JPH01278025A - 半導体のドライエッチング方法 - Google Patents
半導体のドライエッチング方法Info
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- JPH01278025A JPH01278025A JP63108666A JP10866688A JPH01278025A JP H01278025 A JPH01278025 A JP H01278025A JP 63108666 A JP63108666 A JP 63108666A JP 10866688 A JP10866688 A JP 10866688A JP H01278025 A JPH01278025 A JP H01278025A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、Ａｊ？ｍＧａｔ−ＩＮ （０≦Ｘ≦１）半導
体のドライエツチング方法に関する。
体のドライエツチング方法に関する。
従来、ＡｌｍＧａｔ−ＸＮ （０≦Ｘ≦１）半導体は青
色の発光ダイオードや短波長領域の発光素子の材料とし
て注目されており、係る素子を作成する場合には、他の
化合物半導体と同様にメサ、す°セス等のエツチング技
術を確立することが必要となっている。 ＡＬＧａ＋−Ｊ半導体は化学的に非常に安定な物質であ
り、他のｍ−ｖａ化合物半導体のエツチング液として通
常使用される塩酸、硫酸、フッ化水素（ＩＰ）等の酸又
はこれらの混合液には溶解しない。 このため、ＡムＧａ＋−Ｊ半導体に関するエツチング技
術は次の数少ない方法しか知られていない。 第１の方法は、苛性ソーダ、苛性カリ又はピロ硫酸カリ
ウムを８００℃以上に加熱した溶液を用いるウェットエ
ツチングである。又、第２の方法は、０、ＩＮ苛性ソー
ダ溶液を用いた電解ジェットエツチングである。そして
、第３の方法はリン酸と硫酸の混合比ｌ：２〜１：５の
混合液を用いて、温度１８０℃〜２５０℃においてウェ
ットエツチングする方法である。
色の発光ダイオードや短波長領域の発光素子の材料とし
て注目されており、係る素子を作成する場合には、他の
化合物半導体と同様にメサ、す°セス等のエツチング技
術を確立することが必要となっている。 ＡＬＧａ＋−Ｊ半導体は化学的に非常に安定な物質であ
り、他のｍ−ｖａ化合物半導体のエツチング液として通
常使用される塩酸、硫酸、フッ化水素（ＩＰ）等の酸又
はこれらの混合液には溶解しない。 このため、ＡムＧａ＋−Ｊ半導体に関するエツチング技
術は次の数少ない方法しか知られていない。 第１の方法は、苛性ソーダ、苛性カリ又はピロ硫酸カリ
ウムを８００℃以上に加熱した溶液を用いるウェットエ
ツチングである。又、第２の方法は、０、ＩＮ苛性ソー
ダ溶液を用いた電解ジェットエツチングである。そして
、第３の方法はリン酸と硫酸の混合比ｌ：２〜１：５の
混合液を用いて、温度１８０℃〜２５０℃においてウェ
ットエツチングする方法である。
ところが、上記第１及び第２の方法は、高温の腐食性物
質を用いること等から、実用面での困難性がある。又、
第３の方法は、微妙な温度変化によりエツチング速度が
大きく変化する等の問題があり、上記何れの方法も実用
されるに至っていない。 又、上記の方法はいずれもウェットエツチングであるた
め、アンダーカットが発生すること等のウエットエッチ
ッグ特有の欠点を解消することができない。 一方、ＡｌｗＧａｌ−ｗＮ半導体に関するドライエツチ
ング方法については、全く知られた方法が存在しない。 プラズマエツチングおいて如何なる反応性のガスを選択
すれば良いかは、反応機構がエツチングされる化合物半
導体の原子の組合せや結晶構造に影響されるため、予測
が出来ない。従って、既存の反応性ガスがＡｊ！−Ｇａ
１−Ｊ半導体にとってエツチングに効果があるか否かも
予測することができない。 そこで、本発明者等はＡムＧａ＋−ｘＮ半導体のプラズ
マエツチングにおいて、エツチング速度と使用される反
応ガスの種類やその他の条件について鋭意実験研究を行
った結果、本発明を完成したものである。
質を用いること等から、実用面での困難性がある。又、
第３の方法は、微妙な温度変化によりエツチング速度が
大きく変化する等の問題があり、上記何れの方法も実用
されるに至っていない。 又、上記の方法はいずれもウェットエツチングであるた
め、アンダーカットが発生すること等のウエットエッチ
ッグ特有の欠点を解消することができない。 一方、ＡｌｗＧａｌ−ｗＮ半導体に関するドライエツチ
ング方法については、全く知られた方法が存在しない。 プラズマエツチングおいて如何なる反応性のガスを選択
すれば良いかは、反応機構がエツチングされる化合物半
導体の原子の組合せや結晶構造に影響されるため、予測
が出来ない。従って、既存の反応性ガスがＡｊ！−Ｇａ
１−Ｊ半導体にとってエツチングに効果があるか否かも
予測することができない。 そこで、本発明者等はＡムＧａ＋−ｘＮ半導体のプラズ
マエツチングにおいて、エツチング速度と使用される反
応ガスの種類やその他の条件について鋭意実験研究を行
った結果、本発明を完成したものである。
即ち、本発明者等は、四塩化炭素（ＣＣｌ，）ガスを用
いたプラズマエツチングがＡムＧａ＋−Ｊ（０≦Ｘ≦１
）半導体のドライエツチングに効果的であることを発見
した。 従って、上記課題を解決するための発明の構成は、四塩
化炭素（ＣＩＪ！４）ガスのプラズマによりＡＡ、Ｇａ
１−ｘＮ （０≦Ｘ≦１）半導体をエツチングするよう
にしたことである。 上記のプラズマエツチングは、通常、高周波電力を印加
する電極を平行に配置し、その電極に被エツチング物体
を配置した平行電極型装置や、高周波電力を印加する電
極を円筒状に配置し、その円筒の断面に平行に被エツチ
ング物体を配置した円筒電極型装置、その他の構成の装
置を用いて行われる。又、四塩化炭素（ＣＩＪ！、）ガ
スをプラズマ状態にするには、上記平行電極型装置や円
筒電極型装置では、電極間に高周波電力を印加すること
により行われる。
いたプラズマエツチングがＡムＧａ＋−Ｊ（０≦Ｘ≦１
）半導体のドライエツチングに効果的であることを発見
した。 従って、上記課題を解決するための発明の構成は、四塩
化炭素（ＣＩＪ！４）ガスのプラズマによりＡＡ、Ｇａ
１−ｘＮ （０≦Ｘ≦１）半導体をエツチングするよう
にしたことである。 上記のプラズマエツチングは、通常、高周波電力を印加
する電極を平行に配置し、その電極に被エツチング物体
を配置した平行電極型装置や、高周波電力を印加する電
極を円筒状に配置し、その円筒の断面に平行に被エツチ
ング物体を配置した円筒電極型装置、その他の構成の装
置を用いて行われる。又、四塩化炭素（ＣＩＪ！、）ガ
スをプラズマ状態にするには、上記平行電極型装置や円
筒電極型装置では、電極間に高周波電力を印加すること
により行われる。
後述の実施例で明らかにされるように、四塩化炭素（Ｃ
Ｃｌ４）ガスのプラズマにより八Ｌ＋Ｇａ＋−ｘＮ（Ｏ
≦Ｘ≦１）半導体を効率良くエツチングすることができ
た。又、上記プラズマエツチングを行っても、上記半導
体に結晶欠陥を生じないことも判明された。 従って、本発明を用いることによりＡｊ！−Ｇａ１−Ｊ
（Ｏ≦Ｘ≦１）半導体を用いた素子、ＩＣ等の製造にお
いて、それらの生産性を大きく改善することができる。
Ｃｌ４）ガスのプラズマにより八Ｌ＋Ｇａ＋−ｘＮ（Ｏ
≦Ｘ≦１）半導体を効率良くエツチングすることができ
た。又、上記プラズマエツチングを行っても、上記半導
体に結晶欠陥を生じないことも判明された。 従って、本発明を用いることによりＡｊ！−Ｇａ１−Ｊ
（Ｏ≦Ｘ≦１）半導体を用いた素子、ＩＣ等の製造にお
いて、それらの生産性を大きく改善することができる。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
本実施例方法で使用された半導体は、有機金属化合物気
相成長法（以下ｒＭＯＶＰＢ Ｊと記す）による気相成
長により第２図に示す構造に作成された。 用いられたガスは、ＮＨ，とキャリアガスＨ２，Ｌとト
リメチルガリウム（Ｇａ （ＣＨｓ） ｓ） （以下ｒ
ＴＭＧ Ｊと記す）とトリメチルアルミニウム（ＡＩ
（ＣＩり り（以下「ＴＭＡ」と記す）である。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した０面を主面と
する単結晶のサファイア基板ｌをＭＯＶＰＢ装置の反応
室に載置されたサセプタに装着する。 次に、反応室内の圧力を５Ｔｏｒｒに減圧し、■、を流
速０．３１１７分で反応室に流しながら温度１１００℃
でサファイア基板１を気相エツチングした。 次に、温度を８００℃まで低下させて、■、を流速３１
７分、Ｎ）１．を流速２１／分、ＴＭＡを７Ｘ １０−
’モル／分で供給して１分間熱処理した。この熱処理に
よりＡＩＮのバッファ層２が約５００人の厚さに形成さ
れた。 次に、１分経過した時にＴＭＡの供給を停止して、サフ
ァイア基板１の温度を６００℃に保持し、■、を２．５
１／分、Ｎｉ１．を１．５１１／分、ＴＭＧを１．７Ｘ
１０−５モル／分で６０分間供給し、膜厚約３虜のＧａ
Ｎ層３を形成した。 次に、このようにして形成されたＧａＮ層３の上面にサ
ファイアから成るマスク４を第３図のように載置して試
料３０を作成し、第１図に示す平行平板電極型のプラズ
マエツチング装置により、露出したＧａＮ層３をエツチ
ングした。 第１図に示す平行電極型電極装置において、反応室２０
を形成するステンレス製の真空容器１０の側壁には、エ
ツチング用のガスを導入する導入管１２が連設されてお
り、その導入管１２はガス流速を可変できるマスフロー
コントローラ１４を介してＣＣｌ４ガスを貯蔵したタン
ク１６に接続されている。そして、ｃｃｉ、ガスがその
タンク１６がらマスフローコントローラ１４を介して反
応室２０に導入される。 又、反応室２０は拡散ポンプ１９により排気されており
、反応室２０の真空度は反応室２ｏと拡散ポンプ１９と
の間に介在するコンダクタンスバルブ１８により調整さ
れる。 一方、反応室２０内には上下方向に対向して、フッ化樹
脂により真空容器１０から絶縁された電極２２と電極２
４とが配設されている。そして、電極２２は接地され、
電極２４には高周波電力が供給される。その高周波電力
は周波数１３．５６Ｍ＆の高周波電源２８から整合器２
６を介して供給される。 又、電極２４の上には、第３図に示す構成の試料３０．
３２が載置される。 係る構成の装置において、プラズマエツチングを行う場
合には、まず、電極２４の上に試料３０．３２を載置し
た後、拡散ポンプ１９により反応室２０内の残留ガスを
十分に排気して、反応室２０の真空度を５ｘ １０−”
Ｔｏｒｒにする。その後、ＣＣ１，ガスがマスフローコ
ントローラ１４により流速１０ＣＣ／分に制御されて反
応室２０に導入され、コンダクタンスバルブ１８により
反応室２０の真空度は精確に０．０４Ｔｏｒｒに調整さ
れた。そして、電極２４と電極２２間に２００Ｗ （０
，４Ｗ／ｃ１１！ ）高周波電力を供給すると、電極間
でグロー放電が開始され、導入されたＣＣｌ４ガスはプ
ラズマ状態となり、試料３０．３２のエツチングが開始
された。 所定の時間エツチングを行った結果、試料３０は第４図
に示す構造にエツチングされた。即ち、マスク４で覆わ
れたＧａＮ層３の部分はエツチングされず、露出したＧ
ａＮ層３のみが図示する形状にエツチングされた。 エツチング時間を変化させて同様にエツチングを行い、
エツチングにより生じた段差Δを段差針で測定してエツ
チング時間との関係を測定した。 その結果を第５図の直線Ａで示す。その測定結果より、
エツチング速度は４３０Ａ／分であった。 比較のためエツチングガスをＣＦ、に換えて同様な条件
にてエツチングを行い、エツチング速度を測定したとこ
ろ、第５図の直線Ｂで示す特性が得られ、ｃｐ、ガスに
よるエツチング速度は１７０人／分であった。 従って、ＣＣｌ４ガスを用いたドライエツチングはＣＦ
４に比べて、約２．５倍のエツチング速度であることが
判明した。 また、上記のエツチングの前後において試料を４．２Ｋ
に冷却し、３２５０人のヘリウムカドミウムレーザを照
射して、フォトルミネッセンス強度を測定した。その結
果を第６図、第７図に示す。第６図はエツチング前の特
性であり、第７図はエツチング後の特性である。その特
性図において、波形ピーク波長及び半値幅に変化が見ら
れなかった。このことから、上記のエツチングによりＧ
ａＮ層３の結晶性に変化がないことが分った。 又、このエツチングを十分行うと下層のＡｊ２Ｎ層がエ
ツチングされることがわかり、ｘ＝ｏ以外のＡムＧａ＋
−Ｊのエツチングにも適用できることが判明した。
相成長法（以下ｒＭＯＶＰＢ Ｊと記す）による気相成
長により第２図に示す構造に作成された。 用いられたガスは、ＮＨ，とキャリアガスＨ２，Ｌとト
リメチルガリウム（Ｇａ （ＣＨｓ） ｓ） （以下ｒ
ＴＭＧ Ｊと記す）とトリメチルアルミニウム（ＡＩ
（ＣＩり り（以下「ＴＭＡ」と記す）である。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した０面を主面と
する単結晶のサファイア基板ｌをＭＯＶＰＢ装置の反応
室に載置されたサセプタに装着する。 次に、反応室内の圧力を５Ｔｏｒｒに減圧し、■、を流
速０．３１１７分で反応室に流しながら温度１１００℃
でサファイア基板１を気相エツチングした。 次に、温度を８００℃まで低下させて、■、を流速３１
７分、Ｎ）１．を流速２１／分、ＴＭＡを７Ｘ １０−
’モル／分で供給して１分間熱処理した。この熱処理に
よりＡＩＮのバッファ層２が約５００人の厚さに形成さ
れた。 次に、１分経過した時にＴＭＡの供給を停止して、サフ
ァイア基板１の温度を６００℃に保持し、■、を２．５
１／分、Ｎｉ１．を１．５１１／分、ＴＭＧを１．７Ｘ
１０−５モル／分で６０分間供給し、膜厚約３虜のＧａ
Ｎ層３を形成した。 次に、このようにして形成されたＧａＮ層３の上面にサ
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料３０を作成し、第１図に示す平行平板電極型のプラズ
マエツチング装置により、露出したＧａＮ層３をエツチ
ングした。 第１図に示す平行電極型電極装置において、反応室２０
を形成するステンレス製の真空容器１０の側壁には、エ
ツチング用のガスを導入する導入管１２が連設されてお
り、その導入管１２はガス流速を可変できるマスフロー
コントローラ１４を介してＣＣｌ４ガスを貯蔵したタン
ク１６に接続されている。そして、ｃｃｉ、ガスがその
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応室２０に導入される。 又、反応室２０は拡散ポンプ１９により排気されており
、反応室２０の真空度は反応室２ｏと拡散ポンプ１９と
の間に介在するコンダクタンスバルブ１８により調整さ
れる。 一方、反応室２０内には上下方向に対向して、フッ化樹
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４とが配設されている。そして、電極２２は接地され、
電極２４には高周波電力が供給される。その高周波電力
は周波数１３．５６Ｍ＆の高周波電源２８から整合器２
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３２が載置される。 係る構成の装置において、プラズマエツチングを行う場
合には、まず、電極２４の上に試料３０．３２を載置し
た後、拡散ポンプ１９により反応室２０内の残留ガスを
十分に排気して、反応室２０の真空度を５ｘ １０−”
Ｔｏｒｒにする。その後、ＣＣ１，ガスがマスフローコ
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応室２０に導入され、コンダクタンスバルブ１８により
反応室２０の真空度は精確に０．０４Ｔｏｒｒに調整さ
れた。そして、電極２４と電極２２間に２００Ｗ （０
，４Ｗ／ｃ１１！ ）高周波電力を供給すると、電極間
でグロー放電が開始され、導入されたＣＣｌ４ガスはプ
ラズマ状態となり、試料３０．３２のエツチングが開始
された。 所定の時間エツチングを行った結果、試料３０は第４図
に示す構造にエツチングされた。即ち、マスク４で覆わ
れたＧａＮ層３の部分はエツチングされず、露出したＧ
ａＮ層３のみが図示する形状にエツチングされた。 エツチング時間を変化させて同様にエツチングを行い、
エツチングにより生じた段差Δを段差針で測定してエツ
チング時間との関係を測定した。 その結果を第５図の直線Ａで示す。その測定結果より、
エツチング速度は４３０Ａ／分であった。 比較のためエツチングガスをＣＦ、に換えて同様な条件
にてエツチングを行い、エツチング速度を測定したとこ
ろ、第５図の直線Ｂで示す特性が得られ、ｃｐ、ガスに
よるエツチング速度は１７０人／分であった。 従って、ＣＣｌ４ガスを用いたドライエツチングはＣＦ
４に比べて、約２．５倍のエツチング速度であることが
判明した。 また、上記のエツチングの前後において試料を４．２Ｋ
に冷却し、３２５０人のヘリウムカドミウムレーザを照
射して、フォトルミネッセンス強度を測定した。その結
果を第６図、第７図に示す。第６図はエツチング前の特
性であり、第７図はエツチング後の特性である。その特
性図において、波形ピーク波長及び半値幅に変化が見ら
れなかった。このことから、上記のエツチングによりＧ
ａＮ層３の結晶性に変化がないことが分った。 又、このエツチングを十分行うと下層のＡｊ２Ｎ層がエ
ツチングされることがわかり、ｘ＝ｏ以外のＡムＧａ＋
−Ｊのエツチングにも適用できることが判明した。
第１図は本発明の具体的な一実施例に係るエツチング方
法を実現するための装置を示した構成図。 第２図はエツチング試料の構成を示した断面図。 第３図はエツチング試料とマスクとの関係を示した断面
図。第４図はエツチング後の試料の断面図。 第５図はエツチング速度を示す測定図。第６図はエツチ
ング前における試料のフォトルミネッセンス強度の周波
数時ｄ第７図はエツチング後にお１・°サファイア基板
２・”°バラフッ層３・・・・ＧａＮ層 ４・・・・
マスク １０゛パ真空容器１２・°・・導入管 １４°
・・°マスフローコントローラ１６・・・タンク １９
−・−拡散ポンプ１８・””コンダクタンスバルブ ２
２．２４°・・°電極２８−高周波電源
法を実現するための装置を示した構成図。 第２図はエツチング試料の構成を示した断面図。 第３図はエツチング試料とマスクとの関係を示した断面
図。第４図はエツチング後の試料の断面図。 第５図はエツチング速度を示す測定図。第６図はエツチ
ング前における試料のフォトルミネッセンス強度の周波
数時ｄ第７図はエツチング後にお１・°サファイア基板
２・”°バラフッ層３・・・・ＧａＮ層 ４・・・・
マスク １０゛パ真空容器１２・°・・導入管 １４°
・・°マスフローコントローラ１６・・・タンク １９
−・−拡散ポンプ１８・””コンダクタンスバルブ ２
２．２４°・・°電極２８−高周波電源
Claims (1)
- 四塩化炭素（ＣＣｌ＿４）ガスのプラズマによりＡｌ
＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＮ（０≦Ｘ≦１）半導体をエッチ
ングするドライエッチング方法。
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ID=14490600
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP2654454B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5205905A (en) * | 1990-05-30 | 1993-04-27 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Dry etching method for semiconductor |
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| US5789265A (en) * | 1995-08-31 | 1998-08-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing blue light-emitting device by using BCL3 and CL2 |
| KR100372750B1 (ko) * | 1999-11-04 | 2003-02-17 | 한국과학기술원 | 표면 및 결합특성이 향상된 질화알루미늄(ａｉｎ) 박막의 제조방법 |
| JP2006339605A (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体部材のダメージ評価方法、化合物半導体部材の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体部材及び窒化ガリウム系化合物半導体膜 |
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-
1988
- 1988-04-29 JP JP10866688A patent/JP2654454B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US8177911B2 (en) | 2005-06-06 | 2012-05-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Damage evaluation method of compound semiconductor member, production method of compound semiconductor member, gallium nitride compound semiconductor member and gallium nitride compound semiconductor membrane |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2654454B2 (ja) | 1997-09-17 |
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