JP2654454B2 - 半導体のドライエッチング方法 - Google Patents
半導体のドライエッチング方法Info
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Description
本発明は、AlxGa1-XN（０≦Ｘ≦１）半導体のドライ
エッチング方法に関する。
エッチング方法に関する。
従来、AlxGa1-XN（０≦Ｘ≦１）半導体は青色の発光
ダイオードや短波長領域の発光素子の材料として注目さ
れており、係る素子を作成する場合には、他の化合物半
導体と同様にメサ、リセス等のエッチング技術を確立す
ることが必要となっている。 AlxGa1-XN半導体は化学的に非常に安定な物質であ
り、他のIII−Ｖ族化合物半導体のエッチング液として
通常使用される塩酸、硫酸、フッ化水素（HF）等の酸又
はこれらの混合液には溶解しない。このため、AlxGa1-X
N半導体に関するエッチング技術は次の数少ない方法し
か知られていない。 第１の方法は、苛性ソーダ、苛性カリ又はピロ硫酸カ
リウムを800℃以上に加熱した溶液を用いるウエットエ
ッチングである。又、第２の方法は、0.1N苛性ソーダ溶
液を用いた電解ジェットエッチングである。そして、第
３の方法はリン酸と硫酸の混合比1:2〜1:5の混合液を用
いて、温度180℃〜250℃においてウエットエッチングす
る方法である。
ダイオードや短波長領域の発光素子の材料として注目さ
れており、係る素子を作成する場合には、他の化合物半
導体と同様にメサ、リセス等のエッチング技術を確立す
ることが必要となっている。 AlxGa1-XN半導体は化学的に非常に安定な物質であ
り、他のIII−Ｖ族化合物半導体のエッチング液として
通常使用される塩酸、硫酸、フッ化水素（HF）等の酸又
はこれらの混合液には溶解しない。このため、AlxGa1-X
N半導体に関するエッチング技術は次の数少ない方法し
か知られていない。 第１の方法は、苛性ソーダ、苛性カリ又はピロ硫酸カ
リウムを800℃以上に加熱した溶液を用いるウエットエ
ッチングである。又、第２の方法は、0.1N苛性ソーダ溶
液を用いた電解ジェットエッチングである。そして、第
３の方法はリン酸と硫酸の混合比1:2〜1:5の混合液を用
いて、温度180℃〜250℃においてウエットエッチングす
る方法である。
ところが、上記第１及び第２の方法は、高温の腐食性
物質を用いること等から、実用面での困難性がある。
又、第３の方法は、微妙な温度変化によりエッチング速
度が大きく変化する等の問題があり、上記何れの方法も
実用されるに至っていない。 又、上記の方法はいずれもウエットエッチングである
ため、アンダーカットが発生すること等のウエットエッ
チッグ特有の欠点を解消することができない。 一方、AlxGa1-XN半導体に関するドライエッチング方
法については、全く知られた方法が存在しない。プラズ
マエッチングおいて如何なる反応性のガスを選択すれば
良いかは、反応機構がエッチングされる化合物半導体の
原子の組合せや結晶構造に影響されるため、予測が出来
ない。従って、既存の反応性ガスがAlxGa1-XN半導体に
とってエッチングに効果があるか否かも予測することが
できない。 そこで、本発明者等はAlxGa1-XN半導体のプラズマエ
ッチングにおいて、エッチング速度と使用される反応ガ
スの種類やその他の条件について鋭意実験研究を行った
結果、本発明を完成したものである。
物質を用いること等から、実用面での困難性がある。
又、第３の方法は、微妙な温度変化によりエッチング速
度が大きく変化する等の問題があり、上記何れの方法も
実用されるに至っていない。 又、上記の方法はいずれもウエットエッチングである
ため、アンダーカットが発生すること等のウエットエッ
チッグ特有の欠点を解消することができない。 一方、AlxGa1-XN半導体に関するドライエッチング方
法については、全く知られた方法が存在しない。プラズ
マエッチングおいて如何なる反応性のガスを選択すれば
良いかは、反応機構がエッチングされる化合物半導体の
原子の組合せや結晶構造に影響されるため、予測が出来
ない。従って、既存の反応性ガスがAlxGa1-XN半導体に
とってエッチングに効果があるか否かも予測することが
できない。 そこで、本発明者等はAlxGa1-XN半導体のプラズマエ
ッチングにおいて、エッチング速度と使用される反応ガ
スの種類やその他の条件について鋭意実験研究を行った
結果、本発明を完成したものである。
即ち、本発明者等は、塩素を含むガスのプラズマが、
少なくともガリウム（Ga）と窒素（Ｎ）を含む化合物半
導体をエッチングするのに効果的であることを発見し
た。 従って、上記課題を解決するための発明の構成の第１
の特徴は、塩素を含むガスのプラズマで少なくともガリ
ウム（Ga）と窒素（Ｎ）を含む化合物半導体をエッチン
グすることを特徴とする。又、第２の特徴は、四塩化炭
素（CCl4）ガスのプラズマによりAlxGa1-XN（０≦Ｘ≦
１）半導体をエッチングするようにしたことである。さ
らに、第３の特徴は、プラズマはエッチングすべき化合
物半導体を載置する電極と、その電極に対向する電極と
の間に、高周波電力が印加されることで生成されること
である。 上記のプラズマエッチングは、通常、高周波電力を印
加する電極を平行に配置し、その電極に被エッチング物
体を配置した平行電極型装置や、高周波電力を印加する
電極を円筒状に配置し、その円筒の断面に平行に被エッ
チング物体を配置した円筒電極型装置、その他の構成の
装置を用いて行われる。又、塩素を含むガス、例えば、
四塩化炭素（CCl4）ガスをプラズマ状態にするには、上
記平行電極型装置や円筒電極型装置では、電極間に高周
波電力を印加することにより行われる。
少なくともガリウム（Ga）と窒素（Ｎ）を含む化合物半
導体をエッチングするのに効果的であることを発見し
た。 従って、上記課題を解決するための発明の構成の第１
の特徴は、塩素を含むガスのプラズマで少なくともガリ
ウム（Ga）と窒素（Ｎ）を含む化合物半導体をエッチン
グすることを特徴とする。又、第２の特徴は、四塩化炭
素（CCl4）ガスのプラズマによりAlxGa1-XN（０≦Ｘ≦
１）半導体をエッチングするようにしたことである。さ
らに、第３の特徴は、プラズマはエッチングすべき化合
物半導体を載置する電極と、その電極に対向する電極と
の間に、高周波電力が印加されることで生成されること
である。 上記のプラズマエッチングは、通常、高周波電力を印
加する電極を平行に配置し、その電極に被エッチング物
体を配置した平行電極型装置や、高周波電力を印加する
電極を円筒状に配置し、その円筒の断面に平行に被エッ
チング物体を配置した円筒電極型装置、その他の構成の
装置を用いて行われる。又、塩素を含むガス、例えば、
四塩化炭素（CCl4）ガスをプラズマ状態にするには、上
記平行電極型装置や円筒電極型装置では、電極間に高周
波電力を印加することにより行われる。
後述の実施例で明らかにされるように、塩素を含むプ
ラズマガス、例えば、四塩化炭素（CCl4）ガスのプラズ
マにより少なくともガリウム（Ga）と窒素（Ｎ）とを含
む化合物半導体、例えば、AlxGa1-XN（０≦Ｘ≦１）半
導体を効率良くエッチングすることができた。又、上記
プラズマエッチングを行っても、上記半導体に結晶欠陥
を生じないことも判明された。従って、本発明を用いる
ことによりAlxGa1-XN（０≦Ｘ≦１）半導体を用いた発
光素子、その他の素子等の製造において、それらの生産
性を大きく改善することができる。
ラズマガス、例えば、四塩化炭素（CCl4）ガスのプラズ
マにより少なくともガリウム（Ga）と窒素（Ｎ）とを含
む化合物半導体、例えば、AlxGa1-XN（０≦Ｘ≦１）半
導体を効率良くエッチングすることができた。又、上記
プラズマエッチングを行っても、上記半導体に結晶欠陥
を生じないことも判明された。従って、本発明を用いる
ことによりAlxGa1-XN（０≦Ｘ≦１）半導体を用いた発
光素子、その他の素子等の製造において、それらの生産
性を大きく改善することができる。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 本実施例方法で使用された半導体は、有機金属化合物
気相成長法（以下「MOVPE」と記す）による気相成長に
より第２図に示す構造に作成された。 用いられたガスは、NH3とキャリアガスH2,N2とトリメ
チルガリウム（Ga（CH3）３）（以下「TMG」と記す）と
トリメチルアルミニウム（Al（CH3）３）（以下「TMA」
と記す）である。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したｃ面を主面
とする単結晶のサファイア基板１をMOVPE装置の反応室
に載置されたサセプタに装着する。次に、反応室内の圧
力を5Torrに減圧し、H2を流速0.3／分で反応室に流し
ながら温度1100℃でサファイア基板１を気相エッチング
した。 次に、温度を800℃まで低下させて、H2を流速３／
分、NH3を流速２／分、TMAを７×10-6モル／分で供給
して１分間熱処理した。この熱処理によりAlNのバッフ
ァ層２が約500Åの厚さに形成された。 次に、１分経過した時にTMAの供給を停止して、サフ
ァイア基板１の温度を600℃に保持し、H2を2.5／分、
NH3を1.5／分、TMGを1.7×10-5モル／分で60分間供給
し、膜厚約３μｍのGaN層３を形成した。 次に、このようにして形成されたGaN層３の上面にサ
ファイアから成るマスク４を第３図のように載置して試
料30を作成し、第１図に示す平行平板電極型のプラズマ
エッチング装置により、露出したGaN層３をエッチング
した。 第１図に示す平行電極型電極装置において、反応室20
を形成するステンレス製の真空容器10の側壁には、エッ
チング用のガスを導入する導入管12が連設されており、
その導入管12はガス流速を可変できるマスフローコント
ローラ14を介してCCl4ガスを貯蔵したタンク16に接続さ
れている。そして、CCl4ガスがそのタンク16からマスフ
ローコントローラ14を介して反応室20に導入される。 又、反応室20は拡散ポンプ19により排気されており、
反応室20の真空度は反応室20と拡散ポンプ19との間に介
在するコンダクタンスバルブ18により調整される。 一方、反応室20内には上下方向に対向して、フッ化樹
脂により真空容器10から絶縁された電極22と電極24とが
配設されている。そして、電極22は接地され、電極24に
は高周波電力が供給される。その高周波電力は周波数1
3.56MHzの高周波電源28から整合器26を介して供給され
る。 又、電極24の上には、第３図に示す構成の試料30、32
が載置される。 係る構成の装置において、プラズマエッチングを行う
場合には、まず、電極24の上に試料30、32を載置した
後、拡散ポンプ19により反応室20内の残留ガスを十分に
排気して、反応室20の真空度を５×10-6Torrにする。そ
の後、CCl4ガスがマスフローコントローラ14により流速
10cc/分に制御されて反応室20に導入され、コンダクタ
ンスバルブ18により反応室20の真空度は精確に0.04Torr
に調整された。そして、電極24と電極22間に200W（0.4W
/cm2）高周波電力を供給すると、電極間でグロー放電が
開始され、導入されたCCl4ガスはプラズマ状態となり、
試料30,32のエッチングが開始された。 所定の時間エッチングを行った結果、試料30は第４図
に示す構造にエッチングされた。即ち、マスク４で覆わ
れたGaN層３の部分はエッチングされず、露出したGaN層
３のみが図示する形状にエッチングされた。 エッチング時間を変化させて同様にエッチングを行
い、エッチングにより生じた段差Δを段差計で測定して
エッチング時間との関係を測定した。その結果を第５図
の直線Ａで示す。その測定結果より、エッチング速度は
430Å／分であった。 比較のためエッチングガスをCF4に換えて同様な条件
にてエッチングを行い、エッチング速度を測定したとこ
ろ、第５図の直線Ｂで示す特性が得られ、CF4ガスによ
るエッチング速度は170Å／分であった。 従って、CCl4ガスを用いたドライエッチングはCF4に
比べて、約2.5倍のエッチング速度であることが判明し
た。 また、上記のエッチングの前後において試料を4.2Kに
冷却し、3250Åのヘリウムカドミウムレーザを照射し
て、フォトルミネッセンス強度を測定した。その結果を
第６図、第７図に示す。第６図はエッチング前の特性で
あり、第７図はエッチング後の特性である。その特性図
において、波形ピーク波長及び半値幅に変化が見られな
かった。このことから、上記のエッチングによりGaN層
３の結晶性に変化がないことが分った。 又、このエッチングを十分行うと下層のAlN層がエッ
チングされることがわかり、Ｘ＝０以外のAlxGa1-XNの
エッチングにも適用できることが判明した。
気相成長法（以下「MOVPE」と記す）による気相成長に
より第２図に示す構造に作成された。 用いられたガスは、NH3とキャリアガスH2,N2とトリメ
チルガリウム（Ga（CH3）３）（以下「TMG」と記す）と
トリメチルアルミニウム（Al（CH3）３）（以下「TMA」
と記す）である。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したｃ面を主面
とする単結晶のサファイア基板１をMOVPE装置の反応室
に載置されたサセプタに装着する。次に、反応室内の圧
力を5Torrに減圧し、H2を流速0.3／分で反応室に流し
ながら温度1100℃でサファイア基板１を気相エッチング
した。 次に、温度を800℃まで低下させて、H2を流速３／
分、NH3を流速２／分、TMAを７×10-6モル／分で供給
して１分間熱処理した。この熱処理によりAlNのバッフ
ァ層２が約500Åの厚さに形成された。 次に、１分経過した時にTMAの供給を停止して、サフ
ァイア基板１の温度を600℃に保持し、H2を2.5／分、
NH3を1.5／分、TMGを1.7×10-5モル／分で60分間供給
し、膜厚約３μｍのGaN層３を形成した。 次に、このようにして形成されたGaN層３の上面にサ
ファイアから成るマスク４を第３図のように載置して試
料30を作成し、第１図に示す平行平板電極型のプラズマ
エッチング装置により、露出したGaN層３をエッチング
した。 第１図に示す平行電極型電極装置において、反応室20
を形成するステンレス製の真空容器10の側壁には、エッ
チング用のガスを導入する導入管12が連設されており、
その導入管12はガス流速を可変できるマスフローコント
ローラ14を介してCCl4ガスを貯蔵したタンク16に接続さ
れている。そして、CCl4ガスがそのタンク16からマスフ
ローコントローラ14を介して反応室20に導入される。 又、反応室20は拡散ポンプ19により排気されており、
反応室20の真空度は反応室20と拡散ポンプ19との間に介
在するコンダクタンスバルブ18により調整される。 一方、反応室20内には上下方向に対向して、フッ化樹
脂により真空容器10から絶縁された電極22と電極24とが
配設されている。そして、電極22は接地され、電極24に
は高周波電力が供給される。その高周波電力は周波数1
3.56MHzの高周波電源28から整合器26を介して供給され
る。 又、電極24の上には、第３図に示す構成の試料30、32
が載置される。 係る構成の装置において、プラズマエッチングを行う
場合には、まず、電極24の上に試料30、32を載置した
後、拡散ポンプ19により反応室20内の残留ガスを十分に
排気して、反応室20の真空度を５×10-6Torrにする。そ
の後、CCl4ガスがマスフローコントローラ14により流速
10cc/分に制御されて反応室20に導入され、コンダクタ
ンスバルブ18により反応室20の真空度は精確に0.04Torr
に調整された。そして、電極24と電極22間に200W（0.4W
/cm2）高周波電力を供給すると、電極間でグロー放電が
開始され、導入されたCCl4ガスはプラズマ状態となり、
試料30,32のエッチングが開始された。 所定の時間エッチングを行った結果、試料30は第４図
に示す構造にエッチングされた。即ち、マスク４で覆わ
れたGaN層３の部分はエッチングされず、露出したGaN層
３のみが図示する形状にエッチングされた。 エッチング時間を変化させて同様にエッチングを行
い、エッチングにより生じた段差Δを段差計で測定して
エッチング時間との関係を測定した。その結果を第５図
の直線Ａで示す。その測定結果より、エッチング速度は
430Å／分であった。 比較のためエッチングガスをCF4に換えて同様な条件
にてエッチングを行い、エッチング速度を測定したとこ
ろ、第５図の直線Ｂで示す特性が得られ、CF4ガスによ
るエッチング速度は170Å／分であった。 従って、CCl4ガスを用いたドライエッチングはCF4に
比べて、約2.5倍のエッチング速度であることが判明し
た。 また、上記のエッチングの前後において試料を4.2Kに
冷却し、3250Åのヘリウムカドミウムレーザを照射し
て、フォトルミネッセンス強度を測定した。その結果を
第６図、第７図に示す。第６図はエッチング前の特性で
あり、第７図はエッチング後の特性である。その特性図
において、波形ピーク波長及び半値幅に変化が見られな
かった。このことから、上記のエッチングによりGaN層
３の結晶性に変化がないことが分った。 又、このエッチングを十分行うと下層のAlN層がエッ
チングされることがわかり、Ｘ＝０以外のAlxGa1-XNの
エッチングにも適用できることが判明した。
第１図は本発明の具体的な一実施例に係るエッチング方
法を実現するための装置を示した構成図。第２図はエッ
チング試料の構成を示した断面図。第３図はエッチング
試料とマスクとの関係を示した断面図。第４図はエッチ
ング後の試料の断面図。第５図はエッチング速度を示す
測定図。第６図はエッチング前における試料のフォトル
ミネッセンス強度の周波数特性図。第７図はエッチング
後における試料のフォトルミネッセンス強度の周波数特
性図である。 １……サファイア基板、２……バッファ層 ３……GaN層、４……マスク、10……真空容器 12……導入管、14……マスフローコントローラ 16……タンク、19……拡散ポンプ 18……コンダクタンスバルブ、22,24……電極 28……高周波電源
法を実現するための装置を示した構成図。第２図はエッ
チング試料の構成を示した断面図。第３図はエッチング
試料とマスクとの関係を示した断面図。第４図はエッチ
ング後の試料の断面図。第５図はエッチング速度を示す
測定図。第６図はエッチング前における試料のフォトル
ミネッセンス強度の周波数特性図。第７図はエッチング
後における試料のフォトルミネッセンス強度の周波数特
性図である。 １……サファイア基板、２……バッファ層 ３……GaN層、４……マスク、10……真空容器 12……導入管、14……マスフローコントローラ 16……タンク、19……拡散ポンプ 18……コンダクタンスバルブ、22,24……電極 28……高周波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 雅文 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−56474（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−143530（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−228776（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】塩素を含むガスのプラズマで少なくともガ
リウム（Ga）と窒素（Ｎ）を含む化合物半導体をエッチ
ングすることを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項２】四塩化炭素（CCl4）ガスのプラズマにより
AlxGa1-xN（０≦Ｘ≦１）半導体をエッチングするドラ
イエッチング方法。 - 【請求項３】前記プラズマはエッチングすべき前記化合
物半導体を載置する電極と、その電極に対向する電極と
の間に、高周波電力が印加されることで生成されること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のドライエッ
チング方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10866688A JP2654454B2 (ja) | 1988-04-29 | 1988-04-29 | 半導体のドライエッチング方法 |
| US07/338,855 US4946548A (en) | 1988-04-29 | 1989-04-17 | Dry etching method for semiconductor |
| DE3914182A DE3914182A1 (de) | 1988-04-29 | 1989-04-28 | Trockenaetzverfahren fuer halbleiter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10866688A JP2654454B2 (ja) | 1988-04-29 | 1988-04-29 | 半導体のドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01278025A JPH01278025A (ja) | 1989-11-08 |
| JP2654454B2 true JP2654454B2 (ja) | 1997-09-17 |
Family
ID=14490600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10866688A Expired - Lifetime JP2654454B2 (ja) | 1988-04-29 | 1988-04-29 | 半導体のドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2654454B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3078821B2 (ja) * | 1990-05-30 | 2000-08-21 | 豊田合成株式会社 | 半導体のドライエッチング方法 |
| JPH098355A (ja) * | 1995-06-16 | 1997-01-10 | Sumitomo Chem Co Ltd | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
| US5789265A (en) * | 1995-08-31 | 1998-08-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing blue light-emitting device by using BCL3 and CL2 |
| KR100372750B1 (ko) * | 1999-11-04 | 2003-02-17 | 한국과학기술원 | 표면 및 결합특성이 향상된 질화알루미늄(ａｉｎ) 박막의 제조방법 |
| JP2006339605A (ja) | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体部材のダメージ評価方法、化合物半導体部材の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体部材及び窒化ガリウム系化合物半導体膜 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58143530A (ja) * | 1982-02-22 | 1983-08-26 | Toshiba Corp | 化合物半導体装置の製造方法 |
| JPS59228776A (ja) * | 1983-06-10 | 1984-12-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体ヘテロ接合素子 |
| JPS6156474A (ja) * | 1984-08-28 | 1986-03-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化ガリウム半導体装置の製造方法 |
-
1988
- 1988-04-29 JP JP10866688A patent/JP2654454B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01278025A (ja) | 1989-11-08 |
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