JP2005033186A

JP2005033186A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2005033186A
Application number: JP2004165303A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Hirose; 裕廣瀬; Takeshi Tanaka; 毅田中; Daisuke Ueda; 大助上田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2024-06-03
Also published as: JP4157857B2

Abstract

【課題】半導体装置製造プロセスにおける半導体層の位置ずれ及び熱処理工程での汚染、変質又は変形等を防止しながら、半導体層を結晶成長させたウェハ面内において残留応力又は残留歪みを均一に緩和できるようにする。
【解決手段】サファイア基板１１の主面上に形成されたＧａＮ層１２に対して該基板の裏面側から光を照射し、それによってＧａＮ層１２における該基板との接触領域を部分的に熱分解させて熱分解層１４を形成する。その後、サファイア基板１１とＧａＮ層１２とが結合している状態を保ちながら熱分解層１４を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、 III族窒化物を用いた電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ又は発光素子等の半導体装置の製造方法に関し、特に基板を分割して半導体素子を取り出す技術に関する。

GaN 、AlN 、InN 又はこれらの混晶よりなる III族窒化物半導体（以下、単に窒化物半導体という）は、そのバンドギャップが広いために発光素子に応用されているのみならず、その耐圧、電子飽和速度及び電子移動度が高いために電界効果トランジスタ又はバイポーラトランジスタ等の高周波高出力電子デバイス等の開発にも利用されている。

これらの窒化物半導体を用いた半導体装置の製造においては、単結晶ウェハの製造が難しく、その結果、これらの窒化物半導体とは格子定数や熱膨張係数が異なる材料よりなる母材基板、例えばサファイア基板やＳｉＣ基板の上において窒化物半導体結晶層の成長が行なわれてきた。しかしながら、サファイア基板やＳｉＣ基板の上で結晶成長させた場合、基板と窒化物半導体結晶層との間の格子不整合に起因する残留応力及びそれに伴う残留歪みが存在し、それによって基板が反る等の問題が生じる。それに対して、この残留歪みを除去する１つの方法として、光を母材基板の裏面側から照射することによって、基板と窒化物半導体結晶層との界面に、該結晶層が熱分解されてなる熱分解層を形成するという技術が開発されている（特許文献１及び２参照）。
特開２００３−３７２８６号公報米国特許第６０７１７９５号明細書

しかしながら、単に光を母材基板の裏面から照射し、基板と窒化物半導体結晶層との界面に熱分解層を形成する従来技術においては、次のような問題が生じる。すなわち、熱分解層は主に III族金属を主成分としているため、その融点が低いと共に化学反応を起こしやすい。このため、熱分解層を形成する工程よりも後に、ウェハを昇温する工程やウェハを反応性ガス雰囲気中にさらす工程等の通常の半導体製造工程を実施すると、熱分解層から III族金属が蒸発して汚染の原因となってしまうという問題、又は熱分解層自身が化学反応によって変質又は変形を起こしてウェハの均一性が損なわれるという問題が生じる。

さらに、従来技術においては、ウェハ裏面の全領域に対して光を照射するため、前述の熱分解層が、窒化物半導体層と母材基板との界面における全領域に形成される結果、該半導体層の母材基板に対する完全な固定状態を保てなくなるので、半導体装置製造工程において該半導体層が位置ずれを起こすという問題も生じる。このような場合、後に行なわれる基板の降温過程で熱分解層を再度固化したとしても、この熱分解層は III族金属であるＧａ、Ａｌ又はＩｎ等を主成分とするために融点が低いので、基板上に半導体素子を作り込んでいく過程において室温以上に基板温度を上昇させた場合等に熱分解層が再び融解し、その結果、半導体素子の基板からの位置ずれが起こるという問題が生じる。

前記に鑑み、本発明は、半導体装置製造プロセスにおける半導体層の位置ずれ及び熱処理工程での汚染、変質又は変形等を防止しながら、半導体層を結晶成長させたウェハ面内において残留応力又は残留歪みを均一に緩和できるようにすることを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板の一面上に形成された半導体層に対して基板の他面側から光を照射し、それによって半導体層における基板との接触領域を部分的に熱分解させて熱分解層を形成する工程と、基板と半導体層とが結合している状態を保ちながら熱分解層を除去する工程とを備えている。

本発明の半導体装置の製造方法によると、基板の一面（表面）上に形成された半導体層に対して基板の他面（裏面）側から光を照射して熱分解層を形成するため、熱分解層の弾力性によって基板表面内の残留歪みを緩和することができるので、基板の反り等の問題が発生することを防止できる。また、半導体層を部分的に熱分解させて熱分解層を形成するため、言い換えると、基板裏面の一部分のみに対して光照射を行なって熱分解層を形成するため、半導体層（正確には半導体層のうちの基板との接触領域）における光が照射されない部分には熱分解層が形成されない。すなわち、半導体層における熱分解層の非形成領域と基板との直接的な結合が保たれるので、半導体層の母材基板に対する完全な固定状態を保つことができ、それによって半導体層の位置ずれを防止することができる。

また、本発明の半導体装置の製造方法によると、熱分解層自体を除去するため、その後に、熱分解層の融点以上に基板を加熱する工程を行なったとしても、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止することができる。すなわち、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止しながら、熱分解層の融点以上に基板を昇温させる工程を実施することができる。

本発明の半導体装置の製造方法において、半導体層は III族窒化物よりなる半導体層であることが好ましい。このようにすると、熱分解層の形成を確実に行なうことができる。

本発明の半導体装置の製造方法において、熱分解層を形成する工程では、熱分解層は、基板の一面上において該一面の中心に対して対称な形状に形成されることが好ましい。

このようにすると、半導体層の形成時に基板表面内に生じた初期残留歪みを基板表面内で均一に且つ等方的に解放することができる。

本発明の半導体装置の製造方法における熱分解層を形成する工程において、熱分解層は、基板表面の周縁部上のみに形成されてもよいし、又は、基板表面における中心部以外の他の部分の上に形成されてもよい。

本発明の半導体装置の製造方法において、熱分解層を形成する工程では、熱分解層は、基板の一面上において同心円状、放射状又はらせん状に形成されることが好ましい。

このようにすると、基板表面内に存在する歪を、基板表面の中心に対してほぼ対称に且つ均一に緩和することができる。

本発明の半導体装置の製造方法において、熱分解層を形成する工程では、熱分解層は、半導体層の端部に露出する部分を持つように形成され、熱分解層を除去する工程では、熱分解層は、前記露出する部分から酸性溶液によってエッチングされることが好ましい。

このようにすると、熱分解層全体を確実にエッチングによって除去することができる。

本発明の半導体装置の製造方法において、熱分解層を除去する工程よりも後に、熱分解層の融点以上に基板を加熱する工程をさらに備えていてもよい。

本発明の半導体装置の製造方法において、熱分解層を除去する工程よりも後に、半導体層を活性層として用いた複数の半導体素子を形成する工程をさらに備えていてもよい。

この場合、複数の半導体素子を形成する工程よりも後に、基板を分割することによって複数の半導体素子を個片化する工程をさらに備え、熱分解層を形成する工程は、基板の分割ラインに沿って半導体層に対して光を照射することにより、熱分解層をライン状に形成する工程を含み、複数の半導体素子を個片化する工程は、熱分解層が除去されたライン状の領域に沿って基板を分割する工程を含むことが好ましい。このようにすると、基板表面内における残留歪みを緩和しながら各半導体素子を形成できると共に、各半導体素子をチップとして切り出すことができる。

また、この場合、複数の半導体素子を形成する工程よりも後に、基板を分割することによって複数の半導体素子を個片化する工程をさらに備え、熱分解層を形成する工程は、基板の分割ラインに沿って光が照射されない領域がライン状に存在するように半導体層に対して光を照射する工程を含み、複数の半導体素子を個片化する工程は、ライン状に存在する光が照射されない領域に沿って基板を分割する工程を含むことが好ましい。このようにすると、基板表面内における残留歪みを緩和しながら各半導体素子を形成できると共に基板から各半導体素子を、他の基板に貼り合わせ可能な薄膜状態で切り出すことができる。

本発明によると、半導体層を結晶成長させたウェハ面において、熱分解層の形成によって残留応力又は残留歪みを均一に緩和することができるので、基板の反り等の問題が発生することを防止できる。また、基板と半導体層とが結合している状態を保ちながら熱分解層を除去することにより、その後の半導体装置製造プロセスにおける半導体層の位置ずれ及び熱処理工程での汚染、変質又は変形等が発生する事態も阻止することができる。すなわち、残留応力又は残留歪みを緩和して基板の反り等を防止しながら、半導体装置製造プロセスで位置ずれを起さず且つ熱処理工程にも耐えうる半導体層を用いた半導体装置を製造することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）及び図１（ｃ）〜（ｇ）は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。

まず、図１（ａ）に示すように、例えばＣ面を主面とする厚さ４００μｍ程度のサファイア基板１１の該主面上に、例えば有機金属気相エピタキシャル成長法（ＭＯＶＰＥ法）により、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）よりなる厚さ２〜３μｍ程度の第１の半導体層１２を形成する。その後、第１の半導体層１２の上に、例えばアルミニウムとガリウムとを含む窒化物混晶（Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（但し０＜ｘ＜１））よりなる厚さ２５ｎｍ程度の第２の半導体層１３を形成する。このとき、サファイア基板１１と第１の半導体層１２との間の格子不整合に起因する残留応力及びそれに伴う残留歪みが存在し、それによって、図１（ａ）に示すように、サファイア基板１１が反る。

続いて、主面上に半導体層１２及び１３が積層されたサファイア基板１１の裏面（前記主面の反対面）側から、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波を、例えば、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ²、パルス幅５ｎｓ、ビーム径１．００μｍの照射条件で照射する。具体的には、本実施形態においては、図１（ｂ）に示すように、サファイア基板１１の裏面における周縁部を光照射部１１ａとする。レーザ光に対してサファイア基板１１は透明であるため、サファイア基板１１の裏面側から照射したレーザ光は、第１の半導体層（ＧａＮ層）１２におけるサファイア基板１１との界面近傍で吸収されるので、該界面近傍のＧａＮ層１２のみが熱分解する。その結果、図１（ｃ）に示すように、光照射部１１ａと対応するＧａＮ層１２の周縁部におけるサファイア基板１１との界面近傍に、Ｇａを主成分とする薄い熱分解層１４が形成される。このように熱分解層１４を形成することによって、サファイア基板１１の周縁部に存在する歪を、基板表面の中心に対してほぼ対称に且つ一様に緩和することができる。

ところで、熱分解層１４の融点は一般に低いため、第１の半導体層（ＧａＮ層）１２及び第２の半導体層（ＡｌＧａＮ層）１３を用いた半導体装置の製造工程において、熱分解層１４が形成されたままでサファイア基板１１を昇温する工程を実施すると、次のような問題が生じる。すなわち、熱分解層１４中のＧａの蒸発若しくは拡散等に起因する汚染又は該Ｇａの酸化により、熱分解層１４の厚さにむらが生じたり、又はＡｌＧａＮ層１３の表面形状が不均一になる結果、最終的に作製された半導体装置においても面内性能ばらつきが生じてしまう。

そこで、本実施形態においては、レーザ光の照射によって形成された熱分解層１４を有するサファイア基板１１を例えば塩酸に浸すことによって、図１（ｄ）に示すように、熱分解層１４を除去する。このとき、ＧａＮ層１２については、図１（ｄ）に示すように、レーザ光の未照射部分（熱分解層１４の非形成領域）でサファイア基板１１と結合された状態が保たれる。

次に、図１（ｅ）に示すように、ＧａＮ層１２及びＡｌＧａＮ層１３におけるデバイス活性領域として用いられる領域の上に、例えばＳｉよりなるマスク１５を堆積した後、例えば９００℃程度の酸素雰囲気中で９時間程度アニ−ルを実施する。これにより、ＡｌＧａＮ層１３におけるマスク１５によって覆われていない領域が選択的に酸化され、それにより素子分離層１６が形成される。ここで、９００℃程度という熱分解層１４の融点以上の高温においてサファイア基板１１を酸素雰囲気中に曝すことができるのは、図１（ｄ）に示す工程で熱分解層１４が既に除去されているからである。

次に、図１（ｆ）に示すように、マスク１５を除去した後、ＡｌＧａＮ層１３の露出部分の上に、例えば、主としてＴｉ層とＡｌ層との積層構造から構成される一対のソース・ドレイン電極１７を形成し、その後、例えば６００℃程度の水素雰囲気中でアニ−ルを実施することにより、各ソース・ドレイン電極１７とＡｌＧａＮ層１３との間においてオーミック・コンタクトを実現する。ここで、図１（ｄ）に示す工程で熱分解層１４が除去されているため、６００℃程度という熱分解層１４の融点以上の高温においてサファイア基板１１を処理したとしても、熱分解層１４の蒸発又は化学反応等に起因する悪影響を防止することができる。

次に、図１（ｇ）に示すように、ＡｌＧａＮ層１３における一対のソース・ドレイン電極１７の間の領域の上に、例えばリフトオフ法によってゲート電極１８を形成した後、ＡｌＧａＮ層１３の残りの露出部分の上に表面パッシベ−ション膜１９を形成する。その後、図示は省略しているが、配線工程等を経て半導体装置を完成させる。

以上に説明したように、第１の実施形態によると、サファイア基板１１の主面上に形成されたＧａＮ層１２に対して、サファイア基板１１の裏面（ＧａＮ層１２が形成された主面の反対面）から光を照射して熱分解層１４を形成するため、熱分解層１４の弾力性によって基板主面内の残留歪みを緩和することができるので、サファイア基板１１の反り等の問題が発生することを防止できる。また、第１の実施形態においては、反り等が生じた場合に一般に変形量が大きい基板周縁部の歪を、光照射（レーザ光照射）の仕方を調節することによって緩和することができる。

また、第１の実施形態によると、ＧａＮ層１２を部分的に熱分解させて熱分解層１４を形成するため、言い換えると、基板裏面の一部分のみに対して光照射を行なって熱分解層１４を形成するため、ＧａＮ層１２（正確にはＧａＮ層１２のうちのサファイア基板１１との接触領域）における光が照射されない部分には熱分解層１４が形成されない。すなわち、熱分解層１４の除去後においても、ＧａＮ層１２における熱分解層１４の非形成領域とサファイア基板１１との直接的な結合が保たれるので、母材基板であるサファイア基板１１に対するＧａＮ層１２の完全な固定状態を保つことができ、それによってＧａＮ層１２の位置ずれを防止することができる。これにより、後のリソグラフィ工程等における精度の向上を図ることができる。

また、第１の実施形態によると、熱分解層１４自体を除去するため、その後に、熱分解層１４の融点以上にサファイア基板１１を加熱する工程を行なったとしても、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止することができる。すなわち、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止しながら、熱分解層１４の融点以上にサファイア基板１１を昇温させる工程を実施することができる。

尚、第１の実施形態において、基板裏面側から照射する光の種類は、第１の半導体層１２を熱分解させることができる光であれば、特に限定されるものではない。

また、第１の実施形態において、第１の半導体層１２として、ＧａＮ層を用いたが、これに限らず、 III族窒化物層を用いることによって、熱分解層１４の形成を確実に行なうことができる。但し、 III族窒化物層以外の半導体層、例えばＧａＡｓ層又はＳｉ層等を用いてもよいことは言うまでもない。

また、第１の実施形態において、サファイア基板１１を用いたが、これに代えて、ＳｉＣ基板又はガラス基板等を用いてもよい。

また、第１の実施形態において、熱分解層１４のエッチング除去に塩酸を用いたが、これに代えて、他の酸性溶液を用いてもよい。また、熱分解層１４を、酸性溶液を用いたエッチング以外の方法によって除去してもよい。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図２（ａ）及び図２（ｃ）〜（ｇ）は、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図２（ｂ）は、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、例えばＣ面を主面とする厚さ４００μｍ程度のサファイア基板２１の該主面上に、例えばＭＯＶＰＥ法により、例えばＧａＮよりなる厚さ２〜３μｍ程度の第１の半導体層２２を形成する。その後、第１の半導体層２２の上に、例えばアルミニウムとガリウムとを含む窒化物混晶（Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（但し０＜ｘ＜１））よりなる厚さ２５ｎｍ程度の第２の半導体層２３を形成する。このとき、サファイア基板２１と第１の半導体層２２との間の格子不整合に起因する残留応力及びそれに伴う残留歪みが存在し、それによって、図１（ａ）に示すように、サファイア基板２１が反る。

続いて、主面上に半導体層２２及び２３が積層されたサファイア基板２１の裏面（前記主面の反対面）側から、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波を、例えば、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ²、パルス幅５ｎｓ、ビーム径１．００μｍの照射条件で照射する。具体的には、本実施形態においては、図２（ｂ）に示すように、サファイア基板２１の裏面における中心近傍部を除くほぼ全域を光照射部２１ａとする。レーザ光に対してサファイア基板２１は透明であるため、サファイア基板２１の裏面側から照射したレーザ光は、第１の半導体層（ＧａＮ層）２２におけるサファイア基板２１との界面近傍で吸収されるので、該界面近傍のＧａＮ層２２のみが熱分解する。その結果、図２（ｃ）に示すように、光照射部２１ａと対応するＧａＮ層２２のほぼ全域（中心近傍部を除く）におけるサファイア基板２１との界面近傍に、Ｇａを主成分とする薄い熱分解層２４が形成される。このように熱分解層２４を形成することによって、光照射前に存在していたサファイア基板２１の残留応力は、該基板の中心近傍部を除く広い範囲に亘って、該基板の中心に対してほぼ対称に且つ一様に緩和される。

ところで、熱分解層２４の融点は一般に低いため、第１の半導体層（ＧａＮ層）２２及び第２の半導体層（ＡｌＧａＮ層）２３を用いた半導体装置の製造工程において、熱分解層２４が形成されたままでサファイア基板２１を昇温する工程を実施すると、次のような問題が生じる。すなわち、熱分解層２４中のＧａの蒸発若しくは拡散等に起因する汚染又は該Ｇａの酸化により、熱分解層２４の厚さにむらが生じたり、又はＡｌＧａＮ層２３の表面形状が不均一になる結果、最終的に作製された半導体装置においても面内性能ばらつきが生じてしまう。

そこで、本実施形態においては、レーザ光の照射によって形成された熱分解層２４を有するサファイア基板２１を例えば塩酸に浸すことによって、図２（ｄ）に示すように、熱分解層２４を除去する。このとき、ＧａＮ層２２については、図２（ｄ）に示すように、レーザ光の未照射部分（熱分解層２４の非形成領域）つまり中央部でサファイア基板２１と結合された状態が保たれる。

次に、図２（ｅ）に示すように、ＧａＮ層２２及びＡｌＧａＮ層２３におけるデバイス活性領域として用いられる領域の上に、例えばＳｉよりなるマスク２５を堆積した後、例えば９００℃程度の酸素雰囲気中で９時間程度アニ−ルを実施する。これにより、ＡｌＧａＮ層２３におけるマスク２５によって覆われていない領域が選択的に酸化され、それにより素子分離層２６が形成される。ここで、９００℃程度という熱分解層２４の融点以上の高温においてサファイア基板２１を酸素雰囲気中に長時間曝すことができるのは、図２（ｄ）に示す工程で熱分解層２４が既に除去されているからである。

次に、図２（ｆ）に示すように、マスク２５を除去した後、ＡｌＧａＮ層２３の露出部分の上に、例えば、主としてＴｉ層とＡｌ層との積層構造から構成される一対のソース・ドレイン電極２７を形成し、その後、例えば６００℃程度の水素雰囲気中でアニ−ルを実施することにより、各ソース・ドレイン電極２７とＡｌＧａＮ層２３との間においてオーミック・コンタクトを実現する。ここで、図２（ｄ）に示す工程で熱分解層２４が予め除去されているため、熱分解層２４の蒸発又は化学反応等に起因する悪影響を防止しながら、６００℃程度という熱分解層２４の融点以上の高温においてサファイア基板２１を処理することが可能となった。

次に、図２（ｇ）に示すように、ＡｌＧａＮ層２３における一対のソース・ドレイン電極２７の間の領域の上に、例えばリフトオフ法によってゲート電極２８を形成した後、ＡｌＧａＮ層２３の残りの露出部分の上に表面パッシベ−ション膜２９を形成する。その後、図示は省略しているが、配線工程等を経て半導体装置を完成させる。

以上に説明したように、第２の実施形態によると、サファイア基板２１の主面上に形成されたＧａＮ層２２に対して、サファイア基板２１の裏面（ＧａＮ層２２が形成された主面の反対面）から光を照射して熱分解層２４を形成するため、熱分解層２４の弾力性によって基板主面内の残留歪みを緩和することができるので、サファイア基板２１の反り等の問題が発生することを防止できる。また、第２の実施形態においては、反り等が生じた場合に変形量が最も小さい基板中心部以外の全ての部分の歪を、光照射（レーザ光照射）の仕方を調節することによって緩和することができる。

また、第２の実施形態によると、ＧａＮ層２２の中心部以外を熱分解させて熱分解層２４を形成するため、言い換えると、基板裏面の中心部以外に対して光照射を行なって熱分解層２４を形成するため、ＧａＮ層２２（正確にはＧａＮ層２２のうちのサファイア基板２１との接触領域）における光が照射されない中心部分には熱分解層２４が形成されない。このため、熱分解層１４の除去後においても、ＧａＮ層２２における熱分解層２４の非形成領域とサファイア基板２１との直接的な結合が保たれる。言い換えると、熱分解層２４の除去後においても、ＧａＮ層２２をその中心部においてサファイア基板２１により支持することが可能となる。従って、母材基板であるサファイア基板２１に対するＧａＮ層２２の完全な固定状態を保つことができ、それによってＧａＮ層２２の位置ずれを防止することができる。これにより、後のリソグラフィ工程等における精度の向上を図ることができる。

また、第２の実施形態によると、熱分解層２４自体を除去するため、その後に、熱分解層２４の融点以上にサファイア基板２１を加熱する工程を行なったとしても、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止することができる。すなわち、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止しながら、熱分解層２４の融点以上にサファイア基板２１を昇温させる工程を実施することができる。

尚、第２の実施形態において、基板裏面側から照射する光の種類は、第１の半導体層２２を熱分解させることができる光であれば、特に限定されるものではない。

また、第２の実施形態において、第１の半導体層２２として、ＧａＮ層を用いたが、これに限らず、 III族窒化物層を用いることによって、熱分解層２４の形成を確実に行なうことができる。但し、 III族窒化物層以外の半導体層、例えばＧａＡｓ層又はＳｉ層等を用いてもよいことは言うまでもない。

また、第２の実施形態において、サファイア基板２１を用いたが、これに代えて、ＳｉＣ基板又はガラス基板等を用いてもよい。

また、第２の実施形態において、熱分解層２４のエッチング除去に塩酸を用いたが、これに代えて、他の酸性溶液を用いてもよい。また、熱分解層２４を、酸性溶液を用いたエッチング以外の方法によって除去してもよい。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図３（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）は、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図３（ｂ）は、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。

まず、図３（ａ）に示すように、例えばＣ面を主面とする厚さ４００μｍ程度のサファイア基板３１の該主面上に、例えばＭＯＶＰＥ法により、例えばＧａＮよりなる厚さ２〜３μｍ程度の第１の半導体層３２を形成する。その後、第１の半導体層３２の上に、例えばアルミニウムとガリウムとを含む窒化物混晶（Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（但し０＜ｘ＜１））よりなる厚さ２５ｎｍ程度の第２の半導体層３３を形成する。このとき、サファイア基板３１と第１の半導体層３２との間の格子不整合に起因する残留応力及びそれに伴う残留歪みが存在し、それによって、図３（ａ）に示すように、サファイア基板２１が反る。

続いて、主面上に半導体層３２及び３３が積層されたサファイア基板３１の裏面（前記主面の反対面）側から、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波を、例えば、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ²、パルス幅５ｎｓ、ビーム径１．００μｍの照射条件で照射する。具体的には、本実施形態においては、図３（ｂ）に示すように、サファイア基板３１の裏面において同心円状パターンを持つ光照射部３５を設定する。レーザ光に対してサファイア基板３１は透明であるため、サファイア基板３１の裏面側から照射したレーザ光は、第１の半導体層（ＧａＮ層）３２におけるサファイア基板３１との界面近傍で吸収されるので、該界面近傍のＧａＮ層３２のみが熱分解する。その結果、図３（ｃ）に示すように、ＧａＮ層３２のうちの光照射部３５と対応する部分（基板主面上において同心円状に存在する部分）におけるサファイア基板３１との界面近傍に、Ｇａを主成分とする薄い熱分解層３４が形成される。このようにサファイア基板３１の主面上において熱分解層３４を基板中心に対して対称な形状に形成することによって、光照射前に存在していたサファイア基板３１の残留応力は、該基板の全面に亘って、基板中心に対してほぼ対称に且つ一様に緩和される。

ところで、熱分解層３４の融点は一般に低いため、第１の半導体層（ＧａＮ層）３２及び第２の半導体層（ＡｌＧａＮ層）３３を用いた半導体装置の製造工程において、熱分解層３４が形成されたままでサファイア基板３１を昇温する工程を実施すると、次のような問題が生じる。すなわち、熱分解層３４中のＧａの蒸発若しくは拡散等に起因する汚染又は該Ｇａの酸化により、熱分解層３４の厚さにむらが生じたり、又はＡｌＧａＮ層３３の表面形状が不均一になる結果、最終的に作製された半導体装置においても面内性能ばらつきが生じてしまう。

そこで、本実施形態においては、レーザ光の照射によって形成された熱分解層３４を有するサファイア基板３１を例えば塩酸に浸すことによって、図３（ｄ）に示すように、熱分解層３４を除去する。ここで、図３（ｃ）に示す、光照射部３５と対応する同心円状パターンを持つ熱分解層３４については、単にサファイア基板３１を塩酸に浸すことによっては、熱分解層３４のうちの内側の輪帯部分までは塩酸が供給されない結果、該内側の輪帯部分がエッチングによって除去されないという問題が生じる。そこで、本実施形態においては、サファイア基板３１の裏面において、同心円状パターンを持つ光照射部３５と共に、光照射部３５の各輪帯部分同士を接続する光照射部３６を設けておく。これによって、ＧａＮ層３２のうちの光照射部３６と対応する部分にも熱分解層３４が形成されるため、熱分解層３４におけるＧａＮ層３２の端部に露出する部分（最も外側の輪帯部分）から、基板中心に向かって熱分解層３４が順次除去されていく。その結果、熱分解層３４における内側の輪帯部分にも塩酸が供給されるので、該全ての熱分解層３４が塩酸によってエッチング除去される。

尚、本実施形態においても、熱分解層３４の除去後におけるＧａＮ層３２については、図３（ｄ）に示すように、レーザ光の未照射部分（熱分解層３４の非形成領域である同心円状部分）でサファイア基板３１と結合された状態が保たれる。

その後、図示は省略しているが、図１（ｅ）〜（ｇ）又は図２（ｅ）〜（ｇ）に示す第１又は第２の実施形態と同様の工程を行なうことによって、半導体装置を完成させることが可能となる。

以上に説明したように、第３の実施形態によると、サファイア基板３１の主面上に形成されたＧａＮ層３２に対して、サファイア基板３１の裏面（ＧａＮ層３２が形成された主面の反対面）から光を照射して熱分解層３４を形成するため、熱分解層３４の弾力性によって基板主面内の残留歪みを緩和することができるので、サファイア基板３１の反り等の問題が発生することを防止できる。すなわち、本実施形態で説明した光照射（レーザ光照射）の仕方によって、基板主面において同心円状に発生する歪を緩和することが可能となる。

また、第３の実施形態によると、ＧａＮ層３２を部分的に熱分解させて熱分解層３４を形成するため、言い換えると、基板裏面に対して部分的に光照射を行なって熱分解層３４を形成するため、ＧａＮ層３２（正確にはＧａＮ層３２のうちのサファイア基板３１との接触領域）における光が照射されない部分には熱分解層３４が形成されない。すなわち、熱分解層３４の除去後においても、ＧａＮ層３２における熱分解層３４の非形成領域とサファイア基板３１との直接的な結合が保たれるので、母材基板であるサファイア基板３１に対するＧａＮ層３２の完全な固定状態を保つことができ、それによってＧａＮ層３２の位置ずれを防止することができる。これにより、後のリソグラフィ工程等における精度の向上を図ることができる。

また、第３の実施形態によると、熱分解層３４自体を除去するため、その後に、熱分解層３４の融点以上にサファイア基板３１を加熱する工程を行なったとしても、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止することができる。すなわち、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止しながら、熱分解層３４の融点以上にサファイア基板３１を昇温させる工程を実施することができる。

尚、第３の実施形態において、基板裏面側から照射する光の種類は、第１の半導体層３２を熱分解させることができる光であれば、特に限定されるものではない。

また、第３の実施形態において、第１の半導体層３２として、ＧａＮ層を用いたが、これに限らず、 III族窒化物層を用いることによって、熱分解層３４の形成を確実に行なうことができる。但し、 III族窒化物層以外の半導体層、例えばＧａＡｓ層又はＳｉ層等を用いてもよいことは言うまでもない。

また、第３の実施形態において、サファイア基板３１を用いたが、これに代えて、ＳｉＣ基板又はガラス基板等を用いてもよい。

また、第３の実施形態において、熱分解層３４のエッチング除去に塩酸を用いたが、これに代えて、他の酸性溶液を用いてもよい。また、熱分解層３４を、酸性溶液を用いたエッチング以外の方法によって除去してもよい。

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図４（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）は、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図４（ｂ）は、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。

まず、図４（ａ）に示すように、例えばＣ面を主面とする厚さ４００μｍ程度のサファイア基板４１の該主面上に、例えばＭＯＶＰＥ法により、例えばＧａＮよりなる厚さ２〜３μｍ程度の第１の半導体層４２を形成する。その後、第１の半導体層４２の上に、例えばアルミニウムとガリウムとを含む窒化物混晶（Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（但し０＜ｘ＜１））よりなる厚さ２５ｎｍ程度の第２の半導体層４３を形成する。このとき、サファイア基板４１と第１の半導体層４２との間の格子不整合に起因する残留応力及びそれに伴う残留歪みが存在し、それによって、図４（ａ）に示すように、サファイア基板４１が反る。

続いて、主面上に半導体層４２及び４３が積層されたサファイア基板４１の裏面（前記主面の反対面）側から、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波を、例えば、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ²、パルス幅５ｎｓ、ビーム径１．００μｍの照射条件で照射する。具体的には、本実施形態においては、図４（ｂ）に示すように、サファイア基板４１の裏面において放射状パターンを持つ光照射部４１ａを設定する。レーザ光に対してサファイア基板４１は透明であるため、サファイア基板４１の裏面側から照射したレーザ光は、第１の半導体層（ＧａＮ層）４２におけるサファイア基板４１との界面近傍で吸収されるので、該界面近傍のＧａＮ層４２のみが熱分解する。その結果、図４（ｃ）に示すように、ＧａＮ層４２のうちの光照射部４１ａと対応する部分（基板主面上において放射状に存在する部分）におけるサファイア基板４１との界面近傍に、Ｇａを主成分とする薄い熱分解層４４が形成される。このようにサファイア基板４１の主面上において熱分解層４４を基板中心に対して対称な形状に形成することによって、光照射前に存在していたサファイア基板４１の残留応力は、該基板の全面に亘って、該基板の中心に対してほぼ対称に且つ一様に緩和される。尚、図４（ｃ）は、図４（ｂ）におけるIV−IV線の断面図である。

ところで、熱分解層４４の融点は一般に低いため、第１の半導体層（ＧａＮ層）４２及び第２の半導体層（ＡｌＧａＮ層）４３を用いた半導体装置の製造工程において、熱分解層４４が形成されたままでサファイア基板４１を昇温する工程を実施すると、次のような問題が生じる。すなわち、熱分解層４４中のＧａの蒸発若しくは拡散等に起因する汚染又は該Ｇａの酸化により、熱分解層４４の厚さにむらが生じたり、又はＡｌＧａＮ層４３の表面形状が不均一になる結果、最終的に作製された半導体装置においても面内性能ばらつきが生じてしまう。

そこで、本実施形態においては、レーザ光の照射によって形成された熱分解層４４を有するサファイア基板４１を例えば塩酸に浸すことによって、図４（ｄ）に示すように、熱分解層４４を除去する。このとき、熱分解層４４におけるＧａＮ層４２の端部に露出する部分から、基板中心に向かって熱分解層４４が順次除去されていく。その結果、熱分解層４４における基板中心付近に形成されている部分にも塩酸が供給されるので、全ての熱分解層４４が塩酸によってエッチング除去される。

尚、本実施形態においても、熱分解層４４の除去後におけるＧａＮ層４２については、図４（ｄ）に示すように、レーザ光の未照射部分（熱分解層４４の非形成領域である放射状部分）でサファイア基板４１と結合された状態が保たれる。

以上に説明したように、第４の実施形態によると、サファイア基板４１の主面上に形成されたＧａＮ層４２に対して、サファイア基板４１の裏面（ＧａＮ層４２が形成された主面の反対面）から光を照射して熱分解層４４を形成するため、熱分解層４４の弾力性によって基板主面内の残留歪みを緩和することができるので、サファイア基板４１の反り等の問題が発生することを防止できる。すなわち、本実施形態で説明した光照射（レーザ光照射）の仕方によって、基板主面に存在する歪を基板の中心に対して対称に且つ均一に緩和することが可能となる。

また、第４の実施形態によると、ＧａＮ層４２を部分的に熱分解させて熱分解層４４を形成するため、言い換えると、基板裏面に対して部分的に光照射を行なって熱分解層４４を形成するため、ＧａＮ層４２（正確にはＧａＮ層４２のうちのサファイア基板４１との接触領域）における光が照射されない部分には熱分解層４４が形成されない。すなわち、熱分解層４４の除去後においても、ＧａＮ層４２における熱分解層４４の非形成領域とサファイア基板４１との直接的な結合が保たれるので、母材基板であるサファイア基板４１に対するＧａＮ層４２の完全な固定状態を保つことができ、それによってＧａＮ層４２の位置ずれを防止することができる。これにより、後のリソグラフィ工程等における精度の向上を図ることができる。

また、第４の実施形態によると、熱分解層４４自体を除去するため、その後に、熱分解層４４の融点以上にサファイア基板４１を加熱する工程を行なったとしても、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止することができる。すなわち、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止しながら、熱分解層４４の融点以上にサファイア基板４１を昇温させる工程を実施することができる。

尚、第４の実施形態において、基板裏面側から照射する光の種類は、第１の半導体層４２を熱分解させることができる光であれば、特に限定されるものではない。

また、第４の実施形態において、第１の半導体層４２として、ＧａＮ層を用いたが、これに限らず、 III族窒化物層を用いることによって、熱分解層４４の形成を確実に行なうことができる。但し、 III族窒化物層以外の半導体層、例えばＧａＡｓ層又はＳｉ層等を用いてもよいことは言うまでもない。

また、第４の実施形態において、サファイア基板４１を用いたが、これに代えて、ＳｉＣ基板又はガラス基板等を用いてもよい。

また、第４の実施形態において、熱分解層４４のエッチング除去に塩酸を用いたが、これに代えて、他の酸性溶液を用いてもよい。また、熱分解層４４を、酸性溶液を用いたエッチング以外の方法によって除去してもよい。

（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図５（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）は、第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図５（ｂ）は、第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。

まず、図５（ａ）に示すように、例えばＣ面を主面とする厚さ４００μｍ程度のサファイア基板５１の該主面上に、例えばＭＯＶＰＥ法により、例えばＧａＮよりなる厚さ２〜３μｍ程度の第１の半導体層５２を形成する。その後、第１の半導体層５２の上に、例えばアルミニウムとガリウムとを含む窒化物混晶（Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（但し０＜ｘ＜１））よりなる厚さ２５ｎｍ程度の第２の半導体層５３を形成する。このとき、サファイア基板５１と第１の半導体層５２との間の格子不整合に起因する残留応力及びそれに伴う残留歪みが存在し、それによって、図５（ａ）に示すように、サファイア基板５１が反る。

続いて、主面上に半導体層５２及び５３が積層されたサファイア基板５１の裏面（前記主面の反対面）側から、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波を、例えば、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ²、パルス幅５ｎｓ、ビーム径１．００μｍの照射条件で照射する。具体的には、本実施形態においては、図５（ｂ）に示すように、サファイア基板５１の裏面において、らせん状パターンを持つ光照射部５１ａを設定する。レーザ光に対してサファイア基板５１は透明であるため、サファイア基板５１の裏面側から照射したレーザ光は、第１の半導体層（ＧａＮ層）５２におけるサファイア基板５１との界面近傍で吸収されるので、該界面近傍のＧａＮ層５２のみが熱分解する。その結果、図５（ｃ）に示すように、ＧａＮ層５２のうちの光照射部５１ａと対応する部分（基板主面上においてらせん状に存在する部分）におけるサファイア基板５１との界面近傍に、Ｇａを主成分とする薄い熱分解層５４が形成される。このようにサファイア基板５１の主面上において熱分解層５４を基板中心に対して対称な形状に形成することによって、光照射前に存在していたサファイア基板５１の残留応力は、該基板の全面に亘って均等に緩和される。

ところで、熱分解層５４の融点は一般に低いため、第１の半導体層（ＧａＮ層）５２及び第２の半導体層（ＡｌＧａＮ層）５３を用いた半導体装置の製造工程において、熱分解層５４が形成されたままでサファイア基板５１を昇温する工程を実施すると、次のような問題が生じる。すなわち、熱分解層５４中のＧａの蒸発若しくは拡散等に起因する汚染又は該Ｇａの酸化により、熱分解層５４の厚さにむらが生じたり、又はＡｌＧａＮ層５３の表面形状が不均一になる結果、最終的に作製された半導体装置においても面内性能ばらつきが生じてしまう。

そこで、本実施形態においては、レーザ光の照射によって形成された熱分解層５４を有するサファイア基板５１を例えば塩酸に浸すことによって、図５（ｄ）に示すように、熱分解層５４を除去する。このとき、熱分解層５４におけるＧａＮ層５２の端部に露出する部分から、基板中心に向かって熱分解層５４が順次除去されていく。その結果、熱分解層５４における基板中心付近に形成されている部分にも塩酸が供給されるので、全ての熱分解層５４が塩酸によってエッチング除去される。

尚、本実施形態においても、熱分解層５４の除去後におけるＧａＮ層５２については、図５（ｄ）に示すように、レーザ光の未照射部分（熱分解層５４の非形成領域である、らせん状部分）でサファイア基板５１と結合された状態が保たれる。

以上に説明したように、第５の実施形態によると、サファイア基板５１の主面上に形成されたＧａＮ層５２に対して、サファイア基板５１の裏面（ＧａＮ層５２が形成された主面の反対面）から光を照射して熱分解層５４を形成するため、熱分解層５４の弾力性によって基板主面内の残留歪みを緩和することができるので、サファイア基板５１の反り等の問題が発生することを防止できる。すなわち、本実施形態で説明した光照射（レーザ光照射）の仕方によって、基板主面内に存在する残留応力を基板中心に対してほぼ対称に且つほぼ均一に緩和することが可能となる。

また、第５の実施形態によると、ＧａＮ層５２を部分的に熱分解させて熱分解層５４を形成するため、言い換えると、基板裏面に対して部分的に光照射を行なって熱分解層５４を形成するため、ＧａＮ層５２（正確にはＧａＮ層５２のうちのサファイア基板５１との接触領域）における光が照射されない部分には熱分解層５４が形成されない。すなわち、熱分解層５４の除去後においても、ＧａＮ層５２における熱分解層５４の非形成領域とサファイア基板５１との直接的な結合が保たれるので、母材基板であるサファイア基板５１に対するＧａＮ層５２の完全な固定状態を保つことができ、それによってＧａＮ層５２の位置ずれを防止することができる。これにより、後のリソグラフィ工程等における精度の向上を図ることができる。

また、第５の実施形態によると、熱分解層５４自体を除去するため、その後に、熱分解層５４の融点以上にサファイア基板５１を加熱する工程を行なったとしても、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止することができる。すなわち、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止しながら、熱分解層５４の融点以上にサファイア基板５１を昇温させる工程を実施することができる。

尚、第５の実施形態において、基板裏面側から照射する光の種類は、第１の半導体層５２を熱分解させることができる光であれば、特に限定されるものではない。

また、第５の実施形態において、第１の半導体層５２として、ＧａＮ層を用いたが、これに限らず、 III族窒化物層を用いることによって、熱分解層５４の形成を確実に行なうことができる。但し、 III族窒化物層以外の半導体層、例えばＧａＡｓ層又はＳｉ層等を用いてもよいことは言うまでもない。

また、第５の実施形態において、サファイア基板５１を用いたが、これに代えて、ＳｉＣ基板又はガラス基板等を用いてもよい。

また、第５の実施形態において、熱分解層５４のエッチング除去に塩酸を用いたが、これに代えて、他の酸性溶液を用いてもよい。また、熱分解層５４を、酸性溶液を用いたエッチング以外の方法によって除去してもよい。

（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図６（ａ）及び図６（ｃ）〜（ｅ）は、第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図６（ｂ）は、第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。

まず、図６（ａ）に示すように、例えばＣ面を主面とする厚さ４００μｍ程度のサファイア基板６１の該主面上に、例えばＭＯＶＰＥ法により、例えばＧａＮよりなる厚さ２〜３μｍ程度の第１の半導体層６２を形成する。その後、第１の半導体層６２の上に、例えばアルミニウムとガリウムとを含む窒化物混晶（Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（但し０＜ｘ＜１））よりなる厚さ２５ｎｍ程度の第２の半導体層６３を形成する。このとき、サファイア基板６１と第１の半導体層６２との間の格子不整合に起因する残留応力及びそれに伴う残留歪みが存在し、それによって、図６（ａ）に示すように、サファイア基板６１が反る。

続いて、主面上に半導体層６２及び６３が積層されたサファイア基板６１の裏面（前記主面の反対面）側から、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波を、例えば、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ²、パルス幅５ｎｓ、ビーム径１．００μｍの照射条件で照射する。具体的には、本実施形態においては、図６（ｂ）に示すように、サファイア基板６１の裏面において、サファイア基板６１からチップを取り出すための分割ライン（図６（ｄ）の一点鎖線参照）に沿ったパターンを持つ光照射部６５を設定する。すなわち、本実施形態においては、光照射部６５によって区画された領域（つまり光非照射部）がチップ形成領域６６となる。レーザ光に対してサファイア基板６１は透明であるため、サファイア基板６１の裏面側から照射したレーザ光は、第１の半導体層（ＧａＮ層）６２におけるサファイア基板６１との界面近傍で吸収されるので、該界面近傍のＧａＮ層６２のみが熱分解する。その結果、図６（ｃ）に示すように、ＧａＮ層６２のうちの光照射部６５と対応する部分（基板主面上において分割ラインに沿って存在する部分）におけるサファイア基板６１との界面近傍に、Ｇａを主成分とする薄い熱分解層６４が形成される。すなわち、サファイア基板６１の分割ラインに沿ってライン状の熱分解層６４が形成される。尚、本実施形態の熱分解層６４は、基板（ウェハ）全体のサイズに比べて十分に小さいサイズでウェハ全面に亘って形成されるので、光照射前に存在していたウェハ面内の残留応力は該面内において一様に緩和される。

ところで、熱分解層６４の融点は一般に低いため、第１の半導体層（ＧａＮ層）６２及び第２の半導体層（ＡｌＧａＮ層）６３を用いた半導体装置の製造工程において、熱分解層６４が形成されたままでサファイア基板６１を昇温する工程を実施すると、次のような問題が生じる。すなわち、熱分解層６４中のＧａの蒸発若しくは拡散等に起因する汚染又は該Ｇａの酸化により、熱分解層６４の厚さにむらが生じたり、又はＡｌＧａＮ層６３の表面形状が不均一になる結果、最終的に作製された半導体装置においても面内性能ばらつきが生じてしまう。

そこで、本実施形態においては、レーザ光の照射によって形成された熱分解層６４を有するサファイア基板６１を例えば塩酸に浸すことによって、図６（ｄ）に示すように、熱分解層６４を除去する。このとき、熱分解層６４におけるＧａＮ層６２の端部に露出する部分から、基板中心に向かって熱分解層６４が順次除去されていく。その結果、熱分解層６４における基板中心付近に形成されている部分にも塩酸が供給されるので、全ての熱分解層６４が塩酸によってエッチング除去される。

尚、本実施形態においても、熱分解層６４の除去後におけるＧａＮ層６２については、図６（ｄ）に示すように、レーザ光の未照射部分（熱分解層６４の非形成領域）でサファイア基板６１と結合された状態が保たれる。

その後、図示は省略しているが、図１（ｅ）〜（ｇ）又は図２（ｅ）〜（ｇ）に示す第１又は第２の実施形態と同様の工程を行なうことによって、各チップ形成領域６６（図６（ｂ）参照）に、ＧａＮ層６２及びＡｌＧａＮ層６３を活性層として用いた半導体素子を形成していく。

続いて、図６（ｄ）に示す半導体装置の製造後、図６（ｅ）に示すように、サファイア基板６１の分割ラインに沿ってサファイア基板６１に対してダイシングを行なう。すなわち、ライン状に形成された熱分解層６４が除去された領域に沿ってサファイア基板６１を分割する。このとき、熱分解層６４が除去された領域の上側のＧａＮ層６２（以下、上部ＧａＮ層６２と称する）、及びＡｌＧａＮ層６３は非常に薄いので、容易に切断することができる。また、チップ形成領域６６のＧａＮ層６２及びＡｌＧａＮ層６３に何らの損傷を与えることなく、サファイア基板６１を切断して、個片の半導体素子を取り出すことができる。

以上に説明したように、第６の実施形態によると、サファイア基板６１の主面上に形成されたＧａＮ層６２に対して、サファイア基板６１の裏面（ＧａＮ層６２が形成された主面の反対面）から光を照射して熱分解層６４を形成するため、熱分解層６４の弾力性によって基板主面内の残留歪みを緩和することができるので、サファイア基板６１の反り等の問題が発生することを防止できる。

また、第６の実施形態によると、ＧａＮ層６２を部分的に熱分解させて熱分解層６４を形成するため、言い換えると、基板裏面に対して部分的に光照射を行なって熱分解層６４を形成するため、ＧａＮ層６２（正確にはＧａＮ層６２のうちのサファイア基板６１との接触領域）における光が照射されない部分には熱分解層６４が形成されない。すなわち、熱分解層６４の除去後においても、ＧａＮ層６２における熱分解層６４の非形成領域とサファイア基板６１との直接的な結合が保たれるので、母材基板であるサファイア基板６１に対するＧａＮ層６２の完全な固定状態を保つことができ、それによってＧａＮ層６２の位置ずれを防止することができる。これにより、後の半導体素子形成のためのリソグラフィ工程等における精度の向上を図ることができる。

また、第６の実施形態によると、熱分解層６４自体を除去するため、その後に、熱分解層６４の融点以上にサファイア基板６１を加熱する工程を行なったとしても、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止することができる。すなわち、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止しながら、熱分解層６４の融点以上にサファイア基板６１を昇温させる工程を実施することができる。

また、第６の実施形態によると、サファイア基板６１の分割ラインに沿ってＧａＮ層６２に光を照射することにより、熱分解層６４をライン状に形成した後、該熱分解層６４を除去し、その後、分割ラインに沿って、つまり熱分解層６４が除去されたライン状の領域に沿ってサファイア基板６１を分割する。これにより、サファイア基板６１上に形成された複数の半導体素子が個片化される。すなわち、第６の実施形態によると、熱分解層６４を用いて、サファイア基板６１の表面内における残留歪みを緩和しながら各半導体素子を形成できると共に、熱分解層６４が除去されたライン状の領域を分割ラインとしてサファイア基板６１のダイシングを行なうことにより、各半導体素子が作り込まれたチップ形成領域６６に損傷を与えることなく各半導体素子をチップとして切り出すことができる。

尚、第６の実施形態において、基板裏面側から照射する光の種類は、第１の半導体層６２を熱分解させることができる光であれば、特に限定されるものではない。

また、第６の実施形態において、第１の半導体層６２として、ＧａＮ層を用いたが、これに限らず、 III族窒化物層を用いることによって、熱分解層６４の形成を確実に行なうことができる。但し、 III族窒化物層以外の半導体層、例えばＧａＡｓ層又はＳｉ層等を用いてもよいことは言うまでもない。

また、第６の実施形態において、サファイア基板６１を用いたが、これに代えて、ＳｉＣ基板又はガラス基板等を用いてもよい。

また、第６の実施形態において、熱分解層６４のエッチング除去に塩酸を用いたが、これに代えて、他の酸性溶液を用いてもよい。また、熱分解層６４を、酸性溶液を用いたエッチング以外の方法によって除去してもよい。

また、第６の実施形態において、サファイア基板６１のダイシングを行なう前に、サファイア基板６１の厚さを７０μｍ程度まで薄くしてもよい。

（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図７（ａ）及び図７（ｃ）〜（ｅ）は、第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図７（ｂ）は、第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。

まず、図７（ａ）に示すように、例えばＣ面を主面とする厚さ４００μｍ程度のサファイア基板７１の該主面上に、例えばＭＯＶＰＥ法により、例えばＧａＮよりなる厚さ２〜３μｍ程度の第１の半導体層７２を形成する。その後、第１の半導体層７２の上に、例えばアルミニウムとガリウムとを含む窒化物混晶（Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（但し０＜ｘ＜１））よりなる厚さ２５ｎｍ程度の第２の半導体層７３を形成する。このとき、サファイア基板７１と第１の半導体層７２との間の格子不整合に起因する残留応力及びそれに伴う残留歪みが存在し、それによって、図７（ａ）に示すように、サファイア基板７１が反る。

続いて、主面上に半導体層７２及び７３が積層されたサファイア基板７１の裏面（前記主面の反対面）側から、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの３次高調波を、例えば、照射エネルギー０．３Ｊ／ｃｍ²、パルス幅５ｎｓ、ビーム径１．００μｍの照射条件で照射する。具体的には、本実施形態においては、図７（ｂ）に示すように、サファイア基板７１の裏面において、チップ形成領域と対応するパターンを持つ光照射部７６を設定する。言い換えると、本実施形態においては、光照射部７６を区画する領域（つまり光非照射部）７５が、サファイア基板７１からチップを取り出すための分割ライン（図７（ｄ）の一点鎖線参照）に沿って存在する。レーザ光に対してサファイア基板７１は透明であるため、サファイア基板７１の裏面側から照射したレーザ光は、第１の半導体層（ＧａＮ層）７２におけるサファイア基板７１との界面近傍で吸収されるので、該界面近傍のＧａＮ層７２のみが熱分解する。その結果、図７（ｃ）に示すように、ＧａＮ層７２のうちの光照射部７６と対応する部分（基板主面上のチップ形成領域に存在する部分）におけるサファイア基板７１との界面近傍に、Ｇａを主成分とする薄い熱分解層７４が形成される。すなわち、サファイア基板７１の分割ラインに囲まれるように熱分解層７４が形成される。尚、本実施形態の熱分解層７４は、基板（ウェハ）全体のサイズに比べて十分に小さいサイズでウェハ全面に亘って形成されるので、光照射前に存在していたウェハ面内の残留応力は該面内において一様に緩和される。

ところで、熱分解層７４の融点は一般に低いため、第１の半導体層（ＧａＮ層）７２及び第２の半導体層（ＡｌＧａＮ層）７３を用いた半導体装置の製造工程において、熱分解層７４が形成されたままでサファイア基板７１を昇温する工程を実施すると、次のような問題が生じる。すなわち、熱分解層７４中のＧａの蒸発若しくは拡散等に起因する汚染又は該Ｇａの酸化により、熱分解層７４の厚さにむらが生じたり、又はＡｌＧａＮ層７３の表面形状が不均一になる結果、最終的に作製された半導体装置においても面内性能ばらつきが生じてしまう。

そこで、本実施形態においては、レーザ光の照射によって形成された熱分解層７４を有するサファイア基板７１を例えば塩酸に浸すことによって、図７（ｄ）に示すように、熱分解層７４を除去する。このとき、熱分解層７４におけるＧａＮ層７２の端部に露出する部分から、基板中心に向かって熱分解層７４を順次除去するために、図７（ｃ）に示す熱分解層７４の形成時に、各チップ形成領域と対応する熱分解層７４同士を接続し且つ熱分解層となるブリッジパターンを設けておくことが好ましい。すなわち、予め、図７（ｂ）に示す光照射部７６の設定時に、各チップ形成領域と対応する光照射部７６同士を接続し且つ光照射部となるブリッジパターンを設けておくことが好ましい。このようにすると、熱分解層７４における基板中心付近に形成されている部分にも塩酸が供給されるので、全ての熱分解層７４が塩酸によってエッチング除去される。

尚、本実施形態においても、熱分解層７４の除去後におけるＧａＮ層７２については、図７（ｄ）に示すように、レーザ光の未照射部分（熱分解層７４の非形成領域）でサファイア基板７１と結合された状態が保たれる。

その後、図示は省略しているが、図１（ｅ）〜（ｇ）又は図２（ｅ）〜（ｇ）に示す第１又は第２の実施形態と同様の工程を行なうことによって、各チップ形成領域（図６（ｂ）の光照射部７６と対応する領域）に、ＧａＮ層７２及びＡｌＧａＮ層７３を活性層として用いた半導体素子を形成していく。

続いて、図７（ｄ）に示す半導体装置の製造後、図７（ｅ）に示すように、サファイア基板７１の分割ラインに沿ってサファイア基板７１に対してダイシングを行なう。すなわち、該分割ラインと対応するライン状の光非照射部７５（図７（ｂ）参照）に沿ってサファイア基板７１を分割する。このようにすると、熱分解層７４が除去された領域の上側のＧａＮ層７２（以下、上部ＧａＮ層７２と称する）、及びＡｌＧａＮ層７３を活性層とする各半導体素子を、他の基板に貼り合わせ可能な薄膜状態でサファイア基板７１から切り出すことができる。

以上に説明したように、第７の実施形態によると、サファイア基板７１の主面上に形成されたＧａＮ層７２に対して、サファイア基板７１の裏面（ＧａＮ層７２が形成された主面の反対面）から光を照射して熱分解層７４を形成するため、熱分解層７４の弾力性によって基板主面内の残留歪みを緩和することができるので、サファイア基板７１の反り等の問題が発生することを防止できる。

また、第７の実施形態によると、ＧａＮ層７２を部分的に熱分解させて熱分解層７４を形成するため、言い換えると、基板裏面に対して部分的に光照射を行なって熱分解層７４を形成するため、ＧａＮ層７２（正確にはＧａＮ層７２のうちのサファイア基板７１との接触領域）における光が照射されない部分には熱分解層７４が形成されない。すなわち、熱分解層７４の除去後においても、ＧａＮ層７２における熱分解層７４の非形成領域とサファイア基板７１との直接的な結合が保たれるので、母材基板であるサファイア基板７１に対するＧａＮ層７２の完全な固定状態を保つことができ、それによってＧａＮ層７２の位置ずれを防止することができる。これにより、後の半導体素子形成のためのリソグラフィ工程等における精度の向上を図ることができる。

また、第７の実施形態によると、熱分解層７４自体を除去するため、その後に、熱分解層７４の融点以上にサファイア基板７１を加熱する工程を行なったとしても、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止することができる。すなわち、熱処理に起因する汚染、変質又は変形を防止しながら、熱分解層７４の融点以上にサファイア基板７１を昇温させる工程を実施することができる。

また、第７の実施形態によると、サファイア基板７１の分割ラインに沿って光非照射部７５がライン状に存在するようにＧａＮ層７２に光を照射することにより、熱分解層７４を形成した後、該熱分解層７４を除去し、その後、分割ラインに沿って、つまりライン状に存在する光非照射部７５に沿ってサファイア基板７１を分割する。これにより、サファイア基板７１から複数の半導体素子を分離し且つ各半導体素子を個片化することができる。すなわち、第７の実施形態によると、熱分解層７４を用いて、サファイア基板７１の表面内における残留歪みを緩和しながら各半導体素子を形成できると共に、サファイア基板７１基板から各半導体素子を、他の基板に貼り合わせ可能な薄膜状態で切り出すことができる。

尚、第７の実施形態において、基板裏面側から照射する光の種類は、第１の半導体層７２を熱分解させることができる光であれば、特に限定されるものではない。

また、第７の実施形態において、第１の半導体層７２として、ＧａＮ層を用いたが、これに限らず、 III族窒化物層を用いることによって、熱分解層７４の形成を確実に行なうことができる。但し、 III族窒化物層以外の半導体層、例えばＧａＡｓ層又はＳｉ層等を用いてもよいことは言うまでもない。

また、第７の実施形態において、サファイア基板７１を用いたが、これに代えて、ＳｉＣ基板又はガラス基板等を用いてもよい。

また、第７の実施形態において、熱分解層７４のエッチング除去に塩酸を用いたが、これに代えて、他の酸性溶液を用いてもよい。また、熱分解層７４を、酸性溶液を用いたエッチング以外の方法によって除去してもよい。

また、第７の実施形態において、サファイア基板７１のダイシングを行なう前に、サファイア基板７１の厚さを７０μｍ程度まで薄くしてもよい。

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、ウェハ上における半導体層の結晶成長に適用した場合には、半導体装置製造プロセスにおける半導体層の位置ずれ及び熱処理工程での汚染、変質又は変形を防止しながら、半導体層を結晶成長させたウェハ面内において残留応力又は残留歪みを均一に緩和できるという効果が得られ、有用である。

図１（ａ）及び図１（ｃ）〜（ｇ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。図２（ａ）及び図２（ｃ）〜（ｇ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図２（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。図３（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図３（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。図４（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図４（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。図５（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図５（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。図６（ａ）及び図６（ｃ）〜（ｅ）は、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図６（ｂ）は、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。図７（ａ）及び図７（ｃ）〜（ｅ）は、本発明の第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図７（ｂ）は、本発明の第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。

符号の説明

１１サファイア基板
１１ａ光照射部
１２第１の半導体層
１３第２の半導体層
１４熱分解層
１５マスク
１６素子分離層
１７ソース・ドレイン電極
１８ゲート電極
１９パッシベーション膜
２１サファイア基板
２１ａ光照射部
２２第１の半導体層
２３第２の半導体層
２４熱分解層
２５マスク
２６素子分離層
２７ソース・ドレイン電極
２８ゲート電極
２９パッシベーション膜
３１サファイア基板
３２第１の半導体層
３３第２の半導体層
３４熱分解層
３５光照射部
３６光照射部
４１サファイア基板
４１ａ光照射部
４２第１の半導体層
４３第２の半導体層
４４熱分解層
５１サファイア基板
５１ａ光照射部
５２第１の半導体層
５３第２の半導体層
５４熱分解層
６１サファイア基板
６２第１の半導体層
６３第２の半導体層
６４熱分解層
６５光照射部
６６チップ形成領域
７１サファイア基板
７２第１の半導体層
７３第２の半導体層
７４熱分解層
７５光非照射部
７６光照射部

Claims

基板の一面上に形成された半導体層に対して前記基板の他面側から光を照射し、それによって前記半導体層における前記基板との接触領域を部分的に熱分解させて熱分解層を形成する工程と、
前記基板と前記半導体層とが結合している状態を保ちながら前記熱分解層を除去する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記半導体層は III族窒化物よりなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記熱分解層を形成する工程において、前記熱分解層は、前記基板の前記一面上において該一面の中心に対して対称な形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記熱分解層を形成する工程において、前記熱分解層は、前記基板の前記一面の周縁部の上のみに形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記熱分解層を形成する工程において、前記熱分解層は、前記基板の前記一面における中心部以外の他の部分の上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記熱分解層を形成する工程において、前記熱分解層は、前記基板の前記一面上において同心円状、放射状又はらせん状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記熱分解層を形成する工程において、前記熱分解層は、前記半導体層の端部に露出する部分を持つように形成され、
前記熱分解層を除去する工程において、前記熱分解層は、前記露出する部分から酸性溶液によってエッチングされることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記熱分解層を除去する工程よりも後に、前記熱分解層の融点以上に前記基板を加熱する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記熱分解層を除去する工程よりも後に、前記半導体層を活性層として用いた複数の半導体素子を形成する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記複数の半導体素子を形成する工程よりも後に、前記基板を分割することによって前記複数の半導体素子を個片化する工程をさらに備え、
前記熱分解層を形成する工程は、前記基板の分割ラインに沿って前記半導体層に対して前記光を照射することにより、前記熱分解層をライン状に形成する工程を含み、
前記複数の半導体素子を個片化する工程は、前記熱分解層が除去されたライン状の領域に沿って前記基板を分割する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
前記複数の半導体素子を形成する工程よりも後に、前記基板を分割することによって前記複数の半導体素子を個片化する工程をさらに備え、
前記熱分解層を形成する工程は、前記基板の分割ラインに沿って前記光が照射されない領域がライン状に存在するように前記半導体層に対して前記光を照射する工程を含み、
前記複数の半導体素子を個片化する工程は、前記ライン状に存在する前記光が照射されない領域に沿って前記基板を分割する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。