JPH08162441A - ドライエッチング方法 - Google Patents

ドライエッチング方法

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JPH08162441A
JPH08162441A JP30251694A JP30251694A JPH08162441A JP H08162441 A JPH08162441 A JP H08162441A JP 30251694 A JP30251694 A JP 30251694A JP 30251694 A JP30251694 A JP 30251694A JP H08162441 A JPH08162441 A JP H08162441A
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etching
etching method
oxygen gas
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泰三 於久
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、エッチング加工面の粗さが小さ
く、かつ、ピットの発生を低減可能なドライエッチング
方法を提供することを目的とする。 【構成】 化合物半導体材料のドライエッチング方法に
おいて、該化合物半導体材料がGa系の窒化物からなる
薄膜であり、プラズマ励起するガスが少なくとも酸素ガ
スを含む塩素系ガスであり、かつ、該塩素系ガスがCl
2,SiCl4,BCl3のうち少なくとも1つの材料か
らなることを特徴とする。また、前記酸素ガスの流量
が、0.25〜0.45sccmであることを特徴とす
る。さらに、前記酸素ガスの流量が、0.5〜0.35
sccmであることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチング方法
に係る。より詳細には、プラズマ励起するガスとして、
少なくとも酸素ガスを含む塩素系ガスを用いる化合物半
導体材料のドライエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、化合物半導体材料のドライエッチ
ング方法としては、次の技術が知られている。 (1)ドライエッチング装置としては、平行平板型反応
性イオンエッチング(Reactive Ion Etching, RIE)
装置が多用される。RIEは、プラズマ中の中性活性種
の濃度が高いため反応性が高いという特長があり、異種
薄膜間のエッチング速度比の向上が課題である「電子素
子」に適している。 (2)ドライエッチングに用いるガスとしては、電気的
陰性度や電子親和力の高いハロゲンガスが主に用いられ
るが、なかでも「電子素子」に用いられるGaAs等に
対しては、塩素(Cl2)系が好ましい。また、エッチ
ング中の表面酸化によりGaAs等のエッチング速度が
低下する場合には、Cl2のほかにCCl4やBCl3
どの還元性ガスを添加して酸化物を分解するか、Arガ
スの混合により酸化物のスパッタを促進することで改善
される。
【0003】しかし、上記従来技術には、例えばGaの
窒化物からなる薄膜に適用した場合、次のような問題が
ある。 (1)の技術は、エッチング面の粗さを増大する。 (2)の技術は、結晶欠陥に起因する穴、すなわち
「ピット」が多発する。
【0004】図3(a)は、上記及びの状態を示す
模式的断面図である。例えば、エッチングされる試料3
01は、サファイア基板311とGaN膜312から構
成される。GaN膜312の表面上には、ラインパター
ンを有するマスク302が設けてある。図面上方からエ
ッチングすることにより、ラインパターンに対応した溝
が形成される。しかし、その凹部底面は、上述した粗さ
の大きな部分303とピット部分304からなる不安定
な形態をとる。このような形態の上に、さらに薄膜を積
層して設けた場合、薄膜内部に欠陥や亀裂などが生じや
すく、電気的にも光学的にも不具合となる。従って、化
合物半導体材料を用いて各種素子を作製する場合には、
図3(b)に示すようなエッチング面の平坦化技術の開
発が望まれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、エッチング
加工面の粗さが小さく、かつ、結晶欠陥に起因するピッ
トの発生を低減可能なドライエッチング方法を提供する
ことを目的とする。
【0006】
【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、化合物半導体材料のドライエッチング方法に
おいて、該化合物半導体材料がGa系の窒化物からなる
薄膜であり、プラズマ励起するガスが少なくとも酸素ガ
スを含む塩素系ガスであり、かつ、該塩素系ガスがCl
2,SiCl4,BCl3のうち少なくとも1つの材料か
らなることを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明では、プラズマ励起するガスを、少なく
とも酸素ガスを含む塩素系ガスとしたため、エッチング
加工面の粗さが小さくなる。また、該塩素系ガスを、C
2,SiCl4,BCl3のうち少なくとも1つの材料
としたことにより、表面酸化が起こりづらく、かつ炭素
などの不純物汚染を防止できる。その結果、エッチング
加工面の平坦性向上と、エッチング速度の低減回避とを
同時に実現できる。
【0008】また、前記酸素ガスの流量を、0.25〜
0.45sccmの範囲に限定した場合、ピットの発生
する数が1[個/μm2]以下であり、かつ、前記酸素
ガスを添加する前のエッチング速度より高速化できる。
特に、前記酸素ガスの流量を、0.5〜0.35scc
mとした場合、ピットの発生数が0であり、前記酸素ガ
スを添加する前のエッチング速度に比べて、50%以上
高いエッチング速度が得られるためより好ましい。
【0009】
【実施態様例】
(化合物半導体材料)化合物半導体材料としては、例え
ば、電子素子としてGaAs,AlGaAs系材料が、
光素子としてはInP系材料が挙げられる。Siのドラ
イエッチングは、集積回路の微細化、大口径ウエハに対
応する均一性・高選択比など、実用レベルでの高集積化
に開発の中心課題があるのに対して、化合物半導体のド
ライエッチングは、電気的能動層、光学的活性層に対す
る処理が中心である。従って、化合物半導体の開発課題
は、微細化以前の問題として平滑化、高清浄化、無損傷
化など、加工表面の高品質化にある。特に、最近は、エ
ッチング面の粗さ制御に加えて、結晶欠陥に起因する
穴、すなわち「ピット」を低減する技術の開発が望まれ
ている。
【0010】(ドライエッチング方法)ドライエッチン
グ方法としては、例えば、平行平板型反応性イオンエッ
チング(Reactive Ion Etching, RIE)、反応性イオ
ンビームエッチング(ReactiveIon Beam Etching, RI
BE)、イオンビームアシストエッチング(Ion Beam A
ssisted Etching, IBAE)などが挙げられる。RI
Eは、プラズマ中の中性活性種の濃度が高く、従って反
応性が高いという特長を有する。ゆえに、異種薄膜間の
エッチング速度比の向上が必要な電子素子、すなわちH
EMTなどのヘテロ薄膜に適する。RIBEは、イオン
の指向性が優れるため、垂直側壁をミラーファセットと
して利用することの多い光集積素子に適する。IBAE
は、Ar+イオンビーム照射とClガスのノズル照射を
併用し、試料表面にのみ高濃度のClガスを供給させる
ことで、高いエッチング速度と優れた垂直異方性が得ら
れるという特長を有する。
【0011】(Ga系の窒化物からなる薄膜)Ga系の
窒化物からなる薄膜としては、例えば、CVD(Chemic
al Vapor Deposition)法にて作製されたGaN、Ga
P(N)、GaAsP(N)などが挙げられる。特に、
発光ダイオード(Light Emitting Diode, LED)用途
では、発光中心波長が490nmと短波長であり、か
つ、効率の良い発光が期待できる直接遷移型の半導体材
料であるGaNが、最近特に注目されている。
【0012】(プラズマ励起するガス)プラズマ励起す
るガスとしては、Ga系の化合物半導体材料をドライエ
ッチングする場合、塩素(Cl2)系が好ましく、例え
ば、Cl2,SiCl4,BCl3,CCl4,CCl
3F,CCl22等が挙げられる。特に、C元素を含ま
ないCl2,SiCl4,BCl3は、エッチング加工面
への不純物汚染が少ないため好ましい。
【0013】(酸素ガスの流量)酸素ガスの流量として
は、例えば、0.25〜0.45sccmが挙げられ
る。この範囲では、単位面積(1μm2)当たりにおい
て、直径が100nm以上のピットが発生する数を1以
下とすることができ、かつ、酸素ガスを添加する前より
も高いエッチング速度がえられるので好ましい。また、
前記酸素ガスの流量を、0.5〜0.35sccmとし
た場合、ピットの発生数は0となり、かつ、エッチング
速度は、酸素ガスを添加する前のエッチング速度に比べ
て、50%以上高くできるためより望ましい。
【0014】
【実施例】以下本発明の一実施例を、図1及び図2を参
照して説明する。
【0015】(実施例1)図2に示すRIE法によるド
ライエッチング装置を用い、GaN膜に対してエッチン
グ処理を行った。以下では、その処理方法について説明
する。括弧付きの番号は、作業手順を示す。
【0016】(1)エッチングする試料201として
は、サファイア基板(直径=75mm、厚さ=0.3m
m)の表面上に、CVD法で作製されたGaN膜(膜厚
=3.0μm)が設けてあるものを用いた。 (2)上記試料201は、その表面にマスク202(ラ
インパターン:開口幅=50μm、開口間隔=10μ
m)が付けられ、反応容器203の中にあるステージ2
04の上に配置した。但し、反応容器203の材質はA
lであり、かつ、その内壁面には陽極酸化処理がしてあ
るものを用いた。また、Alで作製したステージ204
は、温度制御が可能であり、かつ、RF電源(図示せ
ず)に接続されている。
【0017】(3)反応容器203の中を、所定の圧力
(1×10-2Pa以下)まで真空ポンプ205にて減圧
した後、ステージ204を温度制御コントローラー(図
示せず)によって、基板温度を50℃に保持した。
【0018】(4)反応容器203の中へ、シャワー状
のガス供給口206から、プラズマ励起するガスを導入
した。次に、圧力コントローラー207を用いて、エッ
チング圧力(5Pa)に設定した。プラズマ励起するガ
スは(BCl3+O2)であり、BCl3=40sccm
(固定)、O2=0〜10sccm(可変)とした。
【0019】(5)RF電源からステージ204に印加
するパワーを180Wに固定し、適当なエッチング時間
処理することによって、GaN膜に深さ1μmの溝を作
製した。このエッチング試料の作製は、各酸素流量ごと
に行った。エッチング処理後、反応容器203の中を、
再度所定の圧力(1×10-2Pa以下)まで真空ポンプ
205にて減圧した。
【0020】(6)GaN膜に凹凸ラインパターンが設
けられた試料は、反応容器203から隣接した分析容器
208へ、基板搬送装置(図示せず)にて移動させた。
移動完了後、反応容器203と分析容器208の間にあ
るドアバルブ209は締められ、分析容器208を分離
した。
【0021】(7)分析容器208に設置された走査電
子顕微鏡(scanning electron microscope, SEM)2
10を用いて、上記凹凸ラインパターンの凹部底面に発
生するピットを観察した。
【0022】図1は、酸素ガスの流量と、ピット数およ
びエッチング速度との関係を示すグラフである。SEM
の観察条件は、二次電子像、倍率15,000、観察面
積18μm2であり、直径100nm以上のピットをカ
ウントした。
【0023】本例では、プラズマ励起するガスを、BC
3から(BCl3+O2)に代えることによって、ピッ
ト発生数を激減できることが分かった。また、酸素ガス
の流量が0.25〜0.45sccmの場合、ピット発
生数を1以下とすることができ、かつ、酸素ガスを添加
する前よりも高いエッチング速度がえられた。さらに、
酸素ガスの流量が0.5〜0.35sccmの場合、ピ
ットの発生数は0となり、かつ、エッチング速度は、酸
素ガスを添加する前のエッチング速度に比べて、50%
以上高くできることが確認された。
【0024】また、上述した結果(塩素系ガスをBCl
3とした場合の結果)は、塩素系ガスをCl2,SiCl
4,BCl3のうち少なくとも1つの材料からなるとした
場合においても、同様に確認された。
【0025】
【発明の効果】
(請求項1)以上説明したように、請求項1に係る発明
によれば、エッチング加工面の粗さが小さく、かつ、凹
凸ラインパターンの凹部底面に発生するピット数を減少
させることが可能なドライエッチング方法がえられる。
【0026】(請求項2)請求項2に係る発明によれ
ば、ピット発生数が1以下で、かつ、エッチング速度が
向上するドライエッチング方法がえられる。
【0027】(請求項3)請求項3に係る発明によれ
ば、ピット発生がなく、かつ、酸素ガスの無い場合より
50%以上高いエッチング速度が可能なドライエッチン
グ方法がえられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1に係る酸素ガスの流量とピット数およ
びエッチング速度との関係を示すグラフである。
【図2】実施例1に係るRIE法によるドライエッチン
グ装置の概念図である。
【図3】エッチング面の粗さとピットを示す模式的断面
図である。
【符号の説明】
201、301 試料、 202、302 マスク、 203 反応容器、 204 ステージ、 205 真空ポンプ、 206 ガス供給口、 207 圧力コントローラー、 208 分析容器、 209 ドアバルブ、 210 走査電子顕微鏡、 303 粗さの大きな部分、 304 ピット部分、 305 粗さの小さな部分、 311 サファイア基板、 312 GaN膜。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物半導体材料のドライエッチング方
    法において、該化合物半導体材料がGa系の窒化物から
    なる薄膜であり、プラズマ励起するガスが少なくとも酸
    素ガスを含む塩素系ガスであり、かつ、該塩素系ガスが
    Cl2,SiCl4,BCl3のうち少なくとも1つの材
    料からなることを特徴とするドライエッチング方法。
  2. 【請求項2】 前記酸素ガスの流量が、0.25〜0.
    45sccmであることを特徴とする請求項1に記載の
    ドライエッチング方法。
  3. 【請求項3】 前記酸素ガスの流量が、0.5〜0.3
    5sccmであることを特徴とする請求項1又は2に記
    載のドライエッチング方法。
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