(57)【要約】【課題】ウェーハの表面にレジストパターンを形成する際、パターニングの精度の低下を防止し、光取り出し効率に優れた半導体発光素子を得る。【解決手段】半導体発光素子基板として用いるウェーハ１０であって、薄円板状の本体における円弧状の外周部１１と、前記外周部１１の一部に形成された直線状のフラット部１２と、を有し、前記外周部１１と前記フラット部１２との接合部Ａにおける接線１３と直線状の当該フラット部１２との成す角度αが１６４度以上であることを特徴とするウェーハ。【選択図】図１
2012054292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子基板として用いるウェーハであって、
薄円板状の本体における円弧状の外周部と、
前記外周部の一部に形成された直線状のフラット部と、を有し、
前記外周部と前記フラット部との接合部における接線と直線状の当該フラット部との成す角度が１６４度以上である
ことを特徴とするウェーハ。
【請求項２】
前記本体がサファイア単結晶からなることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ。
【請求項３】
前記本体の最大直径Φが１００ｍｍ以上（４インチ以上）であることを特徴とする請求項１または２に記載のウェーハ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のウェーハの表面に複数の凸部を形成する基板加工工程と、
前記凸部が形成された前記ウェーハの表面にスパッタ法又はＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によりＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、
を有することを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のウェーハの表面に複数の凸部を形成する基板加工工程と、
前記凸部が形成された前記ウェーハの表面にスパッタ法及びＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）の少なくとも１つの手段によりＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、
を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のウェーハ上に、発光層を含む積層半導体層を形成する工程と、前記積層半導体層の一部を切り欠いて半導体層露出面を形成する工程と、前記積層半導体層の上面および前記半導体層露出面に一方の電極および他方の電極を形成する電極形成工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子基板の製造方法。
【請求項７】
請求項４に記載の半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法で製造されたことを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項８】
請求項６に記載の半導体発光素子基板の製造方法で製造されたことを特徴とする半導体発光素子基板。
【請求項９】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のウェーハを基板として用い、前記基板にスピンコート法でレジストを塗布する工程を含むことを特徴とするレジスト塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハ、半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法、半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子基板の製造方法、半導体発光素子用テンプレート基板、半導体発光素子基板及びレジスト塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体発光素子の製造工程においては、レジストパターンを形成する工程が複数回行われる。例えば、半導体層を成長させるウェーハ（基板）の表面に複数の微小な凹凸を形成する時や、ウェーハ（基板）上に積層した半導体層上に正極や負極を形成する際にレジストパターンが形成される。このようなレジストパターンの形成は、通常、基板に塗布した感光材料（レジスト）を露光後、未露光の部分のレジストを除去してパターンを形成するフォトリソグラフィ法が採用されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８０６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、半導体発光素子の製造工程においてウェーハ上にレジストパターンを形成する場合、ウェーハの表面にスピンコート法によりレジストが塗布される。ここで、一般に、ウェーハには、外周部の一部に直線状のフラット部（以下、オリエンテーションフラットと言うことがある。また、略して、「オリフラ」又は「ＯＦ」と記述することがある。）が形成される場合がある。このような場合、スピンコート法によりレジストを塗布する際、ウェーハの回転方向からみて後ろ側のフラット部と外周部との接合部の周辺に、他の部分と比較してレジストが溜まりやすい傾向がある。その結果、ウェーハの表面に塗布されたレジストの厚さが不均一となり、その後に行われるパターニングの精度が低下するという問題が生じる。
【０００５】
これは、回転するウェーハ表面上をレジストが塗出中心からウェーハの外周方向に流れた後、ウェーハ外に飛び散らないレジストが、ウェーハの外周に沿ってウェーハの回転方向とは反対側に流れ、その流れがフラット部周辺において遅くなり、フラット部の回転方向から見て後ろ側にレジストが溜まるものである。そのため、レジストの厚さがウェーハの他の部分より厚くなるという問題が生じる。
本発明の目的は、ウェーハの表面にレジストパターンを形成する際、パターニングの精度の低下を防止したウェーハを得ることにある。
また、本発明の目的は、かかるウェーハ上に半導体層が精度よく成膜された半導体ウェーハ（基板）及び光取り出し効率に優れた半導体発光層素子が形成された半導体発光層素子形成のウェーハ（基板）を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
即ち、本発明によれば、以下の［１］乃至［９］が提供される。
［１］半導体発光素子基板として用いるウェーハであって、薄円板状の本体における円弧状の外周部と、前記外周部の一部に形成された直線状のフラット部と、を有し、前記外周部と前記フラット部との接合部における接線と直線状の当該フラット部との成す角度が１６４度以上であることを特徴とするウェーハ。
［２］前記本体がサファイア単結晶からなることを特徴とする前項１に記載のウェーハ。
［３］前記本体の最大直径Φが１００ｍｍ以上（４インチ以上）であることを特徴とする前項１または２に記載のウェーハ。
【０００７】
［４］前項１乃至３のいずれか１項に記載のウェーハの表面に複数の凸部を形成する基板加工工程と、前記凸部が形成された前記ウェーハの表面にスパッタ法又はＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によりＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法。
【０００８】
［５］前項１乃至３のいずれか１項に記載のウェーハの表面に複数の凸部を形成する基板加工工程と、前記凸部が形成された前記ウェーハの表面にスパッタ法及びＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）の少なくとも１つの手段によりＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【０００９】
［６］前項１乃至３のいずれか１項に記載のウェーハ上に、発光層を含む積層半導体層を形成する工程と、前記積層半導体層の一部を切り欠いて半導体層露出面を形成する工程と、前記積層半導体層の上面および前記半導体層露出面に一方の電極および他方の電極を形成する電極形成工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子基板の製造方法。
【００１０】
［７］前項４に記載の半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法で製造されたことを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板。
【００１１】
［８］前項６に記載の半導体発光素子基板の製造方法で製造されたことを特徴とする半導体発光素基板。
【００１２】
［９］前項１乃至３のいずれか１項に記載のウェーハを基板として用い、当該基板にスピンコート法でレジストを塗布する工程を含むことを特徴とするレジスト塗布方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ウェーハ基板上に凸部を加工形成する場合、或いは半導体を成膜したウェーハ基板（以下、「半導体基板」とも言う。）上に正極及び負極を形成する場合等に、当該ウェーハや当該半導体基板の表面にレジストパターンを形成する際、ウェーハの外周部とフラット部との接合部Ａにおける接線と直線状のフラット部との成す角度αが１６４度未満の場合と比較して、ウェーハ基板当たりのパターニングの精度の低下が防止される。
このようなウェーハは、半導体形成用基板ウェーハとしてだけでなく、半導体発光素子形成用基板ウェーハとして特に有用である。また、半導体や半導体発光素子が表面に形成された当該基板上に正極や負極を形成する際に特に有用である。このようなウェーハを用いて半導体発光素子を製造することにより、光取り出し効率に優れた半導体発光素子を高収率で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態が適用されるウェーハの形状の一例を説明する図である。
【図２】半導体発光素子形成用半導体基板の製造法の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するためのものであり、実際の大きさを表すものではない。
【００１６】
図１は、本実施の形態が適用されるウェーハ１０の形状の一例を説明する図である。図１に示すように、ウェーハ１０は、薄円板状の本体において、全体として円形（中心Ｃ、直径Φ）を成す円弧状の外周部１１と、その外周部１１の一部を切り取るように形成された直線状のフラット部１２（長さＬ）と、を有している。図１に示すように、本実施の形態では、ウェーハ１０の平面形状は、中心Ｃとフラット部１２の中点とを通る中心線Ｘに対し対称である。
【００１７】
本実施の形態では、ウェーハ１０の外周部１１とフラット部１２との接合部Ａにおける接線１３と直線状のフラット部１２との成す角度αが１６４度以上であることが必要である。また、角度αは、好ましくは、１６５度以上、さらに好ましくは１６６度以上である。また、角度αは、通常、１８０度未満であり、好ましくは１７４度未満である。また、角度αは、前記下限値〜１７４度未満の範囲が好ましい。
【００１８】
接合部Ａにおける接線１３と直線状のフラット部１２との成す角度αが過度に大きいと、フラット部１２を形成することが困難となり、ウェーハ１０を構成するサファイア単結晶等の結晶軸方向やウェーハ１０の位置決めを行うことが困難となる。また、角度αが１６４度未満であると、ウェーハ１０を回転させてレジストをスピンコート法で塗布した際に、オリフラの一部にレジストの盛り上がりを生じ、このためにウェーハ上でのレジスト膜の均一性が悪くなる。特に、ウェーハの外縁部では露光条件が異なるため、パターニングの精度に大きな差が生じてしまう。また、レジストを現像によって溶出させるレジストプロセスでは、ウェーハ外縁部では露光条件が異なる為に、溶出させるべきレジストが残存してしまうこともあり、好ましくない。
【００１９】
従って、本実施の形態では、図１に示すウェーハ１０において、直径Φは、５０ｍｍ（実質的に２インチ）以上、好ましくは５０ｍｍ以上〜２００ｍｍ（実質的に８インチ）以下の範囲に適用される。また、フラット部１２の長さＬは、ウェーハ１０の直径Φ及び接合部Ａにおける接線１３と直線状のフラット部１２との成す角度αに応じて適宜選択される。
【００２０】
さらに好ましくは、本実施の形態では、特に以下の範囲から選択してもよい。例えば、ウェーハ１０の直径Φが、５０ｍｍ以上、１００ｍｍ（実質的に４インチ）以下の場合、角度αが１６４度以上であり、フラット部１２の長さＬは、５ｍｍ以上、２８ｍｍ以下が好ましい。
【００２１】
また、ウェーハ１０の直径Φが、１００ｍｍ以上、２００ｍｍ（実質的に８インチ）以下の場合は、角度αが１６４度以上であって、フラット部１２の長さＬは、１０ｍｍ以上、５５ｍｍ以下が好ましい。
また、ウェーハ１０の直径Φが、５０ｍｍの場合は、角度αが１６４度以上であって、フラット部１２の長さＬは、５ｍｍ以上、１４ｍｍ以下が好ましく、また８ｍｍ以上、１４ｍｍ以下の範囲がさらに好ましい。
また、ウェーハ１０の直径Φが、１００ｍｍの場合は、角度αが１６４度以上であって、フラット部１２の長さＬは、１０ｍｍ以上、２８ｍｍ以下が好ましく、また１６ｍｍ以上、２８ｍｍ以下の範囲がさらに好ましい。
【００２２】
また、ウェーハ１０の直径Φが、１５０ｍｍ（実質的に６インチ）の場合は、角度αが１６４度以上であって、フラット部１２の長さＬは、１５ｍｍ以上、４２ｍｍ以下が好ましく、また２８ｍｍ以上、４２ｍｍ以下の範囲がさらに好ましい。
フラット部１２の長さＬが、過度に小さいと、ウェーハ１０を構成するサファイア単結晶等の結晶軸方向やウェーハ１０の位置決めを行うことが困難となる。また、長さＬが、過度に大きいと、ウェーハ１０を回転させてレジストをスピンコート法で塗布した際に、オリフラの一部にレジストの盛り上がりを生じ、このためにウェーハ上でのレジスト膜の均一性が悪くなる。このような場合、レジスト膜の厚さが異なることにより、最適露光条件が異なるため、パターニングの精度に大きな差が生じてしまう。
【００２３】
ここで、ウェーハ１０の中心Ｃと外周部１１及びフラット部１２の接合部Ａとを結ぶ直線ＡＣと、ウェーハ１０の中心Ｃ及びフラット部１２の中点を通る中心線Ｘとが成す角度θとすると、角度θは以下の通りに表わされる。
角度θ（度）＝ａｒｃｓｉｎ｛（Ｌ／２）／（Φ／２）｝×（１８０／π）
ここで、Ｌはフラット部１２の長さであり、Φはウェーハ１０の直径である。
また、角度αと角度θとの関係は以下の通りである。
角度α（度）＝１８０−θ
従って、ウェーハ１０の直径Φ、フラット部１２の長さＬ及び角度θを測定し、接合部Ａにおける接線１３とフラット部１２との成す角度αが求められる。
【００２４】
本実施の形態では、接合部Ａにおける接線１３と直線状のフラット部１２との成す角度αが１６４度以上であることにより、ウェーハ１０の全体の形状が円に近付く。このため、角度αが１６４度未満である場合と比較して、スピンコート法によりレジストを塗布する場合、レジスト溜まり（レジスト盛り上がり）が生じ難く、ウェーハ１０に成膜されるレジストの膜厚の均一性が高まる。このため、ウェーハ１０の表面のパターニングの精度が向上し、例えば、半導体が少なくとも１層形成された半導体基板や半導体受光素子基板、半導体発光素子基板として有用である。
【００２５】
（半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法）
半導体を少なくとも１層形成された半導体基板の製造方法の一例として、半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法を列挙することができる。ここで、半導体発光素子用テンプレート基板とは、ウェーハ（基板）上に半導体発光素子用半導体が少なくとも１層形成された半導体成膜基板を指す。以下、詳細に説明する。
【００２６】
ここで、半導体発光素子用テンプレート基板は、後述するウェーハ１０上に、少なくともバッファ層を含み、好ましくはさらに、ＩＩＩ族窒化物半導体層からなるＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）及びｎ型半導体層から選ばれる少なくとも１層が成膜された構造を有し、発光機能を有さない半導体層積層基板を呼称するものとする。
前述したように、ウェーハ１０は、外周部１１とフラット部１２との接合部Ａにおける接線１３と直線状のフラット部１２との成す角度αが１６４度以上となるように形成される。
【００２７】
図２は、半導体発光素子形成用半導体基板の製造法の一例を説明する図である。
ところで、近年、半導体発光素子の光取り出し効率や気相成長した半導体層の結晶性を向上させる方法として、基板の表面に凹凸を形成し、その上に半導体層を成長させる方法が提案されている（特開２００９−１２３７１７号公報）。複数の凹凸の形成には、通常、フォトリソグラフィ法が採用され、本実施の形態が適用されるウェーハ１０を用いることにより、ウェーハ当たりのパターニングの精度が向上する。本実施の形態では、このような基板の表面加工を効果的に行なうことができるウェーハ基板を提供する。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、ウェーハ１０を準備する。ウェーハ１０の材料は特に限定されないが、例えば、サファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）、窒化ガリウム、リン化ガリウム、ガラス等が挙げられる。これらの中でも、格別効果の大きいサファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）が硬い材料として好ましく、本実施の形態では、特に代表してサファイア単結晶を使用している。
【００２９】
サファイア製のウェーハ１０は、例えば、ＣＺ法（チョクラルスキー法）により製造したサファイア単結晶のインゴットを所定の厚さに切断して準備する。ここで、サファイア単結晶のインゴットを製造するには、通常、坩堝に充填した酸化アルミニウムを溶融（アルミナ融液）し、種結晶をアルミナ融液表面に接触させ、種結晶を回転させながら上方に引き上げてサファイア単結晶を成長させる。本実施の形態では、ウェーハ１０の最大径は、５０ｍｍ（実質的に２インチウェーハ）〜２００ｍｍ（実質的に８インチウェーハ）の範囲で適用され、厚さは、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲が好ましく用いられる。
【００３０】
本実施の形態においては、ウェーハ１０の表面１０１ｓに複数の凸部１０２が形成されたサファイア製の基板（半導体発光素子用基板）１０１を用いるのが好ましい。本実施の形態では、例えば、図２（ｂ）に示すように、基板１０１の一面を加工する（基板加工工程）。この加工処理においては、基板１０１上における凸部１０２の平面配置を規定するマスクを形成する際のパターニング処理と、当該パターニング処理によって形成されたマスクを使って基板１０１の表面をエッチングして凸部１０２を形成するエッチング処理とを行なう。パターニング処理は、一般的なフォトリソグラフィ法で行うことができる。
【００３１】
フォトリソグラフィ法を行う場合、ウェーハ１０の表面１０１ｓにスピンコート法によりレジストを塗布する。使用するレジストとしては、公知の半導体用のフォトレジストを適用できる。例えば、粘度が５ｍＰａ以上のもの等が挙げられる。スピンコートの条件は、レジスト種類にもよるが、一般的には１０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍの範囲の回転数から適宜選択される。回転時間やレジスト滴下量は、ウェーハサイズなどに応じて、適宜選択される。
【００３２】
レジストの膜厚は、レジスト塗布後に測定部位のレジストを溶出させて、溶出させていない部位との膜厚差を段差計で測定する方法が採用される。また、このほかにも光学的に膜厚を測定する方法などがある。本発明の実施形態では、前者の方法を用いた。ウェーハ面内でフラット部１２（ウェーハ回転方向から見て後ろ側）とそれ以外の部分の平均膜厚の差で膜厚の不均一さを見積もった。
【００３３】
ここで、パターニング処理において、本実施の形態のウェーハ１０は、接合部Ａの角度α（図１参照）が市販品ウェーハ（直径２インチのサファイア基板、オリフラ１６ｍｍ、角度α；１６１．６度、比較例４（後述））と比較して大きく、ウェーハ１０全体の形状が円に近いことから、表面１０１ｓにスピンコーターでレジストを塗布した場合、フラット部１２（図１参照）の端部の近傍にレジスト溜まりが生じ難い。このため、後述するエッチング処理により形成する複数の凸部１０２の高さの均一性が向上する。エッチング処理は、ドライエッチング法やウェットエッチング法を用いることが好ましい。
【００３４】
加えて、本実施の形態では、基板１０１上に複数の凸部１０２を規則的なパターンで形成することにより、基板１０１と後述するＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０との界面が凹凸形状（又は凸部１０２を有する構造）となる。そのため、このような基板構造を有する半導体発光素子は、基板と半導体層との界面における光の散乱により、光取り出し効率が増大する。さらに、規則的な基板凹凸構造を利用することで、その上に気相成長する半導体層の結晶性が格段と向上する。
【００３５】
しかしながら、基板加工工程において、ＳＥＭＩ規格に準拠した市販品のサファイア基板ウェーハを用いた場合、例えば、直径２インチのサファイア基板（オリフラ１６ｍｍ、角度α；１６１．６度；比較例４）では、スピンコート法によりレジストを塗布した場合、フラット部と外周部との接合部の周辺に、他の部分と比較してレジストが溜まりやすい傾向があり、その結果、ウェーハの表面に塗布されたレジストの厚さが不均一となり、その後に行われるパターニングの精度が著しく低下する。尽いては、複数の凸部１０２構造の規則性を乱す結果、１枚のウェーハから収得される半導体発光素子チップの歩留まり（合格率）低下を引き起こしてしまう。換言すれば、凸部１０２構造におけるパターニングの著しい精度低下は、ウェーハから収得される半導体発光素子チップ群の発光特性の変動（光取り出し効率）や低下（半導体層の結晶性の低下等）を起こしてしまう原因となる。なお、ＳＥＭＩ規格とは、『Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（国際半導体製造装置材料協会）』により定められた世界標準規格である。
以下、半導体発光素子用テンプレート基板の製造法を説明する。
【００３６】
続いて、図２（ｃ）に示すように、基板１０１の表面１０１ｓ上に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層（バッファ層）１２０を形成する（半導体層形成工程）。本実施の形態においては、バッファ層１２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体を例えば、スパッタリングすることにより形成する。また、バッファ層１２０は、公知な有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で成長させてもよい。
【００３７】
バッファ層１２０は、半導体発光素子の発光構造（ＬＥＤ構造ともいう）を有する化合物半導体層を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により成膜する際に、バッファ機能を発揮する薄膜層として基板１０１上に設けられる。バッファ層１２０を設けることにより、バッファ層１２０上に成膜されるＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０とさらにこの上に成膜されるＬＥＤ構造を有する化合物半導体層は、良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。
【００３８】
バッファ層１２０を構成するＩＩＩ族窒化物半導体としては、Ａｌを含有することが好ましく、ＩＩＩ族窒化物であるＡｌＮを含むことが特に好ましい。バッファ層１２０を構成する材料としては、一般式ＡｌＧａＩｎＮで表されるＩＩＩ族窒化物半導体であれば特に限定されない。なお、本明細書中では、各元素の組成比を省略してＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮと記述する場合がある。さらに、Ｖ族として、ＡｓやＰが含有されても良い。バッファ層１２０が、Ａｌを含む組成の場合、ＧａＡｌＮとすることが好ましく、Ａｌの組成が５０％以上であることが好ましい。バッファ層１２０の厚さは、通常、０．０２μｍ〜０．１μｍである。
【００３９】
次に、本実施形態では、図２（ｄ）に示すように、バッファ層形成工程の後、バッファ層１２０が形成された基板１０１の上面に、凸部１０２を埋めるようにして、ＭＯＣＶＤ法によりＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０を成膜する。尚、本実施の形態では、ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０の最大厚さＨは、凸部１０２の高さの２倍以上であることが好ましい。ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０の最大厚さＨが過度に薄いと、ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０の表面１３０ａの平坦性が不十分となるこのため、ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０上に積層されるＬＥＤ構造を構成する結晶の結晶性が低下する傾向がある。
【００４０】
ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０に用いる材料としては、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物（ＧａＮ系化合物半導体）が用いられ、特に、ＡｌＧａＮ、又はＧａＮを好適に用いることができる。半導体発光素子用テンプレート基板Ｉ０におけるＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０は、半導体発光素子の構造を有する化合物半導体層の下地層として機能するものである。
ＩＩＩ族窒化物半導体層からなるＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０の厚さは、０．１μｍ以上、好ましく０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。但し、ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０の厚さは、１５μｍ以下が好ましい。
【００４１】
ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０をＭＯＣＶＤ法で積層する場合に使用するキャリアガスとしては、たとえば、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）；ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）；Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）；Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）；Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）等が用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）；Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ４）、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）、テトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物；ｐ型にはＭｇ原料としてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を利用できる。
【００４２】
本実施の形態において、半導体発光素子用テンプレート基板Ｉ０は、基板１０１上にＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０を形成することにより、この上に成膜されるＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層からなる発光構造（ＬＥＤ構造：図示せず）の結晶の結晶性が良好となる。その結果、内部量子効率に優れ、漏れ電流の少なく高出力な半導体発光素子が得られる。このように、一般的な基板加工やバッファ層１２０、下地層１３０、その上のｎ型層、発光層、ｐ型層からなる発光構造（ＬＥＤ構造）を有する半導体発光素子に係る積層構造や発光素子の製造方法等については、例えば、ＷＯ／２００９／１５４２１５号公報を参照して本発明を実施することができる。
【００４３】
（発光構造を有する半導体基板に正極及び負極を形成する半導体発光素子の製造方法）
本実施の形態において、上述に記載のＬＥＤ構造を有する半導体基板を用いることにより、以下に示す方法に準じて半導体発光素子の一種である発光ダイオードを効率よく作製することができる。例えば、公知のフォトリソグラフィ技術によって、前述のＬＥＤ構造となる各層の形成された基板のｐコンタクト層上に、ＩＴＯ等からなる透明ｐ電極と、透明ｐ電極上にチタン、アルミニウム、金を順に積層した正極ボンディングパッド部を効果的に形成することができる。続いて、ドライエッチングを行い、負極ボンディングパッドを形成する部分のｎ型層を露出させ、露出したｎ型層上に公知のフォトリソグラフィ技術によって、Ｎｉ、Ａｌ、ＴｉおよびＡｕの４層よりなる負極ボンディングパッドを効率よく作製することができる。
【実施例】
【００４４】
次に、本発明を、実施例および比較例を示してより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【００４５】
（実施例１）
表１に記載の各パラメータ（最大直径Φ＝１５０ｍｍ（実質的に６インチ結晶）、フラット部１２の長さＬ＝４０ｍｍ、θ＝１５．５°（α＝１６４．５°））を有するサファイア製のウェーハを当該単結晶（インゴット）から準備した。なお、当該ウェーハは、予め結晶のＡ面に所定サイズのオリフラが形成された最大直径１５０ｍｍ（実質的に６インチ結晶）の単結晶（インゴット）から、基板厚さ１．５ｍｍの主面断面がＣ面（０００１）からなるようにワイヤーソーで切断し、主面をワックスにてセラミックブロックの表面に貼り付け、ウェーハを変形させないようにしながら、裏面を公知な砥粒条件にて片面ラッピング加工し、その後、ウェーハの裏表を返してセラミックブロックの表面に貼り付け、表面をラッピングし、続いてポリッシングし、その後ウェーハをセラミックブロックから剥がし、ワックスを除去した後、熱処理（２時間、１５００℃）したものを用いた。
そして、ウェーハ基板当たりのリソグラフにおけるパターニングの精度を簡略的に調べる為に、オリフラのフラット部周辺におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。
【００４６】
後述する表１に記載された各パラメータを有するサファイア製のウェーハ上に、公知のフォトリソグラフィ技術によって、粘度が４０ｍＰａの所定のレジストをスピンコート法により塗布した。このとき、レジスト膜厚を２．５μｍとなるよう回転数等を調整した。その後、フラット部周辺におけるレジストの膜厚分布を測定したところ、表１の結果を得た。尚、レジストの膜厚分布は、以下の方法で１枚のウェーハ毎に測定した。
また、レジスト膜厚は、レジスト塗布後に測定部位のレジストを溶出させ、溶出させた部位と溶出させない部位との膜厚差を段差計で測定することにより求めた。
【００４７】
フラット部のレジスト膜厚は３．０μｍであって、フラット部以外の膜厚の平均は２．６μｍであった。フラット部のレジスト膜厚は、他の領域の平均値に対して１５％厚かった。なお、『フラット部の膜厚』測定は、特にウェーハ回転から見て後ろ側付近を測定した。この後ろ側付近とは、フラット部長さＬの１／２地点からウェーハ回転から見て後ろ側の膜厚が大きいウェーハ基板上を指す。また、『フラット部以外の膜厚』は、ウェーハ中心やフラット部以外のウェーハ外周などを含め、４点測定しその平均値とした。
【００４８】
（実施例２）
フラット部１２の長さＬを３６ｍｍ、θ＝１３．９°（α＝１６６．１°）に変更した以外は、実施例１と同様に実施して、オリフラのフラット部周辺におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。
その結果、フラット部のレジスト膜厚は２．９μｍであって、フラット部以外の膜厚の平均は２．６μｍであった。フラット部のレジスト膜厚は、他の領域の平均値に対して１２％厚かった。
【００４９】
（実施例３）
フラット部１２の長さＬを３２ｍｍ、θ＝１２．３°（α＝１６７．７°）に変更した以外は、実施例１と同様に実施して、オリフラのフラット部周辺におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。
その結果、フラット部のレジスト膜厚は２．８μｍであって、フラット部以外の膜厚の平均は２．５μｍであった。フラット部のレジスト膜厚は、他の領域の平均値に対して１２％厚かった。
【００５０】
（実施例４）
フラット部１２の長さＬを２８ｍｍ、θ＝１０．８°（α＝１６９．２°）に変更した以外は、実施例１と同様に実施して、オリフラのフラット部周辺におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。
その結果、フラット部のレジスト膜厚は２．６μｍであって、フラット部以外の膜厚の平均は２．４μｍであった。フラット部のレジスト膜厚は、他の領域の平均値に対して８．３％厚かった。
【００５１】
（実施例５）
最大直径Φ＝１００ｍｍ（実質的に４インチ結晶）、フラット部１２の長さＬを１６ｍｍ、θ＝９．２°（α＝１７０．８°）に変更した以外は、実施例１と同様に実施して、オリフラのフラット部周辺におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。
その結果、フラット部のレジスト膜厚は２．５μｍであって、フラット部以外の膜厚の平均は２．４μｍであった。フラット部のレジスト膜厚は、他の領域の平均値に対して４．２％厚かった。
【００５２】
（実施例６）
最大直径Φ＝５０．８ｍｍ（実質的に２インチ結晶）、フラット部１２の長さＬを８ｍｍ、θ＝９．１°（α＝１７０．９°）に変更した以外は、実施例１と同様に実施して、オリフラのフラット部周辺におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。
その結果、フラット部のレジスト膜厚は２．６μｍであって、フラット部以外の膜厚の平均は２．５μｍであった。フラット部のレジスト膜厚は、他の領域の平均値に対して４％厚かった。
【００５３】
（比較例１）
フラット部１２の長さＬを５７．５ｍｍ、θ＝２２．５°（α＝１５７．５°）（ＳＥＭＩ規格相当）に変更した以外は、実施例１と同様に実施して、フラット部周辺におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。その結果、フラット部のレジスト膜厚は３．０μｍであって、フラット部以外の膜厚の平均は２．２μｍであった。フラット部のレジスト膜厚は、他の領域の平均値に対して３６％厚く形成された。
【００５４】
（比較例２）
フラット部１２の長さＬを４７．５ｍｍ、θ＝１８．５°（α＝１６１．５°）（ＪＥＩＴＡ規格相当（社団法人電子情報技術産業協会）に変更した以外は、実施例１と同様に実施して、フラット部周辺におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。その結果、フラット部のレジスト膜厚は３．０μｍであって、フラット部以外の膜厚の平均は２．３μｍであった。フラット部のレジスト膜厚は、他の領域の平均値に対して３０％厚かった。
【００５５】
（比較例３）
最大直径Φ＝１００ｍｍ（実質的に４インチ結晶）、フラット部１２の長さＬを３２ｍｍ、θ＝１８．７°（α＝１６１．３°）に変更した以外は、実施例１と同様に実施して、フラット部周辺におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。その結果、フラット部のレジスト膜厚は３．３μｍであって、フラット部以外の膜厚の平均は２．５μｍであった。フラット部のレジスト膜厚は、他の領域の平均値に対して３２％厚かった。
【００５６】
（比較例４）
最大直径Φ＝５０．８ｍｍ（実質的に２インチ結晶）、フラット部１２の長さＬを１６ｍｍ、θ＝１８．４°（α＝１６１．６°）に変更した以外は、実施例１と同様に実施して、フラット部周辺におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。その結果、フラット部のレジスト膜厚は３．１μｍであって、フラット部以外の膜厚の平均は２．４μｍであった。フラット部のレジスト膜厚は、他の領域の平均値に対して２９％厚かった。
【００５７】
【表１】
2012054292.tif 000003
【００５８】
表１に示す結果から、このように、実施例１〜実施例６で用いたウェーハでは、フラット部のレジスト膜厚は、他の領域の平均値より上限として１５％厚くなる範囲に収まっていることが分かる。一方、比較例１〜比較例４で用いたウェーハでは、フラット部のレジスト膜厚は、他の領域の平均値より２９％以上厚くなっていることが分かる。
【００５９】
（実施例７）
次に、実施例１で用いたサファイア基板と同じパラメータ（Φ、Ｌ、α）の特徴を有するサファイア基板を用意し、その（０００１）Ｃ面上に、ＷＯ／２００９／１５４２１５号公報に記載の内容を参照して、公知のフォトリソグラフィ法を用いてレジストパターン（マスク）を形成し、ドライエッチング法でサファイア基板をエッチングすることにより基板上に凸部を形成した。なお、凸部の設計上の特徴として、基部幅１．０μｍ、高さ１．０μｍ、隣接する凸部間の間隔１．８μｍとし、露光法として、紫外光を用いたステッパー露光法、ドライエッチングにはＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガスを用いた。
加工されたサファイア基板は、実施例１において膜厚測定されたフラット部周辺について、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で凸部のパターニング不良について調べたところ、不良箇所は見つからなかった。
【００６０】
次に、ＷＯ／２００９／１５４２１５号公報に記載の方法に従って、基板の主面に、ＡｌＮからなるバッファ層、次いでＭＯＣＶＤ法で順次、下地層、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を形成した。
次に、公知のフォトリソグラフィ技術によって、ｐ型コンタクト層上に、ＩＴＯからなる透光性正極と、この透光性正極上にＴｉ、Ａｌ及びＡｕを順に積層した構造を持つ正極ボンディングパッドを所定のチップサイズ毎に形成した。続いて、正極ボンディングパッドの形成された基板にドライエッチングを行い、負極ボンディングパッドを形成する部分のｎ型半導体層を露出させ、露出したｎ型半導体層上にＮｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＡｕの４層よりなる負極ボンディングパッドを形成した。
このように、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、不良チップは見つからなかった。
【００６１】
（実施例８）
実施例２で用いたサファイア基板と同じパラメータ（Φ、Ｌ、α）の特徴を有するサファイア基板を用いた以外は、実施例７と同様に実施して、サファイア基板の主面に凸部を形成し、半導体発光素子基板を製造した。なお、実施例２において膜厚測定されたフラット部周辺について、ＡＦＭで凸部のパターニング不良について調べたところ、不良箇所は見つからなかった。また、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、不良チップは見つからなかった。
【００６２】
（実施例９）
実施例３で用いたサファイア基板と同じパラメータ（Φ、Ｌ、α）の特徴を有するサファイア基板を用いた以外は、実施例７と同様に実施して、サファイア基板の主面に凸部を形成し、半導体発光素子基板を製造した。なお、実施例３において膜厚測定されたフラット部周辺について、ＡＦＭで凸部のパターニング不良について調べたところ、不良箇所は見つからなかった。また、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、不良チップは見つからなかった。
【００６３】
（実施例１０）
実施例４で用いたサファイア基板と同じパラメータ（Φ、Ｌ、α）の特徴を有するサファイア基板を用いた以外は、実施例７と同様に実施して、サファイア基板の主面に凸部を形成し、半導体発光素子基板を製造した。なお、実施例４において膜厚測定されたフラット部周辺について、ＡＦＭで凸部のパターニング不良について調べたところ、不良箇所は見つからなかった。また、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、不良チップは見つからなかった。
【００６４】
（実施例１１）
実施例５で用いたサファイア基板と同じパラメータ（Φ、Ｌ、α）の特徴を有するサファイア基板を用いた以外は、実施例７と同様に実施して、サファイア基板の主面に凸部を形成し、半導体発光素子基板を製造した。なお、実施例５において膜厚測定されたフラット部周辺について、ＡＦＭで凸部のパターニング不良について調べたところ、不良箇所は見つからなかった。また、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、不良チップは見つからなかった。
【００６５】
（実施例１２）
実施例６で用いたサファイア基板と同じパラメータ（Φ、Ｌ、α）の特徴を有するサファイア基板を用いた以外は、実施例７と同様に実施して、サファイア基板の主面に凸部を形成し、半導体発光素子基板を製造した。なお、実施例６において膜厚測定されたフラット部周辺について、ＡＦＭで凸部のパターニング不良について調べたところ、不良箇所は見つからなかった。また、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、不良チップは見つからなかった。
【００６６】
（比較例５）
比較例１で用いたサファイア基板と同じパラメータ（Φ、Ｌ、α）の特徴を有するサファイア基板を用いた以外は、実施例７と同様に実施して、サファイア基板の主面に凸部を形成し、半導体発光素子基板を製造した。なお、比較例１において膜厚測定されたフラット部周辺について、ＡＦＭで凸部のパターニング不良について調べたところ、凸部形状に不良が見つかった。また、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、１枚ウェーハ当たり２５個の不良チップが発生した。
【００６７】
（比較例６）
比較例２で用いたサファイア基板と同じパラメータ（Φ、Ｌ、α）の特徴を有するサファイア基板を用いた以外は、実施例７と同様に実施して、サファイア基板の主面に凸部を形成し、半導体発光素子基板を製造した。なお、比較例２において膜厚測定されたフラット部周辺について、ＡＦＭで凸部のパターニング不良について調べたところ、凸部形状に不良が見つかった。また、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、１枚ウェーハ当たり２０個の不良チップが発生した。
【００６８】
（比較例７）
比較例３で用いたサファイア基板と同じパラメータ（Φ、Ｌ、α）の特徴を有するサファイア基板を用いた以外は、実施例７と同様に実施して、サファイア基板の主面に凸部を形成し、半導体発光素子基板を製造した。なお、比較例３において膜厚測定されたフラット部周辺について、ＡＦＭで凸部のパターニング不良について調べたところ、凸部形状に不良が見つかった。また、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、１枚ウェーハ当たり１２個の不良チップが発生した。
【００６９】
（比較例８）
比較例４で用いたサファイア基板と同じパラメータ（Φ、Ｌ、α）の特徴を有するサファイア基板を用いた以外は、実施例７と同様に実施して、サファイア基板の主面に凸部を形成し、半導体発光素子基板を製造した。なお、比較例４において膜厚測定されたフラット部周辺について、ＡＦＭで凸部のパターニング不良について調べたところ、凸部形状に不良が見つかった。また、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、１枚ウェーハ当たり５個の不良チップが発生した。
【００７０】
【表２】
2012054292.tif 000004
【符号の説明】
【００７１】
１０…ウェーハ、１１…外周部、１２…フラット部、１３…接線、１０１…基板、１０１ｓ…表面、１０２…凸部、１２０…半導体層（バッファ層）、１３０…ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）、Ｉ０…半導体発光素子用テンプレート基板
【図１】
2012054292.tif 000005
【図２】
2012054292.tif 000006