专利名称：Iii族氮化物类化合物半导体元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及改善了通过在成长基板上形成了 III族氮化物类化合物半导体层后， 把最上层与导电性支撑基板接合，除去成长基板制造而成的半导体元件中的绝缘性保护膜 的紧密接合性的半导体元件及其制造方法。
背景技术：
以往，公知有一种在成长基板上外延成长III族氮化物类化合物半导体层，然后， 把外延成长层的最终成长层与导电性支撑基板接合，除去成长基板的制造方法。对该成长 基板使用蓝宝石基板等。另外，使用铜等金属、导电性硅基板等作为支撑基板。作为从外延 成长层上除去成长基板的方法，有激光分离法和在成长基板与外延成长层之间设置可进行 湿式蚀刻的牺牲层，通过蚀刻牺牲层将成长基板剥离的方法、以及通过蚀刻成长基板本身 来除去的方法。下述专利文献1、2、3所公开的技术是一种半导体元件的制造方法，该方法使用金 属层，把在上述成长基板上成长的外延成长层接合在支撑基板上，然后除去成长基板。这 些制造方法，在利用金属层在支撑基板上接合了外延成长层后，除去成长基板，形成用于从 支撑基板上的外延成长层的最上层进行元件分离的槽。在形成了该槽后，为了保护作为外 延成长层的最上层的表面周围和槽的侧壁而露出的外延成长层的侧面，形成有绝缘性保护 膜。专利文献1 日本特表2007-536725号公报专利文献2 日本特开2009-65182号公报专利文献3 日本特表2005-522873号公报根据上述专利文献1的技术，是处于支撑基板在下，外延成长层在上的状态下，从 外延成长层的上面开始蚀刻到露出作为由多种金属层叠层构成的金属层的最上层的由Ni/ Au等构成的ρ型接触金属为止，形成元件间分离槽。然后，在露出于该槽的侧面的外延成长 层的侧面和露出在槽的底面的P型接触金属的表面形成绝缘性保护膜。另外，根据专利文 献2的技术，蚀刻外延成长层和其下面的由铝等形成的接触层(多种金属层的层叠层的最 上层)，露出其下面的由金或银等构成的金属反射层而形成元件间分离槽，在该金属反射层 的上面和外延成长层的侧面形成二氧化硅等的绝缘性保护膜。另外，根据专利文献3的技 术，通过蚀刻在外延成长层与相当于支撑基板的由氮化钛等构成的金属支撑层之间存在的 P-接触层和外延成长层而形成元件间分离槽，在露出的金属支撑层的上面和外延成长层的 侧面形成相当于绝缘性保护膜的惰性层。在上述的任一个以往的技术中，都是绝缘性保护膜与形成元件间分离槽的侧壁的 外延成长层的侧面和露出了元件间分离槽的底面的金属层接合。但是，存在着该金属层与 绝缘性保护膜的紧密接合性差，绝缘性保护膜容易发生剥离，不能切实保护半导体元件的 问题。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而提出的，目的在于，在将外延成长层利用金属层 与支撑基板接合，除去了成长基板的半导体元件中，通过改善用于保护元件的表面和周围 的绝缘性保护膜对元件的紧密接合性，来提高元件的可靠性。本发明的制造方法是一种III族氮化物类化合物半导体元件的制造方法，该方法 通过在结晶成长基板上使由III族氮化物类化合物半导体层构成的外延成长层结晶成长， 利用金属层把外延成长层的最终成长层与导电性的支撑基板接合，除去结晶成长基板，把 作为外延成长层的初期成长层的基底层作为支撑基板上的外延成长层的最上层，其特征在 于，在金属层的形成工序中，从最终成长层的一侧形成由具有氮反应性的金属构成的第1 层，在第1层上形成由对氯等离子体蚀刻具有耐性的可进行湿式蚀刻的金属构成的第2层， 在第2层上形成由具有 氮反应性的对湿式蚀刻具有耐性的金属构成的第3层，在第3层上 形成由多种金属的层叠构造构成的第4层，从半导体元件的基底层，把第2层作为蚀刻阻挡 层，对底面使用氯等离子体进行蚀刻，以露出第2层的表面，形成元件分离槽，通过湿式蚀 亥IJ，除去露出在元件分离槽的底面上的第2层，使第3层露出在元件分离槽的底面上，利用 绝缘性保护膜覆盖至少面对元件分离槽的外延成长层的侧面和位于元件分离槽的底面的 第3层的表面。另外，本发明的元件是一种III族氮化物类化合物半导体元件，其具有由在结晶 成长基板上结晶成长的III族氮化物类化合物半导体层构成的外延成长层，外延成长层的 最终成长层通过金属层与导电性支撑基板接合，在结晶成长基板被除去后，作为外延成长 层的初期成长层的基底层成为支撑基板上的外延成长层的最上层，其特征在于，金属层，从 最终成长层的一侧起具有由具有氮反应性的金属构成的第1层；由对氯等离子体蚀刻具 有耐性的可进行湿式蚀刻的金属构成的第2层；由具有氮反应性的对湿式蚀刻具有耐性的 金属构成的第3层；和由多种金属的层叠构造构成的第4层，还具有按照使第3层的表面 从半导体元件的基底层露出在底面的方式进行蚀刻而形成的元件分离槽；和覆盖至少面对 元件分离槽的外延成长层的侧面和位于元件分离槽的底面的第3层的表面的绝缘性保护 膜。关于上述本发明的方法和元件的各个构成要素，进行如下说明。结晶成长基板是 使III族氮化物类化合物半导体层外延成长的基板，可以使用蓝宝石基板、Sic、硅基板、以 及其它能够外延成长的绝缘性基板和导电性基板。对于III族氮化物类化合物半导体层， 可以使用 2 元类的 GaN、InN、A1N、3 元类的 InxGa1^xN (0 < χ < 1)、AlxGa1^xN (0 < χ < 1)、 InxAl1^xN(0 < χ < 1)禾P 4 元类的 AlxInyGa1-PyN(0 < χ < 1、0 < y < 1、0 < x+y < 1)。另 夕卜，也可以把这些III族元素的一部分置换成其它III族元素。另外，也可以把N元素的一 部分置换成其他V族元素。另外，也可以添加Si等的η型掺杂物、和Mg等的ρ型掺杂物。 关于成长方法，除了有机金属气体气相成长法(MOCVD)以外，还可以使用卤化物气相成长 法等。对于支撑基板，在把电极形成在基板背面的情况下，使用导电性基板。在把针对P层 的电极和针对η层的电极形成在同一面侧的情况下，也可以使用绝缘性基板。在这种情况 下，希望使用散热性和导热率高的基板。因此，对于支撑基板，可使用导电性硅基板等导电 性半导体基板、铜、铝等的金属基板、导热率高的AlN陶瓷基板、以及人造金刚石基板等。外延成长层的最终成长层是最后成长的半导体层，在为III族氮化物类化合物半导体层的情况下，通常由于P型活性化的关系成为P型层。但不限于P型层。另外，基底 层是成为构成元件的各层的衬底的层。在成长基板使用了蓝宝石基板的情况下，在形成了 AlN、GaN等的低温形成缓冲层之后，在该缓冲层上形成非掺杂的GaN层、和Si掺杂的GaN层 等，将除去了缓冲层的外延成长层中的最初成长的层定义为基底层。在为III族氮化物类 化合物半导体层的情况下，通常是η型层。但是不限于η型层。 金属层是把外延成长层与支撑基板接合的由多种金属的层叠层构成的层。在金属 层中包含焊锡等低熔点合金层。而且，在金属层中包含针对外延成长层的最终成长层的接 触电极、反射电极、提高这些电极针对外延成长层的紧密结合性的金属层、抑制电子迁移的 金属层、用于防止焊锡等低熔点金属向外延成长层扩散的阻挡金属层等。本发明的特征在于，从外延成长层的最终成长层的一侧开始设置了由具有氮反应 性的金属构成的第1层、由对氯等离子体蚀刻具有耐性的金属构成的第2层、和由具有氮反 应性的金属构成的第3层。对于具有氮反应性的金属，可使用钛(Ti)、钽(Ta)、钒(V)、锆 (&)、钨(W)、钼(Mo)、铌(Nb)、铬(Cr)、或这些金属中的2种以上的合金。这些金属也是对 湿式蚀刻具有耐性的金属。对氯等离子体蚀刻具有耐性的金属，可使用镍(Ni)、钼(Pt)、或 这些金属的合金。这些金属也是能够被湿式蚀刻的金属。第1层和第3层可以使用同一种 金属构成，也可以使用不同的金属构成。最好是对第1层和第3层使用Ti，对第2层使用 Ni。第4层是Au、Pt、焊锡等的低熔点金属层等，被定义为存在于第1层、第2层、第3层以 外的第3层与支撑基板之间的金属层。元件分离槽是为了分离成各个元件而在外延成长层上形成的槽，并且在该槽的宽 度的中央，支撑基板按每个元件被分离，形成元件芯片。在本发明的元件中，由于按每个元 件被分离，所以残留有元件分离槽的一侧的侧面和底面的一半。因此，本发明的元件中的元 件分离槽，把在制造阶段形成的元件分离槽的1/2的区域定义为元件分离槽。即，把元件周 围的除去了外延成长层的部分作为元件分离槽。对绝缘性保护膜可使用SiO2、氮化硅、氧化 钛、氮化钛等任意绝缘性陶瓷、或介电体。另外，优选第1层和第2层的合计厚度比绝缘性保护膜的厚度薄。在满足该条件 的情况下，在形成绝缘性保护膜时，能够在元件分离槽的侧面与底面的相交的部分，不被分 离地从底面到侧面连续形成一样厚度的绝缘性保护膜。优选第1层和第2层都是在1000人 以下、50人以上。如果第1层的厚度超过1000 A，则在利用氯等离子体进行蚀刻时，位于 第1层的外延成长层的最终成长层的下方的部分，被向与面平行的横方向深度蚀刻(边部 蚀刻)，因此是不希望的。另外，如果第1层比50人薄，则对外延成长层的最终成长层的紧 密接合性下降，导致支撑基板与外延成长层的接合性下降。另外，在覆盖由银等构成的接 触电极和反射电极等而形成了第1层的情况下，由于与接触电极和反射电极的紧密接合性 下降，并且防止银等的迁移的防止效果下降，所以是不希望的。另外，第2层的厚度优选为 1000人以下、100 A以上。如果第2层的厚度超过1000 则第2层的成膜时间和通过湿 式蚀刻除去第2层的时间延长，所以是不希望的。另外，如果第2层比100人薄，则在通过 利用氯等离子体蚀刻外延成长层来形成元件分离槽时，不能充分发挥作为蚀刻阻挡层的功 能，所以是不希望的。第3层的厚度优选为300 A以上、Iym以下。如果比300人薄，则对 绝缘性保护膜的紧密接合性下降，而且对湿式蚀刻的耐性下降，所以是不希望的。如果比 Ιμπι厚，则在成膜时耗费时间，所以是不希望的。
本发明由于在形成在外延成长层的最终成长层与支撑基板之间的金属层中，用具 有氮反应性的金属构成与最终成长层接合的第1层，所以，对III族氮化物类化合物半导体 层的紧密接合性高，从而可提高元件的可靠型。另外，由于采用对氯等离子体蚀刻具有耐性 的金属构成第2层，所以在通过氯等离子体蚀刻形成元件分离槽的情况下，能够除去外延 成长层和第1层，露出第2层的表面，所以提高了加工精度。另外，由于使第2层成为能够 被湿式蚀刻的层，使第3层成为对湿式蚀刻具有耐性的层，所以，在元件分离槽的底部，能 够正确露出第3层的表面。其结果，能够把绝缘性保护膜覆盖在外延成长层的最上层的表 面的至少周围、外延成长层的侧面和第3层的上面。此时，由于第3层由具有氮反应性的金 属构成，所以，可提高绝缘性保护膜与第3层的金属的紧密接合性，从而可提高元件的可靠 性。
图1是表示采用本发明的制造方法获得的III族氮化物类化合物半导体元件(蓝 色LED)的结构的剖面图。图2A是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图2B是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图2C是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图2D是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图2E是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图2F是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图2G是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图2H是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图21是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图2J是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图2K是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图2L是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图2M是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图2N是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图20是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图2P是表示本发明的制造方法的1个工序的工序图(剖面图)。图中标号说明1000-III族氮化物类化合物半导体元件(蓝色LED) ；100-蓝宝 石基板(外延成长基板)；11-n型层；llf-n型层11的N极性面；lis-具有细微凹凸的面； L-发光层；12-p型层；21-第1层；22-第2层；23-第3层；121_p接触电极；122-第1导电 层；222-第2导电层；232-第3导电层；125、225、235、50_焊锡层(焊料层)；130_n电极； 200-硅基板(支撑基板)；40-绝缘性保护膜；41-元件分离槽；42-第2绝缘性保护膜。
具体实施例方式下面，结合具体的实施例对本发明进行说明。本发明不限于以下的实施例。[实施例1]
图1是表示根据本发明具体的一个实施例的制造方法所获得的III族氮化物类化 合物半导体元件(蓝色LED) 1000的结构的剖面图。图1的III族氮化物类化合物半导体 元件(蓝色LED) 1000具有以下层叠构造在ρ型硅基板即导电性的支撑基板200的表面， 从靠近支撑基板200的一方起叠层了由多种金属的层叠层构成的第2导电层222、作为低熔 点合金层的焊锡层(焊料层)50、由多种金属的层叠层构成的第1导电层122、ρ接触电极 121、主要是ρ型的III族氮化物类化合物半导体层 的单层或多层的ρ型层12、发光层L、主 要是η型的III族氮化物类化合物半导体层的单层或多层的η型层11、及η接触电极130。权利要求书中的外延成长层由ρ型层12、发光层L、n型层11构成，权利要求书中 的在外延成长层与支撑基板之间存在的金属层是第1导电层122、焊锡层(焊料层)50、第 2导电层222和ρ接触电极121。第1导电层122的结构是本发明的特征部分。另外，基底 层相当于η型层11中的成长时的最下层(除了缓冲层以外)，最终成长层相当于成长时的 P型层12中的最上层。图1的配置与外延成长层、ρ接触电极121、第1导电层122、焊锡层(焊料层)50、 第2导电层222形成时的上下关系相反。第1导电层122由与外延成长层的ρ型层12中的最终成长层接合的Ti构成的厚 度为300人的第1层21、由与第1层接合的Ni构成的厚度为500人的第2层、和由与第2层 接合的Ti构成的厚度为3500人的第3层形成。而且，第3层与由Pt构成的厚度为3000 A 的Pt层24接合，该Pt层24与厚度为500 Λ的Au层25接合。另外，Au层25隔着焊锡层 (焊料层)50与第2导电层222接合，外延成长层10通过导电性金属层与支撑基板200连 接。权利要求书中所说的第4层，在本实施方式中由Pt层24、Au层25、焊锡层(焊料层)50 和第2导电层222构成外延成长层10的外周侧面IOa构成元件分离槽41的侧壁，元件分离槽41的底面 41a由使用Ti构成的第3层23构成。另外，元件分离槽41的底面41a、外延成长层10的 外周侧面10a、η型层11的上面的外缘周边部IOb被由SiO2构成的厚度为3000 Λ的绝缘 性保护膜40所覆盖。绝缘性保护膜40的厚度是由Ti构成的第1层21和由Ni构成的第 2层22的合计厚度的800 Λ的4倍左右。因此，在元件分离槽41的侧面露出的第1层21 和第2层22的侧壁被在底面41a上堆积的绝缘性保护膜40的侧面完全覆盖。其结果，在 元件分离槽41的底面41a与外延成长层10的外周侧面IOa的交线部分，被分离成在外周 侧面IOa堆积的绝缘性保护膜40和在底面41a上堆积的绝缘性保护膜40，从而可防止在绝 缘性保护膜40上形成间隙，并防止外延成长层10、第1层21和第2层22露出。外延成长层10的水平剖面面积，从ρ型层12的支撑基板200侧随着向η型层11 的η接触电极130侧的接近而逐渐减少。因此，被绝缘性保护膜40所覆盖的外延成长层的 外周侧面10a，形成为从形成了 η接触电极130的上侧越向作为支撑基板侧200的下侧越宽 的倾斜(正圆锥)。另外，在η型层11上，为了提高光取出效率，形成具有微细凹凸的表面 1 la。另外，在支撑基板200的背面形成由多种金属的层叠层构成的第3导电层232和焊锡 层(焊料层)235。在本实施例中，各个层如下述那样构成。由多种金属的层叠层构成的第2导电层222，是从支撑基板200侧顺序层叠了钛 (Ti)、镍(Ni)、金(Au)的层。由多种金属的层叠层构成的第3导电层232，是从支撑基板200侧顺序叠层了钼(Pt)、钛(Ti)、金(Au)的层。焊锡层(焊料层)50和235都是使用由 金和锡的合金(Au-Su)构成的焊锡而形成的。P接触电极121由银(Ag)合金形成。由多种 金属的层叠层构成的第1导电层122，是从靠近ρ型层12和ρ接触电极121侧起，顺序叠层 了作为第1层21的钛(Ti)、作为第2层22的镍(Ni)、作为第3层23的钛(Ti)、作为第4 层的一部分的钼(Pt)以及金(Au)的层 。在上述第1导电层122、第2导电层222和第3导电层232中，镍(Ni)层，是通过 焊锡层(焊料层)50或235中的锡(Sn)适度向镍(Ni)层中扩散，与焊锡层(焊料层)50 牢固接合的层。另外，钛(Ti)层是为了提高与导电层的接合面的紧密接合性，并且防止锡 (Sn)的扩散的层。另外，由M构成的第2层22在利用氯等离子体湿式蚀刻元件分离槽41 时，还发挥阻抗层的作用。另外，由Ti构成的第3层23在对第2层22的Ni进行湿式蚀刻 时，还发挥阻挡层的作用。η接触电极130由钨(W)、钛(Ti)和金(Au)的层叠构造构成。绝 缘性保护膜40由二氧化硅(SiO2)构成。图1的III族氮化物类化合物半导体元件(蓝色LED) 1000如下述那样制造而成。 图2A至图2P表示此时的工序图。对于外延成长层10的形成，使用了 MOCVD法。在厚度为500 μ m的由蓝宝石构成 的作为结晶成长基板的外延成长基板100上，形成由AlN构成的低温缓冲层，在该缓冲层上 顺序外延成长由多层构成的η型层11和由多层构成的ρ型层12，从而形成了外延成长层 10 (图2Α)。发光层L是以MQW构造形成，在图2Α中，简单用粗虚线表示。然后，通过使用切割机的切割，形成了成为激光分离时的空气孔的第1槽tr-Ι。第 1槽tr-Ι是通过除去ρ型层12和η型层11的合计厚度的约4 μ m、外延成长基板100的深 度ΙΟμπι左右而形成。第1槽tr-Ι的宽度约为20μπι(图2Β)。然后，使用溅射装置全面地 形成Ag合金层，然后形成抗蚀掩模，除去Ag合金层的不需要的部分，在对应发光区域的部 分形成Ag合金层。接着，除去抗蚀掩模，然后在550°C的温度下加热3分钟，使Ag合金和ρ 型层12的最终成长层合金化，形成由Ag合金构成的ρ接触电极121 (图2C)。然后，使用溅射装置全面地形成厚度为300人的Ti膜、厚度为500人的Ni膜、然 后再形成厚度为3500人的Ti膜，由此形成了图1所示的第1层21、第2层22和第3层 23。然后，通过形成厚度为3000人的Pt膜而形成图1所示的Pt层，接下来通过形成厚度 为500人的Au膜而形成图1所示的Au层25。在图2D 图2P中，表示第1导电层122包 括这5层。这些层虽然是使用溅射装置形成的，但也可以使用蒸镀装置形成。然后，在第1 导电层122的Au层25上，使用电子束蒸镀装置，全面形成厚度为1. 5 μ m的AuSn层(Au为 80wt%、Sn 为 20wt% )、厚度为 0. 2 μ m 的 AuSn 层(Au 为 10wt%、Sn 为 90wt% )、和厚度为 100 Λ的Au层，作为焊锡层125。Au层是用于防止锡(Sn)的氧化的薄膜(图2D)。然后，在厚度为500 μ m的由ρ型导电性硅构成的支撑基板200上，使用溅射装置 形成厚度为2000人的Ti膜、和厚度为500人的Pt膜。然后，通过进行600°C、1分钟的热处 理，使Ti和支撑基板200的Si合金化。在被这样进行了处理的支撑基板200上，使用溅射 装置进一步全面地形成厚度为3000人的Ti膜、厚度为3000人的Pt膜、和厚度为500人的 Au膜。这样，形成了由Ti、Pt、Ti、Pt、Au的各层构成的第2导电层222。然后，在第2导电 层222上使用电子束蒸镀装置，全面地形成厚度为1.5μπι的AuSn层(Au为SOwt%、Sn为2(^1%)、厚度为0.24 111的411511层(Au 为 10wt%、Sn 为 90wt% )、和厚度为 100 人的 Au 层 (图2E)，作为焊锡层225。Au层是用于防止锡(Sn)的氧化的薄膜。然后，把具有上述外延成长层10的外延成长基板100和支撑基板200，以焊锡层 (焊料层)125与225相对置的状态进行接合。焊锡层(焊料层)125和225是低熔点合金 层。加热温度为320°C，压力为196kPa(约2个大气压，2kgf/cm2)(图2E)。此时，在焊锡 层(焊料层)125和焊锡层(焊料层)225的接合过程中，在各个AuSn层之间虽然存在2层 Au薄膜，但该Au被AuSn层吸收，成为1个AuSn层。在图2F 2P中，表示焊锡层(焊料 层)125和225相接合成一体，成为单一的焊锡层(焊料层)50。然后，进行激光分离。对η型层11与外延成长基板100的交界面Ilsf附近进行 激光照射，分解η型层11的薄膜状部分。此时，作为激光照射区域(曝光区域)，是包含16 个以500μ m间隔形成的正方形状的芯片的边长为2mm的正方形区域。在图2F中，表示完 全分解了 η型层11与外延成长基板100的交界面Ilsf附近的薄膜状部分，从外延成长层 10上剥离了外延成长基板100 (图2G)。在该剥离工序中，即使由于η型层11的分解而产 生了氮气，由于第1槽tr-Ι与晶片外部连通，所以，氮气立即通过第1槽tr-Ι被排出晶片 外部。因此，激光照射只对外延成长层10、外延成长基板100、支撑基板200以及形成在这 些层之间的各个导电性层形成小的负荷。因此，最终确保了这些导电性的各个层完全不会 产生剥离和龟裂。然后，使用掩模，进行使用氯等离子体的干式蚀刻，形成元件分离槽41。元件分离 槽41包含第1槽tr-Ι，具有比其宽度更宽的宽度，并且形成在外延成长层10的芯片外周部 (图2H)。此时所使用的蚀刻掩模是使用了把通过CVD成膜的S^2膜形成为规定的形状的 掩模。在使用氯等离子体的蚀刻中，位于元件分离槽41底面41a的由Ti构成的第1层21 被完全蚀刻掉。但是，由M构成的第2层22未被蚀刻，或者是相比外延成长层10和由Ti 构成的第1层的蚀刻速度，蚀刻速度非常慢。因此，由M构成的第2层22作为在通过使用 氯等离子体的蚀刻形成元件分离槽41时的蚀刻阻挡层发挥功能。然后，在除去了 SiO2掩模 后，通过使用膜硝酸的湿式蚀刻，蚀刻由M构成的第2层22，露出由Ti构成的第3层23。 Ti或者未被硝酸蚀刻，或相比M蚀刻速度非常慢。因此，在通过蚀刻除去由M构成的第2 层22时，由Ti构成的第3层23作为使用硝酸的湿式蚀刻的蚀刻阻挡层发挥功能。然后，为了形成绝缘性保护膜40，使用溅射装置全面形成厚度为3000 Λ的$102层 (图21)。此时，由SW2构成的绝缘性保护膜40也在第1槽tr-Ι的焊锡层(焊料层)50侧 的底部堆积。然后，保留绝缘性保护膜40中的元件分离槽41的底面41a、外延成长层10的 外周侧面10a、n型层11的上面的外缘周边部IOb上的绝缘性保护膜40，通过蚀刻，除去其 它部分。由此，露出了与η型层11的发光区域对应的面Ilf (图2J)。η型层11的面Ilf 是N极性面，S卩(000-1)面、-C面，容易被蚀刻。因此，通过把η型层11表面以浸泡在TMAH 溶液中的状态，在60°C的温度下放置，形成了微细的凹凸面11 s (图I)。然后，使用溅射装置全面地形成厚度为2000人的SiO2,形成第2绝缘性保护膜 42 (图2L)。然后，在η型层11上面的第2绝缘性保护膜42上，在形成电极130的区域，通 过蚀刻形成窗口。然后，在η型层11的细微的凹凸面lis中的第2绝缘性保护膜42的窗 口的部分，通过包含硅的化合物气体的等离子体处理，形成模拟性硅重掺杂层。然后，进行 使用具有氟离子的药剂的处理。等离子体条件如下。导入气体使用SiCl4，以30sCCm的流量导入。工艺内部的压力为3Pa。工艺内部的电场为天线功率是300W的13.5MHz的高频 波。另外，还向由P型硅构成的支撑基板200供给了高频波300W的偏置电力。处理时间为 60秒。该处理是用于降低η型层11与η电极130之间的接触电阻的处理。由于η型层11 的面Ilf是N极性面，所以难以获得欧姆接触。另外，由于η型层11与η电极130的合金 化是在具有焊锡层(焊料层)50的状态下进行，所以，需要在比该焊锡层50的熔点更低的 温度，例如400°C以下的温度下进行合金。因此，该处理通过提高η型层11的面Ilf的电子 浓度，即使在100°C以上，3500C以下的低温下进行合金化，也能够形成低接触电阻，欧姆接 触良好的η电极130。然后，在该窗口以外的部分形成抗蚀掩模，堆积1000 1厚度的钨(W)、500 l厚度 的钛(Ti)、3ym厚度的金(Au)，通过分离抗蚀掩模，形成了 η电极130 (图2Μ)。然后，在 300°C的温度下进行1分钟的 退火，使η型层11与钨(W)合金化。然后，研磨由硅形成的支撑基板200的背面，使厚度薄化为130 μ m(图2N)。然后， 使用溅射装置，在由硅构成的支撑基板200的研磨面上形成750人厚度的Pt膜、3000 Aj 度的Ti膜、3000 AJ 度的Pt膜和500人厚度的Au膜，由此形成了由Pt层、Ti层、Pt层、Au 层构成的第3导电层232。然后，使用电子束蒸镀装置，全面地形成厚度为1. 5 μ m的AuSn 层(Au 为 80wt%、Sn 为 20wt% )、厚度为 0. 2 μ m 的 AuSn 层(Au 为 10wt%、Sn 为 90wt% )、 厚度为100 Λ的Au层(图20)，作为焊锡层235。Au层是用于防止锡(Sn)的氧化的薄膜。 也可以不形成焊锡层(焊料层)235。然后，使用激光切断了支撑基板200 (图2Ρ)。在图2Ρ 中，C所表示的2条虚线的内侧，在激光的作用下分解熔融，从而各个元件被分离。这样，获 得了图1的III族氮化物类化合物半导体元件(蓝色LED) 1000。另外，在上述III族氮化物类化合物半导体元件(蓝色LED) 1000中，对图1中的η 型层11的最上层，即基底层，使用由η型GaN构成的接触层构成，对P型层12的图1的配置 的最下层的最终成长层使用由P型GaN构成的接触层构成。这些层也可以是InGalAlGaN 等的接触层。这样制造的III族氮化物类化合物半导体元件(蓝色LED) 1000中，外延成长 层10的侧面10a、n型层11的上面、由Ti构成的第3层23与由SiO2构成的绝缘性保护膜 40接合。其结果，由于SiO2与Ti的接合强度高，所以可防止绝缘保护膜40的剥离，防止水 分、污染原子等从外部进入外延成长层10内，从而可提高元件的可靠性。在上述的实施例中，第1层21是由Ti构成，但也可以使用除了 Ti以外的具有氮 反应性的金属。例如，在第1层21中，可以使用Ti、Ta、V、Zr、W、Mo、Nb、Cr、或这些金属中 的2种以上的合金。另外，在第2层22中，是使用了 Ni，但也可以使用除了 Ni以外的对氯 等离子体蚀刻具有耐性的可进行湿式蚀刻的金属。例如，在第2层22中，可以使用Ni、Pt、 或这些金属的合金。另外，在第3层23中是使用了 Ti，但除了 Ti以外，也可以使用具有氮 反应性的对第2层的湿式蚀刻具有耐性的金属。例如，在第3层23中，可以使用Ti、Ta、V、 Zr、W、Mo、Nb、Cr、或这些金属中的2种以上的合金。在上述实施例中，绝缘性保护膜40和第2绝缘性保护膜42是使用SiO2形成，但也 可以使用SiNx形成。另外，也可以使用SiO2形成绝缘性保护膜40，使用SiNx形成第2绝 缘性保护膜42。在上述实施例中，第1层21的厚度是300人，但优选是1000人以下、50 A 以上。第2层22的厚度是500人,但优选是1000人以下、100 A以上。第3层23的厚度是3500人，但优选是300 A以上、1 μ m以下的厚度。对外延成长基板100使用了蓝宝石基板， 但只要是能够使III族氮化物类化合物半导体成长的基板，可以使用导电性基板、绝缘性 基板等任意的基板。另外，对支撑基板200使用了硅掺杂的η型硅基板，但也可以使用铜等 金属、Α1Ν、人造金刚石等导热率高的陶瓷、晶体。另外，在上述实施例中，为了在η型层11的面Ilf上形成微细的凹凸面11s，使用 了 TMAH溶液，但也可以使用浓度为lmol/L(lM)的氢氧化钾水溶液(KOHaq)。另外，对η电 极130使用了从η型层11层堆积了钨(W)、钛(Ti)、金(Au)的金属层，但也可以对与η型 层11接触的最初叠层的金属使用钒(V)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Pt)、铌(Nb)或铁0 )，然 后，使用叠层了钛(Ti)、金(Au)的金属层。
权利要求
1.一种III族氮化物类化合物半导体元件的制造方法，在结晶成长基板上结晶成长由 III族氮化物类化合物半导体层构成的外延成长层，利用金属层把外延成长层的最终成长 层与支撑基板接合，除去上述结晶成长基板，把外延成长层的初期成长层即基底层作为上 述支撑基板上的外延成长层的最上层，该III族氮化物类化合物半导体元件的制造方法的 特征在于，在上述金属层的形成工序中，从上述最终成长层的一侧形成由具有氮反应性的金属构成的第1层，在上述第1层上形成由对氯等离子体蚀刻具有耐性的可进行湿式蚀刻的金属构成的 第2层，在上述第2层上形成由具有氮反应性的对湿式蚀刻具有耐性的金属构成的第3层，在上述第3层上形成由多种金属的层叠构造构成的第4层，从上述半导体元件的上述基底层开始以上述第2层作为蚀刻阻挡层，按照露出上述第 2层的表面的方式使用氯等离子体对底面进行蚀刻，形成元件分离槽，通过湿式蚀刻除去在 上述元件分离槽的底面露出的上述第2层，使上述第3层在上述元件分离槽的底面露出，利 用绝缘性保护膜覆盖至少面对上述元件分离槽的上述外延成长层的侧面和位于上述元件 分离槽的底面的上述第3层的表面。
2.根据权利要求1所述的III族氮化物类化合物半导体元件的制造方法，其特征在于， 上述第1层和上述第3层，由钛(Ti)、钽(Ta)、钒(V)、锆(Zr)、钨(W)、钼(Mo)、铌(Nb)、铬 (Cr)或这些金属中的2种以上金属的合金构成的单层或多层构成。
3.根据权利要求1或2所述的III族氮化物类化合物半导体元件的制造方法，其特征 在于，上述第2层由镍(Ni)、钼(Pt)或这些金属的合金构成的单层或多层而构成。
4.根据权利要求1或2所述的III族氮化物类化合物半导体元件的制造方法，其特征 在于，上述第1层和上述第2层的合计厚度比上述绝缘性保护膜的厚度薄。
5.根据权利要求1或2所述的III族氮化物类化合物半导体元件的制造方法，其特 征在于，在形成上述第1层之前，在上述最终成长层的上面，至少除去上述最终成长层的周 围，形成光反射性的接触电极，上述第1层覆盖该接触电极，并且至少在上述最终成长层的 周围，上述第1层与上述最终成长层接合。
6.根据权利要求1或2所述的III族氮化物类化合物半导体元件的制造方法，其特征 在于，上述基底层是η型的III族氮化物类化合物半导体层，上述最终成长层是P型的III 族氮化物类化合物半导体层。
7.—种III族氮化物类化合物半导体元件，其具有在结晶成长基板上结晶成长的III 族氮化物类化合物半导体层构成的外延成长层，外延成长层的最终成长层通过金属层与导 电性支撑基板接合，除去上述结晶成长基板，外延成长层的初期成长层即基底层成为了上 述支撑基板上的外延成长层的最上层，该III族氮化物类化合物半导体元件的特征在于， 上述金属层，从上述最终成长层的一侧起，具有由具有氮反应性的金属构成的第1层；由对 氯等离子体蚀刻具有耐性的可进行湿式蚀刻的金属构成的第2层；由具有氮反应性的对湿 式蚀刻具有耐性的金属构成的第3层；和由多种金属的层叠构造构成的第4层，并且具有元件分离槽，其是按照使上述第3层的表面在底面露出的方式从上述半导体元件的上 述基底层开始进行蚀刻而形成的；和绝缘性保护膜，其覆盖至少面对上述元件分离槽的上述外延成长层的侧面和位于上述 元件分离槽的底面的上述第3层的表面。
8.根据权利要求7所述的III族氮化物类化合物半导体元件，其特征在于，上述第1层 和上述第3层，由钛(Ti)、钽(Ta)、钒(V)、错(Zr)、钨(W)、钼(Mo)、铌(Nb)、铬(Cr)或这些 金属中的2种以上的合金构成的单层或多层构成。
9.根据权利要求7或8所述的III族氮化物类化合物半导体元件，其特征在于，上述第 2层由镍(Ni)、钼(Pt)或这些金属的合金构成的单层或多层构成。
10.根据权利要求7或8所述的III族氮化物类化合物半导体元件，其特征在于，上述 第1层和上述第2层的合计厚度比上述绝缘性保护膜的厚度薄。
11.根据权利要求7或8所述的III族氮化物类化合物半导体元件，其特征在于，除去 上述最终成长层的至少周围，在上述最终成长层的上面形成光反射性的接触电极，上述接 触电极被上述第1层覆盖，并且在上述最终成长层的至少周围，上述第1层与上述最终成长 层接合。
12.根据权利要求7或8所述的III族氮化物类化合物半导体元件，其特征在于，上述 基底层是η型的III族氮化物类化合物半导体层，上述最终成长层是P型的III族氮化物 类化合物半导体层。
全文摘要
本发明提供一种III族氮化物类化合物半导体元件的制造方法，通过在结晶成长基板上结晶成长外延成长层，利用金属层把外延成长层的最终成长层与支撑基板接合，除去结晶成长基板，把外延成长层的初期成长层的基底层作为支撑基板上的外延成长层的最上层。从最终成长层的一侧，形成由具有氮反应性的金属构成的第1层、由对氯等离子体蚀刻具有耐性的可进行湿式蚀刻的金属构成的第2层、由具有氮反应性的对湿式蚀刻具有耐性的金属构成的第3层。从半导体元件的基底层使用氯等离子体进行蚀刻露出第2层的表面而形成元件分离槽。通过湿式蚀刻除去露出在元件分离槽的底面上的第2层，使第3层露出在元件分离槽的底面上，在元件分离槽上覆盖绝缘性保护膜。
文档编号H01L21/20GK102142361SQ20101061508
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月22日 优先权日2009年12月26日
发明者上村俊也, 荒添直棋 申请人:丰田合成株式会社