JPH0393224A - ドライエッチング方法 - Google Patents

ドライエッチング方法

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JPH0393224A
JPH0393224A JP23064589A JP23064589A JPH0393224A JP H0393224 A JPH0393224 A JP H0393224A JP 23064589 A JP23064589 A JP 23064589A JP 23064589 A JP23064589 A JP 23064589A JP H0393224 A JPH0393224 A JP H0393224A
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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】 C発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、半導体製造プロセスに用いられるドライエッ
チング方法に係わり、特に■−v族化合物半導体のエッ
チングに適したドライエッチング方法に関する。
(従来の技術) 従来、半導体製造プロセスにおけるドライエッチングの
有用性は、Si系LSIにおいて良く知られている。■
−v族化合物半導体においてもドライエッチングの研究
が多くなされている(rm−V族化合物半導体のドライ
エッチング』:浅川潔,菅田純雄;応用物理54 (1
985)113B)が、この場合も被エッチング材に対
して反応性のあるガスを用い、イオンとラジカルの両方
でエッチングを進める方式のRIE,RIBE等が有効
なドライエッチング方法である。
ところが、■−V族化合物半導体はSiの場合と異なり
、ハロゲン系ガスを用いた場合でも反応生成物の飽和蒸
気圧が低く、イオン衝撃無しには容易にエッチングが進
まない。つまり、■一V族化合物半導体においてある程
度のエッチング速度を得るためには、イオンによるスパ
ッタリングを行うか試料温度を上昇させるかして反応生
成物の脱離を促進しなければならない。
RIBEによるCl2ガスを用いたInPのエッチング
のうち、イオンのスパッタリングを強く行った例として
、M. A. Bosch等の.報告(Appl. P
hys. Lctt. 38 (1981) 264 
)がある。
一般に、ガス圧力lO−4〜1G−’Torr.イオン
引出し電圧1500Vの条件でTiをマスクとしてエツ
、チングを行うと、試料に対して垂直にビームを照射し
た場合には、第4図(a)に示すように、側壁がテーパ
状となったエッチング形状となる。
さらに、イオンスパッタリングの効果が大きいため、底
面の荒れも大きくなり易い。この現象の原因としては、
強いイオンスパッタリングによりマスク端が削られて後
退したためと考えられている。そこでこの例では、第4
図(b)に示す如く、試料をビームの入射方向から傾け
且つ試料面内で回転させることにより、垂直な側壁を得
ている。なお、図中41は被エッチング試料、42はマ
スク、43はイオンを示している。
一方、C12ガスを用いたInP−のRIBEのうち、
試料加熱を行った例として、H.Yaaada等の報告
(Extended Abstracts or th
e 20thConrerence on Sol1d
 State and )Later1als.Tok
yo. 1988. pp.279−282 )がある
。この報告では、試料を200℃程度に加熱することに
よるエッチング面の平滑化.側壁の垂直化について述べ
られている。
しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、試料を傾斜・回転させる方法では、エ
ッチング面に荒れが生じ、また本質的にアスペクト比の
大きい溝等の形状のエッチングは不可能である。また、
試料を200℃程度に加熱する方法では、試料の加熱及
び冷却に時間がかかり(試料サイズが大きくなればなる
ほど著しい)、エッチングのスルーブットを上げること
は難しい。
(発明が解決しようとする課題) このように従来、InP等の■一■族化合物半導体の選
択エッチングに際しては、垂直性及び平滑性の良いエッ
チングを生産性良く行うことはできなかった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、垂直性及び平滑性の良いエッチング
を生産性良く行うことができ、特に■一v族化合物半導
体材料のエッチングに適したドライエッチング方法を提
供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、イオン主体のエッチングとラジカル主
体のエッチングとを周期的に繰返すことにより、イオン
主体のエッチングの持つ異方性とラジカル主体のエッチ
ングの持つ平滑性の双方の特徴を生かしたドライエッチ
ングを行うことにある。
即ち本発明は、所定パターンのマスクが形成された被処
理基体を収容した真堂容器内に所定のガスを導入し、こ
のガスをプラズマ化して生威される粒子により被処理基
体を選択エッチングするドライエッチング方法において
、エッチングパラメータ(ガス圧,反応性ガスと不活性
ガスとの混合比,イオン加速電圧等)を周期的に変化さ
せ、イオンを主体とするエッチングとラジカルを主体と
するエッチングとを交互に切替えて前記被処理基体をエ
ッチング処理するようにした方法である。
(作用) 本発明によれば、イオン主体のエッチングにより垂直性
を持たせることができ、該エッチングによる表面荒れを
ラジカル主体の工・yチングにより除去することができ
る。従って、これらの2種のエッチングを交互に繰返す
ことにより、垂直性及び平滑性の良いエッチングが可能
となる。また、このとき被処理基体を加熱,冷却する必
要もないため、これらに要する時間は不要となり、エッ
チングのスループットを上げることが可能となる。
ここで、イオン主体のエッチングにより最後までエッチ
ングを行った後、ラジカル主体の工ッチングにより表面
の後処理を行う方法では、イオン主体のエッチングによ
る表面荒れが大き、くなっており、ラジカル主体のエッ
チングでこれを除去して平滑化を行うことは困難である
これに対し本発明では、イオン主体のエッチングによる
表面荒れが大きくなる前にラジカル主体のエッチングに
よりこれを除去しているので、エッチング量が多くなっ
てもエッチング表面の平滑化を行うことが可能となるの
である。
(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図は本発明の一実施例方法に使用したドライエッチ
ング装置(ECR型プラズマRIBE装置)を示す概略
構成図である。図中10はマイクロ波導波管、11はエ
ッチングガス導入口、12はプラズマ生成部、13は磁
場発生コイル、14はイオン引出し電極、15はエツチ
ングチャンバ、16は試料基板20を載置する試料台、
17はガス排気口である。ガス導入口11にはマスフロ
ーコントローラ18を介して反応性ガス、例えばCl2
が供給される。
また、ガス導入口11にはマスフローコントローラ19
を介して不活性ガス、例えばArが供給されるものとな
っている。この装置は、基本的にはECR放電を利用し
た周知のドライエッチング装置と同様であるが、マスフ
ローコントローラ18.19によりCl2とA『との混
合比を可変できるようになっている点が、従来装置と異
なっている。
次に、上記装置を用いたドライエッチング方法について
説明する。
まず、第2図(a)に示す如く、InP基板21上に厚
さ約0.5μmのSiO2マスク22を形戒する。次い
で、前記第1図に示す装置を用い、容器15内にC 1
2−Ar (1 : 5)の混合ガスを導入し、ガス圧
力I X 10−’Torr.イオン引出し電圧400
V ,マイクロ波出力200Wの条件で、InP基板2
1を8分間選択エッチングする。このエッチングはイオ
ンを主体とす?エッチングであり、第2図(b)に示す
如く、エッチング側壁は垂直であるがエッチング表面2
3に荒れが生じる。
次いで、同様に第1図の装置を用い、前記混合ガスの比
をC1■−Ar(8:5)に変え、ガス圧力4 8 1
0−’Torr,イオン引出し電圧400V,マイクロ
波出力200Wの条件でInPJZ板21を2分間選択
エッチングする。このエッチングはラジカルを主体とす
るエッチングであり、第2図(e)に示す如く、エッチ
ング表面24は荒れが除去されて平滑化される。
ここで、第2図(b) (c)の工程で用いたエッチン
グ条件は、前者は後者に比べてラジカルに対するイオン
の割合が多いものである。つまり、前者のエッチングは
イオン性の強いエッチングであり、後者のエッチングは
ラジカル性の強いエッチングである。イオン性の強いエ
ッチングでは、イオンビームの持つ直線性が生かされた
垂直性の良い側壁が得られるが、イオンスパッタリング
により底面に荒れを生じ易い。逆にラジカル性の強いエ
ッチングでは、等方的なエッチングに近くなるが、エッ
チング面の荒れを解消することができる。そこで、この
2種類のエッチングを交互に繰返すことにより、両方の
特徴、垂直性と平滑性を兼備えたエッチングが可能とな
る。
上述の2つの条件によるエッチングのサイクルを3回繰
返すと、第2図(d)に示す如く、深さ約4.5μmの
側壁の垂直性が良く底面の平滑性も良いエッチング溝2
5が得られた。
この実施例では、ガスの組成(同時にガス圧力)を変え
ることによりイオンとラジカルとの割合を変えているが
、イオン引出し電圧やマイクロ波強度等を変えることに
よっても、イオンの量とラジカルの量の割合を変えるこ
とは可能である。例えば、導入ガスとしてCl2−Ar
(1:5)の混合ガスを用い、ガス圧力IXIG−3T
orrの条件で、イオン引出し電圧を400vにして3
分間.  200Vにして2分間というサイクルを6回
繰返してエッチングすることにより、約1,8μmの深
さの同様に垂直性と平滑性の良いエッチング溝が得られ
た。このように様々の方法で、イオンとラジカルの割合
を変えた場合にも、エッチング時間のサイクルを最適化
することにより、同様に側壁の垂直性が良く底面の平滑
性も良いエッチング溝を得ることができる。
また、半導体基板に溝を形成する代わりに、半導体基板
上の半導体多層膜に溝を形成する場合にも適用すること
ができる。第3図の例は半導体レーザ索子の製造に適用
した実施例である。
n−1nP基板31上にn−1nPバッファ層32, 
 n−1nGaAsPクラッド層33,InGaAs活
性層34及びp−InGaAsPクラッド層35が積層
されており、この試料上にSin2マスク36を形成し
た後、先の実施例方法と同様にして各層35.34.3
3を選択エッチングした。この場合も、先の実施例と同
様に側壁の垂直性が良く底面の平滑性も良いエッチング
満37を形或することができた。また、各層毎にイオン
主体とラジカル主体のエッチングパラメータを変えるこ
とにより、より最適なエッチングを行うことも可能であ
る。
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記被処理基体(エッチング材料)は半
導体基板若しくは半導体多層膜に限るものではな<、誘
電体,金属のドライエッチングにも適用可能である。ま
た、本発明に用いる装置は第1図に何等限定されるもの
ではなく、RIE又はRIBEを実施できる装置であれ
ば使用することが可能である。また、エッチングパラメ
ータとしては、容器内のガス圧、反応性ガスと不活性ガ
スとの混合比,及びイオンの加速電圧(イオン引出し電
極に印加される電圧,高周波バイアス電圧或いはイオン
シースによる自己バイアス電圧等で決まる)の他に、プ
ラズマを発生させるために印加する高周波或いは静磁場
或いは電子ビーム或いは光等を利用することも可能であ
る。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、イオン主体のエッ
チングとラジカル主体のエッチングとを周期的に繰返す
ことにより、イオン主体のエッチングの持つ異方性(垂
直性)とラジカル主体のエッチングの持つ平滑性の双方
の特徴を生かしたドライエッチングを行うことができ、
特に■−v族化合物半導体を垂直性及び平滑性の良い状
態で生産性良くエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例方法に使用したドライエッチ
ング装置を示す概略構成図、第2図は本発明の一実施例
方法に係わるドライエッチング方法を説明するための工
程断面図、第3図は本発明の他の実施例を説明するため
の断面図、第4図は従来の問題点を説明するための断面
図である。 lO・・・導波管、 11・・・ガス導入口、 12・・・プラズマ生成部、 13・・・磁場発生コイル、 14・・・イオン引出し電極、 15・・・チャンバ、 16・・・試料台、 17・・・ガス排気口、 18.19・・・マスフローコントローラ、20・・・
試料基板(被処理基体)、 21・・・InP基板、 22・・・SiO2マスク、 23.24・・・エッチング表面、 25・・・エッチング溝。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)所定パターンのマスクが形成された被処理基体を
    収容した真空容器内に所定のガスを導入し、このガスを
    プラズマ化して生成される粒子により被処理基体を選択
    エッチングするドライエッチング方法において、 エッチングパラメータを周期的に変化させ、イオンを主
    体とするエッチングとラジカルを主体とするエッチング
    とを交互に切替えて前記被処理基体をエッチング処理す
    ることを特徴とするドライエッチング方法。
  2. (2)前記エッチングパラメータを変化させる手段とし
    てとして、前記真空容器内に導入するガスの流量又は該
    容器内を排気する速度を可変して、該容器内のガス圧力
    を周期的に変化させることを特徴とする請求項1記載の
    ドライエッチング方法。
  3. (3)前記容器内に導入するガスは反応性ガスと不活性
    ガスとの混合ガスであり、これら反応性ガスと不活性ガ
    スとの混合比をエッチングパラメータとして周期的に変
    化させることを特徴とする請求項1記載のドライエッチ
    ング方法。
  4. (4)前記周期的に変化させるエッチングパラメータは
    、イオン引出し電極に印加される電圧、高周波バイアス
    電圧或いはイオンシースによる自己バイアス電圧等で決
    まるイオンの加速電圧であることを特徴とする請求項1
    記載のドライエッチング方法。
  5. (5)前記被処理基体は、半導体発光素子の材料として
    用いられるIII−V族化合物半導体であることを特徴と
    する請求項1記載のドライエッチング方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0480920A (ja) * 1990-07-24 1992-03-13 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 反応性イオンエッチング方法
JPH05304217A (ja) * 1992-04-28 1993-11-16 Nec Corp 絶縁膜のエッチング方法
US6417013B1 (en) 1999-01-29 2002-07-09 Plasma-Therm, Inc. Morphed processing of semiconductor devices
JP2007134660A (ja) * 2005-10-12 2007-05-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd ドライエッチング方法
KR20240095152A (ko) 2022-12-13 2024-06-25 주식회사 히타치하이테크 플라스마 처리 방법

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