JPH07263383A

JPH07263383A - エッチング方法および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH07263383A
Application number: JP5549294A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yamamoto; 清二山本; 信一郎 ▲高▼谷; Shinichiro Takatani; Kozo Mochiji; 広造持地; 浩幸 ▲高▼澤; Hiroyuki Takazawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】組成の異なる半導体間のエッチング選択比を高
く維持したまま、素子に損傷を与えることなく、異方性
の高いエッチングを行うエッチング方法と、これを用い
た半導体装置の製造方法とを実現する。【構成】分子線バルブ１０６，１０７より複数のエッチ
ャントガス（Ｃl₂１１１，Ｏ₂１１２）を導入する真空
槽１０３の中に被エッチング半導体試料１０１を設置
し、その表面にエキシマレーザ１０７から放射されたレ
ーザ光１０８を照射し、該レーザ光１０８の強度を調節
して光励起選択エッチングを行う。

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方法に
係り、特に、複数種類の化合物半導体層のエッチングに
おいて、異なる半導体層間に高い選択性を有するエッチ
ング方法、およびこれを用いた半導体装置の製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造において、半導体表面
をエッチングする方法のうち、本発明に係る光励起エッ
チングとしては、マキとエーリックによるアプライド
フィジクスレターズ、５５巻、１９８９年、９１ペー
ジに開示された方法、および石井等により、応用物理学
会第５４回秋季年会、第三分冊１１４７ページに開示さ
れた方法などがある。これらの方法では、エッチャント
ガスである塩素ガスをＧaＡs表面に吸着させ、この表面
にレーザ光を照射して表面反応を誘起し、ＧaＡsをエッ
チングする。このエッチング方法は、表面を励起するこ
とにより吸着ガスと半導体との反応を誘起しており、い
わゆる表面励起型のエッチング方法である。また、水銀
ランプを用いたＩnＡlＡs／ＩnＧaＡsの選択エッチング
方法も報告されている（日刊工業新聞１９９２年３月２
４日、および、原田等、電子情報通信学会技術報告ＥＤ
９１‐１３０）。この方法も光を用いているが、気相で
エッチャントガスが励起されて生じるラジカルによりエ
ッチングする方法であり、上記の表面励起型のエッチン
グとは異なる。また、現在、量産で行われているＧaＡs
／ＡlＧaＡsの選択エッチングは、反応性イオンエッチ
ングが主流となっている（例えば、サリミアン等、アプ
ライドフィジィクスレターズ、５１巻、１０８３ペ
ージ、１９８７年）。この方法も、ラジカルおよびイオ
ンによるエッチングであり、表面励起型のエッチングで
はない。

【０００３】半導体装置の製造において、例えば、化合
物半導体電界効果型トランジスタのゲート電極下部の不
要な半導体層を除去する工程、すなわち、ゲートリセス
エッチングにおいては、上記反応性イオンエッチングが
通常よく用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の、塩素ガスを表
面に吸着させ光を照射して表面反応を起こさせるエッチ
ング方法では、組成の異なる半導体の間で選択エッチン
グを行う方法は、知られていなかった。このため、半導
体装置の製造、例えば、化合物半導体電界効果型トラン
ジスタのゲートリセスエッチングに適用した場合、ある
いは、ヘテロバイポーラトランジスタの不要なエミッタ
層を除去するエッチングに適用した場合、エッチング
を、半導体層の厚さとエッチレートから換算したエッチ
ング時間で制御することになる。しかし、この方法では
チャネル深さに大きなばらつきが生じ、装置機能も低下
し、歩留りも全くあがらない問題が発生する。

【０００５】また、ＣＨＢr₃／Ｏ₂雰囲気下で水銀ラン
プ光を用いてＩnＧaＡs／ＩnＡlＡsのエッチングを行う
方法では、圧力の高いエッチャントガスに真空紫外光を
照射しており、紫外光によりエッチャントガスが気相中
で励起されて解離し、生成物であるラジカルが生じる。
このラジカルが気相中を拡散して半導体表面に到達し、
半導体をエッチングする。従って、この方法では、異方
性の高いエッチングを行うことが難しい。一方、プラズ
マ利用の反応性イオンエッチング方法では、選択比が高
く、また、異方性の高いエッチングが実現できている。
しかし、プラズマ中のイオンが表面に照射されるので、
加工対象となる半導体素子のサイズが微小となるにつれ
て、エッチングに伴う損傷の問題が出てきた。損傷が入
ると、半導体装置機能が低下し、歩留りも低下する。例
えば、化合物半導体電界効果型トランジスタのゲート電
極下部の不要な半導体層を除去するゲートリセスエッチ
ング工程において、反応性イオンエッチングでは、損傷
が入るためにしきい値電圧がばらつく上に、移動度が低
下するために、相互コンダクタンスが低下する、などの
問題がある。またヘテロバイポーラトランジスタの製造
において不要なエミッタ層を除去する工程で、下地のベ
ース層に損傷が入り、トランジスタの電流増幅率が低下
する、ベース抵抗が増大する、等の問題がある。

【０００６】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、化合物半導体のエッチングを、選択比が
高く、かつ、それを自由に制御でき、さらに、半導体装
置に損傷を与えることなく、異方性の高いエッチングが
できるエッチング方法、およびこれを用いた半導体装置
の製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、エッチャントガス雰囲気のもとで半導
体試料表面に光を照射して表面反応を誘起して、組成の
異なる半導体をエッチングする方法において、複数のガ
スを混合したエッチャントガスを用い、そのガス分圧の
合計を１Ｐa以下とする。そして、エッチャントガスと
しては、少なくとも１種類はハロゲンガス、あるいはハ
ロゲン元素を含む化合物ガスとし、例えば、フッ素と塩
素、あるいは酸素と塩素の混合ガスを用いる。

【０００８】また、表面を照射する光はパルス光とし、
例えば、光源としてパルスレーザを用いる。また、エッ
チングを行う半導体としては、主として、ＧaＡsやＡl
ＧaＡsなどのIII‐Ｖ族化合物半導体を対象とし、エッ
チャントガスとしてフッ素と塩素との混合ガスを用いる
場合には、パルス光のパワーを１ｍＪ／cｍ²から３０ｍ
Ｊ／cｍ²の間とし、酸素と塩素との混合ガスを用いる場
合には、１ｍＪ／cｍ²から３０ｍＪ／cｍ²の間として、
Ａlの含有量の少ない化合物半導体を多い半導体に対し
て選択的にエッチングする。

【０００９】さらに、半導体表面を照射する光の強度を
調節して、組成の異なる半導体に対するエッチング速さ
の比を調節する。例えば、エッチャントガスとしてフッ
素と塩素との混合ガスを用いる場合には、パルス光のパ
ワーを３０ｍＪ／cｍ²以上にすると、Ａlの含有量の多
い化合物半導体を少ない半導体に対して、選択的にエッ
チングすることができる。

【００１０】そして、化合物半導体電界効果型トランジ
スタのゲート電極下部の不要な半導体層を除去する工程
や、化合物半導体ヘテロバイポーラトランジスタの不要
なエミッタ層を除去する工程において、上記のエッチン
グ方法を効果的に利用して、半導体装置を製造する。

【００１１】

【作用】本発明者らは、エキシマレーザ光を表面に照射
してＧaＡsとＡlＧaＡsをエッチングする場合におい
て、Ｃl₂にＯ₂を添加することにより、著しくＧaＡs／
ＡlＧaＡsエッチング選択比が向上することを見い出し
た。すなわち、光照射による表面励起型エッチングにお
いて、複数のエッチャントガスを用いて光励起選択エッ
チングが可能であることを見い出した。例えばＧaＡs／
ＡlＧaＡsの選択エッチングを行う場合、エッチャント
ガスとしてＣl₂とＯ₂を用いればよい。

【００１２】従来の反応性イオンエッチングでも、塩素
の化合物ガス（例えばＣＣl₄）とフッ素の化合物ガス
（例えばＳＦ₆）の混合ガスを用いてＧaＡs／ＡlＧaＡs
の選択エッチングを行っていた。この反応性イオンエッ
チングでは、プラズマの中に発生する塩素やフッ素のラ
ジカルおよびイオンが表面に作用して、エッチング反応
が起こっていた。しかし、本発明におけるエッチング
は、反応性ガスの吸着した表面を光で励起して反応を誘
起しており、従来の反応性イオンエッチングとは反応機
構が全く異なる。従って、光を用いて表面反応を誘起す
る表面励起型エッチングで複数のガスを用いて選択的な
エッチングを発現せしめることが可能であることは、反
応性イオンエッチングにおける従来例からは、容易に類
推できるものではなかった。

【００１３】また、ＣＨＢr₃／Ｏ₂雰囲気下で水銀ラン
プ光を用いてＩnＧaＡs／ＩnＡlＡsのエッチングを行う
従来例も、前述のように気相中で生じるラジカルを用い
ているので、本発明におけるエッチングとは機構が異な
る。前出の文献（原田等、電子情報通信学会技術報告Ｅ
Ｄ９１‐１３０）に記載されているように、この従来例
ではエッチャントガスの圧力は１０００Ｐaであり、こ
のように高い圧力では、気相中で生成されるラジカルに
よるエッチングが支配的となる。

【００１４】清浄表面の原子数は１cｍ²あたり約１０¹⁵
個である。上記光励起気相反応において、エッチングに
寄与するラジカルは表面に近いものだけと考えられ、１
cｍ²のエッチングには表面から１cｍ、すなわち体積に
して１cｍ³の気体が寄与すると仮定できる。したがっ
て、いわゆる理想気体の状態方程式から、１cｍ³あたり
１０Ｐaの気体は、常温ではおよそ２×１０¹⁵個の分子
を含むことが算出される。さらに、光励起気相反応と光
励起表面反応の断面積がほぼ等しいと仮定すると、反応
の寄与の大小は、単に反応に関与する原子数あるいは分
子数の大小関係で決まる。表面の原子数は１cｍ²あたり
約１０¹⁵個であるから、光励起表面反応が支配的となる
には、エッチャントガス分子の個数を１cｍ³あたりおよ
そ１０¹⁵個よりも少なくすればよい。すなわち、エッチ
ャントガスの分圧の合計を１Ｐa以下とすれば、気相中
のエッチャントガスの量は、表面に化学吸着したエッチ
ャントガスの量に比べてはるかに小さくなる。従って、
気相中で励起されるエッチャントガスによるエッチング
に比べて、エッチングは表面励起型のエッチングが支配
的となる。

【００１５】次に、エッチャントガスとして酸素と塩素
との混合ガスを用いた場合に推定されるＡlＧaＡsのエ
ッチング停止機構を、図５を用いて説明する。まず、反
応性イオンエッチングでは、図５（ａ）に示すように、
イオンを用いているために損傷が深く入り、不揮発性の
化合物であるＡlＯxが厚く生じ、イオンがＡl以外の原
子に到達できなくなった時点でエッチングが停止する。
一方、本発明の光励起エッチングでは、図５（ｂ）に示
すように、エッチャントガスの分圧を低くすることによ
り、表面付近のみにエッチャントガスが供給され、表面
にＡlＯx層が生じた時点でエッチングが停止する。な
お、レーザ光のパワーは表面のＡlＯxの脱離が起こる値
以下とする必要がある。パルス幅２０ｎs程度の通常の
エキシマレーザでは、パルス当たりのパワーを３０ｍＪ
／cｍ²以下とすれば、ＡlＯxの脱離は十分抑えられる。

【００１６】一方、エッチャントガスとしてフッ素と塩
素の混合ガスを用いた場合にも、レーザ光のパワーが３
０ｍＪ／cｍ²以上では、ＡlＧaＡsの方がＧaＡsよりも
エッチングが速く進むことを見いだした。すなわち、酸
素と塩素を用いた場合とは逆の選択エッチングができる
ことがわかった。この原因は、ＡlＧaＡsをエッチング
する場合には、Ａlのフッ化物が成長しきれずに光刺激
によって脱離しやすいためと考えられる。塩素のみを用
いた場合も同様に、ＡlＧaＡsのエッチングの方が速く
なる。これはＡlの塩化物が光刺激によって脱離しやす
いためである。

【００１７】レーザのパワーが３０ｍＪ／cｍ²より小さ
い場合には、光刺激によるＡlのフッ化物や塩化物の光
刺激脱離はほとんど起こらなくなる。この条件では、表
面に不揮発性の化合物であるＡlＦxが形成されて、エッ
チングが停止する。従って、ＧaＡsをＡlＧaＡsに対し
選択的にエッチングすることができる。

【００１８】以上に述べたように、Ａlの塩化物および
フッ化物の光刺激脱離を利用して、レーザの強度を調節
することによりＡlＧaＡsをＧaＡsに対し選択的にエッ
チングすることができる。この場合、塩素あるいはフッ
素等の一種類のハロゲン化合物を用いてもよい。例え
ば、パルス幅２０ｎsのパルスレーザを用いた場合に
は、レーザ強度を３０ｍＪ／cｍ²以上にすればよい。

【００１９】本発明により、光を用いて表面反応を誘起
するエッチングにおいて、異なる組成の半導体の選択エ
ッチングが可能となり、この方法を利用して、エッチン
グ深さの精密な制御が可能となる。本発明を半導体装置
の製造に用いた場合、素子特性のばらつきの少ない半導
体装置を再現性良く製造することができる。しかも、本
発明のエッチング方法では、イオンや電子などの粒子を
用いずに、脱離のエネルギーを光照射によって与えてい
るので、イオンを用いる反応性イオンエッチングに比べ
て、はるかに低損傷である。従って、損傷による素子特
性の劣化もない。また、光の直進性のために、異方性の
高いエッチングが可能となる。

【００２０】なお、表面反応の誘起に用いる光はパルス
光でなくてもよく、連続的に照射してもよい。ただし、
連続照射の場合には、半導体表面の温度が必要以上に上
昇してしまうため、素子特性の劣化などの可能性があ
り、さらに、エッチングにより、平坦な表面を得ること
が難しい。一方、パルス光を用いる場合には、エッチャ
ントガスが半導体表面に均一に吸着した後、パルス光に
より一定量だけエッチングされるので、より平坦な表面
が得られる。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）本発明に係るエッチング方法の第一の実施
例として、Ｃl₂とＯ₂をエッチャントガスとしてＧaＡs
／ＡlＧaＡsを選択エッチングする場合について、図１
を用いて説明する。

【００２２】まず、ＧaＡs試料１０１を、真空ポンプ１
０２で排気して１０~⁶Ｐa以下の真空度に達した真空層
１０３中に設置する。ＧaＡs試料１０１はマニピュレー
タ１０４の先端の温度制御可能な試料台に装着する。こ
の真空槽１０３には分子線バルブ１０５，１０６がつい
ており、ここからエキシマレーザ１０７の発振と同期し
てＣl₂１１１とＯ₂１１２をパルス的に真空槽１０３中
へ導入する。導入方法は、パルス的に限らず、連続的で
も構わない。また、分子線でなく、単にガスとして真空
中に導入してもよい。このようなエッチャントガス雰囲
気下で、ＧaＡs表面に波長２４８nｍのエキシマレーザ
光１０８（繰り返し周波数：１０Ｈz、強度：２０ｍＪ
／cｍ²）を石英窓１０９を通して照射する。Ｃl₂１１１
の分圧を４.０×１０~³Ｐa、Ｏ₂１１２の分圧を３.３×
１０~⁵Ｐaとした場合、１時間あたり０.５μｍエッチン
グされた。四重極質量分析計１１０を用いてエッチング
時の反応生成物を調べたところ、Ａsの塩化物（ＡsＣl₂
+など）が検出された。すなわち、エッチング反応が進
行していることが生成物の点からも確認された。次に、
試料１０１をＡlＧaＡsに入れ替え、同様な条件で光励
起エッチングをした。ただし、ＡlＧaＡsの混晶比はＡl
が０.３に対しＧaが０.７とした。この時、１時間あた
り０.０５μｍエッチングされた。生成する酸化物の量
は四重極質量分析計１１０の測定感度以下であった。以
上の結果から、ＧaＡs／ＡlＧaＡsのエッチング選択比
として１０を得ることができた。

【００２３】本発明のエッチング方法における損傷の程
度を評価するため、ＧaＡs基板上に成長したＡlＧaＡs
／ＩnＧaＡs界面に誘起される二次元電子ガスのキャリ
ア濃度と移動度をファンデルパウ（van der Ｐauw）素
子を用いて評価した。ただし、二次元電子ガスの表面か
らの深さは３２nｍとした。図２は、横軸にレーザ光照
射時間、縦軸にエッチャントガスを導入せずに光のみを
表面に照射した時のシートキャリア濃度と移動度とをプ
ロットしたものである。キャリア濃度、移動度ともに低
下は見られず、損傷の無いことが確認された。エッチャ
ントガスを導入した時にも同様の結果が得られた。

【００２４】光源はレーザに限らず、シンクロトロン放
射、またはチョッパー付きのランプなどの連続光源でも
よい。

【００２５】以上の実施例では試料の昇温は行わなかっ
たが、試料を加熱してもよい。この場合、蒸気圧の低い
反応生成物が表面に残存するのを防ぐことができ、より
平坦性の高いエッチング表面が得られる。また、反対に
試料は冷却してもよい。この場合、エッチャントガスの
吸着が効率よく進み、エッチングの効率がよくなる。

【００２６】（実施例２）本発明に係るエッチング方法
の第二の実施例として、二次元電子ガスをチャネルに用
いる化合物半導体電界効果型トランジスタ、所謂ＨＥ
ＭＴ（high electron mobility transistor）の製造方
法を図３（ａ)，（ｂ)、および図４（ａ)，（ｂ）によ
り説明する。

【００２７】まず、半絶縁性ＧaＡs基板３０１上に分子
線エピタキシ法によりアンドープＧaＡs層３０２、アン
ドープＩnＧaＡs層３０３、アンドープＡlＧaＡs層３０
４、ｎ型ＡlＧaＡs層３０５、アンドープＡlＧaＡs層３
０６、ｎ+型ＧaＡs層３０７を順次成長させる。アンド
ープＩnＧaＡs層３０３はチャネル層であり、ＩnＡs混
晶比は０.２５、厚さは８nｍとした。また、アンドープ
ＡlＧaＡs層３０４、ｎ型ＡlＧaＡs層３０５、アンドー
プＡlＧaＡs層３０６の厚さの合計は３０nｍとした。こ
の値は完成したトランジスタのゲート電極からチャネル
までの深さに相当する。つぎに、ゲート電極部分に開口
パターンを有するＳiＯ₂膜３０８を表面に形成する（図
３（ａ））。該ＳiＯ₂膜のパターン形成には、通常のリ
ソグラフィ法およびプラズマドライエッチング法を用
い、まず開口を形成した後、再度全面にＳiＯ₂膜を堆積
しドライエッチングを施し、初めに形成した開口部に側
壁を設け、寸法の小さい開口パターンを得る。次いで、
ＳiＯ₂膜３０８をマスクにしてｎ+ＧaＡs層３０７を除
去する工程を、本発明により行う。ただし、Ｃl₂の分圧
を４.０×１０~³Ｐa、Ｏ₂の分圧を３.３×１０~⁵Ｐaと
した。また、レーザ強度は２０ｍＪ／cｍ²とした。光励
起によるエッチングは、アンドープＡlＧaＡs層３０６
で停止する。なお、エッチングが該アンドープＡlＧaＡ
s層３０６に到達した後もしばらくエッチングを続け、
ｎ+ＧaＡs層３０７を横方向にエッチングさせる（図３
（ｂ））。これは、後に形成するゲート電極との接触を
避けるためである。次いで、指向性蒸着法でゲート金属
膜を蒸着し、余分のゲート金属膜をリソグラフィ法を用
いて除去し、ゲート電極３０９を形成する（図４
（ａ））。ゲート長が０.２μｍとなるようにＳiＯ₂膜
３０８の開口長さ、ゲート金属蒸着の際の指向性等を調
節した。最後にソース、ドレイン電極の領域のＳiＯ₂膜
３０８を除去して開口を形成し、ＡuＧeからなる金属膜
を該開口に形成し、４００℃程度に加熱して該金属膜を
下のｎ+ＧaＡs層３０７と合金化させてソース電極３１
０およびドレイン電極３１１を形成することにより、ト
ランジスタを完成させた（図４（ｂ））。

【００２８】以上の工程のうち、ｎ+ＧaＡs層３０７を
除去する工程を選択性を持たない光励起エッチングで行
った場合、ｎ+ＧaＡs層３０７とアンドープＡlＧaＡs層
３０６の界面で正確にエッチングを終了させることは困
難である。このため、ゲート電極からチャネルまでの深
さがばらついてしまい、トランジスタのしきい値電圧が
ばらつく問題が生じる。しかし、本実施例によれば、ｎ
+ＧaＡs層３０７のみ選択的にエッチングすることがで
き、アンドープＡlＧaＡs層３０６との界面で正確にエ
ッチングを停止させることができるので、ゲート電極か
らチャネルまでの深さを精密に制御することができ、し
きい値ばらつきの少ないトランジスタを再現性よく製造
できる。しかも、前述のようにアンドープＡlＧaＡs層
３０６との界面で深さ方向のエッチングを停止させた
後、横方向のエッチングのみ進行させることができ、ゲ
ート電極とｎ+ＧaＡs層３０７との接触を容易に回避す
ることができる。また本エッチングを従来のプラズマド
ライエッチングで行った場合、表面にイオンの衝撃等に
よる損傷が入り欠陥準位が発生するため、チャネルの移
動度やキャリア濃度が低下してしまう。このため、トラ
ンジスタの相互コンダクタンスが低下する、しきい値電
圧がばらつく、等の問題があった。しかし、本実施例の
方法によれば、欠陥準位の発生がなくなり、特性の良好
なトランジスタが再現性よく得られる。本実施例のトラ
ンジスタの相互コンダクタンスは、３００ｍＳ／ｍｍで
あった。

【００２９】以上では本発明をＨＥＭＴの製造に応用し
た例を説明したが、ｎ型あるいはｐ型にドープされた半
導体層をチャネルに用いる電界効果型トランジスタに応
用した場合も、同様の効果が得られることは言うまでも
ない。

【００３０】また、本発明に係るエッチング方法を他の
電子素子、光素子および集積回路の製造に用いてもよ
く、所望の半導体層のみを高い選択比でエッチングする
ことができ、電子素子、光素子および集積回路を再現性
よく製造することができる。しかも、従来のプラズマエ
ッチングのような損傷の問題もなく、特にバイポーラト
ランジスタや発光素子で問題となるような少数キャリア
の寿命低下の問題もない。

【００３１】（実施例３）次に、本発明に係るエッチン
グ方法を化合物半導体バイポーラトランジスタの製造に
用いる場合の実施例を、図６，７により説明する。

【００３２】まず、半絶縁性ガリウムヒ素基板４００上
に分子線エピタキシ法により、ｎ型ＧaＡsからなるコレ
クタ層４０１、ｐ型ＧaＡsからなるベース層４０２、ｎ
型ＡlＧaＡsからなるエミッタ層４０３を順次成長させ
た後、エミッタ電極４０４を形成する（図６（ａ））。
ただし、ベース層４０２の厚さは３０nｍ、エミッタ層
４０３の厚さは１００nｍとした。次いで、該エミッタ
電極４０４をマスクにしてエミッタ層４０３をエッチン
グする（図６（ｂ））。このエッチングは、分圧４.０
×１０~³Ｐaの塩素ガス雰囲気でＫrＦレーザ光を照射し
て行う。ただし、基板温度は室温で、ＫrＦレーザ光の
パワーは３５ｍＪ／cｍ²、パルス幅は２０ｎsである。
次いで、エミッタ電極４０４とエミッタ層４０３の側面
に絶縁体からなる側壁４０５を形成した後、ベース電極
４０６を形成する（図７（ａ））。最後に、周辺のベー
ス層４０２を除去してコレクタ層４０１を露出させ、コ
レクタ電極４０７を形成することにより、バイポーラト
ランジスタが完成する（図７（ｂ））。

【００３３】以上の製造工程におけるエミッタ層４０３
のエッチングの際、深さを厳密に制御してベース層４０
２が露出した時点でエッチングを終了させる必要があ
る。これは、エミッタ層４０３が残ってしまった場合や
ベース層４０２が薄くなってしまった場合のいずれも、
ベース電極４０６の接触抵抗が大きくなってしまうため
である。このためにはエミッタ層４０３であるＡlＧaＡ
sをベース層４０２であるＧaＡsに対し選択的にエッチ
ングするエッチング法が望まれる。しかし、従来のドラ
イエッチング法では、このような選択エッチングを行う
方法は知られていなかった。一方、本発明者等は、塩素
等のハロゲンガス雰囲気でパルスレーザ光を照射した場
合、ＡlＧaＡsのようなＡlを含む化合物半導体はＧaＡs
のようなＡlを含まない化合物半導体に比べエッチング
されやすく、３５ｍＪ／cｍ²と比較的高いパワーでは、
Ａlを含む化合物半導体の選択的エッチングが可能であ
ることを見いだした。これはハロゲン原子がアルミニウ
ムと化学結合を作り易く、またパルスレーザ光照射の際
に下地との結合が切れて脱離しやすいためである。本実
施例に従えば、エミッタ層４０３であるＡlＧaＡs層の
みを除去し、ベース層４０２であるＧaＡs層が露出した
時にエッチングを停止させることができ、不要部分のエ
ミッタ層４０３のみ選択的に除去することができる。し
かも、下地のベース層に与えるダメージも小さいので、
欠陥準位を介してキャリアが再結合して電流増幅率が低
下するという問題は生じない。また、接触抵抗の小さい
ベース電極４０６を歩留り良く形成することができる。
本実施例では、塩素のみでエッチングしたが、フッ素を
混ぜてもよい。

【００３４】本実施例ではＡlＧaＡsとＧaＡsからなる
バイポーラトランジスタの場合について説明したが、Ｉ
nＰ，ＩnＧaＡs，ＩnＡlＡs，ＩnＧaＡsＰ等、他の化合
物半導体を用いた場合についても同様の結果が得られ
る。

【００３５】（実施例４）次に、本発明に係るエッチン
グ方法を、化合物半導体バイポーラトランジスタの製造
に用いる他の実施例について、図８，９を用いて説明す
る。

【００３６】まず、半絶縁性ＧaＡs基板４００上に分子
線エピタキシ法により、ｎ型ＧaＡsからなるコレクタ層
４０１，ｐ型ＧaＡsからなるベース層４０２、ｎ型Ａl
ＧaＡsからなるエミッタ層４０３を順次成長させた後、
エミッタ電極４０４を形成する（図８（ａ））。ただし
ベース層４０２の厚さは３０nｍ、エミッタ層４０３の
厚さは１００nｍとした。ここまでの工程は、実施例３
と同じである。次いで、該エミッタ電極４０４をマスク
にして、エミッタ層４０３をエッチングする（図８
（ｂ））。ただし、エミッタ層４０３は２０ｎｍ程度残
してエッチングを停止させる。以下、本エッチング工程
を第一のエッチング工程と呼ぶ。次いで、エミッタ電極
４０４とエミッタ層４０３の側面に絶縁体からなる側壁
４０５を形成した後、エミッタ電極４０４と側壁４０５
をマスクにして、第一のエッチング工程で残したベース
電極作成部分のエミッタ層４０３を除去する。以下、本
エッチング工程を第二のエッチング工程と呼ぶ。エミッ
タ層４０３をエッチングする第一のエッチング工程と第
二のエッチング工程とは、いずれも分圧４.０×１０~³
Ｐaの塩素ガス雰囲気でＫrＦレーザ光を照射して行う。
基板温度は室温で、ＫrＦレーザ光のパワーは３５ｍＪ
／cｍ²、パルス幅は２０ｎsである。次いで、側壁の側
方部にベース層４０２に接触させてベース電極４０６を
形成する（図９（ａ））。最後に、周辺のベース層４０
２を除去してコレクタ層４０１を露出させ、コレクタ電
極４０７を形成すると、バイポーラトランジスタが完成
する（図９（ｂ））。

【００３７】本実施例では実施例３と異なりエミッタ層
４０３の側部に一部エミッタ層を残した。これはエミッ
タ層４０３からベース層４０２に拡散したキャリアが表
面に到達して表面の欠陥準位で消失するのを防ぐためで
ある。エミッタ層４０３はベース層４０２よりバンドギ
ャップが大きいので、キャリアに対し障壁となるので、
キャリアが表面に到達するのを防ぐことができる。

【００３８】本実施例でエミッタ層４０３をエッチング
する二つの工程のうち、第一のエッチング工程では、残
すエミッタ層４０３の厚さを選択エッチングを用いずに
制御する必要がある。本発明によるエッチング法では、
選択エッチングを用いない場合においてもエッチング量
の面内、試料間のばらつきが小さいので、本エッチング
工程も歩留りよくおこなうことができる。第二のエッチ
ング工程では、残したエミッタ層４０３のみを選択的に
除去し、ベース層４０２が露出した時点で自動的にエッ
チングを停止させることができるので、接触抵抗の小さ
いベース電極４０６を再現性よく作成することができ
る。また、下地へのダメージも小さいので、欠陥準位を
介してキャリアが再結合して電流増幅率が低下するとい
う問題も生じない。本実施例では、塩素のみでエッチン
グしたが、フッ素を混ぜてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るエッ
チング方法および半導体装置の製造方法において、複数
のガスを混合したエッチャントガスを用いたり、試料表
面を照射するパルス光の強度を調節したりすることによ
り、組成の異なる半導体間を大きな選択比でエッチング
することができ、かつ、低損傷で異方性の高いエッチン
グを行うことができるので、高速化合物半導体デバイス
の製造において、素子機能の向上と歩留りの向上を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ光励起選択エッチング方法
を実施する装置の概略図である。

【図２】光照射により誘起される二次元電子ガスのシー
トキャリア濃度と移動度の光照射時間依存性を示す図で
ある。

【図３】本発明に係るエッチング法を用いた化合物半導
体電界効果型トランジスタの製造工程を示す断面図であ
る。

【図４】図３に同じ。

【図５】反応性イオンエッチング（ａ）と光励起エッチ
ング（ｂ）とにおけるエッチング反応機構の違いを示す
図である。

【図６】本発明に係るエッチング法を用いた化合物半導
体バイポーラトランジスタの製造工程を示す断面図であ
る。

【図７】図６に同じ。

【図８】本発明に係るエッチング法を用いた化合物半導
体バイポーラトランジスタの他の製造工程を示す断面図
である。

【図９】図８に同じ。

【符号の説明】

１０１…試料１０２…真空ポンプ１０３…真空槽１０４…マニピュレ
ータ１０５…分子線バルブ１０６…分子線バル
ブ１０７…エキシマレーザ１０８…レーザ光１０９…石英窓１１０…四重極質量
分析計１１１…塩素ガス１１２…酸素ガス３０１…半絶縁性ＧaＡs基板３０２…アンドープ
ＧaＡs層３０３…アンドープＩnＧaＡs層３０４…アンドープ
ＡlＧaＡs層３０５…ｎ型ＡlＧaＡs層３０６…アンドープ
ＡlＧaＡs層３０７…ｎ+型ＧaＡs層３０８…ＳiＯ₂膜３０９…ゲート電極３１０…ソース電極３１１…ドレイン電極４００…半絶縁性Ｇ
aＡs基板４０１…コレクタ層４０２…ベース層４０３…エミッタ層４０４…エミッタ電
極４０５…絶縁体側壁４０６…ベース電極４０７…コレクタ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 29/73 21/338 29/812 29/778 Ｈ０１Ｌ 29/72 9171−4Ｍ 29/80 Ｆ 9171−4ＭＨ (72)発明者 ▲高▼澤浩幸東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エッチャントガス雰囲気のもとで光を試料
表面に照射し、表面反応を誘起して組成の異なる半導体
をエッチングするエッチング方法において、複数のガス
を混合したエッチャントガスを用い、上記半導体を選択
的にエッチングすることを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】上記エッチャントガスの分圧の合計を１Ｐ
a以下とすることを特徴とする請求項１に記載のエッチ
ング方法。
【請求項３】上記エッチャントガスとして、少なくとも
１種類はハロゲンガス、あるいはハロゲン元素を含む化
合物ガスであることを特徴とする請求項１または２に記
載のエッチング方法。
【請求項４】上記エッチャントガスとして、フッ素と塩
素との混合ガスを用いることを特徴とする請求項３に記
載のエッチング方法。
【請求項５】上記エッチャントガスとして、酸素と塩素
との混合ガスを用いることを特徴とする請求項３に記載
のエッチング方法。
【請求項６】上記エッチングに用いる光が、パルス光で
あることを特徴とする請求項１から５までのいずれかの
項に記載のエッチング方法。
【請求項７】上記パルス光が、パルスレーザ光であるこ
とを特徴とする請求項６に記載のエッチング方法。
【請求項８】上記半導体はIII‐Ｖ族化合物半導体であ
ることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項９】上記化合物半導体がＡlＧaＡsであり、Ａl
とＡsとの混晶比が０から１であることを特徴とする請
求項８に記載のエッチング方法。
【請求項１０】Ａl含有量の異なる複数の化合物半導体
よりなる半導体試料に対して光照射により選択的にエッ
チングするエッチング方法において、エッチャントガス
としてフッ素と塩素の混合ガスを用い、かつ、照射光と
して、パワーが１ｍＪ／cｍ²から３０ｍＪ／cｍ²までの
間にあるパルス光を用いたことを特徴とするエッチング
方法。
【請求項１１】Ａl含有量の異なる複数の化合物半導体
よりなる半導体試料に対して光照射により選択的にエッ
チングするエッチング方法において、エッチャントガス
として酸素と塩素との混合ガスを用い、かつ、照射光と
して、パワーが１ｍＪ／cｍ²から３０ｍＪ／cｍ²までの
間にあるパルス光を用いたことを特徴とするエッチング
方法。
【請求項１２】エッチャントガス雰囲気のもとで光を試
料表面に照射し、表面反応を誘起して組成の異なる半導
体をエッチングするエッチング方法において、上記光の
強度を調節して、上記組成の異なる半導体のエッチング
速さの比を調節することを特徴とするエッチング方法。
【請求項１３】上記エッチャントガスの分圧の合計を１
Ｐa以下とすることを特徴とする請求項１２に記載のエ
ッチング方法。
【請求項１４】上記エッチャントガスとして、少なくと
も１種類はハロゲンガス、あるいはハロゲン元素を含む
化合物ガスであることを特徴とする請求項１２または１
３に記載のエッチング方法。
【請求項１５】上記エッチャントガスとして、フッ素と
塩素の混合ガスを用いることを特徴とする請求項１４に
記載のエッチング方法。
【請求項１６】上記エッチングに用いる光が、パルス光
であることを特徴とする請求項１２から１５までのいず
れかの項に記載のエッチング方法。
【請求項１７】上記パルス光が、パルスレーザ光である
ことを特徴とする請求項１６に記載のエッチング方法。
【請求項１８】上記半導体はIII‐Ｖ族化合物半導体で
あることを特徴とする請求項１２に記載のエッチング方
法。
【請求項１９】上記化合物半導体がＡlＧaＡsであり、
ＡlとＡsとの混晶比が０から１であることを特徴とする
請求項１８に記載のエッチング方法。
【請求項２０】Ａl含有量の異なる複数の化合物半導体
よりなる半導体試料を光照射により選択的にエッチング
するエッチング方法において、照射光として、パワーが
３０ｍＪ／cｍ²以上のパルス光を用いたことを特徴とす
るエッチング方法。
【請求項２１】化合物半導体電界効果型トランジスタの
ゲート電極下部の不要な半導体層を除去する工程におい
て、請求項１から請求項２０までのいずれかの項に記載
のエッチング方法を用いることを特徴とする半導体装置
の製造方法。
【請求項２２】化合物半導体ヘテロバイポーラトランジ
スタの不要なエミッタ層を除去する工程において、請求
項１から請求項２０までのいずれかの項に記載のエッチ
ング方法を用いることを特徴とする半導体装置の製造方
法。