JP2011040469A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構成原子として窒素を含む窒素化合物層をエッチングする半導体装置の製造方法に関し、特にエッチングを中断することなく所望のエッチング量を得ることができる半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device that etches a nitrogen compound layer containing nitrogen as a constituent atom, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device that can obtain a desired etching amount without interrupting etching.
試料のエッチングにおいてエッチング終了時期を判別することは難しく、設計どおりの加工ができなかった。そこで、試料をエッチングする際に、途中でエッチングを中断してエッチング量を計測していた。このため、エッチング工程が複雑かつ長くなるという問題があった。 In the etching of the sample, it was difficult to determine the etching end time, and the processing as designed could not be performed. Therefore, when etching the sample, the etching was interrupted halfway and the etching amount was measured. For this reason, there existed a problem that an etching process became complicated and became long.
これに対して、構成原子の同位体比率が異なるマーカー層を試料の所定の深さに設け、エッチング雰囲気中でマーカー層に対応する同位体の含有量のピークを検出したらエッチングを終了する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In contrast, there is a method in which a marker layer having a different isotope ratio of constituent atoms is provided at a predetermined depth of a sample, and etching is terminated when a peak of the isotope content corresponding to the marker layer is detected in an etching atmosphere. It has been proposed (for example, see Patent Document 1).
しかし、従来の方法では、エッチング途中では試料のエッチング量を検出できなかった。従って、所定の深さ以外の所望のエッチング量を得ることができなかった。 However, in the conventional method, the etching amount of the sample cannot be detected during the etching. Therefore, a desired etching amount other than the predetermined depth cannot be obtained.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、エッチングを中断することなく所望のエッチング量を得ることができる半導体装置の製造方法を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a semiconductor device manufacturing method capable of obtaining a desired etching amount without interrupting etching.
本発明は、基板上に窒素化合物層を形成する工程と、前記窒素化合物層をエッチングする工程とを備え、前記窒素化合物層は、等間隔に配置され、窒素同位体N15を含む複数のマーカー層を有し、前記窒素化合物層をエッチングする際に、エッチング雰囲気中の窒素同位体N15の含有量のピークを検出することでエッチング速度を求め、前記エッチング速度に基づいて所望のエッチング量が得られるエッチング終了時期を判別することを特徴とする半導体装置の製造方法である。 The present invention comprises a step of forming a nitrogen compound layer on a substrate and a step of etching the nitrogen compound layer, wherein the nitrogen compound layer is arranged at equal intervals and includes a plurality of marker layers containing nitrogen isotopes N15 When the nitrogen compound layer is etched, the etching rate is obtained by detecting the peak of the nitrogen isotope N15 content in the etching atmosphere, and a desired etching amount is obtained based on the etching rate. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: determining an etching end time.
本発明により、エッチングを中断することなく所望のエッチング量を得ることができる。 According to the present invention, a desired etching amount can be obtained without interrupting etching.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same number is attached | subjected to the same component and description is abbreviate | omitted.
実施の形態1.
まず、図1に示すように、SiC半導体基板10(基板)上に、GaNバッファ層12、GaN活性層14、GaN層16,18,20,22,24及びGaNコンタクト層26(窒素化合物層)をエピタキシャル成長により順次形成する。ここで、GaN層16,20,24は、等間隔に配置され、窒素の一部に窒素同位体N15を含むマーカー層である。その他のGaN層は窒素同位体N15を含まない。
Embodiment 1 FIG.
First, as shown in FIG. 1, on a SiC semiconductor substrate 10 (substrate), a
次に、図2に示すように、GaNコンタクト層26上に、フォトリソグラフィー等によりパターニングしたフォトレジスト28を形成する。そして、図3に示すように、フォトレジスト28をマスクとしてGaN層16,18,20,22,24及びGaNコンタクト層26をドライエッチングして溝部30を形成する。
Next, as shown in FIG. 2, a
図4は、ドライエッチングの様子を示す図である。真空チャンバー32内に被加工用の半導体ウェハ34を置く。この半導体ウェハ34をCl2プラズマ36によりエッチングする。GaN層16,20,24がエッチングされる際に窒素同位体N15が放出される。そこで、真空チャンバー32に接続された質量分析器38により、エッチング雰囲気中の窒素同位体N15の含有量を検出する。
FIG. 4 is a diagram showing a state of dry etching. A
図5は、実施の形態1においてエッチング雰囲気中の窒素同位体N15の含有量を測定した図である。横軸はエッチング時間である。窒素同位体N15の含有量のピーク40,42,44はそれぞれGaN層24,20,16に対応する。このピークを検出することでエッチング速度を求める。そして、エッチング速度に基づいて所望のエッチング量が得られるエッチング終了時期を判別する。
FIG. 5 is a diagram in which the content of nitrogen isotope N15 in the etching atmosphere is measured in the first embodiment. The horizontal axis is the etching time. The
次に、図6に示すように、フォトレジスト28を除去する。そして、溝部30内のGaN活性層14上にゲート金属電極46を形成し、GaNコンタクト層26上にソース金属電極48及びドレイン金属電極50を形成する。以上の工程により本実施の形態に係る半導体装置が製造される。
Next, as shown in FIG. 6, the
以上説明したように、本実施の形態では、窒素化合物層をエッチングする際に、エッチング雰囲気中の窒素同位体N15の含有量のピークを検出する。これにより、エッチングを中断することなく、エッチング速度を正確に求めることができる。このエッチング速度に基づいて所望のエッチング量が得られるエッチング終了時期を正確に判別することができる。 As described above, in the present embodiment, when the nitrogen compound layer is etched, the peak of the content of nitrogen isotope N15 in the etching atmosphere is detected. Thereby, the etching rate can be accurately obtained without interrupting the etching. Based on this etching rate, it is possible to accurately determine the etching end time when a desired etching amount is obtained.
よって、本実施の形態では、エッチングを中断することなく所望のエッチング量を得ることができる。また、窒素同位体N15をマーカーとして利用しても、半導体装置の機能には影響を与えない。 Therefore, in this embodiment mode, a desired etching amount can be obtained without interrupting etching. Further, even if the nitrogen isotope N15 is used as a marker, the function of the semiconductor device is not affected.
実施の形態2.
本実施の形態では、図7に示すように、実施の形態1のGaN層16,18,20,22,24の代わりにGaN層52,54,56,58,60,62,64を順次形成する。そして、実施の形態1と同様にフォトレジスト28をマスクとしたドライエッチングにより溝部30を形成する。
Embodiment 2. FIG.
In the present embodiment, as shown in FIG. 7,
ここで、GaN層52,60,64は、等間隔に配置され、窒素の一部に窒素同位体N15を含むマーカー層である。このうち、GaN層52(第1マーカー層)は、溝部30の深さである所望のエッチング量に対応する位置に設けられている。そして、このGaN層52の1つ上の位置にGaN層60(第2マーカー層)が設けられている。また、本実施の形態では、GaN層52とGaN層60の間に、窒素の一部に窒素同位体N15を含むGaN層56(第3マーカー層)が設けられている。その他のGaN層は窒素同位体N15を含まない。
Here, the
図8は、実施の形態2においてエッチング雰囲気中の窒素同位体N15の含有量を測定した図である。横軸はエッチング時間である。窒素同位体N15の含有量のピーク66,68,70,72はそれぞれGaN層64,60,56,52に対応する。実施の形態1と同様に、このピークを検出することでエッチング速度を求める。そして、エッチング速度に基づいて所望のエッチング量が得られるエッチング終了時期を判別する。これにより実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
FIG. 8 is a diagram in which the content of nitrogen isotope N15 in the etching atmosphere is measured in the second embodiment. The horizontal axis is the etching time. The
さらに、本実施の形態では、窒素化合物層をエッチングする際に、ピーク66,68,72とは周期が異なるピーク70を検出する。そして、このピーク70の次のピーク72を検出するとエッチングを終了する。これにより、例えば一番上のマーカー層であるGaN層64が他の加工時に消失した場合でも、エッチング終了時期を正確に判別することができる。
Further, in the present embodiment, when etching the nitrogen compound layer, a
実施の形態3.
本実施の形態では、図9に示すように、実施の形態1のGaN層16,18,20,22,24の代わりにGaN層74,76,78,80,82を順次形成する。そして、実施の形態1と同様にフォトレジスト28をマスクとしたドライエッチングにより溝部30を形成する。
Embodiment 3 FIG.
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, GaN layers 74, 76, 78, 80, and 82 are sequentially formed instead of the GaN layers 16, 18, 20, 22, and 24 of the first embodiment. Then, as in the first embodiment, the
ここで、GaN層74,78,82は、等間隔に配置され、窒素の一部に窒素同位体N15を含むマーカー層である。このうち、GaN層74(第1マーカー層)は、溝部30の深さである所望のエッチング量に対応する位置に設けられている。そして、このGaN層74の1つ上の位置にGaN層78(第2マーカー層)が設けられている。
Here, the GaN layers 74, 78, and 82 are marker layers that are arranged at equal intervals and include nitrogen isotope N15 in a part of nitrogen. Among these, the GaN layer 74 (first marker layer) is provided at a position corresponding to a desired etching amount that is the depth of the
また、本実施の形態では、GaN層74とGaN層78の間に、窒素の一部に窒素同位体N15を含むGaN層76(第3マーカー層)が設けられている。このGaN層76の窒素同位体N15の含有量は、GaN層74,78,82の窒素同位体N15の含有量の半分である。その他のGaN層は窒素同位体N15を含まない。
In the present embodiment, a GaN layer 76 (third marker layer) including a nitrogen isotope N15 in a part of nitrogen is provided between the
図10は、実施の形態3においてエッチング雰囲気中の窒素同位体N15の含有量を測定した図である。横軸はエッチング時間である。窒素同位体N15の含有量のピーク84,86,88,90はそれぞれGaN層82,78,76,74に対応する。実施の形態1と同様に、このピークを検出することでエッチング速度を求める。そして、エッチング速度に基づいて所望のエッチング量が得られるエッチング終了時期を判別する。これにより実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
FIG. 10 shows the content of nitrogen isotope N15 in the etching atmosphere measured in the third embodiment. The horizontal axis is the etching time.
さらに、本実施の形態では、窒素化合物層をエッチングする際に、ピーク84,86,90とは周期及びピーク強度が異なるピーク88を検出する。そして、このピーク88の次のピーク90を検出するとエッチングを終了する。これにより、例えば一番上のマーカー層であるGaN層82が他の加工時に消失した場合でも、エッチング終了時期を正確に判別することができる。さらに、ピーク88は、ピーク84,86,90とはピーク強度も異なるので、実施の形態2のピーク70よりも判別が容易である。
Furthermore, in this embodiment, when the nitrogen compound layer is etched, a
なお、上記の実施の形態ではSiC基板上にGaN層を形成したFETについて説明した。これに限らず、サファイア基板、GaN基板などを用いてもよい。また、GaN層の代わりにAlGaN層を用いてもよい。また、窒素化合物層としてGaNなどの半導体層の代わりにSiNなどの絶縁膜層を用いてもよい。さらに、FETに限らずGaNを用いた半導体レーザーにも本発明は適用できる。 In the above embodiment, the FET in which the GaN layer is formed on the SiC substrate has been described. Not limited to this, a sapphire substrate, a GaN substrate, or the like may be used. An AlGaN layer may be used instead of the GaN layer. Further, an insulating film layer such as SiN may be used as the nitrogen compound layer instead of a semiconductor layer such as GaN. Furthermore, the present invention can be applied not only to FETs but also to semiconductor lasers using GaN.
10 SiC半導体基板(基板)
12 GaNバッファ層(窒素化合物層)
14 GaN活性層(窒素化合物層)
16,20,24,64,82 GaN層(窒素化合物層、マーカー層)
18,22,54,58,62,80 GaN層(窒素化合物層)
26 GaNコンタクト層(窒素化合物層)
52,74 GaN層(窒素化合物層、第1マーカー層)
60,78 GaN層(窒素化合物層、第2マーカー層)
56,76 GaN層(窒素化合物層、第3マーカー層)
10 SiC semiconductor substrate (substrate)
12 GaN buffer layer (nitrogen compound layer)
14 GaN active layer (nitrogen compound layer)
16, 20, 24, 64, 82 GaN layer (nitrogen compound layer, marker layer)
18, 22, 54, 58, 62, 80 GaN layer (nitrogen compound layer)
26 GaN contact layer (nitrogen compound layer)
52,74 GaN layer (nitrogen compound layer, first marker layer)
60,78 GaN layer (nitrogen compound layer, second marker layer)
56,76 GaN layer (nitrogen compound layer, third marker layer)
Claims (3)
前記窒素化合物層をエッチングする工程とを備え、
前記窒素化合物層は、等間隔に配置され、窒素同位体N15を含む複数のマーカー層を有し、
前記窒素化合物層をエッチングする際に、エッチング雰囲気中の窒素同位体N15の含有量のピークを検出することでエッチング速度を求め、前記エッチング速度に基づいて所望のエッチング量が得られるエッチング終了時期を判別することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a nitrogen compound layer on the substrate;
Etching the nitrogen compound layer,
The nitrogen compound layer has a plurality of marker layers arranged at equal intervals and including a nitrogen isotope N15,
When etching the nitrogen compound layer, an etching rate is obtained by detecting the peak of the content of nitrogen isotope N15 in the etching atmosphere, and an etching end time at which a desired etching amount is obtained based on the etching rate is determined. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: discriminating.
前記窒素化合物層は、前記第1マーカー層と前記第2マーカー層の間に、窒素同位体N15を含む第3マーカー層を更に有し、
前記窒素化合物層をエッチングする際に、前記第3マーカー層に対応する窒素同位体N15の含有量のピークを検出し、その次のピークを検出するとエッチングを終了す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。 The plurality of marker layers include a first marker layer at a position corresponding to the desired etching amount, and a second marker layer positioned on one of the first marker layers,
The nitrogen compound layer further includes a third marker layer including a nitrogen isotope N15 between the first marker layer and the second marker layer,
2. The etching of the nitrogen compound layer is detected when a peak of the content of nitrogen isotope N15 corresponding to the third marker layer is detected and the next peak is detected. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of.
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