JPH03203326A - 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、例えば半導体
デバイスの製造に適用して好適なものである。

［発明の概要］ 本発明は、ドライエツチング方法において、被エツチン
グ基板へのエツチングガス粒子の垂直入射が可能なエツ
チング条件を３水準以上の複数水準設定し、複数水準の
エツチング条件で被エツチング基板を順次エツチングす
るようにすることによって、深さ方向のエツチング形状
を制御することができるようにしたものである。

本発明は、ドライエツチング方法において、被エツチン
グ基板へのエツチングガス粒子の垂直入射が可能なエツ
チング条件を２水準設定し、被エツチング基板を第１水
準のエツチング条件で異方性エツチングした後に第２水
準のエツチング条件で等方性エツチングするようにする
ことによって、異方性エツチングで得られたエツチング
形状を損なうことなくその後に等方性エツチングを行う
ことができるようにしたものである。

〔従来の技術］ 半導体エツチング技術としては、ウェットエツチングと
ドライエツチングとがある。そして、これらのウェット
エツチング及びドライエツチングにより、丸い形状、直
角な形状、順メサ形状、逆メサ形状などが得られている
。

なお、特開昭５６−９０５２５号公報には、等方性エツ
チングを行った後に異方性エツチングを行うエツチング
方法が開示されている。また、特開昭６０−１５４６２
２号公報には、エツチングとこのエツチングにより形成
された溝の側面へのサイドウオールの形成とを繰り返し
行うことにより、溝幅の増大を防止しつつ深い溝を形成
するエツチング技術が開示されている。さらに、特開昭
６２−１１８５６５号公報には、ｐ型半導体基板中にｎ
゛型埋込み層を形成し、この埋め込み層を横切るように
所定深さまで異方性エツチングを行うことにより溝を形
成した後、この溝の両便面に露出したｎ゛型埋込み層を
ｐ型半導体基板とのエツチング速度の差を利用して選択
的にエツチング除去することにより、深さ方向の途中に
幅の広い部分を有する溝を形成する技術が開示されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の半導体エツチング技術により丸い形状、直角な形
状、順メサ形状、逆メサ形状などが得られるのは上述の
通りであるが、ウェットエツチングであるとドライエツ
チングであるとを問わず、寸法は別としてエツチング形
状は深さ方向に同一であり、深さ方向のエツチング形状
を制御していたとは言い難かった。

また、上記特開昭５６−９０５２５号公報に開示されて
いるように等方性エツチングを行った後に異方性エツチ
ングを行うことにより上部が丸く下部が直角なエツチン
グ形状を得ることは可能であるが、従来の半導体エツチ
ング技術では、異方性エツチングを行った後に等方性エ
ツチングを行うことにより上部が直角で下部が丸いエツ
チング形状を得ることは困難である。それは、異方性エ
ツチングを行った後に等方性エツチングを行うと、異方
性エツチングで得られた直角な形状が等方性エツチング
で損なわれてしまうからである。

従って本発明の目的は、深さ方向のエツチング形状を制
御することができるドライエツチング方法を提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、異方性エツチングで得られたエツ
チング形状を損なうことなくその後に等方性エツチング
を行うことができるドライエツチング方法を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、深さ方向のエツチング形状の制御方法を見
い出すべく、種々実験を行った結果、被エツチング基板
へのエツチングガス粒子の垂直入射が可能な複数水準の
エツチング条件（工・ンチングガス圧力、電力など）で
反烏性イオンエツチング（ＲＩ　Ｅ）を順次行った場合
に、各水準のエツチング条件で得られるエツチング形状
が深さ方向に線形に重ね合わせられたエツチング形状が
得られることを見い出した。そこで、このエツチング形
状における重ね合わせについて詳細に説明する。

本発明者の知見によれば、被エツチング基板へのエツチ
ングガス粒子の垂直入射が可能なエツチング条件でＲＩ
Ｈによるエツチングを行うことにより、第２図に示すよ
うな直角なエツチング形状または第３図に示すような丸
いエツチング形状を得ることができる。ここで、第２図
に示す直角なエツチング形状は異方性エツチングの条件
で得られ、第３図に示す丸いエツチング形状は等方性エ
ツチングの条件で得られる。第４図及び第５図は実際に
被エツチング基板へのエツチングガス粒子の垂直入射が
可能なエツチング条件でＲＩＥによるエツチングを行っ
た場合に得られたエツチング形状の例を示し、それぞれ
第２図及び第３図に対応するものである。ここで、この
エツチングにおいては、第４図の場合も第５図の場合も
エツチングガスとしてはＣＣ１＊Ｆｚを用い、電力は５
０Ｗであるが、ガス流量だけが両者で異なり、第４図の
場合は５５ＣＣＭであるのに対し、第５図の場合は５０
５ＣＣＭである。また、被エツチング基板としてはヒ化
ガリウム（ＧａＡｓ）基板を用いた。第４図及び第５図
から明らかなように、確かに第２図及び第３図に示すよ
うな直角なエツチング形状及び丸いエツチング形状が得
られている。なお、このようにエツチングガス粒子の垂
直入射が可能な異なるエツチング条件でＲＩＥによるエ
ツチングを行うことにより第２図に示すような直角なエ
ツチング形状または第３図に示すような丸いエツチング
形状が得られるメカニズムは完全には解明されていない
が、エツチングガス粒子の平均自由行程がエツチングガ
ス圧力に依存して変化し、エツチングガス圧力が低いと
きにはエツチングガス粒子の平均自由行程が長く、エツ
チングガス圧力が高いときにはエツチングガス粒子の平
均自由行程が短いことが関係しているものと考えられる
。ここで、実際に行われたエツチングにおいては、エツ
チングガス粒子の平均自由行程は合計のエツチング深さ
よりも長くなっている。

次に、第２図に示すような直角なエツチング形状が得ら
れる異方性エツチングの条件でＲＩＥによるエツチング
を行った後に、引き続いて第３図に示すような丸いエツ
チング形状が得られる等方性エツチングの条件でＲＩＥ
によるエツチングを行った場合に得られるエツチング形
状の例を第６図に示す、ここで、直角なエツチング形状
が得られる異方性エツチングの条件でのエツチング深さ
は、丸いエツチング形状が得られる等方性エツチングの
条件でのエツチング深さの約１／３である。

第６図から明らかなように、異方性エツチングの条件で
のエツチングにより得られる直角なエツチング形状と等
方性エツチングの条件でのエツチングにより得られる丸
いエツチング形状とが互いに干渉することなく深さ方向
に線形に重ね合わされた、上部が直角で下部が丸いエツ
チング形状が得られている。また、第７図に示すエツチ
ング形状の例は、直角なエツチング形状が得られる異方
性エツチングの条件でのエツチング深さと丸いエツチン
グ形状が得られる等方性エツチングの条件でのエツチン
グ深さとがほぼ同一であることだけが第６図の場合と異
なる場合に得られたものである。

一方、丸いエツチング形状が得られる等方性エツチング
の条件でＲＩＢによるエツチングを行った後に直角なエ
ツチング形状が得られる異方性エツチングの条件でＲＩ
Ｈによるエツチングを行った場合には第８図に示すよう
なエツチング形状が得られる。第８図から明らかなよう
に、等方性エツチングの条件でのエツチングにより得ら
れる丸い形状と異方性エツチングの条件でのエツチング
により得られる直角なエツチング形状とが深さ方向に重
ね合わされた、上部が丸く下部が直角なエツチング形状
が得られている。

以上の第６図、第７図及び第８図は、互いに異なる２水
準のエツチング条件でＲＩＥによるエツチングを順次行
った場合においてエツチング形状の重ね合わせが成立す
る場合の例であるが、一般に３水準以上のエツチング条
件でＲＩＢによるエツチングを順次行った場合において
もエツチング形状の重ね合わせが成立する。

本発明は、本発明者が得た上記知見に基づいて案出され
たものである。

すなわち、上記目的を達成するために、本発明は、以下
のように槽底されている。

本発明は、ドライエツチング方法において、被エツチン
グ基板（１）へのエツチングガス粒子の垂直入射が可能
なエツチング条件を３水準以上の複数水準設定し、複数
水準のエツチング条件で被エツチング基板（１）を順次
エツチングするようにしている。

本発明は、ドライエツチング方法において、被エツチン
グ基板（１）へのエツチングガス粒子の垂直入射が可能
なエツチング条件を２水準設定し、被エツチング基板（
１）を第１水準のエツチング条件で異方性エツチングし
た後に第２水準のエツチング条件で等方性エツチングす
るようにしている。

本発明のドライエツチング方法は、メソスコビ・ンク（
ｓｅｓｏｓｃｏｐｉｃ）レンジ（〜１０００人ないしは
それ以下）の寸法の微細構造を形成する場合に好適に適
用される。

Ｃ作用〕 上述のように構成された本発明のドライエツチング方法
によれば、被エツチング基板（１）へのエツチングガス
粒子の垂直入射が可能なエツチング条件を３水準以上の
複数水準設定し、複数水準のエツチング条件で被エツチ
ング基板（１）を順次エツチングするようにしているの
で、異方性エツチングの条件でのエツチングにより得ら
れる直角なエツチング形状と等方性エツチングの条件で
のエツチングにより得られる丸いエツチング形状とを互
いに干渉することなく深さ方向に線形に重ね合わせるこ
とができる。これによって、深さ方向のエツチング形状
を制御することができる。

上述のように構成された本発明のドライエツチング方法
によれば、被エツチング基板（１）へのエツチングガス
粒子の垂直入射が可能なエツチング条件を２水準設定し
、被エツチング基板（１）を第１水準のエツチング条件
で異方性エツチングした後に第２水準のエツチング条件
で等方性エツチングするようにしているので、異方性エ
ツチングにより得られる直角なエツチング形状と等方性
エツチングにより得られる丸いエツチング形状とが互い
に干渉することなく線形に重ね合わされたエツチング形
状を得ることができる。これによって、異方性エツチン
グで得られたエツチング形状を損なうことなくその後に
等方性エツチングを行うことができる。

［実施例〕 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。この実施例においては、ＲＩＥによるエツチン
グは、全てエツチングガス粒子の垂直入射が可能な条件
で行われる。

第１図Ａ〜第１図りは本発明の一実施例によるドライエ
ツチング方法を示す。

この実施例においては、第１図Ａに示すように、まず例
えばＧａＡｓ基板のような半導体基板１上に互いに平行
に形威されたスリット状の細長い一対の開口を有するエ
ツチングマスク２を形威し、このエツチングマスク２を
用いてまず第２図に示すような直角なエツチング形状が
得られる異方性エツチングの条件でＲＩＨにより半導体
基板１を所定深さまでエツチングする。これによって、
エツチングマスク２の開口の部分の半導体基［１が異方
性エツチングされて直角なエツチング形状が得られる。

なお、エツチングマスク２の材料としては、ドライエツ
チング耐性があればどのようなものを用いてもよい。

次に、引き続いて第３図に示すような丸いエツチング形
状が得られる等方性エツチングの条件でＲＩＥにより半
導体基板１を所定深さ、例えば上述の異方性エツチング
の場合とほぼ同一の深さだけエツチングする。これによ
って、第１図Ｂに示すように、第１図Ａに示す直角なエ
ツチング形状と第３図に示すような丸いエツチング形状
とが深さ方向に重ね合わされた、上部が直角で下部が丸
いエツチング形状が得られる。

次に、再び第２図に示すような直角なエツチング形状が
得られる異方性エツチングの条件でＲＩＥにより半導体
基板１のエツチングを所定深さだけ行う、これによって
、第１図Ｃに示すように、上部及び下部が直角で中間部
が丸いエツチング形状が得られる。

次に、再び第３図に示すような丸いエツチング形状が得
られる等方性エツチングの条件でＲＩＥにより半導体基
板１を所定深さだけエツチングした後、同様にしてＲＩ
Ｅによる異方性エツチング及び等方性エツチングを交互
に所定回数だけ繰り返し行う、この後、エツチングマス
ク２を除去する。これによって、第１図りに示すように
、直角な形状と丸い形状とが深さ方向に交互に繰り返さ
れたエツチング形状が得られる。

以上のように、この実施例によれば、第２図に示すよう
な直角なエツチング形状が得られる異方性エツチングの
条件でのＲＩＥによるエツチングと第３図に示すような
丸いエツチング形状が得られる等方性エツチングの条件
でのＲＩＥによるエツチングとを交互に繰り返し行って
いるので、上述のように直角な形状と丸い形状とが深さ
方向に繰り返された複雑なエツチング形状を得ることが
できる。このようなエツチング形状は、従来の半導体エ
ツチング技術では実現が困難であるか、実現可能である
としても極めて複雑な工程が必要であったものである。

第１図りにおいて、上述のＲＩＨによるエツチングによ
り形成された深い溝の間に残された幅の狭い板状部１ａ
に、−次元チャネルを形成することができる。すなわち
、この幅の狭い板状部１ａの表面には空乏層が形成され
るが、この板状部１ａのうち丸くエツチングされた幅が
狭い部分の幅がこの空乏層の厚さの２倍以下であれば、
この幅の狭い部分は完全に空乏化した状態となる。この
結果、この板状部１ａのうち幅の広い部分の中心部だけ
に空乏化されない領域が点線で示すように円柱状に残さ
れることになる。そして、この円柱状の領域に電子が閉
じ込められ、−次元チャネルが形成される。

次に、第９図は本発明の他の実施例を示す。

上述の実施例においては、第１図りに示すように、エツ
チングにより形成された板状部１ａの下部は半導体基板
ｌと至る所接続されている。これに対して、この実施例
においては、第９図に示すように、細長い棒状の部分１
ｂがその両端で支持されているだけでその間の部分は半
導体基板１から浮いた構造、すなわち架橋構造を形成す
ることができる。具体的には、このような架橋構造を形
成するためには、例えば第１図Ａに示すものと類似の平
行な一対の開口を有するエツチングマスクを用いてまず
第２図に示すような直角なエツチング形状が得られる異
方性エツチングの条件でＲＥＥにより半導体基板１をエ
ツチングした後、第３図に示すような丸いエツチング形
状が得られる等方性エツチングの条件でＲＩＥにより半
導体基板１を比較的長時間エツチングしてエツチングマ
スクの一対の開口に対応する部分の半導体基板１中に形
成される溝がその下部で互いにつながるようにすればよ
い。

以上のようにして形成される細長い棒状の部分ｌｂに一
次元チャネルを形成することができることは上述の実施
例と同様である。

以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本発
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の第１の実施例においては、第２図に示す
ような直角なエツチング形状が得られる異方性エツチン
グの条件でのエツチングと第３図に示すような丸いエツ
チング形状が得られる等方性エツチングの条件でのエツ
チングとのエツチング深さをほぼ同一としているが、例
えば第２図に示すような直角なエツチング形状が得られ
る異方性エツチングの条件でのエツチングのエツチング
深さに比べて第３図に示すような丸いエツチング形状が
得られる等方性エツチングの条件でのエツチングのエツ
チング深さを大きくすることにより、例えば第１０図に
示すように、エツチングにより形成された板状部１ａの
うち丸く凹んだ部分の幅を極めて小さくすることができ
る。

また、被エツチング基板としては、例えばリン化インジ
ウム（ＩｎＰ）基板やシリコン（Ｓｔ　）基板その他の
ＧａＡｓ以外の各種の半導体基板、さらには半導体基板
以外の各種材料の基板を用いることも可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を
得ることができる。

被エツチング基板へのエツチングガス粒子の垂直入射が
可能なエツチング条件を３水準以上の複数水準設定し、
複数水準のエツチング条件で被エツチング基板を順次エ
ツチングするようにしているので、深さ方向のエツチン
グ形状を制御することができる。

被エツチング基板へのエツチングガス粒子の垂直入射が
可能なエツチング条件を２水準設定し、被エツチング基
板を第１水準のエツチング条件で異方性エツチングした
後に第２水準のエツチング条件で等方性エツチングする
ようにしているので、異方性エツチングで得られたエツ
チング形状を損なうことなくその後に等方性エツチング
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜第１図りは本発明の一実施例によるドライエ
ツチング方法を工程順に説明するための断面図、第２図
は異方性エツチングの条件でＲＩＥによるエツチングを
行った場合に得られるエツチング形状を示す断面図、第
３図は等方性エツチングの条件でＲＩＨによるエツチン
グを行った場合に得られるエツチング形状を示す断面図
、第４図〜第８図はそれぞれ実際に得られたエツチング
形状の例を示す断面図、第９図は本発明の他の実施例を
説明するための斜視図、第１０図は本発明の詳細な説明
するための断面図である。 図面における主要な符号の説明 ｌ二半導体基板、　２：エツチングマスク、　１ａ：板
状部。 第１図Ａ 一実施例 第１図Ｂ 第１Ｏ図 第１図Ｃ エワチン７形状の例 第６図 第７図 工、、＋ンゲ形状の命１ 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被エッチング基板へのエッチングガス粒子の垂直入
   射が可能なエッチング条件を３水準以上の複数水準設定
   し、 上記複数水準のエッチング条件で上記被エッチング基板
   を順次エッチングするようにしたことを特徴とするドラ
   イエッチング方法。 ２、被エッチング基板へのエッチングガス粒子の垂直入
   射が可能なエッチング条件を２水準設定し、 上記被エッチング基板を第１水準のエッチング条件で異
   方性エッチングした後に第２水準のエッチング条件で等
   方性エッチングするようにしたことを特徴とするドライ
   エッチング方法。