特許 7501766 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-10

(45)【発行日】2024-06-18

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/312 20060101AFI20240611BHJP

   H01L 21/314 20060101ALI20240611BHJP

   H01L 33/22 20100101ALI20240611BHJP

   H01L 33/62 20100101ALI20240611BHJP

【ＦＩ】

H01L21/312 Z

H01L21/314 Z

H01L33/22

H01L33/62

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023172368

(22)【出願日】2023-10-03

【審査請求日】2024-02-19

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(74)【代理人】

【識別番号】100215142

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 徹

(72)【発明者】

【氏名】石崎 順也

(72)【発明者】

【氏名】秋山 智弘

(72)【発明者】

【氏名】古屋 翔吾

【審査官】長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２３－１３５３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／１０２６９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１３－５２４５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０３４５６６０７（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１２

Ｈ０１Ｌ ２１／３１４

Ｈ０１Ｌ ３３／２２

Ｈ０１Ｌ ３３／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

出発基板上に複数の化合物半導体層を成長または堆積させたエピタキシャル基板であって、前記化合物半導体層の表面または表面近傍に形成された一辺が１００μｍ以上の凸状欠陥または一辺が２００μｍ以下の凹状欠陥を有するエピタキシャル基板の表面上に、雰囲気ガスで満たされた環境下で樹脂を塗布して塗布膜を形成する際に、
塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とすることを特徴とするエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。

【請求項2】

前記塗布膜の厚さを１μｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。

【請求項3】

前記塗布膜を形成する際に前記エピタキシャル基板が収納される密閉容器内をパージガスで置換することにより前記塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。

【請求項4】

前記パージガスとして、ヘリウム、水素、窒素、ネオン、アルゴンのいずれか一種類以上から選択したガスを用いることを特徴とする請求項３に記載のエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。

【請求項5】

前記塗布雰囲気を、１０ｋＰａ以上の圧力雰囲気とすることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。

【請求項6】

前記塗布膜を、熱硬化性樹脂とすることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。

【請求項7】

前記熱硬化性樹脂として、ベンゾシクロブテン、エポキシ樹脂、ワックス、シリコーン、アモルファスフッ素樹脂、スピンオンガラス、ポリイミドのいずれか一種類以上から選択される樹脂を用いることを特徴とする請求項６に記載のエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。

【請求項8】

前記凹状欠陥はエピタキシャル成長で生じるピットであり、前記凸状欠陥はエピタキシャル成長中に前記化合物半導体層に落下したパーティクルによって生じた欠陥であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。

【請求項9】

出発基板上に複数の化合物半導体層を成長または堆積させたエピタキシャル基板であって、前記化合物半導体層の表面または表面近傍に形成された一辺が１００μｍ以上の凸状欠陥または一辺が２００μｍ以下の凹状欠陥を有するエピタキシャル基板の表面上に、雰囲気ガスで満たされた環境下で樹脂を塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成工程と、前記塗布膜を介して前記化合物半導体層と紫外線及び可視光透過性基板を接合あるいは接着して接合型ウェーハを作製する接合・接着工程とを含む接合型ウェーハの製造方法において、
前記塗布膜形成工程の塗布雰囲気を酸素濃度１００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする接合型ウェーハの製造方法。

【請求項10】

前記接合・接着工程において、ベンゾシクロブテン、エポキシ樹脂、ワックス、シリコーン、アモルファスフッ素樹脂、スピンオンガラス、ポリイミドのいずれか一つ以上を用いて接合または接着することを特徴とする請求項９に記載の接合型ウェーハの製造方法。

【請求項11】

前記紫外線及び可視光透過性基板として、紫外線及び可視光透過性を有する、サファイア、石英、ガラス、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＰのいずれかを用いることを特徴とする請求項９または１０に記載の接合型ウェーハの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）技術によりエピタキシャル層と支持基板を分離するμ－ＬＥＤ移載技術が開示されている。高輝度赤色ＬＥＤの出発基板は可視光吸収性のＧａＡｓであり、紫外線及び可視光透過性の基板へエピタキシャル層を移載することでＬＬＯが可能になる。

【0003】

紫外線及び可視光透過性基板へエピタキシャル層を移載する際、直接接合も可能であるが、ＬＬＯに対する熱犠牲層を設けておく方がエピタキシャル層への熱影響を最低限にすることができ、好適である。熱犠牲層と接合層を兼ねることでＬＥＤ素子に影響を与えることなく、ＬＬＯを実現することができる。この接合層兼犠牲層として紫外線吸収性のベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を選択する技術が開示されている（特許文献１）。

【0004】

ＢＣＢを接合層兼犠牲層として発光ダイオードを形成したＥＰＷ（エピタキシャルウェーハ）と異種材料基板とをＢＣＢを介して接合する場合、ＢＣＢはスピンコート法にて塗布する。スピンコートによる塗布はフラットなウェーハに対する処理が大前提である。

【0005】

その一方で、発光ダイオード用のＥＰＷは出発基板と異なる材料でエピタキシャル成長されるため、成長時の温度域あるいは常温域において、出発基板との格子定数が一致しないのが常である。さらに、エピタキシャル層においても異なる複数の材料からなり、格子不整合系で成長する構造を選択する場合もあり、そのような構造を選択した場合、格子不整合故にエピタキシャル層の表面は鏡面ではなく、いわゆる梨地と呼ばれるラフ表面になる。

【0006】

ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの場合、エピタキシャル最終層にはＧａＰが選択される場合が多い。ＧａＰを最終層とした場合、下地のＡｌＧａＩｎＰ系材料と格子不整合系での成長になるゆえ、エピタキシャル最終層の表面にはピット（凹部）を有する。

【0007】

また、エピタキシャル最終層の表面にはピットとは別に、エピタキシャル成長中に炉内析出物が落下したことによりエピタキシャル最終層の表面には凸部となるパーティクル（以下、インクルージョン部と呼称）が存在する。このようなピットやインクルージョン部は、塗布膜の膜厚の均一化を阻害し、かつ、接合不良を発生させ、その結果、接合歩留まりが低下する。

【0008】

凹部たるピット、あるいは凸部たるインクルージョン部の凹凸を解消するため、可視光に透明で紫外線に対して吸収率が少ないＳｉＯ_２やＳｉＮ_ｘなどを堆積し、凹凸を解消することを考慮することも可能ではある。

【0009】

しかし、ＳｉＯ_２やＳｉＮ_ｘなどの堆積膜は設計構造上、必然的に犠牲層の一部となり、最終的には除去されるべきものである。堆積膜が厚くなればなるほど、犠牲層剥離後の除去処理の手間が増えることになる。

【0010】

具体的には除去処理プロセス時間が延びることにより処理コストの増大と歩留まりの低下を招く。そのため、堆積膜は薄いか全くない方が好ましい。以上の理由により、堆積膜の成膜を設計・選択した場合でも１μｍを超えない膜厚である必要がある。この程度の堆積膜厚では凹凸の程度の緩和は可能であっても、凹凸が解消されるには程遠く、堆積膜で凹凸を解消するという手法を選択することはできない。

【0011】

エピタキシャル最終層の表面に存在するピットは凹状の形状を有しており、基本的に略角錐形状を有している。角錐部の辺の長さが大きくなるほど、深さは深くなる。塗布法は凹凸形状を有する表面に対し、膜厚均一性が本質的に得られ難い方法であり、ピットのような凹部やインクルージョン部のような凸部付近では膜厚均一性が得られにくい。凹部に対しては、深さが深い程、塗布液が侵入しにくくなる。

【0012】

特にＢＣＢと塗布対象面との濡れ性が悪い場合、凹部へ塗布液が侵入しにくく、その結果、塗布膜と表面との間に雰囲気ガスを挟みやすくなる。ここではスピンコート法のみに関して詳述したが、ディップ法などの塗布法においても、発生事象は同様である。

【0013】

深さのある凹形状に対する塗布膜の充填改善に関しては、真空中でＢＣＢを塗布し、充填を高める技術開示がある。特許文献２に記載の先行技術では、表面に形成したビア（凹状の穴）を埋めるために真空中で塗布する技術を開示している。

【0014】

しかしながら、ＢＣＢは溶剤を含み、真空中での時間の経過に伴い、その溶剤が揮発することにより濃度が変化する問題がある。ＢＣＢの濃度が変化した結果、粘度変化に伴い、ＢＣＢ塗布膜の膜厚が変化する。凹部への充填という点で、真空中での塗布膜形成は有効だが、膜厚の再現性・安定性という点で、真空雰囲気での塗布は好ましくない。

【0015】

インクルージョン部は凸形状の不良部である。スピンコートにより塗布膜を形成する際、遠心力により滴下した塗布液を回転外周方向へ移動させるが、インクルージョン部が存在する場合、阻害部となるため回転外周方向の膜厚は必然的に他の場所と異なる膜厚を有する（多くの場合薄くなる）ことになる。

【0016】

また、凸部の高さが高い（例えば１０μｍ以上の）場合、側面に塗布液を被覆させることは困難である。また凸形状であるインクルージョン部の側面と表面は、不定形の複雑な凹凸形状を有している。凹凸追随性が悪い被覆方法である塗布法では、塗布の際、インクルージョン部及びその周辺部を均一に被覆することは困難である。また、均一に被覆しないことからＢＣＢ層とインクルージョン部の界面に大気を含みやすい。

【0017】

特許文献２に示されるような真空中で塗布を行う方法は、上記のように膜厚の再現性・安定性に問題はあるものの、凹凸部の表面近傍に大気を含む問題に対しては有効である。しかし、薄く均一な膜厚のＢＣＢ層を形成したい場合、好ましい方法ではない。

【0018】

まずＢＣＢ層を薄くすべき理由について述べる。ＢＣＢ層（以下、ＢＣＢ膜ともいう）は設計構造上、犠牲層であり、最終的には除去されるべきものである。ＢＣＢ層が厚くなればなるほど、犠牲層剥離後の除去処理の手間が増えることになる。具体的には除去処理プロセス時間が延びることにより処理コストの増大と歩留まりの低下を招く。

【0019】

そのため、ＢＣＢ層は極力薄い方が好ましい。以上の理由により、ＢＣＢ層は１μｍを超えない膜厚であることが好ましく、厚くても３μｍ以下であることが好ましい。以上の理由により、ＢＣＢ層の膜厚には上限を設けるのが好ましい。

【0020】

また、ＢＣＢ層はＬＬＯにてレーザーにてアブレーション処理される。その際、ウェーハ内の処理位置（部位）により膜厚が異なることはＬＬＯ処理効率を変化させ、アセンブリ時の歩留まりを低下させる原因となる。従って、面内の膜厚分布は言うに及ばず、ウェーハ間やバッチ間においても膜厚均一性が担保されていること、再現性のよい塗布法であることが好ましい。

【0021】

特許文献２に示されるような真空中での塗布を行った場合、真空中で溶剤が飛んでＢＣＢ濃度が濃くなる。真空製造時間は一般に製造時間にばらつきがあり、溶剤が飛ぶ量を再現性良く制御することは困難である。溶剤が飛ぶことにより、粘性が上昇するが、粘性が上昇すると膜厚は増加する方向に変化する。

【0022】

一定以上の厚さの塗布膜を形成したい場合、粘性が変化して膜厚が変化しても設計で吸収可能だが、１μｍ以下の薄膜状態を維持したい場合、大きな問題になる。従って、薄く、かつＬＬＯに適した均一厚さのＢＣＢ膜形成方法として好ましい方法でない。

【0023】

ＢＣＢを硬化する際、真空中または酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で硬化・接合処理を行う技術が開示されている（特許文献３）。これはＢＣＢの硬化（環状付加反応）の際、酸素が存在すると硬化を阻害するためである。
しかし、エピタキシャル層表面に凹凸が存在する場合は、特許文献３に記載の硬化時の低酸素濃度条件を満たしても硬化不良が発生し、エピタキシャル層が剥離してしまうという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0024】

【文献】特開２０２３－０６６２８５号公報

【文献】特開２０１５－１６６７３６号公報

【文献】特開平７－１４７０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0025】

本発明者らはエピタキシャル層表面に凹凸が存在すると、ＢＣＢの硬化後にエピタキシャル層が剥離するのは、ＢＣＢを塗布する工程においてエピタキシャル層表面の凹凸部周辺に酸素が残存していることが原因であると推定した。

【0026】

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、表面に凸状欠陥または凹状欠陥が存在する化合物半導体に紫外線及び可視光透過性基板を接合するための塗布膜を形成する際に、塗布膜を均一な膜厚にでき、かつ塗布膜の硬化不良を抑制できるエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法を提供することを目的とする。

【0027】

本発明はまた、エピタキシャル層の剥離が生じ難い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。

【課題を解決するための手段】

【0028】

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、出発基板上に複数の化合物半導体層を成長または堆積させたエピタキシャル基板であって、前記化合物半導体層の表面または表面近傍に形成された一辺が１００μｍ以上の凸状欠陥または一辺が２００μｍ以下の凹状欠陥を有するエピタキシャル基板の表面上に、雰囲気ガスで満たされた環境下で樹脂を塗布して塗布膜を形成する際に、塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とすることを特徴とするエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法を提供する。

【0029】

このようなエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法によれば、塗布雰囲気の酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の環境下で塗布を行うことで、塗布膜と凸状欠陥あるいは凹状欠陥に残留する気体から酸素を排除することができる。

【0030】

塗布膜とエピタキシャル基板の界面に存在する酸素が１００ｐｐｍ以上の場合、ＢＣＢ等の塗布膜の環状付加反応を阻害し、塗布膜が熱硬化することを阻害するが、酸素以外の気体は環状付加反応を阻害しないため、塗布膜の熱硬化処理を設計通り行うことができる。つまり、樹脂を塗布する雰囲気から酸素を極力排除することで酸素の存在に起因する樹脂の硬化不良の発生を防止することができる。

【0031】

このとき、前記塗布膜の厚さを１μｍ以下とすることができる。

【0032】

これにより、ＬＬＯ用に好適な厚さにできる。また、このような１μｍ以下の膜厚を塗布する場合、被覆率はより悪化する方向に変化するため、塗布膜を均一な膜厚にできる本発明の効果が特に高い。

【0033】

このとき、前記塗布膜を形成する際に前記エピタキシャル基板が収納される密閉容器内をパージガスで置換することにより前記塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とすることができる。

【0034】

これにより、樹脂の塗布時の塗布雰囲気を大気からパージガスに置換し、塗布を行うため、大気中に含まれる酸素を排除できる。

【0035】

このとき、前記パージガスとして、ヘリウム、水素、窒素、ネオン、アルゴンのいずれか一種類以上から選択したガスを用いることができる。

【0036】

これにより、パージガスとして、ヘリウム・水素・窒素・ネオン・アルゴンのように酸素を含まないガスを選択するため、塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下の濃度に、容易に維持できる。

【0037】

このとき、前記塗布雰囲気を、１０ｋＰａ以上の圧力雰囲気とすることができる。

【0038】

これにより、塗布中にウェーハを真空チャックする場合にチャック力を維持でき、また樹脂の粘度調整のために加えている有機溶剤の揮発も抑制でき、粘度の変化も抑えられる。

【0039】

このとき、前記塗布膜を、熱硬化性樹脂とすることができる。

【0040】

これにより、塗布膜を硬化させるタイミングを温度で調整することができる。

【0041】

このとき、前記熱硬化性樹脂として、ベンゾシクロブテン、エポキシ樹脂、ワックス、シリコーン、アモルファスフッ素樹脂、スピンオンガラス、ポリイミドのいずれか一種類以上から選択される樹脂を用いることができる。

【0042】

これにより、エピタキシャル基板に支持基板を確実に接合することができる。

【0043】

このとき、前記凹状欠陥はエピタキシャル成長で生じるピットであり、前記凸状欠陥はエピタキシャル成長中に前記化合物半導体層に落下したパーティクルによって生じた欠陥であってもよい。

【0044】

これにより、ピットやパーティクルが表面に存在するエピタキシャル基板であっても、塗布膜を形成することができる。

【0045】

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、出発基板上に複数の化合物半導体層を成長または堆積させたエピタキシャル基板であって、前記化合物半導体層の表面または表面近傍に形成された一辺が１００μｍ以上の凸状欠陥または一辺が２００μｍ以下の凹状欠陥を有するエピタキシャル基板の表面上に、雰囲気ガスで満たされた環境下で樹脂を塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成工程と、前記塗布膜を介して前記化合物半導体層と紫外線及び可視光透過性基板を接合あるいは接着して接合型ウェーハを作製する接合・接着工程とを含む接合型ウェーハの製造方法において、前記塗布膜形成工程の塗布雰囲気を酸素濃度１００ｐｐｍ以下とする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。

【0046】

このような接合型ウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル基板の凹凸欠陥部と塗布膜間の酸素を除外でき、塗布膜の硬化不良が発生するのを防止できるため、接合後に塗布膜からエピタキシャル層の剥離が生じ難い。

【0047】

このとき、前記接合・接着工程において、ベンゾシクロブテン、エポキシ樹脂、ワックス、シリコーン、アモルファスフッ素樹脂、スピンオンガラス、ポリイミドのいずれか一つ以上を用いて接合または接着することができる。

【0048】

これにより、エピタキシャル基板に紫外線及び可視光透過性基板を確実に接合することができる。

【0049】

このとき、前記紫外線及び可視光透過性基板として、紫外線及び可視光透過性を有する、サファイア、石英、ガラス、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＰのいずれかを用いることができる。

【0050】

これにより、エピタキシャル基板にＰＤ（フォトダイオード）、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）、ＬＤ（レーザーダイオード）、ＬＥＤ等の受発光素子を形成する場合でも、後工程で形成する支持基板を介して受発光素子と外部とで光の受発光ができる。

【発明の効果】

【0051】

以上のように、本発明のエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法によれば、表面に凸状欠陥または凹状欠陥が存在する化合物半導体に紫外線及び可視光透過性基板を接合するための塗布膜を形成する際に、塗布膜を均一な膜厚にでき、かつ塗布膜の硬化不良を抑制できる。

【0052】

また、本発明の接合型ウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル層の剥離が生じ難い接合型ウェーハを製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0053】

【図1】本発明のエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法による塗布膜が形成される対象となるエピタキシャル基板を示す。

【図2】エピタキシャル基板上に塗布膜を形成した状態であって、凸状欠陥と凹状欠陥は図示を省略したものを示す。

【図3】塗布膜を介してエピタキシャル基板の化合物半導体層と紫外線及び可視光透過性基板を接合あるいは接着して接合型ウェーハを形成した状態を示す。

【図4】図３の状態から出発基板およびエッチングストップ層を除去した状態を示す。

【図5】図４の状態からＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）加工を行った状態を示す。

【図6】図５の状態からＳｉＯ_２の成膜とパターン形成を行った状態を示す。

【図7】図６の状態から電極形成を行った状態を示す。

【図8】実施例の手順を示す。

【図9】接合型ウェーハの化合物半導体層にデバイスを形成する際に、工程ごとの実施例と比較例のエピタキシャル剥離の個数を比較した図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0054】

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0055】

上述のように、表面に凸状欠陥または凹状欠陥が存在する化合物半導体に紫外線及び可視光透過性基板を接合するための塗布膜を形成する際に、塗布膜を均一な膜厚にでき、かつ塗布膜の硬化不良を抑制できるエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法が求められていた。

【0056】

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、出発基板上に複数の化合物半導体層を成長または堆積させたエピタキシャル基板であって、前記化合物半導体層の表面または表面近傍に形成された一辺が１００μｍ以上の凸状欠陥または一辺が２００μｍ以下の凹状欠陥を有するエピタキシャル基板の表面上に、雰囲気ガスで満たされた環境下で樹脂を塗布して塗布膜を形成する際に、塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とすることを特徴とするエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法により、表面に凸状欠陥または凹状欠陥が存在する化合物半導体に紫外線及び可視光透過性基板を接合するための塗布膜を形成する際に、塗布膜を均一な膜厚にでき、かつ塗布膜の硬化不良を抑制できることを見出し、本発明を完成した。

【0057】

また上述のように、エピタキシャル層の剥離が生じ難い接合型ウェーハの製造方法が求められていた。

【0058】

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、出発基板上に複数の化合物半導体層を成長または堆積させたエピタキシャル基板であって、前記化合物半導体層の表面または表面近傍に形成された一辺が１００μｍ以上の凸状欠陥または一辺が２００μｍ以下の凹状欠陥を有するエピタキシャル基板の表面上に、雰囲気ガスで満たされた環境下で樹脂を塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成工程と、前記塗布膜を介して前記化合物半導体層と紫外線及び可視光透過性基板を接合あるいは接着して接合型ウェーハを作製する接合・接着工程とを含む接合型ウェーハの製造方法において、前記塗布膜形成工程の塗布雰囲気を酸素濃度１００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする接合型ウェーハの製造方法により、エピタキシャル層の剥離が生じ難い接合型ウェーハを製造できることを見出し、本発明を完成した。

【0059】

以下、図面を参照して説明する。
以下、本発明の実施形態に係る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について図１～図７を参照しながら説明する。

【0060】

まず図１を参照して塗布膜が形成されるエピタキシャル基板の一例を説明する。
図１に示すようにエピタキシャル基板１は出発基板３及び複数の化合物半導体層２を備える。
出発基板３は化合物半導体層２を支持するとともに成長または堆積の際の下地となる基板であり、例えばＧａＡｓ基板が用いられる。

【0061】

化合物半導体層２は出発基板３上に成長または堆積させたエピタキシャル層である。図１に示すエピタキシャル基板１は化合物半導体層２を出発基板３から分離して、デバイス層としてＬＥＤ構造を形成する基板であるため、化合物半導体層２としてエッチングストップ層５、下部クラッド層７、活性層９、上部クラッド層１１、及びＧａＰ窓層１３が順番に積層された構造を例示している。

【0062】

エピタキシャル基板１は例えば出発基板３としてのＧａＡｓ基板上に出発基板３と同一の材料であるＧａＡｓバッファ層（不図示）をエピタキシャル成長し、その上にＧａＩｎＰなどのエッチングストップ層５を形成し、さらにその上にＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャル機能層として、下部クラッド層７、活性層９、上部クラッド層１１、及びＧａＰ窓層１３を成長させることで製造できる。

【0063】

このように図１では第一導電型のＧａＡｓの出発基板３上に、第一導電型のＧａＡｓバッファ層積層後、ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓのエッチングストップ層５、ＡｌＧａＩｎＰの下部クラッド層７、ＡｌＧａＩｎＰの活性層９、ＡｌＧａＩｎＰの上部クラッド層１１、ＧａＩｎＰ中間層（不図示）、ＧａＰ窓層１３から成る発光機能層を積層したエピタキシャル基板１を作製した場合を例示した。

【0064】

本実施形態においては、図１でクラッド層として下部クラッド層７と上部クラッド層１１を各一層で図示したが、ドーピング水準が一定に限られるものではなく、２段以上のドーピング水準を有していても良いし、傾斜ドーピングを有していてもよく、また、これらを組み合わせたドーピングプロファイルを有していても良い。

【0065】

また、図１ではクラッド層として下部クラッド層７と上部クラッド層１１を各一層で図示したが１種類の組成に限定されるものではなく、２種類以上の組成からなるクラッド層であっても良い。

【0066】

活性層９は単一の組成に限定されるものではなく、バリア層と井戸層を有するいわゆる多重量子井戸構造を有していてもよく、バリア層あるいは／及び井戸層の厚さが量子効果の低い１０ｎｍ以上の厚さを有していても良い。

【0067】

窓層はＧａＰ窓層１３で記載したが、ＧａＰに限定されるものではなく、発光波長に対して透明であればよいため、ＡｌＧａＡｓやＡｌＡｓを選択してもＧａＰと同様の窓層としての効果が得られる。

【0068】

本実施形態においては、エピタキシャル機能層はＡｌＧａＩｎＰ系から成るＬＥＤ構造を例示したが、この構造に限定されるものではなく、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系から成る太陽電池構造、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系から成るＨＢＴ構造、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系からなるＨＥＭＴ構造などが選択可能である。

【0069】

これらの機能層構造は例示であり、出発基板３に略格子整合するのであれば、どのような構造でも選択可能である。また、ここではエッチングストップ層５を挿入する場合を例示したが、基板とエピタキシャル機能層の剥離の選択方法によっては必ずしも必要ではなく、出発基板３とエピタキシャル層を選択的なウェットエッチング処理する場合、エッチングストップ層５ではなくＡｌＡｓなどの犠牲層を挿入しても同様の構造が最終的に得られる。

【0070】

本実施形態においては、出発基板３がＧａＡｓである場合を例示したが、ＧａＡｓに限定されるものではなく、エピタキシャル成長するのであればどのような基板でも選択可能である。例えば、出発基板３（Ｓｉ）上にＧｅなどのバッファ層を成長後、ＧａＡｓ第一バッファ層、ＡｌＡｓなどの犠牲層を形成、その上に第二ＧａＡｓバッファ層をエピタキシャル成長し、その上にエピタキシャル機能層を成長しても良い。このとき、バッファ層としてＧｅ層を積層した場合を示したが、Ｇｅ層が無くても同様の効果が得られる。

【0071】

また、出発基板３の表面の面方位は（００１）面であることが好適である。エピタキシャル機能層はＡｌＧａＩｎＰ系から成るＬＥＤ構造、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系から成る太陽電池構造、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系から成るＨＢＴ構造、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系からなるＨＥＭＴ構造などが選択可能である。

【0072】

この機能層構造は例示であり、出発基板３に略格子整合するのであれば、どのような構造でも選択可能である。また、ここでは犠牲層を挿入する場合を例示したが、基板とエピタキシャル層の剥離の選択方法によっては必ずしも必要ではなく、エピタキシャル成長後の出発基板３全てを化学的にエッチングオフするのであれば、犠牲層を挿入しなくても同様の効果が得られる。

【0073】

あるいは、ＧａＡｓやＳｉを出発基板とせず、ＩｎＰを出発基板３としても良い。この場合、出発基板３（ＩｎＰ）上にＩｎＧａＡｓなどの犠牲層を形成し、その上に出発基板と同一の材料であるＩｎＰバッファ層をエピタキシャル成長し、その上にエピタキシャル機能層を成長する。

【0074】

このエピタキシャル機能層は、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系から成る受光素子構造、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系から成る受光素子（ＰＤ、ＡＰＤ）構造、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系から成る発光素子（ＬＤ、ＬＥＤ）構造、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系から成る受光素子（ＰＤ、ＡＰＤ）構造、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系からなる電界効果トランジスタ構造などが選択可能である。

【0075】

これらの機能層構造は例示であり、出発基板３に略格子整合するのであれば、どのような構造でも選択可能である。また、ここでは犠牲層を挿入する場合を例示したが、基板とエピタキシャル機能層の剥離の選択方法によっては必ずしも必要ではなく、化学的に出発基板３をエッチングオフする場合、犠牲層を挿入せず、犠牲層に代えてＩｎＧａＡｓなどのエッチングストップ層を挿入しても同様の構造が最終的に得られる。

【0076】

なお、図１に示すように、エピタキシャル基板１（ＥＰＷ）のエピタキシャル最上層、ここではＧａＰ窓層１３の表面または表面近傍にはエピタキシャル成長の際に格子不整合あるいは異なるストイキオメトリーに起因して生じた凹状欠陥３３（ピット）が形成されている。

【0077】

ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャル機能層がＬＥＤ構造の場合、凹状欠陥３３（ピット）は角錐状の凹形状となっている。ピットの角錐面は多くの場合、（１１ｘ）面（ｘ＝１～７）を有しており、角錐部の頂部の多くは鋭角である。また、角錐部の深さはエピタキシャル層の総厚を超えることはないため、一辺が２００μｍ以下の長さを有しており、深さも同様に５０μｍ以下である。

【0078】

またＧａＰ窓層１３の表面または表面近傍にはエピタキシャル成長中に成長炉の内壁から落下したパーティクルに起因する一辺が１００μｍ以上の凸状欠陥３１（インクルージョン部）が多数存在する。
以上が、塗布膜１５が形成されるエピタキシャル基板１の一例の説明である。

【0079】

次に、図１及び図２を参照してエピタキシャル基板１上への塗布膜形成方法について説明する。
本発明の塗布膜形成方法では図１に示すエピタキシャル基板１を雰囲気ガスで満たされた環境下でエピタキシャル最上層、ここではＧａＰ窓層１３の表面に樹脂を塗布して、図２に示すように塗布膜１５を形成する。この際に、塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とする。理由は以下の通りである。

【0080】

ＢＣＢなどの熱硬化性樹脂を塗布して、塗布膜１５を形成する場合、塗布時の濡れ性が悪く、５０μｍ程度の深さの凹状欠陥３３であっても、凹状欠陥３３への被覆性の向上は難しい。従って、凹状欠陥３３における塗布膜１５との界面、特に角錐部の頂部には、塗布時の雰囲気ガスが残留しやすい。

【0081】

また、凸状欠陥３１（インクルージョン部）は、元々のパーティクルの大きさもさることながら、その後の異常成長により、１μｍ以上の高さを有する場合が大半である。（エピタキシャル成長終了直前で落下したパーティクルは異常成長の時間が短いため、高さは高くない。）凸状欠陥３１は側面が不定形で表面積が非常に大きく、高さも高い。

【0082】

さらに、塗布膜１５は一般にスピンコートで形成されるが、スピンコートによる塗布法では、回転中心からみて凸状欠陥３１が存在する位置から外周方向への膜厚均一性が非常に悪くなる成膜方法である。凸状欠陥３１の高さが高くなればなるほど、その傾向は顕著である。

【0083】

その上、塗布膜１５はＢＣＢのように塗布時の濡れ性が悪いものがあり、凸状欠陥３１の側面の表面積が大きくなればなるほど、被覆率は悪化する。従って、凸状欠陥３１およびその周辺部の被覆率および塗布膜均一性を向上させることは難しく、凸状欠陥３１の側面と塗布膜１５との界面には、塗布時の雰囲気ガスが残留しやすい。

【0084】

以上の問題を解決するため、ピット（凹状欠陥３３）部あるいはインクルージョン部（凸状欠陥３１）部と塗布膜１５との界面に、塗布処理時の雰囲気ガスが残留しても問題が生じないように、塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とする。

【0085】

塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とした環境下で塗布を行うことで、塗布膜１５と凸状欠陥３１の界面あるいは凹状欠陥３３に残留する気体から酸素を排除することができる。この界面に存在する気体の酸素濃度が１００ｐｐｍ超の場合、特に塗布膜１５がＢＣＢである場合に環状付加反応を阻害し、ＢＣＢが熱硬化することを阻害するが、酸素以外の気体は環状付加反応を阻害しないため、酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とすることで、塗布膜１５の硬化処理を設計通り行うことができる。以上が塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とする理由である。

【0086】

塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下にする具体的な方法は特に限定しないが、例えば以下の方法を例示できる。
まずエピタキシャル基板１を酸素濃度１００ｐｐｍ以下のグローブボックスにロードロックを介して導入する。本実施形態においては、グローブボックスを例示したが、グローブボックスに限定されるものではなく、他の気密性を有する設備であればどのような設備でも選択可能である。

【0087】

例えば、ロードロックからのエピタキシャル基板１の移動を機械的に行い、後述するスピンコーターへの移動を機械的に行って処理することが可能な設備であれば、グローブを有する必要はなく、金属製のチャンバーやデシケータのような気密樹脂容器を用いても良い。ただし、パーティクルが少ない環境であることが好ましく、塗布膜１５の樹脂には有機溶剤が含まれることから全樹脂容器よりは金属部分が主である気密容器であるのが好ましい。

【0088】

酸素濃度を１００ｐｐｍ以下にする方法としてはパージガスの連続フローを例示できる。つまり、塗布膜１５を形成する際にエピタキシャル基板１が収納される密閉容器内をパージガスで置換することにより塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とする方法が挙げられる。

【0089】

このように、樹脂の塗布時の塗布雰囲気を大気から、パージガスに置換して塗布を行うことで、大気中に含まれる酸素を排除できる。

【0090】

パージガスの種類は特に限定しないが、例えばヘリウム、水素、窒素、ネオン、アルゴンのいずれか一種類以上から選択したガスを用いることができる。

【0091】

これにより、パージガスとして、ヘリウム・水素・窒素・ネオン・アルゴンのように酸素を含まないガスを選択するため、塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下の濃度に、容易に維持できる。

【0092】

なお塗布膜１５を形成するプロセス中もパージガスの連続フローを行ってもよいが、連続フローに限定されるものではなく、酸素濃度１００ｐｐｍ以下の環境が得られた後、連続フローを停止し、気密環境下で塗布膜１５を形成するプロセスを実施しても、連続フロー環境下で塗布膜１５を形成した場合と同様に、エピタキシャル層（化合物半導体層２）と塗布膜１５の界面に酸素が存在しない効果が得られる。

【0093】

塗布膜１５を形成する方法も特に限定しないが、例えばグローブボックス内に導入したエピタキシャル基板１を真空吸着し、スピンコート法により熱硬化性樹脂等の塗布膜１５を塗布する方法を例示できる。グローブボックス内は大気圧付近の圧力雰囲気のため、従来型のスピンコーターをそのまま使用することができる。

【0094】

一方で、塗布膜の形成は雰囲気ガスで満たされた環境下で行われる。つまり真空のような雰囲気ガスを除いた環境では行わない。これらは真空中で塗布膜を形成すると、塗布膜中の溶剤が揮発することにより濃度が変化して粘度が変化し膜厚が変化するため、膜厚の再現性・安定性が悪くなるためである。
このような環境を得るために、塗布時の圧力雰囲気は０．１気圧（１０ｋＰａ）以上、大気圧つまり１気圧（１００ｋＰａ）付近であることが望ましい。

【0095】

圧力雰囲気をこの範囲にすることで、塗布する樹脂の粘度を調整している溶剤が揮発し難くなり、粘度が変化することにより塗布設計膜厚が変わるのを防ぐことができる。これにより設計膜厚を変化させないために、低酸素雰囲気の管理と共に環境温度の管理が必要なくなり、製造工程管理がより単純になり、工程能力が向上し、歩留まりも向上する。

【0096】

また、スピンコート処理で塗布膜１５を形成する場合、一般にはエピタキシャル基板１を真空チャックし、エピタキシャル基板１を回転させて樹脂を塗布するが、圧力雰囲気を０．１気圧以上とすることで、相対圧力差を維持でき、エピタキシャル基板１への真空チャック力を維持できる。これにより、回転中のエピタキシャル基板１の保持力も維持できる。そのことにより、エピタキシャル基板１が回転中に破損し難くなる。そのため、０．１気圧以上の圧力環境でスピンコート処理を行うのが好ましい。

【0097】

なお、圧力雰囲気が大気圧より高い分には大きな問題は生じにくいが、加圧雰囲気で処理する必然性は無い。大気の混入を防ぐため、多少の加圧雰囲気で行うことは効果的ではあるものの、圧力雰囲気の上限は例えば３気圧（３００ｋＰａ）程度である。

【0098】

塗布膜１５の厚さは特に限定しないが、熱硬化性樹脂としてＢＣＢを用いる場合、スピンコートしたＢＣＢ塗布膜厚は例えば０．５μｍ程度である。ただし膜厚は０．５μｍに限定されるものではなく、０．０１μｍ以上、３μｍ以下であってもよい。

【0099】

特に、膜厚が１μｍ以下であると、ＬＬＯ用に好適な厚さにできる。また、このような１μｍ以下の膜厚で塗布する場合、被覆率はより悪化する方向に変化するため、塗布膜１５を均一な膜厚にできる本発明の効果が特に高い。

【0100】

塗布膜１５の種類も特に限定しないが、熱硬化性樹脂とすることで、塗布膜１５を硬化させるタイミングを温度で調整することができる。

【0101】

塗布膜１５を熱硬化性樹脂とする場合、ベンゾシクロブテン、エポキシ樹脂、ワックス、シリコーン、アモルファスフッ素樹脂、スピンオンガラス、ポリイミドのいずれか一種類以上から選択される樹脂を用いることができる。
これにより、エピタキシャル基板１に後工程で支持基板を確実に接合することができる。

【0102】

なお、塗布膜１５の形成前に塗布膜１５を塗布する面に接着増強処理材を塗布する、あるいは／及び、図２に示すようにＳｉＯ_２膜１７ａなどの接着増強層を形成しても同様な塗布膜１５が得られる。また、エピタキシャル層（化合物半導体層２）上の凸状欠陥３１を公知のスパイククラッシュ法にて除去した後、塗布膜１５を塗布しても同様な塗布膜１５が得られる。
以上がエピタキシャル基板１上への塗布膜形成方法の手順の説明である。

【0103】

次にエピタキシャル基板１を用いた接合型ウェーハの製造方法の手順について、図１～図７を参照して説明する。

【0104】

まず図１に示すエピタキシャル基板１の表面上に、雰囲気ガスで満たされた環境下で図２に示すように樹脂を塗布して塗布膜１５を形成する（塗布膜形成工程）。具体的な塗布膜形成工程は上記の塗布膜形成方法の手順の説明で述べた通りであり、特に塗布雰囲気を酸素濃度１００ｐｐｍ以下とする必要がある。

【0105】

次に、図３に示すように塗布膜１５を介してエピタキシャル基板１の化合物半導体層２と支持基板である紫外線及び可視光透過性基板１９を接合あるいは接着して接合型ウェーハ４１を作製する（接合・接着工程）。

【0106】

具体的にはＢＣＢ等の塗布膜１５を塗布後、紫外線及び可視光透過性基板１９を塗布膜１５に圧着しつつ熱を印加して硬化させ、エピタキシャル基板１と、被接合ウェーハ（支持基板）である紫外線及び可視光透過性基板１９を接合・接着する。

【0107】

より具体的には塗布膜形成後、Ｐ－ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）法でＳｉＯ_２膜１７ｂを成膜した紫外線及び可視光透過性基板１９と塗布膜１５を対向させ、圧力を減圧して真空中で熱圧着する。紫外線及び可視光透過性基板１９としてサファイアを用いた場合、接合圧力は例えば６０Ｎ／ｃｍ^２であり、塗布膜１５としてＢＣＢを用いた場合、接着（硬化）条件は例えば２５０℃で３０分、減圧雰囲気中で保持して硬化処理を行えばよい。

【0108】

ただし接合圧力は６０Ｎ／ｃｍ^２に限定されない、例えば５Ｎ／ｃｍ^２以上、３００Ｎ／ｃｍ^２以下でも同様の効果が得られる。

【0109】

硬化処理は０．０１ａｔｍの減圧雰囲気で行うことができるが、減圧雰囲気に限定されない。１．０×１０^－２Ｐａ以下の真空雰囲気中で実施してもよく、酸素濃度１００ｐｐｍ以下の雰囲気中で実施しても同様の効果が得られる。

【0110】

なお、接合・接着工程では、塗布膜形成方法の手順の説明で述べた塗布膜１５、具体的にはベンゾシクロブテン、エポキシ樹脂、ワックス、シリコーン、アモルファスフッ素樹脂、スピンオンガラス、ポリイミドのいずれか一つ以上を用いて接合または接着することが好ましい。

【0111】

また、紫外線及び可視光透過性基板１９として、紫外線及び可視光透過性を有する、サファイア、石英、ガラス、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＰのいずれかを用いることができる。
以上がエピタキシャル基板１を用いた接合型ウェーハ４１の製造方法の手順の説明である。

【0112】

次に、接合型ウェーハにデバイス層を形成する手順について、図４～図７を参照して、簡単に説明する。
接合・接着工程後、図４に示すように出発基板３を除去する。図１のようにエッチングストップ層５を設けた構造の場合、エッチングストップ層５も除去する。

【0113】

具体的には出発基板３がＧａＡｓの場合、熱圧着後、アンモニア過水で出発基板３をエッチングオフする。出発基板３の除去後、塩酸水でＩｎＧａＰ等の第一エッチングストップ層を除去する。次いで、硫酸過水でＧａＡｓ第二エッチングストップ層を除去し、発光機能層のみを紫外線及び可視光透過性基板１９上に残留させる。

【0114】

発光機能層のみを紫外線及び可視光透過性基板１９上に残留させた後、フォトリソグラフィ法にてエッチングマスクを形成し、ＩＣＰ等の塩素系ガスを用いたドライエッチング法にて、図５に示すように素子分離領域および電極コンタクト領域のエピタキシャル層を部分的に除去する。

【0115】

その際、エピタキシャル層（ＳｉＯ_２膜１７ａを形成した場合はＳｉＯ_２膜１７ａ）と塗布膜１５との界面に酸素が残留していた場合、熱圧着時に部分的に硬化不良が発生する。この硬化不良部はプラズマにより帯電し、ガスを放出するため、ドライエッチング時に気体が発生し、エピタキシャル層が剥離する。しかし、本技術を用いることで、原理的に塗布膜１５とエピタキシャル層との間に酸素が残留しないため、硬化不良が発生せず、エピタキシャル層の剥離発生を防止することができる。

【0116】

ドライエッチング処理後、図６に示すようにエピタキシャル層にＳｉＯ_２層２１を成膜後、フォトリソグラフィ法と蒸着、リフトオフ法により、図７に示すようにオーミック用電極２３を金属で形成し、熱処理を施すことでオーミックコンタクトを形成する。

【0117】

オーミックコンタクト形成時の温度は３５０～４５０℃程度であり、ＢＣＢのガラス転移点である３５０℃より高い温度の処理を行うことが一般的である。ＢＣＢ硬化処理が不十分な個所がある場合は酸素の介在により硬化不良が発生していることが考えられる。ガラス転移点以上の熱処理環境下で硬化不良部はガスを放出するため、エピタキシャル層剥離が発生する。

【0118】

より具体的には、塗布膜１５を形成する際に塗布雰囲気を１００ｐｐｍ以下にしなかった場合、ピット（凹状欠陥３３）の角錐頂部に酸素が残留したままとなり、塗布膜１５が例えばＢＣＢの場合は環状付加反応が阻害され、ＢＣＢが硬化しない状態で保持される硬化不良部が生じる。

【0119】

インクルージョン部（凸状欠陥３１）も側面に酸素が残留したままだと塗布膜１５が例えばＢＣＢの場合は環状付加反応が阻害され、ＢＣＢが硬化しない状態で保持される硬化不良部が生じる。

【0120】

またオーミックコンタクト形成時のようにデバイス作製時の熱処理温度は一般に３５０℃以上であり、多くの場合、４００℃以上である。また、ＢＣＢの耐熱温度（ガラス転位点）は３５０℃であり、３５０℃以上の温度ではＢＣＢの分解が始まる。

【0121】

そのため、硬化不良部が生じた状態で化合物半導体層２にデバイスを大気中で形成する場合、ピット（凹状欠陥３３）の角錐頂部（ピット底部）のエピタキシャル厚が薄くなっているため、クラックを生じて開口し、大気にＢＣＢが接触する状態になる。これがきっかけとなって、先の熱処理温度（３５０℃以上）に達すると、ＢＣＢ角錐頂部（ピット底部）から大気が侵入し、硬化不良部と爆発的な反応を生じ、エピタキシャル層が剥離する。

【0122】

さらに、硬化不良部が生じた状態で化合物半導体層２にデバイスを大気中で形成する場合、インクルージョン部（凸状欠陥３１）は凸状となっているため、応力によりエピタキシャル層にクラックを生じて開口し、大気にＢＣＢが接触する状態になる。これがきっかけとなって、先の熱処理温度（３５０℃以上）に達すると、インクルージョン部（凸状欠陥３１）周辺の硬化不良部と、クラックから侵入した大気が爆発的な反応を生じ、エピタキシャル層が剥離する。

【0123】

しかし、本発明では塗布膜１５を形成する際に塗布雰囲気を１００ｐｐｍ以下にしており、ピット（凹状欠陥３３）やインクルージョン部（凸状欠陥３１）と隣接する領域のＢＣＢに熱硬化不良が生じることが無く、デバイスプロセスにおける熱処理でエピタキシャル層が剥離することを回避することができる。

【0124】

このように本発明では塗布膜１５とエピタキシャル層（化合物半導体層２）の間に酸素がほとんど存在せず、その結果、硬化不良が発生しないため、オーミックコンタクト形成時のガラス転移点以上の熱処理条件下で熱処理を施しても、エピタキシャル層の剥離が発生することが無い。

【0125】

以上、本発明においては、エピタキシャル層である化合物半導体層２の表面または表面近傍に一辺２００μｍ以下のピット（凹状欠陥３３）または一辺１００μｍ以上の凸状欠陥３１を有するエピタキシャル基板１上に、特に１μｍ以下の膜厚でベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等の塗布膜１５を塗布する際、設計膜厚に対して安定した膜厚を得ることができる共に、塗布膜１５とエピタキシャル層の界面から酸素を排除した状態を得ることもできる。

【0126】

また、本発明の接合型ウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル層の表面または表面近傍に一辺２００μｍ以下のピット（凹状欠陥３３）または一辺１００μｍ以上の凸状欠陥３１を有するエピタキシャル基板１上に、特に１μｍ以下の膜厚でベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等の塗布膜１５を形成し、塗布膜１５を介して紫外線及び可視光透過性基板１９と接合する際、設計膜厚に対して安定した接合後の塗布膜１５の膜厚を得ることができると共に、塗布膜１５とエピタキシャル層の界面から酸素を排除した状態を得ることで、デバイス形成の際にエピタキシャル層が剥離しない安定した接合型ウェーハ４１を製造できる。

【実施例】

【0127】

以下、実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、これは本発明を限定するものではない。

【0128】

エピタキシャル基板１上に塗布膜１５を形成して支持基板と接合することで接合型ウェーハを製造し、さらに出発基板３を除去し、デバイス層を形成し、デバイス層の形成の際の各工程でのエピタキシャル層の剥離個数を評価した。具体的な手順は以下の通りである。

【0129】

（実施例）
図８に工程の順序を示す。

【0130】

まず図１に示すように、第一導電型のＧａＡｓの出発基板３上に、第一導電型のＧａＡｓバッファ層積層後、Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ第一エッチングストップ層を０．３μｍ、ＧａＡｓ第二エッチングストップ層を各０．３μｍ、（Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘ）_ｙＩｎ_１－ｙＰ（０＜ｘ≦１、０．４≦ｙ≦０．６）下部クラッド層７を１μｍ、（Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘ）_ｙＩｎ_１－ｙＰ（０≦ｘ＜０．６、０．４≦ｙ≦０．６）活性層９を０．６μｍ、（Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘ）_ｙＩｎ_１－ｙＰ（０＜ｘ≦１、０．４≦ｙ≦０．６）上部クラッド層１１を０．６μｍ、Ｇａ_ｙＩｎ_１－ｙＰ（０．５≦ｙ≦１）中間層（不図示）を０．０５μｍ、ＧａＰ窓層１３を８μｍ成膜した発光機能層を積層したエピタキシャル基板１（ＥＰＷ）を作製した（図８のＳ１）。

【0131】

出発基板３から下部クラッド層７までの導電型は、実施例ではＮ型で、上部クラッド層１１からＧａＰ窓層１３まではＰ型とした。下部クラッド層７の平均ドーピング濃度は５．０×１０^１７／ｃｍ^３、上部クラッド層１１の平均ドーピング濃度は１．０×１０^１７／ｃｍ^３とした。活性層９を除くクラッド層以外の層の平均ドーピング濃度は０．８～３．０×１０^１８／ｃｍ^３とした。

【0132】

エピタキシャル基板１の作製後、Ｐ－ＣＶＤ法にて厚さ０．０２μｍのＳｉＯ_２膜１７ａをエピタキシャル基板１上に成膜した（図８のＳ２）。Ｐ－ＣＶＤ成膜ではＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）と酸素を原料として用いた。

【0133】

次に、ＳｉＯ_２膜１７ａを成膜したエピタキシャル基板１を、ロードロックを介して酸素濃度１００ｐｐｍ以下に保たれたグローブボックス内に導入した（図８のＳ３）。グローブボックス内を酸素濃度１００ｐｐｍ以下にするため、パージガスとして窒素を連続フローで導入し、８時間以上パージした。酸素濃度が１００ｐｐｍ以下であることは酸素濃度計で計測し、プロセス中に連続的に計測した。

【0134】

次に１気圧程度に保持されたグローブボックス内に設置したスピンコーター上にエピタキシャル基板１を移動し、回転式のステージに真空吸着し、エピタキシャル基板１を回転させながら熱硬化性樹脂としてＢＣＢを滴下し、ＢＣＢの塗布膜１５をスピンコートした（図８のＳ４）。回転速度は５，０００ｒｐｍ、滴下したＢＣＢ液量は０．５ｍｌとした。スピンコートしたＢＣＢの厚さは０．５μｍであった。

【0135】

ＢＣＢの塗布膜１５をスピンコート後、グローブボックス内に設けたホットプレート上にエピタキシャル基板１を移動し、溶剤揮発処理（溶剤飛ばし処理）を行った（図８のＳ５）。揮発処理の温度は８０℃とした。この状態が図２に示す状態である。

【0136】

揮発処理後、ロードロックを介してエピタキシャル基板１をグローブボックス内から取り出した（図８のＳ６）。一方、支持基板として、サファイアウェーハを用意して（図８のＳ７）、Ｐ－ＣＶＤ法にてＳｉＯ_２膜１７ｂ（厚さ０．０２μｍ）を成膜した（図８のＳ８）。この支持基板とエピタキシャル基板１を対向させて重ね合わせ（図８のＳ９）、真空チャンバー内に導入して（図８のＳ１０）熱圧着し（図８のＳ１１）、図３に示すようにエピタキシャル層（化合物半導体層２）と支持基板（紫外線及び可視光透過性基板１９）を接合した。

【0137】

接合圧力は６０Ｎ／ｃｍ^２とし、ＢＣＢの接着（硬化）条件は２５０℃で３０分の保持とし、０．０１ａｔｍの減圧雰囲気中で硬化処理を行った。

【0138】

支持基板と接合後、アンモニア過水で出発基板３をエッチングオフし、出発基板３を除去した（図８のＳ１２）。その後、塩酸水でＩｎＧａＰエッチングストップ層を除去し、次いで、硫酸過水でＧａＡｓエッチングストップ層を除去し、図４に示すように発光機能層のみを支持基板上に残留させたデバイス作製用のエピタキシャル接合基板を作製した。

【0139】

エピタキシャル接合基板作製後、ハードマスク用ＳｉＯ_２膜をＰ－ＣＶＤ法にて１．２μｍの厚さで成膜し、フォトリソグラフィ法にてレジストパターンを形成した。レジストパターンの開口部をフッ酸系溶液でエッチングしてパターン化しレジストを剥離した。

【0140】

レジストの剥離後、エピタキシャル接合基板をＩＣＰ装置に導入し、塩素系プラズマにてドライエッチング処理し、開口部のエピタキシャル層を除去し、素子分離加工した（図８のＳ１３）。本実施例では塩素系ガスとして塩素を用い、基板温度は３０℃にて処理を行った。同様の処理を繰り返して下部クラッド層７と活性層９、上部クラッド層１１を除去し、図５に示すように上部クラッド層１１を露出させた。

【0141】

次にＳｉＯ_２層２１をＰ－ＣＶＤ法にて０．５μｍ厚で成膜し、フォトリソグラフィ法にてレジストパターンを形成した。レジストパターンの開口部をフッ酸系溶液でエッチングして図６に示すようにパターン化してレジストを剥離した（図８のＳ１４）。

【0142】

さらに、フォトリソグラフィ法にてレジストパターンを形成し、開口部に金属を蒸着し、リフトオフ法にてパターンニングした（図８のＳ１５）。
図７に示すように金属パターンを形成後、窒素雰囲気中ＲＴＡ処理（４００℃で５分）を行い、金属パターン部と半導体層との間にオーミック接触を形成する処理（オーミック処理）を行った（図８のＳ１６）。以上の工程でデバイス構造が形成された。

【0143】

（比較例）
ＢＣＢのスピンコートを酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の雰囲気ではなく、大気中で実施したこと以外は実施例と同じ条件でエピタキシャル基板１上へ塗布膜１５を形成して支持基板と接合することで接合型ウェーハを製造し、さらに出発基板３を除去してデバイス構造を形成した。

【0144】

［エピタキシャル層剥離個数評価］
図９に、実施例における窒素中（酸素濃度１００ｐｐｍ以下）にてＢＣＢをスピンコートして接合した実施例における、デバイス形成の際の基板除去（図８のＳ１２）、ＩＣＰ加工（図８のＳ１３）、ＳｉＯ_２成膜（図８のＳ１４）、電極蒸着（図８のＳ１５）、オーミック処理（図８のＳ１６）の各工程で発生したエピタキシャル層剥離の個数と、大気中でＢＣＢをスピンコートした比較例の各工程で発生したエピタキシャル層剥離の個数との比較を示す。

【0145】

図９に示すように比較例では基板除去後のＩＣＰ加工およびＳｉＯ_２成膜、オーミック処理などプラズマ雰囲気または加熱処理を行う工程毎にエピタキシャル層剥離が発生（増加）したが、実施例においてはエピタキシャル層剥離が発生せず、かつ、増加もしなかった。

【0146】

本明細書は、以下の態様を包含する。
［１］：出発基板上に複数の化合物半導体層を成長または堆積させたエピタキシャル基板であって、前記化合物半導体層の表面または表面近傍に形成された一辺が１００μｍ以上の凸状欠陥または一辺が２００μｍ以下の凹状欠陥を有するエピタキシャル基板の表面上に、雰囲気ガスで満たされた環境下で樹脂を塗布して塗布膜を形成する際に、
塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とすることを特徴とするエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。
［２］：前記塗布膜の厚さを１μｍ以下とすることを特徴とする上記［１］のエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。
［３］：前記塗布膜を形成する際に前記エピタキシャル基板が収納される密閉容器内をパージガスで置換することにより前記塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする上記［１］または上記［２］のエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。
［４］：前記パージガスとして、ヘリウム、水素、窒素、ネオン、アルゴンのいずれか一種類以上から選択したガスを用いることを特徴とする上記［３］のエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。
［５］：前記塗布雰囲気を、１０ｋＰａ以上の圧力雰囲気とすることを特徴とする上記［１］から上記［４］のいずれかのエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。
［６］：前記塗布膜を、熱硬化性樹脂とすることを特徴とする上記［１］から上記［５］のいずれかのエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。
［７］：前記熱硬化性樹脂として、ベンゾシクロブテン、エポキシ樹脂、ワックス、シリコーン、アモルファスフッ素樹脂、スピンオンガラス、ポリイミドのいずれか一種類以上から選択される樹脂を用いることを特徴とする上記［６］のエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。
［８］：前記凹状欠陥はエピタキシャル成長で生じるピットであり、前記凸状欠陥はエピタキシャル成長中に前記化合物半導体層に落下したパーティクルによって生じた欠陥であることを特徴とする上記［１］から上記［７］のいずれかのエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法。
［９］：出発基板上に複数の化合物半導体層を成長または堆積させたエピタキシャル基板であって、前記化合物半導体層の表面または表面近傍に形成された一辺が１００μｍ以上の凸状欠陥または一辺が２００μｍ以下の凹状欠陥を有するエピタキシャル基板の表面上に、雰囲気ガスで満たされた環境下で樹脂を塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成工程と、前記塗布膜を介して前記化合物半導体層と紫外線及び可視光透過性基板を接合あるいは接着して接合型ウェーハを作製する接合・接着工程とを含む接合型ウェーハの製造方法において、
前記塗布膜形成工程の塗布雰囲気を酸素濃度１００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする接合型ウェーハの製造方法。
［１０］：前記接合・接着工程において、ベンゾシクロブテン、エポキシ樹脂、ワックス、シリコーン、アモルファスフッ素樹脂、スピンオンガラス、ポリイミドのいずれか一つ以上を用いて接合または接着することを特徴とする上記［９］の接合型ウェーハの製造方法。
［１１］：前記紫外線及び可視光透過性基板として、紫外線及び可視光透過性を有する、サファイア、石英、ガラス、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＰのいずれかを用いることを特徴とする上記［９］または上記［１０］の接合型ウェーハの製造方法。

【0147】

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。

【符号の説明】

【0148】

１…エピタキシャル基板、 ２…化合物半導体層、 ３…出発基板、 ５…エッチングストップ層、 ７…下部クラッド層、 ９…活性層、 １１…上部クラッド層、 １３…ＧａＰ窓層、 １５…塗布膜、 １７ａ…ＳｉＯ_２膜、 １７ｂ…ＳｉＯ_２膜、 １９…可視光透過性基板、 ２１…ＳｉＯ_２層、 ２３…オーミック用電極、 ３１…凸状欠陥、 ３３…凹状欠陥、 ４１…接合型ウェーハ。

【要約】

【課題】
表面に凸状欠陥または凹状欠陥が存在する化合物半導体に紫外線及び可視光透過性基板を接合するための塗布膜を形成する際に、塗布膜を均一な膜厚にでき、かつ塗布膜の硬化不良を抑制できるエピタキシャル基板上への塗布膜形成方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
出発基板３上に複数の化合物半導体層２を成長または堆積させたエピタキシャル基板１であって、化合物半導体層２の表面または表面近傍に形成された一辺が１００μｍ以上の凸状欠陥３１または一辺が２００μｍ以下の凹状欠陥３３を有するエピタキシャル基板１の表面上に、雰囲気ガスで満たされた環境下で樹脂を塗布して塗布膜１５を形成する際に、塗布雰囲気の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とすることを特徴とするエピタキシャル基板１上への塗布膜形成方法。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】