JP3868627B2 - 半導体基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンカーバイド半導体材料からなる半導体装置の製造方法に関し、詳しくは、シリコンカーバイド半導体基板のエッチング加工に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の半導体装置の製造に用いるシリコンカーバイド材料のエッチング法は、例えばJournal of Electrochemical Societyの142巻312ぺ一ジに記載されているように、フッ素化合物ガスと水素ガス、或いは酸素ガスの混合ガス中でプラズマを生成することにより、物理的及び化学的に所要部分を除去する反応性イオンエッチング法が用いられていた。
この反応性イオンエッチング法では、エッチングが行なわれるシリコンカーバイドの当該部分、即ちエッチングにより除去される所要部分には、イオンの注入等は行なわれていない。
又、凹凸形状を形成する場合等では、例えばアルミニウム等の金属をエッチング阻止のためのマスクとして用いていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、シリコンカーバイド材料に用いるエッチングは上述のような方法が用いられていたが、シリコンカーバイドは構成原子間の結合が強いため反応性イオンエッチングにおけるエッチング速度が遅い。
又、シリコンカーバイドはエッチング速度が遅いため、シリコンカーバイドを部分的にエッチングする際には、シリコンカーバイドに比較して十分にエッチング速度が小さい例えばアルミニウム等の金属をエッチングマスクとして用いる必要があった。
又、金属をエッチングマスクとして用いた場合には、反応性イオンエッチングにおいてプラズマに曝された金属がスパッタされてシリコンカーバイドの表面に再付着してしまい、その再付着部分のエッチング速度が低下して平坦なエッチング面が得られないという問題があった。
【0004】
本発明は、このような問題を解消し、金属エッチングマスクを用いず、しかも速やかにエッチングができる方法の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、シリコンカーバイド半導体基板をエッチング加工する半導体基板の製造方法において、エッチングにより除去されるシリコンカーバイドの所要部分に予めイオンを注入しておき、水素雰囲気における加熱処理にてイオンが注入された所要部分を除去することを特徴とする。
【0006】
請求項2の発明は、シリコンカーバイド半導体基板をエッチング加工する半導体基板の製造方法において、エッチングにより除去されるシリコンカーバイドの所要部分に予めシリコンイオン及び炭素イオンの少なくとも一方を注入しておき、反応性イオンエッチングにてイオンが注入された所要部分を除去することを特徴とする。
【0007】
請求項3の発明は、シリコンカーバイド半導体基板をエッチング加工する半導体基板の製造方法において、エッチングにより除去されるシリコンカーバイドの所要部分に予めイオンを注入しておき、水素雰囲気における加熱処理にて、イオンが注入された所要部分と注入されなかった部分とのエッチング速度の違いによりシリコンカーバイドに凹凸形状を形成することを特徴とする。
【0008】
請求項4の発明は、シリコンカーバイド半導体基板をエッチング加工する半導体基板の製造方法において、エッチングにより除去されるシリコンカーバイドの所要部分に予めシリコンイオン及び炭素イオンの少なくとも一方を注入しておき、反応性イオンエッチングにて、イオンが注入された所要部分と注入されなかった部分とのエッチング速度の違いによりシリコンカーバイドに凹凸形状を形成することを特徴とする。
【0009】
請求項5の発明は、請求項1又は請求項3に記載の半導体基板の製造方法におけるシリコンカーバイド半導体基板をエッチング加工する半導体基板の製造方法において、水素雰囲気は塩化水素を添加した水素雰囲気であることを特徴とする。
【0010】
請求項6の発明は、請求項1又は請求項3に記載の半導体基板の製造方法において、注入されるイオンは、シリコンイオン、炭素イオン、フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、又は水素イオンのうち少なくとも何れか一つであることを特徴とする。
【0011】
請求項7の発明は、請求項1又は請求項3に記載の半導体基板の製造方法において、注入されるイオンは、シリコンイオン及び炭素イオンの少なくとも一方であることを特徴とする。
【0012】
請求項8の発明は、請求項1乃至請求項7の何れかに記載の方法により製造されたシリコンカーバイド半導体基板の表面に、エピタキシャル成長させたシリコンカーバイド層を形成したことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1及び図2について説明する。
図1は、シリコンカーバイド半導体基板1の表面に、角柱がストライプ状に並べて埋め込まれたようにイオンが注入された状態を示した斜視図である。図中の符号2で示される部分が除去が予定されている所要部分である。
【0015】
図1に示した状態にイオンを注入したシリコンカーバド半導体基板を、例えば、塩化水素を添加した水素雰囲気中で1400℃以上の温度に保つ加熱処理を行なうと、イオンが注入された所要部分の方がイオンが注入されていない部分よりもエッチング速度が大きいため、所要部分が速やかに除去されて、図2に示す凹凸形状のシリコンカーバイド半導体基板が得られる。
【0016】
この実施の形態1では、シリコンカーバイドからなる半導体基板の製造では、エッチングを行う所要用部分にイオンの注入を行なった後、塩化水素を添加した水素雰囲気における加熱処理(熱エッチング)を行なっているが、水素雰囲気だけで行なってもよいし、或いは又、反応性イオンエッチングで行なってもよい。
【0017】
シリコンカーバイドにイオンが注入されると、注入された部分のシリコンカーバイドの原子間結合の一部が切れて原子間の結合力が弱くなる。このため、予めエッチングで除去したい領域及び深さの所要部分にイオンを注入し、しかる後に、熱エッチングや反応性イオンエッチングを施している。
この方法によれば、イオン注入を行わなかった場合に比較してエッチング速度を著しく増加させることができる。
【0018】
所要部分2に注入するイオンとしては、シリコンイオン、炭素イオン、フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、水素イオン等が最適であり、少なくとも何れか一つ用いれば足りる。
【0019】
しかし、シリコンイオン或いは炭素イオンの何れか、又はシリコンイオンと同時に炭素イオンを注入すれば、エッチングにおけるシリコンカーバイドからのシリコンと炭素との除去速度の違いに起因する、シリコンカーバイド表面付近におけるシリコン原子数と炭素原子数の化学量論比からのずれを補償することが可能であり、結晶品質の良いエッチング表面、即ち、極めて良好で理想的な平滑面を得ることができる。
【0020】
又、フッ素イオン、塩素イオン、ヨウ素イオン、又は水素イオンの何れかを注入すれば、これらの元素とシリコン及び炭素は揮発性の高い化合物を形成するため、反応性イオンエッチング或いは水素雰囲気或いは塩化水素を添加した水素雰囲気における熱エッチングの速度を大幅に増加させることができる。
【0021】
又、イオン注入を行った領域と行っていない領域とではエッチング速度が大幅に異なるため、通常のドライエッチングにおいて用いられるアルミニウム等の金属エッチングマスクを使用せずに、シリコンカーバイドに様々な凹凸形状を形成することが可能となる。
しかも、この場合、エッチングマスクの金属がスパッタされ再付着することによるエッチング表面の荒れや汚染をも防止することができる。
【0022】
実施の形態2.
図3は注入するイオンの深さを領域により変えてフッ素イオンを注入したシリコンカ一バイド半導体基板1である。図中の符号2は注入するイオンの深さを領域により変えてフッ素イオンを注入した部分である。
図4は図3に示したイオンの注入深さを領域により変えてフッ素イオンを注入したシリコンカーバイド半導体基板1に対してエッチングを行った後のシリコンカーバイド基板1である。
【0023】
図3に示した注入するイオンの深さを領域により変えてフッ素イオンを注入したシリコンカーバイド半導体基板1に対し、水素雰囲気或いは塩化水素を添加した水素雰囲気中での熱エッチング、或いは反応性イオンエッチングを施すと、イオン注入を行った深さに応じたエッチング形状が得られ、図4に示した凹凸形状をもつシリコンカーバイド半導体基板1が得られる。
【0024】
実施の形態3.
図5は上記実施の形態で説明した何れかの方法で製造された凹凸形状をもつシリコンカーバイド半導体基板1の表面にシリコンカーバイド層3をエピタキシャル成長させたものの断面図である。
図中の符号3はシリコンカーバイド半導体基板1の表面にエピタキシャル成長させたシリコンカーバイド層である。
【0025】
上記実施の形態で説明した何れかの方法で製造されたシリコンカーバイド半導体基板1の表面は金属のエッチングマスクを用いていないため平坦性が良好であり、その上にエピタキシャル成長させたシリコンカーバイド層3は結晶品質の良好なものとなる。
このようにして形成されたシリコンカーバイド半導体のエピタキシャル層は、例えばトレンチ型MOSFETのチャネルとして活用することができる。
【0026】
【発明の効果】
請求項1乃至請求項8の各発明によれば、シリコンカーバイド半導体基板のエッチング速度を著しく増加させることができ、生産性の向上に大きく寄与することができる。
又、イオンの注入を行った部分とイオンの注入を行っていない部分とのエッチング速度の大きな違いを利用して、金属マスクを用いずにシリコンカーバイド半導体基板を部分的に、しかも効率良くエッチングすることができる。
又、金属マスクを用いなくてエッチングができるので、平滑な仕上がり表面を得ることができる。
【0028】
請求項8の発明によれば、表面に結晶品質の良好なシリコンカーバイド層を備えた高品質の半導体基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 イオンが注入された状態を示す半導体基板の部分概念図である。
【図2】 エッチング後の半導体基板の部分を示す斜視図である。
【図3】 イオンが注入された別の状態を示す半導体基板の部分概念図である。
【図4】 エッチング後の別の半導体基板の部分を示す斜視図である。
【図5】 凹凸形状をもつ半導体基板の表面にシリコンカーバイド層を形成した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板、2 所要部分、3 シリコンカーバイド層。
Claims (8)
- シリコンカーバイド半導体基板をエッチング加工する半導体基板の製造方法において、
エッチングにより除去されるシリコンカーバイドの所要部分に予めイオンを注入しておき、水素雰囲気における加熱処理にてイオンが注入された所要部分を除去することを特徴とする半導体基板の製造方法。 - シリコンカーバイド半導体基板をエッチング加工する半導体基板の製造方法において、
エッチングにより除去されるシリコンカーバイドの所要部分に予めシリコンイオン及び炭素イオンの少なくとも一方を注入しておき、反応性イオンエッチングにてイオンが注入された所要部分を除去することを特徴とする半導体基板の製造方法。 - シリコンカーバイド半導体基板をエッチング加工する半導体基板の製造方法において、
エッチングにより除去されるシリコンカーバイドの所要部分に予めイオンを注入しておき、水素雰囲気における加熱処理にて、イオンが注入された所要部分と注入されなかった部分とのエッチング速度の違いによりシリコンカーバイドに凹凸形状を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。 - シリコンカーバイド半導体基板をエッチング加工する半導体基板の製造方法において、
エッチングにより除去されるシリコンカーバイドの所要部分に予めシリコンイオン及び炭素イオンの少なくとも一方を注入しておき、反応性イオンエッチングにて、イオンが注入された所要部分と注入されなかった部分とのエッチング速度の違いによりシリコンカーバイドに凹凸形状を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。 - シリコンカーバイド半導体基板をエッチング加工する半導体基板の製造方法において、
水素雰囲気は塩化水素を添加した水素雰囲気であることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の半導体基板の製造方法。 - 注入されるイオンは、シリコンイオン、炭素イオン、フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、又は水素イオンのうち少なくとも何れか一つであることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の半導体基板の製造方法。
- 注入されるイオンは、シリコンイオン及び炭素イオンの少なくとも一方であることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の半導体基板の製造方法。
- 請求項1乃至請求項7の何れかに記載の方法により製造されたシリコンカーバイド半導体基板の表面に、エピタキシャル成長させたシリコンカーバイド層を形成したことを特徴とする半導体基板の製造方法。
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