(57)【要約】【課題】製造歩留り及び信頼性を高くする。【解決手段】予め薄層化された結晶成長基板１４の裏面と支持基板１０の表面とをＩｎ１２を介して接着させた窒化物半導体結晶成長基板１５を用い、その結晶成長基板の表面に窒素ベース雰囲気中での有機金属気相成長法により窒化物半導体結晶層１６を形成し、ウェーハプロセス工程を行う。その後、結晶成長基板保持基板２０を窒化物半導体結晶層の表面に接着材１８を介して接着して、Ｉｎの融点以上の温度で加熱し支持基板を分離除去した後、結晶成長基板保持基板、接着材及び結晶成長基板を一括してダイシング２２を行う。【選択図】図２
2009117583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、結晶成長基板と、前記支持基板の表面及び前記結晶成長基板の裏面を接着するためのＩｎ（インジウム）とで形成されている窒化物半導体結晶成長基板を用意する第１工程と、
前記結晶成長基板の表面に、窒素ベース雰囲気中での有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により窒化物半導体結晶層を結晶成長させる第２工程と
を含むことを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２工程後に、
前記窒化物半導体結晶層を有する前記窒化物半導体結晶成長基板を用いてウェーハプロセス工程を行う
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】
前記ウェーハプロセス工程終了後に、
結晶成長基板保持基板を、接着材を介して前記窒化物半導体結晶層上に接着し、
前記Ｉｎ（インジウム）をその融点以上の温度で加熱して前記支持基板を分離除去し、及び
前記結晶成長基板保持基板と、前記接着材と、前記結晶成長基板とを一括してダイシングする
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の窒化物半導体素子の製造方法に用いる窒化物半導体結晶成長基板であって、
支持基板と、結晶成長基板と、前記支持基板の表面及び前記結晶成長基板の裏面を接着しているＩｎ（インジウム）とで形成されている
ことを特徴とする窒化物半導体結晶成長基板。
【請求項５】
前記支持基板は、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｗ（タングステン）及びＭｏ（モリブデン）の材料群から選ばれた何れか１種の層又は２種以上の積層体で形成されており、及び
前記支持基板の厚みが３００〜３５０μｍである
ことを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体結晶成長基板。
【請求項６】
前記結晶成長基板は、サファイア、ＳｉＣ及びＳｉの材料群から選ばれた何れか１種の層で形成されており、及び
前記結晶成長基板の厚みが５０〜１５０μｍである
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の窒化物半導体結晶成長基板。
【請求項７】
請求項３に記載の窒化物半導体素子の製造方法に用いる結晶成長基板保持基板であって、
Ｉｎの融点を超える温度に対して耐熱性を有する透明なガラス基板で形成されており、及び
該ガラス基板の厚みが３００〜３５０μｍである
ことを特徴とする結晶成長基板保持基板。
【請求項８】
請求項３に記載の窒化物半導体素子の製造方法に用いる接着材であって、
Ｉｎの融点を超える温度に対して耐熱性を有する透明なエポキシ系樹脂である
ことを特徴とする接着材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高出力窒化物半導体素子を作製するための窒化物半導体素子の製造方法、窒化物半導体結晶成長基板、結晶成長基板保持基板及び接着材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
次世代の高周波素子の材料として有望視されている窒化物半導体は、取り扱い上の安全性などの点からヒ素（Ａｓ）やリン（Ｐ）を含まない半導体としても注目を浴びている。そして、近年では、例えば１９９５年から隔年で開催されている窒化物半導体国際会議：ＩＣＮＳ（International Conference on Nitride Semiconductors）における発表論文件数も増加の一途を辿っている。中でも、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いた窒化物半導体素子においては、高周波電力高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）及びレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）等がサファイアやシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を基板として用いて製造されている。
【０００３】
しかしながら、窒化物半導体の研究開発はシリコン（Ｓｉ）半導体等に比較すると歴史は浅く、そのため未解決のまま残されている課題も多い。従来のＧａＡｓ−ＨＥＭＴ、ＧａＡｓ−ＨＢＴ（Hetero Bipolar Transistor）及びＳｉ−ＬＤＭＯＳ（Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ等に代表される高出力トランジスタは、大電力密度を達成し得なかった。これに対し、特に、ＧａＮを用いたＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴは、大電力密度すなわち高出力特性を得ている。
【０００４】
しかしながら、このＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴは、チップ実装における熱の放散という新たな課題を提起している（例えば、非特許文献１参照。）。この非特許文献１には、高出力ＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴの作製に使用されるＳｉＣ基板及びＳｉ基板の厚さと熱抵抗との関係について開示されている。そして、熱抵抗の低減のためには基板の薄層化が有効であり、ＳｉＣ基板は厚さ１５０μｍまで、又、Ｓｉ基板は厚さ８０μｍまで基板の薄層化をすると、作製したＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴにおける熱抵抗の低減効果があるとしている。
【０００５】
一般に基板を薄層化するためには、基板裏面の研磨（バックラッピング）法が用いられる。この方法は、素子作製プロセス工程が終了した基板表面を例えばワックス等により保護しておいて、基板裏面を化学エッチング又は機械的研磨を行い基板の薄層化を行うものであり、Ｓｉ半導体素子やＧａＡｓ半導体素子の作製方法としてほぼ確立されている。
【０００６】
一方、窒化物半導体素子の作製に用いられるサファイア基板やＳｉＣ基板は、Ｓｉ基板やＧａＡｓ基板と比較すると化学的に安定で、しかも硬度が大きいためにバックラッピング工程が容易ではない。特に、バックラッピング工程中に亀裂、割れ及び欠けが基板に発生してしまう。
【０００７】
そこで、上述のような化学的に安定で硬度が大きいサファイア基板やＳｉＣ基板を薄層化する試みとして、支持基板又は結晶成長基板にイオン種を注入することによって機械的に弱く結合した部分（脆弱ゾーン）を基板全面に形成し、その後基板を加熱することにより脆弱ゾーンの上下で基板を分離する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
しかしながら、このイオン種を注入する方法は、注入工程後の結晶成長中あるいは結晶成長工程後に、成長時の基板温度に等しい温度で加熱して分離を行っている。しかしながら、この分離のための加熱が、結晶表面をアニールすることと同等の効果を与えるため、結晶を構成している元素の蒸発を招く結果となってしまう。結晶表面から構成元素が蒸発した基板上に作製された素子は所望の特性を得ることができない。
【０００９】
さらに支持基板にくさびを打ち込むことにより機械的に分離する方法も考えられるが、その場合は支持基板を除去する際に支持基板内の応力の開放によって結晶成長層にクラックが発生する虞がある等の問題点を含んでいる。
【００１０】
現在一般に行われている基板の薄層化工程についてＧａＡｓ−ＨＥＭＴを例に挙げて説明すると、基板上に結晶成長及び素子作製プロセスを施した後にバックラッピング工程を行って基板を薄層化している。しかしながら、上述したように窒化物半導体素子作製に用いられるサファイア基板やＳｉＣ基板は、基板の薄層化の過程で亀裂、割れ及び欠けが基板に発生する。素子製造コストの面から考えると、バックラッピング工程で不良発生によりロットアウトしてしまうと、「基板コスト＋結晶成長工程コスト＋ウェーハプロセス工程コスト」のトータルコストが損失することになる。そこで基板の薄層化工程を結晶成長工程前に行うことが考えられる。基板の薄層化工程を結晶成長工程前に行うことにより、たとえバックラッピング工程での不良発生によるロットアウトとなっても「基板コスト」のみの損失で済むことになり、素子製造コストの損失を最小限に抑えることができる。
【００１１】
しかしながら、薄層化した基板上に窒化物半導体層をエピタキシャル結晶成長させると、基板と窒化物半導体層との熱膨張係数の相違によって基板に大きな反りが発生する。これは特にヘテロ（異種）基板を用いて結晶成長を行う特徴を持つ窒化物半導体素子作製プロセスにおいて特有の問題であり、一般的なＳｉやＧａＡｓ素子のようなホモ（同種）基板を用いる半導体素子作製プロセスにおいては発生しない。例えば、直径２インチ径で厚さ３３０μｍのサファイア基板上にＧａＮ層を２μｍの厚さに結晶成長すると基板全体で４０μｍの反りが発生する（例えば、非特許文献２参照。）。従って、基板を薄層化してそのまま結晶成長を行った場合には、さらに大きな基板のそりが発生することは明らかである。この大きく反った結晶成長基板は、半導体素子作製プロセスにおけるウェーハプロセス工程には適用できない。すなわち、例えばフォトリソグラフィ工程でのウェーハチャック不足によるパターン形成不良等の発生やウェーハ搬送等のハンドリングが困難になり、サブミクロン加工プロセスが要求されるＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ素子等の作製が不可能になる。
【特許文献１】特表２００６−５２８５９２号公報
【非特許文献１】信学技報  Technical Report of IEICE, ED2004-215, MW2004-222, pp.19-24 (2005-01)
【非特許文献２】日立電線  No.21, pp.41-46 (2002-1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した従来の窒化物半導体素子の製造方法においては、以下に示す課題を有している。すなわち、
（１）結晶成長基板は、最終的な素子の厚みにまで予め薄層化した基板を用いる要請があること
（２）結晶成長工程及びウェーハプロセス工程を行うことができる結晶成長基板であること
（３）そして、再現性及び歩留りの高い窒化物半導体素子の製造方法であること
である。
【００１３】
従って、この発明の目的は、上述の課題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明は上述の目的を達成するために成されたものであり、この発明の窒化物半導体素子の製造方法、窒化物半導体結晶成長基板、結晶成長基板保持基板及び接着材は、以下のような特徴を有している。
【００１５】
この発明の第１の要旨は、以下の第１から第２工程を含むことを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法を提供する。
【００１６】
第１工程では、支持基板と、結晶成長基板と、支持基板の表面及び結晶成長基板の裏面を接着するためのＩｎ（インジウム）とで形成されている窒化物半導体結晶成長基板を用意する。
【００１７】
第２工程では、結晶成長基板表面に、窒素ベース雰囲気中での有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により窒化物半導体結晶層を結晶成長させる。
【００１８】
必要ならば、上述の第２工程後に、窒化物半導体結晶層を有する窒化物半導体結晶成長基板を用いてウェーハプロセス工程を行うのが好適である。
【００１９】
更に必要ならば、上述のウェーハプロセス工程終了後に、結晶成長基板保持基板を、接着材を介して窒化物半導体結晶層上に接着し、Ｉｎ（インジウム）をその融点以上の温度で加熱して支持基板を分離除去した後、結晶成長基板保持基板と、接着材と、結晶成長基板とを一括してダイシングするのが好適である。
【００２０】
この発明の第２の要旨の、窒化物半導体素子の製造方法に用いる窒化物半導体結晶成長基板は、支持基板と、結晶成長基板と、支持基板の表面及び結晶成長基板の裏面を接着しているＩｎ（インジウム）とで形成されている。
【００２１】
この窒化物半導体結晶成長基板において、支持基板を、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｗ（タングステン）及びＭｏ（モリブデン）の材料群から選ばれた何れか１種の層又は２種以上の積層体で形成し、かつ、この支持基板の厚みを３００〜３５０μｍとするのが好適である。
【００２２】
又、この窒化物半導体結晶成長基板において、結晶成長基板を、サファイア、ＳｉＣ及びＳｉの材料群から選ばれた何れか１種の層で形成し、かつ、この結晶成長基板の厚みを５０〜１５０μｍとするのが好適である。
【００２３】
又、この発明の第３の要旨の、窒化物半導体素子の製造方法に用いる結晶成長基板保持基板は、Ｉｎの融点を超える温度に対して耐熱性を有する透明なガラス基板であって、その厚みが３００〜３５０μｍである。
【００２４】
又、この発明の第４の要旨の、窒化物半導体素子の製造方法に用いる接着材は、Ｉｎの融点を超える温度に対して耐熱性を有する透明なエポキシ系樹脂である。
【発明の効果】
【００２５】
この発明の窒化物半導体素子の製造方法によれば、以下の効果を奏する。
【００２６】
先ず、予め薄層化した結晶成長基板と補強用の支持基板とを低融点金属であるＩｎを介して接着した、窒化物半導体結晶成長基板の状態で、結晶成長工程のみならずウェーハプロセス工程をも行うことができる。その理由は、この窒化物半導体結晶成長基板は、支持基板により、薄層化した結晶成長基板のみの場合よりも機械的強度が遥かに高められているためである。
【００２７】
窒化物半導体結晶成長基板の結晶成長基板上へ窒化物半導体結晶層を形成するための結晶成長工程は、窒素ベース雰囲気中でのＭＯＣＶＤ法を用いることにより行う。この窒素ベース雰囲気中でのＭＯＣＶＤ法によれば、窒化物半導体結晶成長基板からのＩｎの蒸発を抑制することができる。従って、この発明の窒化物半導体結晶層は、通常の標準的な３００〜３５０μｍの厚みを持つ基板のみを用いた水素ベース雰囲気中でのＭＯＣＶＤ法によって得られる窒化物半導体結晶層と同等な品質の窒化物半導体結晶層を結晶成長することができる。
【００２８】
窒化物半導体結晶成長基板は、薄層化した結晶成長基板を支持基板により補強し機械的強度を高めた構造であるため、その結晶成長基板上の窒化物半導体結晶層に窒化物半導体素子を作製するためのウェーハプロセス工程を行うことができる。
【００２９】
ウェーハプロセス工程後、結晶成長基板保持基板によって結晶成長基板表面を接着材で補強した状態で、Ｉｎをその融点以上の温度で加熱して支持基板を分離除去し、その後結晶成長基板保持基板及び結晶成長基板を一括してダイシングを行う。すなわち、この発明の製造方法によれば、予め薄層化した結晶成長基板を結晶成長工程からダイシング工程まで、終始支持基板又は結晶成長基板保持基板によって補強することができる。
【００３０】
又、この発明の窒化物半導体素子の製造方法に用いる窒化物半導体結晶成長基板は、支持基板と、結晶成長基板と、支持基板の表面及び結晶成長基板の裏面を接着しているＩｎ（インジウム）とで形成されている。
【００３１】
そして、この窒化物半導体結晶成長基板を構成する支持基板としては、サファイア、ＳｉＣ、ＳｉのみならずＷやＭｏの各材料の単体層、又はこれら材料の各々の層から選ばれた２種以上の層の組合せから成る積層体の材料を使用することができる。この支持基板は、予め薄層化した結晶成長基板の補強材としての役割を持ち、その厚みが３００〜３５０μｍであるため、結晶成長工程のみならずウェーハプロセス工程を行うことができる。さらに、この支持基板は、ウェーハプロセス工程後に分離された後に、再び次の結晶成長工程のための支持基板として再利用することが可能である。
【００３２】
又、この窒化物半導体結晶成長基板を構成するＩｎは、支持基板と結晶成長基板との接着材料として用いられ、しかも上述の結晶成長工程及びウェーハプロセス工程に対する耐性を有する。
【００３３】
さらに、この窒化物半導体結晶成長基板を構成する結晶成長基板は、サファイア、ＳｉＣ、又はＳｉの各材料の単体層を使用する。そして、この結晶成長基板は、予め最終的な窒化物半導体素子として使用する５０〜１５０μｍの厚みに薄層化された状態で、支持基板により補強された窒化物半導体結晶成長基板の一部を構成するため、結晶成長工程及びウェーハプロセス工程を行うことができる。
【００３４】
その後、この結晶成長基板は、結晶成長基板保持基板により補強された状態で支持基板が除去され、ダイシング工程まで行われる。すなわち、予め薄層化された結晶成長基板は、結晶成長工程からダイシング工程まで、終始支持基板又は結晶成長基板保持基板によって補強される。従って、バックラッピング工程による結晶成長基板の薄層化を、基板準備の段階で予め行うことができる。
【００３５】
又、この発明の窒化物半導体素子の製造方法に用いる結晶成長基板保持基板を、Ｉｎの融点を超える温度に対して耐熱性を有する３００〜３５０μｍの厚みの透明なガラス基板とし、同様に、接着材をＩｎの融点を超える温度に対して耐熱性を有する透明なエポキシ系樹脂とすることで、これら結晶成長基板保持基板及び接着材は、ウェーハプロセス工程後の予め薄層化した結晶成長基板を補強することができる。さらに、これら結晶成長基板保持基板及び接着材は透明であることにより、ダイシング工程において結晶成長基板保持基板の上方から、結晶成長基板上の窒化物半導体結晶層に作製された窒化物半導体素子の電極パターン及びダイシングライン等を識別することができる。
【００３６】
この発明の窒化物半導体素子の製造方法、窒化物半導体結晶成長基板、結晶成長基板保持基板及び接着材は、上述のような効果を奏することにより、製造歩留り及び信頼性の高い窒化物半導体素子を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図を参照して、この発明の実施形態につき説明する。尚、これらの図は、この発明が理解できる程度に各構成要素の形状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるにすぎず、又、以下に説明する数値的及びその他の条件は単なる好適例であり、この発明は、この発明の実施形態にのみ何等限定されるものではない。尚、断面図において、図の複雑化を防ぐために、断面を表すハッチング等を一部省略して示してある。
【００３８】
（実施形態）
この発明の実施形態に係る窒化物半導体結晶成長基板の構造及び窒化物半導体素子の製造方法について、図１及び図２を参照して説明する。
【００３９】
（窒化物半導体結晶成長基板の構造）
図１は、この実施形態に係る窒化物半導体結晶成長基板の要部の概略構造断面を示した図である。窒化物半導体結晶成長基板１５は、支持基板１０、低融点金属のＩｎ（インジウム）の単体層１２及び結晶成長基板１４の３層を具えて構成されている。この窒化物半導体結晶成長基板１５は、後述する結晶成長工程及びウェーハプロセス工程を支障なく行うために、３５０〜５００μｍ程度の範囲の厚みが適当である。
【００４０】
支持基板１０は、薄層化された結晶成長基板１４を補強する目的のために使用されるものであり、後述する窒化物半導体結晶成長工程及びウェーハプロセス工程に耐性を持つ熱伝導の良い材料で構成されていれば使用することができる。従って、支持基板１０の材料として、窒化物半導体結晶成長に通常用いられるサファイア、ＳｉＣ又はＳｉの単結晶基板はもちろん使用可能であり、この場合、それぞれの材料はもとより、高温での蒸気圧が低く脱ガス量が少ないＷ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）等の高融点金属を使用しても良い。或いは、これらの多結晶基板でも使用可能であり、さらには、各材料の基板を２種以上組み合わせた、すなわち、これら単結晶基板及び又は多結晶基板の積層体でも使用することができる。
【００４１】
この実施形態において支持基板１０の厚みを、３００〜３５０μｍ程度とするのが好適である。すなわち、この支持基板１０のこの範囲の厚みは、結晶成長基板１４と接着した状態の窒化物半導体結晶成長基板１５として窒化物半導体結晶成長工程及びウェーハプロセス工程を支障なく行うために必要な厚みである。尚、この支持基板１０は後述するウェーハプロセス工程後に分離除去される。従って、その後、支持基板として再利用することができる。
【００４２】
次に、接着に用いる低融点金属１２は、この実施形態においてはＩｎ（インジウム）を使用する。Ｉｎは、融点が１５６．６℃であり沸点は２０７２℃であるため接着材料としての役割を十分果たすことができる。すなわち、低融点金属１２のＩｎは、後述する窒化物半導体結晶成長工程及びウェーハプロセス工程に耐性を持つ。又、例えば一般的に、ＧａＮ半導体結晶成長温度である１０００〜１１００℃と比較して、ＩｎＮ半導体結晶成長温度は２００℃程度低温であるため、ＧａＮ半導体結晶成長層中にＩｎが構成元素として取り込まれることはない。もし仮に、この接着に用いたＩｎが結晶成長雰囲気中に微量に蒸発してＧａＮ半導体結晶成長層中に取り込まれたとしても、素子の特性に影響を及ぼさない程度の不純物濃度のレベルであると考えられる。しかもＩｎは、ＧａＮ半導体に対して中性元素であるため、ＧａＮ半導体結晶成長層中に取り込まれても電子又は正孔等のキャリアは発生しない。又、Ｉｎは、Ｇａと異なるイオン半径や電気陰性度等の物性を有しているために、ＧａＮ半導体結晶成長層中のＧａサイトへの取り込まれ方の違いにより、ＧａＮ半導体結晶成長層中の結晶欠陥数を減少させる効果も期待できる。
【００４３】
次に結晶成長基板１４は、窒化物半導体の結晶成長に通常用いられる基板である。結晶成長基板１４としては、ＧａＮ単結晶基板（ホモ基板）は当然のこと（但し、ＧａＮ単結晶基板は現在開発途上であり、又非常に高価であるという問題点がある。）、サファイア、ＳｉＣ又はＳｉの、窒化物半導体の単結晶を成長することのできる面方位を有する、単結晶基板を用いる。例えば、サファイア基板上にＧａＮ層をｃ軸方向に成長させるためには、サファイア基板としてｃ面あるいはａ面配向面を有する基板を使用する。
【００４４】
そして、この実施形態においては、結晶成長基板１４は予め５０〜１５０μｍの厚みに薄層化された基板を使用する。すなわち、結晶成長基板１４をその厚みを予め最終的な窒化物半導体素子として一般に要求される範囲の厚みに薄層化された状態で準備する。薄層化した結晶成長基板１４は、それ自体単独では後述する窒化物半導体結晶成長工程及びウェーハプロセス工程に耐性を持つことができないので、上述した窒化物半導体結晶成長基板１５の構造、すなわち支持基板１０によって補強された構造として使用する。
【００４５】
（窒化物半導体素子の製造方法）
図２は、この実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を説明するための主な製造工程段階で得られた要部の概略構造断面を示した図である。尚、上述の窒化物半導体結晶成長基板の構造において説明した構成要素と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明する。
【００４６】
先ず、支持基板１０と結晶成長基板１４を準備する。結晶成長基板１４は予め５０〜１５０μｍの厚みに薄層化した基板を用意する（図２（Ａ）右図）。そして、Ｉｎ（インジウム）の融点以上の温度、例えば１６０℃程度に加熱したホットプレート上で、支持基板１０の表面にＩｎ１２を塗布する（図２（Ａ）左図）。このＩｎ１２の概略の層厚は、１０〜３０μｍ程度にできるだけ均一に支持基板１０表面に塗布する。この実施形態では、純度４Ｎ（９９．９９％）で３〜６ｍｍショット状のＩｎを使用したが、特に高純度である必要はなく融点が多少変化しても構わない。又、このＩｎをホットプレート上で塗布する代わりに、真空蒸着法によって支持基板１０の表面にＩｎの層を形成しても良い。
【００４７】
次に、加熱されたＩｎ１２を塗布した支持基板１０の表面に、結晶成長基板１４の裏面を接着することによって、窒化物半導体結晶成長基板１５の構造を形成する（図２（Ｂ）、図１と同様の図である。）。窒化物半導体結晶成長基板１５の総厚みは、支持基板１０とＩｎ１２そして結晶成長基板１４の合計厚みで、３６０〜５３０μｍ程度となる。この程度の厚みの基板であれば、上述したように、結晶成長工程及びウェーハプロセス工程に十分使用することができる。
【００４８】
次に、窒化物半導体結晶成長基板１５の結晶成長基板１４表面に、窒素（Ｎ２）ベース雰囲気中でのＭＯＣＶＤ法により窒化物半導体結晶層１６を形成するが、ここで、上述のＮ２ベース雰囲気中でのＭＯＣＶＤ法による窒化物半導体結晶成長を採用することを検証するために以下の実験を行った。
【００４９】
実験に使用した基板の構成は、支持基板１０と結晶成長基板１４とをＩｎ１２で接着した窒化物半導体結晶成長基板１５である。尚、支持基板１０及び結晶成長基板１４の材料はｃ面方位を有するサファイア単結晶基板を用いた。
【００５０】
先ず、一般に使用されている水素（Ｈ２）ベース雰囲気中でのＭＯＣＶＤ条件（但し、有機金属及びアンモニア（ＮＨ３）は供給せず。）によって上述の窒化物半導体結晶成長基板１５を処理した。すなわち、III族のガス導入ラインにＨ２ガス流量１０ＳＬＭのキャリアガス、Ｖ族のガス導入ラインにＨ２ガス流量１０ＳＬＭのキャリアガスを導入し、圧力は常圧で、基板温度を１０００℃で１０分間保持した。
【００５１】
その結果、窒化物半導体結晶成長基板１５中の接着用のＩｎ１２が蒸発することがわかった。Ｉｎが蒸発する原因として、ある温度以上に加熱され活性化したＨ２ガスが金属Ｉｎをエッチングしたものと考えられる。従って、Ｈ２ベース雰囲気中でのＭＯＣＶＤ条件は採用できないことがわかった。
【００５２】
そこで、発明者は活性化したＨ２ガスが存在しないＭＯＣＶＤ条件下であればＩｎの蒸発を防ぐことができると考え、Ｎ２ベース雰囲気中でのＭＯＣＶＤ条件（但し、有機金属及びＮＨ３は供給せず。）による実験を行った。すなわち、ガス導入ラインにＮ２ガス流量３０ＳＬＭを供給し、圧力は常圧とし、基板温度と保持時間をパラメータとした確認実験を行った。保持時間は、５分、２０分及び４０分であり、基板温度は、８５０℃、１０００℃及び１１５０℃とした。
【００５３】
その結果、Ｎ２ベース雰囲気中であれば、保持時間５分とした場合には、８５０℃、１０００℃そして１１５０℃においてもＩｎの蒸発は観察されなかった。さらに、基板温度１１５０℃で、保持時間２０分及び４０分においてもＩｎの蒸発は観察されなかった。実験結果を表１に示す。表１中において、丸印（記号○で示す。）はＩｎの蒸発が観察されなかったことを表記している。又、バー印（記号−印で示す。）は未測定であることを表記している。
【００５４】
【表１】
2009117583.tif 000003
【００５５】
この結果から、この発明におけるＮ２ベース雰囲気でのＭＯＣＶＤ法による窒化物半導体結晶成長工程の有効性を確かめることができた。
【００５６】
以上の実験結果を基に、窒化物半導体結晶成長基板１５の結晶成長基板１４表面に、Ｎ２ベース雰囲気中でのＭＯＣＶＤ法により窒化物半導体結晶層１６を形成する（図２（Ｃ））。この実施形態においては、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ作製用の結晶成長工程を説明する。
【００５７】
このＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ用の結晶成長工程では、用いる結晶成長基板１４として、サファイア、ＳｉＣ、又はＳｉの単結晶基板をそれぞれ基板材料として使用し、その上面に窒化物半導体結晶層１６、すなわち、バッファ層、ＧａＮ層、ＧａＮチャネル層及びＡｌＧａＮバリア層を順次Ｎ２ベース雰囲気中でのＭＯＣＶＤ法により形成する場合について説明する。
【００５８】
窒化物半導体結晶層１６を形成するためのＮ２ベース雰囲気中でのＭＯＣＶＤ条件は、結晶成長基板１４の基板材料によって第１層目のバッファ層の成長条件が異なるのみで、その上層のＧａＮ層、ＧａＮチャネル層及びＡｌＧａＮバリア層の形成条件は同様の条件で行うことができる。
【００５９】
先ず、結晶成長基板１４として、サファイア単結晶基板を用いた場合は、窒化物半導体結晶層１６の構成としての各結晶成長層の厚みは、ＧａＮバッファ層を２５ｎｍの厚みに、ＧａＮ層を１．０μｍの厚みに、ＧａＮチャネル層を１００ｎｍの厚みに及びＡｌＧａＮバリア層を２５ｎｍの厚みに順次ＭＯＣＶＤ法により形成する。ＭＯＣＶＤ条件は、主原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の有機金属、及びＮＨ３を用いる。ＧａＮの成長は、ＴＭＧを８８μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ／III比２５００、圧力は常圧とする。この場合の、基板温度はＧａＮバッファ層で４７５℃、その他の成長層は１０５０℃である。キャリアガス流量条件は、有機金属のガス導入ラインを１２ＳＬＭ（有機金属流量１ＳＬＭ＋Ｎ２キャリアガス流量１１ＳＬＭ）及びＮＨ３のガス導入ラインを８ＳＬＭ（ＮＨ３ガス流量５ＳＬＭ＋Ｎ２キャリアガス流量３ＳＬＭ）である。このＭＯＣＶＤの条件によれば、窒化物半導体結晶成長基板１５のＩｎ１２の蒸発も抑制され、所望の窒化物半導体結晶層１６をサファイア単結晶基板上に形成することができる。
【００６０】
又、結晶成長基板１４として、ＳｉＣ単結晶基板を用いた場合は、窒化物半導体結晶層１６の構成としては、バッファ層としてＡｌＮ層を１００ｎｍの厚みに形成する。このバッファ層のＭＯＣＶＤ条件は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の有機金属とＮＨ３を用いる。ＴＭＡを５．１μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ／III比５２０００、圧力は１００Ｔｏｒｒの減圧下で基板温度は１２００℃で行う。キャリアガス流量条件は、有機金属のガス導入ラインを１４ＳＬＭ（有機金属流量１ＳＬＭ＋Ｎ２キャリアガス流量１３ＬＳＭ）及びＮＨ３のガス導入ラインを１２ＳＬＭ（ＮＨ３ガス流量６ＳＬＭ＋Ｎ２キャリアガス流量６ＳＬＭ）である。以降は上述のサファイア単結晶基板を用いた場合の条件と同様に、ＧａＮ層を１．０μｍの厚みに、ＧａＮチャネル層を１００ｎｍの厚みに及びＡｌＧａＮバリア層を２５ｎｍの厚みに順次ＭＯＣＶＤ法により形成する。このＭＯＣＶＤの条件によれば、窒化物半導体結晶成長基板１５のＩｎ１２の蒸発も抑制され、所望の窒化物半導体結晶層１６をＳｉＣ単結晶基板上に形成することができる。
【００６１】
そして、結晶成長基板１４として、Ｓｉ単結晶基板を用いた場合は、窒化物半導体結晶層１６の構成としては、バッファ層としてＡｌＮ層を１００ｎｍの厚みに、及びＡｌＧａＮ層を２０ｎｍの厚みに形成した２層構造のバッファ層を形成する。このバッファ層のＭＯＣＶＤ条件として、ＡｌＮ層は上述のＳｉＣ単結晶基板を用いた場合と同様の条件で形成し、ＡｌＧａＮ層は上述のサファイア単結晶基板を用いた場合のＡｌＧａＮバリア層と同様の条件で行う。以降は上述のサファイア単結晶基板を用いた場合の条件と同様に、ＧａＮ層を１．０μｍの厚みに、ＧａＮチャネル層を１００ｎｍの厚みに及びＡｌＧａＮバリア層を２５ｎｍの厚みに順次ＭＯＣＶＤ法により形成する。このＭＯＣＶＤの条件によれば、窒化物半導体結晶成長基板１５のＩｎ１２の蒸発も抑制され、所望の窒化物半導体結晶層１６をＳｉ単結晶基板上に形成することができる。
【００６２】
次に、上述の窒化物半導体結晶層１６を有する窒化物半導体結晶成長基板１５を用いて、窒化物半導体素子を作製するためのウェーハプロセス工程を行う。この実施形態においては、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ作製用のウェーハプロセス工程を説明する。
【００６３】
すなわち、上述のＭＯＣＶＤ法により形成された窒化物半導体結晶層１６は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ構造の結晶成長層を有しており、表面のＡｌＧａＮバリア層とその下層のＧａＮチャネル層とのエネルギーバンドギャップの違いによって、ＧａＮチャネル層内のＡｌＧａＮバリア層側に２次元電子ガス（２ＤＥＧ：2 Dimensional Electron Gas）層が形成される。この２ＤＥＧ層内を走行する電子を利用してＨＥＭＴ動作が行われることは周知である。
【００６４】
ウェーハプロセス工程としては、先ず窒化物半導体結晶層１６の表面であるＡｌＧａＮバリア層上に、絶縁膜としての酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を、プラズマＣＶＤ（Ｐ−ＣＶＤ）法により３００℃の温度で１００ｎｍの厚みで形成する。次に、この絶縁膜を通して、窒化物半導体結晶層１６の表面から２ＤＥＧ層の下側までの深さまで、アルゴン（Ａｒ）イオン等の選択イオン注入を行い、素子分離領域を形成して素子動作領域を画定する。続いて、素子動作領域内の絶縁膜の一部をフォトリソグラフィ及びエッチング除去して開口した２箇所のオーミックコンタクトホールを介して、窒化物半導体結晶層１６の最上層であるＡｌＧａＮバリア層の表面に、Ｔｉ及びＡｌを順次真空蒸着法により蒸着してソース及びドレイン電極をリフトオフ法により形成する。その後、Ｎ２ガス雰囲気中で６００℃の温度でシンター処理を行って、オーミック接触を得る。続いて、ゲート電極は素子動作領域内のソース電極とドレイン電極間の絶縁膜の一部をフォトリソグラフィ及びエッチング除去して開口したゲートコンタクトホールを介して、窒化物半導体結晶層１６の最上層であるＡｌＧａＮバリア層の表面に、Ｎｉ及びＡｕを順次真空蒸着法により蒸着してゲート電極をリフトオフ法により形成する。その後、Ｎ２ガス雰囲気中で４００℃の温度でシンター処理を行うことにより、主なウェーハプロセス工程を終了する。
【００６５】
上述の様に、ウェーハプロセス工程ではＣＶＤ工程及びシンター処理工程等のＩｎ１２の融点以上に加熱される熱プロセスを含んでいる。このウェーハプロセス工程における熱プロセスでの加熱処理時間は、上述のＭＯＣＶＤ法による結晶成長工程と比較して短く、結晶成長基板１４と支持基板１０とにそれぞれ異なった方向からの力が加わることはない。従って、熱プロセス中で結晶成長基板１４と支持基板１０との間で、剥がれやズレは発生することはない。
【００６６】
次にウェーハプロセス工程後に、窒化物半導体結晶成長基板１５から支持基板１０を分離するが、このまま支持基板１０を分離することはできない。すなわち、薄層化した結晶成長基板１４には、既に結晶成長工程及びウェーハプロセス工程が施されているために、残留応力が溜まっているからである。この残留応力は、支持基板１０を分離すると結晶成長基板１４に大きな反りを発生させてしまう。従って、薄層化された結晶成長基板１４をウェーハ単独の状態にしないことがこの発明の実施形態の要点である。
【００６７】
そこで、上述のウェーハプロセス工程を終了した後、支持基板１０と結晶成長基板１４とを分離するにあたり、先ず結晶成長基板１４を補強するための結晶成長基板保持基板２０を用いる。すなわち、結晶成長基板１４を補強するために、結晶成長基板１４の表面である窒化物半導体結晶層１６上に、結晶成長基板保持基板２０を接着材１８によって接着する（図２（Ｄ））。
【００６８】
接着材１８は、Ｉｎの融点を超える温度に対して耐熱性を有することが必要であり、この実施形態では２００℃程度の耐熱性を有する透明なエポキシ系樹脂を使用する。これは支持基板１０を分離するときに結晶成長基板１４と結晶成長基板保持基板２０とを固定しておく必要があるためである。又、結晶成長基板保持基板２０は、接着材１８と同様の理由で２００℃程度の耐熱性を有する通常の透明なガラス基板を使用し、その厚みは、後に続くダイシング工程等を考慮すると、支持基板１０の厚みの根拠と同様な理由から、３００〜３５０μｍ程度とする。そして、接着材１８及び結晶成長基板保持基板２０共に透明である理由は、この後に続くダイシング工程において、結晶成長基板１４上の窒化物半導体結晶層１６表面に作製されたＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴ素子の電極パターン及びダイシングライン等を識別するためである。
【００６９】
その後、Ｉｎ１２の融点以上の温度の例えば１６０℃程度に加熱して支持基板１０を結晶成長基板１４の裏面から分離除去する（図２（Ｅ））。尚、分離除去した支持基板１０は再利用することができる。
【００７０】
最後に、結晶成長基板１４上に結晶成長基板保持基板２０が接着材１８を介して接着された状態のまま、ダイシング２２を行う（図２（Ｆ））。ダイシング２２は、結晶成長基板保持基板２０、接着材１８及び結晶成長基板１４をダイシングソーによって一括してフルカットする。
【００７１】
このダイシング工程によって、チップ化された状態においては、結晶成長基板１４の残留応力は解消される。その後、このチップを有機溶剤等によって接着剤１８を溶かして、チップ化された結晶成長基板１４を結晶成長基板保持基板２０から分離することにより、最終的な窒化物半導体素子を得ることができる。
【００７２】
尚、結晶成長基板１４の裏面に残存しているＩｎ１２は窒化物半導体素子のバックメタルとしてダイボンディング工程に利用することができる。
【００７３】
この発明による窒化物半導体素子の製造方法は、ヘテロ（異種）基板を用いて結晶成長を行う特徴を持つ窒化物半導体素子作製プロセスにおいて有効な製造方法である。従って、上述の実施形態において説明したＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＥＭＴはもちろんその他のＧａＮ−ＦＥＴ、ＬＥＤ及びＬＤ等の窒化物半導体素子の製造方法としても利用することができる。
【００７４】
上述のＩｎ以外にも接着に用いる低融点金属として、Ｇａ（ガリウム：融点２９．８℃、沸点２２０８℃）、Ｓｎ（スズ：融点２３１．９℃、沸点２６０３℃）あるいはＢｉ（ビスマス：融点２７１．４℃、沸点１５６１℃）等及びこれらの混合物が挙げられるが、上述した実施形態の結晶成長及びウェーハプロセス工程に対する耐性を有する限りは使用することができる。
【００７５】
又、窒化物半導体結晶層１６の形成方法としては、結晶成長方法として上述の条件を満足するならば、例えばＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法あるいはハイドライド気相成長（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ＨＶＰＥ）法を使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】この発明の実施形態に係る窒化物半導体結晶成長基板１５の要部の概略構造断面を示した図である。
【図２】この発明の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を説明するための主な製造工程段階で得られた要部の概略構造断面を示した図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０：支持基板
１２：低融点金属（Ｉｎ（インジウム））
１４：結晶成長基板
１５：窒化物半導体結晶成長基板
１６：窒化物半導体結晶層
１８：接着材
２０：結晶成長基板保持基板
２２：ダイシング
【図１】
2009117583.tif 000004
【図２】
2009117583.tif 000005