制造半导体基底材料的方法、半导体设备和电子装置制造方法及图纸

在通过抗蚀剂膜的曝光显影形成刻蚀掩模时，所述刻蚀掩模用于在半导体基底材料的衬底表面上形成重复的凹凸图案，本发明专利技术防止了通过重复曝光在抗蚀剂膜中曝光区彼此相邻的部分上的过度曝光导致的显影图案变形。在制造半导体基底材料的方法中，当通过抗蚀剂模的光刻工艺形成用于在半导体基底材料的表面上形成凹凸部分的刻蚀掩模时，使用转移掩模作为转移掩模100，所述转移掩模是通过对在曝光射束重叠的区域附近的曝光图案的点状遮光部104的尺寸进行预先进行校正而获得的转移掩模。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制造半导体基底材料的方法、半导体设备和电子装置。更具体地，本专利技术涉及:用于处理半导体基底材料的方法，所述半导体基底材料构成诸如发光元件之类的半导体设备，以将衬底的表面形状形成为凹凸形状，使得可以从发光元件有效地提取光；具有通过这种方法获得的半导体基底材料的半导体设备；以及配备有所述半导体设备的电子装置。
技术介绍
半导体设备通常包括发光元件，例如发光二极管和半导体激光器。图5(a)是概念性地示出了作为传统半导体设备示例的发光二极管的结构的图。如图5(a)所示，诸如发光二极管(LED) 220之类的传统半导体设备主要具有层叠结构，其中将η-型半导体层222、有源层223和ρ-型半导体层224按顺序层叠在衬底221上。将P-型电极和η-型电极(未示出)分别形成于ρ-型半导体层和η-型半导体层上。对于这种结构的发光二极管，器件结构用于从层叠结构中的上面形成电极的表面(层叠结构的前表面)或者从没有生长半导体层的衬底表面(层叠结构的背面或侧面)获取在具有有源层的发光区域中产生的光，通过从P型半导体层224引入到有源层223的空穴和从η型半导体层222引入到有源层223的电子的复合执行光的产生。在发光二极管中，通过在原子层面控制层叠结构，将衬底的平坦度处理到镜面的级别。因此，将衬底上的半导体层发光区和电极排列为彼此平行。另外，半导体层的折射率大于衬底或电极(透明电极)的折射率。因此，在P型半导体层224和衬底221的前表面之间形成了波导。即，通过在衬底和透明电极之间插入的具有高折射率的半导体层结构形成了波导，所述透明电极具有较小的折射率。将这种波导插入到P型半导体层和电极的界面以及衬底和电极的界面之间。因此，当从有源层产生的光L按照大于或等于预定临界角度进入电极的表面或者衬底的表面时，所述光L将从电极和ρ型半导体层224的界面或者从衬底221的前表面反射。然后，光L将在半导体层的层叠结构中横向地传播，并且在被限制在波导中。另外，光L在沿横向方向的传播期间也将损耗。结果，不能获得所需的外量子效率(即用于获得在发光二极管内产生的光到外部的效率)。换句话说，按照大于临界角度的角度进入与衬底或电极的界面的光将通过重复的全反射传播通过波导，并且在反射期间将吸收所述光。由此，所产生的光的一部分将衰减，并且不能将这种光有效地带到外部，结果是减小的外量子效率。为了应对这种问题。提出了一种方法，用于在衬底的前表面上形成凹凸部分以散射在发光区中产生的光，从而改进外量子效率(参见专利文件I)。图6是用于描述在专利文件I中公开的半导体发光元件(GaN系统LED)的图。图6示出了包括具有非均匀前表面的衬底的半导体发光元件的截面图。发光元件210包括蓝宝石衬底211作为绝缘衬底，通过在表面上形成多个凸起部分211a来使蓝宝石衬底的表面成为凹凸形状的。发光元件210具有通过层叠η型GaN层212、有源层213和ρ型GaN层214获得的层叠结构。在层叠结构中，将η型电极217形成于η型GaN层212的暴露表面上,并且将ρ型电极(透明电极)216形成于ρ型GaN层214上，其中P型接触层214插入到ρ型电极和ρ型GaN层之间。另外，除了相应导电类型的电极的连接部分之外，用保护膜218覆盖发光元件的整个表面，利用引线连接所述连接部分。接下来，将描述制造方法。首先，使用光掩模(曝光掩模)在蓝宝石衬底211的前表面上对抗蚀剂膜构图，以形成刻蚀掩模。通过使用刻蚀掩模的RID(反应离子刻蚀)选择性地刻蚀蓝宝石衬底211的表面以形成凹凸部分211b。在这一步骤时，通过使用光掩模对抗蚀剂膜的构图，在按照恒定间距移动上面放置了蓝宝石衬底211的晶片台的同时重复地执行抗蚀剂膜的曝光工艺，从而在抗蚀剂膜上形成了重复的图案，用于形成蓝宝石衬底的表面上的凹凸部分。随后，使用溅射设备将AlN层(未示出)形成为蓝宝石衬底211上的缓冲层。允许使用MOCVD设备在AlN层上连续地生长η型GaN层212、有源层213和ρ型GaN层214。另外，将ρ型电极216形成为P型GaN层214上的透明电极，其中在P型电极和P型GaN层之间插入了接触层215。按照允许暴露出η型GaN层212的表面的一部分的方式在η型GaN层212上的半导体层的选择性刻蚀之后，将η型电极217形成于η型GaN层212的已暴露表面上。利用具有这种结构的发光器件，与具有传统平坦衬底211的发光元件220(图5(a))相比，如图5(b)所示地显著地改善了发光器件的外量子效率。S卩，在图6公开的发光元件210中，在具有传统的平坦衬底221的发光元件220 (图5(a))中横向传播的光L将在凹凸部分211b处被散射和衍射，并且将从层叠结构中的上部半导体层的前表面或者从层叠结构中的下部部分中的衬底的后表面有效地提取在半导体元件的层叠结构中产生的光。结果，显著地改进了外量子效率。具体地，首先通过衬底表面上的凹凸部分对光的散射和衍射效果，光通量朝着相对于衬底表面的上部一侧或下部一侧增加，从而当从前面观看发光表面时(前发光)增加了发光元件的发光表面的亮度。其次，使用由衬底表面上的凹凸部分对于光的散射和衍射效果，减少了横向传播通过半导体层的光，从而减小了由于在传播期间的吸收导致的光损耗并且增加了总的发光量。专利文件1:日本特开公报N0.20081089
技术实现思路
本专利技术要解决的问题然而，需要按照精确的方式控制在衬底的前表面上形成的凹凸形状。如果控制凹凸形状不够，那么将不可能按照有利的方式在上面形成凹凸形状的衬底上形成半导体层。例如，衬底表面上的凹凸结构是微结构。因此，如果允许在衬底上生长GaN层，在衬底上表面具有不足够的精度形成凹凸部分的状态下，那么将不可能用GaN层完全地填充凹凸结构的凹凸部分的外围，引起凹陷和孔洞。由于这种孔洞的发生，趋向于在GaN的再生长时出现裂缝，即在形成下层的GaN层之后形成上层的GaN层时。这将减小半导体元件的GaN的结晶度。因此，将减小发光效率(即内量子效率，所述内量子效率意味着在发光元件内部产生光的效率)，结果是外量子效率的进一步减小，所述外量子效率是从发光元件取出光的效率。另外，由于在构成发光元件的半导体层中出现裂缝，也减少了发光元件的可靠性。由于裂缝的出现导致半导体结晶性的减小也适用于其他半导体设备，例如除了发光二极管和其他发光元件之外的光接收元件和电子装置。另外，除了出现孔洞之外，凹入部分和凸起部分的弱形成可能导致引起半导体层的弱生长以引起半导体层中的晶体缺陷(例如螺纹断层)，并且引起晶片表面上的异常生长区域。应该注意的是，在衬底的前表面上形成凹凸部分的步骤包括形成用作刻蚀掩模的抗蚀剂图案，用于如上所述的衬底的选择性刻蚀。形成抗蚀剂图案的这一步骤包括按照相对于转移掩模(下文中也称作曝光掩模)的恒定间距移动上面放置有衬底的晶片台的同时、在抗蚀剂膜上重复地执行曝光的曝光步骤。在曝光步骤中存在这样的问题:由于相邻曝光区的较宽部分处的多次曝光导致的用于在抗蚀剂膜形成衬底表面上的凹凸部分的抗蚀剂图案的弱形成，在多次曝光区及其附近区域的显影之后获得所述抗蚀剂图案，所述弱形成引起了后续GaN生长时凹陷和孔洞的产生。随后，将参考图7至图9提供更加详细的描述。图7是示出了用于在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：上西伸治，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：
国别省市：