(57)【要約】【課題】窒化物半導体層あるいは窒化物半導体素子の基板の転写において、その接着手法に制限されず容易に転写が行える手法を提供する。【解決手段】窒化物半導体装置の製造方法であって、基板上に作製された窒化物半導体層構造あるいは窒化物半導体素子の前記基板が接している面とは対向する面に表面保護層を塗布する工程と、表面保護層上に固定具を固定する工程と、窒化物半導体層構造あるいは窒化物半導体素子を基板から剥離する工程と、剥離した窒化物半導体層構造あるいは窒化物半導体素子の基板を剥離した面に別の基板を接合する工程と、表面保護層を、表面保護層のみが溶解し、基板と、窒化物半導体層構造あるいは窒化物半導体素子とはエッチングされない選択的表面保護層除去液を用いて、除去する工程とを含むことを特徴とする。【選択図】図１
2014239179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に作製された窒化物半導体層構造あるいは窒化物半導体素子の前記基板が接している面とは対向する面に表面保護層を塗布する工程と、
前記表面保護層上に固定具を固定する工程と、
前記窒化物半導体層構造あるいは窒化物半導体素子を前記基板から剥離する工程と、
前記剥離した窒化物半導体層構造あるいは窒化物半導体素子の前記基板を剥離した面に別の基板を接合する工程と、
前記表面保護層を、前記表面保護層のみが溶解し、前記基板と、前記窒化物半導体層構造あるいは窒化物半導体素子とはエッチングされない選択的表面保護層除去液を用いて、除去する工程と
を含むことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記基板と前記窒化物半導体層構造あるいは窒化物半導体素子との間に、層状BN層を挿入し、前記窒化物半導体層構造あるいは窒化物半導体素子を前記基板から剥離する工程は、力学的剥離によって行うことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記表面保護層にポリメチルグルタルイミド、前記選択的表面保護層除去液に有機溶剤を用いることを特徴とする請求項１または２記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記表面保護層にAu、前記選択的表面保護層除去液にヨウ化カリウムを含む溶液を用いることを特徴とする請求項１または２記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記表面保護層にシリカ、前記選択的表面保護層除去液にフッ酸を含む溶液を用いることを特徴とする請求項１または２記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体材料は０．８―６．２ｅＶと幅広いバンドギャップを有することが予測されている。そのため、赤外から深紫外までの幅広い波長域での発光デバイスおよび受光デバイス等への応用が可能である。加えて、窒化物半導体は、高い絶縁破壊電圧、高い飽和電子速度を有しているため高耐圧・高出力の電子デバイスとしての応用が可能である。以上のように、窒化物半導体の幅広いバンドギャップを活用することで、さまざまな分野での応用が期待できる。
【０００３】
窒化物半導体素子は、異種材料の基板上に結晶成長することが多い。例えば、サファイア、炭化ケイ素、シリコン等が基板として用いられる。これらの基板により、窒化物半導体素子の特性が制限される場合がある。
【０００４】
例えば、サファイア基板は、熱伝導率が窒化物半導体に比べ低いため、サファイア基板上に作製した電子デバイスは、発熱により出力特性が劣化する。シリコン基板は、半絶縁性でないため電子デバイスの高周波特性を得ることが困難である。
【０００５】
また、サファイア基板は半絶縁性であるため、ダイオードや縦型トランジスタの作製の際、基板の裏面から電極を形成し導通することができない。炭化ケイ素やシリコンは、導電性基板が存在するが核形成層として半絶縁のAlN層を形成する必要があるため、同様に基板の裏面から電極を形成し導通することが困難である。
【０００６】
上記のような基板による窒化物半導体素子の特性の制限を解消する手段の一つとして、他の望ましい基板に転写する技術がある。熱伝導率が高い基板、あるいは金属等目的に応じて適した基板へ転写することで窒化物半導体素子の特性向上が期待できる。
【０００７】
近年、層状物質である窒化ホウ素を基板と窒化物半導体層の間に挿入することで、容易に窒化物半導体層を剥離する技術が提案されている。（非特許文献１）その他にも、基板のエッチング、レーザーアブレーション等の剥離技術が存在する。これらの、基板剥離技術を用いることで、他基板への転写が容易となりつつある。
【０００８】
窒化物半導体素子あるいは窒化物半導体層の基板の転写のためには、成長基板と接している面とは反対側の表面に基板を貼り合わせた後に成長基板を剥離する場合と、成長基板を剥離後に剥離した面に新たな基板を張り合わせる場合がある。成長された窒化物半導体層はたかだか数μｍ程度しかないため、成長基板から剥離した後に自立してその形態を維持することができない。よって、後者の手法では、成長基板の剥離前に成長基板と接している面とは反対側の表面側を固定具により固定する工程が必要となる。また、固定具への固定のために、粘着テープあるいは接着剤を用いることが必要である。
【０００９】
新たな基板への接着には、ウェハーボンディング、接着剤、粘着テープ等さまざまな手法が考えられうるが、作製する目的に応じて自由に接着手法を選択できることが望ましい。しかしながら、前記の表面側を固定した固定具を取り除くためには、少なくとも新たな基板と窒化物半導体層あるいは素子の間の接着力が、固定具と窒化物半導体層あるいは素子の間の接着力より強くなければならない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Y. Kobayashi et al. Nature 484 223 (2012)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、窒化物半導体層あるいは窒化物半導体素子の基板の転写において、その接着手法に制限されず容易に転写が行える手法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、第１の発明に係る窒化物半導体装置の製造方法は基板上に作製された窒化物半導体層構造あるいは窒化物半導体素子の前記基板が接している面とは対向する面に表面保護層を塗布する工程と、表面保護層上に固定具を固定する工程と、窒化物半導体層構造あるいは窒化物半導体素子を基板から剥離する工程と、剥離した窒化物半導体層構造あるいは窒化物半導体素子の基板を剥離した面に別の基板を接合する工程と、表面保護層を、表面保護層のみが溶解し、基板と、窒化物半導体層構造あるいは窒化物半導体素子とはエッチングされない選択的表面保護層除去液を用いて、除去する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明を用いることで、窒化物半導体層あるいは窒化物半導体素子の基板の転写をより容易に行うことが可能となる。また、窒化物半導体層あるいは窒化物半導体素子と新たな基板との接着手法の制限が除かれるため、転写する基板の材料や接着手法を任意に選択することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１にかかる窒化物半導体装置の製造方法を示す模式図であり、図１（ａ）は素子の作製、（ｂ）は表面保護膜の塗布、（ｃ）は固定具への固定、（ｄ）は成長基板の剥離、（ｅ）は転写基板の接着、（ｆ）は表面保護層の選択的溶解による固定具からの取り外しをそれぞれ示す図である。
【図２】本発明の実施例２にかかる窒化物半導体装置の製造方法を示す模式図であり、図１（ａ）は窒化物半導体層の表面保護層の塗布と固定具への固定、（ｂ）は成長基板の剥離、（ｃ）は転写基板の接着、（ｄ）は表面保護層の選択的溶解による固定具からの取り外し、（ｅ）は素子の作製をそれぞれ示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［実施例１］
本実施例において、以下の工程により窒化物半導体素子を作製した。図１に以下の工程を示す。
（１）素子の作製（図１（ａ））
成長基板１上へAlGaN/GaNヘテロ構造２を成長し、その上にドライエッチングプロセスによりメサを形成し、フォトリソグラフィとリフトオフによりゲート３、ソース４、ドレイン電極５を形成する工程を経て窒化物半導体電界効果トランジスタを作製した。なお、図示していないが、成長基板１とAlGaN/GaNヘテロ構造２の間に、成長基板１上に層状BN層を、層状BN層上にAlN核形成層を挿入している。
（２）表面保護層の塗布（図１（ｂ））
作製した素子表面に、表面保護層としてポリメチルグルタルイミド(PMGI)６をスピンコータにより塗布したのち、180℃でベークし固化させた。
（３）固定具への固定（図１（ｃ））
硝子板を固定具８として用い、接着剤としてエレクトロンワックス７により窒化物半導体素子を固定した。
（４）成長基板の剥離（図１（ｄ））
力学的な力を加え、成長基板を窒化物半導体層から剥離した。
（５）転写基板への接着（図１（ｅ））
多結晶AlN基板を転写基板９として用い、セラマボンドを接着剤１０として、窒化物半導体素子に接着した。
（６）表面保護層の選択的エッチングによる固定具からの取り外し（図１（ｆ））
有機溶剤EBR-PGに浸け、PMGIをエッチングさせることにより転写した窒化物半導体素子の表面から固定具８および接着剤７を取り除いた。
【００１６】
なお、窒化物半導体電界効果トランジスタ以外の発光ダイオード等、他の素子の作製において本発明を適用しても本発明の効果に何ら影響はない。また、層構造もAlGaN/GaNヘテロ構造以外の構造に対して本発明を適用しても本発明の効果に何ら影響はない。成長基板の剥離のため、成長基板と窒化物半導体素子あるいは窒化物半導体層との間に層状BN層が挿入されているが、他の剥離技術を用いるのであれば、BN層の挿入は本発明にとって必須ではない。
【００１７】
表面保護層として、PMGIを用い、選択的表面保護層除去液としてEBR-PGを用いたが、窒化物半導体層、電極、転写基板、半導体層と転写基板の接着剤がエッチングせず、表面保護層をエッチングする選択制を有する表面保護層とエッチング液の組み合わせを用いるのであれば、本発明の効果に何ら影響はない。
【００１８】
成長基板を窒化物半導体層から剥離する際、BN層の挿入による力学的剥離以外にも、レーザーアブレーションや基板のエッチング等の他の基板剥離技術を用いても、本発明の効果に何ら影響はない。
【００１９】
転写基板材料および接着剤も、多結晶AlN基板とセラマボンド以外でも、上記工程（６）の選択的表面保護層除去液にエッチングしない基板及び接着剤とエッチング液の組み合わせを用いるのであれば、本発明の効果に何ら影響はない。
【００２０】
その他の例として、窒化物半導体素子などのデバイス裏面と転写基板との間に放熱性の良い絶縁膜をＣＶＤ等により堆積してもよい。例えば、デバイス裏面にダイヤモンドを堆積した後に、堆積したダイヤモンド表面を転写基板と接着することでよりデバイスの放熱性および高周波特性を改善することが期待できる。
【００２１】
固定具および接着剤も窒化物半導体素子を固定する機能を有しているのであれば、他材質を用いても本発明の効果に何ら影響はない。
【００２２】
［実施例２］
本実施例において、以下の工程により窒化物半導体素子を作製した。図２に以下の工程を示す。
（１）窒化物半導体層の表面保護層の塗布と固定具への固定（図２（ａ））
硝子板を固定具１１として用い、窒化物半導体層１２の片面と硝子板１１の片面のそれぞれにAuを真空蒸着により堆積した後に、窒化物半導体層１２上と固定具１１上のAu同士を熱圧着により表面保護層としてAu層１３とし、窒化物半導体層１２を硝子板１１に固定した。なお、窒化物半導体層は、AlGaN/GaNヘテロ構造で構成さている。また、図示されていないが、成長基板１４とAlGaN/GaNヘテロ構造の間に、成長基板１上に層状BN層を、層状BN層上にAlN核形成層を挿入している。
（２）成長基板の剥離（図２（ｂ））
力学的な力を加え、成長基板１４を窒化物半導体層１２から剥離した。
（３）転写基板の接着（図２（ｃ））
多結晶AlN基板を転写基板１５として用い、セラマボンドを接着剤１６として、窒化物半導体素子に接着した。
（４）表面保護層の選択的エッチングによる固定具からの取り外し（図２（ｄ））
ヨウ化カリウムとヨウ素の水溶液に浸けて、Auをエッチングすることにより固定具１１から窒化物半導体素子の取り外しを行った。
（５）素子の作製（図２（ｅ））
ライエッチングプロセスによりメサを形成し、フォトリソグラフィとリフトオフによりゲート１７、ソース１８、ドレイン電極１９を形成する工程を経て窒化物半導体電界効果トランジスタを作製した。
【００２３】
なお、窒化物半導体層１２上と固定具１１上のそれぞれのAu同士を熱圧着により固定することで窒化物半導体層１２を固定具１１へ固定したが、熱圧着の代わりに接着剤等を用いたとしても、本発明の効果に何ら影響はない。
【００２４】
本実施例において、固定具１１、表面保護層１３、選択的表面保護層除去液は窒化物半導体素子を固定するような組み合わせで選択されており、選択的表面保護層除去液が窒化物半導体層をエッチングしないような組み合わせであれば、固定具、表面保護層、選択的表面保護層除去液として他材質を用いても本発明の効果に何ら影響はない。例えば、表面保護層としてシリカ膜を、固定具としてシリコン板を用い、ウェハーボンディングにより窒化物半導体層を固定具に固定し、基板転写後にフッ酸系溶液でシリカを除去するという手法もある。
【００２５】
成長基板を窒化物半導体層から剥離する際、BN層の挿入による力学的剥離以外にも、レーザーアブレーションや基板のエッチング等の他の基板剥離技術を用いても、本発明の効果に何ら影響はない。
【００２６】
転写基板材料および接着剤も、多結晶AlN基板とセラマボンド以外でも、工程６のエッチング液にエッチングしない基板及び接着剤とエッチング液の組み合わせを用いるのであれば、本発明の効果に何ら影響はない。
【００２７】
窒化物半導体電界効果トランジスタ以外の発光ダイオード等、他の素子の作製において本発明を適用しても本発明の効果に何ら影響はない。また、層構造もAlGaN/GaNヘテロ構造以外の構造に対して本発明を適用しても本発明の効果に何ら影響はない。成長基板の剥離のため、成長基板と窒化物半導体素子あるいは窒化物半導体層との間に層状BN層が挿入されているが、他の剥離技術を用いるのであれば、BN層の挿入は本発明にとって必須ではない。
【符号の説明】
【００２８】
１、１４  成長基板
２、１２  窒化物半導体層
３、１７  ゲート
４、１８  ソース
５、１９  ドレイン電極
６  ポリメチルグルタルイミド(PMGI)
７、１０、１６  接着剤
８、１１  固定具
９、１５  転写基板
１３  Au層
【図１】
2014239179.tif 000003
【図２】
2014239179.tif 000004