半導体デバイスの製造方法
【課題】ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる際におけるクラックの発生を低減する。
【解決手段】半導体デバイスの製造方法は、金属層形成工程と、前記金属層をそれぞれ露出する複数の開口グループと前記金属層を露出しない第１の非開口部と前記金属層をそれぞれ露出しない複数の第２の非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、窒化工程と、第２バッファー層形成工程と、成長工程とを備え、前記開口グループは、六角形に沿った形状をそれぞれ有した複数の開口を含み、前記第１の非開口部は、前記複数の開口グループの間に配され、前記第２の非開口部は、前記開口グループ内の前記複数の開口の間に配され、前記マスク形成工程では、各開口グループ内の各開口の最小幅が５μｍ以上２５μｍ以下になり、各開口グループ内の隣接する前記開口の間における前記第２の非開口部の幅が１．５μｍ以上８μｍ以下になり、隣接する前記開口グループの間における前記第１の非開口部の幅が１０μｍ以上になるように、前記マスクを形成する。
【解決手段】半導体デバイスの製造方法は、金属層形成工程と、前記金属層をそれぞれ露出する複数の開口グループと前記金属層を露出しない第１の非開口部と前記金属層をそれぞれ露出しない複数の第２の非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、窒化工程と、第２バッファー層形成工程と、成長工程とを備え、前記開口グループは、六角形に沿った形状をそれぞれ有した複数の開口を含み、前記第１の非開口部は、前記複数の開口グループの間に配され、前記第２の非開口部は、前記開口グループ内の前記複数の開口の間に配され、前記マスク形成工程では、各開口グループ内の各開口の最小幅が５μｍ以上２５μｍ以下になり、各開口グループ内の隣接する前記開口の間における前記第２の非開口部の幅が１．５μｍ以上８μｍ以下になり、隣接する前記開口グループの間における前記第１の非開口部の幅が１０μｍ以上になるように、前記マスクを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、下地基板の上に複数の開口を有するマスクを形成し、下地基板における複数の開口により露出された複数の領域を選択的に窒化することにより、複数の第１バッファー層を形成している。そして、複数の第１バッファー層の上に複数の第２バッファー層を形成した後、複数の第２バッファー層の上に複数の半導体部材を成長させている。これにより、特許文献１によれば、複数の第２バッファー層のいずれかの特定箇所に存在する転位が他の第２バッファー層に伝播しにくく、複数の第２バッファー層の結晶性が全体として向上するので、その上に成長させる複数の半導体部材の結晶性も向上するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０３６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、マスクにおける複数の開口のそれぞれをどのような形状及び寸法で形成すれば複数の半導体部材を成長させる際におけるクラックの発生を低減できるのかについての開示がない。
【０００５】
本発明の目的は、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる際におけるクラックの発生を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１側面に係る半導体デバイスの製造方法は、下地基板の上に金属層を形成する金属層形成工程と、前記金属層をそれぞれ露出する複数の開口グループと前記金属層を露出しない第１の非開口部と前記金属層をそれぞれ露出しない複数の第２の非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、前記金属層において前記複数の開口グループにより露出された複数の領域グループを窒化することにより、金属窒化物の複数の第１バッファー層を形成する窒化工程と、前記複数の第１バッファー層の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の第２バッファー層を形成する第２バッファー層形成工程と、前記複数の第２バッファー層の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる成長工程とを備え、前記開口グループは、六角形に沿った形状をそれぞれ有した複数の開口を含み、前記第１の非開口部は、前記複数の開口グループの間に配され、前記第２の非開口部は、前記開口グループ内の前記複数の開口の間に配され、前記マスク形成工程では、各開口グループ内の各開口の最小幅が５μｍ以上２５μｍ以下になり、各開口グループ内の隣接する前記開口の間における前記第２の非開口部の幅が１．５μｍ以上８μｍ以下になり、隣接する前記開口グループの間における前記第１の非開口部の幅が１０μｍ以上になるように、前記マスクを形成することを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第１側面に係る半導体デバイスの製造方法であって、前記複数の第１バッファー層のそれぞれは、前記開口グループの前記複数の開口に対応した複数の第１バッファー領域を含み、前記複数の第２バッファー層のそれぞれは、前記複数の第１バッファー領域に対応した複数の第２バッファー領域を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第１側面又は第２側面に係る半導体デバイスの製造方法であって、前記下地基板は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有しており、前記六角形の各辺は、前記下地基板における前記半導体部材の〔１０−１０〕方向に沿うべき方向、〔０１−１０〕方向に沿うべき方向及び〔−１１００〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第４側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第１側面から第３側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記マスク形成工程は、前記金属層の上にマスク層を成膜するマスク層成膜工程と、前記マスク層に前記複数の開口グループを形成することにより、前記マスクを形成する開口グループ形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第５側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第１側面から第４側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、前記成長工程は、前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、前記第２の温度より高い第３の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第２の成長工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第６側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第１側面から第４側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、前記成長工程は、前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、前記第１の温度と前記第２の温度との間の第４の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第３の成長工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第７側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第１側面から第６側面のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法であって、前記マスクを除去するマスク除去工程と、前記第１バッファー層を選択的にエッチングすることにより、前記複数の半導体部材を前記下地基板から分離するとともに互いに分離する分離工程とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第８側面に係る半導体デバイスの製造方法は、下地基板の上に第１バッファー層を形成する第１バッファー層形成工程と、前記第１バッファー層をそれぞれ露出する複数の開口グループと前記第１バッファー層を露出しない第１の非開口部と前記第１バッファー層をそれぞれ露出しない複数の第２の非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、前記第１バッファー層の表面において前記複数の開口グループにより露出された複数の領域グループに、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の第２バッファー層を形成する第２バッファー層形成工程と、前記複数の第２バッファー層の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる成長工程とを備え、前記開口グループは、六角形に沿った形状をそれぞれ有した複数の開口を含み、前記第１の非開口部は、前記複数の開口グループの間に配され、前記第２の非開口部は、前記開口グループ内の前記複数の開口の間に配され、前記マスク形成工程では、各開口グループ内の各開口の最小幅が５μｍ以上２５μｍ以下になり、各開口グループ内の隣接する前記開口の間における前記第２の非開口部の幅が１．５μｍ以上８μｍ以下になり、隣接する前記開口グループの間における前記第１の非開口部の幅が１０μｍ以上になるように、前記マスクを形成することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第９側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第８側面に係る半導体デバイスの製造方法であって、前記複数の第２バッファー層のそれぞれは、前記開口グループの前記複数の開口に対応した複数の第２バッファー領域を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第１０側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第８側面又は第９側面に係る半導体デバイスの製造方法であって、前記下地基板は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有しており、前記六角形の各辺は、前記下地基板における前記半導体部材の〔１０−１０〕方向に沿うべき方向、〔０１−１０〕方向に沿うべき方向及び〔−１１００〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１１側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第８側面から第１０側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記第１バッファー層は、金属窒化物を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第１２側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第８側面から第１１側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記マスク形成工程は、前記第１バッファー層の上にマスク層を成膜するマスク層成膜工程と、前記マスク層に前記複数の開口グループを形成することにより、前記マスクを形成する開口グループ形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１３側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第８側面から第１２側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、前記成長工程は、前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、前記第２の温度より高い第３の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第２の成長工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明の第１４側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第８側面から第１２側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、前記成長工程は、前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、前記第１の温度と前記第２の温度との間の第４の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第３の成長工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明の第１５側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第８側面から第１４側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記マスクを除去するマスク除去工程と、前記第１バッファー層を選択的にエッチングすることにより、前記複数の半導体部材を前記下地基板から分離するとともに互いに分離する分離工程とをさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる際におけるクラックの発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図。
【図２】本発明の第１実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図。
【図３】図２（ｂ）に示す工程により得られた構造体の平面図。
【図４】本発明の第１実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図。
【図５】本発明の第１実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図。
【図６】各開口の開口幅Ｗ［μｍ］、開口の配列ピッチＰ［μｍ］、及び隣接する開口の間における第２の非開口部の幅Ｇ［μｍ］の関係を示す図。
【図７】Ｗ−Ｇ平面における好ましい領域を示す図。
【図８】Ｐ−Ｇ平面における好ましい領域を示す図。
【図９】第２の非開口部の幅Ｇとマージ率との関係を示す図。
【図１０】図１〜図５の工程を行って得られた試料のＸＲＤ分析結果を示す図。
【図１１】（Ｗ，Ｇ）＝（１８，２）の条件で得られた半導体部材の写真。
【図１２】（Ｗ，Ｇ）＝（２８，２）の条件で得られた半導体部材の写真。
【図１３】（Ｗ，Ｇ）＝（４８，２）の条件で得られた半導体部材の写真。
【図１４】本発明の第２実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図。
【図１５】本発明の第２実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図。
【図１６】本発明の第２実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書において、「膜」は、連続した膜でもよいし、不連続な膜でもよいものとする。「膜」は、厚さを持って形成されている状態を表す。
【００２４】
本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの半導体デバイスに適用可能な複数の半導体部材を選択的に成長させるための方法に関する。
【００２５】
本発明の第１実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を、図１〜図５を用いて説明する。図１、図２、図４及び図５は、半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図である。図３は、図２（ｂ）に示す工程により得られた構造体の平面図である。なお、図１、図２、図４及び図５は、図３のＡ−Ａ’に沿った断面に対応している。以下では、ＩＩＩ族窒化物半導体の一例として、窒化ガリウムを中心に説明するが、他のＩＩＩ族窒化物半導体に関しても同様である。
【００２６】
図１（ａ）に示す工程では、下地基板１０を準備する。下地基板１０は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有している。下地基板１０の上面１０ａは、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造における（０００１）面になっている。下地基板１０の材料は、例えば、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、又はＡｌＮ（窒化アルミニウム）である。
【００２７】
図１（ｂ）に示す工程では、スパッタ法などにより、下地基板１０の上にクロム層（金属層）２０を成膜する。成膜されるクロム層２０の厚さは、例えば、２０ｎｍである。
【００２８】
ここで、クロム層２０を成膜するのは、その後に窒化して形成するクロム窒化物の原子間距離が窒化ガリウムに近く、窒化ガリウムとの格子不整合が小さいためである。
【００２９】
図２（ａ）に示す工程では、クロム層２０の上にマスク層４０ｉを成膜する。成膜されるマスク層４０ｉの厚さは、例えば、１００ｎｍである。マスク層４０ｉの材料は、例えば、酸化シリコン及び窒化シリコンのいずれかである。
【００３０】
ここで、図１（ａ）〜図２（ａ）の工程は、同じチャンバ内で連続的に行うことが好ましい。この場合、各層の界面に自然酸化膜が形成されることを低減できる。
【００３１】
図２（ｂ）に示す工程では、リソグラフィ法などにより、マスク層４０ｉに複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄを形成することにより、マスク４０を形成する。
【００３２】
形成されたマスク４０は、図３に示すように、開口グループ配列ＯＰＡ、第１の非開口部４０ｊ、及び複数の第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄを含む。開口グループ配列ＯＰＡでは、２次元状に配された複数の領域ＯＲａ〜ＯＲｄに対応して、複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄが２次元状に配されている。各開口グループ４０ａ〜４０ｄは、クロム層２０を露出する。領域ＯＲａ〜ＯＲｄの形状は、後述の半導体デバイス７０ａ〜７０ｄに対応した形状になっている。領域ＯＲａ〜ＯＲｄの形状は、例えば、四角形、六角形、三角形である。図３には、領域ＯＲａ〜ＯＲｄの形状が四角形である場合が例示されている。
【００３３】
第１の非開口部４０ｊは、複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄの間に配されている。第１の非開口部４０ｊは、複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄの間を格子状に延びている。第１の非開口部４０ｊは、クロム層２０を露出しない。第１の非開口部４０ｊは、マスク層４０ｉと同じ材料で形成され、例えば、酸化シリコン及び窒化シリコンのいずれかで形成されている。
【００３４】
複数の第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄは、複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄに対応して２次元状に配されている。各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄは、開口グループ内の複数の開口の間に配されている。各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄは、開口グループ内の複数の開口の間をハニカム状に延びている。例えば、第２の非開口部４０ｋａは、開口グループ４０ａ内の複数の開口４０ａ１，・・・，４０ａｎの間をハニカム状に延びている。各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄは、クロム層２０を露出しない。各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄは、マスク層４０ｉと同じ材料で形成され、例えば、酸化シリコン及び窒化シリコンのいずれかで形成されている。
【００３５】
なお、図３には、マスク４０が４つの開口グループ４０ａ〜４０ｄを含む場合が例示的に示されているが、マスク４０はさらに多くの開口グループを含んでも良い。
【００３６】
各開口グループ内では、六角形に沿った形状をそれぞれ有する複数の開口が２次元状に配列されている。例えば、開口グループ４０ａ内では、六角形に沿った形状をそれぞれ有する複数の開口４０ａ１，４０ａ２，・・・，４０ａｎが２次元状に配列されている。この六角形の各辺は、下地基板１０における後述の各半導体部材６０ａ〜６０ｄの〔１０−１０〕方向に沿うべき方向、〔０１−１０〕方向に沿うべき方向及び〔−１１００〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びている。これに応じて、第２の非開口部４０ｋａは、開口グループ４０ａ内の複数の開口４０ａ１〜４０ａｎの間をハニカム状に延びている。図２（ｂ）に示すように、第２の非開口部４０ｋａの高さは、第１の非開口部４０ｊの高さより低くなっていることが好ましいが、第１の非開口部４０ｊの高さと同じでもよい。第２の非開口部４０ｋａの高さが第１の非開口部４０ｊの高さより低ければ、複数の領域ＯＲａ〜ＯＲｄのそれぞれにおける成長した窒化ガリウムがマージしないようにすることが容易である。また、図３に示すように、第１の非開口部４０ｊの幅は、第２の非開口部４０ｋａの幅に比べて広いことが好ましい。第１の非開口部４０ｊの幅が第２の非開口部４０ｋａの幅に比べて十分に広ければ、複数の領域ＯＲａ〜ＯＲｄのそれぞれにおける成長した窒化ガリウムがマージしないようにすることが容易である。
【００３７】
なお、上記の六角形に沿った形状は、六角形の形状に加えて、六角形の基本的な形状を保ちながらその角に丸みを持たせた形状も含む。また、上記の六角形の各辺は、例えば、下地基板１０の材料がＡｌ２Ｏ３（サファイア）である場合、下地基板１０の〔１１−２０〕方向、〔１−２１０〕方向及び〔−２１１０〕方向のいずれかに沿って延びている。六角形の各辺は、例えば、下地基板１０の材料がＧａＮ（窒化ガリウム）又はＡｌＮ（窒化アルミニウム）である場合、下地基板１０の〔１０−１０〕方向、〔０１−１０〕方向及び〔−１１００〕方向のいずれかに沿って延びている。この様に、下地基板１０とその上に成長されるべき各半導体部材６０ａ〜６０ｄとの間には方位関係が存在するので、それに従って六角形のマスク方位を定めれば良い。
【００３８】
ここで、各開口グループ４０ａ〜４０ｄ内の各開口の最小幅をＷ［μｍ］とし、各開口グループ４０ａ〜４０ｄ内の隣接する開口の間における第２の非開口部の幅をＧ［μｍ］としたときに（図６参照）、Ｗ−Ｇ平面（図７参照）における
５≦Ｗ≦２５・・・数式１
１．５≦Ｇ≦８・・・数式２
を満たすように、マスク４０を形成する。数式１及び数式２を満たす領域は、図７に斜線で示す領域ＰＲである。
【００３９】
図７に示す領域ＰＲの左側の領域（０≦Ｗ＜５）では、開口により露出された領域の幅が小さくなるので、後述の図２（ｃ）に示す工程で窒化ガスをクロム層２０に十分接触させることが困難になり、第１バッファー層を形成することが困難になる。図７に示す領域ＰＲの右側の領域（Ｗ＞２５）では、開口により露出された領域の幅が大きくなるので、第１バッファー層及びその上に形成する第２のバッファー層を介して内部応力が後述の半導体部材内で伝播することを低減できなくなり、第２のバッファー層の上に成長させる半導体部材にクラックが発生する可能性がある。図７に示す領域ＰＲの下側の領域（０≦Ｇ＜１．５）では、マスク層４０ｉをパターニングする露光装置の解像限界が約１μｍであることに応じて、プロセスばらつきの影響を受けて隣接する開口がつながる可能性がある。図７に示す領域ＰＲの上側の領域（Ｇ＞８）では、隣接する開口の間における第２の非開口部の幅Ｇ［μｍ］（図６参照）が大きくなるので、隣接する開口から成長した窒化ガリウムが隣接する開口の間でマージしにくくなり、半導体部材が得られない可能性がある。
【００４０】
さらに、隣接する開口グループの間における第１の非開口部の幅をＬ［μｍ］としたときに（図３参照）、
Ｌ≧１０・・・数式３
を満たすように、マスク４０を形成する。第１の非開口部の幅Ｌが１０［μｍ］より小さくなると、複数の領域ＯＲａ〜ＯＲｄのそれぞれにおける成長した窒化ガリウムがマージしてしまい、後述の図４（ｄ）に示す工程において複数の半導体部材を選択的に成長できなくなる可能性がある（図９参照）。
【００４１】
図２（ｃ）に示す工程では、クロム層２０において複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄにより露出された複数の領域グループ２０ａ〜２０ｄを、１０００℃以上１３００℃以下の温度で窒化することにより、クロム窒化物（金属窒化物）の複数の第１バッファー層３０ａ〜３０ｄを形成する。すなわち、下地基板１０を１０００℃以上１３００℃の温度に加熱するとともに、クロム層２０の表面をアンモニアガス雰囲気にする。これにより、クロム層２０における複数の領域グループ２０ａ〜２０ｄが窒化して複数の第１バッファー層３０ａ〜３０ｄになる。
【００４２】
ここで、各領域グループ２０ａ〜２０ｄは、開口グループの複数の開口に対応した複数の領域を含む。例えば、領域グループ２０ａは、開口グループ４０ａの複数の開口４０ａ１〜４０ａｎに対応した複数の領域２０ａ１〜２０ａｎを含む。これに応じて、形成する各第１バッファー層３０ａ〜３０ｄは、開口グループの複数の開口に対応した複数の第１バッファー領域を含む。例えば、第１バッファー層３０ａは、開口グループ４０ａの複数の開口４０ａ１〜４０ａｎに対応した複数の第１バッファー領域３０ａ１〜３０ａｎを含む。各第１バッファー層３０ａ〜３０ｄにおける複数の第１バッファー領域は、第１バッファー領域と結晶方位の異なるクロム層２０により互いに隔てられている。例えば、第１バッファー層３０ａにおける複数の第１バッファー領域３０ａ１〜３０ａｎは、第１バッファー領域と結晶方位の異なるクロム層２０により互いに隔てられている。これにより、各開口の幅Ｗが数式１を満たしていれば、第１バッファー層を介して内部応力が後述の半導体部材内を伝播することを低減できる。
【００４３】
また、クロムの結晶構造が立方晶系であるのに対して、クロム窒化物の結晶構造が六方晶系である。クロム層２０を窒化した際に、クロムの結晶格子がクロム窒化物の結晶格子へと再配列するためには、一定以上のエネルギーが必要であると考えられる。
【００４４】
仮に、クロム層２０の窒化温度が１０００℃未満であると、クロムの結晶格子がクロム窒化物の結晶格子へと再配列するために十分なエネルギーがクロム層２０に与えられないので、窒化されて形成される第１バッファー層３０の結晶性が悪くなる。
【００４５】
それに対して、本実施形態では、クロム層２０の窒化温度が１０００℃以上であるので、クロムの結晶格子がクロム窒化物の結晶格子へと再配列するために十分なエネルギーがクロム層２０に与えられる。これにより、クロム層２０が窒化されて形成されるクロム窒化物の第１バッファー層３０の結晶性が向上する。
【００４６】
だだし、過度な高温で窒化することは、熱負荷増大による装置の部材劣化の問題が生じるとともに、形成された第１バッファー層と下地基板との相互熱拡散などの問題が生じる。このため、窒化温度は１３００℃以下が好ましい。
【００４７】
また、第１バッファー層３０の材料であるクロム窒化物は、下地基板（サファイア）と窒化ガリウムとの間の原子間距離を有するので、下地基板との格子不整合が小さい。この点からも、第１バッファー層３０の結晶性が向上する。
【００４８】
図４（ａ）に示す工程では、複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄにより露出された複数の第１バッファー層３０ａ〜３０ｄから、窒化ガリウムの複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄを成長させる。
【００４９】
ここで、各第１バッファー層３０ａ〜３０ｄは、複数の第１バッファー領域を含む。これに応じて、形成された各第２バッファー層５０ａ〜５０ｄは、複数の第１バッファー領域に対応した複数の第２バッファー領域を含む。例えば、第２バッファー層５０ａは、複数の第１バッファー領域３０ａ１〜３０ａｎに対応した複数の第２バッファー領域５０ａ１〜５０ａｎを含む。各第２バッファー層５０ａ〜５０ｄにおける複数の第２バッファー領域は、第２バッファー領域と結晶方位の異なる第２の非開口部により互いに隔てられている。例えば、第２バッファー層５０ａにおける複数の第２バッファー領域５０ａ１〜５０ａｎは、第２バッファー領域と結晶方位の異なる第２の非開口部４０ｋａにより互いに隔てられている。これにより、第２バッファー層を介して内部応力が後述の半導体部材内を伝播することを低減できる。
【００５０】
また、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄは、それぞれ、例えば、ＧａＮの単結晶体、多結晶体又はアモルファス体で構成されうる。複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの厚さは、それぞれ、数十Å〜数十μｍであることが好ましい。複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの成長温度は、それぞれ、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度であることが好ましい。
【００５１】
第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの成長温度が８５０℃より低いと、エピタキシャル状の成長が困難になり、下地基板に対する適切な面方位と異なった面方位が生じやすい。第２バッファー層５０ａ〜５０ｄは、六方晶系の結晶構造を有しており、その｛１−１００｝面群が下地基板の｛１１−２０｝面群に沿って延びていることが適切である。仮に、第２バッファー層５０ａ〜５０ｄにおけるその｛１−１００｝面群が異なる方位に延びている部分が存在すると、その部分と適切な面方位を有する部分との間で格子ひずみに起因した内部応力が発生するので、各第２バッファー層５０ａ１〜５０ａｎ内にクラックの発生する可能性がある。第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの成長温度が９５０℃より高いと、第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの成長が起こりにくくなる。
【００５２】
図４（ｂ）に示す工程では、ＨＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法などにより、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの上に、窒化ガリウムの複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄを成長させる。すなわち、各開口グループの複数の開口における隣接する開口の第２の非開口部の幅Ｇが数式２を満たしていれば、各第２バッファー層における複数の第２バッファー領域の表面から成長した窒化ガリウムが互いにマージすることにより、各半導体部材６０ａ〜６０ｄが成長する。
【００５３】
ここで、複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄは、それぞれ、例えば、ＧａＮの単結晶体で構成されうる。複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄの厚さは、それぞれ、数十Å〜数十μｍであることが好ましい。複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄの成長温度は、それぞれ、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの成長温度よりも高い温度、例えば約１０８０℃になる。
【００５４】
また、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄは、マスク４０における第１の非開口部４０ｊにより互いに隔てられている。マスク４０の結晶方位が複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの結晶方位と異なるので、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄのいずれかの特定箇所に存在する転位は、他の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄに伝播しにくい。これにより、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄは、全体として、その結晶性が向上する。この結果、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの上に成長させる複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄの結晶性も向上する。すなわち、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる際の結晶性を向上できる。
【００５５】
さらに、第１バッファー層３０の材料であるクロム窒化物は、下地基板（サファイア）と窒化ガリウムとの間の原子間距離を有するので、窒化ガリウムとの格子不整合が小さい。例えば、サファイアの３０°回転した（０００１）面方向の原子間距離は、２．７４７Åである。窒化ガリウムの（０００１）面方向の原子間距離は、３．１８８Åである。クロム窒化物の（１１１）面方向の原子間距離は、２．９２７Åであり、サファイアの原子間距離と窒化ガリウムの原子間距離との間の値である。これにより、第１バッファー層３０の上に成長する複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄ及び複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄは、結晶性が向上する。
【００５６】
また、第１バッファー層３０の材料であるクロム窒化物は、下地基板（サファイア）と窒化ガリウムとの間の熱膨張係数を有する。例えば、サファイアの（０００１）面方向の熱膨張係数は、７．５０である。窒化ガリウムの（０００１）面方向の熱膨張係数は、５．４５である。クロム窒化物の（１１１）面方向の熱膨張係数は、６．００であり、サファイアの熱膨張係数と窒化ガリウムの熱膨張係数との間の値である。これにより、下地基板１０と、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄ及び複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄとの間の熱膨張係数の差に基づいて発生する内部応力を第１バッファー層３０で緩和することができる。このため、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄ及び複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄのそれぞれの内部応力が低減されるので、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄ及び複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄのそれぞれにおける下地基板との熱膨張係数の差に起因したクラックの発生を低減できる。そして、この点からも、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄ及び複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄの結晶性が向上する。
【００５７】
なお、図４（ｂ）に示す工程は、第１の温度より高い第２の温度で複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄを成長させる第１の成長工程と、第２の温度より高い第３の温度で複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄを成長させる第２の成長工程とを含んでもよい。第２の温度は、例えば、１０４０℃であり、第３の温度は、例えば、１０８０℃である。本発明者が行った実験によれば、１０４０℃で加熱した後に１０８０℃で加熱する（２段階の加熱を行う）ことにより複数の半導体部材を成長した場合、１０８０℃で加熱する（１段階の加熱を行う）ことにより複数の半導体部材を成長した場合に比べて、得られた各半導体部材の結晶性が約５％向上した。
【００５８】
あるいは、図４（ｂ）に示す工程は、第１の温度より高い第２の温度で複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄを成長させる第１の成長工程と、第１の温度と第２の温度との間の第４の温度で複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄを成長させる第３の成長工程とを含んでもよい。第２の温度は、例えば、１０８０℃であり、第４の温度は、例えば、１０４０℃である。本発明者が行った実験によれば、１０８０℃で加熱した後に１０４０℃で加熱する（２段階の加熱を行う）ことにより複数の半導体部材を成長した場合、１０８０℃で加熱する（１段階の加熱を行う）ことにより複数の半導体部材を成長した場合に比べて、得られた各半導体部材の結晶性が約１０％向上した。
【００５９】
図５（ａ）に示す工程では、マスク４０を除去する。例えば、マスク４０を、選択的にエッチングして除去する。例えば、マスク４０の材料が酸化シリコンである場合、ＨＦ溶液あるいはＢＯＥ（バッファードＨＦ）溶液を用いることにより、マスク４０を選択的にエッチングすることができる。このとき、マスク４０における複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄを隔てる第１の非開口部４０ｊだけでなく、各開口グループ４０ａ〜４０ｄ内の複数の開口４０ａ１〜４０ａｎを隔てる各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄも除去する。
【００６０】
なお、マスク４０における第１の非開口部４０ｊを切削刃あるいはレーザを用いてスクライビングすることにより、マスク４０における第１の非開口部４０ｊを機械的あるいは物理的に除去してもよい。このとき、各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄは除去されずに残る可能性がある。
【００６１】
図５（ｂ）に示す工程では、クロム層２０及び複数の第１バッファー層３０ａ〜３０ｄを選択的にエッチングして、複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄを下地基板１０から分離するとともに互いに分離する。これにより、複数の半導体デバイス７０ａ〜７０ｄを得ることができる。
【００６２】
なお、各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄが除去されずに残っていた場合でも、クロム層２０がエッチングされる際に各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄも除去される。
【００６３】
ここで、複数の半導体デイバス７０ａ〜７０ｄは、それぞれ、第２バッファー層と半導体部材とを含む。例えば、半導体デイバス７０ａは、第２バッファー層５０ａと半導体部材６０ａとを含む。複数の半導体デバイス７０ａ〜７０ｄの形状は、それぞれ、開口グループが配される領域ＯＲａ〜ＯＲｄの形状に対応して、ＬＥＤなどの半導体デバイスに適した形状になっている。複数の半導体デバイス７０ａ〜７０ｄの形状は、例えば、領域ＯＲａ〜ＯＲｄの形状が四角形である場合（図３参照）、四角形になる。複数の半導体デバイス７０ａ〜７０ｄの寸法は、それぞれ、開口グループが配される領域の寸法に対応して、ＬＥＤなどの半導体デバイスに適した大きさになっている。
【００６４】
また、各半導体デイバス７０ａ〜７０ｂは、複数の第２バッファー領域と半導体部材とを含む。例えば、半導体デイバス７０ａは、複数の第２バッファー領域５０ａ１〜５０ａｎと半導体部材６０ａとを含む。複数の第２バッファー領域５０ａ１〜５０ａｎの形状は、それぞれ、開口の形状（図３参照）に対応した六角形状になっている。
【００６５】
このように、クロム層を窒化する前に複数の開口グループを含むマスクを形成して、クロム層の表面において複数の開口グループにより露出された複数の領域グループを選択的に窒化することにより、それぞれ複数の第１バッファー領域を含む複数の第１バッファー層を形成している。各第１バッファー層における複数の第１バッファー領域は、第１バッファー層と結晶方位の異なるクロム層により互いに隔てられたものとなる。これにより、第１バッファー層を介して内部応力が各半導体部材内６０ａ〜６０ｄで伝播することを低減できる。
【００６６】
また、それぞれ複数の第１バッファー領域を含む複数の第１バッファー層の上に、それぞれ複数の第２バッファー領域を含む複数の第２バッファー領域を形成している。各第２バッファー層５０ａ〜５０ｄにおける複数の第２バッファー領域５０ａ１〜５０ａｎは、第２バッファー層と結晶方位の異なる第２の非開口部により互いに隔てられたものとなる。これにより、第２バッファー層を介して内部応力が各半導体部材６０ａ〜６０ｄ内で伝播することを低減できる。
【００６７】
したがって、各半導体部材６０ａ〜６０ｄ内で内部応力が伝播することを低減できるので、各半導体部材６０ａ〜６０ｄ内におけるクラックの発生を低減できる。すなわち、本実施形態によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる際におけるクラックの発生を低減できる。
【００６８】
次に、本実施形態による効果を明確にするため、実験を行った結果を、図６〜図１３を用いて説明する。図６は、各開口の開口幅Ｗ［μｍ］、開口の配列ピッチＰ［μｍ］、及び各開口グループ内の隣接する開口の間における第２の非開口部の幅Ｇ［μｍ］の関係を示す図である。
【００６９】
図６に示すように、開口幅Ｗは、各開口の最小幅であり、開口ＯＰ１における中心Ｃ１を介して対向する２辺Ｓ１，Ｓ２の間の幅として定義される。配列ピッチＰは、隣接する開口ＯＰ１，ＯＰ２の中心Ｃ１，Ｃ２間の距離として定義される。第２の非開口部の幅Ｇは、隣接する開口ＯＰ１，ＯＰ２を隔てる第２の非開口部４０ｋ（図３参照）の幅として定義される。これらの変数の間には、
第２の非開口部の幅Ｇ＝配列ピッチＰ−開口幅Ｗ・・・数式４
の関係がある。
【００７０】
図７は、Ｗ−Ｇ平面における好ましい領域ＰＲを示す図である。図７には、本実施形態における好ましい領域ＰＲが斜線で示してある。また、図７に示す一点鎖線は、領域ＰＲの境界を示す。
【００７１】
本発明者は、図１（ａ）〜図２（ａ）に示す工程を行った後、図２（ｂ）に示す工程で、第１実施形態における条件として、（Ｗ，Ｇ）＝（６．５，３．５），（８，２），（１３，２），（１８，２），（５，５），（１０，５）の条件（図７で●で示す条件）でマスクを形成した。その後、図２（ｃ）〜図５（ｂ）に示す工程を行って得られた半導体部材の表面を顕微鏡観察した。その結果、半導体部材の表面においてクラックが観察されなかった（図１１参照）。
【００７２】
また、本発明者、図１（ａ）〜図２（ａ）に示す工程を行った後、図２（ｂ）に示す工程で、比較例における条件として、（Ｗ，Ｇ）＝（２，２），（１０，１０），（２８，２），（４８，２）（図７で▲で示す条件）でマスクを形成した。（Ｗ，Ｇ）＝（２，２）の条件（領域ＰＲの左側の▲で示す条件）では、窒化ガリウムが成長しなかった。（Ｗ，Ｇ）＝（１０，１０）の条件（領域ＰＲの上側の▲で示す条件）では、各第２バッファー層における隣接する第２バッファー領域の上にそれぞれ成長した窒化ガリウムがその間の第２の非開口部の上でマージしないことを確認した（図９参照）。（Ｗ，Ｇ）＝（２８，２），（４８，２）の条件（領域ＰＲの右側の▲で示す条件）では、得られた半導体部材の顕微鏡観察を行った結果クラックが観察された（図１２及び図１３参照）。これらの結果から、本発明者は、図７に斜線で示す領域ＰＲが好ましい領域であることを導き出した。
【００７３】
図８は、Ｐ−Ｇ平面における好ましい領域ＰＲを示す図である。図８に示すＰ−Ｇ平面は、数式４の関係を用いて、図７に示すＷ−Ｇ平面を変換したものである。図８においても、好ましい領域ＰＲを斜線で示してある。
【００７４】
図９は、第２の非開口部の幅Ｇとマージ率との関係を示す図である。マージ率は、第２の非開口部における半導体部材により覆われた領域の面積の割合として求めた。図９には、第１実施形態における条件（Ｗ，Ｇ）＝（６．５，３．５），（８，２），（１３，２），（１８，２）のマージ率が●で示され、好ましくない条件（Ｗ，Ｇ）＝（１０，１０）のマージ率が▲で示されている。図９に示されるように、第２の非開口部の幅Ｇが長すぎるとマージ率が１００％から低下する傾向にあることが分かった。例えば、第２の非開口部の幅Ｇが１０μｍのとき、第２の非開口部の開口両端から第２の非開口部の中央部に向かって半導体部材が約４μｍずつ延びたので、マージ率が約８０％になることが分かった。
【００７５】
図１０は、図１〜図５の工程を行って得られた試料のＸＲＤ分析結果を示す図である。図１〜図５の工程を行って得られた試料すなわち複数の半導体部材の１つに対してＸ線回折（ＸＲＤ）分析を行った。すなわち、半導体部材のＸＲＤプロファイルにおける（０１−１２）面のピーク半値幅を求めたところ、７００〜８５０［ａｒｃｓｅｃ］であった。図１０には、この結果を、「本実施形態」として棒グラフで示してある。
【００７６】
また、図１０には、比較のために、特許文献１に示される第２実施形態の方法により複数の半導体部材を得た場合について、（０１−１２）面のピーク半値幅の予想される値を「特許文献１」として棒グラフで示してある。
【００７７】
特許文献１に示される第２実施形態の方法によれば、下地基板の上にクロム層を形成し、クロム層の上に複数の開口を有するマスクを形成し、下地基板における複数の開口により露出された複数の領域を選択的に窒化することにより、複数の第１バッファー層を形成する。そして、複数の第１バッファー層の上に複数の第２バッファー層を形成した後、複数の第２バッファー層の上に複数の半導体部材を成長させることになる。この場合、各第１バッファー層内や各第２バッファー層内における転位の伝播が発生する。
【００７８】
一方、本実施形態によれば、各第１バッファー層における複数の第１バッファー領域は、第１バッファー層と結晶方位の異なるクロム層により互いに隔てられたものとなる。これにより、各第１バッファー層において、複数の第１バッファー領域のいずれかの特定箇所に存在する転位は、他の第１バッファー領域に伝播しにくい。この結果、第１バッファー層を介して転位が各半導体部材内６０ａ〜６０ｄで伝播することを低減できるので、特許文献１の第２実施形態に比べて、各半導体部材の結晶性が向上すると考えられる。
【００７９】
また、各第２バッファー層における複数の第２バッファー領域は、第２バッファー層と結晶方位の異なるマスクにより互いに隔てられたものとなる。これにより、各第２バッファー層において、複数の第２バッファー領域のいずれかの特定箇所に存在する転位は、他の第２バッファー領域に伝播しにくい。この結果、第２バッファー層を介して転位が各半導体部材６０ａ〜６０ｄ内で伝播することを低減できるので、特許文献１の第２実施形態に比べて、各半導体部材の結晶性が向上すると考えられる。
【００８０】
よって、図１０では、「本実施形態」のＸＲＤ半値幅が「特許文献１」のＸＲＤ半値幅よりも小さく結晶性が良好であるとしている。
【００８１】
図１１は、（Ｗ，Ｇ）＝（１８，２）の条件で得られた半導体部材の写真を示す。図１１（ａ）は、半導体部材の外観を示し、図１１（ｂ）、（ｃ）は、顕微鏡観察結果を示す。（Ｗ，Ｇ）＝（１８，２）の条件により得られた半導体部材の表面には、クラックが観察されなかった。
【００８２】
図１２は、（Ｗ，Ｇ）＝（２８，２）の条件で得られた半導体部材の写真を示す。図１２（ａ）は、半導体部材の外観を示し、図１２（ｂ）、（ｃ）は、顕微鏡観察結果を示す。（Ｗ，Ｇ）＝（２８，２）の条件により得られた半導体部材の表面には、クラックが観察された。また、半導体部材が２つに割れた。
【００８３】
図１３は、（Ｗ，Ｇ）＝（４８，２）の条件で得られた半導体部材の写真を示す。図１３（ａ）は、半導体部材の外観を示し、図１３（ｂ）、（ｃ）は、顕微鏡観察結果を示す。（Ｗ，Ｇ）＝（４８，２）の条件により得られた半導体部材の表面には、クラックが観察された。また、半導体部材が２つに割れた。
【００８４】
次に、本発明の第２実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を、図１４〜図１６を用いて説明する。図１４〜図１６は、半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図である。なお、以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００８５】
図１４（ａ）に示す工程は、図１（ｂ）に示す工程の後に行われる。図１４（ａ）に示す工程では、クロム層２０を１０００℃以上１３００℃以下（１２７３Ｋ以上１５７３Ｋ以下）の温度で窒化することにより、クロム窒化物（金属窒化物）の第１バッファー層１３０を形成する。
【００８６】
図１４（ｂ）に示す工程では、第１バッファー層１３０の上にマスク層１４０ｉを成膜する。
【００８７】
図１５（ａ）に示す工程では、図２（ｂ）に示す工程と同様に、リソグラフィ法などにより、マスク層１４０ｉに複数の開口グループ１４０ａ〜１４０ｄを形成して、マスク１４０を形成する。第１バッファー層１３０の表面は、複数の開口グループ１４０ａ〜１４０ｄにより露出された複数の領域グループ１３０ａ〜１３０ｄを有している。各領域グループ１３０ａ〜１３０ｄは、開口グループの複数の開口に対応した複数の領域を含む。例えば、領域グループ１３０ａは、開口グループ１４０ａの複数の開口１４０ａ１〜１４０ａｎに対応した複数の領域１３０ａ１〜１３０ａｎを含む。
【００８８】
形成されたマスク１４０は、開口グループ配列ＯＰＡ１００、第１の非開口部１４０ｊ、及び複数の第２の非開口部１４０ｋａ〜１４０ｋｄを含む。開口グループ配列ＯＰＡ１００では、複数の開口グループ１４０ａ〜１４０ｄが２次元状に配されている。各開口グループ１４０ａ〜１４０ｄは、第１バッファー層１３０を露出する。
【００８９】
第１の非開口部１４０ｊは、複数の開口グループ１４０ａ〜１４０ｄの間に配されている。第１の非開口部１４０ｊは、複数の開口グループ１４０ａ〜１４０ｄの間を格子状に延びている。第１の非開口部１４０ｊは、第１バッファー層１３０を露出しない。
【００９０】
複数の第２の非開口部１４０ｋａ〜１４０ｋｄは、複数の開口グループ１４０ａ〜１４０ｄに対応して２次元状に配されている。各第２の非開口部１４０ｋａ〜１４０ｋｄは、開口グループ内の複数の開口の間に配されている。各第２の非開口部１４０ｋａ〜１４０ｋｄは、開口グループ内の複数の開口の間をハニカム状に延びている。各第２の非開口部１４０ｋａ〜１４０ｋｄは、第１バッファー層１３０を露出しない。
【００９１】
各開口グループ内では、六角形に沿った形状をそれぞれ有する複数の開口が２次元状に配列されている。例えば、開口グループ１４０ａ内では、六角形に沿った形状をそれぞれ有する複数の開口１４０ａ１，１４０ａ２，・・・，１４０ａｎが２次元状に配列されている。この六角形の各辺は、下地基板１０における後述の各半導体部材１６０ａ〜１６０ｄの〔１０−１０〕方向に沿うべき方向、〔０１−１０〕方向に沿うべき方向及び〔−１１００〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びている。六角形の各辺は、例えば、下地基板１０の材料がＡｌ２Ｏ３（サファイア）である場合、下地基板１０の〔１１−２０〕方向、〔１−２１０〕方向及び〔−２１１０〕方向のいずれかに沿って延びている。六角形の各辺は、例えば、下地基板１０の材料がＧａＮ（窒化ガリウム）である場合、下地基板１０の〔１０−１０〕方向、〔０１−１０〕方向及び〔−１１００〕方向のいずれかに沿って延びている。これに応じて、第２の非開口部１４０ｋａは、開口グループ１４０ａ内の複数の開口１４０ａ１〜１４０ａｎの間をハニカム状に延びている。
【００９２】
図１５（ｂ）に示す工程では、ＨＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法などにより、第１バッファー層１３０の表面における複数の開口グループ１４０ａ〜１４０ｄにより露出された複数の領域グループ１３０ａ〜１３０ｄから、窒化ガリウムの複数の第２バッファー層１５０ａ〜１５０ｄを成長させる。各第２バッファー層１５０ａ〜１５０ｄは、開口グループにおける複数の開口に対応した複数の第２バッファー領域を含む。例えば、第２バッファー層１５０ａは、開口グループ１４０ａの複数の開口１４０ａ１〜１４０ａｎに対応した複数の第２バッファー領域１５０ａ１〜１５０ａｎを含む。
【００９３】
図１６（ａ）に示す工程では、ＨＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法などにより、複数の第２バッファー層１５０ａ〜１５０ｄの上に、窒化ガリウムの複数の半導体部材１６０ａ〜１６０ｄを成長させる。
【００９４】
図１６（ｂ）に示す工程では、マスク１４０を除去する。例えば、マスク１４０を、選択的にエッチングして除去する。例えば、マスク１４０の材料が酸化シリコンである場合、ＨＦ溶液あるいはＢＯＥ（バッファードＨＦ）溶液を用いることにより、マスク１４０を選択的にエッチングすることができる。
【００９５】
図１６（ｃ）に示す工程では、第１バッファー層１３０を選択的にエッチングして、複数の半導体部材１６０ａ〜１６０ｄを下地基板１０から分離するとともに互いに分離する。これにより、複数の半導体デバイス１７０ａ〜１７０ｄを得ることができる。
【００９６】
このように、クロム層を窒化して第１バッファー層を形成した後に複数の開口グループを含むマスクを形成して、第１バッファー層の表面において複数の開口グループにより露出された複数の領域グループから、それぞれ複数の第２バッファー領域を含む複数の第２バッファー層を成長させている。これにより、各第２バッファー層１５０ａ〜１５０ｄにおける複数の第２バッファー領域は、第２バッファー層と結晶方位の異なる第２の非開口部により互いに隔てられたものとなる。これにより、第２バッファー層を介して内部応力が各半導体部材１６０ａ〜１６０ｄ内で伝播することを低減できる。
【００９７】
したがって、各半導体部材１６０ａ〜１６０ｄ内におけるクラックの発生を低減できる。すなわち、本実施形態によっても、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる際におけるクラックの発生を低減できる。
【符号の説明】
【００９８】
１０ 下地基板
２０ クロム層（金属層）
３０ａ〜３０ｄ，１３０ 第１バッファー層
４０ マスク
５０ａ〜５０ｄ、１５０ａ〜１５０ｄ 第２バッファー層
６０ａ〜６０ｄ、１６０ａ〜１６０ｄ 半導体部材
７０ａ〜７０ｄ、１７０ａ〜１７０ｄ 半導体デバイス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、下地基板の上に複数の開口を有するマスクを形成し、下地基板における複数の開口により露出された複数の領域を選択的に窒化することにより、複数の第１バッファー層を形成している。そして、複数の第１バッファー層の上に複数の第２バッファー層を形成した後、複数の第２バッファー層の上に複数の半導体部材を成長させている。これにより、特許文献１によれば、複数の第２バッファー層のいずれかの特定箇所に存在する転位が他の第２バッファー層に伝播しにくく、複数の第２バッファー層の結晶性が全体として向上するので、その上に成長させる複数の半導体部材の結晶性も向上するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０３６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、マスクにおける複数の開口のそれぞれをどのような形状及び寸法で形成すれば複数の半導体部材を成長させる際におけるクラックの発生を低減できるのかについての開示がない。
【０００５】
本発明の目的は、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる際におけるクラックの発生を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１側面に係る半導体デバイスの製造方法は、下地基板の上に金属層を形成する金属層形成工程と、前記金属層をそれぞれ露出する複数の開口グループと前記金属層を露出しない第１の非開口部と前記金属層をそれぞれ露出しない複数の第２の非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、前記金属層において前記複数の開口グループにより露出された複数の領域グループを窒化することにより、金属窒化物の複数の第１バッファー層を形成する窒化工程と、前記複数の第１バッファー層の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の第２バッファー層を形成する第２バッファー層形成工程と、前記複数の第２バッファー層の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる成長工程とを備え、前記開口グループは、六角形に沿った形状をそれぞれ有した複数の開口を含み、前記第１の非開口部は、前記複数の開口グループの間に配され、前記第２の非開口部は、前記開口グループ内の前記複数の開口の間に配され、前記マスク形成工程では、各開口グループ内の各開口の最小幅が５μｍ以上２５μｍ以下になり、各開口グループ内の隣接する前記開口の間における前記第２の非開口部の幅が１．５μｍ以上８μｍ以下になり、隣接する前記開口グループの間における前記第１の非開口部の幅が１０μｍ以上になるように、前記マスクを形成することを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第１側面に係る半導体デバイスの製造方法であって、前記複数の第１バッファー層のそれぞれは、前記開口グループの前記複数の開口に対応した複数の第１バッファー領域を含み、前記複数の第２バッファー層のそれぞれは、前記複数の第１バッファー領域に対応した複数の第２バッファー領域を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第１側面又は第２側面に係る半導体デバイスの製造方法であって、前記下地基板は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有しており、前記六角形の各辺は、前記下地基板における前記半導体部材の〔１０−１０〕方向に沿うべき方向、〔０１−１０〕方向に沿うべき方向及び〔−１１００〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第４側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第１側面から第３側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記マスク形成工程は、前記金属層の上にマスク層を成膜するマスク層成膜工程と、前記マスク層に前記複数の開口グループを形成することにより、前記マスクを形成する開口グループ形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第５側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第１側面から第４側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、前記成長工程は、前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、前記第２の温度より高い第３の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第２の成長工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第６側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第１側面から第４側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、前記成長工程は、前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、前記第１の温度と前記第２の温度との間の第４の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第３の成長工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第７側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第１側面から第６側面のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法であって、前記マスクを除去するマスク除去工程と、前記第１バッファー層を選択的にエッチングすることにより、前記複数の半導体部材を前記下地基板から分離するとともに互いに分離する分離工程とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第８側面に係る半導体デバイスの製造方法は、下地基板の上に第１バッファー層を形成する第１バッファー層形成工程と、前記第１バッファー層をそれぞれ露出する複数の開口グループと前記第１バッファー層を露出しない第１の非開口部と前記第１バッファー層をそれぞれ露出しない複数の第２の非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、前記第１バッファー層の表面において前記複数の開口グループにより露出された複数の領域グループに、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の第２バッファー層を形成する第２バッファー層形成工程と、前記複数の第２バッファー層の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる成長工程とを備え、前記開口グループは、六角形に沿った形状をそれぞれ有した複数の開口を含み、前記第１の非開口部は、前記複数の開口グループの間に配され、前記第２の非開口部は、前記開口グループ内の前記複数の開口の間に配され、前記マスク形成工程では、各開口グループ内の各開口の最小幅が５μｍ以上２５μｍ以下になり、各開口グループ内の隣接する前記開口の間における前記第２の非開口部の幅が１．５μｍ以上８μｍ以下になり、隣接する前記開口グループの間における前記第１の非開口部の幅が１０μｍ以上になるように、前記マスクを形成することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第９側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第８側面に係る半導体デバイスの製造方法であって、前記複数の第２バッファー層のそれぞれは、前記開口グループの前記複数の開口に対応した複数の第２バッファー領域を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第１０側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第８側面又は第９側面に係る半導体デバイスの製造方法であって、前記下地基板は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有しており、前記六角形の各辺は、前記下地基板における前記半導体部材の〔１０−１０〕方向に沿うべき方向、〔０１−１０〕方向に沿うべき方向及び〔−１１００〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１１側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第８側面から第１０側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記第１バッファー層は、金属窒化物を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第１２側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第８側面から第１１側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記マスク形成工程は、前記第１バッファー層の上にマスク層を成膜するマスク層成膜工程と、前記マスク層に前記複数の開口グループを形成することにより、前記マスクを形成する開口グループ形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１３側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第８側面から第１２側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、前記成長工程は、前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、前記第２の温度より高い第３の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第２の成長工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明の第１４側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第８側面から第１２側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、前記成長工程は、前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、前記第１の温度と前記第２の温度との間の第４の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第３の成長工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明の第１５側面に係る半導体デバイスの製造方法は、本発明の第８側面から第１４側面のいずれかに係る半導体デバイスの製造方法であって、前記マスクを除去するマスク除去工程と、前記第１バッファー層を選択的にエッチングすることにより、前記複数の半導体部材を前記下地基板から分離するとともに互いに分離する分離工程とをさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる際におけるクラックの発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図。
【図２】本発明の第１実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図。
【図３】図２（ｂ）に示す工程により得られた構造体の平面図。
【図４】本発明の第１実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図。
【図５】本発明の第１実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図。
【図６】各開口の開口幅Ｗ［μｍ］、開口の配列ピッチＰ［μｍ］、及び隣接する開口の間における第２の非開口部の幅Ｇ［μｍ］の関係を示す図。
【図７】Ｗ−Ｇ平面における好ましい領域を示す図。
【図８】Ｐ−Ｇ平面における好ましい領域を示す図。
【図９】第２の非開口部の幅Ｇとマージ率との関係を示す図。
【図１０】図１〜図５の工程を行って得られた試料のＸＲＤ分析結果を示す図。
【図１１】（Ｗ，Ｇ）＝（１８，２）の条件で得られた半導体部材の写真。
【図１２】（Ｗ，Ｇ）＝（２８，２）の条件で得られた半導体部材の写真。
【図１３】（Ｗ，Ｇ）＝（４８，２）の条件で得られた半導体部材の写真。
【図１４】本発明の第２実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図。
【図１５】本発明の第２実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図。
【図１６】本発明の第２実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書において、「膜」は、連続した膜でもよいし、不連続な膜でもよいものとする。「膜」は、厚さを持って形成されている状態を表す。
【００２４】
本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの半導体デバイスに適用可能な複数の半導体部材を選択的に成長させるための方法に関する。
【００２５】
本発明の第１実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を、図１〜図５を用いて説明する。図１、図２、図４及び図５は、半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図である。図３は、図２（ｂ）に示す工程により得られた構造体の平面図である。なお、図１、図２、図４及び図５は、図３のＡ−Ａ’に沿った断面に対応している。以下では、ＩＩＩ族窒化物半導体の一例として、窒化ガリウムを中心に説明するが、他のＩＩＩ族窒化物半導体に関しても同様である。
【００２６】
図１（ａ）に示す工程では、下地基板１０を準備する。下地基板１０は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有している。下地基板１０の上面１０ａは、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造における（０００１）面になっている。下地基板１０の材料は、例えば、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、又はＡｌＮ（窒化アルミニウム）である。
【００２７】
図１（ｂ）に示す工程では、スパッタ法などにより、下地基板１０の上にクロム層（金属層）２０を成膜する。成膜されるクロム層２０の厚さは、例えば、２０ｎｍである。
【００２８】
ここで、クロム層２０を成膜するのは、その後に窒化して形成するクロム窒化物の原子間距離が窒化ガリウムに近く、窒化ガリウムとの格子不整合が小さいためである。
【００２９】
図２（ａ）に示す工程では、クロム層２０の上にマスク層４０ｉを成膜する。成膜されるマスク層４０ｉの厚さは、例えば、１００ｎｍである。マスク層４０ｉの材料は、例えば、酸化シリコン及び窒化シリコンのいずれかである。
【００３０】
ここで、図１（ａ）〜図２（ａ）の工程は、同じチャンバ内で連続的に行うことが好ましい。この場合、各層の界面に自然酸化膜が形成されることを低減できる。
【００３１】
図２（ｂ）に示す工程では、リソグラフィ法などにより、マスク層４０ｉに複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄを形成することにより、マスク４０を形成する。
【００３２】
形成されたマスク４０は、図３に示すように、開口グループ配列ＯＰＡ、第１の非開口部４０ｊ、及び複数の第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄを含む。開口グループ配列ＯＰＡでは、２次元状に配された複数の領域ＯＲａ〜ＯＲｄに対応して、複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄが２次元状に配されている。各開口グループ４０ａ〜４０ｄは、クロム層２０を露出する。領域ＯＲａ〜ＯＲｄの形状は、後述の半導体デバイス７０ａ〜７０ｄに対応した形状になっている。領域ＯＲａ〜ＯＲｄの形状は、例えば、四角形、六角形、三角形である。図３には、領域ＯＲａ〜ＯＲｄの形状が四角形である場合が例示されている。
【００３３】
第１の非開口部４０ｊは、複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄの間に配されている。第１の非開口部４０ｊは、複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄの間を格子状に延びている。第１の非開口部４０ｊは、クロム層２０を露出しない。第１の非開口部４０ｊは、マスク層４０ｉと同じ材料で形成され、例えば、酸化シリコン及び窒化シリコンのいずれかで形成されている。
【００３４】
複数の第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄは、複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄに対応して２次元状に配されている。各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄは、開口グループ内の複数の開口の間に配されている。各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄは、開口グループ内の複数の開口の間をハニカム状に延びている。例えば、第２の非開口部４０ｋａは、開口グループ４０ａ内の複数の開口４０ａ１，・・・，４０ａｎの間をハニカム状に延びている。各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄは、クロム層２０を露出しない。各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄは、マスク層４０ｉと同じ材料で形成され、例えば、酸化シリコン及び窒化シリコンのいずれかで形成されている。
【００３５】
なお、図３には、マスク４０が４つの開口グループ４０ａ〜４０ｄを含む場合が例示的に示されているが、マスク４０はさらに多くの開口グループを含んでも良い。
【００３６】
各開口グループ内では、六角形に沿った形状をそれぞれ有する複数の開口が２次元状に配列されている。例えば、開口グループ４０ａ内では、六角形に沿った形状をそれぞれ有する複数の開口４０ａ１，４０ａ２，・・・，４０ａｎが２次元状に配列されている。この六角形の各辺は、下地基板１０における後述の各半導体部材６０ａ〜６０ｄの〔１０−１０〕方向に沿うべき方向、〔０１−１０〕方向に沿うべき方向及び〔−１１００〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びている。これに応じて、第２の非開口部４０ｋａは、開口グループ４０ａ内の複数の開口４０ａ１〜４０ａｎの間をハニカム状に延びている。図２（ｂ）に示すように、第２の非開口部４０ｋａの高さは、第１の非開口部４０ｊの高さより低くなっていることが好ましいが、第１の非開口部４０ｊの高さと同じでもよい。第２の非開口部４０ｋａの高さが第１の非開口部４０ｊの高さより低ければ、複数の領域ＯＲａ〜ＯＲｄのそれぞれにおける成長した窒化ガリウムがマージしないようにすることが容易である。また、図３に示すように、第１の非開口部４０ｊの幅は、第２の非開口部４０ｋａの幅に比べて広いことが好ましい。第１の非開口部４０ｊの幅が第２の非開口部４０ｋａの幅に比べて十分に広ければ、複数の領域ＯＲａ〜ＯＲｄのそれぞれにおける成長した窒化ガリウムがマージしないようにすることが容易である。
【００３７】
なお、上記の六角形に沿った形状は、六角形の形状に加えて、六角形の基本的な形状を保ちながらその角に丸みを持たせた形状も含む。また、上記の六角形の各辺は、例えば、下地基板１０の材料がＡｌ２Ｏ３（サファイア）である場合、下地基板１０の〔１１−２０〕方向、〔１−２１０〕方向及び〔−２１１０〕方向のいずれかに沿って延びている。六角形の各辺は、例えば、下地基板１０の材料がＧａＮ（窒化ガリウム）又はＡｌＮ（窒化アルミニウム）である場合、下地基板１０の〔１０−１０〕方向、〔０１−１０〕方向及び〔−１１００〕方向のいずれかに沿って延びている。この様に、下地基板１０とその上に成長されるべき各半導体部材６０ａ〜６０ｄとの間には方位関係が存在するので、それに従って六角形のマスク方位を定めれば良い。
【００３８】
ここで、各開口グループ４０ａ〜４０ｄ内の各開口の最小幅をＷ［μｍ］とし、各開口グループ４０ａ〜４０ｄ内の隣接する開口の間における第２の非開口部の幅をＧ［μｍ］としたときに（図６参照）、Ｗ−Ｇ平面（図７参照）における
５≦Ｗ≦２５・・・数式１
１．５≦Ｇ≦８・・・数式２
を満たすように、マスク４０を形成する。数式１及び数式２を満たす領域は、図７に斜線で示す領域ＰＲである。
【００３９】
図７に示す領域ＰＲの左側の領域（０≦Ｗ＜５）では、開口により露出された領域の幅が小さくなるので、後述の図２（ｃ）に示す工程で窒化ガスをクロム層２０に十分接触させることが困難になり、第１バッファー層を形成することが困難になる。図７に示す領域ＰＲの右側の領域（Ｗ＞２５）では、開口により露出された領域の幅が大きくなるので、第１バッファー層及びその上に形成する第２のバッファー層を介して内部応力が後述の半導体部材内で伝播することを低減できなくなり、第２のバッファー層の上に成長させる半導体部材にクラックが発生する可能性がある。図７に示す領域ＰＲの下側の領域（０≦Ｇ＜１．５）では、マスク層４０ｉをパターニングする露光装置の解像限界が約１μｍであることに応じて、プロセスばらつきの影響を受けて隣接する開口がつながる可能性がある。図７に示す領域ＰＲの上側の領域（Ｇ＞８）では、隣接する開口の間における第２の非開口部の幅Ｇ［μｍ］（図６参照）が大きくなるので、隣接する開口から成長した窒化ガリウムが隣接する開口の間でマージしにくくなり、半導体部材が得られない可能性がある。
【００４０】
さらに、隣接する開口グループの間における第１の非開口部の幅をＬ［μｍ］としたときに（図３参照）、
Ｌ≧１０・・・数式３
を満たすように、マスク４０を形成する。第１の非開口部の幅Ｌが１０［μｍ］より小さくなると、複数の領域ＯＲａ〜ＯＲｄのそれぞれにおける成長した窒化ガリウムがマージしてしまい、後述の図４（ｄ）に示す工程において複数の半導体部材を選択的に成長できなくなる可能性がある（図９参照）。
【００４１】
図２（ｃ）に示す工程では、クロム層２０において複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄにより露出された複数の領域グループ２０ａ〜２０ｄを、１０００℃以上１３００℃以下の温度で窒化することにより、クロム窒化物（金属窒化物）の複数の第１バッファー層３０ａ〜３０ｄを形成する。すなわち、下地基板１０を１０００℃以上１３００℃の温度に加熱するとともに、クロム層２０の表面をアンモニアガス雰囲気にする。これにより、クロム層２０における複数の領域グループ２０ａ〜２０ｄが窒化して複数の第１バッファー層３０ａ〜３０ｄになる。
【００４２】
ここで、各領域グループ２０ａ〜２０ｄは、開口グループの複数の開口に対応した複数の領域を含む。例えば、領域グループ２０ａは、開口グループ４０ａの複数の開口４０ａ１〜４０ａｎに対応した複数の領域２０ａ１〜２０ａｎを含む。これに応じて、形成する各第１バッファー層３０ａ〜３０ｄは、開口グループの複数の開口に対応した複数の第１バッファー領域を含む。例えば、第１バッファー層３０ａは、開口グループ４０ａの複数の開口４０ａ１〜４０ａｎに対応した複数の第１バッファー領域３０ａ１〜３０ａｎを含む。各第１バッファー層３０ａ〜３０ｄにおける複数の第１バッファー領域は、第１バッファー領域と結晶方位の異なるクロム層２０により互いに隔てられている。例えば、第１バッファー層３０ａにおける複数の第１バッファー領域３０ａ１〜３０ａｎは、第１バッファー領域と結晶方位の異なるクロム層２０により互いに隔てられている。これにより、各開口の幅Ｗが数式１を満たしていれば、第１バッファー層を介して内部応力が後述の半導体部材内を伝播することを低減できる。
【００４３】
また、クロムの結晶構造が立方晶系であるのに対して、クロム窒化物の結晶構造が六方晶系である。クロム層２０を窒化した際に、クロムの結晶格子がクロム窒化物の結晶格子へと再配列するためには、一定以上のエネルギーが必要であると考えられる。
【００４４】
仮に、クロム層２０の窒化温度が１０００℃未満であると、クロムの結晶格子がクロム窒化物の結晶格子へと再配列するために十分なエネルギーがクロム層２０に与えられないので、窒化されて形成される第１バッファー層３０の結晶性が悪くなる。
【００４５】
それに対して、本実施形態では、クロム層２０の窒化温度が１０００℃以上であるので、クロムの結晶格子がクロム窒化物の結晶格子へと再配列するために十分なエネルギーがクロム層２０に与えられる。これにより、クロム層２０が窒化されて形成されるクロム窒化物の第１バッファー層３０の結晶性が向上する。
【００４６】
だだし、過度な高温で窒化することは、熱負荷増大による装置の部材劣化の問題が生じるとともに、形成された第１バッファー層と下地基板との相互熱拡散などの問題が生じる。このため、窒化温度は１３００℃以下が好ましい。
【００４７】
また、第１バッファー層３０の材料であるクロム窒化物は、下地基板（サファイア）と窒化ガリウムとの間の原子間距離を有するので、下地基板との格子不整合が小さい。この点からも、第１バッファー層３０の結晶性が向上する。
【００４８】
図４（ａ）に示す工程では、複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄにより露出された複数の第１バッファー層３０ａ〜３０ｄから、窒化ガリウムの複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄを成長させる。
【００４９】
ここで、各第１バッファー層３０ａ〜３０ｄは、複数の第１バッファー領域を含む。これに応じて、形成された各第２バッファー層５０ａ〜５０ｄは、複数の第１バッファー領域に対応した複数の第２バッファー領域を含む。例えば、第２バッファー層５０ａは、複数の第１バッファー領域３０ａ１〜３０ａｎに対応した複数の第２バッファー領域５０ａ１〜５０ａｎを含む。各第２バッファー層５０ａ〜５０ｄにおける複数の第２バッファー領域は、第２バッファー領域と結晶方位の異なる第２の非開口部により互いに隔てられている。例えば、第２バッファー層５０ａにおける複数の第２バッファー領域５０ａ１〜５０ａｎは、第２バッファー領域と結晶方位の異なる第２の非開口部４０ｋａにより互いに隔てられている。これにより、第２バッファー層を介して内部応力が後述の半導体部材内を伝播することを低減できる。
【００５０】
また、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄは、それぞれ、例えば、ＧａＮの単結晶体、多結晶体又はアモルファス体で構成されうる。複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの厚さは、それぞれ、数十Å〜数十μｍであることが好ましい。複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの成長温度は、それぞれ、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度であることが好ましい。
【００５１】
第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの成長温度が８５０℃より低いと、エピタキシャル状の成長が困難になり、下地基板に対する適切な面方位と異なった面方位が生じやすい。第２バッファー層５０ａ〜５０ｄは、六方晶系の結晶構造を有しており、その｛１−１００｝面群が下地基板の｛１１−２０｝面群に沿って延びていることが適切である。仮に、第２バッファー層５０ａ〜５０ｄにおけるその｛１−１００｝面群が異なる方位に延びている部分が存在すると、その部分と適切な面方位を有する部分との間で格子ひずみに起因した内部応力が発生するので、各第２バッファー層５０ａ１〜５０ａｎ内にクラックの発生する可能性がある。第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの成長温度が９５０℃より高いと、第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの成長が起こりにくくなる。
【００５２】
図４（ｂ）に示す工程では、ＨＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法などにより、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの上に、窒化ガリウムの複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄを成長させる。すなわち、各開口グループの複数の開口における隣接する開口の第２の非開口部の幅Ｇが数式２を満たしていれば、各第２バッファー層における複数の第２バッファー領域の表面から成長した窒化ガリウムが互いにマージすることにより、各半導体部材６０ａ〜６０ｄが成長する。
【００５３】
ここで、複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄは、それぞれ、例えば、ＧａＮの単結晶体で構成されうる。複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄの厚さは、それぞれ、数十Å〜数十μｍであることが好ましい。複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄの成長温度は、それぞれ、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの成長温度よりも高い温度、例えば約１０８０℃になる。
【００５４】
また、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄは、マスク４０における第１の非開口部４０ｊにより互いに隔てられている。マスク４０の結晶方位が複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの結晶方位と異なるので、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄのいずれかの特定箇所に存在する転位は、他の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄに伝播しにくい。これにより、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄは、全体として、その結晶性が向上する。この結果、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄの上に成長させる複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄの結晶性も向上する。すなわち、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる際の結晶性を向上できる。
【００５５】
さらに、第１バッファー層３０の材料であるクロム窒化物は、下地基板（サファイア）と窒化ガリウムとの間の原子間距離を有するので、窒化ガリウムとの格子不整合が小さい。例えば、サファイアの３０°回転した（０００１）面方向の原子間距離は、２．７４７Åである。窒化ガリウムの（０００１）面方向の原子間距離は、３．１８８Åである。クロム窒化物の（１１１）面方向の原子間距離は、２．９２７Åであり、サファイアの原子間距離と窒化ガリウムの原子間距離との間の値である。これにより、第１バッファー層３０の上に成長する複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄ及び複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄは、結晶性が向上する。
【００５６】
また、第１バッファー層３０の材料であるクロム窒化物は、下地基板（サファイア）と窒化ガリウムとの間の熱膨張係数を有する。例えば、サファイアの（０００１）面方向の熱膨張係数は、７．５０である。窒化ガリウムの（０００１）面方向の熱膨張係数は、５．４５である。クロム窒化物の（１１１）面方向の熱膨張係数は、６．００であり、サファイアの熱膨張係数と窒化ガリウムの熱膨張係数との間の値である。これにより、下地基板１０と、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄ及び複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄとの間の熱膨張係数の差に基づいて発生する内部応力を第１バッファー層３０で緩和することができる。このため、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄ及び複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄのそれぞれの内部応力が低減されるので、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄ及び複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄのそれぞれにおける下地基板との熱膨張係数の差に起因したクラックの発生を低減できる。そして、この点からも、複数の第２バッファー層５０ａ〜５０ｄ及び複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄの結晶性が向上する。
【００５７】
なお、図４（ｂ）に示す工程は、第１の温度より高い第２の温度で複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄを成長させる第１の成長工程と、第２の温度より高い第３の温度で複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄを成長させる第２の成長工程とを含んでもよい。第２の温度は、例えば、１０４０℃であり、第３の温度は、例えば、１０８０℃である。本発明者が行った実験によれば、１０４０℃で加熱した後に１０８０℃で加熱する（２段階の加熱を行う）ことにより複数の半導体部材を成長した場合、１０８０℃で加熱する（１段階の加熱を行う）ことにより複数の半導体部材を成長した場合に比べて、得られた各半導体部材の結晶性が約５％向上した。
【００５８】
あるいは、図４（ｂ）に示す工程は、第１の温度より高い第２の温度で複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄを成長させる第１の成長工程と、第１の温度と第２の温度との間の第４の温度で複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄを成長させる第３の成長工程とを含んでもよい。第２の温度は、例えば、１０８０℃であり、第４の温度は、例えば、１０４０℃である。本発明者が行った実験によれば、１０８０℃で加熱した後に１０４０℃で加熱する（２段階の加熱を行う）ことにより複数の半導体部材を成長した場合、１０８０℃で加熱する（１段階の加熱を行う）ことにより複数の半導体部材を成長した場合に比べて、得られた各半導体部材の結晶性が約１０％向上した。
【００５９】
図５（ａ）に示す工程では、マスク４０を除去する。例えば、マスク４０を、選択的にエッチングして除去する。例えば、マスク４０の材料が酸化シリコンである場合、ＨＦ溶液あるいはＢＯＥ（バッファードＨＦ）溶液を用いることにより、マスク４０を選択的にエッチングすることができる。このとき、マスク４０における複数の開口グループ４０ａ〜４０ｄを隔てる第１の非開口部４０ｊだけでなく、各開口グループ４０ａ〜４０ｄ内の複数の開口４０ａ１〜４０ａｎを隔てる各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄも除去する。
【００６０】
なお、マスク４０における第１の非開口部４０ｊを切削刃あるいはレーザを用いてスクライビングすることにより、マスク４０における第１の非開口部４０ｊを機械的あるいは物理的に除去してもよい。このとき、各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄは除去されずに残る可能性がある。
【００６１】
図５（ｂ）に示す工程では、クロム層２０及び複数の第１バッファー層３０ａ〜３０ｄを選択的にエッチングして、複数の半導体部材６０ａ〜６０ｄを下地基板１０から分離するとともに互いに分離する。これにより、複数の半導体デバイス７０ａ〜７０ｄを得ることができる。
【００６２】
なお、各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄが除去されずに残っていた場合でも、クロム層２０がエッチングされる際に各第２の非開口部４０ｋａ〜４０ｋｄも除去される。
【００６３】
ここで、複数の半導体デイバス７０ａ〜７０ｄは、それぞれ、第２バッファー層と半導体部材とを含む。例えば、半導体デイバス７０ａは、第２バッファー層５０ａと半導体部材６０ａとを含む。複数の半導体デバイス７０ａ〜７０ｄの形状は、それぞれ、開口グループが配される領域ＯＲａ〜ＯＲｄの形状に対応して、ＬＥＤなどの半導体デバイスに適した形状になっている。複数の半導体デバイス７０ａ〜７０ｄの形状は、例えば、領域ＯＲａ〜ＯＲｄの形状が四角形である場合（図３参照）、四角形になる。複数の半導体デバイス７０ａ〜７０ｄの寸法は、それぞれ、開口グループが配される領域の寸法に対応して、ＬＥＤなどの半導体デバイスに適した大きさになっている。
【００６４】
また、各半導体デイバス７０ａ〜７０ｂは、複数の第２バッファー領域と半導体部材とを含む。例えば、半導体デイバス７０ａは、複数の第２バッファー領域５０ａ１〜５０ａｎと半導体部材６０ａとを含む。複数の第２バッファー領域５０ａ１〜５０ａｎの形状は、それぞれ、開口の形状（図３参照）に対応した六角形状になっている。
【００６５】
このように、クロム層を窒化する前に複数の開口グループを含むマスクを形成して、クロム層の表面において複数の開口グループにより露出された複数の領域グループを選択的に窒化することにより、それぞれ複数の第１バッファー領域を含む複数の第１バッファー層を形成している。各第１バッファー層における複数の第１バッファー領域は、第１バッファー層と結晶方位の異なるクロム層により互いに隔てられたものとなる。これにより、第１バッファー層を介して内部応力が各半導体部材内６０ａ〜６０ｄで伝播することを低減できる。
【００６６】
また、それぞれ複数の第１バッファー領域を含む複数の第１バッファー層の上に、それぞれ複数の第２バッファー領域を含む複数の第２バッファー領域を形成している。各第２バッファー層５０ａ〜５０ｄにおける複数の第２バッファー領域５０ａ１〜５０ａｎは、第２バッファー層と結晶方位の異なる第２の非開口部により互いに隔てられたものとなる。これにより、第２バッファー層を介して内部応力が各半導体部材６０ａ〜６０ｄ内で伝播することを低減できる。
【００６７】
したがって、各半導体部材６０ａ〜６０ｄ内で内部応力が伝播することを低減できるので、各半導体部材６０ａ〜６０ｄ内におけるクラックの発生を低減できる。すなわち、本実施形態によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる際におけるクラックの発生を低減できる。
【００６８】
次に、本実施形態による効果を明確にするため、実験を行った結果を、図６〜図１３を用いて説明する。図６は、各開口の開口幅Ｗ［μｍ］、開口の配列ピッチＰ［μｍ］、及び各開口グループ内の隣接する開口の間における第２の非開口部の幅Ｇ［μｍ］の関係を示す図である。
【００６９】
図６に示すように、開口幅Ｗは、各開口の最小幅であり、開口ＯＰ１における中心Ｃ１を介して対向する２辺Ｓ１，Ｓ２の間の幅として定義される。配列ピッチＰは、隣接する開口ＯＰ１，ＯＰ２の中心Ｃ１，Ｃ２間の距離として定義される。第２の非開口部の幅Ｇは、隣接する開口ＯＰ１，ＯＰ２を隔てる第２の非開口部４０ｋ（図３参照）の幅として定義される。これらの変数の間には、
第２の非開口部の幅Ｇ＝配列ピッチＰ−開口幅Ｗ・・・数式４
の関係がある。
【００７０】
図７は、Ｗ−Ｇ平面における好ましい領域ＰＲを示す図である。図７には、本実施形態における好ましい領域ＰＲが斜線で示してある。また、図７に示す一点鎖線は、領域ＰＲの境界を示す。
【００７１】
本発明者は、図１（ａ）〜図２（ａ）に示す工程を行った後、図２（ｂ）に示す工程で、第１実施形態における条件として、（Ｗ，Ｇ）＝（６．５，３．５），（８，２），（１３，２），（１８，２），（５，５），（１０，５）の条件（図７で●で示す条件）でマスクを形成した。その後、図２（ｃ）〜図５（ｂ）に示す工程を行って得られた半導体部材の表面を顕微鏡観察した。その結果、半導体部材の表面においてクラックが観察されなかった（図１１参照）。
【００７２】
また、本発明者、図１（ａ）〜図２（ａ）に示す工程を行った後、図２（ｂ）に示す工程で、比較例における条件として、（Ｗ，Ｇ）＝（２，２），（１０，１０），（２８，２），（４８，２）（図７で▲で示す条件）でマスクを形成した。（Ｗ，Ｇ）＝（２，２）の条件（領域ＰＲの左側の▲で示す条件）では、窒化ガリウムが成長しなかった。（Ｗ，Ｇ）＝（１０，１０）の条件（領域ＰＲの上側の▲で示す条件）では、各第２バッファー層における隣接する第２バッファー領域の上にそれぞれ成長した窒化ガリウムがその間の第２の非開口部の上でマージしないことを確認した（図９参照）。（Ｗ，Ｇ）＝（２８，２），（４８，２）の条件（領域ＰＲの右側の▲で示す条件）では、得られた半導体部材の顕微鏡観察を行った結果クラックが観察された（図１２及び図１３参照）。これらの結果から、本発明者は、図７に斜線で示す領域ＰＲが好ましい領域であることを導き出した。
【００７３】
図８は、Ｐ−Ｇ平面における好ましい領域ＰＲを示す図である。図８に示すＰ−Ｇ平面は、数式４の関係を用いて、図７に示すＷ−Ｇ平面を変換したものである。図８においても、好ましい領域ＰＲを斜線で示してある。
【００７４】
図９は、第２の非開口部の幅Ｇとマージ率との関係を示す図である。マージ率は、第２の非開口部における半導体部材により覆われた領域の面積の割合として求めた。図９には、第１実施形態における条件（Ｗ，Ｇ）＝（６．５，３．５），（８，２），（１３，２），（１８，２）のマージ率が●で示され、好ましくない条件（Ｗ，Ｇ）＝（１０，１０）のマージ率が▲で示されている。図９に示されるように、第２の非開口部の幅Ｇが長すぎるとマージ率が１００％から低下する傾向にあることが分かった。例えば、第２の非開口部の幅Ｇが１０μｍのとき、第２の非開口部の開口両端から第２の非開口部の中央部に向かって半導体部材が約４μｍずつ延びたので、マージ率が約８０％になることが分かった。
【００７５】
図１０は、図１〜図５の工程を行って得られた試料のＸＲＤ分析結果を示す図である。図１〜図５の工程を行って得られた試料すなわち複数の半導体部材の１つに対してＸ線回折（ＸＲＤ）分析を行った。すなわち、半導体部材のＸＲＤプロファイルにおける（０１−１２）面のピーク半値幅を求めたところ、７００〜８５０［ａｒｃｓｅｃ］であった。図１０には、この結果を、「本実施形態」として棒グラフで示してある。
【００７６】
また、図１０には、比較のために、特許文献１に示される第２実施形態の方法により複数の半導体部材を得た場合について、（０１−１２）面のピーク半値幅の予想される値を「特許文献１」として棒グラフで示してある。
【００７７】
特許文献１に示される第２実施形態の方法によれば、下地基板の上にクロム層を形成し、クロム層の上に複数の開口を有するマスクを形成し、下地基板における複数の開口により露出された複数の領域を選択的に窒化することにより、複数の第１バッファー層を形成する。そして、複数の第１バッファー層の上に複数の第２バッファー層を形成した後、複数の第２バッファー層の上に複数の半導体部材を成長させることになる。この場合、各第１バッファー層内や各第２バッファー層内における転位の伝播が発生する。
【００７８】
一方、本実施形態によれば、各第１バッファー層における複数の第１バッファー領域は、第１バッファー層と結晶方位の異なるクロム層により互いに隔てられたものとなる。これにより、各第１バッファー層において、複数の第１バッファー領域のいずれかの特定箇所に存在する転位は、他の第１バッファー領域に伝播しにくい。この結果、第１バッファー層を介して転位が各半導体部材内６０ａ〜６０ｄで伝播することを低減できるので、特許文献１の第２実施形態に比べて、各半導体部材の結晶性が向上すると考えられる。
【００７９】
また、各第２バッファー層における複数の第２バッファー領域は、第２バッファー層と結晶方位の異なるマスクにより互いに隔てられたものとなる。これにより、各第２バッファー層において、複数の第２バッファー領域のいずれかの特定箇所に存在する転位は、他の第２バッファー領域に伝播しにくい。この結果、第２バッファー層を介して転位が各半導体部材６０ａ〜６０ｄ内で伝播することを低減できるので、特許文献１の第２実施形態に比べて、各半導体部材の結晶性が向上すると考えられる。
【００８０】
よって、図１０では、「本実施形態」のＸＲＤ半値幅が「特許文献１」のＸＲＤ半値幅よりも小さく結晶性が良好であるとしている。
【００８１】
図１１は、（Ｗ，Ｇ）＝（１８，２）の条件で得られた半導体部材の写真を示す。図１１（ａ）は、半導体部材の外観を示し、図１１（ｂ）、（ｃ）は、顕微鏡観察結果を示す。（Ｗ，Ｇ）＝（１８，２）の条件により得られた半導体部材の表面には、クラックが観察されなかった。
【００８２】
図１２は、（Ｗ，Ｇ）＝（２８，２）の条件で得られた半導体部材の写真を示す。図１２（ａ）は、半導体部材の外観を示し、図１２（ｂ）、（ｃ）は、顕微鏡観察結果を示す。（Ｗ，Ｇ）＝（２８，２）の条件により得られた半導体部材の表面には、クラックが観察された。また、半導体部材が２つに割れた。
【００８３】
図１３は、（Ｗ，Ｇ）＝（４８，２）の条件で得られた半導体部材の写真を示す。図１３（ａ）は、半導体部材の外観を示し、図１３（ｂ）、（ｃ）は、顕微鏡観察結果を示す。（Ｗ，Ｇ）＝（４８，２）の条件により得られた半導体部材の表面には、クラックが観察された。また、半導体部材が２つに割れた。
【００８４】
次に、本発明の第２実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体の半導体デバイスの製造方法を、図１４〜図１６を用いて説明する。図１４〜図１６は、半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図である。なお、以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００８５】
図１４（ａ）に示す工程は、図１（ｂ）に示す工程の後に行われる。図１４（ａ）に示す工程では、クロム層２０を１０００℃以上１３００℃以下（１２７３Ｋ以上１５７３Ｋ以下）の温度で窒化することにより、クロム窒化物（金属窒化物）の第１バッファー層１３０を形成する。
【００８６】
図１４（ｂ）に示す工程では、第１バッファー層１３０の上にマスク層１４０ｉを成膜する。
【００８７】
図１５（ａ）に示す工程では、図２（ｂ）に示す工程と同様に、リソグラフィ法などにより、マスク層１４０ｉに複数の開口グループ１４０ａ〜１４０ｄを形成して、マスク１４０を形成する。第１バッファー層１３０の表面は、複数の開口グループ１４０ａ〜１４０ｄにより露出された複数の領域グループ１３０ａ〜１３０ｄを有している。各領域グループ１３０ａ〜１３０ｄは、開口グループの複数の開口に対応した複数の領域を含む。例えば、領域グループ１３０ａは、開口グループ１４０ａの複数の開口１４０ａ１〜１４０ａｎに対応した複数の領域１３０ａ１〜１３０ａｎを含む。
【００８８】
形成されたマスク１４０は、開口グループ配列ＯＰＡ１００、第１の非開口部１４０ｊ、及び複数の第２の非開口部１４０ｋａ〜１４０ｋｄを含む。開口グループ配列ＯＰＡ１００では、複数の開口グループ１４０ａ〜１４０ｄが２次元状に配されている。各開口グループ１４０ａ〜１４０ｄは、第１バッファー層１３０を露出する。
【００８９】
第１の非開口部１４０ｊは、複数の開口グループ１４０ａ〜１４０ｄの間に配されている。第１の非開口部１４０ｊは、複数の開口グループ１４０ａ〜１４０ｄの間を格子状に延びている。第１の非開口部１４０ｊは、第１バッファー層１３０を露出しない。
【００９０】
複数の第２の非開口部１４０ｋａ〜１４０ｋｄは、複数の開口グループ１４０ａ〜１４０ｄに対応して２次元状に配されている。各第２の非開口部１４０ｋａ〜１４０ｋｄは、開口グループ内の複数の開口の間に配されている。各第２の非開口部１４０ｋａ〜１４０ｋｄは、開口グループ内の複数の開口の間をハニカム状に延びている。各第２の非開口部１４０ｋａ〜１４０ｋｄは、第１バッファー層１３０を露出しない。
【００９１】
各開口グループ内では、六角形に沿った形状をそれぞれ有する複数の開口が２次元状に配列されている。例えば、開口グループ１４０ａ内では、六角形に沿った形状をそれぞれ有する複数の開口１４０ａ１，１４０ａ２，・・・，１４０ａｎが２次元状に配列されている。この六角形の各辺は、下地基板１０における後述の各半導体部材１６０ａ〜１６０ｄの〔１０−１０〕方向に沿うべき方向、〔０１−１０〕方向に沿うべき方向及び〔−１１００〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びている。六角形の各辺は、例えば、下地基板１０の材料がＡｌ２Ｏ３（サファイア）である場合、下地基板１０の〔１１−２０〕方向、〔１−２１０〕方向及び〔−２１１０〕方向のいずれかに沿って延びている。六角形の各辺は、例えば、下地基板１０の材料がＧａＮ（窒化ガリウム）である場合、下地基板１０の〔１０−１０〕方向、〔０１−１０〕方向及び〔−１１００〕方向のいずれかに沿って延びている。これに応じて、第２の非開口部１４０ｋａは、開口グループ１４０ａ内の複数の開口１４０ａ１〜１４０ａｎの間をハニカム状に延びている。
【００９２】
図１５（ｂ）に示す工程では、ＨＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法などにより、第１バッファー層１３０の表面における複数の開口グループ１４０ａ〜１４０ｄにより露出された複数の領域グループ１３０ａ〜１３０ｄから、窒化ガリウムの複数の第２バッファー層１５０ａ〜１５０ｄを成長させる。各第２バッファー層１５０ａ〜１５０ｄは、開口グループにおける複数の開口に対応した複数の第２バッファー領域を含む。例えば、第２バッファー層１５０ａは、開口グループ１４０ａの複数の開口１４０ａ１〜１４０ａｎに対応した複数の第２バッファー領域１５０ａ１〜１５０ａｎを含む。
【００９３】
図１６（ａ）に示す工程では、ＨＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法などにより、複数の第２バッファー層１５０ａ〜１５０ｄの上に、窒化ガリウムの複数の半導体部材１６０ａ〜１６０ｄを成長させる。
【００９４】
図１６（ｂ）に示す工程では、マスク１４０を除去する。例えば、マスク１４０を、選択的にエッチングして除去する。例えば、マスク１４０の材料が酸化シリコンである場合、ＨＦ溶液あるいはＢＯＥ（バッファードＨＦ）溶液を用いることにより、マスク１４０を選択的にエッチングすることができる。
【００９５】
図１６（ｃ）に示す工程では、第１バッファー層１３０を選択的にエッチングして、複数の半導体部材１６０ａ〜１６０ｄを下地基板１０から分離するとともに互いに分離する。これにより、複数の半導体デバイス１７０ａ〜１７０ｄを得ることができる。
【００９６】
このように、クロム層を窒化して第１バッファー層を形成した後に複数の開口グループを含むマスクを形成して、第１バッファー層の表面において複数の開口グループにより露出された複数の領域グループから、それぞれ複数の第２バッファー領域を含む複数の第２バッファー層を成長させている。これにより、各第２バッファー層１５０ａ〜１５０ｄにおける複数の第２バッファー領域は、第２バッファー層と結晶方位の異なる第２の非開口部により互いに隔てられたものとなる。これにより、第２バッファー層を介して内部応力が各半導体部材１６０ａ〜１６０ｄ内で伝播することを低減できる。
【００９７】
したがって、各半導体部材１６０ａ〜１６０ｄ内におけるクラックの発生を低減できる。すなわち、本実施形態によっても、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる際におけるクラックの発生を低減できる。
【符号の説明】
【００９８】
１０ 下地基板
２０ クロム層（金属層）
３０ａ〜３０ｄ，１３０ 第１バッファー層
４０ マスク
５０ａ〜５０ｄ、１５０ａ〜１５０ｄ 第２バッファー層
６０ａ〜６０ｄ、１６０ａ〜１６０ｄ 半導体部材
７０ａ〜７０ｄ、１７０ａ〜１７０ｄ 半導体デバイス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地基板の上に金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層をそれぞれ露出する複数の開口グループと前記金属層を露出しない第１の非開口部と前記金属層をそれぞれ露出しない複数の第２の非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、
前記金属層において前記複数の開口グループにより露出された複数の領域グループを窒化することにより、金属窒化物の複数の第１バッファー層を形成する窒化工程と、
前記複数の第１バッファー層の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の第２バッファー層を形成する第２バッファー層形成工程と、
前記複数の第２バッファー層の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる成長工程と、
を備え、
前記開口グループは、六角形に沿った形状をそれぞれ有した複数の開口を含み、
前記第１の非開口部は、前記複数の開口グループの間に配され、
前記第２の非開口部は、前記開口グループ内の前記複数の開口の間に配され、
前記マスク形成工程では、各開口グループ内の各開口の最小幅が５μｍ以上２５μｍ以下になり、各開口グループ内の隣接する前記開口の間における前記第２の非開口部の幅が１．５μｍ以上８μｍ以下になり、隣接する前記開口グループの間における前記第１の非開口部の幅が１０μｍ以上になるように、前記マスクを形成する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記複数の第１バッファー層のそれぞれは、前記開口グループの前記複数の開口に対応した複数の第１バッファー領域を含み、
前記複数の第２バッファー層のそれぞれは、前記複数の第１バッファー領域に対応した複数の第２バッファー領域を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記下地基板は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有しており、
前記六角形の各辺は、前記下地基板における前記半導体部材の〔１０−１０〕方向に沿うべき方向、〔０１−１０〕方向に沿うべき方向及び〔−１１００〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記マスク形成工程は、
前記金属層の上にマスク層を成膜するマスク層成膜工程と、
前記マスク層に前記複数の開口グループを形成することにより、前記マスクを形成する開口グループ形成工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、
前記成長工程は、
前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、
前記第２の温度より高い第３の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第２の成長工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、
前記成長工程は、
前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、
前記第１の温度と前記第２の温度との間の第４の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第３の成長工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記マスクを除去するマスク除去工程と、
前記第１バッファー層を選択的にエッチングすることにより、前記複数の半導体部材を前記下地基板から分離するとともに互いに分離する分離工程と、
をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項８】
下地基板の上に第１バッファー層を形成する第１バッファー層形成工程と、
前記第１バッファー層をそれぞれ露出する複数の開口グループと前記第１バッファー層を露出しない第１の非開口部と前記第１バッファー層をそれぞれ露出しない複数の第２の非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、
前記第１バッファー層の表面において前記複数の開口グループにより露出された複数の領域グループに、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の第２バッファー層を形成する第２バッファー層形成工程と、
前記複数の第２バッファー層の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる成長工程と、
を備え、
前記開口グループは、六角形に沿った形状をそれぞれ有した複数の開口を含み、
前記第１の非開口部は、前記複数の開口グループの間に配され、
前記第２の非開口部は、前記開口グループ内の前記複数の開口の間に配され、
前記マスク形成工程では、各開口グループ内の各開口の最小幅が５μｍ以上２５μｍ以下になり、各開口グループ内の隣接する前記開口の間における前記第２の非開口部の幅が１．５μｍ以上８μｍ以下になり、隣接する前記開口グループの間における前記第１の非開口部の幅が１０μｍ以上になるように、前記マスクを形成する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記複数の第２バッファー層のそれぞれは、前記開口グループの前記複数の開口に対応した複数の第２バッファー領域を含む
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記下地基板は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有しており、
前記六角形の各辺は、前記下地基板における前記半導体部材の〔１０−１０〕方向に沿うべき方向、〔０１−１０〕方向に沿うべき方向及び〔−１１００〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びている
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記第１バッファー層は、金属窒化物を含む
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記マスク形成工程は、
前記第１バッファー層の上にマスク層を成膜するマスク層成膜工程と、
前記マスク層に前記複数の開口グループを形成することにより、前記マスクを形成する開口グループ形成工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、
前記成長工程は、
前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、
前記第２の温度より高い第３の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第２の成長工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、
前記成長工程は、
前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、
前記第１の温度と前記第２の温度との間の第４の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第３の成長工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記マスクを除去するマスク除去工程と、
前記第１バッファー層を選択的にエッチングすることにより、前記複数の半導体部材を前記下地基板から分離するとともに互いに分離する分離工程と、
をさらに備えた
ことを特徴とする請求項８から１４のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１】
下地基板の上に金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層をそれぞれ露出する複数の開口グループと前記金属層を露出しない第１の非開口部と前記金属層をそれぞれ露出しない複数の第２の非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、
前記金属層において前記複数の開口グループにより露出された複数の領域グループを窒化することにより、金属窒化物の複数の第１バッファー層を形成する窒化工程と、
前記複数の第１バッファー層の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の第２バッファー層を形成する第２バッファー層形成工程と、
前記複数の第２バッファー層の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる成長工程と、
を備え、
前記開口グループは、六角形に沿った形状をそれぞれ有した複数の開口を含み、
前記第１の非開口部は、前記複数の開口グループの間に配され、
前記第２の非開口部は、前記開口グループ内の前記複数の開口の間に配され、
前記マスク形成工程では、各開口グループ内の各開口の最小幅が５μｍ以上２５μｍ以下になり、各開口グループ内の隣接する前記開口の間における前記第２の非開口部の幅が１．５μｍ以上８μｍ以下になり、隣接する前記開口グループの間における前記第１の非開口部の幅が１０μｍ以上になるように、前記マスクを形成する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記複数の第１バッファー層のそれぞれは、前記開口グループの前記複数の開口に対応した複数の第１バッファー領域を含み、
前記複数の第２バッファー層のそれぞれは、前記複数の第１バッファー領域に対応した複数の第２バッファー領域を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記下地基板は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有しており、
前記六角形の各辺は、前記下地基板における前記半導体部材の〔１０−１０〕方向に沿うべき方向、〔０１−１０〕方向に沿うべき方向及び〔−１１００〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記マスク形成工程は、
前記金属層の上にマスク層を成膜するマスク層成膜工程と、
前記マスク層に前記複数の開口グループを形成することにより、前記マスクを形成する開口グループ形成工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、
前記成長工程は、
前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、
前記第２の温度より高い第３の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第２の成長工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、
前記成長工程は、
前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、
前記第１の温度と前記第２の温度との間の第４の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第３の成長工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記マスクを除去するマスク除去工程と、
前記第１バッファー層を選択的にエッチングすることにより、前記複数の半導体部材を前記下地基板から分離するとともに互いに分離する分離工程と、
をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項８】
下地基板の上に第１バッファー層を形成する第１バッファー層形成工程と、
前記第１バッファー層をそれぞれ露出する複数の開口グループと前記第１バッファー層を露出しない第１の非開口部と前記第１バッファー層をそれぞれ露出しない複数の第２の非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、
前記第１バッファー層の表面において前記複数の開口グループにより露出された複数の領域グループに、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の第２バッファー層を形成する第２バッファー層形成工程と、
前記複数の第２バッファー層の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の複数の半導体部材を成長させる成長工程と、
を備え、
前記開口グループは、六角形に沿った形状をそれぞれ有した複数の開口を含み、
前記第１の非開口部は、前記複数の開口グループの間に配され、
前記第２の非開口部は、前記開口グループ内の前記複数の開口の間に配され、
前記マスク形成工程では、各開口グループ内の各開口の最小幅が５μｍ以上２５μｍ以下になり、各開口グループ内の隣接する前記開口の間における前記第２の非開口部の幅が１．５μｍ以上８μｍ以下になり、隣接する前記開口グループの間における前記第１の非開口部の幅が１０μｍ以上になるように、前記マスクを形成する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記複数の第２バッファー層のそれぞれは、前記開口グループの前記複数の開口に対応した複数の第２バッファー領域を含む
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記下地基板は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有しており、
前記六角形の各辺は、前記下地基板における前記半導体部材の〔１０−１０〕方向に沿うべき方向、〔０１−１０〕方向に沿うべき方向及び〔−１１００〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びている
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記第１バッファー層は、金属窒化物を含む
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記マスク形成工程は、
前記第１バッファー層の上にマスク層を成膜するマスク層成膜工程と、
前記マスク層に前記複数の開口グループを形成することにより、前記マスクを形成する開口グループ形成工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、
前記成長工程は、
前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、
前記第２の温度より高い第３の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第２の成長工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記第２バッファー層形成工程では、８５０℃以上９５０℃以下の第１の温度で前記複数の第２バッファー層を形成し、
前記成長工程は、
前記第１の温度より高い第２の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第１の成長工程と、
前記第１の温度と前記第２の温度との間の第４の温度で前記複数の半導体部材を成長させる第３の成長工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記マスクを除去するマスク除去工程と、
前記第１バッファー層を選択的にエッチングすることにより、前記複数の半導体部材を前記下地基板から分離するとともに互いに分離する分離工程と、
をさらに備えた
ことを特徴とする請求項８から１４のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２３９０４９（Ｐ２０１０−２３９０４９Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８７５２７（Ｐ２００９−８７５２７）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【特許番号】特許第４４６１２２８号（Ｐ４４６１２２８）
【特許公報発行日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（８９９００００３５）株式会社 東北テクノアーチ (68)
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【出願人】（０００２２４７９８）ＤＯＷＡホールディングス株式会社 (550)
【出願人】（３０８０４１６４６）ウェーブスクエア， インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【特許番号】特許第４４６１２２８号（Ｐ４４６１２２８）
【特許公報発行日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（８９９００００３５）株式会社 東北テクノアーチ (68)
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【出願人】（０００２２４７９８）ＤＯＷＡホールディングス株式会社 (550)
【出願人】（３０８０４１６４６）ウェーブスクエア， インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
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