JPH08153703A - Dry-etching method for 2-6 group compound semiconductor - Google Patents

Abstract

PURPOSE: To provide a dry-etching method for a 2-6 group compound semiconductor which allows enough etching speed while a smooth surface is obtained, by dry-etching under the condition of specific substrate temperature, gas pressure and ion energy, respectively. CONSTITUTION: First, a substrate 5 consisting of ZnSe, a 2-6 group compound semiconductor is set with a substrate holder in between on a resistance heating heater 6 of a reactive ion beam etching device, and, an ion beam 3 is drawn out of an electron cyclotron resonance plasma Z by an ion accelerating electrode 1, and after 0.5-2KeV energy is applied, poured on the substrate 5 for etching. Pure chlorine or BCle2 is used as etching gas. The substrate 5 is controlled at 80-350 deg.C by the resistance heater 6. An etching chamber 4 is, before etching gas introduction, kept at high vacuum state until back pressure 4×10<-8> Torr by a pomp 7, and after gas introduction, kept at 4×10<-8> Torr of the pressure by open/close adjustment of an orifice 8.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は２−６族化合物半導体の
ドライエッチング方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method for 2-6 group compound semiconductors.

【０００２】[0002]

【従来の技術】２−６族化合物半導体は近年緑青色半導
体レーザ材料として注目されている。半導体を用いたレ
ーザ等の素子作製にはエッチングによる微細加工が不可
欠である。エッチングの方法は大きく分けて酸やアルカ
リ等のエッチング液を用いるウェットエッチングとハロ
ゲンや不活性ガス等のエッチングガスを用いるドライエ
ッチングがある。一般にウェットエッチングは低損傷で
あるが等方的エッチングでありサイドエッチングが大き
いので微細加工にはあまり適さない。一方ドライエッチ
ングは垂直異方性エッチングなので、微細加工に適す
る。さらに、ガスを用いるため均一性、再現性に優れ
る。その反面イオンビームを用いるエッチングでは加工
による損傷が大きいが、通常ドライエッチング後の表面
をウェットエッチングで０．１μｍ程度エッチングする
ことで損傷除去を行い、加工損傷による劣化の無い素子
が作製可能である。2. Description of the Related Art Recently, 2-6 group compound semiconductors have attracted attention as a green-blue semiconductor laser material. Microfabrication by etching is indispensable for manufacturing an element such as a laser using a semiconductor. The etching method is roughly classified into wet etching using an etching solution such as acid or alkali and dry etching using an etching gas such as halogen or an inert gas. Generally, wet etching has low damage, but isotropic etching and large side etching is not suitable for fine processing. On the other hand, since dry etching is vertical anisotropic etching, it is suitable for fine processing. Furthermore, since gas is used, it is excellent in uniformity and reproducibility. On the other hand, etching using an ion beam causes a large amount of damage due to processing, but normally, after dry etching, the surface is wet-etched by about 0.1 μm to remove the damage, and an element that is not deteriorated due to processing damage can be manufactured. .

【０００３】エッチング面の表面モフォロジーはエッチ
ングに引き続いて行われる埋込みプロセスや電極形成プ
ロセスに大きく影響するため、平滑な表面が得られるこ
とが必要である。エッチング表面荒れの原因は不均一な
エッチングにある。不均一な原因としては、基板表面の
酸化膜の厚さの不均一、基板へのエッチング反応種の供
給の不均一、反応生成物の脱離の不均一、面方位に依存
したエッチング速度の違いに起因する不均一等がある。
さらに化合物半導体では構成しているそれぞれの元素の
エッチングされ易さの不均一が重大な表面荒れをおこ
す。そのため平滑表面を得るためにはこの不均一さを低
減することが重要である。Since the surface morphology of the etching surface has a great influence on the burying process and the electrode forming process which follow the etching, it is necessary to obtain a smooth surface. The cause of the etching surface roughness is uneven etching. The causes of non-uniformity include non-uniformity of the oxide film on the substrate surface, non-uniform supply of etching reaction species to the substrate, non-uniform desorption of reaction products, and difference in etching rate depending on the plane orientation. There are non-uniformities and the like.
Furthermore, in compound semiconductors, nonuniform etching easiness of the constituent elements causes serious surface roughness. Therefore, it is important to reduce this non-uniformity in order to obtain a smooth surface.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】２−６族化合物半導体
のエッチングについてみるとウェットエッチングでは良
いエッチング液が見つかっていない。酸やアルカリ等の
大部分のエッチング液について、エッチング速度が極端
に小さい場合や表面モフォロジーが著しく劣化してしま
う問題がある。またドライエッチング方法としてはＭ．
Ａ．ＦＯＡＤらがエレクトロニクスレターズ第２７巻７
３ページ（Ｍ．Ａ．Ｆｏａｄ ｅｔ．ａｌ．，Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ２７，７３，１９９
１）に示したメタンと水素の混合ガスを用いた反応性イ
ンオンエッチングが唯一実用に耐えうる表面モフォロジ
ーを有したエッチング方法である。しかしこのガス系は
炭化水素系であるためエッチング中にポリマーが堆積す
るという欠点を有する。３−５族化合物半導体のエッチ
ングの場合はポリマーを酸素プラズマにより除去する手
法が取られたが、化学反応性の高い２−６族元素からな
る２−６族化合物半導体を酸素プラズマに晒すと強固な
酸化膜が形成され、その後のプロセスを困難にするだけ
でなく、作製した素子の特性に著しい劣化をもたらすと
いう問題がある。またこのエッチング方法はエッチング
速度が数１０ｎｍ／ｍｉｎと、実用的に良好なエッチン
グ速度に対し１桁遅いという問題も存在する。As to the etching of the 2-6 group compound semiconductor, no good etching solution has been found in the wet etching. For most etching solutions such as acids and alkalis, there are problems that the etching rate is extremely low and the surface morphology is significantly deteriorated. Further, as a dry etching method, M.
A. FOAD et al. Electronics Letters Vol. 27 7
Page 3 (MA Foad et. Al., Elec
tronics Letters 27, 73, 199
The reactive in-on etching using the mixed gas of methane and hydrogen shown in 1) is the only etching method having a surface morphology that can be practically used. However, since this gas system is a hydrocarbon system, it has a drawback that a polymer is deposited during etching. In the case of etching the 3-5 group compound semiconductor, a method of removing the polymer by oxygen plasma was used, but when the 2-6 group compound semiconductor made of the 2-6 group element having high chemical reactivity is exposed to oxygen plasma, it is strong. There is a problem in that a simple oxide film is formed, which not only makes subsequent processes difficult, but also causes remarkable deterioration in the characteristics of the manufactured device. Further, this etching method has a problem that the etching rate is several tens nm / min, which is an order of magnitude slower than the practically good etching rate.

【０００５】一方、特開平２−２９９２３０号公報や特
開平３−２０４９２６号公報に記載されているように、
ドライエッチングによく用いられるハロゲン系ガスを用
いる場合がある。しかしこの方法では、例えばＺｎＳｅ
と塩素系の組み合わせの場合二つの問題がある。ひとつ
は、エッチング時の反応生成物であるＺｎＣｌ_x の蒸気
圧が低いことである。そのためエッチング速度は極端に
遅くなる場合がある。さらにＺｎ、Ｓｅ、それぞれの反
応生成物の沸点はＺｎＣｌ₂ が７３０℃、ＳｅＣｌが１
２７℃と大きく異なる。そのためエッチング中基板表面
でＺｎとＳｅの脱離の差が大きくなる為、表面モフォロ
ジーが悪いという問題もある。これは、エッチング速度
の増速のために、基板温度を高くしたときに顕著にあら
われる。またハロゲン化水素を使用すると、水素ラジカ
ルによる化学反応性エッチングが起こり、特開平２−２
９９２３０号公報の実施例で述べられているように、フ
ォトレジストのエッチング速度が２８ｎｍ／ｍｉｎとか
なり速くなり、ＺｎＳｅとの選択比が低くなり実用的で
なくなるという問題もある。On the other hand, as described in JP-A-2-299230 and JP-A-3-204926,
A halogen-based gas often used for dry etching may be used. However, in this method, for example, ZnSe
There are two problems with the combination of and chlorine. One is that the vapor pressure of ZnCl _x , which is a reaction product during etching, is low. Therefore, the etching rate may be extremely slow. Furthermore, the boiling points of the reaction products of Zn and Se are 730 ° C. for ZnCl _{2 and} 1 for SeCl.
It is very different from 27 ° C. Therefore, there is a problem that the surface morphology is poor because the difference between the desorption of Zn and Se on the substrate surface during etching becomes large. This is noticeable when the substrate temperature is increased due to the increased etching rate. Further, when a hydrogen halide is used, chemically reactive etching due to hydrogen radicals occurs, which results in the problem of Japanese Patent Laid-Open No. 2-2.
As described in the example of Japanese Patent Publication No. 99230, there is also a problem that the etching rate of the photoresist is considerably high at 28 nm / min and the selectivity with ZnSe is low, which is not practical.

【０００６】本発明の目的は、十分なエッチング速度を
有し平滑な表面が得られる２−６族化合物半導体のドラ
イエッチング方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a dry etching method for a 2-6 group compound semiconductor which has a sufficient etching rate and can obtain a smooth surface.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の２−６族化合物
半導体のドライエッチング方法は、塩素またはその化合
物を反応ガスとする２−６族化合物半導体のドライエッ
チング方法において、基板温度を８０〜３５０℃、ガス
圧を１×１０^-5〜１×１０^-4Ｔｏｒｒ、イオンエネルギ
ーを０．５〜２ｋｅＶとすることを特徴とするものであ
る。A dry etching method for a 2-6 group compound semiconductor according to the present invention is a dry etching method for a 2-6 group compound semiconductor using chlorine or a compound thereof as a reaction gas. It is characterized in that the temperature is 350 ° C., the gas pressure is 1 × 10 ⁻⁵ to 1 × 10 ⁻⁴ Torr, and the ion energy is 0.5 to 2 keV.

【０００８】[0008]

【作用】上記エッチング条件において、基板温度の下限
は、蒸気圧の低い２族元素のエッチング反応生成物が脱
離のための十分な蒸気圧を有するように、８０℃以上で
あることが必要である。しかし、基板温度の上限は、６
族元素及び成長の際に用いているＧａＡｓ基板やＩｎＰ
基板の５族元素の選択脱離の防止、ドーピングに用いて
いる元素の拡散等の防止及び異種成長層の境界混晶化の
防止のために、３５０℃程度が適当である。この高い基
板温度により蒸気圧の低い２族元素化合物の脱離が促進
される。一方ガス圧は供給律速状態を作るために十分低
くその上限は１×１０^-4Ｔｏｒｒ程度である。その下限
は安定なプラズマが得られさえすれば良いが、だいたい
１×１０^-5Ｔｏｒｒ程度である。このように供給律速状
態であるために６族元素化合物の脱離は頭打ちとなって
おり、２族元素と６族元素の離脱の差は小さくなる。Under the above etching conditions, the lower limit of the substrate temperature must be 80 ° C. or higher so that the etching reaction product of the Group 2 element having a low vapor pressure has a sufficient vapor pressure for desorption. is there. However, the upper limit of the substrate temperature is 6
Group elements and GaAs substrates and InP used for growth
About 350 ° C. is suitable for preventing selective desorption of the Group 5 element from the substrate, preventing diffusion of the element used for doping, and preventing boundary mixed crystallization of the different growth layer. This high substrate temperature promotes desorption of the Group 2 element compound having a low vapor pressure. On the other hand, the gas pressure is low enough to create a supply-controlled state, and its upper limit is about 1 × 10 ⁻⁴ Torr. The lower limit is sufficient as long as stable plasma is obtained, but it is about 1 × 10 ^-5 Torr. As described above, since the supply rate-determining state is established, the elimination of the group 6 element compound reaches a ceiling, and the difference between the group 2 element and the group 6 element is reduced.

【０００９】さらにイオンエネルギーの大きいイオンで
衝撃を与え物理的スパッタリングにより脱離を促進す
る。物理的スパッタリングによる脱離の元素選択性は小
さいので、これよりさらに２族元素化合物と６族元素化
合物の脱離の差を十分低減できるため良好な平滑表面が
得られる。物理的スパッタリングによる脱離効果が十分
得られるようにイオンエネルギーを０．５ｋｅＶ以上と
する。上限はスパッタリングによるダメージを考慮して
２ｋｅＶ程度が適当である。以上、基板温度上昇による
２族元素の脱離促進、高温、低ガス圧条件での供給律速
条件実現による２族、６族元素の脱離の差の低減、高イ
オンエネルギーでの物理的スパッタリングによる２族、
６族元素の脱離の低減により、十分なエッチング速度を
有しかつ平滑なエッチングが実現される。Further, ions having a large ion energy are bombarded to promote desorption by physical sputtering. Since the element selectivity of desorption by physical sputtering is low, the difference in desorption between the group 2 element compound and the group 6 element compound can be further reduced, and a good smooth surface can be obtained. The ion energy is set to 0.5 keV or more so that the desorption effect due to physical sputtering can be sufficiently obtained. An upper limit of about 2 keV is suitable in consideration of damage due to sputtering. As described above, the desorption of the group 2 element is promoted by the increase in the substrate temperature, the difference in the desorption of the group 2 and 6 elements is reduced by realizing the supply rate-controlled condition at high temperature and low gas pressure, and the physical sputtering is performed at high ion energy 2nd group,
By reducing the desorption of the Group 6 element, a sufficient etching rate and smooth etching can be realized.

【００１０】[0010]

【実施例】次に本発明を図面を用いて説明する。図１は
本発明の一実施例を説明する為のエッチング装置の構成
図である。The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an etching apparatus for explaining an embodiment of the present invention.

【００１１】まず、２−６族化合物半導体であるＺｎＳ
ｅ（又はＺｎＴｅ又はＺｎＳｅＴｅ）からなる基板５を
基板ホルダーを介して図１に示す反応性イオンビームエ
ッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｔ
ｃｈｉｎｇ；ＲＩＢＥ）装置の抵抗加熱ヒータ６上にセ
ットしエッチングする。これは一般に用いられているＲ
ＩＢＥ装置で、電子サイクロトン共鳴（Ｅｌｅｃｔｌｏ
ｎ Ｃｙｃｌｏｔｏｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；ＥＣ
Ｒ）プラズマ２より、イオン加速電極１によりイオンビ
ーム３を引き出し一定の１．１ｋｅＶのエネルギーを与
えた後に基板５に照射してエッチングを行う。エッチン
グガスには純塩素又はＢＣｌ₂ やＳｉＣｌ₄ を用いる。
基板５は抵抗加熱ヒータ６により２００℃に温度制御さ
れる。エッチング室４は、エッチングガス導入前には背
圧４×１０^-8Ｔｏｒｒまでポンプ７により高真空に保た
れている。ガス導入後はオリフィス８の開度調節により
エッチング室４の圧力は４×１０^-5Ｔｏｒｒに保持され
る。First, ZnS which is a 2-6 group compound semiconductor.
The substrate 5 made of e (or ZnTe or ZnSeTe) is subjected to the reactive ion beam etching (Reactive Ion Beam Et) shown in FIG. 1 through the substrate holder.
ching; RIBE) device and set on the resistance heater 6 for etching. This is the commonly used R
Electron Cycloton Resonance (Electlo)
n Cyclotron Resonance; EC
R) The ion beam 3 is extracted from the plasma 2 by the ion accelerating electrode 1 and given a constant energy of 1.1 keV, and then the substrate 5 is irradiated with the ion beam 3 for etching. Pure chlorine or BCl ₂ or SiCl ₄ is used as an etching gas.
The temperature of the substrate 5 is controlled to 200 ° C. by the resistance heater 6. Before the etching gas is introduced, the etching chamber 4 is kept in a high vacuum by a pump 7 up to a back pressure of 4 × 10 ⁻⁸ Torr. After introducing the gas, the pressure in the etching chamber 4 is maintained at 4 × 10 ⁻⁵ Torr by adjusting the opening of the orifice 8.

【００１２】基板温度が２００℃と高いため蒸気圧が低
いＺｎＣｌ₂ も脱離に十分な蒸気圧を有するようにな
る。一方、ガス圧が低いため供給律速となり、蒸気圧の
高いＳｅＣｌ_x やＴｅＣｌ_x の基板からの脱離速度は基
板温度が高くなり蒸気圧が上がっているにもかかわらず
飽和する。これにより２族元素化合物と６族元素化合物
の脱離速度の差を低減することが可能となる。さらに、
エッチング速度に元素依存性が小さいイオンビーム衝撃
による脱離を、高いエネルギーを有するイオンビームで
衝撃を与えることで促進する。これによりさらに脱離の
差を縮めることが可能となる。Since the substrate temperature is as high as 200 ° C., ZnCl ₂ having a low vapor pressure also has a vapor pressure sufficient for desorption. On the other hand, since the gas pressure is low, the supply is rate-controlled, and the desorption rate of SeCl _x or TeCl _x having a high vapor pressure from the substrate is saturated even though the substrate temperature increases and the vapor pressure increases. This makes it possible to reduce the difference in desorption rate between the group 2 element compound and the group 6 element compound. further,
Desorption due to ion beam bombardment, which has a small element dependence on etching rate, is accelerated by bombarding with an ion beam having high energy. This makes it possible to further reduce the desorption difference.

【００１３】イオンを用いたドライエッチングではもと
もとエッチング表面荒れの原因となる不均一なエッチン
グのうち、基板表面の酸化膜の不均一はイオン衝撃で除
去され、基板へのエッチング反応種の供給の不均一はガ
スのため小さく、反応生成物の脱離の不均一、面方位に
依存したエッチング速度の違いに起因する不均一は異方
性エッチングのため小さい。したがって本実施例により
化合物元素間の脱離速度の違いを低減することで表面平
滑エッチングが実現される。In dry etching using ions, of the nonuniform etching that causes roughening of the etching surface, nonuniformity of the oxide film on the substrate surface is removed by ion bombardment, and the supply of etching reactive species to the substrate is unsatisfactory. The uniformity is small due to the gas, and the non-uniformity of desorption of the reaction product and the non-uniformity due to the difference in etching rate depending on the plane orientation are small due to the anisotropic etching. Therefore, according to this example, the surface smooth etching is realized by reducing the difference in the desorption rate between the compound elements.

【００１４】このエッチング条件でのエッチング速度は
ＺｎＳｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＴｅでそれぞれ１１０、
１２８、２０８ｎｍ／ｍｉｎとなり、実用的なエッチン
グ速度が得られた。エッチング速度は供給律速なのでエ
ッチングガス圧をあげることで、ガス圧に比例してエッ
チング速度を増加させることができる。The etching rate under these etching conditions is 110 for ZnSe, ZnSeTe, and ZnTe, respectively.
It was 128 and 208 nm / min, and a practical etching rate was obtained. Since the etching rate is supply-controlled, increasing the etching gas pressure can increase the etching rate in proportion to the gas pressure.

【００１５】[0015]

【発明の効果】以上説明したように本発明のエッチング
条件によれば、基板温度を高くできることによる２族元
素の脱離促進と、高温、低ガス圧による供給律速状態で
あることによる２族、６族元素の脱離の差の低減及び高
イオンエネルギーでの物理的スパッタリングによる２
族、６族元素の脱離の差の低減の複合効果により、２−
６族化合物半導体を十分なエッチング速度を有しつつ、
平滑にエッチングができるという効果がある。As described above, according to the etching conditions of the present invention, the desorption of the Group 2 element can be promoted by increasing the substrate temperature, and the group 2 element can be supplied by the high temperature and the low gas pressure to control the supply of the Group 2. Reduction of desorption difference of Group 6 elements and physical sputtering with high ion energy 2
Due to the combined effect of reducing the difference in desorption of Group 6 and Group 6 elements
While having a sufficient etching rate for Group 6 compound semiconductors,
The effect is that etching can be performed smoothly.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の一実施例を説明する為のエッチング装
置の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of an etching apparatus for explaining an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ イオン加速電極 ２ ＥＣＲプラズマ ３ イオンビーム ４ エッチング室 ５ 基板 ６ 抵抗加熱ヒータ ７ ポンプ ８ オリフィス 1 Ion Acceleration Electrode 2 ECR Plasma 3 Ion Beam 4 Etching Chamber 5 Substrate 6 Resistance Heater 7 Pump 8 Orifice

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 塩素またはその化合物を反応ガスとする
２−６族化合物半導体のドライエッチング方法におい
て、基板温度を８０〜３５０℃、ガス圧を１×１０^-5〜
１×１０^-4Ｔｏｒｒ、イオンエネルギーを０．５〜２ｋ
ｅＶとすることを特徴とする２−６族化合物半導体のド
ライエッチング方法。1. A dry etching method for a 2-6 group compound semiconductor using chlorine or a compound thereof as a reaction gas, wherein the substrate temperature is 80 to 350 ° C., and the gas pressure is 1 × 10 ⁻⁵ to.
1 × 10 ^-4 Torr, ion energy 0.5-2k
A dry etching method for a 2-6 group compound semiconductor, wherein the dry etching method is eV.