JP2007115752A

JP2007115752A - 窒化ガリウム系半導体領域にパターンを形成する方法

Info

Publication number: JP2007115752A
Application number: JP2005303031A
Authority: JP
Inventors: Tomihito Miyazaki; 富仁宮崎
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】ケイ素含有ガスおよびケイ素片を用いること無く窒化ガリウム系半導体領域をドライエッチングして、窒化ガリウム系半導体領域にパターンを形成する方法を提供する。
【解決手段】この方法は、ケイ素およびケイ素窒化物の少なくともいずれかからなる層を含むマスク膜を窒化ガリウム系半導体領域１３上に形成した後に、マスク膜をエッチングしてマスク２７を形成する工程と、マスク２７を用い窒化ガリウム系半導体領域１３をドライエッチングして、パターン形成された窒化ガリウム系半導体領域３３を形成する工程を備え、マスク膜のエッチングはフッ素系ガスを用いて行われる。窒化ガリウム系半導体領域１３のドライエッチングは、エッチャントとして、塩素系ガス、臭素系ガス、または塩素系ガスおよび臭素系ガスを用いて行われる。
【選択図】図２

Description

本発明は、窒化ガリウム系半導体領域にパターンを形成する方法に関する。

特許文献１には、窒化ガリウム系化合物半導体をドライエッチングする方法が記載されている。この方法によれば、窒化ガリウム系化合物半導体を塩素ガスとケイ素含有ガスとの２種類のガスから発生されたプラズマガスでエッチングする。或いは、エッチング室内の電極上に、ケイ素片と窒化ガリウム系化合物半導体とを設置し、塩素ガスのプラズマガスで上記エッチングを行う。これらのエッチングによれば、エッチング面のエッチング残渣およびエッチピット等を無くし平滑な面を得ることができる。また、エッチング結果が常時安定する。さらに、複数の窒化ガリウム系化合物半導体に対しても同時に同一結果でエッチングできる。
特開平８−１７８０３号公報

特許文献１に記載された技術によれば、塩素ガスとケイ素含有ガスとの２種類のガスを用いるか、或いは、電極上に置かれたケイ素片と塩素ガスとを用いる。電極上に置かれたケイ素片と塩素ガスとを用いる方法では、ケイ素片はエッチングにより消耗するので、ケイ素の供給量の管理が容易ではない。また、塩素ガスとケイ素含有ガスとの２種類のガスを用いる方法では、ケイ素含有ガスをエッチャントと共に供給するので、チャンバ内における各ガス成分の流れを調整することは容易ではない。２種類のガスの供給の条件等を決定することが煩雑である。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、ケイ素含有ガスおよびケイ素片を用いずに窒化ガリウム系半導体領域をドライエッチングして、窒化ガリウム系半導体領域にパターンを形成する方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面は、窒化ガリウム系半導体領域にパターンを形成する方法である。この方法は、（ａ）ケイ素およびケイ素窒化物の少なくともいずれかからなる層を含むマスクを用いて前記窒化ガリウム系半導体領域をドライエッチングして、パターン形成された窒化ガリウム系半導体領域を形成する工程を備える。

この方法によれば、エッチング中にマスクからケイ素ラジカルが発生され、該ケイ素ラジカルがエッチングに寄与する。また、ケイ素ラジカルが、エッチングされる窒化ガリウム系半導体領域上のマスクから供給されるので、ケイ素ラジカルは確実に供給される。さらに、マスクは、酸素を構成元素に含む材料から形成されていないので、エッチング中に酸素ラジカルがマスクから供給されることはない。これ故に、エッチングされる窒化ガリウム系半導体領域には、酸素ラジカルに起因して窒素欠損が生じない。

本発明に係る方法は、（ｂ）前記マスクのためのマスク膜を前記窒化ガリウム系半導体領域上に形成する工程と、（ｃ）パターンを有するレジストマスクをマスク膜上に形成する工程と、（ｄ）前記レジストマスクを用いて前記マスク膜をエッチングして前記マスクを形成する工程と、（ｅ）前記レジストマスクを除去する工程とを更に備え、前記マスク膜のエッチングはフッ素系ガスを用いて行われることができる。

この方法によれば、フッ素系ガスを用いると、マスク膜のエッチングレートは前記窒化ガリウム系半導体領域のエッチングレートよりも大きくなる。マスク膜のエッチング中にエッチングされる窒化ガリウム系半導体の量を少なくできる。

本発明に係る方法の好適な実施例では、前記フッ素系ガスはＳＦ_６、ＮＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｆ_２の少なくともいずれかのガスを含むことが好ましい。

本発明に係る方法では、前記窒化ガリウム系半導体領域のドライエッチングは、エッチャントとして、塩素系ガス、臭素系ガス、または塩素系ガスおよび臭素系ガスを用いて行われることができる。

本発明に係る方法は、（ｆ）前記窒化ガリウム系半導体領域をドライエッチングした後に、前記パターン形成された窒化ガリウム系半導体領域上に前記マスクを用いて窒化ガリウム系半導体を選択成長する工程を更に備えることができる。

この方法によれば、マスクは、エッチング用だけではなく、選択成長のためにも利用される。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、ケイ素含有ガスおよびケイ素片を用いること無く窒化ガリウム系半導体領域をドライエッチングして、窒化ガリウム系半導体領域にパターンを形成する方法が提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化ガリウム系半導体領域にパターンを形成する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１および図２は、本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体領域にパターンを形成する方法の主要な工程を示す図面である。図１（Ａ）に示されるように、基板１１上に窒化ガリウム系半導体領域１３を形成する。窒化ガリウム系半導体領域１３は、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮであり、主要なＶ族構成元素として窒素を含むと共に主要なIII族構成元素としてガリウム、インジウムおよびアルミニウムの少なくともいずれかを含むものを示す。必要な場合には、ｐ型ドーパントおよび／またはｎ型ドーパントを含むことができる。基板１１として、例えばサファイア基板、ＧａＮ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板等を用いることができる。

続いて、窒化ガリウム系半導体領域１３上にマスク膜１５を形成する。マスク膜１５は、ケイ素およびケイ素窒化物の少なくともいずれかからなる層を含む。マスク膜１５の材料は、実質的に酸素を含まない。本実施の形態では、例えばケイ素膜を用いる。マスク膜１５は、例えばＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法等を用いて堆積される。

次いで、マスク膜１５上にフォトレジスト１７を塗布する。図１（Ｂ）に示されるように、塗布されたフォトレジスト１７を石英マスク１９を用いて露光した後に、このフォトレジストを現像してパターンを有するレジストマスク２１を形成する。

この後に、図１（Ｃ）に示されるように、エッチング装置２３において、レジストマスク２１を用いてマスク膜１５のエッチング２５を行って、マスク２７を形成する。

マスク膜１５のエッチング２５はフッ素系ガスを用いて行われることができる。この方法によれば、フッ素系ガスを用いると、マスク膜１５のエッチングレートは窒化ガリウム系半導体領域１３のエッチングレートよりも大きくなる。マスク膜のエッチング中にエッチングされる窒化ガリウム系半導体の量を少なくできる。好適な実施例では、フッ素系ガスはＳＦ_６、ＮＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｆ_２の少なくともいずれかのガスを含むことが好ましい。好適には、フッ素系ガスはＣＦ_４である。

マスク膜１５のエッチング２５の一条件は、例えば
ガス流量：２０〜４０ｓｃｃｍ
圧力：２〜１０Ｐａ
プラズマパワー：３ｍ以上１０ｍＷ／ｍｍ^２以下
である。

フッ素系ガスを用いたエッチングの後には、窒化ガリウム半導体領域１３の表面１３ａは、図２（Ａ）に示されるように、フッ素原子２９によって終端される。これ故に、窒化ガリウム半導体領域１３の表面１３ａはフッ素によって保護される。したがって、窒化ガリウム半導体領域１３の表面１３ａからの窒素空孔の発生が低減される。

この後に、エッチングの後に、レジストマスク２１を除去する。レジストマスク２１の除去は、フッ素系ガスを用いてプラズマアッシングすることができる。窒化ガリウム半導体領域１３の表面１３ａはフッ素によって保護される。したがって、窒化ガリウム半導体領域１３の表面１３ａからの窒素空孔の発生が低減される。

図２（Ｂ）に示されるように、マスク２７を用いて窒化ガリウム系半導体領域１３のドライエッチング３１を行う。このエッチング中にマスク２７からケイ素ラジカル３１ａが発生され、該ケイ素ラジカル３１ａがエッチングに寄与する。また、ケイ素ラジカル３１ａが、エッチングされる窒化ガリウム系半導体領域１３上のマスク２７から供給されるので、ケイ素ラジカル３１は確実に供給される。さらに、マスク２７は、酸素を構成元素に含む材料から形成されていないので、エッチング中に酸素ラジカルがマスクから供給されることはない。これ故に、エッチングされる窒化ガリウム系半導体領域３３には、エッチング中に酸素ラジカルに起因して窒素欠損が生じない。

このドライエッチングは、エッチャントとして、塩素系ガスを用いて行われることができる。塩素系ガスは、例えば、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＣｌ等であることができる。好適には、エッチャントはＣｌ_２である。この理由は、ハロゲンのみを含むため、反応生成物は気化あるいは昇華しやすいためである。

また、このドライエッチングは、エッチャントとして、臭素系ガスを用いて行われることができる。臭素系ガスは、例えば、Ｂｒ_２、ＨＢｒ等であることができる。好適には、エッチャントはＢｒ_２である。この理由は、ハロゲンのみを含むため、反応生成物は気化あるいは昇華しやすいためである。

さらに、このドライエッチングは、エッチャントとして、塩素系ガスおよび臭素系ガスを用いて行われることができる。好適には、エッチャントはＣｌ_２＋ＢＣｌ_３の組み合わせである。この理由は、窒化ガリウム半導体に対して反応性が高いためである。

窒化ガリウム系半導体領域１３のドライエッチング３１の一条件は、例えば
ガス流量：２０〜４０ｓｃｃｍ
圧力：２〜５Ｐａ
プラズマパワー：５ｍ以上１０ｍＷ／ｍｍ^２以下
である。

エッチングの結果、図２（Ｃ）に示されるように、パターン形成された窒化ガリウム系半導体領域３３が形成される。また、このエッチングによれば、エッチングされた窒化ガリウム系半導体領域３３の表面３３ａは平坦にできる。表面３３ａをフッ素で保護するようにしてもよい。エッチングの後に、必要な場合には、マスク２７を除去する。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体領域にパターンを形成する方法の主要な工程を示す図面である。図１および図２に示された工程に引き続いて、図２（Ｂ）に示されるように窒化ガリウム系半導体領域１３のドライエッチング３１をした後に、パターン形成された窒化ガリウム系半導体領域３３上にマスク２７を用いて窒化ガリウム系半導体を選択成長することができる。この方法によれば、マスク２７は、エッチングのためだけではなく、選択成長のためにも利用される。

窒化ガリウム系半導体３５の選択成長は、図３（Ａ）に示されるように、原料Ｇを供給して、例えば有機金属気相成長装置３７を用いて行われることができる。
図３（Ｂ）に示されるように、窒化ガリウム系半導体領域３３上に窒化ガリウム系半導体３５が成長される。窒化ガリウム系半導体３５は、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮであり、主要なＶ族構成元素として窒素を含むと共に主要なIII族構成元素としてガリウム、インジウムおよびアルミニウムの少なくともいずれかを含むものを示す。必要な場合には、ｐ型ドーパントおよび／またはｎ型ドーパントを含むことができる。

選択成長が完了した後に、マスク２７を除去する。この結果、図３（Ｃ）に示されるように、窒化ガリウム系半導体装置３９が提供される。窒化ガリウム系半導体装置３９は、ホモ接合或いはヘテロ接合を有することができる。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本実施の形態では、例えば、基板上に形成された窒化ガリウム系半導体領域のエッチングを説明したけれども、本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではなく、例えば窒化ガリウム系半導体基板のエッチングを行うこともできる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１（Ａ）は、基板上に窒化ガリウム系半導体領域を形成する工程を示す図面である。図１（Ｂ）は、マスクを用いて窒化ガリウム系半導体領域のドライエッチングを行う工程を示す図面である。図１（Ｃ）は、エッチング装置において、レジストマスクを用いてマスク膜のエッチングを行って、マスクを形成する工程を示す図面である。図２（Ａ）は、フッ素原子による終端を示す図面である。図２（Ｂ）は、窒化ガリウム系半導体領域のドライエッチングを示す図面である。図２（Ｃ）は、パターン形成された窒化ガリウム系半導体領域を示す図面である。図３（Ａ）は、洗濯成長を示す図面である。図３（Ｂ）は、窒化ガリウム系半導体領域上に成長された窒化ガリウム系半導体を示す図面である。図３（Ｃ）は、窒化ガリウム系半導体装置３９を示す図面である。

符号の説明

１１…基板、１３…窒化ガリウム系半導体領域、１３ａ…窒化ガリウム半導体領域表面、１５…マスク膜、１７…フォトレジスト、１９…石英マスク、２１…レジストマスク、２３…エッチング装置、２５…エッチング、２７…マスク、２９…フッ素原子、３１…ドライエッチング、３１ａ…ケイ素ラジカル、３３…エッチングされる窒化ガリウム系半導体領域、３５…窒化ガリウム系半導体、３７…有機金属気相成長装置、３９…窒化ガリウム系半導体装置

Claims

窒化ガリウム系半導体領域にパターンを形成する方法であって、
ケイ素およびケイ素窒化物の少なくともいずれかからなる層を含むマスクを用い前記窒化ガリウム系半導体領域をドライエッチングして、パターン形成された窒化ガリウム系半導体領域を形成する工程を備える、ことを特徴とする方法。
前記マスクのためのマスク膜を前記窒化ガリウム系半導体領域上に形成する工程と、
パターンを有するレジストマスクをマスク膜上に形成する工程と、
前記レジストマスクを用いて前記マスク膜をエッチングして前記マスクを形成する工程と、
前記レジストマスクを除去する工程と
を更に備え、
前記マスク膜のエッチングはフッ素系ガスを用いて行われる、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
前記フッ素系ガスはＳＦ_６、ＮＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｆ_２の少なくともいずれかのガスを含む、ことを特徴とする請求項２に記載された方法。
前記窒化ガリウム系半導体領域のドライエッチングのためのガスは、少なくとも塩素系ガスを含む、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載された方法。
前記窒化ガリウム系半導体領域のドライエッチングのためのガスは、少なくとも臭素系ガスを含む、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載された方法。
前記窒化ガリウム系半導体領域をドライエッチングした後に、前記パターン形成された窒化ガリウム系半導体領域上に前記マスクを用いて窒化ガリウム系半導体を選択成長する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載された方法。