JPH05166764A - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JPH05166764A JPH05166764A JP35130691A JP35130691A JPH05166764A JP H05166764 A JPH05166764 A JP H05166764A JP 35130691 A JP35130691 A JP 35130691A JP 35130691 A JP35130691 A JP 35130691A JP H05166764 A JPH05166764 A JP H05166764A
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- etching
- chemical species
- layer
- compound semiconductor
- gaas
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスを用
いずに、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系の高異方性，高
選択性，低汚染エッチングを行う。 【構成】 ＨＥＭＴのゲート・リセス加工において、ｎ
+ −ＡｌＧａＡｓ層４上のｎ+ −ＧａＡｓ層５をＳ2 Ｆ
2 ／Ｓ2 Ｃｌ2 ／Ｎ2 混合ガスを用いてエッチングす
る。Ｇａ，Ａｓは、フッ化物，塩化物等の形で除去され
る。また、気相中に放出されるＳがＮ2 と反応してポリ
チアジル（ＳＮ）x を主体とする窒化イオウ系化合物が
生成し、これが側壁保護膜７を形成する。したがって、
異方性形状を有するリセス５ａが得られる。下地のｎ+
−ＡｌＧａＡｓ層４が露出面上では、Ｓ2 Ｆ2 から生成
するＦ* の寄与によりＡｌＦx が形成され、エッチング
が停止する。窒化イオウ系化合物は、ウェハ加熱により
容易に昇華，分解できる。
いずに、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系の高異方性，高
選択性，低汚染エッチングを行う。 【構成】 ＨＥＭＴのゲート・リセス加工において、ｎ
+ −ＡｌＧａＡｓ層４上のｎ+ −ＧａＡｓ層５をＳ2 Ｆ
2 ／Ｓ2 Ｃｌ2 ／Ｎ2 混合ガスを用いてエッチングす
る。Ｇａ，Ａｓは、フッ化物，塩化物等の形で除去され
る。また、気相中に放出されるＳがＮ2 と反応してポリ
チアジル（ＳＮ）x を主体とする窒化イオウ系化合物が
生成し、これが側壁保護膜７を形成する。したがって、
異方性形状を有するリセス５ａが得られる。下地のｎ+
−ＡｌＧａＡｓ層４が露出面上では、Ｓ2 Ｆ2 から生成
するＦ* の寄与によりＡｌＦx が形成され、エッチング
が停止する。窒化イオウ系化合物は、ウェハ加熱により
容易に昇華，分解できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造等に適
用されるドライエッチング方法に関し、特にＨＥＭＴ
（高電子移動度トランジスタ）のゲート・リセス形成工
程におけるＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択エッチング等
を、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスを使用せず
に行う方法に関する。
用されるドライエッチング方法に関し、特にＨＥＭＴ
（高電子移動度トランジスタ）のゲート・リセス形成工
程におけるＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択エッチング等
を、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスを使用せず
に行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｓＭＥＳ−ＦＥＴ（ｍｅｔａｌ
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃ
ｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を単一基板上に集積化した
ＭＭＩＣ（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ
ＩＣ）は、高速高周波応答性、低雑音、低消費電力等
の特長を有し、近年、移動体通信や衛生通信用のデバイ
スとして利用されつつある。
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃ
ｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を単一基板上に集積化した
ＭＭＩＣ（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ
ＩＣ）は、高速高周波応答性、低雑音、低消費電力等
の特長を有し、近年、移動体通信や衛生通信用のデバイ
スとして利用されつつある。
【０００３】１９８０年には、上記ＧａＡｓＭＥＳ−Ｆ
ＥＴのさらなる高速化を目指した研究から、ＨＥＭＴ
（ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙｔｒ
ａｎｓｉｓｔｏｒ）が開発されている。これは、ＧａＡ
ｓ化合物半導体のヘテロ接合界面における２次元電子ガ
スが、不純物による散乱を受けることなく高速で移動で
きることを利用したデバイスである。このＨＥＭＴにつ
いても高集積化を実現するための研究が続けられてお
り、その加工を行うドライエッチング技術に対する要求
も、より高精度、より高選択比へと向かっている。
ＥＴのさらなる高速化を目指した研究から、ＨＥＭＴ
（ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙｔｒ
ａｎｓｉｓｔｏｒ）が開発されている。これは、ＧａＡ
ｓ化合物半導体のヘテロ接合界面における２次元電子ガ
スが、不純物による散乱を受けることなく高速で移動で
きることを利用したデバイスである。このＨＥＭＴにつ
いても高集積化を実現するための研究が続けられてお
り、その加工を行うドライエッチング技術に対する要求
も、より高精度、より高選択比へと向かっている。
【０００４】中でも、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系を
選択的にエッチングしてゲート・リセスを形成する工程
は、ＨＥＭＴ，ヘテロＭＩＳ構造ＦＥＴなどのヘテロ接
合ＦＥＴの閾値電圧を決める重要な技術である。それ
は、下層側のＡｌＧａＡｓ層における不純物濃度や厚さ
等が、上層側のＧａＡｓ層のみを除去すれば然るべき閾
値電圧をもつＦＥＴが構成できるように予め設定されて
いるからである。このＡｌＧａＡｓ層上におけるＧａＡ
ｓ層の選択エッチング方法としては、ＣＣｌ2 Ｆ2 等の
ＣＦＣガスと希ガスの混合ガスを用いる方法が代表的な
ものである。これは、Ｇａが主として塩化物、Ａｓがフ
ッ化物および塩化物を形成することによりＧａＡｓ層が
除去される一方で、下地のＡｌＧａＡｓ層が露出した時
点では蒸気圧の低いＡｌＦ3 が表面に形成されてエッチ
ング速度が低下し、高選択比が得られるからである。
選択的にエッチングしてゲート・リセスを形成する工程
は、ＨＥＭＴ，ヘテロＭＩＳ構造ＦＥＴなどのヘテロ接
合ＦＥＴの閾値電圧を決める重要な技術である。それ
は、下層側のＡｌＧａＡｓ層における不純物濃度や厚さ
等が、上層側のＧａＡｓ層のみを除去すれば然るべき閾
値電圧をもつＦＥＴが構成できるように予め設定されて
いるからである。このＡｌＧａＡｓ層上におけるＧａＡ
ｓ層の選択エッチング方法としては、ＣＣｌ2 Ｆ2 等の
ＣＦＣガスと希ガスの混合ガスを用いる方法が代表的な
ものである。これは、Ｇａが主として塩化物、Ａｓがフ
ッ化物および塩化物を形成することによりＧａＡｓ層が
除去される一方で、下地のＡｌＧａＡｓ層が露出した時
点では蒸気圧の低いＡｌＦ3 が表面に形成されてエッチ
ング速度が低下し、高選択比が得られるからである。
【０００５】たとえば、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏ
ｌ．２０．，Ｎｏ．１１（１９８１）ｐ．Ｌ８４７〜８
５０には、ＣＣｌ2 Ｆ2 ／Ｈｅ混合ガスを用いて選択比
２００を達成した例が報告されている。
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏ
ｌ．２０．，Ｎｏ．１１（１９８１）ｐ．Ｌ８４７〜８
５０には、ＣＣｌ2 Ｆ2 ／Ｈｅ混合ガスを用いて選択比
２００を達成した例が報告されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
選択ドライエッチングには、以下のような問題がある。
まず、上述のＣＣｌ2 Ｆ2 等のＣＦＣガスは、いわゆる
フロン・ガスと通称されている化合物の一種であり、周
知のように地球のオゾン層破壊の原因とされているた
め、近い将来にも製造・使用が禁止される運びである。
したがって、ドライエッチングの分野においても代替ガ
ス、およびその使用技術を開発することが急務となって
いる。
選択ドライエッチングには、以下のような問題がある。
まず、上述のＣＣｌ2 Ｆ2 等のＣＦＣガスは、いわゆる
フロン・ガスと通称されている化合物の一種であり、周
知のように地球のオゾン層破壊の原因とされているた
め、近い将来にも製造・使用が禁止される運びである。
したがって、ドライエッチングの分野においても代替ガ
ス、およびその使用技術を開発することが急務となって
いる。
【０００７】また、上述のＣＦＣガスは、エッチング反
応系内にフルオロカーボン系ポリマーを大量に生成させ
易い。このポリマーは、パターン側壁部に堆積して側壁
保護効果を発揮するので異方性加工に寄与しているが、
その反面、エッチング速度の不安定化やパーティクル・
レベルの悪化等を招き易い。さらに、エッチング時のイ
オンによる照射損傷を回復させるために、３００℃程度
のアニールも必要となる。
応系内にフルオロカーボン系ポリマーを大量に生成させ
易い。このポリマーは、パターン側壁部に堆積して側壁
保護効果を発揮するので異方性加工に寄与しているが、
その反面、エッチング速度の不安定化やパーティクル・
レベルの悪化等を招き易い。さらに、エッチング時のイ
オンによる照射損傷を回復させるために、３００℃程度
のアニールも必要となる。
【０００８】そこで本発明は、Ａｌを含有する化合物半
導体層（以下、Ａｌ含有化合物半導体層と称する。）上
におけるＡｌを含まない化合物半導体層（以下、非Ａｌ
含有化合物半導体層と称する。）の選択エッチングを、
ＣＦＣガスを使用せずに、高選択比、高異方性、低汚染
性、低損傷性をもって行う方法を提供することを目的と
する。
導体層（以下、Ａｌ含有化合物半導体層と称する。）上
におけるＡｌを含まない化合物半導体層（以下、非Ａｌ
含有化合物半導体層と称する。）の選択エッチングを、
ＣＦＣガスを使用せずに、高選択比、高異方性、低汚染
性、低損傷性をもって行う方法を提供することを目的と
する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
である。すなわち、本願の第１の発明にかかるドライエ
ッチング方法は、Ａｌ含有化合物半導体層の上に積層さ
れた非Ａｌ含有化合物半導体層を選択的に除去する方法
であって、放電解離条件下でプラズマ中に少なくともＦ
系化学種と、Ｓ系化学種と、Ｎ系化学種とを生成し得る
エッチング・ガスを用い、被エッチング基板上に窒化イ
オウ系化合物を堆積させながら前記非Ａｌ含有化合物半
導体層をエッチングすることを特徴とする。
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
である。すなわち、本願の第１の発明にかかるドライエ
ッチング方法は、Ａｌ含有化合物半導体層の上に積層さ
れた非Ａｌ含有化合物半導体層を選択的に除去する方法
であって、放電解離条件下でプラズマ中に少なくともＦ
系化学種と、Ｓ系化学種と、Ｎ系化学種とを生成し得る
エッチング・ガスを用い、被エッチング基板上に窒化イ
オウ系化合物を堆積させながら前記非Ａｌ含有化合物半
導体層をエッチングすることを特徴とする。
【００１０】本願の第２の発明にかかるドライエッチン
グ方法は、同じくＡｌ含有化合物半導体層の上に積層さ
れた非Ａｌ含有化合物半導体層を選択的に除去する方法
であって、放電解離条件下でプラズマ中に少なくともＣ
ｌ系化学種もしくはＢｒ系化学種と、Ｓ系化学種と、Ｎ
系化学種とを生成し得る第１のエッチング・ガスを用
い、被エッチング基板上に窒化イオウ系化合物を堆積さ
せながら前記非Ａｌ含有化合物半導体層を実質的にその
層厚分だけエッチングする工程と、放電解離条件下でプ
ラズマ中に少なくともＦ系化学種と、Ｓ系化学種と、Ｎ
系化学種とを生成し得る第２のエッチング・ガスを用
い、被エッチング基板上に窒化イオウ系化合物を堆積さ
せながらオーバーエッチングを行う工程とを有すること
を特徴とする。
グ方法は、同じくＡｌ含有化合物半導体層の上に積層さ
れた非Ａｌ含有化合物半導体層を選択的に除去する方法
であって、放電解離条件下でプラズマ中に少なくともＣ
ｌ系化学種もしくはＢｒ系化学種と、Ｓ系化学種と、Ｎ
系化学種とを生成し得る第１のエッチング・ガスを用
い、被エッチング基板上に窒化イオウ系化合物を堆積さ
せながら前記非Ａｌ含有化合物半導体層を実質的にその
層厚分だけエッチングする工程と、放電解離条件下でプ
ラズマ中に少なくともＦ系化学種と、Ｓ系化学種と、Ｎ
系化学種とを生成し得る第２のエッチング・ガスを用
い、被エッチング基板上に窒化イオウ系化合物を堆積さ
せながらオーバーエッチングを行う工程とを有すること
を特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明者は、下地にダメージを与えずに低汚
染，高異方性加工を行うためには、従来のフルオロカー
ボン系ポリマーに代わり、特定の条件下でのみ堆積し、
不要時には容易かつ完全に除去できる何らかの側壁保護
物質が必要であると考え、窒化イオウ系化合物に着目し
た。
染，高異方性加工を行うためには、従来のフルオロカー
ボン系ポリマーに代わり、特定の条件下でのみ堆積し、
不要時には容易かつ完全に除去できる何らかの側壁保護
物質が必要であると考え、窒化イオウ系化合物に着目し
た。
【００１２】上記窒化イオウ系化合物としては、後述す
るごとく種々の化合物が知られているが、本発明におい
て特に側壁保護効果を期待される代表的な化合物はポリ
チアジル（ＳＮ）x である。（ＳＮ）x は古くから無機
導電性ポリマーとして知られている物質であり、その性
質，構造等については、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．，Ｖｏｌ．２９，ｐ．６３５８〜６３６３（１９７
５）に詳述されている。常圧下では２０８℃、減圧下で
は１４０〜１５０℃付近まで安定に存在するポリマー状
物質である。さらに、（ＳＮ）x は減圧下で１４０〜１
５０℃付近まで加熱すれば容易に分解または昇華し、完
全に除去することができるので、パーティクル汚染を惹
起する懸念がない。
るごとく種々の化合物が知られているが、本発明におい
て特に側壁保護効果を期待される代表的な化合物はポリ
チアジル（ＳＮ）x である。（ＳＮ）x は古くから無機
導電性ポリマーとして知られている物質であり、その性
質，構造等については、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．，Ｖｏｌ．２９，ｐ．６３５８〜６３６３（１９７
５）に詳述されている。常圧下では２０８℃、減圧下で
は１４０〜１５０℃付近まで安定に存在するポリマー状
物質である。さらに、（ＳＮ）x は減圧下で１４０〜１
５０℃付近まで加熱すれば容易に分解または昇華し、完
全に除去することができるので、パーティクル汚染を惹
起する懸念がない。
【００１３】（ＳＮ）x は、原理的には放電解離条件下
でプラズマ中にＳ系化学種とＮ系化学種が存在していれ
ば生成する。最も単純に考えれば、窒素系化合物の放電
解離によりプラズマ中に生成したＮと、イオウ系化合物
の放電解離によりプラズマ中に生成したＳとが結合し
て、まずチアジル（Ｎ≡Ｓ）が形成される。このチアジ
ルは、酸素類似体である一酸化窒素（ＮＯ）の構造から
類推して不対電子を持っており、容易に重合して（Ｓ
Ｎ）2 を生ずる。（ＳＮ）2 は３０℃付近で分解する化
合物であるが、２０℃付近では容易に重合して（ＳＮ）
4 、さらには（ＳＮ）x を生成する。（ＳＮ）4 は融点
１７８℃，分解温度２０６℃の環状物質である。
でプラズマ中にＳ系化学種とＮ系化学種が存在していれ
ば生成する。最も単純に考えれば、窒素系化合物の放電
解離によりプラズマ中に生成したＮと、イオウ系化合物
の放電解離によりプラズマ中に生成したＳとが結合し
て、まずチアジル（Ｎ≡Ｓ）が形成される。このチアジ
ルは、酸素類似体である一酸化窒素（ＮＯ）の構造から
類推して不対電子を持っており、容易に重合して（Ｓ
Ｎ）2 を生ずる。（ＳＮ）2 は３０℃付近で分解する化
合物であるが、２０℃付近では容易に重合して（ＳＮ）
4 、さらには（ＳＮ）x を生成する。（ＳＮ）4 は融点
１７８℃，分解温度２０６℃の環状物質である。
【００１４】なお、プラズマ中にＦ* が存在する系では
上記（ＳＮ）x のＳ原子上にハロゲン原子が結合したフ
ッ化チアジルが、また、Ｈ* が存在する系ではチアジル
水素が生成し得る。さらに、条件によってはＳ4 Ｎ
2 （融点２３℃），Ｓ11Ｎ2 （融点１５０〜１５５
℃），Ｓ15Ｎ2 （融点１３７℃），Ｓ16Ｎ2 （融点１２
２℃）等のように分子内のＳ原子数とＮ原子数が不均衡
な環状窒化イオウ化合物、あるいはこれら環状窒化イオ
ウ化合物のＮ原子上にＨ原子が結合したＳ7 ＮＨ（融点
１１３．５℃），１，３−Ｓ6 （ＮＨ）2 （融点１３０
℃），１，４−Ｓ6 （ＮＨ）2 （融点１３３℃），１，
５−Ｓ6 （ＮＨ）2 （融点１５５℃），１，３，５−Ｓ
5 （ＮＨ）3 （融点１２４℃），１，３，６−Ｓ5 （Ｎ
Ｈ）3 （融点１３１℃），Ｓ4 （ＮＨ）4 （融点１４５
℃）等のイミド型の化合物等も生成可能である。
上記（ＳＮ）x のＳ原子上にハロゲン原子が結合したフ
ッ化チアジルが、また、Ｈ* が存在する系ではチアジル
水素が生成し得る。さらに、条件によってはＳ4 Ｎ
2 （融点２３℃），Ｓ11Ｎ2 （融点１５０〜１５５
℃），Ｓ15Ｎ2 （融点１３７℃），Ｓ16Ｎ2 （融点１２
２℃）等のように分子内のＳ原子数とＮ原子数が不均衡
な環状窒化イオウ化合物、あるいはこれら環状窒化イオ
ウ化合物のＮ原子上にＨ原子が結合したＳ7 ＮＨ（融点
１１３．５℃），１，３−Ｓ6 （ＮＨ）2 （融点１３０
℃），１，４−Ｓ6 （ＮＨ）2 （融点１３３℃），１，
５−Ｓ6 （ＮＨ）2 （融点１５５℃），１，３，５−Ｓ
5 （ＮＨ）3 （融点１２４℃），１，３，６−Ｓ5 （Ｎ
Ｈ）3 （融点１３１℃），Ｓ4 （ＮＨ）4 （融点１４５
℃）等のイミド型の化合物等も生成可能である。
【００１５】いずれにしてもこれらの窒化イオウ系化合
物は、エッチング条件にもよるが、ウェハ温度がおおよ
そ１３０℃未満の領域ではウェハ表面へ吸着される。こ
のうち、イオンの垂直入射面に吸着された窒化イオウ系
化合物は、直ちにスパッタ除去されるか、もしくはエッ
チング速度を低下させることに寄与する。一方、イオン
の垂直入射が原理的に生じないパターンの側壁部に堆積
した窒化イオウ系化合物は、側壁保護効果を発揮する。
しかも、エッチング終了後にウェハをおおよそ１３０℃
以上に加熱すれば、窒化イオウ系化合物は容易に昇華ま
たは分解し、除去される。つまり、窒化イオウ系化合物
は、パーティクル汚染の原因とはならないのである。
物は、エッチング条件にもよるが、ウェハ温度がおおよ
そ１３０℃未満の領域ではウェハ表面へ吸着される。こ
のうち、イオンの垂直入射面に吸着された窒化イオウ系
化合物は、直ちにスパッタ除去されるか、もしくはエッ
チング速度を低下させることに寄与する。一方、イオン
の垂直入射が原理的に生じないパターンの側壁部に堆積
した窒化イオウ系化合物は、側壁保護効果を発揮する。
しかも、エッチング終了後にウェハをおおよそ１３０℃
以上に加熱すれば、窒化イオウ系化合物は容易に昇華ま
たは分解し、除去される。つまり、窒化イオウ系化合物
は、パーティクル汚染の原因とはならないのである。
【００１６】したがって本発明では、まず、エッチング
・ガスが窒化イオウ系化合物を生成し得る組成を有して
いることが必要である。つまり、放電解離条件下でプラ
ズマ中にＳ系化学種とＮ系化学種とが生成できるもので
なければならない。また、本発明における下地選択性の
達成が、原理的にＡｌＦx の生成にもとづいている限
り、エッチング・ガスがＦ系化学種を生成し得ることも
必要である。
・ガスが窒化イオウ系化合物を生成し得る組成を有して
いることが必要である。つまり、放電解離条件下でプラ
ズマ中にＳ系化学種とＮ系化学種とが生成できるもので
なければならない。また、本発明における下地選択性の
達成が、原理的にＡｌＦx の生成にもとづいている限
り、エッチング・ガスがＦ系化学種を生成し得ることも
必要である。
【００１７】以上の３つの化学種を構成要件とするもの
が、本願の第１の発明である。もちろん、エッチング反
応生成物の蒸気圧を考慮して、上記エッチング・ガスが
Ｆ系化学種以外のハロゲン系化学種を生成し得るような
ものであっても構わない。また、Ｆ系化学種、Ｓ系化学
種、Ｎ系化学種の三者が、それぞれ別の化合物から供給
されるか、あるいは少なくとも二者が単一の化合物から
供給されるか、さらにあるいは単一の化学種が複数の化
合物から供給されるかは、任意である。
が、本願の第１の発明である。もちろん、エッチング反
応生成物の蒸気圧を考慮して、上記エッチング・ガスが
Ｆ系化学種以外のハロゲン系化学種を生成し得るような
ものであっても構わない。また、Ｆ系化学種、Ｓ系化学
種、Ｎ系化学種の三者が、それぞれ別の化合物から供給
されるか、あるいは少なくとも二者が単一の化合物から
供給されるか、さらにあるいは単一の化学種が複数の化
合物から供給されるかは、任意である。
【００１８】このようなガス組成によれば、窒化イオウ
系化合物により側壁保護を行いながら非Ａｌ含有化合物
半導体層の構成元素を少なくともフッ化物の形で除去す
ることができ、下地のＡｌ含有化合物半導体層の表面が
露出した時点では、その露出面にＡｌＦx が形成されて
エッチングが停止する。しかも、エッチング終了後にウ
ェハを加熱すれば、窒化イオウ系化合物は容易に除去さ
れる。
系化合物により側壁保護を行いながら非Ａｌ含有化合物
半導体層の構成元素を少なくともフッ化物の形で除去す
ることができ、下地のＡｌ含有化合物半導体層の表面が
露出した時点では、その露出面にＡｌＦx が形成されて
エッチングが停止する。しかも、エッチング終了後にウ
ェハを加熱すれば、窒化イオウ系化合物は容易に除去さ
れる。
【００１９】一方、Ｆ系化学種はオーバーエッチング時
のみに使用し、非Ａｌ含有化合物半導体層を実質的にそ
の層厚分だけエッチングするまでの工程（ジャストエッ
チング工程）では、Ｃｌ系化学種もしくはＢｒ系化学種
をエッチング種として使用するのが、本願の第２の発明
である。第２の発明の場合、ジャストエッチング工程で
は窒化イオウ系化合物により側壁保護を行いながら、非
Ａｌ含有化合物半導体層の構成元素を塩化物もしくは臭
化物の形で除去することができる。ここで、第１のエッ
チング・ガスにおいて、Ｃｌ系化学種もしくはＢｒ系化
学種、Ｓ系化学種、Ｎ系化学種の三者が、それぞれ別の
化合物から供給されるか、あるいは少なくとも二者が単
一の化合物から供給されるか、さらにあるいは単一の化
学種が複数の化合物から供給されるかは、任意である。
のみに使用し、非Ａｌ含有化合物半導体層を実質的にそ
の層厚分だけエッチングするまでの工程（ジャストエッ
チング工程）では、Ｃｌ系化学種もしくはＢｒ系化学種
をエッチング種として使用するのが、本願の第２の発明
である。第２の発明の場合、ジャストエッチング工程で
は窒化イオウ系化合物により側壁保護を行いながら、非
Ａｌ含有化合物半導体層の構成元素を塩化物もしくは臭
化物の形で除去することができる。ここで、第１のエッ
チング・ガスにおいて、Ｃｌ系化学種もしくはＢｒ系化
学種、Ｓ系化学種、Ｎ系化学種の三者が、それぞれ別の
化合物から供給されるか、あるいは少なくとも二者が単
一の化合物から供給されるか、さらにあるいは単一の化
学種が複数の化合物から供給されるかは、任意である。
【００２０】また、オーバーエッチング工程では、窒化
イオウ系化合物による側壁保護を行いながら、非Ａｌ含
有化合物半導体層の残余部を少なくともフッ化物の形で
除去することができる。下地のＡｌ含有化合物半導体層
の表面が露出した時点では、その露出面にＡｌＦx が形
成されてエッチングが停止する。このオーバーエッチン
グ工程では、エッチング反応生成物の蒸気圧を考慮し
て、第２のエッチング・ガスの組成にＦ系化学種以外の
ハロゲン系化学種を生成し得るような化合物が添加され
ていても、もちろん構わない。Ｆ系化学種、Ｓ系化学
種、Ｎ系化学種の三者が、それぞれ別の化合物から供給
されるか、あるいは少なくとも二者が単一の化合物から
供給されるか、さらにあるいは単一の化学種が複数の化
合物から供給されるかは、任意である。
イオウ系化合物による側壁保護を行いながら、非Ａｌ含
有化合物半導体層の残余部を少なくともフッ化物の形で
除去することができる。下地のＡｌ含有化合物半導体層
の表面が露出した時点では、その露出面にＡｌＦx が形
成されてエッチングが停止する。このオーバーエッチン
グ工程では、エッチング反応生成物の蒸気圧を考慮し
て、第２のエッチング・ガスの組成にＦ系化学種以外の
ハロゲン系化学種を生成し得るような化合物が添加され
ていても、もちろん構わない。Ｆ系化学種、Ｓ系化学
種、Ｎ系化学種の三者が、それぞれ別の化合物から供給
されるか、あるいは少なくとも二者が単一の化合物から
供給されるか、さらにあるいは単一の化学種が複数の化
合物から供給されるかは、任意である。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【００２２】実施例１ 本実施例は、本願の第１の発明をＨＥＭＴのゲート・リ
セス加工に適用し、ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層上のｎ+ −Ｇ
ａＡｓ層をＳ2 Ｆ2 ／Ｓ2 Ｃｌ2 ／Ｎ2 混合ガスを用い
てエッチングした例である。このプロセスを、図１ない
し図５を参照しながら説明する。
セス加工に適用し、ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層上のｎ+ −Ｇ
ａＡｓ層をＳ2 Ｆ2 ／Ｓ2 Ｃｌ2 ／Ｎ2 混合ガスを用い
てエッチングした例である。このプロセスを、図１ない
し図５を参照しながら説明する。
【００２３】本実施例においてエッチング・サンプルと
して使用したウェハは、図１に示されるように、半絶縁
性ＧａＡｓ基板１上にエピタキシャル成長により形成さ
れ、バッファ層として機能する厚さ約５００ｎｍのｅｐ
ｉ−ＧａＡｓ層２、厚さ約２ｎｍのＡｌＧａＡｓ層３、
Ｓｉ等のｎ型不純物がドープされた厚さ約３０ｎｍのｎ
+ −ＡｌＧａＡｓ層４、同様にｎ型不純物を含む厚さ約
１００ｎｍのｎ+ −ＧａＡｓ層５、所定の形状にパター
ニングされたレジスト・マスク（ＰＲ）６が順次積層さ
れてなるものである。上記レジスト・マスク６のパター
ニングは、電子ビーム描画法による選択露光と現像処理
により行われており、開口部６ａの開口径は約３００ｎ
ｍである。
して使用したウェハは、図１に示されるように、半絶縁
性ＧａＡｓ基板１上にエピタキシャル成長により形成さ
れ、バッファ層として機能する厚さ約５００ｎｍのｅｐ
ｉ−ＧａＡｓ層２、厚さ約２ｎｍのＡｌＧａＡｓ層３、
Ｓｉ等のｎ型不純物がドープされた厚さ約３０ｎｍのｎ
+ −ＡｌＧａＡｓ層４、同様にｎ型不純物を含む厚さ約
１００ｎｍのｎ+ −ＧａＡｓ層５、所定の形状にパター
ニングされたレジスト・マスク（ＰＲ）６が順次積層さ
れてなるものである。上記レジスト・マスク６のパター
ニングは、電子ビーム描画法による選択露光と現像処理
により行われており、開口部６ａの開口径は約３００ｎ
ｍである。
【００２４】上述のウェハをＲＦバイアス印加型の有磁
場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一
例として下記の条件により上記ｎ+ −ＧａＡｓ層５をエ
ッチングした。 Ｓ2 Ｆ2 流量 １０ＳＣＣＭ Ｓ2 Ｃｌ2 流量 ２０ＳＣＣＭ Ｎ2 流量 ２０ＳＣＣＭ ガス圧 １．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ） マイクロ波パワー ８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ２０Ｗ（２ＭＨｚ） ウェハ温度 −１０℃（エタノール冷媒使
用） ここで、上記Ｓ2 Ｆ2 およびＳ2 Ｃｌ2 は共に、本発明
者が先に特願平３−３０８３２７号明細書において、Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系の選択エッチングに使用し
たフッ化イオウおよび塩化イオウの一例である。Ｓ2 Ｆ
2 から生成するＦ* は、ｎ+ −ＧａＡｓ層５中のＡｓを
ＡｓＦ3 ，ＡｓＦ5 等の形で引き抜く。また、Ｓ2 Ｃｌ
2 およびＣｌ2 から生成するＣｌ* は、ｎ+ −ＧａＡｓ
層５中のＡｓおよびＧａを、それぞれＡｓＣｌ3 ，Ｇａ
Ｃｌ3 等の形で引き抜く。これらのラジカル反応は、Ｓ
+ ，ＳＦx + ，Ｃｌx + ，ＳＣｌx + ，Ｎx + 等の入射
イオン・エネルギーにアシストされる。一方、Ｓ2 Ｆ2
およびＳ2 Ｃｌ2 は、放電解離条件下でプラズマ中に遊
離のＳを生成することができる。このＳの少なくとも一
部は、Ｎ2 と反応して（ＳＮ）x に代表される窒化イオ
ウ系化合物に変化する。この窒化イオウ系化合物（場合
によっては未反応のＳも含む。）は、イオンの垂直入射
が原理的に生じないパターンの側壁部に堆積し、図２に
示されるような側壁保護膜７を形成した。
場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一
例として下記の条件により上記ｎ+ −ＧａＡｓ層５をエ
ッチングした。 Ｓ2 Ｆ2 流量 １０ＳＣＣＭ Ｓ2 Ｃｌ2 流量 ２０ＳＣＣＭ Ｎ2 流量 ２０ＳＣＣＭ ガス圧 １．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ） マイクロ波パワー ８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ２０Ｗ（２ＭＨｚ） ウェハ温度 −１０℃（エタノール冷媒使
用） ここで、上記Ｓ2 Ｆ2 およびＳ2 Ｃｌ2 は共に、本発明
者が先に特願平３−３０８３２７号明細書において、Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系の選択エッチングに使用し
たフッ化イオウおよび塩化イオウの一例である。Ｓ2 Ｆ
2 から生成するＦ* は、ｎ+ −ＧａＡｓ層５中のＡｓを
ＡｓＦ3 ，ＡｓＦ5 等の形で引き抜く。また、Ｓ2 Ｃｌ
2 およびＣｌ2 から生成するＣｌ* は、ｎ+ −ＧａＡｓ
層５中のＡｓおよびＧａを、それぞれＡｓＣｌ3 ，Ｇａ
Ｃｌ3 等の形で引き抜く。これらのラジカル反応は、Ｓ
+ ，ＳＦx + ，Ｃｌx + ，ＳＣｌx + ，Ｎx + 等の入射
イオン・エネルギーにアシストされる。一方、Ｓ2 Ｆ2
およびＳ2 Ｃｌ2 は、放電解離条件下でプラズマ中に遊
離のＳを生成することができる。このＳの少なくとも一
部は、Ｎ2 と反応して（ＳＮ）x に代表される窒化イオ
ウ系化合物に変化する。この窒化イオウ系化合物（場合
によっては未反応のＳも含む。）は、イオンの垂直入射
が原理的に生じないパターンの側壁部に堆積し、図２に
示されるような側壁保護膜７を形成した。
【００２５】この結果、上記エッチングは異方的に進行
し、垂直壁を有するリセス５ａが形成された。また、下
地のｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４が露出した時点では、その
表面にＡｌＦx （主としてｘ＝３），ＧａＦx Ｃｌy 等
が形成され、エッチング速度が大幅に低下し、約３０の
選択比が達成された。
し、垂直壁を有するリセス５ａが形成された。また、下
地のｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４が露出した時点では、その
表面にＡｌＦx （主としてｘ＝３），ＧａＦx Ｃｌy 等
が形成され、エッチング速度が大幅に低下し、約３０の
選択比が達成された。
【００２６】エッチング終了後にウェハをバッファ室に
搬送し、ウェハ・ステージを介して約１５０℃に加熱し
たところ、上記側壁保護膜７は図３に示されるように速
やかに昇華除去された。この結果、ウェハ上に何らパー
ティクル汚染が生ずることはなかった。さらに、一例と
して電子ビーム蒸着により厚さ約２００ｎｍのＡｌ層を
形成した。この蒸着は、微細な開口径を有するリセス５
ａの内部においてステップ・カバレッジ（段差被覆性）
が劣化することを逆に利用したものであり、図４に示さ
れるように、レジスト・マスク６の表面には上部Ａｌ層
８ａ、リセス５ａ底部には後にゲート電極となる下部Ａ
ｌ層８ｂがそれぞれ形成された。
搬送し、ウェハ・ステージを介して約１５０℃に加熱し
たところ、上記側壁保護膜７は図３に示されるように速
やかに昇華除去された。この結果、ウェハ上に何らパー
ティクル汚染が生ずることはなかった。さらに、一例と
して電子ビーム蒸着により厚さ約２００ｎｍのＡｌ層を
形成した。この蒸着は、微細な開口径を有するリセス５
ａの内部においてステップ・カバレッジ（段差被覆性）
が劣化することを逆に利用したものであり、図４に示さ
れるように、レジスト・マスク６の表面には上部Ａｌ層
８ａ、リセス５ａ底部には後にゲート電極となる下部Ａ
ｌ層８ｂがそれぞれ形成された。
【００２７】この後、常法にしたがってレジスト・マス
ク６をリフト・オフすると、図５に示されるように上部
Ａｌ層８ａも同時に除去され、リセス５ａ底部の下部Ａ
ｌ層８ｂのみを残すことができた。
ク６をリフト・オフすると、図５に示されるように上部
Ａｌ層８ａも同時に除去され、リセス５ａ底部の下部Ａ
ｌ層８ｂのみを残すことができた。
【００２８】なお、本実施例ではフッ化イオウとしてＳ
2 Ｆ2 を使用したが、ＳＦ2 ，ＳＦ4 ，Ｓ2 Ｆ10を使用
しても良い。また、塩化イオウとしてはＳ2 Ｃｌ2 を使
用したが、Ｓ3 Ｃｌ2 ，ＳＣｌ2 ，ＳＣｌ4 を使用して
も良い。
2 Ｆ2 を使用したが、ＳＦ2 ，ＳＦ4 ，Ｓ2 Ｆ10を使用
しても良い。また、塩化イオウとしてはＳ2 Ｃｌ2 を使
用したが、Ｓ3 Ｃｌ2 ，ＳＣｌ2 ，ＳＣｌ4 を使用して
も良い。
【００２９】実施例２ 本実施例は、本願の第１の発明を同じくＨＥＭＴのゲー
ト・リセス加工に適用し、ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層上のｎ
+ −ＧａＡｓ層をＳ2 Ｆ2 ／Ｓ2 Ｂｒ2 ／Ｎ2 混合ガス
を用いてエッチングした例である。前出の図１に示され
るものと同じウェハを有磁場マイクロ波プラズマ・エッ
チング装置にセットし、一例として下記の条件によりｎ
+ −ＧａＡｓ層５をエッチングした。
ト・リセス加工に適用し、ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層上のｎ
+ −ＧａＡｓ層をＳ2 Ｆ2 ／Ｓ2 Ｂｒ2 ／Ｎ2 混合ガス
を用いてエッチングした例である。前出の図１に示され
るものと同じウェハを有磁場マイクロ波プラズマ・エッ
チング装置にセットし、一例として下記の条件によりｎ
+ −ＧａＡｓ層５をエッチングした。
【００３０】 Ｓ2 Ｆ2 流量 １０ＳＣＣＭ Ｓ2 Ｂｒ2 流量 ２０ＳＣＣＭ Ｎ2 流量 １０ＳＣＣＭ ガス圧 １．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ） マイクロ波パワー ８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ２０Ｗ（２ＭＨｚ） ウェハ温度 −１０℃（エタノール冷媒使
用） 上記Ｓ2 Ｂｒ2 も、やはり本発明者が先に特願平３−３
０８３２７号明細書において、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
積層系の選択エッチングに使用した臭化イオウの一例で
ある。本実施例は、前述の実施例１におけるＳ2 Ｃｌ2
をＳ2 Ｂｒ2 に置き換えたものであり、エッチング反応
生成物として塩化物の代わりに臭化物が生成すること以
外は、ほぼ実施例１と同様の機構によりエッチングが進
行した。
用） 上記Ｓ2 Ｂｒ2 も、やはり本発明者が先に特願平３−３
０８３２７号明細書において、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
積層系の選択エッチングに使用した臭化イオウの一例で
ある。本実施例は、前述の実施例１におけるＳ2 Ｃｌ2
をＳ2 Ｂｒ2 に置き換えたものであり、エッチング反応
生成物として塩化物の代わりに臭化物が生成すること以
外は、ほぼ実施例１と同様の機構によりエッチングが進
行した。
【００３１】本実施例においても、良好な異方性形状を
有するリセス５ａが形成され、下地のｎ+ −ＡｌＧａＡ
ｓ層４に対して約３０の選択比が得られた。なお、本実
施例では臭化イオウとしてＳ2 Ｂｒ2 を使用したが、Ｓ
2 Ｂｒ3 ，ＳＢｒ2 を使用しても良い。
有するリセス５ａが形成され、下地のｎ+ −ＡｌＧａＡ
ｓ層４に対して約３０の選択比が得られた。なお、本実
施例では臭化イオウとしてＳ2 Ｂｒ2 を使用したが、Ｓ
2 Ｂｒ3 ，ＳＢｒ2 を使用しても良い。
【００３２】実施例３ 本実施例は、本願の第２の発明を適用し、Ｓ2 Ｃｌ2 ／
Ｎ2 混合ガスを用いてｎ+ −ＧａＡｓ層をジャストエッ
チングした後、Ｓ2 Ｆ2 ／Ｃｌ2 ／Ｈ2 Ｓ／Ｎ2 混合ガ
スを用いてオーバーエッチングを行った例である。ま
ず、図１に示されるものと同じウェハを有磁場マイクロ
波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例として下
記の条件によりｎ+ −ＧａＡｓ層５をジャストエッチン
グした。
Ｎ2 混合ガスを用いてｎ+ −ＧａＡｓ層をジャストエッ
チングした後、Ｓ2 Ｆ2 ／Ｃｌ2 ／Ｈ2 Ｓ／Ｎ2 混合ガ
スを用いてオーバーエッチングを行った例である。ま
ず、図１に示されるものと同じウェハを有磁場マイクロ
波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例として下
記の条件によりｎ+ −ＧａＡｓ層５をジャストエッチン
グした。
【００３３】 Ｓ2 Ｃｌ2 流量 ２０ＳＣＣＭ Ｎ2 流量 ２０ＳＣＣＭ ガス圧 １．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ） マイクロ波パワー ８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ２０Ｗ（２ＭＨｚ） ウェハ温度 −１０℃（エタノール冷媒使
用） このジャストエッチング工程では、Ｓ2 Ｃｌ2 から解離
生成するＣｌ* が主エッチング種となってエッチングが
進行した。一方、同じくＳ2 Ｃｌ2 から解離生成するＳ
がＮ2 と反応して窒化イオウ系化合物からなる側壁保護
膜７が形成されることにより、異方性エッチングが進行
した。
用） このジャストエッチング工程では、Ｓ2 Ｃｌ2 から解離
生成するＣｌ* が主エッチング種となってエッチングが
進行した。一方、同じくＳ2 Ｃｌ2 から解離生成するＳ
がＮ2 と反応して窒化イオウ系化合物からなる側壁保護
膜７が形成されることにより、異方性エッチングが進行
した。
【００３４】次に、ウェハの他所において残存するｎ+
−ＧａＡｓ層５を除去するため、条件を一例として下記
のように切り替え、オーバーエッチングを行った。 Ｓ2 Ｆ2 流量 ２０ＳＣＣＭ Ｃｌ2 流量 ５ＳＣＣＭ Ｈ2 Ｓ流量 １０ＳＣＣＭ Ｎ2 流量 ２０ＳＣＣＭ ガス圧 １．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ） マイクロ波パワー ８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー １０Ｗ（２ＭＨｚ） ウェハ温度 −１０℃ このオーバーエッチング工程では、Ｓ2 Ｆ2 から生成す
るＦ* とＣｌ2 から生成するＣｌ* によりｎ+ −ＧａＡ
ｓ層５の残余部がエッチングされるが、Ｆ* の生成量が
Ｃｌ* の生成量に比べて大過剰となっているため、下地
のｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４が露出すると、その露出面に
は直ちにＡｌＦx が形成された。Ｈ2 Ｓは、Ｈ* や遊離
のＳを生成する。Ｈ* は、オーバーエッチング時に過剰
となるハロゲン・ラジカルを捕捉してハロゲン化水素の
形で除去する役割を果たし、Ｓは窒化イオウ系化合物の
生成に寄与する。つまりＨ2 Ｓは、エッチング反応系の
見掛け上のＳ／Ｘ比〔Ｓ原子数とハロゲン（Ｘ）原子数
の比〕を上昇させ、ラジカル性を弱め、Ｓの生成ひいて
は窒化イオウ系化合物の堆積を促進するのである。しか
も、本実施例ではＲＦバイアス・パワーがジャストエッ
チング時に比べて半減されており、このことによっても
窒化イオウ系化合物の堆積は促進されている。
−ＧａＡｓ層５を除去するため、条件を一例として下記
のように切り替え、オーバーエッチングを行った。 Ｓ2 Ｆ2 流量 ２０ＳＣＣＭ Ｃｌ2 流量 ５ＳＣＣＭ Ｈ2 Ｓ流量 １０ＳＣＣＭ Ｎ2 流量 ２０ＳＣＣＭ ガス圧 １．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ） マイクロ波パワー ８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー １０Ｗ（２ＭＨｚ） ウェハ温度 −１０℃ このオーバーエッチング工程では、Ｓ2 Ｆ2 から生成す
るＦ* とＣｌ2 から生成するＣｌ* によりｎ+ −ＧａＡ
ｓ層５の残余部がエッチングされるが、Ｆ* の生成量が
Ｃｌ* の生成量に比べて大過剰となっているため、下地
のｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４が露出すると、その露出面に
は直ちにＡｌＦx が形成された。Ｈ2 Ｓは、Ｈ* や遊離
のＳを生成する。Ｈ* は、オーバーエッチング時に過剰
となるハロゲン・ラジカルを捕捉してハロゲン化水素の
形で除去する役割を果たし、Ｓは窒化イオウ系化合物の
生成に寄与する。つまりＨ2 Ｓは、エッチング反応系の
見掛け上のＳ／Ｘ比〔Ｓ原子数とハロゲン（Ｘ）原子数
の比〕を上昇させ、ラジカル性を弱め、Ｓの生成ひいて
は窒化イオウ系化合物の堆積を促進するのである。しか
も、本実施例ではＲＦバイアス・パワーがジャストエッ
チング時に比べて半減されており、このことによっても
窒化イオウ系化合物の堆積は促進されている。
【００３５】これら、Ｓ2 Ｆ2 の添加効果、Ｓ／Ｘ比の
上昇効果、ＲＦバイアス・パワーの低減効果等により、
本実施例ではｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４に対する選択比が
約６０に向上した。
上昇効果、ＲＦバイアス・パワーの低減効果等により、
本実施例ではｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４に対する選択比が
約６０に向上した。
【００３６】なお、エッチング反応系のＳ／Ｘ比を上昇
させるための化合物としては、上述のＨ2 Ｓの他、
Ｈ2 ，シラン系化合物等を使用することもできる。ま
た、オーバーエッチング時に入射イオン・エネルギーを
低下させる方法としては、上述のようにＲＦバイアスの
パワーを低下させる方法の他、ＲＦ周波数を増大させる
方法や、パワーの低下と周波数の増大を同時に行う方法
も有効である。
させるための化合物としては、上述のＨ2 Ｓの他、
Ｈ2 ，シラン系化合物等を使用することもできる。ま
た、オーバーエッチング時に入射イオン・エネルギーを
低下させる方法としては、上述のようにＲＦバイアスの
パワーを低下させる方法の他、ＲＦ周波数を増大させる
方法や、パワーの低下と周波数の増大を同時に行う方法
も有効である。
【００３７】実施例４ 本実施例は、本願の第２の発明を適用し、Ｃｌ2 ／Ｈ2
Ｓ／Ｎ2 混合ガスを用いてｎ+ −ＧａＡｓ層をジャスト
エッチングした後、ＳＦ6 ／Ｃｌ2 ／Ｈ2 Ｓ／Ｎ2 混合
ガスを用いてオーバーエッチングを行った例である。ま
ず、図１に示されるものと同じウェハを有磁場マイクロ
波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例として下
記の条件でｎ+ −ＧａＡｓ層５をジャストエッチングし
た。
Ｓ／Ｎ2 混合ガスを用いてｎ+ −ＧａＡｓ層をジャスト
エッチングした後、ＳＦ6 ／Ｃｌ2 ／Ｈ2 Ｓ／Ｎ2 混合
ガスを用いてオーバーエッチングを行った例である。ま
ず、図１に示されるものと同じウェハを有磁場マイクロ
波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例として下
記の条件でｎ+ −ＧａＡｓ層５をジャストエッチングし
た。
【００３８】 Ｃｌ2 流量 ２０ＳＣＣＭ Ｈ2 Ｓ流量 １０ＳＣＣＭ Ｎ2 流量 １０ＳＣＣＭ ガス圧 １．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ） マイクロ波パワー ８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー １０Ｗ（２ＭＨｚ） ウェハ温度 −１０℃ このジャストエッチング工程では、Ｃｌ2 から解離生成
するＣｌ* によりエッチングが進行する一方、Ｈ2 Ｓか
ら生成するＳとＮ2 との反応により形成される窒化イオ
ウ系化合物が堆積して側壁保護膜７が形成された。
するＣｌ* によりエッチングが進行する一方、Ｈ2 Ｓか
ら生成するＳとＮ2 との反応により形成される窒化イオ
ウ系化合物が堆積して側壁保護膜７が形成された。
【００３９】ただし、上記のガス系はＦ* を生成しない
ので、このままエッチングを続けたのでは下地選択性を
得ることができない。そこで、次に条件を一例として下
記のように切り替え、オーバーエッチングを行った。 ＳＦ6 流量 １０ＳＣＣＭ Ｃｌ2 流量 ５ＳＣＣＭ Ｈ2 Ｓ流量 １０ＳＣＣＭ Ｎ2 流量 １０ＳＣＣＭ ガス圧 １．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ） マイクロ波パワー ８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー １０Ｗ（２ＭＨｚ） ウェハ温度 −１０℃ このオーバーエッチング工程では、ＳＦ6 から生成する
Ｆ* とＣｌ2 から生成するＣｌ* によりｎ+ −ＧａＡｓ
層５の残余部がエッチングされるが、Ｆ* の生成量がＣ
ｌ* の生成量に比べて大過剰となっているため、下地の
ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４が露出すると、その露出面には
直ちにＡｌＦx が形成された。ＳＦ6 は、放電解離条件
下でも遊離のＳを生成しないことが実験的に確認されて
おり、本実施例ではＦ* 供給源として用いられている。
本実施例では、ＳＦ6 の添加効果、Ｈ2 ＳによるＳ／Ｘ
比の上昇効果、ＲＦバイアス・パワーの低減効果等によ
り、ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４に対して選択比約７０が得
られた。
ので、このままエッチングを続けたのでは下地選択性を
得ることができない。そこで、次に条件を一例として下
記のように切り替え、オーバーエッチングを行った。 ＳＦ6 流量 １０ＳＣＣＭ Ｃｌ2 流量 ５ＳＣＣＭ Ｈ2 Ｓ流量 １０ＳＣＣＭ Ｎ2 流量 １０ＳＣＣＭ ガス圧 １．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ） マイクロ波パワー ８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー １０Ｗ（２ＭＨｚ） ウェハ温度 −１０℃ このオーバーエッチング工程では、ＳＦ6 から生成する
Ｆ* とＣｌ2 から生成するＣｌ* によりｎ+ −ＧａＡｓ
層５の残余部がエッチングされるが、Ｆ* の生成量がＣ
ｌ* の生成量に比べて大過剰となっているため、下地の
ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４が露出すると、その露出面には
直ちにＡｌＦx が形成された。ＳＦ6 は、放電解離条件
下でも遊離のＳを生成しないことが実験的に確認されて
おり、本実施例ではＦ* 供給源として用いられている。
本実施例では、ＳＦ6 の添加効果、Ｈ2 ＳによるＳ／Ｘ
比の上昇効果、ＲＦバイアス・パワーの低減効果等によ
り、ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４に対して選択比約７０が得
られた。
【００４０】なお、本実施例ではＣｌ* の供給源として
Ｃｌ2 を使用したが、これに替えてＳｉＣｌ4 ，ＣｌＦ
3 ，ＢＣｌ3 ，ＰＣｌ3 ，ＰＣｌ5 等を使用しても良
い。
Ｃｌ2 を使用したが、これに替えてＳｉＣｌ4 ，ＣｌＦ
3 ，ＢＣｌ3 ，ＰＣｌ3 ，ＰＣｌ5 等を使用しても良
い。
【００４１】以上、本発明を４つの実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの各実施例に何ら限定され
るものではない。まず、上述の各実施例では化合物半導
体層の積層系としてＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系を例
示したが、本発明は下層側にＡｌが含まれていれば従来
公知の他の化合物半導体の積層系にも適用可能である。
たとえば、ＧａＰ／ＡｌＧａＰ、ＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ、
ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ等の２元
素系／３元素系の積層系、さらにあるいは３元素系／４
元素系等の積層系等のエッチングにも適用できる。
説明したが、本発明はこれらの各実施例に何ら限定され
るものではない。まず、上述の各実施例では化合物半導
体層の積層系としてＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系を例
示したが、本発明は下層側にＡｌが含まれていれば従来
公知の他の化合物半導体の積層系にも適用可能である。
たとえば、ＧａＰ／ＡｌＧａＰ、ＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ、
ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ等の２元
素系／３元素系の積層系、さらにあるいは３元素系／４
元素系等の積層系等のエッチングにも適用できる。
【００４２】エッチング・ガスには、冷却効果，希釈効
果，スパッタリング効果等を得る目的で、Ｈｅ，Ａｒ，
Ｘｅ等の希ガスを適宜添加しても良い。さらに、本発明
は非Ａｌ含有／Ａｌ含有化合物半導体の積層系の選択エ
ッチングが必要とされるプロセスであれば、上述のよう
なＨＥＭＴの製造に限らず、たとえば半導体レーザー素
子の加工等にも適用可能である。
果，スパッタリング効果等を得る目的で、Ｈｅ，Ａｒ，
Ｘｅ等の希ガスを適宜添加しても良い。さらに、本発明
は非Ａｌ含有／Ａｌ含有化合物半導体の積層系の選択エ
ッチングが必要とされるプロセスであれば、上述のよう
なＨＥＭＴの製造に限らず、たとえば半導体レーザー素
子の加工等にも適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば、窒化イオウ系化合物による側壁保護効
果を利用して、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系に代表さ
れる非Ａｌ含有／Ａｌ含有化合物半導体の積層系の選択
異方性エッチングを行うことが可能となる。したがっ
て、本発明はまず脱ＣＦＣ対策としての意義が極めて大
きい。しかも、上記窒化イオウ系化合物は容易に昇華も
しくは分解除去することができ、パーティクル汚染を惹
起する虞れがない。さらに、Ｆ系化学種を生成する化合
物をオーバーエッチング時にエッチング・ガスに添加す
ることにより、対下地選択性を高めることができる。
明を適用すれば、窒化イオウ系化合物による側壁保護効
果を利用して、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系に代表さ
れる非Ａｌ含有／Ａｌ含有化合物半導体の積層系の選択
異方性エッチングを行うことが可能となる。したがっ
て、本発明はまず脱ＣＦＣ対策としての意義が極めて大
きい。しかも、上記窒化イオウ系化合物は容易に昇華も
しくは分解除去することができ、パーティクル汚染を惹
起する虞れがない。さらに、Ｆ系化学種を生成する化合
物をオーバーエッチング時にエッチング・ガスに添加す
ることにより、対下地選択性を高めることができる。
【００４４】したがって、本発明はたとえば化合物半導
体を利用した半導体装置を微細なデザイン・ルールにも
とづいて製造する上で極めて有効であり、さらにこれを
高集積化してＭＭＩＣ等を構成することにも多大な貢献
をなすものである。
体を利用した半導体装置を微細なデザイン・ルールにも
とづいて製造する上で極めて有効であり、さらにこれを
高集積化してＭＭＩＣ等を構成することにも多大な貢献
をなすものである。
【図１】本発明をＨＥＭＴのゲート・リセス加工に適用
したプロセス例において、ｎ+ −ＧａＡｓ層の上にレジ
スト・マスクが形成された状態を示す概略断面図であ
る。
したプロセス例において、ｎ+ −ＧａＡｓ層の上にレジ
スト・マスクが形成された状態を示す概略断面図であ
る。
【図２】図１のｎ+ −ＧａＡｓ層が側壁保護膜の形成を
伴いながらエッチングされ、リセスが形成された状態を
示す概略断面図である。
伴いながらエッチングされ、リセスが形成された状態を
示す概略断面図である。
【図３】図２の側壁保護膜が除去された状態を示す概略
断面図である。
断面図である。
【図４】レジスト・マスクの表面とリセスの底面にＡｌ
層が被着された状態を示す概略断面図である。
層が被着された状態を示す概略断面図である。
【図５】レジスト・マスクとその表面の上部Ａｌ層が除
去され、リセスの底面にのみ下部Ａｌ層（ゲート電極）
が残された状態を示す概略断面図である。
去され、リセスの底面にのみ下部Ａｌ層（ゲート電極）
が残された状態を示す概略断面図である。
１ ・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板 ２ ・・・ｅｐｉ−ＧａＡｓ層 ３ ・・・ＡｌＧａＡｓ層 ４ ・・・ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層 ５ ・・・ｎ+ −ＧａＡｓ層 ５ａ・・・リセス ６ ・・・レジスト・マスク ６ａ・・・開口部 ７ ・・・側壁保護膜 ８ａ・・・上部Ａｌ層 ８ｂ・・・下部Ａｌ層（ゲート電極）
Claims (2)
- 【請求項１】 Ａｌを含む化合物半導体層の上に積層さ
れたＡｌを含まない化合物半導体層を選択的に除去する
ドライエッチング方法において、 放電解離条件下でプラズマ中に少なくともＦ系化学種
と、Ｓ系化学種と、Ｎ系化学種とを生成し得るエッチン
グ・ガスを用い、被エッチング基板上に窒化イオウ系化
合物を堆積させながら前記Ａｌを含まない化合物半導体
層をエッチングすることを特徴とするドライエッチング
方法。 - 【請求項２】 Ａｌを含む化合物半導体層の上に積層さ
れたＡｌを含まない化合物半導体層を選択的に除去する
ドライエッチング方法において、 放電解離条件下でプラズマ中に少なくともＣｌ系化学種
もしくはＢｒ系化学種と、Ｓ系化学種と、Ｎ系化学種と
を生成し得る第１のエッチング・ガスを用い、被エッチ
ング基板上に窒化イオウ系化合物を堆積させながら前記
Ａｌを含まない化合物半導体層を実質的にその層厚分だ
けエッチングする工程と、 放電解離条件下でプラズマ中に少なくともＦ系化学種
と、Ｓ系化学種と、Ｎ系化学種とを生成し得る第２のエ
ッチング・ガスを用い、被エッチング基板上に窒化イオ
ウ系化合物を堆積させながらオーバーエッチングを行う
工程とを有することを特徴とするドライエッチング方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35130691A JPH05166764A (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35130691A JPH05166764A (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | ドライエッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05166764A true JPH05166764A (ja) | 1993-07-02 |
Family
ID=18416416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35130691A Withdrawn JPH05166764A (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05166764A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005191343A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザの製造方法および面発光レーザおよび光伝送システム |
-
1991
- 1991-12-13 JP JP35130691A patent/JPH05166764A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005191343A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザの製造方法および面発光レーザおよび光伝送システム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990311 |