【手続補正書】
【提出日】令和2年12月18日(2020.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、前記第１基板上に設けられ表面に第１凹部を含む半導体層と、前記半導体層の表面のうち前記第１凹部を除く表面の上方に少なくとも設けられた第１金属層と、を備えており、表面に第２凹部を前記第１凹部の直上を含む領域に有する第１部材を準備する工程と、
第２基板と、前記第２基板上に設けられた第２金属層と、前記第２金属層上に設けられた第３金属層と、前記第３金属層上に設けられた第４金属層と、を備えた第２部材を準備する工程と、
前記第１金属層と前記第４金属層とを対向させ加熱し、前記第１金属層及び前記第４金属層と前記第２金属層とを相互拡散させ合金化することにより、第１部材と第２部材とを接合する工程と、を含み、
前記第３金属層は、前記第２金属層と前記第４金属層との相互拡散を抑制する層である、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２金属層に対する前記第３金属層を構成する金属の拡散係数が、前記第２金属層に対する前記第４金属層を構成する金属の拡散係数より小さい、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第４金属層に対する前記第３金属層を構成する金属の拡散係数が、前記第４金属層に対する前記第２金属層を構成する金属の拡散係数より小さい、請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２金属層の表面の一部に前記第３金属層が設けられ、
前記第４金属層は、前記第２金属層上及び前記第３金属層上に亘って設けられる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２金属層の表面の一部に設けられた前記第３金属層は、上面視において、前記第１金属層と前記第４金属層とを対向させて接触させたときに前記第２凹部が設けられた位置に設けられる、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第３金属層の厚さは、前記第１、第２及び第４金属層の厚さより薄いことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第３金属層はＴｉ、Ｃｒ若しくはＡｌを含む、請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１金属層の融点及び前記第４金属層の融点は、前記第２金属層の融点よりも低く、かつ、前記接合する工程において前記第１金属層および前記第４金属層と前記第２金属層とが合金化した部分の融点は、前記第１金属層の融点及び前記第４金属層の融点よりも高い、請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
第１基板と、前記第１基板上に設けられ表面に第１凹部を含む半導体層と、前記半導体層上に設けられた第５金属層と、前記第５金属層上に設けられた第６金属層と、前記第６金属層の表面のうち前記第１凹部を除く表面の上方に少なくとも設けられた第１金属層と、を備えており、表面に第２凹部を前記第１凹部の直上を含む領域に有する第１部材を準備する工程と、
第２基板と、前記第２基板上に設けられた第４金属層と、を備えた第２部材を準備する工程と、
前記第１金属層と前記第４金属層とを対向させ加熱し、前記第１金属層および前記第４金属層と前記第５金属層とを相互拡散させ合金化することにより、第１部材と第２部材とを接合する工程と、を含み、
前記第６金属層は、前記第５金属層と前記第１金属層および前記第４金属層との相互拡散を抑制する層である、半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１部材は、前記半導体層上に設けられた第５金属層と、前記第５金属層の上方であって前記第１金属層と前記第５金属層との間に設けられ、前記第５金属層と前記第１金属層および前記第４金属層との相互拡散を抑制する第６金属層と、をさらに備え、
前記接合する工程において、前記第１金属層および前記第４金属層と、前記第５金属層とを相互拡散させ合金化する請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第５金属層に対する前記第６金属層を構成する金属の拡散係数が、前記第５金属層に対する前記第１金属層を構成する金属の拡散係数より小さい、請求項９又は１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１金属層に対する前記第６金属層を構成する金属の拡散係数が、前記第１金属層に対する前記第５金属層を構成する金属の拡散係数より小さい、請求項９〜１１のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第５金属層の表面の一部に前記第６金属層が設けられ、
前記第１金属層は、前記第５金属層上及び前記第６金属層上に亘って設けられる、請求項９〜１２のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第５金属層の表面の一部に設けられた前記第６金属層は、上面視において、前記第１金属層と前記第４金属層とを対向させて接触させたときに前記第２凹部が設けられた位置に設けられる、請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第６金属層の厚さは、前記第１、第５及び第４金属層の厚さより薄いことを特徴とする、請求項９〜１４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第６金属層はＴｉ、Ｃｒ若しくはＡｌを含む、請求項９〜１５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第１金属層の融点及び前記第４金属層の融点は、前記第５金属層の融点よりも低く、かつ、
前記接合する工程において前記第１金属層および前記第４金属層と前記第５金属層とが合金化した部分の融点は、前記第１金属層の融点及び前記第４金属層の融点よりも高い、請求項９〜１６のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記接合する工程において、前記第１部材と前記第２部材とを押圧し、前記第１金属層と前記第４金属層とを接合する、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記接合する工程において、２６０℃〜３００℃の温度で加熱を行う、請求項１〜１８のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明者は、金属からなる複数の層が合金化された合金層を用いて、表面に凹部を有する半導体素子を支持基板に転写する場合に、凹部内に空洞が残らないように接合する検討を行った。
その結果、半導体素子と支持基板とを接合する際の合金化の過程で、金属の流動性が抑制され、凹部内に空洞が残るとの知見を得た。
すなわち、金属からなる複数の層が合金化された合金層を用いて半導体素子を支持基板に接合する場合には、半導体素子側の最表面に形成する金属層と、支持基板側の最表面に形成する金属層に加えて、支持基板側又は半導体素子側の最表面の金属層の下に、合金化させるための金属層が必要になる。しかしながら、このようにした場合、接合の過程で、支持基板側又は半導体素子側の最表面に形成された金属層が、合金化させるための金属層と合金化することにより流動性が悪くなり、凹部内に空洞が残ってしまうとの知見を得た。
本開示に係る製造方法は、以上の知見に基づき完成されたものであり、支持基板側又は半導体素子側の最表面の金属層と、その下に形成された合金化のための金属層との間に、合金化を抑制する層を形成することにより、半導体素子と支持基板との接合の初期段階においては最表面の金属層の流動性の悪化を抑え、凹部内に空洞が残ることを抑制したものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
その後、図４に示すように、第１保護膜５１、第１配線４１、第２配線４２、第２保護膜５２、第１電極３３を順次形成する。第２保護膜５２及び第１電極３３以外の、第１保護膜５１、第１配線４１、第２配線４２は、第１凹部１８Ｄの上方を除いた領域に形成する。このため、図４に図示するように、半導体素子構造２の上面（第１電極３３の表面３３ａ）には、第１凹部１８Ｄの直上を含む領域に、第１凹部１８Ｄより深い凹部（半導体装置１の第３凹部３３Ｄに相当）が形成される。なお、第１凹部１８Ｄの深さは、第１凹部１８Ｄの底面に露出した第１導電型半導体層１８１と、第２導電型半導体層１８３の上面との高低差である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
ここで、第２金属層２２と第４金属層２４は、接触した状態で加熱することにより相互拡散して合金化する材料から形成される。好ましくは、第４金属層２４は第１金属層１１と同じ金属材料により形成し、第２金属層２２は第５金属層１５と同じ金属材料により形成する。また、第３金属層２３は、第２金属層２２と第４金属層２４との相互拡散を抑制する層であり、第２金属層２２と第４金属層２４との合金化を加熱後の一定時間遅らせるための層である。なお、最終的には、第２金属層２２と第４金属層２４とを合金化させる必要があるため、第３金属層２３は、それらの合金化を一定時間遅らせた後は、合金化を阻害しないよう、その材料及び膜厚は、半導体素子構造２の表面に形成される凹部の大きさ及び深さ等を考慮して適宜選択、または設定される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
＜第１〜第６の金属層の好ましい材料及び形態＞
以上説明したように、第１〜第６の金属層が、接合工程において発揮する機能は異なっている。以下、第１〜第６の金属層の各機能を考慮したときの各層の好ましい材料及び形態について説明する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
なお、第１部材１０と第２部材２０とを接合する工程の後において、半導体層１８の一部を除去する除去工程は、図１０に示すように、半導体層１８の一部Ｒ３を除去して第１保護膜５１を露出させ、さらに、第１保護膜５１の一部Ｒ４を除去して第１配線４１を露出させる。この半導体層１８の一部Ｒ３および第１保護膜５１の一部Ｒ４の除去は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等で行うことができる。なお、第１保護膜５１のエッチングは、第１配線４１が第１保護膜から露出した時点で止まるため、第１配線４１は、エッチングストップ層としても機能する。
また、半導体装置１が半導体発光装置の場合には、第１部材１０と第２部材２０とを接合する工程の後において、半導体層１８の下面１８ｂを粗面化する工程を含んでいてもよい。この半導体層１８の下面１８ｂの粗面化は、ウェットエッチング等で行うことができる。さらに、半導体層１８の表面全体および第１保護膜５１の露出面に、透光性の保護膜５３を形成してもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
図１１（ｂ）に示す層構成の場合、第３金属層２３の厚さは、第１金属層１１、第２金属層２２、第４金属層２４の各々の厚さより薄いことが好ましい。
また、第１金属層１１の融点及び第４金属層２４の融点は、第２金属層２２の融点よりも低く、かつ、第１金属層１１、第４金属層２４および第２金属層２２が合金化した後の合金接合層の融点は、第１金属層１１の融点及び第４金属層２４の融点よりも高いことが好ましい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
図１１（ｃ）に示す層構成の場合、第６金属層１６の厚さは、第１金属層１１、第５金属層１５、第４金属層２４の各々の厚さより薄いのが好ましい。
また、第１金属層１１の融点及び第４金属層２４の融点は、第５金属層１５の融点よりも低く、かつ、第１金属層１１、第４金属層２４および第５金属層１５が合金化した後の合金接合層の融点は、第１金属層１１の融点及び第４金属層２４の融点よりも高いのが好ましい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
なお、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）において、左側に延びる破線は、第１部材１０と第２部材２０との境界を示す。境界（破線）より上側（上向きの矢印で示している）に存在する１つまたは複数の金属層は、第２部材２０に含まれる金属層であることを意味する。境界（破線）より下側（下向きの矢印で示している）に存在する１つまたは複数の金属層は、第１部材１０に含まれる金属層であることを意味する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
以上の実施形態１及び実施形態２の製造方法は、以下の成長基板１９の除去工程を含んでいてもよい。
成長基板１９の除去工程は、例えば、接合工程後に、図９に示すように、半導体層１８の下面１８ｂから、成長基板１９を除去する。この除去工程では、例えば、レーザーリフトオフ法によって、成長基板１９側からレーザ光を照射して、成長基板１９の上面１９ａと半導体層１８の下面１８ｂとの界面を分解することにより、成長基板１９を剥離する。