(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板の上に犠牲層を介して形成された半導体層を第２基板に移設して半導体装置を製造する方法であって、
前記第１基板上の前記半導体層を貫通して前記半導体層を複数の領域に分割する溝を形成する工程と、
第１の粘着面に移設用基板が接合された両面粘着材の第２の粘着面を分割された前記半導体層の上に接合する工程と、
エッチングを行って前記犠牲層を除去することにより、前記第１基板から前記両面粘着材に接合された前記分割された半導体層を分離し、該分離された前記分割された半導体層を第２基板に接着剤を介して接合する工程と、
前記両面粘着材から前記移設用基板を分離し、その後、前記分割された半導体層から前記両面粘着材を剥離する工程と、
を含み、
第１基板の上の前記犠牲層及び前記半導体層の表面、及び、前記第２の粘着面は、濡れ性を改善する処理がされるとともに、
前記第１の粘着面における粘着力は、前記第２の粘着面における粘着力よりも小さい
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記濡れ性を改善する処理は、アッシング処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溝は、前記第１基板に達することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記エッチングは、界面活性剤を含むエッチング液で行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の粘着面における粘着力は０．３７５Ｎ／１０ｍｍ以下で、かつ前記第２の粘着面における粘着力は０．６Ｎ／１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の粘着面を４０℃以上に加熱した状態で、前記半導体層から前記両面粘着材を徐々に剥離することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記移設用基板の熱膨張係数と、前記第２基板の熱膨張係数は略同一であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記移設用基板及び前記両面粘着材は、可視光を透過する材料から形成されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１基板上に形成された前記半導体層の上面にはレジストが形成されており、前記第２の粘着面を前記半導体層の上に接合する工程において、前記第２の粘着面を前記レジストに接合し、前記半導体層から前記両面粘着材を剥離した後、前記レジストを前記半導体層から除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１基板はＧａＡｓで形成され、前記第２基板は前記半導体層を機能させるための配線を有するＳｉ基板であり、前記半導体層はＡｌＧａＡｓ又はＧａＡｓで形成されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置を製造する方法に関する。特に、第１基板上に形成した半導体層の第２基板への転写による半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を効率的に製造する方法として、例えば、特許文献１記載が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５１１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、一つの実施形態として、第１基板上の半導体薄膜片を個別にピックアップして、第２基板に移設する方法が開示されている。
【０００５】
しかし、この方法では、移設する半導体薄膜片が複数になると、ピックアップの回数が多くなるため時間がかかり、複数の半導体薄膜片を実装する基板の生産には向かない。また、ピックアップするための治具を増やす等の対策をした場合、一度に複数の半導体薄膜片を移設できるが、アライメント等の治具のメンテナンスが必要である。さらに、半導体薄膜片の配列パターンを変更した場合、それに応じて治具のアライメントが必要であり、少量多品種の生産には向かない。
【０００６】
また、特許文献１のもう一つの実施形態として、複数の個別支持体を連結する連結支持体を個別支持体の上面に接合させて、半導体薄膜片を一括して移設する方法が開示されている。
【０００７】
この実施形態においては、個別支持体と連結支持体は、半導体薄膜片を第１の基板から確実に剥離させるため（エッチングによる剥離である場合、エッチング液中で半導体薄膜片を保持するため）に十分な強度で結合されていなくてはならない。そのため、連結支持体の剛性が高ければ、第２基板への移設後に個別支持体と連結支持体を分離するとき、第２基板と半導体薄膜片の間で一度に大きな力が働き、半導体薄膜片が第２基板から剥離したり、半導体薄膜片あるいは第２基板が破損することがある。また、連結支持体が柔軟なものであれば、半導体薄膜片を第２基板に接合させる際のアライメントが困難になる。
【０００８】
そこで、本発明は、複数の半導体を破損することなく効率的に基板上に実装することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明によれば、第１基板の上に犠牲層を介して形成された半導体層を第２基板に移設して半導体装置を製造する方法であって、前記第１基板上の前記半導体層を貫通して前記半導体層を複数の領域に分割する溝を形成する工程と、第１の粘着面に移設用基板が接合された両面粘着材の第２の粘着面を分割された前記半導体層の上に接合する工程と、エッチングを行って前記犠牲層を除去することにより、前記第１基板から前記両面粘着材に接合された前記分割された半導体層を分離し、該分離された前記分割された半導体層を第２基板に接着剤を介して接合する工程と、前記両面粘着材から前記移設用基板を分離し、その後、前記分割された半導体層から前記両面粘着材を剥離する工程と、を含み、第１基板の上の前記犠牲層及び前記半導体層の表面、及び、前記第２の粘着面は、濡れ性を改善する処理がされるとともに、前記第１の粘着面における粘着力は、前記第２の粘着面における粘着力よりも小さいことを特徴とする方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の半導体を破損することなく効率的に基板上に実装する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の第１工程を示す図。
【図２】本発明の一実施形態の第２工程を示す図。
【図３】本発明の一実施形態の第３工程を示す図。
【図４】本発明の一実施形態の第４工程を示す図。
【図５】本発明の一実施形態の第５工程を示す図。
【図６】本発明の一実施形態の第６工程を示す図。
【図７】本発明の一実施形態の第７工程を示す図。
【図８】本発明の一実施形態の第８工程を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、第１基板１の上に犠牲層２を介して形成された半導体層３を第２基板８に移設して半導体装置を製造するための、本発明を適用できる好適な実施例について、添付図面を参照して、さらに具体的かつ詳細に説明する。なお、既に説明した部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
【００１３】
＜第１工程＞
第１工程では、図１に示すように、第１基板１上に犠牲層２を介して半導体層３を形成する。まず、ＧａＡｓにより形成された６インチの第１基板１上にＡｌＡｓからなる犠牲層２をエピタキシャル成長により形成する。ここで、第１基板１はＧａＡｓに限らずサファイヤ、Ｓｉ等により形成されていてもよく、大きさも６インチには限られない。また、犠牲層２はＡｌＡｓに限らず、ＩｎＧａＰ等の、フッ酸、希フッ酸又は塩酸等によるウェットエッチングあるいはドライエッチングを行うことにより除去することができる膜を材料として用いることができる。
【００１４】
次に、犠牲層２の上にＬＥＤ発光層を含む半導体層３を、エピタキシャル成長により積層する。なお、半導体層３は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、さらにはＬＥＤ特性、圧電特性、誘電特性、磁性特性等など機械的、電気的、磁気的、光学的な機能などを発揮する半導体接合を有する領域あるいは素子であれば何れでもよい。
【００１５】
＜第２工程＞
第２工程では、図２に示すように、第１基板１上に形成された半導体層３の上面に後述の第３工程におけるエッチングマスクとしてレジスト４を形成する。ここで、塗布したレジスト４の表面が平坦であれば、後の工程において、レジスト４と両面粘着材６との密着性が向上する。
【００１６】
本実施形態では、スピンコーティング法、スプレーコーティング法等の方法で感光性のレジスト４を塗布した後、レジスト４を露光し、現像することでパターニングをする。この場合、レジスト４は感光性を有するものであり、本実施形態では、東京応化工業（株）社製ＰＭＥＲ  Ｐ−ＬＡ９００ＰＭを用いているが、これに限られない。
【００１７】
また、他の方法として、レジスト４を半導体層３上に印刷する等の方法があり、この場合、レジスト４は感光性を有さなくてよい。
【００１８】
＜第３工程＞
第３工程では、レジスト４をマスクとして、エッチングにより、第１基板１の上に犠牲層２を介して形成された半導体層３を犠牲層２と共に複数に分割する。エッチング後の第１基板の状態の断面の概略図は図３に示しており、半導体層３の上面にレジスト４が形成された部分は半導体層３及び犠牲層２が残存しており、それ以外の部分は半導体層３を貫通する溝５が形成される。なお、溝５は図３のように第１基板１に達するものであれば、後述の犠牲層２をエッチングする工程（第６工程）でエッチング液が浸透しやすくなるが、必ずしもその必要はない。また、本実施形態では、ウェットエッチングを行っているが、材料の組み合わせによってはドライエッチングでもよい。
【００１９】
本工程により、本実施形態では、溝５が形成された後の半導体層３の形状はオリフラに垂直な方向で８ｍｍ、オリフラに平行な方向で６０μｍの島状であり２８０μｍピッチで第１基板１のオリフラに平行に配列され、３７個で１ユニットを形成する。各ユニット間にはオリフラに垂直方向で１５９２．５μｍ、平行方向で２７４０μｍの隙間があり、この隙間には半導体機能膜は配置されていない。
【００２０】
次に、第６工程において犠牲層２のエッチング液を浸入しやすくするため、必要に応じて第１基板１上の構成物表面の濡れ性を改善する。本実施形態では、ヤマト科学社製プラズマリアクターＰＲ−５００を使用し、条件は酸素流量５０ｍｌ／ｍｉｎ、出力２００Ｗ、チャンバー内圧力９０Ｐａ、処理時間１２０秒である。
【００２１】
＜第４工程＞
第４工程では、図４に示すように、移設用基板７を両面粘着材６の第１の粘着面６１に接合する。本実施形態では、両面粘着材６はパナック社製の片面微粘着フィルムＰＸ５０（第１の粘着面６１を形成）と片面粘着材ＨＵＣＢ１００Ａ（第２の粘着面６２を形成）を背中合わせに貼り合わせることにより両面粘着材６としている。移設用基板７には６インチのガラス基板を用いる。
【００２２】
ここで、第６工程において移設用基板７がエッチングされてしまうようなエッチング液に浸漬する場合、移設用基板７を保護するため、両面粘着材６が接合されていない面に保護フィルムを貼り付けるか又は樹脂などを塗布する。本実施形態では、保護フィルムとして、第１の粘着面６１を形成したものと同じパナック社製の片面微粘着フィルムＰＸ５０を用いた。また、第６工程において犠牲層２のエッチング液を浸入しやすくするため、必要に応じて、第２の粘着面６２の濡れ性を改善する。例えば、短時間のアッシング処理などを行う。本実施形態では、ヤマト科学社製プラズマリアクターＰＲ−５００を使用し表面を濡れやすくした。条件は酸素流量５０ｍｌ／ｍｉｎ、出力２００Ｗ、チャンバー内圧力９０Ｐａ、処理時間１２０秒である。
【００２３】
なお、両面粘着材６は本実施形態のものに限らず、第２の粘着面６２を半導体層３の上に接合させたとき、第１の粘着面６１における粘着力は、第２の粘着面６２における粘着力よりも小さければよい。具体的には、常温において、第１の粘着面６１における粘着力は０．３７５Ｎ／１０ｍｍ以下（本実施形態では０．０１Ｎ／１０ｍｍ）で、かつ第２の粘着面６２における粘着力は０．６Ｎ／１０ｍｍ以上（本実施形態では６Ｎ／１０ｍｍ）であることが望ましい。さらに両面粘着材６は、後述の半導体層３から剥離する工程において、柔軟なものであることが望ましい。一方、移設用基板７の大きさは６インチに限らないが、生産性を考慮した場合、第１基板１と同等以上の大きさであることが望ましい。移設用基板７の材質は耐エッチング性があるものが良く、後の工程におけるアライメントの作業性を考慮すると、剛性の高いものが望ましい。さらに、移設用基板７及び両面粘着材６は、可視光を透過する材料から形成されるものであれば、直接、基板上の半導体層３の位置を目視できるため、アライメントの作業性がいっそう容易になる。なお、粘着力の表示方法はＪＩＳ Ｚ ０２３７に準拠するものとする。
【００２４】
ここで、本工程を第４工程としたが、必ずしも第３工程の後に行う必要はなく、次の第５工程までに移設用基板７を接合した両面粘着材６を準備できればよい。
【００２５】
＜第５工程＞
第５工程では、図５に示すように、第１の粘着面６１に移設用基板７が接合された両面粘着材６の第２の粘着面６２を半導体層３の上に接合する。本実施形態においては、半導体層３の上面にレジスト４が形成されていることから、第２の粘着面６２をレジスト４に接合することになる。その際、貼り合わせる圧力は全面に均一にすることが望ましい。また、圧力が強すぎては、第２の粘着面６２の粘着剤が溝５に入り込み、犠牲層２のエッチング液の浸入スペースを塞いでしまう。逆に、圧力が弱すぎては第２の粘着面６２における粘着力が不十分となり、接合した基板が自然剥離するなどして、半導体層３が移設されない恐れがある。なお、本実施形態では、９ｇ／ｃｍ２の圧力で２分間加圧接合した。
【００２６】
＜第６工程＞
第６工程では、エッチングを行って犠牲層２を除去することにより、第１基板１から両面粘着材６に接合された半導体層３を分離し、分離された半導体層３を第２基板８に接着剤９を介して接合する。本工程について、以下に説明する。
【００２７】
まず、エッチング液の調整をする。本実施形態では、５０ｗｔ％の市販のＨＦ水溶液を希釈し１０ｗｔ％ＨＦ水溶液とした。さらに、基板表面に対する濡れ性（または接触角）を改善するため界面活性剤を添加した。界面活性剤は横浜油脂工業（株）社製セミクリーン（登録商標）Ｍ２を使用し、濃度は５ｗｔ％とした。
【００２８】
次に、第５工程で接合した半導体層３を含む接合基板にエッチング液を浸透させ、犠牲層２を除去する。このとき、エッチング液の浸入性を良好にし、途中で気泡を含まないようにするために、半導体層３の長手方向がエッチング液水面に対し直角になるよう接合基板を浸漬する。その後、犠牲層２がエッチングにより除去されるまで、しばらく静置する。犠牲層２が除去されると、図６（ａ）に示すような状態になり、その後、接合基板を引き上げ水洗しつつ、第１基板１を半導体層３から分離する。基板どうしを分離するとき、第２の粘着面６２における粘着力が弱ければ、半導体層３が両面粘着材６から剥離する、あるいは、ずれる。
【００２９】
次に、図６（ｂ）に示すように半導体層３を第２基板８に接合する。本実施形態において、第２基板８は、Ｓｉ基板で、接着剤９が塗布されており、また、半導体装置を制御するための配線を有する。接着剤９を加熱して、半導体層３を第２基板８に加圧接合する。このとき、基板が熱により曲がることを防止するため、移設用基板７は、第２基板８と熱膨張係数が略同一であることが望ましい。なお、接合したときに十分な接着力が得られるならば接着剤９を加熱及び加圧しなくてもよい。
【００３０】
本実施形態では、接着剤９には東レ（株）社製ポリイミド前駆体溶液セミコファイン（登録商標）ＳＰ−８１１を用いている。
【００３１】
＜第７工程＞
第７工程では、両面粘着材６から移設用基板７を分離し、その後、半導体層３から両面粘着材６を徐々に剥離する。本工程について、以下に説明する。
【００３２】
第６工程で得られた基板を室温まで冷却後、図７（ａ）のように移設用基板７を両面粘着材６から剥離する。第１の粘着面６１における粘着力は極めて弱いため、第１の粘着面６１の全面で接合していたとしても剥離は可能である。
【００３３】
次に、第２の粘着面６２を４０℃以上に加熱した状態で、半導体層３から両面粘着材６を徐々に剥離する。基板を加熱するのは、レジスト４及び第２の粘着面６２を軟化させるためで、本実施形態では７０℃である。
【００３４】
この状態で図７（ｂ）の簡略斜視図に示すように、剥離の途中において、両面粘着材６の剥離された部分と剥離されていない部分の境界Ｌが折れ目となり、両面粘着材６が鋭角に曲げられた状態で徐々に剥離する。本実施形態では、図７（ｃ）に示すように、両面粘着材６を引く力Ｆの方向は基板面に対して平行である。そのため、半導体層３を第２基板８から上方向に引き剥がそうとする力を最小限に抑えることができる。上記のように剥離すれば、半導体層３の上面には図７（ｂ）に示した直線状の境界Ｌのみにかかるため、容易に両面粘着材を剥離することができる。
【００３５】
＜第８工程＞
半導体層３から両面粘着材６を剥離した後、第８工程で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）を高圧スプレーする等の方法により、図８に示すように、半導体層３上部に残存するレジスト４を半導体層３から除去する。
【００３６】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明の１つの実施形態について説明したが、これだけには限らない。例えば、半導体層３の分割は上記の第２工程及び第３工程の代わりに、第１工程の後ハーフダイシング等で半導体層３を分割することが可能である。この場合、第２の粘着面６２と半導体層３の間の粘着力が十分に得られる場合、半導体層３上にレジスト４を設ける必要はない。
【００３７】
＜上記の実施形態の効果＞
以上、上記の実施形態によれば、両面粘着材６は剛性の高い移設用基板７に接合されている。そのため、半導体層３の上に両面粘着材６を接合させる際（第５工程）、及び半導体層３を第２基板８に接合させる際（第６工程）、半導体層３に均等に圧力を加えること、及び第１基板１及び第２基板８へのアライメントが容易である。一方、半導体層３の第２基板８への移設後において、移設用基板７を両面粘着材６から小さな力で分離し、柔軟な両面粘着材６を折り曲げながら半導体層３から徐々に剥離することができる。そのため、この工程（第７工程）において半導体層３に係る応力を小さくすることができる。
【００３８】
したがって、上記の実施形態によれば、複数の半導体層３を実装する第２基板８の製造に対応可能で、半導体層３あるいは第２基板８を破損させず、確実に第１基板１上に形成した半導体層３を第２基板８に転写する方法を提供できる。さらに、上記の実施形態の方法を用いることで、低コストで高性能なＬＥＤアレイ、ＬＥＤプリンタヘッド、ＬＥＤプリンタやディスプレイ等の表示装置等、あるいは、光送受信用素子や受光素子などの製造にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  第１基板
２  犠牲層
３  半導体層
４  レジスト
５  溝
６  両面粘着材
７  移設用基板
８  第２基板
９  接着剤
【図１】
0005770542.tif 000002
【図２】
0005770542.tif 000003
【図３】
0005770542.tif 000004
【図４】
0005770542.tif 000005
【図５】
0005770542.tif 000006
【図６】
0005770542.tif 000007
【図７】
0005770542.tif 000008
【図８】
0005770542.tif 000009