JP2782757B2 - エッチング方法 - Google Patents
エッチング方法Info
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- JP2782757B2 JP2782757B2 JP3402389A JP3402389A JP2782757B2 JP 2782757 B2 JP2782757 B2 JP 2782757B2 JP 3402389 A JP3402389 A JP 3402389A JP 3402389 A JP3402389 A JP 3402389A JP 2782757 B2 JP2782757 B2 JP 2782757B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- etching
- gas
- compound semiconductor
- layer
- gacl
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は化合物半導体結晶の原子層単位でのドライエ
ッチング方法に関する。
ッチング方法に関する。
〔従来の技術〕 従来のドライエッチングは主として反応性ガスの放電
プラズマによって生成されたイオンや、中性ラジカル
と、基板表面の衝突・吸着・反応・脱離によって行われ
ていた。イオンは通常数10eVないし数100eVに加速され
て基板に突入するため、原子層単位で基板表層部を剥ぎ
取るにはエネルギーが過剰である上、基板表面の欠陥が
無視できなかった。欠陥が極力抑制されたエッチング方
式としては、中性の反応性ガスに適当な波長の光（電磁
波）を照射し、生成された中性ラジカルと基板表面との
光化学反応を利用する、光励起エッチングが知られてい
る。
プラズマによって生成されたイオンや、中性ラジカル
と、基板表面の衝突・吸着・反応・脱離によって行われ
ていた。イオンは通常数10eVないし数100eVに加速され
て基板に突入するため、原子層単位で基板表層部を剥ぎ
取るにはエネルギーが過剰である上、基板表面の欠陥が
無視できなかった。欠陥が極力抑制されたエッチング方
式としては、中性の反応性ガスに適当な波長の光（電磁
波）を照射し、生成された中性ラジカルと基板表面との
光化学反応を利用する、光励起エッチングが知られてい
る。
光励起エッチングは、過剰エネルギーによる半導体表
面での欠陥が避けられ、さらに製造プロセスの低温化も
実現できる。また、エッチング過程の精密制御の点から
も放電励起よりも優れている。
面での欠陥が避けられ、さらに製造プロセスの低温化も
実現できる。また、エッチング過程の精密制御の点から
も放電励起よりも優れている。
GaAsの光励起エッチングの従来例がガリウムアーセナ
イド・アンド・リレイテドコンパウンド・インターナシ
ョナル・フィジィクス・コンファレンス・シリーズ、ナ
ンバー60（Gallium Arsenide and Related Compounds,I
nt.Phys.Conf.Ser.NO.60）に記載のエス・ヨコハマ，テ
ィー・イノウエ，ワイ・ヤマカゲ・アンドエム・ヒロセ
（S.Yokoyama,T.Inoue,Y.Yamakage.and M.Hirose）によ
る論文「レーザーインデュースド・フォトケミカルエッ
チング・オブ・ガリウムアーセナイド・アンド・イッツ
キャラクタライゼーション・バイ・エックスレイフォト
エレクトロンスペクトロスコピー・アンド・ルミネッセ
ンス」（Laser−Induced Photochemical Etching of Ga
As and Its Charcterization by X−Ray Photoelectron
Spectroscopy and Luminescence）に報告されている。
この例ではGeAs結晶をHCl（５％）とHe（95％）の混合
ガス中で波長が193nmのArFエキシマレーザー光の照射に
よりエッチングする。混合ガス圧6.65×103pa,基板温度
20℃の条件でGaAsの絶縁性基板に対して約200Å／分の
エッチング速度が得られている。反応の素過程としは、
HClがエキシマレーザー光の照射により分散してClラジ
カルが発生する。次にClラジカルが、GaAsと反応し、 GaAs＋6HCl→ GaCl3＋AsCl3＋3H2 の反応が進み、エッチングが進行する。
イド・アンド・リレイテドコンパウンド・インターナシ
ョナル・フィジィクス・コンファレンス・シリーズ、ナ
ンバー60（Gallium Arsenide and Related Compounds,I
nt.Phys.Conf.Ser.NO.60）に記載のエス・ヨコハマ，テ
ィー・イノウエ，ワイ・ヤマカゲ・アンドエム・ヒロセ
（S.Yokoyama,T.Inoue,Y.Yamakage.and M.Hirose）によ
る論文「レーザーインデュースド・フォトケミカルエッ
チング・オブ・ガリウムアーセナイド・アンド・イッツ
キャラクタライゼーション・バイ・エックスレイフォト
エレクトロンスペクトロスコピー・アンド・ルミネッセ
ンス」（Laser−Induced Photochemical Etching of Ga
As and Its Charcterization by X−Ray Photoelectron
Spectroscopy and Luminescence）に報告されている。
この例ではGeAs結晶をHCl（５％）とHe（95％）の混合
ガス中で波長が193nmのArFエキシマレーザー光の照射に
よりエッチングする。混合ガス圧6.65×103pa,基板温度
20℃の条件でGaAsの絶縁性基板に対して約200Å／分の
エッチング速度が得られている。反応の素過程としは、
HClがエキシマレーザー光の照射により分散してClラジ
カルが発生する。次にClラジカルが、GaAsと反応し、 GaAs＋6HCl→ GaCl3＋AsCl3＋3H2 の反応が進み、エッチングが進行する。
従来の光励起エッチングでは、化合物半導体の１つの
元素のエッチングを起こす条件と、別の元素のエッチン
グを起こす条件は同じであり、エッチング過程に反応選
択性がない。このため、GaAsの場合でGa原子層を１層は
ぎ取り、次にその下のAs原子層をはぎ取り、次々と原子
層単位でエッチングを行っていくことはできない。
元素のエッチングを起こす条件と、別の元素のエッチン
グを起こす条件は同じであり、エッチング過程に反応選
択性がない。このため、GaAsの場合でGa原子層を１層は
ぎ取り、次にその下のAs原子層をはぎ取り、次々と原子
層単位でエッチングを行っていくことはできない。
本発明はこのような従来の問題点を解決するためにな
されたもので、化合物半導体のエッチング過程に制御性
の高い反応選択性を与えて原子層単位でのエッチング技
術を提供することを目的とする。
されたもので、化合物半導体のエッチング過程に制御性
の高い反応選択性を与えて原子層単位でのエッチング技
術を提供することを目的とする。
本発明は、二元素から構成される化合物半導体を、こ
の化合物半導体と反応する反応性ガスに、該反応性ガス
と前記化合物半導体とが反応した場合に生成される反応
生成物と同じ組成のガスを混合したエッチャントガス中
で、前記反応性ガスと反応させる第１の工程と、前記第
１の工程を経た化合物半導体を高真空状態で前記化合物
半導体表面上の第１の工程で生じた反応生成物を脱離さ
せる第２の工程とを交互にくり返すことを特徴とする原
子層単位でのエッチング方法である。
の化合物半導体と反応する反応性ガスに、該反応性ガス
と前記化合物半導体とが反応した場合に生成される反応
生成物と同じ組成のガスを混合したエッチャントガス中
で、前記反応性ガスと反応させる第１の工程と、前記第
１の工程を経た化合物半導体を高真空状態で前記化合物
半導体表面上の第１の工程で生じた反応生成物を脱離さ
せる第２の工程とを交互にくり返すことを特徴とする原
子層単位でのエッチング方法である。
本発明では、反応性ガスと化合物半導体の構成元素が
反応する第１の工程で、エッチャントガスとして、反応
性ガスに、該反応性ガスと化合物半導体の構成元素とが
反応した場合に生成されるガスを飽和蒸気圧量だけ混合
したガスを用いる。このため化合物半導体表面ではエッ
チャントガスに含まれる反応生成ガスと同種の反応生成
物が表面から脱離せず、該反応生成物が表面をおおった
状態でエッチングが停止する。
反応する第１の工程で、エッチャントガスとして、反応
性ガスに、該反応性ガスと化合物半導体の構成元素とが
反応した場合に生成されるガスを飽和蒸気圧量だけ混合
したガスを用いる。このため化合物半導体表面ではエッ
チャントガスに含まれる反応生成ガスと同種の反応生成
物が表面から脱離せず、該反応生成物が表面をおおった
状態でエッチングが停止する。
次に、第２の工程で化合物半導体周囲の雰囲気を高真
空状態とすることにより第１の工程で形成された化合物
半導体表面上の反応生成物が脱離する。この第１の工程
と第２の工程を１サイクルとして化合物半導体の原子層
または分子層が１層だけエッチングされる。従ってエッ
チャントガスの供給の断続あるいは切り換えをくり返す
ことにより原子層単位でのエッチングが可能となる。
空状態とすることにより第１の工程で形成された化合物
半導体表面上の反応生成物が脱離する。この第１の工程
と第２の工程を１サイクルとして化合物半導体の原子層
または分子層が１層だけエッチングされる。従ってエッ
チャントガスの供給の断続あるいは切り換えをくり返す
ことにより原子層単位でのエッチングが可能となる。
以下、本発明の一実施例について図面を参照して詳細
に説明する。
に説明する。
第１図は本発明の一実施例を示した加工装置の断面図
であり、GaAsの分子層単位のエッチングを示す。GaAsと
Cl2ガスとの反応生成物はGaCl3とAsCl3である。したが
って、エッチングチャンバー12内に導入するエッチャン
トガスは、Cl2ガス16に加えGaCl3ガス17をGaAs基板温度
に対する飽和蒸気圧分だけ混合する。基板温度−39℃で
はCl2ガス16とGaCl3ガス17の全圧を１×10-4Torr,GaCl3
ガス17の分圧を１×10-5Torrに設定する。第２図にGaCl
3とAsCl3の平衡蒸気圧を示す。上記の設定は、第２図の
○印で示したガス圧（１×10-4Torr）となり、基板温度
−39℃でエッチャントガス圧はAsCl3の蒸気圧より低くG
aCl3の蒸気より高い。
であり、GaAsの分子層単位のエッチングを示す。GaAsと
Cl2ガスとの反応生成物はGaCl3とAsCl3である。したが
って、エッチングチャンバー12内に導入するエッチャン
トガスは、Cl2ガス16に加えGaCl3ガス17をGaAs基板温度
に対する飽和蒸気圧分だけ混合する。基板温度−39℃で
はCl2ガス16とGaCl3ガス17の全圧を１×10-4Torr,GaCl3
ガス17の分圧を１×10-5Torrに設定する。第２図にGaCl
3とAsCl3の平衡蒸気圧を示す。上記の設定は、第２図の
○印で示したガス圧（１×10-4Torr）となり、基板温度
−39℃でエッチャントガス圧はAsCl3の蒸気圧より低くG
aCl3の蒸気より高い。
またGaAs基板11をエッチングチャンバー12内の上記エ
ッチャントガス中で波長308nmのXeClエキシマレーザ光1
5を照射することにより、Cl2ガス16とGaAsのGaまたはAs
が反応しGaCl3,AsCl3が生成される。このAsCl3の平衡蒸
気圧は−39℃で１×10-1Torrと、エッチャントガス圧１
×10-4Torrより高いため、AsCl3はGaAs基板表面より脱
離する。しかしGaCl3の平衡蒸気圧は−39℃で１×10-5T
orrと低く、しかもエッチャントガスにはGaCl3ガスが飽
和蒸気圧の１×10-5Torrだけ含まれているため、基板表
面に残留する。従ってAs層はAsCl319の形で除去され
る。Ga層はCl2ガスと反応しGaCl318の形で基板表面に残
留しエッチングが停止する。
ッチャントガス中で波長308nmのXeClエキシマレーザ光1
5を照射することにより、Cl2ガス16とGaAsのGaまたはAs
が反応しGaCl3,AsCl3が生成される。このAsCl3の平衡蒸
気圧は−39℃で１×10-1Torrと、エッチャントガス圧１
×10-4Torrより高いため、AsCl3はGaAs基板表面より脱
離する。しかしGaCl3の平衡蒸気圧は−39℃で１×10-5T
orrと低く、しかもエッチャントガスにはGaCl3ガスが飽
和蒸気圧の１×10-5Torrだけ含まれているため、基板表
面に残留する。従ってAs層はAsCl319の形で除去され
る。Ga層はCl2ガスと反応しGaCl318の形で基板表面に残
留しエッチングが停止する。
次にGaCl3が表面に残留しているGaAs基板を真空度10
-8Torr以下の高真空チャンバー13に移すと、GaCl318は
沸騰し蒸発する。このようにGaCl3がGaAs基板表面から
脱離すれば全面に次のAs層が現われることになり、単分
子層エッチングの１サイクルが終わる。次のAs層のエッ
チングは、GaAs基板11を再びエッチングチャンバー12に
もどして前述のプロセスを繰り返す。
-8Torr以下の高真空チャンバー13に移すと、GaCl318は
沸騰し蒸発する。このようにGaCl3がGaAs基板表面から
脱離すれば全面に次のAs層が現われることになり、単分
子層エッチングの１サイクルが終わる。次のAs層のエッ
チングは、GaAs基板11を再びエッチングチャンバー12に
もどして前述のプロセスを繰り返す。
上記のエッチングプロセスを逐次繰返すことにより、
高真空チャンバー13では常にAs層でエッチングを停止す
ることができ、また１サイクルでAs層とGa層の２層を除
去できるのでエッチング層厚もエッチングのサイクル数
で制御できる。GaAsの（100）面の１サイクル当りのエ
ッチングは速度は2.83Å/1サイクルであり、この値は分
子層１層分に相当し、分子層レベルのエッチングが実現
されている。
高真空チャンバー13では常にAs層でエッチングを停止す
ることができ、また１サイクルでAs層とGa層の２層を除
去できるのでエッチング層厚もエッチングのサイクル数
で制御できる。GaAsの（100）面の１サイクル当りのエ
ッチングは速度は2.83Å/1サイクルであり、この値は分
子層１層分に相当し、分子層レベルのエッチングが実現
されている。
本実施例では、１サイクルでAs層とGa層の２層をエッ
チングする場合を示したが、以下に示すように１サイク
ルでGa層とAs層を１層ずつエッチングすることも可能で
ある。第１にCl2ガスにAsCl3ガスを飽和上記圧量だけ混
合したエッチャントガスを用いてGaAsの光励起エッチン
グを行い、AsCl3を生成しGaAs表面に残留させる。次にG
aAs基板を高真空チャバーに移してAsCl3だけを脱離させ
てAs層１層だけの原子層エッチングが実現できる。第２
のGa層が表面に露出したGaAsを前記の実施例と同じよう
にCl2ガスにGaCl3ガスを飽和蒸気圧だけ混合したエッチ
ャントガスを用いて光励起エッチングを行い、GaCl3を
生成しGaAs表面に残留させる。次にGaAs基板を高真空チ
ャンバーに移してGaCl3だけを脱離させてGa層１層だけ
の原子層エッチングが実現できる。上記の工程をくり返
すことにより１サイクルでGa層またはAs層を１層だけエ
ッチングする原子層エッチングが可能である。
チングする場合を示したが、以下に示すように１サイク
ルでGa層とAs層を１層ずつエッチングすることも可能で
ある。第１にCl2ガスにAsCl3ガスを飽和上記圧量だけ混
合したエッチャントガスを用いてGaAsの光励起エッチン
グを行い、AsCl3を生成しGaAs表面に残留させる。次にG
aAs基板を高真空チャバーに移してAsCl3だけを脱離させ
てAs層１層だけの原子層エッチングが実現できる。第２
のGa層が表面に露出したGaAsを前記の実施例と同じよう
にCl2ガスにGaCl3ガスを飽和蒸気圧だけ混合したエッチ
ャントガスを用いて光励起エッチングを行い、GaCl3を
生成しGaAs表面に残留させる。次にGaAs基板を高真空チ
ャンバーに移してGaCl3だけを脱離させてGa層１層だけ
の原子層エッチングが実現できる。上記の工程をくり返
すことにより１サイクルでGa層またはAs層を１層だけエ
ッチングする原子層エッチングが可能である。
また本実施例では、化合物半導体としてGaAsの場合を
示したが、InP等の他の二元素で構成される化合物半導
体に本発明は適用できる。さらに本実施例では、光励起
エッチングの場合について述べたが、エッチング過程の
制御にすぐれた他のエッチング方法、例えばプラズマ励
起によるイオン照射のないラジカルエッチングでも本発
明は適用できる。
示したが、InP等の他の二元素で構成される化合物半導
体に本発明は適用できる。さらに本実施例では、光励起
エッチングの場合について述べたが、エッチング過程の
制御にすぐれた他のエッチング方法、例えばプラズマ励
起によるイオン照射のないラジカルエッチングでも本発
明は適用できる。
尚、実施例では生成残留物のGaCl3を基板表面から取
り除くのに、基板を真空チャンバーに移したが、他の方
法、例えば効率は悪いがエッチングチャンバー内に基板
を留め、GaCl3の供給を止めると共にエッチングチャン
バー内を真空にする等の方法によってもよい。
り除くのに、基板を真空チャンバーに移したが、他の方
法、例えば効率は悪いがエッチングチャンバー内に基板
を留め、GaCl3の供給を止めると共にエッチングチャン
バー内を真空にする等の方法によってもよい。
以下説明したように、本発明の原子層エッチングによ
れば、化合物半導体のドライエッチングにおいて平衡蒸
気圧の違いにより反応生成物が蒸発するか残留するかを
制御することができ、１種類の元素をエッチングする反
応と別の種類の元素をエッチングする反応に、明確なる
応選択性を与えることができる。
れば、化合物半導体のドライエッチングにおいて平衡蒸
気圧の違いにより反応生成物が蒸発するか残留するかを
制御することができ、１種類の元素をエッチングする反
応と別の種類の元素をエッチングする反応に、明確なる
応選択性を与えることができる。
上記の理由により、半導体結晶の原子層単位でのエッ
チングが可能となり、基板の移動やガスの切り替えの１
サイクルで原子層が１層または２層だけ除去される。従
ってサイクル数のみでエッチング量を決定することがで
き精密なエッチング量の制御が可能となる。
チングが可能となり、基板の移動やガスの切り替えの１
サイクルで原子層が１層または２層だけ除去される。従
ってサイクル数のみでエッチング量を決定することがで
き精密なエッチング量の制御が可能となる。
第１図は本発明の一実施例を示した加工装置の断面図、
第２図はGaCl3とAsCl3の平衡蒸気圧を示す図である。 11……GaAs基板、12……エッチングチャンバー、13……
高真空チャンバー、15……XeClエキシマレーザー光、16
……Cl2ガス、17……GaCl3ガス、18……残留GaCl3、19
……AsCl3。
第２図はGaCl3とAsCl3の平衡蒸気圧を示す図である。 11……GaAs基板、12……エッチングチャンバー、13……
高真空チャンバー、15……XeClエキシマレーザー光、16
……Cl2ガス、17……GaCl3ガス、18……残留GaCl3、19
……AsCl3。
Claims (1)
- 【請求項１】二元素から構成される化合物半導体を、当
該化合物半導体と反応する反応性ガスに、当該反応性ガ
スと前記化合物半導体とが反応した場合に生成される反
応生成物と同じ組成のガスを混合したエッチャントガス
中で、前記反応性ガスと反応させる第１の工程と、前記
第１の工程を経た化合物半導体を高真空状態で前記化合
物半導体表面上の第１の工程で生じた反応生成物を脱離
させる第２の工程とを交互にくり返すことを特徴とする
原子層単位でのエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3402389A JP2782757B2 (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | エッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3402389A JP2782757B2 (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | エッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02213130A JPH02213130A (ja) | 1990-08-24 |
| JP2782757B2 true JP2782757B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=12402780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3402389A Expired - Lifetime JP2782757B2 (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | エッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2782757B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05343374A (ja) * | 1992-06-05 | 1993-12-24 | Hitachi Ltd | 化合物半導体の加工方法及び加工装置 |
| JP3148004B2 (ja) * | 1992-07-06 | 2001-03-19 | 株式会社東芝 | 光ｃｖｄ装置及びこれを用いた半導体装置の製造方法 |
| JP7323476B2 (ja) * | 2020-02-19 | 2023-08-08 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1989
- 1989-02-13 JP JP3402389A patent/JP2782757B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02213130A (ja) | 1990-08-24 |
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