JPH06349777A

JPH06349777A - ドライエッチング装置およびこれを用いたドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH06349777A
Application number: JP13334493A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-06-03
Filing date: 1993-06-03
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ホット分子ビーム・エッチングにおけるエッ
チング速度と基板面内均一性を向上させる。【構成】真空チャンバ５の側壁面にダウンフロー型ラ
ジカル供給部、天井面にホット分子ビーム供給部を接続
したホット分子ビーム・エッチング装置を用いる。加熱
炉７から自由噴出されるホット分子ビームをコリメータ
１０を介してウェハＷに垂直に入射させ、その励起され
た振動エネルギーおよび並進エネルギーを利用して異方
性エッチングを進行させる。このとき、ラジカルの高い
化学反応性を併用することで、エッチング速度が向上す
る。さらに、プラズマＰからラジカルと共にＳ（イオ
ウ）等の堆積性物質を生成させることにより、側壁保護
効果を得る。【効果】ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系等の超高選
択，低損傷，低汚染，異方性，高速エッチングが可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造等に適
用されるドライエッチングを行うための装置および方法
に関し、特にホット分子ビーム・エッチングにおけるエ
ッチング速度と基板面内均一性を向上させ、またこれを
化合物半導体のドライエッチングに適用してＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓ積層系の高選択エッチング等を実現する技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ドライエッチングの分野におい
て、ホット分子ビームを用いたドライエッチングが注目
されている。ホット分子ビームとは、励起により振動、
回転、並進のエネルギー準位が高められた分子のビーム
である。ホット分子ビーム・エッチングが有望視される
のは、従来のドライエッチングの主流であるプラズマ・
エッチングに比べ、次のようなメリットが得られるから
である。

【０００３】第一に、ホット分子ビームのエネルギーは
通常１ｅＶ以下であり、単結晶Ｓｉの原子間結合エネル
ギー（３．３ｅＶ）やＧａＡｓの原子間結合エネルギー
（４．７ｅＶ）よりも低いため、基板に結晶欠陥等の損
傷を発生させない。これに対してプラズマ・エッチング
では、数十ｅＶに加速されたイオンが基板に垂直に入射
し、損傷や汚染の発生は避けられない。

【０００４】第二に、ホット分子ビームはイオンと異な
り電気的に中性であるため、ＧａＡｓショットキー・ダ
イオードの劣化、トラップ中心の形成、絶縁膜の破壊等
の問題が起こらない。第三に、ホット分子ビームを基板
に垂直に入射させれば、基板の底面とパターン側壁面に
おける反応確率の違いを利用して異方性エッチングを行
うことができる。これは、ホット分子が基板の底面に衝
突すると、そのエネルギー（主として振動エネルギーと
並進エネルギー）を基板に与えて自身は基底状態に落ち
る確率が高く、しかもホット分子の大部分はこの底面で
エッチング反応を起こすからである。つまり、パターン
側壁面に斜め入射する分子の数が元来少なく、また仮に
斜め入射しても分子が側壁面をエッチングする確率が極
めて低い。かかる異方性の達成機構は、プラズマ・エッ
チングのような高エネルギー・イオンの入射を必要とせ
ず、プロセスの低損傷化、低汚染化に有利である。

【０００５】たとえば、特開昭６１−１１３７７５号公
報には、炉で加熱したＳＦ₆のホット分子ビームを用い
てＳｉの異方性エッチングを行ったプロセスが開示され
ている。また、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．，Ｂ９，２７９８〜２８０１（１９９１）には、Ｃ
ｌ₂のホット分子ビームを用いて半絶縁性およびｎ⁺型
のＧａＡｓ層の異方性エッチングを行ったプロセスが報
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、ホット
分子ビーム・エッチングにおいては、エッチング速度と
基板面内均一性の向上が今後の課題となっている。ホッ
ト分子ビーム・エッチングは、低エネルギーの中性粒子
による化学的プロセスにもとづいているため、被エッチ
ング層の種類によってはエッチング速度が非常に遅い。
たとえば、前述のＳＦ₆のホット分子ビームによるＳｉ
のエッチングの場合、エッチング速度は数十ｎｍ／分の
オーダーであり、プラズマ・エッチングに比べ２〜３桁
も低い。

【０００７】また、異方性の達成がビームの垂直入射に
依存しているため、均一に異方性エッチングできる基板
の面積が小さい。このことは、枚葉処理を前提とした大
面積ウェハのエッチングを実現する上での隘路となる。

【０００８】さらに別の課題として、実用的な半導体デ
バイスを製造するには、異種材料間における選択性の確
保も考慮しなければならない。たとえば、上述のＣｌ₂
のホット分子ビームを用いてＡｌＧａＡｓ層の上でＧａ
Ａｓ層の高選択エッチングを行おうとしても、Ｃｌが両
層の共通のエッチング種であるために、エッチング時間
管理に頼らざるを得ない。しかし、特に超格子構造を有
する化合物半導体デバイス等については、時間管理のみ
で選択性を確保することは実際には極めて困難である。

【０００９】そこで本発明は、ホット分子ビームの低損
傷性を活かしながら、エッチングの高速化、高異方性
化、高均一化を図り、かつ化合物半導体の高選択エッチ
ングを行うことが可能なドライエッチング方法、および
そのためのドライエッチング装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の目的
を達成するために、大きく分けて次の３つの基本的な方
針を立てた。すなわち、（ａ）ホット分子ビームとラジ
カルを併用することにより、低損傷性を維持しながらエ
ッチング速度を向上させること、（ｂ）エッチング反応
系に堆積性物質を供給することにより、パターン側壁面
の保護を行い、異方性の基板面内均一性を確保するこ
と、および（ｃ）ホット分子ビームとラジカルの化学種
を適切に選択することにより、異種材料層間の選択エッ
チングを実現すること、である。本発明のドライエッチ
ング装置およびこれを用いたドライエッチング方法は、
これらの方針にもとづいて提案されるものである。

【００１１】まず、本発明のドライエッチング装置は、
真空チャンバと、前記真空チャンバに接続されこの内部
にラジカルを供給するダウンフロー型ラジカル供給手段
と、同じく前記真空チャンバに接続されこの内部に載置
された基板に対して略垂直にホット分子ビームを入射さ
せるホット分子ビーム供給手段とを備えたものである。

【００１２】また本発明のドライエッチング方法は、上
記のドライエッチング装置を用い、前記ダウンフロー型
ラジカル供給手段から供給されるラジカルと前記ホット
分子ビーム供給手段から供給されるホット分子ビームと
を用いて前記基板上の被エッチング層をエッチングする
ものである。

【００１３】このとき、前記ダウンフロー型ラジカル供
給手段から堆積性物質を生成させ、この堆積性物質を前
記被エッチング層のパターン側壁面上に堆積させること
により、異方性エッチングが可能となる。

【００１４】かかる前記堆積性物質としては、イオウま
たは窒化イオウ系化合物の少なくとも一方を用いること
が好適である。

【００１５】ここで、実際に発生させるラジカルおよび
ホット分子ビームとしては、それぞれハロゲン・ラジカ
ルとハロゲン化合物の加熱によるホット分子ビームを挙
げることができる。

【００１６】さらに、前記ラジカルをフッ素ラジカルと
し、前記ホット分子ビームをフッ素化合物以外のハロゲ
ン化合物の加熱により生成させれば、アルミニウムを含
む化合物半導体層（以下、Ａｌ含有化合物半導体層と称
する。）上に積層されたアルミニウムを含まない化合物
半導体層（以下、非Ａｌ含有化合物半導体層と称す
る。）を選択的にエッチングすることができる。

【００１７】

【作用】本発明のドライエッチング装置は、真空チャン
バ内にホット分子ビームとラジカルの双方を供給するた
めに、ホット分子ビーム供給手段とダウンフロー型ラジ
カル供給手段とを備えている。ここで、ラジカル供給手
段については、ラジカルの運動方向を制御する手段がな
いために、真空チャンバの上方から基板へ向けて、高真
空排気流に乗ったラジカルをダウンフロー式に供給する
仕組みとされている。一方、ホット分子ビーム供給手段
は、基板に対して略垂直にホット分子ビームを入射させ
る位置に配設されている。これは、異方性エッチングを
実現するために、ホット分子ビームを基板に垂直入射さ
せる必要があるからである。

【００１８】かかるドライエッチング装置を用いてドラ
イエッチングを行うと、ホット分子ビームのみを用いる
従来のホット分子ビーム・エッチングに比べ、エッチン
グを高速化することができる。前述したように、ホット
分子ビームは基板に衝突するとその振動エネルギーと並
進エネルギーを基板に与え、大部分は基底状態に落ちる
ので、化学反応性の低い状態となってしまう。しかし、
ここにラジカルが供給されていれば、このラジカルの高
い化学反応性を利用してエッチングが促進されるからで
ある。

【００１９】さらに、このエッチング反応系にダウンフ
ロー型ラジカル供給手段から堆積性物質を供給すると、
この堆積性物質はホット分子ビームの垂直入射がほとん
ど起こらないパターン側壁面上に堆積し、いわゆる側壁
保護を行う。したがって、ホット分子ビーム中に斜め入
射成分が若干存在していたとしても、あるいは基板上で
相対的に斜め入射成分が多くなるような領域が存在して
いたとしても、良好な異方性加工を基板上の広範囲な部
分に対して行うことができる。つまり、異方性と面内均
一性が向上する。

【００２０】ここで、上記堆積性物質としてパーティク
ル汚染の原因となり易い物質を選択したのでは、ホット
分子ビーム・エッチングによる低汚染エッチングを行う
意味が無い。しかし、本発明で用いるイオウおよび窒化
イオウ系化合物は、いずれも昇華性または熱分解性の物
質である。これらは、基板が昇華温度もしくは分解温度
以下に維持されていればその表面へ堆積するが、エッチ
ング終了後に基板を加熱すれば、容易に除去することが
できる。もちろん、レジスト・アッシングを行う際に、
レジスト・マスクと同時に燃焼除去することもできる。
いずれにしても、これらは従来のドライエッチング方法
において側壁保護物質として広く利用されている炭素系
ポリマー等と比べ、基板上に汚染を残す虞れがはるかに
少なく、堆積性物質として好適である。

【００２１】ここで、ラジカルとしてハロゲン・ラジカ
ル、またホット分子ビームとしてハロゲン化合物のホッ
ト分子ビームを用いて化合物半導体層をエッチングする
と、被エッチング層の構成原子を蒸気圧の高いハロゲン
化物の形で速やかに除去することができる。

【００２２】さらに、ラジカルとしてハロゲン・ラジカ
ル、またホット分子ビームとしてフッ素化合物以外のハ
ロゲン化合物のホット分子ビームを用いた場合には、蒸
気圧の低いフッ化アルミニウムＡｌＦ_xの生成を利用し
て、非Ａｌ含有／Ａｌ含有化合物半導体の積層系の選択
エッチングを行うことができる。つまり、このときのホ
ット分子ビームは、塩素化合物や臭素化合物等のホット
分子ビームであるから、非Ａｌ含有化合物半導体層の構
成元素は蒸気圧の高い塩化物や臭化物の形で除去され
る。しかし、下地のＡｌ含有化合物半導体層の表面が露
出した時点で、この露出面に蒸気圧の低いフッ化アルミ
ニウムＡｌＦ_xが形成され、エッチング速度が大きく低
下するので、下地選択性が確保されるのである。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２４】実施例１本実施例では、ダウンフロー型ラジカル供給手段を備え
たホット分子ビーム・エッチング装置の構成例につい
て、図１を参照しながら説明する。この装置は、真空チ
ャンバ５の側壁面にダウンフロー型ラジカル供給部、天
井側にホット分子ビーム供給部を接続したものである。

【００２５】上記ダウンフロー型ラジカル供給部は、石
英製のマイクロ波放電管１、発振周波数２．４５ＧＨｚ
のマグネトロン発振器４、このマグネトロン発振器４に
接続されマイクロ波を伝搬させる導波管３、この導波管
に接続され上記マイクロ波放電管を挾持する１対の電極
２から構成されている。マイクロ波放電管１には矢印Ａ
方向からガスが導入され、このガスがマイクロ波により
励起され、プラズマＰが生成する。このプラズマＰの中
から比較的寿命の長いラジカルが高真空排気流に乗って
真空チャンバ５の内部へ引き出される。プラズマＰ中に
存在する他の化学種、すなわち電子やイオン等の荷電粒
子は、図示されないメッシュ電極等の電荷除去手段によ
りトラップされ、真空チャンバ５内へは導出されない。

【００２６】上記ホット分子ビーム供給手段は、石英製
の加熱炉７、これの外壁面に巻回され、タングステン等
の高融点金属からなるコイル状のヒータ８、加熱炉７の
全体を囲撓する均熱管９から構成される。上記加熱炉７
は、その開口端が真空チャンバ５内に載置されるウェハ
Ｗに対面し、またその長手方向がウェハＷに対して垂直
となるように配設されている。この加熱炉７の上端から
図中矢印Ｂ方向に導入されたガスは、この中で数百℃に
加熱され、開口端からホット分子ビームとして自由噴出
される。

【００２７】上記真空チャンバ５は、ウェハＷを収容
し、上記ダウンフロー型ラジカル供給部から引き出され
たラジカルと、ホット分子ビーム供給部から引き出され
たホット分子ビームとを利用して、エッチングを行う部
分である。真空チャンバ５の内部は、底面側に開口され
た排気孔６を通じて矢印Ｃ方向に高真空排気されてい
る。ウェハＷは、ヒータ１３を内蔵するウェハ・ステー
ジ１２上に載置されている。このヒータ１３は、ウェハ
Ｗを加熱してエッチング反応生成物の脱離を促進した
り、あるいは後述する堆積性物質を昇華もしくは分解さ
せるために備えられたものである。

【００２８】本実施例のホット分子ビーム・エッチング
装置には、さらにウェハＷに入射するホット分子ビーム
の入射方向を垂直に揃え、かつエッチングの面内均一性
を向上させるための工夫が施されている。そのひとつ
は、ウェハＷと加熱炉７の開口端との中間に配設される
コリメータ１０である。これは、所定のアスペクト比の
開口部を多数有するメッシュ状の部材である。もうひと
つは、上記ウェハ・ステージ１２の全体を支持するＸＹ
ステージ１１上である。これは、上記コリメータ１０の
下でウェハＷを２次元的に移動させることにより、ウェ
ハＷ上のあらゆる領域においてホット分子ビームの垂直
入射を実現させるための部材である。

【００２９】この他、加熱炉７で発生する熱の影響をウ
ェハＷへ及ぼさないようにするため、加熱炉７の開口端
とコリメータ１０との間に熱シールド板等が配設されて
いても良い。かかるホット分子ビーム・エッチング装置
は、従来報告されている装置に比べ、ラジカルの化学反
応性を利用できる分だけ高速エッチングを可能とするも
のである。

【００３０】以下の実施例では、この装置を用いた具体
的なプロセス例について説明する。

【００３１】実施例２本実施例は、実施例１で上述したホット分子ビーム・エ
ッチング装置を用いて、実際にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
積層系のドライエッチングを行ったプロセス例である。
このプロセスは、ＨＥＭＴのゲート・リセス加工を目的
としたものであり、ホットＣｌ₂ビーム、Ｓ₂Ｆ₂ガス
放電によるＦ^*および遊離のイオウ（Ｓ）を利用してｎ
⁺−ＡｌＧａＡｓ層上のｎ⁺−ＧａＡｓ層をエッチング
した。

【００３２】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２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ｅ
ｐｉ−ＧａＡｓ層２２、厚さ約２ｎｍのＡｌＧａＡｓ層
２３、Ｓｉ等のｎ型不純物がドープされた厚さ約３０ｎ
ｍのｎ⁺−ＡｌＧａＡｓ層２４、同様にｎ型不純物を含
む厚さ約１００ｎｍのｎ⁺−ＧａＡｓ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２７の開口径は
約３００ｎｍである。

【００３３】このウェハを上記ホット分子ビーム・エッ
チング装置のウェハ・ステージ１２上にセットし、マイ
クロ波放電管１にはＳ₂Ｆ₂ガス、加熱炉７にはＣｌ₂
ガスをそれぞれ供給し、一例として下記の条件で上記ｎ
⁺−ＧａＡｓ層５をエッチングした。〔ダウンフロー型ラジカル供給部〕Ｓ₂Ｆ₂流量５０ＳＣＣＭガス圧２６６Ｐａマイクロ波パワー１ｋＷ（２．４５Ｇ
Ｈｚ）〔ホット分子ビーム供給部〕Ｃｌ₂流量１０ＳＣＣＭガス圧１３３Ｐａ加熱炉温度８００ ℃ 〔真空チャンバ内〕ガス圧６０Ｐａウェハ・ステージ温度８０ ℃

【００３４】このエッチング過程では、Ｓ₂Ｆ₂から解
離生成したＦ^*とホットＣｌ₂ビームの作用により、ｎ
⁺−ＧａＡｓ層２５中のＡｓは主としてＡｓＦ₃，Ａｓ
Ｆ₅，ＡｓＣｌ₃等の形で、またＧａは主としてＧａＣ
ｌ₃等の形で除去され、図３に示されるようなリセス２
８が形成された。このエッチングは、エッチング種とし
て荷電粒子を用いないホット分子ビームのメリットであ
る低損傷性を活かしながらも、Ｆ^*の寄与により約１．
７μｍ／秒の実用的な速度で進行した。

【００３５】また、Ｓ₂Ｆ₂から解離生成するＳは、ウ
ェハ温度がＳの昇華温度（約９０℃）より低く維持され
ていることからリセス２８の側壁面に堆積し、側壁保護
膜２９を形成した。このＳによる側壁保護効果は、ホッ
トＣｌ₂ビームの垂直入射と共に、このプロセスの異方
性達成に寄与している。さらに、ホットＣｌ₂ビームの
入射角に対する許容範囲を広げ、ウェハ面内での異方性
のバラツキを抑制する役割も果たしている。

【００３６】なお、図中の側壁保護膜２９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２６と形成されるリセス２８との
間に寸法変換差を生じさせるようなものではない。

【００３７】エッチングが進行して下地のｎ⁺−ＡｌＧ
ａＡｓ層２４が露出すると、Ｆ^*の寄与によりその露出
面に表面に蒸気圧の低いＡｌＦ_xが形成され、エッチン
グ速度が大幅に低下し、高選択比が達成された。上記ｎ
⁺−ＡｌＧａＡｓ層２４の不純物濃度や厚さは、ＨＥＭ
Ｔの所望の閾値電圧にもとづいて決定されているため、
ここで達成される高選択比は、信頼性の高いＨＥＭＴを
再現性良く製造する上で極めて重要な役割を果たした。

【００３８】次に、上記側壁保護膜２９は、エッチング
終了後にウェハ・ステージ温度を９０℃以上に高めるこ
とにより、図４に示されるように容易に除去することが
できた。

【００３９】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った。すなわち、上記ウェハに対し
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。この蒸着では、
微細な開口径を有するリセス２８の内部においてステッ
プ・カバレッジ（段差被覆性）が劣化することを利用
し、図５に示されるようにレジスト・マスク２６の表面
に上部Ａｌ層３０ａ、リセス２８底部には下部Ａｌ層３
０ｂをそれぞれ形成した。

【００４０】次に、レジスト・マスク２６をリフト・オ
フすると、図６に示されるように上部Ａｌ層３０ａも同
時に除去され、リセス２８底部に下部Ａｌ層３０ｂから
なるゲート電極を形成することができた。

【００４１】実施例３本実施例は、側壁保護膜としてポリチアジル（ＳＮ）_x
を堆積させながら、同様のゲート・リセス加工を行った
例である。本実施例でエッチング・サンプルとして用い
たウェハは、実施例２で用いたものと同じである。

【００４２】ここでは、ダウンフロー型ラジカル供給部
から堆積性物質として（ＳＮ）_xを生成させるために、
Ｓ₂Ｆ₂ガス放電（ステップＩ）とＮ₂ガス放電（ステ
ップII) とを時間変調方式で行った。エッチング条件の
一例を以下に示す。〔ダウンフロー型ラジカル供給部〕ステップＩ：Ｓ₂Ｆ₂流量５０ＳＣＣＭガス圧２６６Ｐａマイクロ波パワー１ｋＷ（２．４５ＧＨ
ｚ）ステップII：Ｎ₂流量５０ＳＣＣＭガス圧２６６Ｐａマイクロ波パワー１ｋＷ（２．４５ＧＨ
ｚ）〔ホット分子ビーム供給部〕Ｃｌ₂流量１０ＳＣＣＭガス圧１３３Ｐａ加熱炉温度８００ ℃ 〔真空チャンバ内〕ガス圧６０Ｐａウェハ・ステージ温度１３０ ℃

【００４３】上記ステップＩとステップIIの放電時間配
分は２：１ないし３：１程度に設定することができる。
本実施例では、１０秒間のステップＩと５秒間のステッ
プIIとを交互に繰り返した。これにより、（ＳＮ）_xか
らなる側壁保護膜２９されながら、異方性エッチングが
進行した。この（ＳＮ）_xの蒸気圧は実施例２で用いた
Ｓよりも低いため、その分ウェハ温度を高めることがで
きた。このため、エッチング速度は実施例２よりも向上
し、約２μｍ／秒の高速エッチングが実現された。

【００４４】なお、上記（ＳＮ）_xからなる側壁保護膜
２９は、エッチング終了後にウェハＷを約１５０℃に加
熱することにより、容易に除去することができた。

【００４５】以上、本発明を３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。たとえば、ダウンフロー型ラジカル供給
手段によりＳを生成させる際に、上述の実施例ではＦ^*
の同時供給を考慮してＳ₂Ｆ₂を用いたが、この他にも
ＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀等のフッ化イオウを用いるこ
とができる。さらに、副生するハロゲン・ラジカルがＦ
^*でなくとも良い場合には、Ｓ₃Ｃｌ₂，Ｓ₂Ｃｌ₂，
ＳＣｌ₂等の塩化イオウ、Ｓ₃Ｂｒ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，Ｓ
Ｂｒ₂等の臭化イオウ、あるいはＨ₂Ｓ等を用いること
ができる。ただし、Ｈ₂Ｓを用いる場合には、ハロゲン
・ラジカルを生成できる他のハロゲン系化合物と併用す
る必要がある。

【００４６】上述の実施例では非Ａｌ含有／Ａｌ含有化
合物半導体の積層系のエッチングを採り上げたが、下地
選択性を特に考慮せず、単一の化合物半導体層の高速エ
ッチングのみに着目するならば、ホット分子ビームとラ
ジカルの成分元素を共通とすることもできる。たとえば
ＧａＡｓ層のエッチングを、ホットＣｌ₂ビームとＣｌ
^*ラジカルを併用して行っても、高速エッチングが可能
である。

【００４７】なお、ホット分子ビームを生成させるため
のハロゲン化合物は、上述のＣｌ₂の他、ＨＣｌ，ＢＣ
ｌ₃，Ｂｒ₂，ＨＢｒ，ＢＢｒ₃等であっても良い。

【００４８】非Ａｌ含有／Ａｌ含有化合物半導体の積層
系としては、上述のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系の
他、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
等の積層系等を対象とすることができる。かかるエッチ
ングは、上述のようなＨＥＭＴのゲート・リセス加工に
限られず、他のヘテロＭＩＳ構造ＦＥＴ、量子細線、半
導体レーザー素子の加工等において行われる場合にも有
効である。

【００４９】さらに、本明細書中では化合物半導体層の
エッチングを例示したが、本発明は従来高速化が困難で
あったシリコン系材料層等のエッチングにも適用でき
る。たとえば、ホット分子ビーム供給手段からホットＳ
Ｆ₆ビームを供給すると同時に、ダウンフロー型ラジカ
ル供給手段からＦ^*を供給するようにすればエッチング
速度を向上させることができ、しかもこの場合にＳある
いは（ＳＮ）_xによる側壁保護を併用すれば、異方性も
良好に維持することができる。

【００５０】この他、ホット分子ビーム・エッチング装
置の構成の細部、サンプル・ウェハの構成、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。

【００５１】

【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、ホット分子ビーム・エッチングのメリ
ットである低損傷性を維持しながら、従来の問題点であ
ったエッチング速度とエッチングの基板面内均一性を大
幅に改善することができる。したがって、本発明は微細
なデザイン・ルールにもとづいて製造される半導体装置
の性能や信頼性を向上させる上で大きな貢献をなすもの
である。

【００５２】また、特に化合物半導体装置については、
かかる低損傷微細加工が可能となることにより、これを
高集積化してＭＭＩＣ等を構成する道が開かれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用して構成されたホット分子ビーム
・エッチング装置の概略断面図である。

【図２】本発明を適用してＨＥＭＴのゲート・リセス加
工を行う際のエッチング・サンプルとして用いたウェハ
の構成例を示す模式的断面図である。

【図３】図２のウェハの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
た状態を示す模式的断面図である。

【図４】図３の側壁保護膜が除去された状態を示す模式
的断面図である。

【図５】図４のウェハにおいて、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
れ被着された状態を示す模式的断面図である。

【図６】図５のレジスト・マスクとその表面の上部Ａｌ
層が除去され、リセスの底面に下部Ａｌ層からなるゲー
ト電極が形成された状態を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１・・・マイクロ波放電管４・・・マグネトロン発振器５・・・真空チャンバ７・・・加熱炉８・・・ヒータ１０・・・コリメータ１１・・・ＸＹステージ１２・・・ウェハ・ステージＷ・・・ウェハＰ・・・プラズマ２４・・・ｎ⁺−ＡｌＧａＡｓ層２５・・・ｎ⁺−ＧａＡｓ層２６・・・レジスト・マスク２８・・・リセス２９・・・側壁保護膜３０ｂ・・・下部Ａｌ層（ゲート電極）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空チャンバと、前記真空チャンバに接続され、該真空チャンバ内にラジ
カルを供給するダウンフロー型ラジカル供給手段と、前記真空チャンバに接続され、該真空チャンバ内に載置
された基板に対して略垂直にホット分子ビームを入射さ
せるホット分子ビーム供給手段とを備えてなるドライエ
ッチング装置。
【請求項２】請求項１に記載のドライエッチング装置
を用い、前記ダウンフロー型ラジカル供給手段から供給
されるラジカルと前記ホット分子ビーム供給手段から供
給されるホット分子ビームとを用いて前記基板上の被エ
ッチング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３】前記ダウンフロー型ラジカル供給手段か
ら堆積性物質を生成させ、この堆積性物質を前記被エッ
チング層の少なくともパターン側壁面上に堆積させなが
ら異方性エッチングを行う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。
【請求項４】前記堆積性物質がイオウまたは窒化イオ
ウ系化合物の少なくとも一方であることを特徴とする請
求項３記載のドライエッチング方法。
【請求項５】前記ラジカルはハロゲン・ラジカルであ
り、前記ホット分子ビームはハロゲン化合物の加熱によ
り生成されることを特徴とする請求項２ないし請求項４
のいずれか１項に記載のドライエッチング方法。
【請求項６】前記ラジカルはフッ素ラジカルであり、
前記ホット分子ビームはフッ素化合物以外のハロゲン化
合物の加熱により生成され、前記被エッチング層はアル
ミニウムを含む化合物半導体層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であることを特徴とする
請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のドライ
エッチング方法。