JP5927543B2 - Device isolation method of GaN layer - Google Patents

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Description

本発明は、基板上に配置されたGaN層にマスクを付けてエッチングすることにより、GaN層を複数の素子に分離するGaN層の素子分離方法に関する。   The present invention relates to an element separation method for a GaN layer, in which a GaN layer is separated into a plurality of elements by etching with a mask attached to a GaN layer disposed on a substrate.

従来、基板上のGaN層を基板までエッチングして、複数の素子へと分離する素子分離工程が行われている(例えば、特許文献1)。   Conventionally, an element separation process is performed in which a GaN layer on a substrate is etched to the substrate and separated into a plurality of elements (for example, Patent Document 1).

特許文献1では、ドライエッチング方法などを用いてGaN層の素子分離工程を行うことが記載されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 describes performing an element separation process of a GaN layer using a dry etching method or the like.

特表2010−534943号公報Special table 2010-534943 gazette

しかしながら、昨今では、GaN層の素子分離工程において、より効率的にGaN層の素子分離を行う方法の開発が望まれている。   However, in recent years, it has been desired to develop a method for performing element isolation of the GaN layer more efficiently in the element isolation process of the GaN layer.

従って、本発明の目的は、より効率的にGaN層の素子分離を行う、GaN層の素子分離方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a device isolation method for a GaN layer, which performs device isolation of the GaN layer more efficiently.

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。   In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.

本発明の第1態様によれば、基板上に配置されたGaN層にマスクを付けてエッチングすることにより、GaN層を複数の素子に分離する素子分離方法であって、エッチングガスとして、BClが主体のガスにCHを混合した混合ガスを用いるGaN層の素子分離方法を提供する。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an element isolation method for separating a GaN layer into a plurality of elements by attaching a mask to a GaN layer disposed on a substrate and etching the GaN layer, wherein BCl 3 is used as an etching gas. Provides a device isolation method for a GaN layer using a mixed gas in which CH 2 F 2 is mixed with a main gas.

本発明の第2態様によれば、エッチングガス中におけるCHの添加割合を7%以上35.1%以下として、GaN層に対するエッチングを行い、GaN層のエッチングレートは300nm/min以上である、第1態様に記載のGaN層の素子分離方法を提供する。 According to the second aspect of the present invention, the CH 2 F 2 addition ratio in the etching gas is set to 7% or more and 35.1% or less to perform etching on the GaN layer, and the etching rate of the GaN layer is 300 nm / min or more. A device isolation method for a GaN layer according to the first aspect is provided.

本発明の第3態様によれば、エッチングガス中におけるCHの添加割合を8%以上13.5%以下として、GaN層に対するエッチングを行う、第2態様に記載のGaN層の素子分離方法を提供する。 According to the third aspect of the present invention, the element separation of the GaN layer according to the second aspect, wherein etching is performed on the GaN layer with the CH 2 F 2 addition ratio in the etching gas being 8% or more and 13.5% or less. Provide a method.

本発明の第4態様によれば、エッチング時に基板に印加されるバイアスを発生させるための電力をA(W)、エッチング時に基板を収容するチャンバ内にプラズマを発生させるための電力をB(W)としたときに、A/(A+B)の値を0.37以上0.55以下としながら、GaN層に対するエッチングを行い、GaN層のエッチングレートは300nm/min以上である、第1態様から第3態様のいずれか1つに記載のGaN層の素子分離方法を提供する。   According to the fourth aspect of the present invention, A (W) is the power for generating a bias applied to the substrate during etching, and B (W) is the power for generating plasma in the chamber that houses the substrate during etching. ), The GaN layer is etched while the value of A / (A + B) is 0.37 or more and 0.55 or less, and the etching rate of the GaN layer is 300 nm / min or more. A device isolation method for a GaN layer according to any one of three aspects is provided.

本発明の第5態様によれば、A/(A+B)の値を0.46以上0.51以下としながら、GaN層に対するエッチングを行う、第4態様に記載のGaN層の素子分離方法を提供する。   According to the fifth aspect of the present invention, there is provided the element isolation method for a GaN layer according to the fourth aspect, wherein the GaN layer is etched while the value of A / (A + B) is 0.46 or more and 0.51 or less. To do.

本発明にかかるGaN層の素子分離方法は、より効率的にGaN層の素子分離を行うことができる。   The element separation method of the GaN layer according to the present invention can perform the element separation of the GaN layer more efficiently.

本発明の実施の形態にかかるドライエッチング装置の構成図1 is a configuration diagram of a dry etching apparatus according to an embodiment of the present invention. 本実施の形態にかかるドライエッチング装置が取り扱う基板の概略断面図Schematic sectional view of a substrate handled by the dry etching apparatus according to the present embodiment 本実施の形態にかかるドライエッチング装置を用いたGaN層の素子分離加工のフロー図Flow chart of element separation processing of GaN layer using dry etching apparatus according to this embodiment (a)本実施の形態にかかるドライエッチング装置が取り扱う、マスクパターンが形成された基板の概略断面図 (b)本実施の形態にかかるドライエッチング装置が取り扱う、GaN層がエッチングされて素子分離された基板の概略断面図 (c)本実施の形態にかかるドライエッチング装置が取り扱う、マスクが除去された基板の概略断面図(A) Schematic sectional view of a substrate on which a mask pattern is formed, which is handled by the dry etching apparatus according to the present embodiment. (B) The GaN layer which is handled by the dry etching apparatus according to the present embodiment is etched to separate elements. (C) Schematic sectional view of the substrate from which the mask has been removed, handled by the dry etching apparatus according to the present embodiment 実験No.1―5で得られたデータの分布図Experiment No. Distribution chart of data obtained in 1-5 実験No.6―11で得られたデータの分布図Experiment No. Distribution chart of data obtained in 6-11 実験No.12、13で得られたデータの分布図Experiment No. Distribution chart of data obtained in 12 and 13 実験No.14−16で得られたデータの分布図Experiment No. Distribution chart of data obtained in 14-16 実験No.17−21で得られたデータの分布図Experiment No. Distribution map of data obtained in 17-21 実験No.22−26で得られたデータの分布図Experiment No. Distribution chart of data obtained in 22-26 実験No.27−32で得られたデータの分布図Experiment No. 27-32 data distribution map 実験No.14−32で得られたデータにおけるバイアス比率とCHの添加割合の関係を示す図Experiment No. Shows the proportion of the added relationships bias ratio and the CH 2 F 2 in the data obtained in 14-32

本発明の発明者らは、前記従来技術の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以
下の知見を得た。
The inventors of the present invention have obtained the following knowledge as a result of intensive studies in order to solve the problems of the prior art.

すなわち、本発明者らは、エッチングによるGaN層の素子分離方法をより効率的に行うにあたり、GaN層のエッチングレートの向上と選択比の向上とを両立させることが有用であるとの知見を見出した。すなわち、GaN層のエッチングレートを向上させることで、生産性が向上するとともに、選択比を向上させることで、GaN層のエッチング形状をより安定化させることができる。このような生産性の向上とGaN層のエッチング形状の安定化を図ることにより、結果的として、より効率的なGaN層の素子分離を行うことができる。さらに本発明者らは、GaN層のエッチングレートの向上と選択比の向上を両立するためには、エッチング用のエッチングガスとして、BClとCHを混合した混合ガスを用いることが有用であることを見出した。これらの知見に基づき、本発明の発明者らは本発明を想到するに至った。 That is, the present inventors have found that it is useful to improve both the etching rate of the GaN layer and the improvement of the selection ratio in order to perform the element separation method of the GaN layer by etching more efficiently. It was. That is, by improving the etching rate of the GaN layer, productivity is improved and by improving the selectivity, the etching shape of the GaN layer can be further stabilized. By improving the productivity and stabilizing the etching shape of the GaN layer, as a result, more efficient element separation of the GaN layer can be performed. Furthermore, the present inventors use a mixed gas of BCl 3 and CH 2 F 2 as an etching gas for etching in order to achieve both improvement in the etching rate of the GaN layer and improvement in the selection ratio. I found out. Based on these findings, the inventors of the present invention have come up with the present invention.

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図1は、本実施の形態にかかる素子分離方法のためのエッチングを実行可能な装置の一例として、誘導結合プラズマ(ICP;Inductively Coupled Plasma)型のドライエッチング装置1を示す。   FIG. 1 shows an inductively coupled plasma (ICP) type dry etching apparatus 1 as an example of an apparatus capable of performing etching for the element isolation method according to the present embodiment.

ドライエッチング装置1は、基板2を収容するチャンバ(真空チャンバ)3を備える。チャンバ3は図示しない出入口を備え、当該出入口を通ってチャンバ3内に基板2が搬入出される。   The dry etching apparatus 1 includes a chamber (vacuum chamber) 3 that accommodates a substrate 2. The chamber 3 includes an inlet / outlet (not shown), and the substrate 2 is carried into / out of the chamber 3 through the inlet / outlet.

チャンバ3の側壁には、ガス導入口3aおよび排気口3bが設けられている。チャンバ3は、ガス導入口3aを介して、エッチングガスを保有するエッチングガス源4に接続されている。これにより、エッチングガス源4からチャンバ3内へエッチングガスが供給可能である。本実施の形態におけるエッチングガス源4は、少なくともCH(ジフルオロメタン)、BCl(三塩化ホウ素)、Cl(塩素)、及びAr(アルゴン)を保有している。 A gas introduction port 3 a and an exhaust port 3 b are provided on the side wall of the chamber 3. The chamber 3 is connected to an etching gas source 4 that holds an etching gas via a gas inlet 3a. Thereby, the etching gas can be supplied from the etching gas source 4 into the chamber 3. The etching gas source 4 in the present embodiment contains at least CH 2 F 2 (difluoromethane), BCl 3 (boron trichloride), Cl 2 (chlorine), and Ar (argon).

またチャンバ3は、排気口3bを介して、図示しない減圧機構に接続されている。チャンバ3内の空気は排気口3bを介して外部に排気されるとともに、減圧機構により所望の圧力に調整可能である。   The chamber 3 is connected to a decompression mechanism (not shown) through the exhaust port 3b. The air in the chamber 3 is exhausted to the outside through the exhaust port 3b and can be adjusted to a desired pressure by a decompression mechanism.

チャンバ3の頂部は、石英などで形成された誘電体壁5により閉鎖されている。誘電体壁5の上方には、上部電極としてのアンテナ(プラズマ源)6が配置されている。アンテナ6は第1の高周波電源7Aに電気的に接続されている。   The top of the chamber 3 is closed by a dielectric wall 5 made of quartz or the like. An antenna (plasma source) 6 serving as an upper electrode is disposed above the dielectric wall 5. The antenna 6 is electrically connected to the first high frequency power source 7A.

一方、チャンバ3内の下部側には、基板2を載置して保持するステージ8が配置されている。ステージ8は第2の高周波電源部7Bに電気的に接続されており、下部電極として機能する。   On the other hand, a stage 8 for placing and holding the substrate 2 is arranged on the lower side in the chamber 3. The stage 8 is electrically connected to the second high frequency power supply unit 7B and functions as a lower electrode.

ステージ8の内部には、静電吸着用電極と冷却装置(ともに図示せず)とが内蔵されている。静電吸着用電極は、基板2をステージ8上に静電吸着する機能を有する。冷却装置は、ステージ8上の基板2を冷却する機能を有する。本実施の形態では、基板2の冷却用ガスとして例えばHe(ヘリウム)が用いられる。   Inside the stage 8, an electrostatic chucking electrode and a cooling device (both not shown) are incorporated. The electrostatic chucking electrode has a function of electrostatically chucking the substrate 2 on the stage 8. The cooling device has a function of cooling the substrate 2 on the stage 8. In the present embodiment, for example, He (helium) is used as the cooling gas for the substrate 2.

コントローラ9は、上述したドライエッチング装置1が備えるそれぞれの構成部の動作を統括的に制御する。また、コントローラ9の制御によって、エッチングガス源4に保有されている複数種類のガスがチャンバ3内に供給される流量やそれぞれの混合比を調整することができる。   The controller 9 comprehensively controls the operation of each component included in the dry etching apparatus 1 described above. Further, the flow rate at which a plurality of types of gases held in the etching gas source 4 are supplied into the chamber 3 and the respective mixing ratios can be adjusted by the control of the controller 9.

次に、ドライエッチング装置1が取り扱う基板2を図2に示す。本実施の形態における基板2は、サファイアから形成される。図2に示すように、基板2上には、GaN(ガリウムナイトライド)から形成されるGaN層10が配置される。   Next, a substrate 2 handled by the dry etching apparatus 1 is shown in FIG. The substrate 2 in the present embodiment is made of sapphire. As shown in FIG. 2, a GaN layer 10 made of GaN (gallium nitride) is disposed on the substrate 2.

基板2の厚みは、例えば350−1300μmとしても良く、GaN層10の厚みは、例えば5−10μmとしても良い。   The thickness of the substrate 2 may be, for example, 350-1300 μm, and the thickness of the GaN layer 10 may be, for example, 5-10 μm.

このようなGaN層10が配置された基板2に対するドライエッチング装置1を用いたエッチング処理の概要を以下で説明する。   An outline of the etching process using the dry etching apparatus 1 for the substrate 2 on which the GaN layer 10 is arranged will be described below.

図1に示すように、まず、基板2をチャンバ3内に搬入してステージ8の上面に載置する。次に、ステージ8内の静電吸着用電極に対して直流電圧を印加して、基板2をステージ8に静電吸着して固定する。続いて、エッチングガス源4からエッチングガスを供給するとともに、第1の高周波電源7Aから上部電極としてのアンテナ6に高周波電圧を印加することで、チャンバ3内にプラズマ(ICP)を発生させる。このプラズマによってエッチングガスがプラズマ化され、イオン成分とラジカル成分が発生する。一方で、アンテナ6への高周波電圧の印加と共に、第2の高周波電源7Bから下部電極としてのステージ8に高周波電圧(バイアス電圧)を印加する。これにより、ステージ8にバイアスが印加され、チャンバ3内のプラズマ化されたエッチングガスのイオン成分がステージ8上の基板2に吸い寄せられる(イオン入射)。吸い寄せられたプラズマ状のイオン成分と、プラズマ状のラジカル成分とによってステージ8上の基板2に対するエッチングが行われる。エッチング中は、減圧機構を用いてチャンバ3内の圧力を所定の圧力に保つとともに、冷却装置を用いて基板2を冷却している。   As shown in FIG. 1, first, the substrate 2 is carried into the chamber 3 and placed on the upper surface of the stage 8. Next, a DC voltage is applied to the electrostatic chucking electrode in the stage 8 to electrostatically attract and fix the substrate 2 to the stage 8. Subsequently, while supplying an etching gas from the etching gas source 4 and applying a high frequency voltage to the antenna 6 as the upper electrode from the first high frequency power source 7A, plasma (ICP) is generated in the chamber 3. This plasma turns the etching gas into plasma, generating ion components and radical components. On the other hand, a high frequency voltage (bias voltage) is applied from the second high frequency power supply 7B to the stage 8 as the lower electrode together with the application of the high frequency voltage to the antenna 6. As a result, a bias is applied to the stage 8 and the ion component of the plasma-ized etching gas in the chamber 3 is attracted to the substrate 2 on the stage 8 (ion incidence). Etching of the substrate 2 on the stage 8 is performed by the sucked plasma ion component and the plasma radical component. During the etching, the pressure in the chamber 3 is maintained at a predetermined pressure by using a pressure reducing mechanism, and the substrate 2 is cooled by using a cooling device.

以上、ドライエッチング装置1を用いた基板2に対するエッチング処理の概要について説明したが、本実施の形態のドライエッチング装置1は、基板2に対するエッチング処理として、基板2上のGaN層10をエッチングして複数の素子へと分離する素子分離加工を実施することができる。   Although the outline of the etching process for the substrate 2 using the dry etching apparatus 1 has been described above, the dry etching apparatus 1 according to the present embodiment etches the GaN layer 10 on the substrate 2 as an etching process for the substrate 2. An element separation process for separating into a plurality of elements can be performed.

この素子分離方法のフローの一例を図3に示す。図3のフロー図に沿って実行される素子分離方法について、図4に示す基板2の断面図を用いて、以下で詳細に説明する。   An example of the flow of this element isolation method is shown in FIG. The element isolation method executed along the flowchart of FIG. 3 will be described in detail below using the cross-sectional view of the substrate 2 shown in FIG.

最初に、ドライエッチング装置1のステージ8上の基板2に対して、マスクの塗布・形成を行う(ステップS1)。具体的には、図4(a)に示されるように、基板2上に配置されたGaN層10上に、有機系のレジストマスクなどから形成されるマスク11を塗布し、フォトリソグラフィー等により所望のパターン状に形成する。マスク11により、GaN層10が部分的に保護される。マスク11の厚みは、例えば5−10μmとしても良い。   First, a mask is applied and formed on the substrate 2 on the stage 8 of the dry etching apparatus 1 (step S1). Specifically, as shown in FIG. 4A, a mask 11 formed of an organic resist mask or the like is applied on the GaN layer 10 disposed on the substrate 2, and desired by photolithography or the like. The pattern is formed. The mask 11 partially protects the GaN layer 10. The thickness of the mask 11 may be, for example, 5-10 μm.

次に、マスク11が形成された基板2上のGaN層10に対するエッチングを行う(ステップS2)。具体的には、エッチングガス源4からチャンバ3内へ、所定のエッチングガス(例えば、BClにCHを添加した混合ガス)を供給して、GaN層10のエッチングを行う。エッチングガスによるエッチングを行うと、図4(b)に示すように、GaN層10のうちマスク11により保護されていない部分がエッチングされ、基板2上から除去される。これにより、GaN層10が複数の素子へと分離される。また、GaN層10だけでなくマスク11も同時にエッチングされるため、エッチング後のマスク11の高さはエッチング前(図4(a))に比べて低くなっている。 Next, etching is performed on the GaN layer 10 on the substrate 2 on which the mask 11 is formed (step S2). Specifically, the GaN layer 10 is etched by supplying a predetermined etching gas (for example, a mixed gas obtained by adding CH 2 F 2 to BCl 3 ) from the etching gas source 4 into the chamber 3. When etching with an etching gas is performed, a portion of the GaN layer 10 that is not protected by the mask 11 is etched and removed from the substrate 2 as shown in FIG. Thereby, the GaN layer 10 is separated into a plurality of elements. Since not only the GaN layer 10 but also the mask 11 is etched at the same time, the height of the mask 11 after the etching is lower than that before the etching (FIG. 4A).

次に、GaN層10上のマスク11を除去する(ステップS3)。具体的には、エッチング後の基板2に対して所定のマスク除去工程を実施することにより、基板2上のGaN層10からマスク11のみを除去する。これにより、図4(c)に示すように、複数の素子に分離されたGaN層10が配置された基板2が完成する。   Next, the mask 11 on the GaN layer 10 is removed (step S3). Specifically, only a mask 11 is removed from the GaN layer 10 on the substrate 2 by performing a predetermined mask removing process on the substrate 2 after etching. Thereby, as shown in FIG. 4C, the substrate 2 on which the GaN layer 10 separated into a plurality of elements is arranged is completed.

以上のように、図3のフロー図に沿ってドライエッチング装置1による素子分離加工を行うことで、基板2上のGaN層10を複数の素子へと分離することができる。   As described above, the GaN layer 10 on the substrate 2 can be separated into a plurality of elements by performing element isolation processing by the dry etching apparatus 1 along the flowchart of FIG.

(実施例)
次に、上述したドライエッチング装置1を用いたGaN層10の素子分離方法に関する実施例および比較例について説明する。
(Example)
Next, examples and comparative examples relating to the element isolation method of the GaN layer 10 using the dry etching apparatus 1 described above will be described.

以下の表1に示すように、ドライエッチング装置1を用いて、実験No.1−5で示す種々のエッチング条件で基板2上のGaN層10を素子分離するエッチングを実行した。   As shown in Table 1 below, Experiment No. Etching for element separation of the GaN layer 10 on the substrate 2 was performed under various etching conditions indicated by 1-5.

Figure 0005927543
Figure 0005927543

実験No.1−5では、ClとArを混合した混合ガスをエッチングガスとして用いるとともに、エッチングガス中におけるClの添加割合を変化させながら、基板2上のGaN層10に対するエッチングを行った。 Experiment No. In 1-5, a mixed gas of Cl 2 and Ar was used as an etching gas, and the GaN layer 10 on the substrate 2 was etched while changing the addition ratio of Cl 2 in the etching gas.

実験No.1−5は比較例に相当する。実験No.1−5の具体的なエッチング条件は以下の通りである。   Experiment No. 1-5 corresponds to a comparative example. Experiment No. Specific etching conditions of 1-5 are as follows.

エッチングガス中におけるClの添加量は、実験No.1が25sccm、実験No.2が40sccm、実験No.3が50sccm、実験No.4が75sccm、実験No.5が100sccmである。 The amount of Cl 2 added in the etching gas was determined according to Experiment No. 1 is 25 sccm, Experiment No. 1 2 is 40 sccm. 3 is 50 sccm, Experiment No. 4 is 75 sccm. 5 is 100 sccm.

エッチングガス中におけるArの添加量は、実験No.1が175sccm、実験No.2が160sccm、実験No.3が150sccm、実験No.4が125sccm、実験No.5が100sccmである。   The amount of Ar added in the etching gas was determined according to Experiment No. 1 is 175 sccm, Experiment No. 2 is 160 sccm. 3 is 150 sccm, Experiment No. 4 is 125 sccm. 5 is 100 sccm.

エッチングガス中におけるClの添加割合は、実験No.1が12.5%、実験No.2が20.0%、実験No.3が25.0%、実験No.4が37.5%、実験No.5が50.0%である。 The addition ratio of Cl 2 in the etching gas was determined according to Experiment No. 1 is 12.5%. 2 is 20.0%, Experiment No. 3 is 25.0%, Experiment No. 4 is 37.5%, Experiment No. 5 is 50.0%.

チャンバ3内の圧力は実験No.1−5で1Paである。   The pressure in the chamber 3 was measured according to Experiment No. 1-5 is 1 Pa.

チャンバ3内にプラズマ(ICP)を発生させるためのパワーであるICPパワーの電力密度(ICPパワー/チャンバ3の体積)は、実験No.1−5で0.024107(W/cm3)である。なお、ここでのICPパワーとは、ドライエッチング装置1における第1の高周波電源7Aからアンテナ6に印加される電力(W)のことであり、実験No.1−5では1350Wである。また、チャンバ3の体積は実験No.1−5で56000cm3である。   The power density (ICP power / volume of the chamber 3) of the ICP power, which is the power for generating plasma (ICP) in the chamber 3, was determined as Experiment No. 1-5 is 0.024107 (W / cm3). The ICP power here is the power (W) applied to the antenna 6 from the first high frequency power source 7A in the dry etching apparatus 1. 1-5 is 1350W. The volume of the chamber 3 is the same as that of Experiment No. 1-5 is 56000 cm3.

チャンバ3内でバイアスを発生させるためのパワーであるバイアスパワーの電力密度(バイアスパワー/ステージ8内の電極の電極面積)は、実験No.1−5で1.403162W/cm2である。なお、ここでのバイアスパワーとは、ドライエッチング装置1における第2の高周波電源7Bからステージ8内の電極に印加される電力(W)のことであり、実験No.1−5では1350Wである。また、ステージ8内の電極の電極面積は実験No.1−5で約962cm2である(電極は直径350mmの正円)。   The power density of the bias power (bias power / electrode area of the electrode in the stage 8), which is the power for generating a bias in the chamber 3, was determined as Experiment No. 1-5 is 1.403162 W / cm2. The bias power here is power (W) applied to the electrode in the stage 8 from the second high frequency power source 7B in the dry etching apparatus 1. 1-5 is 1350W. The electrode area of the electrode in the stage 8 is the same as that in Experiment No. 1-5 is about 962 cm 2 (the electrode is a perfect circle having a diameter of 350 mm).

ICPパワー(W)とバイアスパワー(W)の合計に対するバイアスパワーの比率であるバイアス比率は、実験No.1−5で0.5である。   The bias ratio, which is the ratio of the bias power to the sum of the ICP power (W) and the bias power (W), 1-5 is 0.5.

チャンバ3内の温度は実験No.1−5で15℃である。   The temperature in the chamber 3 was measured according to Experiment No. 1-5 at 15 ° C.

実験No.1―5について、GaN層10のエッチングレート(nm/min)、マスク11のエッチングレート(nm/min)、及びこれらの選択比を測定した。それぞれの測定結果は表1に記載の通りである。   Experiment No. For 1-5, the etching rate (nm / min) of the GaN layer 10, the etching rate (nm / min) of the mask 11, and the selectivity thereof were measured. Each measurement result is as shown in Table 1.

選択比は、マスク11のエッチングレートに対するGaN層10のエッチングレートの比である。選択比を高くする、あるいはGaN層10のエッチングレートを高くすることにより、GaN層10のエッチング形状をより安定化することができる。ここでのエッチング形状の安定化とは、GaN層10がより垂直な方向に向かってエッチングされることや、エッチング後のGaN層10の形状がより均一になることなどを意味する。   The selection ratio is the ratio of the etching rate of the GaN layer 10 to the etching rate of the mask 11. By increasing the selection ratio or increasing the etching rate of the GaN layer 10, the etching shape of the GaN layer 10 can be further stabilized. The stabilization of the etching shape here means that the GaN layer 10 is etched in a more vertical direction, or the shape of the GaN layer 10 after etching becomes more uniform.

図5に、実験No.1―5で得られたデータの分布図を示す。図5では、横軸にClの添加割合を、縦軸に2種類のエッチングレート(GaN層10のエッチングレート及びマスク11のエッチングレート)並びに選択比(GaN層10のエッチングレート/マスク11のエッチングレート)を示す。 In FIG. The distribution chart of the data obtained in 1-5 is shown. In FIG. 5, the abscissa indicates the addition ratio of Cl 2 , and the ordinate indicates two types of etching rates (the etching rate of the GaN layer 10 and the etching rate of the mask 11) and the selection ratio (the etching rate of the GaN layer 10 / the mask 11). Etching rate).

図5に示すように、ClとArを混合した混合ガスをエッチングガスとして用いた場合には、Clの添加割合を20%前後に設定することにより、選択比が最も高くなることが分かる。一方で、Clの添加割合がいずれの値であっても選択比は2.0以上に達していない。また、Clの添加割合を上げるほど、GaN層10およびマスク11のエッチングレートが向上することが分かる。 As shown in FIG. 5, when a mixed gas of Cl 2 and Ar is used as an etching gas, it can be seen that the selection ratio becomes the highest by setting the addition ratio of Cl 2 to around 20%. . On the other hand, the selection ratio does not reach 2.0 or more regardless of the addition ratio of Cl 2 . It can also be seen that the etching rate of the GaN layer 10 and the mask 11 increases as the Cl 2 addition ratio increases.

次に、以下の表2に示すように、ドライエッチング装置1を用いて、実験No.6−11で示す種々のエッチング条件で基板2上のGaN層10を素子分離するエッチングを実行した。   Next, as shown in Table 2 below, using the dry etching apparatus 1, the experiment No. Etching for element separation of the GaN layer 10 on the substrate 2 was performed under various etching conditions indicated by 6-11.

Figure 0005927543
Figure 0005927543

実験No.6−11では、BClとClとを混合した混合ガスをエッチングガスとして用いるとともに、混合ガス中におけるBClの添加割合を変化させながら、基板2上のGaN層10に対するエッチングを行った。 Experiment No. 6-11, the mixed gas of BCl 3 and Cl 2 was used as an etching gas, and the GaN layer 10 on the substrate 2 was etched while changing the addition ratio of BCl 3 in the mixed gas.

実験No.6−11は比較例に相当する。実験No.6−11の具体的なエッチング条件は以下の通りである。   Experiment No. 6-11 corresponds to a comparative example. Experiment No. Specific etching conditions for 6-11 are as follows.

エッチングガス中におけるBClの添加量は、実験No.6が0sccm、実験No.7が24sccm、実験No.8が60sccm、実験No.9が100sccm、実験No.10が140sccm、実験No.11が200sccmである。 The amount of BCl 3 added in the etching gas was determined according to Experiment No. 6 is 0 sccm. 7 is 24 sccm. 8 is 60 sccm. 9 is 100 sccm. 10 is 140 sccm, Experiment No. 11 is 200 sccm.

エッチングガス中におけるClの添加量は、実験No.6が200sccm、実験No.7が176sccm、実験No.8が140sccm、実験No.9が100sccm、実験No.10が60sccm、実験No.11が0sccmである。 The amount of Cl 2 added in the etching gas was determined according to Experiment No. 6 is 200 sccm, Experiment No. 7 is 176 sccm. 8 is 140 sccm. 9 is 100 sccm. 10 is 60 sccm. 11 is 0 sccm.

エッチングガス中におけるBClの添加割合は、実験No.6が0.0%、実験No.7が12.0%、実験No.8が30.0%、実験No.9が50.0%、実験No.10が70.0%、実験No.11が100.0%である。 The addition ratio of BCl 3 in the etching gas was determined according to Experiment No. 6 is 0.0%. 7 is 12.0%, Experiment No. 8 is 30.0%, Experiment No. 9 is 50.0%, Experiment No. 10 is 70.0%, Experiment No. 11 is 100.0%.

実験No.6−11におけるチャン3内の圧力、ICPパワーの電力密度、バイアスパワーの電力密度、バイアス比率およびチャンバ3内の温度(並びにICPパワー、バイアスパワー、チャンバ3の体積およびステージ8内の電極の電極面積)は、前述した実験No.1−5と同様である。   Experiment No. 6-11, the pressure in the chamber 3, the power density of the ICP power, the power density of the bias power, the bias ratio and the temperature in the chamber 3 (and the electrodes of the ICP power, the bias power, the volume of the chamber 3 and the electrode in the stage 8) Area) is the above-mentioned experiment No. Same as 1-5.

実験No.6―11について、GaN層10のエッチングレート(nm/min)、マスク11のエッチングレート(nm/min)、及びこれらの選択比を測定した。それぞれの測定結果は表2に記載の通りである。   Experiment No. For 6-11, the etching rate (nm / min) of the GaN layer 10, the etching rate (nm / min) of the mask 11, and the selectivity thereof were measured. Each measurement result is as shown in Table 2.

図6に、実験No.6―11で得られたデータの分布図を示す。図6では、横軸にBClの添加割合を、縦軸に2種類のエッチングレート並びに選択比(GaN層10のエッチングレート/マスク11のエッチングレート)を示す。 In FIG. The distribution chart of the data obtained in 6-11 is shown. In FIG. 6, the horizontal axis represents the addition ratio of BCl 3 , and the vertical axis represents two types of etching rates and selection ratios (etching rate of the GaN layer 10 / etching rate of the mask 11).

図6に示すように、BClとClとを混合した混合ガスをエッチングガスとして用いた場合には、BClの添加割合が大きいほど高い選択比が得られるということが分かる。一方で、BClの添加割合がいずれの値であっても選択比は2.0以上に達していない。また、BClの添加割合が小さいほど、GaN層10およびマスク11のエッチングレートが向上することが分かる。 As shown in FIG. 6, it can be seen that when the mixed gas of BCl 3 and Cl 2 is used as the etching gas, the higher the BCl 3 addition ratio, the higher the selection ratio. On the other hand, the selection ratio does not reach 2.0 or more regardless of the addition ratio of BCl 3 . It can also be seen that the smaller the BCl 3 addition ratio, the higher the etching rate of the GaN layer 10 and the mask 11.

次に、以下の表3に示すように、ドライエッチング装置1を用いて、実験No.12、13で示す種々のエッチング条件で基板2上のGaN層10を素子分離するエッチングを実行した。   Next, as shown in Table 3 below, Experiment No. Etching for element isolation of the GaN layer 10 on the substrate 2 was performed under various etching conditions indicated by 12 and 13.

Figure 0005927543
Figure 0005927543

実験No.12、13では、CHにClを混合した混合ガス(実験No.12)あるいはCHにBClを混合した混合ガス(実験No.13)をエッチングガスとして用いて基板2上のGaN層10に対するエッチングを行った。 Experiment No. In 12 and 13, the substrate using mixed gas of Cl 2 to CH 2 F 2 (Experiment No.12) or mixed gas of BCl 3 in CH 2 F 2 (Experiment No.13) as the etching gas 2 The upper GaN layer 10 was etched.

実験No.12は比較例に相当し、実験No.13は実施例に相当する。実験No.12、13の具体的なエッチング条件は以下の通りである。   Experiment No. 12 corresponds to a comparative example. 13 corresponds to the example. Experiment No. Specific etching conditions of 12 and 13 are as follows.

エッチングガス中におけるBClの添加量は、実験No.12が0sccm、実験No.13が140sccmである。 The amount of BCl 3 added in the etching gas was determined according to Experiment No. 12 is 0 sccm. 13 is 140 sccm.

エッチングガス中におけるClの添加量は、実験No.12が140sccm、実験No.13が0sccmである。 The amount of Cl 2 added in the etching gas was determined according to Experiment No. 12 is 140 sccm, Experiment No. 13 is 0 sccm.

エッチングガス中におけるCHの添加量は、実験No.12、13でともに45sccmである。 The amount of CH 2 F 2 added in the etching gas was determined according to Experiment No. Both 12 and 13 are 45 sccm.

ICPパワーの電力密度は実験No.12、13で0.028571W/cm3である。なお、実験No.12、13ではICPパワーは1600Wである。   The power density of the ICP power is determined as Experiment No. 12 and 13 are 0.028571 W / cm3. Experiment No. In 12 and 13, the ICP power is 1600W.

バイアスパワーの電力密度は実験No.12、13で0.675596W/cm2である。なお、実験No.12、13では、バイアスパワーは650Wである。   The power density of the bias power was determined according to Experiment No. 12 and 13 are 0.675596 W / cm 2. Experiment No. In 12 and 13, the bias power is 650 W.

バイアス比率は実験No.12、13で0.288889である。   The bias ratio was determined as Experiment No. 12 and 13 are 0.288889.

実験No.12、13におけるチャン3内の圧力およびチャンバ3内の温度(並びにチャンバ3の体積およびステージ8内の電極の電極面積)は、前述した実験No.1−11と同様である。   Experiment No. 12 and 13, the pressure in the chamber 3 and the temperature in the chamber 3 (and the volume of the chamber 3 and the electrode area of the electrode in the stage 8) are the same as those in the experiment No. 1 described above. It is the same as 1-11.

実験No.12、13について、GaN層10のエッチングレート(nm/min)、マスク11のエッチングレート(nm/min)、及びこれらの選択比を測定した。それぞれの測定結果は表3に記載の通りである。   Experiment No. 12 and 13, the etching rate of the GaN layer 10 (nm / min), the etching rate of the mask 11 (nm / min), and the selectivity thereof were measured. Each measurement result is as shown in Table 3.

図7に、実験No.12、13で得られたデータの分布図を示す。図7では、横軸にCHに添加するガスの種類(Cl又はBCl)を、縦軸に2種類のエッチングレート並びに選択比(GaN層10のエッチングレート/マスク11のエッチングレート)を示す。 In FIG. 12 shows a distribution map of data obtained in 12 and 13. FIG. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the type of gas added to CH 2 F 2 (Cl 2 or BCl 3 ), and the vertical axis indicates two types of etching rates and selection ratios (etching rate of GaN layer 10 / etching rate of mask 11. ).

図7に示すように、CHにClを混合した混合ガスをエッチングガスとして用いた場合には、2.0という選択比が得られないのに対し、CHにBClを混合した混合ガスをエッチングガスとして用いた場合には、2.0以上という選択比が得ることができた。また、ClあるいはBClのいずれを混合する場合であっても、GaN層10のエッチングレートは概ね300nm/minとなっている。 As shown in FIG. 7, when a mixed gas in which Cl 2 is mixed with CH 2 F 2 is used as an etching gas, a selectivity ratio of 2.0 cannot be obtained, whereas BCl 3 is added to CH 2 F 2. In the case where a mixed gas in which is used as an etching gas, a selection ratio of 2.0 or more could be obtained. Moreover, the etching rate of the GaN layer 10 is approximately 300 nm / min regardless of whether Cl 2 or BCl 3 is mixed.

エッチングガスにCHを添加すると、レジストであるマスク11上にカーボンの重合膜が堆積することで、マスク11のエッチングが抑制される。これにより、マスク11のエッチングレートが下がり、選択比が向上するものと考えられる。一方で、今回の実験結果(特に、実験No.12、13)からは、ClにCHを添加しても選択比を良好に向上させることができなかったのに対して、BClにCHを添加した場合には選択比を良好に向上させることができた。 When CH 2 F 2 is added to the etching gas, a carbon polymer film is deposited on the mask 11 that is a resist, thereby suppressing the etching of the mask 11. Thereby, it is considered that the etching rate of the mask 11 is lowered and the selectivity is improved. On the other hand, from the results of this experiment (particularly, Experiments Nos. 12 and 13), even when CH 2 F 2 was added to Cl 2 , the selectivity could not be improved satisfactorily, whereas BCl When CH 2 F 2 was added to 3 , the selectivity could be improved satisfactorily.

これには、エッチングガスにClを添加した場合の方がBClを添加した場合よりも、Clラジカルの発生量が多くなるという点が関係しているものと考えられる。 This is considered to be related to the fact that the amount of Cl radicals generated is larger when Cl 2 is added to the etching gas than when BCl 3 is added.

GaN層10のエッチングは、Clラジカルとイオン入射により促進される。Clを添加した場合にはClラジカルの発生が増加することにより、GaN層10を良好にエッチングできるが、その一方でマスク11も速い速度でエッチングされてしまう。カーボンの重合膜が付着する土台であるマスク11が速い速度で後退するため、CHを添加してもカーボンの重合膜を効果的に堆積させることができない。結果として、カーボンの重合膜による十分なエッチング抑制効果が得られず、マスク11のエッチングレートを十分下げることができない。このような原理により選択比を良好に向上させることができないと推測される。 Etching of the GaN layer 10 is facilitated by the incidence of Cl radicals and ions. When Cl 2 is added, the generation of Cl radicals increases, so that the GaN layer 10 can be satisfactorily etched. On the other hand, the mask 11 is also etched at a high rate. Since the mask 11 as a base to which the carbon polymer film adheres moves back at a high speed, the carbon polymer film cannot be effectively deposited even if CH 2 F 2 is added. As a result, a sufficient etching suppression effect by the carbon polymer film cannot be obtained, and the etching rate of the mask 11 cannot be lowered sufficiently. It is presumed that the selection ratio cannot be improved satisfactorily by such a principle.

それに対して、エッチングガスにBClを添加した場合には、Clラジカルの発生が少なくなるため、マスク11はそれほど速い速度でエッチングされず、マスク11のエッチングレートは低下する。これにより、マスク11上に効果的にカーボンの重合膜を堆積させることができるため、マスク11のエッチングレートはさらに低くなる。一方で、Clを添加した場合に比べてClラジカルの発生が少ないものの、BClを添加することによるその他の要因によりGaN層10を良好にエッチングすることができるため、GaN層10のエッチングレートはそれほど低下しない。すなわち、BClを添加した場合はClを添加した場合に比べて、マスク11のエッチングレートが低下する割合の方がGaN層10のエッチングレートが低下する割合よりも大きくなり、これにより選択比を良好に向上させることができるものと考えられる。 On the other hand, when BCl 3 is added to the etching gas, the generation of Cl radicals is reduced, so that the mask 11 is not etched at a very high rate, and the etching rate of the mask 11 decreases. As a result, a carbon polymer film can be effectively deposited on the mask 11, so that the etching rate of the mask 11 is further reduced. On the other hand, although the generation of Cl radicals is less than when Cl 2 is added, the GaN layer 10 can be satisfactorily etched due to other factors by adding BCl 3. Does not drop that much. That is, when BCl 3 is added, the rate at which the etching rate of the mask 11 decreases is higher than the rate at which the etching rate of the GaN layer 10 decreases, compared with the case where Cl 2 is added. It is considered that can be improved satisfactorily.

以上、実験No.1―13の結果を考察した結果、本発明者らは、GaN層10の素子分離方法において、BClにCHを添加した混合ガスを用いてGaN層10をエッチングすることで、GaN層10における高エッチングレートと高選択比とを両立できることを見出した。高エッチングレートを実現できれば生産性が向上し、高選択比を実現できればGaN層10のエッチング形状をより安定化することができる。結果的に、GaN層10の素子分離をより効率的に行うことができる。 As described above, Experiment No. As a result of considering the results of 1-13, the present inventors etched the GaN layer 10 using a mixed gas in which CH 2 F 2 was added to BCl 3 in the element isolation method of the GaN layer 10, thereby obtaining a GaN layer 10. It has been found that a high etching rate and a high selectivity can be achieved in the layer 10. If a high etching rate can be realized, productivity can be improved, and if a high selectivity can be realized, the etching shape of the GaN layer 10 can be further stabilized. As a result, device isolation of the GaN layer 10 can be performed more efficiently.

また、高エッチングレートと高選択比とを両立することができれば、エッチングの際に用いるマスク11の厚みを小さくしながらも、エッチング後のGaN層10において所望のエッチング形状を得ることができる。よって、エッチングにかかるコストを低減することができる。   If both a high etching rate and a high selection ratio can be achieved, a desired etching shape can be obtained in the etched GaN layer 10 while reducing the thickness of the mask 11 used for etching. Therefore, the cost for etching can be reduced.

ここで、本発明者らは、BClにCHを添加した混合ガスをエッチングガスとして用いたGaN層10の素子分離方法に関して、エッチングガス中におけるBClとCHの添加割合などを変化させながら、さらなる実験を行った。 Here, regarding the element isolation method of the GaN layer 10 using the mixed gas obtained by adding CH 2 F 2 to BCl 3 as an etching gas, the present inventors added BCl 3 and CH 2 F 2 in the etching gas. Further experiments were performed while changing the above.

すなわち、以下の表4に示すように、ドライエッチング装置1を用いて、実験No.14−32で示す種々のエッチング条件でGaN層10を素子分離するエッチングを実行した。   That is, as shown in Table 4 below, using the dry etching apparatus 1, the experiment No. Etching for element isolation of the GaN layer 10 was performed under various etching conditions indicated by 14-32.

Figure 0005927543
Figure 0005927543

実験No.14−31の具体的なエッチング条件は以下の通りである。   Experiment No. Specific etching conditions of 14-31 are as follows.

エッチングガス中におけるBClの添加量は、実験No.14−16、25、30が140sccm、実験No17−21、23、28が170sccm、実験No.22、27が185sccm、実験No.24、29が160sccm、実験No.26、31が120sccmである。 The amount of BCl 3 added in the etching gas was determined according to Experiment No. 14-16, 25 and 30 are 140 sccm, Experiment No. 17-21, 23 and 28 are 170 sccm, Experiment No. 22 and 27 are 185 sccm. 24, 29 is 160 sccm, Experiment No. 26 and 31 are 120 sccm.

エッチングガス中におけるCHの添加量は、実験No.14−16、25、30が45sccm、実験No17−21、23、28が15sccm、実験No.22、27が0sccm、実験No.24、29が25sccm、実験No.26、31が65sccmである。 The amount of CH 2 F 2 added in the etching gas was determined according to Experiment No. 14-16, 25 and 30 are 45 sccm, Experiment No. 17-21, 23 and 28 are 15 sccm, Experiment No. Nos. 22 and 27 were 0 sccm. 24, 29 is 25 sccm, Experiment No. 26 and 31 are 65 sccm.

エッチングガス中におけるCHの添加割合は、実験No.14−16、25、30が24.3%、実験No17−21、23、28が8,1%、実験No.22、27が0%、実験No.24、29が13.5%、実験No.26、31が35.1%である。 The addition ratio of CH 2 F 2 in the etching gas was determined according to Experiment No. 14-16, 25 and 30 are 24.3%, Experiment Nos. 17-21, 23 and 28 are 8.1%, and Experiment No. 22 and 27 are 0%, Experiment No. 24, 29, 13.5%, Experiment No. 26 and 31 are 35.1%.

ICPパワーの電力密度は、実験No.14−16、18、22−26で0.028571W/cm3、実験No.17で0.032143W/cm3、実験No.19、27−31で0.025893W/cm3、実験No.20で0.024107W/cm3、実験No.21で0.019643W/cm3である。なお、実験No.14−16、18、22−26では、ICPパワーは1600W、実験No.17では、ICPパワーは1800W、実験No.19、27−31では、ICPパワーは1450W、実験No.20では、ICPパワーは1350W、実験No.21では、ICPパワーは1100Wである。   The power density of the ICP power was measured according to Experiment No. 14-16, 18, 22-26, 0.028571 W / cm3, Experiment No. 17 0.032143 W / cm3, Experiment No. 19, 27-31, 0.025893 W / cm3, Experiment No. 20 0.024107 W / cm3, Experiment No. 21 is 0.019643 W / cm3. Experiment No. 14-16, 18, 22-26, ICP power is 1600 W, Experiment No. 17, ICP power is 1800 W, Experiment No. 19, 27-31, ICP power is 1450 W, Experiment No. No. 20, ICP power is 1350 W, Experiment No. At 21, the ICP power is 1100W.

バイアスパワーの電力密度は、実験No.14で0.467721W/cm2、実験No.15で0.675596W/cm2、実験No.16、18、22−26で1.195286W/cm2、実験No.17で0.98741W/cm2、実験No.19で1.351193W/cm2、実験No.20で1.455131W/cm2、実験No.21で1.714976W/cm2である。なお、実験No.14では、バイアスパワーは450W、実験No.15では、バイアスパワーは650W、実験No.16、18、22−26では、バイアスパワーは1150W、実験No.17では、バイアスパワーは950W、実験No.19、27−31では、バイアスパワーは1300W、実験No.20では、バイアスパワーは1400W、実験No.21では、バイアスパワーは1650Wである。   The power density of the bias power was measured according to Experiment No. 14 0.476772 W / cm 2, Experiment No. 15, 0.675596 W / cm 2, Experiment No. 16, 18, 22-26, 1.195286 W / cm2, Experiment No. 17, 0.98741 W / cm 2, Experiment No. 19, 1.351193 W / cm 2, Experiment No. 20, 1.455131 W / cm 2, Experiment No. 21 is 1.714976 W / cm2. Experiment No. 14, the bias power is 450 W, the experiment No. 15, the bias power is 650 W, the experiment No. 16, 18, 22-26, the bias power is 1150 W, the experiment No. 17, the bias power is 950 W, the experiment No. 19 and 27-31, the bias power is 1300 W, the experiment No. 20, the bias power is 1400 W, the experiment No. In 21, the bias power is 1650W.

バイアス比率は、実験No.14で0.220、実験No.15で0.289、実験No.16、18、22−26で0.418、実験No.17で0.345、実験No.19、27−31で0.473、実験No.20で0.509、実験No.21で0.600である。   The bias ratio was determined according to Experiment No. 14 0.220, Experiment No. 15 at 0.289, experiment no. 16, 18, 22-26, 0.418, Experiment No. 17 0.345, Experiment No. 19, 27-31, 0.473, Experiment No. 20 at 0.509, experiment no. 21 is 0.600.

実験No.14−31におけるチャン3内の圧力およびチャンバ3内の温度(並びにチャンバ3の体積およびステージ8内の電極の電極面積)は、前述した実験No.1−13と同様である。   Experiment No. 14-31, the pressure in the chamber 3 and the temperature in the chamber 3 (and the volume of the chamber 3 and the electrode area of the electrode in the stage 8) are the same as those in Experiment No. 1 described above. It is the same as 1-13.

実験No.14―31について、GaN層10のエッチングレート(nm/min)、マスク11のエッチングレート(nm/min)、及びこれらの選択比を測定した。それぞれの測定結果は表4に記載の通りである。   Experiment No. For 14-31, the etching rate (nm / min) of the GaN layer 10, the etching rate (nm / min) of the mask 11 and the selectivity thereof were measured. Each measurement result is as described in Table 4.

実験No.14−16で得られたデータの分布図を図8に、実験No.17−21で得られたデータの分布図を図9に、実験No.22−26で得られたデータの分布図を図10に、実験No.27−31で得られたデータの分布図を図11に示す。   Experiment No. 14-16 is a distribution diagram of the data obtained in FIG. The distribution map of the data obtained in 17-21 is shown in FIG. A distribution map of the data obtained in 22-26 is shown in FIG. FIG. 11 shows a distribution map of data obtained in 27-31.

図8では、横軸にバイアスパワーの電力密度を、縦軸に2種類のエッチングレートと選択比を示す。図9では、横軸にバイアス比率を、縦軸に2種類のエッチングレートと選択比を示す。図10では、横軸にCHの添加割合を、縦軸に2種類のエッチングレートと選択比を示す。図11では、横軸にCHの添加割合を、縦軸に2種類のエッチングレートと選択比を示す。図8−11における選択比とは、GaN層10のエッチングレート/マスク11のエッチングレートである。 In FIG. 8, the horizontal axis represents the power density of the bias power, and the vertical axis represents the two types of etching rates and the selection ratio. In FIG. 9, the horizontal axis represents the bias ratio, and the vertical axis represents the two types of etching rates and selection ratios. In FIG. 10, the horizontal axis represents the addition ratio of CH 2 F 2 , and the vertical axis represents two types of etching rates and selection ratios. In FIG. 11, the horizontal axis represents the addition ratio of CH 2 F 2 , and the vertical axis represents two types of etching rates and selection ratios. 8-11 is the etching rate of the GaN layer 10 / the etching rate of the mask 11.

図9に示される結果より、バイアス比率が概ね0.37−0.55の範囲内(図9の領域A1に相当)であれば、GaN層10のエッチングレートが300以上かつ選択比が2以上となり、好ましい範囲にあることがわかる。さらに、バイアス比率が概ね0.46−0.51の範囲内(図9の領域A2に相当)であれば、GaN層10のエッチングレートが350nm/min以上かつ選択比が3以上となり、より好ましい範囲にあることがわかる。   From the results shown in FIG. 9, when the bias ratio is in the range of approximately 0.37 to 0.55 (corresponding to the region A1 in FIG. 9), the etching rate of the GaN layer 10 is 300 or more and the selection ratio is 2 or more. It turns out that it exists in a preferable range. Furthermore, if the bias ratio is approximately in the range of 0.46-0.51 (corresponding to the region A2 in FIG. 9), the etching rate of the GaN layer 10 is 350 nm / min or more and the selection ratio is 3 or more, which is more preferable. You can see that it is in range.

図10に示される結果より、バイアス比率が0.418の場合には、CHの添加割合が概ね4.0%〜35.1%の範囲内(図10の領域A3に相当)であれば、GaN層10のエッチングレートが300以上かつ選択比が2以上と、好ましい範囲にあることがわかる。また同様に、CHの添加割合が概ね11.0%〜35.1%の範囲内(図10の領域A4に相当)であれば、GaN層10のエッチングレートが350以上かつ選択比が3以上と、より好ましい範囲にあることがわかる。 From the results shown in FIG. 10, when the bias ratio is 0.418, the CH 2 F 2 addition ratio is approximately within a range of 4.0% to 35.1% (corresponding to the area A3 in FIG. 10). If so, it can be seen that the etching rate of the GaN layer 10 is 300 or more and the selection ratio is 2 or more, which is in a preferable range. Similarly, if the CH 2 F 2 addition ratio is approximately in the range of 11.0% to 35.1% (corresponding to the region A4 in FIG. 10), the etching rate of the GaN layer 10 is 350 or more and the selection ratio is It can be seen that is in a more preferable range of 3 or more.

図11に示される結果より、バイアス比率が0.473の場合には、CHの添加割合が概ね2.0%〜35.1%の範囲内(図11の領域A5に相当)であれば、GaN層10のエッチングレートが300以上かつ選択比が2以上と、好ましい範囲にあることがわかる。また同様に、CHの添加割合が概ね8.0%〜35.1%の範囲内(図11の領域A6に相当)であれば、GaN層10のエッチングレートが350以上かつ選択比が3以上と、より好ましい範囲にあることがわかる。 From the results shown in FIG. 11, when the bias ratio is 0.473, the CH 2 F 2 addition ratio is approximately in the range of 2.0% to 35.1% (corresponding to the region A5 in FIG. 11). If so, it can be seen that the etching rate of the GaN layer 10 is 300 or more and the selection ratio is 2 or more, which is in a preferable range. Similarly, if the addition ratio of CH 2 F 2 is in the range of approximately 8.0% to 35.1% (corresponding to the region A6 in FIG. 11), the etching rate of the GaN layer 10 is 350 or more and the selection ratio is It can be seen that is in a more preferable range of 3 or more.

以上、図9―11に示される結果を考察した結果、本発明者らは、BClにCHを添加した混合ガスをエッチングガスとして用いたGaN層10の素子分離方法において、バイアス比率とCHの添加割合、それぞれ2つの値を所定の範囲内に設定することで、GaN層10のエッチングレートと選択比をさらに向上させることができることを見出した。 As described above, as a result of considering the results shown in FIGS. 9-11, the present inventors, in the element isolation method of the GaN layer 10 using the mixed gas obtained by adding CH 2 F 2 to BCl 3 as an etching gas, It has been found that the etching rate and the selectivity of the GaN layer 10 can be further improved by setting the addition ratio of CH 2 F 2 and the respective two values within a predetermined range.

今回の実験結果から、エッチングガスとしてCHにBClを添加したものを用いることで、GaN層10の高エッチングレートを維持したまま高選択比を得られることができたが、CHの添加割合を上げると選択比は高くなる一方で、チャンバ3内部のデポジション(堆積物)も多くなる。デポジションが増えると、チャンバ3の内壁などからデポジションが剥がれることによりパーティクルなどが発生したり、ドライエッチング装置1の排気配管などが詰まる可能性がある。これを防ぐためには、定期的なドライクリーニングを行うかあるいはチャンバ3を大気開放してウェットメンテナンスを行う必要がある。しかしながら、ドライクリーニングおよびウェットメンテナンスのいずれの方法であってもドライエッチング装置1の稼働率が下がってしまう。 From this experimental result, by using a material obtained by adding BCl 3 in CH 2 F 2 as the etching gas, it was possible to obtain a high selectivity while maintaining a high etch rate of GaN layer 10, CH 2 Increasing the addition ratio of F 2 increases the selectivity, while increasing the deposition (sediment) inside the chamber 3. If the deposition increases, the deposition may peel off from the inner wall of the chamber 3 or the like, and particles may be generated, or the exhaust pipe of the dry etching apparatus 1 may be clogged. In order to prevent this, it is necessary to perform dry cleaning regularly or perform wet maintenance by opening the chamber 3 to the atmosphere. However, the operation rate of the dry etching apparatus 1 is lowered by either dry cleaning or wet maintenance.

これより本発明者らは、メンテナンス性の向上、GaN層10の高エッチングレート及び高選択比を全て両立させるという更なる課題を見出し、その課題の解決に関して鋭意検討を行った。その結果、前記課題を解決するためには、GaN層10のエッチングレートが下がらない範囲でバイアス比率を高くするとともに、そのバイアス比率において、必要な選択比を上回るようにCHの添加割合を最低限の割合以上に設定することが有効であることを見出した。なおこの場合には、CHの添加割合を、最低限の割合から少しマージンを保った割合に設定するようにしても良い。 From this, the present inventors have found a further problem of improving both maintainability and achieving both a high etching rate and a high selection ratio of the GaN layer 10, and have intensively studied to solve the problem. As a result, in order to solve the above-described problem, the bias ratio is increased within a range where the etching rate of the GaN layer 10 does not decrease, and the addition ratio of CH 2 F 2 is set so that the bias ratio exceeds the required selection ratio. We found that it is effective to set more than the minimum ratio. In this case, the addition ratio of CH 2 F 2 may be set to a ratio with a slight margin from the minimum ratio.

そこで、実験No.14−31におけるバイアス比率とCHの添加割合の関係を図12に示す。 Therefore, Experiment No. The relationship between the bias ratio in 14-31 and the addition ratio of CH 2 F 2 is shown in FIG.

図12では、横軸にバイアス比率を、縦軸にCHの添加割合を示す。 In FIG. 12, the horizontal axis represents the bias ratio, and the vertical axis represents the CH 2 F 2 addition ratio.

図12に示すように、バイアス比率は概ね0.37−0.55の範囲内(図12の領域A7に相当)が好ましく、概ね0.46−0.51の範囲内(図12の領域A8に相当)がより好ましい。   As shown in FIG. 12, the bias ratio is preferably in the range of approximately 0.37 to 0.55 (corresponding to the region A7 in FIG. 12), and is approximately in the range of 0.46 to 0.51 (region A8 in FIG. 12). Is more preferable.

図12に示すように、CHの添加割合が多いと、GaN層10のエッチングレートや選択比を向上させやすくなるが、CHがデポジションとして残存することを考慮すると、CHの添加割合は所定の上限値以下であることが好ましい。一方で、GaN層10の高エッチングレートと高選択比との両立が好ましいことを考慮すると、CHの添加割合は所定の下限値以上であることが好ましい。 As shown in FIG. 12, when the addition ratio of CH 2 F 2 is large, the etching rate and selectivity of the GaN layer 10 are easily improved. However, considering that CH 2 F 2 remains as deposition, CH 2 The addition ratio of 2 F 2 is preferably not more than a predetermined upper limit value. On the other hand, considering that it is preferable to achieve both a high etching rate and a high selection ratio of the GaN layer 10, the addition ratio of CH 2 F 2 is preferably equal to or higher than a predetermined lower limit value.

以上を踏まえ、本発明者らは各種実験の結果、CHの添加割合の実用上の好ましい範囲が概ね7%−35.1%(図12の領域A9に相当)であることを見出した。また、CHの添加割合のより好ましい範囲は、図12に示される結果より概ね8%―13.5%(図12の領域A10に相当)とすることができる。 Based on the above, as a result of various experiments, the present inventors have found that the practically preferable range of the addition ratio of CH 2 F 2 is approximately 7% -35.1% (corresponding to the region A9 in FIG. 12). It was. Further, a more preferable range of the CH 2 F 2 addition ratio can be approximately 8% to 13.5% (corresponding to the region A 10 in FIG. 12) from the result shown in FIG.

上述したように、本実施の形態の実施例にかかるGaN層10の素子分離方法によれば、エッチングガス中におけるCHの添加割合を7%以上35.1%以下として、GaN層10に対するエッチングを行い、GaN層10のエッチングレートは300nm/min以上とする。これにより、GaN層10のエッチングレートと選択比をより向上させることができる。 As described above, according to the element isolation method of the GaN layer 10 according to the example of the present embodiment, the addition ratio of CH 2 F 2 in the etching gas is set to 7% or more and 35.1% or less, and the GaN layer 10 The etching rate of the GaN layer 10 is set to 300 nm / min or more. Thereby, the etching rate and selectivity of the GaN layer 10 can be further improved.

また、本実施の形態の実施例にかかるGaN層10の素子分離方法によれば、エッチングガス中におけるCHの添加割合を8%以上13.5%以下として、GaN層10に対するエッチングを行う。これにより、GaN層10のエッチングレートと選択比をより向上させることができる。 In addition, according to the element isolation method of the GaN layer 10 according to the example of the present embodiment, the addition ratio of CH 2 F 2 in the etching gas is set to 8% or more and 13.5% or less, and the GaN layer 10 is etched. Do. Thereby, the etching rate and selectivity of the GaN layer 10 can be further improved.

また、本実施の形態の実施例にかかるGaN層10の素子分離方法によれば、エッチング時に基板2に印加されるバイアスを発生させるための電力をA(W)、エッチング時に基板2を収容するチャンバ3内にプラズマを発生させるための電力をB(W)としたときに、A/(A+B)の値を0.37以上0.55以下としながら、GaN層10に対するエッチングを行い、GaN層10のエッチングレートは300nm/min以上である。これにより、GaN層10のエッチングレートと選択比をより向上させることができる。   Further, according to the element isolation method of the GaN layer 10 according to the example of the present embodiment, the power for generating a bias applied to the substrate 2 at the time of etching is A (W), and the substrate 2 is accommodated at the time of etching. When the power for generating plasma in the chamber 3 is B (W), the GaN layer 10 is etched while the value of A / (A + B) is 0.37 or more and 0.55 or less, and the GaN layer 10 is etched. The etching rate of 10 is 300 nm / min or more. Thereby, the etching rate and selectivity of the GaN layer 10 can be further improved.

また、本実施の形態の実施例にかかるGaN層10の素子分離方法によれば、A/(A+B)の値を0.46以上0.51以下としながら、GaN層10に対するエッチングを行う。これにより、GaN層10のエッチングレートと選択比をより向上させることができる。   Further, according to the element isolation method of the GaN layer 10 according to the example of the present embodiment, the GaN layer 10 is etched while the value of A / (A + B) is set to 0.46 or more and 0.51 or less. Thereby, the etching rate and selectivity of the GaN layer 10 can be further improved.

なお、本実施の形態の実施例では、BClとCHのみを混合した混合ガスを用いる場合について説明したが、混合ガスにはこれら以外のガスが含まれていても良く、BClが主体のガス(例えば、BClを含む割合が80%以上)にCHを混合した混合ガスであれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。 In the example of the present embodiment, the case where a mixed gas in which only BCl 3 and CH 2 F 2 are mixed has been described. However, the mixed gas may contain other gases, and BCl 3 If it is a mixed gas in which CH 2 F 2 is mixed with a main gas (for example, the ratio containing BCl 3 is 80% or more), the same effects as described above can be obtained.

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本実施の形態では、基板2がサファイアにより形成される場合について説明したが、このような場合に限らず例えば、Si(シリコン)、SiC(炭化シリコン)、GaNなど、サファイア以外の材料により基板2が形成されも良い。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can implement in another various aspect. For example, although the case where the substrate 2 is formed of sapphire has been described in the present embodiment, the present invention is not limited to such a case. For example, the substrate 2 is made of a material other than sapphire, such as Si (silicon), SiC (silicon carbide), or GaN. The substrate 2 may be formed.

また、本実施の形態では、基板2とGaN層10とを区別する場合について説明したが、このような場合に限らず例えば、GaN層10が基板2の一部であるものとして取り扱っても良い。   In the present embodiment, the case where the substrate 2 and the GaN layer 10 are distinguished from each other has been described. However, the present invention is not limited to this case. For example, the GaN layer 10 may be handled as a part of the substrate 2. .

また、本実施の形態では、基板2上にGaN層10が直接的に配置される場合について説明したが、このような場合に限らず例えば、基板2とGaN層10との間に別の層(バッファ層など)が配置されても良い。   In the present embodiment, the case where the GaN layer 10 is directly disposed on the substrate 2 has been described. However, the present invention is not limited to such a case. For example, another layer is provided between the substrate 2 and the GaN layer 10. (Such as a buffer layer) may be disposed.

なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。   It is to be noted that, by appropriately combining any of the above-described various embodiments, the effects possessed by them can be produced.

本発明は、GaN層の素子分離方法に適用することができる。   The present invention can be applied to a device isolation method for a GaN layer.

1 ドライエッチング装置
2 基板
3 チャンバ
3a ガス導入口
3b 排気口
4 エッチングガス源
5 誘電体壁
6 アンテナ
7A 第1の高周波電源
7B 第2の高周波電源
8 ステージ
9 コントローラ
10 GaN層
11 マスク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dry etching apparatus 2 Substrate 3 Chamber 3a Gas introduction port 3b Exhaust port 4 Etching gas source 5 Dielectric wall 6 Antenna 7A First high frequency power supply 7B Second high frequency power supply 8 Stage 9 Controller 10 GaN layer 11 Mask

Claims (5)

基板上に配置されたGaN層にマスクを付けてエッチングすることにより、GaN層を複数の素子に分離する素子分離方法であって、
エッチングガスとして、BClが主体のガスにCHを添加した混合ガスを用いる、GaN層の素子分離方法。
A device isolation method for separating a GaN layer into a plurality of devices by attaching a mask to a GaN layer disposed on a substrate and etching the GaN layer,
A device isolation method for a GaN layer using a mixed gas obtained by adding CH 2 F 2 to a gas mainly containing BCl 3 as an etching gas.
エッチングガス中におけるCHの添加割合を7%以上35.1%以下として、GaN層に対するエッチングを行い、GaN層のエッチングレートは300nm/min以上である、請求項1に記載のGaN層の素子分離方法。 2. The GaN layer according to claim 1, wherein the GaN layer is etched with an addition ratio of CH 2 F 2 in the etching gas of 7% or more and 35.1% or less, and the etching rate of the GaN layer is 300 nm / min or more. Element isolation method. エッチングガス中におけるCHの添加割合を8%以上13.5%以下として、GaN層に対するエッチングを行う、請求項2に記載のGaN層の素子分離方法。 The element isolation method for a GaN layer according to claim 2, wherein the GaN layer is etched with an addition ratio of CH 2 F 2 in the etching gas of 8% to 13.5%. エッチング時に基板に印加されるバイアスを発生させるための電力をA(W)、エッチング時に基板を収容するチャンバ内にプラズマを発生させるための電力をB(W)としたときに、A/(A+B)の値を0.37以上0.55以下としながら、GaN層に対するエッチングを行い、GaN層のエッチングレートは300nm/min以上である、請求項1から3のいずれか1つに記載のGaN層の素子分離方法。   A / (A + B) where A (W) is a power for generating a bias applied to the substrate during etching, and B (W) is a power for generating plasma in the chamber accommodating the substrate during etching. The GaN layer according to any one of claims 1 to 3, wherein the GaN layer is etched while the value of) is 0.37 or more and 0.55 or less, and the etching rate of the GaN layer is 300 nm / min or more. Element isolation method. A/(A+B)の値を0.46以上0.51以下としながら、GaN層に対するエッチングを行う、請求項4に記載のGaN層の素子分離方法。   The element isolation method for a GaN layer according to claim 4, wherein the GaN layer is etched while the value of A / (A + B) is 0.46 or more and 0.51 or less.
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