JPH02272729A - ドライエッチング方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はドライエツチング方法に関し、ざらに詳しくは
化合物半導体の原子層単位でのドライエッチング方法に
関する。

［従来の技術］ 従来のドライエッチング方法は、主として反応性ガスの
放電プラズマ（こよって生成されたイオンや中性ラジカ
ルと、基板表面を構成する原子との反応によって行われ
ていた。プラズマ中のイオンは、通常、故１０６Ｖない
し数１００ｅＶに加速されて基板に衝突するため、原子
層単位で基板表層原子を剥ぎ取るにはエネルギーが過剰
でおり、原子層単位での制御性を得ることは困難でおる
。また、過剰のエネルギーは基板表面の欠陥生成をもた
らし、それがデバイス特性の劣化に無視てきない影響を
与えることが知られている。

欠陥の生成を極力抑制した精密制御性に慶れたエツチン
グ方法としては、中性の反応性ガスと基板表面のいずれ
か、または双方に適当な波長の光を照射し、反応性ガス
と基板表面との光化学反応を利用する光励起エツチング
が知られている。光励起エツチングでは、過剰エネルギ
〜による基板表面での欠陥生成か抑制される。また、エ
ツチング過程の精密制御の点からも放電励起より優れて
いる。

ＧａＡｓの光励起エツチングの従来例は、ガリウム・ア
ーセナイド・アンド・リレイテッド・コンパウンド、イ
ンターナショナル・フィジックス・コンファレンス・シ
リーズ・Ｎｏ、６０　　（ＧａｌｌｉｕｍＡｒｓｅｎｉ
ｄｅ　ａｎｄ　Ｒｅ１ａｔｅｄ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、
　Ｉｎｔ、　Ｐｈｙｓ。

Ｃｏｎｆ、　Ｓｅｒ、　Ｎｏ、８０）に掲載のニスーＥ
ｍｌヤマ、ティー・イノウニ、ワイ・ヤマカゲおよびエ
ム・ヒロセ（Ｓ、　Ｙｏｋｏｙａｍａ、　　Ｔ、　Ｉｎ
ｏｕｅ　、　　Ｙ、　Ｙａｍａｋａｇｅａｎｄ　Ｈ，Ｈ
ｉｒｏｓｅ　）による文献“ル−ザーインデュスド・フ
ォトケミカル・エツチング・オブ・ＧａＡｓ・アンド・
イツツ・キャラクタリゼーション会パイ・Ｘ−レイ・フ
ォトエレクトロン・スペクトロスコピー・アンド・ルミ
ネッセンス″（“Ｌａ５ｅｒ−Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｐｈｏ
ｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｅｔｃｈｉｎｇ　ｏｆＧａＡ
ｓ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏ
ｎ　ｂｙ　Ｘ−Ｒａｙ　Ｐｈｏｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ
　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ａｎｄ　Ｌｕｍ１ｎｅｓ
ｃｅｎｃｅ”）に報告されている。

この例では、ＧａＡＳ結晶をＨＣｌ　（５％）とＨｅ（
９５％）の混合ガス中で、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキ
シマレーザ光を照射してエツチングしてあり、混合ガス
圧６．６５　Ｘ１０３　Ｐａ、基板温度２０’Ｃの条件
で、ＧａＡｓの絶縁性基板に対して約２０　ｎｍ／分の
エツチング速度が得られている。

エツチング反応の機構としては次のように理解されてい
る。まず、ＨＣｌがエキシマレーザの光を吸収し、解離
してＣ２ラジカルを生じる。次に、そのＣ２ラジカルが
ＧａＡＳと反応し、ＧａＣ２３とＡＳＣ！３を生じる。

その結果、全体として ＧａＡ　Ｓ　＋　６　Ｆ１ｃ！　　− ＧａＣｆｆｉ３　＋ＡＳＣｊ！　３　＋３Ｈ２のエツチ
ング反応が進行する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら従来の光励起エツチングでは、化合物半導
体の一つの元素のエツチングを起こす条件と別の元素の
エツチングを起こす条件は非常に近いため、エツチング
過程に反応選択性がない。

このため、例えばＧａＡＳの場合に、Ｇａ原子層を一層
剥ぎ取り、次にその下のＡｓ原子層を剥ぎ取るという置
台に、原子層単位でエツチングを行っていくことは困難
である。

本発明はこのような従来の問題点を解決するためになさ
れたもので、化合物半導体のエツチング過程に制御性の
高い反応選択性を与えて、原子層単位でのエツチングを
行うことのできるドライエツチング方法を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、２元素から構成される化合物半導体の反応性
ガスを用いたドライエッチング方法において、エッチャ
ントガスとして、反応性ガスと該反応性ガスが化合物半
導体の第１の構成元素と反応した時に生成される反応生
成ガスとの混合ガスを用い、かつ前記反応生成ガスの圧
力を飽和蒸気圧とする温度よりも低温側で前記反応性ガ
スと前記化合物半導体とを反応させる第１の工程と、次
に化合物半導体の温度を前記飽和蒸気圧温度よりも高温
側に加熱して前記化合物半導体表面上の反応生成物を脱
離させる第２の工程と、次に化合物半導体表面に水素原
子線を照射し、前記化合物半導体の第２の構成元素を水
素化して脱離させる第３の工程とからなり、上記工程を
順次繰り返すことを特徴とするドライエツチング方法で
ある。

［作用］ 本発明では、反応性ガスと化合物半導体の第１の構成元
素が反応する第１の工程で、エッチャントガスとして、
反応性ガスに、その反応性ガスと化合物半導体の第１の
構成元素とが反応した場合に生成される反応生成ガスを
混合した混合ガスを用いる。前記反応生成ガスの量は、
反応させる温度における前記反応生成ガスの飽和蒸気圧
量とする。このため、化合物半導体表面では、エッチャ
ントガスに含まれる反応生成ガスと同種の反応生酸物が
反応性ガスと化合物半導体の第１の構成元素との反応に
より生じるが、この反応生成物は表面から脱離せず、そ
の反応生成物が表面を覆った状態でエツチングが停止す
る。

次に第２の工程で化合物半導体の基板を高温状態とする
ことにより、第１の工程で形成された化合物半導体表面
上の反応生成物が脱離する。その結果、化合物半導体の
第１の構成元素がエツチングされる。

次に第３の工程では、前記第２の工程で形成された化合
物半導体の第２の原子面に対し、原子状に解離させて反
応性を高めた水素原子ビームを照射する。水素は化合物
半導体の第２の構成元素と反応して水素化物を生成する
。水素化物の蒸気圧は、化合物半導体の構成元素の種類
によって大きく異なる。従って、温度を制御することに
より、化合物半導体を構成する第２の構成元素の原子面
でエツチングを停止させることができる。

本方法によれば、第１および第２の工程によって化合物
半導体の第１の構成原子面が、続いて行ねれる第３の工
程によって別の第２の構成原子面がエツチングされる。

つまり、第１から第３の工程を１サイクル行うことによ
り、化合物半導体の１分子層をエツチングすることが可
能である。従って、本発明のドライエツチング方法によ
れば、原子層単位で制御されたエツチングを実現するこ
とが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。

第１図は本発明の方法に用いられる装置の一例の概略構
成図であり、本装置を用いたＧａＡＳの原子層単位のエ
ツチング方法について、以下に説明する。本実施例の加
工装置は、塩素エツチングチャンバ１２と水素エツチン
グチャンバ１３の２つの真空槽から構成されている。

まず第１の工程では、（３ａ面を露出させた（３ａＡＳ
基板１１を塩素エツチングチャンバ１２に準備し、ＣＲ
２ガス１６にＧａＣｊ！３ガス１７をＧａＡＳ基板温度
に対する飽和蒸気圧力、ないしはそれより高目の圧力弁
だけ混合した混合ガスをエッチャントガスとして用いて
塩素エツチングを行う。飽和蒸気圧は平衡蒸気圧曲線よ
り求めることができる。

第２図は、ＧａＣβ３とＡＳＣ！３の平衡蒸気圧曲線を
示したもので、例えば基板温度２５°Ｃでは、ＧａＣｊ
！３を１０−Ｉ　ＴｏｒｒだけＣ１２に混合したガスを
エッチャントガスとして用いればよい。−方、Ｃｊ２２
ガス圧力は、本実施例では１ＴＯｒｒに設定した。Ｇａ
ＡＳ基板上のＧａ原子はＯｆ！２ガスと反応してＧａＣ
β３を生ずる。塩素エツチングチャンバ１２内は、Ｇａ
Ｃｊ！３の飽和蒸気圧力のＧａＣｆ！３雰囲気ですでに
満たされているので、基板から脱離することができず、
基板表面に残留して反応は停止する。

次に、第２の工程で、ＧａＣｆｆ３で覆われたＧａＡｓ
基板１１を例えば１００°Ｃに加熱すると、この状態は
第２図中Ａ点に相当することとなり、平衡蒸気圧以下と
なるので、ＧａＡｓ基板１１の表面に残留しているＧａ
Ｃｊ！３が蒸発する。このように、ＧａＣβ３が表面か
ら脱離すれば基板の全面に次のＡＳ層が現れることにな
り、Ｇａ単原子層のエツチングの１サイクルが終了する
。

次の第３の工程におけるＡＳ層のエツチングは、基板１
１を水素エツチングチャンバ１３に移す。ここでは）」
２ガス２１をマイクロ波放電励起水素原子線源２２に通
すことにより得られる水素原子線を基板１１に照則する
ことにより行う。原子状に解離した水素原子は反応性が
高いため、Ａｓ原子と容易に反応して水素化物（ＡＳ層
３　）を生ずる。生成したＡ　Ｓ　ｔ−ｌ　３は常温で
気体であり、ｉ　ｏ　Ｏ’Ｃの基板温度では容易に脱離
する。一方、新たに表出したＧａは、原子状水素と反応
してもその水素化物（ＧａＨ３）の蒸気圧は低いため表
面に残留し、エツチングはＧａ面で停止する。

このあと、再び前記第１と前記第２の工程を行えば、Ｇ
ａ面とＡＳ面を交互にエツチングすることができる。こ
の時、第３の工程終了時点における基板表面の状態は水
素化されたＧａ面であり、先に説明した第１の工程にお
ける出発点であるＱ−ａ−の露出した面とは異なる。し
かし、水素化されだＧａ面は、第１の工程で供給される
ＣＲ２によって、 Ｇａ１−１３＋ｃｘ２−ＧａＣｊ３　＋ＨＣｌ３の酸化
反応で自然に除去されるので、本ドライエツチング方法
において妨害とはならない。

こうして本発明のドライエツチング方法を用いれば、化
合物半導体であるＧａＡＳのエツチングを１原子層単位
で制御して行うことが可能であり、第１から第３の工程
を１サイクルとして、サイクル数でデジタル的に制御可
能でおる。

なお、本実施例では化合物半導体としてＧａＡＳの場合
を示したが、ＩｎＰなどの２元素から構成される伯の化
合物半導体にも本発明は適用できる。また、本実施例で
はエツチングガスとしてＣｆ１２ガスを用いたが、Ｂｒ
２とＧａＢｒ２等、他のハロゲン混合ガスを用いること
も可能である。

ざらにまた、本実施例では、塩素エツチングチャンバと
水素エツチングチャンバの２室を用意して、基板位置を
切り換えることによってガスの切り換えを行ったが、ガ
ス供給系に切り換えバルブを用い、１室構成としてガス
の切り換えを行っても本発明の方法は適用可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のドライエッチング方法に
よれば、反応生成物の平衡蒸気圧の温度による違いを利
用した反応生成物の脱離の制御と、水素化物の平衡蒸気
圧の温度による違いを利用した水素化反応生成物の脱離
の制御を組み合わせて行うことにより、化合物半導体の
ドライエツチング反応を任意の原子面で停止させること
が可能である。これにより、化合物半導体を原子層単位
でエツチングすることが可能となり、工程の１ナイクル
数でエツチングωを決定することができ、きわめて精密
なエツチングの制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に用いられる加工装置の一例の概略
構成図、第２図はＧａＣβ３とＡＳＣｆ３の平衡蒸気圧
曲線である。 １１・（３ａ　Ａｓ基板 １２・・・塩素エツチングチャンバ １３・・・水素エツチングチャンバ １６・・・Ｃｆ１２ガス １７・Ｇ　ａ　ＣＲ３ガス ２１・・・Ｈ２ガス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２元素から構成される化合物半導体の反応性ガス
   を用いたドライエッチング方法において、エッチャント
   ガスとして、反応性ガスと該反応性ガスが化合物半導体
   の第１の構成元素と反応した時に生成される反応生成ガ
   スとの混合ガスを用い、かつ前記反応生成ガスの圧力を
   飽和蒸気圧とする温度よりも低温側で前記反応性ガスと
   前記化合物半導体とを反応させる第１の工程と、次に化
   合物半導体の温度を前記飽和蒸気圧温度よりも高温側に
   加熱して前記化合物半導体表面上の反応生成物を脱離さ
   せる第２の工程と、次に化合物半導体表面に水素原子線
   を照射し、前記化合物半導体の第２の構成元素を水素化
   して脱離させる第３の工程とからなり、上記工程を順次
   繰り返すことを特徴とするドライエッチング方法。