(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）チャネル用の炭化珪素エピ層が形成され、表裏両面を鏡面研磨された炭化珪素基板の表面である前記炭化珪素エピ層を反応性プラズマによりエッチング処理するとともに、前記炭化珪素基板の表面または裏面にレーザ光を入射する工程と、
（ｂ）前記炭化珪素基板の前記表裏両面それぞれから反射した前記レーザ光の光強度を検出し、当該検出した光強度が示す干渉波形に基づいてエッチング量を算出し、当該エッチング量が所望のエッチング量となった場合に、前記工程（ａ）のエッチング処理を停止する工程と、
（ｃ）前記工程（ａ）の前に、前記炭化珪素基板の裏面と基板ステージ表面とを接して前記炭化珪素基板を配置する工程とを備える、
エッチング処理方法。
【請求項２】
前記基板ステージ表面には光吸収部が形成された、
請求項１に記載のエッチング処理方法。
【請求項３】
前記工程（ｂ）は、
前記工程（ａ）において、前記炭化珪素基板の表面にレーザ光を入射した場合には前記炭化珪素基板の表面側から、前記炭化珪素基板の裏面にレーザ光を入射した場合には前記炭化珪素基板の裏面側から、前記反射したレーザ光の光強度を検出する工程を含む、
請求項１に記載のエッチング処理方法。
【請求項４】
前記レーザ光の波長は、３７０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下、もしくは４８０ｎｍ以上の波長である、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のエッチング処理方法。
【請求項５】
（Ａ）炭化珪素基板を準備する工程と、
（Ｂ）前記炭化珪素基板上にトランジスタを形成する工程とを備え、
前記工程（Ｂ）は、
（Ｂ−１）請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の前記炭化珪素エピ層として、前記トランジスタのチャネルエピ層を形成する工程と、
（Ｂ−２）前記チャネルエピ層が形成された前記炭化珪素基板の表裏両面を鏡面研磨する工程と、
（Ｂ−３）前記工程（Ｂ−２）の後、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のエッチング処理方法により、前記チャネルエピ層をエッチング処理する工程とを備える、
炭化珪素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、エッチング処理方法および炭化珪素（ＳｉＣ）半導体装置の製造方法に関し、特に、ＳｉＣ基板を用いた高耐圧・大電力用の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のエッチング処理方法およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワーデバイスとしてシリコン（Ｓｉ）を用いたＭＯＳＦＥＴが広く用いられているが、更なるデバイスの高耐圧化や大電流化は、Ｓｉの物性限界により困難になってきた。そこで、Ｓｉに替わる新しい基板材料として、ワイドバンドギャップ半導体の１つであるＳｉＣが注目されるようになってきた。ＳｉＣは、絶縁破壊強度がＳｉに比べ一桁大きく、耐圧に優れているだけでなく、オン抵抗も小さく、低損失なパワーデバイスが実現できる。熱伝導率もＳｉに比べ約３倍大きく、大電力用のパワーデバイスの基板材料に適している。
【０００３】
特許文献１には、ＳｉＣ基板を用いたＭＯＳＦＥＴの構造およびその製造プロセスが示されている。この特許文献１には、反応性プラズマによるエッチング処理が記載されている。特許文献２に記載されたエッチング処理方法は、ＳｉＣ基板の被エッチング膜のエッチレートを予め求め、エッチングすべき膜厚とそのエッチレートからエッチングする時間を算出する。つまり、算出した時間で処理する時間決めでエッチング処理を行っている。
【０００４】
しかしながら、プラズマエッチングでは、無数の内部パラメータ（プラズマ中の電子やイオン種の密度・エネルギー、中性活性種の密度、不純物（マスク材料や反応容器壁から放出される不純物）種の密度）が複雑に絡み合いながらエッチング反応が進行する。特に、反応容器壁に堆積している反応生成物は、エッチング時にプラズマに再び放出され、これがＳｉＣ基板表面に再入射されることによりエッチング反応に大きく影響を及ぼす。反応容器壁に堆積している反応生成物の量は、ＳｉＣ基板の処理に伴い増加するため、エッチレートは不変ではなく、ＳｉＣ基板を処理するごとに変動する。
【０００５】
このようなプラズマエッチングを用いて被エッチング膜を完全に除去する場合、エッチレートが、想定していたエッチレートよりも小さい場合には、エッチング量が少なくなり、被エッチング膜が完全に除去されていないことがある。その一方で、エッチレートが、想定していたエッチレートよりも大きい場合には、エッチング量が多くなり、被エッチング膜の下地膜を深くエッチングすることがあり、その結果、デバイスの製造歩留まりが低くなる。これを防ぐため、以下のように、終点検出方法や、エッチング量をモニタリングする方法が提案されている。
【０００６】
前者の終点検出方法としては、被エッチング膜に含まれる原子の発光強度をモニターし、被エッチング膜が完全に除去される際の発光強度変化からエッチングの終点を検出する方法がよく用いられている。しかしながら、被エッチング膜と、その下地膜とがほとんど同じ材質である場合には、ほとんど発光強度に変化がないため、エッチングの終点検出を行うことは困難である。特に、それら膜の差異が、ＳｉＣ膜に不純物ドープされている原子種（Ａｌ，Ｎ）やドープ量の差異しかなく、これら原子種の密度がＳｉやＣ原子と比較して高々１０-3程度しか存在しない場合には、エッチングの終点検出を行うことは著しく困難である。
【０００７】
後者のエッチング量をモニタリングする方法としては、レーザ光の光干渉を利用する方法が知られている。基板の表面にレーザ光を入射させ、反射光を光検出器で検出し、その光強度を測定する。具体的には、被エッチング膜の屈折率と、その下地膜の屈折率が大きく異なる場合には、いわゆる光学的界面が存在し、膜の内部に入射した光の一部は光学的界面で反射し、エッチングされている膜表面からの反射光と、光学的界面からの反射光とが干渉を起こす。干渉波形における光強度の強弱の繰り返しに基づいてエッチング量を算出し、当該エッチング量が所望のエッチング量となった場合に、エッチング処理を停止する。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３０８５１０号公報
【特許文献２】特開２００７−２０８０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、レーザ光の光干渉を利用する方法においても、発光強度の変化を検出する方法と同様、被エッチング膜とその下地膜との差異が、ＳｉＣ膜に不純物ドープされている原子種やドープ量の差異しかない場合には、これらの膜同士の屈折率には差がない。そのため、炭化珪素基板の裏面においてレーザ光を反射させる光学的界面は存在せず、結果として、炭化珪素基板の表面からの反射光が検出されるだけで、干渉波形は観測できないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、被エッチング膜のエッチング処理を行いながら、そのエッチング量をモニタリングすることにより、所望のエッチング量で再現性よくエッチングを行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の係るエッチング処理方法は、（ａ）チャネル用の炭化珪素エピ層が形成され、表裏両面を鏡面研磨された炭化珪素基板の表面である前記炭化珪素エピ層を反応性プラズマによりエッチング処理するとともに、前記炭化珪素基板の表面または裏面にレーザ光を入射する工程を備える。そして、（ｂ）前記炭化珪素基板の前記表裏両面それぞれから反射した前記レーザ光の光強度を検出し、当該検出した光強度が示す干渉波形に基づいてエッチング量を算出し、当該エッチング量が所望のエッチング量となった場合に、前記工程（ａ）のエッチング処理を停止する工程を備える。そして、前記工程（ａ）の前に、前記炭化珪素基板の裏面と基板ステージ表面とを接して前記炭化珪素基板を配置する工程を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のエッチング処理方法によれば、レーザ光の反射光の光強度を観測することができるため、炭化珪素基板、例えば、チャネルエピ層のエッチング処理を行いながら、そのエッチング量をモニタリングすることができる。これにより、所望のエッチング量で再現性よくエッチングを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜実施の形態１＞
本実施の形態では、本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて、図１に示すＭＯＳＦＥＴ５０を形成する。このＭＯＳＦＥＴ５０は、ｎ−型エピ（エピタキシャル）層５２と、ｐ型ベース領域５３と、ｎ＋型ソース領域５４と、ｎ−型チャネルエピ層５５と、ゲート絶縁膜５６と、ゲート電極５７と、層間絶縁膜５８と、ソース電極５９と、ドレイン電極６０とを備える。
【００１４】
このＭＯＳＦＥＴ５０は、ｎ−型チャネルエピ層５５を表面に配置するタイプのＭＯＳＦＥＴである。まず、炭化珪素基板であるｎ＋型ＳｉＣ基板５１を準備する。このｎ＋型ＳｉＣ基板５１の不純物密度は、例えば、５×１０18ｃｍ-3であるものとする。それから、ｎ＋型ＳｉＣ基板５１上にトランジスタであるＭＯＳＦＥＴ５０を形成する。このＭＯＳＦＥＴ５０を形成するため、ｎ＋型ＳｉＣ基板５１の表面全面に、ｎ−型エピ層５２を堆積する。このｎ−型エピ層５２の不純物密度は、例えば、１×１０16ｃｍ-3であるものとする。
【００１５】
ｎ−型エピ層５２の表層部に、マスクパターンを形成し、例えば、アルミニウム（Ａｌ）によるイオン注入により、ｐ型ベース領域５３を形成する。それから、ｐ型ベース領域５３の表層部にマスクパターンを形成し、例えば、窒素（Ｎ）によるイオン注入により、ｎ＋型ソース領域５４をさらに形成する。ここで、ｐ型ベース領域５３の深さ、ｎ＋型ソース領域５４の深さは、例えば、８００ｎｍ程度、３００ｎｍ程度であるものとする。
【００１６】
次に、ｎ−型エピ層５２、ｐ型ベース領域５３、およびｎ＋型ソース領域５４の表面全面に、ｎ−型チャネルエピ層５５を成長させる。こうして、ｎ＋型ＳｉＣ基板５１上全面にＭＯＳＦＥＴ５０のチャネルエピ層であるｎ−型チャネルエピ層５５を形成する。ここで、ｎ−型チャネルエピ層５５の膜厚は、例えば、５００ｎｍ程度であり、不純物密度は、例えば、２×１０16ｃｍ-3であるものとする。
【００１７】
本実施の形態では、ｎ＋型ＳｉＣ基板５１、ｎ−型エピ層５２、ｎ−型チャネルエピ層５５は、全て炭化珪素からなる。そこで、以下、本実施の形態では、これらからなる炭化珪素基板を、ＳｉＣ基板２と記述する。また、後に反応性プラズマでエッチング処理されるｎ−型チャネルエピ層５５の表面をＳｉＣ基板２の表面と記述することもあり、それと反対側のｎ＋型ＳｉＣ基板５１の表面をＳｉＣ基板２の裏面と記述することもある。また、ｎ−型チャネルエピ層５５をエッチング処理することを、ＳｉＣ基板２をエッチング処理すると記述することもある。
【００１８】
次に、ｎ−型チャネルエピ層５５が形成された炭化珪素基板であるＳｉＣ基板２の表裏両面を鏡面研磨する。つまり、ｎ−型チャネルエピ層５５の表面と、それと反対側のｎ＋型ＳｉＣ基板５１の表面とを鏡面研磨する。その後、フォトレジストあるいはシリコン酸化膜からなるエッチングマスクを形成し、マスクパターン形成後、後述する反応性プラズマによるエッチング処理方法により、不要なｎ−型チャネルエピ層５５の一部をエッチング処理する。この処理により、ｐ型ベース領域５３およびｎ＋型ソース領域５４の一部を露出させるように、不要なｎ−型チャネルエピ層５５の一部を完全に除去する。
【００１９】
その後、絶縁膜と、多結晶シリコン膜を堆積し、マスクパターンを用いて、ゲート絶縁膜５６と、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）からなるゲート電極５７とを形成する。引き続き、層間絶縁膜５８を堆積してゲート絶縁膜５６とゲート電極５７とを覆い、マスクパターンを用いて層間絶縁膜５８およびゲート絶縁膜５６の一部を開孔させ、ｐ型ベース領域５３およびｎ＋型ソース領域５４の一部を露出させる。最後に、露出させたｐ型ベース領域５３およびｎ＋型ソース領域５４の表面と、ＳｉＣ基板２の裏面それぞれに金属膜を堆積させて、ソース電極５９およびドレイン電極６０を形成する。
【００２０】
上述の工程のうち、反応性プラズマによるエッチング処理により、ｎ−型チャネルエピ層５５を完全に除去する場合には、膜厚以上のエッチング量（オーバーエッチ量）が必要となる。例えば、ｎ−型チャネルエピ層５５の膜厚が、５００ｎｍの場合、エッチング量を５００ｎｍ以上、５５０ｎｍ以内の範囲にする必要がある。
【００２１】
しかしながら、エッチレートは、ＳｉＣ基板２の処理に伴い変動する。そのため、エッチレートが、想定していたエッチレートよりも小さい場合には、ｎ−型チャネルエピ層５５が完全に除去されていないことがある。その一方で、エッチレートが、想定していたエッチレートよりも大きい場合には、ｐ型ベース領域５３やｎ＋型ソース領域５４が薄くなり、その結果、オン抵抗が上昇することがあり、デバイスの製造歩留まりが低くなる。特に、ｎ＋型ソース領域５４が、表面から３００ｎｍ程度の深さしかない場合には、エッチング量を極力抑える必要がある。このように、ｎ−型チャネルエピ層５５のエッチングにおいては、そのエッチング量を精密に制御することが重要である。本実施の形態に係るエッチング処理方法は、ｎ−型チャネルエピ層５５のエッチング処理を行いながら、そのエッチング量をモニタリングすることを可能にすることを目的とする。
【００２２】
図２は、本実施の形態に係るエッチング処理方法に用いられる装置の構成を示す図である。図２に示すように、本エッチング処理に用いる装置は、真空容器１と、ＲＦ（Radio Frequency）電源４と、レーザ光発生装置８と、光検出器１１とを主に備える。真空容器１は、石英窓６を有しており、この石英窓６の付近に配置されたコイル５はＲＦ電源４と電気的に接続されている。この図では一のコイルの断面図が示されている。
【００２３】
真空容器１内において、ＳｉＣ基板２の裏面と、基板ステージ３の表面とを接してＳｉＣ基板２を配置する。ここでいうＳｉＣ基板２の裏面は、本実施の形態では、ｎ−型チャネルエピ層５５と反対側のｎ＋型ＳｉＣ基板５１の表面である。そして、表裏両面を鏡面研磨されたＳｉＣ基板２の表面を反応性のプラズマ７によりエッチング処理するとともに、ＳｉＣ基板２の表面にレーザ光１４を入射する。ここでいうＳｉＣ基板２の表面は、本実施の形態では、ｎ−型チャネルエピ層５５の表面である。
【００２４】
真空容器１内を、真空にしながら、フッ素系のガス、例えば、ＣＦ4＋Ｏ2，ＳＦ6，ＮＦ3を供給する。この状態で、例えば、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電流がＲＦ電源４からコイル５に供給されると、コイル５から放射される高周波電磁界により真空容器１内に上述のガスのプラズマ７が発生する。こうして発生したプラズマ７の粒子である中性活性種やイオンが、エッチングマスクに覆われていないＳｉＣ基板２の表面、つまり、ｎ−型チャネルエピ層５５の表面に入射する。これら粒子と、ｎ−型チャネルエピ層５５表面のＳｉ原子やＣ原子とが反応し、その反応により生じた気体が真空容器１から排気されることにより、ｎ−型チャネルエピ層５５がエッチングされる。
【００２５】
真空容器１の外部には、レーザ光発生装置８が設置される。本実施の形態では、このレーザ光発生装置８が発生するレーザ光１４は、Ｈｅ−Ｎｅ、波長６３３ｎｍ、パワー１ｍＷであるものとする。レーザ光発生装置８で発生したレーザ光１４は、光チョッパー９により、ある一定の周波数でオン・オフ変調を受けた後、ミラー１０と石英窓６を通じて真空容器１内に導入される。そして、ＳｉＣ基板２の表面にほぼ垂直にレーザ光１４を入射する。
【００２６】
図３は、ＳｉＣ基板２の表面にレーザ光１４を入射したときの様子を示す図である。この図を用いて、本実施の形態に係るエッチング処理方法におけるモニタリングの原理を説明する。図３に示すように、基板ステージ３表面には、光吸収部である光吸収層１５が形成されており、ＳｉＣ基板２は、光吸収層１５の上に設置されている。レーザ光１４は、エッチングマスクが形成されていないｎ−型チャネルエピ層５５に照射される。本実施の形態では、レーザ光１４が照射されるｎ−型チャネルエピ層５５下には、ｐ型ベース領域５３、ｎ＋型ソース領域５４が形成されていないものとする。
【００２７】
ｎ−型チャネルエピ層５５の表面付近はほぼ真空である。ｎ−型チャネルエピ層５５の屈折率と、真空の屈折率は大きく異なるため、光学的界面が存在する。また、ｎ−型チャネルエピ層５５の表面は、鏡面研磨されている。そのため、図３に示すように、レーザ光１４の一部は、ｎ−型チャネルエピ層５５の表面で反射され、残りはｎ−型チャネルエピ層５５を透過する。
【００２８】
ｎ−型チャネルエピ層５５を透過したレーザ光１４は、下地のｎ−型エピ層５２に到達する。ここで、ｎ−型チャネルエピ層５５とｎ−型エピ層５２との間では、屈折率はほとんど変わらないので、レーザ光１４は反射することなくｎ−型エピ層５２を透過し、最終的には、ＳｉＣ基板２の裏面、つまり、ｎ＋型ＳｉＣ基板５１の表面にまで到達する。
【００２９】
ｎ＋型ＳｉＣ基板５１と光吸収層１５との間には、わずかな隙間があり、その隙間はほぼ真空である。ｎ＋型ＳｉＣ基板５１の屈折率と、真空の屈折率は大きく異なるため、光学的界面が存在する。ＳｉＣ基板２の裏面、つまり、ｎ＋型ＳｉＣ基板５１の表面は鏡面研磨されている。そのため、図３に示すように、ＳｉＣ基板２の表面のみならず、裏面においてもレーザ光１４が鏡面反射される。この反射したレーザ光１４は、ＳｉＣ基板２の表面に向かって透過し、ＳｉＣ基板２の表面から出射される。ＳｉＣ基板２の裏面（ｎ＋型ＳｉＣ基板５１の表面）から出射するレーザ光１４は、基板ステージ３の表面で反射されることなく、光吸収層１５に吸収される。
【００３０】
図２に示すように、ＳｉＣ基板２の表裏両面それぞれから反射したレーザ光１４は、石英窓６を通じて、真空容器１の外部に設置された光検出器１１に入射される。光検出器１１は、ＳｉＣ基板２の表面側に設置されている。ＳｉＣ基板２の表裏両面それぞれから反射したレーザ光１４の光強度をＳｉＣ基板２の表面側において検出する。こうして、本実施の形態では、ＳｉＣ基板２の表面にレーザ光１４を入射し、ＳｉＣ基板２の表面側から反射光の光強度を検出する。この光検出器１１には、例えば、シリコンフォトダイオードを用いる。
【００３１】
光検出器１１の出力は、光チョッパー９のオン・オフ周波数を参照信号としているロックインアンプ１２により増幅され、ロックインアンプ１２内部の低周波数フィルタによりノイズ成分を除去される。ロックインアンプ１２の出力、つまり、ＳｉＣ基板２の表裏両面それぞれから反射したレーザ光１４の光強度を、処理時間とともに表示部１３に表示する。
【００３２】
表示部１３に表示される反射光の強度は、ＳｉＣ基板２の表面で反射されたレーザ光１４と、ＳｉＣ基板２の裏面で反射されたレーザ光１４との位相差に応じて干渉し、いわゆる干渉波形となる。位相差は、ｎ−型チャネルエピ層５５のエッチング量に応じて変化する。そのため、表示部１３に表示される干渉波形の光強度は、エッチング処理の時間とともに変化する。
【００３３】
レーザ光１４の入射がＳｉＣ基板２表面に対して垂直である場合には、干渉波形の１周期の間に、ｎ−型チャネルエピ層５５はλ／（２ｎ）だけエッチングされていることになる。ここで、λはレーザ光１４の波長、ｎはｎ−型チャネルエピ層５５の屈折率である。こうして、光検出器１１で検出した干渉波形の周期に基づいてエッチング量を算出することにより、ｎ−型チャネルエピ層５５のエッチング量をモニタリングすることができる。この算出したエッチング量が所望のエッチング量となった場合に、エッチング処理を停止する。本実施の形態では、所望のエッチング量は、目標とするエッチング量に、オーバーエッチング量を加えているものとする。
【００３４】
このように、本実施の形態に係るエッチング処理方法では、ＳｉＣ基板２の表裏両面それぞれから反射したレーザ光１４の光強度を検出し、当該検出した光強度が示す干渉波形に基づいてエッチング量を算出し、当該エッチング量が所望のエッチング量となった場合に、上述のエッチング処理を停止する。
【００３５】
以上からなる本実施の形態に係るエッチング処理方法によれば、ＳｉＣ基板２の表裏両面を鏡面研磨しているため、ＳｉＣ基板２の表裏両面においてレーザ光１４を反射させることができる。その結果、ＳｉＣ基板２の表裏両面それぞれから反射したレーザ光１４の光強度を検出することができるため、ｎ−型チャネルエピ層５５のエッチング処理を行いながら、そのエッチング量をモニタリングすることができる。エッチング量が所望のエッチング量となった場合に、エッチング処理を停止するため、所望のエッチング量で再現性よくエッチングを行うことができる。
【００３６】
実際に、時間決めによる従来のエッチング処理方法と、本実施の形態に係るエッチング処理方法とを比較するため、それぞれの方法によりｎ−型チャネルエピ層５５（膜厚：５００ｎｍ）を形成したＳｉＣ基板２を連続で８枚エッチング処理を行った。処理後には段差測定を行った。その結果、従来のエッチング処理方法では、ｎ−型チャネルエピ層５５のＳｉＣエッチング量は、４５２ｎｍから５７８ｎｍの範囲でばらついた。一方、本実施の形態のエッチング処理方法で、ｎ−型チャネルエピ層５５のエッチング量をモニタリングしながらエッチングを行った場合には、エッチング量は５１０ｎｍから５２３ｎｍの範囲となった。このように、本実施の形態に係るエッチング処理方法によれば、所望のエッチング量で再現性よくエッチングを行うことができた。
【００３７】
本実施の形態では、基板ステージ３表面に形成した光吸収層１５により、ＳｉＣ基板２の裏面から出射するレーザ光１４を吸収した。これにより、エッチング量の測定に必要なレーザ光１４のみを反射することができるため、正確にエッチング量を測定することができる。なお、本実施の形態では、基板ステージ３の表面に光吸収層１５を形成したが、これに限ったものではない。例えば、基板ステージ３の表面に微細な凹凸を無数に形成し、入射したレーザ光１４を乱反射させるものであってもよい。あるいは、基板ステージ３の内部にレーザ光１４が通過する穴を設け、レーザ光１４が基板ステージ３からＳｉＣ基板２の表面側に戻らないようにするものであってもよい。
【００３８】
また、本実施の形態では、レーザ光１４の波長は、６３３ｎｍであるものとした。これにより、レーザ光１４は、ＳｉＣ基板２を透過することができる。なお、レーザ光１４の波長は、６３３ｎｍに限ったものではなく、ＳｉＣ基板２を透過可能な３７０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下、もしくは４８０ｎｍ以上であれば、上述と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、レーザ光発生装置８からのレーザ光１４として、一般的なＨｅ−Ｎｅレーザを用いたが、その他のレーザ光源、例えば、Ａｒイオンレーザやダイオードレーザであってもよい。
【００３９】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、図２に示したように、真空容器１に設けられた石英窓６を通じて真空容器１の内部にレーザ光１４を入射させ、ｎ−型チャネルエピ層５５が形成されているＳｉＣ基板２の表面にレーザ光１４を照射させた。ＳｉＣ基板２の表裏両面それぞれから反射したレーザ光１４は、再び石英窓６を通じて真空容器１の外部に設置された光検出器１１に入射する。こうして、ＳｉＣ基板２の表面にレーザ光１４を入射し、ＳｉＣ基板２の表面側から反射したレーザ光１４の光強度を検出した。
【００４０】
このようなエッチング処理方法では、石英窓６は、ＳｉＣ基板２の表面をエッチングする反応性プラズマ７（フッ素原子やイオンを含む）に絶えず曝されている。そのため、エッチング処理を重ねていくと、石英窓６の真空容器１内側の面が反応性プラズマ７により徐々にエッチングされ、表面ラフネスの増大により、石英窓６に入射したレーザ光１４が散乱される。また、ＳｉＣ基板２がエッチングされて生じた反応生成物が石英窓６の真空容器１内側の面に付着する。これらが原因で、エッチング処理を重ねると、反射したレーザ光１４が光検出器１１に入射されなくなり、光検出器１１で検出するレーザ光１４の光強度が大きく低下するため、エッチング量をモニタリングすることが困難になる。
【００４１】
本実施の形態では、この問題点を解決することを目的とする。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法のうちのエッチング処理方法を、図４，５を用いて説明する。なお、本実施の形態に係るエッチング処理方法において、実施の形態１と同一の構成については、同一の符号を付すものとし、新たに説明しない構成については、実施の形態１と同じであるものとする。
【００４２】
図４は、本実施の形態に係るエッチング処理方法に用いられる装置の構成を示す図である。図４に示すように、真空シールのため、および、レーザ光１４の導入のため、ＳｉＣ基板２を設置する基板ステージ３の裏側に、小型の石英窓１６を設けている。また、ミラー１０から石英窓１６に入射したレーザ光１４が、遮られることなくＳｉＣ基板２の裏面にまで到達できるように、基板ステージ３の内部にはレーザ光１４が行き来する小さな空間を設けている。本実施の形態に係るエッチング処理方法では、表裏両面を鏡面研磨されたＳｉＣ基板２の表面を反応性プラズマ７によりエッチング処理するとともに、ＳｉＣ基板２の裏面にレーザ光１４を入射する。
【００４３】
図５は、ＳｉＣ基板２の裏面にレーザ光１４を入射したときの様子を示す図である。この図を用いて、本実施の形態に係るエッチング処理方法におけるモニタリングの原理を説明する。本実施の形態では、実施の形態１と同様、ＳｉＣ基板２の表面と裏面には光学的界面が存在し、ＳｉＣ基板２の内部には光学的界面は存在しない。ＳｉＣ基板２の表裏両面は、鏡面研磨されている。なお、本実施の形態では、ｎ−型チャネルエピ層５５表面のラフネスは、エッチング処理中維持される。この場合、図５に示すように、レーザ光１４の一部は、ＳｉＣ基板２の裏面、つまり、ｎ＋型ＳｉＣ基板５１の表面において反射され、残りはｎ＋型ＳｉＣ基板５１を透過する。透過した残りのレーザ光１４は、ＳｉＣ基板２の表面、つまり、ｎ−型チャネルエピ層５５の表面においても反射される。
【００４４】
図５に示すように、ＳｉＣ基板２の表裏両面それぞれから反射したレーザ光１４は、石英窓６を通じて、真空容器１の外部に設置された光検出器１１に入射される。光検出器１１は、ＳｉＣ基板２の裏面側に設置されている。そのため、本実施の形態では、ＳｉＣ基板２の表裏両面それぞれから反射したレーザ光１４の光強度を、ＳｉＣ基板２の裏面側において検出する。このように、実施の形態１とは異なり、本実施の形態に係るエッチング処理方法では、ＳｉＣ基板２の裏面にレーザ光１４を入射し、ＳｉＣ基板２の裏面側から反射したレーザ光１４の光強度を検出する。
【００４５】
本実施の形態に係るエッチング処理方法では、光強度の検出後は実施の形態１と同様の工程を行う。つまり、ＳｉＣ基板２の表裏両面それぞれから反射したレーザ光１４光の光強度を検出し、当該検出した光強度が示す干渉波形に基づいてエッチング量を算出し、当該エッチング量が所望のエッチング量となった場合に、上述のエッチング処理を停止する。
【００４６】
以上からなる本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、レーザ光１４を導入する石英窓１６を、エッチング処理されるＳｉＣ基板２表面と反対側の裏面に配置することにより、プラズマ７に直接触れないようにした。石英窓１６の表面がエッチングされたり、反応生成物が石英窓１６の表面に付着したりすることがなくなったため、エッチング処理を重ねても、レーザ光１４の光強度は、低下することなく、長期間にわたってエッチングのモニタリングをすることができた。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法により形成されるＭＯＳＦＥＴを示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係るエッチング処理方法に用いられる装置の構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に係るエッチング処理方法のモニタリングの原理を説明する図である。
【図４】実施の形態２に係るエッチング処理方法に用いられる装置の構成を示す図である。
【図５】実施の形態２に係るエッチング処理方法のモニタリングの原理を説明する図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  真空容器、２  ＳｉＣ基板、３  基板ステージ、４  ＲＦ電源、５  コイル、６，１６  石英窓、７  プラズマ、８  レーザ光発生装置、９  光チョッパー、１０  ミラー、１１  光検出器、１２  ロックインアンプ、１３  表示部、１４  レーザ光、１５  光吸収層、５１  ｎ＋型ＳｉＣ基板、５２  ｎ−型エピ層、５３  ｐ型ベース領域、５４  ｎ＋型ソース領域、５５  ｎ−型チャネルエピ層、５６  ゲート絶縁膜、５７  ゲート電極、５８  層間絶縁膜、５９  ソース電極、６０  ドレイン電極。
【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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