(57)【要約】      （修正有）【課題】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の判別方法の提供。【解決手段】ＳｉＣ半導体基板１０（基板）上に窒素化合物層１２−２６を形成する。そして、窒素化合物層１６−２６をエッチングする。ここで、窒素化合物層１２−２６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１６，２０，２４を有する。また、窒素化合物層１６−２６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る。【選択図】図３
2011040469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
前記複数のマーカー層は、前記所望のエッチング量に対応する位置の第１マーカー層と、前記第１マーカー層の１つ上に位置する第２マーカー層とを有し、
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。
【請求項３】
前記第３マーカー層の窒素同位体Ｎ１５の含有量は、前記複数のマーカー層の窒素同位体Ｎ１５の含有量とは異なることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１８２９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】ドライエッチングの様子を示す図である。
【図５】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。
【図６】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】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。
【図９】実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【符号の説明】
【００２８】
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）
【図１】
2011040469.tif 000003
【図２】
2011040469.tif 000004
【図３】
2011040469.tif 000005
【図４】
2011040469.tif 000006
【図５】
2011040469.tif 000007
【図６】
2011040469.tif 000008
【図７】
2011040469.tif 000009
【図８】
2011040469.tif 000010
【図９】
2011040469.tif 000011
【図１０】
2011040469.tif 000012