JPH05166765A - 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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- JPH05166765A JPH05166765A JP35290991A JP35290991A JPH05166765A JP H05166765 A JPH05166765 A JP H05166765A JP 35290991 A JP35290991 A JP 35290991A JP 35290991 A JP35290991 A JP 35290991A JP H05166765 A JPH05166765 A JP H05166765A
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- layer
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- semiconductor layer
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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
Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合気化生成物を用いてエッチン
グする。この混合気化生成物中には、ハロゲン交換反応
によりＳ2 Ｆ10-xＣｌx 等が生成している。これによ
り、単独組成のガスからは生成し得ない多様なエッチン
グ種を供給することができ、また恐らく炭素系ポリマー
の構造，組成変化に起因して対レジスト選択比が向上す
る。Ｓが堆積して側壁保護膜７が形成されるのでエッチ
ングは異方的に進行し、下地選択性はＡｌＦx の生成に
より確保される。上記混合気化生成物にＮ2 を添加すれ
ば、（ＳＮ）x による側壁保護も可能である。
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
Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合気化生成物を用いてエッチン
グする。この混合気化生成物中には、ハロゲン交換反応
によりＳ2 Ｆ10-xＣｌx 等が生成している。これによ
り、単独組成のガスからは生成し得ない多様なエッチン
グ種を供給することができ、また恐らく炭素系ポリマー
の構造，組成変化に起因して対レジスト選択比が向上す
る。Ｓが堆積して側壁保護膜７が形成されるのでエッチ
ングは異方的に進行し、下地選択性はＡｌＦx の生成に
より確保される。上記混合気化生成物にＮ2 を添加すれ
ば、（ＳＮ）x による側壁保護も可能である。
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、Ｓ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合気化生成物、
もしくはＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 との混合気化生成物の少
なくとも一方を含むエッチング・ガスを用い、前記非Ａ
ｌ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、Ｓ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合気化生成物、
もしくはＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 との混合気化生成物の少
なくとも一方を含むエッチング・ガスを用い、前記非Ａ
ｌ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、第１の発明にしたがって前記非Ａｌ含有化合
物半導体層を実質的にその層厚分だけ除去する第１の工
程と、この第１の工程におけるよりもフッ素系化学種の
生成量を相対的に大とした条件でオーバーエッチングを
行う第２の工程とを有することを特徴とする。
グ方法は、第１の発明にしたがって前記非Ａｌ含有化合
物半導体層を実質的にその層厚分だけ除去する第１の工
程と、この第１の工程におけるよりもフッ素系化学種の
生成量を相対的に大とした条件でオーバーエッチングを
行う第２の工程とを有することを特徴とする。
【００１１】本願の第３の発明にかかるドライエッチン
グ方法は、Ｓ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合気化生成物、
もしくはＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 との混合気化生成物の少
なくとも一方と、窒素系化合物とを含むエッチング・ガ
スを用い、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、Ｓ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合気化生成物、
もしくはＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 との混合気化生成物の少
なくとも一方と、窒素系化合物とを含むエッチング・ガ
スを用い、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。
【００１２】さらに、本願の第４の発明にかかるドライ
エッチング方法は、第３の発明にしたがって前記非Ａｌ
含有化合物半導体層を実質的にその層厚分だけ除去する
第１の工程と、この第１の工程におけるよりもフッ素系
化学種の生成量を相対的に大とした条件でオーバーエッ
チングを行う第２の工程とを有することを特徴とする。
エッチング方法は、第３の発明にしたがって前記非Ａｌ
含有化合物半導体層を実質的にその層厚分だけ除去する
第１の工程と、この第１の工程におけるよりもフッ素系
化学種の生成量を相対的に大とした条件でオーバーエッ
チングを行う第２の工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
【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、イオウ（Ｓ）、および窒化イ
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、イオウ（Ｓ）、および窒化イ
オウ系化合物に着目した。
【００１４】プラズマ中に生成したＳは、エッチング条
件にもよるが、ウェハ温度がおおよそ９０℃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Ｓ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Ｓ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９０〜１
５０℃程度に加熱すれば、Ｓは容易に昇華する。つま
り、Ｓはパーティクル汚染の原因とはならないのであ
る。
件にもよるが、ウェハ温度がおおよそ９０℃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Ｓ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Ｓ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９０〜１
５０℃程度に加熱すれば、Ｓは容易に昇華する。つま
り、Ｓはパーティクル汚染の原因とはならないのであ
る。
【００１５】したがって、Ｓを堆積させるためには、エ
ッチング・ガスの構成成分として、放電解離条件下でプ
ラズマ中に遊離のＳを生成し得る化合物がまず必要であ
る。一方、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・
ガスの構成成分としてフッ素（Ｆ）を構成元素として有
する化合物も必要である。
ッチング・ガスの構成成分として、放電解離条件下でプ
ラズマ中に遊離のＳを生成し得る化合物がまず必要であ
る。一方、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・
ガスの構成成分としてフッ素（Ｆ）を構成元素として有
する化合物も必要である。
【００１６】この最も基本的な必要条件をハロゲン化イ
オウを用いることにより満たした技術を、本願出願人は
先に特願平３−３０８３２７号明細書において提案して
いる。ここでは、Ｓ2 Ｆ2 ／Ｃｌ2 系、Ｓ2 Ｆ2 ／Ｓ2
Ｃｌ2 系、Ｓ2 Ｃｌ2 ／ＣｌＦ3 系、Ｓ2 Ｆ2 ／Ｃｌ2
／Ｈ2 Ｓ系等の各種の混合ガス系を用いることにより、
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系の良好なエッチングを達
成した。
オウを用いることにより満たした技術を、本願出願人は
先に特願平３−３０８３２７号明細書において提案して
いる。ここでは、Ｓ2 Ｆ2 ／Ｃｌ2 系、Ｓ2 Ｆ2 ／Ｓ2
Ｃｌ2 系、Ｓ2 Ｃｌ2 ／ＣｌＦ3 系、Ｓ2 Ｆ2 ／Ｃｌ2
／Ｈ2 Ｓ系等の各種の混合ガス系を用いることにより、
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系の良好なエッチングを達
成した。
【００１７】今回の発明は、かかるＳ堆積プロセスの選
択肢をさらに広げるものであり、液状のハロゲン化イオ
ウの有効な利用方法を提供するものである。ここで使用
するハロゲン化イオウは、Ｓ2 Ｆ10（五フッ化イオ
ウ）、Ｓ2 Ｃｌ2 （二塩化二イオウ）、およびＳ2 Ｂｒ
2 （二臭化二イオウ）である。Ｓ2 Ｆ10は融点−５２
℃，沸点３０℃の揮発性液体、Ｓ2 Ｃｌ2 は融点−７７
℃，沸点１３８℃の油状物質、Ｓ2 Ｂｒ2 は融点−４６
℃，沸点５４℃（２．３９×１０3 Ｐａ）の油状物質で
ある。Ｓ2 Ｆ10は減圧条件下や加熱条件下で容易に気化
し、またＳ2 Ｃｌ2 とＳ2 Ｂｒ2 も不活性ガスを用いて
バブリングを行う等の方法により気化させることができ
るので、いずれも単独でエッチング・ガスとして使用で
きる。
択肢をさらに広げるものであり、液状のハロゲン化イオ
ウの有効な利用方法を提供するものである。ここで使用
するハロゲン化イオウは、Ｓ2 Ｆ10（五フッ化イオ
ウ）、Ｓ2 Ｃｌ2 （二塩化二イオウ）、およびＳ2 Ｂｒ
2 （二臭化二イオウ）である。Ｓ2 Ｆ10は融点−５２
℃，沸点３０℃の揮発性液体、Ｓ2 Ｃｌ2 は融点−７７
℃，沸点１３８℃の油状物質、Ｓ2 Ｂｒ2 は融点−４６
℃，沸点５４℃（２．３９×１０3 Ｐａ）の油状物質で
ある。Ｓ2 Ｆ10は減圧条件下や加熱条件下で容易に気化
し、またＳ2 Ｃｌ2 とＳ2 Ｂｒ2 も不活性ガスを用いて
バブリングを行う等の方法により気化させることができ
るので、いずれも単独でエッチング・ガスとして使用で
きる。
【００１８】しかし、本発明者はＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｃ
ｌ2 、もしくはＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 とを予め混合して
から気化させることにより、プラズマの状態を変化さ
せ、より多様な化学種をエッチング反応系へ供給できる
ことを見出した。これは、混合された化合物間で一部、
ハロゲン交換反応が起こることに起因している。たとえ
ば、Ｓ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 の混合系では、Ｓ2 Ｆ10のＦ
原子の一部がＣｌ原子に置換されたＳ2 Ｆ10-xＣｌ
x （ｘ≦１０）や、Ｓ2 Ｃｌ2 のＣｌ原子の一部がＦ原
子に置換されたＳ2 Ｃｌ2-y Ｆy （ｙ≦２）等の塩化フ
ッ化イオウが生成する。同様にＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 の
混合系では、Ｓ2 Ｆ10-xＢｒx （ｘ≦１０）や、Ｓ2 Ｂ
ｒ2-y Ｆy （ｙ≦２）等の臭化フッ化イオウが生成す
る。これらの塩化フッ化イオウおよび臭化フッ化イオウ
はいずれも不安定であり、合成により純粋物質を単離す
ることは困難であるが、混合物中では一定の割合で存在
している。かかる混合物を気化させた生成物、すなわち
混合気化生成物中からは、ＳＦＣｌ+ ，ＦＣｌ+ ，ＳＦ
Ｂｒ+ ，ＦＢｒ+ 等のように、Ｓ2 Ｆ10単独、Ｓ2 Ｃｌ
2 単独、またはＳ2 Ｂｒ2 単独の組成のエッチング・ガ
スからは生成し得ない化学種が生成する可能性があり、
また放電解離効率も変化する。
ｌ2 、もしくはＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 とを予め混合して
から気化させることにより、プラズマの状態を変化さ
せ、より多様な化学種をエッチング反応系へ供給できる
ことを見出した。これは、混合された化合物間で一部、
ハロゲン交換反応が起こることに起因している。たとえ
ば、Ｓ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 の混合系では、Ｓ2 Ｆ10のＦ
原子の一部がＣｌ原子に置換されたＳ2 Ｆ10-xＣｌ
x （ｘ≦１０）や、Ｓ2 Ｃｌ2 のＣｌ原子の一部がＦ原
子に置換されたＳ2 Ｃｌ2-y Ｆy （ｙ≦２）等の塩化フ
ッ化イオウが生成する。同様にＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 の
混合系では、Ｓ2 Ｆ10-xＢｒx （ｘ≦１０）や、Ｓ2 Ｂ
ｒ2-y Ｆy （ｙ≦２）等の臭化フッ化イオウが生成す
る。これらの塩化フッ化イオウおよび臭化フッ化イオウ
はいずれも不安定であり、合成により純粋物質を単離す
ることは困難であるが、混合物中では一定の割合で存在
している。かかる混合物を気化させた生成物、すなわち
混合気化生成物中からは、ＳＦＣｌ+ ，ＦＣｌ+ ，ＳＦ
Ｂｒ+ ，ＦＢｒ+ 等のように、Ｓ2 Ｆ10単独、Ｓ2 Ｃｌ
2 単独、またはＳ2 Ｂｒ2 単独の組成のエッチング・ガ
スからは生成し得ない化学種が生成する可能性があり、
また放電解離効率も変化する。
【００１９】なお、本願では液体状態のハロゲン化イオ
ウを便宜上、上記の３物質に限定しているが、ハロゲン
化イオウには純粋状態での存在や物性の確定されていな
い他の組成比を有する化合物も多い。原理的には、たと
えこれらの不確定な化合物を用いても、同様の混合気化
生成物を得ることができる。
ウを便宜上、上記の３物質に限定しているが、ハロゲン
化イオウには純粋状態での存在や物性の確定されていな
い他の組成比を有する化合物も多い。原理的には、たと
えこれらの不確定な化合物を用いても、同様の混合気化
生成物を得ることができる。
【００２０】２成分系ガスのハロゲン交換反応によりエ
ッチング特性が変化する例としては、アルミニウム系材
料層のエッチングにおいて、ＢＣｌ3 とＢＢｒ3 を予混
合してから供給することにより、対レジスト選択比が向
上する事実が知られている。今回の発明は、この事実に
着想を得たものである。この選択比向上の詳細な機構は
必ずしも明らかではないが、レジスト・マスクの表面に
形成されるＣＣｌx Ｂｒy 系のポリマーの構造や性質が
より複雑多様化することにより、イオン・スパッタ作用
やラジカルの攻撃に対する高い耐性が付与されているも
のと考えられる。
ッチング特性が変化する例としては、アルミニウム系材
料層のエッチングにおいて、ＢＣｌ3 とＢＢｒ3 を予混
合してから供給することにより、対レジスト選択比が向
上する事実が知られている。今回の発明は、この事実に
着想を得たものである。この選択比向上の詳細な機構は
必ずしも明らかではないが、レジスト・マスクの表面に
形成されるＣＣｌx Ｂｒy 系のポリマーの構造や性質が
より複雑多様化することにより、イオン・スパッタ作用
やラジカルの攻撃に対する高い耐性が付与されているも
のと考えられる。
【００２１】本願の第１の発明および第２の発明では、
上述の考え方にもとづき、Ｓの堆積により側壁保護を行
いながらエッチングを行う方法を提供する。第１の発明
では、上述のＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合気化生成
物、もしくはＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 との混合気化生成物
の少なくとも一方を含むエッチング・ガスを使用する。
これにより、非Ａｌ含有化合物半導体層はフッ化物，塩
化物，臭化物の形で除去され、下地のＡｌ含有化合物半
導体層が露出すると、その表面にはＡｌＦx が生成され
てエッチング速度が大幅に低下する。
上述の考え方にもとづき、Ｓの堆積により側壁保護を行
いながらエッチングを行う方法を提供する。第１の発明
では、上述のＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合気化生成
物、もしくはＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 との混合気化生成物
の少なくとも一方を含むエッチング・ガスを使用する。
これにより、非Ａｌ含有化合物半導体層はフッ化物，塩
化物，臭化物の形で除去され、下地のＡｌ含有化合物半
導体層が露出すると、その表面にはＡｌＦx が生成され
てエッチング速度が大幅に低下する。
【００２２】第２の発明では、上述のエッチングにより
非Ａｌ含有化合物半導体層を実質的にその層厚分だけ除
去（ジャストエッチング）した後、フッ素系化学種の生
成量を高めてオーバーエッチングを行う。これにより、
Ａｌ含有化合物半導体層の表面におけるＡｌＦx の生成
が促進され、下地選択性が向上する。
非Ａｌ含有化合物半導体層を実質的にその層厚分だけ除
去（ジャストエッチング）した後、フッ素系化学種の生
成量を高めてオーバーエッチングを行う。これにより、
Ａｌ含有化合物半導体層の表面におけるＡｌＦx の生成
が促進され、下地選択性が向上する。
【００２３】一方、今回の発明においてＳと並ぶもうひ
とつの側壁保護物質は、窒化イオウ系化合物である。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、本発明者が特に側壁保護効果を期
待す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．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．２９，ｐ．６
３５８〜６３６３（１９７５）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、（Ｓ
Ｎ）x は減圧下で１４０〜１５０℃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。
とつの側壁保護物質は、窒化イオウ系化合物である。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、本発明者が特に側壁保護効果を期
待す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．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．２９，ｐ．６
３５８〜６３６３（１９７５）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、（Ｓ
Ｎ）x は減圧下で１４０〜１５０℃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。
【００２４】（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。
【００２５】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。
【００２６】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。
【００２７】本願の第３の発明および第４の発明では、
窒化イオウ系化合物の堆積により側壁保護を行いながら
エッチングを行う方法を提供する。これらの各発明は、
前述の第１の発明および第２の発明で使用するエッチン
グ・ガスにそれぞれ窒素系化合物を添加したものであ
り、エッチング機構も窒素系化学種の寄与が加わる他
は、ほぼ前述のとおりである。ただし、窒化イオウ系化
合物による側壁保護はＳによる側壁保護よりも強固なの
で、Ｓの堆積を利用する場合に比べてウェハ温度を若干
高めた条件下や低バイアス条件下でも異方性加工が行え
るというメリットがある。
窒化イオウ系化合物の堆積により側壁保護を行いながら
エッチングを行う方法を提供する。これらの各発明は、
前述の第１の発明および第２の発明で使用するエッチン
グ・ガスにそれぞれ窒素系化合物を添加したものであ
り、エッチング機構も窒素系化学種の寄与が加わる他
は、ほぼ前述のとおりである。ただし、窒化イオウ系化
合物による側壁保護はＳによる側壁保護よりも強固なの
で、Ｓの堆積を利用する場合に比べてウェハ温度を若干
高めた条件下や低バイアス条件下でも異方性加工が行え
るというメリットがある。
【００２８】第３の発明では、上述のＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｃ
ｌ2 との混合気化生成物、もしくはＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ
2 との混合気化生成物の少なくとも一方と、窒素系化合
物とを含むエッチング・ガスを使用する。第４の発明で
は、上述のエッチングにより非Ａｌ含有化合物半導体層
をジャストエッチングした後、フッ素系化学種の生成量
を高めてオーバーエッチングを行う。これにより、Ａｌ
含有化合物半導体層の表面におけるＡｌＦx の生成が促
進され、下地選択性が向上する。
ｌ2 との混合気化生成物、もしくはＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ
2 との混合気化生成物の少なくとも一方と、窒素系化合
物とを含むエッチング・ガスを使用する。第４の発明で
は、上述のエッチングにより非Ａｌ含有化合物半導体層
をジャストエッチングした後、フッ素系化学種の生成量
を高めてオーバーエッチングを行う。これにより、Ａｌ
含有化合物半導体層の表面におけるＡｌＦx の生成が促
進され、下地選択性が向上する。
【００２９】
【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。
【００３０】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 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合気化生成物
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 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合気化生成物
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。
【００３１】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。
【００３２】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 Ｆ10＋Ｓ2 Ｃｌ2 ）流量 ４０ＳＣＣＭ 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 −３０℃（エタノール冷媒使用） ここで、（Ｓ2 Ｆ10＋Ｓ2 Ｃｌ2 ）流量とは、液体状の
Ｓ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 とを容積１リットルのガス・ボン
ベ中で５０ｇずつ混合した後、これを気化させて得られ
る混合気化生成物の流量を表している。この混合気化生
成物中には、所定の割合でハロゲン交換反応生成物であ
るＳ2 Ｆ9 Ｃｌ，Ｓ2 Ｆ8 Ｃｌ2 等が含まれている。
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 Ｆ10＋Ｓ2 Ｃｌ2 ）流量 ４０ＳＣＣＭ 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 −３０℃（エタノール冷媒使用） ここで、（Ｓ2 Ｆ10＋Ｓ2 Ｃｌ2 ）流量とは、液体状の
Ｓ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 とを容積１リットルのガス・ボン
ベ中で５０ｇずつ混合した後、これを気化させて得られ
る混合気化生成物の流量を表している。この混合気化生
成物中には、所定の割合でハロゲン交換反応生成物であ
るＳ2 Ｆ9 Ｃｌ，Ｓ2 Ｆ8 Ｃｌ2 等が含まれている。
【００３３】この工程では、Ｆ* ，Ｃｌ* 等のラジカル
が、ｎ+ −ＧａＡｓ層５中のＧａをＧａＣｌ3 等の形
で、またＡｓをＡｓＦ3 ，ＡｓＣｌ3 等の形で引き抜い
た。これらのラジカル反応は、Ｓx + ，ＳＦx + ，ＳＣ
ｌx + ，Ｃｌx + ，ＳＦＣｌ+ ＦＣｌ+ 等の入射イオン
・エネルギーにアシストされる。一方、プラズマ中に
は、混合気化生成物に由来して遊離のＳが生成してい
る。このＳ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。
が、ｎ+ −ＧａＡｓ層５中のＧａをＧａＣｌ3 等の形
で、またＡｓをＡｓＦ3 ，ＡｓＣｌ3 等の形で引き抜い
た。これらのラジカル反応は、Ｓx + ，ＳＦx + ，ＳＣ
ｌx + ，Ｃｌx + ，ＳＦＣｌ+ ＦＣｌ+ 等の入射イオン
・エネルギーにアシストされる。一方、プラズマ中に
は、混合気化生成物に由来して遊離のＳが生成してい
る。このＳ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。
【００３４】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た。このと
きのｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４に対する選択比は、約５０
であった。また、レジスト・マスク６に対する選択比も
極めて良好であった。
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た。このと
きのｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４に対する選択比は、約５０
であった。また、レジスト・マスク６に対する選択比も
極めて良好であった。
【００３５】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。
【００３６】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。
【００３７】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 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 との混合気化生
成物を用いてエッチングした例である。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 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 との混合気化生
成物を用いてエッチングした例である。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をエッチングした。
【００３８】 （Ｓ2 Ｆ10＋Ｓ2 Ｂｒ2 ）流量 ４０ＳＣＣＭ 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 ２０℃ ここで、（Ｓ2 Ｆ10＋Ｓ2 Ｂｒ2 ）流量とは、液体状の
Ｓ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 とを容積１リットルのガス・ボン
ベ中で５０ｇずつ混合した後、これを気化させて得られ
る混合気化生成物の流量を表している。この混合気化生
成物中には、所定の割合でハロゲン交換反応生成物であ
るＳ2 Ｆ9 Ｂｒ，Ｓ2 Ｆ8 Ｂｒ2 等が含まれている。
Ｓ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 とを容積１リットルのガス・ボン
ベ中で５０ｇずつ混合した後、これを気化させて得られ
る混合気化生成物の流量を表している。この混合気化生
成物中には、所定の割合でハロゲン交換反応生成物であ
るＳ2 Ｆ9 Ｂｒ，Ｓ2 Ｆ8 Ｂｒ2 等が含まれている。
【００３９】この工程では、Ｆ* ，Ｂｒ* 等のラジカル
が、ｎ+ −ＧａＡｓ層５中のＧａをＧａＢｒ3 等の形
で、またＡｓをＡｓＦ3 ，ＡｓＢｒ3 等の形で引き抜い
た。これらのラジカル反応は、Ｓx + ，ＳＦx + ，ＳＢ
ｒx + ，Ｂｒx + ，ＳＦＢｒ+ ，ＦＢｒ+ 等の入射イオ
ン・エネルギーにアシストされる。一方、プラズマ中に
は、混合気化生成物に由来して遊離のＳが生成してい
る。このＳにより側壁保護膜７が形成され、異方性形状
を有するリセス５ａが形成された。本実施例でも、下地
のｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４に対して約５０の選択比が得
られた。
が、ｎ+ −ＧａＡｓ層５中のＧａをＧａＢｒ3 等の形
で、またＡｓをＡｓＦ3 ，ＡｓＢｒ3 等の形で引き抜い
た。これらのラジカル反応は、Ｓx + ，ＳＦx + ，ＳＢ
ｒx + ，Ｂｒx + ，ＳＦＢｒ+ ，ＦＢｒ+ 等の入射イオ
ン・エネルギーにアシストされる。一方、プラズマ中に
は、混合気化生成物に由来して遊離のＳが生成してい
る。このＳにより側壁保護膜７が形成され、異方性形状
を有するリセス５ａが形成された。本実施例でも、下地
のｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４に対して約５０の選択比が得
られた。
【００４０】実施例３ 本実施例は、本願の第２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 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合気化生
成物を用いてジャストエッチングした後、この混合気化
生成物にＳＦ6 を添加してオーバーエッチングを行った
例である。
ト・リセス加工に適用し、ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層上のｎ
+ −ＧａＡｓ層をＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合気化生
成物を用いてジャストエッチングした後、この混合気化
生成物にＳＦ6 を添加してオーバーエッチングを行った
例である。
【００４１】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、一例として実施例１と同じ条件でｎ+ −ＧａＡｓ層
５をエッチングした。次に、ウェハ上に局部的に残存す
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。
有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセット
し、一例として実施例１と同じ条件でｎ+ −ＧａＡｓ層
５をエッチングした。次に、ウェハ上に局部的に残存す
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。
【００４２】 （Ｓ2 Ｆ10＋Ｓ2 Ｃｌ2 ）流量 ３０ＳＣＣＭ ＳＦ6 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 −３０℃（エタノール冷媒使用） このオーバーエッチング工程では、ＳＦ6 から生成する
大量のＦ* によりエッチング反応系のＳ／Ｘ比〔Ｓ原子
数とハロゲン（Ｘ）原子数の比〕が低下し、ｎ+ −Ａｌ
ＧａＡｓ層４の露出面に効率的にＡｌＦ3 が生成した。
しかも、ジャストエッチング工程に比べてＲＦバイアス
・パワーが半減されており、Ｓのスパッタ除去が抑制さ
れた。これらの効果により、本実施例における下地選択
比は１００以上に向上した。
大量のＦ* によりエッチング反応系のＳ／Ｘ比〔Ｓ原子
数とハロゲン（Ｘ）原子数の比〕が低下し、ｎ+ −Ａｌ
ＧａＡｓ層４の露出面に効率的にＡｌＦ3 が生成した。
しかも、ジャストエッチング工程に比べてＲＦバイアス
・パワーが半減されており、Ｓのスパッタ除去が抑制さ
れた。これらの効果により、本実施例における下地選択
比は１００以上に向上した。
【００４３】実施例４ 本実施例は、本願の第３の発明を同じくＨＥＭＴのゲー
ト・リセス加工に適用し、（Ｓ2 Ｆ10＋Ｓ2 Ｃｌ2 ）／
Ｎ2 混合ガスを用いてｎ+ −ＧａＡｓ層をエッチングし
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
エッチングした。
ト・リセス加工に適用し、（Ｓ2 Ｆ10＋Ｓ2 Ｃｌ2 ）／
Ｎ2 混合ガスを用いてｎ+ −ＧａＡｓ層をエッチングし
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
エッチングした。
【００４４】 （Ｓ2 Ｆ10＋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 ２５℃ この工程におけるエッチング機構および下地選択性の達
成機構は、ほぼ実施例１で前述したとおりである。ここ
では、Ｓの少なくとも一部がＮ2 と反応して（ＳＮ）x
等の窒化イオウ系化合物を生成し、これが側壁保護膜７
を形成する点が実施例１とは異なっている。この窒化イ
オウ系化合物による側壁保護効果はＳのそれよりもさら
に強力であるため、ウェハ温度が実施例１よりもかなり
高く室温領域にあっても、良好な異方性形状を有するリ
セス５ａを形成することができた。本実施例において、
ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４に対する選択比は約１００であ
った。
成機構は、ほぼ実施例１で前述したとおりである。ここ
では、Ｓの少なくとも一部がＮ2 と反応して（ＳＮ）x
等の窒化イオウ系化合物を生成し、これが側壁保護膜７
を形成する点が実施例１とは異なっている。この窒化イ
オウ系化合物による側壁保護効果はＳのそれよりもさら
に強力であるため、ウェハ温度が実施例１よりもかなり
高く室温領域にあっても、良好な異方性形状を有するリ
セス５ａを形成することができた。本実施例において、
ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４に対する選択比は約１００であ
った。
【００４５】窒化イオウ系化合物からなる側壁保護膜７
は、エッチング終了後にウェハを約１５０℃に加熱する
ことにより昇華もしくは分解して除去され、何らパーテ
ィクル汚染を惹起させることがなかった。
は、エッチング終了後にウェハを約１５０℃に加熱する
ことにより昇華もしくは分解して除去され、何らパーテ
ィクル汚染を惹起させることがなかった。
【００４６】実施例５ 本実施例は、本願の第３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 Ｆ10＋Ｓ2 Ｂｒ2 ）／Ｎ2 混合
ガスを用いてエッチングした例である。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 Ｆ10＋Ｓ2 Ｂｒ2 ）／Ｎ2 混合
ガスを用いてエッチングした例である。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をエッチングした。
【００４７】 （Ｓ2 Ｆ10＋Ｓ2 Ｂｒ2 ）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 １０Ｗ（２ＭＨｚ） ウェハ温度 ２５℃ この工程におけるエッチング機構および下地選択性の達
成機構は、ほぼ実施例２で前述したとおりである。ここ
では、Ｓの少なくとも一部がＮ2 と反応して（ＳＮ）x
等の窒化イオウ系化合物を生成し、これが側壁保護膜７
を形成する点が実施例２とは異なっている。この窒化イ
オウ系化合物による側壁保護効果はＳのそれよりもさら
に強力であるため、実施例２と比べてＲＦバイアス・パ
ワーが半減されているにもかかわらず、良好な異方性形
状を有するリセス５ａを形成することができた。本実施
例において、ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４に対する選択比は
約１００であった。
成機構は、ほぼ実施例２で前述したとおりである。ここ
では、Ｓの少なくとも一部がＮ2 と反応して（ＳＮ）x
等の窒化イオウ系化合物を生成し、これが側壁保護膜７
を形成する点が実施例２とは異なっている。この窒化イ
オウ系化合物による側壁保護効果はＳのそれよりもさら
に強力であるため、実施例２と比べてＲＦバイアス・パ
ワーが半減されているにもかかわらず、良好な異方性形
状を有するリセス５ａを形成することができた。本実施
例において、ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４に対する選択比は
約１００であった。
【００４８】実施例６ 本実施例は、本願の第４の発明を同じくＨＥＭＴのゲー
ト・リセス加工に適用し、（Ｓ2 Ｆ10＋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、このガスにＮＦ3 を添加してオーバーエ
ッチングを行った例である。
ト・リセス加工に適用し、（Ｓ2 Ｆ10＋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、このガスにＮＦ3 を添加してオーバーエ
ッチングを行った例である。
【００４９】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、実施例５と同じ条件によりｎ+ −ＧａＡｓ層５をジ
ャストエッチングした。続いて、一例として条件を下記
のように変更し、オーバーエッチングを行った。
有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセット
し、実施例５と同じ条件によりｎ+ −ＧａＡｓ層５をジ
ャストエッチングした。続いて、一例として条件を下記
のように変更し、オーバーエッチングを行った。
【００５０】 （Ｓ2 Ｆ10＋Ｓ2 Ｃｌ2 ） 流量 １０ＳＣＣＭ Ｎ2 流量 ２０ＳＣＣＭ ＮＦ3 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 ２５℃（エタノール冷媒使用） このオーバーエッチング工程では、ガス系にＮＦ3 が添
加されることによりエッチング反応系内のＦ* 生成量が
増大し、ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４の露出面上において効
率良くＡｌＦ3 が生成した。また、ＮＦ3 中の窒素原子
は、窒化イオウ系化合物の生成にも寄与する。これらの
効果により、本実施例でも下地選択比は１００以上とな
った。
加されることによりエッチング反応系内のＦ* 生成量が
増大し、ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ層４の露出面上において効
率良くＡｌＦ3 が生成した。また、ＮＦ3 中の窒素原子
は、窒化イオウ系化合物の生成にも寄与する。これらの
効果により、本実施例でも下地選択比は１００以上とな
った。
【００５１】以上、本発明を６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。
【００５２】エッチング・ガスには、Ｈ2 ，Ｈ2 Ｓ，シ
ラン系化合物等を適宜添加し、エッチング反応系のＳ／
Ｘ比を制御しても良い。また、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。オーバーエッチング時
に入射イオン・エネルギーを低減させる方法として、上
述の各実施例ではジャストエッチング時に比べてＲＦバ
イアス・パワーを低減させたが、パワーを一定としたま
まＲＦバイアス周波数を増大させたり、あるいはパワー
の低減と周波数の増大を組み合わせる方法も、下地選択
性を高める上で有効である。
ラン系化合物等を適宜添加し、エッチング反応系のＳ／
Ｘ比を制御しても良い。また、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。オーバーエッチング時
に入射イオン・エネルギーを低減させる方法として、上
述の各実施例ではジャストエッチング時に比べてＲＦバ
イアス・パワーを低減させたが、パワーを一定としたま
まＲＦバイアス周波数を増大させたり、あるいはパワー
の低減と周波数の増大を組み合わせる方法も、下地選択
性を高める上で有効である。
【００５３】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。
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。
【００５４】
【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、Ｓまたは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。堆積したＳおよび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。本発明において主エッ
チング種の供給源となるＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合
気化生成物、もしくはＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 との混合気
化生成物は、単独組成のガスでは供給し得なかった化学
種をプラズマ中に生成することができ、エッチング反応
の多様化や対レジスト選択性の向上に寄与する。さら
に、オーバーエッチング時にＦ系化学種の生成量を高め
た条件を採用することにより、対下地選択性を一層向上
させることができる。
明を適用すれば、Ｓまたは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。堆積したＳおよび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。本発明において主エッ
チング種の供給源となるＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合
気化生成物、もしくはＳ2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 との混合気
化生成物は、単独組成のガスでは供給し得なかった化学
種をプラズマ中に生成することができ、エッチング反応
の多様化や対レジスト選択性の向上に寄与する。さら
に、オーバーエッチング時にＦ系化学種の生成量を高め
た条件を採用することにより、対下地選択性を一層向上
させることができる。
【００５５】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 (4)
- 【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、 Ｓ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合気化生成物、もしくはＳ
2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 との混合気化生成物の少なくとも一
方を含むエッチング・ガスを用い、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】 請求項１記載のエッチングにより前記Ａ
ｌを含まない化合物半導体層を実質的にその層厚分だけ
除去する第１の工程と、 前記第１の工程におけるよりもフッ素系化学種の生成量
を相対的に大とした条件でオーバーエッチングを行う第
２の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。 - 【請求項３】 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、 Ｓ2 Ｆ10とＳ2 Ｃｌ2 との混合気化生成物、もしくはＳ
2 Ｆ10とＳ2 Ｂｒ2 との混合気化生成物の少なくとも一
方と、窒素系化合物とを含むエッチング・ガスを用い、
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４】 請求項３記載のエッチングにより前記Ａ
ｌを含まない化合物半導体層を実質的にその層厚分だけ
除去する第１の工程と、 前記第１の工程におけるよりもフッ素系化学種の生成量
を相対的に大とした条件でオーバーエッチングを行う第
２の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 |
|---|---|---|---|
| JP35290991A JPH05166765A (ja) | 1991-12-17 | 1991-12-17 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35290991A JPH05166765A (ja) | 1991-12-17 | 1991-12-17 | ドライエッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05166765A true JPH05166765A (ja) | 1993-07-02 |
Family
ID=18427284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35290991A Withdrawn JPH05166765A (ja) | 1991-12-17 | 1991-12-17 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05166765A (ja) |
-
1991
- 1991-12-17 JP JP35290991A patent/JPH05166765A/ja not_active Withdrawn
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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 |