(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮＬＥＤデバイスを製造する方法であって、
・少なくともＧａＮ層（２４，２５）を含むスタック層（９）を、表面に備えた基板を用意するステップと、
・レジスト層（３０）を前記スタック層に直接に堆積させるステップと、
・前記レジスト層の１つ又はそれ以上の第１部分（３３）を覆い、前記レジスト層の１つ又はそれ以上の第２部分（３２）を覆っていないマスク（３１）を、前記レジスト層の上方に位置決めするステップと、
・前記レジスト層の第２部分（３２）を光源に露出するステップと、
・マスク（３１）を除去するステップと、
・レジスト層を、カリウムを含む現像液に接触させるステップであって、前記現像液は、露光された前記レジスト部分（３２）の下方に位置したエリア（３４）において、前記表面に湿式エッチングを施すことによって、露光された前記レジスト部分（３２）を除去し、前記スタックの少なくとも上部層の表面を織地化するステップと、を含む方法。
【請求項２】
スタック層（９）は、ＧａＮ層（２４）と、バッファ層とを含み、
前記バッファ層は、ＡｌＧａＮ層（２６）の上部にＡｌＮ層（２７）を備え、
レジスト層は、前記ＡｌＮ層（２７）の上に直接に堆積され、少なくともＡｌＮ層が織地化されるようにした請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記スタック層（９）は、ＧａＮ層を含み、
前記レジストは、前記ＧａＮ層の上に直接に堆積され、少なくとも前記ＧａＮ層が織地化されるようにした請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記湿式エッチングは、光電気化学エッチングの条件下で行われるようにした請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記現像液は、１つ又はそれ以上のホウ酸カリウムの水溶液であるた請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
現像液との接触は、５〜１０分間維持されるようにした請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記現像液は、濃度０．２８Ｎのホウ酸カリウム水溶液であり、
現像液との接触は、２５℃の温度で、５分間維持されるようにした請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体プロセスの分野に関し、特に、ＧａＮＬＥＤ（窒化ガリウムＬＥＤ）の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮＬＥＤ技術は、ノートブック、ＴＶバックライト、一般照明などの種々の応用の開発および生産において重要である。ＧａＮ層の表面織地化（texturization）は、ＬＥＤの光取り出し効率を改善する（デバイス表面からより多くの光を取り出す）が知られている。ＧａＮおよびバッファ層の織地化は、適切な湿式エッチング液、例えば、ＫＯＨなどを用いて、またはＧａＮ層のドライエッチングによって行うことができる。多くの場合、湿式エッチングによる織地化は、ウエハの表面全体を粗面化することになる。ウエハでの追加プロセスが必要な場合、粗い表面は、粗面化の後に実施される他のプロセス、例えば、リソグラフステップの妨げになることがある。粗い表面が、リソグラフツールのアライメントに問題を引き起こすことがあり、これはツールがアライメントマスクを明瞭に視認できないためである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＬＥＤ層の選択的織地化は、先行技術、例えば、米国公開第２０１１／００９５３０６号から知られており、窒化物層パターンまたはパターン化したフォトレジスト層が、層のある一定のエリアが織地化されるの防止するために使用される。織地化は、別個のステップであり、即ち、パターン化した層を形成し、例えば、露光したレジスト部分を現像し、続いて、織地化のための適切なエッチングツールへ基板を移動することが必要になる。パターン化したフォトレジスト層を用いた場合、ＫＯＨは、フォトレジストをエッチングするため、織地化のために使用できない。従って、先行技術で現時点で知られているような選択的織地化は、技術的に複雑であり、時間を要するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、レジスト層のパターニングを用いて、ＧａＮＬＥＤ層を選択的に織地化することに関する。フォトレジストパターニングを用いて、溶液に露出したエリアだけが織地化されるとともに、レジストで覆われたエリアは保護され、織地化されない。
【０００５】
本開示は、ＧａＮＬＥＤデバイスを製造する方法に関し、少なくともＧａＮ層を含むスタック層が織地化される。該方法は、下記のステップを含む。
・表面に前記スタック層を備えた基板を用意するステップ。
・レジスト層を前記スタック層に直接に堆積させるステップ。
・マスクを前記レジスト層の上方に位置決めするステップ。前記マスクは、前記レジスト層の１つ又はそれ以上の第１部分を覆い、前記レジスト層の１つ又はそれ以上の第２部分を覆っていない。
・前記レジスト層の第２部分を光源に露出するステップ。
・マスクを除去するステップ。
・レジスト層を、カリウム(potassium)を含む現像液に接触させるステップ。前記現像液は、露光された前記レジスト部分の下方に位置したエリアにおいて、表面に湿式エッチングを施すことによって、露光された前記レジスト部分を除去し、前記スタックの少なくとも上部層の表面を織地化する。
【０００６】
一実施形態によれば、スタック層は、ＧａＮ層と、バッファ層とを含む。前記バッファ層は、ＡｌＧａＮ層の上部にＡｌＮ層を備える。レジスト層は、前記ＡｌＮ層の上に直接に堆積される。そして、少なくともＡｌＮ層が織地化される。
【０００７】
他の実施形態によれば、前記スタック層は、ＧａＮ層を含む。前記レジストは、前記ＧａＮ層の上に直接に堆積される。そして、少なくとも前記ＧａＮ層が織地化される。
【０００８】
前記湿式エッチングは、光電気化学エッチングの条件下で行ってもよい。
【０００９】
一実施形態によれば、前記現像液は、１つ又はそれ以上のホウ酸カリウムの水溶液である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ＧａＮＬＥＤデバイスを第１基板から第２（キャリア）基板へ移送するための先行技術のプロセスを示す。
【図２】図１のプロセスで行う金属接合ステップの詳細を示す。
【図３】特定の実施形態に係る本開示の方法を用いて織地化されたＧａＮスタックを示す。
【図４】本発明に係る織地化方法のステップを示す。
【図５】本発明の方法に係る図３のＧａＮベースの層の織地化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示は、下記ステップを実施することによって、少なくともＧａＮ層を含むスタック層が織地化されるプロセスに関する。
・表面に前記スタック層を備えた基板を用意するステップ。
・レジスト層を前記スタック層に直接に堆積させるステップ。
・マスクを前記レジスト層の上方に位置決めするステップ。前記マスクは、前記レジスト層の１つ又はそれ以上の第１部分を覆い、前記レジスト層の１つ又はそれ以上の第２部分を覆っていない。
・前記レジスト層の第２部分を光源に露出するステップ。
・マスクを除去するステップ。
・レジスト層を、カリウム(potassium)を含む現像液に接触させるステップ。前記現像液は、露光された前記レジスト部分の下方に位置したエリアにおいて、露光された前記レジスト部分を除去し、前記スタックの少なくとも上部層の表面を織地化する。
【００１２】
本開示について、好ましい実施形態に基づいてより詳細に説明する。以下で提供したパラメータ値の全ては、例として引用しただけに過ぎず、本発明の範囲を限定するものでない。ＧａＮＬＥＤデバイスを生産する１つの方法は、Ｓｉ（１１１）ウエハ上でのＬＥＤ製造の後に適用される、ＧａＮ層移送プロセスによるものであり、ＧａＮ層へのｐおよびｎコンタクト形成を含む。パッシベーション層を付与した後、接合金属を堆積する。そして、ウエハは、約２５０℃の温度での金属接合を用いて、Ｓｉキャリア基板（これはＳｉ（１００）基板またはＳｉ（１１１）基板でもよい）に接合される。次に、元のＳｉ（１１１）基板は、研削(grinding)および湿式エッチングによって完全に除去される。こうしてＧａＮＬＥＤは、新しいキャリア基板に移送される。
【００１３】
図１は、前の段落で要約した方法に係る接合ステップの概要を示す。最初に、ＧａＮＬＥＤデバイス１は、Ｓｉ（１１１）基板２の上に製造される（図１（ａ））。これは、先行技術で知られているように、下記ステップによって行うことができる。
１．ＧａＮベースのＬＥＤ層のエピタキシャル成長。
２．ドーパント活性化アニール。
３．ＬＥＤメサ３のドライエッチング。
４．リフトオフを用いて、Ａｇベースのｐ型コンタクトおよびＴｉ／Ａｌベースのｎ型コンタクト４／５のパターニング。
５．ＣＶＤによるＳｉＯ２金属間絶縁体（ＩＭＤ: inter-metal dielectric）６の堆積。
６．ドライエッチングを用いて、ｐ型電極およびｎ型電極に向かうコンタクトホールのパターニング。
７．Ａｕベースの相互接続層７の堆積およびパターニング。
８．ＣＶＤによるＳｉＯ２パッシベーション層８の堆積。
【００１４】
ＧａＮベースのＬＥＤ層は、アイクストロン社(Aixtron)ＭＯＣＶＤエピ・リアクタを用いて堆積できる。全スタック厚は、約３．７μｍであり、欠陥密度を低減するための、ＡｌＮ／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層を含むバッファ層と、ｎ型ＳｉドープＧａＮクラッド層およびｐ型ＭｇドープＧａＮクラッド層と、多重ＩｎＧａＮ量子井戸（ＭＱＷ）と、ＩｎＧａＮ電子ブロック層（ＥＢＬ）とからなる。メサエッチングは、ｐ型ＧａＮ、ＥＢＬ、ＭＱＷおよびｎ型ＧａＮの一部を除去して、その結果、フィールド領域でのＧａＮスタック９の残部厚さは、２．８〜３μｍである。
【００１５】
そして、Ｃｕ／Ｓｎ接合層１０を製造する。図１（ｂ）参照。図２に詳細に図示している（図２では、簡潔さのためにデバイス層１を示していない）。Ｃｕ堆積のためのシード層（３０ｎｍＴｉＷ／１５０ｎｍ、不図示）が、デバイスウエハの酸化物パッシベーションの上部に堆積できる。同じタイプのシード層は、Ｓｉ（１００）またはＳｉ（１１１）キャリアウエハの上に直接堆積してもよい。シード層の堆積後、５μｍＣｕ層１１、そして１０μｍＳｎ層１２が電気メッキを用いてデバイスウエハ上に堆積される。そして、Ｃｕ／Ｓｎの同じ層が、キャリアウエハ２０の上に電気メッキされる。金属層の他の組成を使用してもよく、他の厚さのこれらの層でもよい。例えば、一方の表面がＣｕ／Ｓｎ層を受け入れて、他方の表面がＣｕ層だけを受け入れてもよい。両面にＣｕ／Ｓｎ層を使用する利点は、接合前にＳｎ表面のクリーニング処理を必要としない点である。
【００１６】
メタライゼーションの後、図２に示した手順を用いて、適切な装置内、例えば、ＥＶＧ  ５２０ボンダーで、２つのウエハは接合される（図１（ｃ））。最初に、２つのウエハを接触させる。そして、接合チャックの温度を２５０℃に上昇させて、１０分間維持する。同時に、１０００Ｎの荷重をウエハスタックに印加する。再び、これらのパラメータは、単なる例に過ぎず、開示範囲を限定するものでない。
【００１７】
金属接合は、Ｃｕ−Ｓｎ系の拡散はんだ付け（あるいは液相拡散接合）によって行われる。はんだ層１２（Ｓｎ）が溶けて、適度な温度（２５０℃）で２つの母層（Ｃｕ）の中に拡散すると、銅と錫の金属間化合物（ＣｕｘＳｎｙ）からなる層１３を形成する。ＣｕｘＳｎｙ金属間化合物は、元のＳｎ（２３２℃）よりかなり高い融点（＞４１５℃）を有する。これは、いずれか後続（高温）プロセスの際、金属シールが固体状態で持続するという利点を提供する。
【００１８】
そして、Ｓｉ（１１１）デバイスウエハは、２つの処理ステップで除去される。即ち、Ｓｉデバイス基板を、〜１００μｍまたはそれ未満の厚さに薄くするステップ（図１（ｄ））と、残ったＳｉの湿式エッチングのステップ（図１（ｅ））。Ｓｉウエハを元の厚さ１０００μｍから１００μｍへ薄くするのは、研削またはラップ仕上げ(lapping)、および研磨によって実施できる。Ｓｉデバイス基板をさらに除去するには、ＨＮＡ液（ＨＦ：ＨＮＯ３：ＣＨ３ＣＯＯＨからなるエッチング液）を用いた等方性Ｓｉ湿式エッチングプロセスが適用できる。そして、これらのステップの後、織地化（texturization）およびコンタクト２１の孔開けが行われる（図１（ｆ））。実際の織地化ステップは、図１には示していないが、以下、詳細に説明する。
【００１９】
図３は、デバイス基板２の除去後（即ち、図１（ｅ）に示すように）、キャリアウエハ２０上に存在した状態でのスタック９の構成の詳細を示す。バッファ層が上部に存在しており、アンドープＧａＮ層２５、ＡｌＧａＮ層２６（好ましくは、変化する組成を持つ多重ＡｌＧａＮ層のスタック）、および ＡｌＮ上部層２７からなる。図３に示す厚さは、現実的な層厚の例である。「デバイス層」１は、図１により詳細に示すように、ＬＥＤメサと、コンタクト層とを含む。ｎ−ＧａＮ層２４は、メサエッチング後に残る元のｎ−ＧａＮ層の残部である。
【００２０】
本発明によれば、こうして製造したＧａＮスタック９は、図４に示すように、コンタクト２１の孔開け前に織地化ステップが施される。レジスト層３０をＧａＮスタック９の上に堆積し、マスク３１を介して光を露光する。マスクは、レジスト層のエリア３３を覆い、レジストのエリア３２を覆っていない。露光した後、カリウム(potassium)を含む現像液に接触させることによって、エリア３２を除去する。好ましくは、現像液は、ホウ酸カリウム水溶液（例えば、四ホウ酸カリウム（Ｋ２［Ｂ４Ｏ５（ＯＨ）４］・２Ｈ２Ｏ等）である。ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社の製品ＡＺ４００Ｋ（ホウ酸カリウムの濃縮物）を適量の脱イオン水と混合することによって、適切な現像液を準備してもよい。例えば、１部のＡＺ４００Ｋと４部の脱イオン水を混合することによって、濃度０．２８Ｎ（規定度）のホウ酸カリウム水溶液を持つ現像液が得られる。
【００２１】
本発明によれば、カリウム含有現像液との接触は、全てのレジストが露出エリア３２から除去されるまで維持され、ＧａＮスタック９の露出エリア３４が現像液との接触によって織地化されるまで続行する。バッファ層は、、通常の湿式エッチング条件下（即ち、室温かつ（光）電気化学エッチング無し）でカリウム含有現像液によってエッチングされ、その結果、織地化が得られる。
【００２２】
図５は、出願人が行った特定のテストの結果を示す。上部ＡｌＮ層２７およびＡｌＧａＮ層２６の一部が織地化され、約１００〜３００ｎｍ（ピーク・トゥ・ピーク）の粗さが得られている。この結果を達成するために、上述したように、ＡＺ４００Ｋを基本にして、使用する現像液を準備した（０．２８Ｎ（規定度）のホウ酸カリウム水溶液）。使用したレジストは、ＡＺ社から入手可能な製品ＡＺ１０ＸＴである（しかし、他のレジスト製品もＡＺ４００Ｋ現像液などで機能する）。
【００２３】
接触時間は５分間で、温度は２５℃であった。一般に、本発明の方法では、この接触時間は、好ましくは５〜１０分間である。レジスト現像液によって織地化が行われるため、織地化ステップの際、エリア３３において除去されるレジストが無く、織地化が効率的に局所化される。レジスト除去の後、露出したエリア３２（デバイスエリア）だけが織地化され、エリア３３（例えば、アライメントマーク領域）は、レジストによって保護され、織地化されない。
【００２４】
さらに本開示は、レジストの除去および局所エリアの織地化が１つのステップで行われるため、時間および製造コストの点で有利である。本開示の方法は、選択的織地化のためのハードマスクプロセスを要しない。
【００２５】
他の実施形態によれば、デバイスウエハ２の上に存在したままで、ＧａＮスタック９上で織地化が行われる。ＧａＮスタック９上の堆積およびレジスト層３０のパターニングを含む上述のステップは、本実施形態にも適用可能である。しかしながら、この場合、現像液と最初に接触する上部層は、レジストを除去した場合、ＧａＮ層２４及び／又は、メサ３の上部にあるＧａＮ層である（図１（ａ））。
【００２６】
これらのＧａＮ層での欠陥密度に依存して、上述したようなカリウム含有現像液を用いて 通常の湿式エッチング条件下で、ＧａＮ層の織地化が行われる。しかしながら、好ましい実施形態によれば、ＧａＮ層の織地化は、光電気化学エッチング（ＰＥＣ）によって、例えば、文献（"Comparison of different GaN etching techniques", Lei Ma et al, CS MANTECH Conference, April 24-27, 2006, Vancouver）に記載された方法に従って行われる。
【００２７】
さらに他の実施形態によれば、本開示に係る織地化は、図１の実施形態に従って製造されていないＧａＮスタック、例えば、キャリアウエハへのＧａＮスタックの移送を含まない他のプロセスで製造されたスタック上で行われる。
【００２８】
本開示を図面および上記説明で詳細に図示し説明したが、こうした図示および説明は、事例的または例示的であって、限定的でないと考えるべきである。開示した実施形態への他の変形例は、図面、開示内容および添付の請求項の研究から、本発明を実践する当業者によって理解され実施できる。請求項において、用語「備える、含む(comprising)」は、他の要素またはステップを除外しておらず、不定冠詞"a"または"an"は、複数を除外していない。ある一定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという事実だけでは、これらの手段の組合せが好都合に使用できないことを示すものでない。請求項中のいずれの参照符号も、その範囲を制限するものとして解釈すべきでない。
【００２９】
特別に指定していない限りは、ある層が他の層または基板の「上に」堆積または製造されるという記載は、下記のオプションを含む。
・前記層は、前記他の層または基板の上に直接に、即ち、接触した状態で製造または堆積されること。
・前記層は、前記層と前記他の層または基板との間にある１つまたはスタックの中間層の上に製造または堆積されること。
【００３０】
前述の説明は、本発明のある実施形態を詳説している。しかしながら、前述のものが文章にどのように詳説しているかに関わらず、本開示は、多くの方法で実施できることは理解されよう。特定の用語の使用は、本開示のある特徴または態様を記載する際、その用語が、関連している本開示の特徴または態様の任意の特徴を含むと限定されるものとここで再定義されると意味するものと理解すべきでないことに留意する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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