JPH05198539A - ドライエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）ガスを用
いないＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の選択エッチングにお
いて、ガス組成等の放電条件を変更せずにオーバーエッ
チング時のラジカル量を減少させ、下地選択性と異方性
を改善する。 【構成】 有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置
の処理チャンバ４の内壁面にアモルファス・シリコン
（ａ−Ｓｉ）カバー１３を設け、このａ−Ｓｉカバー１
３とＥＣＲプラズマＰとの接触面積を昇降式シャッタ１
４（または回転式シャッタ１５）の操作により調節す
る。Ｓ₂ Ｆ₂ ／Ｓ₂ Ｃｌ₂ 混合ガスを用い、ジャストエ
ッチング時はこの接触面積を小、オーバーエッチング時
には大とすれば、後者において系内のハロゲン・ラジカ
ルが余分に消費され、Ｓの堆積が促進される。上記接触
面積は、磁場配位の制御によっても変化させることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、しかもプロセス途中におけるラジカル生成量の制御
を行いながら可能とする方法に関する。

【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。

【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 ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｔ
ｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が開発されている。これは、Ｇａ
Ａｓ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。

【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。

【０００６】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ＣＣｌ
₂ 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
ゾン層破壊の一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。

【０００８】このような諸問題を解決するための技術と
して、本願出願人は先に特願平３−３０８３２７号明細
書において、放電解離条件下で遊離のＳ（イオウ）を生
成し得るハロゲン化イオウをエッチング・ガスとして用
い、Ｓの堆積を側壁保護に利用しながらＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓ積層系の選択異方性エッチングを行う技術を提
案している。この技術では、上記ハロゲン化イオウとし
て、Ｓ／Ｘ比〔分子中のＳ原子数とハロゲン（Ｘ）原子
数の比〕の比較的大きいＳ₂ Ｆ₂ ，Ｓ₂ Ｃｌ₂ ，Ｓ₂ Ｂ
ｒ₂ 等を使用する。このときのウェハは、Ｓを昇華させ
ずに保持し得る温度に維持されていれば良いので、上記
技術は従来の一般的な低温エッチングのようにウェハを
極低温域まで冷却する必要がない。また堆積させたＳ
は、エッチング終了後にウェハをおおよそ９０℃以上に
加熱することにより容易に昇華除去することができ、何
らパーティクル汚染を惹起させる懸念がない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般にドラ
イエッチングの分野では、オーバーエッチング工程にお
ける異方性の低下をいかに防止するかが常に大きな課題
として認識されている。それは、オーバーエッチング工
程ではエッチングすべき材料層が極端に減少するので、
大過剰となったラジカルがウェハ表面で側方マイグレー
ションを起こし、既に形成された側壁保護膜を除去した
り、あるいはパターンの側壁部を浸触したりするからで
ある。化合物半導体層のエッチングもその例外ではな
い。

【００１０】Ｓ堆積プロセスの場合、この問題はオーバ
ーエッチング工程においてジャストエッチング工程にお
けるよりもエッチング反応系の見掛け上のＳ／Ｘ比を増
大させることにより解決することができる。つまり、ラ
ジカル生成量を相対的に減少させ、Ｓの堆積量を相対的
に増大させるのである。たとえば上述の特願平３−３０
８３２７号明細書では、オーバーエッチング工程におい
てエッチング・ガスにＨ₂ Ｓを添加する技術も提案され
ている。これは、Ｈ₂ Ｓから解離生成するＨ^* により過
剰なハロゲン・ラジカルをハロゲン化水素の形で除去す
ると共に、Ｈ₂ Ｓ自身からもＳを供給し、エッチング反
応系のＳ／Ｘ比を上昇させるものである。このようにＳ
の堆積を促進することは、異方性加工に必要な入射イオ
ン・エネルギーを低減させることにもつながるので、結
果として下地選択性を向上させることも可能となる。

【００１１】しかしながら、Ｓ堆積プロセスの実用化を
推進するためには、さらに別のアプローチも模索した上
で、できるだけ多くの選択肢の中からプロセスの内容に
応じて最適な方法を選択することが重要であると考えら
れる。この過程では、先行技術の一長一短を認識するこ
とも必要である。たとえば、前述のようにエッチング・
ガスへＨ₂ Ｓ等を添加する技術には、エッチング装置の
改造等を伴わずに実施できるという簡便さがある反面、
ガス流量や放電状態の安定化のための所要時間がスルー
プットを低下させる懸念がある。

【００１２】そこで本発明は、Ａｌ含有化合物半導体層
上における非Ａｌ含有化合物半導体層の選択異方性エッ
チングを、Ｓ堆積プロセスを基本としながら、スループ
ットの低下を招くことなく行うことが可能なドライエッ
チング方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、エッチング
・ガスの組成その他の放電条件等を何ら変更せずにプラ
ズマ中のハロゲン・ラジカルの生成量を制御するため、
処理チャンバの内壁面の一部をハロゲン・ラジカルを消
費できる材料層で被覆し、この材料層とプラズマの接触
状態を何らかの方法で変化させることを考えた。また、
このハロゲン・ラジカルを消費できる材料層としては、
シリコン系材料層が好適であることを見出した。本発明
は、これらの知見にもとづいて提案されるものである。

【００１４】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エッチン
グする方法であって、処理チャンバの内壁面の少なくと
も一部がシリコン系材料層により被覆されてなり、かつ
該シリコン系材料層とプラズマとの接触面積を可変とな
し得るシャッタ部材を備えたプラスマ装置を使用し、こ
のプラズマ装置に少なくともフッ素系化合物を含むエッ
チング・ガスを導入し、前記シャッタ部材の操作により
プラズマと前記シリコン系材料層との接触面積を変化さ
せながらエッチングを行うことを特徴とする。

【００１５】本願の第２の発明にかかるドライエッチン
グ方法は、処理チャンバの内壁面の軸方向の少なくとも
一部がシリコン系材料層により被覆されてなり、かつこ
のシリコン系材料層の被覆部位に対峙するごとく該処理
チャンバの外周部に補助磁場形成手段が配設されてなる
ＥＣＲプラズマ装置を使用し、このＥＣＲプラズマ装置
に少なくともフッ素系化合物を含むエッチング・ガスを
導入し、前記補助磁場形成手段の操作によりＥＣＲプラ
ズマと前記シリコン系材料層との接触面積を変化させな
がらエッチングを行うことを特徴とする。

【００１６】本願の第３の発明にかかるドライエッチン
グ方法は、前記補助磁場形成手段を、前記処理チャンバ
の周方向に沿って略等間隔に配置されかつ該処理チャン
バの半径方向に沿って交互に逆極性となるように着磁さ
れた複数の永久磁石により構成し、前記接触面積の変化
はこの補助磁場形成手段を前記処理チャンバの軸方向に
沿って移動させることにより達成することを特徴とす
る。

【００１７】本願の第４の発明にかかるドライエッチン
グ方法は、前記補助磁場形成手段を、前記処理チャンバ
の周方向に沿って略等間隔に配置されかつ該処理チャン
バの半径方向に沿って交互に逆極性となるように励磁さ
れた複数のコイルにより構成し、前記接触面積の変化は
この補助磁場形成手段に印加する電流を制御することに
より達成することを特徴とする。

【００１８】さらに、本願の第５の発明にかかるドライ
エッチング方法は、処理チャンバの内壁面の軸方向の少
なくとも一部がシリコン系材料層により被覆されてな
り、かつこのシリコン系材料層の被覆部位に対峙して該
処理チャンバの外周部を周回するごとく配設され、前記
軸方向に沿って各々同極性となるように励磁された複数
のコイルを備えてなるＥＣＲプラズマ装置を使用し、こ
のＥＣＲプラズマ装置に少なくともフッ素系化合物を含
むエッチング・ガスを導入し、前記複数のコイル相互間
の離間距離を前記軸方向に沿って変化させることにより
前記シリコン系材料層の近傍におけるＥＣＲプラズマの
密度を変化させながらエッチングを行うことを特徴とす
る。

【００１９】

【作用】本発明では、前述のように、処理チャンバ内壁
面に設けられたシリコン系材料層とプラズマとの接触状
態を何らかの方法で変化させることが必要である。この
方法として、本発明者は大別して、（ａ）可動式のシャ
ッタ部材を処理チャンバ内に配設する方法、および
（ｂ）磁場配位の制御を行う方法、の２通りを考えた。

【００２０】本願の第１の発明は、上述（ａ）の可動式
のシャッタ部材を利用してシリコン系材料層とプラズマ
との接触面積を可変としたものである。すなわち、両者
の接触面積が小さい場合には、シリコン系材料層による
ラジカル消費量が少なくなり、上記接触面積が大きい場
合にはラジカル消費量が多くなる。したがって、ジャス
トエッチング工程では接触面積を相対的に小とし、オー
バーエッチング工程では相対的に大とすれば、ウェハ温
度やエッチング・ガスの組成比等の他のパラメータを変
更せずに、シャッタ部材の機械的な操作のみで容易にエ
ッチング反応系のラジカル量を制御することができる。
したがって、放電状態の安定化に要する時間を短縮して
スループットを改善することができる。特に、本発明を
前述のようなＳ堆積プロセスに適用すれば、エッチング
反応系のＳ／Ｘ比を容易に変化させることができるわけ
である。

【００２１】なおここで、シリコン系材料層により消費
されるラジカルとは、プラズマ中に生成するハロゲン・
ラジカルである。非Ａｌ含有／Ａｌ含有化合物半導体の
積層系のエッチングでは、下地選択性の達成が原理的に
ＡｌＦ_x の生成にもとづいているため、Ｆ^* はプラズマ
中に必ず存在している。その他のハロゲン・ラジカル
は、エッチング反応生成物が十分に高い蒸気圧を持ち得
るよう、化合物半導体の構成元素に応じて適宜選択して
使用されるＣｌ^* ，Ｂｒ^* 等である。

【００２２】本願の第２の発明は、特にプラズマ装置と
してＥＣＲプラズマ装置を使用するプロセスを想定した
ものであり、上述（ｂ）の磁場配位の制御を補助磁場形
成手段の操作により行うものである。ＥＣＲプラズマ
は、磁場中で円運動を行っている電子がそのサイクロト
ロン角周波数に一致するマイクロ波エネルギーを共鳴的
に吸収した場合に生成するプラズマである。したがっ
て、ＥＣＲプラズマ装置は、言うまでもなくプラズマ生
成用の磁場形成手段（前述の主コイルに相当する。）を
備えている。上記補助磁場形成手段はこの磁場形成手段
とは別個に設けられるものであり、プラズマ生成には直
接関与はしないが、プラズマの閉じ込め状態を制御す
る。本発明では、処理チャンバの内壁部の軸方向の一部
をシリコン系材料層で被覆しておき、この被覆部位にほ
ぼ対応する部位に適当な補助磁場形成手段を設置してこ
れを操作する。荷電粒子の集合体であるプラズマは、磁
束に直交する方向には拡散しにくいという性質を有して
いる。したがって、上記の補助磁場形成手段がチャンバ
内壁面に一部沿った磁束を形成し得るものであれば、そ
の磁束が存在する間はＥＣＲプラズマとチャンバ内壁面
を被覆するシリコン系材料層との接触面積が減少し、磁
束が消滅すれば接触面積は増大する。このＥＣＲプラズ
マ中には前述のようにハロゲン・ラジカルが含まれてい
るので、上記の接触面積にほぼ比例してハロゲン・ラジ
カルが消費される。

【００２３】本願の第３の発明は、上記の補助磁場形成
手段をより具体的に規定するものであり、複数の永久磁
石を使用する。これらの永久磁石は、前記処理チャンバ
の周方向に沿って略等間隔に配置され、かつ該処理チャ
ンバの半径方向に沿って交互に逆極性となるように着磁
されており、交互多極磁場リングを構成している。かか
る磁石の配置により形成される磁場配位は、マルチカス
プ磁場として知られており、この磁場中では処理チャン
バの内壁面近傍におけるＥＣＲプラズマの拡散が制限を
受ける。したがって、ＥＣＲプラズマとチャンバ内壁面
のシリコン系材料層との接触面積を減少させたい場合に
は、この交互多極磁場リングを該シリコン系材料層によ
る被覆部位をほぼ周回する位置に置けば良い。逆に、接
触面積を増大させたい場合には、交互多極磁場リングを
上記被覆部位とは重ならない位置に移動させれば良い。

【００２４】本願の第４の発明は、第３の発明と同様、
マルチカスプ磁場を利用するものであるが、永久磁石の
代わりにコイルを使用し、磁場形成を電流のＯＮ／ＯＦ
Ｆにより制御可能としたものである。つまり、ＥＣＲプ
ラズマとチャンバ内壁面のシリコン系材料層との接触面
積を減少させたい場合にはコイルに通電して励磁し、増
大させたい場合には通電を停止すれば良いのである。し
たがって、永久磁石を使用する場合のように交互多極磁
場リングを処理チャンバの軸方向に移動させる必要がな
い。

【００２５】なお、ＥＣＲプラズマ装置において、ＥＣ
Ｒプラズマの形成に用いられる磁場形成手段（主コイ
ル）の下流側にマルチカスプ磁場を形成してプラズマを
閉じ込める技術は、既に特開昭６３−２４４６００号公
報等において知られるところである。一般にＥＣＲプラ
ズマ装置内では、処理チャンバの軸方向に沿った強力な
平行磁場が主コイルによって形成されており、半径方向
への荷電粒子の拡散が制限されている。しかも、プラズ
マ発生部へ入力されるマイクロ波のエネルギー分布は一
般には一様でないので、これによってもプラズマ密度に
分布が生じてしまう。したがって、プラズマ発生部にお
けるプラズマ密度の不均一性は、ＥＣＲプラズマがある
程度輸送された後でも緩和されにくく、エッチングの不
均一性をもたらすという問題があった。上記公報に記載
される技術は、この問題を解決し、ＥＣＲプラズマの均
一性を向上させるものである。

【００２６】これに対し今回の発明は、エッチング反応
系のラジカル量の制御を主眼とするものであるが、上記
公報に記載される技術と同様の原理にもとづき、マルチ
カスプ磁場が存在する間はＥＣＲプラズマの均一性を向
上させることができる。

【００２７】本願の第５の発明では、上記の第２の発明
ないし第４の発明のように補助磁場形成手段を用いてプ
ラズマの閉じ込め状態を変化させるのではなく、ＥＣＲ
プラズマ形成用のコイルそのものを用いて磁場勾配を変
化させることにより、処理チャンバ内壁面のシリコン系
材料層と接触するＥＣＲプラズマの密度を変化させる。
ここで、上記コイルは複数個設けられており、処理チャ
ンバの軸方向に沿って同極性となるように励磁されてい
る。これらのコイルによりプラズマ発生部に形成される
磁場は平行磁場であるが、コイル相互間の離間距離が小
さければ処理チャンバの内壁面近傍の磁場勾配は急峻と
なり、逆に大きければ緩やかとなる。磁場勾配が緩やか
になれば、荷電粒子の拡散が促進され、プラズマ密度の
均一性を高めることができる。換言すれば、処理チャン
バの内壁面近傍におけるプラズマ密度を高めることがで
きる。これは、前述のようにマイクロ波のエネルギー分
布に一定の幅があるので、磁場勾配が緩やかである方
が、このエネルギーの変動範囲に適合してＥＣＲ条件を
満足できる処理チャンバ内の領域が広くなるからであ
る。

【００２８】したがって、シリコン系材料層によりＥＣ
Ｒプラズマ中のハロゲン・ラジカルの消費量を増大させ
たい場合には、コイル相互間の離間距離を大として内壁
面近傍のプラズマ密度を高めれば良い。逆に、ハロゲン
・ラジカルの消費量を減少させたい場合には、離間距離
を小とすれば良い。

【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。

【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上のｎ⁺ −Ｇａ
Ａｓ層をＳ₂ Ｆ₂ ／Ｓ₂ Ｃｌ₂ 混合ガスを用いて選択的
にエッチングする際に、処理チャンバの内壁面に配設さ
れたアモルファス・シリコン・カバーとＥＣＲプラズマ
との接触面積をジャストエッチング工程とオーバーエッ
チング工程との間でシャッタ操作により変化させた例で
ある。

【００３１】ここで、実際のエッチング・プロセスの説
明に入る前に、まず本発明を実施するにあたり使用した
ＲＦバイアス印加型の有磁場マイクロ波プラズマ・エッ
チング装置の構成例、およびその使用方法について説明
する。上記装置の概略的な構成を図１に示す。この装置
は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロ
ン１、上記マグネトロン１に図示されない整合器，マイ
クロ波電力計，アイソレータ等を介して接続され、上記
マイクロ波を導く矩形導波管２、上記矩形導波管２に石
英ガラス板等からなるマイクロ波導入窓３を介して接続
され、放電により内部にＥＣＲプラズマＰを生成させる
ための処理チャンバ４、この処理チャンバ４内に設置さ
れウェハ１０を載置するためのウェハ載置電極８、上記
処理チャンバ４を周回し、ＥＣＲ条件を満足すべく８．
７５×１０^-2Ｔ（８７５Ｇａｕｓｓ）の磁場強度を達成
可能なソレノイド・コイル７等を基本的な構成要素とす
る。

【００３２】上記処理チャンバ４の上方にはガス供給管
５が開口され、処理に必要なガスが矢印Ａ方向からチャ
ンバ内へ供給されるようになされている。また、処理チ
ャンバ４の底面側には排気孔６が開口され、図示されな
い真空系統によりチャンバ内部が矢印Ｂ方向に高真空排
気されるようになされている。上記ウェハ載置電極８に
は、ＲＦバイアスを印加するためのＲＦ電源１２が、直
流成分を遮断するためのブロッキング・コンデンサ１１
等を介して接続されている。また、ウェハ載置電極８の
内部には、低温エッチングに対応するための冷却配管９
が埋設されている。この冷却配管９に、装置外部に接続
される図示されないチラー等の冷却設備から適当な冷媒
を供給して矢印Ｃ₁ ，Ｃ₂ 方向に循環させることによ
り、エッチング中のウェハ温度を所定の温度に維持する
わけである。

【００３３】本実施例では、上記の構成に加えて、装置
に特に次のような２点の工夫を施した。その第一は、処
理チャンバ４の内壁面のうち、Ｙ−Ｙ線で示される軸方
向に沿ってソレノイド・コイル７の周回位置よりやや下
方側の一部、すなわちＥＣＲポジションより下流側の一
部を、シリコン系材料層で被覆した点である。このシリ
コン系材料層の具体例として、ここでは帯状のアモルフ
ァス・シリコン・カバー１３を使用した。ただし、この
アモルファス・シリコン・カバー１３は、処理チャンバ
４の内壁部を必ずしも連続的に周回している必要はな
く、たとえばブロック状の固体を内壁部に貼り付けた構
成を有するものであっても良い。さらに、他のシリコン
系材料層として、適当な形状に加工されたシリコン・カ
ーバイド材、単結晶シリコンからなるダミー・ウェハ、
処理チャンバ４の内壁面にＣＶＤ法等により直接成膜さ
れた多結晶シリコン層等を使用することもできる。

【００３４】第二の工夫とは、上記アモルファス・シリ
コン・カバー１３の内周側に、図示されない駆動手段に
より矢印Ｄ方向に昇降可能とされた円筒形の昇降式シャ
ッタ１４を配設した点である。図１（ａ）は昇降式シャ
ッタ１４によりアモルファス・シリコン・カバー１３が
ほぼ完全にＥＣＲプラズマＰから遮蔽された状態を示し
（シャッタ開度０％）、図１（ｂ）は上記昇降式シャッ
タ１４を下降させてアモルファス・シリコン・カバー１
３の全面が露出された状態（シャッタ開度１００％）を
示す。

【００３５】図２は、上記昇降式シャッタ１４の配設状
態をより明確に示すために、処理チャンバ４の内部を一
部破断して示す斜視図である。処理チャンバ４の側壁
面、昇降式シャッタ１４、ウェハ載置電極８は全て同心
的に配置されている。アモルファス・シリコン・カバー
１３とＥＣＲプラズマＰとの接触面積は、昇降式シャッ
タ１４の矢印Ｄ方向の昇降距離を変化させることにより
任意に調節できる。

【００３６】上記昇降式シャッタ１４は、ラジカルを消
費せず、かつエッチング反応系内に不要な汚染を惹起さ
せない材料を適宜選択して構成することができる。本実
施例および後述の実施例２では、ステンレス鋼からなる
昇降式シャッタ１４を採用した。なお、Ｓ堆積プロセス
では処理チャンバ４の内部構成部材の表面にもＳが堆積
する。そこで、たとえばこの昇降式シャッタ１４にも加
熱手段を内蔵させておき、１回のエッチングが終了する
たびにこれを加熱して表面に堆積したＳを昇華除去でき
るようにしておけば、再現性を高める上で極めて有効で
ある。

【００３７】次に、上述の有磁場マイクロ波プラズマ・
エッチング装置を用いて実際にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
選択エッチングを行った。このプロセスを、図３ないし
図８を参照しながら説明する。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１０は、図３に示
されるように、半絶縁性ＧａＡｓ基板２１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ｅｐｉ−ＧａＡｓ層２２、厚さ約２
ｎｍのＡｌＧａＡｓ層２３、Ｓｉ等のｎ型不純物がドー
プされた厚さ約３０ｎｍのｎ⁺ −ＡｌＧａＡｓ層２４、
同様にｎ型不純物を含む厚さ約１００ｎｍのｎ⁺ −Ｇａ
Ａｓ層２５、所定の形状にパターニングされたレジスト
・マスク（ＰＲ）２６が順次積層されてなるものであ
る。上記レジスト・マスク２６のパターニングは、電子
ビーム描画法による露光と現像処理により行われてお
り、開口部２６ａの開口径は約３００ｎｍである。

【００３８】このウェハ１０を上述の有磁場マイクロ波
プラズマ・エッチング装置のウェハ載置電極８にセット
し、冷却配管９にエタノール冷媒を循環させた。昇降式
シャッタ１４は、図１（ａ）に示されるように、アモル
ファス・シリコン・カバー１３をＥＣＲプラズマＰから
遮蔽する位置にセットした。この状態で、一例として下
記の条件により上記ｎ⁺ −ＧａＡｓ層２５をジャストエ
ッチングした。

【００３９】 Ｓ₂ Ｆ₂ 流量 ２０ＳＣＣＭ Ｓ₂ Ｃｌ₂ 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℃ シャッタ開度 ０％ このＳ₂ Ｆ₂ ／Ｓ₂ Ｃｌ₂ 混合ガス系は、本願出願人が
先に特願平３−３０８３２７号明細書において提案した
ものである。このジャストエッチング工程では、Ｓ₂ Ｆ
₂ およびＳ₂ Ｃｌ₂ から解離生成するＦ^* ，Ｃｌ^* によ
り、ｎ⁺ −ＧａＡｓ層５中のＧａが主としてＧａＣｌ₃
の形で、またＡｓがＡｓＦ₃ ，ＡｓＦ₅ ，ＡｓＣｌ₃ 等
の形で除去された。このラジカル反応は、Ｓ⁺ ，Ｓ
Ｆ_x ，Ｃｌ_x ⁺ ，ＳＣｌ_x ⁺ 等の入射イオン・エネルギ
ーにアシストされている。一方、Ｓ₂ Ｆ₂ とＳ₂ Ｃｌ₂
は、ＥＣＲプラズマＰ中にＳも放出する。このＳは、イ
オンの垂直入射が原理的に起こらないパターン側壁部に
堆積して図４に示されるように側壁保護膜２７を形成
し、異方性の達成に寄与した。この結果、垂直壁を有す
るリセス２５ａが形成された。

【００４０】上記ジャストエッチングは、ｎ⁺ −ＡｌＧ
ａＡｓ層２４が露出し、その表面にＡｌＦ_x （主として
ｘ＝３）が形成されてエッチング速度が大幅に低下した
時点で終了した。この時点での下地選択比は、約３０で
あった。このとき、ウェハ１０上にはｎ⁺ −ＧａＡｓ層
２５の残渣２５ｂが若干残存していた。

【００４１】そこで、この残渣２５ｂを除去するため、
オーバーエッチングを行った。このときの昇降式シャッ
タ１４は、図１（ｂ）に示されるように、アモルファス
・シリコン・カバー１３が全面的に露出する位置まで下
降させた。その他の条件は、ジャストエッチング工程と
同じとした。このオーバーエッチング工程では、シャッ
タ開度が１００％とされていることにより、ＥＣＲプラ
ズマＰがアモルファス・シリコン・カバー１３と十分に
接触し、プラズマ中のＦ^* ，Ｃｌ^* がＳｉＦ_x ，ＳｉＣ
ｌ_x の生成に消費された。したがって、エッチング反応
系の見掛け上のＳ／Ｘ比が上昇し、Ｓの堆積が促進され
た。この結果、図５に示されるように、リセス２５ａの
良好な異方性形状を維持しながら残渣２５ｂを除去する
ことができた。また、イオンの垂直入射面におけるエッ
チング速度も大幅に低下し、下地選択性は６０以上に向
上した。

【００４２】上記側壁保護膜２７は、エッチング終了後
にウェハ１０を約９０℃に加熱したところ、図６に示さ
れるように速やかに昇華除去され、ウェハ１０上に何ら
パーティクル汚染を惹起させることはなかった。この後
の工程は、通常のＨＥＭＴの製造工程と同様である。す
なわち、一例として電子ビーム蒸着により厚さ約２００
ｎｍ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２５ａの内部おいてステップ・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７に示されるように、レジスト・マスク２６の表
面には上部Ａｌ層２８ａ、リセス２５ａ底部には後にゲ
ート電極となる下部Ａｌ層８ｂがそれぞれ形成された。

【００４３】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８に示されるように上部
Ａｌ層２８ａも同時に除去され、リセス２５ａ底部の下
部Ａｌ層２８ｂのみを残すことができた。

【００４４】実施例２ 本実施例も、同じく本願の第１の発明を適用したＨＥＭ
Ｔのゲート・リセス加工の例であるが、実施例１と異な
り回転式シャッタを備えた有磁場マイクロ波プラズマ・
エッチング装置を使用し、エッチング・ガスとしてはＳ
₂ Ｆ₂ ／Ｓ₂ Ｂｒ₂ 混合ガスを使用した。

【００４５】本実施例で使用した有磁場マイクロ波プラ
ズマ・エッチング装置は、概略断面図を示すと図１と同
様となるが、処理チャンバ４の内部を一部破断して示す
斜視図は図９のようになる。すなわち、本実施例の装置
は、スリット状の開口部１５ａを有する円筒形の回転式
シャッタ１５を備えており、またアモルファス・シリコ
ン・カバー１３ａも上記開口部１５ａの開口パターンに
倣って帯状に形成されている。上記回転式シャッタ１５
は、図示されない駆動手段により矢印Ｅ方向に回転可能
となされている。

【００４６】ここで、回転式シャッタ１５とアモルファ
ス・シリコン・カバー１３ａの位置関係について図１０
を参照しながら説明する。この図は、図９のＸ−Ｘ線断
面図であり、（ａ）はアモルファス・シリコン・カバー
１３ａが回転式シャッタ１５に遮蔽された状態（シャッ
タ開度０％）、（ｂ）はアモルファス・シリコン・カバ
ー１３ａの全面が開口部１５ａを介して露出された状態
（シャッタ開度１００％）を示している。アモルファス
・シリコン・カバー１３ａとＥＣＲプラズマＰとの接触
面積は、回転式シャッタ１５の回転角を変化させること
により任意に調節できる。

【００４７】上述の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチ
ング装置を使用して、実際にゲート・リセス加工を行っ
た。本実施例で使用したウェハ１０は、前出の図３に示
したものと同じである。このウェハ１０を上述のウェハ
載置電極８上にセットし、回転式シャッタ１５の開度を
図１０（ａ）に示されるように０％とした。この状態
で、一例として下記の条件でｎ⁺ −ＧａＡｓ層２５をジ
ャストエッチングした。

【００４８】 Ｓ₂ Ｆ₂ 流量 ２０ＳＣＣＭ Ｓ₂ Ｂｒ₂ 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℃ シャッタ開度 ０％ このＳ₂ Ｆ₂ ／Ｓ₂ Ｂｒ₂ 混合ガス系も、本願出願人が
先に特願平３−３０８３２７号明細書において提案した
ものである。このジャストエッチング工程におけるエッ
チング機構は、実施例１の塩素を臭素に置き換えたもの
にほぼ等しく、同様に良好な異方性形状を有するリセス
２５ａ（図４参照。）が形成された。

【００４９】次に、残存する残渣２５ｂを除去するた
め、回転式シャッタ１５の開度を図１０（ｂ）に示され
るように１００％とした他は、同じ条件でオーバーエッ
チングを行った。このオーバーエッチング工程では、Ｅ
ＣＲプラズマ中のＦ^* ，Ｂｒ^* がアモルファス・シリコ
ン・カバー１３ａから供給されるＳｉに消費され、エッ
チング反応系の見掛け上のＳ／Ｘ比が上昇した。この結
果、リセス２５ａの良好な異方性形状を維持し、しかも
下地のｎ⁺ −ＡｌＧａＡｓ層２４に対して６０以上の高
選択比を維持しながら残渣２５ｂを除去することができ
た。

【００５０】実施例３ 本実施例は、本願の第３の発明をＨＥＭＴのゲート・リ
セス加工に適用し、ジャストエッチング工程とオーバー
エッチング工程との間で、アモルファス・シリコン・カ
バーとＥＣＲプラズマとの接触面積を永久磁石により変
化させた例である。

【００５１】まず、本発明を実施するにあたり使用した
有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置の構成例、
およびその使用方法について、図１１を参照しながら説
明する。なお、図１１の参照符号の一部は、図１と共通
である。本実施例で使用した有磁場マイクロ波プラズマ
・エッチング装置の構成は、図１に示した昇降式シャッ
タ１４または回転式シャッタ１５に代えて、補助磁場形
成手段を配設してなるものである。

【００５２】この補助磁場形成手段は、処理チャンバ４
の周方向に沿って略等間隔に配置された複数の永久磁石
１６から構成されている。各永久磁石１６は、図示され
ない駆動手段に一体的に接続され、処理チャンバ４の軸
方向（Ｙ−Ｙ線方向）に沿って位置Ｇと位置Ｈとの間を
矢印Ｆ方向に昇降可能とされている。ここで、位置Ｇと
は、図１１（ａ）に示されるように上記アモルファス・
シリコン・カバー１３の配設位置と重なる位置であり、
位置Ｈとは、図１１（ｂ）に示されるように重ならない
位置である。

【００５３】ここで、上記永久磁石１６の配設状態をよ
りわかり易く示すために、Ｘ−Ｘ線断面図を図１２に示
す。図１２（ａ）は、永久磁石１６が位置Ｇにある場
合、図１２（ｂ）は、位置Ｈにある場合をそれぞれ表し
ている。図１２（ａ）に示される例では、８個の永久磁
石１６が処理チャンバ４の周方向に沿って等間隔に配置
されており、隣合う永久磁石１６同士は、互いに処理チ
ャンバ４の半径方向に沿って逆極性とされている。かか
る配置によれば、ある磁石のＮ極から両隣の磁石のＳ極
へ向かう磁力線により星型のマルチカスプ磁場が形成さ
れ、ＥＣＲプラズマＰはこの内側へ閉じ込められる。

【００５４】ここで、位置Ｇにおいてマルチカスプ磁場
が形成された場合には、処理チャンバ４の内壁面方向へ
のプラズマの拡散が抑制されるために、アモルファス・
シリコン・カバー１３とＥＣＲプラズマＰとの接触面積
が減少する。したがって、ＥＣＲプラズマＰ中のハロゲ
ン・ラジカルの消費量は少なくなる。一方、位置Ｈにお
いてマルチカスプ磁場が形成された場合には、位置Ｇに
おける処理チャンバ４の内壁面方向へのプラズマの拡散
は何ら阻害されないため、アモルファス・シリコン・カ
バー１３とＥＣＲプラスマＰとの接触面積が増大する。
したがって、ＥＣＲプラズマＰ中のハロゲン・ラジカル
の消費量が増大する。

【００５５】なお、このマルチカスプ磁場は、ソレノイ
ド・コイル７により形成されるウェハ１０付近の発散磁
界を収束させて、プラズマ密度を均一化することにも寄
与している。

【００５６】この有磁場マイクロ波プラズマ・エッチン
グ装置を使用し、Ｓ₂ Ｆ₂ ／Ｓ₂ Ｃｌ₂ 混合ガスを用い
て実際にリセス加工を行った。使用したウェハ１０は、
図３に示したものと同じである。まず、永久磁石１６を
図１１（ａ）に示されるように位置Ｇにセットし、実施
例１と同じ条件でｎ⁺ −ＧａＡｓ層２５をジャストエッ
チングした。

【００５７】このジャストエッチング工程におけるエッ
チング機構は、ほぼ実施例１で前述したとおりである。
ただし、ＥＣＲプラズマＰ中のＳ⁺ ，ＳＦ⁺ ，Ｃｌ⁺ ，
ＳＣｌ_x ⁺ 等のイオンは、ソレノイド・コイル７が形成
する発散磁場に沿って下降すると共に、ウェハ１０の近
傍では前述の図１２（ａ）に示されるように永久磁石１
６の形成するマルチカスプ磁場により半径方向への拡散
を阻止され、ウェハ１０にほぼ垂直に入射して異方性加
工をアシストしている。しかも、このマルチカスプ磁場
によりアモルファス・シリコン・カバー１３とＥＣＲプ
ラズマＰとの接触面積が少なくなっているので、ＥＣＲ
プラズマＰ中のＦ^* ，Ｃｌ^* はほとんど消費されない。

【００５８】続くオーバーエッチング工程では、永久磁
石１６を図１１（ｂ）に示されるように位置Ｈに移動さ
せた。他のエッチング条件はジャストエッチング工程と
同じとした。このオーバーエッチング工程では、ウェハ
１０近傍のマルチカスプ磁場が消滅し、前述の図１２
（ｂ）に示されるようにアモルファス・シリコン・カバ
ー１３とＥＣＲプラズマＰとが全面的に接触した。これ
により、ＥＣＲプラズマＰ中のＦ^* ，Ｃｌ^* がＳｉ
Ｆ_x ，ＳｉＣｌ_x の形成に消費され、エッチング反応系
の見掛け上のＳ／Ｘ比が増大し、Ｓの堆積が促進され
た。この結果、リセス２５ａの異方性形状が良好に維持
され、下地選択性も向上した。

【００５９】なお本実施例では、実施例１および実施例
２にも増して優れた低汚染性および再現性が達成され
た。これは、本実施例におけるＥＣＲプラズマＰとアモ
ルファス・シリコン・カバー１３との接触面積の変化が
もっぱら磁場配位の制御により行われており、処理チャ
ンバ４内へシャッタ等の可動部材が導入されていないた
め、本質的にパーティクル発生源が少ないからである。

【００６０】実施例４ 本実施例は、本願の第４の発明をＨＥＭＴのゲート・リ
セス加工に適用し、ジャストエッチング工程とオーバー
エッチング工程との間で、アモルファス・シリコン・カ
バーとＥＣＲプラズマとの接触面積を補助コイルにより
変化させた例である。

【００６１】本実施例で使用した有磁場マイクロ波プラ
ズマ・エッチング装置は、実施例３で使用した永久磁石
１６に代えて、補助コイル１９を配設してなるものであ
る。この場合のＸ−Ｘ線断面図を図１３に示す。図１３
（ａ）は、位置Ｇにおいて補助コイル１７が励磁された
場合、図１３（ｂ）は励磁されていない場合をそれぞれ
表している。

【００６２】図１３（ａ）に示される例では、８個の補
助コイル１９が処理チャンバ４の周方向に沿って等間隔
に配置されている。各補助コイル１９は、磁心１７とそ
れに巻回される導線１８から構成され、隣合う補助コイ
ル１９同士は導線１８への通電方向を逆方向とすること
により、互いに逆極性となるように励磁されている。マ
ルチカスプ磁場の形成およびこれによるＥＣＲプラズマ
Ｐの閉じ込め状態は、永久磁石１６を用いた場合とほぼ
同様である。

【００６３】ただし、補助コイル１９を使用する場合、
導線１８への通電を停止すればマルチカスプ磁場は消滅
するので、図１３（ｂ）に示されるように、該補助コイ
ル１９を位置Ｇに置いたままでもアモルファス・シリコ
ン・カバー１３とＥＣＲプラズマＰの接触面積を変化さ
せることができる。

【００６４】この有磁場マイクロ波プラズマ・エッチン
グ装置を使用し、Ｓ₂ Ｆ₂ ／Ｓ₂ Ｃｌ₂ 混合ガスを用い
て実際にリセス加工を行った。使用したウェハ１０は、
図３に示したものと同じである。まず、補助コイル１９
を位置Ｇにて励磁し、実施例３と同じ条件でｎ⁺ −Ｇａ
Ａｓ層２５をジャストエッチングした。このジャストエ
ッチング工程では、実施例３で前述した機構と同じ機構
によりエッチングが進行した。

【００６５】次に、補助コイル１９の励磁を停止した他
は同じ条件によりオーバーエッチングを行った。このオ
ーバーエッチング工程では、マルチカスプ磁場の消滅に
伴ってＥＣＲプラズマＰとアモルファス・シリコン・カ
バー１３との接触面積が増大し、高選択，高異方性加工
が実現した。

【００６６】実施例５ 本実施例は、本願の第５の発明をＨＥＭＴのゲート・リ
セス加工に適用し、ジャストエッチング工程とオーバー
エッチング工程との間で磁場勾配を変化させることによ
り、アモルファス・シリコン・カバーと接触するＥＣＲ
プラズマの密度を変化させた例である。

【００６７】まず、本実施例で使用したＲＦバイアス印
加型の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置の構
成例について、図１４を参照しながら説明する。なお、
図１４の参照符号の一部は、図１１と共通である。この
装置が前述の図１１の装置と異なる点は、補助磁場形成
手段が設けられておらず、単一のソレノイド・コイル７
の代わりにユニット化されたソレノイド・コイル７ａ，
７ｂが配設され、さらにアモルファス・シリコン・カバ
ー１３がこのソレノイド・コイル７ａ，７ｂに周回され
る範囲内、すなわちＥＣＲポジションを含む領域に形成
されている点である。上記ソレノイド・コイル７ａ，７
ｂは、それぞれ図示されない駆動手段に接続されること
により、処理チャンバ４の軸方向（Ｙ−Ｙ線方向）に沿
って位置Ｊと位置Ｋとの間を矢印Ｉ方向に移動可能とさ
れている。ここで、位置Ｊとは、図１４（ａ）に示され
るようにソレノイド・コイル７ａ，７ｂが相互に近接す
る位置であり、位置Ｋとは、図１４（ｂ）に示されるよ
うに相互に離間した位置である。

【００６８】ソレノイド・コイル７ａ，７ｂは、処理チ
ャンバ４の軸方向に沿って同極性に励磁されているの
で、これらのコイルによりプラズマ発生部に形成される
磁場は平行磁場であるが、コイル相互間の離間距離によ
り処理チャンバ４の内壁面近傍における磁場勾配が変化
する。すなわち、図１４（ａ）に示されるようにソレノ
イド・コイル７ａ，７ｂが相互に近接している場合に
は、等磁場面２０の存在状態からも明らかなように、内
壁面近傍における磁場勾配が高い。したがって、ＥＣＲ
プラズマＰの密度は処理チャンバ４の中心部付近で高
く、アモルファス・シリコン・カバー１３の近傍では低
い。したがって、ハロゲン・ラジカルの消費量は少な
く、エッチング反応系のＳ／Ｘ比は相対的に低くなる。

【００６９】逆に、図１４（ｂ）に示されるようにソレ
ノイド・コイル７ａ，７ｂが相互に離間している場合に
は、内壁面近傍における磁場勾配が低い。したがって、
ＥＣＲプラズマＰの内壁面方向への拡散が促進され、ア
モルファス・シリコン・カバー１３の近傍におけるプラ
ズマ密度が高くなる。したがって、ハロゲン・ラジカル
の消費量が増大し、エッチング反応系のＳ／Ｘ比を相対
的に高めることができる。

【００７０】この有磁場マイクロ波プラズマ・エッチン
グ装置を使用し、Ｓ₂ Ｆ₂ ／Ｓ₂ Ｂｒ₂ 混合ガスを用い
て実際にリセス加工を行った。使用したウェハ１０は、
図３に示したものと同じである。まず、ソレノイド・コ
イル７ａ，７ｂを図１４（ａ）に示されるように位置Ｊ
にセットした。この状態で、実施例２と同じ条件により
ｎ⁺ −ＧａＡｓ層２５をジャストエッチングした。

【００７１】この工程におけるエッチング機構は、ほぼ
実施例２で前述したとおりである。ただし、ここではア
モルファス・シリコン・カバー１３の近傍におけるＥＣ
ＲプラズマＰの密度が低くなっているため、Ｆ^* ，Ｂｒ
^* はほとんど消費されない。続いて、ソレノイド・コイ
ル７ａ，７ｂを図１４（ｂ）に示されるように位置Ｋに
セットした他は同じ条件で、オーバーエッチングを行っ
た。この工程では、アモルファス・シリコン・カバー１
３の近傍におけるＥＣＲプラズマＰの密度が高くなるた
め、Ｆ^* ，Ｂｒ^* の消費量が増え、相対的にＳが堆積し
易い条件となった。このため、高選択，高異方性エッチ
ングが実現した。

【００７２】以上、本発明を５つの実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの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層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／３元素系の積層系、さらにあるいは３元素系／４元
素系等の積層系の選択エッチングにも適用できる。

【００７３】また、エッチング・ガスとしてはＦ^* の供
給とＳの堆積とを可能とするガス系としてＳ₂ Ｆ₂ ／Ｓ
₂ Ｃｌ₂ 混合ガス系、およびＳ₂ Ｆ₂ ／Ｓ₂ Ｂｒ₂ 混合
ガス系を例示したが、この他にも本願出願人が先に特願
平３−３０８３２７号明細書において提案したような種
々のガス系を適用することができる。一例を挙げれば、
Ｓ₂ Ｆ₂ ／Ｃｌ₂ 系、Ｓ₂ Ｃｌ₂ ／ＣｌＦ₃ 系、Ｓ₂ Ｆ
₂ ／Ｃｌ₂ ／Ｈ₂ Ｓ系等である。

【００７４】その他、補助磁場形成手段を構成する永久
磁石や補助コイルの数および配置、ウェハの構成、エッ
チング装置の種類、エッチング条件等は適宜変更可能で
ある。

【００７５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではプラズマ装置の処理チャンバの内壁面の一部に設
けられたシリコン系材料層とプラズマとの接触面積をシ
ャッタ部材の操作により容易に変化させることができ
る。また、特にＥＣＲプラズマ装置については、シリコ
ン系材料層とＥＣＲプラズマとの接触面積、またはシリ
コン系材料層と接触するＥＣＲプラズマの密度を、磁場
配位の制御により変化させることもできる。いずれにし
ても、他の放電条件を何ら変化させることなく、プラズ
マもしくはＥＣＲプラズマ中のＦ^* その他のハロゲン・
ラジカル量をエッチング・プロセスの途中で容易に変化
させることが可能となる。この方法により、ＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓ積層系に代表される非Ａｌ含有／Ａｌ含有
化合物半導体層の積層系のエッチングを行えば、オーバ
ーエッチング工程における異方性および選択性を大幅に
改善することができる。

【００７６】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寄与をなすもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のドライエッチング方法を実施するため
に使用されるＲＦバイアス印加型有磁場マイクロ波プラ
ズマ・エッチング装置の一構成例、およびその使用状態
を示す概略断面図であり、（ａ）は昇降式シャッタでア
モルファス・シリコン・カバーが遮蔽された状態、
（ｂ）はアモルファス・シリコン・カバーの全面が露出
した状態をそれぞれ表す。

【図２】図１の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング
装置の昇降式シャッタおよびその周辺部材を一部破断し
て示す概略斜視図である。

【図３】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・マスクが形成され状態を示す概略断面図である。

【図４】図３のｎ⁺ −ＧａＡｓ層が側壁保護膜の形成を
伴いながらジャストエッチングされ、リセスが形成され
た状態を示す概略断面図である。

【図５】オーバーエッチングにより図４のｎ⁺ −ＧａＡ
ｓ層の残渣が除去された状態を示す概略断面図である。

【図６】図５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。

【図７】図６のレジスト・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。

【図８】図７のレジスト・マスクとその表面の上部Ａｌ
層がリフトオフされ、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。

【図９】本発明のドライエッチング方法を実施するにあ
たり使用されるＲＦバイアス印加型有磁場マイクロ波プ
ラズマ・エッチング装置の他の構成例において、回転式
シャッタおよびその周辺部材を一部破断して示す概略斜
視図である。

【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図であり、（ａ）は回転
式シャッタによりアモルファス・シリコン・カバーが遮
蔽された状態、（ｂ）はアモルファス・シリコン・カバ
ーの全面が露出した状態をそれぞれ表す。

【図１１】本発明のドライエッチング方法を実施するた
めに使用されるＲＦバイアス印加型有磁場マイクロ波プ
ラズマ・エッチング装置の一構成例、およびその使用状
態を示す概略断面図であり、（ａ）は永久磁石をアモル
ファス・シリコン・カバーと重なる位置に配設した状
態、（ｂ）は重ならない位置に配設した状態をそれぞれ
表す。

【図１２】図１１の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチ
ング装置のＸ−Ｘ線断面図であり、（ａ）は永久磁石を
アモルファス・シリコン・カバーと重なる位置に配設し
て該アモルファス・シリコン・カバー近傍にマルチカス
プ磁場を形成した状態、（ｂ）は重ならない位置に配設
してマルチカスプ磁場を消滅させた状態をそれぞれ表
す。

【図１３】本発明のドライエッチング方法を実施するた
めに使用されるＲＦバイアス印加型有磁場マイクロ波プ
ラズマ・エッチング装置の他の構成例のＸ─Ｘ断面図で
あり、（ａ）は補助コイルを励磁してアモルファス・シ
リコン・カバー近傍にマルチカスプ磁場を形成した状
態、（ｂ）は励磁を停止してマルチカスプ磁場を消滅さ
せた状態をそれぞれ表す。

【図１４】本発明のドライエッチング方法を実施するた
めに使用されるＲＦバイアス印加型有磁場マイクロ波プ
ラズマ・エッチング装置のさらに他の構成例、およびそ
の使用状態を示す概略断面図であり、（ａ）はソレノイ
ド・コイルを近接配置してアモルファス・シリコン・カ
バー近傍の磁束密度を高めた状態、（ｂ）は離間させて
磁束密度を低下させた状態をそれぞれ表す。

【符号の説明】

４ ・・・処理チャンバ ７，７ａ，７ｂ・・・ソレノイド・コイル ８ ・・・ウェハ載置電極 １０ ・・・ウェハ １３，１３ａ ・・・アモルファス・シリコン・カバー １４ ・・・昇降式シャッタ １５ ・・・回転式シャッタ １６ ・・・永久磁石 １９ ・・・補助コイル ２０ ・・・等磁場面 Ｐ ・・・ＥＣＲプラズマ ２１ ・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板 ２２ ・・・ｅｐｉ−ＧａＡｓ層 ２３ ・・・ＡｌＧａＡｓ層 ２４ ・・・ｎ⁺ −ＡｌＧａＡｓ層 ２５ ・・・ｎ⁺ −ＧａＡｓ層 ２５ａ ・・・リセス ２５ｂ ・・・（ｎ⁺ −ＧａＡｓ層の）残渣 ２６ ・・・レジスト・マスク ２７ ・・・側壁保護膜（Ｓ） ２８ａ ・・・上部Ａｌ層 ２８ｂ ・・・下部Ａｌ層（ゲート電極）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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エッチングする
   ドライエッチング方法において、 処理チャンバの内壁面の少なくとも一部がシリコン系材
   料層により被覆されてなり、かつ該シリコン系材料層と
   プラズマとの接触面積を可変となし得るシャッタ部材を
   備えたプラスマ装置を使用し、このプラズマ装置に少な
   くともフッ素系化合物を含むエッチング・ガスを導入
   し、前記シャッタ部材の操作によりプラズマと前記シリ
   コン系材料層との接触面積を変化させながらエッチング
   を行うことを特徴とするドライエッチング方法。
2. 【請求項２】 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エッチングする
   ドライエッチング方法において、 処理チャンバの内壁面の軸方向の少なくとも一部がシリ
   コン系材料層により被覆されてなり、かつこのシリコン
   系材料層の被覆部位に対峙するごとく該処理チャンバの
   外周部に補助磁場形成手段が配設されてなるＥＣＲプラ
   ズマ装置を使用し、このＥＣＲプラズマ装置に少なくと
   もフッ素系化合物を含むエッチング・ガスを導入し、前
   記補助磁場形成手段の操作によりＥＣＲプラズマと前記
   シリコン系材料層との接触面積を変化させながらエッチ
   ングを行うことを特徴とするドライエッチング方法。
3. 【請求項３】 前記補助磁場形成手段が、前記処理チャ
   ンバの周方向に沿って略等間隔に配置されかつ該処理チ
   ャンバの半径方向に沿って交互に逆極性となるように着
   磁された複数の永久磁石から構成されてなり、前記接触
   面積の変化はこの補助磁場形成手段を前記処理チャンバ
   の軸方向に沿って移動させることにより達成することを
   特徴とする請求項２記載のドライエッチング方法。
4. 【請求項４】 前記補助磁場形成手段が、前記処理チャ
   ンバの周方向に沿って略等間隔に配置されかつ該処理チ
   ャンバの半径方向に沿って交互に逆極性となるように励
   磁された複数のコイルから構成されてなり、前記接触面
   積の変化はこの補助磁場形成手段に印加する電流を制御
   することにより達成することを特徴とする請求項２記載
   のドライエッチング方法。
5. 【請求項５】 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エッチングする
   ドライエッチング方法において、 処理チャンバの内壁面の軸方向の少なくとも一部がシリ
   コン系材料層により被覆されてなり、かつこのシリコン
   系材料層の被覆部位に対峙して該処理チャンバの外周部
   を周回するごとく配設され、前記軸方向に沿って各々同
   極性となるように励磁された複数のコイルを備えてなる
   ＥＣＲプラズマ装置を使用し、このＥＣＲプラズマ装置
   に少なくともフッ素系化合物を含むエッチング・ガスを
   導入し、前記複数のコイル相互間の離間距離を前記軸方
   向に沿って変化させることにより前記シリコン系材料層
   の近傍におけるＥＣＲプラズマの密度を変化させながら
   エッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方
   法。