パターン形成方法
【課題】窒化物半導体基板を用いた半導体装置の製造においてフォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させる。
【解決手段】一の面から入射した光を吸収する吸収部３０１が少なくとも一部分に設けられたIII 族窒化物半導体基板３００における前記一の面の上に、III 族窒化物よりなる半導体層３１２を形成する。半導体層３１２の上にレジスト膜３１３を形成する。開口部を有するフォトマスク３６０を介してレジスト膜３１３に、III 族窒化物半導体基板３００に吸収されず且つ吸収部３０１に吸収される露光光を照射する。レジスト膜３１３を現像することによって、レジストパターンを形成し、当該レジストパターンをマスクとして半導体層３１２に対してエッチングを行なう。
【解決手段】一の面から入射した光を吸収する吸収部３０１が少なくとも一部分に設けられたIII 族窒化物半導体基板３００における前記一の面の上に、III 族窒化物よりなる半導体層３１２を形成する。半導体層３１２の上にレジスト膜３１３を形成する。開口部を有するフォトマスク３６０を介してレジスト膜３１３に、III 族窒化物半導体基板３００に吸収されず且つ吸収部３０１に吸収される露光光を照射する。レジスト膜３１３を現像することによって、レジストパターンを形成し、当該レジストパターンをマスクとして半導体層３１２に対してエッチングを行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、青色発光ダイオード又は青色半導体レーザ素子等の基板として用いられる窒化物半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いた半導体装置、例えば青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）又は青色半導体レーザ素子等はその大多数がサファイア基板上に形成されていた。
【０００３】
窒化物半導体を用いた半導体装置の製造工程、特に、半導体レーザ素子等の製造工程においては、１μｍ程度の位置合わせ誤差が生じても実用上問題にならないため、Ｓｉ（シリコン）に対するフォトリソグラフィ工程で使用される高価なＫｒＦステッパ（１台数十億円程度）を用いることなく、水銀ランプのｇ線（波長４３６ｎｍ）又はｉ線（波長３６５ｎｍ）を用いた安価な露光装置（１台１千万円程度）により、十分な位置合わせ精度を確保することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、半導体装置の基板として窒化物半導体基板が用いられるに従って、半導体装置を形成するときに、特に、水銀ランプのｇ線又はｉ線を用いた露光装置によりパターン形成を行なうときに、フォトリソグラフィ工程でのレジストパターンの精度（以下、パターン精度と称する）が劣化して半導体装置の歩留まりが著しく低下してしまうという問題が生じてきた。
【０００５】
前記に鑑み、本発明は、窒化物半導体基板を用いた半導体装置の製造においてフォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本件発明者らは、従来の窒化物半導体基板を用いた場合においてｇ線又はｉ線によりパターン形成を行なうときにときにパターン精度が劣化する原因について検討を行ない、その結果、以下のことが判明した。
【０００７】
図２３は従来の窒化物半導体基板、具体的にはＧａＮよりなる基板（以下、ＧａＮ基板と称する）上に形成されたレジスト膜に対して露光を行なっている様子を示している。
【０００８】
図２３に示すように、ＧａＮ基板１上のレジスト膜２に対して、開口部３ａを有するフォトマスク３を介して例えばｉ線が露光光４として照射されている。ところで、窒化物半導体が吸収できる光の波長は短く、例えばＧａＮが吸収できる光の波長は３６０ｎｍ以下であるので、ｇ線又はｉ線を露光光４として用いた場合、レジスト膜２を透過してＧａＮ基板１の表面に入射した露光光４つまり入射光４は、ＧａＮ基板１中を吸収されることなく伝播してしまう。その結果、入射光４は、ＧａＮ基板１の裏面から出射される出射光５と、ＧａＮ基板１の裏面で反射されて生じる反射光６とに分かれる。ＧａＮ基板１の裏面が鏡面である場合、ＧａＮ基板１の裏面での入射光４の反射率、つまりＧａＮ基板１と空気との界面での入射光４の反射率は約２０％にも達する。
【０００９】
ここで、レジスト膜２における領域２ａが入射光４によって本来露光されるべき領域であるが、反射光６によってレジスト膜２が裏側から露光されるため、レジスト膜２における本来露光されるべきではない領域２ｂまで露光されてしまう。その結果、従来の窒化物半導体基板を用いた場合、レジスト膜２の剥離又はレジストパターン寸法の縮小等の不良が生じてパターン形成が正常に行われなくなることが判明した。
【００１０】
また、ＧａＮ基板１の厚さが小さくなってＧａＮ基板１を入射光４が透過しやすくなり、それにより反射光６の強度が増大する場合、又は、フォトマスク３の開口部３ａの開口幅が入射光４つまり露光光の波長の数倍程度以下になって開口部３ａを通過した入射光４が開口部３ａの外側に回折し、それにより反射光６がさらにその外側に拡がる場合（図２３参照）等に、前述のパターン精度が劣化してしまう問題がより顕著に生じることが判明した。
【００１１】
尚、本明細書において、反射は正反射（入射角＝反射角）を意味すると共に反射率は正反射率を意味するものとし、正反射以外の反射は乱反射と称する。また、基板表面とは、窒化物半導体基板を用いて半導体装置を製造するときに窒化物半導体層の成長が行なわれる側の面を意味するものとする。
【００１２】
本発明は、以上の知見に基づきなされたものであって、具体的には、本発明に係る第１の半導体基板は、III 族窒化物を主成分とする半導体層よりなり、半導体層の一の面から半導体層に入射した入射光を散乱させる散乱部が半導体層の他の面又は内部に設けられている。
【００１３】
第１の半導体基板によると、該基板を構成し且つIII 族窒化物を主成分とする半導体層の一の面から入射した入射光を散乱させる散乱部が半導体層の他の面又は内部に設けられているため、入射光が他の面で反射して生じる反射光の強度を低減できる。このため、第１の半導体基板つまり窒化物半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、一の面（以下、基板表面と称することもある）から入射した露光光が他の面（以下、基板裏面と称することもある）で反射してレジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。例えば第１の半導体基板がＧａＮ基板である場合、特に、水銀ランプのｇ線又はｉ線の基板裏面での反射を確実に防止でき、その結果、ｇ線又はｉ線を露光光として用いたフォトリソグラフィ工程でのパターン精度が著しく向上するので、窒化物半導体装置の製造歩留まりが著しく向上する。
【００１４】
第１の半導体基板において、散乱部は、半導体層の他の面に入射光の波長の１／１０程度以上の段差を有する凹凸が設けられてなることが好ましい。
【００１５】
このようにすると、他の面において入射光を効率よく乱反射つまり散乱させることができるので、他の面における入射光の反射率を低減でき、それにより反射光の強度を確実に低減できる。
【００１６】
このとき、半導体層の他の面における入射光の反射率は１３％以下であることが好ましく、また、入射光の波長は３６５ｎｍ（ｉ線）又は４３６ｎｍ（ｇ線）であることが好ましい。
【００１７】
第１の半導体基板において、散乱部は、半導体層の内部に設けられていると共に、入射光に対してIII 族窒化物と異なる屈折率を有する材料からなる粒又は層を含むことが好ましい。
【００１８】
このようにすると、半導体層の内部において入射光を効率よく散乱させることができるので、反射光の強度を確実に低減できる。
【００１９】
このとき、前述の材料からなる粒の直径、前述の材料からなる層における一の面に対して平行な方向に沿った幅、又は前述の材料からなる層の厚さは、入射光の波長の１／１０程度以上であることが好ましい。また、前述の材料からなる粒又は層は一の面に対して平行な方向に沿って設けられており、散乱部は、一の面に対して平行な方向に沿って設けられており且つIII 族窒化物を主成分とする他の半導体層と、前述の粒又は層とが交互に積層されてなることが好ましい。また、散乱部の厚さは入射光の波長の１／１０程度以上であることが好ましい。また、前述の材料はＳｉ、ＳｉＯ２ 、ＳｉＮ又はＡｌ２Ｏ３であることが好ましい。さらに、散乱部の入射光に対する透過率は８０％以下であることが好ましく、また、入射光の波長は３６５ｎｍ又は４３６ｎｍであることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る第２の半導体基板は、III 族窒化物を主成分とする半導体層よりなり、半導体層の一の面から半導体層に入射した入射光を透過させる透過部が半導体層の他の面に設けられている。
【００２１】
第２の半導体基板によると、該基板を構成し且つIII 族窒化物を主成分とする半導体層の一の面から入射した入射光を透過させる透過部が半導体層の他の面に設けられているため、他の面における入射光の反射率を低減できるので、入射光が他の面で反射して生じる反射光の強度を低減できる。このため、第２の半導体基板つまり窒化物半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、一の面（基板表面）から入射した露光光が他の面（基板裏面）で反射してレジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。例えば第２の半導体基板がＧａＮ基板である場合、特に、水銀ランプのｇ線又はｉ線の基板裏面での反射を確実に防止でき、その結果、ｇ線又はｉ線を露光光として用いたフォトリソグラフィ工程でのパターン精度が著しく向上するので、窒化物半導体装置の製造歩留まりが著しく向上する。
【００２２】
第２の半導体基板において、透過部は、半導体層の他の面に、入射光に対してIII 族窒化物と異なる屈折率を有する材料からなる層が形成されてなることが好ましい。
【００２３】
このようにすると、他の面における入射光の反射率を確実に低減できる。
【００２４】
このとき、前述の材料からなる層は複数の層であり、該複数の層のうちの少なくとも２つの層は入射光に対して互いに異なる屈折率を有することが好ましい。また、前述の材料の入射光に対する屈折率は、III 族窒化物の入射光に対する屈折率の９／１０程度以下であることが好ましい。また、前述の材料はＳｉＯ２ 、ＳｉＮ若しくはＡｌ２Ｏ３であるか、半導体層を構成するIII 族元素と酸素との化合物であるか、Ａｌｘ Ｇａ１−ｘ Ｎ（但し０＜ｘ≦１）であることが好ましい。前述の材料が半導体層を構成するIII 族元素と酸素との化合物である場合、基板裏面に新たに透過部となる膜を形成する場合と比べて工程を簡単化できると共に、基板への不純物混入等の問題を防止して基板の製造歩留まりを向上できる。
【００２５】
第２の半導体基板において、透過部の入射光に対する透過率は８０％以上であることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、他の面における入射光の反射率を確実に低減できる。また、このとき、入射光の波長は３６５ｎｍ又は４３６ｎｍであることが好ましい。
【００２７】
第２の半導体基板において、半導体層の他の面と透過部との間、又は半導体層の内部に設けられており且つ入射光を散乱させる散乱部をさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
このようにすると、入射光を散乱部によって散乱させた後、散乱された入射光を透過部によって透過させるため、反射光の強度をより一層低減できる。
【００２９】
本発明に係る第３の半導体基板は、III 族窒化物を主成分とする半導体層よりなり、半導体層の一の面から半導体層に入射した入射光を吸収する吸収部が半導体層の少なくとも一部分に設けられている。
【００３０】
第３の半導体基板によると、該基板を構成し且つIII 族窒化物を主成分とする半導体層の一の面から入射した入射光を吸収する吸収部が半導体層の少なくとも一部分に設けられているため、入射光が他の面で反射して生じる反射光の強度を低減できる。このため、第３の半導体基板つまり窒化物半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、一の面（基板表面）から入射した露光光が他の面（基板裏面）で反射してレジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。例えば第３の半導体基板がＧａＮ基板である場合、特に、水銀ランプのｇ線又はｉ線の基板裏面での反射を確実に防止でき、その結果、ｇ線又はｉ線を露光光として用いたフォトリソグラフィ工程でのパターン精度が著しく向上するので、窒化物半導体装置の製造歩留まりが著しく向上する。
【００３１】
第３の半導体基板において、吸収部の入射光に対する透過率は８０％以下であることが好ましい。
【００３２】
このようにすると、基板裏面が鏡面である場合にも、基板裏面における入射光の反射率を実質的に１３％程度以下にすることができるので、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を確実に向上させることできる。また、このとき、入射光の波長は３６５ｎｍ又は４３６ｎｍであることが好ましい。
【００３３】
第３の半導体基板において、吸収部は、入射光に対してIII 族窒化物よりも大きな吸収係数を有する材料からなることが好ましい。
【００３４】
このようにすると、吸収部によって確実に入射光が吸収されるので、反射光の強度を確実に低減できる。また、このとき、前述の材料は、入射光に対して互いに異なる吸収係数を有する複数の材料であるか、又は、Ｓｉ及びＷのうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００３５】
第３の半導体基板において、吸収部は、入射光を吸収する準位を生じるように不純物が半導体層に添加されてなることが好ましい。
【００３６】
このようにすると、吸収部によって確実に入射光が吸収されるので、反射光の強度を確実に低減できると共に、第３の半導体基板つまり窒化物半導体基板の結晶性の低下を防止できる。また、このとき、不純物はＣ、Ｏ、Ｓｉ、Ｓ、Ｃｌ、Ｐ及びＡｓのうちの少なくと１つを含むことが好ましい。また、吸収部の入射光に対する吸収係数をαとし、吸収部の厚さをｚ０としたときに、ｚ０≧０．２２３／αの関係が成り立つことが好ましい。
【００３７】
第３の半導体基板において、吸収部は半導体層に点欠陥が形成されてなることが好ましい。
【００３８】
このようにすると、吸収部によって確実に入射光が吸収されるので、反射光の強度を確実に低減できると共に、第３の半導体基板つまり窒化物半導体基板の結晶性の低下を防止できる。また、このとき、点欠陥は半導体層にプロトンを導入することにより形成されていることが好ましい。
【００３９】
第３の半導体基板において、吸収部は、半導体層の一の面に対して平行な方向に沿って不均一に分布していることが好ましい。
【００４０】
このようにすると、吸収部によって入射光が吸収されるだけではなく、吸収部によって入射光が散乱されるので、反射光の強度をより一層低減できる。また、半導体基板を用いて例えばリッジ型レーザ装置を作製する場合、半導体基板におけるリッジ構造の下側に吸収部を設けないことによって、基板上の活性層の特性を劣化させることなく、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度向上効果を得ることができる。
【００４１】
本発明に係る第１の半導体基板の製造方法は、III 族窒化物を主成分とする第１の半導体層の上に、III 族窒化物と異なる光屈折率を有する材料よりなる光散乱部を部分的に形成する工程と、光散乱部を含む第１の半導体層の上に、III 族窒化物を主成分とする第２の半導体層を結晶成長させ、それによって第１の半導体層、光散乱部及び第２の半導体層から構成される半導体基板を形成する工程とを備えている。
【００４２】
第１の半導体基板の製造方法によると、半導体基板を構成する第１の半導体層と第２の半導体層との間に光散乱部を形成するため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光、つまり反射光の強度を低減できる。従って、この半導体基板を用いた窒化物半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できるため、パターン精度を向上させることができるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００４３】
また、第１の半導体基板の製造方法によると、第１の半導体層と異なる屈折率を有する材料、つまり第１の半導体層と異なる材料よりなる光散乱部を部分的に形成した後、該光散乱部を含む第１の半導体層の上に第２の半導体層を結晶成長させるため、第１の半導体層に生じていた欠陥等が第２の半導体層に引き継がれることを光散乱部によって抑制できる。従って、第２の半導体層の結晶性を良好にできるので、光散乱部を有する半導体基板の結晶性を良好にできる。
【００４４】
第１の半導体基板の製造方法において、光散乱部を部分的に形成する工程は、半導体層の上に全面に亘って光散乱部となる膜を形成する工程と、膜の上にマスクパターンを部分的に形成して、該マスクパターンを用いて膜に対してエッチングを行なうことにより、膜におけるマスクパターンによって覆われていない部分を除去して光散乱部を形成する工程と、マスクパターンを除去する工程とを含むことが好ましい。
【００４５】
このようにすると、第１の半導体層の上に部分的に形成された光散乱部を確実に実現できる。
【００４６】
本発明に係る第２の半導体基板の製造方法は、III 族窒化物を主成分とする半導体層の裏面に、所定値よりも大きい段差を有する凹凸を形成する工程と、凹凸が形成された半導体層の裏面に、III 族窒化物と異なる光屈折率を有する材料よりなる埋め込み膜を形成することにより、半導体層及び埋め込み膜から構成される半導体基板を形成する工程とを備えている。
【００４７】
第２の半導体基板の製造方法によると、半導体基板を構成する半導体層の裏面、つまり該半導体層と埋め込み膜との界面に光散乱部となる凹凸を形成するため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光、つまり反射光の強度を低減できる。従って、この半導体基板を用いた窒化物半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できるため、パターン精度を向上させることができるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００４８】
また、第２の半導体基板の製造方法によると、凹凸が設けられて粗面化された半導体層の裏面を埋め込み膜によって平坦化することができるので、基板裏面が平坦化され、それにより半導体装置の製造工程を簡単化できる。
【００４９】
また、第２の半導体基板の製造方法によると、埋め込み膜として、例えばIII 族窒化物を主成分とする他の半導体層を結晶成長させる場合には、凹凸のうち凸部上に形成される他の半導体層の結晶性を良好にできるので、光散乱部を有する半導体基板の結晶性を良好にできる。
【００５０】
本発明に係る第３の半導体基板の製造方法は、III 族窒化物を主成分とする第１の半導体層の上に、III 族窒化物よりも大きな光吸収係数を有する材料よりなる光吸収部を部分的に形成する工程と、光吸収部を含む第１の半導体層の上に、III 族窒化物を主成分とする第２の半導体層を結晶成長させ、それによって第１の半導体層、光吸収部及び第２の半導体層から構成される半導体基板を形成する工程とを備えている。
【００５１】
第３の半導体基板の製造方法によると、半導体基板を構成する第１の半導体層と第２の半導体層との間に光吸収部を形成するため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光、つまり反射光の強度を低減できる。従って、この半導体基板を用いた窒化物半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できるため、パターン精度を向上させることができるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００５２】
また、第３の半導体基板の製造方法によると、第１の半導体層と異なる吸収係数を有する材料、つまり第１の半導体層と異なる材料よりなる光吸収部を部分的に形成した後、該光吸収部を含む第１の半導体層の上に第２の半導体層を結晶成長させるため、第１の半導体層に生じていた欠陥等が第２の半導体層に引き継がれることを光吸収部によって抑制できる。従って、第２の半導体層の結晶性を良好にできるので、光吸収部を有する半導体基板の結晶性を良好にできる。
【００５３】
本発明に係る第４の半導体基板の製造方法は、III 族窒化物を主成分とする半導体層に不純物を注入して光を吸収する準位を発生させることによって光吸収部を形成し、それにより半導体層及び光吸収部から構成される半導体基板を形成する工程を備えている。
【００５４】
第４の半導体基板の製造方法によると、半導体基板を構成する半導体層に光吸収部を形成するため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光、つまり反射光の強度を低減できる。従って、この半導体基板を用いた窒化物半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できるため、パターン精度を向上させることができるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００５５】
また、第４の半導体基板の製造方法によると、基板となる半導体層に不純物を注入して光吸収部を形成するため、光吸収部を有する半導体基板の結晶性の低下を防止できる。
【００５６】
第４の半導体基板の製造方法において、光吸収部を形成する工程は、半導体層の上にマスクパターンを部分的に形成して、該マスクパターンを用いて半導体層に対して不純物を注入することにより、半導体層に光吸収部を部分的に形成する工程と、マスクパターンを除去する工程とを含むことが好ましい。
【００５７】
このようにすると、半導体層の上に部分的に形成された光吸収部を確実に実現できる。また、半導体基板を用いて例えばリッジ型レーザ装置を作製する場合、半導体基板におけるリッジ構造の下側に吸収部を設けないことによって、半導体基板上の活性層の特性を劣化させることなく、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度向上効果を得ることができる。
【００５８】
本発明に係る第１の半導体装置は、一の面から入射した光を散乱させる散乱部が他の面又は内部に設けられており且つIII 族窒化物を主成分とする半導体基板と、III 族窒化物よりなる半導体層に対してフォトリソグラフィ及びエッチングを用いることによって半導体基板における一の面の上に形成された構造とを備えている。
【００５９】
第１の半導体装置によると、本発明に係る第１の半導体基板を用いた半導体装置であるため、フォトリソグラフィ工程でレジスト膜に不要な感光が生じることがない。このため、基板上に形成される構造の寸法精度を向上させることができるので、半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００６０】
本発明に係る第２の半導体装置は、一の面から入射した光を透過させる透過部が他の面に設けられており且つIII 族窒化物を主成分とする半導体基板と、III 族窒化物よりなる半導体層に対してフォトリソグラフィ及びエッチングを用いることによって半導体基板における一の面の上に形成された構造とを備えている。
【００６１】
第２の半導体装置によると、本発明に係る第２の半導体基板を用いた半導体装置であるため、フォトリソグラフィ工程でレジスト膜に不要な感光が生じることがない。このため、基板上に形成される構造の寸法精度を向上させることができるので、半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００６２】
本発明に係る第３の半導体装置は、一の面から入射した光を吸収する吸収部が少なくとも一部分に設けられており且つIII 族窒化物を主成分とする半導体基板と、III 族窒化物よりなる半導体層に対してフォトリソグラフィ及びエッチングを用いることによって半導体基板における一の面の上に形成された構造とを備えている。
【００６３】
第３の半導体装置によると、本発明に係る第３の半導体基板を用いた半導体装置であるため、フォトリソグラフィ工程でレジスト膜に不要な感光が生じることがない。このため、基板上に形成される構造の寸法精度を向上させることができるので、半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００６４】
第１〜第３の半導体装置のいずれかにおいて、前述の構造はリッジ構造又は溝構造を有していてもよい。
【００６５】
また、第３の半導体装置において、前述の構造はリッジ構造を有しており、半導体基板におけるリッジ構造の下側には吸収部が設けられていないことが好ましい。このようにすると、基板上の活性層の特性を劣化させることなく、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度向上効果を得ることができる。
【００６６】
本発明に係る第１のパターン形成方法は、一の面から入射した光を散乱させる散乱部が他の面又は内部に設けられており且つIII 族窒化物を主成分とする半導体基板における一の面の上に、III 族窒化物よりなる半導体層を形成する工程と、半導体層の上にポジ型又はネガ型のレジスト膜を形成する工程と、開口部を有するフォトマスクを介してレジスト膜に露光光を照射する工程と、レジスト膜を現像することによって、レジスト膜がポジ型の場合にはレジスト膜における露光光が照射された部分を除去すると共にレジスト膜がネガ型の場合にはレジスト膜における露光光が照射されなかった部分を除去し、それによりレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして半導体層に対してエッチングを行なう工程とを備えている。
【００６７】
第１のパターン形成方法によると、本発明に係る第１の半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法であるため、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できる。このため、レジストパターンの精度を向上させることができるので、半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００６８】
本発明に係る第２のパターン形成方法は、一の面から入射した光を透過させる透過部が他の面に設けられており且つIII 族窒化物を主成分とする半導体基板における一の面の上に、III 族窒化物よりなる半導体層を形成する工程と、半導体層の上にポジ型又はネガ型のレジスト膜を形成する工程と、開口部を有するフォトマスクを介してレジスト膜に露光光を照射する工程と、レジスト膜を現像することによって、レジスト膜がポジ型の場合にはレジスト膜における露光光が照射された部分を除去すると共にレジスト膜がネガ型の場合にはレジスト膜における露光光が照射されなかった部分を除去し、それによりレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして半導体層に対してエッチングを行なう工程とを備えている。
【００６９】
第２のパターン形成方法によると、本発明に係る第２の半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法であるため、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できる。このため、レジストパターンの精度を向上させることができるので、半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００７０】
本発明に係る第３のパターン形成方法は、一の面から入射した光を吸収する吸収部が少なくとも一部分に設けられており且つIII 族窒化物を主成分とする半導体基板における一の面の上に、III 族窒化物よりなる半導体層を形成する工程と、半導体層の上にポジ型又はネガ型のレジスト膜を形成する工程と、開口部を有するフォトマスクを介してレジスト膜に露光光を照射する工程と、レジスト膜を現像することによって、レジスト膜がポジ型の場合にはレジスト膜における露光光が照射された部分を除去すると共にレジスト膜がネガ型の場合にはレジスト膜における露光光が照射されなかった部分を除去し、それによりレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして半導体層に対してエッチングを行なう工程とを備えている。
【００７１】
第３のパターン形成方法によると、本発明に係る第３の半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法であるため、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できる。このため、レジストパターンの精度を向上させることができるので、半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【発明の効果】
【００７２】
本発明によると、III 族窒化物を主成分とする半導体基板に光散乱部、光透過部又は光吸収部を設けることにより、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光の強度を低減できるので、窒化物半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、レジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法において用いられるＭＯＶＰＥ装置の一例を示す図である。
【図４】図４は本発明の第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法において用いられるＨＶＰＥ装置の一例を示す図である。
【図５】図５は本発明の第１の実施形態に係る半導体基板の上に形成されたレジスト膜に対して露光を行なっている様子を示す図である。
【図６】図６はライン部及びスペース部の幅が２μｍのラインアンドスペース状のレジストパターンをＧａＮ基板上に形成した場合における、基板裏面での露光光の反射率と、ライン部となるレジストパターンの外観良品率との関係を示す図である。
【図７】図７は本発明の第２の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態の変形例に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図９】図９は本発明の第３の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１１】図１１は本発明の第４の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【図１２】図１２は本発明の第５の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｅ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜（ｃ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１５】図１５は本発明の第６の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【図１６】図１６（ａ）〜（ｆ）は本発明の第６の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１７】図１７は本発明の第７の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【図１８】図１８は（ａ）〜（ｅ）は本発明の第７の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１９】図１９は本発明の第７の実施形態に係る半導体基板の製造方法におけるＧａＮ基板へのＡｓ注入方法の一例を示す図である。
【図２０】図２０（ａ）〜（ｄ）は本発明の第７の実施形態に係る半導体基板を用いた半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２１】図２１（ａ）〜（ｄ）は本発明の第７の実施形態に係る半導体基板を用いた半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２２】図２２は本発明の第７の実施形態に係る半導体基板を用いた半導体装置の断面図である。
【図２３】図２３は従来の窒化物半導体基板の上に形成されたレジスト膜に対して露光を行なっている様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る半導体基板及びその製造方法、並びにその半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【００７５】
図１は第１の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【００７６】
図１に示すように、第１の実施形態に係る半導体基板は、III 族窒化物半導体層、具体的にはＧａＮ層１００よりなる。また、ＧａＮ層１００（以下、ＧａＮ基板１００と称することもある）の表面は（０００１）Ｇａ面であり、ＧａＮ基板１００の裏面は（０００１）Ｎ面であり、ＧａＮ基板１００の厚さは例えば２００μｍである。
【００７７】
第１の実施形態の特徴は、ＧａＮ基板１００の裏面が凹凸１００ａを有する粗面となっていることである。ここで、ＧａＮ基板１００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程で用いられる露光光の波長をλとすると、凹凸１００ａはλ／１０程度以上の段差を有することが好ましい。
【００７８】
図２（ａ）〜（ｅ）は、図１に示す第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００７９】
まず、図２（ａ）に示すように、厚さ３００μｍのサファイア基板１０１と厚さ８０μｍのシリコン基板１０２とからなるシリコン・オン・サファイア基板（以下、ＳＯＳ基板と称する）を用意する。
【００８０】
次に、トリメチルアルミニウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ（metal organic vapor phase epitaxy ）法によって、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＳ基板のうちのシリコン基板１０２の上に、１０００℃の温度下でＡｌＮ層１０３を２００ｎｍの厚さ成長させる。
【００８１】
図３は第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法において用いられるＭＯＶＰＥ装置の一例を示している。図３に示すように、ＭＯＶＰＥ装置は、石英又はステンレス等よりなる反応管１５０と、反応管１５０内において被処理基板１５１が載置されるサセプタ１５２と、反応管１５０内においてサセプタ１５２を介して被処理基板１５１を加熱する加熱手段１５３とを備えている。反応管１５０は、原料ガス及びキャリアガスが導入されるガス導入口１５０ａと、使用済みのガスが排気されるガス排出口１５０ｂとを有している。サセプタ１５２は例えばグラファイト等よりなる。加熱手段１５３としては、抵抗線ヒーター（抵抗加熱ヒーター）又はランプヒーター等が用いられる。
【００８２】
ところで、ＭＯＶＰＥ法によるIII 族窒化物半導体層の成長においては、III 族元素面の成長速度が速いため、III 族元素面の成長が支配的となる。従って、図２（ｂ）に示すＡｌＮ層１０３の成膜工程においては、Ａｌ面の成長が支配的となる結果、ＡｌＮ層１０３の表面はＡｌ面となる一方、ＡｌＮ層１０３の裏面、つまりＡｌＮ層１０３のシリコン基板１０２側の面はＮ面となる。
【００８３】
次に、ＨＣｌガスとＧａとを８００℃の温度下で反応させることにより得られる塩化ガリウム、及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ（hydride vapor phase epitaxy ）法を用いて、図２（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層１０３の上に、１０００℃の温度下でＧａＮ層１００を２５０μｍの厚さ成長させる。このとき、ＡｌＮ層１０３の表面がＡｌ面であるので、ＧａＮ層１００のＡｌＮ層１０３側の面つまりＧａＮ層１００の裏面はＮ面となる一方、ＧａＮ層１００の表面はＧａ面となる。また、サファイア基板１０１とシリコン基板１０２とからなるＳＯＳ基板上にＧａＮ層１００を形成するため、サファイア基板１０１がＧａＮ層１００に与える圧縮応力と、シリコン基板１０２がＧａＮ層１００に与える引っ張り応力とがつり合うので、クラックを発生させずに厚膜のＧａＮ層１００を成長させることができる。
【００８４】
図４は第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法において用いられるＨＶＰＥ装置の一例を示している。図４に示すように、ＨＶＰＥ装置は、石英等よりなる反応管１６０と、反応管１６０内において被処理基板１６１が載置されるサセプタ１６２と、反応管１６０内においてＨＣｌガスと反応させる溶融状態のＧａ１６３が入れられる皿１６４と、反応管１６０の外側から反応管１６０内を加熱する加熱手段１６５とを備えている。反応管１６０は、アンモニアガス及びキャリアガスが導入される第１のガス導入口１６０ａと、ＨＣｌガス及びキャリアガスが導入される第２のガス導入口１６０ｂと、使用済みのガスが排気されるガス排出口１６０ｃとを有している。サセプタ１６２は例えばグラファイト又は石英等よりなると共に、皿１６４は例えば石英等よりなる。加熱手段１６５としては、管状抵抗線ヒーター等が用いられる。
【００８５】
次に、フッ酸と硝酸との混合液を用いた処理により、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１０２のみを除去することによって、サファイア基板１０１と、窒化物半導体基板となるＧａＮ層１００つまりＧａＮ基板１００とを分離する。ここで、ＧａＮ基板１００の両面は凹凸のない鏡面であると共に、ＧａＮ基板１００の裏面にはＡｌＮ層１０３が形成されている。
【００８６】
次に、図２（ｅ）に示すように、ＧａＮ基板１００の裏面側を削ることによって、ＡｌＮ層１０３を除去すると共に、ＧａＮ基板１００の裏面に凹凸１００ａを形成して該裏面を粗面化する。ここで、ＧａＮ基板１００の裏面を粗面化する方法は特に限定されるものではないが、例えば粒径１０〜５０μｍの研磨剤を用いてＧａＮ基板１００の裏面を研磨することによってＧａＮ基板１００の裏面を粗面化することができる。具体的には、第１の実施形態においては、ＧａＮ基板１００の厚さが最終的に２００μｍ程度になるまでＧａＮ基板１００の裏面を研磨することによって、図１に示す第１の実施形態に係る半導体基板を得た。
【００８７】
図５は、図１に示す第１の実施形態に係る半導体基板つまりＧａＮ基板１００の上に形成されたレジスト膜に対して露光を行なっている様子を示している。
【００８８】
図５に示すように、ＧａＮ基板１００上のレジスト膜１７１に対して、開口部１７２ａを有するフォトマスク１７２を介して例えばｇ線が露光光１７３として照射されている。このとき、レジスト膜１７１を透過してＧａＮ基板１００の表面（以下、基板表面と称することもある）に入射した露光光１７３つまり入射光１７３は、ＧａＮ基板１００の裏面（以下、基板裏面と称することもある）から出射される出射光１７４と、基板裏面の凹凸１００ａによって乱反射されて生じる反射光１７５とに分かれる。尚、レジスト膜１７１における領域１７１ａは入射光１７３によって本来露光されるべき領域である。また、露光装置としては、例えば水銀ランプのｇ線を光源とするコンタクトアライナーを用いる。
【００８９】
本件発明者らは、第１の実施形態に係る半導体基板を含む、様々な裏面形状を有するＧａＮ基板の上にレジスト膜を形成した後、レジスト膜に対して露光を行ない、その後、レジスト膜を現像することによりレジストパターンを形成し、その外観を調べた。以下、その結果について図６を参照しながら説明する。
【００９０】
図６は、ライン部及びスペース部の幅が２μｍのラインアンドスペース状のレジストパターンをＧａＮ基板上に形成した場合における、基板裏面での露光光（ｇ線）の反射率と、ライン部となるレジストパターンの外観良品率との関係を示している。
【００９１】
ここで、外観良品とは、レジストパターンの幅が２±０．２μｍの範囲内にあるものを意味する。また、基板裏面での露光光の反射率（以下、裏面反射率と称する）は、該裏面を粗面化させるための研磨において研磨剤の粒径又は研磨時間を変化させることによって変化させている。尚、裏面反射率は、基板表面に入射角９０°（略９０°を含む）で入射された入射光の強度に対する、基板裏面で反射された後に基板表面から出射角９０°（略９０°を含む）で出射された反射光の強度の比（測定値）を用いて示している。例えば、ＧａＮ基板の裏面が、原子間力顕微鏡によって原子層オーダーのステップが見られるような非常に平坦な面である場合、裏面反射率は２１％程度である。このような非常に平坦な面は、粒径１μｍ未満の非常に細かな研磨剤を用いてＧａＮ基板の裏面を研磨をした後に該裏面をアンモニア雰囲気中で約１０００℃に加熱することによって得られる。
【００９２】
図６に示すように、裏面反射率が１６％以上のときは、強度の大きい反射光によってレジスト膜が裏側から露光されるため、レジスト膜が剥離したり又はレジストパターン寸法が縮小したりする結果、外観良品率が低下する。それに対して、裏面反射率を低下させるに従って外観良品率が向上し、裏面反射率が１３％以下になると外観良品率がほぼ１００％になる。すなわち、裏面反射率が１３％以下になると、ほぼ１００％の歩留まりで所望のレジストパターンを形成することができる。
【００９３】
以下、図６に示す結果が得られる理由について説明する。ＧａＮ基板の裏面が鏡面のときは、前述（「課題を解決するための手段」又は図２３参照）のように裏面反射率が２０％程度以上と高くなるため、露光時に生じる基板裏面からの反射光がレジスト膜をその裏側から感光させるので、レジスト膜の剥離又はレジストパターン寸法の縮小等の不良が生じる。特に、フォトマスクの開口部の幅が露光光の波長の数倍程度以下である場合、フォトマスクにおける露光光の回折によって反射光が開口部の外側に若干拡がるので、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域が露光されやすくなる。それに対して、本実施形態のように基板となるＧａＮ層の裏面が粗面化されていると、露光の際に基板裏面で乱反射が生じるため、言い換えると、基板裏面で正反射が生じにくいため、裏面反射率が低減し、その結果、レジスト膜の裏側からの有害な露光がほとんど生じないので、外観不良のないレジストパターンの形成を行なうことができる。
【００９４】
すなわち、第１の実施形態によると、ＧａＮ基板１００の裏面に凹凸１００ａが形成されており、それによって該裏面が粗面化されているため、ＧａＮ基板１００の裏面で入射光１７３の正反射が生じにくいので、裏面反射率を確実に低減できる。このため、反射光１７５の強度が低下して、反射光１７５によってレジスト膜１７１における本来露光されるべきではない領域（領域１７１ａ以外の他の領域）まで露光されてしまう事態を回避できるので、レジスト膜１７１からなるレジストパターンの精度を向上させることできる。従って、ＧａＮ基板１００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００９５】
尚、第１の実施形態において、ＧａＮ基板１００の裏面に凹凸１００ａを形成して該裏面を粗面化することにより裏面反射率を低下させたが、裏面反射率を低下させる方法は特に限定されるものではなく、例えば基板裏面に不均一に誘電体を吹き付けたり、基板裏面に球状若しくは不定形状の物質を設けたり、又は基板裏面に低反射率膜を形成したりしてもよい。但し、これらの方法により裏面反射率を低下させた場合、以降の半導体プロセスにおいて素子等への不純物混入の発生原因となりやすいため、できればＧａＮ基板１００の裏面の粗面化によって裏面反射率を低下させることが好ましい。
【００９６】
また、第１の実施形態において、ＧａＮ基板１００の裏面を粗面化するために研磨を用いたが、これに代えて、サンドブラスト又はエッチング等の任意の方法を用いてＧａＮ基板１００の裏面を粗面化してもよい。
【００９７】
また、第１の実施形態においては、基板表面に入射角９０°（略９０°を含む）で入射した露光光が基板裏面で反射した後に基板表面から出射角９０°（略９０°を含む）で出射され、それによりレジスト膜が感光されてしまうことを問題としているので、基板表面に入射角９０°で入射した露光光の基板裏面での反射率が低減されてさえいれば、基板裏面の粗面形状は特に限定されるものではない。但し、基板裏面の粗面形状が、基板表面に入射角９０°で入射した露光光を、基板表面つまり基板主面に対してある特定の角度方向に反射させるような場合、レジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域が感光される可能性があるので、できれば基板裏面が、乱反射を生じさせる粗面形状を有していることが好ましい。具体的には、基板裏面に、露光光の波長の１／１０程度以上の段差を有する凹凸を設けることにより、基板表面に入射角９０°で入射した露光光をあらゆる方向に散乱又は乱反射させることができる。また、このとき、裏面反射率が１３％程度以下になるように基板裏面に凹凸を設けることが好ましい。
【００９８】
また、第１の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いる露光光の種類は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板１００中を吸収されることなく伝播する波長の光、例えばｇ線又はｉ線等を露光光として用いた場合、従来と比べてパターン精度を飛躍的に向上させることができる。
【００９９】
また、第１の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いるレジスト膜の種類はポジ型であってもよいし又はネガ型であってもよい。
【０１００】
また、第１の実施形態において、窒化物半導体基板の材料としてＧａＮを用いたが、これに限られらず、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いてもよい。このとき、これらのIII 族窒化物半導体が基板の主成分となっていれば、基板が他の材料を含んでいてもよい。
【０１０１】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る半導体基板及びその製造方法、並びにその半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０１０２】
図７は第２の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【０１０３】
図７に示すように、第２の実施形態に係る半導体基板は、III 族窒化物半導体層、具体的にはＧａＮ層１００（以下、ＧａＮ基板１００と称することもある）よりなる。また、ＧａＮ基板１００の表面は（０００１）Ｇａ面であり、ＧａＮ基板１００の裏面は（０００１）Ｎ面であり、ＧａＮ基板１００の厚さは例えば３００μｍである。
【０１０４】
第２の実施形態に係る半導体基板の特徴は、ＧａＮ基板１００の裏面に、ｇ線又はｉ線等の露光光に対して反射防止膜として機能する厚さ２００ｎｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層１０４が設けられていることである。ここで、酸化アルミニウム層１０４は、サファイア等と違って多結晶構造又はアモルファス構造を有している一方、酸化アルミニウム層１０４の屈折率は１．６８であってサファイアと同程度である。また、反射防止膜として機能するとは、ＧａＮ基板１００の表面から入射した光のＧａＮ基板１００の裏面での反射を防止しつつ、該光を反射防止膜中を透過させて反射防止膜の裏面から出射させることを意味する。従って、反射防止膜の光透過率は８０％以上であることが好ましい。
【０１０５】
図７に示す第２の実施形態に係る半導体基板の製造方法は以下の通りである。尚、第２の実施形態に係る半導体基板の製造方法は、図２（ａ）〜（ｅ）に示す第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法のうち図２（ｄ）に示す工程まではほぼ同様である。
【０１０６】
すなわち、まず、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１０１とシリコン基板１０２とからなるＳＯＳ基板を用意した後、トリメチルアルミニウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＳ基板のうちのシリコン基板１０２の上にＡｌＮ層１０３を２００ｎｍの厚さ成長させる。その後、塩化ガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ法を用いて、図２（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層１０３の上にＧａＮ層１００を３００μｍの厚さ成長させる。その後、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１０２のみを除去することによって、サファイア基板１０１と、窒化物半導体基板となるＧａＮ層１００つまりＧａＮ基板１００とを分離する。ここで、ＧａＮ基板１００の両面は凹凸のない鏡面であると共に、ＧａＮ基板１００の裏面にはＡｌＮ層１０３が形成されている。
【０１０７】
次に、常圧下で水蒸気及び窒素の分圧をそれぞれ１０％及び９０％にした雰囲気中において、ＡｌＮ層１０３を含むＧａＮ基板１００に対して６００℃、１０分間の加熱処理を行なう。これにより、ＡｌＮ層１０３が選択的に酸化されて厚さ２００ｎｍの酸化アルミニウム層１０４が形成され、それによって図７に示す第２の実施形態に係る半導体基板が完成する。
【０１０８】
本件発明者らが、ｇ線を用いた露光により第１の実施形態と同様のラインアンドスペース状のレジストパターンを第２の実施形態に係る半導体基板上に被加工膜を介して形成し、該レジストパターンをマスクとして被加工膜に対してエッチングを行なったところ、パターン化された被加工膜の寸法はほぼ１００％所定の範囲内に収まった。このとき、第２の実施形態に係る半導体基板における裏面反射率を調べたところ、０．５％程度以下と非常に低い値になっており、それがパターン形成を良好に行なえた理由であることが推測された。
【０１０９】
すなわち、第２の実施形態によると、ＧａＮ基板１００の裏面に反射防止膜として機能する酸化アルミニウム層１０４が形成されているため、裏面反射率を低減でき、それによって、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光の強度を低減できる。このため、ＧａＮ基板１００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、基板表面から入射した露光光が基板裏面で反射してレジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【０１１０】
また、第２の実施形態によると、ＧａＮ基板１００を形成した時点でＧａＮ基板１００の裏面に形成されていたＡｌＮ層１０３を酸化して酸化アルミニウム層１０４を形成するため、ＧａＮ基板１００の裏面に新たに反射防止膜を形成する場合と比べて工程を簡単化できると共に、ＧａＮ基板１００への不純物混入等の問題を防止してＧａＮ基板１００の製造歩留まりを向上できる。
【０１１１】
尚、第２の実施形態において、反射防止膜の材料として酸化アルミニウムを用いたが、これに代えて、ＳｉＯ２ 又はＳｉＮを用いてもよい。ここで、これらの材料によって、低反射率の反射防止膜を実現するための条件について説明する。まず、反射防止膜の厚さは、反射防止膜中における露光光の波長の１／４波長の奇数倍であることが好ましい。また、反射防止膜の屈折率は、窒化物半導体基板（本実施形態ではＧａＮ基板）の屈折率と異なっていることが好ましく、さらに、その屈折率の差はできる限り大きい方が好ましく、特に反射防止膜の屈折率が窒化物半導体基板の屈折率の９／１０程度以下であることが好ましい。例えば、本実施形態においては、反射防止膜となる酸化アルミニウム層１０４の屈折率は１．６８であり、酸化アルミニウム層１０４の厚さ２００ｎｍは、反射防止膜中におけるｇ線の波長（４３６ｎｍ／１．６８）の３／４波長に相当する。また、酸化アルミニウム層１０４の屈折率（１．６８）とＧａＮ基板１００の屈折率（２．５程度）との差は比較的大きいので、裏面反射率を１３％以下にできる厚さの許容範囲、つまりフォトリソグラフィ工程でのパターン精度を確実に向上できる厚さの許容範囲が比較的広くなる。具体的には、酸化アルミニウム層１０４の厚さを、酸化アルミニウム層１０４中における露光光の波長の１／４波長を目標として設定する場合、裏面反射率を１３％以下にできる厚さの許容範囲は１／４波長±１／８波長程度になる。これは、ｇ線を用いた露光の場合で言うと、６５ｎｍ±４０ｎｍ程度になる。
【０１１２】
［表１］及び［表２］に、本件発明者らが調べた様々な反射防止膜の特性を、露光光としてそれぞれｉ線及びｇ線を用いた場合について示す。但し、いずれの特性も、反射防止膜の厚さを反射防止膜中における露光光の波長の１／４波長を目標として設定すると共に窒化物半導体基板としてＧａＮ基板を用いた場合に得られたものである。
【０１１３】
【表１】
【０１１４】
【表２】
【０１１５】
［表１］及び［表２］に示すように、反射防止膜の屈折率をＧａＮの屈折率（２．５）よりも小さい２．３２以下にしなければ、反射防止膜としての十分な効果が得られない。また、反射防止膜の屈折率がＧａＮの屈折率よりも小さくなるに従って、反射率（裏面反射率）の低減効果、つまり反射防止効果が大きくなると共に裏面反射率を１３％以下にできる厚さの許容範囲が大きくなる。尚、［表１］及び［表２］において、ＴｉＯ２ 及びＺｒＯ２ よりなる反射防止膜の屈折率が、ｇ線を用いた場合とｉ線を用いた場合とで異なっているのは、ｇ線及びｉ線の波長付近でＴｉＯ２ 及びＺｒＯ２ の波長分散が大きいことに起因している。
【０１１６】
また、第２の実施形態において、反射防止膜として、基板となるIII 族窒化物の屈折率と異なる屈折率を有する材料からなる複数の層の積層体を用いてもよい。このとき、該積層体のうち少なくとも２つの層は互いに異なる屈折率を有することが好ましい。
【０１１７】
また、第２の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いる露光光の種類は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板１００中を吸収されることなく伝播する波長の光、例えばｇ線又はｉ線等を露光光として用いた場合、従来と比べてパターン精度を飛躍的に向上させることができる。
【０１１８】
また、第２の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いるレジスト膜の種類はポジ型であってもよいし又はネガ型であってもよい。
【０１１９】
また、第２の実施形態において、窒化物半導体基板の材料としてＧａＮを用いたが、これに限られらずＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いてもよい。このとき、これらのIII 族窒化物半導体が基板の主成分となっていれば、基板が他の材料を含んでいてもよい。
【０１２０】
（第２の実施形態の変形例）
以下、第２の実施形態の変形例に係る半導体基板及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１２１】
第２の実施形態の変形例が第２の実施形態と異なっている点は、ｇ線又はｉ線等の露光光に対する反射防止膜として酸化アルミニウム層に代えて酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）層を用いることである。
【０１２２】
図８（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態の変形例に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。尚、第２の実施形態の変形例に係る半導体基板の製造方法は、図２（ａ）〜（ｅ）に示す第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法のうち図２（ｄ）に示す工程まではほぼ同様である。
【０１２３】
すなわち、まず、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１０１とシリコン基板１０２とからなるＳＯＳ基板を用意した後、トリメチルアルミニウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＳ基板のうちのシリコン基板１０２の上にＡｌＮ層１０３を２００ｎｍの厚さ成長させる。その後、塩化ガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ法を用いて、図２（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層１０３の上にＧａＮ層１００を３００μｍの厚さ成長させる。その後、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１０２のみを除去することによって、サファイア基板１０１と、窒化物半導体基板となるＧａＮ層１００つまりＧａＮ基板１００とを分離する。
【０１２４】
次に、図８（ａ）に示すように、ＡｌＮ層１０３を研磨により除去すると共に、ＧａＮ基板１００の裏面を研磨により鏡面化する。その後、常圧下で酸素及び窒素の分圧をそれぞれ１０％及び９０％にした雰囲気中において、ＧａＮ基板１００に対して７００℃、１０分間の加熱処理を行なう。これにより、図８（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板１００の両面が酸化されて該両面に厚さ７０ｎｍの酸化ガリウム層１０５が形成される。
【０１２５】
ところで、ＧａＮ基板１００の両面に酸化ガリウム層１０５が付着していると、その後のデバイス形成に支障が生じるので、以下の方法によってＧａＮ基板１００の表面側の酸化ガリウム層１０５を除去する。すなわち、両面に酸化ガリウム層１０５を有するＧａＮ基板１００を、例えば図３に示すようなＭＯＶＰＥ装置等の結晶成長装置に導入する。このとき、ＧａＮ基板１００の裏面をサセプタに密着させてＧａＮ基板１００の裏面とサセプタとの間にすき間がないようにし、その状態で水素雰囲気中においてＧａＮ基板１００を１０００℃に加熱する。これにより、ＧａＮ基板１００の表面側の酸化ガリウム層１０５が還元されると共にＧａが昇華される結果、ＧａＮ基板１００の表面にＧａＮ清浄面が露出する。一方、ＧａＮ基板１００の裏面側の酸化ガリウム層１０５はサセプタと密着していて水素と接しにくいため、ほとんど還元されないと共に昇華されない。その結果、図８（ｃ）に示すように、裏面に酸化ガリウム層１０５を有するＧａＮ基板１００、つまり第２の実施形態の変形例に係る半導体基板が得られる。
【０１２６】
第２の実施形態の変形例によると、ＧａＮ基板１００の裏面に反射防止膜として機能する酸化ガリウム層１０５が形成されているため、裏面反射率を低減でき、それによって、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光の強度を低減できる。このため、ＧａＮ基板１００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、基板表面から入射した露光光が基板裏面で反射してレジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【０１２７】
また、第２の実施形態の変形例によると、ＧａＮ基板１００を酸化して酸化ガリウム層１０５を形成するため、ＧａＮ基板１００の裏面に新たに反射防止膜を形成する場合と比べて工程を簡単化できると共に、ＧａＮ基板１００への不純物混入等の問題を防止してＧａＮ基板１００の製造歩留まりを向上できる。
【０１２８】
また、第２の実施形態の変形例によると、ＧａＮ基板１００を用いたデバイス形成の前においてはＧａＮ基板１００の表面側にも酸化ガリウム層１０５を形成しておくことができるため、該酸化ガリウム層１０５によってＧａＮ基板１００の表面を保護することができる。一方、ＧａＮ基板１００を用いてデバイス形成を行なうときには、結晶成長装置内で基板表面側の酸化ガリウム層１０５を還元除去してＧａＮ清浄面を露出させることができ、それにより該ＧａＮ清浄面上に例えばクラッド層又は活性層等のデバイス構造を順次形成していくことが可能となる。
【０１２９】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る半導体基板及びその製造方法、並びにその半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０１３０】
図９は第３の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【０１３１】
図９に示すように、第３の実施形態に係る半導体基板は、III 族窒化物半導体層、具体的にはＧａＮ層１００よりなる。また、ＧａＮ層１００（以下、ＧａＮ基板１００と称することもある）の表面は（０００１）Ｇａ面であり、ＧａＮ基板１００の裏面は（０００１）Ｎ面であり、ＧａＮ基板１００の厚さは例えば３００μｍである。
【０１３２】
第３の実施形態の特徴は、ＧａＮ基板１００の内部におけるその表面からの深さが５０〜８０μｍの領域に、ｇ線又はｉ線等の露光光に対してＧａＮと異なる屈折率を有する材料、例えばＳｉＯ２ からなる複数のＳｉＯ２ 粒１０６ａが不連続的に埋め込まれており、複数のＳｉＯ２ 粒１０６ａによって光散乱部（基板表面から入射した光を散乱する部分）１０６が形成されていることである。ここで、各ＳｉＯ２ 粒１０６ａの形状は特に限定されるものではないが、第３の実施形態においては、各ＳｉＯ２ 粒１０６ａの直径（ＧａＮ基板１００の表面に対して平行な断面における直径）は数１０μｍ程度であり、各ＳｉＯ２ 粒１０６ａの高さ（ＧａＮ基板１００の表面に対して垂直な方向に沿った長さ）は１００ｎｍ程度である。
【０１３３】
図１０（ａ）〜（ｅ）は第３の実施形態に係る半導体基板の製造方法、具体的には図９に示す半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。尚、第３の実施形態に係る半導体基板の製造方法は、図２（ａ）〜（ｅ）に示す第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法のうち図２（ｄ）に示す工程まではほぼ同様である。
【０１３４】
すなわち、まず、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１０１とシリコン基板１０２とからなるＳＯＳ基板を用意した後、トリメチルアルミニウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＳ基板のうちのシリコン基板１０２の上にＡｌＮ層１０３を２００ｎｍの厚さ成長させる。その後、塩化ガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ法を用いて、図２（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層１０３の上にＧａＮ層１００を２２０μｍの厚さ成長させる。このとき、ＧａＮ層１００の表面は（０００１）Ｇａ面である。その後、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１０２のみを除去することによって、サファイア基板１０１と、窒化物半導体基板となるＧａＮ層１００つまりＧａＮ基板１００とを分離する。
【０１３５】
次に、図１０（ａ）に示すように、ＡｌＮ層１０３を研磨により除去すると共に、粒径の非常に小さい研磨剤を用いた研磨によりＧａＮ基板１００の裏面を鏡面化する。
【０１３６】
次に、図１０（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板１００上に、アルゴンガスを用いたＲＦ（高周波）スパッタ法により複数のＳｉＯ２ 粒１０６ａを堆積する。第３の実施形態においては、ＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積条件として、ガス圧力を０．２Ｐａ、ＲＦ出力を２００Ｗに設定した。ここで、ＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積条件は使用するスパッタ装置によって異なってくるが、ＳｉＯ２ 層が均一に堆積されるような条件ではＳｉＯ２ 粒を不連続的に堆積しにくいため、可能な限り粒径の大きなＳｉＯ２ 粒が堆積されるような条件を用いることが好ましい。ＲＦスパッタ法においては、一般的に、ＲＦ出力を高くすることによってスパッタされる粒子の径を大きくすることが好ましい。但し、ＲＦ出力を高くすると放電が不安定になる傾向があるので、この場合、ガス圧力を下げることが好ましい。
【０１３７】
第３の実施形態において重要な点は、図１０（ｂ）に示す工程でＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積を、ＳｉＯ２ 粒１０６ａによってＧａＮ基板１００が完全に被覆される前に中止することである。ここで、ＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積を中止するタイミングによってＳｉＯ２ 粒１０６ａの配置状態は異なってくる。例えばＳｉＯ２ 粒１０６ａによってＧａＮ基板１００が完全に被覆される直前にＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積を中止すれば、ＧａＮ基板１００を覆うＳｉＯ２ 層が所々開口したような状態が生じる。また、ＳｉＯ２ 粒１０６ａによるＧａＮ基板１００の被覆が進行する前にＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積を中止すれば、複数のＳｉＯ２ 粒１０６ａが島状にＧａＮ基板１００上に散在する状態が生じる。第３の実施形態において、ＳｉＯ２ 粒１０６ａの配置状態は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板１００の両面に電極を設けて該基板の厚さ方向に電流を流すようなデバイス等を形成する場合、ＳｉＯ２ 粒１０６ａによるＧａＮ基板１００の被覆面積はできるかぎり小さい方が好ましいことは言うまでもない。
【０１３８】
次に、ＳｉＯ２ 粒１０６ａが設けられたＧａＮ基板１００を例えばＭＯＶＰＥ装置等のＧａＮ結晶成長装置に導入して、図１０（ｃ）に示すように、ＧａＮ基板１００上にＧａＮ層１０７をＳｉＯ２ 粒１０６ａ同士の間が埋まるように成長させる。具体的には、ＭＯＶＰＥ装置において、トリメチルガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いると共に水素をキャリアガスとして用いることによって、１０００℃の温度下でＧａＮ層１０７を成長させる。ＧａＮ層１０７の成長条件は、使用する結晶成長法によって異なるが、本実施形態のようにＭＯＶＰＥ法を用いる場合には、結晶成長温度を９００℃以上にすると共にＶ族／III 族原料供給比（アンモニアの１分当たりの供給流量の、トリメチルガリウムの１分当たりの供給流量に対する比）を１０００以上にすることによって、III 族原料（Ｇａ）のマイグレーションが活発化するので、ＳｉＯ２ 粒１０６ａ同士の間が埋まるようにＧａＮ層１０７を成長させることができる。このとき、ＧａＮ層１０７を約１０μｍ程度の厚さまで成長させると、ＧａＮ層１０７の表面が平坦になるが、第３の実施形態においては、ＧａＮ層１０７の表面が完全に平坦になる前にＧａＮ層１０７の結晶成長を終了させる。
【０１３９】
次に、図１０（ｄ）に示すように、ＧａＮ層１０７の上（既に堆積されているＳｉＯ２ 粒１０６ａの上を含む）に、ＲＦスパッタ法を用いて新たにＳｉＯ２ 粒１０６ａを堆積する。その後、ＧａＮ基板１００をＧａＮ結晶成長装置に再度導入して、ＧａＮ層１０７をさらに結晶成長させる。ここで、第３の実施形態においては、ＧａＮ層１０７の厚さが３０μｍ程度に達するまでＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積とＧａＮ層１０７の結晶成長とを繰り返すことにより、具体的には、ＳｉＯ２ 粒１０６ａを堆積するためのＲＦスパッタを合計６回行なうことにより、図１０（ｅ）に示すように、ＧａＮ層１０７中にＳｉＯ２ 粒１０６ａが埋め込まれてなる光散乱部１０６を形成する。その後、塩化ガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ法を用いて、ＧａＮ層１０７をさらに５０μｍ程度の厚さ結晶成長させ、これにより図９に示す第３の実施形態に係る半導体基板を完成させる。このとき、ＧａＮ層１０７は最終的に同じ材料からなるＧａＮ基板１００と一体化するので、図１０（ｅ）においてＧａＮ層１０７の図示をしていない。
【０１４０】
尚、第３の実施形態においては、ＳｉＯ２ 粒１０６ａ同士の間をＧａＮ層１０７によって埋め込むときにＧａＮ層１０７の表面が完全に平坦になる前にＧａＮ層１０７の結晶成長を中断させたが、ＧａＮ層１０７の表面が完全に平坦になるようにＧａＮ層１０７を結晶成長させてＳｉＯ２ 粒１０６ａ同士の間を埋め込んだ場合には、ＳｉＯ２ 粒１０６ａが層状に分布することになる。
【０１４１】
本件発明者らが、ｇ線を用いた露光により第１の実施形態と同様のラインアンドスペース状のレジストパターンを第３の実施形態に係る半導体基板上に被加工膜を介して形成し、該レジストパターンをマスクとして被加工膜に対してエッチングを行なったところ、光散乱部１０６の透過率を８０％以下に設定することによって、パターン化された被加工膜の寸法はほぼ１００％所定の範囲内に収まった。これは、基板表面から入射した後に基板裏面で反射して基板表面に戻ってくる光が光散乱部１０６を２回通過するため、光散乱部１０６の透過率が８０％であると共に基板裏面が鏡面で裏面反射率が２０％程度である場合でも、実質的な裏面反射率が２０％×８０％×８０％≒１３％となる結果、パターン形成を良好に行なうことができるからである。
【０１４２】
すなわち、第３の実施形態によると、ＧａＮ基板１００の内部に光散乱部１０６が形成されているため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光の強度を低減できる。このため、ＧａＮ基板１００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、基板表面から入射した露光光が基板裏面で反射してレジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【０１４３】
また、第３の実施形態によると、ＧａＮ基板１００と材料が異なるＳｉＯ２ 粒１０６ａをＧａＮ基板１００上に部分的に形成した後、ＳｉＯ２ 粒１０６ａを含むＧａＮ基板１００の上に新たに基板の一部となるＧａＮ層（ＧａＮ層１０７）を結晶成長させるため、元のＧａＮ基板１００に生じていた欠陥等がこのＧａＮ層に引き継がれることをＳｉＯ２ 粒１０６ａによって抑制できる。従って、ＧａＮ層１０７の結晶性を良好にできるので、光散乱部を有する窒化物半導体基板の結晶性を良好にできる。
【０１４４】
尚、第３の実施形態において、ＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積とＧａＮ層１０７の結晶成長とをそれぞれ複数回繰り返し行なったが、ｇ線又はｉ線等の露光光に対する光散乱部１０６の透過率が８０％以下になりさえすれば、ＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積とＧａＮ層１０７の結晶成長とをそれぞれ少なくとも１回行なえばよい。また、光散乱部１０６の透過率はＳｉＯ２ 粒１０６ａの形状又は密度等により複雑に変化するため、該形状又は密度等を光散乱部１０６が所望の透過率を有するように理論的に決定することは難しい。従って、光散乱部１０６の所望の透過率を実現できる、ＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積回数又はＧａＮ基板１００におけるＳｉＯ２ 粒１０６ａを埋め込む領域の厚さ等を実験的に求めることが好ましい。
【０１４５】
また、第３の実施形態において、ＲＦスパッタ法により自然に形成されるＳｉＯ２ 粒１０６ａを光散乱部１０６として用いたが、光散乱部の形成方法は特に限定されるものではなく、例えば、ＧａＮ基板の上に全面に亘ってＳｉＯ２ 層を形成した後、ＳｉＯ２ 層の上にマスクパターンを部分的に形成して該マスクパターンを用いてＳｉＯ２ 層に対してエッチングを行なうことにより、ＳｉＯ２ 層におけるマスクパターンによって覆われていない部分を除去して、パターン化されたＳｉＯ２ 層よりなる光散乱部を形成し、その後、マスクパターンを除去してもよい。光散乱部としてＳｉＯ２ 粒を用いる場合には、ＳｉＯ２ 粒の直径は露光光の波長の１／１０程度以上であることが好ましい。また、光散乱部として、パターン化されたＳｉＯ２ 層を用いる場合には、該ＳｉＯ２ 層における基板表面に対して平行な方向に沿った幅、又は該ＳｉＯ２ 層の厚さは露光光の波長の１／１０程度以上であることが好ましい。また、光散乱部としてＳｉＯ２ 粒を用いる場合でも、パターン化されたＳｉＯ２ 層を用いる場合でも、光散乱部の厚さは露光光の波長の１／１０程度以上であることが好ましい。
【０１４６】
また、第３の実施形態において、光散乱部の材料としてＳｉＯ２ を用いたが、光散乱部の材料は、その上にＧａＮ層を結晶成長させることができ且つ屈折率がＧａＮと異なる材料であれば特に限定されるものではなく、ＳｉＯ２ 以外に例えばＳｉ、ＳｉＮ又はＡｌ２Ｏ３等を用いてもよい。また、光散乱部は単独の材料よりなる粒や層である必然性はなく、その上にＧａＮ層を結晶成長させることができ且つ屈折率がＧａＮと異なる複数の材料のそれぞれよりなる粒や層が組み合わされたり、積層されたりしたものであってもよい。或いは、前述のような少なくとも１つ以上の材料よりなる粒や層と空孔等とを組み合わせたものであってもよい。
【０１４７】
また、第３の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いる露光光の種類は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板１００中を吸収されることなく伝播する波長の光、例えばｇ線又はｉ線等を露光光として用いた場合、従来と比べてパターン精度を飛躍的に向上させることができる。
【０１４８】
また、第３の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いるレジスト膜の種類はポジ型であってもよいし又はネガ型であってもよい。
【０１４９】
また、第３の実施形態において、窒化物半導体基板の材料としてＧａＮを用いたが、これに限られらずＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いてもよい。このとき、これらのIII 族窒化物半導体が基板の主成分となっていれば、基板が他の材料を含んでいてもよい。
【０１５０】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態に係る半導体基板及びその製造方法、並びにその半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０１５１】
図１１は第４の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【０１５２】
図１１に示すように、第４の実施形態に係る半導体基板は、基板表面側の厚さ２００μｍのＧａＮ層１００と基板裏面側の厚さ１５μｍのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８とから構成される。また、ＧａＮ層１００の裏面、つまりＧａＮ層１００とＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８との界面が、凹凸１００ａを有する粗面となっている。すなわち、第４の実施形態に係る半導体基板は、図１に示す第１の実施形態に係る半導体基板（ＧａＮ基板１００）における凹凸１００ａが形成された裏面にＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８が形成された構造を有している。また、本実施形態の半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程で用いられる露光光の波長をλとすると、凹凸１００ａはλ／１０程度以上の段差を有することが好ましい。
【０１５３】
図１１に示す第４の実施形態に係る半導体基板の製造方法は以下の通りである。尚、第４の実施形態に係る半導体基板の製造方法は、図２（ａ）〜（ｅ）に示す第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法のうち図２（ｅ）に示す工程まではほぼ同様である。
【０１５４】
すなわち、まず、図２（ａ）に示すように、厚さ３００μｍのサファイア基板１０１と厚さ８０μｍのシリコン基板１０２とからなるＳＯＳ基板を用意した後、トリメチルアルミニウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＳ基板のうちのシリコン基板１０２の上にＡｌＮ層１０３を１０００℃の温度下で２００ｎｍの厚さ成長させる。その後、塩化ガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ法を用いて、図２（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層１０３の上にＧａＮ層１００を２５０μｍの厚さ成長させる。その後、フッ酸と硝酸との混合液を用いた処理により、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１０２のみを除去することによって、サファイア基板１０１と、窒化物半導体基板となるＧａＮ層１００つまりＧａＮ基板１００とを分離する。次に、図２（ｅ）に示すように、例えば粒径１０〜５０μｍの研磨剤を用いてＧａＮ基板１００の厚さが最終的に２００μｍ程度になるまでＧａＮ基板１００の裏面を研磨することによって、ＡｌＮ層１０３を除去すると共に、ＧａＮ基板１００の裏面に凹凸１００ａを形成して該裏面を粗面化する。これにより、図１に示すＧａＮ基板１００が得られる。
【０１５５】
次に、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法により、凹凸１００ａが形成されたＧａＮ基板１００の裏面に、１０００℃の温度下でＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８を１５μｍの厚さ成長させる。これにより、図１１に示す第４の実施形態に係る半導体基板が得られる。また、ＧａＮ基板１００の裏面の凹凸１００ａはＡｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８によって埋め込まれ、それによりＡｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８を含むＧａＮ基板１００の裏面（以下、単に基板裏面と称することもある）が平坦化される。
【０１５６】
ここで、基板裏面については必ずしも平坦化する必要はない。但し、第４の実施形態では、基板裏面が光散乱を起こさない状態において凹凸１００ａによる光散乱効果（第１の実施形態参照）を見極めるため、基板裏面が平坦化される条件下でＡｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８を結晶成長させる。基板裏面の平坦化を実現できるＡｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８の結晶成長条件は、使用する結晶成長法によって異なるが、本実施形態のようにＭＯＶＰＥ法を用いる場合には、結晶成長温度を９００℃以上にすると共にＶ族／III 族原料供給比（アンモニアの１分当たりの供給流量の、トリメチルアルミニウム又はトリメチルガリウムの１分当たりの供給流量に対する比）を１０００以上にすることによって、III 族原料（Ｇａ又はＡｌ）のマイグレーションが活発化するので、凹凸１００ａをＡｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８によって埋め込んで基板裏面を平坦化することができる。
【０１５７】
本件発明者らが、ｇ線を用いた露光により第１の実施形態と同様のラインアンドスペース状のレジストパターンを第４の実施形態に係る半導体基板上に被加工膜を介して形成し、該レジストパターンをマスクとして被加工膜に対してエッチングを行なったところ、凹凸１００ａつまり光散乱部の露光光に対する透過率を８０％以下に設定することによって、パターン化された被加工膜の寸法はほぼ１００％所定の範囲内に収まった。これは、基板表面から入射した後に基板裏面で反射して基板表面に戻ってくる光が光散乱部を２回通過するため、該光散乱部の透過率が８０％であると共に基板裏面が鏡面で裏面反射率が２０％程度である場合でも、実質的な裏面反射率が２０％×８０％×８０％≒１３％となる結果、パターン形成を良好に行なうことができるからである。
【０１５８】
すなわち、第４の実施形態によると、ＧａＮ層１００とＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８との界面に設けられた凹凸１００ａが光散乱部として機能するため、基板表面からの入射光が基板裏面で反射して生じる反射光の強度を低減できる。このため、本実施形態の半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、基板表面から入射した露光光が基板裏面で反射してレジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【０１５９】
また、第４の実施形態によると、凹凸１００ａが設けられて粗面化されたＧａＮ基板１００の裏面をＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８によって平坦化することができるので、半導体装置の製造工程を簡単化できる。
【０１６０】
また、第４の実施形態によると、凹凸１００ａが設けられたＧａＮ基板１００の裏面に、III 族窒化物半導体層であるＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８を結晶成長させるため、凹凸１００ａのうちの凸部上に形成されるＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８の結晶性を良好にできるので、光散乱部を有する窒化物半導体基板の結晶性を良好にできる。
【０１６１】
尚、第４の実施形態において、凹凸１００ａが設けられたＧａＮ基板１００の裏面にＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８を形成したが、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８に代えて、ＧａＮ基板１００と異なる屈折率を有する他の材料層（窒化物半導体層でなくてもよい）を形成しても、凹凸１００ａによる光散乱効果を実現することができる。このとき、凹凸１００ａが設けられたＧａＮ基板１００の裏面に、反射防止膜（第２の実施形態又はその変形例参照）として機能する材料層を設けた場合には、反射光の強度をより一層低減できる。ところで、第４の実施形態では凹凸１００ａを埋め込むためにＡｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８の厚さ（１５μｍ）を、ｇ線又はｉ線等の露光光の波長と比べて非常に厚くしているので、Ａｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８は反射防止膜としてはほとんど機能しない。従って、第４の実施形態における反射光は、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８と空気との界面（反射率２１％程度）で反射した光と、ＧａＮ基板１００とＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８との界面（反射率は凹凸１００ａの形状又は密度によって変化する）で反射した光との重ね合わせになる。すなわち、第４の実施形態では、ＧａＮ基板１００とＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８との界面つまり凹凸１００ａによって散乱された光が、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８と空気との界面で反射されて最終的にＧａＮ基板１００の表面に戻ってくる可能性がある。前述のように、ｇ線を用いた露光により第１の実施形態と同様のラインアンドスペース状（ライン部及びスペース部の幅が２μｍ）のレジストパターンを形成したときには、パターン形成を良好に行なえたが、これは、フォトマスクにおける開口部の占有面積が５０％程度であったからと考えられる。つまり、第４の実施形態では、フォトマスクにおける開口部の占有面積が大きくなるに従って、凹凸１００ａによって散乱された後にＡｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８と空気との界面で反射されてレジスト膜を裏側から露光する光の影響を無視できなくなると考えられる。
【０１６２】
また、第４の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いる露光光の種類は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板１００中を吸収されることなく伝播する波長の光、例えばｇ線又はｉ線等を露光光として用いた場合、従来と比べてパターン精度を飛躍的に向上させることができる。
【０１６３】
また、第４の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いるレジスト膜の種類はポジ型であってもよいし又はネガ型であってもよい。
【０１６４】
また、第４の実施形態において、窒化物半導体基板の材料としてＧａＮを用いたが、これに限られらずＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いてもよい。このとき、これらのIII 族窒化物半導体が基板の主成分となっていれば、基板が他の材料を含んでいてもよい。
【０１６５】
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態に係る半導体基板及びその製造方法、並びにその半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０１６６】
図１２は第５の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【０１６７】
図１２に示すように、第５の実施形態に係る半導体基板は、III 族窒化物半導体層、具体的にはＧａＮ層１００よりなる。また、ＧａＮ層１００（以下、ＧａＮ基板１００と称することもある）の表面は（０００１）Ｇａ面であり、ＧａＮ基板１００の裏面は（０００１）Ｎ面であり、ＧａＮ基板１００の厚さは例えば３００μｍである。
【０１６８】
第５の実施形態の特徴は、ＧａＮ基板１００の内部におけるその表面からの深さが８０μｍ程度の領域及び７５μｍ程度の領域にそれぞれ、ｇ線又はｉ線等の露光光に対してＧａＮよりも大きな吸収係数を有する材料、例えばＳｉからなる複数のＳｉ層１０９ａが不連続的に埋め込まれており、複数のＳｉ層１０９ａによって光吸収部（基板表面から入射した光を吸収する部分）１０９が形成されていることである。ここで、各Ｓｉ層１０９ａの幅（基板表面に対して平行な方向に沿った幅）、及び各Ｓｉ層１０９ａ同士の間隔はそれぞれ１μｍ程度である。すなわち、各Ｓｉ層１０９ａは周期ストライプ状に配置されている。また、各Ｓｉ層１０９ａの高さ（基板表面に対して垂直な方向に沿った高さ）は１００ｎｍ程度である。また、ＧａＮ基板１００の内部におけるその表面からの深さが８０μｍ程度の領域（つまり第１層目）のＳｉ層１０９ａと、ＧａＮ基板１００の内部におけるその表面からの深さが７５μｍ程度の領域（つまり第２層目）のＳｉ層１０９ａとは、基板表面に対して平行な方向に沿って１μｍ程度ずらして配置されている。
【０１６９】
図１３（ａ）〜（ｅ）及び図１４（ａ）〜（ｃ）は第５の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。尚、第５の実施形態に係る半導体基板の製造方法は、図２（ａ）〜（ｅ）に示す第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法のうち図２（ｄ）に示す工程まではほぼ同様である。
【０１７０】
すなわち、まず、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１０１とシリコン基板１０２とからなるＳＯＳ基板を用意した後、トリメチルアルミニウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＳ基板のうちのシリコン基板１０２の上にＡｌＮ層１０３を２００ｎｍの厚さ成長させる。その後、塩化ガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ法を用いて、図２（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層１０３の上にＧａＮ層１００を２２０μｍの厚さ成長させる。このとき、ＧａＮ層１００の表面は（０００１）Ｇａ面である。その後、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１０２のみを除去することによって、サファイア基板１０１と、窒化物半導体基板となるＧａＮ層１００つまりＧａＮ基板１００とを分離する。
【０１７１】
次に、図１３（ａ）に示すように、ＡｌＮ層１０３を研磨により除去すると共に、粒径の非常に小さい研磨剤を用いた研磨によりＧａＮ基板１００の裏面を鏡面化する。
【０１７２】
次に、図１３（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板１００上に厚さ１００ｎｍの第１のＳｉ層１１０をＲＦスパッタ法により堆積した後、図１３（ｃ）に示すように、第１のＳｉ層１１０の上に、周期的に配列された開口部を有する第１のレジストパターン１１１をフォトリソグラフィにより形成する。
【０１７３】
次に、図１３（ｄ）に示すように、第１のレジストパターン１１１をマスクとして第１のＳｉ層１１０に対して、フッ硝酸を用いたウエットエッチングを行なって、第１のＳｉ層１１０を周期ストライプ状にパターン化した後、図１３（ｅ）に示すように、有機溶剤を用いて第１のレジストパターン１１１を除去する。
【０１７４】
次に、ＧａＮ基板１００を例えばＭＯＶＰＥ装置等のＧａＮ結晶成長装置に導入して、図１４（ａ）に示すように、ＧａＮ基板１００上に第１のＧａＮ層１１２を第１のＳｉ層１１０が埋まるように成長させる。具体的には、ＭＯＶＰＥ装置において、トリメチルガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いると共に水素をキャリアガスとして用いることによって、１０００℃の温度下で第１のＧａＮ層１１２を成長させる。第１のＧａＮ層１１２の成長条件は、使用する結晶成長法によって異なるが、本実施形態のようにＭＯＶＰＥ法を用いる場合には、結晶成長温度を９００℃以上にすると共にＶ族／III 族原料供給比（アンモニアの１分当たりの供給流量の、トリメチルガリウムの１分当たりの供給流量に対する比）を１０００以上にすることによって、III 族原料（Ｇａ）のマイグレーションが活発化するので、第１のＳｉ層１１０が埋まるように第１のＧａＮ層１１２を成長させることができる。
【０１７５】
次に、図１４（ｂ）に示すように、第１のＧａＮ層１１２上に厚さ１００ｎｍの第２のＳｉ層１１３をＲＦスパッタ法により堆積した後、図１３（ｃ）に示す工程と同様に、第２のＳｉ層１１３の上に第２のレジストパターン（図示省略）を形成する。その後、図１３（ｄ）に示す工程と同様に、第２のレジストパターンをマスクとして第２のＳｉ層１１３に対してエッチングを行なって、図１４（ｂ）に示すように、第２のＳｉ層１１３を周期ストライプ状にパターン化した後、第２のレジストパターンを除去する。尚、第１のＳｉ層１１０と第２のＳｉ層１１３とはそれぞれ互いに所定の間隔だけずらしてパターン化される。
【０１７６】
次に、ＧａＮ基板１００を例えばＭＯＶＰＥ装置等のＧａＮ結晶成長装置に再び導入して、図１４（ｃ）に示すように、第１のＧａＮ層１１２上に第２のＧａＮ層１１４を第２のＳｉ層１１３が埋まるように成長させる。このとき、第２のＧａＮ層１１４の成長条件は第１のＧａＮ層１１２の成長条件と同様である。また、第１のＧａＮ層１１２及び第２のＧａＮ層１１４は最終的に同じ材料からなるＧａＮ基板１００と一体化する。これにより、第１のＧａＮ層１１２及び第２のＧａＮ層１１４を含むＧａＮ基板１００の内部に、パターン化された第１のＳｉ層１１０及び第２のＳｉ層１１３（つまり図１２に示す複数のＳｉ層１０９ａ）から構成される光吸収部１０９が形成される。
【０１７７】
本件発明者らが、ｇ線を用いた露光により第１の実施形態と同様のラインアンドスペース状のレジストパターンを第５の実施形態に係る半導体基板上に被加工膜を介して形成し、該レジストパターンをマスクとして被加工膜に対してエッチングを行なったところ、光吸収部１０９の透過率を８０％以下に設定することによって、パターン化された被加工膜の寸法はほぼ１００％所定の範囲内に収まった。これは、基板表面から入射した後に基板裏面で反射して基板表面に戻ってくる光が光吸収部１０９を２回通過するため、光吸収部１０９の透過率が８０％であると共に基板裏面が鏡面で裏面反射率が２０％程度である場合でも、実質的な裏面反射率が２０％×８０％×８０％≒１３％となる結果、パターン形成を良好に行なうことができるからである。
【０１７８】
すなわち、第５の実施形態によると、ＧａＮ基板１００の内部に光吸収部１０９が形成されているため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光の強度を低減できる。このため、ＧａＮ基板１００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、基板表面から入射した露光光が基板裏面で反射してレジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【０１７９】
また、第５の実施形態によると、ＧａＮ基板１００と材料が異なるＳｉ層１０９ａをＧａＮ基板１００上に部分的に形成した後、Ｓｉ層１０９ａを含むＧａＮ基板１００の上に新たに基板の一部となるＧａＮ層（第１のＧａＮ層１１２及び第２のＧａＮ層１１４）を結晶成長させるため、元のＧａＮ基板１００に生じていた欠陥等がこのＧａＮ層に引き継がれることをＳｉ層１０９ａによって抑制できる。従って、新たに成長させるＧａＮ層の結晶性を良好にできるので、光吸収部を有する窒化物半導体基板の結晶性を良好にできる。
【０１８０】
また、第５の実施形態によると、光吸収部１０９を構成するＳｉ層１０９が基板表面に対して平行な方向に沿って不均一に分布しているため、光吸収部１０９によって光が吸収されるだけではなく、光吸収部１０９によって光が散乱されるので、反射光の強度をより一層低減できる。
【０１８１】
また、第５の実施形態によると、光吸収部１０９を構成するＳｉ層１０９ａが導電性であるため、光吸収部を設けることによって窒化物半導体基板の抵抗率が低下することがない。
【０１８２】
尚、第５の実施形態において、光吸収部の材料としてＳｉを用いたが、光吸収部の材料は、その上にＧａＮ層を結晶成長させることができ且つ光吸収係数がＧａＮよりも大きな材料であれば特に限定されるものではい。但し、光吸収部の材料としては、前述のように導電性を有している材料がより好ましい。このような材料としては、Ｓｉ以外にＷ（タングステン）を挙げることができる。タングステンは金属であるが、ＣＶＤ法等により堆積されたタングステンは光沢が少なく且つ光吸収性を有しており、光吸収部の材料として有力である。また、光吸収部は単独の材料よりなる粒や層である必然性はなく、その上にＧａＮ層を結晶成長させることができ且つ光吸収係数がＧａＮよりも大きい複数の材料のそれぞれよりなる粒や層が組み合わされたり、積層されたりしたものであってもよい。或いは、前述のような少なくとも１つ以上の材料よりなる粒や層と空孔等とを組み合わせたものであってもよい。
【０１８３】
ところで、本実施形態の光吸収部の材料として用いたＳｉによる吸収係数は、Ｓｉ層の堆積方法、膜質又は含有不純物等によって大きく変化する。但し、Ｓｉ層の厚さが３００〜５００ｎｍあればその吸収係数は約１０５ ／ｃｍ以上のオーダーに達する。また、Ｓｉ層の厚さが１００ｎｍあれば、該Ｓｉ層を透過する光の強度は少なくとも１／ｅ（ｅ：自然対数の底）にまで低減されるので、堆積方法等によらずＳｉ層の透過率を８０％以下にでき、該Ｓｉ層が光吸収部として十分に機能する。それに対して、Ｓｉ層の厚さが１００ｎｍ未満、特に５０ｎｍ未満になると、Ｓｉ層の膜質によっては透過率が８０％以上になって光吸収部としての機能が不十分になる可能性がある。
【０１８４】
また、第５の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いる露光光の種類は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板１００中を吸収されることなく伝播する波長の光、例えばｇ線又はｉ線等を露光光として用いた場合、従来と比べてパターン精度を飛躍的に向上させることができる。
【０１８５】
また、第５の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いるレジスト膜の種類はポジ型であってもよいし又はネガ型であってもよい。
【０１８６】
また、第５の実施形態において、窒化物半導体基板の材料としてＧａＮを用いたが、これに限られらずＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いてもよい。このとき、これらのIII 族窒化物半導体が基板の主成分となっていれば、基板が他の材料を含んでいてもよい。
【０１８７】
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態に係る半導体基板及びその製造方法、並びにその半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０１８８】
図１５は第６の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【０１８９】
図１５に示すように、第６の実施形態に係る半導体基板は、III 族窒化物半導体層、具体的にはＧａＮ層２００よりなる。また、ＧａＮ層２００（以下、ＧａＮ基板２００と称することもある）の表面は（０００１）Ｇａ面であり、ＧａＮ基板２００の裏面は（０００１）Ｎ面であり、ＧａＮ基板２００の厚さは例えば３００μｍである。
【０１９０】
第６の実施形態の特徴は、ｇ線又はｉ線等の露光光を吸収する準位を生じるように不純物、例えばＡｓ（ヒ素）がＧａＮ基板２００における裏面から厚さ１５０μｍに亘る領域に導入されてなる光吸収部２０１が形成されていることである。
【０１９１】
図１６（ａ）〜（ｆ）は、図１５に示す第６の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【０１９２】
まず、図１６（ａ）に示すように、厚さ３００μｍのサファイア基板２０２と厚さ８０μｍのシリコン基板２０３とからなるＳＯＳ基板を用意する。
【０１９３】
次に、トリメチルアルミニウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、図１６（ｂ）に示すように、ＳＯＳ基板のうちのシリコン基板２０３の上に、１０００℃の温度下でＡｌＮ層２０４を２００ｎｍの厚さ成長させる。
【０１９４】
次に、ＨＣｌガスとＧａとを８００℃の温度下で反応させることにより得られる塩化ガリウム、及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ法を用いて、図１６（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層２０４の上に、１０００℃の温度下でＧａＮ層２０１を１５０μｍの厚さ成長させる。このとき、例えばアンモニアの供給流量の０．１％の供給流量で、アルシン等のＡｓを構成元素とするガスを結晶成長装置内に導入することによって、Ａｓが導入されたＧａＮ層２０１、つまり光吸収部２０１を形成できる。尚、アルシン等のガスを導入する代わりに、結晶成長装置内におけるＨＣｌガスとＧａとを反応させる領域付近にＧａＡｓ結晶を設置することによっても、ＧａＮ層にＡｓを導入でき、それにより光吸収部２０１を形成できる。
【０１９５】
次に、アルシンの供給のみを停止して前述のＨＶＰＥ法による結晶成長を継続して行なうことにより、図１６（ｄ）に示すように、光吸収部２０１の上に１０００℃の温度下でＧａＮ層２００を１５０μｍの厚さ成長させる。
【０１９６】
次に、フッ酸と硝酸との混合液を用いた処理により、図１６（ｅ）に示すように、シリコン基板２０３のみを除去することによって、サファイア基板２０２と、窒化物半導体基板となる、光吸収部２０１を含むＧａＮ基板２００とを分離する。ここで、ＧａＮ基板２００の裏面にはＡｌＮ層２０４が形成されている。
【０１９７】
次に、図１６（ｆ）に示すように、粒径の非常に小さい研磨剤を用いた研磨により、ＡｌＮ層２０４を除去すると共にＧａＮ基板２００の裏面を鏡面化する。
【０１９８】
本件発明者らが、ｇ線を用いた露光により第１の実施形態と同様のラインアンドスペース状のレジストパターンを第６の実施形態に係る半導体基板上に被加工膜を介して形成し、該レジストパターンをマスクとして被加工膜に対してエッチングを行なったところ、光吸収部２０１の透過率を８０％以下に設定することによって、パターン化された被加工膜の寸法はほぼ１００％所定の範囲内に収まった。これは、基板表面から入射した後に基板裏面で反射して基板表面に戻ってくる光が光吸収部２０１を２回通過するため、光吸収部２０１の透過率が８０％であると共に基板裏面が鏡面で裏面反射率が２０％程度である場合でも、実質的な裏面反射率が２０％×８０％×８０％≒１３％となる結果、パターン形成を良好に行なうことができるからである。
【０１９９】
すなわち、第６の実施形態によると、ＧａＮ基板２００における裏面側の領域に光吸収部２０１が形成されているため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光の強度を低減できる。このため、ＧａＮ基板２００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、基板表面から入射した露光光が基板裏面で反射してレジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【０２００】
また、第６の実施形態によると、ＧａＮ基板２００となるＧａＮ層に不純物を注入して光吸収部２０１を形成するため、光吸収部を有する窒化物半導体基板の結晶性の低下を防止できる。
【０２０１】
以下、光吸収部２０１の透過率を８０％以下にするために必要な要件について説明する。
【０２０２】
一般的に、半導体に特定の種類の不純物を導入すると光吸収性が生じる。ここで、半導体基板の主面に垂直な方向をｚ方向とし、且つ半導体基板内の位置ｚにおける光吸収係数をα（ｚ）とし、且つ、該位置ｚにおける光強度をＩ（ｚ）すると、光強度Ｉ（ｚ）の光の減衰量と光吸収係数との関係から、下記（式１）が成立する。
【０２０３】
【数１】
【０２０４】
また、半導体基板における不純物が導入されている領域、つまり光吸収部が位置ｚ１から位置ｚ２まで分布しており、光吸収部の厚さ（ｚ２−ｚ１）がｚ０であり、光吸収部に入射した時点での光の強度がＩ０ であり、且つ、光吸収部を透過した時点での光の強度がＩであるとすると、下記（式２）が成立する。
【０２０５】
【数２】
【０２０６】
ここで、下記（式３）
【０２０７】
【数３】
【０２０８】
は、位置ｚ１から位置ｚ２までの光吸収係数α（ｚ）の平均であるので、これをαとおくと、結局、下記（式４）が成立する。
【０２０９】
【数４】
【０２１０】
ここで、透過率Ｉ／Ｉ０ が８０％以下という条件から（式４）を用いて光吸収部の厚さｚ０の範囲を求めると、下記（式５）が得られる。
【０２１１】
【数５】
【０２１２】
すなわち、０．２２３／αが、光吸収部２０１の透過率を８０％以下にするために最低限必要な光吸収部２０１の厚さである。
【０２１３】
一方、光吸収部２０１における不純物密度に関しては、該不純物密度が高ければαが大きくなって光吸収部２０１つまり不純物層の厚さを薄くできるので好ましいが、不純物密度を高くしすぎると基板中の結晶の格子定数にずれを生じて、基板の結晶性が悪化する要因となってしまう。従って、光吸収部２０１を形成するための不純物がＡｓである場合、その不純物密度は１×１０１３ｃｍ−３程度から１×１０２０ｃｍ−３程度までの範囲であることが好ましい。
【０２１４】
尚、第６の実施形態においては、光吸収部２０１を形成するための不純物としてＡｓを用いたが、該不純物は、ＧａＮ層に導入されたときに露光光を吸収する準位を生じる材料であれば特に限定されるものではなく、例えばＣ（炭素）、Ｏ（酸素）、Ｓｉ、Ｓ（硫黄）、Ｃｌ（塩素）又はＰ（リン）等をＡｓに代えて用いることができる。光吸収部２０１を形成するための不純物としてＣ、Ｏ、Ｓｉ、Ｓ、Ｃｌ又はＰを用いる場合も、その不純物密度はＡｓと同様に１×１０１３ｃｍ−３程度から１×１０２０ｃｍ−３程度までの範囲であることが好ましい。また、ＧａＮ層にＣを導入する場合、ＧａＮ層の結晶成長時に例えばＣＨ４ 等のＣ含有ガスを用いればよい。また、ＧａＮ層にＯを導入する場合、ＧａＮ層の結晶成長時に例えばＮＯ２ 等のＯ含有ガスを用いればよい。また、ＧａＮ層にＳｉを導入する場合、ＧａＮ層の結晶成長時に例えばＳｉＨ４ 等のＳｉ含有ガスを用いればよい。また、ＧａＮ層にＳを導入する場合、ＧａＮ層の結晶成長時に例えばＳＦ６ 等のＳ含有ガスを用いればよい。また、ＧａＮ層にＣｌを導入する場合、ＧａＮ層の結晶成長時に例えばＶ族／III 族原料供給比（アンモニアの１分当たりの供給流量の、塩化ガリウムの１分当たりの供給流量に対する比）を１００以下にし、それによってＧａＮの窒素サイトにＣｌを入れやすくすればよい。また、ＧａＮ層にＰを導入する場合、ＧａＮ層の結晶成長時に例えばフォスフィンをアンモニアと混ぜて用いればよい。さらに、以上に述べた、Ｃ、Ｏ、Ｓｉ、Ｓ、Ｃｌ、Ｐ又はＡｓ等を、使用するガスを適切に選択してＧａＮ層に不純物として導入することによって、結晶成長装置内に汚染等が発生することを防止できる。
【０２１５】
また、第６の実施形態において、ＧａＮ基板２００における裏面側の領域に光吸収部２０１を設けたが、光吸収部の厚さｚ０が前述の（式５）を満たしていれば、基板全体に不純物が導入されて基板全体が光吸収部となっていてもよい。
【０２１６】
また、第６の実施形態において、ＧａＮ基板２００における裏面側の領域に光吸収部２０１を均一に設けたが、これに代えて、光吸収部を基板表面に対して平行な方向に沿って不均一に分布させてもよい。このようにすると、光吸収部によって光が吸収されるだけではなく、光吸収部によって光が散乱されるので、反射光の強度をより一層低減できる。また、このとき、ＧａＮ基板２００におけるレジスト膜の所定の露光領域の下側の部分のみに不純物を導入することによって、次のような効果が得られる。すなわち、例えばリッジ型レーザ装置を作製するときのように、基板上の活性層付近をレジストパターンで覆いながらデバイスを形成する場合、基板における活性層付近の下側の部分には不純物を導入せず、それにより基板から活性層付近に拡散する不純物を少なくすることによって、該不純物による光吸収に起因する動作電流の増大等を防止できる。一方、基板上の活性層以外の他の半導体層に対しては、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度向上効果によってパターンニングを歩留まりよく行なうことができる。ここで、光吸収部が不均一に分布するように不純物をＧａＮ基板にドーピングする方法としては、例えばイオンビームを用いて不純物をイオン注入する方法、又は基板形成のための窒化物半導体層の成長において選択成長と埋め込み成長とを組み合わせて用いる方法等がある。後者の方法においては、不純物をドーピングしたくない領域をマスクで覆って不純物をドーピングしながら窒化物半導体層の選択成長を行なった後に、不純物をドーピングをせずに窒化物半導体層の埋め込み成長を行なう。
【０２１７】
また、第６の実施形態において、ＧａＮ層に不純物を導入することによってＧａＮ層に光吸収性を与えたが、これに代えて、ＧａＮ層に点欠陥を形成することによってＧａＮ層に光吸収性を与えてもよい。このとき、例えばＧａＮ層にプロトン等を注入することによってＧａＮ層に点欠陥を形成することができる。
【０２１８】
また、第６の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いる露光光の種類は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板２００中を吸収されることなく伝播する波長の光、例えばｇ線又はｉ線等を露光光として用いた場合、従来と比べてパターン精度を飛躍的に向上させることができる。
【０２１９】
また、第６の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いるレジスト膜の種類はポジ型であってもよいし又はネガ型であってもよい。
【０２２０】
また、第６の実施形態において、窒化物半導体基板の材料としてＧａＮを用いたが、これに限られらずＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いてもよい。このとき、これらのIII 族窒化物半導体が基板の主成分となっていれば、基板が他の材料を含んでいてもよい。
【０２２１】
（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態に係る半導体基板及びその製造方法、並びにその半導体基板を用いた半導体装置及びその半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０２２２】
図１７は第７の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【０２２３】
図１７に示すように、第７の実施形態に係る半導体基板は、III 族窒化物半導体層、具体的にはＧａＮ層３００よりなる。また、ＧａＮ層３００（以下、ＧａＮ基板３００と称することもある）の厚さは例えば２５０μｍであり、その両面は鏡面化されている。
【０２２４】
第７の実施形態の特徴は、ｇ線又はｉ線等の露光光を吸収する準位を生じるように不純物、例えばＡｓがＧａＮ基板３００の表面部に導入されてなる複数の光吸収部（基板表面から入射した光を吸収する部分）３０１がストライプ状に形成されていることである。各光吸収部３０１の幅（基板表面に対して平行な方向に沿った幅）は３１０μｍ程度であり、各光吸収部３０１同士の間隔は１０μｍ程度である。
【０２２５】
図１８（ａ）〜（ｅ）は、図１７に示す第７の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【０２２６】
まず、図１８（ａ）に示すように、露光光の波長λの１／１０程度以上の段差を有する凹凸３００ａが裏面に設けられた、厚さ３００μｍのＧａＮ基板３００を用意する。ＧａＮ基板３００は、第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法を用いて作製することができる。
【０２２７】
次に、図１８（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板３００の表面の上に、ＳｉＯ２ よりなる複数のハードマスク３０２をフォトリソグラフィにより形成する。ここで、各ハードマスク３０２の幅は３００μｍであり、各ハードマスク３０２同士の間隔は２０μｍである。ハードマスク３０２を形成するためのフォトリソグラフィ工程においては、ＧａＮ基板３００の裏面の凹凸３００ａが光散乱部として機能するため（第１の実施形態参照）、ハードマスク３０２のパターン精度が向上する。
【０２２８】
次に、図１８（ｃ）に示すように、ハードマスク３０２を用いてＧａＮ基板３００の表面部にＡｓを導入することにより、複数の光吸収部３０１をストライプ状に形成する。
【０２２９】
ここで、ＧａＮ基板３００へのＡｓ注入の方法は特に限定されないが、以下、図１９を参照しながら、第７の実施形態に係る半導体基板の製造方法におけるＧａＮ基板へのＡｓ注入方法の一例を説明する。図１９に示すように、ハードマスク３０２が設けられたＧａＮ基板３００の表面上にＧａＡｓ層３０３を形成した後、ＧａＮ基板３００を、石英等よりなる反応管３５０内のサセプタ３５１上に設置する。その後、反応管３５０のガス導入口３５０ａからアンモニアを供給すると共に、反応管３５０の外側に設けられた加熱手段３５２によって、サセプタ３５１付近のアンモニアを１０００℃程度に加熱する。これにより、ＧａＡｓ層３０３中のＡｓがＧａＮ基板３００の表面部に拡散して光吸収部３０１が形成される。使用済みのアンモニアは反応管３５０のガス排出口３５０ｂから排出される。尚、サセプタ３５１は例えばグラファイト等よりなる。また、加熱手段３５２としては管状抵抗線ヒーター等が用いられる。
【０２３０】
図１９に示すＡｓ注入工程をアンモニア雰囲気中で行なっているのは、アンモニアが分解して生じる窒素によって、ＧａＮ基板３００の裏面（粗面）側から窒素が抜け出してしまうことを防止できるからである。従って、アンモニアに代えて、窒素原子を有する他のガスの雰囲気中でＡｓ注入を行なってもよい。
【０２３１】
また、ＧａＮ基板３００上に形成されるＧａＡｓ層３０３は単結晶である必要はないので、ＧａＡｓ層３０３をスパッタ法によって形成してもよい。また、ＧａＡｓ層３０３に代えて、Ａｓ層又はＡｓを含む化合物層を形成してもよい。
【０２３２】
また、ＧａＮ基板３００中にＡｓを拡散させる温度を１０００℃よりも低くしてもよいが、この場合、Ａｓの拡散速度が低下するので、所望の光吸収部３０１の分布形状つまりＡｓの拡散プロファイルを得るためには、Ａｓの拡散時間を長くする必要がある。但し、数時間から数十時間程度の実用的な拡散時間で、光吸収部３０１の光透過率が十分に低下するようにＡｓを拡散させようとすると、Ａｓの拡散温度を７００℃以上に設定することが好ましい。
【０２３３】
図１９に示すＡｓ注入工程によって得られた各光吸収部３０１の幅は、Ａｓの拡散のために各ハードマスク３０２の幅よりも拡がって３１０μｍになる。従って、各光吸収部３０１同士の間隔は１０μｍになる。尚、各光吸収部３０１の厚さは５μｍ程度である。
【０２３４】
次に、図１８（ｄ）に示すように、フッ酸等を用いたウエットエッチングによりハードマスク３０２を除去した後、凹凸３００ａを有するＧａＮ基板３００の裏面を研磨して、図１８（ｅ）に示すように、該裏面を鏡面化する。
【０２３５】
このようにして得られた、光吸収部３０１を有するＧａＮ基板３００は、それを用いた窒化物半導体装置を製造するときに、例えば動作電流の低い高性能なリッジ型レーザ装置等を歩留まり良く作製できるという特徴を有する。
【０２３６】
以下、第７の実施形態に係る半導体基板を用いた半導体装置、具体的にはリッジ型レーザ装置の製造方法について、図２０（ａ）〜（ｄ）及び図２１（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０２３７】
まず、図２０（ａ）に示すように、光吸収部３０１を有するＧａＮ基板３００（図１７参照）を用意する。尚、以下、ＧａＮ基板３００における一対の光吸収部３０１によって挟まれた領域（つまりリッジ構造形成領域）、及びその近傍部分のみを図示しながら説明する。
【０２３８】
次に、図２０（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板３００上に、厚さ１μｍのｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層３１０、厚さ３０ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層と厚さ５０ｎｍのＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ障壁層とからなる量子井戸活性層３１１、厚さ２μｍのｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層３１２を順次形成する。これらの各窒化物半導体層の形成には例えばＭＯＶＰＥ法を用いることができる。尚、例えばＭＯＶＰＥ法によって１０００℃程度の温度下で各窒化物半導体層を成長させた場合、光吸収部３０１中のＡｓがさらに拡散する結果、図２０（ｂ）に示すように、光吸収部３０１の分布領域が拡大する。これにより、例えばＧａＮ基板３００とｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層３１０との界面付近においては、光吸収部３０１同士の間隔は２〜３μｍ程度になり、量子井戸活性層３１１付近においては、光吸収部３０１同士の間隔は５μｍ程度になる。
【０２３９】
次に、図２０（ｃ）に示すように、ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層３１２の上に、ポジ型のレジスト膜３１３を形成した後、図２０（ｄ）に示すように、幅３μｍ程度のリッジ構造形成領域（光吸収部３０１同士に挟まれた領域）を覆うフォトマスク３６０を介してレジスト膜３１３にｇ線を露光光として照射する。このとき、ＧａＮ基板３００（各窒化物半導体層を含む）におけるフォトマスク３６０によって覆われていない領域には光吸収部３０１が存在するために、露光時にＧａＮ基板３００の裏面からの反射光の強度が低減される。その結果、露光光がフォトマスク３６０の周辺でフォトマスク３６０の内側に回折した後にＧａＮ基板３００の裏面で反射し、それによりレジスト膜３１３におけるフォトマスク３６０の下側の部分が露光されてしまう事態を防止できる。
【０２４０】
次に、図２１（ａ）に示すように、レジスト膜３１３を現像してレジスト膜３１３における露光光が照射された部分を除去することにより、レジストパターン３１３Ａを形成する。このとき、前述のようにレジスト膜３１３における不要な感光が防止されているので、レジストパターン３１３Ａを精度良く形成できる。
【０２４１】
次に、図２１（ｂ）に示すように、レジストパターン３１３Ａをマスクとしてｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層３１２に対して、例えばＣｌガスプラズマによるリアクティブイオンエッチング等を行なって、リッジ構造３１２ａを形成する。このとき、ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層３１２がサイドエッチングされる結果、リッジ構造３１２ａは台形状になる。
【０２４２】
次に、図２１（ｃ）に示すように、有機溶剤等を用いてレジストパターン３１３Ａを除去した後、図２１（ｄ）に示すように、リッジ構造３１２ａの上に、Ｎｉ（ニッケル）とＡｕ（金）との多層構造よりなる厚さ１μｍ程度のｐ電極３１４を形成すると共に、ＧａＮ基板３００の裏面に、Ｔｉ（チタン）とＡｌとの多層構造よりなる厚さ１μｍ程度のｎ電極３１５を形成する。このとき、ＧａＮ基板３００の裏面が鏡面化されているため（図１８（ｅ）参照）、段切れ等を防止しつつｎ電極３１５を密着性良く形成することができる。その後、図示は省略しているが、図２１（ｄ）に示す窒化物半導体の層構造が形成されたＧａＮ基板、つまり半導体ウェハを劈開によって分割することにより、窒化物半導体レーザ装置が完成する。
【０２４３】
図２２は、以上に説明した方法によって作製された窒化物半導体レーザ装置、つまり第７の実施形態に係る半導体装置の断面構成を、該装置が発光しているときの発光領域の分布と共に示している。
【０２４４】
ところで、Ａｓ不純物は波長４００ｎｍ前後の光を吸収するため、発光領域中にＡｓ不純物が存在すると、窒化物半導体レーザ装置が発光した光が吸収されて発光効率が低下してしまうという問題が生じる。しかし、第７の実施形態においては、図２２に示すように、発光領域３１６が、Ａｓ不純物を有する光吸収部３０１中にないため、レーザ光が吸収されることがないので、発光効率の低下を防止できる。
【０２４５】
以上に説明したように、第７の実施形態によると、ＧａＮ基板３００の表面部に光吸収部３０１が形成されているため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光の強度を低減できる。このため、ＧａＮ基板３００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、基板表面から入射した露光光が基板裏面で反射してレジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【０２４６】
また、第７の実施形態によると、ＧａＮ基板３００となるＧａＮ層に不純物を注入して光吸収部３０１を形成するため、光吸収部を有する窒化物半導体基板の結晶性の低下を防止できる。
【０２４７】
また、第７の実施形態によると、ＧａＮ基板３００におけるレジスト膜の所定の露光領域の下側の部分のみに不純物を導入して光吸収部３０１を形成する。このため、ＧａＮ基板３００上の活性層付近におけるＧａＮ基板３００から拡散した不純物を少なくして該不純物による光吸収に起因する動作電流の増大等を防止できると共に、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度向上効果によって活性層以外の他の窒化物半導体層を歩留まりよくパターンニングできる。
【０２４８】
また、第７の実施形態によると、ＧａＮ基板３００の裏面が鏡面化されているため、ＧａＮ基板３００を用いた半導体装置の製造工程を簡単化できる。
【０２４９】
尚、第７の実施形態において、ＧａＮ基板３００に光吸収部３０１を設けたが、これに代えて、光散乱部（第１の実施形態等参照）、又は反射防止膜つまり光透過部（第２の実施形態等参照）を設けてもよい。
【０２５０】
また、第７の実施形態において、ＧａＮ基板３００を用いて、リッジ構造を有する半導体装置を作製したが、これに代えて、溝構造を有する半導体装置を作製してもよい。
【０２５１】
また、第７の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いる露光光の種類は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板３００中を吸収されることなく伝播する波長の光、例えばｇ線又はｉ線等を露光光として用いた場合、従来と比べてパターン精度を飛躍的に向上させることができる。
【０２５２】
また、第７の実施形態において、図２０（ｃ）、（ｄ）及び図２１（ａ）に示すフォトリソグラフィ工程でポジ型のレジスト膜を用いたが、これに代えて、ネガ型のレジスト膜を用いてもよい。この場合、リッジ構造形成領域（光吸収部３０１同士に挟まれた領域）以外の領域を覆うフォトマスクを用いると共に、レジスト膜を現像してレジスト膜における露光光が照射されなかった部分を除去することによって、レジストパターンを形成する。
【０２５３】
また、第７の実施形態において、窒化物半導体基板の材料としてＧａＮを用いたが、これに限られらずＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いてもよい。このとき、これらのIII 族窒化物半導体が基板の主成分となっていれば、基板が他の材料を含んでいてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２５４】
本発明は、窒化物半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法に好適である。
【符号の説明】
【０２５５】
１００ ＧａＮ層（ＧａＮ基板）
１００ａ 凹凸
１０１ サファイア基板
１０２ シリコン基板
１０３ ＡｌＮ層
１０４ 酸化アルミニウム層
１０５ 酸化ガリウム層
１０６ 光散乱部
１０６ａ ＳｉＯ２ 粒
１０７ ＧａＮ層
１０８ Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層
１０９ 光吸収部
１０９ａ Ｓｉ層
１１０ 第１のＳｉ層
１１１ 第１のレジストパターン
１１２ 第１のＧａＮ層
１１３ 第２のＳｉ層
１１４ 第２のＧａＮ層
１５０ 反応管
１５０ａ ガス導入口
１５０ｂ ガス排出口
１５１ 被処理基板
１５２ サセプタ
１５３ 加熱手段
１６０ 反応管
１６０ａ 第１のガス導入口
１６０ｂ 第２のガス導入口
１６０ｃ ガス排出口
１６１ 被処理基板
１６２ サセプタ
１６３ 溶融状態のＧａ
１６４ 皿
１６５ 加熱手段
１７１ レジスト膜
１７１ａ 本来露光されるべき領域
１７２ フォトマスク
１７２ａ 開口部
１７３ 入射光（露光光）
１７４ 出射光
１７５ 反射光
２００ ＧａＮ層（ＧａＮ基板）
２０１ 光吸収部
２０２ サファイア基板
２０３ シリコン基板
２０４ ＡｌＮ層
３００ ＧａＮ層（ＧａＮ基板）
３００ａ 凹凸
３０１ 光吸収部
３０２ ハードマスク
３０３ ＧａＡｓ層
３１０ ｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層
３１１ 量子井戸活性層
３１２ ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層
３１２ａ リッジ構造
３１３ レジスト膜
３１３Ａ レジストパターン
３１４ ｐ電極
３１５ ｎ電極
３１６ 発光領域
３５０ 反応管
３５０ａ ガス導入口
３５０ｂ ガス排出口
３５１ サセプタ
３５２ 加熱手段
３６０ フォトマスク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、青色発光ダイオード又は青色半導体レーザ素子等の基板として用いられる窒化物半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いた半導体装置、例えば青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）又は青色半導体レーザ素子等はその大多数がサファイア基板上に形成されていた。
【０００３】
窒化物半導体を用いた半導体装置の製造工程、特に、半導体レーザ素子等の製造工程においては、１μｍ程度の位置合わせ誤差が生じても実用上問題にならないため、Ｓｉ（シリコン）に対するフォトリソグラフィ工程で使用される高価なＫｒＦステッパ（１台数十億円程度）を用いることなく、水銀ランプのｇ線（波長４３６ｎｍ）又はｉ線（波長３６５ｎｍ）を用いた安価な露光装置（１台１千万円程度）により、十分な位置合わせ精度を確保することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、半導体装置の基板として窒化物半導体基板が用いられるに従って、半導体装置を形成するときに、特に、水銀ランプのｇ線又はｉ線を用いた露光装置によりパターン形成を行なうときに、フォトリソグラフィ工程でのレジストパターンの精度（以下、パターン精度と称する）が劣化して半導体装置の歩留まりが著しく低下してしまうという問題が生じてきた。
【０００５】
前記に鑑み、本発明は、窒化物半導体基板を用いた半導体装置の製造においてフォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本件発明者らは、従来の窒化物半導体基板を用いた場合においてｇ線又はｉ線によりパターン形成を行なうときにときにパターン精度が劣化する原因について検討を行ない、その結果、以下のことが判明した。
【０００７】
図２３は従来の窒化物半導体基板、具体的にはＧａＮよりなる基板（以下、ＧａＮ基板と称する）上に形成されたレジスト膜に対して露光を行なっている様子を示している。
【０００８】
図２３に示すように、ＧａＮ基板１上のレジスト膜２に対して、開口部３ａを有するフォトマスク３を介して例えばｉ線が露光光４として照射されている。ところで、窒化物半導体が吸収できる光の波長は短く、例えばＧａＮが吸収できる光の波長は３６０ｎｍ以下であるので、ｇ線又はｉ線を露光光４として用いた場合、レジスト膜２を透過してＧａＮ基板１の表面に入射した露光光４つまり入射光４は、ＧａＮ基板１中を吸収されることなく伝播してしまう。その結果、入射光４は、ＧａＮ基板１の裏面から出射される出射光５と、ＧａＮ基板１の裏面で反射されて生じる反射光６とに分かれる。ＧａＮ基板１の裏面が鏡面である場合、ＧａＮ基板１の裏面での入射光４の反射率、つまりＧａＮ基板１と空気との界面での入射光４の反射率は約２０％にも達する。
【０００９】
ここで、レジスト膜２における領域２ａが入射光４によって本来露光されるべき領域であるが、反射光６によってレジスト膜２が裏側から露光されるため、レジスト膜２における本来露光されるべきではない領域２ｂまで露光されてしまう。その結果、従来の窒化物半導体基板を用いた場合、レジスト膜２の剥離又はレジストパターン寸法の縮小等の不良が生じてパターン形成が正常に行われなくなることが判明した。
【００１０】
また、ＧａＮ基板１の厚さが小さくなってＧａＮ基板１を入射光４が透過しやすくなり、それにより反射光６の強度が増大する場合、又は、フォトマスク３の開口部３ａの開口幅が入射光４つまり露光光の波長の数倍程度以下になって開口部３ａを通過した入射光４が開口部３ａの外側に回折し、それにより反射光６がさらにその外側に拡がる場合（図２３参照）等に、前述のパターン精度が劣化してしまう問題がより顕著に生じることが判明した。
【００１１】
尚、本明細書において、反射は正反射（入射角＝反射角）を意味すると共に反射率は正反射率を意味するものとし、正反射以外の反射は乱反射と称する。また、基板表面とは、窒化物半導体基板を用いて半導体装置を製造するときに窒化物半導体層の成長が行なわれる側の面を意味するものとする。
【００１２】
本発明は、以上の知見に基づきなされたものであって、具体的には、本発明に係る第１の半導体基板は、III 族窒化物を主成分とする半導体層よりなり、半導体層の一の面から半導体層に入射した入射光を散乱させる散乱部が半導体層の他の面又は内部に設けられている。
【００１３】
第１の半導体基板によると、該基板を構成し且つIII 族窒化物を主成分とする半導体層の一の面から入射した入射光を散乱させる散乱部が半導体層の他の面又は内部に設けられているため、入射光が他の面で反射して生じる反射光の強度を低減できる。このため、第１の半導体基板つまり窒化物半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、一の面（以下、基板表面と称することもある）から入射した露光光が他の面（以下、基板裏面と称することもある）で反射してレジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。例えば第１の半導体基板がＧａＮ基板である場合、特に、水銀ランプのｇ線又はｉ線の基板裏面での反射を確実に防止でき、その結果、ｇ線又はｉ線を露光光として用いたフォトリソグラフィ工程でのパターン精度が著しく向上するので、窒化物半導体装置の製造歩留まりが著しく向上する。
【００１４】
第１の半導体基板において、散乱部は、半導体層の他の面に入射光の波長の１／１０程度以上の段差を有する凹凸が設けられてなることが好ましい。
【００１５】
このようにすると、他の面において入射光を効率よく乱反射つまり散乱させることができるので、他の面における入射光の反射率を低減でき、それにより反射光の強度を確実に低減できる。
【００１６】
このとき、半導体層の他の面における入射光の反射率は１３％以下であることが好ましく、また、入射光の波長は３６５ｎｍ（ｉ線）又は４３６ｎｍ（ｇ線）であることが好ましい。
【００１７】
第１の半導体基板において、散乱部は、半導体層の内部に設けられていると共に、入射光に対してIII 族窒化物と異なる屈折率を有する材料からなる粒又は層を含むことが好ましい。
【００１８】
このようにすると、半導体層の内部において入射光を効率よく散乱させることができるので、反射光の強度を確実に低減できる。
【００１９】
このとき、前述の材料からなる粒の直径、前述の材料からなる層における一の面に対して平行な方向に沿った幅、又は前述の材料からなる層の厚さは、入射光の波長の１／１０程度以上であることが好ましい。また、前述の材料からなる粒又は層は一の面に対して平行な方向に沿って設けられており、散乱部は、一の面に対して平行な方向に沿って設けられており且つIII 族窒化物を主成分とする他の半導体層と、前述の粒又は層とが交互に積層されてなることが好ましい。また、散乱部の厚さは入射光の波長の１／１０程度以上であることが好ましい。また、前述の材料はＳｉ、ＳｉＯ２ 、ＳｉＮ又はＡｌ２Ｏ３であることが好ましい。さらに、散乱部の入射光に対する透過率は８０％以下であることが好ましく、また、入射光の波長は３６５ｎｍ又は４３６ｎｍであることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る第２の半導体基板は、III 族窒化物を主成分とする半導体層よりなり、半導体層の一の面から半導体層に入射した入射光を透過させる透過部が半導体層の他の面に設けられている。
【００２１】
第２の半導体基板によると、該基板を構成し且つIII 族窒化物を主成分とする半導体層の一の面から入射した入射光を透過させる透過部が半導体層の他の面に設けられているため、他の面における入射光の反射率を低減できるので、入射光が他の面で反射して生じる反射光の強度を低減できる。このため、第２の半導体基板つまり窒化物半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、一の面（基板表面）から入射した露光光が他の面（基板裏面）で反射してレジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。例えば第２の半導体基板がＧａＮ基板である場合、特に、水銀ランプのｇ線又はｉ線の基板裏面での反射を確実に防止でき、その結果、ｇ線又はｉ線を露光光として用いたフォトリソグラフィ工程でのパターン精度が著しく向上するので、窒化物半導体装置の製造歩留まりが著しく向上する。
【００２２】
第２の半導体基板において、透過部は、半導体層の他の面に、入射光に対してIII 族窒化物と異なる屈折率を有する材料からなる層が形成されてなることが好ましい。
【００２３】
このようにすると、他の面における入射光の反射率を確実に低減できる。
【００２４】
このとき、前述の材料からなる層は複数の層であり、該複数の層のうちの少なくとも２つの層は入射光に対して互いに異なる屈折率を有することが好ましい。また、前述の材料の入射光に対する屈折率は、III 族窒化物の入射光に対する屈折率の９／１０程度以下であることが好ましい。また、前述の材料はＳｉＯ２ 、ＳｉＮ若しくはＡｌ２Ｏ３であるか、半導体層を構成するIII 族元素と酸素との化合物であるか、Ａｌｘ Ｇａ１−ｘ Ｎ（但し０＜ｘ≦１）であることが好ましい。前述の材料が半導体層を構成するIII 族元素と酸素との化合物である場合、基板裏面に新たに透過部となる膜を形成する場合と比べて工程を簡単化できると共に、基板への不純物混入等の問題を防止して基板の製造歩留まりを向上できる。
【００２５】
第２の半導体基板において、透過部の入射光に対する透過率は８０％以上であることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、他の面における入射光の反射率を確実に低減できる。また、このとき、入射光の波長は３６５ｎｍ又は４３６ｎｍであることが好ましい。
【００２７】
第２の半導体基板において、半導体層の他の面と透過部との間、又は半導体層の内部に設けられており且つ入射光を散乱させる散乱部をさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
このようにすると、入射光を散乱部によって散乱させた後、散乱された入射光を透過部によって透過させるため、反射光の強度をより一層低減できる。
【００２９】
本発明に係る第３の半導体基板は、III 族窒化物を主成分とする半導体層よりなり、半導体層の一の面から半導体層に入射した入射光を吸収する吸収部が半導体層の少なくとも一部分に設けられている。
【００３０】
第３の半導体基板によると、該基板を構成し且つIII 族窒化物を主成分とする半導体層の一の面から入射した入射光を吸収する吸収部が半導体層の少なくとも一部分に設けられているため、入射光が他の面で反射して生じる反射光の強度を低減できる。このため、第３の半導体基板つまり窒化物半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、一の面（基板表面）から入射した露光光が他の面（基板裏面）で反射してレジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。例えば第３の半導体基板がＧａＮ基板である場合、特に、水銀ランプのｇ線又はｉ線の基板裏面での反射を確実に防止でき、その結果、ｇ線又はｉ線を露光光として用いたフォトリソグラフィ工程でのパターン精度が著しく向上するので、窒化物半導体装置の製造歩留まりが著しく向上する。
【００３１】
第３の半導体基板において、吸収部の入射光に対する透過率は８０％以下であることが好ましい。
【００３２】
このようにすると、基板裏面が鏡面である場合にも、基板裏面における入射光の反射率を実質的に１３％程度以下にすることができるので、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を確実に向上させることできる。また、このとき、入射光の波長は３６５ｎｍ又は４３６ｎｍであることが好ましい。
【００３３】
第３の半導体基板において、吸収部は、入射光に対してIII 族窒化物よりも大きな吸収係数を有する材料からなることが好ましい。
【００３４】
このようにすると、吸収部によって確実に入射光が吸収されるので、反射光の強度を確実に低減できる。また、このとき、前述の材料は、入射光に対して互いに異なる吸収係数を有する複数の材料であるか、又は、Ｓｉ及びＷのうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００３５】
第３の半導体基板において、吸収部は、入射光を吸収する準位を生じるように不純物が半導体層に添加されてなることが好ましい。
【００３６】
このようにすると、吸収部によって確実に入射光が吸収されるので、反射光の強度を確実に低減できると共に、第３の半導体基板つまり窒化物半導体基板の結晶性の低下を防止できる。また、このとき、不純物はＣ、Ｏ、Ｓｉ、Ｓ、Ｃｌ、Ｐ及びＡｓのうちの少なくと１つを含むことが好ましい。また、吸収部の入射光に対する吸収係数をαとし、吸収部の厚さをｚ０としたときに、ｚ０≧０．２２３／αの関係が成り立つことが好ましい。
【００３７】
第３の半導体基板において、吸収部は半導体層に点欠陥が形成されてなることが好ましい。
【００３８】
このようにすると、吸収部によって確実に入射光が吸収されるので、反射光の強度を確実に低減できると共に、第３の半導体基板つまり窒化物半導体基板の結晶性の低下を防止できる。また、このとき、点欠陥は半導体層にプロトンを導入することにより形成されていることが好ましい。
【００３９】
第３の半導体基板において、吸収部は、半導体層の一の面に対して平行な方向に沿って不均一に分布していることが好ましい。
【００４０】
このようにすると、吸収部によって入射光が吸収されるだけではなく、吸収部によって入射光が散乱されるので、反射光の強度をより一層低減できる。また、半導体基板を用いて例えばリッジ型レーザ装置を作製する場合、半導体基板におけるリッジ構造の下側に吸収部を設けないことによって、基板上の活性層の特性を劣化させることなく、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度向上効果を得ることができる。
【００４１】
本発明に係る第１の半導体基板の製造方法は、III 族窒化物を主成分とする第１の半導体層の上に、III 族窒化物と異なる光屈折率を有する材料よりなる光散乱部を部分的に形成する工程と、光散乱部を含む第１の半導体層の上に、III 族窒化物を主成分とする第２の半導体層を結晶成長させ、それによって第１の半導体層、光散乱部及び第２の半導体層から構成される半導体基板を形成する工程とを備えている。
【００４２】
第１の半導体基板の製造方法によると、半導体基板を構成する第１の半導体層と第２の半導体層との間に光散乱部を形成するため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光、つまり反射光の強度を低減できる。従って、この半導体基板を用いた窒化物半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できるため、パターン精度を向上させることができるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００４３】
また、第１の半導体基板の製造方法によると、第１の半導体層と異なる屈折率を有する材料、つまり第１の半導体層と異なる材料よりなる光散乱部を部分的に形成した後、該光散乱部を含む第１の半導体層の上に第２の半導体層を結晶成長させるため、第１の半導体層に生じていた欠陥等が第２の半導体層に引き継がれることを光散乱部によって抑制できる。従って、第２の半導体層の結晶性を良好にできるので、光散乱部を有する半導体基板の結晶性を良好にできる。
【００４４】
第１の半導体基板の製造方法において、光散乱部を部分的に形成する工程は、半導体層の上に全面に亘って光散乱部となる膜を形成する工程と、膜の上にマスクパターンを部分的に形成して、該マスクパターンを用いて膜に対してエッチングを行なうことにより、膜におけるマスクパターンによって覆われていない部分を除去して光散乱部を形成する工程と、マスクパターンを除去する工程とを含むことが好ましい。
【００４５】
このようにすると、第１の半導体層の上に部分的に形成された光散乱部を確実に実現できる。
【００４６】
本発明に係る第２の半導体基板の製造方法は、III 族窒化物を主成分とする半導体層の裏面に、所定値よりも大きい段差を有する凹凸を形成する工程と、凹凸が形成された半導体層の裏面に、III 族窒化物と異なる光屈折率を有する材料よりなる埋め込み膜を形成することにより、半導体層及び埋め込み膜から構成される半導体基板を形成する工程とを備えている。
【００４７】
第２の半導体基板の製造方法によると、半導体基板を構成する半導体層の裏面、つまり該半導体層と埋め込み膜との界面に光散乱部となる凹凸を形成するため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光、つまり反射光の強度を低減できる。従って、この半導体基板を用いた窒化物半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できるため、パターン精度を向上させることができるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００４８】
また、第２の半導体基板の製造方法によると、凹凸が設けられて粗面化された半導体層の裏面を埋め込み膜によって平坦化することができるので、基板裏面が平坦化され、それにより半導体装置の製造工程を簡単化できる。
【００４９】
また、第２の半導体基板の製造方法によると、埋め込み膜として、例えばIII 族窒化物を主成分とする他の半導体層を結晶成長させる場合には、凹凸のうち凸部上に形成される他の半導体層の結晶性を良好にできるので、光散乱部を有する半導体基板の結晶性を良好にできる。
【００５０】
本発明に係る第３の半導体基板の製造方法は、III 族窒化物を主成分とする第１の半導体層の上に、III 族窒化物よりも大きな光吸収係数を有する材料よりなる光吸収部を部分的に形成する工程と、光吸収部を含む第１の半導体層の上に、III 族窒化物を主成分とする第２の半導体層を結晶成長させ、それによって第１の半導体層、光吸収部及び第２の半導体層から構成される半導体基板を形成する工程とを備えている。
【００５１】
第３の半導体基板の製造方法によると、半導体基板を構成する第１の半導体層と第２の半導体層との間に光吸収部を形成するため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光、つまり反射光の強度を低減できる。従って、この半導体基板を用いた窒化物半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できるため、パターン精度を向上させることができるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００５２】
また、第３の半導体基板の製造方法によると、第１の半導体層と異なる吸収係数を有する材料、つまり第１の半導体層と異なる材料よりなる光吸収部を部分的に形成した後、該光吸収部を含む第１の半導体層の上に第２の半導体層を結晶成長させるため、第１の半導体層に生じていた欠陥等が第２の半導体層に引き継がれることを光吸収部によって抑制できる。従って、第２の半導体層の結晶性を良好にできるので、光吸収部を有する半導体基板の結晶性を良好にできる。
【００５３】
本発明に係る第４の半導体基板の製造方法は、III 族窒化物を主成分とする半導体層に不純物を注入して光を吸収する準位を発生させることによって光吸収部を形成し、それにより半導体層及び光吸収部から構成される半導体基板を形成する工程を備えている。
【００５４】
第４の半導体基板の製造方法によると、半導体基板を構成する半導体層に光吸収部を形成するため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光、つまり反射光の強度を低減できる。従って、この半導体基板を用いた窒化物半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できるため、パターン精度を向上させることができるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００５５】
また、第４の半導体基板の製造方法によると、基板となる半導体層に不純物を注入して光吸収部を形成するため、光吸収部を有する半導体基板の結晶性の低下を防止できる。
【００５６】
第４の半導体基板の製造方法において、光吸収部を形成する工程は、半導体層の上にマスクパターンを部分的に形成して、該マスクパターンを用いて半導体層に対して不純物を注入することにより、半導体層に光吸収部を部分的に形成する工程と、マスクパターンを除去する工程とを含むことが好ましい。
【００５７】
このようにすると、半導体層の上に部分的に形成された光吸収部を確実に実現できる。また、半導体基板を用いて例えばリッジ型レーザ装置を作製する場合、半導体基板におけるリッジ構造の下側に吸収部を設けないことによって、半導体基板上の活性層の特性を劣化させることなく、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度向上効果を得ることができる。
【００５８】
本発明に係る第１の半導体装置は、一の面から入射した光を散乱させる散乱部が他の面又は内部に設けられており且つIII 族窒化物を主成分とする半導体基板と、III 族窒化物よりなる半導体層に対してフォトリソグラフィ及びエッチングを用いることによって半導体基板における一の面の上に形成された構造とを備えている。
【００５９】
第１の半導体装置によると、本発明に係る第１の半導体基板を用いた半導体装置であるため、フォトリソグラフィ工程でレジスト膜に不要な感光が生じることがない。このため、基板上に形成される構造の寸法精度を向上させることができるので、半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００６０】
本発明に係る第２の半導体装置は、一の面から入射した光を透過させる透過部が他の面に設けられており且つIII 族窒化物を主成分とする半導体基板と、III 族窒化物よりなる半導体層に対してフォトリソグラフィ及びエッチングを用いることによって半導体基板における一の面の上に形成された構造とを備えている。
【００６１】
第２の半導体装置によると、本発明に係る第２の半導体基板を用いた半導体装置であるため、フォトリソグラフィ工程でレジスト膜に不要な感光が生じることがない。このため、基板上に形成される構造の寸法精度を向上させることができるので、半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００６２】
本発明に係る第３の半導体装置は、一の面から入射した光を吸収する吸収部が少なくとも一部分に設けられており且つIII 族窒化物を主成分とする半導体基板と、III 族窒化物よりなる半導体層に対してフォトリソグラフィ及びエッチングを用いることによって半導体基板における一の面の上に形成された構造とを備えている。
【００６３】
第３の半導体装置によると、本発明に係る第３の半導体基板を用いた半導体装置であるため、フォトリソグラフィ工程でレジスト膜に不要な感光が生じることがない。このため、基板上に形成される構造の寸法精度を向上させることができるので、半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００６４】
第１〜第３の半導体装置のいずれかにおいて、前述の構造はリッジ構造又は溝構造を有していてもよい。
【００６５】
また、第３の半導体装置において、前述の構造はリッジ構造を有しており、半導体基板におけるリッジ構造の下側には吸収部が設けられていないことが好ましい。このようにすると、基板上の活性層の特性を劣化させることなく、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度向上効果を得ることができる。
【００６６】
本発明に係る第１のパターン形成方法は、一の面から入射した光を散乱させる散乱部が他の面又は内部に設けられており且つIII 族窒化物を主成分とする半導体基板における一の面の上に、III 族窒化物よりなる半導体層を形成する工程と、半導体層の上にポジ型又はネガ型のレジスト膜を形成する工程と、開口部を有するフォトマスクを介してレジスト膜に露光光を照射する工程と、レジスト膜を現像することによって、レジスト膜がポジ型の場合にはレジスト膜における露光光が照射された部分を除去すると共にレジスト膜がネガ型の場合にはレジスト膜における露光光が照射されなかった部分を除去し、それによりレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして半導体層に対してエッチングを行なう工程とを備えている。
【００６７】
第１のパターン形成方法によると、本発明に係る第１の半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法であるため、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できる。このため、レジストパターンの精度を向上させることができるので、半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００６８】
本発明に係る第２のパターン形成方法は、一の面から入射した光を透過させる透過部が他の面に設けられており且つIII 族窒化物を主成分とする半導体基板における一の面の上に、III 族窒化物よりなる半導体層を形成する工程と、半導体層の上にポジ型又はネガ型のレジスト膜を形成する工程と、開口部を有するフォトマスクを介してレジスト膜に露光光を照射する工程と、レジスト膜を現像することによって、レジスト膜がポジ型の場合にはレジスト膜における露光光が照射された部分を除去すると共にレジスト膜がネガ型の場合にはレジスト膜における露光光が照射されなかった部分を除去し、それによりレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして半導体層に対してエッチングを行なう工程とを備えている。
【００６９】
第２のパターン形成方法によると、本発明に係る第２の半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法であるため、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できる。このため、レジストパターンの精度を向上させることができるので、半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００７０】
本発明に係る第３のパターン形成方法は、一の面から入射した光を吸収する吸収部が少なくとも一部分に設けられており且つIII 族窒化物を主成分とする半導体基板における一の面の上に、III 族窒化物よりなる半導体層を形成する工程と、半導体層の上にポジ型又はネガ型のレジスト膜を形成する工程と、開口部を有するフォトマスクを介してレジスト膜に露光光を照射する工程と、レジスト膜を現像することによって、レジスト膜がポジ型の場合にはレジスト膜における露光光が照射された部分を除去すると共にレジスト膜がネガ型の場合にはレジスト膜における露光光が照射されなかった部分を除去し、それによりレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして半導体層に対してエッチングを行なう工程とを備えている。
【００７１】
第３のパターン形成方法によると、本発明に係る第３の半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法であるため、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域まで露光されてしまう事態を回避できる。このため、レジストパターンの精度を向上させることができるので、半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【発明の効果】
【００７２】
本発明によると、III 族窒化物を主成分とする半導体基板に光散乱部、光透過部又は光吸収部を設けることにより、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光の強度を低減できるので、窒化物半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、レジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法において用いられるＭＯＶＰＥ装置の一例を示す図である。
【図４】図４は本発明の第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法において用いられるＨＶＰＥ装置の一例を示す図である。
【図５】図５は本発明の第１の実施形態に係る半導体基板の上に形成されたレジスト膜に対して露光を行なっている様子を示す図である。
【図６】図６はライン部及びスペース部の幅が２μｍのラインアンドスペース状のレジストパターンをＧａＮ基板上に形成した場合における、基板裏面での露光光の反射率と、ライン部となるレジストパターンの外観良品率との関係を示す図である。
【図７】図７は本発明の第２の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態の変形例に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図９】図９は本発明の第３の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１１】図１１は本発明の第４の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【図１２】図１２は本発明の第５の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｅ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜（ｃ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１５】図１５は本発明の第６の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【図１６】図１６（ａ）〜（ｆ）は本発明の第６の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１７】図１７は本発明の第７の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【図１８】図１８は（ａ）〜（ｅ）は本発明の第７の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１９】図１９は本発明の第７の実施形態に係る半導体基板の製造方法におけるＧａＮ基板へのＡｓ注入方法の一例を示す図である。
【図２０】図２０（ａ）〜（ｄ）は本発明の第７の実施形態に係る半導体基板を用いた半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２１】図２１（ａ）〜（ｄ）は本発明の第７の実施形態に係る半導体基板を用いた半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２２】図２２は本発明の第７の実施形態に係る半導体基板を用いた半導体装置の断面図である。
【図２３】図２３は従来の窒化物半導体基板の上に形成されたレジスト膜に対して露光を行なっている様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る半導体基板及びその製造方法、並びにその半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【００７５】
図１は第１の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【００７６】
図１に示すように、第１の実施形態に係る半導体基板は、III 族窒化物半導体層、具体的にはＧａＮ層１００よりなる。また、ＧａＮ層１００（以下、ＧａＮ基板１００と称することもある）の表面は（０００１）Ｇａ面であり、ＧａＮ基板１００の裏面は（０００１）Ｎ面であり、ＧａＮ基板１００の厚さは例えば２００μｍである。
【００７７】
第１の実施形態の特徴は、ＧａＮ基板１００の裏面が凹凸１００ａを有する粗面となっていることである。ここで、ＧａＮ基板１００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程で用いられる露光光の波長をλとすると、凹凸１００ａはλ／１０程度以上の段差を有することが好ましい。
【００７８】
図２（ａ）〜（ｅ）は、図１に示す第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００７９】
まず、図２（ａ）に示すように、厚さ３００μｍのサファイア基板１０１と厚さ８０μｍのシリコン基板１０２とからなるシリコン・オン・サファイア基板（以下、ＳＯＳ基板と称する）を用意する。
【００８０】
次に、トリメチルアルミニウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ（metal organic vapor phase epitaxy ）法によって、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＳ基板のうちのシリコン基板１０２の上に、１０００℃の温度下でＡｌＮ層１０３を２００ｎｍの厚さ成長させる。
【００８１】
図３は第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法において用いられるＭＯＶＰＥ装置の一例を示している。図３に示すように、ＭＯＶＰＥ装置は、石英又はステンレス等よりなる反応管１５０と、反応管１５０内において被処理基板１５１が載置されるサセプタ１５２と、反応管１５０内においてサセプタ１５２を介して被処理基板１５１を加熱する加熱手段１５３とを備えている。反応管１５０は、原料ガス及びキャリアガスが導入されるガス導入口１５０ａと、使用済みのガスが排気されるガス排出口１５０ｂとを有している。サセプタ１５２は例えばグラファイト等よりなる。加熱手段１５３としては、抵抗線ヒーター（抵抗加熱ヒーター）又はランプヒーター等が用いられる。
【００８２】
ところで、ＭＯＶＰＥ法によるIII 族窒化物半導体層の成長においては、III 族元素面の成長速度が速いため、III 族元素面の成長が支配的となる。従って、図２（ｂ）に示すＡｌＮ層１０３の成膜工程においては、Ａｌ面の成長が支配的となる結果、ＡｌＮ層１０３の表面はＡｌ面となる一方、ＡｌＮ層１０３の裏面、つまりＡｌＮ層１０３のシリコン基板１０２側の面はＮ面となる。
【００８３】
次に、ＨＣｌガスとＧａとを８００℃の温度下で反応させることにより得られる塩化ガリウム、及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ（hydride vapor phase epitaxy ）法を用いて、図２（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層１０３の上に、１０００℃の温度下でＧａＮ層１００を２５０μｍの厚さ成長させる。このとき、ＡｌＮ層１０３の表面がＡｌ面であるので、ＧａＮ層１００のＡｌＮ層１０３側の面つまりＧａＮ層１００の裏面はＮ面となる一方、ＧａＮ層１００の表面はＧａ面となる。また、サファイア基板１０１とシリコン基板１０２とからなるＳＯＳ基板上にＧａＮ層１００を形成するため、サファイア基板１０１がＧａＮ層１００に与える圧縮応力と、シリコン基板１０２がＧａＮ層１００に与える引っ張り応力とがつり合うので、クラックを発生させずに厚膜のＧａＮ層１００を成長させることができる。
【００８４】
図４は第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法において用いられるＨＶＰＥ装置の一例を示している。図４に示すように、ＨＶＰＥ装置は、石英等よりなる反応管１６０と、反応管１６０内において被処理基板１６１が載置されるサセプタ１６２と、反応管１６０内においてＨＣｌガスと反応させる溶融状態のＧａ１６３が入れられる皿１６４と、反応管１６０の外側から反応管１６０内を加熱する加熱手段１６５とを備えている。反応管１６０は、アンモニアガス及びキャリアガスが導入される第１のガス導入口１６０ａと、ＨＣｌガス及びキャリアガスが導入される第２のガス導入口１６０ｂと、使用済みのガスが排気されるガス排出口１６０ｃとを有している。サセプタ１６２は例えばグラファイト又は石英等よりなると共に、皿１６４は例えば石英等よりなる。加熱手段１６５としては、管状抵抗線ヒーター等が用いられる。
【００８５】
次に、フッ酸と硝酸との混合液を用いた処理により、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１０２のみを除去することによって、サファイア基板１０１と、窒化物半導体基板となるＧａＮ層１００つまりＧａＮ基板１００とを分離する。ここで、ＧａＮ基板１００の両面は凹凸のない鏡面であると共に、ＧａＮ基板１００の裏面にはＡｌＮ層１０３が形成されている。
【００８６】
次に、図２（ｅ）に示すように、ＧａＮ基板１００の裏面側を削ることによって、ＡｌＮ層１０３を除去すると共に、ＧａＮ基板１００の裏面に凹凸１００ａを形成して該裏面を粗面化する。ここで、ＧａＮ基板１００の裏面を粗面化する方法は特に限定されるものではないが、例えば粒径１０〜５０μｍの研磨剤を用いてＧａＮ基板１００の裏面を研磨することによってＧａＮ基板１００の裏面を粗面化することができる。具体的には、第１の実施形態においては、ＧａＮ基板１００の厚さが最終的に２００μｍ程度になるまでＧａＮ基板１００の裏面を研磨することによって、図１に示す第１の実施形態に係る半導体基板を得た。
【００８７】
図５は、図１に示す第１の実施形態に係る半導体基板つまりＧａＮ基板１００の上に形成されたレジスト膜に対して露光を行なっている様子を示している。
【００８８】
図５に示すように、ＧａＮ基板１００上のレジスト膜１７１に対して、開口部１７２ａを有するフォトマスク１７２を介して例えばｇ線が露光光１７３として照射されている。このとき、レジスト膜１７１を透過してＧａＮ基板１００の表面（以下、基板表面と称することもある）に入射した露光光１７３つまり入射光１７３は、ＧａＮ基板１００の裏面（以下、基板裏面と称することもある）から出射される出射光１７４と、基板裏面の凹凸１００ａによって乱反射されて生じる反射光１７５とに分かれる。尚、レジスト膜１７１における領域１７１ａは入射光１７３によって本来露光されるべき領域である。また、露光装置としては、例えば水銀ランプのｇ線を光源とするコンタクトアライナーを用いる。
【００８９】
本件発明者らは、第１の実施形態に係る半導体基板を含む、様々な裏面形状を有するＧａＮ基板の上にレジスト膜を形成した後、レジスト膜に対して露光を行ない、その後、レジスト膜を現像することによりレジストパターンを形成し、その外観を調べた。以下、その結果について図６を参照しながら説明する。
【００９０】
図６は、ライン部及びスペース部の幅が２μｍのラインアンドスペース状のレジストパターンをＧａＮ基板上に形成した場合における、基板裏面での露光光（ｇ線）の反射率と、ライン部となるレジストパターンの外観良品率との関係を示している。
【００９１】
ここで、外観良品とは、レジストパターンの幅が２±０．２μｍの範囲内にあるものを意味する。また、基板裏面での露光光の反射率（以下、裏面反射率と称する）は、該裏面を粗面化させるための研磨において研磨剤の粒径又は研磨時間を変化させることによって変化させている。尚、裏面反射率は、基板表面に入射角９０°（略９０°を含む）で入射された入射光の強度に対する、基板裏面で反射された後に基板表面から出射角９０°（略９０°を含む）で出射された反射光の強度の比（測定値）を用いて示している。例えば、ＧａＮ基板の裏面が、原子間力顕微鏡によって原子層オーダーのステップが見られるような非常に平坦な面である場合、裏面反射率は２１％程度である。このような非常に平坦な面は、粒径１μｍ未満の非常に細かな研磨剤を用いてＧａＮ基板の裏面を研磨をした後に該裏面をアンモニア雰囲気中で約１０００℃に加熱することによって得られる。
【００９２】
図６に示すように、裏面反射率が１６％以上のときは、強度の大きい反射光によってレジスト膜が裏側から露光されるため、レジスト膜が剥離したり又はレジストパターン寸法が縮小したりする結果、外観良品率が低下する。それに対して、裏面反射率を低下させるに従って外観良品率が向上し、裏面反射率が１３％以下になると外観良品率がほぼ１００％になる。すなわち、裏面反射率が１３％以下になると、ほぼ１００％の歩留まりで所望のレジストパターンを形成することができる。
【００９３】
以下、図６に示す結果が得られる理由について説明する。ＧａＮ基板の裏面が鏡面のときは、前述（「課題を解決するための手段」又は図２３参照）のように裏面反射率が２０％程度以上と高くなるため、露光時に生じる基板裏面からの反射光がレジスト膜をその裏側から感光させるので、レジスト膜の剥離又はレジストパターン寸法の縮小等の不良が生じる。特に、フォトマスクの開口部の幅が露光光の波長の数倍程度以下である場合、フォトマスクにおける露光光の回折によって反射光が開口部の外側に若干拡がるので、レジスト膜における本来露光されるべきではない領域が露光されやすくなる。それに対して、本実施形態のように基板となるＧａＮ層の裏面が粗面化されていると、露光の際に基板裏面で乱反射が生じるため、言い換えると、基板裏面で正反射が生じにくいため、裏面反射率が低減し、その結果、レジスト膜の裏側からの有害な露光がほとんど生じないので、外観不良のないレジストパターンの形成を行なうことができる。
【００９４】
すなわち、第１の実施形態によると、ＧａＮ基板１００の裏面に凹凸１００ａが形成されており、それによって該裏面が粗面化されているため、ＧａＮ基板１００の裏面で入射光１７３の正反射が生じにくいので、裏面反射率を確実に低減できる。このため、反射光１７５の強度が低下して、反射光１７５によってレジスト膜１７１における本来露光されるべきではない領域（領域１７１ａ以外の他の領域）まで露光されてしまう事態を回避できるので、レジスト膜１７１からなるレジストパターンの精度を向上させることできる。従って、ＧａＮ基板１００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【００９５】
尚、第１の実施形態において、ＧａＮ基板１００の裏面に凹凸１００ａを形成して該裏面を粗面化することにより裏面反射率を低下させたが、裏面反射率を低下させる方法は特に限定されるものではなく、例えば基板裏面に不均一に誘電体を吹き付けたり、基板裏面に球状若しくは不定形状の物質を設けたり、又は基板裏面に低反射率膜を形成したりしてもよい。但し、これらの方法により裏面反射率を低下させた場合、以降の半導体プロセスにおいて素子等への不純物混入の発生原因となりやすいため、できればＧａＮ基板１００の裏面の粗面化によって裏面反射率を低下させることが好ましい。
【００９６】
また、第１の実施形態において、ＧａＮ基板１００の裏面を粗面化するために研磨を用いたが、これに代えて、サンドブラスト又はエッチング等の任意の方法を用いてＧａＮ基板１００の裏面を粗面化してもよい。
【００９７】
また、第１の実施形態においては、基板表面に入射角９０°（略９０°を含む）で入射した露光光が基板裏面で反射した後に基板表面から出射角９０°（略９０°を含む）で出射され、それによりレジスト膜が感光されてしまうことを問題としているので、基板表面に入射角９０°で入射した露光光の基板裏面での反射率が低減されてさえいれば、基板裏面の粗面形状は特に限定されるものではない。但し、基板裏面の粗面形状が、基板表面に入射角９０°で入射した露光光を、基板表面つまり基板主面に対してある特定の角度方向に反射させるような場合、レジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域が感光される可能性があるので、できれば基板裏面が、乱反射を生じさせる粗面形状を有していることが好ましい。具体的には、基板裏面に、露光光の波長の１／１０程度以上の段差を有する凹凸を設けることにより、基板表面に入射角９０°で入射した露光光をあらゆる方向に散乱又は乱反射させることができる。また、このとき、裏面反射率が１３％程度以下になるように基板裏面に凹凸を設けることが好ましい。
【００９８】
また、第１の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いる露光光の種類は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板１００中を吸収されることなく伝播する波長の光、例えばｇ線又はｉ線等を露光光として用いた場合、従来と比べてパターン精度を飛躍的に向上させることができる。
【００９９】
また、第１の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いるレジスト膜の種類はポジ型であってもよいし又はネガ型であってもよい。
【０１００】
また、第１の実施形態において、窒化物半導体基板の材料としてＧａＮを用いたが、これに限られらず、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いてもよい。このとき、これらのIII 族窒化物半導体が基板の主成分となっていれば、基板が他の材料を含んでいてもよい。
【０１０１】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る半導体基板及びその製造方法、並びにその半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０１０２】
図７は第２の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【０１０３】
図７に示すように、第２の実施形態に係る半導体基板は、III 族窒化物半導体層、具体的にはＧａＮ層１００（以下、ＧａＮ基板１００と称することもある）よりなる。また、ＧａＮ基板１００の表面は（０００１）Ｇａ面であり、ＧａＮ基板１００の裏面は（０００１）Ｎ面であり、ＧａＮ基板１００の厚さは例えば３００μｍである。
【０１０４】
第２の実施形態に係る半導体基板の特徴は、ＧａＮ基板１００の裏面に、ｇ線又はｉ線等の露光光に対して反射防止膜として機能する厚さ２００ｎｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層１０４が設けられていることである。ここで、酸化アルミニウム層１０４は、サファイア等と違って多結晶構造又はアモルファス構造を有している一方、酸化アルミニウム層１０４の屈折率は１．６８であってサファイアと同程度である。また、反射防止膜として機能するとは、ＧａＮ基板１００の表面から入射した光のＧａＮ基板１００の裏面での反射を防止しつつ、該光を反射防止膜中を透過させて反射防止膜の裏面から出射させることを意味する。従って、反射防止膜の光透過率は８０％以上であることが好ましい。
【０１０５】
図７に示す第２の実施形態に係る半導体基板の製造方法は以下の通りである。尚、第２の実施形態に係る半導体基板の製造方法は、図２（ａ）〜（ｅ）に示す第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法のうち図２（ｄ）に示す工程まではほぼ同様である。
【０１０６】
すなわち、まず、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１０１とシリコン基板１０２とからなるＳＯＳ基板を用意した後、トリメチルアルミニウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＳ基板のうちのシリコン基板１０２の上にＡｌＮ層１０３を２００ｎｍの厚さ成長させる。その後、塩化ガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ法を用いて、図２（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層１０３の上にＧａＮ層１００を３００μｍの厚さ成長させる。その後、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１０２のみを除去することによって、サファイア基板１０１と、窒化物半導体基板となるＧａＮ層１００つまりＧａＮ基板１００とを分離する。ここで、ＧａＮ基板１００の両面は凹凸のない鏡面であると共に、ＧａＮ基板１００の裏面にはＡｌＮ層１０３が形成されている。
【０１０７】
次に、常圧下で水蒸気及び窒素の分圧をそれぞれ１０％及び９０％にした雰囲気中において、ＡｌＮ層１０３を含むＧａＮ基板１００に対して６００℃、１０分間の加熱処理を行なう。これにより、ＡｌＮ層１０３が選択的に酸化されて厚さ２００ｎｍの酸化アルミニウム層１０４が形成され、それによって図７に示す第２の実施形態に係る半導体基板が完成する。
【０１０８】
本件発明者らが、ｇ線を用いた露光により第１の実施形態と同様のラインアンドスペース状のレジストパターンを第２の実施形態に係る半導体基板上に被加工膜を介して形成し、該レジストパターンをマスクとして被加工膜に対してエッチングを行なったところ、パターン化された被加工膜の寸法はほぼ１００％所定の範囲内に収まった。このとき、第２の実施形態に係る半導体基板における裏面反射率を調べたところ、０．５％程度以下と非常に低い値になっており、それがパターン形成を良好に行なえた理由であることが推測された。
【０１０９】
すなわち、第２の実施形態によると、ＧａＮ基板１００の裏面に反射防止膜として機能する酸化アルミニウム層１０４が形成されているため、裏面反射率を低減でき、それによって、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光の強度を低減できる。このため、ＧａＮ基板１００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、基板表面から入射した露光光が基板裏面で反射してレジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【０１１０】
また、第２の実施形態によると、ＧａＮ基板１００を形成した時点でＧａＮ基板１００の裏面に形成されていたＡｌＮ層１０３を酸化して酸化アルミニウム層１０４を形成するため、ＧａＮ基板１００の裏面に新たに反射防止膜を形成する場合と比べて工程を簡単化できると共に、ＧａＮ基板１００への不純物混入等の問題を防止してＧａＮ基板１００の製造歩留まりを向上できる。
【０１１１】
尚、第２の実施形態において、反射防止膜の材料として酸化アルミニウムを用いたが、これに代えて、ＳｉＯ２ 又はＳｉＮを用いてもよい。ここで、これらの材料によって、低反射率の反射防止膜を実現するための条件について説明する。まず、反射防止膜の厚さは、反射防止膜中における露光光の波長の１／４波長の奇数倍であることが好ましい。また、反射防止膜の屈折率は、窒化物半導体基板（本実施形態ではＧａＮ基板）の屈折率と異なっていることが好ましく、さらに、その屈折率の差はできる限り大きい方が好ましく、特に反射防止膜の屈折率が窒化物半導体基板の屈折率の９／１０程度以下であることが好ましい。例えば、本実施形態においては、反射防止膜となる酸化アルミニウム層１０４の屈折率は１．６８であり、酸化アルミニウム層１０４の厚さ２００ｎｍは、反射防止膜中におけるｇ線の波長（４３６ｎｍ／１．６８）の３／４波長に相当する。また、酸化アルミニウム層１０４の屈折率（１．６８）とＧａＮ基板１００の屈折率（２．５程度）との差は比較的大きいので、裏面反射率を１３％以下にできる厚さの許容範囲、つまりフォトリソグラフィ工程でのパターン精度を確実に向上できる厚さの許容範囲が比較的広くなる。具体的には、酸化アルミニウム層１０４の厚さを、酸化アルミニウム層１０４中における露光光の波長の１／４波長を目標として設定する場合、裏面反射率を１３％以下にできる厚さの許容範囲は１／４波長±１／８波長程度になる。これは、ｇ線を用いた露光の場合で言うと、６５ｎｍ±４０ｎｍ程度になる。
【０１１２】
［表１］及び［表２］に、本件発明者らが調べた様々な反射防止膜の特性を、露光光としてそれぞれｉ線及びｇ線を用いた場合について示す。但し、いずれの特性も、反射防止膜の厚さを反射防止膜中における露光光の波長の１／４波長を目標として設定すると共に窒化物半導体基板としてＧａＮ基板を用いた場合に得られたものである。
【０１１３】
【表１】
【０１１４】
【表２】
【０１１５】
［表１］及び［表２］に示すように、反射防止膜の屈折率をＧａＮの屈折率（２．５）よりも小さい２．３２以下にしなければ、反射防止膜としての十分な効果が得られない。また、反射防止膜の屈折率がＧａＮの屈折率よりも小さくなるに従って、反射率（裏面反射率）の低減効果、つまり反射防止効果が大きくなると共に裏面反射率を１３％以下にできる厚さの許容範囲が大きくなる。尚、［表１］及び［表２］において、ＴｉＯ２ 及びＺｒＯ２ よりなる反射防止膜の屈折率が、ｇ線を用いた場合とｉ線を用いた場合とで異なっているのは、ｇ線及びｉ線の波長付近でＴｉＯ２ 及びＺｒＯ２ の波長分散が大きいことに起因している。
【０１１６】
また、第２の実施形態において、反射防止膜として、基板となるIII 族窒化物の屈折率と異なる屈折率を有する材料からなる複数の層の積層体を用いてもよい。このとき、該積層体のうち少なくとも２つの層は互いに異なる屈折率を有することが好ましい。
【０１１７】
また、第２の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いる露光光の種類は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板１００中を吸収されることなく伝播する波長の光、例えばｇ線又はｉ線等を露光光として用いた場合、従来と比べてパターン精度を飛躍的に向上させることができる。
【０１１８】
また、第２の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いるレジスト膜の種類はポジ型であってもよいし又はネガ型であってもよい。
【０１１９】
また、第２の実施形態において、窒化物半導体基板の材料としてＧａＮを用いたが、これに限られらずＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いてもよい。このとき、これらのIII 族窒化物半導体が基板の主成分となっていれば、基板が他の材料を含んでいてもよい。
【０１２０】
（第２の実施形態の変形例）
以下、第２の実施形態の変形例に係る半導体基板及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１２１】
第２の実施形態の変形例が第２の実施形態と異なっている点は、ｇ線又はｉ線等の露光光に対する反射防止膜として酸化アルミニウム層に代えて酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）層を用いることである。
【０１２２】
図８（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態の変形例に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。尚、第２の実施形態の変形例に係る半導体基板の製造方法は、図２（ａ）〜（ｅ）に示す第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法のうち図２（ｄ）に示す工程まではほぼ同様である。
【０１２３】
すなわち、まず、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１０１とシリコン基板１０２とからなるＳＯＳ基板を用意した後、トリメチルアルミニウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＳ基板のうちのシリコン基板１０２の上にＡｌＮ層１０３を２００ｎｍの厚さ成長させる。その後、塩化ガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ法を用いて、図２（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層１０３の上にＧａＮ層１００を３００μｍの厚さ成長させる。その後、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１０２のみを除去することによって、サファイア基板１０１と、窒化物半導体基板となるＧａＮ層１００つまりＧａＮ基板１００とを分離する。
【０１２４】
次に、図８（ａ）に示すように、ＡｌＮ層１０３を研磨により除去すると共に、ＧａＮ基板１００の裏面を研磨により鏡面化する。その後、常圧下で酸素及び窒素の分圧をそれぞれ１０％及び９０％にした雰囲気中において、ＧａＮ基板１００に対して７００℃、１０分間の加熱処理を行なう。これにより、図８（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板１００の両面が酸化されて該両面に厚さ７０ｎｍの酸化ガリウム層１０５が形成される。
【０１２５】
ところで、ＧａＮ基板１００の両面に酸化ガリウム層１０５が付着していると、その後のデバイス形成に支障が生じるので、以下の方法によってＧａＮ基板１００の表面側の酸化ガリウム層１０５を除去する。すなわち、両面に酸化ガリウム層１０５を有するＧａＮ基板１００を、例えば図３に示すようなＭＯＶＰＥ装置等の結晶成長装置に導入する。このとき、ＧａＮ基板１００の裏面をサセプタに密着させてＧａＮ基板１００の裏面とサセプタとの間にすき間がないようにし、その状態で水素雰囲気中においてＧａＮ基板１００を１０００℃に加熱する。これにより、ＧａＮ基板１００の表面側の酸化ガリウム層１０５が還元されると共にＧａが昇華される結果、ＧａＮ基板１００の表面にＧａＮ清浄面が露出する。一方、ＧａＮ基板１００の裏面側の酸化ガリウム層１０５はサセプタと密着していて水素と接しにくいため、ほとんど還元されないと共に昇華されない。その結果、図８（ｃ）に示すように、裏面に酸化ガリウム層１０５を有するＧａＮ基板１００、つまり第２の実施形態の変形例に係る半導体基板が得られる。
【０１２６】
第２の実施形態の変形例によると、ＧａＮ基板１００の裏面に反射防止膜として機能する酸化ガリウム層１０５が形成されているため、裏面反射率を低減でき、それによって、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光の強度を低減できる。このため、ＧａＮ基板１００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、基板表面から入射した露光光が基板裏面で反射してレジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【０１２７】
また、第２の実施形態の変形例によると、ＧａＮ基板１００を酸化して酸化ガリウム層１０５を形成するため、ＧａＮ基板１００の裏面に新たに反射防止膜を形成する場合と比べて工程を簡単化できると共に、ＧａＮ基板１００への不純物混入等の問題を防止してＧａＮ基板１００の製造歩留まりを向上できる。
【０１２８】
また、第２の実施形態の変形例によると、ＧａＮ基板１００を用いたデバイス形成の前においてはＧａＮ基板１００の表面側にも酸化ガリウム層１０５を形成しておくことができるため、該酸化ガリウム層１０５によってＧａＮ基板１００の表面を保護することができる。一方、ＧａＮ基板１００を用いてデバイス形成を行なうときには、結晶成長装置内で基板表面側の酸化ガリウム層１０５を還元除去してＧａＮ清浄面を露出させることができ、それにより該ＧａＮ清浄面上に例えばクラッド層又は活性層等のデバイス構造を順次形成していくことが可能となる。
【０１２９】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る半導体基板及びその製造方法、並びにその半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０１３０】
図９は第３の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【０１３１】
図９に示すように、第３の実施形態に係る半導体基板は、III 族窒化物半導体層、具体的にはＧａＮ層１００よりなる。また、ＧａＮ層１００（以下、ＧａＮ基板１００と称することもある）の表面は（０００１）Ｇａ面であり、ＧａＮ基板１００の裏面は（０００１）Ｎ面であり、ＧａＮ基板１００の厚さは例えば３００μｍである。
【０１３２】
第３の実施形態の特徴は、ＧａＮ基板１００の内部におけるその表面からの深さが５０〜８０μｍの領域に、ｇ線又はｉ線等の露光光に対してＧａＮと異なる屈折率を有する材料、例えばＳｉＯ２ からなる複数のＳｉＯ２ 粒１０６ａが不連続的に埋め込まれており、複数のＳｉＯ２ 粒１０６ａによって光散乱部（基板表面から入射した光を散乱する部分）１０６が形成されていることである。ここで、各ＳｉＯ２ 粒１０６ａの形状は特に限定されるものではないが、第３の実施形態においては、各ＳｉＯ２ 粒１０６ａの直径（ＧａＮ基板１００の表面に対して平行な断面における直径）は数１０μｍ程度であり、各ＳｉＯ２ 粒１０６ａの高さ（ＧａＮ基板１００の表面に対して垂直な方向に沿った長さ）は１００ｎｍ程度である。
【０１３３】
図１０（ａ）〜（ｅ）は第３の実施形態に係る半導体基板の製造方法、具体的には図９に示す半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。尚、第３の実施形態に係る半導体基板の製造方法は、図２（ａ）〜（ｅ）に示す第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法のうち図２（ｄ）に示す工程まではほぼ同様である。
【０１３４】
すなわち、まず、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１０１とシリコン基板１０２とからなるＳＯＳ基板を用意した後、トリメチルアルミニウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＳ基板のうちのシリコン基板１０２の上にＡｌＮ層１０３を２００ｎｍの厚さ成長させる。その後、塩化ガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ法を用いて、図２（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層１０３の上にＧａＮ層１００を２２０μｍの厚さ成長させる。このとき、ＧａＮ層１００の表面は（０００１）Ｇａ面である。その後、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１０２のみを除去することによって、サファイア基板１０１と、窒化物半導体基板となるＧａＮ層１００つまりＧａＮ基板１００とを分離する。
【０１３５】
次に、図１０（ａ）に示すように、ＡｌＮ層１０３を研磨により除去すると共に、粒径の非常に小さい研磨剤を用いた研磨によりＧａＮ基板１００の裏面を鏡面化する。
【０１３６】
次に、図１０（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板１００上に、アルゴンガスを用いたＲＦ（高周波）スパッタ法により複数のＳｉＯ２ 粒１０６ａを堆積する。第３の実施形態においては、ＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積条件として、ガス圧力を０．２Ｐａ、ＲＦ出力を２００Ｗに設定した。ここで、ＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積条件は使用するスパッタ装置によって異なってくるが、ＳｉＯ２ 層が均一に堆積されるような条件ではＳｉＯ２ 粒を不連続的に堆積しにくいため、可能な限り粒径の大きなＳｉＯ２ 粒が堆積されるような条件を用いることが好ましい。ＲＦスパッタ法においては、一般的に、ＲＦ出力を高くすることによってスパッタされる粒子の径を大きくすることが好ましい。但し、ＲＦ出力を高くすると放電が不安定になる傾向があるので、この場合、ガス圧力を下げることが好ましい。
【０１３７】
第３の実施形態において重要な点は、図１０（ｂ）に示す工程でＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積を、ＳｉＯ２ 粒１０６ａによってＧａＮ基板１００が完全に被覆される前に中止することである。ここで、ＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積を中止するタイミングによってＳｉＯ２ 粒１０６ａの配置状態は異なってくる。例えばＳｉＯ２ 粒１０６ａによってＧａＮ基板１００が完全に被覆される直前にＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積を中止すれば、ＧａＮ基板１００を覆うＳｉＯ２ 層が所々開口したような状態が生じる。また、ＳｉＯ２ 粒１０６ａによるＧａＮ基板１００の被覆が進行する前にＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積を中止すれば、複数のＳｉＯ２ 粒１０６ａが島状にＧａＮ基板１００上に散在する状態が生じる。第３の実施形態において、ＳｉＯ２ 粒１０６ａの配置状態は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板１００の両面に電極を設けて該基板の厚さ方向に電流を流すようなデバイス等を形成する場合、ＳｉＯ２ 粒１０６ａによるＧａＮ基板１００の被覆面積はできるかぎり小さい方が好ましいことは言うまでもない。
【０１３８】
次に、ＳｉＯ２ 粒１０６ａが設けられたＧａＮ基板１００を例えばＭＯＶＰＥ装置等のＧａＮ結晶成長装置に導入して、図１０（ｃ）に示すように、ＧａＮ基板１００上にＧａＮ層１０７をＳｉＯ２ 粒１０６ａ同士の間が埋まるように成長させる。具体的には、ＭＯＶＰＥ装置において、トリメチルガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いると共に水素をキャリアガスとして用いることによって、１０００℃の温度下でＧａＮ層１０７を成長させる。ＧａＮ層１０７の成長条件は、使用する結晶成長法によって異なるが、本実施形態のようにＭＯＶＰＥ法を用いる場合には、結晶成長温度を９００℃以上にすると共にＶ族／III 族原料供給比（アンモニアの１分当たりの供給流量の、トリメチルガリウムの１分当たりの供給流量に対する比）を１０００以上にすることによって、III 族原料（Ｇａ）のマイグレーションが活発化するので、ＳｉＯ２ 粒１０６ａ同士の間が埋まるようにＧａＮ層１０７を成長させることができる。このとき、ＧａＮ層１０７を約１０μｍ程度の厚さまで成長させると、ＧａＮ層１０７の表面が平坦になるが、第３の実施形態においては、ＧａＮ層１０７の表面が完全に平坦になる前にＧａＮ層１０７の結晶成長を終了させる。
【０１３９】
次に、図１０（ｄ）に示すように、ＧａＮ層１０７の上（既に堆積されているＳｉＯ２ 粒１０６ａの上を含む）に、ＲＦスパッタ法を用いて新たにＳｉＯ２ 粒１０６ａを堆積する。その後、ＧａＮ基板１００をＧａＮ結晶成長装置に再度導入して、ＧａＮ層１０７をさらに結晶成長させる。ここで、第３の実施形態においては、ＧａＮ層１０７の厚さが３０μｍ程度に達するまでＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積とＧａＮ層１０７の結晶成長とを繰り返すことにより、具体的には、ＳｉＯ２ 粒１０６ａを堆積するためのＲＦスパッタを合計６回行なうことにより、図１０（ｅ）に示すように、ＧａＮ層１０７中にＳｉＯ２ 粒１０６ａが埋め込まれてなる光散乱部１０６を形成する。その後、塩化ガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ法を用いて、ＧａＮ層１０７をさらに５０μｍ程度の厚さ結晶成長させ、これにより図９に示す第３の実施形態に係る半導体基板を完成させる。このとき、ＧａＮ層１０７は最終的に同じ材料からなるＧａＮ基板１００と一体化するので、図１０（ｅ）においてＧａＮ層１０７の図示をしていない。
【０１４０】
尚、第３の実施形態においては、ＳｉＯ２ 粒１０６ａ同士の間をＧａＮ層１０７によって埋め込むときにＧａＮ層１０７の表面が完全に平坦になる前にＧａＮ層１０７の結晶成長を中断させたが、ＧａＮ層１０７の表面が完全に平坦になるようにＧａＮ層１０７を結晶成長させてＳｉＯ２ 粒１０６ａ同士の間を埋め込んだ場合には、ＳｉＯ２ 粒１０６ａが層状に分布することになる。
【０１４１】
本件発明者らが、ｇ線を用いた露光により第１の実施形態と同様のラインアンドスペース状のレジストパターンを第３の実施形態に係る半導体基板上に被加工膜を介して形成し、該レジストパターンをマスクとして被加工膜に対してエッチングを行なったところ、光散乱部１０６の透過率を８０％以下に設定することによって、パターン化された被加工膜の寸法はほぼ１００％所定の範囲内に収まった。これは、基板表面から入射した後に基板裏面で反射して基板表面に戻ってくる光が光散乱部１０６を２回通過するため、光散乱部１０６の透過率が８０％であると共に基板裏面が鏡面で裏面反射率が２０％程度である場合でも、実質的な裏面反射率が２０％×８０％×８０％≒１３％となる結果、パターン形成を良好に行なうことができるからである。
【０１４２】
すなわち、第３の実施形態によると、ＧａＮ基板１００の内部に光散乱部１０６が形成されているため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光の強度を低減できる。このため、ＧａＮ基板１００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、基板表面から入射した露光光が基板裏面で反射してレジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【０１４３】
また、第３の実施形態によると、ＧａＮ基板１００と材料が異なるＳｉＯ２ 粒１０６ａをＧａＮ基板１００上に部分的に形成した後、ＳｉＯ２ 粒１０６ａを含むＧａＮ基板１００の上に新たに基板の一部となるＧａＮ層（ＧａＮ層１０７）を結晶成長させるため、元のＧａＮ基板１００に生じていた欠陥等がこのＧａＮ層に引き継がれることをＳｉＯ２ 粒１０６ａによって抑制できる。従って、ＧａＮ層１０７の結晶性を良好にできるので、光散乱部を有する窒化物半導体基板の結晶性を良好にできる。
【０１４４】
尚、第３の実施形態において、ＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積とＧａＮ層１０７の結晶成長とをそれぞれ複数回繰り返し行なったが、ｇ線又はｉ線等の露光光に対する光散乱部１０６の透過率が８０％以下になりさえすれば、ＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積とＧａＮ層１０７の結晶成長とをそれぞれ少なくとも１回行なえばよい。また、光散乱部１０６の透過率はＳｉＯ２ 粒１０６ａの形状又は密度等により複雑に変化するため、該形状又は密度等を光散乱部１０６が所望の透過率を有するように理論的に決定することは難しい。従って、光散乱部１０６の所望の透過率を実現できる、ＳｉＯ２ 粒１０６ａの堆積回数又はＧａＮ基板１００におけるＳｉＯ２ 粒１０６ａを埋め込む領域の厚さ等を実験的に求めることが好ましい。
【０１４５】
また、第３の実施形態において、ＲＦスパッタ法により自然に形成されるＳｉＯ２ 粒１０６ａを光散乱部１０６として用いたが、光散乱部の形成方法は特に限定されるものではなく、例えば、ＧａＮ基板の上に全面に亘ってＳｉＯ２ 層を形成した後、ＳｉＯ２ 層の上にマスクパターンを部分的に形成して該マスクパターンを用いてＳｉＯ２ 層に対してエッチングを行なうことにより、ＳｉＯ２ 層におけるマスクパターンによって覆われていない部分を除去して、パターン化されたＳｉＯ２ 層よりなる光散乱部を形成し、その後、マスクパターンを除去してもよい。光散乱部としてＳｉＯ２ 粒を用いる場合には、ＳｉＯ２ 粒の直径は露光光の波長の１／１０程度以上であることが好ましい。また、光散乱部として、パターン化されたＳｉＯ２ 層を用いる場合には、該ＳｉＯ２ 層における基板表面に対して平行な方向に沿った幅、又は該ＳｉＯ２ 層の厚さは露光光の波長の１／１０程度以上であることが好ましい。また、光散乱部としてＳｉＯ２ 粒を用いる場合でも、パターン化されたＳｉＯ２ 層を用いる場合でも、光散乱部の厚さは露光光の波長の１／１０程度以上であることが好ましい。
【０１４６】
また、第３の実施形態において、光散乱部の材料としてＳｉＯ２ を用いたが、光散乱部の材料は、その上にＧａＮ層を結晶成長させることができ且つ屈折率がＧａＮと異なる材料であれば特に限定されるものではなく、ＳｉＯ２ 以外に例えばＳｉ、ＳｉＮ又はＡｌ２Ｏ３等を用いてもよい。また、光散乱部は単独の材料よりなる粒や層である必然性はなく、その上にＧａＮ層を結晶成長させることができ且つ屈折率がＧａＮと異なる複数の材料のそれぞれよりなる粒や層が組み合わされたり、積層されたりしたものであってもよい。或いは、前述のような少なくとも１つ以上の材料よりなる粒や層と空孔等とを組み合わせたものであってもよい。
【０１４７】
また、第３の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いる露光光の種類は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板１００中を吸収されることなく伝播する波長の光、例えばｇ線又はｉ線等を露光光として用いた場合、従来と比べてパターン精度を飛躍的に向上させることができる。
【０１４８】
また、第３の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いるレジスト膜の種類はポジ型であってもよいし又はネガ型であってもよい。
【０１４９】
また、第３の実施形態において、窒化物半導体基板の材料としてＧａＮを用いたが、これに限られらずＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いてもよい。このとき、これらのIII 族窒化物半導体が基板の主成分となっていれば、基板が他の材料を含んでいてもよい。
【０１５０】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態に係る半導体基板及びその製造方法、並びにその半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０１５１】
図１１は第４の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【０１５２】
図１１に示すように、第４の実施形態に係る半導体基板は、基板表面側の厚さ２００μｍのＧａＮ層１００と基板裏面側の厚さ１５μｍのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８とから構成される。また、ＧａＮ層１００の裏面、つまりＧａＮ層１００とＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８との界面が、凹凸１００ａを有する粗面となっている。すなわち、第４の実施形態に係る半導体基板は、図１に示す第１の実施形態に係る半導体基板（ＧａＮ基板１００）における凹凸１００ａが形成された裏面にＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８が形成された構造を有している。また、本実施形態の半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程で用いられる露光光の波長をλとすると、凹凸１００ａはλ／１０程度以上の段差を有することが好ましい。
【０１５３】
図１１に示す第４の実施形態に係る半導体基板の製造方法は以下の通りである。尚、第４の実施形態に係る半導体基板の製造方法は、図２（ａ）〜（ｅ）に示す第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法のうち図２（ｅ）に示す工程まではほぼ同様である。
【０１５４】
すなわち、まず、図２（ａ）に示すように、厚さ３００μｍのサファイア基板１０１と厚さ８０μｍのシリコン基板１０２とからなるＳＯＳ基板を用意した後、トリメチルアルミニウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＳ基板のうちのシリコン基板１０２の上にＡｌＮ層１０３を１０００℃の温度下で２００ｎｍの厚さ成長させる。その後、塩化ガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ法を用いて、図２（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層１０３の上にＧａＮ層１００を２５０μｍの厚さ成長させる。その後、フッ酸と硝酸との混合液を用いた処理により、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１０２のみを除去することによって、サファイア基板１０１と、窒化物半導体基板となるＧａＮ層１００つまりＧａＮ基板１００とを分離する。次に、図２（ｅ）に示すように、例えば粒径１０〜５０μｍの研磨剤を用いてＧａＮ基板１００の厚さが最終的に２００μｍ程度になるまでＧａＮ基板１００の裏面を研磨することによって、ＡｌＮ層１０３を除去すると共に、ＧａＮ基板１００の裏面に凹凸１００ａを形成して該裏面を粗面化する。これにより、図１に示すＧａＮ基板１００が得られる。
【０１５５】
次に、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法により、凹凸１００ａが形成されたＧａＮ基板１００の裏面に、１０００℃の温度下でＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８を１５μｍの厚さ成長させる。これにより、図１１に示す第４の実施形態に係る半導体基板が得られる。また、ＧａＮ基板１００の裏面の凹凸１００ａはＡｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８によって埋め込まれ、それによりＡｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８を含むＧａＮ基板１００の裏面（以下、単に基板裏面と称することもある）が平坦化される。
【０１５６】
ここで、基板裏面については必ずしも平坦化する必要はない。但し、第４の実施形態では、基板裏面が光散乱を起こさない状態において凹凸１００ａによる光散乱効果（第１の実施形態参照）を見極めるため、基板裏面が平坦化される条件下でＡｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８を結晶成長させる。基板裏面の平坦化を実現できるＡｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８の結晶成長条件は、使用する結晶成長法によって異なるが、本実施形態のようにＭＯＶＰＥ法を用いる場合には、結晶成長温度を９００℃以上にすると共にＶ族／III 族原料供給比（アンモニアの１分当たりの供給流量の、トリメチルアルミニウム又はトリメチルガリウムの１分当たりの供給流量に対する比）を１０００以上にすることによって、III 族原料（Ｇａ又はＡｌ）のマイグレーションが活発化するので、凹凸１００ａをＡｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８によって埋め込んで基板裏面を平坦化することができる。
【０１５７】
本件発明者らが、ｇ線を用いた露光により第１の実施形態と同様のラインアンドスペース状のレジストパターンを第４の実施形態に係る半導体基板上に被加工膜を介して形成し、該レジストパターンをマスクとして被加工膜に対してエッチングを行なったところ、凹凸１００ａつまり光散乱部の露光光に対する透過率を８０％以下に設定することによって、パターン化された被加工膜の寸法はほぼ１００％所定の範囲内に収まった。これは、基板表面から入射した後に基板裏面で反射して基板表面に戻ってくる光が光散乱部を２回通過するため、該光散乱部の透過率が８０％であると共に基板裏面が鏡面で裏面反射率が２０％程度である場合でも、実質的な裏面反射率が２０％×８０％×８０％≒１３％となる結果、パターン形成を良好に行なうことができるからである。
【０１５８】
すなわち、第４の実施形態によると、ＧａＮ層１００とＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８との界面に設けられた凹凸１００ａが光散乱部として機能するため、基板表面からの入射光が基板裏面で反射して生じる反射光の強度を低減できる。このため、本実施形態の半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、基板表面から入射した露光光が基板裏面で反射してレジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【０１５９】
また、第４の実施形態によると、凹凸１００ａが設けられて粗面化されたＧａＮ基板１００の裏面をＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８によって平坦化することができるので、半導体装置の製造工程を簡単化できる。
【０１６０】
また、第４の実施形態によると、凹凸１００ａが設けられたＧａＮ基板１００の裏面に、III 族窒化物半導体層であるＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８を結晶成長させるため、凹凸１００ａのうちの凸部上に形成されるＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８の結晶性を良好にできるので、光散乱部を有する窒化物半導体基板の結晶性を良好にできる。
【０１６１】
尚、第４の実施形態において、凹凸１００ａが設けられたＧａＮ基板１００の裏面にＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８を形成したが、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８に代えて、ＧａＮ基板１００と異なる屈折率を有する他の材料層（窒化物半導体層でなくてもよい）を形成しても、凹凸１００ａによる光散乱効果を実現することができる。このとき、凹凸１００ａが設けられたＧａＮ基板１００の裏面に、反射防止膜（第２の実施形態又はその変形例参照）として機能する材料層を設けた場合には、反射光の強度をより一層低減できる。ところで、第４の実施形態では凹凸１００ａを埋め込むためにＡｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８の厚さ（１５μｍ）を、ｇ線又はｉ線等の露光光の波長と比べて非常に厚くしているので、Ａｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８は反射防止膜としてはほとんど機能しない。従って、第４の実施形態における反射光は、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８と空気との界面（反射率２１％程度）で反射した光と、ＧａＮ基板１００とＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８との界面（反射率は凹凸１００ａの形状又は密度によって変化する）で反射した光との重ね合わせになる。すなわち、第４の実施形態では、ＧａＮ基板１００とＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８との界面つまり凹凸１００ａによって散乱された光が、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層１０８と空気との界面で反射されて最終的にＧａＮ基板１００の表面に戻ってくる可能性がある。前述のように、ｇ線を用いた露光により第１の実施形態と同様のラインアンドスペース状（ライン部及びスペース部の幅が２μｍ）のレジストパターンを形成したときには、パターン形成を良好に行なえたが、これは、フォトマスクにおける開口部の占有面積が５０％程度であったからと考えられる。つまり、第４の実施形態では、フォトマスクにおける開口部の占有面積が大きくなるに従って、凹凸１００ａによって散乱された後にＡｌ０．１ Ｇａ０．９ Ｎ層１０８と空気との界面で反射されてレジスト膜を裏側から露光する光の影響を無視できなくなると考えられる。
【０１６２】
また、第４の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いる露光光の種類は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板１００中を吸収されることなく伝播する波長の光、例えばｇ線又はｉ線等を露光光として用いた場合、従来と比べてパターン精度を飛躍的に向上させることができる。
【０１６３】
また、第４の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いるレジスト膜の種類はポジ型であってもよいし又はネガ型であってもよい。
【０１６４】
また、第４の実施形態において、窒化物半導体基板の材料としてＧａＮを用いたが、これに限られらずＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いてもよい。このとき、これらのIII 族窒化物半導体が基板の主成分となっていれば、基板が他の材料を含んでいてもよい。
【０１６５】
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態に係る半導体基板及びその製造方法、並びにその半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０１６６】
図１２は第５の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【０１６７】
図１２に示すように、第５の実施形態に係る半導体基板は、III 族窒化物半導体層、具体的にはＧａＮ層１００よりなる。また、ＧａＮ層１００（以下、ＧａＮ基板１００と称することもある）の表面は（０００１）Ｇａ面であり、ＧａＮ基板１００の裏面は（０００１）Ｎ面であり、ＧａＮ基板１００の厚さは例えば３００μｍである。
【０１６８】
第５の実施形態の特徴は、ＧａＮ基板１００の内部におけるその表面からの深さが８０μｍ程度の領域及び７５μｍ程度の領域にそれぞれ、ｇ線又はｉ線等の露光光に対してＧａＮよりも大きな吸収係数を有する材料、例えばＳｉからなる複数のＳｉ層１０９ａが不連続的に埋め込まれており、複数のＳｉ層１０９ａによって光吸収部（基板表面から入射した光を吸収する部分）１０９が形成されていることである。ここで、各Ｓｉ層１０９ａの幅（基板表面に対して平行な方向に沿った幅）、及び各Ｓｉ層１０９ａ同士の間隔はそれぞれ１μｍ程度である。すなわち、各Ｓｉ層１０９ａは周期ストライプ状に配置されている。また、各Ｓｉ層１０９ａの高さ（基板表面に対して垂直な方向に沿った高さ）は１００ｎｍ程度である。また、ＧａＮ基板１００の内部におけるその表面からの深さが８０μｍ程度の領域（つまり第１層目）のＳｉ層１０９ａと、ＧａＮ基板１００の内部におけるその表面からの深さが７５μｍ程度の領域（つまり第２層目）のＳｉ層１０９ａとは、基板表面に対して平行な方向に沿って１μｍ程度ずらして配置されている。
【０１６９】
図１３（ａ）〜（ｅ）及び図１４（ａ）〜（ｃ）は第５の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。尚、第５の実施形態に係る半導体基板の製造方法は、図２（ａ）〜（ｅ）に示す第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法のうち図２（ｄ）に示す工程まではほぼ同様である。
【０１７０】
すなわち、まず、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１０１とシリコン基板１０２とからなるＳＯＳ基板を用意した後、トリメチルアルミニウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＳ基板のうちのシリコン基板１０２の上にＡｌＮ層１０３を２００ｎｍの厚さ成長させる。その後、塩化ガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ法を用いて、図２（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層１０３の上にＧａＮ層１００を２２０μｍの厚さ成長させる。このとき、ＧａＮ層１００の表面は（０００１）Ｇａ面である。その後、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１０２のみを除去することによって、サファイア基板１０１と、窒化物半導体基板となるＧａＮ層１００つまりＧａＮ基板１００とを分離する。
【０１７１】
次に、図１３（ａ）に示すように、ＡｌＮ層１０３を研磨により除去すると共に、粒径の非常に小さい研磨剤を用いた研磨によりＧａＮ基板１００の裏面を鏡面化する。
【０１７２】
次に、図１３（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板１００上に厚さ１００ｎｍの第１のＳｉ層１１０をＲＦスパッタ法により堆積した後、図１３（ｃ）に示すように、第１のＳｉ層１１０の上に、周期的に配列された開口部を有する第１のレジストパターン１１１をフォトリソグラフィにより形成する。
【０１７３】
次に、図１３（ｄ）に示すように、第１のレジストパターン１１１をマスクとして第１のＳｉ層１１０に対して、フッ硝酸を用いたウエットエッチングを行なって、第１のＳｉ層１１０を周期ストライプ状にパターン化した後、図１３（ｅ）に示すように、有機溶剤を用いて第１のレジストパターン１１１を除去する。
【０１７４】
次に、ＧａＮ基板１００を例えばＭＯＶＰＥ装置等のＧａＮ結晶成長装置に導入して、図１４（ａ）に示すように、ＧａＮ基板１００上に第１のＧａＮ層１１２を第１のＳｉ層１１０が埋まるように成長させる。具体的には、ＭＯＶＰＥ装置において、トリメチルガリウム及びアンモニアを原料ガスとして用いると共に水素をキャリアガスとして用いることによって、１０００℃の温度下で第１のＧａＮ層１１２を成長させる。第１のＧａＮ層１１２の成長条件は、使用する結晶成長法によって異なるが、本実施形態のようにＭＯＶＰＥ法を用いる場合には、結晶成長温度を９００℃以上にすると共にＶ族／III 族原料供給比（アンモニアの１分当たりの供給流量の、トリメチルガリウムの１分当たりの供給流量に対する比）を１０００以上にすることによって、III 族原料（Ｇａ）のマイグレーションが活発化するので、第１のＳｉ層１１０が埋まるように第１のＧａＮ層１１２を成長させることができる。
【０１７５】
次に、図１４（ｂ）に示すように、第１のＧａＮ層１１２上に厚さ１００ｎｍの第２のＳｉ層１１３をＲＦスパッタ法により堆積した後、図１３（ｃ）に示す工程と同様に、第２のＳｉ層１１３の上に第２のレジストパターン（図示省略）を形成する。その後、図１３（ｄ）に示す工程と同様に、第２のレジストパターンをマスクとして第２のＳｉ層１１３に対してエッチングを行なって、図１４（ｂ）に示すように、第２のＳｉ層１１３を周期ストライプ状にパターン化した後、第２のレジストパターンを除去する。尚、第１のＳｉ層１１０と第２のＳｉ層１１３とはそれぞれ互いに所定の間隔だけずらしてパターン化される。
【０１７６】
次に、ＧａＮ基板１００を例えばＭＯＶＰＥ装置等のＧａＮ結晶成長装置に再び導入して、図１４（ｃ）に示すように、第１のＧａＮ層１１２上に第２のＧａＮ層１１４を第２のＳｉ層１１３が埋まるように成長させる。このとき、第２のＧａＮ層１１４の成長条件は第１のＧａＮ層１１２の成長条件と同様である。また、第１のＧａＮ層１１２及び第２のＧａＮ層１１４は最終的に同じ材料からなるＧａＮ基板１００と一体化する。これにより、第１のＧａＮ層１１２及び第２のＧａＮ層１１４を含むＧａＮ基板１００の内部に、パターン化された第１のＳｉ層１１０及び第２のＳｉ層１１３（つまり図１２に示す複数のＳｉ層１０９ａ）から構成される光吸収部１０９が形成される。
【０１７７】
本件発明者らが、ｇ線を用いた露光により第１の実施形態と同様のラインアンドスペース状のレジストパターンを第５の実施形態に係る半導体基板上に被加工膜を介して形成し、該レジストパターンをマスクとして被加工膜に対してエッチングを行なったところ、光吸収部１０９の透過率を８０％以下に設定することによって、パターン化された被加工膜の寸法はほぼ１００％所定の範囲内に収まった。これは、基板表面から入射した後に基板裏面で反射して基板表面に戻ってくる光が光吸収部１０９を２回通過するため、光吸収部１０９の透過率が８０％であると共に基板裏面が鏡面で裏面反射率が２０％程度である場合でも、実質的な裏面反射率が２０％×８０％×８０％≒１３％となる結果、パターン形成を良好に行なうことができるからである。
【０１７８】
すなわち、第５の実施形態によると、ＧａＮ基板１００の内部に光吸収部１０９が形成されているため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光の強度を低減できる。このため、ＧａＮ基板１００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、基板表面から入射した露光光が基板裏面で反射してレジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【０１７９】
また、第５の実施形態によると、ＧａＮ基板１００と材料が異なるＳｉ層１０９ａをＧａＮ基板１００上に部分的に形成した後、Ｓｉ層１０９ａを含むＧａＮ基板１００の上に新たに基板の一部となるＧａＮ層（第１のＧａＮ層１１２及び第２のＧａＮ層１１４）を結晶成長させるため、元のＧａＮ基板１００に生じていた欠陥等がこのＧａＮ層に引き継がれることをＳｉ層１０９ａによって抑制できる。従って、新たに成長させるＧａＮ層の結晶性を良好にできるので、光吸収部を有する窒化物半導体基板の結晶性を良好にできる。
【０１８０】
また、第５の実施形態によると、光吸収部１０９を構成するＳｉ層１０９が基板表面に対して平行な方向に沿って不均一に分布しているため、光吸収部１０９によって光が吸収されるだけではなく、光吸収部１０９によって光が散乱されるので、反射光の強度をより一層低減できる。
【０１８１】
また、第５の実施形態によると、光吸収部１０９を構成するＳｉ層１０９ａが導電性であるため、光吸収部を設けることによって窒化物半導体基板の抵抗率が低下することがない。
【０１８２】
尚、第５の実施形態において、光吸収部の材料としてＳｉを用いたが、光吸収部の材料は、その上にＧａＮ層を結晶成長させることができ且つ光吸収係数がＧａＮよりも大きな材料であれば特に限定されるものではい。但し、光吸収部の材料としては、前述のように導電性を有している材料がより好ましい。このような材料としては、Ｓｉ以外にＷ（タングステン）を挙げることができる。タングステンは金属であるが、ＣＶＤ法等により堆積されたタングステンは光沢が少なく且つ光吸収性を有しており、光吸収部の材料として有力である。また、光吸収部は単独の材料よりなる粒や層である必然性はなく、その上にＧａＮ層を結晶成長させることができ且つ光吸収係数がＧａＮよりも大きい複数の材料のそれぞれよりなる粒や層が組み合わされたり、積層されたりしたものであってもよい。或いは、前述のような少なくとも１つ以上の材料よりなる粒や層と空孔等とを組み合わせたものであってもよい。
【０１８３】
ところで、本実施形態の光吸収部の材料として用いたＳｉによる吸収係数は、Ｓｉ層の堆積方法、膜質又は含有不純物等によって大きく変化する。但し、Ｓｉ層の厚さが３００〜５００ｎｍあればその吸収係数は約１０５ ／ｃｍ以上のオーダーに達する。また、Ｓｉ層の厚さが１００ｎｍあれば、該Ｓｉ層を透過する光の強度は少なくとも１／ｅ（ｅ：自然対数の底）にまで低減されるので、堆積方法等によらずＳｉ層の透過率を８０％以下にでき、該Ｓｉ層が光吸収部として十分に機能する。それに対して、Ｓｉ層の厚さが１００ｎｍ未満、特に５０ｎｍ未満になると、Ｓｉ層の膜質によっては透過率が８０％以上になって光吸収部としての機能が不十分になる可能性がある。
【０１８４】
また、第５の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いる露光光の種類は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板１００中を吸収されることなく伝播する波長の光、例えばｇ線又はｉ線等を露光光として用いた場合、従来と比べてパターン精度を飛躍的に向上させることができる。
【０１８５】
また、第５の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いるレジスト膜の種類はポジ型であってもよいし又はネガ型であってもよい。
【０１８６】
また、第５の実施形態において、窒化物半導体基板の材料としてＧａＮを用いたが、これに限られらずＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いてもよい。このとき、これらのIII 族窒化物半導体が基板の主成分となっていれば、基板が他の材料を含んでいてもよい。
【０１８７】
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態に係る半導体基板及びその製造方法、並びにその半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０１８８】
図１５は第６の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【０１８９】
図１５に示すように、第６の実施形態に係る半導体基板は、III 族窒化物半導体層、具体的にはＧａＮ層２００よりなる。また、ＧａＮ層２００（以下、ＧａＮ基板２００と称することもある）の表面は（０００１）Ｇａ面であり、ＧａＮ基板２００の裏面は（０００１）Ｎ面であり、ＧａＮ基板２００の厚さは例えば３００μｍである。
【０１９０】
第６の実施形態の特徴は、ｇ線又はｉ線等の露光光を吸収する準位を生じるように不純物、例えばＡｓ（ヒ素）がＧａＮ基板２００における裏面から厚さ１５０μｍに亘る領域に導入されてなる光吸収部２０１が形成されていることである。
【０１９１】
図１６（ａ）〜（ｆ）は、図１５に示す第６の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【０１９２】
まず、図１６（ａ）に示すように、厚さ３００μｍのサファイア基板２０２と厚さ８０μｍのシリコン基板２０３とからなるＳＯＳ基板を用意する。
【０１９３】
次に、トリメチルアルミニウム及びアンモニアを原料ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、図１６（ｂ）に示すように、ＳＯＳ基板のうちのシリコン基板２０３の上に、１０００℃の温度下でＡｌＮ層２０４を２００ｎｍの厚さ成長させる。
【０１９４】
次に、ＨＣｌガスとＧａとを８００℃の温度下で反応させることにより得られる塩化ガリウム、及びアンモニアを原料ガスとして用いたＨＶＰＥ法を用いて、図１６（ｃ）に示すように、ＡｌＮ層２０４の上に、１０００℃の温度下でＧａＮ層２０１を１５０μｍの厚さ成長させる。このとき、例えばアンモニアの供給流量の０．１％の供給流量で、アルシン等のＡｓを構成元素とするガスを結晶成長装置内に導入することによって、Ａｓが導入されたＧａＮ層２０１、つまり光吸収部２０１を形成できる。尚、アルシン等のガスを導入する代わりに、結晶成長装置内におけるＨＣｌガスとＧａとを反応させる領域付近にＧａＡｓ結晶を設置することによっても、ＧａＮ層にＡｓを導入でき、それにより光吸収部２０１を形成できる。
【０１９５】
次に、アルシンの供給のみを停止して前述のＨＶＰＥ法による結晶成長を継続して行なうことにより、図１６（ｄ）に示すように、光吸収部２０１の上に１０００℃の温度下でＧａＮ層２００を１５０μｍの厚さ成長させる。
【０１９６】
次に、フッ酸と硝酸との混合液を用いた処理により、図１６（ｅ）に示すように、シリコン基板２０３のみを除去することによって、サファイア基板２０２と、窒化物半導体基板となる、光吸収部２０１を含むＧａＮ基板２００とを分離する。ここで、ＧａＮ基板２００の裏面にはＡｌＮ層２０４が形成されている。
【０１９７】
次に、図１６（ｆ）に示すように、粒径の非常に小さい研磨剤を用いた研磨により、ＡｌＮ層２０４を除去すると共にＧａＮ基板２００の裏面を鏡面化する。
【０１９８】
本件発明者らが、ｇ線を用いた露光により第１の実施形態と同様のラインアンドスペース状のレジストパターンを第６の実施形態に係る半導体基板上に被加工膜を介して形成し、該レジストパターンをマスクとして被加工膜に対してエッチングを行なったところ、光吸収部２０１の透過率を８０％以下に設定することによって、パターン化された被加工膜の寸法はほぼ１００％所定の範囲内に収まった。これは、基板表面から入射した後に基板裏面で反射して基板表面に戻ってくる光が光吸収部２０１を２回通過するため、光吸収部２０１の透過率が８０％であると共に基板裏面が鏡面で裏面反射率が２０％程度である場合でも、実質的な裏面反射率が２０％×８０％×８０％≒１３％となる結果、パターン形成を良好に行なうことができるからである。
【０１９９】
すなわち、第６の実施形態によると、ＧａＮ基板２００における裏面側の領域に光吸収部２０１が形成されているため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光の強度を低減できる。このため、ＧａＮ基板２００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、基板表面から入射した露光光が基板裏面で反射してレジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【０２００】
また、第６の実施形態によると、ＧａＮ基板２００となるＧａＮ層に不純物を注入して光吸収部２０１を形成するため、光吸収部を有する窒化物半導体基板の結晶性の低下を防止できる。
【０２０１】
以下、光吸収部２０１の透過率を８０％以下にするために必要な要件について説明する。
【０２０２】
一般的に、半導体に特定の種類の不純物を導入すると光吸収性が生じる。ここで、半導体基板の主面に垂直な方向をｚ方向とし、且つ半導体基板内の位置ｚにおける光吸収係数をα（ｚ）とし、且つ、該位置ｚにおける光強度をＩ（ｚ）すると、光強度Ｉ（ｚ）の光の減衰量と光吸収係数との関係から、下記（式１）が成立する。
【０２０３】
【数１】
【０２０４】
また、半導体基板における不純物が導入されている領域、つまり光吸収部が位置ｚ１から位置ｚ２まで分布しており、光吸収部の厚さ（ｚ２−ｚ１）がｚ０であり、光吸収部に入射した時点での光の強度がＩ０ であり、且つ、光吸収部を透過した時点での光の強度がＩであるとすると、下記（式２）が成立する。
【０２０５】
【数２】
【０２０６】
ここで、下記（式３）
【０２０７】
【数３】
【０２０８】
は、位置ｚ１から位置ｚ２までの光吸収係数α（ｚ）の平均であるので、これをαとおくと、結局、下記（式４）が成立する。
【０２０９】
【数４】
【０２１０】
ここで、透過率Ｉ／Ｉ０ が８０％以下という条件から（式４）を用いて光吸収部の厚さｚ０の範囲を求めると、下記（式５）が得られる。
【０２１１】
【数５】
【０２１２】
すなわち、０．２２３／αが、光吸収部２０１の透過率を８０％以下にするために最低限必要な光吸収部２０１の厚さである。
【０２１３】
一方、光吸収部２０１における不純物密度に関しては、該不純物密度が高ければαが大きくなって光吸収部２０１つまり不純物層の厚さを薄くできるので好ましいが、不純物密度を高くしすぎると基板中の結晶の格子定数にずれを生じて、基板の結晶性が悪化する要因となってしまう。従って、光吸収部２０１を形成するための不純物がＡｓである場合、その不純物密度は１×１０１３ｃｍ−３程度から１×１０２０ｃｍ−３程度までの範囲であることが好ましい。
【０２１４】
尚、第６の実施形態においては、光吸収部２０１を形成するための不純物としてＡｓを用いたが、該不純物は、ＧａＮ層に導入されたときに露光光を吸収する準位を生じる材料であれば特に限定されるものではなく、例えばＣ（炭素）、Ｏ（酸素）、Ｓｉ、Ｓ（硫黄）、Ｃｌ（塩素）又はＰ（リン）等をＡｓに代えて用いることができる。光吸収部２０１を形成するための不純物としてＣ、Ｏ、Ｓｉ、Ｓ、Ｃｌ又はＰを用いる場合も、その不純物密度はＡｓと同様に１×１０１３ｃｍ−３程度から１×１０２０ｃｍ−３程度までの範囲であることが好ましい。また、ＧａＮ層にＣを導入する場合、ＧａＮ層の結晶成長時に例えばＣＨ４ 等のＣ含有ガスを用いればよい。また、ＧａＮ層にＯを導入する場合、ＧａＮ層の結晶成長時に例えばＮＯ２ 等のＯ含有ガスを用いればよい。また、ＧａＮ層にＳｉを導入する場合、ＧａＮ層の結晶成長時に例えばＳｉＨ４ 等のＳｉ含有ガスを用いればよい。また、ＧａＮ層にＳを導入する場合、ＧａＮ層の結晶成長時に例えばＳＦ６ 等のＳ含有ガスを用いればよい。また、ＧａＮ層にＣｌを導入する場合、ＧａＮ層の結晶成長時に例えばＶ族／III 族原料供給比（アンモニアの１分当たりの供給流量の、塩化ガリウムの１分当たりの供給流量に対する比）を１００以下にし、それによってＧａＮの窒素サイトにＣｌを入れやすくすればよい。また、ＧａＮ層にＰを導入する場合、ＧａＮ層の結晶成長時に例えばフォスフィンをアンモニアと混ぜて用いればよい。さらに、以上に述べた、Ｃ、Ｏ、Ｓｉ、Ｓ、Ｃｌ、Ｐ又はＡｓ等を、使用するガスを適切に選択してＧａＮ層に不純物として導入することによって、結晶成長装置内に汚染等が発生することを防止できる。
【０２１５】
また、第６の実施形態において、ＧａＮ基板２００における裏面側の領域に光吸収部２０１を設けたが、光吸収部の厚さｚ０が前述の（式５）を満たしていれば、基板全体に不純物が導入されて基板全体が光吸収部となっていてもよい。
【０２１６】
また、第６の実施形態において、ＧａＮ基板２００における裏面側の領域に光吸収部２０１を均一に設けたが、これに代えて、光吸収部を基板表面に対して平行な方向に沿って不均一に分布させてもよい。このようにすると、光吸収部によって光が吸収されるだけではなく、光吸収部によって光が散乱されるので、反射光の強度をより一層低減できる。また、このとき、ＧａＮ基板２００におけるレジスト膜の所定の露光領域の下側の部分のみに不純物を導入することによって、次のような効果が得られる。すなわち、例えばリッジ型レーザ装置を作製するときのように、基板上の活性層付近をレジストパターンで覆いながらデバイスを形成する場合、基板における活性層付近の下側の部分には不純物を導入せず、それにより基板から活性層付近に拡散する不純物を少なくすることによって、該不純物による光吸収に起因する動作電流の増大等を防止できる。一方、基板上の活性層以外の他の半導体層に対しては、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度向上効果によってパターンニングを歩留まりよく行なうことができる。ここで、光吸収部が不均一に分布するように不純物をＧａＮ基板にドーピングする方法としては、例えばイオンビームを用いて不純物をイオン注入する方法、又は基板形成のための窒化物半導体層の成長において選択成長と埋め込み成長とを組み合わせて用いる方法等がある。後者の方法においては、不純物をドーピングしたくない領域をマスクで覆って不純物をドーピングしながら窒化物半導体層の選択成長を行なった後に、不純物をドーピングをせずに窒化物半導体層の埋め込み成長を行なう。
【０２１７】
また、第６の実施形態において、ＧａＮ層に不純物を導入することによってＧａＮ層に光吸収性を与えたが、これに代えて、ＧａＮ層に点欠陥を形成することによってＧａＮ層に光吸収性を与えてもよい。このとき、例えばＧａＮ層にプロトン等を注入することによってＧａＮ層に点欠陥を形成することができる。
【０２１８】
また、第６の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いる露光光の種類は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板２００中を吸収されることなく伝播する波長の光、例えばｇ線又はｉ線等を露光光として用いた場合、従来と比べてパターン精度を飛躍的に向上させることができる。
【０２１９】
また、第６の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いるレジスト膜の種類はポジ型であってもよいし又はネガ型であってもよい。
【０２２０】
また、第６の実施形態において、窒化物半導体基板の材料としてＧａＮを用いたが、これに限られらずＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いてもよい。このとき、これらのIII 族窒化物半導体が基板の主成分となっていれば、基板が他の材料を含んでいてもよい。
【０２２１】
（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態に係る半導体基板及びその製造方法、並びにその半導体基板を用いた半導体装置及びその半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０２２２】
図１７は第７の実施形態に係る半導体基板の断面図である。
【０２２３】
図１７に示すように、第７の実施形態に係る半導体基板は、III 族窒化物半導体層、具体的にはＧａＮ層３００よりなる。また、ＧａＮ層３００（以下、ＧａＮ基板３００と称することもある）の厚さは例えば２５０μｍであり、その両面は鏡面化されている。
【０２２４】
第７の実施形態の特徴は、ｇ線又はｉ線等の露光光を吸収する準位を生じるように不純物、例えばＡｓがＧａＮ基板３００の表面部に導入されてなる複数の光吸収部（基板表面から入射した光を吸収する部分）３０１がストライプ状に形成されていることである。各光吸収部３０１の幅（基板表面に対して平行な方向に沿った幅）は３１０μｍ程度であり、各光吸収部３０１同士の間隔は１０μｍ程度である。
【０２２５】
図１８（ａ）〜（ｅ）は、図１７に示す第７の実施形態に係る半導体基板の製造方法の各工程を示す断面図である。
【０２２６】
まず、図１８（ａ）に示すように、露光光の波長λの１／１０程度以上の段差を有する凹凸３００ａが裏面に設けられた、厚さ３００μｍのＧａＮ基板３００を用意する。ＧａＮ基板３００は、第１の実施形態に係る半導体基板の製造方法を用いて作製することができる。
【０２２７】
次に、図１８（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板３００の表面の上に、ＳｉＯ２ よりなる複数のハードマスク３０２をフォトリソグラフィにより形成する。ここで、各ハードマスク３０２の幅は３００μｍであり、各ハードマスク３０２同士の間隔は２０μｍである。ハードマスク３０２を形成するためのフォトリソグラフィ工程においては、ＧａＮ基板３００の裏面の凹凸３００ａが光散乱部として機能するため（第１の実施形態参照）、ハードマスク３０２のパターン精度が向上する。
【０２２８】
次に、図１８（ｃ）に示すように、ハードマスク３０２を用いてＧａＮ基板３００の表面部にＡｓを導入することにより、複数の光吸収部３０１をストライプ状に形成する。
【０２２９】
ここで、ＧａＮ基板３００へのＡｓ注入の方法は特に限定されないが、以下、図１９を参照しながら、第７の実施形態に係る半導体基板の製造方法におけるＧａＮ基板へのＡｓ注入方法の一例を説明する。図１９に示すように、ハードマスク３０２が設けられたＧａＮ基板３００の表面上にＧａＡｓ層３０３を形成した後、ＧａＮ基板３００を、石英等よりなる反応管３５０内のサセプタ３５１上に設置する。その後、反応管３５０のガス導入口３５０ａからアンモニアを供給すると共に、反応管３５０の外側に設けられた加熱手段３５２によって、サセプタ３５１付近のアンモニアを１０００℃程度に加熱する。これにより、ＧａＡｓ層３０３中のＡｓがＧａＮ基板３００の表面部に拡散して光吸収部３０１が形成される。使用済みのアンモニアは反応管３５０のガス排出口３５０ｂから排出される。尚、サセプタ３５１は例えばグラファイト等よりなる。また、加熱手段３５２としては管状抵抗線ヒーター等が用いられる。
【０２３０】
図１９に示すＡｓ注入工程をアンモニア雰囲気中で行なっているのは、アンモニアが分解して生じる窒素によって、ＧａＮ基板３００の裏面（粗面）側から窒素が抜け出してしまうことを防止できるからである。従って、アンモニアに代えて、窒素原子を有する他のガスの雰囲気中でＡｓ注入を行なってもよい。
【０２３１】
また、ＧａＮ基板３００上に形成されるＧａＡｓ層３０３は単結晶である必要はないので、ＧａＡｓ層３０３をスパッタ法によって形成してもよい。また、ＧａＡｓ層３０３に代えて、Ａｓ層又はＡｓを含む化合物層を形成してもよい。
【０２３２】
また、ＧａＮ基板３００中にＡｓを拡散させる温度を１０００℃よりも低くしてもよいが、この場合、Ａｓの拡散速度が低下するので、所望の光吸収部３０１の分布形状つまりＡｓの拡散プロファイルを得るためには、Ａｓの拡散時間を長くする必要がある。但し、数時間から数十時間程度の実用的な拡散時間で、光吸収部３０１の光透過率が十分に低下するようにＡｓを拡散させようとすると、Ａｓの拡散温度を７００℃以上に設定することが好ましい。
【０２３３】
図１９に示すＡｓ注入工程によって得られた各光吸収部３０１の幅は、Ａｓの拡散のために各ハードマスク３０２の幅よりも拡がって３１０μｍになる。従って、各光吸収部３０１同士の間隔は１０μｍになる。尚、各光吸収部３０１の厚さは５μｍ程度である。
【０２３４】
次に、図１８（ｄ）に示すように、フッ酸等を用いたウエットエッチングによりハードマスク３０２を除去した後、凹凸３００ａを有するＧａＮ基板３００の裏面を研磨して、図１８（ｅ）に示すように、該裏面を鏡面化する。
【０２３５】
このようにして得られた、光吸収部３０１を有するＧａＮ基板３００は、それを用いた窒化物半導体装置を製造するときに、例えば動作電流の低い高性能なリッジ型レーザ装置等を歩留まり良く作製できるという特徴を有する。
【０２３６】
以下、第７の実施形態に係る半導体基板を用いた半導体装置、具体的にはリッジ型レーザ装置の製造方法について、図２０（ａ）〜（ｄ）及び図２１（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０２３７】
まず、図２０（ａ）に示すように、光吸収部３０１を有するＧａＮ基板３００（図１７参照）を用意する。尚、以下、ＧａＮ基板３００における一対の光吸収部３０１によって挟まれた領域（つまりリッジ構造形成領域）、及びその近傍部分のみを図示しながら説明する。
【０２３８】
次に、図２０（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板３００上に、厚さ１μｍのｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層３１０、厚さ３０ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層と厚さ５０ｎｍのＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ障壁層とからなる量子井戸活性層３１１、厚さ２μｍのｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層３１２を順次形成する。これらの各窒化物半導体層の形成には例えばＭＯＶＰＥ法を用いることができる。尚、例えばＭＯＶＰＥ法によって１０００℃程度の温度下で各窒化物半導体層を成長させた場合、光吸収部３０１中のＡｓがさらに拡散する結果、図２０（ｂ）に示すように、光吸収部３０１の分布領域が拡大する。これにより、例えばＧａＮ基板３００とｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層３１０との界面付近においては、光吸収部３０１同士の間隔は２〜３μｍ程度になり、量子井戸活性層３１１付近においては、光吸収部３０１同士の間隔は５μｍ程度になる。
【０２３９】
次に、図２０（ｃ）に示すように、ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層３１２の上に、ポジ型のレジスト膜３１３を形成した後、図２０（ｄ）に示すように、幅３μｍ程度のリッジ構造形成領域（光吸収部３０１同士に挟まれた領域）を覆うフォトマスク３６０を介してレジスト膜３１３にｇ線を露光光として照射する。このとき、ＧａＮ基板３００（各窒化物半導体層を含む）におけるフォトマスク３６０によって覆われていない領域には光吸収部３０１が存在するために、露光時にＧａＮ基板３００の裏面からの反射光の強度が低減される。その結果、露光光がフォトマスク３６０の周辺でフォトマスク３６０の内側に回折した後にＧａＮ基板３００の裏面で反射し、それによりレジスト膜３１３におけるフォトマスク３６０の下側の部分が露光されてしまう事態を防止できる。
【０２４０】
次に、図２１（ａ）に示すように、レジスト膜３１３を現像してレジスト膜３１３における露光光が照射された部分を除去することにより、レジストパターン３１３Ａを形成する。このとき、前述のようにレジスト膜３１３における不要な感光が防止されているので、レジストパターン３１３Ａを精度良く形成できる。
【０２４１】
次に、図２１（ｂ）に示すように、レジストパターン３１３Ａをマスクとしてｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層３１２に対して、例えばＣｌガスプラズマによるリアクティブイオンエッチング等を行なって、リッジ構造３１２ａを形成する。このとき、ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層３１２がサイドエッチングされる結果、リッジ構造３１２ａは台形状になる。
【０２４２】
次に、図２１（ｃ）に示すように、有機溶剤等を用いてレジストパターン３１３Ａを除去した後、図２１（ｄ）に示すように、リッジ構造３１２ａの上に、Ｎｉ（ニッケル）とＡｕ（金）との多層構造よりなる厚さ１μｍ程度のｐ電極３１４を形成すると共に、ＧａＮ基板３００の裏面に、Ｔｉ（チタン）とＡｌとの多層構造よりなる厚さ１μｍ程度のｎ電極３１５を形成する。このとき、ＧａＮ基板３００の裏面が鏡面化されているため（図１８（ｅ）参照）、段切れ等を防止しつつｎ電極３１５を密着性良く形成することができる。その後、図示は省略しているが、図２１（ｄ）に示す窒化物半導体の層構造が形成されたＧａＮ基板、つまり半導体ウェハを劈開によって分割することにより、窒化物半導体レーザ装置が完成する。
【０２４３】
図２２は、以上に説明した方法によって作製された窒化物半導体レーザ装置、つまり第７の実施形態に係る半導体装置の断面構成を、該装置が発光しているときの発光領域の分布と共に示している。
【０２４４】
ところで、Ａｓ不純物は波長４００ｎｍ前後の光を吸収するため、発光領域中にＡｓ不純物が存在すると、窒化物半導体レーザ装置が発光した光が吸収されて発光効率が低下してしまうという問題が生じる。しかし、第７の実施形態においては、図２２に示すように、発光領域３１６が、Ａｓ不純物を有する光吸収部３０１中にないため、レーザ光が吸収されることがないので、発光効率の低下を防止できる。
【０２４５】
以上に説明したように、第７の実施形態によると、ＧａＮ基板３００の表面部に光吸収部３０１が形成されているため、基板表面から入射した後に基板裏面で反射する光の強度を低減できる。このため、ＧａＮ基板３００を用いた半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、基板表面から入射した露光光が基板裏面で反射してレジスト膜における所定の露光領域以外の他の領域まで露光されてしまう事態を回避できる。従って、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度を向上させることできるので、窒化物半導体装置の製造歩留まりを向上させることできる。
【０２４６】
また、第７の実施形態によると、ＧａＮ基板３００となるＧａＮ層に不純物を注入して光吸収部３０１を形成するため、光吸収部を有する窒化物半導体基板の結晶性の低下を防止できる。
【０２４７】
また、第７の実施形態によると、ＧａＮ基板３００におけるレジスト膜の所定の露光領域の下側の部分のみに不純物を導入して光吸収部３０１を形成する。このため、ＧａＮ基板３００上の活性層付近におけるＧａＮ基板３００から拡散した不純物を少なくして該不純物による光吸収に起因する動作電流の増大等を防止できると共に、フォトリソグラフィ工程でのパターン精度向上効果によって活性層以外の他の窒化物半導体層を歩留まりよくパターンニングできる。
【０２４８】
また、第７の実施形態によると、ＧａＮ基板３００の裏面が鏡面化されているため、ＧａＮ基板３００を用いた半導体装置の製造工程を簡単化できる。
【０２４９】
尚、第７の実施形態において、ＧａＮ基板３００に光吸収部３０１を設けたが、これに代えて、光散乱部（第１の実施形態等参照）、又は反射防止膜つまり光透過部（第２の実施形態等参照）を設けてもよい。
【０２５０】
また、第７の実施形態において、ＧａＮ基板３００を用いて、リッジ構造を有する半導体装置を作製したが、これに代えて、溝構造を有する半導体装置を作製してもよい。
【０２５１】
また、第７の実施形態において、フォトリソグラフィ工程で用いる露光光の種類は特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板３００中を吸収されることなく伝播する波長の光、例えばｇ線又はｉ線等を露光光として用いた場合、従来と比べてパターン精度を飛躍的に向上させることができる。
【０２５２】
また、第７の実施形態において、図２０（ｃ）、（ｄ）及び図２１（ａ）に示すフォトリソグラフィ工程でポジ型のレジスト膜を用いたが、これに代えて、ネガ型のレジスト膜を用いてもよい。この場合、リッジ構造形成領域（光吸収部３０１同士に挟まれた領域）以外の領域を覆うフォトマスクを用いると共に、レジスト膜を現像してレジスト膜における露光光が照射されなかった部分を除去することによって、レジストパターンを形成する。
【０２５３】
また、第７の実施形態において、窒化物半導体基板の材料としてＧａＮを用いたが、これに限られらずＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ又はそれらの混晶よりなるIII 族窒化物半導体を用いてもよい。このとき、これらのIII 族窒化物半導体が基板の主成分となっていれば、基板が他の材料を含んでいてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２５４】
本発明は、窒化物半導体基板を用いた半導体装置を製造するためのパターン形成方法に好適である。
【符号の説明】
【０２５５】
１００ ＧａＮ層（ＧａＮ基板）
１００ａ 凹凸
１０１ サファイア基板
１０２ シリコン基板
１０３ ＡｌＮ層
１０４ 酸化アルミニウム層
１０５ 酸化ガリウム層
１０６ 光散乱部
１０６ａ ＳｉＯ２ 粒
１０７ ＧａＮ層
１０８ Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層
１０９ 光吸収部
１０９ａ Ｓｉ層
１１０ 第１のＳｉ層
１１１ 第１のレジストパターン
１１２ 第１のＧａＮ層
１１３ 第２のＳｉ層
１１４ 第２のＧａＮ層
１５０ 反応管
１５０ａ ガス導入口
１５０ｂ ガス排出口
１５１ 被処理基板
１５２ サセプタ
１５３ 加熱手段
１６０ 反応管
１６０ａ 第１のガス導入口
１６０ｂ 第２のガス導入口
１６０ｃ ガス排出口
１６１ 被処理基板
１６２ サセプタ
１６３ 溶融状態のＧａ
１６４ 皿
１６５ 加熱手段
１７１ レジスト膜
１７１ａ 本来露光されるべき領域
１７２ フォトマスク
１７２ａ 開口部
１７３ 入射光（露光光）
１７４ 出射光
１７５ 反射光
２００ ＧａＮ層（ＧａＮ基板）
２０１ 光吸収部
２０２ サファイア基板
２０３ シリコン基板
２０４ ＡｌＮ層
３００ ＧａＮ層（ＧａＮ基板）
３００ａ 凹凸
３０１ 光吸収部
３０２ ハードマスク
３０３ ＧａＡｓ層
３１０ ｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層
３１１ 量子井戸活性層
３１２ ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層
３１２ａ リッジ構造
３１３ レジスト膜
３１３Ａ レジストパターン
３１４ ｐ電極
３１５ ｎ電極
３１６ 発光領域
３５０ 反応管
３５０ａ ガス導入口
３５０ｂ ガス排出口
３５１ サセプタ
３５２ 加熱手段
３６０ フォトマスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の面から入射した光を吸収する吸収部が少なくとも一部分に設けられたIII 族窒化物半導体基板における前記一の面の上に、III 族窒化物よりなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の上にポジ型又はネガ型のレジスト膜を形成する工程と、
開口部を有するフォトマスクを介して前記レジスト膜に、前記III 族窒化物半導体基板に吸収されず且つ前記吸収部に吸収される露光光を照射する工程と、
前記レジスト膜を現像することによって、前記レジスト膜がポジ型の場合には前記レジスト膜における前記露光光が照射された部分を除去すると共に前記レジスト膜がネガ型の場合には前記レジスト膜における前記露光光が照射されなかった部分を除去し、それによりレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記半導体層に対してエッチングを行なう工程とを備えていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記吸収部の前記露光光に対する透過率は８０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記露光光の波長は３６５ｎｍ又は４３６ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記吸収部は、前記露光光に対して前記III 族窒化物半導体基板よりも大きな吸収係数を有する材料からなることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記材料は、前記露光光に対して互いに異なる吸収係数を有する複数の材料であることを特徴とする請求項４に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記材料はＳｉ及びＷのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記吸収部は、前記露光光を吸収する準位を生じるように不純物が前記III 族窒化物半導体基板に添加されてなることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記不純物はＣ、Ｏ、Ｓｉ、Ｓ、Ｃｌ、Ｐ及びＡｓのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
前記吸収部の前記露光光に対する吸収係数をαとし、前記吸収部の厚さをｚ０としたときに、
ｚ０≧０．２２３／αの関係が成り立つことを特徴とする請求項７に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記吸収部は前記III 族窒化物半導体基板に点欠陥が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
前記点欠陥は前記III 族窒化物半導体基板にプロトンを導入することにより形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のパターン形成方法。
【請求項１２】
前記吸収部は、前記III 族窒化物半導体基板の前記一の面に対して平行な方向に沿って不均一に分布していることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項１】
一の面から入射した光を吸収する吸収部が少なくとも一部分に設けられたIII 族窒化物半導体基板における前記一の面の上に、III 族窒化物よりなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の上にポジ型又はネガ型のレジスト膜を形成する工程と、
開口部を有するフォトマスクを介して前記レジスト膜に、前記III 族窒化物半導体基板に吸収されず且つ前記吸収部に吸収される露光光を照射する工程と、
前記レジスト膜を現像することによって、前記レジスト膜がポジ型の場合には前記レジスト膜における前記露光光が照射された部分を除去すると共に前記レジスト膜がネガ型の場合には前記レジスト膜における前記露光光が照射されなかった部分を除去し、それによりレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記半導体層に対してエッチングを行なう工程とを備えていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記吸収部の前記露光光に対する透過率は８０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記露光光の波長は３６５ｎｍ又は４３６ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記吸収部は、前記露光光に対して前記III 族窒化物半導体基板よりも大きな吸収係数を有する材料からなることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記材料は、前記露光光に対して互いに異なる吸収係数を有する複数の材料であることを特徴とする請求項４に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記材料はＳｉ及びＷのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記吸収部は、前記露光光を吸収する準位を生じるように不純物が前記III 族窒化物半導体基板に添加されてなることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記不純物はＣ、Ｏ、Ｓｉ、Ｓ、Ｃｌ、Ｐ及びＡｓのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
前記吸収部の前記露光光に対する吸収係数をαとし、前記吸収部の厚さをｚ０としたときに、
ｚ０≧０．２２３／αの関係が成り立つことを特徴とする請求項７に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記吸収部は前記III 族窒化物半導体基板に点欠陥が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
前記点欠陥は前記III 族窒化物半導体基板にプロトンを導入することにより形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のパターン形成方法。
【請求項１２】
前記吸収部は、前記III 族窒化物半導体基板の前記一の面に対して平行な方向に沿って不均一に分布していることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１１−１５１４１３（Ｐ２０１１−１５１４１３Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６０６４（Ｐ２０１１−８６０６４）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【分割の表示】特願２００１−２３０８４３（Ｐ２００１−２３０８４３）の分割
【原出願日】平成１３年７月３１日（２００１．７．３１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【分割の表示】特願２００１−２３０８４３（Ｐ２００１−２３０８４３）の分割
【原出願日】平成１３年７月３１日（２００１．７．３１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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