JP2009135476A - Etching method and method of manufacturing optical/electronic device using the same - Google Patents

Etching method and method of manufacturing optical/electronic device using the same Download PDF

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Hideyoshi Horie
秀善 堀江
Takashi Fukada
崇 深田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor etching method capable of easily etching even a semiconductor layer that is hardly be etched, such as a group III-V nitride semiconductor, by a relatively simple process. <P>SOLUTION: The etching method includes: a step of forming a solid layer, such as a metal fluoride layer 3, at least as one portion of an etching mask on the surface of substrates 1, 2; a step of performing polymer solution processing to the solid layer; and a step of etching the substrates with the solid layer as a mask. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、エッチング方法およびそれを用いた光/電子デバイスの製造方法に関する。特に、InAlGa(1−x−y)N系III−V族化合物半導体(但し、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)等の化合物半導体のエッチングに最適なエッチング方法、そのエッチング方法による発光ダイオード(LED)、スーパールミネッセントダイオード、半導体レーザ等の発光デバイス、フォトダイオード、太陽電池等の受光デバイス、ダイオード、トランジスタ等の電子デバイスなどの製造方法に関する。 The present invention relates to an etching method and an optical / electronic device manufacturing method using the same. In particular, for etching compound semiconductors such as In x Al y Ga (1-xy) N-based III-V group compound semiconductors (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). The present invention relates to an optimum etching method, a light emitting diode (LED), a super luminescent diode, a light emitting device such as a semiconductor laser, a light receiving device such as a photodiode and a solar cell, and a manufacturing method of an electronic device such as a diode and a transistor. .

従来よりIII−V族化合物半導体を用いた電子デバイスおよび発光デバイスが知られている。特に発光デバイスとしては、GaAs基板上に形成されたAlGaAs系材料やAlGaInP系材料による赤色発光、GaP基板上に形成されたGaAsP系材料による橙色または黄色発光等が実現されてきている。また、InP基板上ではInGaAsP系材料を用いた赤外発光デバイスも知られている。   Conventionally, electronic devices and light-emitting devices using III-V compound semiconductors are known. In particular, as light emitting devices, red light emission by an AlGaAs-based material or AlGaInP-based material formed on a GaAs substrate, orange or yellow light emission by a GaAsP-based material formed on a GaP substrate has been realized. An infrared light emitting device using an InGaAsP material on an InP substrate is also known.

これらデバイスの形態としては、自然放出光を利用する発光ダイオード(light emitting diode: LED)、さらに誘導放出光を取り出すための光学的帰還機能を内在させたレーザダイオード(laser diode: LD)、および半導体レーザが知られており、これらは表示デバイス、通信用デバイス、高密度光記録用光源デバイス、高精度光加工用デバイス、さらには医療用デバイスなどとして用いられてきている。   As a form of these devices, a light emitting diode (LED) utilizing spontaneous emission light, a laser diode (laser diode: LD) having an optical feedback function for extracting stimulated emission light, and a semiconductor Lasers are known, and these have been used as display devices, communication devices, high-density optical recording light source devices, high-precision optical processing devices, and medical devices.

1990年代以降において、V族元素として窒素を含有するInAlGa(1−x−y)N系III−V族化合物半導体(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の研究開発が進み、これを用いたデバイスの発光効率が飛躍的に改善され、高効率な青色LED、緑色LEDが実現されている。その後の研究開発によって、紫外領域においても高効率なLEDが実現され、現在では、青色LDも市販されるに至っている。 Since the 1990s, In x Al y Ga (1-xy) N-based III-V compound semiconductors (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ ) containing nitrogen as a group V element The research and development of 1) has progressed, and the luminous efficiency of devices using the same has been dramatically improved, and highly efficient blue LEDs and green LEDs have been realized. Subsequent research and development have realized highly efficient LEDs even in the ultraviolet region, and now blue LDs are also commercially available.

紫外または青色LEDを励起光源として蛍光体と一体化すると白色LEDが実現できる。白色LEDは、次世代の照明デバイスとしての利用可能性があるために、励起光源となる紫外、近紫外または青色LEDの高出力化、高効率化の産業的な意義は極めて大きい。現在、照明用途を念頭にした、青色、近紫外または紫外LEDの高効率化、高出力化の検討が精力的になされている。   When an ultraviolet or blue LED is integrated as an excitation light source with a phosphor, a white LED can be realized. Since white LEDs have the potential to be used as next-generation lighting devices, the industrial significance of increasing the output and efficiency of ultraviolet, near-ultraviolet, or blue LEDs serving as excitation light sources is extremely large. At present, studies are being made to increase the efficiency and output of blue, near-ultraviolet or ultraviolet LEDs with the illumination application in mind.

ここで、素子の高出力化、すなわち、全放射束を向上させるためには、素子の大型化と大きな投入電力に対する耐性の確保は必須である。また、通常のLEDが点光源であるのに対して十分な大型化がなされた素子は、面光源としての発光特性を示す様になり、特に照明用途には好適となる。   Here, in order to increase the output of the element, that is, to improve the total radiant flux, it is indispensable to increase the size of the element and to secure the resistance against a large input power. In addition, an element that is sufficiently large compared to a normal LED as a point light source exhibits light emission characteristics as a surface light source, and is particularly suitable for illumination applications.

しかし、通常の小型LEDの面積を単に相似形的に大きくしただけの素子では、一般に素子全体の発光強度の均一性が得られない。そこで、同一基板上にLEDを集積することが提案されている。例えば、特開平11−150303号公報(特許文献1)には、面光源として適する発光部品として、個々のLEDが直列接続された集積型の発光部品が開示されている。また、特開2002−26384号公報(特許文献2)には、大面積で発光効率の良い集積型窒化物半導体発光素子を提供する目的で、LEDの集積方法が開示されている。集積化には、単一の発光ユニットである1対のpn接合を、他の発光ユニットと電気的に分離する必要があり、窒化物半導体層に実効的な「溝」を形成する技術が非常に
重要である。
However, in an element in which the area of a normal small LED is simply increased in a similar manner, the uniformity of the light emission intensity of the entire element cannot generally be obtained. Therefore, it has been proposed to integrate LEDs on the same substrate. For example, JP-A-11-150303 (Patent Document 1) discloses an integrated light-emitting component in which individual LEDs are connected in series as a light-emitting component suitable as a surface light source. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-26384 (Patent Document 2) discloses an LED integration method for the purpose of providing an integrated nitride semiconductor light emitting device having a large area and good light emission efficiency. For integration, it is necessary to electrically isolate a pair of pn junctions that are a single light-emitting unit from other light-emitting units, and a technique for forming an effective “groove” in a nitride semiconductor layer is very important. Is important to.

特開平11−150303号公報(特許文献1)では、単一の発光ユニットである1対のpn接合を、ユニット間で完全に電気的に分離するために、絶縁性基板が露出するまで、Niマスクを使用してGaN層をエッチングすることが記載されている(特許文献1、段落0027参照)。また、特開2002−26384号(特許文献2)においても、単一の発光ユニットである1対のpn接合部分を、他の発光ユニットと分離するために、RIE(反応性イオンエッチング)法によってSiOをマスクとしてGaN系材料をサファイア基板に到達するまでエッチングして、ユニット間の分離溝を形成している(特許文献2、図2、図3、および段落0038参照)。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-150303 (Patent Document 1), in order to completely electrically separate a pair of pn junctions that are a single light emitting unit between the units, Ni is used until the insulating substrate is exposed. It describes that a GaN layer is etched using a mask (see Patent Document 1, paragraph 0027). Also in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-26384 (Patent Document 2), in order to separate a pair of pn junction portions which are a single light emitting unit from other light emitting units, an RIE (reactive ion etching) method is used. The SiO 2 is used as a mask to etch the GaN-based material until it reaches the sapphire substrate, thereby forming separation grooves between the units (see Patent Document 2, FIG. 2, FIG. 3, and paragraph 0038).

しかし、特許文献1で使用しているNi等の金属マスク、特許文献2で使用しているSiO等の酸化物、さらに公知のSiN等の窒化物マスクは、GaN系材料のエッチングマスクとしてはエッチング耐性が不十分であり、選択比がとれず、エッチングの形状制御等に問題がある。また、現実問題として、数μmを越える厚膜GaN系エピタキシャル層をSiO等の酸化物マスクでエッチングするためには、極めて膜厚の厚いSiOマスクが必要となり、生産性にも問題がある。 However, a metal mask such as Ni used in Patent Document 1, an oxide such as SiO 2 used in Patent Document 2, and a known nitride mask such as SiN are used as etching masks for GaN-based materials. The etching resistance is insufficient, the selectivity cannot be obtained, and there is a problem in the etching shape control. In addition, as a real problem, in order to etch a thick GaN-based epitaxial layer exceeding several μm with an oxide mask such as SiO 2 , an extremely thick SiO 2 mask is required, and there is a problem in productivity. .

ところで、上記金属マスク、酸化物マスクおよび窒化物マスクに加えて、フッ化物系のマスクが提案されている。   Incidentally, fluoride masks have been proposed in addition to the metal mask, oxide mask and nitride mask.

例えば、ジャーナルオブバキュームサイエンスアンドテクノロジー B (J. Vac. Sci. Technol. B )第8巻、p.28、1990年(非特許文献1)には、GaN系材料の分離溝形成、AlGaAs系材料のエッチング、再成長実施等のためのマスクとして、PMMAレジストを用いたリフトオフ法によってSrFマスクおよびAlFマスクを形成すること、さらに、室温におけるMBE法によってAlSrFマスクを形成することが記載されている。しかし、本発明者の検討では、室温で成膜されたフッ化物系マスクの品質は十分ではなく、AlGaAs系材料のような比較的エッチングが容易な材料のエッチングマスクとしては機能するものの、GaN系材料のような非常にエッチングしにくい材料のエッチングマスクとしては、その耐性は十分でない。また、室温で形成されたSrF単体のマスクは、後述するように、意図しないサイドエッチングの発生や、SrFそのものをパターニングする際に使用するフォトマスクやレジストマスク形状からSrF自体への形状の転写精度低下などが問題となる。 For example, Journal of Vacuum Science and Technology B (J. Vac. Sci. Technol. B) Vol. 8, p. 28, 1990 (Non-patent Document 1), a SrF 2 mask and an AlF were formed by lift-off using a PMMA resist as a mask for forming a separation groove of a GaN-based material, etching an AlGaAs-based material, and performing re-growth. It is described that three masks are formed and that an AlSrF mask is formed by MBE at room temperature. However, according to the inventor's study, the quality of a fluoride-based mask formed at room temperature is not sufficient, and although it functions as an etching mask for a material that is relatively easy to etch, such as an AlGaAs-based material, As an etching mask for a material that is very difficult to etch, such as a material, the resistance is not sufficient. Also, room temperature SrF 2 single mask formed by, as described later, the shape of the occurrence of unintended side-etched, the photo-mask or resist mask shape for use in patterning the SrF 2 itself SrF 2 to itself The transfer accuracy declines.

また、同様に、特開平6−310471号公報(特許文献3)においても、GaAs、InGaAs、InGaAsP系材料の微細エッチングにリフトオフ法で作製したSrFとAlFが使用可能であることが記載されている。この文献にはエッチングマスクの成膜条件に関する記述がないが、マスクのパターニング方法が、電子線露光可能なレジストを用いたリフトオフ法によるものであることから、マスクの成膜温度は、室温からたかだか100℃程度の温度で成膜された膜であると推定される。前述のとおり、室温程度で成膜されたマスクでは、GaN系材料のエッチングマスクとしては耐性が不十分で、また、意図しないサイドエッチングの発生や、SrFそのものをパターニングする際に使用するフォトマスクやレジストマスク形状からSrF自体への形状の転写精度低下などが問題となる。 Similarly, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-310471 (Patent Document 3) describes that SrF 2 and AlF 3 produced by a lift-off method can be used for fine etching of GaAs, InGaAs, and InGaAsP-based materials. ing. Although this document does not describe the conditions for forming an etching mask, the mask patterning method is based on the lift-off method using a resist that can be exposed to electron beams. It is estimated that the film is formed at a temperature of about 100 ° C. As described above, a mask formed at about room temperature has insufficient resistance as an etching mask for a GaN-based material, and a photomask used when unintended side etching occurs or when SrF 2 itself is patterned. In addition, there is a problem that the transfer accuracy of the shape from the resist mask shape to SrF 2 itself is lowered.

さらに、特開平5−36648号公報(特許文献4)においても、リフトオフ法でパターニングした金属マスク、SrFマスクを用いてGaAs系材料をエッチングする手法が開示されている。この文献においても、SrFマスクの成膜条件の記載がないが、マスクのパターニングがリフトオフ法によるものであることから、マスクの成膜温度は、室
温からたかだか100℃程度の温度で成膜された膜であると推定される。
特開平11−150303号公報 特開2002−26384号公報 特開平6−310471号公報 特開平5−36648号公報 ジャーナルオブバキュームサイエンスアンドテクノロジー B (J. Vac. Sci. Technol. B )第8巻、p.28、1990年
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 5-36648 (Patent Document 4) also discloses a technique of etching a GaAs-based material using a metal mask or SrF 2 mask patterned by a lift-off method. Even in this document, there is no description of the film forming conditions of the SrF 2 mask, but since the mask patterning is based on the lift-off method, the mask film forming temperature is from room temperature to about 100 ° C. It is estimated that
Japanese Patent Laid-Open No. 11-150303 JP 2002-26384 A JP-A-6-310471 JP-A-5-36648 Journal of Vacuum Science and Technology B (J. Vac. Sci. Technol. B) Vol. 8, p. 28, 1990

本発明は、従来の問題に鑑みてなされたものであり、比較的簡単なプロセスにより例えばIII−V族窒化物半導体のようなエッチングが困難な半導体層でも容易に且つ精度良くエッチングが可能なエッチング方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of conventional problems. Etching that allows easy and accurate etching of a semiconductor layer that is difficult to etch, such as a group III-V nitride semiconductor, by a relatively simple process. It aims to provide a method.

さらに本発明の異なる目的は、前記エッチング方法を1工程として有する半導体装置、特に半導体発光装置等の光/電子デバイスの製造方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical / electronic device such as a semiconductor device, particularly a semiconductor light-emitting device, having the etching method as one step.

本発明は、以下の事項に関する。   The present invention relates to the following matters.

1. 基体の表面に、エッチングマスクの少なくとも一部として、金属フッ化物からなる固体層を形成する工程と、
前記固体層をポリマー溶液で処理する工程と、
前記ポリマー溶液で処理された固体層をマスクとして、前記基体をエッチングする工程と
を有することを特徴とするエッチング方法。
1. Forming a solid layer made of metal fluoride on at least a part of the etching mask on the surface of the substrate;
Treating the solid layer with a polymer solution;
And etching the substrate using the solid layer treated with the polymer solution as a mask.

2. 前記ポリマー溶液処理工程は、
サブ工程:前記固体層にポリマー溶液を塗布する塗布工程、および
サブ工程:前記固体層上のポリマーを除去する工程
を有することを特徴とする上記1記載のエッチング方法。
2. The polymer solution treatment step includes
2. The etching method according to 1 above, comprising: a sub-step: an application step of applying a polymer solution to the solid layer; and a sub-step: a step of removing the polymer on the solid layer.

3. 前記ポリマーを除去する工程が、溶媒洗浄を含むことを特徴とする上記2記載のエッチング方法。   3. 3. The etching method according to 2 above, wherein the step of removing the polymer includes solvent washing.

4. 前記ポリマー溶液処理工程の後、
前記固体層上に、パターニングされたレジストマスクを形成する工程と、
前記レジストマスクをエッチングマスクとして、前記固体層をエッチングする工程と、
を有することを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載のエッチング方法。
4). After the polymer solution treatment step,
Forming a patterned resist mask on the solid layer;
Etching the solid layer using the resist mask as an etching mask;
The etching method according to any one of the above items 1 to 3, wherein

5. 前記レジストマスクがフォトレジストにより形成されることを特徴とする上記4記載のエッチング方法。   5). 5. The etching method as described in 4 above, wherein the resist mask is formed of a photoresist.

6. 前記固体層をエッチングする工程が、ウェットエッチングにより行われることを特徴とする上記4または5記載のエッチング方法。   6). 6. The etching method as described in 4 or 5 above, wherein the step of etching the solid layer is performed by wet etching.

7. 前記ウェットエッチングに使用するエッチャントが、塩酸、フッ酸および濃硫酸からなる群より選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする上記6記載のエッチング方法。   7. 7. The etching method according to 6 above, wherein the etchant used for the wet etching contains at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, hydrofluoric acid and concentrated sulfuric acid.

8. 前記固体層を150℃〜480℃の温度で形成することを特徴とする上記1〜7のいずれかに記載のエッチング方法。   8). 8. The etching method as described in any one of 1 to 7 above, wherein the solid layer is formed at a temperature of 150 ° C. to 480 ° C.

9. 前記固体層が、SrF、AlF、MgF、BaF、CaFおよびそれらの組み合わせからなる群より選ばれることを特徴とする上記1〜8のいずれかに記載のエッチング方法。 9. The solid layer, SrF 2, AlF 3, MgF 2, BaF 2, CaF 2 and etching method according to any one of the above 1 to 8, wherein the selected from the group consisting of.

10. 前記基体をエッチングする工程が、ドライエッチングで行われることを特徴とする上記1〜9のいずれかに記載のエッチング方法。   10. 10. The etching method as described in any one of 1 to 9 above, wherein the step of etching the substrate is performed by dry etching.

11. 前記ドライエッチングが、少なくとも塩素原子を含有するガス種を用いたプラズマ励起ドライエッチングであることを特徴とする上記10記載のエッチング方法。   11. 11. The etching method as described in 10 above, wherein the dry etching is plasma-excited dry etching using a gas species containing at least chlorine atoms.

12. 前記基体のエッチング工程の後に、酸またはアルカリを含有するエッチャントにより前記固体層を除去する工程を有することを特徴とする上記1〜11のいずれかに記載のエッチング方法。   12 The etching method according to any one of the above items 1 to 11, further comprising a step of removing the solid layer with an etchant containing an acid or an alkali after the step of etching the substrate.

13. 前記基体上に形成されるエッチングマスクが、前記固体層と、前記固体層を構成する物質以外の第2のマスク層との多層構造部分を有することを特徴とする上記1〜12のいずれかに記載のエッチング方法。   13. Any one of the above 1 to 12, wherein the etching mask formed on the substrate has a multilayer structure portion of the solid layer and a second mask layer other than a substance constituting the solid layer. The etching method as described.

14. 前記基体が、III−V族窒化物層を含むことを特徴とする上記1〜13のいずれかに記載のエッチング方法。   14 14. The etching method according to any one of 1 to 13, wherein the substrate includes a group III-V nitride layer.

15. 前記固体層をエッチングする際に発生する、パターニングされたレジストマスク端から計測したサイドエッチ量が、6μm以下であることを特徴とする上記4記載のエッチング方法。   15. 5. The etching method as described in 4 above, wherein the side etch amount measured from the edge of the patterned resist mask, which occurs when the solid layer is etched, is 6 μm or less.

16. 基体の表面に、エッチングマスクの少なくとも一部として、微粒子間空隙を有する固体層を形成する工程と、
前記固体層をポリマー溶液で処理する工程と、
前記ポリマー溶液で処理された固体層をマスクとして、前記基体をエッチングする工程と
を有することを特徴とするエッチング方法。
16. Forming a solid layer having voids between fine particles as at least part of an etching mask on the surface of the substrate;
Treating the solid layer with a polymer solution;
And etching the substrate using the solid layer treated with the polymer solution as a mask.

17. 上記1〜16のいずれかに記載のエッチング方法を1工程として有する光/電子デバイスの製造方法。   17. The manufacturing method of the optical / electronic device which has the etching method in any one of said 1-16 as 1 process.

本発明によれば、比較的簡単なプロセスにより、例えばIII−V族窒化物半導体のようなエッチングが困難な半導体層でも、容易にエッチングが可能なエッチング方法を提供することができる。特に、本発明によれば、フォトマスク、メタルマスク等に形成されている原形状が、たとえ緻密な微細パターンであっても、従来と比較して、より忠実に、より精度よく、エッチング終了後のエッチング対象物の平面形状として転写可能となる。具体的には、たとえば、フォトマスクに形成されている原形状の寸法を、エッチング対象物のエッチング後の寸法として、従来と比較して格段に高い精度で一致させること、あるいは所望の投影倍率で高精度に投影することが可能となる。総じていうと、加工プロセス全体における「転写精度」が格段に向上する。よって、半導体装置、半導体発光装置、特にIII−V族窒化物半導体のエッチングを伴う光/電子デバイスの製造方法に極めて有用である。   According to the present invention, it is possible to provide an etching method that can easily etch even a semiconductor layer that is difficult to etch, such as a group III-V nitride semiconductor, by a relatively simple process. In particular, according to the present invention, even if the original shape formed on the photomask, metal mask, etc. is a dense fine pattern, it is more faithful and more accurate than the conventional case after the etching is completed. It becomes possible to transfer as a planar shape of the etching object. Specifically, for example, the dimensions of the original shape formed on the photomask are made to coincide with each other with a much higher accuracy as the dimension after etching of the object to be etched, or at a desired projection magnification. It becomes possible to project with high accuracy. Generally speaking, “transfer accuracy” in the entire processing process is remarkably improved. Therefore, it is extremely useful for a method for manufacturing a semiconductor device, a semiconductor light emitting device, particularly an optical / electronic device involving etching of a group III-V nitride semiconductor.

本明細書において、「積層」または「重なる」の表現は、もの同士が直接接触している状態に加え、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、互いに接触していなくても、一方を他方に投影した際に空間的に重なる状態をも指す場合がある。また、「〜の上(〜の下)」の表現も、もの同士が直接接触して一方が他方の上(下)に配置されている状態に加え、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、互いに接触していなくても、一方が他方の上(下)に配置されている状態にも使用する場合がある。さらに、「〜の後(前、先)」との表現は、ある事象が別の事象の直後(前)に発生する場合にも、ある事象が別の事象との間に第三の事象を挟んだ後(前)発生する場合にも、どちらにも使用する。また、「接する」の表現は、「物と物が直接的に接触している場合」に加えて、本発明の趣旨に適合する限りにおいて、「物と物が直接的には接触していなくても、第三の部材を介して間接的に接している場合」、「物と物が直接的に接触している部分と、第三の部材を介して間接的に接している部分が混在している場合」などを指す場合もある。加えて「数値1〜数値2」との表現は数値1以上数値2以下との意味に使用する。 In this specification, the expression “stacked” or “overlapping” refers to the state in which objects are in direct contact with each other, as long as they do not depart from the spirit of the present invention. It may also refer to a spatially overlapping state when projected. In addition, the expression “above (below)” is not limited to the state in which the objects are in direct contact and one is placed above (below) the other, so long as it does not depart from the spirit of the present invention. Even if they are not in contact with each other, they may be used in a state where one is arranged above (below) the other. Furthermore, the expression “after (before, before)” means that even if an event occurs immediately after (before) another event, a third event is Even if it occurs after sandwiching (front), it is used for both. In addition to the expression “when the object is in direct contact”, the expression “in contact with” means that “the object and the object are not in direct contact” as long as they conform to the gist of the present invention. Even if it is in indirect contact via the third member ”,“ the part in which the object is in direct contact with the part in indirect contact through the third member is mixed In some cases, it means “if you are doing”. In addition, the expression “numerical value 1 to numerical value 2” is used to mean a numerical value 1 or more and 2 or less.

さらに、本発明において、「エピタキシャル成長」とは、いわゆる結晶成長装置内におけるエピタキシャル層の形成に加えて、その後のエピタキシャル層の熱処理、荷電粒子処理、プラズマ処理など等によるキャリアの活性化処理等も含めてエピタキシャル成長と記載する。   Furthermore, in the present invention, “epitaxial growth” includes, in addition to the formation of an epitaxial layer in a so-called crystal growth apparatus, a subsequent activation process of carriers by heat treatment, charged particle treatment, plasma treatment, etc. of the epitaxial layer. And described as epitaxial growth.

本発明のエッチング方法は、前述の通り、
(a)基体の表面に、エッチングマスクの少なくとも一部として、金属フッ化物からなる固体層または微粒子間空隙を有する固体層(以下、それぞれを、または、あわせて単に「固体層」と記すことがある。)を形成する工程と、
(b)前記固体層をポリマー溶液で処理する工程と、
(e)前記ポリマー溶液で処理された固体層をマスクとして、前記基体をエッチングする工程と
を有する。
The etching method of the present invention is as described above.
(A) On at least a part of the etching mask on the surface of the substrate, a solid layer made of a metal fluoride or a solid layer having voids between fine particles (hereinafter, each may be simply referred to as “solid layer”). And a step of forming
(B) treating the solid layer with a polymer solution;
(E) etching the substrate using the solid layer treated with the polymer solution as a mask.

固体層は、現象的に見てポリマー溶液処理により、化学的および/または物理的状態に何らかの変化(表面コーティング等の可能性も含む)が生じている。これは、ポリマー溶液処理に使用した成分が化学的および/または物理的に結合して残存している可能性も考えられる。その変化を適切に利用することで、上記固体層は、精度のよいエッチングマスクとして極めて有用である。   In the solid layer, a change in the chemical and / or physical state (including the possibility of surface coating or the like) is caused by the polymer solution treatment in terms of phenomena. It is also possible that the components used for polymer solution treatment remain chemically and / or physically bound. By properly utilizing the change, the solid layer is extremely useful as an accurate etching mask.

より具体的には、固体層をレジストを用いてパターニングする際に、固体層自体の、レジスト端からのサイドエッチングが抑制されパターン精度が向上する。加えて、基体表面にパターン化された固体層を形成し、その後にポリマー溶液で処理するプロセスでも、その後サイドエッチングが問題になるような工程等を有する場合、または固体層の溶解が問題となるような工程を有する場合にも、本発明は有効であると考えられる。   More specifically, when patterning a solid layer using a resist, side etching from the resist end of the solid layer itself is suppressed and pattern accuracy is improved. In addition, even in the process of forming a patterned solid layer on the surface of the substrate and then treating with a polymer solution, there are steps that cause side etching problems later, or dissolution of the solid layer becomes a problem. The present invention is considered to be effective even when such steps are included.

本発明の好ましい態様では、
(a)基体の表面に、エッチングマスクの少なくとも一部として、固体層を形成する工程、
(b)前記固体層をポリマー溶液で処理する工程、
(c)前記固体層上に、パターニングされたレジストマスク(固体層エッチング用)を形成する工程、
(d)前記レジストマスクをエッチングマスクとして、前記固体層をエッチングする工程、
(e)前記固体層をマスク(基体エッチング用)として、前記基体をエッチングする工程
を有する。以下、この工程順に沿って、図1〜図7を適宜参照しながら本発明を説明する。
In a preferred embodiment of the present invention,
(A) forming a solid layer on at least a part of the etching mask on the surface of the substrate;
(B) treating the solid layer with a polymer solution;
(C) forming a patterned resist mask (for solid layer etching) on the solid layer;
(D) etching the solid layer using the resist mask as an etching mask;
(E) A step of etching the substrate using the solid layer as a mask (for substrate etching). Hereinafter, the present invention will be described in the order of the steps with reference to FIGS.

<基体>
本発明において、基体(base structure=object to be etched)は、本発明のエッチング方法によりエッチングの対象となるもの、詳細には固体層をマスクとしてエッチングされる対象を意味する。後述の基板(substrate)は、層(例えば半導体層)をサポートしたり、結晶成長のために使用される通常の意味のsubstrateを意味する。後述するように、基板(substrate)がエッチング対象の基体(base structure=object to be etched)である場合もある。本発明において、エッチングの対象となる基体の材料、形状、積層構造等の構成は、種々の形態が可能である。
<Substrate>
In the present invention, a base structure (object structure = object to be etched) means an object to be etched by the etching method of the present invention, specifically, an object to be etched using a solid layer as a mask. The substrate described below means a normal substrate that supports a layer (for example, a semiconductor layer) or is used for crystal growth. As will be described later, the substrate may be a substrate to be etched (base structure = object to be etched). In the present invention, the configuration of the substrate material, shape, laminated structure and the like to be etched can take various forms.

基体の材料に関しては、特に限定されず、半導体、金属、並びに酸化物および窒化物等の無機材料が挙げられる。本発明は、固体層エッチングマスク(以下、パターニングされた固体層をいう。)を用いて、特にドライエッチングでエッチングすることのできる基体であればどのようなものにも適用できる。但し、金属フッ化物からなる固体層エッチングマスクは、ドライエッチング耐性が極めて高いので、ドライエッチングによるエッチングが難い基体に適用した場合であっても、大きなエッチング選択比を確保できるので、本発明の効果を最大に発揮することができる。   The material for the substrate is not particularly limited, and examples thereof include semiconductors, metals, and inorganic materials such as oxides and nitrides. The present invention is applicable to any substrate that can be etched by dry etching using a solid layer etching mask (hereinafter referred to as a patterned solid layer). However, since the solid layer etching mask made of a metal fluoride has extremely high dry etching resistance, a large etching selectivity can be secured even when applied to a substrate that is difficult to be etched by dry etching. Can be maximized.

例えば、半導体材料として特に限定されないが、シリコン、ゲルマニウム、ダイヤモンド、GaN等のIII−V族化合物半導体およびII−VI化合物半導体等の一般に半導体装置に使用される半導体が挙げられる。また、サファイア、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素等の酸化物、窒化物、また、酸窒化物材料のエッチングにも適している。さらに、金属等のエッチングも可能である。   For example, although not particularly limited as a semiconductor material, semiconductors generally used in semiconductor devices such as III-V compound semiconductors such as silicon, germanium, diamond, and GaN, and II-VI compound semiconductors can be used. It is also suitable for etching oxides, nitrides, and oxynitride materials such as sapphire, aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride, silicon nitride, and silicon oxynitride. Furthermore, etching of metal or the like is also possible.

基体の形状、構成に関しても特に限定はないが、例えばエッチング対象が半導体層を含む場合には、基体は、半導体基板そのもの、基板(半導体基板、またはサファイア等の酸化物基板等)とその上に形成された半導体層、必要により絶縁層および/または金属層等との組み合わせであってもよい。この場合、半導体層(必要により絶縁層等のその他の層を含む)部分のみをエッチングしてもよいし、その下の基板も含めてエッチングしてもよい。   There is no particular limitation on the shape and configuration of the base body. For example, when the object to be etched includes a semiconductor layer, the base body is the semiconductor substrate itself, the substrate (semiconductor substrate or oxide substrate such as sapphire) and the like. It may be a combination with a formed semiconductor layer, and if necessary, an insulating layer and / or a metal layer. In this case, only the semiconductor layer (including other layers such as an insulating layer as necessary) may be etched, or the substrate underneath may be etched.

半導体層の形成方法も制限はなく、どのような方法で形成された半導体層にも適用可能である。本発明を発光素子の製造に適用する場合には、好ましくは、基板上にエピタキシャル成長などの薄膜結晶成長技術により形成された層である。ここで、「薄膜結晶成長」とは、いわゆる、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)、MBE(Molecular Beam Epitaxy)、プラズマアシストMBE、PLD(Pulsed Laser Deposition)、PED(Pulsed Electron Deposition)、PSD(Pulsed sputtering Deposition)、VPE(Vapor Phase Epitaxy)、LPE(Liquid Phase Epitaxy)法等の結晶成長装置内における薄膜層、アモルファス層、微結晶、多結晶、単結晶、あるいはそれらの積層構造の形成に加えて、その後の薄膜層の熱処理、プラズマ処理等によるキャリアの活性化処理等も含めて薄膜結晶成長と記載する。   There is no limitation on the method for forming the semiconductor layer, and the method can be applied to a semiconductor layer formed by any method. When the present invention is applied to the manufacture of a light-emitting device, it is preferably a layer formed on a substrate by a thin film crystal growth technique such as epitaxial growth. Here, “thin film crystal growth” is so-called MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE (Molecular Beam Epitaxy), Plasma Assist MBE, PLD (Pulsed Laser Deposition), PED (Pulse Laser Deposition, PED (Pulse Laser Deposition), and PED (Pulse Laser Deposition). In addition to the formation of thin film layers, amorphous layers, microcrystals, polycrystals, single crystals, or their laminated structures in crystal growth apparatuses such as sputtering deposition (VPE), Vapor Phase Epitaxy (VPE), and Liquid Phase Epitaxy (LPE). Then, carrier activity by heat treatment, plasma treatment, etc. of thin film layer Treatment such as also described as the thin-film crystal growth, including.

有用性が高くかつドライエッチングが一般に困難な半導体層の材料として、即ち本発明のエッチング方法を適用することが好ましい半導体としては、構成する元素にIn、Ga、Al、Bおよびそれらの2以上組み合わせから選ばれる元素が含まれることが好ましく、さらに半導体層にV族原子として窒素原子が含まれることが好ましく、最も好ましくは半導体層にV族原子として窒素原子のみが含まれる。半導体層として具体的には、GaN、InN、AlN、BN、InGaN、AlGaN、InAlN、InAlGaN、InAlBGaN等のIII−V族窒化物半導体(以下、簡単のためにGaN系半導体ということもある。)が挙げられる。これらは、必要によりドーパントとしてSi、Mg等の元素が含まれていてもよい。   As a semiconductor layer material that is highly useful and generally difficult to dry etch, that is, a semiconductor to which the etching method of the present invention is preferably applied, the constituent elements are In, Ga, Al, B, and combinations of two or more thereof. The semiconductor layer preferably contains a nitrogen atom as a group V atom, and most preferably the semiconductor layer contains only a nitrogen atom as a group V atom. Specifically, the semiconductor layer is a group III-V nitride semiconductor such as GaN, InN, AlN, BN, InGaN, AlGaN, InAlN, InAlGaN, or InAlBGaN (hereinafter sometimes referred to as a GaN-based semiconductor for simplicity). Is mentioned. These may contain elements such as Si and Mg as dopants if necessary.

なお、本発明は、III−V族窒化物半導体以外の半導体、例えばGaAs系、GaP系、InP系、Si系等のエッチングにも好適に利用可能である。   In addition, this invention can be utilized suitably also for etching of semiconductors other than a III-V group nitride semiconductor, for example, GaAs type | system | group, GaP type | system | group, InP type | system | group, Si type | system | group.

半導体層は多層構造でもよく、本発明を用いて、III−V族窒化物半導体(GaN系
)発光素子を作製する場合には、半導体層としては薄膜結晶成長(代表的にはエピタキシャル成長)されたバッファ層、第一導電型クラッド層、第一導電型コンタクト層、活性層構造、第二導電型クラッド層、第二導電型コンタクト層等を含むことが望ましい。本発明に適用可能な、好ましい基体としては、サファイア基板上のGaN系エピタキシャル層や、GaN基板上のGaN系エピタキシャル層を挙げることができる。
The semiconductor layer may have a multi-layer structure. When a III-V nitride semiconductor (GaN-based) light emitting device is manufactured using the present invention, the semiconductor layer is thin film crystal grown (typically epitaxial growth). It is desirable to include a buffer layer, a first conductivity type cladding layer, a first conductivity type contact layer, an active layer structure, a second conductivity type cladding layer, a second conductivity type contact layer, and the like. Preferred substrates applicable to the present invention include GaN-based epitaxial layers on sapphire substrates and GaN-based epitaxial layers on GaN substrates.

以下の説明では、図1に示すように、エッチング対象の基体が、基板1とその上に形成した半導体層2を有し、エッチングされる部分が半導体層2のみである場合を代表例として説明する。しかし、半導体層2が存在しなくて基板そのものがドライエッチングの対象の基体である場合、基板1と半導体層2が共にドライエッチングの対象である場合にも適用可能である。この場合の好ましい基体としては、上述と同様、サファイア基板上のGaN系エピタキシャル層や、GaN基板上のGaN系エピタキシャル層を挙げることができる。   In the following description, as shown in FIG. 1, the case where the base to be etched has the substrate 1 and the semiconductor layer 2 formed thereon, and the etched portion is only the semiconductor layer 2 as a representative example. To do. However, the present invention can also be applied to the case where the semiconductor layer 2 does not exist and the substrate itself is a substrate subject to dry etching, and the substrate 1 and the semiconductor layer 2 are both subject to dry etching. As a preferable substrate in this case, a GaN-based epitaxial layer on a sapphire substrate and a GaN-based epitaxial layer on a GaN substrate can be exemplified as described above.

半導体層が基板上に形成される場合の基板としては、目的の半導体層を形成可能な基板であれば、特に制限はなく、半導体基板およびセラミック基板、絶縁性基板および導電性基板、並びに透明基板および不透明基板等の使用が可能である。目的とする半導体装置、半導体製造プロセス等を考慮して適宜選ぶことが好ましい。   The substrate in the case where the semiconductor layer is formed on the substrate is not particularly limited as long as the target semiconductor layer can be formed. The semiconductor substrate and the ceramic substrate, the insulating substrate and the conductive substrate, and the transparent substrate In addition, an opaque substrate or the like can be used. It is preferable to select appropriately considering the target semiconductor device, semiconductor manufacturing process, and the like.

例えば、基板側からも光取り出しを意図したGaN系発光素子構造を作製する場合には、光学的に素子の発光波長に対しておおよそ透明である基板を用いることが望ましい。ここでおおよそ透明とは、発光波長に対する吸収が皆無であるか、あるいは、吸収が存在しても、その基板の吸収によって光出力が50%以上低減しないものである。また、GaN系発光素子の製造には、電気的には絶縁性基板が好ましい。これは、いわゆるフリップチップマウントをすると仮定した場合に、たとえハンダ材などが基板周辺に付着しても半導体発光装置への電流注入には影響を与えないからである。この場合の具体的な材料としては、例えばInAlGaN系発光材料またはInAlBGaN系材料をその上にエピタキシャル成長させるためには、サファイア、SiC、GaN、LiGaO、ZnO、ScAlMgO、NdGaOおよびMgOから選ばれることが望ましく、特にサファイア、GaN、ZnO基板が好ましい。特にGaN基板を用いる際には、そのSiのドーピング濃度は意図的にアンドープ基板を用いる場合には、1×1018cm−3のSi濃度以下が望ましく、さらに望ましくは8×1017cm−3以下であることが、電気抵抗の観点と結晶性の観点からが望ましい。 For example, when a GaN-based light emitting device structure intended to extract light from the substrate side is used, it is desirable to use a substrate that is optically approximately transparent to the light emission wavelength of the device. Here, “substantially transparent” means that there is no absorption with respect to the emission wavelength, or even if absorption exists, the light output is not reduced by 50% or more due to absorption of the substrate. Further, an electrically insulating substrate is preferable for the production of the GaN-based light emitting device. This is because assuming that so-called flip chip mounting is used, even if a solder material or the like adheres to the periphery of the substrate, current injection into the semiconductor light emitting device is not affected. Specific materials in this case are selected from sapphire, SiC, GaN, LiGaO 2 , ZnO, ScAlMgO 4 , NdGaO 3, and MgO, for example, in order to epitaxially grow an InAlGaN-based light emitting material or InAlBGaN-based material thereon. In particular, sapphire, GaN, and ZnO substrates are preferable. In particular, when a GaN substrate is used, the Si doping concentration is desirably 1 × 10 18 cm −3 or less, more preferably 8 × 10 17 cm −3 when an undoped substrate is intentionally used. The following is desirable from the viewpoint of electrical resistance and crystallinity.

本発明で使用される基板は、いわゆる面指数によって完全に確定されるジャスト基板だけではなく、エピタキシャル成長の際の結晶性を制御する観点から、いわゆるオフ基板(miss oriented substrate)であることも望ましい。オフ基板は、その上に形成される半導体層がエピタキシャル層である場合には、ステップフローモードでの良好な結晶成長を促進する効果を有するため、半導体層のモフォロジ改善にも効果があり、基板として広く使用される。たとえば、サファイアのc+面基板を基板としてGaN系材料の結晶成長用基板として使用する際には、m+方向に0.2度程度傾いた面を使用することが好ましい。オフ基板としては、0.1〜0.2度程度の微傾斜を持つものが広く一般的に用いられるが、サファイア上に形成されたGaN系材料においては、活性層構造内の発光ポイントである量子井戸層にかかる圧電効果による電界を打ち消すために、比較的大きなオフ角度をつけることも可能である。   The substrate used in the present invention is preferably not only a just substrate that is completely determined by a so-called plane index, but also a so-called off-substrate (miss oriented substrate) from the viewpoint of controlling crystallinity during epitaxial growth. When the semiconductor layer formed on the off-substrate is an epitaxial layer, the off-substrate has an effect of promoting good crystal growth in the step flow mode. Therefore, the off-substrate is also effective in improving the morphology of the semiconductor layer. Widely used as. For example, when a sapphire c + plane substrate is used as a substrate for crystal growth of a GaN-based material, it is preferable to use a plane inclined by about 0.2 degrees in the m + direction. As the off-substrate, a substrate having a slight inclination of about 0.1 to 0.2 degrees is widely used. However, in the GaN-based material formed on sapphire, it is a light emitting point in the active layer structure. In order to cancel the electric field due to the piezoelectric effect applied to the quantum well layer, a relatively large off angle can be set.

基板には、MOCVDやMBE等の結晶成長技術を利用して半導体層を製造するために、あらかじめ化学エッチングや熱処理等を施しておいてもよい。また、基板の半導体層成長面に意図的に凹凸をつける加工を行い、これによってエピタキシャル層と基板との界面で発生する貫通転移を、発光素子の活性層近傍に導入しないようにすることも可能である。この場合は、凹凸のある表面に、エッチングマスク層を形成することになるが、本発明ではその場合にも、良好なエッチングマスク層を形成することができる。   The substrate may be subjected to chemical etching or heat treatment in advance in order to manufacture a semiconductor layer using a crystal growth technique such as MOCVD or MBE. In addition, it is possible to intentionally make the substrate growth surface of the substrate uneven, thereby preventing the threading transition that occurs at the interface between the epitaxial layer and the substrate from being introduced near the active layer of the light emitting device. It is. In this case, an etching mask layer is formed on the uneven surface, but in the present invention, a good etching mask layer can be formed also in that case.

基板の厚みは、目的とする半導体装置および半導体プロセスを考慮して選ばれるが、装
置作成初期においては、例えば250〜700μm程度にしておき、半導体装置の結晶成長、素子作製プロセスにおける機械的強度が確保されるようにしておくのが通常は好ましい。これを用いて半導体層をスパッタ、蒸着、あるいはエピタキシャル成長などの方法で形成した後に、適宜各々の素子に分離しやすくするために、研磨工程によってプロセス途中で薄くしてもよい。
The thickness of the substrate is selected in consideration of the target semiconductor device and semiconductor process. However, in the initial stage of device fabrication, for example, the thickness is set to about 250 to 700 μm, and the mechanical strength in the crystal growth of the semiconductor device and the element fabrication process is high. It is usually preferred to ensure that it is secured. After using this method to form the semiconductor layer by a method such as sputtering, vapor deposition, or epitaxial growth, it may be thinned during the process by a polishing step in order to facilitate separation into each element as appropriate.

<固体層>
本発明のエッチング方法では、基体の表面に、エッチングマスクの少なくとも一部として、金属フッ化物からなる固体層または微粒子間空隙を有する固体層を形成する。金属フッ化物は、良好な膜質を有し、その後の金属フッ化物層のエッチング、および基体のエッチングを良好に行うことができるという観点から、好ましい材料として用いられる。一方、材料的視点とは独立して、前記固体層を電子顕微鏡レベルの構造的視点でとらえると、微粒子間空隙を有する固体層が好ましい構造として用いられる。
<Solid layer>
In the etching method of the present invention, a solid layer made of a metal fluoride or a solid layer having a space between fine particles is formed on the surface of a substrate as at least a part of an etching mask. Metal fluoride is used as a preferable material from the viewpoint that it has a good film quality and can be used for subsequent etching of the metal fluoride layer and etching of the substrate. On the other hand, independent of the material viewpoint, when the solid layer is viewed from a structural viewpoint at the electron microscope level, a solid layer having voids between fine particles is used as a preferred structure.

まず、金属フッ化物からなる固体層を形成する場合について詳細に説明する。   First, the case where a solid layer made of a metal fluoride is formed will be described in detail.

即ち、第一の本発明のエッチング方法は、
(a)基体の表面に、エッチングマスクの少なくとも一部として、金属フッ化物からなる固体層を形成する工程と、
(b)前記固体層をポリマー溶液で処理する工程と、
(e)前記ポリマー溶液で処理された固体層をマスクとして、前記基体をエッチングする工程とを有することを特徴とする。
That is, the etching method of the first invention is
(A) forming a solid layer made of a metal fluoride on at least a part of the etching mask on the surface of the substrate;
(B) treating the solid layer with a polymer solution;
(E) using the solid layer treated with the polymer solution as a mask, and etching the substrate.

<金属フッ化物層の成膜>
図2に、半導体層2上にエッチングマスク層3を形成した様子を示す。エッチングマスク層には、少なくとも1層の金属フッ化物層が含まれる。この例では、エッチングマスク層3は、金属フッ化物層の1層構造である。
<Deposition of metal fluoride layer>
FIG. 2 shows a state in which the etching mask layer 3 is formed on the semiconductor layer 2. The etching mask layer includes at least one metal fluoride layer. In this example, the etching mask layer 3 has a single layer structure of a metal fluoride layer.

金属フッ化物層を構成する材料は、2価または3価金属のフッ化物が挙げられ、特に長周期律表の2族(2A族)、3族(3A族)、12族(2B族)および13族(3B族)から選ばれる金属元素のフッ化物が好ましい。具体的には、SrF、CaF、MgF、BaF、AlF等が挙げられ、ドライエッチング耐性とウェットエッチング性のバランスを考慮すると、SrF、CaF、MgFが好ましく、この中でもCaFおよびSrFが好ましく、SrFが最も好ましい。 Examples of the material constituting the metal fluoride layer include divalent or trivalent metal fluorides, and in particular, Group 2 (Group 2A), Group 3 (Group 3A), Group 12 (Group 2B) and Long Periodic Table A fluoride of a metal element selected from Group 13 (Group 3B) is preferred. Specifically, SrF 2 , CaF 2 , MgF 2 , BaF 2 , AlF 3 and the like can be mentioned, and considering the balance between dry etching resistance and wet etching property, SrF 2 , CaF 2 and MgF 2 are preferable. CaF 2 and SrF 2 are preferred, and SrF 2 is most preferred.

前述のとおり、SrF等の金属フッ化物をエッチングマスクとして使用する提案は従来より存在したが、マスクパターンはフォトレジストを使用したリフトオフ法によって形成されている。リフトオフ法でマスクパターンを形成するには、フォトレジストを高温にさらすことができないために、SrF等の金属フッ化物を高温で形成することができない。常温近傍で成膜した金属フッ化物層は、一般的には膜質は良好ではない。本発明の好ましい態様では、金属フッ化物層のパターニングをエッチング法、好ましくはウェットエッチング法で行う。このため、成膜温度の設定範囲が広がり、より高温での成膜が可能になり、より良好な膜質の金属フッ化物パターニングマスクを形成することができる。 As described above, there have been proposals for using a metal fluoride such as SrF 2 as an etching mask, but the mask pattern is formed by a lift-off method using a photoresist. In order to form a mask pattern by the lift-off method, since the photoresist cannot be exposed to a high temperature, a metal fluoride such as SrF 2 cannot be formed at a high temperature. A metal fluoride layer formed near room temperature generally has poor film quality. In a preferred embodiment of the present invention, the metal fluoride layer is patterned by an etching method, preferably a wet etching method. For this reason, the setting range of the film formation temperature is widened, film formation at a higher temperature is possible, and a metal fluoride patterning mask with better film quality can be formed.

金属フッ化物層は好ましくは150℃以上の温度で成膜される。150℃以上で成膜されたものは、下地との密着性に特に優れ、緻密な膜が形成される。同時に、金属フッ化物層のエッチングにより、レジストパターンの平面形状を金属フッ化物層の平面形状へ精度よく転写することができる。たとえば、直線状の開口を形成する場合やストライプ状パターンを形成する場合には、金属フッ化物層は、その側壁の直線性やレジストパターンからの平面形状の転写精度に優れている。但し、後述するポリマー溶液処理に使用されるポリマー溶液の種類によっては、金属フッ化物層が常温近傍〜150℃未満の範囲で成膜されても、転写精度に優れるために使用可能である。   The metal fluoride layer is preferably formed at a temperature of 150 ° C. or higher. Those formed at 150 ° C. or higher are particularly excellent in adhesion to the base and form a dense film. At the same time, by etching the metal fluoride layer, the planar shape of the resist pattern can be accurately transferred to the planar shape of the metal fluoride layer. For example, when a linear opening is formed or a stripe pattern is formed, the metal fluoride layer is excellent in the linearity of the side wall and the transfer accuracy of the planar shape from the resist pattern. However, depending on the type of polymer solution used in the polymer solution treatment described later, even if the metal fluoride layer is formed in the range from near room temperature to less than 150 ° C., it can be used because of excellent transfer accuracy.

一般に、成膜温度は、比較的高い温度であることが好ましい。即ち、より好ましくは250℃以上、さらに好ましくは300℃以上、最も好ましくは350℃以上である。特に350℃以上で成膜された金属フッ化物層は、あらゆる下地との密着性に優れ、かつ、相対的に低温で成膜したものと比較して緻密な膜となり、高いドライエッチング耐性を示す。レジストマスクや金属マスク等異種材料をエッチングマスクとして金属フッ化物をエッチングした場合の、金属フッ化物自体のパターニング形状についても、転写精度(パターンが直線である場合は、側壁部分の直線性)に非常に優れ、開口部の幅の制御性も確保されるようになる。このような金属フッ化物層は基体のエッチングマスクとして最も好ましい。本発明では、後述するポリマー溶液処理の効果と相俟って、パターニングする際の開口部の幅の制御性、形状制御性が極めて優れている。尚、以下の説明で、150℃以上の温度での成膜を、略して「高温成膜」ということもある。   In general, the film forming temperature is preferably a relatively high temperature. That is, it is more preferably 250 ° C. or higher, further preferably 300 ° C. or higher, and most preferably 350 ° C. or higher. In particular, a metal fluoride layer formed at 350 ° C. or higher is excellent in adhesion to all bases, and becomes a dense film compared to those formed at a relatively low temperature, and exhibits high dry etching resistance. . When the metal fluoride is etched using a different material such as a resist mask or a metal mask as an etching mask, the patterning shape of the metal fluoride itself is also very high in transfer accuracy (the linearity of the side wall when the pattern is a straight line). Excellent controllability of the width of the opening. Such a metal fluoride layer is most preferred as an etching mask for the substrate. In the present invention, combined with the effect of the polymer solution treatment described later, the controllability and shape controllability of the opening width during patterning are extremely excellent. In the following description, film formation at a temperature of 150 ° C. or higher is sometimes referred to as “high temperature film formation” for short.

このように、下地との密着性に優れ、かつ、緻密な膜となり、高いドライエッチング耐性を示しつつ、パターニング形状についても、転写精度に非常に優れたエッチングマスク
とするためには、高温で成膜することが好ましいが、一方、成膜温度が高すぎると、後述するウェットエッチングのエッチャントに対する耐性が必要以上になり、フォトレジストを使用したパターニング、あるいはその除去が容易でなくなる。特に、後述するようにSrF等のマスクは半導体層のドライエッチング時に塩素等のプラズマにさらされると、その後に実施するマスク層の除去時のエッチングレートが、塩素等のプラズマにさらされる前に比較して低下する傾向を有している。このため、金属フッ化物の過度の高温での成膜はそのパターニングと最終除去の観点から好ましくない。
As described above, in order to form an etching mask with excellent adhesion to the substrate and a dense film, exhibiting high dry etching resistance, and having a patterning shape with excellent transfer accuracy, it can be formed at a high temperature. On the other hand, if the film forming temperature is too high, the resistance to the etchant of wet etching described later becomes more than necessary, and patterning using a photoresist or its removal becomes difficult. In particular, as will be described later, when a mask such as SrF 2 is exposed to plasma of chlorine or the like during dry etching of the semiconductor layer, the etching rate at the subsequent removal of the mask layer is reduced before exposure to plasma of chlorine or the like. It has a tendency to decrease in comparison. For this reason, the film formation of the metal fluoride at an excessively high temperature is not preferable from the viewpoint of patterning and final removal.

まず半導体層のドライエッチング時のプラズマにさらされる前の金属フッ化物にあっては、低温成膜した層ほど塩酸等のエッチャントに対するエッチングレートが大きくエッチングが速く進行し、成膜温度を高くするほどエッチングレートが低下し、エッチングの進行が遅くなる。成膜温度が300℃以上になると、成膜温度が250℃程度の膜よりエッチングレートの低下が目立ってくるが、350℃から450℃程度では、非常に都合の良いエッチング速度の範囲にある。しかし、成膜温度が480℃を超えるとエッチング速度の絶対値が必要以上に小さくなり、金属フッ化物層のパターニングに過剰な時間を費やすこととなり、また、レジストマスク層等が剥離しない条件でのパターニングが困難になる事もある。さらに、半導体層のドライエッチング時のプラズマにさらされた後の金属フッ化物層にあっては、除去時の塩酸等に対するウェットエッチングレートは低下する性質があり、過度の高温での成膜は、半導体層エッチング後に不要になった金属フッ化物層の除去を困難にしてしまう。   First, in the case of a metal fluoride before being exposed to plasma during dry etching of a semiconductor layer, the etching rate with respect to an etchant such as hydrochloric acid is larger and the etching proceeds faster as the layer is deposited at a lower temperature, and the deposition temperature is increased. The etching rate is lowered and the etching progress is slowed down. When the film forming temperature is 300 ° C. or higher, the etching rate is more markedly lower than the film having a film forming temperature of about 250 ° C. However, when the film forming temperature is about 350 ° C. to 450 ° C., the etching rate is in a very convenient range. However, when the film forming temperature exceeds 480 ° C., the absolute value of the etching rate becomes unnecessarily small, and excessive time is required for patterning the metal fluoride layer, and the resist mask layer or the like is not peeled off. Patterning may be difficult. Furthermore, in the metal fluoride layer after being exposed to the plasma at the time of dry etching of the semiconductor layer, the wet etching rate with respect to hydrochloric acid or the like at the time of removal has a property of decreasing, and film formation at an excessively high temperature is It becomes difficult to remove the metal fluoride layer that is no longer necessary after etching the semiconductor layer.

さらに、金属フッ化物の成膜を過剰な高温で実施すると、基板や半導体層、あるいは後述するように半導体層に形成された金属層などに過剰な熱履歴を与えることとなり、半導体発光素子等を作製する際には、マスク作製プロセスがデバイスに対して悪影響をあたえる可能性がある。   Furthermore, if the metal fluoride film is formed at an excessively high temperature, an excessive thermal history is given to the substrate, the semiconductor layer, or a metal layer formed on the semiconductor layer as will be described later. In fabrication, the mask fabrication process can adversely affect the device.

このような観点から、金属フッ化物層の成膜温度は、好ましくは480℃以下であり、さらに好ましくは470℃以下、特に好ましくは460℃以下である。   From such a viewpoint, the deposition temperature of the metal fluoride layer is preferably 480 ° C. or less, more preferably 470 ° C. or less, and particularly preferably 460 ° C. or less.

半導体層のエッチング条件において、半導体層等の基体と金属フッ化物層とのエッチング選択比は、40以上、好ましくは200以上であり、さらに好ましくは400以上であり、これがIII−V族窒化物半導体でも可能である。   Under the etching conditions of the semiconductor layer, the etching selectivity between the substrate such as the semiconductor layer and the metal fluoride layer is 40 or more, preferably 200 or more, more preferably 400 or more, which is a group III-V nitride semiconductor. But it is possible.

金属フッ化物層の形成方法としては、スパッタ法、電子ビーム蒸着法および真空蒸着法等の通常の成膜方法を採用することができる。しかし、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等の方法では選択比の低いエッチングマスクとなることがある。これは、フッ化物に、直接電子、イオン等が衝突するので、条件によってはおそらくフッ化物を金属とフッ素に解離させてしまうことによると考えられる。従って、これらの成膜方法では、成膜条件を適切に選ぶ必要があり、製造条件に制約が生じる。一方、例えば抵抗加熱による真空蒸着法では、このような問題がないので、最も望ましい。なお、電子ビームを利用した蒸着法であっても、直接フッ化物材料に電子ビームを当てるのではなく、材料をいれたるつぼを電子ビームで加熱するなどの間接的な加熱であれば、抵抗加熱法と同じく望ましい。これらの蒸着法により成膜すると、ドライエッチング耐性に優れた金属フッ化物層を容易に成膜することができる。   As a method for forming the metal fluoride layer, a normal film forming method such as a sputtering method, an electron beam evaporation method, or a vacuum evaporation method can be employed. However, an etching mask having a low selectivity may be obtained by a method such as sputtering or electron beam evaporation. This is probably because electrons, ions, and the like directly collide with the fluoride, and depending on the conditions, the fluoride is probably dissociated into metal and fluorine. Therefore, in these film forming methods, it is necessary to appropriately select the film forming conditions, and the manufacturing conditions are limited. On the other hand, for example, the vacuum evaporation method by resistance heating is most desirable because there is no such problem. Note that even in the case of vapor deposition using an electron beam, resistance heating is used if it is an indirect heating such as heating the crucible containing the material with an electron beam, instead of direct application of the electron beam to the fluoride material. As good as the law. When a film is formed by these vapor deposition methods, a metal fluoride layer having excellent dry etching resistance can be easily formed.

さらに、SrF等の金属フッ化物層の成膜レートとしては、0.03nm/secから3nm/sec程度の範囲が好ましく、さらに、0.07nm/secから2.0nm/sec程度が好ましく、さらには0.10nm/secから1.0nm/sec程度が最も好ましい。この範囲で成膜された金属フッ化物層は、下地との密着性に富み、対プラズマ耐性が確保された膜となるため、より望ましい。 Furthermore, the film formation rate of the metal fluoride layer such as SrF 2 is preferably in the range of about 0.03 nm / sec to 3 nm / sec, more preferably about 0.07 nm / sec to 2.0 nm / sec, Is most preferably about 0.10 nm / sec to 1.0 nm / sec. A metal fluoride layer formed in this range is more desirable because it is a film having high adhesion to the base and ensuring resistance to plasma.

<構造的視点から見た固体層の特徴>
以上のように、本発明のエッチング方法について、エッチングマスクの少なくとも一部として形成する固体層を、金属フッ化物という材料的視点で詳述した。一方、本発明者らは、材料的視点とは独立して、前記固体層を電子顕微鏡レベルの構造的視点でとらえることも可能であることを見出した。
<Characteristics of solid layers from a structural perspective>
As described above, in the etching method of the present invention, the solid layer formed as at least a part of the etching mask has been described in detail from the viewpoint of material called metal fluoride. On the other hand, the present inventors have found that the solid layer can be viewed from a structural viewpoint at the electron microscope level independently of the material viewpoint.

即ち、第二の本発明のエッチング方法は、
(a)基体の表面に、エッチングマスクの少なくとも一部として、微粒子間空隙を有する固体層を形成する工程と、
(b)前記固体層をポリマー溶液で処理する工程と、
(e)前記ポリマー溶液で処理された固体層をマスクとして、前記基体をエッチングする工程とを有することを特徴とする。
That is, the etching method of the second invention is
(A) forming a solid layer having inter-microparticle voids as at least part of the etching mask on the surface of the substrate;
(B) treating the solid layer with a polymer solution;
(E) using the solid layer treated with the polymer solution as a mask, and etching the substrate.

ここで、微粒子間空隙とは、一度の製膜によって、材料、形成条件等を選択することにより、自然発生的に形成される比較的マクロな空隙をいう。比較的マクロな空隙は、図21や図22で見られるような固体層を構成する微粒子同士の間に存在し、より具体的には例えば数nm〜数十nm程度のサイズ(通常1〜50nm)の空隙をいう。比較的マクロな空隙は、例えばSiNx膜を通常のフォトリソグラフィープロセスで人工的に穴あけ加工してパターニングしたような空隙を意味するものではない。また、いわゆる多結晶にみられる単なる結晶粒界のような、いわゆる多結晶を構成する個々の結晶同士の隙間ない連結部分を意味するものでもない。   Here, the inter-fine particle voids refer to relatively macro voids that are spontaneously formed by selecting materials, formation conditions, and the like by a single film formation. The relatively macro voids exist between the fine particles constituting the solid layer as seen in FIGS. 21 and 22, and more specifically, for example, a size of about several nm to several tens of nm (usually 1 to 50 nm). ). A relatively macro void does not mean a void formed by, for example, artificially drilling and patterning a SiNx film by a normal photolithography process. Further, it does not mean a connecting portion having no gap between the individual crystals constituting the so-called polycrystal, such as a simple grain boundary found in the so-called polycrystal.

このような微粒子間空隙は、図21や図22(表面写真)にみられるようにSEM等で拡大視した際に、確認することができる。   Such voids between the fine particles can be confirmed when enlarged by SEM or the like as seen in FIG. 21 or FIG. 22 (surface photograph).

また、前記固体層の上側表面に存在する微粒子間空隙の量は、下記により測定される表面空隙率で見積もることが可能である。   In addition, the amount of voids between the fine particles existing on the upper surface of the solid layer can be estimated by the surface porosity measured by the following.

ここにおいて本発明の第二のエッチング方法で用いられる固体層の表面空隙率は、通常0.5%以上であり、通常15%以下、好ましくは8%以下である。表面空隙率が大きすぎると固体層の緻密性が劣り、ドライエッチング耐性が低下する場合がある。表面空隙率が小さすぎると本発明における液体の処理効果が不十分になる場合がある。例えば、図21のSrF層、および図22のCaFにおける表面空隙率は、それぞれ約2.7%、約0.9%である。 Here, the surface porosity of the solid layer used in the second etching method of the present invention is usually 0.5% or more, usually 15% or less, preferably 8% or less. If the surface porosity is too large, the denseness of the solid layer may be inferior and the dry etching resistance may be reduced. If the surface porosity is too small, the treatment effect of the liquid in the present invention may be insufficient. For example, the surface porosity of the SrF 2 layer in FIG. 21 and the CaF 2 in FIG. 22 is about 2.7% and about 0.9%, respectively.

<表面空隙率の測定方法>
(i)SEM等の電子顕微鏡で固体層の膜を撮影し、撮影した部分のうち、空隙部分の面積の和を測定、計算する。この際に、写真等の画像にした固体層の表面は、微粒子部分と微粒子間空隙部分は、像のコントラストとして認識可能となる。これを元に空隙部分の面積の和を求める。
(ii)撮影した部分(空隙部分を含む固体層全体)の面積を測定、計算する。
(iii)下記式により、表面空隙率を算出する。
<Measurement method of surface porosity>
(I) A solid layer film is photographed with an electron microscope such as SEM, and the sum of the areas of the voids in the photographed part is measured and calculated. At this time, on the surface of the solid layer formed into an image such as a photograph, the fine particle portion and the void portion between the fine particles can be recognized as image contrast. Based on this, the sum of the areas of the gaps is obtained.
(Ii) Measure and calculate the area of the photographed part (the entire solid layer including the void part).
(Iii) The surface porosity is calculated by the following formula.

表面空隙率=前記空隙部分の面積の和/前記撮影した部分の面積
なお、SEM等を用いて測長する場合には一般に10%の誤差があることが知られている。また、表面の凹凸によってSEMの像の焦点があわない場合の誤差や、画像のコントラスト処理により、空隙のエッジ部分の位置が変化して見える誤差が存在する。これらにより、表面空隙率の測定値には、±50%程度以内の誤差の可能性がある。
Surface porosity = sum of the area of the void portion / area of the photographed portion It is known that there is generally an error of 10% when measuring using an SEM or the like. Further, there are errors when the SEM image is out of focus due to surface irregularities, and errors that appear to change the position of the edge of the gap due to image contrast processing. As a result, there is a possibility that the measured value of the surface porosity has an error within about ± 50%.

微粒子間空隙を有する固体層を構成する材料は特に限定はないが、前述のように、良好な膜質を担保し、その後の固体層のエッチング、および基体のエッチングを良好に行うという観点から、金属フッ化物であることが好ましい。   There are no particular limitations on the material that constitutes the solid layer having the interparticle space, but as described above, from the viewpoint of ensuring good film quality and performing good etching of the solid layer and the subsequent substrate. A fluoride is preferable.

微粒子間空隙を有する固体層は、高いドライエッチング耐性を担保するために緻密な膜が形成される必要があるが、例えば、SrFのようなエッチング耐性の高い固体層であっても、図21または図22に記載されるように成長した微粒子間に空隙が存在する。サイドエッチング抑制効果のメカニズムの詳細は不明であり推測の域を出ないが、エッチャントに対する耐性の向上、エッチャントをはじく効果(疎水性)の向上、フォトレジスト(固体層エッチング用)に対する親和性および/または浸透性の向上、微粒子脱落抑制効果等が単独または複合的に生じていると考えられ、その効果は特に微粒子間に空隙が存在し、この空隙にポリマー溶液が接触することにより、化学的および/または物理的変化が起こることにより奏されるものと考えられる。 The solid layer having voids between fine particles needs to be formed with a dense film in order to ensure high dry etching resistance. For example, even a solid layer with high etching resistance such as SrF 2 can be formed as shown in FIG. Or there are voids between the grown fine particles as described in FIG. The details of the mechanism of the side etching suppression effect are unknown and are not speculative, but the resistance to the etchant is improved, the effect of repelling the etchant (hydrophobicity), the affinity for the photoresist (for solid layer etching) and / or Alternatively, it is considered that the improvement in permeability, the effect of suppressing fine particle dropout or the like is caused singly or in combination, and the effect is particularly caused by the presence of voids between the fine particles, and the contact of the polymer solution with these voids. It is considered that this is achieved by a physical change.

以下、金属フッ化物からなる固体層を形成する場合(第一の本発明のエッチング方法)および微粒子間空隙を有する固体層を形成する場合(第二の本発明のエッチング方法)に共通する実施形態について詳述する。なお、以下で記載する「固体層」は、特に記載のない限り、金属フッ化物からなる固体層および微粒子間空隙を有する固体層の両方を意味するものとする。   Hereinafter, an embodiment common to the case of forming a solid layer made of a metal fluoride (first etching method of the present invention) and the case of forming a solid layer having a fine particle gap (second etching method of the present invention) Will be described in detail. The “solid layer” described below means both a solid layer made of a metal fluoride and a solid layer having voids between fine particles, unless otherwise specified.

本発明において、エッチングマスク層は、固体層の単層膜でもよいし、それらの多層膜でもよいし、また固体層を構成する物質以外の第2のマスク層との多層構造でもよい。本発明では、半導体層のエッチングの際に固体層が表面に露出して下部の構造を保護できるように形成されていればよい。従って、半導体層側に、半導体または半導体上に形成した部品を保護するため、またはその他の目的で、他の層を形成してもよい。本発明の1実施形態では、例えば後述の例のように、固体層を最終的に除去するときに、半導体層の表面に形成された金属層が除去されてしまわないように、第2のマスク層としてSiN、SiO等の膜を固体層の下部に形成した多層膜とすることも好ましい。また、固体層の下部に形成した第2のマスク層に加えて、固体層の上部に第3のマスク層などを有してもかまわない。これらは目的に応じて、適宜選択可能である。 In the present invention, the etching mask layer may be a single layer film of a solid layer, a multilayer film thereof, or a multilayer structure with a second mask layer other than a substance constituting the solid layer. In the present invention, it is only necessary that the solid layer is exposed to the surface when the semiconductor layer is etched so that the underlying structure can be protected. Therefore, another layer may be formed on the semiconductor layer side in order to protect the semiconductor or a component formed on the semiconductor or for other purposes. In one embodiment of the present invention, for example, as described later, the second mask is used to prevent the metal layer formed on the surface of the semiconductor layer from being removed when the solid layer is finally removed. It is also preferable to use a multilayer film in which a film such as SiN x or SiO x is formed below the solid layer as a layer. In addition to the second mask layer formed below the solid layer, a third mask layer or the like may be provided above the solid layer. These can be appropriately selected according to the purpose.

<固体層のポリマー溶液処理>
次に、成膜された固体層をポリマー溶液によって処理する。このポリマー溶液処理工程は、後述する他のマスク材を利用した固体層のパターニングの際にサイドエッチングを抑制する効果を有し、転写精度を向上させるために必須の工程である。
<Polymer solution treatment of solid layer>
Next, the formed solid layer is treated with a polymer solution. This polymer solution treatment step has an effect of suppressing side etching during patterning of a solid layer using another mask material described later, and is an essential step for improving transfer accuracy.

ポリマー溶液を固体層に接触させる方法は、どのような方法を採用してもよいが、例えば、ポリマー溶液中に、固体層を形成した基体を浸漬する方法、固体層が形成されている基体表面にポリマー溶液を滴下し、表面張力によって固体層表面のみをポリマー溶液に接触させる方法、固体層の表面にポリマー溶液をスプレイ等で塗布する方法が挙げられる。基体上に一旦ポリマー層を形成するためには、より具体的には、スピンコート法、スクリーン印刷法、ディップコート法、スプレイコート法、カーテンコート法、スリットコート法、ロールコート法、ディスペンサー塗布等のコーティング法を使用することができる。ポリマー溶液塗布時に、固体層の表面(微粒子間空隙の表面も含む)に充分に接触するように、振動を加えたりしてもよい。溶液塗布の温度は、ポリマー溶液が塗布できれば特に制限はなく、含有される溶媒の融点、沸点等を考慮して決めればよいが、一般的には室温(10℃程度〜35℃程度)を採用すればよい。   Any method may be employed as the method for bringing the polymer solution into contact with the solid layer. For example, the method in which the substrate on which the solid layer is formed is immersed in the polymer solution, or the surface of the substrate on which the solid layer is formed. And a method in which only the surface of the solid layer is brought into contact with the polymer solution by surface tension, and a method in which the polymer solution is applied to the surface of the solid layer by spraying. In order to form a polymer layer once on a substrate, more specifically, spin coating, screen printing, dip coating, spray coating, curtain coating, slit coating, roll coating, dispenser coating, etc. The coating method can be used. When the polymer solution is applied, vibration may be applied so that the surface of the solid layer (including the surface of the space between the fine particles) is sufficiently in contact. The temperature of the solution application is not particularly limited as long as the polymer solution can be applied, and may be determined in consideration of the melting point, boiling point, etc. of the solvent contained, but generally room temperature (about 10 ° C. to 35 ° C.) is adopted. do it.

ポリマー溶液を接触させた後、含有されている溶媒の種類により、流動可能な溶液状から溶媒が蒸発してほとんど溶媒が存在しない固形状まで、さまざまな状態のポリマーが固体層上に存在している。この後、直ちにポリマー除去工程に移ってもよいが、溶媒を乾燥して、一旦固形状のポリマー層としてもよい。   After contacting the polymer solution, depending on the type of solvent contained, various states of polymer exist on the solid layer, from a flowable solution state to a solid state where the solvent evaporates and almost no solvent exists. Yes. Thereafter, the process may be immediately transferred to the polymer removal step, or the solvent may be dried to form a solid polymer layer once.

この乾燥を行う場合には、溶媒、ポリマーの種類により適宜設定すればよく、例えば室温(15〜30℃)〜200℃の範囲、好ましくは室温〜150℃の範囲で加熱して乾燥してもよい。加熱時間も適宜選べばよいが、例えば10秒〜1時間、好ましくは20秒〜30分程度である。また、加熱を多段階で行ってもよい。   When performing this drying, it may be set as appropriate depending on the type of solvent and polymer. For example, the drying may be performed by heating in the range of room temperature (15-30 ° C.) to 200 ° C., preferably in the range of room temperature to 150 ° C. Good. The heating time may be appropriately selected, and is, for example, 10 seconds to 1 hour, preferably about 20 seconds to 30 minutes. Further, the heating may be performed in multiple stages.

次に、ポリマーを、固体層上から少なくとも部分的に、または固体層上の全面から除去する。除去の方法として、少なくとも後工程((c)レジストマスク(固体層エッチング用)形成、(d)固体層エッチング)の妨げにならず、かつポリマー溶液処理の効果が発現しうるような方法および条件が選択されればよい。例えば、溶媒洗浄、プラズマアッシングおよびそれらの組み合わせ等が挙げられる。特に、ポリマーが溶解可能な溶媒を使用することが好ましい。溶媒としては、基体等に影響を与えず残存するポリマーを溶解可能なものであれば、いずれの溶剤でも使用することができる。有機溶媒可能性のポリマーの場合は、具体的には、例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール(好ましくは炭素数4以下)、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類等を用いることができる。また、2種以上の有機溶媒を組み合わせて使用してもよく、この場合、混合しておよび/または逐次的に使用することができる。有機溶媒でポリマー残存物を除去した後、水洗することも好ましい。その後、適宜乾燥させてから、次のレジストマスク(固体層のエッチング用)の形成工程に進む。乾燥は、スピンドライ、乾燥空気吹きつけ等により行えばよい。   The polymer is then removed at least partially from on the solid layer or from the entire surface on the solid layer. As a removal method, a method and conditions that do not hinder at least a subsequent step ((c) formation of a resist mask (for solid layer etching), (d) solid layer etching) and can exhibit the effect of the polymer solution treatment. May be selected. Examples thereof include solvent cleaning, plasma ashing, and combinations thereof. In particular, it is preferable to use a solvent in which the polymer can be dissolved. As the solvent, any solvent can be used as long as it can dissolve the remaining polymer without affecting the substrate or the like. In the case of a polymer capable of organic solvent, specifically, for example, lower alcohols such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol (preferably having a carbon number of 4 or less), ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, and the like can be used. Two or more organic solvents may be used in combination, and in this case, they can be mixed and / or used sequentially. It is also preferable to wash with water after removing the polymer residue with an organic solvent. Then, after drying appropriately, it progresses to the formation process of the next resist mask (for the etching of a solid layer). Drying may be performed by spin drying, blowing dry air, or the like.

以上のような本発明のポリマー溶液処理に使用可能なポリマー溶液は、少なくともポリマーとポリマーを溶解する溶媒を含有する。ここで、用語「ポリマー」は、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂、さらにはセルロース誘導体、多糖類のような水溶性の樹脂を包含する。   The polymer solution that can be used for the polymer solution treatment of the present invention as described above contains at least a polymer and a solvent that dissolves the polymer. Here, the term “polymer” includes thermoplastic resins and thermosetting resins, as well as water-soluble resins such as cellulose derivatives and polysaccharides.

ポリマーとして、好ましくはフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、ABS樹脂、ポリビニルアルコール、ポリオキシエチレン、セルロース誘導体(メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース)等が挙げられる。   As the polymer, preferably phenol resin, urea resin, melamine resin, epoxy resin, polyurethane, polyvinyl chloride, polystyrene resin, polyamide, polyimide, acrylic resin, polyester resin, ABS resin, polyvinyl alcohol, polyoxyethylene, cellulose derivative (Methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, carboxymethyl cellulose) and the like.

好ましくは、レジスト材料のベース樹脂として使用されるポリマーが挙げられ、例えばフェノールノボラック、クレゾールノボラック等のフェノール樹脂;ポリメチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、その他ポリ(メタ)アクリル酸エステル誘導体等を含む(共)重合体等のアクリル系樹脂;およびポリスチレン、ポリヒドロキシスチレン、その他ポリスチレン誘導体を含む(共)重合体等のポリスチレン系樹脂が挙げられる。   Preferably, a polymer used as a base resin of the resist material is used, and includes, for example, phenol resins such as phenol novolac and cresol novolac; polymethyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, other poly (meth) acrylic acid ester derivatives, etc. ) Acrylic resins such as polymers; and polystyrene resins such as (co) polymers including polystyrene, polyhydroxystyrene, and other polystyrene derivatives.

ポリマーを溶解する溶媒としては、有機溶媒および/または水を適宜使用すればよい。有機溶媒としては、アルコール類、ケトン類、エステル類、エーテル類および非水極性溶媒等が好ましい。   What is necessary is just to use an organic solvent and / or water suitably as a solvent which melt | dissolves a polymer. As the organic solvent, alcohols, ketones, esters, ethers, non-aqueous polar solvents and the like are preferable.

アルコール類としては、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、iso−プロピルアルコール、オクタノール、デカノール等の炭素数が好ましくは20程度まで脂肪族モノアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、グリセリン、ポリオキシエチレン等の多価アルコールが挙げられる。アルコールは多価アルコール、および一部のOH基がエーテル化、またはエステル化されている誘導体が好ましい。エーテル化されている化合物としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類を挙げることができる。また、芳香族アルコールとして、ベンジルアルコール、メチルベンジルアルコール、p−イソプロピルベンジルアルコール、1−フェニルエタノール、フェネチルアルコール、1−フェニル−1−プロパノール、シンナミルアルコール、キシレン−α,α’ジオール、サリチルアルコール、p−ヒドロキシベンジルアルコール、アニシルアルコール等を挙げることができる。   Examples of alcohols include aliphatic monoalcohols such as methanol, ethanol, n-propyl alcohol, iso-propyl alcohol, octanol, decanol, etc., preferably about 20 carbon atoms, ethylene glycol, propylene glycol, butanediol, glycerin, polyoxy Examples thereof include polyhydric alcohols such as ethylene. The alcohol is preferably a polyhydric alcohol and a derivative in which some OH groups are etherified or esterified. The etherified compounds include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-n-propyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol mono-n. -Propyl ether, diethylene glycol mono-n-butyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol mono-n-propyl ether, propylene glycol mono-n- Butyl ether, dipropylene glycol monomethyl (Poly) alkylene glycol monoalkyl ethers such as ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol mono-n-propyl ether, dipropylene glycol mono-n-butyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, tripropylene glycol monoethyl ether There can be mentioned. Moreover, as aromatic alcohol, benzyl alcohol, methylbenzyl alcohol, p-isopropylbenzyl alcohol, 1-phenylethanol, phenethyl alcohol, 1-phenyl-1-propanol, cinnamyl alcohol, xylene-α, α′diol, salicyl alcohol , P-hydroxybenzyl alcohol, anisyl alcohol and the like.

ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソアミルケトン、2−ヘプタノンなどの炭素数が好ましくは20以下、より好ましくは10以下のケトン類が挙げられる。   Examples of the ketones include ketones having 20 or less carbon atoms, more preferably 10 or less, such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, cyclohexanone, methyl isoamyl ketone, and 2-heptanone.

エステル類としては、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸i−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、ぎ酸n−ペンチル、酢酸i−ペンチル、プロピオン酸n−ブチル、酪酸エチル、酪酸n−プロピル、酪酸i−プロピル、酪酸n−ブチル等のアルキルエステル類(好ましくは炭素数が20以下、さらに好ましくは炭素数12以下);2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸ブチル等の乳酸アルキルエステル類;2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート等のアルコキシまたはオキサアルキル基を有する置換アルキルエステル類(好ましくは炭素数が20以下、さらに好ましくは炭素数12以下);ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸n−プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸エチル等の他のエステル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類を挙げることができる。   Esters include ethyl acetate, n-propyl acetate, i-propyl acetate, n-butyl acetate, i-butyl acetate, n-pentyl formate, i-pentyl acetate, n-butyl propionate, ethyl butyrate, n-butyrate Alkyl esters such as propyl, i-propyl butyrate and n-butyl butyrate (preferably having 20 or less carbon atoms, more preferably 12 or less carbon atoms); methyl 2-hydroxypropionate, ethyl 2-hydroxypropionate, 2 -Lactic acid alkyl esters such as butyl hydroxypropionate; ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate , Ethyl ethoxyacetate, ethyl hydroxyacetate, 2-hydroxy Substituted alkyl esters having an alkoxy or oxaalkyl group such as methyl 3-methylbutanoate, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, 3-methyl-3-methoxybutylpropionate (preferably having 20 or less carbon atoms, Preferably 12 or less carbon atoms); other esters such as methyl pyruvate, ethyl pyruvate, n-propyl pyruvate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, ethyl 2-oxobutanoate; ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol Monoethyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether (Poly) alkylene glycol monoalkyl ether acetates such as acetate can be mentioned.

エーテル類としては、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル等の直鎖または分岐状ジアルキルエーテル;およびテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、オキセタン、ジオキサンのよう環状エーテル類を挙げることができる。   Examples of ethers include linear or branched dialkyl ethers such as dimethyl ether and diethyl ether; and cyclic ethers such as tetrahydrofuran, tetrahydropyran, oxetane and dioxane.

非水極性溶媒としては、ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルホランのような含硫黄化合物;N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチル−2−ピロリドンのような含窒素化合物等を挙げることができる。   Non-aqueous polar solvents include sulfur-containing compounds such as dimethyl sulfoxide (DMSO) and sulfolane; nitrogen-containing compounds such as N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide (DMF) and N-methyl-2-pyrrolidone A compound etc. can be mentioned.

本発明において特徴的なポリマー溶液処理を行うことにより達成できるサイドエッチング抑制効果のメカニズムの詳細は不明であり推測の域を出ないが、エッチャントに対する耐性の向上、エッチャントをはじく効果(疎水性)の向上、フォトレジスト(固体層エッチング用)に対する親和性および/または浸透性の向上、微粒子脱落抑制効果等が単独または複合的に生じていると考えられる。   The details of the mechanism of the side etching suppression effect that can be achieved by performing the characteristic polymer solution treatment in the present invention is not clear and is not speculative, but the resistance to the etchant is improved and the effect of repelling the etchant (hydrophobic) It is considered that the improvement, the affinity to the photoresist (for solid layer etching) and / or the permeability, the effect of suppressing the drop-off of the fine particles, etc. are produced singly or in combination.

<固体層のパターニング>
上述のようにして、ポリマー溶液処理した固体層を、好ましくはエッチングによって、所望の形状にパターニングする。この固体層のエッチングは、固体層がエッチング可能でかつ半導体層のエッチング条件とは異なる条件が選ばれ、特に酸またはアルカリを用いたウェットエッチング法が好ましい。本発明では、上記のポリマー溶液処理を施すことにより、固体層のサイドエッチングが抑制される。
<Patterning of solid layer>
As described above, the polymer solution-treated solid layer is patterned into a desired shape, preferably by etching. For the etching of the solid layer, conditions that allow the solid layer to be etched and that are different from the etching conditions of the semiconductor layer are selected, and wet etching using an acid or alkali is particularly preferable. In this invention, the side etching of a solid layer is suppressed by performing said polymer solution process.

固体層を含むエッチングマスク層のパターニングには、他のマスクを用いて行うことが好ましい。たとえば、図3に示すように、フォトレジスト材料によるレジストマスク層4をエッチングマスク層3の上に形成し、露光、現像等の通常のフォトリソグラフィー法によってレジストマスク層4を図4のようにパターニングする。使用されるフォトレジストは、ポジ型、ネガ型のどちらでもよい。   The patterning of the etching mask layer including the solid layer is preferably performed using another mask. For example, as shown in FIG. 3, a resist mask layer 4 made of a photoresist material is formed on the etching mask layer 3, and the resist mask layer 4 is patterned as shown in FIG. 4 by a normal photolithography method such as exposure and development. To do. The photoresist used may be either a positive type or a negative type.

その後図5Aのように、パターニングされたレジストマスク層4をマスクとして、固体層を含むエッチングマスク層3をエッチングする。   Thereafter, as shown in FIG. 5A, the etching mask layer 3 including the solid layer is etched using the patterned resist mask layer 4 as a mask.

ウェットエッチングのエッチャントとしては、塩酸、フッ酸、硫酸、燐酸、硝酸等の酸を含有する水溶液が好ましく、必要によりさらに過酸化水素等の酸化剤、エチレングリコール等の希釈剤等を含有したものを挙げることができる。エッチャントは、固体層の材料および成膜条件等も考慮して選択されるが、特に少なくとも塩酸、濃硫酸、フッ酸等を含有することが好ましく、例えばSrFをパターニングするときには、塩酸が望ましく、CaFをパターニングするためには濃硫酸、塩酸が望ましく、特に濃硫酸が望ましい。また、アルカリによるエッチングも可能であり、いずれのエッチングにおいても光照射、加熱等を併用してもかまわない。 As an etchant for wet etching, an aqueous solution containing an acid such as hydrochloric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, phosphoric acid or nitric acid is preferable, and an etchant containing an oxidizing agent such as hydrogen peroxide or a diluent such as ethylene glycol, if necessary. Can be mentioned. The etchant is selected in consideration of the material of the solid layer and the film forming conditions, but preferably contains at least hydrochloric acid, concentrated sulfuric acid, hydrofluoric acid and the like. For example, when patterning SrF 2 , hydrochloric acid is desirable, to pattern the CaF 2 is concentrated sulfuric acid, hydrochloric acid is desirable, in particular concentrated sulfuric acid is preferable. Etching with alkali is also possible, and in any etching, light irradiation, heating, etc. may be used in combination.

ウェットエッチングは一般に等方性エッチングであるので、通常は好ましくないサイドエッチングを伴う。図5Bに模式的に示すように、サイドエッチングのために、レジストマスク層4のマスク端より、固体層を含むエッチングマスク層3の端が後退する。後退した距離を、サイドエッチ量Lとする。サイドエッチ量Lが小さいほど、レジストマスク層4のパターンが忠実に転写されることになるので、精密なパターン形成が可能になる。   Since wet etching is generally isotropic etching, it is usually accompanied by undesirable side etching. As schematically shown in FIG. 5B, the end of the etching mask layer 3 including the solid layer recedes from the mask end of the resist mask layer 4 for side etching. The backward distance is defined as a side etch amount L. As the side etch amount L is smaller, the pattern of the resist mask layer 4 is faithfully transferred, so that a precise pattern can be formed.

本発明では、固体層をポリマー溶液処理することにより、サイドエッチ量が極めて小さくなり、その結果、固体層を含むエッチングマスク層3を、レジストパターンに忠実に精密にパターニングすることが可能になる。従って、エッチングマスク層3をマスクとしてエッチングによりパターニングされる半導体層2(=基体)の形状も、レジストパターンに対する転写精度が向上する。   In the present invention, by treating the solid layer with a polymer solution, the amount of side etching becomes extremely small, and as a result, the etching mask layer 3 including the solid layer can be precisely patterned with high fidelity to the resist pattern. Therefore, the shape of the semiconductor layer 2 (= substrate) patterned by etching using the etching mask layer 3 as a mask also improves the transfer accuracy with respect to the resist pattern.

本発明においては、400nm程度の固体層をエッチングする際に、サイドエッチ量Lが6μm以下とすることが可能になり、好ましくは4μm以下、より好ましくは3μm以下のサイドエッチ量Lが達成可能である。このため、III−V族窒化物半導体のように、比較的エッチングが困難であるために、微細な形状のパターニングが困難であった基体であっても、微細パターンの形状が可能になる。   In the present invention, when etching a solid layer of about 400 nm, the side etch amount L can be made 6 μm or less, preferably 4 μm or less, more preferably 3 μm or less. is there. For this reason, since it is relatively difficult to etch, such as a group III-V nitride semiconductor, it is possible to form a fine pattern even with a substrate that has been difficult to pattern with a fine shape.

さらに、ポリマー溶液処理により、パターニング後、固体層のパターン境界が非常にシャープに現れるため、固体層をマスクとして使用する基体のドライエッチングにおいて、転写精度がより高くなる。   Furthermore, since the pattern boundary of the solid layer appears very sharply after patterning by the polymer solution treatment, the transfer accuracy becomes higher in the dry etching of the substrate using the solid layer as a mask.

このようにして、エッチングマスク層3のウェットエッチングが終了し、図5Aの構造が形成された後、通常は不要となったレジストマスク層4を除去し、図6に示すように半導体層上にパターニングされたエッチングマスク層3が形成された構造を得る。   In this way, after the wet etching of the etching mask layer 3 is completed and the structure of FIG. 5A is formed, the resist mask layer 4 which is normally unnecessary is removed, and the semiconductor layer is formed on the semiconductor layer as shown in FIG. A structure in which the patterned etching mask layer 3 is formed is obtained.

<半導体層のエッチング>
半導体層のエッチング工程では、図7に示すように、エッチングマスク層3をマスクとして半導体層2をエッチングする。
<Semiconductor layer etching>
In the step of etching the semiconductor layer, as shown in FIG. 7, the semiconductor layer 2 is etched using the etching mask layer 3 as a mask.

半導体層のエッチングには、望ましくはドライエッチング法が用いられる。ドライエッチング法は、半導体層の材料、結晶性、その他の性質に基づいて、そのガス種、バイアスパワー、真空度等の条件を適宜選択可能である。半導体層がIII−V族窒化物半導体である場合においては、ドライエッチングのガス種としては、ガスを構成する分子としてCl元素を含む塩素系ガスが好ましく、Cl、BCl、SiCl、CClおよびこれらの組み合わせから選ばれるものが望ましい。これらのガス種によって生成される塩素
系プラズマは、ドライエッチングの際に、GaN系材料と高温成膜された固体層を形成する材料の間で大きな選択比を実現することが可能であり、従って、高温成膜された固体層形成材料をほとんどエッチングせずに窒化物半導体層をエッチングすることができる。その結果、形状制御性にすぐれた半導体層のエッチングが実現できる。なお、ドライエッチングの際に、固体層の厚みはほとんど目減りしないが、膜の特性、特にそのウェットエッチング時の耐性は変化し、ウェットエッチングレートが低下する傾向がある。
A dry etching method is preferably used for etching the semiconductor layer. In the dry etching method, conditions such as gas type, bias power, and degree of vacuum can be appropriately selected based on the material, crystallinity, and other properties of the semiconductor layer. When the semiconductor layer is a group III-V nitride semiconductor, the dry etching gas type is preferably a chlorine-based gas containing Cl element as a molecule constituting the gas, and Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 , CCl 4 and combinations thereof are desirable. The chlorine-based plasma generated by these gas species can achieve a large selectivity between the GaN-based material and the material forming the high-temperature solid layer during dry etching. The nitride semiconductor layer can be etched with little etching of the solid layer forming material formed at a high temperature. As a result, etching of the semiconductor layer with excellent shape controllability can be realized. In the dry etching, the thickness of the solid layer is hardly reduced, but the film characteristics, particularly the resistance during wet etching, change, and the wet etching rate tends to decrease.

ここで、ドライエッチング時のプラズマ生成方式は、容量結合型のプラズマ生成(CCP型)、誘導結合型のプラズマ生成(ICP型)、電子サイクロトロン共鳴を基礎としたプラズマ生成(ECR型)等のどのような方式でも適応可能である。しかし、本発明においては、誘導結合型のプラズマ生成によって塩素系プラズマを生成することが望ましい。これは、プラズマ密度が他の方式と比べて高くすることが可能で、III−V族窒化物半導体材料等をエッチングする際に好都合であるからである。ここで、ドライエッチングの際のプラズマ密度は、好ましくは、0.05×1011(cm−3)〜10.0×1011(cm−3)であり、さらに好ましくは1×1011(cm−3)〜7.0×1011(cm−3)である。そして、本発明で高温成膜した固体層は、エッチング耐性が高いため、誘導結合方式によって形成した高プラズマ密度のプラズマであっても、十分な耐性を示す。 Here, the plasma generation method at the time of dry etching may be any of capacitively coupled plasma generation (CCP type), inductively coupled plasma generation (ICP type), plasma generation based on electron cyclotron resonance (ECR type), etc. Such a method can also be applied. However, in the present invention, it is desirable to generate chlorine-based plasma by inductively coupled plasma generation. This is because the plasma density can be increased as compared with other methods, which is advantageous when etching a group III-V nitride semiconductor material or the like. Here, the plasma density during dry etching is preferably 0.05 × 10 11 (cm −3 ) to 10.0 × 10 11 (cm −3 ), and more preferably 1 × 10 11 (cm 3 ). −3 ) to 7.0 × 10 11 (cm −3 ). And since the solid layer formed into a high temperature by this invention has high etching tolerance, even the high plasma density plasma formed by the inductive coupling system shows sufficient tolerance.

例えばSiNやSiO等の窒化物や酸化物、Ni等の金属をマスクとした際には、窒化物半導体層とマスクの選択比は5〜20程度であるが、本発明の固体層マスクでは窒化物半導体層に対しても100以上の選択比が実現可能である。よって、本発明の方法によれば、III−V族窒化物半導体層を深くエッチングする際に特に好ましく利用される。III−V族窒化物半導体層の場合でも、エッチングの深さとしては、1μm以上、好ましくは2μm以上、さらに好ましくは3μm以上、最も好ましくは5μm以上、さらには10μmを超えても適用可能である。さらに、固体層マスクの材質、厚み、半導体層の材質にも依存するが、十分に厚いSrFマスクを形成して半導体層をエッチングする場合には、非常に厚い層のエッチングも可能である。エッチングする半導体層の厚さは、一般には50mm以下であり、好ましくは35mm以下、より好ましくは5mm以下、さらに好ましくは1mm以下であり、500μm以下が最も好ましい。極度に厚い半導体層をエッチングする場合として、SrFマスクを用いて、厚み3mmから35mm程度の厚膜のGaN基板をエッチングする場合、さらには当該基板上に成長されたGaNエピタキシャル層などを、基板の厚みのほとんどと薄膜結晶成長層を同時にエッチングする場合などが挙げられる。また、基板のエッチングは行わずに、7μm程度の薄膜結晶成長層のみをエッチングする事も、当然可能である。またそのとき、その選択比が大きいことから、エッチングによる溝の幅を短くすることも適宜可能であり、例えば、100μm以下、好ましくは10μm以下、さらには3μm以下にすることが可能である。溝の深さと溝の開口幅のアスペクト比(深さ/幅)でも適宜自在に選択可能であって、III−V族窒化物半導体層の場合でも0.1以上、好ましくは2以上が可能であり、また50程度まで、例えば30程度は可能である。 For example, when a nitride such as SiN x or SiO x , an oxide, or a metal such as Ni is used as a mask, the selection ratio between the nitride semiconductor layer and the mask is about 5 to 20, but the solid layer mask of the present invention. Then, a selectivity of 100 or more can be realized with respect to the nitride semiconductor layer. Therefore, the method of the present invention is particularly preferably used when the III-V nitride semiconductor layer is etched deeply. Even in the case of a III-V nitride semiconductor layer, the etching depth can be applied even if it exceeds 1 μm, preferably 2 μm or more, more preferably 3 μm or more, most preferably 5 μm or more, and even more than 10 μm. . Furthermore, although depending on the material and thickness of the solid layer mask and the material of the semiconductor layer, when a sufficiently thick SrF 2 mask is formed and the semiconductor layer is etched, a very thick layer can be etched. The thickness of the semiconductor layer to be etched is generally 50 mm or less, preferably 35 mm or less, more preferably 5 mm or less, still more preferably 1 mm or less, and most preferably 500 μm or less. When etching an extremely thick semiconductor layer, using a SrF 2 mask, when etching a GaN substrate having a thickness of about 3 mm to 35 mm, further, a GaN epitaxial layer grown on the substrate is used as a substrate. For example, most of the thickness and the thin film crystal growth layer are etched at the same time. Of course, it is possible to etch only the thin film crystal growth layer of about 7 μm without etching the substrate. At that time, since the selection ratio is large, the width of the groove by etching can be shortened as appropriate. For example, the width can be 100 μm or less, preferably 10 μm or less, and further 3 μm or less. The aspect ratio (depth / width) of the groove depth and the groove opening width can be selected as appropriate. In the case of a III-V nitride semiconductor layer, it can be 0.1 or more, preferably 2 or more. Yes, up to about 50, for example about 30 is possible.

また、本発明における半導体層をエッチングする深さは、適宜選択可能であって、図7では半導体層を基板まですべてエッチングした場合を示したが、半導体層の途中までエッチングすることも可能であり、また、エッチングガス種等を変化させることで、基板(サファイア等の半導体でない材料でもよい)の一部を連続的にエッチングすることも可能である。どの程度、あるいは半導体層を構成するどの層までエッチングするかは適宜選択が可能である。   In addition, the depth of etching the semiconductor layer in the present invention can be selected as appropriate, and FIG. 7 shows the case where the semiconductor layer is completely etched up to the substrate, but it is also possible to etch halfway through the semiconductor layer. Moreover, it is also possible to continuously etch a part of the substrate (which may be a non-semiconductor material such as sapphire) by changing the etching gas type or the like. It is possible to appropriately select the degree of etching or the layer constituting the semiconductor layer.

図7に示された半導体層のエッチングが終了した後には、必要に応じて、エッチングマスク層を除去してもよいし、エッチングマスク層を残したまま、異なるプロセスを実施し
てもかまわない。一般的には、エッチングマスク層を除去する方が好ましい。
After the etching of the semiconductor layer shown in FIG. 7 is completed, the etching mask layer may be removed as necessary, or a different process may be performed while leaving the etching mask layer. In general, it is preferable to remove the etching mask layer.

図8に、エッチングマスク層3を除去した後の構造を示す。エッチングマスク層3を構成する固体層を除去するには、どのような方法で行っても良いが、例えば、固体層を酸またはアルカリを含有するエッチャントにより除去することができる。前述の固体層のパターニング工程では、固体層が容易にエッチングされ、半導体層がエッチングされ難い条件が選ばれたが、固体層を除去する工程でも、パターニングと同様な条件を採用することができる。   FIG. 8 shows the structure after the etching mask layer 3 is removed. The solid layer constituting the etching mask layer 3 may be removed by any method. For example, the solid layer can be removed with an etchant containing an acid or an alkali. In the patterning process of the solid layer described above, the conditions that the solid layer is easily etched and the semiconductor layer is difficult to be etched are selected. However, the same conditions as the patterning can be adopted in the process of removing the solid layer.

従って、ウェットエッチングのエッチャントとしては、塩酸、フッ酸、硫酸、燐酸、硝酸等の酸を含有する水溶液が好ましく、必要によりさらに過酸化水素等の酸化剤、エチレングリコール等の希釈剤等を含有したものを挙げることができる。固体層の材料および成膜条件等も考慮して選択されるが、特に少なくとも塩酸、濃硫酸、フッ酸等を含有することが好ましい。例えばSrFを除去するときには、塩酸が望ましい。また、CaFを除去するためには濃硫酸、塩酸が望ましく、特に濃硫酸が望ましい。また、アルカリによる除去も可能であり、いずれのエッチングにおいても反応の促進または選択性の向上等のために適宜、光照射、加熱等を併用してもよい。 Accordingly, as an etchant for wet etching, an aqueous solution containing an acid such as hydrochloric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, or nitric acid is preferable. If necessary, an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, a diluent such as ethylene glycol, and the like are further contained. Things can be mentioned. The material is selected in consideration of the material of the solid layer and the film forming conditions, but it is particularly preferable to contain at least hydrochloric acid, concentrated sulfuric acid, hydrofluoric acid and the like. For example when removing SrF 2, the hydrochloric acid is preferable. Further, in order to remove the CaF 2 is concentrated sulfuric acid, hydrochloric acid is desirable, in particular concentrated sulfuric acid is preferable. Further, it can be removed by alkali, and in any etching, light irradiation, heating, or the like may be used in combination as appropriate for promoting the reaction or improving the selectivity.

また、固体層は、半導体層のドライエッチング時のマスク層として使用された後に、ウェットエッチングレートが低下する傾向、即ちエッチャントに対する溶解性が低下する傾向があるので、この点を考慮して、プロセス全体の各条件を決めることが好ましい。   In addition, since the solid layer tends to decrease the wet etching rate after being used as a mask layer during dry etching of the semiconductor layer, that is, the solubility to the etchant, the process is considered in consideration of this point. It is preferable to determine the overall conditions.

不要になったエッチングマスク層は以上のようにして除去されるが、エッチングマスク層を除去しないで、エッチングマスク層を例えば選択成長用のマスクとして使用し、さらに半導体層を形成することも可能である。特にエピタキシャル成長を実施する場合には、SrFなどの金属フッ化物材料は、選択成長用マスクとしても使用できる。 Although the etching mask layer that has become unnecessary is removed as described above, it is also possible to use the etching mask layer as a mask for selective growth and further form a semiconductor layer without removing the etching mask layer. is there. In particular, when epitaxial growth is performed, a metal fluoride material such as SrF 2 can be used as a selective growth mask.

〔異なる実施形態の説明〕
本発明の特定の1実施形態について説明する。この形態では、本発明のエッチング方法を、図9に示すように、基板1上の半導体層2がすでに段差を有し、またその半導体層上に、金属層で形成された電極7、8が形成されている構造に適用した例である。
[Description of different embodiments]
One particular embodiment of the invention will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 9, the etching method of the present invention is such that the semiconductor layer 2 on the substrate 1 already has a step, and the electrodes 7 and 8 formed of metal layers are formed on the semiconductor layer. It is an example applied to the structure formed.

例えばアルミニウム等により電極、配線等の金属層が形成されている半導体層を本発明のエッチング方法によりエッチングする場合、エッチングが終了した後に固体層を除去する際に、酸またはアルカリを含有するエッチャントにより電極、配線等の金属層が侵され、除去されてしまうことがある。このような場合には、エッチングマスク層を固体層と、固体層を構成する物質以外の物質で構成された第2のマスク層とを含む多層構造とすることが好ましい。ここにおいて第2のマスク層は、前述の通り、固体層を構成する物質以外の物質で構成された層であって、固体層をエッチングするエッチャントに対して耐性がある物質とすることが好ましい。第2のマスク層は、さらに金属層を侵食しない条件で除去される必要がある。第2のマスク層としては、SiO、AlO、TiO、TaO、HfOおよびZrO等の酸化物、SiN、AlN等の窒化物およびこれら組み合わせが挙げられる。これら、ウェットエッチング耐性があり、同時に金属等をエッチングしないドライエッチング法でも最終除去が可能であるので、非常に好ましいものである。特に好ましくは、製造が比較的容易であることから、SiNおよびSiOであり、特にSiNが好ましい。 For example, when a semiconductor layer in which a metal layer such as an electrode or wiring is formed by aluminum or the like is etched by the etching method of the present invention, when the solid layer is removed after the etching is completed, an etchant containing an acid or alkali is used. Metal layers such as electrodes and wiring may be attacked and removed. In such a case, it is preferable that the etching mask layer has a multi-layer structure including a solid layer and a second mask layer made of a substance other than the substance constituting the solid layer. Here, as described above, it is preferable that the second mask layer is a layer composed of a substance other than the substance constituting the solid layer and is a substance resistant to the etchant for etching the solid layer. The second mask layer needs to be removed under conditions that do not attack the metal layer. Examples of the second mask layer include oxides such as SiO x , AlO x , TiO x , TaO x , HfO x, and ZrO x , nitrides such as SiN x , AlN x , and combinations thereof. These are very preferable because they have wet etching resistance and can be removed at the same time by a dry etching method that does not etch metal or the like. Particularly preferred are SiN x and SiO x because production is relatively easy, and SiN x is particularly preferred.

例えば、以下、固体層が金属フッ化物からなる層の場合について説明する。   For example, the case where the solid layer is a layer made of a metal fluoride will be described below.

図10は、金属層(電極7、8)を有する半導体層2上に、半導体層側から、SiN等の金属フッ化物でない層と金属フッ化物層の多層構造のエッチングマスク層9を形成した状態である。 In FIG. 10, an etching mask layer 9 having a multilayer structure of a non-metal fluoride layer such as SiN x and a metal fluoride layer is formed on the semiconductor layer 2 having the metal layers (electrodes 7 and 8) from the semiconductor layer side. State.

通常は、この状態で、ポリマー溶液処理を行う。処理の条件等は、エッチングマスク層が金属フッ化物層の単層である場合に準じて実施することができる。金属フッ化物層がポリマー溶液処理されることでサイドエッチが抑制されるため、図11に示す開口10を形成する際に、パターン精度が向上する。そして、半導体層2をドライエッチングするときに、図11、図12に示すように、表面の金属フッ化物層がマスクとして機能する。   Usually, the polymer solution treatment is performed in this state. The processing conditions and the like can be carried out according to the case where the etching mask layer is a single layer of a metal fluoride layer. Since side etching is suppressed by treating the metal fluoride layer with the polymer solution, the pattern accuracy is improved when the opening 10 shown in FIG. 11 is formed. When the semiconductor layer 2 is dry-etched, the surface metal fluoride layer functions as a mask as shown in FIGS.

その後、エッチングマスク層9を除去するには、まず酸またはアルカリにより金属フッ化物層を除去するが、このときは、SiN等の金属フッ化物でない第2のマスク層が、アルミニウム等の電極7、8を保護している。次に、SiN等の金属フッ化物でない層をドライエッチングにより、金属層を侵食することなく除去して、図13の構造を得ることができる。 Thereafter, in order to remove the etching mask layer 9, the metal fluoride layer is first removed with acid or alkali. At this time, the second mask layer that is not a metal fluoride such as SiN x is used as an electrode 7 made of aluminum or the like. , 8 are protected. Next, the non-metal fluoride layer such as SiN x is removed by dry etching without eroding the metal layer, and the structure of FIG. 13 can be obtained.

尚、エッチングマスク層は、その一部、たとえば金属層(例えば電極7、8)の上部のみが多層構造として形成され、金属層でない部分の上部が単層として形成されてもよい。さらに、多層化エッチングマスク層は半導体装置の製造の際のいずれの場面でも使用可能であるが、特にプロセス全体の整合性を考慮したうえで使用することが望ましい。   Note that only a part of the etching mask layer, for example, the upper part of the metal layer (for example, the electrodes 7 and 8) may be formed as a multilayer structure, and the upper part of the part other than the metal layer may be formed as a single layer. Furthermore, the multi-layered etching mask layer can be used in any scene during the manufacture of a semiconductor device, but it is desirable to use it in consideration of the consistency of the entire process.

そこで、プロセスの整合性を考慮し、部分的に多層構造となるエッチングマスクによりエッチングする例を示す。まず、図14は、金属フッ化物以外のマスク材料で形成した第2のエッチングマスク21を形成し、基板1上に形成された半導体層2をエッチングして、凹部25を形成した様子を示す図である。第2のエッチングマスク21は、例えばSiNxで形成され、金属層(電極7)を含む領域をマスクしている。第2のエッチングマスク21により覆われていない領域がエッチングされ凹部25が形成される。半導体層2がGaNのようなエッチングされにくい材料であっても、凹部25の深さが浅い場合には、SiNxのような公知のマスク材料で十分にエッチングが可能である。   Therefore, in consideration of process consistency, an example in which etching is performed using an etching mask partially having a multilayer structure will be described. First, FIG. 14 is a view showing a state in which the recess 25 is formed by forming the second etching mask 21 formed of a mask material other than the metal fluoride and etching the semiconductor layer 2 formed on the substrate 1. It is. The second etching mask 21 is formed of SiNx, for example, and masks a region including the metal layer (electrode 7). A region not covered with the second etching mask 21 is etched to form a recess 25. Even if the semiconductor layer 2 is a material that is difficult to be etched such as GaN, if the depth of the recess 25 is shallow, it can be etched sufficiently with a known mask material such as SiNx.

次に、金属フッ化物層をマスクとする深いエッチングを行う際に、第2のエッチングマスク21を除去することなく、図15に示すように、金属フッ化物マスク22を形成する。そのため、金属層(電極7)上およびその付近の半導体層表面は、金属フッ化物マスクと第2のエッチングマスクの2層構造となっている。この金属フッ化物マスク22は、エッチングによりパターニングされる前にポリマー溶液処理され、その後、通常のフォトレジストプロセスに従ってパターニングされたエッチングマスクによりパターニングされる。   Next, when performing deep etching using the metal fluoride layer as a mask, the metal fluoride mask 22 is formed as shown in FIG. 15 without removing the second etching mask 21. Therefore, the surface of the semiconductor layer on and near the metal layer (electrode 7) has a two-layer structure of a metal fluoride mask and a second etching mask. The metal fluoride mask 22 is treated with a polymer solution before being patterned by etching, and then patterned with an etching mask patterned according to a normal photoresist process.

次に、図16Aに示すように、金属フッ化物マスク22をマスクとして、半導体層2を深くエッチングして溝26を形成する。前述のとおり、金属フッ化物層は、ドライエッチング耐性が高いので、深いエッチングが可能である。また、このときに、図16Bに示すように基板1を含めてエッチングしてもよく、これも好ましい形態の1つである(他の実施形態・実施例において同様である。)。次に、金属フッ化物マスク22を例えば酸により除去すると、図17に示すように、第2のエッチングマスク21が残る。このため、ウェットエッチングによる金属フッ化物マスク22の除去の際に金属層が浸食されない。最後に第2のエッチングマスク21を、金属層(電極7)も半導体層もダメージを受けない方法で除去して、図18に示すような、半導体層2に浅い凹部25と深い溝26が形成された構造が得られる。このような方法は半導体層の材質、金属層の材質等で選択が可能であるが、たとえば、金属層の表面がAl等の場合であって、半導体層がGaN層等であって、第2のエッチングマスクがSiN等である場合には、フッ素系ガスを反応性ガスとして用いた反応性イオンエッチング等のドライエッチングを実施することが好ましい。このように、半導体装置の製造工程中、半導体層を浅くエッチングする第1エッチング工程と、半導体層を深くエッチングする第2エッチング工程を有するときに、第1エッチング
工程にてマスクとして金属フッ化物以外の第2のマスクを用いて、エッチング後にマスクを除去することなく、第2のエッチング工程にてその上に金属フッ化物層マスク層を形成し、部分的にまたは全部を多層構造とすることで、金属層を有効に保護しながら、製造方法を簡略化することができる。
Next, as shown in FIG. 16A, using the metal fluoride mask 22 as a mask, the semiconductor layer 2 is deeply etched to form a groove 26. As described above, since the metal fluoride layer has high dry etching resistance, deep etching is possible. At this time, as shown in FIG. 16B, the etching may be performed including the substrate 1, which is also one of preferable modes (the same applies to other embodiments and examples). Next, when the metal fluoride mask 22 is removed by, for example, acid, the second etching mask 21 remains as shown in FIG. For this reason, the metal layer is not eroded when the metal fluoride mask 22 is removed by wet etching. Finally, the second etching mask 21 is removed by a method in which neither the metal layer (electrode 7) nor the semiconductor layer is damaged, and a shallow recess 25 and a deep groove 26 are formed in the semiconductor layer 2 as shown in FIG. The resulting structure is obtained. Such a method can be selected depending on the material of the semiconductor layer, the material of the metal layer, and the like. For example, when the surface of the metal layer is Al or the like, and the semiconductor layer is a GaN layer or the like, When the etching mask is SiN x or the like, dry etching such as reactive ion etching using a fluorine-based gas as a reactive gas is preferably performed. As described above, when the semiconductor device manufacturing process includes the first etching process for etching the semiconductor layer shallowly and the second etching process for etching the semiconductor layer deeply, other than metal fluoride as a mask in the first etching process. The second mask is used to form a metal fluoride layer mask layer on the second etching step without removing the mask after the etching, and partially or entirely to have a multilayer structure. The manufacturing method can be simplified while effectively protecting the metal layer.

さらに、本発明において、金属フッ化物層の形成を真空蒸着法、特に抵抗加熱方式等の電子、プラズマ等の荷電粒子を材料に直接当てる事なく加熱する方法で行うことは、金属材料とフッ素の乖離を抑制し、好ましいものであるが、段差被覆性、特に側壁の被覆性をさらに改良するために、エッチングマスク層として、上述と同様の多層構造を適用することも好ましい。   Furthermore, in the present invention, the formation of the metal fluoride layer is performed by a vacuum evaporation method, particularly by a method of heating without directly applying charged particles such as electrons and plasma, such as a resistance heating method, to the material. Although it is preferable to suppress the divergence, it is also preferable to apply a multilayer structure similar to the above as the etching mask layer in order to further improve the step coverage, particularly the side wall coverage.

たとえば、プラズマCVD法で成膜した酸化物層、窒化物層は段差基板の側壁の被覆性に優れる。このような層としては、SiO、AlO、TiO、TaO、HfOおよびZrO等の酸化物、SiN、AlN等の窒化物およびこれら組み合わせが挙げられる。特に好ましくは、製造が比較的容易であることから、SiNおよびSiOであり、特にSiNが好ましい。 For example, an oxide layer and a nitride layer formed by plasma CVD are excellent in the coverage of the side wall of the stepped substrate. Such layers include oxides such as SiO x , AlO x , TiO x , TaO x , HfO x and ZrO x , nitrides such as SiN x , AlN x and combinations thereof. Particularly preferred are SiN x and SiO X because production is relatively easy, and SiN x is particularly preferred.

このように、エッチングマスク層を、金属フッ化物層と金属フッ化物層以外の層との多層構造とすることは、金属層の保護と段差被覆の両方の点で好ましい。特に、プロセスの整合性を考慮し、部分的な多重マスクを採用することにより、金属層の保護を図りながら製造工程を簡略化することができる。   Thus, it is preferable that the etching mask layer has a multilayer structure of a metal fluoride layer and a layer other than the metal fluoride layer in terms of both protection of the metal layer and step coverage. In particular, the manufacturing process can be simplified while protecting the metal layer by adopting a partial multiple mask in consideration of process consistency.

以上説明した本発明のエッチング方法は、種々の半導体装置の製造に適用可能であり、半導体製造工程のエッチング工程において使用できる。   The etching method of the present invention described above can be applied to the manufacture of various semiconductor devices and can be used in the etching process of the semiconductor manufacturing process.

また、本発明のエッチングマスクは、以上の説明のように、エッチング方法および半導体の製造プロセスに極めてよく適合する。   Further, as described above, the etching mask of the present invention is very suitable for the etching method and the semiconductor manufacturing process.

以下に実験例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実験および実施例、参考例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。また、以下の実施例、参考例において参照している図面は、構造を把握しやすくするために敢えて寸法を変えている部分があるが、実際の寸法は以下の文中に記載されるとおりである。   The features of the present invention will be described more specifically with reference to experimental examples. The materials, amounts used, ratios, processing details, processing procedures, and the like shown in the following experiments and examples and reference examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below. In addition, in the drawings referred to in the following examples and reference examples, there are portions where the dimensions are intentionally changed in order to make the structure easy to grasp, but the actual dimensions are as described in the following text. .

<<参考実験1>>
サファイア基板上にMOCVD法で成長したSiドープGaN半導体層上に、異なる種々の基板温度でSrF層を抵抗加熱法によって真空蒸着した。形成したSrF層について、GaN層をドライエッチングするための、エッチングマスクとしてのパターニング特性、ドライエッチング時の耐性、その後の除去プロセス時のウェットエッチング特性などを詳細に調べた。
<< Reference Experiment 1 >>
SrF 2 layers were vacuum-deposited by resistance heating at different substrate temperatures on the Si-doped GaN semiconductor layer grown on the sapphire substrate by MOCVD. The formed SrF 2 layer was examined in detail for patterning characteristics as an etching mask for dry etching of the GaN layer, resistance during dry etching, wet etching characteristics during the subsequent removal process, and the like.

成膜後のSrF層のパターニングには、レジストをマスクとし塩酸(塩化水素36%含有)と水を体積比で1対10で混合したエッチャントを用い、室温でウェットエッチングを実施し、そのときのエッチングレート、形成されたSrF層パターンの側壁の直線性、開口幅の絶対値の制御性を評価した。尚、ここで使用したパターンは、ストライプ状であり、側壁の直線性によって、レジスト平面形状からSrF平面形状へのパターン転写性を評価している。また、そのようにしてパターニングしたSrFマスクによるSiドープGaN層のドライエッチングをClプラズマによって実施し、SrFマスクの
ドライエッチング時の適性を評価した。さらに、SiドープGaN半導体層の塩素プラズマによるドライエッチングの履歴を受けたSrF層の塩酸(塩化水素36%含有)と水(体積比で1対10)のエッチャントに対する除去時の室温でのエッチングレートも測定した。
For the patterning of the SrF 2 layer after film formation, wet etching was performed at room temperature using an etchant in which hydrochloric acid (containing 36% hydrogen chloride) and water were mixed at a volume ratio of 1:10 using a resist as a mask. The etching rate, the linearity of the side wall of the formed SrF two- layer pattern, and the controllability of the absolute value of the opening width were evaluated. The pattern used here is striped, and the pattern transferability from the resist planar shape to the SrF 2 planar shape is evaluated by the linearity of the side wall. Further, dry etching of the Si-doped GaN layer using the SrF 2 mask patterned as described above was performed using Cl 2 plasma, and the suitability of the SrF 2 mask during dry etching was evaluated. Further, etching at room temperature during removal of the Si-doped GaN semiconductor layer from the etchant of hydrochloric acid (containing 36% hydrogen chloride) and water (1:10 by volume) of the SrF 2 layer that has undergone the history of dry etching by chlorine plasma. The rate was also measured.

また、SrF成膜時には、同一のチャンバーにSiドープGaN半導体層上にTi/Al/Au金属とさらにその上にSiN層を形成したサンプルをセットし、SrFマスク形成時の熱履歴による金属電極部分の耐性、表面状態の変化も確認した。金属の表面状態の確認は、SrF層形成後に、SrF層を除去し、さらにSiN層も除去した後に観察した。 In addition, when forming SrF 2 , a sample in which a Ti / Al / Au metal and a SiN x layer are further formed on the Si-doped GaN semiconductor layer is set in the same chamber, and the heat history during the formation of the SrF 2 mask is set. The resistance of the metal electrode part and the change of the surface state were also confirmed. The confirmation of the surface state of the metal was observed after the SrF 2 layer was removed and the SiN x layer was also removed after the SrF 2 layer was formed.

エッチングレート測定および評価結果を表1に示す。   Table 1 shows the etching rate measurement and evaluation results.

表1より、150℃以上の基板温度で成膜されたSrF層は、ドライエッチングに使
用されるエッチングマスクとして適当であることが明らかである。また、ドライエッチング後にSrF層を実用的な速度で除去すること、および下層に金属層が存在する場合等を考慮すると、480℃以下の基板温度で成膜されたSrF層が好ましいことが判る。
From Table 1, it is clear that the SrF 2 layer formed at a substrate temperature of 150 ° C. or higher is suitable as an etching mask used for dry etching. In addition, considering that the SrF 2 layer is removed at a practical rate after dry etching and the case where a metal layer is present in the lower layer, an SrF 2 layer formed at a substrate temperature of 480 ° C. or lower is preferable. I understand.

<<実験1>>
<実施例1>
参考実験1と同様にして、サファイア基板上にMOCVD法で成長したSiドープGaN半導体層上に、基体温度450℃で抵抗加熱法による真空蒸着により400nm厚のSrF層を成膜した。このときのSrF層の表面状態を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。この結果を図21に示す。図21に見られるとおり、固体層であるSrF層には微粒子間空隙が観察され、その表面空隙率は約2.7%であった。次いで、SEMを観察した部分以外のSrF層を成膜した当該基体をスピンコーターに載置し、成膜したSrF層上にクレゾールノボラック樹脂溶液(群栄化学工業社製、商品名:レヂトップ PSF−2808、プロピレングリコールモノメチルエーテル70wt%およびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート30wt%の混合溶媒、粘度100cps)を滴下し、スピンコートした。その後85℃にて15分間、次いで120℃にて15分間加熱した。冷却後、アセトン洗浄、イソプロパノール洗浄および水洗を、順にそれぞれ3分間ずつ行いポリマーを除去した。
<< Experiment 1 >>
<Example 1>
In the same manner as in Reference Experiment 1, a 400 nm thick SrF 2 layer was formed on a Si-doped GaN semiconductor layer grown by MOCVD on a sapphire substrate by vacuum deposition using a resistance heating method at a substrate temperature of 450 ° C. The surface state of the SrF 2 layer at this time was observed with a scanning electron microscope (SEM). The result is shown in FIG. As can be seen in FIG. 21, voids between fine particles were observed in the SrF 2 layer, which is a solid layer, and the surface porosity was about 2.7%. Next, the substrate on which the SrF 2 layer other than the part where the SEM was observed was placed on a spin coater, and a cresol novolak resin solution (manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd., trade name: Resitop) was placed on the formed SrF 2 layer. PSF-2808, propylene glycol monomethyl ether 70 wt% and propylene glycol monomethyl ether acetate 30 wt% mixed solvent, viscosity 100 cps) was added dropwise and spin coated. Thereafter, the mixture was heated at 85 ° C. for 15 minutes and then at 120 ° C. for 15 minutes. After cooling, acetone washing, isopropanol washing and water washing were sequentially performed for 3 minutes each to remove the polymer.

室温にて乾燥後、SrF層のパターニングのために、ポジ型フォトレジスト組成物(MCPR2200X、ロームアンドハース社製)をSrF層上にスピンコートし、プリベーク後、所定のパターンを有するフォトマスクを通して露光した。露光後ベーク(post exposure baking)の後、現像・洗浄後、ポストベークして、フォトレジストのパターニングを終了した。ついで、エッチャントとして参考実験1と同じものを使用し、室温にて3分間SrF層をウェットエッチングした。 After drying at room temperature, for patterning of the SrF 2 layer, a positive photoresist composition (MCPR2200X, manufactured by Rohm and Haas) is spin-coated on the SrF 2 layer, pre-baked, and a photomask having a predetermined pattern Exposed through. After post-exposure baking, after development / cleaning, post-baking was performed to complete the patterning of the photoresist. Next, the same etchant as in Reference Experiment 1 was used, and the SrF 2 layer was wet etched at room temperature for 3 minutes.

ウェットエッチング後、光学顕微鏡観察により、サイドエッチ量Lを観察した。図19に顕微鏡画像を示すように、SrF層3の境界X2はフォトレジスト膜4の境界X1よりわずかに後退しており、サイドエッチ量Lは、1.7μmであった。 After wet etching, the side etch amount L was observed by optical microscope observation. As shown in the microscopic image in FIG. 19, the boundary X2 of the SrF 2 layer 3 slightly receded from the boundary X1 of the photoresist film 4, and the side etch amount L was 1.7 μm.

<参考例1>
実施例1で、ポリマー溶液処理を行わなかった以外は、実施例1を繰り返した。図20に顕微鏡画像を示すように、フォトレジスト膜4の境界X1より、SrF層3の境界X2が後退しており、サイドエッチ量Lは、7.1μmであった。
<Reference Example 1>
In Example 1, Example 1 was repeated except that the polymer solution treatment was not performed. As shown in the microscopic image in FIG. 20, the boundary X2 of the SrF 2 layer 3 recedes from the boundary X1 of the photoresist film 4, and the side etch amount L was 7.1 μm.

<実施例2>
表2に示すポリマー溶液処理を行った。実施例1、参考例1の結果も合わせて示す。
<Example 2>
The polymer solution treatment shown in Table 2 was performed. The results of Example 1 and Reference Example 1 are also shown.

<<実験2>>
<参考例2、実施例3>
この実験では、実験1において、SrF層の成膜時の基板温度を350℃に変更した以外は実験1に準じて実験を行った。表3に示すポリマー溶液を用いて処理を行った。参考例2は、ポリマー溶液処理を行わない例である。表3にその結果を示す。
<< Experiment 2 >>
<Reference Example 2, Example 3>
In this experiment, an experiment was performed in accordance with Experiment 1 except that the substrate temperature during the deposition of the SrF 2 layer was changed to 350 ° C. in Experiment 1. The treatment was performed using the polymer solution shown in Table 3. Reference Example 2 is an example in which the polymer solution treatment is not performed. Table 3 shows the results.

<参考例3>
半導体発光装置を構成する半導体層にエッチングにより素子間分離溝を形成した参考例を、図1から図8を参照しながら説明する。この参考例において、SrF層を形成後にポリマー溶液処理し、必要により洗浄することで、本発明を適用することができる。
<Reference Example 3>
A reference example in which an element isolation groove is formed by etching in a semiconductor layer constituting a semiconductor light emitting device will be described with reference to FIGS. In this reference example, the present invention can be applied by treating the polymer solution after forming the SrF 2 layer and washing it if necessary.

厚みが430μmのc+面サファイア基板1を用意し、この上に、半導体層2を次のように形成した。まずMOCVD法を用いて、第1のバッファ層として厚み10nmの低温成長したアンドープのGaN層を形成し、この後に第2のバッファ層として厚み1μmのアンドープGaN層を1040℃で形成した。さらに、第一導電型(n型)第二クラッド層としてSiドープ(Si濃度5×1018cm−3)のGaN層を4μm厚に形成し、第一導電型(n型)コンタクト層としてSiドープ(Si濃度1×1019cm−3)のGaN層を0.5μm厚に形成し、さらに第一導電型(n型)第一クラッド層としてSiドープ(Si濃度5.0×1018cm−3)のAl0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さで形成した。さらに活性層構造として、バリア層として850℃で13nmの厚さに成膜したアンドープGaN層と、量子井戸層として720℃で2nmの厚さに成膜したアンドープIn0.1Ga0.9N層とを、量子井戸層が全部で5層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。さらに成長温度を1025℃にして、第二導電型(p型)第一クラッド層としてMgドープ(Mg濃度1×1019cm−3)Al0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さに形成した。さらに連続して、第二導電型(p型)第二クラッド層としてMgドープ(Mg濃度1×1019cm−3)GaN層を0.05μmの厚さに形成した。最後に第二導電型(p型)コンタクト層としてMgドープ(Mg濃度1×1019cm−3)GaN層を0.02μmの厚さに形成した。 A c + plane sapphire substrate 1 having a thickness of 430 μm was prepared, and a semiconductor layer 2 was formed thereon as follows. First, an MOCVD method was used to form an undoped GaN layer grown at a low temperature of 10 nm as a first buffer layer, and then an undoped GaN layer having a thickness of 1 μm was formed at 1040 ° C. as a second buffer layer. Further, a Si-doped (Si concentration 5 × 10 18 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 4 μm as the first conductivity type (n-type) second cladding layer, and Si as the first conductivity type (n-type) contact layer. A doped (Si concentration 1 × 10 19 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 0.5 μm, and Si doped (Si concentration 5.0 × 10 18 cm) as a first conductivity type (n-type) first cladding layer. -3 ) Al 0.15 Ga 0.85 N layer was formed to a thickness of 0.1 μm. Further, as an active layer structure, an undoped GaN layer formed as a barrier layer with a thickness of 13 nm at 850 ° C. and an undoped In 0.1 Ga 0.9 N formed as a quantum well layer with a thickness of 2 nm at 720 ° C. The layers were alternately formed so that the quantum well layers were 5 layers in total and both sides were barrier layers. Further, the growth temperature is set to 1025 ° C., and a Mg-doped (Mg concentration 1 × 10 19 cm −3 ) Al 0.15 Ga 0.85 N layer is formed to a thickness of 0.1 μm as the second conductivity type (p-type) first cladding layer. Formed to a thickness. Further, an Mg-doped (Mg concentration: 1 × 10 19 cm −3 ) GaN layer was formed to a thickness of 0.05 μm as a second conductivity type (p-type) second cladding layer. Finally, an Mg-doped (Mg concentration 1 × 10 19 cm −3 ) GaN layer was formed to a thickness of 0.02 μm as a second conductivity type (p-type) contact layer.

この後にMOCVD成長炉の中で徐々に温度を下げて、ウエハーを取り出し、エピタキシャル成長を終了し、図1の半導体層形成までの構造を作製した。   Thereafter, the temperature was gradually lowered in the MOCVD growth furnace, the wafer was taken out, epitaxial growth was completed, and the structure up to the formation of the semiconductor layer in FIG. 1 was produced.

ついで、図2に示すように、エッチングマスク層3として単層のSrFを450℃において、蒸着レート0.2nm/secで真空蒸着法によって400nm形成した。ついで、図3に示すとおり、レジストマスク層4をスピンコーティングによって形成し、その後フォトリソグラフィー法によってストライプ状のレジストパターンを形成した。ついで、エッチングマスク層3(SrF単層)をレジストパターン4を用いてパターニングするために、塩酸(塩化水素36%含有)と水を体積比1:10のエッチャントに240秒浸し、SrF層を図5Aのようにエッチングした。エッチングされたSrF層はフォトマスクパターンを反映し直線性に優れ、意図しない剥離等も発生せず、高い密着性を保持していた。ついで、アセトンと酸素プラズマアッシングによって、図6のようにレジスト層を除去し、SrF層のエッチングマスクを表面に露出させた。ついで、誘導結合性の塩素プラズマを用いて、素子間の分離用の溝に相当する部分のすべての半導体エピタキシャル層を、図7に示されるとおりにエッチングした。ドライエッチング工程中には、5.8μmを越える厚膜(平均5.868μm)のGaN系材料をドライエッチングしたにもかかわらず、SrF層はほとんどエッチングされなかった。最後に図8に示すとおり、塩酸と水の体積比1:10のエッチャントに300秒浸して、不要となったSrF層を完全に除去し、半導体発光装置の素子間の分離用の溝の形成を完了した。製造された素子間分離用の溝の幅は、100μmであった。 Next, as shown in FIG. 2, a single layer of SrF 2 was formed as an etching mask layer 3 at 450 ° C. at a deposition rate of 0.2 nm / sec by vacuum deposition at 450 nm. Next, as shown in FIG. 3, a resist mask layer 4 was formed by spin coating, and then a striped resist pattern was formed by photolithography. Next, in order to pattern the etching mask layer 3 (SrF 2 single layer) using the resist pattern 4, hydrochloric acid (containing 36% hydrogen chloride) and water are immersed in an etchant having a volume ratio of 1:10 for 240 seconds to form an SrF 2 layer. Was etched as shown in FIG. 5A. The etched SrF 2 layer reflected the photomask pattern, was excellent in linearity, did not cause unintended peeling, and maintained high adhesion. Next, the resist layer was removed by acetone and oxygen plasma ashing as shown in FIG. 6, and the etching mask for the SrF 2 layer was exposed on the surface. Next, all the semiconductor epitaxial layers corresponding to the trenches for separating the elements were etched using inductively coupled chlorine plasma as shown in FIG. During the dry etching process, the SrF 2 layer was hardly etched despite the dry etching of a GaN-based material having a thickness of more than 5.8 μm (average 5.868 μm). Finally, as shown in FIG. 8, it is immersed in an etchant having a volume ratio of hydrochloric acid and water of 1:10 for 300 seconds to completely remove the unnecessary SrF 2 layer, and to form a groove for separation between elements of the semiconductor light emitting device. Completed formation. The width of the manufactured groove for element separation was 100 μm.

<参考例4>
図1、および図9〜図12を参照しながら異なる参考例を説明する。この参考例においても、SrF層を形成後にポリマー溶液処理し、必要により洗浄することで、本発明を適用することができる。
<Reference Example 4>
Different reference examples will be described with reference to FIGS. 1 and 9 to 12. Also in this reference example, the present invention can be applied by treating the polymer solution after forming the SrF 2 layer and washing it if necessary.

厚みが430μmのc+面サファイア基板1を用意し、この上に半導体層2を次のように形成した。まず、MOCVD法を用いて、第1バッファ層として、厚み20nmの低温成長したアンドープのGaNを形成し、この後に第2バッファ層2として厚み1μmのアンドープGaNを1040℃で形成した。連続して、第一導電型(n型)第二クラッド層としてSiドープ(Si濃度5×1018cm−3)のGaN層を5μm形成し、第一導電型(n型)コンタクト層としてSiドープ(Si濃度1×1019cm−3)のGaN層を0.5μmの厚さに形成し、さらに第一導電型(n型)第一クラッド層としてSiドープ(Si濃度1.0×1019cm−3)のAl0.15Ga0.85N層を0.1μm形成した。さらに活性層構造として、バリア層として850℃で13nmに成膜したアンドープGaN層と、量子井戸層として715℃で3nmに成膜したアンドープIn0.06Ga0.94N層を、量子井戸層が全部で6層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。さらに成長温度を1025℃にして、第二導電型(p型)第一クラッド層としてMgドープ(Mg濃度1×1019cm−3)Al0.15Ga0.85N層を0.1μmの厚さに形成した。さらに連続して、第二導電型(p型)第二クラッド層としてMgドープ(Mg濃度1×1019cm−3)GaN層を0.05μmの厚さに形成した。最後に第二導電型(p型)コンタクト層としてMgドープ(Mg濃度1×1019cm−3)GaN層を0.02μmの厚さに形成した。 A c + plane sapphire substrate 1 having a thickness of 430 μm was prepared, and a semiconductor layer 2 was formed thereon as follows. First, undoped GaN having a low-temperature growth having a thickness of 20 nm was formed as the first buffer layer by MOCVD, and then undoped GaN having a thickness of 1 μm was formed at 1040 ° C. as the second buffer layer 2. Subsequently, a Si-doped (Si concentration 5 × 10 18 cm −3 ) GaN layer of 5 μm is formed as the first conductivity type (n-type) second cladding layer, and Si as the first conductivity type (n-type) contact layer. A doped (Si concentration 1 × 10 19 cm −3 ) GaN layer is formed to a thickness of 0.5 μm, and Si doped (Si concentration 1.0 × 10 10) as a first conductivity type (n-type) first cladding layer. A 19 cm −3 ) Al 0.15 Ga 0.85 N layer was formed to a thickness of 0.1 μm. Further, as the active layer structure, an undoped GaN layer formed at 13 nm at 850 ° C. as a barrier layer, and an undoped In 0.06 Ga 0.94 N layer formed at 3 nm at 715 ° C. as a quantum well layer, Were formed alternately so that there were 6 layers in total and both sides would be barrier layers. Further, the growth temperature is set to 1025 ° C., and a Mg-doped (Mg concentration 1 × 10 19 cm −3 ) Al 0.15 Ga 0.85 N layer is formed to a thickness of 0.1 μm as the second conductivity type (p-type) first cladding layer. Formed to a thickness. Further, an Mg-doped (Mg concentration: 1 × 10 19 cm −3 ) GaN layer was formed to a thickness of 0.05 μm as a second conductivity type (p-type) second cladding layer. Finally, an Mg-doped (Mg concentration 1 × 10 19 cm −3 ) GaN layer was formed to a thickness of 0.02 μm as a second conductivity type (p-type) contact layer.

この後にMOCVD成長炉の中で徐々に温度を下げて、ウエハーを取り出し、エピタキシャル成長を終了した(図1の構造)。   Thereafter, the temperature was gradually lowered in the MOCVD growth furnace, the wafer was taken out, and the epitaxial growth was completed (structure of FIG. 1).

エピタキシャル成長が終了した半導体の積層構造に対して、第一導電型(n型)コンタクト層を露出させる第一エッチング工程を実施するために、エッチング用マスクの形成を実施した。ここでは、真空蒸着法を用いて基板温度を200℃、蒸着レート0.5nm/secでSrF層を半導体層の全面に成膜した。次にフォトリソグフィー工程により、フォトレジストパターンをSrF層上に形成し、SrF層を塩酸によって一部エッチングしてパターニングし、第一エッチング用のマスクを作製した。ついで第一エッチング工程として、p−GaNコンタクト層、p−GaN第二クラッド層、p−AlGaN第一クラッド層、InGaN量子井戸層とGaNバリア層からなる活性層構造、n−AlGaN第一クラッド層、n−GaNコンタクト層の途中まで、BClガスを用いた誘導結合性プラズマによるエッチングを実施し、n型キャリアの注入部分となるn型コンタクト層を露出させた。 In order to perform the first etching process for exposing the first conductivity type (n-type) contact layer, the etching mask was formed on the semiconductor laminated structure after the epitaxial growth. Here, an SrF 2 layer was formed over the entire surface of the semiconductor layer using a vacuum deposition method at a substrate temperature of 200 ° C. and a deposition rate of 0.5 nm / sec. Then by a photolithographic Gufi step, a photoresist pattern is formed SrF 2 layer on and patterned to partially etch the SrF 2 layer with hydrochloric acid, to prepare a mask for the first etching. Then, as a first etching step, a p-GaN contact layer, a p-GaN second cladding layer, a p-AlGaN first cladding layer, an active layer structure comprising an InGaN quantum well layer and a GaN barrier layer, and an n-AlGaN first cladding layer Etching by inductively coupled plasma using BCl 3 gas was performed partway through the n-GaN contact layer to expose the n-type contact layer serving as an n-type carrier injection portion.

誘導結合性プラズマによるプラズマエッチング終了後は、SrFマスク層を塩酸によってすべて除去した。ここにおいて、基板温度200℃で成膜したSrFマスクは、パ
ターニングの際にはフォトマスクパターンを反映し直線性にすぐれたマスクが形成され、かつ、プラズマエッチングによってもほとんどエッチングされず、塩素系プラズマに対するエッチング耐性も良好であった。
After the plasma etching by inductively coupled plasma was completed, the SrF 2 mask layer was completely removed with hydrochloric acid. Here, the SrF 2 mask formed at a substrate temperature of 200 ° C. is formed with a mask having excellent linearity reflecting the photomask pattern at the time of patterning, and is hardly etched even by plasma etching. Etching resistance to plasma was also good.

次に、形成された段差の上に、p側電極7をリフトオフ法でパターニングするために、フォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成した。p側電極7形成のための金属層Aとして、Pd20nmおよびAu1000nmを真空蒸着法によって積層し、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去した。ついで、その後、熱処理してp側電極を完成させた(図9中のp側電極7形成)。このように、p側電極7をプラズマプロセス等に曝すことなく形成したため、p側電流注入領域にはダメージが入らなかった。   Next, in order to pattern the p-side electrode 7 by the lift-off method on the formed step, a resist pattern was formed by a photolithography method. As the metal layer A for forming the p-side electrode 7, Pd 20 nm and Au 1000 nm were laminated by a vacuum deposition method, and unnecessary portions were removed in acetone by a lift-off method. Subsequently, the p-side electrode was completed by heat treatment (formation of the p-side electrode 7 in FIG. 9). Thus, since the p-side electrode 7 was formed without being exposed to a plasma process or the like, the p-side current injection region was not damaged.

ついで、さらにn側電極8をリフトオフ法でパターニングするために、フォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成した。ここでn側電極形成のための金属層としてTi(20nm厚)/Al(1500nm厚)を真空蒸着法でウエハー全面に形成し、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去した。ついで、その後熱処理を実施してn側電極8を完成させた(図9中のn側電極8形成)。   Then, in order to further pattern the n-side electrode 8 by a lift-off method, a resist pattern was formed by a photolithography method. Here, Ti (20 nm thickness) / Al (1500 nm thickness) as a metal layer for forming the n-side electrode was formed on the entire surface of the wafer by a vacuum deposition method, and unnecessary portions were removed in acetone by a lift-off method. Subsequently, heat treatment was then performed to complete the n-side electrode 8 (formation of the n-side electrode 8 in FIG. 9).

ここまでの工程によって図9までの構造を形成した。   The structure up to FIG. 9 was formed by the steps up to here.

ひきつづき、エッチングマスク層9をSiN膜とSrF膜の多層膜で形成するために、まず、400℃の成膜温度でp−CVD法を用いてSiN膜を200nmの厚さに形成した。ついで、400℃の高温において、SrF層マスクを400nmの厚さに形成した。この際、SrFマスクは0.5nm/secの蒸着レートでサンプルを装着したドームを自公転させながら形成し、図10の形状を得た。 Subsequently, in order to form the etching mask layer 9 with the multilayer film of the SiN x film and the SrF 2 film, first, the SiN x film was formed to a thickness of 200 nm by using the p-CVD method at the film forming temperature of 400 ° C. . Then, at a high temperature of 400 ° C., to form the SrF 2 layer mask to a thickness of 400 nm. At this time, the SrF 2 mask was formed while revolving the dome on which the sample was mounted at a deposition rate of 0.5 nm / sec, and the shape of FIG. 10 was obtained.

さらに、発光素子間を分離するために、フォトリソグラフィー法を用いて分離溝形成部分に開口を有するフォトレジストパターンを形成し、このレジストマスクを用いて、SrFとSiNの積層構造のエッチングマスク層9をウェットエッチングして、開口10を形成した。SrF層のエッチングには塩酸(塩化水素36%含有):水=1:10の体積比で混合したエッチャントを用いて240秒選択的にエッチングを実施し、ついでSiN層のエッチングには、フッ酸とフッ化アンモニウムを体積比1:5のエッチャントを用いて3分の間選択的にエッチングを実施した。この際に、SrF部分、SiN部分ともフォトマスクパターンを反映し直線性と密着性に優れたパターニングされたエッチングマスク層が得られた(図11)。 Further, in order to separate the light emitting elements, a photoresist pattern having an opening in the separation groove forming portion is formed by using a photolithography method, and an etching mask having a laminated structure of SrF 2 and SiN x is formed using this resist mask. Layer 9 was wet etched to form openings 10. Etching of the SrF 2 layer was carried out selectively using an etchant mixed at a volume ratio of hydrochloric acid (containing 36% hydrogen chloride): water = 1: 10 for 240 seconds, followed by etching of the SiN x layer, Etching was selectively performed for 3 minutes using an etchant having a volume ratio of 1: 5 for hydrofluoric acid and ammonium fluoride. At this time, a patterned etching mask layer excellent in linearity and adhesiveness reflecting the photomask pattern in both the SrF 2 part and the SiN x part was obtained (FIG. 11).

ついで、図11の構造において、エッチングマスク層9の開口10から、半導体層2を、Clガスを用いた誘導結合性のプラズマ励起によってドライエッチングして、分離溝11を形成した。エッチング中には、エッチングマスクとして使用した多層マスクはほとんどエッチングされなかった(図12)。 Next, in the structure of FIG. 11, the semiconductor layer 2 was dry etched by inductive coupling plasma excitation using Cl 2 gas from the opening 10 of the etching mask layer 9 to form the separation groove 11. During the etching, the multilayer mask used as an etching mask was hardly etched (FIG. 12).

最後に、塩酸に5分間浸すことよってSrF部分をすべて除去した。この際には、SiNマスク部分は全くエッチングされなかった。従って、塩酸によって電極層が侵されることがなかった。ついで不要となったSiNマスクを除去するために、SFガスを用いたリアクティブエッチングを1分間実施し、SiNマスクを除去し図13の形状を得た。 Finally, all SrF 2 parts were removed by soaking in hydrochloric acid for 5 minutes. At this time, the SiN x mask portion was not etched at all. Therefore, the electrode layer was not attacked by hydrochloric acid. Then, in order to remove the unnecessary SiN x mask, reactive etching using SF 6 gas was performed for 1 minute, and the SiN x mask was removed to obtain the shape of FIG.

ついで、形成した素子間の分離用溝にそって、素子を切り出し、発光装置を完成させた。   Next, the elements were cut out along the separation grooves between the formed elements, and the light emitting device was completed.

1実施形態のエッチング方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the etching method of one Embodiment. 1実施形態のエッチング方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the etching method of one Embodiment. 1実施形態のエッチング方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the etching method of one Embodiment. 1実施形態のエッチング方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the etching method of one Embodiment. 1実施形態のエッチング方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the etching method of one Embodiment. サイドエッチングを説明する図である。It is a figure explaining side etching. 1実施形態のエッチング方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the etching method of one Embodiment. 1実施形態のエッチング方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the etching method of one Embodiment. 1実施形態のエッチング方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the etching method of one Embodiment. 表面に金属層が形成されている半導体層に本発明のエッチング方法を適用した1実施形態を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one Embodiment which applied the etching method of this invention to the semiconductor layer in which the metal layer is formed in the surface. 表面に金属層が形成されている半導体層に本発明のエッチング方法を適用した1実施形態を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one Embodiment which applied the etching method of this invention to the semiconductor layer in which the metal layer is formed in the surface. 表面に金属層が形成されている半導体層に本発明のエッチング方法を適用した1実施形態を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one Embodiment which applied the etching method of this invention to the semiconductor layer in which the metal layer is formed in the surface. 表面に金属層が形成されている半導体層に本発明のエッチング方法を適用した1実施形態を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one Embodiment which applied the etching method of this invention to the semiconductor layer in which the metal layer is formed in the surface. 表面に金属層が形成されている半導体層に本発明のエッチング方法を適用した1実施形態を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining one Embodiment which applied the etching method of this invention to the semiconductor layer in which the metal layer is formed in the surface. 表面に金属層が形成されている半導体層のエッチングの簡略化された1実施形態を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining 1 simplified embodiment of the etching of the semiconductor layer in which the metal layer is formed in the surface. 表面に金属層が形成されている半導体層のエッチングの簡略化された1実施形態を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining 1 simplified embodiment of the etching of the semiconductor layer in which the metal layer is formed in the surface. 表面に金属層が形成されている半導体層のエッチングの簡略化された1実施形態を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining 1 simplified embodiment of the etching of the semiconductor layer in which the metal layer is formed in the surface. 表面に金属層が形成されている半導体層のエッチングの簡略化された1実施形態を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining 1 simplified embodiment of the etching of the semiconductor layer in which the metal layer is formed in the surface. 表面に金属層が形成されている半導体層のエッチングの簡略化された1実施形態を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining 1 simplified embodiment of the etching of the semiconductor layer in which the metal layer is formed in the surface. 表面に金属層が形成されている半導体層のエッチングの簡略化された1実施形態を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining 1 simplified embodiment of the etching of the semiconductor layer in which the metal layer is formed in the surface. 実施例1の顕微鏡画像およびその断面模式図である。It is the microscope image of Example 1, and its cross-sectional schematic diagram. 参考例1の顕微鏡画像およびその断面模式図である。It is the microscope image of the reference example 1, and its cross-sectional schematic diagram. SrF層表面のSEM写真画像である。It is a SEM photograph image of SrF 2 layer surface. CaF層表面のSEM写真画像である。It is a SEM photograph image of CaF 2 layer surface.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 半導体層
3 エッチングマスク層(固体層)
4 レジストマスク層
7 電極
8 電極
9 エッチングマスク層(固体層)
10 開口
11 溝
21 第2のエッチングマスク(SiNx等)
22 金属フッ化物マスク
25 凹部
26 溝
1 Substrate 2 Semiconductor layer 3 Etching mask layer (solid layer)
4 resist mask layer 7 electrode 8 electrode 9 etching mask layer (solid layer)
10 Opening 11 Groove 21 Second etching mask (SiNx, etc.)
22 Metal fluoride mask 25 Recess 26 Groove

Claims (17)

基体の表面に、エッチングマスクの少なくとも一部として、金属フッ化物からなる固体層を形成する工程と、
前記固体層をポリマー溶液で処理する工程と、
前記ポリマー溶液で処理された固体層をマスクとして、前記基体をエッチングする工程と
を有することを特徴とするエッチング方法。
Forming a solid layer made of metal fluoride on at least a part of the etching mask on the surface of the substrate;
Treating the solid layer with a polymer solution;
And etching the substrate using the solid layer treated with the polymer solution as a mask.
前記ポリマー溶液処理工程は、
サブ工程:前記固体層にポリマー溶液を塗布する塗布工程、および
サブ工程:前記固体層上のポリマーを除去する工程
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 polymer solution treatment step includes
2. The etching method according to claim 1, further comprising: a sub-step: an application step of applying a polymer solution to the solid layer; and a sub-step: a step of removing the polymer on the solid layer.
前記ポリマーを除去する工程が、溶媒洗浄を含む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 step of removing the polymer includes solvent washing. 前記ポリマー溶液処理工程の後、
前記固体層上に、パターニングされたレジストマスクを形成する工程と、
前記レジストマスクをエッチングマスクとして、前記固体層をエッチングする工程と、
を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のエッチング方法。
After the polymer solution treatment step,
Forming a patterned resist mask on the solid layer;
Etching the solid layer using the resist mask as an etching mask;
The etching method according to claim 1, comprising:
前記レジストマスクがフォトレジストにより形成されることを特徴とする請求項4記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 4, wherein the resist mask is formed of a photoresist. 前記固体層をエッチングする工程が、ウェットエッチングにより行われることを特徴とする請求項4または5記載のエッチング方法。   6. The etching method according to claim 4, wherein the step of etching the solid layer is performed by wet etching. 前記ウェットエッチングに使用するエッチャントが、塩酸、フッ酸および濃硫酸からなる群より選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項6記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 6, wherein the etchant used for the wet etching contains at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, hydrofluoric acid and concentrated sulfuric acid. 前記固体層を150℃〜480℃の温度で形成することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 1, wherein the solid layer is formed at a temperature of 150 ° C. to 480 ° C. 前記固体層が、SrF、AlF、MgF、BaF、CaFおよびそれらの組み合わせからなる群より選ばれることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のエッチング方法。 The etching method according to claim 1, wherein the solid layer is selected from the group consisting of SrF 2 , AlF 3 , MgF 2 , BaF 2 , CaF 2 and combinations thereof. 前記基体をエッチングする工程が、ドライエッチングで行われることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 1, wherein the step of etching the substrate is performed by dry etching. 前記ドライエッチングが、少なくとも塩素原子を含有するガス種を用いたプラズマ励起ドライエッチングであることを特徴とする請求項10記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 10, wherein the dry etching is plasma-excited dry etching using a gas species containing at least chlorine atoms. 前記基体のエッチング工程の後に、酸またはアルカリを含有するエッチャントにより前記固体層を除去する工程を有することを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 1, further comprising a step of removing the solid layer with an etchant containing an acid or an alkali after the step of etching the substrate. 前記基体上に形成されるエッチングマスクが、前記固体層と、前記固体層を構成する物質以外の第2のマスク層との多層構造部分を有することを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載のエッチング方法。   The etching mask formed on the substrate has a multilayer structure portion of the solid layer and a second mask layer other than a substance constituting the solid layer. The etching method as described in 4. above. 前記基体が、III−V族窒化物層を含むことを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 1, wherein the substrate includes a group III-V nitride layer. 前記固体層をエッチングする際に発生する、パターニングされたレジストマスク端から計測したサイドエッチ量が、6μm以下であることを特徴とする請求項4記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 4, wherein a side etch amount measured from an end of the patterned resist mask generated when the solid layer is etched is 6 μm or less. 基体の表面に、エッチングマスクの少なくとも一部として、微粒子間空隙を有する固体層を形成する工程と、
前記固体層をポリマー溶液で処理する工程と、
前記ポリマー溶液で処理された固体層をマスクとして、前記基体をエッチングする工程と
を有することを特徴とするエッチング方法。
Forming a solid layer having voids between fine particles as at least part of an etching mask on the surface of the substrate;
Treating the solid layer with a polymer solution;
And etching the substrate using the solid layer treated with the polymer solution as a mask.
請求項1〜16のいずれかに記載のエッチング方法を1工程として有する光/電子デバイスの製造方法。   The manufacturing method of the optical / electronic device which has the etching method in any one of Claims 1-16 as 1 process.
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