JPH0864576A - 炭化水素および水素を利用する選択的処理 - Google Patents
炭化水素および水素を利用する選択的処理Info
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Abstract
をプラズマ・エッチングまたは被着する。 【解決手段】 600V以上の陰極DCバイアスが用い
られる。この陰極DCバイアスにより、アルミニウム含
有層の上のIII−V族材料14を選択的にエッチング
でき、また水素化炭素膜41の被着が可能になる。
Description
素ベースの選択的処理に関し、さらに詳しくは、III
−V族半導体材料の選択的エッチングまたは水素化炭素
(hydrogenated carbon) 材料の選択的被着に関する。
ウム砒素電界効果トランジスタの製造における重要な工
程の1つは、AlGaAs層をエッチングせずに、アル
ミニウム・ガリウム砒素層(AlGaAs)の上にある
ガリウム砒素(GaAs)n+コンタクト層を除去する
ことである。従来、複雑で、pH制御された湿式化学エ
ッチングまたは乾式エッチングが利用された。湿式化学
エッチングでは、基板に不均等性が生じて、そのため、
基板全体でガリウム砒素層を完全に除去するため、ある
程度のオーバエッチング(overetching) が必要であっ
た。
AlGaAs層との間で高い選択性を維持するため、エ
ッチング・プロセス全体においてこの湿式化学エッチン
グ剤のpHを極めて慎重に監視しなければならないこと
であった。別の欠点は、オーバエッチング・プロセスは
ガリウム砒素層をアンダカットし、そのためデバイスの
性能を劣化させ、基板においてデバイスの特性の不均等
性を生じた。
択的な乾式エッチングが実証された。しかし、これらの
プロセスすべては、腐食性・毒性を有し、環境に有害な
ガスを伴う。
製造するため、GaAs層のアンダカット長さを最小限
に抑え、かつGaAs層のエッチングにおける不均等性
を最小限に抑えることが望ましい。
プラズマ・プロセスを利用して処理できる構造の断面図
を示す。III−V族半導体材料10が設けられ、その
上に形成されたアルミニウムからなる層12を有する。
III−V族半導体層14は、層12の上に形成され
る。マスク16は、III−V族半導体層14の上に形
成・パターニングされ、III−V族半導体材料14の
一部の上に開口部19をなす。本発明の目的は、マスキ
ング層16によってマスキングされていないIII−V
族半導体材料14の部分を除去し、しかも層12のわず
かな量のみを除去するか、層12をできるだけ除去しな
いことである。
料14は、GaAsからなるが、リン化インジウム(I
nP),インジウム・ガリウム砒素(InGaAs)ま
たはガリウム・アンチモン(GaSb)などの他のII
I−V族材料も利用できる。III−V族半導体材料1
4がGaAsからなる場合、アルミニウムからなる層1
2は、Alx In1-x Asからなり、ここで0<x<1
である。III−V族半導体材料14がInPからなる
場合、層12はAlx In1-x Asからなり、ここで0
<x<1である。III−V族半導体材料10は、例え
ば、GaAsまたはInPからなってもよい。マスキン
グ層16は、好ましくは窒化シリコンからなるが、二酸
化シリコン,ニッケル,金またはアルミニウムなど他の
材料も利用できる。
示す。III−V族半導体層14は、炭化水素,水素お
よび貴ガス(noble gas) の混合気を利用してエッチング
される。反応性イオンエッチング(RIE:reactive i
on etching)の場合、プラズマ・リアクタの構成はさま
ざまであり、RIEプラズマ・プロセスを比較できる最
小感度(figure of merit) は、誘導自己DCバイアス(i
nduced self DC bias)または陰極DCバイアス(cathode
DC bias) である。層12をエッチングするよりもII
I−V族半導体材料14をエッチングする選択性を向上
させるため、600ボルト(V)以上の陰極DCバイア
スを利用することが重要である。最も好ましくは、層1
2のエッチング・レートを10オングストローム/分以
下にするためには、陰極DCバイアスは650V以上で
ある。100:1以上に、層12に対する層14の高い
選択性を達成することが望ましい。
他の炭化水素も利用できる。貴ガスは、好ましくはアル
ゴンからなるが、ヘリウム,クリプトンまたはネオンな
どの他の貴ガスを利用してもよい。窒素など、貴ガスで
ない不活性ガスは利用できない。Arは、経済的に利用
できることや、純度のため好ましい。本発明では、アル
ゴンは、プラズマを安定させるのに役立ち、プラズマ内
の平均電子エネルギ分布を増大し、水素原子数密度を増
加し、層14の表面でイオン強化された化学速度(ion-e
nhanced chemical kinetics)を与える。好ましくは、混
合気は、体積比で、5〜30%の炭化水素,40%以下
の水素および60%以下の貴ガスからなる。
度からなるAlGaAs層の、陰極DCバイアスとエッ
チング・レートとの関係のグラフを示す。図3は、本発
明を利用して得られる予期せぬ成果を明白に示してい
る。600V以下の陰極DCバイアスの値は、一般に公
知である。600V以上でもエッチング・レートの増加
傾向が期待される。従って、600Vの陰極DCバイア
ス以上でエッチング・レートが低下するとは予期しなか
った。ある陰極DCバイアス・レベルでエッチング・レ
ートが低下するという発見は、本発明の選択的エッチン
グ・プロセスを得る上で重要である。
ネルギー学(energetics)は、プラズマ・プロセス全体の
動力学(kinetics)を自然の被着に1要因または要因の組
み合わせだけシフトさせるため、AlGaAs(層1
2)のエッチング・レートは600V以上の陰極DCバ
イアスで低下すると考えられる。高いプラズマ・パワー
は、部分的に、非常に高密度のメチル(CH3 )および
メチレン(CH2 )などのポリマ形成先駆物質(polymer
forming precursor) よび/または高密度のガス状イオ
ン、とくにアルゴン・イオンを本発明のエッチング・プ
ロセスで発生する。600V以上のDCバイアスでは、
アルゴン・イオンの高密度化により、層14へのイオン
の流出が増加し、揮発性の有機アルミニウム・エッチン
グ生成物の可能性が低減する。イオン・エネルギは結合
の分解および/またはガス炭化水素形成で放散されるの
で、この場合のスパッタリング(sputtering)は行わなく
てもよい。
マ・パワー)でのAlGaAsの低いエッチング・レー
トおよび炭化水素ポリマの被着の増加は、貴ガス・イオ
ン数密度の低下,水素原子数密度の低下,およびプラズ
マ中の平均電子エネルギ分布の低下に起因する。イオン
の低密度化の印は、同じガス薬品および圧力でのDCバ
イアスの低下である。また、DCバイアスに関係するも
のとして、平均プラズマ電位と平均自己バイアスとの間
の電位差を介してプラズマ・シース(plasma sheath) を
通過するイオンの運動エネルギがある。表面酸化物や、
水酸化物などのエッチング抑制物質(etch inhibitors)
を除去するために必要なイオン・エネルギまたはフラッ
クスは、これらの条件下のIII−V族半導体エッチン
グには不十分である。このプラズマ・エネルギ条件で水
素原子数密度を低減することにより、気相重合(gas pha
se polymerization)が増加し、また表面水素化物の中間
物の形成に影響を与え、揮発性生成物が生じる。425
VのDCバイアスでは、気相重合の増加により、揮発性
有機アルミニウム・エッチング生成物の形成のための反
応性メチル物の数が低減し、そのため、空乏(depletio
n) 効果が得られる。図3に示す例は、CH4 :H2 :
Ar(18:24:40)を利用して、30ミリトール
の圧力および25゜Cの温度で実施された。ライン20
は、GaAs層14のエッチング・レートを表す。ライ
ン22は、30%アルミニウムを有するAlGaAs層
のエッチング・レートを表し、ライン24は、50%ア
ルミニウムを有するAlGaAsのエッチング・レート
を表し、ライン26は、75%のアルミニウムを有する
AlGaAs層を表し、ライン28は、アルミニウム砒
素層を表す。ライン22,24,26,28は、層12
の可能な組成を表す。
すると、ライン20によって表されるガリウム砒素のエ
ッチング・レートが徐々に増加することを示す。反対
に、アルミニウム・ガリウム砒素のエッチング・レート
であるライン22,24,26は、陰極DCバイアスが
600Vになるまで陰極DCバイアスの増加とともに増
加し、その後エッチング・レートは低下し始める。
アス・エッチングを利用することは望ましくないと考え
られていた。本発明に関する実験結果により、炭化水素
/水素ベースの薬品を利用してもそのような悪影響はな
いことがわかった。層12がエッチ・ストップ層として
機能できるように、アルミニウムからなる層12がII
I−V族半導体層14の下になることが重要である。エ
ッチング・ストップ・プロセスを開発することは、電気
および光電子デバイスを製造する上で極めて重要であ
る。
を利用して形成された非平面構造を示す。この実施例で
は、アルミニウムを含有しない層39が設けられる。最
も好ましくは、層39は、GaAs,InP,InGa
AsまたはGaSbなどIII−V族半導体材料からな
る。アルミニウムからなる層40は、当技術分野で周知
の従来のプロセスを利用して、層39の部分の上に選択
的に設けられる。層40は、好ましくは、Alx Ga
1-x AsなどアルミニウムからなるIII−V族半導体
材料である。水素化炭素層(hydrogenated carbon laye
r) 41は、層40の上に選択的に被着される。同時
に、層39の一部はエッチングされ、ここで層40は被
着されない。このように、選択的被着プロセスを行うこ
とができる。
着する方法が提供された。600V以上の陰極DCバイ
アスで貴ガスとともに炭化水素および水素を利用するこ
とにより、アルミニウムからなる下の層をエッチングせ
ずにIII−V族半導体材料をエッチングできる。同じ
薬品および陰極DCバイアスを利用して、アルミニウム
からなる層の上に水素化炭素膜を選択的に被着できる。
で用いられる構造の断面図である。
を利用して処理される構造の断面図である。
を利用したエッチング・レートの実験データのグラフで
ある。
利用して形成された構造の断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 基板を設ける段階;および600V以上
の陰極DCバイアスを利用して、炭化水素,水素および
貴ガスからなる混合気に前記基板を晒す段階;によって
構成されることを特徴とする処理方法。 - 【請求項2】基板を設ける前記段階は、アルミニウム
(12)からなる層と、前記アルミニウム(12)から
なる層の上にあるIII−V族半導体材料(14)とか
らなる前記基板を設けることからなり、混合気に前記基
板(10)を晒す前記段階は、前記III−V族半導体
材料(14)の一部をエッチングすることからなること
を特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 基板を設ける前記段階は、III−V族
半導体材料(39)と、アルミニウム(40)からなる
層とからなる前記基板を設けることからなり、混合気に
前記基板を晒す前記段階は、アルミニウム(40)から
なる前記層の上に水素化炭素層(41)を選択的に形成
することからなることを特徴とする請求項1記載の方
法。 - 【請求項4】 混合気に前記基板を晒す前記段階は、6
50V以上の陰極DCバイアスを利用することからなる
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 アルミニウム(12)からなる層を設け
る段階;アルミニウム(12)からなる前記層の上にI
II−V族半導体材料(14)を設ける段階;および6
00V以上の陰極DCバイアスを利用して、体積比で、
5〜30%の炭化水素,40%以下の水素および60%
以下の貴ガスからなる混合気で、前記III−V族半導
体材料(14)の一部をエッチングする段階;によって
構成されることを特徴とするIII−V族半導体材料を
エッチングする方法。
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