(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、ＳｉＣ基板を高速に加工する方法を提供することである。【解決手段】  本発明によるＳｉＣ基板１０のエッチング方法は、ＳｉＣ基板１０に、該基板の表面の一部を露出させ一部を被覆するマスク層１４を形成するマスク工程と、露出した基板表面を含むエッチング領域１６の組成を、炭化珪素ＳｉＣからグラファイトＣに変化させる変質工程と、変質したエッチング領域１６を除去する除去工程とを有する。【選択図】  図１
2006021986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素より成る材料に、該材料の表面の一部を露出させ一部を被覆するマスク層を形成するマスク工程と、
露出した材料表面を含むエッチング領域の組成が、炭化珪素から炭素に変化するように熱処理を行う熱処理工程と、
エッチング領域を除去する除去工程と
を有することを特徴とする炭化珪素材料を加工する方法。
【請求項２】
前記マスク工程が、
前記材料に、所定形状にパターニングされたレジスト層を形成する工程と、
前記材料全面に前記マスク層を成膜する工程と、
リフトオフプロセスで前記レジスト層上のマスク層を除去する工程と
を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
炭素を含むマスク層で炭化珪素材料を部分的に露出させ、露出面を含む領域の組成が、炭化珪素から炭素に変化するように熱処理を行う
ことを特徴とする炭化珪素材料を加工する方法。
【請求項４】
前記炭化珪素材料に、炭素のマスク層が形成される
ことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記炭化珪素材料に、炭素のマスク層が形成され、前記マスク層がパターニングされる
ことを特徴とする請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に半導体装置の製造方法に関連し、特に炭化珪素（ＳｉＣ）材料のエッチング方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術分野では、従来のシリコン基板に代わる炭化珪素より成る基板（以下、「ＳｉＣ基板」という。）を利用するデバイスの研究開発が進められている。ＳｉＣ基板は、例えば、ガリウムナイトライド系の半導体装置のような化合物半導体装置の基板に使用される。ＳｉＣ基板を加工する際に、Ｓｉ基板の加工に使用されていた技術を利用することが間々ある。例えば、ＳｉＣ基板をエッチングする場合に、反応性エッチングや、イオンミリングのような加工技術が使用されてもよい。エッチングガスの混合比を変えることで、レジストとＳｉＣの選択比を調整し、エッチングを行なう技術については、例えば、特許文献１，２，３に記載されている。
【特許文献１】特開平６−２４４１４９号公報
【特許文献２】特開平７−１９３０４４号公報
【特許文献３】特開平１１−７２６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のドライエッチング法では、ＳｉＣ基板をエッチングするのに長時間を要するという問題がある。例えば、ＳｉＣ基板を１００μｍの深さまでエッチングする場合に、１００時間以上を必要とする場合もある。
【０００４】
一方、水酸化カリウム（ＫＯＨ）のような溶液を用いる電気化学的ウエットエッチング法を利用すると、１００μｍ程度の深さにエッチングする時間を５０時間程度に短縮することが可能である。しかし、電気化学的ウエットエッチング法は、紫外線（ＵＶ）を照射し、ウエハにバイアスを印加することを要するので、ウエハの大型化や量産化（高スループット）の観点からは望ましい方法ではない。
【０００５】
更に、ＳｉＣ基板のエッチングされる領域を規定するレジスト（感光性のフォトレジスト）は、エッチングされる深さと同程度に厚く形成される必要がある。レジストが薄いと、エッチングが所望の深さに達する前にレジストがなくなってしまうことが懸念される。しかしながら、レジストを厚く形成することは、微細加工の観点からは望ましくない。例えば、１００ｎｍの幅で１００μｍの深さのコンタクトビア（貫通孔）をＳｉＣ基板に形成しようとすると、１００μｍの膜厚のレジストを１００ｎｍの隙間を隔てて形成することになるが、レジストをそのように高精度に形成することは容易ではない。
【０００６】
本発明は、上記の問題点の少なくとも１つに対処しようとするものであり、その課題は、炭化珪素材料の高速エッチングを可能にする加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、
炭化珪素より成る材料に、該材料の表面の一部を露出させ一部を被覆するマスク層を形成するマスク工程と、
露出した材料表面を含むエッチング領域の組成が、炭化珪素から炭素に変化するように熱処理を行う熱処理工程と、
エッチング領域を除去する除去工程と
を有することを特徴とする炭化珪素材料を加工する方法
が、使用される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、炭化珪素材料を高速に加工できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の一態様による炭化珪素材料の加工方法は、マスク層でＳｉＣ材料を部分的に露出させ、露出面を含むエッチング領域の組成が、炭化珪素（ＳｉＣ）から炭素（Ｃ）に変化するように熱処理を行い、そのエッチング領域を除去する。組成の変化したエッチング領域は、容易に除去できるので、ＳｉＣ基板の加工を速やかに行うことができる。
【００１０】
本発明の一態様によれば、前記マスク工程が、ＳｉＣ材料に、所定形状にパターニングされたレジスト層を形成する工程と、ＳｉＣ材料全面にマスク層を成膜する工程と、リフトオフプロセスでレジスト層上のマスク層を除去する工程とを有する。これにより、ＳｉＣ基板に与える損傷を少なくしつつ適切にマスク層をパターニングすることができる。
【００１１】
本発明の一態様によれば、マスク層は、前記エッチング領域の深さよりも薄く形成される。マスク層は、ＮｂＣ，ＶＣ及びＭｏの１以上から構成されてもよい。これにより、マスク層及びエッチング領域のパターニング精度を向上させることができる。マスク層は、例えば真空蒸着法やスパッタリング法で形成されてもよい。
【００１２】
本発明の一態様によれば、ＳｉＣ材料からＳｉを気化させる熱処理は、一酸化炭素を含む雰囲気で行なわれる。これにより、気化を促進することができる。
【００１３】
本発明の一態様によれば、変質したエッチング領域は、酸素プラズマを用いる手法等により除去される。エッチング領域の組成はカーボンに変化しているので、酸で速やかに除去できる。
【００１４】
本発明の一態様によるＳｉＣ材料の加工方法は、炭素を含むマスク層で炭化珪素材料を部分的に露出させ、露出面を含む領域の組成が、炭化珪素から炭素に変化するように熱処理を行う。耐熱性に優れたマスク層をＳｉＣ材料に設けることで、長時間の熱処理が可能になり、例えば長尺のＣＮＴをＳｉＣ材料に形成することができる。
【００１５】
本発明の一態様によれば、炭化珪素材料に、炭素のマスク層が形成される。炭素のマスク層は、優れた耐熱性に加えて、ＳｉＣ材料との良好な接合性及び加工の容易性を有する。従ってマスク層は高精度にパターニングすることができ、そのマスク層は熱処理中ＳｉＣ材料と良好に結合しているので、Ｓｉの気化された領域４７を高精度に規定できる。Ｓｉの気化した領域は、以後容易に加工できる。このため、ＳｉＣ材料の加工時間を短縮し且つ加工精度を向上させることができる。
【００１６】
本発明の一態様によれば、炭化珪素材料に、炭素のマスク層が形成され、前記マスク層がパターニングされる。或いは、炭化珪素材料に、パターニング済みの炭素のマスク層が、炭化珪素材料に接合される。
【００１７】
本発明の一態様によれば、マスク層はグラファイトでもよいし、アモルファスでもよい。グラファイトの場合は、耐熱性、接合性及び加工の容易性等の優れた特性を有するマスク層が得られるが、それはアモルファスでも代用できる。ＳｉＣ材料のＳｉを気化させる高温の熱処理中に、ＳｉＣ材料とアモルファスカーボンのマスク層との界面から、アモルファスカーボンのグラファイト結晶化が進行する。従って、そのマスク層は、高温加熱時間が長くなるにつれて、徐々にグラファイト化し、ＳｉＣ基板との密着性及び気密性が向上し、安定したマスク層としての機能を発揮できる。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の一実施例によるエッチング方法における様々な段階を示す。図１（Ａ）に示される工程では、先ず、ＳｉＣ基板１０の全面に感光性のレジスト１２が塗布される。レジスト１２に対して、所定のパターンを有するマスクを用いて露光及び現像の工程が行なわれ、不要なレジストが除去される。
【００１９】
図１（Ｂ）に示される工程では、全面にニオブカーバイト（ＮｂＣ）より成るマスク層１４が例えば０．５μｍの膜厚で成膜される。マスク層１４の成膜は、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等により行なわれることが可能である。膜質の高品質化や成膜中の粒子エネルギの制御性等の観点からは、スパッタリング法で成膜されることが望ましい。マスク層１４の材料には、ニオブカーバイト（ＮｂＣ）、バナジウムカーバイト（ＶＣ）、モリブデン（Ｍｏ）等が利用されてもよい。マスク層の材料は、後述の高温プロセスでも安定した組成を維持することや、マスク層のパターニングの容易性等の観点から適宜選択される。
【００２０】
図１（Ｃ）に示される工程では、レジスト１２が例えばアセトンで除去され、リフトオフプロセスで不要なマスク層１４が除去される。これにより、ＳｉＣ基板１０の表面の一部１５が露出する。
【００２１】
図１（Ｄ）に示される工程では、ＳｉＣ基板が、所定の条件の下に加熱される。所定の条件には、反応炉内の温度が摂氏１９００度であること、３０時間加熱すること、一酸化炭素（ＣＯ）を含む雰囲気で加熱されること等が含まれる。この加熱により、エッチングされるべき領域１６の組成が、ＳｉＣからＣ（グラファイト又はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ））に変質する。即ち、ＳｉＣ基板中のシリコン（Ｓｉ）が気化され、エッチング領域１６がグラファイト又はＣＮＴになる。加熱している間では、変質した領域と変質していない領域との界面が、ＳｉＣ基板１０の露出した表面１５から、ＳｉＣ基板１０の深さ方向に徐々に進行して行く。これにより、例えば、表面１５から１００μｍの深さに至るエッチング領域１６の組成がグラファイト又はＣＮＴになる。
【００２２】
図２は、ＳｉＣ基板にＣＮＴを成長させた様子を示す顕微鏡画像（ＴＥＭ画像）を示す。図２（ａ）の部分拡大図が図２（ｂ）に示されている。図３は、ＴＥＭ画像で示される内容を模式的に示す図である。図２（ｂ）に示されているように、６０ｎｍ程度の長さのＣＮＴがＳｉＣ基板底面に対して垂直に構成されている。ＳｉＣを高温で加熱することで、ＣＮＴを形成できることが分かる。
【００２３】
図１（Ｅ）に示される工程では、例えば硝酸やフッ酸のような酸を利用して、変質したエッチング領域１６を除去する。これにより、ＳｉＣ基板１０に所望のエッチング加工された形状が形成される。図１（Ｄ）の工程で形成されるグラファイトは、短時間で作成されるので、その結晶構造には欠陥が多い。従って、酸と反応させるような簡易な手法でグラファイトを速やかに除去することが可能である。グラファイトの除去方法は、酸を用いることに限られず、グラファイトを酸化させる適切ないかなる方法が利用されてもよい。例えば、オゾンプラズマや酸素プラズマにグラファイトの部分を晒して燃焼させてもよいし、酸素雰囲気中で燃焼させてもよい。
【００２４】
本実施例によれば、３０時間程度で１００μｍの深さまで高速にエッチングすることが可能になる。尚、エッチング中の加熱の温度及び時間については、Ｓｉを気化させるのに充分なエネルギ（加熱の温度と時間に依存する）を与える観点から適切に調整することが可能である。
【００２５】
本実施例によれば、マスク層１４は、エッチング領域１６の深さ１００μｍよりも極めて薄く（０．５μｍ）成膜される。この点、エッチング領域の深さ程度にレジストを形成しなければならなかった従来方法と大きく異なる。本エッチング方法は微細加工に適している。
【００２６】
従来のエッチング方法では、反応炉内の温度を均一化することに加えて、エッチングガスの混合比を均一化すること、プラズマ密度を均一化すること等の条件に配慮することを要する。従って、ウエハを大型化したり反応炉を大型化すると、それら総ての条件を充足するようにプロセスパラメータを調整する必要がある。本実施例によれば、反応炉等を大型化しても、主に加熱温度の均一化に配慮すればよいので、本エッチング方法は、量産に適している。
【００２７】
プラズマ等で機械的にエッチングされた界面の結晶性は一般に悪く、エッチング後に熱処理のような後処理を要する。本実施例によれば、変質前後の界面は、ＳｉＣの熱分解と共に進行するので、表面１７の結晶性の乱れは少ない。
【実施例２】
【００２８】
実施例１によれば、何らかのマスク層でＳｉＣ基板表面を部分的に露出させ、高温の熱処理を施すことで、ＳｉＣ基板の一部をグラファイト又はＣＮＴに変化させ、ＳｉＣ基板の加工を容易にすることができる。マスク層の材料としては、様々な候補がある。しかしながら、シリコン系化合物（アモルファス二酸化珪素（ａ−ＳｉＯ２）、窒化珪素（ＳｉＮ）等）は、高温の真空雰囲気又は微量の酸化性ガス雰囲気では分解しやすく、長時間の高温熱処理に有利ではない。このため、ＣＮＴが充分に長く成長する前にマスク層が分解してしまうことが懸念される。炭化物は、シリコン系化合物よりは分解又は蒸発しにくいので、それをマスク層に使用してもよいかもしれない。しかしながら、マスク層の材料選択に際しては、耐熱性に加えて、ＳｉＣ基板との接合性にも配慮を要し、更には加工の容易性にも配慮を要する。
【００２９】
図４は、本発明の一実施例によるＳｉＣ基板の加工方法を示す。図４（Ａ）に示される工程では、単結晶の炭化水素（ＳｉＣ）より成る材料基板（ＳｉＣ基板）４１が準備される。
【００３０】
図４（Ｂ）に示される工程では、ＳｉＣ基板４１のカーボン面（カーボンリッチな面）に、カーボン（Ｃ）のマスク層４３が成膜される。マスク層４３は適切ないかなる方法で成膜されてもよい。マスク層４３は、例えばスパッタリング法や真空蒸着法のように物理的に堆積されてもよいし、カーボン板がＳｉＣ基板４１に接合されてもよい。膜厚は用途に応じて適宜決定されるが、一例として数百ナノメートル程度に成膜されてもよい。カーボンは、アモルファスでもよいし、グラファイトでもよい。
【００３１】
図４（Ｃ）に示される工程では、マスク層４３の全面にレジスト層４５が塗布され、適切なパターンが転写される。レジスト層４５は、感光性のフォトレジストでもよいし、電子線用のレジストでもよい。パターンが転写された後に、レジスト層４５が現像され、レジスト層４５の一部が除去され、マスク層４３の一部が露出する。
【００３２】
図４（Ｄ）に示される工程では、露出したカーボンのマスク層４３が除去される。適切ないかなるエッチング法でマスク層４３が除去されてもよいが、一例として、アルゴンイオンでエッチングするアルゴンミリング法が使用されてもよい。ＳｉＮや炭化物（ＶＣ等）とは異なり、カーボン（Ｃ）のマスク層４３は柔軟であるので、そこに容易にパターンを規定することができるし、レジスト層４５も薄くて済む。
【００３３】
図４（Ｅ）に示されるように、エッチングが完了すると、ＳｉＣ基板の一部が、所定のパターンに対応する形状で露出する。
【００３４】
なお、図４（Ｂ）乃至（Ｅ）に示される工程の代わりに、図１（Ａ）乃至（Ｃ）に示されるリフトオフプロセスを用いることで、適切にパターニングされたマスク層４３が、ＳｉＣ基板４１に成膜されてもよい。
【００３５】
図４（Ｆ）に示される工程では、高温の熱処理が施され、ＳｉＣ基板４１の露出面を含む領域４７の組成を変質させる。例えば、真空雰囲気で１５００℃程度の温度で熱処理が行われる。これにより、領域４７内のシリコン（Ｓｉ）が気化され（除去され）、領域４７の組成はＳｉＣからＣ（グラファイト又はＣＮＴ）に変わる。加熱している間では、組成が変質した部分と変質していない部分との界面が、ＳｉＣ基板４１の露出表面から深さ方向に徐々に進行して行く。カーボンのマスク層４３は、このような高温真空雰囲気中でも（２０００℃以上の高温でさえも）安定に存在することができ、優れた耐熱性を有する。また、カーボンのマスク層４３はＳｉＣ基板４１と優れた密着性（整合性）も有する。従って、たとえ長時間の熱処理が行われたとしても、マスク層４３は、その機能を充分に発揮することができ、例えば丈の長いＣＮＴを領域４７に成長させることもできる。マスク層４３は高精度にパターニングすることができ、そのマスク層４３は熱処理中ＳｉＣ基板に良好に結合しているので、Ｓｉの気化される領域４７を高精度に規定できる。Ｓｉの気化した領域４７は、容易に加工できる。
【００３６】
以後、製品用途に応じて、カーボンのマスク層４３及び／又はＣＮＴの領域４７が除去されてもよい。ＣＮＴの領域４７を除去する場合は、図１（Ｅ）で説明されたように、例えば硝酸やフッ酸が用いられてもよいし、オゾンプラズマや酸素プラズマを用いられてもよい。カーボンのマスク層４３は適切ないかなる手法で除去されてもよい。例えば酸素プラズマを用いてカーボンと酸素を反応させて、それが除去されてもよいし、物理的な研磨により除去されてもよい。
【００３７】
図５は、シリコン基板に３００ｎｍの膜厚のカーボン層を成膜し、適切な形状にパターニングされた後の様子を示す走査電子顕微鏡画像（ＳＥＭ画像）である。図６は、ＳＥＭ画像で示される内容を模式的に示す図である。図示されているように、カーボン層を適切なパターンに正確に規定できることが分かる。
【００３８】
以下、本発明により教示される手段を例示的に列挙する。
【００３９】
（付記１）
炭化珪素より成る材料に、該材料の表面の一部を露出させ一部を被覆するマスク層を形成するマスク工程と、
露出した材料表面を含むエッチング領域の組成が、炭化珪素から炭素に変化するように熱処理を行う熱処理工程と、
エッチング領域を除去する除去工程と
を有することを特徴とする炭化珪素材料を加工する方法。
【００４０】
（付記２）
前記マスク工程が、
前記材料に、所定形状にパターニングされたレジスト層を形成する工程と、
前記材料全面に前記マスク層を成膜する工程と、
リフトオフプロセスで前記レジスト層上のマスク層を除去する工程と
を有することを特徴とする付記１記載の方法。
【００４１】
（付記３）
前記マスク層は、前記エッチング領域の深さよりも薄く形成される
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００４２】
（付記４）
前記マスク層が、ＮｂＣ，ＶＣ，ＳｉＮ又はＭｏより成る
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００４３】
（付記５）
前記マスク層が、スパッタリングで形成される
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００４４】
（付記６）
前記熱処理工程が、炭化珪素を熱分解することで行なわれる
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００４５】
（付記７）
前記熱処理工程が、一酸化炭素を含む雰囲気で行なわれる
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００４６】
（付記８）
前記除去工程で、エッチング領域が酸で除去される
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００４７】
（付記９）
炭素を含むマスク層で炭化珪素材料を部分的に露出させ、露出面を含む領域の組成が、炭化珪素から炭素に変化するように熱処理を行う
ことを特徴とする炭化珪素材料を加工する方法。
【００４８】
（付記１０）
前記炭化珪素材料に、炭素のマスク層が形成される
ことを特徴とする付記９記載の方法。
【００４９】
（付記１１）
前記炭化珪素材料に、炭素のマスク層が形成され、前記マスク層がパターニングされる
ことを特徴とする付記１０記載の方法。
【００５０】
（付記１２）
前記炭化珪素材料に、パターニング済みの炭素のマスク層が、前記炭化珪素材料に接合される
ことを特徴とする付記１０記載の方法。
【００５１】
（付記１３）
前記マスク層が、グラファイト又はアモルファスカーボンより成る
ことを特徴とする付記１０記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施例によるＳｉＣ基板の加工方法を示す図である。
【図２】ＳｉＣ基板に成長したＣＮＴを示すＴＥＭ画像である。
【図３】図２のＴＥＭ画像を模式的に示す図である。
【図４】本発明の一実施例によるＳｉＣ基板の加工方法を示す図である。
【図５】Ｓｉ基板上のカーボンマスクをパターニングした後の様子を示すＳＥＭ画像である。
【図６】図５のＳＥＭ画像を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  ＳｉＣ基板
１２  レジスト
１４  マスク層
１５  露出面
１６  エッチング領域
１７  エッチング面
４１  ＳｉＣ基板
４３  マスク層
４５  レジスト
４７  Ｓｉの気化される領域
【図１】
2006021986.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図２】
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【図５】
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