(57)【要約】【課題】加工歪みを発生させることなく薄板化することが可能な化合物半導体ウエハの加工方法の提供。【解決手段】半導体元素である第１原子およびこの第１原子と異なる元素である第２原子がイオン結合した化合物半導体からなるウエハ１１を加工する化合物半導体ウエハの加工方法であって、第１原子と反応するエッチングガスから生成した高密度プラズマによりウエハ１１の表面をエッチングし、このエッチング後のウエハ１１の表面の第２原子を含む残存粒子層１２を機械研磨により除去する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体元素である第１原子およびこの第１原子と異なる元素である第２原子がイオン結合した化合物半導体からなるウエハを加工する化合物半導体ウエハの加工方法であって、
前記第１原子と反応するエッチングガスから生成した高密度プラズマにより前記ウエハの表面をエッチングすること、
このエッチング後のウエハの表面の前記第２原子を含む残存粒子層を機械研磨により除去すること
を含む化合物半導体ウエハの加工方法。
【請求項２】
前記第１原子はＳｉであり、
前記第２原子はＣである
請求項１記載の化合物半導体ウエハの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ（シリコンカーバイト）やＧａＮ（ガリウムナイトライド）等の化合物半導体からなる化合物半導体ウエハの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体デバイスの材料として、Ｓｉ（シリコン）よりも電気を通しやすく、電力損失が発生しにくいＳｉＣやＧａＮといった化合物半導体が用いられるが、これらの化合物半導体は、ウエハ製造がＳｉに比べて難しいという問題がある。特に、ＳｉＣウエハは非常に硬く、通常機械研磨で３５０μｍ程度に加工された後、ＣＭＰ（化学機械研磨）を用いて表面の鏡面仕上げを行っている（例えば特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１１６５５３号公報（段落０００２〜０００３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、パワー半導体の薄板化が望まれており、ウエハを通常機械研磨によってさらに薄く研磨していくと、厚みが薄くなるにつれてウエハが徐々に反ってくるため、ウエハの中心部と端部とで厚みが変わってしまうことになる。このようにウエハの厚みが場所によって変わると、抵抗が変わり、場所によって特定が異なるウエハとなってしまう。
【０００５】
また、上記のように通常機械研磨後にＣＭＰを行った場合、化合物半導体の表面には通常機械研磨による加工層が含まれた状態である。すなわち、通常機械研磨では２０〜３０μｍの加工歪みが発生するが、この加工歪みはＣＭＰによって除去することができず、ＣＭＰ後の化合物半導体の表面にそのまま発生することになる。
【０００６】
そこで、本発明においては、加工歪みを発生させることなく薄板化することが可能な化合物半導体ウエハの加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の化合物半導体ウエハの加工方法は、半導体元素である第１原子およびこの第１原子と異なる元素である第２原子がイオン結合した化合物半導体からなるウエハを加工する化合物半導体ウエハの加工方法であって、第１原子と反応するエッチングガスから生成した高密度プラズマによりウエハの表面をエッチングすること、このエッチング後のウエハの表面の第２原子を含む残存粒子層を機械研磨により除去することを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の加工方法によれば、高密度プラズマによって発生するイオンとウエハの化合物半導体結晶中の第１原子（半導体元素）とが反応し、ウエハ表面の第１原子が排除されていく。この第１原子の排除によってウエハ表面には第２原子を含む残存粒子層が形成されるが、この残存粒子層は化合物半導体と比較して非常に脆いため、徐々に崩壊しながらウエハ表面のエッチングが進行していく。このエッチング後、ウエハ表面には残った第２原子を含む残存粒子層を機械研磨により除去することで、表面に化合物半導体面が復元された化合物半導体ウエハが得られる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の化合物半導体ウエハの加工方法は、高密度プラズマのエッチングによる表面反応であるため、従来の通常機械研磨による加工歪みを発生させることなく、化合物半導体の表面の平面度を保ったまま均一に削っていくことで薄板化が可能であり、最終的にウエハ表面に残った脆い残存処理層を機械研磨により除去するため、薄板化による変形がほとんどなく、表面に化合物半導体面が復元された化合物半導体ウエハが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態における化合物半導体ウエハのエッチング工程に用いる加工装置を示す説明図である。
【図２】ウエハに対する磁場、電場および電子流の方向とエッチング状態を示す説明図である。
【図３】代表的な４Ｈ構造のＳｉＣにおいて、プラズマエッチングによりＳｉＣ結晶中のＳｉ原子が排除される様子を示す説明図である。
【図４】機械研磨によるウエハ表面状態の変遷を拡大写真により示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態における加工対象は、半導体元素である第１原子およびこの第１原子と異なる元素である第２元素がイオン結合した化合物半導体からなる化合物半導体ウエハである。以下では、第１原子としてのＳｉ（シリコン）原子および第２原子としてのＣ（カーボン）原子がイオン結合した化合物半導体であるＳｉＣ（シリコンカーバイト）からなるＳｉＣウエハの加工方法について説明する。
【００１２】
本発明の実施形態におけるＳｉＣウエハの加工方法は、Ｓｉと反応するエッチングガスから生成した高密度プラズマによりウエハの表面をエッチングする第１工程（エッチング工程）と、このエッチング後のウエハの表面のＣを含む残存粒子層を機械研磨により除去する第２工程（機械研磨工程）とを含む。
【００１３】
以下、第１工程および第２工程について詳細に説明する。
【００１４】
＜第１工程（エッチング工程）＞
図１は本発明の実施の形態における化合物半導体ウエハのエッチング工程に用いる加工装置を示す説明図、図２はウエハに対する磁場、電場および電子流の方向とエッチング状態を示す説明図である。
【００１５】
図１に示すように、本発明の実施の形態における化合物半導体ウエハの加工装置１は、真空容器２と、ウエハ１１（図２参照。）を搭載する陰極板３と、真空容器２外側に配置され、磁場を発生させるコイル４と、コイル印加直流電源４ａと、磁場方向反転切換スイッチ４ｂと、電場生成のための電源である電源部５と、エッチングガスのＣＦ4のボンベ６と、添加ガスＡｒ、Ｏ2のボンベ７と、パージガスＮ2のボンベ８と、ターボ分子ポンプ９と、ロータリーポンプ１０とを有する。
【００１６】
ウエハ１１は直径２インチ〜４インチ〜６インチ以上、厚さ２００μｍ〜２５０μｍ〜３００μｍ〜３５０μｍ〜４００μｍ以上のものが対象である。陰極板３は、このウエハ１１を搭載可能な大きさの例えばＳＵＳ３１６製の板である。真空容器２は、このウエハ１１が搭載された陰極板３が収容される大きさの角型容器である。電源部５は、最大出力１０００Ｗの１３．５６ＭＨｚの交番電圧の高周波電源（ＲＦ電源）５ａを有する。ターボ分子ポンプ９は３５０リットル／秒、ロータリーポンプ１０は１０００リットル／分である。
【００１７】
真空容器２内の陰極板３上にウエハ１１を載せ、真空容器２内を高真空に排気後、真空容器２内にボンベ６よりエッチングガスを封入する。エッチングガスの濃度は、１０-2〜１０-3Ｔｏｒｒ程度の希薄ガス状態とする。エッチングガスとしては第１原子であるＳｉと反応するフッ化炭素ＣＦ4を用いているが、Ｃ2Ｆ8等の他のフッ化炭素を用いることも可能である。また、エッチングガスとしては、フッ化炭素のみの場合と、他のガスを混合する場合があり、ボンベ７からアルゴンガスＡｒ、酸素ガスＯ2を添加してもよい。
【００１８】
この希薄エッチングガスを封入した真空容器２内で、図２に示すように磁場Ｂと電場Ｅを直交方向に与えて電子流を生起し、エッチングガスをその電子流の電子で電離させて高密度プラズマを生成する。より詳しくは、電源部５により陰極板３と真空容器２（陽極）との間に交番電圧を印加して電場Ｅを形成するとともに、コイル４により同電場Ｅの方向に直交するように磁場Ｂを与えて、これらと直交方向にウエハ１１のまわりを回転するベクトル積Ｅ×Ｂの電子流を形成し、同電子流の電子でエッチングガスを分離させて高密度プラズマを生成する。
【００１９】
この高密度プラズマで真空容器２内に配置したウエハ１１の表面をエッチングする。このとき、高密度プラズマによって発生するフッ化物イオンＦ-とウエハ１１のＳｉＣ結晶中のＳｉ原子とが反応し、ウエハ１１表面のＳｉ原子が排除されていく。図３は代表的な４Ｈ構造のＳｉＣにおいて、プラズマエッチングによりＳｉＣ結晶中のＳｉ原子が排除される様子を示す説明図である。図３に示すように、密度プラズマによって発生するフッ化物イオンＦ-とＳｉ原子とが反応し、ＳｉＦｘの反応生成物として真空排除され、ウエハ１１表面にはＣ原子が残ることになる。
【００２０】
このＳｉ原子の排除によってウエハ１１表面にはＣ原子を含む残存粒子層１２（図２参照。）が形成される。この残存粒子層１２はＳｉＣと比較して非常に脆いため、徐々に崩壊しながらウエハ１１表面のエッチングが進行していく。このエッチング後、ウエハ１１表面にはＣ原子を含む残存粒子層１２が２０〜３０μｍの厚みで残る。
【００２１】
なお、このエッチング工程は、上記のように高密度プラズマのエッチングによる表面反応であるため、従来の通常機械研磨による加工歪みを発生させることなく、平面度を保ったまま化合物半導体の表面を均一に削っていくことが可能である。
【００２２】
＜第２工程（機械研磨工程）＞
次に、上記エッチング後のウエハ１１表面のＣ原子を含む残存粒子層１２を機械研磨により除去する。Ｃ原子の残存粒子層１２はＳｉＣと比較して非常に脆いため、通常機械研磨により容易に除去することが可能である。図４は機械研磨によるウエハ表面状態の変遷を拡大写真により示した図である。図４に示すように、プラズマエッチング直後はウエハ表面がＣ原子の残存粒子層により覆われているが、この残存粒子層を通常機械研磨することで、ＳｉＣ面が鏡面となって現れる。最終的には、ＣＭＰ加工することによってさらに加工歪みの少ないＳｉＣ面を実現することが可能である。
【００２３】
このように、本実施形態における化合物半導体ウエハの加工方法では、高密度プラズマのエッチングによる表面反応であるため、従来の通常機械研磨による加工歪みを発生させることなく、ＳｉＣの表面を均一に削っていくことで薄板化が可能であり、最終的にウエハ１１表面に残った脆い残存粒子層１２を機械研磨により除去するため、薄板化による変形がほとんどなく、表面に化合物半導体面が復元された化合物半導体ウエハが得られる。本実施形態における化合物半導体ウエハの加工方法では、加工前の厚さ３５０μｍ程度から加工後１５０μｍ〜１００μｍ程度まで平面度を保ったまま薄板化が可能である。
【００２４】
なお、上記実施形態においては、第１元素としてＳｉ原子および第２原子としてＣ原子がイオン結合した化合物半導体であるＳｉＣからなるＳｉＣウエハの加工について説明したが、同様に、第１原子としてＧａ原子および第２原子としてＮ原子がイオン結合した化合物半導体であるＧａＮからなるＧａＮウエハにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の化合物半導体ウエハの加工方法は、パワー半導体デバイスの材料であるＳｉＣやＧａＮ等の化合物半導体からなる化合物半導体ウエハを薄板化する方法として有用である。
【符号の説明】
【００２６】
１  加工装置
２  真空容器
３  陰極板
４  コイル
４ａ  コイル印加直流電源
４ｂ  磁場方向反転切換スイッチ
５  電源部
５ａ  高周波電源
６  ＣＦ4のボンベ
７  Ａｒ、Ｏ2のボンベ
８  Ｎ2のボンベ
９  ターボ分子ポンプ
１０  ロータリーポンプ
１１  ウエハ
１２  残存粒子層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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