JP2003257939A - ドライエッチング方法及びドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶品質を劣化させることなく、リッジ部に
おける残し厚の制御性とエッチング深さの面内一様性と
を共に向上させる。 【解決手段】 上面にレジストパターン３０が形成され
た試料２１に対して、プラズマによるドライエッチング
を行なうことにより、試料２１の上部に断面凸状部を形
成するエッチング工程を有している。該エッチング工程
は試料２１を加熱し、試料２１の加熱温度は、プラズマ
４０と試料２１とが反応してなる反応生成物又はレジス
トパターン３０がプラズマ４０によりスパッタされてな
る生成物が試料２１の表面上に堆積物として堆積する際
の堆積物の表面移動度が大きくなり始める温度以上で、
且つ堆積物が試料の表面に固着する温度よりも低い温度
に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを用いる
ドライエッチング方法及びそれを用いたドライエッチン
グ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇ
ａ）又はインジウム（Ｉｎ）等のIII 族元素とＶ族元素
との化合物からなる半導体は、バンドギャップエネルギ
ーが比較的に大きい、いわゆるワイドギャップを有する
直接遷移型の半導体であり、可視光から紫外領域までが
発光可能な発光材料として最も有望視されている。

【０００３】なかでも、短波長帯域の発光光を出力可能
な光半導体装置は、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のIII-Ｖ
族窒化物半導体を材料としており、結晶学的に優れた製
造方法が求められている。幾つかの製造方法うち化学的
気相堆積(ＭＯＣＶＤ：Metalorganic Chemical Vapor P
hase Deposition)法は、産業レベルで実現できる有力な
手法として、各方面で研究開発が進められている。

【０００４】窒化ガリウム系半導体を用いたダイオード
素子又はレーザ素子は、通常、結晶成長して得られた積
層体の上部に断面凸状のリッジ部を設けることにより、
素子に注入される電流の経路を狭窄して、該素子の発光
効率を高める構成が採られている。このリッジ部の一般
的な加工法はドライエッチングである。

【０００５】図４は従来の典型的な窒化ガリウム系半導
体レーザ素子の断面構成を示している。図４に示すよう
に、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、サファイアからなる
基板１０１の上に、ｎ型コンタクト層１０２、ｎ型クラ
ッド層１０３、ｎ型光ガイド層１０４、量子井戸活性層
１０５、ｐ型光ガイド層１０６、ｐ型クラッド層１０７
及びｐ型コンタクト層１０８を順次成長して形成する。
ｐ型コンタクト層１０８上には、金属からなるｐ側電極
１０９が形成され、ｎ型コンタクト層１０２におけるｐ
側電極１０９の側方の露出領域上には、金属からなるｎ
側電極１１０が形成されている。量子井戸活性層１０５
は、井戸層と障壁層とが各層厚を原子層レベルで制御さ
れて交互に設けられている。

【０００６】また、図４に示すように、ｐ側電極１０９
からｐ型クラッド層１０７又はｐ型光ガイド層１０６の
上部までが、断面凸状を有するリッジ部１２０として加
工されている。このリッジ部１２０は、前述したよう
に、注入電流の経路を狭窄して発光効率を高め、発振し
きい値電流を低減する効果をもたらす。

【０００７】発光効率を決定するリッジ部１２０を設計
する際の重要な設計パラメータとして、ｐ型クラッド層
１０７又はｐ型光ガイド層１０６をリッジ形状に加工す
る際に半導体層の下部に残す残し厚がある。

【０００８】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、残し厚ｄの３
態様であって、図５（ａ）は残し厚ｄが比較的に厚いｄ
_a である場合を示し、図５（ｂ）は残し厚ｄが比較的に
薄いｄ_b である場合を示し、図５（ｃ）は残し厚ｄが負
の値ｄ_c である場合、すなわちリッジ部１２０の下部表
面が量子井戸活性層１０５の内部に達している場合を示
している。ここでは、残し厚ｄを、リッジ部１２０が形
成された後に残すｐ型クラッド層１０７又はｐ型光ガイ
ド層１０６の下部の表面から量子井戸活性層１０５の上
面までと定義する。

【０００９】残し厚ｄの最適値は、半導体レーザ素子の
構造によって変わり、一意には決まらない。しかしなが
ら、一般には、図５（ｃ）のように残し厚ｄ_c が負の値
となる場合は好ましくないとされている。

【００１０】さらに、残し厚ｄの値だけではなく、リッ
ジ部１２０のエッチング深さｅ（＝ｅ_a 、ｅ_b 、ｅ_c ）
の面内一様性が、レーザ光の横モード制御に対して重要
となる。これは、リッジ部１２０と該リッジ部１２０の
側方にエッチングされてなる空間との屈折率差が、横モ
ード制御に対して重要となるからである。

【００１１】ところで、ドライエッチングプロセスにお
ける表面反応として、４つの反応素過程が考えられる。

【００１２】第１は、飛来し吸着した反応性ラジカルに
よる等方的な熱励起型化学反応である。

【００１３】第２は、十分に大きな運動エネルギーを持
って飛来する非反応性イオンによる異方的な物理スパッ
タリング反応、又は反応性イオンによる異方的な化学ス
パッタリング反応である。

【００１４】第３は、吸着した反応性ラジカルによる熱
励起型化学反応が、該反応性ラジカルと同時に入射され
る高エネルギーイオンによって加速される異方的なイオ
ンアシストエッチング反応である。

【００１５】第４は、上記のエッチング反応に加え、堆
積性中性粒子が飛来して、試料の表面上に吸着するとい
うデポジション（堆積）である。堆積性中性粒子には、
試料の表面反応により生成され、気相中に放出された反
応生成物、又はイオンによりスパッタリングされたレジ
スト材を含む粒子等からなる中性粒子が挙げられる。

【００１６】さて、同一のイオン種を試料表面に照射し
た場合であっても、表面状態が異なるとそれぞれ異なる
反応が生じる。すなわち、吸着ラジカルが存在しない清
浄な試料表面に対しては、スパッタリング反応が生じ
る。これに対し、反応性ラジカル層があらかじめ試料表
面に形成されている場合には、イオンアシストエッチン
グ反応が起こり得るため、エッチングが飛躍的に促進さ
れる。一方、試料の表面に堆積物が堆積している場合に
は、エッチングが抑制される。

【００１７】また、吸着中性粒子層は、反応性中性粒子
又は堆積性中性粒子により構成される。吸着中性粒子層
は、気相からの飛来による吸着、吸着中性粒子の再放
出、表面拡散及び表面反応による放出等の各過程の相互
バランスによって決定される。

【００１８】また、これらの吸着中性粒子層の試料表面
に対する被覆率が、イオン入射との相互作用において、
エッチングレートに対し重要な役割を果たすという考え
方は、例えば、メイヤらの論文に溯ることができる（T.
M.Mayer and R.A.Barker:"Simulation of Plasma-Assis
ted Etching Processes by Ion-Beam Technique", J.Va
c. Sci. & Technol., vol.21, pp.757-763, 1982)。

【００１９】さらに、上述の４つの反応素過程を取り込
み、試料表面における最大のデポジションレートと、デ
ポジションによる堆積膜のエッチングレートとの大小関
係から、エッチングが生じるか又はデポジションが生じ
るかを判断するという現象論的なアプローチが提案され
ている（K. Harafuji, and A.Misaka: "Dry EtchingTop
ography Simulator with a New Surface Reaction Mode
l", IEEE Trans. Electron Devices, vol.42, pp.1903-
1911, 1995)。

【００２０】以上説明したように、ドライエッチングプ
ロセスの表面反応は、エッチングとデポジションとの競
合反応である。

【００２１】このようなドライエッチングの特性によ
り、試料の上部にリッジ部１２０を形成する際には、図
６に示すように、リッジ部１２０の下部側面とその周辺
部とが接続してなる隅部Ｂに、ディッピング又はトレン
チングと呼ばれるエッチング異常がしばしば生じる。具
体的には、リッジ部１２０の隅部Ｂが他の領域と比べて
選択的にエッチングされてしまい、エッチングの先端が
量子井戸活性層１０５にまで達する場合がある。当然な
がら、エッチング深さも一様でなくなるため、面内一様
性が大きく劣化する。

【００２２】図７を用いて、上述したディッピング又は
トレンチングが生じる原因を説明する。図７はドライエ
ッチングプロセスの開始から終了までの間に、リッジ部
１２０を形成する際の試料表面に堆積する非反応性粒
子、すなわち堆積性中性粒子の堆積量を積算した場合の
積算分布１２１を模式的に示している。

【００２３】図７に示すように、中性粒子１３１は電気
的に中性であるため、試料の上方に生成されているプラ
ズマ中から等方的な角度分布を持って試料の表面に飛来
する。ところが、リッジ部１２０を形成する領域におい
ては、中性粒子１３１が飛来する飛来見込み角（立体
角）が場所によって異なるため、積算分布１２１も異な
る。

【００２４】すなわち、試料表面における平面領域Ｃに
おいては、飛来見込み角α_C は１８０°度である。ま
た、リッジ部１２０の上部の角部Ａにおける飛来見込み
角α_Aは２７０°と平面領域Ｃにおける飛来見込み角α_C
よりも大きい。これにより、中性粒子１３１の角部Ａ
における積算分布１２１は平面領域Ｃのそれよりも大き
くなる。これに対し、隅部Ｂにおける飛来見込み角α_B
は９０°と平面領域Ｃにおける飛来見込み角α_C よりも
小さい。その結果、隅部Ｂにおける積算分布１２１は平
面領域Ｃの積算分布１２１よりも小さくなる。

【００２５】一方、電荷を持つイオン１３２は立体角に
多少の広がりは持つものの、試料の表面に対してほぼ垂
直に入射する。ここで、リッジ部１２０の隅部Ｂに着目
すると、隅部Ｂにおいては、飛来して堆積する中性粒子
１３１の堆積分布１２１が極めて小さいため、イオン１
３２によるエッチング反応が、該エッチング反応を阻止
する反応と比べて十分に大きくなる。その結果、隅部Ｂ
におけるエッチング量が他の領域Ａ及び領域Ｃと比べて
大きくなる。すなわち、イオンアシストエッチング反応
が優勢となり、隅部Ｂにディッピング又はトレンチング
が形成される割合が大きくなる。

【００２６】平面領域Ｃにおける堆積分布１２１は、隅
部Ｂから離れるに連れて徐々に大きくなって定常値に近
づく。すなわち、隅部Ｂから離れるに連れて、イオン１
３２によるエッチング反応量はそれ程変化しないもの
の、エッチングを阻止する量が大きくなるため、これら
エッチングの反応量と阻止量とが合算される結果、エッ
チング速度は減少する。これにより、リッジ部１２０を
形成した後の形状は、図６に示されるような、隅部Ｂに
ディッピング又はトレンチングが生じ、さらにはエッチ
ングの先端が量子井戸活性層１０５にまで達する形状と
なると共に、隅部Ｂから離れるに従って、エッチング量
が減少し一定値に落ち着く形状となる。

【００２７】このようなディッピング又はトレンチング
を克服するために、第１の従来例として、図８に示すよ
うに、残し厚ｄを便宜的に最適値よりも大きく採るよう
にして、すなわちエッチング深さｅを最適値よりも小さ
く採って、エッチングの先端が量子井戸活性層１０５に
まで達しないようにエッチングを行なっている。

【００２８】また、ディッピング又はトレンチングを克
服する第２の従来例として、図９に示される構成がある
（倉本他：２００１年春季第４８回応用物理学関係連合
講演会、28p-E-11）。

【００２９】図９に示すように、リッジ部１２０を、下
地層１０７ａと選択成長層１０７ｂとからなるｐ型クラ
ッド層１０７により構成している。この選択成長層１０
７ｂは、ＭＯＣＶＤ法により下地層１０７ａまでを成膜
した後、III-Ｖ族窒化物半導体が実質的に成長しない材
料、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）等からなり、スト
ライプ状で開口幅Ｗの開口部を持つマスクパターン１２
２を下地層１０７ａの上に選択的に形成する。その後、
再度ＭＯＣＶＤ法により、マスクパターン１２２の開口
部から選択成長層１０７ｂを再成長することにより形成
される。これにより、リッジ厚Ｄで且つリッジ幅Ｗを持
つリッジ部１２０が形成される。

【００３０】ところで、第３の従来例として、III-Ｖ族
窒化物半導体のエッチングプロセスにおける基板温度依
存性の議論は既になされている。これによれば、塩素
（Ｃｌ ₂ ）、水素（Ｈ₂ ）及びアルゴン（Ａｒ）を用い
た誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による窒化ガリウム
（ＧａＮ）と窒化インジウム（ＩｎＮ）との各エッチン
グ速度が調べられており、そのなかで、窒化ガリウムの
エッチレートは、窒化インジウムのエッチレートと比べ
て大きく、この理由は、反応生成物である塩化ガリウム
（ＧａＣｌ₃ ）が塩化インジウム（ＩｎＣｌ₃ ）と比べ
て揮発し易いからであるということが指摘されている。

【００３１】また、基板温度を上げると、塩化インジウ
ムの揮発性が高くなって、窒化インジウムのエッチング
速度が増大し、その上、表面モフォロジーが改善される
ことは既に指摘されている(S.J.Pearton, R.J.Shul and
F.Shul: Internat Journalof Nitride Semiconductor
Research, vol.5 article 11, 2000)。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】前記第１の従来例は、
残し厚ｄを便宜的に最適値よりも大きく採るようにし
て、すなわちエッチング深さｅを最適値よりも小さく採
って、エッチングの先端が量子井戸活性層１０５にまで
達しないように注意しながらエッチング加工を行なって
いる。しかしながら、このような方法では、残し厚ｄを
最適値に設定するという設計の観点からもレーザ素子の
最適化を行なうことが困難である。その上、エッチング
深さｅの面内一様性も劣悪であるため、横モード制御を
確実に行なうことができないという問題がある。

【００３３】また、前記第２の従来例は、絶縁膜からな
るマスクパターン１２２を形成する必要があるため、下
地層１０７ａで結晶成長を止め、成膜装置から基板を一
旦取り出してマスクパターン１２２を形成する必要があ
る。その後、マスクパターン１２２が形成された基板を
成膜装置に再度投入し、選択成長層１０７ｂを再成長す
る必要があるため、下地層１０７ａの露出面が荒れた状
態となり、再成長後の選択成長層１０７ｂは欠陥が多
く、良好な結晶品質を得られにくいという問題がある。

【００３４】また、前記第３の従来例は、窒化ガリウム
系半導体のリッジ部を得るためのエッチングプロセスに
おいて、リッジ部の隅部に生じるトレンチング現象の解
消及び残し厚の制御性を向上する解決策は提示されてい
ない。さらに、第３の従来例は、反応生成物の揮発を促
進させて表面モフォロジーの改善を目標としているもの
の、反応生成物の揮発性が低い場合には適用できない。

【００３５】本発明は、前記従来の問題に鑑み、結晶品
質を劣化させることなく、リッジ部における残し厚の制
御性とエッチング深さの面内一様性とを共に向上させる
ことを目的とする。

【００３６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係るドライエッチング法は、上面にマスク
パターンが形成された試料に対して、プラズマによるド
ライエッチングを行なうことにより、試料の上部に断面
凸状部を形成するエッチング工程を備え、エッチング工
程は試料を加熱する工程を含み、試料の加熱温度は、プ
ラズマと試料とが反応してなる反応生成物又はマスクパ
ターンがプラズマによりスパッタされてなる生成物が試
料の表面上に堆積物として堆積する際の堆積物の表面移
動度が大きくなり始める温度以上で、且つ、堆積物が試
料の表面に固着する温度よりも低い温度に設定する。

【００３７】本発明のドライエッチング法によると、エ
ッチング工程が試料を加熱する工程を含み、試料の加熱
温度を、プラズマと試料とが反応してなる反応生成物又
はマスクパターンがプラズマによりスパッタされてなる
生成物が試料の表面上に堆積物として堆積する際の堆積
物の表面移動度が大きくなり始める温度以上で、且つ、
堆積物が試料の表面に固着する温度よりも低い温度に設
定する。このため、試料の表面上において、特に、気相
からの中性粒子の吸着及び気相への再放出の繰り返しの
頻度が増大したり、表面拡散、すなわちマイグレーショ
ンが加速することにより、堆積性中性粒子の堆積分布が
一様となる。このため、試料の上方からほぼ垂直に入射
するイオンによる凸状部の側面の隅部におけるエッチン
グ速度が、試料表面上の平坦な領域と同等となるので、
隅部にのみエッチングが集中することがなくなり、該隅
部に生じるディッピング又はトレンチングを確実に防止
することができる。その結果、リッジ部における残し厚
の制御性とエッチング深さの面内一様性とが共に向上す
る。この現象は基板温度の増加と共に活発となる。

【００３８】本発明のドライエッチング法において、マ
スクパターンがレジスト材からなり、加熱温度が約６０
℃以上で且つ約１８０℃以下であることが好ましい。こ
のようにすると、通常用いられるレジスト材からマスク
パターンを形成する場合に、加熱温度を上記の範囲に設
定することにより、堆積性中性粒子の堆積分布の一様性
を確実に得ることができる。

【００３９】本発明のドライエッチング法において、試
料における雰囲気の圧力が約１０Ｐａ以下であることが
好ましい。

【００４０】本発明のドライエッチング法において、堆
積物が試料における凸状部の表面及び該凸状部の周辺部
上にほぼ一様に分布することが好ましい。

【００４１】この場合に、エッチング工程の任意の時点
における堆積物の堆積厚さは約５ｎｍ以下であることが
好ましい。

【００４２】本発明のドライエッチング法において、試
料がIII-Ｖ族窒化物半導体からなることが好ましい。

【００４３】本発明に係るドライエッチング装置は、チ
ャンバと、チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生
成手段と、チャンバ内に設けられ、固定手段により試料
を固定して保持する試料台と、試料を加熱する加熱手段
と、試料に自己バイアス電圧を生成する高周波電力源と
を備えている。

【００４４】本発明のドライエッチング装置によると、
試料を加熱する加熱手段を備えているため、試料の加熱
温度を、プラズマと試料とが反応してなる反応生成物又
はマスクパターンがプラズマによりスパッタされてなる
生成物が試料の表面上に堆積物として堆積する際の堆積
物の表面移動度が大きくなり始める温度以上で、且つ、
堆積物が試料の表面に固着する温度よりも低い温度に設
定することにより、本発明に係るドライエッチング方法
を確実に実現することができる。

【００４５】本発明のドライエッチング装置において、
加熱手段がヒータ又はランプであることが好ましい。

【００４６】この場合に、ランプが紫外光を照射可能で
あることが好ましい。

【００４７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について図面
を参照しながら説明する。

【００４８】図１は本発明に係るドライエッチング方法
及び該ドライエッチング方法を実現する誘導結合型プラ
ズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）イオンエ
ッチング装置を模式的に示している。

【００４９】図１に示すように、ＩＣＰイオンエッチン
グ装置は、上部に開口部を持つ金属からなるチャンバ本
体部８０と、該チャンバ本体部８０の開口部と気密に接
続されたガラスからなるチャンバ蓋部８１とにより構成
されるチャンバ６１を備えている。チャンバ蓋部８１の
上には、プラズマ４０を生成するらせん状の誘導コイル
６２が設けられている。また、チャンバ本体部８０の底
部には誘導コイル６２と対向するように、陰極（カソー
ド）となる試料台６３が設けられている。

【００５０】試料台６３の内部には、試料２１を加熱す
るための加熱手段としてのヒータ６４が設けられてお
り、試料台６３の上面には試料２１を試料台６３と密着
して固定するための固定手段であるクランプ６５が設け
られている。なお、ヒータ６４は、必ずしも試料台６３
の内部に設けられている必要はなく、試料台６３の外部
に設けられていてもよい。

【００５１】さらに、試料台６３には、カップリングコ
ンデンサ６６及びインピーダンス整合回路（図示せず）
を介して、試料２１に自己ＤＣバイアス電圧を生成する
高周波電力源６７と、試料２１の温度を計測する熱電対
温度計６８とが接続されている。

【００５２】さらに、ＩＣＰイオンエッチング装置は、
チャンバ６１に設けられ、反応性ガスの流量を調節する
ガスコントローラ６９と、排気装置７０とを備えてお
り、これらガスコントローラ６９及び排気装置７０とに
より、チャンバ６１内の圧力は所定の値に設定される。
また、チャンバ６１の内壁の上部には、スペクトル法を
用いるエッチング終点検出器７１が設けられており、試
料２１におけるプラズマエッチングの終点を判定するこ
とができる。

【００５３】良く知られているように、カソードである
試料台６３の近傍にあっては、試料台６３に印加した高
周波電力により自己ＤＣバイアス電圧が生成され、この
自己ＤＣバイアス電圧により試料台６３は負に帯電し、
試料台６３の上面に対して垂直で且つ強い電界、いわゆ
るイオンシースが形成される。このイオンシースによ
り、負電荷を持つ電子は反発されて電子密度はほぼ０と
なり、一方、正電荷を持つ正イオンは試料台６３に向か
って加速されるようにして、試料台６３の上に輸送され
る。

【００５４】本実施形態に係る試料２１は、III-Ｖ族窒
化物半導体からなる半導体レーザ素子の製造段階であっ
て、一例として、サファイアからなる基板１１上に、Ｍ
ＯＣＶＤ法等により順次成膜された、ｎ型窒化ガリウム
（ＧａＮ）からなるｎ型コンタクト層１２、ｎ型窒化ア
ルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるｎ型クラッ
ド層１３、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｎ型光
ガイド層１４、窒化ガリウム（ＧａＮ）と窒化インジウ
ムガリウム（ＩｎＧａＮ）の積層体からなる量子井戸活
性層１５、ｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｐ型光
ガイド層１６、ｐ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧ
ａＮ）からなるｐ型クラッド層１７、ｐ型窒化ガリウム
（ＧａＮ）からなるｐ型コンタクト層１８を含むエピタ
キシャル層と、ｐ型コンタクト層１８の上にスパッタ法
等により成膜されたニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）から
なるｐ側電極１９とにより構成されている。

【００５５】ｐ側電極１９の上には、図面の手前から奥
に向けて延びるストライプ状のレジストパターン３０が
選択的に形成されており、該レジストパターン３０をマ
スクとして、ｐ側電極１９からｐ型クラッド層１７の上
部までをエッチングすることにより、試料２１にリッジ
部２０が形成される。

【００５６】本実施形態においては、チャンバ６１内に
導入する反応性ガスとして、流量が約４０ｍｌ／ｍｉｎ
（０℃、１ａｔｍ）の塩素（Ｃｌ₂ ）ガスと、流量が約
２０ｍｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）の四塩化ケイ素
（ＳｉＣｌ₄ ）とを用いており、チャンバ６１内の圧力
は約１Ｐａとしている。ここで、反応性ガスとして、塩
素及び四塩化ケイ素に代えて、臭化水素（ＨＢｒ）、臭
化ヨウ素（ＩＢｒ）又は塩化ホウ素（ＢＣｌ₃ ）等を用
いても十分に効果がある。なお、チャンバ６１内の圧力
は１０Ｐａ以下に設定することが好ましい。

【００５７】さらに、本実施形態の特徴として、ヒータ
６４により試料台６３を加熱して、試料２１の温度を約
８０℃としている。

【００５８】図２（ａ）は本実施形態に係るエッチング
方法において、エッチングプロセスの開始から終了まで
の間に、リッジ部２０を形成する際の試料表面に堆積す
る非反応性粒子、すなわち堆積性中性粒子の堆積量を積
算した場合の積算分布２２を模式的に示している。図２
（ａ）において、図１に示す構成部材と同一の構成部材
には同一の符号を付している。図２（ａ）に示すよう
に、試料２１のリッジ部２０の上端における角部Ａ、リ
ッジ部２０の下部側面とその周辺部とが接続してなる隅
部Ｂ及び基板面に沿った平面領域Ｃにおいて、従来のよ
うに試料２１を加熱しない場合と比較して、試料２１の
表面に沿って、積層分布２２が極めて一様となっている
ことが分かる。

【００５９】なお、図２（ａ）において、イオンによる
試料２１に対するエッチング速度は堆積物の成長速度よ
りも大きい。

【００６０】エッチング中の任意の時点における堆積物
の厚さの最大値は、基板温度を約６０℃とした場合には
５ｎｍ程度となり、基板温度を約８０℃とした場合には
約３ｎｍとなり、基板温度を上昇するにつれて表面上の
厚さの最大値は減少する。特に、一定の速度で均一なエ
ッチングを行なうためには、エッチングガスが試料２１
の表面に到達することができる厚さとして、エッチング
中の任意の時点における堆積物の厚さを約５ｎｍ以下と
する必要がある。このようにすると、図２（ｂ）に示す
ように、エッチング反応が進行して、リッジ部２０を確
実に凸部形状とすることができる。なお、図２（ｂ）は
リッジ部２０上のレジストパターン３０を除去した後の
断面構成を示している。

【００６１】以下、試料２１を加熱した場合に、堆積物
の積算分布２２が試料２１のリッジ部２０の表面に沿っ
て一様となる理由を図面に基づいて説明する。

【００６２】図３（ａ）は本実施形態に係るドライエッ
チング方法を用いた場合における堆積物の積算堆積量の
厚さの立体角依存性を示し、図３（ｂ）はその場合の試
料２１のエッチング中の断面構成を示している。また、
図３（ｃ）は比較用であって、試料２１を加熱しない場
合における堆積物の積算堆積量の厚さの立体角依存性を
示し、図３（ｄ）はその場合のエッチング中の断面構成
を示している。ここでも、図２（ａ）に示す構成部材と
同一の構成部材には同一の符号を付している。

【００６３】図３（ａ）及び図３（ｃ）から分かるよう
に、試料２１に対して、堆積物の表面移動度が大きくな
り始める温度以上で、且つその堆積物が試料２１の表面
に固着する温度よりも低い温度で加熱することにより、
堆積物を構成する粒子の表面拡散速度が増大する。すな
わち堆積物を構成する粒子のマイグレーションが加速さ
れて、堆積物の比較的に厚い部分から薄い部分へと粒子
が移動する。ちなみに、図３（ａ）に示す堆積物の堆積
量の積分値（総量）と、図３（ｃ）に示す堆積物の堆積
量の積分値とはほぼ同等である。

【００６４】ここで、チャンバ６１内の圧力が１Ｐａ程
度と十分に低いため、イオンは多少の広がりは持つもの
の、試料２１の上面に対してほぼ垂直に入射する。この
ため、エッチング中において、リッジ部２０の隅部に着
目した場合に、該隅部とその外側の平面領域とにおける
エッチング環境が実質的に同一となるので、隅部と平面
領域とにおけるエッチング速度はほぼ同一となる。その
結果、リッジ部２０の隅部に、ディッピング又はトレン
チング等のエッチング異常が生じなくなり、試料２１に
おけるリッジ部２０の側方領域には基板面に対してほぼ
平行な表面を得ることができる。その結果、リッジ部２
０における残し厚の制御性とエッチング深さの面内一様
性とが共に向上する。

【００６５】なお、本実施形態においては、試料２１を
加熱する方法として試料台６３をヒータ６４により加熱
しているが、試料２１の表面をランプ光で加熱すること
によっても同様の効果を得ることができる。ここでは、
試料２１の加熱温度の制御範囲が約６０℃〜約１８０℃
と比較的に広いことから、厳密な温度制御が必要とされ
ないため、ランプ光により試料２１を加熱してもよい。

【００６６】ランプ光を用いた場合には、試料２１の表
面のみを加熱することが可能となるため、チャンバ６１
の内壁面から離脱したエッチング生成物が試料２１の表
面に再吸着することを抑止することができるため、安定
したエッチングが可能となる。

【００６７】また、試料２１の表面に紫外光を照射し
て、試料２１に熱エネルギーだけでなく光エネルギーを
与えることにより、試料２１の表面に堆積する堆積物の
構成粒子のマイグレーションを加速することができる。
その結果、加熱温度が６０℃程度であっても、安定した
エッチングを行なえるようになり、内壁面から離脱した
エッチング生成物の試料表面への再吸着をさらに抑制す
ることができる。

【００６８】また、本実施形態においては、プラズマ発
生方法としてＩＣＰ法を用いたが、ＩＣＰ法を用いると
本発明の効果が顕著に現われるということであって、Ｉ
ＣＰ法と同じく、プラズマを発生する高周波電源と、自
己ＤＣバイアス電圧を生成する試料台６３に印加する高
周波電源とを独立に備えた電子サイクロトロン共鳴（El
ectron Cyclotron Resonance：ＥＣＲ）法を用いるＥＣ
Ｒプラズマドライエッチング装置に対しても、また、平
行平板型反応性イオンエッチング装置に対しても、十分
に大きい効果を得ることができる。

【００６９】さらに、本実施形態においては、試料温度
を約８０℃としているが、この場合に本発明の効果が著
しいということであって、試料２１の加熱温度の最低温
度は、表面反応により生成され気相中に放出された反応
生成物、イオンによりスパッタされたレジスト材又はこ
れらの混合物がエッチング途中の試料表面に堆積物とし
て堆積した際に、堆積物が試料表面において、その表面
移動度が大きくなり始める温度である。また、試料２１
の加熱温度の最高温度は、堆積物が試料表面に変質して
固着する等により、表面移動度が著しく減少する温度よ
りも十分に低い温度である。すなわち、試料２１の加熱
温度を約６０℃〜約１８０℃の間、より好ましくは約６
０℃〜約１５０℃に設定しても、十分に大きい効果を得
られることを確認している。

【００７０】なお、通常用いられるレジスト材において
は、加熱温度が約１５０℃〜約１８０℃を超えると、ガ
ラス化反応が生じるため、レジスト成分を多く含む堆積
物の吸着及び気相への再放出の繰り返し頻度が減少した
り、表面拡散（マイグレーション）現象が低下したりす
る。

【００７１】また、試料２１にIII-Ｖ族窒化物半導体を
用いたが、これに限られず、他の半導体を含む試料であ
ってもよい。

【００７２】

【発明の効果】本発明に係るドライエッチング方法によ
ると、試料の上方からほぼ垂直に入射するイオンによる
凸状部の側面の隅部におけるエッチング速度が、試料表
面上の平坦な領域と同等となるため、隅部にのみエッチ
ングが集中することがなくなるので、該隅部に生じるデ
ィッピング又はトレンチングを確実に防止することがで
きる。その結果、リッジ部における残し厚の制御性とエ
ッチング深さの面内一様性とが共に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るドライエッチング方
法及び該ドライエッチング方法を実現する誘導結合型プ
ラズマイオンエッチング装置を示す模式的な断面図であ
る。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る
ドライエッチング方法を用いたリッジ部形成工程におけ
る試料を示し、（ａ）はエッチングによる堆積物の積算
分布を示した断面図であり、（ｂ）はエッチング後の断
面図である。

【図３】（ａ）は本発明の一実施形態に係るドライエッ
チング方法における堆積物の積算堆積量の立体角依存性
を示すグラフである。（ｂ）は本発明の一実施形態に係
るドライエッチング方法における堆積物の積算分布を示
す模式的な断面図である。（ｃ）は比較用であって、試
料を加熱しない場合のドライエッチング方法における堆
積物の積算堆積量の立体角依存性を示すグラフである。
（ｄ）は比較用であって、試料を加熱しない場合のドラ
イエッチング方法における堆積物の積算分布を示す模式
的な断面図である。

【図４】第１の従来例に係る窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子の断面構成を示す断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は第１の従来例に係る窒化ガリ
ウム系半導体レーザ素子のリッジ部形成中の３態様を示
す断面図である。

【図６】第１の従来例に係る窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子のリッジ部に生じたエッチング異常を示す断面図
である。

【図７】第１の従来例に係る窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子のリッジ部にエッチング異常が生じるメカニズム
を示す断面図である。

【図８】第１の従来例に係る窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子のリッジ部に生じたエッチング異常を示す断面図
である。

【図９】第２の従来例に係る窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子のリッジ部を示す断面図である。

【符号の説明】

１２ 基板 １３ ｎ型クラッド層 １４ ｎ型光ガイド層 １５ 量子井戸活性層 １６ ｐ型光ガイド層 １７ ｐ型クラッド層 １８ ｐ型コンタクト層 １９ ｐ側電極 ２０ リッジ部 ２１ 試料 ３０ レジストパターン ４０ プラズマ ６１ チャンバ ６２ 誘導コイル（プラズマ生成手段） ６３ 試料台 ６４ ヒータ（加熱手段） ６５ クランプ（固定手段） ６６ カップリングコンデンサ ６７ 高周波電力源 ６８ 熱電対温度計 ６９ ガスコントローラ ７０ 排気装置 ７１ エッチング終点検出器 ８０ チャンバ本体部 ８１ チャンバ蓋部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伴 雄三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F004 BA20 BB26 BD03 CA04 CA06 DA00 DA04 DA11 DA13 DB08 DB19 5F073 AA11 AA13 CA02 CA07 CB05 DA24 DA26 EA15 EA18

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面にマスクパターンが形成された試料
   に対して、プラズマによるドライエッチングを行なうこ
   とにより、前記試料の上部に断面凸状部を形成するエッ
   チング工程を備え、 前記エッチング工程は前記試料を加熱する工程を含み、 前記試料の加熱温度は、前記プラズマと前記試料とが反
   応してなる反応生成物又は前記マスクパターンが前記プ
   ラズマによりスパッタされてなる生成物が前記試料の表
   面上に堆積物として堆積する際の前記堆積物の表面移動
   度が大きくなり始める温度以上で、且つ、前記堆積物が
   前記試料の表面に固着する温度よりも低い温度に設定す
   ることを特徴とするドライエッチング方法。
2. 【請求項２】 前記マスクパターンはレジスト材からな
   り、 前記加熱温度は、約６０℃以上で且つ約１８０℃以下で
   あることを特徴とする請求項１に記載のドライエッチン
   グ方法。
3. 【請求項３】 前記試料における雰囲気の圧力は、約１
   ０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記
   載のドライエッチング方法。
4. 【請求項４】 前記堆積物は、前記試料における前記凸
   状部の表面及び該凸状部の周辺部上にほぼ一様に分布す
   ることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項
   に記載のドライエッチング方法。
5. 【請求項５】 前記エッチング工程の任意の時点におけ
   る前記堆積物の堆積厚さは約５ｎｍ以下であることを特
   徴とする請求項４に記載のドライエッチング方法。
6. 【請求項６】 前記試料はIII-Ｖ族窒化物半導体からな
   ることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項
   に記載のドライエッチング方法。
7. 【請求項７】 チャンバと、 前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成手段
   と、 前記チャンバ内に設けられ、固定手段により試料を固定
   して保持する試料台と、 前記試料を加熱する加熱手段と、 前記試料に自己バイアス電圧を生成する高周波電力源と
   を備えていることを特徴とするドライエッチング装置。
8. 【請求項８】 前記加熱手段は、ヒータ又はランプであ
   ることを特徴とする請求項７に記載のドライエッチング
   装置。
9. 【請求項９】 前記ランプは紫外光を照射可能であるこ
   とを特徴とする請求項８に記載のドライエッチング装
   置。