窒化物半導体基板の製造方法
【課題】窒化物半導体基板に対する外形加工（特にオリエンテーションフラット加工やインデックスフラット加工）を精度良くかつ容易に行うことができる窒化物半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】所望形状でくり貫かれた部分を有する保護膜を下地基板の上に形成する工程と、前記くり貫かれた部分に窒化物半導体層を成長する工程と、前記窒化物半導体層を剥離する工程とを含む窒化物半導体基板の製造方法であって、前記所望形状は、前記窒化物半導体基板におけるオリエンテーションフラットおよび/またはインデックスフラットを含み、また、前記保護膜としては、酸化物膜、金属膜または窒化物膜を含む。
【解決手段】所望形状でくり貫かれた部分を有する保護膜を下地基板の上に形成する工程と、前記くり貫かれた部分に窒化物半導体層を成長する工程と、前記窒化物半導体層を剥離する工程とを含む窒化物半導体基板の製造方法であって、前記所望形状は、前記窒化物半導体基板におけるオリエンテーションフラットおよび/またはインデックスフラットを含み、また、前記保護膜としては、酸化物膜、金属膜または窒化物膜を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体基板の製造方法に関し、特に基板のオリエンテーションフラットやインデックスフラットを容易に形成できる窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長寿命青色レーザーや高輝度青色LED（Light Emitting Diode）、高特性電子デバイス等を製造するために良質な窒化物半導体基板が求められている。近年、それらデバイスのエピタキシャルウェハ用基板として、HVPE法（Hydride Vapor Phase Epitaxy）等により製造された自立型GaN基板が利用されている。
【０００３】
エピタキシャルウェハを製造するためGaN基板には、通常、次のような加工が施される。エピタキシャルウェハ製造装置のサセプタにセットするために基板外径を整える加工を行う。割れや欠け防止のため面取加工を行う。基板の結晶方位の目印としてオリエンテーションフラット（OF）加工を行い、表面・裏面を見分けるための目印としてインデックスフラット（IF）加工や梨地状の裏面加工を行う。基板上に堆積する層を均質に成膜するため基板表面の平坦化加工を行う。平坦化加工としては研削・ラップ・研磨加工が一般的に行われている。
【０００４】
基板形状を整えるための加工（外径加工、OF・IF加工、面取加工）は、しばしばNC加工機や倣い式の加工機を用いて次のような手順で行われる。成長させた結晶インゴットに対し円筒研削を施し、次にフラット（OFやIF）を研削・形成してからウェハ状にスライスする。この場合、フラット（OFやIF）を形成するにあたり、円筒研削したインゴットに対してX線回折測定などを行って結晶方位を判別する。また、他の手順としては、ウェハ状にスライスした後に、劈開によってフラット（OFやIF）を形成する方法もある。
【０００５】
現在の技術では窒化物半導体結晶のインゴット成長が難しいことから、窒化物半導体基板は、異種基板上に窒化物半導体結晶の厚膜を成長させ、それを剥離する方法により1枚ずつ製造されている。そのため、フラットの形成は劈開による方法で行なわれる。
【０００６】
しかしながら、六方晶系の窒化物半導体結晶は、SiやGaAs等の立方晶系に比して劈開性が弱く劈開面からずれ易い問題があった。また、窒化物半導体基板は透明であることから、剥離後に基板の表裏を取り違える不具合が生じ易かった。
【０００７】
このような問題に対し、例えば特許文献1では、円形ウェハよりも外周が小さく、OF・IFの形状を有する型を円形ウェハに当て、超音波加工を行うことで円形ウェハを型通りにくり抜く方法が開示されている。特許文献1によれば、このような方法をとることでOF・IF加工を同時に行うことができ、加工時間を大幅に短縮することができるとしている。また、特許文献2には、結晶方位の基準となる部分を保護膜により保護して結晶成長を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３３９４３１号公報
【特許文献２】特開平５−５５１４３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Y. Oshima, T. Eri, M. Shibata, H. Sunakawa, K. Kobayashi, T. Ichihashi and A. Usui: Jpn. J. Appl. Phys. 42 (2003) L1.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、窒化物半導体基板では、ウェハに対するOF・IF加工が難しいという問題があった。特許文献1に記載の方法は、OF・IFの加工時間を大幅に短縮することができる利点を有するが、GaN基板が硬脆材料であるため加工速度を更に上げる（加工時間を更に短縮する）ことが困難である。従って、本発明の目的は、窒化物半導体基板に対する外形加工（特にOF・IF加工）を精度良くかつ容易に行うことができる窒化物半導体基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するため、窒化物半導体基板の製造方法であって、所望形状でくり貫かれた部分を有する保護膜を下地基板の上に形成する工程と、前記くり貫かれた部分に窒化物半導体層を成長する工程と、前記窒化物半導体層を剥離する工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法を提供する。
【００１２】
また本発明は上記目的を達成するため、上記の本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（１）前記所望形状は、前記窒化物半導体基板におけるオリエンテーションフラットおよび/またはインデックスフラットを含む。
（２）前記保護膜が、酸化物膜、金属膜または窒化物膜である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、窒化物半導体基板の製造において、窒化物半導体基板に対する外形加工（特にOF・IF加工）を容易に行うことができる。また、結晶方位の面出しとして確度のあるサファイア基板のOFを基準にすることで、精度良くOF・IFの位置決めを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】下地基板として用いる直径62 mmのc面サファイア単結晶基板の平面模式図である。
【図２】表面領域にボイド部を形成した下地基板の平面模式図である。
【図３】ボイド部上にフォトレジストを塗布した下地基板の平面模式図である。
【図４】フォトリソグラフィーに用いたマスクパターンの平面模式図である。
【図５】感光部以外のフォトレジストを除去した下地基板の平面模式図である。
【図６】図5の下地基板の全面にSiO2膜を成膜した下地基板の平面模式図である。
【図７】フォトレジスト上のSiO2膜を除去した下地基板の平面模式図である。
【図８】HVPE成長後に剥離した窒化物半導体基板の平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施の形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００１６】
本発明に係る製造方法に沿って次に示す手順により窒化物半導体基板の製造を行った。まず、下地基板として直径62 mmのc面サファイア単結晶基板11を用意した（図1参照）。
【００１７】
（a）ｃ面サファイア単結晶基板11上に、有機金属化学気相堆積法（MOCVD）を用いて膜厚300 nmのGaN薄膜を成長した。
【００１８】
（b）GaN薄膜上に真空蒸着法を用いてTi薄膜を膜厚20 nmで堆積した。その後、アンモニア及び水素の混合雰囲気中において1060℃で30分間の熱処理を行い、網目状のTiNナノマスクを形成しTi/GaN界面に多数のボイドを発生させた（下地基板の表面領域にボイド部22を形成した）（図2参照）。
【００１９】
（c）ボイド部22を形成した下地基板21上にスピンコータでネガ型のフォトレジスト32を均一に塗布し、プリベークを行った（図3参照）。
【００２０】
（d）その後、図4に示したようなマスク40を用いて露光装置によりマスク40と下地基板31を密着させた等倍露光を行い、現像・リンスを行って図5に示したようなパターンを形成した。不要なフォトレジストを完全に除去したことを確認してからポストベークを行って下地基板51を得た。
【００２１】
（e）図5に示した下地基板51の表面全体にスパッタ法によりSiO2膜62を成膜した（図6参照）。
【００２２】
（f）次に、全面にSiO2膜が成膜された下地基板61から剥離液を用いてフォトレジスト32上部のSiO2膜62をリフトオフし、図7に示したような下地基板71を得た。
【００２３】
（g）この下地基板71に対してハイドライド気相エピタキシー法（HVPE）を用いて、膜厚600μmのGaN膜を成長した。成長に用いた原料はNH3とGaClとし、成長温度は1060℃とした。また、成長は常圧で行い、供給ガスのGaCl分圧およびNH3分圧はそれぞれ8×10-3 atm、8×10-2 atmとし、キャリヤガスとしてN2を用いた。
【００２４】
上記のHVPE成長において、ボイド部22上にはGaN膜が成長したが、SiO2膜62上ではGaN膜の成長はみられなかった。また、このGaN膜は、ボイド部22におけるGaN/TiN界面から容易に剥離することができ、所望形状の窒化物半導体基板81を得ることができる（図8参照）。なお、剥離した窒化物半導体基板81に対し、必要に応じて外径精密加工、高精度OF加工、面取加工を行ってもよい。
【００２５】
本発明における窒化物半導体の結晶成長方法としては、例えば、ボイド形成剥離法（非特許文献1参照）を好適に用いることができる。また、有機金属塩化物気相成長法（MOHVPE）や有機金属化学気相堆積法（MOCVD）を利用してもよい。
【符号の説明】
【００２６】
11…ｃ面サファイア単結晶基板、
21…表面領域にボイド部を形成した下地基板、22…ボイド部、
31…ボイド部上にフォトレジストを塗布した下地基板、32…フォトレジスト、
40…マスク、41…マスクパターン透過部、42…マスクパターン遮光部、
51…感光部以外のフォトレジストを除去した下地基板、
61…全面にSiO2膜を成膜した下地基板、62…SiO2膜、
71…フォトレジスト上のSiO2膜を除去した下地基板、
81…窒化物半導体基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体基板の製造方法に関し、特に基板のオリエンテーションフラットやインデックスフラットを容易に形成できる窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長寿命青色レーザーや高輝度青色LED（Light Emitting Diode）、高特性電子デバイス等を製造するために良質な窒化物半導体基板が求められている。近年、それらデバイスのエピタキシャルウェハ用基板として、HVPE法（Hydride Vapor Phase Epitaxy）等により製造された自立型GaN基板が利用されている。
【０００３】
エピタキシャルウェハを製造するためGaN基板には、通常、次のような加工が施される。エピタキシャルウェハ製造装置のサセプタにセットするために基板外径を整える加工を行う。割れや欠け防止のため面取加工を行う。基板の結晶方位の目印としてオリエンテーションフラット（OF）加工を行い、表面・裏面を見分けるための目印としてインデックスフラット（IF）加工や梨地状の裏面加工を行う。基板上に堆積する層を均質に成膜するため基板表面の平坦化加工を行う。平坦化加工としては研削・ラップ・研磨加工が一般的に行われている。
【０００４】
基板形状を整えるための加工（外径加工、OF・IF加工、面取加工）は、しばしばNC加工機や倣い式の加工機を用いて次のような手順で行われる。成長させた結晶インゴットに対し円筒研削を施し、次にフラット（OFやIF）を研削・形成してからウェハ状にスライスする。この場合、フラット（OFやIF）を形成するにあたり、円筒研削したインゴットに対してX線回折測定などを行って結晶方位を判別する。また、他の手順としては、ウェハ状にスライスした後に、劈開によってフラット（OFやIF）を形成する方法もある。
【０００５】
現在の技術では窒化物半導体結晶のインゴット成長が難しいことから、窒化物半導体基板は、異種基板上に窒化物半導体結晶の厚膜を成長させ、それを剥離する方法により1枚ずつ製造されている。そのため、フラットの形成は劈開による方法で行なわれる。
【０００６】
しかしながら、六方晶系の窒化物半導体結晶は、SiやGaAs等の立方晶系に比して劈開性が弱く劈開面からずれ易い問題があった。また、窒化物半導体基板は透明であることから、剥離後に基板の表裏を取り違える不具合が生じ易かった。
【０００７】
このような問題に対し、例えば特許文献1では、円形ウェハよりも外周が小さく、OF・IFの形状を有する型を円形ウェハに当て、超音波加工を行うことで円形ウェハを型通りにくり抜く方法が開示されている。特許文献1によれば、このような方法をとることでOF・IF加工を同時に行うことができ、加工時間を大幅に短縮することができるとしている。また、特許文献2には、結晶方位の基準となる部分を保護膜により保護して結晶成長を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３３９４３１号公報
【特許文献２】特開平５−５５１４３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Y. Oshima, T. Eri, M. Shibata, H. Sunakawa, K. Kobayashi, T. Ichihashi and A. Usui: Jpn. J. Appl. Phys. 42 (2003) L1.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、窒化物半導体基板では、ウェハに対するOF・IF加工が難しいという問題があった。特許文献1に記載の方法は、OF・IFの加工時間を大幅に短縮することができる利点を有するが、GaN基板が硬脆材料であるため加工速度を更に上げる（加工時間を更に短縮する）ことが困難である。従って、本発明の目的は、窒化物半導体基板に対する外形加工（特にOF・IF加工）を精度良くかつ容易に行うことができる窒化物半導体基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するため、窒化物半導体基板の製造方法であって、所望形状でくり貫かれた部分を有する保護膜を下地基板の上に形成する工程と、前記くり貫かれた部分に窒化物半導体層を成長する工程と、前記窒化物半導体層を剥離する工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法を提供する。
【００１２】
また本発明は上記目的を達成するため、上記の本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（１）前記所望形状は、前記窒化物半導体基板におけるオリエンテーションフラットおよび/またはインデックスフラットを含む。
（２）前記保護膜が、酸化物膜、金属膜または窒化物膜である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、窒化物半導体基板の製造において、窒化物半導体基板に対する外形加工（特にOF・IF加工）を容易に行うことができる。また、結晶方位の面出しとして確度のあるサファイア基板のOFを基準にすることで、精度良くOF・IFの位置決めを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】下地基板として用いる直径62 mmのc面サファイア単結晶基板の平面模式図である。
【図２】表面領域にボイド部を形成した下地基板の平面模式図である。
【図３】ボイド部上にフォトレジストを塗布した下地基板の平面模式図である。
【図４】フォトリソグラフィーに用いたマスクパターンの平面模式図である。
【図５】感光部以外のフォトレジストを除去した下地基板の平面模式図である。
【図６】図5の下地基板の全面にSiO2膜を成膜した下地基板の平面模式図である。
【図７】フォトレジスト上のSiO2膜を除去した下地基板の平面模式図である。
【図８】HVPE成長後に剥離した窒化物半導体基板の平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施の形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００１６】
本発明に係る製造方法に沿って次に示す手順により窒化物半導体基板の製造を行った。まず、下地基板として直径62 mmのc面サファイア単結晶基板11を用意した（図1参照）。
【００１７】
（a）ｃ面サファイア単結晶基板11上に、有機金属化学気相堆積法（MOCVD）を用いて膜厚300 nmのGaN薄膜を成長した。
【００１８】
（b）GaN薄膜上に真空蒸着法を用いてTi薄膜を膜厚20 nmで堆積した。その後、アンモニア及び水素の混合雰囲気中において1060℃で30分間の熱処理を行い、網目状のTiNナノマスクを形成しTi/GaN界面に多数のボイドを発生させた（下地基板の表面領域にボイド部22を形成した）（図2参照）。
【００１９】
（c）ボイド部22を形成した下地基板21上にスピンコータでネガ型のフォトレジスト32を均一に塗布し、プリベークを行った（図3参照）。
【００２０】
（d）その後、図4に示したようなマスク40を用いて露光装置によりマスク40と下地基板31を密着させた等倍露光を行い、現像・リンスを行って図5に示したようなパターンを形成した。不要なフォトレジストを完全に除去したことを確認してからポストベークを行って下地基板51を得た。
【００２１】
（e）図5に示した下地基板51の表面全体にスパッタ法によりSiO2膜62を成膜した（図6参照）。
【００２２】
（f）次に、全面にSiO2膜が成膜された下地基板61から剥離液を用いてフォトレジスト32上部のSiO2膜62をリフトオフし、図7に示したような下地基板71を得た。
【００２３】
（g）この下地基板71に対してハイドライド気相エピタキシー法（HVPE）を用いて、膜厚600μmのGaN膜を成長した。成長に用いた原料はNH3とGaClとし、成長温度は1060℃とした。また、成長は常圧で行い、供給ガスのGaCl分圧およびNH3分圧はそれぞれ8×10-3 atm、8×10-2 atmとし、キャリヤガスとしてN2を用いた。
【００２４】
上記のHVPE成長において、ボイド部22上にはGaN膜が成長したが、SiO2膜62上ではGaN膜の成長はみられなかった。また、このGaN膜は、ボイド部22におけるGaN/TiN界面から容易に剥離することができ、所望形状の窒化物半導体基板81を得ることができる（図8参照）。なお、剥離した窒化物半導体基板81に対し、必要に応じて外径精密加工、高精度OF加工、面取加工を行ってもよい。
【００２５】
本発明における窒化物半導体の結晶成長方法としては、例えば、ボイド形成剥離法（非特許文献1参照）を好適に用いることができる。また、有機金属塩化物気相成長法（MOHVPE）や有機金属化学気相堆積法（MOCVD）を利用してもよい。
【符号の説明】
【００２６】
11…ｃ面サファイア単結晶基板、
21…表面領域にボイド部を形成した下地基板、22…ボイド部、
31…ボイド部上にフォトレジストを塗布した下地基板、32…フォトレジスト、
40…マスク、41…マスクパターン透過部、42…マスクパターン遮光部、
51…感光部以外のフォトレジストを除去した下地基板、
61…全面にSiO2膜を成膜した下地基板、62…SiO2膜、
71…フォトレジスト上のSiO2膜を除去した下地基板、
81…窒化物半導体基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体基板の製造方法であって、所望形状でくり貫かれた部分を有する保護膜を下地基板の上に形成する工程と、前記くり貫かれた部分に窒化物半導体層を成長する工程と、前記窒化物半導体層を剥離する工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記所望形状は、前記窒化物半導体基板におけるオリエンテーションフラットおよび/またはインデックスフラットを含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記保護膜が、酸化物膜、金属膜または窒化物膜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１】
窒化物半導体基板の製造方法であって、所望形状でくり貫かれた部分を有する保護膜を下地基板の上に形成する工程と、前記くり貫かれた部分に窒化物半導体層を成長する工程と、前記窒化物半導体層を剥離する工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記所望形状は、前記窒化物半導体基板におけるオリエンテーションフラットおよび/またはインデックスフラットを含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記保護膜が、酸化物膜、金属膜または窒化物膜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２８５３２５（Ｐ２０１０−２８５３２５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４２０１２（Ｐ２００９−１４２０１２）
【出願日】平成２１年６月１５日（２００９．６．１５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１５日（２００９．６．１５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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