JPH06151384A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JPH06151384A
JPH06151384A JP31626292A JP31626292A JPH06151384A JP H06151384 A JPH06151384 A JP H06151384A JP 31626292 A JP31626292 A JP 31626292A JP 31626292 A JP31626292 A JP 31626292A JP H06151384 A JPH06151384 A JP H06151384A
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compound semiconductor
aluminum
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Abstract

PURPOSE:To realize the selective anisotropic etching of GaAs/AlGaAs laminate series without the use of a CFC(chlorofluorocarbon). CONSTITUTION:In the processing of a gate recess 5a of a HEMT, an n<+>-GaAs layer 5 on an n<+>-GaAs layer 4 is etched using an etching gas that contains a thiocarbonyl compound and can generate F* under electric discharge dissociation conditions. A carbon-based polymer that has a deposition characteristic and is derived from a decomposition product of a resist mask 6 is strengthened by the introduction of >C=S base radicals or C-S linkages. Moreover, S (sulphur) which is dissociated from the thiocarbonyl compound is also deposited. Therefore, a strong side wall protective film 7 can be created even when the amount of the deposition of the carbon-based polymer is relatively decreased, and superior anisotropic processing can be effected by a low incident ion energy. Specific examples of the composition of the gas include CSF2/Cl2, CSCl2/SF6 or the like.

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、パーティクル汚染を発生させずに行う方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method applied to the manufacture of semiconductor devices, etc.
The present invention relates to a method of performing GaAs / AlGaAs selective etching or the like in a gate / recess forming step of a (high electron mobility transistor) without generating particle contamination.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art GaAs MES-FET (metal
semiconductor field effec
MMIC (monolithic microwave) in which a single transistor is integrated on a single substrate.
IC) has features such as high-speed and high-frequency response, low noise, and low power consumption, and has recently been used as a device for mobile communication and sanitary communication.

【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。
In 1980, the above GaAs MES-F
From research aimed at further speeding up ET, HEMT
(High electron mobility t
(Transistor) has been developed. This is Ga
This is a device that utilizes the fact that the two-dimensional electron gas at the heterojunction interface of an As compound semiconductor can move at high speed without being scattered by impurities. The HEMT is also being researched to realize high integration, and the demand for a dry etching technique for processing the HEMT is also toward higher precision and higher selection ratio.

【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 2 等の
CFC(クロロフルオロカーボン)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AlF
x (フッ化アルミニウム)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。
In particular, the step of selectively etching the GaAs / AlGaAs laminated system to form the gate recess is an important technique for determining the threshold voltage of a heterojunction FET such as HEMT or hetero MIS structure FET. This is because the impurity concentration, thickness, etc. of the lower AlGaAs layer are set in advance so that an FET having an appropriate threshold voltage can be constructed by removing only the upper GaAs layer. GaA on this AlGaAs layer
A typical method of selectively etching the s layer is a method using a mixed gas of CFC (chlorofluorocarbon) gas such as CCl 2 F 2 and a rare gas. This is Ga
Is a chloride, and As forms a fluoride and a chloride to remove the GaAs layer, while the underlying AlGaAs layer is exposed to a low vapor pressure AlF.
This is because x (aluminum fluoride) is formed on the surface, the etching rate is reduced, and a high selection ratio is obtained.

【0005】たとえば、Japanese Journ
al of Applied Physics,Vo
l.20.,No.11(1981),p.L847〜
850には、CCl2 2 /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。
[0005] For example, Japanese Journal
al of Applied Physics, Vo
l. 20. , No. 11 (1981), p. L847 ~
In 850, an example in which a selectivity ratio of 200 is achieved by using a CCl 2 F 2 / He mixed gas is reported.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
CCl2 2 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。
However, the above-mentioned CFC gas such as CCl 2 F 2 is one of the compounds commonly called so-called CFC gas, and it is well known that it causes the ozone layer depletion of the earth. Therefore, it is prohibited to manufacture or use in the near future. Therefore, also in the field of dry etching, it is urgently necessary to develop an alternative gas and its use technology.

【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。そこで本発明は、アルミニ
ウム(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ガスを用いず、
しかもクリーンな条件下で行うことを可能とするドライ
エッチング方法を提供することを目的とする。
Further, the above-mentioned CFC gas tends to generate a large amount of fluorocarbon polymer in the etching reaction system. This polymer contributes to anisotropic processing because it is deposited on the side wall of the pattern and exhibits a side wall protection effect.
On the other hand, the etching rate becomes unstable and particles
It is easy to cause deterioration of the level. Therefore, the present invention provides a compound semiconductor layer (hereinafter, referred to as a non-Al-containing compound semiconductor layer) that does not contain Al on a compound semiconductor layer that includes aluminum (Al) (hereinafter, referred to as an Al-containing compound semiconductor layer). Selective etching without using CFC gas
Moreover, it is an object of the present invention to provide a dry etching method that can be performed under clean conditions.

【0008】[0008]

【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
であり、Al含有化合物半導体層の上に積層された非A
l含有化合物半導体層を、分子内にフッ素原子とチオカ
ルボニル基とを有するチオカルボニル化合物を含むエッ
チング・ガスを用いて選択的にエッチングするものであ
る。
The dry etching method of the present invention is proposed in order to achieve the above-mentioned object, and is a non-A layer laminated on an Al-containing compound semiconductor layer.
The 1-containing compound semiconductor layer is selectively etched using an etching gas containing a thiocarbonyl compound having a fluorine atom and a thiocarbonyl group in the molecule.

【0009】本発明はまた、前記エッチング・ガスが、
非堆積性塩素系化合物もしくは非堆積性臭素系化合物の
少なくとも一方を含むものである。
The present invention also provides that the etching gas comprises:
It contains at least one of a non-depositing chlorine compound and a non-depositing bromine compound.

【0010】本発明はまた、前記非堆積性塩素系化合物
もしくは非堆積性臭素系化合物の代わりに、放電解離条
件下で遊離のイオウを放出し得る堆積性塩素系化合物も
しくは同じく堆積性臭素系化合物の少なくとも一方を用
いるものである。
The present invention also provides, in place of the non-depositing chlorine-based compound or the non-depositing bromine-based compound, a deposition-type chlorine-based compound or also a deposition-based bromine-based compound capable of releasing free sulfur under discharge dissociation conditions. At least one of the above is used.

【0011】本発明はまた、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、分子内に
塩素原子もしくは臭素原子の少なくとも一方とチオカル
ボニル基とを有するチオカルボニル化合物と、非堆積性
フッ素系化合物とを含むエッチング・ガスを用いて選択
的にエッチングするものである。
The present invention also provides a non-Al-containing compound semiconductor layer laminated on an Al-containing compound semiconductor layer, a thiocarbonyl compound having at least one of a chlorine atom or a bromine atom and a thiocarbonyl group in the molecule, The selective etching is performed using an etching gas containing a non-depositing fluorine compound.

【0012】本発明はまた、前記非堆積性フッ素系化合
物の代わりに、放電解離条件下で遊離のイオウを放出し
得る堆積性フッ素系化合物を用いるものである。
The present invention also uses, instead of the non-depositable fluorine-based compound, a deposited fluorine-based compound capable of releasing free sulfur under discharge dissociation conditions.

【0013】本発明はまた、前記エッチング・ガスがH
2 ,H2 S,シラン系化合物から選ばれる少なくとも1
種類のハロゲン・ラジカル消費性化合物を含むものであ
る。
The present invention also provides that the etching gas is H 2.
At least 1 selected from 2 , H 2 S and silane compounds
It contains a variety of halogen / radical consuming compounds.

【0014】本発明はまた、前記エッチング・ガスが放
電解離条件下でプラズマ中に窒素系化学種を供給するも
のである。
The present invention also provides that the etching gas supplies nitrogen-based chemical species into the plasma under discharge dissociation conditions.

【0015】本発明はさらに、上述のいずれかのエッチ
ング・ガスを用いて非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ジャストエッチング工
程と、プラズマ中におけるフッ素系化学種の生成比を前
記ジャストエッチング工程におけるよりも相対的に高め
るごとく前記エッチング・ガスの成分混合比を変更し、
前記非Al含有化合物半導体層の残余部をエッチングす
るオーバーエッチング工程とを有するものである。
The present invention further includes a just etching step of etching the non-Al-containing compound semiconductor layer substantially by the thickness of the non-Al-containing compound semiconductor layer using any one of the above-mentioned etching gases, and generation of fluorine-based chemical species in plasma. Changing the mixture ratio of the components of the etching gas so that the ratio is relatively higher than in the just etching step,
And an over-etching step of etching the remaining portion of the non-Al-containing compound semiconductor layer.

【0016】[0016]

【作用】脱CFCプロセスを確立しようとする場合、異
方性加工に必要な側壁保護膜を構成する炭素系ポリマー
を気相中から供給しないとすれば、その供給源はレジス
ト・マスクに求めざるを得ない。しかし、レジスト・マ
スクの分解生成物を大量に供給すべく高い入射エネルギ
ー有するイオンでこれをスパッタしたのでは、レジスト
選択性が必然的に低下する上、下地へのダメージ発生や
パーティクル汚染も防止できない。
When establishing the de-CFC process, if the carbon-based polymer forming the sidewall protective film required for anisotropic processing is not supplied from the gas phase, the supply source must be the resist mask. I don't get. However, if this is sputtered with ions having a high incident energy in order to supply a large amount of decomposition products of the resist mask, the resist selectivity will inevitably decrease, and damage to the underlayer and particle contamination cannot be prevented. .

【0017】本発明のポイントは、炭素系ポリマー自身
の膜質を強化し、かつSの堆積を併用することにより、
炭素系ポリマーの堆積量を減少させ、また入射イオン・
エネルギーを低減させた条件下でも優れた異方性加工を
実現する点にある。
The point of the present invention is to enhance the film quality of the carbon-based polymer itself and to combine the deposition of S,
It reduces the deposition amount of carbon-based polymer and
The point is to achieve excellent anisotropic processing even under conditions where the energy is reduced.

【0018】炭素系ポリマー自身の膜質を強化する方法
として、本発明では分子中にチオカルボニル基(>C=
S)を有するチオカルボニル化合物を使用する。上記チ
オカルボニル基は、まず炭素系ポリマーにC−S結合を
導入し、その化学結合を強化するという重要な役目を果
たす。このことは、2原子間の結合エネルギーを比較す
ると、C−S結合(713.4kJ/mol)がC−C
結合(607kJ/mol)より大きいことからも直観
的に理解される。
In the present invention, a thiocarbonyl group (> C =) is used as a method for strengthening the film quality of the carbon-based polymer itself.
A thiocarbonyl compound having S) is used. The thiocarbonyl group plays an important role of first introducing a C—S bond into the carbon-based polymer to strengthen the chemical bond. This means that the C—S bond (713.4 kJ / mol) is C—C when the bond energies between two atoms are compared.
It is also intuitively understood from the fact that it is larger than the binding (607 kJ / mol).

【0019】さらにこのチオカルボニル基は、炭素系ポ
リマーに取り込まれることでその極性を増大させ、負に
帯電しているエッチング中のウェハに対して該炭素系ポ
リマーの静電吸着力を高める働きをする。このことによ
っても、炭素系ポリマーのエッチング耐性が向上するも
のと考えられる。
Further, the thiocarbonyl group has a function of increasing its polarity by being taken into the carbon-based polymer and enhancing the electrostatic adsorption force of the carbon-based polymer to the wafer which is being negatively charged and is being etched. To do. It is considered that this also improves the etching resistance of the carbon-based polymer.

【0020】このように、炭素系ポリマー自身の膜質が
強化されることにより、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ができ、レジスト選択性
を向上させることができる。このことは、比較的薄いフ
ォトレジスト塗膜からも十分に実用に耐えるエッチング
・マスクが形成できるようになり、加工寸法変換差の発
生を防止できる一方で、フォトリソグラフィにおける高
解像度を達成できるという副次的効果も生む。また、入
射イオン・エネルギーの低減は、当然ながら下地選択性
の向上にもつながる。さらに、高異方性、高選択性を達
成するために必要な炭素系ポリマーの堆積量を低減でき
るので、従来技術に比べてパーティクル汚染を減少させ
ることができる。
By thus strengthening the film quality of the carbon-based polymer itself, the incident ion energy required for anisotropic processing can be reduced and the resist selectivity can be improved. This means that it is possible to form an etching mask that can withstand practical use even with a relatively thin photoresist coating film, and it is possible to prevent the occurrence of processing size conversion differences while achieving high resolution in photolithography. It also has a secondary effect. In addition, reduction of incident ion energy leads to improvement of base selectivity, as a matter of course. Furthermore, since the amount of carbon-based polymer required to achieve high anisotropy and high selectivity can be reduced, particle contamination can be reduced as compared with the conventional technique.

【0021】さらに、上記チオカルボニル化合物からは
放電解離条件下でプラズマ中にS(イオウ)が放出され
る。このSは、条件にもよるが、基板(ウェハ)がおお
よそ室温以下に温度制御されていればその表面に堆積す
る。したがって、入射イオン・エネルギーを一層低減で
き、低ダメージ化を徹底することができる。また、炭素
系ポリマーの堆積量を相対的に減少させることができ、
パーティクル汚染をより効果的に低減することができ
る。しかも、Sはウェハがおおよそ90℃以上に加熱さ
れれば容易に昇華するので、自身がパーティクル汚染源
となる虞れがない。あるいは、O2 プラズマ処理でこれ
を燃焼除去することもできる。
Further, S (sulfur) is released from the thiocarbonyl compound into the plasma under discharge dissociation conditions. Although depending on the conditions, this S is deposited on the surface of the substrate (wafer) if the temperature of the substrate (wafer) is controlled below room temperature. Therefore, the incident ion energy can be further reduced, and the damage can be thoroughly reduced. In addition, the amount of carbon-based polymer deposited can be relatively reduced,
Particle contamination can be reduced more effectively. Moreover, S easily sublimes when the wafer is heated to approximately 90 ° C. or higher, so that S itself does not become a source of particle contamination. Alternatively, it can be burned and removed by O 2 plasma treatment.

【0022】ところで、上記チオカルボニル化合物に含
まれるハロゲン原子は、フッ素,塩素,臭素のいずれか
である。これらのハロゲン原子は、非Al含有化合物半
導体層の主エッチング種として寄与する。ただし、非A
l含有/Al含有化合物半導体層の積層系のエッチング
における下地選択性の達成が原理的にAlFx の生成に
もとづいている以上、エッチング反応系にはF* 等のフ
ッ素系化学種が存在することが必要である。
The halogen atom contained in the thiocarbonyl compound is any one of fluorine, chlorine and bromine. These halogen atoms contribute as the main etching species of the non-Al-containing compound semiconductor layer. However, non-A
Since the achievement of the underlying selectivity in the etching of the laminated system of the l-containing / Al-containing compound semiconductor layer is based on the generation of AlF x in principle, the etching reaction system must have a fluorine-based chemical species such as F *. is necessary.

【0023】かかる要件を満たすエッチング・ガスとし
て、本発明ではまず分子内にフッ素原子とチオカルボニ
ル基とを有するチオカルボニル化合物を用いる。これに
より、原理的には単一組成のエッチング・ガスで選択異
方性加工が実現する。
In the present invention, a thiocarbonyl compound having a fluorine atom and a thiocarbonyl group in the molecule is used as an etching gas satisfying the above requirements. In principle, this enables selective anisotropic processing with a single composition etching gas.

【0024】しかし、化合物半導体層の構成元素によっ
ては、エッチング反応系に存在するハロゲン系化学種が
フッ素系化学種のみでは蒸気圧の高い反応生成物が得ら
れず、エッチング速度が大幅に低下する虞れがある。そ
こで本発明ではさらに、上記のチオカルボニル化合物に
塩素系化合物もしくは臭素系化合物の少なくとも一方を
添加することを提案する。これにより、エッチング反応
系にCl* ,Br* 等の化学種が寄与できるようにな
り、エッチングが高速化できる他、炭素系ポリマーとし
てもCClx ,CBrx 等のより堆積し易い組成のもの
が期待できるようになる。
However, depending on the constituent elements of the compound semiconductor layer, a reaction product having a high vapor pressure cannot be obtained when the halogen-based chemical species present in the etching reaction system are only fluorine-based chemical species, and the etching rate is significantly reduced. There is fear. Therefore, the present invention further proposes to add at least one of a chlorine compound and a bromine compound to the above thiocarbonyl compound. As a result, chemical species such as Cl * , Br *, etc. can contribute to the etching reaction system, and the etching speed can be increased. In addition, a carbon-based polymer having a composition such as CCl x , CBr x or the like that is more likely to be deposited is used. You can expect it.

【0025】なお、この塩素系化合物および臭素系化合
物は、放電解離条件下で堆積性物質を生成しない非堆積
性の化合物であっても、あるいは遊離のS(イオウ)を
放出する堆積性の化合物であっても良い。後者の場合に
は、Sの堆積が期待できる分だけ炭素系ポリマーの堆積
量をさらに低減できるので、高選択性、低汚染性が一層
向上する。
The chlorine-based compound and the bromine-based compound may be non-depositing compounds that do not form a depositing substance under discharge dissociation conditions, or depositing compounds that release free S (sulfur). May be In the latter case, the amount of carbon-based polymer deposited can be further reduced by the amount that S can be expected to be deposited, so that high selectivity and low contamination can be further improved.

【0026】本発明ではまた、別のエッチング・ガス組
成として、上記のチオカルボニル化合物と塩素系化合物
もしくは臭素系化合物との間でハロゲン原子を入れ換え
た組成も提案する。すなわち、チオカルボニル化合物の
方に塩素原子もしくは臭素原子が含まれており、これに
フッ素系化合物を添加するのである。このガス組成によ
っても、ほぼ上述のような効果が期待できる。
The present invention also proposes, as another etching gas composition, a composition in which halogen atoms are exchanged between the thiocarbonyl compound and the chlorine compound or the bromine compound. That is, the thiocarbonyl compound contains a chlorine atom or a bromine atom, and the fluorine compound is added to this. Even with this gas composition, the effects described above can be expected.

【0027】この場合も、フッ素系化合物が非堆積性の
化合物であっても、あるいはSを放出できる堆積性の化
合物であっても、いずれでも良い。
Also in this case, the fluorine-based compound may be either a non-depositing compound or a depositing compound capable of releasing S.

【0028】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらに低汚染化と低ダメージ化を目指す別の
方法も提案する。その第一は、エッチング・ガスに
2 ,H2 S,シラン系化合物から選ばれる少なくとも
1種類のハロゲン・ラジカル消費性化合物を添加するこ
とである。これらハロゲン・ラジカル消費性化合物から
生成するH* やSi* は、ハロゲン・ラジカルの一部を
捕捉してハロゲン化水素やハロゲン化珪素の形で除去す
る。このため、エッチング反応系の見掛け上のS/X
〔S原子数とX(ハロゲン)原子数の比〕が上昇し、S
の堆積が促進される。この場合、Al含有化合物半導体
層に対する選択性達成の根拠となるF* も減少するが、
これはS堆積量の増大によりカバーされる。
The present invention is based on the above idea, but proposes another method aiming at further reduction of pollution and damage. The first is to add at least one halogen / radical consuming compound selected from H 2 , H 2 S and silane compounds to the etching gas. H * and Si * produced from these halogen / radical consuming compounds trap a part of the halogen / radicals and remove them in the form of hydrogen halide or silicon halide. Therefore, the apparent S / X of the etching reaction system is
[Ratio of the number of S atoms and the number of X (halogen) atoms] increases, and S
Accumulation of In this case, F *, which is the basis for achieving the selectivity for the Al-containing compound semiconductor layer, is also reduced,
This is covered by the increase in the S deposition amount.

【0029】第二の方法は、エッチング・ガスとして窒
素(N)系化学種を放出できるものを用いる方法であ
る。N系化学種の供給源は、上述の非堆積性のフッ素系
化合物,塩素系化合物,臭素系化合物であっても、ある
いはハロゲン原子を含まない別の窒素系化合物であって
も良い。いずれにしてもこの方法は、上述のチオカルボ
ニル化合物または堆積性のハロゲン化合物から放出され
るSをN系化学種と反応させることにより、窒化イオウ
系化合物を生成させることを意図したものである。窒化
イオウ系化合物としては種々の化合物が考えられるが、
その代表的なものはポリマー状のポリチアジル(SN)
x である。(SN)x はS−N−S−N−・・・の繰り
返し共有結合鎖を有し、単体のSに比べて高いエッチン
グ耐性を発揮するので、これを用いることにより表面保
護効果が向上する。
The second method is to use, as an etching gas, one capable of releasing nitrogen (N) type chemical species. The source of the N-based chemical species may be the above-mentioned non-depositing fluorine-based compound, chlorine-based compound, bromine-based compound, or another nitrogen-based compound containing no halogen atom. In any case, this method is intended to produce a sulfur nitride-based compound by reacting S released from the above-mentioned thiocarbonyl compound or the accumulating halogen compound with an N-based chemical species. Various compounds can be considered as the sulfur nitride compound,
A typical example is polymeric polythiazyl (SN).
x . (SN) x has a repetitive covalent bond chain of S-N-S-N -... and exhibits higher etching resistance than S of a single substance. Therefore, by using this, the surface protection effect is improved. .

【0030】しかも、窒化イオウ系化合物はウェハをお
およそ130℃以上に加熱すれば昇華もしくは分解す
る。あるいは、O2 プラズマ処理によっても容易に燃焼
除去することができ、何らパーティクル汚染源となる虞
れはない。
Moreover, the sulfur nitride compound is sublimated or decomposed when the wafer is heated to approximately 130 ° C. or higher. Alternatively, it can be easily burned and removed by the O 2 plasma treatment, and there is no fear of becoming a particle contamination source.

【0031】第三の方法は、エッチングをジャストエッ
チング工程とオーバーエッチング工程とに2段階化し、
オーバーエッチング工程においてプラズマ中におけるフ
ッ素系化学種の生成比を高める方法である。オーバーエ
ッチング工程では、非Al含有化合物半導体層の大部分
は除去され、被エッチング領域の多くの部分には下地の
Al含有化合物半導体層が露出している。そこで、この
段階でフッ素系化学種の生成量を増やせば、その露出面
上でAlFx の生成が促進され、選択性が向上するので
ある。この生成比は、たとえばフッ素系化学種を放出し
得る化合物の流量比をジャストエッチング工程に比べて
高めることにより変化させることができる。
The third method is to perform etching in two stages, a just etching process and an over etching process,
This is a method of increasing the production ratio of fluorine-based chemical species in plasma in the over-etching step. In the overetching step, most of the non-Al-containing compound semiconductor layer is removed, and the underlying Al-containing compound semiconductor layer is exposed in many parts of the etched region. Therefore, if the production amount of the fluorine-based chemical species is increased at this stage, the production of AlF x on the exposed surface is promoted and the selectivity is improved. This production ratio can be changed by, for example, increasing the flow rate ratio of the compound capable of releasing the fluorine-based chemical species as compared with the just etching step.

【0032】[0032]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below.

【0033】実施例1 本実施例は、本発明をHEMTのゲート・リセス加工に
適用し、n+ −AlGaAs層上のn+ −GaAs層を
CSF2 (フッ化チオカルボニル)/Ar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
(a),(c),(d)を参照しながら説明する。
[0033] Example 1 This example, the present invention is applied to a gate recess process of HEMT, n + -AlGaAs layer of n + -GaAs layer CSF 2 (fluoroaryl thiocarbonyl) / Ar mixed gas This is an example of etching using. This process is illustrated in Figure 1.
Description will be made with reference to (a), (c), and (d).

【0034】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(a)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epi−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30n
m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300
nmである。
The wafer used as an etching sample in this example is as shown in FIG.
It is formed on the semi-insulating GaAs substrate 1 by epitaxial growth and has a thickness of about 500 nm that functions as a buffer layer.
Epi-GaAs layer 2, AlGaAs having a thickness of about 2 nm
Layer 3, thickness of about 30 n doped with n-type impurities such as Si
m n + -AlGaAs layer 4, similarly an n + -GaAs layer 5 having a thickness of about 100 nm containing n-type impurities, and a resist mask (PR) 6 patterned in a predetermined shape are sequentially laminated. is there. The patterning of the resist mask 6 is performed by exposure and development processing by an electron beam drawing method, and the opening diameter of the opening 6a is about 300.
nm.

【0035】このウェハをRFバイアス印加型の有磁場
マイクロ波プラズマ・エッチング装置のウェハ載置電極
にセットし、一例として下記の条件で上記n+ −GaA
s層5をエッチングした。 CSF2 流量 20 SCCM Ar流量 30 SCCM ガス圧 1.3 Pa(=10 mTo
rr) マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 40 W(2 MHz) ウェハ温度 20 ℃
This wafer was set on the wafer mounting electrode of a magnetic bias microwave plasma etching apparatus of RF bias application type, and as an example, the above n + -GaA was used under the following conditions.
The s layer 5 was etched. CSF 2 flow rate 20 SCCM Ar flow rate 30 SCCM gas pressure 1.3 Pa (= 10 mTo
rr) Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 40 W (2 MHz) Wafer temperature 20 ° C.

【0036】このエッチング過程では、CSF2 から生
成するF* がn+ −GaAs層5中のAsをAsF3
AsF5 等の形で、またGaをGaF3 等の形で引き抜
く。ただし、GaF3 は通常のエッチング反応系では蒸
気圧が低いため、上記の条件ではAr+ ,C+ ,C
+ ,CSF+ 等の入射イオン・エネルギーを若干高
め、イオン・スパッタ作用によりこれを除去するように
してある。
In this etching process, F * generated from CSF 2 is As in the n + -GaAs layer 5, AsF 3 ,
Extract AsF 5 etc. and Ga in the form GaF 3 etc. However, since the GaF 3 low vapor pressure at normal etching reaction system, Ar + in the above conditions, C +, C
The incident ion energy of S + , CSF +, etc. is slightly increased, and is removed by the ion sputtering action.

【0037】またこれと同時に、レジスト・マスク6の
分解生成物に由来してCFx が生成し、さらにチオカル
ボニル基やC−S結合等がその構造中に取り込まれて強
固な炭素系ポリマーが生成した。さらに、CSF2 から
は遊離のSも生成した。これら炭素系ポリマーとSは、
図1(c)に示されるような側壁保護膜7を形成した。
この結果、垂直壁を有するリセス5aが形成された。な
お、図中の側壁保護膜7は図示の都合上、厚く描かれて
いるが、実際には極めて薄い膜であり、レジスト・マス
ク6と形成されるリセス5aとの間に寸法変換差を生じ
させるようなものではない。
At the same time, CF x is generated due to the decomposition products of the resist mask 6, and thiocarbonyl groups, C—S bonds, etc. are further incorporated into the structure to form a strong carbon-based polymer. Generated. Furthermore, free S was also produced from CSF 2 . These carbon-based polymers and S are
A side wall protective film 7 as shown in FIG. 1 (c) was formed.
As a result, the recess 5a having the vertical wall was formed. Although the side wall protective film 7 in the drawing is drawn thick for convenience of illustration, it is actually an extremely thin film, and a dimensional conversion difference occurs between the resist mask 6 and the recess 5a to be formed. It's not something to let you do.

【0038】また、下地のn+ −AlGaAs層4が露
出すると、その表面にAlFx が形成され、エッチング
速度を大幅に低下させる役割を果たした。
When the underlying n + -AlGaAs layer 4 is exposed, AlF x is formed on the surface thereof, which plays a role of significantly reducing the etching rate.

【0039】上記側壁保護膜7は、エッチング終了後に
2 プラズマ処理を行うことにより、図1(d)に示さ
れるように容易に除去することができた。
The sidewall protection film 7 could be easily removed by performing an O 2 plasma treatment after the etching, as shown in FIG. 1 (d).

【0040】この後のゲート電極の形成は、従来公知の
方法にしたがって行えば良い。このプロセスを、図2を
参照しながら説明する。すなわち、上記ウェハ上に対し
てAlの電子ビーム蒸着を行うことにより、一例として
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5a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2(a)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
には下部Al層8bがそれぞれ形成された。
Subsequent formation of the gate electrode may be performed by a conventionally known method. This process will be described with reference to FIG. That is, by performing electron beam evaporation of Al on the wafer, an Al layer having a thickness of about 200 nm was formed as an example. This vapor deposition is performed in steps inside the recess 5a having a fine opening diameter.
The deterioration of the coverage (step coverage) is used conversely. As shown in FIG. 2A, an upper Al layer 8a is formed on the surface of the resist mask 6 and a lower Al layer is formed on the bottom of the recess 5a. Layers 8b were each formed.

【0041】次に、レジスト・マスク6をリフト・オフ
すると、図2(b)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底部にゲート電極となる下
部Al層8bのみを残すことができた。
Next, when the resist mask 6 is lifted off, the upper Al layer 8a is also removed at the same time as shown in FIG. 2B, leaving only the lower Al layer 8b to be the gate electrode at the bottom of the recess 5a. I was able to.

【0042】実施例2 本実施例では、同じn+ −GaAs層を、CSF2 /C
2 混合ガスを用いてエッチングした例である。まず、
図1(a)に示される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。
Example 2 In this example, the same n + -GaAs layer was used as CSF 2 / C.
This is an example of etching using l 2 mixed gas. First,
The wafer shown in FIG. 1A was set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the n + -GaAs layer 5 was etched under the following conditions.

【0043】CSF2 流量 20 SCCM Cl2 流量 20 SCCM ガス圧 1.3 Pa(=10 mTo
rr) マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 20 W(2 MHz) ウェハ温度 20 ℃
CSF 2 flow rate 20 SCCM Cl 2 flow rate 20 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (= 10 mTo
rr) Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 20 W (2 MHz) Wafer temperature 20 ° C

【0044】このエッチング過程では、CSF2 から生
成するF* とCl2 から生成するCl* が主エッチング
種となり、Asを主としてAsF3 ,AsF5 ,AsC
3等の形で、またGaを主としてGaCl3 等の形で
引き抜いた。本実施例では、Gaを蒸気圧の高い塩化物
の形で除去できるため、実施例1に比べてRFバイアス
・パワーが半減されているにもかかわらず、高速エッチ
ングが進行した。
[0044] In this etching process, becomes Cl * main etching species generated from F * and Cl 2 generated from CSF 2, mainly AsF 3 a As, AsF 5, ASC
In the form of l 3 etc., and Ga was mainly extracted in the form of GaCl 3 etc. In this example, Ga can be removed in the form of chloride having a high vapor pressure, so that high-speed etching proceeded even though the RF bias power was halved compared to Example 1.

【0045】また、レジスト・マスク6の分解生成物に
由来してCClx が生成し、これにチオカルボニル基や
C−S結合が導入されて強固な側壁保護膜7が形成され
た。このときの分解生成物の供給量は、RFバイアス・
パワーの低減により実施例1よりも少ないが、CClx
の堆積性がCFx よりも優れているため、側壁保護効果
が何ら低下することはなかった。
Further, CCl x was generated due to the decomposition product of the resist mask 6, and a thiocarbonyl group and a C—S bond were introduced into this to form a strong sidewall protective film 7. The supply amount of decomposition products at this time is
Although less than in Example 1 due to the reduction in power, CCl x
Since the depositability of is superior to that of CF x , the sidewall protection effect was not reduced at all.

【0046】本実施例によっても、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5
0であった。
Also in this example, the recess 5a having a good anisotropic shape could be formed. In this embodiment, the selection ratio with respect to the n + -AlGaAs layer 4 is about 5.
It was 0.

【0047】なお、上記のCl2 の代わりにHBrを用
いても、同様に良好な異方性加工を行うことができた。
この場合、炭素系ポリマーとしてCBrx が生成するの
で、レジスト・マスク6に対する選択性をさらに向上さ
せることができた。
Even if HBr was used in place of Cl 2 described above, good anisotropic processing could be similarly performed.
In this case, since CBr x is generated as the carbon-based polymer, the selectivity with respect to the resist mask 6 can be further improved.

【0048】実施例3 本実施例では、同じn+ −GaAs層を、CSF2 /S
2 Cl2 混合ガスを用いてエッチングした例である。エ
ッチング条件の一例は、下記のとおりである。 CSF2 流量 20 SCCM S2 Cl2 流量 20 SCCM ガス圧 1.3 Pa(=10 mTo
rr) マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 15 W(2 MHz) ウェハ温度 20 ℃ このエッチング過程では、CSF2 に加えてS2 Cl2
からもS原子が放出されることにより、側壁保護膜7の
形成におけるSの寄与が増大した。したがって、RFバ
イアス・パワーを実施例2に比べて若干下げているにも
かかわらず、良好な異方性加工を行うことができた。ま
た、相対的な炭素系ポリマーの堆積量を一層低減させる
ことができ、低汚染化を徹底することができた。
Example 3 In this example, the same n + -GaAs layer was used as CSF 2 / S.
This is an example of etching using a 2 Cl 2 mixed gas. An example of etching conditions is as follows. CSF 2 flow rate 20 SCCM S 2 Cl 2 flow rate 20 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (= 10 mTo
rr) Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 15 W (2 MHz) Wafer temperature 20 ° C. In this etching process, in addition to CSF 2 , S 2 Cl 2
The release of S atoms also increased the contribution of S in the formation of the sidewall protective film 7. Therefore, although the RF bias power was slightly lowered as compared with Example 2, good anisotropic processing could be performed. Further, the relative amount of the carbon-based polymer deposited could be further reduced, and the reduction of pollution could be thoroughly achieved.

【0049】実施例4 本実施例では、同じn+ −GaAs層を、CSCl
2 (塩化チオカルボニル)/SF6 混合ガスを用いてエ
ッチングした例である。エッチング条件の一例は、下記
のとおりである。 CSCl2 流量 20 SCCM SF6 流量 20 SCCM ガス圧 1.3 Pa(=10 mTo
rr) マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 20 W(2 MHz) ウェハ温度 20 ℃ このエッチング過程では、CSCl2 から生成するCl
* とSF6 から生成するF* が主エッチング種となって
エッチングが進行した。炭素系ポリマーの強化の機構
は、ほぼ実施例2で上述したとおりである。
Example 4 In this example, the same n + -GaAs layer was used as CSCl.
This is an example of etching using a mixed gas of 2 (thiocarbonyl chloride) / SF 6 . An example of etching conditions is as follows. CSCl 2 flow rate 20 SCCM SF 6 flow rate 20 SCCM gas pressure 1.3 Pa (= 10 mTo
rr) Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 20 W (2 MHz) Wafer temperature 20 ° C. Cl generated from CSCl 2 in this etching process
The etching proceeded with F * generated from * and SF 6 as the main etching species. The mechanism for strengthening the carbon-based polymer is almost as described above in Example 2.

【0050】実施例5 本実施例では、同じn+ −GaAs層を、CSCl2
2 2 混合ガスを用いてエッチングした。エッチング
条件の一例は、下記のとおりである。 CSCl2 流量 20 SCCM S2 2 流量 20 SCCM ガス圧 1.3 Pa(=10 mTo
rr) マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 15 W(2 MHz) ウェハ温度 20 ℃ 上記のガス組成は、実施例3のガス組成に対してチオカ
ルボニル化合物とハロゲン化イオウとの間でハロゲン原
子を交換した場合に相当する。したがって、放電解離効
率の若干の違い等を除けば、エッチング機構は実施例3
とほぼ同じである。
Example 5 In this example, the same n + -GaAs layer was formed into CSCl 2 /
Etching was performed using S 2 F 2 mixed gas. An example of etching conditions is as follows. CSCl 2 flow rate 20 SCCM S 2 F 2 flow rate 20 SCCM gas pressure 1.3 Pa (= 10 mTo
rr) Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 15 W (2 MHz) Wafer temperature 20 ° C. The above gas composition corresponds to the gas composition of Example 3 in which halogen atoms are exchanged between the thiocarbonyl compound and the sulfur halide. To do. Therefore, except for a slight difference in discharge dissociation efficiency, the etching mechanism is the same as in Example 3.
Is almost the same as.

【0051】実施例6 本実施例では、同じn+ −GaAs層を、CSCl2
SF6 /H2 S混合ガスを用いてエッチングした。エッ
チング条件の一例は、下記のとおりである。 CSCl2 流量 20 SCCM SF6 流量 20 SCCM H2 S流量 10 SCCM ガス圧 1.3 Pa(=10 mTo
rr) マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 15 W(2 MHz) ウェハ温度 20 ℃ 上記のガス組成は、実施例4のガス組成にH2 Sを添加
したものに相当する。このエッチング過程では、CSC
2 とSF6 から生成するF* ,Cl* の一部がH2
から生成するH* により消費されること、およびH2
からSが放出されることにより、エッチング反応系のS
/X比が上昇し、低バイアス条件下で高異方性加工を行
うことができた。
Example 6 In this example, the same n + -GaAs layer was formed into CSCl 2 /
Etching was performed using SF 6 / H 2 S mixed gas. An example of etching conditions is as follows. CSCl 2 flow rate 20 SCCM SF 6 flow rate 20 SCCM H 2 S flow rate 10 SCCM gas pressure 1.3 Pa (= 10 mTo
rr) Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 15 W (2 MHz) Wafer temperature 20 ° C. The above gas composition corresponds to the gas composition of Example 4 to which H 2 S is added. In this etching process, CSC
Part of F * and Cl * produced from l 2 and SF 6 is H 2 S.
Consumed by H * generated from H 2 S
Is released from S, the S in the etching reaction system is released.
The / X ratio was increased, and highly anisotropic processing could be performed under low bias conditions.

【0052】実施例7 本実施例では、同じn+ −GaAs層を、CSCl2
NF3 混合ガスを用いてエッチングした。エッチング条
件の一例は、下記のとおりである。 CSCl2 流量 20 SCCM NF3 流量 20 SCCM ガス圧 1.3 Pa(=10 mTo
rr) マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 10 W(2 MHz) ウェハ温度 20 ℃ ここで、NF3 はF* 供給源であると同時にN原子の供
給源でもある。本実施例では、このN原子とCSCl2
から放出されるS原子とが反応して(SN)xを始めと
する窒化イオウ系生成物が生成し、側壁保護膜7を一部
構成した。この結果、RFバイアス・パワーをさらに低
減させた条件下で高異方性加工を行うことができた。
Example 7 In this example, the same n + -GaAs layer was used as CSCl 2 /
Etching was performed using an NF 3 mixed gas. An example of etching conditions is as follows. CSCl 2 flow rate 20 SCCM NF 3 flow rate 20 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (= 10 mTo
rr) Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 10 W (2 MHz) Wafer temperature 20 ° C. Here, NF 3 is a source of F * as well as a source of N atoms. In this example, the N atom and CSCl 2
Reacting with the S atoms released from the above, a sulfur nitride-based product such as (SN) x was generated, and partly constituted the side wall protective film 7. As a result, highly anisotropic processing could be performed under the condition that the RF bias power was further reduced.

【0053】なお、窒化イオウ系化合物も、エッチング
終了後にO2 プラズマ処理を行うことにより、炭素系ポ
リマーと共に容易に除去することができた。
Incidentally, the sulfur nitride-based compound could be easily removed together with the carbon-based polymer by performing the O 2 plasma treatment after the etching.

【0054】実施例8 本実施例では、同じn+ −GaAs層のエッチング工程
を2段階化し、CSF2 /S2 Cl2 混合ガスを用いて
ジャストエッチングを行った後、上記混合ガス中のCS
2 の流量比を高めてオーバーエッチングを行うことに
より、n+ −GaAs層の残余部を除去した。このプロ
セスを、図1(a),(b),(c)を参照しながら説
明する。
Embodiment 8 In this embodiment, the same n + -GaAs layer etching process is performed in two steps, just etching is performed using a CSF 2 / S 2 Cl 2 mixed gas, and then CS in the above mixed gas is used.
The remaining portion of the n + -GaAs layer was removed by increasing the flow rate of F 2 and performing overetching. This process will be described with reference to FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (c).

【0055】まず、図1(a)に示されるウェハについ
て、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。 CSF2 流量 20 SCCM(流量比50
%) S2 Cl2 流量 20 SCCM ガス圧 1.3 Pa(=10mTor
r) マイクロ波パワー 850 W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 20 W(2MHz) ウェハ温度 20 ℃ ジャストエッチング終了時のウェハの状態は図1(b)
に示されるとおりであり、一部のリセス5aではその底
部に若干のn+ −GaAs層5の残余部5bが残ってい
た。
First, for the wafer shown in FIG. 1A, the n + -GaAs layer 5 was just-etched under the following conditions as an example. CSF 2 flow rate 20 SCCM (flow rate 50
%) S 2 Cl 2 flow rate 20 SCCM gas pressure 1.3 Pa (= 10 mTorr)
r) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 20 W (2 MHz) Wafer temperature 20 ° C The state of the wafer at the end of just etching is shown in Fig. 1 (b).
In some of the recesses 5a, a slight residual portion 5b of the n + -GaAs layer 5 was left at the bottom thereof.

【0056】次に、エッチング条件を一例として下記の
ように切り替え、上記残余部5bを除去するためのオー
バーエッチングを行った。 CSF2 流量 30 SCCM(流量比75
%) S2 Cl2 流量 10 SCCM ガス圧 1.3 Pa(=10mTor
r) マイクロ波パワー 850 W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 10 W(2MHz) ウェハ温度 20 ℃ このオーバーエッチング工程では、CSF2 の流量比が
ジャストエッチング工程に比べて増大されていることに
より、n+ −AlGaAs層4の露出面上においてAl
x の生成が促進された。また、RFバイアス・パワー
もジャストエッチング工程に比べて半減されている。こ
の結果、図1(c)に示されるように、残余部5bを除
去した後にも下地のn+ −AlGaAs層4には何ら悪
影響が及ぶことはなかった。
Next, the etching conditions were switched as follows by way of example, and over-etching was performed to remove the residual portion 5b. CSF 2 flow rate 30 SCCM (flow rate ratio 75
%) S 2 Cl 2 flow rate 10 SCCM gas pressure 1.3 Pa (= 10 mTorr)
r) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 10 W (2 MHz) Wafer temperature 20 ° C. In this overetching process, the flow rate ratio of CSF 2 is increased as compared with the just etching process. Al on the exposed surface of the n + -AlGaAs layer 4
The production of F x was promoted. Also, the RF bias power is halved compared to the just etching process. As a result, as shown in FIG. 1C, the underlying n + -AlGaAs layer 4 was not adversely affected even after the residual portion 5b was removed.

【0057】本実施例において、n+ −AlGaAs層
4に対する選択比は100以上に向上した。
In this example, the selection ratio for the n + -AlGaAs layer 4 was improved to 100 or more.

【0058】以上、本発明を8例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の積層系にも適用可能である。た
とえば、GaP/AlGaP、InP/AlInP、G
aN/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。
Although the present invention has been described based on the eight examples, the present invention is not limited to these examples. First, in each of the above-described embodiments, the GaAs / AlGaAs laminated system is exemplified as the laminated system of compound semiconductor layers, but the present invention can be applied to other known compound semiconductor laminated systems as long as Al is contained in the lower layer side. Applicable. For example, GaP / AlGaP, InP / AlInP, G
The present invention can also be applied to etching of a two-element system / three-element system laminated system such as aN / AlGaN, InAs / AlInAs, or a three-element system / 4-element system laminated system.

【0059】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の製造に限られ
ず、たとえば量子細線や半導体レーザー素子の加工等に
も適用可能である。
Further, the present invention is not limited to the production of HEMT as described above as long as the process requires selective etching of a laminated system of a non-Al-containing / Al-containing compound semiconductor, and for example, a quantum wire or a semiconductor laser device. It can also be applied to the processing etc.

【0060】上述の各実施例では、チオカルボニル化合
物としてCSF2 ,CSCl2 を使用した。これらの化
合物は、構造上はチオカルボニル基の炭素原子上に2個
のF原子またはCl原子が結合したものである。本発明
において用い得るチオカルボニル化合物としては、これ
らハロゲン原子の少なくとも1個がBr原子であって良
い。この場合には、CBrx の生成により高いレジスト
選択性が達成されることが期待できる。
In each of the above examples, CSF 2 and CSCl 2 were used as the thiocarbonyl compound. These compounds are structurally composed of two F atoms or Cl atoms bonded to the carbon atom of a thiocarbonyl group. In the thiocarbonyl compound that can be used in the present invention, at least one of these halogen atoms may be Br atom. In this case, it can be expected that high resist selectivity can be achieved by the generation of CBr x .

【0061】非堆積性の塩素系化合物としては、上述の
Cl2 の他、HCl,BCl3 等を用いることができ
る。非堆積性の臭素系化合物としては、上述の実施例2
で言及したHBrの他、Br2 ,BBr3 等を用いるこ
とができる。非堆積性のフッ素系化合物としては、上述
のSF6 に代えてClF3 ,NF3等を用いることがで
きる。NF3 は、窒素系化学種の供給源を兼ねることに
なる。
As the non-depositing chlorine-based compound, HCl, BCl 3 or the like can be used in addition to Cl 2 described above. As the non-depositing brominated compound, the above-mentioned Example 2 is used.
In addition to the HBr mentioned above, Br 2 , BBr 3 or the like can be used. As the non-depositing fluorine-based compound, ClF 3 , NF 3 or the like can be used instead of SF 6 described above. NF 3 will also serve as a supply source of nitrogen-based chemical species.

【0062】ハロゲン・ラジカル消費性化合物としては
2 Sを例示したが、H2 やシラン系化合物を用いても
基本的には同様の結果が得られる。本発明で使用するエ
ッチング・ガスには、スパッタリング効果,冷却効果,
希釈効果を得る目的でHe,Ar等の希ガスが添加され
ていても良い。この他、サンプル・ウェハの構成、使用
するエッチング装置、エッチング条件等が適宜変更可能
であることは、言うまでもない。
H 2 S has been exemplified as the halogen / radical consuming compound, but basically the same result can be obtained by using H 2 or a silane compound. The etching gas used in the present invention includes sputtering effect, cooling effect,
A rare gas such as He or Ar may be added for the purpose of obtaining a dilution effect. In addition, it goes without saying that the structure of the sample wafer, the etching apparatus used, the etching conditions and the like can be changed as appropriate.

【0063】[0063]

【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、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において、チオカルボニル化合物を
含むエッチング・ガスを使用することにより、炭素系ポ
リマーの膜質を強化し、かつSも側壁保護に寄与させ
る。これにより、炭素系ポリマーの堆積量を減少させて
も高異方性、高選択性を達成することが可能となる。し
たがって、パーティクル汚染を抑制し、半導体装置の歩
留りを著しく改善することが可能となる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, in the selective anisotropic etching of the laminated system of the non-Al-containing / Al-containing compound semiconductor represented by the GaAs / AlGaAs laminated system, By using the etching gas containing the thiocarbonyl compound, the film quality of the carbon-based polymer is enhanced, and S also contributes to the sidewall protection. As a result, high anisotropy and high selectivity can be achieved even if the amount of carbon-based polymer deposited is reduced. Therefore, it is possible to suppress particle contamination and significantly improve the yield of semiconductor devices.

【0064】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。もちろん、本発明が優れた脱CFC対策を提供
するものであることは、言うまでもない。
The present invention is extremely effective in manufacturing a semiconductor device using, for example, a compound semiconductor based on a fine design rule, and is highly integrated to form an MMIC or the like. It makes a contribution. Of course, it goes without saying that the present invention provides an excellent measure against CFC removal.

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

【図1】本発明をHEMTのゲート・リセス加工に適用
したプロセス例をその工程順にしたがって説明する概略
断面図であり、(a)はn+ −GaAs層の上にレジス
ト・マスクが形成された状態、(b)は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
セスが形成されると共に、n+ −GaAs層の残余部が
発生した状態、(c)はn+ −GaAs層がすべてエッ
チングされた状態、あるいは残余部が除去された状態、
(d)は側壁保護膜が除去された状態をそれぞれ表す。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a process example in which the present invention is applied to a gate recess processing of HEMT in the order of the steps, and FIG. 1A shows a resist mask formed on an n + -GaAs layer. State, (b) is n + -GaAs
The layer is etched while forming the sidewall protection film, a recess is formed, and a residual portion of the n + -GaAs layer is generated, (c) is a state in which the n + -GaAs layer is completely etched, or With the rest removed,
(D) shows the state where the side wall protective film is removed.

【図2】リセス内部へのゲート電極の形成工程をその工
程順にしたがって説明する概略断面図であり、(a)は
レジスト・マスクの表面とリセスの底面に、上部Al層
と下部Al層がそれぞれ被着された状態、(b)はレジ
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。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a step of forming a gate electrode inside a recess in the order of the steps, FIG. 2A is a surface of a resist mask and a bottom surface of a recess, and an upper Al layer and a lower Al layer are respectively formed. FIG. 3B is a schematic cross-sectional view showing a state where the resist mask and the upper Al layer on the surface of the resist mask are removed, and the lower Al layer (gate electrode) is left only on the bottom surface of the recess.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 5b・・・(n+ −GaAs層の)残余部 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)1 ... Semi-insulating GaAs substrate 2 ... epi-GaAs layer 3 ... AlGaAs layer 4 ... n + -AlGaAs layer 5 ... n + -GaAs layer 5a ... Recess 5b ... Residual part (of n + -GaAs layer) 6 ... Resist mask 6a ... Opening 7 ... Side wall protective film 8a ... Upper Al layer 8b ... Lower Al layer (gate electrode)

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アルミニウムを含む化合物半導体層の上
に積層されたアルミニウムを含まない化合物半導体層
を、分子内にフッ素原子とチオカルボニル基とを有する
チオカルボニル化合物を含むエッチング・ガスを用いて
選択的に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。
1. A compound semiconductor layer containing no aluminum, which is laminated on a compound semiconductor layer containing aluminum, is selected by using an etching gas containing a thiocarbonyl compound having a fluorine atom and a thiocarbonyl group in the molecule. Dry etching method characterized in that it is selectively etched.
【請求項2】 前記エッチング・ガスが、非堆積性塩素
系化合物もしくは非堆積性臭素系化合物の少なくとも一
方を含むことを特徴とする請求項1記載のドライエッチ
ング方法。
2. The dry etching method according to claim 1, wherein the etching gas contains at least one of a non-depositing chlorine compound and a non-depositing bromine compound.
【請求項3】 前記エッチング・ガスが、放電解離条件
下で遊離のイオウを放出し得る堆積性塩素系化合物もし
くは同じくイオウを放出し得る堆積性臭素系化合物の少
なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1記載のド
ライエッチング方法。
3. The etching gas contains at least one of a depositable chlorine-based compound capable of releasing free sulfur or a depositable brominated compound also capable of releasing sulfur under discharge dissociation conditions. The dry etching method according to claim 1.
【請求項4】 アルミニウムを含む化合物半導体層の上
に積層されたアルミニウムを含まない化合物半導体層
を、分子内に塩素原子もしくは臭素原子の少なくとも一
方とチオカルボニル基とを有するチオカルボニル化合物
と、非堆積性フッ素系化合物とを含むエッチング・ガス
を用いて選択的に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。
4. A compound semiconductor layer containing no aluminum, which is laminated on a compound semiconductor layer containing aluminum, containing a thiocarbonyl compound having at least one of a chlorine atom or a bromine atom and a thiocarbonyl group in a molecule, A dry etching method characterized by selectively etching using an etching gas containing a depositable fluorine-based compound.
【請求項5】 アルミニウムを含む化合物半導体層の上
に積層されたアルミニウムを含まない化合物半導体層
を、分子内に塩素原子もしくは臭素原子の少なくとも一
方とチオカルボニル基とを有するチオカルボニル化合物
と、放電解離条件下で遊離のイオウを放出し得る堆積性
フッ素系化合物とを含むエッチング・ガスを用いて選択
的に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。
5. A compound semiconductor layer containing no aluminum, which is laminated on a compound semiconductor layer containing aluminum, is discharged with a thiocarbonyl compound having at least one of a chlorine atom or a bromine atom and a thiocarbonyl group in a molecule. A dry etching method characterized by performing selective etching using an etching gas containing a depositable fluorine-based compound capable of releasing free sulfur under dissociation conditions.
【請求項6】 前記エッチング・ガスがH2 ,H2 S,
シラン系化合物から選ばれる少なくとも1種類のハロゲ
ン・ラジカル消費性化合物を含むことを特徴とする請求
項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のドライエッ
チング方法。
6. The etching gas is H 2 , H 2 S,
The dry etching method according to claim 1, further comprising at least one halogen / radical consuming compound selected from silane compounds.
【請求項7】 前記エッチング・ガスが放電解離条件下
でプラズマ中に窒素系化学種を供給することを特徴とす
る請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のドラ
イエッチング方法。
7. The dry etching method according to claim 1, wherein the etching gas supplies nitrogen-based chemical species into plasma under discharge dissociation conditions.
【請求項8】 請求項1もしくは請求項7に記載のエッ
チング・ガスを用いて前記アルミニウムを含まない化合
物半導体層を実質的にその層厚分だけエッチングするジ
ャストエッチング工程と、 プラズマ中におけるフッ素系化学種の生成比を前記ジャ
ストエッチング工程におけるよりも相対的に高めるごと
く前記エッチング・ガスの成分混合比を変更し、前記ア
ルミニウムを含まない化合物半導体層の残余部をエッチ
ングするオーバーエッチング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。
8. A just etching step of etching the aluminum-free compound semiconductor layer substantially by the thickness of the aluminum-containing compound semiconductor layer by using the etching gas according to claim 1 or 7, and fluorine-based plasma in plasma. An over-etching step of changing the composition ratio of the etching gas so as to increase the generation ratio of the chemical species relative to that in the just etching step, and etching the remaining part of the compound semiconductor layer not containing aluminum. A dry etching method characterized by the above.
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