JP4640047B2 - エッチング方法、金属膜構造体の製造方法およびエッチング構造体 - Google Patents

Description

この発明は、主に半導体装置の製造に利用されるエッチング方法、このエッチング方法を利用した金属膜構造体の製造方法、および、このエッチング方法により得られるエッチング構造体に関する。

一般に、化合物半導体からなる半導体装置に用いられる金属電極は、リフトオフ法により形成される。

すなわち、素子が形成された基板の主面に、形成されるべき金属電極の平面形状と同形の開口を有するフォトレジストパターンを形成する。そして、開口を含むフォトレジストパターンの全面に、真空蒸着等で電極材料である金属を堆積する。その後、開口以外の領域に堆積された不用な金属膜をフォトレジストとともに除去（リフトオフ）することで、所定の平面形状を有する金属電極を残置形成する。

ところで、化合物半導体からなる半導体装置において、素子が存在する基板の主面に保護膜（窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等）を形成することが、しばしば行われる。これは、素子を汚染から保護するため、および表面電荷の発生を抑制するためである。

したがって、保護膜を有する半導体装置に金属電極を形成するにあたっては、保護膜を除去する必要がある。

以下、従来公知の保護膜付きの半導体装置における金属電極の形成方法につき、図５（Ａ）〜（Ｅ）を参照して説明する。

まず、図５（Ａ）に示すように、保護膜１００が形成された基板１０２を準備する。

次に、図５（Ｂ）に示す構造体を形成する。すなわち、保護膜１００上にフォトレジスト１０４を塗布する。その後、露光および現像を行うことで、金属電極１１２が形成されるべき電極形成予定領域１０２ｃを含む部分のフォトレジスト１０４を除去する。これにより、フォトレジスト１０４には保護膜１００に至る孔部１０６が形成される。ここで、孔部１０６のフォトレジスト１０４表面における開口を１０６ａと称する。また、電極形成予定領域１０２ｃとは、基板１０２の主面１０２ａ上において、開口１０６ａと合同の平面形状を有する領域のことを示す。

次に、図５（Ｃ）に示す構造体を形成する。すなわち、フォトレジスト１０４をマスクとして、ＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）法により、エッチングを行う。エッチングの過程で孔部１０６内部に侵入するプラズマ粒子には、基板１０２の主面１０２ａに対して傾いて飛来する成分も含まれる。よって、保護膜１００表面において、プラズマ粒子は、電極形成予定領域１０２ｃよりも広い領域に照射される。その結果、保護膜１００は、電極形成予定領域１０２ｃに対応する領域のみならず、その周辺の領域までもが除去される（サイドエッチング）。これにより、孔部１０６の内部において、保護膜１００が除去されて基板１０２の主面１０２ａが露出した露出領域１０８が形成される。上述した理由により、露出領域１０８は、電極形成予定領域１０２ｃよりも大面積である。

次に、図５（Ｄ）に示す構造体を形成する。すなわち、フォトレジスト１０４を残したままの状態で、主面１０２ａ側の全面に、真空蒸着により金属膜１１０を堆積する。ところで、蒸発源から飛来する金属原子は、上述のプラズマ粒子よりも強い指向性を有している。よって、開口１０６ａを通過して孔部１０６内部に侵入した金属原子は、露出領域１０８の限定された領域に堆積される。つまり、金属原子は、露出領域１０８の全面に堆積されるのではなく、電極形成予定領域１０２ｃよりも若干広い領域に断面台形状に堆積される。ここで、電極形成予定領域１０２ｃに堆積される金属膜を１１０ａと称する。また、フォトレジスト１０４上に堆積される金属膜を１１０ｂと称する。

最後に、図５（Ｅ）に示すような金属電極１１２（金属膜１１０ａ）を得る。すなわち、フォトレジスト１０４を有機溶剤等で溶解することにより、フォトレジスト１０４上の不用な金属膜１１０ｂを除去する。

図５（Ｅ）に示すように、金属電極１１２と、金属電極１１２を囲む保護膜１００との間には、基板１０２の主面１０２ａが露出した非被覆領域１１４が存在する。これは、図５（Ｃ）に示すように、ＲＩＥ法によるエッチングで、過剰なサイドエッチングが生じ、電極形成予定領域１０２ｃより広い領域（露出領域１０８）において保護膜１００が除去されたためである。

この非被覆領域１１４は、保護膜１００や金属電極１１２で被覆されていないため、汚染されやすいとともに、表面電荷の発生源となる。

そのため、非被覆領域１１４を生じさせないような技術、つまり、保護膜１００のサイドエッチング（図５（Ｃ））を抑制する技術が望まれていた。

サイドエッチングを抑制する技術として、被エッチング膜（ポーラスシリカ膜）の側面を水素プラズマに晒すことで、このポーラスシリカ膜を難エッチング性に変質させる技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００５−４５１７６号公報

しかしながら、この技術は、ポーラスシリカ膜のサイドエッチングを抑制するために、水素プラズマ処理を追加実施しなければならなかった。そのため、エッチング処理の工程数が増加してしまうという問題点を有している。

この発明は、これらの問題点に鑑みなされたものである。したがって、この発明の目的は、工程数を増加させることなく、被エッチング膜のサイドエッチングを抑制することができるエッチング方法、このエッチング方法を利用した金属膜構造体の製造方法、および、このエッチング方法によって形成されるエッチング構造体を提供することにある。

上述の課題を解決するために、この発明のエッチング方法は、下記の基板構造体において、被エッチング膜のうち、エッチング予定領域に存在する被エッチング膜部分を誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングにより除去して、基板の主面が露出した露出領域を形成するものである。

すなわち、基板構造体は、基板と、基板の主面を覆う被エッチング膜と、被エッチング膜を覆い、かつ、孔部が形成されているエッチング保護膜とを備えている。

この孔部は、エッチング保護膜表面に形成された開口部と、開口部にエッチング保護膜の厚み方向に連続し、被エッチング膜に至る中空部とで形成されている。

この開口部の平面形状は、被エッチング膜のエッチング予定領域の平面形状と合同である。また、孔部は、エッチング保護膜表面から深さ方向に被エッチング膜に向かうにしたがって拡幅している孔幅を有する。

ここで、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングは、（１）ＩＣＰパワーを４０〜６０Ｗとし、（２）ＲＩＥパワーを５〜５０Ｗとし、および、（３）エッチング室の気圧を１〜１００ｍＴｏｒｒとする条件で行われる。

上述のエッチング方法において、基板として主面側にＧａＮ層が設けられた基板を用い、被エッチング膜として窒化シリコン膜を用い、エッチング保護膜としてネガ型フォトレジストを用い、および誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングのエッチングガスとしてＳＦ_６を用いることが好ましい。

この発明の金属膜構造体の製造方法は、上述のエッチング方法を利用したものであり、露出領域の形成後に、エッチング保護膜をマスクとして、露出領域を含む基板の主面側の領域に真空蒸着により金属膜を堆積する工程と、金属膜のうち、孔部外に存在する金属膜部分を、エッチング保護膜とともに除去する工程とを含んでいる。

この発明のエッチング構造体は、上述のエッチング方法により形成され、基板と、基板の主面を覆う被エッチング膜と、被エッチング膜が除去されて基板の主面が露出した露出領域と、被エッチング膜の領域であって、露出領域の平面形状を相似的に拡大した領域から露出領域を除いた周辺領域と、前記被エッチング膜の領域であって、露出領域および周辺領域からなる領域以外の領域である平坦領域とを備えている。

そして、周辺領域に存在する被エッチング膜の断面の輪郭線の傾きが、露出領域から離間するにしたがって緩やかとなるように、被エッチング膜の膜厚が、露出領域から離間するにしたがって厚くなっており、および周辺領域と平坦領域との間の境界部に、被エッチング膜が主面に垂直に延在する側壁を備えている。

この発明のエッチング方法によれば、所定条件で、被エッチング膜の誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（以下、ＩＣＰ−ＲＩＥと称する。）を行うことにより、基板の主面に対してほぼ垂直にプラズマ粒子が照射される。その結果、開口部（エッチング予定領域）と合同の平面形状を有する露出領域が得られる。つまり、この条件でＩＣＰ−ＲＩＥを行うことにより、従来技術に比べて被エッチング膜のサイドエッチングが抑制される。

また、エッチング予定領域の周辺領域には、微量のプラズマ粒子が照射される。周辺領域に照射されるプラズマ粒子の量は、エッチング予定領域からの距離が長くなるとともに少なくなる。その結果、周辺領域に存在する被エッチング膜は、露出領域から離間するにつれて、なだらかに膜厚が増加する。つまり、主面が露出した露出領域と、被エッチング膜が残留する周辺領域との境界部において、被エッチング膜の側面は、露出領域に対して垂直には形成されず、露出領域から離間するにつれて緩やかに傾きが小さくなる斜面状に形成される。

また、この発明の金属膜構造体の製造方法によれば、露出領域の全面積を金属膜構造体により被覆することができる。すなわち、真空蒸着の蒸発源から基板に飛来する金属原子には、主面に対して垂直に飛来するものばかりでなく、主面に対して傾いて飛来するものも含まれる。よって、開口部を通過して孔部内に至る原子は、開口部と合同の平面形状を有する露出領域のみでなく、上述の周辺領域に存在する被エッチング膜の一部にかかるように堆積する。その結果、露出領域の全面積が金属膜構造体により被覆されることとなる。

また、上述のように、周辺領域においては、被エッチング膜の側面は、緩やかに傾きが変化する斜面状に形成されている。つまり、露出領域と周辺領域との間の境界部で、高さの不連続な（階段状の）変化が抑制されている。よって、この境界部に堆積する金属膜構造体にいわゆる段切れが発生することがない。

さらに、この発明のエッチング構造体によれば、周辺領域において、被エッチング膜の断面の輪郭線の傾きが露出領域からの距離に応じて緩やかになるように形成されている。つまり、露出領域と周辺領域との境界部に階段状の段差が存在しない。その結果、周辺領域を一部被覆するように露出領域に金属膜を堆積させたときに、露出領域と周辺領域との境界部でいわゆる段切れが発生することがない。

以上をまとめると、この発明によれば、工程数を増加させることなく、被エッチング膜のサイドエッチングを抑制することができるエッチング方法、このエッチング方法を利用した金属膜構造体の製造方法、および、このエッチング方法によって形成されるエッチング構造体を提供することができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。尚、各図は、各構成要素の形状、大きさおよび配置関係を、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例に過ぎない。したがって、この発明は、以下の実施の形態に何ら限定されない。

（実施の形態１）
図１〜図４を参照して、実施の形態１の、エッチング方法、金属膜構造体の製造方法およびエッチング構造体の好適例につき説明する。

図１（Ａ）〜（Ｅ）は、この実施の形態のエッチング方法の説明に供する工程図であって、各図は、各工程段階において得られる構造体の断面切り口を示す図である。図２は、第３工程後に得られる構造体の断面ＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を示す。図３は、第３工程後に得られる構造体のエッチング予定領域の外縁付近における断面切り口を示す図である。図４は、金属膜構造体（およびエッチング構造体）の断面ＴＥＭ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を示す。

図１〜図４を参照して、エッチング方法および金属膜構造体の製造方法の一好適例につき説明する。

（第１工程）
まず、図１（Ａ）に示すように、主面１２ａが被エッチング膜としての保護膜１０により覆われた基板１２を準備する。

ここで、基板１２は、好ましくは、たとえば、サファイア基板１２ｂ上に厚みが約３μｍのＧａＮ層１２ｃが堆積された積層基板とする。このＧａＮ層１２ｃの主面１２ａ側には、トランジスタ等の素子が形成されている。なお、これらの素子は、図示を省略している。

保護膜１０は、好ましくは、たとえば、厚みが約１００ｎｍの窒化シリコン膜とする。この窒化シリコン膜は、好ましくは、たとえばプラズマＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。

（第２工程）
次に、図１（Ｂ）に示す基板構造体２０を形成する。すなわち、保護膜１０の表面１０ａの全面に、エッチング保護膜としてのフォトレジスト１４を、スピンコート法で塗布する。続いて、約６５℃の基板温度で、約２０分間フォトレジスト１４のプリベークを行う。続いて、後述する露光光よりも長波長のＵＶ光（波長：約４００ｎｍ）をフォトレジスト１４全面に照射する。その後、露光光としてのディープＵＶ光（波長：約２５０ｎｍ）を照射して、コンタクト露光法により露光を行い、孔部１６の平面形状をフォトレジスト１４に転写する。そして、約１００℃の基板温度で、約２０分間ポストエクスポージャベークを行う。最後に、公知の現像液で現像を行い、フォトレジスト１４の現像液可溶部分を除去する。これにより孔部１６が形成される。

このようにして形成された孔部１６は、開口部１６ｂと、これに連通する中空部１６ｃとで形成されている。

開口部１６ｂは、フォトレジスト１４の上面１４ｄに設けられており、孔部１６の内部空間（中空部１６ｃ）と外部空間とを接続している。

中空部１６ｃは、フォトレジスト１４の厚み方向に開口部１６ｂに連続した空間であり、露出した保護膜１０（以下、保護膜露出領域１０ｂと称する。）と、側面１６ａとで囲まれている。

孔部１６は、フォトレジスト１４の上面１４ｄからの深さが深くなるにしたがって徐々に拡幅していく。つまり、中空部１６ｃの、基板１２の主面１２ａに平行な平面内にとった幅（図面左右方向の幅）は、上面１４ｄからの深さとともに徐々に拡がっていく。つまり、孔部１６の側面１６ａは、保護膜露出領域１０ｂの上空に庇上に張り出すように形成される。すなわち側面１６ａは、いわゆるオーバーハング形状に形成される。その結果、保護膜露出領域１０ｂの面積は、開口部１６ｂよりも大きくなる。

ここで、開口部１６ｂの保護膜露出領域１０ｂに対する正射影で与えられる領域をエッチング予定領域１８と称する。つまり、エッチング予定領域１８は、平面形状が開口部１６ｂと合同である。

ここで、フォトレジスト１４の厚みは、好ましくは、たとえば約１μｍとする。また、開口部１６ｂの、基板１２の主面１２ａに平行な平面内にとった幅Ｗ１は、好ましくは、たとえば約１μｍとする。また、側面１６ａのオーバーハングの幅Ｌ、すなわち保護膜露出領域１０ｂの、基板１２の主面１２ａに平行な平面内にとった幅Ｗ２と開口部１６ｂの幅Ｗ１との差の半値は、現像条件によっても変化するが、ここでは、たとえば約０．５μｍとする。

また、孔部１６にオーバーハング形状の側面１６ａを形成するために、フォトレジスト１４として、ネガ型フォトレジスト（ＬＭＲ−Ｆ３３：冨士薬品工業株式会社製）を使用した。

つまり、ネガ型フォトレジストは、露光光が照射された部分が不溶化する。ところで、照射される露光光は、フォトレジスト１４を厚み方向に伝搬する過程でレジスト分子により吸収され、深さとともに徐々に強度が減少する。つまり、フォトレジスト１４の上面１４ｄからの深さにとともに、到達する露光光の強度が減少する。よって、上面１４ｄからの深さとともに、フォトレジスト１４の不溶化の程度が小さくなっていく。すなわち、上面１４ｄからの深さとともに、フォトレジスト１４は現像液に溶けやすくなる。その結果、現像により、中空部１６ｃは、上面１４ｄからの深さとともに拡幅し、オーバーハング形状の側面１６ａが形成される。

（第３工程）
次に、図１（Ｃ）に示す構造体３０を形成する。すなわち、基板構造体２０において、フォトレジスト１４をマスクとしてＩＣＰ−ＲＩＥを行うことで、エッチング予定領域１８に存在する保護膜１０を除去し、基板１２の主面１２ａが露出した露出領域２２を形成する。

ＩＣＰ−ＲＩＥにあたっては、エッチングガスとしてＳＦ_６ガスを用いた。ここで、ＳＦ_６ガスの流量を、約１０ｓｃｃｍとした。また、エッチング室の気圧を約７．５ｍＴｏｒｒとした。また、ＩＣＰパワーを約５０Ｗとし、およびＲＩＥパワーを約１５Ｗとした。さらに、エッチング中における基板１２の温度を約４０℃とした。

この実施の形態においては、保護膜１０（膜厚：約１００ｎｍ）の１．５倍に相当する膜厚（約１５０ｎｍ）を除去するエッチング時間でエッチングを行った。これは、保護膜１０を確実に除去するためである。具体的には、事前実験から求められた窒化シリコン（保護膜１０）のエッチング速度（約４０ｎｍ／ｍｉｎ）から、エッチング時間を約３．７５（ｍｉｎ）（＝１５０／４０）とした。

これらの条件でエッチングを行うことにより、エッチング予定領域１８の保護膜１０が除去され、開口部１６ｂと合同な平面形状の露出領域２２が形成される。

ここで、「合同」とは、エッチング終了時において、露出領域２２の平面形状と、主面１２ａに対する開口部１６ｂの正射影とが、実質的に一致することを示す。なお、「実質的に一致」とは、この実施の形態のように、保護膜１０を膜厚換算で５０％オーバーエッチングしたときに、開口部１６ｂの正射影と、露出領域２２（正射影よりも大面積）との間の間隔が０．１μｍ以内であることを示す。

また、ＳＦ_６ガスの流量の単位「ｓｃｃｍ」は、温度０℃および気圧１０１３２５Ｐａに換算したガス流量ｃｍ^３／ｍｉｎを示す。

また、ＩＣＰパワーとは、プラズマを生成するための高周波電源に印加する電力のことを示し、エッチング室中で生成されるプラズマ粒子の量に関係する。また、ＲＩＥパワーとは、基板構造体２０へとプラズマ粒子を引き込むための高周波電源に印加する電力のことを示し、プラズマ粒子の保護膜１０への入射エネルギー、すなわち、プラズマシース電位に関係する。

ここで、図２のＳＥＭ写真を参照して、所定条件のＩＣＰ−ＲＩＥにより開口部１６ｂと合同な平面形状の露出領域２２が得られることを示す。

図２に示された構造体７０は、発明者らが発明完成に至るまでの過程で製作した一試作例である。したがって、構造体７０の積層構造は、上述した基板構造体２０とは若干異なっている。しかし、構造体７０および基板構造体２０の基本的な積層構造は共通していることから、以下に説明する議論は基板構造体２０についても成立する。

構造体７０は、基板５２と保護膜５４とフォトレジスト５６とからなる。

基板５２は、サファイア基板である。サファイア基板５２上には、約１００ｎｍの厚みの窒化シリコンからなる保護膜５４が堆積されている。保護膜５４上には、この実施の形態で用いたものと同様のフォトレジスト５６を、約０．５μｍの厚みで塗布している。

そして、上述した第２工程と同様にして、フォトレジスト５６の露光および現像を行い、開口幅が約１μｍの孔部５８を形成した。続いて、エッチング時間を２分とした以外は第３工程と同様のエッチング条件でＩＣＰ−ＲＩＥを行い、保護膜５４を除去した。

その結果、図２に示したように、孔部５８と、ほぼ合同な形状、つまり、孔部５８の開口幅とほぼ等しい幅を有する露出領域５９が得られた。

次に、図３を参照して、エッチング予定領域１８の外縁付近における構造体３０の断面構造につき、詳細に説明する。

図３を参照すると、露出領域２２と開口部１６ｂの平面形状は合同に形成されている。これは、上述したエッチング条件では、大部分のプラズマ粒子が、主面１２ａに対してほぼ垂直な方向から、保護膜露出領域１０ｂへと照射されるためである。

なお、「プラズマ粒子」とは、プラズマを構成する正イオンおよびラジカルを示すものとする。

しかし、プラズマ粒子の中には、飛行の過程でエッチング室内に残留する気体粒子と衝突することにより、軌道が変更されるものが僅かながら存在する。このようにして軌道が変更されたプラズマ粒子（以下、周辺照射プラズマ粒子と称する。）は、エッチング予定領域１８外の保護膜露出領域１０ｂへも照射されることとなる。その結果、図３に示すように、エッチング予定領域１８の周辺領域１８ａでも保護膜１０のエッチングが進行する。

ここで、周辺領域１８ａは、平面視で、保護膜露出領域１０ｂからエッチング予定領域１８を除いた領域のことを示す。つまり、周辺領域１８ａは、露出領域２２を囲む環状の平面形状を有し、外周が孔部１６の側面１６ａで規制された環状領域である。換言すれば、周辺領域１８ａは、平面視で、露出領域２２を相似的に拡大した領域（側面１６ａで囲まれる領域）から露出領域２２を除いた領域ということもできる。

ところで、周辺領域１８ａにおける周辺照射プラズマ粒子の照射量は、エッチング予定領域１８からの離間距離が長くなるとともに急激に少なくなっていく。また、保護膜１０のエッチング量は、その点におけるプラズマ粒子の照射量に比例する。

この結果、周辺領域１８ａにおける保護膜１０の断面形状は、周辺領域１８ａ内での周辺照射プラズマ粒子の照射量分布を反映したものとなる。つまり、周辺領域１８ａにおいて、保護膜１０は、露出領域２２から離間するとともに、なだらかに湾曲しながら徐々に厚くなっていく。すなわち、周辺領域１８ａにおける保護膜１０の断面は、その輪郭線１０ｄの傾きが露出領域２２から離間するとともに緩やかとなるような形状を有している。換言すれば、露出領域２２と周辺領域１８ａとの境界部Ｂにおいて、保護膜１０の高さの不連続（階段状の）変化が抑制される。

ここで、「輪郭線１０ｄ」とは、周辺領域１８ａで主面１２ａに対して垂直に保護膜１０を切断して得られる切断面における、中空部１６ｃと保護膜１０との境界となる曲線のことを示す。

周辺領域１８ａの幅Ｄ、つまり、周辺領域１８ａの外縁と、露出領域２２の外縁との間の距離は、上述のオーバーハングの幅Ｌ（図１（Ｂ）参照）に等しく、約０．５μｍである。

周辺照射プラズマ粒子は、実質的に周辺領域１８ａ内部にのみ照射されるので、周辺領域１８ａの外側、つまりフォトレジスト１４で被覆された領域ではエッチングは進行しない。ここで、フォトレジスト１４で被覆された、周辺領域１８ａの外側の非エッチング領域を平坦領域１８ｂと称する。換言すれば、平坦領域１８ｂは、保護膜１０において、露出領域２２および周辺領域１８ａを除いた領域ということもできる。

上述のように、周辺領域１８ａではエッチングが進行するが、平坦領域１８ｂではエッチングが進行しない。よって、周辺領域１８ａと平坦領域１８ｂとの境界部においては、保護膜１０がほぼ垂直に延在する側壁１０ｃが形成される。この側壁１０ｃの高さ、すなわち、平坦領域１８ｂの高さと、周辺領域１８ａの高さの差は、約５０ｎｍである。

なお、第１〜第３工程までが、この発明のエッチング方法に相当する。

また、構造体３０から、フォトレジスト１４を除いた構造体、すなわち、基板１２と保護膜１０と露出領域２２と周辺領域１８ａと平坦領域１８ｂとからなる構造体が、この発明のエッチング構造体６０に相当する。

（第４工程）
次に、図１（Ｄ）に示す構造体４０を形成する。すなわち、孔部１６を有するフォトレジスト１４をマスクとして、露出領域２２を含む構造体３０の主面１２ａ側の領域に真空蒸着により金属膜２４を堆積する。ここで、金属膜２４は、たとえば、厚み約５０ｎｍのＮｉ膜と厚み約０．５μｍのＡｕ膜とをこの順序で堆積した積層膜とする。

より詳細には、構造体３０を洗浄後、不図示の真空蒸着装置にセットして、金属膜２４の真空蒸着を行う。金属の蒸発源としては、電子線加熱方式のるつぼを用いた。そして、るつぼを、支持体（プラネタリ）に取り付けられた基板１２の主面１２ａに臨むように、基板１２から離間させて配置する。この際、るつぼは、プラネタリの回転軸から偏心させて位置させる。そして、成膜室内の真空度を約７×１０^−７Ｔｏｒｒに保った状態で、プラネタリを、回転軸の周りに所定の速度で回転させながら、るつぼ中の金属を蒸発させることで金属膜２４を堆積した。

これにより、フォトレジスト１４の上面１４ｄに金属膜２４ａが堆積される。同様に、露出領域２２に金属膜２４ｂが堆積される。

蒸発源を点蒸発源と見なせないこと、および、プラネタリを回転させていることなどにより、開口部１６ｂを通過して中空部１６ｃに至る金属原子には、主面１２ａに対して垂直に飛来するものばかりでなく、主面１２ａに対して傾いて飛来するものも含まれる。

しかし、中空部１６ｃに飛来する金属原子は、上述した周辺照射プラズマ粒子よりも高い指向性を有しており、周辺照射プラズマ粒子の照射領域よりも狭い範囲に堆積する。これは、蒸発源の面積がプラズマ生成領域よりも小さいこと、および、真空蒸着の際の真空度が、ＩＣＰ−ＲＩＥの際の真空度よりも小さいことなどによる。

よって、金属原子は、露出領域２２よりも広く、かつ、周辺領域１８ａの外縁よりも狭い領域に堆積する。つまり、金属膜２４ｂは、露出領域２２のみならず、周辺領域１８ａに存在する保護膜１０の一部を被覆するように形成される。

この実施の形態においては、金属膜２４ｂは、周辺領域１８ａに約０．２μｍの幅にわたってオーバーラップしている。

また、金属膜２４ｂは、上方に向かうほど幅が狭くなる断面台形状に堆積される。この理由は、真空蒸着の進行とともに、開口部１６ｂの周縁を構成するフォトレジスト１４上に徐々に金属膜２４ａが堆積されるためである。つまり、真空蒸着が進行して、上記周縁に堆積される金属膜２４ａの厚みが増加するとともに、露出領域２２上の任意の点から見た、開口部１６ｂの立体角が徐々に小さくなっていく。よって、真空蒸着の進行とともに開口部１６ｂを通過可能な金属原子の飛来角度範囲が制限され、結果として、金属膜２４ｂは断面台形状に堆積される。

（第５工程）
最後に、図１（Ｅ）に示す構造体５０を形成する。すなわち、孔部１６内に存在する金属膜２４ｂ以外の金属膜２４ａをフォトレジスト１４とともに除去する。

より詳細には、構造体４０を、ジメチルホルムアミド（（ＣＨ_３）_２ＮＣＨＯ）溶液に浸漬する。これにより、フォトレジスト１４が溶解し、フォトレジスト１４上に堆積されていた金属膜２４ａとともに除去される。不用な金属膜２４ａが取り除かれることにより、露出領域２２上に金属膜構造体２６（金属膜２４ｂ）が残置形成される。

ここで、金属膜構造体２６とは、半導体装置に用いられる、金属からなる各種電極（たとえば、ゲート電極等）や、配線等を示す。

図４に第１〜第５工程を経ることにより得られた金属膜構造体２６（およびエッチング構造体６０）の断面ＴＥＭ写真を示す。

この断面ＴＥＭ写真は、４０００倍の倍率で観察したものである。

図４には、ＧａＮ層１２ｃ、保護膜１０および金属膜構造体２６等が示されている。

図面中央の断面台形状の黒色部が金属膜構造体２６である。この金属膜構造体２６とオーバーラップするように延在する白色部が保護膜１０である。保護膜１０の底部および金属膜構造体２６の底部の双方と接して存在する灰色部がＧａＮ層１２ｃである。

図４より明らかなように、露出領域２２と周辺領域１８ａとの境界部Ｂにおいて、保護膜１０の階段状の高さの変化が抑えられていることがわかる。そして、幅が約０．５μｍの周辺領域１８ａにおいては、露出領域２２から離間するとともに、保護膜１０の膜厚が徐々に厚くなっていくことがわかる。周辺領域１８ａと平坦領域１８ｂとの境界部においては、保護膜１０に側壁１０ｃが形成されていることがわかる。

また、金属膜構造体２６は、周辺領域１８ａに約０．２μｍの幅にわたってオーバーラップしていることがわかる。境界部Ｂに跨って堆積された金属膜構造体２６の写真像には、不均一な濃淡の変化は見られない。つまり、金属膜構造体２６には、段切れが発生していないことがわかる。

ここで、「段切れ」とは、段差に跨って金属を真空蒸着した場合に、段差の上段に存在する金属膜と、段差の下段に存在する金属膜とが、それぞれ別個に成長するために、両者の間に隙間が生じ、電気的導通が悪化する現象のことを示す。

このように、この実施の形態のエッチング方法では、第３工程において、所定条件のＩＣＰ−ＲＩＥにより保護膜１０のエッチングを行っている。その結果、開口部１６ｂを介して保護膜１０に照射されるプラズマ粒子は、保護膜露出領域１０ｂに対してほぼ垂直に入射する。よって、エッチングは、開口部１６ｂと合同の平面形状を有するエッチング予定領域１８でのみ実質的に進行する。これにより、保護膜１０のサイドエッチングが抑制される。

また、この実施の形態のエッチング方法では、ＩＣＰ−ＲＩＥの条件を最適化することにより、サイドエッチングを抑制している。よって、従来技術のように、サイドエッチングを抑制するために新たな工程を追加する必要がない。

また、この実施の形態の金属膜構造体２６の製造方法では、露出領域２２が開口部１６ｂと合同の平面形状に形成されるので、露出領域２２およびその周辺の保護膜１０を金属膜構造体２６で被覆することができる。これにより、背景技術で説明した非被覆領域１１４（図５）の形成が防止される。その結果、非被覆領域１１４に由来する、主面１２ａの汚染や、表面電荷の発生が抑制される。よって、この金属膜構造体２６を電極や配線として用いた半導体装置の電気的特性の低下を抑制できる。

また、この実施の形態の金属膜構造体２６の製造方法では、上述のエッチング方法を利用しているので、周辺領域１８ａにおいても保護膜１０のエッチングがわずかながら進行する。よって、露出領域２２と周辺領域１８ａとの境界部において、保護膜１０の高さはなだらかに高くなっていく。その結果、この境界部に堆積される金属膜構造体２６の段切れが抑制される。

また、この実施の形態のエッチング構造体６０では、周辺領域１８ａにおいて、保護膜１０の断面の輪郭線１０ｄの傾きが露出領域２２からの距離に応じて緩やかになるように形成されている。つまり、露出領域２２と周辺領域１８ａとの境界部Ｂに階段状の段差が存在しない。その結果、周辺領域１８ａを一部被覆するように露出領域２２に金属膜２４ｂを堆積させたときに、露出領域２２と周辺領域１８ａとの境界部Ｂで段切れが発生することがない。

また、この実施の形態のエッチング構造体６０は、周辺領域１８ａと平坦領域１８ｂとの境界に、側壁１０ｃを備えている。この結果、エッチング構造体６０の全面に層間絶縁膜等を被覆した際に、この側壁１０ｃがアンカー効果を発揮し、層間絶縁膜の膜剥がれ等を抑制することができる。

なお、基板１２は、サファイア基板１２ｂとＧａＮ層１２ｃの積層基板に限られず、たとえば、Ｓｉ基板など、設計に応じて任意好適な基板を用いることができる。

また、保護膜１０は、窒化シリコン膜に限られず、たとえば、ＳｉＯ_２膜など、設計に応じて任意好適な膜を用いることができる。ただし、この保護膜をエッチングするにあたっては、保護膜の種類に応じてエッチングガスの種類を選択する必要がある。

また、保護膜１０の膜厚は１００ｎｍに限られず、設計に応じて任意好適な膜厚とすることができる。

また、フォトレジスト１４は、ネガ型フォトレジストに限られず、イメージリバース法を用いて露光現像したポジ型フォトレジストを用いてもよい。

また、フォトレジスト１４の厚みは、１μｍに限られず、設計に応じて任意好適な厚みとすることができる。

また、開口部１６ｂの幅Ｗ１は、１μｍに限られず、形成する金属膜構造体２６のサイズにあわせて、設計に応じて任意好適な幅とすることができる。

また、側面１６ａのオーバーハングの幅Ｌは、０．５μｍに限られず、設計に応じて任意好適な幅とすることができる。ただし、オーバーハングの幅Ｌは、金属膜２４ｂの堆積の障害とならないような幅とすることが好ましい。したがって、この実施の形態の場合には、オーバーハングの幅Ｌは、金属膜２４ｂと周辺領域１８ａとのオーバーラップ幅（約０．２μｍ）よりも広い幅であることが好ましい。

また、真空蒸着は、電子線加熱方式に限られず、抵抗加熱方式や高周波加熱方式などの公知の加熱方式を採用することができる。

また、第３工程においてエッチングに用いるプラズマは、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）に限られず、ＥＣＲ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）法により生成されたプラズマであってもよい。

また、第３工程において、エッチング中の基板１２の温度は、４０℃に限られず、フォトレジスト１４が熱変形しないような温度であればよい。たとえば、基板１２の温度は、室温（約２５℃）〜８０℃程度の温度であればよい。

（実施の形態２）
この実施の形態においては、第３工程におけるＩＣＰ−ＲＩＥの好適なエッチング条件につき説明する。

発明者らは、（１）ＩＣＰパワー、（２）ＲＩＥパワーおよび（３）エッチング室の気圧を種々に変更して、基板構造体２０のＩＣＰ−ＲＩＥを行った。

その結果、通常のＩＣＰ−ＲＩＥで用いられる条件（たとえば、ＩＣＰパワー：１ｋＷ以上およびＲＩＥパワー：５００Ｗ以上）では、エッチング速度が大きすぎて、露出領域２２および周辺領域１８ａの形状（保護膜１０の輪郭線１０ｄの傾きや周辺領域１８ａのエッチング量）を制御することが困難であることが明らかとなった。

発明者らは、ＩＣＰパワーおよびＲＩＥパワーを通常の１／１０程度にまで減少させて本発明の範囲とすれば、エッチング速度が小さくなり、露出領域２２および周辺領域１８ａの形状を制御可能であることを見いだした。

また、発明者らは、保護膜１０のエッチング速度は、主にＲＩＥパワーに依存することを見いだした。つまり、ＲＩＥパワーの変化率に対するエッチング速度の変化率よりも、ＩＣＰパワーの変化率に対するエッチング速度の変化率の方が小さいことを明らかにした。

ＩＣＰパワーは、２０〜１００Ｗとすることが好ましい。ＩＣＰパワーを２０Ｗ以上とすることにより、実用上許容できる程度の量のプラズマ粒子がエッチング室内で生成される。その結果、保護膜１０のエッチング速度を実用上許容できる大きさとすることができる。

また、ＩＣＰパワーを１００Ｗ以下とすることにより、エッチング室内で生成されるプラズマ粒子の量が過剰となることはない。その結果、保護膜１０のエッチング速度が大きくなりすぎることはない。

ＩＣＰパワーは、３０〜８０Ｗであることがより好適である。さらに、ＩＣＰパワーを４０〜６０Ｗとすれば、より一層好適である。ＩＣＰパワーをこれらの範囲に限定することにより、露出領域２２および周辺領域１８ａの形状制御性を犠牲にすることなく、保護膜１０のエッチングに要する時間を短縮することができる。

ＲＩＥパワーは、保護膜１０へのプラズマ粒子の引き込み量（照射量）、および、保護膜１０に入射するプラズマ粒子の入射エネルギーに関係している。

この入射エネルギーは、さらに、境界部Ｂ（図３）付近における保護膜１０の断面の輪郭線１０ｄの傾きに関係している。つまり、ＲＩＥパワーを大きくすると、入射エネルギーが大きくなり、したがって、境界部Ｂ付近の輪郭線１０ｄが立ってくる（傾きが大きくなる）。それに対し、ＲＩＥパワーを小さくすると、入射エネルギーが小さくなり、したがって、境界部Ｂ付近の輪郭線１０ｄが寝てくる（傾きが小さくなる）。

ＲＩＥパワーは、５〜５０Ｗとすることが好ましい。ＲＩＥパワーを５Ｗ以上とすることにより、エッチング予定領域１８に、実用上許容できる量のプラズマ粒子を照射することができる。また、プラズマ粒子の入射エネルギーが小さいことから、プラズマ粒子の衝突により露出領域２２に生じるダメージを小さくすることができる。さらに、境界部Ｂ付近における保護膜１０の断面の輪郭線１０ｄの傾きを小さくすることができるので、金属膜構造体２６を形成した場合に境界部Ｂ付近における段切れを抑制することができる。

また、ＲＩＥパワーを５０Ｗ以下とすることにより、エッチング予定領域１８に、実用上充分な量のプラズマ粒子を照射することができる。また、プラズマ粒子の衝突により露出領域２２に生じるダメージを実用上許容できる程度に抑えることができる。さらに、境界部Ｂ付近における保護膜１０の断面の輪郭線１０ｄの傾きを、金属膜構造体２６の境界部Ｂ付近における段切れを抑制可能な程度とすることができる。

ＲＩＥパワーは、１０〜３０Ｗであることがより好適である。さらに、ＲＩＥパワーを１５〜２０Ｗとすれば、より一層好適である。ＲＩＥパワーをこの範囲にすることにより、境界部Ｂ付近の輪郭線１０ｄの傾きを金属膜構造体２６の段切れが発生しないような角度に保ちつつ、露出領域２２に対するダメージを抑え、かつ、エッチング速度を実用上充分な大きさとすることができる。

エッチング室の気圧は、１〜１００ｍＴｏｒｒとすることが好ましい。エッチング室の気圧は、エッチング室内に残留する気体粒子の量に関係しており、この気圧が大きいほど、プラズマ粒子と気体分子との衝突が増える。この結果、この気圧が大きいほど、飛行の過程で軌道が変化するプラズマ粒子が多くなる。したがって、気圧が大きいほど、プラズマ粒子は、保護膜露出領域１０ｂの広い範囲にわたって照射されることになる。この結果、気圧が大きいほど、境界部Ｂ付近の輪郭線１０ｄの傾きが小さくなる。

エッチング室の気圧を、１ｍＴｏｒｒ以上とすることにより、境界部Ｂ付近の輪郭線１０ｄの傾きを金属膜構造体２６の段切れが発生しないような角度に保つことができる。また、エッチング室の気圧を、１００ｍＴｏｒｒ以下とすることにより、周辺領域１８ａにおける保護膜１０の過剰なエッチングを抑えることできる。

エッチング室の気圧は、７．５〜１５ｍＴｏｒｒであることがより好適である。エッチング室の気圧をこの範囲にすることにより、周辺領域１８ａにおける保護膜１０の過剰なエッチングを抑えつつ、境界部Ｂ付近の輪郭線１０ｄの傾きを金属膜構造体２６の段切れが発生しないような角度に保つことができる。

なお、通常のＩＣＰ−ＲＩＥは、“ＲＩＥパワー＜ＩＣＰパワー”という条件で行われることが多い。しかし、この発明の場合には、ＲＩＥパワーとＩＣＰパワーとの大小関係には特に制限はなく、“ＲＩＥパワー≧ＩＣＰパワー”との条件でエッチングを実施してもよい。

（Ａ）〜（Ｅ）は、実施の形態のエッチング方法の説明に供する工程図であって、各工程段階における構造体の断面切り口を示す図である。 第３工程後に得られる構造体の断面ＳＥＭ写真である。 第３工程後に得られる構造体のエッチング予定領域の外縁付近における断面切り口を示す図である。 金属膜構造体（エッチング構造体）の断面ＴＥＭ写真である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、従来技術のエッチング方法の説明に供する工程図であって、各工程段階における構造体の断面切り口を示す図である。

符号の説明

１０，５４ 保護膜
１０ａ 表面
１０ｂ 保護膜露出領域
１０ｃ 側壁
１０ｄ 輪郭線
１２，５２ 基板
１２ａ 主面
１２ｂ サファイア基板
１２ｃ ＧａＮ層
１４，５６ フォトレジスト
１４ｄ 上面
１６，５８ 孔部
１６ａ 側面
１６ｂ 開口部
１６ｃ 中空部
１８ エッチング予定領域
１８ａ 周辺領域
１８ｂ 平坦領域
２０ 基板構造体
２２，５９ 露出領域
２４，２４ａ，２４ｂ 金属膜
２６ 金属膜構造体２６
３０，４０，５０，７０ 構造体
６０ エッチング構造体

Claims (4)

1. 基板と、該基板の主面を覆う被エッチング膜と、該被エッチング膜を覆い、かつ、孔部が形成されているエッチング保護膜とを備えており、
   該孔部は、前記エッチング保護膜表面に形成された開口部と、該開口部に前記エッチング保護膜の厚み方向に連続し、前記被エッチング膜に至る中空部とで形成されており、
   前記開口部の平面形状は、前記被エッチング膜のエッチング予定領域の平面形状と合同であり、
   前記孔部は、前記エッチング保護膜表面から深さ方向に前記被エッチング膜に向かうにしたがって拡幅している孔幅を有する基板構造体において、
   前記被エッチング膜のうち、前記エッチング予定領域に存在する被エッチング膜部分を誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングにより除去して、前記基板の前記主面が露出した露出領域を形成するにあたり、
   （１）ＩＣＰパワーを４０〜６０Ｗとし、
   （２）ＲＩＥパワーを５〜５０Ｗとし、および、
   （３）エッチング室の気圧を１〜１００ｍＴｏｒｒとする
   条件でエッチングを行うことを特徴とするエッチング方法。
2. 前記基板として主面側にＧａＮ層が設けられた基板を用い、前記被エッチング膜として窒化シリコン膜を用い、前記エッチング保護膜としてネガ型フォトレジストを用い、および前記誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングのエッチングガスとしてＳＦ_６を用いることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
3. 請求項１または２に記載のエッチング方法を利用して金属膜構造体を形成するにあたり、
   前記露出領域の形成後に、
   前記エッチング保護膜をマスクとして、前記露出領域を含む前記基板の前記主面側の領域に真空蒸着により金属膜を堆積する工程と、
   該金属膜のうち、前記孔部外に存在する金属膜部分を、前記エッチング保護膜とともに除去する工程と
   を含むことを特徴とする金属膜構造体の製造方法。
4. 請求項１または２に記載のエッチング方法を利用して形成されるエッチング構造体であって、
   基板と、
   該基板の主面を覆う被エッチング膜と、
   該被エッチング膜が除去されて前記基板の主面が露出した露出領域と、
   前記被エッチング膜の領域であって、該露出領域の平面形状を相似的に拡大した領域から該露出領域を除いた周辺領域と、
   前記被エッチング膜の領域であって、前記露出領域および前記周辺領域からなる領域以外の領域である平坦領域とを備えており、
   該周辺領域に存在する前記被エッチング膜の断面の輪郭線の傾きが、前記露出領域から離間するにしたがって緩やかとなるように、前記被エッチング膜の膜厚が、前記露出領域から離間するにしたがって厚くなっており、および
   該周辺領域と前記平坦領域との間の境界部に、前記被エッチング膜が前記主面に垂直に延在する側壁を備えている
   ことを特徴とするエッチング構造体。