TW512546B - Semiconductor substrate, method of manufacturing the semiconductor substrate, semiconductor device and pattern forming method - Google Patents

Semiconductor substrate, method of manufacturing the semiconductor substrate, semiconductor device and pattern forming method Download PDF

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Masahiro Ishida
Masahiro Ogawa
Masaya Mannoh
Masaaki Yuri
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Description

512546 A7 B7 五、發明説明（彳） 本發明之背景 本發明是關於一種用做發藍光二極體或藍色半導體雷射 裝置等基板之氮化物半導體基板與製造該半導體基板之方 法及使用該氮化物半導體基板之半導體裝置與製造該半導 體裝置之圖案形成方法。 在傳統上諸如發藍光二極體或使用諸如氮化鎵、氮化 銦、氮化鋁或彼等混合晶體之藍色半導體雷射裝置等半導 體裝置在多數情形下都是製作在藍寶石基板上。 在使用氮化物半導體之半導體裝置製造過程中，尤其是 在半導體雷射裝置之製造過程中，lem大小之登記誤差 不會造成實際問題。因此以廉價之曝光器材（每部大約一 萬曰元）使用水銀燈之g-線（波長436 nm)或i -線（波長365 nm)而不必使用用於矽照相石版處理之昴貴KrF步進器（每 部大約數十億日元）仍可保證有充份之登記準確度。 但有一個問題，就是在使用氮化物半導體基板做爲半導 體裝置基板日漸增加之際，在形成半導體裝置時之照相石 版術步驟中抗蝕圖案之準確度（以下稱爲圖案準確度）則降 低，尤其以曝光器材使用水銀燈之g -或i -線來形成圖案時 爲然，因而大爲降低半導體裝置之產量。 本發明之簡要説明 因此本發明之一個目的即是在以氮化物半導體基板製造 半導體裝置時改善照相石版術步驟中之圖案準確度。 爲達此目的，本發明對使用傳統式氮化物半導體基板以 g -或i —線形成圖案時圖案準確度之惡化原因加以分析。此 _4_ 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 512546
一分析顯示出下述事實。 圖23所示爲在傳統氮化物半導體基板上所形成抗蝕膜 I曝光，尤其是在以氮化鎵所製之基板上所形成者。 如圖23所示，在氮化鎵基板}上之抗蝕膜2透過一個有 一開口 3a之光掩模3被以諸如丨_線之曝光光束4加以照 射。1S氮化物半導體可吸收光之波長甚短，以氮化鎵爲例 不會大於36〇mn。因此當使用g或i線做爲曝光光束4時， 透過抗蝕膜2入射於氮化鎵基板丨表面上之曝光光束4，亦 即入射光束4，透過氮化鎵基板〗傳播而不被吸收。結果 入射光束4分開成從氮化鎵基板丨背面發射之發射光5及因 氮化鎵基板1背面反射而成之反射光6。當氮化鎵基板1之 背面爲鏡面時，其對入射光束4之反射比，亦即氮化鎵基 板1與空氣間之介面對入射光束4之反射比，約爲2 〇 %。· 抗蝕膜2之區域2 a爲被入射光束4曝光之區域。但因抗 蚀膜2 a是從下面被反射光束6曝光，本來不要被曝光之抗 蝕膜2之區域2 a也被曝光。這造成抗蝕膜2會有諸如剝皮 等瑕症或抗蚀圖案大小之縮減而使得在使用傳統氮化物半 導體基板時無法有正確之圖案形成。 亦冒發現當反射光束6之強度因氮化鎵基板1厚度減小 而使入射光束4容易通過或光掩模3開口 3a之寬度並未超 過入射光束4(曝光光束）波長之若干倍而使入射光束4在 通過開口 3 a後朝著開口 3 a外面繞射且反射光束6進一步向 外面延伸時，也有明顯之圖案準確度惡化問題。（見圖 23) 〇 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
裝 訂 馨 512546
應汪意在本説明之中「反射」—詞係指鏡面反射（入射 角=反射角）而「反射比」一詞係指鏡面反射比。除鏡面 反射外些反射被稱爲「漫射反射」。「基板表面」一 詞係指當使用氮化物半導體基板製造半導體裝置時其上生 成一氮化物半導體層之表面。 基於上述之發現，本發明提供一種包括以第m類氮化 物爲主要成分半導體層之第―種半導體基板，纟中用來對 入射於該半導體層一個平面上之入射光束加以散射之散射 邵分被置於該半導體層之另一平面上或在其内部。 在本發明第一種半導體基板中，料對入射於該半導體 層一個平面上之入射光束加以散射之散射部分被置於該半 導？層之另-平面上或在其内部’該半導體層形成基板並 以第111類氮化物爲主要成分。因此該另一平面對入射光 束反射所造成之反射光束之強度可予減小。如此在使用第 一種半導體基板時，亦即氮化物半導體基板，製造半導體 取置之照相石版術步驟中可防止透過一個平面（在本文中 有時會稱爲基板表面）入射而被另一平面（在本文中有時稱 爲基板背面）反射之曝光光束對本來不要曝光之抗蝕膜2 域加以曝光。於是在照相石版術步驟中之圖案準確度可以 增加而可改善氮化物半導體裝置之製造產量。例如若第一 種半導體基板爲氮化鎵基板時，保證可防止水銀燈 線之反射而使得使用g-或i-線做爲曝光光束時在照相石版 術步驟中之圖案準確度可大爲改善並且大爲改善氮化物半 導體裝置之製造產量。 -6-
512546 A7 B7 五、發明説明（4 在本發明之第一種半導體基板中，該散射部分最好能在 該半導體層之另一平面上形成不一致之高度，其高度差爲 入射光束波長之1/10或更大。 故樣能使入射光束在該另一平面上有效擴散，亦即散 射’因而減小該另一表面對入射光束之反射比而確實減小 反射光之強度。 在本發明另一實例中半導體層之另一平面對入射光束之 反射比最好爲1 3 %或較少而入射光束之波長則最好爲365 11111(1-線）或 43 6 11111(8-線）。 在本發明又一實例中該散射部分最好置於半導體層内並 含有其對入射光束之折射指數與第ΙΠ類氮化物對入射光 束折射指數不同之材料粒子或層。 在本貫例中因入射光束在半導體層内可有效散射 可確使反射光束之強度減小。 該材料每一粒子之直徑、該材料層朝著與一個平面平行 万向〈寬度或該#料層之厚度均纟約爲入射％束波長之 1/1〇或更大。最好能朝著與該半導體層一個平面平行之方 向舞供該等材料粒子或層，㈣部分也與該半導體層之一 個平面平行且包括另一以第m類氮化物爲主要成分之半 «層而該等材料粒子或層則交互堆叠。散射部分之厚产 取好約爲入射光束波長之1/10或更大。上述之材料最好： 石夕、二氧切、氮切或三氧化二銘。散射部分對入 束（透射比最好爲80%或較少而入射光束之波 365 nm 或 436 nm。 馬 -7-
)40 五、發明説明（5 本發明（弟―種半導體基板含有以第⑴類氮化物爲主 要成分之半導體層，其中用來對從其一個平面進入該半導 心層（入射光束加以發射之發射部分置於該半導體層之另 一平面上。 按照第二種半導體基I，用I對從其一個平面進入形成 基板（半導體層《入射光束加以發射之發射部分置於該半 導體層之另一平面上，該半導體層以第III類氮化物爲主 要成分。因A該另一平面對入射光束之反射比可以減小， 因而使得另一平面對入射光束反射所造成反射光之強度也 減小。於是可在使用第二半導體基板或氮化物半導體基板 製造半導體裝置之照相石版術步驟中防止從一個平面（基 板表面）進入而被另一平面（基板背面）反射之曝光光束對 抗蝕膜本來不要曝光之區域加以曝光之問題。所以可改善 照相石版術步驟中之圖案準確度而增加氮化物半導體裝置 之製造產量。例如當第二種半導體基板爲氮化鎵基板時， 特別可防止基板背面對水銀燈g_或線之反射。因此可大 馬改吾以g-或i-線做爲曝光光束時在照相石版術步驟中之 圖案準確度，也因而大爲改善氮化物半導體裝置之製造產 0 在第二種半導體基板中，發射部分最好有一個形成於該 半導體層另一平面上之層，形成此層之材料對入射光束之 折射指數應與第111類氮化物之此種折射指數不同。 如此可確使該另一平面對入射光束之反射比減小。 在此情形下，上述材料之層最妤由若干層組成，其中至 -8- ：)丄 A7
少有兩層對人射光束之折射指數不同。 最好爲大約9/1〇或小於第m類氮化物對^射數 和數。孩材料最好是二氧化石夕、氮化H 子 種形成該半導體層之第m類Μ與氧4A1㈣N—二 ，合物。在此情形下1該材料爲形成該半“層之—第) in類兀素與氧之化合物時，其製造過程較之在 新形成-薄膜形式之發射部分要簡單。再者，亦可防 基板中掺人雜質之可能性，因而改善基板之製造產量。 在第二種半導體基板中，該發射部分對人射光束之透射 比最好爲8 0 %或更高。 如此保證可減小該另—平面對人射光之反射比。再者， 入射光之波長最好爲365 nm或43 6 nm。 在第一種半導體基板中，散射部分最好置於半導體層之 另一平面與發射部分之間或是在半導體層内而用來散射入 射光。 如此孩入射光先被散射部分加以散射，然後再被發射部 分發射而可進一步減小反射光之強度。 按照本發明之第三種半導體基板含有一個以第n j類氮 化物爲主成分之半導體層，其中用來吸收從半導體層一個 平面所進入射光束之吸收部分被置於至少一部分半導體層 上0 在第三種半導體基板内，用來吸收從形成基板並以第 III類氮化物爲主成分之半導體層一個平面所進入入射光 束之吸收部分被置於至少一部分半導體層上。因而可減小 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐)
裝 訂 看 512546 A7 B7 五、發明説明（7 ) 在另一平面上對入射光束之反射所造成反射光束之強度。 於是在使用第三種半導體基板或氮化物半導體基板製成半 導體裝置時照相石版術步驟中可防止本來不要曝光之抗姓 膜區域被從一個平面（基板表面）進入而被另一平面（基板 背面）反射之曝光光束加以曝光之問題。因此可改善照相 石版術步驟中之圖案準確度並改善氮化物半導體裝置之製 造產量。例如當第三種半導體基板爲氮化鎵基板時，可確 切防止水銀燈之g -或i -線被基板背面反射，如此可使得以 g -或i -線做爲曝光光束時在照相石版術步驟中之圖案準確 度大爲增加也改善了氮化物半導體裝置之製造產量。 在第三種半導體基板中，該吸收部分對入射光束之透射 比最好爲8 0 %或較小。 如此即使基板背面爲鏡面也可將其對入射光束之反射比 減至1 3 %或更低，因而確實改善照相石版術步驟中之圖 案準確度。入射光束之波長最好爲365 nm或436 nm。 在第三半導體基板中，吸收部分材料對入射光束之吸收 係數最好大於第ΠΙ類氮化物對該光束之吸收係數。 如此入射光束可確實被吸收部分所吸收而確實減小入射 光束之強度。所以該材料最好以若干對入射光束吸收係數 不同之材料合成或者至少要包括矽與鎢二者之一。 在第三種半導體基板内，該吸收部分之形成是對半導體 層添加雜$使其水平升起而吸收入射光束。 如此入射光束可確實爲吸收邵分所吸收使得反射光束之 強度確實減小並防止第三種半導體基板或氮化物半導體基 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公愛) 一 ·** 512546 第090119329號專利申請案 中文說明書修正頁(91年9月） A7 B7 五、發明説明（8 )
板晶性之降低。再者，該雜質至少含有碳、氧、矽、硫、 氯、磷與坤。最好能維持ζ〇^〇·223/α之關係，其中之以為 吸收部分對入射光束之吸收係數而ζ 〇為吸收部分之厚度。 在第三種半導體基板中，該吸收部分最好含有形成於半 導體層内之點缺陷。 如此可使入射光束確實被吸收部分所吸收使得反射光束 之強度確能減小並可防止第三種半導體基板或氮化物半導 體基板晶性之降低。在此情形下之點缺陷最好是在半導體 層加入質子來形成。 在第三種半導體基板中，該吸收部分最好是沿著與半導 體層之一個平面平行之方向不一致地分佈。 如此該吸收部分不但吸收入射光束而且散射入射光束使 得反射光之強度進一步減小。再者，當使用該半導體基板 生產脊型雷射裝置時，不要在半導體基板脊型結構下側提 供吸收邵分，可改善照相石版術步騾中圖案準確度而對該 基板活性層之特性無不良影響。 本發明製造半導體基板之第一種方法包括之步驟為：在 以第III類氮化物為主成分之第一半導體層上之一部分形 成一光之散射部分，形成該散射部分之材料其對光之折射 指數與第III類氮化物者不同，在第—半導體層（包括該散 射部分）上以晶體生成以第J π類氮化物為主成分之第二半 導體層，彳是即形成-個含有第—半導體層、光散射層與 第二半導體層之半導體基板。
裝 訂
k 512546 A7 B7 五、發明説明（9 ) 按照本發明製造半導體基板之第一種方法，因光散射部 分是形成於第一半導體層與形成半導體基板之第二半導體 層之間，如此可以減低從基板表面進入然後被基板背面反 射之光，亦即反射光束，之強度。因此在使用此一半導體 基板製造氮化物半導體裝置之照相石版術步驟中可避免本 來不要曝光之抗蝕膜區域卻被曝光之問題，因而增大圖案 準確度及氮化物半導體裝置之製造產量。 再者，按照製造半導體基板之第一種方法，在以其析射 指數與第一半導體層之折射指數不同之材料，亦即以與第 一半導體層不同之材料，形成一部分光散射部分後，在第 一半導體層（包括光散射部分）上以晶體生成第二半導體 層。這樣可防止出現於第一半導體層之瑕疵被帶到第二半 導體層。於是可確保第二半導體層之極佳晶性，亦可確保 具有光散射部分之半導體基板之極佳晶性。 在製造半導體基板第一種方法中，部分形成光散射部分 之步驟最好包括在半導體層整個表面上形成一膜做爲光散 射部分之步驟、在該膜上部分形成一掩模圖案並依掩模圖 案蝕刻該膜而除去該膜未被掩模圖案掩蓋之部分而形成光 散射部分之步驟及移除掩模圖案之步驟。 如此能在第一半導體層上可靠地部分形成光散射部分。
本發明製造半導體基板之第二種方法包括之步驟爲：在 以第111類氮化物爲主成分之半導體層背面形成不一致之 南度’其南度差大於一預定値並在南度不一致之半導體層 背面形成一埋入膜，形成該膜材料之光折射指數與第III -12- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 512546 A7 B7 五、發明説明（10 ) 類氮化物者不同，如此即形成一個含有半導體層與埋入膜 之半導體基板。 按照製造半導體基板第士種方法，形成光散射部分之不 一致高度位於形成半導體基板半導體層之背面，亦即在半 導體層與埋入膜間之介面上。這樣可減低從基板表面進入 而被基板背面反射光，亦即反射光束，之強度。因此在使 用該半導體基板製造氮化物半導體裝置之照相石版術步驟 中可避免本來不要曝光之抗蝕膜區域被曝光之問題而使得 圖案準確度增大並改善氮化物半導體裝置之製造產量。 再者，按照製造半導體基板第二種方法，因有不一致高 度而變得粗糙之半導體層背面可被埋入膜弄平，如此基板 背面能夠平整且製造半導體裝置之過程可予簡化。 此外，按照製造半導體基板第二種方法，當以第111類 氮化物爲主要成分之另一半導體層被晶體生成做爲埋入膜 時，該形成於不一致高度凸面部分上之另一半導體層可有 極佳之晶性。因此有光散射部分之半導體基板可獲極佳之 晶性。 本發明製造半導體基板之第三種方法包括之步驟爲：在 以第III類氮化物爲主成分之第一半導體層上部分形成一 吸光部分，形成該吸收部分材料之吸光係數大於第111類 氮化物之吸光係數，在第一半導體層上（包括該吸光部分） 晶體生成第二半導體層，如此即可形成一個含有第一半導 體層、吸光部分及第二半導體層之半導體基板。 按照製造半導體基板第三種方法，吸光部分是形成於形 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 512546 A7 B7 五、發明説明（11 ) 成半導體基板之第一半導體層與第二半導體層之間。因此 從基板表面進入再被基板背面反射之光，亦即反射光束， 之強度可予減小。於是在使用本半導體基板製造氮化物半 導體裝置照相石版術步驟中可防止本來不要曝光之抗蝕膜 區域被曝光之問題也因而改善圖案準確度與增大氮化物半 導體裝置之製造產量。 再者，按照製造半導體基板第三種方法，在以其吸光係 數與第一半導體層之吸光係數不同之材料，亦即以與第一 半導體層不同之材料，部分形成吸光部分後，第二半導體 層以晶體生成於第一半導體層上（包括吸光部分）。該吸光 部分可防止出現於第一半導體層上之瑕疵等傳遞至第二半 導體層。於是具有吸光部分之半導體基板可獲極佳之晶 性〇 本發明第四種製造半導體基板方法之步驟包括在以第 111類氮化物爲主成分之半導體層植入雜質而形成吸光部 分，因而建立一吸光位準並形成一個具有半導體層與吸光 部分之半導體基板。 按照製造半導體基板第四種方法，吸光部分是形成於形 成半導體基板之半導體層内而使得從基板表面進入再被基 板背面反射之光，亦即反射光束，之強度減小。如此可在 使用本半導體基板製造氮化物半導體裝置之照相石版術步 驟中防止不要曝光之抗蝕膜區域被曝光之問題。因此可增 加圖案準確度與改善氮化物半導體裝置之製造產量。 再者，按照製造半導體基板第四種方法，因吸光部分是 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
裝 訂 512546 A7 B7 五、發明説明（12 ) 在形成基板之半導體層中植入雜質而形成，可以防止具有 吸光部分之半導體基板晶性之降低。 按照製造半導體基板第四種方法，形成吸光部分之步驟 最好包括在半導體層上部分形成一掩模圖案再用該掩模圖 案在半導體層植入雜質而於半導體層中部分形成吸光部分 之步驟以及移除掩模圖案之步驟。 如此可確保在部分半導體層上形成吸光部分。當使用該 半導體基板生產脊形雷射裝置時，不要在半導體基板脊型 結構之下側提供吸光部分即可在照相石版術步驟中改善圖 案準確度且對半導體基板之活性層特性不會有不良影響。 本發明之第一種半導體裝置含有一個以第III類氮化物 爲主成分之半導體基板及用於對從該基板一個平面進入之 光加以散射之散射部分，該散射部分置於基板之另一平面 上或在其内部，並且以照相石版術及對該第111類氮化物 半導體層加以蝕刻而在半導體基板上形成一個結構。 按照使用本發明第一種半導體基板之第一種半導體裝 置，在照相石版術步驟中不會對抗蝕膜有不欲有之曝光。 因而可改善形成於基本上結構尺寸之準確度及半導體裝置 之製造產量。 本發明之第二種半導體裝置含有一個半導體基板，該基 板有一發射邵分用於發射從基板一個平面進入之光並以第 111類氮化物爲其主成分，該發射部分置於基板之另一平 面上，並且以照相石版術及對該第111類氮化物半導體層 加以蝕刻而在半導體基板之一個平面上形成一個結構。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 512546 A7 B7 五、發明説明（13 ) 按照使用本發明第二種半導體基板之第二種半導體裝 置，在照相石版術步驟中不會對抗蝕膜有不欲有之曝光。 因此可改善形成於基板上結構尺寸之準確度及半導體裝置 之製造產量。 本發明第三種半導體裝置含有一半導體基板，該基板有 一吸收部分用於吸收從基板一個平面進入之光且以第111 類氮化爲其主成分，該吸收部分置於至少一部分半導體基 板上，並且以照相石版術及對該第111類氮化物半導體層 加以蚀刻而在半導體基板之一個平面上形成一個結構。 按照使用本發明第三種半導體基板之第三種半導體裝 置，在照相石版術步驟中不會對抗蝕膜有不欲有之曝光。 因此可改善形成於基板上結構尺寸之準確度及半導體裝置 之製造產量。 在第一至第三任何一種半導體裝置中，該結構可能包括 一脊型結構或溝型結構。 在第三種半導體裝置中，該結構有一脊型結構且吸收部 分最好勿置於半導體基板脊型結構之較低邊。如此在照相 石版術步驟中之圖案準確度可加以改善且對基板上活性層 之特性不會有不良影響。 本發明第一種形成圖案方法包括之步驟爲：在具有用於 對從基板一個平面進入之光加以散射之散射部分並以第 III類氮化物爲主成分之半導體基板一個平面上形成一第 111類氮化物半導體層而該散射部分置於半導體基板之另 一平面上或在其内部；在半導體層上形成一正或負類型之 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） A7 B7 五、發明説明（14 ) 杬蝕膜，透過有一開口之光掩模以曝光光束照射抗蝕膜； 將抗蚀膜顯影而形《—抗姓圖案使得若爲正抗蚀膜時將其 被曝光光束脤射之邵分除去而若爲負抗蚀膜時則將未被曝 光光束照射足部分移除；並以抗蝕圖案做爲蔽罩而蝕刻半 導體層。 按照第一種形成圖案之方法，亦即使用本發明第一種半 •寸te基板製半導體裝置中之形成圖案方法，可防止對本 來不要曝光之抗蝕膜區域予以曝光之問題。因此可改善抗 蚀圖案之準確度及半導體裝置之製造產量。 本發明第二種形成圖案方法之步驟爲：在具有置於半導 體基板另一平面上用於發射來自一個平面入射光束之半導 體基板一個平面上形成一第ΠΙ類氮化物半導體層，該半 導體基板是以第III類氮化物爲主成分；在半導體層上形 成一個正或負型抗蝕膜；透過有一開口部分之光掩模以曝 光光束照射抗蝕膜；將抗蚀膜顯影使得若爲正抗蝕膜時將 其被曝光光束照射之邵分除去而若爲負抗姓膜時則將未被 該光束照射部分移除而形成一抗蝕圖案；並以抗蝕圖案做 爲蔽罩來蝕刻半導體層。 按照第二種形成圖案方法，亦即使用本發明第二種半導 體基板製造半導體裝置時之形成圖案方法，可防止對不要 曝光之抗蝕膜區域加以曝光之問題。因此可改善抗蝕圖案 之準確度及半導體裝置之製造產量。 本發明第二種形成圖案方法之步驟爲：在至少有一部分 爲用於吸收來自一個平面入射光之吸收部分之半導體基板 •17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 五、發明説明（15 ) 一個平面上形成一第ΙΠ類氮化物半導體層，該半導體美 板以第ΙΠ類氮化物爲主成分；在該半導體層上形成= 或負型抗餘膜，·透過有一開口之光掩模以曝光光束照射抗 、;將抗蝕膜顯影使得若爲正抗蝕膜時將其被曝光光束 照射I剖彳除去而若爲負#蝕膜時則#未照射部分移除而 /成抗银圖案，並以抗姓圖案爲蔽罩來姓刻半導體層。 按照第Ζ種形成圖案方法，㈣使用本發明第三種半 體基板製造半導體裝置時形成圖案方法，可防止抗蝕膜不 要曝光區域被曝光之問題。因此可改善抗蝕圖案之準確度 及半導體裝置之製造產量。 附圖簡介 圖1爲按照本發明第一實例半導體基板之斷面圖； 圖2 (Α)至（Ε)爲按照本發明第一實例各製造步驟中半導 體基板之斷面圖； 圖3爲按照本發明第一實例製造半導體基板方法中所用 至屬有機汽相羞晶術器材之舉例； &圖4爲按照本發明第一實例製造半導職板方法中所用 氫化物汽相磊晶術器材之舉例； 圖5爲按照本發明第一實例形成於半導體基板上抗蚀膜 之曝光； 、圖6爲若在氮化鎵基板上形成具有2"爪寬之線與空間部 分（線與空間抗蚀圖案時基板背面對曝光光束之反射比與 y成’泉4刀之柷蝕圖案外在符合項目比間之關係； 圖7爲按照本發明第二實例半導體基板之斷面圖； 五、發明説明（16 圖8 ( A) - ( c )爲按照本發 驟中半導體基板之斷面圖；呆1例之變化在各製造步 圖9爲按照本發明第三實 圖i〇(a)-(e)爲按照本 ^板^面圖； 導體基板之斷面圖；天弟―只例在各製造步驟中半 .圖11爲按照本發明第四實例半導 圖12爲按照本發明第 扳心断面圖； 圖13(Α)-(Ε)爲按照本發 口， 體基板之斷面圖；1月…例在各製造步驟中半導 圖14(A)-(C)爲按照本發明第 體基板之斷面圖； .』在各製造步驟中半導 圖15爲按照本發明第六實例半導體基板之斷面圖； :1·6:Α)-(Ρ)馬按照本發明第五實例在各 導體基板之斷面圖； Τ + 圖17爲按照本發明第七實例半導體基板之斷面圖； 圖18㈧-⑻爲按照本發明第七實例在各製造步骤中 體基板之斷面圖； ^ 圖19爲按照本發明第七實例製造半導體基板方法中將 砷植入氮化鎵基板中之舉例； 導 圖20(A：KD)爲使用本發明第七實例半導體基板製造半 體裝置方法各步驟之斷面圖； 導 圖21(AKD)爲使用本發明第七實例半導體基板製造半 體裝置方法各步驟之斷面圖； 圖22爲使用本發明第七實例半導體基板所製造半導體 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) A7
裝置之斷面圖；及 化物半導體基板上抗钱膜之曝 圖23爲形成於傳統式氮 光情形。 本發明之詳細説明 實例1 下面將參照附圖對本發實例之半導體基板及並製 造万法與使用該半導體基板製造半導體裝置方法中形成 案之方法加以説明。 ” 圖1所示爲本發明第一實例半導體基板之斷面圖。 如圖所π I第一實例半導體基板有一第了 J〗類氮化物半 導把層，特別疋氮化鎵層100。氮化鎵層100之表面（以下 稱爲氮化鎵基板100)爲一（〇〇〇1)鎵表面。氮化鎵基板 之背面爲一（ 0001 )氮表面。氮化鎵基板1〇(3之厚度爲2〇〇 A m 〇 第一實例之特徵爲氮化鎵基板背面爲形成有不一致高度 100a之粗糙面。該不一致高度1〇〇a高度差最好爲λ /1〇或 更大，其中之λ爲在使用氮化鎵基板1〇〇製造半導體裝置 照相石版術步驟中所用曝光光束之波長。 圖2(Α)-(Ε)所示爲第一實例圖i製造該半導體基板方法各 步驟之斷面圖。 首先如圖2(A)所示準備一個含有3〇〇 "ηι厚之藍寶石基 板101與80" m厚之矽基板102之矽在藍寶石上基板（簡稱 爲SOS基板）。 接下來如圖2 (B )所示在SOS基板之秒基板1〇2上使用以 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 512546 第090119329號專利申請案 中文說明書修正頁(91年9月） A7 B7
五、發明説明（18 ) 三甲基鋁與氨做為原料氣體之金屬有機汽相磊晶術（MOVPE) 方法以1000°C之溫度生長200 nm厚之氮化鋁層103。 圖3為製造第一實例半導體基板所用MOVPE器具之舉 例。如圖3所示該MOVPE器具含有一石英或不銹鋼所製之 反應管150、一個在其上有被處理之基板151且被置於反管 150中之電納器152及一透過反應管150中電納器152對被 處理基板151加熱之加熱裝置153。該反應管150含有導入 原料氣體與載體氣體之氣體入口 150a與排出已用過氣體之 氣體出口 150b。電納器152為石墨所製。該加熱裝置153可 含有一電阻線加熱器（電阻加熱加熱器）或燈加熱器。 在以MOVPE方法生長第111類氮化物半導體層時，第三 類元素平面有高生長率而使得第三類元素之生長有支配 性。因而在圖2(B)所示形成氮化鋁層103步驟中鋁平面之 生長即有支配性而使得氮化鋁層103之表面成為鋁表面但 氮化鋁層103之背面，亦即面對矽基板102之氮化鋁層103 之平面成為氮平面。 接下來如圖2(C)所示使用以800°C溫度使氯化氫氣體與 鎵反應所獲之氯化鎵及氨為原料氣體並以氫化物汽相磊晶 法（HVPE)在1000°C溫度下在氮化鋁層103上生成250 /zm厚 之氮化鎵廣100。因氮化链層103之表面為铭平面，面對氮 化鋁層103之氮化鎵層100之平面，亦即氮化鎵層100之背 面，成為一鎵平面。再者，因氮化鎵層100是形成在SOS 基板（包括藍寶石基板101與矽基板102)之上，藍寶石基板 101給予氮化鎵層100之壓縮力與矽基板102給予氮化鎵 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 512546 第090119329號專利申請案 中文說明書修正頁(91年9月） A7 B7
五、發明説明（19 ) 層100之張力平衡而使得可生成厚膜氮化鎵層100且不會產 生裂缝。 圖4為製造第一實例半導體基板方法中所用HVPE器具之 舉例。如圖4所示該HVPE器具含有一石英所製之反應管 1 60、在其上有被處理之基板1 61且被置入反應管1 60之電 納器162、其中置有與反應管160中氯化氫氣體反應之熔化 鎵163之盤164及從外面對反應管160内部加熱之加熱裝置 165。反應管160含有導入氨氣與載體氣之第一氣體入口 160a、導入氯化氫氣與載體氣之第二氣體入口 160b及排出 用過氣體之氣體出口 160c。電納器162為石墨或石英所製 而盤164則為石英所製。加熱裝置1 65可含有一管形電阻線 加熱器。 接下來如圖圖2(D)所示，藍寶石基板101與氮化鎵基板 100，亦即氮化物半導體基板分開，其方法是使用混有氫 氟酸與硝酸之液體僅除去矽基板1 〇2。氮化鎵基板1 〇〇之兩 面均為鏡面而無不一致之高度而且氮化鋁層103被形成於 氮化鎵基板100之背面上。 如圖2(E)所示打磨氮化鎵基板100之背面而除去氮化鋁 層103而該背面則藉著形成不一致高度100a使其變為粗 糙。有各種方法可使氮化鎵基板100之背面粗糙，包括以 顆粒大小為10-50 // m之研磨料打磨氮化鎵基板100之背 面。特別是在第一實例中氮化鎵基板100之背面被磨下去 使得氮化鎵基板100之厚度約為200 // m而獲得圖1第一實 例之半導體基板。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 512546 A7 B7
圖5爲在圖i第一實例半導體基板，亦即氮化鎵基板ι〇〇 上’所形成抗蝕膜之曝光。 如圖5所7F在氮化鎵基板1〇〇上之抗蝕膜171透過有一開 二172a之光掩模172以§-線曝光光束173照射。透過抗蝕 杈171入射於氮化鎵基板1〇〇表面上（以下稱爲基板表面） 之曝光光束173或入射光束173分裂成從氮化鎵基板1〇〇背 私（以下稱爲基板背面）透出之透出光束174與基板背面上 不一致高度100a漫射造成之反射光束175。抗蝕膜m之區 域171a爲將被入射光束173曝光之區域。曝光器具有一使 用水銀燈g -線爲光源之接觸直線對準器。 本發明之各發明人曾在氮化鎵基板上，包括第一實例之 半導體基板在内，形成各種背面形狀之抗蝕膜，將抗蝕膜 顯影而形成抗蝕圖案並檢驗抗蝕圖案之外部特徵。下面參 照圖6對檢驗結果加以説明。 圖6所不爲在氮化鎵基板上形成一個具有線與空間部分 厚度爲2 e m之線與空間抗蝕圖案時，基板背面上曝光光 束（g-線）之反射比與形成線部分之抗蝕圖案外部符合項目 比間之關係。 此處所稱之外部符合項目係指寬度爲2 土 〇·2 " m之抗蝕 圖案。基板背面上曝光光束之反射比（以下稱爲背面反射 比）藉著在使背面粗糙之打磨步驟中改變研磨料顆粒直徑 或打磨時間而改變。背面反射比是以經基板背面反射後從 基板表面以90。之透出角（或大致9〇。）所透出反射光束強 度之比率（測量値）對以90。（或大致90。）入射角入射於基 ________ - 23 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇χ 297公釐) 512546 A7 B7 五、發明説明（21 ) 板表面入射光束強度之比率來顯示。例如當氮化鎵基板背 面之平度可用原子力顯微鏡看到原子層次序之步階時，背 面之反射比約爲2 1 %。以顆粒直徑小於1 " m極細之研磨 料打磨氮化鎵基板背面再於氨氣中以約1000。〇之溫度對該 背面加熱即可獲得如此極爲平整之表面。 如圖6所示當背面反射比爲i 6 %或更大時，抗蝕膜會從 下面被一強烈反射光束曝光而使抗蝕膜脱皮或減小抗姓圖 案之大小，因而降低外部符合項目之比率。另一方面，因 背面之反射比降低，外部符合項目之比率增大而在背面反 射比降至1 3 %或更小時即可達到1 〇 〇 %之外部符合項目比 率。因此將背面反射比降至1 3 %或更小即可形成i %產 f欲有之抗蚀圖案。 下圖將説明如何得到圖6之結果。當氮化鎵基板背面爲 鏡面時，如前文所述背面之反射比達到大約2〇%或更高 (參看本發明之簡要説明或圖21)。因此抗蝕膜在曝光時 被來自基板背面之反射光束從下面曝光，因而造成諸如抗 姓膜脱皮或減小抗㈣案大小之㈣。尤其是#光掩模開 口之寬度並不較曝光光束波長大若干倍時，因曝光光束被 光掩模之擴散而使反射光束多少伸越該開口，更會使不要 ㈣胃域被相較之下在本實例中使形成基 板之氮化鎵層背面粗糙時，在曝光時基板背面會造成漫 射’ 0基板背面很難有鏡面反射。這使得背面反射比減 小而使得幾乎沒有來自抗蝕膜後 卜 膜俊面不欲有之曝光而可形成 播外在瑕疵之抗蝕圖案。 -24-
512546 A7 __ B7_ 五I發明説明（22~^ 於是按照第一實例因在氮化鎵基板100背面形成不一致 之咼度100a而使背面粗糙，在氮化鎵基板100背面很難發 生入射光束17 3之鏡面反射而確實可減小背面反射比。因 此反射光束175之強度減小而可避免反射光束175對不要 曝光之抗蝕膜171之區域（亦即除區域171 a以外之區域）加 以曝光之問題。因此可增加抗蝕膜171所形成抗蝕圖案之 準確度並可改善在使用氮化鎵基板1〇〇製造半導體裝置之 照相石版術步驟中之圖案準確度。於是改善了氮化物半導 體裝置之製造產量。 應注意在第一實例中不一致高度1 〇〇a是形成於氛化鎵基 板100之背面使該背面使該背面粗糙而減少其反射比。但 亦可用其他方法來減小背面之反射比，例如在基板背面噴 塗上不一致之介質材料或在該背面放上球面或其他不一致 形狀之物質。也可在基板背面形成一低反射比之膜。但應 、/王意以這些方法來降低背面之反射比會在隨後之半導體處 理中舲雜質引入各元件。因此最好還是使氮化鎵基板1 〇〇 同面變成粗糖來降低背面之反射比。 再者’在第一實例中是打磨氮化鎵基板丨〇〇背面而使其 粗糙，這也可換用噴砂或蝕刻等其他方法。 此外’第一實例所根據之看法是對抗蝕膜不欲有之曝光 問趨疋因爲曝光光束以90。（或大致90。）之入射角進入基 板表面再被基板背面反射而最終以90。（或大致90。）之透 出角從基板表面造出。因此使基板背面粗糙之方式可爲任 意形式，只要可以減小基板背面對以90。入射角進入基板 _ -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Μ規格(灿χ 297公爱]------ 512546 A7 B7 五、發明説明（23 ) 表面曝光光束之反射比即可。但基板背面最好應爲粗糙俾 能產生漫射。這是因爲若基板之粗糙背面使得以90°入射 角進入基板表面之曝光光束有以與基板表面或基板主平面 成一特定角度被反射之可能而使除預定抗蝕膜曝光區外之 區域可能被曝光。特別是以90 °入射角進入基板表面之曝 光光束可被基板背面上高度差約爲曝光光束波長1/10或更 大之不一致高度散射至各方向或加以漫射。在基板背面之 不一致高度也最好能使背面反射比成爲約1 3 %或更小。 再者，用於照相石版術步驟中之曝光光束並無限制。但 使用可透過氮化鎵基板100而不被吸收之某一波長之光， 諸如g -或i -線，做爲曝光光束與先前技術相較可大爲改善 圖案準確度。 在第一實例中用於照相石版術步驟中之抗蝕膜可爲正型 或負型。 在第一實例中是以氮化鎵做爲氮化物基板之材料，但個 別或混合成晶體之氮化嫁、氮化姻及氮化銘等任何第111 類氮化物半導體均可使用。基板可含有其他物質，只要以 上述第III類氮化物半導體爲基板之主要成分即可。 實例2 下面將參照附圖對本發明第二實例之半導體基板及其製 造方法與使用該半導體基板製造半導體裝置時形成圖案之 方法加以説明。 圖7爲第二實例半導體基板之斷面圖。 如圖所示第二實例半導體基板有一第111類氮化物半導 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 第〇9〇119329號專利申請案 中文說明書修正頁(91年9月）
發明説明（24 體層，特別是氮化鎵層100(以下稱為氮化鎵基板1〇〇)。氮 化鎵基板100之表面為一（0001 )鎵平面，其背面則為一 (〇〇〇1)氮平面。氮化鎵基板100之厚度為3〇〇/zm。 第二實例半導體基板之特徵為在氮化鎵基板i〇q背面上 才疋供一個200 nm厚之氧化鋁（A12〇3 )層i 〇4做為對g _或丨_線 曝光光束之防反射膜。與藍寶石相對之氧化鋁層1〇4有一 夕曰日或供定形結構而其折射指數為丨·68，大約與藍寶石者 相同。做為一個防反射膜係指防止氮化鎵基板丨〇〇背面對 從基板表面進入之入射光束之反射而可讓光透過該防反射 膜從菽膜之背面透出。因此該防反射膜最好有g 〇 %或更大 之透射比。 製造圖7第二實例半導體基板之方法如下。應注意此一 方法直到圖2(A)-(E)中圖2(D)所示步驟為止均與第一實例 者相同。 特別疋如2(A)所示先準備一個含有藍寶石基板ι〇1與梦 基板102之矽在藍寶石上基板，然後如圖2(B)所示使用三 甲基銘與氨做為原料氣體以金屬有機汽相磊晶術（M〇VPE) 在碎基板102上生長200 nm厚之氮化鋁層1〇3。接著使用氯 化鎵與氨做為原料氣體而如圖2(c)所示以氫化物汽相磊晶 術（HVPE)在氮化鋁層103上生長3〇〇 # m厚之氮化鎵層 100°再如圖2(D)所示僅將矽基板丨〇2除去而使藍寶石基 板101與形成氮化物半導體基板之氮化鎵層1〇〇，亦即氮化 鎵基板100，分開。氮化鎵基板1〇〇之一邊為沒有任何不一 致南度之鏡面而其背面上則形成氮化鋁層丨〇3。 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A*規格(21〇χ 297公釐） 512546 A7 B7 五、發明説明（25 ) 接下來包括氮化鋁層103在内之氮化鎵基板100在大氣壓 力下其部分壓力分別爲1 〇 %與9 0 %之水汽與氮環境中以 600°C溫度加熱十分鐘。這可使氮化铭層103被選擇性地氧 化而形成200 nm厚之氧化銘層104。如此即完成圖7所示第 二實例之半導體基板。 裝 本發明各發明人曾透過以g -線曝光處理之膜在第二實例 半導體基板上形成與第一實例類似之線與空間抗蝕圖案， 再以該抗蚀圖案爲蔽罩對經過處理之膜加以蝕刻。於是即 有其大小完全在預定範圍之圖案處理膜。對第二實半導體 基板背面反射比之檢驗顯示約爲0.5 %或更小之低値，可 以滿足圖案之形成。 搴 特別是按照第二實例在氮化鎵基板100背面形成之氧化 鋁層104是用做防反射膜，所以背面之反射比減小也因而 減小從基板表面進入再被基板背面所反射光之強度。因此 可防止在使用氮化鎵基板100製造半導體裝置之照相石版 術步驟中入射在基板表面上而被基板背面所反射之曝光光 束對預定曝光區域外之抗蝕膜區域加以曝光之問題。因此 可改善照相石版術步驟中圖案之準確度及氮化物半導體裝 置之製造產量。 再者，按照第二實例氧化鋁層104之形成是對在形成氮 化鎵基板100時已在基板100背面形成之氮化鋁層103加以 氧化。與在氮化鎵基板100背面新形成一抗反射膜之情形 相較，處理過程已予簡化且因能防止在氮化鎵基板100中 引入雜質之可能性而改善氮化鎵基板100之製造產量。 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 五、發明説明（26 ) 諸如氧化銘做爲防反射M之材料，但可用 梦等其他材科代替。達成低反射比防 最好爲 m條件如下：首先’防反射膜之厚度 取好局防反射膜内曝光光束波長四分之—之奇數倍數。其 裝 鏃 防反射膜之折射指數最好與氮化物半導體基板者（在 “列中日馬氮化鎵基板）不同且折射指數差最好能儘量 大尤其疋防反射膜（折射指&最好勿超㉟氮化物半導體 基本折射指數之9/10。例如在本實例中構成防反射膜之氧 化鋁層104之折射指數爲丨68而其厚度爲2〇〇 ^^爪相當於防 反射膜中g-線波長之四分之三（436 nm/i 68)。因氧化鋁 層1〇4 (1.68)與氮化鎵基板1〇〇(約25)間之折射指數差較 大，爲獲得1 3 %或更小背面反射比之厚度可容許範圍較 寬，亦即保證在照相石版術步驟中改善圖案準確度所需厚 度之谷终範圍較寬。尤其是當將氧化鋁層1〇4之厚度定爲 氧化ig層104内曝光光束波長1/4爲目標時，產生1 3 %或更 小背面反射比之容許厚度範圍約爲1/4波長土1/8波長。若 以g -線曝光時，此一數字約爲65 nm ± 40 nm。 下面之表1與表2顯示發明人檢驗各種防反射膜之特 性，其中是以i -與g -線用做曝光光束。應注意該等特性之 獲得均是將防反射膜厚度定爲防反射膜内曝光光束波長之 1 /4爲目標且是以氮化鎵基板做爲氮化物半導體基板。 29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 512546 A7 B7 五、 發明説明（ (表1) 27 ) 防反射膜類型 對i-線之 膜之厚度相當 當膜厚度相當 能對i-線產生 折射指數 於防反射膜内 於i-線波長1/4 13%或更小 (波長365 mn) i-線波長之1/4 對i-線之反射比 折射指數 之膜厚度範圍 Si〇7 L.47 62 nm 0.5% 25-99 nm Α1?〇ι L.68 54 mn 0.4% 22-86 nm SiN 2.05 45 nm 6.5% 22-67 mn Zr07 2.12 43 nm 8.2% 23-63 nm Al〇 ^Ga〇 2.32 39 nm 13% 38-41 nm Al〇 i Ga〇 gN 2.45 37 nm 17% 無 Ti〇7 2.70 33 nm 24% 無 (表2) 防反射膜類型 對g-線之 膜之厚度相當 當膜厚度相當於 能對g-線產生 折射指數 於防反射膜内 g-線波長1/4時 13%或更小 (波長436 mn) g-線波長之1/4 對g-線之反射比 折射指數 之膜厚度範圍 SiO? 1.47 74 nm 0.5% 30-118 nm Al?〇i 1.68 65 nm 0.4% 26-104 nm SiN 2.05 53 nm 6.5% 26-80 nm Zr〇9 2.09 52 nm 9.3% 25-78 mn Al〇 ^Ga〇 2.32 47 mn 13% 45-49 nm Al〇 i Ga〇 qN 2.44 45 nm 17% 無 Ti〇7 2.45 44 nm 17% 無 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) M2546
、發明説明（28 产仗表1與表2可看出除非防反射膜之折射指數不大於較 =化鎵折射指數（2.5 )更小之2·32，防反射膜即無法獲得理 想<效果。再者，當防反射膜之折射指數小於氮化鎵之折 射指數時，反射比（背面反射比）之減小效果，亦即防反射 效，、，變大也同時擴大產生13%或更小背面反射比之厚 度谷許範圍。應注意在表1與表2中若爲二氧化鈦與二氧 ，锆時防反射膜折射指數視使用g_線或丨·線而變動之事實 是由於若爲二氧化鈦與二氧化鍺時接近卜與^線波長之車 1 大波長擴散。 在第二實例中防反射膜之形成可用若干層其折射指數與 形成基板之第ΙΠ類氮化物折射指數不同之疊片堆疊而 成。在此情形下至少有兩個形成疊片之層其折射指=不 同。 、再者，在第二實例中照相石版術步驟中所用之曝光光束 並無特別限制。但使用具有能透過氮化鎵基板1〇〇而不被 j收之某種波長之光，諸如g-或丨_線，做爲曝光光束與先 前技術相較可大爲增大圖案之準確度。 在第二實例中用於照相石版術步驟中之抗蝕膜可爲正刑 或負型。 i 在第二實例中雖用氮化鎵做爲氮化物半導體基板之材 料’但亦可用個別或混合晶體之氮化嫁、氮化鋼及氮化銘 所製<任何第ΠΙ類氮化物半導體。若如此時，基板可包 括其他材料，只有上述第ΙΠ類氮化物爲基板之主成分即 "5J* 〇 -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(21〇Χ297公釐） 裝 訂 512546 A7 B7 五、發明説明（29 ) (第二實例之變化） 下面將參看附圖對第二實例變化之半導體基板及其製造 方法加以説明。 第二實例之變化與第二實例之不同處爲使用三氧化二鎵 層（Ga203)做爲對g -或i -線曝光光束之防反射膜而並非使 用氧化鋁層。 圖8(A)-(C)所示爲按照第二實例之變化製造半導體基板 方法各步驟中之斷面圖。此一製造方法除圖2(E)所示步驟 外大致與圖2(A)-(E)所示之第一實例同。 特別是如圖2(A)所示，先準備一個含有藍寶石基板101 與矽基板102之矽在藍寶石上（SOS)基板。接著在SOS之 矽基板102上使用三鋁與氨做爲原料氣體以M0VPE方法生 成200 nm厚之氮化鋁層103 (如圖2(B)所示）。然後如圖 2(C)所示使用氯化鎵與氨做爲原料氣體以HVPE方法在氮 化鋁層103上生成300# m厚之氮化鎵層100。於是如圖2(D) 所示將矽基板102除去而使藍寶石基板101與形成氮化物 半導體基板之氮化鎵基板100分離。 接著如圖8(A)所示以磨光法除去氮化鋁層103且氮化鎵 基板100之背面也被磨成鏡面。然後在大氣壓力下以部分 壓力分別爲1 0 %與9 0 %之氧氣與氫氣用700°C之溫度對半 導體基板100加熱十分鐘。這可使半導體基板100之兩面 被氧化而如圖8(B)所示在兩邊形成70 nm厚之氧化鎵層 105。 因在氮化鎵基板100兩面上形成氧化鎵層105對隨後裝置 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
裝 m 512546 A7 B7 五、發明説明（30 ) 之加工有不良影響，以下述方式將氮化鎵基板100表面上 之氧化鎵層105除去。特別是將兩面均有氧化鎵層105之 氮化鎵基板100放入一如圖3所示諸如金屬有機汽相磊晶 (MOVPE)器具之晶體生成器具中。使氮化鎵100之背面靠 近電納器而使基板100背面與電納器間無空隙。然後在氫 氣中以1000°C之溫度對氮化鎵基板100加熱。這可使氮化 鎵基板100表面上之氧化鎵層105還原並使鎵昇華而對氮 化鎵基板100表面上之乾淨氮化鎵平面加以曝光。另一方 面，在氮化鎵基板100背面上之氧化鎵層105因與電纳器 緊密接觸而不會接觸到氫，所以甚難還原或昇華。結果如 圖8(C)所示可獲得在背面上有氧化鎵層105之氮化鎵基板 100，亦即第二實例變化中之半導體基板。 按照第二實例之變化，因氧化鎵層105是形成於氮化鎵 基板100之背面做爲防反射膜，該背面之反射比可以減 小，所以也減小入射於基板表面再被基板背面反射光之強 度。因此在使用氮化鎵基板100製造半導體裝置照相石版 術步驟中可防止除預定曝光區外之抗蝕膜區域被入射於基 板表面上而被基板背面所反射之曝光光束加以曝光之問 題。於是可改善照相石版術步驟中之圖案準確度及增加氮 化物半導體裝置之製造產量。 再者，按照第二實例之變化對氮化鎵基板100之氧化而 形成氧化鎵層105與在氮化鎵基板1 00背面新形成防反射 膜之情形相較可使加工簡化，同時因爲可防止將雜質引入 氮化鎵基板100所以可增加氮化鎵基板100之製造產量。 -33 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) A7
在見化r ::…例之變化在使用氮化鎵基板100前可 ^匕鎵基板_之表面上形成氧化鎵層⑻而使得氮化 職 ^表面受到氧化鎵相5之保護。當使用氮化 2板⑽。形成裝置時，基板表面上之氧化鎵層1〇5可在 :把生成备具中被遂原及除去而露出乾淨之氮化鎵平面。 次序形成裝置結構，諸如在乾淨氮化鎵平面上形 成敷層與活性層。 實例3 面將參照附圖對本發明第三實例之半導體基板及其 万法與使賴半㈣基板製造半導體裝 法加以説明 圖9所示爲第三實例半導體基板之斷面圖 车：本發明第三實例半導體基板有-第m類氮化物 +導體層，特別是-氮化鎵H氮化鎵層議之表面 (以下稱爲氮化鎵基板1GG)爲_(_υ鎵平面而氮化嫁基 板1〇〇之背面爲一 (0001 )氮平面。氮化鎵基板1〇〇之厚产 第三實例之特徵爲在氮化鎵基板1〇〇下面5〇_8〇"m之區 域内斷續性地埋人其對諸如g•或卜線曝光光束之折射指數 與氮化鎵者不同之許多三氧化石夕顆粒1〇6a。此等二氧化砂 顆粒1〇6a形成一個光之散射部分（對入射於基板表面上之 光加以散射）。每個二氧化矽顆粒1〇以之形狀無特別限 制，但在第三實例中顆粒购之直徑（在與氮化嫁基板_ 表面平行之平面上）約爲十分之幾f政米而其高度（沿著與氮 -34 - 512546 A7 B7 五、發明説明（32 ) 化嫁基板100表面垂直之方向）約爲1〇〇 nm。 圖1〇(Α)-(Ε)爲第三實例製造半導體基板方法各步驟中之 斷面圖，亦即圖9所示之半導體基板。第三實例製造半導 體基板之方法直到圖2(A)-(E)所示步驟之2(D)爲止均與第 一實例中者大致相同。 首先如圖2(A)所示準備一個含有藍寶石基板1〇1與矽基 板102足矽在藍寶石上基板，然後如圖2(B)所示使用三鋁 與氨做爲原料氣體以M0VPE方法在矽基板1〇2上生成2⑼ nm厚之氮化鋁層1〇3。接著如圖2(〇所示使用氫化鎵與氨 做局原料氣體以HVPE方法在氮化鋁層1〇3上生成22〇 "㈤ 厚心氮化鎵層100。此時該氮化鎵層1〇〇有一（〇〇〇ι)鎵平面 之表面。然後如圖2(D)所示除去矽基板1〇2而使藍寶石 ιοί與形成氮化物半導體基板，亦即氮化鎵基板1〇〇，、分 離。 接下來如圖10(A)所示以磨光法除去氮化鋁層1〇3而同時 :顆粒極細小之研磨料將氮化鎵基板100之背面磨光成鏡 ^如圖1G(B)所示使用氬氣以射㈣射法錢 =?積許多二氧切顆㈣一在第三實例中殿積 二化石夕顆粒則a之條件是將氣壓定在02pa而射頻輸出 =具=w。二氧化'顆粒106a之澱積條件視所用之濺射 量i Μ同，但最好是—之二氧切顆粒直徑儘 里大，因馬在一致性澱積二 二氧化石夕㈣㈣、“円形下斷績性毅積 、粒h難。吨射頻濺射而言，一般最好是以增大 •35- x 297/^) Η 張尺度 it 用Tii?i^NS) A4#_^ 512546 第090119329號專利申請案 中文說明書修正頁(91年9月） A7 B7 修正補充 五、發明説明（33 ) 射頻輸出來加大濺射顆粒之直徑。但在此情形下最好降低 氣壓，因為增大之射頻輸出會使放電不穩定。 在第三實例中之一個重點是在氮化鎵基板1 〇〇全部被二 氧化矽顆粒106a蓋住前停止圖10(B)步騾中之二氧化矽顆 粒106a之澱積。停止澱積之時間決定二氧化矽顆粒之分 佈。例如若在氮化鎵基板100完全被二氧化矽顆粒106a蓋 住前立即停止澱積，在蓋住基板100之二氧化矽層中之不 定點會出現開口。若在以二氧化矽顆粒106a覆蓋氮化鎵基 板100之工作尚在進行中停止澱積顆粒106a，氮化鎵基板 100上會散佈很多二氧化矽顆粒106a島狀物。在第三實例 中二氧化矽顆粒106a之分佈並無持別限制，但若製造之裝 置中於基板10 0兩面上有電極且在其厚度方向有電流流動 時，當然最好是儘量減小被二氧化矽顆粒在基板100上覆 蓋之面積。 接下來將具有二氧化矽顆粒106a之基板100放入諸如 MOVPE器具之氮化鎵晶體生成器具内而如圖10(C)所示在 基板100上生成一氮化鎵層107把二氧化矽顆粒間之空隙填 起。特別是在MOVPE器具中是使用三鎵與氨做為原料氣 體及氫做為載子氣體以1000°C之溫度生成氮化鎵層107。 生長氮化鎵層107之條件視所用之晶體生成方法而有所不 同。但在使用MOVPE方法之本實施例中將晶體生長溫度 是在900°C或更高而第五類與第三類原料之供應比（每分鐘 氨供應流率與每分鐘三甲基鎵供應流率之比）定在1000或 更高。如此可激活第三類原料（鎵）之遷移而使氮化鎵層 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 五、發明説明（34 ) 1〇7足生成方式能將二氧化矽顆粒1〇6a間之空隙填起。若 氮化鎵層107生成之厚度約爲1〇"111時，氮化鎵層1〇7之表 面即會平整，在第三實例中於獲得氮化鎵層1〇7完全平整 之表面削結束氮化鎵層10 7之晶體生長。 然後如圖10(D)所示，以射頻濺射法在氮化鎵層1〇7上澱 積新的二氧化矽顆粒106a。再將氮化鎵基板ι〇〇放入氮化 鎵叩體生成器具中來生長氮化鎵層1〇7之晶體。在第三實 J中重複一氧化矽顆粒1〇6a之澱積與氮化鎵層之晶體 生成直至氮化鎵層1〇7之厚度到達約3〇//m爲止。特別是 用於澱積二氧化矽顆粒1〇以之射頻濺射總共要進行六次而 即可如圖10(E)所不形成含有埋入氮化鎵層1〇7内二氧化矽 2粒106a之光散射部分。接著使用氣化鎵與氨做爲原料氣 體以HVPE方法使氮化鎵層1〇7進一步生長晶體直到其厚 度、’力爲5 0 " m爲止，如此即完成如圖9所示第三實例之半 導體基板。在圖10(E)中未顯示氮化鎵層1〇7，這是因爲氮 化鎵層107最後與以同樣材料形成之氮化鎵基板1〇〇積體 於一起。 第F、例中氮1化鎵層之晶體生長在以氮化嫁層1〇7 %起:氧化矽顆粒106a間之空隙而使氮化鎵層107之表面 疋王平正則伶止。若二氧化矽顆粒1〇6&間之空隙被氮化鎵 每07之日日隨生長填得使氮化鎵層IQ?之表面完全平整。 二氧化石夕顆粒可有多層之分佈。 本發明各發明人經由以g-線曝光處理之膜在第三實例半 導m基板上形成與第一實例中所用類似之線與空間抗姓圖
本紙張尺度適格(21〇晴公爱) 512546 A7 B7 五、發明説明（35 ) 案。當以該抗蝕圖案做爲蔽罩來蝕刻該經處理之膜時，發 現將光散射部分106之透射比設定在8 0 %或較小時，圖案 化之經處理膜之大小幾乎完全在預定範圍内。這是因爲入 射於基板表面之光在被基板背面反射及回到基板表面前通 過光散射部分兩次。亦即雖然光散射部分丨〇6之透射比爲 8 0 °/。而基板背面鏡面平面上之背面反射比爲2 〇 %，淨背 面反射比則爲20%x80%x80% 13%，因此而形成理想之圖 因此，按照第三實例入射於基板表面上再被基板背面所 反射光之強度可被在氮化鎵基板1〇〇内部形成之光散射部 分106予以減小。這可避免在使用氮化鎵基板1〇〇製造半 導體裝置之照相石版術步驟中除預定曝光區外之抗蝕膜區 域被入射於基板表面而被基板背面反射之曝光光束加以曝 光之問題。因此可改善在照相石版術步驟中圖案之準確度 也因而增加氮化物半導體裝置之製造產量。 按照第三實例在部分氮化鎵基板1〇〇上形成與氮化鎵基 板不同材料之二氧化矽顆粒1〇6&後，在含有二氧化矽顆粒 l〇6a心氮化鎵基板100上以晶體生成一新的氮化鎵層（氮化 鎵層107)使得該氮化鎵層成爲基板之一部分。該二氧化矽 顆粒l〇6a可防止出現在原來氮化鎵基板1〇〇中之任何瑕疵 傳導至氮化鎵層。於是可保證氮化鎵層1〇7有理想之晶性 也因而保證具有光散射區之氮化物半導體基板有理想之晶 性。 在第三實例中雖然二氧化矽顆粒丨〇 6 a之澱積與氮化鎵層 -38·
A7 B7 五、發明説明（36 ) 107之日日m生成均重複若干次，但它們至少要重複一次， 只要讓光散射部分106時對g_或i'線曝光光束之透射比爲 8 0 /〇或更y即可。因光散射部分之透射比視二氧化矽頡 粒l〇6a之形狀與密度而有複雜變化，在理論上甚難決定使 光散射部分106能有欲有透射比之二氧化矽顆粒1〇6&之形 狀與密度。因此最好以實驗來決定可獲得光散射部分欲有 透射比之殿積二氧切顆粒1Q6a之數目或埋人二氧化砂顆 粒106a區域之厚度。 、 在第三實例中以射頻濺射法自然形成之二氧化矽顆和 ⑽a被用做光散射部分1G6。但形成光散射部分之方法^ 揲特別限.卜例如在氮化鎵基板整個表面形成二氧化矽層 後，可在二氧化石夕層上部分形成一掩模圖案。使用該掩^ 圖案蚀刻二氧切層而除去未被掩模圖案遮蓋之二氧化石夕 層邵分，當除去掩模圖案後即形成圖案化之二氧化石夕層光 散射邵：。使用二氧化矽顆粒做爲光散射部分時每個顆粒 之直徑最好約爲曝光光束波長之1/10或較大。使用圖案化 二氧切層做爲光散射部分時二氧切層沿著與基板表面 平玎万向·^寬度’或二氧化矽層之厚度，最好約爲曝光光 束波長,1/1G或較大。無論以二氧化碎顆粒或圖案化二氧 =夕做馬光散射郅分，光散射部分之厚度最好應爲曝光光 束波長之1/10或較大。 在第一 5例中雖用二氧化矽做爲光散射部分之材料，但 光散射部分之材料並無特別限制，只要能在其上以晶體生 成亂化鎵層且與氮化鎵有不同折射指數即可。例如石夕、氮 -39- 本紙張尺度適用中@國*標準(CNs) A4規格(2ι〇χ297公爱） 512546
化矽或氧化鋁均可取代二氧化矽。光散射部分不一定要用 單材料之顆粒或層。該顆粒或層可用能在其上以晶體生 成氮化鎵層且與氮化鎵層有不同折射指數之若平種不同材 料製成，該等顆粒或層可合併或堆疊使用。另一種情形是 至少以上述一種材料所製之顆粒或層可與空氣細孔合用。 再者，在罘二實例中用於照相石版術步驟中之曝光光束 並無特別限制。但使用諸如g_4i'線具有能透過氮化鎵基
裝 板1〇〇而不被吸收之某些波長之光會較之先前技術大爲改 善圖案準確度。 在第三實例中用於照相石版術步驟中之抗蝕膜可爲正型 或負型。 在第三實例中是以氮化鎵用做氮化物半導體基板之材 料，這僅爲舉例而已，諸如氮化鎵、氮化自、氮化銘或彼 等混合晶體之其他第ΠΙ類氮化物半導體均可使用。若如
此時，基板可含其他材料’只要是以任何第m類氮化物 半導體爲其主要成分之基板即可。 實例4 現參看附圖對本發明第四實例之半導體基板及其製造方 法與使用該基板製造半導體裝置之形成圖案方法加以説 明。 圖11所示爲第四實例半導體基板之斷面圖。 如圖11所示本發明第四實例之半導體基板有-在基板 表面上200 Mm厚I氮化鎵層1〇〇及在基板背面上⑴m厚 之以0.伽。#層1〇8。氮化鎵層1〇〇之背自，亦即氮化鎵層 -40- 512546 A7 B7 五、發明説明（38 ) 100與AlaiGaa9N層108間之介面，有粗糙形成之不一致高 度100a。因此第四實例之半導體基板含有如圖1所示第一 實例在背面上形成不一致高度100a之半導體基板（氮化鎵 基板100)，其中之AlaiGaa9N層是形成於不一致高度100a 上。不一致高度100a之高度差最好約爲λ /10或較大，其 中之λ爲使用本實例半導體基板製造半導體裝置時照相石 版術步驟中所用曝光光束之波長。 按照圖1 1所示製造第四實例半導體基板之方法如下。 此一方法直至圖2(Α)-(Ε)所示之圖2(E)步驟均與第一實例 製造半導體基板之方法大致相同。 特別是先準備一個含有3 00 厚之藍寶石基板101與80 厚之碎基板102之石夕在藍寶石上基板（如圖2(A)所 示）。然後在矽基板102上使用三鋁與氨做爲原料氣體以 MOVPE方法以1000°C之溫度生成200 nm厚之氮化鋁層 1〇3 (如圖2(B)所示）。接著如圖2(C)所示使用氯化鎵與氨 做爲原料氣體以HVPE方法在氮化鋁層103上生成250 // m 厚之氮化鎵層100。然後如圖2(D)所示使用氫氟酸與氮酸 混合液處理除去矽基板102而使藍寶石基板101與形成氮 化物半導體基板之氮化鎵層100，亦即氮化鎵基板100，分 開。於是如圖2(E)所示以顆粒直徑爲10-50" m之硏磨料來 研磨氮化鎵基板100之背面而使其最後之厚度約爲200 // m 來除去氮化鋁層103而在基板100背面形成不一致之高度 1 00a。如此使氮化鎵基板100之背面變爲粗糙而獲得圖1所 示之氮化鎵基板100。 -41 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 512546 A7 B7 五、發明説明（39 ) 接下來在已形成不一致高度100a之氮化鎵基板100背面 使用三鋁、三鎵與氨做爲原料氣體以MOVPE方法於1000 °C之溫度生成15 # m厚之AlaiGaa9N層108。結果即獲得圖 11所示第四實例之半導體基板。氮化鎵基板100背面上之 不一致高度均被AlaiGaa9N層108填起而使會有AlaiGaa9N層 108之氮化鎵基板100背面（以下簡稱爲基板背面）變平。 基板背面不一定需要變平。但在第四實例中AlaiGaa9N 層108是在使基板背面變平之條件下以晶體生成俾能確定 不一致高度l〇〇a之光散射效果（見第一實例）是在基板背面 不會產生任何光散射之情形中。AlaiGaa9N層108之晶體生 成使得基板背面變平條件之達成視所用晶體生成方法而有 所不同。但若用本實例中之MOVPE方法時，將晶體生成 溫度定在900°C或更高而將第五類/第三類原料供應比（每 分鐘氨供應流率對每分鐘三鋁或三鎵供應流率之比）定在 1000或更高可激活第三類材料（鎵或鋁）之遷移。於是不一 致高度l〇〇a可被AlaiGaa9N層108填起而使基板背面變平。 本發明各發明人透過以g -線曝光處理之膜在第四實例半 導體基板上形成與第一實例中所用類似之線與空間抗蝕圖 案。以該抗蝕圖案爲蔽罩蝕刻經處理之膜時發現將不一致 高度100a，亦即光散射部分，對曝光光束之透射比定在 8 0 %或較低時，圖案化經處理之膜之大小大致在預定範 圍内。這是因爲入射於基板表面再被基板背面反射至基板 表面之光要通過光散射部分兩次。亦即雖然光散射部分之 透射比爲8 0 %而爲鏡面之基板背面反射比約爲2 0 %，淨 -42- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
裝 摹 512546 A7 B7 五、發明説明（40 背面反射比爲20%χ80%χ80%«13%，可達到理想之圖案形 成。 因此，按照第四實例形成在氮化鎵層100與Al〇 iGao#層 1 0 8間介面處之不一致高度丨〇 〇 a可用做光散射部分而減 小入射於基板表面而被基板背面反射之入射光束所造成反 射光束之強度。因此可避免除預定曝光區外之抗蝕膜區域 被入射於基板表面而被基板背面所反射曝光光束加以曝光 之問題。結果可改善照相石版術步驟中圖案之準確度及氮 化物半導體裝置之製造產量。 按照第四實例被不一致高度〗〇〇a變粗缝之氮化鎵基板 100背面可用Al〇jGaojN層108使之變平而簡化製造半導體 裝置之過程。 再者，按照第四實例做爲第π I類氮化物半導體層之 Al01Ga〇9N層108是以晶體生成於氮化鎵基板1〇〇之背面。 因此形成於不一致高度l〇0a凸面之Al〇1Ga09N層108有理想 之晶性而使得具有光散射部分之氮化物半導體基板也有理 想晶性。 在第四實例中雖然Al01Ga0'9N層108是形成於有不一致高 度100a之氮化鎵基板1〇〇背面，但形成一個與氮化鎵基板 1〇〇有不同折射指數之其他材料之層（可以爲除氮化物半導 體層外之層）亦可獲不同高度丨〇0a之光散射效果。在此情 形下是在有不一致高度l〇〇a之氮化鎵基板1〇〇背面提供一 個材料層做爲防反射膜（見第二實例或其變化），可進_步 減小反射光束之強度。在第四實例中爲了要填起不_致言 -43-
512546 A7 _____B7 五、發明説明（Μ ) 度l〇〇a該AlG1Gaa9N層108之厚度與g -或i -線曝光光束波長 相較則很厚（15 # 。因此A1〇iGa〇9N層ι〇8很難用做防反 射膜。因此在第四實例中反射光束包括由Ai〇 1(3^〇#層1〇8 與2氣間介面反射之光及由氮化鎵基板100與Al01Ga09N層 108介面（其反射比視不一致高度1〇〇a之形狀與密度而改變） 所反射之光。因此在第四實例中有可能會使被氮化鎵基板 1〇〇與Al01Ga09>^ 108，亦即不一致高度i〇〇a，之介面散 射t光被Al01Ga〇9N層108與空氣之介面反射而終於回到氮 化鎵基板1 〇〇之表面。如上所述當與第一實例所用類似之 、、泉與：ϊ：間（線與空間之寬度爲2 A m)抗蚀膜圖案被使用g _ 線曝光而形成時，可形成理想之圖案。這可能是因爲約有 5 〇 %之光掩模被開口所佔。換言之，在第四實例中當光 掩模被開口所佔面積增大時更難忽略被不一致高度i〇〇a所 散射再被Al01Ga() 9N層108與空氣間介面所反射後從下面對 抗蝕膜曝光之光之效果。 再者，在第四實例中用於照相石版術步驟中曝光光束之 類型並無特別限制。但使用具有能透過氮化鎵基板ι〇〇而 不被吸收t某些波長之光，諸如卜或卜線做爲曝光光束較 之先前技術可大爲改善圖案準確度。 在第四實例中用於照相石版術步驟中之抗蝕膜可刑 或負型。 ~ 在第四實例中雖然使用氮化鎵做爲氮化物半導體基板之 材料，但這僅是舉例而已’其實氮化録、氮化鋼^化銘 等任何第III類氮化物半導體或彼等之混合晶體均可使 -44-
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用。右如此時該基板可含有其他材料，只要是以第zh類 氮化物半導體構成基板之主要成分即可。 實例5 下面將參照附圖對本發明第五實例之半導體基板及其製 造方法與使用該半導體基板製造半導體裝置時形成圖案之 方法加以説明。 圖1 2所示爲第五實例半導體基板之斷面圖。 如圖1 2所示第五實例半導體基板有一第ΙΠ類氮化物半 導體層，特別爲一氮化鎵層1〇〇。氮化鎵層1〇〇(以下稱爲 氮化鎵基板100)有一爲（0001 )鎵平面之表面及一爲㈧⑻i) 氮平面之背面。氮化鎵基板1〇〇之厚度爲3〇〇"m。 第五實例之特徵爲在氮化鎵基板1〇〇深度約爲80//m與75 "m之區域内斷續埋入對g _或丨_線曝光光束較之氮化鎵有 更大吸收係數材料（諸如矽）之若干矽層丨〇9a。此等矽層 109a形成一吸光部分109(吸收入射於基板表面之光）。每 個碎層1 09a之厚度（沿著與基板表面平行之方向）約爲i "m而在相鄰矽層109a間有大約1 " m之間隔。因此碎層 109a爲周期條片式安排。每個石夕層i〇9a之高度（與基板表 面垂直之方向）約爲100 nm。在氮化鎵基板1〇〇中，位於表 面下方約80// m區域内之矽層109a(第一層）與表面下方約 75 "m區域内之矽層i〇9a(第二層）沿著與基板表面平行之 方向相互交錯約1 " m。 圖13(Α)-(Ε)與圖14(A)-(C)所示爲按照本發明第五實例製 造半導體基板方法之斷面圖。此一方法直到圖2(a)_(e)之 -45-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 512546 第〇9〇119329號專利申請案 中文說明書修正頁(91年9月）
步驟2(D)均與第一實例之製造半導體基板方法相同。 特別疋如圖2(A)所示先準備一個包括藍寶石基板1〇ι與 矽基板102之矽在藍寶石上基板。然後如圖2(B)所示在矽 基板102上用三甲基鋁與氨做為原料氣體以m〇vPE方法生 成200 nm厚之氮化鋁層103。接著如圖2(c)所示用氯化鎵 與氨做為原料氣體以HVPE方法在氮化鋁層103上生成22〇 /zm厚之氮化鎵層1〇〇。在此情形下氮化鎵層1〇〇之表面為 一（0001 )鎵平面。接著如圖2(D)所示僅除去矽基板1〇2而 使藍寶石基板101與形成氮化物半導體基板之氮化鎵層 100，亦即氮化鎵基板100，分開。 接下來如圖13(A)所示以研磨法將氮化鋁層1〇3除去並以 顆粒極小之研磨料來研磨氮化鎵基板丨〇〇之背面使之成為 鏡面。 然後如圖13(B)所示以射頻濺射法在氮化鎵基板1〇〇上澱 積100 nm厚之第一矽層11〇。接著如圖i3(c)所示以照相石 版術在第一矽層11 〇上形成第一抗蝕圖案丨u，該抗蝕圖案 有循環安排之開口。 接著使用氟化氫以第一抗蝕圖案111為蔽罩對第一矽層 110加以濕蝕刻而使第一矽層110如圖13(D)所示具有循環 條片形狀之圖案。隨後如圖13(E)所示以有機溶劑將第一 抗蝕圖案111除去。 然後將氮化鎵基板100置入諸如MOVPE器具之氮化鎵晶 體生成器具中而在氮化鎵基板丨〇〇上生成第一氮化鎵層U2 而如圖14(A)所示將第一矽層11〇埋起。在MOVPE器具 -46- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 五、發明説明（44 ) 。疋用二鎵與氨做爲原料氣體而以氫做爲載子氣體以1000 C(溫度生成第-氮化鎵層112。第—氮化鎵層112之生成 仏件視所用之曰日體生長方法而有所不同。在本實例中所用 I万法A MOVPE ’晶體生長溫度^在9⑻τ或較高而第v 類/第ΙΠ類原料之供應比（每分鐘氨供應流率對每分鐘三 嫁供應流率之比）爲_或更高。如此可激活第三類材料 (鎵）t遷移而使生成之第一氮化鎵層i 12埋住第—矽声 110。 g 接著如圖^⑺）所示以射頻濺射法在第一氮化鎵層112上 舨和100 nm厚I第二矽層113。接著以圖13(c)所示之步驟 在第二矽層113上形成第二抗蝕圖案（未示出）。隨後以第 一抗蝕圖案爲蔽罩用圖13(D)所示之方式蝕刻第二矽層113 而使第二矽層113有圖14(B)所示之循環條片形狀圖案。 然後除去第二抗蝕圖案。應注意第一矽層〗1〇與第二矽層 113在形成圖案時有預定距離之互相交錯。 於是再將氮化鎵基板1 〇〇放入諸如MOVPE器具之氮化鎵 晶體生成器具中而如圖14(c)所示在第一氮化鎵層ιΐ2上生 成第二氮化鎵層1 14把第二矽層丨13埋住。在此情形下第 二氮化鎵層114之生成條件與第一氮化鎵層112者相同。 第一氮化鎵層112與第二氮化鎵層丨14最後積體爲以相同 材料形成之氮化鎵基板100。於是在含有第一氮化鎵層112 與第一氮化鎵層114之氮化鎵基板1〇〇内部形成含有圖案 化之第一矽層110與第二矽層113(亦即如圖12所示之若干 矽層109a)之吸光部分1〇9。 -47- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 512546 A7 ________B7 五、發明説明（45 ) 本發明各發明人曾透過以g -線曝光處理之膜在半導體基 板上形成與第一實例中所用類似之線與空間抗蚀圖案。當 以抗餘圖案爲敗罩對徑處理之膜银刻時發現將吸光部分 109之透射比定在低於8 0 %時可將圖案化經處理膜之大小 完全保持在預定範圍内。這是因爲一項事實，即入射於基 板表面又被基板背面反射回基板表面之光要通過吸光區 109兩次。亦即雖然吸光部分1〇9之透射比爲8〇%而鏡面 式基板背面之背面反射比約爲2 〇 %，淨背面反射比爲 2 0 % X 8 0 % X 8 0 % « 1 3 %，因而可形成理想之圖案。 因此，按照第五實例因吸光部分1〇9形成於氮化鎵基板 100内部而可減少入射於基板表面又被基板背面反射之 光。如此可防止在使用氮化鎵基板1〇()製造半導體裝置之 照相石版術步騍中除預定曝光區外抗蝕膜其他區域被入射 於基板表面又被基板背面所反射之光加以曝光之問題。因 此可增大照相石版術步驟中圖案之準確度並增加氮化物半 導體裝置之製造產量。 按照第五實例，各氮化鎵層（第一氮化鎵層i n與第二氮 化鎵層114)僅是在氮化鎵基板1〇〇a、矽層1〇9&及以不同材 料製成之氮化鎵基板l〇0a上部分形成矽層1〇9a後才新以晶 體生成於包括有矽層109a之氮化鎵基板1〇〇上而成爲基板 心一邵分。因此矽層109a可防止出現於原來氮化鎵基板 1〇〇中之任何瑕疵被傳到新形成之氮化鎵層。所以新生成 之氮化鎵層可有理想之晶性也使具有吸光部分之氮化物半 導體基板有理想之晶性。 -48 -
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再者，按照第五實例因形成吸光剖分丨〇9之石夕層丨〇9a是 沿著與基板表面平行之方向非一致性地分佈，吸光部分 109不但吸光並且散射光而可進一步減小反射光束之強 度。 在第五實例中因形成吸光部分之矽層1〇9a會導電，有了 吸光冲分1 09不會造成氮化物半導體基板阻力，係數之減 / J、0 在第五實例中雖以矽用做吸光部分之材料，這僅是舉例 而已，只要能在其上以晶體生成氮化鎵層並較氮化鎵有更 大吸光係數之任何材料均可使用。但應注意用於吸光部分 之材料最好能導電。此種材料包料料。鎢雖爲金屬， 以化學汽相澱積或類似方法澱積之鎢甚少有光彩但卻有吸 光特性，所以爲用於吸光部分之理想材料。吸光部分不一 定要含有單一材料之顆粒或層；能在其上以晶體生成氮化 鎵層且其吸光係數較氮化鎵者爲大之不同#料顆粒或層可 組合或堆疊使用。另-種方式S以至少_種上述材料與空 氣微孔合用。 在本實例中吸光部分所用材料矽之吸收係數視矽層之澱 積方法膜之物質或所含雜質等而有很大改變。若矽層之厚 度在300-500 nmK圍内時，吸收係數可高達約1〇5/^或: 高。若矽層之厚度至少爲100細時，通過矽層光之強度至 少減小We(e爲自然對數基）可使得不管是何種澱積方法 而使矽層之透光爲8 0 %或較 部分之滿意功能。另一方面， 小’於是矽層可有做爲吸光 若矽層厚度小於100 nm，尤 -49-
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其是小於50 nm，矽層之透光則視膜之物質可能變爲8 〇 % 或更大’此時矽層即無法具有做爲吸光部分之理想功能。 在第五實例中用於照相石版術步驟中之曝光光束類型並 典特別限制’使用具有能透過氮化鎵基板100而不被吸收 之木些波長之光，諸如g _或i _線，做爲曝光光束可較之先 别技術大爲改善圖案準確度。 在第五實例中用於照相石版術步驟中之抗蝕膜可爲正型 或負型。 在第五實例中雖以氮化鎵用做氮化物半導體基板之材 料，但諸如氮化鎵、氮化銦、氮化鋁或彼等混合晶體之其 他第III類氮化物半導體均可使用。在此情形下，基板可 含有其他材料，只要是以第ΙΠ類氮化物半導體構成基板 之主要成分即可。 實例6 下面參看附圖對本發明第六實例之半導體基板及其製造 方法與使用該半導體基板製造半導體裝置時形成圖案之方 法加以説明。 圖15爲第六實例半導體基板之斷面圖。 如圖所示第六實例之半導體基板有一第ΙΠ類氮化物半 導體層，特別是氮化鎵層200。氮化鎵層2〇〇(以下稱爲氮 化鎵基板200)有一爲（0001 )鎵平面之表面及一爲（〇〇〇1)氮 平面之背面。氮化鎵基板200之厚度爲3〇〇"m。 人 第π實例（特徵爲在氮化鎵基板2〇〇從背面伸出工㈤ 之區域内放入可產生吸收諸如卜或“線曝光光束位準之諸 -50-
512546 A7 B7 五、發明説明（48 ) 如砷之雜質，該雜質形成一吸光部分201。| 圖16(A)-(F)所示爲製造如圖1 5所示第六實例半導體基板 方法各步驟之斷面圖。 如圖16(A)所示先準備一個包括一 300 //m厚之藍寶石基 板202與80// m厚之矽基板203之矽在藍寶石上基板。 接著用三鎵與氨做爲原料氣體以MOVPE方法用1000X： 之溫度，200奈米之厚度在矽基板203上生成一氮化鋁層 204 (如圖16(B)所示）。 然後如圖16(C)所示使用氯氫氣與鎵在800°C溫度反應所 得氯化鎵與氨做爲原料氣體以HVPE方法用1000°C之溫度 在氮化鋁層204上生成氮化鎵層201。將以砷爲其構成元素 之氣體以例如0.1 %氨之供應流率加入晶體生成器具而在 氮化鎵層201含砷之處形成吸光部分201。不加入砷氣則可 在晶體生成器具内氯氫氣與氨反應區域附近放置一鎵砷晶 體亦可將砷加入氮化鎵層而形成吸光部分201。 接下來如圖16(D)所示僅停止砷之供應而仍使用HVPE方 法生成晶體並以1000°C之溫度在吸光部分201上生成150 A m厚之氮化鎵層200。 隨後如圖16(E)所示使用氣氣混合液僅除去石夕基板203而 使藍寶石基板202與形成氮化物半導體基板之含有吸光部 分201之氮化鎵基板200分開。在氮化鎵基板200背面形成 氮化鋁層204。 然後使用顆粒極小之研磨料研磨而除去氮化鋁層2 0 4並 如圖16(F)所示使氮化鎵基板200之背面成爲鏡面。 -51 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 512546 A7 ___B7 五、發明説明（49 ) 本發明各發明人曾透過以g -線曝光處理之膜在第六實例 半導體基板上形成與第一實例中所用類似之線與空間抗蝕 圖案。以該抗蚀圖案爲蔽罩蝕刻經處理之膜時發現將吸光 邵分2 0 1之透射比設在8 0 %或較小時可使e圖案化經處理 膜之大小幾乎完全在預定範圍内。這是因爲入射於基板表 面之光在被基板背面反射回基板表面前要通過吸光部分 2 0 1兩次。亦即雖然吸光部分2 〇 1之透射比爲8 〇 %而基板 背面鏡面上之背面反射比約爲2 〇 %，但淨背面反射比爲 2 0 % X 8 0 % X 8 0 % » 1 3 %而可有理想圖案之形成。 所以按照第六實例因吸光部分2 0 1是形成在氮化鎵基板 200背面一邊上之一個區域内，入射於基板表面再被基板 背面所反射光之強度可以減小。這可防止在使用氮化鎵基 板200製造半導體裝置之照相石版術步驟中除預定曝光區 外抗姓膜之其他區域被入射於基板表面而被基板背面所反 射之曝光光束加以曝光之問題。因此可改善照相石版術步 驟中之圖案準確度也可增加氮化物半導體裝置之製造產 量0 再者，按照第六實例吸光部分2 0 1之形成是在形成氮化 鎵基板200之氮化鎵層中植入雜質，如此可防止使具有吸 光邵分之氮化物半導體基板晶性之降低。 下面將説明將吸光邵分201之透光降低至80%或更低之 所需條件。 一般言來在半導體中加入某種雜質會產生吸光特性。現 在設定Z爲與半導體基板主平面垂直之方向，α(ζ)爲半導 -52- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 一~— 512546 A7 B7 五 、發明説明（5〇 ) 體基板在z位置之吸光係數而I ( z )爲z位置處光之強度。 根據光強度I ( z )衰減量與吸光係數間之關係可得出下述公 式（1) 〇 :-α(ζ)χΙ(ζ) d!(z) . ··公式（1 ) 現在假定半導體基板中加有雜質之區域，亦即吸光部 分，之分佈是從位置z 1到位置z 2。設z 0爲吸光部分（z 2 -z 1 )之厚度，I 0爲吸光部分入射點光之強度而I爲光從吸 光部分出口點之強度，可得出下述公式（2 )。 Γ-α(ζ)άζ
U〇； JzL ‘ λ rz2 一 α(ζ)」 =z0 j —~dz • · ·公式（2 ) • · ·公式（3 )
Jzl zO 因公式
r2 過 dZ
Jzl zO 得出從位置z 1到z 2吸光係數a ( z )之平均數，將α代入此 公式即可得出下述公式（4 )。 士 =鄉(-αχζΟ) • · ·公式（4 ) 在此根據透射比I /1 〇爲8 0 %或較小之條件使用公式（4 ) 找出吸光部分厚度ζ 0之範圍而得出 0.223 a • · ·公式（5 ) 53- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 512546 A7 B7 五、發明説明（51 ) 因此吸光部分201使其透射比爲8 0 %或較小所需之最小 厚度爲0.223/α。 另一方面，關於吸光部分201中雜質之密度，雜質密度 以較高爲佳，因其將會造成較高之α也因而可以減小吸光 部分2 0 1 (亦即雜質層）之厚度，但過高之雜質密度會造成 基板中晶體晶格常數之位移而使基板之晶性惡化。因此若 以砷爲形成吸光部分2 0 1之雜質時，雜質密度最好在1 X 1013cnT3至 1 X 1020cnT3之範圍内。 在第六實例中雖以砷爲形成吸光部分2 0 1之雜質，但只 要在被加入氮化鎵層後能產生一吸收曝光光束位準之任何 其他雜質均可使用。例如碳、氧、矽、硫、氯或磷均可取 代砷。即使是以碳、氧、矽、硫、氯或磷爲形成吸光部分 201之雜質，同樣地雜質密度最好還是在1 X 1013cnT3至1 X 102GcnT3之範圍内。將碳加入氮化鎵層時，在氮化鎵層之 晶體生成中可用諸如四氫化碳之含碳氣體。將氧加入氮化 鎵層時，在氮化鎵層之晶體生成中可用諸如二氧化氮之含 氧氣體。將矽加入氮化鎵層時，在氮化鎵層之晶體生成中 可用諸如四氫化矽之含矽氣體。將硫加入氮化鎵層時，在 氮化鎵層之晶體生成中可用諸如六氟化硫之含硫氣體。將 氣加入氮化鎵層時，例如第V類/第111類原料供應比（每 分鐘氨之供應流率對每分鐘氣化鎵供應流率之比）可定在 100或較小而便於氯進入氮化鎵之氮化物位置。將轉加入 氮化鎵層時，例如在氮化鎵層之晶體生成中可將磷與氨混 合。此外，將上述之碳、氧、秒、硫、氫、瑪或坤加入氮 - 54- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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512546 A7 _______ B7 五、發明説明（52 ) 化鎵層做爲雜質且適當選擇所用之氣體時可防止晶體生成 器具被污染或類似情況之發生。 在第六實例中吸光部分201雖是提供於氮化鎵基板2〇()背 面之一個區域内，但若將雜質加入整個基板内即可使整個 基板構成吸光部分，只要吸光部分之厚度z 〇符合公式（5 ) 即可。 在第六實例中之吸光部分201雖是均勻地提供於氮化鎵 基板200背面上之一區域内，但吸光部分亦可沿著與基板 表面平行之方向作不均勻之分佈。如此時吸光部分不但吸 光並且把散射光而進一步減小反射光束之強度。若僅在氮 化鎵基板2 0 0抗蝕膜預定曝光區下方之一區域加入雜質時 即可有下述之優點。例如當一個裝置之形成是以抗蝕圖案 蓋住接近基板上活性層之一個區域時，如同生產脊型雷射 裝置之情形不在基板活性層下之區域加入雜質而使得較少 雜質從基板擴散到活性層附近，即可防止因雜質吸光所造 成之作業電流增大等情形。就基板上除活性層外之半導體 層而言’因照相石版術步驟中之圖案準確度增大，亦可増 大圖案化之產里。就捧雜質於氮化鎵基板中而使吸光部分 作不均勻之分佈而言，有各種方法，包括以離子束將雜質 射入氮化鎵基板或基於選擇性生長與埋入生長之組合來生 成氮化物半導體層而形成基板。在後者方法中，不摻入雜 質之區域以蔽罩遮蓋而藉摻入雜質選擇性地生成氮化物半 導體層，然後該氮化物半導體層即以埋入方式生成而不必 掺入雜質。 -55- 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) A4規格(210X297公爱） 512546 五、發明説明（53 /者，在第六實例中雖'然是在氮化鎵層中摻人雜質而使 乳化鎵層有吸光特性，但亦可在氮化嫁層形成點缺陷而使 鼠化鎵層有吸光特性，例如可在氮化鎵中植入質子而於其 中形成點缺陷。 在弟”、例中用於照相石版術步驟中之曝光光束並無特 另JJ限制。但使用具有可透過氮化鎵基板2〇〇而不被吸收之 二波長足光’諸如g -或卜線，做爲曝光光束可較先前技 術大爲改善圖案之準確度。 :第六實例中用於照相石版術步驟之抗蝕膜可爲正型或 負 。 在弟ΤΓ實例中雖以氮化鎵做爲氮化物半導體基板之材 料，但這僅爲舉例而已，亦可使用諸如氮化嫁、氮化姻、 氮化銘等其他第m類氮化物半㈣或彼等之混合晶體。 若如此時基板可包括其他材料，只要是以第m類氮化物 半導體來構成基板主要成份即可。 實例7 下面將參照附圖對本發明第7實例半導體基板及其製造 方法與使用該半導體基板之半導體裝置及其製造方法加 説明。 圖17所示之第七實例半導體基板有―第⑴類氮化物 導體層，特別是一氮化鎵層300。氮化鎵層3〇〇(以下稱 氮化鎵基板300)之厚度爲25(^m且其兩邊均爲鏡面。 第七實例之特徵爲在氮化鎵基板3 〇 〇之表面部分摻入可 產生吸收g-或i-線曝光光束位準之諸如砷之雜質而形成條 裝 訂 以 半 Λ 馬 56- 本紙張尺度適用中國國家標準((；;^3) Α4規格(210X297公釐） 512546 A7 B7 五、發明説明（54 ) 狀之許多吸光部分301(用於吸收入射於基板表面之光）。 每個吸光部分之寬度（沿著與基板表面平行之方向）約爲 310//mo各吸光部分301相隔約l〇Amo 圖18(A)-(E)所示爲製造圖17第七實例半導體基板方法 各步驟之斷面圖。 如圖18(A)所示先準備一個3 00 em厚之氮化鎵基板3 00， 其背面上有不一致之高度300a，該不一致高度300a之高度 差約爲曝光光束波長之1/10。該氮化鎵基板300可用第一 實例製造半導體基板之方法製成。 然後如圖18(B)所示在氮化鎵基板300之表面以照相石版 術形成許多二氧化矽硬蔽罩302。每個硬蔽罩302之寬度爲 3 00 " m而相鄰硬蔽罩302間之距離爲20 // m。在形成硬蔽 罩302之照相石版術步驟中氮化鎵基板3〇〇背面上之不一 致高度300a用做光散射部分（見第一實例）而使得硬蔽罩 3 02之圖案準確度可加以改善。 接著如圖18(C)所示藉著硬蔽罩3〇2將砷摻入氮化鎵基板 ^00之表面邵分中而形成條狀之許多吸光部分3〇ι。 將钟植入氮化鎵基板300之方法並無特別限制，在下文 中將參照圖1 9對第七實例製造半導體基板方法中植入砷 足万法舉例説明。如圖i 9所示在有硬蔽罩3〇2之氮化鎵基 板300之表面上形成砷化鎵層3〇3後，將氮化鎵基板3〇〇放 在以石英或類似材料所製反應管35〇内之電納器351上。 然後從反應管350之進氣口 35〇a供應氨，而使接近電納器 351之氨被置於反應管35〇外面之加熱裝置352以約1〇⑻。c -57-
r----~___?!__ 五、發明説明（55 ) <溫度加熱。當砷化鎵層303中之砷擴散入氮化鎵基板 300之表面部份時即形成吸光部份3〇1。用過之氨從反應管 350之出氣口 35〇b排出。電納器351是以石墨製成。該加 熱裝置可有一管狀電阻線加熱器。 如圖1 9所tf在氨氣中所進行砷之植入使得氮從氮化鎵 基板300背面（粗糙平面）之逸出可被氨分解產生之氮所防 止。所以绅之植入可用含有氮原子之另一種氣體來進行而 取代氨。 因在氮化鎵基板300上所形成之坤化鎵層3〇3不一定要是 單一晶體所以可用濺射法來形成。另一種情形是可形成含 有一砷層或砷之複合層來取代砷化鎵層3〇3。 砰在氮化鎵基板300中擴散時之溫度可低於1〇〇(rc。但 若如此時因碎之擴散率減小必須有較長之擴散時間如可獲 得欲有之吸光部分301截面，亦即欲有之擴散截面。但在 使神擴散時最好將砷之擴散溫度定在7〇〇。(：或較高而使得 在數小時至數十小時之實際擴散時間内吸光部分3〇1之透 射比可有效降低。 在圖1 9中由植入砷步驟所獲每一吸光部分3〇1之寬度因 钟之擴散而變爲較每個硬蔽罩302更寬之31〇"m。因此吸 光部分301間之間隔變爲10"m。每個吸光部分3〇1之厚度 約爲5 e m。 然後如圖18(D)所示使用例如氟化氫進行濕蝕刻而除去 硬蔽罩302並且隨後如圖18(E)所示對具有不一致高度3〇〇a <氮化鎵基板300背面加以打磨而使背面成爲鏡面。 -58-
512546 A7 一____ B7 五、發明説明（56 ) 當使用氮化鎵基板300製造氮化物半導體裝置時上述具 有吸光部分301之氮化鎵基板3〇〇甚爲有利，例如可製造 南產里之低操作電流及南性能之脊型雷射裝冒。 下面將參照圖20(A)-(D)與圖21(A)-(D)對使用第七實例 半導體基板製造半導體裝置，特別是脊型雷射裝置，之方 法加以説明。 如圖20(A)所示先準備一個有吸光部分3〇1之氮化鎵基 板300(見圖17)。在下面之説明中僅對被氮化鎵基板3〇〇 中一對吸光部分301所夾之區域（亦即形成脊型結構之區域） 及其鄰接區域加以説明。 如圖20(B)所示在氮化鎵基板3〇〇上按次序形成一個1 " m 厚之η型Al01Ga09N覆蓋層、一個由30nm厚之In〇2Ga08N& 與Ιηα〇2〇&() 98N障壁層組成之量子池活性層及一個2 " m厚之 P型Al01Ga〇9N覆蓋層312。這些氮化物半導體層可用 MOVPE方法來形成。當以MOVPE方法於約i〇〇〇°c溫度形 成這些氮化物半導體層時，吸光部分301中之坤會進一步 擴散。結果如圖20(B)所示吸光部分301之分佈區域會進一 步擴大。於是在氮化鎵基板300與η型AlaiGaa9N覆蓋層310 間介面附近相鄰吸光部分301間之距離約爲2-3 ju m而在量 子池活性層3 1 1附近相鄰吸光部分3 0 1間之距離則爲約5 μ m ° 接著如圖20(C)所示在P型AlaiGa09N覆蓋層312上形正型 抗蝕膜313。然後如圖20(D)所示透過約3 // m寬蓋住有脊型 結構形成區域（相鄰吸光部分301間）之掩光模360以g -線 -59- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 512546 A7 B7 五、發明説明 57 )
曝光光束對抗蝕膜313照射。由於氮化鎵基板300 (包括各 氮化物半導體層）内有未被掩光模3 60蓋住區域内之吸光部 分301，來自氮化鎵基板300背面反射光束之強度在曝光時 會減小。因此可防止掩光模360附近在掩光模360内部緩 射再被氮化鎵基板300背面反射之曝光光束對抗蝕膜3 13 内掩光模360下面之部分加以曝光之問題。 於是如圖21(A)所示抗蝕膜3 13被顯影且被曝光光束照射 過之抗蝕膜313部分則被除去而形成抗蝕圖案313a。在此 情形下因如上述已防止對抗蚀膜313有不需要之曝光，於 是可準確地形成抗蚀圖案313A。 接下來如圖21(B)所示以抗蝕圖案313A爲蔽罩用氣氣電 漿以反應離子蝕刻法對p型Al〇 lGa() 9N覆蓋層312加以蝕刻 而形成脊型結構312a。因p型Al01Ga09N覆蓋層312是被側 面蝕刻，所以脊型結構3 12爲梯形。 然後如圖21(C)所示以有機溶劑等除去抗蝕膜313八。接 著如圖21(D)所示在脊型結構312a上形成由多層結構之鎳 與金所組成約lem厚之p電極314。同時在氮化鎵基板3〇〇 背面形成多層結構之鈦與鋁所組成约1 A m厚之n電極 315。因氮化鎵基板300之背面已成鏡面（見圖18(e))，在其 下可密接地形成η電極315而不會造成裂開等情形。在圖 中並未示出，在其上已如圖21(〇)所示形成氮化物半導體 層結構之氮化鎵基板，亦即一半導體晶圓，被加以分裂而 完成氮化物半導體雷射裝置。 圖22所示爲以上述方法所製氮化物半導體雷射裝置， -60-
A7 B7 五、發明説明（58 ) 亦即第七實例I半導體裝置，之斷面圖及該裝置發光時發 光區之分佈情形。 因砷雉#貝吸收波長約爲4〇〇 nm之光，若發光區中有坤雜 貝時，氮化物半導體雷射裝置所射出之光會被吸收而其發 光政率會下降。但此一問題在第七實例中可予防止，因爲 如圖2 2所示發光區3 16並不在含有砷雜質之吸光部分3〇ι 内’所以發射之雷射光束不會被吸收。 因此按照第七實例因吸光部分3〇1是形成在氮化鎵基板 300之表面，入射於基板表面再被基板背面所反射光之強 度可以減小。如此可防止使用氮化鎵基板3〇〇製造半導體 裝置時照相石版術步驟内除預是曝光區外之抗蝕膜區域被 入射於基板表面再被基板背面所反射之曝光光束加以曝光 之問題。因此可改善照相石版術步驟中之圖案準確度及氮 化物半導體裝置之製造產量。 按照第七實例，因吸光部分3〇1之形成是在形成氮化鎵 基板300之氮化鎵層中摻入雜質，如此可防止具有吸光部 为之氫化物半導體基板晶性之降低。 再者，按照第七實例吸光部分3〇1之形成是僅在抗蝕膜 預定曝光區下面氮化鎵基板3〇〇之部分摻入雜質。如此使 氮化鎵基板300上面接近活性層處有較少從氮化鎵基板 ^〇〇擴散而來之雜質。這可由於雜質之吸光而防止作業電 流之增大並且改善照相石版術步驟中圖案之準確度也因而 使除活性層外之其他氮化物半導體層得以較高輸出圖案 化〇 -61 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 512546 A7 ---- —____B7 __ 五、發明説明（59 ) 按照第七實例，因氮化鎵基板300之背面爲鏡面，可簡 化使用氮化鎵基板300製造半導體裝置之過程。 在第七實例中雖是在氮化鎵基板3 〇〇中提供一些吸光部 分301 ’但亦可用提供光散射部分（見第一實例）或防反射 膜，亦即發射光之部分（見第二實例），來取代。 在第七實例中在照相石版術步驟中所用曝光光束之類型 並無特別限制。但使用具有可透過氮化鎵基板3〇〇而不被 吸收t某些波長之光，諸如g_或丨_線，做爲曝光光束可較 先前技術大爲改善圖案之準確圖。 在第七貝例中雖如圖2 〇 ( c )與（D )及圖2丨（A )所示在照 相石版術步驟中是使用正型抗蝕膜，但亦可用負型抗蝕膜 來取代。若如此時是使用蓋住除將要形成脊型結構區域 (被吸光邵分3 〇 i所夹區域）外區域之掩光模來形成抗蝕圖 案並將抗蝕膜加以顯影而除去抗蝕膜未被曝光光束曝光之 區域。 此外，在第七實例中雖以氮化鎵做爲氮化物半導體基板 之材料，但這僅是舉例而已，亦可使用諸如氮化嫁、氮化 銦、氮化鋁等其他第ΠΙ類氮化物半導體或彼等之混合晶 體。若如此時，基板可包括其他材料，只要是以第 氮化物半導體構成基板之主要成分即可。 -62-

Claims (1)

  1. 512546 A BCD 年今月ί/曰 補充 六、申請專利範圍 1·種半導體基板，其係具有一個以第111族氮化物為主 要成分之半導體層，其中用以將人射於該半導體層之一 個平面的入射光束散射之散射部，係設於該半導體層之 另一面或内部。 2.如申請專利範圍第〗項之半導體基板，其中之散射部含 有形成：該半導體層之該另一平面上之不一致高度，該 不致同度之尚度差約為該入射光束波長之1/10或更 高。 3·如申請專利範圍第2項之半導體基板，其中該半導體層 之另一平面對該入射光束之反射率約為13%或更低。 4·如申請專利範圍第3項之半導體基板，其中該入射光束 之波長為365 nm或436 nm。 5. 如申請專利範圍第1項之半導體基板，其中該散射部分 係设置於孩半導體層之内部，並含有對該入射光束之折 射率，與第ΠΙ族氮化物對該入射光束折射率不同之材 料所製之粒子或層。 6. 如申請專利範圍第5項之半導體基板，其中該材料所製 粒子之直徑約為該入射光束波長之1/1〇或更大。 7. 如申請專利範圍第5項之半導體基板，其中該材料所製 層4寬度伸向與該一個平面平行之方向，該寬度約為該 入射光束波長之1/10或更大。 Λ 8. 如申請專利範圍第5項之半導體基板，.其中該材料所製 層之厚度約為該入射光束波長之1/10或更大。 9·如申請專利範圍第5項之半導體基板，其中 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) M2546
    該材料所製之粒子或層伸向與該一個平面平行之方 向’而散射部則沿著與半導體層一個平面平行之方向延 伸’且其中該散射部含有朝著與該一個平面及該交互堆 疊之粒子或層平行方向延伸之另一半導體層，該另一半 導體層是以第I I I族氮化物為其主要成分。 10. 如申請專利範圍第5項之半導體基板，其中該散射部之 厚度約為該入射光束波長之1/10或更厚。 11. 如申請專利範圍第5項之半導體基板，其中之該材料為 選自包括矽、二氧化矽、氮化矽與三氧化二鋁群中之一 種材料。 12·如申請專利範圍第5項之半導體基板，其中該散射部對 該入射光束之透射比為8 0 %或更小。 13·如申請專利範圍第1 2項之半導體基板，其中該入射光束 之波長為365 nm或436 nm。 14· 一種半導體基板，其係具有一個以第111族氮化物為主 要成分之半導體層，其中用以使自該半導體層之一平面 入射至該半導體層之入射光傳送的傳送部，係設於該半 導體層之另一平面上。 15. 如申請專利範圍第1 4項之半導體基板，其中該傳送部有 一形成於該半導體層另一平面上之層，此層是以其對該 入射光束之折射率，與第111族氮化物對入射光束折射 率不同之材料所製。 16. 如申請專利範圍第1 5項之半導體基板，其係以該材料所 製之層是由複數個層所組成，其中該複數個層中至少有 -2-
    512546
    兩層對入射光束之折射率不同。 其中該材料對該 對该入射光束折 π·如申請專利範圍第15項之半導體基板， 入射光束之折射率約為第j j〗族氮化物 射率之9/10或更低。 ，其中之該材料是 一銘所組成群中之 18·如申凊專利範圍第1 5項之半導體基板 選自包括二氧化矽、氮化矽與三氧化 一種材料。 19·如申請專利範圍第1 5項之半導體基板，其中之該材料為 形成該半導體層之第ΠΙ族元素與氧之化合物。以 … 20·如申請專利範圍第15項之半導體基板，其中之該材料為 A1XG a ι-χΝ ’其中 〇<χ$ι。 21·如申請專利範圍第14項之半導體基板，其中該發射部分 對該入射光光束之透射比為8 〇 %或更高。 22.如申請專利範圍第21項之半導體基板，其中該入射光束 之波長為365 nm或436 nm。 23·如申請專利範圍第1 4項之半導體基板，其更進一步含有 一個設置於該半導體層之另一平面與該傳送部之間，或 设置於該半導體層内部之散射部，其係用於對該入射光 束加以散射。 24. —種半導體基板，其係具有一個以第π〗族氮化物為主 要成分之半導體層，其中至少於該半導體層之一部分處 設有一吸收部，以用於吸收入射於該半導體層一個平面 上之入射光束。 25. 如申請專利範圍第2 4項之半導體基板，其中該吸收部對 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐）
    該入射光束之透射比為8 〇 %或更低。 26·如申請專利範圍第25項之半導體基板，其中該入射光束 之波長為365 nm或436 nm。 27·如申請專利範圍第2 4項之半導體基板，其中該吸收部係 以其對該入射光束之吸收係數大於該第n j族氮化物對 入射光束吸收係數之材料製成。 28·如申請專利範圍第2 7項之半導體基板，其中之該材料係 由複數個對入射光束吸收係數不同之材料所組成。 29·如申請專利範圍第2 7項之半導體基板，其中之該材料至 少包括矽與鎢二者之一。 30. 如申請專利範圍第2 4項之半導體基板，其中該吸收部之 製作係對該半導體層添加一種雜質而使之具有吸收該入 射光束之位準。 31. 如申請專利範圍第3 〇項之半導體基板，其中之該雜質至 少含有選自碳、氧、矽、硫、氯、磷與砷所組成群中之 一種。 32·如申請專利範圍第3 〇項之半導體基板，其中保持一個 ζ〇2〇.223/α之關係，其中之a為該吸收部對該入射光束 之吸收係數，而ζ 0為該吸收部之厚度。 33.如申請專利範圍第2 4項之半導體基板，其中該吸收部係 於該半導體層中形成一個點缺陷所造成。 34·如申請專利範圍第3 3項之半導體基板，其中該點缺陷係 於該半導體層中導入質子而形成。 35·如申請專利範圍第2 4項之半導體基板，其中該吸收部係 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 512546 修正 補充 申請專利範圍 朝著與該半導體層-個平面平行之方向不均勾分佈。 36. —種製造半導體基板之方法，其包括： 在以第ΙΠ族氮化物為主要成分之第一半導體層上，部 分形成一光散射部，散射部係由對光之折射率與該第 ΙΠ族氮化物對光之折射率不同之材料所製造；並且 在含有該光散射部之該第一半導體層上，結晶生成第 一半導體層’孩第二半導體層以該第⑴族化物為其主 要成分，藉此形成含有該第_半導體層、該光散射部盘 第二半導體層之半導體基板。 〃 37. 如申請專利範圍第3 6項之製造半導體基板之方法，其中 部分形成該光散射部之步驟包括： 八 在該半導體層之整個表面上形成一膜做為該光散射 部； 在該膜上部分形成一遮罩圖案，並藉該遮罩圖案蝕刻 該膜，以除去該膜未被該遮罩圖案覆蓋之部分，而形成 該光散射部；及 ^ 除去該遮罩圖案。 38. —種製造半導體基板之方法，其包括： 在一以第III族氮化物為其主要成分之半導體層背面， 形成不一致之高度，不一致高度之高度差超過一預定 值；及 ^ 在其上已形成該不一致高度之半導體層之背面，形成 一埋入膜，該埋入膜係由與第ΠΙ族氮化物有不同=光 折射率之材料所構成，藉此形成含有該半導體層與該埋 5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐） 512546 A8 B8 C8 D8 W年巧月丨多日
    補充; 六、申請專利範圍 入膜之半導體基板。 39· —種製造半導體基板之方法，其包括： 在以弟III族氮化物為其主要成分之第一半導體層上， 部分形成一吸光部，該吸光部係由較該第ΙΠ類氮化物 大之吸收係數之材料所製成；及 在該含有該吸光邵之第一半導體層上，結晶生成第二 半導體層，孩第二半導體層以該第Ιπ族氮化物為其主 要成分，藉此形成含有該第一半導體層、該吸光部與該 第二半導體層之半導體基板。 40· —種製造半導體基板之方法，其包括步驟有在以第111 族氮化物為主要成分之半導體層中，注入雜質以生成一 吸光位準而形成一吸光部，藉此形成含有該半導體層與 該吸光部之半導體基板。 41·如申請專利範圍第4 0項之製造半導體基板方法，其中形 成吸光部之步驟包括： 在該半導體層上，部分形成一遮罩圖案，並藉該遮罩 圖案向該半導體層中注入雜質，以在該半導體層内部分 形成該吸光部；及 除去該遮罩圖案。 42. —種半導體裝置含有： 一個以第III族氮化物為主要成分之半導體基板，其具 有一個使入射於其一個平面上之光束加以散射之散射 部，該散射部係設置於該半導體基板之另一平面上或在 其内部；及 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公董) 512546 六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8
    一個藉光微影術及蝕刻由該第Π〗族氮化物所製成之半 導體層’而在該半導體基板之該一個平面上形成之結 構。 43·如申請專利範圍第4 2項之半導體裝置，其中該結構具有 一脊型結構或溝型結構。 44· 一種半導體裝置含有： 個以第111族氮化物為主要成分之半導體基板，其係 具有一個用於傳送入射於其一個平面上光束之光傳送 4 ’該光傳送部係設置於該半導體基板之另一平面上； 及 個藉光微影術及蝕刻由該第I J〗族氮化物所製成之半 導隨層，而在該半導體基板之該一個平面上形成之結 構。 45·如申請專利範圍第4 4項之半導體裝置，其中該結構有一 脊型結構或溝型結構。 46· —種半導體裝置含有： 一個以第III族氮化物為主要成分之半導體基板，其具 有一個用於吸收入射於一個平面上光束之吸光部，該吸 光部至少形成於該半導體基板之一部分處；及 一個藉光微影術及蝕刻由該第n j族氮化物所製之半導 體層，而在眾半導體基板之一個平面上形成之結構。 47·如申請專利範圍第4 6項之半導體裝置，其中該結構有一 脊型結構或溝型結構。 48·如申請專利範圍第4 6項之半導體裝置，其中該結構有一 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 512546 έβ ㈣月丨3曰見正: _____丨補无I 六、申請專利範圍 脊型結構，且該半導體基板在該脊型結構較低之邊未設 置前述吸收部。 49· 一種圖案形成方法，其包括： 在以該第111族氮化物為主要成分之半導體基板之一個 平面上，形成一由第111族氮化物所製之半導體層，該 半導體基板並含有一形成於其另一平面上或其内部之散 射部，以散射入射於該一個平面上之光束； 在該半導體層上形成一正型或負型抗蝕膜； 透過具有一開口部之光遮罩，以曝光光束照射該抗蝕 膜； 將該抗蚀膜顯影，而使得若該抗蚀膜為正型時，使該 抗蝕膜被該曝光光束照射之部分被除去，而若該抗蝕膜 為負型時，則使該抗蝕膜未被曝光光束照射之部分被除 去，因而形成一抗蝕圖案；及 以該抗蝕圖案為遮罩蝕刻該半導體層。 50. —種圖案形成方法，其包括： 在一半導體基板之一個平面上形成一由第111族氮化物 所製之半導體層，該半導體基板在其另一平面上設有一 傳送部’以傳送從该一個平面入射之光束，該半導體基 板是以第III族氮化物為其主要組成成分； 在該半導體層上形成一正型或負型抗蚀膜； 透過具有一開口部分之光遮罩，以曝光光束照射該抗 蝕膜； 將該抗独膜顯；’使仔右遠抗蚀膜為正型時，使該抗 -8 _ 本紙張尺度it财S ®轉準(CNS) A4規格(21GX 297公釐)'" ----- 512546 ABCD 補充 六、申請專利範圍 姓膜被曝光光束照射之部分被除去，而若該抗蝕膜為負 型時，則使該抗蝕膜未被曝光光束照射之部分被除 ’因而形成一抗蚀圖案；及 以該抗蝕圖案為遮罩來蝕刻該半導體層。 51· —種圖案形成之方法，其包括： 在一半導體基板之一個平面上，形成一由第III族氮化 物所製之半導體層，該半導體基板至少有一部分設置有 一吸收部，以用於吸收入射於該一個平面上之光束，該 半導體基板是以第III族氮化物為主要組成成分； 在該半導體層上形成一正型或負型抗蚀膜； 透過具有一開口部之光遮罩，以曝光光束照射該抗蝕 膜； 將該抗蝕膜顯影，使得若該抗蝕膜為正型時，使該抗 蝕膜被該曝光光束照射之部分被除去，而若該抗蝕膜為 負型時，則使該抗蝕暖未被曝光光束照射之部分被除 去，藉而形成一抗蝕圖案；及 以該抗蝕圖案為遮罩來蝕刻該半導體層。 -9-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐）
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