(57)【要約】　　　（修正有）【課題】高品質ＧａＮ層を各種基板に転移可能にし，現存基板の，不伝導，カット困難，放熱困難，更に，ＧａＮ層の破損，大サイズ商業化不適合や高コスト等を解決する。【解決手段】横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法に関するものであって、（ａ）第１の基板を提供するステップと、（ｂ）前記第１の基板上に第１のエピタキシ層を形成するステップと、（ｃ）前記第１のエピタキシ層上にマスク層を形成すると共に、このマスク層をエッチングして少なくとも１パターンを形成するステップと、（ｄ）前記マスク層上に第２のエピタキシ層を形成するステップと、（ｅ）前記第２のエピタキシ層上に第２の基板をボンディングするステップと、（ｆ）前記マスク層をエッチングして、前記第２のエピタキシ層と前記第１のエピタキシ層とを分離することにより、前記第２のエピタキシ層を具備した第２の基板を得るステップと、を含んでなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１の基板を提供するステップと、
（ｂ）前記第１の基板上に第１のエピタキシ層を形成するステップと、
（ｃ）前記第１のエピタキシ層上にマスク層を形成すると共に、このマスク層をエッチングして少なくとも１パターンを形成するステップと、
（ｄ）前記マスク層上に第２のエピタキシ層を形成するステップと、
（ｅ）前記第２のエピタキシ層に第２の基板をボンディングするステップと、
（ｆ）前記マスク層をエッチングして、前記第２のエピタキシ層と前記第１のエピタキシ層とを分離することにより、前記第２のエピタキシ層を具備した第２の基板を得るステップと、
を含んでなることを特徴とする横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法。
【請求項２】
前記第１の基板は、砒素化ガリウム基板、アルミナ基板、炭素珪素（ＳｉＣ）基板、又は珪素（Ｓｉ）基板であることを特徴とする請求項１記載の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法。
【請求項３】
前記第１のエピタキシ層は、低温緩衝層と高温エピタキシ層とを含んでなり、
その中、前記緩衝層の材質は、窒素ガリウム、アルミナ及び窒化ガリウム・アルミニウムのいずれかであり、
前記低温緩衝層は、６００〜７００℃の温度下で形成され、その沈積厚さは約２００〜５００Åであり、
前記高温エピタキシ層は、材質として窒化ガリウムを含み、そして１０００〜１１００℃の温度下で形成され、その沈積厚さは約１．５マイクロマータである、
ことを特徴とする請求項１記載の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法。
【請求項４】
前記マスク層は、金属又はセラミック材質であり、
その中、前記金属材質は、タングステンであり、そして、前記セラミック材質は、窒化珪素及び二酸化珪素のいずれかである、
ことを特徴とする請求項１記載の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法。
【請求項５】
前記少なくとも一つのパターンは、ドット状又はライン状開口であることを特徴とする請求項１記載の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｄ）は、さらに前記第２のエピタキシ層上に接合媒体層を形成するステップ（ｄ１）を含んでなり、
前記接合媒体層は、パラジウム、メタン、インジウム、金、ニッケル又はそれらの金属元素を混合したものを含んでなる層である、
ことを特徴とする請求項１記載の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法。
【請求項７】
前記第２のエピタキシ層は、横方向被覆生長エピタキシ層であり、そして、窒化ガリウム（ＧａＮ）材質を含んでなる、
ことを特徴とする請求項１記載の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｅ）は、さらに前記第２の基板上に接合媒体層を形成するステップ（ｅ１）を含んでなり、前記接合媒体層は、パラジウム、チタン、インジウム、金、ニッケル又はそれらの金属元素を混合したものを含む層である、ことを特徴とする請求項１記載の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法。
【請求項９】
前記第２の基板は、珪素材質を含んでなり、
前記ステップ（ｆ）の前記エッチングステップは、湿式エッチングである、ことを特徴とする請求項１記載の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法。
【請求項１０】
前記ボンディングは、ウェーハ・ボンディングであり、
このウェーハ・ビンディングは、熱処理ステップを含む、
ことを特徴とする請求項１記載の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法。
【請求項１１】
（ａ）第１の基板を提供するステップと、
（ｂ）前記第１の基板上に第１のエピタキシ層を形成するステップと、
（ｃ）前記第１のエピタキシ層上にマスク層を形成すると共に、このマスク層をエッチングして少なくとも１パターンを形成するステップと、
（ｄ）前記マスク層上に第２のエピタキシ層を形成するステップと、
（ｅ）前記マスク層をエッチングするステップと、
（ｆ）前記第２の基板を前記第２のエピタキシ層上にボンディングして前記第２のエピタキシ層と前記第１のエピタキシ層とを分離することにより、前記第２のエピタキシ層を具備した第２の基板を得るステップと、
を含んでなることを特徴とする横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｄ）は、さらに前記第２のエピタキシ層及び前記第２の基板上に接合媒体層を形成するステップ（ｄ１）を含んでなり、
前記ステップ（ｆ）は、さらに前記第２の基板と前記第２のエピタキシ層との接触面に接合媒体層を形成するステップ（ｆ１）を含んでなる、
ことを特徴とする請求項１１記載の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法に関し、特に、横方向被覆生長窒化ガリウム・エピタキシ層の転移方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、例えば発光ダイオード及び半導体レーザ・ダイオードなどは広く光電素子に応用され、主として半導体材料により構成されている。この種の半導体素子は通常エピタキシ製造プロセスを介してエピタキシ基板上で生長するが、不同エピタキシ基板と不同半導体材料との間の格子定数（ｌａｔｔｉｃｅ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）が互いにマッチングしてから高い品質の半導体材料に成長し、高い効能の半導体素子を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、制限されたエピタキシ基板は該半導体材料の応用範囲及び効能を制限してしまうので、これら半導体エピタキシ層材料及び素子構造は時々本来のエピタキシ基板上から分離する必要があり、そして該半導体材料の応用価値を向上するために、再度別種格子定数の該半導体材料の生長を拒否する基板上に転移する。
【０００４】
目前窒化ガリウム（ＧａＮ）を例にとれば、現在窒化ガリウムはバルク材に成長するのが容易でないために窒化ガリウム・エピタキシ基板が存在せず、通常他種材料の基板上に外延する必要がある。しかしながら、窒化ガリウムのエピタキシ基板はある素子の操作又は量産に不利な性質、例えば不伝導、カット困難、放熱困難等の性質を有しているために応用の広い窒化ガリウムに対して使用可能性及び効能の制限を来たしていた。このために現今ではウエーハ・ボンディング法に基板除去又は転移技術を取り合わせて使用することにより、窒化ガリウム・エピタキシ層を他種材料の基板上に転移して窒化ガリウムの応用性を高めている。
【０００５】
窒化ガリウム基板の分離技術にはレーザ除去法とイオン・インプラント分離法とを有するが、両者ともその応用の制限及び欠点がある。一般に、レーザ除去法は比較的小さいレーザビーム・スポットサイズに限られることから、僅かに小区域の窒化ガリウム・エピタキシ層の分離にしか適用されないという欠点を有するほか、レーザ・ビームのエネルギー分布の均一が容易でないために窒化ガリウムの不同区域の熱分解程度が同一でないという問題を生じている。
【０００６】
さらには、窒化ガリウム・エピタキシ層と基板との間において界面の分解ステップを精確に制御できないために、レーザ除去法により分離した後の一部の窒化ガリウム・エピタキシ層が不均一の熱分解に起因して表面を粗くさせ、甚だしくは分離過程中不均一な熱衝撃を受けたために素子効能が降下又は使用できないという問題がある。また、産業の利用可能性として、レーザの高価な設備と量産ひいてはコストダウンに適しないとの問題がある。
【０００７】
イオン・インプラント法は、ウェーハをボンディングする前にイオンをエピタキシ層にインプラントし、そして再度ウエーハ・ボンディングを行い、加熱してエピタキシ層を分離するものであるが、イオンを窒化ガリウム・エピタキシ層にインプラントする過程においてエピタキシ層の結晶構造を破壊し、エピタキシ層の欠陥密度が増加してエピタキシ層中の素子効能又は、材料品質に影響を及ぼすので、商業用途を目的とする半導体エピタキシ層の転移に適合しない。
【０００８】
ほかに、これら２種類の方法はいずれも大面積の窒化ガリウム・エピタキシ層の転移に適さず、転移後得られたエピタキシ層の品質も比較的劣り、エピタキシ基板を重複して利用できず、製造プロセスのコストが高い等の共通欠点を惹き起こすという問題を有する。
従って、本出願人は上記従来技術の欠点に鑑み、鋭意テストと研究を重ねた結果、ついに本発明の「横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法」を案出した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の主たる目的は、本来の生長基板及び該横方向被覆生長エピタキシ層を傷つけることなく該該横方向被覆生長エピタキシ層を所要の基板上に転移する、横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の次の目的は、窒化ガリウム横方向被覆生長エピタキシ層を他の選択可能な基板上に転移することにより、良好な品質と欠陥密度の少ない窒化ガリウム横方向被覆生長エピタキシ層を得ると共に、それの異なる使用ルートを提供することにある。
【００１１】
上記目的を達成するために、第１の発明（請求項１に対応）の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法は、
（ａ）第１の基板を提供するステップと、
（ｂ）前記第１の基板上に第１のエピタキシ層を形成するステップと、
（ｃ）前記第１のエピタキシ層上にマスク層を形成すると共に、このマスク層をエッチングして少なくとも１パターンを形成するステップと、
（ｄ）前記マスク層上に第２のエピタキシ層を形成するステップと、
（ｅ）前記第２のエピタキシ層に第２の基板をボンディングするステップと、
（ｆ）前記マスク層をエッチングして、前記第２のエピタキシ層と前記第１のエピタキシ層とを分離することにより、前記第２のエピタキシ層を具備した第２の基板を得るステップと、
を含んでなり、これにより、良好な品質と欠陥密度の少ない窒化ガリウム横方向被覆生長エピタキシ層を得ると共に窒化ガリウム横方向被覆生長エピタキシ層の別の使用経路を提供する。
【００１２】
上記アイディアに基づく第２の本発明（請求項２に対応）は、上記第１の発明の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法において、
前記第１の基板が砒素化ガリウム基板、アルミナ（ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板、炭素珪素（ＳｉＣ）基板、又は珪素（Ｓｉ）基板及び外延生長可能な窒化ガリウム基板からなる群より一つ選ばれた基板であることを特徴とする。
【００１３】
上記アイディアに基づく第３の本発明（請求項３に対応）は、上記第１の発明の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法において、
前記第１のエピタキシ層が低温緩衝層と高温エピタキシ層とを含んでなり、
その中、前記緩衝層の材質が窒素ガリウム、アルミナ及び窒化ガリウム・アルミニウムのいずれかであり、
前記低温緩衝層が６００〜７００℃の温度下で形成され、その沈積厚さは約２００〜５００Åであり、
前記高温エピタキシ層の材質が窒化ガリウムであり、この高温エピタキシ層が１０００〜１１００℃の温度下で形成され、その沈積厚さは約１．５マイクロメータであることを特徴とする。
【００１４】
また、上記アイディアに基づく第４の本発明（請求項４に対応）は、前記第１の本発明の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法において、
前記マスク層が金属又はセラミック材質であり、
その中、前記金属材質がタングステンであり、
そして、前記セラミック材質が窒化珪素及び二酸化珪素のいずれかであることを特徴とする。
【００１５】
また、上記アイディアに基づく第５の発明（請求項５に対応）は、上記第１の発明の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法において、
前記少なくとも一つのパターンがドット状又はライン状開口であることを特徴とする。
【００１６】
また、上記アイディアに基づく第６の本発明（請求項６に対応）は、上記第１の本発明の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法において、
前記ステップ（ｄ）が、さらに前記第２のエピタキシ層上に接合媒体層を形成するステップ（ｄ１）を含んでなり、
前記接合媒体層がパラジウム、メタン、インジウム、金、ニッケル又はそれらの金属元素を混合したものを含んでなることを特徴とする。
【００１７】
また、上記アイディアに基づく第７の本発明（請求項７に対応）は、上記第１の発明の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法において、
前記第２のエピタキシ層が横方向被覆生長エピタキシ層であり、そして、窒化ガリウム（ＧａＮ）材質を含んでなることを特徴とする。
【００１８】
また、上記アイディアに基づく第８の本発明（請求項８に対応）は、上記第１の発明の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法において、
前記ステップ（ｅ）が、さらに前記第２の基板上に接合媒体層を形成するステップ（ｅ１）を含んでなり、
前記接合媒体層がパラジウム、チタン、インジウム、金、ニッケル又はそれらの金属元素を混合したものを含む層であることを特徴とする。
【００１９】
また、上記アイディアに基づく第９の本発明（請求項９に対応）は、上記第１の本発明の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法において、
前記第２の基板は珪素材質を含んでなり、そして、
前記ステップ（ｆ）の前記エッチングステップは湿式エッチングであることを特徴とする。
【００２０】
また、上記アイディアに基づく第１０の発明（請求項１０に対応）は、上記第１の発明の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法において、
前記ボンディングがウェーハ・ボンディングであり、
このウエーハ・ボンディングが熱処理ステップを含むことを特徴とする。
【００２１】
さらには、上記目的を達成するための第１１の発明の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法は、
（ａ）第１の基板を提供するステップと、
（ｂ）前記第１の基板上に第１のエピタキシ層を形成するステップと、
（ｃ）前記第１のエピタキシ層上にマスク層を形成すると共に、このマスク層をエッチングして少なくとも１パターンを形成するステップと、
（ｄ）前記マスク層上に第２のエピタキシ層を形成するステップと、
（ｅ）前記マスク層をエッチングするステップと、
（ｆ）前記第２の基板を前記第２のエピタキシ層上にボンディングして前記第２のエピタキシ層と前記第１のエピタキシ層とを分離することにより、前記第２のエピタキシ層を具備した第２の基板を得るステップと、
を含んでなり、これにより良好な品質と欠陥密度の少ない窒化ガリウム横方向被覆生長エピタキシ層の別の使用経路を提供する。
【００２２】
また、上記アイディアに基づく第１２の本発明（請求項１２に対応）は、上記第１１の本発明の横方向被覆生長エピタキシ層の転移方法において、
前記ステップ（ｄ）が、さらに前記第２のエピタキシ層及び前記第２の基板上に接合媒体層を形成するステップ（ｄ１）を含んでなり、
前記ステップ（ｆ）が、さらに前記第２の基板と前記第２のエピタキシ層との接触面に接合媒体層を形成するステップ（ｆ１）を含んでなることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の最良な実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明のアイディアに基づく横方向被覆生長窒化ガリウム・エピタキシ層の好適な実施例の製造方法を示す見取図である。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、第１の窒化ガリウム・エピタキシ層１１２は、第１の基板１１１上に形成され、この窒化ガリウム・エピタキシ層１１２を形成する基板は通常アルミナ（ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板が使用され、その格子定数及び結晶構造が窒化ガリウム・エピタキシ層の成長に適することから高品質の窒化ガリウム・エピタキシ層が得られるが、カット困難、容易に導電しない等の問題が存在している。
【００２５】
そこで本発明の好適な実施例において、第１の窒化ガリウム・エピタキシ層１１２は低温窒化ガリウム・エピタキシ層１１２１（低温緩衝層）と高温窒化ガリウム・エピタキシ層１１２２とによりなり、その中、低温窒化ガリウム・エピタキシ層１１２１は第１の基板１１１上に沈積された厚さが約２００〜５００Å、その沈積温度が約６００〜７００℃の窒化ガリウム又は窒化アルミニウム層であり、そして高温窒化ガリウム・エピタキシ層１１２２は低温窒化ガリウム・エピタキシ層１１２１上に沈積された厚さが約１．５マイクロメータ、その沈積温度が約１０００〜１１００℃の窒化ガリウム層である。
【００２６】
すなわち、本実施例においては、第１の基板１１１、低温窒化ガリウム・エピタキシ層１１２１及び高温窒化ガリウム・エピタキシ層１１２２により、エピタキシ層組合基板が組成される。
【００２７】
次に、第１の窒化ガリウム・エピタキシ層１１２上において再度マスク層１１３を形成し、エッチングしてマスク層１１３上にドット状又はライン状開口にパターニングされたパターン１１４を形成させる。
この場合、マスク層１１３の材質は、二酸化珪素又は窒化珪素又はタングステンなどの金属、もしくはセラミックが使用される。
【００２８】
さらには図１（ｂ）に示すように、マスク層１１３上に第２の窒化ガリウム・エピタキシ層１２１を形成する。この第２の窒化ガリウム・エピタキシ層１２１は、横方向被覆生長プロセス（ｅｐｉｔａｘｙ　ｌａｔｅｒａｌ　ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）を通して形成されると共に、該製造プロセスは生長された横方向被覆窒化ガリウム結晶体が基板の表面に平行かつ整合するまで進行する必要があり、その形成温度は約１０００〜１１００℃の間である。
また、この製造プロセスにおいて、横方向被覆生長結晶体は連合（ｃａｌｅｓｃｅｎｃｅ）して完成しても良く、又は連合せずに個別の結晶粒の表面を整合するのみでも良い。
【００２９】
次に、該第２の基板１２２を第２の横方向被覆生長窒化ガリウム・エピタキシ層１２１にボンディングするために、転移したい第２の基板１２２と第２の横方向被覆生長窒化ガリウム・エピタキシ層１２１とのウエーハ・ボンディングのステップを進行する。ここで第２の基板１２２の材質は限定されず、転移後の用途、需要により定められる。同時に場合により、第２の基板１２２及び第２の横方向被覆生長窒化ガリウム・エピタキシ層１２１上において、それぞれウエーハ・ボンディング媒体層１３１をめっきする。
この場合、媒体層１３１は単層又は多層構造であり、パラジウム、チタン、インジウム、金、ニッケル等の金属材料が使用される。
【００３０】
次に、湿式エッチングの方法により、上記ステップを完成したウエーハ・ボンディング組合１０を食刻液中に入れ、マスク層１１３をエッチングして宙ぶらりん式構造を形成する（図１（ｃ）参照）。
この食刻液は、マスク層を迅速にエッチングできると共に、その他基板及びエピタキシ層を影響しないようにマスク材料及び基板移転材料の如何により選択決定される。
最後、図１（ｄ）に示すように、第１の窒化ガリウム・エピタキシ層１１２及び第２の横方向被覆生長窒化ガリウム・エピタキシ層１２１を分離すれば、第２の横方向被覆生長窒化ガリウム・エピタキシ層１２１が被覆成長された第２の基板１２２を得ることができる。
【００３１】
本実施例のウエーハ・ボンディングの製造プロセスにおいては、第２の窒化ガリウム・エピタキシ層１２１に新支持基材を提供するほか、さらに基板と窒化ガリウムとの熱膨張係数の差異により、ウエーハ・ボンディングの熱処理の過程中接点上に応力が集中して、基材とエピタキシ基板との分離を促進する。同時に、湿式エッチングは選択比が高い、エピタキシ層を破壊しない、低コスト及び大きなサイズに適合する等の利点を有しているので、本実施例におけるマスク層の除去に適合する。そして基板が分離された後、第１の基板と低温窒化ガリウム・エピタキシ層と高温窒化ガリウム・エピタキシ層とにより組成されてエピタキシ基板は湿式エッチング法により破壊されることなく重複して使用できるので、生産コストを低下することができる。
最も重要なのは、転移された横方向被覆生長エピタキシ層の欠陥密度が少なく、将来素子に応用される時に使用寿命及び効能を増加することができる。
【００３２】
また、本発明に係る転移基板の実施ステップについては、上記の順序に限定されず、例えば施行ステップを、第２の基板を第２の横方向被覆生長窒化ガリウム・エピタキシ層にウエーハ・ボンディングする前に、先にマスク層をエッチング、つまり先に宙ぶらりん構造を形成してからウェーハ・ボンディンを進行し、同時にウエーハ・ボンディング過程における熱処理ステップにより、その後の分離過程を促進するようにしても良い。
【００３３】
要するに、本発明の製造プロセスは、高品質の横方向被覆生長窒化ガリウム・エピタキシ層を各類型基板に転移することができ、そして、各種用途の使用に供されるほか、現存基板がもたらした製造プロセス又は使用上の問題、例えば不伝導、カット困難、放熱困難などの問題を同時に解決でき、かつ、現存基板の転移方法の欠点、例えば窒化ガリウム・エピタキシ層の破損、大サイズ商業化の不適合及び高コストなどの問題を克服することができる。
さらには、製造プロセスの改善の場合、高価な設備でなくても完成でき、特に、エピタキシ基板を回収して再利用できるのでコストを低下することができる。
【００３４】
このように実施例を揚げて説明することにより、本発明の技術的手段がより明白に理解されるが、畢竟これは一実施例に過ぎず、当然本発明の技術的思想はこれに限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない限り、当業者による単純な設計変更、付加、置換等はいずれも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のアイディアに基づく横方向被覆生長窒化ガリウム・エピタキシ層の好適な実施例の製造方法を示す見取図である。
【符号の説明】
１１１　第１の基板
１１２　第１の窒化ガリウム・エピタキシ層
１１２１　低温窒化ガリウム・エピタキシ層
１１２２　高温窒化ガリウム・エピタキシ層
１１３　マスク層
１１４　パターン
１２１　第２の横方向被覆生長窒化ガリウム・エピタキシ層
１２２　第２の基板
１３１　ウエーハ・ボンディング媒体層
【図１】
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