JP6694102B1 - Structure manufacturing method, manufacturing apparatus, and intermediate structure - Google Patents
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Abstract
【課題】III族窒化物に対するPECエッチングにおいて、エッチング条件の時間的変動を抑制することができる技術を提供する。【解決手段】構造体の製造方法は、少なくとも表面がIII族窒化物で構成されたエッチング対象物を準備する工程と、エッチング対象物が、ペルオキソ二硫酸イオンを含むエッチング液に浸漬された状態で、エッチング対象物の表面に、エッチング液を介して光を照射し、ペルオキソ二硫酸イオンから硫酸イオンラジカルを生成させるとともに、III族窒化物中にホールを生成させることにより、III族窒化物をエッチングする工程と、を有し、III族窒化物をエッチングする工程では、III族窒化物のエッチングの開始時点におけるエッチング液を酸性とすることで、III族窒化物がエッチングされる期間中にエッチング液が酸性である状態を維持する。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of suppressing temporal variation of etching conditions in PEC etching for group III nitrides. A method for manufacturing a structure includes a step of preparing an etching object having at least a surface composed of a group III nitride, and a step of immersing the etching object in an etching solution containing peroxodisulfate ions. , Etching the group III nitride by irradiating the surface of the object to be etched with light through an etching solution to generate a sulfate ion radical from peroxodisulfate ion and to generate a hole in the group III nitride. In the step of etching the group III nitride, the etching solution is made acidic at the start of the etching of the group III nitride, so that the etching solution during the etching of the group III nitride is performed. Keeps it acidic. [Selection diagram] Figure 2
Description
本発明は、構造体の製造方法および中間構造体に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a structure and an intermediate structure.
窒化ガリウム(GaN)等のIII族窒化物は、発光素子、トランジスタ等の半導体装置を製造するための材料として用いられている。 Group III nitrides such as gallium nitride (GaN) are used as materials for manufacturing semiconductor devices such as light emitting devices and transistors.
GaN等のIII族窒化物に各種構造を形成するためのエッチング技術として、光電気化学(PEC)エッチングが提案されている(例えば非特許文献1参照)。PECエッチングは、一般的なドライエッチングと比べてダメージが少ないウェットエッチングであり、また、中性粒子ビームエッチング(例えば非特許文献2参照)、アトミックレイヤーエッチング(例えば非特許文献3参照)等のダメージの少ない特殊なドライエッチングと比べて装置が簡便である点で好ましい。 Photoelectrochemical (PEC) etching has been proposed as an etching technique for forming various structures in group III nitrides such as GaN (see Non-Patent Document 1, for example). PEC etching is wet etching that causes less damage than general dry etching, and damage such as neutral particle beam etching (for example, see Non-Patent Document 2) and atomic layer etching (for example, see Non-Patent Document 3). It is preferable in that the apparatus is simpler than special dry etching with less energy consumption.
本発明の一目的は、III族窒化物に対するPECエッチングにおいて、エッチング条件の時間的変動を抑制することができる技術を提供することである。 An object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing temporal fluctuation of etching conditions in PEC etching for group III nitrides.
本発明の一態様によれば、
少なくとも表面がIII族窒化物で構成されたエッチング対象物を準備する工程と、
前記エッチング対象物が、ペルオキソ二硫酸イオンを含むエッチング液に浸漬された状態で、前記エッチング対象物の前記表面に、前記エッチング液を介して紫外光を照射し、前記ペルオキソ二硫酸イオンから硫酸イオンラジカルを生成させるとともに、前記III族窒化物中にホールを生成させることにより、前記III族窒化物をエッチングする工程と、
を有し、
前記III族窒化物をエッチングする工程では、前記III族窒化物のエッチングの開始時点における前記エッチング液を酸性とすることで、前記III族窒化物がエッチングされる期間中に前記エッチング液が酸性である状態を維持する、構造体の製造方法
が提供される。
According to one aspect of the invention,
Providing an etching object having at least a surface composed of a group III nitride,
The object to be etched is immersed in an etching solution containing peroxodisulfate ions, and the surface of the object to be etched is irradiated with ultraviolet light through the etching solution to convert the peroxodisulfate ions to sulfate ions. Etching radicals in the group III-nitride by generating radicals and holes in the group III-nitride,
Have
In the step of etching the group III-nitride, the etching solution is made acidic during the period when the group III-nitride is etched by making the etching solution acidic at the start of etching the group III-nitride. A method of manufacturing a structure is provided that maintains a state.
本発明の他の態様によれば、
少なくとも表面がIII族窒化物で構成されたエッチング対象物と、
前記表面上に形成されたマスクと、
を有し、
ペルオキソ二硫酸イオンを含む酸性のエッチング液に浸漬される、中間構造体
が提供される。
According to another aspect of the invention,
An etching object having at least a surface composed of a group III nitride;
A mask formed on the surface,
Have
An intermediate structure is provided that is immersed in an acidic etchant containing peroxodisulfate ions.
III族窒化物に対するPECエッチングにおいて、エッチング条件の時間的変動を抑制することができる技術が提供される。 Provided is a technique capable of suppressing temporal variation in etching conditions in PEC etching for group III nitrides.
<本発明の一実施形態>
本発明の一実施形態による、構造体の製造方法について説明する。本実施形態による製造方法は、当該構造体の材料となるエッチング対象物10(以下、ウエハ10ともいう)に対する、光電気化学(PEC)エッチングを用いたエッチング工程(以下、PECエッチング工程ともいう)を有する。PECエッチングを、以下単に、エッチングともいう。
<One Embodiment of the Present Invention>
A method of manufacturing a structure according to an embodiment of the present invention will be described. In the manufacturing method according to the present embodiment, an etching process using photoelectrochemical (PEC) etching for an etching target 10 (hereinafter, also referred to as a wafer 10) that is a material of the structure (hereinafter, also referred to as a PEC etching process). Have. Hereinafter, the PEC etching is also simply referred to as etching.
図1(a)は、PECエッチングされるウエハ10を例示する概略断面図である。まず、図1(a)に示すように、ウエハ10を準備する。ウエハ10は、少なくとも表面20(エッチングされるべき被エッチング面20)が、III族窒化物で構成されている。 FIG. 1A is a schematic sectional view illustrating a wafer 10 to be PEC-etched. First, as shown in FIG. 1A, a wafer 10 is prepared. At least the surface 20 (the surface to be etched 20 to be etched) of the wafer 10 is composed of a group III nitride.
ウエハ10の構造は、特に限定されない。ウエハ10の構造の一例(後述の実験例に用いたもの)として、n型窒化ガリウム(GaN)基板11と、GaN基板11上にエピタキシャル成長されたn型GaN層12と、の積層構造が挙げられる。n型GaN層12は、例えば、n型不純物濃度が5×1016/cm3で、厚さが3μmである。 The structure of the wafer 10 is not particularly limited. As an example of the structure of the wafer 10 (the one used in the experimental example described later), there is a laminated structure of an n-type gallium nitride (GaN) substrate 11 and an n-type GaN layer 12 epitaxially grown on the GaN substrate 11. .. The n-type GaN layer 12 has, for example, an n-type impurity concentration of 5 × 10 16 / cm 3 and a thickness of 3 μm.
PECエッチング処理の対象物、つまり、エッチング液201に浸漬される(接触する)対象物を、処理対象物100と称する。処理対象物100は、少なくともウエハ10を有し、さらに、PECエッチング処理に要する部材として、例えばマスク50を有してよい。マスク50は、ウエハ10の被エッチング面20上に、エッチングされる領域21が開口したパターンで、形成される。マスク50の材料は、エッチング液201に耐えてマスクとして機能する材料であれば特に限定されず、例えばレジストであってよく、また例えば酸化シリコンであってよく、また例えば窒化シリコンであってよく、また例えばチタン等の金属であってよい。エッチングされる領域21の形状、広さ、エッチングされる深さ、等は、必要に応じ適宜選択されてよい。処理対象物100は、最終的な構造体を得るための、中間段階の構造体(中間構造体)として捉えることができる。 The target of the PEC etching process, that is, the target immersed (contacted) in the etching solution 201 is referred to as a target 100. The processing object 100 includes at least the wafer 10 and may further include, for example, a mask 50 as a member required for the PEC etching process. The mask 50 is formed on the surface 20 to be etched of the wafer 10 in a pattern in which a region 21 to be etched is opened. The material of the mask 50 is not particularly limited as long as it is a material that withstands the etching liquid 201 and functions as a mask, and may be, for example, a resist, silicon oxide, or silicon nitride, It may also be a metal such as titanium. The shape, width, depth of etching, etc. of the region 21 to be etched may be appropriately selected as necessary. The processing object 100 can be regarded as an intermediate stage structure (intermediate structure) for obtaining a final structure.
図1(b)は、PECエッチング工程を示す、PECエッチング装置200の概略断面図である。PECエッチング装置200は、エッチング液201を収容する容器210と、紫外(UV)光221を出射する光源220と、を有する。PECエッチング装置200は、ウエハ10を所定の高さに載置する支持台240を備えてもよい。 FIG. 1B is a schematic sectional view of the PEC etching apparatus 200 showing the PEC etching step. The PEC etching apparatus 200 includes a container 210 that stores the etching solution 201 and a light source 220 that emits ultraviolet (UV) light 221. The PEC etching apparatus 200 may include a support 240 on which the wafer 10 is placed at a predetermined height.
PECエッチング工程では、処理対象物100が(つまりウエハ10が)、エッチング液201に浸漬された状態で、被エッチング面20に、エッチング液201を介して、UV光221を照射することで、被エッチング面20を構成するIII族窒化物をエッチングする。エッチング液201、UV光221、および、PECエッチングの機構の詳細については、後述する。 In the PEC etching step, by irradiating the surface 20 to be etched with the UV light 221 through the etching liquid 201 in a state where the processing object 100 (that is, the wafer 10) is immersed in the etching liquid 201, The group III nitride forming the etching surface 20 is etched. Details of the etching solution 201, the UV light 221, and the mechanism of PEC etching will be described later.
PECエッチング装置200は、好ましくはさらに、pHメータ230を有する。PECエッチング工程は、pHメータ230により、エッチング液201のpHが適正な範囲内の値であるかどうか、測定しながら行うことが好ましい。この際、pHメータ230のプローブ231の、UV光221による影が、被エッチング面20に映らない位置に、プローブ231を配置することが好ましい。 The PEC etching apparatus 200 preferably further includes a pH meter 230. It is preferable to perform the PEC etching step while measuring whether or not the pH of the etching solution 201 is within a proper range with the pH meter 230. At this time, it is preferable to dispose the probe 231 at a position where the shadow of the UV light 221 of the probe 231 of the pH meter 230 is not reflected on the surface 20 to be etched.
なお、本実施形態による、構造体の製造方法は、必要に応じ、その他の工程として、電極形成、保護膜形成等の工程を有してもよい。 The method for manufacturing the structure according to the present embodiment may include other steps, such as electrode formation and protective film formation, as necessary.
次に、エッチング液201、UV光221、および、PECエッチングの機構の詳細について説明する。エッチングされるIII族窒化物として、GaNを例示する。 Next, details of the etching solution 201, the UV light 221, and the PEC etching mechanism will be described. GaN is exemplified as the group III nitride to be etched.
エッチング液201としては、被エッチング面20を構成するIII族窒化物が含有するIII族元素の酸化物の生成に用いられる酸素を含み、さらに、電子を受け取る酸化剤としてペルオキソ二硫酸イオン(S2O8 2−)を含む、エッチング液201が用いられる。また、本実施形態におけるエッチング液201としては、被エッチング面20を構成するIII族窒化物のエッチングの開始時点において、酸性であるエッチング液201が用いられる。 The etching solution 201 contains oxygen used for producing an oxide of a group III element contained in the group III nitride constituting the surface to be etched 20, and further contains peroxodisulfate ion (S 2 as an oxidizing agent for receiving electrons). An etching solution 201 containing O 8 2− ) is used. In addition, as the etching solution 201 in the present embodiment, the etching solution 201 that is acidic at the time of starting the etching of the group III nitride forming the surface to be etched 20 is used.
エッチング液201の第1例としては、水酸化カリウム(KOH)水溶液とペルオキソ二硫酸カリウム(K2S2O8)水溶液とを混合したものが挙げられる。このようなエッチング液201は、例えば、0.001MのKOH水溶液と、0.05MのK2S2O8水溶液と、を1:1で混合することで調製される。なお、KOH水溶液の濃度、K2S2O8水溶液の濃度、および、これらの水溶液の混合比率は、必要に応じ適宜調整されてよい。 A first example of the etching solution 201 is a mixture of an aqueous potassium hydroxide (KOH) solution and an aqueous potassium peroxodisulfate (K 2 S 2 O 8 ) solution. Such an etching solution 201 is prepared, for example, by mixing a 0.001 M KOH aqueous solution and a 0.05 M K 2 S 2 O 8 aqueous solution at a ratio of 1: 1. The concentration of the KOH aqueous solution, the concentration of the K 2 S 2 O 8 aqueous solution, and the mixing ratio of these aqueous solutions may be appropriately adjusted as necessary.
単体のKOH水溶液は、アルカリ性であり、単体のK2S2O8水溶液は、酸性である。したがって、KOH水溶液の濃度が過度に高い(例えば0.01Mとする)と、KOH水溶液とK2S2O8水溶液とが混合されたエッチング液201としては、アルカリ性になってしまう(このような、アルカリ性のエッチング液201を、以下、参考例のエッチング液201ともいう)。第1例のエッチング液201は、KOH水溶液の濃度を適度に低くすることで、KOH水溶液とK2S2O8水溶液とが混合されたエッチング液201を、酸性としている。 A simple KOH aqueous solution is alkaline, and a simple K 2 S 2 O 8 aqueous solution is acidic. Therefore, if the concentration of the KOH aqueous solution is excessively high (for example, 0.01 M), the etching solution 201 in which the KOH aqueous solution and the K 2 S 2 O 8 aqueous solution are mixed becomes alkaline (such a case). Hereinafter, the alkaline etching solution 201 is also referred to as the etching solution 201 of the reference example). The etching solution 201 of the first example makes the concentration of the KOH aqueous solution appropriately low to make the etching solution 201 in which the KOH aqueous solution and the K 2 S 2 O 8 aqueous solution are mixed, acidic.
第1例のエッチング液201を用いる場合のPECエッチング機構について説明する。ウエハ10に波長365nm以下のUV光221が照射されることによって、被エッチング面20を構成するGaN中に、ホールと電子とが対で生成される。生成されたホールによりGaNがGa3+とN2とに分解され(化1)、さらに、Ga3+が水酸化物イオン(OH−)によって酸化されることで酸化ガリウム(Ga2O3)が生成する(化2)。そして、生成されたGa2O3が、酸(またはアルカリ)に溶解される。このようにして、GaNのPECエッチングが行われる。なお、生成されたホールが水と反応して、水が分解されることで、酸素が発生する(化3)。
また、K2S2O8が水に溶解することでペルオキソ二硫酸イオン(S2O8 2−)が生成し(化4)、S2O8 2−にUV光221が照射されることで硫酸イオンラジカル(SO4 −*ラジカル)が生成する(化5)。ホールと対で生成された電子が、SO4 −*ラジカルとともに水と反応して、水が分解されることで、水素が発生する(化6)。この際に、硫酸イオン(SO4 2−)が生成することで、エッチング液201の酸性が強くなる。このように、本実施形態のPECエッチングでは、SO4 −*ラジカルを用いることで、GaN中にホールと対で生成された電子を消費させることができるため、PECエッチングを良好に進行させることができる。そして、PECエッチングが進行するにつれ、エッチング液201の酸性が強くなっていく(pHが低下していく)。
エッチング液201の第2例としては、リン酸(H3PO4)水溶液とペルオキソ二硫酸カリウム(K2S2O8)水溶液とを混合したものが挙げられる。このようなエッチング液201は、例えば、0.01MのH3PO4水溶液と、0.05MのK2S2O8水溶液と、を1:1で混合することで調製される。なお、H3PO4水溶液の濃度、K2S2O8水溶液の濃度、および、これらの水溶液の混合比率は、必要に応じ適宜調整されてよい。 A second example of the etching solution 201 is a mixture of a phosphoric acid (H 3 PO 4 ) aqueous solution and a potassium peroxodisulfate (K 2 S 2 O 8 ) aqueous solution. Such an etching solution 201 is prepared, for example, by mixing 0.01M H 3 PO 4 aqueous solution and 0.05M K 2 S 2 O 8 aqueous solution at a ratio of 1: 1. The concentration of the H 3 PO 4 aqueous solution, the concentration of the K 2 S 2 O 8 aqueous solution, and the mixing ratio of these aqueous solutions may be appropriately adjusted as necessary.
H3PO4水溶液およびK2S2O8水溶液は、ともに酸性である。したがって、第2例として挙げる、H3PO4水溶液とK2S2O8水溶液とが混合されたエッチング液は、任意の混合比率で酸性である。 Both the H 3 PO 4 aqueous solution and the K 2 S 2 O 8 aqueous solution are acidic. Therefore, the etching solution in which the H 3 PO 4 aqueous solution and the K 2 S 2 O 8 aqueous solution, which are given as the second example, are mixed is acidic at an arbitrary mixing ratio.
第2例のエッチング液201を用いる場合のPECエッチング機構は、第1例のエッチング液201を用いる場合について説明した(化1)〜(化3)が、(化7)に置き換わったものと推測される。つまり、GaNと、UV光221の照射で生成されたホールと、水と、が反応することで、Ga2O3と、水素イオン(H+)と、N2と、が生成する(化7)。そして、生成されたGa2O3が、酸に溶解される。このようにして、GaNのPECエッチングが行われる。なお、(化4)〜(化6)に示したような、ホールと対で生成された電子がS2O8 2−により消費される機構は、第1例のエッチング液201を用いる場合と同様である。
(化5)に示すように、S2O8 2−からSO4 −*ラジカルを生成する手法としては、UV光221の照射、および、加熱の少なくとも一方を用いることができる。UV光221の照射を用いる場合、S2O8 2−による光吸収を大きくしてSO4 −*ラジカルを効率的に生成させるために、UV光221の波長を、200nm以上310nm未満とすることが好ましい。つまり、UV光221の照射により、ウエハ10においてIII族窒化物中にホールを生成させるとともに、エッチング液201においてS2O8 2−からSO4 −*ラジカルを生成させることを、効率的に行う観点からは、UV光221の波長を、200nm以上310nm未満とすることが好ましい。S2O8 2−からSO4 −*ラジカルを生成することを、加熱で行う場合は、UV光221の波長を、(365nm以下で)310nm以上としてもよい。 As shown in Chemical formula 5, at least one of irradiation with UV light 221 and heating can be used as a method for generating SO 4 − * radicals from S 2 O 8 2− . When the irradiation with the UV light 221 is used, the wavelength of the UV light 221 is set to be 200 nm or more and less than 310 nm in order to increase the light absorption by S 2 O 8 2− and efficiently generate SO 4 − * radicals. Is preferred. That is, by irradiation with the UV light 221, holes are efficiently generated in the group III nitride on the wafer 10 and SO 4 − * radicals are efficiently generated from S 2 O 8 2− in the etching solution 201. From the viewpoint, the wavelength of the UV light 221 is preferably 200 nm or more and less than 310 nm. When generating SO 4 − * radicals from S 2 O 8 2− by heating, the wavelength of the UV light 221 may be 310 nm or more (at 365 nm or less).
UV光221の照射によりS2O8 2−からSO4 −*ラジカルを生成させる場合、ウエハ10の被エッチング面20からエッチング液201の上面202までの距離Lは、例えば、5mm以上100mm以下とすることが好ましい。距離Lが、例えば5mm未満と過度に短いと、ウエハ10上方のエッチング液201において生成されるSO4 −*ラジカルの量が、距離Lの変動により不安定になる可能性がある。また、距離Lが、例えば100mm超と過度に長いと、ウエハ10上方のエッチング液201において、PECエッチングに寄与しない、無駄に多くのSO4 −*ラジカルが生成されるため、エッチング液201の利用効率が低下する。 When S 2 O 8 2− produces SO 4 − * radicals by irradiation with UV light 221, the distance L from the surface 20 to be etched of the wafer 10 to the upper surface 202 of the etching solution 201 is, for example, 5 mm or more and 100 mm or less. Preferably. If the distance L is too short, for example, less than 5 mm, the amount of SO 4 − * radicals generated in the etching liquid 201 above the wafer 10 may become unstable due to the fluctuation of the distance L. Further, if the distance L is excessively long, for example, more than 100 mm, in the etching liquid 201 above the wafer 10, a large amount of SO 4 − * radicals that do not contribute to the PEC etching are unnecessarily generated, so that the etching liquid 201 is used. Efficiency is reduced.
次に、本実施形態のPECエッチングに係る実験例について説明する。図2(a)および図2(b)は、それぞれ、第1実験例および第2実験例の結果を示すグラフである。また、図2(a)および図2(b)には、それぞれ、参考実験例の結果も示す。 Next, an experimental example relating to the PEC etching of this embodiment will be described. FIG. 2A and FIG. 2B are graphs showing the results of the first experimental example and the second experimental example, respectively. 2A and 2B also show the results of the reference experimental example.
第1実験例では、第1例のエッチング液201として説明した、0.001MのKOH水溶液と、0.05MのK2S2O8水溶液と、が1:1で混合されたエッチング液201を用いた。第2実験例では、第2例のエッチング液201として説明した、0.01MのH3PO4水溶液と、0.05MのK2S2O8水溶液と、が1:1で混合されたエッチング液201を用いた。参考実験例では、参考例のエッチング液201として説明した、0.01MのKOH水溶液と、0.05MのK2S2O8水溶液と、が1:1で混合されたエッチング液201を用いた。 In the first experimental example, the etching solution 201 in which the 0.001M KOH aqueous solution and the 0.05M K 2 S 2 O 8 aqueous solution were mixed at 1: 1 described as the etching solution 201 of the first example was used. Using. In the second experimental example, the 1M etching of the 0.01M H 3 PO 4 aqueous solution and the 0.05M K 2 S 2 O 8 aqueous solution described as the etching solution 201 of the second example was performed. Liquid 201 was used. In the reference experiment example, the etching solution 201 in which the 0.01 M KOH aqueous solution and the 0.05 M K 2 S 2 O 8 aqueous solution were mixed at 1: 1 was used as the etching solution 201 of the reference example. ..
本実験例では、エッチング液201にUV光221を照射することにより、エッチング液のpHが時間的にどのように変化するかを測定した。ピーク波長が260nmのUV光221を照射した。なお、本実験例では、エッチング液中にウエハ10を浸漬してPECエッチングを行うことはしておらず、エッチング液のpH変化のみを測定しているが、PECエッチングを行う場合でも、エッチング液のpH変化はほぼ同様と考えられる。 In this experimental example, by irradiating the etching solution 201 with the UV light 221, it was measured how the pH of the etching solution changes with time. UV light 221 having a peak wavelength of 260 nm was irradiated. In addition, in this experimental example, the wafer 10 is not immersed in the etching solution to perform the PEC etching, and only the pH change of the etching solution is measured. It is considered that the change in pH is almost the same.
図2(a)および図2(b)において、横軸は、UV光221の照射開始からの時間を示し、縦軸は、エッチング液201のpHを示す。横軸の時間は、PECエッチングの開始からの時間と捉えることができる。 2A and 2B, the horizontal axis represents the time from the start of irradiation with the UV light 221 and the vertical axis represents the pH of the etching solution 201. The time on the horizontal axis can be regarded as the time from the start of PEC etching.
図2(a)に示すように、参考実験例において、参考例のエッチング液201は、エッチング開始時点において、pHが12程度であり、アルカリ性である。上述のように、UV光221の照射により、エッチング液201中のSO4 2−が増加するため、エッチング時間が長くなるほど、エッチング液201のpHは低下していく。参考例のエッチング液201は、エッチング時間が40分のときに、pHが7の中性となり、それ以降は、酸性となる。 As shown in FIG. 2A, in the reference experimental example, the etching solution 201 of the reference example has a pH of about 12 at the start of etching and is alkaline. As described above, the irradiation of the UV light 221 increases the amount of SO 4 2− in the etching solution 201. Therefore, the longer the etching time, the lower the pH of the etching solution 201. The etching solution 201 of the reference example has a pH of 7 when the etching time is 40 minutes and becomes acidic after that.
PECエッチングは、生成されたGa2O3が、アルカリまたは酸に溶解されることで進行する。したがって、参考実験例では、エッチング液201が中性近傍の期間に、エッチングが進行しなくなる。また、参考実験例では、エッチング液201のpHの時間的な変動が大きいため、Ga2O3の溶解条件の時間的な変動が大きい。したがって、PECエッチングの時間的な均一性を保つことが難しい。 The PEC etching proceeds by dissolving the generated Ga 2 O 3 in an alkali or an acid. Therefore, in the reference experimental example, the etching does not proceed while the etching solution 201 is near neutral. Further, in the reference experimental example, since the pH of the etching solution 201 fluctuates largely with time, the Ga 2 O 3 dissolution conditions vary greatly with time. Therefore, it is difficult to maintain the temporal uniformity of PEC etching.
図2(a)に示すように、第1実験例において、第1例のエッチング液201は、エッチング開始時点において、pHが4.4であり、酸性である。したがって、第1例のエッチング液201は、エッチング開始時点からずっと、酸性である。このため、第1例のエッチング液201を用いることで、エッチング液201が中性となることに起因してPECエッチングが進行しなくなることを、生じないようにできる。また、参考例のエッチング液201を用いる場合と比べて、エッチング期間中のpHの変動幅を小さくすることができる。 As shown in FIG. 2A, in the first experimental example, the etching solution 201 of the first example has a pH of 4.4 and is acidic at the start of etching. Therefore, the etching solution 201 of the first example is acidic from the start of etching. Therefore, by using the etching liquid 201 of the first example, it is possible to prevent the PEC etching from stopping due to the etching liquid 201 becoming neutral. Further, the fluctuation range of the pH during the etching period can be reduced as compared with the case where the etching solution 201 of the reference example is used.
図2(b)に示すように、第2実験例において、第2例のエッチング液201は、エッチング開始時点において、pHが2.3であり、酸性である。したがって、第2例のエッチング液201は、第1例のエッチング液201と同様に、エッチング開始時点からずっと、酸性である。このため、第2例のエッチング液201を用いることで、第1例のエッチング液201と同様に、エッチング液201が中性となることに起因してPECエッチングが進行しなくなることを、生じないようにできるとともに、参考例のエッチング液201を用いる場合と比べて、エッチング期間中のpHの変動幅を小さくすることができる。 As shown in FIG. 2B, in the second experimental example, the etching solution 201 of the second example has a pH of 2.3 and is acidic at the start of etching. Therefore, like the etching solution 201 of the first example, the etching solution 201 of the second example is acidic from the start of etching. Therefore, by using the etching solution 201 of the second example, as in the etching solution 201 of the first example, the PEC etching does not progress due to the etching solution 201 becoming neutral. In addition, the fluctuation range of the pH during the etching period can be reduced as compared with the case where the etching liquid 201 of the reference example is used.
このように、本実施形態では、第1例および第2例のような、エッチング開始時点において酸性のエッチング液201を用いることで、エッチング期間の全期間にわたって、エッチング液201が酸性である状態を維持する。これにより、エッチング液201が中性になることに起因してPECエッチングが進行しなくなることを、抑制できる。また、参考例のエッチング液201を用いる場合のように、エッチング期間中にエッチング液201がアルカリ性から酸性に変化する態様と比べて、エッチング期間中のpHの変動幅を小さくすることができる。 As described above, in the present embodiment, as in the first and second examples, by using the acidic etching solution 201 at the start of etching, the state where the etching solution 201 is acidic over the entire etching period is maintained. maintain. This can prevent the PEC etching from stopping due to the etching liquid 201 becoming neutral. Further, as compared with the case where the etching liquid 201 of the reference example is used, during which the etching liquid 201 changes from alkaline to acidic, the fluctuation range of the pH during the etching period can be reduced.
さらに、エッチング液201が酸性である状態が維持されることは、マスク50としてレジストマスクの使用を容易にする観点からも好ましい。これに対し、エッチング液201がアルカリ性であると、レジストが剥離しやすいため、マスク50としてレジストマスクを使用することが難しい。なお、酸性のエッチング液201を用いる場合に、必要に応じて、レジスト以外のマスク材料(酸化シリコン、窒化シリコン等)を用いてもよい。 Further, maintaining the etching solution 201 in an acidic state is preferable from the viewpoint of facilitating the use of a resist mask as the mask 50. On the other hand, when the etching solution 201 is alkaline, the resist is easily peeled off, and thus it is difficult to use the resist mask as the mask 50. When the acidic etching solution 201 is used, a mask material (silicon oxide, silicon nitride, etc.) other than the resist may be used if necessary.
なお、参考例のエッチング液201がアルカリ性である状態を維持するよう、中性に達する前に、エッチング液201を交換し続けることで、PECエッチングが進行しなくなることを抑制する態様も考えられる。しかし、この態様では、エッチング液201を交換する手間が煩雑である。第1例および第2例のエッチング液201を用いることで、このようなエッチング液201の交換をせずとも、長時間(例えば、好ましくは30分、より好ましくは60分、さらに好ましくは90分以上、さらに好ましくは120分以上)のPECエッチングを、エッチング液201の交換をせずに、つまり同一のエッチング液201を用いて、行うことが容易になる。 In addition, in order to maintain the alkaline state of the etching solution 201 of the reference example, it is possible to consider a mode in which the PEC etching is prevented from progressing by continuing to exchange the etching solution 201 before reaching neutrality. However, in this aspect, the labor for exchanging the etching solution 201 is complicated. By using the etching solution 201 of the first example and the second example, it is possible to perform a long time (for example, preferably 30 minutes, more preferably 60 minutes, still more preferably 90 minutes) without exchanging the etching solution 201. As described above, more preferably 120 minutes or more) can be easily performed without exchanging the etching solution 201, that is, using the same etching solution 201.
また、エッチング液201を交換しないことで、エッチング液201が攪拌されることも抑制できる。エッチング液201の攪拌を行わないことで、被エッチング面20へのS2O8 2−、SO4 −*ラジカル等の供給状態の、時間的な均一性を高めることができるため、エッチングされた面の平坦性を高めること(面内均一性を高めること)が容易になる。このことも、長時間のエッチングを行う際の利点となる。なお、本実施形態において、エッチング液201を静止させることは必須でなく、必要に応じ、(酸性である)エッチング液201を流しながらPECエッチングを行ってもよい。エッチング液201を流す場合、同じエッチング液201を循環させる(エッチング液201を交換しない)態様であってもよいし、新しいエッチング液201を連続的に供給する(エッチング液201を交換する)態様であってもよい。 Further, by not exchanging the etching solution 201, it is possible to suppress the stirring of the etching solution 201. By not stirring the etching liquid 201, it is possible to enhance temporal uniformity of the supply state of S 2 O 8 2− , SO 4 − * radicals and the like to the surface to be etched 20, and thus etching was performed. It becomes easy to improve the flatness of the surface (improve in-plane uniformity). This is also an advantage when etching for a long time. In the present embodiment, it is not essential to keep the etching solution 201 stationary, and PEC etching may be performed while flowing the (acidic) etching solution 201 as necessary. When the etching solution 201 is supplied, the same etching solution 201 may be circulated (the etching solution 201 is not replaced), or new etching solution 201 may be continuously supplied (the etching solution 201 is replaced). It may be.
第2例のエッチング液201を用いることで、さらに、以下のような効果を得ることもできる。第2例のエッチング液201は、0超7未満の酸解離定数pKaを有する弱酸の一例として、H3PO4を含む。第2例のエッチング液201を用いることで、pHが0超7未満の酸性領域において弱酸の緩衝作用を利用できるため、エッチング期間中のpHの低下幅を小さくすること、換言すると、エッチング期間中のpHを一定に近づけること、が容易になる。H3PO4の第1酸解離定数pKa1は、2.12である。 By using the etching liquid 201 of the second example, the following effects can be further obtained. Etchant 201 of the second example, as an example of a weak acid having greater than 0 less than 7 acid dissociation constant pK a, including H 3 PO 4. By using the etching solution 201 of the second example, the buffering action of the weak acid can be utilized in the acidic region where the pH is more than 0 and less than 7, so that the decrease range of the pH during the etching period is reduced, in other words, during the etching period. It becomes easy to bring the pH of the solution close to a constant value. The first acid dissociation constant pK a1 of H 3 PO 4 is 2.12.
したがって、第2例のエッチング液201を用いることで、第1例のエッチング液201を用いる態様と比べて、さらに、エッチング液201のpHの時間的な変動を小さくできるため、Ga2O3の溶解条件の時間的な変動を小さくできる。したがって、PECエッチングの時間的な均一性を保つことが、より容易になる。 Therefore, by using the etching solution 201 of the second example, it is possible to further reduce the temporal variation of the pH of the etching solution 201, as compared with the aspect using the etching solution 201 of the first example, and thus the Ga 2 O 3 content of It is possible to reduce temporal fluctuations in the dissolution conditions. Therefore, it becomes easier to maintain the temporal uniformity of the PEC etching.
エッチング液201のpHの時間的な変動を小さくする観点から、一つの目安として、以下のようにいうことができる。エッチング終了時点におけるエッチング液201のpHの、エッチング開始時点におけるエッチング液201のpHに対する低下幅は、例えば、好ましくは4以下、より好ましくは3以下、さらに好ましくは2以下、さらに好ましくは1.5以下、さらに好ましくは1以下にするとよい。 From the viewpoint of reducing the temporal change in the pH of the etching solution 201, one guideline can be stated as follows. The decrease range of the pH of the etching solution 201 at the end of etching with respect to the pH of the etching solution 201 at the start of etching is, for example, preferably 4 or less, more preferably 3 or less, still more preferably 2 or less, still more preferably 1.5. Hereafter, it is more preferable to set it to 1 or less.
また、当該観点から、他の目安として、以下のようにいうことができる。エッチング液201に含まれるS2O8 2−がすべてSO4 2−に変化した場合におけるエッチング液201のpHの、エッチング開始時点におけるエッチング液201のpHに対する低下幅は、例えば、好ましくは4以下、より好ましくは3以下、さらに好ましくは2以下、さらに好ましくは1.5以下、さらに好ましくは1以下であるとよい。 In addition, from this point of view, as another standard, the following can be said. The decrease range of the pH of the etching solution 201 with respect to the pH of the etching solution 201 at the start of etching is, for example, preferably 4 or less when the S 2 O 8 2− contained in the etching solution 201 is changed to SO 4 2−. , More preferably 3 or less, further preferably 2 or less, further preferably 1.5 or less, and further preferably 1 or less.
第1例および第2例のエッチング液201において、S2O8 2−がすべてSO4 2−に変化した場合におけるエッチング液201のpHは(つまり、エッチング時間を長くしていった場合の極限的なpHは)、1.5程度である。 In the etching solutions 201 of the first and second examples, the pH of the etching solution 201 when S 2 O 8 2− is all changed to SO 4 2− (that is, the limit when the etching time is increased) PH is about 1.5).
第2例のエッチング液201のように、弱酸を含む場合、以下のような条件を選択することが、より好ましい。エッチング開始時点におけるエッチング液201のpHの、弱酸の酸解離定数pKaに対する差は、例えば、好ましくはプラスマイナス1以下、より好ましくはプラスマイナス0.5以下であるとよい。弱酸の緩衝作用は、当該弱酸の酸解離定数pKaの近傍で大きい。このため、エッチング開始時点におけるエッチング液201のpHの、弱酸の酸解離定数pKaに対する差を小さくすることで、当該弱酸の緩衝作用を利用することが容易になる。 When a weak acid is contained like the etching liquid 201 of the second example, it is more preferable to select the following conditions. The pH of the etching solution 201 in the etching starting time, difference from the acid dissociation constant pK a of the weak acid, for example, preferably ± 1 or less, more preferably is at plus or minus 0.5. Buffering action of a weak acid is greater in the vicinity of the acid dissociation constant pK a of the weak acid. Therefore, the pH of the etching solution 201 in the etching starting time, by reducing the difference from the acid dissociation constant pK a of the weak acid, it is easy to utilize the buffering effect of the weak acid.
また、エッチング開始時点におけるエッチング液201のpHは、弱酸の酸解離定数pKaよりも高いことが好ましい。これにより、PECエッチングが進行するにつれて、エッチング液201のpHが低下していき、当該弱酸の酸解離定数pKaに近づいていくため、当該弱酸の緩衝作用をより長時間利用することが容易になる。 Further, pH of the etching solution 201 in the etching start point is preferably higher than the acid dissociation constant pK a of the weak acid. Thus, as the PEC etching proceeds, gradually pH of the etching solution 201 is reduced, because the approaches the acid dissociation constant pK a of the weak acid, it is easily to longer use the buffer action of the weak acid Become.
また、エッチング液201に含まれる弱酸の酸解離定数pKaは、エッチング液201に含まれるS2O8 2−がすべてSO4 2−に変化した場合におけるエッチング液201のpH(以下、極限的なpHともいう)よりも高いことが好ましい。これにより、エッチング液201のpHが極限的なpHに近づいていく途中で、弱酸の緩衝作用を利用することができる。 The acid dissociation constant pK a of the weak acid contained in the etching solution 201, pH of the etching solution 201 in the case where the S 2 O 8 2- contained in the etching solution 201 changes all the SO 4 2-(hereinafter, extreme (Also referred to as pH). As a result, the buffer action of the weak acid can be utilized while the pH of the etching liquid 201 approaches the extreme pH.
図3(a)および図3(b)は、第3実験例の結果を示すグラフであり、各種条件でのPECエッチングにおける、エッチング時間とエッチング深さとの関係を示す。グラフの傾きが、エッチングレートを表す。 FIG. 3A and FIG. 3B are graphs showing the results of the third experimental example, showing the relationship between the etching time and the etching depth in PEC etching under various conditions. The slope of the graph represents the etching rate.
図3(a)には、酸化シリコン(SiO2)によるマスク50を形成した処理対象物100に対し参考例のエッチング液201でエッチングを行った結果(四角のプロット)と、酸化シリコンによるマスク50を形成した処理対象物100に対し第2例のエッチング液201でエッチングを行った結果(三角のプロット)と、レジストによるマスク50を形成した処理対象物100に対し第2例のエッチング液201でエッチングを行った結果(円形のプロット)と、を示す。UV光221の波長(λUVC)は260nmとし、照射強度(I)は4mW/cm2とした。被エッチング面20からエッチング液201の上面202までの距離L(delectrolyte)は、5mmとした。 In FIG. 3A, the result (square plot) of etching of the processing object 100 on which the mask 50 made of silicon oxide (SiO 2 ) is formed by the etching solution 201 of the reference example, and the mask 50 made of silicon oxide. The etching result (triangle plot) of the second example etching liquid 201 on the processed object 100 on which the mask was formed, and the second example etching liquid 201 on the processed object 100 on which the resist mask 50 was formed. The results of etching (circular plot) are shown. The wavelength of the UV light 221 (λ UVC ) was 260 nm, and the irradiation intensity (I) was 4 mW / cm 2 . The distance L (d electrolyte ) from the surface 20 to be etched to the upper surface 202 of the etching solution 201 was 5 mm.
参考例のエッチング液201を用いる場合と、第2例のエッチング液201を用いる場合とにおいて、概ね同程度のエッチングレートで、PECエッチングが行えることがわかる。また、第2例のエッチング液201を用いる場合、マスク50が酸化シリコンで形成されていても、レジストで形成されていても、概ね同程度のエッチングレートで、PECエッチングが行えることがわかる。なお、参考例のエッチング液201はアルカリ性であるので、レジストによるマスク50を用いることは困難である。 It can be seen that PEC etching can be performed at substantially the same etching rate when the etching liquid 201 of the reference example is used and when the etching liquid 201 of the second example is used. Further, when the etching liquid 201 of the second example is used, it can be seen that PEC etching can be performed at substantially the same etching rate regardless of whether the mask 50 is formed of silicon oxide or resist. Since the etching liquid 201 of the reference example is alkaline, it is difficult to use the resist mask 50.
図3(b)は、レジストによるマスク50を形成した処理対象物100に対し第2例のエッチング液201でエッチングを行った、他の結果を示す。図3(a)に示した結果と同様に、第2例のエッチング液201を用いることで、レジストマスクを利用したPECエッチングが良好に行えることがわかる。 FIG. 3B shows another result obtained by performing etching with the etching liquid 201 of the second example on the processing target 100 on which the resist mask 50 is formed. Similar to the result shown in FIG. 3A, it can be understood that the PEC etching using the resist mask can be favorably performed by using the etching liquid 201 of the second example.
次に、第4実験例について説明する。図4(a)は、幅10μmのラインアンドスペースパターンのレジストマスクを形成して、第2例の(リン酸を用いた)エッチング液201でPECエッチングを行った結果を示すレーザ顕微鏡像である。レーザ顕微鏡像の暗い領域が、エッチングされた領域を示す。 Next, a fourth experimental example will be described. FIG. 4A is a laser microscope image showing the result of forming a resist mask having a line-and-space pattern with a width of 10 μm and performing PEC etching with the etchant 201 (using phosphoric acid) of the second example. .. The dark areas of the laser microscope image show the etched areas.
図4(b)は、図4(a)に示した試料の、エッチングされた領域の走査電子顕微鏡(SEM)像である。エッチングされた領域の、5μm角の領域における二乗平均平方根(RMS)表面粗さは、2.76nmであった。 FIG. 4B is a scanning electron microscope (SEM) image of the etched region of the sample shown in FIG. The root mean square (RMS) surface roughness of the etched area in a 5 μm square area was 2.76 nm.
図5(a)は、図4(a)に示した試料の、原子間力顕微鏡(AFM)測定による各種データである。図5(b)は、レジストマスクを形成して第2例の(リン酸を用いた)エッチング液201によりエッチングを行った他の試料のAFM像である。 FIG. 5A shows various data obtained by atomic force microscope (AFM) measurement of the sample shown in FIG. FIG. 5B is an AFM image of another sample in which a resist mask is formed and etching is performed using the etching liquid 201 (using phosphoric acid) of the second example.
これらの実験例により、本願発明者は、電子を受け取る酸化剤としてS2O8 2−を含むとともに、エッチング開始時点から酸性であるエッチング液201を用いて、PECエッチングが可能であるという知見を得た。また、このようなエッチング液201を調製するために、例えば、弱酸であるリン酸を好ましく用いることができるとの知見を得た。さらに、本願発明者は、このようなエッチング液201を用いることで、レジストマスクを用いたPECエッチングを良好に行うことが可能であるという知見も得た。このようなエッチング液201を用いてPECエッチングを行うこと、そして、当該PECエッチングにレジストマスクを用いることは、これまで提案されておらず、本願発明者が初めて提案するものである。 From these experimental examples, the inventors of the present application have found that PEC etching can be performed by using S 2 O 8 2− as an oxidant that receives electrons and using the etching solution 201 that is acidic from the start of etching. Obtained. Moreover, in order to prepare such an etching solution 201, it was found that phosphoric acid, which is a weak acid, can be preferably used. Furthermore, the inventor of the present application has also found that it is possible to favorably perform PEC etching using a resist mask by using such an etching solution 201. Performing PEC etching using such an etching solution 201 and using a resist mask for the PEC etching have not been proposed so far, and are the first proposals made by the present inventor.
以上説明したように、本実施形態によれば、エッチング開始時点から酸性であるエッチング液201を用いてPECエッチングを行うことで、エッチング開始時点にアルカリ性であるエッチング液201を用いてPECエッチングを行う場合と比べて、エッチング条件の時間的変動が抑制されたPECエッチングを行うことができる。また、このような酸性のエッチング液201を用いることで、マスク50としてレジストマスクを利用することが容易になる。 As described above, according to the present embodiment, the PEC etching is performed using the etching solution 201 that is acidic from the etching start time, and thus the PEC etching is performed using the etching solution 201 that is alkaline at the etching start time. Compared with the case, it is possible to perform PEC etching in which the time variation of etching conditions is suppressed. Further, by using such an acidic etching solution 201, it becomes easy to use a resist mask as the mask 50.
<変形例>
次に、上述の実施形態の変形例について説明する。上述の実施形態では、第1例のエッチング液201を用いることで(図2(a))、第2例のエッチング液201を用いる場合(図2(b))と比べて、エッチング開始時点のpHが高くなる態様、つまり、エッチング期間におけるpHの変動幅が大きくなる態様を例示した。本変形例では、第1例のエッチング液201を用いても、エッチング開始時点におけるpHを低くできる態様、つまり、エッチング期間におけるpHの変動幅を小さくできる態様について例示する。
<Modification>
Next, a modified example of the above embodiment will be described. In the above-described embodiment, by using the etching liquid 201 of the first example (FIG. 2A), compared to the case of using the etching liquid 201 of the second example (FIG. 2B), the etching start time The mode in which the pH is high, that is, the range in which the fluctuation range of the pH during the etching period is large is exemplified. In this modification, a mode in which the pH at the start of etching can be lowered even when the etching liquid 201 of the first example is used, that is, a range in which the fluctuation range of the pH during the etching period can be reduced is exemplified.
図6は、本変形例で追加される前処理工程を例示する、PECエッチング装置200の概略図である。当該前処理工程は、ウエハ10をエッチングする工程(図1(b))の前に、ウエハ10がエッチング液201に浸漬されていない状態において、エッチング液201にUV光221を照射することで、S2O8 2−の一部をSO4 2−に変化させることにより、エッチング液201のpHを低下させる工程である。 FIG. 6 is a schematic view of the PEC etching apparatus 200, which illustrates the pretreatment process added in this modification. In the pretreatment step, before the step of etching the wafer 10 (FIG. 1B), the etching liquid 201 is irradiated with UV light 221 in a state where the wafer 10 is not immersed in the etching liquid 201, This is a step of lowering the pH of the etching liquid 201 by changing a part of S 2 O 8 2− to SO 4 2− .
具体的には例えば、図2(a)から理解されるように、第1例のエッチング液201を用いる場合、エッチング開始前にUV光221の照射を20分行うことで、エッチング液201のpHを2.5まで低下させる。その後、エッチング液201にウエハ10を浸漬させて、エッチングを開始することで、エッチング開始時点のpHが、例えば2.5となる。 Specifically, for example, as understood from FIG. 2A, when the etching solution 201 of the first example is used, irradiation of the UV light 221 is performed for 20 minutes before the etching is started, whereby the pH of the etching solution 201 is changed. To 2.5. Then, by immersing the wafer 10 in the etching liquid 201 and starting the etching, the pH at the start of the etching becomes 2.5, for example.
本変形例では、当該前処理工程により、エッチング液201のpHを、予め所定のpHまで低下させてから、エッチングを開始する。これにより、当該前処理工程を行わない場合と比べて、エッチング開始時点からエッチング終了時点までpHの低下幅を小さくすることができるため、エッチング条件の変動を抑制することができる。 In this modification, the pH of the etching liquid 201 is lowered to a predetermined pH in advance by the pretreatment step, and then the etching is started. As a result, as compared with the case where the pretreatment step is not performed, the range of decrease in pH can be reduced from the etching start time to the etching end time, and thus fluctuations in etching conditions can be suppressed.
<他の実施形態>
以上、本発明の実施形態および変形例を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態および変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。
<Other Embodiments>
The embodiments and modifications of the present invention have been specifically described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modified examples, and various modifications, improvements, combinations and the like can be made without departing from the spirit of the invention.
例えば、S2O8 2−を含むとともに、エッチング開始時点で酸性であるエッチング液201は、上述の第1例および第2例のものに限定されない。このようなエッチング液201として、例えば、K2S2O8水溶液のみを用いることも可能である。この場合、K2S2O8水溶液の濃度は、例えば0.025Mとすればよい。 For example, the etching liquid 201 that contains S 2 O 8 2− and is acidic at the start of etching is not limited to the above-described first and second examples. As such an etching solution 201, for example, only a K 2 S 2 O 8 aqueous solution can be used. In this case, the concentration of the K 2 S 2 O 8 aqueous solution may be 0.025M, for example.
また、上述の説明では、S2O8 2−をペルオキソ二硫酸カリウム(K2S2O8)から供給する態様を例示したが、S2O8 2−は、その他例えば、ペルオキソ二硫酸ナトリウム(Na2S2O8)、ペルオキソ二硫酸アンモニウム(過硫酸アンモニウム、(NH4)2S2O8)等から供給するようにしてもよい。 In the above description has exemplified the manner for supplying the S 2 O 8 2-from potassium peroxodisulfate (K 2 S 2 O 8) , S 2 O 8 2- , the other example, sodium peroxodisulfate It may be supplied from (Na 2 S 2 O 8 ), ammonium peroxodisulfate (ammonium persulfate, (NH 4 ) 2 S 2 O 8 ), or the like.
なお、PECエッチングは、例示したGaN以外のIII族窒化物に対しても行うことができる。III族窒化物が含有するIII族元素は、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)およびインジウム(In)のうちの少なくとも1つである。III族窒化物におけるAl成分またはIn成分に対するPECエッチングの考え方は、Ga成分について(化1)および(化2)、または、(化7)を参照して説明した考え方と同様である。つまり、UV光221の照射によりホールを生成させることで、Alの酸化物またはInの酸化物を生成させ、これらの酸化物を酸(またはアルカリ)に溶解させることで、PECエッチングを行うことができる。UV光221のピーク波長(365nm以下)は、エッチングの対象とするIII族窒化物の組成に応じて、適宜変更されてよい。GaNのPECエッチングを基準として、Alを含有する場合は、より短波長のUV光を用いればよく、Inを含有する場合は、より長波長のUV光も利用可能となる。なお、PECエッチングされるIII族窒化物には、必要に応じて、導電型決定不純物等の不純物が添加されていてよい。 Note that PEC etching can be performed on group III nitrides other than the exemplified GaN. The group III element contained in the group III nitride is at least one of aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In). The concept of PEC etching for the Al component or the In component in the group III nitride is the same as the concept described for the Ga component with reference to (Chemical formula 1) and (Chemical formula 2) or (Chemical formula 7). That is, PEC etching can be performed by generating holes by irradiation with UV light 221 to generate Al oxide or In oxide and dissolving these oxides in acid (or alkali). it can. The peak wavelength of the UV light 221 (365 nm or less) may be appropriately changed depending on the composition of the group III nitride to be etched. Based on the PEC etching of GaN, when Al is contained, shorter wavelength UV light may be used, and when In is contained, longer wavelength UV light can be used. It should be noted that impurities such as conductivity type determining impurities may be added to the group III nitride to be PEC-etched, if necessary.
<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
(付記1)
少なくとも表面がIII族窒化物で構成されたエッチング対象物を準備する工程と、
前記エッチング対象物が、ペルオキソ二硫酸イオンを含むエッチング液に浸漬された状態で、前記エッチング対象物の前記表面に、前記エッチング液を介して紫外光を照射し、前記ペルオキソ二硫酸イオンから硫酸イオンラジカルを生成させるとともに、前記III族窒化物中にホールを生成させることにより、前記III族窒化物をエッチングする工程と、
を有し、
前記III族窒化物をエッチングする工程では、前記III族窒化物のエッチングの開始時点における前記エッチング液を酸性とすることで、前記III族窒化物がエッチングされる期間中に前記エッチング液が酸性である状態を維持する、構造体の製造方法。
(Appendix 1)
Providing an etching object having at least a surface composed of a group III nitride,
The object to be etched is immersed in an etching solution containing peroxodisulfate ions, and the surface of the object to be etched is irradiated with ultraviolet light through the etching solution to convert the peroxodisulfate ions to sulfate ions. Etching radicals in the group III-nitride by generating radicals and holes in the group III-nitride,
Have
In the step of etching the group III-nitride, the etching solution is made acidic during the period when the group III-nitride is etched by making the etching solution acidic at the start of etching the group III-nitride. A method for manufacturing a structure, which maintains a certain state.
(付記2)
前記エッチングの終了時点における前記エッチング液のpHの、前記開始時点における前記エッチング液のpHに対する低下幅が、好ましくは4以下、より好ましくは3以下、さらに好ましくは2以下、さらに好ましくは1.5以下、さらに好ましくは1以下である、付記1に記載の構造体の製造方法。
(Appendix 2)
The decrease range of the pH of the etching solution at the end of the etching with respect to the pH of the etching solution at the start is preferably 4 or less, more preferably 3 or less, still more preferably 2 or less, still more preferably 1.5. Hereinafter, the method for producing the structure according to Appendix 1, which is more preferably 1 or less.
(付記3)
前記エッチング液に含まれる前記ペルオキソ二硫酸イオンがすべて硫酸イオンに変化した場合における前記エッチング液のpHの、前記開始時点における前記エッチング液のpHに対する低下幅が、好ましくは4以下、より好ましくは3以下、さらに好ましくは2以下、さらに好ましくは1.5以下、さらに好ましくは1以下である、付記1または2に記載の構造体の製造方法。
(Appendix 3)
When the peroxodisulfate ions contained in the etching solution are all converted to sulfate ions, the decrease range of the pH of the etching solution with respect to the pH of the etching solution at the start point is preferably 4 or less, more preferably 3 The method for producing a structure according to appendix 1 or 2, which is preferably 2 or less, more preferably 1.5 or less, still more preferably 1.5 or less.
(付記4)
前記エッチング液は、0超7未満の酸解離定数pKaを有する弱酸を含む、付記1〜3のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
(Appendix 4)
The etchant is 0 include a weak acid having an acid dissociation constant pK a of less than super 7, a manufacturing method of a structure according to any one of Appendices 1 to 3.
(付記5)
前記弱酸がリン酸である、付記4に記載の構造体の製造方法。
(Appendix 5)
5. The method for producing a structure according to appendix 4, wherein the weak acid is phosphoric acid.
(付記6)
前記開始時点における前記エッチング液のpHの、前記弱酸の酸解離定数pKaに対する差が、好ましくはプラスマイナス1以下、より好ましくはプラスマイナス0.5以下である、付記4または5に記載の構造体の製造方法。
(Appendix 6)
Of pH of the etchant in the beginning, the difference for the acid dissociation constant pK a of the weak acid is, preferably ± 1 or less, and more preferably not more than plus or minus 0.5, according to Appendix 4 or 5 structure Body manufacturing method.
(付記7)
前記開始時点における前記エッチング液のpHが、前記弱酸の酸解離定数pKaよりも高い、付記4〜6のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
(Appendix 7)
The pH of the etching solution at the start is higher than said acid dissociation constant pK a of the weak acid, the manufacturing method of the structure according to any one of Appendices 4-6.
(付記8)
前記弱酸の酸解離定数pKaが、前記エッチング液に含まれる前記ペルオキソ二硫酸イオンがすべて硫酸イオンに変化した場合における前記エッチング液のpHよりも高い、付記4〜7のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
(Appendix 8)
Acid dissociation constant pK a of the weak acid is higher than said pH of the etchant when the said peroxodisulfate ions contained in the etching solution is all changed into sulfate ions, according to any one of Appendices 4-7 Manufacturing method of the structure.
(付記9)
前記III族窒化物がエッチングされる期間中に、前記エッチング液の交換を行わない、付記1〜8のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
(Appendix 9)
9. The method for manufacturing a structure according to any one of appendices 1 to 8, wherein the etching liquid is not exchanged during a period in which the group III nitride is etched.
(付記10)
前記III族窒化物がエッチングされる期間中に、前記エッチング液の攪拌を行わない、付記1〜9のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
(Appendix 10)
10. The method for manufacturing a structure according to any one of appendices 1 to 9, wherein the etching liquid is not stirred during the period when the group III nitride is etched.
(付記11)
前記III族窒化物がエッチングされる期間は、好ましくは30分、より好ましくは60分、さらに好ましくは90分以上、さらに好ましくは120分以上である、付記1〜10のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
(Appendix 11)
The period for which the Group III nitride is etched is preferably 30 minutes, more preferably 60 minutes, further preferably 90 minutes or more, and further preferably 120 minutes or more. Manufacturing method of the structure.
(付記12)
前記III族窒化物がエッチングされる期間中に、前記エッチング液のpHを測定する、付記1〜11のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
(Appendix 12)
The method for producing a structure according to any one of appendices 1 to 11, wherein the pH of the etching solution is measured during the period in which the group III nitride is etched.
(付記13)
前記エッチング液のpHを測定する際、pHメータのプローブの、前記紫外光による影が、前記エッチング対象物の前記表面に映らない位置に、前記プローブを配置する、付記12に記載の構造体の製造方法。
(Appendix 13)
When measuring the pH of the etching solution, the probe of the pH meter, the shadow of the ultraviolet light, the probe is arranged at a position where it is not reflected on the surface of the etching target, the structure of the appendix 12, Production method.
(付記14)
前記III族窒化物をエッチングする工程の前に、前記エッチング対象物が前記エッチング液に浸漬されていない状態において、前記エッチング液に紫外光を照射することで、前記ペルオキソ二硫酸イオンの一部を硫酸イオンに変化させることにより、前記エッチング液のpHを低下させる工程、をさらに有する、付記1〜13のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
(Appendix 14)
Before the step of etching the group III nitride, the etching solution is irradiated with ultraviolet light in a state where the etching target is not immersed in the etching solution, so that a part of the peroxodisulfate ion is removed. 14. The method for manufacturing a structure according to any one of appendices 1 to 13, further comprising a step of lowering the pH of the etching solution by changing to sulfate ions.
(付記15)
前記III族窒化物をエッチングする工程では、前記表面上に(前記表面の一部上に)マスクが形成された状態で、前記エッチングを行う、付記1〜14のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
(Appendix 15)
15. The structure according to any one of appendices 1 to 14, wherein in the step of etching the group III nitride, the etching is performed with a mask formed on the surface (on a part of the surface). Body manufacturing method.
(付記16)
前記マスクは、レジストマスクである、付記15に記載の構造体の製造方法。
(Appendix 16)
16. The method of manufacturing a structure according to attachment 15, wherein the mask is a resist mask.
(付記17)
少なくとも表面がIII族窒化物で構成されたエッチング対象物と、
前記表面上に(前記表面の一部上に)形成されたマスクと、
を有し、
ペルオキソ二硫酸イオンを含む酸性のエッチング液に浸漬される、中間構造体。
(Appendix 17)
An etching object having at least a surface composed of a group III nitride;
A mask formed on the surface (on a portion of the surface);
Have
The intermediate structure immersed in an acidic etching solution containing peroxodisulfate ions.
(付記18)
前記マスクは、レジストマスクである、付記17に記載の中間構造体。
(Appendix 18)
18. The intermediate structure according to appendix 17, wherein the mask is a resist mask.
(付記19)
前記表面に、前記エッチング液を介して紫外光が照射される、付記17または18に記載の中間構造体。
(Appendix 19)
19. The intermediate structure according to appendix 17 or 18, wherein the surface is irradiated with ultraviolet light through the etching liquid.
10…エッチング対象物、20…被エッチング面20、21…エッチングされる領域、50…マスク、100…処理対象物、200…PECエッチング装置、201…エッチング液、202…エッチング液の上面、210…容器、220…光源、221…UV光、230…pHメータ、231…プローブ、240…支持台 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Etching object, 20 ... Etching surface 20, 21 ... Etching area, 50 ... Mask, 100 ... Processing object, 200 ... PEC etching device, 201 ... Etching solution, 202 ... Etching solution upper surface, 210 ... Container, 220 ... Light source, 221 ... UV light, 230 ... pH meter, 231 ... Probe, 240 ... Support stand
Claims (22)
前記エッチング対象物が、ペルオキソ二硫酸イオンを含むエッチング液に浸漬された状態で、前記エッチング対象物の前記表面に、前記エッチング液を介して光を照射し、前記ペルオキソ二硫酸イオンから硫酸イオンラジカルを生成させるとともに、前記III族窒化物中にホールを生成させることにより、前記III族窒化物をエッチングする工程と、
を有し、
前記III族窒化物をエッチングする工程では、前記III族窒化物のエッチングの開始時点における前記エッチング液を酸性とすることで、前記III族窒化物がエッチングされる期間中に前記エッチング液が酸性である状態を維持し、
前記表面上にレジストマスクが形成された状態で、前記エッチングを行う、構造体の製造方法。 Providing an etching object having at least a surface composed of a group III nitride,
In a state where the etching object is immersed in an etching solution containing peroxodisulfate ion, the surface of the etching object is irradiated with light through the etching solution to convert the peroxodisulfate ion into a sulfate ion radical. And etching holes in the group III nitride, thereby etching the group III nitride.
Have
In the step of etching the group III-nitride, the etching solution is made acidic during the period when the group III-nitride is etched by making the etching solution acidic at the start of etching the group III-nitride. Keep a certain state ,
A method of manufacturing a structure , wherein the etching is performed with a resist mask formed on the surface .
前記エッチング対象物が、ペルオキソ二硫酸イオンを含むエッチング液に浸漬された状態で、前記エッチング対象物の前記表面に、前記エッチング液を介して光を照射し、前記ペルオキソ二硫酸イオンから硫酸イオンラジカルを生成させるとともに、前記III族窒化物中にホールを生成させることにより、前記III族窒化物をエッチングする工程と、
を有し、
前記III族窒化物をエッチングする工程では、前記III族窒化物のエッチングの開始時点における前記エッチング液を酸性とすることで、前記III族窒化物がエッチングされる期間中に前記エッチング液が酸性である状態を維持し、
前記光の照射によりエッチングされた前記表面の5μm角の領域における二乗平均平方根表面粗さを、2.76nm以下とするように、前記エッチングを行う、構造体の製造方法。 Providing an etching object having at least a surface composed of a group III nitride,
In a state where the etching object is immersed in an etching solution containing peroxodisulfate ion, the surface of the etching object is irradiated with light through the etching solution to convert the peroxodisulfate ion into a sulfate ion radical. And etching holes in the group III nitride, thereby etching the group III nitride.
Have
In the step of etching the group III-nitride, the etching solution is made acidic during the period when the group III-nitride is etched by making the etching solution acidic at the start of etching the group III-nitride. Keep a certain state ,
The method for manufacturing a structure , wherein the etching is performed so that the root mean square surface roughness in a 5 μm square region of the surface etched by the irradiation of light is 2.76 nm or less .
前記表面上に形成されたレジストマスクと、
を有し、
前記表面上に前記レジストマスクが形成された状態で、ペルオキソ二硫酸イオンを含む酸性のエッチング液に浸漬される、中間構造体。 An etching object having at least a surface composed of a group III nitride;
A resist mask formed on the surface,
Have
An intermediate structure, which is immersed in an acidic etching solution containing peroxodisulfate ions with the resist mask formed on the surface .
前記エッチング液が酸性の状態において、前記エッチング対象物の前記表面に、前記エッチング液を介して光を照射することを開始するよう構成された光源と、
を有する構造体の製造装置。 At least the surface is composed of a group III nitride, the etching object resist mask on the surface is formed, and configured containers so as to house in a state of being immersed in an acidic etching solution containing peroxodisulfate ions ,
In a state where the etching solution is acidic, the surface of the etching object, a light source configured to start irradiating light through the etching solution,
Manufacturing apparatus for a structure having a.
前記エッチング液が酸性の状態において、前記エッチング対象物の前記表面に、前記エッチング液を介して光を照射することを開始するよう構成された光源と、
を有し、
前記容器内において前記エッチング対象物が前記エッチング液に浸漬された状態で、前記エッチング対象物の前記表面に前記光を照射し、前記表面の5μm角の領域における二乗平均平方根表面粗さを、2.76nm以下とするように、前記エッチング対象物の前記表面をエッチングするよう構成された、構造体の製造装置。 At least the surface of the etching object composed of a group III nitride, and configured containers so as to house in a state of being immersed in an acidic etching solution containing peroxodisulfate ions,
In a state where the etching solution is acidic, the surface of the etching object, a light source configured to start irradiating light through the etching solution,
Have a,
The surface of the etching object is irradiated with the light in a state where the etching object is immersed in the etching solution in the container, and the root mean square surface roughness in a 5 μm square area of the surface is set to 2 An apparatus for manufacturing a structure , which is configured to etch the surface of the etching object so as to have a thickness of 0.76 nm or less .
前記エッチング対象物が、ペルオキソ二硫酸イオンを含むエッチング液に浸漬された状態で、前記エッチング対象物の前記表面に、前記エッチング液を介して光を照射し、前記ペルオキソ二硫酸イオンから硫酸イオンラジカルを生成させるとともに、前記III族窒化物中にホールを生成させることにより、前記III族窒化物をエッチングする工程と、In a state where the etching object is immersed in an etching solution containing peroxodisulfate ions, the surface of the etching object is irradiated with light through the etching solution to convert the peroxodisulfate ions into sulfate ion radicals. And etching holes in the group III nitride, thereby etching the group III nitride.
を有し、Have
前記III族窒化物をエッチングする工程では、前記III族窒化物のエッチングの開始時点における前記エッチング液を酸性とすることで、前記III族窒化物がエッチングされる期間中に前記エッチング液が酸性である状態を維持し、In the step of etching the group III-nitride, the etching solution is made acidic during the period when the group III-nitride is etched by making the etching solution acidic at the start of etching the group III-nitride. Keep a certain state,
前記III族窒化物がエッチングされる期間中に、前記エッチング液のpHを測定し、Measuring the pH of the etchant during the period in which the III-nitride is etched,
前記エッチング液のpHを測定する際、pHメータのプローブの、前記光による影が、前記エッチング対象物の前記表面に映らない位置に、前記プローブを配置する、構造体の製造方法。A method for manufacturing a structure, wherein when measuring the pH of the etching solution, the probe of a pH meter is arranged at a position where a shadow of the light due to the light is not reflected on the surface of the etching object.
前記エッチング対象物が、ペルオキソ二硫酸イオンを含むエッチング液に浸漬された状態で、前記エッチング対象物の前記表面に、前記エッチング液を介して光を照射し、前記ペルオキソ二硫酸イオンから硫酸イオンラジカルを生成させるとともに、前記III族窒化物中にホールを生成させることにより、前記III族窒化物をエッチングする工程と、In a state where the etching object is immersed in an etching solution containing peroxodisulfate ions, the surface of the etching object is irradiated with light through the etching solution to convert the peroxodisulfate ions into sulfate ion radicals. And etching holes in the group III nitride, thereby etching the group III nitride.
を有し、Have
前記III族窒化物をエッチングする工程では、前記III族窒化物のエッチングの開始時点における前記エッチング液を酸性とすることで、前記III族窒化物がエッチングされる期間中に前記エッチング液が酸性である状態を維持し、In the step of etching the group III-nitride, the etching solution is made acidic during the period when the group III-nitride is etched by making the etching solution acidic at the start of etching the group III-nitride. Keep a certain state,
前記III族窒化物をエッチングする工程の前に、前記エッチング対象物が前記エッチング液に浸漬されていない状態において、前記エッチング液に光を照射することで、前記ペルオキソ二硫酸イオンの一部を硫酸イオンに変化させることにより、前記エッチング液のpHを低下させる工程、をさらに有する、構造体の製造方法。Before the step of etching the Group III nitride, the etching solution is irradiated with light in a state where the etching target is not immersed in the etching solution, so that part of the peroxodisulfate ion is sulfated. A method of manufacturing a structure, further comprising the step of lowering the pH of the etching solution by changing it into ions.
前記エッチング液が酸性の状態において、前記エッチング対象物の前記表面に、前記エッチング液を介して光を照射することを開始するよう構成された光源と、In a state where the etching solution is acidic, the surface of the etching object, a light source configured to start irradiating light through the etching solution,
を有し、Have
前記エッチング液のpHを測定するpHメータを有し、A pH meter for measuring the pH of the etching solution,
前記pHメータのプローブは、前記プローブの、前記光による影が、前記エッチング対象物の前記表面に映らない位置に配置される、構造体の製造装置。The structure manufacturing apparatus, wherein the probe of the pH meter is arranged at a position where a shadow of the probe caused by the light is not reflected on the surface of the etching object.
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