JP2757642B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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-
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体の電子ビ
ームを用いたドライエッチング方法、さらに詳しくはナ
ノメータレベルの精密なドライエッチング方法に関す
る。
ームを用いたドライエッチング方法、さらに詳しくはナ
ノメータレベルの精密なドライエッチング方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体へのドライエ
ッチング技術は、半導体プロセス上重要である。特に最
近では、電子ビームを用いたドライエッチング技術が注
目されている。このような電子ビームを用いたドライエ
ッチングには、ＧａＡｓ半導体上のＩｎＡｓ膜を集束電
子ビームを用いてパターン形成し、これをエッチングマ
スクとしてドライエッチングする方法が第５２回応用物
理学会学術講演会講演予稿集に掲載の三矢らによる文献
“塩素ガスエッチングにおけるＩｎＡｓ／ＧａＡｓ選択
性を用いたパターン形成”に提案されている。
ッチング技術は、半導体プロセス上重要である。特に最
近では、電子ビームを用いたドライエッチング技術が注
目されている。このような電子ビームを用いたドライエ
ッチングには、ＧａＡｓ半導体上のＩｎＡｓ膜を集束電
子ビームを用いてパターン形成し、これをエッチングマ
スクとしてドライエッチングする方法が第５２回応用物
理学会学術講演会講演予稿集に掲載の三矢らによる文献
“塩素ガスエッチングにおけるＩｎＡｓ／ＧａＡｓ選択
性を用いたパターン形成”に提案されている。
【０００３】図３は、この従来例の工程図である。図３
（ａ）に示すように、ＧａＡｓ半導体３１上の５０ｎｍ
厚のＩｎＡｓ膜３２に２０ｋｅＶの集束電子ビーム３３
を照射する。次に同図（ｂ）に示すように、基板温度を
１９０℃として塩素ガス３４中で２分間ＩｎＡｓ層３２
を塩素ガスエッチングすると、ＩｎＡｓ層３２の電子ビ
ーム未照射部が除去される。次に同図（ｃ）に示すよう
に、基板温度を１３０℃まで下げ、塩素ガス圧３．５×
１０-4Ｔｏｒｒの塩素ガス３４中で６０分間ガスエッチ
ングすることにより深さ２．７μｍのＧａＡｓパターン
が形成された。
（ａ）に示すように、ＧａＡｓ半導体３１上の５０ｎｍ
厚のＩｎＡｓ膜３２に２０ｋｅＶの集束電子ビーム３３
を照射する。次に同図（ｂ）に示すように、基板温度を
１９０℃として塩素ガス３４中で２分間ＩｎＡｓ層３２
を塩素ガスエッチングすると、ＩｎＡｓ層３２の電子ビ
ーム未照射部が除去される。次に同図（ｃ）に示すよう
に、基板温度を１３０℃まで下げ、塩素ガス圧３．５×
１０-4Ｔｏｒｒの塩素ガス３４中で６０分間ガスエッチ
ングすることにより深さ２．７μｍのＧａＡｓパターン
が形成された。
【０００４】このような電子ビームを用いたドライエッ
チングは、イオンに比べて１万倍以上も軽い電子を照射
するため、従来のイオン照射を用いたドライエッチング
のようなイオン衝撃による損傷がなく、非常に低損傷で
ある。
チングは、イオンに比べて１万倍以上も軽い電子を照射
するため、従来のイオン照射を用いたドライエッチング
のようなイオン衝撃による損傷がなく、非常に低損傷で
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、Ｉｎ
Ａｓのパターン形成に塩素ガスエッチングを用いている
ため、サイドエッチングが大きく、微細加工には適さな
い。またＧａＡｓ上の５０ｎｍ厚のＩｎＡｓは臨界膜厚
を越えているため、欠陥のない単結晶化が不可能であ
る。従って、ドライエッチング後に再成長等の真空連続
プロセスを行うためには、残ったＩｎＡｓマスクを除去
する必要がある。しかし、ＧａＡｓ上のＩｎＡｓの選択
的な除去は困難であり、このドライエッチングは、真空
連続プロセスには適さない。
Ａｓのパターン形成に塩素ガスエッチングを用いている
ため、サイドエッチングが大きく、微細加工には適さな
い。またＧａＡｓ上の５０ｎｍ厚のＩｎＡｓは臨界膜厚
を越えているため、欠陥のない単結晶化が不可能であ
る。従って、ドライエッチング後に再成長等の真空連続
プロセスを行うためには、残ったＩｎＡｓマスクを除去
する必要がある。しかし、ＧａＡｓ上のＩｎＡｓの選択
的な除去は困難であり、このドライエッチングは、真空
連続プロセスには適さない。
【０００６】本発明の目的は、Ｉｎを含む化合物半導体
マスクの電子ビームアシストエッチングによるパターン
形成を利用して超微細加工が可能であり、さらに真空連
続プロセスに適したドライエッチング方法を提供するこ
とにある。
マスクの電子ビームアシストエッチングによるパターン
形成を利用して超微細加工が可能であり、さらに真空連
続プロセスに適したドライエッチング方法を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるドライエッチング方法においては、Ｇ
ａＡｓ半導体表面またはＡｌＧａＡｓ半導体表面上にＩ
ｎ組成比を０．４８としＩｎを含む化合物半導体膜をＧ
ａＡｓと格子整合条件または格子不整合条件の場合には
臨界膜厚程度以下で積層する工程と、前記Ｉｎを含む化
合物半導体膜にハロゲン原子を含む反応性ガス中で電子
ビームを部分的に照射し、その照射部分の前記Ｉｎを含
む化合物半導体膜を部分的にエッチングすることにより
パターンを形成する工程と、前記パターン化されたＩｎ
を含む化合物半導体膜をマスクとして前記ＧａＡｓ半導
体またはＡｌＧａＡｓ半導体のドライエッチング工程と
を有するものである。
め、本発明によるドライエッチング方法においては、Ｇ
ａＡｓ半導体表面またはＡｌＧａＡｓ半導体表面上にＩ
ｎ組成比を０．４８としＩｎを含む化合物半導体膜をＧ
ａＡｓと格子整合条件または格子不整合条件の場合には
臨界膜厚程度以下で積層する工程と、前記Ｉｎを含む化
合物半導体膜にハロゲン原子を含む反応性ガス中で電子
ビームを部分的に照射し、その照射部分の前記Ｉｎを含
む化合物半導体膜を部分的にエッチングすることにより
パターンを形成する工程と、前記パターン化されたＩｎ
を含む化合物半導体膜をマスクとして前記ＧａＡｓ半導
体またはＡｌＧａＡｓ半導体のドライエッチング工程と
を有するものである。
【０００８】また、ＧａＡｓ半導体またはＡｌＧａＡｓ
半導体のドライエッチングは、ハロゲン原子を含む反応
性ガスによるガスエッチングである。
半導体のドライエッチングは、ハロゲン原子を含む反応
性ガスによるガスエッチングである。
【０００９】また、ＧａＡｓ半導体またはＡｌＧａＡｓ
半導体のドライエッチングは、ハロゲン原子を含む反応
性ガス中で電子ビームを照射して行う電子ビームアシス
トエッチングである。
半導体のドライエッチングは、ハロゲン原子を含む反応
性ガス中で電子ビームを照射して行う電子ビームアシス
トエッチングである。
【００１０】
【作用】本発明では、ＧａＡｓと格子整合した場合、ま
たは格子不整合条件の場合には、臨界膜厚程度以下のＩ
ｎを含む化合物半導体膜をエッチングマスクとして用い
ることによりドライエッチング終了後の再成長等の工程
で本エッチングマスクを除去する必要がなく、本エッチ
ングマスク上にＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ等を積層し
ても欠陥のない単結晶膜を得ることができる。従って本
発明のドライエッチング方法は、真空連続プロセスに適
している。
たは格子不整合条件の場合には、臨界膜厚程度以下のＩ
ｎを含む化合物半導体膜をエッチングマスクとして用い
ることによりドライエッチング終了後の再成長等の工程
で本エッチングマスクを除去する必要がなく、本エッチ
ングマスク上にＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ等を積層し
ても欠陥のない単結晶膜を得ることができる。従って本
発明のドライエッチング方法は、真空連続プロセスに適
している。
【００１１】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は、本発明の第１の実施例を示す工程図
である。図１（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板１１上
に結晶成長した１μｍ厚のＧａＡｓ成長層１２表面に、
ガスソースＭＢＥ法を用いてＩｎＧａＰ成長層１３を２
０ｎｍ厚結晶成長した。このＩｎＧａＰ成長層１３のＩ
ｎ組成比を０．４８とすることにより、ＧａＡｓと格子
整合させた。次に同図（ｂ）に示すように基板温度１６
０℃に加熱し、５×１０-5Ｔｏｒｒの塩素ガス１５中で
加速電圧３ｋＶの集束電子ビーム１４を表面のＩｎＧａ
Ｐ成長層１３に部分的に照射し、電子ビームアシストエ
ッチングを５分間行った。
説明する。図１は、本発明の第１の実施例を示す工程図
である。図１（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板１１上
に結晶成長した１μｍ厚のＧａＡｓ成長層１２表面に、
ガスソースＭＢＥ法を用いてＩｎＧａＰ成長層１３を２
０ｎｍ厚結晶成長した。このＩｎＧａＰ成長層１３のＩ
ｎ組成比を０．４８とすることにより、ＧａＡｓと格子
整合させた。次に同図（ｂ）に示すように基板温度１６
０℃に加熱し、５×１０-5Ｔｏｒｒの塩素ガス１５中で
加速電圧３ｋＶの集束電子ビーム１４を表面のＩｎＧａ
Ｐ成長層１３に部分的に照射し、電子ビームアシストエ
ッチングを５分間行った。
【００１２】この結果、電子ビーム１４を照射した部分
のＩｎＧａＰ成長層１３だけがエッチングされ、パター
ンを形成できた。一方、集束電子ビーム１４が照射され
なかったＩｎＧａＰ成長層１３には塩素ガス１５による
ガスエッチングは起きなかった。次に同図（ｃ）に示す
ように基板温度１００℃に下げ、５×１０-5Ｔｏｒｒの
塩素ガス１５中で３０分間ガスエッチングを行なった。
のＩｎＧａＰ成長層１３だけがエッチングされ、パター
ンを形成できた。一方、集束電子ビーム１４が照射され
なかったＩｎＧａＰ成長層１３には塩素ガス１５による
ガスエッチングは起きなかった。次に同図（ｃ）に示す
ように基板温度１００℃に下げ、５×１０-5Ｔｏｒｒの
塩素ガス１５中で３０分間ガスエッチングを行なった。
【００１３】この結果、電子ビームアシストエッチング
により形成したＩｎＧａＰ成長層１３の開口部１６を通
してだけＧａＡｓ成長層１２がガスエッチングされた。
により形成したＩｎＧａＰ成長層１３の開口部１６を通
してだけＧａＡｓ成長層１２がガスエッチングされた。
【００１４】図２は、本発明の第２の実施例を示す工程
図である。図２（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板２１
上に結晶成長した１μｍ厚のＧａＡｓ成長層２２表面
に、ガスソースＭＢＥ法を用いてＩｎＧａＰ成長層２３
を２０ｎｍ厚結晶成長した。このＩｎＧａＰ成長層２３
のＩｎ組成比を０．４８とすることにより、ＧａＡｓと
格子整合させた。次に同図（ｂ）に示すように基板温度
１６０℃に加熱し、５×１０-5Ｔｏｒｒの塩素ガス２５
中で加速電圧３ｋＶの集束電子ビーム２４を表面のＩｎ
ＧａＰ成長層２３に部分的に照射し、電子ビームアシス
トエッチングを５分間行った。
図である。図２（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板２１
上に結晶成長した１μｍ厚のＧａＡｓ成長層２２表面
に、ガスソースＭＢＥ法を用いてＩｎＧａＰ成長層２３
を２０ｎｍ厚結晶成長した。このＩｎＧａＰ成長層２３
のＩｎ組成比を０．４８とすることにより、ＧａＡｓと
格子整合させた。次に同図（ｂ）に示すように基板温度
１６０℃に加熱し、５×１０-5Ｔｏｒｒの塩素ガス２５
中で加速電圧３ｋＶの集束電子ビーム２４を表面のＩｎ
ＧａＰ成長層２３に部分的に照射し、電子ビームアシス
トエッチングを５分間行った。
【００１５】この結果、集束電子ビーム２４を照射した
部分のＩｎＧａＰ成長層２３だけがエッチングされ、パ
ターンを形成できた。一方、電子ビーム２４が照射され
なかったＩｎＧａＰ成長層２３には、塩素ガス２５によ
るガスエッチングは起きなかった。
部分のＩｎＧａＰ成長層２３だけがエッチングされ、パ
ターンを形成できた。一方、電子ビーム２４が照射され
なかったＩｎＧａＰ成長層２３には、塩素ガス２５によ
るガスエッチングは起きなかった。
【００１６】次に同図（ｃ）に示すように基板温度５０
℃に下げ、５×１０-5Ｔｏｒｒの塩素ガス２５中で加速
電圧５００Ｖのシャワー状電子ビーム２７をＩｎＧａＰ
成長層２３表面全面に照射して３０分間電子ビームアシ
ストエッチングを行なった。
℃に下げ、５×１０-5Ｔｏｒｒの塩素ガス２５中で加速
電圧５００Ｖのシャワー状電子ビーム２７をＩｎＧａＰ
成長層２３表面全面に照射して３０分間電子ビームアシ
ストエッチングを行なった。
【００１７】この結果、ＩｎＧａＰ成長層２３の開口部
２６を通してだけＧａＡｓ成長層２２が電子ビームアシ
ストエッチングされた。一方、ＩｎＧａＰ成長層２３が
残っている部分は基板温度５０℃の電子ビームアシスト
エッチングではエッチングされなかった。また本実施例
ではＧａＡｓと格子整合するＩｎを含む化合物半導体膜
にＩｎＧａＰ成長層を用いたが、ＩｎＧａYＡｌ1-YＰの
Ｉｎ組成比０．４８の化合物半導体膜も本発明のエッチ
ングマスクとして用いることができる。
２６を通してだけＧａＡｓ成長層２２が電子ビームアシ
ストエッチングされた。一方、ＩｎＧａＰ成長層２３が
残っている部分は基板温度５０℃の電子ビームアシスト
エッチングではエッチングされなかった。また本実施例
ではＧａＡｓと格子整合するＩｎを含む化合物半導体膜
にＩｎＧａＰ成長層を用いたが、ＩｎＧａYＡｌ1-YＰの
Ｉｎ組成比０．４８の化合物半導体膜も本発明のエッチ
ングマスクとして用いることができる。
【００１８】また、ＩｎＧａＡｓ等のＧａＡｓと格子不
整合のＩｎを含む化合物半導体の場合でも、臨界膜厚程
度以下で転位の少ない良好な半導体結晶膜が得られ、本
発明のエッチングマスクとして用いることができる。例
えばＩｎＧａＡｓのＩｎ組成比０．２では臨界膜厚は
３．５ｎｍ厚である。
整合のＩｎを含む化合物半導体の場合でも、臨界膜厚程
度以下で転位の少ない良好な半導体結晶膜が得られ、本
発明のエッチングマスクとして用いることができる。例
えばＩｎＧａＡｓのＩｎ組成比０．２では臨界膜厚は
３．５ｎｍ厚である。
【００１９】
【発明の効果】以上のように本発明のドライエッチング
方法によれば、Ｉｎを含む化合物半導体マスクのパター
ン形成に電子ビームアシストエッチングを利用すること
により、微細なパターンを有するエッチングマスクを作
成することができる。またＩｎを含む化合物半導体マス
クは、ＧａＡｓと格子整合しているかまたは臨界膜厚以
下のため、Ｉｎを含む化合物半導体マスクは、その下層
のＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓと結晶が連続しており、
ＧａＡｓ半導体またはＡｌＧａＡｓ半導体のエッチング
はＩｎを含む化合物半導体マスクの開口幅以上に広がる
ことがない。
方法によれば、Ｉｎを含む化合物半導体マスクのパター
ン形成に電子ビームアシストエッチングを利用すること
により、微細なパターンを有するエッチングマスクを作
成することができる。またＩｎを含む化合物半導体マス
クは、ＧａＡｓと格子整合しているかまたは臨界膜厚以
下のため、Ｉｎを含む化合物半導体マスクは、その下層
のＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓと結晶が連続しており、
ＧａＡｓ半導体またはＡｌＧａＡｓ半導体のエッチング
はＩｎを含む化合物半導体マスクの開口幅以上に広がる
ことがない。
【００２０】つまり、本発明によればサイドエッチング
を抑制することができる。従って微細パターン形成が可
能なＩｎを含む化合物半導体マスクを用いてＧａＡｓま
たはＡｌＧａＡｓの微細なドライエッチングが可能であ
る。
を抑制することができる。従って微細パターン形成が可
能なＩｎを含む化合物半導体マスクを用いてＧａＡｓま
たはＡｌＧａＡｓの微細なドライエッチングが可能であ
る。
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施例のド
ライエッチング方法の工程図である。
ライエッチング方法の工程図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施例のド
ライエッチング方法の工程図である。
ライエッチング方法の工程図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、従来例のドライエッチング
方法の工程図である。
方法の工程図である。
１１，２１ ＧａＡｓ基板 １２，２２ ＧａＡｓ成長層 １３，２３ ＩｎＧａＰ成長層 １４，２４，３３ 集束電子ビーム １５，２５，３４ 塩素（Ｃｌ2）ガス １６，２６ 開口部 ２７ シャワー状電子ビーム
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/302 H01L 21/3065
Claims (3)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ半導体表面またはＡｌＧａＡｓ
半導体表面上にＩｎ組成比を０．４８としＩｎを含む化
合物半導体膜をＧａＡｓと格子整合条件または格子不整
合条件の場合には臨界膜厚程度以下で積層する工程と、 前記Ｉｎを含む化合物半導体膜にハロゲン原子を含む反
応性ガス中で電子ビームを部分的に照射し、その照射部
分の前記Ｉｎを含む化合物半導体膜を部分的にエッチン
グすることによりパターンを形成する工程と、 前記パターン化されたＩｎを含む化合物半導体膜をマス
クとして前記ＧａＡｓ半導体またはＡｌＧａＡｓ半導体
のドライエッチング工程とを有することを特徴とするド
ライエッチング方法。 - 【請求項２】 ＧａＡｓ半導体またはＡｌＧａＡｓ半導
体のドライエッチングは、ハロゲン原子を含む反応性ガ
スによるガスエッチングである請求項１に記載のドライ
エッチング方法。 - 【請求項３】 ＧａＡｓ半導体またはＡｌＧａＡｓ半導
体のドライエッチングは、ハロゲン原子を含む反応性ガ
ス中で電子ビームを照射して行う電子ビームアシストエ
ッチングである請求項１に記載のドライエッチング方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3355007A JP2757642B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | ドライエッチング方法 |
| US07/990,192 US5421954A (en) | 1991-12-20 | 1992-12-14 | Process of patterning compound semiconductor film in halogen containing etching gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3355007A JP2757642B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
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