(57)【要約】【課題】従来の窒化物半導体素子の製造方法によれば、劈開性を利用したスクライビング、ダイシングによる素子分離ができず、ダイシング溝にスクライブ線を入れるなどの手法も処理時間がかかり、工程が複雑になるだけでなく、異種材料基板と窒化物半導体との界面の残留力により、基板全体に反りなどを生じさせる。【解決手段】ＺｒＢ２で表記される二硼化物単結晶基板の一主面上にマスクパターンを形成し、次いでこの単結晶基板の一主面のマスクパターン被着面以外の主面部位に対し、エッチングにより粗面化処理し、しかる後に、当該単結晶基板の一主面の粗面化処理面以外の主面部位に窒化物半導体層を気相成長させ、その後に上記粗面化処理面を通してスクライビングする工程を具備した窒化物半導体素子の製造方法である。【選択図】図１
2004296703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する六方晶結晶構造である単結晶基板の一主面上にマスクパターンを形成し、次いでこの単結晶基板の一主面のマスクパターン被着面以外の主面部位に対し、エッチングにより粗面化処理し、しかる後に、当該単結晶基板の一主面の粗面化処理面以外の主面部位に窒化物半導体層を気相成長させ、その後に上記粗面化処理面を通してスクライビングする工程を具備した窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記単結晶基板がＸＢ２（但し、ＸはＺｒもしくはＴｉの少なくとも１種を含む）で表記される二硼化物単結晶基板であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記エッチングに少なくとも硝酸−弗酸系のエッチング液を用いることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体の製造方法。
【請求項４】
前記粗面化処理面を幅が５μｍ以上の帯状としたことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体の製造方法。
【請求項５】
前記窒化物半導体層を気相成長させる当り、最初に成長する窒化物半導体層をＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）層にしたことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体の製造方法。
【請求項６】
前記単結晶基板をエッチングにより薄板化する工程を備えたことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体の製造方法。
【請求項７】
前記エッチングに少なくとも硝酸−弗酸系のエッチング液を用いることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は導電性を有する六方晶結晶構造である単結晶基板の一主面上に選択的に窒化物半導体層を気相成長させ、次いでスクライビングして、複数の素子を作製する窒化物半導体素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化物半導体は直接遷移型の化合物半導体であり、また、広いバンド・ギャップ（ワイド・バンド・ギャップ）を備えることで、青色光あるいは紫色光の発光ダイオードやレーザーダイオード、フォトデテクタなどの光素子用材料として利用されている。
【０００３】
また、高周波もしくは大電力に対応でき、高信頼性があり、これにより、高性能な電子素子用材料として注目されている。
【０００４】
これら半導体素子をチップ状に切り出すには、一般にダイシングと呼ばれ、ダイヤモンドの刃先をダイシングブレード回転することにより、素子基板をカットする技術や、スクライビングと呼ばれ、ダイヤモンドを先端とする針の往復直線運動により基板に細いスクライブ線を引いた後、外力により素子基板を分離する技術がある。
【０００５】
例えば、ＧａＰやＧａＡｓのような閃亜鉛構造の結晶においては＜１１０＞方向に劈開性があり、これによって、この方向にスクライブすることにより正方形や長方形のチップ形状を得ることができる。
【０００６】
ところで、現在、窒化物半導体と格子整合する基板がなく、そのため、サファイア基板などの異種材料の基板を用いて、窒化物半導体を成長させている。
【０００７】
しかしながら、例えばサファイア基板とＧａＮでは格子不整合が１３．８％、熱膨張係数の差が３．２×１０−６／Ｋであり、これらの不整合に起因する問題として、サファイア基板とＧａＮ膜の界面に生じた結晶欠陥に伴い、ＧａＮ膜に１０８〜１０１０ｃｍ−２の転位が生じていた。
【０００８】
また、これら欠陥と熱歪などの応力によりＧａＮ膜に反りが生じ、結晶性を著しく劣化させていた。
【０００９】
しかしながら、サファイアは菱面体晶系であり、主面に直交する２つの劈開面が成す角度が直角とは異なるため、正方形や長方形のチップ形状が得られないという課題があった。また、サファイアや窒化物半導体は、双方とも硬質材料であり、そのため、ダイシングでフルカットすると切断面にクラックやチッピングが生じやすいという課題もあった。
【００１０】
また、ダイシングにより、窒化物半導体層より深くサファイア基板にまで溝を切り込み、サファイア基板を研磨により薄板化した後に、その溝の上にスクライブ線をいれ、外力を加えることにより素子を分離する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【００１１】
かかる分離法によれば、ダイシングを一部取り入れ、そして、窒化物半導体層を分離している。これはダイシングブレードが長時間にわたり切断面に接することから、窒化物半導体層の界面にクラックなどが発生し、結晶性を劣化させていた。
【００１２】
また、エッチングにより窒化物半導体層を分離する場合、窒化物半導体は耐薬品性が強いことで、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチング、イオンミリングなどのスパッタリングなどで行うが、そのための処理時間を要していた。更にサファイア基板の研磨に関して、薄板化したことに起因して生じた残留応力の影響でもって、素子基板全体に著しい反りを生じさせるという課題もあった。
【００１３】
【特許文献１】
特開平５−３１５６４６号
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
叙上のごとく、従来の窒化物半導体素子では、劈開性を利用したスクライビング、ダイシングによる素子分離ができず、そして、ダイシング溝にスクライブ線を入れるなどの手法に対し、その処理時間が要し、工程が複雑になるだけでなく、異種材料基板と窒化物半導体との界面の残留力により、基板全体に反りなどを生じさせるという問題があった。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、工程を複雑化することなく、基板全体の反り、並びにクラックやチッピングなどのない窒化物半導体素子の製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、導電性を有する六方晶結晶構造である単結晶基板の一主面上にマスクパターンを形成し、次いでこの単結晶基板の一主面のマスクパターン被着面以外の主面部位に対し、エッチングにより粗面化処理し、しかる後に、当該単結晶基板の一主面の粗面化処理面以外の主面部位に窒化物半導体層を気相成長させ、その後に上記粗面化処理面を通してスクライビングする工程を具備したことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、前記単結晶基板がＸＢ２（但し、ＸはＺｒもしくはＴｉの少なくとも１種を含む）で表記される二硼化物単結晶基板であることを特徴とする。
【００１８】
さらにまた、本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、前記エッチングに少なくとも硝酸−弗酸系のエッチング液を用いることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、前記粗面化処理面を幅が５μｍ以上の帯状としたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、前記窒化物半導体層を気相成長させる当り、最初に成長する窒化物半導体層をＡｌＮ層にしたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、前記単結晶基板をエッチングにより薄板化する工程を備えたことを特徴とする。
【００２２】
さらに本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、前記エッチングに少なくとも硝酸−弗酸系のエッチング液を用いることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明を図面にて詳しく説明する。
【００２４】
図１は本発明の窒化物半導体素子の製造方法を示す工程図であり、図２は六方晶結晶構造である単結晶基板の結晶構造を示す。
【００２５】
本発明に用いる基板は、結晶構造が六方晶からなる金属もしくは半金属的性質をもつ二硼化物単結晶基板である。
【００２６】
好適には上記単結晶基板を図２に示すごとく、ＸＢ２（但し、ＸはＺｒもしくはＴｉの少なくとも１種を含む）で表記される二硼化物単結晶基板の場合、（０００１）面を主面として基板にするのがよい。
【００２７】
また、この単結晶基板については、絶縁体に比べ、高電気伝導体であるという点で、半金属（代表的な元素として、ホウ素、ケイ素、ヒ素、テルルがある）と同程度の電気伝導性を有する。
【００２８】
ＺｒＢ２の格子定数ａ＝３．１７０Åについては、ウルツァイト構造のＧａＮ（格子定数：ａ＝３．１８９Å）と比べ、その格子不整合が０．６０％であり、熱膨張係数係数の差も２．７×１０−６／Ｋと極めて整合性の高い組み合わせとなり、格子欠陥が少なく、基板と窒化物半導体の応力が少ない良質な窒化物半導体が得られる。
【００２９】
本発明の製造方法によれば、この単結晶基板の一主面上にマスクパターンを形成し、次いでこの単結晶基板の一主面のマスクパターン被着面以外の主面部位に対し、エッチングにより粗面化処理する。
【００３０】
すなわち、フォトリソグラフィー工程にて単結晶基板の主面にマスクパターンを形成し、このようなマスクパターンの形成後に、エッチング液にてパターン以外の単結晶基板部分をエッチングすることにより、粗面化処理する。
【００３１】
次に、このような単結晶基板の一主面の粗面化処理面以外の主面部位に窒化物半導体層を気相成長させる。
【００３２】
このような結晶成長には、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、有機金属エピタキシー（ＭＯＣＶＤ）法、ハイドライド気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）法、昇華法などが利用される。
【００３３】
先ずバッファ層を形成した後、所要通りの層構成の窒化物半導体を形成する。このようなバッファ層と窒化物半導体は６００〜１１００℃の成長温度で結晶成長を行う。
【００３４】
このような結晶成長によれば、ヒーター等により加熱されたサセプターから熱伝導により、基板が加熱される。サセプターからの熱エネルギーは熱接触により単結晶基板へ熱伝導する。また、熱接触以外にサセプター表面から熱輻射（赤外光）として放出される。この熱輻射は（半）金属基板からなる単結晶基板に吸収され、加熱される。
【００３５】
また、窒化物半導体は単結晶基板の粗面化処理した部分には成長せず、鏡面部分にしか成長しない。すなわち、選択成長が起こる。
【００３６】
このような粗面化処理面を帯状に形成した場合には、その幅を５μｍ以上に設定するのが望ましい。
【００３７】
このライン幅が５μｍ未満になると、隣接する窒化物半導体層の横方向成長（ＥＬＯ成長）による重なりにより、粗面化処理した部分にも窒化物半導体が成長し、選択成長が起こらないことがある。
【００３８】
そして、このようにフォトリソグラフィー工程にてマスクパターン処理した後、エッチングにより単結晶基板を薄板化してもよい。
【００３９】
その後、蒸着法やスパッタリング法にて電極材料を成膜し、リフトオフにて電極を形成する。
【００４０】
しかる後、上記粗面化処理面を通して、スクライバーにて粗面化処理した部分にスクライブ線を入れ、外力を加えることにより、所要の窒化物半導体素子を得る。
【００４１】
かくして本発明によれば、上記したごとく、単結晶基板の一主面のマスクパターン被着面以外の主面部位に対し、エッチングにより粗面化処理し、そして、この単結晶基板の一主面の粗面化処理面以外の主面部位に窒化物半導体層を気相成長させ、その後に上記粗面化処理面を通してスクライビングするという工程を経ることで、工程を複雑化することなく、基板全体の反り、並びにクラックやチッピングなどのない窒化物半導体素子が得られる。
【００４２】
次に本発明の実施例をＺｒＢ２単結晶基板を用いて述べる。
【００４３】
図１に示す工程によれば、順次（ａ）〜（ｆ）を経る。
【００４４】
（ａ）工程：
スピンコーターにて厚み３５０μｍのＺｒＢ２（０００１）面の基板１００にフォトレジストを塗布し、その後、露光機にて露光、現像を行い、マスクパターン１０１を形成する。
【００４５】
（ｂ）工程：
マスクパターン処理されたＺｒＢ２基板を硝酸−弗酸系エッチング液にてエッチングすることにより、マスクパターン処理した部分以外１０２に対し、粗面化処理する。
【００４６】
硝酸−弗酸系エッチング液を用いるとよく、このような液によれば、窒化物半導体とＺｒＢ２基板とのエッチングレート比が１００倍以上あり、良い選択性エッチングができる。更に希釈度合によりＺｒＢ２の粗面化処理乃至鏡面化処理に用いることができる。今回の粗面化処理には硝酸：弗酸：水（純水）＝１：１：８のエッチング液を用いた。
【００４７】
（ｃ）工程：
図１（ｂ）に示すごとく、フォトレジストを剥離した後の粗面化処理後のＺｒＢ２基板１００について、ＭＯＣＶＤ成長炉にセットし、高真空中において、ＺｒＢ２基板１００の温度を、８００℃まで昇温して結晶成長を開始した。その後、温度を６００℃まで降温してバッファ層１０４の成長を行った。
【００４８】
このバッファ層１０４は一導電型不純物としてシリコン（Ｓｉ）を含有するＡｌＧａＮからなり、トリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧ）とアンモニアガスを原料とし、一導電型不純物原料としてシランガス（ＳｉＨ４）を用い、２０ｎｍの厚さまで成長する。
【００４９】
次に成長温度を１０５０℃まで上昇し、この成長温度にて一導電型半導体層１０５、一導電型クラッド層１０６、逆導電型発光層１０７、逆導電型クラッド層１０８、逆導電型コンタクト層１０９を順次成長する。
【００５０】
一導電型半導体層１０５は一導電型不純物としてシリコン（Ｓｉ）を含有するＧａＮからなり、ＴＭＧとアンモニアガスを原料とし、一導電型不純物原料としてシランガス（ＳｉＨ４）を用い、０．２μｍの厚さまで成長する。
【００５１】
一導電型クラッド層１０６は一導電型不純物としてシリコン（Ｓｉ）を含有するＡｌＧａＮからなり、ＴＭＡ、ＴＭＧとアンモニアガスを原料とし、一導電型不純物原料としてシランガス（ＳｉＨ４）を用い、０．２μｍの厚さまで成長する。
【００５２】
発光層１０７はＩｎＧａＮからなり、トリメチルインジウム（以下、ＴＭＩ）、ＴＭＧとアンモニアガスを原料とし、０．０２μｍの厚さまで成長する。
【００５３】
逆導電型クラッド層１０８は逆導電型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）を含有するＡｌＧａＮからなり、ＴＭＡ、ＴＭＧとアンモニアガスを原料とし、逆導電型不純物原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ２Ｍｇ）とジメチル亜鉛（以下、ＤＭＺ）を用い、０．２μｍの厚さまで成長する。
【００５４】
逆導電型コンタクト層１０９は逆導電型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）を含有するＧａＮからなり、ＴＭＧとアンモニアガスを原料とし、逆導電型不純物原料としてＣｐ２ＭｇとＤＭＺを用い、０．２μｍの厚さまで成長する。
【００５５】
（ｄ）工程：
上述したごとく、図１（ｃ）に示すように窒化物半導体層を積層した後、硝酸−弗酸系エッチング液にてＺｒＢ２基板の薄板化を行った。硝酸：弗酸：水（純水）＝１：１：１の鏡面処理のエッチング液にて基板が５０μｍになるまでエッチングを行った。このとき、図１（ｂ）に示した粗面化処理部分１０３もエッチングされ、エッチングされた部分は図１（ｄ）のようにテーパー形状を成す。
【００５６】
（ｅ）工程：
その後、同様のフォトリソグラフィー工程にて素子表面に電極マスク処理を行った後、真空蒸着炉にて表面にＮｉ（５００Å）、Ａｕ（２０００Å）を蒸着、裏面にＴｉ（５００Å）、Ａｌ（２０００Å）を蒸着し、リフトオフすることにより電極１１０、電極１１１を作製した。
【００５７】
（ｆ）工程：
基板裏面に粘着テープを貼付して、スクライバーテーブルにセットする。そしてダイヤモンドの刃先がついたバーを、図１（ｃ）に示すように粗面化処理した部分１０３部分をスクライブして、スクライバー線１１２を引く。スクライブ線１１２を深くするため２回スクライブを行う。
【００５８】
スクライバーテーブルから青色半導体発光素子基板を取り出し、基板１００の裏面からローラーにより外圧を加えることにより、図１（ｆ）に示すように青色半導体発光素子チップを得ることができた。
【００５９】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の窒化物半導体素子の製造方法によれば、導電性を有する六方晶結晶構造である単結晶基板の一主面上にマスクパターンを形成し、次いでこの単結晶基板の一主面のマスクパターン被着面以外の主面部位に対し、エッチングにより粗面化処理し、しかる後に、当該単結晶基板の一主面の粗面化処理面以外の主面部位に窒化物半導体層を気相成長させ、その後に上記粗面化処理面を通してスクライビングする工程を経ることで、工程を複雑化することなく、基板全体の反り、並びにクラックやチッピングなどのない窒化物半導体素子が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は本発明の窒化物半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図２】ＺｒＢ２で表記される二硼化物単結晶の結晶構造図である。
【符号の説明】
１００：ＺｒＢ２基板
１０１：マスクパターン
１０２：マスクパターン以外の部分
１０３：粗面化処理部分
１０４：ＡｌＧａＮバッファ層
１０５：一導電型ＧａＮ半導体層
１０６：一導電型ＡｌＧａＮクラッド層
１０７：ＩｎＧａＮ発光層
１０８：逆導電型ＡｌＧａＮクラッド層
１０９：逆導電型ＧａＮコンタクト層
１１０：電極
１１１：電極
１１２：スクライブ線
【図１】
2004296703.tif 000003
【図２】
2004296703.tif 000004