(57)【要約】【課題】有機絶縁膜からのガスの放出を抑制すること。【解決手段】基板１０上に形成された半導体デバイスの機能部分１３上に有機絶縁膜１８を、前記基板１０の端部上には前記有機絶縁膜１８が被覆しないように形成する工程と、前記有機絶縁膜１８の上面と前記端部上の前記有機絶縁膜１８の側面とを覆うように無機絶縁膜２０を形成する工程と、前記無機絶縁膜２０を形成する工程の後、前記基板と支持基板とを真空中において接合する工程と、を含む半導体装置の製造方法。【選択図】図１
2012028477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された半導体デバイスの機能部分上に有機絶縁膜を、前記基板の端部上には前記有機絶縁膜が被覆しないように形成する工程と、
前記有機絶縁膜の上面と前記端部上の前記有機絶縁膜の側面とを覆うように無機絶縁膜を形成する工程と、
前記無機絶縁膜を形成する工程の後、前記基板と支持基板とを真空中において接合する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記真空中において接合する工程は、表面活性化接合法を用いることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記無機絶縁膜を形成する工程の後、前記支持基板の下面と前記無機絶縁膜の上面とにそれぞれ接合層を形成する工程と、
前記接合層を形成する工程の後、前記真空中において前記接合層同士を接合することにより、前記基板と前記支持基板とを接合する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記真空中において接合する工程の後、
前記基板を前記半導体デバイスの能動部分の下面から除去する工程と、
前記除去する工程の後、
真空中において前記半導体デバイスの能動部分の下面に別の基板を接合する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記基板は、Ｓｉ基板であり、前記別の基板はＳｉＣ基板であることを特徴とする請求項４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、半導体装置の製造方法に関し、特に真空中で基板を接合する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板と基板上に形成された半導体層との構造を有する半導体装置において、基板を半導体層から除去することが考案されている（特許文献１）。この場合、半導体層の上面を支持基板を用い支持することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５３２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体デバイスの能動部分の厚みは通常数μｍと薄いので、これを製造時の基板から剥離し、ハンドリングするためには、何らかの支持基板に仮固定することになる。支持基板に仮固定する際には、半導体デバイスの表面は通常凹凸しているので、この凹凸表面を保護するために、有機絶縁膜を形成して保護することが考えられる。しかしながら、有機絶縁膜は真空中でガスの放出をしやすい性質を有している。超高真空中で、材料を接合する方法を使用する際に、超高真空を保持しにくい問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、有機絶縁膜からのガスの放出を抑制することを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基板上に形成された半導体デバイスの機能部分上に有機絶縁膜を、前記基板の端部上には前記有機絶縁膜が被覆しないように形成する工程と、前記有機絶縁膜の上面と前記端部上の前記有機絶縁膜の側面とを覆うように無機絶縁膜を形成する工程と、前記無機絶縁膜を形成する工程の後、前記基板と支持基板とを真空中において接合する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、有機絶縁膜からのガスの放出を抑制することができる。
【０００７】
上記構成において、前記真空中において接合する工程は、表面活性化接合法を用いる構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記無機絶縁膜を形成する工程の後、前記支持基板の下面と前記無機絶縁膜の上面とにそれぞれ接合層を形成する工程と、前記接合層を形成する工程の後、前記真空中において前記接合層同士を接合することにより、前記基板と前記支持基板とを接合する工程と、を含む構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記真空中において接合する工程の後、前記基板を前記半導体デバイスの能動部分の下面から除去する工程と、前記除去する工程の後、真空中において前記半導体デバイスの能動部分の下面に別の基板を接合する工程と、を含む構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記基板は、Ｓｉ基板であり、前記別の基板はＳｉＣ基板である構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、有機絶縁膜からのガスの放出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）から図１（ｃ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図２】図２は、ウエハの上面図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その３）である。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その４）である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｃ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その５）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１（ａ）から図1（ｃ）および図３（ａ）から図６（ｃ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。なお、基板１０と半導体層１２等はウエハを構成する。ウエハ内には複数のＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の半導体素子が形成されるが、簡略化のため各図では１つのＦＥＴを図示している。各図の左右端はウエハの端部に対応する。
【００１５】
図１（ａ）のように、基板１０上に半導体層１２を形成する。半導体層１２上にソース電極１４、ゲート電極１５およびドレイン電極１６を形成する。基板１０は、例えばＳｉ基板である。半導体層１２は、例えば窒化物半導体層である。例えば、半導体層１２として、基板１０上に、ＡｌＮバッファ層、ＧａＮチャネル層、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層およびｎ型ＧａＮキャップ層が順次形成されている。ソース電極１４およびドレイン電極１６として、半導体層１２側から例えばＴａ層およびＡｌ層が形成されている。ゲート電極１５として、半導体層１２側から例えばＮｉ層およびＡｕ層が形成されている。図示していないが、各電極の抵抗を低下させるため、各電極上に数μｍの金属層が形成されている。また、ウエハの最表面は、ボンディングパッド部を除き窒化シリコン膜で覆われている。また、ウエハ、最表面には数μｍの凹凸が形成されている。半導体層１２、ソース電極１４、ゲート電極１５、ドレイン電極１６、および図示されていない各電極上の数μｍの金属層と上記窒化シリコン膜全体が、半導体デバイスの能動部分１３を構成する。
【００１６】
図１（ｂ）のように、半導体デバイスの能動部分上に有機絶縁膜１８を形成する。有機絶縁膜１８により、最表面を平坦化することができる。すなわち、有機絶縁膜１８の上面は平坦化している。基板１０の端部上には有機絶縁膜１８が被覆しないように有機絶縁膜１８を形成する。例えば、有機絶縁膜１８として感光性ポリイミドを用いる。例えば、膜厚が７μｍとなるように有機絶縁膜１８を半導体層１２上にスピン塗布する。露光現像することにより、基板１０端部上の有機絶縁膜１８を除去する。熱処理することにより、有機絶縁膜１８を硬化させる。
【００１７】
図２は、ウエハの上面図である。なお、少なくとウエハの端部の有機絶縁膜１８が除去されていればよい。例えば、ウエハの端部と各ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の半導体素子を分離するスクライブライン上との有機絶縁膜１８が除去されていてもよい。図２のように、基板１０であるウエハの端部を除き有機絶縁膜１８が形成されている。有機絶縁膜１８としては、例えばポリイミド、ＢＣＢ（ベンゾジクロブテン）、Ａｌポリマーを用いることができる。有機絶縁膜１８は、以降の支持基板との接合を行なうため上面が平坦となるような材料であることが好ましい。また、電極や半導体デバイスの能動部分を保護する程度に柔らかい材料であることが好ましい。さらに、以後の工程の熱処理に耐える程度の耐温度性を有することが好ましい。例えば無機絶縁膜の形成時の温度（例えば２００℃〜３００℃）により変形しないことが好ましい。
【００１８】
図１（ｃ）のように、有機絶縁膜１８の上面および端部上の有機絶縁膜１８の端面を覆うように無機絶縁膜２０を形成する。例えば、無機絶縁膜２０として窒化シリコンを用いる。例えば膜厚が３００ｎｍの無機絶縁膜２０をプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い形成する。無機絶縁膜２０は、有機絶縁膜１８からのガスの放出を抑制する程度に緻密であることが好ましい。また、有機絶縁膜１８の上面および側面を完全に覆うことが好ましい。さらに、以後の工程で除去可能な膜であることが好ましい。無機絶縁膜２０としては、酸化シリコンまたは窒化アルミニウムを用いることもできる。
【００１９】
基板１０の端部は、通常ステッパ露光のショット外に当る部分なので、ウェハプロセスにおける不用な絶縁膜や金属膜が残置された結果、大きな凹凸や塵状の表面形態を取ることが多い。このため、この部分に形成された有機絶縁膜１８の側面に無機絶縁膜２０を形成しても、当該大きな凹凸や塵状の表面形態の影響を受けて、側面の無機絶縁膜２０にはピンポール等が形成されてしまい、ガスの放出を有効に抑制することが難しい。実施例１では、基板１０端部上の有機絶縁膜１８を除去し、有機絶縁膜１８の側面に無機絶縁膜２０を形成している。これにより、有機絶縁膜１８の側面をより効果的に覆うことができる。よって、後の工程において、有機絶縁膜１８からのガスの放出を抑制することができる。
【００２０】
図３（ａ）のように、無機絶縁膜２０を覆うように、接合層２２を形成する。支持基板２６の下面にも接合層２４が形成されている。接合層２２および２４としては、例えば、蒸着法を用い形成された膜厚が１０μｍのＡｌを用いる。接合層２２および２４は、相互拡散し接合し易い材料であることが好ましい。また、後の工程で除去し易い材料であることが好ましい。接合層２２および２４としては、Ａｌ以外の金属を用いることもできる。相互拡散し易く、除去し易い材料としてＡｌを用いることが好ましい。支持基板２６としては、例えばサファイア基板を用いる、支持基板２６は、基板１０を支持可能で、下面が平坦なことが好ましい。
【００２１】
図３（ｂ）のように、接合層２２と２４とを表面活性化接合法（surface activation bonding）を用い接合させる。超高真空中において、接合層２２および２４の表面にＡｒイオン等を照射する。これにより、表面が活性化する。接合層２２および２４を密着させることにより、接合層２２と２４とが接合する。有機絶縁膜１８により、無機絶縁膜２０および接合層２２の上面が平坦なため、接合層２２と接合層２４とは常温で容易に接合できる。このとき、有機絶縁膜１８からガスが放出すると、超高真空に至るのに時間を要する。または、表面活性化接合法用の装置のチャンバ内が汚染される。実施例１では、無機絶縁膜２０により有機絶縁膜１８からのガスの放出を抑制できる。なお、接合層２２として蒸着膜またはスパッタ膜等を用いる場合、接合層２２に緻密性が無いため、無機絶縁膜２０を用いず接合層２２のみで有機絶縁膜１８からのガスの放出の抑制することは難しい。
【００２２】
図４（ａ）のように、基板１０の端部をワックス２８を用い保護する。ワックス２８は例えば１００℃〜１２０℃で溶融するワックス２８により、接合層２２および２４が保護される。図４（ｂ）のように、基板１０を除去する。基板１０が例えばＳｉ基板の場合、ＨＦ（フッ酸）とＨＮＯ３（硝酸）との混合液によりＳｉをエッチングする。このとき、窒化物半導体はエッチングされない。基板１０を除去する方法としては、基板１０をエッチングする方法以外に、基板１０と半導体層１２との間に剥離層を設け、剥離層から基板１０を除去する方法もある。例えば、基板１０をサファイア基板とし、ＡｌＩｎＮを剥離層として用い、ＡｌＩｎＮにレーザを照射することにより、基板１０を半導体層１２から剥離することもできる。
【００２３】
図５（ａ）のように、ワックス２８を除去する。ワックス２８の除去には、例えばＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等の有機溶剤を用いる。図５（ｂ）のように、半導体層１２と別の基板３０とを表面活性化接合法により接合する。別の基板３０としては、例えば多結晶ＳｉＣ基板を用いることができる。表面活性化接合法を用いることにより、イオン性の高い結晶であっても他の基板と直接接合することができる。これにより、実施例１のようにイオン性の高い窒化物半導体層を異種基板に直接接合することができる。
【００２４】
単結晶ＳｉＣ基板は、その上に直接窒化物半導体層が形成でき、かつ熱伝導性がよい材料であるが、大変高価である。そこで、実施例１のように、窒化物半導体層１２を形成する基板には安価なＳｉ基板を用いる。図５（ａ）のように、窒化物半導体層１２に安価で高熱伝導である多結晶ＳｉＣ基板を接合させる。これにより、熱伝導性のよい多結晶ＳｉＣ基板上に窒化物半導体層１２が形成された構造を安価に形成することができる。
【００２５】
図６（ａ）のように、接合層２２および２４を除去することにより、支持基板２６を除去する。例えば、接合層２２および２４がＡｌの場合、塩酸を用い接合層２２および２４をエッチングする。図６（ｂ）のように、無機絶縁膜２０を除去する。例えば、無機絶縁膜２０が窒化シリコンの場合、緩衝フッ酸溶液またはフッ素系ガスを用い無機絶縁膜２０をエッチングする。図６（ｃ）のように、有機絶縁膜１８を除去する。例えば、有機絶縁膜１８がポリイミドの場合、酸素アッシングにより有機絶縁膜１８をエッチングする。以上により、実施例１に係る半導体装置が完成する。
【００２６】
実施例１によれば、図１（ｂ）のように、半導体デバイスの能動部分上に有機絶縁膜１８を形成することにより、有機絶縁膜１８上を平坦にすることができる。これにより、図３（ｂ）のように、基板１０を支持基板２６に接合することができる。図２のように、基板１０の端部上には有機絶縁膜１８が被覆しない。図１（ｃ）のように、無機絶縁膜２０が有機絶縁膜１８の上面および端部上の有機絶縁膜１８の側面を覆っている。よって、無機絶縁膜２０を形成した後、基板１０と支持基板２６とを真空中において接合する工程において、有機絶縁膜１８からのガスの放出を効果的に抑制することができる。
【００２７】
基板１０と支持基板２６とを真空中において接合する方法としては、表面活性化接合を用いることができる。
【００２８】
図３（ａ）のように、支持基板２６の下面と無機絶縁膜２０の上面とにそれぞれ接合層２２および２４を形成する。図３（ｂ）のように真空中において接合層２２および２４同士を接合することにより、無機絶縁膜２０の上面を支持基板２６に接合する。これにより、図６（ａ）のように、後の工程において、接合層２２および２４をエッチングすることにより、半導体層１２から支持基板２６を除去することができる。
【００２９】
図４（ａ）のように、基板１０を半導体デバイスの能動部分の下面（例えば半導体層１２の下面）から除去する。図５（ｂ）のように、真空中において半導体デバイスの能動部分の下面（例えば半導体層１２の下面）に別の基板３０を接合することができる。これにより、半導体層１２を基板１０とは異なる別の基板３０上に形成することができる。半導体層１２と別の基板３０との接合は、表面活性化接合法を用いることができる。この場合も、有機絶縁膜１８からのガスの放出を抑制することができる。
【００３０】
半導体層１２は窒化物半導体層であり、基板１０はＳｉ基板とすることができる。これにより、図５（ａ）のように、基板１０をエッチングすることにより、基板１０を除去することができる。また、別の基板３０はＳｉＣ基板とすることができる。これにより、前述のように、熱伝導性のよい基板を設けることができる。さらに、別の基板３０を多結晶ＳｉＣ基板とすることにより、安価な基板を用いることができる。
【００３１】
実施例１は、半導体層１２として窒化物半導体の例を説明したが、半導体層１２はその他の半導体層でもよい。なお、窒化物半導体とは、窒素を含む半導体であり、例えばＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮまたはＡｌＩｎＧａＮ等である。
【００３２】
実施例１では、半導体層に形成される半導体素子としてＦＥＴを例に説明したが、半導体素子は、バイポーラトランジスタ等のトランジスタ、ＰＤ（Photo Diode）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）またはＬＤ（Laser Diode）等の光半導体素子でもよい。
【００３３】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０        基板
１２        半導体層
１３        半導体デバイスの機能部分
１８        有機絶縁膜
２０        無機絶縁膜
２２、２４  接合層
２６        支持基板
３０        別の基板
【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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【図６】
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