JP3298226B2 - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JP3298226B2
JP3298226B2 JP09587093A JP9587093A JP3298226B2 JP 3298226 B2 JP3298226 B2 JP 3298226B2 JP 09587093 A JP09587093 A JP 09587093A JP 9587093 A JP9587093 A JP 9587093A JP 3298226 B2 JP3298226 B2 JP 3298226B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造等に適
用されるドライエッチング方法に関し、特にたとえばH
EMT(高電子移動度トランジスタ)のゲート・リセス
形成工程におけるGaAs/AlGaAs選択エッチン
グ等を、パーティクル汚染を発生させずに行う方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method applied to the manufacture of semiconductor devices and the like.
The present invention relates to a method of performing GaAs / AlGaAs selective etching or the like in a gate recess forming step of an EMT (high electron mobility transistor) without causing particle contamination.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaAsMES−FET(metal
semiconductor field effec
t transistor)を単一基板上に集積化した
MMIC(monolithic microwave
IC)は、高速高周波応答性、低雑音、低消費電力等
の特長を有し、移動体通信や衛生通信用のデバイスとし
て広く利用されている。
2. Description of the Related Art GaAs MES-FETs (metal
semiconductor field effect
MMIC (monolithic microwave) in which ttransistor is integrated on a single substrate
IC) has features such as high-speed high-frequency response, low noise, and low power consumption, and is widely used as a device for mobile communication and satellite communication.

【0003】1980年には、上記GaAsMES−F
ETのさらなる高速化を目指した研究から、HEMT
(high electron mobility t
ransistor)が開発されている。これは、Ga
As化合物半導体のヘテロ接合界面における2次元電子
ガスが、不純物による散乱を受けることなく高速で移動
できることを利用したデバイスである。このHEMTに
ついても高集積化を実現するための研究が続けられてお
り、その加工を行うドライエッチング技術に対する要求
も、より高精度、より高選択比へと向かっている。
In 1980, the above-mentioned GaAsMES-F
HEMT from research aimed at further speeding up ET
(High electron mobility t
ransistor) has been developed. This is Ga
This is a device utilizing the fact that a two-dimensional electron gas at a heterojunction interface of an As compound semiconductor can move at high speed without being scattered by impurities. Research for realizing high integration of this HEMT is also being continued, and the demand for a dry etching technique for processing the HEMT is also moving toward higher precision and higher selectivity.

【0004】中でも、GaAs/AlGaAs積層系を
選択的にエッチングしてゲート・リセスを形成する工程
は、HEMT,ヘテロMIS構造FETなどのヘテロ接
合FETの閾値電圧を決める重要な技術である。それ
は、下層側のAlGaAs層における不純物濃度や厚さ
等が、上層側のGaAs層のみを除去すれば然るべき閾
値電圧をもつFETが構成できるように予め設定されて
いるからである。
[0004] Above all, the step of selectively etching a GaAs / AlGaAs stacked system to form a gate recess is an important technique for determining the threshold voltage of a heterojunction FET such as a HEMT or a hetero MIS structure FET. This is because the impurity concentration and thickness of the lower AlGaAs layer are set in advance so that an FET having an appropriate threshold voltage can be formed by removing only the upper GaAs layer.

【0005】このAlGaAs層上におけるGaAs層
の選択エッチング方法としては、CCl2 2 等のCF
C(クロロフルオロカーボン)ガスと希ガスの混合ガス
を用いる方法が代表的なものである。これは、Gaが主
として塩化物、Asがフッ化物および塩化物を形成する
ことによりGaAs層が除去される一方で、下地のAl
GaAs層が露出した時点では蒸気圧の低いAlF
x (フッ化アルミニウム)が表面に形成されてエッチン
グ速度が低下し、高選択比が得られるからである。
As a method of selectively etching a GaAs layer on this AlGaAs layer, a CF such as CCl 2 F 2 is used.
A typical method uses a mixed gas of C (chlorofluorocarbon) gas and a rare gas. This is because Ga mainly forms chloride and As forms fluoride and chloride, whereby the GaAs layer is removed, while the underlying Al
At the time when the GaAs layer is exposed, AlF having a low vapor pressure is used.
This is because x (aluminum fluoride) is formed on the surface, the etching rate is reduced, and a high selectivity can be obtained.

【0006】たとえば、Japanese Journ
al of Applied Physics,Vo
l.20.,No.11(1981),p.L847〜
850には、CCl2 2 /He混合ガスを用いて選択
比200を達成した例が報告されている。
[0006] For example, Japanese Journal
al of Applied Physics, Vo
l. 20. , No. 11 (1981), p. L847-
850 reports an example of achieving a selectivity of 200 using a CCl 2 F 2 / He mixed gas.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
CCl2 2 等のCFCガスは、いわゆるフロン・ガス
と通称されている化合物の一種であり、周知のように地
球のオゾン層破壊の原因とされているため、その製造・
使用の禁止が目前に迫っている。したがって、ドライエ
ッチングの分野においても代替ガス、およびその利用技
術を開発することが急務となっている。
However, the above-mentioned CFC gas such as CCl 2 F 2 is a kind of a compound commonly called so-called chlorofluorocarbon gas, and is known to cause the ozone layer depletion on the earth. Production,
The ban on use is imminent. Therefore, in the field of dry etching, it is urgently necessary to develop an alternative gas and a technique for using the same.

【0008】また、上述のCFCガスは、エッチング反
応系内に炭素系ポリマーを大量に生成させ易い。この炭
素系ポリマーは、パターン側壁部に堆積して側壁保護効
果を発揮することで異方性加工に寄与しているが、その
反面、エッチング速度の不安定化やパーティクル・レベ
ルの悪化等を招き易い。そこで本発明は、アルミニウム
(Al)を含有する化合物半導体層(以下、Al含有化
合物半導体層と称する。)上におけるAlを含まない化
合物半導体層(以下、非Al含有化合物半導体層と称す
る。)の選択エッチングを、CFCガスを用いず、しか
もクリーンな条件下で行うことを可能とするドライエッ
チング方法を提供することを目的とする。
Further, the above-mentioned CFC gas tends to generate a large amount of carbon-based polymer in the etching reaction system. This carbon-based polymer contributes to anisotropic processing by depositing on the pattern side wall and exerting the side wall protection effect, but on the other hand, it causes instability of the etching rate and deterioration of the particle level. easy. Therefore, the present invention provides a compound semiconductor layer containing no Al (hereinafter, referred to as a non-Al-containing compound semiconductor layer) on a compound semiconductor layer containing aluminum (Al) (hereinafter, referred to as an Al-containing compound semiconductor layer). An object of the present invention is to provide a dry etching method which enables selective etching to be performed under clean conditions without using a CFC gas.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、アルミニウムを含む化合物半導体層、アルミニ
ウムを含まない化合物半導体層、パターニングされたレ
ジスト・マスクが順次積層され、前記アルミニウムを含
まない化合物半導体層を、酸化炭素、酸化窒素、酸化イ
オウから選ばれる少なくとも1種類の無機酸化物とフッ
素系化合物とを含むエッチング・ガスを用いてパターン
側壁部に、炭素系ポリマーの側壁保護膜を形成しながら
エッチングするものである。
The dry etching method of the present invention is proposed to achieve the above-mentioned object, and comprises a compound semiconductor layer containing aluminum, a compound semiconductor layer not containing aluminum, A resist mask is sequentially stacked, and the aluminum-free compound semiconductor layer is patterned using an etching gas containing at least one inorganic oxide selected from carbon oxide, nitrogen oxide, and sulfur oxide and a fluorine-based compound. The etching is performed while forming a sidewall protective film of a carbon-based polymer on the sidewall.

【0010】ここで上記酸化炭素として実用性の高い化
合物としては、CO(一酸化炭素)、CO2 (二酸化炭
素)、C3 2 (二酸化三炭素,沸点7℃)を挙げるこ
とができる。酸化炭素には、この他にも分子内の炭素原
子数が酸素原子数よりも多い、亜酸化炭素と総称される
化合物が知られており、一酸化炭素中で無声放電を行っ
た場合に生成する組成の一定しない物質や、二酸化五炭
素、九酸化十二炭素(無水メリト酸)等がある。
The compounds having high utility as the carbon oxide include CO (carbon monoxide), CO 2 (carbon dioxide) and C 3 O 2 (tricarbon dioxide, boiling point 7 ° C.). Carbon dioxide is also known as a compound called carbon suboxide, which has a larger number of carbon atoms in the molecule than the number of oxygen atoms, and is generated when a silent discharge is performed in carbon monoxide. Pentacarbon dioxide, dodecacarbon nine oxide (melittic anhydride), and the like.

【0011】また、実用性の高い酸化窒素としては、N
2 O(酸化二窒素)、NO(一酸化窒素)、N2
3 (三酸化二窒素)、NO2 (二酸化窒素)、NO
3 (三酸化窒素)を挙げることができる。この他に知ら
れている酸化窒素としては、N2 5(五酸化二窒素)
とN2 6 (六酸化二窒素)があるが、前者は昇華点3
2.4℃(1気圧)の固体、後者は不安定な固体であ
る。
In addition, nitrogen oxides having high practicality include N 2
2 O (dinitrogen oxide), NO (nitrogen monoxide), N 2 O
3 (dinitrogen trioxide), NO 2 (nitrogen dioxide), NO
3 (nitrogen trioxide). Other known nitric oxides include N 2 O 5 (dinitrogen pentoxide).
And N 2 O 6 (dinitrogen hexaoxide), the former having a sublimation point of 3
A solid at 2.4 ° C. (1 atm), the latter being an unstable solid.

【0012】さらに、実用性の高い酸化イオウとして
は、SO(一酸化イオウ)、SO2 (二酸化イオウ)を
挙げることができる。この他にも数種類の酸化イオウが
知られているが、室温近傍では分解等により複雑な相や
組成を有する混合物として存在するものが多い。たとえ
ば、S2 3 (三酸化二イオウ)は加熱によりS,S
O,SO2 に分解する固体である。SO3 (三酸化イオ
ウ)は、室温近傍で液体、あるいは融点の異なるα型,
β型,γ型のいずれかの形をとる固体である。S27
(七酸化二イオウ)は融点0℃、昇華点10℃の固体で
ある。さらに、SO 4 (四酸化イオウ)は融点3℃の固
体であるが、酸素を発生して分解し、七酸化二イオウを
生成する。
Further, as highly practical sulfur oxide
Is SO (sulfur monoxide), SOTwo(Sulfur dioxide)
Can be mentioned. There are several other types of sulfur oxide
Although it is known, near room temperature, complicated phases and
Many exist as mixtures having a composition. for example
If STwoOThree(Sulfur trioxide) becomes S, S by heating
O, SOTwoIt is a solid that decomposes into SOThree(Io trioxide
C) is a liquid near room temperature, or α-type with a different melting point,
It is a solid that takes either β-type or γ-type. STwoO7
(Sulfur heptoxide) is a solid with a melting point of 0 ° C and a sublimation point of 10 ° C.
is there. Furthermore, SO Four(Sulfur tetroxide) is a solid with a melting point of 3 ° C.
Although it is a body, it generates oxygen and decomposes it, producing sulfur dioxide
Generate.

【0013】本発明はまた、前記エッチング・ガスとし
て、塩素系化合物もしくは臭素系化合物の少なくとも一
方を含むガスを用いるものである。
In the present invention, a gas containing at least one of a chlorine compound and a bromine compound is used as the etching gas.

【0014】本発明はまた、エッチング・プロセスを2
段階化し、上述のエッチング・ガスのいずれかを用いて
前記非Al含有化合物半導体層を実質的にその層厚分だ
けジャストエッチングした後、プラズマ中におけるフッ
素系化学種の生成比を前記ジャストエッチング時よりも
相対的に高めるごとくエッチング・ガスの成分混合比を
変更し、前記非Al含有化合物半導体層の残余部をオー
バーエッチングするものである。
[0014] The present invention also provides an etching process for two.
Stepping and just etching the non-Al-containing compound semiconductor layer substantially by the thickness of the non-Al-containing compound semiconductor layer using any of the above-described etching gases, and then adjusting the generation ratio of the fluorine-based chemical species in the plasma during the just etching The composition ratio of the etching gas is changed so as to be relatively higher than that, and the remaining portion of the non-Al-containing compound semiconductor layer is over-etched.

【0015】本発明はさらに、前記エッチング・ガスと
して放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを生成
するガスを用いるものである。
The present invention further uses a gas which generates free sulfur in plasma under discharge dissociation conditions as the etching gas.

【0016】[0016]

【作用】脱CFCプロセスを確立しようとする場合、異
方性加工に必要な側壁保護膜を構成する炭素系ポリマー
を気相中から供給しないとすれば、その供給源はレジス
ト・マスクに求めざるを得ない。しかし、レジスト・マ
スクの分解生成物を大量に供給すべく高い入射エネルギ
ー有するイオンでこれをスパッタしたのでは、レジスト
選択性や下地選択性が必然的に低下する上、下地へのダ
メージ発生やパーティクル汚染も防止できない。
When the carbon-based polymer constituting the side wall protective film required for anisotropic processing is not to be supplied from the gas phase when establishing a CFC removal process, the supply source is not required to be a resist mask. Not get. However, sputtering ions with high incident energy in order to supply a large amount of decomposition products of the resist mask will inevitably reduce the selectivity of the resist and the underlayer, and will cause damage to the underlayer and particles Pollution cannot be prevented.

【0017】本発明のポイントは、炭素系ポリマー自身
の膜質を強化することにより、その堆積量を減少させて
も十分に高い側壁保護効果または表面保護効果を発揮さ
せ、結果として高選択性、低ダメージ性、低汚染性を達
成する点にある。
The point of the present invention is that, by enhancing the film quality of the carbon-based polymer itself, a sufficiently high side wall protection effect or surface protection effect can be exerted even if the deposition amount is reduced. The point is to achieve damage and low pollution.

【0018】本発明では、酸化炭素、酸化窒素、酸化イ
オウの少なくともいずれかをエッチング・ガスの構成成
分のひとつとして使用する。これら無機酸化物は、分子
内に異種原子間の多重結合を有しており、幾つかの分極
構造の共鳴混成体として存在するが、これらの分極構造
のある種のものが高い重合促進活性を有する。この結
果、有機材料層の分解生成物に由来する炭素系ポリマー
の重合度が増し、強固な側壁保護膜が形成される。
In the present invention, at least one of carbon oxide, nitrogen oxide and sulfur oxide is used as one of the components of the etching gas. These inorganic oxides have multiple bonds between different atoms in the molecule and exist as resonance hybrids of several polarization structures, but certain of these polarization structures have high polymerization promoting activity. Have. As a result, the degree of polymerization of the carbon-based polymer derived from the decomposition product of the organic material layer increases, and a strong sidewall protective film is formed.

【0019】また、これらの無機酸化物の分解生成物
は、炭素系ポリマーにカルボニル基(>C=O),ニト
ロシル基(−N=O),ニトリル基(−NO2 ),チオ
ニル基>S=O),スルフリル基(−SO2 )等の極性
基を導入することができる。炭素系ポリマーにかかる極
性基が導入されると、単に−CX2 −(Xはハロゲン原
子を表す。)の繰り返し構造からなる従来の炭素系ポリ
マーよりも化学的,物理的安定性が増すことが、近年の
研究により明らかとなっている。
Decomposition products of these inorganic oxides include carbonyl groups (> C = O), nitrosyl groups (—N = O), nitrile groups (—NO 2 ), thionyl groups> S OO) and a polar group such as a sulfuryl group (—SO 2 ) can be introduced. When such a polar group is introduced into a carbon-based polymer, chemical and physical stability may be increased as compared with a conventional carbon-based polymer having a repeating structure of -CX 2- (X represents a halogen atom). Recent studies have revealed this.

【0020】この現象の理由に関する論拠は、おおよそ
次の2点である。そのひとつは、C−O結合(1077
kJ/mol)、C−N結合(770kJ/mol)、
N−O結合(631kJ/mol)、C−S結合(71
3kJ/mol)の原子間結合エネルギーが、いずれも
C−C結合(607kJ/mol)よりも大きいという
事実である。
The rationale for the reason for this phenomenon is roughly the following two points. One of them is a C—O bond (1077
kJ / mol), C—N bond (770 kJ / mol),
N—O bond (631 kJ / mol), C—S bond (71
This is the fact that the interatomic bond energies of 3 kJ / mol) are all larger than the CC bond (607 kJ / mol).

【0021】いまひとつは、上記の官能基の導入により
炭素系ポリマーの極性が増大し、負に帯電しているエッ
チング中のウェハに対してその静電吸着力が高まるとい
うものである。このことによっても、炭素系ポリマーの
表面保護効果は向上する。
The other is that the introduction of the above functional group increases the polarity of the carbon-based polymer and increases its electrostatic attraction to the negatively charged wafer being etched. This also improves the surface protection effect of the carbon-based polymer.

【0022】このように、炭素系ポリマー自身の膜質が
強化されることにより、異方性加工に必要な入射イオン
・エネルギーを低減させることができ、レジスト選択性
を向上させることができる。このことは、比較的薄いフ
ォトレジスト塗膜からも十分に実用に耐えるエッチング
・マスクが形成できるようになり、加工寸法変換差の発
生を防止できる一方で、フォトリソグラフィにおける高
解像度を達成できるという波及効果も生む。また、入射
イオン・エネルギーの低減は、当然ながら下地選択性の
向上にもつながる。さらに、高異方性、高選択性を達成
するために必要な炭素系ポリマーの堆積量を低減できる
ので、従来技術に比べてパーティクル汚染を減少させる
ことができる。
As described above, by enhancing the film quality of the carbon-based polymer itself, incident ion energy required for anisotropic processing can be reduced, and resist selectivity can be improved. This means that a relatively thin photoresist coating film can be used to form an etching mask that can withstand practical use. This can prevent the occurrence of a difference in processing size conversion, while achieving high resolution in photolithography. It produces effects. In addition, a reduction in incident ion energy naturally leads to an improvement in base selectivity. Furthermore, the amount of carbon-based polymer deposited necessary for achieving high anisotropy and high selectivity can be reduced, so that particle contamination can be reduced as compared with the prior art.

【0023】ところで、非Al含有/Al含有化合物半
導体層の積層系のエッチングにおける下地選択性の達成
が原理的にAlFx の生成にもとづいている以上、エッ
チング反応系にはF* 等のフッ素系化学種が存在するこ
とが必要である。かかる要件を満たすエッチング・ガス
として、本発明では上述の無機酸化物に加え、フッ素系
化合物を他の構成成分として用いる。
By the way, since the underlayer selectivity in the etching of the laminated system of the non-Al-containing / Al-containing compound semiconductor layer is based on the generation of AlF x in principle, the etching reaction system includes fluorine-based compounds such as F *. It is necessary that the species be present. In the present invention, as an etching gas satisfying such requirements, a fluorine-based compound is used as another component in addition to the above-described inorganic oxide.

【0024】しかし、エッチング反応系に存在するハロ
ゲン系化学種がフッ素系化学種のみであると、化合物半
導体層の構成元素によっては蒸気圧の高い反応生成物が
得られず、エッチング速度が大幅に低下する虞れがあ
る。そこで本発明ではさらに、上記のエッチング・ガス
にCl系化合物もしくはBr系化合物の少なくとも一方
を添加することを提案する。これにより、エッチング反
応系にCl* ,Br* 等の化学種が寄与できるようにな
り、エッチングが高速化できる他、炭素系ポリマーとし
てもCClx ,CBrx 等のより堆積し易い組成のもの
が期待できるようになる。
However, if the fluorine-based chemical species present in the etching reaction system is only a fluorine-based chemical species, a reaction product having a high vapor pressure cannot be obtained depending on the constituent elements of the compound semiconductor layer, and the etching rate is significantly reduced. There is a possibility that it will decrease. Therefore, the present invention further proposes to add at least one of a Cl-based compound and a Br-based compound to the above-mentioned etching gas. As a result, chemical species such as Cl * and Br * can contribute to the etching reaction system, so that the etching can be performed at a high speed, and a carbon-based polymer having a composition that is more easily deposited such as CCl x or CBr x can be used. You can expect it.

【0025】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらに一層の高選択化、低汚染化、低ダメー
ジ化を図る方法も提案する。そのひとつは、エッチング
をジャストエッチング工程とオーバーエッチング工程と
に2段階化し、オーバーエッチング工程においてプラズ
マ中におけるF系化学種の生成比を高めることである。
オーバーエッチング工程では非Al含有化合物半導体層
の大部分は除去され、被エッチング領域の多くの部分に
は下地のAl含有化合物半導体層が露出している。そこ
で、この段階でF系化学種の生成量を増やせば、その露
出面上でAlFx の生成が促進され、選択性が向上する
のである。
The present invention is based on the above concept, but also proposes a method for further increasing the selection, lowering the contamination and reducing the damage. One of them is to make etching into two stages, a just etching process and an over etching process, and to increase the generation ratio of F type chemical species in plasma in the over etching process.
In the over-etching step, most of the non-Al-containing compound semiconductor layer is removed, and the underlying Al-containing compound semiconductor layer is exposed in many parts of the region to be etched. Therefore, if the generation amount of the F-based chemical species is increased at this stage, the generation of AlF x on the exposed surface is promoted, and the selectivity is improved.

【0026】F系化学種の生成比を高める最も現実的で
簡便な方法は、エッチング・ガスの構成成分のうち、F
系化学種を放出し得る化合物の流量比をジャストエッチ
ング工程に比べて高めることである。
The most realistic and simple method for increasing the generation ratio of F-based chemical species is to use F among the constituents of the etching gas.
An object of the present invention is to increase the flow ratio of the compound capable of releasing a system chemical species as compared with the just etching step.

【0027】また、もうひとつの方法としては、炭素系
ポリマーに加えてイオウ(S)を側壁保護に利用するこ
とを提案する。Sの堆積は、放電解離条件下でプラズマ
中に遊離のSを放出できる組成のエッチング・ガスを用
いることにより可能となる。Sは昇華性物質であり、通
常のドライエッチングが行われるような高真空下であれ
ば、条件にもよるがウェハがおおよそ90℃以下に温度
制御されている場合にその表面へ堆積することができ
る。この場合、Sは上述のF系化合物,Cl系化合物,
Br系化合物のいずれかからハロゲン系化学種と同時に
供給されても、あるいは別に添加されたイオウ系化合物
から供給されても、どちらでも構わない。
As another method, it is proposed to use sulfur (S) for protecting the side wall in addition to the carbon-based polymer. S can be deposited by using an etching gas having a composition capable of releasing free S into plasma under discharge dissociation conditions. S is a sublimable substance, which can be deposited on the surface of a wafer under a high vacuum at which normal dry etching is performed, when the temperature of the wafer is controlled to about 90 ° C. or lower, depending on conditions. it can. In this case, S is the above-mentioned F-based compound, Cl-based compound,
It may be supplied from any of the Br-based compounds simultaneously with the halogen-based chemical species, or may be supplied from a sulfur-based compound added separately.

【0028】また、エッチング反応系に窒素系化学種が
存在している場合には、上記Sの少なくとも一部がこの
窒素系化学種と反応し、ポリチアジル(SN)x を始め
とする種々の窒化イオウ系化合物が生成する可能性があ
る。この窒化イオウ系化合物は昇華性もしくは熱分解性
物質であり、ウェハがおおよそ130℃以下に温度制御
されている場合に、その表面へ堆積することができる。
When a nitrogen-based chemical species is present in the etching reaction system, at least a part of the S reacts with the nitrogen-based chemical species to form various nitrides such as polythiazyl (SN) x. Sulfur-based compounds may be formed. This sulfur nitride-based compound is a sublimable or thermally decomposable substance, and can be deposited on the surface of the wafer when the temperature of the wafer is controlled to about 130 ° C. or lower.

【0029】これらSや窒化イオウ系化合物の堆積が期
待できる場合には、その分、炭素系ポリマーの堆積量が
少なくて済む。このため、レジスト・マスクをスパッタ
するイオンの入射エネルギーを低減してレジスト選択比
を向上させることができ、またパーティクル汚染を低減
することができる。なお、Sや窒化イオウ系化合物は、
エッチング終了後にウェハをそれぞれ上述の温度以上に
加熱するか、酸素系プラズマ処理を行うことにより、容
易に昇華,分解,燃焼等の機構にしたがって除去するこ
とができ、あるいは、レジスト・アッシングが行われる
プロセスであれば、このアッシング時に燃焼除去するよ
うにしても良い。いずれにしても、Sや窒化イオウ系化
合物そのものがパーティクル汚染源となる懸念は、一切
ない。
If the deposition of S or sulfur nitride-based compound can be expected, the amount of carbon-based polymer deposited can be reduced accordingly. For this reason, the incident energy of ions for sputtering the resist mask can be reduced to improve the resist selectivity, and particle contamination can be reduced. Note that S and sulfur nitride-based compounds are
After the etching is completed, the wafers can be easily removed according to a mechanism such as sublimation, decomposition, combustion, or the like by heating the wafers to a temperature equal to or higher than the above-described temperature or performing an oxygen-based plasma treatment, or resist ashing is performed. If it is a process, it may be burned and removed at the time of this ashing. In any case, there is no concern that S or the sulfur nitride-based compound itself may be a source of particle contamination.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.

【0031】実施例1 本実施例は、本発明をHEMTのゲート・リセス加工に
適用し、n+ −AlGaAs層上のn+ −GaAs層を
CO/NF3 /Ar混合ガスを用いてエッチングした例
である。このプロセスを、図1(a),(c),(d)
を参照しながら説明する。
[0031] Example 1 This example, the present invention is applied to a gate recess process of HEMT, the n + -GaAs layer on n + -AlGaAs layer was etched using a CO / NF 3 / Ar mixed gas It is an example. This process is shown in FIGS. 1 (a), (c), (d)
This will be described with reference to FIG.

【0032】本実施例においてエッチング・サンプルと
して使用したウェハは、図1(a)に示されるように、
半絶縁性GaAs基板1上にエピタキシャル成長により
形成され、バッファ層として機能する厚さ約500nm
のepi−GaAs層2、厚さ約2nmのAlGaAs
層3、Si等のn型不純物がドープされた厚さ約30n
mのn+ −AlGaAs層4、同様にn型不純物を含む
厚さ約100nmのn + −GaAs層5、所定の形状に
パターニングされたレジスト・マスク(PR)6が順次
積層されてなるものである。上記レジスト・マスク6の
パターニングは、電子ビーム描画法による露光と現像処
理により行われており、開口部6aの開口径は約300
nmである。
In this embodiment, the etching sample
The wafer used as shown in FIG.
Epitaxial growth on semi-insulating GaAs substrate 1
About 500 nm thick formed and functioning as a buffer layer
Epi-GaAs layer 2, AlGaAs having a thickness of about 2 nm
Layer 3, about 30 n thick doped with n-type impurities such as Si
m for n+-AlGaAs layer 4, similarly containing n-type impurities
N about 100 nm thick +-GaAs layer 5, in a predetermined shape
Patterned resist mask (PR) 6 is sequentially
It is formed by lamination. Of the resist mask 6
Patterning is performed by exposing and developing by electron beam lithography.
The opening diameter of the opening 6a is about 300
nm.

【0033】このウェハをRFバイアス印加型の有磁場
マイクロ波プラズマ・エッチング装置のウェハ載置電極
にセットし、一例として下記の条件で上記n+ −GaA
s層5をエッチングした。 CO流量 40 SCCM NF3 流量 40 SCCM Ar流量 90 SCCM ガス圧 1.5 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 40 W(2 MHz) ウェハ載置電極温度 20 ℃ このエッチング過程では、NF3 から生成するF* がn
+ −GaAs層5中のAsをAsF3 ,AsF5 等の形
で、またGaをGaF3 等の形で引き抜く。ただし、G
aF3 は通常のエッチング反応系では蒸気圧が低いた
め、上記の条件はGaF3 の脱離を促進するためにAr
+ のイオン・スパッタ作用を利用することを意図したも
のとなっている。
This wafer was set on a wafer mounting electrode of an RF bias applied magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the above n + -GaAs was formed under the following conditions.
The s layer 5 was etched. CO flow rate 40 SCCM NF 3 flow rate 40 SCCM Ar flow rate 90 SCCM Gas pressure 1.5 Pa Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 40 W (2 MHz) Wafer mounting electrode temperature 20 ° C. In this etching process, F * generated from NF 3 is n.
The As in the + −GaAs layer 5 is extracted in the form of AsF 3 , AsF 5 and the like, and Ga is extracted in the form of GaF 3 and the like. Where G
Since aF 3 has a low vapor pressure in a normal etching reaction system, the above-mentioned conditions are preferable because ArF is used to promote desorption of GaF 3.
It is intended to take advantage of the + ion sputtering action.

【0034】またこれと同時に、レジスト・マスク6の
分解生成物に由来してCFx が生成し、さらにカルボニ
ル基やC−O結合等がその構造中に取り込まれて強固な
炭素系ポリマーが生成した。この炭素系ポリマーは、生
成量こそ従来プロセス程多くはないが、パターン側壁部
に堆積して図1(c)に示されるような側壁保護膜7を
形成し、少量でも高いエッチング耐性を発揮し、異方性
加工に寄与した。ただし、図中の側壁保護膜7は図示の
都合上、実際よりもかなり厚く描かれている。
[0034] At the same time, CF x is generated from the decomposition products of the resist mask 6, produces a robust carbonaceous polymer further carbonyl group and C-O bond or the like is incorporated in the structure did. Although the amount of this carbon-based polymer is not as large as that of the conventional process, it is deposited on the pattern side wall to form the side wall protective film 7 as shown in FIG. , Contributed to anisotropic processing. However, the side wall protective film 7 in the figure is drawn much thicker than it actually is for the sake of illustration.

【0035】この結果、垂直壁を有するリセス5aが形
成された。このとき、下地のn+ −AlGaAs層4が
露出した部分では、その表面にAlFx が形成され、エ
ッチング速度を大幅に低下させる役割を果たした。
As a result, a recess 5a having a vertical wall was formed. At this time, in the portion where the underlying n + -AlGaAs layer 4 was exposed, AlF x was formed on the surface thereof, and played a role of greatly reducing the etching rate.

【0036】次に、上記のウェハについてO2 プラズマ
処理を行ったところ、図1(d)に示されるように、側
壁保護膜7が燃焼除去された。
Next, when the above wafer was subjected to O 2 plasma treatment, as shown in FIG. 1D, the side wall protective film 7 was removed by burning.

【0037】この後のゲート電極の形成は、従来公知の
方法にしたがって行えば良い。このプロセスを、図2を
参照しながら説明する。すなわち、上記ウェハに対して
Alの電子ビーム蒸着を行うことにより、一例として厚
さ約200nmのAl層を形成した。この蒸着は、微細
な開口径を有するリセス5aの内部おいてステップ・カ
バレッジ(段差被覆性)が劣化することを利用したもの
であり、図2(a)に示されるように、レジスト・マス
ク6の表面には上部Al層8a、リセス5a底部には下
部Al層8bがそれぞれ形成された。
The subsequent formation of the gate electrode may be performed according to a conventionally known method. This process will be described with reference to FIG. That is, an Al layer having a thickness of about 200 nm was formed as an example by performing electron beam evaporation of Al on the wafer. This vapor deposition is based on the fact that step coverage (step coverage) is degraded inside the recess 5a having a fine opening diameter, and as shown in FIG. An upper Al layer 8a was formed on the surface of the substrate, and a lower Al layer 8b was formed on the bottom of the recess 5a.

【0038】次に、レジスト・マスク6をリフト・オフ
すると、図2(b)に示されるように上部Al層8aも
同時に除去され、リセス5a底部にゲート電極となる下
部Al層8bのみを残すことができた。
Next, when the resist mask 6 is lifted off, the upper Al layer 8a is simultaneously removed as shown in FIG. 2B, leaving only the lower Al layer 8b serving as a gate electrode at the bottom of the recess 5a. I was able to.

【0039】実施例2 本実施例では、同じn+ −GaAs層を、SO/NF3
/Ar混合ガスを用いてエッチングした。エッチング条
件は、COをSOに替えた他は、実施例1と同じであ
る。本実施例において、F* を主エッチング種とするn
+ −GaAs層5のエッチング機構、および側壁保護機
構、下地選択性の達成機構等は、ほぼ実施例1で上述し
たとおりである。ただし本実施例では、チオニル基やC
−S結合等を取り込んだ炭素系ポリマーが側壁保護膜7
の形成に寄与することになる。
Embodiment 2 In this embodiment, the same n + -GaAs layer is formed by using SO / NF 3
Etching was performed using a / Ar mixed gas. The etching conditions were the same as in Example 1 except that CO was replaced with SO. In this embodiment, n in which F * is the main etching species
The etching mechanism of the + -GaAs layer 5, the side wall protection mechanism, the mechanism for achieving the underlayer selectivity, and the like are almost the same as those described in the first embodiment. However, in this embodiment, a thionyl group or a C
The carbon-based polymer incorporating the -S bond or the like is
Will contribute to the formation of

【0040】本実施例によっても、良好な異方性形状を
有するリセス5aを形成することができた。
According to the present embodiment, the recess 5a having a good anisotropic shape could be formed.

【0041】実施例3 本実施例では、同じn+ −GaAs層を、NO/NF3
/Ar混合ガスを用いてエッチングした。エッチング条
件は、COをNOに替えた他は、実施例1と同じであ
る。本実施例において、F* を主エッチング種とするn
+ −GaAs層5のエッチング機構、および側壁保護機
構、下地選択性の達成機構等は、ほぼ実施例1で上述し
たとおりである。ただし本実施例では、ニトロシル基や
C−N結合等を取り込んだ炭素系ポリマーが側壁保護膜
7の形成に寄与することになる。
Embodiment 3 In this embodiment, the same n + -GaAs layer is formed by using NO / NF 3
Etching was performed using a / Ar mixed gas. The etching conditions were the same as in Example 1 except that CO was changed to NO. In this embodiment, n in which F * is the main etching species
The etching mechanism of the + -GaAs layer 5, the side wall protection mechanism, the mechanism for achieving the underlayer selectivity, and the like are almost the same as those described in the first embodiment. However, in this embodiment, the carbon-based polymer incorporating a nitrosyl group, a C—N bond, and the like contributes to the formation of the sidewall protective film 7.

【0042】本実施例によっても、良好な異方性形状を
有するリセス5aを形成することができた。
According to the present embodiment, the recess 5a having a good anisotropic shape can be formed.

【0043】実施例4 本実施例では、同じn+ −GaAs層を、C3 2 /N
3 /Cl2 混合ガスを用いてエッチングした。以下
に、エッチング条件の一例を示す。 C3 2 流量 40 SCCM NF3 流量 30 SCCM Cl2 流量 50 SCCM ガス圧 1.5 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 30 W(2 MHz) ウェハ載置電極温度 20 ℃
Embodiment 4 In this embodiment, the same n + -GaAs layer is formed by forming C 3 O 2 / N
Etching was performed using an F 3 / Cl 2 mixed gas. The following shows an example of the etching conditions. C 3 O 2 flow rate 40 SCCM NF 3 flow rate 30 SCCM Cl 2 flow rate 50 SCCM Gas pressure 1.5 Pa Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 30 W (2 MHz) Wafer mounting electrode temperature 20 ° C.

【0044】このエッチング過程では、NF3 から生成
するF* とCl2 から生成するCl * が主エッチング種
となり、Asを主としてAsF3 ,AsF5 ,AsCl
3 等の形で、またGaを主としてGaCl3 等の形で引
き抜いた。本実施例では、Gaを蒸気圧の高い塩化物の
形で除去できるため、実施例1に比べてRFバイアス・
パワーが低減されているにもかかわらず、高速エッチン
グが進行した。
In this etching process, NFThreeGenerate from
F*And ClTwoCl generated from *Is the main etching species
Where As is mainly AsFThree, AsFFive, AsCl
ThreeAnd Ga is mainly GaClThreePull in the form of
I got through. In the present embodiment, Ga is converted to chloride having a high vapor pressure.
RF bias and RF bias
Fast etchin despite reduced power
Progress.

【0045】また、レジスト・マスク6の分解生成物に
由来してCClx が生成し、これにC3 2 に由来する
カルボニル基やC−O結合が導入され、強固な側壁保護
膜7が形成された。このときの分解生成物の供給量は、
RFバイアス・パワーの低減により実施例1よりも少な
いが、CClx の堆積性がCFx よりも優れているた
め、側壁保護効果が何ら低下することはなかった。
Further, CCl x is generated from the decomposition product of the resist mask 6, and a carbonyl group or C—O bond derived from C 3 O 2 is introduced into the CCl x to form a strong sidewall protective film 7. Been formed. The amount of decomposition products supplied at this time is
Although less than that of Example 1 due to the reduction of the RF bias power, since the deposition property of CCl x was superior to that of CF x , the sidewall protection effect did not decrease at all.

【0046】本実施例によっても、良好な異方性形状を
有するリセス5aを形成することができた。本実施例に
おいて、n+ −AlGaAs層4に対する選択比は約5
0であった。
According to the present embodiment, the recess 5a having a good anisotropic shape could be formed. In this embodiment, the selectivity with respect to the n + -AlGaAs layer 4 is about 5
It was 0.

【0047】なお、上記のCl2 の代わりにHBrを用
いても、同様に良好な異方性加工を行うことができた。
この場合、炭素系ポリマーとしてCBrx が生成するの
で、レジスト・マスク6に対する選択性をさらに向上さ
せることができた。
Even when HBr was used in place of the above Cl 2 , good anisotropic processing could be performed similarly.
In this case, since CBr x is generated as a carbon-based polymer, the selectivity to the resist mask 6 could be further improved.

【0048】実施例5 本実施例では、同じn+ −GaAs層を、SO2 /NF
3 /Cl2 混合ガスを用いてエッチングした。エッチン
グ条件は、C3 2 をSO2 に替えた他は実施例4と同
じである。本実施例において、F* ,Cl* を主エッチ
ング種とするn+ −GaAs層5のエッチング機構、お
よび側壁保護機構、下地選択性の達成機構等は、ほぼ実
施例4で上述したとおりである。ただし本実施例では、
チオニル基やC−S結合等を取り込んだ炭素系ポリマー
が側壁保護膜7の構成成分として含まれることになる。
Embodiment 5 In this embodiment, the same n + -GaAs layer is formed by using SO 2 / NF
Etching was performed using a 3 / Cl 2 mixed gas. The etching conditions were the same as in Example 4 except that C 3 O 2 was replaced with SO 2 . In the present embodiment, the etching mechanism of the n + -GaAs layer 5 using F * and Cl * as main etching species, the side wall protection mechanism, the mechanism for achieving base selectivity, and the like are almost the same as those described in the fourth embodiment. . However, in this embodiment,
A carbon-based polymer incorporating a thionyl group, a C—S bond, or the like is included as a component of the sidewall protective film 7.

【0049】本実施例において、n+ −AlGaAs層
4に対する選択比は約50であった。
In this embodiment, the selectivity with respect to the n + -AlGaAs layer 4 was about 50.

【0050】なお、上記のCl2 の代わりにHBrを用
いても、同様に良好な異方性加工を行うことができた。
この場合、炭素系ポリマーとしてCBrx が生成するの
で、レジスト・マスク6に対する選択性をさらに向上さ
せることができた。
Even when HBr was used instead of Cl 2 , good anisotropic processing could be performed similarly.
In this case, since CBr x is generated as a carbon-based polymer, the selectivity to the resist mask 6 could be further improved.

【0051】実施例6 本実施例では、同じn+ −GaAs層を、N2 O/NF
3 /Cl2 混合ガスを用いてエッチングした。エッチン
グ条件は、C3 2 をN2 Oに替えた他は実施例4と同
じである。本実施例において、F* ,Cl* を主エッチ
ング種とするn+ −GaAs層5のエッチング機構、お
よび側壁保護機構、下地選択性の達成機構等は、ほぼ実
施例4で上述したとおりである。ただし本実施例では、
ニトロシル基やC−N結合等を取り込んだ炭素系ポリマ
ーが側壁保護膜7の構成成分として含まれることにな
る。
Embodiment 6 In this embodiment, the same n + -GaAs layer is formed by N 2 O / NF.
Etching was performed using a 3 / Cl 2 mixed gas. The etching conditions were the same as in Example 4 except that C 3 O 2 was changed to N 2 O. In the present embodiment, the etching mechanism of the n + -GaAs layer 5 using F * and Cl * as main etching species, the side wall protection mechanism, the mechanism for achieving base selectivity, and the like are almost the same as those described in the fourth embodiment. . However, in this embodiment,
A carbon-based polymer incorporating a nitrosyl group, a C—N bond, or the like is included as a component of the sidewall protective film 7.

【0052】実施例7 本実施例では、エッチング工程を2段階化し、CO/N
3 /Cl2 混合ガスを用いてn+ −GaAs層をジャ
ストエッチングした後、上記混合ガス中のNF 3 の含量
比を高めてn+ −GaAs層の残余部を除去するための
オーバーエッチングを行った。このプロセスを、図1
(a),(b),(c)を参照しながら説明する。
[0052]Example 7 In this embodiment, the etching process is divided into two stages and the CO / N
FThree/ ClTwoN using mixed gas+-GaAs layer
After the strike etching, the NF ThreeContent of
Increase the ratio to n+-For removing the remainder of the GaAs layer
Over-etching was performed. This process is illustrated in FIG.
Description will be made with reference to (a), (b), and (c).

【0053】まず、図1(a)に示されるウェハについ
て、一例として下記の条件でn+ −GaAs層5をジャ
ストエッチングした。 CO流量 40 SCCM NF3 流量 30 SCCM(エッチング
・ガス中の含量比25%) Cl2 流量 50 SCCM ガス圧 1.5 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 30 W(2 MHz) ウェハ載置電極温度 20 ℃ ジャストエッチング終了時のウェハの状態は図1(b)
に示されるとおりであり、リセス5aの底部に若干のn
+ −GaAs層5の残余部5bが残った状態であった。
First, on the wafer shown in FIG. 1A, as an example, the n + -GaAs layer 5 was just etched under the following conditions. CO flow rate 40 SCCM NF 3 flow rate 30 SCCM (content ratio in etching gas 25%) Cl 2 flow rate 50 SCCM gas pressure 1.5 Pa Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 30 W (2 MHz) Wafer mounting electrode temperature 20 ° C. The state of the wafer at the end of just etching is shown in FIG.
At the bottom of the recess 5a.
The remaining portion 5b of the + -GaAs layer 5 was left.

【0054】次に、エッチング条件を一例として下記の
ように切り替え、上記残余部5bを除去するためのオー
バーエッチングを行った。 CO流量 40 SCCM NF3 流量 60 SCCM(エッチング
・ガス中の含量比50%) Cl2 流量 20 SCCM ガス圧 1.5 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 15 W(2 MHz) ウェハ載置電極温度 20 ℃ このオーバーエッチング工程では、NF3 の含量比がジ
ャストエッチング工程に比べて増大されていることによ
り、n+ −AlGaAs層4の露出面上においてAlF
x の生成が促進された。また、RFバイアス・パワーも
ジャストエッチング工程に比べて半減されていた。この
結果、図1(c)に示されるように、残余部5bを除去
した後にも下地のn+ −AlGaAs層4には何ら悪影
響が及ぶことはなかった。本実施例において、n+ −A
lGaAs層4に対する選択比は100以上に向上し
た。
Next, the etching conditions were switched as follows, as an example, and over-etching was performed to remove the remaining portion 5b. CO flow rate 40 SCCM NF 3 flow rate 60 SCCM (content ratio in etching gas 50%) Cl 2 flow rate 20 SCCM gas pressure 1.5 Pa Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 15 W (2 MHz) Wafer mounting electrode temperature 20 ° C. In this over-etching step, the content ratio of NF 3 is increased as compared with the just-etching step, so that the n + -AlGaAs layer 4 is formed. AlF on the exposed surface of
Production of x was promoted. Also, the RF bias power was reduced by half compared to the just etching process. As a result, as shown in FIG. 1C, even after the removal of the remaining portion 5b, no adverse effect was exerted on the underlying n + -AlGaAs layer 4. In this embodiment, n + -A
The selectivity with respect to the lGaAs layer 4 was improved to 100 or more.

【0055】実施例8 本実施例では、同じn+ −GaAs層を、C3 2 /N
3 /S2 Cl2 混合ガスを用いて1段階プロセスによ
りエッチングした。エッチング条件の一例は、下記のと
おりである。 C3 2 流量 40 SCCM NF3 流量 30 SCCM S2 Cl2 流量 50 SCCM ガス圧 1.5 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 20 W(2 MHz) ウェハ載置電極温度 20 ℃
Embodiment 8 In this embodiment, the same n + -GaAs layer is formed by forming C 3 O 2 / N
Etching was performed by a one-step process using a mixed gas of F 3 / S 2 Cl 2 . An example of the etching conditions is as follows. C 3 O 2 flow rate 40 SCCM NF 3 flow rate 30 SCCM S 2 Cl 2 flow rate 50 SCCM Gas pressure 1.5 Pa Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 20 W (2 MHz) Wafer mounting electrode temperature 20 ° C.

【0056】このエッチング過程では、カルボニル基等
の導入により強化された炭素系ポリマーの他に、S2
2 から解離生成するSも側壁保護膜7の構成成分に加
わった。さらに、Sの一部はNF3 由来のN系化学種と
反応し、ポリチアジル(SN)x を主体とする窒化イオ
ウ系化合物を生成した。したがって、CO/NF3 /C
2 系を用いた実施例7のジャストエッチング工程に比
べてRFバイアス・パワーを若干下げた条件下でも良好
な異方性エッチングが進行し、レジスト・マスク6に対
する選択性が向上した。
In this etching process, in addition to the carbon-based polymer reinforced by the introduction of carbonyl groups and the like, S 2 C
S generated by dissociation from l 2 was also added to the components of the sidewall protective film 7. Further, a part of S reacted with N-based chemical species derived from NF 3 to generate a sulfur nitride-based compound mainly composed of polythiazyl (SN) x . Therefore, CO / NF 3 / C
Compared with the just etching process of the seventh embodiment using the l 2 system, good anisotropic etching progressed even under the condition that the RF bias power was slightly lowered, and the selectivity to the resist mask 6 was improved.

【0057】また、炭素系ポリマーの生成量を相対的に
減少させることができたので、パーティクル汚染が効果
的に抑制された。Sおよび窒化イオウ系化合物は、側壁
保護膜7の除去を行うためのO2 プラズマ処理を行うと
容易に昇華除去もしくは燃焼除去され、何らウェハ上に
残存することはなかった。
Further, since the amount of carbon-based polymer produced could be relatively reduced, particle contamination was effectively suppressed. S and the sulfur nitride-based compound were easily removed by sublimation or burned off by O 2 plasma treatment for removing the sidewall protective film 7, and did not remain on the wafer at all.

【0058】実施例9 本実施例は、NO/S2 2 /Cl2 混合ガスを用いた
2段階エッチングの例であり、オーバーエッチング工程
ではジャストエッチング工程に比べて上記混合ガス中の
2 2 の流量比を高めた。ジャストエッチング工程の
条件は、一例として下記のとおりである。
Embodiment 9 This embodiment is an example of two-step etching using a mixed gas of NO / S 2 F 2 / Cl 2. In the over-etching step, the S 2 in the mixed gas is compared with the just-etching step. It increased the flow ratio of F 2. The conditions of the just etching step are as follows as an example.

【0059】 NO流量 40 SCCM S2 2 流量 30 SCCM(エッチング
・ガス中の含量比25%) Cl2 流量 50 SCCM ガス圧 1.5 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 20 W(2 MHz) ウェハ載置電極温度 20 ℃ このジャストエッチング工程では、強化された炭素系ポ
リマー、S2 2 から生成するS、さらにこのSがNO
由来のN系化学種と反応することにより生成する窒化イ
オウ系化合物等により側壁保護膜7が形成された。した
がって、実施例6に比べて低バイアス化された条件下で
も、良好な異方性エッチングが進行した。
NO flow rate 40 SCCM S 2 F 2 flow rate 30 SCCM (content ratio in etching gas 25%) Cl 2 flow rate 50 SCCM Gas pressure 1.5 Pa Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 20 W (2 MHz) Wafer mounting electrode temperature 20 ° C. In this just etching step, S generated from a reinforced carbon-based polymer, S 2 F 2 , and S is NO
The sidewall protective film 7 was formed by a sulfur nitride-based compound or the like generated by reacting with the derived N-based chemical species. Therefore, favorable anisotropic etching progressed even under the condition where the bias was lower than that in Example 6.

【0060】次に、エッチング条件を一例として下記の
ように切り替え、残余部5bを除去するためのオーバー
エッチングを行った。 NO流量 40 SCCM S2 2 流量 50 SCCM(エッチング
・ガス中の含量比42%) Cl2 流量 30 SCCM ガス圧 1.5 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 10 W(2 MHz) ウェハ載置電極温度 20 ℃ このオーバーエッチング工程では、S2 2 の含量比が
ジャストエッチング工程に比べて増大されることによ
り、F* とSの生成量がジャストエッチング工程に比べ
て増大し、高選択エッチングを行うことができた。
Next, the etching conditions were switched as follows, as an example, and over-etching was performed to remove the remaining portion 5b. NO flow rate 40 SCCM S 2 F 2 flow rate 50 SCCM (content ratio in etching gas: 42%) Cl 2 flow rate 30 SCCM gas pressure 1.5 Pa Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 10 W (2 MHz) Wafer mounting electrode temperature 20 ° C. In this overetching step, the content ratio of S 2 F 2 is increased compared to the just etching step, so that F * and S The amount of generation increased compared to the just etching step, and highly selective etching could be performed.

【0061】以上、本発明を9例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。まず、上述の各実施例では化合物半導体
層の積層系としてGaAs/AlGaAs積層系を例示
したが、本発明は下層側にAlが含まれていれば従来公
知の他の化合物半導体の積層系にも適用可能である。た
とえば、GaP/AlGaP,InP/AlInP,G
aN/AlGaN,InAs/AlInAs等の2元素
系/3元素系の積層系、さらにあるいは3元素系/4元
素系の積層系等のエッチングにも適用できる。
Although the present invention has been described based on the nine embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. First, in each of the above-described embodiments, a GaAs / AlGaAs stacked system is exemplified as a stacked system of compound semiconductor layers. However, the present invention can be applied to other conventionally known stacked systems of compound semiconductors as long as Al is contained in the lower layer side. Applicable. For example, GaP / AlGaP, InP / AlInP, G
The present invention can also be applied to etching of a two-element / three-element stacked system such as aN / AlGaN, InAs / AlInAs, or a three-element / four-element stacked system.

【0062】さらに本発明は、非Al含有/Al含有化
合物半導体の積層系のエッチングが必要とされるプロセ
スであれば、上述のようなHEMTのゲート・リセス加
工に限られず、たとえば量子ホール素子や半導体レーザ
素子の加工等にも適用可能である。
Furthermore, the present invention is not limited to the above-described HEMT gate recess processing as long as the process requires etching of a stacked system of non-Al-containing / Al-containing compound semiconductors. The present invention is also applicable to processing of a semiconductor laser device and the like.

【0063】フッ素系化合物としては、上述のNF3
2 2 の他、SF6 ,ClF3 ,SF2 ,SF4 ,S
2 10等を使用することができる。このうち後三者は、
Sの供給源を兼ねる。塩素系化合物としては、上述のC
2 ,S2 Cl2 の他、HCl,BCl3 、およびS3
Cl2 ,SCl2 等の他の塩化イオウを使用することが
できる。このうち塩化イオウは、Sの供給源を兼ねる。
Examples of the fluorine compound include NF 3 ,
In addition to S 2 F 2 , SF 6 , ClF 3 , SF 2 , SF 4 , S
It can be used 2 F 10 or the like. The latter three are
Also serves as a source of S. As the chlorine-based compound, the above-mentioned C
l 2 , S 2 Cl 2 , HCl, BCl 3 , and S 3
Other sulfur chlorides such as Cl 2 , SCl 2 can be used. Of these, sulfur chloride also serves as a source of S.

【0064】臭素系化合物としては、上述のHBrの
他、Br2 ,BBr3 、およびS3 BBr2 ,S2 Br
2 ,SBr2 等の臭化イオウ等を使用することができ
る。このうち臭化イオウは、Sの供給源を兼ねる。S供
給源としては、上述のフッ化イオウ,塩化イオウ,臭化
イオウのようにハロゲン系化学種も同時に供給し得る化
合物の他、H2 Sも使用できる。
As the bromine compound, in addition to the above-mentioned HBr, Br 2 , BBr 3 , S 3 BBr 2 , S 2 Br
2 , sulfur bromide such as SBr 2 can be used. Of these, sulfur bromide also serves as a supply source of S. As the S supply source, H 2 S can be used in addition to compounds capable of simultaneously supplying halogen-based chemical species such as sulfur fluoride, sulfur chloride, and sulfur bromide described above.

【0065】その他、サンプル・ウェハの構成、エッチ
ング条件、使用するエッチング装置、無機酸化物と各種
ハロゲン系化合物の組み合わせ等が適宜変更可能である
ことは、言うまでもない。
In addition, it goes without saying that the configuration of the sample wafer, the etching conditions, the etching apparatus to be used, the combination of the inorganic oxide and the various halogen compounds, and the like can be appropriately changed.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではGaAs/AlGaAs積層系に代表される非A
l含有/Al含有化合物半導体の積層系の選択異方性エ
ッチングにおいて、酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウの
いずれかを含むエッチング・ガスを使用することによ
り、炭素系ポリマーの膜質を強化し、その堆積量を減少
させても高異方性、高選択性を達成することが可能とな
る。これら無機酸化物を放電解離条件下でSを放出し得
るイオウ系化合物と併用すれば、更なる高選択化、低汚
染化、低ダメージ化等を図ることができる。
As is apparent from the above description, in the present invention, a non-A layer represented by a GaAs / AlGaAs stacked system is used.
In the selective anisotropic etching of a laminated system of l-containing / Al-containing compound semiconductors, the film quality of a carbon-based polymer is enhanced by using an etching gas containing any of carbon oxide, nitrogen oxide, and sulfur oxide. High anisotropy and high selectivity can be achieved even when the deposition amount is reduced. If these inorganic oxides are used in combination with a sulfur compound that can release S under discharge dissociation conditions, higher selectivity, lower contamination, lower damage, and the like can be achieved.

【0067】したがって本発明は、たとえば化合物半導
体を利用した半導体装置を微細なデザイン・ルールにも
とづいて製造する上で極めて有効であり、さらにこれを
高集積化してMMIC等を構成することにも多大な貢献
をなすものである。もちろん、本発明が優れた脱CFC
対策を提供するものであることは、言うまでもない。
Therefore, the present invention is extremely effective in, for example, manufacturing a semiconductor device using a compound semiconductor based on a fine design rule, and is also very effective in forming an MMIC or the like by highly integrating the semiconductor device. Make a significant contribution. Of course, the present invention is excellent in de-CFC
Needless to say, it provides a countermeasure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明をHEMTのゲート・リセス加工に適用
したプロセス例をその工程順にしたがって説明する概略
断面図であり、(a)はn+ −GaAs層の上にレジス
ト・マスクが形成された状態、(b)はn+ −GaAs
層が側壁保護膜の形成を伴いながらジャストエッチング
された状態、(c)はn+ −GaAs層のオーバーエッ
チングが終了し、リセスが完成された状態、(d)は側
壁保護膜が除去された状態をそれぞれ表す。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a process in which the present invention is applied to a gate recess processing of a HEMT in the order of the steps, and FIG. 1 (a) shows a resist mask formed on an n + -GaAs layer; State, (b) is n + -GaAs
The state where the layer is just etched with the formation of the sidewall protective film, (c) is a state where overetching of the n + -GaAs layer is completed and the recess is completed, and (d) is a state where the sidewall protective film is removed. Represents each state.

【図2】リセス内部へのゲート電極の形成工程をその工
程順にしたがって説明する概略断面図であり、(a)は
レジスト・マスクの表面とリセスの底面に、上部Al層
と下部Al層がそれぞれ被着された状態、(b)はレジ
スト・マスクとその表面の上部Al層が除去され、リセ
スの底面にのみ下部Al層(ゲート電極)が残された状
態を示す概略断面図である。
FIGS. 2A and 2B are schematic cross-sectional views illustrating steps of forming a gate electrode inside a recess in the order of the steps. FIG. 2A shows an upper Al layer and a lower Al layer on the surface of a resist mask and the bottom of the recess, respectively. (B) is a schematic cross-sectional view showing a state in which the resist mask and the upper Al layer on the surface thereof are removed and the lower Al layer (gate electrode) is left only on the bottom surface of the recess.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・半絶縁性GaAs基板 2 ・・・epi−GaAs層 3 ・・・AlGaAs層 4 ・・・n+ −AlGaAs層 5 ・・・n+ −GaAs層 5a・・・リセス 5b・・・(n+ −GaAs層の)残余部 6 ・・・レジスト・マスク 6a・・・開口部 7 ・・・側壁保護膜 8a・・・上部Al層 8b・・・下部Al層(ゲート電極)DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semi-insulating GaAs substrate 2 ... epi-GaAs layer 3 ... AlGaAs layer 4 ... n + -AlGaAs layer 5 ... n + -GaAs layer 5a ... Recess 5b ... Remaining portion (of n + -GaAs layer) 6... Resist mask 6a... Opening 7... Sidewall protective film 8a... Upper Al layer 8b... Lower Al layer (gate electrode)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 H01L 21/338 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 H01L 21/338

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 アルミニウムを含む化合物半導体層、ア
ルミニウムを含まない化合物半導体層、パターニングさ
れたレジスト・マスクが順次積層され、 前記アルミニウムを含まない化合物半導体層を、酸化炭
素、酸化窒素、酸化イオウから選ばれる少なくとも1種
類の無機酸化物とフッ素系化合物とを含むエッチング・
ガスを用いてパターン側壁部に、炭素系ポリマーの側壁
保護膜を形成しながらエッチングするドライエッチング
方法。
An aluminum-containing compound semiconductor layer, an aluminum-free compound semiconductor layer, and a patterned resist mask are sequentially laminated. The aluminum-free compound semiconductor layer is formed from carbon oxide, nitrogen oxide, or sulfur oxide. Etching containing at least one selected inorganic oxide and a fluorine compound
A dry etching method for performing etching while forming a sidewall protective film of a carbon-based polymer on a pattern sidewall using a gas.
【請求項2】 前記エッチング・ガスが塩素系化合物も
しくは臭素系化合物の少なくとも一方を含むことを特徴
とする請求項1記載のドライエッチング方法。
2. The dry etching method according to claim 1, wherein said etching gas contains at least one of a chlorine compound and a bromine compound.
【請求項3】 酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウから選
ばれる少なくとも1種類の無機酸化物とフッ素系化合物
とを含むエッチング・ガスを用いてアルミニウムを含む
化合物半導体層の上に積層されたアルミニウムを含まな
い化合物半導体層を実質的にその層厚分だけエッチング
するジャストエッチング工程と、 プラズマ中におけるフッ素系化学種の生成比を前記ジャ
ストエッチング工程におけるよりも相対的に高めるごと
く前記エッチング・ガスの成分混合比を変更し、前記ア
ルミニウムを含まない化合物半導体層の残余部をエッチ
ングするオーバー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。
3. An aluminum laminated on a compound semiconductor layer containing aluminum by using an etching gas containing at least one kind of inorganic oxide selected from carbon oxide, nitrogen oxide and sulfur oxide and a fluorine compound. A just etching step of substantially etching the compound semiconductor layer not containing by the thickness of the layer, and a component of the etching gas such that the generation ratio of fluorine-based chemical species in plasma is relatively increased as compared with the just etching step. An over-etching step of changing a mixing ratio and etching a remaining portion of the compound semiconductor layer not containing aluminum.
【請求項4】 前記エッチング・ガスが、放電解離条件
下でプラズマ中に遊離のイオウを生成することを特徴と
する請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のド
ライエッチング方法。
4. The dry etching method according to claim 1, wherein said etching gas generates free sulfur in plasma under discharge dissociation conditions.
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