(57)【要約】ここにおいて開示されている方法は、２次ホスト基板上におけるエピタキシャルリフトオフ薄膜エピ層の剥離をなくすあるいは削減して、ＥＬＯプロセスによる薄膜素子の高い歩留りでの製造を可能とする。前記方法は、パターニングされた歪み緩和トレンチを使用する。
2018514083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．成長基板の上に犠牲層を堆積させること、
ｂ．前記犠牲層の上にエピ層を堆積させること、
ｃ．前記エピ層の上にフォトレジスト層を堆積させること、
ｄ．フォトリソグラフィーを使用し、前記フォトレジスト層を経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記エピ層のエリアを露出させ、
ｅ．前記エピ層の露出された前記エリアを経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記成長基板のエリアを露出させ、
ｆ．前記フォトレジスト層を除去すること、
ｇ．前記エピ層の上に金属層を堆積させること、
ｈ．前記金属層を金属被覆ホスト基板に結合すること、および、
ｉ．前記犠牲層をエッチングすることによって、前記エピ層のエピタキシャルリフトオフを実施すること、
を有することを特徴とする薄膜素子の製造方法。
【請求項２】
ステップｅにおける前記１つ以上のトレンチは、少なくとも１つの素子を含んでいる前記エピ層の少なくとも１つのエリアを、少なくとも１つの別のエリアから分離することを特徴とする請求項１に記載の薄膜素子の製造方法。
【請求項３】
ステップｅにおける前記１つ以上のトレンチは、前記エピ層を２つ以上の構成片に分割することを特徴とする請求項１に記載の薄膜素子の製造方法。
【請求項４】
ステップｅにおける前記１つ以上のトレンチは、前記エピ層を１つ以上の行に分割することを特徴とする請求項１に記載の薄膜素子の製造方法。
【請求項５】
ステップｅにおける前記１つ以上のトレンチは、前記エピ層を構成片からなるグリッドに分割することを特徴とする請求項１に記載の薄膜素子の製造方法。
【請求項６】
ステップｅにおける前記１つ以上のトレンチは、前記エピ層あるいは応力固有金属層（ｓｔｒｅｓｓｅｄ  ｍｅｔａｌ）の応力を緩和するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜素子の製造方法。
【請求項７】
ステップｅにおける前記パターニングは、エピタキシャルリフトオフプロセスの後において、クラックしたエピ層、エピ層の部分的な剥離、および、短絡した素子の少なくとも１つを削減するように、構成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜素子の製造方法。
【請求項８】
前記エピ層は、少なくとも１００００平方ミクロンのエリアを有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜素子の製造方法。
【請求項９】
前記エリアは、約１００００００平方ミクロン〜約１００００００００平方ミクロンの範囲にあることを特徴とする請求項８に記載の薄膜素子の製造方法。
【請求項１０】
ステップａの前記エピ層は、Ｓｉ半導体およびＩＩＩ−Ｖ半導体の少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜素子の製造方法。
【請求項１１】
ステップｈは、冷間圧接結合およびファンデルワールス結合の少なくとも１つによって実施されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜素子の製造方法。
【請求項１２】
前記ホスト基板は、プラスチック基板、半導体基板および金属基板から選択されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜素子の製造方法。
【請求項１３】
ステップｄおよびｅにおける前記１つ以上のトレンチの幅は、２５０ミクロン以下であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜素子の製造方法。
【請求項１４】
ａ．成長基板の上に犠牲層を堆積させること、
ｂ．前記犠牲層の上にエピ層を堆積させること、
ｃ．前記エピ層の上にフォトレジスト層を堆積させること、
ｄ．フォトリソグラフィーを使用し、前記フォトレジスト層を経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記エピ層のエリアを露出させ、
ｅ．前記エピ層の上に金属層を堆積させること、
ｆ．前記フォトレジスト層を覆っている前記金属層の任意の部位が、リフトオフされ、下層である前記エピ層の異なるエリアを露出させるように、前記フォトレジスト層を除去すること、
ｇ．前記エピ層の露出された前記異なるエリアを経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記犠牲層のエリアあるいは下層である前記成長基板のエリアを露出させ、
ｈ．前記金属層を金属被覆ホスト基板に結合すること、および、
ｉ．前記犠牲層をエッチングすることによって、前記エピ層のエピタキシャルリフトオフを実施すること、
を有することを特徴とする薄膜素子の製造方法。
【請求項１５】
ａ．成長基板の上に犠牲層を堆積させること、
ｂ．前記犠牲層の上にエピ層を堆積させること、
ｃ．前記エピ層の上に金属層を堆積させること、
ｄ．前記エピ層の上にフォトレジスト層を堆積させること、
ｅ．フォトリソグラフィーを使用し、前記フォトレジスト層を経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記金属層のエリアを露出させ、
ｆ．前記金属層の露出された前記エリアを経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記エピ層のエリアを露出させ、
ｇ．前記エピ層の露出された前記エリアを経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記犠牲層のエリアあるいは下層である前記成長基板のエリアを露出させ、
ｈ．前記フォトレジスト層を除去すること、
ｉ．前記金属層を金属被覆ホスト基板に結合すること、および、
ｊ．前記犠牲層をエッチングすることによって、前記エピ層のエピタキシャルリフトオフを実施すること、
を有することを特徴とする薄膜素子の製造方法。
【請求項１６】
エピ層と、
ホスト基板と、を有しており、
前記エピ層は、少なくとも１つの素子を含むことが可能である少なくとも１つのエリアを、少なくとも１つの別のエリアから分離する１つ以上のトレンチを含んでいる
ことを特徴とする薄膜素子。
【請求項１７】
前記１つ以上のトレンチは、前記エピ層を１つ以上の行に分割することを特徴とする請求項１６に記載の薄膜素子。
【請求項１８】
エピ層は、少なくとも１００００平方ミクロンのエリアを有することを特徴とする請求項１６に記載の薄膜素子。
【請求項１９】
前記エリアは、約１００００００平方ミクロン〜約１００００００００平方ミクロンの範囲にあることを特徴とする請求項１８に記載の素子。
【請求項２０】
前記エピ層は、Ｓｉ材料およびＩＩＩ−Ｖ材料の少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１６に記載の薄膜素子。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本出願は、２０１５年３月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／１３４８３３号の優先権の利点を請求しており、そして、参照され、全体として組み入れられている。
【０００２】
本発明は、米陸軍研究事務所（Ａｒｍｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｏｆｆｉｃｅ）によって認められた契約番号Ｗ９１１ＮＦ−０８−２−０００４下で、米国政府のサポートによってなされている。米国政府は、本発明において特定の権利を有する。
【０００３】
本開示の対象は、大学−企業の共同研究契約（ｊｏｉｎｔ  ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ−ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｇｒｅｅｍｅｎｔ）の下記の当事者の１人以上を代表して、および／または、それに関連してなされた：ミシガン大学の評議員およびナノフレックスパワーコーポレーション（ＮａｎｏＦｌｅｘ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）。本契約は、本開示の対象が契約の範囲内で行われる活動の結果として準備されて実行された日、および／又は、それ以前に有効であった。
【０００４】
エピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）技術は、Ｍａｋｏｔｏ  Ｋｏｎａｇａｉ，Ｍｉｔｓｕｎｏｒｉ  Ｓｕｇｉｍｏｔｏ  ＆  Ｋｉｙｏｓｈｉ  Ｔａｋａｈａｓｈｉ  ”Ｈｉｇｈ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ＧａＡｓ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ｂｙ  ｐｅｅｌｅｄ  ｆｉｌｍ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，４５  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ２７７−２８０（１９７８）、および、Ｅｌｉ  Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｅｘｔｒｅｍｅ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｌｉｆｔ−ｏｆｆ  ｏｆ  ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ＧａＡｓ  ｆｉｌｍｓ”，５１  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．に示されるように、エピ層と成長基板との間で成長した犠牲層に選択的をエッチングすることによって、成長基板からのエピ層の分離を可能にする。そして、例えば、Ｋｙｕｓａｎｇ  Ｌｅｅ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｎｏｎ−Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  Ｗａｆｅｒ  Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｌｏｗ−Ｃｏｓｔ  Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”，２４  Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．４２８４−４２９１（２０１４）から分かるように、エピ層は、２次ホスト基板へトランスファーされ、そして、太陽電池、フォトダイオードアレイ、発光ダイオードおよびＦＥＴ等の多様な種類の薄膜素子をさらに製造することが可能である。しかし、従来のＥＬＯプロセスは、２次ホスト基板からのエピ層の部分的な剥離を高い頻度で引き起こし、これは、リフトオフ薄膜エピ層に著しいダメージを与え、トランスファーされたエピ層で製造される機能性薄膜素子の低歩留りを導くことが観察される。
【０００５】
エピタキシャル層が、トランスファープロセスの間において、２次ホスト基板から部分的に剥離する場合、クラック領域が、トランスファーされたエピ層に生成する可能性がある。図１は、従来のＥＬＯプロセスの間における、このクラックプロセスの可能性がある概略図を示している。プロセスの初めにおいて、エピ層を有する薄膜およびホスト基板の両方は、金属（例えばＡｕ）で被覆される（図１（左上））。エピサンプルおよび２次ホスト基板は、結合される（一部の例においては、冷間圧接結合によって）（図１（中央上））。次に、結合されたサンプルは、ＥＬＯのための希ＨＦに浸漬され、そして、希ＨＦは、犠牲層をエッチングする（図１（右上））。ＥＬＯプロセス終了後、小さな非エッチング領域は、エピサンプル全体の中央に位置して残存する可能性がある（図１（右上））。これらの小さな非エッチング領域は、ホスト基板から剥離する傾向を有しており、その理由は、おそらく、結合あるいはＥＬＯプロセスの間に誘発されるひずみが、ＥＬＯプロセスの終了時において、小さな領域に集中するためである（図１（右下））。その結果、エピ層を有する薄膜は、Ａｕ層から中央で剥離され（図１（右下））、そして、クラック領域を有するエピ層が、生成される（図１（中央下））。これらのクラック領域に製造された素子は、例えば、短絡等の有害な動作を示し、素子全体の製造歩留りを低下させる（図１（左下））。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の素子および方法は、従来技術における上記の問題および別の欠点を克服することに関する。特に、ここにおいて記載されている方法は、２次ホスト基板上のエピタキシャルリフトオフ薄膜エピ層の剥離をなくすあるいは減らすためのものであり、高い歩留りのＥＬＯプロセス薄膜素子の製造を可能にする。ここにおいて記載されているように、本方法は、プレパターニングされた歪み緩和（ｓｔｒａｉｎ−ｒｅｌｉｅｆ）トレンチを使用する。エピタキシャルリフトオフ薄膜エピ層の品質向上は、大型のＥＬＯプロセス薄膜フォトダイオードアレイの製造歩留りを、この方法を使用しないものと比較することによって、実験的に実証された。
【０００７】
本方法の付加的な利点は、犠牲層の露出エリアを増加させることであり、これにより、犠牲層のエッチング速度を増加させることが可能である。また、Ｈｏｒｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃｒｏｓｓ−Ｓｈａｐｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｅｐｉｌａｙｅｒ  Ｌｉｆｔ−Ｏｆｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，”５９  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ６６６−６７２（２０１２）は、隣接するエピタキシャル層が犠牲エッチング層を露出させている十字状孔（ｃｒｏｓｓ−ｓｈａｐｅｄ  ｈｏｌｅｓ）を有しており、構造の各繰り返し単位は、狭い部分によって連結されていることを、レポートしている。このような構成は、犠牲層の露出エリアを増加させ、ＥＬＯ緩和時間（ｒｅｌｅａｓｅ  ｔｉｍｅ）を減少させるが、エピ層に対する応力を増加させ、狭い連結部に応力を集中させる。
【０００８】
本開示の想定される別の利点は、参照によってここに組み込まれているＫｙｕｓａｎｇ  Ｌｅｅ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ  ｔｈｅ  ｃｏｓｔ  ｏｆ  ｓｏｌａｒ−ｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｅｎｅｒｇｙ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ＧａＡｓ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ｗｉｔｈ  ｎｏｎ−ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｍｉｎｉ−ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｓ，”４  Ｌｉｇｈｔ：  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＆  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｅ２８８（２０１５）に記載されている技術と一体となって（ｉｎ  ｃｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ）、使用することが可能であることであり、応力に起因するエピ層のダメージ無しで、ラージエリアエピ層を２次ホスト基板へトランスファーし、太陽電池の大規模生産のための高スループットおよび非破壊ＥＬＯ（ＮＤ−ＥＬＯ）ウエハーリサイクルプロセスを可能とする。
【０００９】
ここに開示されている薄膜素子の製造方法は、成長基板、犠牲層およびエピ層を有する成長構造を提供することを有しており、犠牲層は、成長基板とエピ層との間に配置される。また、注意すべきことは、ここに記載されている任意の方法および技術は、ここに記載あるいは従来技術において知られている追加層も含むことが可能である前記の成長構造を使用して、実施することが可能である点である。一様相において、本方法は、前記エピ層の上にフォトレジスト層（ＰＲ）を堆積させること、フォトリソグラフィーを使用し、前記フォトレジスト層を経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記エピ層のエリアを露出させ（図２（左上））、前記エピ層の露出された前記エリアを経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記成長基板のエリアを露出させ（図２（中央上））、前記フォトレジスト層を除去すること（図２（右上））、前記エピ層の上に金属層を堆積させること（図２（右上））、前記金属層を金属被覆ホスト基板に結合すること（図２（右下および中央下））、および、前記犠牲層をエッチングすることによって、前記エピ層のエピタキシャルリフトオフを実施すること（図２（中央下））、を有する。
【００１０】
一様相において、本開示は、薄膜素子の製造方法に関し、当該方法は、成長基板の上に犠牲層を堆積させること、前記犠牲層の上にエピ層を堆積させること、前記エピ層の上にフォトレジスト層を堆積させること、フォトリソグラフィーを使用し、前記フォトレジスト層を経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記エピ層のエリアを露出させ（図２（左上））、前記エピ層の露出された前記エリアおよび前記犠牲層を経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記成長基板のエリアを露出させ（図２（中央上）、前記フォトレジスト層を除去すること（図２（右上））、前記エピ層の上に金属層を堆積させること（図２（右上））、前記金属層を金属被覆ホスト基板に結合すること（図２（右下および中央下））、および、前記犠牲層をエッチングすることによって、前記エピ層のエピタキシャルリフトオフを実施すること（図２（中央下））、を有する。
【００１１】
一部の実施の形態において、前記プロセスステップは、さまざまな異なる順番で実施される。一実施の形態において、薄膜素子の製造方法は、成長基板の上に犠牲層を堆積させること、前記犠牲層の上にエピ層を堆積させること、前記エピ層の上にフォトレジスト層を堆積させること、フォトリソグラフィーを使用し、前記フォトレジスト層を経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記エピ層のエリアを露出させ、前記エピ層の上に金属層を堆積させること、前記フォトレジスト層を覆っている前記金属層の任意の部位が、リフトオフされるように、前記フォトレジスト層を除去すること、下層である前記エピ層の異なるエリアを露出させること、前記エピ層の露出された前記異なるエリアを経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記犠牲層のエリア、あるいは、一部の実施の形態においては下層である前記成長基板のエリアを露出させ、前記金属層を金属被覆ホスト基板に結合すること、および、前記犠牲層をエッチングすることによって、前記エピ層のエピタキシャルリフトオフを実施すること、を有する。上記のように、この実施の形態において、エピ層の露出した異なるエリアを経由してパターニングされた１つ以上のトレンチは、下層である成長基板のエリアを、必ずしも露出させる必要はない。それらの１つ以上のトレンチは、犠牲層のエリアを露出させた後に停止させることが可能であり、あるいは、犠牲層を経由して進行させ、成長基板のエリアを露出させることが可能である。この実施の形態において、フォトレジスト層を経由してパターニングされた１つ以上のトレンチは、エピ層の露出した異なるエリアを経由してパターニングされた１つ以上のトレンチより、幅広であり、そして、多くのケースにおいて顕著に幅広であることが可能である。その理由は、これらの実施の形態においては、フォトレジストのパターニングされた領域は、堆積された金属層を受け入れ、したがって、その後に製造される素子をカバーするためである。したがって、フォトレジストのラージエリアは、これらの実施の形態に基づいてパターニングすることが可能である。一部の実施の形態において、フォトレジスト層を経由してパターニングされた１つ以上のトレンチは、１つ以上の薄膜素子に製造されるエピ層の全てあるいは略全てのエリアをカバーするのに十分な幅である。
【００１２】
一実施の形態において、本方法は、成長基板の上に犠牲層を堆積させること、前記犠牲層の上にエピ層を堆積させること、前記エピ層の上に金属層を堆積させること、前記エピ層の上にフォトレジスト層を堆積させること、フォトリソグラフィーを使用し、前記フォトレジスト層を経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記金属層のエリアを露出させ、前記金属層の露出された前記エリアを経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記エピ層のエリアを露出させ、前記エピ層の露出された前記エリアを経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記犠牲層のエリアあるいは一部の実施の形態では下層である前記成長基板のエリアを、露出させ、前記フォトレジスト層を除去すること、前記金属層を金属被覆ホスト基板に結合すること、および、前記犠牲層をエッチングすることによって、前記エピ層のエピタキシャルリフトオフを実施すること、を有することが可能である。上記のように、この実施の形態において、エピ層の露出エリアを経由してパターニングされた１つ以上のトレンチは、下層である成長基板のエリアを、必ずしも露出させる必要はない。それらの１つ以上のトレンチは、犠牲層のエリアを露出させた後に停止させることが可能であり、あるいは、犠牲層を経由して進行させ、成長基板のエリアを露出させることが可能である。
【００１３】
一実施の形態において、本方法は、成長基板の上に犠牲層を堆積させること、前記犠牲層の上にエピ層を堆積させ、そして、前記エピ層のエリアが露出するように、前記エピ層の上に金属メサ（ｍｅｓａ）のパターニング層を堆積させること、前記エピ層の露出した前記エリアを経由して１つ以上のトレンチをパターニングすること、当該１つ以上のトレンチは、下層である前記犠牲層のエリア、あるいは、一部の実施の形態では、下層である前記成長基板のエリアを露出させ、前記金属層を金属被覆ホスト基板に結合すること、および、前記犠牲層をエッチングすることによって、前記エピ層のエピタキシャルリフトオフを実施すること、を有することが可能である。一部の実施の形態において、金属メサのパターニング層は、シャドーマスクを使用して堆積される。
【００１４】
一部の実施の形態において、ホスト基板に対するエピ層の結合は、冷間圧接結合によって達成される。冷間圧接結合は、例えば、リーその他による「単一のＩｎＰ基板からのエピタキシャルリフトオフ太陽電池のマルティプル成長」（Ｌｅｅ，Ｋ．，Ｓｈｉｕ，Ｋ．−Ｔ．，Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ，Ｊ．Ｄ．，Ｒｅｎｓｈａｗ，Ｃ．Ｋ．＆Ｆｏｒｒｅｓｔ，Ｓ．Ｒ．“Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｇｒｏｗｔｈｓ  ｏｆ  ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｌｉｆｔ−ｏｆｆ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ｆｒｏｍ  ａ  ｓｉｎｇｌｅ  ＩｎＰ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ．”Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９７，１０１１０７（２０１０））、キムその他による「冷間圧接による有機電子素子のマイクロパターニング」（Ｋｉｍ，Ｃ．  Ｂｕｒｒｏｗｓ，Ｐ．＆Ｆｏｒｒｅｓｔ，Ｓ．“Ｍｉｃｒｏｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｏｆ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｂｙ  ｃｏｌｄ−ｗｅｌｄｉｎｇ．”Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８８，８３１-３（２０００））、および、ファーガソンその他による「エラストマー支持体上の金薄膜のコンタクト接着：周囲条件下の冷間圧接」（Ｆｅｒｇｕｓｏｎ，Ｇ．Ｓ．，Ｃｈａｕｄｈｕｒｙ，Ｍ．Ｋ．，Ｓｉｇａｌ，Ｇ．Ｂ．＆Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ，Ｇ．Ｍ．“Ｃｏｎｔａｃｔ  ａｄｈｅｓｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｉｎ  ｇｏｌｄ  ｆｉｌｍｓ  ｏｎ  ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ  ｓｕｐｐｏｒｔｓ：ｃｏｌｄ  ｗｅｌｄｉｎｇ  ｕｎｄｅｒ  ａｍｂｉｅｎｔ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．”Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２５３，７７６-７７８（１９９１））に記載されており、これらは、冷間圧接結合の開示のために、参照により、ここに組み込まれている。
【００１５】
エピ層は、素子を製造することが可能である１つ以上のアクティブエリアを有することが可能である。一実施の形態において、パターニングされたトレンチは、少なくとも１つの素子を有するエピ層の１つの領域を、別の領域から分離する。一実施の形態において、１つ以上のトレンチは、図３に示されるように、エピ層を２つ以上のアクティブエリア部分に分割する。図３は、トレンチ３０２によって２つのアクティブエリア領域３０６に分割されたエピ層３００を示している。アクティブエリア領域３０６は、素子３０４を有することが可能であるエリアを有する。一実施の形態において、１つ以上のトレンチは、エピ層のアクティブエリアの全体を、アクティブエリア部分からなる１つ以上の行（ｒｏｗ）に分割する。一実施の形態において、１つ以上のトレンチは、エピ層のアクティブエリアの全体を分割し、アクティブエリア部分からなるグリッドを定義する。一実施の形態において、アクティブエリアは、素子の行を有することが可能であり、トレンチは、全ての行を分割することが可能である。一実施の形態において、アクティブエリアは、素子の行を有することが可能であり、そして、トレンチは、素子の行の１つおきに（ｅｖｅｒｙ  ｏｔｈｅｒ  ｒｏｗ）分割することが可能であり、あるいは、トレンチは、より高い応力を受けると思われるエリアに集中させることが可能である。一実施の形態において、トレンチは、アクティブエリアの全体を分割して、エピ層上で櫛形状構造体を定義し、アクティブエリアは、図４で示されるように、隣接する構成片（ｐｉｅｃｅ）とすることが可能である。図４は、アクティブエリア領域４０６を有するエピ層４００を示しており、アクティブエリア領域４０６は、トレンチ４０２によって数個のアクティブエリア部分４０８に分割されている。図４のトレンチ４０２は、素子４０４の全ての行の間に、必ずしも存在する必要はない。アクティブエリア４０６の素子は、必ずしも行になるように配列する必要はない。図３および４は、例示的であるのみである。本開示を考慮したエピ層アクティブエリア、トレンチおよび素子の組合せのさまざまな可能性は、従来技術において、当業者の範囲の中である。
【００１６】
一部の実施の形態において、本開示の１つ以上のトレンチは、例えば、エピ層を経由してパターニングされた１つ以上のトレンチは、幅が約５００ミクロン以下、例えば、約２５０ミクロン以下である。特定の実施の形態において、１つ以上のトレンチは、約２００ミクロン〜約１ミクロンの幅、約１５０ミクロン〜約４ミクロンの幅、約１００ミクロン〜約８ミクロンの幅、約６０ミクロン〜約１０ミクロンの幅、あるいは、３０ミクロンの幅、あるいは、それらの間の任意の数の幅を有する。１つ以上のトレンチは、同一あるいは略同一の幅を有し、あるいは、互いに対して幅を変化させることも可能である。一部の実施の形態において、少なくとも１つのトレンチあるいはトレンチの全ては、１ミクロン未満の幅を、有することが可能である。一実施の形態において、トレンチは、エピ層の行としてパターニングすることが可能である。一実施の形態において、パターニングフィーチャー（ｆｅａｔｕｒｅ）は、突出部のような指部を有する櫛状構造とすることが可能である。一実施の形態において、フィーチャー間の分離は、エピ層の構成片が接触しない条件において、構成片間のギャップが最小化されるように、可能な限り小さくされる。別の実施の形態においては、１つ以上のトレンチは、エピ層のアクティブエリアの素子間のエリアの全てあるいは略全てを有する。
【００１７】
別の様相において、ここに記載されている方法は、２次ホスト基板上のエピタキシャルリフトオフ薄膜エピ層の剥離をなくすためである。これは、高い歩留りＥＬＯ処理薄膜素子の製造を可能にする。別の様相において、現下開示される方法は、２次ホスト基板上のエピタキシャルリフトオフ薄膜エピ層の剥離を削減する。一実施の形態において、１つ以上のトレンチは、エピ層の応力を緩和するように構成することが可能である。本発明の発明者は、特定の理論に縛られることを望むことなく、本開示に係るパターニングされた１つ以上のトレンチが、ＥＬＯの間において、歪み緩和を提供し、それによって、従来のＥＬＯプロセスにおいて観察されるエピ層の剥離を、削減あるいはなくすことを、信じている。
【００１８】
応力は、連続した材料（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｍａｔｅｒｉａｌ）の原子あるいはサブエレメントに対し、隣接する原子あるいはサブエレメントによって加えられる力として定義することが可能である。一実施の形態において、２つの層の間の応力は、２つの層を物理的に分離することによって、緩和することが可能である。応力は、鋭利なコーナーを有するエリアにおいて、局所的に増加する可能性がある。鋭利なコーナーは、エピ層上の別の位置における応力を減少させるために導入することが可能であるため、応力を減少させるために、全ての実施の形態が鋭利なコーナーを欠いている必要はない。応力の非限定的一例は、２つの非格子整合（ｎｏｎ−ｌａｔｔｉｃｅ  ｍａｔｃｈｅｄ）エピ層の堆積の間において表面で発生する応力、トランスファーあるいはエピタキシャルリフトオフプロセスの間において生成される応力、あるいは、外力に起因する応力を、含んでいる。応力は、一定の範囲の長さあるいは面積あるいは体積にわたって蓄積する可能性がある。一様相において、本開示は、エピ層の応力を緩和する方法に関し、応力は、ローカルポイントあるいは領域における平均応力、中央値（ｍｅｄｉａｎ）応力あるいは最大応力である。別の様相において、応力は、剪断応力あるいは法線応力（ｎｏｒｍａｌ  ｓｔｒｅｓｓ）である。単一のオペレーション理論に限定されることなく、１つ以上のトレンチは、アクティブエリア内あるいは素子間の応力を緩和することが可能であると考えられる。
【００１９】
一実施の形態において、パターニングステップは、エピタキシャルリフトオフプロセスの後において、クラックしたエピ層、エピ層の部分的な剥離、および、短絡した素子の少なくとも１つを削減するように、構成あるいは実施される。
【００２０】
ラージアクティブエリアは、応力の影響に対してより敏感である傾向があり、このことにより、本開示の歪み緩和トレンチからのさらなる利点により、ラージアクティブエリアを有するエピ層を使用する場合、本開示の利点は、特に実現することが可能である。一部の実施の形態において、エピ層のアクティブエリアは、少なくとも１００００平方ミクロンである。一部の実施の形態において、前記エリアは、約１００００平方ミクロン〜約１平方インチの範囲、例えば、約１０００００平方ミクロン〜約３００００００００平方ミクロンの範囲、約５０００００平方ミクロン〜約１５０００００００平方ミクロンの範囲、約１００００００平方ミクロン〜約１００００００００平方ミクロンの範囲、あるいは、それらの間の任意の数とすることが可能である。
【００２１】
エピ層は、薄膜素子での使用に望ましい任意の材料を有することが可能である。一部の実施の形態において、エピ層は、光起電力素子等の感光性素子での使用に望ましい１つ以上の活性物質を有する。一部の実施の形態において、エピ層は少なくとも１つのＩＩＩ−Ｖ材料を有する。一部の実施の形態において、エピ層は、Ｓｉを有する。
【００２２】
成長基板は、単結晶ウエハー材料を含む、任意の数の材料を有することが可能である。一部の実施の形態において、成長基板は、単結晶ウエハーである。一部の実施の形態において、成長基板は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣｄＴｅ、サファイアおよびそれらの組合せから選択される材料を、有することが可能である。一部の実施の形態において、成長基板は、ＧａＡｓを有する。一部の実施の形態において、成長基板は、ＩｎＰを有する。一部の実施の形態において、成長基板を有する材料は、ドープすることが可能である。適当なドーパントは、これらに限定されるものではないが、亜鉛（Ｚｎ）、Ｍｇ（およびその他のＩＩＡ族化合物）、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＦｅおよびＣｒを、含むことが可能である。例えば、成長基板は、Ｚｎおよび／又はＳがドープされたＩｎＰを有することが可能である。特に明記されない限り、例えば、ＩｎＰを有する層に対する参照は、アンドープおよびドープ（例えば、ｐ−ＩｎＰ、ｎ−ＩｎＰ）形態のＩｎＰを包含していると理解されなければならない。例えば、適当なドーパント選択は、基板の半絶縁性、あるいは、そこに存在する欠陥に依存する。ここで使用される「成長基板」は、従来技術で知られているように、成長基板の上に堆積されるバッファー層を含むことが可能である。したがって、「下層である成長基板のエリアを露出させる」パターニングステップは、成長基板のバッファー層のエリアが露出される場合を、含んでいる。
【００２３】
犠牲層は、剥離層としての機能を果たす。犠牲層は、エピ層および／又は成長基板と比較し、高エッチング選択性を有するものを選択することが可能であり、これにより、エピ層および／又は成長基板のエッチングを最小化あるいは排除しつつ、犠牲層を除去することが可能である。一部の実施の形態において、犠牲層は、ＩＩＩ−Ｖ材料を有する。一部の実施の形態において、ＩＩＩ−Ｖ材料は、ＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰから選択される。特定の実施の形態において、犠牲層は、ＡｌＡｓを有する。一部の実施の形態において、犠牲層は、約２ｎｍから約２００ｎｍまでの範囲の厚さ、例えば、約４ｎｍから約１００ｎｍまでの範囲の厚さ、約４ｎｍから約８０ｎｍまでの範囲の厚さ、あるいは、約４ｎｍから約２５ｎｍまでの範囲の厚さ、あるいは、その間の任意の数の厚みを、有することが可能である。
【００２４】
保護層あるいは別の中間層は、成長基板と犠牲層との間および／又は犠牲層とエピ層との間に、配置することが可能である。保護層は、エピタキシャルリフトオフプロセスの間において、成長基板および／又はエピ層を保護する役割を果たし、成長基板の連続的な再使用を可能とさせる。米国特許第８３７８３８５号明細書および米国特許出願公開番号ＵＳ２０１３／００４３２１４号明細書は、保護層のスキームの開示に関し、ここに参照によって組み入れられる。保護層あるいは別の中間層が使用される場合、ここに記載されている利点を実現させるため、本開示における１つ以上のトレンチを、保護層あるいは中間層が経由してパターニングすることは必要である場合があることは、本開示から理解されなければならない。例えば、１つ以上の保護層あるいは中間層が、犠牲層とエピ層との間に配置される場合、１つ以上のトレンチは、エピ層の露出エリアを経由し、そして、保護層あるいは別の中間層を経由し、パターニングされることが必要である。これは、例えば、１つ以上のエッチャントの使用によって達成することが可能である。１つ以上の保護層あるいは中間層が、成長基板と犠牲層との間に配置される場合、１つ以上のトレンチは、エピ層の露出したエリアを経由し、そして犠牲層を経由し、パターニングすることが可能であり、１つ以上のトレンチは、下層である保護層あるいは中間層のエリアを露出させ、また、任意に、１つ以上のトレンチは、下層である成長基板のエリアを露出させるために、保護層あるいは中間層を経由してパターニングすることも可能である。
【００２５】
一部の実施の形態において、ホスト基板に対するエピ層の結合は、冷間圧接結合およびファンデルワールス結合の少なくとも１つによって実施される。一部の実施の形態において、ホスト基板は、プラスチック基板、半導体基板および金属基板の少なくとも１つから選択することが可能である。
【００２６】
本開示の別の様相は、エピ層およびホスト基板を有する薄膜素子に関しており、エピ層のアクティブエリアは、ギャップを有し、当該ギャップは、少なくとも１つの素子を含むことが可能である少なくとも１つの領域を、少なくとも１つの別の領域から分離する。一実施の形態において、ギャップは、エピ層のアクティブエリアの全体を、２つ以上のアクティブエリア部分に分割し、アクティブエリア部分からなる１つ以上の行を定義する。一実施の形態において、素子のアクティブエリアは、少なくとも１００００平方ミクロンである。一実施の形態において、アクティブエリアは、少なくとも１０００００平方ミクロンであり、あるいは、ここに記載されているアクティブエリア寸法（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）に係るエリアを有する。一実施の形態において、エピ層は少なくとも１つのＩＩＩ−Ｖ材料を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】エピ層におけるクラック形成を引き起こす従来のＥＬＯプロセスの概略図である。
【図２】ＥＬＯプロセスからエピ層のクラックをなくすあるいは減らす本開示の一例示的な方法を示している図である。
【図３】アクティブエリアを２つの部分に分割するために、トレンチによってパターニングされているエピ層の一例を示している図である。
【図４】アクティブエリアを指状突出部に分割するために、トレンチによってパターニングされているエピ層の一例を示している図である。
【図５】プレパターニングを有するトランスファーされたエピ層と、プレパターニングを有しないトランスファーされたエピ層と、で製造されたフォトダイオード素子の顕微鏡画像を示している図である。
【図６】例示的な８×１００フォトダイオードアレイの光電流マッピングを示している図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図面の簡単な説明
図１は、エピ層におけるクラック形成を引き起こす従来のＥＬＯプロセスの概略図である。
【００２９】
図２は、ＥＬＯプロセスからエピ層のクラックをなくすあるいは減らす本開示の一例示的な方法を示している。
【００３０】
図３は、アクティブエリアを２つの部分に分割するために、トレンチによってパターニングされているエピ層の一例を示している。
【００３１】
図４は、アクティブエリアを指状突出部に分割するために、トレンチによってパターニングされているエピ層の一例を示している。
【００３２】
図５は、プレパターニングを有するトランスファーされたエピ層と、プレパターニングを有しないトランスファーされたエピ層と、で製造されたフォトダイオード素子の顕微鏡画像を示している。
【００３３】
図６は、例示的な８×１００フォトダイオードアレイの光電流マッピングを示している。
【００３４】
詳細な説明
ここで使用されている単数形「１つ（ａ）」「１つ（ａｎ）」および「前記（ｔｈｅ）」は、文脈上別段の指示がない限り、複数を含んでいる。
【００３５】
ここで使用される「エピタキシャル層」および「エピ層」を含んでいる用語「層」は、素子のメンバーあるいはコンポーネントを参照し、その主寸法（ｐｒｉｍａｒｙ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）は、Ｘ−Ｙ、すなわち、その長さおよび幅に沿っている。これらの用語は、材料の単一の層あるいはシートに限定されず、むしろ、材料の複数の層あるいはシートを有することが可能であると理解されなければならない。また、層は、必ずしも連続しているとは限らないことも、理解されなければならない。例えば、ここで記載されているパターニングされたフォトレジスト層あるいはパターニングされたエピ層の上に、金属層を堆積させても、連続した金属層が得られない可能性がある。
【００３６】
第１層が、第２層の「上に（ｏｖｅｒ）」あるいは「上方（ａｂｏｖｅ）」に配置あるいは堆積されると記載される場合、第１層は、構造体の基板からさらに離れて位置決めされている。第１層は、第２層と直接コンタクトすることも可能であり、あるいは、第１層と第２層との間に、別の層が存在することも可能である。例えば、その間に多種の層が存在していたとしても、犠牲層が、成長基板の「上に」あるいは「上方」に配置されるとして記載される。同様に、第１層が、第２層と第３層との「間」に配置あるいは堆積されると記載される場合、第１層と第２層との間、および／又は、第１層と第３層との間に、別の層が存在することが可能である。
【００３７】
ここで使用されているように、用語「ＩＩＩ−Ｖ材料」は、周期表のＩＩＩＡ族およびＶＡ族からの元素を含んでいる化合物結晶を参照して使用される。より具体的には、用語「ＩＩＩ−Ｖ材料」は、ここおいて、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のグループおよびヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、窒素（Ｎ）およびアンチモン（Ｓｂ）でグループの組合せである化合物を参照して使用される。
【００３８】
本開示の層を製造するための適当な堆積方法は、ガスソース分子線エピタキシー、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法：ｍｅｔａｌｌｏ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法：ｍｅｔａｌｌｏ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法：ｈｙｄｒｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）、固体ソースＭＢＥおよび化学ビームエピタキシーを含んでいるが、これに限定されない。
【００３９】
ここにおける実施の形態は、非限定の一例であり、本開示の本質的な範囲は、この明細書および等価物に含まれている特許請求の範囲によって、示されている。
【００４０】
図２は、本開示に基づいて実施される例示的な製造方法を示している。エピ層および犠牲層のエピタキシャル成長の後において、フォトレジストがエピ層上にスピンオン（ｓｐｕｎ−ｏｎ）され、そして、フォトリソグラフィーを使用してパターンが、フォトレジストの上に形成された（図２（左上））。一部の実施の形態において、フォトレジスト上に形成されたパターンは、エッチングの後のパターンがトレンチに類似するように、略直線とすることが可能である。別の実施の形態において、パターンは、直線でないことが可能である。この例示的な一実施の形態において、フォトレジスト上に形成されたパターンは、素子がその後において製造されない領域において、パターニングされた。次に、化学的ウェットエッチング（この技術は、例示用途のみであり、プラズマエッチング技術等の別のパターニング技術を、本開示に従って使用することが可能である）を使用して、エピ層は、パターニングされたフォトレジスト層に沿ってエッチングされた。エッチングプロセスの間において、エピ層は、犠牲層のエッチング最前部（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｆｒｏｎｔ）をオープンした状態で、成長基板に達するまでエッチングされた（図２（中央上））。その後、パターニングされたフォトレジスト層は、除去され、そして、Ａｕは、エピ層と２次ホスト基板との両方の上に、被覆された（図２（右上））。次に、２つの金属層は、結合され（図２（右下））、そして、ＥＬＯプロセスが続いた（図２（中央下部）。ＥＬＯプロセスの後において、２次ホスト基板上のリフトオフされたエピ層は、顕微鏡下でチェックされた。本方法の効果は、何らクラックを有しないことが明白であるエピ層を示している電子顕微鏡像によって、確かめられた（図２（左下））。
【００４１】
上記処理手順は、異なる順番で実施することが可能である。一実施の形態において、エピタキシャル成長の後、フォトレジストをエピ層にスピンオンし、そして、フォトリソグラフィーを使用してパターニングすることが可能であり、パターニングされた領域は、素子がその後に製造される領域をカバーする。そして、Ａｕ層は、エピ層に堆積され、その後、フォトレジスト層は、除去され、その結果、堆積Ａｕの一部がリフトオフし、Ａｕ隆起部あるいはメサを形成する。次に、エピ層は、化学的ウェットエッチングあるいはプラズマエッチングを使用し、犠牲層のエッチング最前部をオープンした状態で、エピ層を経由して成長基板までパターニングされる。その後、Ａｕは、ホスト基板に堆積され、そして、エピ層は、ホスト基板に結合され、次に、ＥＬＯプロセスが続く。
【００４２】
別の実施の形態においては、エピタキシャル成長の後、Ａｕは、エピ層に堆積させることが可能である。そして、フォトレジストは、エピ層にスピンオンされ、数個のフォトレジストトレンチのためのパターンを、フォトリソグラフィーを使用して形成することが可能である。トレンチは、素子がその後において製造されない領域にパターニングすることが可能である。次に、Ａｕは、化学的ウェットエッチングあるいはプラズマエッチングされ、Ａｕメサを形成することが可能である。その後、エピ層は、化学的ウェットエッチングあるいはプラズマエッチングを使用し、犠牲層のエッチング最前部をオープンした状態で、エピ層を経由して成長基板までパターニングされる。次に、フォトレジストは、エピ層から除去することが可能である。Ａｕの層を、ホスト基板に堆積させ、そして、ホスト基板を、犠牲層に結合し、そして、ＥＬＯプロセスを実施することが可能である。
【００４３】
サンプルダイシングが、上記の方法のいずれかにおいて望ましい場合、ダイシングプロセスは、前記処理手順の間において、任意のステップにおいて実施することが可能である。
【００４４】
ＥＬＯ処理薄膜素子の歩留り向上に関する例示的なプレパターニング法の１つの利点は、貧弱な暗電流パフォーマンスを有する個々のフォトダイオード素子の低減の下で実証される。リニア連結（ｌｉｎｅａｒｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）８×１００ｐ−ｉ−ｎ薄膜ＩｎＧａＡｓフォトダイオードアレイは、例示的なプレパターニング法が使用されるサンプルで製造され、そして、プレパターニング法を使用しなかったサンプルに対して比較された。エピ層構造は、Ｚｎ−ドープ（１００）ｐ−ＩｎＰ基板上に対するガスソース分子線エピタキシー法（ＧＳＭＢＥ）によって成長した。例示的な一実施の形態において、成長は、意図せずにドープされたＩｎＰ（０．２μｍ）バッファー層の堆積から始まり、そして、１２ｎｍ厚のＡｌＡｓ犠牲層が続く。次に、反転（ｉｎｖｅｒｔｅｄ）アクティブＩｎＧａＡｓｐ−ｉ−ｎフォトダイオード構造は、以下の層によって成長させた：２×１０１８ｃｍ−３Ｂｅドープｐ−ＩｎＰトップウィンドウー／コンタクト層（０．２μｍ厚）、意図せずにドープされたｉ−Ｉｎ０．５３Ｇａ０４７Ａｓ吸収層（１．６μｍ厚）、および、５×１０１８ｃｍ−３Ｓｉドープｎ−Ｉｎ０．５３Ｇａ０４７Ａｓボトムコンタクト層（０．１μｍ厚）。
【００４５】
パターニングステップのため、エピ層の成長の後において、エピ層を有するウエハーは、３００ｎｍＬＯＲ３Ａおよび７μｍＳＰＲ２２０（７．０）の２層フォトレジストによって、被覆される。その後、エピ層を有するウエハーは、ＡＤＴ７１００ダイシングソーを使用してダイシングされて、４ｍｍ×３３ｍｍエピサンプルが得られた。その後、等間隔に離間した３つのフォトレジストトレンチ（３０μｍ幅）は、ＭＪＢ露光ツールおよびＭＦ−３１９現像剤を使用し、エピ層の長辺に沿ってパターニングされた。エピ層のためのパターンは、オックスフォード誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング法（Ｏｘｆｏｒｄ  ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈ）（ＩＣＰ  ＲＩＥ）を使用して、プラズマエッチング（Ｃｌ２：Ｈ２＝１６：１２  ｓｃｃｍ）された。パターンは、エピ層を経由して成長ＩｎＰ基板までエッチングされたトレンチを、形成した。その後、フォトレジストの層は、５時間、リムーバーＰＧ内でエピ層のサンプルを浸漬して置くことによって、除去された（比較のため、前記処理手順におけるこのステップまでの堆積ステップの後においてプレパターニングステップを有しない対照サンプルは、ダイシングステップのみを受けた）。
【００４６】
フォトレジスト層を除去した後において、２５０ｎｍ厚のＡｕ膜が、プレパターニングステップを有するサンプルとプレパターニングステップを有しないサンプルとの両方のエピ層に、堆積され、また、２つの２５μｍ厚のカプトンホスト基板も同様である。各エピ層は、加熱および圧力の適用によって、Ａｕ表面を経由して異なるホスト基板に結合された。〜１０−５ｔｏｒｒの真空度下、ＥＶＧ５２０ウエハーボンダーを使用し、２０ＭＰａの圧力が、５００Ｎ／ｓｅｃの増加速度（ｒａｍｐｉｎｇ  ｒａｔｅ）を有して適用され、２つの金膜間の結合を確立させた。２００℃に向かって温度を４５℃／ｍｉｎで上昇させ、そして、ピーク温度を５分間保することによって、熱的に補助された結合プロセスが実施された。再使用可能なソフトグラファイトシートは、サンプルとプレスヘッドとの間に挿入され、サンプルエリアの上に、均一の力が適用された。一旦、エピ層がカプトン基板に結合されると、エピ層は、ＥＬＯプロセスにより成長ＩｎＰ基板から除去され、これは、後において、前記層を薄膜素子に製造することを可能にする。そのため、サンプル全体は、６０℃に維持された２０％ＨＦ酸に浸漬された。ＨＦ酸は、撹拌棒によって、４００ｒｐｍで攪拌された。ＡｌＡｓとアクティブ化合物半導体層との間の高エッチング選択性のために、希ＨＦは、隣接している層を攻撃することなく、ウエハーとアクティブ素子エピ層との間における１２ｎｍ厚のＡｌＡｓ犠牲層を除去した。
【００４７】
ＥＬＯプロセスの後において、トランスファーされたエピ層は、各ホスト基板と共に、次に続く製造の便宜のために、リジッド基板（ｒｉｇｉｄ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）に固定された。８×１００フロントリングコンタクトは、フォトリソグラフィーおよびＴｉ（２０ｎｍ）／Ｐｔ（３０ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ）金属コンタクトの堆積によって、パターニングされた。各リングの幅は、１０ミクロンであり、内径は、１５０ミクロンであった。金属層のリフトオフの後において、８×１００メサは、フォトリソグラフィーにより定義された。これらのメサは、リングコンタクトの位置を中央とする２００ミクロン径の円であった。メサは、オックスフォードＩＣＰ  ＲＩＥおよび（Ｃｌ２：Ｈ２＝１６：１２  ｓｃｃｍ）を使用して、プラズマエッチングされた。プラズマエッチングは、トランスファーされたエピ層を経由してボトムＡｕ層まで、メサをパターニングした。
【００４８】
次に、８つのボトムリニアコンタクトラインは、フォトリソグラフィーおよび湿式ＴＦＡ  Ａｕエッチャントを使用して、パターニングされた。各コンタクトラインは、１００のフォトダイオードメサを、一列にリニアに連結した。その後、１ミクロン厚のＰＩ−２６１０ポリイミド層は、サンプルにスピンオンされ、そして、３０分間の３００℃でのハードベークが続き、絶縁層が形成された。このプロセスもまた、トップおよびボトムオーミックコンタクトの形成を補助した。次に、ポリイミド絶縁層は、フォトダイオード素子エリアが露出した状態で、フォトリソグラフィーおよびプラズマエッチング（ＣＦ４：Ｏ２＝５６：１６  ｓｃｃｍ）を使用してパターニングされた。その後、１００のフロントリニアコンタクトラインは、ｅビーム蒸着を使用して堆積させたＴｉ（１０ｎｍ）／Ａｕ（３００ｎｍ）で、パターニングされた。各コンタクトラインは、列（ｃｏｌｕｍｎ）の８つのフォトダイオードメサをリニアに連結した。二層ＭｇＦ２（３７ｎｍ）およびＴｉＯ２（１２７ｎｍ）反射防止被膜（ＡＲＣ）が、堆積され、この例示的な一実施の形態における製造を完了した。
【００４９】
サンプル上の個々のフォトダイオード素子の暗電流は、プレパターニング法を使用することによる製造歩留り向上を確かめるため、測定された。測定されたフォトダイオード素子の全ては、−１Ｖ下でバイアスされ、そして、これらの素子で生成された光電流は、ケースレー（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ）２４００ＳＭＵによって、集められた。図５（左）は、プレパターニング法を有しない場合を示しており、トランスファーされたエピ層は、明確なクラックを有する領域を示しており、これらのクラック領域に定義される任意の素子は、短絡していることが測定される（１８７／８００）。８００の素子の全てを測定していないが、製造歩留りは、＜７７％（６１３／８００）である。プレパターニン法を使用しているサンプルにおいて、明らかなクラック領域は、初めにトランスファーされたエピ層あるいは製造の後のエピ層のどちらにも、観察されていない（図５（右））。８００の素子の全ては、アレイ全体の１０の異なるスポットに照射する１０ｍＷかつ１５５０ｎｍのレーザを使用して、測定された。結果は、１つの素子は短絡しており、そして、９つの素子は、−１Ｖの逆バイアス条件下で、大きな漏洩性を有していた（ｌｅａｋｙ）（光電流を照射する１０ｍＷかつ１５５０ｎｍのレーザに匹敵する暗電流）ことを、示している（図６）。このように、製造歩留りは、この一例示的なプレパターニング法を使用することによって、〜９９％（７９０／８００）であることが確認された。
【００５０】
ここに記載されている素子および方法の別の実施の形態は、明細書および実務（ｐｒａｃｔｉｃｅ）の考察から、当業者にとって明らかである。明細書は、例示的なものとしのみ考慮すべきであり、特許請求の範囲は、記載されてい素子および方法の真の範囲を示していることを、意図している。
【図１】
2018514083.tif 000003
【図２】
2018514083.tif 000004
【図３】
2018514083.tif 000005
【図４】
2018514083.tif 000006
【図５】
2018514083.tif 000007
【図６】
2018514083.tif 000008
【国際調査報告】
2018514083.tif 000009
2018514083.tif 000010
2018514083.tif 000011