JP5070599B2 - Semiconductor device manufacturing method and plasma etching apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、半導体材料からなる被加工物をエッチングにより加工する技術に関し、特に、インジウムを必須の構成元素とする化合物半導体からなる被加工物をドライエッチングにより加工する技術に関する。   The present invention relates to a technique for processing a workpiece made of a semiconductor material by etching, and particularly to a technique for processing a workpiece made of a compound semiconductor containing indium as an essential constituent element by dry etching.

近年、光能動素子(たとえば、半導体レーザや光増幅器)や光受動素子(たとえば、合分波器や光導波路)といった光デバイスの高機能化および高性能化が要求されている。この種の光デバイスとして、III-V族化合物半導体などの化合物半導体からなる光集積デバイスが注目されている。また、光集積デバイスの製造工程では、化合物半導体をエッチングにより高精度に加工する技術が求められる。エッチングにより化合物半導体を加工して溝を形成する場合、その溝の幅、深さおよび形状を精密に制御することが重要である。このため、ウェットエッチングと比較すれば、形成された溝の側壁の垂直性、当該溝の再現性およびエッチング均一性を良好に実現できるドライエッチングが使用される傾向にある。   In recent years, there has been a demand for higher performance and higher performance of optical devices such as optical active elements (for example, semiconductor lasers and optical amplifiers) and optical passive elements (for example, multiplexers / demultiplexers and optical waveguides). As this type of optical device, an optical integrated device made of a compound semiconductor such as a III-V group compound semiconductor has attracted attention. In the manufacturing process of an optical integrated device, a technique for processing a compound semiconductor with high accuracy by etching is required. When a groove is formed by processing a compound semiconductor by etching, it is important to precisely control the width, depth, and shape of the groove. For this reason, as compared with wet etching, there is a tendency to use dry etching that can satisfactorily realize the verticality of the sidewall of the formed groove, the reproducibility of the groove, and the etching uniformity.

一般に、ドライエッチングは、所望のエッチング形状を得るために、被加工物の特性に応じたエッチング条件(導入ガス種の種類、導入ガス種の配分、チャンバ内の圧力、基板温度)を適用することが必要である。化合物半導体をドライエッチングにより加工する方法としては、プラズマ源を用いたドライエッチングが広く使用されている。プラズマ源としては、たとえば、容量結合型プラズマ(CCP:Capacitively Coupled Plasma)源、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)源、マイクロ波励起表面波プラズマ(SWP:Surface Wave Plasma)源、および電子サイクロトン共鳴プラズマ(ECP:Electron Cyclotron resonance Plasma)源が挙げられる。   In general, in dry etching, in order to obtain a desired etching shape, an etching condition (type of introduced gas type, distribution of introduced gas type, pressure in the chamber, substrate temperature) according to the characteristics of the workpiece is applied. is necessary. As a method of processing a compound semiconductor by dry etching, dry etching using a plasma source is widely used. Examples of the plasma source include a capacitively coupled plasma (CCP) source, an inductively coupled plasma (ICP) source, a microwave-excited surface wave plasma (SWP) source, and an electron. Examples include cyclotron resonance plasma (ECP) sources.

特に、誘導結合型プラズマ源やマイクロ波励起表面波プラズマ源、電子サイクロトン共鳴プラズマ源を使用すると、放電電力によるプラズマ密度と、バイアス電力によるイオンの入射エネルギーとをそれぞれ独立に制御できるため、エッチング形状の高精度な微細加工が可能となる。特に、誘導結合型プラズマを使用した化合物半導体のドライエッチングは、エッチングの高速化と低ダメージとを両立できる手段として広く使用されている。   In particular, when an inductively coupled plasma source, microwave-excited surface wave plasma source, or electron cycloton resonance plasma source is used, the plasma density by discharge power and the incident energy of ions by bias power can be controlled independently. High-precision fine processing of the shape is possible. In particular, dry etching of compound semiconductors using inductively coupled plasma is widely used as a means that can achieve both high speed etching and low damage.

プラズマ源を用いたドライエッチングについては、たとえば、特許文献1(特開2006−005317号公報)、特許文献2(特開2005−150404号公報)、特許文献3(特開2004−088062号公報)および特許文献4(特開2004−063658号公報)に開示されている。
特開2006−005317号公報 特開2005−150404号公報 特開2004−088062号公報 特開2004−063658号公報
Regarding dry etching using a plasma source, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-005317), Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-150404), and Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-080862). And Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-063658).
JP 2006-005317 A JP 2005-150404 A JP 2004-080662 A JP 2004-063658 A

ドライエッチングでは、下地の被加工物とマスク材料との間のエッチング速度比すなわち選択比(=被加工物のエッチングレート/マスク材料のエッチングレート)が重要な評価パラメータであり、この選択比の値は高いことが望ましい。また、異なる組成を持つ複数の半導体層(たとえば、InP層、InGaAsP層およびInGaAlAs層)をドライエッチングにより加工する場合、半導体層間のエッチング速度差(エッチング速度依存性)も重要な評価パラメータであり、加工精度を高めるためには、エッチング速度差が小さいことが望ましい。   In dry etching, the etching rate ratio between the underlying workpiece and the mask material, that is, the selection ratio (= workpiece etching rate / mask material etching rate) is an important evaluation parameter. Is desirable to be high. In addition, when a plurality of semiconductor layers having different compositions (for example, an InP layer, an InGaAsP layer, and an InGaAlAs layer) are processed by dry etching, an etching rate difference (etching rate dependency) between semiconductor layers is also an important evaluation parameter. In order to increase the processing accuracy, it is desirable that the difference in etching rate is small.

選択比を高めるためにエッチングマスクとして金属マスクを用いることができる。この場合、金属マスクがエッチングされると、金属マスクの金属元素が揮発性生成物とならずに加工面に付着し、半導体デバイスの特性に大きく影響を及ぼすおそれがある。それ故、結晶成長の実行前にドライエッチング用のマスクとして金属マスクを使用することは難しい。   In order to increase the selectivity, a metal mask can be used as an etching mask. In this case, when the metal mask is etched, the metal element of the metal mask does not become a volatile product and adheres to the processed surface, which may greatly affect the characteristics of the semiconductor device. Therefore, it is difficult to use a metal mask as a mask for dry etching before performing crystal growth.

たとえば、化合物半導体を用いた光導波路を作製するとき、屈折率の比較的低いInP層がクラッド層として使用され、屈折率の比較的高いInGaAsPやInGaAlAsなどの、Inを含有する半導体材料がコア層として使用される。コア層を持つストライプ状のメサ構造をクラッド層で埋め込む光導波路を形成する場合、このメサ構造を形成する手法としてドライエッチングもしくはウェットエッチングのいずれかを使用することができるが、メサ構造の幅を高精度に制御する観点からは、ウェットエッチングよりもドライエッチングの使用が好ましい。しかしながら、被加工物である化合物半導体とマスク(たとえば、SiO層)との間の選択比が低ければ、ドライエッチングの過程でマスクが徐々に削れるため、当初のマスクパターンよりも大きな領域でエッチングが起こってしまうなど、所望の精度でパターンを作製することが難しくなる。さらに、削れたマスク材料が加工面に付着すると加工面の平滑性が悪化するという問題が生じる。さらには、マスクのエッチングレートが均一でなければ、メサ構造の側壁の光導波路方向の平滑性が悪化するという問題が生ずる。このような問題を抑制するために、マスクを厚くすることができるが、マスクの厚みが大きければ、マスク材料のパターニングのためにフォトリソグラフィ工程で使用されるレジスト膜の厚みを大きくしなければならず、マスク材料を高精度にパターニングすることが難しくなるという別の問題が生じてしまう。 For example, when an optical waveguide using a compound semiconductor is manufactured, an InP layer having a relatively low refractive index is used as a cladding layer, and a semiconductor material containing In, such as InGaAsP and InGaAlAs having a relatively high refractive index, is used as a core layer. Used as. When forming an optical waveguide in which a striped mesa structure with a core layer is embedded with a cladding layer, either dry etching or wet etching can be used as a method for forming this mesa structure. From the viewpoint of controlling with high accuracy, it is preferable to use dry etching rather than wet etching. However, if the selection ratio between the compound semiconductor, which is the workpiece, and the mask (for example, SiO 2 layer) is low, the mask is gradually scraped during the dry etching process, so that etching is performed in a region larger than the original mask pattern. This makes it difficult to produce a pattern with a desired accuracy. Further, when the mask material that has been shaved adheres to the processed surface, there arises a problem that the smoothness of the processed surface deteriorates. Furthermore, if the etching rate of the mask is not uniform, there arises a problem that the smoothness of the side wall of the mesa structure in the optical waveguide direction is deteriorated. In order to suppress such problems, the mask can be thickened. However, if the mask is thick, the thickness of the resist film used in the photolithography process for patterning the mask material must be increased. Therefore, another problem arises that it becomes difficult to pattern the mask material with high accuracy.

一方、被加工物のエッチング速度依存性については、異なる組成を持つ2層間のエッチング速度差が大きい場合に、これら2層からなる積層構造をドライエッチングにより加工すれば、加工断面の垂直性や平滑性が損なわれるので、所望の加工形状を得ることが難しい。たとえば、InP基板上にエピタキシャル成長されたInGaAsPやInGaAlAsなどの化合物半導体層を有する光集積デバイスの場合、異なる組成を持つインジウム系化合物半導体間でエッチング速度差が大きければ、高精度な微細加工が難しくなるので、そのエッチング速度差を低減させ得る最適なプロセス条件が求められている。   On the other hand, with respect to the etching rate dependency of the workpiece, when the etching rate difference between two layers having different compositions is large, if the laminated structure composed of these two layers is processed by dry etching, the perpendicularity or smoothness of the processed cross section is obtained. As a result, the desired processed shape is difficult to obtain. For example, in the case of an optical integrated device having a compound semiconductor layer such as InGaAsP or InGaAlAs epitaxially grown on an InP substrate, if the etching rate difference between indium compound semiconductors having different compositions is large, high-precision microfabrication becomes difficult. Therefore, there is a demand for optimum process conditions that can reduce the etching rate difference.

特に、複数の光機能素子がモノリシックに集積された光集積デバイスを製造する場合、光機能素子の形成領域ごとに半導体層の層厚や組成が異なるのが一般的である。それ故、光機能素子の形成領域間に上述のエッチング速度差があると、形成領域間でエッチング深さが異なるので、エッチング深さを高精度に制御することが難しい。これに対しては、各形成領域におけるエッチング深さを予測し、予測されたエッチング深さに適合するように活性層や導波路の設計を行うという対策が可能である。しかしながら、エッチング深さを常に正確に予測できるとは限らないという問題がある。   In particular, when an optical integrated device in which a plurality of optical functional elements are monolithically integrated is manufactured, the layer thickness and composition of the semiconductor layer are generally different for each optical functional element formation region. Therefore, if there is the above-described difference in etching rate between the formation regions of the optical functional element, the etching depth differs between the formation regions, so that it is difficult to control the etching depth with high accuracy. In order to cope with this, it is possible to take measures to predict the etching depth in each formation region and to design the active layer and the waveguide so as to match the predicted etching depth. However, there is a problem that the etching depth cannot always be accurately predicted.

上記に鑑みて本発明の目的は、ドライエッチングにより化合物半導体を加工するときに、当該化合物半導体とマスクとの間の選択比を向上させ得る半導体装置の製造方法およびプラズマエッチング装置を提供することである。本発明の他の目的は、ドライエッチングにより化合物半導体を加工するときに、異なる組成を有する化合物半導体間のエッチング速度差を低減させ得る半導体装置の製造方法およびプラズマエッチング装置を提供すること、特に、そのエッチング速度差の低減と高選択比とを両立させ得る半導体装置の製造方法およびプラズマエッチング装置を提供することである。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a plasma etching apparatus that can improve the selectivity between the compound semiconductor and the mask when the compound semiconductor is processed by dry etching. is there. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a plasma etching apparatus that can reduce an etching rate difference between compound semiconductors having different compositions when a compound semiconductor is processed by dry etching. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a plasma etching apparatus that can achieve both a reduction in the etching rate difference and a high selectivity.

本発明によれば、インジウムを必須の構成元素とするIII−V族化合物半導体の上に所定パターンの無機誘電体材料からなるハードマスクを形成する工程と、前記無機誘電体材料からなるハードマスクの形成後、プラズマエッチング装置のチャンバ内に配置された前記III−V族化合物半導体の上に、ヨウ化水素ガスおよび四塩化ケイ素ガスの2成分からなる混合ガスを導入するとともに前記混合ガスをプラズマ化する工程と、当該プラズマ化された混合ガスを前記III−V族化合物半導体に入射させて前記III−V族化合物半導体を選択的にエッチングする工程と、を含む半導体装置の製造方法が提供される。前記混合ガスの総流量に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の配合比は、60%以上85%以下である。 According to the present invention, a step of forming a hard mask made of an inorganic dielectric material having a predetermined pattern on a group III-V compound semiconductor containing indium as an essential constituent element, and a hard mask made of the inorganic dielectric material , After the formation, a mixed gas composed of two components of hydrogen iodide gas and silicon tetrachloride gas is introduced into the III-V group compound semiconductor disposed in the chamber of the plasma etching apparatus, and the mixed gas is turned into plasma. And a method of selectively etching the group III-V compound semiconductor by causing the plasma-mixed gas to enter the group III-V compound semiconductor. . The mixing ratio of the flow rate of the hydrogen iodide gas to the total flow rate of the mixed gas is 60% or more and 85% or less.

本発明によれば、所定パターンの無機誘電体材料からなるハードマスクが形成されたIII−V族化合物半導体を加工するプラズマエッチング装置であって、チャンバ内に配置され、かつ前記III−V族化合物半導体を支持するホルダと、前記III−V族化合物半導体の上に、ヨウ化水素ガスおよび四塩化ケイ素ガスの2成分からなる混合ガスを導入するガス供給源と、高周波電力の供給に応じて、当該導入された混合ガスをプラズマ化するための誘導電場を生起させる高周波磁場を前記チャンバ内に印加する高周波アンテナと、前記高周波アンテナに前記高周波電力を供給する高周波発振器と、当該プラズマ化された混合ガスを前記III−V族化合物半導体に入射させる電場を形成するバイアス電圧印加手段と、を備え、前記III−V族化合物半導体は、その構成元素としてインジウムを含有し、前記ガス供給源は、前記混合ガスの総流量に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の配合比を60%以上85%以下の範囲内に調整する、プラズマエッチング装置が提供される

According to the present invention, there is provided a plasma etching apparatus for processing a group III-V compound semiconductor having a hard mask made of an inorganic dielectric material having a predetermined pattern, the plasma etching apparatus being disposed in a chamber, and the group III-V compound Depending on the holder for supporting the semiconductor , the gas supply source for introducing a mixed gas composed of two components of hydrogen iodide gas and silicon tetrachloride gas on the III-V compound semiconductor , and the supply of high-frequency power, A high-frequency antenna that applies a high-frequency magnetic field that generates an induction electric field for generating a plasma of the introduced mixed gas into the chamber, a high-frequency oscillator that supplies the high-frequency power to the high-frequency antenna, and the plasma-mixed mixture It includes a bias voltage application means for forming an electric field for entering a gas into the group III-V compound semiconductor, wherein the III V compound semiconductor contains indium as a constituent element, the gas supply source, adjusts the flow mixing ratio of the hydrogen iodide gas to the total flow rate of the mixed gas in the range of 85% or more and 60% or less A plasma etching apparatus is provided .

前述の通り、本発明による半導体装置の製造方法およびプラズマエッチング装置は、ヨウ化水素ガスと四塩化ケイ素ガスとの2成分からなる混合ガスのプラズマを用い、混合ガスの総流量に対するヨウ化水素ガスの流量の配合比を60%以上85%以下に調整してドライエッチングを実行している。これにより、インジウムを必須の構成元素とする化合物半導体からなる被加工物とエッチングマスクとの間で高い選択比を実現するとともに、異なる組成を持つ化合物半導体間のエッチング速度差を低減することができる。   As described above, the method of manufacturing a semiconductor device and the plasma etching apparatus according to the present invention use plasma of a mixed gas composed of two components of hydrogen iodide gas and silicon tetrachloride gas, and hydrogen iodide gas with respect to the total flow rate of the mixed gas. The dry etching is performed by adjusting the mixing ratio of the flow rate of 60% to 85%. As a result, it is possible to realize a high selectivity between a workpiece made of a compound semiconductor containing indium as an essential constituent element and an etching mask, and to reduce an etching rate difference between compound semiconductors having different compositions. .

したがって、エッチングマスクの厚さを薄くしてパターニングを高精細化することが可能である。特に、異なる半導体組成を有する複数の光機能素子を含む光集積デバイスを製造する場合、半導体組成に依存することなく加工形状を精密に制御することができる。   Therefore, it is possible to reduce the thickness of the etching mask and increase the patterning. In particular, when an optical integrated device including a plurality of optical functional elements having different semiconductor compositions is manufactured, the processing shape can be precisely controlled without depending on the semiconductor composition.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1(A)〜(D)は、本発明に係る一実施形態である半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。この製造方法では、図1(A)に示されるように、インジウム(In)を含有する化合物半導体からなる被加工物10の上にマスク層11が形成され、このマスク層11上にレジスト膜12が塗布される。次に、リソグラフィ工程によりレジスト膜12をパターニングして、図1(B)に示すレジストパターン12pが形成される。このレジストパターン12pをマスクとして用いてマスク層11をエッチングすることで、図1(C)に示されるマスクパターン(エッチングマスク)11pが形成される。このマスクパターン11pの形成後、被加工物10は、プラズマエッチング装置のチャンバ内に配置される。   1A to 1D are process diagrams for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In this manufacturing method, as shown in FIG. 1A, a mask layer 11 is formed on a workpiece 10 made of a compound semiconductor containing indium (In), and a resist film 12 is formed on the mask layer 11. Is applied. Next, the resist film 12 is patterned by a lithography process to form a resist pattern 12p shown in FIG. By etching the mask layer 11 using the resist pattern 12p as a mask, a mask pattern (etching mask) 11p shown in FIG. 1C is formed. After the mask pattern 11p is formed, the workpiece 10 is placed in the chamber of the plasma etching apparatus.

選択比(=被加工物10のエッチングレート/マスクパターン11pのエッチングレート)の向上の観点からは、マスクパターン11pには、酸化ケイ素(SiO)や窒化ケイ素(Si)などの無機誘電体からなるハードマスクを使用することが好ましい。 From the viewpoint of improving the selectivity (= etching rate of the workpiece 10 / etching rate of the mask pattern 11p), the mask pattern 11p includes an inorganic material such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ). It is preferable to use a hard mask made of a dielectric.

被加工物10がチャンバ内に配置された後、プラズマエッチング装置は、ヨウ化水素(HI)ガスおよび四塩化ケイ素ガス(SiCl)ガスの2成分からなる混合ガスをチャンバ内に導入するとともに、当該混合ガスをプラズマ化する。ここで、混合ガスの総流量に対するヨウ化水素ガスの流量の配合比は60%以上85%以下に調整される。より好ましくは、ヨウ化水素ガスの流量の配合比の下限は65%であり、その上限は80%である。プラズマエッチング装置は、当該プラズマ化された混合ガスを被加工物10に入射させ、これにより、図1(D)に示すように被加工物10eを選択的にエッチングする。 After the workpiece 10 is disposed in the chamber, the plasma etching apparatus introduces a mixed gas composed of two components of hydrogen iodide (HI) gas and silicon tetrachloride gas (SiCl 4 ) gas into the chamber, The mixed gas is turned into plasma. Here, the mixing ratio of the flow rate of hydrogen iodide gas to the total flow rate of the mixed gas is adjusted to 60% or more and 85% or less. More preferably, the lower limit of the mixing ratio of the flow rate of hydrogen iodide gas is 65%, and the upper limit is 80%. The plasma etching apparatus causes the plasma mixed gas to enter the workpiece 10, thereby selectively etching the workpiece 10 e as shown in FIG.

エッチング工程では、インジウム含有化合物の離脱を促進させて加工面の平滑性を向上させる観点からは、被加工物10の温度は、160℃以上200℃以下の範囲内に調整されることが望ましい。   In the etching step, it is desirable that the temperature of the workpiece 10 is adjusted within a range of 160 ° C. or higher and 200 ° C. or lower from the viewpoint of promoting the separation of the indium-containing compound and improving the smoothness of the processed surface.

プラズマエッチング装置は、放電電力によるプラズマ密度と、RFバイアス電力によるイオンの入射エネルギーとをそれぞれ独立に制御できる構成を有することが望ましい。この種のプラズマエッチング装置としては、たとえば、誘導結合型プラズマ(ICP)源、マイクロ波励起表面波プラズマ(SWP)源、電子サイクロトン共鳴プラズマ(ECP)源、あるいは、ヘリコン波励起プラズマ(HWP:Helicon Wave Plasma)源が挙げられる。ICP源の中では、特に、チャンバ内に静磁場を印加して混合ガスのプラズマ密度分布を制御し得る磁石を含むプラズマ源が望ましい。   The plasma etching apparatus desirably has a configuration capable of independently controlling the plasma density by the discharge power and the ion incident energy by the RF bias power. As this type of plasma etching apparatus, for example, an inductively coupled plasma (ICP) source, a microwave excited surface wave plasma (SWP) source, an electron cycloton resonance plasma (ECP) source, or a helicon wave excited plasma (HWP: Helicon Wave Plasma) source. Among the ICP sources, a plasma source including a magnet that can control the plasma density distribution of the mixed gas by applying a static magnetic field in the chamber is particularly desirable.

以下、本実施形態の好適な製造工程について詳細に説明する。   Hereinafter, a suitable manufacturing process of this embodiment will be described in detail.

被加工物10は、InP、InGaAlAs、InGaAsPからなる群から選択された1または2以上の化合物を含むインジウム系III−V族化合物半導体である。被加工物10は、単一の半導体層で構成されていてもよいし、もしくは、異なる組成を有する複数の半導体層の積層体であってもよい。あるいは、被加工物10は、単結晶基板、もしくは、単結晶基板上にエピタキシャル成長された単層または複数層の成長層構造であってもよい。あるいは、被加工物10を、単結晶基板上に複数種類の成長層構造が並列に形成されたものとすることもできる。   The workpiece 10 is an indium III-V group compound semiconductor containing one or more compounds selected from the group consisting of InP, InGaAlAs, and InGaAsP. The workpiece 10 may be composed of a single semiconductor layer, or may be a stacked body of a plurality of semiconductor layers having different compositions. Alternatively, the workpiece 10 may be a single crystal substrate, or a single layer or a multiple layer growth layer structure epitaxially grown on the single crystal substrate. Alternatively, the workpiece 10 may have a plurality of types of growth layer structures formed in parallel on a single crystal substrate.

このような被加工物10の上に、スパッタ法やCVD(化学気相堆積:Chemical Vapor Deposition)法により無機誘電体材料を堆積して図1(A)のマスク層11を形成する。さらに、マスク層11の上にレジストを塗布して図1(A)のレジスト膜12を形成し、このレジスト膜12を露光し現像することにより図1(B)のレジストパターン12pを形成する。このレジストパターン12pを用い、CFなどのガスを用いたドライエッチングをマスク層11に施すことにより、図1(C)のマスクパターン11pが形成される。その後、レジストパターン12pは除去される。 An inorganic dielectric material is deposited on the workpiece 10 by sputtering or CVD (Chemical Vapor Deposition) to form the mask layer 11 in FIG. Further, a resist is applied on the mask layer 11 to form a resist film 12 in FIG. 1A, and the resist film 12 is exposed and developed to form a resist pattern 12p in FIG. 1B. By using this resist pattern 12p and performing dry etching using a gas such as CF 4 on the mask layer 11, the mask pattern 11p of FIG. 1C is formed. Thereafter, the resist pattern 12p is removed.

ここで、マスク層11が無機誘電体材料からなる場合、マスクパターン11pを高精度に形成するために、マスク層11の厚みは、選択比を考慮してできる限り薄くされることが望ましく、50nm以上1μm以下の範囲内に設定されることが好ましい。   Here, when the mask layer 11 is made of an inorganic dielectric material, in order to form the mask pattern 11p with high accuracy, the thickness of the mask layer 11 is desirably as thin as possible in consideration of the selection ratio, and is 50 nm. It is preferably set in the range of 1 μm or less.

次に、マスクパターン11pを有する被加工物10を、ICP源を含むエッチング装置のチャンバ内に配置する。ICP源は、チャンバ内に静磁場を印加して混合ガスのプラズマ密度分布を制御し得る磁石を有する。図2は、プラズマエッチング装置20の概略構成を示す図である。このプラズマエッチング装置20は、真空チャンバ21、石英板22、高周波ループアンテナ23、マッチング回路24、高周波電源25、ループ状永久磁石26、平面状電極27、基板ホルダ30、バイアス用マッチング回路31、バイアス用高周波電源32、ガス供給源40および制御部41を有している。本発明に係る高周波発振器は、高周波電源25とマッチング回路24とで構成され得る。   Next, the workpiece 10 having the mask pattern 11p is placed in a chamber of an etching apparatus including an ICP source. The ICP source has a magnet that can control the plasma density distribution of the mixed gas by applying a static magnetic field in the chamber. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the plasma etching apparatus 20. The plasma etching apparatus 20 includes a vacuum chamber 21, a quartz plate 22, a high frequency loop antenna 23, a matching circuit 24, a high frequency power supply 25, a loop permanent magnet 26, a planar electrode 27, a substrate holder 30, a bias matching circuit 31, and a bias. A high-frequency power supply 32, a gas supply source 40, and a control unit 41. The high-frequency oscillator according to the present invention can be composed of a high-frequency power supply 25 and a matching circuit 24.

真空チャンバ21の内部には、被加工物10を支持する基板ホルダ30が配置されている。基板ホルダ30は、バイアス用マッチング回路31を介してバイアス用高周波電源32に接続されており、バイアス用高周波電源32は、基板ホルダ30を介して高周波バイアスを被加工物10に印加することができる。   A substrate holder 30 that supports the workpiece 10 is disposed inside the vacuum chamber 21. The substrate holder 30 is connected to a bias high-frequency power source 32 via a bias matching circuit 31, and the bias high-frequency power source 32 can apply a high-frequency bias to the workpiece 10 via the substrate holder 30. .

また、真空チャンバ21は上部開口部を有している。石英板(誘電体部材)22は、真空チャンバ21の反応室を密閉しかつ窓を構成するように真空チャンバ21の上部開口部に取付けられている。この石英板22は、真空チャンバ21のプラズマ生成領域を画定するものである。   The vacuum chamber 21 has an upper opening. The quartz plate (dielectric member) 22 is attached to the upper opening of the vacuum chamber 21 so as to seal the reaction chamber of the vacuum chamber 21 and form a window. The quartz plate 22 defines a plasma generation region of the vacuum chamber 21.

プラズマ生成領域の外側では、石英板22の上方に二巻回のループをなす高周波ループアンテナ23が配置されている。この高周波ループアンテナ23は、マッチング回路24を介して高周波電源25に接続されている。また、この高周波ループアンテナ23と同軸状にループ状永久磁石26が配置されている。このループ状永久磁石26は、高周波ループアンテナ23に流れる電流と略直交する方向の静磁場を発生し、かつ石英板22の表面と平行となるように配置されている。高周波電源25は、マッチング回路24を介して、高周波ループアンテナ23に高周波電力を供給する。高周波ループアンテナ23は、当該高周波電力の供給に応じて、真空チャンバ21内に導入された混合ガスをプラズマ化するための誘導電場を生起させる高周波磁場を真空チャンバ21内に印加する。   Outside the plasma generation region, a high-frequency loop antenna 23 that forms a two-turn loop is disposed above the quartz plate 22. The high frequency loop antenna 23 is connected to a high frequency power source 25 via a matching circuit 24. A loop permanent magnet 26 is disposed coaxially with the high frequency loop antenna 23. The loop permanent magnet 26 generates a static magnetic field in a direction substantially orthogonal to the current flowing through the high-frequency loop antenna 23 and is disposed so as to be parallel to the surface of the quartz plate 22. The high frequency power supply 25 supplies high frequency power to the high frequency loop antenna 23 via the matching circuit 24. The high frequency loop antenna 23 applies a high frequency magnetic field in the vacuum chamber 21 that generates an induction electric field for converting the mixed gas introduced into the vacuum chamber 21 into plasma in response to the supply of the high frequency power.

平面状電極27は、石英板22と高周波ループアンテナ23との間であって石英板22の近傍に、当該石英板22の表面と平行となるように配置されている。この平面状電極27は、たとえば、線状金属材料で構成すればよい。また、平面状電極27は、石英板22で構成される窓の形状に合わせた形状を有し、石英板22の内表面上に一様な電界を形成する機能を有する。更に、平面状電極27は、可変コンデンサ28およびマッチング回路24を介して高周波電源25と接続されている。制御部41は、可変コンデンサ28の静電容量を10pF〜100pFの範囲内で最適な値に調整して、石英板22の内表面上における膜の付着を防止することができる。なお、可変コンデンサ28の代わりに可変チョークを使用してもよい。   The planar electrode 27 is disposed between the quartz plate 22 and the high-frequency loop antenna 23 and in the vicinity of the quartz plate 22 so as to be parallel to the surface of the quartz plate 22. The planar electrode 27 may be made of, for example, a linear metal material. The planar electrode 27 has a shape that matches the shape of the window formed of the quartz plate 22 and has a function of forming a uniform electric field on the inner surface of the quartz plate 22. Further, the planar electrode 27 is connected to the high frequency power supply 25 via the variable capacitor 28 and the matching circuit 24. The control unit 41 can adjust the capacitance of the variable capacitor 28 to an optimal value within a range of 10 pF to 100 pF, and can prevent adhesion of a film on the inner surface of the quartz plate 22. A variable choke may be used instead of the variable capacitor 28.

マスクパターン11p(図1(C))が形成された被加工物10は、チャンバ21内の基板ホルダ30に載置される。その後、ガス供給源40は、制御部41の制御を受けて、真空チャンバ21内に、ヨウ化水素ガスおよび四塩化ケイ素ガスの2成分からなる混合ガスを導入しつつ、真空ポンプ(図示せず)は真空チャンバ21内を排気する。混合ガスの総流量は、物理的エッチングと化学的エッチングとをバランス良く進行させるために17sccm以上20sccm以下の範囲内に調整することが望ましい。この混合ガスの総流量に対するヨウ化水素ガスの流量の配合比は、60%以上85%以下に調整される。   The workpiece 10 on which the mask pattern 11 p (FIG. 1C) is formed is placed on the substrate holder 30 in the chamber 21. Thereafter, the gas supply source 40 receives the control of the control unit 41 and introduces a mixed gas composed of two components of hydrogen iodide gas and silicon tetrachloride gas into the vacuum chamber 21 while a vacuum pump (not shown). ) Evacuates the vacuum chamber 21. The total flow rate of the mixed gas is desirably adjusted within the range of 17 sccm or more and 20 sccm or less in order to proceed with physical etching and chemical etching in a balanced manner. The mixing ratio of the flow rate of hydrogen iodide gas to the total flow rate of the mixed gas is adjusted to 60% or more and 85% or less.

同時に、高周波電源25は、制御部41の制御を受けて、高周波ループアンテナ23に、周波数13.56MHzで300Wの高周波電力を供給する。高周波ループアンテナ23は、高周波電力の供給に応じて真空チャンバ21内に高周波磁場を形成し、この高周波磁場により生起された誘導電場が真空チャンバ21内の混合ガスをプラズマ化して活性種を生成する。また、バイアス用高周波電源32(バイアス電圧印加手段)は、バイアス用マッチング回路31および基板ホルダ30を介して被加工物10にバイアス電圧を印加して活性種を被加工物10に入射させる(図1(C))。時間管理を行って目標のエッチングレートやエッチング深さを制御すればよい。この結果、被加工物10は、エッチングにより高精度に加工される。   At the same time, the high frequency power supply 25 is controlled by the control unit 41 to supply high frequency power of 300 W at a frequency of 13.56 MHz to the high frequency loop antenna 23. The high frequency loop antenna 23 forms a high frequency magnetic field in the vacuum chamber 21 in response to the supply of the high frequency power, and the induction electric field generated by the high frequency magnetic field converts the mixed gas in the vacuum chamber 21 into plasma to generate active species. . Further, the bias high-frequency power source 32 (bias voltage applying means) applies a bias voltage to the workpiece 10 via the bias matching circuit 31 and the substrate holder 30 to cause the active species to enter the workpiece 10 (FIG. 1 (C)). Time management may be performed to control the target etching rate and etching depth. As a result, the workpiece 10 is processed with high accuracy by etching.

エッチング工程におけるチャンバ21内の圧力(エッチング圧力)は、高密度プラズマを安定的に生成させ、かつ、物理的エッチングと化学的エッチングとをバランス良く進行させるため、0.5Paに調整されるのが好ましい。   The pressure (etching pressure) in the chamber 21 in the etching process is adjusted to 0.5 Pa in order to stably generate high-density plasma and advance physical etching and chemical etching in a balanced manner. preferable.

また、エッチング工程における被加工物10の温度は、エッチング工程中に生じるインジウム化合物の副生成物の蒸気圧から、実験的に、160℃以上200℃以下であることを本発明者らは見出した。被加工物10の温度を160℃以上とすることで、Inを含む化合物半導体のエッチング過程で発生するIn化合物の離脱を促進することができ、エッチング端面の平滑性を確保することが可能となる。   In addition, the present inventors have found that the temperature of the workpiece 10 in the etching process is experimentally 160 ° C. or higher and 200 ° C. or lower from the vapor pressure of the by-product of the indium compound generated during the etching step. . By setting the temperature of the workpiece 10 to 160 ° C. or more, it is possible to promote the detachment of the In compound generated in the etching process of the compound semiconductor containing In, and to ensure the smoothness of the etching end face. .

上記ドライエッチングのプロセス条件を用いて、複数種の被加工物10について、選択比、エッチング速度差(%)およびエッチング速度比が測定された。図3は、ヨウ化水素(HI)の配合比(%)と選択比との間の関係を示すグラフであり、図4は、HIの配合比(%)とエッチング速度差(%)との間の関係を示すグラフであり、図5は、HIの配合比(%)とエッチング速度比との間の関係を示すグラフである。   Using the dry etching process conditions, the selectivity, the etching rate difference (%), and the etching rate ratio were measured for a plurality of types of workpieces 10. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the mixing ratio (%) of hydrogen iodide (HI) and the selection ratio, and FIG. 4 shows the difference between the mixing ratio (%) of HI and the etching rate difference (%). FIG. 5 is a graph showing the relationship between the HI compounding ratio (%) and the etching rate ratio.

図3のグラフには、異なる組成を有する3種類(InP、InP/InGaAlAs/InP、およびInP/InGaAsP/InP)の被加工物10に関する選択比の測定結果が示されている。「InP」のグラフは、InP基板を被加工物10とした場合の測定結果を示している。すなわち、InP基板のエッチングレートと酸化ケイ素(SiO)マスクのエッチングレートとに基づいて、SiOマスクに対するInP基板(すなわちInP層)の選択比を測定結果として計算した。「InP/InGaAlAs/InP」のグラフは、InP基板上にInGaAlAs層をエピタキシャル成長させ、このInGaAlAs層上にInP層(キャップ層)を形成した構造を被加工物10とした場合の測定結果を示している。すなわち、この被加工物10のエッチングレートとInP層のエッチングレートとSiOマスクのエッチングレートとに基づいて、SiOマスクに対するInGaAlAs層の選択比を測定結果として計算した。ここで、InP層のエッチングレートには、前記InP基板のエッチングレートの値が使用された。そして、「InP/InGaAsP/InP」のグラフは、InP基板上にInGaAsP層をエピタキシャル成長させ、このInGaAsP層上にInP層(キャップ層)を形成した構造を被加工物10とした場合の測定結果を示している。すなわち、この被加工物10のエッチングレートとInP層のエッチングレートとSiOマスクのエッチングレートとに基づいて、SiOマスクに対するInGaAsP層の選択比を測定結果として計算した。 The graph of FIG. 3 shows the measurement results of the selectivity with respect to the workpiece 10 of three types (InP, InP / InGaAlAs / InP, and InP / InGaAsP / InP) having different compositions. The graph of “InP” shows the measurement results when the InP substrate is the workpiece 10. That is, based on the etching rate of the InP substrate and the etching rate of the silicon oxide (SiO 2 ) mask, the selectivity of the InP substrate (ie, InP layer) with respect to the SiO 2 mask was calculated as a measurement result. The graph of “InP / InGaAlAs / InP” shows the measurement results when the workpiece 10 is formed by epitaxially growing an InGaAlAs layer on an InP substrate and forming an InP layer (cap layer) on the InGaAlAs layer. Yes. That is, based on the etching rate of the workpiece 10, the etching rate of the InP layer, and the etching rate of the SiO 2 mask, the selection ratio of the InGaAlAs layer to the SiO 2 mask was calculated as a measurement result. Here, the value of the etching rate of the InP substrate was used as the etching rate of the InP layer. The graph of “InP / InGaAsP / InP” shows the measurement results in the case where the workpiece 10 is formed by epitaxially growing an InGaAsP layer on an InP substrate and forming an InP layer (cap layer) on the InGaAsP layer. Show. That is, based on the etching rate of the workpiece 10, the etching rate of the InP layer, and the etching rate of the SiO 2 mask, the selection ratio of the InGaAsP layer to the SiO 2 mask was calculated as a measurement result.

図3のグラフに示されるように、HIの配合比が60%以上85%以下の範囲では、InP基板については、おおむね30以上の高い選択比が得られ、InP/InGaAlAs/InPとInP/InGaAsP/InPについても、20以上という高い選択比が得られていることが分かる。   As shown in the graph of FIG. 3, when the HI compounding ratio is in the range of 60% or more and 85% or less, a high selection ratio of about 30 or more can be obtained for the InP substrate. InP / InGaAlAs / InP and InP / InGaAsP As for / InP, it can be seen that a high selection ratio of 20 or more is obtained.

図4のグラフには、異なる組成を有する2種類(InP/InGaAlAs/InP、およびInP/InGaAsP/InP)の被加工物10に関するエッチング速度差(%)の測定結果が示されている。この測定結果は、被加工物10のエッチングレートに基づいて算出された。すなわち、InP基板のエッチングレート(すなわちInP層のエッチングレート)をErとし、InGaAlAs層のエッチングレートをExとしたとき、InP層とInGaAlAs層間のエッチング速度差(「InP/InGaAlAs/InP」のグラフ)は、100×|Er−Ex|/Er、の式を用いて算出された。また、InGaAsP層のエッチングレートをEyとしたときには、InP層とInGaAsP層間のエッチング速度差(「InP/InGaAsP/InP」のグラフ)は、100×|Er−Ey|/Er、の式を用いて算出された。図4のグラフに示されるように、HIの配合比が60%以上85%以下の範囲内では、InGaAlAs層とInGaAsP層のいずれについても、エッチング速度差が低い値に抑制されていることが分かる。   The graph of FIG. 4 shows the measurement result of the etching rate difference (%) for two types of workpieces 10 (InP / InGaAlAs / InP and InP / InGaAsP / InP) having different compositions. This measurement result was calculated based on the etching rate of the workpiece 10. That is, when the etching rate of the InP substrate (that is, the etching rate of the InP layer) is Er and the etching rate of the InGaAlAs layer is Ex, the etching rate difference between the InP layer and the InGaAlAs layer (“InP / InGaAlAs / InP” graph) Was calculated using the equation 100 × | Er−Ex | / Er. When the etching rate of the InGaAsP layer is Ey, the difference in etching rate between the InP layer and the InGaAsP layer (“InP / InGaAsP / InP” graph) is calculated using the equation 100 × | Er−Ey | / Er. Calculated. As shown in the graph of FIG. 4, it can be seen that the etching rate difference is suppressed to a low value for both the InGaAlAs layer and the InGaAsP layer when the HI compounding ratio is in the range of 60% to 85%. .

図5のグラフには、異なる組成を有する2種類(InP/InGaAlAs/InP、およびInP/InGaAsP/InP)の被加工物10に関するエッチング速度比の測定結果が示されている。この測定結果は、被加工物10のエッチングレートに基づいて算出された。すなわち、InP基板のエッチングレート(すなわちInP層のエッチングレート)をErとし、InGaAlAs層のエッチングレートをExとしたとき、InP層に対するInGaAlAs層のエッチング速度比(「InP/InGaAlAs/InP」のグラフ)は、Ex/Erとして算出された。InGaAsP層のエッチングレートをEyとしたときは、InP層に対するInGaAsP層のエッチング速度比(「InP/InGaAsP/InP」のグラフ)は、Ey/Erとして算出された。図5のグラフに示されるように、HIの配合比が60%以上85%以下の範囲内では、InP層に対するInGaAlAs層のエッチング速度比は、おおむね0.6以上となり、InP層に対するInGaAsP層のエッチング速度比は、0.8以上となる。したがって、InGaAlAs層とInGaAsP層のいずれについても、1に近い良好なエッチング速度比が得られていることが分かる。   The graph of FIG. 5 shows the measurement result of the etching rate ratio for two types of workpieces 10 (InP / InGaAlAs / InP and InP / InGaAsP / InP) having different compositions. This measurement result was calculated based on the etching rate of the workpiece 10. That is, when the etching rate of the InP substrate (that is, the etching rate of the InP layer) is Er and the etching rate of the InGaAlAs layer is Ex, the etching rate ratio of the InGaAlAs layer to the InP layer (“InP / InGaAlAs / InP” graph) Was calculated as Ex / Er. When the etching rate of the InGaAsP layer was Ey, the etching rate ratio of the InGaAsP layer to the InP layer (“InP / InGaAsP / InP” graph) was calculated as Ey / Er. As shown in the graph of FIG. 5, when the HI compounding ratio is in the range of 60% or more and 85% or less, the etching rate ratio of the InGaAlAs layer to the InP layer is approximately 0.6 or more. The etching rate ratio is 0.8 or more. Therefore, it can be seen that a good etching rate ratio close to 1 is obtained for both the InGaAlAs layer and the InGaAsP layer.

次に、本実施形態の実施例と比較例について説明する。   Next, examples of the present embodiment and comparative examples will be described.

(実施例1)
被加工物10は、(1)InP基板、(2)InP基板上に約500nmの厚みのInGaAsP層をエピタキシャル成長させ、このInGaAsP層上にInP層(キャップ層)を形成したInP/InGaAsP/InP構造、(3)InP基板上に約300nmの厚みのInGaAlAs層をエピタキシャル成長させ、このInGaAlAs層上にInP層(キャップ層)を形成したInP/InGaAlAs/InP構造、という3種類の化合物半導体である。なお、InGaAsP層は、下地のInP基板に格子整合した1.5μm波長に相当するバンドギャップを有している(Q1.5)。また、InGaAlAs層は、Al組成比として30%を有し、下地のInP基板に格子整合した層である。
Example 1
The workpiece 10 has an (1) InP substrate and (2) an InP / InGaAsP / InP structure in which an InGaAsP layer having a thickness of about 500 nm is epitaxially grown on the InP substrate, and an InP layer (cap layer) is formed on the InGaAsP layer. (3) Three types of compound semiconductors having an InP / InGaAlAs / InP structure in which an InGaAlAs layer having a thickness of about 300 nm is epitaxially grown on an InP substrate and an InP layer (cap layer) is formed on the InGaAlAs layer. The InGaAsP layer has a band gap corresponding to a 1.5 μm wavelength lattice-matched to the underlying InP substrate (Q1.5). The InGaAlAs layer is a layer having an Al composition ratio of 30% and lattice-matched to the underlying InP substrate.

熱CVD法により、約500nmの厚みのSiOマスク層11を堆積させ、被加工物10の表面にレジスト膜12を塗布し、縮小投影露光機(ステッパ)を用いてレジスト膜12を、約1.5μmの幅を持つようにストライプ形状に加工してレジストパターン12pを形成した(図1(B))。次に、CFガスを用いたドライエッチングによりマスクパターン11pを形成した(図1(C))。 A SiO 2 mask layer 11 having a thickness of about 500 nm is deposited by thermal CVD, a resist film 12 is applied to the surface of the workpiece 10, and the resist film 12 is formed by using a reduction projection exposure machine (stepper). A resist pattern 12p was formed by processing into a stripe shape so as to have a width of 0.5 μm (FIG. 1B). Next, a mask pattern 11p was formed by dry etching using CF 4 gas (FIG. 1C).

そして、図2に示すICP源を用いたドライエッチングを実行した(図1(C),図1(D))。このドライエッチングのプロセス条件については、12sccmの流量のHIガスと、5sccmの流量のSiClガスがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は17sccmであり、HIガスの配分比は約70%である。被加工物10の温度は180℃、チャンバ内の圧力は0.5Pa、高周波電力は300W、RFバイアス電力(RF投入電力)は100Wとされた。 Then, dry etching using the ICP source shown in FIG. 2 was performed (FIGS. 1C and 1D). Regarding the dry etching process conditions, HI gas having a flow rate of 12 sccm and SiCl 4 gas having a flow rate of 5 sccm were introduced into the chamber. The total flow rate of the mixed gas at this time is 17 sccm, and the distribution ratio of HI gas is about 70%. The temperature of the workpiece 10 was 180 ° C., the pressure in the chamber was 0.5 Pa, the high frequency power was 300 W, and the RF bias power (RF input power) was 100 W.

このプロセス条件でドライエッチングを実行した結果、図6に模式的に示す加工断面が得られた。ドライエッチングを約4μm行った際の、エッチング面の垂直からのずれは、大きくても±3°以内であり、良好である。3種類の被加工物10のそれぞれに対してエッチング速度を測定したところ、InP基板のエッチング速度は1102nm/minであり、InP/InGaAsP/InP構造のエッチング速度は1095nm/minであり、InP/InGaAlAs/InP構造のエッチング速度は1085nm/minであった。よって、3種類の被加工物10のエッチング速度は、±1.6%以内の誤差範囲に収まった。InP基板(すなわちInP層)とInGaAsP層との間、並びにInP基板(すなわちInP層)とInGaAlAs層との間では、エッチング速度差がたかだか20%程度である。したがって、半導体組成に依存しないドライエッチングが実現できた。   As a result of performing dry etching under these process conditions, a processed cross section schematically shown in FIG. 6 was obtained. When dry etching is performed at about 4 μm, the deviation from the vertical of the etching surface is within ± 3 ° at most, which is favorable. When the etching rate was measured for each of the three types of workpieces 10, the etching rate of the InP substrate was 1102 nm / min, the etching rate of the InP / InGaAsP / InP structure was 1095 nm / min, and InP / InGaAlAs The etching rate of the / InP structure was 1085 nm / min. Therefore, the etching rates of the three types of workpieces 10 are within an error range of ± 1.6%. The difference in etching rate is about 20% between the InP substrate (ie, InP layer) and the InGaAsP layer, and between the InP substrate (ie, InP layer) and the InGaAlAs layer. Therefore, dry etching independent of the semiconductor composition was realized.

また、いずれの被加工物10についても、加工底面に柱状の残さが見当たらず、ほぼ垂直の加工端面が得られていることから、良好な平滑性および垂直性が実現できていることが分かる。さらに、エッチング前のSiOマスクの膜厚とエッチング後のSiOマスクの膜厚とを測定してSiOマスクのエッチング速度を算出したところ、すべての被加工物10について、35nm/minであった。このエッチング速度から計算される選択比は、すべての被加工物10について25以上となり、良好な高選択比が得られた。 In addition, it can be seen that any smoothness and verticality can be realized from any of the workpieces 10 because the columnar residue is not found on the processing bottom surface and a substantially vertical processing end surface is obtained. Further the calculated etching rate of the SiO 2 mask by measuring the thickness of the SiO 2 mask after the film thickness and the etching of the SiO 2 mask before etching, for all of the workpiece 10, 35 nm / min met It was. The selectivity calculated from this etching rate was 25 or more for all the workpieces 10, and a good high selectivity was obtained.

(実施例2)
加工物10は、(1)InP基板、(2)InP基板上に約500nmの厚みのInGaAsP層をエピタキシャル成長させ、このInGaAsP層上にInP層(キャップ層)を形成したInP/InGaAsP/InP構造、(3)InP基板上に約300nmの厚みのInGaAlAs層をエピタキシャル成長させ、このInGaAlAs層上にInP層(キャップ層)を形成したInP/InGaAlAs/InP構造、という3種類の化合物半導体である。
(Example 2)
The workpiece 10 has (1) an InP substrate, (2) an InP / InGaAsP / InP structure in which an InGaAsP layer having a thickness of about 500 nm is epitaxially grown on the InP substrate, and an InP layer (cap layer) is formed on the InGaAsP layer. (3) Three types of compound semiconductors having an InP / InGaAlAs / InP structure in which an InGaAlAs layer having a thickness of about 300 nm is epitaxially grown on an InP substrate and an InP layer (cap layer) is formed on the InGaAlAs layer.

上記実施例1と同様の工程で被加工物10の上にレジストパターン12pが形成された。そして、実施例1で使用されたICP源と同じプラズマ源を用いたドライエッチングを実行した(図1(C),図1(D))。このドライエッチングのプロセス条件については、13.6sccmの流量のHIガスと、3.4sccmの流量のSiClガスとがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は17sccmであり、HIガスの配分比は約80%である。被加工物10の温度は180℃、チャンバ内の圧力は0.5Pa、高周波電力は300W、RFバイアス電力(RF投入電力)は100Wとされた。 A resist pattern 12p was formed on the workpiece 10 in the same process as in Example 1 above. Then, dry etching using the same plasma source as the ICP source used in Example 1 was performed (FIGS. 1C and 1D). Regarding the dry etching process conditions, HI gas having a flow rate of 13.6 sccm and SiCl 4 gas having a flow rate of 3.4 sccm were introduced into the chamber. The total flow rate of the mixed gas at this time is 17 sccm, and the distribution ratio of HI gas is about 80%. The temperature of the workpiece 10 was 180 ° C., the pressure in the chamber was 0.5 Pa, the high frequency power was 300 W, and the RF bias power (RF input power) was 100 W.

このプロセス条件でドライエッチングを実行した結果、InP基板のエッチング速度は1144nm/minであり、InP/InGaAsP/InP構造のエッチング速度は1114nm/minであり、InP/InGaAlAs/InP構造のエッチング速度は1093nm/minであった。よって、3種類の被加工物10のエッチング速度は、±1.9%以内の誤差範囲に収まった。InP基板(すなわちInP層)とInGaAsP層との間のエッチング速度差はたかだが17%程度であり、InP基板(すなわちInP層)とInGaAlAs層との間のエッチング速度差はたかだか37%程度であった。したがって、半導体組成に依存しないドライエッチングが実現できた。   As a result of performing dry etching under these process conditions, the etching rate of the InP substrate is 1144 nm / min, the etching rate of the InP / InGaAsP / InP structure is 1114 nm / min, and the etching rate of the InP / InGaAlAs / InP structure is 1093 nm. / Min. Therefore, the etching rates of the three types of workpieces 10 are within an error range of ± 1.9%. The difference in etching rate between the InP substrate (that is, InP layer) and the InGaAsP layer is about 17%, and the difference in etching rate between the InP substrate (that is, InP layer) and the InGaAlAs layer is about 37%. It was. Therefore, dry etching independent of the semiconductor composition was realized.

また、いずれの被加工物10についても、加工底面に柱状の残さが見当たらず、ほぼ垂直の加工端面が得られていることから、良好な平滑性および垂直性が実現できた。さらに、エッチング前のSiOマスクの膜厚とエッチング後のSiOマスクの膜厚とを測定してSiOマスクのエッチング速度を算出したところ、すべての被加工物10について、34nm/minであった。このエッチング速度から、SiOマスクに対するInP基板の選択比は約34と算出された。また、SiOマスクに対するInGaAlAs層の選択比が約22であり、これが一番小さい選択比であった。したがって、良好な高選択比が得られた。 In addition, for any workpiece 10, no columnar residue was found on the bottom surface of processing, and a substantially vertical processing end surface was obtained. Therefore, good smoothness and verticality were realized. Further the calculated etching rate of the SiO 2 mask by measuring the thickness of the SiO 2 mask after the film thickness and the etching of the SiO 2 mask before etching, for all of the workpiece 10, 34 nm / min met It was. From this etching rate, the selection ratio of the InP substrate to the SiO 2 mask was calculated to be about 34. Further, the selection ratio of the InGaAlAs layer to the SiO 2 mask was about 22, which was the smallest selection ratio. Therefore, a good high selection ratio was obtained.

(実施例3)
被加工物10は、(1)InP基板、(2)InP基板上に約500nmの厚みのInGaAsP層をエピタキシャル成長させ、このInGaAsP層上にInP層(キャップ層)を形成したInP/InGaAsP/InP構造、(3)InP基板上に約300nmの厚みのInGaAlAs層をエピタキシャル成長させ、このInGaAlAs層上にInP層(キャップ層)を形成したInP/InGaAlAs/InP構造、という3種類の化合物半導体である。
(Example 3)
The workpiece 10 has an (1) InP substrate and (2) an InP / InGaAsP / InP structure in which an InGaAsP layer having a thickness of about 500 nm is epitaxially grown on the InP substrate, and an InP layer (cap layer) is formed on the InGaAsP layer. (3) Three types of compound semiconductors having an InP / InGaAlAs / InP structure in which an InGaAlAs layer having a thickness of about 300 nm is epitaxially grown on an InP substrate and an InP layer (cap layer) is formed on the InGaAlAs layer.

上記実施例1と同様の工程で被加工物10の上にレジストパターン12pが形成された。そして、実施例1で使用されたICP源と同じプラズマ源を用いたドライエッチングを実行した(図1(C),図1(D))。このドライエッチングのプロセス条件については、14.5sccmの流量のHIガスと、2.5sccmの流量のSiClガスとがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は17sccmであり、HIガスの配分比は約85%である。被加工物10の温度は180℃、チャンバ内の圧力は0.5Pa、高周波電力は300W、RFバイアス電力(RF投入電力)は100Wとされた。 A resist pattern 12p was formed on the workpiece 10 in the same process as in Example 1 above. Then, dry etching using the same plasma source as the ICP source used in Example 1 was performed (FIGS. 1C and 1D). Regarding the dry etching process conditions, HI gas having a flow rate of 14.5 sccm and SiCl 4 gas having a flow rate of 2.5 sccm were introduced into the chamber. The total flow rate of the mixed gas at this time is 17 sccm, and the distribution ratio of HI gas is about 85%. The temperature of the workpiece 10 was 180 ° C., the pressure in the chamber was 0.5 Pa, the high frequency power was 300 W, and the RF bias power (RF input power) was 100 W.

このプロセス条件でドライエッチングを実行した結果、InP基板(すなわちInP層)とInGaAlAs層との間のエッチング速度差はたかだか40%程度であり、InP基板(すなわちInP層)とInGaAsP層との間のエッチング速度差はたかだか20%程度であった。したがって、半導体組成に依存しないドライエッチングが実現できた。   As a result of performing dry etching under this process condition, the etching rate difference between the InP substrate (ie, InP layer) and the InGaAlAs layer is only about 40%, and the difference between the InP substrate (ie, InP layer) and the InGaAsP layer is The difference in etching rate was about 20%. Therefore, dry etching independent of the semiconductor composition was realized.

また、いずれの被加工物10についても、加工底面に柱状の残さが見当たらず、ほぼ垂直の加工端面が得られていることから、良好な平滑性および垂直性が実現できた。さらに、エッチング前のSiOマスクの膜厚とエッチング後のSiOマスクの膜厚とを測定してSiOマスクのエッチング速度を算出したところ、すべての被加工物10について、31nm/minであった。このエッチング速度から、SiOマスクに対するInP基板の選択比は約36と算出された。また、SiOマスクに対するInGaAlAs層の選択比が約22であり、これが一番小さい選択比であった。したがって、良好な高選択比が得られた。 In addition, for any workpiece 10, no columnar residue was found on the bottom surface of processing, and a substantially vertical processing end surface was obtained. Therefore, good smoothness and verticality were realized. Further the calculated etching rate of the SiO 2 mask by measuring the thickness of the SiO 2 mask after the film thickness and the etching of the SiO 2 mask before etching, for all of the workpiece 10, 31 nm / min met It was. From this etching rate, the selection ratio of the InP substrate to the SiO 2 mask was calculated to be about 36. Further, the selection ratio of the InGaAlAs layer to the SiO 2 mask was about 22, which was the smallest selection ratio. Therefore, a good high selection ratio was obtained.

(実施例4)
被加工物10は、(1)InP基板、(2)InP基板上に約300nmの厚みのInGaAlAs層をエピタキシャル成長させ、このInGaAlAs層上にInP層(キャップ層)を形成したInP/InGaAlAs/InP構造、という2種類の化合物半導体である。
Example 4
The workpiece 10 is an InP / InGaAlAs / InP structure in which (1) an InP substrate, (2) an InGaAlAs layer having a thickness of about 300 nm is epitaxially grown on the InP substrate, and an InP layer (cap layer) is formed on the InGaAlAs layer. These are two types of compound semiconductors.

上記実施例1と同様の工程で被加工物10の上にレジストパターン12pが形成された。そして、実施例1で使用されたICP源と同じプラズマ源を用いたドライエッチングを実行した(図1(C),図1(D))。このドライエッチングのプロセス条件については、12sccmの流量のHIガスと、8sccmの流量のSiClガスとがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は20sccmであり、HIガスの配分比は約60%である。被加工物10の温度は180℃、チャンバ内の圧力は0.5Pa、高周波電力は300W、RFバイアス電力(RF投入電力)は100Wとされた。 A resist pattern 12p was formed on the workpiece 10 in the same process as in Example 1 above. Then, dry etching using the same plasma source as the ICP source used in Example 1 was performed (FIGS. 1C and 1D). As for the dry etching process conditions, HI gas having a flow rate of 12 sccm and SiCl 4 gas having a flow rate of 8 sccm were introduced into the chamber. The total flow rate of the mixed gas at this time is 20 sccm, and the distribution ratio of HI gas is about 60%. The temperature of the workpiece 10 was 180 ° C., the pressure in the chamber was 0.5 Pa, the high frequency power was 300 W, and the RF bias power (RF input power) was 100 W.

このプロセス条件でドライエッチングを実行した結果、SiOマスクに対するInP基板の選択比は25程度であり、SiOマスクに対するInGaAlAs層の選択比は20程度であった。したがって、いずれの被加工物10についても、20以上の高選択比が得られた。 As a result of performing dry etching under this process condition, the selection ratio of the InP substrate to the SiO 2 mask was about 25, and the selection ratio of the InGaAlAs layer to the SiO 2 mask was about 20. Therefore, a high selection ratio of 20 or more was obtained for any workpiece 10.

また、InP基板のエッチング速度は1516nm/minであり、InP/InGaAlAs/InP構造のエッチング速度は1480nm/minであった。これら被加工物10のエッチング速度は、±1.2%の誤差範囲内に収まった。InP基板(すなわちInP層)とInGaAlAs層との間では、エッチング速度差がたかだか20%程度であった。   The etching rate of the InP substrate was 1516 nm / min, and the etching rate of the InP / InGaAlAs / InP structure was 1480 nm / min. The etching rate of these workpieces 10 was within an error range of ± 1.2%. The difference in etching rate between the InP substrate (that is, InP layer) and the InGaAlAs layer was about 20%.

(比較例1)
被加工物10は、(1)InP基板、(2)InP基板上に約300nmの厚みのInGaAlAs層をエピタキシャル成長させ、このInGaAlAs層上にInP層(キャップ層)を形成したInP/InGaAlAs/InP構造、という2種類の化合物半導体である。
(Comparative Example 1)
The workpiece 10 is an InP / InGaAlAs / InP structure in which (1) an InP substrate, (2) an InGaAlAs layer having a thickness of about 300 nm is epitaxially grown on the InP substrate, and an InP layer (cap layer) is formed on the InGaAlAs layer. These are two types of compound semiconductors.

上記実施例1と同様の工程で被加工物10の上にレジストパターン12pが形成された。そして、実施例1で使用されたICP源と同じプラズマ源を用いたドライエッチングを実行した(図1(C),図1(D))。このドライエッチングのプロセス条件については、18sccmの流量のHIガスと、2sccmの流量のSiClガスとが導入された。このときの混合ガスの総流量は20sccmであり、HIガスの配分比は約90%である。被加工物10の温度は180℃、チャンバ内の圧力は0.5Paとされた。 A resist pattern 12p was formed on the workpiece 10 in the same process as in Example 1 above. Then, dry etching using the same plasma source as the ICP source used in Example 1 was performed (FIGS. 1C and 1D). Regarding the dry etching process conditions, HI gas having a flow rate of 18 sccm and SiCl 4 gas having a flow rate of 2 sccm were introduced. The total flow rate of the mixed gas at this time is 20 sccm, and the distribution ratio of HI gas is about 90%. The temperature of the workpiece 10 was 180 ° C., and the pressure in the chamber was 0.5 Pa.

このプロセス条件でドライエッチングを実行した結果、InP基板と、InP/InGaAlAs/InP構造の双方で、加工底面に残さが見られた。特に、InP/InGaAlAs/InP構造の加工底面に多くの残さが見られ、平滑なエッチングができなかった。   As a result of performing dry etching under these process conditions, a residue was observed on the bottom surface of the processing in both the InP substrate and the InP / InGaAlAs / InP structure. In particular, a large amount of residue was observed on the processed bottom surface of the InP / InGaAlAs / InP structure, and smooth etching could not be performed.

(比較例2)
被加工物10は、(1)InP基板、(2)InP基板上に約500nmの厚みのInGaAsP層をエピタキシャル成長させ、このInGaAsP層上にInP層(キャップ層)を形成したInP/InGaAsP/InP構造、(3)InP基板上に約300nmの厚みのInGaAlAs層をエピタキシャル成長させ、このInGaAlAs層上にInP層(キャップ層)を形成したInP/InGaAlAs/InP構造、という3種類の化合物半導体である。
(Comparative Example 2)
The workpiece 10 has an (1) InP substrate and (2) an InP / InGaAsP / InP structure in which an InGaAsP layer having a thickness of about 500 nm is epitaxially grown on the InP substrate, and an InP layer (cap layer) is formed on the InGaAsP layer. (3) Three types of compound semiconductors having an InP / InGaAlAs / InP structure in which an InGaAlAs layer having a thickness of about 300 nm is epitaxially grown on an InP substrate and an InP layer (cap layer) is formed on the InGaAlAs layer.

上記実施例1と同様の工程で被加工物10の上にレジストパターン12pが形成された。そして、実施例1で使用されたICP源と同じプラズマ源を用いたドライエッチングを実行した(図1(C),図1(D))。このドライエッチングのプロセス条件については、9.3sccmの流量のHIガスと、7.7sccmの流量のSiClガスとがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は17sccmであり、HIガスの配分比は約55%である。被加工物10の温度は180℃、チャンバ内の圧力は0.5Pa、高周波電力は300W、RFバイアス電力(RF投入電力)は100Wとされた。 A resist pattern 12p was formed on the workpiece 10 in the same process as in Example 1 above. Then, dry etching using the same plasma source as the ICP source used in Example 1 was performed (FIGS. 1C and 1D). Regarding the dry etching process conditions, HI gas having a flow rate of 9.3 sccm and SiCl 4 gas having a flow rate of 7.7 sccm were introduced into the chamber. The total flow rate of the mixed gas at this time is 17 sccm, and the distribution ratio of HI gas is about 55%. The temperature of the workpiece 10 was 180 ° C., the pressure in the chamber was 0.5 Pa, the high frequency power was 300 W, and the RF bias power (RF input power) was 100 W.

このプロセス条件でドライエッチングを実行した結果、加工面の平滑性は良好であったが、SiOマスクに対するInP基板の選択比が25程度であった。また、SiOマスクに対するInGaAlAs層の選択比が17程度となり、選択比の若干の劣化が確認された。エッチング速度の組成依存性を調べたところ、InP基板(すなわちInP層)とInGaAlAs層との間のエッチング速度差はたかだか40%程度であり、InP基板(すなわちInP層)とInGaAsP層との間のエッチング速度差はたかだか20%であった。 As a result of executing dry etching under these process conditions, the smoothness of the processed surface was good, but the selectivity of the InP substrate to the SiO 2 mask was about 25. Further, the selection ratio of the InGaAlAs layer to the SiO 2 mask was about 17, and a slight deterioration of the selection ratio was confirmed. When the composition dependency of the etching rate was examined, the etching rate difference between the InP substrate (ie, InP layer) and the InGaAlAs layer was about 40%, and the difference between the InP substrate (ie, InP layer) and the InGaAsP layer was The difference in etching rate was at most 20%.

(実施例5〜8)
被加工物10は、(1)InP基板、(2)InP基板上に約500nmの厚みのInGaAsP層をエピタキシャル成長させ、このInGaAsP層上にInP層(キャップ層)を形成したInP/InGaAsP/InP構造、(3)InP基板上に約300nmの厚みのInGaAlAs層をエピタキシャル成長させ、このInGaAlAs層上にInP層(キャップ層)を形成したInP/InGaAlAs/InP構造、という3種類の化合物半導体である。なお、InGaAsP層は、下地のInP基板に格子整合した1.5μm波長に相当するバンドギャップを有している(Q1.5)。また、InGaAlAs層は、Al組成比として30%を有し、下地のInP基板に格子整合した層である。
(Examples 5 to 8)
The workpiece 10 has an (1) InP substrate and (2) an InP / InGaAsP / InP structure in which an InGaAsP layer having a thickness of about 500 nm is epitaxially grown on the InP substrate, and an InP layer (cap layer) is formed on the InGaAsP layer. (3) Three types of compound semiconductors having an InP / InGaAlAs / InP structure in which an InGaAlAs layer having a thickness of about 300 nm is epitaxially grown on an InP substrate and an InP layer (cap layer) is formed on the InGaAlAs layer. The InGaAsP layer has a band gap corresponding to a 1.5 μm wavelength lattice-matched to the underlying InP substrate (Q1.5). The InGaAlAs layer is a layer having an Al composition ratio of 30% and lattice-matched to the underlying InP substrate.

上記実施例1と同様の工程で被加工物10の上にレジストパターン12pが形成された。そして、実施例1で使用されたICP源と同じプラズマ源を用いたドライエッチングを実行した(図1(C),図1(D))。このドライエッチングのプロセス条件は、以下の通りである。   A resist pattern 12p was formed on the workpiece 10 in the same process as in Example 1 above. Then, dry etching using the same plasma source as the ICP source used in Example 1 was performed (FIGS. 1C and 1D). The process conditions for this dry etching are as follows.

実施例5については、12sccmの流量のHIガスと、5sccmの流量のSiClガスがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は17sccmであり、HIガスの配分比は約70%である。被加工物10の温度は200℃、チャンバ内の圧力は0.5Pa、高周波電力は300W、RFバイアス電力(RF投入電力)は100Wとされた。 For Example 5, HI gas with a flow rate of 12 sccm and SiCl 4 gas with a flow rate of 5 sccm were introduced into the chamber. The total flow rate of the mixed gas at this time is 17 sccm, and the distribution ratio of HI gas is about 70%. The temperature of the workpiece 10 was 200 ° C., the pressure in the chamber was 0.5 Pa, the high frequency power was 300 W, and the RF bias power (RF input power) was 100 W.

実施例6については、12sccmの流量のHIガスと、5sccmの流量のSiClガスがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は17sccmであり、HIガスの配分比は約70%である。被加工物10の温度は160℃、チャンバ内の圧力は0.5Pa、高周波電力は300W、RFバイアス電力(RF投入電力)は100Wとされた。 For Example 6, HI gas with a flow rate of 12 sccm and SiCl 4 gas with a flow rate of 5 sccm were introduced into the chamber. The total flow rate of the mixed gas at this time is 17 sccm, and the distribution ratio of HI gas is about 70%. The temperature of the workpiece 10 was 160 ° C., the pressure in the chamber was 0.5 Pa, the high frequency power was 300 W, and the RF bias power (RF input power) was 100 W.

実施例7については、10.2sccmの流量のHIガスと、6.8sccmの流量のSiClガスがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は17sccmであり、HIガスの配分比は約60%である。被加工物10の温度は160℃、チャンバ内の圧力は0.5Pa、高周波電力は300W、RFバイアス電力(RF投入電力)は100Wとされた。 For Example 7, HI gas with a flow rate of 10.2 sccm and SiCl 4 gas with a flow rate of 6.8 sccm were introduced into the chamber. The total flow rate of the mixed gas at this time is 17 sccm, and the distribution ratio of HI gas is about 60%. The temperature of the workpiece 10 was 160 ° C., the pressure in the chamber was 0.5 Pa, the high frequency power was 300 W, and the RF bias power (RF input power) was 100 W.

実施例8については、12sccmの流量のHIガスと、5sccmの流量のSiClガスがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は17sccmであり、HIガスの配分比は約70%である。被加工物10の温度は140℃、チャンバ内の圧力は0.5Pa、高周波電力は300W、RFバイアス電力(RF投入電力)は100Wとされた。 For Example 8, HI gas with a flow rate of 12 sccm and SiCl 4 gas with a flow rate of 5 sccm were introduced into the chamber. The total flow rate of the mixed gas at this time is 17 sccm, and the distribution ratio of HI gas is about 70%. The temperature of the workpiece 10 was 140 ° C., the pressure in the chamber was 0.5 Pa, the high frequency power was 300 W, and the RF bias power (RF input power) was 100 W.

上記実施例5〜8のプロセス条件でドライエッチングを実行した結果は、以下の通りである。   The results of performing dry etching under the process conditions of Examples 5 to 8 are as follows.

実施例5については、InP基板(すなわちInP層)とInGaAlAs層との間のエッチング速度差はたかだか17%程度であり、InP基板(すなわちInP層)とInGaAsP層との間のエッチング速度差はたかだか11%程度であった。したがって、半導体組成に依存しないドライエッチングが実現できた。また、いずれの被加工物10についても、加工底面に柱状の残さが見当たらず、ほぼ垂直の加工端面が得られていることから、良好な平滑性および垂直性が実現できた。さらに、エッチング前のSiOマスクの膜厚とエッチング後のSiOマスクの膜厚とを測定してSiOマスクのエッチング速度を算出したところ、すべての被加工物10について、37nm/minであった。このエッチング速度から、SiOマスクに対するInP基板の選択比は約31と算出された。また、SiOマスクに対するInGaAlAs層の選択比が約26であり、これが一番小さい選択比であった。したがって、良好な高選択比が得られた。 For Example 5, the etching rate difference between the InP substrate (ie, InP layer) and the InGaAlAs layer is at most about 17%, and the etching rate difference between the InP substrate (ie, InP layer) and the InGaAsP layer is at most It was about 11%. Therefore, dry etching independent of the semiconductor composition was realized. In addition, for any workpiece 10, no columnar residue was found on the bottom surface of processing, and a substantially vertical processing end surface was obtained. Therefore, good smoothness and verticality were realized. Further the calculated etching rate of the SiO 2 mask by measuring the thickness of the SiO 2 mask after the film thickness and the etching of the SiO 2 mask before etching, for all of the workpiece 10, 37 nm / min met It was. From this etching rate, the selection ratio of the InP substrate to the SiO 2 mask was calculated to be about 31. Further, the selection ratio of the InGaAlAs layer to the SiO 2 mask was about 26, which was the smallest selection ratio. Therefore, a good high selection ratio was obtained.

実施例6については、InP基板(すなわちInP層)とInGaAlAs層との間のエッチング速度差はたかだか28%程度であり、InP基板(すなわちInP層)とInGaAsP層との間のエッチング速度差はたかだか4%程度であった。したがって、半導体組成に依存しないドライエッチングが実現できた。また、いずれの被加工物10についても、加工底面に柱状の残さが見当たらず、ほぼ垂直の加工端面が得られていることから、良好な平滑性および垂直性が実現できた。さらに、エッチング前のSiOマスクの膜厚とエッチング後のSiOマスクの膜厚とを測定してSiOマスクのエッチング速度を算出したところ、すべての被加工物10について、38nm/minであった。このエッチング速度から、SiOマスクに対するInP基板の選択比は約30と算出された。また、SiOマスクに対するInGaAlAs層の選択比が約22であり、これが一番小さい選択比であった。したがって、良好な高選択比が得られた。 For Example 6, the difference in etching rate between the InP substrate (ie, InP layer) and the InGaAlAs layer is about 28%, and the difference in etching rate between the InP substrate (ie, InP layer) and the InGaAsP layer is at most It was about 4%. Therefore, dry etching independent of the semiconductor composition was realized. In addition, for any workpiece 10, no columnar residue was found on the bottom surface of processing, and a substantially vertical processing end surface was obtained. Therefore, good smoothness and verticality were realized. Further the calculated etching rate of the SiO 2 mask by measuring the thickness of the SiO 2 mask after the film thickness and the etching of the SiO 2 mask before etching, for all of the workpiece 10, 38 nm / min met It was. From this etching rate, the selection ratio of the InP substrate to the SiO 2 mask was calculated to be about 30. Further, the selection ratio of the InGaAlAs layer to the SiO 2 mask was about 22, which was the smallest selection ratio. Therefore, a good high selection ratio was obtained.

実施例7については、InP基板(すなわちInP層)とInGaAlAs層との間のエッチング速度差はたかだか24%程度であり、InP基板(すなわちInP層)とInGaAsP層との間のエッチング速度差はたかだか5%程度であった。したがって、半導体組成に依存しないドライエッチングが実現できた。また、いずれの被加工物10についても、加工底面に柱状の残さが見当たらず、ほぼ垂直の加工端面が得られていることから、良好な平滑性および垂直性が実現できた。さらに、エッチング前のSiOマスクの膜厚とエッチング後のSiOマスクの膜厚とを測定してSiOマスクのエッチング速度を算出したところ、すべての被加工物10について、41nm/minであった。このエッチング速度から、SiOマスクに対するInP基板の選択比は約27と算出された。また、SiOマスクに対するInGaAlAs層の選択比が約21であり、これが一番小さい選択比であった。したがって、良好な高選択比が得られた。 For Example 7, the etching rate difference between the InP substrate (ie, InP layer) and the InGaAlAs layer is at most about 24%, and the etching rate difference between the InP substrate (ie, InP layer) and the InGaAsP layer is at most It was about 5%. Therefore, dry etching independent of the semiconductor composition was realized. In addition, for any workpiece 10, no columnar residue was found on the bottom surface of processing, and a substantially vertical processing end surface was obtained. Therefore, good smoothness and verticality were realized. Furthermore, when the SiO 2 mask thickness after measurement and the thickness of the SiO 2 mask after etching were measured to calculate the etching rate of the SiO 2 mask, it was 41 nm / min for all the workpieces 10. It was. From this etching rate, the selection ratio of the InP substrate to the SiO 2 mask was calculated to be about 27. Further, the selection ratio of the InGaAlAs layer to the SiO 2 mask was about 21, which was the smallest selection ratio. Therefore, a good high selection ratio was obtained.

実施例8については、InP基板(すなわちInP層)とInGaAlAs層との間のエッチング速度差はたかだか30%程度であり、InP基板(すなわちInP層)とInGaAsP層との間のエッチング速度差はたかだか5%程度であった。したがって、半導体組成に依存しないドライエッチングが実現できた。また、エッチング前のSiOマスクの膜厚とエッチング後のSiOマスクの膜厚とを測定してSiOマスクのエッチング速度を算出したところ、すべての被加工物10について、38nm/minであった。このエッチング速度から、SiOマスクに対するInP基板の選択比は約29と算出された。また、SiOマスクに対するInGaAlAs層の選択比が約21であり、これが一番小さい選択比であった。したがって、良好な高選択比が得られた。しかしながら、いずれの被加工物10についても、加工底面に柱状の残さが観察され、実施例5〜7と比べると、加工端面の垂直性が良くないことが確認された。 For Example 8, the difference in etching rate between the InP substrate (ie, InP layer) and the InGaAlAs layer is about 30%, and the difference in etching rate between the InP substrate (ie, InP layer) and the InGaAsP layer is at most It was about 5%. Therefore, dry etching independent of the semiconductor composition was realized. Further, when the thickness of the SiO 2 mask before etching and the thickness of the SiO 2 mask after etching were measured to calculate the etching rate of the SiO 2 mask, it was 38 nm / min for all the workpieces 10. It was. From this etching rate, the selection ratio of the InP substrate to the SiO 2 mask was calculated to be about 29. Further, the selection ratio of the InGaAlAs layer to the SiO 2 mask was about 21, which was the smallest selection ratio. Therefore, a good high selection ratio was obtained. However, a columnar residue was observed on the bottom surface of any workpiece 10 and it was confirmed that the verticality of the processed end surface was not good as compared with Examples 5-7.

以上、本発明に係る実施形態とその実施例について説明した。本実施形態のエッチング方法では、HIの配合比を60%以上85%以下の範囲内に調整することで、被加工物10とマスクパターン11pとの間で高い選択比を実現することができる。したがって、マスクパターン11pの厚さを薄くしてパターニングを高精細化することが可能である。メサ構造の光導波路を形成する場合、メサ構造の側壁の垂直性、高平滑性および高精細パターンを実現することができる。   The embodiment and the example according to the present invention have been described above. In the etching method of the present embodiment, a high selection ratio can be realized between the workpiece 10 and the mask pattern 11p by adjusting the HI compounding ratio within a range of 60% to 85%. Therefore, it is possible to reduce the thickness of the mask pattern 11p and increase the patterning. In the case of forming an optical waveguide having a mesa structure, verticality, high smoothness, and a high-definition pattern of the side wall of the mesa structure can be realized.

また、異なる組成を持つ化合物半導体間のエッチング速度差を低減することが可能である。よって、異なる半導体組成を有する複数の光機能素子を含む光集積デバイスを製造する場合、半導体組成に依存することなく加工形状を精密に制御することができる。これら光機能素子の形成領域全体を一括でエッチングする場合でも、エッチング深さを均一に制御することができる。   In addition, it is possible to reduce the etching rate difference between compound semiconductors having different compositions. Therefore, when an optical integrated device including a plurality of optical functional elements having different semiconductor compositions is manufactured, the processing shape can be precisely controlled without depending on the semiconductor composition. Even when the entire formation region of these optical functional elements is etched at once, the etching depth can be controlled uniformly.

エッチング工程では、被加工物10の温度を160℃以上200℃以下の範囲に調整しているので、エッチング過程で生じるIn化合物の離脱を十分行うことができ、加工端面の平滑性を十分確保することが可能となる。   In the etching step, the temperature of the workpiece 10 is adjusted to a range of 160 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, so that the In compound generated during the etching process can be sufficiently removed, and the smoothness of the processed end face can be secured sufficiently. It becomes possible.

エッチングマスクの材料を無機誘電体とすることで、加工端面の平滑性を十分確保できる程度に高い温度条件を採用してもエッチング後のマスク除去が容易である。さらに、ドライエッチング工程におけるマスクのエッチング量を低減できるため、実用上、無機誘電体はマスクとして機能することができる。   By using an inorganic dielectric as the material of the etching mask, it is easy to remove the mask after etching even if a high temperature condition is employed to ensure sufficient smoothness of the processed end face. Furthermore, since the etching amount of the mask in the dry etching process can be reduced, the inorganic dielectric can practically function as a mask.

さらに、ドライエッチングにより形成されたメサ構造の側壁の垂直性と平滑性とを向上させ、かつ、高精細パターンを形成することができる。上述の通り、プロセス条件を最適化することにより、InP材料とSiOマスクとの間の選択比を30以上にすることができる。この選択比は、従来のメサ構造形成用のドライエッチングのプロセス条件での誘電体マスクを用いた場合の選択比と比べて大きい。このため、被加工物を同じ深さまでエッチングする際に必要な、誘電体マスクの膜厚を薄くすることができる。それにより、誘電体マスクのパターニング精度が向上し、より高精細化することが可能となる。 Furthermore, the verticality and smoothness of the side wall of the mesa structure formed by dry etching can be improved, and a high-definition pattern can be formed. As described above, the selection ratio between the InP material and the SiO 2 mask can be set to 30 or more by optimizing the process conditions. This selection ratio is larger than that in the case of using a dielectric mask under the conventional dry etching process conditions for forming a mesa structure. For this reason, the film thickness of a dielectric mask required when etching a to-be-processed object to the same depth can be made thin. As a result, the patterning accuracy of the dielectric mask is improved and higher definition can be achieved.

上記実施形態は本発明の例示であり、上記以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、図1(C)のマスクパターン11pは無機誘電体からなるハードマスクであることが望ましいが、これに限定されるものではない。上述の通り、マスクパターン11pとして金属マスクを用いたとき、マスクパターン11pがエッチングされると、金属マスクの金属元素が加工面に付着するおそれがあるので、結晶成長の実行前に金属マスクを使用することは難しいが、結晶成長が実行された後の最終工程では、マスクパターン11pとして金属マスクを使用してもよい。この場合、図1(A)のマスク層11は、スパッタ法や蒸着法により堆積されればよい。   The above embodiment is an exemplification of the present invention, and various forms other than the above can be adopted. For example, the mask pattern 11p in FIG. 1C is preferably a hard mask made of an inorganic dielectric, but is not limited thereto. As described above, when a metal mask is used as the mask pattern 11p, if the mask pattern 11p is etched, the metal element of the metal mask may adhere to the processed surface. Therefore, the metal mask is used before the crystal growth is performed. Although it is difficult to do, a metal mask may be used as the mask pattern 11p in the final process after the crystal growth is performed. In this case, the mask layer 11 in FIG. 1A may be deposited by sputtering or vapor deposition.

あるいは、最終的にエッチングすべき素子形成領域のみにレジストを塗布し、蒸着法により全面に金属を堆積し、その後、レジストを除去するとともにレジスト上部の金属も除去するという、リフトオフと呼ばれる手法を採用することもできる。   Alternatively, a method called lift-off is used, in which a resist is applied only to the element formation region to be finally etched, metal is deposited on the entire surface by vapor deposition, and then the resist is removed and the metal above the resist is also removed. You can also

(A)〜(D)は、本発明に係る一実施形態である半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。(A)-(D) are process drawings for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which is one Embodiment which concerns on this invention. プラズマエッチング装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a plasma etching apparatus. HIの配合比と選択比との間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the compounding ratio of HI, and a selection ratio. HIの配合比とエッチング速度差との間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the compounding ratio of HI, and an etching rate difference. HIの配合比とエッチング速度比との間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the compounding ratio of HI, and an etching rate ratio. ドライエッチングにより得られた加工断面の模式図である。It is a schematic diagram of the process cross section obtained by dry etching.

符号の説明Explanation of symbols

10 被加工物
11 マスク層
11p マスクパターン
12 レジスト膜
12p レジストパターン
20 プラズマエッチング装置
21 真空チャンバ
22 石英板
23 高周波ループアンテナ
24 マッチング回路
25 高周波電源
26 ループ状永久磁石
27 平面状電極
28 可変コンデンサ
30 基板ホルダ
31 バイアス用マッチング回路
32 バイアス用高周波電源
40 ガス供給源
41 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Workpiece 11 Mask layer 11p Mask pattern 12 Resist film 12p Resist pattern 20 Plasma etching apparatus 21 Vacuum chamber 22 Quartz plate 23 High frequency loop antenna 24 Matching circuit 25 High frequency power supply 26 Loop permanent magnet 27 Planar electrode 28 Variable capacitor 30 Substrate Holder 31 Bias matching circuit 32 High frequency power supply for bias 40 Gas supply source 41 Control unit

Claims (12)

インジウムを必須の構成元素とするIII−V族化合物半導体の上に所定パターンの無機誘電体材料からなるハードマスクを形成する工程と、
前記無機誘電体材料からなるハードマスクの形成後、プラズマエッチング装置のチャンバ内に配置された前記III−V族化合物半導体の上に、ヨウ化水素ガスおよび四塩化ケイ素ガスの2成分からなる混合ガスを導入するとともに前記混合ガスをプラズマ化する工程と、
当該プラズマ化された混合ガスを前記III−V族化合物半導体に入射させて前記III−V族化合物半導体を選択的にエッチングする工程と、
を含み、
前記混合ガスの総流量に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の配合比は、60%以上85%以下である、半導体装置の製造方法。
Forming a hard mask made of an inorganic dielectric material in a predetermined pattern on a group III-V compound semiconductor containing indium as an essential constituent element;
After the formation of the hard mask made of the inorganic dielectric material, a mixed gas comprising two components of hydrogen iodide gas and silicon tetrachloride gas is formed on the III-V compound semiconductor disposed in the chamber of the plasma etching apparatus. And introducing the mixed gas into plasma,
A step of selectively etching the III-V compound semiconductor by causing the plasma-mixed gas to enter the III-V compound semiconductor ;
Including
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein a mixing ratio of the flow rate of the hydrogen iodide gas to the total flow rate of the mixed gas is 60% or more and 85% or less.
請求項1記載の製造方法であって、前記III−V族化合物半導体を選択的にエッチングする工程では、前記III−V族化合物半導体の温度を160℃以上200℃以下の範囲内に調整する、半導体装置の製造方法。 A process according to claim 1, wherein, in the step of selectively etching said III-V compound semiconductor, for adjusting the temperature of the group III-V compound semiconductor in the range of 160 ° C. or higher 200 ° C. or less, A method for manufacturing a semiconductor device. 請求項1または2に記載の製造方法であって、前記III−V族化合物半導体は、InP、InGaAlAsおよびInGaAsPからなる群から選択された1または2以上の化合物を含む、半導体装置の製造方法。 A method according to claim 1 or 2, wherein the group III-V compound semiconductor, InP, comprising one or more compounds selected from the group consisting of InGaAlAs and InGaAsP, a method of manufacturing a semiconductor device. 請求項1からのうちのいずれか1項に記載の製造方法であって、
前記プラズマエッチング装置は、
前記混合ガスを前記チャンバ内に導入するガス供給源と、
高周波電力の供給に応じて、当該導入された混合ガスをプラズマ化するための誘導電場を生起させる高周波磁場を前記チャンバ内に印加する高周波アンテナと、
前記高周波アンテナに前記高周波電力を供給する高周波発振器と、
前記チャンバ内に静磁場を印加して前記混合ガスのプラズマ密度分布を制御する磁石と、
当該プラズマ化された混合ガスを前記III−V族化合物半導体に入射させる電場を形成するバイアス電圧印加手段と、
を備えた誘導結合型プラズマ発生装置である、半導体装置の製造方法。
The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3 ,
The plasma etching apparatus includes:
A gas supply source for introducing the mixed gas into the chamber;
A high-frequency antenna that applies a high-frequency magnetic field in the chamber to generate an induction electric field for converting the introduced mixed gas into plasma in response to a supply of high-frequency power;
A high frequency oscillator for supplying the high frequency power to the high frequency antenna;
A magnet for applying a static magnetic field in the chamber to control a plasma density distribution of the mixed gas;
Bias voltage applying means for forming an electric field for causing the plasma mixed gas to enter the III-V compound semiconductor ;
A method for manufacturing a semiconductor device, which is an inductively coupled plasma generator.
請求項記載の製造方法であって、前記高周波アンテナはループ状に形成されており、前記磁石は、前記高周波アンテナと同軸状に配置されたループ状永久磁石である、半導体装置の製造方法。 5. The manufacturing method according to claim 4 , wherein the high-frequency antenna is formed in a loop shape, and the magnet is a loop-shaped permanent magnet arranged coaxially with the high-frequency antenna. 請求項またはに記載の製造方法であって、
前記プラズマエッチング装置は、
前記チャンバのプラズマ生成領域を画定する誘電体部材と、
前記プラズマ生成領域の外側に配置された前記高周波アンテナと前記誘電体部材との間に設けられた電極と、
前記高周波発振器から高周波電力の供給を受ける可変コンデンサまたは可変チョークと、
を備え、
前記電極は、前記可変コンデンサまたは可変チョークを介して前記高周波発振器と接続されている、半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of Claim 4 or 5 , Comprising:
The plasma etching apparatus includes:
A dielectric member defining a plasma generation region of the chamber;
An electrode provided between the high-frequency antenna and the dielectric member disposed outside the plasma generation region;
A variable capacitor or a variable choke that is supplied with high-frequency power from the high-frequency oscillator;
With
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the electrode is connected to the high-frequency oscillator through the variable capacitor or a variable choke.
所定パターンの無機誘電体材料からなるハードマスクが形成されたIII−V族化合物半導体を加工するプラズマエッチング装置であって、
チャンバ内に配置され、かつ前記III−V族化合物半導体を支持するホルダと、
前記III−V族化合物半導体の上に、ヨウ化水素ガスおよび四塩化ケイ素ガスの2成分からなる混合ガスを導入するガス供給源と、
高周波電力の供給に応じて、当該導入された混合ガスをプラズマ化するための誘導電場を生起させる高周波磁場を前記チャンバ内に印加する高周波アンテナと、
前記高周波アンテナに前記高周波電力を供給する高周波発振器と、
当該プラズマ化された混合ガスを前記III−V族化合物半導体に入射させる電場を形成するバイアス電圧印加手段と、
を備え、
前記III−V族化合物半導体は、その構成元素としてインジウムを含有し、
前記ガス供給源は、前記混合ガスの総流量に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の配合比を60%以上85%以下の範囲内に調整する、プラズマエッチング装置。
A plasma etching apparatus for processing a III-V group compound semiconductor in which a hard mask made of an inorganic dielectric material of a predetermined pattern is formed,
A holder disposed in the chamber and supporting the III-V compound semiconductor ;
A gas supply source for introducing a mixed gas composed of two components of hydrogen iodide gas and silicon tetrachloride gas on the III-V compound semiconductor ;
A high-frequency antenna that applies a high-frequency magnetic field in the chamber to generate an induction electric field for converting the introduced mixed gas into plasma in response to a supply of high-frequency power;
A high frequency oscillator for supplying the high frequency power to the high frequency antenna;
Bias voltage applying means for forming an electric field for causing the plasma mixed gas to enter the III-V compound semiconductor ;
With
The III-V compound semiconductor contains indium as a constituent element thereof,
The said gas supply source is a plasma etching apparatus which adjusts the compounding ratio of the flow rate of the said hydrogen iodide gas with respect to the total flow rate of the said mixed gas in the range of 60% or more and 85% or less.
請求項記載のプラズマエッチング装置であって、前記III−V族化合物半導体の温度は160℃以上200℃以下の範囲内に調整される、プラズマエッチング装置。 The plasma etching apparatus according to claim 7 , wherein the temperature of the group III-V compound semiconductor is adjusted within a range of 160 ° C. or more and 200 ° C. or less. 請求項7または8に記載のプラズマエッチング装置であって、前記III−V族化合物半導体は、InP、InGaAlAsおよびInGaAsPからなる群から選択された1または2以上の化合物を含む、プラズマエッチング装置。 9. The plasma etching apparatus according to claim 7 , wherein the group III-V compound semiconductor includes one or more compounds selected from the group consisting of InP, InGaAlAs, and InGaAsP. 請求項からのうちのいずれか1項に記載のプラズマエッチング装置であって、前記チャンバ内に磁場を印加して前記混合ガスのプラズマ密度分布を制御する磁石を更に備えるプラズマエッチング装置。 A plasma etching apparatus according to any one of claims 7 9, further comprising a plasma etching apparatus a magnet for controlling the plasma density distribution of the mixed gas by applying a magnetic field to the chamber. 請求項10記載のプラズマエッチング装置であって、前記高周波アンテナはループ状に形成されており、前記磁石は、前記高周波アンテナと同軸状に配置されたループ状永久磁石である、プラズマエッチング装置。 11. The plasma etching apparatus according to claim 10 , wherein the high-frequency antenna is formed in a loop shape, and the magnet is a loop-shaped permanent magnet disposed coaxially with the high-frequency antenna. 請求項10または11記載のプラズマエッチング装置であって、
前記チャンバのプラズマ生成領域を画定する誘電体部材と、
前記プラズマ生成領域の外側に配置された前記高周波アンテナと前記誘電体部材との間に設けられた電極と、
前記高周波発振器から高周波電力の供給を受ける可変コンデンサまたは可変チョークと、
を備え、
前記電極は、前記可変コンデンサまたは可変チョークを介して前記高周波発振器と接続されている、プラズマエッチング装置。
The plasma etching apparatus according to claim 10 or 11 ,
A dielectric member defining a plasma generation region of the chamber;
An electrode provided between the high-frequency antenna and the dielectric member disposed outside the plasma generation region;
A variable capacitor or a variable choke that is supplied with high-frequency power from the high-frequency oscillator;
With
The plasma etching apparatus, wherein the electrode is connected to the high-frequency oscillator via the variable capacitor or a variable choke.
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