JPH0821569B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
- Publication number
- JPH0821569B2 JPH0821569B2 JP4212289A JP4212289A JPH0821569B2 JP H0821569 B2 JPH0821569 B2 JP H0821569B2 JP 4212289 A JP4212289 A JP 4212289A JP 4212289 A JP4212289 A JP 4212289A JP H0821569 B2 JPH0821569 B2 JP H0821569B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- etching
- layer
- compound semiconductor
- gaas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は化合物半導体結晶の原子層単位でのドライエ
ッチング方法に関する。
ッチング方法に関する。
従来のドライエッチングは主として、反応性ガスの放
電プラズマによって生成されたイオンや、中性ラジカル
と、基板表面の、衝突・吸着・反応・脱離によって行わ
れていた。イオンは通常数10eVないし数100eVに加速さ
れて基板に突入するため、原子層単位で基板表面層部を
剥ぎ取るにはエネルギーが過剰である上、基板表面の欠
陥が無視できなかった。欠陥が極力抑制されたエッチン
グ方式としては、中性の反応性ガスに適当な波長の光
（電磁波）を照射し、生成された中性ラジカルと基板表
面との光化学反応を利用する光励起エッチングが知られ
ている。光励起エッチングは、過剰エネルギーによる基
板表面での欠陥が避けられ、されに製造プロセスの低温
化も実現できる。また、エッチング過程の精密制御の点
からも放電励起よりも優れている。
電プラズマによって生成されたイオンや、中性ラジカル
と、基板表面の、衝突・吸着・反応・脱離によって行わ
れていた。イオンは通常数10eVないし数100eVに加速さ
れて基板に突入するため、原子層単位で基板表面層部を
剥ぎ取るにはエネルギーが過剰である上、基板表面の欠
陥が無視できなかった。欠陥が極力抑制されたエッチン
グ方式としては、中性の反応性ガスに適当な波長の光
（電磁波）を照射し、生成された中性ラジカルと基板表
面との光化学反応を利用する光励起エッチングが知られ
ている。光励起エッチングは、過剰エネルギーによる基
板表面での欠陥が避けられ、されに製造プロセスの低温
化も実現できる。また、エッチング過程の精密制御の点
からも放電励起よりも優れている。
GaAsの光励起エッキングの例がガルウムアーセナイド
・アンド・リレイテドコンパウンド・インターナショナ
ル・フィジィクス・コンファレンス・シリーズ、ナンバ
ー60（Gallium Arsenide and Related Compounds,Int.P
hys.Conf.Ser.NO.60）に掲載のエス・ヨコヤマ，ティー
・イノウエ，ワイ・ヤマカゲ，アンド、エム・ヒロス
（S.Yokoyama,T.Yamakage,and M.Hirose）による論文
「レーザーインデュースド・フォトケミカル・エッチン
グ・オブ・ガリウムアーセナイド・アンド・イッツ・キ
ャラクタライゼーション・バイ・エックスレイ・フォト
エレクトロン・スペクトロスコピー・アンド・ルミネッ
センス」（Laser−InducedPhotochemical Etching of G
aAs and Its Charactization by X−Ray Photoelectron
Spectroscopyand Luminescence）に報告されている。
この例は、GaAs結晶をHCl（５％）とHe（95％）の混合
ガス中で波長193nmのArFエキシマレーザ光の照射により
エッチングする。混合ガス圧6.65×103Pa、基板温度20
℃の条件でGaAsの絶縁性基板に対して約200Å／分のエ
ッチング速度が得られている。反応の素過程としては、
HClがエキシマレーザー光の照射により解離してClラジ
カルが発生する。このClラジカルが、GaAsと反応し、 GaAs＋6HCl →GaCl3＋AsCl3＋3H2 の反応が進み、エッチングが進行する。
・アンド・リレイテドコンパウンド・インターナショナ
ル・フィジィクス・コンファレンス・シリーズ、ナンバ
ー60（Gallium Arsenide and Related Compounds,Int.P
hys.Conf.Ser.NO.60）に掲載のエス・ヨコヤマ，ティー
・イノウエ，ワイ・ヤマカゲ，アンド、エム・ヒロス
（S.Yokoyama,T.Yamakage,and M.Hirose）による論文
「レーザーインデュースド・フォトケミカル・エッチン
グ・オブ・ガリウムアーセナイド・アンド・イッツ・キ
ャラクタライゼーション・バイ・エックスレイ・フォト
エレクトロン・スペクトロスコピー・アンド・ルミネッ
センス」（Laser−InducedPhotochemical Etching of G
aAs and Its Charactization by X−Ray Photoelectron
Spectroscopyand Luminescence）に報告されている。
この例は、GaAs結晶をHCl（５％）とHe（95％）の混合
ガス中で波長193nmのArFエキシマレーザ光の照射により
エッチングする。混合ガス圧6.65×103Pa、基板温度20
℃の条件でGaAsの絶縁性基板に対して約200Å／分のエ
ッチング速度が得られている。反応の素過程としては、
HClがエキシマレーザー光の照射により解離してClラジ
カルが発生する。このClラジカルが、GaAsと反応し、 GaAs＋6HCl →GaCl3＋AsCl3＋3H2 の反応が進み、エッチングが進行する。
従来の光励起エッキングでは、化合物半導体の１つの
元素のエッチングを起こす条件と別の元素のエッチング
を起こす条件は同じである。すなわちエッチング過程に
反応選択性がない。このため、GaAsの場合でGa原子層を
１層はぎ取り、次にその下のAs原子層をはぎ取り、次々
と原子層単位でエッチングを行っていくことはできな
い。
元素のエッチングを起こす条件と別の元素のエッチング
を起こす条件は同じである。すなわちエッチング過程に
反応選択性がない。このため、GaAsの場合でGa原子層を
１層はぎ取り、次にその下のAs原子層をはぎ取り、次々
と原子層単位でエッチングを行っていくことはできな
い。
本発明はこのような従来の問題点を解決するためにな
されたもので、化学物半導体のエッチング過程に制御性
の高い反応選択性を与えて原子層単位でのエッチング技
術を提供すること目的とする。
されたもので、化学物半導体のエッチング過程に制御性
の高い反応選択性を与えて原子層単位でのエッチング技
術を提供すること目的とする。
本発明は、二元素から構成される化合物半導体を、そ
の化合物半導体と反応する反応性ガスに、該反応性ガス
と前記化合物半導体の構成元素とから成る反応生成物の
ガスを混合したエッチャントガス（混合ガス）中で前記
反応性ガスと反応させる第１の工程と、第１の工程を経
た化合物半導体の温度を、当該添加反応生成ガスに加え
られた分圧に等しい飽和蒸気圧を与える温度よりも高い
状態で前記化合物半導体表面上の第１の工程で生じた反
応生成物を脱離させる第２の工程とを交互にくり返すこ
とを特徴とする原子層単位でのエッチング方式である。
の化合物半導体と反応する反応性ガスに、該反応性ガス
と前記化合物半導体の構成元素とから成る反応生成物の
ガスを混合したエッチャントガス（混合ガス）中で前記
反応性ガスと反応させる第１の工程と、第１の工程を経
た化合物半導体の温度を、当該添加反応生成ガスに加え
られた分圧に等しい飽和蒸気圧を与える温度よりも高い
状態で前記化合物半導体表面上の第１の工程で生じた反
応生成物を脱離させる第２の工程とを交互にくり返すこ
とを特徴とする原子層単位でのエッチング方式である。
［作用］ 本発明では、反応性ガスと化合物半導体の構成元素と
が反応する第１の工程で、エッチャントガスとして、反
応性ガスに該反応性ガスと化学物半導体の構成元素とが
反応じた場合に生成される反応生成物と同じ組成のガス
を飽和蒸気圧量だけ混合したガスを用いる。このため、
化合物半導体表面ではエッチャントガスに含まれる反応
ガスと同種の反応生成物が表面から脱離せず、該反応生
成物が表面をおおった状態でエッチングが停止する。
が反応する第１の工程で、エッチャントガスとして、反
応性ガスに該反応性ガスと化学物半導体の構成元素とが
反応じた場合に生成される反応生成物と同じ組成のガス
を飽和蒸気圧量だけ混合したガスを用いる。このため、
化合物半導体表面ではエッチャントガスに含まれる反応
ガスと同種の反応生成物が表面から脱離せず、該反応生
成物が表面をおおった状態でエッチングが停止する。
次に第２の工程で化合物半導体の温度を十分高い温度
とすることにより第１の工程で形成された化合物半導体
表面上の反応生成物が脱離する。この第１の工程と第２
の工程を１サイクルとして化合物半導体の原子層または
分子層が１層だけエッチングされる。
とすることにより第１の工程で形成された化合物半導体
表面上の反応生成物が脱離する。この第１の工程と第２
の工程を１サイクルとして化合物半導体の原子層または
分子層が１層だけエッチングされる。
従って基板温度の切り変えをくり返すことにより原子
層単位でのエッチングが可能となる。
層単位でのエッチングが可能となる。
以下、本発明の一実施例について図面を参照して詳細
に説明する。
に説明する。
第１図は反発明の一実施例を示した加工装置の断面図
であり、GaAsの分子層単位のエッチングを示す。GaAsと
Cl2ガスとの反応生成物GaCl3とAsCl3である。したがっ
て低温側のエッチングチャンバー12および高温側のチャ
ンバー13内に導入するエッチャントガスは、Cl2ガス16
に加えGaCl3ガス17をGaAs基板温度に対する飽和蒸気圧
分だけ混合する。基板温度25℃ではCl2ガス16とGaCl3ガ
ス17の全圧を1Torr、GaCl3ガス17の分圧を１×10-1Torr
に設定する。第２図にGaCl3とAsCl3の平衡蒸気圧を示
す。蒸気の設定は、第２図の◎印で示したガス圧（1Tor
r）となり基板温度25℃でエッチャントガス圧はAsCl3の
蒸気圧より低くGaCl3蒸気圧より高い。
であり、GaAsの分子層単位のエッチングを示す。GaAsと
Cl2ガスとの反応生成物GaCl3とAsCl3である。したがっ
て低温側のエッチングチャンバー12および高温側のチャ
ンバー13内に導入するエッチャントガスは、Cl2ガス16
に加えGaCl3ガス17をGaAs基板温度に対する飽和蒸気圧
分だけ混合する。基板温度25℃ではCl2ガス16とGaCl3ガ
ス17の全圧を1Torr、GaCl3ガス17の分圧を１×10-1Torr
に設定する。第２図にGaCl3とAsCl3の平衡蒸気圧を示
す。蒸気の設定は、第２図の◎印で示したガス圧（1Tor
r）となり基板温度25℃でエッチャントガス圧はAsCl3の
蒸気圧より低くGaCl3蒸気圧より高い。
またGaAs基板11をエッチングチャンバー12内の上記エ
ッチャントガス中で波長308nmのXeClエキシマレーザー
光15を照射することにより、Cl2ガス16とGaAsのGaまた
はAsが反応しGaCl3、AsCl3が生成される。このAsCl3の
平衡蒸気圧は25℃で10Torrと、エッチャントガス圧1Tor
rより高いため、AsCl3はGaAs基板表面より脱離する。し
かしGaCl3の平衡蒸気圧は25℃で１×10-1Torrと低く、
しかもエッチャントガスにはGaCl3ガスが飽和蒸気圧分
の１×10-1Torrだけ含まれているため、基板表面に残留
する。従って、As層はAsCl319の形で除去され、Ga層はC
l2ガスと反応しGaCl318の形で表面に残留しエッチング
が停止する。
ッチャントガス中で波長308nmのXeClエキシマレーザー
光15を照射することにより、Cl2ガス16とGaAsのGaまた
はAsが反応しGaCl3、AsCl3が生成される。このAsCl3の
平衡蒸気圧は25℃で10Torrと、エッチャントガス圧1Tor
rより高いため、AsCl3はGaAs基板表面より脱離する。し
かしGaCl3の平衡蒸気圧は25℃で１×10-1Torrと低く、
しかもエッチャントガスにはGaCl3ガスが飽和蒸気圧分
の１×10-1Torrだけ含まれているため、基板表面に残留
する。従って、As層はAsCl319の形で除去され、Ga層はC
l2ガスと反応しGaCl318の形で表面に残留しエッチング
が停止する。
次にGaCl3が表面に残留しているGaAs基板を、温度が1
00℃以上の高温側のチャンバー13に移すと、GaCl318は
沸騰し蒸発する。このようにGaCl3がGaAs基板表面から
脱離すれば全面に次のAs層が現われることになり、単分
子層エッチングの一サイクルが終わる。次のAs層のエッ
チングは、GaAs基板11を再びエッチングチャンバー12に
もどして前述のプロセスを繰り返す。上記のエッチング
プロセスを逐次繰り返すことにより、チャンバー13では
常にAs層でエッチングを停止することができ、また１サ
イクルでAs層とGa層の２層を除去できるのでエッチング
層厚もエッチングのサイクル数で制御できる。GaAsの
（100）面の１サイクル当りのエッチング速度は2.83Å/
1サイクルであり、この値は分子層１層分に相当し、分
子層レベルのエッチングが実現されている。
00℃以上の高温側のチャンバー13に移すと、GaCl318は
沸騰し蒸発する。このようにGaCl3がGaAs基板表面から
脱離すれば全面に次のAs層が現われることになり、単分
子層エッチングの一サイクルが終わる。次のAs層のエッ
チングは、GaAs基板11を再びエッチングチャンバー12に
もどして前述のプロセスを繰り返す。上記のエッチング
プロセスを逐次繰り返すことにより、チャンバー13では
常にAs層でエッチングを停止することができ、また１サ
イクルでAs層とGa層の２層を除去できるのでエッチング
層厚もエッチングのサイクル数で制御できる。GaAsの
（100）面の１サイクル当りのエッチング速度は2.83Å/
1サイクルであり、この値は分子層１層分に相当し、分
子層レベルのエッチングが実現されている。
本実施例では、１サイクルでAs層とGa層の２層をエッ
チングする場合を示したが、以下に示すように１サイク
ルでGa層とAs層を１層ずつエッチングすることも可能で
ある。第１にCl2ガスにAsCl3飽和蒸気圧量だけ混合した
エッチャントガスを用いてGaAsの光励起エッチングを行
い、AsCl3を生成しGaAs表面に残留させる。次にGaAs基
板を高温側チャンバーに移してAsCl3だけを脱離させてA
s層１層だけの原子層エッチングが実現できる。第２にG
a層が表面に露出したGaAsを低温側チャンバー12に移し
て前記の実施例と同じようにたCl2ガスにGaCl3ガスを飽
和蒸気圧だけ混合したエッチャントガスを用いて光励起
エッチングを行い、GaCl3を生成しGaAs表面に残留させ
る。次にGaAs基板を高温側チャンバーに移してGaCl3だ
けを脱離させてGa層１層だけの原子層エッチングが実現
できる。上記の工程をくり返すことにより１サイクルで
Ga層またはAs層を１層だけエッチングする原子層エッチ
ング可能である。
チングする場合を示したが、以下に示すように１サイク
ルでGa層とAs層を１層ずつエッチングすることも可能で
ある。第１にCl2ガスにAsCl3飽和蒸気圧量だけ混合した
エッチャントガスを用いてGaAsの光励起エッチングを行
い、AsCl3を生成しGaAs表面に残留させる。次にGaAs基
板を高温側チャンバーに移してAsCl3だけを脱離させてA
s層１層だけの原子層エッチングが実現できる。第２にG
a層が表面に露出したGaAsを低温側チャンバー12に移し
て前記の実施例と同じようにたCl2ガスにGaCl3ガスを飽
和蒸気圧だけ混合したエッチャントガスを用いて光励起
エッチングを行い、GaCl3を生成しGaAs表面に残留させ
る。次にGaAs基板を高温側チャンバーに移してGaCl3だ
けを脱離させてGa層１層だけの原子層エッチングが実現
できる。上記の工程をくり返すことにより１サイクルで
Ga層またはAs層を１層だけエッチングする原子層エッチ
ング可能である。
また本実施例では、化合物半導体としてGaAsの場合を
示したが、InP等の他の二元素で構成される化合物半導
体にも本発明は適用できる。
示したが、InP等の他の二元素で構成される化合物半導
体にも本発明は適用できる。
尚、実施例では基板表面に残留した反応生成物を取り
除くのに温度の異なるチャンバーに基板を移したが、他
の方法、例えば、効率は悪くなるが、１つのチャンバー
内に基板を留め、ガスの供給を止めると共に基板温度変
化させる方法等によってもよい。
除くのに温度の異なるチャンバーに基板を移したが、他
の方法、例えば、効率は悪くなるが、１つのチャンバー
内に基板を留め、ガスの供給を止めると共に基板温度変
化させる方法等によってもよい。
以上説明したように、本発明の原子層エッチングによ
れば、化合物半導体のドライエッチングにおいて平衡蒸
気圧温度の違いにより反応生成物が蒸発するか残留する
かを制御することができ、１種類の元素をエッチングす
る反応と別の種類の元素をエッチングする反応に明確な
反応選択性を与えることができる。
れば、化合物半導体のドライエッチングにおいて平衡蒸
気圧温度の違いにより反応生成物が蒸発するか残留する
かを制御することができ、１種類の元素をエッチングす
る反応と別の種類の元素をエッチングする反応に明確な
反応選択性を与えることができる。
上記の理由により、半導体結晶の原子層単位でのエッ
チングが可能となり、基板の移動やガスの切り替えの１
サイクルで原子層が１層または２層だけ除去される。従
ってサイクル数のみでエッチング量を決定することがで
き、精密なエッチング量の制御が可能となる。
チングが可能となり、基板の移動やガスの切り替えの１
サイクルで原子層が１層または２層だけ除去される。従
ってサイクル数のみでエッチング量を決定することがで
き、精密なエッチング量の制御が可能となる。
第１図は本発明の一実施例を示した加工装置の断面図、
第２図はGaCl3とAsCl3の平衡蒸気圧を示す図である。 11……GaAa基板、12……高温側エッチングチャンバー、
13……低温側チャンバー、16……Cl2ガス、17……GaCl3
ガス、18……残留GaCl3、19……AsCl3。
第２図はGaCl3とAsCl3の平衡蒸気圧を示す図である。 11……GaAa基板、12……高温側エッチングチャンバー、
13……低温側チャンバー、16……Cl2ガス、17……GaCl3
ガス、18……残留GaCl3、19……AsCl3。
Claims (1)
- 【請求項１】二元素から構成される化合物半導体を、当
該化合物半導体と反応する反応性ガスに、該反応性ガス
と前記化合物半導体の構成元素から成る反応生物のガス
を添加した混合ガス雰囲気中で、前記添加ガスの飽和蒸
気圧を与える温度よりも低温側で、前記混合ガスと反応
させる第１の工程と、前記混合ガス中の前記反応性ガス
を遮断して第１の工程を経た前記半導体の温度を、前記
飽和蒸気圧温度よりも高くして前記半導体表面上の第１
の工程で生じた反応生成物を脱離させる第２の工程とを
交互に繰り返すことを特徴とするドライエッチング方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4212289A JPH0821569B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4212289A JPH0821569B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02220436A JPH02220436A (ja) | 1990-09-03 |
| JPH0821569B2 true JPH0821569B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=12627145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4212289A Expired - Lifetime JPH0821569B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821569B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05343374A (ja) * | 1992-06-05 | 1993-12-24 | Hitachi Ltd | 化合物半導体の加工方法及び加工装置 |
| JP3148004B2 (ja) * | 1992-07-06 | 2001-03-19 | 株式会社東芝 | 光ｃｖｄ装置及びこれを用いた半導体装置の製造方法 |
| US5407531A (en) * | 1994-02-15 | 1995-04-18 | At&T Corp. | Method of fabricating a compound semiconductor device |
-
1989
- 1989-02-21 JP JP4212289A patent/JPH0821569B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02220436A (ja) | 1990-09-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0009558B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Modifizierung einer Oberfläche mittels Plasma | |
| US4668337A (en) | Dry-etching method and apparatus therefor | |
| DE69121047T2 (de) | Ätzverfahren für Materialien aus Oxid | |
| US4643799A (en) | Method of dry etching | |
| JPS631097B2 (ja) | ||
| JPH0622212B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| US5108543A (en) | Method of surface treatment | |
| US5017511A (en) | Method for dry etching vias in integrated circuit layers | |
| US5139606A (en) | Laser bilayer etching of GaAs surfaces | |
| JPH0821569B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| JP2782757B2 (ja) | エッチング方法 | |
| Li et al. | Efficient dry etching of Si with vacuum ultraviolet light and XeF2 in a buffer gas | |
| JP3184988B2 (ja) | 結晶面異方性ドライエッチング方法 | |
| JPH04137532A (ja) | 表面処理方法及びその装置 | |
| US5194119A (en) | Method of anisotropic dry etching of thin film semiconductors | |
| US5133830A (en) | Method of pretreatment and anisotropic dry etching of thin film semiconductors | |
| JP2518360B2 (ja) | ▲ｉｉｉ▼−ｖ族化合物半導体のデジタルエツチング方法 | |
| US5236537A (en) | Plasma etching apparatus | |
| JPH02272728A (ja) | ドライエッチング方法 | |
| JP2770578B2 (ja) | 光ｃｖｄ方法 | |
| JP2522050B2 (ja) | 原子層ドライエッチング方法 | |
| JPH01289121A (ja) | ３‐５族化合物半導体のデジタルエッチング方法 | |
| Fleddermann | Plasma etching of PLZT: Review and future prospects | |
| JP3009072B2 (ja) | 半導体表面エッチング法 | |
| JPH02272730A (ja) | ドライエッチング方法 |