(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶半導体の少なくとも１つの層およびダイヤモンドの少なくとも１つの層を含む半導体−オン−ダイヤモンドウェハと、
キャリアプレートと、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハと前記キャリアプレートの間に配置された接着剤とを含む複合ウェハであって、
前記ダイヤモンドの少なくとも１つの層は前記キャリアプレートの近位に位置し、
前記キャリアプレートは、少なくとも１つの面の２０℃の線熱膨張係数αが１０．０×１０-6Ｋ-1を超えない材料を含み、
前記接着剤は、融点が少なくとも９００℃である材料を含み、
前記接着剤は、前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハと前記キャリアプレートとの間のボンディングを維持しながら、１．５分を超えない時間で少なくとも９００℃の温度変化に耐えることができ、
単結晶半導体の露出表面の表面平坦度は、前記単結晶半導体の露出表面の全領域上で３０μｍよりも小さく、
前記複合ウェハのボウは、前記複合ウェハの全領域上で３０μｍを超えず、
前記複合ウェハの厚さ変動は、前記複合ウェハの全領域上で３０μｍを超えず、
前記複合ウェハの最長の長さ寸法は少なくとも５０ｍｍであり、
前記単結晶半導体の少なくとも１つの層は、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、および、窒化インジウムを含む群から選択される少なくとも１つの半導体を含む複合ウェハ。
【請求項２】
請求項１に記載の複合ウェハにおいて、
前記キャリアプレートの前記材料の２０℃の線熱膨張係数αが８．０×１０-6Ｋ-1を超えない複合ウェハ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の複合ウェハにおいて、
前記キャリアプレートを形成する前記材料はダイヤモンド材料である複合ウェハ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記キャリアプレートは、ダイヤモンド複合材料、あるいは、ＣＶＤダイヤモンドウェハから形成される複合ウェハ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記接着剤は多孔質である複合ウェハ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記接着剤は少なくとも１つの面の２０℃の線熱膨張係数αが１０．０×１０-6Ｋ-1を超えない材料を含む複合ウェハ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記接着剤の前記材料の融点が少なくとも１４００℃である材料を含む複合ウェハ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記接着剤は：ＨＦ；ＨＣｌ；Ｈ2ＳＯ4；ＨＮＯ3；ＫＯＨ；Ｈ2Ｏ2；水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）；アセトン；イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）；メタノール；塩化メチレン；Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ、１１６５）；メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）；およびメチルエチルケトン（ＭＥＫ）の１つ、複数、またはすべてに対して耐薬品性を持つ複合ウェハ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記接着剤はセラミック接着剤である複合ウェハ。
【請求項１０】
請求項９に記載の複合ウェハにおいて、
前記セラミック接着剤は窒化ホウ素を含む複合ウェハ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記複合ウェハの最長の長さ寸法は少なくとも９０ｍｍである複合ウェハ。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
単結晶半導体の露出表面の表面平坦度は、前記単結晶半導体の露出表面の全領域上で２０μｍよりも小さい複合ウェハ。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記複合ウェハのボウは、前記複合ウェハの全領域上で２０μｍを超えない複合ウェハ。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記複合ウェハの厚さ変動は、前記複合ウェハの全領域上で２０μｍを超えない複合ウェハ。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記複合ウェハのチルトは、前記複合ウェハの全領域上で３０μｍを超えず、前記チルトは、複合ウェハを平面に置いたときに、複合ウェハの周りのエッジ高さの変動に相当する、複合ウェハ。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの厚さは２００μｍ未満であり、前記キャリアプレートの厚さは４００μｍを超える複合ウェハ。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記接着剤は傾斜エッジを持つ複合ウェハ。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の複合ウェハであって、
前記複合ウェハの、シーラントがなければ前記接着剤が露出される領域をシールするように構成されるシーラントをさらに含む複合ウェハ。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の複合ウェハを形成する方法であって、
第１の直径、第１のボウ値、および第１の厚さを持つキャリアプレートであって、上端面を持つ前記キャリアプレートを提供する工程と、
第２の直径、第２のボウ値、および第２の厚さを持つ半導体−オン−ダイヤモンドウェハであって、前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハは半導体表面とダイヤモンド表面を持ち、前記第１のボウ値は前記第２のボウ値よりも小さく、前記第１の厚さは前記第２の厚さよりも大きい前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハを提供する工程と、
接着剤を提供する工程と、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの半導体サイドを一時的なキャリアにマウントする工程と、
前記キャリアプレートの前記上端面、または、前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの前記ダイヤモンド表面の少なくとも一方を、前記接着剤を第３の厚さで均一にコーティングする工程と、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの前記ダイヤモンド表面が前記キャリアプレートの前記上端面に隣接するように前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハと前記キャリアプレートを一緒に合わせる工程であって、前記接着剤が前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの前記ダイヤモンド表面と前記キャリアプレートの前記上端面との間に配置される工程と、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハを前記キャリアプレートと接合するために軸方向圧力を加える工程と、
前記複合ウェハを形成するために、温度、硬化時間、および軸方向圧力を制御しながら前記接着剤を硬化させる工程と、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの半導体サイドから前記一時的なキャリアを取り除く工程とを含む方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の複合ウェハを形成する方法であって、
前記複合ウェハ上の、前記接着剤が露出している領域をシーラントでシーリングする工程と、
前記シーラントを硬化する工程をさらに含み、前記シーラントが９００℃の温度でシールを維持できる方法。
【請求項２１】
半導体−オン−ダイヤモンドウェハを加工するための方法であって、
請求項１から１８のいずれか一項に記載の複合ウェハを形成するために、請求項１９または２０に記載の方法を用いて半導体−オン−ダイヤモンドウェハをキャリアプレートにマウントする工程と、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの表面に半導体デバイスを製造する工程と、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハを前記キャリアプレートからディスマウントする工程と、
半導体デバイスを製造するために、前記キャリアプレートを使用して前記キャリアプレートに別の半導体−オン−ダイヤモンドウェハをマウントする工程とを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンドウェハに高出力電子デバイスおよび光電子デバイスを製造することに関し、特に、標準的な半導体デバイス製造ラインで効率よくハンドリングできるように、薄い半導体−オン−ダイヤモンド（＜２００μｍ厚）のための支持体としてハンドルウェハを提供する方法に関し、より詳細には、窒化ガリウムは、典型的には１００μｍ厚のダイヤモンドウェハ上にあり、標準的な半導体製造ラインで、高電子移動度トランジスタ、無線周波数（ＲＦ）電子デバイス、発光ダイオード、およびレーザに加工される。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスおよび半導体回路の熱管理は、製造可能でコスト効率が良い、発光および電気信号増幅等の、電子製品および光電子工学製品にとって重要な設計要素である。効率的な熱設計の目標は、性能（電力および速度）および信頼性を最大化させるとともに、当該電子デバイスまたは光電子デバイスの動作温度を低下させることである。当該デバイスの例には、マイクロ波トランジスタ、発光ダイオードおよびレーザが挙げられる。窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および他のワイドギャップ半導体は、電力エレクトロニクスおよび可視光生成オプトエレクトロニクスの両方で一般に使用される。窒化ガリウム材料系は、高電力用途での使用に好適な高電子移動度および高ブレークダウン電圧であるマイクロ波トランジスタを生み出す。ＧａＮは、青色レーザおよび紫外線レーザ、並びに、発光ダイオードの製造にも使用される。高温性能にもかかわらず、ＧａＮおよび関連する三元化合物では、ＧａＮの成長のために一般に使用される基板の熱伝導率が比較的低い。この欠点は高出力マイクロ波トランジスタおよびミリ波トランジスタ並びに増幅器（低接合部温度によってともに恩恵を受ける低減された冷却要求およびより長いデバイス寿命が強く要求される）で顕著である。高出力デバイス熱管理のための最も効率的で進んだ技術の１つは、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｉ、またはＧａＮの活性層を高熱伝導性ヒートシンクの上端部に配置すること、および、活性エピ層とヒートシンクとの間の距離を最小化するように確保することに頼っている。当該距離を短くすることによって、熱は熱源から高熱伝導性放熱体に流れることとなり、ヒートシンクが全体の熱抵抗を小さくする。ダイヤモンドは人類に知られている最も高い熱伝導性の物質であり、１９８０年代の化学気相成長による合成ダイヤモンドの商業化以来、半導体産業では改良された熱管理のためにダイヤモンドヒートシンクおよび放熱体を採用してきた。ダイヤモンドヒートシンクおよび放熱体の上端部に活性エピ層を配置するには、複数の方法がある。特に、数十マイクロメータのエピ層をダイヤモンドウェハに転写させるエピ層転写、あるいは、原子付着技術は電力デバイスの熱管理のために最も期待される方法である。さらに、エピ層をダイヤモンドに転写するには他の理由がある。例えば、ダイヤモンドの硬度と高いブレークダウン電界は、半導体とダイヤモンドを１つのデバイスに組み合わせる他の理由である。当該一体化による最終的な結果は、半導体−オン−ダイヤモンドウェハであり、究極的にはチップである。
【０００３】
ダイヤモンドウェハは、３つの方法の中の１つによる化学気相成長（ＣＶＤ）によって製造でき、当該３つの方法は、反応物質を解離するエネルギーが、マイクロ波源に起因するプラズマダイヤモンドＣＶＤ、ガスを解離するエネルギーが熱タングステンフィラメントに起因する熱フィラメントダイヤモンドＣＶＤ、および、高ＤＣ電圧を使用してイオンが加速される高電圧トーチ（ｔｏｒｃｈ）である。これらの技術を使用することによって、標準的な直径および厚さのダイヤモンドウェハを生成できる。しかしながら、ダイヤモンド基板と、Ｇａｓ、ＩｎＰ、およびシリコン等の他の一般的な半導体基板の取り扱いには１つの根本的な相異点がある。ダイヤモンドを薄くし、および、研磨することは難しい（ダイヤモンド砥粒は他の半導体を薄くするために一般的に使用される）。しかし、最も重要なことは、ダイヤモンドウェハ価格はその厚さとともに上昇するので、熱管理目的またはチップハンドリング目的の両方のために必要な厚さよりも厚いダイヤモンド基板の使用を正当化することが難しいことである。この事実による最も重要な結論は、標準的な半導体ウェハの裏面処理中に、ダイヤモンドウェハを薄くできないということである。したがって、処理の開始時のウェハの厚さは、望ましい最終的なチップ厚さと必然的に等しい、または、おおよそ等しい。例えば、シリコン、ガリウムヒ素、窒化ガリウムウェハ上のデバイス処理は、これらの基板の厚さが５００μｍを超える厚さで実施される。当該厚さによって、商用の半導体工場が当該ウェハをハンドリングできるために十分な機械的剛性と小さいボウ（ｂｏｗ）が与えられる。デバイス処理の終了時に、当該ウェハを望ましいチップ厚さまで薄くする。一方で、チップ厚さはいくつかの制約事項によって決定される：活性化したデバイスからチップの下にあるヒートシンクへの最適な熱拡散、および、ダイシングの容易さは、最も重要な制約事項の２つである。ダイヤモンドウェハを薄くすることは経済的に意味がないので、半導体−オン−ダイヤモンドウェハの厚さを最終的なチップと同じ厚さとする傾向があり、これは一般的な市販のシリコン半導体ウェハまたは化合物半導体ウェハよりも通常は薄い。チップ厚さ、すなわち半導体−オン−ダイヤモンドウェハは数十マイクロメータから数百マイクロメータの範囲になるので、商用の半導体工場の処理にとっては薄過ぎる。第１に、２５ｍｍよりも大きな直径の当該薄いウェハのハンドリングは非常に難しく、手動またはロボット／自動加工のどちらでも実用的ではない。第２に、ＣＶＤ成長ダイヤモンドウェハは内部応力を持つので、商用リソグラフィー工具のウェハボウに対する一般的な限界よりも数倍大きいボウを示す。産業用処理工場では、当該特質を持つウェハを一般的には受け入れないであろう。さらに、半導体−オン−ダイヤモンドウェハのダイヤモンド表面は、数十マイクロメータという平均絶対粗さを持つことがよくあり、これによって、リソグラフィー処理の重要な特徴である、真空を使用してチャックの下でウェハを保持することが非常に難しくなる。貫通ビアがウェハで使用されると類似する問題が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱効率が高い電子構造を生成するために、ＧａＮエピ層をＣＶＤダイヤモンドに結合すること、および、他の化合物材料をダイヤモンドに取り付けるために相当な労力が産業界で費やされてきた。したがって、薄い半導体−オン−ダイヤモンドウェハを商用処理できるようにすることに産業上の需要がある。この出願は、この目標を達成するための構成および方法を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この明細書は、リソグラフィー、高温度処理および化学処理、並びに、ハンドリング剛性を含む半導体デバイス処理中に、薄い半導体−オン−ダイヤモンドウェハを支持するためのハンドルを生成する方法を開示する。本出願は、ダイヤモンドウェハの最上部にいずれかの半導体エピ層があるウェハの処理に適用される。当該ダイヤモンドウェハは非常にもろく、および／または、非常に湾曲しているので標準的な半導体製造工場で自立させて処理することができず、および、何らかの手段で支持されなければならない。この出願は、薄い半導体−オン−ダイヤモンドウェハを支持する手段、および、半導体−オン−ダイヤモンドウェハを、支持体すなわちハンドルにマウントする方法を開示する。半導体−オン−ダイヤモンドウェハは、工業用（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ）ウェハとも称される。
【０００６】
本発明の一態様によれば、単結晶半導体の少なくとも１つの層およびダイヤモンドの少なくとも１つの層を含む半導体−オン−ダイヤモンドウェハと、
キャリアプレートと、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハと前記キャリアプレートの間に配置された接着剤とを含む複合ウェハであって、前記ダイヤモンドの少なくとも１つの層は前記キャリアプレートの近位に位置する複合ウェハを提供する。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、上記で規定した複合ウェハを形成する方法を提供する。当該方法は、第１の直径、第１のボウ値、および第１の厚さを持つキャリアプレートであって、上端面を持つ前記キャリアプレートを提供する工程と、
第２の直径、第２のボウ値、および第２の厚さを持つ半導体−オン−ダイヤモンドウェハであって、前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハは半導体表面とダイヤモンド表面を持ち、前記第１のボウ値は前記第２のボウ値よりも小さく、前記第１の厚さは前記第２の厚さよりも大きい前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハを提供する工程と、
接着剤を提供する工程と、
前記キャリアプレートの前記上端面、または、前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの前記ダイヤモンド表面の少なくとも一方を、前記接着剤を第３の厚さで均一にコーティングする工程と、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの前記ダイヤモンド表面が前記キャリアプレートの前記上端面に隣接するように前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハと前記キャリアプレートを一緒に合わせる工程であって、前記接着剤が前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの前記ダイヤモンド表面と前記キャリアプレートの前記上端面との間に配置される工程と、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハを前記キャリアプレートと接合するために軸方向圧力を加える工程と、
前記複合ウェハを形成するために、温度、硬化時間、および軸方向圧力を制御しながら前記接着剤を硬化させる工程を含む方法である。
【０００８】
本発明のさらに別の態様によれば、半導体−オン−ダイヤモンドウェハを加工するための方法を提供する。当該方法は、上述されたように規定される複合ウェハを形成するために、半導体−オン−ダイヤモンドウェハをキャリアプレートにマウントする工程と、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの表面に半導体デバイスを製造する工程と、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハを前記キャリアプレートからディスマウントする工程と、
半導体デバイスを製造するために、前記キャリアプレートを使用して前記キャリアプレートに別の半導体−オン−ダイヤモンドウェハをマウントする工程とを含む。
前記単結晶半導体の少なくとも１つの層は、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、および窒化インジウムを含む群から選択される少なくとも１つの半導体を含んでもよい。
【０００９】
半導体−オン−ダイヤモンドウェハの温度特性と一致させるように、好ましくはキャリアプレートの線熱膨張係数は小さい。例えば、前記キャリアプレートは、少なくとも１つの面の２０℃の線熱膨張係数αが１０．０×１０-6Ｋ-1；８．０×１０-6Ｋ-1；６．０×１０-6Ｋ-1；４．０×１０-6Ｋ-1；あるいは２．０×１０-6Ｋ-1を超えない材料を含んでもよい。理想的には前記材料はダイヤモンド材料である。例えば、キャリアプレートは、ＣＶＤダイヤモンドウェハから形成されてもよく、あるいは、シリコン結合ダイヤモンド（ＳｃＤ）等のダイヤモンド複合材料であってもよい。キャリアプレートと半導体−オン−ダイヤモンドウェハは、デバイス製造中の広い範囲の物理的条件および化学的条件でよく一致する必要があるので、ダイヤモンドキャリアプレートは有用であることが分かった。さらに、ダイヤモンドキャリアプレートは複数回再使用することができるので、他のオプションに比べてより商業的に実現可能である。
【００１０】
デバイス製造後に、半導体−オン−ダイヤモンドウェハからキャリアプレートを容易に分離できるようにするために、接着剤は有利には多孔質である。半導体−オン−ダイヤモンドウェハの温度特性と一致させるために、接着剤の線熱膨張係数は小さくするべきである。例えば、接着剤は少なくとも１つの面の２０℃の線熱膨張係数αが：１０．０×１０-6Ｋ-1；８．０×１０-6Ｋ-1；６．０×１０-6Ｋ-1；あるいは４．０×１０-6Ｋ-1を超えない材料を含んでもよい。接着剤の材料の融点も有利には少なくとも９００℃、１４００℃、１９００℃、あるいは２４００℃である。さらに、半導体−オン−ダイヤモンドウェハとキャリアプレートとの間のボンディングを維持しながら、１．５分を超えない時間での少なくとも９００℃の温度変化に耐えることができる。さらに、接着剤は有利には：ＨＦ；ＨＣｌ；Ｈ2ＳＯ4；ＨＮＯ3；ＫＯＨ；Ｈ2Ｏ2；水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）；アセトン；イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）；メタノール；塩化メチレン；Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ、１１６５）；メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）；およびメチルエチルケトン（ＭＥＫ）の１つ、複数、またはすべてに対して耐薬品性を持つ。適切な接着剤の例としては、窒化ホウ素を含む接着剤等のセラミック接着剤が挙げられる。
【００１１】
複合ウェハの最長の長さ寸法は少なくとも５０ｍｍ、９０ｍｍ、１２０ｍｍ、あるいは１４０ｍｍであってもよい。本明細書に記載される手法の１つの有利な点は、その上にデバイスを製造するウェハに平坦性と剛性が要求されるデバイス製造ラインで、薄い大面積の半導体−オン−ダイヤモンドウェハを処理することができることである。複合ウェハは以下の特性の１つ以上を含んでもよい。
単結晶半導体の露出表面の表面平坦度は、単結晶半導体の露出表面の全領域上で３０μｍ、２０μｍ、あるいは１０μｍよりも小さい。
ボウは、前記複合ウェハの全領域上で３０μｍ、２０μｍ、あるいは１０μｍを超えない。
厚さ変動は、前記複合ウェハの全領域上で３０μｍ、２０μｍ、あるいは１０μｍを超えない。
チルトは、前記複合ウェハの全領域上で３０μｍ、２０μｍ、あるいは１０μｍを超えない。
半導体−オン−ダイヤモンドウェハ厚さは２００μｍ未満である。
キャリアプレートの厚さは４００μｍよりも厚い。
【００１２】
デバイス製造ステップを改良するために、接着剤層に傾斜エッジを与えることが有利であることも分かった。さらに、複合ウェハの接着剤が露出する領域を高温シーラントでシーリングし、および高温シーラントを硬化することによって、接着剤の上にシーラントを提供することが有利であることも分かった。
１つの実施形態では、薄い半導体−オン−ダイヤモンド（ＳＯＤ）ウェハは、処理するための十分な剛性がある別のより厚いＣＶＤダイヤモンドウェハに取り付けられる。より厚いダイヤモンドウェハは、ハンドルウェハまたはキャリアウェハ、すなわち、ダイヤモンドハンドル（ＤＨ）ウェハとして参照される。ダイヤモンドハンドルウェハは、ウェハ形状の研磨されたダイヤモンドプレートである。別の実施形態では、２つのウェハ（ＳＯＤウェハおよびＤＨウェハ）は、不活性セラミックセメントを使用して望ましい焼成強度でボンディングされる。さらに別の実施形態では、セラミックセメントは窒化ホウ素（ＢＮ）をベースにする。さらに別の実施形態では、２つのウェハをボンディングする方法は、２つのウェハの間に十分な厚さのセラミックセメントを提供する工程と、露出したセメントエッジをシールする工程と、および、徐々に−段階的なやり方−高温処理で安定になるまでセメントを硬化させる工程を含み、同時に複合ウェハは商用処理に要求される機械的仕様、温度仕様、および化学的不活性仕様を満足させる。さらに別の実施形態では、ＤＨウェハは別の半導体−オン−ダイヤモンドウェハをマウントするために再使用される。すなわち、ＤＨウェハは再利用される。１つの実施形態では、複合ウェハは３つの部分から構成され、それらは、（１）半導体−オン−ダイヤモンドウェハ、（２）ダイヤモンドキャリアウェハ、および（３）（１）と（２）の間に挟まれたセラミックセメント／接着剤である。
【００１３】
特定の実施形態の目的は、非常に薄い半導体−オン−ダイヤモンドウェハ、特に、米国特許第７，５９５，５０７号に開示されている技術によって製造されるＧａＮ−オン−ダイヤモンド（ＧａＮ／Ｄ）基板のための基板を提供すること、および、当該ウェハを基板に取り付ける方法を提供することである。本発明は、厚さが約５００μｍであるキャリアを、厚さが約１００μｍに等しいＧａＮ／ダイヤモンドウェハに対する支持体に提供するために適用されるものと説明されるが、本発明はいかなる厚さおよび直径のいかなる半導体−オン−ダイヤモンドウェハに対しても適用できる。
【００１４】
薄い半導体−オン−ダイヤモンドウェハをハンドルウェハに取り付けることによる有利な点は、厚いウェハのハンドリングが手動およびロボット／自動の両方で現実的になることである。第２に、ＣＶＤ成長ダイヤモンドウェハは内部応力を含み、および、商用リソグラフィー工具のウェハボウの一般的な限界よりも通常は数倍大きく湾曲している。薄く、湾曲した半導体−オン−ダイヤモンドウェハを、厚く、フラットなダイヤモンドハンドルウェハに取り付けることによって、ＳＯＤウェハのボウを著しく低減し、および、産業用処理プラントに受け入れられるようにする。ＤＨ表面は研磨され、および、リソグラフィープロセス中は、ウェハを真空で保持できる。最後に、貫通ビアホールは、ＤＨウェハを貫通する必要はないので、複合ウェハを真空で保持することに何らの影響もおよぼさない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】表面ラフネス測定基準ＲaおよびＲtの定義である。
【図２Ａ】ウェハの機械的特性であるウェハボウの定義である
【図２Ｂ】ウェハの機械的特性であるウェハチルトの定義である
【図２Ｃ】ウェハの機械的特性である総厚変動（ＴＴＶ）の定義である
【図３】半導体−オン−ダイヤモンドウェハをダイヤモンドハンドルウェハにマウントする方法の説明図である。
【図４Ａ】ボンディング前の半導体−オン−ダイヤモンドウェハおよびダイヤモンドハンドルウェハの図である
【図４Ｂ】ボンディング後の半導体−オン−ダイヤモンドウェハおよびダイヤモンドハンドルウェハの図である
【図５】半導体−オン−ダイヤモンドウェハをダイヤモンドハンドルウェハからディスマウントし、ダイヤモンドハンドルウェハを再利用する方法の説明図である。
【図６Ａ】分離前の処理された複合ウェハの図である。
【図６Ｂ】分離後の処理された複合ウェハの図である。
【図７】処理前にダイヤモンドハンドルウェハに半導体−オン−ダイヤモンドウェハをマウントし、処理後に半導体−オン−ダイヤモンドウェハをディスマウントすることによって半導体−オン−ダイヤモンドウェハを処理する方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
商用の半導体工場で製造されるウェハの機械的剛性、平坦度、化学的不活性度および処理温度の仕様は、リソグラフィーのタイプ、接触アニールおよび化学処理のための特定の製造業者のレシピによって異なる。したがって、ＳＯＤウェハおよびＤＨウェハによって制約される、機械的な、温度処理、および化学的不活性度の両方が存在する。本出願で取り組む目標仕様は以下の通りである（これらは本発明で使用される限界を示すものではない）：
【００１７】
ＧａＮ／ダイヤモンドウェハパラメータを開示するが、以下に限定されるわけではない。
・平均的なＧａＮ／ダイヤモンドウェハ厚さ（ＷG）：２５μｍから２００μｍの間で、一般には１００μｍである。
・ウェハ直径（ＤG）：いずれかの標準的なウェハ直径である。
・表面プロファイルの最大高さ（ＲtG）：代表的な値は数十マイクロメータである。
【００１８】
ダイヤモンドーキャリアウェハパラメータを開示するが、以下に限定されるわけではない。
・平均的なダイヤモンドキャリアウェハ厚さ（Ｗc）：代表的な値は５００μｍから１０００μｍである。
・キャリアウェハ直径（Ｄc）：ＧａＮ／ダイヤモンドウェハのサイズに一致させる。
・表面プロファイルの最大高さ（ＲtC）：代表的な値は１０μｍ未満である。
【００１９】
複合ウェハ仕様（この用途に特有の実施例を限定するものではない）
（１）  ボウ（ＨB）はウェハ全体にわたって２０μｍ未満である。この仕様は、ウェハ直径が増加してもボウ仕様は一般にそのままである代表的なステッパー仕様に基づく。この仕様はステッパー毎に変化する。
（２）  総厚変動（ＴＴＶ）は、ウェハ全体にわたって３０μｍ未満である。
（３）  チルト（ＨT）は３０μｍ未満である。
（４）  競合する複合ウェハの厚さは６２５±２５μｍである。最大厚さはＷF（最小）によって示され、最小厚さはＷF（最大）によって示される。
（５）  １．５分未満でのピーク処理温度（Ｔｐ）９００℃の温度変化に耐えることができる。
（６）  耐薬品性：ＨＦ、ＨＣｌ、Ｈ2ＳＯ4、ＨＮＯ3、ＫＯＨ、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、Ｈ2０2、ピラニア（Ｐｉｒａｎｈａ）、ナノストリップ、アセトン、ＩＰＡ、メタノール、塩化メチレン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ、１１６５）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、および他のフォトレジスト現像液。
（７）  ９００℃の温度暴露および複数の化学物質への暴露を含むデバイス処理後に除去可能である。
【００２０】
図１は、成長したダイヤモンドウェハ上でよく見受けられる粗い表面の概略図を示す。表面高さのプロファイルはｚ（ｘ，ｙ）によって定量化され、２つの代表的な表面粗さ特性は、絶対値の算術平均Ｒａと、プロファイルの最大高さＲtである。表面プロファイルの平均が水平であるとして、図１によって、表面プロファイルの最大高さは表面プロファイルの最大ピークと最大谷深さの差として定義される。これらの数量の両方とも当該技術分野において知られた技術によって測定できる。数学的定義は図１に示される。
【００２１】
図２は、ウェハの物理的特性を示し、ボウ、チルト、および総厚変動（ＴＴＶ）は、半導体−デバイス処理のためのウェハの物理的な適合性を定量化するために使用できる。図２Ａでは、ウェハのボウは、ウェハを平面に配置した場合のウェハの最大高さと最小高さの差で定義される。ウェハチルトは、図２Ｂに示されるように、不均一な厚さを持つウェハの結果であり、ウェハを平坦な平面に置くと、ウェハの片面は反対側よりも高くなり得る。チルトはウェハエッジで測定され、チルト値はエッジ高さの最大値と最小値との間の差である。図２Ｃは、半導体ウェハに対する共通の計量法である総厚変動（ＴＴＶ）の定義を示す。これらの計量法のいずれか１つまたはすべてが、半導体デバイス製造プロセスで使用されるべきウェハの適合性を決定するために使用されてもよい。
【００２２】
ＳＯＤウェハをＤＨウェハに取り付けるための方法３００の１つの実施形態が、図３に示されるブロック図によって記載されている。当該方法では、７５ｍｍＧａＮ／ダイヤモンドウェハを同様のサイズのＤＨウェハに取り付ける工程が記載されているが、本発明の精神の範囲内であるいずれかの他のウェハサイズであれば適用可能である。ＧａＮ／ダイヤモンドウェハをマウントするための方法は以下のステップを含む。ステップ３０１でＤＨウェハ４０７が供給される。ステップ３０２で、セメント３９１が供給される。このプロセスは、アレムコ（Ａｒｅｍｃｏ）社のＢＮベースセメント、製品番号６９０を使用して行われるが、同様のセメントも見出すことができ、以下の条件を満たす限り使用できる。一旦硬化されると感知できる程度にはガスを放出せず、多孔質すなわち脱離しやすく、膨張係数が低く、ウェハプロセス化学薬品に対して耐薬品性があり、機械的に頑強であり、および、化学的に感受できるいかなる相変化またはいかなる変化をも引き起こさずに、室温からピーク処理温度Ｔｐを超える範囲の大きな熱サイクルに耐えることができる。
【００２３】
ステップ３０３で、ＧａＮ／ダイヤモンドウェハ４０１は、自立した形態で提供されるが、または、ＧａＮ／ダイヤモンドウェハ４０１が低温プロセスまたはウェットプロセスを使用して除去できる一時的なキャリアにマウントできる。
ＤＨウェハ４０７の厚さＷcは、市販のいずれかの厚さであってよいが、ＤＨウェハ４０７と、ＧａＮ／ダイヤモンドウェハ４０１と、セメント３９１の期待される厚さＷBNとを組み合わせた厚さＷBN＋ＷG＋ＷCが、２つの間で押圧したときに、要求される最終的なキャリアマウントウェハの厚さ：ＷF（最小）≦ＷBN＋ＷG＋Ｗc≦ＷF（最大）の範囲内となるように選択される。一旦硬化したＢＮセメントの平均的な厚さは（ＷBN）であり；ＧａＮ／ダイヤモンドウェハの全体およびＤＨウェハの全体に均一に広がり、両ウェハを平坦化するために必要なセメントの厚さ：ＷBN≒｜ＲtC−ＲtG｜である。キャリアがより薄い場合にはセメントは２００マイクロメータを超えても正しく機能することができるが、セメント３９１の代表的な厚さは２０マイクロメータから７０マイクロメータの間である。
【００２４】
ステップ３０４では、ＤＢウェハ４０７をテッククロス（ｔｅｃｈ−ｃｌｏｔｈ）の上に置き、ボンディングのために選択されたＤＢウェハ４０７の表面のラフネスを埋めるように、セメント３９１をキャリアウェハ４０７の上端部に均一に分散させる。テッククロスは、ファブワイプ（ｆａｂｗｉｐｅ）あるいは、他のクリーンルーム清掃用布である。一旦、次のステップでセメントがコートされたＤＢウェハ４０７がＧａＮ／ダイヤモンドウェハ４０１と接触して配置されると、セメント３９１は、両方のウェハの表面に完全に満ちて平坦化させるほど十分に厚くなけれならない。ウェハ４０７またはウェハ４０１の結合されるべき表面には１００μｍ長のスーパーグレイン（ｓｕｐｅｒ−ｇｒａｉｎｓ）が存在することがよくあり、セメントはそれらが存在する表面を平坦化するための十分な厚さでなければならない。ウェハ４０７上に堆積されるべきセメント量は、表面粗さとスーパーグレインの存在に基づいてあらかじめ決定される。
【００２５】
ステップ３０５では、セメントがコートされたＤＢウェハ４０７がＧａＮ／ダイヤモンドウェハ４０１と接触して配置される。これは図４Ａで図示され、上端面４０２と底面４０３を持つＧａＮ／ダイヤモンドウェハ４０１を、表面４０４で示されるセメント３９１がすでにコートされたＤＢウェハ４０７と接触させる。ＧａＮ／ダイヤモンドウェハ４０１の底面４０３はダイヤモンド表面であり、上端面４０２は、誘電体でコートされてもよいＧａＮ（あるいは、いずれかの他の半導体）で形成されている。矢印４０６で示されるようにウェハは接触して配置される。図４Ｂに示されるように、複合ウェハサンドイッチ体４１０は、ＧａＮ／ダイヤモンドウェハ４０１と、２つのウェハの間にあるセメントの層４０４を持つＤＢウェハ４０７とで構成される。セメント層４０４はセメント３９１を含む。複合ウェハ４１０は二枚のアルミホイルの間に配置される。複合ーウェハ４１０の直径が７５ｍｍである場合には、ウェハ４１０は１５０ｍｍのベースウェハ（ベースウェハは複合ウェハよりも大きい）と、複合ウェハ４１０に適合する開口部とベースウェハに等しい外径を持つリング上に配置される。スタックは、ベースウェハと同一サイズのあと６個のカバーウェハで覆われる。リングはベースウェハおよびカバーウェハと同一の材料で形成される。１つの実施形態では、リング、ベース、およびカバーはシリコンウェハである。
【００２６】
ステップ３０６では、ウェハがフラットで平行になるように、約１５０Ｎに等しい軸方向の力が図４Ａの矢印４０６の方向に印加される。一旦取り付けられて加圧されると、複合ウェハ４１０は、半導体−オン−ダイヤモンドウェハ４０１、ダイヤモンドハンドルウェハ４０５、およびそれらの間に挟まれたセメント層４０４から構成される。セメント層４０４の露出したエッジは、後のステップで高温シーラントによってコーティングされてもよい。１つの実施形態では、ウェハ４０１およびウェハ４０７は同一のサイズおよび形状であることが意図される。さらに別の実施形態では、ウェハ４０１はウェハ４０７よりもわずかに小さい。
【００２７】
ステップ３０７では、ボウ、チルト、および／または、総厚変動が複合ウェハ４１０上で測定され、プロセスに要求される仕様と比較される。仕様が満足されるとステップ３０８に進み、そうでない場合にはステップ３１０の再加工に進む。ステップ３１０では、複合ウェハ４１０を水中に浸し、最初のＧａＮ／ダイヤモンドウェハ４０１とＤＨウェハ４０７に分離し、プロセスがステップ３０１から開始される。
【００２８】
ステップ３０８では、少なくとも２５Ｎの軸方向圧力下で、温度を上昇させて複合ウェハ４１０を硬化させる。圧力を印加するために使用される重りは、４００℃に耐えなければならない。この目的のためには、熱伝導度が低いのでセラミックの重りが望ましい。７５ｍｍウェハの複合ウェハ４１０に適用される温度勾配は以下の通りである。９０℃で６時間、１３０℃で２時間、２６０℃で６時間、３７０℃で６時間。この勾配は５０ｍｍウェハではおおよそ半分の時間に加速される。１００ｍｍウェハのボンドのための勾配速度は、各ステップで１．５倍から２倍の時間が見込まれる。この時間間隔での勾配でない場合には、セメントが中央部で硬化せず、または、不均一にウェハが硬化される結果となり得る。これによって後続するステップで早期故障を引き起こすことになる。セメントが硬化した後で、ホットプレートが最大温度にある間に、重りが除去されるべきであり、スタックが３００℃未満に冷却されるようにホットプレートの電源がオフされる。十分に冷却した後に、全組み立て体（カバーウェハ、複合ウェハ、ウェハリング、およびベースウェハ）を分解するべきである。静かにウェハ／キャリアからはぎ取ることによって、ホイルを除去できる。ホイルは自然にはずれてしまうかもしれないが、セメントによって弱くウェハに結合している場合がよくある。温度が室温に下がるまで、複合ウェハ４１０を冷却板の上に放置する。
【００２９】
ステップ３０９では、複合ウェハ４１０のボウ、チルト、および／またはＴＴＶを測定し、ウェハ４１０が仕様を満足するか否かを検査する。ウェハがこの測定に合格しないと、ＤＨウェハからＧａＮ／ダイヤモンドウェハを除去し、当該手順を再開するために熱ＫＯＨが使用されるステップ３１１に進んで複合ウェハ４１０が再加工されなければならない。ウェハが離れるまで、ウェハを熱ＫＯＨに５分以上暴露させなければならない。あるいはウェハを沸騰水に３０分間浸して、その次に熱ＫＯＨに浸す（この場合にはＫＯＨ暴露要求が短くなり得る）。次に、セメントを除去するために超音波または機械的クリーニング方法を使用し、その後に余分なＫＯＨを除去するためにＤＩリンスをすることができる。セメントをキャリアから拭き取り、ウェハに超音波処理を使用できる。これは、ＫＯＨでセメントを離散させた後に、水中で実施できる。１つの実施形態では、再加工ステップ３１１は、方法５００に記載されるウェハ分離を含む。ウェハが仕様に適合する場合には、ステップ３１２に進む。
【００３０】
ステップ３１２はオプションである。それは、ＧａＮ表面の上端部に、フッ化水素酸を使用して除去する必要があるシリコン窒化物、シリコン酸化物、または他の材料が堆積している場合に、実施されなければならない。表面材料をエッチングするために、セメントで結合したエッジ（ＧａＮ／ダイヤモンドウェハとの間）とＤＨウェハはシールされなければならず、その結果ウェハは清浄化できる。セメント３９１のシーリングは、Ｉ−ｌｉｎｅフォトレジスト（ＯＣＧ  ＯｉＲ−７００  １０）等の一時的な（低温）シーラントを使用して実施される。適用中に十分に希釈され、容易に流れるということを除いて、一時的なシーラントのタイプおよび厚さは重要ではない。シーラントは露出したセメントエッジの上に適用され、セメントの細孔に入りそれらを埋める。ウィッキングのために、シーラントがウェハの上端部で複合ウェハ４１０の中心に向かって数センチメータ流れ込むことがよく起こる。テッククロスとアセトン（アセトンはクロスに適用され、ウェハに直接適用されない）で拭き取ることによって、表面のフォトレジストは容易に除去できる。次に、シーラント（この場合にはフォトレジストである）を９０℃５分間で部分的に硬化させ、次に１３５℃５分間で硬化させる。後に除去できるように過剰に架橋され（高温で発生する）てはいけない。レジストが一旦硬化すれば、ウェハ表面から余分なセメントを除去する。セメントの除去は、１３５℃でＫＯＨの濃縮溶液（飽和溶液、または、ほとんど飽和した溶液）を含浸させたクロスを使用して実施される。ＫＯＨワイピングの次に、余分なＫＯＨを除去するために、ＤＩ水を含浸させたクロスによるワイピングを実施し、次にスプレーガンを使用してリンスし、乾燥させる。
シリコン窒化物または他の材料は、濃ＨＦ（４９％）を使用して、シリコン窒化物または他の材料を除去するために要求されるのと同様の長い時間をかけて除去する。窒化物または材料を除去した後に、一時的なシーラントを除去する。フォトレジストが使用される場合には、ウェハをアセトンに浸す（代表的な時間は少なくとも１分で、５分以内であり、続いてＩＰＡに１分浸し、ＩＰＡでリンスしてから、窒素ガンで乾燥させる）。
【００３１】
ステップ３１３では、複合ウェハを高温でシールする。この永久シーラントは、複合ウェハに要求される温度と同一の温度に耐えなければならない。この特定用途では、その温度は９００℃である。高温シーラントは、ＭＩＢＫの水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）の６％から２０％溶液である。これらはダウコーニング（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ）社から入手可能な標準的な製品である（ＸＲ−１５４１の６％から２０％溶液など、および、この用途に適切である可能性がある代替の低グレード品もある）。高温シーラントはセメントを完全に覆うようにセメントエッジに沿って適用され、通常は３つの用途がある。未硬化のＨＳＱは毒性があるので、このステップはドラフトの下で実施されるべきである。間違って複合ウェハの前面に現れた余分なＨＳＱは、アセトンあるいは他の適切な溶媒を含浸させたクロスを使用して除去するべきである。硬化すると二酸化ケイ素に変わってしまうので、当該表面からすべてのＨＳＱを除去することは重要である。複合ウェハを９０℃で乾燥させ、ウェハから流れ出したすべての余分なＨＳＱを除去する。この段階でバブルが形成されていてはいけない、もしいくらかでもバブルが形成されていれば、それらの場所にＨＳＱをもっと添加すべきである。９０℃でのベークを５分間続けるべきであり、その後に温度を１３０℃に昇温させて、さらに５分間ベーキングを続けるべきである。その次に温度を３７５℃まで２５℃単位で、それぞれの温度で５分間保持して昇温させる。３７５℃では、保持時間を少なくとも１５分とする。この硬化後に、複合ウェハを冷却させる。
ステップ３１４では、複合ウェハをボウ、チルト、および／またはＴＴＶで特徴付ける。最終仕様を満足する場合には、半導体−オン−ダイヤモンドウェハをマウントする方法が完了する。複合ウェハはさらなる処理の準備が整う。完成した複合ウェハ４１０の例示的な図を図４Ｂに示す。
【００３２】
上述した処理のさまざまな変形形態が実施されてもよい。１つの例示的なプロセスでは以下の方法のステップを採用する。
１．  ＧａＮ／ＤウェハのＧａＮサイドを光学平面（石英、ダイヤモンドまたは他の材料であり得る）でヒートテープを使用して保護する。
２．  ヒートテープとダイヤモンドとの界面のバブルを除去するために、前記光学平面上のＧａＮ／Ｄをさかさまにして押圧して平らにする。
ａ．  透明な光学平面（石英のような）の使用は、バブルの存在を目視検査できるので有用である。不利な点はＣＴＥが異なることであろう。
ｉ．  石英を使用する場合は、このステップは約９０℃〜１００℃で実施される。
ｉｉ．  ダイヤモンドを使用する場合は、このステップは室温で実施される。
３．  固定されたＧａＮ／Ｄ＋ヒートテープのスタックの厚さマップ（５個以上のポイント）を作成する。
４．  ＧａＮ／Ｄウェハのダイヤモンドサイドにセラミック接着剤を適用する（光学平面から余分な材料を取り除く）。
５．  リッジを形成するようにセラミック接着剤を静かにひっかく（リッジによって、接着剤により大きな空隙率を与え接着剤をより薄くする）。
６．  ハンドルウェハ（ＨＷ）をセラミック接着剤＋さかさまにしたＧａＮ／Ｄ＋ヒートテープスタックの上に押圧する。
７．  圧力および局部的な超音波処理を使用することによって、測定ツールの分解能（約１μｍ）の範囲内で、複数（５個以上）位置で予め定められた高さにこのスタックを平坦化する（目的は平行度を出すことである）。
８．  セラミック接着剤を室温で４時間、空気乾燥させる。
９．  ９０℃で１時間〜２時間および１３０℃で１時間から２時間ソフトベークさせる。
ａ．  ２００℃でヒートテープが剥がれ、ＧａＮ／Ｄ＋セラミック接着剤＋ＨＤを光学平面から遊離させる。
１０．  ＧａＮの上端部とＨＷの底部との間の平行度と厚さ仕様が達成されたかを確認するために、複数ポイントで測定を実施する。
１１．  完成したスタックを２６０℃で１時間から２時間および３７０℃で１時間から２時間ベークする。
１２．  当該スタックの最終的なベークを、不活性雰囲気中で、７００℃で５分間から１０分間実施する。
１３．  セラミック接着剤の傾斜層を、マウントされたＧａＮ／Ｄウェハの表面に適用する。
ａ．  傾斜接着剤層の目的は、後続の製造プロセスのいずれかに関連する、デブリ（ｄｅｂｒｉｓ）の蓄積を防ぎ、および、溶液の流れを容易にすることである。
１４．接着剤セラミックをシールするためにガラス層（ＨＳＱ）を適用し、後続の製造プロセスによる予期せぬディスマウントを防ぐ。
１５．ＨＳＱを硬化するために、ＨＳＱがコートされたウェハを３５０℃で１０分間ベークする。
【００３３】
上述したプロセスは、以下の点を含むいくつかの好都合なニュアンスに留意が必要である。
（１）  傾斜エッジをセラミック接着剤層に適用することは、後続の製造ステップが改良されるので有益である。
（２）  開放された細孔に溶液が入ることができ、ダイヤモンドハンドルウェハから半導体−オン−ダイヤモンドウェハをディスマウントしやすいので、セラミック接着剤の多孔質性は有益である。
（３）  セラミック接着剤層の周りにシーラントを提供することは、後続の製造ステップ中に溶液が多孔質接着剤層に入ることを防止するために有益である。
【００３４】
前述した方法でダイヤモンドハンドルウェハに結合させた場合、半導体−オン−ダイヤモンドウェハの上端面で達成された平坦度は、３０μｍ、２０μｍ、１０μｍ、５μｍ、あるいは１μｍよりもよくなり得る。
【００３５】
１つの実施形態によれば、セラミック接着剤はダイヤモンドハンドルウェハの表面に適用され、次に半導体−オン−ダイヤモンドウェハがそこに結合される。別の実施形態によれば、セラミック接着剤は、半導体−オン−ダイヤモンドウェハのダイヤモンドサイドに適用され、次にダイヤモンドハンドルウェハがそこに結合される。例えば、その他の点は図３に示されたフローチャートにしたがって進めるが、ＧａＮ／Ｄウェハの曲率に基づいて、セラミック接着剤をＧａＮ／Ｄウェハのダイヤモンドサイドに施すことは有益である。
ＤＨウェハから半導体−オン−ダイヤモンドウェハを遊離させる方法５００を図５によって説明する。
【００３６】
ステップ５０１で、複合ウェハ６１０が供給される。このウェハは、図６Ａに示されるように半導体表面６０２（前面）とＤＨ表面６０５（裏面）を持つ。前面６０２には、電子デバイスまたは光電子デバイス６０９がその上に配置される。２つのウェハの間にセメント６０４を使用して半導体−オン−ダイヤモンド６０１をＤＨ６０７に取り付けるとともに、これらのデバイスを表面６０２に製造、または部分的に製造する。
【００３７】
ステップ５０２では、複合ウェハ６１０の前面６０２は、その上にフォトレジストをスピニングすることによって保護され、すべての特徴６０９はレジストで覆われる。デバイスが完全に保護されるように、レジストとスピニング速度を選択する。レジストの選択は重大ではない。一般的なポジ型フォトレジストで十分である。特定のレジストに対して規定されるようにプリベークする。レジストは昇温された温度で、全除去プロセスの期間よりも長い時間、ＫＯＨに耐えることができなければならない。延長してベークすることが推奨される。あるいは、ウェハの前面をワックスで保護し、追加の保護のためにハンドルウェハを前面に一時的に結合させることができる。適切な溶媒を含浸させた綿棒を使用して、ＧａＮオンダイヤモンドウェハとＤＨウェハとの間のエッジ界面を掃除する。綿棒を使用してアセトンをこの開口部に含浸させ、さらに確実にレジストがデバイスを保護するようにする。この界面はきれいでなければならず、さもないと残りの手順が失敗する可能性がある。
【００３８】
ステップ５０３では、コートされた複合ウェハ６１０を４９％ＨＦで１分間、または、ウェハ間のエッジから浸出する白い溶液が観察されるまでエッチングする。このエッチングは、複合ウェハをＤＩ水に１分間つけ、ＤＩ水を少なくとも３０秒間流してリンスすることで停止させる。
ステップ５０４では、複合ウェハ６１０をＤＩ水中で最大３０分間、沸騰させる。複合ウェハ６１０は、ＧａＮ／ダイヤモンド６０１ウェハとダイヤモンドーキャリア６０７ウェハに分離する可能性がある。
ステップ５０５では、複合ウェハ６１０（または分離したウェハ６０１および６０７）を濃熱ＫＯＨ中に５分間置く。まだ複合ウェハが分離していない場合には、このステップ中で複合ウェハ６１０をセメントから分離させるべきである。
【００３９】
ステップ５０５の間に、ステップ５０６でのテストで示されるように、複合ウェハ６１０が分離すれば、ステップ５０８に進むことができる。分離が観察されない場合には、複合ウェハ６１０の分離を促進するために超音波処理が使用されるステップ５０７に進む。超音波処理はウェハをＫＯＨ溶液中に置いて実施される。超音波処理工程は、５分毎に溶液中の超音波処理を１分間実施する。ウェハが一旦分離すれば（ステップ５０６で「ｙｅｓ」）、ＫＯＨ溶液中のウェハおよびキャリアの裏面から余分なセメントをそっとふき取るために綿棒を使用すること、または、そのために超音波処理を使用することのいずれも可能である。セメントは各部分から素早く分離するであろう。ＫＯＨバスプロセスは、すべての部分をＤＩ水でリンスすることによって終了する。
【００４０】
ステップ５０８では、適切な溶媒を使用して、保護フォトレジストをＧａＮオンダイヤモンドウェハから除去し、必要に応じて前面をクリーンにする。
処理の終了で（ステップ５０９）、２つのウェハが図６Ｂに示されるように生成される。それらは、これから電子デバイスまたは光電子デバイス６０９がその上端面６０２に加工されるＧａＮ／ダイヤモンドウェハ６２０と、これから同様のマウンティングに再使用される、すなわち、図３のステップ３０１で再び供給されるＤＨウェハ６３０である。
上述したものと同様の結果を得るために、処理ステップの特定の時間および順番を、本発明の精神から逸脱しない範囲で変化させてもよいことは当業者であれば理解できる。
【００４１】
開示されたマウンティング方法および装置を使用する、全体のプロセス７００を図７に記載する。ステップ７０１では、半導体デバイスをその上部に形成することが望まれる、半導体−オン−ダイヤモンドウェハ７１０が供給される。ウェハ７１０は一般に非常に薄くて自立して加工できず、すなわち、半導体−デバイスプロセス中のリソグラフィーの要求に適合しないボウ、チルト、またはＴＴＶを持ち得る。上述した方法（５００）にしたがって、当該ウェハをＤＨウェハにマウントする。ステップ７０２では、ＤＨウェハ７２０が供給され、ステップ７０３では前記ＤＨウェハ７２０の最上部に半導体−オン−ダイヤモンドウェハをマウントする。当該複合ウェハは、標準的な半導体−デバイス製造プロセスのウェハ要求を満たす、機械的剛性、および、ボウ、チルト、並びに／または、ＴＴＶを持つことになる。ステップ７０４では、複合ウェハを処理して、電子デバイスまたは光電子デバイスをその表面に作製する。ステップ７０５でＤＨウェハから半導体−オン−ダイヤモンドウェハを分離することが必要な場合には、当該デバイスは部分的に作製されてもよい。この段階では半導体−オン−ダイヤモンドウェハ７４０は、その表面に製造された電子デバイス（あるいは電子デバイスの少なくとも一部）を持ち、ウェハ７４０は、自立半導体−オン−ダイヤモンドウェハを必要とする可能性があるさらなる加工のための準備ができている。ウェハ７４０は最終的にＤＨウェハに再びマウントされてもよく、処理７００は同一の半導体−オン−ダイヤモンドウェハで繰り返されてもいい。ＤＨウェハ７３０は、図７の７０６で示されるように再使用することができる。このように、高価な基板を浪費せずに、半導体−デバイスプロセス中でその機械特性および温度特性を利用する。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔１〕単結晶半導体の少なくとも１つの層およびダイヤモンドの少なくとも１つの層を含む半導体−オン−ダイヤモンドウェハと、
キャリアプレートと、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハと前記キャリアプレートの間に配置された接着剤とを含む複合ウェハであって、
前記ダイヤモンドの少なくとも１つの層は前記キャリアプレートの近位に位置する複合ウェハ。
〔２〕前記〔１〕に記載の複合ウェハにおいて、
前記単結晶半導体の少なくとも１つの層は、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、および、窒化インジウムを含む群から選択される少なくとも１つの半導体を含む複合ウェハ。
〔３〕前記〔１〕または〔２〕に記載の複合ウェハにおいて、
前記キャリアプレートは少なくとも１つの面の２０℃の線熱膨張係数αが：１０．０×１０-6Ｋ-1；８．０×１０-6Ｋ-1；６．０×１０-6Ｋ-1；４．０×１０-6Ｋ-1；あるいは２．０×１０-6Ｋ-1を超えない材料を含む複合ウェハ。
〔４〕前記〔３〕に記載の複合ウェハにおいて、
前記材料はダイヤモンド材料である複合ウェハ。
〔５〕前記〔１〕から〔４〕のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
フラットな前記キャリアプレートは、複合ダイヤモンドウェハ、あるいは、フラットなＣＶＤダイヤモンドウェハから形成される複合ウェハ。
〔６〕前記〔１〕から〔５〕のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記接着剤は多孔質である複合ウェハ。
〔７〕前記〔１〕から〔６〕のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記接着剤は少なくとも１つの面の２０℃の線熱膨張係数αが：１０．０×１０-6Ｋ-1；８．０×１０-6Ｋ-1；６．０×１０-6Ｋ-1；あるいは４．０×１０-6Ｋ-1を超えない材料を含む複合ウェハ。
〔８〕前記〔１〕から〔７〕のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記接着剤は、融点が少なくとも９００℃、１４００℃、１９００℃、あるいは、２４００℃である材料を含む複合ウェハ。
〔９〕前記〔１〕から〔８〕のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記接着剤は、前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハと前記キャリアプレートとの間のボンディングを維持しながら、１．５分を超えない時間で少なくとも９００℃の温度変化に耐えることができる複合ウェハ。
〔１０〕前記〔１〕から〔９〕のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記接着剤は：ＨＦ；ＨＣｌ；Ｈ2ＳＯ4；ＨＮＯ3；ＫＯＨ；Ｈ2Ｏ2；水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）；アセトン；イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）；メタノール；塩化メチレン；Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ、１１６５）；メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）；およびメチルエチルケトン（ＭＥＫ）の１つ、複数、またはすべてに対して耐薬品性を持つ複合ウェハ。
〔１１〕前記〔１〕から〔１０〕のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記接着剤はセラミック接着剤である複合ウェハ。
〔１２〕前記〔１１〕に記載の複合ウェハにおいて、
前記セラミック接着剤は窒化ホウ素を含む複合ウェハ。
〔１３〕前記〔１〕から〔１２〕のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記複合ウェハの最長の長さ寸法は少なくとも５０ｍｍ、９０ｍｍ、１２０ｍｍ、あるいは、１４０ｍｍである複合ウェハ。
〔１４〕前記〔１〕から〔１３〕のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
単結晶半導体の露出表面の表面平坦度は、前記単結晶半導体の露出表面の全領域上で３０μｍ、２０μｍ、あるいは１０μｍよりも小さい複合ウェハ。
〔１５〕前記〔１〕から〔１４〕のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記複合ウェハのボウは、前記複合ウェハの全領域上で３０μｍ、２０μｍ、あるいは、１０μｍを超えない複合ウェハ。
〔１６〕前記〔１〕から〔１５〕のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記複合ウェハの厚さ変動は、前記複合ウェハの全領域上で３０μｍ、２０μｍ、あるいは、１０μｍを超えない複合ウェハ。
〔１７〕前記〔１〕から〔１６〕のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記複合ウェハのチルトは、前記複合ウェハの全領域上で３０μｍ、２０μｍ、あるいは１０μｍを超えない複合ウェハ。
〔１８〕前記〔１〕から〔１７〕のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの厚さは２００μｍ未満であり、フラットな前記キャリアプレートの厚さは４００μｍを超える複合ウェハ。
〔１９〕前記〔１〕から〔１８〕のいずれか一項に記載の複合ウェハにおいて、
前記接着剤は傾斜エッジを持つ複合ウェハ。
〔２０〕前記〔１〕から〔１９〕のいずれか一項に記載の複合ウェハであって、
前記複合ウェハの、シーラントがなければ前記セラミック接着剤が露出される領域をシールするように構成されるシーラントをさらに含む複合ウェハ。
〔１９〕前記〔１〕から〔２０〕のいずれか一項に記載の複合ウェハを形成する方法であって、
第１の直径、第１のボウ値、および第１の厚さを持つキャリアプレートであって、上端面を持つ前記キャリアプレートを提供する工程と、
第２の直径、第２のボウ値、および第２の厚さを持つ半導体−オン−ダイヤモンドウェハであって、前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハは半導体表面とダイヤモンド表面を持ち、前記第１のボウ値は前記第２のボウ値よりも小さく、前記第１の厚さは前記第２の厚さよりも大きい前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハを提供する工程と、
接着剤を提供する工程と、
前記キャリアプレートの前記上端面、または、前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの前記ダイヤモンド表面の少なくとも一方を、前記接着剤を第３の厚さで均一にコーティングする工程と、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの前記ダイヤモンド表面が前記キャリアプレートの前記上端面に隣接するように前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハと前記キャリアプレートを一緒に合わせる工程であって、前記接着剤が前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの前記ダイヤモンド表面と前記キャリアプレートの前記上端面との間に配置される工程と、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハを前記キャリアプレートと接合するために軸方向圧力を加える工程と、
前記複合ウェハを形成するために、温度、硬化時間、および軸方向圧力を制御しながら前記接着剤を硬化させる工程を含む方法。
〔２０〕前記〔１９〕に記載の複合ウェハであって、
前記複合ウェハ上の、前記セラミック接着剤が露出している領域を高温シーラントでシーリングする工程と、
前記高温シーラントを硬化する工程をさらに含む複合ウェハ。
〔２１〕半導体−オン−ダイヤモンドウェハを加工するための方法であって、
前記〔１〕から〔２０〕のいずれか一項に記載の複合ウェハを形成するために、半導体−オン−ダイヤモンドウェハをキャリアプレートにマウントする工程と、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハの表面に半導体デバイスを製造する工程と、
前記半導体−オン−ダイヤモンドウェハを前記キャリアプレートからディスマウントする工程と、
半導体デバイスを製造するために、前記キャリアプレートを使用して前記キャリアプレートに別の半導体−オン−ダイヤモンドウェハをマウントする工程とを含む方法。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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