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JP7572685B2 - Etching Method - Google Patents

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JP7572685B2 JP2021112893A JP2021112893A JP7572685B2 JP 7572685 B2 JP7572685 B2 JP 7572685B2 JP 2021112893 A JP2021112893 A JP 2021112893A JP 2021112893 A JP2021112893 A JP 2021112893A JP 7572685 B2 JP7572685 B2 JP 7572685B2
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Description

本開示は複数の混晶層を有するエッチング対象構造に対するエッチング方法に関する。 The present disclosure relates to an etching method for a structure to be etched having multiple mixed crystal layers.

従来から電界効果トランジスタの一つとして、例えば、化合物半導体材料を利用した高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)が知られている。HEMTは、ヘテロ接合に起因した高移動度の二次元電子ガス(2DEG)をチャネルとしている。特許文献1にはHEMTの一例が開示されている。特許文献1に開示のHEMTは、電子走行層の上に設けられたAlGaN層(電子供給層)と、AlGaN層の上に設けられたAlN層(絶縁層)と、AlN層の上に窒化物半導体層を介して設けられたゲート電極とを備えている。 As one type of field effect transistor, for example, a high electron mobility transistor (HEMT) using a compound semiconductor material has been known. A HEMT uses a high-mobility two-dimensional electron gas (2DEG) resulting from a heterojunction as a channel. Patent Document 1 discloses an example of a HEMT. The HEMT disclosed in Patent Document 1 includes an AlGaN layer (electron supply layer) provided on an electron transit layer, an AlN layer (insulating layer) provided on the AlGaN layer, and a gate electrode provided on the AlN layer via a nitride semiconductor layer.

上述した電子移動度トランジスタ(HEMT)以外でも、CMOSトランジスタ、PNダイオード、JFET(Junction Field Effect Transistor), 及びTFT(Thin Film Transistor )など、あらゆるデバイスで選択的にエッチングを行って回路パターンを形成することは非常に重要である。 In addition to the high electron mobility transistor (HEMT) mentioned above, selective etching to form circuit patterns is extremely important for all devices, including CMOS transistors, PN diodes, JFETs (Junction Field Effect Transistors), and TFTs (Thin Film Transistors).

パワーデバイスとしては,シリコン(Si)では不可能な高耐圧で高効率デバイスを構築できるワイドバンドギャップ半導体材料によるデバイスの開発が盛んに試みられている。そのような材料としては、シリコンカーバイド(SiC)と窒化ガリウム(GaN)によるパワーデバイス研究開発が近年、特に盛んである。 In the area of power devices, there have been many attempts to develop devices using wide band gap semiconductor materials that can be used to build high-efficiency devices with high voltage resistance that is not possible with silicon (Si). In recent years, research and development of power devices using such materials, silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN), has been particularly active.

特開2009-71061号公報JP 2009-71061 A

また、上記シリコンカーバイド(SiC)と窒化ガリウム(GaN)だけでなく、例えば、スイッチング(電力変換)デバイスでは、SiC、GaNを含む従来材料より更に広い耐圧範囲に対応できるGaの材料を使用した酸化ガリウム系のパワーデバイスが着目されている。酸化ガリウム系のパワーデバイスは高温、高耐圧まで広い温度、電圧範囲に対応し、かつ、低コスト、高効率、高信頼性が期待されている。このため、Ga系パワーデバイスの適用分野として幅広い応用分野が考えられる。 In addition to the above silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN), for example, in switching (power conversion) devices, gallium oxide-based power devices using Ga 2 O 3 material that can withstand a wider range of voltages than conventional materials including SiC and GaN are attracting attention. Gallium oxide-based power devices are expected to be compatible with a wide range of temperatures and voltages, including high temperatures and high voltages, and to be low-cost, highly efficient, and highly reliable. For this reason, a wide range of application fields are considered as application fields for Ga 2 O 3 -based power devices.

しかしながら、酸化ガリウム系のパワーデバイスの構成を考えた場合、実用的な活性層を形成できる混晶型の半導体層(混晶層)の組合せを探求することが必要である。また、パワーデバイスを構成するには、各混晶層において選択的にエッチングを行える技術の開発が必要とされている。 However, when considering the configuration of gallium oxide-based power devices, it is necessary to explore combinations of mixed crystal semiconductor layers (mixed crystal layers) that can form practical active layers. In addition, in order to configure power devices, it is necessary to develop technology that allows selective etching of each mixed crystal layer.

一般にデバイスの形成を考えると、活性層の設計は非常に重要である。上述したようなHEMTやCMOSやPNダイオードなどにおいて、高性能なデバイスを達成させるために活性層を積層させたりするものも有り、各層を選択的にエッチングしてパターンを形成する技術はとても重要な役割を果たしている。 When considering device formation in general, the design of the active layer is extremely important. In the above-mentioned HEMTs, CMOS, PN diodes, and other devices, active layers are sometimes stacked to achieve high-performance devices, and the technology of selectively etching each layer to form a pattern plays a very important role.

エッチング技術には、ドライエッチングとウェットエッチングがある。ドライエッチングは、エッチングの指向性が高くエッチングパターンのアスペクト比が高いが、そのメカニズムから薄膜へのダメージが懸念されたり、運転に際し大きなエネルギーを消費したりしてしまう。 There are two types of etching techniques: dry etching and wet etching. Dry etching has high etching directionality and produces a high aspect ratio in the etching pattern, but its mechanism raises concerns about damage to thin films and consumes a large amount of energy during operation.

一方、ウェットエッチングは、エッチングのアスペクト比はドライエッチングに比べ悪いが、非常に単純で運転コストが安価であるだけでなく、ドライエッチングに比べれば、エッチング速度が速くエッチングの選択性に優れている。 On the other hand, wet etching has a worse aspect ratio than dry etching, but it is very simple and has low operating costs, and has a faster etching speed and better etching selectivity than dry etching.

これらのメリットから、たとえばディスプレイなどを形成する際にはウェットエッチングが重用される。 Due to these advantages, wet etching is often used when forming displays, for example.

本開示では、上記のような問題点を解決し、複数の混晶層を含むエッチング対象構造に対し、比較的簡単に所望の構造を得ることができるエッチング方法を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to solve the above problems and provide an etching method that can relatively easily obtain a desired structure for an etching target structure that includes multiple mixed crystal layers.

本開示のエッチング方法における第1の態様は、(a) 第1及び第2の混晶層を含むエッチング対象構造を得るステップと、(b) 前記エッチング対象構造に対し第1のエッチング剤を用いて第1の混晶層を選択的にエッチングする第1のエッチング処理、及び前記エッチング対象構造に対し第2のエッチング剤を用いて前記第2の混晶層を選択的にエッチングする第2のエッチング処理のうち、少なくとも一つのエッチング処理を実行するステップとを備え、前記第1の混晶層は、(M1Ga1-x(0<x≦1)を含み、前記第2の混晶層は、(M2Ga1-y(0<y≦1)を含み、M1=Crであり、M2={Al,In,Fe}のうちの一つであり、前記第1の混晶層は{x≠1}の場合に結晶性を有し、前記第2の混晶層は{y≠1}の場合に結晶性を有する。 A first aspect of the etching method of the present disclosure includes: (a) obtaining a structure to be etched including first and second mixed crystal layers; and (b) performing at least one of a first etching process for selectively etching the first mixed crystal layer of the structure to be etched using a first etching agent and a second etching process for selectively etching the second mixed crystal layer of the structure to be etched using a second etching agent, wherein the first mixed crystal layer includes ( M1xGa1 -x ) 2O3 (0 < x≦1), the second mixed crystal layer includes ( M2yGa1 -y ) 2O3 (0<y≦1), M1=Cr, and M2=one of {Al, In , Fe}, the first mixed crystal layer has crystallinity when {x≠1}, and the second mixed crystal layer has crystallinity when {y≠1}.

本開示のエッチング方法における第2の態様は、(a) 第1及び第2の混晶層並びに酸化シリコン層を含むエッチング対象構造を得るステップと、(b) 前記エッチング対象構造に対し第1のエッチング剤を用いて第1の混晶層を選択的にエッチングする第1のエッチング処理、前記エッチング対象構造に対し第2のエッチング剤を用いて前記第2の混晶層を選択的にエッチングする第2のエッチング処理、前記エッチング対象構造に対し第3のエッチング剤を用いて前記酸化シリコン層を選択的にエッチングする第3のエッチング処理のうち、少なくとも一つのエッチング処理を実行するステップとを備え、前記第1の混晶層は、(M1Ga1-x (0<x≦1)を含み、前記第2の混晶層は、(M2Ga1-y(0<y≦1)を含み、M1=Crであり、M2={Al,In,Fe}のうちの一つであり、前記第1の混晶層は{x≠1}の場合に結晶性を有し、前記第2の混晶層は{y≠1}の場合に結晶性を有する。 A second aspect of the etching method of the present disclosure includes: (a) obtaining a structure to be etched including first and second mixed crystal layers and a silicon oxide layer; and (b) performing at least one of a first etching process for selectively etching the first mixed crystal layer of the structure to be etched using a first etching agent, a second etching process for selectively etching the second mixed crystal layer of the structure to be etched using a second etching agent, and a third etching process for selectively etching the silicon oxide layer of the structure to be etched using a third etching agent, wherein the first mixed crystal layer includes (M1 x Ga 1-x ) 2 O 3 (0<x≦1), and the second mixed crystal layer includes (M2 y Ga 1-y ) 2 O 3 . (0<y≦1), M1=Cr, M2=one of {Al, In, Fe}, the first mixed crystal layer has crystallinity when {x≠1}, and the second mixed crystal layer has crystallinity when {y≠1}.

本開示のエッチング方法の第1の態様は、ステップ(b)を実行することにより、エッチング対象構造から第1の混晶層あるいは第2の混晶層を選択的にエッチングすることができるため、比較的簡単な工程によってエッチング対象構造から所望の構造を精度良く得ることができる。 In the first aspect of the etching method of the present disclosure, by performing step (b), the first mixed crystal layer or the second mixed crystal layer can be selectively etched from the structure to be etched, so that the desired structure can be obtained with high accuracy from the structure to be etched by a relatively simple process.

本開示のエッチング方法の第2の態様は、ステップ(b)を実行することにより、エッチング対象構造から第1の混晶層、第2の混晶層あるいはシリコン酸化膜を選択的にエッチングすることができるため、比較的簡単な工程によってエッチング対象構造から所望の構造を精度良く得ることができる。 In the second aspect of the etching method of the present disclosure, by performing step (b), the first mixed crystal layer, the second mixed crystal layer, or the silicon oxide film can be selectively etched from the structure to be etched, so that the desired structure can be obtained with high accuracy from the structure to be etched by a relatively simple process.

本開示の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。 The objects, features, aspects, and advantages of the present disclosure will become more apparent from the following detailed description and accompanying drawings.

実施の形態1における第1の基本エッチング方法の処理手順を示す断面図である。1A to 1C are cross-sectional views showing a processing procedure of a first basic etching method in the first embodiment. 第1の基本エッチング方法の処理手順を示す断面図である。1A to 1C are cross-sectional views showing a processing procedure of a first basic etching method. 実施の形態1における第2の基本エッチング方法の処理手順を示す断面図である。5A to 5C are cross-sectional views showing a processing procedure of a second basic etching method in the first embodiment. 第2の基本エッチング方法の処理手順を示す断面図である。10A to 10C are cross-sectional views showing a processing procedure of a second basic etching method. 実施の形態2における第3の基本エッチング方法の処理手順を示す断面図である。11A to 11C are cross-sectional views showing a processing procedure of a third basic etching method in the second embodiment. 第3の基本エッチング方法の処理手順を示す断面図である。11A to 11C are cross-sectional views showing a processing procedure of a third basic etching method. 第3の基本エッチング方法の処理手順を示す断面図である。11A to 11C are cross-sectional views showing a processing procedure of a third basic etching method. 実施の形態2における第4の基本エッチング方法の処理手順を示す断面図である。11A to 11C are cross-sectional views showing a processing procedure of a fourth basic etching method in the second embodiment. 第4の基本エッチング方法の処理手順を示す断面図である。11A to 11C are cross-sectional views showing a processing procedure of a fourth basic etching method. 第4の基本エッチング方法の処理手順を示す断面図である。11A to 11C are cross-sectional views showing a processing procedure of a fourth basic etching method. エッチング剤の特性を表形式で示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the characteristics of an etching agent in a table format. Al用エッチング剤及びCr用エッチング剤の成分構成を表形式で示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing, in table form, the composition of an Al etching agent and a Cr etching agent. 酸化シリコン用エッチング剤による第3のエッチング特性の詳細をグラフ形式で示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating details of a third etching characteristic by a silicon oxide etchant in a graph form. 酸化シリコン用エッチング剤による第3のエッチング特性の詳細をグラフ形式で示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating details of a third etching characteristic by a silicon oxide etchant in a graph form. Al用エッチング剤による第2のエッチング特性の詳細をグラフ形式で示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing details of a second etching characteristic by an Al etchant in a graph form. Cr用エッチング剤による第1のエッチング特性の詳細をグラフ形式で示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing details of a first etching characteristic by a Cr etchant in a graph form. 実施の形態3のエッチング方法におけるパターニング構造を得るための基本処理工程を示す断面図である。11A to 11C are cross-sectional views showing basic processing steps for obtaining a patterned structure in an etching method according to a third embodiment. 基本処理工程を示す断面図である。1A to 1C are cross-sectional views showing basic processing steps. 基本処理工程を示す断面図である。1A to 1C are cross-sectional views showing basic processing steps. クロム混晶層を得るための第1の薄膜製造技術の概略を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a first thin film manufacturing technique for obtaining a chromium mixed crystal layer. アルミニウム混晶層を得るための第2の薄膜製造技術の概略を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of a second thin film manufacturing technique for obtaining an aluminum mixed crystal layer. 実施の形態3におけるメサ-エッチング処理工程を示す断面図である。A cross-sectional view showing a mesa etching process step in embodiment 3. メサ-エッチング処理工程を示す断面図である。1A-1C are cross-sectional views showing a mesa etching process. メサ-エッチング処理工程を示す断面図である。1A-1C are cross-sectional views showing a mesa etching process. メサ-エッチング処理工程を示す断面図である。1A-1C are cross-sectional views showing a mesa etching process. メサ-エッチング処理工程を示す断面図である。1A-1C are cross-sectional views showing a mesa etching process. メサ-エッチング処理工程を示す断面図である。1A-1C are cross-sectional views showing a mesa etching process. メサ-エッチング処理工程を示す断面図である。1A-1C are cross-sectional views showing a mesa etching process. 実施の形態3における第2のマスク処理工程を示す断面図である。13 is a cross-sectional view showing a second mask processing step in the third embodiment. FIG. 第2のマスク処理工程を示す断面図である。11 is a cross-sectional view showing a second mask processing step. FIG. 第2のマスク処理工程を示す断面図である。11 is a cross-sectional view showing a second mask processing step. FIG. 第2のマスク処理工程を示す断面図である。11 is a cross-sectional view showing a second mask processing step. FIG. 第2のマスク処理工程を示す断面図である。11 is a cross-sectional view showing a second mask processing step. FIG. 第2のマスク処理工程を示す断面図である。11 is a cross-sectional view showing a second mask processing step. FIG. 実施の形態3における第3のマスク処理工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a third mask processing step in the third embodiment. 第3のマスク処理工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third mask processing step. 第3のマスク処理工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third mask processing step. 第3のマスク処理工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third mask processing step. 第3のマスク処理工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third mask processing step. 中間パターニング構造の平面構造の一例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an example of a planar structure of an intermediate patterning structure. 実施の形態3におけるゲート形成工程を示す断面図である。13A to 13C are cross-sectional views showing a gate formation step in the third embodiment. ゲート形成工程を示す断面図である。11A to 11C are cross-sectional views showing a gate forming step. ゲート形成工程を示す断面図である。11A to 11C are cross-sectional views showing a gate forming step. ゲート形成工程を示す断面図である。11A to 11C are cross-sectional views showing a gate forming step. ゲート形成工程を示す断面図である。11A to 11C are cross-sectional views showing a gate forming step. ゲート形成工程を示す断面図である。11A to 11C are cross-sectional views showing a gate forming step. バッファ層を採用したインジウム混晶層の形成方法を示す断面図である。1A to 1C are cross-sectional views showing a method for forming an indium mixed crystal layer using a buffer layer. バッファ層を採用したインジウム混晶層の形成方法を示す断面図である。1A to 1C are cross-sectional views showing a method for forming an indium mixed crystal layer using a buffer layer. 鉄混晶層の製造工程の概略を示す断面図である。3A to 3C are cross-sectional views showing an outline of a manufacturing process for an iron mixed crystal layer.

<実施の形態1>
本開示の基本的な構成と方法について説明する。
<First embodiment>
The basic configuration and method of the present disclosure will be described.

まず、酸化ガリウムの結晶は多形で、α,β,γ,δ,εの5つがあるが、材料的に最も安定なのは単斜晶系のβ相であるが、本実施の形態では、α相を代表して使用する。その理由は以下の通りである。 First, gallium oxide crystals are polymorphic, with five types: α, β, γ, δ, and ε. The most stable material is the monoclinic β phase, but in this embodiment, the α phase is used as a representative. The reasons are as follows.

(1)α-Gaは汎用基板(石英、Si, サファイア)の一つであるAlと同じ結晶構造をもつため、高品質な結晶成長を促進させるエピタキシャル成長が可能である。
(2) 多くのコランダム構造の結晶との混晶膜の作製に成功しているか実績がある。
(3) コランダム構造の薄膜は、V(バナジウム)やIn(インジウム)などにおいては導電性を有する膜を形成可能であり、一方でGa(ガリウム)やAl(アルミニウム)などに見られるように絶縁体や半導体としても利用することが可能であり、非常に選択幅が大きい。
(4) P型などもできる可能性が示唆されている。
上記理由でα相を代表して説明するが、他の相でも適用可能である。
(1) α-Ga 2 O 3 has the same crystal structure as Al 2 O 3 , which is one of the general-purpose substrates (quartz, Si, sapphire), so epitaxial growth that promotes high-quality crystal growth is possible.
(2) There are many successful cases of producing mixed crystal films with corundum structure crystals.
(3) Thin films with the corundum structure can be formed into conductive films using elements such as V (vanadium) and In (indium), but they can also be used as insulators or semiconductors, as seen in elements such as Ga (gallium) and Al (aluminum), offering a wide range of options.
(4) It has been suggested that P-type and other types may also be possible.
For the reasons mentioned above, the α phase will be described as a representative example, but the same is also applicable to other phases.

図1及び図2は本開示の実施の形態1における第1の基本エッチング方法の処理手順を示す断面図である。 Figures 1 and 2 are cross-sectional views showing the processing steps of the first basic etching method in the first embodiment of the present disclosure.

図1に示すように、クロム混晶層1とクロム混晶層1上に設けられたアルミニウム混晶層2からなる積層構造3がエッチング対象構造となる。なお、クロム混晶層1が「第1の混晶層」に対応し、アルミニウム混晶層2が「第2の混晶層」に対応する。 As shown in FIG. 1, the structure to be etched is a laminated structure 3 consisting of a chromium alloy layer 1 and an aluminum alloy layer 2 provided on the chromium alloy layer 1. The chromium alloy layer 1 corresponds to the "first alloy layer," and the aluminum alloy layer 2 corresponds to the "second alloy layer."

クロム混晶層1は、以下の化学式(1)を満足する構成成分を含み、アルミニウム混晶層2は以下の化学式(2)を満足する構成成分を含んでいる。さらに、クロム混晶層1は化学式(1)で{x≠1}の場合は結晶性を有し、アルミニウム混晶層2は化学式(2)で{y≠1}の場合に結晶性を有する。 The chromium alloy layer 1 contains components that satisfy the following chemical formula (1), and the aluminum alloy layer 2 contains components that satisfy the following chemical formula (2). Furthermore, the chromium alloy layer 1 has crystallinity when {x≠1} in chemical formula (1), and the aluminum alloy layer 2 has crystallinity when {y≠1} in chemical formula (2).

クロム混晶層1…α-(CrGa1-x(但し、0<x≦1)…(1)
アルミニウム混晶層2…α-(AlGa1-y(但し、0<y≦1)…(2)
Chromium mixed crystal layer 1...α-(Cr x Ga 1-x ) 2 O 3 (where 0<x≦1)...(1)
Aluminum mixed crystal layer 2...α-( AlyGa1 -y ) 2O3 (where 0 < y≦1)...(2)

図1に示すように、下方側からクロム混晶層1→アルミニウム混晶層2に示す順に積層して積層構造3を製造している。すなわち、図示しない所定基板上にクロム混晶層1を形成し、その後、クロム混晶層1上にアルミニウム混晶層2を形成することにより、積層構造3を得ている。この積層構造3がエッチング対象構造となる。 As shown in FIG. 1, the layers are stacked in the order of chromium alloy layer 1 → aluminum alloy layer 2 from the bottom up to produce the layered structure 3. That is, the chromium alloy layer 1 is formed on a specified substrate (not shown), and then the aluminum alloy layer 2 is formed on the chromium alloy layer 1 to obtain the layered structure 3. This layered structure 3 is the structure to be etched.

次に、図1に示す積層構造3のアルミニウム混晶層2上に、図示しないフォトレジストを形成した後、露光処理によりパターニングされたレジスト(図示せず)を得る。 Next, a photoresist (not shown) is formed on the aluminum alloy layer 2 of the laminated structure 3 shown in FIG. 1, and then a patterned resist (not shown) is obtained by exposure processing.

そして、パターニングされたレジストをマスクとして、後に詳述するAl用エッチング剤F2を用いてアルミニウム混晶層2のみを選択的にエッチングする第2のエッチング処理を実行する。Al用エッチング剤F2が「第2のエッチング剤」に対応し、Al用エッチング剤F2を用いたエッチング処理が「第2のエッチング処理」となる。 Then, using the patterned resist as a mask, a second etching process is performed to selectively etch only the aluminum mixed crystal layer 2 using an Al etchant F2, which will be described in detail later. The Al etchant F2 corresponds to the "second etchant," and the etching process using the Al etchant F2 is the "second etching process."

その結果、図2に示すように、アルミニウム混晶層2の一部を貫通しクロム混晶層1の表面が露出したエッチング領域R2を有するパターニング構造13を得ることができる。パターニング構造13は、エッチング領域R2以外の残存した積層構造3と、エッチング領域R2におけるクロム混晶層1のみからなる単層構造との組合せを含んでいる。 As a result, as shown in FIG. 2, a patterned structure 13 can be obtained having an etched region R2 that penetrates a portion of the aluminum alloy layer 2 and exposes the surface of the chromium alloy layer 1. The patterned structure 13 includes a combination of the remaining laminated structure 3 other than the etched region R2 and a single layer structure consisting of only the chromium alloy layer 1 in the etched region R2.

すなわち、図2に示すパターニング構造13は、クロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2による積層構造3と、クロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2のうち下方のクロム混晶層1のみが設けされた単層構造を含んでいる。パターニング構造13において、クロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2は互いに異なる形成高さで設けられている。 That is, the patterning structure 13 shown in FIG. 2 includes a laminated structure 3 made of a chromium alloy layer 1 and an aluminum alloy layer 2, and a single-layer structure in which only the lower chromium alloy layer 1 is provided among the chromium alloy layer 1 and the aluminum alloy layer 2. In the patterning structure 13, the chromium alloy layer 1 and the aluminum alloy layer 2 are provided at different formation heights.

その結果、パターニング構造13に残存した積層構造3が半導体装置の基本となる活性層(チャネル層)となる。例えば、積層構造3におけるクロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2は、HEMTの電子発生層と電子通過層の基礎となる可能性がある。 As a result, the laminated structure 3 remaining in the patterned structure 13 becomes the active layer (channel layer) that is the basis of the semiconductor device. For example, the chromium alloy layer 1 and the aluminum alloy layer 2 in the laminated structure 3 may become the basis of the electron generating layer and the electron passing layer of the HEMT.

図3及び図4は本開示の実施の形態1における第2の基本エッチング方法の処理手順を示す断面図である。 Figures 3 and 4 are cross-sectional views showing the processing steps of the second basic etching method in the first embodiment of the present disclosure.

図3に示すように、アルミニウム混晶層2とアルミニウム混晶層2上に設けられたクロム混晶層1からなる積層構造3Bがエッチング対象構造となる。以下、図1及び図2で示した第1の基本エッチング方法と同内容の説明を適宜省略し、第2の基本エッチング方法の特徴を中心に説明する。 As shown in FIG. 3, the structure to be etched is a laminated structure 3B consisting of an aluminum alloy layer 2 and a chromium alloy layer 1 provided on the aluminum alloy layer 2. Below, the description of the same content as in the first basic etching method shown in FIG. 1 and FIG. 2 will be omitted as appropriate, and the characteristics of the second basic etching method will be mainly described.

図3に示すように、下方側からアルミニウム混晶層2→クロム混晶層1に示す順に積層して積層構造3Bを製造している。すなわち、図示しない所定基板上にアルミニウム混晶層2を形成し、その後、アルミニウム混晶層2上にクロム混晶層1を形成することにより、積層構造3Bを得ている。 As shown in FIG. 3, the aluminum alloy layer 2 is layered on the bottom, followed by the chromium alloy layer 1, to produce the laminated structure 3B. That is, the aluminum alloy layer 2 is formed on a specified substrate (not shown), and then the chromium alloy layer 1 is formed on the aluminum alloy layer 2 to obtain the laminated structure 3B.

次に、図3に示す積層構造3Bのクロム混晶層1上に、図示しないフォトレジストを形成した後、露光処理によりパターニングされたレジスト(図示せず)を設ける。 Next, a photoresist (not shown) is formed on the chromium mixed crystal layer 1 of the laminated structure 3B shown in FIG. 3, and then a resist (not shown) that is patterned by exposure processing is provided.

そして、図4に示すように、パターニングされたレジストをマスクとして、後に詳述するCr用エッチング剤F1を用いてクロム混晶層1のみを選択的にエッチングする第1のエッチング処理を実行する。Cr用エッチング剤F1が「第1のエッチング剤」に対応し、Cr用エッチング剤F1を用いたエッチング処理が「第1のエッチング処理」となる。 Then, as shown in FIG. 4, a first etching process is performed using the patterned resist as a mask to selectively etch only the chromium mixed crystal layer 1 using a Cr etchant F1, which will be described in detail later. The Cr etchant F1 corresponds to the "first etchant," and the etching process using the Cr etchant F1 is the "first etching process."

その結果、図4に示すように、クロム混晶層1の一部を貫通しアルミニウム混晶層2の表面が露出したエッチング領域R1を有するパターニング構造13Bを得ることができる。パターニング構造13Bは、エッチング領域R1以外の残存した積層構造3Bと、エッチング領域R1におけるアルミニウム混晶層2のみからなる単層構造との組合せを含んでいる。 As a result, as shown in FIG. 4, a patterned structure 13B can be obtained having an etched region R1 that penetrates a portion of the chromium alloy layer 1 and exposes the surface of the aluminum alloy layer 2. The patterned structure 13B includes a combination of the remaining laminated structure 3B other than the etched region R1 and a single-layer structure consisting of only the aluminum alloy layer 2 in the etched region R1.

すなわち、図4に示すパターニング構造13Bは、アルミニウム混晶層2及びクロム混晶層1による積層構造3Bと、アルミニウム混晶層2及びクロム混晶層1のうち下方のアルミニウム混晶層2のみが設けされた単層構造を含んでいる。パターニング構造13Bにおいて、アルミニウム混晶層2及びクロム混晶層1は互いに異なる形成高さで設けられている。 That is, the patterned structure 13B shown in FIG. 4 includes a laminated structure 3B of the aluminum alloy layer 2 and the chromium alloy layer 1, and a single-layer structure in which only the lower aluminum alloy layer 2 is provided among the aluminum alloy layer 2 and the chromium alloy layer 1. In the patterned structure 13B, the aluminum alloy layer 2 and the chromium alloy layer 1 are provided at different formation heights.

その結果、パターニング構造13Bに残存した積層構造3Bが半導体装置の基本となる活性層(チャネル層)となる。 As a result, the layered structure 3B remaining in the patterned structure 13B becomes the active layer (channel layer) that is the basis of the semiconductor device.

なお、上述した第1及び第2の基本エッチング方法それぞれにおいて、クロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2をそれぞれ形成する薄膜製造装置は、図示はしないが、ミストCVD装置を使用することが好ましい。 In addition, in each of the first and second basic etching methods described above, it is preferable to use a mist CVD device (not shown) as the thin film manufacturing device for forming the chromium alloy layer 1 and the aluminum alloy layer 2, respectively.

ミストCVD装置は、内部に収容される複数の原料溶液を霧化(ミスト化)して複数の原料ミストを生成するミスト生成部と、それらの原料ミストを搬送するための搬送ガスが導入される搬送ガス導入部と、原料ミストを搬送ガスに含ませたミスト流が送出されるミスト送出部とを備えた構成が一般的である。なお、CVD法以外にHVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法で積層構造3を得ることもできる。 A mist CVD device generally has a mist generating section that generates multiple raw material mists by atomizing (turning into mist) multiple raw material solutions contained inside, a carrier gas inlet section into which a carrier gas for transporting the raw material mists is introduced, and a mist outlet section from which a mist flow containing the raw material mists in the carrier gas is delivered. Note that in addition to the CVD method, the layered structure 3 can also be obtained by the HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method.

上述した第1(第2)の基本エッチング方法によって得られたパターニング構造13(13B)は以下の特徴を有している。 The patterned structure 13 (13B) obtained by the first (second) basic etching method described above has the following characteristics:

(1) クロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2による積層構造3(3B)を含み、クロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2は互いに異なる形成高さで儲けられる。 (1) It includes a laminated structure 3 (3B) made of a chromium alloy layer 1 and an aluminum alloy layer 2, and the chromium alloy layer 1 and the aluminum alloy layer 2 are formed to different heights.

(2) 最終的に得られるパターニング構造13(13B)として、クロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2による積層構造3(3B)が残存している。 (2) The final patterned structure 13 (13B) is a laminated structure 3 (3B) consisting of the chromium alloy layer 1 and the aluminum alloy layer 2.

(3) クロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2のうち、下方の混晶層のみが形成された単層構造が存在している。 (3) Of the chromium alloy layer 1 and the aluminum alloy layer 2, a single-layer structure exists in which only the lower alloy layer is formed.

実施の形態1の第1及び第2の基本エッチング方法によって得られたパターニング構造13及び13Bは、必要により、基板から離れた、半導体装置の中間層として形成することも可能である。 The patterning structures 13 and 13B obtained by the first and second basic etching methods of the first embodiment can also be formed as intermediate layers of a semiconductor device, separated from the substrate, if necessary.

なお、図2で示したエッチング領域R2、及び図4で示したエッチング領域R1には、所定の薄膜が成膜されたり、金属層などが接続されたりすることになる。 In addition, a predetermined thin film will be formed or a metal layer or the like will be connected to the etching region R2 shown in FIG. 2 and the etching region R1 shown in FIG. 4.

本開示の実施の形態1の第1の基本エッチング方法は、Al用エッチング剤F2を用いた第2のエッチング処理を実行することにより、エッチング対象構造となる積層構造3から、クロム混晶層1をエッチングストッパーとしてアルミニウム混晶層2を選択的にエッチングすることができる。 The first basic etching method of the first embodiment of the present disclosure performs a second etching process using an Al etchant F2, thereby selectively etching the aluminum alloy layer 2 from the stacked structure 3, which is the structure to be etched, using the chromium alloy layer 1 as an etching stopper.

このため、比較的簡単な第1の基本エッチング方法により、積層構造3から所望のパターニング構造13を精度良く得ることができる。 Therefore, the desired patterning structure 13 can be obtained with high precision from the laminated structure 3 by the relatively simple first basic etching method.

同様に、本開示の実施の形態1の第2の基本エッチング方法は、Cr用エッチング剤F1を用いた第1のエッチング処理を実行することにより、エッチング対象構造となる積層構造3Bから、アルミニウム混晶層2をエッチングストッパーとしてクロム混晶層1を選択的にエッチングすることができる。 Similarly, the second basic etching method of the first embodiment of the present disclosure performs a first etching process using Cr etchant F1, thereby selectively etching the chromium alloy layer 1 from the stacked structure 3B, which is the structure to be etched, using the aluminum alloy layer 2 as an etching stopper.

このため、比較的簡単な第2の基本エッチング方法により、積層構造3Bから所望のパターニング構造13Bを精度良く得ることができる。 Therefore, the desired patterning structure 13B can be obtained with high precision from the laminated structure 3B by the relatively simple second basic etching method.

また、図2で示すパターニング構造13を有する半導体装置は、以下のように製造することができる。 In addition, a semiconductor device having the patterning structure 13 shown in Figure 2 can be manufactured as follows.

積層構造3をエッチング対象構造としてAl用エッチング剤F2を用いた第1の基本エッチング方法を実行することにより、積層構造3における下方の混晶層となるクロム混晶層1をエッチングストッパーとして上方の混晶層となるアルミニウム混晶層2を選択的に除去することができる。 By carrying out the first basic etching method using Al etching agent F2 with stacked structure 3 as the etching target structure, it is possible to selectively remove aluminum mixed crystal layer 2, which is the upper mixed crystal layer, by using chromium mixed crystal layer 1, which is the lower mixed crystal layer in stacked structure 3, as an etching stopper.

したがって、比較的簡単な第1の基本エッチング方法を行うことにより、パターニング構造13を精度良く得ることができる。 Therefore, by performing the relatively simple first basic etching method, the patterning structure 13 can be obtained with high precision.

同様に、図4で示すパターニング構造13Bを有する半導体装置は、Cr用エッチング剤F1を用いた第2の基本エッチング方法を実行することにより、比較的簡単なプロセスでパターニング構造13Bを精度良く得ることができる。 Similarly, the semiconductor device having the patterning structure 13B shown in FIG. 4 can be manufactured with high accuracy by performing the second basic etching method using the Cr etching agent F1, in a relatively simple process.

このように、酸化ガリウムと混晶する物質として、Al、Crの組み合わせを発見し、半導体装置の基本となる活性層が構成することができる。 In this way, we discovered a combination of Al and Cr that can be mixed with gallium oxide to form the active layer that is the basis of semiconductor devices.

<実施の形態2>
図5~図7は、本開示の実施の形態2における第3の基本エッチング方法の処理手順を示す断面図である。
<Embodiment 2>
5 to 7 are cross-sectional views showing a process procedure of the third basic etching method according to the second embodiment of the present disclosure.

図5に示すように、クロム混晶層1とクロム混晶層1上に設けられたアルミニウム混晶層2とアルミニウム混晶層2上に設けられた酸化シリコン層6とからなる積層構造4がエッチング対象構造となる。なお、クロム混晶層1が「第1の混晶層」に対応し、アルミニウム混晶層2が「第2の混晶層」に対応する。 As shown in FIG. 5, the structure to be etched is a laminated structure 4 consisting of a chromium alloy layer 1, an aluminum alloy layer 2 provided on the chromium alloy layer 1, and a silicon oxide layer 6 provided on the aluminum alloy layer 2. The chromium alloy layer 1 corresponds to the "first alloy layer," and the aluminum alloy layer 2 corresponds to the "second alloy layer."

以下、図1~図4で示した実施の形態1と同内容の説明を適宜省略し、図5~図7を参照して実施の形態2の特徴を中心に説明する。 Below, we will omit the explanation of the same contents as in the first embodiment shown in Figures 1 to 4 as appropriate, and will focus on the features of the second embodiment with reference to Figures 5 to 7.

図5に示すように、下方側からクロム混晶層1→アルミニウム混晶層2→酸化シリコン層6に示す順に積層して積層構造4を製造している。すなわち、図示しない所定基板上にクロム混晶層1を形成し、その後、クロム混晶層1上にアルミニウム混晶層2を形成し、その後、アルミニウム混晶層2上に酸化シリコン層6を形成することにより、積層構造4を得ている。 As shown in FIG. 5, the layers are stacked in the order of chromium alloy layer 1, aluminum alloy layer 2, and silicon oxide layer 6 from the bottom up to produce the laminated structure 4. That is, the chromium alloy layer 1 is formed on a specified substrate (not shown), then the aluminum alloy layer 2 is formed on the chromium alloy layer 1, and then the silicon oxide layer 6 is formed on the aluminum alloy layer 2, thereby obtaining the laminated structure 4.

次に、図5に示す積層構造4の酸化シリコン層6上に、図示しないフォトレジスト(第1のレジスト)を形成した後、露光処理によりパターニングされた第1のレジスト(図示せず)を得る。 Next, a photoresist (first resist) (not shown) is formed on the silicon oxide layer 6 of the laminated structure 4 shown in FIG. 5, and then the first resist (not shown) is patterned by exposure processing.

そして、パターニングされた第1のレジストをマスクとして、後に詳述する酸化シリコン用エッチング剤F3を用いて酸化シリコン層6のみを選択的にエッチングする第3のエッチング処理を実行する。酸化シリコン用エッチング剤F3が「第3のエッチング剤」に対応し、酸化シリコン用エッチング剤F3を用いたエッチング処理が「第3のエッチング処理」となる。 Then, using the patterned first resist as a mask, a third etching process is performed to selectively etch only the silicon oxide layer 6 using a silicon oxide etchant F3, which will be described in detail later. The silicon oxide etchant F3 corresponds to the "third etchant," and the etching process using the silicon oxide etchant F3 is the "third etching process."

その結果、図6に示すように、酸化シリコン層6を貫通しアルミニウム混晶層2の表面が露出したエッチング領域R6を得ることができる。 As a result, as shown in FIG. 6, an etching region R6 is obtained in which the silicon oxide layer 6 is penetrated and the surface of the aluminum alloy layer 2 is exposed.

次に、図6に示すエッチング領域R6内のアルミニウム混晶層2上に、図示しないフォトレジスト(第2のレジスト)を形成した後、露光処理によりパターニングされた第2のレジスト(図示せず)を得る。 Next, a photoresist (second resist) (not shown) is formed on the aluminum alloy layer 2 in the etching region R6 shown in FIG. 6, and then the second resist (not shown) is patterned by exposure processing.

そして、パターニングされた第2のレジストをマスクとして、Al用エッチング剤F2を用いてアルミニウム混晶層2のみを選択的にエッチングするエッチング処理を実行する。Al用エッチング剤F2が「第2のエッチング剤」に対応し、Al用エッチング剤F2を用いたエッチング処理が「第2のエッチング処理」となる。 Then, using the patterned second resist as a mask, an etching process is performed using an Al etchant F2 to selectively etch only the aluminum mixed crystal layer 2. The Al etchant F2 corresponds to the "second etchant," and the etching process using the Al etchant F2 is the "second etching process."

その結果、図7に示すように、エッチング領域R6内において、アルミニウム混晶層2の一部を貫通しクロム混晶層1の表面が露出したエッチング領域R2を有するパターニング構造14を得ることができる。 As a result, as shown in FIG. 7, a patterned structure 14 can be obtained in the etching region R6, which has an etching region R2 that penetrates a portion of the aluminum alloy layer 2 and exposes the surface of the chromium alloy layer 1.

パターニング構造14は、エッチング領域R6以外の残存したクロム混晶層1、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6による3重積層構造と、エッチング領域R6以内でエッチング領域R2以外の残存したクロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2の2重積層構造と、エッチング領域R2におけるクロム混晶層1のみからなる単層構造との組合せを含んでいる。 The patterning structure 14 includes a triple-layered structure of the remaining chromium alloy layer 1, aluminum alloy layer 2, and silicon oxide layer 6 outside the etching region R6, a double-layered structure of the remaining chromium alloy layer 1 and aluminum alloy layer 2 outside the etching region R2 within the etching region R6, and a single-layered structure consisting of only the chromium alloy layer 1 in the etching region R2.

すなわち、図7に示すパターニング構造14は、クロム混晶層1、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6による積層構造4(3重積層構造)と、積層構造4のうち最上の層である酸化シリコン層6を除く2層による2重積層構造と、積層構造4のうち最下の層であるクロム混晶層1のみが設けられた単層構造とを含んでいる。 That is, the patterning structure 14 shown in FIG. 7 includes a laminated structure 4 (triple laminated structure) consisting of a chromium alloy layer 1, an aluminum alloy layer 2, and a silicon oxide layer 6, a double laminated structure consisting of two layers excluding the silicon oxide layer 6, which is the top layer of the laminated structure 4, and a single layer structure in which only the chromium alloy layer 1, which is the bottom layer of the laminated structure 4, is provided.

そして、クロム混晶層1、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6は互いに異なる形成高さに設けられている。 The chromium alloy layer 1, the aluminum alloy layer 2, and the silicon oxide layer 6 are formed at different heights.

その結果、パターニング構造14内の残存したクロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2の2重積層構造が半導体装置の基本となる活性層(チャネル層)となる。 As a result, the double-layered structure of the remaining chromium alloy layer 1 and aluminum alloy layer 2 in the patterning structure 14 becomes the active layer (channel layer) that is the basis of the semiconductor device.

図8~図10は、本開示の実施の形態2における第4の基本エッチング方法の処理手順を示す断面図である。 Figures 8 to 10 are cross-sectional views showing the processing steps of the fourth basic etching method in the second embodiment of the present disclosure.

図8に示すように、アルミニウム混晶層2とアルミニウム混晶層2上に設けられたクロム混晶層1とクロム混晶層1上に設けられた酸化シリコン層6とからなる積層構造4Bがエッチング対象構造となる。以下、図5~図7で示した第3の基本エッチング方法と同内容の説明を適宜省略し、図8~図10を参照して第4の基本エッチング方法の特徴を中心に説明する。 As shown in FIG. 8, the structure to be etched is a laminated structure 4B consisting of an aluminum alloy layer 2, a chromium alloy layer 1 provided on the aluminum alloy layer 2, and a silicon oxide layer 6 provided on the chromium alloy layer 1. Below, the description of the same content as in the third basic etching method shown in FIG. 5 to FIG. 7 will be omitted as appropriate, and the features of the fourth basic etching method will be mainly described with reference to FIG. 8 to FIG. 10.

図8に示すように、下方側からアルミニウム混晶層2→クロム混晶層1→酸化シリコン層6に示す順に積層して積層構造4Bを製造している。すなわち、図示しない所定基板上にアルミニウム混晶層2を形成し、その後、アルミニウム混晶層2上にクロム混晶層1を形成し、その後、クロム混晶層1上に酸化シリコン層6を形成することにより、積層構造4Bを得ている。 As shown in FIG. 8, the layers are stacked in the order shown from the bottom up: aluminum alloy layer 2 → chromium alloy layer 1 → silicon oxide layer 6 to produce stacked structure 4B. That is, aluminum alloy layer 2 is formed on a specified substrate (not shown), then chromium alloy layer 1 is formed on aluminum alloy layer 2, and then silicon oxide layer 6 is formed on chromium alloy layer 1 to obtain stacked structure 4B.

次に、図8に示す積層構造4Bの酸化シリコン層6上に、図示しないフォトレジスト(第1のレジスト)を形成した後、露光処理によりパターニングされた第1のレジスト(図示せず)を得る。 Next, a photoresist (first resist) (not shown) is formed on the silicon oxide layer 6 of the laminated structure 4B shown in FIG. 8, and then the first resist (not shown) is patterned by exposure processing.

そして、パターニングされた第1のレジストをマスクとして、後に詳述する酸化シリコン用エッチング剤F3を用いて酸化シリコン層6のみを選択的にエッチングする第3のエッチング処理を実行する。 Then, using the patterned first resist as a mask, a third etching process is performed to selectively etch only the silicon oxide layer 6 using a silicon oxide etchant F3, which will be described in detail later.

その結果、図9に示すように、酸化シリコン層6を貫通しクロム混晶層1の表面が露出したエッチング領域R6を得ることができる。 As a result, as shown in FIG. 9, an etching region R6 is obtained in which the silicon oxide layer 6 is penetrated and the surface of the chromium mixed crystal layer 1 is exposed.

次に、図9に示すエッチング領域R6内のクロム混晶層1上に、図示しないフォトレジスト(第2のレジスト)を形成した後、露光処理によりパターニングされた第2のレジスト(図示せず)を得る。 Next, a photoresist (second resist) (not shown) is formed on the chromium mixed crystal layer 1 in the etching region R6 shown in FIG. 9, and then the second resist (not shown) is patterned by exposure processing.

そして、パターニングされた第2のレジストをマスクとして、Cr用エッチング剤F1を用いてクロム混晶層1のみを選択的にエッチングする第1のエッチング処理を実行する。 Then, using the patterned second resist as a mask, a first etching process is performed using Cr etchant F1 to selectively etch only the chromium mixed crystal layer 1.

その結果、図10に示すように、エッチング領域R6内において、クロム混晶層1の一部を貫通しアルミニウム混晶層2の表面が露出したエッチング領域R1を有するパターニング構造14Bを得ることができる。 As a result, as shown in FIG. 10, a patterned structure 14B can be obtained in the etching region R6, which has an etching region R1 that penetrates a portion of the chromium alloy layer 1 and exposes the surface of the aluminum alloy layer 2.

パターニング構造14Bは、エッチング領域R6以外の残存したアルミニウム混晶層2、クロム混晶層1及び酸化シリコン層6による3重積層構造と、エッチング領域R6内においてエッチング領域R1以外のアルミニウム混晶層2及びクロム混晶層1の2重積層構造と、エッチング領域R1におけるアルミニウム混晶層2のみからなる単層構造との組合せを含んでいる。 The patterning structure 14B includes a triple-layer structure of the remaining aluminum alloy layer 2, chromium alloy layer 1, and silicon oxide layer 6 outside the etching region R6, a double-layer structure of the aluminum alloy layer 2 and chromium alloy layer 1 outside the etching region R1 within the etching region R6, and a single-layer structure consisting of only the aluminum alloy layer 2 in the etching region R1.

すなわち、図10に示すパターニング構造14Bは、アルミニウム混晶層2、クロム混晶層1及び酸化シリコン層6による積層構造4B(3重積層構造)と、積層構造4Bのうち最上の層である酸化シリコン層6を除く2層による2重積層構造と、積層構造4Bのうち最下の層であるアルミニウム混晶層2のみが設けられた単層構造とを含んでいる。 That is, the patterning structure 14B shown in FIG. 10 includes a laminated structure 4B (triple laminated structure) made of an aluminum alloy layer 2, a chromium alloy layer 1, and a silicon oxide layer 6, a double laminated structure made of two layers excluding the silicon oxide layer 6, which is the top layer of the laminated structure 4B, and a single layer structure in which only the aluminum alloy layer 2, which is the bottom layer of the laminated structure 4B, is provided.

そして、アルミニウム混晶層2、クロム混晶層1及び酸化シリコン層6は互いに異なる形成高さに設けられている。 The aluminum alloy layer 2, the chromium alloy layer 1, and the silicon oxide layer 6 are formed at different heights.

本開示の実施の形態2の第3の基本エッチング方法は、酸化シリコン用エッチング剤F3を用いた第3のエッチング処理を実行することにより、エッチング対象構造となる積層構造4から、アルミニウム混晶層2をエッチングストッパーとして酸化シリコン層6を選択的にエッチングすることができる。 The third basic etching method of the second embodiment of the present disclosure performs a third etching process using silicon oxide etchant F3, and can selectively etch the silicon oxide layer 6 from the stacked structure 4, which is the structure to be etched, using the aluminum alloy layer 2 as an etching stopper.

本開示の実施の形態1の第3の基本エッチング方法において、第3のエッチング処理の実行後、Al用エッチング剤F2を用いた第2のエッチング処理を実行することにより、図6で示す構造から、クロム混晶層1をエッチングストッパーとしてアルミニウム混晶層2を選択的にエッチングすることができる。 In the third basic etching method of the first embodiment of the present disclosure, after the third etching process, the second etching process using the Al etchant F2 is performed, whereby the aluminum alloy layer 2 can be selectively etched from the structure shown in FIG. 6, with the chromium alloy layer 1 acting as an etching stopper.

このため、図5~図7で示す比較的簡単な処理工程からなる第3の基本エッチング方法により、積層構造4から所望のパターニング構造14を精度良く得ることができる。 Therefore, the third basic etching method, which consists of the relatively simple processing steps shown in Figures 5 to 7, can accurately obtain the desired patterning structure 14 from the layered structure 4.

同様に、本開示の実施の形態2の第4の基本エッチング方法は、酸化シリコン用エッチング剤F3を用いた第3のエッチング処理を実行することにより、エッチング対象構造となる積層構造4Bから、クロム混晶層1をエッチングストッパーとして酸化シリコン層6を選択的にエッチングすることができる。 Similarly, the fourth basic etching method of the second embodiment of the present disclosure performs a third etching process using silicon oxide etchant F3, thereby selectively etching silicon oxide layer 6 from stacked structure 4B, which is the structure to be etched, using chromium mixed crystal layer 1 as an etching stopper.

本開示の第4の基本エッチング方法において、第3のエッチング処理の実行後、Cr用エッチング剤F1を用いた第1のエッチング処理を実行することにより、図9で示す構造から、アルミニウム混晶層2をエッチングストッパーとしてクロム混晶層1を選択的にエッチングすることができる。 In the fourth basic etching method of the present disclosure, after the third etching process, the first etching process is performed using the Cr etching agent F1, whereby the chromium alloy layer 1 can be selectively etched from the structure shown in FIG. 9, with the aluminum alloy layer 2 acting as an etching stopper.

このため、図8~図10で示す比較的簡単な処理工程からなる第4の基本エッチング方法により、積層構造4Bから所望のパターニング構造14Bを精度良く得ることができる。 Therefore, the desired patterning structure 14B can be obtained with high precision from the laminated structure 4B by the fourth basic etching method, which consists of the relatively simple processing steps shown in Figures 8 to 10.

また、図7で示すパターニング構造14を有する半導体装置は、図5~図7で示す比較的簡単な処理工程からなる第3の基本エッチング方法によって製造することができる。 In addition, a semiconductor device having the patterning structure 14 shown in FIG. 7 can be manufactured by a third basic etching method consisting of the relatively simple processing steps shown in FIG. 5 to FIG. 7.

したがって、図7で示すパターニング構造14を有する半導体装置は、比較的簡単に精度良く得ることができる。 Therefore, a semiconductor device having the patterning structure 14 shown in Figure 7 can be obtained relatively easily and with high precision.

同様に、図10で示すパターニング構造14Bを有する半導体装置は、図8~図10で示す比較的簡単な処理工程からなる第3の基本エッチング方法によって製造することができる。 Similarly, a semiconductor device having the patterning structure 14B shown in FIG. 10 can be manufactured by a third basic etching method consisting of the relatively simple processing steps shown in FIGS. 8 to 10.

したがって、図10で示すパターニング構造14Bを有する半導体装置は、比較的簡単に精度良く得ることができる。 Therefore, a semiconductor device having the patterning structure 14B shown in FIG. 10 can be obtained relatively easily and with high precision.

このように、酸化ガリウムと混晶する物質として、Al、Crの組み合わせを発見し、半導体装置の基本となる活性層が構成することができる。 In this way, we discovered a combination of Al and Cr that can be mixed with gallium oxide to form the active layer that is the basis of semiconductor devices.

<エッチング剤の詳細>
図11はエッチング剤の特性を表形式で示す説明図である。同図において、実用的にエッチングできる場合を「○」で示し、エッチング不能な場合を「×」で示している。
<Details of the etching agent>
11 is an explanatory diagram showing the characteristics of an etching agent in a table format, in which cases where etching is practically possible are indicated by "O" and cases where etching is not possible are indicated by "X".

図11では、酸化シリコン用エッチング剤F3としてバッファードフッ酸(BHF;Buffer HF)溶液を示している。BHF溶液として、超高純度フッ化水素酸(HF)とフッ化アンモニウム溶液(NHF)の混合水溶液を用いるのが一般的である。勿論、BHF溶液として、希釈して調合したHF等を利用しても良い。 11 shows a buffered hydrofluoric acid (BHF) solution as the silicon oxide etchant F3. A mixed solution of ultra-high purity hydrofluoric acid (HF) and ammonium fluoride solution (NH 4 F) is generally used as the BHF solution. Of course, diluted and mixed HF may be used as the BHF solution.

また、Al用エッチング剤F2としてAlエッチング液を示し、Cr用エッチング剤F1としてCrエッチング液を示している。また、Cr用エッチング剤F1及びAl用エッチング剤F2は共に135℃の温度環境化で用いられた場合を示している。 Al etching solution is shown as Al etching agent F2, and Cr etching solution is shown as Cr etching agent F1. The Cr etching agent F1 and Al etching agent F2 are both shown to be used in a temperature environment of 135°C.

また、酸化シリコン層6の構成材料としてSiOが示されており、アルミニウム混晶層2の構成材料として上述した化学式(2)が示されており、クロム混晶層1として化学式(1)が示されている。 Furthermore, SiOx is shown as the constituent material of the silicon oxide layer 6, the above-mentioned chemical formula (2) is shown as the constituent material of the aluminum mixed crystal layer 2, and the above-mentioned chemical formula (1) is shown as the constituent material of the chromium mixed crystal layer 1.

図12はAl用エッチング剤F2及びCr用エッチング剤F1の成分構成を表形式で示す説明図である。 Figure 12 is an explanatory diagram showing the composition of Al etchant F2 and Cr etchant F1 in table format.

図12に示すように、Al用エッチング剤F2はAlエッチング液として、HNO、CHCOOH、HPO及びHOを構成成分として含んでいる。 As shown in FIG. 12, the Al etchant F2 is an Al etching solution and contains HNO 3 , CH 3 COOH, H 3 PO 4 and H 2 O as its components.

具体的には、Al用エッチング剤F2は、HNOが5~15重量%、CHCOOHが5~15重量%、HPOが60~80重量%、HOが10~20重量%で混合される。この際、上述した4つの重量%の合計が100%となるように調整される。 Specifically, the Al etchant F2 is a mixture of 5 to 15 weight percent HNO3 , 5 to 15 weight percent CH3COOH , 60 to 80 weight percent H3PO4 , and 10 to 20 weight percent H2O , with the total weight percent adjusted to be 100%.

なお、Al用エッチング剤F2を用いた第2のエッチング処理は、例えば、135℃程度の温度環境下で実行される。 The second etching process using the Al etchant F2 is performed, for example, in a temperature environment of about 135°C.

図12に示すように、Cr用エッチング剤F1はCrエッチング液として、(NHCe(NO、HClO及びHOを構成成分として含んでいる。 As shown in FIG. 12, the Cr etching agent F1 is a Cr etching solution that contains (NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 , HClO 4 and H 2 O as its components.

具体的には、(NHCe(NOが5~15重量%、HClOが60~80重量%、HOが10~20重量%で混合される。この際、上述した3つの重量%の合計が100%となるように調整される。 Specifically, 5 to 15% by weight of (NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 , 60 to 80% by weight of HClO 4 , and 10 to 20% by weight of H 2 O are mixed together, with the total of the above three weight percentages being adjusted to be 100%.

なお、Cr用エッチング剤F1を用いた第1のエッチング処理は、例えば、135℃程度の温度環境下で実行される。 The first etching process using Cr etching agent F1 is performed, for example, in a temperature environment of about 135°C.

図11に示すように、化学式(1)を満足して構成されるクロム混晶層1は、エッチング剤F1~F3のうち、Cr用エッチング剤F1によってのみエッチングされ、Al用エッチング剤F2及び酸化シリコン用エッチング剤F3によってエッチングされないという第1のエッチング特性を有している。なお、クロム混晶層1に対しては勿論、Cr酸化物に対しても、上述した第1のエッチング特性が適用できる。 As shown in FIG. 11, the chromium mixed crystal layer 1, which is formed to satisfy chemical formula (1), has a first etching characteristic in which, among the etching agents F1 to F3, it is etched only by the Cr etching agent F1, and is not etched by the Al etching agent F2 or the silicon oxide etching agent F3. The above-mentioned first etching characteristic can be applied not only to the chromium mixed crystal layer 1, but also to Cr oxide.

さらに、化学式(2)を満足して構成されるアルミニウム混晶層2は、エッチング剤F1~F3のうち、Al用エッチング剤F2によってのみエッチングされ、Cr用エッチング剤F1及び酸化シリコン用エッチング剤F3によってエッチングされないという第2のエッチング特性を有している。なお、アルミニウム混晶層2に対しては勿論、Al酸化物に対しても、上述した第2のエッチング特性が適用できる。 Furthermore, the aluminum alloy layer 2, which is configured to satisfy chemical formula (2), has a second etching characteristic in which it is etched only by the Al etchant F2 among the etchants F1 to F3, and is not etched by the Cr etchant F1 or the silicon oxide etchant F3. The above-mentioned second etching characteristic can be applied not only to the aluminum alloy layer 2, but also to Al oxide.

加えて、SiOを構成材料とする酸化シリコン層6は、エッチング剤F1~F3のうち、酸化シリコン用エッチング剤F3によってのみエッチングされ、Al用エッチング剤F2及びCr用エッチング剤F1によってエッチングされないという第3のエッチング特性を有している。なお、一般的にSiOの具体的な組成はSiOとなる。 In addition, the silicon oxide layer 6 made of SiO x has a third etching characteristic that it is etched only by the silicon oxide etchant F3 among the etchants F1 to F3, and is not etched by the Al etchant F2 and the Cr etchant F1. Generally, the specific composition of SiO x is SiO 2 .

(酸化シリコン用エッチング剤F3)
図13及び図14は酸化シリコン用エッチング剤F3による第3のエッチング特性の詳細をグラフ形式で示す説明図である。
(Silicon oxide etchant F3)
13 and 14 are explanatory diagrams showing in graph form the details of the third etching characteristic by the silicon oxide etchant F3.

図13及び図14において、横軸はエッチング時間(Etching time;単位秒(s))を示し、縦軸はエッチング深さ(Etching depth;単位nm)を示している。また、エッチング速度(nm/s)を適宜示している。 In Figures 13 and 14, the horizontal axis indicates the etching time (unit: seconds (s)), and the vertical axis indicates the etching depth (unit: nm). Also, the etching rate (nm/s) is indicated as appropriate.

図13の最左のAl系のグラフを参照する。エッチング特性L31に示すように、Alを構成材料とするサファイア基板は酸化シリコン用エッチング剤F3によってエッチングされない。 See the graph for the Al 2 O 3 system on the far left of Fig. 13. As shown by the etching characteristic L31, the sapphire substrate made of Al 2 O 3 is not etched by the silicon oxide etchant F3.

Alは、化学式(2)を満足する構成のAlGaO系のアルミニウム混晶層2におけるAlとGaとの混合比が(Al=100%,Ga=0%)の層に相当する。 Al 2 O 3 corresponds to a layer in which the mixture ratio of Al and Ga in the AlGaO-based aluminum mixed crystal layer 2 satisfying the chemical formula (2) is (Al=100%, Ga=0%).

次に、図13の左から2番目のCrGaO系のグラフを参照する。CrGaO系の混晶層におけるCrとGaとの混合比に関し、○印が(Cr=42%,Ga=58%)の混合比を示し、×印が(Cr=100%,Ga=0%)の混合比を示している。 Next, let us look at the CrGaO-based graph, the second from the left in Figure 13. With regard to the mixture ratio of Cr and Ga in the CrGaO-based mixed crystal layer, the circle marks indicate a mixture ratio of (Cr = 42%, Ga = 58%), and the cross marks indicate a mixture ratio of (Cr = 100%, Ga = 0%).

エッチング特性L32に示すように、化学式(1)を満足するCrGaO系のクロム混晶層1は、酸化シリコン用エッチング剤F3に対しエッチングされることはない。 As shown by the etching characteristic L32, the CrGaO-based chromium mixed crystal layer 1 that satisfies chemical formula (1) is not etched by the silicon oxide etchant F3.

次に、図13の左から3番目のAlGaO系のグラフを参照する。化学式(2)を満足するAlGaO系の第2の混晶層におけるAlとGaとの混合比に関し、▽印が(Al=0%,Ga=100%)の混合比を示し、○印が(Al=18%,Ga=82%)の混合比(Si添加)を示している。 Next, let us look at the third graph from the left in Figure 13 for the AlGaO system. With regard to the mixture ratio of Al and Ga in the second mixed crystal layer of the AlGaO system that satisfies chemical formula (2), the ▽ mark indicates a mixture ratio of (Al = 0%, Ga = 100%), and the ○ mark indicates a mixture ratio of (Al = 18%, Ga = 82%) (with Si added).

Al系のグラフ及びAlGaO系のグラフのエッチング特性L31及びL33に示すように、上述した化学式(2)を満足するアルミニウム混晶層2は酸化シリコン用エッチング剤F3に対しエッチングされることはない。 As shown by the etching characteristics L31 and L33 of the Al2O3 -based graph and the AlGaO-based graph, the aluminum mixed crystal layer 2 satisfying the above-mentioned chemical formula (2) is not etched by the silicon oxide etchant F3.

次に、図13の左から4番目のInGaO系のグラフを参照する。InGaO系の混晶層におけるInとGaとの混合比に関し、○印が(In=80%,Ga=20%)の混合比を示し、×印が(In=100%,Ga=0%)の混合比を示している。 Next, let us look at the fourth graph from the left in Figure 13 for the InGaO system. With regard to the mixture ratio of In and Ga in the InGaO system mixed crystal layer, the circle marks indicate a mixture ratio of (In = 80%, Ga = 20%), and the cross marks indicate a mixture ratio of (In = 100%, Ga = 0%).

InGaO系のエッチング特性L34及びL35に示すように、以下の化学式(3)を満足する構成成分を含むインジウム混晶層2Xは酸化シリコン用エッチング剤F3に対しエッチングされることはない。 As shown in the InGaO-based etching characteristics L34 and L35, the indium mixed crystal layer 2X containing components that satisfy the following chemical formula (3) is not etched by the silicon oxide etchant F3.

インジウム混晶層2X…α-(InGa1-y(但し、0<y≦1)…(3) Indium mixed crystal layer 2X: α-(In y Ga 1-y ) 2 O 3 (where 0<y≦1) (3)

次に、図13の左から5番目のFeGaO系のグラフを参照する。FeGaO系の混晶層におけるFeとGaとの混合比に関し、◇印が(Fe=70%,Ga=30%;(成膜温度335℃))の混合比を示し、□印が(Fe=70%,Ga=30%;(成膜温度350℃))の混合比を示し、△印が(Fe=100%,Ga=0%(成膜温度350℃))の混合比を示している。 Next, let us refer to the fifth graph from the left in Figure 13 for the FeGaO system. With regard to the mixture ratio of Fe and Ga in the FeGaO system mixed crystal layer, the ◇ symbol indicates the mixture ratio of (Fe = 70%, Ga = 30%; (film formation temperature 335°C)), the □ symbol indicates the mixture ratio of (Fe = 70%, Ga = 30%; (film formation temperature 350°C)), and the △ symbol indicates the mixture ratio of (Fe = 100%, Ga = 0% (film formation temperature 350°C)).

FeGaO系のエッチング特性L36に示すように、以下の化学式(4)を満足する構成成分を含む鉄混晶層2Yは酸化シリコン用エッチング剤F3に対しエッチングされることはない。 As shown in the FeGaO-based etching characteristic L36, the iron alloy layer 2Y containing components that satisfy the following chemical formula (4) is not etched by the silicon oxide etchant F3.

鉄混晶層2Y…α-(FeGa1-y(但し、0<y≦1)…(4) Iron mixed crystal layer 2Y...α-(Fe y Ga 1-y ) 2 O 3 (0<y≦1)...(4)

次に、図13の最右及び図14のSiO系のグラフを参照する。図13の最右のグラフの詳細を図14が示している。なお、△印は1回目の測定値、○印は2回目の測定値を示している。第1の膜厚の酸化シリコン層6に対する1回目のエッチングが10s以下で終了したため、第1の膜厚より厚い第2の膜厚の酸化シリコン層6に対する2回目のエッチングを確認的に行い、エッチング速度を測定した。 Next, the SiO2 -based graphs in the rightmost part of Fig. 13 and Fig. 14 are referred to. Fig. 14 shows the details of the rightmost graph of Fig. 13. Note that the triangle marks indicate the first measured value, and the circles indicate the second measured value. Since the first etching of the silicon oxide layer 6 having the first thickness was completed in 10 seconds or less, the second etching of the silicon oxide layer 6 having the second thickness, which is thicker than the first thickness, was performed for confirmation, and the etching rate was measured.

SiO系のエッチング特性L37に示すように、SiOに代表されるSiOを構成材料とする酸化シリコン層6は、酸化シリコン用エッチング剤F3に対しエッチングされる。 As shown by the SiOx -based etching characteristic L37, the silicon oxide layer 6 made of SiOx , typically SiO2 , is etched by the silicon oxide etchant F3.

このように、図13及び図14から、図11で示した酸化シリコン用エッチング剤F3に関し、クロム混晶層1、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6に対する第3のエッチング特性が正しいことが認識される。 In this way, from Figures 13 and 14, it can be recognized that the third etching characteristic for the chromium alloy layer 1, the aluminum alloy layer 2, and the silicon oxide layer 6 is correct for the silicon oxide etchant F3 shown in Figure 11.

さらに、酸化シリコン用エッチング剤F3に対しインジウム混晶層2X及び鉄混晶層2Yもアルミニウム混晶層2と同様、エッチングされないことが認識された。 Furthermore, it was recognized that the indium alloy layer 2X and the iron alloy layer 2Y, like the aluminum alloy layer 2, are not etched by the silicon oxide etching agent F3.

(Al用エッチング剤F2)
図15はAl用エッチング剤F2による第2のエッチング特性の詳細をグラフ形式で示す説明図である。
(Al Etching Agent F2)
FIG. 15 is an explanatory diagram showing in detail the second etching characteristic by the Al etchant F2 in a graph form.

図15において、横軸はエッチング時間(Etching time;単位秒(s))を示し、縦軸はエッチング深さ(Etching depth;単位nm)を示している。また、エッチング速度(nm/s)を適宜示している。 In FIG. 15, the horizontal axis indicates the etching time (unit: seconds (s)), and the vertical axis indicates the etching depth (unit: nm). Also, the etching rate (nm/s) is indicated as appropriate.

図15の最左のAl系のグラフを参照する。Al系のグラフのうち、×印がサファイア基板の場合、○印がAlO薄膜の場合を示している。このAlO薄膜はミストCVD法により形成された薄膜である。 Please refer to the graph of Al2O3 system on the left side of Fig. 15. In the graph of Al2O3 system, the mark x indicates the case of the sapphire substrate, and the mark ◯ indicates the case of the AlOx thin film. This AlOx thin film is a thin film formed by the mist CVD method.

Al系のグラフにおけるエッチング特性L11に示すように、サファイア基板はAl用エッチング剤F2によってエッチングされない。 As shown by the etching characteristic L11 in the graph of the Al2O3 system , the sapphire substrate is not etched by the Al etchant F2.

一方、Al系のグラフにおけるエッチング特性L12に示すように、AlO薄膜はAl用エッチング剤F2によってエッチングされる。 On the other hand, as shown by the etching characteristic L12 in the graph of the Al 2 O 3 system, the AlO x thin film is etched by the Al etchant F2.

AlO薄膜は、AlGaO系のアルミニウム混晶層2におけるAlとGaとの混合比が(Al=100%,Ga=0%)の層に相当する。 The AlO x thin film corresponds to a layer in which the mixture ratio of Al and Ga in the AlGaO-based aluminum mixed crystal layer 2 is (Al=100%, Ga=0%).

次に、図15の左から2番目のCrGaO系のグラフを参照する。CrGaO系のクロム混晶層1におけるCrとGaとの混合比に関し、○印が(Cr=32%,Ga=68%)の混合比を示し、×印が(Cr=100%,Ga=0%)の混合比を示している。 Next, let us refer to the CrGaO-based graph, the second from the left in Figure 15. With regard to the mixture ratio of Cr and Ga in the CrGaO-based chromium mixed crystal layer 1, the circle marks indicate a mixture ratio of (Cr = 32%, Ga = 68%), and the cross marks indicate a mixture ratio of (Cr = 100%, Ga = 0%).

エッチング特性L13に示すように、化学式(1)を満足するクロム混晶層1はAl用エッチング剤F2に対しエッチングされることはない。 As shown by the etching characteristic L13, the chromium mixed crystal layer 1 that satisfies chemical formula (1) is not etched by the Al etching agent F2.

次に、図15の左から3番目のAlGaO系のグラフを参照する。AlGaO系の混晶層におけるAlとGaとの混合比に関し、▽印が(Al=0%,Ga=100%)の混合比を示し、△印が(Al=11%,Ga=89%)の混合比(Si添加)を示し、◇印が(Al=12%,Ga=88%)の混合比(Si添加)を示し、□印が(Al=25%,Ga=75%)の混合比(Si添加)を示している。 Next, let us refer to the third graph from the left in Figure 15 for the AlGaO system. With regard to the mixture ratio of Al and Ga in the AlGaO system mixed crystal layer, the ▽ symbol indicates a mixture ratio of (Al = 0%, Ga = 100%), the △ symbol indicates a mixture ratio of (Al = 11%, Ga = 89%) (with Si added), the ◇ symbol indicates a mixture ratio of (Al = 12%, Ga = 88%) (with Si added), and the □ symbol indicates a mixture ratio of (Al = 25%, Ga = 75%) (with Si added).

Al系のグラフ及びAlGaO系のグラフのエッチング特性L12、L14及びL15に示すように、上述した化学式(2)を満足するアルミニウム混晶層2はAl用エッチング剤F2に対しエッチングされる。 As shown by the etching characteristics L12, L14 and L15 of the graphs of the Al2O3 system and the AlGaO system, the aluminum mixed crystal layer 2 satisfying the above-mentioned chemical formula (2) is etched by the Al etchant F2.

次に、図15の左から4番目のInGaO系のグラフを参照する。InGaO系のインジウム混晶層2XにおけるInとGaとの混合比に関し、○印,△印が(In=80%,Ga=20%)の混合比を示し、×印が(In=100%,Ga=0%)の混合比を示している。 Next, let us refer to the fourth graph from the left in Figure 15 for the InGaO system. With regard to the mixture ratio of In and Ga in the InGaO system indium mixed crystal layer 2X, the circle and triangle marks indicate a mixture ratio of (In = 80%, Ga = 20%), and the cross mark indicates a mixture ratio of (In = 100%, Ga = 0%).

InGaO系のエッチング特性L16及びL17に示すように、化学式(3)を満足するインジウム混晶層2XはAl用エッチング剤F2に対しエッチングされる。 As shown in the InGaO-based etching characteristics L16 and L17, the indium mixed crystal layer 2X that satisfies chemical formula (3) is etched by the Al etching agent F2.

次に、図15の左から5番目のFeGaO系のグラフを参照する。FeGaO系の混晶層におけるFeとGaとの混合比に関し、◇印が(Fe=70%,Ga=30%;(成膜温度335℃))の混合比を示し、□印が(Fe=70%,Ga=30%;(成膜温度350℃))の混合比を示し、▽印が(Fe=100%,Ga=0%(成膜温度400℃))の混合比を示している。 Next, let us refer to the fifth graph from the left in Figure 15 for the FeGaO system. With regard to the mixture ratio of Fe and Ga in the FeGaO system mixed crystal layer, the ◇ symbol indicates the mixture ratio of (Fe = 70%, Ga = 30%; (film formation temperature 335°C)), the □ symbol indicates the mixture ratio of (Fe = 70%, Ga = 30%; (film formation temperature 350°C)), and the ▽ symbol indicates the mixture ratio of (Fe = 100%, Ga = 0% (film formation temperature 400°C)).

FeGaO系のエッチング特性L18及びL19に示すように、化学式(4)を満足する鉄混晶層2YはAl用エッチング剤F2に対しエッチングされる。 As shown in the etching characteristics L18 and L19 of the FeGaO system, the iron alloy layer 2Y that satisfies chemical formula (4) is etched by the Al etching agent F2.

次に、図15の最右のSiO系のグラフを参照する。 Next, reference is made to the SiO2- based graph on the far right of FIG.

SiO系のエッチング特性L20に示すように、SiOに代表されるSiOを構成材料とする酸化シリコン層6は、Al用エッチング剤F2に対しエッチングされない。 As shown by the SiOx -based etching characteristic L20, the silicon oxide layer 6 made of SiOx , such as SiO2 , is not etched by the Al etchant F2.

このように、図15から、図11で示したAl用エッチング剤F2に関し、クロム混晶層1、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6それぞれに対する第2のエッチング特性が正しいことが認識される。 In this way, from Figure 15, it can be recognized that the second etching characteristics for the chromium alloy layer 1, the aluminum alloy layer 2, and the silicon oxide layer 6 are correct for the Al etchant F2 shown in Figure 11.

但し、化学式(2)で{y=1}の場合のアルミニウム混晶層2に相当するAlO薄膜が、Al用エッチング剤F2にエッチングされるようにするには、ミスト法によってAlO薄膜を形成することが望ましい。なお、ミスト法はミストCVD法に限定されない。 However, in order to etch the AlO x thin film corresponding to the aluminum mixed crystal layer 2 when {y=1} in the chemical formula (2) by the Al etching agent F2, it is preferable to form the AlO x thin film by the mist method. Note that the mist method is not limited to the mist CVD method.

加えて、Al用エッチング剤F2に対し、インジウム混晶層2X及び鉄混晶層2Yもアルミニウム混晶層2と同様にエッチングされることが認識された。 In addition, it was recognized that the indium alloy layer 2X and the iron alloy layer 2Y are etched in the same manner as the aluminum alloy layer 2 by the Al etching agent F2.

(Cr用エッチング剤F1)
図16はCr用エッチング剤F1による第1のエッチング特性の詳細をグラフ形式で示す説明図である。
(Cr Etching Agent F1)
FIG. 16 is an explanatory diagram showing in a graph form the details of the first etching characteristic by the Cr etchant F1.

図16において、横軸はエッチング時間(Etching time;単位秒(s))を示し、縦軸はエッチング深さ(Etching depth;単位nm)を示している。また、エッチング速度(nm/s)を適宜示している。 In FIG. 16, the horizontal axis indicates the etching time (unit: seconds (s)), and the vertical axis indicates the etching depth (unit: nm). Also, the etching rate (nm/s) is indicated as appropriate.

図16の最左のAl系のグラフを参照する。エッチング特性L21に示すように、Alを構成材料とするサファイア基板はCr用エッチング剤F1によってエッチングされない。 See the graph for the Al 2 O 3 system on the far left of Fig. 16. As shown by the etching characteristic L21, the sapphire substrate made of Al 2 O 3 is not etched by the Cr etching agent F1.

次に、図16の左から2番目のCrGaO系のグラフを参照する。CrGaO系の混晶層におけるCrとGaとの混合比に関し、△印が(Cr=20%,Ga=80%)の混合比を示し、□印が(Cr=32%,Ga=68%)の混合比を示し、×印が(Cr=100%,Ga=0%)の混合比を示している。 Next, let us refer to the CrGaO-based graph, the second from the left in Figure 16. With regard to the mixture ratio of Cr and Ga in the CrGaO-based mixed crystal layer, the △ mark indicates a mixture ratio of (Cr = 20%, Ga = 80%), the □ mark indicates a mixture ratio of (Cr = 32%, Ga = 68%), and the × mark indicates a mixture ratio of (Cr = 100%, Ga = 0%).

エッチング特性L22及びL23に示すように、化学式(1)を満足するクロム混晶層1はCr用エッチング剤F1に対しエッチングされる。 As shown by the etching characteristics L22 and L23, the chromium mixed crystal layer 1 that satisfies chemical formula (1) is etched by the Cr etching agent F1.

次に、図16の左から3番目のAlGaO系のグラフを参照する。AlGaO系の混晶層におけるAlとGaとの混合比に関し、▽印が(Al=0%,Ga=100%)の混合比を示し、◇印が(Al=12%,Ga=88%)の混合比(Si添加)を示している。 Next, let us refer to the third graph from the left in Figure 16 for the AlGaO system. Regarding the mixture ratio of Al and Ga in the AlGaO system mixed crystal layer, the ▽ symbol indicates a mixture ratio of (Al = 0%, Ga = 100%), and the ◇ symbol indicates a mixture ratio of (Al = 12%, Ga = 88%) (with Si added).

Al系のグラフ及びAlGaO系のグラフのエッチング特性L21及びL24に示すように、上述した化学式(2)を満足するアルミニウム混晶層2はCr用エッチング剤F1に対しエッチングされない。 As shown by the etching characteristics L21 and L24 in the graphs of the Al2O3 system and the AlGaO system, the aluminum mixed crystal layer 2 satisfying the above-mentioned chemical formula (2) is not etched by the Cr etchant F1.

次に、図16の左から4番目のInGaO系のグラフを参照する。InGaO系の混晶層におけるInとGaとの混合比に関し、○印が(In=80%,Ga=20%)の混合比を示し、×印が(In=100%,Ga=0%)の混合比を示している。 Next, let us look at the fourth graph from the left in Figure 16 for the InGaO system. With regard to the mixture ratio of In and Ga in the InGaO system mixed crystal layer, the circle marks indicate a mixture ratio of (In = 80%, Ga = 20%), and the cross marks indicate a mixture ratio of (In = 100%, Ga = 0%).

InGaO系のエッチング特性L25に示すように、化学式(3)を満足するインジウム混晶層2XはCr用エッチング剤F1に対しエッチングされない。 As shown in the InGaO-based etching characteristic L25, the indium mixed crystal layer 2X that satisfies chemical formula (3) is not etched by the Cr etching agent F1.

次に、図16の左から5番目のFeGaO系のグラフを参照する。FeGaO系の混晶層におけるFeとGaとの混合比に関し、◇印が(Fe=70%,Ga=30%;(成膜温度335℃))の混合比を示し、□印が(Fe=70%,Ga=30%;(成膜温度350℃))の混合比を示し、▽印が(Fe=100%,Ga=0%(成膜温度400℃))の混合比を示している。 Next, let us refer to the fifth graph from the left in Figure 16 for the FeGaO system. With regard to the mixture ratio of Fe and Ga in the FeGaO system mixed crystal layer, the ◇ symbol indicates the mixture ratio of (Fe = 70%, Ga = 30%; (film formation temperature 335°C)), the □ symbol indicates the mixture ratio of (Fe = 70%, Ga = 30%; (film formation temperature 350°C)), and the ▽ symbol indicates the mixture ratio of (Fe = 100%, Ga = 0% (film formation temperature 400°C)).

FeGaO系のエッチング特性L26に示すように、化学式(4)を満足する鉄混晶層2YはCr用エッチング剤F1に対しエッチングされない。 As shown in the FeGaO-based etching characteristic L26, the iron mixed crystal layer 2Y that satisfies chemical formula (4) is not etched by the Cr etching agent F1.

次に、図16の最右のSiO系のグラフを参照する。SiO系のエッチング特性L27に示すように、SiOに代表されるSiOを構成材料とする酸化シリコン層6は、Cr用エッチング剤F1に対しエッチングされない。 Next, refer to the SiO2 -based graph on the far right of Fig. 16. As shown by the SiOx -based etching characteristic L27, the silicon oxide layer 6 made of SiOx , such as SiO2 , is not etched by the Cr etching agent F1.

このように、図16から、図11で示したCr用エッチング剤F1に関し、クロム混晶層1、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6に対する第1のエッチング特性が正しいことが認識される。 In this way, from Figure 16, it can be recognized that the first etching characteristics for the chromium mixed crystal layer 1, the aluminum mixed crystal layer 2, and the silicon oxide layer 6 are correct for the Cr etching agent F1 shown in Figure 11.

さらに、Cr用エッチング剤F1に対し、インジウム混晶層2X及び鉄混晶層2Yもアルミニウム混晶層2と同様にエッチングされないことが認識された。 Furthermore, it was recognized that the indium alloy layer 2X and the iron alloy layer 2Y are not etched by the Cr etching agent F1, just like the aluminum alloy layer 2.

<実施の形態1及び実施の形態2の総括と効果>
図11~図16で示した事実から、実施の形態1の第1及び第2のエッチング方法は以下のようにまとめることができる。
<Summary and Effects of First and Second Embodiments>
From the facts shown in FIGS. 11 to 16, the first and second etching methods of the first embodiment can be summarized as follows.

実施の形態1のエッチング方法は以下のステップ(a),(b)を実行する。 The etching method of the first embodiment performs the following steps (a) and (b).

ステップ(a)は、第1及び第2の混晶層を含むエッチング対象構造を得るステップである。 Step (a) is a step of obtaining an etching target structure including first and second mixed crystal layers.

ステップ(b)は、上記エッチング対象構造に対しCr用エッチング剤F1を用いて第1の混晶層を選択的にエッチングする第1のエッチング処理、及び上記エッチング対象構造に対しAl用エッチング剤F2を用いて上記第2の混晶層を選択的にエッチングする第2のエッチング処理のうち、少なくとも一つのエッチング処理を実行するステップである。 Step (b) is a step of performing at least one of a first etching process for selectively etching the first mixed crystal layer of the etching target structure using a Cr etching agent F1, and a second etching process for selectively etching the second mixed crystal layer of the etching target structure using an Al etching agent F2.

上記第1の混晶層は、以下の化学式(5)を満足する構成成分を含み、上記第2の混晶層は以下の化学式(6)を満足する構成成分を含んでいる。 The first mixed crystal layer contains components that satisfy the following chemical formula (5), and the second mixed crystal layer contains components that satisfy the following chemical formula (6).

(M1Ga1-x(0<x≦1)…(5)
(M2Ga1-y(0<y≦1)…(6)
化学式(5)において、M1=Crであり、化学式(6)において、M2={Al,In,Fe}のうちの一つである。
(M1 x Ga 1-x ) 2 O 3 (0<x≦1)…(5)
(M2 y Ga 1-y ) 2 O 3 (0<y≦1)…(6)
In the chemical formula (5), M1=Cr, and in the chemical formula (6), M2=one of {Al, In, Fe}.

さらに、化学式(5)を満足する第1の混晶層は{x≠1}の場合に結晶性を有し、化学式(6)を満足する前記第2の混晶層は{y≠1}の場合に結晶性を有する。 Furthermore, the first mixed crystal layer satisfying chemical formula (5) has crystallinity when {x≠1}, and the second mixed crystal layer satisfying chemical formula (6) has crystallinity when {y≠1}.

実施の形態1のエッチング方法は、上記ステップ(b)を実行することにより、エッチング対象構造から第1の混晶層あるいは第2の混晶層を選択的にエッチングすることができるため、比較的簡単にエッチング対象構造から所望の構造を得ることができる。 The etching method of embodiment 1 can selectively etch the first mixed crystal layer or the second mixed crystal layer from the structure to be etched by performing step (b) above, so that the desired structure can be obtained from the structure to be etched relatively easily.

加えて、図2(図4)で示すパターニング構造13(13B)を有する半導体装置は、上記ステップ(b)を実行することにより、第1及び第2の混晶層のうち下方の混晶層をエッチングストッパーとして上方の混晶層を選択的に除去することができる。 In addition, by performing step (b) above, the semiconductor device having the patterning structure 13 (13B) shown in FIG. 2 (FIG. 4) can selectively remove the upper mixed crystal layer of the first and second mixed crystal layers by using the lower mixed crystal layer as an etching stopper.

したがって、実施の形態1で製造された半導体装置のパターニング構造13(13B)は、比較的簡単な実施の形態1のエッチング方法を実行することにより、精度良く得ることができる。 Therefore, the patterning structure 13 (13B) of the semiconductor device manufactured in the first embodiment can be obtained with high accuracy by performing the relatively simple etching method of the first embodiment.

また、図11~図16で示した事実から、実施の形態2の第3及び第4のエッチング方法は以下のようにまとめることができる。 Furthermore, based on the facts shown in Figures 11 to 16, the third and fourth etching methods of embodiment 2 can be summarized as follows:

実施の形態2のエッチング方法は以下のステップ(a),(b)を実行する。 The etching method of the second embodiment performs the following steps (a) and (b).

ステップ(a)は、第1及び第2の混晶層並びに酸化シリコン層を含むエッチング対象構造を得るステップである。 Step (a) is a step of obtaining an etching target structure including first and second mixed crystal layers and a silicon oxide layer.

ステップ(b)は、上記エッチング対象構造に対し第1のエッチング剤を用いて第1の混晶層を選択的にエッチングする第1のエッチング処理、上記エッチング対象構造に対し第2のエッチング剤を用いて第2の混晶層を選択的にエッチングする第2のエッチング処理、上記エッチング対象構造に対し第3のエッチング剤を用いて酸化シリコン層を選択的にエッチングする第3のエッチング処理のうち、少なくとも一つのエッチング処理を実行するステップである。 Step (b) is a step of performing at least one of a first etching process for selectively etching a first mixed crystal layer of the etching target structure using a first etching agent, a second etching process for selectively etching a second mixed crystal layer of the etching target structure using a second etching agent, and a third etching process for selectively etching a silicon oxide layer of the etching target structure using a third etching agent.

なお、上記第1及び第2の混晶層の構成成分については実施の形態1と同様である。酸化シリコン層はSiOを構成材料としている。 The constituent components of the first and second mixed crystal layers are the same as those in the embodiment 1. The silicon oxide layer is made of SiOx .

実施の形態2のエッチング方法は、上記ステップ(b)を実行することにより、エッチング対象構造から第1の混晶層、第2の混晶層あるいはシリコン酸化膜を選択的にエッチングすることができるため、比較的簡単にエッチング対象構造から所望の構造を得ることができる。 The etching method of the second embodiment can selectively etch the first mixed crystal layer, the second mixed crystal layer, or the silicon oxide film from the structure to be etched by performing step (b) above, so that the desired structure can be obtained from the structure to be etched relatively easily.

加えて、図7(図10)で示すパターニング構造14(14B)を有する半導体装置は、上記ステップ(b)に含まれる第3のエッチング処理を実行することにより、第1及び第2の混晶層並びに酸化シリコン層のうち中間層をエッチングストッパーとして最上の層を選択的に除去することができる。 In addition, in the semiconductor device having the patterning structure 14 (14B) shown in FIG. 7 (FIG. 10), by performing the third etching process included in the above step (b), the uppermost layer of the first and second mixed crystal layers and the silicon oxide layer can be selectively removed using the intermediate layer as an etching stopper.

さらに、実施の形態2のように、第3のエッチング処理に続けて、第1のエッチング処理または第2のエッチング処理を実行することにより、第1及び第2の混晶層並びに酸化シリコン層のうち最下の層をエッチングストッパーとして中間層を選択的に除去することができる。 Furthermore, as in embodiment 2, by performing the first etching process or the second etching process following the third etching process, the intermediate layer can be selectively removed using the first and second mixed crystal layers and the lowest layer of the silicon oxide layer as an etching stopper.

したがって、実施の形態2で製造された半導体装置のパターニング構造14(14B)は、比較的簡単な実施の形態2のエッチング方法を実行することにより、精度良く得ることができる。 Therefore, the patterning structure 14 (14B) of the semiconductor device manufactured in the second embodiment can be obtained with high accuracy by performing the relatively simple etching method of the second embodiment.

また、実施の形態2では、酸化シリコン用エッチング剤F3としてバッファードフッ酸溶液(BHF溶液)を用いることにより、実施の形態2の積層構造4であるエッチング対象構造からシリコン酸化膜を選択的に除去することができる。 In addition, in the second embodiment, a buffered hydrofluoric acid solution (BHF solution) is used as the silicon oxide etchant F3, so that the silicon oxide film can be selectively removed from the structure to be etched, which is the stacked structure 4 in the second embodiment.

さらに、実施の形態1及び実施の形態2のAl用エッチング剤F2として、HNOが5~15重量%、CHCOOHが5~15重量%、HPOが60~80重量%、HOが10~20重量%で混合されたエッチング液を用いている。 Furthermore, as the Al etchant F2 in the first and second embodiments, an etching solution containing 5 to 15 weight % HNO3 , 5 to 15 weight % CH3COOH , 60 to 80 weight % H3PO4, and 10 to 20 weight % H2O is used .

このように、Al用エッチング剤F2として、上述した混合比で混合されたエッチング液を用いることにより、実施の形態1の積層構造3あるいは実施の形態2の積層構造4であるエッチング対象構造からアルミニウム混晶層2を選択的に除去することができる。 In this way, by using an etching solution mixed in the above-mentioned ratio as the Al etchant F2, the aluminum mixed crystal layer 2 can be selectively removed from the structure to be etched, which is the laminate structure 3 of embodiment 1 or the laminate structure 4 of embodiment 2.

加えて、実施の形態1及び実施の形態2のCr用エッチング剤F1として、(NHCe(NOが5~15重量%、HClOが60~80重量%、HOが10~20重量%で混合されたエッチング液を用いている。 In addition, as the Cr etching agent F1 in the first and second embodiments, an etching solution containing 5 to 15 weight percent (NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 , 60 to 80 weight percent HClO 4 , and 10 to 20 weight percent H 2 O is used.

このように、Cr用エッチング剤F1として、上述した混合比で混合されたエッチング液を用いることにより、実施の形態1の積層構造3(3B)あるいは実施の形態2の積層構造4(4B)であるエッチング対象構造からクロム混晶層1を選択的に除去することができる。 In this way, by using an etching solution mixed in the above-mentioned ratio as the Cr etching agent F1, the chromium mixed crystal layer 1 can be selectively removed from the etching target structure, which is the laminate structure 3 (3B) of embodiment 1 or the laminate structure 4 (4B) of embodiment 2.

なお、上述したエッチング剤F1~F3に関する効果に関し、アルミニウム混晶層2をインジウム混晶層2Xあるいは鉄混晶層2Yに置き換えても同様な効果を得ることができる。 Regarding the effects of the above-mentioned etching agents F1 to F3, the same effects can be obtained by replacing the aluminum alloy layer 2 with an indium alloy layer 2X or an iron alloy layer 2Y.

なお、クロム混晶層1は化学式(5)で{x≠1}の場合、結晶性を有すれば、Gaとの比率に関係なく、図13、図15及び図16で示したエッチング特性を示すことが推測される。 When the chromium mixed crystal layer 1 has {x ≠ 1} in chemical formula (5), if it has crystallinity, it is estimated that it will exhibit the etching characteristics shown in Figures 13, 15, and 16, regardless of the ratio with Ga.

同様に、アルミニウム混晶層2、インジウム混晶層2X及び鉄混晶層2Yはそれぞれ、化学式(6)で{y≠1}の場合、結晶性を有すれば、Gaとの比率に関係なく、図13、図15及び図16で示したエッチング特性を示すことが推測される。 Similarly, it is presumed that the aluminum alloy layer 2, the indium alloy layer 2X, and the iron alloy layer 2Y, when {y ≠ 1} in chemical formula (6), will exhibit the etching characteristics shown in Figures 13, 15, and 16 if they have crystallinity, regardless of the ratio with Ga.

なぜなら、所定の混合比で元素E1と元素E2で混合された混晶層が、エッチング剤Wに対して所定のエッチング特性を有することが確認されれば、元素E1と元素E2で混合された混晶層が所定の混合比以外の場合でも、エッチング剤Wに対し上述した所定のエッチング特性は同じであると推測できるからである。ただし、混晶層は結晶性を有する、すなわち、単結晶か多結晶である必要がある。 This is because, if it is confirmed that a mixed crystal layer in which elements E1 and E2 are mixed at a predetermined mixing ratio has a predetermined etching characteristic with respect to etching agent W, it can be inferred that the above-mentioned predetermined etching characteristic with respect to etching agent W will be the same even if the mixed crystal layer in which elements E1 and E2 are mixed at a ratio other than the predetermined ratio. However, the mixed crystal layer must have crystallinity, that is, be single crystal or polycrystalline.

なお、AlO等、Gaを含まない場合、すなわち、化学式(1),(5)でx=1の場合の層、化学式(2)~(4),(6)で「y=1」の場合の層は、結晶性を有する必要はなく、非晶質でも良い。 In addition, in the case of layers that do not contain Ga, such as AlO x , i.e., layers where x = 1 in chemical formulas (1) and (5) and layers where "y = 1" in chemical formulas (2) to (4) and (6), it is not necessary for them to be crystalline and they may be amorphous.

逆に言えば、化学式(5)を満足するクロム混晶層1を含む第1の混晶層は、{x≠1}の場合に結晶性を有する必要がある。同様に、各々が化学式(6)を満足する、アルミニウム混晶層2、インジウム混晶層2X及び鉄混晶層2Yを含む第2の混晶層は{y≠1}の場合に結晶性を有する必要がある。 Conversely, the first mixed crystal layer including the chromium mixed crystal layer 1 that satisfies chemical formula (5) must have crystallinity when {x ≠ 1}. Similarly, the second mixed crystal layer including the aluminum mixed crystal layer 2, the indium mixed crystal layer 2X, and the iron mixed crystal layer 2Y, each of which satisfies chemical formula (6), must have crystallinity when {y ≠ 1}.

なお、実施の形態1及び実施の形態2において、Cr用エッチング剤F1による第1のエッチング処理、Al用エッチング剤F2による第2のエッチング処理、酸化シリコン用エッチング剤F3による第3のエッチング処理は全てウェットエッチングとなる。 In addition, in the first and second embodiments, the first etching process using the Cr etchant F1, the second etching process using the Al etchant F2, and the third etching process using the silicon oxide etchant F3 are all wet etching.

<実施の形態3>
実施の形態3では、実施の形態2で開示したエッチング方法を発展させて第1及び第2の混晶層の組み合わせと選択性エッチングの技術を用いてHEMT(高電子移動度トランジスタ)を製造する場合を示している。
<Third embodiment>
In the third embodiment, the etching method disclosed in the second embodiment is developed to manufacture a HEMT (High Electron Mobility Transistor) using a combination of first and second mixed crystal layers and a selective etching technique.

図17~図19は、実施の形態3における積層構造4を得るための基本処理工程を示す断面図である。図20はクロム混晶層1を得るための第1の薄膜製造技術の概略を示す説明図であり、図21はアルミニウム混晶層2を得るための第2の薄膜製造技術の概略を示す説明図である。以下、図17~図21それぞれを参照して基本処理工程を説明する。 Figures 17 to 19 are cross-sectional views showing the basic processing steps for obtaining the laminated structure 4 in the third embodiment. Figure 20 is an explanatory diagram showing an outline of the first thin film manufacturing technique for obtaining the chromium alloy layer 1, and Figure 21 is an explanatory diagram showing an outline of the second thin film manufacturing technique for obtaining the aluminum alloy layer 2. Below, the basic processing steps will be explained with reference to each of Figures 17 to 21.

まず、図17に示すように、サファイア基板8上にCrGaO系のクロム混晶層1をミストCVD法によって成膜する。なお、サファイア基板8はC面サファイア基板である。 First, as shown in FIG. 17, a CrGaO-based chromium mixed crystal layer 1 is formed on a sapphire substrate 8 by mist CVD. The sapphire substrate 8 is a C-plane sapphire substrate.

図20に示すように、Cr用チャンバーC1にCr溶液を収容し、Cr用チャンバーC1に超音波振動を付与することによりCrミストを得ることができる。Ga用チャンバーC2にGa溶液を収容し、Ga用チャンバーC2に超音波振動を付与することによりGaミストを得ることができる。そして、Cr用チャンバーC1より得たCrミストと、Ga用チャンバーC2より得たGaミストとをサファイア基板8の表面上で混合することにより、サファイア基板8上にクロム混晶層1を成膜することができる。 As shown in FIG. 20, a Cr mist can be obtained by placing a Cr solution in the Cr chamber C1 and applying ultrasonic vibration to the Cr chamber C1. A Ga solution can be placed in the Ga chamber C2 and applying ultrasonic vibration to the Ga chamber C2, thereby obtaining a Ga mist. Then, the Cr mist obtained from the Cr chamber C1 and the Ga mist obtained from the Ga chamber C2 are mixed on the surface of the sapphire substrate 8, thereby forming a chromium mixed crystal layer 1 on the sapphire substrate 8.

次に、図18に示すように、クロム混晶層1上に、AlGaO系のアルミニウム混晶層2をミストCVD法によって成膜する。 Next, as shown in FIG. 18, an AlGaO-based aluminum alloy layer 2 is formed on the chromium alloy layer 1 by mist CVD.

図21に示すように、Al用チャンバーC3にAl溶液を収容し、Ga用チャンバーC2に超音波振動を付与することによりAlミストを得ることができる。Ga用チャンバーC4にGa溶液を収容し、Ga用チャンバーC4に超音波振動を付与することによりGaミストを得ることができる。そして、Al用チャンバーC3より得たAlミストと、Ga用チャンバーC4より得たGaミストとをクロム混晶層1の表面上で混合することにより、クロム混晶層1上にアルミニウム混晶層2を成膜することができる。 As shown in FIG. 21, an Al mist can be obtained by storing an Al solution in the Al chamber C3 and applying ultrasonic vibration to the Ga chamber C2. A Ga solution can be stored in the Ga chamber C4 and applying ultrasonic vibration to the Ga chamber C4, thereby obtaining a Ga mist. Then, the Al mist obtained from the Al chamber C3 and the Ga mist obtained from the Ga chamber C4 are mixed on the surface of the chromium alloy layer 1, thereby forming an aluminum alloy layer 2 on the chromium alloy layer 1.

図18に示すように、アルミニウム混晶層2を成膜した状態では、クロム混晶層1とアルミニウム混晶層2の界面近傍に、ヘテロ接合に起因した高移動度の二次元電子ガス(2DEG)を生成できる。したがって、クロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2の積層構造により2DEGを生成する活性層を実現する可能性がある。 As shown in FIG. 18, when the aluminum alloy layer 2 is formed, a high-mobility two-dimensional electron gas (2DEG) due to the heterojunction can be generated near the interface between the chromium alloy layer 1 and the aluminum alloy layer 2. Therefore, it is possible to realize an active layer that generates 2DEG by using a stacked structure of the chromium alloy layer 1 and the aluminum alloy layer 2.

そして、図19に示すように、アルミニウム混晶層2上に酸化シリコン層6をプラズマCVD法を用いて成膜する。プラズマCVD(plasma CVD)法として、原料にTEOSを用いたPECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition)法を採用した。 Then, as shown in FIG. 19, a silicon oxide layer 6 is formed on the aluminum alloy layer 2 by plasma CVD. As the plasma CVD method, a PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition) method using TEOS as a raw material is adopted.

その結果、サファイア基板8上にクロム混晶層1、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6の順で積層された積層構造4を得ることができる。 As a result, a layered structure 4 can be obtained in which a chromium alloy layer 1, an aluminum alloy layer 2, and a silicon oxide layer 6 are layered in this order on a sapphire substrate 8.

図22~図28は実施の形態3におけるメサ-エッチング処理工程(第1のマスク処理工程)を示す断面図である。以下、図22~図28を参照してメサ-エッチング処理工程を説明する。 Figures 22 to 28 are cross-sectional views showing the mesa etching process (first mask processing process) in embodiment 3. The mesa etching process will be described below with reference to Figures 22 to 28.

図19で示す積層構造4を得た後、図22に示すように、スピンコート法を用いて酸化シリコン層6上にフォトレジスト9を塗布する。 After obtaining the layered structure 4 shown in FIG. 19, a photoresist 9 is applied onto the silicon oxide layer 6 using a spin coating method, as shown in FIG. 22.

その後、図23に示すように、フォトレジスト9の上方から紫外線10を選択的に照射する。フォトレジスト9のうち紫外線10を受けた領域が紫外線照射領域となる。 Then, as shown in FIG. 23, ultraviolet light 10 is selectively irradiated from above the photoresist 9. The area of the photoresist 9 that is exposed to the ultraviolet light 10 becomes the ultraviolet light irradiated area.

次に、図24に示すように、フォトレジスト9の上記紫外線照射領域を除去して、フォトレジスト9をパターニングする。 Next, as shown in FIG. 24, the ultraviolet irradiated areas of the photoresist 9 are removed to pattern the photoresist 9.

その後、図25に示すように、パターニングされたフォトレジスト9をマスク(第1のマスク)として、酸化シリコン用エッチング剤F3を用いて、酸化シリコン層6をエッチングする第3のエッチング処理を実行する。 Then, as shown in FIG. 25, a third etching process is performed to etch the silicon oxide layer 6 using the patterned photoresist 9 as a mask (first mask) and silicon oxide etchant F3.

この際、酸化シリコン層6の直下のアルミニウム混晶層2は酸化シリコン用エッチング剤F3に対するエッチングストッパーとして機能するため、第3のエッチング処理によって、酸化シリコン層6のみを選択的に除去することができる。その結果、パターニングされた酸化シリコン層6を得ることができる。 At this time, since the aluminum alloy layer 2 directly below the silicon oxide layer 6 functions as an etching stopper against the silicon oxide etchant F3, only the silicon oxide layer 6 can be selectively removed by the third etching process. As a result, a patterned silicon oxide layer 6 can be obtained.

その後、フォトレジスト9の全面にアセトン12を照射した後、図26に示すように、アセトン12が照射されたフォトレジスト9を全て除去する。 Then, acetone 12 is irradiated onto the entire surface of the photoresist 9, and then, as shown in FIG. 26, all of the photoresist 9 irradiated with acetone 12 is removed.

次に、図27に示すように、パターニングされた酸化シリコン層6をマスクとして、Al用エッチング剤F2を用いて、アルミニウム混晶層2をエッチングする第2のエッチング処理を実行する。なお、第2のエッチング処理は135℃の温度環境下で実行される。 Next, as shown in FIG. 27, a second etching process is performed to etch the aluminum alloy layer 2 using the patterned silicon oxide layer 6 as a mask and an Al etchant F2. The second etching process is performed in a temperature environment of 135°C.

この際、アルミニウム混晶層2の直下のクロム混晶層1はAl用エッチング剤F2に対するエッチングストッパーとして機能するため、第2のエッチング処理によって、アルミニウム混晶層2のみを選択的に除去することができる。 At this time, the chromium alloy layer 1 directly below the aluminum alloy layer 2 functions as an etching stopper against the Al etchant F2, so that only the aluminum alloy layer 2 can be selectively removed by the second etching process.

その結果、第2のエッチング処理の実行後、パターニングされたアルミニウム混晶層2を得ることができる。第2のエッチング処理は、フォトレジストを形成することなく、簡素化して行うことができる。加えて、第2のエッチング処理によって、アルミニウム混晶層2上の酸化シリコン層6がエッチング除去されることもない。 As a result, after the second etching process is performed, a patterned aluminum alloy layer 2 can be obtained. The second etching process can be performed simply without forming a photoresist. In addition, the silicon oxide layer 6 on the aluminum alloy layer 2 is not etched away by the second etching process.

最後に、図28に示すように、パターニングされた酸化シリコン層6をマスクとして、Cr用エッチング剤F1を用いて、クロム混晶層1をエッチングする第1のエッチング処理を実行する。なお、第1のエッチング処理は135℃の温度環境下で実行される。また、第1のエッチング処理を65℃程度の温度環境下で実行しても良い。 Finally, as shown in FIG. 28, a first etching process is performed to etch the chromium mixed crystal layer 1 using the patterned silicon oxide layer 6 as a mask and Cr etching agent F1. The first etching process is performed in a temperature environment of 135°C. The first etching process may also be performed in a temperature environment of about 65°C.

この際、クロム混晶層1の直下のサファイア基板8がCr用エッチング剤F1に対するエッチングストッパーとして機能するため、第1のエッチング処理によって、クロム混晶層1のみを選択的に除去することができる。また、クロム混晶層1上のアルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6もCr用エッチング剤F1によってエッチング除去されることもない。 At this time, the sapphire substrate 8 directly below the chromium mixed crystal layer 1 functions as an etching stopper against the Cr etchant F1, so that only the chromium mixed crystal layer 1 can be selectively removed by the first etching process. Furthermore, the aluminum mixed crystal layer 2 and silicon oxide layer 6 on the chromium mixed crystal layer 1 are not etched away by the Cr etchant F1 either.

その結果、第1のエッチング処理の実行後、パターニングされたクロム混晶層1を得ることができる。第1のエッチング処理は、フォトレジストを形成することなく、簡素化して行うことができる。加えて、第1のエッチング処理によって、クロム混晶層1上のアルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6がエッチング除去されることもない。 As a result, after the first etching process is performed, a patterned chromium alloy layer 1 can be obtained. The first etching process can be performed simply without forming a photoresist. In addition, the aluminum alloy layer 2 and silicon oxide layer 6 on the chromium alloy layer 1 are not etched away by the first etching process.

また、第1のエッチング処理の温度域は、65℃~135℃で実行できることが確認されており、50℃以上の温度域となるめ、エッチングの選択性を高めた状態で製造できる。 It has also been confirmed that the temperature range for the first etching process can be between 65°C and 135°C, which is above 50°C, allowing for production with enhanced etching selectivity.

このように、メサ-エッチング処理工程によって、積層構造4から精度良く中間パターニング構造34Aを得ることができる。中間パターニング構造34Aは、クロム混晶層1、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6の積層構造を呈している。 In this way, the intermediate patterning structure 34A can be obtained with high accuracy from the layered structure 4 by the mesa etching process. The intermediate patterning structure 34A has a layered structure of a chromium alloy layer 1, an aluminum alloy layer 2, and a silicon oxide layer 6.

(第2のマスク工程)
図29~図34は実施の形態3における第2のマスク処理工程を示す断面図である。以下、図29~図34を参照して第2のマスク処理工程を説明する。
(Second mask step)
29 to 34 are cross-sectional views showing the second mask processing step in the embodiment 3. The second mask processing step will be described below with reference to FIGS.

まず、図29に示すように、図28で示す中間パターニング構造34Aを含むサファイア基板8上の全面にスピンコート法によってフォトレジスト15を覆うように塗布する。 First, as shown in FIG. 29, photoresist 15 is applied by spin coating to cover the entire surface of the sapphire substrate 8 including the intermediate patterning structure 34A shown in FIG. 28.

その後、図30に示すように、フォトレジスト15の上方から紫外線16を選択的に照射する。フォトレジスト15のうち紫外線16を受けた領域が紫外線照射領域となる。 Then, as shown in FIG. 30, ultraviolet light 16 is selectively irradiated from above the photoresist 15. The area of the photoresist 15 that is exposed to the ultraviolet light 16 becomes the ultraviolet light irradiated area.

次に、図31に示すように、フォトレジスト15の上記紫外線照射領域を除去して、フォトレジスト15をパターニングする。パターニングされたフォトレジスト15が第2のマスクとなる。 Next, as shown in FIG. 31, the ultraviolet irradiated areas of the photoresist 15 are removed, and the photoresist 15 is patterned. The patterned photoresist 15 becomes the second mask.

その後、図31及び図32に示すように、パターニングされたフォトレジスト15をマスクとして、酸化シリコン用エッチング剤F3を用いて、酸化シリコン層6をエッチングする第3のエッチング処理を実行する。 Then, as shown in Figures 31 and 32, a third etching process is performed to etch the silicon oxide layer 6 using the patterned photoresist 15 as a mask and silicon oxide etchant F3.

この際、酸化シリコン層6の直下のアルミニウム混晶層2は酸化シリコン用エッチング剤F3に対するエッチングストッパーとして機能するため、第3のエッチング処理によって、酸化シリコン層6のみを選択的に除去することができる。その結果、パターニングされた酸化シリコン層6を得ることができる。 At this time, since the aluminum alloy layer 2 directly below the silicon oxide layer 6 functions as an etching stopper against the silicon oxide etchant F3, only the silicon oxide layer 6 can be selectively removed by the third etching process. As a result, a patterned silicon oxide layer 6 can be obtained.

その後、フォトレジスト15の全面にアセトン12を照射した後、図33に示すように、アセトン12が照射されたフォトレジスト9を全て除去する。 Then, acetone 12 is irradiated onto the entire surface of the photoresist 15, and then, as shown in FIG. 33, all of the photoresist 9 irradiated with acetone 12 is removed.

次に、図34に示すように、パターニングされた酸化シリコン層6をマスクとして、Al用エッチング剤F2を用いて、アルミニウム混晶層2をエッチングする第2のエッチング処理を実行する。 Next, as shown in FIG. 34, a second etching process is performed to etch the aluminum alloy layer 2 using the patterned silicon oxide layer 6 as a mask and an Al etchant F2.

この際、アルミニウム混晶層2の直下のクロム混晶層1はAl用エッチング剤F2に対するエッチングストッパーとして機能するため、第2のエッチング処理によって、アルミニウム混晶層2のみを選択的に除去することができる。その結果、パターニングされたアルミニウム混晶層2を得ることができる。 At this time, the chromium alloy layer 1 directly below the aluminum alloy layer 2 functions as an etching stopper against the Al etchant F2, so that only the aluminum alloy layer 2 can be selectively removed by the second etching process. As a result, a patterned aluminum alloy layer 2 can be obtained.

このように、第2のマスク処理工程によって、中間パターニング構造34Aから精度良く中間パターニング構造34Bを得ることができる。中間パターニング構造34Bは、クロム混晶層1、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6の積層構造を呈している。 In this way, the second mask processing step allows intermediate patterning structure 34B to be obtained with high accuracy from intermediate patterning structure 34A. Intermediate patterning structure 34B has a layered structure of chromium alloy layer 1, aluminum alloy layer 2, and silicon oxide layer 6.

図35~図39は実施の形態3における第3のマスク処理工程を示す断面図である。以下、図35~図39を参照して第3のマスク処理工程を説明する。 Figures 35 to 39 are cross-sectional views showing the third mask processing step in embodiment 3. The third mask processing step will be described below with reference to Figures 35 to 39.

まず、図35に示すように、図34で示す中間パターニング構造34Bを含むサファイア基板8上の全面にスピンコート法によってフォトレジスト17を覆うように塗布する。 First, as shown in FIG. 35, photoresist 17 is applied by spin coating to cover the entire surface of the sapphire substrate 8 including the intermediate patterning structure 34B shown in FIG. 34.

その後、図36に示すように、フォトレジスト17の上方から紫外線18を選択的に照射する。フォトレジスト17のうち紫外線18を受けた領域が紫外線照射領域となる。 Then, as shown in FIG. 36, ultraviolet light 18 is selectively irradiated from above the photoresist 17. The area of the photoresist 17 that is exposed to the ultraviolet light 18 becomes the ultraviolet light irradiated area.

次に、図37に示すように、フォトレジスト17の上記紫外線照射領域を除去して、フォトレジスト17をパターニングする。その結果、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6の側面に貫通孔57が形成される。パターニングされたフォトレジスト17が第3のマスクとなる。 Next, as shown in FIG. 37, the ultraviolet irradiated areas of the photoresist 17 are removed, and the photoresist 17 is patterned. As a result, through holes 57 are formed on the sides of the aluminum alloy layer 2 and the silicon oxide layer 6. The patterned photoresist 17 becomes a third mask.

その後、図38に示すように、スパッター法を用いてTi金属層22を形成した後、Ti金属層22上にAu金属層23を熱蒸着で形成する。その結果、Ti金属層22及びAu金属層23の順で積層した金属積層構造31を得ることができる。金属積層構造31は貫通孔57内にも形成される。 After that, as shown in FIG. 38, a Ti metal layer 22 is formed by sputtering, and then an Au metal layer 23 is formed on the Ti metal layer 22 by thermal evaporation. As a result, a metal laminate structure 31 is obtained in which the Ti metal layer 22 and the Au metal layer 23 are laminated in this order. The metal laminate structure 31 is also formed inside the through-hole 57.

最後に、図39に示すように、リフト-オフ処理を行い、クロム混晶層1上においてアルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6に隣接した一対の金属積層構造31を残存させる。一対の金属積層構造31のうち一方がソース電極として機能し、他方がドレイン電極として機能する。 Finally, as shown in FIG. 39, a lift-off process is performed to leave a pair of metal laminate structures 31 adjacent to the aluminum alloy layer 2 and the silicon oxide layer 6 on the chromium alloy layer 1. One of the pair of metal laminate structures 31 functions as a source electrode, and the other functions as a drain electrode.

このように、第3のマスク処理工程によって、中間パターニング構造34Bから精度良く中間パターニング構造34Cを得ることができる。中間パターニング構造34Bは、クロム混晶層1、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6の積層構造と一対の金属積層構造31とを含んでいる。 In this way, the intermediate patterning structure 34C can be obtained with high accuracy from the intermediate patterning structure 34B by the third mask processing step. The intermediate patterning structure 34B includes a layered structure of a chromium alloy layer 1, an aluminum alloy layer 2, and a silicon oxide layer 6, and a pair of metal layered structures 31.

一対の金属積層構造31はクロム混晶層1の表面上に直接形成されている。この構造が実現できたのは、クロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2を含む積層構造のうち、アルミニウム混晶層2のみを選択的にエッチングできるAl用エッチング剤F2を見出したことに起因する。 The pair of metal laminate structures 31 are formed directly on the surface of the chromium alloy layer 1. This structure was made possible by discovering an Al etchant F2 that can selectively etch only the aluminum alloy layer 2 of the laminate structure that includes the chromium alloy layer 1 and the aluminum alloy layer 2.

図40は中間パターニング構造34Bの平面構造の一例を示す平面図である。同図では、金属積層構造31の図示を省略している。同図に示すように、サファイア基板8の円状領域に選択的に分離形成される2つのクロム混晶層1上に図示しない一対の金属積層構造31が形成されることになる。なお、図39中の酸化シリコン層6の直下にアルミニウム混晶層2が形成されている。 Figure 40 is a plan view showing an example of the planar structure of intermediate patterning structure 34B. In this figure, the metal laminate structure 31 is omitted. As shown in this figure, a pair of metal laminate structures 31 (not shown) is formed on two chromium alloy layers 1 selectively and separately formed in circular regions of a sapphire substrate 8. Note that an aluminum alloy layer 2 is formed directly below the silicon oxide layer 6 in Figure 39.

図41~図46は実施の形態3におけるゲート形成工程を示す断面図である。以下、図41~図46を参照してゲート形成工程を説明する。 Figures 41 to 46 are cross-sectional views showing the gate formation process in embodiment 3. The gate formation process will be described below with reference to Figures 41 to 46.

まず、図41に示すように、図39で示す中間パターニング構造34Cを含むサファイア基板8上の全面にスピンコート法によってフォトレジスト19を覆うように塗布する。 First, as shown in FIG. 41, a photoresist 19 is applied by spin coating to cover the entire surface of the sapphire substrate 8 including the intermediate patterning structure 34C shown in FIG. 39.

その後、図42に示すように、フォトレジスト19の上方から紫外線20を選択的に照射する。フォトレジスト19のうち紫外線20を受けた領域が紫外線照射領域となる。 Then, as shown in FIG. 42, ultraviolet light 20 is selectively irradiated from above the photoresist 19. The area of the photoresist 19 that is exposed to the ultraviolet light 20 becomes the ultraviolet light irradiated area.

次に、図43に示すように、フォトレジスト19の上記紫外線照射領域を除去して、フォトレジスト19をパターニングする。その結果、酸化シリコン層6の表面の一部が露出し、酸化シリコン層6上に貫通孔59が形成される。 Next, as shown in FIG. 43, the ultraviolet irradiated areas of the photoresist 19 are removed, and the photoresist 19 is patterned. As a result, a part of the surface of the silicon oxide layer 6 is exposed, and a through hole 59 is formed in the silicon oxide layer 6.

その後、図44に示すように、パターニングされたフォトレジスト19をマスクとして、酸化シリコン用エッチング剤F3を用いて、酸化シリコン層6をエッチングする第3のエッチング処理を実行する。 Then, as shown in FIG. 44, a third etching process is performed to etch the silicon oxide layer 6 using the patterned photoresist 19 as a mask and silicon oxide etchant F3.

この際、酸化シリコン層6の直下のアルミニウム混晶層2は酸化シリコン用エッチング剤F3に対するエッチングストッパーとして機能するため、第3のエッチング処理によって、酸化シリコン層6のみを選択的に除去することができる。その結果、貫通孔59から発展した貫通孔60を有するパターニングされた酸化シリコン層6を得ることができる。 At this time, since the aluminum alloy layer 2 directly below the silicon oxide layer 6 functions as an etching stopper against the silicon oxide etchant F3, only the silicon oxide layer 6 can be selectively removed by the third etching process. As a result, a patterned silicon oxide layer 6 having through holes 60 extending from the through holes 59 can be obtained.

その後、図45に示すように、スパッター法を用いてTi電極層25を形成した後、Ti電極層25上にAu電極層26を熱蒸着で形成する。その結果、Ti電極層25及びAu電極層26の順で積層した金属積層構造32を得ることができる。金属積層構造32は貫通孔60内にも形成される。 After that, as shown in FIG. 45, a Ti electrode layer 25 is formed by sputtering, and then an Au electrode layer 26 is formed on the Ti electrode layer 25 by thermal evaporation. As a result, a metal laminate structure 32 is obtained in which the Ti electrode layer 25 and the Au electrode layer 26 are laminated in this order. The metal laminate structure 32 is also formed inside the through-hole 60.

最後に、図46に示すように、リフト-オフ処理を行い、酸化シリコン層6上の金属積層構造32のみを残存させる。残存した金属積層構造32がゲート電極として機能する。 Finally, as shown in FIG. 46, a lift-off process is performed, leaving only the metal laminate structure 32 on the silicon oxide layer 6. The remaining metal laminate structure 32 functions as the gate electrode.

このように、ゲート形成工程によって、中間パターニング構造34CからHEMT最終構造35を得ることができる。HEMT最終構造35は、クロム混晶層1、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6の積層構造と一対の金属積層構造32と一つの金属積層構造32とを含んでいる。 In this way, the gate formation process allows the HEMT final structure 35 to be obtained from the intermediate patterning structure 34C. The HEMT final structure 35 includes a stacked structure of a chromium alloy layer 1, an aluminum alloy layer 2, and a silicon oxide layer 6, a pair of metal stacked structures 32, and one metal stacked structure 32.

<具体的製造内容>
以下、実施の形態1~実施の形態3で示したクロム混晶層1、アルミニウム混晶層2、インジウム混晶層2X、鉄混晶層2Y及び酸化シリコン層6の製造方法の詳細を説明する。なお、以下の内容は一例にすぎず、この製法に限定されないことは勿論である。
<Specific manufacturing details>
Hereinafter, a detailed description will be given of the manufacturing methods of the chromium mixed crystal layer 1, the aluminum mixed crystal layer 2, the indium mixed crystal layer 2X, the iron mixed crystal layer 2Y, and the silicon oxide layer 6 shown in the first to third embodiments. Note that the following content is merely an example, and it goes without saying that the manufacturing methods are not limited to these.

(クロム混晶層1)…膜厚500nm程度
「クロム系成膜材料」
原料溶液…アンモニウムジクロナイト((NH)Cr)溶液
溶媒…純水:塩酸(99.5:0.5)の混合溶媒
溶質濃度…0.040mol/L
(Chromium mixed crystal layer 1)...Thickness: about 500 nm "Chromium-based film-forming material"
Raw material solution: Ammonium dychronite ((NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 ) solution Solvent: Pure water: Hydrochloric acid (99.5:0.5) mixed solvent Solute concentration: 0.040 mol/L

「ガリウム系成膜材料」
原料溶液…ガリウムアセチルアセトナート溶液
溶媒…純水:塩酸(99.5:0.5)の混合溶媒
溶質濃度…0.020mol/L
"Gallium-based film forming materials"
Raw material solution: Gallium acetylacetonate solution Solvent: Pure water: Hydrochloric acid (99.5:0.5) mixed solvent Solute concentration: 0.020 mol/L

(アルミニウム混晶層2)…膜厚300nm程度
「アルミニウム系成膜材料」
原料溶液:アルミニウムアセチルアセトナート溶液
溶媒…純水:塩酸(99.5:0.5)の混合溶媒
溶質濃度:0.040mol/L
(Aluminum mixed crystal layer 2)...film thickness about 300 nm "Aluminum-based film-forming material"
Raw material solution: Aluminum acetylacetonate solution Solvent: Pure water: Hydrochloric acid (99.5:0.5) mixed solvent Solute concentration: 0.040 mol/L

「ガリウム系成膜材料」
クロム混晶層と同じ
"Gallium-based film forming materials"
Same as chromium mixed crystal layer

(インジウム混晶層2X)
「インジウム系成膜材料」
原料溶液:In溶液
溶媒…純水
溶質濃度:0.050mol/L
(Indium mixed crystal layer 2X)
"Indium-based film forming materials"
Raw material solution: In2O3 solution Solvent: Pure water Solute concentration: 0.050 mol/L

「ガリウム系成膜材料」
クロム混晶層と同じ
"Gallium-based film forming materials"
Same as chromium mixed crystal layer

(鉄混晶層2Y)
「鉄系成膜材料」
原料溶液:Fecl・6HO溶液
溶媒…純水
溶質濃度:0.1mol/L
(Iron mixed crystal layer 2Y)
"Iron-based film forming materials"
Raw material solution: Fecl 3.6H 2 O solution Solvent...pure water Solute concentration: 0.1 mol/L

「ガリウム系成膜材料」
原料溶液…Gacl水溶液
溶媒…純水
溶質濃度…0.1mol/L
"Gallium-based film forming materials"
Raw material solution: GaCl 3 aqueous solution Solvent: Pure water Solute concentration: 0.1 mol/L

「補助材料」
原料溶液:アンモニア水(NHaq)
溶媒…純水
"Auxiliary materials"
Raw material solution: Ammonia water (NH 3 aq)
Solvent: Pure water

(共通項目)
「ガス種類」
搬送ガス…窒素ガス
希釈ガス…窒素ガス
(Common Items)
"Gas type"
Carrier gas: Nitrogen gas Dilution gas: Nitrogen gas

「サファイア基板8」
材質…C面サファイア基材
加熱温度:400℃
"Sapphire substrate 8"
Material: C-face sapphire substrate Heating temperature: 400°C

「ミスト生成手段」
超音波振動子:2.4MHz、24V、0.625A、3個使用
"Mist generating means"
Ultrasonic transducer: 2.4MHz, 24V, 0.625A, 3 pieces used

(酸化シリコン層6)
膜厚…300nm程度
(Silicon oxide layer 6)
Film thickness: about 300 nm

<その他>
実施の形態1~実施の形態3において、アルミニウム混晶層2に代えてインジウム混晶層2Xあるいは鉄混晶層2Yを用いても同様な効果を奏する。なぜなら、化学式(6)を満足する第2の混晶層として、アルミニウム混晶層2、インジウム混晶層2X及び鉄混晶層2Yは共通の第2のエッチング特性を有するからである。
<Other>
In the first to third embodiments, the same effect can be obtained by using the indium alloy layer 2X or the iron alloy layer 2Y instead of the aluminum alloy layer 2. This is because the aluminum alloy layer 2, the indium alloy layer 2X, and the iron alloy layer 2Y have a common second etching characteristic as the second alloy layer satisfying the chemical formula (6).

なお、インジウム混晶層2Xを形成する場合はバッファ層を形成した方が望ましい。図47及び図48はバッファ層を採用したインジウム混晶層2Xの形成方法を示す断面図である。 When forming the indium alloy layer 2X, it is preferable to form a buffer layer. Figures 47 and 48 are cross-sectional views showing a method for forming the indium alloy layer 2X using a buffer layer.

図47に示すように、サファイア基板8等の基板40上にバッファ層41を形成する。その後、図48に示すように、バッファ層41上にインジウム混晶層2Xを形成する。 As shown in FIG. 47, a buffer layer 41 is formed on a substrate 40 such as a sapphire substrate 8. Then, as shown in FIG. 48, an indium mixed crystal layer 2X is formed on the buffer layer 41.

また、鉄混晶層2Yを形成する場合は、上述したように、ガリウム系成膜材料及び鉄系成膜材料に加えて、補助材料としてアンモニア溶液をミスト化したNHミスト(アンモニアミスト)を用いることが望ましい。 Furthermore, when forming the iron mixed crystal layer 2Y, as described above, it is desirable to use NH3 mist (ammonia mist) obtained by turning an ammonia solution into a mist as an auxiliary material in addition to the gallium-based film-forming material and the iron-based film-forming material.

図49は鉄混晶層2Yの製造工程の概略を模式的に示す説明図である。図49では、サファイア基板8等の基板40上に鉄混晶層2Yの製造工程を示している。鉄混晶層2Yは以下のステップ(1)~(4)により製造される。 Figure 49 is an explanatory diagram that shows a schematic outline of the manufacturing process for the iron alloy layer 2Y. Figure 49 shows the manufacturing process for the iron alloy layer 2Y on a substrate 40 such as a sapphire substrate 8. The iron alloy layer 2Y is manufactured by the following steps (1) to (4).

(1) FeミストM1を得るステップ、
(2) GaミストM2を得るステップ、
(3) NHミストM3を得るステップ、
(4) ステップ(1)~(3)で得たFeミストM1、GaミストM2及びNHミストM3を基板40上に供給して、基板40上に鉄混晶層2Yを形成するステップ
(1) obtaining an Fe mist M1;
(2) obtaining Ga mist M2;
(3) obtaining NH3 mist M3;
(4) A step of supplying the Fe mist M1, the Ga mist M2, and the NH3 mist M3 obtained in steps (1) to (3) onto the substrate 40 to form an iron mixed crystal layer 2Y on the substrate 40.

なお、ステップ(3)のNHミストM3は、上述した「補助材料」のアンモニア溶液をミスト化して得ることができる。 The NH3 mist M3 in step (3) can be obtained by turning the ammonia solution, which is the "auxiliary material" described above, into a mist.

このように、アンモニアミストを補助材料として用いて鉄混晶層2Yを形成することにより、所望の膜厚で精度良く鉄混晶層2Yを得ることができる。 In this way, by forming the iron mixed crystal layer 2Y using ammonia mist as an auxiliary material, it is possible to obtain the iron mixed crystal layer 2Y with the desired film thickness with high precision.

実施の形態1のエッチング方法は、クロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2の積層構造3(3B)をエッチング対象構造としていた。しかし、エッチング対象構造は積層構造3に限定されない。 In the etching method of the first embodiment, the layered structure 3 (3B) of the chromium alloy layer 1 and the aluminum alloy layer 2 is the structure to be etched. However, the structure to be etched is not limited to the layered structure 3.

例えば、サファイア基板8上に互いに接触することなく独立して形成されたクロム混晶層1及びアルミニウム混晶層2を含む2層独立構造をエッチング対象構造することができる。すなわち、Cr用エッチング剤F1を用いた第1のエッチング処理及びAl用エッチング剤F2を用いた第2のエッチング処理のうち、少なくとも一つのエッチング処理を2層独立構造に対して行ってもよい。 For example, a two-layer independent structure including a chromium alloy layer 1 and an aluminum alloy layer 2 formed independently on a sapphire substrate 8 without contacting each other can be the etching target structure. That is, at least one of the first etching process using the Cr etchant F1 and the second etching process using the Al etchant F2 may be performed on the two-layer independent structure.

例えば、クロム混晶層1上にパターニングされたレジストをマスクとして、2層独立構造に対し、Cr用エッチング剤F1を用いた第1のエッチング処理を行って、クロム混晶層1のみをパターニングすることができる。この際、アルミニウム混晶層2はCr用エッチング剤F1によってエッチングされないため、アルミニウム混晶層2上にレジストを形成する必要はない。 For example, a first etching process using Cr etchant F1 can be performed on the two-layer independent structure using a resist patterned on the chromium alloy layer 1 as a mask, to pattern only the chromium alloy layer 1. In this case, since the aluminum alloy layer 2 is not etched by the Cr etchant F1, there is no need to form a resist on the aluminum alloy layer 2.

また。実施の形態2及び実施の形態3で示したエッチング方法は、クロム混晶層1、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6を含む積層構造4(4B)をエッチング対象構造としていた。しかし、エッチング対象構造は積層構造4に限定されない。 In addition, in the etching methods shown in the second and third embodiments, the layered structure 4 (4B) including the chromium alloy layer 1, the aluminum alloy layer 2, and the silicon oxide layer 6 is the structure to be etched. However, the structure to be etched is not limited to the layered structure 4.

例えば、サファイア基板8上に互いに接触することなく独立して形成されたクロム混晶層1、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6を含む3層独立構造をエッチング対象構造としても良い。すなわち、Cr用エッチング剤F1を用いた第1のエッチング処理、Al用エッチング剤F2を用いた第2のエッチング処理、及び酸化シリコン用エッチング剤F3を用いた第3のエッチング処理のうち、少なくとも一つのエッチング処理を上記3層独立構造行ってもよい。 For example, the etching target structure may be a three-layer independent structure including a chromium alloy layer 1, an aluminum alloy layer 2, and a silicon oxide layer 6 formed independently on a sapphire substrate 8 without contacting each other. That is, at least one of the following etching processes may be performed on the three-layer independent structure: a first etching process using a Cr etchant F1, a second etching process using an Al etchant F2, and a third etching process using a silicon oxide etchant F3.

例えば、クロム混晶層1上にパターニングされたレジストをマスクとして、3層独立構造に対し、Cr用エッチング剤F1を用いた第1のエッチング処理を行って、クロム混晶層1をパターニングすることができる。この際、アルミニウム混晶層2及び酸化シリコン層6はCr用エッチング剤F1によってエッチングされないため、アルミニウム混晶層2上及び酸化シリコン層6上にレジストを形成する必要はない。 For example, the three-layer independent structure can be subjected to a first etching process using Cr etchant F1, using a resist patterned on the chromium alloy layer 1 as a mask, to pattern the chromium alloy layer 1. In this case, since the aluminum alloy layer 2 and the silicon oxide layer 6 are not etched by the Cr etchant F1, there is no need to form a resist on the aluminum alloy layer 2 and the silicon oxide layer 6.

なお、本開示は、その開示の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 In addition, within the scope of this disclosure, it is possible to freely combine the various embodiments, modify or omit each embodiment as appropriate.

本開示に係るエッチング方法及び半導体装置であれば、酸化ガリウムを用いた半導体装置のエッチング技術と半導体装置の活性層を形成することができ、酸化ガリウム系半導体装置の基本的な技術を提供することができ、産業上、非常に有益である。 The etching method and semiconductor device disclosed herein can form an etching technique for a semiconductor device using gallium oxide and an active layer for the semiconductor device, providing basic technology for gallium oxide-based semiconductor devices and being extremely useful in industry.

1 クロム混晶層
2 アルミニウム混晶層
2X インジウム混晶層
2Y 鉄混晶層
3,3B,4,4B 積層構造
6 酸化シリコン層
13,13B,14,14B パターニング構造
31,32 金属積層構造
34A~34C 中間パターニング構造
35 HEMT最終構造
REFERENCE SIGNS LIST 1 Chromium alloy layer 2 Aluminum alloy layer 2X Indium alloy layer 2Y Iron alloy layer 3, 3B, 4, 4B Laminated structure 6 Silicon oxide layer 13, 13B, 14, 14B Patterned structure 31, 32 Metal laminated structure 34A to 34C Intermediate patterned structure 35 HEMT final structure

Claims (8)

(a) 第1及び第2の混晶層を含むエッチング対象構造を得るステップと、
(b) 前記エッチング対象構造に対し第1のエッチング剤を用いて第1の混晶層を選択的にエッチングする第1のエッチング処理、及び前記エッチング対象構造に対し第2のエッチング剤を用いて前記第2の混晶層を選択的にエッチングする第2のエッチング処理のうち、少なくとも一つのエッチング処理を実行するステップとを備え、
前記第1の混晶層は、(M1Ga1-x(0<x≦1)を含み、
前記第2の混晶層は、(M2Ga1-y(0<y≦1)を含み、
M1=Crであり、
M2={Al,In,Fe}のうちの一つであり、
前記第1の混晶層は{x≠1}の場合に結晶性を有し、
前記第2の混晶層は{y≠1}の場合に結晶性を有する、
エッチング方法。
(a) obtaining a structure to be etched comprising first and second mixed crystal layers;
(b) performing at least one of a first etching process for selectively etching a first mixed crystal layer with a first etching agent on the etching target structure and a second etching process for selectively etching the second mixed crystal layer with a second etching agent on the etching target structure;
The first mixed crystal layer contains (M1 x Ga 1-x ) 2 O 3 (0<x≦1),
the second mixed crystal layer contains (M2 y Ga 1-y ) 2 O 3 (0<y≦1);
M1=Cr;
M2=one of {Al, In, Fe};
the first mixed crystal layer has crystallinity when {x≠1};
The second mixed crystal layer has crystallinity when {y≠1}.
Etching method.
(a) 第1及び第2の混晶層並びに酸化シリコン層を含むエッチング対象構造を得るステップと、
(b) 前記エッチング対象構造に対し第1のエッチング剤を用いて第1の混晶層を選択的にエッチングする第1のエッチング処理、前記エッチング対象構造に対し第2のエッチング剤を用いて前記第2の混晶層を選択的にエッチングする第2のエッチング処理、前記エッチング対象構造に対し第3のエッチング剤を用いて前記酸化シリコン層を選択的にエッチングする第3のエッチング処理のうち、少なくとも一つのエッチング処理を実行するステップとを備え、
前記第1の混晶層は、(M1Ga1-x(0<x≦1)を含み、
前記第2の混晶層は、(M2Ga1-y(0<y≦1)を含み、
M1=Crであり、
M2={Al,In,Fe}のうちの一つであり、
前記第1の混晶層は{x≠1}の場合に結晶性を有し、
前記第2の混晶層は{y≠1}の場合に結晶性を有する、
エッチング方法。
(a) obtaining a structure to be etched, the structure including first and second mixed crystal layers and a silicon oxide layer;
(b) performing at least one of a first etching process for selectively etching a first mixed crystal layer with a first etching agent on the structure to be etched, a second etching process for selectively etching the second mixed crystal layer with a second etching agent on the structure to be etched, and a third etching process for selectively etching the silicon oxide layer with a third etching agent on the structure to be etched;
The first mixed crystal layer contains (M1 x Ga 1-x ) 2 O 3 (0<x≦1),
the second mixed crystal layer contains (M2 y Ga 1-y ) 2 O 3 (0<y≦1);
M1=Cr;
M2=one of {Al, In, Fe};
the first mixed crystal layer has crystallinity when {x≠1};
The second mixed crystal layer has crystallinity when {y≠1}.
Etching method.
請求項2記載のエッチング方法であって、
前記第3のエッチング剤はバッファードフッ酸溶液を含む、
エッチング方法。
3. The etching method according to claim 2,
the third etchant comprises a buffered hydrofluoric acid solution;
Etching method.
請求項1から請求項3のうち、いずれか1項に記載のエッチング方法であって、
前記第2のエッチング剤は、HNO、CHCOOH、及びHPOを含む、
エッチング方法。
The etching method according to any one of claims 1 to 3,
The second etchant includes HNO3 , CH3COOH , and H3PO4 ;
Etching method.
請求項4記載のエッチング方法であって、
前記第2のエッチング剤は、HNO、CHCOOH、HPO、及びHOを含み、
前記第2のエッチング剤は、HNOが5~15重量%、CHCOOHが5~15重量%、HPOが60~80重量%、HOが10~20重量%で混合される、
エッチング方法。
5. The etching method according to claim 4,
the second etchant comprises HNO3 , CH3COOH , H3PO4 , and H2O ;
The second etching agent is a mixture of 5-15% by weight of HNO3, 5-15% by weight of CH3COOH , 60-80% by weight of H3PO4 , and 10-20% by weight of H2O ;
Etching method.
請求項1から請求項5のうち、いずれか1項に記載のエッチング方法であって、
前記第1のエッチング剤は、(NHCe(NO及びHClOを含む、
エッチング方法。
The etching method according to any one of claims 1 to 5,
The first etchant includes ( NH4 ) 2Ce ( NO3 ) 6 and HClO4 ;
Etching method.
請求項6記載のエッチング方法であって、
前記第1のエッチング剤は、(NHCe(NO、HClO及びHOを含み、
前記第1のエッチング剤は、(NHCe(NOが5~15重量%、HClOが60~80重量%、HOが10~20重量%で混合される、
エッチング方法。
7. The etching method according to claim 6,
the first etchant comprises ( NH4 ) 2Ce ( NO3 ) 6 , HClO4 and H2O ;
The first etching agent is a mixture of 5-15% by weight of (NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 , 60-80% by weight of HClO 4 , and 10-20% by weight of H 2 O;
Etching method.
請求項1から請求項7のうち、いずれか1項に記載のエッチング方法であって、
M2=Feであり、
前記ステップ(a)は、
(a-1) アンモニアミストを供給して前記第2の混晶層を形成するステップを含む、
エッチング方法。
The etching method according to any one of claims 1 to 7,
M2=Fe;
The step (a)
(a-1) supplying an ammonia mist to form the second mixed crystal layer;
Etching method.
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