JP5022396B2

JP5022396B2 - Manufacturing method of semiconductor composite device

Info

Publication number: JP5022396B2
Application number: JP2009057176A
Authority: JP
Inventors: 光彦荻原; 友希猪狩; 昌明佐久田; 明弘橋本
Original assignee: 株式会社沖データ; 株式会社沖デジタルイメージング
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: JP2010208897A

Description

本発明は、第１の基板の表面に形成した窒化物単結晶半導体層を第２の基板の表面に接合した半導体複合装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor composite device in which a nitride single crystal semiconductor layer formed on the surface of a first substrate is bonded to the surface of a second substrate.

異種材料のＬＥＤや異種機能の半導体デバイスを集積化することを目的として、従来より、母材基板の表面に結晶成長した半導体デバイスを形成する半導体層を、母材基板から剥離し、別の基板の表面に接合する形態が知られている。 For the purpose of integrating LEDs of different materials and semiconductor devices of different functions, conventionally, a semiconductor layer forming a semiconductor device crystal-grown on the surface of a base material substrate is separated from the base material substrate, and another substrate is formed. The form which joins to the surface of is known.

例えば、特許文献１に開示された製造方法によれば、母材基板であるサファイア基板の裏面からレーザ光を照射し半導体エピタキシャル層をサファイア基板から剥離する、レーザリフトオフ法が提案されている。これはサファイア基板の裏面から照射したレーザ光によって、母材基板と窒化物半導体エピタキシャル層の界面でＧａＮがＧａとＮに分解し、Ｇａの融点が室温近傍であることによって、窒化物半導体エピタキシャル層をサファイア基板から剥離する技術である。 For example, according to the manufacturing method disclosed in Patent Document 1, there has been proposed a laser lift-off method in which laser light is irradiated from the back surface of a sapphire substrate, which is a base material substrate, and a semiconductor epitaxial layer is peeled from the sapphire substrate. This is because the laser light irradiated from the back surface of the sapphire substrate decomposes GaN into Ga and N at the interface between the base material substrate and the nitride semiconductor epitaxial layer, and the melting point of Ga is near room temperature. Is a technique for peeling the sapphire from the sapphire substrate.

特開２００６−１３５３１１号公報JP 2006-135311 A

しかしながら、このレーザリフトオフ法による窒化物半導体エピタキシャル層をサファイア基板から剥離して、異種基板（第２の基板）の表面に接合する方法では、剥離した窒化物半導体エピタキシャル層の表面でナノメータオーダの平坦性が得られず、実用上十分な接合力が得られなくなってしまうという課題があった。このため、剥離後にさらに剥離表面の平坦性を向上するための表面処理を行う必要があった。 However, in the method in which the nitride semiconductor epitaxial layer is peeled from the sapphire substrate by the laser lift-off method and bonded to the surface of the dissimilar substrate (second substrate), the surface of the peeled nitride semiconductor epitaxial layer is flat on the order of nanometers. However, there is a problem in that it is difficult to obtain a practically sufficient joining force. For this reason, it was necessary to perform a surface treatment for further improving the flatness of the peeled surface after peeling.

本発明は、前記の課題を解決し、平坦性のよい高品質な窒化物単結晶半導体層を第２の
基板の表面に接合した半導体複合装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a method for manufacturing a semiconductor composite device in which a high-quality nitride single crystal semiconductor layer with good flatness is bonded to the surface of a second substrate.

前記目的を達成するために、本発明の半導体複合装置の製造方法は、第１の基板（例えば、母材基板）の表面に窒化インジウム（ＩｎＮ）層を含む第１の窒化物単結晶半導体層を形成する第１工程と、前記第１の窒化物単結晶半導体層の表面に第２の窒化物単結晶半導体層を形成する第２工程と、前記第２の窒化物単結晶半導体層をパターン形成する第３工程と、前記第３工程でパターン形成された前記第２の窒化物単結晶半導体層を被覆する保護膜を形成する第４工程と、前記第４工程の後に、前記第１の窒化物単結晶半導体層を活性水素に曝露して前記窒化インジウム（ＩｎＮ）層を金属インジウム（Ｉｎ）層に改質させる第５工程と、前記金属インジウム（Ｉｎ）層をエッチングして、前記第２の窒化物単結晶半導体層を前記第１の基板から剥離する第６工程と、前記剥離した第２の窒化物単結晶半導体層を第２の基板の表面に接合する第７工程とを含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor composite device according to the present invention includes a first nitride single crystal semiconductor layer including an indium nitride (InN) layer on a surface of a first substrate (for example, a base material substrate). A second step of forming a second nitride single crystal semiconductor layer on the surface of the first nitride single crystal semiconductor layer, and a pattern of the second nitride single crystal semiconductor layer A third step of forming, a fourth step of forming a protective film covering the second nitride single crystal semiconductor layer patterned in the third step, and the first step after the fourth step. A fifth step of exposing the nitride single crystal semiconductor layer to active hydrogen to modify the indium nitride (InN) layer to a metal indium (In) layer; etching the metal indium (In) layer; Two nitride single crystal semiconductor layers are formed on the first substrate. A sixth step of peeling off from, characterized in that it comprises a seventh step of bonding the second nitride single crystal semiconductor layer which is the peeling on the surface of the second substrate.

本発明によれば、平坦性のよい高品質な窒化物単結晶半導体層を第２の基板の表面に接合した半導体複合装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor composite device in which a high-quality nitride single crystal semiconductor layer having good flatness is bonded to the surface of the second substrate.

本発明の第１の実施形態の窒化物単結晶半導体エピタキシャルウエハの構造（ａ）及び製造工程（ｂ）を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the structure (a) and manufacturing process (b) of the nitride single crystal semiconductor epitaxial wafer of the 1st Embodiment of this invention. 第１の実施形態のパターン化された第２の窒化物単結晶半導体層を有する窒化物単結晶半導体エピタキシャルウエハの構造及び製造工程を説明するための断面図（その１）である。FIG. 6 is a cross-sectional view (No. 1) for explaining the structure and manufacturing process of a nitride single crystal semiconductor epitaxial wafer having a patterned second nitride single crystal semiconductor layer according to the first embodiment. 第１の実施形態のパターン化された第２の窒化物単結晶半導体層を有する窒化物単結晶半導体エピタキシャルウエハの構造及び製造工程を説明するための断面図（ａ）（その２）及び断面図（ｂ）（その３）である。Sectional drawing (a) (the 2) and sectional drawing for demonstrating the structure and manufacturing process of a nitride single crystal semiconductor epitaxial wafer which have the patterned 2nd nitride single crystal semiconductor layer of 1st Embodiment (B) (No. 3). 第１の実施形態の第１の窒化物単結晶半導体層である窒化インジウム（ＩｎＮ）層を改質させる工程を説明するための斜視図である。図において、（ａ）は、改質前を示し、（ｂ）は、改質後を示す。It is a perspective view for demonstrating the process of modifying the indium nitride (InN) layer which is the 1st nitride single crystal semiconductor layer of 1st Embodiment. In the figure, (a) shows before reforming, and (b) shows after reforming. 第１の実施形態のパターン化された第２の窒化物単結晶半導体層を母材基板から剥離する工程を説明するための斜視図であり、（ａ）は、剥離前を示し、（ｂ）及び（ｃ）は、金属インジウム層が選択的にエッチングされて行く様子を示し、（ｄ）は、剥離が完了した状態を示す。It is a perspective view for demonstrating the process of peeling the patterned 2nd nitride single crystal semiconductor layer of 1st Embodiment from a base material substrate, (a) shows before peeling, (b) (C) and (c) show a state where the metal indium layer is selectively etched, and (d) shows a state where peeling is completed. 第１の実施形態において、剥離したパターン化された第２の窒化物単結晶半導体層を第２の基板の表面に接合する工程を説明するための斜視図であり、（ａ）は、第２の基板構造を示し、（ｂ）は、接合工程を示し、（ｃ）は、接合工程が完了した状態を示す。FIG. 6 is a perspective view for explaining a step of bonding the peeled patterned second nitride single crystal semiconductor layer to the surface of the second substrate in the first embodiment, and FIG. (B) shows a bonding step, and (c) shows a state in which the bonding step is completed. 第１の実施形態における半導体複合装置の主な製造工程のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the main manufacturing processes of the semiconductor compound apparatus in 1st Embodiment. 本発明の第２の実施形態を説明するための窒化物単結晶半導体エピタキシャルウエハの構造及び製造工程を説明するための断面図であり、（ａ）は、断面構造を示し、（ｂ）は第１の窒化物単結晶半導体層の構造を示す。It is sectional drawing for demonstrating the structure and manufacturing process of the nitride single crystal semiconductor epitaxial wafer for demonstrating the 2nd Embodiment of this invention, (a) shows sectional structure, (b) is 1st. 1 shows the structure of one nitride single crystal semiconductor layer.

本発明の半導体複合装置の製造方法の実施形態を、図１乃至図７を参照して順追って説明する。なお、これらの図面は、本実施形態の要点が明確になるように概略的に示したもので、各構成部分の形状や寸法の関係等は、本発明を限定するものではない。 Embodiments of a method for manufacturing a semiconductor composite device according to the present invention will be described in order with reference to FIGS. In addition, these drawings are shown schematically so as to clarify the main points of the present embodiment, and the relationship between the shape and size of each component does not limit the present invention.

（第１の実施形態）
本発明の半導体複合装置の製造方法の第１の実施形態を、図１乃至図６を参照して順追って説明する。 (First embodiment)
A first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor composite device of the present invention will be described in order with reference to FIGS.

図１（ａ）の斜視図において、母材基板１０１は、その表面に窒化物単結晶半導体層１１０を結晶成長するための第１の基板である。そして、窒化物単結晶半導体層１１０は、母材基板１０１の表面に結晶成長させた窒化物単結晶半導体層である。窒化物単結晶半導体層１１０は、例えば、有機金属化学気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法により結晶成長させて形成される。窒化物単結晶半導体層１１０は、窒化物半導体で構成される第１の窒化物単結晶半導体層１０２と第２の窒化物単結晶半導体層１０３とを順次結晶成長させて形成する。 In the perspective view of FIG. 1A, a base material substrate 101 is a first substrate for crystal growth of a nitride single crystal semiconductor layer 110 on the surface thereof. The nitride single crystal semiconductor layer 110 is a nitride single crystal semiconductor layer grown on the surface of the base material substrate 101. The nitride single crystal semiconductor layer 110 is formed by crystal growth by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). The nitride single crystal semiconductor layer 110 is formed by sequentially growing a first nitride single crystal semiconductor layer 102 and a second nitride single crystal semiconductor layer 103 made of a nitride semiconductor.

第１の窒化物単結晶半導体層１０２は、インジウム（Ｉｎ）及びガリウム（Ｇａ）から選択される材料の少なくとも１つを含む窒化物半導体材料から構成される。第２の窒化物半導単結晶半導体層１０３は、Ｉｎ、Ｇａ、及び、アルミニウム（Ａｌ）から選択される材料を少なくとも１つを含む窒化物半導体材料から構成される。これら、第１及び第２の窒化物単結晶半導体層１０２及び１０３は、それぞれ単層でも異種材料を積層した構造であってもよい。結晶成長方法としては、ＭＯＣＶＤ法の他、分子線エピタキシ（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法を採用することもできる。 The first nitride single crystal semiconductor layer 102 is made of a nitride semiconductor material including at least one material selected from indium (In) and gallium (Ga). The second nitride semiconductor single crystal semiconductor layer 103 is made of a nitride semiconductor material containing at least one material selected from In, Ga, and aluminum (Al). Each of the first and second nitride single crystal semiconductor layers 102 and 103 may be a single layer or a structure in which different materials are stacked. As a crystal growth method, a molecular beam epitaxy (MBE) method can be adopted in addition to the MOCVD method.

母材基板１０１は、単結晶基板であることが望ましく、例えば、酸化物基板、窒化物基板、及び、炭化物基板から選択される基板を使用することができる。酸化物基板としては、例えば、サファイア基板や、Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ（１≧ｘ＞０）基板等が使用され、窒化物基板としては、例えば、ＧａＮ基板、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（１≧ｘ≧０)基板やＩｎ_ｙＡｌ_１−ｙＮ基板（１≧ｙ≧０）等が使用される。そして、炭化物基板としては、ＳｉＣ基板等の基板を用いることができる。 The base material substrate 101 is preferably a single crystal substrate, and for example, a substrate selected from an oxide substrate, a nitride substrate, and a carbide substrate can be used. As the oxide substrate, for example, a sapphire substrate, a Zn _1-x Mg _x O (1 ≧ x> 0) substrate or the like is used, and as the nitride substrate, for example, a GaN substrate, In _x Ga _1-x N A (1 ≧ x ≧ 0) substrate, an In _y Al _1-y N substrate (1 ≧ y ≧ 0), or the like is used. A substrate such as a SiC substrate can be used as the carbide substrate.

そして、第１の窒化物単結晶半導体層１０２を構成する材料は、熱又は活性化された原子、分子、あるいはイオンとの相互作用によって、化学的に変化する窒化物単結晶半導体材料である。例えば、窒化インジウム（ＩｎＮ）である。そして、この第１の窒化物単結晶半導体層１０２は、少なくとも２分子層の厚さを備えていることが望ましい。 The material constituting the first nitride single crystal semiconductor layer 102 is a nitride single crystal semiconductor material that is chemically changed by interaction with heat, activated atoms, molecules, or ions. For example, indium nitride (InN). The first nitride single crystal semiconductor layer 102 preferably has a thickness of at least two molecular layers.

第２の窒化物単結晶半導体層１０３は、例えば、トランジスタ、センサ等の電子素子を構成する窒化物単結晶半導体層である。また、この第２の窒化物単結晶半導体層１０３は、例えば、ＬＥＤ、レーザ等の発光素子を構成する窒化物単結晶半導体層である。さらにまた、この第２の窒化物単結晶半導体層１０３は、電子素子と発光素子とを含む複合素子を構成する窒化物単結晶半導体層である。 The second nitride single crystal semiconductor layer 103 is a nitride single crystal semiconductor layer constituting an electronic element such as a transistor or a sensor. The second nitride single crystal semiconductor layer 103 is a nitride single crystal semiconductor layer constituting a light emitting element such as an LED or a laser. Furthermore, the second nitride single crystal semiconductor layer 103 is a nitride single crystal semiconductor layer constituting a composite element including an electronic element and a light emitting element.

そして、第２の窒化物単結晶半導体層１０３は、前記素子構造を作製する前に母材基板１０１から剥離し第２の基板の表面に接合することができる。また、前記素子構造を形成してから母材基板１０１から剥離し、第２の基板の表面に接合することも可能である。 The second nitride single crystal semiconductor layer 103 can be peeled off from the base material substrate 101 and bonded to the surface of the second substrate before the element structure is manufactured. Further, after the element structure is formed, it can be peeled off from the base material substrate 101 and bonded to the surface of the second substrate.

次に、図１（ｂ）の斜視図で示すように、前記構成の母材基板１０１の表面に窒化物単結晶半導体層１１０を結晶成長した窒化物単結晶半導体エピタキシャルウエハ１５０を、少なくとも第１の窒化物単結晶半導体層１０２の一部が露出するように、第２の窒化物単結晶半導体層１０３をパターン形成してパターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３とする。この第２の窒化物単結晶半導体層１１３のパターンとするパターン形成は、例えば、塩素（Ｃｌ）系のエッチングガスを用いたドライエッチングによる周知の異方性エッチング方法によって行うのが好適である。 Next, as shown in the perspective view of FIG. 1B, at least the first nitride single crystal semiconductor epitaxial wafer 150 in which the nitride single crystal semiconductor layer 110 is crystal-grown on the surface of the base material substrate 101 having the above-described configuration is provided. The second nitride single crystal semiconductor layer 103 is patterned to form a second nitride single crystal semiconductor layer 113 so that a part of the nitride single crystal semiconductor layer 102 is exposed. The pattern formation as the pattern of the second nitride single crystal semiconductor layer 113 is preferably performed by, for example, a well-known anisotropic etching method by dry etching using a chlorine (Cl) -based etching gas.

次に、図２の断面図で示すように、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３を被覆する保護膜２５０をパターン形成する。保護膜２５０は、例えば、周知のプラズマＣＶＤ法により形成したＳｉＮ、ＳｉＯ_２、又は、スパッタ法により形成したＡｌ_２Ｏ_３等の無機絶縁膜を使用することができる。 Next, as shown in the cross-sectional view of FIG. 2, a protective film 250 covering the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 is formed. As the protective film 250, for example, an inorganic insulating film such as SiN, SiO ₂ formed by a known plasma CVD method, or Al ₂ O ₃ formed by a sputtering method can be used.

また、前記第１の窒化物単結晶半導体層１０２の一部を露出させる工程では、断面図で示した図３（ａ）に示すように、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３の直下の第１の窒化物単結晶半導体層１０２のみを残して、パターン化された第１の窒化物単結晶半導体層１０２ａとしてもよい。あるいは、断面図で示した図３（ｂ）に示すように、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３の直下以外の領域の母材基板１０１の一部１０１ａをエッチングしてもよい。この場合、保護層２５０は、パターン化された第１の窒化物単結晶半導体層１０２ａの側面の一部が露出するように形成される。そして、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３は保護層２５０によって完全に被覆されていることが好適である。 Further, in the step of exposing a part of the first nitride single crystal semiconductor layer 102, a patterned second nitride single crystal semiconductor layer as shown in FIG. Alternatively, the patterned first nitride single crystal semiconductor layer 102a may be formed by leaving only the first nitride single crystal semiconductor layer 102 directly under 113. Alternatively, as shown in FIG. 3B shown in the cross-sectional view, a part 101a of the base material substrate 101 in a region other than the region immediately below the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 may be etched. Good. In this case, the protective layer 250 is formed so that a part of the side surface of the patterned first nitride single crystal semiconductor layer 102a is exposed. It is preferable that the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 is completely covered with the protective layer 250.

次に、図４（ａ）乃至図４（ｂ）の斜視図を参照して、図１（ｂ）で示したパターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３を有する窒化物単結晶半導体エピタキシャルウエハ１５０（図１（ｂ））の第１の窒化物単結晶半導体層１０２である窒化インジウム（ＩｎＮ）層を改質する工程を説明する。なお、図４（ａ）乃至図４（ｂ）においては、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３を被覆する保護膜２５０の図示を省略している。 Next, referring to the perspective views of FIGS. 4A to 4B, the nitride single crystal having the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 shown in FIG. 1B. A process of modifying the indium nitride (InN) layer that is the first nitride single crystal semiconductor layer 102 of the semiconductor epitaxial wafer 150 (FIG. 1B) will be described. In FIGS. 4A to 4B, the protective film 250 covering the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 is not shown.

まず、図４（ａ）に示すように、窒化物単結晶半導体エピタキシャルウエハ１５０を水素プラズマ３５０中に配置し、第１の窒化物単結晶半導体層１０２である窒化インジウム（ＩｎＮ）層を活性状態の原子状水素に曝露させる。このとき、窒化物単結晶半導体エピタキシャルウエハ１５０を加熱してもよい。その結果、図４（ｂ）に示すように、窒化インジウム（ＩｎＮ）層であった第１の窒化物単結晶半導体層１０２は、改質されて、改質された第１の窒化物単結晶半導体層２０２、すなわち、金属インジウム（Ｉｎ）層となる（以後、金属インジウム層２０２と称する）。 First, as shown in FIG. 4A, a nitride single crystal semiconductor epitaxial wafer 150 is placed in a hydrogen plasma 350, and an indium nitride (InN) layer, which is the first nitride single crystal semiconductor layer 102, is activated. Exposure to atomic hydrogen. At this time, nitride single crystal semiconductor epitaxial wafer 150 may be heated. As a result, as shown in FIG. 4B, the first nitride single crystal semiconductor layer 102, which was an indium nitride (InN) layer, was modified, and the modified first nitride single crystal The semiconductor layer 202, that is, a metal indium (In) layer (hereinafter referred to as a metal indium layer 202).

窒化インジウム（ＩｎＮ）層の改質のメカニズムを説明するために、例えば、インジウム（Ｉｎ）と窒素（Ｎ）との結合状態を、Ｉｎ−Ｎと表記する。ＩｎＮ層は、活性状態の原子状水素に曝されると、原子状水素Ｈにより結合力の弱いＩｎ−Ｎの結合が切断され、Ｎを奪われＩｎ−となる。一方、奪われたＮは原子状水素Ｈと結合して、Ｈ−Ｎの結合が形成される。その結果、Ｉｎ−同士が結合してＩｎ−Ｉｎの結合が形成されることにより、金属インジウム（Ｉｎ）層となる。
この第１の窒化物単結晶半導体層１０２を金属インジウム層２０２に改質する工程が本発明の主要構成要件である。 In order to explain the modification mechanism of the indium nitride (InN) layer, for example, the bonding state of indium (In) and nitrogen (N) is expressed as In-N. When the InN layer is exposed to the atomic hydrogen in the active state, the atomic hydrogen H breaks the bond of In—N having a weak binding force, deprives N and becomes In—. On the other hand, the deprived N is combined with atomic hydrogen H to form an H—N bond. As a result, In— bonds to each other to form an In—In bond, thereby forming a metal indium (In) layer.
The step of modifying the first nitride single crystal semiconductor layer 102 into the metal indium layer 202 is a main constituent of the present invention.

次に、図５（ａ）乃至図５（ｄ）の斜視図を参照して、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３を母材基板１０１から剥離する工程を順追って説明する。
図５（ａ）は、前記プラズマ処理により改質された金属インジウム層２０２を有する窒化物単結晶半導体エピタキシャルウエハ１５０を示す。この図は、図１（ｂ）で示したパターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３を有する窒化物単結晶半導体エピタキシャルウエハ１５０において、第１の窒化物単結晶半導体層１０２が金属インジウム層２０２に改質された状態を示している。 Next, a process of peeling the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 from the base material substrate 101 will be described in order with reference to the perspective views of FIGS. .
FIG. 5A shows a nitride single crystal semiconductor epitaxial wafer 150 having a metal indium layer 202 modified by the plasma treatment. This figure shows the nitride single crystal semiconductor epitaxial wafer 150 having the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 shown in FIG. A state in which the indium layer 202 is modified is shown.

次に、金属インジウム層２０２を、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３及び母材基板１０１に対して、選択的に除去するためのエッチング処理を行う。エッチング液として、例えば、塩酸を使用して、金属インジウム層２０２を有する窒化物単結晶半導体エピタキシャルウエハ１５０を浸漬する。図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、この工程おいて、金属インジウム層２０２が選択的にエッチングされていく様子を模式的に示した図である。 Next, an etching process for selectively removing the metal indium layer 202 is performed on the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 and the base material substrate 101. The nitride single crystal semiconductor epitaxial wafer 150 having the metal indium layer 202 is immersed using, for example, hydrochloric acid as an etchant. FIGS. 5B and 5C are diagrams schematically showing how the metal indium layer 202 is selectively etched in this step.

金属インジウムの塩酸によるエッチング速度は速く、前記したように２分子層程度の厚さを有する第１の窒化物単結晶半導体層１０２が改質した金属インジウム層２０２の厚さを考慮すると、金属インジウム層２０２の塩酸によるエッチングは、等方的に進む。したがって、母材基板１０１とパターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３との間の金属インジウム２０２も、その他の領域の金属インジウム層２０２と同様な速度でエッチングされることになる。 The etching rate of metallic indium with hydrochloric acid is fast, and considering the thickness of the metallic indium layer 202 modified by the first nitride single crystal semiconductor layer 102 having a thickness of about two molecular layers as described above, metallic indium Etching of layer 202 with hydrochloric acid proceeds isotropically. Accordingly, the metal indium 202 between the base material substrate 101 and the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 is also etched at the same rate as the metal indium layer 202 in other regions.

そして、図５（ｄ）に示すように、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３は、母材基板１０１から剥離される。すなわち、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３の剥離された剥離面Ａが、次の接合工程における接合面となる。なお、図５を参照した説明では、図示しないが、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３を母材基板１０１から剥離する際には、剥離後のパターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３を支持するための支持体を使用する。なお、剥離工程後の母材基板１０１は、再利用することが可能である。 Then, as shown in FIG. 5D, the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 is peeled off from the base material substrate 101. That is, the peeled peel surface A of the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 becomes a joint surface in the next joining step. In the description with reference to FIG. 5, although not illustrated, when the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 is peeled from the base material substrate 101, the patterned second after the peeling is performed. A support for supporting the nitride single crystal semiconductor layer 113 is used. Note that the base material substrate 101 after the peeling step can be reused.

次に、図６（ａ）乃至図６（ｃ）の斜視図を参照して、前記工程により剥離したパターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３を第２の基板２０１の表面に接合する工程を説明する。母材基板１０１から剥離した、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３を第２の基板２０１の表面に接合する際には、図５（ｄ）で示したパターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３の剥離面Ａと第２の基板２０１の表面との間の分子間力を使った接合を使うことができる。 Next, referring to the perspective views of FIG. 6A to FIG. 6C, the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 peeled by the above process is formed on the surface of the second substrate 201. The process of joining will be described. When bonding the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 peeled off from the base material substrate 101 to the surface of the second substrate 201, the patterned second pattern shown in FIG. Bonding using intermolecular force between the peeling surface A of the second nitride single crystal semiconductor layer 113 and the surface of the second substrate 201 can be used.

また、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、第２の基板２０１の表面に別の材料層２１０を設けて、この材料層２１０の表面に、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３の剥離面Ａを接合する（接合Ｂ）こともできる。ここで、第２の基板２０１は、例えば、ＣｕやＡｌ等の金属基板、ＳｉＣ基板、ダイヤモンド基板、Ｓｉ基板、ＡｌＮ基板、等の高熱伝導材料基板であることが望ましい。また、材料層２１０としては、誘電体層又は導電体層を使うことができる。誘電体層としては、例えば、有機物層を使用することができ、また、導電体層としては、例えば、金属層や透明導電体層を使用することができる。 Further, as shown in FIGS. 6A and 6B, another material layer 210 is provided on the surface of the second substrate 201, and the patterned second layer is formed on the surface of the material layer 210. The separation surface A of the nitride single crystal semiconductor layer 113 can also be bonded (bonding B). Here, the second substrate 201 is desirably a high heat conductive material substrate such as a metal substrate such as Cu or Al, a SiC substrate, a diamond substrate, a Si substrate, or an AlN substrate. As the material layer 210, a dielectric layer or a conductor layer can be used. As the dielectric layer, for example, an organic layer can be used, and as the conductor layer, for example, a metal layer or a transparent conductor layer can be used.

そして、図６（ｃ）に示すように、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３の剥離面Ａと第２の基板２０１の表面の材料層２１０との接合表面を活性化した後に、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３を、材料層２１０の表面の所定の位置に加圧・密着させることにより、両者を分子間力により接合する。 Then, as shown in FIG. 6C, the bonding surface between the peeled surface A of the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 and the material layer 210 on the surface of the second substrate 201 is activated. Thereafter, the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 is pressed and adhered to a predetermined position on the surface of the material layer 210 to bond them together by intermolecular force.

接合形態としては、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３の剥離面Ａと、第２の基板２０１の表面形成された材料層２１０の表面との分子間力による前記接合形態の他、両者の表面分子間の共有結合、あるいは、パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層１１３の剥離面Ａを構成する分子と材料層２１０を構成する分子との間の化合物の形成を使う接合形態も可能である。 As the bonding form, the bonding form of the above-described bonding form by an intermolecular force between the peeled surface A of the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 and the surface of the material layer 210 formed on the surface of the second substrate 201 is used. In addition, a covalent bond between both surface molecules, or formation of a compound between a molecule constituting the peeling surface A of the patterned second nitride single crystal semiconductor layer 113 and a molecule constituting the material layer 210 It is also possible to use a bonding form using.

なお、図７に、本発明の第１の実施形態における半導体複合装置の主な製造工程のフローチャートを示す。主な製造工程は、母材基板の表面に第１及び第２の窒化物単結晶半導体層を結晶成長する（ステップＳ１）、第２の窒化物単結晶半導体層をパターニングして、保護膜を被覆する（ステップＳ２）、水素プラズマ中にて、第１の窒化物単結晶半導体層を金属インジウム層に改質する（ステップＳ３）、金属インジウム層をエッチングして、第２の窒化物単結晶半導体層を母体基板から剥離する（ステップＳ４）、そして、第２の窒化物単結晶半導体層を第２の基板と接合する（ステップＳ５）、である。 FIG. 7 shows a flowchart of main manufacturing steps of the semiconductor composite device according to the first embodiment of the present invention. The main manufacturing process is to crystallize the first and second nitride single crystal semiconductor layers on the surface of the base material substrate (step S1), pattern the second nitride single crystal semiconductor layer, and form a protective film. Covering (step S2), modifying the first nitride single crystal semiconductor layer into a metal indium layer in hydrogen plasma (step S3), etching the metal indium layer, and forming the second nitride single crystal The semiconductor layer is peeled off from the base substrate (step S4), and the second nitride single crystal semiconductor layer is bonded to the second substrate (step S5).

本発明の第１の実施形態では、母材基板１０１上に第１の窒化物単結晶半導体層１０２と第２の窒化物単結晶半導体層１０３とを形成し、第１の窒化物単結晶半導体層１０２を活性水素(原子状水素)中で改質して金属インジウム層２０２とするので、この金属インジウム層２０２となった第１の窒化物単結晶半導体層１０２をエッチング除去することにより、容易に第２の窒化物単結晶半導体層１０３を母材基板から剥離することができる。 In the first embodiment of the present invention, a first nitride single crystal semiconductor layer 102 and a second nitride single crystal semiconductor layer 103 are formed on a base material substrate 101 to form a first nitride single crystal semiconductor. Since the layer 102 is modified in active hydrogen (atomic hydrogen) to form the metal indium layer 202, the first nitride single crystal semiconductor layer 102 that has become the metal indium layer 202 can be easily removed by etching. In addition, the second nitride single crystal semiconductor layer 103 can be peeled from the base material substrate.

そして、この改質された金属インジウム層２０２をエッチングする際には、金属インジウム層は、大きなエッチングレートでエッチングされるため、第２の窒化物単結晶半導体層１０３及び母材基板１０１との選択エッチングが可能となる。したがって、ナノメータオーダの平坦性を備えた第２の窒化物単結晶半導体層１０３の剥離面を得ることができる。 When the modified metal indium layer 202 is etched, the metal indium layer is etched at a high etching rate, so that the selection of the second nitride single crystal semiconductor layer 103 and the base material substrate 101 is performed. Etching becomes possible. Therefore, a peeled surface of the second nitride single crystal semiconductor layer 103 having a flatness of nanometer order can be obtained.

したがって、第２の窒化物単結晶半導体層１０３と第２の基板２０１との接合工程をより確実なものとすることができる。 Therefore, the bonding process between the second nitride single crystal semiconductor layer 103 and the second substrate 201 can be made more reliable.

また、第２の窒化物単結晶半導体層１０３を剥離した後の母材基板１０１は、次の結晶成長用の母材基板として再利用することができる。 In addition, the base material substrate 101 after the second nitride single crystal semiconductor layer 103 is peeled can be reused as a base material substrate for the next crystal growth.

（第２の実施形態）
図８（ａ）及び図８（ｂ）の断面図を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１の窒化物単結晶半導体層１０２を積層構造とした第１の窒化物単結晶半導体層３０２を用いたことであり、それ以外の実施形態の構成は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略し、この第１の窒化物単結晶半導体層３０２を用いた実施形態について説明する。 (Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the cross-sectional views of FIGS. 8 (a) and 8 (b). The difference of the second embodiment from the first embodiment is that the first nitride single crystal semiconductor layer 302 having a stacked structure of the first nitride single crystal semiconductor layer 102 is used. Since the configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, a description thereof will be omitted, and an embodiment using this first nitride single crystal semiconductor layer 302 will be described.

本実施形態では、図８（ａ）に示すように、母材基板１０１の表面に、積層構造からなる第１の窒化物単結晶半導体層３０２と第２の窒化物単結晶半導体層１０３とを順次結晶成長させる。 In this embodiment, as shown in FIG. 8A, the first nitride single crystal semiconductor layer 302 and the second nitride single crystal semiconductor layer 103 having a laminated structure are formed on the surface of the base substrate 101. Crystal growth is performed sequentially.

そして、この第１の窒化物単結晶半導体層３０２は、図８（ｂ）に示すように、窒化物半導体単結晶層３１０と窒化物半導体単結晶層３２０との２層構造対層を多層構造に構成してある。 As shown in FIG. 8B, the first nitride single crystal semiconductor layer 302 has a multilayer structure in which the two-layer structure of the nitride semiconductor single crystal layer 310 and the nitride semiconductor single crystal layer 320 is a multilayer structure. It is configured.

例えば、窒化物半導体単結晶層３１０は、窒化インジウム（ＩｎＮ）層であり、窒化物半導体単結晶層３２０は、窒化ガリウム（ＧａＮ）層である。窒化物半導体単結晶層３１０は、少なくとも２分子層の厚さを備えている。そして、窒化物半導体単結晶層３２０は、少なくとも１分子層の厚さである。そして、第１の窒化物単結晶半導体層３０２の全体構成として、平均組成がＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（１≧ｘ＞０）の組成となるように、窒化物半導体単結晶層３１０の窒化インジウム（ＩｎＮ）層及び窒化物半導体単結晶層３２０の窒化ガリウム（ＧａＮ）層の厚さを決める。 For example, the nitride semiconductor single crystal layer 310 is an indium nitride (InN) layer, and the nitride semiconductor single crystal layer 320 is a gallium nitride (GaN) layer. The nitride semiconductor single crystal layer 310 has a thickness of at least two molecular layers. The nitride semiconductor single crystal layer 320 has a thickness of at least one molecular layer. Then, as the entire configuration of first nitride single crystal semiconductor layer 302, nitride semiconductor single crystal layer 310 is nitrided such that the average composition is a composition of In _x Ga _1-x N (1 ≧ x> 0). The thickness of the gallium nitride (GaN) layer of the indium (InN) layer and the nitride semiconductor single crystal layer 320 is determined.

ここで、窒化物半導体単結晶層３２０は、Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（１＞ｙ＞０）、Ｉｎ_ｚＡｌ_１−ｚＮ（１＞ｚ≧０）、及び、Ａｌ_ｓＧａ_１−ｓＮ（１＞ｓ＞０）から選択される１つの窒化物単結晶半導体層とすることもできる。
以下、第１の実施形態と同様であるので、説明の記載は省略する。 Here, the nitride semiconductor single crystal layer 320 includes In _y Ga _1-y N (1>y> 0), In _z Al _1-z N (1> z ≧ 0), and Al _s Ga _1-s. One nitride single crystal semiconductor layer selected from N (1>s> 0) may be used.
Hereinafter, since it is the same as that of 1st Embodiment, description of description is abbreviate | omitted.

本発明の第２の実施形態によれば、第１の窒化物単結晶半導体層を、ＩｎＮ層を含む積層構造としたので、第１の実施形態における効果に加えて、第１実施形態の第１の窒化物単結晶半導体層と比べて、平均的な組成がＩｎＮ層のみのＩｎ組成よりも減少するため、第１の窒化物単結晶半導体層全体から見た熱的安定性が向上し、その上に形成する第２の窒化物単結晶半導体層の高品質化を実現する効果を奏する。 According to the second embodiment of the present invention, since the first nitride single crystal semiconductor layer has a stacked structure including an InN layer, in addition to the effects of the first embodiment, the first embodiment of the first embodiment Compared with the single nitride single crystal semiconductor layer 1, the average composition is smaller than the In composition of the InN layer alone, so that the thermal stability seen from the entire first single crystal nitride semiconductor layer is improved. The second nitride single crystal semiconductor layer formed thereon has an effect of realizing high quality.

以上説明したように、本発明の半導体複合装置の製造方法によれば、平坦性のよい高品質な窒化物単結晶半導体層を、その母材基板とは異なる第２の基板の表面に接合した半導体複合装置を具現することができる。 As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor composite device of the present invention, a high-quality nitride single crystal semiconductor layer with good flatness is bonded to the surface of the second substrate different from the base material substrate. A semiconductor composite device can be implemented.

１０１母材基板（第１の基板）
１０１ａエッチングされた母材基板の部分
１０２、３０２第１の窒化物単結晶半導体層
１０２ａパターン化された第１の窒化物単結晶半導体層
１０３第２の窒化物単結晶半導体層
１１０、３１０、３２０窒化物単結晶半導体層
１１３パターン化された第２の窒化物単結晶半導体層
２０１第２の基板
２０２改質された第１の窒化物単結晶半導体層（金属インジウム層）
２１０材料層
２５０保護膜
３００活性状態の原子状水素
３５０水素プラズマ
Ａ剥離面
Ｂ接合 101 Base material substrate (first substrate)
101a Etched base substrate portion 102, 302 First nitride single crystal semiconductor layer 102a Patterned first nitride single crystal semiconductor layer 103 Second nitride single crystal semiconductor layer 110, 310, 320 Nitride single crystal semiconductor layer 113 Patterned second nitride single crystal semiconductor layer 201 Second substrate 202 Modified first nitride single crystal semiconductor layer (metal indium layer)
210 Material layer 250 Protective film 300 Active atomic hydrogen 350 Hydrogen plasma A Separation surface B Bonding

Claims

Forming a first nitride single crystal semiconductor layer including an indium nitride layer on a surface of the first substrate;
A second step of forming a second nitride single crystal semiconductor layer on a surface of the first nitride single crystal semiconductor layer;
A third step of patterning the second nitride single crystal semiconductor layer;
A fourth step of forming a protective film covering the second nitride single crystal semiconductor layer patterned in the third step;
After the fourth step, a fifth step of modifying the indium nitride layer into a metal indium layer by exposing the first nitride single crystal semiconductor layer to active hydrogen,
Etching the metal indium layer to peel off the second nitride single crystal semiconductor layer from the first substrate;
And a seventh step of bonding the peeled second nitride single crystal semiconductor layer to the surface of the second substrate.

2. The method of manufacturing a semiconductor composite device according to claim 1, wherein the first nitride single crystal semiconductor layer is an indium nitride layer only.

The first nitride single crystal semiconductor layer includes an indium nitride layer,
In _y Ga _1-y N (1> y ≧ 0), In _z Al _1-z N (1> z ≧ 0), and Al _s Ga _1-s N (1>s> 0) The method for manufacturing a semiconductor composite device according to claim 1, wherein the semiconductor composite device is constituted by a laminated structure with one semiconductor layer.

The first substrate includes a sapphire substrate, a gallium nitride (GaN) substrate, an In _x Ga _1-x N (x ≧ 0) substrate, an In _y Al _1-y N (y ≧ 0) substrate, and an SiC substrate. The method of manufacturing a semiconductor composite device according to claim 1, wherein the substrate is one selected substrate.

2. The method of manufacturing a semiconductor composite device according to claim 1, wherein the second substrate is one substrate selected from a metal substrate, a SiC substrate, a Si substrate, and a diamond substrate.