JPH0590230A - ドライエツチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 深いエッチングを可能とし、またエッチング
深さ及び幅の制御性に優れ、微細化を容易ならしめる。 【構成】 まず、半導体表面改質種として水素イオン１
をＧａＡｓ基板２上に照射し、ＧａＡｓ基板２の表面近
傍に電子枯渇層３を形成する。次に反応性ガスとしての
塩素分子４と電子ビーム５をＧａＡｓ基板２上に同時に
照射する。このとき、電子ビーム５が照射されている部
分では電子励起により塩素分子４が解離し、基板構成原
子と反応することによりエッチングが進行するが、電子
ビームが当たらない部分では、塩素分子４は解離できな
いため、エッチングは進行しない。従って深いエッチン
グ形状を制御性良く形成することができる。また半導体
中に発生した二次電子は、電子枯渇層３で捕獲され、エ
ッチングには寄与し得ないのでエッチング幅の制御性に
優れ、また微細化も容易に可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビームと反応性ガ
スとを用いた半導体ドライエッチング方法に関し、特に
ナノメータレベルの微細なドライエッチング方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、量子効果が生じるナノメータレベ
ルのドライエッチング技術が注目されており、その一例
が松井等によって報告されている（特願昭６１−３００
７８５号参照）。このドライエッチング方法において
は、反応性ガスである塩素ガス雰囲気中におかれたＧａ
Ａｓ基板に集束された電子ビームを照射し、照射された
場所の基板をエッチングしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のドライエッチング方法においては、電子ビーム
未照射部でも反応性ガスによるガスエッチングが生じて
しまうため、電子ビーム照射部と末照射部におけるエッ
チング深さの比率が小さく、深いエッチング形状を得る
のが困難であり、またエッチング深さの制御性が悪いと
いう問題点があった。

【０００４】また、電子ビーム励起により発生した二次
電子が半導体中を拡散することによりエッチング幅が電
子ビームの幅より広がってしまうため、エッチング幅の
制御性が悪く、微細化も困難であるという問題点があっ
た。

【０００５】本発明の目的は、エッチング幅の制御性が
良く、微細化も容易なドライエッチング方法を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるドライエッチング方法においては、電
子ビームと反応性ガスとを用いた半導体ドライエッチン
グ方法であって、少なくとも水素イオンあるいは水素ラ
ジカル原子のいずれかを含む半導体表面改質種を照射す
ることにより半導体表面近傍に電子枯渇層を形成する工
程と、この工程の後に電子ビームと反応性ガスを基板表
面に同時に照射し、該電子ビームが照射された領域の半
導体層のみを選択的にエッチング除去する工程とを有す
るものである。

【０００７】

【作用】半導体基板に水素等のイオンあるいはラジカル
原子を照射すると、これらの原子は、半導体基板表面近
傍に注入され、半導体中の電子を捕獲する。そのため、
半導体基板表面近傍に電子枯渇層が形成される。

【０００８】一方、塩素ガス等の反応性ガスを用いたガ
スエッチングにおいては、半導体基板に付着した反応性
ガス分子が基板から電子をもらい、負イオンとラジカル
原子に解離し、基板構成原子と反応することによりエッ
チングが進行する。

【０００９】本発明のドライエッチング方法によれば、
エッチング時に半導体表面近傍には一様に電子枯渇層が
形成されるため、半導体基板に付着した反応性ガス分子
は、熱エネルギーだけでは解離できない。このとき電子
ビームが照射されている部分では、電子励起により反応
性ガス分子が解離し、エッチングが進行するが、電子ビ
ームが当たらない部分では反応性ガス分子は解離できな
いため、エッチングは進行しない。

【００１０】従って、電子ビーム照射部と未照射部にお
けるエッチング量の比率を大きくすることができ、深い
エッチング形状を均一に形成することができる。

【００１１】また、電子ビーム励起により半導体中で発
生した二次電子も上記電子枯渇層で捕獲され、基板表面
には達しないのでエッチングには寄与し得ない。従っ
て、エッチング幅を均一に制御することができ、また微
細化も容易に可能となる。

【００１２】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例を説明するため
の模式図である。

【００１４】まず、半導体表面改質種として水素イオン
１をＧａＡｓ基板２上に照射し、ＧａＡｓ基板２表面近
傍に電子枯渇層３を形成する（図１（ａ））。このと
き、水素イオン１は、水素ガスをＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラ
ズマ室に導入し、プラズマ化することにより発生させ
た。

【００１５】次に、電子ビームガン，集束レンズ，鏡筒
等からなる電子ビーム照射系と試料室及び反応性ガスを
供給するためのノズルとを備えているエッチング装置
に、上記ＧａＡｓ基板２を導入する。

【００１６】本実施例においては、反応性ガスとして塩
素分子４を用い、塩素ガス圧は、約１×１０^-3Ｔｏｒｒ
とした。また電子ビーム照射系から加速電圧約５ＫｅＶ
の集束された電子ビーム５を照射した。

【００１７】このとき電子ビーム５が照射されている部
分では、電子励起により塩素分子４が解離し、基板構成
原子と反応することによりエッチングが進行するが、電
子ビームが当たらない部分では塩素分子は解離できない
ためエッチングは進行しない（図１（ｂ））。従って、
深いエッチング形状を制御性良く形成することができ
る。

【００１８】また、電子ビームが照射されている部分で
は、二次電子が発生し、基板中を拡散するが、基板表面
に達する前に電子枯渇層３に捕獲され、塩素分子とは反
応できないため、エッチングには寄与し得ない。従っ
て、エッチング幅は電子ビーム幅で決まるためエッチン
グ幅の均一性が著しく向上する。

【００１９】なお、ここで電子枯渇層３の形成に用いた
水素原子は、エッチング後に基板を約４００℃以上に加
熱することにより容易に半導体中から脱離するので、電
子枯渇層３を消滅させることができる。

【００２０】従って、エッチングプロセス時に形成され
た電子枯渇層３がその後のプロセス工程に障害を及ぼす
か、又はデバイス特性の劣化をもたらす場合でも上記熱
処理工程により容易に回避することができる。

【００２１】上記実施例においては、被エッチング半導
体基板は、ＧａＡｓとしたがこれに限らず、他の半導体
基板例えばＩｎＰを用いても本発明は適用できる。

【００２２】また、上記実施例においては、反応性ガス
種として塩素を用いたが、これに限らず、他の元素例え
ば臭素（Ｂｒ），ヨウ素（Ｉ）などのハロゲン元素を用
いても本発明は適用できる。

【００２３】また、上記実施例においては、半導体表面
改質種として水素を用いたが、これに限らず、例えば重
水素のような半導体表面近傍に電子枯渇層を形成するこ
とができる他の原子を用いても本発明は適用できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、深
いエッチングが可能であり、またエッチング深さ及び幅
の制御性に優れ、しかも微細化が容易であるドライエッ
チングを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施例を説明す
るための模式図である。

【符号の説明】

１ 水素イオン ２ ＧａＡｓ基板 ３ 電子枯渇層 ４ 塩素分子 ５ 電子ビーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビームと反応性ガスとを用いた半導
   体ドライエッチング方法であって、 少なくとも水素イオンあるいは水素ラジカル原子のいず
   れかを含む半導体表面改質種を照射することにより半導
   体表面近傍に電子枯渇層を形成する工程と、この工程の
   後に電子ビームと反応性ガスを基板表面に同時に照射
   し、該電子ビームが照射された領域の半導体層のみを選
   択的にエッチング除去する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。