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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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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|---|---|---|---|---|
| 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 |
-
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- 1991-12-10 JP JP34984791A patent/JP3184988B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
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- 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 |
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