JP2569754B2 - 化合物半導体装置の製造方法 - Google Patents

化合物半導体装置の製造方法

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    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明はプラズマプロセスによる化合物半導体表面の
表面汚染を防止し、該化合物半導体がエッチングされる
ことを防止するために、プロセスガスとしてSF6および
ガス中にCH結合を含むガスを用いるプラズマエッチン
グに関して、 化合物半導体上の金属電極、あるいは絶縁物に対して
行われるプラズマエッチングにおいて、該化合物半導体
表面の損傷を防止し、該化合物半導体がエッチングされ
ることを防止し、異方性エッチングを行う方法を提供す
ることを目的とし、 化合物半導体素子の製造において、プロセスガスとし
てSF6および ガス中にCH結合を含むガスを用いること
を特徴とする半導体装置の製造方法を含み構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、化合物半導体装置を製造するプロセスにお
いて、結晶表面がプラズマに曝されることにより受ける
基板損傷を防止し、基板結晶のエッチングを防止し、化
合物半導体上の金属電極、あるいは絶縁物の異方性エッ
チングを可能とするために、プロセスガスとしてSF6
よび ガス中にCH結合を含むガスを用いることを特徴と
するプラズマエッチングに関する。
〔従来の技術〕
化合物半導体装置の高速化、高集積化にともない、化
合物半導体結晶表面に微細な金属電極を形成する技術、
絶縁膜の微細加工技術が重要となっいる。微細加工技術
としてはプラズマエッチングを利用した、異方性ドライ
エッチングが主流である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第5図は被エッチング物を示す断面図で、下地(例え
ばガリウム砒素GaAs基板)1上に被エッチング物2が設
けられていて、それをマスク3をマスクとして異方性ド
ライエッチングを行う例を示す。
化合物半導体結晶表面での金属、絶縁物の微細加工技
術として、従来のプラズマエッチング技術ではCF4・O2
あるいはCF4・CHF3等のプロセスガスが用いられてい
る。しかしながら基板表面への高エネルギー粒子の入
射、不純物による汚染等によりプラズマ損傷を生じる。
このプラズマ損傷により半導体素子の特性は損なわれ
る。
第6図はカーボンを含まないエッチングガスを用い
た、被エッチング物を示す断面図で、下地(例えばガリ
ウム砒素GaAs基板)1上に被エッチング物2が設けられ
ていて、それをマスク3をマスクとしてカーボンを含ま
ないエッチングガスを用いて、ドライエッチングを行う
例を示す。
カーボンを含まないエッチングガスとしてSF6を用い
たプラズマプロセスがシリコン基板と化合物半導体双方
に対して実施されているが、SF6単独ではプラズマエッ
チングで通常用いられる真空度領域(10-4〜10-2Torr)
において、パターンシフトのない異方性エッチングを実
現することはできない。これは、プラズマ中のラジカル
成分が主となる、化学反応が進み、被エッチング物の横
方向へのサイドエッチングが進む為で、異方性の微細加
工は困難である。
これに対して、シリコン半導体装置の場合には、堆積
性の強いガスとしてCCl2F2等の添加ガスを加えて、CF系
のポリマーを被エッチング物の配線金属の側壁に、被着
堆積させてサイドエッチングを防ぐことが行われる。
しかし、化合物半導体装置では、III族、V族等の元
素とCCl2F2等の添加ガスの塩素とが反応して、蒸気圧の
高い塩化物が形成され、蒸発するので化合物半導体基板
表面がエッチングされてしまい、このような塩素を含む
ガスの使用は困難である。
第7図は塩素を含むガスによる化合物半導体上の被エ
ッチング物を示す断面図で、下地(例えば、ガリウム砒
素GaAs基板)1上に被エッチング物2が設けられてい
て、それをマスク3をマスクにエッチングを行う。18は
蒸気圧の高いIII族、V族塩化物である。
本発明は、エッチングガスとしてSF6とCHF3を用い、
サイドエッチングを防止し、化合物半導体基板のエッチ
ングを防止し、化合物半導体基板の表面にプラズマによ
る損傷を生じないプラズマプロセス技術を提供すること
を目的としたものである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点は、金属または絶縁物よりなる層の形成さ
れた化合物半導体基板上に、部分的にマスク層を形成
し、該マスク層をマスクとしてSF6およびCHF3を含むガ
スを用いたプラズマエッチングにより該金属又は絶縁物
よりなる層を部分的に除去してパターンニングし、化合
物半導体の表面を露出した後、前記化合物半導体にイオ
ン注入を行う前に前記プラズマエッチングのダメージを
除去する熱処理を行うことを特徴とする化合物半導体装
置の製造方法によって解決される。
〔作用〕
本発明においては、化合物半導体上の金属電極絶縁物
をプラズマによりドライエッチングする際に、エッチン
グガスとして、化学的エッチング成分の強いSF6を用い
ることにより、基板化合物半導体に対する損傷を防止
し、なおかつ、側壁保護の為に非塩素系の添加ガスとし
て、CH結合を含む添加ガスを用いることにより、化合物
半導体結晶のエッチングを防止する。
第1図は本発明による化合物半導体上の金属電極、絶
縁物のエッチング原理図である。下地(例えばガリウム
砒素GaAs基板)1上に被エッチング物2が設けられてい
て、マスク3をマスクにエッチングを行う。4はCH系ポ
リマーによる側壁保護物質である。側壁保護物質に保護
され被エッチング物の横方向へのエッチングは進まずSF
6の効果により基板損傷も少ない。さらにイオン注入の
前にプラズマエッチングによって生じた損傷を回復する
熱処理を実施するので、プラズマエッチングによって生
じた損傷がイオン注入によって大きくなり、SF6による
損傷低減の効果を半減するようなこともない。
〔実施例〕
第2図(a)〜(e)は本発明の一実施例による化合
物半導体の製造方法を説明するための工程断面図であ
る。本実施例は電界効果型トランジスターの製造方法で
あり、ショットキー電極形成のプラズマエッチングでSF
6およびCH結合を含むガスを用いる。
第2図(a)において、GaAs基板1上に部分的に形成
された絶縁膜6をマスクとしてSiイオン注入を行い、後
に加熱処理により活性層5を形成する。活性層濃度とし
ては1017〜1018cm-3が一般的である。
第2図(b)においてGaAs基板1上にスパッタ等によ
りWSi配線金属層2を形成し、しかるのちに、フォトレ
ジスト等によりマスク層3を形成する。
次に、第2図(c)に示すように、このマスク3を用
いて下記の条件のプラズマエッチングにより配線金属層
2をエッチングして微細ショットキー電極を形成する。
反応ガス……六弗化イオウ(SF6) 2SCCM(cc/min) ……フロン23(CHF3) 16SCCM(cc/min) 反応室圧力……4×10-3Torr 基板加熱温度……60℃ 高周波電源周波数……13.56MHz 高周波電源出力……0.02W/cm2 この場合WSiのエッチング速度は約1500Å/min、GaAs
のエッチング速度は約20Å/minであり、非塩素系ガスの
効果によりGaAsのエッチング速度は十分に遅く、側壁保
護の効果により横方向へのエッチングは進まない。
次に、エッチング後のGaAs基板に400℃程度の熱処理
を施すことによって、プラズマエッチング後のGaAs基板
表面層の損傷を取り除く。
次に、第2図(d)に示すように、金属電極2を含む
領域に部分的に形成された絶縁膜6をマスクとしてSiイ
オン注入を行い、後に加熱処理により低抵抗層8を形成
する。
最後に、第2図(e)に示すように、ソース、ドレイ
ン電極9をリフトオフ法により形成する。
第3図(a),(b)は本発明の他の実施例による、
化合物半導体上の絶縁膜の異方性エッチングを説明する
断面図である。本実施例は、活性層を形成されたGaAs基
板上の絶縁物のエッチング方法であり、絶縁物のエッチ
ングでSF6およびCH結合を含むガスを用いる。
第3図(a)において活性層5、ならびに電極9を形
成されたGaAs基板上にCVD法などにより、SIO2絶縁膜層
2を形成する。しかるのちに、フォトレジスト等により
マスク層3を形成する。
次に、第3図(b)に示すようにSF6/CHF3の混合ガス
で絶縁膜層2をエッチングし、続いてレジストマスク
層、SIO2絶縁膜層を除去する。
この場合、プラズマエッチングによりガリウム砒素化
合物半導体基板表面の導電層5が、プラズマに曝され損
傷を受け、第3図(c)において金属電極9の間を流れ
る電流は減少する。
第4図はエッチングによる導電層8を流れる電流値の
初期減少、および熱処理による電流値の回復を示す。熱
処理は300℃〜500℃の温度で1〜5分間行う。13はSF6/
CHF3の混合ガスによる電流値の変化を、14はCF4系のエ
ッチングによる電流値の変化を示している。
SF6/CHF3の混合ガスでは、熱処理により初期の電流値
まで回復している。しかしCF4系のエッチングでは、熱
処理による電流値の回復率は低く初期の電流値まで回復
しない。化学的なエッチング要素の強いSF6を用いるた
め、基板に対するプラズマ損傷の影響は小さい。同様の
効果は基板表面に導電層を形成されたアルミニウムガリ
ウム砒素上の絶縁膜のエッチングにおいても確認され
た。
以上に説明した実施例では、エッチング後すぐに基板
損傷を取り除く熱処理を行うものであるが、この熱処理
は電極のショットキ特性又はオーミック特性を劣化させ
ない温度以下でエッチング後イオン注入がある場合に
は、その前までに行えば良い。これはイオン注入が行わ
れると、エッチングの際生じた損傷、欠陥等が更に大き
な損傷、欠陥へと変化してしまい、電極の特性を劣化さ
せない温度での熱処理では損傷、欠陥等が回復できなく
なるためである。
以上のような本発明の効果は、ガリウム砒素化合物半
導体に対してだけではなく、III族・V族元素塩化物の
蒸気圧が高いアルミニウムガリウム砒素・ガリウム燐・
インジウム燐・インジウムガリウム砒素・インジウムガ
リウム砒素燐 等、広く適用できる。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、化合物半導体結晶上
の配線金属、絶縁膜をエッチングする際に、添加ガスに
よる側壁保護の効果、非塩素系添加ガスによる化合物半
導体結晶との高選択比、低損傷、の効果がある。これに
より、化合物半導体装置の特性は著しく向上し、エッチ
ングプロセスの安定性、再現性は向上し、工業的には極
めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理を示す図、 第2図は本発明による実施例を示す図、 第3図は本発明による他の実施例を示す図、 第4図は本発明による他の実施例の効果を表す図、 第5図、第6図、第7図は従来技術によるエッチング例
を示す図である。 図中、 1は化合物半導体基板 2は絶縁物、配線金属などの被エッチング物 3はエッチングマスク 4は側壁保護物質 5は化合物半導体中の活性層 6は絶縁膜 7はシリコンイオン 8は化合物半導体中の導電層 9は化合物半導体上の電極 10は電極間を流れる電流 11は測定端子 12は電流計 13はSF6/CHF3によるエッチング後の電流変化 14はCF4/O2によるエッチング後の電流変化 15は表面不純物 16はプラズマ中のイオン種 17はプラズマ中のラジカル種 18はIII・V属元素の塩化物

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属または絶縁物よりなる層の形成された
    化合物半導体基板上に、部分的にマスク層を形成し、 該マスク層をマスクとしてSF6およびCHF3を含むガスを
    用いたプラズマエッチングにより該金属又は絶縁物より
    なる層を部分的に除去してパターンニングし、化合物半
    導体の表面を露出した後、 前記化合物半導体にイオン注入を行う前に前記プラズマ
    エッチングのダメージを除去する熱処理を行うことを特
    徴とする化合物半導体装置の製造方法。
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