JPH07505258A - 基板の電気化学的回収による半導体部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 基板の電気化学的回収による半導体部品の製造方法本発明は半導体電子部品の製 造方法に関するものである。

本発明は、後で説明するごと（、ＩＶ属の材料（主としてシリコン）の基板の上 に製造した部品もＩＩＩ−Ｖ属（ＧａＡｓ、ＩｎＰなど）またはＩＩ−ＶＩ属材 料の基板」二に製造した部品も含まれる多種多様な部品に適用される。

この方法はその上に部品が製造された基板を分離１回収する過程からなる。

電子部品を製造し９次いでそれらをその基板から分離することはすでに提案され ている。この技術はショットキーダイオードやＧａＡｓまたはＩｎＰ基板上のＭ ＥＳＦＥＴについてすでに提案され、この場合の分離は基板と電子部品そのもの を構成する半導体材料の能動層の間に予めエピタキシアル成長させたアルミニウ ム含有率の高い（分子比ＸＡＩ≧０゜５０）ＡＬｘＧａ＋−ｘＡｓ層を化学的に 溶解して得られる。この点に関してはＭ、コナガイらのＨｉｇｈ　Ｅｆｆｉｃｉ ｅｎｃｙ　ＧａＡｓ　ＴｈｉｎＦｉｌｍ　５ｏｌａｒ　Ｃｅ１ｌｓ　ｂｙ　Ｐｅ ｅｌｅｄ　Ｆｉｌｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙ ｓｔａｌ　fｒｏｗｔｈ。

Ｎｏ、４５（１９７８）、　ｐ、２７７、Ｅ、Ｙａｂ　ｌ　ｏｎｏｖ　ｉ　ｔ　 ｃｈらのＥｘｔｒｅｍｅ　５ｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙｉｎ　ｔｈｅ　Ｌｉｆｔ−０ ｆｆ　ｏｆ　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ　ＧａＡｓ　Ｆｉｌｍｓ、＾ｐｐ１．　Ｐｈｙ ｓ、Ｌｅｔｔ、、Ｖｏｌ、５１DＮｏ、２６゜ Ｄｅｃ、　２８．　１９８７．　ｐ、２２２あるいはまたＨ、Ｓｃｈｕｍａｃｈ ｅｒらのＨｉｇｈ−３ｐｅｅｄＩｎＰ／Ｇａ１ｎＡｓ　Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ　 ｏｎ　５ａｐｐｈｉｒｅ　５ｕｂｓｔｒａｔｅ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅ ｔｔｅｒｓAＶｏｌ、２５゜ Ｎｏ、２４．　Ｎｏｖ、　２３．１９８９．　ｐ、１６５３を参照されたい。

しかしながらこの技術はＧａＡｓまたはＩｎＰ基板上の部品の特定の場合に限定 され、可溶性中間層の特殊な性格のために、ＧａＡｓまたはＩｎＰ基板上のショ ットキーダイオードやＭＥＳＦＥＴ以外の他の部品にそのまま適用することは困 難である。

本発明の目的の１つはきわめて多種多様な部品（電界効果トランジスタ、バイポ ーラトランジスタ、制御整流器、など）及びきわめて多種多様な材料（シリコン 、ＧａＡｓ、ＩＩ−Ｖｌ材料上などの部品）に応用可能な半導体部品を製造する 方法を提案することである。

部品をそれらがその上に実現された基板から分離することができることには数多 くの重要な利点がある。

第１に、この技術は基板を完全に無くすことによって部品の厚みを減じることが できるので、それに伴ってあらゆる利点が生じてくる。即ち、基板が除去される ので基板を貫通する経路を形成し９部品下部の層との接触を確保する必要がな（ なる：したがって、部品の製造コストがそれだけ安くなる：部品の重量が大幅に 減り、スペース利用の面で有利になる；一部のオプトエレクトロニクス用途分野 では、基板が対象となる波長に対して透明でないために障害となることがある； 最後に、現在の部品では９基板の存在によって（特に熱の非良導体であるＧａＡ ｓやＩｎＰについては）生じる熱抵抗がな（なるので熱放散が大幅に向上する。

第２に、また特に１本発明の方法は基板を破壊することなく基板の材料を回収す ることができるので、研磨工程のコストの他に、基板のコストを節約し、基板は そのまま再使用することができる。この利点は基板が高価な材料で製作されてい るだけにいっそう明らかである。

さらに、後で説明するごとく１本発明の方法は正確に実施し、容易に制御するこ とが可能で、簡単に工業化ができるので、安価に大量生産することができる。

このために１本発明の方法は、半絶縁またはｎ型の基板を作る過程と；この基板 の上にｐ４　ドーピングした材料の中間層を形成する過程と、この中間層の上に 少なくとも１つのｎドーピングした下層を有する能動層を形成する過程と：この 能動層のエツチングと金属化工程によって、半導体部品全体を製造する過程と： このようにして製造された部品全体の上に部品を機械的に一体化する共通支持板 を固定する過程と：基板を溶解することなしに前記部品から分離するように他の 材料はそのまま残して中間層の材料を陽極法により照射なしに溶解する過程によ って特徴づけられる。

能動層が少なくとも１つのｐドーピング層も備えているときは、さらに部品全体 にパシベーション材料または感光樹脂の保護層を塗布する過程と：これらの部品 または部品群の間で中間層を露出するまでこの保護層を選択的にエツチングする 過程を含める。

さらに１部品または部品群の能動層の、基板の除去によって露出した。裏面に金 属をデポジットし、及び／または異なる個別部品または部品群を共通支持板から 分離することを含む最終過程をつけ加えることができる；いずれの場合にも。

共通支持手段に異なる個別部品または部品群の裏面を固定する過程を備えること ができる。共通支持板及び／または、該当する場合、共通支持手段は、必要なら ば１部品相互接続線を有することができる。及び／または、該当する場合１部品 がオプトエレクトロニクス部品であるとき光透過性とすることができる。

◇ 次に１図１から９が本発明の方法によって部品を製造する様々な過程を、概略的 に、示している付属の図面を参照して１本発明の一実施例を説明する。

これらの図に記載の部品はもちろん単なる例として挙げられたものであり、当然 他の種類または他の配置のものとすることができる。

◇ 図１に示されたのは、非常に薄い（例えば数百ナノメートル程度）ｐ層　ドーピ ングした中間層２をその上にエピタキシアル成長させたシリコン、ＧａＡｓ。

ＩｎＰなどの厚い（一般的に５００ミクロン程度の厚み）基板１を有する。最初 のウェファ−の層である。次にこの中間層２の上に、ドーピング、厚みと組成を 製造する部品の応じて選択した能動層３を形成する。

中間層２は層３を貫通する打ち込みによって得ることもできる。

能動層３はそれぞれ異なる組成、ドーピングと厚みを示す連続した層の積み重ね によって構成することも可能であり、「能動層」という用語はここでは集合的に この積み重ねを指すものとする。

能動層は少なくとも１つのｎ型の下層を備えている。即ち能動層はこのようなｎ 層の１つで（例えば、電界効果トランジスタの場合、ソース、グリッド、ドレー ンの３つの電極はこのときはこのただ１つのｎ層に直接デポジットされる）。

あるいはもっと複雑な構造の場合、複数個のｎとｐの層によって（このような多 重能動層はバイポーラトランジスタの形成の為に例えばｎ−ｐ−１１構造とする ことができる）簡単に構成することができる。後で説明するように、能動層が１ 個の、あるいは複数個のｐ層を持つ場合、特別な注意が必要である。

図２の過程で、ソースＳ、グリルＧとドレーンＤ（電界効果トランジスタの場合 ）、エミッタ、ベースとコレクタ（バイポーラトランジスタの場合）、陽極。

陰極とグリッド（制御整流器の場合）、などの電極をそれぞれ持つ様々な個別部 品５を構成するように能動層３に薬品、イオンまたは反応性イオンによるエツチ ング、金属４のデポジットなどの周知の方法の各種の過程が実施される。

ここで注意すべきは、所定の論理またはアナログ機能に対応することのできる隔 離された部品（個別トランジスタ）も部品群も製造可能であり、このときこれら の部品群の各種の基本部品は能動層３の同じ領域内に製造され、適切な金属化工 程によって互いに連結されることである。

以下に詳細に述べる図３と４の過程は、先に述べた。能動層が１個または複数個 のｎドーピングされた層を有する場合にしか関係しない。能動層がｎドーピング した材料しか含まないときは図５の過程に直接移ることができる。

例えば１図３の過程で１部品全体を、従来の方法でデポジットした。感光樹脂ま たは部品のパシベーション層（酸化物または窒化物）を始めとする。不活性材料 の保護層６で被覆した。

図４の過程で、そのとき基板上で互いに隔離された島の形になる部品または部品 群（特に能動層のｎドーピングした層）の側面を保護しながら、７で示した領域 内で、ｐ“ドーピングされた中間層２を露出させるように保護層６をエツチング した。これらの開ロアは感光樹脂の層の場合は写真リトグラフまたは電子リトグ ラフなどの、パシベーション層の場合は従来のエツチング工程などの従来技術で 実現される。

図５の過程は、保護層６をデポジットした後その上に例えば接着した共通板８な どによって部品全体が覆われたところである。

次の処理過程では、板８が接着されたら、電気化学的に（陽極溶解）によってｐ ゛ドーピングれた中間層２を溶解するが、この層の半導体材料は電解質（例えば ＫＯＨ）と接触して、基準電極に対する陽極を構成する。「溶解性陽極」現象に よってこの電極は次第に消滅する。即ち中間層の材料は−またそれだけが一次第 に除去される。電解質は部品の間に形成された間隙から浸入し、むき出しになっ た場所７でこの層をエツチングし９次いで１図５に矢印で示したごとく、この層 の側面から浸入する。構造の残りの部分、特に基板、不活性層６によって保護さ れた領域、支持板８及びそれを部品に固定している接着剤などは、電気化学的に 中性であり１反対にエツチングされないままである（先に述べたように９能動層 ３の下面、即ち中間層２と接触する面を構成する材料はｎドーピングされていな い、そうしないと部品は中間層２の電気化学的溶解の際に下から腐食されるだろ う；この材料は一般にｎ層　ドーピング層である）、。

半導体材料の電気化学溶解現象の詳細については、ｎ型のＧａＡｓ層のドーピン グを決定するためにこの溶解が使用されている方法を記載している。

Ｔ、Ａｍｂｒｉｄｇｅらの研究Ｔｈｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｈ ａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆｎ−Ｔｙｐｅ　Ｇａｌｌｉｕｍ　Ａｒ５ｅ ｎｉｄｅ、　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ ｉｓｔｒｙ、　Ｖ盾戟A　３　（１９７ ３）、ｐ、１などを参照することができる。しかしそれは半導体構造の表面層の 電気的特性化だけを対象とする方法だけであり、埋め込まれた中間層の溶解によ って基板を基板の上に製造された部品から分離するためにこの技術を使用するこ とは全く考えられていない。

ここで注意するのは、この陽極溶解現象において、電荷の移動を実現するのは正 孔であって電子ではないことである（この問題に関しては特に。

Ｈ，Ｇｅ　ｒ　ｉ　ｓ　ｈ　ｅ　ｒ、　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ 　−Ａｎ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｔｒｅａｔｉｓｅ　：　ＩＸ@Ａ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、　Ｃｈａｐ、　５．出版Ｅｙｒｉｎｇ、　 Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ　＆　Ｊｏｓｔ、　Ａｃａｄｅｍｉｃ　oｒｅｓｓ。

Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ　（１９７０）を参照）。言い換えれば、正孔がないとき、半 導体は溶解されない、即ちｐ型の半導体だけが溶解されるといっても同じことで ある。ｎ型の半導体に関しては、照射を代表とする。外因性の作用によって正孔 を発生させない限り溶解できない。そのために１本発明の陽極溶解法の過程にお いて、ｐ型の半導体だけを溶解し、特に能動層の下領域を形成する材料に影響を 与えず、ｎ型の半導体をそのまま残しておくためにこの陽極溶解は暗闇の中で行 われる。

この溶解が実施されると９図６の状態に到達する。

図７において、工程は自由面、即ちドーピングされた層３の裏面に金属９をデポ ジットさせることによって継続する。金属９は従来のあらゆる方法（蒸着１等） によってデポジットさせることが可能であり、それによって基板を介在させるこ となく、シたがって、配線経路を形成する必要なしに、ドーピングされた層の後 面に直接接触させることができる。加えて、この直接接触のために、この金属化 は熱シンクの役割を効果的に果たすことができる。

作業は様々な形で継続することができる。

まず、支持板８から個別部品５または部品群を分離し、異なるチップを回収する ために接着剤を溶解することができる。

同様に、接着剤を溶解する前に、既知のいずれかの方法で「ドラムスキン（ｐｅ ａｕ　ｄｅ　ｔａｍｂｏｕｒ）Ｊの上に部品全体を固定して、接着剤を溶解した 後の各種のチップをもっと容易に保持したり９分離することができる。

さらに、太陽電池や発光ダイオード（ＬＥＤ）などの特定の用途分野については 、電気的に相互接続された部品のアレイ（板自身の上に、あるいは別の仕方で） を備えるために板を接着したままにしておいた方がよい場合もある。このように して大きな寸法の発光パネルを直接製造することができるが、その場合板８は無 機材料、有機材料を問わず適切な材料の透明板とする。

同様に、いったんアレイが形成されたら、保護と支持のための２枚の８及び１０ の板の間に保持されたダイオードのアレイで形成された１発光または感光「サン ドウィッチ」構造を得るために９図８に示したごとく９部品を、その底面の側で 、別の支持板１０の上に接着することもできる。

さらに、後板１０に接着した後で、前部板８を剥がすこともできる。その場合こ の板は部品を最終的な支持板１０に付ける前の仮の支持の役割しか果たさない。

この板１０は部品へのアクセス抵抗を減らすための金属基板、熱放散を助長する 熱伝導性の高い基板、集積回路の漂遊容量を減らすための絶縁基板２部品の光学 的効率を増すための反射基板、などとすることができる。

また、支持板自身が能動部品を有するよう構成することもできる。

さらに９図９に示したごとく、電極と裏面の金属化層が近接しすぎているために （この場合は基板がないので）生じることのある漂遊容量を減らすためにトラン ジスタのドレーン電極をおおう絶縁層１１を金属化層形成の前にデポジットさせ ることもできる。

国際調査報告　ＰＣＴＺＦＲ９２１０１１５４０−１＋Ｉ制、ニー＋＋ＮａＰＣ Ｔ／ＦＲ９２１０１１５４フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，’　識別記号　庁内整理番号ＨＯＩＬ　２９／８１ ２ ９１７１−４Ｍ Ｉ ＨＯＩＬ　２９／８０　Ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．半導体部品を製造する方法において、（ａ）半絶縁またはｎ型の基板（１） を作る過程と；（ｂ）この基板の上にｐ＋ドーピングした材料性の中間層（２） を形成する過程と； （ｃ）この中間層の上に少なくとも１つのｎドーピングした下層を有する能動層 （３）を形成する過程と； （ｄ）この能動層のエッチングと金属化工程によって，半導体部品全体（５）を 製造する過程と； （ｇ）このようにして製造された全体の上に部品を機械的に一体化する共通支持 板（８）を固定する過程と； （ｈ）基板を溶解することなしに前記部品から分離するように他の材料はそのま ま残して中間層の材料を陽極法により照射なしに溶解する過程：とから成る過程 によって特徴づけられる方法。 ２．能動層が少なくとも１つのｐドーピング層も備えた請求項１に記載の方法に おいて，過程（ｄ）と（ｇ）の間に，さらに（ｅ）部品全体にパシベーション材 料または感光樹脂の保護層（６）を付ける過程と， （ｆ）部品または部品群の間で中間層を露出するまでこの保護層を選択的にエッ チングする過程： を含むことを特徴とする方法。 ３．請求項１または２に記載の方法において、さらに（ｉ）部品または部品群の 能動層の，基板除去によってむき出しになった，裏面上に金属化層（９）をデポ ジットする過程：を含む方法。 ４．請求項１から３のいずれか一つに記載の方法において、さらに（ｋ）異なる 個別部品または部品群を前記共通支持板から分離する過程：を含む方法。 ５．請求項１から４のいずれか一つに記載の方法において、さらに（ｊ）共通支 持手段（１０）に，異なる個別部品または部品群の裏面を固定する過程： を含む方法。 ６．請求項１から５のいずれか一つに記載の方法において、前記共通支持板及び ／または，該当する場合，共通支持手段が部品の相互接続線を有していることを 特徴とする方法。 ７．請求項１から６のいずれか一つに記載の方法において、前記共通支持板及び ／または，該当する場合，共通支持手段が光学的に透明で，部品がオプトエレク トロニクス部品であることを特徴とする方法。