JP2004235405A - ドライエッチング方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＩｎＰエッチング時に、下地ＩｎＧａＡｓで電極を形成させる工程において、従来、ＨＣＩ溶液を用いてＩｎＰエッチングを実施していたが、近年の素子寸法の微細化に伴いウェットエッチングではエッチング形状不均一による電気特性のバラツキが大きく、面内均一性の向上および基板処理間均一性が課題であった。
【解決手段】燐化インジウムのドライエッチングを実施するときに塩素原子と酸素原子を含んだエッチングガスを用いてドライエッチングし、燐化インジウムガリウムのエッチング速度を低下させ、燐化インジウムと燐化インジウムガリウムの選択比を向上させ、素子の微細加工を行うことで解決できる。
【選択図】 図１
【解決手段】燐化インジウムのドライエッチングを実施するときに塩素原子と酸素原子を含んだエッチングガスを用いてドライエッチングし、燐化インジウムガリウムのエッチング速度を低下させ、燐化インジウムと燐化インジウムガリウムの選択比を向上させ、素子の微細加工を行うことで解決できる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマを用いたドライエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、通信用の高周波デバイスはガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板を用いて、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）とＧａＡｓを組み合わせたヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）高速電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）が実用化されている。無線通信分野の革新的な技術の発展に伴い、ミリメータ波を用いた超高速広帯域通信網に対する需要が増加しており、２８ＧＨｚ‘Ｋａ−ｂａｎｄ’を用いて半径２．７ｋｍ内で、同時に音声、画像会議、デジタル信号を１．３ＧＨｚ帯域幅により伝送するＬＭＤＳ（Ｌｏｃａｌ Ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）は、その一例である。
【０００３】
しかし、このような超高速広帯域通信網を構築するためには、この周波数帯域で動作する超高周波素子の開発、素子の小型化及び高性能化が非常に重要であるため、ＧａＡｓよりも移動度が大きいインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）が次世代の高速デバイスとして用いられようとしている。ＩｎＧａＡｓとの結晶欠陥を少なくするためには格子定数が近い燐化インジウム（ＩｎＰ）が有効である。
【０００４】
以下に従来技術の説明を行う。まず初めに、ウェットエッチングの従来例を説明する。図５のように第１層目のＩｎＰのエッチングは基板１４をエッチング槽１５の塩化水素水溶液１６に入れエッチングされている。塩化水素水溶液１６によるエッチングでは、図６のように第２層目の砒化インジウムガリウム層１８でエッチングが止まり、高選択比エッチングが可能である。
【０００５】
次にドライエッチングの従来例を説明する。
【０００６】
図１にドライエッチング装置の構成図を示す。真空容器１の上部に誘電板５を介して誘導結合コイル４が設置されており、真空容器１内の電極７上に基板６を載置し、ガス導入口１４から真空容器１内に塩化水素ガスを導入しつつ、圧力コントローラー１０で所定の圧力に制御し、真空容器１内にプラズマを発生させ、電極７上に載置された基板６、または基板６上の膜がエッチングされる。ここで、基板６上の膜は第１層目には燐化インジウム１７、第１層目の直下に第２層目の砒化インジウムガリウム１８薄膜が堆積している燐化インジウム基板６である。
【０００７】
プラズマ発生には、高周波電源より誘導結合コイル４に高周波電力を印加し、プラズマを発生させる。真空容器１内のプラズマに存在しているイオンの引き込みのため、下部電極７に高周波電力を印加している。
【０００８】
燐化インジウムのエッチングには、従来からメタンガスと水素ガスの混合ガスが用いられている。
【０００９】
特許文献１から３に記載された発明では、本願の材料が異なるが、砒化インジウムアルミニウムをドライエッチングし、砒化インジウムガリウムでエッチングストップするために、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスにレーザーを照射または電子サイクロトロン共鳴プラズマを用いて、エッチングを促進させている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−３２１７６号公報
【特許文献２】
特開平７−６３３８３号公報
【特許文献３】
特開平６−３３３８８３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１層目の燐化インジウム１７のエッチングで図６のような等方性のエッチングとなるため、マスク寸法に対しての誤差が大きく、また、燐化インジウム１７の形状が基板面内で大きくばらつくため、ウェハ面内のチップ取れ数が少なく、安定していない。特開２００１−２８４３６５に半導体素子のサブミクロンゲート電極の製造方法に関し、特に、自己整合が可能である。非等方性エッチングを含むサブミクロンゲートの製造方法に関するものがあるが、ウェットエッチングのためエッチングレートのバラツキの解消にならない。
【００１２】
また、ドライエッチングにおいても燐化インジウムのエッチングはできるが、砒化インジウムガリウムのエッチングレートは速く、砒化インジウムガリウムもエッチングされ、電極が形成されない。また、特許文献１から３に記載された発明では、砒化ガリウム、砒化アルミニウムガリウムのドライエッチングを対象としているため、燐化インジウムのドライエッチングは不可能である。
【００１３】
そこで本発明では、ウェットエッチングからドライエッチングへの工程変更し、微細化加工および面内ばらつきを抑制させるドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施形態は、第１層が燐化インジウムであり、前記第１層の下層に砒化インジウムガリウムの第２層を有した基板を真空容器内の下部電極に載置し、前記真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気しながら、所定の圧力に調圧することで、真空容器内にプラズマを発生させ、前記基板をエッチングするに際して、真空容器内に導入するガスが塩素原子と酸素原子を含むガスであることを特徴とする。
【００１５】
好適には、誘導結合方式プラズマ源、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ源、ヘリコン波方式プラズマ源、ＶＨＦプラズマ源等の高密度プラズマ源を利用してプラズマを発生させることが望ましい。
【００１６】
また、好適には設定圧力が１Ｐａ以下であることが望ましい。さらに、真空容器内に導入する酸素が全ガス流量の５乃至３０％以下であることが適当である。
【００１７】
好適には、真空容器内に導入するフッ素原子を含むガスが全ガス流量の１０％以下であることが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１に実験で用いたエッチング装置の構成図を示す。
【００１９】
真空容器１の上部に誘電板５を介して誘導結合コイル４が設置されており、真空容器１内の電極７上に基板６を載置し、ガス導入口１４から真空容器１内に塩化水素ガスを導入しつつ、圧力コントローラー１０で所定の圧力に制御し、真空容器１内にプラズマを発生させ、電極７上に載置された基板６、または基板６上の膜がエッチングされる。ここで、基板６上の膜は第１層目には燐化インジウム１７、第１層目の直下に第２層目の砒化インジウムガリウム１８薄膜が堆積している燐化インジウム基板６である。
【００２０】
プラズマ発生には、高周波電源より誘導結合コイル４に高周波電力を印加し、プラズマを発生させる。真空容器１内のプラズマに存在しているイオンの引き込みのため、下部電極７に高周波電力を印加している。
【００２１】
このとき、塩素と酸素の混合ガスを導入すると、第１層目の燐化インジウム１７のエッチングが進んでいく。第１層目の燐化インジウム１７薄膜がエッチングされると第２層目の砒化インジウムガリウム１８層が表れる。砒化インジウムガリウム１８のエッチング速度が燐化インジウム１７のエッチング速度より遅くなり、選択エッチングが可能となる。
【００２２】
図３に燐化インジウムのエッチング速度、砒化インジウムガリウムのエッチング速度、燐化インジウムと砒化インジウムガリウムの選択比の酸素ガス流量依存性を示している。酸素流量を増加させると、燐化インジウムおよび砒化インジウムガリウムのエッチング速度が低下する。燐化インジウムのエッチング速度よりも砒化インジウムガリウムのエッチング速度の低下が著しいため燐化インジウムと砒化インジウムガリウムの選択比が向上し、電極形成が可能になる。
【００２３】
塩素ガスに添加する酸素ガス流量は総流量に対して５乃至３０％が有効である。
【００２４】
また、塩素ガスおよび酸素ガスを含むエッチングガスにフッ素を導入することで、燐化インジウム１７のエッチング速度よりも砒化インジウムガリウム１８のエッチング速度がさらに遅くなる（図４）。実施例では四フッ化炭素を使用した。ここで、フッ素を含むガスは全ガス流量に対して０乃至１０％が有効である。
【００２５】
また、実施例で発生する反応生成物の蒸気圧が高いため、高真空が必要であるため、真空容器１内の圧力は１Ｐａ以下が適当である。
【００２６】
ここで、プラズマ源を発生させる手段として、誘導結合方式プラズマ源について説明したが、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ源、ヘリコン波方式プラズマ源、ＶＨＦプラズマ源等の高密度プラズマ源を利用しても同等の性能が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、塩素原子および酸素原子を含むガスを用いることによって、燐化インジウム対砒化インジウムガリウムの選択比が向上し、さらに面内のバラツキおよび基板間のバラツキを抑制することができ、素子の微細化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いたドライエッチング装置の模式図
【図２】本発明で用いたドライエッチング装置でエッチングした燐化インジウムのエッチング形状を示す図
【図３】本発明で実施した燐化インジウムと砒化インジウムガリウムの選択比の酸素流量依存性を示す図
【図４】本発明で実施した燐化インジウムと砒化インジウムガリウムの選択比の四フッ化炭素流量依存性を示す図
【図５】従来から用いられている塩化水素水溶液でのウェットエッチングを示す図
【図６】従来の手法でエッチングした燐化インジウムのエッチング形状を示す図
【符号の説明】
１ 真空容器
２ 誘導結合コイル印加用高周波電源
３ 誘導結合コイル用マッチングＢＯＸ
４ 誘導結合コイル
５ 誘電板（石英板）
６ 基板
７ 下部電極
８ 下部電極用高周波電源
９ 下部電極印加用高周波電源
１０ 圧力コントローラー
１１ ターボ分子ポンプ
１２ａ Ｃｌ２ボンベ
１２ｂ Ｏ２ボンベ
１４ 基板
１５ エッチング槽
１６ 塩化水素水溶液
１７ 第１層燐化インジウム
１８ 第２層砒化インジウムガリウム
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマを用いたドライエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、通信用の高周波デバイスはガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板を用いて、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）とＧａＡｓを組み合わせたヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）高速電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）が実用化されている。無線通信分野の革新的な技術の発展に伴い、ミリメータ波を用いた超高速広帯域通信網に対する需要が増加しており、２８ＧＨｚ‘Ｋａ−ｂａｎｄ’を用いて半径２．７ｋｍ内で、同時に音声、画像会議、デジタル信号を１．３ＧＨｚ帯域幅により伝送するＬＭＤＳ（Ｌｏｃａｌ Ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）は、その一例である。
【０００３】
しかし、このような超高速広帯域通信網を構築するためには、この周波数帯域で動作する超高周波素子の開発、素子の小型化及び高性能化が非常に重要であるため、ＧａＡｓよりも移動度が大きいインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）が次世代の高速デバイスとして用いられようとしている。ＩｎＧａＡｓとの結晶欠陥を少なくするためには格子定数が近い燐化インジウム（ＩｎＰ）が有効である。
【０００４】
以下に従来技術の説明を行う。まず初めに、ウェットエッチングの従来例を説明する。図５のように第１層目のＩｎＰのエッチングは基板１４をエッチング槽１５の塩化水素水溶液１６に入れエッチングされている。塩化水素水溶液１６によるエッチングでは、図６のように第２層目の砒化インジウムガリウム層１８でエッチングが止まり、高選択比エッチングが可能である。
【０００５】
次にドライエッチングの従来例を説明する。
【０００６】
図１にドライエッチング装置の構成図を示す。真空容器１の上部に誘電板５を介して誘導結合コイル４が設置されており、真空容器１内の電極７上に基板６を載置し、ガス導入口１４から真空容器１内に塩化水素ガスを導入しつつ、圧力コントローラー１０で所定の圧力に制御し、真空容器１内にプラズマを発生させ、電極７上に載置された基板６、または基板６上の膜がエッチングされる。ここで、基板６上の膜は第１層目には燐化インジウム１７、第１層目の直下に第２層目の砒化インジウムガリウム１８薄膜が堆積している燐化インジウム基板６である。
【０００７】
プラズマ発生には、高周波電源より誘導結合コイル４に高周波電力を印加し、プラズマを発生させる。真空容器１内のプラズマに存在しているイオンの引き込みのため、下部電極７に高周波電力を印加している。
【０００８】
燐化インジウムのエッチングには、従来からメタンガスと水素ガスの混合ガスが用いられている。
【０００９】
特許文献１から３に記載された発明では、本願の材料が異なるが、砒化インジウムアルミニウムをドライエッチングし、砒化インジウムガリウムでエッチングストップするために、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスにレーザーを照射または電子サイクロトロン共鳴プラズマを用いて、エッチングを促進させている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−３２１７６号公報
【特許文献２】
特開平７−６３３８３号公報
【特許文献３】
特開平６−３３３８８３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１層目の燐化インジウム１７のエッチングで図６のような等方性のエッチングとなるため、マスク寸法に対しての誤差が大きく、また、燐化インジウム１７の形状が基板面内で大きくばらつくため、ウェハ面内のチップ取れ数が少なく、安定していない。特開２００１−２８４３６５に半導体素子のサブミクロンゲート電極の製造方法に関し、特に、自己整合が可能である。非等方性エッチングを含むサブミクロンゲートの製造方法に関するものがあるが、ウェットエッチングのためエッチングレートのバラツキの解消にならない。
【００１２】
また、ドライエッチングにおいても燐化インジウムのエッチングはできるが、砒化インジウムガリウムのエッチングレートは速く、砒化インジウムガリウムもエッチングされ、電極が形成されない。また、特許文献１から３に記載された発明では、砒化ガリウム、砒化アルミニウムガリウムのドライエッチングを対象としているため、燐化インジウムのドライエッチングは不可能である。
【００１３】
そこで本発明では、ウェットエッチングからドライエッチングへの工程変更し、微細化加工および面内ばらつきを抑制させるドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施形態は、第１層が燐化インジウムであり、前記第１層の下層に砒化インジウムガリウムの第２層を有した基板を真空容器内の下部電極に載置し、前記真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気しながら、所定の圧力に調圧することで、真空容器内にプラズマを発生させ、前記基板をエッチングするに際して、真空容器内に導入するガスが塩素原子と酸素原子を含むガスであることを特徴とする。
【００１５】
好適には、誘導結合方式プラズマ源、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ源、ヘリコン波方式プラズマ源、ＶＨＦプラズマ源等の高密度プラズマ源を利用してプラズマを発生させることが望ましい。
【００１６】
また、好適には設定圧力が１Ｐａ以下であることが望ましい。さらに、真空容器内に導入する酸素が全ガス流量の５乃至３０％以下であることが適当である。
【００１７】
好適には、真空容器内に導入するフッ素原子を含むガスが全ガス流量の１０％以下であることが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１に実験で用いたエッチング装置の構成図を示す。
【００１９】
真空容器１の上部に誘電板５を介して誘導結合コイル４が設置されており、真空容器１内の電極７上に基板６を載置し、ガス導入口１４から真空容器１内に塩化水素ガスを導入しつつ、圧力コントローラー１０で所定の圧力に制御し、真空容器１内にプラズマを発生させ、電極７上に載置された基板６、または基板６上の膜がエッチングされる。ここで、基板６上の膜は第１層目には燐化インジウム１７、第１層目の直下に第２層目の砒化インジウムガリウム１８薄膜が堆積している燐化インジウム基板６である。
【００２０】
プラズマ発生には、高周波電源より誘導結合コイル４に高周波電力を印加し、プラズマを発生させる。真空容器１内のプラズマに存在しているイオンの引き込みのため、下部電極７に高周波電力を印加している。
【００２１】
このとき、塩素と酸素の混合ガスを導入すると、第１層目の燐化インジウム１７のエッチングが進んでいく。第１層目の燐化インジウム１７薄膜がエッチングされると第２層目の砒化インジウムガリウム１８層が表れる。砒化インジウムガリウム１８のエッチング速度が燐化インジウム１７のエッチング速度より遅くなり、選択エッチングが可能となる。
【００２２】
図３に燐化インジウムのエッチング速度、砒化インジウムガリウムのエッチング速度、燐化インジウムと砒化インジウムガリウムの選択比の酸素ガス流量依存性を示している。酸素流量を増加させると、燐化インジウムおよび砒化インジウムガリウムのエッチング速度が低下する。燐化インジウムのエッチング速度よりも砒化インジウムガリウムのエッチング速度の低下が著しいため燐化インジウムと砒化インジウムガリウムの選択比が向上し、電極形成が可能になる。
【００２３】
塩素ガスに添加する酸素ガス流量は総流量に対して５乃至３０％が有効である。
【００２４】
また、塩素ガスおよび酸素ガスを含むエッチングガスにフッ素を導入することで、燐化インジウム１７のエッチング速度よりも砒化インジウムガリウム１８のエッチング速度がさらに遅くなる（図４）。実施例では四フッ化炭素を使用した。ここで、フッ素を含むガスは全ガス流量に対して０乃至１０％が有効である。
【００２５】
また、実施例で発生する反応生成物の蒸気圧が高いため、高真空が必要であるため、真空容器１内の圧力は１Ｐａ以下が適当である。
【００２６】
ここで、プラズマ源を発生させる手段として、誘導結合方式プラズマ源について説明したが、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ源、ヘリコン波方式プラズマ源、ＶＨＦプラズマ源等の高密度プラズマ源を利用しても同等の性能が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、塩素原子および酸素原子を含むガスを用いることによって、燐化インジウム対砒化インジウムガリウムの選択比が向上し、さらに面内のバラツキおよび基板間のバラツキを抑制することができ、素子の微細化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いたドライエッチング装置の模式図
【図２】本発明で用いたドライエッチング装置でエッチングした燐化インジウムのエッチング形状を示す図
【図３】本発明で実施した燐化インジウムと砒化インジウムガリウムの選択比の酸素流量依存性を示す図
【図４】本発明で実施した燐化インジウムと砒化インジウムガリウムの選択比の四フッ化炭素流量依存性を示す図
【図５】従来から用いられている塩化水素水溶液でのウェットエッチングを示す図
【図６】従来の手法でエッチングした燐化インジウムのエッチング形状を示す図
【符号の説明】
１ 真空容器
２ 誘導結合コイル印加用高周波電源
３ 誘導結合コイル用マッチングＢＯＸ
４ 誘導結合コイル
５ 誘電板（石英板）
６ 基板
７ 下部電極
８ 下部電極用高周波電源
９ 下部電極印加用高周波電源
１０ 圧力コントローラー
１１ ターボ分子ポンプ
１２ａ Ｃｌ２ボンベ
１２ｂ Ｏ２ボンベ
１４ 基板
１５ エッチング槽
１６ 塩化水素水溶液
１７ 第１層燐化インジウム
１８ 第２層砒化インジウムガリウム
Claims (6)
- 第１層が燐化インジウムであり、前記第１層の下層に砒化インジウムガリウムの第２層を有した基板を真空容器内の下部電極に載置し、前記真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気しながら、所定の圧力に調圧することで、真空容器内にプラズマを発生させ、前記基板をエッチングするに際して、真空容器内に導入するガスが塩素原子と酸素原子を含むガスであることを特徴とするドライエッチング方法。
- 第１層が燐化インジウムであり、前記第１層の下層に砒化インジウムガリウムの第２層を有した基板を真空容器内の下部電極に載置し、前記真空容器内に塩素原子と酸素原子を含むガスを供給しつつ真空容器内を排気しながら、所定の圧力に調圧することで、真空容器内にプラズマを発生させ、前記被エッチング基板をエッチングするに際して、前記ガスにフッ素原子を含むガスを添加することを特徴とするドライエッチング方法。
- 誘導結合方式プラズマ源、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ源、ヘリコン波方式プラズマ源、ＶＨＦプラズマ源のプラズマ源を利用してプラズマを発生させることを特徴とする請求項１または２記載のドライエッチング方法。
- 設定圧力が１Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のドライエッチング方法。
- 真空容器内に導入する酸素が、全ガス流量の５乃至３０％以下であることを特徴とする請求項１または２記載のドライエッチング方法。
- 真空容器内に導入するフッ素原子を含むガスが、全ガス流量の１０％以下であることを特徴とする請求項２記載のドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003021826A JP2004235405A (ja) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003021826A JP2004235405A (ja) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | ドライエッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004235405A true JP2004235405A (ja) | 2004-08-19 |
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ID=32951057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003021826A Pending JP2004235405A (ja) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004235405A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017183632A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線受光素子とその製造方法、ガスセンサ |
| JP2017183633A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線受光素子とその製造方法、ガスセンサ |
-
2003
- 2003-01-30 JP JP2003021826A patent/JP2004235405A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017183632A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線受光素子とその製造方法、ガスセンサ |
| JP2017183633A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線受光素子とその製造方法、ガスセンサ |
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