャル成長させる工程を含む。図５において、表面処理によって厚さが小さくなった第１の基板１０ａをホモエピタキシャル成長させることによりホモエピタキシャル成長部分１０ｂが加えられ、元の厚さに再生された第１の基板１０が得られる。かかる工程により、機械的強度が維持され取扱い性に優れた第１の基板を効率よく再生することができる。

第１の基板のホモエピタキシャル成長は、第１の基板の厚さが小さくなり機械的強度が低下し取扱い性が低下した場合に行なわれる。たとえば、第１の基板がＩＩＩ族窒化物基板の場合は、第１の基板の厚さが０．６ｍｍ以下になった場合にホモエピタキシャル成長を行なうのが好ましい。また、第１の基板の厚さが元の厚さ以上に回復したときに、ホモエピタキシャル成長を終了させれば足りる。

ここで、第１の基板１０をホモエピタキシャル成長させる方法には、特に制限はなく、第１の基板１０がＩＩＩ族窒化物基板である場合には、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などが好ましく用いられる。

本発明にかかる半導体ウエハの製造方法についての一の実施形態は、図１および図２を参照して、第１の基板１０上にエピタキシャル成長させられた半導体層１１に第２の基板２０を貼りつける工程と、図３を参照して、上記半導体層１１と第１の基板１０とを分離する工程とを含む。かかる工程により、半導体ウエハ３０を効率よく製造することができる。また、貼りつける第２の基板２０を変えることにより、目的に応じた基板が貼りつけられた半導体ウエハ３０を効率よく製造することができる。

ここで、第１の基板１０と半導体層１１との分離により得られた半導体ウエハ３０の半導体層１１の表面に第１の基板の一部が残存している場合（図示せず）、または上記半導体層１１の表面に凹凸や結晶的な欠陥が生じている場合（図示せず）には、上記第１の基板１０の表面処理４０と同様の表面処理を行なうことができる。表面処理の方法には、特に制限がなく、研磨ペーパによる機械的研磨法、研磨スラリーと研磨パッドによるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing；化学機械的研磨）法の他、液相エッチングまたは気相エッチングなどの化学的方法を用いることができる。ここで、第１の基板１０がＩＩＩ族窒化物基板である場合の液相エッチング法としては、エッチング液として少なくともＮａ、ＬｉまたはＣａを含む液体をＩＩＩ族窒化物基板に接触させる方法などがある。

本発明にかかる半導体ウエハの製造方法についての別の実施形態は、図１および図２を参照して、第１の基板１０上にエピタキシャル成長させられた半導体層１１に第２の基板２０を貼りつける工程と、図３を参照して、上記半導体層１１と第１の基板１０とを分離する工程と、図４を参照して、分離した第１の基板１０の表面処理を行なう工程と、再び図１を参照して、表面処理がされた第１の基板１０上に半導体層１１をエピタキシャル成長させる工程とを含む。このように、図１に示す工程、図２に示す工程、図３に示す工程、図４に示す工程、再び図１に示す工程と、循環工程を構築することにより、半導体ウエハ３０をさらに効率よく製造することができる。

本発明にかかる半導体ウエハの製造方法についてのさらに別の実施形態は、図１および図２を参照して、第１の基板１０上にエピタキシャル成長させられた半導体層１１に第２の基板２０を貼りつける工程と、図３を参照して、上記半導体層１１と第１の基板１０とを分離する工程と、図４を参照して、分離した第１の基板１０の表面処理４０を行なう工程と、図５を参照して、表面処理がされた第１の基板１０をホモエピタキシャル成長させる工程と、再び図１を参照して、ホモエピタキシャル成長させられた第１の基板１０上に半導体層１１をエピタキシャル成長させる工程とを含む。このように、図１に示す工程、図２に示す工程、図３に示す工程、図４に示す工程、図５に示す工程、再び図１に示す工程と、循環工程を構築することにより、半導体ウエハ３０をさらに効率よく製造することができる。

本発明について、実施例に基づいてさらに具体的に説明する。

（実施例１）
図１を参照して、第１の基板１０としてＩＩＩ族窒化物基板である厚さ１．５ｍｍのＧａＮ基板を用いて、ＭＯＣＶＤ法により、１０００℃に加熱された上記ＧａＮ基板上に、半導体層１１としてＩＩＩ族窒化物半導体層である、厚さ１５０ｎｍのｐ−ＧａＮ層１１１、厚さ６０ｎｍのｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層１１２、厚さ３ｎｍのＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層１１３、厚さ５０００ｎｍのｎ−ＧａＮ層１１４を順次積層した。

次に、図２を参照して、半導体層１１の最表面層であるｎ−ＧａＮ層１１４上に、スパッタ法によりろう材としてＡｇを堆積させた後、ろう材を融解させて、第２の基板２０として厚さ３００μｍのＳｉ基板を貼りつけた。次に、図３を参照して、ワイヤソーを用いて半導体層１１と第１の基板１０とを分離した。図示はしないが、具体的には、半導体層と第１の基板との界面から第１の基板側に８０μｍの位置を上記界面と平行にワイヤソーでスライスした。

次に、図４を参照して、分離した第１の基板１０の表面処理４０は、第１の基板１０であるＧａＮ基板上にエッチング液として液体Ｎａを載せて、表面が平らな定盤をＧａＮ基板に押し付けながら５０ｒｐｍで１時間回転させるという液相エッチングより行なった。次に、図５を参照して、表面処理により厚さが０．６ｍｍ以下になった第１の基板１０であるＧａＮ基板を、１０００℃に加熱して、ＨＶＰＥ法により、ＧａＮ基板と同材質のＧａＮを用いて、ホモエピタキシャル成長させた。ＧａＮ基板の厚さが元の厚さである１．５ｍｍまでに回復したときに、ホモエピタキシャル成長を終了させた。ここで、基板または半導体層の厚さの管理は基板または半導体層の成長時間により行なう。すなわち、予め、実験的に基板または半導体層の成長時間と厚さとの関係を求めておき、たとえば、ＧａＮ基板の厚さが１．５ｍｍになるように成長時間を決定する。ここで、上記実験および成長前のＧａＮ基板の厚さは、接触式の膜厚計で測定することができる。結果を表１にまとめる。

（実施例２）
第１の基板としてＡｌＮ基板、第２の基板としてＣｕ基板、ろう材としてＮｉ、ＡｌＮ基板のホモエピタキシャル成長の材質としてＡｌＮを用いた以外は、実施例１と同様に、第１の基板上への半導体層の形成、半導体層への第２の基板の貼りつけ、半導体層と第１の基板との分離、分離した第１の基板の表面処理および表面処理された第１の基板のホモエピタキシャル成長を行なった。結果を表１にまとめる。

（実施例３）
第１の基板としてＩｎＮ基板、第２の基板としてＣｕ−Ｗ基板、ろう材としてＴｉ、半導体層と第１の基板との分離に内周刃、ＩｎＮ基板のホモエピタキシャル成長の材質としてＩｎＮを用いた以外は、実施例１と同様に、第１の基板上への半導体層の形成、半導体層への第２の基板の貼りつけ、半導体層と第１の基板との分離、分離した第１の基板の表面処理および表面処理された第１の基板のホモエピタキシャル成長を行なった。結果を表１にまとめる。

（実施例４）
第１の基板としてＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ｎ基板、第２の基板としてＡｌ基板、ろう材としてＡｕ（５０モル％）−Ｇｅ（５０モル％）、半導体層と第１の基板との分離に内周刃、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ｎ基板のホモエピタキシャル成長の材質としてＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ｎを用いた以外は、実施例１と同様に、第１の基板上への半導体層の形成、半導体層への第２の基板の貼りつけ、半導体層と第１の基板との分離、分離した第１の基板の表面処理および表面処理された第１の基板のホモエピタキシャル成長を行なった。結果を表１にまとめる。

本発明は、ＩＩＩ族窒化物基板などの高価な基板を回収、再生させて、循環的な半導体ウエハ製造工程を構築することにより、ＩＩＩ族窒化物半導体層などを有する半導体ウエハを効率よくかつ経済的に製造することができる。

本発明において第１の基板上に半導体層をエピタキシャル成長させる工程を示す図である。本発明において第１の基板上にエピタキシャル成長させられた半導体層に第２の基板を貼りつける工程を示す図である。本発明において半導体層と第１の基板とを分離する工程を示す図である。本発明において分離した第１の基板の表面処理を行なう工程を示す図である。本発明において表面処理がされた第１の基板をホモエピタキシャル成長させる工程を示す図である。

符号の説明

１０第１の基板、１０ａ表面処理によって厚さが小さくなった第１の基板、１０ｂホモエピタキシャル成長部分、１１半導体層、２０第２の基板、３０半導体ウエハ、４０表面処理、１１１ｐ−ＧａＮ層、１１２ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層、１１３Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層、１１４ｎ−ＧａＮ層。

Claims

第１の基板上にエピタキシャル成長させられた半導体層に第２の基板を貼りつける工程と、前記半導体層と前記第１の基板とを分離する工程とを含む第１の基板の回収方法。
第１の基板上にエピタキシャル成長させられた半導体層に第２の基板を貼りつける工程と、前記半導体層と前記第１の基板とを分離する工程と、分離した第１の基板の表面処理を行なう工程とを含む第１の基板の再生方法。
第１の基板上にエピタキシャル成長させられた半導体層に第２の基板を貼りつける工程と、前記半導体層と前記第１の基板とを分離する工程と、分離した第１の基板の表面処理を行なう工程と、表面処理がされた第１の基板をホモエピタキシャル成長させる工程とを含む第１の基板の再生方法。
第１の基板上にエピタキシャル成長させられた半導体層に第２の基板を貼りつける工程と、前記半導体層と前記第１の基板とを分離する工程とを含む半導体ウエハの製造方法。
第１の基板上にエピタキシャル成長させられた半導体層に第２の基板を貼りつける工程と、前記半導体層と前記第１の基板とを分離する工程と、分離した第１の基板の表面処理を行なう工程と、表面処理がされた第１の基板上に半導体層をエピタキシャル成長させる工程とを含む半導体ウエハの製造方法。
第１の基板上にエピタキシャル成長させられた半導体層に第２の基板を貼りつける工程と、前記半導体層と前記第１の基板とを分離する工程と、分離した第１の基板の表面処理を行なう工程と、表面処理がされた第１の基板をホモエピタキシャル成長させる工程と、ホモエピタキシャル成長させられた第１の基板上に半導体層をエピタキシャル成長させる工程とを含む半導体ウエハの製造方法。