JP3184988B2 - 結晶面異方性ドライエッチング方法 - Google Patents
結晶面異方性ドライエッチング方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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-
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、単結晶基板を結晶面異
方性エッチングするドライエッチング方法に関する。
方性エッチングするドライエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、LSI等を製造する場合、基板を
エッチングするためのドライエッチング方法として、一
般に反応性イオンエッチング法が広く利用されている
が、回路の微細化につれて、プラズマ照射により発生す
る損傷が問題になってきている。また、この方法の場
合、一般的にエッチング形状が結晶面異方性を呈さない
ため、エッチングされた基板を結晶面異方性エピタキシ
ーに利用できないという問題もあった。このため、この
ようなプラズマ照射による損傷を生じず、しかもエッチ
ングされた基板を結晶面異方性エピタキシーに利用でき
るドライエッチング方法として、例えば特願昭59−2
0995号(特開昭60−165725号公報)に示す
ようなレーザー光や紫外光を利用した光エッチング方法
が開示されている。
エッチングするためのドライエッチング方法として、一
般に反応性イオンエッチング法が広く利用されている
が、回路の微細化につれて、プラズマ照射により発生す
る損傷が問題になってきている。また、この方法の場
合、一般的にエッチング形状が結晶面異方性を呈さない
ため、エッチングされた基板を結晶面異方性エピタキシ
ーに利用できないという問題もあった。このため、この
ようなプラズマ照射による損傷を生じず、しかもエッチ
ングされた基板を結晶面異方性エピタキシーに利用でき
るドライエッチング方法として、例えば特願昭59−2
0995号(特開昭60−165725号公報)に示す
ようなレーザー光や紫外光を利用した光エッチング方法
が開示されている。
【0003】しかしながら、このような光エッチング方
法においては、真空容器内に被エッチング試料を収容し
て、該真空容器内に反応性ガス等のエッチング用ガスを
導入しながら、同時に上記エッチング用ガスを解離する
光を、該エッチング試料のエッチングすべき部分に対し
て選択的に照射することにより、所望のエッチングが行
なわれるようにしている。この場合、エッチング深さ
は、基本的には、エッチングガスの導入量や導入時間及
びエッチング用ガスに曝されている被エッチング試料の
結晶表面へのエネルギー粒子、即ち光の照射時間を調整
して、光化学反応の時間を制御することにより決定され
る。
法においては、真空容器内に被エッチング試料を収容し
て、該真空容器内に反応性ガス等のエッチング用ガスを
導入しながら、同時に上記エッチング用ガスを解離する
光を、該エッチング試料のエッチングすべき部分に対し
て選択的に照射することにより、所望のエッチングが行
なわれるようにしている。この場合、エッチング深さ
は、基本的には、エッチングガスの導入量や導入時間及
びエッチング用ガスに曝されている被エッチング試料の
結晶表面へのエネルギー粒子、即ち光の照射時間を調整
して、光化学反応の時間を制御することにより決定され
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、LSI等の
製造においては、集積密度の高度化に従って、パターン
寸法のより一層の微細化が要求されており、これに伴っ
て、エッチング深さもより精密に制御されることが必要
とされるようになってきている。例えばGaAsのSI
T(静電誘導型トランジスタ)の製造工程においては、
分子層成長したエピタキシャル層をエッチングするため
に、少なくとも10Åのオーダーのエッチング深さの精
度が必要とされる。
製造においては、集積密度の高度化に従って、パターン
寸法のより一層の微細化が要求されており、これに伴っ
て、エッチング深さもより精密に制御されることが必要
とされるようになってきている。例えばGaAsのSI
T(静電誘導型トランジスタ)の製造工程においては、
分子層成長したエピタキシャル層をエッチングするため
に、少なくとも10Åのオーダーのエッチング深さの精
度が必要とされる。
【0005】しかしながら、上述した光エッチング方法
において、光化学反応時間等の調整によるエッチング深
さの制御では、このような高精度のエッチング深さを達
成することは困難であった。また、実際の半導体装置の
製造工程においては、エッチング中に高価なエッチング
モニタを用いて測定しながらエッチング深さを制御する
か、或いはエッチング後にエッチング深さを測定して該
深さが不足の場合にはさらにエッチングを追加するよう
なことが必要であり、エッチング深さの制御は極めて困
難であり且つ再現性に乏しいものであった。
において、光化学反応時間等の調整によるエッチング深
さの制御では、このような高精度のエッチング深さを達
成することは困難であった。また、実際の半導体装置の
製造工程においては、エッチング中に高価なエッチング
モニタを用いて測定しながらエッチング深さを制御する
か、或いはエッチング後にエッチング深さを測定して該
深さが不足の場合にはさらにエッチングを追加するよう
なことが必要であり、エッチング深さの制御は極めて困
難であり且つ再現性に乏しいものであった。
【0006】本発明は、以上の点に鑑み、被エッチング
試料に対して照射損傷を与えるようなことなく、しかも
高精度のエッチング深さ制御が何ら特別なエッチング深
さモニタを用いずとも可能であり、かつエッチング形状
が結晶面異方性を有し、それゆえ、エッチングされた基
板を結晶面異方性エピタキシーに利用できるドライエッ
チング方法を提供することを目的としている。
試料に対して照射損傷を与えるようなことなく、しかも
高精度のエッチング深さ制御が何ら特別なエッチング深
さモニタを用いずとも可能であり、かつエッチング形状
が結晶面異方性を有し、それゆえ、エッチングされた基
板を結晶面異方性エピタキシーに利用できるドライエッ
チング方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明法は、真空装置内で、エッチング用ガスを導
入して基板に吸着させ、この吸着したエッチング用ガス
に光照射することにより、上記基板と上記吸着したエッ
チング用ガスとを反応させて、上記基板をエッチングす
るドライエッチング方法において、上記基板としてGa
As単結晶基板を、また、エッチング用ガスとして結晶
面異方性エッチングガスを用い、上記GaAs単結晶基
板を所定の温度に保ちつつ上記結晶面異方性エッチング
ガスを所定の圧力で導入して上記GaAs単結晶基板に
吸着させ、該吸着した結晶面異方性エッチングガスに所
定の照度で光照射を行い、この際、上記エッチング反応
を支配する、上記基板温度、結晶面異方性エッチングガ
スの圧力及び光照射エネルギー密度を、GaAs単結晶
基板の(100)面と(111)B面と(111)A面
とのエッチング速度に違いを生じさせるように制御し
て、上記GaAs単結晶基板の結晶面異方性エッチング
を分子層単位で行うことを特徴としている。
め、本発明法は、真空装置内で、エッチング用ガスを導
入して基板に吸着させ、この吸着したエッチング用ガス
に光照射することにより、上記基板と上記吸着したエッ
チング用ガスとを反応させて、上記基板をエッチングす
るドライエッチング方法において、上記基板としてGa
As単結晶基板を、また、エッチング用ガスとして結晶
面異方性エッチングガスを用い、上記GaAs単結晶基
板を所定の温度に保ちつつ上記結晶面異方性エッチング
ガスを所定の圧力で導入して上記GaAs単結晶基板に
吸着させ、該吸着した結晶面異方性エッチングガスに所
定の照度で光照射を行い、この際、上記エッチング反応
を支配する、上記基板温度、結晶面異方性エッチングガ
スの圧力及び光照射エネルギー密度を、GaAs単結晶
基板の(100)面と(111)B面と(111)A面
とのエッチング速度に違いを生じさせるように制御し
て、上記GaAs単結晶基板の結晶面異方性エッチング
を分子層単位で行うことを特徴としている。
【0008】本発明によるドライエッチング方法は、好
ましくは、前記基板温度を10℃以下とし、前記結晶面
異方性エッチングガスの圧力はCl 2 ガスを使用して1
×10 -4 Torr以下とし、前記所定の照度をXe/H
gランプを使用して0.19W/cm 2 以下とする。
ましくは、前記基板温度を10℃以下とし、前記結晶面
異方性エッチングガスの圧力はCl 2 ガスを使用して1
×10 -4 Torr以下とし、前記所定の照度をXe/H
gランプを使用して0.19W/cm 2 以下とする。
【0009】
【0010】
【作用】上記構成によれば、エッチング形状が、分子層
の精度で制御でき、かつエッチングによって形成される
面が特定の結晶面で構成される、いわゆる結晶面異方性
エッチングができる。
の精度で制御でき、かつエッチングによって形成される
面が特定の結晶面で構成される、いわゆる結晶面異方性
エッチングができる。
【0011】さらに、本発明では、基板をGaAs単結
晶基板とし、Cl2 ガスを結晶面異方性エッチングガス
として使用し、基板温度、Cl2 ガス圧、及び光源Xe
/Hgランプの照度を制御してエッチングを行うことに
より、光照射をしなくてもCl2 ガスを導入しただけで
エッチングが起こる、いわゆる自発エッチングを防止し
てエッチングができるから、エッチング形状が分子層の
精度で制御でき、かつエッチング面が特定の結晶面で構
成される、いわゆる結晶面異方性エッチングができ、し
たがって、たとえば、この面を利用した結晶面異方性エ
ピタキシーが可能になる。
晶基板とし、Cl2 ガスを結晶面異方性エッチングガス
として使用し、基板温度、Cl2 ガス圧、及び光源Xe
/Hgランプの照度を制御してエッチングを行うことに
より、光照射をしなくてもCl2 ガスを導入しただけで
エッチングが起こる、いわゆる自発エッチングを防止し
てエッチングができるから、エッチング形状が分子層の
精度で制御でき、かつエッチング面が特定の結晶面で構
成される、いわゆる結晶面異方性エッチングができ、し
たがって、たとえば、この面を利用した結晶面異方性エ
ピタキシーが可能になる。
【0012】
【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて、本発
明を詳細に説明する。図1は、本発明によるドライエッ
チング方法を実施するためのドライエッチング装置の基
本的構成の一実施例を示しており、ドライエッチング装
置10は、エッチング室を形成する真空容器(反応容
器)11から構成されており、該真空容器11内には、
例えば結晶基板等の被エッチング試料12を載置するた
めのサセプタ13が備えられている。また、この真空容
器11は、エッチング用ガスを導入するためのガス導入
口14と、該真空容器11内を真空排気するためのガス
排気口15とを有しており、ガス導入口14には、図示
しないエッチング用ガスの供給源が、圧縮空気作動バル
ブ16を介して接続されている。
明を詳細に説明する。図1は、本発明によるドライエッ
チング方法を実施するためのドライエッチング装置の基
本的構成の一実施例を示しており、ドライエッチング装
置10は、エッチング室を形成する真空容器(反応容
器)11から構成されており、該真空容器11内には、
例えば結晶基板等の被エッチング試料12を載置するた
めのサセプタ13が備えられている。また、この真空容
器11は、エッチング用ガスを導入するためのガス導入
口14と、該真空容器11内を真空排気するためのガス
排気口15とを有しており、ガス導入口14には、図示
しないエッチング用ガスの供給源が、圧縮空気作動バル
ブ16を介して接続されている。
【0013】さらに、真空容器11の上方には、被エッ
チング試料12の表面に吸着したエッチング用ガスと、
該被エッチング試料12の表面原子との化学反応を促進
するための光源17が設けられており、光源17からの
光、例えば紫外光が、該真空容器11の上部に備えられ
た電動シャッタ18及び紫外光通過窓19を介して、上
記サセプタ13上の被エッチング試料12に照射され、
この光照射によって、該被エッチング試料12の表面に
吸着したエッチング用ガスと、該被エッチング試料12
の表面の結晶基板原子とが化学反応して、揮発性の反応
生成物を生ぜしめるようになっている。
チング試料12の表面に吸着したエッチング用ガスと、
該被エッチング試料12の表面原子との化学反応を促進
するための光源17が設けられており、光源17からの
光、例えば紫外光が、該真空容器11の上部に備えられ
た電動シャッタ18及び紫外光通過窓19を介して、上
記サセプタ13上の被エッチング試料12に照射され、
この光照射によって、該被エッチング試料12の表面に
吸着したエッチング用ガスと、該被エッチング試料12
の表面の結晶基板原子とが化学反応して、揮発性の反応
生成物を生ぜしめるようになっている。
【0014】尚、上述した圧縮空気作動バルブ16及び
電動シャッタ18は、共にプログラマブルコントローラ
20により、適宜に制御され得るようになっている。
電動シャッタ18は、共にプログラマブルコントローラ
20により、適宜に制御され得るようになっている。
【0015】この発明によるドライエッチング装置10
は、以上のように構成されており、ドライエッチングを
行なう場合、被エッチング試料12を、真空容器11内
のサセプタ13の上面に載置し、所定温度に設定してお
くと共に、ガス排気口15から排気を行なうことによ
り、該真空容器11内を真空にする。
は、以上のように構成されており、ドライエッチングを
行なう場合、被エッチング試料12を、真空容器11内
のサセプタ13の上面に載置し、所定温度に設定してお
くと共に、ガス排気口15から排気を行なうことによ
り、該真空容器11内を真空にする。
【0016】この状態から、先ず第一の段階として、ガ
ス排気口15から排気しながら、プログラマブルコント
ローラ20により、圧縮空気作動バルブ16を開弁する
ことにより、エッチング用ガスを所定圧力で所定時間だ
け、該真空容器11内に導入する。これにより、被エッ
チング試料12の結晶表面にてエッチング用ガスの吸着
が生ずる。エッチング用ガスの吸着後に、圧縮空気作動
バルブ16を閉じることにより、該エッチング用ガスの
導入を停止する。
ス排気口15から排気しながら、プログラマブルコント
ローラ20により、圧縮空気作動バルブ16を開弁する
ことにより、エッチング用ガスを所定圧力で所定時間だ
け、該真空容器11内に導入する。これにより、被エッ
チング試料12の結晶表面にてエッチング用ガスの吸着
が生ずる。エッチング用ガスの吸着後に、圧縮空気作動
バルブ16を閉じることにより、該エッチング用ガスの
導入を停止する。
【0017】次に、第二段階として、真空容器11内に
残っているエッチング用ガスを、ガス排気口15から所
定時間排気する。かくして、該被エッチング試料12の
表面に吸着したエッチング用ガスのみが、真空容器11
内に残ることとなる。
残っているエッチング用ガスを、ガス排気口15から所
定時間排気する。かくして、該被エッチング試料12の
表面に吸着したエッチング用ガスのみが、真空容器11
内に残ることとなる。
【0018】続いて、この所定時間の真空排気中に、光
源17から、上記エッチング用ガスを解離するために適
当な波長を有する光を照射し、プログラマブルコントロ
ーラ20によって電動シャッタ18を制御して、所定時
間だけ、該光を被エッチング試料12の表面に照射す
る。これにより、該被エッチング試料12の表面に吸着
したエッチング用ガスと該被エッチング試料12の表面
原子とが光化学反応し、生ぜしめられた揮発性の反応生
成物が、該エッチング試料の表面から揮発して、ガス排
気口15から排気される。
源17から、上記エッチング用ガスを解離するために適
当な波長を有する光を照射し、プログラマブルコントロ
ーラ20によって電動シャッタ18を制御して、所定時
間だけ、該光を被エッチング試料12の表面に照射す
る。これにより、該被エッチング試料12の表面に吸着
したエッチング用ガスと該被エッチング試料12の表面
原子とが光化学反応し、生ぜしめられた揮発性の反応生
成物が、該エッチング試料の表面から揮発して、ガス排
気口15から排気される。
【0019】このようにして、第一の段階及び第二の段
階から成る、一回の一連の工程により、該被エッチング
試料12の表面に吸着された一定量のエッチング用ガス
のみがエッチングに寄与することになり、光照射時間を
十分に取ることにより、吸着されたエッチング用ガスが
完全にエッチングに使用されることになり、一回の一連
の工程により、分子層または原子層の厚さのエッチング
深さとなる。
階から成る、一回の一連の工程により、該被エッチング
試料12の表面に吸着された一定量のエッチング用ガス
のみがエッチングに寄与することになり、光照射時間を
十分に取ることにより、吸着されたエッチング用ガスが
完全にエッチングに使用されることになり、一回の一連
の工程により、分子層または原子層の厚さのエッチング
深さとなる。
【0020】従って、分子層または原子層の厚さの単位
で、エッチング深さが制御され得ることとなり、高精度
のエッチング深さの制御が可能となると共に、該エッチ
ング試料の表面にエッチング用ガスが均一に吸着され、
この吸着されたエッチング用ガスのみがエッチングに寄
与することから、従来のようにエッチング用ガスの流れ
の影響を受けて不均一なエッチング深さになるようなこ
とがなく、完全に均一なエッチング深さが得られること
になる。
で、エッチング深さが制御され得ることとなり、高精度
のエッチング深さの制御が可能となると共に、該エッチ
ング試料の表面にエッチング用ガスが均一に吸着され、
この吸着されたエッチング用ガスのみがエッチングに寄
与することから、従来のようにエッチング用ガスの流れ
の影響を受けて不均一なエッチング深さになるようなこ
とがなく、完全に均一なエッチング深さが得られること
になる。
【0021】また、上述した第一及び第二の段階から成
る工程を繰返し行なうことにより、該工程の回数に基づ
いて、分子層または原子層の厚さの単位で、エッチング
深さが制御され得ることとなり、何ら特別なエッチング
深さモニタを用いずとも高精度且つ高再現性のエッチン
グ深さ制御が可能となる。
る工程を繰返し行なうことにより、該工程の回数に基づ
いて、分子層または原子層の厚さの単位で、エッチング
深さが制御され得ることとなり、何ら特別なエッチング
深さモニタを用いずとも高精度且つ高再現性のエッチン
グ深さ制御が可能となる。
【0022】尚、エッチングガスの導入時はガス排気口
15を閉じておいて、所定時間後、即ち被エッチング試
料12の表面に一定量のエッチング用ガスが吸着された
後、ガス排気口15を開いて排気を開始するようにして
も良い。
15を閉じておいて、所定時間後、即ち被エッチング試
料12の表面に一定量のエッチング用ガスが吸着された
後、ガス排気口15を開いて排気を開始するようにして
も良い。
【0023】次に、例えば被エッチング試料として、n
型GaAs(100),(111)Bをエッチングする
場合について、以下具体的に説明する。この場合、エッ
チング用ガスとして結晶面選択性のある塩素ガスC
l2 、光源17としてXe/Hgランプを使用すると共
に、被エッチング試料12を、真空容器11内のサセプ
タ13の上面に載置し、所定温度に設定しておくと共
に、ガス排気口15から排気を行なうことにより、該真
空容器11内を真空にする。
型GaAs(100),(111)Bをエッチングする
場合について、以下具体的に説明する。この場合、エッ
チング用ガスとして結晶面選択性のある塩素ガスC
l2 、光源17としてXe/Hgランプを使用すると共
に、被エッチング試料12を、真空容器11内のサセプ
タ13の上面に載置し、所定温度に設定しておくと共
に、ガス排気口15から排気を行なうことにより、該真
空容器11内を真空にする。
【0024】ガス導入の際に、被エッチング試料、即ち
GaAs基板の温度が高過ぎたり、エッチング用ガスの
導入圧力が高過ぎると、エッチング用ガスが該真空容器
11内に導入されただけで、エッチングが始まってしま
う。例えば、塩素ガスCl2 を1×10-4Torrの圧
力で真空容器11内に導入したとき、n型GaAs基板
の温度が60℃以下であれば、エッチング用ガスの導入
のみではエッチングは起きないが、塩素ガスCl2 を1
×10-3Torrの圧力で真空容器11内に導入したと
きには、n型GaAs基板温度が3℃であっても、Ga
As(111)Bの場合には、10Å/分の速度で、エ
ッチングが進行してしまう。また、Xe/Hgランプの
照射により、該GaAs基板の温度が上昇してしまい、
例えば、0.19W/cm2 ではGaAs基板の温度上
昇は約30℃となり、GaAs基板の設定温度が10℃
の場合には、光照射によって40℃になってしまうの
で、ランプ強度は十分小さいものを選択する必要があ
る。
GaAs基板の温度が高過ぎたり、エッチング用ガスの
導入圧力が高過ぎると、エッチング用ガスが該真空容器
11内に導入されただけで、エッチングが始まってしま
う。例えば、塩素ガスCl2 を1×10-4Torrの圧
力で真空容器11内に導入したとき、n型GaAs基板
の温度が60℃以下であれば、エッチング用ガスの導入
のみではエッチングは起きないが、塩素ガスCl2 を1
×10-3Torrの圧力で真空容器11内に導入したと
きには、n型GaAs基板温度が3℃であっても、Ga
As(111)Bの場合には、10Å/分の速度で、エ
ッチングが進行してしまう。また、Xe/Hgランプの
照射により、該GaAs基板の温度が上昇してしまい、
例えば、0.19W/cm2 ではGaAs基板の温度上
昇は約30℃となり、GaAs基板の設定温度が10℃
の場合には、光照射によって40℃になってしまうの
で、ランプ強度は十分小さいものを選択する必要があ
る。
【0025】従って、例えば、塩素ガスCl2 の導入圧
力を1×10-4Torr,GaAs基板の温度を10
℃,Xe/Hgランプの強度を0.19W/cm2 とし
て、エッチングを行なうのが良い。
力を1×10-4Torr,GaAs基板の温度を10
℃,Xe/Hgランプの強度を0.19W/cm2 とし
て、エッチングを行なうのが良い。
【0026】図2は、以上のようにして、真空容器11
内をガス排気口15を介して排気しながら、塩素ガスC
l2 をガス導入口14から1秒間だけ真空容器11内に
導入し、該塩素ガスの導入終了からt1 秒間(t1 =
1.5から30)、真空容器11内に残っている塩素ガ
スCl2 を排気して、その後、真空容器11内をガス排
気口15を介して排気しながら、Xe/Hgランプによ
り、紫外光を20秒間照射し、電動シャッタ18を閉じ
た後、0.5秒間、真空容器11内をガス排気口15を
介して排気して(図3参照)、以上の工程を1000回
繰り返して、エッチングを行なったときの、塩素ガスの
導入終了から光照射までの塩素ガスCl2 の排気時間
と、一回の工程あたりのエッチング速度との関係を示し
ている。図中、Xはn型GaAs(111)Bの場合の
エッチング速度、Yはn型GaAs(100)の場合の
エッチング速度を示している。エッチング速度は分子層
単位に換算してあり、1MLとは、GaAs(111)
Bの場合、3.26Å、GaAs(100)の場合、
2.83Åである。
内をガス排気口15を介して排気しながら、塩素ガスC
l2 をガス導入口14から1秒間だけ真空容器11内に
導入し、該塩素ガスの導入終了からt1 秒間(t1 =
1.5から30)、真空容器11内に残っている塩素ガ
スCl2 を排気して、その後、真空容器11内をガス排
気口15を介して排気しながら、Xe/Hgランプによ
り、紫外光を20秒間照射し、電動シャッタ18を閉じ
た後、0.5秒間、真空容器11内をガス排気口15を
介して排気して(図3参照)、以上の工程を1000回
繰り返して、エッチングを行なったときの、塩素ガスの
導入終了から光照射までの塩素ガスCl2 の排気時間
と、一回の工程あたりのエッチング速度との関係を示し
ている。図中、Xはn型GaAs(111)Bの場合の
エッチング速度、Yはn型GaAs(100)の場合の
エッチング速度を示している。エッチング速度は分子層
単位に換算してあり、1MLとは、GaAs(111)
Bの場合、3.26Å、GaAs(100)の場合、
2.83Åである。
【0027】これにより、エッチング速度は何れの場合
にも、塩素ガス排気時間が3秒から12秒の間では、ほ
ぼ飽和していることが示されており、従って、真空容器
11中に残っている塩素ガスを取り除くためには、真空
容器11内を3秒から12秒間排気すればよい。なお、
排気時間が3秒以下の場合に、エッチング速度が速いの
は、GaAs基板の表面に吸着されずに、真空容器11
中に残っている塩素ガスが光照射によって解離し、エッ
チングに寄与するためであると考えられる。また、排気
時間が12秒以上の場合に、エッチング速度が遅くなる
のは、GaAs基板の表面に吸着されていた塩素ガス
が、光照射の前に未反応のまま該GaAs基板表面から
脱離してしまうためであると考えられる。
にも、塩素ガス排気時間が3秒から12秒の間では、ほ
ぼ飽和していることが示されており、従って、真空容器
11中に残っている塩素ガスを取り除くためには、真空
容器11内を3秒から12秒間排気すればよい。なお、
排気時間が3秒以下の場合に、エッチング速度が速いの
は、GaAs基板の表面に吸着されずに、真空容器11
中に残っている塩素ガスが光照射によって解離し、エッ
チングに寄与するためであると考えられる。また、排気
時間が12秒以上の場合に、エッチング速度が遅くなる
のは、GaAs基板の表面に吸着されていた塩素ガス
が、光照射の前に未反応のまま該GaAs基板表面から
脱離してしまうためであると考えられる。
【0028】図4は、第一の段階にて、真空容器11内
をガス排気口15を介して排気しながら、塩素ガスCl
2 をガス導入口14から1秒間だけ真空容器11内に導
入し、その後第二の段階にて、該塩素ガスの導入終了か
ら12秒間だけ、真空容器11内に残っている塩素ガス
Cl2 を排気して、引続き真空容器11内をガス排気口
15を介して排気しながら、Xe/Hgランプにより紫
外光をt2 秒間(t2 =1から30)だけ照射し、電動
シャッタ18を閉じた後、さらに0.5秒間、真空容器
11内をガス排気口15を介して排気して(図5参
照)、エッチングを行なったときの、光照射時間t2 と
エッチング速度との関係を示しており、同様に、Xは、
n型GaAs(111)Bの場合のエッチング速度、Y
は、n型GaAs(100)の場合のエッチング速度を
示している。これにより、エッチング速度は、何れの場
合にも、光照射時間t2 が20秒を越えると、ほぼ飽和
していることが示されており、飽和値は、n型GaAs
(111)Bで、約2/3分子層、GaAs(100)
で、約1/3分子層である。従って、第二の段階にて、
光照射を20秒間行なうことにより、GaAs基板の表
面に吸着されている塩素ガスと該基板表面の原子とを化
学反応させ、且つ基板表面から反応生成物を脱離させる
ためには、十分であると考えられる。
をガス排気口15を介して排気しながら、塩素ガスCl
2 をガス導入口14から1秒間だけ真空容器11内に導
入し、その後第二の段階にて、該塩素ガスの導入終了か
ら12秒間だけ、真空容器11内に残っている塩素ガス
Cl2 を排気して、引続き真空容器11内をガス排気口
15を介して排気しながら、Xe/Hgランプにより紫
外光をt2 秒間(t2 =1から30)だけ照射し、電動
シャッタ18を閉じた後、さらに0.5秒間、真空容器
11内をガス排気口15を介して排気して(図5参
照)、エッチングを行なったときの、光照射時間t2 と
エッチング速度との関係を示しており、同様に、Xは、
n型GaAs(111)Bの場合のエッチング速度、Y
は、n型GaAs(100)の場合のエッチング速度を
示している。これにより、エッチング速度は、何れの場
合にも、光照射時間t2 が20秒を越えると、ほぼ飽和
していることが示されており、飽和値は、n型GaAs
(111)Bで、約2/3分子層、GaAs(100)
で、約1/3分子層である。従って、第二の段階にて、
光照射を20秒間行なうことにより、GaAs基板の表
面に吸着されている塩素ガスと該基板表面の原子とを化
学反応させ、且つ基板表面から反応生成物を脱離させる
ためには、十分であると考えられる。
【0029】以上の結果は、被エッチング試料とエッチ
ング用ガスに応じて、適宜の条件により第一の段階及び
第二の段階から成る一連の工程を繰返し行なうことによ
り、上記工程の回数のみに基づいて、エッチング深さ
が、分子層または原子層の厚さの単位で高精度に制御さ
れ得るという、本発明の効果を良く示していると共に、
上記の例においては、エッチング面に関して、鏡面性に
優れたものが得られた。また、この場合、塩素ガスCl
2 の結晶面選択性により、GaAs(100)とGaA
s(111)Bはエッチングされたが、GaAs(11
1)Aは全くエッチングされず、電子顕微鏡観察により
GaAs基板の(111)B,(100)のエッチング
形状が共に結晶異方性を示すことが確認された。
ング用ガスに応じて、適宜の条件により第一の段階及び
第二の段階から成る一連の工程を繰返し行なうことによ
り、上記工程の回数のみに基づいて、エッチング深さ
が、分子層または原子層の厚さの単位で高精度に制御さ
れ得るという、本発明の効果を良く示していると共に、
上記の例においては、エッチング面に関して、鏡面性に
優れたものが得られた。また、この場合、塩素ガスCl
2 の結晶面選択性により、GaAs(100)とGaA
s(111)Bはエッチングされたが、GaAs(11
1)Aは全くエッチングされず、電子顕微鏡観察により
GaAs基板の(111)B,(100)のエッチング
形状が共に結晶異方性を示すことが確認された。
【0030】尚、本発明は、以上に説明した実施例に限
定されるものではなく、例えば、エッチング用ガスとし
ては、CH3 Brのようなハロゲン化合物ガスでもよ
く、その場合は、GaAs基板を10℃付近まで冷却す
る必要はなく、またCH3 Brガスに対して、効果的な
光源として、エキシマレーザーが使用され得る。さらに
被エッチング試料としては、GaAs基板に限らず、S
i基板を使用することも可能である。即ち、光照射がな
い場合には被エッチング試料と化学反応せず、光照射が
あるときには、被エッチング試料と光化学反応して、揮
発性反応生成物を生ずるような、被エッチング試料とエ
ッチング用ガスとの組合せであればよい。また、光源と
しては、エッチング用ガスを解離させるような或いはエ
ッチング用ガスと基板表面との表面反応を促進させるよ
うな波長のものであれば良く、当該波長に応じて、適宜
に選定され得ると共に、レーザー光源のように、干渉性
の光を発するものでも良く、またXe/Hgランプのよ
うに、非干渉性の光を発するようなものでもよい。
定されるものではなく、例えば、エッチング用ガスとし
ては、CH3 Brのようなハロゲン化合物ガスでもよ
く、その場合は、GaAs基板を10℃付近まで冷却す
る必要はなく、またCH3 Brガスに対して、効果的な
光源として、エキシマレーザーが使用され得る。さらに
被エッチング試料としては、GaAs基板に限らず、S
i基板を使用することも可能である。即ち、光照射がな
い場合には被エッチング試料と化学反応せず、光照射が
あるときには、被エッチング試料と光化学反応して、揮
発性反応生成物を生ずるような、被エッチング試料とエ
ッチング用ガスとの組合せであればよい。また、光源と
しては、エッチング用ガスを解離させるような或いはエ
ッチング用ガスと基板表面との表面反応を促進させるよ
うな波長のものであれば良く、当該波長に応じて、適宜
に選定され得ると共に、レーザー光源のように、干渉性
の光を発するものでも良く、またXe/Hgランプのよ
うに、非干渉性の光を発するようなものでもよい。
【0031】特に、GaAsのような化合物半導体にお
いては、A面エッチング用ガスとB面エッチング用ガス
の2種類のガスを交互に導入し2種類の光を交互に照射
して行うことにより高精度なエッチングができる。図6
は2種類のガスを交互に導入する場合のタイムチャート
であって、T11秒間ガスAを導入し、T12秒間ガスAを
排気し、T13秒間光Aを照射し、A面をエッチングし、
引続き、T21秒間ガスBを導入し、T22秒間ガスBを排
気し、T23秒間光Bを照射し、B面をエッチングするこ
とを示している。この一連の工程を繰り返すことによ
り、化合物半導体の分子層の厚さの単位のエッチングが
できる。その他、本発明の請求の範囲内において、種々
の変形が可能である。
いては、A面エッチング用ガスとB面エッチング用ガス
の2種類のガスを交互に導入し2種類の光を交互に照射
して行うことにより高精度なエッチングができる。図6
は2種類のガスを交互に導入する場合のタイムチャート
であって、T11秒間ガスAを導入し、T12秒間ガスAを
排気し、T13秒間光Aを照射し、A面をエッチングし、
引続き、T21秒間ガスBを導入し、T22秒間ガスBを排
気し、T23秒間光Bを照射し、B面をエッチングするこ
とを示している。この一連の工程を繰り返すことによ
り、化合物半導体の分子層の厚さの単位のエッチングが
できる。その他、本発明の請求の範囲内において、種々
の変形が可能である。
【0032】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるドライ
エッチング方法によれば、エッチング深さが、上記一連
の工程の一回当たり1/3分子層や2/3分子層という
ような分子層または原子層の厚さの単位で、セルフリミ
ット的に制御できる、即ち何ら特別のモニタを用いずと
も高精度に制御され得ると共に、照射損傷のない鏡面に
近いエッチング面が得られる。さらに、エッチング形状
が結晶面異方性を呈するので、エッチングにより得られ
た結晶面を引続き結晶面異方性エピタキシーに利用でき
る。従って、本発明を超高速デバイスや量子効果デバイ
ス等の製造に適用すれば、極めて優れた効果を発揮する
ことができる。
エッチング方法によれば、エッチング深さが、上記一連
の工程の一回当たり1/3分子層や2/3分子層という
ような分子層または原子層の厚さの単位で、セルフリミ
ット的に制御できる、即ち何ら特別のモニタを用いずと
も高精度に制御され得ると共に、照射損傷のない鏡面に
近いエッチング面が得られる。さらに、エッチング形状
が結晶面異方性を呈するので、エッチングにより得られ
た結晶面を引続き結晶面異方性エピタキシーに利用でき
る。従って、本発明を超高速デバイスや量子効果デバイ
ス等の製造に適用すれば、極めて優れた効果を発揮する
ことができる。
【図1】本発明によるドライエッチング方法を実施する
ためのドライエッチング装置の一実施例を示す概略図で
ある。
ためのドライエッチング装置の一実施例を示す概略図で
ある。
【図2】図1の装置によるGaAs基板のエッチング速
度と第二の段階における塩素ガス排気時間t1 との関係
を示すグラフである。
度と第二の段階における塩素ガス排気時間t1 との関係
を示すグラフである。
【図3】図2の関係を測定する際の塩素ガス導入及び紫
外光照射のタイミングを示すタイムチャートである。
外光照射のタイミングを示すタイムチャートである。
【図4】図1の装置によるGaAs基板のエッチング速
度と第二の段階における紫外光照射時間t2 との関係を
示すグラフである。
度と第二の段階における紫外光照射時間t2 との関係を
示すグラフである。
【図5】図4の関係を測定する際の塩素ガス導入及び紫
外光照射のタイミングを示すタイムチャートである。
外光照射のタイミングを示すタイムチャートである。
【図6】2種類のガスを交互に導入することにより化合
物半導体のA面とB面とを交互にエッチングする場合の
タイムチャートである。
物半導体のA面とB面とを交互にエッチングする場合の
タイムチャートである。
10 ドライエッチング装置 11 真空容器 12 被エッチング試料 13 サセプタ 14 ガス導入口 15 ガス排気口 16 圧縮空気作動バルブ 17 光源 18 電動シャッタ 19 紫外光通過窓 20 プログラマブルコントローラ
フロントページの続き (72)発明者 山本 健二 千葉県千葉市稲毛東5−15−6 川鉄鉱 業株式会社稲毛アパート202号 (56)参考文献 特開 昭63−304631(JP,A) 特開 昭61−124123(JP,A) 特開 平2−79429(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/302 H01L 21/203
Claims (2)
- 【請求項1】 真空装置内で、エッチング用ガスを導入
して基板に吸着させ、この吸着したエッチング用ガスに
光照射することにより、上記基板と上記吸着したエッチ
ング用ガスとを反応させて、上記基板をエッチングする
ドライエッチング方法において、 上記基板としてGaAs単結晶基板を、また、エッチン
グ用ガスとして結晶面異方性エッチングガスを用い、上
記GaAs単結晶基板を所定の温度に保ちつつ上記結晶
面異方性エッチングガスを所定の圧力で導入して上記G
aAs単結晶基板に吸着させ、該吸着した結晶面異方性
エッチングガスに所定の照度で光照射を行い、この際、上記エッチング反応を支配する、上記基板温
度、結晶面異方性エッチングガスの圧力及び光照射エネ
ルギー密度を、GaAs単結晶基板の(100)面と
(111)B面と(111)A面とのエッチング速度に
違いを生じさせるように制御して、 上記GaAs単結晶
基板の結晶面異方性エッチングを分子層単位で行うこと
を特徴とするGaAs結晶面異方性ドライエッチング方
法。 - 【請求項2】 前記基板温度が10℃以下であり、前記
結晶面異方性エッチングガスの圧力がCl2 ガスを使用
して1×10 -4 Torr以下であり、前記所定の照度が
Xe/Hgランプを使用して0.19W/cm2 以下で
あることを特徴とする、請求項1に記載のGaAs結晶
面異方性ドライエッチング方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34984791A JP3184988B2 (ja) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | 結晶面異方性ドライエッチング方法 |
EP92120875A EP0546493B1 (en) | 1991-12-10 | 1992-12-08 | Photochemical dry etching method |
DE69229470T DE69229470T2 (de) | 1991-12-10 | 1992-12-08 | Fotochemisches Trocken-Ätzverfahren |
US08/237,417 US5500079A (en) | 1991-12-10 | 1994-05-03 | Dry etching method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34984791A JP3184988B2 (ja) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | 結晶面異方性ドライエッチング方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05160086A JPH05160086A (ja) | 1993-06-25 |
JP3184988B2 true JP3184988B2 (ja) | 2001-07-09 |
Family
ID=18406523
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34984791A Expired - Fee Related JP3184988B2 (ja) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | 結晶面異方性ドライエッチング方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5500079A (ja) |
EP (1) | EP0546493B1 (ja) |
JP (1) | JP3184988B2 (ja) |
DE (1) | DE69229470T2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6230071B1 (en) * | 1996-05-24 | 2001-05-08 | The Regents Of The University Of California | Depth enhancement of ion sensitized data |
US6004881A (en) * | 1997-04-24 | 1999-12-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Digital wet etching of semiconductor materials |
US6207553B1 (en) * | 1999-01-26 | 2001-03-27 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of forming multiple levels of patterned metallization |
WO2008020267A2 (en) * | 2006-08-16 | 2008-02-21 | Freescale Semiconductor, Inc. | Etch method in the manufacture of an integrated circuit |
WO2010071050A1 (ja) * | 2008-12-18 | 2010-06-24 | コニカミノルタオプト株式会社 | 成形型及びガラス成形体の製造方法 |
CN113981414A (zh) * | 2015-03-20 | 2022-01-28 | 应用材料公司 | 用于3d共形处理的原子层处理腔室 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0691014B2 (ja) * | 1984-11-14 | 1994-11-14 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置の製造装置 |
JPS61189644A (ja) * | 1985-02-19 | 1986-08-23 | Hitachi Ltd | ドライエツチング方法 |
US4643799A (en) * | 1984-12-26 | 1987-02-17 | Hitachi, Ltd. | Method of dry etching |
-
1991
- 1991-12-10 JP JP34984791A patent/JP3184988B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-12-08 EP EP92120875A patent/EP0546493B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-12-08 DE DE69229470T patent/DE69229470T2/de not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-05-03 US US08/237,417 patent/US5500079A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0546493B1 (en) | 1999-06-23 |
EP0546493A1 (en) | 1993-06-16 |
DE69229470T2 (de) | 2000-01-05 |
US5500079A (en) | 1996-03-19 |
DE69229470D1 (de) | 1999-07-29 |
JPH05160086A (ja) | 1993-06-25 |
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