JPH08293489A - 窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチング方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチング方法Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒化ガリウム系化合物半導体のエッチングに
おいて、平坦性に優れたエッチング面、及び垂直性、平
坦性に優れたエッチング端面を得ることのできるドライ
エッチング方法を提供する。 【構成】 窒化ガリウム系化合物半導体のＲＩＥ法によ
るエッチングにおいて、エッチングガスとしてＣｌ2と
ＳｉＣｌ4の混合ガス、またはＣｌ2とＳｉＣｌ4とＮ2の
混合ガスを用いる。
おいて、平坦性に優れたエッチング面、及び垂直性、平
坦性に優れたエッチング端面を得ることのできるドライ
エッチング方法を提供する。 【構成】 窒化ガリウム系化合物半導体のＲＩＥ法によ
るエッチングにおいて、エッチングガスとしてＣｌ2と
ＳｉＣｌ4の混合ガス、またはＣｌ2とＳｉＣｌ4とＮ2の
混合ガスを用いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化ガリウム系化合物
半導体（ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）、Ｉｎ1-yＧａy
Ｎ（０≦ｙ≦１）半導体）のドライエッチング方法に関
する。
半導体（ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）、Ｉｎ1-yＧａy
Ｎ（０≦ｙ≦１）半導体）のドライエッチング方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系化合物半導体（ＡｌxＧ
ａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）、Ｉｎ1-yＧａｙＮ（０≦ｙ≦
１）半導体）は、青色発光素子用材料として注目されて
いる材料であるが、これを用いて発光素子及び半導体素
子を形成するためには、結晶成長技術及び素子化技術の
確立が必要である。中でも素子化技術の１つであるメサ
構造等の加工技術、特にエッチング技術の確立は不可欠
となっている。
ａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）、Ｉｎ1-yＧａｙＮ（０≦ｙ≦
１）半導体）は、青色発光素子用材料として注目されて
いる材料であるが、これを用いて発光素子及び半導体素
子を形成するためには、結晶成長技術及び素子化技術の
確立が必要である。中でも素子化技術の１つであるメサ
構造等の加工技術、特にエッチング技術の確立は不可欠
となっている。
【０００３】ところが、窒化ガリウム系化合物半導体は
化学的に非常に安定な物質であり、常温付近では、他の
ＩＩＩ−Ｖ族化合物で通常エッチングに使用されている
エッチング液、例えば塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ2Ｓ
Ｏ4）、硝酸（ＨＮＯ3）、フッ酸（ＨＦ）及びこれらの
混合液ではエッチングできない。
化学的に非常に安定な物質であり、常温付近では、他の
ＩＩＩ−Ｖ族化合物で通常エッチングに使用されている
エッチング液、例えば塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ2Ｓ
Ｏ4）、硝酸（ＨＮＯ3）、フッ酸（ＨＦ）及びこれらの
混合液ではエッチングできない。
【０００４】窒化ガリウム系化合物半導体のウェットエ
ッチングとしてこれまで報告されている例としては、苛
性ソーダ、苛性カリ等を８００℃以上に加熱した溶液を
用いる方法、リン酸と硫酸の混合液を２００℃程度に加
熱したエッチング液を使用する方法等の研究室程度の報
告が数件あるが、いずれも高温の腐食性物質を用いるた
め安全性及びエッチング速度等の制御性に問題があり、
工業的に安定に使用できる技術にはなっていない。
ッチングとしてこれまで報告されている例としては、苛
性ソーダ、苛性カリ等を８００℃以上に加熱した溶液を
用いる方法、リン酸と硫酸の混合液を２００℃程度に加
熱したエッチング液を使用する方法等の研究室程度の報
告が数件あるが、いずれも高温の腐食性物質を用いるた
め安全性及びエッチング速度等の制御性に問題があり、
工業的に安定に使用できる技術にはなっていない。
【０００５】一方、窒化ガリウム系化合物半導体のドラ
イエッチングについてもあまり報告はなく、他の半導体
等で用いられているエッチングガス種を用いての報告が
数件あるにすぎず、未だ確立した技術であるとはいえな
い。窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチング方
法としては、以下の方法が報告されている。
イエッチングについてもあまり報告はなく、他の半導体
等で用いられているエッチングガス種を用いての報告が
数件あるにすぎず、未だ確立した技術であるとはいえな
い。窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチング方
法としては、以下の方法が報告されている。
【０００６】リアクティブイオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）法において、エッチングガスとして２フッ化２塩化
炭素（ＣＣｌ2Ｆ2）、四塩化炭素（ＣＣｌ4）、４フッ
化炭素（ＣＣｌ4）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）、３塩
化ボロン（ＢＣｌ3）、ＳｉＣｌ4とアルゴン（Ａｒ）ま
たは４フッ化ケイ素との混合ガスを用いる方法。
Ｅ）法において、エッチングガスとして２フッ化２塩化
炭素（ＣＣｌ2Ｆ2）、四塩化炭素（ＣＣｌ4）、４フッ
化炭素（ＣＣｌ4）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）、３塩
化ボロン（ＢＣｌ3）、ＳｉＣｌ4とアルゴン（Ａｒ）ま
たは４フッ化ケイ素との混合ガスを用いる方法。
【０００７】Gas bias electron cyclotron resonanc
e plasma etching法において、エッチングガスとして塩
素（Ｃｌ2）と水素（Ｈ2）またはメタン（ＣＨ4）とＨ2
及びＡｒの混合ガスを用いる方法。
e plasma etching法において、エッチングガスとして塩
素（Ｃｌ2）と水素（Ｈ2）またはメタン（ＣＨ4）とＨ2
及びＡｒの混合ガスを用いる方法。
【０００８】Reactive fast atom beam etching法に
おいて、エッチングガスとしてＣｌ2ガスを用いる方
法。
おいて、エッチングガスとしてＣｌ2ガスを用いる方
法。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】窒化ガリウム系化合物
半導体は非常に安定な物質であるため、これまで他の半
導体等で用いられていた上記の装置及びエッチングガス
を用いても実用的なエッチングレート及びエッチングさ
れた表面の平坦性、エッチング端面の平坦性及び垂直性
を十分に得ることができない。具体的には、上述の方法
・エッチングガスを窒化ガリウム系化合物半導体に用い
た場合、エッチングレートは大きくても毎分８００Åし
か得ることができないが、実用的なエッチングレートし
ては毎分１５００Å以上が要求される。また、結晶構造
がウルツ鉱型（zincblende）の窒化ガリウム系化合物半
導体を用いた場合にはエッチング面の凹凸が大きくな
り、時には残渣に起因すると考えられる針状物が表面に
存在してしまう。したがって、エッチングによりレーザ
ダイオード（ＬＤ）の共振器用ミラーを作製しようとし
てもエッチング端面の平坦性がよくないためエッチング
ミラーを実現することができない、といった問題点が生
じる。
半導体は非常に安定な物質であるため、これまで他の半
導体等で用いられていた上記の装置及びエッチングガス
を用いても実用的なエッチングレート及びエッチングさ
れた表面の平坦性、エッチング端面の平坦性及び垂直性
を十分に得ることができない。具体的には、上述の方法
・エッチングガスを窒化ガリウム系化合物半導体に用い
た場合、エッチングレートは大きくても毎分８００Åし
か得ることができないが、実用的なエッチングレートし
ては毎分１５００Å以上が要求される。また、結晶構造
がウルツ鉱型（zincblende）の窒化ガリウム系化合物半
導体を用いた場合にはエッチング面の凹凸が大きくな
り、時には残渣に起因すると考えられる針状物が表面に
存在してしまう。したがって、エッチングによりレーザ
ダイオード（ＬＤ）の共振器用ミラーを作製しようとし
てもエッチング端面の平坦性がよくないためエッチング
ミラーを実現することができない、といった問題点が生
じる。
【００１０】本発明はこれらの問題点に鑑み、半導体装
置に必要な平坦性に優れたエッチング面及び端面を作製
できる窒化ガリウム系化合物半導体のエッチング方法を
提供することを目的とする。
置に必要な平坦性に優れたエッチング面及び端面を作製
できる窒化ガリウム系化合物半導体のエッチング方法を
提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明では、リアクティブイオンエッチングによる窒化
ガリウム系化合物半導体のドライエッチングにおいて、
四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）と塩素（Ｃｌ2）の混合ガス
をプラズマガスとして用いることを特徴とする。また、
プラズマガスとして四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）と塩素
（Ｃｌ2）と窒素（Ｎ2）の混合ガスを用いることを特徴
とする。
本発明では、リアクティブイオンエッチングによる窒化
ガリウム系化合物半導体のドライエッチングにおいて、
四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）と塩素（Ｃｌ2）の混合ガス
をプラズマガスとして用いることを特徴とする。また、
プラズマガスとして四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）と塩素
（Ｃｌ2）と窒素（Ｎ2）の混合ガスを用いることを特徴
とする。
【００１２】また、リアクティブイオンエッチングによ
る窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチングにお
いて、塩素（Ｃｌ2）ガスをプラズマガスとして用いる
カソード側の電極カバーとしてケイ素を用い、ケイ素電
極カバー上にエッチング試料を載置することを特徴とす
る。
る窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチングにお
いて、塩素（Ｃｌ2）ガスをプラズマガスとして用いる
カソード側の電極カバーとしてケイ素を用い、ケイ素電
極カバー上にエッチング試料を載置することを特徴とす
る。
【００１３】また、前記ドライエッチング方法におい
て、ドライエッチング用のマスク材料として、プラズマ
ＣＶＤ法により作製した酸化ケイ素（ＳｉＯz）を用い
ることを特徴とする。
て、ドライエッチング用のマスク材料として、プラズマ
ＣＶＤ法により作製した酸化ケイ素（ＳｉＯz）を用い
ることを特徴とする。
【００１４】
【作用】本発明によるエッチング方法によれば、窒化ガ
リウム系化合物半導体のドライエッチングにおいて、充
分なエッチングレートと、良好なエッチング面及びエッ
チング端面を得ることができる。
リウム系化合物半導体のドライエッチングにおいて、充
分なエッチングレートと、良好なエッチング面及びエッ
チング端面を得ることができる。
【００１５】
【実施例】以下、具体的な実施例に基づき本発明の説明
を行う。
を行う。
【００１６】・実施例１ エッチングに用いる窒化ガリウム系化合物半導体は、Ｍ
ＯＣＶＤ法を用いて成長を行う。基板はサファイア（０
００１）Ｃ面を用い、III族ガスとしてトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミミウム（ＴＭＡ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、Ｖ族ガスとしてアン
モニア（ＮＨ3）を用い、ドーピングガスとしてモノシ
ラン（ＳｉＨ4）、ビスシクロペンタディエニエルマグ
ネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を、キャリアガスとして水素
（Ｈ2）を用いた。
ＯＣＶＤ法を用いて成長を行う。基板はサファイア（０
００１）Ｃ面を用い、III族ガスとしてトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミミウム（ＴＭＡ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、Ｖ族ガスとしてアン
モニア（ＮＨ3）を用い、ドーピングガスとしてモノシ
ラン（ＳｉＨ4）、ビスシクロペンタディエニエルマグ
ネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を、キャリアガスとして水素
（Ｈ2）を用いた。
【００１７】ＭＯＣＶＤ装置内にサファイア基板を導入
し、Ｈ2雰囲気中、基板温度約１１００℃で基板表面処
理を行う。次に、基板温度を約６００℃まで下げ、Ｇａ
ＮまたはＡｌＮバッファ層を成長させる。ＧａＮ及びＡ
バッファ層の膜厚はそれぞれ３５０Å、５００Åであ
る。再び基板温度を１１００℃まで上げ、ｎ型ＧａＮ層
を約４μｍ程度、ｎ型ＡｌＧａＮ下部クラッド層を約１
５００Å成長させ、その後基板温度を約８００℃に下げ
てＺｎドープＩｎＧａＮ活性層（または発光層）を５０
０Å成長させる。その後、基板温度を１１００℃に上げ
てｐ型ＡｌＧａＮ上部クラッド層、ｐ型キャップ層をそ
れぞれ１５００Å、３０００Å成長させると発光ダイオ
ード用ＧａＮ層が形成できる。
し、Ｈ2雰囲気中、基板温度約１１００℃で基板表面処
理を行う。次に、基板温度を約６００℃まで下げ、Ｇａ
ＮまたはＡｌＮバッファ層を成長させる。ＧａＮ及びＡ
バッファ層の膜厚はそれぞれ３５０Å、５００Åであ
る。再び基板温度を１１００℃まで上げ、ｎ型ＧａＮ層
を約４μｍ程度、ｎ型ＡｌＧａＮ下部クラッド層を約１
５００Å成長させ、その後基板温度を約８００℃に下げ
てＺｎドープＩｎＧａＮ活性層（または発光層）を５０
０Å成長させる。その後、基板温度を１１００℃に上げ
てｐ型ＡｌＧａＮ上部クラッド層、ｐ型キャップ層をそ
れぞれ１５００Å、３０００Å成長させると発光ダイオ
ード用ＧａＮ層が形成できる。
【００１８】次に、このようにして得られたＧａＮ層に
メサ構造を形成するために、まずモノシランガス（Ｓｉ
Ｈ4）と亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）を用いたプラズマＣＶＤ法
を用いてマスク材としての酸化ケイ素（ＳｉＯz）を形
成する。マスクとして形成したＳｉＯz膜の膜厚は約２
０００Åである。続いて、フォトリソグラフィを用いて
ＳｉＯz膜のパターン形成を行う。ＳｉＯz膜のエッチン
グには、フッ化水素酸（ＨＦ）を用いたウェットエッチ
ングまたは４フッ化炭素（ＣＦ4）を用いたプラズマエ
ッチングにより実施し、ＧａＮ層エッチング用マスクを
形成する。
メサ構造を形成するために、まずモノシランガス（Ｓｉ
Ｈ4）と亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）を用いたプラズマＣＶＤ法
を用いてマスク材としての酸化ケイ素（ＳｉＯz）を形
成する。マスクとして形成したＳｉＯz膜の膜厚は約２
０００Åである。続いて、フォトリソグラフィを用いて
ＳｉＯz膜のパターン形成を行う。ＳｉＯz膜のエッチン
グには、フッ化水素酸（ＨＦ）を用いたウェットエッチ
ングまたは４フッ化炭素（ＣＦ4）を用いたプラズマエ
ッチングにより実施し、ＧａＮ層エッチング用マスクを
形成する。
【００１９】次に、図１に構成を示す平行平板型ＲＩＥ
装置の石英製カソード電極上に、マスクのパターン形成
を施したＧａＮ層を載置し、真空排気を行う。続いてエ
ッチングガスとしてＣｌ2とＳｉＣｌ4をそれぞれ毎分２
０ｃｃ、１０ｃｃ流し、圧力を３０ｍＴｏｒｒに調節す
る。圧力安定後、高周波を２００Ｗ（電極間距離７０ｍ
ｍ、電極径６インチ）投入すると、５分のエッチングで
ＧａＮ層は約１μｍがエッチングされる。エッチングレ
ートとしては毎分２０００Åが得られた。図２は、Ｃｌ
2とＳｉＣｌ4を用いた場合のエッチングレート及び選択
比と高周波パワーとの関係である。マスクであるＳｉＯ
z膜は、５分のエッチングで約１６５Åがエッチングさ
れているにすぎず、ＧａＮ／ＳｉＯzの選択比は約６０
であることから、ＳｉＯz膜がマスクとして十分使用で
きることが分かる。エッチングされた表面は、表面荒さ
計（ターリーステップ）の測定により表面の凹凸が３０
Å以下であり、またエッチング端面の垂直性も図３
（ａ）のごとく良好で、加えて良好な端面平坦性を有し
ていることがわかった。
装置の石英製カソード電極上に、マスクのパターン形成
を施したＧａＮ層を載置し、真空排気を行う。続いてエ
ッチングガスとしてＣｌ2とＳｉＣｌ4をそれぞれ毎分２
０ｃｃ、１０ｃｃ流し、圧力を３０ｍＴｏｒｒに調節す
る。圧力安定後、高周波を２００Ｗ（電極間距離７０ｍ
ｍ、電極径６インチ）投入すると、５分のエッチングで
ＧａＮ層は約１μｍがエッチングされる。エッチングレ
ートとしては毎分２０００Åが得られた。図２は、Ｃｌ
2とＳｉＣｌ4を用いた場合のエッチングレート及び選択
比と高周波パワーとの関係である。マスクであるＳｉＯ
z膜は、５分のエッチングで約１６５Åがエッチングさ
れているにすぎず、ＧａＮ／ＳｉＯzの選択比は約６０
であることから、ＳｉＯz膜がマスクとして十分使用で
きることが分かる。エッチングされた表面は、表面荒さ
計（ターリーステップ）の測定により表面の凹凸が３０
Å以下であり、またエッチング端面の垂直性も図３
（ａ）のごとく良好で、加えて良好な端面平坦性を有し
ていることがわかった。
【００２０】・比較例１ 比較として、ＧａＮ層のエッチングに用いるエッチング
ガスをＣｌ2ガスのみとし、それ以外は上記実施例１と
同じ条件でエッチングを行った。その結果、エッチング
レートは実施例１とほぼ同じ毎分２２００Åが得られ
た。しかしながら、エッチングされた表面には針状のエ
ッチングされない構造物が多数存在し、表面平坦性に優
れたエッチング面は得られなかった。また、エッチング
端面も同時にエッチングの異方性が崩れ、図３（ｂ）に
示すようなアンダーカットが生じ、垂直性及び平坦性が
悪くなった。
ガスをＣｌ2ガスのみとし、それ以外は上記実施例１と
同じ条件でエッチングを行った。その結果、エッチング
レートは実施例１とほぼ同じ毎分２２００Åが得られ
た。しかしながら、エッチングされた表面には針状のエ
ッチングされない構造物が多数存在し、表面平坦性に優
れたエッチング面は得られなかった。また、エッチング
端面も同時にエッチングの異方性が崩れ、図３（ｂ）に
示すようなアンダーカットが生じ、垂直性及び平坦性が
悪くなった。
【００２１】・比較例２ 比較として、ＧａＮ層のエッチングガスとしてＳｉＣｌ
4ガス、またはＢＣｌ3ガスを用いた以外は上記実施例１
と同じ条件でエッチングを行った。その結果、エッチン
グレートがそれぞれ毎分約４００Å、約５００Åと小さ
くなり、実用的な要求を満たすことができなかった。
4ガス、またはＢＣｌ3ガスを用いた以外は上記実施例１
と同じ条件でエッチングを行った。その結果、エッチン
グレートがそれぞれ毎分約４００Å、約５００Åと小さ
くなり、実用的な要求を満たすことができなかった。
【００２２】・比較例３ 比較として、マスク材料をプラズマＣＶＤ法以外の方法
を用いて形成した。具体的には、高周波スパッタ法、電
子ビーム蒸着法を用いてＧａＮ層のエッチング用マスク
であるＳｉＯz膜、フォトレジスト膜、金（Ａｕ）蒸着
膜を形成し、それ以外は上記実施例１と同じ条件でエッ
チングを行った。その結果、フォトレジスト膜の場合マ
スクであるフォトレジスト膜が１．２μｍエッチングさ
れ、選択比は約０．８となり、一方Ａｕ蒸着膜ではすべ
ての膜がエッチングされ、いずれの膜も選択比が小さ
く、マスク材料としては適当でないことがわかった。ま
た、高周波スパッタ法、電子ビーム蒸着法で形成したＳ
ｉＯz膜ではそれぞれ１６０Å、１８５Åがエッチング
されており、プラズマＣＶＤ法と比較してほぼ同じであ
ったが、パターン形成はプラズマＣＶＤ法の方が容易で
あった。この結果、マスク材料としてはＳｉＯzが適当
であり、またＳｉＯ2マスクの作製方法としてはプラズ
マＣＶＤ法が適しているといえる。
を用いて形成した。具体的には、高周波スパッタ法、電
子ビーム蒸着法を用いてＧａＮ層のエッチング用マスク
であるＳｉＯz膜、フォトレジスト膜、金（Ａｕ）蒸着
膜を形成し、それ以外は上記実施例１と同じ条件でエッ
チングを行った。その結果、フォトレジスト膜の場合マ
スクであるフォトレジスト膜が１．２μｍエッチングさ
れ、選択比は約０．８となり、一方Ａｕ蒸着膜ではすべ
ての膜がエッチングされ、いずれの膜も選択比が小さ
く、マスク材料としては適当でないことがわかった。ま
た、高周波スパッタ法、電子ビーム蒸着法で形成したＳ
ｉＯz膜ではそれぞれ１６０Å、１８５Åがエッチング
されており、プラズマＣＶＤ法と比較してほぼ同じであ
ったが、パターン形成はプラズマＣＶＤ法の方が容易で
あった。この結果、マスク材料としてはＳｉＯzが適当
であり、またＳｉＯ2マスクの作製方法としてはプラズ
マＣＶＤ法が適しているといえる。
【００２３】・実施例２ ＧａＮ層は実施例１で用いたものと同条件のものを用い
る。マスク材としてのＳｉＯzをモノシランガス（Ｓｉ
Ｈ4）と亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）を用いたプラズマＣＶＤ法
を用いて形成する。マスクとして形成したＳｉＯz膜の
膜厚は約１０００Åである。続いて、フォトリソグラフ
ィを用いてフォトレジストをマスクとし、ＳｉＯz膜の
パターン形成を行う。ＳｉＯz膜のエッチングにはフッ
化水素酸（ＨＦ）を用いたウェットエッチングまたは４
フッ化炭素（ＣＦ4）を用いたプラズマエッチングによ
り実施し、ＧａＮ層エッチング用マスクを形成する。
る。マスク材としてのＳｉＯzをモノシランガス（Ｓｉ
Ｈ4）と亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）を用いたプラズマＣＶＤ法
を用いて形成する。マスクとして形成したＳｉＯz膜の
膜厚は約１０００Åである。続いて、フォトリソグラフ
ィを用いてフォトレジストをマスクとし、ＳｉＯz膜の
パターン形成を行う。ＳｉＯz膜のエッチングにはフッ
化水素酸（ＨＦ）を用いたウェットエッチングまたは４
フッ化炭素（ＣＦ4）を用いたプラズマエッチングによ
り実施し、ＧａＮ層エッチング用マスクを形成する。
【００２４】平行平板型のＲＩＥ装置のカソード側電極
カバーとしてＳｉをカソード電極上に載置する。続い
て、ＧａＮ層をＳｉカバー上に載置し、真空排気を行
う。次に、エッチングガスとしてＣｌ2ガスを導入し、
圧力を１０ｍＴｏｒｒに調整する。Ｃｌ2ガスの流量は
毎分５０ＳＣＣＭである。圧力の安定を待って高周波電
力を投入し、エッチングを行う。５分で９０００ÅのＧ
ａＮ層がエッチングされ、エッチングレートとしては毎
分１８００Åが得られる。マスクであるＳｉＯz膜は５
分のエッチングで約５００Åがエッチングされており、
ＧａＮ／ＳｉＯzの選択比が約１８であることからＳｉ
Ｏz膜がマスクとして使用して使用できることが分か
る。エッチングされた表面は、表面荒さ計（ターリース
テップ）の測定により表面の凹凸が３０Å以下であり、
エッチング端面も垂直性が良好で、加えて良好な端面平
坦性を有していることがわかった。Ｓｉのカソードカバ
ーを用いないＣｌ2ガスのみを用いたＲＩＥエッチング
では、比較例１に示したように針状の構造物が存在しエ
ッチングの異方性も良くなかったが、これはＳｉとＣｌ
との反応により生じたＳｉＣｌ4等の物質が還元性が強
いために表面の自然酸化膜をエッチングし針状の残渣の
除去に効果があったためであり、また端面にはＳｉ系の
保護膜が形成され、Ｃｌ2が等方性プラズマエッチング
を防止するため垂直性及び平坦性が良好になったもので
ある。
カバーとしてＳｉをカソード電極上に載置する。続い
て、ＧａＮ層をＳｉカバー上に載置し、真空排気を行
う。次に、エッチングガスとしてＣｌ2ガスを導入し、
圧力を１０ｍＴｏｒｒに調整する。Ｃｌ2ガスの流量は
毎分５０ＳＣＣＭである。圧力の安定を待って高周波電
力を投入し、エッチングを行う。５分で９０００ÅのＧ
ａＮ層がエッチングされ、エッチングレートとしては毎
分１８００Åが得られる。マスクであるＳｉＯz膜は５
分のエッチングで約５００Åがエッチングされており、
ＧａＮ／ＳｉＯzの選択比が約１８であることからＳｉ
Ｏz膜がマスクとして使用して使用できることが分か
る。エッチングされた表面は、表面荒さ計（ターリース
テップ）の測定により表面の凹凸が３０Å以下であり、
エッチング端面も垂直性が良好で、加えて良好な端面平
坦性を有していることがわかった。Ｓｉのカソードカバ
ーを用いないＣｌ2ガスのみを用いたＲＩＥエッチング
では、比較例１に示したように針状の構造物が存在しエ
ッチングの異方性も良くなかったが、これはＳｉとＣｌ
との反応により生じたＳｉＣｌ4等の物質が還元性が強
いために表面の自然酸化膜をエッチングし針状の残渣の
除去に効果があったためであり、また端面にはＳｉ系の
保護膜が形成され、Ｃｌ2が等方性プラズマエッチング
を防止するため垂直性及び平坦性が良好になったもので
ある。
【００２５】・実施例３ ＧａＮ層としては、実施例１で用いたものと同条件の層
を用いる。マスク材としての酸化ケイ素（ＳｉＯz）を
実施例１と同様にプラズマＣＶＤ法を用いて形成する。
マスクとしてのＳｉＯz膜の膜厚は約１０００Åであ
る。続いてフォトリソグラフィを用いてフォトレジスト
をマスクとし、ＳｉＯz膜のパターン形成を行う。Ｓｉ
Ｏz膜のエッチングにはフッ化水素酸（ＨＦ）を用いた
ウェットエッチング、または４フッ化炭素（ＣＦ4）を
用いたプラズマエッチングにより実施し、ＧａＮ層エッ
チング用マスクを形成する。
を用いる。マスク材としての酸化ケイ素（ＳｉＯz）を
実施例１と同様にプラズマＣＶＤ法を用いて形成する。
マスクとしてのＳｉＯz膜の膜厚は約１０００Åであ
る。続いてフォトリソグラフィを用いてフォトレジスト
をマスクとし、ＳｉＯz膜のパターン形成を行う。Ｓｉ
Ｏz膜のエッチングにはフッ化水素酸（ＨＦ）を用いた
ウェットエッチング、または４フッ化炭素（ＣＦ4）を
用いたプラズマエッチングにより実施し、ＧａＮ層エッ
チング用マスクを形成する。
【００２６】平行平板型のＲＩＥ装置のＡｌ（アルマイ
ト処理を施してある）製カソード側電極上にＧａＮ層を
載置し、真空排気を行う。次に、エッチングガスとして
Ｃｌ2ガスとＳｉＣｌ4ガスとＮ2ガスの混合ガスを導入
し、圧力を３０ｍＴｏｒｒに調整する。Ｃｌ2ガス、Ｓ
ｉＣｌ4ガス、Ｎ2ガスのそれぞれの流量は毎分２０ＳＣ
ＣＭ、１０ＳＣＣＭ、１０ＳＣＣＭである。圧力の安定
を待って高周波電力を投入しエッチングを行う。５分で
８０００ÅのＧａＮ層がエッチングされ、エッチングレ
ートとしては毎分１８００Åが得られた。マスクである
ＳｉＯz膜は５分のエッチングで約２００Åがエッチン
グされており、ＧａＮ／ＳｉＯzの選択比は約４５であ
った。このことからＳｉＯz膜がマスクとして使用でき
ることがわかる。エッチングされた表面は、表面荒さ計
（ターリーステップ）の測定により表面の凹凸が１０Å
であり、またエッチング端面の垂直性も良好で、加えて
良好な端面平坦性を有していることが分かる。特にエッ
チング端面の平坦性に関しては、Ｎ2ガスを添加するこ
とにより実施例１の場合と比較しても改善が見られ、エ
ッチングミラーが実現できるほど表面平坦性は良好であ
った。
ト処理を施してある）製カソード側電極上にＧａＮ層を
載置し、真空排気を行う。次に、エッチングガスとして
Ｃｌ2ガスとＳｉＣｌ4ガスとＮ2ガスの混合ガスを導入
し、圧力を３０ｍＴｏｒｒに調整する。Ｃｌ2ガス、Ｓ
ｉＣｌ4ガス、Ｎ2ガスのそれぞれの流量は毎分２０ＳＣ
ＣＭ、１０ＳＣＣＭ、１０ＳＣＣＭである。圧力の安定
を待って高周波電力を投入しエッチングを行う。５分で
８０００ÅのＧａＮ層がエッチングされ、エッチングレ
ートとしては毎分１８００Åが得られた。マスクである
ＳｉＯz膜は５分のエッチングで約２００Åがエッチン
グされており、ＧａＮ／ＳｉＯzの選択比は約４５であ
った。このことからＳｉＯz膜がマスクとして使用でき
ることがわかる。エッチングされた表面は、表面荒さ計
（ターリーステップ）の測定により表面の凹凸が１０Å
であり、またエッチング端面の垂直性も良好で、加えて
良好な端面平坦性を有していることが分かる。特にエッ
チング端面の平坦性に関しては、Ｎ2ガスを添加するこ
とにより実施例１の場合と比較しても改善が見られ、エ
ッチングミラーが実現できるほど表面平坦性は良好であ
った。
【００２７】・実施例４ ＧａＮ層としては、実施例１で用いたものと同条件の層
を用いる。マスク材としての酸化ケイ素（ＳｉＯz）を
モノシランガス（ＳｉＨ4）と亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）を用
いたプラズマＣＶＤ法を用いて形成する。マスクとして
のＳｉＯz膜の膜厚は約１０００Åである。続いてフォ
トリソグラフィを用いてフォトレジストをマスクとし、
ＳｉＯz膜のパターン形成を行う。ＳｉＯz膜のエッチン
グにはフッ化水素酸（ＨＦ）を用いたウェットエッチン
グまたは４フッ化炭素（ＣＦ4）を用いたプラズマエッ
チングにより実施し、ＧａＮ層エッチング用マスクを形
成する。
を用いる。マスク材としての酸化ケイ素（ＳｉＯz）を
モノシランガス（ＳｉＨ4）と亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）を用
いたプラズマＣＶＤ法を用いて形成する。マスクとして
のＳｉＯz膜の膜厚は約１０００Åである。続いてフォ
トリソグラフィを用いてフォトレジストをマスクとし、
ＳｉＯz膜のパターン形成を行う。ＳｉＯz膜のエッチン
グにはフッ化水素酸（ＨＦ）を用いたウェットエッチン
グまたは４フッ化炭素（ＣＦ4）を用いたプラズマエッ
チングにより実施し、ＧａＮ層エッチング用マスクを形
成する。
【００２８】平行平板型のＲＩＥ装置のカソード側電極
カバーとしてＳｉをカソード電極上に載置する。続いて
ＧａＮ層をＳｉカバー上に載置し、真空排気を行う。次
に、エッチングガスとしてＣｌ2ガスとＮ2ガスの混合ガ
スを導入し、圧力を１０ｍＴｏｒｒに調整する。Ｃｌ2
ガス、Ｎ2ガスのそれぞれの流量は毎分４０ＳＣＣＭ、
２０ＳＣＣＭである。圧力の安定を待って高周波電力を
２００Ｗ投入し、エッチングを行う。５分で８０００Å
のＧａＮ層がエッチングされ、エッチングレートとして
は毎分１６００Åが得られる。マスクであるＳｉＯz膜
は５分のエッチングで約５００Åがエッチングされてお
り、ＧａＮ／ＳｉＯzの選択比は約１６であった。この
ことからＳｉＯz膜がマスクとして使用できることがわ
かる。エッチングされた表面は、表面荒さ計（ターリー
ステップ）の測定により表面の凹凸が１０以下であり、
またエッチング端面の垂直性も良好で、加えて良好な端
面平坦性を有していることが分かる。特にエッチング端
面の平坦性に関しては、Ｎ2ガスを添加することにより
実施例１の場合と比較しても改善が見られ、エッチング
ミラーが実現できるほど表面平坦性は良好であった。
カバーとしてＳｉをカソード電極上に載置する。続いて
ＧａＮ層をＳｉカバー上に載置し、真空排気を行う。次
に、エッチングガスとしてＣｌ2ガスとＮ2ガスの混合ガ
スを導入し、圧力を１０ｍＴｏｒｒに調整する。Ｃｌ2
ガス、Ｎ2ガスのそれぞれの流量は毎分４０ＳＣＣＭ、
２０ＳＣＣＭである。圧力の安定を待って高周波電力を
２００Ｗ投入し、エッチングを行う。５分で８０００Å
のＧａＮ層がエッチングされ、エッチングレートとして
は毎分１６００Åが得られる。マスクであるＳｉＯz膜
は５分のエッチングで約５００Åがエッチングされてお
り、ＧａＮ／ＳｉＯzの選択比は約１６であった。この
ことからＳｉＯz膜がマスクとして使用できることがわ
かる。エッチングされた表面は、表面荒さ計（ターリー
ステップ）の測定により表面の凹凸が１０以下であり、
またエッチング端面の垂直性も良好で、加えて良好な端
面平坦性を有していることが分かる。特にエッチング端
面の平坦性に関しては、Ｎ2ガスを添加することにより
実施例１の場合と比較しても改善が見られ、エッチング
ミラーが実現できるほど表面平坦性は良好であった。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、窒化ガリウム系化合物
半導体のエッチングにおいてエッチングされた表面の平
坦性、エッチング端面の垂直性、平坦性に優れたエッチ
ングが可能になり、窒化ガリウム系化合物半導体を用い
た半導体装置、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ
ダイオード（ＬＤ）の特性向上が可能となる。
半導体のエッチングにおいてエッチングされた表面の平
坦性、エッチング端面の垂直性、平坦性に優れたエッチ
ングが可能になり、窒化ガリウム系化合物半導体を用い
た半導体装置、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ
ダイオード（ＬＤ）の特性向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエッチングに用いたＲＩＥ装置を表す
図である。
図である。
【図２】高周波電力とエッチング速度及び選択比との関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図３】試料のエッチング後の断面の模式図である。
１ 真空容器 ２ エッチングガス導入口 ３ カソード電極 ４ カソード電極カバー ５ アノード電極 ６ ＧａＮ試料 ７ マスフローコントローラー ８ 整合器 ９ コンダクタンスコントロールバルブ １０ 真空ポンプ １１ 高周波電源 １２ エッチングマスク １３ サファイア基板 １４ ＧａＮ層（エッチング後）
Claims (4)
- 【請求項１】 リアクティブイオンエッチングにおける
エッチングガスとして、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）と
塩素（Ｃｌ2）の混合ガスを用いることを特徴とする窒
化ガリウム系化合物半導体（ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦
１）、Ｉｎ1-yＧａyＮ（０≦ｙ≦１）半導体）のドライ
エッチング方法。 - 【請求項２】 リアクティブイオンエッチングにおける
エッチングガスとして、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）と
塩素（Ｃｌ2）と窒素（Ｎ2）の混合ガスを用いることを
特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体（ＡｌxＧａ1-x
Ｎ（０≦ｘ≦１）、Ｉｎ1-yＧａyＮ（０≦ｙ≦１）半導
体）のドライエッチング方法。 - 【請求項３】 リアクティブイオンエッチングにおける
エッチングガスとして塩素（Ｃｌ2）ガスを用いる窒化
ガリウム系化合物半導体（ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦
１）、Ｉｎ1-yＧａyＮ（０≦ｙ≦１）半導体）のドライ
エッチングにおいて、カソード側の電極カバーとしてケ
イ素を用い、ケイ素電極カバー上にエッチング試料を載
置することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体の
ドライエッチング方法。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３記載のドライエッ
チングにおいて、ドライエッチング用のマスク材料とし
てプラズマＣＶＤ法により作製した酸化ケイ素（ＳｉＯ
z）を用いることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半
導体のドライエッチング方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10114095A JPH08293489A (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチング方法 |
| US08/639,178 US5693180A (en) | 1995-04-25 | 1996-04-26 | Dry etching method for a gallium nitride type compound semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10114095A JPH08293489A (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08293489A true JPH08293489A (ja) | 1996-11-05 |
Family
ID=14292784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10114095A Pending JPH08293489A (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチング方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5693180A (ja) |
| JP (1) | JPH08293489A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998054757A1 (de) * | 1997-05-26 | 1998-12-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum ätzen von iii-v-halbleitermaterial |
| KR100421794B1 (ko) * | 2001-12-06 | 2004-03-11 | 대한민국(전남대학교총장) | 실리콘 카바이드 메사 측벽의 각도 조절 방법 |
| JP2004288876A (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子の製造方法及び窒化物半導体素子 |
| JP2009194081A (ja) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | New Japan Radio Co Ltd | 窒化物半導体装置の製造方法 |
| US7901966B2 (en) | 2008-12-17 | 2011-03-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Method for manufacturing nitride semiconductor device |
| KR101984084B1 (ko) * | 2018-01-25 | 2019-05-30 | 주식회사 썸백 | 엘이디 제조용 부품의 질화갈륨층 제거방법 |
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