JP7184252B2 - エッチング方法およびエッチング装置 - Google Patents
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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方法およびエッチング装置に関する。
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。
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。
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。
また、エッチングによる半導体へのダメージも抑制することが好ましい。
本明細書の技術が解決しようとする課題は、オーバーエッチングと半導体の表面荒れとを抑制することを図ったエッチング方法およびエッチング装置を提供することである。
第１の態様におけるエッチング方法は、Ｃｌ２とＨ２とを含む混合ガスをプラズマ化し、混合ガスをプラズマ化したプラズマガスを、基板保持部に保持されたIII 族窒化物半導体を収容する処理室に供給し、混合ガスに占めるＨ
２
の体積比を１体積％以上１０体積％以下とし、基板保持部に０Ｖ以上５００Ｖ以下の高周波電位を付与し、プラズマガスによりIII 族窒化物半導体をエッチングする。
このエッチング方法においては、エッチング箇所のオーバーエッチングと半導体の表面荒れとの両方を抑制することができる。
本明細書では、オーバーエッチングと半導体の表面荒れとを抑制することを図ったエッチング方法およびエッチング装置が提供されている。
以下、具体的な実施形態について、エッチング装置およびエッチング方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。
（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。
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。
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。
サセプター１１００は、III 族窒化物半導体を有する基板Ｓ１を保持するための基板保持部である。サセプター１１００は、バルクのIII 族窒化物半導体を保持してもよい。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。このような加熱部１１２０として、例えば、ハロゲンランプが挙げられる。
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と電気的に接続されており、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。
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。
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。
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Ｈ2 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の複数の貫通孔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。
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の処理室１００１の内部を真空ポンプで真空引きする。そして、ガス供給部１５００が、Ｃｌ2 とＨ2 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、Ｈ（水素）およびＣｌ（塩素）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。
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の処理室１００１の内部を真空ポンプで真空引きする。そして、ガス供給部１５００が、Ｃｌ2 とＨ2 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、Ｈ（水素）およびＣｌ（塩素）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。
このように本実施形態のエッチング方法では、Ｃｌ2 とＨ2 とを含む混合ガスをプラズマ化し、混合ガスをプラズマ化したプラズマガスをIII 族窒化物半導体を収容する処理室に供給し、プラズマガスによりIII 族窒化物半導体をエッチングする。
２－１．エッチング条件
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Ｈ2 との混合ガスである。この第１のガスに占めるＨ2 は、１体積％以上１０体積％以下である。ここで、第１のガスに占めるＨ2 の体積比は、処理室１００１に導入する第１のガスに占めるＨ2 の流量比と同じである。
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Ｈ2 との混合ガスである。この第１のガスに占めるＨ2 は、１体積％以上１０体積％以下である。ここで、第１のガスに占めるＨ2 の体積比は、処理室１００１に導入する第１のガスに占めるＨ2 の流量比と同じである。
処理室１００１の内圧は１Ｐａ以上５０Ｐａ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５００Ｖ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、１００Ｗ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。
［表１］
内圧 １Ｐａ以上 ５０Ｐａ以下
Ｈ2 の体積比 １体積％以上 １０体積％以下
バイアス ０Ｖ以上 ５００Ｖ以下
内圧 １Ｐａ以上 ５０Ｐａ以下
Ｈ2 の体積比 １体積％以上 １０体積％以下
バイアス ０Ｖ以上 ５００Ｖ以下
２－２．エッチング箇所の形状
第１のガスに占めるＨ2 が１体積％以上１０体積％以下である場合に、エッチング箇所の形状がよい。第１のガスに占めるＨ2 が１体積％以上７体積％以下である場合に、エッチング箇所の形状が特によい。
第１のガスに占めるＨ2 が１体積％以上１０体積％以下である場合に、エッチング箇所の形状がよい。第１のガスに占めるＨ2 が１体積％以上７体積％以下である場合に、エッチング箇所の形状が特によい。
２－３．表面粗さ
第１のガスに占めるＨ2 が１体積％以上１０体積％以下である場合に、半導体の表面粗さがよい。第１のガスに占めるＨ2 が２体積％以上８体積％以下である場合に、半導体の表面粗さが特によい。
第１のガスに占めるＨ2 が１体積％以上１０体積％以下である場合に、半導体の表面粗さがよい。第１のガスに占めるＨ2 が２体積％以上８体積％以下である場合に、半導体の表面粗さが特によい。
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- （塩化物イオン）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。
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- （塩化物イオン）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。
３－１．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。
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。
３－２．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。
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。
３－３．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。
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。
４．本実施形態の効果
４－１．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。さらに、エッチング対象となる半導体の表面荒れを抑制することができる。したがって、本実施形態のエッチング装置１０００およびエッチング方法は、高い精度でIII 族窒化物半導体をエッチングすることができるとともに、III 族窒化物半導体へのダメージを抑制することができる。
４－１．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。さらに、エッチング対象となる半導体の表面荒れを抑制することができる。したがって、本実施形態のエッチング装置１０００およびエッチング方法は、高い精度でIII 族窒化物半導体をエッチングすることができるとともに、III 族窒化物半導体へのダメージを抑制することができる。
４－２．考えられる効果の要因
塩素ガスに水素ガスを加えることで表面粗さが改善される効果は、次に挙げる理由により得られると考えられる。水素ガスを加えることにより、ＧａＮ層の表面で窒素原子が優先的に脱離し、ＧａＮ層の表面がＧａリッチな状態が実現すると考えられる。そのため、ピットの形成等が抑制されると考えられる。また、ファセットが形成されにくくなる可能性がある。
塩素ガスに水素ガスを加えることで表面粗さが改善される効果は、次に挙げる理由により得られると考えられる。水素ガスを加えることにより、ＧａＮ層の表面で窒素原子が優先的に脱離し、ＧａＮ層の表面がＧａリッチな状態が実現すると考えられる。そのため、ピットの形成等が抑制されると考えられる。また、ファセットが形成されにくくなる可能性がある。
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Ｈ2 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、Ｈ2 が占める体積比Ｘは、Ｃｌ2 とＨ2 との合計の体積に占めるＨ2 の体積である。
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Ｈ2 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、Ｈ2 が占める体積比Ｘは、Ｃｌ2 とＨ2 との合計の体積に占めるＨ2 の体積である。
５－２．サイクル処理
第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２とを設定し、第１の期間Ｔ１の処理と第２の期間Ｔ２の処理とを繰り返し実施してもよい。例えば、第１の期間Ｔ１にＣｌ2 とＨ2 との混合ガスをプラズマ化してIII 族窒化物半導体に供給し、第２の期間Ｔ２にＮ2 （窒素ガス）をプラズマ化してIII 族窒化物半導体に供給する。または、第１の期間Ｔ１にＣｌ2 とＨ2 との第１の混合ガスをプラズマ化してIII 族窒化物半導体に供給し、第２の期間Ｔ２にＣｌ2 とＮ2 との第２の混合ガスをプラズマ化してIII 族窒化物半導体に供給する。これにより、ＧａリッチなIII 族窒化物半導体の表面状態から、半導体のストイキオメトリを回復させることができると考えられる。
第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２とを設定し、第１の期間Ｔ１の処理と第２の期間Ｔ２の処理とを繰り返し実施してもよい。例えば、第１の期間Ｔ１にＣｌ2 とＨ2 との混合ガスをプラズマ化してIII 族窒化物半導体に供給し、第２の期間Ｔ２にＮ2 （窒素ガス）をプラズマ化してIII 族窒化物半導体に供給する。または、第１の期間Ｔ１にＣｌ2 とＨ2 との第１の混合ガスをプラズマ化してIII 族窒化物半導体に供給し、第２の期間Ｔ２にＣｌ2 とＮ2 との第２の混合ガスをプラズマ化してIII 族窒化物半導体に供給する。これにより、ＧａリッチなIII 族窒化物半導体の表面状態から、半導体のストイキオメトリを回復させることができると考えられる。
５－３．初期および終期におけるガスの変更
また、エッチングの初期Ｔｉ（第１の期間）と終期Ｔｆ（第２の期間）とを設定し、初期Ｔｉの処理の後に終期Ｔｆの処理を実施してもよい。初期Ｔｉには、Ｃｌ2 とＨ2 との第１の混合ガスをプラズマ化してIII 族窒化物半導体に供給し、終期Ｔｆには、Ｃｌ2 とＮ2 との第２の混合ガスまたはＮ2 をプラズマ化してIII 族窒化物半導体に供給する。
また、エッチングの初期Ｔｉ（第１の期間）と終期Ｔｆ（第２の期間）とを設定し、初期Ｔｉの処理の後に終期Ｔｆの処理を実施してもよい。初期Ｔｉには、Ｃｌ2 とＨ2 との第１の混合ガスをプラズマ化してIII 族窒化物半導体に供給し、終期Ｔｆには、Ｃｌ2 とＮ2 との第２の混合ガスまたはＮ2 をプラズマ化してIII 族窒化物半導体に供給する。
５－４．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。
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。
５－５．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。
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。
５－６．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。
サセプター１１００は、回転できるようになっていてもよい。
５－７．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
（実験）
１．実験Ａ（エッチング箇所の形状）
１－１．実験方法１
マスク形成済みのＧａＮ基板をエッチングした。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。供給するガスはＣｌ2 ガスとＨ2 ガスとの混合ガスであった。供給するガスにおけるＨ2 ガスは、５体積％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５分であった。
１．実験Ａ（エッチング箇所の形状）
１－１．実験方法１
マスク形成済みのＧａＮ基板をエッチングした。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。供給するガスはＣｌ2 ガスとＨ2 ガスとの混合ガスであった。供給するガスにおけるＨ2 ガスは、５体積％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５分であった。
１－２．実験結果１
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。図４に示すように、ＧａＮ基板はオーバーエッチングされていない。エッチングされた箇所の幅Ｗ１と、マスクの幅Ｗ２と、がほぼ等しい。
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。図４に示すように、ＧａＮ基板はオーバーエッチングされていない。エッチングされた箇所の幅Ｗ１と、マスクの幅Ｗ２と、がほぼ等しい。
１－３．実験方法２
次に、実験方法１と同様にマスク形成済みのＧａＮ基板をエッチングした。実験方法１と異なる点は、Ｈ2 ガスの体積比である。供給するガスはＣｌ2 ガスであり、Ｈ2 ガスを含んでいない。つまり、供給するガスにおけるＨ2 ガスは、０体積％であった。
次に、実験方法１と同様にマスク形成済みのＧａＮ基板をエッチングした。実験方法１と異なる点は、Ｈ2 ガスの体積比である。供給するガスはＣｌ2 ガスであり、Ｈ2 ガスを含んでいない。つまり、供給するガスにおけるＨ2 ガスは、０体積％であった。
１－４．実験結果２
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。図５に示すように、ＧａＮ基板はオーバーエッチングされている。エッチングされた箇所の幅Ｗ３が、マスクの幅Ｗ４よりも小さい。
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。図５に示すように、ＧａＮ基板はオーバーエッチングされている。エッチングされた箇所の幅Ｗ３が、マスクの幅Ｗ４よりも小さい。
１－５．実験方法３
供給するガスにおけるＨ2 ガスの割合を変えて、ＧａＮ基板をエッチングした。Ｈ2 ガスの割合以外の条件については実験方法１と同様であった。
供給するガスにおけるＨ2 ガスの割合を変えて、ＧａＮ基板をエッチングした。Ｈ2 ガスの割合以外の条件については実験方法１と同様であった。
１－６．実験結果３
図６は、横方向のエッチングレートと縦方向のエッチングレートとの関係を示すグラフである。図６の横軸は混合ガスに占めるＨ2 ガスの割合（体積比）である。図６の縦軸は縦方向のエッチングレートに対する横方向のエッチングレートの比である。横方向のエッチングレートが０の場合に、縦方向のエッチングレートに対する横方向のエッチングレートの比が０となる。
図６は、横方向のエッチングレートと縦方向のエッチングレートとの関係を示すグラフである。図６の横軸は混合ガスに占めるＨ2 ガスの割合（体積比）である。図６の縦軸は縦方向のエッチングレートに対する横方向のエッチングレートの比である。横方向のエッチングレートが０の場合に、縦方向のエッチングレートに対する横方向のエッチングレートの比が０となる。
図６に示すように、Ｈ2 ガスの割合が０体積％より大きく１０体積％以下の場合には、縦方向のエッチングレートに対する横方向のエッチングレートの比が０．１５以下である。また、Ｈ2 ガスの割合が１体積％以上７体積％以下の場合には、縦方向のエッチングレートに対する横方向のエッチングレートの比が０．１以下と十分に小さい。さらに、Ｈ2 ガスの割合が２体積％以上５体積％以下の場合には、縦方向のエッチングレートに対する横方向のエッチングレートの比が０．０７以下と十分に小さい。特に、Ｈ2 ガスの割合が２体積％の場合には、縦方向のエッチングレートに対する横方向のエッチングレートの比がほぼ０．０１以下である。
２．実験Ｂ（表面粗さ）
２－１．実験方法
マスク形成済みのＧａＮ基板をエッチングした。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。供給するガスはＣｌ2 ガスとＨ2 ガスとの混合ガスであった。また、処理室１００１の内圧は２０Ｐａであった。エッチング時間は５分であった。そして供給する混合ガスにおけるＨ2 ガスの割合を変えて、表面粗さを観察した。
２－１．実験方法
マスク形成済みのＧａＮ基板をエッチングした。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。供給するガスはＣｌ2 ガスとＨ2 ガスとの混合ガスであった。また、処理室１００１の内圧は２０Ｐａであった。エッチング時間は５分であった。そして供給する混合ガスにおけるＨ2 ガスの割合を変えて、表面粗さを観察した。
２－２．実験結果
図７は、混合ガスに占めるＨ2 ガスの割合を変えてエッチングした場合の表面粗さを示す電子顕微鏡写真である。図７（ａ）は、Ｈ2 ガスの割合が０体積％の場合を示している。図７（ｂ）は、Ｈ2 ガスの割合が２体積％の場合を示している。図７（ｃ）は、Ｈ2 ガスの割合が５体積％の場合を示している。図７（ｄ）は、Ｈ2 ガスの割合が１０体積％の場合を示している。図７（ｅ）は、Ｈ2 ガスの割合が２０体積％の場合を示している。
図７は、混合ガスに占めるＨ2 ガスの割合を変えてエッチングした場合の表面粗さを示す電子顕微鏡写真である。図７（ａ）は、Ｈ2 ガスの割合が０体積％の場合を示している。図７（ｂ）は、Ｈ2 ガスの割合が２体積％の場合を示している。図７（ｃ）は、Ｈ2 ガスの割合が５体積％の場合を示している。図７（ｄ）は、Ｈ2 ガスの割合が１０体積％の場合を示している。図７（ｅ）は、Ｈ2 ガスの割合が２０体積％の場合を示している。
図７において、色の暗い部分が相対的に低い箇所（凹部または底部）に対応し、色の明るい部分が相対的に高い場所（凸部または頂部）に対応している。図７に示すように、Ｈ2 ガスの割合が０体積％の場合には、暗い点状の部分が多い。これは凹部が多いことを示している。Ｈ2 ガスの割合が２０体積％の場合には、明るい点状の部分が多い。これは凸部が多いことを示している。Ｈ2 ガスの割合が５体積％の場合には、極端に明るい部分および極端に暗い部分が少ない。これは表面の平坦性が高いことを示している。
図８は、混合ガスに占めるＨ2 ガスの割合を変えてエッチングした場合の半導体の表面を概念的に示す図である。つまり、図８は、図７を概念化し、半導体の断面方向から視た様子を示している。図８に示すように、Ｈ2 ガスの割合が０体積％の場合には凹部が多く、Ｈ2 ガスの割合が２０体積％の場合には凸部が多い。そして、Ｈ2 ガスの割合が５体積％の場合には、半導体層の表面はより平坦である。Ｈ2 ガスの割合が２体積％以上８体積％以下の場合には、半導体の表面粗さ（ＲＭＳ）は２．５ｎｍ以下である。
図９は、混合ガスに占めるＨ2 ガスの割合と表面粗さとの関係を示すグラフである。図９の横軸は混合ガスに占めるＨ2 ガスの割合である。図９の縦軸は表面粗さ（ＲＭＳ）である。
図９に示すように、混合ガスに占めるＨ2 ガスの割合が、１体積％以上１０体積％以下の場合には、表面粗さ（ＲＭＳ）は、３ｎｍ以下である。図９に示すように、混合ガスに占めるＨ2 ガスの割合が５体積％の場合に、表面粗さ（ＲＭＳ）が最も小さい。
３．実験のまとめ
このように、混合ガスに占めるＨ2 ガスの割合が、１体積％以上１０体積％以下の場合には、エッチングにおけるオーバーエッチングを抑制するとともに、半導体の表面の荒れをも抑制する。
このように、混合ガスに占めるＨ2 ガスの割合が、１体積％以上１０体積％以下の場合には、エッチングにおけるオーバーエッチングを抑制するとともに、半導体の表面の荒れをも抑制する。
（付記）
第１の態様におけるエッチング方法においては、Ｃｌ2 とＨ2 とを含む混合ガスをプラズマ化し、混合ガスをプラズマ化したプラズマガスをIII 族窒化物半導体を収容する処理室に供給し、プラズマガスによりIII 族窒化物半導体をエッチングする。
第１の態様におけるエッチング方法においては、Ｃｌ2 とＨ2 とを含む混合ガスをプラズマ化し、混合ガスをプラズマ化したプラズマガスをIII 族窒化物半導体を収容する処理室に供給し、プラズマガスによりIII 族窒化物半導体をエッチングする。
第２の態様におけるエッチング方法においては、混合ガスにおけるＨ2 が、１体積％以上１０体積％以下である。
第３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、処理室の内部にガスを供給するガス供給部と、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電位付与部と、を有する。ガスは、Ｃｌ2 とＨ2 とを含む混合ガスである。
第４の態様におけるエッチング装置においては、混合ガスにおけるＨ2 が、１体積％以上１０体積％以下である。
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
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
Claims (6)
- Ｃｌ２とＨ２とを含む混合ガスをプラズマ化し、
前記混合ガスをプラズマ化したプラズマガスを、基板保持部に保持されたIII 族窒化物半導体を収容する処理室に供給し、
前記混合ガスに占めるＨ ２ の体積比を１体積％以上１０体積％以下とし、
前記基板保持部に０Ｖ以上５００Ｖ以下のバイアスを付与し、
前記プラズマガスによりIII 族窒化物半導体をエッチングすること
を特徴とするエッチング方法。 - 請求項１に記載のエッチング方法において、
前エッチングの処理において第１の期間と第２の期間を設定し、
前記第１の期間では、Ｃｌ ２ とＨ ２ とを含む混合ガスをプラズマ化してIII 族窒化物半導体に供給し、
前記第２の期間では、Ｃｌ ２ とＮ ２ とを含む混合ガス、またはＮ ２ をプラズマ化してIII 族窒化物半導体に供給する、
ことを特徴とするエッチング方法。 - 請求項２に記載のエッチング方法において、
前記第１の期間の処理と前記第２の期間の処理とを交互に繰り返す、
ことを特徴とするエッチング方法。 - 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ガスを供給するガス供給部と、
前記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電位付与部と、
を有し、
前記ガスは、
Ｃｌ２とＨ２とを含む混合ガスであって前記混合ガスに占めるＨ ２ の体積比が、１体積％以上１０体積％以下であり、
前記電位付与部は、０Ｖ以上５００Ｖ以下のバイアスを前記基板保持部に付与する、
を特徴とするエッチング装置。 - 請求項４に記載のエッチング装置において、
前記エッチングの処理において第１の期間と第２の期間が設定され、
前記第１の期間では、前記ガス供給部はＣｌ ２ とＨ ２ とを含む混合ガスを前記処理室の内部に供給し、
前記第２の期間では、前記ガス供給部はＣｌ ２ とＮ ２ とを含む混合ガス、またはＮ ２ 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。 - 請求項５に記載のエッチング装置において、
前記第１の期間の処理と前記第２の期間の処理とを交互に繰り返す、
ことを特徴とするエッチング装置。
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|---|
| S.J Rearton, C.R Abernathy and F.Ren，Low bias electron cyclotron resonance plasma etching of GaN,AlN,and InN，Applid Physics Letters，Vol.64,No.17，米国，American Institute of Physics，1994年04月25日，2294-2296 |
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