JPH06104220A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH06104220A
JPH06104220A JP25282992A JP25282992A JPH06104220A JP H06104220 A JPH06104220 A JP H06104220A JP 25282992 A JP25282992 A JP 25282992A JP 25282992 A JP25282992 A JP 25282992A JP H06104220 A JPH06104220 A JP H06104220A
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JP
Japan
Prior art keywords
etching
gas
semiconductor device
hydrogen
hydrocarbon
Prior art date
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Pending
Application number
JP25282992A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Sugimoto
博司 杉本
Hitoshi Tada
仁史 多田
Takeshi Miura
猛 三浦
Tetsuo Shiba
哲夫 芝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a dry etching method of a compound semiconductor device excellent in controllability, the substrate of which is not damaged and the underside of which is hardly roughened. CONSTITUTION:In the dry etching of a semiconductor material using an etching gas containing at least the mixed gas of hydrocarbon and hydrogen and a metallic material for an electrode, oxygen is added to the etching gas, thus preventing the formation of a hydrocarbon high-molecular film on a surface to be etched with excellent controllability, then reducing the roughness of an etched underside.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に用いられる
InP、InGaAsP、InGaAs、GaAsなど
の化合物半導体材料ならび銅、アルミニウムなどの電極
用金属材料のドライエッチング加工方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for dry etching a compound semiconductor material such as InP, InGaAsP, InGaAs and GaAs used for a semiconductor device and a metal material for electrodes such as copper and aluminum.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、Inを含むInP、InGaAs
P、InGaAsなどの化合物半導体材料のドライエッ
チングの方法として炭化水素並びに炭化水素と水素の混
合ガスを用いた反応性イオンエッチングが報告されてい
る。例えばU.Niggebrugge 等による Inst.Phy.Conf.Se
r.79,367(1985) での報告、入田などによる応用物理学
会1991年春季講演会31p−K−10の報告があ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, InP and InGaAs containing In
Reactive ion etching using hydrocarbon and mixed gas of hydrocarbon and hydrogen has been reported as a method of dry etching of compound semiconductor materials such as P and InGaAs. Inst.Phy.Conf.Se by U.Niggebrugge and others
r.79, 367 (1985), and the 1991 Spring Meeting of Japan Society of Applied Physics 31p-K-10 by Irita et al.

【0003】従来の炭化水素を用いた反応性イオンエッ
チングでは炭化水素と水素をエッチング室に導入し、高
周波電力で放電を行う。放電によるエッチングガスの分
解によりメチル基、エチル基、水素の活性種やイオンが
形成される。エッチング室に置かれたInPは、Inが
メチル基やエチル基と反応し有機金属となり、Pが水素
と反応してフォスフィンとなり揮発してエッチングされ
ると考えられている。エッチング時にはエッチングマス
ク上に炭化水素の高分子膜が合成される。一方InP上
には炭化水素の高分子膜は合成されずエッチングが進行
する。炭化水素と水素の分圧の比率、全圧力、高周波電
力、バイアス電圧を調整することにより、高分子膜がマ
スク上に形成されInP上に形成されない条件を選ぶこ
とができる。
In conventional reactive ion etching using hydrocarbons, hydrocarbons and hydrogen are introduced into an etching chamber and discharged with high frequency power. Decomposition of the etching gas by electric discharge forms active species and ions of methyl group, ethyl group, and hydrogen. It is considered that InP placed in the etching chamber is etched when In reacts with a methyl group or an ethyl group to become an organic metal, and P reacts with hydrogen to become a phosphine and volatilize. During etching, a hydrocarbon polymer film is synthesized on the etching mask. On the other hand, a hydrocarbon polymer film is not synthesized on InP and etching proceeds. By adjusting the ratio of the partial pressure of hydrocarbon and hydrogen, the total pressure, the high frequency power, and the bias voltage, the conditions under which the polymer film is formed on the mask but not on InP can be selected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のような反応性イ
オンエッチングでは、InP上に高分子膜が形成されな
い条件でも、高分子膜形成速度のふらつき、空間的ばら
つきにより一時的、局所的にInP上にも高分子膜が形
成される。このためエッチングされたInPの底面に凹
凸の荒れが生じ易いという問題がある。上記の分圧比
率、全圧力、高周波電力、バイアス電圧を調整すること
によりInP上に高分子膜が形成されにくい条件を選ぶ
ことができるが、各パラメータを独立に調整することが
難しく再現性も乏しく、荒れの少ない良好な底面を得に
くいという問題点があった。
In the reactive ion etching as described above, even if the polymer film is not formed on InP, fluctuations in the polymer film formation rate and spatial variations cause InP to be temporarily or locally generated. A polymer film is also formed on the top. Therefore, there is a problem that unevenness is likely to occur on the bottom surface of the etched InP. By adjusting the above-mentioned partial pressure ratio, total pressure, high frequency power, and bias voltage, it is possible to select conditions under which a polymer film is not easily formed on InP, but it is difficult to adjust each parameter independently and reproducibility is also high. There was a problem that it was scarce and it was difficult to obtain a good bottom surface with less roughness.

【0005】また、例えば入田などにより応用物理学会
春季講演会31p−K−10において、エッチングガス
にArを添加することによりスパッタ効果で底面の荒れ
が改善されることが報告されている。しかしながらAr
の添加では荒れの減少は必ずしも十分ではなく、新たに
Arイオンの衝撃により基板へ加えられる損傷の発生と
いう問題点が生じる。
Further, for example, in Irita et al., Spring Meeting 31p-K-10 of the Japan Society of Applied Physics, it was reported that the addition of Ar to the etching gas improves the roughness of the bottom surface due to the sputtering effect. However Ar
The addition of Al is not always sufficient to reduce roughness, and there is a problem in that damage is newly added to the substrate by the impact of Ar ions.

【0006】本発明は上記のような困難、問題点を解決
するためになされたもので、基板に損傷を与えることな
く、制御性および再現性が良くかつ十分に荒れの少ない
底面の得ることのできる半導体装置のドライエッチング
方法を得ることを目的としている。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned difficulties and problems, and it is possible to obtain a bottom surface which has good controllability and reproducibility and is sufficiently rough without damaging the substrate. An object of the present invention is to obtain a dry etching method for a semiconductor device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法においては、すくなくとも炭化水素もしくは
炭化水素と水素の混合ガスを含むエッチングガスを用い
た半導体材料ならびに電極用金属材料のドライエッチン
グにおいて、エッチングガスに酸素を添加することによ
りエッチング底面の荒れを少なくしようとするものであ
る。
In a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in a dry etching of a semiconductor material and an electrode metal material using an etching gas containing at least hydrocarbon or a mixed gas of hydrocarbon and hydrogen. By adding oxygen to the etching gas, the roughness of the etching bottom surface is reduced.

【0008】[0008]

【作用】エッチングガス中に酸素を添加することによ
り、エッチング中の炭化水素高分子膜の形成が抑制され
InP上の荒れが減少する。これは他のエッチング条件
とは独立に炭化水素高分子膜の形成を制御性良く調整す
ることができ、再現性良くマスク上に高分子膜を形成
し、かつInP上には高分子膜が形成されない条件を選
ぶことができる。また酸素はArに比べ質量も小さいた
めイオン衝撃によるInP基板への損傷も問題にはなら
ない。
By adding oxygen to the etching gas, formation of a hydrocarbon polymer film during etching is suppressed and roughness on InP is reduced. This makes it possible to control the formation of the hydrocarbon polymer film independently of other etching conditions with good controllability, to form the polymer film on the mask with good reproducibility, and to form the polymer film on InP. You can choose the conditions not to be met. Since oxygen has a smaller mass than Ar, damage to the InP substrate due to ion bombardment does not pose a problem.

【0009】[0009]

【実施例】【Example】

実施例1.図1はエタンと水素の混合ガスを用い酸素を
添加して、酸化シリコン膜をエッチングマスクにエッチ
ングしたInP基板の走査型電子顕微鏡写真をもとにし
たエッチングパターンの模式図である。図2は酸素を添
加しないでエッチングした場合のものである。エッチン
グには平行平板型の反応性イオンエッチングを用いた。
エッチング条件は、全体圧力110 mTorr、エタン分圧
5.5 mTorr 、高周波電力0.6W/cm2、エッチング時間
60分である。3.2 mTorr 分圧の酸素を添加するこ
とにより図1に示すように底面の荒れが改善される。酸
素を添加することにより炭化水素高分子の形成が抑制さ
れInP上の荒れが減少する。イオン衝撃によるInP
基板への損傷も問題にならない。
Example 1. FIG. 1 is a schematic view of an etching pattern based on a scanning electron microscope photograph of an InP substrate in which oxygen is added using a mixed gas of ethane and hydrogen and a silicon oxide film is used as an etching mask. FIG. 2 shows the case of etching without adding oxygen. Parallel plate type reactive ion etching was used for etching.
The etching conditions are a total pressure of 110 mTorr, an ethane partial pressure of 5.5 mTorr, a high frequency power of 0.6 W / cm 2 , and an etching time of 60 minutes. Addition of oxygen with a partial pressure of 3.2 mTorr improves the roughness of the bottom surface as shown in FIG. The addition of oxygen suppresses the formation of hydrocarbon polymers and reduces the roughness on InP. InP by ion bombardment
Damage to the board is not a problem.

【0010】実施例2.上記実施例1ではエタンと水素
の混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによる例を
示したが、反応性イオンビームエッチングなど他のドラ
イエッチング方法に同様のガスを用いることも可能であ
る。また水素を含まないエッチングガスや他のガスをさ
らに加えたエッチングガスを用いる場合も酸素を添加す
ることにより同様な効果がある。また被エッチング材料
がInPである場合の例を示したがInGaAsP、I
nGaAs、GaAsどの化合物半導体材料や銅、アル
ミなどの金属材料のエッチングに対しても同様な効果が
ある。
Embodiment 2. Although the above-described Example 1 shows an example of reactive ion etching using a mixed gas of ethane and hydrogen, the same gas can be used for other dry etching methods such as reactive ion beam etching. Also, when using an etching gas containing no hydrogen or an etching gas to which another gas is further added, the same effect can be obtained by adding oxygen. Also, an example in which the material to be etched is InP is shown, but InGaAsP, I
The same effect can be obtained when etching compound semiconductor materials such as nGaAs and GaAs and metallic materials such as copper and aluminum.

【0011】実施例3.上記実施例1ではエタンと水素
の混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによるある
一条件における例を示したが、エッチングガスとしてエ
タンガスの分圧が全体圧力の5から10%であるエタン
と水素の混合ガスを用いた場合、上記エッチングガス中
に含まれる酸素の分圧が全体圧力の1から6%である範
囲においても、荒れの少ない良好な底面を得ることので
きるドライエッチングが可能である。
Embodiment 3. In the above-mentioned Example 1, an example under a certain condition by reactive ion etching using a mixed gas of ethane and hydrogen was shown. However, as the etching gas, the partial pressure of ethane gas was 5 to 10% of the total pressure. When a mixed gas is used, dry etching is possible in which a good bottom surface with less roughness can be obtained even in the range where the partial pressure of oxygen contained in the etching gas is 1 to 6% of the total pressure.

【0012】[0012]

【発明の効果】本発明に係る半導体装置の製造方法は以
上説明したように、炭化水素と水素の混合ガスをすくな
くとも含むエッチングガスを用いた半導体材料ならびに
電極用金属材料のドライエッチングにおいて、エッチン
グガスに酸素を添加することにより、基板に損傷を与え
ること無く、十分に荒れの少ないエッチング底面の得る
ことを可能にする。
As described above, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention uses an etching gas in dry etching of a semiconductor material and an electrode metal material using an etching gas containing at least a mixed gas of hydrocarbon and hydrogen. By adding oxygen to the substrate, it is possible to obtain a sufficiently roughened etching bottom surface without damaging the substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明によるエッチングパターンの模式図で
ある。
FIG. 1 is a schematic view of an etching pattern according to the present invention.

【図2】酸素の添加がない場合のエッチングパターンの
模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of an etching pattern when oxygen is not added.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芝 哲夫 伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機株式会 社光・マイクロ波デバイス研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tetsuo Shiba 4-1-1 Mizuhara, Itami-shi Mitsubishi Electric Corp. Optical / Microwave Device Research Center

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 すくなくとも炭化水素と水素の混合ガス
を含むエッチングガスを用いた半導体材料ならびに電極
用金属材料のドライエッチングにおいて、上記エッチン
グガスに酸素を含むこと特徴とする半導体装置の製造方
法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the dry etching of a semiconductor material and an electrode metal material using an etching gas containing at least a mixed gas of hydrocarbon and hydrogen, the etching gas contains oxygen.
【請求項2】 上記ドライエッチングの方法が反応性イ
オンエッチング、または反応性イオンビームエッチング
であることを特徴とする請求項第1項記載の半導体装置
の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the dry etching method is reactive ion etching or reactive ion beam etching.
【請求項3】 上記エッチングガスとしてエタンガスの
分圧が全体圧力の5ないし10%であるエタンと水素の
混合ガスを用いたことを特徴とする請求項第1項および
第2項記載の半導体装置の製造方法。
3. A semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein a mixed gas of ethane and hydrogen in which the partial pressure of ethane gas is 5 to 10% of the total pressure is used as the etching gas. Manufacturing method.
【請求項4】 上記エッチングガス中に含まれる酸素の
分圧が全体圧力の1から6%であることを特徴とする請
求項第3項記載の半導体装置の製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the partial pressure of oxygen contained in the etching gas is 1 to 6% of the total pressure.
JP25282992A 1992-09-22 1992-09-22 Manufacture of semiconductor device Pending JPH06104220A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120073118A (en) * 2010-12-24 2012-07-04 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Substrate processing method

Cited By (2)

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