JP7226200B2 - エッチング液およびエッチング方法 - Google Patents
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Description
本発明は、 半導体のエッチング液であって、フッ酸と、過塩素酸および/または過塩素酸塩とを含み、半導体の電気化学エッチングまたは光電気化学エッチングに用いられるエッチング液である。
本発明は、上述したエッチング液を用いたエッチング方法としても把握できる。エッチング方法は、光電気化学エッチングに限らず、光の照射を伴わない電気化学エッチングでもよい。
(1)特に断らない限り、本明細書でいう「x~y」は下限値xおよび上限値yを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「a~b」のような範囲を新設し得る。
炭化ケイ素等のワイドバンドギャップ半導体は、化学的に安定なため、一般的な薬液(エッチング液)に浸漬等しただけでは、エッチングが進行しない。そのような半導体でも本発明により良好なエッチングが可能となる理由は、現状、次のように考えられる。
(1)基本組成
エッチング液は、少なくとも、フッ酸イオン(F-)と過塩素酸イオン(ClO4 -)を含むとよい。このようなエッチング液は、通常、フッ酸と過塩素酸または過塩素酸塩とを含む混合水溶液である。
エッチング液は、界面活性剤を含んでもよい。界面活性剤は、エッチング液全体に対して、例えば、0.0001~1質量%、0.001~0.5質量%さらには0.01~0.1質量%含まれるとよい。界面活性剤により、エッチング液が多孔質層内へ浸透し易くなり、多孔質層の剥離が促進される。界面活性剤が過少ではその効果が乏しい。界面活性剤が過多になっても効果の向上は望めない。また、過多な界面活性剤は、不純物としてエッチング面に残存するおそれもある。
(1)本発明のエッチング液は、光電気化学エッチングに用いられても、電気化学エッチングに用いられてもよい。いずれの場合でも、エッチング液に接触または浸漬した半導体に対して通電がなされる。このとき、半導体を正電圧(陽極)、対向電極(不溶電極)を負電圧(陰極)として、直流通電がなされるとよい。その電流密度は、例えば、10~3000mA/cm2、100~2500mA/cm2、150~2000mA/cm2、200~1500mA/cm2さらには400~1000mA/cm2とするとよい。
SiC+4H2O+8h+ → SiO2+CO2+8H+ (1)
SiC+2H2O+4h+ → SiO +CO +4H+ (2)
エッチング対象である半導体は、シリコン等の単結晶でも、炭化ケイ素や窒化ガリウム等の結晶体でもよい。半導体の形態(形状、大きさ等)、エッチングの目的等は問わない。例えば、半導体基板の厚さ調整(薄板化)、平滑化等のためにエッチングがなされる。エッチングによれば、化学的に安定で硬質な半導体基板に対しても、(化学)機械研磨等で生じる物理的なダメージを回避した処理が可能となる。
《光電気化学エッチング装置》
本実施例で用いた光電気化学エッチング装置S(単に「装置S」という。)の概要を図2に示す。装置Sは、槽1と、光源2と、電源3、電極4と、シール5と、固定具6を備える。
フッ酸(HF)と過塩素酸(HClO4)を表1に示す各割合(濃度)で、水(溶媒)に配合した水溶液を調製した。各水溶液:100重量部に対して、界面活性剤:0.032重量部、消泡剤:0.7重量部を添加した。界面活性剤には、ノニオン性界面活性剤:トリトンX-100(アルドリッチ製)を用いた。消泡剤には、2-(2-(2-メトキシエトキシ)エトキシ)酢酸(アルドリッチ製)を用いた。こうして、フッ酸と過塩素酸の各濃度が異なる種々のエッチング液Lを用意した。なお、厳密にいえば、エッチング液L全体:100質量%に対して、界面活性剤:0.03176質量%(≒0.032質量%)、消泡剤:0.69491質量%(≒0.7質量%)となる。
図2に示した装置Sと、表1に示した各エッチング液とを用いて、4H-SiC(n型)からなる基板WのSi面に対して光電気化学エッチング(処理工程)を、次の条件下で行った。
エッチング液温:室温(約25℃)、エッチング時間:5分間
電流密度:780mA/cm2
表1に示した各エッチング液を用いたエッチングにより得られた基板の処理面の断面(エッチング面近傍)を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。それらの観察像を図3に例示した(試料1、試料C1、および試料C3)。また、各試料(エッチング液)で得られた処理面について、多孔質層の形成の有無を表1にまとめて示した。また、エッチング液の組成(濃度)と多孔質層の形成の有無との関係を図4にまとめて示した。
各エッチング面の表面粗さ(Ra:算術平均粗さ)を、原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)で測定した。多孔質層が形成されなかったエッチング面は、Ra2~4nm(例えば、試料1:Ra2.5nm)であった。多孔質層が形成されたエッチング面は、Ra40~80nm(例えば、試料C1:Ra42nm)であった。表面粗さ(Ra)は、視野5μm角におけるAFM(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製 NNREAL/E-SWEEP-TOZM01)に付属している処理ソフトの算出値を採用した。
比較例として、表1の試料1に示した過塩素酸を硝酸に替えたエッチング液を用いて、上述した場合と同様にエッチングした。このとき、エッチング速度(単位時間あたりの厚さの変化量)は2.9μm/min、エッチング面の表面粗さ(Ra)は24.3nmであった。
表1、図3および図4から明らかなように、フッ酸と過塩素酸が所定濃度のエッチング液を用いると、炭化ケイ素からなる半導体の表面に多孔質層を形成させることなく、その表面を滑らかな(表面粗さが小さい)エッチング面とできることが明らかとなった。
表1の試料1に示したエッチング液(過塩素酸系)と、上述した比較例で用いたエッチング液(硝酸系)とをそれぞれ用いて、電気化学エッチングを行った。電気化学エッチングは、キセノンランプ(光源2)を消灯した状態で、上述した装置Sを用いて行った。その他の条件は既述した通りとした。
W 半導体基板
L エッチング液
Claims (7)
- 炭化ケイ素または窒化ガリウムである半導体のエッチング液であって、
フッ酸と、
過塩素酸および/または過塩素酸塩とを含み、
半導体の電気化学エッチングまたは光電気化学エッチングに用いられるエッチング液。 - 液全体に対して、
フッ酸:0.1~23質量%と、
過塩素酸および/または過塩素酸塩:8~70質量%と、
を含む水溶液である請求項1に記載のエッチング液。 - さらに、界面活性剤と消泡剤の少なくとも一方を含む請求項1または2に記載のエッチング液。
- 液全体に対して、前記界面活性剤は0.0001~1質量%、前記消泡剤は0.0001~5質量%である請求項3に記載のエッチング液。
- 請求項1~4のいずれかに記載のエッチング液に接触している半導体の表面へ光を照射しつつ、該半導体へ通電するエッチング方法。
- 前記光は、波長が150~400nmで、照射強度が1~100mW/cm2である請求項5に記載のエッチング方法。
- 前記通電は、電流密度が10~3000mA/cm2である直流によりなされる請求項5または6に記載のエッチング方法。
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