(57)【要約】【課題】  半導体ウエハの結晶方位に対して正確に角度を合わせて、半導体装置を形成する。【解決手段】  半導体装置の製造方法であって、異方性エッチング工程とパターニング加工工程を有する。前記異方性エッチング工程では、六方晶の結晶構造を有する半導体ウエハの表面を異方性エッチングすることによって、前記半導体ウエハの厚み方向に沿って前記表面を見たときにエッチング領域の端部を特定の結晶方位に沿って伸びる形状に加工する。パターニング加工工程では、前記エッチング領域の前記端部を基準として前記半導体ウエハの角度を調節して、前記半導体ウエハをパターニング加工する工程を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
六方晶の結晶構造を有する半導体ウエハの表面の一部を異方性エッチングすることによって、エッチング領域の端部を、前記半導体ウエハの厚み方向に沿って前記表面を見たときに特定の結晶方位に沿って伸びる形状に加工する工程と、
前記エッチング領域の前記端部を基準として前記半導体ウエハの角度を調節して、前記半導体ウエハをパターニング加工する工程、
を有する製造方法。
【請求項２】
異方性エッチングする前記工程では、開口を有するマスクを前記半導体ウエハの前記表面に形成し、前記開口内で前記半導体ウエハの前記表面を異方性エッチングし、
前記厚み方向に沿って前記表面を見たときに、前記開口よりも前記エッチング領域が広く、前記エッチング領域の前記端部が前記開口の端部とは異なる方向に沿って伸びる、
請求項１の製造方法。
【請求項３】
前記厚み方向に沿って前記表面を見たときにおける前記開口の前記端部から前記エッチング領域の前記端部までのエッチング距離の最大値Ｌと、前記厚み方向における前記半導体ウエハのエッチング距離ｈとが、Ｌ／ｈ≦２．５の関係を満たすことを特徴とする請求項２の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
半導体ウエハの電気的特性（例えば、移動度等）は、半導体ウエハを構成する半導体の結晶方位によって変化することが知られている。したがって、半導体装置の製造工程では、半導体ウエハの結晶方位に対して角度を調節して半導体装置の構造を作り込むことで、所望の電気的特性を備える半導体装置を製造することができる。
【０００３】
特許文献１には、半導体ウエハに設けられているオリエンテーションフラットを基準として、半導体ウエハに半導体装置の構造を作り込むことが記載されている。オリエンテーションフラットは、半導体ウエハの結晶方位を示すために、半導体ウエハの外周縁を直線状に加工した部分である。なお、オリエンテーションフラットに代えて、半導体ウエハの外周縁に、ノッチと呼ばれる切り欠き部が設けられる場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３２３５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
オリエンテーションフラットやノッチが形成されるときの誤差は、プラスマイナス５度程度であり、比較的大きい。このため、特許文献１のようにオリエンテーションフラットやノッチを基準として半導体基板に半導体装置を形成する場合には、オリエンテーションフラットやノッチの誤差と同等以上の誤差が生じる。このため、製造される半導体装置の電気的特性を正確に制御することができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、六方晶の結晶構造を有する半導体ウエハの表面の一部を異方性エッチングする工程と、前記半導体ウエハをパターニング加工する工程を有する。異方性エッチングする前記工程では、前記半導体ウエハの表面の一部を異方性エッチングすることによって、エッチング領域の端部を、前記半導体ウエハの厚み方向に沿って前記表面を見たときに特定の結晶方位に沿って伸びる形状に加工する。パターニング加工する前記工程では、前記エッチング領域の前記端部を基準として前記半導体ウエハの角度を調節して、前記半導体ウエハをパターニング加工する。
【０００７】
なお、上記の半導体ウエハの角度を調節することは、半導体ウエハの面内における半導体ウエハの角度（半導体ウエハの表面に対して垂直な軸周りの角度）を意味する。また、パターニング加工は、半導体ウエハの表面上または内部に所定形状の構造を形成することを意味する。パターニング加工は、半導体ウエハの表面の一部にイオン注入する加工であってもよいし、半導体ウエハの表面上に所定形状の膜（半導体膜、導体膜、絶縁膜等）を成長させる加工であってもよいし、半導体ウエハの表面を所定の形状にエッチングする加工であってもよい。また、異方性エッチングは、結晶方位に対する角度によってエッチングレートが変化するエッチングを意味する。
【０００８】
この製造方法では、半導体ウエハの表面の一部を異方性エッチングする。異方性エッチングでは、エッチング領域の端部が、エッチングレートが遅い方向に直交する結晶方位に沿って伸びる形状に成形される。このため、エッチング領域の端部が伸びる方向は、半導体ウエハの特定の結晶方位を正確に表す。このため、その後に、エッチング領域の端部を基準として半導体ウエハの角度を調節して半導体ウエハをパターニング加工することで、半導体ウエハの結晶方位に対して正確に角度を調節して半導体装置の構造を形成することができる。したがって、この製造方法によれば、製造される半導体装置の電気的特性を、正確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】半導体ウエハ１２の斜視図。
【図２】エッチングマスク３２の形成後の領域３０の拡大図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図。
【図４】異方性エッチング工程後の領域３０の拡大図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線における断面図。
【図６】アライメントマーク５０の斜視図。
【図７】トレンチ６０が形成された半導体ウエハ１２の部分断面図。
【図８】トレンチ６０上に成長させた半導体層６２の部分断面図。
【図９】トレンチ６０上に成長させた半導体層６２の部分断面図。
【図１０】第１変形例の異方性エッチング工程の説明図。
【図１１】第２変形例の異方性エッチング工程の説明図。
【図１２】第２変形例の異方性エッチング工程の説明図。
【図１３】第２変形例の異方性エッチング工程の説明図。
【図１４】第２変形例の異方性エッチング工程の説明図。
【図１５】第３変形例の異方性エッチング工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施形態の製造方法では、図１に示す半導体ウエハ１２から半導体装置を製造する。半導体ウエハ１２は、４Ｈ−ＳｉＣ（４Ｈ型の六方晶の結晶構造を有する炭化シリコン）の単結晶により構成されたウエハである。半導体ウエハ１２の上面１２ａは、（０００１）面（すなわち、Ｓｉ面）であり、下面１２ｂは（０００−１）面（すなわち、Ｃ面）である。半導体ウエハ１２の外周縁１２ｃは略円形である。但し、外周縁１２ｃの一部に、オリエンテーションフラット１４（直線状に伸びる部分）が設けられている。オリエンテーションフラット１４は、［１１−２０］方位に対してプラスマイナス５度の誤差範囲内の角度で形成されている。図１において、破線によって、複数の半導体素子領域２０が示されている。各半導体素子領域２０内には、後に半導体素子が形成される。本実施形態の製造方法では、最初に、図１に示す２つの領域３０内にアライメントマークを形成する。各領域３０は、半導体素子領域２０の外部に位置する。以下に、図２〜５を参照して、領域３０内にアライメントマークを形成する工程について説明する。なお、図２〜５では、一方の領域３０に対応する範囲を示している。
【００１１】
アライメントマークを形成する工程では、図２、３に示すように、半導体ウエハ１２の上面１２ａを覆うようにエッチングマスク３２を形成する。エッチングマスク３２は、酸化シリコンにより構成された膜である。エッチングマスク３２は、熱酸化法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって形成される。次に、エッチングマスク３２を部分的にエッチングすることで、図２、３に示すように、エッチングマスク３２に開口部３４を形成する。なお、図２では、グレーでハッチングされた領域がエッチングマスク３２を示し、ハッチングされていない領域が開口部３４を示す。ここでは、等方性エッチングによって開口部３４を形成する。図３に示すように、開口部３４内に、半導体ウエハ１２の上面１２ａが露出する。
【００１２】
次に、異方性エッチングによって、開口部３４内の半導体ウエハ１２の上面１２ａをエッチングする。ここでは、例えば、高温（４６０℃〜６００℃）に熱したＫＯＨ（水酸化カリウム）によって、半導体ウエハ１２を異方性エッチングする。エッチングは、上面１２ａから下方向に向かって進行すると同時に、開口部３４の外周側の端部３４ａから外側に向かっても進行する。エッチングが下方向に向かって進行することで、図５に示すように、半導体ウエハ１２の上面１２ａに凹部３６が形成される。また、エッチングが外側に向かって進行することで、凹部３６が横方向に拡大する。その結果、図４、５に示すように、凹部３６の外周側の端部３６ａが、開口部３４の外周側の端部３４ａよりも外側に位置するようになる。
【００１３】
円形の開口部３４から外側に向かってエッチングが進行する際には、位置によってエッチングが進行する方向が異なる。例えば、図４の点９０では、半導体ウエハ１２の厚み方向に沿って上面１２ａを見た場合（すなわち、上面１２ａの平面視）において、エッチングが矢印９０ａの方向（［１１−２０］方位）に進行する。また、例えば、図４の点９２では、エッチングが矢印９２ａの方向（上面１２ａの平面視における［０１−１０］方位）に進行する。また、例えば、図４の点９４では、エッチングが矢印９４ａの方向（上面１２ａの平面視における［−１２−１０］方位）に進行する。異方性エッチングでは、エッチングが進行する方向によってエッチングレートが異なる。このため、開口部３４から外側に向かってエッチングが進行すると、凹部３６の端部３６ａに、エッチングレートが低い方向に直交する結晶面が現れる。例えば、図４の点９０と点９４の間の範囲では、点９０の位置におけるエッチングレート（すなわち、矢印９０ａの方向へのエッチングレート）と点９４の位置におけるエッチングレート（すなわち、矢印９４ａの方向へのエッチングレート）が高い一方で、点９２の位置におけるエッチングレート（すなわち、矢印９２ａの方向へのエッチングレート）が低い。矢印９２ａの方向へのエッチングレートは極めて低く、略ゼロである。このため、点９０と点９４の間の範囲では、端部３６ａが矢印９２ａの方向と直交する直線形状（以下、直線部９５ａという）となるまでエッチングが進行し、直線部９５ａとなった状態でエッチングが略停止する。矢印９２ａが［０１−１０］方位であるので、直線部９５ａが伸びる方向は［−２１１０］方位である。他の範囲においても同様にエッチングが進行し、凹部３６の端部３６ａが６個の直線部９５ａ〜９５ｆを備える六角形の形状となる。直線部９５ａ〜９５ｆのそれぞれが、特定の結晶方位に沿って伸びている。
【００１４】
次に、ＨＦ（フッ酸）等によってエッチングマスク３２をエッチングして除去する。これによって、図６に示すように、直線部９５ａ〜９５ｆを備える六角形のアライメントマーク５０（すなわち、凹部３６）が半導体ウエハ１２の上面１２ａに露出する。オリエンテーションフラット１４が結晶方位に対してプラスマイナス５度の精度で形成されているので、各直線部９５ａ〜９５ｆのオリエンテーションフラット１４に対する相対位置から、各直線部９５ａ〜９５ｆが示す結晶方位を特定することができる。
【００１５】
次に、アライメントマーク５０を基準として半導体ウエハ１２の角度を調節して、半導体ウエハ１２をパターニング加工する。これによって、各半導体素子領域２０内に半導体素子を形成する。なお、ここでいう角度とは、図１に示す半導体ウエハ１２の中心軸１２ｄ（半導体ウエハ１２の厚み方向に伸びる軸）周りの角度を意味する。パターニング加工では、多くの場合、フォトリソグラフィによって所望のパターンが半導体ウエハ１２に転写される。パターンを半導体ウエハ１２に転写する露光工程において、アライメントマーク５０の直線部９５ａ〜９５ｆのいずれかに基づいて、半導体ウエハ１２の角度を調節する。また、これ以外の方式のパターニング加工方法においても、アライメントマーク５０の直線部９５ａ〜９５ｆのいずれかに基づいて、半導体ウエハ１２の角度を調節することができる。上述したように、アライメントマーク５０の各直線部９５ａ〜９５ｆは、特定の結晶方位に沿って伸びている。したがって、アライメントマークの直線部９５ａ〜９５ｆのいずれかに基づいて半導体ウエハ１２の角度を調節することで、半導体ウエハ１２の結晶方位に対して正確な角度でパターニングされた構造を形成することができる。
【００１６】
パターニング加工においては、例えば、図７に示すように、上面１２ａに直線状に伸びる複数のトレンチ６０を形成してもよい。例えば、アライメントマーク５０の直線部９５ｅに沿って直線状に伸びるようにトレンチ６０を形成すれば、［１１−２０］方位に沿って伸びるトレンチ６０を形成することができる。直線部９５ｅに対して０．５度傾けた方向に沿って伸びるトレンチ６０を形成すれば、［１１−２０］方位に対して０．５度傾けた方向に沿って伸びるトレンチ６０を形成することができる。トレンチ６０を形成した後に、図８に示すように、トレンチ６０の内部及び上面１２ａ上に半導体層６２をエピタキシャル成長させてもよい。この場合、トレンチ６０が［１１−２０］方位に対して０．５度傾いた方向に沿って伸びていると、図８に示すようにトレンチ６０の内部に半導体層６２を隙間なく成長させることができる。しかしながら、［１１−２０］方位に対してトレンチ６０の伸びる方向が適切でないと、図９に示すように、半導体層６２が斜めに成長し、トレンチ６０の上部（場合によっては、トレンチ６０の内部）にボイド６４が形成される。トレンチ６０の［１１−２０］方位に対する角度を正確に調節することで、半導体装置を高品質で製造することが可能となる。
【００１７】
また、パターニング加工においては、例えば、上面１２ａに不純物をイオン注入することで、半導体ウエハ１２の内部にｎ型またはｐ型の半導体層を形成してもよい。この場合にも、直線部９５ａ〜９５ｆのいずれかを基準としてイオン注入用のマスクを形成することで、不純物の注入範囲の結晶方位に対する角度を正確に調節することができる。したがって、不純物注入層を正確に形成することができる。また、パターニング加工においては、上面１２ａに電極または絶縁層を形成してもよい。この場合にも、電極または絶縁層の不要な部分をエッチングするためのマスクを、直線部９５ａ〜９５ｆのいずれかを基準として形成することで、電極または絶縁層の形成範囲の結晶方位に対する角度を正確に調節することができる。不純物注入層、電極、絶縁層または上述したトレンチ等の形成位置によって、半導体装置の内部における電流経路が定まる。電流経路の結晶方位に対する角度によって、半導体装置の特性が変化する。したがって、結晶方位に対する角度を正確に調節して不純物注入層、電極、絶縁層またはトレンチ等を形成することで、半導体装置の特性を正確に制御することができる。
【００１８】
パターニング工程で各半導体素子領域２０内に半導体素子を形成したら、半導体ウエハ１２をダイシングすることで、半導体ウエハ１２を半導体素子領域２０毎に分割する。これによって、半導体装置が完成する。この製造方法によれば、半導体装置の特性を正確に制御することができるので、量産時における半導体装置の特性のばらつきを抑制することができる。
【００１９】
なお、上述した実施形態では、図４に示すように、エッチングマスク３２の開口部３４が円形であった。しかしながら、図１０に示すように、開口部３４が矩形であってもよい。この場合でも、矩形の開口部３４から外周側にエッチングが進行する過程で、凹部３６の端部３６ａが六角形の形状となる。端部３６ａの各直線部９５ａ〜９５ｆは、所定の結晶方位に伸びている。
【００２０】
また、上述した実施形態では、凹部３６によってアライメントマーク５０を形成した。しかしながら、アライメントマーク５０を凸部によって構成してもよい。図１１〜１４は、アライメントマーク５０を凸部によって構成する場合を示している。この場合には、まず、図１１、１２に示すように、領域３０を覆い、その周囲の領域が露出するように、上面１２ａ上にエッチングマスク３２を形成する。なお、図１１、１２においてエッチングマスク３２が存在しない範囲は、開口部である。次に、高温のＫＯＨによって、露出している範囲の上面１２ａをエッチングする。すると、エッチングが、下方向に進行すると共に、横方向にも進行する。エッチングが下方向に向かって進行することで、図１４に示すように、半導体ウエハ１２の上面１２ａに凹部３６が形成される。エッチングマスク３２の下部のエッチングされなかった部分が、凸部３８となる。また、エッチングが横方向に進行することで、凹部３６が横方向に拡大する。その結果、図１３、１４に示すように、凹部３６の端部３６ａが、エッチングマスク３２の下部に位置するようになる。エッチングが進行する方向によってエッチングレートが異なるので、上述した実施形態と同様に、凹部３６の端部３６ａに直線部が形成される。このため、図１３、１４に示すように、端部３６ａが六角形である凸部３８が形成される。したがって、端部３６ａの直線部を基準として半導体ウエハ１２の角度を調節することができる。
【００２１】
なお、図１１〜１４では、領域３０を覆うエッチングマスク３２が円形であったが、図１５に示すように、領域３０を覆うエッチングマスク３２が矩形であってもよい。この場合にも、端部３６ａが六角形である凸部３８を形成することができる。
【００２２】
なお、図４、１０、１３、１５において、距離Ｌは、横方向（半導体ウエハ１２の上面１２ａに平行な方向）におけるエッチング量（すなわち、エッチングマスク３２の端部３４ａからエッチング後の凹部３６の端部３６ａまでの距離）の最大値を示している。また、図５、１４において、距離ｈは、凹部３６の深さ（すなわち、下方向にエッチングが進行した距離）を示している。なお、凹部の深さが位置によって異なる場合には、距離ｈとして凹部の深さの最大値を用いることができる。距離Ｌと距離ｈは、Ｌ／ｈ≦２．５の関係を満たすことが好ましい。このような条件でエッチングを行うと、エッチング時間が過剰に長くなることなく、アライメントマーク５０を形成することができる。
【００２３】
また、上述した実施形態では、半導体ウエハ１２としてＳｉＣウエハを用いたので、エッチングレートが遅い方向におけるエッチングレートが略ゼロであった。しかしながら、半導体ウエハ１２としてＧａＮウエハ等の六方晶の結晶構造を有する他のウエハを用いてもよい。この場合、エッチングレートが遅い方向におけるエッチングレートがＳｉＣウエハよりも高い。しかしながら、結晶方位によってエッチングレートが異なることで、ＧａＮウエハ等においても、エッチングにより形成した凹部の端部に直線部が現れる。したがって、上述した実施形態と同様に半導体ウエハ１２の角度を調節することができる。
【００２４】
以上に説明したように、上述した何れの方法でも、エッチングにより形成された凹部の端部が自然に結晶方位に沿う直線部となるので、結晶方位に対して正確に角度を調節して、パターニングされた構造を形成することができる。したがって、製造される半導体装置の電気的特性を正確に制御することができる。
【００２５】
上述した実施形態の構成要素と、請求項の構成要素との関係について説明する。実施形態の凹部３６は、請求項のエッチング領域の一例である。
【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製造方法においては、異方性エッチングする工程で、開口を有するマスクを半導体ウエハの表面に形成し、開口内で半導体ウエハの表面を異方性エッチングしてもよい。この場合において、厚み方向に沿って前記表面を見たときに、開口よりもエッチング領域が広く、エッチング領域の端部が開口の端部とは異なる方向に沿って伸びてもよい。
【００２８】
また、本明細書が開示する一例の製造方法においては、半導体基板の厚み方向に沿って半導体基板の表面を見たときにおける開口の端部からエッチング領域の端部までのエッチング距離の最大値Ｌと、厚み方向における半導体ウエハのエッチング距離ｈとが、Ｌ／ｈ≦２．５の関係を満たしてもよい。
【００２９】
この構成によれば、エッチング領域の端部が特定の結晶方位に沿ってより正確に伸びやすくなる。したがって、より正確に半導体装置の電気的特性を制御することができる。
【００３０】
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、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、単独あるいは各種の組み合わせによって技術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１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３１】
１２    ：半導体ウエハ
１２ａ  ：上面
１４    ：オリエンテーションフラット
２０    ：半導体素子領域
３２    ：エッチングマスク
３４    ：開口部
３４ａ  ：端部
３６    ：凹部
３６ａ  ：端部
５０    ：アライメントマーク
９５ａ〜９５ｆ  ：直線部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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