(57)【要約】望ましくないインダクタンスを引き起こし得るワイヤーボンディングを排除する、炭化珪素基板上で集積回路を作製する方法。該方法は、炭化珪素基板の表面上のエピタキシャル層において半導体デバイスを作成し、該エピタキシャル層の最上位表面上においてデバイスのための少なくとも１つの金属コンタクトを作製することを含む。次に、実質的に透明になるまで、基板の反対側の表面を研削及び研磨する。次に、該方法は、炭化珪素基板の該研磨された表面をマスキングして、エピタキシャル層の最上位表面上にあるデバイス金属コンタクトとは反対側に存在する少なくとも１つのビアのために所定の位置を画成する工程；所望のビアをエッチングする工程を含む。第１のエッチング工程は、エッチングがエピタキシャル層に達するまで、所望のマスキングされた場所の炭化珪素基板を貫通させてエッチングする。第２のエッチング工程は、エピタキシャル層を貫通させてデバイスコンタクトまでエッチングする。最後に、ビアをメタライズして、基板の第一表面から、金属コンタクト及び基板の第二表面上にあるデバイスに至る導電経路を提供する。
2008532290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的接続のためにワイヤーボンディングを排除する、集積回路へ組み込まれる半導体デバイスであって、該デバイスは、
炭化珪素基板；
前記基板上のワイドバンドギャップ材料で作られる少なくとも一層のエピタキシャル層であって、前記エピタキシャル層は前記炭化珪素基板に接触する下部表面と半導体デバイスを作成するための最上位表面とを含む、少なくとも一層のエピタキシャル層；
前記エピタキシャル層においてソース、ゲート、ドレインの各領域を画成する上記エピタキシャル層上の各コンタクト；
前記基板及び前記エピタキシャル層を貫通して延びている少なくとも一つの導電性ビアであって、各導電性ビアはソース、ゲート、ドレインの各コンタクト上で終端し、それにより、前記基板及び前記エピタキシャル層を貫通し、ソース、ゲート、ドレインの各コンタクトに至る導電経路を提供する少なくとも一つの導電性ビア；
前記エピタキシャル層において形成されるデバイスであって、マイクロ波周波数で動作可能なデバイス；
を含む、半導体デバイス。
【請求項２】
複数のエピタキシャル層を含む請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項３】
エピタキシャル層が、炭化珪素とIII族元素元素窒化物からなる群から選択される半導体材料を含む請求項２記載の半導体デバイス。
【請求項４】
複数のエピタキシャル層が、高電子移動度トランジスタ（HEMT）を形成するために、一層のGaN層の上に設けた一層のAlGaN層を含む請求項２記載の半導体デバイス。
【請求項５】
ゲートコンタクトがAlGaN層上に配置され、ソース及びドレインの各コンタクトがGaN層上に配置されている請求項４記載の半導体デバイス。
【請求項６】
複数のエピタキシャル層が、高電子移動度トランジスタ（HEMT）を形成するために、InAlGaN層を少なくとも一層含む請求項２記載の半導体デバイス。
【請求項７】
複数のエピタキシャル層が、高電子移動度トランジスタ（HEMT）を形成するために、一層のAlGaN層と、一層のAIN層と、一層のGaN層を含む請求項２記載の半導体デバイス。
【請求項８】
複数のエピタキシャル層が、高電子移動度トランジスタ（HEMT）を形成するために、一層のInGaN層を含む請求項２記載の半導体デバイス。
【請求項９】
集積回路においてワイヤーボンディングによる電気的接続の必要を排除する、炭化珪素ベースのトランジスタの製造方法であって、該方法は、
炭化珪素基板上に、炭化珪素以外の半導体材料で作られるエピタキシャル層を少なくとも一層形成する工程であって、該基板は、該基板の対向する側に第一及び第二表面を有し、該エピタキシャル層は、該炭化珪素基板の該第二表面と接触する下部表面と、その上に半導体デバイスコンポーネントを製造するための最上位表面とを含むものである、エピタキシャル層を少なくとも一層形成する工程；
該エピタキシャル層上に配置されるとオーミック（ohmic）作用を示す材料で、該エピタキシャル層上の所定位置に、ソースコンタクトとドレインコンタクトを形成する工程；
該エピタキシャル層上に配置されると整流作用を示す材料で、該エピタキシャル層上の所定位置に、ゲートコンタクトを形成する工程；
該ソースコンタクト、ゲートコンタクト、ドレインコンタクトの該所定位置と対向する複数の導電性ビアに対して所定の配置を画成（define）するための、該炭化珪素基板上の第一表面のマスキング工程；
該炭化珪素基板を貫通するとともに該エピタキシャル層を貫通する複数の導電性ビアをエッチングし、該炭化珪素基板の第一表面から、ソースコンタクト、ゲートコンタクト、ドレインコンタクトの各コンタクトに至る導電経路を提供するエッチング工程であって、炭化珪素は除去するもののエピタキシャル層の半導体材料は除去しないエッチング液で該炭化珪素基板をエッチングし、その結果、炭化珪素のエッチングによる除去がエピタキシャル層で停止し、その後、エピタキシャル層の半導体材料は除去するものの炭化珪素、或いはソースコンタクト、ゲートコンタクト、ドレインコンタクトを形成する材料を除去しないエッチング液で、エピタキシャル層をエッチングし、その結果、エピタキシャル層のエッチングがソースコンタクト、ゲートコンタクト、ドレインコンタクトの各コンタクトで停止する、エッチング工程；
を含む炭化珪素ベースのトランジスタの製造方法。
【請求項１０】
ソースコンタクト、ゲートコンタクト、ドレインコンタクトを製造する工程は、ソースコンタクト、ゲートコンタクト、ドレインコンタクトの各コンタクトに白金を堆積する工程を含む請求項９記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１１】
少なくとも一層のエピタキシャル層を形成する工程は、MESFET及びHEMTからなる群から選択されるトランジスタのIII族元素窒化物チャネル領域の形成工程を含む請求項９記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも一層のエピタキシャル層を形成する工程は、
炭化珪素基板上にIII族元素窒化物半導体材料のチャネル層を形成する工程；と
該チャネル層上にIII族元素窒化物半導体材料のバリア層を形成する工程であって、該バリア層が該チャネル層のバンドギャップエネルギーより大きなバンドギャップエネルギーを有し、その結果、該チャネル層とバリア層とが高電子移動度トランジスタ（HEMT）を形成するための手段を提供する、バリア層形成工程
とを含む請求項９記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも一層のエピタキシャル層を形成する工程は、バリア層を形成する前に、チャネル層上に窒化アルミニウム（AlN）スペーサ層を形成する工程を更に含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
ソースコンタクトとドレインコンタクトを形成する工程が、III族元素窒化物チャネル層上に白金を堆積する工程を含み、ゲートコンタクトを形成する工程が、III族元素窒化物バリア層上に白金を堆積する工程を含む請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
エピタキシャル層の最上位表面及びソース、ゲート、ドレインの各コンタクトを保護ポリマー層で被覆する工程；と
プラテン上にポリマーコーティングされた最上位表面を戴置する工程；
とを更に含む請求項９記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１６】
ポリマーコーティングされた最上位表面を戴置する工程に続く基板のマスキング工程が、
基板の第一表面を研削する工程；
該研磨された表面を研磨する工程；
インジウム・錫・酸化物と酸化マグネシウムからなる群から選択される透明層を該研磨された表面上に配置する工程；
該透明層上にフォトレジストを配置する工程；
ソース、ゲート、ドレインの各コンタクトにそれぞれ位置合わせされた位置に開口するようにフォトレジストを現像する、フォトレジスト上のマスクのアライニング工程；
を含む請求項１５記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１７】
マスクにより画成される領域内で第一の反応イオンエッチングを用いて透明層がエッチングされる工程を更に含む請求項１６記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１８】
炭化珪素基板をエッチングする工程が、誘導結合プラズマを用いてマスクにより画成される領域内のエッチング工程を含み、
エピタキシャル層をエッチングする工程が、第二の反応イオンエッチングを用いてマスクにより画成される領域内のエッチング工程を含む請求項１７記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１９】
第一の反応イオンエッチング工程が、エッチング液として三フッ化ホウ素を用いて透明層上でなされるものであり；
誘導結合プラズマエッチング工程は、エッチング液として六フッ化硫黄をもちいてなされるものであり；
第二の反応イオンエッチング工程は、塩素化学作用を用いてなされるものである請求項１８記載のトランジスタの製造方法。
【請求項２０】
回路にデバイスを設置する際、透明層を粗面化してその裏面への金属の付着を確実にする研削（grinding off）工程；
研削によって引き起こされた基板のダメージを修復するために、研削工程の後で、フッ素化学作用において炭化珪素基板をエッチングする工程を更に含む請求項１９記載のトランジスタの製造方法。
【請求項２１】
各ビアをメタライズし、基板の第一表面からソースコンタクト、ゲートコンタクト、ドレインコンタクトの各コンタクトのそれぞれに至る導電経路を提供する工程を更に含む請求項２０記載のトランジスタの製造方法。
【請求項２２】
ビアをメタライズする工程が、
チタン、白金、金をスパッタコーティングする工程；と
その後で、該スパッタ層を金で電気めっきする工程とを含む請求項２１記載のトランジスタの製造方法。
【請求項２３】
最上位表面をプラテンから取り外す工程を更に含む請求項２１記載のトランジスタの製造方法。
【請求項２４】
回路前駆体であって、該前駆体が、
それぞれ第一及び第二表面を有する研磨された炭化珪素基板；
前記基板の前記第二表面上の少なくとも一層のIII族元素窒化物エピタキシャル層であって、該III族元素窒化物エピタキシャル層は、その上に電気的コンタクトを形成するための最上位表面を含む、少なくとも一層のIII族元素窒化物エピタキシャル層；
前記エピタキシャル層上の半導体デバイス；
前記エピタキシャル層における前記半導体デバイスに対して、ソース、ゲート、ドレインの各領域を画成する、前記最上位表面上の各コンタクト；
前記コンタクトを含む前記最上位表面を被覆するポリマーコーティング；
前記研磨された基板の前記第一表面上の、インジウム・錫・酸化物と酸化マグネシウムからなる群から選択される透明層；
を含む、回路前駆体。
【請求項２５】
コンタクトが白金コンタクトを含む請求項２４記載の回路前駆体。
【請求項２６】
透明層上に一層のフォトレジスト層を更に含む請求項２４記載の回路前駆体。
【請求項２７】
フォトレジスト層から炭化珪素基板を貫通して該基板の第二表面まで延びる少なくとも一つのビアを更に含む請求項２４記載の回路前駆体。
【請求項２８】
炭化珪素基板及びエピタキシャル層を貫通し、該基板の第一表面からコンタクトまで延びる少なくとも一つのビアを更に含む請求項２７記載の回路前駆体。
【請求項２９】
コンタクトに出入し、基板を完全に貫通する導電経路を形成するためにビアがメタライズされる請求項２８記載の回路前駆体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料において形成される集積回路に関するものであり、詳しくは、半導体基板及びIII族元素窒化物エピタキシャル層にビア開口部を形成する方法及び該方法から得られる構造に関する。更に詳しくは、本発明は、炭化珪素（SiC）においてモノリシックマイクロ波集積回路（MMICｓ）を形成するための前記ビアの使用に関する。
【０００２】
本発明は、集積回路（ICs）におけるビア開口部（「ビア」）の製造に関するものであり、詳しくは、炭化珪素基板上のデバイスに前記ビアを形成して、モノリシックマイクロ波集積回路の製造及び使用において炭化珪素の電気的、熱的及び機械的特性を利用する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
MMICｓ
最も基本的な意味では、モノリシックマイクロ波集積回路は、集積回路であり；すなわち、複数のデバイスから形成される回路であって；回路成分のすべては、単一の半導体基板の頂部上で製造され、且つマイクロ波の周波数で動作するように設計される。集積回路では一般的なことであるが、デバイス及び回路の成分を単一基板上に配置することの利点は、空間節約である。回路サイズが小さければ小さいほど、回路を組み込む電子回路及び最終使用デバイスに多くの利点を提供する。一般的に、最終用途デバイスは、所定の機能セットを提供すると共に最終用途デバイスを小さくすることができ、又はより多くの回路及び機能を特定のサイズのデバイスに加えることができ、又はそのような二つの利点を望み通りに組合わせることができる。電子的な観点から見ると、集積回路は、例えば個々のデバイスを互いにワイヤーボンドするときに起こり得る寄生容量損失（parasitic capacitance loss）のような問題を低減又は排除するのに役立つ。これらの利点は、個々のコンポーネントが一緒に「配線される（wired）」回路と比較して、改良された帯域幅で集積回路を動作させることができる。
【０００４】
無線通信システムは、集積回路及び関連する商業的技術において最近急速に成長している領域の一つである。そのようなシステムとしては、セルラー無線通信システムが挙げられるが、これに限定されるものではない。ある試算によれば、そのような電話の無線加入者の数は、全世界で増え続け、近い将来に４億５千万人を超えると予想されている。前記技術の成長には、デバイスがより小さくなり、更に高出力で且つより製造し易くなることが必要である。これらの望ましい利点は、基地局、中継局及び交換局（switching station）、ならびにエンドユーザーデバイス、例えば携帯電話それら自体に生かされる。
【０００５】
当業者には認識されるように、多くの無線デバイス、特に携帯電話システムは、電磁スペクトルのマイクロ波周波数において動作する。「マイクロ波」という用語は、いくぶん任意であり、また様々な分類又は周波数の間の境界も同じく任意であるが、マイクロ波周波数に関する例示的な選択としては、約１から約１００ギガヘルツ（GHｚ）の周波数に相当する約３，０００から約３００，０００ミクロン（μ）の波長が挙げられる。
【０００６】
更に当業者には公知のように、これらの特有な周波数は、ある種の半導体材料によって最も簡便に生成され又はサポートされる。例えば、別個の（すなわち、個々の）珪素（Si）ベースのデバイスは、マイクロ波周波数において動作できるが、珪素ベースの集積回路では、電子移動度（electron mobility）がより低いことが問題であり、一般的に、約３〜４GHｚ超の周波数に関しては不利である。また、珪素の固有導電性により、高周波数で伝達できる利得が制限される。
【０００７】
したがって、マイクロ波周波数において、商業ベースで正常に動作するデバイスは、好ましくは、他の材料から形成され、その材料の中では、ガリウム砒素（GaAs）が現在選択されている。ガリウム砒素は、マイクロ波回路及びモノリシックマイクロ波集積回路に関して、珪素に比べて高い電子移動度及びより大きな絶縁性を含むある種の利点を提供する。
【０００８】
マイクロ波デバイス及びマイクロ波通信方式のための周波数に関する要件を考慮すると、炭化珪素は、そのようなデバイス及び回路のための好ましい候補材料である。炭化珪素は、電子デバイスのすべてのタイプに関して多くの利点を提供し、またマイクロ波周波数デバイス及びモノリシックマイクロ波集積回路に関して特有な利点を提供する。炭化珪素は、特に他の半導体材料と比較して、極めて広いバンドギャップ（例えば、Siの１．１２エレクトロンボルト（eV）及びGaAsの１．４２eVと比較して、３００ＫにおいてアルファＳｉＣでは２．９９６eV）を有し、高い電子移動度を有し、物理的に非常に硬質であり、またずば抜けた耐熱性を有する。例えば、珪素は、１４１５°Cの融点を有し（GaAsは１２３８°Cである）、一方、炭化珪素は、典型的には、温度が少なくとも約２０００°Cに達するまで、有意な量で解離し始めない。別の要因として、炭化珪素は、半導体材料として又は半絶縁性材料として作ることができる。絶縁性又は半絶縁性の基板は、しばしばMMICs用に要求されるので、上記の事実は、炭化珪素の特に有利な面である。
【０００９】
半導体エレクトロニクスにおける利点により、炭化珪素（SiC）やIII族元素窒化物（例えば、GaN、AlGaN、InGaN等）のようなワイドバンドギャップ材料の利用可能性が増大してきている。マイクロ波帯域を含む高周波数で作動するトランジスタを製造する可能性は、それ故、その商業的な実現性にかかっている。そのような高周波デバイスは多数の応用において非常に有益である。よく知られたものとしては、電力増幅器や、携帯電話のような無線トランシーバなどがある。一般的な従来技術として、米国特許第６,５０７,０４６号を参照されたい。
【００１０】
炭化珪素やIII族元素窒化物のワイドバンドギャップ特性により、デバイス製造者は、従前の材料では耐えることができないような周波数で半導体エレクトロニクスの性能を最大限に活用することが可能となる。これらのワイドバンドギャップ材料の高周波数性能により、産業発展のニーズを満たす規模で、高周波、高出力半導体電子デバイスの発展の機会が与えられることになる。
【００１１】
重大な関心を引くワイドバンドギャップ・エピタキシャル層は、マイクロ波周波数での作動に耐えることができるIII族元素窒化物を含んでいる。ウー（Wu）とツァン（Zhang）は、このようなワイドバンドギャップ・エピタキシャル層の作動を米国特許第６,５８６,７８１号において説明している。ウーとツァンが特別な重要性を与えているものは、HEMTsとして知られている高電子移動度電界効果トランジスタである。HEMTsは、米国特許第６,５８６,７８１号に示されるように、絶縁層上の半導体材料の上部エピタキシャル層を含んでいる。ソース、ドレイン、ゲートの各コンタクトは、上部エピタキシャル層上に作られる。HEMTは、異なるバンドギャップを有する二つの選択材料が電子デバイスにおいて互いに接触して配置された際に発生する物理現象を利用するものである。HEMTにおける上部エピタキシャル層は、一般的には、その下にある絶縁層よりバンドギャップが広く、上部エピタキシャル層と絶縁層との間の接合部に二次元電子ガス（２DEG）が生じる。この接合部に生ずる２DEGは、高濃度の電子を有し、これによりデバイスのトランスコンダクタンスが増大する。２DEGは、HEMTのチャネルとしての役割を果たしている。このチャネルは、ゲート電極に供給される信号のバイアスに依存して開または閉となる。
【００１２】
HEMTsは、高周波入力信号から高出力を必要とする応用において有用である。HEMTデバイスは多大な出力を発生することができるが、それは、該デバイスが、高い降伏電界を有し、ワイドバンドギャップ（GaNに関しては室温で3.36eV）であり、伝導帯オフセットが大であり、飽和電子ドリフト速度が高いからである。GaAs増幅器と同サイズのGaN増幅器は、同じ周波数で動作させると、前者の１０倍に達する出力を発生できる。米国特許第６,５８６,７８１号参照。
【００１３】
高電子移動度電界効果トランジスタの２DEGは、本来、より広いバンドギャップを有するエピタキシャル層の下にある、ドープされていない、より狭いバンドギャップ材料の電子に富んだ（electron rich）上部の部分である。該２DEGは、１０12から１０13carriers/cm2という非常に高いシート電子濃度を包含し得る。米国特許第６,３１６,７９３号参照。電子はより広いバンドギャップを有するワイドバンドギャップ半導体から２DEGに遷移するが、この部分で高い電子移動度が許容されている。同米国特許参照。２DEGにおける電子の主要な部分は、AlGaNにおけるスードモルフィック歪に起因するものである。例えば、P.M.Asbeck他によるElectronics Letters,Vol.33,No14,pp.1230-1231(1997); E.T.Yu他によるApplied Physics Letters,Vol.71,No19,pp.2794-2796(1997)参照。
【００１４】
上述したHEMTのような高出力半導体デバイスは、マイクロ波周波数レンジで動作し、RF（高周波）通信ネットワークやレーダー応用技術に用いられる。該デバイスは、携帯電話基地局の送信機の複雑さを大幅に低減する可能性を示しており、これによりコストが大幅に低減されることになる。高出力半導体デバイスの他の可能性のある応用技術には、従来の電子レンジの比較的高価な電子管や変圧器の置換や、衛星の送信機の寿命の増大、パーソナル通信システムの基地局の送信機の効率改善が含まれる。米国特許第６,３１６,７９３号参照。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、高周波、高出力半導体をベースとするマイクロ波デバイスにおいて、持続的な改善を行うためのニーズは存在する。ここに詳細に述べられる重要な改善は、モノリシックマイクロ波集積回路（MMIC）の一部としてHEMTを製造する手段の開発である。
【００１６】
MMICsは、裏側金属接地面（backside metallic ground planes）を用いて製造され、それに対してMMICにおける様々なポイントから、例えば伝送路の終端においてコンタクトが作られなければならない。伝統的には、それは、ワイヤーボンドによって達成されてきた。ワイヤーボンディング技術は、他の周波数で動作する他のデバイスに関して用いることができるが、炭化珪素デバイスにおけるマイクロ波周波数では、そのような技術は不利である。特に、ワイヤーは、炭化珪素デバイスが動作できるマイクロ波周波数において望ましくないインダクタンスを生じさせる傾向がある。１０GHzを超える周波数に関しては、ワイヤーボンディングは、絶対的に避けなければならない。したがって、そのようなワイヤーボンディングは、炭化珪素ベースのMMICsにおいては、避けるのが望ましく、時には必ず避けなければならない。
【００１７】
ワイヤーボンドに代えて導電性ビア（すなわち、金属で充填され又はコーティングされたビア開口部）を用いることは、上記問題を解決する可能性がある。しかしながら、現在までのところ、炭化珪素にビア開口を設けることは、炭化珪素の極めて強靭な物理特性の故にかなり難しいが、一方、このような物理的特性は、上記のように一般的には殆どの他の目的にとっては有効なものである。HEMTsや他の半導体デバイスを組み込んだMMICには、デバイスの完全性を崩すことなしに、炭化珪素基板上のIII族元素窒化物エピタキシャル層を貫いてビア開口部を設ける付加的工程が必要である。本発明は、炭化珪素基板及びIII族元素窒化物エピタキシャル層を貫通する導電性ビアの開口を、エッチング技術を利用して、基板とエピ層の化学的構成物にきちんと作成するものである。
【００１８】
エッチング及びエッチング液
エッチングは、化学的及び物理的反応又はその両方によって材料（例えば、基板上にある薄膜又は基板それ自体）を除去する工程である。エッチングの二つの主なカテゴリー：すなわち、ウェットエッチング及びドライエッチングがある。ウェットエッチングでは、化学溶液を用いてエッチングし、ドライエッチングではプラズマを用いる。炭化珪素は、SiCの安定性及び高い結合強度の故に、迅速にウェットエッチングされない。したがって、炭化珪素をエッチングするのにはドライエッチングが最もしばしば用いられる。
【００１９】
ドライエッチングでは、エネルギー（典型的には、無線周波数（RF）又はマイクロ波周波数における電磁放射）を低圧ガス中に移動させることによってプラズマ放電を作る。そのようなガスとしては、そのプラズマ状態が基板材料をエッチングするガスが選択される。典型的には、様々なフッ素含有化合物（例えば、CF4，SF6，C4F8）を用いて炭化珪素をエッチングし、また別のプラズマ反応器システムにおいては、ガス添加剤、例えば酸素（O2）、水素（H2）、又はアルゴン（Ar）のようなガス添加剤を用いることができる。プラズマは、ガス分子及びそれらの解離フラグメント：すなわち、電子、イオン及び中性ラジカル（neutral radical）を含む。中性ラジカルは、除去される材料と化学的に反応することによって、エッチングにおいて役割を演じ、負に帯電した基板の方へと移動する正イオンは、物理的衝撃によってエッチングを助ける。
【００２０】
反応性イオンエッチング（リアクティブイオンエッチング、RIE）システムは、典型的には、１つのRF発生器を用いる。RF電力は、１つの電極（「チャック」、その上にウェーハが配置される）中に供給され、この電極と接地電極（grounded electrode）との間に放電が生じる。そのようなシステムでは、RFエネルギーカップリングの容量性（capacitive nature）によって、プラズマの密度が制限され、その結果、炭化珪素のエッチング速度がより遅くなる。RIEシステムでは、プラズマ密度及びイオンエネルギーが対となっているので、独立して制御できない。RF入力電力が増加すると、プラズマ密度及びイオンエネルギーの両方が増加する。結果として、RIEシステムは、炭化珪素においてビアをエッチングするのに有利な高密度低エネルギータイプのプラズマを発生させることができない。
【００２１】
誘導結合プラズマ（ICP）システムでは、２つのRF発生器を用いる。一つは、非導電性放電チャンバの周囲に巻き付けられたコイルにRF電力を供給する。もう一つは、その上にウェーハが配置される電極（チャック）に電力を供給する。そのようなシステムでは、RFエネルギーカップリングの誘導特質により、エネルギーカップリングの効率を増大させ、その結果として、プラズマの密度が増加する。更に、プラズマ密度は、コイルRF電力によって独立に制御でき、一方イオンエネルギーは、チャックRF電力によって独立に制御することができる。したがって、ICPシステムは、炭化珪素においてビアをエッチングするのに有利な高密度低エネルギープラズマを生成させることができる。
【００２２】
エッチングは、エッチングする必要がないウェーハ領域をマスクすることによって、ウェーハの選択された領域に関して行われる。基板（エッチングされる材料）のエッチング速度対マスク材料のエッチング速度の比が、エッチングの「選択比」と呼ばれている。深いエッチングと忠実なパターン転写のためには、高い選択比が望まれる。
【００２３】
エッチングは、一般的に、垂直方向及び水平方向の両方で進行する。垂直方向は、マスクされていない領域においてエッチング深さとして測定でき、水平方向は、マスク領域下のアンダーカットとして測定できる。異方性の程度は、水平エッチング速度対垂直エッチング速度の比が、どれだけ均一性から逸脱しているかによって表される。垂直方向におけるエッチング速度が、水平方向におけるエッチング速度に比べてはるかに大きい場合、そのエッチングは異方性エッチングと言われる。逆の場合は、等方性エッチングと言われる。炭化珪素の高い結合強度の故に、水平方向においては、イオン衝撃無しではエッチングされない。結果として、炭化珪素のドライエッチングは一般的に異方性である。
【００２４】
対照的に、ICPシステムにおける珪素（Si）のエッチングは一般的に等方性である。それは、珪素の低結合強度から生じ、水平方向において容易にエッチングされるからである。側壁保護のための堆積工程とエッチング工程とを交互に行うボッシュ法を用いることによって、珪素エッチングを異方性にすることができる。
【００２５】
SiCエッチングのためにICP（誘導結合プラズマ）源及びECR（電子サイクロトロン共鳴）源を用いると、RIE（反応性イオンエッチング）と比較して、より高いエッチング速度が得られる。ICPシステム及びECRシステムの両方において、RIEシステムと比較して、より低い作動圧力（例えば、１から２０ミリトル）、より高いプラズマ密度（１０11から１０12ｃｍ-3）及びより低いエネルギーを用いる。これらのパラメーターの組合わせにより、SiCに関して高いエッチング速度及びエッチングマスクに関して最小侵食が得られる。RIEシステムは、より高い圧力（１０から３００ミリトル）より低いプラズマ密度（１０10ｃｍ-3）及びより高いイオンエネルギーを用いて、SiC結合を壊し、エッチングするが；高イオンエネルギー及び低プラズマ密度の有害効果としては、マスク侵食及びより低いエッチング速度が挙げられる。
【００２６】
McDaniel他による Comparison of Dry Etch Chemistries for SiC，J．Vac．Sci．Technol．A．，15（3），885（1997）による科学文献で報告されているように、電子サイクロトロン共鳴（ECR）プラズマを用いてSiCをエッチングするのに成功した。科学的研究により、CF4/O2又はSF6/O2のより高いイオン密度を有するECR放電により、RIEに比べてはるかに速いエッチング速度が得られることが確定された。RIEとは対照的に、ECRエッチング中に、NF3又はSF6に酸素を加えることの利益は観察されなかった。
【００２７】
SiCの高密度プラズマエッチングのためのプラズマ化学における従来の試みとしては、塩素（Cl2）、臭素（Br2）、又は沃素（I2）ベ−スのガスの使用が挙げられる。しかしながら、フッ素ベースのガスを用いると、エッチング速度がはるかに速くなった。例えば、Hong他によるPlasma Chemistries for High Density Plasma Etching of SiC，J．Electronic Materials，Vol．28，No．3,196（1999）は、高イオン密度プラズマツール（すなわち、ECR及びICP）において、六フッ化硫黄（SF6）、塩素（Cl2）、塩化沃素（ICl）、及び臭化沃素（IBr）を含む様々なプラズマ化学作用を用いる6H-SiCのドライエッチングについて考察している。これらの努力により、SF6プラズマを用いて、約０．４５μｍ／分（４５００Å／分）のエッチング速度が達成された。別法として、ECR源及びICP源におけるCl2，ICl及びIBrベースの化学では、０．０８μｍ／分（８００Å／分）のより低い速度であった。フッ素ベースのプラズマ化学作用により、高密度プラズマ条件下で、SiCに関して最も迅速で且つ最も望ましいエッチング速度が得られることを見出した。不都合なことに、フッ素ベースの化学作用は、フォトレジストマスクに関してはSiCに対する選択比が悪かった。
【００２８】
Wang他は、Inductively Coupled Plasma Etching of Bulk 6H-SiC and Thin-film Si CN in NF3 Chemistries，J．Vac．Sci．Technol．A，16（4）（1998）において、誘導結合プラズマNF3/O2及びNF3/Ar放電における6Hp+及びn+SiC及び薄膜SiC0.5N0.5のエッチング特性、及び、その場合、０．３５μ／分（３５００Å／分）のエッチング速度が達成されたことを報告した。
【００２９】
更なる科学文献、すなわちCao他によるEtching of SIC Using Inductively Coupled Plasma，J．Electrochem．Soc．，Vol. 145，No．10（1998）では、それぞれ１分間あたり２０標準立法センチメートル（ｓｃｃｍ）及び９ｓｃｃｍの流速でCF4ガス及びO2ガスを用いるECRプラズマにおけるプラズマエッチングを考察していて、約０．０５μｍ／分（５００Å／分）のSiCにおけるエッチング速度を得た。そのような方法では、滑らかな底面を有する深さ１４μｍのトレンチが得られた。更に、低いチャンバ圧（すなわち、７ミリトル）により、深いエッチトレンチング（deep etch trenching）中におけるマイクロマスク（micromasking）の効果が最小化された。Cao他による研究中に、基板バイアスは１０Ｖに維持され、コイル電力は、７００Ｗに維持された。
【００３０】
上で考察した技術を考慮すると、SiCビアエッチングの第一の目的は、エッチマスクの侵食を最少に保ちながら、合理的な速度でSiCをエッチングする方法を見出すことである。この目的に影響を及ぼす因子は、マスク材料、プラズマ化学作用（plasma chemistry）、プラズマ密度、及びイオンエネルギーである。SiCにおいてビアをエッチングする第二の目的は、滑らかなエッチング面を得ることである。
【００３１】
それ故、エッチングマスクの侵食を最少にしながら、合理的に迅速な速度でSiCをエッチングできる方法に関するニーズが存在する。
【００３２】
また、ビアトレンチの底部に滑らかな表面を生じさせる合理的な速度で、且つ充分な深さでSiC中のビアをエッチングする方法に関するニーズも存在する。
【００３３】
半導体デバイスまたはいかなる露出された炭化珪素上のコンタクトをエッチングすることなく、III族元素窒化物エピタキシャル層を効率的にエッチングする方法に関する別のニーズも存在する。
【００３４】
半導体炭化珪素基板中に適当なビアを上手く用いて、炭化珪素ベースのMMICSと、そのような炭化珪素ベースのMMICSを用いて形成することができる最終用途デバイスとの製造を容易にする技術に関する更なるニーズが存在する。
【００３５】
それ故、本発明の目的は、炭化珪素、III族元素窒化物、マスキング材料、半導体デバイスの各コンタクトとの間を有利に識別する仕方で、炭化珪素基板とIII族元素窒化物エピタキシャル層において及びそれらを完全に貫通してビアをエッチングする方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明は、基板の対向する側に第一表面及び第二表面を有する炭化珪素基板上のエピタキシャル層に形成された半導体デバイスを貫通して、ビアをエッチングする方法によって上記目的を達成する。該エピタキシャル層は、炭化珪素基板の第二表面上のIII族元素窒化物半導体材料で、デバイス中にこのデバイスのソース、ゲート、ドレインの各領域をそれぞれ画成（define）する白金コンタクトが備えられているものを含む。本発明は、炭化珪素は除去するものの、基板上のエピタキシャル層の所でエッチングを停止するような第１のエッチング液を用いて炭化珪素基板を貫くビアをエッチングする方法を含む。次に第二のエッチング液がエピタキシャル層を除去し、各白金コンタクトに至るとエッチングを停止する。エッチング工程に続くマスキングパターン工程において、炭化珪素基板の第一表面の底部から、それぞれソース、ドレイン、ゲートの各コンタクトまで延びるビアが得られることになる。それぞれのビアをメタライジングすれば、基板及びエピタキシャル層を貫通してコンタクトに至る導電経路が得られ、ワイヤボンディングにより外部回路とコンタクトを接続する必要がなくなる。
【００３７】
更に別の面では、本発明は、それぞれ第一表面及び第二表面、半導体デバイスが形成される少なくとも一層のIII族元素窒化物エピタキシャル層、炭化珪素基板を完全に貫通して延びエピタキシャル層のところで終端するビア、を有する炭化珪素基板を含む回路前駆体（circuit precursor ）を含む。別の回路前駆体は、少なくとも一つのビアを有するものであるが、該ビアは、基板の第一表面から、基板及びエピタキシャル層を完全に貫通して延び、ソース、ゲート、ドレインの各コンタクトにおいて終端している。
【００３８】
本発明のこれらの及び他の目的及び利点、及びそれらを達成する方法は、以下の詳細な説明と添付の図面によって更に完全に理解されるであろう。
【００３９】
第一の面では、本発明は、特定の材料、好ましくは、炭化珪素及びIII族元素窒化物、においてビアを形成し、これにより、集積回路、特にモノリシックマイクロ波集積回路を、複数層のエピタキシャル層を備えた炭化珪素基板上に形成することを可能にする方法である。本発明は、ワイヤーボンディングを用いて高周波数のデバイスと回路のための電気的コンタクトを形成する場合の、そのようなMMICの特徴であるインダクタンスの問題を低減するように、デバイスと外部回路とを接続させることができるものである。
【発明を実施するための最良の方法】
【００４０】
図１から図１１には、本発明方法の態様の基本的工程を、連続的に図示してある。これらの図は、やや一般的に記載されており、特有な実験的詳細は以下に記載してある。MMICs及びそれらの機能の背景のほとんどのことは、当業において充分に理解されており、これらのことに関しては、本発明を強調する必要があるとき以外は、特に詳細に説明しない。同様に、ある種のプロセス工程は、一般的に充分に理解されているので、適当な場合には、詳しく説明せずに単純に名称を挙げるだけである。しかしながら、本発明の新規で自明でない特徴は、本発明の明細書を参照すれば、過度の実験を行うことなく、成功裡に実施できる程度に、十分詳細に記載されている。
【００４１】
図１は、括弧２１によって示されている、半導体デバイスが作成される炭化珪素基板２０に関する横断面図である。デバイス部分は、炭化珪素基板の第二の表面２８上の少なくとも一層のエピタキシャル層２９を含む。図１にはエピタキシャル層が一層示されているが、本発明は、炭化珪素基板上の複数層のエピタキシャル層に形成されたデバイスにも等しく適用されるものである。上記したように、本発明の目的は、SiC基板２０及びエピタキシャル層２９を貫通するビアを形成し、そのビアを用いて、基板２０を貫通してコンタクト２５に至る導電経路を提供することにある。説明のために、図１から図１１には、単一デバイスの１つのコンタクトに対する単一ビアが図示してある。にもかかわらず、本発明の方法及び得られる構造は、回路を形成する多くのデバイスに多くのビアを形成するために、更に典型的に適用される。特に、本発明の方法は、炭化珪素に形成されたトランジスタのソース２２、ゲート２３、ドレイン２４の各領域に至る導電性のビアを形成するのに適している。しかしながら、本発明方法の工程のあるものは、図解を単純化することによって最も明確に示される。
【００４２】
それ故、図１は、括弧２１によって示されている、半導体デバイスが作成される炭化珪素基板２０を大まかに図示することを意図している。代表的な半導体デバイスは、適当なソース２２、ゲート２３、ドレイン２４の各領域を有する、金属半導体電界効果トランジスタ（MESFET）、或いは、高電子移動度電界効果トランジスタ（HEMTs）を含む。好ましい態様では、特にマイクロ波周波数デバイスのために、ソース２２、ゲート２３、及びドレイン２４の各領域をすべてワイドバンドギャップ材料で、例えば炭化珪素、又はある種のIII族元素窒化物、例えば窒化アルミニウム（AlN）、窒化ガリウム（GaN）、及びそれに関連する二元性、三元性、及び第三のIII族元素窒化化合物、例えばAlGaN及びInAlGaN、で形成する。それ故、本発明は、炭化珪素基板上の複数層のワイドバンドギャプエピタキシャル層を包含するデバイスを含む。
【００４３】
第一表面２７及び第二表面２８を有する炭化珪素基板２０上にデバイス２１を形成する。
【００４４】
図２には、図１と同じ基板２０及び対応するデバイス２１が図示してあるが、エピタキシャル層の最上位表面２６上の適所に導電性コンタクト２５を有している。MESFETS及びHEMTsのようなデバイスに精通している当業者は、例示してあるデバイスが、ゲート領域２３及びドレイン領域２４に対するコンタクトを含むこともできることを直ちに認めるであろう。しかしながら、図を見れば分かるが、重要な情報の提示を単純化するために、そのようなコンタクトは図１〜図１１に示されていない。したがって、図２は、例示デバイスのソース領域２２に対する導電性コンタクト２５を単に示している。デバイスが、炭化珪素の単一部分において完全に形成されている場合、全体の部分は基板２０と見なすことができる。
【００４５】
本発明の導電性コンタクト２５は、好ましくは白金で形成される。特定の態様におけるいかなるコンタクトに対しても、従来慣用されている金属が使用できる。
【００４６】
別法として、どんな方法でも本発明から逸脱せずに、基板は、デバイス部分２１が形成される１又はそれ以上のエピタキシャル層（エピ層）を含むこともできる。そのような態様では、表面２６は、エピタキシャル層の（図１〜４の配向における）最上位表面と呼称されると考えられる。半導体材料の成長、特に炭化珪素の成長に精通している当業者は、同じ材料で作られているとしても、基板及びエピタキシャル層（単数又は複数）の使用は、基板に比べて、エピタキシャル層（エピ層）において、改良された結晶格子を得る方法が（ほとんどの状況下において）提供されることを認めるだろう。
【００４７】
基板上のエピ層の製造は、当技術分野においてよく知られている。本発明は、炭化珪素以外の半導体材料で作られた、少なくとも一層の、好ましくは複数層のエピタキシャル層を含む。炭化珪素基板上のIII族元素窒化物エピ層が特に有利である。III族元素窒化物エピ層は、マイクロ波周波数での動作が可能な半導体デバイスを形成し得るワイドバンドギャップ材料を提供する。特に興味深いエピタキシャル層は、HEMT或いはMESFETを形成するための窒化ガリウムの層を含む。他のIII族元素窒化物層は、HEMTsを形成するのに特に適している。これらの他のエピタキシャル層は、HEMTsを形成するための、InGaN層、InAlGaN層、AlGaNとGaNからなるエピタキシャル層の組み合わせ、AlGaN、AIN、GaNからなる層の組み合わせ、を含む。エピ層は、炭化珪素基板２０の第二表面２８と接触する下部表面２９と、その上にデバイスコンタクトを形成するための最上位表面２６とを含む。
【００４８】
III族元素窒化物半導体材料は、MESFET或いはHENTのチャネル領域を形成するのに特に有利である。本発明によるHEMTは、図１２のHEMT５０に示されるように、III族元素窒化物半導体チャネル層上のバリア層を形成するIII族元素窒化物半導体材料を含む。HEMT５０のバリア層５４は、チャネル層５２のバンドギャプ・エネルギーよりも大きなバンドギャプ・エネルギーを有しており、それにより、バリア層５４とチャネル層５２との接合部は、二次元電子ガスを生ずる。該二次元電子ガスは、HEMTにおいてソース５８からドレイン６０へと制御可能な電流を伝導する。HEMTは、また、チャネル層５２とバリア層５４との間に、デバイス性能を最適化するために、窒化アルミニウム等のIII族元素窒化物で形成されたスペーサ層５６を含んでもよい。
【００４９】
HEMTsのある態様は、ソース５８、ゲート５９、ドレイン６０の各コンタクトの種々の配置形態を許容するものである。図１２は、一つの態様を示すものであり、そこにおいては、ソース５８とドレイン６０の各コンタクトは、III族元素窒化物チャネル層５２上の白金堆積物であり得、ゲートコンタクト５９は、III族元素窒化物バリア層５４上の白金堆積物であり得る。炭化珪素基板５１上のGaNチャネル層５２の上にあるAlGaNのバリア層５４で形成されたHEMTにおいて、ゲートコンタクト５９は、AlGaN層上に配置された白金コンタクトであってもよい。というのは、白金は、AlGaNに対して整流作用を示すからである。次に、本態様のソース及びドレインの各コンタクト５８、６０は、GaN層へとずっと延びる白金コンタクトであってもよい。というのは、白金は、GaNに対してオーミック（ohmic）だからである。
【００５０】
手近な応用に応じて、ソース、ゲート、ドレインの各コンタクトのための他の材料や配置形態もトランジスタにおいて可能である。図１３は別の態様を説明するものであるが、そこにおいては、ソース、ゲート、ドレインの各コンタクトは、HEMT７０のバリア層７７に対して必要なオーミック作用或いは整流作用を奏する適当な材料で作られる。それ故、図１３には、炭化珪素基板７５上のGaNのチャネル層７６の上にあるAlGaNバリア層７７で形成されたHEMT７０が示されている。図１３に示されるソース７８、ゲート７９、ドレイン８０の各コンタクトは、AlGaNバリア層７７に対し適当なオーミック或いは整流電流応答を与える材料で作られる。ゲートコンタクト７９は、チタン、白金、クロム、タングステンとチタンの合金、又は珪化白金で形成され、AlGaNバリア層７７に対して整流電流応答を達成するものであってもよい。ソース、ドレインの各コンタクト７８、８０は、チタン、アルミニウム、ニッケルの合金で形成され、AlGaNバリア層７７に対して所望のオーミック応答を達成するものであってもよい。それ故、本発明においてソース及びドレインの各コンタクトについて必要なことは、炭化珪素以外の半導体材料で作られたエピタキシャル層に配置された際、ソース及びドレインのコンタクト材料がオーミック作用を示すように形成されていることのみである。同様に、ゲートコンタクトは、炭化珪素以外の半導体材料で作られたエピタキシャル層に配置された際、コンタクト材料が、整流作用を示すように形成されていなければならない。
【００５１】
炭化珪素ベースのトランジスタにおけるコンタクトの配置については、単なる導電性以外の配慮も必要である。上述のように、制御回路において電流がコンタクトを横切って伝導される際には、コンタクトは適正に応答しなければならない。コンタクトは、また、デバイスの残余の部分と両立し得る標準的な製造技術に対しても、伝導性を持たなければならない。本発明は、電気的なコンジットとして、また、導電ビアの製造におけるエッチング停止材として役立つ適当な材料で作られるコンタクトのトランジスタ上の配置についての付加的な利点とともに、これらの配慮を強調する。したがって、図２には、好ましくは白金であるが、インジウム・錫・酸化物（「ITO」）であり得る導電性エッチング停止材料が、エピタキシャル層２９の最上位表面２６上の所定の位置に配置されたコンタクト２５の形をとって示されている。以下において詳細に示すように、コンタクト２５は、その有する物理的な特性により、デバイスを貫通する導電性ビアの終端として役立つものである。電気的コンタクト及びエッチング停止という二重の目的を果たすことにより、コンタクト２５は、特別なエッチング停止材料を製造工程において余分に加える必要性を軽減する。
【００５２】
図３には、インジウム・錫・酸化物コンタクト２５を利用してデバイスに高品質なコンタクトを提供するために、コンタクト２５が、好ましい態様では典型的には金である貴金属３０で、典型的に更にコーティングされている状態が図示されている。貴金属３０は、エッチング停止として白金コンタクトを利用するデバイスにとっては必要ではない。
【００５３】
この点で、本発明の特有な利点の一つを強調することができる：すなわち、エッチング停止として導電性ITO、或いは、白金もケースとしてはあり得るが、を用いると、エッチング工程の前後それぞれに、別のエッチング停止材料を加えることも除去する必要も無くなる。その代わりに、ITO或いは白金を、ビアをエッチングする前に、デバイス又は回路の中に単に組み込む。ITO或いは白金によるエッチング停止は、そのような二重の役割を担うので、プロセス環境への導入に必要な材料が少なくて済むとともに、プロセス工程数も減少できる。半導体製造技術に精通している当業者には公知のように、より少ない工程及びより少ない材料を用いて、所望の構造を製造するプロセスは、一般的に有利である。更に、本発明のような構成でなければ加えた後除去しなければならないであろう、外来のエッチング停止材料を必要としなくなることは特に有利である。
【００５４】
図４には、好ましい態様において、デバイス、特に最上位のエピタキシャル層とソース２２、ゲート２３、ドレイン２４の各領域が、好ましい態様ではポリイミドである保護ポリマー層３１で被覆されている状態が図示してある。ポリイミド層３１は、下にあるデバイスを保護し、且つ以下の製造工程における適当な処理のために、前駆体に平滑化効果（leveling effect）を提供する。
【００５５】
図５は、次の工程における、エピタキシャル層２９のポリマーコーティングされた最上位表面２６がプラテン３２上に戴置されている状態を図示している。プラテン３２は、好ましくは、炭化珪素から形成されるが、この場合は、その電子的利点というよりはむしろ、その機械的及び熱的性質の故にである。典型的には、取り付け接着剤３３を用いて、ポリイミドコーティング表面３１をプラテン３２に固定する。取り付け接着剤は、その後の加工工程中に、それらの工程に耐え、且つそれらの工程に関するいかなる干渉も防止しながら、ポリイミドでコーティングされたデバイス及び基板を炭化珪素プラテン３２に対して固定状態に保つ任意の適当な材料であることができる。前記接着剤は、一般的に当業において公知であるので、本明細書では詳しく説明しない。
【００５６】
図６は、好ましい方法の次の工程で、実質的に透明になるまで半導体基板２０を研削し研磨した状態を図示している。研削及び研磨は、少なくとも三つの理由で行った。第一の理由は、炭化珪素をエッチングすることは、いかなる状況下でも難しいので、炭化珪素基板２０の厚さを最小にして、エッチングプロセス全体を容易にするのに役立つ。第二の理由は、実質的に透明になるまで基板２０を研削し研磨することによって、基板２０の第一表面２７から金属コンタクト２５まで適当な光路を画成することができ、その結果、残りの図面に関して本明細書で説明しているように、所望の方法で、ビアのための適当な位置をコンタクト２５に位置合わせしエッチングすることができる。第三の理由は、得られたより薄い基板（すなわち、より少ない質量）により、得られるデバイス又はMMICに対して熱に関する利点を提供する。
【００５７】
本発明によれば、ビアをエッチングする場合、集積回路を形成している複数の層が接続され、それによって集積回路がその所望の機能を発揮できるように、前側エッチング停止パッドは導電性であるべきである。更に、サンプルの裏面上にあるエッチングマスクは、前側エッチング停止を有するサンプルを光学的に位置合わせ（視覚による位置合わせを含む）できるように、好ましくは透明である。
【００５８】
図７は、本発明の好ましい方法の次の工程において、基板２０の第一表面２７をインジウム・錫・酸化物（ITO）の層３４でコーティングしている状態を図示している。ITOは、少なくとも二つの理由から選択され組み込まれる。第一には、ITO層３４は透明であるように形成することができ、その結果、本発明の方法は、半導体の設計及び製造で用いられる典型的なマイクロリソグラフィー及びマスキング技術を取り入れることができる。第二には、以下に記載した実験の項で考察しているように、エッチングプロセス中に所望され且つ必要とされる方法で、所望のエッチング液が、SiCとITOとの間を識別するので、ITOは良好なマスキング材料を提供する。
【００５９】
別の態様では、基板の第一表面２７上にある層３４は、選択性及び透明性というITOと同じ利点を提供する酸化マグネシウム（MgO）を含むことができる。MgOに関して精通している当業者には公知のように、MgOは、非常に高い融点（２８００°C）を有する極めて高密度の形態で製造することができる。
【００６０】
次に、適当なフォトレジスト層３５でITO層３４をコーティングする。フォトレジスト化合物は、当業において一般的に公知であり、留意点として、適当なフォトレジスト材料はITO層３４上における堆積と両立しているべきであり、また露光現像時に適当なレベルの先鋭度（definition）を提供すべきである、という点を挙げる以外には、詳細には論じない。露光されたフォトレジスト層３５は、ITO層３４、基板２０、エピタキシャル層２９をエッチングするためのガイドを提供する。
【００６１】
図８は、フォトレジスト３５がマスクされ、露光され、現像された後の前駆体構造、及び残余のプロセス及び材料と整合性を有するという条件の下で、従来の方法で実施し得る工程を図示している。フォトレジストを開口させると、フォトレジスト層３５において、画成された開口部３６が形成され、その開口部により、ITO層３４は、適正に開口され、次に、図９に示してあるように、適当なビア３７を形成することができる。本発明の好ましい態様では、三塩化硼素（BCL3）化学作用を用いて反応性イオンエッチングによってITO層をエッチングする。
【００６２】
図９に図示してあるように、本発明は、ビアを有する半導体デバイスの製造方法であり、当該ビアはエッチング工程で形成され、それにより、基板の第一表面２７からデバイスのソース２２、ゲート２３、ソース２４の各領域に至る導電経路が提供されるものである。この導電経路により、半導体デバイスが半導体集積回路に組み込まれる際のワイヤボンディングの必要がなくなるが、それは、各コンタクトが、ビアを介して電気的にアクセスし得るからである。導電ビアを有する半導体デバイスは、炭化珪素以外のワイドバンドギャップ材料からなる少なくとも一つのエピタキシャル層２９を炭化珪素基板２０上に形成することにより製造される。基板は、好ましくは、対向する側に第一及び第二表面を有し、少なくとも一層のエピタキシャル層は、炭化珪素基板２０の第二表面と接触する下部表面３８と、半導体デバイスの構成要素を製造するための最上位表面２６とを含む。デバイスのソース２２、ゲート２３、ソース２４の各領域は、一層又は複数層のエピタキシャル層の最上位表面上の所定の位置にある各コンタクトの配置によって画成される。
【００６３】
次に、炭化珪素基板２０の第一表面２７にマスクが適用される。マスクは、フォトレジスタ層３５上に位置合わせされ、それにより、従前の手段を用いてフォトレジスト層を現像することにより開口される点を画成する。炭化珪素基板の第一表面のマスキングにより、複数の導電性ビアが、ソース２２、ゲート２３、ソース２４の各領域に接続された各コンタクトに対する所定位置に対向かつ整列されるように、複数の導電ビアに対して所定の位置が画成される。
【００６４】
次に、複数の導電性ビアが、炭化珪素基板２０及び一層又は複数層のエピタキシャル層を貫通してエッチングされ、それにより、炭化珪素基板２７の第一表面からソース２２、ゲート２３、ソース２４の各領域上の各コンタクトへとそれぞれ至る導電経路が提供される。
【００６５】
本発明は、炭化珪素基板上に半導体デバイスを製造するのに必要な層の全てを、都合よくかつ正確にエッチングする一連の工程を創出するものである。
【００６６】
第一に、透明なITO層３４が、マスクにより画成される領域内で、第一の反応性イオンエッチングによりエッチングされる。一つの態様においては、第一のイオンエッチングは、エッチング液として三塩化硼素を使用して実施される。
【００６７】
次に炭化珪素基板２０は、炭化珪素は除去するものの、基板２０の第二表面上のエピタキシャル層を形成する炭化珪素以外の材料は除去しないエッチング液を用いてエッチングされる。それ故、炭化珪素のエッチングは、基板２０上のエピタキシャル層の所で停止する。一つの態様においては、炭化珪素基板のエッチング工程は、マスクにより画成される領域内で誘導結合プラズマとともに行うエッチングを含む。炭化珪素基板の誘導結合プラズマ・エッチングは、典型的には、エッチング液として六フッ化硫黄（SF6）を用いるフッ素化学作用中で実施される。
【００６８】
第三に、エピタキシャル層２９を形成する炭化珪素以外の材料は除去するものの、炭化珪素或いはソース、ゲート、ドレインの各コンタクトを形成するのに用いられる材料は除去しないエッチング液により、一層のエピタキシャル層２９または複数層のエピタキシャル層がエッチングされ、これにより、エピタキシャル層のエッチングは、ソース、ゲート、ドレインの各領域の所で停止する。一層又は複数層のエピタキシャル層のエッチング工程は、好ましくは、マスクにより画成される領域内での第二の反応性イオンエッチングによるエッチングを含む。一つの態様においては、塩素化学作用が、反応性イオンエッチングにおいてエピタキシャル層をエッチングするために用いられる。
【００６９】
エッチング工程の完了により、本方法は透明層３４に対する研削（grinding off）を含むが、この研削により、回路に全体にわたるデバイスを取り付ける際に基板の裏面への金属付着が保証される。炭化珪素基板２０の第一表面２７は、次に、研削により引き起こされる基板に対するダメージを修復するために、研削の後に、フッ素化学作用中の更なる誘導結合プラズマ・エッチングを必要とする。
【００７０】
エッチングプロセスの工程は、本発明の方法におけるある時点において、前駆製造体（precursor products）を生じる。それ故、本発明は、製造及びエッチングの異なるレベルでの回路前駆体（circuit precursors）を含む。例えば、一つの回路前駆体は、研磨された炭化珪素基板２０を含むが、該基板２０は、次のもの、即ち、第一及び第二表面２７，２８；炭化珪素基板２０の第二表面２８上の少なくとも一層のIII族元素窒化物エピタキシャル層２９；その上に電気コンタクトが形成されるエピタキシャル層２９の最上位表面３８；エピタキシャル層２９における半導体デバイス２１；その一つが最上位表面２６上に２５により例示され、エピタキシャル層２９における半導体デバイス２１に対してソース２２、ゲート２３、ドレイン２４の各領域を画成する各コンタクト；各コンタクトを含むエピタキシャル層２９全体を覆うポリマーコーティング；インジウム・錫・酸化物と酸化マグネシウムからなる群から選択された、研磨された透明基板の第一表面上の透明層３４、を有している。
【００７１】
回路前駆体は、炭化珪素基板２０上のフォトレジスタ３５の層から該炭化珪素基板を貫いてエピタキシャル層の下にある基板の第二表面２８まで延びる、少なくとも一つのビアを含む。別法として、本発明による回路前駆体は、炭化珪素基板２０を貫通するとともに少なくとも一層のエピタキシャル層２９を貫通して、基板の第一表面から、図上でコンタクト２５と例示されているコンタクトまでずっと延びる、少なくとも一つのビアを含んでもよい。
【００７２】
特に有利な工程では、本発明の方法は、エッチング停止として元の導電性コンタクト２５を組み入れる。一つの好ましい態様では、導電性コンタクト２５は、各ソース、ゲート、ドレインに対して白金でできているが、これは、エピタキシャル層のエッチングにおいて、有用なエッチング停止として役立ち得るものである。エピタキシャル層のエッチングのために上述のように塩素化学作用を利用する反応性イオンエッチングは、白金をエッチングすることはない。この手法において、本発明の方法では、別々のエッチング停止を付加したり除去したりするための追加の工程及び（しばしば同様に重要なことには）材料を用いることが回避される。また、図面では、ただ１つのビアが図示されているが、それは、図解を明確にするためであって、本発明は、複数ビアの開口ために有利に用いられることを理解すべきである。
【００７３】
図１０は、好ましい態様において、基板の第一表面から、ソース、ゲート、ドレインの各コンタクトに至るそれぞれ至る導電経路を提供するために、ビアがメタライズされることが示されている。好ましい態様において、金属の三層で：すなわち、チタン、白金、及び金（「Ti/Pt/Au」）の順序でエッチングトレンチの床及び壁に沿ってビアが第一のスパッタコーティングされている状態を図示している。このコーティングは、図１０では４０として示されている。次に、コーティング４０を、貴金属４１で、好ましくは金で電気メッキして、基板２０の第二表面２７から基板を貫いてエピタキシャル層２６の下部表面に至る完全なコンタクト、更に詳しく言えば、デバイス部分２１の一部であるコンタクト２５に至る、完全なコンタクトを形成する。好ましい態様では、フォトレジストとインジウム・錫・酸化物との層３４及びフォトレジスト層３５は、Ti/Pt/Auコーティング４０によるスパッタコーティング及び金４１による電気メッキの工程前に両方とも除去される。次に、プラテン３２からデバイス前駆体を除去し、保護ポリイミド層３１を除去して、図１１に図示されているデバイスが得られる。
【００７４】
図１４は、本発明による４ミル（１０００ミル＝１インチ）炭化珪素ウェーハにおいてエッチングされた直径１００ミクロンのビアホールに関するSEM顕微鏡写真である。図１〜図１３は図面であり、図１４は写真であるが、比較すると、図１４に示されている頂部表面は、図面の第一表面２７に相当している。当業者には理解されるように、この厚さの炭化珪素基板に対して、この直径のビアを配置する能力により、所望の炭化珪素基板におけるブロードバンド高周波数MMICが可能となる。
【００７５】
本発明は、厚さ１００から２００ミクロンの炭化珪素基板を貫通して、典型的には（必ずしも限定されないが）直径約２５から２００ミクロンのビアをエッチングする方法である。本発明のエッチングプロセスでは、１分あたり約０．５から０．８ミクロン（μ／分）のエッチング速度、１５０のエッチングマスクの選択比、及び９０から９９％の異方性が得られる。
【００７６】
炭化珪素基板中にビアをエッチングする際の重要な問題は、高い安定性及び高い結合強度を有する材料である炭化珪素を、エッチングマスクの侵食を最少にしつつ、合理的な速度（例えば、０．５μ／分）でエッチングするエッチングプロセスを見出すことである。
【００７７】
本発明は、マスキング材料、プラズマパラメーター、及び化学作用を選択することによってこれらの完全に相反する要件を満たす。
【００７８】
本発明では、インジウム・錫・酸化物（「ITO」）は、いくつかの理由から、炭化珪素中ビアのための好ましいエッチングマスクである。第一に、ITOは、炭化珪素をエッチングするために最も効率的で好ましいフッ素化学作用中で安定であってエッチングされない。第二に、他の硬質金属マスクと違って、ITOは、炭化珪素結合を破壊するのに充分な、したがって炭化珪素をエッチングすることができるイオンエネルギーでスパッタされない。第三に、ITOは、透明でもあり、ウェーハを通してエッジパッド（edge pads）に対してエッチングマスクを位置合わせできる。第四に、ＩＴＯは、導電性であり、且つエッチングが停止する材料として機能することができるので、エッチング停止のために用いることもできる。
【００７９】
上記したように、炭化珪素においてビアをエッチングするための最善のエッチングマスク材料の一つは、インジウム・錫・酸化物（ITO）である。ITOエッチングマスクは以下のようにしてパターニングする。まず最初にITOで、次にフォトレジストでウェーハをブランケットコーティングする。そのフォトレジストは、マスクを介してUV光で露光され、露光領域が硬化して、マスクパターンをフォトレジスト上へと転写する。フォトレジストは、塩素化学作用におけるITOのその後のエッチングではマスクとして機能するので、ITO上にフォトマスクのパターンが転写される。次に、フッ素化学作用における炭化珪素ビアのその後のエッチングでは、ITOは、マスクとして機能する。
【００８０】
いくつかの理由から、本発明では、誘導結合プラズマ（ICP）を用いて、高密度SF6プラズマを発生させて、炭化珪素においてビアをエッチングする。第一に、エッチングマスクの侵食を最少にしつつ、炭化珪素において高いエッチング速度を達成するためには、高密度で低エネルギーのプラズマが必要である。ICPの使用は、高密度プラズマを発生させることができるので、またチャック電力を調節することによりコイル電力及びイオンエネルギーを調節することによって、プラズマ密度を独立制御できるので、重要である。プラズマ密度を最大にするためには、高いコイル電力（６００〜１５００Ｗ、好ましくは約８００Ｗ）が選択される。
【００８１】
本発明の重要なポイントは、ITO又はMgOのエッチングマスクの侵食を最少にしつつ、炭化珪素のエッチング速度を最大にするICPシステムにおけるチャック電力の使用である。チャック電力がICPシステムにおいて増加すると、炭化珪素のエッチング速度が増大するが；その速度の増大は、高いチャック電力の場合に比べて、低いチャック電力の場合の方がはるかに劇的である。チャック電力を増加させると、ITO又はMgOのエッチングマスクの侵食速度は、最小値のままで初めは増加しないが；より高いチャック電力では、急速に増加する。したがって、本発明は、一方ではSiCエッチング速度を最大にし、他方ではSiCエッチングマスクとITOエッチングマスクとの間のエッチング速度の差を最大にするチャック電力を選択できるという認識を取り入れている。好ましい態様では、このチャック電力レベルは、現在では、一平方センチメートルあたり約１から２ワット（Ｗｃｍ-2）であることが好ましいことが知られている。
【００８２】
好ましい態様において、本発明は、六フッ化硫黄（SF6）化学作用を取り込み、炭化珪素にビアをエッチングする。六フッ化硫黄を用いる理由は、前記目的にとって、フッ素化学作用の中で最も効率的であると考えられるからである。本発明は、ガス添加剤を一切用いないが、それは、炭化珪素のエッチング速度を遅くする傾向があるからであり、またスパッタリングによってマスク侵食が速くなるからである。本発明は、１から５ミリトルの圧力で、好ましくは約３ミリトルの圧力でSF6を用いる。同様に、ガスは、約５から１００ｓｃｃｍの速度で、好ましくは約１０ｓｃｃｍの速度で供給する。
【００８３】
SF6を用いる更なる研究では、SF6では、NF3又はCF4（約７０：１）に比べて、より高いSiC対ITOマスク選択比（mask selectivity）（約１５０：１）が得られることが結論付けられた。上で考察したように、SiCをエッチングする従来法は、Ar及びCF4/O2で希釈されたNF3又はSF6の使用を含んでいた。しかしながら、研究時に、Ar又はO2をSF6又はNF3に加えると、フッ素の割合が低くなり且つイオン衝撃が大きくなるので、SiCにおけるエッチング速度が低下し、マスク侵食が増加した。したがって、追加のガスを加えずにSF6を用いることは、本発明のITOマスクに関して、エッチング速度の増大及び高い選択比を達成するのに好ましい。
【００８４】
ビアをエッチングする速度は、そこに施用されている基板又は薄膜の温度を上昇させることによって増大させることができる。温度の上昇は、サンプルを冷却するのに役立っている、サンプルの裏面へのヘリウム流を停止させることによって達成できる。別法としては、裏面の圧力を約１から１０トルに維持する。エッチング速度に影響を及ぼす化学反応（例えば、分子結合の破壊）は、ガス流量及びチャンバー圧を増加させることによって、増やすこともできる。
【００８５】
ビアエッチングに影響を及ぼす化学反応が増加すると、側面エッチングが増加し、その結果として、ビアの側壁の傾斜が生じる。また、化学反応の増加により、ＩＴＯマスクのエッチング速度と侵食も増大する。更に、増強された化学反応に起因して、スパイキング及び表面欠陥が生じることがある。
【００８６】
発明の背景に記載した引例によって例示されているように、誘導結合プラズマを発生させるために用いられる装置及びプロセスは、一般的に、当業において公知であって充分に理解される。而して、当業者は、本明細書で説明される技術を実行することができ、過度の実験は必要無い。
【００８７】
実験：
好ましい態様では、本発明は、誘導結合プラズマ（ICP）中で六フッ化硫黄化学作用を用いて、SiCにおいてビアをドライエッチングする方法も含む。本発明の特有な態様では、ドライエッチングは、Plasma-Therm Incorporatedによって製造されたモデル７９０ICPシステムにおいて行った。
【００８８】
このシステムでは、ウェーハを、プロセスチャンバー中にあるHeで冷却されるチャック上に配置し、ウェーハを固定し、次にターボポンプ及びメカニカルポンプを用いてプロセスチャンバーを１０-5トルまで排気する。１分間あたり５から２０立方センチメートルの半導体級（electronic grade）六フッ化硫黄をプロセスチャンバー中に注入し、ターボポンプ上にあるバタフライ弁を絞って、２から５ミリトルの作業圧力にする。次に、電力を印加してプラズマを発生させる。このシステムでは、２つの無線周波数（RF）電源を用いた。１つは、チャックに接続し、基板に達するイオンのエネルギーを制御するために用い、１から２Ｗ／ｃｍ2に設定する。第二のRF源は、セラミックプロセスチャンバーの周囲に巻き付けられた３ターン誘導子コイル（three turn inductor coil）に接続する。第二RF源は、主プラズマ発生電力を提供し、プラズマ密度を制御し、及び８００から１２００Ｗに設定される。
【００８９】
ビアをエッチングする前に、ITOでSiC基板をコーティングし、次に標準的なフォトリソグラフィーを用いてフォトレジストでパターニングする。次に、フォトレジストがエッチングマスクである塩素化学作用中でITOをドライエッチングする。続いて、ITOがエッチングマスクであるフッ素化学作用中で、SiCにおいてビアをエッチングする。ビアドライエッチングプロセスは、高度に異方性であり、SiCエッチング速度は０．５から０．８ミクロン／分であり、及びエッチングマスクに対する選択比は１００から１５０である。
【００９０】
本明細書では、本発明の典型的な態様を開示してきた。特定の用語を用いてきたが、それらは、一般的で説明的な意味でのみ用いており、限定することを目的としているのではない。本発明の範囲は、請求の範囲に記載してある。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明にしたがって、デバイスに対して、炭化珪素基板を貫通させてビアを形成する方法を示している横断面図である。
【図２】本発明にしたがって、デバイスに対して、炭化珪素基板を貫通させてビアを形成する方法を示している横断面図である。
【図３】本発明にしたがって、デバイスに対して、炭化珪素基板を貫通させてビアを形成する方法を示している横断面図である。
【図４】本発明にしたがって、デバイスに対して、炭化珪素基板を貫通させてビアを形成する方法を示している横断面図である。
【図５】本発明にしたがって、デバイスに対して、炭化珪素基板を貫通させてビアを形成する方法を示している横断面図である。
【図６】本発明にしたがって、デバイスに対して、炭化珪素基板を貫通させてビアを形成する方法を示している横断面図である。
【図７】本発明にしたがって、デバイスに対して、炭化珪素基板を貫通させてビアを形成する方法を示している横断面図である。
【図８】本発明にしたがって、デバイスに対して、炭化珪素基板を貫通させてビアを形成する方法を示している横断面図である。
【図９】本発明にしたがって、デバイスに対して、炭化珪素基板を貫通させてビアを形成する方法を示している横断面図である。
【図１０】本発明にしたがって、デバイスに対して、炭化珪素基板を貫通させてビアを形成する方法を示している横断面図である。
【図１１】本発明にしたがって、デバイスに対して、炭化珪素基板を貫通させてビアを形成する方法を示している横断面図である。
【図１２】本発明にしたがって、デバイスに対して、炭化珪素基板を貫通させてビアを形成する方法を示している横断面図である。
【図１３】本発明にしたがって、デバイスに対して、炭化珪素基板を貫通させてビアを形成する方法を示している横断面図である。
【図１４】本発明によって炭化珪素基板中に形成されたビアの走査電子顕微鏡写真（SEM）である。
【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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【国際調査報告】
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