JPH02298026A

JPH02298026A - 化合物半導体のエッチング方法

Info

Publication number: JPH02298026A
Application number: JP1119728A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Asaga; 浅賀　達也
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1989-05-12
Publication date: 1990-12-10

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、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のエツチング方法
に関するものである。

［従来技術］セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｅＳ）など、
およびこれらの混晶より成るＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
の従来の微細加工方法は、ラオトレジストあるいは二酸
化シリコンなどの絶縁膜をマスクとするウェットエツチ
ング技術、ドライエツチング技術がある。ウェットエツ
チング技術において、エツチング液として主に用いられ
ているのは、水酸化ナトリウム水溶液、塩酸、硝酸−塩
酸一水の混合液が挙げられ、これらのエツチング液は、
所望のエツチング速度を得るために、適当な温度、ある
いは組成で使用されている。

一方ドライエツチング技術は、平行平板電極を用いたＡ
ｒなどの不活性ガスによるイオンエツチング、ＢＣｌ３
などの反応性ガスによる反応性イオンエツチングが挙げ
られる。

［発明が解決しようとする課題］しかし、前述の従来技術によるＩ［＝ＶＩ族化合物半導
体の加工には、以下の問題がある。

ウェットエツチング技術については、一般的な問題とし
て、再現性にかけることが挙げられる。

温度、エツチング液の組成などをかなり厳密にコントロ
ールしなければ一定したエツチング速度が得られない。

さらに揮発性の物質を含むエツチング液の場合、時間と
共にエツチング液の組成が変化するのでエツチング液を
作製したときと、時間が経過したときとでは、エツチン
グ速度が太き（変わってしまうという問題がある。

さらに、ウェットエツチング技術では、エツチングが等
方的に進行し、サイドエッチが起こるので、マスクの寸
法通りには、パターンを形成することはできない。また
加工断面形状も限られてしまい、例えば、垂直断面の形
成、縦横比の大きい深い溝の形成は、困難である。

ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のウェットエツチングは、他
のｍ−ｖ族化合物半導体などに比べ、問題が多い。例え
ば、ＺｎＳ　ｅを塩酸−硝酸系エツチング液でエツチン
グを行う場合、エツチング液がＺｎ５ｅ中にしみ込み、
長時間の水洗を行っても完全に除去することは困難であ
り、膜質の特性を著しく悪化させる。また、ＺｎＳ　ｅ
、Ｚｎ５ｘＳ　ｅ＋−ｘを、ＮａＯＨ水溶液でエツチン
グを行う場合、表面モホロジーが極端に悪化してしまい
、精密なエツチングに適しているとはいえない。塩酸を
用いた場合は、エツチング速度が非常に遅＜、ＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体を用いたデバイス作製には実用的では
ない。

一方Ａｒなどの不活性ガスを用いたイオンエ、。

チング技術は、エツチング速度を実用的レベルにするに
はプラズマ放電のパワーを強くする必要があり、半導体
基板に大きなダメージを与えてしまう。また、ＢＣＩｓ
などの反応性ガスを用いた反応性イオンエツチングは、
イオンエツチングに比べれば、多少基板に与えるダメー
ジは低減できるが、許容される範囲のものではない。単
にダメージを低減するには、低い放電パワーでもガス圧
力を高くすれば良いが、イオンシース幅とイオンと中性
粒子の平均自由行程とがほぼ同程度となり、イオンビー
ムに指向性がなくなるため、サイドエツチングが太き（
なり、微細加工という点からみれば大きな欠点を有する
。

このように、従来の方法による■−■族化合物半導体の
エツチングは、非常に困難であり、特にエツチング深さ
のバッチ間の再現性が乏しいので■−■族化合物半導体
を用いたデバイスの量産技術において大きな障害となっ
ていた。そこで本発明は、上記問題点を解決するもので
、その目的とするところは、再現性、実用性があり、ま
たエツチング後の基板の損傷が極めて小さく、様々な加
工形状を作ることができるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の
エツチング方法を提供するところにある。

［！１題を解決するための手段］本発明の化合物半導体のエツチング方法は、エツチング
マスクを形成する工程と、反応性ガスを放電室分離型の
マイクロ波励起・ＥＣＲプラズマ室で活性化させ、被処
理材料に一様な方向を持ったイオンビームを照射するこ
とによりドライエツチングを行う工程を含むＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体の加工手段において、ドライエツチング
中にエツチング室の質量スペクトルを測定することを特
徴とする化合物半導体のエツチング方法。

［実　施　例］以下本発明の方法によりＩＩ−ＶＩ族化合物半導体にエ
ツチング加工を施した実施例を示す。

まず、第４図には本発明の実施例におけるエツチング装
置の構成概略断面図を示す。反応性の強いハロゲン元素
を含むガスをエツチングガスとして用いるため、試料準
備室２０とエツチング室７とがゲートバルブ１９により
分離された構造となっており、エツチング室７は常に高
真空状態に保たれている。８は電子・サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）プラズマ室であり、磁場発生用円筒ドーナ
ッツ型コイル９で囲まれ、マイクロ波導波管１０との接
続部には、マイクロ波導入石英窓がある。

マイクロ波でｉｔｇｔ・発生した電子は、軸対称磁場に
よりサイクロトロン運動を行いながらガスと衝突を繰り
返す。この回転周期は、磁場強度が、例えば８７５ガウ
スのときマイクロ波の周波数、例えば２．４５ＧＨｚと
一致し、電子系は共鳴的にマイクロ波のエネルギーを吸
収する。このため低いガス圧でも放電が持続し、高いプ
ラズマ密度が得られ、反応性ガスが長寿命で使用できる
。さらに中心部での高い電解分布により、電子・イオン
が中心部に集束するので、イオンによるプラズマ室側壁
のスパッタ効果が小さく、高清浄なプラズマが得られる
。ＥＣＲプラズマ室８で発生したイオンは、メツシュ状
の引出し電極部１１で加速され、試料１２に照射される
。サンプルホルダー１３は、マニピユレータ１４により
鉛直方向を軸として３６０°回転させることができ、試
料に入射するイオンビームの方向を変えることができる
。

また、エツチング室７には差動排気装置２２の付いたガ
ス分析管２１を備え、質量分析器２３によりエツチング
中に発生するガスの質量スペクトルを観測できる。

第１図は、第４図の装置により、にａＡｓ上のＺｎ５ｅ
をエツチング加工したときの一実施例の断面図である。

第１図（ａ）は、エツチング前の断面図であり、１はＺ
ｎ５ｅ、２はＧａＡｓ、３はフォトレジストのエツチン
グマスクである。フォトレジスト３は、ポジタイプを用
いており、通常のフォトリソ工程によりマスク作製を行
ったため、マスクの断面形状はテーパ状となる。基板を
サンプルホルダー１３に設置した後、反応性ガスとして
純塩素（９９，９９９％）を用い、ガス圧力１．０ｘｌ
Ｏ”Ｐａ、？イクロ波入射出力１０ＯＷ、　　引出し電
圧５００　Ｌ　試料温度２５℃、イオンビームの照射方
間は基板に対し垂直方向でエツチングを行った。エツチ
ング中は質量分析器２３により質量スペクトルを観測し
、Ｚｎ及びＳｅの質量スペクトルが減少し、Ｇａ及びＡ
ｓの質量スペクトルが発生しだしたらマイクロ波を停止
することにより、Ｚｎ５ｅｌとＧａＡｓ２の界面でエツ
チングを停止できる。第１図（ｂ）は、エツチング後の
断面図である。Ｚｎ５ｅのエツチング速度は、約６００
Ａ／分、一方フオドレジスト（ポジタイプ）のエツチン
グ速度は、ボストベークの条件を１２０℃、３０分間と
したとき、約２００Ａ／分である。エツチングマスクの
形状がテーパーを持っておりエツチングマスクもスパッ
タによりエツチングが多少起こるため、加工断面形状は
、第１図（ｂ）に示す形状となり、イオンビームを垂直
に入射しても垂直断面とならないが、エツチング速度に
関していえば、実用上問題ない。

さらにエツチング速度の面内分布は、２０ｍｍｘ２０ｍ
ｍの基板内で±５％以下、加工後の表面モホロジーは、
良好であった。また質量スペクトルによるエツチング終
点の検出を行っているため、エツチング時間によりエツ
チング深さを制御する場合に比べ、Ｚｎ５ｅが残ること
もなく、ＧａＡＳのオーバーエツチングも最小にでき、
極めて正確に再現性良くエツチングが可能であった。

第２図には、ＺｎＳＳｅ上のＺｎ５ｅの垂直断面加工の
一実施例について示す。まず、第２図（ａ）に示すよう
にＺｎ５ｅｌ上にフォトレジスト３（ポジタイプ）をス
ピンコードし、２００℃で３０〜１２０分ベータし、Ｔ
ｉ４を約１００　ＯＡ。

電子ビーム蒸着法などでフォトレジスト上に形成する。

次に第２図（ｂ）に示すように、通常のフォトリソグラ
フィ工程により、フォトレジスト５のパターン形成を行
う。次に第２図（Ｃ）に示すようにフォトレジスト５を
マスクとしてＴｉ４のエツチングを行う。エツチング方
法は、ウェットエツチングでは、緩衝フッ酸溶液を用い
、ドライエツチングでは、ＣＦ　ａガスを用いた反応性
イオンエツチング（Ｒ２Ｈ）法を用いるが、精密なパタ
ーン転写を行うには、サイドエツチング量の僅少なドラ
イエツチングの方が望ましい。次に第２図（ｄ）に示す
ように、Ｔｉ４をマスクとして、フォトレジスト３のエ
ツチングを酸素プラズマを用いたＲＩＥ法により行う。

このとき注意しなければならないことは、酸素ガスの圧
力である。テーパを持たない垂直な断面形状のエツチン
グマスクの作製には、通常の平行平板型のドライエツチ
ング装置を用いた場合、酸素ガスの圧力は５Ｐａ程度が
望ましい。圧力を高くし過ぎると、エツチングが等方向
に進行するので、この場合適していない。フォト１／シ
スト３のエツチングマスクとして用いたＴ１４はＺｎＳ
　ｅ　１のエツチング前に緩衝フッ酸溶液などで除去し
ておく。次に、第１図の実施例と同様の条件でＺｎＳ　
ｅのエツチングを行う。この際のエツチング終点の検出
は硫黄の質量スペクトルの急激な強度増加により判断し
た。

その結果、第２図（ｅ）に示すような垂直断面が形成さ
れる。このときサイドエッチはほとんど起こらない。ま
た質量スペクトルによるエツチング終点の検出により、
Ｚｎ５ｅとＺｎＳＳｅ界面でエツチングを正確に再現性
よく停止できる。そのため、多少工程は複雑化するが、
異方性エツチングに関していえば、第２図の方法は有効
な手段といえる。

第３図は、イオンビームを、ＧａＡｓ２上の２ｎｓｅｌ
の表面に対して、斜めの方向から入射させ、エツチング
を行った実施例を示すものである。

第３図（ａ）はエツチング前の状態、第３図（ｂ）は（
ａ）の基板ｌ二対し、矢印で示す方向よりイオンビーム
を入射させ、エツチングを行ったときの断面図である。

イオンビームの入射方向に優先的にエツチングが進行し
、斜め方向に溝が形成されている。エツチング終点の検
出は第１図の場合と同様である。

本実施例においては、ＩＩ−Ｍｌ族化合物半導体として
ＺｎＳ　ｅについて説明を行ったが、　Ｚｎ５ｘＳｅ＋
−ｘ（０＜ｘ≦１）等、他のＩ［−ＶＩ族化合物半導体
についても有効である。またエツチングマスクとしてフ
ォトレジストを用いて説明を行ったが、被エツチング材
料に対して、選択比のとれるもの、例えばＺｎ５ｅを被
エツチング材料とした場合、Ｓ　Ｉ　Ｏｘ、Ｓ　ｉ　Ｎ
　Ｘなどの絶縁物、　ＭＯｌＮｌなどの金属についても
有効である。また、エツチングガスとして、純塩素ガス
を用いているが、ハロゲン元素を含むガス、例えば　Ｂ
Ｃｌ３、あるいはＣＣ１２Ｆ２、などでもよい。

［発明の効果］以上述べたように、本発明によれば以下の効果が得られ
る。

Ｉ［−ＶＩ族化合物半導体のエツチング方法として、マ
イクロ波励起・ＥＣＲプラズマによる反応性イオンビー
ムを用いることにより、従来のウェットエツチング技術
、あるいは、イオンエツチング、反応性イオンエツチン
グなどのドライエツチング技術と比べ、再現性、制御性
の格段に優れたエツチングを行うことができる。また、
特に従来の■−ＶＩ族化合物半導体のドライエツチング
技術と比べ、半導体層に与える損傷を大幅に低減するこ
とができる。さらに、イオンビーム、エツチングマスク
の形状を制御することにより、テーパ状の溝、垂直断面
、斜めの溝などの加工が可能となり、■−■族化合物半
導体を用いたデバイスを、再現性、信頼性よく、かつ容
易に作製することができる。

さらに、従来、エツチング速度を基にエツチング時間で
制御していたエツチング深さは、質量スペクトルの観測
によりエツチングの終点を、エツチング速度にかかわら
ず極めて正確かつ再現性よ（検出できるようになりＩｆ
−ＶＩ族化合物半導体のドライエツチングに於けるバッ
チ間の再現性が大幅に向上し、多様なデバイスの量産が
容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）は、本発明の方法により、フォ
トレジストをエツチングマスクとして、ＧａＡｓ上のＺ
ｎＳ　ｅのエツチングを行った一実施例を示す図。第２図（ａ）〜（ｅ）は、本発明により、ＺｎＳＳｅ上
のＺｎ５ｅの垂直端面加工を行った一実施例を示す図。第３図（ａ）、　（ｂ）は、本発明の方法により、Ｇａ
Ａｓ上のＺｎ５ｅの斜め溝の加工を行った一実施例を示
す図。第４図は、本発明の実施例に用いたエツチング装置の概
略図。ｌ　・　・　・　Ｚｎ５ｅ２　・　・　・　ＧａＡｓ・３・・・フォトレジスト４・・・ＴＩ５・・・フォトレジスト６・−−ＺｎＳＳｅ７・・・エツチング室８・・・ＥＣＲプラズマ発生室９・・・電磁石１０・・・マイクロ波導波管１１・・・引出し電極１２・・・試料１３・・・サンプルホルダー１４・・・マニピュレータ１５・・・ガス導入部１６・・・搬送棒１７・・・排気系１８・・・排気系１９・・・ゲートバルブ２０・・・試料準備室２１・・・ガス分析管２２・・・差動排気装置２３・・・質量分析器以上イオンピ′−ムのち同（い（’４）（し）

Claims

【特許請求の範囲】

　エッチングマスクを形成する工程と、反応性ガスを放
電室分離型のマイクロ波励起・ＥＣＲプラズマ室で活性
化させ、被処理材料に一様な方向を持ったイオンビーム
を照射することによりドライエッチングを行う工程を含
むII−VI族化合物半導体の加工手段において、ドライエ
ッチング中にエツチング室の質量スペクトルを測定する
ことを特徴とする化合物半導体のエッチング方法。