(57)【要約】【課題】  エッチング後の半導体ウェハの表面粗さを制御することができる技術を提供する。【解決手段】  エッチング装置は、半導体ウェハを光電気化学エッチングによりエッチングする。エッチング装置は、貯留槽と、支持具と、光源と、電極と、電源を有している。貯留槽は、エッチング液を貯留する。支持具は、半導体ウェハの第１表面がエッチング液に浸漬された状態で半導体ウェハを支持する。光源は、支持具に支持された半導体ウェハの第１表面に光を照射する。電極は、貯留槽内に配置されている。電源は、支持具に支持された半導体ウェハと電極の間に、第１の電流値と第１の電流値よりも大きい第２の電流値との間で変化する電流を流す。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハを光電気化学エッチングによりエッチングするエッチング装置であって、
エッチング液を貯留する貯留槽と、
前記半導体ウェハの第１表面が前記エッチング液に浸漬された状態で前記半導体ウェハを支持する支持具と、
前記支持具に支持された前記半導体ウェハの前記第１表面に光を照射する光源と、
前記貯留槽内に配置されている電極と、
前記支持具に支持された前記半導体ウェハと前記電極の間に、第１の電流値と前記第１の電流値よりも大きい第２の電流値との間で変化する電流を流す電源、
を有する、エッチング装置。
【請求項２】
前記電源は、前記半導体ウェハと前記電極の間に、前記第１の電流値と前記第２の電流値との間で周期的に変化する電流を流す、請求項１に記載のエッチング装置。
【請求項３】
前記電源は、前記半導体ウェハと前記電極の間にパルス電流を流す、請求項２に記載のエッチング装置。
【請求項４】
前記第１の電流値がゼロよりも大きい、請求項２に記載のエッチング装置。
【請求項５】
前記第２の電流値がゼロよりも大きく、前記第１の電流値がゼロよりも小さい、請求項２に記載のエッチング装置。
【請求項６】
前記半導体ウェハは、炭化珪素により構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のエッチング装置。
【請求項７】
前記第１表面は、Ｃ面である、請求項６に記載のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、エッチング装置に関する。特に、本明細書に開示の技術は、半導体ウェハを光電気化学エッチングするエッチング装置に関する。
【０００２】
特許文献１には、半導体ウェハを光電気化学エッチングによりエッチングするエッチング装置が開示されている。このエッチング装置は、エッチング液を貯留する貯留槽と、半導体ウェハがエッチング液に浸漬された状態で半導体ウェハを載置する載置台と、載置台に載置された半導体ウェハの表面に光を照射する光源と、貯留槽内に配置された電極と、載置された半導体ウェハと電極の間に電流を流す電源を有している。
【０００３】
半導体ウェハをエッチングする際には、半導体ウェハと電極の間に電流を流した状態で、半導体ウェハに光を照射する。すると、半導体ウェハの価電子帯の電子が励起されて、バンドギャップを超えて伝導帯に移動する。励起された電子は、半導体ウェハから電源を介して電極へ向かって移動する。光が照射された範囲の半導体ウェハの表面には、電子が移動することに起因してホールが生成される。生成されたホールが、エッチング液と反応することによって、半導体ウェハの表面が酸化される。そして、半導体ウェハの酸化された部分が、エッチング液に溶解する。このように、光が照射された範囲の半導体ウェハが酸化と溶解を繰り返すことにより、半導体ウェハをエッチングすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２１２２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のエッチング装置では、半導体ウェハの表面をエッチングすることが可能であるものの、エッチングされた半導体ウェハの表面粗さを制御することが難しい。本明細書では、エッチング後の半導体ウェハの表面粗さを制御することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示するエッチング装置は、半導体ウェハを光電気化学エッチングによりエッチングする。前記エッチング装置は、貯留槽と、支持具と、光源と、電極と、電源を有している。前記貯留槽は、エッチング液を貯留する。前記支持具は、前記半導体ウェハの第１表面が前記エッチング液に浸漬された状態で前記半導体ウェハを支持する。前記光源は、前記支持具に支持された前記半導体ウェハの前記第１表面に光を照射する。前記電極は、前記貯留槽内に配置されている。前記電源は、前記支持具に支持された前記半導体ウェハと前記電極の間に、第１の電流値と前記第１の電流値よりも大きい第２の電流値との間で変化する電流を流す。
【０００７】
上記のエッチング装置では、電源が、第１の電流値と第２の電流値の間で電流値を変化させながら、半導体ウェハと電極の間に電流を流す。このように電流値を変化させると、電流値が一定の場合と比べて、エッチング後の表面粗さが変化する。電流値の波形によって、エッチング後の表面粗さを低くしたり高くしたりすることができる。このように、上記のエッチング装置では、エッチング後の半導体ウェハの表面粗さを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１のエッチング装置１０の模式図。
【図２】実施例１の電源２２が半導体ウェハ１２に流す電流の波形を示す図。
【図３】実施例１のエッチング装置１０によりエッチングされた半導体ウェハ１２の第１表面１２ａ近傍の断面図。
【図４】実施例２の電源２２が半導体ウェハ１２に流す電流の波形を示す図。
【図５】実施例２のエッチング装置によりエッチングされた半導体ウェハ１２の第１表面１２ａ近傍の断面図。
【図６】実施例３の電源２２が半導体ウェハ１２に流す電流の波形を示す図。
【図７】実施例３のエッチング装置によりエッチングされた半導体ウェハ１２の第１表面１２ａ近傍の断面図。
【図８】比較例のエッチング装置によりエッチングされた半導体ウェハ１２の第１表面１２ａ近傍の断面図。
【図９】比較例の電源が半導体ウェハ１２に流す電流の波形を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施例１）
図面を参照して、実施例１のエッチング装置１０について説明する。本実施例のエッチング装置１０は、光電気化学エッチングに用いるエッチング装置である。図１に示すように、エッチング装置１０は、貯留槽１４、支持具１６、光源１８、第１電極２０、第２電極２１及び電源２２を有する。貯留槽１４は、エッチング液３０を貯留する。エッチング液３０は、例えば、フッ酸、硝酸及び界面活性剤の混合水溶液である。当該混合水溶液は、例えば、アルコール等の溶媒をさらに含んでもよい。
【００１０】
支持具１６は、半導体ウェハ１２を支持する器具である。半導体ウェハ１２は、円板形状を有しており、第１表面１２ａと第２表面１２ｂを有する。本実施例では、半導体ウェハ１２は、炭化珪素（ＳｉＣ）により構成されている。但し、半導体ウェハ１２の材料はこれに限られず、例えば、シリコン（Ｓｉ）等の他の半導体材料により構成されてもよい。本実施例のエッチング装置１０では、支持具１６は、貯留槽１４の一側面に設けられている。支持具１６は、半導体ウェハ１２の外周縁を保持することで、半導体ウェハ１２を支持する。支持具１６は、半導体ウェハ１２の第１表面１２ａがエッチング液３０に浸漬された状態で半導体ウェハ１２を支持する。エッチング装置１０は、半導体ウェハ１２の第１表面１２ａに対して、光電気化学エッチングを実施する。本実施例では、半導体ウェハ１２の第１表面１２ａがＣ面であり、半導体ウェハ１２の第２表面１２ｂがＳｉ面である。
【００１１】
光源１８は、貯留槽１４の側方に設けられている。また、貯留槽１４の支持具１６に対向する側面には、サファイアガラス１５が設けられている。光源１８は、サファイアガラス１５を介して、支持具１６に支持された半導体ウェハ１２の第１表面１２ａに光を照射する。光源１８には、特に限定されないが、例えば、紫外光を発するものなどが用いられる。
【００１２】
第１電極２０は、貯留槽１４内に配置されている。第１電極２０は、エッチング液３０内に浸漬されている。第１電極２０は、支持具１６に支持された半導体ウェハ１２と光源１８を結ぶ範囲からずれた位置に設けられている。すなわち、光源１８から照射される光は、第１電極２０によって遮られることなく、支持具１６に支持された半導体ウェハ１２の第１表面１２ａに照射される。第１電極２０は、優れた導電性を有し、エッチング液３０に溶解し難い材料により構成されている。第１電極２０は、例えば、金や白金などの金属材料により構成されている。
【００１３】
第２電極２１は、支持具１６により支持された半導体ウェハ１２の第２表面１２ｂと接触することで、半導体ウェハ１２と電気的に接続される。
【００１４】
電源２２は、第１電極２０と第２電極２１の間に接続されている。電源２２は、第１電極２０と第２電極２１の間に電流を流すように構成されている。図１に示すように、電源２２の一方の端子は第２電極２１に接続されており、電源２２の他方の端子は第１電極２０に接続されている。上述したように、第２電極２１は、支持具１６に支持された半導体ウェハ１２と電気的に接続されている。したがって、電源２２が第１電極２０と第２電極２１の間に電流を流すと、支持具１６に支持された半導体ウェハ１２と第１電極２０との間に電流が流れる。詳細は後述するが、本実施例では、電源２２は、半導体ウェハ１２と第１電極２０との間に、２つの電流値の間で周期的に変化するパルス電流を流すことができる。また、電源２２は、直流電流を流すこともできる。なお、電源２２が流す電流値は、例えば、ガルバノスタット回路を用いることにより制御することができる。
【００１５】
次に、エッチング装置１０を用いた半導体ウェハ１２の光電気化学エッチングについて説明する。まず、エッチング装置１０に半導体ウェハ１２を設置する。すなわち、支持具１６により加工対象となる半導体ウェハ１２を支持させ、第２電極２１を半導体ウェハ１２の第２表面１２ｂに接触させる。次いで、貯留槽１４内にエッチング液３０を貯留する。これにより、半導体ウェハ１２の第１表面１２ａがエッチング液３０に接触する。そして、第１電極２０をエッチング液３０中に配置する。そして、光源１８が半導体ウェハ１２の第１表面１２ａに対向するように光源１８を配置する。
【００１６】
次に、電源２２をオンにして半導体ウェハ１２と第１電極２０の間に電流を流すとともに、光源１８を作動させて半導体ウェハ１２の第１表面１２ａに向かって光を照射する。本実施例では、図２に示すように、半導体ウェハ１２と第１電極２０の間に、０Ａと０．３Ａの間で周期的に変化するパルス電流を流すように電源２２が制御される。したがって、半導体ウェハ１２に電流が流れる期間と、半導体ウェハ１２に電流が流れない期間が繰り返し出現する。なお、電源２２が３．０Ａの電流を流したときに半導体ウェハ１２の単位面積当たりに流れる電流は、７８０ｍＡ／ｃｍ２である。また、本実施例では、電源２２が半導体ウェハ１２と第１電極２０の間に流すパルス電流の周期は０．０２ｓであり、そのデューティ比は０．５である。
【００１７】
半導体ウェハ１２の第１表面１２ａに光が照射されると、第１表面１２ａ近傍の半導体ウェハ１２の内部の電子が励起される。すると、半導体ウェハ１２と第１電極２０の間に流れる電流の影響によって、励起された電子が配線と電源２２を通って第１電極２０へ流れる。これにより、第１表面１２ａ近傍の半導体ウェハ１２の内部にホールが生成される。その後、当該ホールがエッチング液３０と反応し、ホールが半導体ウェハ１２からエッチング液３０中に拡散する。エッチング液３０中に拡散したホールは、エッチング液３０中を第１電極２０まで移動し、電子と結合する。ホールがエッチング液３０と反応すると、半導体ウェハ１２の第１表面１２ａに酸化膜（ＳｉＯ２）が形成される。そして、形成された酸化膜が、エッチング液３０に溶解する。以上のようにして、半導体ウェハ１２の第１表面１２ａがエッチングされる。なお、特に限定されるものではないが、本実施例では、１２０秒の間、光源１８から光を照射するとともに電源２２が上記のパルス電流を流すことによって、半導体ウェハ１２のエッチングが完了する。
【００１８】
図３は、上述した条件で半導体ウェハ１２をエッチングした後の第１表面１２ａ近傍の断面図である。また、図８は、比較例として、半導体ウェハ１２に流す電流のみが異なるエッチング装置を用いて半導体ウェハ１２をエッチングした後の第１表面１２ａ近傍の断面図である。詳細には、図９に示すように、比較例では、半導体ウェハ１２に一定の電流（０．３Ａ）を流す電源を用いてエッチングを行った。図２に示すパルス電流を流す場合にはエッチング後の半導体ウェハ１２の表面粗さＲａが２７．３ｎｍとなったのに対し、図９に示す直流電流を流す場合にはエッチング後の半導体ウェハ１２の表面粗さＲａが２４．３ｎｍとなった。このように、半導体ウェハ１２と第１電極２０の間に流す電流の波形を変化させることにより、エッチング後の半導体ウェハ１２の第１表面１２ａの表面粗さ（Ｒａ）が変化する結果となった。これは、以下に説明する機構によるものと想定される。
【００１９】
半導体ウェハ１２の光電気化学エッチングでは、光源１８から照射される光、及び、半導体ウェハ１２に流れる電流によって、半導体ウェハ１２の内部にホールが生成される。このとき、ホールが生成された領域で半導体ウェハ１２が酸化する。また、生成されたホールがエッチング液３０と反応する段階でも、半導体ウェハ１２が酸化する。これらの２つの酸化の態様を経ることによって半導体ウェハ１２の第１表面１２ａに酸化膜が形成される。本発明者らの検討の結果、ホールの生成による酸化は半導体ウェハ１２の厚み方向に沿って筋状に進行し、ホールとエッチング液３０の反応による酸化は前記筋状に酸化した領域から半導体ウェハ１２の第１表面１２ａに沿う方向（以下、面方向という。）に進行することが判明した。そして、面方向に進行する酸化反応により、半導体ウェハ１２の第１表面１２ａの略全域に酸化膜が形成されると、エッチング液３０の溶解力により酸化膜が剥離し、半導体ウェハ１２の第１表面１２ａがエッチングされると考えられる。本実施例のエッチング装置１０では、電源２２がパルス電流を流すため、半導体ウェハ１２の内部では、ホールの生成が断続的に進行する。このように、半導体ウェハ１２に流す電流値を変化させて、ホールの生成による半導体ウェハ１２の酸化の速度を制御することにより、エッチング後の半導体ウェハ１２の表面粗さを制御することができる。
【００２０】
（実施例２）
実施例２のエッチング装置では、電源２２が流す電流の波形が実施例１と異なる。その他の構成については、実施例１と同様である。実施例２では、図４に示すように、半導体ウェハ１２と第１電極２０の間に、０．１５Ａと０．３Ａの間で周期的に変化する電流を流すように電源２２が制御される。すなわち、本実施例では、エッチング中、半導体ウェハ１２には常に電流が流れているが、半導体ウェハ１２に流れる電流値が繰り返し変化する。本実施例では、電源２２が半導体ウェハ１２と第１電極２０の間に流す電流の周期は０．０２ｓである。
【００２１】
図５は、上述した条件で半導体ウェハ１２をエッチングした後の第１表面１２ａ近傍の断面図である。図５に示すように、実施例２の条件では、エッチング後の半導体ウェハ１２の表面粗さＲａが４．５ｎｍとなった。図５から分かるように、半導体ウェハ１２に流す電流値をゼロよりも大きい値で繰り返し変化させるように制御することにより、電流値が一定の場合（図８の比較例参照）と比べて、エッチング後の半導体ウェハ１２の第１表面１２ａの表面粗さを顕著に低減させることができる結果となった。なお、本実施例のエッチング装置を用いてエッチングされた半導体ウェハ１２は、表面粗さが非常に低い。このため、例えば、エッチング面上へのＳｉＣ等の半導体材料のエピタキシャル成長を実施する場合等に好適に用いることができる。
【００２２】
（実施例３）
実施例３のエッチング装置では、電源２２が流す電流の波形が実施例１と異なる。その他の構成については、実施例１と同様である。実施例３では、図６に示すように、半導体ウェハ１２と第１電極２０の間に、−０．０５Ａと０．３Ａの間で周期的に変化する電流を流すように電源２２が制御される。すなわち、本実施例では、エッチング中、半導体ウェハ１２に流れる電流の極性が繰り返し変化する。本実施例では、電源２２が半導体ウェハ１２と第１電極２０の間に流す電流の周期は０．０２ｓである。
【００２３】
図７は、上述した条件で半導体ウェハ１２をエッチングした後の第１表面１２ａ近傍の断面図である。図７に示すように、実施例３の条件では、エッチング後の半導体ウェハ１２の表面粗さＲａが４３．９ｎｍとなった。図７から分かるように、半導体ウェハ１２に流す電流値をゼロよりも大きい値とゼロよりも小さい値で繰り返し変化させるように制御することにより、電流値が一定の場合（図８の比較例参照）と比べて、エッチング後の半導体ウェハ１２の第１表面１２ａの表面粗さを顕著に増大させることができる結果となった。なお、本実施例のエッチング装置を用いてエッチングされた半導体ウェハ１２は、表面粗さが高いため、エッチング面上への金属膜の密着性が高い。したがって、エッチング後の半導体ウェハ１２は、例えば、エッチング面上への金属膜の成膜を実施する場合等に好適に用いることができる。
【００２４】
上述した各実施例では、電源２２が、２つの電流値の間で周期的に変化する電流を流すように構成されていた。しかしながら、電源２２は、２つの電流値の間で変化する電流を流すように構成されていればよい。すなわち、電源２２が流す電流は、周期的に変化しなくてもよい。
【００２５】
上述した実施例の構成要素と請求項の構成要素の関係について説明する。実施例の第１電極２０が、請求項の電極の一例である。
【００２６】
本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。
【００２７】
本明細書が開示する一例の構成では、電源は、半導体ウェハと電極の間に、第１の電流値と第２の電流値との間で周期的に変化する電流を流してもよい。
【００２８】
また、本明細書が開示する一例の構成では、電源は、半導体ウェハと電極の間にパルス電流を流してもよい。
【００２９】
本明細書が開示する一例の構成では、第１の電流値がゼロよりも大きくてもよい。
【００３０】
このような構成では、エッチング後の半導体ウェハの表面粗さを低減させることができる。
【００３１】
本明細書が開示する一例の構成では、第２の電流値がゼロよりも大きく、第１の電流値がゼロよりも小さくてもよい。
【００３２】
このような構成では、エッチング後の半導体ウェハの表面粗さを増大させることができる。
【００３３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３４】
１０：エッチング装置、１２：半導体ウェハ、１２ａ：第１表面、１２ｂ：第２表面、１４：貯留槽、１５：サファイアガラス、１６：支持具、１８：光源、２０：第１電極、２１：第２電極、２２：電源、３０：エッチング液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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