(57)【要約】【課題】III族窒化物半導体の全面において均一かつ高速に加工できるIII族窒化物半導体の加工方法を提供する。【解決手段】  大気圧または大気圧近傍の圧力下の塩素含有ガス雰囲気中に円筒型回転電極２と基板ステージ４とを間隔をあけて配置する。上記円筒型回転電極２に高周波電力を供給することにより円筒型回転電極２と基板ステージ４との間でプラズマ１０を生成する。上記円筒型回転電極２と基板ステージ４との間に生成されたプラズマ１０の全領域のうちの表面加工量の分布がなだらかな領域を、第１基板ホルダー１１を介して基板ステージ４に固定されたIII族窒化物半導体６の表面と接触させることによってIII族窒化物半導体６の表面を加工する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧または大気圧近傍の圧力下の塩素含有ガス雰囲気中に電極とステージとを間隔をあけて配置し、
上記電極に高周波電力を供給することにより上記電極と上記ステージとの間でプラズマを生成して、
上記電極と上記ステージとの間に生成されたプラズマの全領域のうちの表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域を、上記ステージに固定されたIII族窒化物半導体の表面と接触させることによって上記III族窒化物半導体の表面を加工することを特徴とするIII族窒化物半導体の加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載のIII族窒化物半導体の加工方法において、
上記塩素含有ガスが、塩素ガスと希ガスとの混合ガスであることを特徴とするIII族窒化物半導体の加工方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のIII族窒化物半導体の加工方法において、
上記III族窒化物半導体が、そのIII族窒化物半導体に含まれるIII族元素の塩化物の沸点以上の温度に加熱されていることを特徴とするIII族窒化物半導体の加工方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載のIII族窒化物半導体の加工方法において、
上記電極を上記III族窒化物半導体の表面に対して平行方向に相対的に移動させながら、上記プラズマの全領域のうちの表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域を上記III族窒化物半導体の表面と接触させることを特徴とするIII族窒化物半導体の加工方法。
【請求項５】
請求項４に記載のIII族窒化物半導体の加工方法において、
上記電極と上記III族窒化物半導体の表面との間の距離が略一定に保たれていることを特徴とするIII族窒化物半導体の加工方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載のIII族窒化物半導体の加工方法において、
上記III族窒化物半導体の少なくとも表面の一部が平面であり、
上記ステージの上記プラズマが接触する表面が平面であって、
上記プラズマが接触する上記ステージの上記平面に対して上記III族窒化物半導体の上記平面が略平行であることを特徴とするIII族窒化物半導体の加工方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載のIII族窒化物半導体の加工方法において、
上記III族窒化物半導体の少なくとも表面の一部が平面であり、
上記電極は、上記III族窒化物半導体の上記平面に対して軸が平行な円柱形状であり、上記軸を中心に回転することを特徴とするIII族窒化物半導体の加工方法。
【請求項８】
請求項７に記載のIII族窒化物半導体の加工方法において、
上記電極を、上記III族窒化物半導体の表面に対して上記電極の軸方向と平行な方向に相対的に移動させながら、上記プラズマの全領域のうちの表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域を上記III族窒化物半導体の表面と接触させることを特徴とするIII族窒化物半導体の加工方法。
【請求項９】
請求項７に記載のIII族窒化物半導体の加工方法において、
上記電極と上記ステージとの間に、上記プラズマの全領域のうちの表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域以外の領域を遮蔽する遮蔽板を設け、
上記遮蔽板により遮蔽されていない上記プラズマの領域を上記III族窒化物半導体の表面に接触させることを特徴とするIII族窒化物半導体の加工方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１つに記載のIII族窒化物半導体の加工方法において、
上記ステージの上記プラズマが接触する表面が平面であって、
上記プラズマが接触する上記ステージの上記平面に対して上記III族窒化物半導体の上記平面が略平行であることを特徴とするIII族窒化物半導体の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、III族窒化物半導体の加工方法に関し、詳しくは、プラズマによるIII族窒化物半導体の加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧaＮ、ＡlＮ、ＩnＮ系III族窒化物半導体は、１.９ｅＶから６.２ｅＶまで広域のバンドギャップを持つため、紫外域から可視光全域をカバーする発光ダイオードやレーザダイオード等の発光素子材料として有望な半導体である。また、これらのIII族窒化物半導体はウルツ鉱型という安定な結晶構造を有し、熱伝導率も比較的高いという特徴から、通常の半導体デバイスに比較し、高温等の過酷な環境下での動作が可能であるため、トランジスタ等の電子デバイスへの応用も期待されている。
【０００３】
III族窒化物半導体を材料とするデバイス作製のためには、所望の組成のIII族窒化物半導体薄膜を、III族窒化物半導体バルクウェハーの表面にホモエピタキシャル成長させて作製する場合と、サファイアウェハー等の上にヘテロエピタキシャル成長させて作製する場合があり、デバイス性能の観点からは、III族窒化物半導体バルクウェハー上へのホモエピタキシャル成長であることが好ましい。このホモエピタキシャル成長のときに、III族窒化物半導体バルクウェハー表面の結晶状態がエピタキシャル成長層およびデバイス性能に大きな影響を及ぼす。したがって、III族窒化物半導体バルクウェハーを、表面へダメージを与えることなく高速に加工する技術の開発が必要不可欠である。すなわち、いかに結晶学的に乱れのない表面を実現するかということに集約される。
【０００４】
III族窒化物半導体の加工方法としては、水酸化カリウム等のアルカリ性溶液、もしくはリン酸や硫酸等の酸性溶液中で高温に加熱するという方法、いわゆるウェットエッチング法がある。この方法は、化学的作用を用いた加工法であるため表面へのダメージは小さいが、III族窒化物半導体は化学的にきわめて安定であるため、エッチングレートが小さく実際のプロセスへの適用は困難である。
【０００５】
また、高速加工が可能な方法として、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing：化学的機械研磨)がある。このＣＭＰは、III族窒化物半導体表面に研磨液を流しながら研磨パッドを接触させ表面を加工する技術であり、表面の高速平坦化加工が可能であるのだが、化学的作用と物理的作用を組み合わせた方法であるため、純粋に物理的な作用による加工よりはダメージは小さいが、加工後のIII族窒化物半導体表面には、結晶学的にはわずかなダメージ層が残る。
【０００６】
また、ドライエッチング法としては、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング)が一般的である。ＲＩＥは低圧下で塩素(Ｃl2)等によるプラズマを発生させ、III族窒化物半導体表面側に負のバイアスを印加することによりプラズマ中のイオンを加速し、III族窒化物半導体表面に作用させる加工法である。この方法では高速加工および平坦化が可能であるが、イオンの衝突という物理的作用を利用しているため、ＣＭＰ同様、加工後のIII族窒化物半導体表面には、結晶学的にはわずかなダメージ層が残る。
【０００７】
一方、これら上記の加工方法とは異なるプラズマＣＶＭ(Chemical Vaporization Machining)という加工方法があり、特許第２５２１１２７号公報(特許文献１)にその装置構成や、窒化物半導体のダメージ層除去効果等について開示されている。このプラズマＣＶＭは、大気圧または大気圧近傍の圧力下のプラズマによって高密度に生成された中性ラジカルを被処理材表面に作用させ、被処理材の構成原子・分子と中性ラジカルとの化学的な反応により化合物を生成し、それを気化させて被処理材を加工する無歪加工方法である。このプラズマＣＶＭでは、エッチングに寄与する活性種の絶対数が多くなるため、加工速度を向上させることができる。また、大気圧プラズマ中には多数の原子や分子などが存在することから、大気圧プラズマ中のイオンが直接表面に到達することがないため、被処理材表面にイオンダメージを与えない加工が可能である。
【０００８】
本出願人は、プラズマＣＶＭによる窒化物半導体の高速加工および無歪み加工の実現のため、鋭意、検討を行ってきたところ、次のような問題があることを見出した。
【０００９】
それは、生成したプラズマのどの領域のプラズマが基板に接触するかによって、加工速度や加工表面形態が異なり、特に、III族窒化物半導体の加工を行う場合は、ガスの流れ方向に対して、すり鉢状の窪みが発生しやすい領域が存在するという問題である(以下、このすり鉢状の窪みを、エッチピットという)。加工速度の不均一性に関しては、基板を電極回転方向に走査して均一化することが可能である。しかしながら、ガスの流れ方向に対して、一部分でもエッチピット密度の高くなるようなプラズマ状態が存在している場合、基板走査により基板全面にエッチピットが発生してしまう。これらは、電極形状に対する電界強度の分布、ガスの流れ等に起因しており、基板全面にわたる均一かつ良好な加工を妨げるものである。
【特許文献１】特許第２５２１１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、この発明の目的は、III族窒化物半導体の全面において均一かつ高速に加工できるIII族窒化物半導体の加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、この発明のIII族窒化物半導体の加工方法は、
大気圧または大気圧近傍の圧力下の塩素含有ガス雰囲気中に電極とステージとを間隔をあけて配置し、
上記電極に高周波電力を供給することにより上記電極と上記ステージとの間でプラズマを生成して、
上記電極と上記ステージとの間に生成されたプラズマの全領域のうちの表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域を、上記ステージに固定されたIII族窒化物半導体の表面と接触させることによって上記III族窒化物半導体の表面を加工することを特徴とする。
【００１２】
上記構成のIII族窒化物半導体の加工方法によれば、大気圧または大気圧近傍の圧力下の塩素含有ガス雰囲気中で生成するプラズマ中の中性ラジカル(塩素活性種)をIII族窒化物半導体の表面の原子に作用させてできたIII族塩化物が気化することにより、III族窒化物半導体の表面が加工される。このとき、上記電極とステージとの間に生成されたプラズマの全領域のうちの表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域を、ステージに固定されたIII族窒化物半導体の表面と接触させることによってIII族窒化物半導体の表面を加工する。それによって、III族窒化物半導体の全面において均一かつ高速に加工することができる。
【００１３】
また、大気圧または大気圧近傍の圧力下の塩素含有ガス雰囲気中で生成するプラズマを利用するため、III族窒化物半導体の加工に寄与する中性ラジカルの絶対数が多く、中性ラジカルとIII族窒化物半導体の構成原子との化学反応を増加させることができる。すなわち、III族窒化物半導体の加工速度を向上させることができる。
【００１４】
また、大気圧または大気圧近傍の圧力下の塩素含有ガス雰囲気中には多数の原子や分子等が存在することから、大気圧プラズマ中のイオンはIII族窒化物半導体の表面に到達する前に何らかの原子や分子と衝突し、大気圧プラズマ中のイオンが直接III族窒化物半導体の表面に到達することがないため、加工のときにIII族窒化物半導体の表面にダメージを与えることがない。すなわち、結晶学的に乱れのない表面が得られ、その表面に良好なエピタキシャル成長層を形成でき、デバイス性能の良好な半導体素子を実現できる。
【００１５】
また、半導体プロセスにおいて低圧雰囲気を形成するために必要とされるような強度を有する反応容器や強力な排気システム等が必要でなくなり、装置コストを低減できるので、最終製品のコストダウンを図ることもできる。
【００１６】
また、一実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法は、上記塩素含有ガスが、塩素ガスと希ガスとの混合ガスであることが好ましい。
【００１７】
また、一実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法は、上記III族窒化物半導体が、そのIII族窒化物半導体に含まれるIII族元素の塩化物の沸点以上の温度に加熱されていることを特徴とする。
【００１８】
上記実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法によれば、上記III族窒化物半導体に含まれるIII族元素の塩化物の沸点以上の温度にIII族窒化物半導体を加熱することによって、生成したIII族塩化物が十分に気化され、III族窒化物半導体の表面に残存せず、精度の高い加工が可能となる。したがって、より良好なエピタキシャル成長が可能な表面を有するIII族窒化物半導体を得ることができる。
【００１９】
また、一実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法は、上記電極を上記III族窒化物半導体の表面に対して平行方向に相対的に移動させながら、上記プラズマの全領域のうちの表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域を上記III族窒化物半導体の表面と接触させることを特徴とする。
【００２０】
上記実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法によれば、上記電極をIII族窒化物半導体の表面に対して平行方向に相対的に移動させながら、プラズマをIII族窒化物半導体の表面と接触させることによって、III族窒化物半導体の表面が大きい場合でもIII族窒化物半導体の表面全体を加工できる。
【００２１】
また、一実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法は、上記電極と上記III族窒化物半導体の表面との間の距離が略一定に保たれていることを特徴とする。
【００２２】
上記実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法によれば、上記電極とIII族窒化物半導体の表面との間の距離を略一定に保つことによって、III族窒化物半導体の表面の加工ばらつきを低減できる。
【００２３】
また、一実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法は、
上記III族窒化物半導体の少なくとも表面の一部が平面であり、
上記ステージの上記プラズマが接触する表面が平面であって、
上記プラズマが接触する上記ステージの上記平面に対して上記III族窒化物半導体の上記平面が略平行であることを特徴とする。
【００２４】
上記実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法によれば、上記プラズマが接触するステージの平面とIII族窒化物半導体の平面とを略平行に揃えることによって、塩素含有ガスの流れを乱れにくくすることで、III族窒化物半導体の平面に接触するプラズマの状態が安定し、加工ばらつきをさらに低減できる。
【００２５】
また、一実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法は、
上記III族窒化物半導体の少なくとも表面の一部が平面であり、
上記電極は、上記III族窒化物半導体の上記平面に対して軸が平行な円柱形状であり、上記軸を中心に回転することを特徴とする。
【００２６】
上記実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法によれば、上記III族窒化物半導体の表面と軸が平行な円柱形状の電極が上記軸を中心に回転することによって、円柱形状の電極の表面の母線に沿った直線状の領域がIII族窒化物半導体の平面に近接し、電極の表面と塩素含有ガスとの間の粘性によって、塩素含有ガスが回転する電極の表面とともに移動して、プラズマに均一に供給される。その結果、大気圧下でプラズマによる加工処理を行う場合であっても、III族窒化物半導体の加工処理を高速化できる。
【００２７】
また、一実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法は、上記電極を、上記III族窒化物半導体の表面に対して上記電極の軸方向と平行な方向に相対的に移動させながら、上記プラズマの全領域のうちの表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域を上記III族窒化物半導体の表面と接触させることを特徴とする。
【００２８】
上記実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法によれば、上記電極をIII族窒化物半導体の表面に対して電極の軸方向と平行な方向に相対的に移動させながら、プラズマをIII族窒化物半導体の表面と接触させることによって、III族窒化物半導体の表面が大きい場合でもIII族窒化物半導体の表面全体を加工できる。
【００２９】
また、一実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法は、
上記電極と上記ステージとの間に、上記プラズマの全領域のうちの表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域以外の領域を遮蔽する遮蔽板を設け、
上記遮蔽板により遮蔽されていない上記プラズマの領域を上記III族窒化物半導体の表面に接触させることを特徴とする。
【００３０】
上記実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法によれば、上記電極とステージとの間に設けられた遮蔽板により、プラズマの全領域のうちの表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域以外の領域を遮蔽することによって、遮蔽板に遮蔽されていない領域(すなわち表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域)を、III族窒化物半導体の表面に簡単な構成により確実に接触させることができる。
【００３１】
また、一実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法は、
上記ステージの上記プラズマが接触する表面が平面であって、
上記プラズマが接触する上記ステージの上記平面に対して上記III族窒化物半導体の上記平面が略平行であることを特徴とする。
【００３２】
上記実施形態のIII族窒化物半導体の加工方法によれば、上記プラズマが接触するステージの平面とIII族窒化物半導体の平面とを略平行に揃えることによって、塩素含有ガスの流れを乱れにくくすることで、III族窒化物半導体の平面に接触するプラズマの状態が安定し、加工ばらつきをさらに低減できる。
【発明の効果】
【００３３】
以上より明らかなように、この発明のIII族窒化物半導体の加工方法によれば、III族窒化物半導体の全面において均一かつ高速に加工できるIII族窒化物半導体の加工方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、この発明のIII族窒化物半導体の加工方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、各図において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００３５】
図１Ａはこの発明の実施の一形態のIII族窒化物半導体の加工方法に用いられるプラズマ加工処理装置の模式的な側面透視図であり、図１Ｂは図１Ａに示すプラズマ加工処理装置の一部を示す模式的な斜視図である。
【００３６】
このプラズマ加工処理装置は、図１Ａに示すように、III族窒化物半導体をプラズマ加工処理する反応場となる内部空間が設けられた反応容器１を有している。この反応容器１は、その内部空間に反応容器１の底面に対して水平に設けられた基板ステージ４と、この基板ステージ４の上方に、回転軸３が基板ステージ４の上平面に対して平行にかつ所定の間隔をあけて配置された電極の一例としての円筒型回転電極２とを有している。
【００３７】
上記基板ステージ４上に第１基板ホルダー１１を固定し、その第１基板ホルダー１１に加工対象物のIII族窒化物半導体６が保持されている。ここで、III族窒化物半導体６は、円板形状の基板である。
【００３８】
上記円筒型回転電極２の回転軸３に、反応容器１の外部に設けられた高周波電源７を、回転軸３の回転を阻害することなく接続している。そして、上記基板ステージ４を反応容器１の外部において接地している。また、基板ステージ４の内部に、基板ステージ４上に載置されるIII族窒化物半導体６を加熱するためのヒータ５を内蔵している。
【００３９】
上記基板ステージ４は、図１Ａの矢印Ａで示される水平方向に走査可能、かつ、紙面に対して垂直な方向(回転軸３と平行方向)に走査可能になっている(図１Ｂの矢印Ｂ参照)。また、基板ステージ４は、上下方向にも移動可能になっている。そして、基板ステージ４が上下方向に移動することにより、上方の円筒型回転電極２との距離を適宜変更することができる。また、基板ステージ４には、III族窒化物半導体６を吸着固定するための真空チャック(図示せず) を設けており、基板ステージ４の移動によって、プラズマ加工処理中のIII族窒化物半導体６が保持位置からずれないように、真空チャックによりIII族窒化物半導体６を第１基板ホルダー１１に固定している。
【００４０】
さらに、上記反応容器１の一方の側部に、塩素含有ガスを導入するためのガス導入ライン８を設けており、このガス導入ライン８を、ガスを供給するガスボンベ(図示せず)等に接続している。反応容器１の他方の側部に、反応容器１内のガスを排出するためのガス排気ライン９を設けている。ガス排気ライン９を、反応器１の外部にガス(図示せず)を吸引するためのポンプ(図示せず)に接続している。
【００４１】
次に、上記構成のプラズマ加工処理装置を用いて、III族窒化物半導体６の表面をプラズマ加工処理する方法の一例について以下に説明する。
【００４２】
まず、反応容器１の内部のガスをガス排気ライン９によって十分に排気した後、ガス導入ライン８から塩素含有ガスを反応容器１の内部に導入する。
【００４３】
ここで、反応容器１の内部の圧力を大気圧または大気圧近傍の圧力とする。そして、塩素含有ガスを反応容器１の内部に導入した後に、所定の条件を設定する。すなわち、円筒型回転電極２の回転周速度、円筒型回転電極２とIII族窒化物半導体６との間の距離、基板ステージ４の走査方向および走査速度、III族窒化物半導体６を加熱するヒータ５の温度などを設定する。
【００４４】
そして、反応容器１の外部に設けられた高周波電源７からの高周波電力を、回転軸３を介して円筒型回転電極２に印加する。この高周波電力が円筒型回転電極２に印加されることにより、円筒型回転電極２と基板ステージ４との間に電場が生じる。
【００４５】
上記円筒型回転電極２とIII族窒化物半導体６を保持した第１基板ホルダー１１との間に形成された電場は、円筒型回転電極２(母線に沿った領域)とIII族窒化物半導体６の表面(上側平面)との間に供給された塩素含有ガスを分解および励起して、円筒型回転電極２とIII族窒化物半導体６を保持した第１基板ホルダー１１との間にプラズマ１０を形成する。このプラズマ１０がIII族窒化物半導体６の表面に接触し、プラズマ１０によって生成した塩素活性種がIII族窒化物半導体６の表面のIII族原子に作用してIII族塩化物が生成される。そして、生成されたIII族塩化物が気相中に気化・拡散することによって、III族窒化物半導体６の加工が進展する。
【００４６】
上記構成のIII族窒化物半導体の加工方法において、円筒型回転電極２と基板ステージ４との間に生成されたプラズマ１０の全領域のうちの表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域を、第１基板ホルダー１１を介して基板ステージ４に固定されたIII族窒化物半導体６の表面と接触させてIII族窒化物半導体６の表面を加工することによって、III族窒化物半導体６の基板全面において均一かつ高速に加工することができる。その理由は、プラズマ１０において表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域では、表面加工量のばらつきが少ない上にエッチピットの発生が抑制されるからである。
【００４７】
また、大気圧または大気圧近傍の圧力下の塩素含有ガス雰囲気中で生成するプラズマ１０を利用するため、III族窒化物半導体６の加工に寄与する中性ラジカルの絶対数が多く、中性ラジカルとIII族窒化物半導体６の構成原子との化学反応を増加させて、III族窒化物半導体６の加工速度を向上させることができる。
【００４８】
また、大気圧または大気圧近傍の圧力下の塩素含有ガス雰囲気中には多数の原子や分子等が存在することから、プラズマ１０中のイオンはIII族窒化物半導体６の表面に到達する前に何らかの原子や分子と衝突し、プラズマ１０中のイオンが直接III族窒化物半導体６の表面に到達することがないため、加工のときにIII族窒化物半導体６の表面にダメージを与えることがない。すなわち、結晶学的に乱れのない表面が得られ、その表面に良好なエピタキシャル成長層を形成でき、デバイス性能の良好な半導体素子を実現できる。
【００４９】
また、半導体プロセスにおいて低圧雰囲気を形成するために必要とされるような強度を有する反応容器や強力な排気システム等が必要でなくなり、装置コストを低減できるので、最終製品のコストダウンを図ることもできる。
【００５０】
また、上記III族窒化物半導体６に含まれるIII族元素の塩化物の沸点以上の温度にIII族窒化物半導体６をヒータ５により加熱することによって、生成したIII族塩化物が十分に気化され、III族窒化物半導体６の表面に残存せず、精度の高い加工が可能となる。したがって、より良好なエピタキシャル成長が可能な表面を有するIII族窒化物半導体６を得ることができる。
【００５１】
さらに、III族窒化物半導体６を保持する第１基板ホルダー１１が固定された基板ステージ４を所定の走査方向に所定の速度で走査することによって、円筒型回転電極２をIII族窒化物半導体６の表面に対して平行な方向に相対的に移動させながら、プラズマ１０をIII族窒化物半導体６と接触させることもできる。このように、円筒型回転電極２をIII族窒化物半導体６の表面に対して平行方向に相対的に移動させることによって、III族窒化物半導体６の表面が大きい場合でもIII族窒化物半導体６の表面全体を加工することができる。
【００５２】
なお、円筒型回転電極２をIII族窒化物半導体６の表面に対して相対的に移動させる方法としては、上記のようにIII族窒化物半導体６を保持する第１基板ホルダー１１が固定された基板ステージ４のみを移動させてもよく、III族窒化物半導体６を固定した状態で円筒型回転電極２のみを移動させてもよい。また、III族窒化物半導体６を乗せた基板ステージ４と円筒型回転電極２との双方を移動させて、円筒型回転電極２をIII族窒化物半導体６の表面に対して相対的に移動させてもよい。
【００５３】
また、円筒型回転電極２とIII族窒化物半導体６の表面との間の距離を略一定とした状態で、円筒型回転電極２をIII族窒化物半導体６の表面に対して平行な方向に相対的に移動させることが好ましい。この場合には、III族窒化物半導体６の表面の加工ばらつきを低減することができる。
【００５４】
また、上記プラズマ１０が接触する基板ステージ４の平面とIII族窒化物半導体６の平面とを略平行に揃えることによって、塩素含有ガスの流れを乱れにくくすることで、III族窒化物半導体６の平面に接触するプラズマ１０の状態が安定し、加工ばらつきをさらに低減することができる。
【００５５】
また、図１Ｂに示すように、円筒型回転電極２は高速回転していることから、円筒型回転電極２の表面と塩素含有ガスとの間の粘性によって、塩素含有ガスが回転する円筒型回転電極２の表面とともに移動して、円筒型回転電極２表面の回転方向の上流側からプラズマ１０に均一に供給される。その結果、大気圧下でプラズマ１０による加工処理を行う場合であっても、III族窒化物半導体６の加工処理を高速化できる。また、加工のときに生成されたIII族塩化物を、プラズマ１０から円筒型回転電極２表面の回転方向の下流側の外部へ効果的に排出することができるので、III族窒化物半導体６の加工品質を向上させることができる。
【００５６】
[第１の走査方法]
上記基板ステージ４の第１の走査方法について、図２Ａ〜図２Ｄを用いて説明する。例えば、図２Ａのようにプラズマ１０内の領域Ｃのみを利用して加工を行う場合は、図２Ｂのように、第１基板ホルダー１１内の領域Ｃに相当する位置にIII族窒化物半導体６を固定し、III族窒化物半導体６の表面がプラズマ１０の領域Ｃのみに接触するように、第１基板ホルダー１１を回転軸３と平行な方向に走査する。
【００５７】
また、図２Ｃのように、円板形状の複数枚のIII族窒化物半導体６を設置した第２基板ホルダー１２を回転軸３と平行な方向に走査し、複数枚のIII族窒化物半導体６を連続的にプラズマに接触させ、加工を行ってもよい。
【００５８】
さらに、均一な処理を行うために、図２Ｄのように、円板形状の複数枚のIII族窒化物半導体６を夫々回転させながら、第２基板ホルダー１２を回転軸３と平行な方向に走査させてもよい。
【００５９】
上記円筒型回転電極２をIII族窒化物半導体６の表面に対して回転軸３の軸方向と平行な方向に相対的に移動させながら、プラズマ１０をIII族窒化物半導体６の表面と接触させることによって、III族窒化物半導体６の表面が大きい場合でもIII族窒化物半導体６の表面全体を加工できる。
【００６０】
[第２の走査方法]
さらに、上記基板ステージ４の第２の走査方法について図３を用いて説明する。図３はこの第２の走査方法を用いたプラズマ加工処理装置の一部を示す模式的な斜視図であり、III族窒化物半導体６とプラズマ遮蔽板１３を除いて図１Ａに示すプラズマ加工処理装置と同一の構成をしている。
【００６１】
図３に示すように、円筒型回転電極２とIII族窒化物半導体６との間に、III族窒化物半導体６の表面に平行に、かつ、円筒型回転電極２に対して固定されたプラズマ遮蔽板１３を設けている。
【００６２】
このプラズマ遮蔽板１３により、プラズマ１０の任意の領域のみをIII族窒化物半導体６の表面に接触させ、基板ステージ４を矢印Ａで示される水平方向に走査し、かつ、矢印Ｂで示される回転軸３と平行な方向に走査する。
【００６３】
上記円筒型回転電極２と基板ステージ４との間に設けられた遮蔽板１３によって、プラズマ１０の全領域のうちの表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域以外の領域を遮蔽することによって、遮蔽板１３に遮蔽されていない表面加工量の分布が略平坦またはなだらかな領域を、III族窒化物半導体６の表面に簡単な構成により確実に接触させることができる。
【００６４】
なお、この発明において用いられる塩素含有ガスは、塩素ガスと希ガスとの混合ガスが好ましく、希ガスとしては、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガスまたはキセノンガスのいずれか１種または複数種を用いることができる。
【００６５】
また、この発明において、反応容器１の内部の圧力は特に大気圧において最もその効果を発揮するものであるが、この発明では１００Ｔｏｒｒ〜２気圧を好適な圧力範囲とし、適用可能な圧力範囲としてはたとえば１０Ｔｏｒｒ〜５気圧が挙げられる(ここで１気圧は７６０Ｔｏｒｒである)。
【００６６】
また、この発明においてIII族窒化物半導体として、ＧaＮ、ＡlＮ、ＩnＮの他に、ＡlＧaＮやＡlＧaＩnＮ等の３元混晶や４元混晶も含まれる。
【００６７】
(第１実施例)
次に、図１Ａに示すプラズマ加工処理装置を用いた第１実施例について説明する。この第１実施例では、単結晶ＧaＮ基板の加工量と基板加熱温度について検討した。
【００６８】
図１Ａに示すプラズマ加工処理装置の反応容器１の内部に０.１体積％の塩素ガスと９９.９体積％のヘリウムガスとからなる混合ガスを導入し、反応容器１の内部の圧力を１気圧とした。円筒型回転電極２とIII族窒化物半導体の一例としての単結晶ＧaＮ基板６との間の距離を４００μｍに設定し、円筒型回転電極２の回転周速度を０.８４ｍ／ｓに設定した。
【００６９】
そして、反応容器１の外部に設けられた高周波電源７から高周波電力を電力密度１５００Ｗ／ｃｍ3で回転軸３を介して円筒型回転電極２に印加することによって、円筒型回転電極２と単結晶ＧaＮ基板６との間にプラズマ１０を形成した。そして、ヒータ５により２５０℃に加熱された単結晶ＧaＮ基板６の表面にプラズマ１０を１分間接触させることによって、単結晶ＧaＮ基板６を加工した。
【００７０】
図４の黒四角■で示すグラフは、この第１実施例において、円筒型回転電極２の回転方向に対する単結晶ＧaＮ基板の加工量の分布を示す。図４において、縦軸の黒四角■は加工量を表し、縦軸の白丸○はエッチピット密度(任意目盛)を表し、横軸は回転軸３の真下の位置を基準に円筒型回転電極２の回転方向に対する位置を表している。このグラフの横軸における「０」は回転軸３の真下の基準位置を示し、「０」より左側(マイナス側)はプラズマ１０の上流側、「０」より右側(プラス側)はプラズマ１０の下流側を示している。図４から明らかなように、プラズマの１０上流側では加工量の変化が大きく、プラズマ１０の下流側では加工量の変化が小さいという傾向が確認された。また、図４において、黒四角■のグラフの左矢印は、左側の縦軸に対応し、白丸○のグラフの右矢印は、右側の縦軸に対応するという意味である。
【００７１】
また、第１実施例において、加工後の単結晶ＧaＮ基板の表面を観察したところエッチピットが見られたので、その密度分布を調査した。図４の白丸○で示すグラフに、加工後の単結晶ＧaＮ基板の表面に発生したエッチピット密度の分布を示す。プラズマ１０の上流側においては、エッチピット密度が高くなったが、プラズマ１０の下流側の領域Ｄではエッチピットの発生が抑制されるという結果が得られた。
【００７２】
したがって、加工したい単結晶ＧaＮ基板サイズが領域Ｄよりも小さな場合は、第１の走査方法によって基板の均一な加工が可能である。また、単結晶ＧaＮ基板サイズが領域Ｄよりも大きな場合は、第２の走査方法によって基板の均一な加工が可能である。
【００７３】
なお、上記実施の形態および第１実施例はすべての点で例示であって制限的なものではなく、この発明の範囲は、上記実施の形態および第１実施例の説明だけではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７４】
また、上記第１実施例では、III族窒化物半導体として単結晶ＧaＮ基板の加工を行い、III族塩化物としてＧa塩化物の沸点２５０℃に単結晶ＧaＮ基板を加熱したが、III族窒化物半導体がＧaＮ以外の例えばＡlＮやＩnＮの場合は、それぞれのIII族塩化物の沸点温度以上にIII族窒化物半導体を加熱する。また、III族窒化物半導体が例えばＡlＧaＮやＡlＧaＩnＮ等の３元混晶や４元混晶の場合は、複数のIII族元素の塩化物のうち、最も高いIII族塩化物の沸点温度以上にIII族窒化物半導体を加熱する。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
この発明により加工されたIII族窒化物半導体は、発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子やパワーデバイス等の半導体素子に好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１Ａ】図１Ａはこの発明の実施の一形態のIII族窒化物半導体のプラズマ加工処理装置の模式的な側面透視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは図１Ａに示すプラズマ加工処理装置の一部を示す模式的な斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは第１の走査方法を説明するためのプラズマ加工処理装置の模式的な側面透視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは上記第１の走査方法を示す要部の模式的な斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは上記第１の走査方法の他の例を示す要部の模式的な斜視図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは上記第１の走査方法の他のもう１つの例を示す要部の模式的な斜視図である。
【図３】図３は第２の走査方法を説明するためのプラズマ加工処理装置の模式的な側面透視図である。
【図４】図４は円筒型回転電極の回転方向に対する単結晶ＧaＮ基板の加工量とエッチピット密度の分布を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１…反応容器
２…円筒型回転電極
３…回転軸
４…基板ステージ
５…ヒータ
６…III族窒化物半導体
７…高周波電源
８…ガス導入ライン
９…ガス排気ライン
１０…プラズマ
１１…第１基板ホルダー
１２…第２基板ホルダー
１３…プラズマ遮蔽板
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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