JP2021022704A - 構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＩＩ族窒化物にＰＥＣエッチングを施すことで形成された表面の平坦性を高めるための技術を提供する。【解決手段】構造体の製造方法は、少なくとも表面がＩＩＩ族窒化物で構成された部材の表面に第１のエッチングを施す工程と、第１のエッチングが施された表面に第２のエッチングを施す工程と、を有し、第１のエッチングを施す工程では、表面において、エッチングされることにより新たに現れた平坦部と、平坦部に比べてエッチングされにくいことにより生じた、平坦部に対して隆起した凸部と、が形成され、第２のエッチングを施す工程では、凸部をエッチングすることで、凸部を低くする。【選択図】図３

Description

本発明は、構造体の製造方法に関する。

窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物は、発光素子、トランジスタ等の半導体装置を製造するための材料として用いられている。また、ＩＩＩ族窒化物は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の材料としても注目されている。

ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物に各種構造を形成するためのエッチング技術として、光電気化学（ＰＥＣ）エッチングが提案されている（例えば非特許文献１参照）。ＰＥＣエッチングは、一般的なドライエッチングと比べてダメージが少ないウェットエッチングであり、また、中性粒子ビームエッチング（例えば非特許文献２参照）、アトミックレイヤーエッチング（例えば非特許文献３参照）等のダメージの少ない特殊なドライエッチングと比べて装置が簡便である点で好ましい。

J. Murata et al., "Photo-electrochemical etching of free-standing GaN wafer surfaces grown by hydride vapor phase epitaxy", Electrochimica Acta 171 (2015) 89-95 S. Samukawa, JJAP, 45(2006)2395. T. Faraz, ECS J. Solid Stat. Scie.&Technol., 4, N5023 (2015).

本発明の一目的は、ＩＩＩ族窒化物にＰＥＣエッチングを施すことで形成された表面の平坦性を高めるための技術を提供することである。

本発明の一態様によれば、
少なくとも表面がＩＩＩ族窒化物で構成された部材の前記表面に第１のエッチングを施す工程と、
前記第１のエッチングが施された前記表面に第２のエッチングを施す工程と、
を有し、
前記第１のエッチングを施す工程では、前記表面において、エッチングされることにより新たに現れた平坦部と、前記平坦部に比べてエッチングされにくいことにより生じた、前記平坦部に対して隆起した凸部と、が形成され、
前記第２のエッチングを施す工程では、前記凸部をエッチングすることで、前記凸部を低くする、
構造体の製造方法
が提供される。

ＩＩＩ族窒化物にＰＥＣエッチングを施すことで形成された表面の平坦性を高めるための技術が提供される。

図１（ａ）は、ウエハを例示する概略断面図であり、図１（ｂ）は、ＰＥＣエッチング工程を例示する、ＰＥＣエッチング装置の概略断面図である。 図２（ａ）は、ＰＥＣエッチングが施されたウエハを例示する概略断面図であり、図２（ｂ）は、平坦化エッチング工程を例示する、平坦化エッチング装置の概略断面図である。 図３（ａ）〜図３（ｃ）は、本発明の第１実施形態によるＰＥＣエッチング工程および平坦化エッチング工程をまとめて例示する、ウエハの概略断面図である。 図４（ａ）〜図４（ｃ）は、処理後ウエハ（構造体）の形状を例示する概略断面図である。 図５は、実験例におけるエピ層表面のＡＦＭ像である。 図６（ａ）は、実験例における未平坦化底のＡＦＭ像であり、図６（ｂ）は、実験例における平坦化底のＡＦＭ像である。 図７（ａ）〜図７（ｅ）は、第２実施形態によるＰＥＣエッチング工程および平坦化エッチング工程をまとめて例示する、ウエハの概略断面図である。 カソードパッドを有するＰＥＣ対象物を例示する概略断面図である。 図９は、他の実施形態による平坦化エッチング装置の概略断面図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態による、構造体１５０の製造方法について説明する。本実施形態による構造体１５０の製造方法は、エッチング対象物１０の表面２０に第１のエッチングを施す工程と、第１のエッチングが施された表面２０に第２のエッチングを施す工程と、を有する。

構造体１５０は、第１のエッチングおよび第２のエッチングが施されたエッチング対象物１０（以下、処理後ウエハ１０ともいう）を含む部材であり、処理後ウエハ１０に必要に応じて電極等の他の部材が設けられたもの（半導体装置、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、等）であってもよく、処理後ウエハ１０自体であってもよい（図４（ａ）〜図４（ｃ）参照）。

まず、第１のエッチングを施す工程について説明する。図１（ａ）は、エッチング対象物１０（以下、ウエハ１０ともいう）を例示する概略断面図である。ウエハ１０は、少なくとも、第１のエッチングが施される表面２０が、ＩＩＩ族窒化物で構成された部材である。

ウエハ１０は、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板等のＩＩＩ族窒化物基板であってもよく、また例えば、成長基板上にＩＩＩ族窒化物層がエピタキシャル成長されたエピタキシャル基板であってもよい。エピタキシャル基板の成長基板は、例えば、サファイア基板、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板、等の異種基板であってもよく、また例えば、ＧａＮ基板等の同種基板であってもよい。また、エピタキシャル基板の成長基板は、例えば、半絶縁性であってもよく、また例えば、導電性であってもよい。ここで、「半絶縁性」とは、例えば、比抵抗が１０^５Ωｃｍ以上である状態をいう。これに対し、例えば、比抵抗が１０^５Ωｃｍ未満である状態を「導電性」という。

表面２０は、好ましくは、ＩＩＩ族窒化物結晶のｃ面で構成されている。ここで「ｃ面で構成されている」とは、表面２０に対して最も近い低指数の結晶面が、表面２０を構成するＩＩＩ族窒化物結晶のｃ面であることを意味する。表面２０を構成するＩＩＩ族窒化物は転位（貫通転位）を有し、表面２０に、転位が所定の密度で分布している。

第１のエッチングとして、光電気化学（ＰＥＣ）エッチングを行う。表面２０の少なくとも一部である被エッチング領域２１に対して、ＰＥＣエッチングが施される。ＰＥＣエッチング処理の対象物１００（以下、ＰＥＣ対象物１００ともいう）は、ウエハ１０を有し、必要に応じて、ウエハ１０に設けられたマスク５０等を有する。

マスク５０は、表面２０上に被エッチング領域２１を画定する。マスク５０は、例えば、チタン（Ｔｉ）等の導電性材料で形成されていてもよく、また例えば、レジスト、酸化シリコン等の非導電性材料で形成されていてもよい。ＰＥＣ対象物１００は、マスク５０が設けられていないウエハ１０自体であってもよく、被エッチング領域２１は、ウエハ１０の表面２０の全面であってもよい。

図１（ｂ）は、第１のエッチングを施す工程（以下、ＰＥＣエッチング工程ともいう）を示す、ＰＥＣエッチング装置２００の概略断面図である。ＰＥＣエッチング装置２００は、エッチング液２０１を収容する容器２１０と、紫外（ＵＶ）光２２１を出射する光源２２０と、を有する。

ＰＥＣエッチング工程では、ＰＥＣ対象物１００がエッチング液２０１に浸漬された状態で、被エッチング領域２１に、エッチング液２０１を介してＵＶ光２２１を照射する。これにより、ＰＥＣエッチングが施された表面２０である表面１２０（以下、ＰＥＣ後表面１２０ともいう）が形成される。なお、ＰＥＣ後表面１２０を、ウエハ１０においてＰＥＣエッチングでＩＩＩ族窒化物が除去された領域１１０（以下、除去領域１１０ともいう）の底１２０と捉えてもよい（図２（ａ）参照）。所定の深さのエッチングを行ったら、ＰＥＣエッチング工程を終了させる。

ＰＥＣエッチングの機構等について、より詳しく説明する。エッチングされるＩＩＩ族窒化物の例としてＧａＮを挙げて説明する。

ＰＥＣエッチングのエッチング液２０１としては、被エッチング領域２１を構成するＩＩＩ族窒化物が含有するＩＩＩ族元素の酸化物の生成に用いられる酸素を含み、さらに、電子を受け取る酸化剤を含む、アルカリ性または酸性のエッチング液２０１が用いられる。

当該酸化剤として、ペルオキソ二硫酸イオン（Ｓ_２Ｏ_８ ^２−）が例示される。以下、Ｓ_２Ｏ_８ ^２−をペルオキソ二硫酸カリウム（Ｋ_２Ｓ_２Ｏ_８）から供給する態様を例示するが、Ｓ_２Ｏ_８ ^２−は、その他例えば、ペルオキソ二硫酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_８）、ペルオキソ二硫酸アンモニウム（過硫酸アンモニウム、（ＮＨ_４）_２Ｓ_２Ｏ_８）等から供給するようにしてもよい。

エッチング液２０１の第１例としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液とペルオキソ二硫酸カリウム（Ｋ_２Ｓ_２Ｏ_８）水溶液とを混合した、ＰＥＣエッチングの開始時点でアルカリ性を示すものが挙げられる。このようなエッチング液２０１は、例えば、０．０１ＭのＫＯＨ水溶液と、０．０５ＭのＫ_２Ｓ_２Ｏ_８水溶液と、を１：１で混合することで調製される。ＫＯＨ水溶液の濃度、Ｋ_２Ｓ_２Ｏ_８水溶液の濃度、および、これらの水溶液の混合比率は、必要に応じ適宜調整されてよい。なお、ＫＯＨ水溶液とＫ_２Ｓ_２Ｏ_８水溶液とが混合されたエッチング液２０１は、例えばＫＯＨ水溶液の濃度を低くすることにより、ＰＥＣエッチングの開始時点で酸性を示すようにすることもできる。

第１例のエッチング液２０１を用いる場合のＰＥＣエッチング機構について説明する。被エッチング領域２１に波長３６５ｎｍ以下のＵＶ光２２１が照射されることによって、被エッチング領域２１を構成するＧａＮ中に、ホールと電子とが対で生成される。生成されたホールによりＧａＮがＧａ^３＋とＮ_２とに分解され（化１）、さらに、Ｇａ^３＋が水酸化物イオン（ＯＨ⁻）によって酸化されることで酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）が生成する（化２）。そして、生成されたＧａ_２Ｏ_３が、アルカリ（または酸）に溶解される。このようにして、ＧａＮのＰＥＣエッチングが行われる。なお、生成されたホールが水と反応して、水が分解されることで、酸素が発生する（化３）。

また、Ｋ_２Ｓ_２Ｏ_８が水に溶解することでペルオキソ二硫酸イオン（Ｓ_２Ｏ_８ ^２−）が生成し（化４）、Ｓ_２Ｏ_８ ^２−にＵＶ光２２１が照射されることで硫酸イオンラジカル（ＳＯ_４ ^−＊ラジカル）が生成する（化５）。ホールと対で生成された電子が、ＳＯ_４ ^−＊ラジカルとともに水と反応して、水が分解されることで、水素が発生する（化６）。このように、本実施形態のＰＥＣエッチングでは、ＳＯ_４ ^−＊ラジカルを用いることで、ＧａＮ中にホールと対で生成された電子を消費させることができるため、ＰＥＣエッチングを進行させることができる。なお、（化６）に示されるように、ＰＥＣエッチングの進行に伴い、硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）が増加することで、エッチング液２０１の酸性は強くなっていく（ｐＨは低下していく）。

エッチング液２０１の第２例としては、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）水溶液とペルオキソ二硫酸カリウム（Ｋ_２Ｓ_２Ｏ_８）水溶液とを混合した、ＰＥＣエッチングの開始時点で酸性を示すものが挙げられる。このようなエッチング液２０１は、例えば、０．０１ＭのＨ_３ＰＯ_４水溶液と、０．０５ＭのＫ_２Ｓ_２Ｏ_８水溶液と、を１：１で混合することで調製される。Ｈ_３ＰＯ_４水溶液の濃度、Ｋ_２Ｓ_２Ｏ_８水溶液の濃度、および、これらの水溶液の混合比率は、必要に応じ適宜調整されてよい。Ｈ_３ＰＯ_４水溶液およびＫ_２Ｓ_２Ｏ_８水溶液は、ともに酸性であるため、Ｈ_３ＰＯ_４水溶液とＫ_２Ｓ_２Ｏ_８水溶液とが混合されたエッチング液２０１は、任意の混合比率で酸性である。なお、Ｋ_２Ｓ_２Ｏ_８水溶液自体が酸性を示すため、エッチング開始時点で酸性であるエッチング液２０１として、Ｋ_２Ｓ_２Ｏ_８水溶液のみを用いてもよい。この場合、Ｋ_２Ｓ_２Ｏ_８水溶液の濃度は、例えば０．０２５Ｍとすればよい。

エッチング液２０１が、ＰＥＣエッチングの開始時点から酸性であることは、マスク５０としてレジストの使用を容易にする観点から好ましい。レジストマスクは、エッチング液２０１がアルカリ性であると、剥離しやすいからである。なお、マスク５０としてＴｉまたは酸化シリコンを使用する場合は、エッチング液２０１が酸性でもアルカリ性でも特に問題ない。

第２例のエッチング液２０１を用いる場合のＰＥＣエッチング機構は、第１例のエッチング液２０１を用いる場合について説明した（化１）〜（化３）が、（化７）に置き換わったものと推測される。つまり、ＧａＮと、ＵＶ光２２１の照射で生成されたホールと、水と、が反応することで、Ｇａ_２Ｏ_３と、水素イオン（Ｈ^＋）と、Ｎ_２と、が生成する（化７）。そして、生成されたＧａ_２Ｏ_３が、酸に溶解される。このようにして、ＧａＮのＰＥＣエッチングが行われる。なお、（化４）〜（化６）に示したような、ホールと対で生成された電子がＳ_２Ｏ_８ ^２−により消費される機構は、第１例のエッチング液２０１を用いる場合と同様である。

（化５）に示すように、Ｓ_２Ｏ_８ ^２−からＳＯ_４ ^−＊ラジカルを生成する手法としては、ＵＶ光２２１の照射、および、加熱の少なくとも一方を用いることができる。ＵＶ光２２１の照射を用いる場合、Ｓ_２Ｏ_８ ^２−による光吸収を大きくしてＳＯ_４ ^−＊ラジカルを効率的に生成させるために、ＵＶ光２２１の波長を、２００ｎｍ以上３１０ｎｍ未満とすることが好ましい。つまり、ＵＶ光２２１の照射により、ウエハ１０においてＩＩＩ族窒化物中にホールを生成させるとともに、エッチング液２０１においてＳ_２Ｏ_８ ^２−からＳＯ_４ ^−＊ラジカルを生成させることを、効率的に行う観点からは、ＵＶ光２２１の波長を、２００ｎｍ以上３１０ｎｍ未満とすることが好ましい。Ｓ_２Ｏ_８ ^２−からＳＯ_４ ^−＊ラジカルを生成することを、加熱で行う場合は、ＵＶ光２２１の波長を、（３６５ｎｍ以下で）３１０ｎｍ以上としてもよい。

ＵＶ光２２１の照射によりＳ_２Ｏ_８ ^２−からＳＯ_４ ^−＊ラジカルを生成させる場合、ウエハ１０の表面２０からエッチング液２０１の上面までの距離（ウエハ配置深さ）Ｌ（図１（ｂ）参照）は、例えば、１ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることが好ましい。距離Ｌが、例えば１ｍｍ未満と過度に短いと、ウエハ１０上方のエッチング液２０１において生成されるＳＯ_４ ^−＊ラジカルの量が、距離Ｌの変動により不安定になる可能性がある。なお、距離Ｌが短いと、液面の高さの制御が難しくなることから、距離Ｌは、１ｍｍ以上であることが好ましく、３ｍｍ以上であることがより好ましく、５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、距離Ｌが、例えば１００ｍｍ超と過度に長いと、ウエハ１０上方のエッチング液２０１において、ＰＥＣエッチングに寄与しない、無駄に多くのＳＯ_４ ^−＊ラジカルが生成されるため、エッチング液２０１の利用効率が低下する。

ＰＥＣエッチングは、例示したＧａＮ以外のＩＩＩ族窒化物に対しても行うことができる。ＩＩＩ族窒化物が含有するＩＩＩ族元素は、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１つであってよい。ＩＩＩ族窒化物におけるＡｌ成分またはＩｎ成分に対するＰＥＣエッチングの考え方は、Ｇａ成分について（化１）および（化２）、または、（化７）を参照して説明した考え方と同様である。つまり、ＵＶ光２２１の照射によりホールを生成させることで、Ａｌの酸化物またはＩｎの酸化物を生成させ、これらの酸化物をアルカリまたは酸に溶解させることで、ＰＥＣエッチングを行うことができる。ＵＶ光２２１の波長は、エッチングの対象とするＩＩＩ族窒化物の組成に応じて、適宜変更されてよい。ＧａＮのＰＥＣエッチングを基準として、Ａｌを含有する場合は、より短波長の光を用いればよく、Ｉｎを含有する場合は、より長波長の光も利用可能となる。つまり、加工したいＩＩＩ族窒化物の組成に応じて、当該ＩＩＩ族窒化物がＰＥＣエッチングされるような波長の光を、適宜選択して用いることができる。

なお、半絶縁性基板を有するエピタキシャル基板をウエハ１０とし非導電性材料で形成されたマスク５０を用いる場合、等において、ＰＥＣエッチングを促進するために、以下に説明するようなカソードパッド３０を用いてもよい。図８は、カソードパッド３０を有するＰＥＣ対象物１００を例示する概略断面図である。カソードパッド３０は、導電性材料で形成された導電性部材であって、被エッチング領域２１と電気的に接続された、ウエハ１０の導電性領域の表面の少なくとも一部と接触するように設けられている。カソードパッド３０は、ＰＥＣエッチング時に、カソードパッド３０の少なくとも一部、例えば上面が、エッチング液２０１と接触するように、設けられている。

（化１）および（化２）、または、（化７）から理解されるように、ＰＥＣエッチングが生じる被エッチング領域２１は、ホールが消費されるアノードとして機能すると考えられる。また、（化６）から理解されるように、被エッチング領域２１と電気的に接続された導電性部材であるカソードパッド３０の、エッチング液２０１と接触する表面は、電子が消費される（放出される）カソードとして機能すると考えられる。このように、カソードパッド３０を用いることで、ＰＥＣエッチングを促進させるようにしてもよい。

なお、上述の説明では、エッチング液２０１に電子を受け取る酸化剤を含ませることで、電子を消費させる態様のＰＥＣエッチングを例示したが、ＰＥＣエッチングは、他の態様で行われてもよい。具体的には、エッチング液２０１に酸化剤を含ませず、エッチング液２０１にカソード電極を浸漬させ、アノード電極となる被エッチング領域２１と、カソード電極と、を外部回路により電気的に接続することで、電子を消費させる態様のＰＥＣエッチングを行ってもよい。

次に、第２のエッチングを施す工程について説明する。第１のエッチングを施す工程（ＰＥＣエッチング工程）により、ＰＥＣエッチングが施された表面２０である表面１２０（ＰＥＣ後表面１２０）が形成される。図２（ａ）は、ＰＥＣエッチングが施されたウエハ１０を例示する概略断面図である。

上述のように、ウエハ１０の表面２０に、転位が所定の密度で分布している。転位においては、ホールのライフタイムが短いため、ＰＥＣエッチングが生じにくい。このため、ＰＥＣ後表面１２０の、転位に対応する位置には、ＰＥＣエッチングの溶け残り部分として、凸部１２２が形成されやすい。つまり、ＰＥＣエッチング工程では、ＰＥＣ後表面１２０において、（転位が無くＰＥＣエッチングが進行した部分であり、）ＰＥＣエッチングされることにより新たに現れた平坦部１２１と、平坦部１２１に比べてＰＥＣエッチングがされにくいことにより生じた、平坦部１２１に対して隆起した凸部１２２と、が形成される。凸部１２２は、ＰＥＣエッチングの溶け残り部分であるため、その高さは、最大でも除去領域１１０の深さ（厚さ）以下である。

第２のエッチングを施す工程（以下、平坦化エッチング工程ともいう）では、ＰＥＣ後表面１２０に第２のエッチング（以下、平坦化エッチングともいう）を施す。ＰＥＣ後表面１２０が形成されたウエハ１０は、平坦化エッチング工程における平坦化エッチング処理の対象物１４０（以下、平坦化対象物１４０ともいう）となる。

平坦化エッチング工程では、より具体的に説明すると、凸部１２２を（平坦部１２１に対して選択的に）エッチングすることで、凸部１２２を低くする。「平坦化」とは、凸部１２２を低くすることで、ＰＥＣ後表面１２０の平坦性を、平坦化エッチング前と比べて向上させることを意味する。

平坦化エッチングとしては、例えば、酸性またはアルカリ性のエッチング液を用いる（ＰＥＣエッチングではない）ウェットエッチングが用いられる。平坦化エッチングのエッチング液としては、例えば、塩酸（ＨＣｌ）水溶液、塩酸（ＨＣｌ）と過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）との混合水溶液（塩酸過水）、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）と過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）との混合水溶液（ピラニア溶液）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液、フッ化水素水溶液（フッ酸）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液、等が用いられる。

図２（ｂ）は、平坦化エッチング工程を示す、平坦化エッチング装置３００の概略断面図である。平坦化エッチング装置３００は、エッチング液３０１を収容する容器３１０を有する。平坦化工程では、平坦化対象物１４０をエッチング液３０１に浸漬することで、凸部１２２をエッチングする。これにより、ＰＥＣ後表面１２０が平坦化される。凸部１２２を所定の低さとなるようにエッチングしたら、平坦化エッチング工程を終了させる。

平坦化エッチングは、ＰＥＣエッチングではない。このため、平坦化エッチング工程では、ウエハ１０の表面２０にＵＶ光を照射しない。ここで「ＵＶ光を照射しない」とは、不要なＰＥＣエッチングが生じるような（強い）ＵＶ光は照射されないようにする、という意味である。

ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物のｃ面をエッチングすることは、難しいことが知られているが、ＰＥＣエッチングは、ＩＩＩ族窒化物を結晶方位によらずエッチングできるため、ｃ面であってもエッチングできる。ＰＥＣエッチング工程のＰＥＣエッチングは、ｃ面であるウエハ１０の表面２０の上方からＵＶ光２２１を照射しながら行われることで、表面２０を構成するＩＩＩ族窒化物を、表面２０に対して垂直な方向から（つまり、ウエハ１０の厚さ方向に）エッチングする。

これに対し、平坦化エッチングは、例えば、塩酸過水等のエッチング液を用いた、ＰＥＣエッチングでない通常のウェットエッチングとして行われる。通常のウェットエッチングでは、ＩＩＩ族窒化物のｃ面はエッチングが困難であるため、ＰＥＣ後表面１２０のうち、ｃ面で構成されている平坦部１２１はエッチングされない。しかし、凸部１２２は、ｃ面以外の結晶面を含んで構成されているため、通常のエッチングによりエッチングすることができる。したがって、平坦化エッチングによって、平坦部１２１に対し、凸部１２２を選択的にエッチングすることができる。平坦化エッチングは、ｃ面以外の結晶面、つまりｃ面と交差する結晶面をエッチングするものであり、凸部１２２を、ｃ面に対して垂直ではない方向から（つまり、ウエハ１０の厚さ方向と交差する方向（横方向）に）エッチングする。

平坦化エッチングにより凸部１２２をエッチングすることで、凸部１２２を低くしてＰＥＣ後表面１２０を平坦に近づけること、つまり、凸部１２２を、平坦部１２１を構成するｃ面に近づけること、ができる。凸部１２２がエッチングされてｃ面に近づくと、エッチングが進行しにくくなる。このため、本実施形態の平坦化エッチング工程では、凸部１２２が過剰にエッチングされることが抑制され、ＰＥＣ後表面１２０がほぼ平坦となった状態で、平坦化エッチングを終了させることが容易である。

図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１実施形態によるＰＥＣエッチング工程および平坦化エッチング工程をまとめて例示する、ウエハ１０の概略断面図である。図３（ａ）は、ＰＥＣエッチング開始前のウエハ１０を示す。

図３（ｂ）は、ＰＥＣエッチング終了後（であって平坦化エッチング開始前）のウエハ１０を示す。ＰＥＣエッチング終了後（であって平坦化エッチング開始前）のウエハ１０において、ＰＥＣエッチングが施された表面２０であるＰＥＣ後表面１２０が形成されており、ＰＥＣ後表面１２０に、平坦部１２１と、凸部１２２と、が形成されている。

図３（ｃ）は、平坦化エッチング終了後のウエハ１０を示す。平坦化エッチング終了後のウエハ１０において、凸部１２２が低くなった（除去された）ＰＥＣ後表面１２０である表面１３０（以下、平坦化後表面１３０ともいう）が形成されている。

平坦化エッチング工程が終了した後、つまり、ＰＥＣエッチングおよび平坦化エッチングが施されたウエハ１０（処理後ウエハ１０）が得られた後、得たい構造体１５０の構造に応じて他の工程（電極形成工程等）が行われる。このようにして、構造体１５０が製造される。

図４（ａ）〜図４（ｃ）は、処理後ウエハ１０の形状を例示する概略断面図である。平坦化後表面１３０を、太線で示している。処理後ウエハ１０の形状は、特に限定されず、製造したい構造体１５０の構造に応じて、適宜選択されてよい。図４（ａ）は、処理後ウエハ１０に凹部が形成されている形状（凹部の部分がＰＥＣエッチングで除去された形状）を例示し、図４（ｂ）は、処理後ウエハ１０に凸部が形成されている形状（凸部の外側部分がＰＥＣエッチングで除去された形状）を例示し、図４（ｃ）は、処理後ウエハ１０が平板状である形状（ウエハ１０の表面２０の全面がＰＥＣエッチングで除去された形状）を例示する。

以上説明したように、本実施形態の平坦化エッチングによれば、ウエハ１０にＰＥＣエッチングを施すことで形成された表面の平坦性を高めることができる。

次に、ＰＥＣエッチングおよび平坦化エッチングに係る実験例について説明する。本実験例では、以下のような成長基板およびＩＩＩ族窒化物層を有するエピタキシャル基板を用いた。成長基板は、半絶縁性のＳｉＣ基板とした。ＩＩＩ族窒化物層（以下、エピ層ともいう）は、ＡｌＮで構成された核生成層、ＧａＮで構成され厚さ０．７５μｍのチャネル層、ＡｌＧａＮ（Ａｌ組成０．２２）で構成され厚さ２４ｎｍの障壁層、および、ＧａＮで構成され厚さ５ｎｍのキャップ層の積層構造とした。

エピ層に、ＰＥＣエッチングにより凹部を形成した。ＰＥＣエッチングは、エッチング液として０．０２５ＭのＫ_２Ｓ_２Ｏ_８水溶液を用い、波長２６０ｎｍのＵＶ光を３．８ｍＷ／ｃｍ^２の強度で照射しながら、１２０分間行った。ウエハ配置深さＬは５ｍｍとした。マスクは酸化シリコンで形成した。なお、カソードパッドをチタンにより形成した。深さが２３．２ｎｍの凹部を形成した。キャップ層の厚さが５ｎｍで、障壁層の厚さが２４ｎｍであるため、凹部の下方に残った障壁層の厚さは、５．８ｎｍとなる。

ＰＥＣエッチングの後、平坦化エッチングにより凹部の底を平坦化した。平坦化エッチングは、エッチング液として塩酸過水（例えば、３０％のＨＣｌと３０％のＨ_２Ｏ_２とを１：１で混ぜたもの）を用い、１０分間行った。

ＰＥＣエッチングが施される前のエピ層の表面（以下、エピ層表面という）、ＰＥＣエッチングにより形成され平坦化エッチングが施されていない凹部の底（以下、未平坦化底という）、および、ＰＥＣエッチング後に平坦化エッチングが施された凹部の底（以下、平坦化底という）、のそれぞれに対し、１０００ｎｍ角の領域を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した。

図５は、エピ層表面のＡＦＭ像である。エピ層表面の、ＡＦＭ測定で得られた算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．１４ｎｍである。

図６（ａ）は、未平坦化底のＡＦＭ像である。未平坦化底には、転位に対応する位置に、凸部が観察される。未平坦化底に分布する複数の凸部の高さが、一定ではない傾向が見られる。最大の凸部の高さは、１０ｎｍを超えている。

未平坦化底の、ＡＦＭ測定で得られたＲａは、０．２２ｎｍである。エピ層表面のＲａが例えば０．１４ｎｍであるのに対し、未平坦化底のＲａは例えば０．２２ｎｍである。未平坦化底は、凸部を有しているものの、そのＲａは、エピ層表面のＲａに対し例えば２倍以下であり、それほど増加していない。この理由は、未平坦化底の大部分の面積を占める平坦部が高い平坦性を有するように、つまり、エピ層表面が有していた高い平坦性を平坦部においてほぼ損ねないように、ＰＥＣエッチングが行われたためといえる。

図６（ｂ）は、平坦化底のＡＦＭ像である。平坦化底では、未平坦化底で観察される凸部が明確には観察されず、凹部の底が平坦化されていることがわかる。平坦化底には、凸部が形成されていたと推測される位置、つまり、転位に対応する位置が、明るい領域として、平坦部とは区別されて観察される。

平坦化底の、ＡＦＭ測定で得られたＲａは、０．２４ｎｍである。未平坦化底のＲａが例えば０．２２ｎｍであるのに対し、平坦化底のＲａが例えば０．２４ｎｍとやや大きくなっているが、この差は、未平坦化底の測定領域と、平坦化底の測定領域とが、異なることに起因する誤差と考えられ、未平坦化底のＲａと、平坦化底のＲａとは、同程度と考えられる。未平坦化底と、平坦化底とは、Ｒａのみで明確に区別することは難しいといえる。平坦化底のＡＦＭ像から、平坦化エッチングにより、平坦部に対して、凸部を選択的にエッチングできていることがわかる。

なお、ＰＥＣエッチングが施された表面（ＰＥＣ後表面）１２０においては、エッチングに起因するＩＩＩ族窒化物結晶へのダメージが（例えばドライエッチングと比べて）少ない。

また、ＰＥＣエッチングが施された表面（ＰＥＣ後表面）１２０においては、ウエハ１０がドライエッチングで加工された場合の表面と比べて、ハロゲン元素の残留が少ない。ドライエッチングでウエハ１０を加工しようとする場合、ハロゲン元素を含むエッチングガスを表面２０に衝突させたり、表面２０をハロゲン化する反応を用いたりするため、加工後の表面（の所定厚さの表層部内）に、ハロゲン元素が残留することとなる。このようなドライエッチングと比べ、本実施形態におけるＰＥＣエッチングおよび平坦化エッチングは、ＰＥＣ後表面１２０および平坦化後表面１３０（の所定厚さの表層部内）にハロゲン元素を残留させないようなウェットエッチングとして行うことができる。ＰＥＣ後表面１２０および平坦化後表面１３０におけるハロゲン元素（例えば塩素（Ｃｌ））の濃度は、好ましくは１×１０^１５／ｃｍ^３未満であり、より好ましくは５×１０^１４／ｃｍ^３未満であり、さらに好ましくは２×１０^１４／ｃｍ^３未満である。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態では、ＰＥＣエッチングを終了させた後に、平坦化エッチングを行う態様を例示した。つまり、１回のＰＥＣエッチングで最終的な深さまでのエッチングを行った後に、１回の平坦化エッチングを行う態様を例示した。

第２実施形態では、ＰＥＣエッチングを最終的な深さまで実施する前に、ＰＥＣエッチングを途中の深さまで実施した段階で、平坦化エッチングを実施し、その後再びＰＥＣエッチングを実施する態様を例示する。つまり、本実施形態では、ＰＥＣエッチングと、平坦化エッチングと、を交互に繰り返す態様を例示する。平坦化エッチングは、必要に応じて複数回行ってもよい。第１実施形態と同様にして、ＰＥＣエッチングが終了した（最終的な深さまで行われた）後に、平坦化エッチングを行ってもよい。

第２実施形態は、ＰＥＣエッチングされるべき全体的な深さのうちの、部分的な深さを、１回当たりのＰＥＣエッチングでエッチングし、各回のＰＥＣエッチングの後に、平坦化エッチングを行う方法ということもできる。

図７（ａ）〜図７（ｅ）は、第２実施形態によるＰＥＣエッチング工程および平坦化エッチング工程をまとめて例示する、ウエハ１０の概略断面図である。図７（ａ）は、ＰＥＣエッチング開始前のウエハ１０を示す。

図７（ｂ）は、部分的な深さをエッチングする１回目のＰＥＣエッチングを実施した段階のウエハ１０を示す。図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示すウエハ１０に対して平坦化エッチングを施した段階のウエハ１０を示す。図７（ｄ）は、図７（ｃ）に示す平坦化エッチングの後に、部分的な深さをエッチングする２回目のＰＥＣエッチングを実施した段階のウエハ１０を示す。図７（ｅ）は、図７（ｄ）に示すウエハ１０に対して平坦化エッチングを施した段階のウエハ１０を示す。

第２実施形態では、第１実施形態と比べて、１回当たりのＰＥＣエッチングでエッチングされる深さが浅い。このため、第２実施形態（図７（ｂ）および図７（ｄ）参照）では、第１実施形態（図３（ｂ）参照）と比べて、形成される凸部１２２が全体的に低く、また、凸部１２２同士の高さの差が少ない。

したがって、本実施形態の（１回当たりの）平坦エッチングでは、凸部１２２のエッチングが容易となり、また、エッチング後の凸部１２２の高さを揃えることが容易となる。そして、平坦化エッチングを複数回繰り返すことで、凸部１２２をより確実にエッチングすることができる。これにより、本実施形態では、最終的に得られる平坦化後表面１３０の平坦性を、より高めることができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。

例えば、平坦化エッチングとして、上述の方法以外を用いてもよい。上述の実施形態では、平坦化エッチングとして、酸性またはアルカリ性のエッチング液を用いる（ＰＥＣエッチングではない）ウェットエッチングを用いる態様、つまり、凸部１２２を化学的にエッチングする態様を例示した。平坦化エッチングは、ＰＥＣ後表面１２０が平坦化されるように凸部１２２がエッチングされれば、その機構は特に限定されない。そのため、平坦化エッチングは、化学的なエッチング以外の他の機構によるエッチングで行ってもよい。複数の機構によるエッチングを組み合わせることで、平坦化エッチングをより効果的に行ってもよい。

平坦化エッチングは、例えば、凸部１２２を機械的に除去することで行われてもよく、機械的な平坦化エッチングとしては、例えば、バブリング洗浄を用いてもよく、また例えば、スクラブ洗浄を用いてもよい。バブリング洗浄のエッチング液（洗浄液）としては、例えば、上述の実施形態で例示した塩酸過水が挙げられる。塩酸過水で凸部１２２をエッチングする際、気泡が激しく発生する。このため、気泡発生による衝撃で、凸部１２２を破壊し除去することができる。塩酸過水は、凸部１２２を化学的かつ機械的にエッチングするエッチング液といえる。

また例えば、平坦化エッチング装置３００として、以下のようなものを用いてもよい。図９は、他の実施形態による平坦化エッチング装置３００の概略断面図である。他の実施形態による平坦化エッチング装置３００は、上述の実施形態による平坦化エッチング装置３００に、流れ生成機構３２０と、振動生成機構３３０と、が追加された構成を有する。流れ生成機構３２０は、エッチング液３０１に流れ（動き）を生成させる。振動生成機構３３０は、例えば超音波発生器であり、エッチング液３０１に振動を与える。エッチング液３０１に流れ（動き）を生成させること、および、エッチング液３０１に振動を与えること、の少なくとも一方を行うことで、凸部１２２を機械的にエッチングする作用を高めることができる。

＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。

（付記１）
少なくとも表面がＩＩＩ族窒化物で構成された部材の前記表面に第１のエッチングを施す工程と、
前記第１のエッチングが施された前記表面に第２のエッチングを施す工程と、
を有し、
前記第１のエッチングを施す工程では、前記表面において、エッチングされることにより新たに現れた平坦部と、前記平坦部に比べてエッチングされにくいことにより生じた、前記平坦部に対して隆起した凸部と、が形成され、
前記第２のエッチングを施す工程では、前記凸部を（平坦部に対して選択的に）エッチングすることで、前記凸部を低くする、
構造体の製造方法。

（付記２）
前記凸部は、前記部材を構成するＩＩＩ族窒化物の転位に対応する位置に形成される、付記１に記載の構造体の製造方法。

（付記３）
前記表面は、ＩＩＩ族窒化物のｃ面で構成され、
前記第１のエッチングは、ＩＩＩ族窒化物を前記表面に対して垂直な方向からエッチングし、
前記第２のエッチングは、前記凸部をｃ面に対して垂直ではない方向からエッチングする、付記１または２に記載の構造体の製造方法。

（付記４）
前記第１のエッチングは、光電気化学エッチングである、付記３に記載の構造体の製造方法。

（付記５）
前記第２のエッチングは、（光電気化学エッチングではなく、）酸性またはアルカリ性のエッチング液を用いるウェットエッチングである、付記３または４に記載の構造体の製造方法。

（付記６）
前記第１のエッチングは、ＩＩＩ族窒化物を前記表面に対して垂直な方向からエッチングし、
前記第２のエッチングは、前記凸部を機械的に除去する、付記１〜５のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

（付記７）
前記第１のエッチングは、光電気化学エッチングである、付記６に記載の構造体の製造方法。

（付記８）
前記第２のエッチングは、バブリング洗浄である、付記６または７に記載の構造体の製造方法。

（付記９）
前記第２のエッチングは、スクラブ洗浄である、付記６〜８のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

（付記１０）
前記第１のエッチングは、光電気化学エッチングであり、前記表面に上方から紫外光を照射することで、ＩＩＩ族窒化物を前記表面に対して垂直な方向からエッチングする、付記１〜９のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

（付記１１）
前記第２のエッチングでは、前記表面に（光電気化学エッチングが生じるような）紫外光を照射しない、付記１〜１０のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

（付記１２）
前記第２エッチングは、前記凸部を、前記平坦部に対して選択的にエッチングする、付記１〜１１のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

（付記１３）
前記第１のエッチングは、光電気化学エッチングであり、
前記光電気化学エッチングのエッチング液は、電子を受け取る酸化剤を含むアルカリ性または酸性のエッチング液である、付記１〜１２のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

（付記１４）
前記第１のエッチングは、光電気化学エッチングであり、
前記第１のエッチングにおいて、前記表面から前記光電気化学エッチングのエッチング液の上面までの距離が、好ましくは１ｍｍ以上１００ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以上１００ｍｍ以下、さらに好ましくは５ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、付記１〜１３のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

（付記１５）
前記第１のエッチングは、光電気化学エッチングであり、
前記第１のエッチングでは、前記表面上に、マスクが配置された状態で、前記光電気化学エッチングが行われ、
前記光電気化学エッチングのエッチング液は、（第１のエッチングの開始時点から）酸性のエッチング液であり、
前記マスクは、レジストマスクである、付記１〜１４のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

（付記１６）
前記第１のエッチングは、光電気化学エッチングであり、
前記光電気化学エッチングは、前記表面上に、マスクと導電性部材とが配置された状態で、前記が行われ、
前記マスクは、非導電性材料で構成され、
前記導電性部材は、前記光電気化学エッチングが施される領域と電気的に接続された、前記部材の導電性領域の表面、の少なくとも一部と接触するように設けられ、前記導電性部材の少なくとも一部が（上面が）、前記光電気化学エッチングのエッチング液と接触するように設けられる、付記１〜１５のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

（付記１７）
前記第１のエッチングと、
前記第２のエッチングと、
を交互に繰り返す、付記１〜１６のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

（付記１８）
前記第２のエッチングは、前記第２のエッチングに用いられるエッチング液に流れ（動き）を生成させながら行われる、付記１〜１７のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

（付記１９）
前記第２のエッチングは、前記第２のエッチングに用いられるエッチング液に振動を与えながら行われる、付記１〜１８のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。

１０…ウエハ、２０…（ウエハの）表面、２１…被エッチング領域、３０…カソードパッド、５０…マスク、１００…ＰＥＣ対象物、１１０…除去領域、１２０…ＰＥＣ後表面、１２１…平坦部、１２２…凸部、１３０…平坦化後表面、１４０…平坦化対象物、１５０…構造体、２００…ＰＥＣエッチング装置、２０１…エッチング液、２１０…容器、２２０…光源、２２１…ＵＶ光、３００…平坦化エッチング装置、３０１…エッチング液、３１０…容器、３２０…流れ生成機構、３３０…振動生成機構

Claims (19)

1. 少なくとも表面がＩＩＩ族窒化物で構成された部材の前記表面に第１のエッチングを施す工程と、
   前記第１のエッチングが施された前記表面に第２のエッチングを施す工程と、
   を有し、
   前記第１のエッチングを施す工程では、前記表面において、エッチングされることにより新たに現れた平坦部と、前記平坦部に比べてエッチングされにくいことにより生じた、前記平坦部に対して隆起した凸部と、が形成され、
   前記第２のエッチングを施す工程では、前記凸部をエッチングすることで、前記凸部を低くする、
   構造体の製造方法。
2. 前記凸部は、前記部材を構成するＩＩＩ族窒化物の転位に対応する位置に形成される、請求項１に記載の構造体の製造方法。
3. 前記表面は、ＩＩＩ族窒化物のｃ面で構成され、
   前記第１のエッチングは、ＩＩＩ族窒化物を前記表面に対して垂直な方向からエッチングし、
   前記第２のエッチングは、前記凸部をｃ面に対して垂直ではない方向からエッチングする、請求項１または２に記載の構造体の製造方法。
4. 前記第１のエッチングは、光電気化学エッチングである、請求項３に記載の構造体の製造方法。
5. 前記第２のエッチングは、酸性またはアルカリ性のエッチング液を用いるウェットエッチングである、請求項３または４に記載の構造体の製造方法。
6. 前記第１のエッチングは、ＩＩＩ族窒化物を前記表面に対して垂直な方向からエッチングし、
   前記第２のエッチングは、前記凸部を機械的に除去する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
7. 前記第１のエッチングは、光電気化学エッチングである、請求項６に記載の構造体の製造方法。
8. 前記第２のエッチングは、バブリング洗浄である、請求項６または７に記載の構造体の製造方法。
9. 前記第２のエッチングは、スクラブ洗浄である、請求項６〜８のいずれか１つに記載の構造体の製造方法。
10. 前記第１のエッチングは、光電気化学エッチングであり、前記表面に上方から紫外光を照射することで、ＩＩＩ族窒化物を前記表面に対して垂直な方向からエッチングする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
11. 前記第２のエッチングでは、前記表面に紫外光を照射しない、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
12. 前記第２エッチングは、前記凸部を、前記平坦部に対して選択的にエッチングする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
13. 前記第１のエッチングは、光電気化学エッチングであり、
    前記光電気化学エッチングのエッチング液は、電子を受け取る酸化剤を含むアルカリ性または酸性のエッチング液である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
14. 前記第１のエッチングは、光電気化学エッチングであり、
    前記第１のエッチングにおいて、前記表面から前記光電気化学エッチングのエッチング液の上面までの距離が、１ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
15. 前記第１のエッチングは、光電気化学エッチングであり、
    前記第１のエッチングでは、前記表面上に、マスクが配置された状態で、前記光電気化学エッチングが行われ、
    前記光電気化学エッチングのエッチング液は、酸性のエッチング液であり、
    前記マスクは、レジストマスクである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
16. 前記第１のエッチングは、光電気化学エッチングであり、
    前記光電気化学エッチングは、前記表面上に、マスクと導電性部材とが配置された状態で、前記が行われ、
    前記マスクは、非導電性材料で構成され、
    前記導電性部材は、前記光電気化学エッチングが施される領域と電気的に接続された、前記部材の導電性領域の表面、の少なくとも一部と接触するように設けられ、前記導電性部材の少なくとも一部が、前記光電気化学エッチングのエッチング液と接触するように設けられる、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
17. 前記第１のエッチングと、
    前記第２のエッチングと、
    を交互に繰り返す、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
18. 前記第２のエッチングは、前記第２のエッチングに用いられるエッチング液に流れを生成させながら行われる、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
19. 前記第２のエッチングは、前記第２のエッチングに用いられるエッチング液に振動を与えながら行われる、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。