JPH0336725A - 化合物半導体のエッチング方法 - 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、Ｉｒ−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、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・ノチング技術がある。ウエットエ
・ノ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なとの不活性ガスによるイオンエ・ノチング、ＢＣＩ
ｓ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、、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ＩＩ−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、−殻内な問題とし
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
グ速度が大きく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。

■−■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、Ｚｎ５ｅｓ　　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。

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、サイドエツチングが大きくなり、微
細加工という点からみれば大きな欠点を有する。

純塩素ガス等の反応性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、実用的レベルのエツチング速度を得るに
は、イオンの引出し電圧を高めなければならず、基板に
与えるダメージはある程度存在し、デバイスの特性を悪
化させることになる。

このように、従来の方法によるＩｆ−ＶＩ族化合物半導
体のエツチングは、非常にむずかしく、ｎ−■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
。

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。

［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■−■族化
合物半導体の加工手段において、前記被処理材料または
、前記反応性ガスに光照射を行うことをを特徴とする。

［実　施　例］ 以下本発明の方法により１ｌ−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＊
ａ室６とエツチング室７とがゲートバルブ１８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、メブシュ状の引出し電極部１
１で加速され、試料１２に照射される。サンプルホルダ
ー１３は、マニピユレータにより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。１９は水銀ランプで、試料及びエツチン
グガスに光照射を行う構造となっている。

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。

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
純塩素ガスを用い、ガス圧力１．０ＸＩＯ−’Ｐａ、　
　マイクロ波入射出力１００Ｗ、　　引出し電圧５００
Ｖ、試料温度２５℃、水銀ランプ出力２００　Ｗ、　　
イオンビームの照射方向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９００Ａ／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２８０　Ａ／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、光照射を行わない場合、エツチング速度は６００
Ａ／ｍｉｎで、光照射を併用す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、光照射を併用す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２ｎＳｅ基板と、上記条件（光照射を行う）
でエツチングを行った後のＺｎ５ｅの７オトルミネツセ
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
。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。

エツチング速度の面内分布は、２０ｍｍＸ２０ｍｍ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うた。

第３図には、Ｚｎ５ｅの垂直断面加工の一実施例につい
て示す。

まず、第３図＜ａ＞に示すようにＺｎ５ｅｌ上に７オト
レジスト３（ポジタイプ）をスピンコードし、２００℃
で３０〜１２０分ヘークし、ＴＩ４を約１０００Ａ、１
！子ビ一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Ｔ１４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、ＣＦ４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、Ｔ１４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５
Ｐａ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。フォトレジスト３のエツ
チングマスクとして用いたＴｉ４はＺｎ５ｅｌ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、反応性ガスとして純塩素ガスを用い、ガス圧力１
．０ｘｌＯ−’Ｐａ、　　マイクロ波入射出力１００Ｗ
、　　引出し電圧５００■、試料温度２５℃、水銀ラン
プ出力ｉｏｏｗ、　　イオンビームの照射方向は基板に
対し垂直方向ででＺｎ５ｅのエツチングを行えば、第３
図（ｅ）に示すような垂直断面が形成される。この条件
下でのＺｎ５ｅのエツチング速度は、７５０Ａ／分であ
った。またこのときサイドエッチはほとんど起こらない
。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
。

第４図は、イオンビームを、Ｚｎ５ｅ基板１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（基板に対して３０度）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。エツチン
グ条件は、反応性ガスとして純塩素ガスを用い、ガス圧
力ｌ。

０ＸＩＯ−’Ｐａ、Ｖイクロ波入射出六入射出力１００
Ｗ電圧５００　Ｖ、　試料温度２５℃、水銀ランプ出力
１５０Ｗ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。こ
のときのエツチング速度は、約７００　Ａ／分であった
。

本実施例においては、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体として
Ｚｎ５ｅについて説明を行ったが、Ｚｎ５ｘＳｅ＋−ｘ
（０＜ｘ≦１）等、他のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体につ
いても有効である。また、光源として、水銀ランプを用
いているが、キセノンランプ、あるいはアルゴンレーザ
など他の光源でも有効である。

エツチングガスとして、純塩素ガスを用いているが、Ｂ
ｒ２、ＨＣＩ、ＨＢｒ等他０ハロゲン元素を含むガスに
ついても同様の結果が得られた。

［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。

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Ｉｆ−ＶＩ族化合物半導体のエツチング方
法において、試料、あるいはエツチングガスに光を照射
することにより、従来用いられていた方法に対し°て、
約１．　５倍のエツチング速度を得ることができた。こ
れにより、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。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、テーバ状の溝
、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。

【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Ｚｎ５ｅＪｔｉ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、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・・・Ｔ＃ 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 １２・・・試料 １３・・・サンプルホルダー １４・・・ガス導入部 １５・・・搬送棒 １６・・・排気系 １７・・・排気系 １８・・・ゲートパルプ １９・・・水銀ランプ （（ス、ン 第 図 （０，） ゛フ１゛トンエネ→し★ニー（ｅの （１）） ＄Ｚ図 （α） 第 図 ／６ 第 夕 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、前記被処理
   材料または、前記反応性ガスに光照射を行うことを特徴
   とする化合物半導体のエッチング方法。