(57)【要約】【課題】  ドライエッチング用マスクのエッチング材料表面への密着性を高め、高精度の加工を可能とするＧａＮ系半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】  エッチング材料であるＧａＮ系半導体層、ＳｉＣやサファイヤの基板２１上に、Ｔｉ膜２２およびＮｉ膜２４をこの順で積層させて真空蒸着成膜し、この積層膜にフォトリソグラフ法でパターニングを施してマスクを形成する。例えばエッチング基体がＳｉＣ基板である場合、ＳｉＣの熱膨張係数は４．２×１０−６／℃、Ｎｉの熱膨張係数は１２．８×１０−６／℃であるが、熱膨張係数が９．０×１０−６／℃のＴｉ膜２２を設けることでドライエッチング中の温度上昇により生じる熱膨張に伴って発生する歪が緩和され、ＳｉＣ基板表面へのマスクの密着性を高めて剥離やクラックの発生が抑制される。【選択図】      図２
2005322811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ系半導体、ＳｉＣまたはサファイアからなる被エッチング材料の表面にＴｉ膜とＮｉ含有金属膜とを順次成膜して積層膜を形成する第１のステップと、
前記積層膜にパターニングを施して前記エッチング材料表面の一部領域を暴露する第２のステップと、
前記暴露された前記被エッチング材料表面にドライエッチングを施す第３のステップとを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２のステップにおける前記積層膜のパターニングは、前記被エッチング材料上に所定のマスクを設け、前記積層膜を形成した後に前記マスクを除去することでなされるリフトオフ工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第３のステップにおけるドライエッチングは、反応性イオンエッチング法、電子サイクロトロン共鳴エッチング法、または誘導結合型プラズマエッチング法の何れかにより実行されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ＧａＮ系半導体は、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮもしくはＩｎＧａＮＰであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記Ｎｉ含有金属膜およびＴｉ膜は、真空蒸着法またはスパッタリング法により成膜されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記Ｔｉ膜の厚みは１０〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記Ｔｉ膜の厚みは概ね２０ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記Ｎｉ含有金属膜の厚みは、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記Ｎｉ含有金属膜はＮｉまたはＮｉを含有する金属のメッキ膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記Ｎｉを含有する金属のメッキ膜は、Ｎｉに加え、Ａｇ、Ｓｎ、Ｐ、またはＢの少なくとも一つからなる他の金属とにより構成されることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記他の金属として、ＡｇまたはＳｎが選択された場合、その含有量は組成比で１０〜２０％であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記他の金属として、ＰまたはＢが選択された場合、その含有量は組成比で８〜１０％であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
ＧａＮ系半導体またはＳｉＣまたはサファイアからなる層を備え、前記層は、表面にＴｉ膜、Ｎｉ含有金属膜の順に設けられた積層膜のマスクにより、選択的にドライエッチングが施されることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、より詳細には、ＧａＮ系半導体装置の製造プロセスで用いられるドライエッチング用マスクの密着性を高めることで高精度のエッチングを可能とする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化に伴って、高電圧化・高電力密度化が必然的に要求されてきており、これに応える材料として窒化ガリウム（ＧａＮ）をはじめとする窒化物半導体や炭化珪素（ＳｉＣ）、さらにはダイヤモンドといったいわゆるワイドバンドギャップ半導体に対する期待が高まり、多くの研究がなされてきている。
【０００３】
特に、窒化物半導体材料は光デバイスとしての開発が進められて青色発光ダイオードの実用化という目覚しい成果として結実した。ＧａＮをはじめとする窒化物半導体（以下、「ＧａＮ系半導体」という）は、広いバンドギャップと直接遷移型という物性的特長に加え、大きな絶縁破壊電圧と飽和ドリフト速度および良好な熱伝導性とヘテロ接合特性などの特長を兼ね備えており、高出力・高周波電子デバイスとしての開発が進められている。
【０００４】
ＧａＮ系半導体は大口径のバルク結晶の育成が極めて困難であるために、ＳｉＣやサファイヤの基板上にバッファ層を成長させてヘテロエピタキシャル成長することで成膜される。このようなＧａＮ系半導体の素子化にも、微細加工技術としてのドライエッチング技術は不可欠な要素技術の一つであり、その手法としては主としてプラズマエッチングが用いられる。例えば、ＳｉＣ基板上に成膜したＧａＮ系半導体層を用いて電子デバイスを形成する際に、ＳｉＣ基板の裏面からバイアホール（Via hole）を設けて導電をとる場合があるが、このようなスルーホールを形成するためにはドライエッチングを施すことが必要となる。従来は、このようなエッチングマスクとして、ステンレスマスクが用いられている。
【０００５】
図１は、ステンレスマスクを用いてバイアホールを形成するプロセス例の概略を説明するための図で、この図において、１１はその主面にＧａＮ系半導体層が設けられているＳｉＣやサファイヤなどのエッチング材料（基板）、１２はバイアホール形成用の開口部１２ａを有するステンレスマスクである。ステンレスマスク１２は基板１１の裏面に張り合わされ（図１（ａ））、図示しないクランプなどにより固定される（図１（ｂ））。そして、ステンレスマスクの開口部１２ａからプラズマを入射させるなどして基板１１の一部をエッチングし、バイアホール１３が形成される。
【０００６】
また、特許文献１には、セラミックスやプラスチックの基板上に微細パターンを形成する際のドライエッチングマスクとして、ＮｉまたはＮｉ−Ｃｒ合金のような導電薄膜金属の保護膜を用いたパターニング方法が記載されている。
【特許文献１】特開平８−２７４４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＳｉＣまたはサファイヤの基板（あるいはＧａＮ系の半導体層そのもの）のドライエッチングにステンレスマスクを用いると、マスクとエッチング基体表面との密着性が低いために、ドライエッチング中に剥れやクラックが発生してしまうという問題があった。また、ステンレスマスクの加工精度そのものが低く、微細な回路パターンを形成するためのエッチングマスクとして用いることができないという問題があった。
【０００８】
また、ハロゲンプラズマに対する耐性に優れるＮｉ（またはＮｉ系合金）の単層マスクを用いることとしても、高密度プラズマエッチングの工程中のエッチング表面温度が１５０℃以上となるために、エッチング工程中にエッチング基体表面から部分的にＮｉ膜が剥離したりクラックが発生してエッチング精度が低下してしまうことが判明した。本発明者は、このような剥離現象がエッチング材料とマスク材であるＮｉとの大きな熱膨張係数差に起因することを初めて発見したのである。
【０００９】
すなわち、各エッチング基体はＳｉＣが４．２×１０−６／℃、サファイアが７．５×１０−６／℃、ＧａＮが５．６×１０−６／℃、であり、マスク材のＮｉは１２．８×１０−６／℃であるが、これらのエッチング基体とＮｉはその熱膨張係数において大きく異なるために、高密度プラズマエッチング中に１５０℃以上という温度環境下に置かれるとＮｉ膜の剥離やクラックが生じる結果となる。なおこのような問題は、ダイヤモンド（熱膨張係数１．０×１０−６／℃）や水晶（熱膨張係数０．５×１０−６／℃）といった他の材料においても同様である。
【００１０】
このように、従来のドライエッチングマスクを用いたのでは、ドライエッチングプロセス中でのマスクの剥離やクラックの発生により所望の形状のスルーホールを形成することが困難であり、特に、ＧａＮ系半導体デバイスに適切な形状のバイアホールを作り込むことが困難であった。
【００１１】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ドライエッチング用マスクのエッチング材料表面への密着性を高め、剥離やクラックの発生を抑制し、これにより高精度のエッチング加工を可能とするＧａＮ系半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、かかる課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、半導体装置の製造方法であって、ＧａＮ系半導体、ＳｉＣまたはサファイアからなる被エッチング材料の表面にＴｉ膜とＮｉ含有金属膜とを順次成膜して積層膜を形成する第１のステップと、前記積層膜にパターニングを施して前記エッチング材料表面の一部領域を暴露する第２のステップと、前記暴露された前記被エッチング材料表面にドライエッチングを施す第３のステップとを備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記第２のステップにおける前記積層膜のパターニングは、前記被エッチング材料上に所定のマスクを設け、前記積層膜を形成した後に前記マスクを除去することでなされるリフトオフ工程であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記第３のステップにおけるドライエッチングは、反応性イオンエッチング法、電子サイクロトロン共鳴エッチング法、または誘導結合型プラズマエッチング法の何れかにより実行されることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記ＧａＮ系半導体は、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮもしくはＩｎＧａＮＰであることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記Ｎｉ含有金属膜およびＴｉ膜は、真空蒸着法またはスパッタリング法により成膜されることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記Ｔｉ膜の厚みは１０〜３０ｎｍであることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、前記Ｔｉ膜の厚みは概ね２０ｎｍであることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記Ｎｉ含有金属膜の厚みは、１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記Ｎｉ含有金属膜はＮｉまたはＮｉを含有する金属のメッキ膜であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、前記Ｎｉを含有する金属のメッキ膜は、Ｎｉに加え、Ａｇ、Ｓｎ、Ｐ、またはＢの少なくとも一つからなる他の金属とにより構成されることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、前記他の金属として、ＡｇまたはＳｎが選択された場合、その含有量は組成比で１０〜２０％であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、前記他の金属として、ＰまたはＢが選択された場合、その含有量は組成比で８〜１０％であることを特徴とする。
【００２４】
請求項１３に記載の発明は、半導体装置であって、ＧａＮ系半導体またはＳｉＣまたはサファイアからなる層を備え、前記層は、表面にＴｉ膜、Ｎｉ含有金属膜の順に設けられた積層膜のマスクにより、選択的にドライエッチングが施されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、エッチング材料であるＳｉＣ基板やサファイヤ基板上にＴｉ膜およびＮｉ膜をこの順で積層させて真空蒸着成膜しこの積層膜にフォトリソグラフ法でパターニングを施してマスクを形成したり、エッチング基体の表面上にＮｉ合金膜を分散メッキ法により成膜しこのＮｉ合金膜をフォトリソグラフ法でパターニングして形成することとしたので、Ｔｉ膜による歪低減効果と分散メッキＮｉ合金膜による歪低減効果によってドライエッチング用マスクのエッチング基体表面への密着性が高まり、剥離やクラックの発生が抑制され、これにより高精度のエッチング加工が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２７】
本発明に用いられる第１のドライエッチング用マスクは、エッチング材料であるＳｉＣ基板やサファイヤ基板のエッチングにおいて、それら基板上に、Ｔｉ膜およびＮｉ膜をこの順で積層させて真空蒸着成膜し、この積層膜にフォトリソグラフ法でパターニングを施して形成される。例えばＳｉＣ基板のエッチングである場合、ＳｉＣの熱膨張係数は４．２×１０−６／℃、Ｎｉの熱膨張係数は１２．８×１０−６／℃で、これらの間には極めて大きな熱膨張係数の差があるが、これらの間に熱膨張係数が９．０×１０−６／℃のＴｉ膜を設けることでドライエッチング中の温度上昇により生じる熱膨張に伴って発生する歪が緩和され、ＳｉＣ基板表面へのマスクの密着性を高めて剥離やクラックの発生が抑制される。
【００２８】
ここで、上記Ｔｉ膜はエッチング材料表面とＮｉ膜との間に設けられた状態でエッチングプロセス中に投入されるため、厚すぎる場合にはＴｉ膜の側面からのエッチングが進行してエッチング形状が悪くなってしまう。逆に、薄すぎると熱膨張係数の差に起因する歪低減効果が弱くなる。したがって、上記Ｔｉ膜の膜厚は好ましくは１０〜３０ｎｍ、より好ましくは２０ｎｍ程度とされる。
【００２９】
本発明に用いられる第２のドライエッチング用マスクは、エッチング材料の表面上にＴｉ膜、その上にＮｉ合金膜を分散メッキ法により成膜し、このＮｉ合金膜をフォトリソグラフ法でパターニングして形成される。なお、これとは逆に、予めパターニングされたフォトレジストで被覆されているエッチング材料の表面に分散メッキＮｉ膜を成膜してレジストマスク開口領域にマスク形成するようにしてもよい。
【００３０】
ここで、Ｎｉ合金とはＮｉとＡｇ、Ｓｎ、Ｐ、またはＢとの合金であり、分散メッキ法とは個々の金属をばらばらに分散させてエッチング材料表面上に析出させるメッキ法である。なお、この分散メッキは、化学的な還元によってエッチング材料表面上に均一な厚さの金属を析出させる無電解メッキ、または電解溶液中でエッチング材料を陰極として通電しその表面にメッキ金属を析出させる電解メッキの何れの方法であってもよい。
【００３１】
従来例のようにＮｉ合金を単純メッキした場合の合金膜の熱膨張係数が１２．８×１０−６／℃程度であるのに対して、本発明のように分散メッキして得られるＮｉ合金膜の熱膨張係数は９〜１０×１０−６／℃程度にまで低減される。したがって、マスクとエッチング材料との熱膨張係数差が３０〜４０％程度も低減されてマスク材の剥れやクラックの発生が抑制されることとなる。なお、このＮｉ合金中でのＡｇおよびＳｎの含有量は組成比で１０〜２０％、ＰおよびＢの含有量は組成比で８〜１０％であることが好ましい。
【００３２】
なお、本発明の第１のドライエッチング用マスクのＮｉ膜の替わりに、上述の分散メッキＮｉ合金膜を用いることもできる。このような積層膜とすれば、Ｔｉ膜による歪低減効果にその上に設けられる分散メッキＮｉ合金膜による歪低減効果が相乗されて、剥離などがよりし難いマスクを得ることができる。
【００３３】
一般的なプラズマエッチング条件では、エッチング材料温度は１５０℃以上にまで上昇するが、第１および第２のマスクでは、２００℃までの温度領域で剥離およびクラックの抑制効果が認められ、さらに第１のＮｉ／Ｔｉ積層膜マスクのＮｉ層に分散メッキＮｉ合金層を用いたマスクの剥離・クラック抑制効果は３００℃までの温度領域で得られる。
【００３４】
なお、本発明のマスクによる剥離・クラック抑制効果は、Ｎｉ含有金属膜のＮｉ膜または分散メッキＮｉ合金膜の膜厚が１０μｍ以下のものについて確認済みである。
【００３５】
以下に、実施例により本発明をより詳細に説明する。
【実施例１】
【００３６】
本実施例は、第１のドライエッチング用マスクを用いてバイアホールを形成した例である。
【００３７】
図２は、本実施例のプロセスを説明するための図で、先ず、ＧａＮ系半導体層（例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮＰなど）、ＳｉＣやサファイヤなどのエッチング材料２１の表面に２０ｎｍの膜厚のＴｉ膜２２を成膜し（図２（ａ））、この上にパターニングされたフォトレジストマスク２３を形成する（図２（ｂ））。フォトレジストマスク２３の開口領域に４μｍの厚みのＮｉ膜２４を形成し（図２（ｃ））、その後フォトレジストマスク２３を除去する（図２（ｄ））。なお、Ｔｉ膜２２およびＮｉ膜２４は、真空蒸着法やスパッタリング法により成膜される。
【００３８】
フォトレジストマスク２３が除去された後はＮｉ膜２４のマスクが形成された状態となるから、このマスクを用いて開口部のＴｉ膜２２を低エネルギで軽くドライエッチングしてエッチング材料（基板）２１の裏面を暴露する（図２（ｅ））。
【００３９】
最後に、Ｎｉ／Ｔｉ積層膜のマスク開口部からプラズマを入射させて基板２１にバイアホール２５をドライエッチングにより形成する。このドライエッチングは、Ａｒガスなどを用いて、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）エッチング、または誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチングなどのプラズマエッチング装置により実行される。ここで、エッチングガスは、エッチングされる基板材料に応じて選択される。なお、ＩＣＰエッチング装置を用いることとすれば、大型マルチターン誘導結合コイルにより大電力のプラズマ励起が可能となり、高密度プラズマによってドライエッチングがなされる。
【００４０】
図３は、上記のＩＣＰドライエッチングによりバイアホールを形成してソース電極を設けたＧａＮ系ＨＥＭＴの利得（縦軸）の周波数（横軸）依存性を説明するための図で、比較のためにバイアホールを備えないＨＥＭＴの周波数依存性を同時に示している。なお、これらのＨＥＭＴはＳｉＣ基板上に設けられたＧａＮ層に作製されたものである。この図に示すように、バイアホールにソース電極を設けて接地したＧａＮ系ＨＥＭＴでは、Ｘバンド領域で２ｄＢ以上、Ｋｕバンド領域で３ｄＢ以上の高い利得が得られ、デバイス特性が大幅に改善されている。
【００４１】
本実施例において、バイアホール２５の深さを１５０μｍとし、種々の基板（ＳｉＣ、サファイヤ、水晶）およびＧａＮ系半導体の厚膜層（ＩｎＧａＮおよびＡｌＧａＮ）について実験を行った結果、何れの基体に対してもＮｉの選択比が３０以上でアスペクト比が５のビアホール形成が可能なことが確認された。
【実施例２】
【００４２】
本実施例も第１のドライエッチング用マスクを用いてバイアホールを形成した例であるが、Ｎｉ／Ｔｉ積層マスクの形成プロセスが実施例１とは異なっている。
【００４３】
図４は、本実施例のプロセスを説明するための図で、先ず、ＧａＮ系半導体層（例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮＰなど）、ＳｉＣやサファイヤなどのエッチング材料４１の表面上にパターニングされたフォトレジストマスク４３を形成し（図４（ａ））、さらに２０ｎｍのＴｉ膜４２と４μｍのＮｉ膜４４とを順次積層させる（図４（ｂ））。なお、これらのＴｉ膜４２およびＮｉ膜４４は、真空蒸着法やスパッタリング法により成膜される。
【００４４】
Ｎｉ／Ｔｉ積層膜の形成後にフォトレジストマスク４３を除去し（図４（ｃ））、このＮｉ／Ｔｉ積層膜のマスク開口部からプラズマを入射させてエッチング材料（基板）４１にバイアホール４５をドライエッチングにより形成する（図４（ｄ））。このドライエッチングも、ＲＩＥ、ＥＣＲエッチング、またはＩＣＰエッチングなどのプラズマエッチング装置により実行される。
【００４５】
このようにしてバイアホールを形成したＧａＮ系ＨＥＭＴも、図３に示したものと同様の高い利得を示す。また、本実施例において、バイアホール４５の深さを１５０μｍとし、種々の基板（ＳｉＣ、サファイヤ、水晶）およびＧａＮ系半導体の厚膜層（ＩｎＧａＮおよびＡｌＧａＮ）について実験を行った結果も実施例１と同様であり、何れのエッチング材料に対してもＮｉの選択比が３０以上でアスペクト比が５のビアホール形成が可能なことが確認された。
【実施例３】
【００４６】
本実施例は、第２のドライエッチング用マスクを用いてバイアホールを形成した例である。
【００４７】
図５は、本実施例のプロセスを説明するための図で、先ず、ＧａＮ系半導体層（例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮＰなど）、ＳｉＣやサファイヤなどのエッチング材料５１の表面上にパターニングされたフォトレジストマスク５３を形成し（図５（ａ））、さらに５μｍのＮｉ合金膜５４を分散メッキ法により形成する（図５（ｂ））。
【００４８】
Ｎｉ合金膜の形成後にフォトレジストマスク５３を除去し（図５（ｃ））、このＮｉ合金膜のマスク開口部からプラズマを入射させてエッチング材料（基板）５１にバイアホール５５をドライエッチングにより形成する（図５（ｄ））。このドライエッチングも、ＲＩＥ、ＥＣＲエッチング、またはＩＣＰエッチングなどのプラズマエッチング装置により実行される。
【００４９】
このようにしてバイアホールを形成したＧａＮ系ＨＥＭＴも、図３に示したものと同様の高い利得を示す。また、本実施例において、バイアホール５５の深さを１５０μｍとし、種々の基板（ＳｉＣ、サファイヤ、水晶）およびＧａＮ系半導体の厚膜層（ＩｎＧａＮおよびＡｌＧａＮ）について実験を行った結果も実施例１と同様であり、何れのエッチング材料に対してもＮｉの選択比が３０以上でアスペクト比が５のビアホール形成が可能なことが確認された。
【実施例４】
【００５０】
本実施例は、第１のドライエッチング用マスクのＮｉ膜に実施例３で説明したＮｉ合金膜を用いてマスクとする例である。
【００５１】
本実施例のプロセスは図４と同様であるのでこの図を用いて説明する。先ず、ＧａＮ系半導体層（例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮＰなど）、ＳｉＣやサファイヤなどのエッチング材料４１の表面上にパターニングされたフォトレジストマスク４３を形成し（図４（ａ））、さらに２０ｎｍのＴｉ膜４２と４μｍのＮｉ合金膜４４とを順次積層させる（図４（ｂ））。ここで、本実施例のＮｉ合金膜４４は分散メッキ法により形成され、その膜厚が４μｍであり、Ｎｉの母層中にＡｇが介在物として分散して存在するＡｇ−Ｎｉ合金である。
【００５２】
Ｎｉ合金膜４４の分散メッキ形成後にフォトレジストマスク４３を除去し（図４（ｃ））、Ｎｉ合金膜４４のマスク開口部からプラズマを入射させて基板４１にバイアホール４５をドライエッチングにより形成する（図４（ｄ））。このドライエッチングも、ＲＩＥ、ＥＣＲエッチング、またはＩＣＰエッチングなどのプラズマエッチング装置により実行される。
【００５３】
このようにしてバイアホールを形成したＧａＮ系ＨＥＭＴも、図３に示したものと同様の高い利得を示す。また、本実施例において、バイアホール４５の深さを１５０μｍとし、種々の基板（ＳｉＣ、サファイヤ、水晶）およびＧａＮ系半導体の厚膜層（ＩｎＧａＮおよびＡｌＧａＮ）について実験を行った結果も実施例１と同様であり、何れのエッチング材料に対してもＮｉの選択比が３０以上でアスペクト比が５のビアホール形成が可能なことが確認された。
【００５４】
なお、これまでの実施例において説明したエッチングマスクの作製手順（成膜とパターニングの順序）は例示に過ぎず、適宜変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によれば、ＧａＮ、ＳｉＣ、サファイヤ、水晶などのエッチング基体表面への密着性が高いドライエッチング用マスクの提供、および高い加工精度で製造されたＧａＮ系半導体の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】ステンレスマスクを用いてバイアホールを形成するプロセスの概略を説明するための図である。
【図２】実施例１のプロセスを説明するための図である。
【図３】実施例１の方法でバイアホールを形成したＧａＮ系ＨＥＭＴの利得の周波数依存性を説明するための図である。
【図４】実施例２および実施例４のプロセスを説明するための図である。
【図５】実施例３のプロセスを説明するための図である。
【符号の説明】
【００５７】
１１、２１、４１、５１  エッチング材料
１２  ステンレスマスク
２２、４２  Ｔｉ膜
２３、４３、５３  フォトレジストマスク
２４、４４  Ｎｉ膜
２５、４５、５５  バイアホール
５４  Ｎｉ合金膜
【図１】
2005322811.tif 000003
【図２】
2005322811.tif 000004
【図３】
2005322811.tif 000005
【図４】
2005322811.tif 000006
【図５】
2005322811.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月30日(2005.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
しかしながら、ＳｉＣまたはサファイヤの基板（あるいはＧａＮ系の半導体層そのもの）のドライエッチングにステンレスマスクを用いると、マスクとエッチング材料表面との密着性が低いために、ドライエッチング中に剥れやクラックが発生してしまうという問題があった。また、ステンレスマスクの加工精度そのものが低く、微細な回路パターンを形成するためのエッチングマスクとして用いることができないという問題があった。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、ハロゲンプラズマに対する耐性に優れるＮｉ（またはＮｉ系合金）の単層マスクを用いることとしても、高密度プラズマエッチングの工程中のエッチング表面温度が１５０℃以上となるために、エッチング工程中にエッチング材料表面から部分的にＮｉ膜が剥離したりクラックが発生してエッチング精度が低下してしまうことが判明した。本発明者は、このような剥離現象がエッチング材料とマスク材であるＮｉとの大きな熱膨張係数差に起因することを初めて発見したのである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
すなわち、各エッチング材料はＳｉＣが４．２×１０−６／℃、サファイアが７．５×１０−６／℃、ＧａＮが５．６×１０−６／℃、であり、マスク材のＮｉは１２．８×１０−６／℃であるが、これらのエッチング材料とＮｉはその熱膨張係数において大きく異なるために、高密度プラズマエッチング中に１５０℃以上という温度環境下に置かれるとＮｉ膜の剥離やクラックが生じる結果となる。なおこのような問題は、ダイヤモンド（熱膨張係数１．０×１０−６／℃）や水晶（熱膨張係数０．５×１０−６／℃）といった他の材料においても同様である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明では、エッチング材料であるＧａＮ系半導体層、ＳｉＣ、またはサファイア上にＴｉ膜およびＮｉ膜をこの順で積層させて真空蒸着成膜しこの積層膜にフォトリソグラフ法でパターニングを施してマスクを形成したり、エッチング材料の表面上にＮｉ合金膜を分散メッキ法により成膜しこのＮｉ合金膜をフォトリソグラフ法でパターニングして形成することとしたので、Ｔｉ膜による歪低減効果と分散メッキＮｉ合金膜による歪低減効果によってドライエッチング用マスクのエッチング材料表面への密着性が高まり、剥離やクラックの発生が抑制され、これにより高精度のエッチング加工が可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
本発明に用いられる第１のドライエッチング用マスクは、エッチング材料であるＧａＮ系半導体層、ＳｉＣ、またはサファイアのエッチングにおいて、それらエッチング材料上に、Ｔｉ膜およびＮｉ膜をこの順で積層させて真空蒸着成膜し、この積層膜にフォトリソグラフ法でパターニングを施して形成される。例えばＳｉＣ基板のエッチングである場合、ＳｉＣの熱膨張係数は４．２×１０−６／℃、Ｎｉの熱膨張係数は１２．８×１０−６／℃で、これらの間には極めて大きな熱膨張係数の差があるが、これらの間に熱膨張係数が９．０×１０−６／℃のＴｉ膜を設けることでドライエッチング中の温度上昇により生じる熱膨張に伴って発生する歪が緩和され、ＳｉＣ基板表面へのマスクの密着性を高めて剥離やクラックの発生が抑制される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
本実施例において、バイアホール２５の深さを１５０μｍとし、種々の基板（ＳｉＣ、サファイヤ、水晶）およびＧａＮ系半導体の厚膜層（ＩｎＧａＮおよびＡｌＧａＮ）について実験を行った結果、何れのエッチング材料に対してもＮｉの選択比が３０以上でアスペクト比が５のビアホール形成が可能なことが確認された。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
本発明によれば、ＧａＮ、ＳｉＣ、サファイヤ、水晶などのエッチング材料表面への密着性が高いドライエッチング用マスクの提供、および高い加工精度で製造されたＧａＮ系半導体の提供が可能となる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2005322811.tif 000008
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2005322811.tif 000009
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2005322811.tif 000010