JP2005150673A - Etching method and element isolation method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide etching method capable of carrying out the etching which is uniform and can be easily controlled even in various semiconductor devices, such as semiconductor device of a multilayer structure or multi-element semiconductor and to provide an element isolation method. <P>SOLUTION: The etching is as follows: an etchant composed of hydrochloric acid is cooled at 5°C or lower and a phosphorus semiconductor layer is immersed in the etchant. It is desirable that the etchant is cooled at 0°C or lower, considering maintenance of an active layer area. The phosphorous semiconductor layer may be a multilayer structure and have a layer containing aluminum as well as have a layer containing gallium, indium, or phosphorus. The unevenness of the etching can be prevented by carrying out the etching divided into a plurality of times and by carrying out the cleaning to remove bubbles on the surface of the phosphorous semiconductor layer in an interval of etching. When carrying out a plurality of etching, the temperature range of the entchant is desirably at -5°C or lower, more preferably at -10°C or lower. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、エッチングを用いた半導体素子の素子分離方法に関するものであり、特に多元素で多層構造の半導体素子のエッチング方法および素子分離方法に関するものである。   The present invention relates to an element isolation method for a semiconductor element using etching, and more particularly to an etching method and an element isolation method for a semiconductor element having a multi-element multilayer structure.

従来から、基板上に複数の半導体素子を形成した後に各半導体素子を個別に分離するために、エッチングを用いて半導体素子間を除去して素子分離溝を形成する素子分離法が用いられてきた。エッチングに用いられるエッチャントは、除去する対象である層構造の構成元素により適宜選択されるが、ガリウム・インジウム・リン(GaInP)系の半導体素子においては塩化水素(HCl)と酢酸(CHCOOH)を混合した水溶液が用いられていた。(例えば特許文献1参照) Conventionally, in order to individually isolate each semiconductor element after forming a plurality of semiconductor elements on a substrate, an element isolation method has been used in which an element isolation groove is formed by removing between the semiconductor elements using etching. . The etchant used for etching is appropriately selected depending on the constituent elements of the layer structure to be removed. In a gallium indium phosphorus (GaInP) based semiconductor element, hydrogen chloride (HCl) and acetic acid (CH 3 COOH) are used. A mixed aqueous solution was used. (For example, see Patent Document 1)

素子分離溝を形成して半導体素子を分離するためのエッチングでは、半導体素子のサイズを均一にする必要があるためと、半導体素子の表面状態を整えるために、単位時間あたりの半導体層の除去速度であるエッチングレートを制御することが重要となる。エッチングレートが大きすぎると、エッチング時間の変動によって半導体層の除去量が変化してしまい、半導体素子のサイズを均一にすることが困難になる。また、エッチングレートが大きすぎると、局所的にエッチングの進行が遅い領域であるムラが生じて、半導体素子の表面状態が乱れて半導体素子の性能にも悪影響を及ぼすおそれがある。   In the etching for forming the element isolation trench to separate the semiconductor element, it is necessary to make the size of the semiconductor element uniform, and in order to adjust the surface state of the semiconductor element, the removal rate of the semiconductor layer per unit time It is important to control the etching rate. If the etching rate is too high, the removal amount of the semiconductor layer changes due to fluctuations in etching time, and it becomes difficult to make the size of the semiconductor element uniform. Further, if the etching rate is too high, unevenness, which is a region where the progress of etching is locally slow, occurs, which may disturb the surface state of the semiconductor element and adversely affect the performance of the semiconductor element.

従来の技術である酢酸と塩化水素を混合したエッチャントを用いたエッチングでは、酢酸を緩衝材として用いて酢酸の濃度を制御することでエッチングレートを調節していた。また、一般に半導体層のエッチング反応では反応時の温度によってエッチングレートが変化するため、エッチャントの温度を制御することでもエッチングレートを制御していた。   In the conventional etching using an etchant in which acetic acid and hydrogen chloride are mixed, the etching rate is adjusted by controlling the concentration of acetic acid using acetic acid as a buffer material. In general, in the etching reaction of the semiconductor layer, the etching rate changes depending on the temperature at the time of the reaction. Therefore, the etching rate is also controlled by controlling the temperature of the etchant.

特開2002−198616号公報JP 2002-198616 A

しかし、特許文献1に記載されている酢酸を含んだエッチャントは、酢酸の凝固点である5℃付近で酢酸が凝固し始めてしまい、5℃以下の温度範囲ではエッチャントがゲル状になり、半導体素子のエッチングには用いることが出来なくなるという問題があった。また、エッチャントに含まれる酢酸の割合を低下させると、塩化水素の濃度が上昇するためにエッチングレートが大きくなり、エッチングにより除去される半導体層の厚さを制御することが困難になるという問題もあった。   However, in the etchant containing acetic acid described in Patent Document 1, the acetic acid begins to solidify around 5 ° C., which is the freezing point of acetic acid, and the etchant becomes a gel in a temperature range of 5 ° C. or lower. There is a problem that it cannot be used for etching. In addition, when the ratio of acetic acid contained in the etchant is lowered, the concentration of hydrogen chloride increases, so that the etching rate increases, and it becomes difficult to control the thickness of the semiconductor layer removed by etching. there were.

また、半導体素子の構造が多元素で多層構造の場合には、各層に対するエッチングレートが異なることから層ごとに異なる量のエッチングが行われるため、複数の層にわたって半導体層の除去を行う素子分離のためのエッチングでは、エッチング面が均一にならないという問題があった。また、特許文献1に記載されている技術では、除去対象がガリウム・インジウム・リン(GaInP)であるために酢酸の凝固点以上の温度範囲でエッチングを行ったとしても、エッチングレートが小さいために除去量の制御をしやすい。しかし、例えばアルミニウム(Al)を含有する層などではエッチングレートが大きくなり、エッチングに要する時間が極端に短く、除去量の制御が困難になるという問題があった。例えば反応熱でエッチングの終了時に2℃ほど温度が上昇する場合には、8℃程度でのエッチング終了時には10℃にまでなるためにエッチングレートが急変化し、秒単位でのエッチング量の制御も困難であった。   In addition, when the structure of the semiconductor element is a multi-element structure and a multilayer structure, since the etching rate for each layer is different, different amounts of etching are performed for each layer. Therefore, there is a problem that the etched surface is not uniform. Further, in the technique described in Patent Document 1, since the object to be removed is gallium indium phosphorus (GaInP), even if etching is performed in a temperature range above the freezing point of acetic acid, it is removed because the etching rate is low. Easy to control the amount. However, for example, a layer containing aluminum (Al) has a problem that the etching rate is increased, the time required for etching is extremely short, and the removal amount is difficult to control. For example, when the temperature rises by 2 ° C. at the end of etching due to reaction heat, the etching rate rapidly changes because the temperature reaches 10 ° C. at the end of etching at about 8 ° C., and the amount of etching can be controlled in seconds. It was difficult.

また、発光ダイオード(light-emitting diode:LED)構造を形成したウェハを素子分離する際には、ダイシングや劈開という方法を用いている。しかし、LEDをダイシングすると劈開面にダメージが入りやすく、素子の側面に傾斜面を形成することは困難である。そこで例えば、LED構造の膜厚に対して十分に厚いn−typeのガリウムリン(GaP)基板と、LEDのn−typeクラッド層とを貼り合せたものをダイシングによって素子分離を行い、この際にGaP基板側に傾斜面を形成して素子側面に光取り出し向上のための斜面を形成するなどしている。   Further, when a wafer on which a light-emitting diode (LED) structure is formed is separated, methods such as dicing and cleavage are used. However, when the LED is diced, the cleavage surface is likely to be damaged, and it is difficult to form an inclined surface on the side surface of the element. Therefore, for example, a device in which an n-type gallium phosphide (GaP) substrate that is sufficiently thick with respect to the thickness of the LED structure and an n-type cladding layer of the LED are bonded together is subjected to element isolation by dicing. An inclined surface is formed on the GaP substrate side, and an inclined surface for improving light extraction is formed on the element side surface.

LEDをウエットエッチングで素子分離して傾斜面を形成する場合には、エッチャントとして塩酸に酢酸を緩衝剤として混入し、溶液が凝固しない5℃以上室温以下の低温領域で、エッチャントの塩酸と酢酸を十分に混合するために攪拌をしながらウエットエッチングを行っていた。しかしながら、このエッチング技術を用いた素子形状の作製では、単位時間当たりのエッチング量を精度良く制御することが困難であり、材料組成および材料組成比率が異なる多層膜では層ごとにエッチングされる速度も異なるため、素子側面に均一な傾斜面(例えば111面)を形成することが難しく、傾斜角度や面積も均一にすることは困難であった。   In the case of forming an inclined surface by separating elements by wet etching, acetic acid is mixed in hydrochloric acid as an etchant as a buffer, and hydrochloric acid and acetic acid in the etchant are mixed in a low temperature region of 5 ° C. or more and room temperature where the solution does not solidify. In order to mix well, wet etching was performed with stirring. However, it is difficult to accurately control the etching amount per unit time in the fabrication of the element shape using this etching technique, and in the multilayer film having different material composition and material composition ratio, the etching rate for each layer is also high. Because of the difference, it is difficult to form a uniform inclined surface (for example, 111 surface) on the side surface of the element, and it is difficult to make the inclination angle and area uniform.

このように従来の方法ではエッチングレートを厳密にコントロールすることが難しいため、微細な素子に均一な側面形状を形成することが極めて困難であり、物理的な外力を加えて素子形状を形成することとなり、加工によって素子側面にダメージが生じてしまうという問題があった。素子にダメージが生じると、電気伝導度や発光特性など素子の物理的特性に変化や不良が発生してしまうという問題がある。   Thus, since it is difficult to strictly control the etching rate in the conventional method, it is extremely difficult to form a uniform side shape on a fine element, and the element shape is formed by applying physical external force. Thus, there is a problem that the side surface of the element is damaged by the processing. When the element is damaged, there is a problem that the physical characteristics of the element such as electric conductivity and light emission characteristics are changed or defective.

したがって本発明は、多層構造の半導体素子や多元系の半導体素子など多様な半導体素子においても均一かつ制御が容易なエッチングを行うことが可能なエッチング方法および素子分離方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an etching method and an element isolation method capable of performing uniform and easy control even in various semiconductor elements such as a multi-layer semiconductor element and a multi-element semiconductor element. .

上記課題を解決するために本発明のエッチング方法は、塩酸からなるエッチャントを5℃より低温に冷却して、基板上に形成されたリン系半導体層を前記エッチャントに浸漬してエッチングを行うことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the etching method of the present invention includes performing etching by cooling an etchant made of hydrochloric acid to a temperature lower than 5 ° C. and immersing a phosphorous semiconductor layer formed on a substrate in the etchant. Features.

エッチャントとして塩酸を用い、5℃より低温の温度領域まで冷却してリン系半導体層のエッチングを行うことにより、エッチングレートを低くすることができる。したがってエッチングに要する時間を長時間化し、除去量を容易に制御して均一なエッチングを行うことが可能となる。また、エッチングでの反応熱によるエッチングレートの変動を抑制することが出来るため、除去量の制御を容易に行うことができる。   By using hydrochloric acid as an etchant and cooling to a temperature range lower than 5 ° C. to etch the phosphorous semiconductor layer, the etching rate can be lowered. Therefore, the time required for etching can be extended, and the removal amount can be easily controlled to perform uniform etching. Further, since the fluctuation of the etching rate due to the reaction heat in the etching can be suppressed, the removal amount can be easily controlled.

また、塩酸からなるエッチャントを5℃より低温まで冷却してエッチングを行うことで、リン系半導体層が多層構造を有する場合にも、多層構造の各層を除去するエッチングレートが均一になり除去量の制御が容易になる。また、アルミニウムを含有する層などエッチングレートが比較的高い層においても、他の層と同様のエッチングレートで均一に除去を行うことができるため、素子分離溝の端面を整えて素子分離を行うことが可能となる。またリン系半導体層の多層構造がガリウム・インジウム・リンを含む層を有するであっても、エッチングレートを均一かつ低くすることができる。   Further, by etching by etching an etchant made of hydrochloric acid to a temperature lower than 5 ° C., even when the phosphorus-based semiconductor layer has a multi-layer structure, the etching rate for removing each layer of the multi-layer structure becomes uniform, and the removal amount is reduced. Control becomes easy. In addition, even in a layer having a relatively high etching rate, such as a layer containing aluminum, it can be uniformly removed at the same etching rate as the other layers. Is possible. Even when the multilayer structure of the phosphorus-based semiconductor layer has a layer containing gallium, indium, and phosphorus, the etching rate can be made uniform and low.

また、微量のリン酸が含まれたエッチャントでも、エッチングレートは低く抑制できるので除去量の制御は容易である。また、エッチャントの冷却を行うための冷媒としてアルコールを用いることで、エッチャントを容易に5℃より低温の温度領域まで冷却することができ、エッチングレートを低く抑制して除去量の制御性を向上させることができる。冷媒としてアルコールを用いることで、エッチャントを0℃以下に冷却してエッチングレートの制御をさらに容易にすることも可能となる。さらに、エッチャントを−5℃以下に冷却することで、複数回のエッチングを繰り返してリン系半導体層表面の洗浄を行った場合でも良好なエッチング量の制御を行うことが可能となる。   Even with an etchant containing a small amount of phosphoric acid, the etching rate can be kept low, and the removal amount can be easily controlled. In addition, by using alcohol as a coolant for cooling the etchant, the etchant can be easily cooled to a temperature range lower than 5 ° C., and the etching rate is suppressed to be low and the controllability of the removal amount is improved. be able to. By using alcohol as the coolant, it is possible to further control the etching rate by cooling the etchant to 0 ° C. or lower. Further, by cooling the etchant to −5 ° C. or lower, it becomes possible to control the etching amount in a favorable manner even when the surface of the phosphorus-based semiconductor layer is cleaned by repeating etching a plurality of times.

また、上記課題を解決するために本発明のエッチング方法は、塩酸からなるエッチャントを5℃より低温に冷却して、基板上に形成されたリン系半導体層を前記エッチャントに浸漬するエッチングを複数回行い、第一のエッチングと第二のエッチングの間に、前記リン系半導体層の表面に付着した気泡を除去する洗浄を行うことを特徴とする。   Further, in order to solve the above-described problems, the etching method of the present invention performs etching a plurality of times by cooling an etchant made of hydrochloric acid to a temperature lower than 5 ° C. and immersing a phosphorous semiconductor layer formed on the substrate in the etchant. And performing cleaning to remove bubbles adhering to the surface of the phosphorus-based semiconductor layer between the first etching and the second etching.

塩酸からなるエッチャントを5℃より低温まで冷却してエッチングを行うことで、エッチングに要する時間の長時間化を図ることができるため、エッチングを複数回繰り返して行うことができる。第一のエッチングと第二のエッチングの間に、リン系半導体層の表面に付着した気泡を除去する洗浄を行うことで、リン系半導体層の表面に発生した気泡を除去してエッチングムラの発生を抑制して均一な除去を実現することができる。   Etching is performed by cooling the etchant made of hydrochloric acid to a temperature lower than 5 ° C., so that the time required for the etching can be increased. Therefore, the etching can be performed a plurality of times. During the first etching and the second etching, cleaning is performed to remove bubbles adhering to the surface of the phosphorus-based semiconductor layer, thereby removing bubbles generated on the surface of the phosphorus-based semiconductor layer and causing uneven etching. And uniform removal can be realized.

また、上記課題を解決するために本発明の素子分離方法は、塩化水素からなるエッチャントを5℃より低温に冷却して、基板上に形成されたリン系半導体層を前記エッチャントに浸漬して素子分離溝を形成することを特徴とする。   Further, in order to solve the above-described problems, the element isolation method of the present invention includes an element obtained by cooling an etchant made of hydrogen chloride to a temperature lower than 5 ° C. and immersing a phosphorous semiconductor layer formed on a substrate in the etchant. A separation groove is formed.

エッチャントとして塩酸を用い、5℃より低温の温度領域まで冷却してリン系半導体層のエッチングを行うことにより、エッチングレートを低くすることができる。したがってエッチングに要する時間を長時間化し、除去量を容易に制御して均一な素子分離溝を形成することが可能となる。また、エッチングでの反応熱によるエッチングレートの変動を抑制することが出来るため、除去量の制御を容易に行うことができる。   By using hydrochloric acid as an etchant and cooling to a temperature range lower than 5 ° C. to etch the phosphorous semiconductor layer, the etching rate can be lowered. Therefore, the time required for etching can be extended, and the removal amount can be easily controlled to form a uniform element isolation groove. Further, since the fluctuation of the etching rate due to the reaction heat in the etching can be suppressed, the removal amount can be easily controlled.

また、上記課題を解決するために本発明の素子分離方法は、塩酸からなるエッチャントを用いて素子分離溝を形成する素子分離方法であって、リン系半導体層の表面に、前記エッチャントに対する溶解度が高い結晶方位と所定の角度で交わる辺を有するマスクを形成し、前記エッチャントを5℃より低温に冷却し、前記リン系半導体層を前記エッチャントに浸漬して、素子分離溝に傾斜面を形成することを特徴とする。   In order to solve the above problems, an element isolation method of the present invention is an element isolation method in which an element isolation groove is formed using an etchant made of hydrochloric acid, and the solubility of the etchant on the surface of a phosphorous semiconductor layer is increased. A mask having a side intersecting with a high crystal orientation at a predetermined angle is formed, the etchant is cooled to a temperature lower than 5 ° C., and the phosphorus-based semiconductor layer is immersed in the etchant to form an inclined surface in the element isolation trench. It is characterized by that.

低温領域で塩酸をエッチャントとして用い、エッチング対象の結晶面方位によってエッチングレートが異なるという所謂エッチング異方性を利用することで、素子にダメージを加えずに素子分離溝に傾斜面を形成することができ、光の取り出し効率を向上させるなど素子の特性を向上させることが可能である。   By using hydrochloric acid as an etchant in a low temperature region and utilizing so-called etching anisotropy that the etching rate varies depending on the crystal plane orientation of the etching target, an inclined surface can be formed in the element isolation groove without damaging the element. Thus, it is possible to improve the characteristics of the element, such as improving the light extraction efficiency.

このとき、マスクの一辺が、リン系半導体層のエッチャントに対する溶解度が高い結晶方位と垂直方向に形成されているとすることや、マスクの一辺が、リン系半導体層のエッチャントに対する溶解度が低い結晶方位と平行方向に形成されていることにより、簡便に溶解度が低い面を素子分離溝の傾斜面として形成することが可能となる。エッチャントに対する溶解度が高い結晶方位がリン系半導体層の110方向であり、傾斜面はリン系半導体層の111面である。また、傾斜面の基板に対する傾斜角度を30度乃至60度の範囲内とすることにより、素子内部で発光した光を100面から取り出す場合の光取り出し効率を向上させることが可能である。   At this time, it is assumed that one side of the mask is formed in a direction perpendicular to the crystal orientation in which the phosphorus-based semiconductor layer has high solubility in the etchant, or one side of the mask has crystal orientation in which the phosphorus-based semiconductor layer has low solubility in the etchant. Therefore, it is possible to easily form a surface with low solubility as the inclined surface of the element isolation groove. The crystal orientation with high solubility in the etchant is the 110 direction of the phosphorous semiconductor layer, and the inclined surface is the 111 plane of the phosphorous semiconductor layer. In addition, by setting the inclination angle of the inclined surface with respect to the substrate within a range of 30 degrees to 60 degrees, it is possible to improve the light extraction efficiency when light emitted inside the element is extracted from the 100 surface.

塩酸からなるエッチャントに5℃より低温の環境下でリン系半導体層を浸漬することにより、エッチングでの反応熱による温度上昇を考慮しても低速なエッチングレートを実現することができるため、エッチング作業時間を長時間化して除去量の制御を容易にすることが可能となる。また、多元素で多層構造の半導体層においても、各層のエッチングレートを均一にすることができるため、各層の除去量を均一にして整った素子分離溝を形成して素子形状を均一化することが可能となる。   By immersing the phosphorus-based semiconductor layer in an etchant made of hydrochloric acid in an environment at a temperature lower than 5 ° C., a low etching rate can be realized even if the temperature rise due to reaction heat in etching is taken into account. It is possible to control the removal amount by increasing the time. Also, even in a multi-element, multi-layered semiconductor layer, the etching rate of each layer can be made uniform, so that the element shape is uniformed by forming uniform element isolation grooves with uniform removal amounts of each layer. Is possible.

以下、本発明を適用したエッチング方法および素子分離方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお本発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
[第一の実施の形態]
Hereinafter, an etching method and an element isolation method to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
[First embodiment]

図1は本発明のエッチング方法および素子分離方法を説明するための工程段面図である。本発明のエッチング方法および素子分離方法は、基板上に複数の半導体素子を形成するために、基板上にリン系半導体層の多層構造を形成したのちに各素子の間をエッチングして除去し、素子分離溝を形成するものである。   FIG. 1 is a process step view for explaining an etching method and an element isolation method according to the present invention. In the etching method and element isolation method of the present invention, in order to form a plurality of semiconductor elements on a substrate, a multi-layer structure of a phosphorus-based semiconductor layer is formed on the substrate, and then between each element is etched and removed. An element isolation trench is formed.

はじめに図1(a)に示すように、素子分離を行う対象であるリン系半導体層として、基板上にn型ドープしたガリウム・砒素(n−GaAs)層11上にn型ドープしたアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン(n−AlGaInP)層12、多重量子井戸(Multi Quantum Well)を構成する活性層13、p型ドープしたアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン(p−AlGaInP)層14、p型ドープしたガリウム・インジウム・リン(p−GaInP)層15、p型ドープしたガリウム・砒素(p−GaAs)層16が形成された多層構造を有する多層半導体部10を用意する。その後、最上層であるp−GaAs層16上にレジストを塗布し、素子分離のパターンに露光した後にレジストを除去してマスク層17を作成する。マスク層17を形成した後に、エッチングを行い、マスク層17の開口部に対応した位置のp−GaAs層16を除去する。   First, as shown in FIG. 1A, as a phosphorus-based semiconductor layer to be subjected to element isolation, aluminum-gallium n-type doped on a n-type gallium arsenide (n-GaAs) layer 11 on a substrate. Indium-phosphorus (n-AlGaInP) layer 12, active layer 13 constituting a multi quantum well, p-type doped aluminum gallium indium-phosphorus (p-AlGaInP) layer 14, p-type doped A multilayer semiconductor unit 10 having a multilayer structure in which a gallium indium phosphide (p-GaInP) layer 15 and a p-type doped gallium arsenide (p-GaAs) layer 16 are formed is prepared. Thereafter, a resist is applied on the p-GaAs layer 16 which is the uppermost layer. After exposure to an element isolation pattern, the resist is removed to form a mask layer 17. After the mask layer 17 is formed, etching is performed to remove the p-GaAs layer 16 at a position corresponding to the opening of the mask layer 17.

ここで、基板上に形成されたリン系半導体層としてアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン層やガリウム・インジウム・リン層を示したが、リンを含んだ半導体層が形成されていれば他の組成の半導体層であってよい。また、全ての層にリンを含んでいる必要は無く、エッチングによって除去する対象の層にリンを含んだ半導体層が形成されていればよい。また、図1(a)に示した基板上に形成されたリン系半導体層である多層半導体部10は、エッチングによって素子が分離されて発光素子であるLED(light-emitting diode)が形成されるものであるが、エッチングにより分離される素子は発光素子である必要はない。   Here, an aluminum / gallium / indium / phosphorus layer or a gallium / indium / phosphorus layer is shown as a phosphorus-based semiconductor layer formed on the substrate. However, if a semiconductor layer containing phosphorus is formed, other compositions may be used. It may be a semiconductor layer. Further, it is not necessary that all layers contain phosphorus, and a semiconductor layer containing phosphorus may be formed in a layer to be removed by etching. Further, in the multilayer semiconductor portion 10 which is a phosphorus-based semiconductor layer formed on the substrate shown in FIG. 1A, the elements are separated by etching to form an LED (light-emitting diode) which is a light emitting element. However, the element separated by etching does not have to be a light emitting element.

次に、図1(b)に示すように、塩酸を−11℃まで冷却したエッチャントに多層半導体部10を浸漬して、p−GaInP層15、p−AlGaInP層14、活性層13、n−AlGaInP層12を除去する。本発明のエッチングに用いるエッチャントは、酢酸を含んでいないためにエッチャントの温度を酢酸の凝固点より低温まで冷却することが可能であり、エッチングレートが抑制されるために、従来の酢酸を含んだ場合よりもエッチングの反応がゆっくりと進行する。低温のエッチャントを用いた低いエッチングレートでエッチングを行うことで、エッチングに要する時間が長くなるため、エッチングによる除去量を制御することが容易となる。   Next, as shown in FIG. 1B, the multilayer semiconductor portion 10 is immersed in an etchant cooled to −11 ° C. with hydrochloric acid, and the p-GaInP layer 15, the p-AlGaInP layer 14, the active layer 13, and the n− The AlGaInP layer 12 is removed. Since the etchant used for etching of the present invention does not contain acetic acid, the etchant temperature can be cooled to a temperature lower than the freezing point of acetic acid, and the etching rate is suppressed. The etching reaction proceeds more slowly. By performing the etching at a low etching rate using a low temperature etchant, the time required for the etching becomes longer, so that the removal amount by the etching can be easily controlled.

また、塩酸からなるエッチャントを用いてエッチングを行っていることで、多層構造の多層半導体部10においてもエッチングが除去対象の組成に限らず均等に進行する。したがって、多層半導体部10でのエッチング反応は等方的になり、アルミニウムを含んだ層においても他層と同程度の除去量を実現することができる。エッチングによる反応が各層で等方的であることにより、エッチングが徐々に多層半導体部10の下層方向に進行していき、p−GaInP層15、p−AlGaInP層14、活性層13、n−AlGaInP層12の除去が行われても、図1(b)に示すようにV字形状の溝が徐々に深さ方向と水平方向へと形成されていくことになる。   In addition, since etching is performed using an etchant made of hydrochloric acid, the etching progresses evenly in the multilayer semiconductor portion 10 having a multilayer structure, regardless of the composition to be removed. Accordingly, the etching reaction in the multilayer semiconductor portion 10 becomes isotropic, and the removal amount similar to that of the other layers can be realized even in the layer containing aluminum. Since the reaction by etching is isotropic in each layer, the etching gradually proceeds in the lower layer direction of the multilayer semiconductor portion 10, and the p-GaInP layer 15, the p-AlGaInP layer 14, the active layer 13, and the n-AlGaInP. Even if the layer 12 is removed, V-shaped grooves are gradually formed in the depth direction and the horizontal direction as shown in FIG.

図1(c)に示すように、塩酸を用いたエッチング反応が多層半導体部10の多層構造の各層で均一かつ等方的に進行していき、最下層であるn−GaAs層11にまでエッチャントが到達する。n−GaAs層11は塩酸からなるエッチャントとは反応しないために、エッチング反応はn−GaAs層11で停止し、n−GaAs層11はエッチングストップ層として機能する。n−GaAs層11で深さ方向へのエッチング反応が停止した後には、エッチャントから多層半導体部10を取り出すまで各層の水平方向に対してエッチング反応が進行していく。これらのエッチング反応が終了すると、マスク層17の開口部に対応した位置に素子分離溝18が形成され、半導体素子の分離が完了する。   As shown in FIG. 1C, the etching reaction using hydrochloric acid proceeds uniformly and isotropically in each layer of the multilayer structure of the multilayer semiconductor portion 10, and the etchant reaches the n-GaAs layer 11 which is the lowest layer. Reach. Since the n-GaAs layer 11 does not react with an etchant made of hydrochloric acid, the etching reaction stops at the n-GaAs layer 11 and the n-GaAs layer 11 functions as an etching stop layer. After the etching reaction in the depth direction stops in the n-GaAs layer 11, the etching reaction proceeds in the horizontal direction of each layer until the multilayer semiconductor portion 10 is taken out from the etchant. When these etching reactions are completed, an element isolation groove 18 is formed at a position corresponding to the opening of the mask layer 17 to complete the isolation of the semiconductor element.

図1で示したエッチング方法および素子分離方法では、低温のエッチャントを用いた低いエッチングレートでエッチングを行うことで、エッチングに要する時間が長くなるため、エッチングによる除去量を制御することが容易となる。また、塩酸で低温にてエッチングを行うことで、多層半導体部10が多層構造であり、アルミニウムを含有する層やガリウム・インジウム・リンを含む層を有する場合においても、多層構造の各層を除去するエッチングレートが均一になり除去量の制御が容易になる。また、アルミニウムを含有する層などエッチングレートが比較的高い層においても、他の層と同様のエッチングレートで均一に除去を行うことができるため、素子分離溝の端面を整えて素子分離を行うことが可能となる。   In the etching method and the element isolation method shown in FIG. 1, since etching takes a long time by performing etching at a low etching rate using a low temperature etchant, it becomes easy to control the amount removed by etching. . Etching with hydrochloric acid at a low temperature removes each layer of the multilayer structure even when the multilayer semiconductor portion 10 has a multilayer structure and has a layer containing aluminum or a layer containing gallium, indium, and phosphorus. The etching rate becomes uniform and the removal amount can be easily controlled. In addition, even in a layer having a relatively high etching rate, such as a layer containing aluminum, it can be uniformly removed at the same etching rate as the other layers. Is possible.

図2は、上述した本発明のエッチング方法および素子分離方法を実現するための装置構成例を示した模式図である。ペルチェ素子などでエッチャントを冷却して0℃以下の温度範囲を実現するための冷却用容器21に、0℃以下でも凝固しないアルコールなどの冷媒22を入れ、冷媒22中に反応容器23を設置する。反応容器23の中には塩酸からなるエッチャント24を入れ、エッチャント24に素子分離溝を形成するためのマスクを形成した多層半導体部10を浸す。   FIG. 2 is a schematic view showing an apparatus configuration example for realizing the above-described etching method and element isolation method of the present invention. A cooling vessel 21 for cooling the etchant with a Peltier element or the like to realize a temperature range of 0 ° C. or lower is filled with a refrigerant 22 such as alcohol that does not solidify even at 0 ° C. or lower, and the reaction vessel 23 is installed in the refrigerant 22. . An etchant 24 made of hydrochloric acid is placed in the reaction vessel 23, and the multilayer semiconductor portion 10 on which a mask for forming an element isolation groove is formed is immersed in the etchant 24.

エッチャント24として塩酸を用い、5℃より低温の温度領域まで冷却して多層半導体部10のエッチングを行うことにより、エッチングレートを低くすることができる。したがってエッチングに要する時間を長時間化し、除去量を容易に制御して均一な素子分離溝を形成することが可能となる。また、エッチングでの反応熱によるエッチングレートの変動を抑制することが出来るため、除去量の制御を容易に行うことができる。このとき、エッチャントを−10℃以下に冷却することにより、さらにエッチングレートが低くなり除去量を制御しやすくなる。   By using hydrochloric acid as the etchant 24 and cooling it to a temperature range lower than 5 ° C. to etch the multilayer semiconductor portion 10, the etching rate can be lowered. Therefore, the time required for etching can be extended, and the removal amount can be easily controlled to form a uniform element isolation groove. Further, since the fluctuation of the etching rate due to the reaction heat in the etching can be suppressed, the removal amount can be easily controlled. At this time, by cooling the etchant to −10 ° C. or lower, the etching rate is further lowered and the removal amount can be easily controlled.

ここでは冷媒22としてアルコールを例示したが、0℃以下にまでエッチャントを冷却することが可能な材料であればよく、例えば塩酸の凝固点程度まで冷却可能な材料を冷媒として用いることが好ましい。また、冷却用容器21を冷却する手段としてペルチェ素子を例示したが、熱電効果による冷却手段ではなくコンプレッサーと冷媒を用いた冷却手段など、多の方法を用いるとしても良い。また、エッチャントとしては塩酸であるとしているが、リン酸などの他の溶液を若干混合するとしても良いが、実質的に塩酸からなるエッチャントである必要がある。例えば、塩酸にリン酸を微量添加した水溶液をエッチャントとして用いる場合には、エッチングが停止するn−GaAs層11も若干除去されてしまうが、多少のn−GaAs層11除去を許容することが出来るならばリン酸の混入も許容される。微量のリン酸が含まれたエッチャントでも、エッチングレートは低く抑制できるので除去量の制御は容易である。   Although alcohol is exemplified here as the refrigerant 22, any material that can cool the etchant to 0 ° C. or lower may be used. For example, a material that can be cooled to about the freezing point of hydrochloric acid is preferably used as the refrigerant. Further, although the Peltier element is illustrated as a means for cooling the cooling container 21, many methods such as a cooling means using a compressor and a refrigerant may be used instead of a cooling means by a thermoelectric effect. Further, although the etchant is hydrochloric acid, other solution such as phosphoric acid may be mixed slightly, but the etchant should be substantially made of hydrochloric acid. For example, when an aqueous solution in which a small amount of phosphoric acid is added to hydrochloric acid is used as an etchant, the n-GaAs layer 11 at which etching stops is slightly removed, but some removal of the n-GaAs layer 11 can be allowed. In this case, phosphoric acid can be mixed. Even with an etchant containing a small amount of phosphoric acid, the etching rate can be kept low, so the removal amount can be easily controlled.

また、塩酸からなるエッチャントでは、塩化水素のみで約−50℃程度が凝固点であり、例えば市販の濃度30%の塩酸で約−10℃以下の凝固点となるため、上述したエッチャントの温度は−11℃に限定せず、エッチャントが液体を保持できる温度範囲でエッチングを行うとしても良い。化学的反応はギブスの自由エネルギーが低下することで抑制されるため、エッチャント温度が低温になるほどエッチングレートが低下し、エッチング時間が長時間化するために除去量の制御性は向上する。エッチングの対象層にアルミニウム(Al)が含まれていると、エッチングが早く進むため低温でエッチングを行うことで、除去される量を調整し易くすることが可能である。   An etchant made of hydrochloric acid has a freezing point of about −50 ° C. only with hydrogen chloride. For example, a commercially available hydrochloric acid with a concentration of 30% has a freezing point of about −10 ° C. or lower. Etching may be performed in a temperature range in which the etchant can hold a liquid without being limited to ° C. Since the chemical reaction is suppressed by lowering the Gibbs free energy, the etching rate is lowered as the etchant temperature is lowered, and the etching time is prolonged, so the controllability of the removal amount is improved. When aluminum (Al) is contained in the etching target layer, the etching progresses quickly, so that the amount to be removed can be easily adjusted by performing the etching at a low temperature.

従来の技術では、エッチャントを冷却するための冷媒として水を用いていたため、エッチャントを0℃より低い温度領域まで冷却することが出来ず、エッチングレートの下限が限定されていたため、エッチング時間を長時間することが困難であり除去量の制御が困難であった。しかし、本発明の素子分離方法では冷媒としてアルコール等を用いることで、0℃以下の温度領域までエッチャントを冷却することができ、エッチングレートを低くしてエッチング時間を長時間化することができるため、除去量の制御が容易になる。   In the prior art, water was used as a coolant for cooling the etchant, so that the etchant could not be cooled to a temperature range lower than 0 ° C., and the lower limit of the etching rate was limited. It was difficult to control the removal amount. However, in the element isolation method of the present invention, by using alcohol or the like as a refrigerant, the etchant can be cooled to a temperature range of 0 ° C. or lower, and the etching rate can be lowered and the etching time can be extended. This makes it easy to control the removal amount.

図3は、エッチングを行った後の半導体素子の状態を示す顕微鏡写真であり、図3(a)は本発明の素子分離法を用いた場合の半導体素子を示しており、図3(b)は従来の素子分離法を用いた場合の半導体素子を示している。   FIG. 3 is a photomicrograph showing the state of the semiconductor element after etching. FIG. 3A shows the semiconductor element when the element isolation method of the present invention is used, and FIG. Shows a semiconductor element when a conventional element isolation method is used.

図3(a)で示した本発明の素子分離法では、図1を用いて説明したように、塩酸を−10℃まで冷却したエッチャントに多層半導体部10を浸漬してエッチングを行い、n−GaAs層11に到達するまで素子分離溝18を形成した。本発明の素子分離方法を用いることで、図3(a)の顕微鏡写真に示すように、素子分離溝18の側面が多層構造の各層にわたって均一に除去されており、多層構造の多層半導体部10でも等方的にエッチング反応が進行したことがわかる。   In the element isolation method of the present invention shown in FIG. 3A, as described with reference to FIG. 1, etching is performed by immersing the multilayer semiconductor portion 10 in an etchant cooled to −10 ° C. with hydrochloric acid. The element isolation groove 18 was formed until the GaAs layer 11 was reached. By using the element isolation method of the present invention, as shown in the micrograph of FIG. 3A, the side surfaces of the element isolation grooves 18 are uniformly removed over each layer of the multilayer structure, and the multilayer semiconductor portion 10 having the multilayer structure. However, it can be seen that the etching reaction progressed isotropically.

比較対象である図3(b)で示した従来の素子分離法では、塩化水素(HCl)と酢酸(CHCOOH)を混合した水溶液を8℃まで冷却したエッチャントに多層半導体部10を30秒間浸漬して、n−GaAs層11に到達するまで素子分離溝18を形成した。図3(b)に顕微鏡写真で示すように、素子分離溝18の側面が不均一に除去され、多層構造の各層毎に階段状になっていることがわかる。緩衝剤である酢酸(CHCOOH)を混合せず、8℃程度で塩酸のみのエッチャントを用いた場合には、エッチングレートが高すぎるために1秒程度しかエッチングを行えず、除去量の制御がさらに困難になる。 In the conventional element isolation method shown in FIG. 3B as a comparison object, the multilayer semiconductor portion 10 is placed in an etchant cooled to 8 ° C. for 30 seconds with an aqueous solution in which hydrogen chloride (HCl) and acetic acid (CH 3 COOH) are mixed. The element isolation groove 18 was formed by dipping until the n-GaAs layer 11 was reached. As shown in the micrograph in FIG. 3B, it can be seen that the side surfaces of the element isolation grooves 18 are removed unevenly, and each layer of the multilayer structure is stepped. When acetic acid (CH 3 COOH), which is a buffer, is not mixed, and an etchant containing only hydrochloric acid is used at about 8 ° C, the etching rate is too high and etching can be performed only for about 1 second. Becomes even more difficult.

図4(a)は、図3(a)に示した塩酸からなるエッチャントを用いて素子分離方法を用いた場合の多層半導体部10の断面を模式的に示した図であり、多元素で多層構造の多層半導体部10においても均一にエッチングを行って素子分離溝18が形成できる様子を示している。特に、アルミニウム(Al)を含有する層であっても含有しない層であっても、均一にエッチングが進行することがわかる。   FIG. 4A is a diagram schematically showing a cross section of the multilayer semiconductor portion 10 when the element isolation method is used using the etchant made of hydrochloric acid shown in FIG. In the multilayer semiconductor portion 10 having the structure, the element isolation groove 18 can be formed by performing uniform etching. In particular, it can be seen that the etching proceeds uniformly regardless of whether the layer contains aluminum (Al) or not.

図4(b)は、図3(b)に示した塩化水素(HCl)と酢酸(CHCOOH)を混合したエッチャントを用いた場合での多層半導体部10の断面を模式的に示した図であり、多元素で多層構造のリン系半導体層では、各層の構成元素によってエッチングレートが異なるために、素子分離溝18の側面が不均一になってしまっている様子を示している。酢酸を混合したエッチャントを用いているために、酢酸の凝固点である5℃以上の温度範囲でエッチングを行う必要があり、アルミニウム(Al)を含有する層においてエッチングレートが大きくなり素子分離溝18の均一性を保つことが困難となる。 FIG. 4B schematically shows a cross section of the multilayer semiconductor portion 10 in the case of using an etchant mixed with hydrogen chloride (HCl) and acetic acid (CH 3 COOH) shown in FIG. In the phosphorus-based semiconductor layer having a multi-element and multi-layer structure, the etching rate varies depending on the constituent elements of each layer, so that the side surfaces of the element isolation trenches 18 are non-uniform. Since an etchant mixed with acetic acid is used, it is necessary to perform etching in a temperature range of 5 ° C. or more, which is the freezing point of acetic acid, and the etching rate increases in the layer containing aluminum (Al), so It becomes difficult to maintain uniformity.

図5は、塩酸からなるエッチャントを−5℃まで冷却して多層半導体部10を浸漬し、素子分離溝を形成した後に水洗いした状態での多層半導体部10表面を示す顕微鏡写真である。エッチングの反応で水素(H)とみられる気泡が多層半導体部10の表面や、形成途中の素子分離溝18の表面に付着する。これを放置したままエッチング反応を持続していくと、気泡が付着した領域ではエッチャントが多層半導体部10や素子分離溝18と接触せず、エッチングにムラが生じて表面が乱れて図5に示すように残渣が発生することがある。 FIG. 5 is a photomicrograph showing the surface of the multilayer semiconductor portion 10 in a state where the etchant made of hydrochloric acid is cooled to −5 ° C., the multilayer semiconductor portion 10 is immersed, the element isolation trench is formed, and then washed with water. Bubbles that appear to be hydrogen (H 2 ) due to the etching reaction adhere to the surface of the multilayer semiconductor portion 10 and the surface of the element isolation groove 18 being formed. If the etching reaction is continued with this being left as it is, the etchant does not come into contact with the multilayer semiconductor portion 10 or the element isolation groove 18 in the area where the bubbles are attached, and the etching becomes uneven and the surface is disturbed, as shown in FIG. Residue may be generated.

上述した様に、本発明のエッチング方法および素子分離方法では、塩酸からなるエッチャントを5℃よりも低温まで冷却してエッチングを行うことにより、エッチング反応の長時間化を図ることができるため、複数回のエッチングを実施することが出来る。   As described above, in the etching method and the element isolation method of the present invention, the etching reaction can be prolonged by cooling the etchant made of hydrochloric acid to a temperature lower than 5 ° C. Etching can be performed once.

そこで低温でのエッチングで反応時間を長時間化し、エッチングを2回以上の複数回にわけて実行する。このとき、一度目のエッチングと二度目のエッチングとの合間に多層半導体部10をエッチャント24から引き上げ、流水で多層半導体部10の表面を洗浄して気泡の除去を行う。エッチングの合間に洗浄を行うことで、エッチング反応によって気泡が発生する場合にも、気泡の影響によるエッチングムラの発生を抑制して均一な除去を実現することができ、素子分離溝の端面が整った素子分離を行うことが可能となる。   Therefore, the reaction time is lengthened by etching at a low temperature, and the etching is performed in two or more times. At this time, the multilayer semiconductor part 10 is pulled up from the etchant 24 between the first etching and the second etching, and the surface of the multilayer semiconductor part 10 is washed with running water to remove bubbles. By performing cleaning between etchings, even when bubbles are generated by the etching reaction, it is possible to achieve uniform removal by suppressing the occurrence of etching unevenness due to the influence of the bubbles, and the end surfaces of the element isolation grooves are prepared. It is possible to perform element isolation.

図6は、素子の活性層面積を基板面内の5箇所で測定した結果を示すグラフである。素子分離に際しては、直径3インチの半導体基板上に結晶成長を行い、−10℃の塩酸に浸漬した後に、多層半導体部10表面を純水で洗浄し、再度−10℃の塩酸に浸漬して素子分離溝の形成を行った。   FIG. 6 is a graph showing the results of measuring the active layer area of the device at five locations within the substrate surface. For element isolation, crystal growth is performed on a 3 inch diameter semiconductor substrate, immersed in hydrochloric acid at −10 ° C., the surface of the multilayer semiconductor portion 10 is washed with pure water, and then immersed in hydrochloric acid at −10 ° C. again. An element isolation trench was formed.

図7は、本発明のエッチング方法および素子分離方法を用いた場合でのLEDの活性層面積の温度特性と、エッチングレートの温度特性を示したグラフである。図中横軸はエッチャントである塩酸の温度を示しており、縦軸は基板上に形成されたLED素子の活性層面積を示し、縦軸は塩酸を用いたエッチングでのエッチングレートを示している。また、図中白抜き三角で示したグラフは基板上に形成されたリン系半導体層を塩酸に浸漬することでエッチングを行った結果を示している。また、図中白抜き四角で示したグラフは基板上に形成されたリン系半導体層を塩酸に浸漬した後に純水洗浄を行い、再度塩酸に浸漬してエッチングを行った二重エッチング後の結果を示している。図中黒塗り三角で示したグラフは塩酸のエッチングレートを示している。   FIG. 7 is a graph showing the temperature characteristic of the active layer area of the LED and the temperature characteristic of the etching rate when the etching method and the element isolation method of the present invention are used. In the figure, the horizontal axis indicates the temperature of hydrochloric acid as an etchant, the vertical axis indicates the active layer area of the LED element formed on the substrate, and the vertical axis indicates the etching rate in etching using hydrochloric acid. . Moreover, the graph shown by the open triangle in the figure shows the result of etching by immersing the phosphorus-based semiconductor layer formed on the substrate in hydrochloric acid. In addition, the graph shown by the white square in the figure is the result after double etching in which the phosphorus-based semiconductor layer formed on the substrate was immersed in hydrochloric acid, washed with pure water, and then immersed in hydrochloric acid and etched again. Is shown. The graph indicated by black triangles in the figure indicates the etching rate of hydrochloric acid.

図中白抜き三角で示したグラフからわかるように、エッチャントの温度が上昇するにしたがって基板上に形成されるLED素子の活性層面積は減少していき、エッチングレートの上昇に伴って0℃より高温では活性層面積は著しく小さくなってしまうことがわかる。また、図中白抜き三角で示したグラフの−2℃以下では、半導体層の表面に図5で示したような残渣が発生する場合があった。しかし、図中白抜き四角で示したように純水洗浄後に追加エッチングを行う二重エッチング後には、残渣の発生は見られなかった。   As can be seen from the graph indicated by the white triangle in the figure, the active layer area of the LED element formed on the substrate decreases as the etchant temperature rises, and from 0 ° C. as the etching rate increases. It can be seen that the active layer area is significantly reduced at high temperatures. Moreover, the residue as shown in FIG. 5 may generate | occur | produce on the surface of a semiconductor layer below -2 degreeC of the graph shown with the white triangle in the figure. However, as shown by the white squares in the figure, no residue was observed after double etching in which additional etching was performed after pure water cleaning.

この結果から、エッチャントの温度範囲が5℃より高温の塩酸では、素子分離後にはサイドエッチングによって素子サイズが設計値のおおよそ8割以下程度になってしまうということがわかる。このサイドエッチングレートはエッチャント温度に大きく依存しているが、0℃以下においては追加エッチングしてもエッチングレートがほとんど変わらないため素子分離に最適なエッチング時間の制御を行うことができる。図中白抜き四角で示したように、エッチャントの温度が0℃以下では、二重エッチングを行った場合においても活性層面積が維持されており、特に−5℃以下では80%以上の活性層面積を維持可能であり、−10℃以下では90%以上の活性層面積を維持可能である。したがって好ましくは−5℃以下、さらに好ましくは−10℃以下の温度範囲でエッチングを行うことが活性層面積を維持するためには重要であることがわかる。   From this result, it can be seen that in the case of hydrochloric acid having an etchant temperature range higher than 5 ° C., the element size becomes about 80% or less of the design value by side etching after element isolation. Although this side etching rate greatly depends on the etchant temperature, the etching time can be controlled optimally for element isolation because the etching rate hardly changes even when additional etching is performed at 0 ° C. or lower. As indicated by the white squares in the figure, when the etchant temperature is 0 ° C. or lower, the active layer area is maintained even when double etching is performed, and particularly at −5 ° C. or lower, the active layer is 80% or higher. The area can be maintained, and an active layer area of 90% or more can be maintained at −10 ° C. or lower. Therefore, it can be seen that it is important to perform the etching in a temperature range of preferably −5 ° C. or lower, more preferably −10 ° C. or lower in order to maintain the active layer area.

図7に示したエッチングレートの温度依存性から、塩酸の温度に対してエッチングレートは指数関数的に増加することがわかる。これはギブスエネルギー的な振る舞いによるもので化学反応律則に順ずる結果であると言える。例えば、エッチャント温度が−10℃で60秒間のエッチングを行うのと同程度の素子形状を、5℃のエッチャント温度でのエッチングにより実現しようとした場合、単純にエッチングレートの比率から計算するとエッチングに要する時間は4.5秒以下となってしまう。   From the temperature dependency of the etching rate shown in FIG. 7, it can be seen that the etching rate increases exponentially with respect to the temperature of hydrochloric acid. This is due to the behavior of Gibbs energy and can be said to be the result of following the chemical reaction law. For example, when an element shape equivalent to etching for 60 seconds at an etchant temperature of −10 ° C. is to be realized by etching at an etchant temperature of 5 ° C., simply calculating from the etching rate ratio results in etching. The time required is 4.5 seconds or less.

実際の製造工程においては、このような短時間のエッチング時間内で終始作業を完全にコントロールするのは困難である。さらに、5℃より高温の温度範囲で3インチの基板上に形成された半導体層をエッチングする場合には、化学反応による生成熱も大面積になるほど大きくなりエッチングレートに大きく影響を与えることになる。したがって、エッチングの作業精度向上のためにも、エッチャントの温度範囲は5℃より低温、好ましくは0℃以下、活性総面積の維持を考慮すると−5℃以下や−10℃以下とする必要がある。   In an actual manufacturing process, it is difficult to completely control the work from start to finish within such a short etching time. Further, when etching a semiconductor layer formed on a 3-inch substrate in a temperature range higher than 5 ° C., the heat generated by a chemical reaction increases as the area increases, greatly affecting the etching rate. . Therefore, in order to improve the work accuracy of etching, the temperature range of the etchant should be lower than 5 ° C., preferably 0 ° C. or lower, and -5 ° C. or lower or −10 ° C. or lower in consideration of maintaining the total active area. .

−10℃で二重エッチングを行った3インチウエハの面内での素子形状は図6に示すように非常に均一性が高いものであった。3インチウエハでは面積が大きくなるために温度依存実験をしたときの同条件での活性層面積に対して若干小さくなっているが、これは化学反応による生成熱の影響であると考えられる。エッチャントの液温が5℃以上の場合では、反応熱の影響によりエッチングレートが大きく変化するため、均一な素子形状の制御というものは大変困難であると考えることができる。   The element shape in the plane of a 3-inch wafer subjected to double etching at −10 ° C. was very uniform as shown in FIG. Since the area of a 3-inch wafer is large, it is slightly smaller than the active layer area under the same conditions when a temperature-dependent experiment is performed. This is considered to be due to the influence of heat generated by a chemical reaction. When the liquid temperature of the etchant is 5 ° C. or higher, the etching rate changes greatly due to the influence of reaction heat, so that uniform element shape control can be considered very difficult.

上述した様に、エッチングレートの温度依存性と素子形状の温度依存性、および作業精度の観点からも、塩酸をエッチャントとして用いた素子分離方法では、エッチャントの温度範囲は5℃より低温が望ましく、さらに好ましい温度範囲は活性層面積ができる0度以下である。また、二重エッチングを行っても活性層面積が良好に維持されている−5℃以下、さらに好ましくは−10℃以下であることがわかる。
[第二の実施の形態]
As described above, the temperature range of the etchant is desirably lower than 5 ° C. in the element isolation method using hydrochloric acid as an etchant also from the viewpoint of the temperature dependency of the etching rate, the temperature dependency of the element shape, and the working accuracy. A more preferable temperature range is 0 ° C. or less where the active layer area can be formed. Moreover, even if double etching is performed, it can be seen that the active layer area is well maintained at −5 ° C. or lower, more preferably −10 ° C. or lower.
[Second Embodiment]

次に、本発明の素子分離方法の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本実施の形態の素子分離方法では、低温領域で塩酸をエッチャントとして用いてエッチングを行い、エッチング対象の結晶面方位によってエッチングレートが異なるという所謂エッチング異方性を利用している。エッチング異方性を利用してエッチングを行うことにより、素子分離後のエッチング面として斜面を形成することができ、光の取り出し効率を向上させるなど素子の特性を向上させることが可能である。   Next, another embodiment of the element isolation method of the present invention will be described with reference to the drawings. In the element isolation method of this embodiment, etching is performed using hydrochloric acid as an etchant in a low temperature region, and so-called etching anisotropy is used in which the etching rate varies depending on the crystal plane orientation to be etched. By performing etching using etching anisotropy, a slope can be formed as an etched surface after element isolation, and the characteristics of the element can be improved, for example, by improving light extraction efficiency.

第一の実施の形態である図1(a)と同様に、素子分離を行う対象であるリン系半導体層として、基板上にn型ドープしたガリウム・砒素(n−GaAs)層11上にn型ドープしたアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン(n−AlGaInP)層12、多重量子井戸(Multi Quantum Well)を構成する活性層13、p型ドープしたアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン(p−AlGaInP)層14、p型ドープしたガリウム・インジウム・リン(p−GaInP)層15、p型ドープしたガリウム・砒素(p−GaAs)層16が形成された多層構造を有する多層半導体部10を用意する。   As in FIG. 1A, which is the first embodiment, as a phosphorus-based semiconductor layer to be subjected to element isolation, n-type doped gallium arsenide (n-GaAs) layer 11 is formed on a substrate. Type-doped aluminum / gallium / indium / phosphorus (n-AlGaInP) layer 12, active layer 13 constituting a multiple quantum well, p-type doped aluminum / gallium / indium / phosphorus (p-AlGaInP) layer 14. A multilayer semiconductor section 10 having a multilayer structure in which a p-type doped gallium indium phosphide (p-GaInP) layer 15 and a p-type doped gallium arsenide (p-GaAs) layer 16 are formed is prepared.

その後、最上層であるp−GaAs層16上にレジストを塗布し、素子分離のパターンに露光した後にレジストを除去してマスク層17を作成する。マスク層17を形成した後に、リン酸(HPO)と過酸化水素水(H)と水(HO)を混合した水溶液でエッチングを行い、マスク層17の開口部に対応した位置のp−GaAs層16を除去する。 Thereafter, a resist is applied on the p-GaAs layer 16 which is the uppermost layer. After exposure to an element isolation pattern, the resist is removed to form a mask layer 17. After the mask layer 17 is formed, etching is performed with an aqueous solution in which phosphoric acid (H 3 PO 4 ), hydrogen peroxide water (H 2 O 2 ), and water (H 2 O) are mixed, so that openings in the mask layer 17 are formed. The p-GaAs layer 16 at the corresponding position is removed.

図8(a)は、リン系半導体層のp−GaAs層16上にマスク層17を形成した状態を示す平面図である。図中矢印で示した方向が結晶方位のa軸およびb軸方向であり、紙面に垂直方向がc軸方向である。図8(b)は、リン酸系半導体層である多層半導体部10の110面および111面を示すためにマスク形状の短辺側から見た図である。また図8(c)は、リン酸系半導体層である多層半導体部10の111面をマスク形状の長辺側から見た図である。図中に太い矢印で示した方向は多層半導体部10の110面に対して垂直な方向にエッチングが進行することを示している。   FIG. 8A is a plan view showing a state in which the mask layer 17 is formed on the p-GaAs layer 16 of the phosphorus-based semiconductor layer. The directions indicated by the arrows in the figure are the a-axis and b-axis directions of the crystal orientation, and the direction perpendicular to the paper surface is the c-axis direction. FIG. 8B is a view seen from the short side of the mask shape in order to show the 110 plane and the 111 plane of the multilayer semiconductor portion 10 which is a phosphate semiconductor layer. FIG. 8C is a view of the 111 surface of the multilayer semiconductor portion 10 that is a phosphoric acid semiconductor layer as viewed from the long side of the mask shape. A direction indicated by a thick arrow in the drawing indicates that etching proceeds in a direction perpendicular to the 110 plane of the multilayer semiconductor portion 10.

マスク層17の形状を図に示すように長方形とし、その長辺方向がリン系半導体層の110方向に対して垂直となるようにする。一般的に、ウエットエッチングではエッチング対象の結晶面方位によってエッチングレートが異なる。このため、面方位に応じてエッチングの反応が進行していき、エッチングで除去される領域の形状が結晶面方位に依存することになる。本実施の形態で用いているリン系半導体層のエッチングでは、特に110方向へのエッチング速度が極めて速い。このため、p−GaInP層15、p−AlGaInP層14、活性層13、n−AlGaInP層12をウエットエッチングで除去する場合、エッチングの反応が進行してn−GaAs層11のエッチングストップ層に達した後は、110面を侵食していく方向にエッチングが進行することになる。   The shape of the mask layer 17 is a rectangle as shown in the figure, and its long side direction is perpendicular to the 110 direction of the phosphorus-based semiconductor layer. In general, in wet etching, the etching rate varies depending on the crystal plane orientation to be etched. For this reason, the etching reaction proceeds in accordance with the plane orientation, and the shape of the region removed by the etching depends on the crystal plane orientation. In the etching of the phosphorus-based semiconductor layer used in this embodiment, the etching rate in the 110 direction is particularly fast. For this reason, when the p-GaInP layer 15, the p-AlGaInP layer 14, the active layer 13, and the n-AlGaInP layer 12 are removed by wet etching, the etching reaction proceeds and reaches the etching stop layer of the n-GaAs layer 11. After that, etching proceeds in the direction of eroding the 110 plane.

p−GaInP層15、p−AlGaInP層14、活性層13、n−AlGaInP層12のエッチングは、図1(b)と同様に、濃度30%の塩酸を−10℃まで冷却したエッチャントに多層半導体部10を浸漬して行う。このとき、多層半導体部10をエッチャント内で揺動させる必要はない。   Etching of the p-GaInP layer 15, the p-AlGaInP layer 14, the active layer 13, and the n-AlGaInP layer 12 is performed in an etchant obtained by cooling hydrochloric acid having a concentration of 30% to −10 ° C. as in FIG. Dipping part 10 is performed. At this time, it is not necessary to swing the multilayer semiconductor portion 10 within the etchant.

本発明のエッチングに用いるエッチャントは、酢酸を含んでいないためにエッチャントの温度を酢酸の凝固点より低温まで冷却することが可能であり、エッチングレートが抑制されるために、従来の酢酸を含んだ場合よりもエッチングの反応がゆっくりと進行する。低温のエッチャントを用いた低いエッチングレートでエッチングを行うことで、エッチングに要する時間が長くなるため、エッチングによる除去量を制御することが容易となる。また、2回のエッチングの合間に洗浄を行うことで、エッチング反応によって気泡が発生する場合にも、気泡の影響によるエッチングムラの発生を抑制して均一な除去を実現することができ、素子分離溝の端面が整った素子分離を行うことが可能となる。   Since the etchant used for etching of the present invention does not contain acetic acid, the etchant temperature can be cooled to a temperature lower than the freezing point of acetic acid, and the etching rate is suppressed. The etching reaction proceeds more slowly. By performing the etching at a low etching rate using a low temperature etchant, the time required for the etching becomes longer, so that the removal amount by the etching can be easily controlled. In addition, by performing cleaning between two etchings, even when bubbles are generated due to the etching reaction, it is possible to achieve uniform removal by suppressing the occurrence of etching unevenness due to the influence of bubbles. It is possible to perform element isolation in which the end face of the groove is arranged.

図1(c)に示すように、塩酸を用いたエッチング反応が多層半導体部10の多層構造の各層で均一かつ等方的に進行していき、V字形状に素子分離工18が形成されて最下層であるn−GaAs層11にまでエッチャントが到達する。n−GaAs層11は塩酸からなるエッチャントとは反応しないために、エッチング反応はn−GaAs層11で停止し、n−GaAs層11はエッチングストップ層として機能する。n−GaAs層11で深さ方向へのエッチング反応が停止した後には、エッチャントから多層半導体部10を取り出すまで各層の水平方向に対してエッチング反応が進行していく。これらのエッチング反応が終了すると、マスク層17の開口部に対応した位置に素子分離溝18が形成され、半導体素子の分離が完了する。   As shown in FIG. 1C, the etching reaction using hydrochloric acid proceeds uniformly and isotropically in each layer of the multilayer structure of the multilayer semiconductor portion 10, and the element separator 18 is formed in a V shape. The etchant reaches the n-GaAs layer 11 which is the lowest layer. Since the n-GaAs layer 11 does not react with an etchant made of hydrochloric acid, the etching reaction stops at the n-GaAs layer 11 and the n-GaAs layer 11 functions as an etching stop layer. After the etching reaction in the depth direction stops in the n-GaAs layer 11, the etching reaction proceeds in the horizontal direction of each layer until the multilayer semiconductor portion 10 is taken out from the etchant. When these etching reactions are completed, an element isolation groove 18 is formed at a position corresponding to the opening of the mask layer 17 to complete the isolation of the semiconductor element.

上述したように、エッチングストップ層であるn−GaAs層11まで到達したエッチャントは、各層の水平方向に対してエッチング反応が進行していく。このとき、多層半導体部10に対するエッチング速度は、111面をエッチングする速度が110面をエッチングする速度に対して約百分の一程度であるため、110方向に対して垂直に形成されているマスク層17の長辺側では、111面が露出することによってエッチングの反応が抑制される。したがって、多層半導体部10をエッチャントから取り出して素子分離を終了した後には、111面によって素子の長辺側にのみ斜面が形成される。これに対して、マスク層17の短辺側では、111面が面として露出するとが無いために110面に対するエッチングの反応が進行していき、エッチング速度が減速されずに、マスク層17の短辺領域までエッチングされて垂直面が形成されることになる。   As described above, the etchant that has reached the n-GaAs layer 11 that is the etching stop layer undergoes an etching reaction in the horizontal direction of each layer. At this time, the etching rate for the multi-layer semiconductor portion 10 is approximately one-hundredth of the etching rate for the 111 surface relative to the etching rate for the 110 surface, and thus the mask formed perpendicular to the 110 direction. On the long side of the layer 17, the etching reaction is suppressed by exposing the 111 surface. Therefore, after the multilayer semiconductor portion 10 is taken out from the etchant and the element isolation is completed, a slope is formed only on the long side of the element by the 111 plane. On the other hand, on the short side of the mask layer 17, the 111 surface is never exposed as a surface, so that the etching reaction proceeds on the 110 surface, and the etching rate is not reduced, and the mask layer 17 is short. A vertical surface is formed by etching up to the side region.

図9(a)は、多層半導体10の多層構造を形成する半導体基板の面方位と、マスク層17の形成方向との関係を示す模式図である。半導体基板の面方位を示すオリエンテーションフラットが110面を示しており、110方向に対して垂直方向にマスク層17の長辺方向を形成している。図中では、マスク層17の長辺方向と半導体基板の面方位の関係を示すためにマスク層17の大きさを拡大して示しているが、マスク層17の大きさは任意であり、通常は半導体基板の大きさと比較して非常に微細なパターンとして形成される。   FIG. 9A is a schematic diagram showing the relationship between the plane orientation of the semiconductor substrate forming the multilayer structure of the multilayer semiconductor 10 and the formation direction of the mask layer 17. An orientation flat indicating the plane orientation of the semiconductor substrate indicates the 110 plane, and the long side direction of the mask layer 17 is formed in a direction perpendicular to the 110 direction. In the drawing, in order to show the relationship between the long side direction of the mask layer 17 and the plane orientation of the semiconductor substrate, the size of the mask layer 17 is enlarged, but the size of the mask layer 17 is arbitrary, Is formed as a very fine pattern compared to the size of the semiconductor substrate.

図9(b)は、図9(a)のようにマスク層17を形成した後に、上述して説明した低温での塩酸を用いたエッチングによって素子分離を行った後の顕微鏡写真である。図中で長方形として示した領域はマスク層17が施された素子形状であり、隣り合う素子同士の間にはエッチングによって素子分離溝が形成されている。図中で素子の長辺領域が黒くなっているのは、マスク層17の長辺方向と同一方向であり、111面が露出することによってエッチング反応が抑制されて111面に対応する傾斜が形成されているためである。それに対して、素子の短辺領域には傾斜が形成されておらず、ほぼ垂直方向に素子分離溝を形成できていることがわかる。   FIG. 9B is a photomicrograph after element isolation is performed by etching using hydrochloric acid at a low temperature as described above after forming the mask layer 17 as shown in FIG. 9A. A region shown as a rectangle in the figure is an element shape provided with a mask layer 17, and an element isolation groove is formed by etching between adjacent elements. In the drawing, the long side region of the element is black in the same direction as the long side direction of the mask layer 17, and the etching reaction is suppressed by exposing the 111 surface, and a slope corresponding to the 111 surface is formed. It is because it has been. On the other hand, no slope is formed in the short side region of the element, and it can be seen that the element isolation groove can be formed in a substantially vertical direction.

図10(a)は、多層半導体10の110面に対してマスク層17の短辺方向が垂直となるようにした場合の半導体基板の面方位とマスク層17の形成方向との関係を示す模式図である。半導体基板の面方位を示すオリエンテーションフラットが110面を示しており、110方向に対して垂直方向にマスク層17の長辺方向を形成している。図10(b)は、図10(a)のようにマスク層17を形成した後に、上述して説明した低温での塩酸を用いたエッチングによって素子分離を行った後の顕微鏡写真である。図9と同様に、110面に対して垂直方向に形成されたマスク層17の短辺領域で、111面が露出することによってエッチング反応が抑制されて111面に対応する傾斜が形成されている。本発明の素子分離方法では、111面のエッチング反応が110面のエッチング反応よりも遅いことを用いて素子分離溝の斜面を形成することができる。したがって、マスク層17の短辺方向もしくは長辺方向を110方向に垂直に形成することで、素子分離溝の傾斜を任意方向に形成することが可能である。   FIG. 10A is a schematic diagram showing the relationship between the plane orientation of the semiconductor substrate and the formation direction of the mask layer 17 when the short side direction of the mask layer 17 is perpendicular to the 110 plane of the multilayer semiconductor 10. FIG. An orientation flat indicating the plane orientation of the semiconductor substrate indicates the 110 plane, and the long side direction of the mask layer 17 is formed in a direction perpendicular to the 110 direction. FIG. 10B is a photomicrograph after element isolation is performed by etching using hydrochloric acid at a low temperature as described above after the mask layer 17 is formed as shown in FIG. As in FIG. 9, in the short side region of the mask layer 17 formed in the direction perpendicular to the 110 plane, the 111 plane is exposed, so that the etching reaction is suppressed and a slope corresponding to the 111 plane is formed. . In the element isolation method of the present invention, the slope of the element isolation groove can be formed using the fact that the etching reaction on the 111 plane is slower than the etching reaction on the 110 plane. Therefore, by forming the short side direction or the long side direction of the mask layer 17 perpendicular to the 110 direction, it is possible to form the inclination of the element isolation groove in an arbitrary direction.

図11は、低温での塩酸によるエッチングで素子分離を行った後の、素子分離溝の状態を示す顕微鏡写真である。図中左右方向が110方向であり、図中上下方向が100方向である。素子の周辺領域では、110方向に対して垂直方向に形成された辺が傾斜面となり、110方向に形成された辺は基板に対して垂直方向にエッチングが進行して素子分離されていることがわかる。このとき、傾斜面として形成された素子分離溝の側面は、基板に対しておおよそ45度の角度で形成されていた。111面は基板に対して約55度の角度であることから、110方向に対して垂直方向の辺での素子分離溝の傾斜は、完全に111面が露出した状態ではなく、塩酸の濃度や温度などのエッチング条件によって決定されると考えられる。したがって、エッチング条件を変更することで、111面の傾斜角度と同程度の傾斜角度を形成することができ、基板に対して約30〜60度の傾斜面を形成することが可能である。   FIG. 11 is a photomicrograph showing the state of the element isolation groove after element isolation by etching with hydrochloric acid at a low temperature. The left-right direction in the figure is the 110 direction, and the up-down direction in the figure is the 100 direction. In the peripheral region of the element, the side formed in the direction perpendicular to the 110 direction becomes an inclined surface, and the side formed in the 110 direction is separated from the element by etching in the direction perpendicular to the substrate. Understand. At this time, the side surface of the element isolation groove formed as the inclined surface was formed at an angle of approximately 45 degrees with respect to the substrate. Since the 111 plane is at an angle of about 55 degrees with respect to the substrate, the inclination of the element isolation groove on the side perpendicular to the 110 direction is not the state where the 111 plane is completely exposed, but the concentration of hydrochloric acid and It is considered that it is determined by etching conditions such as temperature. Therefore, by changing the etching conditions, it is possible to form an inclination angle similar to the inclination angle of the 111 plane, and to form an inclined surface of about 30 to 60 degrees with respect to the substrate.

このように、低温での塩酸を用いてエッチングを行うことと、110方向に垂直方向にマスク層17を形成することにより、多層半導体部10の111面がエッチングされ難い性質を利用して素子の側面に傾斜面を形成することができる。素子として発光ダイオード(LED)を形成して発光を行う場合には、素子内部で横方向に導波する光が傾斜面によって反射し縦方向へと進行していくことになる。例えばリン酸系半導体を用いた発光ダイオード材料は屈折率が高く、発光ダイオードの活性層で発光した光は空気との界面で素子内部方向に反射をおこし、横方向に進行した光は傾斜面の界面で効率良く反射されて縦方向に取り出されるため、光の取り出し効率を向上させることが可能である。   In this way, by performing etching using hydrochloric acid at a low temperature and forming the mask layer 17 in the direction perpendicular to the 110 direction, the 111 surface of the multilayer semiconductor portion 10 is difficult to be etched, and the element is used. An inclined surface can be formed on the side surface. In the case of emitting light by forming a light emitting diode (LED) as an element, light guided in the horizontal direction inside the element is reflected by the inclined surface and proceeds in the vertical direction. For example, a light-emitting diode material using a phosphoric acid semiconductor has a high refractive index, and light emitted from the active layer of the light-emitting diode is reflected toward the inside of the element at the interface with the air, and light traveling in the lateral direction has a sloped surface. Since light is efficiently reflected at the interface and extracted in the vertical direction, the light extraction efficiency can be improved.

図12は、リン系半導体層のp−GaAs層16上に八角形状のマスク層17を形成した例を示す平面図である。八角形状のマスク層17も、長辺方向は110方向に対して垂直に形成され、短辺方向が110面に対して垂直に形成されている。上述した様に、110方向に対して垂直方向に形成された辺では、素子分離溝に傾斜面が形成されることになる。しかし、マスク層17を長方形として形成した場合には、長方形の頂点領域はサイドエッチングによって斜め方向に対してエッチングが進行していくことになる。図9ないし図11でも、マスク層17の頂点近傍では素子分離溝が221面方向に形成されていることがわかる。したがって、マスク層17の形状を長方形ではなく八角形状としておいてもよい。   FIG. 12 is a plan view showing an example in which an octagonal mask layer 17 is formed on the p-GaAs layer 16 of the phosphorus-based semiconductor layer. The octagonal mask layer 17 is also formed such that the long side direction is perpendicular to the 110 direction and the short side direction is perpendicular to the 110 plane. As described above, an inclined surface is formed in the element isolation trench on the side formed in the direction perpendicular to the 110 direction. However, when the mask layer 17 is formed in a rectangular shape, the rectangular vertex region is etched in an oblique direction by side etching. 9 to 11 also show that element isolation trenches are formed in the 221 plane direction near the apex of the mask layer 17. Therefore, the mask layer 17 may have an octagonal shape instead of a rectangular shape.

図13は、八角形状のマスク層17を形成してエッチングを行った様子を示す図であり、図13(a)はエッチングによって形成される素子分離溝の側面形状を示し、図13(b)はエッチングを行った後の素子形状を示す顕微鏡写真である。マスク層17の長辺方向は110方向に対して垂直に形成されているため、エッチング速度が遅い111面によって傾斜面が形成されている。また、221面に対するエッチング反応が進行することで、マスク層17の短辺と長辺が交差する周辺では、221面が露出するような傾斜面が形成されることになる。   FIG. 13 is a view showing a state in which an octagonal mask layer 17 is formed and etching is performed. FIG. 13A shows a side shape of an element isolation groove formed by etching, and FIG. These are photomicrographs showing the element shape after etching. Since the long side direction of the mask layer 17 is formed perpendicular to the 110 direction, an inclined surface is formed by the 111 surface having a slow etching rate. Further, as the etching reaction with respect to the 221 plane proceeds, an inclined surface is formed such that the 221 plane is exposed in the periphery where the short side and the long side of the mask layer 17 intersect.

110面に対して垂直方向に形成されたマスク層17の辺では、110面のエッチング速度が大きいために素子分離溝は基板に対して略垂直に形成される。素子の側面が基板に対して垂直であると、上述して説明した傾斜面による光の反射で光の取り出し効率を向上させることができない。しかし、221面が露出する傾斜面を形成することにより、基板に対して垂直な素子側面が減少して光の取り出し効率をさらに向上させることが可能となる。   On the sides of the mask layer 17 formed in the direction perpendicular to the 110 plane, the element isolation trench is formed substantially perpendicular to the substrate because the etching speed of the 110 plane is high. If the side surface of the element is perpendicular to the substrate, the light extraction efficiency cannot be improved due to the reflection of light by the inclined surface described above. However, by forming the inclined surface that exposes the 221 surface, the side surface of the element perpendicular to the substrate is reduced, and the light extraction efficiency can be further improved.

図14は、八角形状のマスク層17を形成してエッチングを過剰に行った様子を示す図であり、図14(a)はエッチングによって形成される素子分離溝の側面形状を示し、図14(b)はエッチングを行った後の素子形状を示す顕微鏡写真である。エッチング時間を長くすると、221面を侵食するエッチング反応が進行していき、基板に対して垂直な素子側面が消滅することになる。エッチングを過剰に行った場合には、素子の面積を確保することが困難となり発光効率が落ちてしまう可能性があるが、エッチング時間を制御することによって基板に対して垂直な素子側面の面積を制御することが可能となる。   FIG. 14 is a diagram showing a state in which the octagonal mask layer 17 is formed and etching is performed excessively, and FIG. 14A shows the side shape of the element isolation groove formed by etching, and FIG. b) is a photomicrograph showing the element shape after etching. When the etching time is lengthened, the etching reaction that erodes the 221 surface proceeds, and the device side surface perpendicular to the substrate disappears. If etching is performed excessively, it is difficult to secure the area of the element and the light emission efficiency may be reduced. However, by controlling the etching time, the area of the element side surface perpendicular to the substrate is reduced. It becomes possible to control.

上述した様に、多層半導体部10の異方性エッチングを利用して、マスクの長辺を110方向に対して垂直になるようにパターニングするで、素子の長辺側に111面によって形成された傾斜面を形成することができる。この傾斜面を素子分離溝、つまり素子の側面に形成することで、素子内部での発光により発生した素子の横方向への光の進路を縦方向へと反射させ、素子の100面から取り出す光量を増加させて光取り出し効率を向上させることができる。エッチングによる傾斜面の形成では、ダイシングや劈開などの物理的外力を加えるよりも素子へのダメージを少なくすることができ、素子の特性悪化を防止することができる。   As described above, the long side of the mask is patterned so as to be perpendicular to the 110 direction by using anisotropic etching of the multilayer semiconductor portion 10, so that the long side of the element is formed by the 111 plane. An inclined surface can be formed. By forming this inclined surface in the element isolation groove, that is, the side surface of the element, the light path in the lateral direction of the element generated by light emission inside the element is reflected in the vertical direction, and the amount of light extracted from the 100 surface of the element Can increase the light extraction efficiency. In the formation of the inclined surface by etching, damage to the element can be reduced as compared with applying physical external force such as dicing or cleavage, and deterioration of the characteristics of the element can be prevented.

本発明のエッチング方法および素子分離方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the etching method and element isolation method of this invention. 本発明のエッチング方法および素子分離方法を実現するための装置構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of an apparatus structure for implement | achieving the etching method and element isolation method of this invention. 素子分離溝を形成した多層半導体部の顕微鏡写真であり、図3(a)は本発明の塩酸をエッチャントとして用いた素子分離方法によるもので、図3(b)は塩化水素(HCl)と酢酸(CHCOOH)を混合したエッチャントを用いたものである。FIG. 3A is a micrograph of a multilayer semiconductor portion in which element isolation trenches are formed. FIG. 3A is an element isolation method using hydrochloric acid of the present invention as an etchant, and FIG. 3B is hydrogen chloride (HCl) and acetic acid. An etchant mixed with (CH 3 COOH) is used. 素子分離溝を形成した多層半導体部の断面模式図であり、図4(a)は本発明の塩酸をエッチャントとして用いた素子分離方法によるもので、図4(b)は塩化水素(HCl)と酢酸(CHCOOH)を混合したエッチャントを用いたものである。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a multilayer semiconductor portion in which an element isolation groove is formed. FIG. 4A shows an element isolation method using hydrochloric acid of the present invention as an etchant. FIG. 4B shows hydrogen chloride (HCl). An etchant mixed with acetic acid (CH 3 COOH) is used. 素子分離溝を形成した際に残渣が発生した状態を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the state which the residue generate | occur | produced when forming an element isolation groove. 塩酸でのエッチングを2回に分けて実行した場合の、基板面内での活性層面積の分布を示すグラフである。It is a graph which shows distribution of the active layer area in a substrate surface at the time of performing etching with hydrochloric acid in two steps. 本発明のエッチング方法および素子分離方法を用いた場合でのLEDの活性層面積の温度特性と、エッチングレートの温度特性を示したグラフである。It is the graph which showed the temperature characteristic of the active layer area of LED at the time of using the etching method and element isolation method of this invention, and the temperature characteristic of an etching rate. 本発明の第二の実施の形態における素子分離方法を示す模式図であり、マスク層の長辺方向を110方向に対して垂直に形成した状態を示している。It is a schematic diagram which shows the element isolation method in 2nd embodiment of this invention, and has shown the state which formed the long side direction of the mask layer perpendicular | vertical with respect to 110 direction. 本発明の第二の実施の形態における素子分離方法で形成した素子形状を示す図であり、図9(a)は半導体基板の面方位とマスク層の形成方向との関係を示す模式図であり、図9(b)は素子分離を行った後の顕微鏡写真である。It is a figure which shows the element shape formed with the element isolation method in 2nd embodiment of this invention, and Fig.9 (a) is a schematic diagram which shows the relationship between the surface orientation of a semiconductor substrate, and the formation direction of a mask layer. FIG. 9B is a photomicrograph after element isolation. 本発明の第二の実施の形態における素子分離方法で形成した素子形状を示す図であり、図10(a)は半導体基板の面方位とマスク層の形成方向との関係を示す模式図であり、図10(b)は素子分離を行った後の顕微鏡写真である。It is a figure which shows the element shape formed with the element isolation method in 2nd embodiment of this invention, and Fig.10 (a) is a schematic diagram which shows the relationship between the surface orientation of a semiconductor substrate, and the formation direction of a mask layer. FIG. 10B is a photomicrograph after element isolation. 本発明の第二の実施の形態における素子分離方法で素子分離を行った後の、素子分離溝の状態を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the state of an element isolation groove after performing element isolation with the element isolation method in 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二の実施の形態における素子分離方法を示す模式図であり、八角形状のマスク層を形成した例を示す平面図である。It is a schematic diagram which shows the element isolation method in 2nd embodiment of this invention, and is a top view which shows the example which formed the octagonal mask layer. 八角形状のマスク層を形成してエッチングを行った様子を示す図であり、図13(a)はエッチングによって形成される素子分離溝の側面形状を示し、図13(b)はエッチングを行った後の素子形状を示す顕微鏡写真である。It is a figure which shows a mode that the octagonal mask layer was formed and etched, FIG.13 (a) shows the side surface shape of the element isolation groove formed by etching, FIG.13 (b) performed the etching It is a microscope picture which shows the latter element shape. 八角形状のマスク層を形成してエッチングを過剰に行った様子を示す図であり、図14(a)はエッチングによって形成される素子分離溝の側面形状を示し、図14(b)はエッチングを行った後の素子形状を示す顕微鏡写真である。FIGS. 14A and 14B show a state where an octagonal mask layer is formed and etching is performed excessively. FIG. 14A shows a side shape of an element isolation groove formed by etching, and FIG. It is a microscope picture which shows the element shape after performing.

符号の説明Explanation of symbols

10 多層半導体部
11 n−GaAs層
12 n−AlGaInP層
13 活性層
14 p−AlGaInP層
15 p−GaInP層
16 p−GaAs層
17 マスク層
18 素子分離溝
21 冷却用容器
22 冷媒
23 反応容器
24 エッチャント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Multilayer semiconductor part 11 n-GaAs layer 12 n-AlGaInP layer 13 Active layer 14 p-AlGaInP layer 15 p-GaInP layer 16 p-GaAs layer 17 Mask layer 18 Element isolation groove 21 Cooling vessel 22 Refrigerant 23 Reaction vessel 24 Etchant

Claims (16)

塩酸からなるエッチャントを5℃より低温に冷却して、基板上に形成されたリン系半導体層を前記エッチャントに浸漬してエッチングを行うことを特徴とするエッチング方法。   An etching method characterized in that etching is performed by cooling an etchant made of hydrochloric acid to a temperature lower than 5 ° C. and immersing a phosphorous semiconductor layer formed on a substrate in the etchant. 前記リン系半導体層は、多層構造を有することを特徴とする請求項1記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 1, wherein the phosphorus-based semiconductor layer has a multilayer structure. 前記リン系半導体層は、アルミニウムを含有する層を有することを特徴とする請求項2記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 2, wherein the phosphorus-based semiconductor layer has a layer containing aluminum. 前記リン系半導体層は、ガリウム・インジウム・リンを含む層を有することを特徴とする請求項2記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 2, wherein the phosphorus-based semiconductor layer has a layer containing gallium, indium, and phosphorus. 前記エッチャントに微量のリン酸を含有させることを特徴とする請求項1記載のエッチング方法。   2. The etching method according to claim 1, wherein a trace amount of phosphoric acid is contained in the etchant. 前記エッチャントの冷却を行うための冷媒としてアルコールを用いることを特徴とする請求項1記載のエッチング方法。   2. The etching method according to claim 1, wherein alcohol is used as a coolant for cooling the etchant. 前記エッチャントを0℃以下に冷却することを特徴とする請求項1記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 1, wherein the etchant is cooled to 0 ° C. or lower. 前記エッチャントを−5℃以下に冷却することを特徴とする請求項1記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 1, wherein the etchant is cooled to −5 ° C. or lower. 塩酸からなるエッチャントを5℃より低温に冷却して、基板上に形成されたリン系半導体層を前記エッチャントに浸漬するエッチングを複数回行い、
第一のエッチングと第二のエッチングの間に、前記リン系半導体層の表面に付着した気泡を除去する洗浄を行うことを特徴とするエッチング方法。
An etchant made of hydrochloric acid is cooled to a temperature lower than 5 ° C., and a phosphorous semiconductor layer formed on the substrate is etched several times in the etchant,
An etching method characterized by performing cleaning to remove bubbles adhering to the surface of the phosphorus-based semiconductor layer between the first etching and the second etching.
塩化水素からなるエッチャントを5℃より低温に冷却して、基板上に形成されたリン系半導体層を前記エッチャントに浸漬して素子分離溝を形成することを特徴とする素子分離方法。   An element isolation method comprising forming an element isolation groove by cooling an etchant made of hydrogen chloride to a temperature lower than 5 ° C. and immersing a phosphorous semiconductor layer formed on a substrate in the etchant. 塩酸からなるエッチャントを用いて素子分離溝を形成する素子分離方法であって、
リン系半導体層の表面に、前記エッチャントに対する溶解度が高い結晶方位と所定の角度で交わる辺を有するマスクを形成し、
前記エッチャントを5℃より低温に冷却し、前記リン系半導体層を前記エッチャントに浸漬して、素子分離溝に傾斜面を形成することを特徴とする素子分離方法。
An element isolation method for forming an element isolation groove using an etchant made of hydrochloric acid,
On the surface of the phosphorus-based semiconductor layer, a mask having a side intersecting at a predetermined angle with a crystal orientation having high solubility in the etchant is formed,
An element isolation method, wherein the etchant is cooled to a temperature lower than 5 ° C., the phosphorus-based semiconductor layer is immersed in the etchant, and an inclined surface is formed in an element isolation groove.
前記マスクの一辺が、前記リン系半導体層の前記エッチャントに対する溶解度が高い結晶方位と垂直方向に形成されていることを特徴とする請求項11記載の素子分離方法。   12. The element isolation method according to claim 11, wherein one side of the mask is formed in a direction perpendicular to a crystal orientation in which the phosphorus-based semiconductor layer is highly soluble in the etchant. 前記マスクの一辺が、前記リン系半導体層の前記エッチャントに対する溶解度が低い結晶方位と平行方向に形成されていることを特徴とする請求項11記載の素子分離方法。   12. The element isolation method according to claim 11, wherein one side of the mask is formed in a direction parallel to a crystal orientation in which the solubility of the phosphorus-based semiconductor layer with respect to the etchant is low. 前記エッチャントに対する溶解度が高い結晶方位が、前記リン系半導体層の110方向であることを特徴とする請求項11記載の素子分離方法。   12. The element isolation method according to claim 11, wherein the crystal orientation having high solubility in the etchant is the 110 direction of the phosphorus-based semiconductor layer. 前記傾斜面は前記リン系半導体層の111面であることを特徴とする請求項11記載の素子分離方法。   The element isolation method according to claim 11, wherein the inclined surface is a 111 surface of the phosphorus-based semiconductor layer. 前記傾斜面の基板に対する傾斜角度は、30度乃至60度の範囲内であることを特徴とする請求項11記載の素子分離方法。
12. The element isolation method according to claim 11, wherein an inclination angle of the inclined surface with respect to the substrate is in a range of 30 degrees to 60 degrees.
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