JPS58101429A - ドライエツチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ、
ＩｎＧａＡｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅなどの化合物半導体の
ドライエツチング方法に関する。

従来のドライエツチングでは、ＣＦ４、ＣＣＺＩＦｌ、
ＣＣＺ、などの炭素とハロゲン原子との化合物ガスを主
とした反応ガスが多く用いられている。しかし、これら
のガスによるドライエツチングにおいては、ハロゲン原
子カ主にエツチングに関与し、炭素原子は直接エツチン
グ反応には関与しない、また、炭素原子自身の蒸気圧が
試料表面に付着、堆積をする場合がある。同時に、炭素
原子は、炭素原子同志で結合し、長い分子を形成するポ
リマライズを起こしやすく、放電空間中、または試料表
面においてポリマライズしたものが、エツチング後にお
いても試料表面に付着、堆積する。例えば、ＣＦ、ガス
放電を行った場合には、しばしば試料表面に炭素とフッ
素の化合物の重合体（ポリマー）が形成される。以上説
明したような堆積物が表面に存在した場合、放電領域で
生成された活性粒子が試料表面の原子と反応することを
妨げることになり、その結果、エツチング速度が低下し
たり、もしくはエツチングが行われなくなる。また、被
エツチング試料表面中に部分的にこのような堆積物が付
着すると試料表面の面内でのエツチングの均一性が悪く
なる。また、堆積物が付着したままの試料をその後のプ
ロセスでの熱処理過程等を行うと、表面から内部へ付着
した原子が拡散したり、リアクティブイオンエッチング
に、加速粒子が半導体内部に入りこみ、半導体の不純物
汚染の原因となる。このように半導体内部に不純物原子
がとり込まれると、その電気的特性を変化させ良好な半
導体装置を製造することはできない。

従来のドライエツチングでは以上のように種々の欠点を
有している。

本発明は、叙上の従来技術の欠点を除去するものであり
、その目的は水素原子とハロゲン原子との化合物ガスを
用いて化合物半導体のドライエツチングを行うことによ
り、表面の汚染、またはガス分子からの半導体内部への
汚染をなくし、良好なドライエツチングを行うドライエ
ツチング方法を提供することにある。

以下、本発明のドライエツチング方法擾こついて図面を
参照して詳細に説明する。

第１図はドライエツチング装置の一例を示す概略図であ
る。この装置は、平行平板形のドライエツチング装置で
あり、真空ペルジャーｌの中に平行平板電極２．８を設
けたものである。

反応ガスは上部電極の上方４から導入される。

を起こすための高周波電源６と結合されており、下部電
極８は接地されている。導入されたガスは上部電極２の
電極板か（シャワー状にベル睦。

の ヤーｈ部に放出される。被エツチング試料匣は、下部電
極３の電極板上にセットされる。放電は平行平板電極２
．８間で生じる。また、エツチング時に試料７の温度を
制御できるように下部電極８の内部にはヒーター８が設
けである。

本発明のドライエツチング方法は、水素とハロゲン°原
子との化合物ガスを用いてドライエツチングを行うこと
により、表面に汚染のないエツチングを行うものである
。

７［−ハロゲン化合物ガスにおいては、炭素−ハロゲン
化合物ガスの放電により炭素が解離されて生じるように
、水素原子が放電により解離されて生じる。しかし、水
素はそれ自身の蒸気圧がきわめて高いために、試料表面
に堆積されることはきわめて少ない、また、炭素原子の
ように、その原子自身が結合していき、長い分子を作る
こともない、結合を行ってもＨ−Ｈ（Ｈ，）の結合であ
り、この分子はきわめて安定であり、これ以上その他の
原子と結合することはきわめて少なく、炭素−ハロゲン
化合物ガスの放電により生じるポリマライズ膜を形成す
ることもない、従ってエツチング後の試料表面は、付着
物の少ない清浄な表面を得ることができる。

このように水素−ハロゲン化合物ガスを用いることによ
り、試料表面が、ガスから受ける汚染をきわめて少なく
することができる。

ドライエツチング中に試料に与えるダメージとしては、
表面に付着する物質による汚染だけではなく、放電領域
１こおいて運動エネルギーを持った粒子の表面への入射
による結晶性の破壊、または、入射粒子が結晶内に入り
込んでしまうなどのことがある。結晶性のダメージ等を
取り除くためにはドライエツチング後、低温でア二゛−
ルする方法がある。しかし、このような熱処理を加える
ことにより、表面に付着した不純物原子、または結晶中
に打ち込まれた不純物原子は逆に内部に拡散していくこ
とになる。Ｓｉ等の■族半導体においては、炭素−ハロ
ゲンガス放電により生じた炭素の付着、または打ち込ま
れた炭素が、後の熱処理過程で結晶内部に拡散しても、
同じ■族元素であるために、電気的な特性を左右するこ
とはあまり問題とならない。

しかし、ＧａＡｓ、ＩｎＰ　、　ＧａＰ等の■−Ｖ族化
合物半導体および、Ｚｎ５ｅ等の■−■族化合物半導体
においては、炭素が結晶中に入り込むことは、結晶的な
不完全性の導入のみでなく、結晶の電気的な特性をも大
きく変化させるものである。例えば、炭素原子が、結晶
中のＧａＡｓのＧａサイトｌこ入った場合はアクセプタ
となり、へ８サイトに入った場°合はドナー不純物とな
り、結晶の電気的特性に影響をおよぼしてくる。化合物
半導体のドライエツチングにおいては、Ｓｉ等の■族単
体半導体のドライエツチング以上に炭素原子等の不純物
原子の表面付着、結晶内への入り込みに注意を払わなけ
ればならない。

従って、従来Ｓｉのドライエツチングに使用されていた
ような炭素を含む反応ガスで化合物半導体をドライエツ
チングすることは好ましくない０本発明においては、水
素−ハロゲン化合物ガスを用いるために、炭素等の■族
元素による化合物半導体結晶への影響がなく、清浄でか
つ良質なエツチングを行うことができる。

化合物半導体としてＧａＡｓ％　ＩｎＰ、水素−ハロゲ
ン化合物ガスとしてＨＣ／を例にとり詳細に説明する。

ＨＣ／ガスを放電させた場合、エツチングに寄与するの
は、主にＯｌ原子である。ＧａＡａ　とＣＩ！原子との
反応で生成される物質は、ＧａＧＩ！ｓ。

Ａ　ｓｃｌ！、などである８例えばＧａ１１．、Ａｓ（
ｉ／ｓの蒸気圧はそれぞれ、表１の通りである。

のようになる、また例えばＩｎＰの場合は、ＩｎＣｌ！
−、ＰＣＩ−などであるがそれぞれの蒸気圧は、 （＋　工ｎＣ：ム：　１０−’Ｔｏｒｒ　　ａｔ　　５
００°Ｋ　　（２２７℃）ＯＰｏｔｓ　　：　１００Ｔ
ｏｒｒ　　ａｔ　　２９４”Ｋ　　　（２１”Ｏ）のよ
うになる。ドライエツチングに使用するガス圧力の範囲
は数Ｔｏｒｒ〜１０−’Ｔｏｒｒ程度である。　ＡｓＣ
：Ｉ！ｍ、　ＰＣＩ、においてはその蒸気圧は比較的高
（、生成されるとガス状になり、ポンプにより糸外へ排
出されるが、　ＧａＣ１＝などは、ＡｓＧ／、に比べて
比較的蒸気圧が低く、基板温度が室温程度であると０−
４Ｔｏｒｒとなり、系内の極を加熱し、試料温度を上げ
てやるとよい。

１００℃にＧａＡｓを加熱したとすれば、ａａ（：Ｚ−
の１００℃での蒸気圧は２５　Ｔｏｒｒとなり表面への
付着の量は少なくなる。

第２図（ａ）は、　ＧａＡｓ基板にホトレジストにより
ストライプ状のマスクパターンを付けた試料の断面構造
の概略図である。なお、図中９はホトレジスト、１０は
Ｇ　ａ　Ａ　ｓである。また（ｂ）は上記（，１の試料
をＨ（／ガス放電によりドライエツチングした場合の断
面構造の概略図であり、この場合レジストマスクは、ド
ライエツチング後に除去しである。ドライエツチングを
行ったガス圧力は０．５　Ｔｏｒｒ　、入力電力は８０
Ｗであり、エツチング時間は５分間である。

この図よりＧａＡｓは、アンダーカットがほとんどなく
、マスクパターン幅で正確にエツチングされている。

ＡＩ！をＧ１．でエツチングする場合に、Ｈ諺ガスを混
合させるとエツチングが早く行われる。この原因は、Ｈ
，ガスがＡＩ！表面にある自然酸化膜を取り除く効果が
有り効率よくエツチングできるのである。Ｇ　ａ　Ａ　
ａ、ＩｎＰ等の化合物半導体においても自然酸化膜と呼
ばれる、表面の数原子層だけ酸化された層が形成されて
いるので、ＨＣＩ！等の水素−ハロゲン化合物ガスを使
う事により、ガス分子から解離された水素原子により化
合物半導体表面にある自然酸化膜を取り除くことができ
、清浄なドライエツチングを行うことができる。Ｈｌと
Ｇ／、など二種類のガスを導入することにより、制御性
にすぐれたものを得ることができ、更に装置も簡単に形
成できる。

以上説明したように、一般に、ＧａＡｓのＨＣ／による
エツチングの場合に生成されるＧａＧ／ｓのように、置
族元素のハロゲン化物は蒸気圧があまり高くないために
、エツチング最中に試料の温度をある程度高くしてやる
と、清浄なエツチングができる。放電空間中に試料を置
くドライエツチング形成の場合、試料表面は、放電空間
中で運動エネルギーを得た粒子の入射により１００℃以
上に温度が上昇する事があり、一般には、試料を置く電
極等は、水冷するなどして外部から温度をコントロール
している。放電空間中に試料を置（ドライエツチングの
場合は、基板表面の温度は、運動エネルギーを持った粒
子の入射により温度が上昇するために、特に外部からヒ
ーター等を使い温度を上昇させてやる必要がない場合も
ある。しかし、放電室と反応室とを分離してエツチング
を行う場合等は、試料温度をコントロールするために外
部よりヒーター等を用いて温度をコントロールさせたほ
うが良い。

一方、化合物半導体においては、構成する元素の蒸気圧
が異なるために、蒸気圧の高い元素、例えば、Ｇ　ａ　
Ａ　ｓ中のＡｓ元素が、表面から蒸発しやすく、結晶性
の悪い結晶になってしまうが、これは６００〜７００℃
以上の温度の高い場合におこりやすいが、ドライエツチ
ング時は、雰囲気のガス圧力が低いのでこのようなこと
が起こり得る。このようなことを防ぐために、ドライエ
ツチング雰囲気中に、被エツチング試料の蒸気圧の高い
元素を含むガスを混合してもよい。

例えば、　ＧａＡｓをエツチングするのにＨＣＩとＡ　
ｇ　Ｏｌ　ｓガスを混合したものを反応性ガスとして用
いる場合などである。この場合、ＨＣＩ。

ＡｓＱＩ！＝の量は、ドライエツチング時のＧａＡｓ試
料の温度、雰囲気のガス圧力により決定されることにな
る。このような、蒸気圧制御ドライエツチング方法と組
み合わせる事により、清浄かつ結晶性の良いドライエツ
チングを行うことができる。

７［−ハロゲン化合物ガスにおいては、一般に水素とハ
ロゲンとは、イオン結合性が強い。

そこで、放電の形式により正イオンのほかに負イオンも
多く形成される。この場合負イオンもエツチングに関与
する。−例として、ＧａＡｓをＨＣＩ！でエツチングし
た場合、直流＋１００Ｖ。

−１００Ｖおよび接地された基板を放電空間にセットし
負および正イオンを試料表面にひきこみエツチングし、
それぞれのエツチング速度を測定り、　ｆ：　結果、＋
　１００　Ｖテ＋！　７０００λ／−５−１ｏｏ　ｖ　
テハａｏｏｏ　Ａ／ｗｉｍ、０Ｖ−ｒハ２００人／譚と
なり、基板に直流電圧を印加することによりエツチング
が促進されることが判明した。この直流電圧の効果は、
放電の形態によっても異なるが、放電形態をコントロー
ルすることにより正、負イオンのどちらかをそれ、ぞれ
使用してエツチングを行うことができるものとなる。イ
オンは電界による方向性を持たせて基板に入射させるこ
とが出来るので、エツチングの方向性も良いものが得ら
れる。つまり、本発明の応用として、リアク予イブイオ
ンエッチ、イオンビームエッチ等にも応用できるわけで
あり、この場合、清浄で結晶性の良い、また、方向性の
良いエツチング喝５行われることになる。

以上説明したように、本発明は、水素−ハロゲン化合物
ガスを化合物半導体のドライエツチングに用いる事によ
り半導体表面のガス分子からの汚染を少なくし、また、
電気的特性を変化させるような不純物の半導体中への混
入を少なくすることにより、清浄なエツチングを行うこ
とができるものである。また、水素−）１０ゲン化合物
ガスと、化合物半導体中の高蒸気圧元素を含むガスとを
混合して反応ガスとして使用する事により、清浄かつ結
晶性の良０エツチングを行うことができる。また、放電
形態、および粒子の方向性をそろえるような装置を用０
ることにより、清浄かつ結晶性が良（また、方向性の良
いエツチングを行うことができるものである。このよう
に本発明のドライエツチング方法は、多くの利点を有し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ドライエッチング装置は一例の概略断面図、
第２図（ａ）はエッチング行う前、（ｂ）はエッチング
を行った半導体結晶の断面図の概略図である。 特許出願人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　水素とハロゲンとの化合物反応ガスを放電さ
   せることにより、化合物半導体をエツチングすることを
   特徴とするドライエツチング方法。