JP7318988B2 - リセスゲートエンハンスメントデバイスを製造するための高精度エッチング装置、及びそれを用いたエッチング方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ドライエッチングの分野に関し、具体的には、リセスゲートエンハンスメントデバイスを製造するための高精度エッチング装置、及びそれを用いたエッチング方法に関する。
ＧａＮ ＨＥＭＴデバイスは絶縁破壊電圧が大きく、電子移動度が高く、飽和速度が大きいなどの利点があるため、次世代パワーデバイスの材料として最も好適な１つであると考えられ、近年、研究者により好まれている。従来のＨＥＭＴデバイスは、自発分極と圧電分極効果が強いため、ほとんどが空乏型デバイスである。設計コストを節約しつつ、回路の安全性と作動効率を向上させるために、エンハンスメント型ＨＥＭＴデバイスを実現することは大きな意義がある。
エンハンスメント型ＨＥＭＴデバイスを実現するためによく使用されている方法は、Ｃａｓｃｏｄｅカスケード技術、Ｆイオン注入技術、ｐ型ゲート構造、リセスゲート構造である。
Ｃａｓｃｏｄｅカスケード技術は、商用エンハンスメント型ＨＥＭＴで最初に採用された技術であり、エンハンスメント型シリコンベースＭＯＳＦＥＴと空乏型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴデバイスとを直列に接続し、ＨＥＭＴデバイスのゲートをＭＯＳＦＥＴのソースに接続してＨＥＭＴチャネルを常開状態に維持し、エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴのゲートを介してチャネル全体のオンオフを制御することにより、高耐圧エンハンスメント型ＨＥＭＴデバイスを実現する。しかし、このようなエンハンスメント型デバイスのスイッチング速度は主にシリコンデバイスによって決定され、このため、信号出力周波数を大幅に低減し、ＧａＮ材料の優位性の発揮を制限し、且つパッケージ化の難度が高い。Ｆイオン注入技術は、イオン注入によりゲート下ＡｌＧａＮバリア層にフッ素イオンを導入することで、ゲート下ＡｌＧａＮ層の伝導帯の高さを向上させ、フェルミスケール以上に向上させると、ゲート下チャネルの２次元電子ガスを空乏化し、エンハンスメント型デバイスを実現する。しかし、Ｆイオン注入はデバイスに損傷を与え、Ｆの安定性が悪いため、デバイスの信頼性が悪くなり、しきい値電圧が不安定になるなどの問題をもたらす。ｐ型ゲート構造は、人為的にドープされていないＡｌＧａＮバリア層とゲート金属との間にｐ型ドープされたＧａＮ又はＡｌＧａＮエピタキシャルの層を導入することで、ヘテロ接合全体の伝導帯を上昇させてゲート下チャネル内の２ＤＥＧを空乏化し、デバイスを空乏化型からエンハンスメント型にする。しかし、ｐ型ＧａＮの選択的成長及び活性化のプロセスはいずれも困難であり、このようなチップは非常に高価である。そのため、Ｃａｓｃｏｄｅカスケード技術、Ｆイオン注入技術及びｐ型ゲート構造を用いて製造したエンハンスメント型デバイスはエンハンスメント型ＨＥＭＴデバイスの産業化が困難である。
現在、エンハンスメント型ＨＥＭＴデバイスを実現するための有望なプロセス技術は、リセスゲート構造である。リセスゲート構造は、エッチングゲートの下の領域における一定の厚さのＡｌＧａＮバリア層であり、デバイスのしきい値電圧を正の方向に移動させると同時に、ゲートと２次元電子ガスチャネル層との間隔を小さくし、ゲートの制御能力を向上させ、デバイスの短チャネル効果を効果的に低減し、デバイスのトランスコンダクタンスを向上させ、優れた高周波特性を有するため、リセスゲート構造は現在のエンハンスメント型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴデバイス構造の研究の焦点となっている。
リセスゲート構造を用いてエンハンスメント型デバイスを製造するには、一定の深さのバリア層をエッチングする必要があり、ＡｌＧａＮは化学的性質が安定しているため、ウェットエッチングでは実現が困難であり、通常、ドライエッチングを用いている。しかし、ドライエッチングでは、エッチング深さを制御することが困難であり、異なるエッチング深さはデバイス特性に大きな影響を与えるため、エッチング深さを正確に制御する必要がある。また、エッチング過程で生じるプラズマは比較的に高いエッチング速度を有し、プロセス制御が不合理であったり、反応室内のガス流量、温度、ガス還流などの状態に微細な変化が発生したりすると、過度のエッチングを引き起こし、次の層の材料を損傷し、デバイスの安定性に影響を与え、さらにデバイスの故障を引き起こす。そのため、正確なエッチングを実現できる装置とエッチング方法を設計することは、リセスゲートエンハンスメント型ＨＥＭＴデバイスの産業化を実現する上で積極的な意義がある。
エッチング深さを正確に制御するために、業界では光スペクトル発光法やレーザ干渉法が一般的に用いられている。光スペクトル発光法は、プラズマ反応物又は生成物から発光される波長光の強度変化を用いて判定し、エッチング終点で反応物の光強度が強くなり、生成物の光強度が弱くなる。しかし、この方法では、エッチング速度が遅い場合やエッチング面積が小さい場合には、受光する光の強度信号が弱く、正確に検出することができない。レーザ干渉法は、レーザ光源により薄膜厚さの変化を検出してエッチング深さを監視するものであるが、エッチング対象サンプルには良好な光透過性が求められ、レーザ光をエッチング対象領域に集中する必要があり、その結果、レーザ光が集中する領域の温度が上昇し、エッチング速度に影響を与える。
以上のエッチング方法のいずれにも限界があり、正確なエッチングを簡便かつ効果的に実現することができず、専用の光学終点検出器やレーザー装置を装備する必要があり、制御の難易度が高くなり、コストが高くなる。
以上のエッチング方法のいずれにも限界があり、正確なエッチングを簡便かつ効果的に実現することができず、専用の光学終点検出器やレーザー装置を装備する必要があり、制御の難易度が高くなり、コストが高くなる。
従来技術に存在する欠陥を解決するために、本発明の目的は、リセスゲートエンハンスメントデバイスを製造するための高精度エッチング装置、及びそれを用いたエッチング方法を提供することである。
現在、従来のドライエッチングプロセスでは、エッチング深さが制御されにくく、デバイスを損傷しやすいということが存在し、本発明によるリセスゲートエンハンスメントデバイスを製造するための高精度エッチング装置、及びこの装置をエッチングに用いる方法は、従来技術に存在する欠陥を解決できる。
上述目的を達成させるために、本発明による技術案は、プラズマエッチングキャビティ内において貫通電極と外部電流検出装置とを導通し、電極をＧａＮ ＨＥＭＴデバイスのソース・ドレインに接続して電流ループを構成し、電流の変化を観察することによりエッチング深さをリアルタイムで監視する。リセスゲートのエッチングプロセス中に、バリア層が絶えずに薄くなり、２次元電子ガスの濃度が低下し、電流が減少し、電流がゼロになると、エンハンスメントが実現され、エッチングが終わり、このように、オーバーエッチングによるゲートの電流リークや２次元電子ガスチャネルへのダメージを効果的に回避し、高精度エッチングを可能とする。
本発明の目的は少なくとも下記技術案の１つによって達成される。
本発明によるリセスゲートエンハンスメントデバイスを製造するための高精度エッチング装置は、誘導結合プラズマエッチングキャビティ、電流検出装置、インダクタンスコイル、ＲＦ源、メカニカルポンプ及び分子ポンプを含み、前記電流検出装置はリード線を介して誘導結合プラズマエッチングキャビティに接続され、前記インダクタンスコイルは誘導結合プラズマエッチングキャビティに接続され、前記ＲＦ源はインダクタンスコイルに接続され、前記メカニカルポンプ及び分子ポンプは誘導結合プラズマの側面に接続される。
さらに、前記誘導結合プラズマエッチングキャビティは、チャンバー、ベース、ＲＦバイアスパワー源、貫通電極、プローブ、セラミックスリーブ及びガスバルブを含む。
さらに、前記誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー側壁には２つの貫通電極が設けられ、チャンバー内においては、電極はプローブに接続され、ＨＥＭＴデバイスソース・ドレインに連結され、チャンバー外においては、電極は電流検出装置に連結されて、電流ループを構成する。
さらに、前記誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバーの底部（内部）にベースが設けられ、前記ベースの下部はＲＦバイアスパワー源に接続され、ＲＦバイアスパワー源はプラズマの衝撃エネルギーを増加できる。
さらに、前記誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー内部にはエッチング対象基板を載置するベースが設けられ、ベースの下方にＲＦバイアスパワー源が接続され、それにより、プラズマの衝撃エネルギーを増加させる。
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さらに、前記誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー側壁には貫通電極（２つ）が設けられ、前記貫通電極は、一端がプローブに接続され、他端が電流検出装置に接続される。
さらに、前記プローブはＨＥＭＴデバイスのソース・ドレインに接続され、前記セラミックスリーブは誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバーの上部に設けられ、前記セラミックスリーブは誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバーと連通し、セラミックスリーブはインダクタンスコイルに接続され、誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバーの上部には、誘導結合プラズマエッチングキャビティと連通するセラミックスリーブが設けられ、スリーブの外側に誘導結合コイルが巻き付けられており、誘導結合コイルはＲＦ源に接続され、前記誘導結合コイルにＲＦ電流が流れると、交番磁界が生じ、プロセスガスを励起させて高密度プラズマとする。
さらに、前記セラミックスリーブは、頂部にガスバルブが設けられ、ガスバルブを介してプロセスガスの管路と連通している。
さらに、前記誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバーの底部には、それぞれメカニカルポンプ及び分子ポンプに接続される２つのバルブが設けられ、それにより、メカニカルポンプ及び分子ポンプを介して誘導結合プラズマエッチングキャビティを真空吸引すること、及びエッチングプロセス中に反応ガスをタイムリーに抜く。
さらに、前記誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー側壁に２つの貫通電極が設けられ、誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー内においては、２つの貫通電極はプローブに接続されることでエッチング対象基板における（ＨＥＭＴデバイス）ソース・ドレインに連結され、誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー外においては、２つの貫通電極は全て電流検出装置に接続されて、電流閉ループを構成する。
さらに、前記インダクタンスコイルは誘導結合コイルであり、セラミックスリーブに巻き付けられており、インダクタンスコイルにＲＦ電流が流れると、交番磁界が生じ、プロセスガスを励起させて高密度プラズマとする。
さらに、前記誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバーの材質が耐高圧合金鋼である。
さらに、前記誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバーの材質が耐高圧合金鋼である。
さらに、前記プローブはベリリウム銅メッキプローブである。
本発明による上述高精度エッチング装置を用いてリセスゲートエンハンスメントＨＥＭＴデバイスを製造するエッチング方法は、
エッチング対象基板を誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー内に搬送して、ベースにセットするステップ（１）と、
プローブ、電流検出装置のそれぞれを貫通電極に接続するステップ（２）と、
プローブをそれぞれデバイスの同一ユニットのソース・ドレインに接続して、閉じた電流ループを構成するステップ（３）と、
メカニカルポンプ及び分子ポンプに接続されたバルブを開いて、メカニカルポンプ及び分子ポンプを用いて誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバーを真空吸引し、エッチングガスを導入するステップ（４）と、
ＲＦ源及びＲＦバイアスパワー源を起動して、基板をエッチングするステップ（５）と、
エッチングプロセス中に、ＨＥＭＴデバイスのバリア層を絶えずに薄くし、２次元電子ガスの濃度を低下させ、これに伴い出力電流を変化させ、電流を観察することによりエッチング深さをリアルタイムで監視し、電流がゼロに表示されるとエンハンスメントエッチング深さを達成させ、エッチングを終了するステップ（６）と、
ＲＦ源及びバイアスパワー源を停止し、エッチング済みの基板を搬出し、前記リセスゲートエンハンスメントＨＥＭＴデバイスを得るステップ（７）とを含む。
エッチング対象基板を誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー内に搬送して、ベースにセットするステップ（１）と、
プローブ、電流検出装置のそれぞれを貫通電極に接続するステップ（２）と、
プローブをそれぞれデバイスの同一ユニットのソース・ドレインに接続して、閉じた電流ループを構成するステップ（３）と、
メカニカルポンプ及び分子ポンプに接続されたバルブを開いて、メカニカルポンプ及び分子ポンプを用いて誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバーを真空吸引し、エッチングガスを導入するステップ（４）と、
ＲＦ源及びＲＦバイアスパワー源を起動して、基板をエッチングするステップ（５）と、
エッチングプロセス中に、ＨＥＭＴデバイスのバリア層を絶えずに薄くし、２次元電子ガスの濃度を低下させ、これに伴い出力電流を変化させ、電流を観察することによりエッチング深さをリアルタイムで監視し、電流がゼロに表示されるとエンハンスメントエッチング深さを達成させ、エッチングを終了するステップ（６）と、
ＲＦ源及びバイアスパワー源を停止し、エッチング済みの基板を搬出し、前記リセスゲートエンハンスメントＨＥＭＴデバイスを得るステップ（７）とを含む。
さらに、ステップ（６）では、出力電流とエッチング深さの関係を利用して、エッチングキャビティ内において電極を外部電流検出装置と導通して電流閉ループを構成する。
従来技術に比べて、本発明は下記利点及び有益な効果を有する。
（１）本発明では、ＧａＮ ＨＭＥＴデバイスにおけるバリア層の厚さと２次元電子ガスの濃度との関係特性を巧みに利用し、エッチング深さと電流の大きさとの関係に巧みに変換し、電流変化を観察することによりエッチング深さを直接監視し、電流がゼロになるとエッチングを終了し、それにより、直感的で精度が高く、操作性に優れている。
（２）ドライエッチングにおけるエッチング深さの制御に用いられる既存のプロセスのほとんどは、エッチング終点検出とエッチング自己停止のプロセスであり、ステップが複雑で、精度が限られており、一方、本発明のエッチング装置は、簡易な電流検出装置を外付けするだけでよく、構造が簡単であり、結果が直観的であり、制御が容易であり、余分なプロセスのステップを追加することがなく、産業化に有利である。
（３）エッチング中に、エッチングプロセスの制御が不合理であるか、又は反応室内のガス流量、温度、ガス還流などの状態に微細な変化が生じると、エッチングの異常を引き起こし、これらの異常は電流変化異常によって反映することができ、本発明による装置は速やかに発見して対策を取り、製品の廃棄を回避するのに有利である。
（１）本発明では、ＧａＮ ＨＭＥＴデバイスにおけるバリア層の厚さと２次元電子ガスの濃度との関係特性を巧みに利用し、エッチング深さと電流の大きさとの関係に巧みに変換し、電流変化を観察することによりエッチング深さを直接監視し、電流がゼロになるとエッチングを終了し、それにより、直感的で精度が高く、操作性に優れている。
（２）ドライエッチングにおけるエッチング深さの制御に用いられる既存のプロセスのほとんどは、エッチング終点検出とエッチング自己停止のプロセスであり、ステップが複雑で、精度が限られており、一方、本発明のエッチング装置は、簡易な電流検出装置を外付けするだけでよく、構造が簡単であり、結果が直観的であり、制御が容易であり、余分なプロセスのステップを追加することがなく、産業化に有利である。
（３）エッチング中に、エッチングプロセスの制御が不合理であるか、又は反応室内のガス流量、温度、ガス還流などの状態に微細な変化が生じると、エッチングの異常を引き起こし、これらの異常は電流変化異常によって反映することができ、本発明による装置は速やかに発見して対策を取り、製品の廃棄を回避するのに有利である。
以下、図面及び実施例を参照して本発明の具体的な実施をさらに説明するが、本発明の実施及び保護はこれらに制限されない。なお、以下、特に詳細に説明しないプロセスは、当業者が従来技術を参照して実現又は理解できるものである。
実施例１
本発明の高精度エッチング装置は、図１の構造模式図に示すように、誘導結合プラズマエッチングキャビティ１、電流検出装置６、インダクタンスコイル８、ＲＦ源１０、メカニカルポンプ１１及び分子ポンプ１２を含む。
誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバーの底部の中心位置には、エッチング対象基板を載置するためのベース２が設けられ、前記ベース２はＲＦバイアスパワー源３に連結され、前記ＲＦバイアスパワー源３はイオン衝撃のためのエネルギーを提供し、
誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバー側壁の中央部には、２つの貫通電極４が設けられ、貫通電極の内部構造及び誘導結合プラズマエッチングキャビティとの接続は図２に示され、貫通電極は、太いリードチューブ１０１、細いリードチューブ１０２及びリードを含み、これらのうち、太いリードチューブは誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー側壁１０３に接続され、前記太いリードチューブと細いリードチューブはねじ接続され、細いリード孔には連続的なリードが含まれており、誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバー内においては、２つの貫通電極４はそれぞれ２本のプローブ５に接続され、２本のプローブ５はそれぞれエッチング対象基板における同一ユニットのソース・ドレインに連結され、誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバー外部においては、２つの貫通電極４は全て電流検出装置６に連結されて、閉ループを構成する。
誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバー上部にはセラミックスリーブ７が設けられ、セラミックスリーブ７は、外側にインダクタンスコイル８が巻き付けられており、頂部にガスバルブ９が設けられ、インダクタンスコイル８はＲＦ源１０に連結されて、誘導交番磁界を生じさせ、ガスバルブ９からのプロセスガスを励起させてプラズマとする。
誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバー底部には、それぞれメカニカルポンプ１１、分子ポンプ１２に連結されるバルブが設けられ、それにより、メカニカルポンプ１１及び分子ポンプ１２は誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー１を真空吸引すること、及びエッチングプロセス中に反応ガスヲタイムリーに抜くことを可能とする。
本発明の高精度エッチング装置は、図１の構造模式図に示すように、誘導結合プラズマエッチングキャビティ１、電流検出装置６、インダクタンスコイル８、ＲＦ源１０、メカニカルポンプ１１及び分子ポンプ１２を含む。
誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバーの底部の中心位置には、エッチング対象基板を載置するためのベース２が設けられ、前記ベース２はＲＦバイアスパワー源３に連結され、前記ＲＦバイアスパワー源３はイオン衝撃のためのエネルギーを提供し、
誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバー側壁の中央部には、２つの貫通電極４が設けられ、貫通電極の内部構造及び誘導結合プラズマエッチングキャビティとの接続は図２に示され、貫通電極は、太いリードチューブ１０１、細いリードチューブ１０２及びリードを含み、これらのうち、太いリードチューブは誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー側壁１０３に接続され、前記太いリードチューブと細いリードチューブはねじ接続され、細いリード孔には連続的なリードが含まれており、誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバー内においては、２つの貫通電極４はそれぞれ２本のプローブ５に接続され、２本のプローブ５はそれぞれエッチング対象基板における同一ユニットのソース・ドレインに連結され、誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバー外部においては、２つの貫通電極４は全て電流検出装置６に連結されて、閉ループを構成する。
誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバー上部にはセラミックスリーブ７が設けられ、セラミックスリーブ７は、外側にインダクタンスコイル８が巻き付けられており、頂部にガスバルブ９が設けられ、インダクタンスコイル８はＲＦ源１０に連結されて、誘導交番磁界を生じさせ、ガスバルブ９からのプロセスガスを励起させてプラズマとする。
誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバー底部には、それぞれメカニカルポンプ１１、分子ポンプ１２に連結されるバルブが設けられ、それにより、メカニカルポンプ１１及び分子ポンプ１２は誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー１を真空吸引すること、及びエッチングプロセス中に反応ガスヲタイムリーに抜くことを可能とする。
実施例２
実施例２を例として本発明のエッチング方法を説明し、前記高精度エッチング装置を用いてリセスゲートエンハンスメントＨＥＭＴデバイスを製造するエッチング方法は、
エッチング対象基板を誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバー内に搬送して、前記エッチング対象基板をベース２にセットするステップ（１）と、
電流検出装置６を２つの貫通電極４に接続するステップ（２）と、
２つのプローブ５をそれぞれ２つの貫通電極４に接続し、プローブ５を調整して、プローブ５をそれぞれエッチング対象基板のデバイスにおける同一ユニットのソース・ドレインに接続し、閉ループを構成するステップ（３）と、
メカニカルポンプ１１を起動して、誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバーを真空吸引するステップ（４）と、
真空度が１５０ｍＴｏｒｒとなるまで真空吸引すると、分子ポンプ１２を起動し、チャンバーの内圧が５ｍＴとなるまでさらに真空吸引するステップ（５）と、
ガスバルブ９を介してＣｌ２とＢＣｌ３の混合ガスを導入するステップ（６）と、
ＲＦ源１０を起動し、パワーパラメータを２５０Ｗに設定し、ＲＦ源に接続されたインダクタンスコイル８にＲＦ電流を流して、インダクタンスコイルが巻き付けられたセラミックスリーブ７内で交番磁界を生じさせ、Ｃｌ２とＢＣｌ３の混合ガスを励起させてプラズマとするステップ（７）と、
ＲＦバイアスパワー源３を起動し、パワーパラメータを３０Ｗに設定し、イオン衝撃エネルギーを増大するステップ（８）と、
エッチングプロセス中に、電流検出装置６によって電流変化を観察し、表示される電流がセロになると、エッチング終点になり、ＲＦ源１０及びＲＦバイアスパワー源３を停止するステップ（９）と、
エッチングを終了して、エッチング済みの基板を搬出し、前記リセスゲートエンハンスメントＨＥＭＴデバイスを得るステップ（１０）とを含む。
実施例２を例として本発明のエッチング方法を説明し、前記高精度エッチング装置を用いてリセスゲートエンハンスメントＨＥＭＴデバイスを製造するエッチング方法は、
エッチング対象基板を誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバー内に搬送して、前記エッチング対象基板をベース２にセットするステップ（１）と、
電流検出装置６を２つの貫通電極４に接続するステップ（２）と、
２つのプローブ５をそれぞれ２つの貫通電極４に接続し、プローブ５を調整して、プローブ５をそれぞれエッチング対象基板のデバイスにおける同一ユニットのソース・ドレインに接続し、閉ループを構成するステップ（３）と、
メカニカルポンプ１１を起動して、誘導結合プラズマエッチングキャビティ１のチャンバーを真空吸引するステップ（４）と、
真空度が１５０ｍＴｏｒｒとなるまで真空吸引すると、分子ポンプ１２を起動し、チャンバーの内圧が５ｍＴとなるまでさらに真空吸引するステップ（５）と、
ガスバルブ９を介してＣｌ２とＢＣｌ３の混合ガスを導入するステップ（６）と、
ＲＦ源１０を起動し、パワーパラメータを２５０Ｗに設定し、ＲＦ源に接続されたインダクタンスコイル８にＲＦ電流を流して、インダクタンスコイルが巻き付けられたセラミックスリーブ７内で交番磁界を生じさせ、Ｃｌ２とＢＣｌ３の混合ガスを励起させてプラズマとするステップ（７）と、
ＲＦバイアスパワー源３を起動し、パワーパラメータを３０Ｗに設定し、イオン衝撃エネルギーを増大するステップ（８）と、
エッチングプロセス中に、電流検出装置６によって電流変化を観察し、表示される電流がセロになると、エッチング終点になり、ＲＦ源１０及びＲＦバイアスパワー源３を停止するステップ（９）と、
エッチングを終了して、エッチング済みの基板を搬出し、前記リセスゲートエンハンスメントＨＥＭＴデバイスを得るステップ（１０）とを含む。
本実施例では、ＧａＮ ＨＭＥＴデバイスにおけるバリア層の厚さと２次元電子ガスの濃度との関係特性を巧みに利用し、エッチング深さと電流の大きさとの関係に巧みに変換し、電流変化を観察することによりエッチング深さを直接監視し、電流がゼロになるとエッチングを終了し、それにより、直感的で精度が高く、操作性に優れている。
なお、以上は本出願の具体的な実施形態に過ぎず、当業者であれば、本出願の原理を逸脱することなく、以上で説明した技術案及び構想に基づいて、他の様々な変化や変形を行うことができ、これらの変化や変形は全て本発明の請求項の特許範囲に属する。
１．誘導結合プラズマエッチングキャビティ
２．ベース
３．ＲＦバイアスパワー源
４．貫通電極
５．プローブ
６．電流検出装置
７．セラミックスリーブ
８．インダクタンスコイル
９．ガスバルブ
１０．ＲＦ源
１１．メカニカルポンプ
１２．分子ポンプ。
２．ベース
３．ＲＦバイアスパワー源
４．貫通電極
５．プローブ
６．電流検出装置
７．セラミックスリーブ
８．インダクタンスコイル
９．ガスバルブ
１０．ＲＦ源
１１．メカニカルポンプ
１２．分子ポンプ。
Claims (7)
- リセスゲートエンハンスメントデバイスを製造するための高精度エッチング装置であって、
誘導結合プラズマエッチングキャビティ、電流検出装置、インダクタンスコイル、ＲＦ源、メカニカルポンプ及び分子ポンプを含み、
前記誘導結合プラズマエッチングキャビティは、チャンバー、ベース、ＲＦバイアスパワー源、貫通電極、プローブ、セラミックスリーブ及びガスバルブを含み、
前記ＲＦ源はインダクタンスコイルに接続され、
前記インダクタンスコイルは誘導結合コイルであり、前記セラミックスリーブに巻き付けられており、前記インダクタンスコイルにＲＦ電流が流れると、交番磁界が生じ、プロセスガスを励起させて高密度プラズマとし、
前記メカニカルポンプ及び分子ポンプは誘導結合プラズマエッチングキャビティに接続され、
前記誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー側壁に２つの貫通電極が設けられ、誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー内においては、２つの貫通電極はそれぞれ２つのプローブに接続され、前記２つのプローブはエッチング対象基板における同一ユニットのソース・ドレインに連結され、誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー外においては、２つの貫通電極は全て電流検出装置に接続されて、電流閉ループを構成する、ことを特徴とする高精度エッチング装置。 - 前記誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバーの底部にはベースが設けられ、前記ベースの下部がＲＦバイアスパワー源に接続され、前記ＲＦバイアスパワー源はプラズマの衝撃エネルギーを向上させることができる、ことを特徴とする請求項１に記載のリセスゲートエンハンスメントデバイスを製造するための高精度エッチング装置。
- 前記セラミックスリーブは誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバーの上部に設けられ、前記セラミックスリーブは、頂部にガスバルブが設けられ、ガスバルブを介してプロセスガスの管路と連通している、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のリセスゲートエンハンスメントデバイスを製造するための高精度エッチング装置。
- 前記誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバーの底部には、それぞれメカニカルポンプ及び分子ポンプに接続される２つのバルブが設けられ、メカニカルポンプ及び分子ポンプはバルブを介して誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー内部を真空吸引すること、及びエッチングプロセス中に反応ガスを抜くことが可能である、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のリセスゲートエンハンスメントデバイスを製造するための高精度エッチング装置。
- 前記誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバーの材質が耐高圧合金鋼である、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のリセスゲートエンハンスメントデバイスを製造するための高精度エッチング装置。
- 前記プローブはベリリウム銅メッキプローブである、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のリセスゲートエンハンスメントデバイスを製造するための高精度エッチング装置。
- 請求項１～６のいずれか１項に記載の高精度エッチング装置を用いてリセスゲートエンハンスメントＨＥＭＴデバイスを製造するエッチング方法であって、
エッチング対象基板を誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー内に搬送して、前記エッチング対象基板をベースにセットするステップ（１）と、
プローブ、電流検出装置のそれぞれを貫通電極に接続するステップ（２）と、
プローブをそれぞれエッチング対象基板における同一ユニットのソース・ドレインに接続して、閉じた電流ループを構成するステップ（３）と、
メカニカルポンプ及び分子ポンプに接続されたバルブを開いて、メカニカルポンプ及び分子ポンプを用いて誘導結合プラズマエッチングキャビティのチャンバー内を真空吸引し、エッチングガスを導入するステップ（４）と、
ＲＦ源及びＲＦバイアスパワー源を起動して、基板をエッチングするステップ（５）と、
エッチングプロセス中に、ＨＥＭＴデバイスのバリア層を絶えずに薄くし、２次元電子ガスの濃度を低下させ、これに伴い出力電流を変化させ、電流を観察することによりエッチング深さをリアルタイムで監視し、電流がゼロに表示されるとエンハンスメントエッチング深さを達成させ、エッチングを終了するステップ（６）と、
ＲＦ源及びバイアスパワー源を停止し、エッチング済みの基板を搬出し、前記リセスゲートエンハンスメントＨＥＭＴデバイスを得るステップ（７）とを含む、ことを特徴とするエッチング方法。
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