JP2945034B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体製造プロセスに用いられるドライエ
ッチング方法に係わり、特にIII−Ｖ族化合物半導体の
エッチングに適したドライエッチング方法に関する。
ッチング方法に係わり、特にIII−Ｖ族化合物半導体の
エッチングに適したドライエッチング方法に関する。
（従来の技術） 従来、半導体製造プロセスにおけるドライエッチング
の有用性は、Si系LSIにおいて良く知られている。III−
Ｖ族化合物半導体においてもドライエッチングの研究が
多くなされている（『III−Ｖ族化合物半導体のドライ
エッチング』：浅川潔，菅田純雄；応用物理54（1985）
1136）が、この場合も被エッチング材に対して反応性の
あるガスを用い、イオンとラジカルの両方でエッチング
を進める方式のRIE,RIBE等が有効なドライエッチング方
法である。
の有用性は、Si系LSIにおいて良く知られている。III−
Ｖ族化合物半導体においてもドライエッチングの研究が
多くなされている（『III−Ｖ族化合物半導体のドライ
エッチング』：浅川潔，菅田純雄；応用物理54（1985）
1136）が、この場合も被エッチング材に対して反応性の
あるガスを用い、イオンとラジカルの両方でエッチング
を進める方式のRIE,RIBE等が有効なドライエッチング方
法である。
ところが、III−Ｖ族化合物半導体はSiの場合と異な
り、ハロゲン系ガスを用いた場合でも反応生成物の飽和
蒸気圧が低く、イオン衝撃無しには容易にエッチングが
進まない。つまり、III−Ｖ族化合物半導体においても
ある程度のエッチング速度を得るためには、イオンによ
るスパッタリングを行うか試料温度を上昇させるかして
反応生成物の脱離を促進しなければならない。
り、ハロゲン系ガスを用いた場合でも反応生成物の飽和
蒸気圧が低く、イオン衝撃無しには容易にエッチングが
進まない。つまり、III−Ｖ族化合物半導体においても
ある程度のエッチング速度を得るためには、イオンによ
るスパッタリングを行うか試料温度を上昇させるかして
反応生成物の脱離を促進しなければならない。
RIBEによるCl2ガスを用いたInPのエッチングのうち、
イオンのスパッタリングを強く行った例として、M.A.Bo
sch等の報告（Appl.Phys.Lett.38（1981）264）があ
る。一般にガス圧力10-4〜10-5Torr,イオン引出し電圧1
500Vの条件でTiをマスクとしてエッチングを行うと、試
料に対して垂直にビームを照射した場合には、第４図
（ａ）に示すように、側壁がテーパ状となったエッチン
グ形状となる。さらに、イオンスパッタリングの効果は
大きいため、底面の荒れも大きくなり易い。この現象の
原因としては、強いイオンスパッタリングによりマスク
端が削られて後退したためと考えられている。そこでこ
の例では、第４図（ｂ）に示す如く、試料をビームの入
射方向から傾け且つ試料面内で回転させることにより、
垂直な側壁を得ている。なお、図中41は被エッチング試
料、42はマスク、43はイオンを示している。
イオンのスパッタリングを強く行った例として、M.A.Bo
sch等の報告（Appl.Phys.Lett.38（1981）264）があ
る。一般にガス圧力10-4〜10-5Torr,イオン引出し電圧1
500Vの条件でTiをマスクとしてエッチングを行うと、試
料に対して垂直にビームを照射した場合には、第４図
（ａ）に示すように、側壁がテーパ状となったエッチン
グ形状となる。さらに、イオンスパッタリングの効果は
大きいため、底面の荒れも大きくなり易い。この現象の
原因としては、強いイオンスパッタリングによりマスク
端が削られて後退したためと考えられている。そこでこ
の例では、第４図（ｂ）に示す如く、試料をビームの入
射方向から傾け且つ試料面内で回転させることにより、
垂直な側壁を得ている。なお、図中41は被エッチング試
料、42はマスク、43はイオンを示している。
一方、Cl2ガスを用いたInPのRIBEのうち、試料加熱を
行った例として、H.Yamada等の報告（Extended Abstrac
ts of the 20th Conference on Solid State and Mater
ials,Tokyo,1988,pp.279−282）がある。この報告で
は、試料を200℃程度に加熱することによるエッチング
面の平滑化，側壁の垂直化について述べられている。
行った例として、H.Yamada等の報告（Extended Abstrac
ts of the 20th Conference on Solid State and Mater
ials,Tokyo,1988,pp.279−282）がある。この報告で
は、試料を200℃程度に加熱することによるエッチング
面の平滑化，側壁の垂直化について述べられている。
しかしながら、この種の方法にあっては次のような問
題があった。即ち、試料を傾斜・回転させる方法では、
エッチング面に荒れが生じ、また本質的にアスペクト比
の大きい溝等の形状のエッチングは不可能である。ま
た、試料を200℃程度に加熱する方法では、試料の加熱
及び冷却に時間がかかり（試料サイズが大きくなればな
るほど著しい）、エッチングのスループットを上げるこ
とは難しい。
題があった。即ち、試料を傾斜・回転させる方法では、
エッチング面に荒れが生じ、また本質的にアスペクト比
の大きい溝等の形状のエッチングは不可能である。ま
た、試料を200℃程度に加熱する方法では、試料の加熱
及び冷却に時間がかかり（試料サイズが大きくなればな
るほど著しい）、エッチングのスループットを上げるこ
とは難しい。
（発明が解決しようとする課題） このように従来、InP等のIII−Ｖ族化合物半導体の選
択エッチングに際しては、垂直性及び平滑性の良いエッ
チングを生産性良く行うことはできなかった。
択エッチングに際しては、垂直性及び平滑性の良いエッ
チングを生産性良く行うことはできなかった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、垂直性及び平滑性の良いエッチン
グを生産性良く行うことができ、特にIII−Ｖ族化合物
半導体材料のエッチングに適したドライエッチング方法
を提供することにある。
目的とするところは、垂直性及び平滑性の良いエッチン
グを生産性良く行うことができ、特にIII−Ｖ族化合物
半導体材料のエッチングに適したドライエッチング方法
を提供することにある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、イオン主体のエッチングとラジカル
主体のエッチングとを周期的に繰返すことにより、イオ
ン主体のエッチングの持つ異方性とラジカル主体のエッ
チングの持つ平滑性の双方の特徴を生かしたドライエッ
チングを行うことにある。
主体のエッチングとを周期的に繰返すことにより、イオ
ン主体のエッチングの持つ異方性とラジカル主体のエッ
チングの持つ平滑性の双方の特徴を生かしたドライエッ
チングを行うことにある。
即ち本発明は、所定パターンのマスクが形成されたII
I−Ｖ族化合物半導体，金属又は誘電体からなる被処理
基体を収容した真空容器内に所定のガスを導入し、この
ガスをプラズマ化して生成される粒子により被処理基体
を選択エッチングするドライエッチング方法において、
エッチングパラメータ（ガス圧，反応性ガスと不活性ガ
スとの混合比，イオン加速電圧等）を周期的に変化さ
せ、イオンを主体とするエッチングとラジカルを主体と
するエッチングとを交互に切替えて前記被処理基体をエ
ッチング処理するようにした方法である。
I−Ｖ族化合物半導体，金属又は誘電体からなる被処理
基体を収容した真空容器内に所定のガスを導入し、この
ガスをプラズマ化して生成される粒子により被処理基体
を選択エッチングするドライエッチング方法において、
エッチングパラメータ（ガス圧，反応性ガスと不活性ガ
スとの混合比，イオン加速電圧等）を周期的に変化さ
せ、イオンを主体とするエッチングとラジカルを主体と
するエッチングとを交互に切替えて前記被処理基体をエ
ッチング処理するようにした方法である。
（作用） 本発明によれば、イオン主体のエッチングにより垂直
性を持たせることができ、該エッチングによる表面荒れ
をラジカル主体のエッチングにより除去することができ
る。従って、これらの２種のエッチングを交互に繰返す
ことにより、垂直性及び平滑性の良いエッチングが可能
となる。また、このとき被処理基体を加熱，冷却する必
要もないため、これらに要する時間は不要となり、エッ
チングのスループットを上げることが可能となる。
性を持たせることができ、該エッチングによる表面荒れ
をラジカル主体のエッチングにより除去することができ
る。従って、これらの２種のエッチングを交互に繰返す
ことにより、垂直性及び平滑性の良いエッチングが可能
となる。また、このとき被処理基体を加熱，冷却する必
要もないため、これらに要する時間は不要となり、エッ
チングのスループットを上げることが可能となる。
ここで、イオン主体のエッチングにより最後までエッ
チングを行った後、ラジカル主体のエッチングにより表
面の後処理を行う方法では、イオン主体のエッチングに
よる表面荒れが大きくなっており、ラジカル主体のエッ
チングでこれを除去して平滑化を行うことは困難であ
る。これに対し本発明では、イオン主体のエッチングに
よる表面荒れが大きくなる前にラジカル主体のエッチン
グによりこれを除去しているので、エッチング量が多く
なってもエッチング表面の平滑化を行うことが可能とな
るのである。
チングを行った後、ラジカル主体のエッチングにより表
面の後処理を行う方法では、イオン主体のエッチングに
よる表面荒れが大きくなっており、ラジカル主体のエッ
チングでこれを除去して平滑化を行うことは困難であ
る。これに対し本発明では、イオン主体のエッチングに
よる表面荒れが大きくなる前にラジカル主体のエッチン
グによりこれを除去しているので、エッチング量が多く
なってもエッチング表面の平滑化を行うことが可能とな
るのである。
（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例方法に使用したドライエッ
チング装置（ECR型プラズマRIBE装置）を示す概略構成
図である。図中10はマイクロ波導波管、11はエッチング
ガス導入口、12はプラズマ生成部、13は磁場発生コイ
ル、14はイオン引出し電極、15はエッチングチャンバ、
16は試料基板20を載置する試料台、17はガス排気口であ
る。ガス導入口11にはマスフローコントローラ18を介し
て反応性ガス、例えばCl2が供給される。また、ガス導
入口11にはマスフローコントローラ19を介して不活性ガ
ス、例えばArが供給されるものとなっている。この装置
は、基本的にはECR放電を利用した周知のドライエッチ
ング装置と同様であるが、マスフローコントローラ18,1
9によりCl2とArとの混合比を可変できるようになってい
る点が、従来装置と異なっている。
チング装置（ECR型プラズマRIBE装置）を示す概略構成
図である。図中10はマイクロ波導波管、11はエッチング
ガス導入口、12はプラズマ生成部、13は磁場発生コイ
ル、14はイオン引出し電極、15はエッチングチャンバ、
16は試料基板20を載置する試料台、17はガス排気口であ
る。ガス導入口11にはマスフローコントローラ18を介し
て反応性ガス、例えばCl2が供給される。また、ガス導
入口11にはマスフローコントローラ19を介して不活性ガ
ス、例えばArが供給されるものとなっている。この装置
は、基本的にはECR放電を利用した周知のドライエッチ
ング装置と同様であるが、マスフローコントローラ18,1
9によりCl2とArとの混合比を可変できるようになってい
る点が、従来装置と異なっている。
次に、上記装置を用いたドライエッチング方法につい
て説明する。
て説明する。
まず、第２図（ａ）に示す如く、InP基板21上に厚さ
約0.5μｍのSiO2マスク22を形成する。次いで、前記第
１図に示す装置を用い、容器15内にCl2−Ar（1:5）の混
合ガスを導入し、ガス圧力１×10-3Torr,イオン引出し
電圧400V,マイクロ波出力200Wの条件で、InP基板21を８
分間選択エッチングする。このエッチングはイオンを主
体とするエッチングであり、第２図（ｂ）に示す如く、
エッチング側壁は垂直であるがエッチング表面23に荒れ
が生じる。
約0.5μｍのSiO2マスク22を形成する。次いで、前記第
１図に示す装置を用い、容器15内にCl2−Ar（1:5）の混
合ガスを導入し、ガス圧力１×10-3Torr,イオン引出し
電圧400V,マイクロ波出力200Wの条件で、InP基板21を８
分間選択エッチングする。このエッチングはイオンを主
体とするエッチングであり、第２図（ｂ）に示す如く、
エッチング側壁は垂直であるがエッチング表面23に荒れ
が生じる。
次いで、同様に第１図の装置を用い、前記混合ガスの
比をCl2−Ar（8:5）に変え、ガス圧力４×10-3Torr,イ
オン引出し電圧400V,マイクロ波出力200Wの条件でInP基
板21を２分間選択エッチングする。このエッチングはラ
ジカルを主体とするエッチングであり、第２図（ｃ）に
示す如く、エッチング表面24は荒れが除去されて平滑化
される。
比をCl2−Ar（8:5）に変え、ガス圧力４×10-3Torr,イ
オン引出し電圧400V,マイクロ波出力200Wの条件でInP基
板21を２分間選択エッチングする。このエッチングはラ
ジカルを主体とするエッチングであり、第２図（ｃ）に
示す如く、エッチング表面24は荒れが除去されて平滑化
される。
ここで、第２図（ｂ）（ｃ）の工程で用いたエッチン
グ条件は、前者は後者に比べてラジカルに対するイオン
の割合が多いものである。つまり、前者のエッチングは
イオン性の強いエッチングであり、後者のエッチングは
ラジカル性の強いエッチングである。イオン性の強いエ
ッチングでは、イオンビームの持つ直線性が生かされた
垂直性の良い側壁が得られるが、イオンスパッタリング
により底面に荒れを生じ易い。逆にラジカル性の強いエ
ッチングでは、等方的なエッチングに近くなるが、エッ
チング面の荒れを解消することができる。そこで、この
２種類のエッチングを交互に繰返すことにより、両方の
特徴、垂直性と平滑性を兼備えたエッチングが可能とな
る。
グ条件は、前者は後者に比べてラジカルに対するイオン
の割合が多いものである。つまり、前者のエッチングは
イオン性の強いエッチングであり、後者のエッチングは
ラジカル性の強いエッチングである。イオン性の強いエ
ッチングでは、イオンビームの持つ直線性が生かされた
垂直性の良い側壁が得られるが、イオンスパッタリング
により底面に荒れを生じ易い。逆にラジカル性の強いエ
ッチングでは、等方的なエッチングに近くなるが、エッ
チング面の荒れを解消することができる。そこで、この
２種類のエッチングを交互に繰返すことにより、両方の
特徴、垂直性と平滑性を兼備えたエッチングが可能とな
る。
上述の２つの条件によるエッチングのサイクルを３回
繰返すと、第２図（ｄ）に示す如く、深さ約4.5μｍの
側壁の垂直性が良く底面の平滑性も良いエッチング溝25
が得られた。
繰返すと、第２図（ｄ）に示す如く、深さ約4.5μｍの
側壁の垂直性が良く底面の平滑性も良いエッチング溝25
が得られた。
この実施例では、ガスの組成（同時にガス圧力）を変
えることによりイオンとラジカルとの割合を変えている
が、イオン引出し電圧やマイクロ波強度等を変えること
によっても、イオンの量とラジカルの量の割合を変える
ことは可能である。例えば、導入ガスとしてCl2−Ar
（1:5）の混合ガスを用い、ガス圧力１×10-3Torrの条
件で、イオン引出し電圧を400Vにして３分間,200Vにし
て２分間というサイクルを６回繰返してエッチングする
ことにより、約1.8μｍの深さの同様に垂直性と平滑性
の良いエッチング溝が得られた。このように様々の方法
で、イオンとラジカルの割合を変えた場合にも、エッチ
ング時間のサイクルを最適化することにより、同様に側
壁の垂直性が良く底面の平滑性も良いエッチング溝を得
ることができる。
えることによりイオンとラジカルとの割合を変えている
が、イオン引出し電圧やマイクロ波強度等を変えること
によっても、イオンの量とラジカルの量の割合を変える
ことは可能である。例えば、導入ガスとしてCl2−Ar
（1:5）の混合ガスを用い、ガス圧力１×10-3Torrの条
件で、イオン引出し電圧を400Vにして３分間,200Vにし
て２分間というサイクルを６回繰返してエッチングする
ことにより、約1.8μｍの深さの同様に垂直性と平滑性
の良いエッチング溝が得られた。このように様々の方法
で、イオンとラジカルの割合を変えた場合にも、エッチ
ング時間のサイクルを最適化することにより、同様に側
壁の垂直性が良く底面の平滑性も良いエッチング溝を得
ることができる。
また、半導体基板に溝を形成する代わりに、半導体基
板上の半導体多層膜に溝を形成する場合にも適用するこ
とができる。第３図の例は半導体レーザ素子の製造に適
用した実施例である。ｎ−InP基板31上にｎ−InPバッフ
ァ層32,n−InGaAsPクラッド層33,InGaAs活性層34及びｐ
−InGaAsPクラッド層35が積層されており、この試料上
にSiO2マスク36を形成した後、先の実施例方法と同様に
して各層35,34,33を選択エッチングした。この場合も、
先の実施例と同様に側壁の垂直性が良く底面の平滑性も
良いエッチング溝37を形成することができた。また、各
層毎にイオン主体とラジカル主体のエッチングパラメー
タを変えることにより、より最適なエッチングを行うこ
とも可能である。
板上の半導体多層膜に溝を形成する場合にも適用するこ
とができる。第３図の例は半導体レーザ素子の製造に適
用した実施例である。ｎ−InP基板31上にｎ−InPバッフ
ァ層32,n−InGaAsPクラッド層33,InGaAs活性層34及びｐ
−InGaAsPクラッド層35が積層されており、この試料上
にSiO2マスク36を形成した後、先の実施例方法と同様に
して各層35,34,33を選択エッチングした。この場合も、
先の実施例と同様に側壁の垂直性が良く底面の平滑性も
良いエッチング溝37を形成することができた。また、各
層毎にイオン主体とラジカル主体のエッチングパラメー
タを変えることにより、より最適なエッチングを行うこ
とも可能である。
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるもので
はない。例えば、前記被処理基体（エッチング材料）は
半導体基板若しくは半導体多層膜に限るものではなく、
誘導体，金属のドライエッチングにも適用可能である。
また、本発明に用いる装置は第１図に何等限定されるも
のではなく、RIE又はRIBEを実施できる装置であれば使
用することが可能である。また、エッチングパラメータ
としては、容器内のガス圧，反応性ガスの不活性ガスと
の混合比，及びイオンの加速電圧（イオン引出し電極に
印加される電圧，高周波バイアス電圧或いはイオンシー
スによる自己バイアス電圧等で決まる）の他に、プラズ
マを発生させるために印加する高周波或は静磁場或いは
電子ビーム或は光等を利用することも可能である。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。
はない。例えば、前記被処理基体（エッチング材料）は
半導体基板若しくは半導体多層膜に限るものではなく、
誘導体，金属のドライエッチングにも適用可能である。
また、本発明に用いる装置は第１図に何等限定されるも
のではなく、RIE又はRIBEを実施できる装置であれば使
用することが可能である。また、エッチングパラメータ
としては、容器内のガス圧，反応性ガスの不活性ガスと
の混合比，及びイオンの加速電圧（イオン引出し電極に
印加される電圧，高周波バイアス電圧或いはイオンシー
スによる自己バイアス電圧等で決まる）の他に、プラズ
マを発生させるために印加する高周波或は静磁場或いは
電子ビーム或は光等を利用することも可能である。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。
［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、イオン主体のエ
ッチングとラジカル主体のエッチングとを周期的に繰返
すことにより、イオン主体のエッチングの持つ異方性
（垂直性）とラジカル主体のエッチングの持つ平滑性の
双方の特徴を生かしたドライエッチングを行うことがで
き、III−Ｖ族化合物半導体，金属又は誘電体をを垂直
性及び平滑性の良い状態で生産性良くエッチングするこ
とができる。
ッチングとラジカル主体のエッチングとを周期的に繰返
すことにより、イオン主体のエッチングの持つ異方性
（垂直性）とラジカル主体のエッチングの持つ平滑性の
双方の特徴を生かしたドライエッチングを行うことがで
き、III−Ｖ族化合物半導体，金属又は誘電体をを垂直
性及び平滑性の良い状態で生産性良くエッチングするこ
とができる。
第１図は本発明の一実施例方法に使用したドライエッチ
ング装置を示す概略構成図、第２図は本発明の一実施例
方法に係るドライエッチング方法を説明するための工程
断面図、第３図は本発明の他の実施例を説明するための
断面図、第４図は従来の問題点を説明するための断面図
である。 10……導波管、 11……ガス導入口、 12……プラズマ生成部、 13……磁場発生コイル、 14……イオン引出し電極、 15……チャンバ、 16……試料台、 17……ガス排気口、 18,19……マスフローコントローラ、 20……試料基板（被処理基体）、 21……InP基板、 22……SiO2マスク、 23,24……エッチング表面、 25……エッチング溝。
ング装置を示す概略構成図、第２図は本発明の一実施例
方法に係るドライエッチング方法を説明するための工程
断面図、第３図は本発明の他の実施例を説明するための
断面図、第４図は従来の問題点を説明するための断面図
である。 10……導波管、 11……ガス導入口、 12……プラズマ生成部、 13……磁場発生コイル、 14……イオン引出し電極、 15……チャンバ、 16……試料台、 17……ガス排気口、 18,19……マスフローコントローラ、 20……試料基板（被処理基体）、 21……InP基板、 22……SiO2マスク、 23,24……エッチング表面、 25……エッチング溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3065
Claims (1)
- 【請求項１】所定パターンのマスクが形成されたIII−
Ｖ族化合物半導体からなる被処理基体を収容した真空容
器内に所定のガスを導入し、このガスをプラズマ化して
生成される粒子により前記基体を選択エッチングするド
ライエッチング方法において、 イオンを主体とする異方性エッチングにより前記基体の
エッチング面に荒れが形成されるエッチング工程と、 前記工程に引き続いて、前記基体に対して非堆積性のガ
スのラジカルを主体とする等方性エッチングにより前記
工程により形成された荒れを除去する工程とを 連続して複数回繰り返すことを特徴とするドライエッチ
ング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23064589A JP2945034B2 (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23064589A JP2945034B2 (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0393224A JPH0393224A (ja) | 1991-04-18 |
| JP2945034B2 true JP2945034B2 (ja) | 1999-09-06 |
Family
ID=16911037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23064589A Expired - Fee Related JP2945034B2 (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2945034B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2612373B2 (ja) * | 1990-07-24 | 1997-05-21 | 日本電信電話株式会社 | 反応性イオンエッチング方法 |
| JP2921258B2 (ja) * | 1992-04-28 | 1999-07-19 | 日本電気株式会社 | 絶縁膜のエッチング方法 |
| US6417013B1 (en) | 1999-01-29 | 2002-07-09 | Plasma-Therm, Inc. | Morphed processing of semiconductor devices |
| JP5154013B2 (ja) * | 2005-10-12 | 2013-02-27 | パナソニック株式会社 | ドライエッチング方法 |
| KR20240095152A (ko) | 2022-12-13 | 2024-06-25 | 주식회사 히타치하이테크 | 플라스마 처리 방법 |
-
1989
- 1989-09-06 JP JP23064589A patent/JP2945034B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0393224A (ja) | 1991-04-18 |
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