JP6871550B2 - Etching device - Google Patents

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    • H01L21/3065Plasma etching; Reactive-ion etching

Description

本明細書の技術分野は、III 族窒化物半導体をエッチングするエッチング装置に関する。 The technical field of the present specification relates to an etching apparatus for etching a group III nitride semiconductor.

GaNに代表されるIII 族窒化物半導体は、例えば、LEDに応用されている。また、III 族窒化物半導体は、高い絶縁破壊強度と、高い耐熱性と、高速動作性と、を備えている。そのため、パワーデバイスとしての応用が期待されている。 Group III nitride semiconductors represented by GaN are applied to LEDs, for example. In addition, group III nitride semiconductors have high dielectric breakdown strength, high heat resistance, and high-speed operability. Therefore, it is expected to be applied as a power device.

III 族窒化物半導体をパワーデバイスに応用する際には、III 族窒化物半導体をエッチングすることがある。その一例として例えば、III 族窒化物半導体にトレンチを形成する場合が挙げられる。そのため、III 族窒化物半導体をエッチングする技術が開発されてきている。例えば、特許文献1には、基板温度を200℃以上600℃以下としてCl2 を含むガスを用いてドライエッチングを行う技術が開示されている。 When applying a group III nitride semiconductor to a power device, the group III nitride semiconductor may be etched. One example is the case of forming a trench in a group III nitride semiconductor. Therefore, techniques for etching group III nitride semiconductors have been developed. For example, Patent Document 1 discloses a technique for performing dry etching using a gas containing Cl 2 at a substrate temperature of 200 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.

特開2014−45049号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-45049

しかし、特許文献1の技術では、III 族窒化物半導体がオーバーエッチングするおそれがある。つまり、マスクの下層のIII 族窒化物半導体がやせ細ってしまう。この場合には、その細い箇所の機械的強度は弱い。また、その細い箇所に電界が集中するおそれもある。したがって、III 族窒化物半導体のオーバーエッチングを抑制することが好ましい。 However, in the technique of Patent Document 1, the group III nitride semiconductor may be overetched. That is, the group III nitride semiconductor under the mask becomes thin. In this case, the mechanical strength of the narrow portion is weak. In addition, the electric field may be concentrated in the narrow portion. Therefore, it is preferable to suppress overetching of the group III nitride semiconductor.

本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。その課題とは、III 族窒化物半導体のオーバーエッチングを抑制することを図ったエッチング装置を提供することである。 The technique described in the present specification has been made to solve the problems of the above-mentioned conventional techniques. The problem is to provide an etching apparatus capable of suppressing overetching of a group III nitride semiconductor.

第1の態様におけるエッチング装置は、III 族窒化物半導体をエッチングする処理室と、III 族窒化物半導体を保持する基板保持部と、処理室の内部に第1のガスを供給するガス供給部と、第1のガスをプラズマ化するプラズマ発生部と、基板保持部に高周波電位を付与する第1の電位付与部と、を有する。第1のガスは、Cl2 とBCl3 とを含む塩素系混合ガスである。第1の電位付与部は、第1のガスに占めるBCl3 の体積比が大きいほど、絶対値が小さいバイアスを基板保持部に付与するものである。第1の電位付与部は、
Vpp ≦ −1200・X + 480
Vpp ≧ −1200・X + 290
0.01 ≦ X ≦ 0.4
Vpp:バイアス(V)
X :第1のガスに占めるBCl3 の体積比
を満たすようにバイアスを基板保持部に付与する。
The etching apparatus according to the first aspect includes a processing chamber for etching the group III nitride semiconductor, a substrate holding unit for holding the group III nitride semiconductor, and a gas supply unit for supplying the first gas to the inside of the processing chamber. It has a plasma generating unit that converts the first gas into plasma, and a first potential applying unit that applies a high frequency potential to the substrate holding unit. The first gas is a chlorine-based mixed gas containing Cl 2 and B Cl 3. The first potential applying portion applies a bias having a smaller absolute value to the substrate holding portion as the volume ratio of BCl 3 in the first gas is larger. The first potential applying portion is
Vpp ≤ -1200 · X + 480
Vpp ≧ -1200 ・ X + 290
0.01 ≤ X ≤ 0.4
Vpp: Bias (V)
X: A bias is applied to the substrate holding portion so as to satisfy the volume ratio of BCl 3 in the first gas.

このエッチング装置においては、第1の電位付与部は、第1のガスに占めるBCl3 の体積比が大きいほど、絶対値が小さいバイアスを基板保持部に付与する。そのため、マスク直下のIII 族窒化物半導体をオーバーエッチングするおそれがほとんどない。つまり、マスク直下のIII 族窒化物半導体の幅は、マスクの幅とほとんど同じである。 In this etching apparatus, the first potential applying portion applies a bias to the substrate holding portion, which has a smaller absolute value as the volume ratio of BCl 3 in the first gas is larger. Therefore, there is almost no risk of overetching the group III nitride semiconductor directly under the mask. That is, the width of the group III nitride semiconductor directly under the mask is almost the same as the width of the mask.

本明細書では、III 族窒化物半導体のオーバーエッチングを抑制することを図ったエッチング装置が提供されている。 In the present specification, an etching apparatus for suppressing overetching of a group III nitride semiconductor is provided.

第1の実施形態のエッチング装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the etching apparatus of 1st Embodiment. Cl- イオンの振る舞いを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the behavior of Cl- ion. Clラジカルの振る舞いを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the behavior of Cl radical. エッチングしたGaN基板の断面を示す走査型顕微鏡写真(その1)である。It is a scanning micrograph (No. 1) which shows the cross section of the etched GaN substrate. エッチングしたGaN基板の断面を示す走査型顕微鏡写真(その2)である。It is a scanning micrograph (No. 2) which shows the cross section of the etched GaN substrate. 第1のガスに占めるBCl3 の体積比に対するGaN基板の表面粗さを示すグラフである。It is a graph which shows the surface roughness of the GaN substrate with respect to the volume ratio of BCl 3 in the 1st gas. 第1のガスに占めるBCl3 の体積比に対するフォトルミネッセンス強度を示すグラフである。It is a graph which shows the photoluminescence intensity with respect to the volume ratio of BCl 3 in the 1st gas. 第1のガスに占めるBCl3 の体積比とバイアスVppとの間の関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the volume ratio of BCl 3 in the first gas and the bias Vpp.

以下、具体的な実施形態について、エッチング装置を例に挙げて図を参照しつつ説明する。 Hereinafter, a specific embodiment will be described with reference to the drawings, taking an etching apparatus as an example.

(第1の実施形態)
1.エッチング装置
図1は、第1の実施形態のエッチング装置1000の概略構成を示す図である。エッチング装置1000は、処理室1001と、サセプター1100と、サセプター支持部1110と、加熱部1120と、SiCプレート1130と、第1の電位付与部1200と、第1の整合器1210と、プラズマ発生部1300と、第2の電位付与部1400と、第2の整合器1410と、ガス供給部1500と、ガス供給管1510と、シャワープレート1600と、排気口1700と、予備室1800と、を有する。
(First Embodiment)
1. 1. Etching apparatus FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an etching apparatus 1000 of the first embodiment. The etching apparatus 1000 includes a processing chamber 1001, a susceptor 1100, a susceptor support portion 1110, a heating portion 1120, a SiC plate 1130, a first potential applying portion 1200, a first matching unit 1210, and a plasma generating portion. It has a 1300, a second potential applying unit 1400, a second matching unit 1410, a gas supply unit 1500, a gas supply pipe 1510, a shower plate 1600, an exhaust port 1700, and a spare chamber 1800.

処理室1001は、基板S1のIII 族窒化物半導体をエッチングするための反応室である。基板S1は、III 族窒化物半導体を有する。処理室1001は、基板S1を支持するサセプター1100と、サセプター支持部1110と、SiCプレート1130と、プラズマ発生部1300と、シャワープレート1600と、排気口1700と、を有する。 The processing chamber 1001 is a reaction chamber for etching the group III nitride semiconductor of the substrate S1. The substrate S1 has a group III nitride semiconductor. The processing chamber 1001 has a susceptor 1100 that supports the substrate S1, a susceptor support portion 1110, a SiC plate 1130, a plasma generating portion 1300, a shower plate 1600, and an exhaust port 1700.

サセプター1100は、III 族窒化物半導体を有する基板S1を支持するための基板保持部である。サセプター1100の材質は、例えばSiCである。また、炭素材料にSiCのコーティングを施したものであってもよい。サセプター支持部1110は、サセプター1100を支持するための支持台である。加熱部1120は、サセプター1100を加熱するためのものである。加熱部1120は、サセプター1100を介して基板S1を加熱することとなる。 The susceptor 1100 is a substrate holding portion for supporting the substrate S1 having a group III nitride semiconductor. The material of the susceptor 1100 is, for example, SiC. Further, the carbon material may be coated with SiC. The susceptor support portion 1110 is a support base for supporting the susceptor 1100. The heating unit 1120 is for heating the susceptor 1100. The heating unit 1120 heats the substrate S1 via the susceptor 1100.

第1の電位付与部1200は、サセプター1100に高周波電位を付与するためのものである。そのため、第1の電位付与部1200は、サセプター1100を介して基板S1に電位を付与することができる。第1の電位付与部1200における高周波電位の周波数は、例えば、13.56MHzである。もちろん、これ以外の周波数であってもよい。第1の整合器1210は、第1の電位付与部1200とサセプター1100との間に配置されている。つまり、第1の電位付与部1200は、第1の整合器1210を介してサセプター1100に接続されている。 The first potential applying unit 1200 is for applying a high frequency potential to the susceptor 1100. Therefore, the first potential applying unit 1200 can apply the potential to the substrate S1 via the susceptor 1100. The frequency of the high frequency potential in the first potential applying unit 1200 is, for example, 13.56 MHz. Of course, the frequency may be other than this. The first matching device 1210 is arranged between the first potential applying portion 1200 and the susceptor 1100. That is, the first potential applying unit 1200 is connected to the susceptor 1100 via the first matching device 1210.

プラズマ発生部1300は、処理室1001の内部であってサセプター1100と対面する位置にプラズマを発生させるためのものである。プラズマ発生部1300は、後述する第1のガスをプラズマ化する。プラズマ発生部1300は、誘導結合プラズマ(ICP)を発生させるICPユニットである。 The plasma generation unit 1300 is for generating plasma at a position facing the susceptor 1100 inside the processing chamber 1001. The plasma generation unit 1300 converts the first gas, which will be described later, into plasma. The plasma generation unit 1300 is an ICP unit that generates inductively coupled plasma (ICP).

第2の電位付与部1400は、プラズマ発生部1300に高周波電位を付与するためのものである。第2の電位付与部1400における高周波電位の周波数は、例えば、27.12MHzである。もちろん、これ以外の周波数であってもよい。第2の整合器1410は、第2の電位付与部1400とプラズマ発生部1300との間に配置されている。つまり、第2の電位付与部1400は、第2の整合器1410を介してプラズマ発生部1300に接続されている。 The second potential applying unit 1400 is for applying a high frequency potential to the plasma generating unit 1300. The frequency of the high frequency potential in the second potential applying unit 1400 is, for example, 27.12 MHz. Of course, the frequency may be other than this. The second matching unit 1410 is arranged between the second potential applying unit 1400 and the plasma generating unit 1300. That is, the second potential applying unit 1400 is connected to the plasma generating unit 1300 via the second matching device 1410.

ガス供給部1500は、処理室1001の内部に第1のガスを供給するためのものである。ここで、第1のガスは、Cl2 とBCl3 との混合ガスである。ガス供給管1510は、ガス供給部1500と処理室1001とを連結するための流路である。ガス供給部1500は、第1のガスを予備室1800に供給する。その後、第1のガスは、予備室1800からシャワープレート1600を通過してプラズマ発生部1300の箇所に到達する。シャワープレート1600は、第1のガスを整流する整流板である。排気口1700は、処理室1001からガスを排出するためのものである。 The gas supply unit 1500 is for supplying the first gas to the inside of the processing chamber 1001. Here, the first gas is a mixed gas of Cl 2 and B Cl 3. The gas supply pipe 1510 is a flow path for connecting the gas supply unit 1500 and the processing chamber 1001. The gas supply unit 1500 supplies the first gas to the spare chamber 1800. After that, the first gas passes from the spare chamber 1800 through the shower plate 1600 and reaches the location of the plasma generating unit 1300. The shower plate 1600 is a straightening vane that rectifies the first gas. The exhaust port 1700 is for discharging gas from the processing chamber 1001.

2.エッチング方法
第1の実施形態のエッチング装置1000を用いる。まず、エッチング装置1000のサセプター1100に基板S1を配置する。次に、エッチング装置1000を真空引きする。そして、ガス供給部1500が、Cl2 とBCl3 との混合ガスである第1のガスを処理室1001の内部に供給する。そして、第1の電位付与部1200が、サセプター1100に高周波のバイアスVppを付与する。第2の電位付与部1400が、プラズマ発生部1300に高周波電位を付与する。これにより、プラズマ発生部1300が処理室1001の内部にプラズマを発生させる。そして、第1のガスはプラズマ化され、プラズマ生成領域からプラズマ生成物が発生する。プラズマ生成物とは、BおよびClに由来するイオンおよびラジカルと、紫外線とを含む。そして、このようなイオンおよびラジカルが基板S1のIII 族窒化物半導体をエッチングする。
2. Etching method The etching apparatus 1000 of the first embodiment is used. First, the substrate S1 is arranged on the susceptor 1100 of the etching apparatus 1000. Next, the etching apparatus 1000 is evacuated. Then, the gas supply unit 1500 supplies the first gas, which is a mixed gas of Cl 2 and BCl 3, to the inside of the processing chamber 1001. Then, the first potential applying unit 1200 applies a high frequency bias Vpp to the susceptor 1100. The second potential applying unit 1400 applies a high frequency potential to the plasma generating unit 1300. As a result, the plasma generating unit 1300 generates plasma inside the processing chamber 1001. Then, the first gas is turned into plasma, and a plasma product is generated from the plasma generation region. Plasma products include ions and radicals derived from B and Cl, and ultraviolet light. Then, such ions and radicals etch the group III nitride semiconductor of the substrate S1.

2−1.エッチング条件1
エッチング条件を表1に示す。ガス供給部1500は、第1のガスを処理室1001の内部に供給する。ここで、第1のガスは、塩素系混合ガスである。より具体的には、第1のガスは、Cl2 とBCl3 との混合ガスである。この第1のガスに占めるBCl3 の体積比は、0.01以上0.4以下である。ここで、第1のガスに占めるBCl3 の体積比は、処理室1001に導入する第1のガスに占めるBCl3 の流量比と同じである。処理室1001の内圧は1Pa以上10Pa以下である。処理室1001の内圧がこの範囲内のときには、プラズマ発生部1300により発生されるプラズマは誘導結合プラズマである。バイアスVppは、0V以上468V以下である。バイアスVppの周波数は、1MHz以上100MHz以下の程度である。プラズマ発生部1300の出力は、200W以上800W以下の程度である。基板温度は、300℃以上500℃以下である。
2-1. Etching condition 1
The etching conditions are shown in Table 1. The gas supply unit 1500 supplies the first gas to the inside of the processing chamber 1001. Here, the first gas is a chlorine-based mixed gas. More specifically, the first gas is a mixed gas of Cl 2 and BCl 3. The volume ratio of BCl 3 to the first gas is 0.01 or more and 0.4 or less. Here, the volume ratio of BCl 3 to the first gas is the same as the flow rate ratio of BCl 3 to the first gas introduced into the treatment chamber 1001. The internal pressure of the processing chamber 1001 is 1 Pa or more and 10 Pa or less. When the internal pressure of the processing chamber 1001 is within this range, the plasma generated by the plasma generating unit 1300 is inductively coupled plasma. The bias Vpp is 0 V or more and 468 V or less. The frequency of the bias Vpp is about 1 MHz or more and 100 MHz or less. The output of the plasma generating unit 1300 is about 200 W or more and 800 W or less. The substrate temperature is 300 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.

[表1]
内圧 1Pa以上 10Pa以下
BCl3 の体積比 0.01以上 0.4以下
バイアス 0V以上 468V以下
[Table 1]
Internal pressure 1 Pa or more 10 Pa or less Volume ratio of BCl 3 0.01 or more 0.4 or less Bias 0 V or more 468 V or less

2−2.エッチング条件2
第1のガスに占めるBCl3 の体積比が大きいほど、第1の電位付与部1200がサセプター1100に付与するバイアスVppの絶対値は小さい。
2-2. Etching condition 2
The larger the volume ratio of BCl 3 to the first gas, the smaller the absolute value of the bias Vpp applied to the susceptor 1100 by the first potential applying unit 1200.

第1の電位付与部1200は、次式を満たすバイアスVppをサセプター1100に付与する。
Vpp ≦ −1200・X + 480 ………(1)
Vpp ≧ −1200・X + 290 ………(2)
0.01 ≦ X ≦ 0.4
Vpp:バイアス(V)
X :第1のガスに占めるBCl3 の体積比
The first potential applying unit 1200 applies a bias Vpp satisfying the following equation to the susceptor 1100.
Vpp ≤ -1200 · X + 480 ……… (1)
Vpp ≧ -1200 ・ X + 290 ……… (2)
0.01 ≤ X ≤ 0.4
Vpp: Bias (V)
X: Volume ratio of BCl 3 to the first gas

この場合に、III 族窒化物半導体は好適にエッチングされる。III 族窒化物半導体がオーバーエッチングされるおそれはほとんどない。 In this case, the group III nitride semiconductor is preferably etched. There is almost no risk of overetching group III nitride semiconductors.

2−3.エッチング条件3
ガス供給部1500は、第1のガスに占めるBCl3 の体積比を2%以上30%以下とするとなおよい。つまり、ガス供給部1500が供給する第1のガスは次式を満たす。
0.02 ≦ X ≦ 0.3
2-3. Etching condition 3
It is more preferable that the gas supply unit 1500 makes the volume ratio of BCl 3 in the first gas 2% or more and 30% or less. That is, the first gas supplied by the gas supply unit 1500 satisfies the following equation.
0.02 ≤ X ≤ 0.3

この場合に、III 族窒化物半導体はさらに好適にエッチングされる。III 族窒化物半導体がオーバーエッチングされるおそれはほとんどない。 In this case, the group III nitride semiconductor is more preferably etched. There is almost no risk of overetching group III nitride semiconductors.

3.プラズマ生成物とバイアスとの関係
ここで、プラズマ生成物とバイアスとの関係について説明する。プラズマ生成物のうち、イオンとラジカルとについて説明する。イオンを代表してCl- について説明する。ラジカルを代表してClラジカルについて説明する。
3. 3. Relationship between plasma product and bias Here, the relationship between plasma product and bias will be described. Among the plasma products, ions and radicals will be described. It explained - Cl on behalf of the ions. Cl radicals will be described on behalf of radicals.

3−1.イオンの振る舞い
図2は、Cl- イオンの振る舞いを模式的に示す図である。Cl- イオンは、負に帯電している。そのため、バイアスVppにより、Cl- イオンは基板S1に向かって加速される。つまり、Cl- イオンは、図2の矢印K1の向きに移動する。そのため、Cl- イオンは、基板S1のIII 族窒化物半導体を主に縦方向にエッチングする。ここで縦方向とは、基板S1の板面に垂直な方向である。
3-1. Ion Behavior FIG. 2 is a diagram schematically showing the behavior of Cl-ions. Cl - ions are negatively charged. Therefore, the bias Vpp accelerates Cl- ions toward the substrate S1. That is, the Cl - ion moves in the direction of arrow K1 in FIG. Therefore, Cl - ions etch the group III nitride semiconductor of the substrate S1 mainly in the longitudinal direction. Here, the vertical direction is a direction perpendicular to the plate surface of the substrate S1.

3−2.ラジカルの振る舞い
図3は、Clラジカルの振る舞いを模式的に示す図である。Clラジカルは、電気的に中性である。そのため、周囲の電界の影響を受けない。したがって、Clラジカルは、バイアスVppによらず放射状に移動する。つまり、Clラジカルは、図3の矢印K2の向きに移動する。そのため、Clラジカルは、基板S1のIII 族窒化物半導体を縦方向のみならず横方向にエッチングする。ここで横方向とは、基板S1の板面に平行な方向である。したがって、このラジカルがIII 族窒化物半導体のオーバーエッチングに関与していると考えられる。
3-2. Radical Behavior FIG. 3 is a diagram schematically showing the behavior of Cl radicals. Cl radicals are electrically neutral. Therefore, it is not affected by the surrounding electric field. Therefore, Cl radicals move radially regardless of the bias Vpp. That is, the Cl radical moves in the direction of arrow K2 in FIG. Therefore, the Cl radical etches the group III nitride semiconductor of the substrate S1 not only in the vertical direction but also in the horizontal direction. Here, the lateral direction is a direction parallel to the plate surface of the substrate S1. Therefore, it is considered that this radical is involved in the overetching of the group III nitride semiconductor.

3−3.バイアスとエッチング
本実施形態では、プラズマ生成領域で発生するプラズマ生成物の状態に応じて、バイアスVppを調整する。これにより、基板S1に到達するイオンとラジカルとのバランスを調整する。これにより、マスク直下のIII 族窒化物半導体の幅が狭くなることを抑制する。
3-3. Bias and Etching In this embodiment, the bias Vpp is adjusted according to the state of the plasma product generated in the plasma generation region. This adjusts the balance between the ions and radicals that reach the substrate S1. This prevents the width of the group III nitride semiconductor directly under the mask from becoming narrow.

3−4.BCl3 の作用
また、エッチングにおいて、BCl3 のBがIII 族窒化物半導体の凹部の側面でIII 族窒化物半導体と結合する可能性がある。そして、そのBがIII 族窒化物半導体の表面でオーバーエッチングを抑制している可能性がある。そのため、BCl3 の流量が多いほど、バイアスVppを小さくしてもよいと考えられる。バイアスVppを小さくしてラジカルの寄与を大きくしても、BCl3 のBがIII 族窒化物半導体のサイドエッチングを抑制すると考えられるからである。または、BCl3 の流量が多いほど、Cl- イオンが多く発生すると考えられる。そのため、バイアスVppをそれほど大きくする必要がないと考えられる。
3-4. Action of BCl 3 Also, in etching, B of BCl 3 may bond with the group III nitride semiconductor on the side surface of the recess of the group III nitride semiconductor. Then, it is possible that B suppresses overetching on the surface of the group III nitride semiconductor. Therefore, it is considered that the bias Vpp may be reduced as the flow rate of BCl 3 increases. This is because it is considered that B of BCl 3 suppresses the side etching of the group III nitride semiconductor even if the bias Vpp is reduced and the contribution of radicals is increased. Alternatively, it is considered that the larger the flow rate of BCl 3, the more Cl-ions are generated. Therefore, it is considered that it is not necessary to increase the bias Vpp so much.

4.本実施形態の効果
本実施形態のエッチング装置1000は、オーバーエッチングを抑制しつつIII 族窒化物半導体をエッチングすることができる。つまり、マスクの幅と、マスクより下層のIII 族窒化物半導体の幅とが、ほとんど等しい。
4. Effect of the present embodiment The etching apparatus 1000 of the present embodiment can etch a group III nitride semiconductor while suppressing overetching. That is, the width of the mask and the width of the group III nitride semiconductor below the mask are almost equal.

5.変形例
5−1.希ガスまたは窒素ガス
ガス供給部1500は、塩素系混合ガスである第1のガスを供給する。第1のガスはCl2 とBCl3 との混合ガスである。ガス供給部1500は、第1のガスに窒素ガスと希ガスとの少なくとも一方を含むガスを混合した第2のガスを処理室1001の内部に供給してもよい。ただし、BCl3 が占める体積比Xは、Cl2 とBCl3 との合計の体積に占めるBCl3 の体積である。
5. Modification 5-1. The rare gas or nitrogen gas gas supply unit 1500 supplies a first gas which is a chlorine-based mixed gas. The first gas is a mixed gas of Cl 2 and B Cl 3. The gas supply unit 1500 may supply the inside of the processing chamber 1001 with a second gas obtained by mixing the first gas with a gas containing at least one of a nitrogen gas and a rare gas. However, the volume ratio X occupied by the BCl 3 is the volume of BCl 3 in the total volume of Cl 2 and BCl 3.

5−2.プラズマ発生部の位置
本実施形態では、プラズマ発生部1300は、処理室1001の内部に位置している。プラズマ発生部1300は、処理室1001の外部の別室の内部に配置されていてもよい。ただし、プラズマ発生部1300は、基板S1を配置するサセプター1100からそれほど遠くない位置に配置されていることが好ましい。
5-2. Position of plasma generating unit In the present embodiment, the plasma generating unit 1300 is located inside the processing chamber 1001. The plasma generation unit 1300 may be arranged inside a separate chamber outside the processing chamber 1001. However, it is preferable that the plasma generating unit 1300 is arranged at a position not so far from the susceptor 1100 on which the substrate S1 is arranged.

5−3.プラズマ発生部の種類
本実施形態では、プラズマ発生部1300はICPユニットである。しかし、プラズマ発生部1300としてその他のプラズマ発生装置を用いてもよい。例えば、プラズマ発生部1300は、容量結合型プラズマ(CCP)と、電子サイクロトロン共鳴プラズマ(ECR)と、ヘリコン波励起プラズマ(HWP)と、マイクロ波励起表面波プラズマ(SWP)と、のいずれかであってもよい。
5-3. Types of plasma generating unit In this embodiment, the plasma generating unit 1300 is an ICP unit. However, another plasma generator may be used as the plasma generator 1300. For example, the plasma generator 1300 may be either a capacitively coupled plasma (CCP), an electron cyclotron resonance plasma (ECR), a helicon wave excited plasma (HWP), or a microwave excited surface wave plasma (SWP). There may be.

5−4.サセプター
サセプター1100は、回転できるようになっていてもよい。
5-4. Susceptor The susceptor 1100 may be rotatable.

5−5.組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
5-5. Combination You may freely combine the above modified examples.

6.本実施形態のまとめ
本実施形態のエッチング装置1000は、第1の電位付与部1200がサセプター1100に付与する高周波電位を調整する。プラズマガスとしてCl2 とBCl3 との混合ガスである第1のガスを供給する。そして、この第1のガスに占めるBCl3 の体積比に応じて、第1の電位付与部1200が付与するバイアスを調整する。これにより、エッチング装置1000は、マスクの直下のIII 族窒化物半導体の幅が狭くなることを抑制することができる。
6. Summary of the present embodiment The etching apparatus 1000 of the present embodiment adjusts the high frequency potential applied to the susceptor 1100 by the first potential applying unit 1200. A first gas, which is a mixed gas of Cl 2 and B Cl 3 , is supplied as a plasma gas. Then, the bias applied by the first potential applying unit 1200 is adjusted according to the volume ratio of BCl 3 in the first gas. As a result, the etching apparatus 1000 can prevent the width of the group III nitride semiconductor directly under the mask from being narrowed.

1.実験1(オーバーエッチングがない場合)
図4は、エッチングしたGaN基板の断面を示す走査型顕微鏡写真(その1)である。基板としてマスクを形成済みのGaN基板を用いた。基板温度は400℃であった。プラズマ発生部の出力は400Wであった。バイアスの周波数は3.2MHzであった。バイアスのVppは228Vであった。供給するガスにおけるBCl3 の体積比は0.1であった。また、処理室1001の内圧は5Paであった。エッチング時間は30秒であった。この場合には、条件式(1)、(2)を満たしている。
1. 1. Experiment 1 (without overetching)
FIG. 4 is a scanning micrograph (No. 1) showing a cross section of the etched GaN substrate. A GaN substrate on which a mask had been formed was used as the substrate. The substrate temperature was 400 ° C. The output of the plasma generator was 400 W. The bias frequency was 3.2 MHz. The bias Vpp was 228V. The volume ratio of BCl 3 in the supplied gas was 0.1. The internal pressure of the processing chamber 1001 was 5 Pa. The etching time was 30 seconds. In this case, the conditional expressions (1) and (2) are satisfied.

図4に示すようにこの場合には、マスクの横幅と、マスクの下層のGaNの横幅と、がほとんど等しい。 As shown in FIG. 4, in this case, the width of the mask and the width of the GaN in the lower layer of the mask are almost equal.

2.実験2(オーバーエッチングがある場合)
図5は、エッチングしたGaN基板の断面を示す走査型顕微鏡写真(その2)である。基板としてマスクを形成済みのGaN基板を用いた。基板温度は400℃であった。プラズマ発生部の出力は400Wであった。バイアスの周波数は3.2MHzであった。バイアスVppは228Vであった。供給するガスは、塩素ガスのみであった。また、処理室1001の内圧は5Paであった。エッチング時間は10分であった。この場合には、条件式(1)、(2)を満たしていない。
2. Experiment 2 (when there is overetching)
FIG. 5 is a scanning micrograph (No. 2) showing a cross section of the etched GaN substrate. A GaN substrate on which a mask had been formed was used as the substrate. The substrate temperature was 400 ° C. The output of the plasma generator was 400 W. The bias frequency was 3.2 MHz. The bias Vpp was 228V. The only gas supplied was chlorine gas. The internal pressure of the processing chamber 1001 was 5 Pa. The etching time was 10 minutes. In this case, the conditional expressions (1) and (2) are not satisfied.

図5に示すように、この場合には、マスクより下層のGaNがオーバーエッチングされている。つまり、マスクより下層のGaNの一部の幅が、マスクの幅より小さい。 As shown in FIG. 5, in this case, the GaN in the layer below the mask is overetched. That is, the width of a part of the GaN in the layer below the mask is smaller than the width of the mask.

3.実験3(表面粗さ)
図6は、第1のガスに占めるBCl3 の体積比に対するGaN基板の表面粗さを示すグラフである。図6の横軸は供給するガスに占めるBCl3 の体積比である。図6の縦軸はGaN基板の表面粗さである。基板としてマスクを形成済みのGaN基板を用いた。基板温度は400℃であった。プラズマ発生部の出力は400Wであった。バイアスの周波数は3.2MHzであった。バイアスVppは230Vであった。また、処理室1001の内圧は5Paであった。エッチング時間は1分であった。
3. 3. Experiment 3 (surface roughness)
FIG. 6 is a graph showing the surface roughness of the GaN substrate with respect to the volume ratio of BCl 3 to the first gas. The horizontal axis of FIG. 6 is the volume ratio of BCl 3 to the supplied gas. The vertical axis of FIG. 6 is the surface roughness of the GaN substrate. A GaN substrate on which a mask had been formed was used as the substrate. The substrate temperature was 400 ° C. The output of the plasma generator was 400 W. The bias frequency was 3.2 MHz. The bias Vpp was 230V. The internal pressure of the processing chamber 1001 was 5 Pa. The etching time was 1 minute.

図6に示すように、Cl2 とBCl3 との混合ガスを用いた場合の表面粗さは、Cl2 のみを用いた場合の表面粗さよりも小さい。供給するガスに占めるBCl3 の体積比が0%の場合に、表面粗さが8nmである。供給するガスに占めるBCl3 の体積比が10%の場合に、表面粗さが1.5nmと最も小さい。混合ガスに占めるBCl3 の体積比が20%の場合に、表面粗さが4nmである。そのため、この条件下では、混合ガスに占めるBCl3 の体積比を10%程度とすることが好ましい。例えば、混合ガスに占めるBCl3 の体積比を5%以上15%以下とすることが好ましい。 As shown in FIG. 6, the surface roughness when the mixed gas of Cl 2 and B Cl 3 is used is smaller than the surface roughness when only Cl 2 is used. When the volume ratio of BCl 3 to the supplied gas is 0%, the surface roughness is 8 nm. When the volume ratio of BCl 3 to the supplied gas is 10%, the surface roughness is the smallest at 1.5 nm. When the volume ratio of BCl 3 to the mixed gas is 20%, the surface roughness is 4 nm. Therefore, under this condition, the volume ratio of BCl 3 to the mixed gas is preferably about 10%. For example, the volume ratio of BCl 3 to the mixed gas is preferably 5% or more and 15% or less.

4.実験4(フォトルミネッセンス)
図7は、第1のガスに占めるBCl3 の体積比に対するフォトルミネッセンス強度を示すグラフである。図7の横軸は供給するガスに占めるBCl3 の体積比である。図7の縦軸はフォトルミネッセンス強度である。基板としてマスクを形成済みのGaN基板を用いた。基板温度は400℃であった。プラズマ発生部の出力は400Wであった。バイアスの周波数は3.2MHzであった。バイアスVppは230Vであった。また、処理室1001の内圧は5Paであった。エッチング時間は1分であった。
4. Experiment 4 (photoluminescence)
FIG. 7 is a graph showing the photoluminescence intensity with respect to the volume ratio of BCl 3 in the first gas. The horizontal axis of FIG. 7 is the volume ratio of BCl 3 to the supplied gas. The vertical axis of FIG. 7 is the photoluminescence intensity. A GaN substrate on which a mask had been formed was used as the substrate. The substrate temperature was 400 ° C. The output of the plasma generator was 400 W. The bias frequency was 3.2 MHz. The bias Vpp was 230V. The internal pressure of the processing chamber 1001 was 5 Pa. The etching time was 1 minute.

図7に示すように、供給するガスに占めるBCl3 の体積比によらず、フォトルミネッセンス強度はおよそ0.7程度であった。 As shown in FIG. 7, the photoluminescence intensity was about 0.7 regardless of the volume ratio of BCl 3 to the supplied gas.

5.実験5(バイアス)
5−1.5Paの場合
図8は、第1のガスに占めるBCl3 の体積比とバイアスVppとの間の関係を示すグラフである。図8の横軸は第1のガスに占めるBCl3 の体積比である。図8の縦軸はバイアスVppである。このときの処理室1001の内圧は5Paである。
5. Experiment 5 (bias)
In the case of 5-1.5 Pa FIG. 8 is a graph showing the relationship between the volume ratio of BCl 3 in the first gas and the bias Vpp. The horizontal axis of FIG. 8 is the volume ratio of BCl 3 to the first gas. The vertical axis of FIG. 8 is the bias Vpp. The internal pressure of the processing chamber 1001 at this time is 5 Pa.

図8において、「○」印は、縦エッチングレートに対する横エッチングレートが−15%以上15%以下である点を示している。「+」印は、縦エッチングレートに対する横エッチングレートが15%より大きい点を示している。ここで、縦エッチングレートに対する横エッチングレートが正の値の場合には、オーバーエッチングが生じている。縦エッチングレートに対する横エッチングレートが負の値の場合には、アンダーエッチングが生じている。図8に示すように、領域R1の内部ではオーバーエッチングはそれほど大きくない。領域R1においては、縦エッチングレートに対する横エッチングレートは、−15%以上15%以下である。領域R1は、式(1)、(2)で表される。 In FIG. 8, the “◯” mark indicates that the horizontal etching rate with respect to the vertical etching rate is −15% or more and 15% or less. The "+" mark indicates that the horizontal etching rate relative to the vertical etching rate is greater than 15%. Here, when the horizontal etching rate with respect to the vertical etching rate is a positive value, overetching occurs. When the horizontal etching rate with respect to the vertical etching rate is a negative value, under-etching occurs. As shown in FIG. 8, the overetching is not so large inside the region R1. In the region R1, the horizontal etching rate with respect to the vertical etching rate is −15% or more and 15% or less. The region R1 is represented by the equations (1) and (2).

条件式(1)、(2)は、処理室1001の内圧が1Pa以上10Pa以下の場合に適用できると考えられる。 It is considered that the conditional expressions (1) and (2) can be applied when the internal pressure of the processing chamber 1001 is 1 Pa or more and 10 Pa or less.

1000…エッチング装置
1001…処理室
1100…サセプター
1110…サセプター支持部
1120…加熱部
1130…SiCプレート
1200…第1の電位付与部
1210…第1の整合器
1300…プラズマ発生部
1400…第2の電位付与部
1410…第2の整合器
1500…ガス供給部
1510…ガス供給管
1600…シャワープレート
1700…排気口
1000 ... Etching device 1001 ... Processing chamber 1100 ... Scepter 1110 ... Scepter support part 1120 ... Heating part 1130 ... SiC plate 1200 ... First potential applying part 1210 ... First matching unit 1300 ... Plasma generating part 1400 ... Second potential Granting unit 1410 ... Second matching unit 1500 ... Gas supply unit 1510 ... Gas supply pipe 1600 ... Shower plate 1700 ... Exhaust port

Claims (3)

III 族窒化物半導体をエッチングする処理室と、
前記III 族窒化物半導体を保持する基板保持部と、
前記処理室の内部に第1のガスを供給するガス供給部と、
前記第1のガスをプラズマ化するプラズマ発生部と、
前記基板保持部に高周波電位を付与する第1の電位付与部と、
を有し、
前記第1のガスは、
Cl2 とBCl3 とを含む塩素系混合ガスであり、
前記第1の電位付与部は、
前記第1のガスに占めるBCl3 の体積比が大きいほど、
絶対値が小さいバイアスを前記基板保持部に付与するものであり、
前記第1の電位付与部は、
Vpp ≦ −1200・X + 480
Vpp ≧ −1200・X + 290
0.01 ≦ X ≦ 0.4
Vpp:バイアス(V)
X :第1のガスに占めるBCl3 の体積比
を満たすようにバイアスを前記基板保持部に付与すること
を特徴とするエッチング装置。
A processing room for etching group III nitride semiconductors,
A substrate holding portion for holding the group III nitride semiconductor and
A gas supply unit that supplies the first gas to the inside of the processing chamber,
A plasma generating unit that turns the first gas into plasma, and
A first potential applying portion that applies a high frequency potential to the substrate holding portion, and
Have,
The first gas is
It is a chlorine-based mixed gas containing Cl 2 and BCl 3, and is a mixed gas.
The first potential applying portion is
The larger the volume ratio of BCl 3 to the first gas, the more.
A bias having a small absolute value is applied to the substrate holding portion.
The first potential applying portion is
Vpp ≤ -1200 · X + 480
Vpp ≧ -1200 ・ X + 290
0.01 ≤ X ≤ 0.4
Vpp: Bias (V)
X: An etching apparatus for applying a bias to the substrate holding portion so as to satisfy the volume ratio of BCl 3 in the first gas.
請求項1に記載のエッチング装置において、
前記ガス供給部は、
0.02 ≦ X ≦ 0.3
を満たすように前記第1のガスを前記処理室の内部に供給すること
を特徴とするエッチング装置。
In the etching apparatus according to claim 1,
The gas supply unit
0.02 ≤ X ≤ 0.3
An etching apparatus for supplying the first gas to the inside of the processing chamber so as to satisfy the above conditions.
請求項1または請求項2に記載のエッチング装置において、
前記ガス供給部は、
前記第1のガスにN2 と希ガスとの少なくとも一方を含むガスを混合した第2のガスを前記処理室の内部に供給すること
を特徴とするエッチング装置。
In the etching apparatus according to claim 1 or 2.
The gas supply unit
An etching apparatus for supplying a second gas, which is a mixture of the first gas and a gas containing at least one of N 2 and a rare gas, into the inside of the processing chamber.
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