DE69033151T2

DE69033151T2 - Ätzverfahren für Verbindungshalbleiter

Info

Publication number: DE69033151T2
Application number: DE69033151T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Asaga; Hideaki Iwano; Tetsuya Seki
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1990-02-20
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2010-02-21
Also published as: EP0386518B1; EP0386518A1; DE69033151D1; KR900013596A; KR940002737B1; HK1014297A1

Description

Diese Erfindung betrifft Ätzverfahren von Verbindungshalbleitern ZnSxSe1-x(0 ≤ x ≤ 1).
Mikrobearbeitungstechniken des Stands der Technik zum Bearbeiten von Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleitern aus Zinkselenid (ZnSe), Zinksulfid (ZnS) oder einer Mischung aus ZnSe und ZnS sind das Naßätzen und das Trockenätzen, bei denen ein Isolierfilm, wie beispielsweise ein Fotolack, Siliciumdioxid oder dergleichen, als Maske verwendet wird. Beim Naßätzen sind die Ätzlösungen hauptsächlich eine Lösung von Natriumhydroxid, Salzsäure und ein Lösungsgemisch aus Salpetersäure, Salzsäure und Wasser. Diese Ätzlösungen werden bei geeigneten Temperaturen und Zusammensetzungen verwendet, um eine gewünschte Ätzgeschwindigkeit zu erzielen.
Trockenätztechniken sind beispielsweise das Ionenätzen durch inaktives Gas, wie beispielsweise Ar oder dergleichen, bei denen kapazitiv gekoppelte Parallelelektrodenanordnungen eingesetzt werden, und Reaktivionenätzung durch reaktives Gas wie beispielsweise BCl&sub3;. Das Dokument "Applied Physics Letters", Band 53, Nr. 8, 22. August 1988, American Institute of Physics, New York, Seiten 690, 691 offenbart derartige Techniken zum Ätzen von auf halbisolierenden GaAs- Substraten gewachsenem ZnSe. Bei diesem Stand der Technik wurde das Ätzen in einem Parallelplattenelektroden-Ätzsystem ausgeführt, bei dem Mischungen von BCl&sub3; und Ar für das Plasmagas verwendet wurden. Es wurde festgestellt, daß die optimalen Ätzbedingungen 100% BCl&sub3; bei 1,13 W/cm² und 0,133 Pa sind.
Es bestehen jedoch Probleme bei diesen Techniken des Stands der Technik zur Bearbeitung von Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleitern, wie nachstehend beschrieben.
Beim Naßätzen besteht ein gängiges Problem darin, daß es keine Reproduzierbarkeit aufweist. Eine feste Ätzgeschwindigkeit kann nur dann erzielt werden, wenn die Temperatur und die Zusammensetzung der Ätzlösung in sehr engen Grenzen gehalten werden. Ferner ändert sich im Fall einer Ätzlösung, die ein flüchtiges Material enthält, die Zusammensetzung der Lösung im Lauf der Zeit beträchtlich. Deshalb unterscheiden sich die Ätzgeschwindigkeit zum Zeitpunkt, als die Lösung hergestellt wurde, und die Ätzgeschwindigkeit nach einer Weile dramatisch. Außerdem kann bei der Naßätztechnik das Muster nicht so gebildet werden, daß es gleich ist wie die Maske, weil das Ätzen in alle Richtungen gleichermaßen fortschreitet, wodurch Seitenätzen verursacht wird. Darüber hinaus sind die Muster bearbeiteter Abschnitte begrenzt, und die Bildung senkrechter Abschnitte oder tiefer Nuten mit großem Verhältnis Länge/Breite beispielsweise ist schwierig.
Das Naßätzen von Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleitern bereitet mehr Probleme als das Naßätzen anderer Halbleiter wie beispielsweise Gruppe-III-V-Verbindungshalbleiter. Wenn beispielsweise ZnSe in einer Ätzlösung aus Salzsäure und Salpetersäure geätzt wird, dringt die Ätzlösung in ZnSe ein, und es ist selbst durch Spülen während eines langen Zeitraums sehr schwierig, es vollständig zu entfernen, wodurch die Filmcharakteristika beträchtlich verschlechtert werden. Außerdem verschlechtert sich im Fall der Ätzung von ZnSe, ZnSxSe1-x(0 ≤ x ≤ 1) in einer Lösung von NaOH die Oberflächenmorphologie extrem, weshalb dies für eine Präzisionsätzung nicht geeignet ist. Im Fall der Verwendung von Salzsäure ist die Ätzgeschwindigkeit sehr niedrig, weshalb dies für die Herstellung von Vorrichtungen, welche Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiter verwenden, in der Praxis nicht einsetzbar ist.
Beim Ionenätzen unter Verwendung von inaktivem Gas wie beispielsweise Ar, um die Ätzgeschwindigkeit auf ein praktisch einsetzbares Niveau anzuheben, ist es andererseits erforderlich, die Plasmaentladungsleistung zu erhöhen, wodurch beträchtlicher Schaden an einem Halbleitersubstrat verursacht wird. Im Fall der Reaktivionenätzung unter Verwendung von reaktivem Gas wie beispielsweise BCl&sub3; ist der Schaden am Substrat im Vergleich zum Ionenätzen zwar in gewissem Maß geringer, er liegt jedoch immer noch nicht im zulässigen Bereich. Um einfach den Schaden zu verringern, kann der Gasdruck erhöht werden, während die Entladungsleistung niedrig ist. Dann werden jedoch die Ionenmantelbreite (ion sheath width) und die mittlere freie Weglänge von Ionen und ungeladenen Teilchen nahezu gleich, was dazu führt, daß der Ionenstrahl seine Gerichtetheit verliert, wodurch mehr Seitenätzung verursacht wird. Daher weist die Reaktivionenätzung aus der Sicht der Mikrobearbeitung einen großen Nachteil auf.
Das Ätzen von Guppe-II-VI-Verbindungshalbleitern gemäß dem Stand der Technik ist wie vorstehend ausgeführt sehr schwierig, und es war ein großes Hindernis beim Herstellen von Vorrichtungen, die Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiter verwenden.
Das Dokument "VLSI Technology", (Second Edition), S. M. Sze, McGraw-Hill, 1988, Seiten 184- 232 offenbart einen Reaktivionenstrahl-(RIBE)-Ätzer, der eine Etektron-Zyklotronresonanz-(ECR)- Kammer als Ionenquelle verwendet. Gemäß diesem Dokument ist eine RIBE-Anordnung vorteilhaft, weil die Energie und die Ionendichte unabhängig voneinander gesteuert werden können, da die reaktiven Ionen in einem Abschnitt der Kammer erzeugt werden und dann durch ein oder mehrere Gitter zur Wafer-Oberfläche hin beschleunigt werden. Die gleiche Art von reaktiven Gasen wie bei Reaktivplasmaprozessen kann verwendet werden. Es wird ausgeführt, daß Strahlungsschäden aufgrund hochenergetischer Ionen in einigen Fällen ein Problem darstellen. Eine Mikrowellenentladung unter Verwendung von ECR zur Erzeugung eines dichten Plasmas ist offenbart, um ein Problem zu beseitigen, das bei RIBE-Anordnungen auftritt, die heiße Kathoden für die Emission von Elektronen verwenden.
Diese Erfindung soll die vorstehenden Probleme lösen, und die Aufgabe besteht darin, Verbindungshalbleiter ZnSxSe1-x(0 ≤ x ≤ 1) verwendende Vorrichtungen mit exzellenter Reproduzierbarkeit herzustellen, indem Ätzverfahren von Verbindungshalbleitern ZnSxSe1-x(0 ≤ x ≤ 1) mit Reproduzierbarkeit, praktischer Einsetzbarkeit, extrem kleinen Schäden an den Substraten nach dem Ätzen und der Fähigkeit der Bildung verschiedener bearbeiteter Muster geschaffen werden. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Spezielle Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend ausführlich unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 (a), (b) zeigen Querschnittsansichten eines maskierten Substrats, um eine Ausführungsform dieser Erfindung darzustellen, bei der das Ätzen von ZnSe unter Verwendung eines Fotolacks als Ätzmaske ausgeführt wird,
Fig. 2(a), (b) zeigen die Fotolumineszenz von ZnSe-Schichten vor und nach dem Ätzen gemäß dieser Erfindung,
Fig. 3 zeigt die Beziehung von Ätzgeschwindigkeit und Gasdruck bei einem Beispiel, das nicht in seiner Gesamtheit unter die beanspruchte Erfindung fällt,
Fig. 4 zeigt die Beziehung von Ätzgeschwindigkeit und Mikrowellen-Einspeiseleistung in einer Ausführungsform dieser Erfindung,
Fig. 5 zeigt die Beziehung von Ätzgeschwindigkeit und Beschleunigungsspannung in einer Ausführungsform dieser Erfindung,
Fig. 6(a) bis (e) zeigen Querschnittsansichten einer Probe, um eine andere Ausführungsform dieser Erfindung darzustellen, bei der ein Ätzen einer senkrechten Kantenfläche in ZnSe ausgeführt wurde,
Fig. 7(a), (b) zeigen Querschnittsansichten einer Probe, um eine Ausführungsform dieser Erfindung darzustellen, bei der das Ätzen einer schrägen Nut in ZnSe ausgeführt wurde,
Fig. 8 zeigt eine Zeichnung des Aufbaus eines bei einer Ausführungsform dieser Erfindung eingesetzten Ätzsystems,
Fig. 9(a) bis (c) stellen einen Herstellungsprozeß einer Ätzmaske in einer Ausführungsform dieser Erfindung dar,
Fig. 10(a),(b) zeigen eine Probe, die gemäß einer Ausführungsform bearbeitet wurde, wobei das Ätzen von ZnSe gemäß dieser Erfindung ausgeführt wurde,
Fig. 11 zeigt eine Zeichnung des Aufbaus eines in einer Ausführungsform dieser Erfindung verwendeten Ätzsystems,
Fig. 12(a) bis (c) zeigen Querschnittsansichten einer Probe, die gemäß einem nicht in den Schutzbereich der Erfindung fallenden Vergleichsbeispiel bearbeitet wurde, bei dem das Ätzen von ZnSe ausgeführt wurde,
Fig. 13 zeigt eine Zeichnung des Aufbaus eines in einer Ausführungsform dieser Erfindung verwendeten Ätzsystems,
Fig. 14 zeigt eine Zeichnung des Aufbaus eines in einer Ausführungsform dieser Erfindung verwendeten Ätzsystems,
Fig. 15(a),(b) zeigen Querschnittsansichten einer Probe, bei der das Ätzen von ZnSe ausgeführt wurde,
Fig. 16 zeigt die Beziehung der Substrattemperatur und der Ätzrate,
Fig. 17 zeigt eine Zeichnung des Aufbaus eines in einer Ausführungsform dieser Erfindung verwendeten Ätzsystems,
Fig. 18(a),(b) zeigen Querschnittsansichten einer Probe, bei der das Ätzen von ZnSe auf GaAs gemäß dieser Erfindung ausgeführt wurde, und
Fig. 19 zeigt eine Zeichnung des Aufbaus des in einer Ausführungsform dieser Erfindung verwendeten Ätzsystems.
Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht des strukturellen Aufbaus einer Ausführungsform eines Ätzsystems, das bei dieser Verbindung eingesetzt werden kann. Da ein Gas, welches ein Halogen-Element enthält, als Ätzgas verwendet wird, sind eine Probenvorbereitungskammer 801 und eine Ätzkammer 802 durch einen Absperrschieber 814 getrennt, und die Ätzkammer 802 wird immer in Hochvakuum gehalten. Eine Elektron-Zyklotronresonanz-(ECR)-Plasmakammer 803 ist von einer zylindrischen Magnetspule 804 umgeben, und am Kontaktabschnitt mit einem Mikrowellenleiter 805 ist ein Quarzplattenfenster für die Mikrowelleneinspeisung vorhanden. Durch Mikrowellen erzeugte Elektronen kollidieren wiederholt mit Gasmolekülen, während sie eine durch ein symmetrisches Magnetfeld erzeugte Zyklotronbewegung ausführen. Wenn die Stärke des Magnetfelds beispielsweise 875 G beträgt, stimmt die Umlauffrequenz mit der Mikrowellenfrequenz überein, beispielsweise 2,45 GHz, und das Elektronensystem absorbiert in Resonanz Mikrowellenenergie. Deshalb geht die Entladung selbst dann weiter, wenn der Gasdruck niedrig ist, wodurch eine hohe Plasmadichte und damit eine langdauernde Verwendung des Reaktivgases erzielt wird. Da sich außerdem die Elektronen und Ionen aufgrund der Verteilung des elektrischen Feldes etwa im Zentrum sammeln, ist der Sputter-Effekt durch Ionen an der Seitenwand der Plasmakammern minimal, was ein Plasma hoher Reinheit ergibt. In der Plasmakammer 803 erzeugte Ionen werden durch eine Gitterbeschleunigungselektrode 806 beschleunigt und auf eine Probe 807 gestrahlt. Ein Probenhalter 808 kann durch einen Manipulator 809 um 360º um eine vertikale Achse gedreht werden, wodurch es möglich ist, die Richtung des Auftreffens des Ionenstrahls auf die Probe zu ändern. In Fig. 8 bezeichnet 810 eine Gaszufuhr, 811 einen Transportschaft oder -welle und 812 sowie 813 Evakuierungssysteme.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Probe, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung des Systems von Fig. 8 bearbeitet wurde.
Fig. 1 (a) zeigt eine Querschnittsansicht vor dem Ätzen. 101 ist ZnSe, 102 ist eine Ätzmaske. Ein Positiv-Fotolack wird als Ätzmaske 102 verwendet. Da die Maske durch gewöhnliche Fotolithografie hergestellt wurde, war das Muster der Maske im Querschnitt verjüngt. Das Ätzen wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: 99,999% reines Chlor wurde als Reaktivgas verwendet, der Gasdruck betrug 1,0 · 10&supmin;¹ Pa, die Mikrowellen-Einspeiseleistung betrug 100 W, die Beschleunigungsspannung war 500 V, die Probentemperatur betrug 25ºC, und die Ionenstrahl-Strahlungsrichtung war senkrecht zum Substrat. Fig. 1(b) zeigt eine Querschnittsansicht nach dem Ätzen. Die Ätzgeschwindigkeit von ZnSe betrug etwa 60 nm/min (600 Å/min), andererseits beträgt die Ätzgeschwindigkeit eines Positiv-Fotolacks, wenn die Bedingungen des Nach-Backens 120ºC für 30 Minuten sind, etwa 20 nm/min (200 Å/min). Da das Muster der Ätzmaske eine sich verjüngende Form aufweist und Sputtern ein geringfügiges Ätzen an der Ätzmaske verursacht, war das Muster des Querschnitts der bearbeiteten Probe wie in Fig. 1 (b) dargestellt. Selbst bei senkrecht eingestrahltem Ionenstrahl konnten keine im Querschnitt senkrechten Seitenwände gebildet werden. Was jedoch die Ätzgeschwindigkeit betrifft, besteht kein Problem für eine praktische Verwendung. Außerdem betrug die Streuung der Ätzgeschwindigkeit auf das Material, wenn das Substrat 20 mm · 20 mm betrug, ± 5%, und die Oberflächenmorphologie war nahezu gleich wie vor dem Prozeß.
Fig. 2(a) und 2(b) zeigen einen Vergleich der Fotolumineszenz des ZnSe-Substrats vor und nach dem Ätzen unter den vorstehenden Bedingungen. Fig. 2(a) ist vor und Fig. 2(b) nach dem Ätzen. Da das Verhältnis zwischen der relativen Lumineszenzintensität von einer Bandkante und derjenigen von einem tiefen Niveau vor und nach dem Ätzen etwa 50 ist, ist es klar, daß praktisch kein Schaden bei den Halbleiterschichten vorhanden ist.
Die tatsächlichen Ätzbedingungen für den praktischen Einsatz wie beispielsweise zur Herstellung von Vorrichtungen sind nachstehend beschrieben.
Wie in Fig. 3 gezeigt, nimmt zunächst qualitativ gesprochen die Ätzgeschwindigkeit mit zunehmendem Gasdruck zu. Wenn jedoch der Gasdruck zu hoch ist, tritt keine Entladung auf. Selbst wenn eine Entladung auftritt (1 Pa), werden die Ionenmantelbreite und die mittlere freie Weglänge von Ionen und ungeladenen Teilchen nahezu gleich, was bewirkt, daß der Ionenstrahl seine Gerichtetheit verliert. Deshalb ist dies nicht für die Mikrobearbeitung geeignet. Wenn der Gasdruck zu niedrig ist [≤ (1 · 10&supmin;³) Pa], wird die Ätzung zu langsam, weshalb dies ebenfalls nicht für den praktischen Einsatz geeignet ist.
Tabelle 1 zeigt die Änderung der Ätzgeschwindigkeit von ZnSe mit dem Gasdruck, wenn die Mikrowellen-Einspeiseleistung 100 W ist, die Beschleunigungsspannung 100 V ist, und reines Chlorgas als Ätzgas verwendet wird, wobei die Drücke nicht in den Schutzbereich der beanspruchten Erfindung fallen.
P, R und S in der Tabelle 1 repräsentieren den Gasdruck (Pa), die Ätzgeschwindigkeit (Å/min = 0,1 nm/min) bzw. das Seitenätzverhalten. Tabelle 1
Wie in Fig. 4 gezeigt, nimmt die Ätzgeschwindigkeit mit zunehmender Mikrowellen-Einspeiseleistung zu, weil die Plasmadichte ansteigt, wenn die Mikrowellenerregung stärker wird. Wenn jedoch die Einspeiseleistung zu hoch ist, steigt die Plasmatemperatur an, was zur Folge hat, daß sich Elektroden durch Hitze deformieren, und die Temperatursteuerung wird schwierig, da die Substrattemperatur durch Strahlungsenergie ansteigt. Ein gutes Ätzergebnis wurde im Bereich von 1 W bis 1 kW erzielt.
Tabelle 2 zeigt die Abhängigkeit der ZnSe-Ätzgeschwindigkeit von der Mikrowellen-Einspeiseleistung, wenn das Ätzgas reines Chlorgas ist, der Gasdruck 1 · 10&supmin;¹ Pa ist und die Beschleunigungsspannung 400 V beträgt. M und R in Tabelle 2 repräsentieren die Mikrowellen-Einspeiseleistung (W) bzw. die Ätzgeschwindigkeit (Äfmin = 0,1 nm/min). Tabelle 2
Wie in Fig. 5 gezeigt, nimmt die Ätzgeschwindigkeit mit zunehmender Beschleunigungsspannung zu. Wenn jedoch die Spannung zu hoch ist (1 kV), wird das physikalische Sputtern stark, was beträchtlichen Schaden an der Kristallstruktur des Substrats verursacht.
Wenn die Beschleunigungsspannung 0 V ist und die Substrattemperatur etwa 200ºC beträgt, tritt ein Ätzen durch Radikale auf. In diesem Fall schreitet das Ätzen in allen Richtungen fort.
Tabelle 3 zeigt die Abhängigkeit der Ätzgeschwindigkeit von der Beschleunigungsspannung, wenn das Ätzgas reines Chlorgas ist, der Gasdruck 1 · 10&supmin;¹ Pa beträgt und die Mikrowellen- Einspeiseleistung 200 W ist. H, R und D in Tabelle 3 repräsentieren die Beschleunigungsspannung (V), die Ätzgeschwindigkeit (Å/min = 0,1 nm/min) bzw. den Beschädigungszustand des Substrats. Tabelle 3
Fig. 6 stellt eine andere Ausführungsform dieser Erfindung dar, bei der vertikales senkrechtes Ätzen von ZnSe ausgeführt wurde.
Zunächst wurde, wie in Fig. 6(a) gezeigt, ein Positiv-Fotolack 602 auf ZnSe 601 aufgeschleudert und 30 bis 120 Minuten bei 200ºC ausgehärtet, und Ti 603 wurde durch Elektronenstrahlverdampfung oder dergleichen mit 100 nm (1.000 Å) auf dem Fotolack 602 gebildet.
Wie Fig. 6(b) zeigt, wurde unter Einsatz eines herkömmlichen Fotolithografieprozesses eine Musterbildung von Fotolack 604 ausgeführt.
Dann wurde, wie Fig. 6(c) zeigt, das Ätzen von Ti 603 unter Verwendung des Fotolacks 604 als Maske ausgeführt.
Beim Naßätzen wird Pufferfluorwasserstoffsäure verwendet, und beim Trockenätzen wird Reaktivionenätzung (RIE) unter Verwendung von CF&sub4;-Gas verwendet. Trockenätzen, bei dem das Seitenätzen minimal ist, ist zum Übertragen eines präzisen Musters bevorzugt.
Wie in Fig. 6(d) gezeigt, wird unter Verwendung von Ti 603 als Maske das Ätzen des Fotolacks 602 durch RIE unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas ausgeführt. Dem Sauerstoffgasdruck muß große Aufmerksamkeit gewidmet werden. Im Fall der Verwendung eines herkömmlichen Trockenätzgeräts mit kapazitiv gekoppelten parallelen Elektroden zur Herstellung einer Ätzmaske mit einem senkrechten Musterquerschnitt ohne sich verjüngende Form beträgt der bevorzugte Sauerstoffgasdruck etwa 5 Pa. Wenn der Druck zu hoch ist, schreitet die Ätzung in allen Richtungen fort, was in diesem Fall nicht geeignet ist. Das Ti 603, das als Ätzmaske zum Ätzen des Fotolacks 602 verwendet wird, sollte vor dem Ätzen des ZnSe mit Pufferfluorwasserstoffsäure oder dergleichen entfernt werden.
Wenn das ZnSe-Ätzen unter Verwendung eines Plasmas aus reinem Chlorgas unter den gleichen Bedingungen wie bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ausgeführt wird, wird ein im Querschnitt senkrechtes Muster gebildet, wie in Fig. 6(e) gezeigt. Bei diesem Beispiel tritt kaum Seitenätzung auf. Man kann deshalb sagen, daß das in Fig. 6 gezeigte Verfahren hinsichtlich der anisotropen Ätzung wirksam ist, selbst wenn der Prozeß in gewissem Maß kompliziert ist.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Ätzen ausgeführt wurde, indem ein Ionenstrahl schräg auf die Oberfläche eines ZnSe-Substrats 701 gerichtet wurde. Fig. 7(a) zeigt den Zustand vor dem Ätzen, und Fig. 7(b) zeigt eine Querschnittsansicht nach dem Ätzen mittels eines Ionenstrahls, der in Richtung der Pfeile auf die Oberfläche des Substrats gerichtet wurde. Das Ätzen schreitet zunächst in der Richtung des Ionenstrahleintritts fort, was zur Bildung einer schrägen Nut führt.
ZnSe wurde verwendet, um diese Ausführungsform zu beschreiben. Die Ausführungsform ist jedoch auch bei anderen Verbindungshalbleitern ZnSxSe1-x(0 ≤ x ≤ 1) wirksam.
Obwohl gemäß vorstehender Beschreibung ein Fotolack verwendet wurde, kann ein beliebiges Maskenmaterial mit einer im Vergleich mit den zu ätzenden Materialien stark unterschiedlichen Ätzrate verwendet werden. Wenn beispielsweise ZnSe zu ätzen ist, sind Isoliermaterialien wie SiOx, SiNX, Al&sub2;O&sub3; oder dergleichen ebenfalls wirksam. SiOX, SiNX sind möglich für einen Präzisionsprozeß, weshalb sie als Ätzmaskenmaterialien geeignet sind.
Der Fall der Verwendung von Al&sub2;O&sub3; als Maskenmaterial wird nachstehend beschrieben. Al&sub2;O&sub3; wurde bei dieser Ausführungsform als in Fig. 1 (a) gezeigte Ätzmaske 102 verwendet. Die Maske wurde durch Abheben hergestellt, wie in Fig. 9(a) bis Fig. 9(c) gezeigt. In anderen Worten wurde ein Muster aus Positiv-Fotolack 902 auf ZnSe-Halbleiterschichten 901 unter Verwendung herkömmlicher Fotolithografie gebildet, wie in Fig. 9(a) gezeigt. Dann wurde Al&sub2;O&sub3; 903, das das Maskenmaterial sein sollte, durch Elektronenstrahlverdampfung oder dergleichen gebildet, wie in Fig. 9(b) gezeigt. Das Al&sub2;O&sub3; auf dem Fotolack 902 konnte in einem organischen Lösungsmittel wie Aceton entfernt werden. Als Ergebnis wurde eine Al&sub2;O&sub3;-Maske auf dem ZnSe gebildet, wie in Fig. 9(c) gezeigt.
Fig. 10(b) ist eine Querschnittsansicht des Ätzergebnisses einer Probe, die durch den vorstehenden Prozeß hergestellt wurde. Das Ätzen wurde unter folgenden Bedingungen ausgeführt:
99,999% reines Chlorgas wurde als Reaktivgas verwendet, der Gasdruck betrug 1,0 · 10&supmin;¹ Pa, die Mikrowellen-Einspeiseleistung war 100 W, die Beschleunigungsspannung betrug 500 V, die Probentemperatur war 25ºC, und die Richtung der Ionenstrahleinstrahlung war senkrecht auf das Substrat. Die Ätzgeschwindigkeit von ZnSe betrug etwa 60 nm/min (600 Å/min), und die Ätzgeschwindigkeit des Al&sub2;O&sub3;-Maskenmaterials betrug circa 2 nm/min (20 Å/min). Andererseits beträgt die Ätzgeschwindigkeit eines Positiv-Fotolacks, wenn das Backen bei 120ºC für 30 Minuten erfolgt, etwa 20 nm/min (200 Å/min) und etwa das gleiche bei SiO&sub2;. Die Ätzgeschwin digkeit des Al&sub2;O&sub3; war etwa 0,03 mal so hoch wie bei ZnSe, und im Vergleich zu Fotolack und SiO&sub2; war dessen Selektivität etwa 10 mal so groß, weshalb es sehr wirksam als Ätzmaske für ZnSe ist. Das Muster war nach dem Ätzen im Querschnitt nahezu senkrecht, womit ein Ätzen mit großer Anisotropie erzielt wurde. Das Ätzverhalten bei dieser hohen Selektivität (Ätzgeschwindigkeitsverhältnis bezüglich ZnSe ist 0,1) wurde erzielt, wenn der Ätzgasdruck im Bereich von 5 · 10&supmin;³ Pa bis 1 Pa lag und die Beschleunigungsspannung 1 kV war. Bei dem Ätzmechanismus, bei dem physikalisches Sputtern das Ätzverhalten dominiert, kann keine große Differenz der Ätzraten erzielt werden, es wird jedoch eine große Differenz der Ätzraten erzielt, wenn eine Ätzung mittels chemischer Reaktion durch reaktive Ionen das Ätzverhalten dominiert. Das Ätzen wurde hauptsächlich durch reaktive Ionen unter den obigen Bedingungen ausgeführt. Als Ergebnis der Bewertung des Verunreinigungszustands der ZnSe-Oberfläche nach dem Ätzen unter Verwendung der Auger-Elektronenspektroskopie nahm im Vergleich zu dem Fall, in dem ein Fotolack als Maske verwendet wurde, die Verunreinigung durch Kohlenstoff dramatisch ab, wodurch eine saubere Oberfläche erzielt wurde.
Nickel, Molybdän oder Wolfram wurde in einer anderen Ausführungsform als Ätzmaske 1002 der in Fig. 10(a) gezeigten vorigen Ausführungsform verwendet. Die Maske wurde durch Abtragen hergestellt, was das gleiche war wie bei der vorigen Ausführungsform. Nickel wurde durch Elektronenstrahlverdampfung gebildet, und wenn Molybdän oder Wolfram als Maskenmaterial verwendet wurde, wurde der Film durch Sputtern gebildet. Das Ätzen wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt: 99,999% reines Chlorgas wurde als Reaktivgas verwendet, der Gasdruck betrug 1,0 · 10&supmin;¹ Pa, die Mikrowellen-Einspeiseleistung war 100 W, die Beschleunigungsspannung betrug 500 V, die Probentemperatur war 25ºC, und die Richtung der Ionenstrahleinstrahlung war senkrecht zum Substrat. Die Ätzgeschwindigkeit von ZnSe betrug etwa 60 nm/min (600 Å/min), und die Ätzgeschwindigkeit des Nickelmaskenmaterials betrug etwa 10 nm/min (100 Å/min), von Molybdän etwa 12 nm/min (120 Å/min) und von Wolfram etwa 13 nm/min (130 Å/min). Andererseits beträgt die Ätzgeschwindigkeit eines Positiv- Fotolacks, wenn das Backen bei etwa 120ºC für 30 Minuten erfolgt, etwa 20 nm/min (200 Å/min) und etwa das gleiche bei SiO&sub2;. Die Ätzgeschwindigkeit von Nickel, Molybdän oder Wolfram betrug etwa das 0,17- bis 0,22-fache von derjenigen von ZnSe, weshalb diese Materialien eine hohe Selektivität aufweisen und sehr wirksam als Ätzmaske von ZnSe sind. Das Muster war nach dem Ätzen im Querschnitt nahezu senkrecht, wodurch ein Ätzen mit großer Anisotropie erzielt wurde. Das Ätzverhalten bei dieser hohen Selektivität (Ätzgeschwindigkeitsverhältnis bezüglich ZnSe ist ≤ 0,3) wurde erzielt, wenn der Ätzgasdruck im Bereich von 5 · 10&supmin;³ Pa bis 1 Pa lag und die Beschleunigungsspannung ≤ 1 kV war. Bei dem Ätzmechanismus, in dem das physikalische Sputtern das Ätzverhalten dominiert, kann keine große Differenz bei den Ätzraten erzielt werden, es wird jedoch eine große Differenz bei den Ätzraten erzielt, wenn das Ätzen mittels einer chemischen Reaktion durch reaktive Ionen das Ätzverhalten dominiert. Das Ätzen wurde hauptsächlich durch reaktive Ionen unter den obigen Bedingungen ausgeführt. Als Ergebnis der Bewertung des Verunreinigungszustands der ZnSe- Oberfläche nach dem Ätzen unter Verwendung der Auger-Elektronenspektroskopie nahm im Vergleich zu dem Fall, in dem ein Fotolack als Maske verwendet wurde, die Verunreinigung durch Kohlenstoff dramatisch ab, wodurch eine saubere Oberfläche erzielt wurde.
Als nächstes wird eine andere Ausführungsform beschrieben, bei der Trockenätzung unter Verwendung von Radikalen eines reinen Chlorgases ausgeführt wurde. Fig. 11 zeigt einen strukturellen Aufbau eines bei dieser Ausführungsform verwendeten Ätzsystems im Querschnitt. Eine ECR-Plasmaerzeugungskammer 1506 wird differentiell evakuiert, so daß sie ein niedrigeres Vakuum als eine Ätzkammer 1504 hält, und Radikale werden durch thermische kinetische Energie auf eine Probe 1509 in der Ätzkammer gestrahlt. In Fig. 11 bezeichnet 1503 eine Probenvorbereitungskammer, 1505 einen Absperrschieber, 1507 eine Magnetspule, 1508 einen Mikrowellenleiter, 1510 einen Probenhalter, 1511 eine Gaszufuhr, 1512 einen Transportschaft oder -welle und 1514 ein Evakuierungssystem.
Fig. 12(a) zeigt eine Querschnittsansicht von ZnSe vor dem Ätzen. 1601 ist ZnSe, und 1602 ist eine Ätzmaske. (001) ist die Richtung der ZnSe-Oberfläche. Die Ätzmaske 1602 besteht aus SiO&sub2;. Das Ätzen wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt, die nicht in den Schutzbereich der Erfindung fallen: 99,999% reines Chlorgas wurde als reaktives Gas verwendet, der Gasdruck betrug 1,0 · 10&supmin;¹ Pa, die Mikrowellen-Einspeiseleistung war 100 W und die Probentemperatur betrug 250ºC. Fig. 12(b) und (c) zeigen Querschnittsansichten nach dem Ätzen unter Verwendung des Systems in Fig. 11. (b) ist eine Querschnittsansicht aus der Richtung [110], und (c) ist eine Querschnittsansicht aus der Richtung [110]. Die Ätzgeschwindigkeit von ZnSe betrug etwa 90 nm/min (900 Å/min). Da keine Ionen vorhanden sind, wie die Fig. 12(b) und (c) zeigen, hängt das bearbeitete Querschnittsmuster von der Kristallrichtung ab, was gleich ist wie im Fall des Naßätzens. Es gab kein Problem im Hinblick auf die Ätzgeschwindigkeit für den praktischen Einsatz. Außerdem war die Streuung der Ätzgeschwindigkeit, wenn das Substrat 20 mm · 20 mm war, ± 5%, und die Streuung zwischen verschiedenen Chargen war ≤ ±7%:
Als nächstes wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der vor dem Ätzen ein Spülen durch einen Wasserstoffionenstrahl ausgeführt wurde. Nachdem das Substrat im Probenhalter angeordnet wurde, wurde die Reinigung der Substratoberfläche durch einen Wasserstoffionenstrahl ausgeführt, wobei 99,9999% reiner Wasserstoff verwendet wurde, der Gasdruck 1,0 · 10&supmin;¹ Pa betrug, die Mikrowellen-Einspeiseleistung 100 W war, die Beschleunigungsspannung 400 V betrug, die Probentemperatur 25ºC war und die Richtung der Ionenstrahleinstrahlung senkrecht zum Substrat war. Ein Substrat mit einer sauberen Oberfläche wurde erhalten, weil verbleibende Verunreinigungen durch den Wasserstoffionenstrahl weggeschossen wurden. Dann wurde unter den folgenden Bedingungen geätzt. 99,999% reines Chlorgas wurde als reaktives Gas verwendet, der Gasdruck war 1,0 · 101 Pa, die Mikrowellen-Einspeiseleistung betrug 100 W, die Beschleunigungsspannung war 500 V, die Probentemperatur betrug 25ºC, und die Richtung der Ionenstrahleinstrahlung war senkrecht zum Substrat. Die Ätzgeschwindigkeit von ZnSe betrug etwa 60 nm/min (600 Å/min). Die Ätzgeschwindigkeit eines Positiv-Fotolacks beträgt, wenn das Nach-Backen bei 120ºC für 30 Minuten ausgeführt wird, etwa 20 nm/min (200 Å/min).
Stabilität und Reproduzierbarkeit der Ätzgeschwindigkeit waren aufgrund der Reinigung durch einen Wasserstoffionenstrahl vor dem Ätzen im Vergleich zu dem Fall, in dem die Reinigung nicht durchgeführt wurde, verbessert. Die Streuung der Ätzgeschwindigkeit war, wenn das Substrat 20 mm · 20 mm war, ± 3%, und die Oberflächenmorphologie war nahezu gleich wie vor dem Prozeß. Die Reinigung der Substratoberfläche durch einen Wasserstoffionenstrahl war außerdem wirksam beim Unterdrücken des Seitenätzens.
Als nächstes wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der ein Substrat vor dem Ätzen mit Wasserstoffradikalen behandelt wurde. Fig. 13 zeigt eine Querschnittsansicht eines strukturellen Aufbaus eines bei dieser Ausführungsform verwendeten Ätzsystems. Ein Mikrowellen-Wellenleiter 1723 ist mit einer Plasmakammer 1721 verbunden, die durch einen Einlaß 1722 eingeführtes Wasserstoffgas im Plasmazustand hält. Da die Plasmakammer 1721 von einer Reinigungskammer 1720 differentiell evakuiert wird, strömen Wasserstoffradikale, die durch Plasmaentladung erzeugt werden, durch thermische kinetische Energie in die Reinigungskammer 1720. Da die Plasmakammer 1721 keine Ionenbeschleunigungselektroden aufweist, strömen keine Wasserstoffionen in die Reinigungskammer, sondern nur Wasserstoffradikale. Der Probenhalter 1713 wird in die Reinigungskammer 1720 bewegt. Die Probe wird durch Aufheizen des Probenhalters 1713 mittels eines Heizwiderstands mit Wasserstoffradikalen gereinigt. Nachdem das Substrat in dem Probenhalter 1713 angeordnet wurde, wurde es in die Reinigungskammer 1720 bewegt.
Das Reinigen der Substratoberfläche mittels eines Wasserstoffradikalenstrahls wurde ausgeführt, indem 99,9999% reines Wasserstoffgas verwendet wurde, der Gasdruck 1,0 · 10&supmin;² Pa betrug, die Mikrowellen-Einspeiseleistung 100 W war, die Probentemperatur 400ºC betrug und die Richtung der Wasserstoffradikalenstrahl-Einstrahlung senkrecht zum Substrat war. Ein Substrat mit einer sauberen Oberfläche wurde erhalten, weil die verbleibenden Verunreinigungen durch den Wasserstoffradikalenstrahl weggeätzt wurden. Dann wurde unter folgenden Bedingungen geätzt: 99,999% reines Chlorgas wurde als reaktives Gas verwendet, der Gasdruck betrug 1,0 x 10&supmin;¹ Pa, die Mikrowellen-Einspeiseleistung betrug 100 W, die Beschleunigungsspannung war 500 V, die Probentemperatur betrug 25ºC, und die Richtung der Ionenstrahleinstrahleinstrahlung war senkrecht zum Substrat. Die Ätzgeschwindigkeit von ZnSe betrug etwa 70 nm/min (700 Å/min). Die Ätzgeschwindigkeit eines Positiv-Fotolacks beträgt, wenn das Nach-Backen bei 120ºC für 30 Minuten ausgeführt wurde, etwa 20 nm/min (200 Å/min). Stabilität und Reproduzierbarkeit der Ätzgeschwindigkeit waren aufgrund der Reinigung durch einen Wasserstoffradikalenstrahl vor dem Ätzen im Vergleich mit dem Fall, in dem keine Reinigung ausgeführt wurde, verbessert. Die Streuung der Ätzgeschwindigkeit, wenn das Substrat 20 mm x 20 mm war, betrug ± 3%, und die Oberflächenmorphologie war nahezu gleich wie vor dem Prozeß. Die Elemente 1701, 1706, 1707, 1708, 1709, 1710, 1712, 1714, 1715, 1716, 1717, 1718 und 1719 entsprechen den Elementen 806, 801, 802, 803, 804, 805, 807, 809, 810, 812 bzw. 813 und werden hier nicht weiter beschrieben.
Als nächstes wird die Behandlung des Substrats vor dem Ätzen mittels eines Edelgasionenstrahls beschrieben. Eine Reinigung der Substratoberfläche durch einen Edelgasionenstrahl vor dem Ätzen wurde ausgeführt, indem 99,9999% reines Argongas verwendet wurde, der Gasdruck 1,0 · 10&supmin;¹ Pa betrug, die Mikrowellen-Einspeiseleistung 100 W betrug, die Beschleunigungsspannung 400 V war, die Probentemperatur 25ºC betrug und die Richtung der Argonionenstrahleinstrahlung senkrecht zum Substrat war. Ein Substrat mit einer sauberen Oberfläche wurde erhalten, weil die verbleibenden Verunreinigungen durch den Argonionenstrahl weggeschossen wurden. Dann wurde unter folgenden Bedingungen geätzt: 99,999% reines Chlorgas wurde als reaktives Gas verwendet, der Gasdruck betrug 1,0 · 10&supmin;¹ Pa, die Mikrowellen-Einspeiseleistung betrug 100 W, die Beschleunigungsspannung war 500 V, die Probentemperatur betrug 25ºC, und die Richtung der Ionenstrahleinstrahlung war senkrecht zum Substrat. Die Ätzgeschwindigkeit von ZnSe betrug etwa 70 nm/min (700 A/min). Die Ätzgeschwindigkeit eines Positiv- Fotolacks beträgt, wenn das Nach-Backen bei 120ºC für 30 Minuten ausgeführt wird, etwa 20 nm/min (200 Å/min). Stabilität und Reproduzierbarkeit der Ätzgeschwindigkeit waren aufgrund der Reinigung durch einen Argonionenstrahl vor dem Ätzen im Vergleich zu dem Fall, in dem keine Reinigung ausgeführt wurde, verbessert. Die Streuung der Ätzgeschwindigkeit, wenn das Substrat 20 mm · 20 mm war, betrug ± 3%, und die Oberflächenmorphologie war nahezu gleich wie vor dem Prozeß.
Als nächstes wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der ein Substrat vor dem Ätzen mit einer sauren Lösung behandelt wurde. Die Reinigung mit einer sauren Lösung vor dem Trockenätzen wurde wie folgt ausgeführt:
Nach dem Eintauchen des Substrats in die Lösung aus Salzsäure (35 Gew.- %) und Wasser, 1 : 1, bzw. Tränken oder Benetzen damit, für 15 Sekunden, wurde in Wasser gespült. Eine sehr dünne Schicht an der Oberfläche des Substrats wurde durch die saure Lösung weggeätzt, wodurch eine saubere Oberfläche auf dem Substrat geschaffen wurde. Nach dem Wasserspülen wurde das Substrat in Isopropylalkohol bewegt, und es wurde ein Stickstoffblasen ausgeführt. Dann wurde das Substrat in einen Probenhalter gebracht. Unter folgenden Bedingungen wurde geätzt: 99,999% reines Chlorgas wurde als reaktives Gas verwendet, der Gasdruck betrug 1,0 · 10&supmin;¹ Pa, die Mikrowellen-Einspeiseleistung war 100 W, die Beschleunigungsspannung betrug 500 V, die Probentemperatur war 25ºC, die Richtung der Ionenstrahleinstrahlung war senkrecht zum Substrat. Die Ätzgeschwindigkeit von ZnSe betrug etwa 70 nm/min (700 Å/mm). Die Ätzgeschwindigkeit eines Positiv-Fotolacks beträgt, wenn das Nach-Backen bei 120ºC für 30 Minuten ausgeführt wurde, etwa 20 nm/min (200 Å/min). Stabilität und Reproduzierbarkeit der Ätzgeschwindigkeit wurden aufgrund der Reinigung mit einer Lösung aus Salzsäure vor dem Ätzen im Vergleich zu dem Fall, in dem keine Reinigung ausgeführt wurde, verbessert. Die Streuung der Ätzgeschwindigkeit, wenn das Substrat 20 mm · 20 mm war, betrug ≤ ± 3%, und die Oberflächenmorphologie war nahezu gleich wie vor dem Prozeß.
Als nächstes wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der gleichzeitig zur Ausführung einer Ionenstrahl- oder Radikalenstrahlbestrahlung eine Lichtbestrahlung ausgeführt wurde. Fig. 14 zeigt eine Querschnittsansicht des strukturellen Aufbaus des Ätzsystems, das bei dieser Ausführungsform der Erfindung verwendet wurde. 1819 ist eine Quecksilberlampe, die so aufgebaut ist, daß sie eine Lichtbestrahlung der Probe und des Ätzgases ausführt. Die Elemente 1806, 1807, 1809, 1810, 1812, 1813, 1814, 1815, 1816, 1817 und 1818 in Fig. 14 entsprechen den Elementen 801, 803, 804, 805, 807, 808, 810, 811, 813, 812 bzw. 809 in Fig. 8 und werden hier nicht weiter beschrieben. 1808 ist eine ECR-Plasmaerzeugungskammer.
Das Ätzen wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt: 99,999% reines Chlorgas wurde als reaktives Gas verwendet, der Gasdruck betrug 1,0 · 10&supmin;¹ Pa, die Mikrowellen- Einspeiseleistung war 100 W, die Beschleunigungsspannung betrug 500 V, die Probentemperatur war 25ºC, die Leistung der Quecksilberlampe war 200 W, und die Richtung der Ionenstrahleinstrahlung war senkrecht zum Substrat. Die Ätzgeschwindigkeit von ZnSe betrug etwa 110 nm/min (1100 Å/min). Die Ätzgeschwindigkeit eines Positiv-Fotolacks beträgt, wenn das Nach-Backen bei 120ºC für 30 Minuten ausgeführt wird, etwa 28 nm/min (280 Å/min). Unter den gleichen Bedingungen, unter denen reines Chlorgas verwendet wurde, jedoch keine Lichtbestrahlung durchgeführt wurde, betrug die Ätzgeschwindigkeit 60 nm/min (600 Å/min). Durch Ausführen der Lichtbestrahlung wurde die Ätzgeschwindigkeit doppelt so groß. In anderen Worten sind eine niedrige Plasmadichte und eine niedrige Beschleunigungsspannung ausreichend für das gleiche Maß an Ätzung, wenn eine Lichtbestrahlung ausgeführt wird, was den Schaden am Halbleitersubstrat vermindert.
Als nächstes wird die Wirkung der Substrattemperatur zum Zeitpunkt des Ätzens beschrieben. Ein Kühl/Heizteil und ein Probenbefestigungsteil sind in einem Probenhalter gesondert vorgesehen, sind jedoch fest miteinander verbunden. Im Kühl/Heizteil sind ein Wasserkühlrohr und ein Heizer vorgesehen, um die Probentemperatur zu steuern. Der Temperatursteuerbereich geht von -20ºC bis 400ºC. Ein organisches Lösungsmittel wie Methanol wird zur Kühlung auf 10ºC eingesetzt.
Das Ätzen wurde unter folgenden Bedingungen ausgeführt: 99,999% reines Chlorgas wurde als reaktives Gas verwendet, der Gasdruck betrug 1,0 · 10&supmin;¹ Pa, die Mikrowellen-Einspeiseleistung war 100 W, die Beschleunigungsspannung betrug 500 V, und die Richtung der Ionenstrahleinstrahlung war senkrecht zum Substrat. Fig. 15(a) zeigt das Ergebnis der Ätzung, als die Substrattemperatur 25ºC betrug, und Fig. 15(b) zeigt das Ergebnis der Ätzung, als die Substrattemperatur 120ºC betrug. Wenn das Ätzen bei 25ºC ausgeführt wurde, war die Form im Querschnitt senkrecht, wie Fig. 15(a) zeigt, aber sie war gekrümmt, wenn das Ätzen bei 120ºC ausgeführt wurde, wie Fig. 15(b) zeigt. Wenn die Morphologie der Seitenwand mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) beobachtet wurde, wurde bei 25ºC und einer Vergrößerung von 50000 bis 100000 eine glatte Oberfläche beobachtet, sie war jedoch bei 120ºC sehr rauh. Der Grund für diese Rauhigkeit liegt darin, daß Chloride, wie beispielsweise ZnClx, SeClx oder dergleichen, die während des Ätzens erzeugt werden, die Seitenwand vor dem Ionenstrahl schützen, der auf die Oberfläche trifft. Da diese Chloride jedoch eine hohe Volatilität aufweisen, verdampfen sie bei 120ºC, schaffen damit keinen Schutz und bewirken ein Seitenätzen, was zu einer schlechten Morphologie führt. Der Temperaturbereich, in dem diese Chloride gut als Schutzfilm arbeiten, ist < 80ºC. Sie verdampfen oberhalb 80ºC. Fig. 16 zeigt die Ätzgeschwindigkeit von ZnSe abhängig von der Substrattemperatur. Die Ätzgeschwindigkeit beginnt bei etwa 80ºC anzusteigen, und dies stimmt mit der vorstehenden Beschreibung überein. Wenn die Temperatur < 0ºC ist, sinkt die Ätzgeschwindigkeit ab, und die Temperatur des Substrathalters wird viel kleiner als diejenige der Umgebung, weshalb Chloride nicht leicht an der Probe haften, was später zu einer schwierigen Probenhandhabung führt.
Als nächstes wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der ein Ätzstop-Erfassungsverfahren verwendet wurde. Fig. 17 zeigt eine Querschnittsansicht des strukturellen Aufbaus des Systems, das bei dieser Ausführungsform der Erfindung verwendet wurde. Eine Vorrichtung 2122 zur differentiellen Evakuierung mit einem Gasanalysatorrohr 2121 ist in einer Ätzkammer 2107 angeordnet, und das Massenspektrum von Gas, das während des Ätzens erzeugt wird, kann durch ein Massenspektrometer 2123 beobachtet werden. Die Elemente 2108 bis 2119 und 2120 in Fig. 17 entsprechen den Elementen 803 bis 814 bzw. 801 in Fig. 8 und werden hier nicht weiter beschrieben.
Fig. 18 zeigt eine Querschnittsansicht von ZnSe 2201 auf GaAs 2202 nach dem Ätzen unter Verwendung des in Fig. 17 gezeigten Systems. Fig. 18(a) zeigt eine Querschnittsansicht vor dem Ätzen. 2203 ist eine Fotolack-Ätzmaske. Ein Positiv-Fotolack 2203 wurde verwendet, und das Muster der Maske war im Querschnitt sich verjüngend, weil die Maske durch Einsatz herkömmlicher Fotolithografie gebildet wurde. Nachdem das Substrat zum Probenhalter 2113 gebracht wurde, wurde unter folgenden Bedingungen geätzt: 99,999% reines Chlorgas wurde als reaktives Gas verwendet, der Gasdruck betrug 1,0 · 10&supmin;¹ Pa, die Mikrowellen-Einspeiseleistung betrug 100 W, die Beschleunigungsspannung war 500 V, die Probentemperatur betrug 25ºC, und die Richtung der Ionenstrahleinstrahlung war senkrecht zum Substrat. Das Massenspektrum wird während des Ätzens durch das Massenspektrometer 2123 beobachtet. Das Ätzen kann an der Grenzfläche von ZnSe 2201 und GaAs 2202 beendet werden, indem die Mikrowellen - abgeschaltet werden, wenn die Spitzen von Zn und Se im Massenspektrum abzunehmen beginnen und das Quantitätsspektrum von Ga und As beginnt, erzeugt zu werden. Fig. 18(b) zeigt eine Querschnittsansicht nach dem Ätzen. Die Ätzgeschwindigkeit von ZnSe betrug etwa 60 nm/min (600 Å/min). Die Ätzgeschwindigkeit eines Positiv-Fotolacks beträgt, wenn das Nach- Backen bei 120ºC für 30 Minuten ausgeführt wird, etwa 20 nm/min (200 Å/min). Da die Form der Ätzmaske keilförmig ist und das Ätzen an der Ätzoberfläche auch durch Sputtern erfolgt, wird die bearbeitete Querschnittsform so, wie in Fig. 8(b) gezeigt, und es kann kein senkrechter Querschnittsabschnitt erzielt werden, selbst wenn der Ionenstrahl senkrecht eingestrahlt wird. Was jedoch die Ätzgeschwindigkeit betrifft, tritt für den praktischen Einsatz kein Problem auf. Die Streuung der Ätzgeschwindigkeit, wenn das Substrat 20 mm · 20 mm war, betrug ≤ ± 5%, und die Oberflächenmorphologie nach dem Prozeß war gut. Da der Ätzprozeß mittels Massenspektroskopie erfaßt und beendet wurde, war im Gegensatz zum Fall, bei dem die Ätztiefe durch die Ätzzeit gesteuert wurde, kein ZnSe-Rest vorhanden, und das Überätzen von GaAs konnte auf ein Minimum reduziert werden, wodurch ein Ätzen mit extremer Präzision und Reproduzierbarkeit erzielt wurde.
Fig. 19 zeigt eine Querschnittsansicht des strukturellen Aufbaus eines Systems, das in einer Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wurde. Eine Ätzkammer 2307 weist eine Lichteinlaßöffnung und eine Lichtauslaßöffnung für Ellipsometrie auf. Licht wird von einer Lichtquelle 2320 im Einlaßbereich emittiert und über einen Polarisator 2322 linear polarisiert sowie über ein λ/4-Plättchen 2323 zirkular polarisiert. Das Licht wird linear polarisiert, nachdem es von einer Probe 2312 reflektiert wurde, und durch die Auslaßöffnung sowie einen Fotodetektor 2324 tritt das Licht in eine Fotoelektronenvervielfacherröhre 2325 ein. Der Drehwinkel des Polarisators 2322 und des Fotodetektors 2324 sowie die Information aus der Fotoelektronenvervielfacherröhre 2325 werden von einer Datenanalysevorrichtung 2326 analysiert, um den Brechungsindex und die Filmdicke zu ermitteln.
Der Brechungsindex und die Filmdicke des freiliegenden Teils von ZnSe werden während des Ätzens ständig mittels Ellipsometrie gemessen, und wenn er die gewünschte Dicke erreicht, werden die Mikrowellen abgeschaltet. Da sich der Brechungsindex stark ändert, wenn der Ätzprozeß die Grenzfläche von ZnSe und GaAs erreicht, kann das Ätzen bei dieser Grenzfläche leicht beendet werden. Da außerdem der Ätzprozeß mittels Ellipsometrie erfaßt und beendet wird, kommt im Gegensatz zum Fall, in dem die Ätztiefe durch die Ätzzeit gesteuert wird, kein Überätzen vor, wodurch ein Ätzen mit extremer Präzision und Reproduzierbarkeit erzielt wird. Die Elemente 2308 bis 2319 entsprechen den jeweiligen der Elemente 803 bis 808, 801 und 810 bis 814 in Fig. 8. 2321 ist eine Sammellinse.
Die gemäß dieser Erfindung erzielbaren Wirkungen sind wie folgt:
Durch Verwendung eines mittels Mikrowellenanregung und ECR-Plasma erzeugten Reaktivionenstrahls als Ätzmethode von Verbindungshalbleitern ZnSxSe1-x(0 ≤ x ≤ 1) kann im Vergleich zur Naßätzungstechnik oder zum Trockenätzen, wie beispielsweise das Ionenätzen oder Reaktivionenätzen des Stands der Technik, eine Ätzung mit wesentlich höherer Reproduzierbarkeit und Steuerbarkeit erzielt werden. Insbesondere im Vergleich zur Trockenätztechnik des Stands der Technik kann eine Beschädigung der Halbleiterschichten dramatisch reduziert werden. Ferner wird durch Steuern des Ionenstrahls und der Form der Ätzmaske ein Präzisionsprozeß zur Bildung beispielsweise einer Nut mit sich verjüngender Form, eines senkrechten Querschnitts oder einer schrägen Nut möglich. Daher können Vorrichtungen, welche Verbindungshalbleiter ZnSxSe1-x(0 ≤ x ≤ 1) verwenden, auf einfache Weise reproduzierbar und zuverlässig hergestellt werden. Da die Ätzrate durch Auswahl aus verschiedenen Reaktivgasen gesteuert und die Stabilität des Plasmas gewährleistet werden kann, kann die Ätztiefe mit guter Reproduzierbarkeit gesteuert werden, wodurch ein einfacher Präzisionsprozeß zur Herstellung verschiedener Vorrichtungen geschaffen wird. Außerdem können eine extrem glatte Ätzseitenfläche und ein exaktes Ätzmuster als Maskenmuster erzielt werden. Ferner kann das Ätzen unter niedrigem Druck ausgeführt werden, und der Ätzprozeß kann erfaßt werden. Daher kann das Ätzen unabhängig von der Ätzgeschwindigkeit mit Präzision und Reproduzierbarkeit erfaßt werden. Somit steigt die Reproduzierbarkeit von Charge zu Charge beim Trockenätzen von Gruppe-II-VI-Halbleitern dramatisch an, wodurch eine einfache Massenproduktion verschiedener Vorrichtungen möglich wird.

Claims

1. Verfahren zum Trockenätzen eines ZnSxSe1-x-Verbindungshalbleitersubstrats, wobei 0 ≤ x ≤ 1, umfassend folgende Schritte:

- Bilden einer Ätzmaske auf dem ZnSxSe1-x-Verbindungshalbleitersubstrat,

- Trockenätzen des maskierten ZnSxSe1-x-Verbindungshalbleitersubstrats in einer Mikrowellenanregungs-ECR-Plasmakammer, in der reines Chlorgas bei einem Druck von 0,1 Pa aktiviert wird, um einen gerichteten Ionen- oder Radikalenätzstrahl zu bilden, der das maskierte ZnSxSe1-x-Verbindungshalbleitersubstrat bestrahlt, und

- das maskierte ZnSxSe1-x-Verbindungshalbleitersubstrat wird während des Trockenätzens auf einer Temperatur im Bereich von 0ºC bis 80ºC gehalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ätzmaske aus einem Isoliermaterial ist, wie beispielsweise einem Fotolack, Siliciumoxid, Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ätzmaske aus einem Metall ist, wie beispielsweise Molybdän, Nickel oder Wolfram.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Wasserstoffionenreinigungsstrahl vor dem Trockenätzen des maskierten ZnSxSe1-x- Verbindungshalbleitersubstrats auf das maskierte ZnSxSe1-x-Verbindungshalbleitersubstrat gestrahlt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche des maskierten ZnSxSe1-x-Verbindungshalbleitersubstrats vor dem Trockenätzen des maskierten ZnSxSe1-x-Verbindungshalbleitersubstrats einer sauren Lösung ausgesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Trockenätzen des maskierten ZnSxSe1-x-Verbindungshalbleitersubstrats unter Lichtbestrahlung ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mikrowellenanregung mit einer Mikrowellen-Einspeiseleistung im Bereich von 1 W-1 kW erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Beschleunigungsspannung im Bereich von 0 V-1 kV angelegt wird, die den gerichteten Ionenätzstrahl während des Trockenätzens von einer Entladungskammer zum maskierten ZnSxSe1-x-Verbindungshalbleitersubstrat beschleunigt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Messung des Massenspektrums in der Plasmakammer während des Trockenätzens des maskierten ZnSxSe1-x- Verbindungshalbleitersubstrats ausgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Messung des Massenindexes und der Filmdicke des maskierten ZnSxSe1-x-Verbindungshalbleitersubstrats während des Trockenätzens des maskierten ZnSxSe1-x-Verbindungshafbleitersubstrats mittels Ellipsometrie ausgeführt wird.