JPH02299230A - Etching process of semiconductor - Google Patents

Etching process of semiconductor

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JPH02299230A
JPH02299230A JP1120717A JP12071789A JPH02299230A JP H02299230 A JPH02299230 A JP H02299230A JP 1120717 A JP1120717 A JP 1120717A JP 12071789 A JP12071789 A JP 12071789A JP H02299230 A JPH02299230 A JP H02299230A
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Japan
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etching
gas
compound semiconductor
etching process
reactive gas
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JP1120717A
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Tetsuya Seki
哲也 関
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Seiko Epson Corp
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Abstract

PURPOSE:To manufacture II-VI compound semiconductor with clean surface after etching process capable of taking various processing shapes in excellent reproducibility and serviceability with the least damage to a substrate after etching process by a method wherein a reactive gas is specified to be hydrogen halogenide such as HCl, HBr, etc. CONSTITUTION:Within the processing means of II-VI compound semiconductor, a reactive gas is to be a hydrogen halogenide such as HCl, HBr etc.; the gas pressure thereof is to be within the range of 5X10<-3>-1Pa; the microwave incident output is to be 1W-1kW; while the voltage leading-out ion beams from a discharge chamber to a processed material is to be within the range of 0V-1kV. Through these procedures, the title etching process in excellent reproducibility and controllability can be performed while notably reducing the damage to a semiconductor layer, furthermore, the processing of a taper groove, a vertical section, an oblique groove, etc., can be performed by controlling the shape of ion beams and an etching mask.

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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for etching a II-VI group compound semiconductor.

[従来技術] セレン化亜鉛(Z n S e)、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、フォトレジストあるい
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−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。
[Prior art] Zinc selenide (ZnSe), zinc sulfide (ZeS)
Conventional microfabrication methods for II-VI group compound semiconductors made of these and mixed crystals include wet etching techniques and dry etching techniques using photoresist or an insulating film such as silicon dioxide as a mask. In wet etching technology, the etching solutions mainly used include sodium hydroxide aqueous solution, hydrochloric acid, and a mixture of nitric acid-hydrochloric acid-water. , at an appropriate temperature or composition.

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、BCla
などの反応性ガスによる反応性イオンエツチング、ある
いは反応性ガスとして純塩素ガスを用い、マイクロ波励
起・ECRプラズマによりエツチングを行う反応性イオ
ンビームエツチングが挙げられる。
On the other hand, dry etching technology uses parallel plate electrodes.
Ion etching with inert gas such as r, BCla
Examples include reactive ion etching using a reactive gas such as, or reactive ion beam etching in which pure chlorine gas is used as the reactive gas and etching is performed by microwave excitation/ECR plasma.

[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II−VI族化合物半導
体の加工には、以下の問題がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the processing of II-VI group compound semiconductors according to the prior art described above has the following problems.

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、再現性にかげることが挙げられる。
A common problem with wet etching techniques is poor reproducibility.

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。
A constant etching rate cannot be obtained unless the temperature, composition of the etching solution, etc. are controlled very strictly.

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。
Furthermore, in the case of an etching solution containing volatile substances, the composition of the etching solution changes over time, so there is a problem that the etching speed will be faster (changed) between when the etching solution is prepared and when time has passed. be.

さらに、ウェットエツチング技術では、エツチングが等
方向に進行し、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。
Furthermore, in the wet etching technique, etching proceeds in the same direction and side etching occurs, making it impossible to form a pattern according to the dimensions of the mask. Further, the shape of the processed cross section is also limited, and for example, it is difficult to form a vertical cross section or a deep groove with a large aspect ratio.

1l−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、Zn5e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、Zn5e、Z
n5xSe+−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く、II−VI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。
Wet etching of 1l-VI group compound semiconductors has more problems than other m-v group compound semiconductors. For example, when etching Zn5e with a hydrochloric acid-nitric acid-based etching solution, the etching solution soaks into the Zn5e, and it is difficult to completely remove it even with long-term water washing, resulting in a significant deterioration of film properties. . Also, Zn5e, Z
When etching n5xSe+-x with an aqueous NaOH solution, the surface morphology deteriorates extremely, making it unsuitable for precise etching. When hydrochloric acid is used, the etching rate is very slow and is not practical for manufacturing devices using II-VI group compound semiconductors.

一方Arなどの不活性ガスを用いたイオンエツチング技
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、BCl3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、サイドエッチングが太き(なり、微
細加工という点からみれば大きな欠点を有する。
On the other hand, in the ion etching technique using an inert gas such as Ar, it is necessary to increase the power of plasma discharge in order to increase the etching rate to a practical level, which causes great damage to the semiconductor substrate. Furthermore, although reactive ion etching using a reactive gas such as BCl3 can reduce damage to the substrate to some extent compared to ion etching, it is not within an acceptable range. To simply reduce damage, the gas pressure can be increased even at low discharge power, but since the ion sheath width and the mean free path of ions and neutral particles are approximately the same, the ion beam loses directivity. The side etching is thick, which is a major drawback from the point of view of microfabrication.

純塩素ガスを用いた反応性イオンビームエツチングは、
上記のエツチング方法に比べ、半導体基板に与えるダメ
ージはかなり低減でき、また異方性エツチングに関して
も良好であり、微細加工に適している。しかしながら、
純塩素ガスを用いた場合、エツチング後の半導体基板へ
の塩素の吸着のため、基板を大気中に取り出すと、即座
に半導体表面が腐食してしまい、取扱いが非常に難しい
Reactive ion beam etching using pure chlorine gas is
Compared to the above-mentioned etching methods, the damage caused to the semiconductor substrate can be considerably reduced, and the method is also good in terms of anisotropic etching, making it suitable for microfabrication. however,
When pure chlorine gas is used, chlorine is adsorbed onto the semiconductor substrate after etching, so that when the substrate is taken out into the atmosphere, the semiconductor surface immediately corrodes, making handling very difficult.

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、非常にむずかしく、■−■族化合物半導
体を用いたデバイス作製の大きな障害となっていた。
As described above, etching of the ■-■ group compound semiconductor by the conventional method is extremely difficult, and has been a major obstacle to the fabrication of devices using the ■-■ group compound semiconductor.

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、しかもエツチング後の半導体表面が清
浄な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。
The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and aims to be reproducible, practical, cause extremely little damage to the substrate after etching, and allow the creation of various processed shapes. Moreover, it is an object of the present invention to provide a method for etching a II-VI group compound semiconductor in which the semiconductor surface is clean after etching.

[課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It−VI
族化合物半導体の加工手段において、前記反応性ガスは
、HCl、HBrなどのハロゲン化水素であり、そのガ
ス圧力は、5X10−3paから1Paの範囲とし、マ
イクロ波入射出力は、1W以上1kW以下とし、イオン
ビームを放電室より被処理材料に引き出すための電圧は
、0V以上1kV以下の範囲とすることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The compound semiconductor etching method of the present invention includes the step of forming an etching mask, activating a reactive gas in a microwave excitation/ECR plasma chamber with a separate discharge chamber, and It-VI, which involves dry etching by irradiating the material with a uniformly oriented ion beam;
In the method for processing group compound semiconductors, the reactive gas is a hydrogen halide such as HCl or HBr, the gas pressure is in the range of 5 x 10-3 pa to 1 Pa, and the microwave incident power is 1 W or more and 1 kW or less. , the voltage for extracting the ion beam from the discharge chamber to the material to be processed is in the range of 0 V or more and 1 kV or less.

[実 施 例] 以下本発明の方法によりIt−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。
[Example] Hereinafter, an example in which an It-VI group compound semiconductor was etched by the method of the present invention will be shown.

まず、第8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6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。
First, FIG. 8 shows a schematic cross-sectional view of the structure of an etching apparatus according to an embodiment of the present invention. Since a gas containing a highly reactive halogen element is used as the etching gas, the sample preparation chamber 6 and the etching chamber 7 are separated by a gate valve 19, and the etching chamber 7 is always kept in a high vacuum state. ing. 8 is an electron/cyclotron resonance (ECR) plasma chamber and a cylindrical donor for generating a magnetic field.

ツ型コイル9で囲まれ、マイクロ波導波管lOとの接続
部には、マイクロ波導入石英窓がある。マイクロ波で電
離・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2.45GH2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。
Surrounded by the T-shaped coil 9, there is a microwave introducing quartz window at the connection part with the microwave waveguide lO. Electrons ionized and generated by microwaves repeatedly collide with gas while performing cyclotron motion due to an axisymmetric magnetic field. This rotation period matches the microwave frequency, for example 2.45 GH2, when the magnetic field strength is, for example, 875 Gauss, and the electronic system absorbs the microwave energy resonantly. Therefore, discharge can be sustained even at low gas pressures, high plasma density can be obtained, and reactive gases can be used for a long time. Further, due to the high electrolytic distribution in the center, electrons and ions are focused at the center, so the sputtering effect of ions on the side walls of the plasma chamber is small, and highly clean plasma can be obtained. Ions generated in the ECR plasma chamber 8 are accelerated by a mesh-like extraction electrode section 11 and irradiated onto a sample 12. The sample holder 13 can be rotated 360'' around the vertical direction by the manipulator 14, and the direction of the ion beam incident on the sample can be changed.

第1図は、第8図の装置により、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。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of etching Zn5e using the apparatus shown in FIG.

第1図(a)は、エツチング前の断面図であり、1はZ
n5e、2はエツチングマスクである。エツチングマス
ク2は、フォトレジスト(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。反応性ガスとして
HCIを用い、ガス圧力1.0XIO−’Fax  マ
イクロ波入射出力ioow、  引出し電圧s o o
 v、 試料温度25°C、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。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900 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、ポストベークの条件
を120℃、30分間としたとき、約280A/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。上記条件で純塩素ガスを用いた場合、エツチング速
度は600 A / m 1 nで、HClガスを用い
ることによりエツチング速度が1. 5倍になる。すな
わち、同じエツチング量に対して、HClガスを用いる
方が低プラズマ密度、低加速電圧でよいわけで、半導体
基板に与える損傷をより低減できることになる。第2図
(a)、(b)は、エツチング前のZn5e基板と、上
記条件でエツチングを行った後のZn5eのフォトルミ
ネッセンスを比べたものである。 (a)はエツチング
前の、 (b)はエツチング後のフォトルミネッセンス
である。
FIG. 1(a) is a cross-sectional view before etching, and 1 is a Z
n5e, 2 is an etching mask. Etching mask 2 uses photoresist (positive type),
Because the mask was made using a normal photolithography process,
The cross-sectional shape of the mask is tapered. Using HCI as the reactive gas, gas pressure 1.0XIO-'Fax, microwave input output ioow, extraction voltage s o o
v. Etching was performed at a sample temperature of 25° C. and an ion beam irradiation direction perpendicular to the substrate. Figure 1 (b
) is a sectional view after etching. The etching rate for Zn5e was about 900 A/min, while for photoresist (
The etching rate for the positive type is about 280 A/min when the post-bake conditions are 120° C. for 30 minutes. Since the etching mask has a tapered shape and some etching occurs due to sputtering, the processed cross-sectional shape will be the shape shown in Figure 1 (b), and even if the ion beam is incident perpendicularly, it will not become a vertical cross-section. . When pure chlorine gas is used under the above conditions, the etching rate is 600 A/m 1 n, and when HCl gas is used, the etching rate is 1. It becomes five times. That is, for the same amount of etching, using HCl gas requires a lower plasma density and a lower accelerating voltage, which means that damage to the semiconductor substrate can be further reduced. FIGS. 2(a) and 2(b) compare the photoluminescence of the Zn5e substrate before etching and the Zn5e substrate after etching under the above conditions. (a) shows the photoluminescence before etching, and (b) shows the photoluminescence after etching.

バンド端の発光による相対強度と、深い準位による発光
の相対強度比は、エツチング前後とも約50と変化がな
く、エツチングによる半導体層の損傷はほとんどないこ
とがわかる。
The relative intensity ratio between the band edge emission and the deep level emission remains unchanged at about 50 before and after etching, indicating that there is almost no damage to the semiconductor layer due to etching.

また工、チング後のZn5eの表面の汚染状態をオージ
ェ電子分光法で評価した結果、反応性ガスとしてMCI
を用いたときのほうが、ct2を用いたときに比べ酸素
、塩素の強度が小さかった。
Furthermore, as a result of evaluating the contamination state of the surface of Zn5e after processing and ching using Auger electron spectroscopy, it was found that MCI was detected as a reactive gas.
The intensity of oxygen and chlorine was lower when using ct2 than when using ct2.

この理由としては、MCIガスプラズマの水素ラジカル
によりZn5e表面の酸素、ならびに塩素が除去される
と考えられ、HClガスを用いることにより清浄なZn
5e表面が得られる。
The reason for this is thought to be that oxygen and chlorine on the Zn5e surface are removed by the hydrogen radicals of the MCI gas plasma, and by using HCl gas, clean Zn
A 5e surface is obtained.

エツチング速度の面内分布は、20mmX2Qmmの基
板内で±5%以下、加工後の表面モホロジーは、加工前
とほとんど変わらないものであった。
The in-plane distribution of etching rate was less than ±5% within a 20 mm x 2 Q mm substrate, and the surface morphology after processing was almost the same as before processing.

デバイス作製など、実用上有効なエツチング条件は以下
の通りである。
Practically effective etching conditions such as device fabrication are as follows.

まず、ガス圧については、定性的には、第5図に示すよ
うに、ガス圧が高くなるほど、工・ノチング速度が速く
なる。しかしあまりガス圧が高くなると、放電が起こら
なくなり、また放電が起こった場合でも(1Pa以上)
イオンシース幅とイオンと中性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り、微
細加工には適していない。ガス圧が低い(IXIO−3
pa以下)と、エツチング速度が遅すぎて、実用に適さ
ない。表1には、マイクロ波入射出力100 W。
First, regarding the gas pressure, qualitatively speaking, as shown in FIG. 5, the higher the gas pressure, the faster the cutting/notching speed. However, if the gas pressure becomes too high, discharge will not occur, and even if discharge occurs (over 1 Pa)
The ion sheath width and the mean free path of ions and neutrons are approximately the same, and the ion beam lacks directivity, making it unsuitable for microfabrication. Gas pressure is low (IXIO-3
pa), the etching speed is too slow and is not suitable for practical use. Table 1 shows the microwave incident power of 100 W.

引出し電圧500■でエツチングガスとしてHClガス
を用いたときのガス圧力に対するZn5eのエツチング
速度の変化を示す。なお、表中のPはガス圧力(P a
)、Rはエツチング速度(A/m1n)、Sはサイドエ
ツチングの状態である。
The graph shows the change in the etching rate of Zn5e with respect to gas pressure when HCl gas is used as the etching gas at an extraction voltage of 500 mm. In addition, P in the table is the gas pressure (P a
), R is the etching rate (A/m1n), and S is the state of side etching.

マイクロ波の入射出力は、概略は、第6図に示すように
、出力が高いほど励起が激しくなるので、表  1 プラズマ密度が高くなり、エツチング速度は速くなる。
As shown in FIG. 6, the higher the output power of the microwave, the more intense the excitation becomes, so the plasma density becomes higher and the etching rate becomes faster.

しかしあまり高出力にすると、プラズマ温度が上がって
電極の熱変形が起こったり、基板温度も輻射熱で上がっ
てしまい、温度制御が困難となる。1W以上1kW以下
の範囲において良好なエツチング特性が得られた。表2
には、エツチングガスをHClガス、ガス圧力lXl0
利Pa。
However, if the output is too high, the plasma temperature will rise, causing thermal deformation of the electrodes, and the substrate temperature will also rise due to radiant heat, making temperature control difficult. Good etching characteristics were obtained in the range of 1 W or more and 1 kW or less. Table 2
For this, the etching gas is HCl gas, and the gas pressure is lXl0.
Interest Pa.

引出し電圧400VとしたときのZnS eのエツチン
グ速度のマイクロ波入射出力依存性を示す。
The dependence of the ZnSe etching rate on the microwave input power when the extraction voltage is 400V is shown.

なお表中の、Mはマイクロ波の入射出力(W)、Rはエ
ツチング速度(A/m1n)である。
In the table, M is the incident power (W) of the microwave, and R is the etching rate (A/m1n).

引き出し電圧に関しては、第7図に示すように電圧が高
いほど、エツチング速度は大きくなる。
Regarding the extraction voltage, as shown in FIG. 7, the higher the voltage, the higher the etching rate.

しかし電圧が高すぎると(1kV以上)、物理的スパッ
タリングが強(なり、基板結晶に大きな損傷を与え好ま
しくない。
However, if the voltage is too high (1 kV or more), the physical sputtering will be strong, which will cause significant damage to the substrate crystal, which is undesirable.

引き出し電圧をかけない場合(0■)、基板温度を20
0°C程度に上げれば、ラジカル種によるエツチングが
起こる。この場合エツチングは等方向に進行する。表3
には、エツチングガスをHC表  2 表  3 Iガス、ガス圧力をI X 10”’P a、  マイ
クロ波入射出力を200Wとしたときの、エツチング速
度の引出し電圧依存性を示す。なお表中の、Hは引出し
電圧(V)、Rはエツチング速度(A / m1n)、
Dは基板の損傷状態である。
When no extraction voltage is applied (0■), the board temperature is set to 20
If the temperature is raised to about 0°C, etching occurs due to radical species. In this case, etching proceeds in the same direction. Table 3
Table 2 shows the dependence of the etching rate on the extraction voltage when the etching gas is HC gas, the gas pressure is I x 10''Pa, and the microwave input power is 200W. , H is the extraction voltage (V), R is the etching rate (A/m1n),
D is the damaged state of the substrate.

第3図には、Zn5eの垂直断面加工の一実施例につい
て示す。
FIG. 3 shows an example of processing a vertical cross section of Zn5e.

まず、第3図(a)に示すようにZn5el上にフォト
レジスト3(ポジタイプ)をスピンフートし、200℃
で30〜120分ベータし、T14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3図(b)に示すように、通常のフォトリン
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3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。
First, as shown in Fig. 3(a), photoresist 3 (positive type) was spin-footed on Zn5el and heated at 200°C.
Beta for 30 to 120 minutes with T14 at about 100 OA,
It is formed on a photoresist using an electron beam evaporation method or the like. Next, as shown in FIG. 3(b), a pattern of the photoresist 5 is formed by a normal photolithography process. Next, as shown in FIG. 3(C), Ti4 is etched using the photoresist 5 as a mask.

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、CFaガスを用
いた反応性イオンエツチング(RIE)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3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。テーバ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5
Pa程度が望ましい。
As for the etching method, wet etching uses a buffered hydrofluoric acid solution, and dry etching uses reactive ion etching (RIE) using CFa gas.
In order to perform precise pattern transfer, dry etching with a small amount of side etching is preferable. Next, Figure 3 (
As shown in d), using Ti4 as a mask, the photoresist 3 is etched by RIE using oxygen plasma. What must be noted at this time is the pressure of the oxygen gas. To produce an etching mask with a vertical cross-sectional shape without a taper, when using a normal parallel plate type dry etching device, the oxygen gas pressure is 5.
It is desirable that the pressure is about Pa.

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。フォトレジスト3のエツ
チングマスクとして用いたTi4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。
If the pressure is too high, etching proceeds in the same direction, which is not suitable in this case. The Ti4 used as an etching mask for the photoresist 3 is removed with a buffered hydrofluoric acid solution or the like before etching the ZnS e 1.

次に、第1図の実施例と同様の条件で、MCIガスのプ
ラズマでZn5eのエツチングを行えば、第3図(e)
に示すような当直断面が形成される。
Next, if Zn5e is etched with MCI gas plasma under the same conditions as in the example shown in FIG. 1, the result shown in FIG. 3(e) is
A duty cross section as shown in is formed.

またこのときサイドエッチはほとんど起こらない。Also, at this time, side etching hardly occurs.

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3図の方法は有効な手段といえる。
Therefore, although the process is somewhat complicated, the method shown in FIG. 3 can be said to be an effective means when it comes to anisotropic etching.

第4図は、イオンビームを、Zn5e基板l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4図(a)はエツチング前の
状態、第4図(b)は(a)の基板に対し、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
FIG. 4 shows an example in which an ion beam is incident on the surface of a Zn5e substrate l from an oblique direction to perform etching. FIG. 4(a) is a cross-sectional view of the substrate before etching, and FIG. 4(b) is a cross-sectional view of the substrate of FIG. 4(a) after etching is performed by making an ion beam incident on the substrate in the direction indicated by the arrow. Etching progresses preferentially in the direction of incidence of the ion beam, and grooves are formed in diagonal directions.

本実施例においては、It−Vl族化合物半導体として
ZnS eについて説明を行ったが、Z n S x 
Se畜−8(0くX≦1)等、他のIf−Vl族化合物
半導体についても有効である。また、エツチングガスと
して、HCIガスを用いているが、HBr等他0ハロゲ
ン化水素についても同様の結果が得られた。
In this example, ZnS e was explained as an It-Vl group compound semiconductor, but ZnS x
It is also effective for other If-Vl group compound semiconductors such as Se-8 (0x≦1). Further, although HCI gas was used as the etching gas, similar results were obtained with other hydrogen halides such as HBr.

[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。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

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II−Vl族化合物半導体のエツチング方
法において、エツチングガスとして、HCl、HBrな
どのハロゲン化水素を用いることにより、従来用いられ
ていた純塩素ガスに対して、約1. 5倍のエツチング
速度を得ることができ、低プラズマ密度、低加速電圧で
エツチングを行うことが可能であり、半導体層に与える
損傷をほとんどなくすことができる。また、エツチング
後の半導体表面の汚染も低減でき、清浄な半導体表面が
得られる。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、チー1<状の溝、垂直断面
、斜めの溝などの加工が可能となり、U−Vl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。
In the etching method for II-Vl group compound semiconductors using a reactive ion beam generated by microwave excitation and ECR plasma, hydrogen halides such as HCl and HBr are used as the etching gas, replacing the conventionally used pure chlorine gas. On the other hand, about 1. It is possible to obtain an etching rate five times higher, to perform etching at low plasma density and low accelerating voltage, and to almost eliminate damage to the semiconductor layer. Furthermore, contamination of the semiconductor surface after etching can be reduced, resulting in a clean semiconductor surface. Furthermore, by controlling the shape of the ion beam and etching mask, it is possible to process chi-shaped grooves, vertical cross sections, diagonal grooves, etc., making it possible to fabricate devices using U-Vl compound semiconductors with improved reproducibility and It can be manufactured reliably and easily.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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Zn5eのエツチン
グを行った一実施例を示す図。 第2図(a)、 (b)は、それぞれ本発明の方法によ
るエツチングの前後のZn5e層のフォトルミネッセン
スを示す図。 第3図(a)〜(e)は、本発明により、Zn5eの垂
直端面加工を行った一実施例を示す図。 第4図(a)、 (b)は、本発明の方法により、Zn
5eの斜め溝の加工を行った一実施例を示す図。 第5図は、エツチング速度とガス圧力の関係を示す図。 第6図は、エツチング速度と引出し電圧の関係を示す図
。 第7図は、エツチング速度とマイクロ波入射出力の関係
を示す図。 第8図は、本発明の実施例に用いたエツチング装置の概
略図。 1・・・Zn5e基板 2・・・フォトレジスト 3・・・フォトレジスト 4 ・ ・ ・ TI 5・・・フォトレジスト 6・・・試料準備室 7・・・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 I2・・・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 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人弁理士 鈴木喜三部(他1名) ((A) 弔II入 7fトンニー米11−ヤ゛(e、T) (久) 7r1−ンエ、8I−ヤ゛’−(eV)(しっ 第ろ囚 ((A) (トン 0           //l、W や71旧
FIGS. 1(a) and 1(b) are diagrams showing an example in which Zn5e was etched using a photoresist as an etching mask by the method of the present invention. FIGS. 2(a) and 2(b) are diagrams showing the photoluminescence of the Zn5e layer before and after etching by the method of the present invention, respectively. FIGS. 3(a) to 3(e) are views showing an example in which vertical end faces of Zn5e are processed according to the present invention. FIGS. 4(a) and 4(b) show that Zn
The figure which shows one Example which processed the diagonal groove of 5e. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between etching speed and gas pressure. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between etching speed and extraction voltage. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between etching speed and microwave input power. FIG. 8 is a schematic diagram of an etching apparatus used in an embodiment of the present invention. 1...Zn5e substrate 2...Photoresist 3...Photoresist 4...TI 5...Photoresist 6...Sample preparation chamber 7...Etching chamber 8...ECR plasma generation chamber 9...Electromagnet 10...Microwave waveguide 11...Extraction electrode I2...Sample 13...Sample holder 14...Manipulator 15...Gas introduction part 16...Transportation rod 17... ...Exhaust system 18...Exhaust system 19...Gate valve and above Applicant Seiko Epson Co., Ltd. Representative Patent Attorney Kizobe Suzuki (and 1 other person) (e, T) (ku) 7r1-n-e, 8I-ya'-(eV)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)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、前記
反応性ガスは、HCl、HBrなどのハロゲン化水素で
あることを特徴とする化合物半導体のエッチング方法。
(1) By forming an etching mask, activating the reactive gas in a microwave excitation/ECR plasma chamber with a separate discharge chamber, and irradiating the material to be treated with an ion beam with a uniform direction. A method for etching a compound semiconductor, wherein the reactive gas is a hydrogen halide such as HCl or HBr, in a method for processing a II-VI group compound semiconductor including a step of dry etching.
(2)前記反応性ガスの圧力は、5×10^−^3pa
から1Paの範囲であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の化合物半導体のエッチング方法。
(2) The pressure of the reactive gas is 5×10^-^3pa
2. The method of etching a compound semiconductor according to claim 1, wherein the etching pressure is within a range of from 1 Pa to 1 Pa.
(3)マイクロ波入射出力は、1W以上1kW以下の範
囲であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
化合物半導体のエッチング方法。
(3) The method for etching a compound semiconductor according to claim 1, wherein the incident microwave power is in a range of 1 W or more and 1 kW or less.
(4)前記イオンビームを放電室より被処理材料に引き
出すための電圧は、0V以上1kV以下の範囲であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の化合物半導
体のエツチング方法。
(4) The method for etching a compound semiconductor according to claim 1, wherein the voltage for drawing the ion beam from the discharge chamber to the material to be processed is in the range of 0 V or more and 1 kV or less.
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