(57)【要約】  半導体基板に支持板を接合する工程と、前記接合した支持板を前記半導体基板から分離する工程とを含む半導体基板の処理方法、及び該処理方法を用いる半導体装置の製造方法を提供する。レーザ光の波長を実質的に透過する材料を主成分とする半導体基板１の主面、及び前記レーザ光の波長を実質的に透過する材料を主成分とする支持板４の主面に、前記レーザ光を吸収する材料を主成分とする中間層８をそれぞれ形成し、前記中間層８を形成した半導体基板の主面と前記中間層を形成した支持板とを対向させ、真空中で押圧して接合する接合する。また、前記支持板側から前記レーザ光９を照射し、前記中間層８にレーザエネルギーを吸収させて破壊し、前記半導体基板１と前記支持板４とを分離する分離する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の波長を実質的に透過する材料を主成分とする半導体基板の一方の主面に、前記レーザ光の波長を実質的に透過する材料を主成分とする支持板を真空中で対向させ、前記レーザ光を吸収する材料を主成分とする中間層を挟んで真空中で押圧しながら接合する接合工程と、
前記支持板側から前記レーザ光を照射し、前記中間層にレーザエネルギーを吸収させた後、前記半導体基板と前記支持板とを分離する分離工程と、
を含むことを特徴とする半導体基板の処理方法。
【請求項２】
前記半導体基板及び前記支持板が、炭化ケイ素又は窒化ガリウム半導体基板である請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項３】
前記接合工程は、圧力１０−５Ｐａ以下の真空度で行われる請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項４】
前記接合工程は、前記半導体基板、及び／又は前記支持板の接合面にイオンビーム又は原子ビームを照射してから行われる請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項５】
前記ビームに用いる元素は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンから選ばれる１種以上の希ガスである請求項４記載の半導体基板の処理方法。
【請求項６】
前記レーザ光の波長は、３９０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下から選ばれる１種以上である請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項７】
前記半導体基板と前記支持板とを接合する押圧力は、９．８ｋＰａ以上である請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項８】
前記中間層は、前記半導体基板及び前記支持板のそれぞれの接合面に積層されたアモルファスＳｉ層である請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項９】
前記中間層は、前記半導体基板及び前記支持板うち、いずれか一方の接合面に積層されたアモルファスＳｉ層と、もう一方の接合面に順次積層されるアモルファスＳｉ層、金属層、アモルファスＳｉ層である請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１０】
前記中間層は、前記半導体基板と前記支持板のそれぞれの接合面に順次積層されたアモルファスＳｉ層、金属層、アモルファスＳｉ層である請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１１】
前記中間層は、前記半導体基板と前記支持板のそれぞれの接合面に順次積層されたアモルファスＳｉ層と金属層である請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１２】
前記中間層を構成する前記金属層の厚さは、２ｎｍ以上、２００ｎｍ以下である請求項９〜１１のいずれか一項に記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１３】
前記中間層を構成するアモルファスＳｉ層の合計の厚さは、前記金属層の厚さよりも厚い請求項９〜１１のいずれか一項に記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１４】
前記支持板側から前記レーザ光を照射して前記中間層にレーザエネルギーを吸収させる際に、前記レーザ光による中間層での主たるエネルギーの吸収箇所が、前記金属層よりも支持板側に位置するようにレーザー光の焦点深度を調整する請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１５】
レーザ光の波長を実質的に透過する材料を主成分とする半導体基板の一方の主面に半導体機能領域を形成する第一デバイス形成工程と、
前記半導体機能領域を形成した面に、前記レーザ光の波長を実質的に透過する材料を主成分とする支持板を真空中で対向させ、前記レーザ光を吸収する材料を主成分とする中間層を挟んで真空中で押圧しながら接合する接合工程と、
前記半導体基板の他方の主面を削って減厚する工程と、
前記減厚した他方の主面に半導体機能領域を形成する第二デバイス形成工程と、
前記支持板側から前記レーザ光を照射し、前記中間層にレーザエネルギーを吸収させた後、前記半導体基板と前記支持板とを分離する分離工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記半導体基板及び前記支持板が、３Ｃ、４Ｈまたは６Ｈのポリタイプの炭化ケイ素半導体基板である請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第二デバイス形成工程が、６００℃以上の加熱工程を含む請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記接合工程は、前記半導体基板及び前記支持板のそれぞれの接合面に積層されたアモルファスＳｉ層を中間層とし、該アモルファスＳｉ層間で接合する接合工程である請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記接合工程は、前記半導体基板及び前記支持板うち、いずれか一方の接合面に積層されたアモルファスＳｉ層と、もう一方の接合面に順次積層されるアモルファスＳｉ層、金属層、アモルファスＳｉ層を中間層とし、該アモルファスＳｉ層間で接合する接合工程である請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記接合工程は、前記半導体基板と前記支持板のそれぞれの接合面に順次積層されたアモルファスＳｉ層、金属層、アモルファスＳｉ層を中間層とし、該アモルファスＳｉ層間で接合する接合工程である請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記接合工程は、前記半導体基板と前記支持板のそれぞれの接合面に順次積層されたアモルファスＳｉ層と金属層を中間層とし、該金属層間で接合する接合工程である請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記第一デバイス形成工程の後に、前記半導体機能領域を形成した面に平坦化処理を施す請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に支持板を接合する工程と、前記接合した支持板を前記半導体基板から分離する工程と、を含む半導体基板の処理方法、及び該処理方法を用いる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
縦型パワーデバイスは、半導体基板に不純物を拡散又は注入して形成された複数の層を備える。これらの層のうち、ドリフト層（キャリアが電界によりドリフト走行する層）は、他の層に比べると電気抵抗が高く、厚くするとオン電圧や順方向電圧降下が顕著に大きくなり、デバイスの定常損失が増加するので好ましくないため、耐圧確保のために必要とされる厚さまで薄くしたいという要求がある。【０００３】
ドリフト層の厚さを薄くする最も簡単な方法は、薄い半導体基板を使用することである。例えば、定格電圧が６００Ｖの場合、Ｓｉ基板ならば厚さは１００μｍ程度でよく、ＳｉＣ基板ならば厚さは１０μｍ程度でよい。そして、フィールドストップ層を備える構造では、空乏層の伸びを抑制するので、半導体基板はさらに薄くすることができる。【０００４】
ただし、半導体基板の厚さが１００μｍ以下になると、応力によって反り易いという問題や、機械的強度不足から割れたり欠けたりし易いという問題があり、ハンドリングには困難を伴う。特に、ＳｉＣ基板は、Ｓｉ基板に比べて硬度は大きいが、弾力性が小さいため、薄くすると割れ易くなり、デバイスの生産効率や良品率を著しく低下させることが懸念されている。【０００５】
上記の対策として、半導体基板の割れ欠け頻度を少なくするために厚い半導体基板を用いて製造するが、製造終了前に半導体基板を減厚して完成品の半導体基板を薄くする、製造方法が考えられる。【０００６】
具体的には、図５（ａ）に示すように、厚い半導体基板１０１をプロセスに投入し、半導体基板１０１の表面１０２に所要の半導体機能領域１０３を形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、半導体基板１０１の表面１０２に接着層１０４を介して支持板１０５を接合して補強し、半導体基板１０１をＣＭＰ（化学機械研磨）等により研削して設計厚さまで減厚する。次いで、図５（ｃ）に示すように、減厚した半導体基板の裏面１０６に所要の裏面機能層１０７を形成する。最後に、図５（ｄ）に示すように、支持板１０５を剥がして、薄い半導体基板１０１を得る方法が提案されている。プロセス中は、支持板１０５によって半導体基板１０１が補強されているため、機械的強度、物理的強度が高く、半導体基板のハンドリングが容易になる。【０００７】
例えば、特許文献１には、ワックス、接着テープ、接着剤等を用いてＳｉＣ基板と支持基板とを接着し、接着後の熱工程においてはレーザーアニールなどの局所アニールを用いて接着剤に熱負荷がかからないようにする、ＳｉＣデバイスの製造方法が開示されている。【０００８】
一方、特許文献２には、III族窒化物半導体基板及び第１支持基板のうち少なくとも一方の表面に、表面粗さＲｒｍｓが０．１〜１００００ｎｍの表面を有する第１緩衝膜を形成する工程と、前記第１緩衝膜を介して、前記第１支持基板に前記III族窒化物半導体基板を貼り合わせる工程とを含む、貼り合わせ基板の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−５０９３３９号公報（段落００３６〜００４４）
【特許文献２】特開２０１０−２３２６２５号公報（要約の課題、段落０００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、半導体基板と支持基板との接着にワックスや高分子系接着剤等の、耐熱性の低い接着剤を使用すると、製造工程において耐熱温度以上に加熱された場合は、接合部にボイド発生して剥離したり、周囲を汚染したり、接着剤の化学的性質が変化してＳｉ半導体基板と支持板とを分離できなくなる不具合が発生する。このような方法では、半導体基板接着後のプロセスが、接着剤の耐熱温度（１００℃〜４００℃）以下に制限されるという問題がある。【００１１】
ＳｉＣ基板を用いる場合は、コンタクト抵抗低減のため１０００℃近い高温熱処理を必要とし、ＳｉＣ基板の熱伝導もよいので、ＳｉＣ基板接着部の温度を高分子系接着剤の耐熱温度以下に抑えて、熱処理することは容易ではなかった。【００１２】
また、逆阻止型ＩＧＢＴを製造する場合は、Ｓｉ基板裏面からの貫通エッチングによって、高分子系接着剤の塗布層が貫通部に露出し、接着剤が酸、アルカリ、ガス、プラズマ等に曝されて不具合が生じるという問題があった。【００１３】
本発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、本発明の目的は、半導体基板に支持板を接合する工程と、前記接合した支持板を前記半導体基板から分離する工程とを含む半導体基板の処理方法、及び該処理方法を用いる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の半導体基板の処理方法は、レーザ光の波長を実質的に透過する材料を主成分とする半導体基板の一方の主面に、前記レーザ光の波長を実質的に透過する材料を主成分とする支持板を真空中で対向させ、前記レーザ光を吸収する材料を主成分とする中間層を挟んで真空中で押圧しながら接合する接合工程と、前記支持板側から前記レーザ光を照射し、前記中間層にレーザエネルギーを吸収させた後、前記半導体基板と前記支持板とを分離する分離工程と、を含むことを特徴とする。【００１５】
本発明によれば、半導体基板と支持板とを中間層を介して押圧し、中間層を接合層として接合することができる。半導体基板に支持板を接合すると機械的強度が高まり、半導体基板の割れを防止することができる。これによって、半導体基板の取り扱いが容易になる。また、デバイスを形成した後、上記接合部に支持板側からレーザー光を照射して、前記接合層に多数のクラックを生じせしめ、接合層を破壊して半導体基板から不要となった支持板を分離することができる。そして、目的とする半導体基板だけを得ることができ、更には、支持板を接着していた面を他の目的に使用できる。【００１６】
本発明の半導体基板の処理方法において、前記半導体基板及び前記支持板が、炭化ケイ素又は窒化ガリウム半導体基板であることが好ましい。【００１７】
上記態様によれば、レーザ光の波長を実質的に透過する炭化ケイ素や窒化ガリウム半導体基板において好適に用いることができる。【００１８】
本発明の半導体基板の処理方法において、前記接合工程は、圧力１０−５Ｐａ以下の真空度で行われることが好ましい。【００１９】
上記態様によれば、接合の妨げとなる、接合面の表面酸化を防止することができる。【００２０】
本発明の半導体基板の処理方法において、前記接合工程は、前記半導体基板、及び／又は、前記支持板の接合面にイオンビーム又は原子ビームを照射してから行われることが好ましい。【００２１】
また、本発明の半導体基板の処理方法において、前記ビームに用いる元素は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンから選ばれる１種以上の希ガスであることが好ましい。【００２２】
上記態様によれば、接合面をクリーニングするとともに、表面原子を活性化させて、接合性を高めることができる。【００２３】
本発明の半導体基板の処理方法において、前記レーザ光の波長は、３９０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の波長から選ばれる１種以上であることが好ましい。【００２４】
上記態様によれば、炭化ケイ素で構成された支持板を透過させて、接合層にレーザ光のエネルギーを吸収させることができる。【００２５】
本発明の半導体基板の処理方法において、前記半導体基板と前記支持板とを接合する押圧力は、９．８ｋＰａ以上であることが好ましい。【００２６】
上記態様によれば、製造工程における、意図しない半導体基板と支持板との分離を防止することができる。【００２７】
本発明の半導体基板の処理方法において、前記中間層は、前記半導体基板及び前記支持板のそれぞれの接合面に積層されたアモルファスＳｉ層であることが好ましい。【００２８】
または、本発明の半導体基板の処理方法において、前記中間層は、前記半導体基板及び前記支持板うち、いずれか一方の接合面に積層されたアモルファスＳｉ層と、もう一方の接合面に順次積層されるアモルファスＳｉ層、金属層、アモルファスＳｉ層であることが好ましい。【００２９】
または、本発明の半導体基板の処理方法において、前記中間層は、前記半導体基板と前記支持板のそれぞれの接合面に順次積層されたアモルファスＳｉ層、金属層、アモルファスＳｉ層であることが好ましい。【００３０】
または、本発明の半導体基板の処理方法において、前記中間層は、前記半導体基板と前記支持板のそれぞれの接合面に順次積層されたアモルファスＳｉ層と金属層であることが好ましい。【００３１】
上記態様によれば、耐熱性の高い中間層材料によって接合できるので、接合した後に、デバイス形成に必要な高温プロセスを実施することができる。【００３２】
本発明の半導体基板の処理方法において、前記中間層を構成する前記金属層の厚さは、２ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることが好ましい。【００３３】
上記態様によれば、金属層にレーザ光のエネルギーを吸収させて、その下にある半導体機能領域が破壊されないように防御することができる。【００３４】
本発明の半導体基板の処理方法において、前記中間層を構成するアモルファスＳｉ層の合計の厚さは、前記金属層の厚さよりも厚いことが好ましい。【００３５】
上記態様によれば、アモルファスＳｉ層と金属層とが反応してシリサイド層が形成されたとしても、アモルファスＳｉ層が一部残るため、レーザ照射によって確実に接合層を破壊して、半導体基板と支持板を分離することができる。【００３６】
本発明の半導体基板の処理方法において、前記支持板側から前記レーザ光を照射して前記中間層にレーザエネルギーを吸収させる際に、前記レーザ光による中間層での主たるエネルギーの吸収箇所が、前記金属層よりも支持板側に位置するようにレーザー光の焦点深度を調整することが好ましい。【００３７】
上記態様によれば、前記金属層よりも支持板側に位置するアモルファスＳｉ層を効率的に破壊することができる。【００３８】
本発明の半導体装置の製造方法は、レーザ光の波長を実質的に透過する材料を主成分とする半導体基板の一方の主面に半導体機能領域を形成する第一デバイス形成工程と、前記半導体機能領域を形成した面に、前記レーザ光の波長を実質的に透過する材料を主成分とする支持板を真空中で対向させ、前記レーザ光を吸収する材料を主成分とする中間層を挟んで真空中で押圧しながら接合する接合工程と、前記半導体基板の他方の主面を削って減厚する工程と、前記減厚した他方の主面に半導体機能領域を形成する第二デバイス形成工程と、前記支持板側から前記レーザ光を照射し、前記中間層にレーザエネルギーを吸収させた後、前記半導体基板と前記支持板とを分離する分離工程と、を含むことを特徴とする。【００３９】
上記態様によれば、製造工程における半導体基板の割れを防止することができる。これによって、半導体基板の取り扱いが容易になる。また、接合後にデバイス形成などの高温処理を問題なく行うことができる。【００４０】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記半導体基板及び前記支持板が、３Ｃ,４Ｈまたは６Ｈのポリタイプの炭化ケイ素半導体基板であることが好ましい。【００４１】
上記態様によれば、結晶欠陥が少なく、電気特性に優れた４Ｈまたは６Ｈのポリタイプの炭化ケイ素半導体基板を半導体装置の製造に好適に用いることができる。【００４２】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記第二デバイス形成工程が、６００℃以上の加熱工程を含むことが好ましい。【００４３】
上記態様によれば、第二デバイス形成工程におけるプロセス上の制約が緩和される。【００４４】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記接合工程は、前記半導体基板及び前記支持板のそれぞれの接合面に積層されたアモルファスＳｉ層を中間層とし、該アモルファスＳｉ層間で接合する接合工程であることが好ましい。【００４５】
または、本発明の半導体装置の製造方法において、前記接合工程は、前記半導体基板と前記支持板のそれぞれの接合面に順次積層されたアモルファスＳｉ層、金属層、アモルファスＳｉ層を中間層とし、該アモルファスＳｉ層間で接合する接合工程であることが好ましい。【００４６】
または、本発明の半導体装置の製造方法において、前記接合工程は、前記半導体基板及び前記支持板うち、いずれか一方の接合面に積層されたアモルファスＳｉ層と、もう一方の接合面に順次積層されるアモルファスＳｉ層、金属層、アモルファスＳｉ層を中間層とし、該アモルファスＳｉ層間で接合する接合工程であることが好ましい。【００４７】
または、本発明の半導体装置の製造方法において、前記接合工程は、前記半導体基板と前記支持板のそれぞれの接合面に順次積層されたアモルファスＳｉ層と金属層を中間層とし、該金属層間で接合する接合工程であることが好ましい。【００４８】
上記態様によれば、耐熱性の高い中間層材料によって接合できるので、接合した後に、デバイス形成に必要な高温プロセスを実施することができる。【００４９】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記第一デバイス形成工程の後に、前記半導体機能領域を形成した面に平坦化処理を施すことが好ましい。【００５０】
上記態様によれば、接合面が平坦になるので、接合性がよくなる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、半導体基板と支持板とを中間層を介して押圧し、中間層を接合層として接合することができる。半導体基板に支持板を接合すると機械的強度が高まり、半導体基板の割れを防止することができる。これによって、半導体基板の取り扱いが容易になる。また、デバイスを形成した後、上記接合部に支持板側からレーザー光を照射して、前記接合層に多数のクラックを生じせしめ、接合層を破壊して半導体基板から不要となった支持板を分離することができる。そして、目的とする半導体基板だけを得ることができ、更には、支持板を接着していた面を他の目的に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例１に係る製造工程を示す断面概略図である。
【図２】本発明の実施例２に係る製造工程を示す断面概略図である。
【図３】本発明の実施例３に係る製造工程を示す断面概略図である。
【図４】本発明の実施例５に係る製造工程を示す断面概略図である。
【図５】従来の半導体基板の処理方法に係る断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下に述べる実施形態の説明および添付図面においては、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明に用いられる添付図面は、見易くまたは理解し易くするために正確なスケール、寸法比で描かれていない。また、本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施形態の記載に限定されるものではない。
【００５４】
［実施例１］
以下、本発明の実施例１に係る、ＳｉＣ基板と支持板とを接合する接合工程、及びＳｉＣ基板と支持板とを分離する分離工程を含む、半導体基板の処理方法について、また該処理方法を用いてＭＯＳＦＥＴを製造する方法について、図１を参照しながら、詳細に説明する。
【００５５】
ＳｉＣ基板１としては、直径３インチ、厚さ３５０μｍ、不純物濃度１×１０１８ｃｍ−３のｎ型４Ｈ−ＳｉＣ結晶（デバイス製造には４Ｈ又は６Ｈのポリタイプが好ましい）を用いる。このＳｉＣ基板１の表面を、ＣＭＰ（化学機械的研磨）等の平坦化加工処理によって、表面粗さＲａ＜０．１ｎｍとなるように平坦化する。平坦化したＳｉＣ基板の表面に不純物濃度１×１０１６ｃｍ−３、厚さ１０μｍのｎ型エピタキシャルＳｉＣ層（直接には図示しないが、ＳｉＣ基板１に含まれる）を堆積する。第一デバイスプロセスでは、前記ｎ型エピタキシャルＳｉＣ層に、ゲート電極、ｐ型チャネル領域、ｎ型ソース領域、ソースコンタクト電極等を備えるＭＯＳトランジスタを形成し、半導体能動領域３とする（図１（ａ））。また、ＳｉＣ基板１の表面には、必要に応じて、アモルファスＳｉ膜、窒化Ｓｉ膜、酸化Ｓｉ膜や酸窒化Ｓｉ膜等の１０００℃では劣化しない表面保護膜を形成することができる。なお、表面保護膜の最表面は、半導体能動領域３の表面凹凸の影響されて平坦度が低下し易いため、支持板を接合する前に、平坦化処理してもよい。
【００５６】
次に、図１（ｂ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１の半導体能動領域３側の主面２とＳｉＣ支持板４を以下のプロセスで接合する。まず、図示しない真空度１０−６Ｐａの真空炉中に、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１の半導体能動領域３側の主面２とＳｉＣ支持板４の主面とを対向させるように配置する。対向するそれぞれの面に２００ＷのＡｒ（アルゴン）イオンビーム５を照射し、気相エッチングすることによって、接合する面をクリーンにするとともに、表面原子層を活性化させる。
【００５７】
上記において、真空度は、１０−６Ｐａに限定されず、１０−５Ｐａ以下の圧力の高真空であれば接合面を容易に活性化することができる。また、接合面に照射するビームは、Ａｒイオンビーム５に限定されず、イオンビーム又は原子ビームであってもよい。ビームに用いる好適な元素としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンから選ばれる１種以上の希ガスを挙げることができる。また、ＳｉＣ支持板４の厚さは、特に限定されないが、例えば、５００μｍ〜１０００μｍ程度にするとよい。支持板４の材質は、線膨張係数の観点からＳｉＣ基板１と同じ材質であることが好ましいが、線膨張係数が近くて、後述する波長のレーザ光を透過させる材料であれば、特に限定されず、例えば、転位過多のためデバイス形成には不適格であるが安価で入手できる同じポリタイプのＳｉＣ基板、３Ｃ等の安価な他のポリタイプのＳｉＣ基板、或いはそれに準ずる特性を備えた他の材料を用いてもよい。なお、支持板は、再度繰り返し使用することもできる。
【００５８】
次に、前記真空炉中に配置された、ＳｉＣ基板１とＳｉＣ支持板４のイオンビーム照射面にアモルファスＳｉ層６をそれぞれ１０ｎｍの厚さに成膜し（図１（ｃ））、再び、Ａｒイオンビーム５を照射して、アモルファスＳｉ層６表面を気相エッチングする（図１（ｄ））。Ａｒイオンビーム５の照射によりアモルファスＳｉ層６の表面を活性化させた後、（図１（ｅ））の矢印に示すように、直ちに両者を真空中で押圧することで、アモルファスＳｉ接合層８ａ（中間層８）を形成し、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１とＳｉＣ支持板４とを接合する（図１（ｅ））。このＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１とＳｉＣ支持板４との接合は、接合面の完全さ自体を求めるものではないので、１０−５Ｐａ〜１０−７Ｐａの高真空中での押圧力は、９．８ｋＰａ程度以上であればよい。ただし、プロセス中に意図しない分離を防止するため、安全性を考慮して、押圧力は９８ｋＰａ〜９８０ｋＰａ程度が好ましい。
【００５９】
実施例１では、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１の半導体能動領域３側の主面２とＳｉＣ支持板４の主面とを対向させて、それぞれにＡｒイオンビーム５を照射しているが、必ずしもこのようにする必要はなく、１枚ずつその表面を活性化することも可能である。１枚ずつ活性化する場合、活性化後の表面が汚染される前に２枚の基板を接合する必要があるが、２枚の基板を対向させて同時に活性化することで、活性化後すぐに接合できるため、表面汚染の心配がないというメリットがある。
【００６０】
続いて、ＳｉＣ支持板４が接合されたＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１に、第二デバイスプロセスとして、裏面側プロセスを施す。この裏面側プロセスでは、図１（ｆ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１の裏面からの破線で示す厚さ部分を研磨研削加工などにより削り落とす。例えば、耐圧６００Ｖクラスのデバイスの場合、投入時に厚さ３５０μｍであったＳｉＣ基板を、仕上がり時は厚さ１０μｍにまで薄くする。さらに研削された面に残る研削ダメージを除去するため、前述のＣＭＰ加工による研磨を行なう。
【００６１】
次に、必要に応じて、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１の裏面にフォトリソグラフィーを用いてレジストパターンを形成し、ドライエッチング処理を行って、スクライブライン上に裏面に深さ１０μｍの凹パターンを形成する。図１（ｇ）では、凹パターンを設けた場合を示している。その後、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１の裏面と、この裏面に形成する電極膜１０とのコンタクト性を向上させるため、Ｎｉコンタクト電極層（図示せず）を５０ｎｍ形成し、約１０００℃の高温アニール処理を行い、Ｎｉシリサイド層を形成する。そのシリサイド層上にＴｉ膜およびＮｉ膜からなるドレイン電極膜１０を積層する。以上のプロセスによれば、厚さ１０μｍの薄いＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１のおもて面側がＳｉＣ支持板４で補強されているため、基板割れや欠けを防止するすることができる（図１（ｇ））。本発明に係る実施例では、前述のように、ＳｉＣ支持板４の接合層（中間層８）として主としてアモルファスＳｉ層６を用いているので、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１にＳｉＣ支持板４を接合した状態で、６００℃以上の高温プロセスを行うことができる。
【００６２】
続いて、図１（ｈ）に示すように、表面側および裏面側のプロセスが終了したＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１とＳｉＣ支持板４との接合基板に対して、ＳｉＣ支持板４側からアモルファスＳｉ接合層８ａ（中間層８）に焦点深度をあわせてレーザ光９照射する。レーザ光９は波長５３２ｎｍのものを用いる。この波長であれば、レーザ光９はＳｉＣ支持板を透過し、アモルファスＳｉ接合層８ａ（中間層８）で吸収され、熱エネルギーを発生させる。その結果、アモルファスＳｉ接合層８ａ（中間層８）は急激に温度が上昇して膨張収縮することでアモルファスＳｉ接合層８ａ（中間層８）に多数のクラックが入ることなどにより破壊される。図１（ｈ）ではレーザ光９の照射により破壊されたアモルファスＳｉ接合層８ａ（中間層８）の箇所を符号１１で示す。
【００６３】
レーザ光９はＳｉＣ支持板４を透過し、アモルファスＳｉ接合層８ａ（中間層８）で十分に吸収される波長であればよい。例えば、ＳｉＣ−４Ｈの光透過波長はおよそ３８０ｎｍ以上であり、ＳｉＣ−３Ｃではおよそ５５６ｎｍ以上であり、ＳｉＣ−６Ｈではおよそ４１１ｎｍ以上である。また、Ｓｉ半導体の光透過波長はおよそ１１００ｎｍ以上である。ただし、波長１０００ｎｍ以上ではＳｉの吸収端に近くなり、Ｓｉ膜の吸収率が低下してくるため好ましくない。よって、アモルファスＳｉ接合層８ａとポリタイプ４ＨのＳｉＣ支持体４を組み合わせにおいて、レーザ光９の波長は、３８０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲から選ばれた、波長５３２ｎｍのレーザ光を基板面に対して格子状のパターンとなるように走査しながら照射する。なお、レーザ光９の焦点深度が合わせられ、破壊されるアモルファスＳｉ接合層８ａ（中間層８）の形状は、パルスレーザ光９によるスポット状（パルス状）、連続レーザ光による連続線状あるいはそれらを組み合わせとなるように形成してもよい。
【００６４】
続いて、図１（ｉ）示すように、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１とＳｉＣ支持板４との間にワイヤまたは薄片状の治具（図示せず）を挿入し、破壊されたアモルファスＳｉ接合層８ａ（中間層８）に剥離応力をかけることで２枚に分離する。レーザ光９の照射によりアモルファスＳｉ接合層８ａ（中間層８）は破壊され、多くのクラックが入っているので、接合強度は著しく低下している。そこで、両基板の側面に、前述のようにワイヤまたは薄片状の治具（図示せず）を挿入することで、接合層が一気に破壊され、容易に分離することができる。また、両基板の接合面の最外周の側面に、予め、剥離起点となるテーパーなどによるＶ字形凹部を形成しておくことにより、ワイヤまたは薄片状の治具の挿入を容易にして剥離分離することも好ましい。また、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１より大きいＳｉＣ支持板４を用いて、接合界面を明確にすることも好ましい。
【００６５】
次に、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１の裏面を接着剤などの公知の方法で第２の支持体に貼り付ける。続いて、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１の前工程の剥離面に残るアモルファスＳｉ接合層８ａの残渣である接合層残渣１２、およびアモルファスＳｉ接合層下部の表面保護膜を公知のエッチング液で除去する。その後、支持体に貼り付けた状態のＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１のおもて面に電極とパッシベーション膜を形成する。以上により、厚さ１０μｍ、裏面に凹パターンを有するＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１を得ることができる。
【００６６】
［実施例２］
本発明の実施例２に係る、ＳｉＣ基板と支持板とを接合する接合工程、及びＳｉＣ基板と支持板とを分離する分離工程を含む、半導体基板の処理方法について、また該処理方法を用いてＭＯＳＦＥＴを製造する方法について、図２を参照しながら説明する。
【００６７】
実施例２においても、ＳｉＣ基板１にＭＯＳＦＥＴを形成する第一デバイスプロセスは、実施例１と同様である（図１（ｂ）は、図２（ａ）として示されている）。続いて、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１とＳｉＣ支持板４の対向する表面２に、真空中でイオンビーム５を照射し、気相エッチングして、表面を活性化させる。実施例１と同様に、イオンビームは２００ＷのＡｒイオンビームを用いる。
【００６８】
次に、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１及びＳｉＣ支持板４のイオンビーム５を照射した面に、アモルファスＳｉ層６（厚さ２０ｎｍ）をそれぞれ成膜し（図２（ｂ））、さらに、図２（ｃ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１側のアモルファスＳｉ層６上には、例えばＮｉなどの金属層７（厚さ２０ｎｍ）、さらにその上に、アモルファスＳｉ層６（厚さ２０ｎｍ）を成膜して積層する。前記Ｎｉ金属層７の厚さは、２〜２００ｎｍの範囲から、より好ましくは５〜１００ｎｍの範囲から選択することができる。再びＡｒイオンビーム５を用いて、対向するアモルファスＳｉ層６の表面を気相エッチングする（図２（ｄ））。このＡｒイオンビーム５の照射によりアモルファスＳｉ層６の表面を活性化させた後、図２（ｅ）に示すように直ちにＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１とＳｉＣ支持板４の両者を矢印のように、真空中で押圧することで、Ｎｉ金属層７を挟んだアモルファスＳｉ接合層８ａが形成される。このＮｉ金属層７はレーザ光９を吸収し易いため、後述のレーザ光９照射によるアモルファスＳｉ接合層８ａの破壊時に、レーザ光９がＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１の表面に到達して半導体機能領域３を破壊または劣化させる不具合を防止することができる。レーザ光９のエネルギーを十分に吸収するためには、Ｎｉ金属層７の厚さは最低でも２ｎｍ以上を必要とする。しかし、Ｎｉ金属層７の厚さが２００ｎｍを超えると、レーザ光９照射によるアモルファスＳｉ層６の破壊が生じにくくなるので好ましくない。従って、前述のように、Ｎｉ金属層７の厚さは２〜２００ｎｍ、より好ましくは５〜１００ｎｍの範囲が好適となる。
【００６９】
続く、図２（ｆ）〜（ｉ）に示すＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１の裏面プロセス（第二デバイスプロセス）は、実施例１と同様とする。しかし、実施例２にかかる裏面プロセスでは、実施例１とは異なり、アモルファスＳｉ接合層８ａにはＮｉ金属層７が含まれているので、アニール条件によっては、Ｎｉ金属層７がアモルファスＳｉ層６と反応してシリサイド層（図示せず）を形成することがある。このシリサイド層はその組成比が深さ方向で一定でないなどの理由のため、レーザ光９による接合層８の破壊が不安定になる可能性があることから、接合層８内のアモルファスＳｉ層６が、Ｎｉ金属層７よりもレーザ光９照射面側にシリサイド化されることなく残ることが望ましい。従って、アモルファスＳｉ層６はＮｉ金属層７よりも厚いことが望ましい。実施例２では、接合するアモルファスＳｉ層６の厚さは支持体側が厚さ２０ｎｍと２０ｎｍを合計した４０ｎｍ、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１側はＮｉ金属層７上のアモルファスＳｉ層の厚さ２０ｎｍであるので、合わせて６０ｎｍとなり、Ｎｉ金属層７の厚さ２０ｎｍより厚くされている。このような構成とすることにより、アモルファスＳｉ層６がレーザ光９の照射面側でＮｉ金属層７より厚くなるので、レーザ光９により発生する熱エネルギーがアモルファスＳｉ層６に吸収される割合が多くなる。さらにＮｉ金属層７でもレーザ光９エネルギーが吸収されるので、Ｎｉ金属層７を超えてＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１の表面に達することが少なくなり、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１の表面に形成されている半導体機能領域３への悪影響が無くなるので好ましい。
【００７０】
Ｎｉ金属層７の残差はアモルファスＳｉ残渣１２ｂを除去することにより、リフトオフされて同時に除去される。以上説明した実施例２では、Ｎｉ金属層７はＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１の側の対向面に形成されていたが、ＳｉＣ支持板４側の対向面に形成される構成とすることもできる。
【００７１】
［実施例３］
本発明の実施例３に係る、ＳｉＣ基板と支持板とを接合する接合工程、及びＳｉＣ基板と支持板とを分離する分離工程を含む、半導体基板の処理方法について、また該処理方法を用いてＭＯＳＦＥＴを製造する方法について、図３を参照しながら説明する。
【００７２】
前述の実施例２では、接合層８ａに含まれる層として、アモルファスＳｉ層６だけでなく、金属層７（Ｎｉ金属層７）も含まれている。しかし、その製造方法として、実施例２ではＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１と支持板４との対向面のいずれか一方の面にＮｉ金属層７が形成される構成であった。実施例３では、図３に示すように、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１と支持板４の対向面の両面それぞれに、図３（ｃ）に示すように、アモルファスＳｉ層６／Ｎｉ金属層７／アモルファスＳｉ層６の三層が形成される製造方法である。接合がアモルファスＳｉ層６同士の間で行われることは前記実施例１、２と同じであり、それ以外のプロセスについても、実施例２と同様である。
【００７３】
レーザ光９の照射は接合されたアモルファスＳｉ層６に焦点深度を合わせるように照射される。その結果、図３（ｉ）に示すように、分離されたそれぞれのＳｉＣ基板には破壊されたアモルファスＳｉ層残渣１２ｂとＮｉ金属層残渣１２ａが接合層残渣１２として残るが、アモルファスＳｉ層残渣１２ｂをＳｉエッチング液で除去すれば、その上のＮｉ金属層残渣１２ａはリフトオフされるので、容易に除去することができる。
【００７４】
［実施例４］
本発明の実施例４は、基本的には実施例３と同じである。実施例３との違いは、金属膜７として鉄（Ｆｅ）を用いたこと、及びアモルファスＳｉ層６／Ｆｅ金属層７／アモルファスＳｉ層６それぞれの膜厚を１０ｎｍ／３ｎｍ／１０ｎｍとしたことである。
【００７５】
この場合も、アモルファスＳｉ層６に焦点深度を合わせるように照射することで分離されたそれぞれのＳｉＣ基板には接合層残渣１２が残るが、容易に除去することができる。ここで、金属層７としては、Ｓｉに対する密着性が良好であり、かつ１０００℃でのプロセスにおいても機械的強度が維持されていればよく、ＮｉやＦｅ以外にもさまざまな金属が適用可能である。
【００７６】
［実施例５］
本発明の実施例５に係る、ＳｉＣ基板と支持板とを接合する接合工程、及びＳｉＣ基板と支持板とを分離する分離工程を含む、半導体基板の処理方法について、また該処理方法を用いてＭＯＳＦＥＴを製造する方法について、図４を参照しながら説明する。
【００７７】
実施例５が前述の実施例１〜４と異なる点は、接合層を形成するための接合が、アモルファスＳｉ層６同士の間ではなく、Ｎｉ金属層７同士の間で行われることである。そのために、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１と支持板４と対向面の両面それぞれに、アモルファスＳｉ層６／Ｎｉ金属層７が積層される。そして、Ａｒイオンビーム５照射によりＮｉ金属層７表面を活性化させた後、図４（ｅ）に示すように直ちに、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１とＳｉＣ支持板４とを矢印のように、真空中で押圧することで、Ｎｉ金属層７同士の接合層８ｂが形成される。レーザ光９照射により、Ｎｉ金属層７を破壊して分離をすることはアモルファスＳｉ層６より低温で可能であるので、アモルファスＳｉ層６間の分離より低エネルギーのレーザ光９の照射でよいため容易である。
【００７８】
以上説明したように、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１をＳｉＣ支持板４を貼りつけて補強することにより、ＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１を厚さ１００μｍ以下に薄く加工した状態でも、ＳｉＣ支持板４を貼りつけた状態で高温プロセス（Ｓｉ融点近傍の１３００℃程度まで）が可能となる。また、高温プロセスの終了後に、ＳｉＣ支持板４側からのレーザ光９の照射によりＭＯＳＦＥＴを形成したＳｉＣ基板１とＳｉＣ支持板４とを容易に分離することが可能となり、従来のような裏面プロセスにおけるプロセス温度面での制約（４００℃以下）が無くなるメリットがある。
【符号の説明】
【００７９】
１  半導体基板（例えばＳｉＣ基板）
２  表面
３  半導体機能領域
４  支持板
５  イオンビーム
６  アモルファスＳｉ層
７  金属層（例えばＮｉ金属層）
８  接合層、中間層
８ａ  アモルファスＳｉ接合層
８ｂ  Ｎｉ金属接合層
９  レーザ光
１０  電極膜
１１  破壊箇所
１２  接合層残渣
１２ａ  Ｎｉ金属層残渣
１２ｂ  アモルファスＳｉ層残渣
【図１】
2015156381.tif 000003
【図２】
2015156381.tif 000004
【図３】
2015156381.tif 000005
【図４】
2015156381.tif 000006
【図５】
2015156381.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月28日(2015.8.28)
【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】
レーザ光の波長を実質的に透過する材料を主成分とする半導体基板の一方の主面に、前記レーザ光の波長を実質的に透過する材料を主成分とする支持板を真空中で対向させ、アモルファスＳｉ層を含む中間層を挟んで真空中で押圧しながら接合する接合工程と、
前記支持板側から前記レーザ光を照射し、前記中間層にレーザエネルギーを吸収させた後、前記半導体基板と前記支持板とを分離する分離工程と、
を含むことを特徴とする半導体基板の処理方法。
【請求項２】
前記半導体基板及び前記支持板が、炭化ケイ素又は窒化ガリウム半導体基板である請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項３】
前記接合工程は、圧力１０−５Ｐａ以下の真空度で行われる請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項４】
前記接合工程は、前記半導体基板、及び／又は前記支持板の接合面にイオンビーム又は原子ビームを照射してから行われる請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項５】
前記ビームに用いる元素は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンから選ばれる１種以上の希ガスである請求項４記載の半導体基板の処理方法。
【請求項６】
前記レーザ光の波長は、３９０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下から選ばれる１種以上である請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項７】
前記半導体基板と前記支持板とを接合する押圧力は、９．８ｋＰａ以上である請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項８】
前記中間層は、前記半導体基板及び前記支持板のそれぞれの接合面に積層されたアモルファスＳｉ層である請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項９】
前記中間層は、前記半導体基板及び前記支持板うち、いずれか一方の接合面に積層されたアモルファスＳｉ層と、もう一方の接合面に順次積層されるアモルファスＳｉ層、金属層、アモルファスＳｉ層である請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１０】
前記中間層は、前記半導体基板と前記支持板のそれぞれの接合面に順次積層されたアモルファスＳｉ層、金属層、アモルファスＳｉ層である請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１１】
前記中間層は、前記半導体基板と前記支持板のそれぞれの接合面に順次積層されたアモルファスＳｉ層と金属層である請求項１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１２】
前記中間層を構成する前記金属層の厚さは、２ｎｍ以上、２００ｎｍ以下である請求項９〜１１のいずれか一項に記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１３】
前記中間層を構成するアモルファスＳｉ層の合計の厚さは、前記金属層の厚さよりも厚い請求項９〜１１のいずれか一項に記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１４】
前記支持板側から前記レーザ光を照射して前記中間層にレーザエネルギーを吸収させる際に、前記レーザ光による中間層での主たるエネルギーの吸収箇所が、前記金属層よりも支持板側に位置するようにレーザー光の焦点深度を調整する請求項９〜１１記載の半導体基板の処理方法。
【請求項１５】
レーザ光の波長を実質的に透過する材料を主成分とする半導体基板の一方の主面に半導体機能領域を形成する第一デバイス形成工程と、
前記半導体機能領域を形成した面に、前記レーザ光の波長を実質的に透過する材料を主成分とする支持板を真空中で対向させ、アモルファスＳｉ層を含む中間層を挟んで真空中で押圧しながら接合する接合工程と、
前記半導体基板の他方の主面を削って減厚する工程と、
前記減厚した他方の主面に半導体機能領域を形成する第二デバイス形成工程と、
前記支持板側から前記レーザ光を照射し、前記中間層にレーザエネルギーを吸収させた後、前記半導体基板と前記支持板とを分離する分離工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記半導体基板及び前記支持板が、３Ｃ、４Ｈまたは６Ｈのポリタイプの炭化ケイ素半導体基板である請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第二デバイス形成工程が、６００℃以上の加熱工程を含む請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記接合工程は、前記半導体基板及び前記支持板のそれぞれの接合面に積層されたアモルファスＳｉ層を中間層とし、該アモルファスＳｉ層間で接合する接合工程である請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記接合工程は、前記半導体基板及び前記支持板うち、いずれか一方の接合面に積層されたアモルファスＳｉ層と、もう一方の接合面に順次積層されるアモルファスＳｉ層、金属層、アモルファスＳｉ層を中間層とし、該アモルファスＳｉ層間で接合する接合工程である請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記接合工程は、前記半導体基板と前記支持板のそれぞれの接合面に順次積層されたアモルファスＳｉ層、金属層、アモルファスＳｉ層を中間層とし、該アモルファスＳｉ層間で接合する接合工程である請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記接合工程は、前記半導体基板と前記支持板のそれぞれの接合面に順次積層されたアモルファスＳｉ層と金属層を中間層とし、該金属層間で接合する接合工程である請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記第一デバイス形成工程の後に、前記半導体機能領域を形成した面に平坦化処理を施す請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【国際調査報告】
2015156381.tif 000008
2015156381.tif 000009
2015156381.tif 000010
2015156381.tif 000011