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JP2005285879A - Semiconductor film-forming substrate manufacturing method, semiconductor substrate using the manufacturing method, and semiconductor light-emitting device - Google Patents

Semiconductor film-forming substrate manufacturing method, semiconductor substrate using the manufacturing method, and semiconductor light-emitting device Download PDF

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JP2005285879A
JP2005285879A JP2004093939A JP2004093939A JP2005285879A JP 2005285879 A JP2005285879 A JP 2005285879A JP 2004093939 A JP2004093939 A JP 2004093939A JP 2004093939 A JP2004093939 A JP 2004093939A JP 2005285879 A JP2005285879 A JP 2005285879A
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JP
Japan
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substrate
thin film
metal thin
forming
semiconductor
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004093939A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinya Kato
真也 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
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Publication of JP2005285879A publication Critical patent/JP2005285879A/en
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Abstract

【課題】半導体成膜用基板の製造方法において、基板上に良好な半導体膜を形成するために凹凸部を形成するが、この凹凸部を精度良く加工することが困難であった。
【解決手段】基板主面上に断面が逆メサ形状のフォトレジストパターンを形成する工程と、前記フォトレジストパターンをマスクとしてスパッタリング法により基板主面上に金属薄膜を形成する工程と、リフトオフ法により前記フォトレジストパターンを除去して前記金属薄膜をパターンとして基板主面上に形成する工程と、前記金属薄膜のパターンをマスクとしてドライエッチング法により該基板に凹部を形成する工程と、前記金属薄膜のパターンを酸性溶液により除去して凹凸形状を有した基板を形成する工程により半導体成膜用基板を製造する。
【選択図】図1
In a method for manufacturing a semiconductor film forming substrate, an uneven portion is formed in order to form a good semiconductor film on the substrate. However, it is difficult to process the uneven portion with high accuracy.
A step of forming a photoresist pattern having a reverse mesa cross section on a main surface of a substrate, a step of forming a metal thin film on the main surface of the substrate by a sputtering method using the photoresist pattern as a mask, and a lift-off method Removing the photoresist pattern and forming the metal thin film as a pattern on a main surface of the substrate; forming a recess in the substrate by a dry etching method using the metal thin film pattern as a mask; and A substrate for semiconductor film formation is manufactured by a process of removing the pattern with an acidic solution to form a substrate having an uneven shape.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体成膜用基板の製造方法及びその製造方法を用いた半導体基板ならびに半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor film forming substrate, a semiconductor substrate using the manufacturing method, and a semiconductor light emitting device.

近年、サファイア、炭化珪素、スピネル等の基板上へ、半導体膜を成長させる研究、開発が種々検討されている。   In recent years, various studies and developments for growing a semiconductor film on a substrate such as sapphire, silicon carbide, and spinel have been studied.

前記のように様々な材質の基板上に半導体膜を成長させる場合には、基板と半導体膜の格子定数の違いや、熱膨張差が原因となって半導体膜の良好な成長が実施できず、例え実施できたとしても、その結晶性が著しく低いという問題があった。   When a semiconductor film is grown on a substrate made of various materials as described above, a difference in lattice constant between the substrate and the semiconductor film or a difference in thermal expansion makes it impossible to perform good growth of the semiconductor film. Even if it could be implemented, there was a problem that its crystallinity was extremely low.

このような問題に対し、半導体膜を形成する基板の主面上に凹凸部を設け、これによりラテラル方向の結晶成長を行い、膜の転位密度を低減した良好な結晶性を有した高品質な半導体膜を得ることが盛んに実施されている。   In order to solve such a problem, an uneven portion is provided on the main surface of the substrate on which the semiconductor film is formed, thereby performing lateral crystal growth, and having high crystallinity with good crystallinity with reduced dislocation density of the film. Obtaining a semiconductor film is actively carried out.

ここで、前記のように半導体膜を形成する基板に凹凸部を形成する方法としては、例えばダイヤモンドカッター等で基板表面に引っ掻き傷を入れてそれを凹凸部とする方法(スクライビング)や、ダイシングソーを用いて切り溝を加工してそれを凹凸部とする方法(ダイシング)が用いられている(特許文献1参照)。   Here, as a method for forming the concavo-convex portion on the substrate on which the semiconductor film is formed as described above, for example, a method of making a concavo-convex portion by scratching the substrate surface with a diamond cutter or the like (scribing), or a dicing saw A method (dicing) is used in which a kerf is processed by using this to make it an uneven portion (see Patent Document 1).

また、基板上に蒸着法などの成膜手段を用いて、Niなどからなる一様な層を形成した後、これにフォトリソグラフィを施すことにより、ストライプ状のエッチングマスクを作製する。次いでこのエッチングマスクを介してプラズマエッチングによって基板主面を部分的にエッチング除去することにより凹凸を有する基板を作製している(特許文献2参照)。
特開2000−174335号公報 特開2002−93726号公報
Further, after a uniform layer made of Ni or the like is formed on the substrate by using a film forming means such as a vapor deposition method, a striped etching mask is manufactured by performing photolithography on the layer. Next, the substrate main surface is partially etched away by plasma etching through this etching mask to produce a substrate having irregularities (see Patent Document 2).
JP 2000-174335 A JP 2002-93726 A

しかしながら、特許文献1の方法では、結晶成長面に加工歪が入ってしまうという問題があった。前記のように結晶成長面に歪が入ってしまうと、結晶を成長しても歪がある部分から転位が発生してしまい、転位を低減することはできない。また、基板表面上に一本ずつスクライビングを入れていくとすると非常に生産性が悪い手法である。   However, the method of Patent Document 1 has a problem that processing strain enters the crystal growth surface. If the crystal growth surface is distorted as described above, dislocations are generated from the distorted portion even if the crystal is grown, and the dislocation cannot be reduced. Further, if scribing is performed on the surface of the substrate one by one, it is a method with very poor productivity.

また、特許文献2の方法では、フォトリソグラフィ技術を用いているために、従来と比較して基板上の凹凸溝の加工精度は向上するものの、基板上に形成した金属薄膜からなるマスクのエッジ部の精度や密着性が安定しておらず、マスキングの効果が十分発揮されないままそのエッジ部が溝加工の際のプラズマエッチング処理に耐えきれず、基板とともに加工されてしまい、凹凸溝の一部の加工精度、特に凸部の加工精度が著しく低下するという問題があった。   In addition, since the method of Patent Document 2 uses a photolithography technique, the processing accuracy of the concavo-convex grooves on the substrate is improved as compared with the conventional method, but the edge portion of the mask formed of a metal thin film formed on the substrate. The accuracy and adhesion are not stable, the masking effect is not fully exhibited, the edge part cannot withstand the plasma etching process at the time of groove processing, it is processed together with the substrate, and part of the uneven groove There was a problem that the processing accuracy, particularly the processing accuracy of the convex portion, was significantly lowered.

本発明は前記課題に鑑み、半導体成膜用基板の製造方法として、基板主面上に断面が逆メサ形状のフォトレジストパターンを形成する工程と、前記フォトレジストパターンをマスクとしてスパッタリング法により基板主面上に金属薄膜を形成する工程と、リフトオフ法により前記フォトレジストパターンを除去して前記金属薄膜をパターンとして基板主面上に形成する工程と、前記金属薄膜のパターンをマスクとしてドライエッチング法により該基板に凹部を形成する工程と、前記金属薄膜のパターンを酸性溶液により除去して凹凸形状を有した基板を形成する工程とを備えたことを特徴とする。   In view of the above problems, the present invention provides a method for producing a substrate for forming a semiconductor film, comprising a step of forming a photoresist pattern having a reverse mesa cross section on the main surface of the substrate, and a main substrate by sputtering using the photoresist pattern as a mask. A step of forming a metal thin film on the surface, a step of removing the photoresist pattern by a lift-off method to form the metal thin film on the main surface of the substrate as a pattern, and a dry etching method using the pattern of the metal thin film as a mask. The method includes a step of forming a recess in the substrate and a step of forming a substrate having an uneven shape by removing the pattern of the metal thin film with an acidic solution.

また、前記フォトレジストパターン断面の逆メサ形状側辺と基板主面のなす角度が45°以上90°未満である事を特徴とする。   Further, the angle formed between the side of the inverted mesa shape of the cross section of the photoresist pattern and the main surface of the substrate is 45 ° or more and less than 90 °.

さらに、前記金属薄膜パターン断面のエッジ部を0.5〜10μmの曲率半径を有する曲面としたことを特徴とする。   Furthermore, the edge part of the metal thin film pattern cross section is a curved surface having a radius of curvature of 0.5 to 10 μm.

また、前記金属薄膜パターンの断面厚みが0.3〜10μmとしたことを特徴とする。   The metal thin film pattern may have a cross-sectional thickness of 0.3 to 10 μm.

また、半導体基板において、上述に記載の製造方法を用いたことを特徴とする。   In addition, the semiconductor substrate is characterized by using the manufacturing method described above.

また、半導体発光素子において、上述の製造方法を用いて製造した半導体基板上に発光層を含む半導体結晶層を積層した素子構造とすることを特徴とする。   In addition, the semiconductor light-emitting element is characterized by having an element structure in which a semiconductor crystal layer including a light-emitting layer is stacked on a semiconductor substrate manufactured using the above-described manufacturing method.

本発明の構成によれば、断面が逆メサ形状のフォトレジスト膜に沿って金属薄膜からなるマスクが形成され、直線性が良く精度の良いマスクが形成できるため、該金属薄膜をマスクとしてドライエッチングを行った際に、基板凸部のエッジ部にダメージが入らないようにすることができる。   According to the configuration of the present invention, a mask made of a metal thin film is formed along a photoresist film having a cross-sectionally inverted mesa shape, and a mask with high linearity and accuracy can be formed. Therefore, dry etching is performed using the metal thin film as a mask. It is possible to prevent damage to the edge portion of the convex portion of the substrate when performing.

また、金属薄膜をマスクとして用いることにより、より高速度な加工を実施することが可能であり、更にはより深い溝加工を基板表面に施すことができる。   Further, by using a metal thin film as a mask, it is possible to perform processing at a higher speed, and it is possible to perform deeper groove processing on the substrate surface.

また、前記金属薄膜をスパッタリング法により成膜することで、金属薄膜と基板の密着性を良好なものとできるため、ドライエッチングの際にマスクの剥離を防止することが可能となる。更には、従来のマスク形成プロセスと比較して工数が短く、また多数枚処理を実施することが可能なために、量産性に優れている。   In addition, since the metal thin film is formed by sputtering, the adhesion between the metal thin film and the substrate can be improved, so that the mask can be prevented from being peeled off during dry etching. Furthermore, since the number of steps is shorter than that of the conventional mask forming process and a large number of sheets can be processed, the mass productivity is excellent.

また、基板表面により平坦な金属薄膜を成膜することが可能なため、歩留まりよくプロセスを実施できる。   Further, since a flat metal thin film can be formed on the substrate surface, the process can be performed with a high yield.

前述の工程により得られる従来よりも高精度な凹凸基板上に半導体結晶層を積層することにより低転位の半導体結晶層が得られるため、通常基板上に作製した発光素子よりも長寿命、高発光強度の半導体発光素子が作製できる。   A semiconductor crystal layer with a low dislocation can be obtained by laminating a semiconductor crystal layer on a concavo-convex substrate with higher accuracy than the conventional one obtained by the above-mentioned process. A strong semiconductor light emitting device can be produced.

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

本発明は基板主面上に断面が逆メサ形状のフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストパターンをマスクとしてスパッタリング法により基板主面上に金属薄膜を形成する工程と、リフトオフ法により前記フォトレジストパターンを除去して前記金属薄膜をパターンとして基板主面上に形成する工程と、前記金属薄膜のパターンをマスクとしてドライエッチング法により該基板に凹部を形成する工程と、前記金属薄膜のパターンを酸性溶液により除去して凹凸形状を有した基板を形成する工程とを備えたことを特徴としている。
The present invention includes a step of forming a photoresist pattern having a reverse mesa shape on the main surface of the substrate;
Forming a metal thin film on the substrate main surface by a sputtering method using the photoresist pattern as a mask; removing the photoresist pattern by a lift-off method to form the metal thin film on the substrate main surface as a pattern; Forming a recess in the substrate by a dry etching method using the metal thin film pattern as a mask, and forming a substrate having an uneven shape by removing the metal thin film pattern with an acidic solution. It is a feature.

前記、基板の材質としては、主にサファイア、炭化珪素、スピネル等のセラミックスを用いるのが一般的であり、特に最近ではサファイアが多用されている。これら基板の選択は、基板上に形成する半導体膜の熱膨張係数や結晶形態により左右される。また基板の形状としては平板形状が主流であるが、サファイアであればその製法により製造可能な大きさに限界があり、2〜3インチの大きさの基板が用いられる。   As the material of the substrate, ceramics such as sapphire, silicon carbide, and spinel are generally used, and sapphire has been used frequently recently. The selection of these substrates depends on the thermal expansion coefficient and crystal form of the semiconductor film formed on the substrate. As the substrate shape, a flat plate shape is mainstream, but if it is sapphire, there is a limit to the size that can be manufactured by the manufacturing method, and a substrate having a size of 2 to 3 inches is used.

ここで、前記基板主面上に形成するフォトレジストパターンとしては、その断面が、図1(a)に示すように逆メサ形状のフォトレジストパターン2とするのが良い。前記のように逆メサ形状が良いとしたのは、その後のスパッタリング法を用いての金属薄膜形成工程(図1(b))において、金属薄膜のエッジ部を基板表面に、より精度よく密着させるためである。   Here, as the photoresist pattern formed on the main surface of the substrate, it is preferable that the cross section thereof is a photoresist pattern 2 having a reverse mesa shape as shown in FIG. The reason why the reverse mesa shape is good as described above is that the edge portion of the metal thin film is brought into close contact with the substrate surface with higher accuracy in the subsequent metal thin film formation step using the sputtering method (FIG. 1B). Because.

前記のようにフォトレジストパターン2を逆メサ形状にする方法としては、例えば画像反転型レジスト使用した場合には、基板1にレジストを塗布した後、プリベーク(加熱処理)を行い、紫外光等によりフォトマスクを使用して露光し、画像反転ベークしてからフォトマスクなしで全面露光してレジストの未硬化部分を取り除くことにより得られる。   As described above, as a method of making the photoresist pattern 2 into an inverted mesa shape, for example, when an image reversal type resist is used, after applying the resist to the substrate 1, pre-baking (heating treatment) is performed and ultraviolet light or the like is used. It is obtained by exposing using a photomask, image reversal baking, and then exposing the entire surface without a photomask to remove uncured portions of the resist.

また、前記フォトレジストパターン2の厚さとしては、どのような厚さとしても構わないが、露光することを考慮すると、100μm以下の範囲内とするのが良い。   Further, the thickness of the photoresist pattern 2 may be any thickness, but in consideration of exposure, it is preferably within a range of 100 μm or less.

また、前記フォトレジストとしては水溶性、溶剤性どちらでも適用可能であり、露光された部分が現像でなくなるポジレジストと露光部分が残るネガレジストのどちらでも断面が逆メサ形状のフォトレジストパターンを形成可能である。   The photoresist can be either water-soluble or solvent-based, and forms a photoresist pattern with a reverse mesa shape in cross section, either a positive resist where the exposed part is not developed or a negative resist where the exposed part remains. Is possible.

そして前記のようにフォトレジストパターンを形成した後、続いてこれをマスクとしてスパッタリング法にて図1(b)に示すように、フォトレジスト膜上に形成された3aと基板上に形成された3bと、フォトレジスト断面の側面部に形成された3cとからなる金属薄膜3を基板1上へ形成する。   Then, after forming the photoresist pattern as described above, 3a formed on the photoresist film and 3b formed on the substrate as shown in FIG. 1B by sputtering using this as a mask. Then, a metal thin film 3 made of 3c formed on the side surface of the photoresist cross section is formed on the substrate 1.

ここで、前記金属薄膜3の材質としては、クロム、ニッケル、アルミニウム、チタン、白金等を用いるのが良い。   Here, as the material of the metal thin film 3, it is preferable to use chromium, nickel, aluminum, titanium, platinum or the like.

ここで金属薄膜3を形成するためにスパッタリング法を用いるのは、次の理由からである。即ち、図2(a)に示すように従来から用いられている真空蒸着法では、溶解した金属薄膜材料の気体分子が図の矢印Aのように基板に対して垂直な面に対しては良好に付着するため金属薄膜3のうち3a、3bの形成は可能であるものの、3cで表される逆メサ形状断面の側面には金属薄膜成分が蒸着されない。しかも3bで表される基板上の金属薄膜のエッジ部は厚さが薄くなるためである。これにより、その後の工程でフォトレジスト膜2を除去し、金属薄膜3をマスクとしてドライエッチングを行った際に、基板上に凸部を形成するための金属薄膜3bのエッジ部が他の部分より厚さが薄く、ドライエッチングにより基板とともに加工されてしまい、加工後の基板凸部のエッジ部の加工精度が著しく悪い状態となる。   Here, the sputtering method is used to form the metal thin film 3 for the following reason. That is, as shown in FIG. 2 (a), in the conventional vacuum deposition method, the gas molecules of the dissolved metal thin film material are good for the plane perpendicular to the substrate as shown by the arrow A in the figure. 3a and 3b of the metal thin film 3 can be formed because of adhering to the metal, but the metal thin film component is not deposited on the side surface of the inverted mesa-shaped cross section represented by 3c. In addition, the edge portion of the metal thin film on the substrate represented by 3b is thin. As a result, when the photoresist film 2 is removed in the subsequent process and dry etching is performed using the metal thin film 3 as a mask, the edge portion of the metal thin film 3b for forming the convex portion on the substrate is more than the other portion. The thickness is thin and the substrate is processed together with the substrate by dry etching, and the processing accuracy of the edge portion of the substrate convex portion after processing becomes extremely bad.

これと比較してスパッタリング法は、図2(b)に示すように、スパッタリング現象で発生するイオンによってはじきとばされた金属薄膜材料粒子が、矢印Bのように基板に対して垂直方向以外の方向に動き、付着するために、図の3cにも良好に金属薄膜3を形成できる。その後、フォトレジスト膜を除去すれば、図1(c)に示すような形状の金属薄膜3が基板上に形成され、このような形状であればその後のプラズマエッチング工程においても、金属薄膜3の厚さのバラツキ等なく、基板上に形成した凸部のエッジ部が金属薄膜3とともにドライエッチング加工されることなく良好な凹凸部を形成することが可能となる。   In comparison with this, the sputtering method, as shown in FIG. 2B, the metal thin film material particles repelled by the ions generated by the sputtering phenomenon are not in the direction perpendicular to the substrate as indicated by the arrow B. In order to move and adhere in the direction, the metal thin film 3 can be satisfactorily formed also in FIG. Thereafter, if the photoresist film is removed, a metal thin film 3 having a shape as shown in FIG. 1C is formed on the substrate. With such a shape, the metal thin film 3 is also formed in the subsequent plasma etching step. It is possible to form a good concavo-convex portion without the thickness variation and the like, without the edge portion of the convex portion formed on the substrate being dry-etched together with the metal thin film 3.

また、前記のようにスパッタリング法によって、金属薄膜3cを良好に成膜しようとすると、図1(a)の前記フォトレジストパターン2断面の側面と、基板主面との角度、すなわち逆テーパー角度θを45°〜90°の範囲内とするのが良好である。45°より低い角度ではスパッタリング法によっても金属薄膜3cを形成するのが困難であるからであり、90°より大きければ、逆に形成した金属薄膜3cがドライエッチングの際に基板を精度良く加工するための障害となり、凹凸部の加工精度を悪化させる原因となるからである。   Further, when the metal thin film 3c is to be satisfactorily formed by sputtering as described above, the angle between the side surface of the cross section of the photoresist pattern 2 in FIG. 1A and the main surface of the substrate, that is, the reverse taper angle θ. Is preferably in the range of 45 ° to 90 °. This is because it is difficult to form the metal thin film 3c even by a sputtering method at an angle lower than 45 °. If it is larger than 90 °, the metal thin film 3c formed on the other side accurately processes the substrate during dry etching. This is an obstacle to the above, and causes the processing accuracy of the uneven portion to deteriorate.

さらに、前記金属薄膜3のエッジ部分は拡大図を図3に示すように、金属薄膜3bと3cの境界部分が0.5〜10μmの曲率半径Rを有する曲面からなる。0.5μmより小さなR面とすると、ドライエッチングによる基板加工の際に基板凸部の精度を損ない、10μm以上であると、金属薄膜3との密着性が損なわれる。このように金属薄膜3のエッジ部分を曲面とするためには、前記逆メサ形状のフォトレジストパターンとし、スパッタリング法に金属薄膜3を形成して、図1(b)の金属薄膜3cを形成しなければならない。   Furthermore, as shown in an enlarged view of FIG. 3, the edge portion of the metal thin film 3 is a curved surface having a radius of curvature R of 0.5 to 10 μm at the boundary between the metal thin films 3b and 3c. If the R surface is smaller than 0.5 μm, the accuracy of the convex portion of the substrate is impaired during substrate processing by dry etching, and if it is 10 μm or more, the adhesion with the metal thin film 3 is impaired. In order to make the edge portion of the metal thin film 3 curved as described above, the metal thin film 3c of FIG. 1B is formed by forming the metal thin film 3 by the sputtering method using the reverse mesa-shaped photoresist pattern. There must be.

また、前記金属薄膜3のパターン断面厚さとしては0.3〜10μmとするのがより好適である。0.3μmより薄いと、その後のプラズマエッチングの際に、基板とともに加工され、マスクとしての役割を果たせないからであり、10μm以上とすると、フォトレジスト膜を除去する際に、フォトレジスト膜3上に形成した金属薄膜3aと、金属薄膜3cの結合部分の強度が増し、フォトレジスト膜除去の際に、不要な金属薄膜とともに、基板上の金属薄膜3も除去されてしまうからである。   Further, the pattern cross-sectional thickness of the metal thin film 3 is more preferably 0.3 to 10 μm. If it is thinner than 0.3 μm, it is processed together with the substrate during the subsequent plasma etching and cannot serve as a mask. If it is 10 μm or more, the photoresist film 3 is removed when the photoresist film is removed. This is because the strength of the bonding portion between the metal thin film 3a and the metal thin film 3c formed on the substrate increases, and the metal thin film 3 on the substrate is removed together with the unnecessary metal thin film when the photoresist film is removed.

次に、前記金属薄膜3形成後、図1(d)に示すようにこれをマスクとしてドライエッチング法により基板主面上に凹凸部を形成する。ドライエッチング法としては、既に前述したようにプラズマエッチング法を用いるのがより好適である。このプラズマエッチング法は、RIE(反応性イオンエッチング)装置により実施する。図1(d)の矢印の方向にプラズマを照射して加工を行えば基板1上に溝4を形成できる。   Next, after the metal thin film 3 is formed, as shown in FIG. 1D, an uneven portion is formed on the main surface of the substrate by dry etching using this as a mask. As the dry etching method, it is more preferable to use the plasma etching method as described above. This plasma etching method is performed by an RIE (reactive ion etching) apparatus. The groove 4 can be formed on the substrate 1 by processing by irradiating plasma in the direction of the arrow in FIG.

ここで、前記RIE装置としては市販の装置であればいずれも適用可能であるが、基板の材質によっては多大な出力を要する。この場合、凹凸部形成のために基板上に成膜した前記金属薄膜3をも同時に加工してしまう場合があり、加工条件の十分な検討が必要となる。   Here, any commercially available apparatus can be used as the RIE apparatus, but a great amount of output is required depending on the material of the substrate. In this case, the metal thin film 3 formed on the substrate for forming the uneven portion may be processed at the same time, and it is necessary to sufficiently study the processing conditions.

そして、前記のRIE装置による基板表面への凹凸加工を終えた後、基板表面の金属薄膜3を除去して図1(e)に示すように、表面に凹凸部を有した基板とする。この金属薄膜3の除去には、酸性溶液を用いれば良く、前記酸性溶液としては、硝酸、塩酸、フッ酸、硫酸、リン酸等が仕様可能であるが、用いる金属薄膜3の材質によって除去溶液を選定する必要がある。   And after finishing the uneven | corrugated process to the substrate surface by the said RIE apparatus, the metal thin film 3 on a substrate surface is removed, and it is set as the board | substrate which has an uneven | corrugated | grooved part on the surface as shown in FIG.1 (e). For the removal of the metal thin film 3, an acidic solution may be used. As the acidic solution, nitric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, phosphoric acid or the like can be specified, but depending on the material of the metal thin film 3 to be used, the removal solution Must be selected.

上述の製法を用いることによって、半導体成膜用基板上に凹凸部を形成する。凹凸部を形成した基板は、その後、基板上にGaN等からなる結晶を成長させ半導体膜を形成し、発光素子用の基板等として好適に用いられる。本発明の方法により凹凸部を形成された半導体成膜用基板は、凹凸部の加工精度が良好であり、前記結晶成長の際に良好な結晶成長面とできるために、より高密度な半導体膜を基板表面に形成することが可能となる。前記結晶成長を行う方法としては、HVPE、MOCVD、MBE法等を用いる。特に厚膜を形成する場合は、HVPE法を用いるのが好ましく、薄膜を形成する場合にはMOCVD法やMBE法を用いる。   By using the above-described manufacturing method, an uneven portion is formed on the semiconductor film forming substrate. The substrate on which the concavo-convex portion is formed is then preferably used as a substrate for a light emitting element by growing a crystal made of GaN or the like on the substrate to form a semiconductor film. Since the semiconductor film forming substrate having the concavo-convex portion formed by the method of the present invention has good processing accuracy of the concavo-convex portion and can have a good crystal growth surface during the crystal growth, a higher-density semiconductor film Can be formed on the substrate surface. As a method for performing the crystal growth, HVPE, MOCVD, MBE method or the like is used. In particular, when forming a thick film, it is preferable to use the HVPE method, and when forming a thin film, the MOCVD method or the MBE method is used.

なお、前記半導体成膜用基板の凹凸部の幅、深さ、ピッチのより好ましい範囲としては、凹凸部幅が0.5〜10μm、深さ0.5〜3μm、ピッチ1〜20μmである。凹凸部幅が0.5μmより小さいと凹凸形成が困難となり、10μmより大きいと、良好な結晶成長が実施出来なくなる。また深さ、ピッチが前記範囲外である場合にも、良好な結晶成長が実施できなくなる。   In addition, as a more preferable range of the width | variety of the uneven | corrugated | grooved part of the said board | substrate for semiconductor film-forming, the depth, and a pitch, an uneven | corrugated | grooved part width is 0.5-10 micrometers, a depth 0.5-3 micrometers, and a pitch 1-20 micrometers. If the width of the concavo-convex portion is smaller than 0.5 μm, formation of the concavo-convex is difficult, and if it is larger than 10 μm, good crystal growth cannot be performed. Further, even when the depth and pitch are out of the above ranges, good crystal growth cannot be performed.

さらに、前述のようにして半導体膜を成膜された基板は、例えばLED等の半導体発光素子用基板として好適に利用可能であり、発光に要するp型、n型等種々の層、電極が形成された後、チップとして液晶プジェクターや発光ダイオード等に適用することができる。   Furthermore, the substrate on which the semiconductor film is formed as described above can be suitably used as a substrate for a semiconductor light emitting element such as an LED, and various layers and electrodes such as p-type and n-type required for light emission are formed. Then, it can be applied to a liquid crystal projector, a light emitting diode, or the like as a chip.

以下本発明の実施例について具体的に説明する。   Examples of the present invention will be specifically described below.

単結晶サファイアの主面がC面である基板を用意し、主面上にフォトレジスト膜を塗布する。この際、サファイアとフォトレジストの密着性を良くするため、HMDS処理を行ってもよい。   A substrate having a C-plane main surface of single crystal sapphire is prepared, and a photoresist film is applied on the main surface. At this time, HMDS treatment may be performed in order to improve the adhesion between sapphire and the photoresist.

次に、所望のパターン形状の開口部を有するマスクを用いて露光し、その後、現像液に浸漬して現像することでその断面が逆メサ形状であり、フォトレジスト膜厚2μm、凹凸部幅が2μm、逆テーパー角度が80°のフォトレジストパターンを形成する。なお、前記フォトレジストパターンが、断面が逆メサ形状であり、その逆テーパー角度が80°にするには、前記露光の際の露光条件を予め設定する必要がある。具体的には露光に用いる紫外光をフォトレジスト膜の厚さ方向の減衰深度を計算に入れて照射条件を設定すれば良い。   Next, exposure is performed using a mask having an opening having a desired pattern shape, and then the resist is immersed in a developing solution to develop a cross-section having a reverse mesa shape, with a photoresist film thickness of 2 μm and an uneven portion width of A photoresist pattern of 2 μm and a reverse taper angle of 80 ° is formed. In addition, in order for the said photoresist pattern to have a cross-section with a reverse mesa shape and the reverse taper angle to be 80 degrees, it is necessary to preset the exposure conditions at the time of the said exposure. Specifically, the irradiation conditions may be set by calculating the attenuation depth in the thickness direction of the photoresist film using ultraviolet light used for exposure.

次に、スパッタリング装置にサファイア基板をセットし、ここでは、例えばNiを1um成膜する。   Next, a sapphire substrate is set in the sputtering apparatus, and here, for example, 1 μm of Ni is deposited.

ここで、Niを成膜する前に逆スパッタリングを1分間行うことにより、基板をクリーニングすると、Ni膜の密着性をより良好なもとできる。逆スパッタリング時間は、30秒〜2分間が好ましい。   Here, when the substrate is cleaned by performing reverse sputtering for 1 minute before forming the Ni film, the adhesion of the Ni film can be improved. The reverse sputtering time is preferably 30 seconds to 2 minutes.

また、レジストの変形を防ぐために、スパッタリングによる成膜は基板を加熱することなく実施する。なお、基板温度は0℃から150℃が好ましい。そして、スパッタリング法により、サファイア基板主面上に金属薄膜を形成することで、金属薄膜をフォトレジスト膜断面の側面部にまで堆積させることができる。このとき、金属薄膜の厚さは後のフォトレジスト膜およびフォトレジスト膜上に形成された金属薄膜除去のことを考慮すると、フォトレジスト膜の厚さより薄い方がよくここでは5μmとする。   In addition, in order to prevent deformation of the resist, film formation by sputtering is performed without heating the substrate. The substrate temperature is preferably 0 ° C. to 150 ° C. And a metal thin film can be deposited even to the side part of a photoresist film cross section by forming a metal thin film on a sapphire substrate main surface by sputtering method. At this time, the thickness of the metal thin film is preferably smaller than the thickness of the photoresist film in consideration of the later removal of the photoresist film and the removal of the metal thin film formed on the photoresist film.

次に、金属薄膜の形成が終了したサファイア基板を、スパッタリング装置から取り出し、アセトンに浸漬して超音波を印可し、フォトレジストパターンとその周りに堆積している不要な金属薄膜を除去し、金属薄膜パターンを形成する。得られた金属薄膜パターンは、エッジ部の曲面Rが5μmであり、所望の断面形状が得られた。   Next, the sapphire substrate on which the formation of the metal thin film has been completed is taken out of the sputtering apparatus, immersed in acetone, and ultrasonic waves are applied to remove the photoresist pattern and unnecessary metal thin film deposited around the metal, thereby removing the metal. A thin film pattern is formed. The obtained metal thin film pattern had a curved surface R of the edge portion of 5 μm, and a desired cross-sectional shape was obtained.

そして、この金属薄膜パターンをマスクとしてサファイア基板をRIE装置にセットして、サファイア基板表面を0.5μm加工して、基板表面に深さ0.5μmの凹部を形成した。   Then, using this metal thin film pattern as a mask, the sapphire substrate was set in an RIE apparatus, and the surface of the sapphire substrate was processed by 0.5 μm to form a recess having a depth of 0.5 μm on the substrate surface.

その後、前記金属薄膜パターンを硝酸や塩酸等からなる酸性溶液によって除去し、洗浄を行う。   Thereafter, the metal thin film pattern is removed with an acidic solution made of nitric acid, hydrochloric acid, or the like, and cleaning is performed.

以上より、凹凸形状の幅が2μm、深さ0.5μmの単結晶サファイア基板が作製できた。 From the above, a single crystal sapphire substrate having a concavo-convex width of 2 μm and a depth of 0.5 μm could be produced.

実施例1により作製した単結晶サファイア基板を半導体成膜装置にセットした。   The single crystal sapphire substrate manufactured according to Example 1 was set in a semiconductor film forming apparatus.

次に、前記基板を水素雰囲気下で1150℃まで昇温し水素アニールをい、その後基板の温度を500℃まで降下させ、MOVPE法により、トリメチルアルミニウム(TMA)とアンモニア(NH3)を用いて、低温GaNバッファ層を堆積させた。さらに、1100℃まで昇温してGaN層を成長させた。このGaN層は、貫通転位が少なく高品質なGaN膜であった。   Next, the substrate is heated to 1150 ° C. in a hydrogen atmosphere and subjected to hydrogen annealing, and then the temperature of the substrate is decreased to 500 ° C. Using MOVPE, trimethylaluminum (TMA) and ammonia (NH 3) are used. A low temperature GaN buffer layer was deposited. Furthermore, the temperature was raised to 1100 ° C. to grow a GaN layer. This GaN layer was a high quality GaN film with few threading dislocations.

(a)〜(e)は本発明の基板表面の凹凸部の形成方法を示す概略図である。(A)-(e) is the schematic which shows the formation method of the uneven | corrugated | grooved part of the substrate surface of this invention. 基板表面に金属薄膜を形成する際の製造方法を示す概略図であり、(a)が真空蒸着法、(b)がスパッタリング法により金属薄膜を形成した場合の断面概略図である。It is the schematic which shows the manufacturing method at the time of forming a metal thin film on the substrate surface, (a) is a cross-sectional schematic when a metal thin film is formed by a vacuum evaporation method and (b) is a sputtering method. 本発明の製造方法により形成した基板表面の金属薄膜のエッジ部を示す拡大概略図である。It is an expanded schematic diagram which shows the edge part of the metal thin film of the board | substrate surface formed with the manufacturing method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:基板
2:フォトレジストパターン
3:金属薄膜
3a:フォトレジストパターン上の金属薄膜
3b:基板上の金属薄膜
3c:逆メサ形状のフォトレジストパターン断面の側面部に形成された金属薄膜
1: Substrate 2: Photoresist pattern 3: Metal thin film 3a: Metal thin film 3b on the photoresist pattern: Metal thin film 3c on the substrate: Metal thin film formed on the side of the cross section of the reverse mesa-shaped photoresist pattern

Claims (6)

基板主面上に断面が逆メサ形状のフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストパターンをマスクとしてスパッタリング法により基板主面上に金属薄膜を形成する工程と、
リフトオフ法により前記フォトレジストパターンを除去して前記金属薄膜をパターンとして基板主面上に形成する工程と、
前記金属薄膜のパターンをマスクとしてドライエッチング法により該基板に凹部を形成する工程と、
前記金属薄膜のパターンを酸性溶液により除去して凹凸形状を有した基板を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体成膜用基板の製造方法。
Forming a photoresist pattern having a reverse mesa cross-section on the main surface of the substrate;
Forming a metal thin film on the substrate main surface by a sputtering method using the photoresist pattern as a mask;
Removing the photoresist pattern by a lift-off method and forming the metal thin film as a pattern on the substrate main surface;
Forming a recess in the substrate by a dry etching method using the metal thin film pattern as a mask;
And a step of forming a substrate having an uneven shape by removing the pattern of the metal thin film with an acidic solution.
前記フォトレジストパターン断面の逆メサ形状側辺と基板主面のなす角度が45°以上90°未満であることを特徴とする請求項1に記載の半導体成膜用基板の製造方法。 2. The method for manufacturing a semiconductor film forming substrate according to claim 1, wherein an angle formed between the side of the inverted mesa shape of the cross section of the photoresist pattern and the main surface of the substrate is 45 ° or more and less than 90 °. 前記金属薄膜パターン断面のエッジ部を0.5〜10μmの曲率半径を有する曲面としたことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体成膜用基板の製造方法。 3. The method for manufacturing a semiconductor film-forming substrate according to claim 1, wherein an edge portion of the cross-section of the metal thin film pattern is a curved surface having a radius of curvature of 0.5 to 10 μm. 前記金属薄膜パターンの断面厚みが0.3〜10μmとしたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体成膜用基板の製造方法。 4. The method for manufacturing a semiconductor film-forming substrate according to claim 1, wherein the metal thin film pattern has a cross-sectional thickness of 0.3 to 10 [mu] m. 請求項1乃至4のいずれかに記載の製造方法を用いて製造したことを特徴とする半導体成膜用基板。 A semiconductor film forming substrate manufactured using the manufacturing method according to claim 1. 請求項5に記載の製造方法を用いて半導体基板を製造し、該基板上に発光層を含む半導体結晶層が積層された素子構造を有することを特徴とする半導体発光素子。 6. A semiconductor light emitting device comprising: a semiconductor substrate manufactured using the manufacturing method according to claim 5; and a semiconductor crystal layer including a light emitting layer laminated on the substrate.
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JP2008078603A (en) * 2006-09-18 2008-04-03 National Central Univ Patterned sapphire substrate and light emitting diode manufacturing method
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CN104319278A (en) * 2014-10-22 2015-01-28 京东方科技集团股份有限公司 Array substrate, display panel and array substrate manufacturing method

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