JP4104926B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体の製造プロセスに関し、InPまたはそのエピタキシャル成長薄膜を制御性良く異方的に加工するドライエッチング方法に関するものであって、特に、誘導結合方式のプラズマ源(ICP)やVHFやUHF等の高周波帯のプラズマにより生成されたイオンを用いたドライエッチング方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
化合物半導体のエッチング加工技術は、半導体レーザ、光変調器等、様々な化合物半導体素子の製造に用いられている。化合物半導体のエッチングは永らく湿式エッチングが用いられてきたが、近年、ウェハ面内での加工寸法均一性向上への要求が高まり、ドライエッチング技術の研究が進められている。
【0003】
また、この様な化合物半導体装置に対する微細化やプロセスのドライ化の要請から特に、微細化による高性能化が行われているHBT(Heterojunction Bipolar Transistor)やHEMT(High Electoron Mobility Transistor)の製造工程において、微細加工性や材料の種類に対する選択性に優れたエッチング技術や高速プロセスあるいはエッチング形状の制御性が特に重要になっている。
【0004】
従来からの技術として化合物半導体のドライエッチング方式としては、塩素系ガスとアルゴンなどの不活性ガスの混合ガスやメタンあるいはハロゲン化メタンと水素の混合ガスによる反応性イオンエッチング(RIE)や反応性イオンビームエッチング(RIBE)が用いられてきた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加工形状の異方性を制御するためには、相当の電力を供給する必要があり、それによる基板または薄膜の表面にプラズマダメージが入ったり、表面の平坦性(鏡面性)を確保することが困難であった。
【0006】
一方、InPを使ったHEMTデバイスにとって高速動作(電子移動度)に極めて重要なビアホール加工には、例えば、少なくとも、20μm以上、より好ましくは100μm以上の深堀加工が必要である。つまり、レジストマスクに対して高選択プロセスが必要であり、かつ高速エッチングが不可欠であるが、上記メタンあるいはハロゲン化メタンと水素の混合ガスでのRIEプラズマでは、所望の時間で処理することが困難である。また、塩素系ガスによるInP材料のエッチングでは、従来良好な加工形状を得ることは困難である。これは、Inの塩化物の蒸気圧が低いためである。
【0007】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、InP系化合物半導体の基板に対して深堀加工を迅速に行うことができるドライエッチング方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【0009】
本発明の第1態様によれば、反応室内にエッチングガスを供給しつつ上記反応室内を排気し、上記反応室内を所定の圧力に制御しながら、上記反応室内の基板電極に載置されたInP系化合物半導体の基板に対向して設けられた平面状渦形放電コイルに13.56MHz以上の高周波電力を印加することにより、上記反応室内にプラズマを発生させ、上記放電コイルに印加する上記高周波電力により上記プラズマの密度を制御するとともに、この制御とは独立して、上記基板電極にも電極用高周波電源により高周波電圧を印加することで上記InP系化合物半導体の基板に到達するイオンエネルギーを制御しながら、上記InP系化合物半導体の基板をエッチングするとともに、上記エッチングガスとして、沃化水素ガスと不活性ガスとの混合ガス、沃化水素ガスとCl 2 を含むガスとの混合ガス、沃化水素ガスとBCl 3 を含むガスとの混合ガス、沃化水素ガスとHBrを含むガスとの混合ガス、又は、沃化水素ガスとHClを含むガスとの混合ガスの5種類の混合ガスのうちから選択されたガスを用い、上記エッチングの工程中、上記混合ガスの種類を変えることにより、上記エッチングにより上記基板に形成されるビアホール又は凹部に上記基板の表面に対して直交する面と傾斜する面とを形成するようにしたドライエッチング方法を提供する。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0031】
本発明の第1実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置としては、図1に示すものを使用する。図1において、反応室の一例としての真空室1内にガス供給装置2から所定のガスを導入しつつ排気装置の一例としてのポンプ3により排気を行い、真空室1内を所定の圧力に保ちながら、放電コイル用高周波電源4により所定の高周波電力(例えば周波数13.56MHz)を、石英などの誘電板12上のマルチスパイラルコイル(平面状渦形放電コイル)5に供給すると、真空室1内にプラズマが発生し、基板電極6上に載置されたInP系化合物半導体の基板(ウェハ)7に対してドライエッチング、堆積、又は、表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。この第1実施形態ではエッチング処理用としてプラズマ処理を行う。このとき、基板電極6にも基板電極用高周波電源8により高周波電力を供給することで、基板7に到達するイオンエネルギーを制御することができる。このように、高密度プラズマを発生させるとともに基板7にバイアス電位を与えて、プラズマ密度の制御とバイアス電位の制御を独立に行うものである。図1には、上記平面状渦形放電コイル5としては多重の渦形コイルを用いた例を示している。放電コイル5は、4つの渦形の放電コイルを中心部で1つに結合して周方向に等間隔に配列したものであり、中心部が高周波電源4に接続され、外周端がそれぞれ接地されている。
【0032】
ガス供給装置2から真空室1内に導入されるガス、言い換えれば、エッチングガスとしては、沃化水素ガスに加えて、不活性ガスとCl2を含むガスとBCl3を含むガスとHBrを含むガスとHClを含むガスとの5種類のガスのうちから選択されたガス、すなわち、沃化水素ガスと不活性ガスとの混合ガス、沃化水素ガスとCl2を含むガスとの混合ガス、沃化水素ガスとBCl3を含むガスとの混合ガス、沃化水素ガスとHBrを含むガスとの混合ガス、又は、沃化水素ガスとHClを含むガスとの混合ガスを用いることができる。これらのガスは、その種類を適宜選択することにより、エッチングにより形成すべき加工形状、例えば、基板7の樹脂レジストマスク30が無い部分に、ビアホール又は凹部7a形成時の傾斜面7bの傾斜角度(基板7の傾斜面7bと基板表面に平行な面とのなす角度θ)を所望の角度に形成することができる。さらに、エッチング処理の工程中、ガスの種類を変えることにより、エッチングにより基板7の樹脂レジストマスク30が無い部分に形成されるビアホール又は凹部7aの傾斜角度θを変更することができる。例えば、最初は、基板7の表面に対して直交する方向に深堀を行い、底部近傍で異なるガスを導入して直交方向に対して緩やかに傾斜した傾斜面を底部角部に形成することが可能となる。また、エッチング処理の工程中、ガスの種類を適宜選択することにより、基板7の表面の樹脂レジストマスク30が無い部分に対して基板7の表面と直交する面と様々な傾斜角度の傾斜面とを任意に組み合わせることにより、所望の加工形状を形成することも可能である。
【0033】
上記高密度プラズマ源である、放電コイル用高周波電源4により印加される高周波電力としては、13.56MHz以上の周波数、具体的には、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、60MHz、80MHz、100MHz、又は、300MHzから3GHzのUHF帯の周波数を印加させることができる。この第1実施形態にかかるドライエッチング方法及び装置としては、実用上、13.56MHzが最も好ましい。
【0034】
一方、上記基板電極用高周波電源8により基板電極6には13.56MHz以下のバイアス電圧を印加することができる。具体的には、上記基板電極6に印加するバイアスの周波数は、13.56MHz、2MHz、800kHz、500kHzを使用することができる。このうち、この第1実施形態にかかるドライエッチング方法及び装置としては、実用上、500kHzが最もエッチングレートを上げることができて好ましい。
【0035】
上記反応室1内の真空度は0.1Pa〜0.5Pa以下の高真空領域で、上記基板7をドライエッチングする。具体的には、100MHz〜500kHz上記反応室1内の真空度が0.3Paの圧力領域が好ましい。
【0036】
上記エッチング処理は、基本的に、常温で可能である。しかしながら、上記基板7の表面温度が例えば200℃〜250℃になるように基板電極6を加熱することにより、常温で行うよりも、早くプラズマ処理を行うことができる。
【0037】
具体的な例としては、上記放電コイルに印加する上記高周波電力の周波数はVHF100MHzであり、上記基板に印加するバイアスの高周波電力の周波数は500kHzであり、エッチングガスは塩素を含むガスと不活性ガスとの混合ガスを使用する場合は、例えば、エッチング加工により、40μmの厚さの樹脂レジストマスクレジストマスク30の無い部に、ビアホール又は凹部7aに傾斜角度70度の傾斜面7bを形成することが可能となる。また、別の例としては、上記放電コイルに印加する上記高周波電力の周波数は13.56MHz〜100MHzであり、上記基板に印加するバイアスの高周波電力の周波数は13.56MHzであり、エッチングガスは沃化水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを使用する場合は、例えば、エッチング加工により、樹脂レジストマスク30の無い部に、ビアホール又は凹部7aに傾斜角度50〜90度の傾斜面7bを形成することが可能となる。これらいずれの場合も、100μm以上の深堀加工を少なくとも1000nm/分以上のエッチング速度で行うことができる。
【0038】
これに対して、従来では、せいぜい50μmまでしか深堀加工することができず、かつ、200℃程度まで加熱しても1μm/分未満(例えば0.05〜0.7μm/分程度)のエッチング速度しか得られず、50μmの深堀加工を行うときには1時間半を要していた。
【0039】
上記エッチング方法により製造されるInP系化合物半導体の基板は、オプトデバイス、レーザ用デバイス、電子デバイスなどに適用可能で、より具体的な適用例としては高速無線通信用デバイスがある。
【0040】
上記第1実施形態によれば、平面状渦形放電コイル5に13.56MHz以上の高周波電力を印加するとともに、上記基板電極6にも電極用高周波電源8により高周波電圧を印加し、両者を独立的にそれぞれ制御しながら、エッチングガスを適宜選択することにより、従来のRIEプラズマ処理では、実用上、不可能であった、20μm以上、より好ましくは100μm以上の深堀加工がInP系化合物半導体の基板7に対して迅速に行うことができる。すなわち、従来のRIEプラズマ処理では、上側電極はアースされており、基板に対して13.56MHzの高周波電力を印加しており、CH4とH2との混合ガスで250℃の高温下で行うことにより、エッチング速度を10nm/分程度まで高めていたが、10nm/分では深堀加工を行うときには遅すぎて、20μm以上、より好ましくは100μm以上の深堀加工は実用上不可能であった。これに対して、上記第1実施形態では、エッチング速度を従来の数十倍又は数百倍(例えば1000nm/分)に高めることができる。
【0041】
なお、上記上記第1実施形態にかかるドライエッチング装置の各装置2,3,4,8などの動作制御は制御装置1000により自動的に行うように構成されている。従って、後述する種々の条件下で傾斜角度θなどの制御を行うとき、制御装置1000のメモリ1001に、図3から図6に記載された関係情報を予め記憶させておけば、作業者はその関係情報を基に例えば所望の傾斜角度又はエッチングレートでドライエッチングを行わせることができる。
【0042】
また、処理速度を速めるべく250℃程度の高温にするため、基板表面に配置に配置する樹脂製のレジストマスクでは耐熱温度が120〜130℃程度しかもたず、別途、CVD工程で20μmのSiO2をマスクとしてInP系化合物半導体の基板の表面に形成する必要がある。よって、従来ではCVD工程が余分に必要となる。これに対して、上記第1実施形態では、常温などの樹脂レジスト使用可能な温度範囲でも可能となるため、樹脂製のレジストマスク30を十分に使用することができ、CVD工程によりSiO2マスクを形成することが不要となり、CVD工程を余分に行う必要がない。
【0043】
また、上記方法によれば、基板7の表面を鏡面に仕上げることができ、ダメージレスを実現することができる。
【0044】
また、上記方法によれば、エッチング処理中に、エッチングガスを種類の異るガスに切り換えることにより、基板7に形成されるビアホール又は凹部7aの傾斜角度θを変更することができ、加工形状を所望の形状に制御することができる。
【0045】
以下に、上記第1実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法の実例について説明する。
【0046】
一例として、上記放電コイルに印加する上記高周波電力の周波数は13.56MHzであり、上記基板に印加するバイアスの高周波電力の周波数は13.56MHzであり、エッチングガスは沃化水素(HCl)に加えて、不活性ガスとCl2を含むガスとBCl3を含むガスとHBrを含むガスとHClを含むガスとの5種類のガスのうちから選択されたガスを使用することにより、140℃以下で、上記基板の樹脂レジストマスクが無い部分に100μm以上の深堀加工を行うとともに、エッチング加工により、樹脂レジストマスクが無い部分にビアホール又は凹部に傾斜角度90〜70度の傾斜面を形成する。このときのエッチングレートは2μm/分以下である。沃化水素(HCl)を使用するのは、InPに対する加工性(言い換えれば、エッチングレート、形状制御、加工面の状態の観点からの加工性)が非常に良くなるためである。140℃以下の低温(例えば100℃〜150℃)でも加工可能になるため、高価な金属製マスクを使用することなく、耐熱温度140℃〜150℃の樹脂レジストマスクを使用することが可能となり、マスクが安価なものとなり、大量生産を行いやすくなる。
【0047】
例えば、上記第1実施形態にかかるドライエッチング装置において、図3(D)に示すように、上記放電コイルに印加する高周波電力が700〜900W、上記基板に印加するバイアスの高周波電力が100〜150W、混合ガス流量HI/He=30/120SCCMのとき、上記反応室1内の真空度は1Pa(図3(D)のA点:図3の(A)参照)〜3Pa(図3(D)のB点:図3の(B)参照)〜4Pa(図3(D)のC点:図3の(C)参照)と変化するにつれて、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θも90°(図3(D)のA点:図3の(A)参照)〜70°(図3(D)のB点:図3の(B)参照)〜60°(図3(D)のC点:図3の(C)参照)と変化する。
【0048】
従って、上記反応室1内の真空度を1Pa〜4Paの範囲で調整することにより、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θを90°〜60°の範囲で制御することができる。
【0049】
また、上記第1実施形態にかかるドライエッチング装置において、図4(D)に示すように、上記放電コイルに印加する高周波電力が700〜900W、上記基板に印加するバイアスの高周波電力が100〜150W、上記反応室1内の真空度は2Paのとき、上記混合ガスの(HI流量/総流量)(%)(ただし、総流量=HI流量+He流量)は10%(図4(D)のD点:図4の(A)参照)〜20%(図4(D)のE点:図4の(B)参照)〜30%(図4(D)のF点:図4の(C)参照)と変化するにつれて、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θは90°(図4(D)のD点:図4の(A)参照)〜80°(図4(D)のE点:図4の(B)参照)〜45°(図4(D)のF点:図4の(C)参照)と変化する。また、同条件下で、上記混合ガスの(HI流量/総流量)(%)(ただし、総流量=HI流量+He流量)は10%(図4(D)のD点:図4の(A)参照)〜20%(図4(D)のE点:図4の(B)参照)〜30%(図4(D)のF点:図4の(C)参照)と変化するにつれて、エッチングレートも300nm/min(図4(D)のD点:図4の(A)参照)〜600nm/min(図4(D)のE点:図4の(B)参照)〜1250nm/min(図4(D)のF点:図4の(C)参照)と変化する。
【0050】
従って、上記混合ガスの(HI流量/総流量)を10%〜30%の範囲で調整することにより、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θを90°〜45°の範囲で制御することができる。また、上記混合ガスの(HI流量/総流量)を10%〜30%の範囲で調整することにより、エッチングレートを300nm/min〜1250nm/minの範囲で制御することができる。
【0051】
さらに、上記第1実施形態にかかるドライエッチング装置において、図5(D)に示すように、上記放電コイルに印加する高周波電力が700〜900W、混合ガス流量HI/He=30/120SCCM、上記反応室1内の真空度は2Paのとき、上記基板に印加するバイアスの高周波電力が200W(図5(D)のH点:図5の(A)参照)〜150W(図5(D)のI点:図5の(B)参照)〜100W(図5(D)のJ点:図5の(C)参照)と変化するにつれて、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θは90°(図5(D)のH点:図5の(A)参照)〜65°(図5(D)のI点:図5の(B)参照)〜45°(図5(D)のJ点:図5の(C)参照)と変化する。また、同条件下で、上記基板に印加するバイアスの高周波電力が200W(図5(D)のH点:図5の(A)参照)〜150W(図5(D)のI点:図5の(B)参照)〜100W(図5(D)のJ点:図5の(C)参照)と変化するにつれて、エッチングレートも3000nm/min(図5(D)のH点:図5の(A)参照)〜1600nm/min(図5(D)のI点:図5の(B)参照)〜800nm/min(図5(D)のJ点:図5の(C)参照)と変化する。
【0052】
従って、上記基板に印加するバイアスの高周波電力を200W〜100Wの範囲で調整することにより、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θを90°〜45°の範囲で制御することができる。また、上記基板に印加するバイアスの高周波電力を200W〜100Wの範囲で調整することにより、エッチングレートを3000nm/min〜800nm/minの範囲で制御することができる。
【0053】
さらに、上記第1実施形態にかかるドライエッチング装置において、図6に示すように、上記基板に印加するバイアスの高周波電力が100〜150W、混合ガス流量HI/He=30/120SCCM、上記反応室1内の真空度は2Paのとき、上記放電コイルに印加する高周波電力の周波数が13.6MHz〜27.1MHz〜40.7MHz〜60MHz〜100MHzと変化するにつれて、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θは50°〜50°〜68°〜80°〜90°と変化する。また、同条件下で、上記放電コイルに印加する高周波電力の周波数が13.6MHz〜27.1MHz〜40.7MHz〜60MHz〜100MHzと変化するにつれて、エッチングレートも0.5μm/min〜1.3μm/min〜2.2μm/min〜4μm/min〜5μm/minと変化する。
【0054】
従って、上記放電コイルに印加する高周波電力の周波数を13.6MHz〜100MHzの範囲で調整することにより、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θを50°〜90°の範囲で制御することができる。また、上記放電コイルに印加する高周波電力の周波数を13.6MHz〜100MHzの範囲で調整することにより、エッチングレートを0.5μm/min〜5μm/minの範囲で制御することができる。
【0055】
図7(A),(B)には、実例として、80μmの厚さの樹脂レジストマスクをInP基板に載置したとき、樹脂レジストマスクが無い部分のInP基板を140μmまで深堀した状態の断面図及び斜視図を示している。このときのエッチングレートは1.4μm/min、混合ガスはHI/He、基板表面温度は100℃、選択比は5である。
【0056】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
【0057】
本発明の第2実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置として、例えば、上記エッチングの条件により(例えば上記放電コイルに印加する上記高周波電力の周波数が100MHzである場合)、上記放電コイルに代えてアンテナを使用することもできる。図2は、板状アンテナ式プラズマ処理装置の断面図である。図2において、反応室の一例としての真空室1内にガス供給装置2から所定のガスを導入しつつ排気装置の一例としてのポンプ3により排気を行い、真空室1内を所定の圧力に保ちながら、アンテナ用高周波電源4により所定(例えば周波数100MHz)の高周波電力を、アンテナ15と真空室1との間に挟まれ、かつ、アンテナ15と外形寸法がほぼ等しい誘電板16に設けられた貫通穴17を介してアンテナ15に供給すると、真空室1内にプラズマが発生し、基板電極6上に載置されたInP系化合物半導体の基板7に対してドライエッチング、堆積、又は、表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。この第2実施形態ではエッチング処理用としてプラズマ処理を行う。このとき、基板電極6にも基板電極用高周波電源8により高周波電力を供給することで、基板7に到達するイオンエネルギーを制御することができる。また、アンテナ15の表面は、絶縁カバー11により覆われている。また、誘電板16と誘電板16の周辺部に設けられた誘電体リング12との間の溝状の空間と、アンテナ15とアンテナ15の周辺部に設けられた導体リング13との間の溝状の空間からなるプラズマトラップ14が設けられている。このような構成により、アンテナ5から放射された電磁波がプラズマトラップ14で強められ、また、低電子温度プラズマではホローカソード放電が起きやすい傾向があるため、固体表面で囲まれたプラズマトラップ14で高密度のプラズマ(ホローカソード放電)が生成しやすくなる。したがって、真空室1内では、プラズマ密度がプラズマトラップ14で最も高くなり、拡散によって基板7の近傍までプラズマが輸送されることで、より均一なプラズマが得られる。上記第2実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法としては、実用上、100MHzが最も好ましい。
【0058】
なお、上記第2実施形態にかかるドライエッチング装置の各装置2,3,4,8などの動作制御は制御装置1000により自動的に行うように構成されている。従って、後述する種々の条件下で傾斜角度などの制御を行うとき、制御装置1000のメモリ1001に、図8に記載された関係情報を予め記憶させておけば、作業者はその関係情報を基に例えば所望の傾斜角度又はエッチングレートでドライエッチングを行わせることができる。
【0059】
以下に、上記第2実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法の実例について説明する。
【0060】
一例として、上記アンテナに印加する上記高周波電力の周波数は27.12〜100MHzであり、上記基板に印加するバイアスの高周波電力の周波数は500kHzであり、エッチングガスはCl2を含むガスに加えて、不活性ガスとBCl3を含むガスとHBrを含むガスとHClを含むガスとの4種類のガスのうちから選択されたガスを使用することにより、150〜200℃で、上記基板の樹脂レジストマスクが無い部分に100μm以上の深堀加工を行うとともに、エッチング加工により、樹脂レジストマスクが無い部分にビアホール又は凹部に傾斜角度90〜70度の傾斜面を形成する。このときのエッチングレートは5μm/分以下であり、選択比(InPのエッチング/マスクのエッチング)は10以上であり、高速エッチングレートでかつ高い選択比を得ることができる。高周波電力の周波数として100MHzを使用すると、上記選択比が良くなり(例えば、従来は3又は4程度までしか高めることができなかったものが、10を超えてまで高めることができる。)、エッチングレートを高める(例えば、高くても1μm/分未満であったのが、5μm/分まで高めることができる。)ことができる。別の例では、上記第2実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法では、上記反応室内の真空度が0.5Pa以下、好ましくは0.3Paであり、上記アンテナに印加する上記高周波電力の周波数は100MHz(900W以下)であり、上記基板に印加するバイアスの高周波電力の周波数は500kHz(400W以下)であり、エッチングガスはCl2を含むガスに加えて、不活性ガスとBCl3を含むガスとHBrを含むガスとHClを含むガスとの4種類のガスのうちから選択されたガスを使用し、上記基板の表面温度が、例えば、150℃以下、好ましくは80℃以下(選択比は約2以上)であり、選択比は約5以上、好ましくは10以上である。
【0061】
また、上記第2実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法の実例において、図8に示すように、上記アンテナに印加する高周波電力が500〜900W、上記基板に印加するバイアスの高周波電力が300〜400W、混合ガス流量Cl2/Ar=30/30SCCM、上記反応室1内の真空度は0.3Paのとき、上記基板の表面温度が50℃〜100℃〜150℃と変化するにつれて、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θは50°〜65°〜80°と変化する。また、同条件下で、上記基板の表面温度が50℃〜100℃〜150℃と変化するにつれて、エッチングレートも1100nm/min〜1500nm/min〜2000nm/minと変化する。
【0062】
従って、上記基板の表面温度を50℃〜150℃の範囲で調整することにより、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θを50°〜80°の範囲で制御することができる。また、上記基板の表面温度を50℃〜150℃の範囲で調整することにより、エッチングレートを1100nm/min〜2000nm/minの範囲で制御することができる。
【0063】
図9(A),(B)には、実例として、27μmの厚さの耐熱性樹脂レジストマスクをInP基板に載置したとき、樹脂レジストマスクが無い部分のInP基板を直径30μmの大略逆円錐形で105μmまで深堀した状態の断面図及び斜視図を示している。このときのエッチングレートは1.6μm/min、混合ガスはCl2/Ar、基板表面温度は100℃、選択比は6である。
【0064】
図10(A),(B),(C),(D)には、実例として、27μmの厚さの耐熱性樹脂レジストマスクをInP基板に載置したとき、樹脂レジストマスクが無い部分のInP基板を直径70μmの大略円柱形で110μmまで深堀した状態の断面図及び斜視図と、直径30μmの大略円柱形で100μmまで深堀した状態の断面図及び斜視図を示している。このときのそれぞれのエッチングレートは4.5μm/minと4μm/min、混合ガスはCl2/ArとCl2/Ar、基板表面温度は150℃と150℃、選択比は10以上と10以上である。
【0065】
なお、上記各実施形態において、上記InP系化合物半導体の基板の例としては、InGaAsP、InGaP、InAsPなどの化合物半導体の基板がある。
【0066】
また、上記各実施形態において、上記基板上に配置される樹脂レジストマスクの厚さは、少なくとも10μm必要であり、選択比が10の場合には、10μm厚さの樹脂レジストマスクを使用すれば、100μmまでの深堀を行うことができる。
【0067】
要するに、上記第1実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法は、安価で大量生産向きの樹脂レジストマスクが使用可能な140℃以下の温度でドライエッチング処理が可能であり、高価な金属製のマスクを使用する必要が無いものであり、上記エッチングガスとして、沃化水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いることにより、上記InP系化合物半導体の基板を加工性良く、ドライエッチング処理できるものである。
【0068】
これに対して、上記第2実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法は、高速ドライエッチング処理に最適なものであり、選択比が高いものである。また、上記第1実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法よりもプラズマ温度を低くすることができて、レジストに対するダメージを小さくすることができ、レジストに対する選択比を高める(例えば5以上に高める)ことができる(なお、従来では200℃程度まで加熱しても選択比は1程度までしか高めることができなかった)。よって、100μm以上の深堀加工を行うのに適したものである。レジストに対する選択比が高いため、結果として、レジスト膜の厚さを薄くても(例えば10〜20μm程度であっても)100μm以上の深堀加工を行うことができる。よって、選択比が高いことを利用して、直径30μm以上で200μm以上の深堀加工を行うこともできる。
【0069】
なお、上記第1及び第2実施形態にかかるドライエッチング装置において、図11に示すように、上記基板に印加するバイアスの高周波電力が100〜200W、混合ガス流量HI/He=30/120SCCM、Cl2/Ar=40/30SCCM、上記反応室1内の真空度は3Pa以下、上記放電コイル又はアンテナに印加する高周波電力の周波数が13.6MHzと100MHzのとき、上記放電コイル又はアンテナに印加する高周波電力が300〜600〜900Wと変化するにつれて、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θは75°〜80°〜90°、70°〜73°〜80°と変化する。
【0070】
従って、上記放電コイルに印加する高周波電力の周波数を13.6MHzとするとき、上記放電コイルに印加する高周波電力を300〜600〜900Wとの範囲で調整することにより、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θを75°〜80°〜90°の範囲で制御することができる。また、上記アンテナに印加する高周波電力の周波数を100MHzとするとき、上記アンテナに印加する高周波電力を300〜600〜900Wとの範囲で調整することにより、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θを70°〜73°〜60°の範囲で制御することができる。
【0071】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【0072】
【発明の効果】
本発明によれば、平面状渦形放電コイル又はアンテナに13.56MHz以上の高周波電力を印加するとともに、上記基板電極にも電極用高周波電源により高周波電圧を印加し、両者を独立的にそれぞれ制御しながら、エッチングガスを適宜選択することにより、従来のRIEプラズマ処理では、実用上、不可能であった、20μm以上、より好ましくは100μm以上の深堀加工がInP系化合物半導体の基板に対して迅速に行うことができる。すなわち、従来のRIEプラズマ処理では、上側電極はアースされており、基板に対して13.56MHzの高周波電力を印加しており、CH4とH2との混合ガスで250℃の高温下で行うことにより、エッチング速度を10nm/分程度まで高めていたが、10nm/分では深堀加工を行うときには遅すぎて、20μm以上、より好ましくは100μm以上の深堀加工は実用上不可能であった。これに対して、本発明では、エッチング速度を従来の数十倍又は数百倍(例えば1000nm/分)に高めることができる。
【0073】
また、処理速度を速めるため250℃程度の高温にするため、基板表面に配置に配置する樹脂製のレジストマスクでは耐熱温度が120〜130℃程度しかもたず、別途、CVD工程で20μmのSiO2をマスクとしてInP系化合物半導体の基板の表面に形成する必要がある。よって、従来ではCVD工程が余分に必要となる。これに対して、本発明では、140℃以下の例えば常温でも可能となるため、樹脂製のレジストマスクを十分に使用することができ、CVD工程によりSiO2マスクを形成することが不要となり、CVD工程を余分に行う必要がない。
【0074】
また、本発明によれば、基板の表面を鏡面に仕上げることができ、ダメージレスを実現することができる。
【0075】
また、本発明によれば、エッチング処理中に、エッチングガスを種類の異るガスに切り換えることにより、基板に形成されるビアホール又は凹部の傾斜角度を変更することができ、加工形状を所望の形状に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置の概略説明図である。
【図2】 本発明の第2実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置の概略説明図である。
【図3】 (A),(B),(C),(D)はそれぞれ第1実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置において、圧力と、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度との関係を示す図である。
【図4】 (A),(B),(C),(D)はそれぞれ第1実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置において、(HI流量/総流量)と、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度との関係、及び、(HI流量/総流量)とエッチングレートとの関係を示す図である。
【図5】 (A),(B),(C),(D)はそれぞれ第1実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置において、上記基板に印加するバイアスの高周波電力と、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度との関係、及び、上記基板に印加するバイアスの高周波電力とエッチングレートとの関係を示す図である。
【図6】 第1実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置において、上記放電コイルに印加する高周波電力の周波数と、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度との関係、及び、上記放電コイルに印加する高周波電力の周波数とエッチングレートとの関係を示す図である。
【図7】 (A),(B)は、実例として、第1実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置でドライエッチングした結果において、80μmの厚さの樹脂レジストマスクをInP基板に載置したとき、樹脂レジストマスクが無い部分のInP基板を140μmまで深堀した状態の断面図及び斜視図である。
【図8】 第2実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置において、上記基板の表面温度とレジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度との関係、及び、上記基板の表面温度とエッチングレートとの関係を示す図である。
【図9】 (A),(B)は、実例として、第2実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置でドライエッチングした結果において、27μmの厚さの耐熱性樹脂レジストマスクをInP基板に載置したとき、樹脂レジストマスクが無い部分のInP基板を直径30μmの大略逆円錐形で105μmまで深堀した状態の断面図及び斜視図である。
【図10】 (A),(B),(C),(D)には、実例として、第2実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置でドライエッチングした結果において、27μmの厚さの耐熱性樹脂レジストマスクをInP基板に載置したとき、樹脂レジストマスクが無い部分のInP基板を直径70μmの大略円柱形で110μmまで深堀した状態の断面図及び斜視図と、直径30μmの大略円柱形で100μmまで深堀した状態の断面図及び斜視図である。
【図11】 第1及び第2実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置において、上記放電コイルに印加する高周波電力と、レジストマスクの下のInP基板のビアホール又は凹部の傾斜角度との関係を示す図である。
【符号の説明】
1…真空室、2…ガス供給装置、3…ポンプ、4…放電コイル用高周波電源、5…平面状渦形放電コイル、6…基板電極、7…基板、7a…ビアホール又は凹部、7b…傾斜面、8…基板電極用高周波電源、11…絶縁カバー、12…誘電板、13…導体リング、14…プラズマトラップ、15…アンテナ、16…誘電板、17…貫通穴、18…誘電体リング、30…レジストマスク、1000…制御装置、1001…メモリ。
Claims (1)
- 反応室(1)内にエッチングガスを供給しつつ上記反応室内を排気し、上記反応室内を所定の圧力に制御しながら、上記反応室内の基板電極(6)に載置されたInP系化合物半導体の基板(7)に対向して設けられた平面状渦形放電コイル(5)に13.56MHz以上の高周波電力を印加することにより、上記反応室内にプラズマを発生させ、上記放電コイルに印加する上記高周波電力により上記プラズマの密度を制御するとともに、この制御とは独立して、上記基板電極にも電極用高周波電源により高周波電圧を印加することで上記InP系化合物半導体の基板に到達するイオンエネルギーを制御しながら、上記InP系化合物半導体の基板をエッチングするとともに、上記エッチングガスとして、沃化水素ガスと不活性ガスとの混合ガス、沃化水素ガスとCl2を含むガスとの混合ガス、沃化水素ガスとBCl3を含むガスとの混合ガス、沃化水素ガスとHBrを含むガスとの混合ガス、又は、沃化水素ガスとHClを含むガスとの混合ガスの5種類の混合ガスのうちから選択されたガスを用い、上記エッチングの工程中、上記混合ガスの種類を変えることにより、上記エッチングにより上記基板に形成されるビアホール又は凹部に上記基板の表面に対して直交する面と傾斜する面とを形成するようにしたドライエッチング方法。
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