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WO2023002787A1 - 接合型ウェーハ及び接合型ウェーハの製造方法 - Google Patents

接合型ウェーハ及び接合型ウェーハの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2023002787A1
WO2023002787A1 PCT/JP2022/024450 JP2022024450W WO2023002787A1 WO 2023002787 A1 WO2023002787 A1 WO 2023002787A1 JP 2022024450 W JP2022024450 W JP 2022024450W WO 2023002787 A1 WO2023002787 A1 WO 2023002787A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bonding material
layer
wafer
bonding
bonded
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/024450
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
順也 石崎
智弘 秋山
翔吾 古屋
Original Assignee
信越半導体株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 信越半導体株式会社 filed Critical 信越半導体株式会社
Priority to JP2023536655A priority Critical patent/JPWO2023002787A1/ja
Priority to EP22845723.0A priority patent/EP4376053A1/en
Priority to CN202280045817.3A priority patent/CN117581333A/zh
Publication of WO2023002787A1 publication Critical patent/WO2023002787A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof

Definitions

  • the present invention relates to a bonded wafer in which a support substrate is bonded to an epitaxial wafer obtained by epitaxially growing a compound semiconductor functional layer on a growth substrate (starting substrate).
  • the technology of separating only the epitaxial functional layer from the starting substrate and transferring it to another substrate is an important technology for alleviating the restrictions caused by the physical properties of the starting substrate and increasing the degree of freedom in device system design.
  • a technique for removing the starting substrate after bonding the epitaxial functional layer to the supporting substrate and realizing the transfer is required.
  • Patent Document 1 discloses a technique of thermocompression bonding a semiconductor epitaxial substrate and a temporary support substrate via a dielectric layer, and a technique of separating the temporary support substrate and an epitaxial functional layer by wet etching. If the warp of the substrate is large, there is a problem that the bonding quality after bonding deteriorates. In particular, the problem does not appear immediately after bonding, but after the starting substrate is removed, there is a problem that unevenness occurs on the substrate removed surface and a difference in height (concave or convex) occurs in the surface.
  • Patent Document 2 discloses a technique in which a transparent conductive layer is inserted between an adhesive layer and a functional layer as one form of bonding, although it is not directly related to improving bondability.
  • the thickness of the bonding layer increases the mechanical strength, even if the semiconductor epitaxial substrate is subjected to design stress, the strength of the bonding layer is not compromised. This has the effect of preventing the residual epitaxial layer from peeling off from the substrate to be bonded when the starting substrate is removed. Therefore, increasing the thickness of the bonding layer is advantageous in terms of optical design and mechanical aspects.
  • the bonding material has the property of thermosetting, but in other words, it needs to be heated above room temperature to be cured.
  • a semiconductor epitaxial substrate is a laminate of materials different from the starting substrate, and the coefficient of thermal expansion differs for each material. Therefore, raising the temperature is essentially synonymous with changing the warp of the semiconductor epitaxial substrate.
  • the bonding material is in a soft state until it is thermally cured, and the film thickness distribution occurs due to the warping of the semiconductor epitaxial substrate.
  • the film thickness distribution of the bonding material immediately after coating is ⁇ 5% or less, but when the semiconductor epitaxial substrate has a convex warp, the bonding material at the center of the wafer becomes thinner, and when it has a concave shape, it becomes thicker. In addition, this warpage also changes with temperature changes.
  • Applying pressure to the substrate is effective in correcting the warp of the semiconductor epitaxial substrate, but the film thickness distribution of the bonding material occurs along the warped shape before pressure bonding. Even if softening treatment is applied, it is not significantly improved.
  • An object of the present invention is to provide a bonded wafer that improves the film thickness distribution of a bonding material that is bonded and a method for manufacturing the same.
  • a bonded wafer in which an epitaxial wafer having a heterojunction structure, in which materials having different thermal expansion coefficients are laminated on a growth substrate by epitaxial growth, and a support substrate are bonded via a bonding material.
  • the bonding material has an average thickness of 0.01 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less.
  • the thickness of the bonding material By setting the thickness of the bonding material to 0.01 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less in this way, even when a warped wafer such as an epitaxial wafer having a heterojunction structure is bonded to the supporting substrate, the maximum film thickness of the bonding material can be reduced.
  • the ratio of thickness to minimum film thickness can be doubled or less.
  • the bonding material is of a thermosetting type and has a thermal softening point at a temperature lower than the thermosetting temperature.
  • the bonding material is preferably made of one or more of epoxy resin, benzocyclobutene (BCB), SOG (spin-on-glass), PI (polyimide), and fluororesin.
  • Such a bonding material can be suitably used in the present invention.
  • the bonding material may be in a softened state.
  • the support substrate can be easily separated even when it is necessary to separate it.
  • a step of epitaxially growing materials with different thermal expansion coefficients on a growth substrate to produce an epitaxial wafer having a heterojunction structure (2) a step of preparing a support substrate; and (3) a step of bonding an epitaxially grown layer of the epitaxial wafer and the support substrate via a bonding material.
  • the bonding material has an average thickness of 0.01 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less.
  • the thickness of the bonding material By setting the thickness of the bonding material to 0.01 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less in this way, even when a warped wafer such as an epitaxial wafer having a heterojunction structure is bonded to the supporting substrate, the maximum film thickness of the bonding material can be reduced. A bonded wafer having a ratio of thickness to minimum film thickness of 2 or less can be produced relatively easily.
  • the bonding material is of a thermosetting type and has a thermal softening point at a temperature lower than the thermosetting temperature.
  • the bonding material is preferably made of one or more of epoxy resin, benzocyclobutene (BCB), SOG (spin-on-glass), PI (polyimide), and fluororesin.
  • Such a bonding material can be suitably used in the present invention.
  • a step of epitaxially growing materials with different thermal expansion coefficients on a growth substrate to produce an epitaxial wafer having a heterojunction structure (2) a step of preparing a support substrate; and (3) a step of bonding an epitaxially grown layer of the epitaxial wafer and the support substrate via a bonding material.
  • a bonded wafer in which a thermosetting material is applied onto the epitaxial growth layer and cured, and the support substrate is further bonded thereon via the bonding material having an average thickness of 0.01 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less. provide a way.
  • the warping of the semiconductor epitaxial substrate and the bonding material caused by the warp that changes due to thermal changes can be achieved. It is possible to provide a bonded wafer that improves the film thickness distribution of the film and a method for manufacturing the same.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the designed film thickness of the bonding material and the in-plane thickness distribution (maximum film thickness and minimum film thickness) found in the present invention. 4 is a graph showing the relationship between the diameter of an epitaxial wafer and the in-plane thickness distribution (maximum film thickness and minimum film thickness) of a bonding material when the wafer and a support substrate are bonded via the bonding material.
  • FIG. 2 is a schematic view of manufacturing an epitaxial wafer by growing an epitaxial growth layer on a growth substrate in the first embodiment of the method for manufacturing a bonded wafer of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a bonded wafer produced by bonding a support substrate (silicon wafer) to an epitaxial growth layer via a bonding material (BCB) in the first embodiment of the method for manufacturing a bonded wafer of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of removing the growth substrate from the bonded wafer in the first embodiment of the bonded wafer manufacturing method of the present invention.
  • the total film thickness (design thickness) of the lower hardened layer and the bonding material layer and the in-plane thickness distribution (maximum film thickness and minimum film thickness) It is a graph showing the relationship.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a bonded wafer produced by bonding a support substrate (silicon wafer) to an epitaxial growth layer via a bonding material (BCB) in the first embodiment of the method for manufacturing a bonded wafer of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of removing the growth substrate from the bonded wafer in the first embodiment of the bonded wa
  • FIG. 4 is a schematic view of manufacturing an epitaxial wafer by growing an epitaxial growth layer on a growth substrate in the second embodiment of the method for manufacturing a bonded wafer according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of applying and curing a thermosetting material (BCB) on the epitaxial growth layer in the second embodiment of the method for manufacturing a bonded wafer of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of applying a bonding material (BCB) onto a cured thermosetting material (BCB) in the second embodiment of the method for manufacturing a bonded wafer of the present invention;
  • FIG. 4 is a schematic view of a bonded wafer produced by bonding a support substrate (silicon wafer) via a bonding material (BCB) in the second embodiment of the method for manufacturing a bonded wafer of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of removing the growth substrate from the bonded wafer in the second embodiment of the bonded wafer manufacturing method of the present invention.
  • thermosetting bonding material When bonding a warped semiconductor epitaxial substrate and a support substrate with a thermosetting bonding material as described above, the film thickness of the bonding material caused by the warpage of the semiconductor epitaxial substrate and the warp that changes with thermal changes there is a need for bonded wafers and methods of making the same that provide improved distribution.
  • the design (average) thickness of the bonding material is set to 0.01 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less. was found to be less than twice the minimum film thickness, and the present invention was completed.
  • the present invention comprises an epitaxial wafer having a heterojunction structure in which materials having different thermal expansion coefficients are laminated on a growth substrate by epitaxial growth, and a support substrate, which are bonded via a bonding material.
  • a bonded wafer, wherein the bonding material has an average thickness of 0.01 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less.
  • the bonded wafer of the present invention is a bonded wafer in which an epitaxial wafer having a heterojunction structure and a support substrate are bonded via a bonding material, and the bonding material has an average thickness of 0.01 ⁇ m or more and 0.01 ⁇ m or more. It is characterized by being 6 ⁇ m or less. By setting the average thickness of the bonding material to 0.6 ⁇ m or less, the thickness distribution of the bonding material caused by warping of the wafer and warping due to thermal change can be reduced.
  • FIG. 2 shows the relationship between the variation (maximum value and minimum value) of the in-plane thickness of the bonding material with respect to each wafer diameter when an epitaxial wafer having a concave warp in the epitaxial growth direction and a support substrate are bonded via the bonding material.
  • the thickness of the bonding material layer in FIG. 2 is a value when the design thickness is constant at 1 ⁇ m, and the curing treatment conditions of the bonding material are unified at 250° C. for 1 hour.
  • a relatively large warp remains, such as BOW ⁇ 100 ⁇ m for a diameter of 2" ⁇ (50 mm), BOW ⁇ 400 ⁇ m for a diameter 4" ⁇ (100 mm), and BOW ⁇ 1400 to 1600 ⁇ m for a diameter 6" ⁇ (150 mm).
  • thermosetting adhesive hardens by holding it at a certain temperature at the hardening treatment temperature, but it must pass through the softening point once before reaching the hardening point. While the temperature is rising, press pressure is applied from above and below to suppress thermal deformation (warp deformation) of the wafer, but since the bonding material layer corresponding to the pedestal is softened, the effect of suppressing wafer deformation is lost. , the thickness of the bonding material layer changes along with the deformation of the wafer. If the wafer has a concave warp, the thickness of the bonding material layer in the outer peripheral portion of the wafer becomes thin, and the thickness of the bonding material layer in the central portion of the wafer becomes thick.
  • the bonding material layer cannot be corrected by vertical press pressure and reaches the curing temperature as it is, so the thickness distribution of the bonding material layer is preserved, and as a result, the thickness distribution of the bonding material layer remains as it is. It remains and hardens.
  • the in-plane thickness distribution of the bonding material layer tends to be minimized.
  • the maximum film thickness can be kept within twice the minimum film thickness, and the design thickness can also be kept within twice.
  • a bonding material such as BCB, which will be described later, is a material transparent to the emission wavelength, and a technology is disclosed in which sapphire or quartz, which is transparent to the emission wavelength, is used as a support substrate and light is extracted from the support substrate. .
  • the refractive index of the bonding material is different from that of the transparent support substrate, if the bonding material layer is too thin, multiple reflections occur in the bonding material layer, which may reduce the light extraction efficiency. In order to avoid this, it is possible to reduce the influence of multiple reflections by increasing the design film thickness of the bonding material layer.
  • the average thickness of the bonding material is 0.01 ⁇ m or more. If the thickness is less than 0.01 ⁇ m, problems such as a decrease in light extraction efficiency due to multiple reflection and a decrease in area yield after bonding may occur.
  • the bonding material is of a thermosetting type and has a thermal softening point at a temperature lower than the thermosetting temperature.
  • the bonding material is preferably made of one or more of epoxy resin, benzocyclobutene (BCB), SOG (spin-on-glass), PI (polyimide), and fluororesin.
  • the bonding material may be hardened, but may be in a softened state. If the bonding material is in a softened state, the supporting substrate can be easily separated even when it is necessary to peel it off.
  • the growth substrate there are no particular restrictions on the growth substrate, material for epitaxial growth, and support substrate.
  • the present invention also provides a method for manufacturing a bonded wafer.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The method for producing a bonded wafer according to the present invention will be described in more detail below with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
  • a first embodiment of the method for manufacturing a bonded wafer according to the present invention includes: (1) A step of epitaxially growing materials with different thermal expansion coefficients on a growth substrate to produce an epitaxial wafer having a heterojunction structure; (2) a step of preparing a support substrate; and (3) a step of bonding an epitaxially grown layer of the epitaxial wafer and the support substrate via a bonding material.
  • the bonding material has an average thickness of 0.01 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less.
  • FIGS. 1-10 A first embodiment of a method for manufacturing a bonded wafer will be described with reference to FIGS.
  • a GaAs buffer layer 2 of the first conductivity type is laminated on a GaAs growth substrate 1 of the first conductivity type, and then a GaInP first etch stop layer 3 of the first conductivity type is deposited to a thickness of, for example, 0.3 ⁇ m.
  • the first conductivity type GaAs second etch stop layer 4 is, for example, 0.3 ⁇ m
  • the first conductivity type AlGaInP first cladding layer 5 is, for example, 1.0 ⁇ m
  • the non-doped AlGaInP active layer 6 the second conductivity type AlGaInP Light emission as an epitaxially grown layer (functional layer) formed by sequentially growing two cladding layers 7 to a thickness of 1.0 ⁇ m, a GaInP intermediate layer 8 of the second conductivity type to a thickness of 0.1 ⁇ m, and a GaP window layer 9 of the second conductivity type to a thickness of 4 ⁇ m, for example.
  • a semiconductor epitaxial wafer 100 having a device structure is prepared.
  • the AlGaInP first clad layer 5 to the AlGaInP second clad layer 7 are referred to as a double heterostructure.
  • the epitaxial growth layer of the epitaxial wafer 100 is spin-coated with, for example, benzocyclobutene (BCB) as a thermosetting bonding material 10, and then superimposed so as to face a silicon wafer 11 as a support substrate.
  • a bonded wafer 101 is manufactured by bonding an epitaxial wafer 100 and a silicon wafer 11 via a bonding material 10 by thermocompression bonding.
  • BCB benzocyclobutene
  • the designed film thickness is 0.01 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less.
  • the support substrate is not limited to silicon wafers, and any material can be selected as long as flatness is guaranteed. Although it is possible to select a compound semiconductor wafer such as GaAs or InP, it is preferable to select sapphire, quartz, or Ge in addition to silicon from the viewpoint of price.
  • thermosetting bonding material 10 is not limited to BCB, and any material can be selected as long as it has thermosetting properties.
  • BCB epoxy resin, SOG (spin-on-glass), PI (polyimide), fluorine resin, and the like may be used.
  • thermosetting bonding material 10 is thermally cured by thermocompression bonding. Not limited to state.
  • bonding is established even if the temperature is lowered to room temperature after reaching the softening point of 150°C.
  • the GaAs growth substrate 1 is wet-etched with a selective etchant such as ammonia hydrogen peroxide and removed to expose the GaInP first etch stop layer 3 .
  • a selective etchant such as ammonia hydrogen peroxide and removed to expose the GaInP first etch stop layer 3 .
  • the etchant is switched to a hydrochloric acid system to selectively remove the GaInP first etch stop layer 3 and expose the GaAs second etch stop layer 4 .
  • the etchant is switched to a sulfuric acid peroxide system to selectively remove the GaAs second etch stop layer 4 and expose the first clad layer 5 .
  • the design thickness of the bonding material such as BCB is 0.01 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less, but since the bonding material is formed by spin coating, if it is too thin, the area yield after bonding tends to decrease. There is In order to maintain an area yield of 90% or more after bonding, it is preferable to design the thickness of the bonding material layer to be 0.05 ⁇ m or more. Further, if it is sufficient to maintain a bonding area yield of 70% or more, it can be realized by designing a bonding material layer film thickness of 0.01 ⁇ m or more.
  • a second embodiment of the method for manufacturing a bonded wafer of the present invention includes: (1) A step of epitaxially growing materials with different thermal expansion coefficients on a growth substrate to produce an epitaxial wafer having a heterojunction structure; (2) a step of preparing a support substrate; and (3) a step of bonding an epitaxially grown layer of the epitaxial wafer and the support substrate via a bonding material.
  • Fig. 6 shows the relationship between the total film thickness (design film thickness) of the lower hardened layer and the bonding material layer and the in-plane thickness distribution (maximum value/minimum value) when bonding 2" ⁇ wafers.
  • (1) of 6 is the design thickness of the bonding material layer of 0.2 ⁇ m, and the design thickness of the lower hardened layer is changed from 0.4 to 2.2 ⁇ m.
  • This is data showing the distribution of the total thickness.
  • the design thickness is 0.6 to 2.4 ⁇ m.In the case of the conventional technology, the thickness distribution is 0.6 to 6 ⁇ m for the design thickness of 1 ⁇ m. Therefore, the film thickness distribution can be greatly improved, and deviation from the design thickness is relatively small.
  • (2) of FIG. 6 shows the bonding of 2′′ ⁇ wafers when the design thickness of the bonding material layer is 0.6 ⁇ m and the thickness of the lower hardened layer is changed from 0.0 to 4.0 ⁇ m.
  • This is data showing the distribution of the total thickness of the subsequent bonding material layer and the lower hardened layer.Although the variation is larger than in the case of (1) in Fig. 6, it is twice as thick as the design film thickness. That is, by using the method of the present invention, warped epi-wafers can be bonded via a thick bonding material layer without increasing the thickness distribution of the bonding material layer. .
  • FIG. 7 A second embodiment of the bonded wafer manufacturing method will be described with reference to FIGS. 7 to 11.
  • FIG. 7 A second embodiment of the bonded wafer manufacturing method will be described with reference to FIGS. 7 to 11.
  • a GaAs buffer layer 2 of the first conductivity type is laminated on a GaAs growth substrate 1 of the first conductivity type, and then a GaInP first etch stop layer 3 of the first conductivity type is deposited to a thickness of, for example, 0.3 ⁇ m.
  • the first conductivity type GaAs second etch stop layer 4 is, for example, 0.3 ⁇ m
  • the first conductivity type AlGaInP first cladding layer 5 is, for example, 1.0 ⁇ m
  • the non-doped AlGaInP active layer 6 the second conductivity type AlGaInP
  • the secondary cladding layer 7, for example, has a thickness of 1.0 ⁇ m
  • a semiconductor epitaxial wafer 100 having a light emitting device structure is prepared.
  • the AlGaInP first clad layer 5 to the AlGaInP second clad layer 7 are referred to as a double heterostructure.
  • benzocyclobutene (BCB) as a thermosetting material 12 is spin-coated on the epitaxially grown layer of the epitaxial wafer 100 .
  • the design film thickness at that time can be set to 0.5 ⁇ m, for example. After spin coating, it is held on a hot plate heated to 250° C. for 1 hour to form a lower cured layer by curing the BCB.
  • benzocyclobutene (BCB) as a bonding material 10 is spin-coated to form a bonding material layer.
  • the design film thickness of the bonding material layer is set to 0.01 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less.
  • the bonding material 10 and the silicon wafer 11 as a support substrate are placed facing each other and overlapped, and the epitaxial wafer 100 and the silicon wafer 11 are bonded by thermocompression. , and a thermosetting material 12 to form a bonded wafer 101 .
  • the support substrate is not limited to silicon wafers, and any material can be selected as long as flatness is guaranteed. Although it is possible to select a compound semiconductor wafer such as GaAs or InP, it is preferable to select sapphire, quartz, or Ge in addition to silicon from the viewpoint of price.
  • thermosetting bonding material 10 and the thermosetting material 12 for forming the lower hardened layer are not limited to BCB, and any material having thermosetting properties can be used. It is selectable. In addition to BCB, epoxy resin, SOG (spin-on-glass), PI (polyimide), fluorine resin, and the like may be used. Also, the bonding material 10 and the thermosetting material 12 are preferably made of the same material.
  • thermosetting bonding material 10 is thermally cured by thermocompression bonding. Not limited to state.
  • bonding is established even if the temperature is lowered to room temperature after reaching the softening point of 150°C.
  • the GaAs growth substrate 1 is wet-etched with a selective etchant such as ammonia hydrogen peroxide and removed to expose the GaInP first etch stop layer 3 .
  • a selective etchant such as ammonia hydrogen peroxide and removed to expose the GaInP first etch stop layer 3 .
  • the etchant is switched to a hydrochloric acid system to selectively remove the GaInP first etch stop layer 3 and expose the GaAs second etch stop layer 4 .
  • the etchant is switched to a sulfuric acid peroxide system to selectively remove the GaAs second etch stop layer 4 and expose the first clad layer 5 .
  • the thickness of the lower hardened layer made of a thermosetting material that has undergone hardening treatment and provided under the bonding material layer is exemplified as 0.5 ⁇ m, but the thickness is not limited to this thickness. It can be from 0.01 ⁇ m to 5.0 ⁇ m.
  • the thickness of the lower stiffening layer can be freely selected. As the thickness of the lower hardened layer increases, the mechanical strength of the epitaxial layer remaining after removal of the growth substrate increases, and the effect of suppressing detachment increases.
  • the bonding material is formed by spin coating, if the thickness of the bonding material is too thin, the area yield after bonding tends to decrease. In order to maintain an area yield of 90% or more after bonding, it is preferable to design a bonding material film thickness of 0.05 ⁇ m or more. Further, if it is sufficient to maintain a bonding area yield of 70% or more, it can be realized by designing a bonding material layer film thickness of 0.01 ⁇ m or more.
  • Example 1 After stacking the first conductivity type GaAs buffer layer on the first conductivity type GaAs growth substrate, the first conductivity type Ga x In 1-x P (0.4 ⁇ x ⁇ 0.6) first etch stop. layer of 0.3 ⁇ m, a GaAs second etch stop layer of the first conductivity type of 0.3 ⁇ m, and a first conductivity type (Al y Ga 1-y ) x In 1-x P (0.4 ⁇ x ⁇ 0.4 ⁇ m). 6, 0 ⁇ y ⁇ 1) The first clad layer is 1.0 ⁇ m thick and undoped (Al y Ga 1-y ) x In 1-x P (0.4 ⁇ x ⁇ 0.6, 0 ⁇ y ⁇ 0.6).
  • a semiconductor epitaxial wafer having a light emitting device structure as an epitaxially grown layer was prepared by sequentially growing a GaInP intermediate layer of the second conductivity type to a thickness of 0.1 ⁇ m and a GaP window layer of the second conductivity type to a thickness of 4 ⁇ m.
  • Benzocyclobutene (BCB) as a thermosetting bonding material is spin-coated on a semiconductor epitaxial wafer to form a bonding material layer, which is placed facing a silicon wafer as a supporting substrate and superimposed and thermocompression bonded to form a semiconductor epitaxial wafer.
  • a first bonded wafer was produced by bonding a wafer and a silicon wafer via a BCB. When BCB was applied by spin coating, the designed film thickness was 0.6 ⁇ m.
  • the GaAs growth substrate is wet-etched with ammonia peroxide and removed to expose the GaInP first etch stop layer.
  • the etchant is switched to a hydrochloric acid system to selectively remove the GaInP first etch stop layer and expose the GaAs second etch stop layer.
  • the etchant is switched to a sulfuric acid peroxide system to selectively remove the GaAs second etch stop layer and expose the first cladding layer.
  • a second bonded wafer holding only the double hetero layer and the window layer was produced by performing the above processes.
  • the ratio of the maximum film thickness to the minimum film thickness was 1.9 times. It was found that the thickness distribution was greatly improved as compared with the comparative example described later.
  • the first conductivity type Ga x In 1-x P (0.4 ⁇ x ⁇ 0.6) first etch stop. layer of 0.3 ⁇ m, a first conductivity type GaAs second etch stop layer of 0.3 ⁇ m, and a first conductivity type (Al y Ga 1-y ) x In 1-x P (0.4 ⁇ x ⁇ 0.4 ⁇ m). 6, 0 ⁇ y ⁇ 1)
  • the first clad layer is 1.0 ⁇ m thick and undoped (Al y Ga 1-y ) x In 1-x P (0.4 ⁇ x ⁇ 0.6, 0 ⁇ y ⁇ 0.6).
  • the active layer the second conductivity type (Al y Ga 1-y ) x In 1-x P (0.4 ⁇ x ⁇ 0.6, 0 ⁇ y ⁇ 1) second cladding layer of 1.0 ⁇ m;
  • a second conductivity type GaInP intermediate layer of 0.1 ⁇ m and a second conductivity type GaP window layer of 4.0 ⁇ m were successively grown to prepare a semiconductor epitaxial wafer having a light emitting device structure as epitaxial growth layers.
  • BCB Benzocyclobutene
  • the bonding material layer and the silicon wafer serving as the supporting substrate are placed facing each other and superimposed and thermocompressed to bond the semiconductor epitaxial wafer and the silicon wafer via the BCB to obtain a first bonded wafer. made.
  • the GaAs growth substrate is wet-etched with ammonia peroxide and removed to expose the GaInP first etch stop layer.
  • the etchant is switched to a hydrochloric acid system to selectively remove the GaInP first etch stop layer and expose the GaAs second etch stop layer.
  • the etchant is switched to a sulfuric acid peroxide system to selectively remove the GaAs second etch stop layer and expose the first cladding layer.
  • a second bonded wafer holding only the DH layer and the window layer was produced by performing the above processes.
  • the ratio of the maximum film thickness to the minimum film thickness was 1.3 times.
  • the first conductivity type Ga x In 1-x P (0.4 ⁇ x ⁇ 0.6) first etch stop. layer of 0.3 ⁇ m, a GaAs second etch stop layer of the first conductivity type of 0.3 ⁇ m, and a first conductivity type (Al y Ga 1-y ) x In 1-x P (0.4 ⁇ x ⁇ 0.4 ⁇ m). 6, 0 ⁇ y ⁇ 1)
  • the first clad layer is 1.0 ⁇ m thick and undoped (Al y Ga 1-y ) x In 1-x P (0.4 ⁇ x ⁇ 0.6, 0 ⁇ y ⁇ 0.6).
  • the active layer the second conductivity type (Al y Ga 1-y ) x In 1-x P (0.4 ⁇ x ⁇ 0.6, 0 ⁇ y ⁇ 1) second cladding layer of 1.0 ⁇ m;
  • a second conductivity type GaInP intermediate layer of 0.1 ⁇ m and a second conductivity type GaP window layer of 4.0 ⁇ m were successively grown to prepare a semiconductor epitaxial wafer having a light emitting device structure as epitaxial growth layers.
  • a semiconductor epitaxial wafer was spin-coated with BCB to a thickness of 1.0 ⁇ m as a bonding material, overlaid with a sapphire wafer facing each other, and thermocompressed to bond the epitaxial wafer and the sapphire wafer via the BCB to produce a bonded wafer.
  • the temperature of the BCB was set at more than 150° C. and 350° C. or less. Further, a curing treatment was performed by holding at 250° C. for 1 hour.
  • the GaAs growth substrate is wet-etched with ammonia peroxide and removed to expose the GaInP first etch stop layer.
  • the etchant is switched to a hydrochloric acid system to selectively remove the GaInP first etch stop layer and expose the GaAs second etch stop layer.
  • the etchant is switched to a sulfuric acid peroxide system to selectively remove the GaAs second etch stop layer and expose the first cladding layer.
  • a bonded wafer holding only the double hetero layer and the window layer was produced by performing the above processes.
  • the ratio of the maximum film thickness to the minimum film thickness was 8.5 times.
  • the design thickness (average thickness) of the bonding material is set to 0.6 ⁇ m or less to produce a bonded wafer, thereby reducing the thickness of the bonding material caused by warping. It can be seen that the distribution can be greatly improved. On the other hand, as can be seen from the results of Comparative Example 1, when a bonded wafer is manufactured with the design thickness of the bonding material thicker than 0.6 ⁇ m, the thickness distribution of the bonding material becomes large.
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the above-described embodiment is an example, and any device having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect is the present invention. included in the technical scope of

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Abstract

本発明は、成長基板上に熱膨張係数の異なる材料がエピタキシャル成長にて積層されたものであるヘテロ接合構造を有するエピタキシャルウェーハと、支持基板とが、接合材を介して接合されたものである接合型ウェーハであって、前記接合材の平均厚さが、０．０１μｍ以上０．６μｍ以下であることを特徴とする接合型ウェーハである。これにより、反りを有する半導体エピタキシャル基板と支持基板とを熱硬化型の接合材で接合する際に、半導体エピタキシャル基板の反り、及び熱変化に伴って変化する反りに起因する接合材の膜厚分布を改善する接合型ウェーハ及びその製造方法が提供される。

Description

接合型ウェーハ及び接合型ウェーハの製造方法
　本発明は、成長基板（出発基板）上に化合物半導体機能層をエピタキシャル成長させたエピタキシャルウェーハに支持基板を接合した接合型ウェーハに関する。
　出発基板からエピタキシャル機能層のみを分離し、別の基板へ移載する技術は、出発基板の物性に起因する制約を緩和し、デバイスシステムの設計自由度を上げるために重要な技術である。移載を実現するためには、エピタキシャル機能層を支持基板に接合後、出発基板を除去し、移載を実現する技術が必要である。
　特許文献１では、半導体エピタキシャル基板と仮支持基板とを誘電体層を介して熱圧着接合する技術と、ウェットエッチングで仮支持基板とエピタキシャル機能層を分離する技術が開示されているが、半導体エピタキシャル基板の反りが大きい場合、接合後の接合品質が低下する問題がある。特に、接合直後は問題が顕在化しないが、出発基板を除去した後、基板除去面の凹凸の発生や、面内での高低差が発生（凹面または凸面化）する問題があった。
　特許文献２には接合性の向上とは直接かかわりはないが、接合時の一形態として、透明導電層が接着層と機能層との間に挿入される技術が開示されている。
　受光または発光素子など光学的機能層を入射光または放射光に対して透明な接合材で接合する場合、光学的に選択できる膜厚には制限がある。透明接合層内での多重反射を抑止するためには、透明接合層の膜厚を厚くする方が有利である。
　また、接合層を厚くすることは機械強度が増加するため、半導体エピタキシャル基板に設計上の応力が存在しても、接合層強度が負けることがなく、出発基板除去後のエピタキシャル層を保持し、出発基板除去時、被接合基板から残留エピタキシャル層が剥離することを防止する効果がある。そのため、接合層厚を増やすことは、光学設計的、および機械的に有利である。
　しかし、接合層を厚くすることで接合時、接合層の膜厚に分布を生じやすい。接合材は熱硬化する特性を有するが、言い換えれば硬化するためには室温より温度を上昇させる必要がある。半導体エピ基板は出発基板と異なる材料の積層体であり、それぞれ材料毎に熱膨張係数は異なる。そのため、温度を上昇させることは本質的に半導体エピ基板の反りを変化させることと同義である。
　接合材は熱硬化する前までは柔らかい状態であり、半導体エピタキシャル基板の反りにより膜厚分布が生じる。コートした直後の接合材の膜厚分布は±５％以下だが、半導体エピタキシャル基板が凸形状の反りを有する場合、ウェーハ中心部の接合材が薄くなり、凹形状の場合は厚くなる。また、この反りは温度変化によっても変化する。
　半導体エピタキシャル基板の反りの矯正には基板に圧力を加えることが有効であるが、圧着前の反り形状に沿って接合材の膜厚分布が生じてしまい、一度生じた膜厚分布は、その後に軟化処理を施しても大幅には改善しない。
　その結果、反りを有する半導体エピタキシャル基板と支持基板とを熱硬化型接合材で接合する場合、接合材の膜厚に大きな分布が存在する問題があった。
特開２０２１－２７３０１ 特許４１５９４２１
　本発明は上記課題を解決するためなされたもので、反りを有する半導体エピタキシャル基板と支持基板とを接合材で接合する際の、半導体エピタキシャル基板の反り、及び熱変化に伴って変化する反りに起因する接合材の膜厚分布を改善する接合型ウェーハ及びその製造方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明では、
　成長基板上に熱膨張係数の異なる材料がエピタキシャル成長にて積層されたものであるヘテロ接合構造を有するエピタキシャルウェーハと、支持基板とが、接合材を介して接合されたものである接合型ウェーハであって、
　前記接合材の平均厚さが、０．０１μｍ以上０．６μｍ以下である接合型ウェーハを提供する。
　このように接合材の厚さを０．０１μｍ以上０．６μｍ以下とすることで、ヘテロ接合構造を有するエピタキシャルウェーハのように反りのあるウェーハを支持基板に接合した場合でも、接合材の最大膜厚と最小膜厚の比率を２倍以下にすることができる。
　また、前記接合材が、熱硬化型であり、かつ、熱硬化温度より低温で熱軟化点を有するものであることが好ましい。
　また、前記接合材が、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ＳＯＧ（ｓｐｉｎ－ｏｎ－ｇｌａｓｓ）、ＰＩ（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、及びフッ素樹脂のいずれか一種類以上からなるものであることが好ましい。
　本発明では、このような接合材を好適に用いることができる。
　また、前記接合材が軟化状態のものであってもよい。
　接合材が軟化状態であれば、剥離する必要が生じた場合も容易に支持基板を分離することができる。
　また、本発明では、
（１）成長基板上に熱膨張係数の異なる材料をエピタキシャル成長にて積層し、ヘテロ接合構造を有するエピタキシャルウェーハを製造する工程、
（２）支持基板を準備する工程、及び
（３）前記エピタキシャルウェーハのエピタキシャル成長層と前記支持基板とを接合材を介して接合する工程
を含む接合型ウェーハの製造方法であって、
　前記接合材の平均厚さを、０．０１μｍ以上０．６μｍ以下とする接合型ウェーハの製造方法を提供する。
　このように接合材の厚さを０．０１μｍ以上０．６μｍ以下とすることで、ヘテロ接合構造を有するエピタキシャルウェーハのように反りのあるウェーハを支持基板に接合した場合でも、接合材の最大膜厚と最小膜厚の比率が２倍以下となる接合型ウェーハを比較的容易に製造することができる。
　また、前記接合材を、熱硬化型であり、かつ、熱硬化温度より低温で熱軟化点を有するものとすることが好ましい。
　また、前記接合材を、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ＳＯＧ（ｓｐｉｎ－ｏｎ－ｇｌａｓｓ）、ＰＩ（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、及びフッ素樹脂のいずれか一種類以上からなるものとすることが好ましい。
　本発明では、このような接合材を好適に用いることができる。
　また、本発明では、
（１）成長基板上に熱膨張係数の異なる材料をエピタキシャル成長にて積層し、ヘテロ接合構造を有するエピタキシャルウェーハを製造する工程、
（２）支持基板を準備する工程、及び
（３）前記エピタキシャルウェーハのエピタキシャル成長層と前記支持基板とを接合材を介して接合する工程
を含む接合型ウェーハの製造方法であって、
　前記エピタキシャル成長層の上に熱硬化性材料を塗布し硬化させ、その上に更に平均厚さが０．０１μｍ以上０．６μｍ以下の前記接合材を介して前記支持基板を接合する接合型ウェーハの製造方法を提供する。
　このような製造方法であれば、接合材にある程度の厚みが要求される場合も、接合材の膜厚分布を改善することができる。
　以上のように、本発明であれば、反りを有する半導体エピタキシャル基板と支持基板とを接合材で接合する際の、半導体エピタキシャル基板の反り、及び熱変化に伴って変化する反りに起因する接合材の膜厚分布を改善する接合型ウェーハ及びその製造方法を提供することができる。
本発明において見出した、接合材の設計膜厚と面内の厚さ分布（最大膜厚及び最小膜厚）の関係を示すグラフである。 エピタキシャルウェーハの口径と、該ウェーハと支持基板とを接合材を介して接合した際の接合材の面内の厚さ分布（最大膜厚及び最小膜厚）の関係を示すグラフである。 本発明の接合型ウェーハの製造方法の第一実施形態において、成長基板上にエピタキシャル成長層を成長させてエピタキシャルウェーハを作製したときの概略図である。 本発明の接合型ウェーハの製造方法の第一実施形態において、エピタキシャル成長層に接合材（ＢＣＢ）を介して支持基板（シリコンウェーハ）を接合させて接合型ウェーハを作製したときの概略図である。 本発明の接合型ウェーハの製造方法の第一実施形態において、接合型ウェーハから成長基板を除去したときの概略図である。 本発明の接合型ウェーハの製造方法の第二実施形態における、下部硬化層と接合材層の合計膜厚（設計厚さ）と、面内の厚さ分布（最大膜厚及び最小膜厚）の関係を示すグラフである。 本発明の接合型ウェーハの製造方法の第二実施形態において、成長基板上にエピタキシャル成長層を成長させてエピタキシャルウェーハを作製したときの概略図である。 本発明の接合型ウェーハの製造方法の第二実施形態において、エピタキシャル成長層の上に熱硬化性材料（ＢＣＢ）を塗布し硬化させたときの概略図である。 本発明の接合型ウェーハの製造方法の第二実施形態において、硬化させた熱硬化性材料（ＢＣＢ）の上に接合材（ＢＣＢ）を塗布したときの概略図である。 本発明の接合型ウェーハの製造方法の第二実施形態において、接合材（ＢＣＢ）を介して支持基板（シリコンウェーハ）を接合させて接合型ウェーハを作製したときの概略図である。 本発明の接合型ウェーハの製造方法の第二実施形態において、接合型ウェーハから成長基板を除去したときの概略図である。
　上述したように反りを有する半導体エピタキシャル基板と支持基板とを熱硬化型の接合材で接合する際に、半導体エピタキシャル基板の反り、及び熱変化に伴って変化する反りに起因する接合材の膜厚分布を改善する接合型ウェーハ及びその製造方法が求められていた。
　本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、接合材の設計（平均）厚さを０．０１μｍ以上０．６μｍ以下とすることで、接合材層の面内の厚さばらつきを、最大膜厚が最小膜厚の２倍以下とすることができることが判り、本発明を完成させた。
　即ち、本発明は、成長基板上に熱膨張係数の異なる材料がエピタキシャル成長にて積層されたものであるヘテロ接合構造を有するエピタキシャルウェーハと、支持基板とが、接合材を介して接合されたものである接合型ウェーハであって、前記接合材の平均厚さが、０．０１μｍ以上０．６μｍ以下である接合型ウェーハである。
　以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［接合型ウェーハ］
　本発明の接合型ウェーハは、ヘテロ接合構造を有するエピタキシャルウェーハと支持基板とが接合材を介して接合されたものである接合型ウェーハであり、接合材の平均厚さが０．０１μｍ以上０．６μｍ以下であることを特徴とする。接合材の平均厚さを０．６μｍ以下とすることによって、ウェーハの反り、及び熱変化による反りに起因する接合材の厚さ分布を小さくすることができる。
　本発明者らが反りのあるウェーハと支持基板とを加熱硬化型の接合材層を設けて接合する際の接合材層の厚さ分布を調査したところ、従来は反りの影響により接合材層に厚さ分布が生じていた。エピタキシャル成長方向に凹反りを有するエピタキシャルウェーハと支持基板とを接合材を介して接合した際の、各ウェーハ口径に対する接合材の面内の厚さのばらつき（最大値・最小値）の関係を図２に示す。図２における接合材層の厚さは設計厚さ１μｍ一定としたときの値であり、接合材の硬化処理条件は２５０℃１時間で統一している。
　エピタキシャルウェーハには口径２”Φ（５０ｍｍ）でＢＯＷ≒１００μｍ、口径４”Φ（１００ｍｍ）でＢＯＷ≒４００μｍ、口径６”Φ（１５０ｍｍ）でＢＯＷ≒１４００～１６００μｍ程度と比較的大きな反りが残留していた。
　熱硬化接合材は、硬化処理温度にて一定の温度で保持することで硬化するが、硬化点に達する前に一度、必ず軟化点を通過する。温度上昇中はウェーハの熱変形（反りの変形）を抑制するため上下方向からプレス圧力を加えているが、台座にあたる接合材層が軟化してしまうため、ウェーハの変形を抑制する効果が消失し、ウェーハの変形に沿って接合材層の厚さが変化してしまう。ウェーハが凹反りを有する場合、ウェーハ外周部の接合材層の厚さが薄くなり、ウェーハ中心部の接合材層の厚さが厚くなってしまう。
　一旦変形した接合材層は、上下方向のプレス圧力で矯正することができず、そのまま硬化温度に達するため、接合材層の厚さ分布が保存され、結果として接合材層の厚さ分布がそのまま残留して硬化されてしまう。
　図示はしないが、接合材層の厚さを厚くする程、この傾向は悪化する。発光素子の場合、素子の高さが変わる事で光学特性（特に配光特性）が変わるため、特性ばらつきの原因となり、問題である。
　その一方、図１に示すように接合材層の設計厚さ（平均厚さ）を１μｍから徐々に薄くすることで接合材層の面内の厚さ分布は極小化する傾向がある。特に０．６μｍ以下の厚さ領域において、最大膜厚は最小膜厚の２倍以下に収めることができており、設計厚さに対しても２倍以下に収めることができている。配光特性の均一性を保つためには、±１μｍ以下の高さばらつきを維持する必要があるが、図１における接合材層の設計厚さ（スピンコート厚さ）０．６μｍ以下の領域では、この高さ分布を維持することでき、素子特性のばらつきを許容範囲内に収めることが可能となる。
　また、後述のＢＣＢ等の接合材は発光波長に対して透明な材料であり、発光波長に対して透明なサファイアや石英を支持基板として使用し、支持基板から光を取り出す技術が開示されている。この場合、接合材の屈折率が透明な支持基板と異なるため、接合材層が薄すぎると接合材層内で多重反射し、光取り出し効率が低下する場合がある。それを回避するためには、接合材層の設計膜厚を厚くすることにより、多重反射の影響を緩和することが可能となる。
　本発明の接合型ウェーハにおいて、接合材の平均厚さは０．０１μｍ以上である。０．０１μｍより薄い場合には、多重反射の影響による光取り出し効率の低下や、接合処理後の面積歩留まりの低下といった問題が生じる恐れがある。
　また、接合材が、熱硬化型であり、かつ、熱硬化温度より低温で熱軟化点を有するものであることが好ましい。さらに、接合材は、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ＳＯＧ（ｓｐｉｎ－ｏｎ－ｇｌａｓｓ）、ＰＩ（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、及びフッ素樹脂のいずれか一種類以上からなるものであることが好ましい。
　また、接合材は硬化させてもよいが、軟化状態のものであってもよい。接合材が軟化状態であれば、剥離する必要が生じた場合も容易に支持基板を分離することができる。
　本発明の接合型ウェーハにおいて、成長基板、エピタキシャル成長させる材料、及び支持基板について特に制限はない。
［接合型ウェーハの製造方法］
　また本発明では、接合型ウェーハの製造方法を提供する。以下、本発明の接合型ウェーハの製造方法について、実施形態について図を参照しながら更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（第一実施形態）
　本発明の接合型ウェーハの製造方法の第一実施形態は、
（１）成長基板上に熱膨張係数の異なる材料をエピタキシャル成長にて積層し、ヘテロ接合構造を有するエピタキシャルウェーハを製造する工程、
（２）支持基板を準備する工程、及び
（３）前記エピタキシャルウェーハのエピタキシャル成長層と前記支持基板とを接合材を介して接合する工程
を含む接合型ウェーハの製造方法であって、
　前記接合材の平均厚さを、０．０１μｍ以上０．６μｍ以下とする接合型ウェーハの製造方法である。
　図３～図５を用いて、接合型ウェーハの製造方法の第一実施形態を説明する。
　最初に図３に示すように第一導電型のＧａＡｓ成長基板１上に、第一導電型のＧａＡｓバッファ層２を積層後、第一導電型のＧａＩｎＰ第一エッチストップ層３を例えば０．３μｍ、第一導電型のＧａＡｓ第二エッチストップ層４を例えば０．３μｍ、第一導電型のＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層５を例えば１．０μｍ、ノンドープのＡｌＧａＩｎＰ活性層６、第二導電型のＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層７を例えば１．０μｍ、第二導電型のＧａＩｎＰ中間層８を例えば０．１μｍ、第二導電型のＧａＰ窓層９を例えば４μｍ、順次成長したエピタキシャル成長層（機能層）としての発光素子構造を有する半導体エピタキシャルウェーハ１００を準備する。ここでＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層５からＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層７までをダブルヘテロ構造部と称する。
　次に図４に示すようにエピタキシャルウェーハ１００のエピタキシャル成長層上に熱硬化型の接合材１０として例えばベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）をスピンコートし、支持基板であるシリコンウェーハ１１と対向させて重ね合わせ、熱圧着することでエピタキシャルウェーハ１００とシリコンウェーハ１１とを接合材１０を介して接合した接合型ウェーハ１０１を作製する。スピンコートにてＢＣＢを塗布する際、設計膜厚は、０．０１μｍ以上０．６μｍ以下とする。
　支持基板は、シリコンウェーハに限定されるものではなく、平坦性が担保されていればどのような材料も選択可能である。ＧａＡｓやＩｎＰといった化合物半導体ウェーハを選択することも可能だが、価格的な点から、シリコンの他、サファイアや石英、Ｇｅを選択することが好適である。
　また、熱硬化型の接合材１０は、ＢＣＢに限定されるものではなく、熱硬化性を有するものであれば、どのような材料でも選択可能である。ＢＣＢの他、エポキシ樹脂、ＳＯＧ（ｓｐｉｎ－ｏｎ－ｇｌａｓｓ）、ＰＩ（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、フッ素樹脂などを用いてもよい。
　本実施形態においては熱圧着し、熱硬化型の接合材１０を熱硬化させた場合を例示しているが、接合が成立していればよいため、接合は、接合材１０が熱硬化された状態に限定されない。例示したＢＣＢの場合、軟化点である温度１５０℃に到達後、室温まで温度を下げても接合が成立する。
　次に図５に示すようにＧａＡｓ成長基板１をアンモニア過水などの選択エッチング液によりウェットエッチング処理して除去し、ＧａＩｎＰ第一エッチストップ層３を露出させる。エッチャントを塩酸系に切り替えてＧａＩｎＰ第一エッチストップ層３を選択的に除去し、ＧａＡｓ第二エッチストップ層４を露出させる。エッチャントを硫酸過水系に切り替えてＧａＡｓ第二エッチストップ層４を選択的に除去し、第一クラッド層５を露出させる。以上の処理を行うことにより、ダブルヘテロ層と窓層のみを保持する接合型ウェーハを作製する。
　ここでＢＣＢ等の接合材の設計厚さは０．０１μｍ以上０．６μｍ以下としたが、接合材をスピンコートで形成しているため、薄すぎる場合、接合処理後の面積歩留まりが低下する傾向がある。接合後、９０％以上の面積歩留まりを保つためには０．０５μｍ以上の接合材層膜厚を設計することが好適である。また、７０％以上の接合面積歩留まりを維持すればよいのであれば、０．０１μｍ以上の接合材層膜厚を設計しておけば実現可能である。
（第二実施形態）
　本発明の接合型ウェーハの製造方法の第二実施形態は、
（１）成長基板上に熱膨張係数の異なる材料をエピタキシャル成長にて積層し、ヘテロ接合構造を有するエピタキシャルウェーハを製造する工程、
（２）支持基板を準備する工程、及び
（３）前記エピタキシャルウェーハのエピタキシャル成長層と前記支持基板とを接合材を介して接合する工程
を含む接合型ウェーハの製造方法であって、
　前記エピタキシャル成長層の上に熱硬化性材料を塗布し硬化させ、その上に更に平均厚さが０．０１μｍ以上０．６μｍ以下の前記接合材を介して前記支持基板を接合する接合型ウェーハの製造方法である。
　接合材層の薄膜化による接合後の接合材層の膜厚分布改善と、接合材層の厚膜化による光取り出し効率（外部量子効率）の向上は、二律背反の関係になるが、熱硬化性材料を硬化させて形成した下部硬化層を設けた上で、その上に接合材層を形成し、接合することで、上記二律背反の条件を回避することができる。
　図６に２”Φのウェーハ同士の接合において、下部硬化層と接合材層の合計膜厚（設計膜厚）と、面内の厚さ分布（最大値・最小値）の関係を示す。図６の（１）は接合材層の設計厚さを０．２μｍとし、下部硬化層の設計厚さを０．４～２．２μｍで変更した場合の接合後の接合材層と下部硬化層の合計厚さの分布を示したデータである。設計上の厚さは０．６～２．４μｍになる。従来技術の場合、設計厚さ１μｍに対して０．６～６μｍの膜厚分布が生じるため、大幅に膜厚分布を改善することができる。また、設計厚さに対してのズレも相対的に小さい。
　図６の（２）は２”Φのウェーハ同士の接合において、接合材層の設計厚さを０．６μｍとし、下部硬化層の厚さを０．０～４．０μｍで変更した場合の接合後の接合材層と下部硬化層の合計厚さの分布を示したデータである。図６の（１）の場合に比べてばらつきは大きくなっているが、設計膜厚に対して２倍の膜厚を超えることがない。すなわち、本発明の手法を用いれば、接合材層の膜厚分布を大きくすることなく、反りのあるエピウェーハを厚膜の接合材層を介して接合することができる。
　図７～図１１を用いて接合型ウェーハの製造方法の第二実施形態を説明する。
　最初に図７に示すように第一導電型のＧａＡｓ成長基板１上に、第一導電型のＧａＡｓバッファ層２を積層後、第一導電型のＧａＩｎＰ第一エッチストップ層３を例えば０．３μｍ、第一導電型のＧａＡｓ第二エッチストップ層４を例えば０．３μｍ、第一導電型のＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層５を例えば１．０μｍ、ノンドープのＡｌＧａＩｎＰ活性層６、第二導電型のＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層７を例えば１．０μｍ、第二導電型のＧａＩｎＰ中間層８を例えば０．１μｍ、第二導電型のＧａＰ窓層９を例えば４．０μｍ、順次成長したエピタキシャル成長層（機能層）として発光素子構造を有する半導体エピタキシャルウェーハ１００を準備する。ここでＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層５からＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層７までをダブルヘテロ構造部と称する。
　次に図８に示すようにエピタキシャルウェーハ１００のエピタキシャル成長層上に熱硬化性材料１２としてベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）をスピンコートする。その際の設計膜厚を例えば０．５μｍとすることができる。スピンコート後、２５０℃に加熱されたホットプレート上に１時間保持し、ＢＣＢを硬化させた下部硬化層を形成する。
　次に図９に示すように下部硬化層を形成後、接合材１０としてベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）をスピンコートして接合材層を形成する。その際、接合材層の設計膜厚を０．０１μｍ以上０．６μｍ以下とする。
　次に図１０に示すように接合材層を形成後、接合材１０と支持基板であるシリコンウェーハ１１と対向させて重ね合わせ、熱圧着することでエピタキシャルウェーハ１００とシリコンウェーハ１１とを接合材１０、及び熱硬化性材料１２を介して接合した接合型ウェーハ１０１を作製する。
　支持基板は、シリコンウェーハに限定されるものではなく、平坦性が担保されていればどのような材料も選択可能である。ＧａＡｓやＩｎＰといった化合物半導体ウェーハを選択することも可能だが、価格的な点から、シリコンの他、サファイアや石英、Ｇｅを選択することが好適である。
　また、熱硬化型の接合材１０、及び下部硬化層を形成するための熱硬化性材料１２は、ＢＣＢに限定されるものではなく、熱硬化性を有するものであれば、どのような材料でも選択可能である。ＢＣＢの他、エポキシ樹脂、ＳＯＧ（ｓｐｉｎ－ｏｎ－ｇｌａｓｓ）、ＰＩ（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、フッ素樹脂などを用いてもよい。また、接合材１０と熱硬化性材料１２は同じ材料とすることが好ましい。
　本実施形態においては熱圧着し、熱硬化型の接合材１０を熱硬化させた場合を例示しているが、接合が成立していればよいため、接合は、接合材１０が熱硬化された状態に限定されない。例示したＢＣＢの場合、軟化点である温度１５０℃に到達後、室温まで温度を下げても接合が成立する。
　次に図１１に示すようにＧａＡｓ成長基板１をアンモニア過水などの選択エッチング液によりウェットエッチング処理して除去し、ＧａＩｎＰ第一エッチストップ層３を露出させる。エッチャントを塩酸系に切り替えてＧａＩｎＰ第一エッチストップ層３を選択的に除去し、ＧａＡｓ第二エッチストップ層４を露出させる。エッチャントを硫酸過水系に切り替えてＧａＡｓ第二エッチストップ層４を選択的に除去し、第一クラッド層５を露出させる。以上の処理を行うことにより、ダブルヘテロ層と窓層のみを保持する接合型ウェーハを作製する。
　また、本実施形態において、接合材層の下に設ける硬化処理を施した熱硬化性材料からなる下部硬化層の膜厚として０．５μｍを例示したが、この膜厚に限定されず、例えば、０．０１μｍ～５．０μｍとすることができる。下部硬化層の厚さは自由に選択が可能である。下部硬化層の厚さが厚くなれば、成長基板を除去後の残留エピ層の機械的強度が高くなり、剥離が抑止される効果が高まる。
　また、接合材をスピンコートで形成しているため、接合材の厚さが薄すぎる場合、接合処理後の面積歩留まりが低下する傾向がある。接合後、９０％以上の面積歩留まりを保つためには０．０５μｍ以上の接合材膜厚を設計することが好適である。また、７０％以上の接合面積歩留まりを維持すればよいのであれば、０．０１μｍ以上の接合材層膜厚を設計しておけば実現可能である。
　以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
　第一導電型のＧａＡｓ成長基板上に、第一導電型のＧａＡｓバッファ層を積層後、第一導電型のＧａｘＩｎ１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６）第一エッチストップ層を０．３μｍ、第一導電型のＧａＡｓ第二エッチストップ層を０．３μｍ、第一導電型の（ＡｌｙＧａ１－ｙ）ｘＩｎ１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０＜ｙ≦１）第一クラッド層を１．０μｍ、ノンドープの（ＡｌｙＧａ１－ｙ）ｘＩｎ１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０≦ｙ≦０．６）活性層、第二導電型の（ＡｌｙＧａ１－ｙ）ｘＩｎ１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０＜ｙ≦１）第二クラッド層を１．０μｍ、第二導電型のＧａＩｎＰ中間層を０．１μｍ、第二導電型のＧａＰ窓層を４μｍ、順次成長したエピタキシャル成長層としての発光素子構造を有する半導体エピタキシャルウェーハを準備した。
　半導体エピタキシャルウェーハ上に熱硬化型の接合材としてベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）をスピンコートして接合材層を形成し、支持基板であるシリコンウェーハと対向させて重ね合わせ、熱圧着することで半導体エピタキシャルウェーハとシリコンウェーハとをＢＣＢを介して接合した第一の接合型ウェーハを作製した。スピンコートにてＢＣＢを塗布する際、設計膜厚は０．６μｍとした。
　ＧａＡｓ成長基板をアンモニア過水によりウェットエッチング処理して除去し、ＧａＩｎＰ第一エッチストップ層を露出させる。エッチャントを塩酸系に切り替えてＧａＩｎＰ第一エッチストップ層を選択的に除去し、ＧａＡｓ第二エッチストップ層を露出させる。エッチャントを硫酸過水系に切り替えてＧａＡｓ第二エッチストップ層を選択的に除去し、第一クラッド層を露出させる。以上の処理を行うことにより、ダブルヘテロ層と窓層のみを保持する第二の接合型ウェーハを作製した。
　この接合型ウェーハの接合部の厚さ分布を調べたところ最大膜厚と最小膜厚の比が１．９倍であった。後述する比較例に比べて大幅に厚さ分布が改善されていることが判った。
（実施例２）
　第一導電型のＧａＡｓ成長基板上に、第一導電型のＧａＡｓバッファ層を積層後、第一導電型のＧａｘＩｎ１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６）第一エッチストップ層を０．３μｍ、第一導電型のＧａＡｓ第二エッチストップ層を０．３μｍ、第一導電型の（ＡｌｙＧａ１－ｙ）ｘＩｎ１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０＜ｙ≦１）第一クラッド層を１．０μｍ、ノンドープの（ＡｌｙＧａ１－ｙ）ｘＩｎ１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０≦ｙ≦０．６）活性層、第二導電型の（ＡｌｙＧａ１－ｙ）ｘＩｎ１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０＜ｙ≦１）第二クラッド層を１．０μｍ、第二導電型のＧａＩｎＰ中間層を０．１μｍ、第二導電型のＧａＰ窓層を４．０μｍ、順次成長したエピタキシャル成長層として発光素子構造を有する半導体エピタキシャルウェーハを準備した。
　半導体エピタキシャルウェーハ上に熱硬化性材料としてベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）をスピンコートする。その際の設計膜厚を０．５μｍとした。スピンコート後、２５０℃に加熱されたホットプレート上に１時間保持し、ＢＣＢを硬化させた下部硬化層を形成する。
　下部硬化層を形成後、接合材としてベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）をスピンコートして接合材層を形成する。その際、接合材層の設計膜厚を０．１μｍとした。
　接合材層を形成後、接合材層と支持基板であるシリコンウェーハと対向させて重ね合わせ、熱圧着することで半導体エピタキシャルウェーハとシリコンウェーハとをＢＣＢを介して接合した第一の接合型ウェーハを作製した。
　ＧａＡｓ成長基板をアンモニア過水によりウェットエッチング処理して除去し、ＧａＩｎＰ第一エッチストップ層を露出させる。エッチャントを塩酸系に切り替えてＧａＩｎＰ第一エッチストップ層を選択的に除去し、ＧａＡｓ第二エッチストップ層を露出させる。エッチャントを硫酸過水系に切り替えてＧａＡｓ第二エッチストップ層を選択的に除去し、第一クラッド層を露出させる。以上の処理を行うことにより、ＤＨ層と窓層のみを保持する第二の接合型ウェーハを作製した。
　この接合型ウェーハの接合部の厚さ分布を調べたところ最大膜厚と最小膜厚の比が１．３倍であった。
（比較例）
　第一導電型のＧａＡｓ成長基板上に、第一導電型のＧａＡｓバッファ層を積層後、第一導電型のＧａｘＩｎ１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６）第一エッチストップ層を０．３μｍ、第一導電型のＧａＡｓ第二エッチストップ層を０．３μｍ、第一導電型の（ＡｌｙＧａ１－ｙ）ｘＩｎ１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０＜ｙ≦１）第一クラッド層を１．０μｍ、ノンドープの（ＡｌｙＧａ１－ｙ）ｘＩｎ１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０≦ｙ≦０．６）活性層、第二導電型の（ＡｌｙＧａ１－ｙ）ｘＩｎ１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０＜ｙ≦１）第二クラッド層を１．０μｍ、第二導電型のＧａＩｎＰ中間層を０．１μｍ、第二導電型のＧａＰ窓層を４．０μｍ、順次成長したエピタキシャル成長層として発光素子構造を有する半導体エピタキシャルウェーハを準備した。
　半導体エピタキシャルウェーハに接合材としてＢＣＢを１．０μｍスピンコートし、サファイアウェーハと対向させて重ね合わせ、熱圧着することでエピタキシャルウェーハとサファイアウェーハとをＢＣＢを介して接合した接合型ウェーハを作製した。接合の際、ＢＣＢの温度は１５０℃超３５０℃以下になる条件で行った。更に、２５０℃１時間保持することで硬化処理を行った。
　ＧａＡｓ成長基板をアンモニア過水によりウェットエッチング処理して除去し、ＧａＩｎＰ第一エッチストップ層を露出させる。エッチャントを塩酸系に切り替えてＧａＩｎＰ第一エッチストップ層を選択的に除去し、ＧａＡｓ第二エッチストップ層を露出させる。エッチャントを硫酸過水系に切り替えてＧａＡｓ第二エッチストップ層を選択的に除去し、第一クラッド層を露出させる。以上の処理を行うことにより、ダブルヘテロ層と窓層のみを保持する接合型ウェーハを作製した。
　この接合型ウェーハの接合部の厚さ分布を調べたところ最大膜厚と最小膜厚の比が８．５倍であった。
　実施例１、２の結果が示す通り、本発明では、接合材の設計厚さ（平均厚さ）を０．６μｍ以下として接合型ウェーハを作製することによって、反りに起因する接合材の厚さ分布を大きく改善できることが分かる。一方、比較例１の結果から分かるように、接合材の設計厚さを０．６μｍより厚くして接合型ウェーハを作製すると、接合材の厚さ分布が大きくなってしまう。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (8)

  1. 　成長基板上に熱膨張係数の異なる材料がエピタキシャル成長にて積層されたものであるヘテロ接合構造を有するエピタキシャルウェーハと、支持基板とが、接合材を介して接合されたものである接合型ウェーハであって、
    　前記接合材の平均厚さが、０．０１μｍ以上０．６μｍ以下であることを特徴とする接合型ウェーハ。
  2. 　前記接合材が、熱硬化型であり、かつ、熱硬化温度より低温で熱軟化点を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の接合型ウェーハ。
  3. 　前記接合材が、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ＳＯＧ（ｓｐｉｎ－ｏｎ－ｇｌａｓｓ）、ＰＩ（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、及びフッ素樹脂のいずれか一種類以上からなるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合型ウェーハ。
  4. 　前記接合材が軟化状態のものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接合型ウェーハ。
  5. （１）成長基板上に熱膨張係数の異なる材料をエピタキシャル成長にて積層し、ヘテロ接合構造を有するエピタキシャルウェーハを製造する工程、
    （２）支持基板を準備する工程、及び
    （３）前記エピタキシャルウェーハのエピタキシャル成長層と前記支持基板とを接合材を介して接合する工程
    を含む接合型ウェーハの製造方法であって、
    　前記接合材の平均厚さを、０．０１μｍ以上０．６μｍ以下とすることを特徴とする接合型ウェーハの製造方法。
  6. 　前記接合材を、熱硬化型であり、かつ、熱硬化温度より低温で熱軟化点を有するものとすることを特徴とする請求項５に記載の接合型ウェーハの製造方法。
  7. 　前記接合材を、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ＳＯＧ（ｓｐｉｎ－ｏｎ－ｇｌａｓｓ）、ＰＩ（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、及びフッ素樹脂のいずれか一種類以上からなるものとすることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の接合型ウェーハの製造方法。
  8. （１）成長基板上に熱膨張係数の異なる材料をエピタキシャル成長にて積層し、ヘテロ接合構造を有するエピタキシャルウェーハを製造する工程、
    （２）支持基板を準備する工程、及び
    （３）前記エピタキシャルウェーハのエピタキシャル成長層と前記支持基板とを接合材を介して接合する工程
    を含む接合型ウェーハの製造方法であって、
    　前記エピタキシャル成長層の上に熱硬化性材料を塗布し硬化させ、その上に更に平均厚さが０．０１μｍ以上０．６μｍ以下の前記接合材を介して前記支持基板を接合することを特徴とする接合型ウェーハの製造方法。
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