JPS58147122A - 化合物半導体装置の製造方法 - 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】 （１）　　発明の技術分野 本発明はドライエツチング法を用いた化合物半導体の微
細加工方法に関する。

（２）技術の背景 半導体素子の尚集積化及び高子特性の向上を計る為に半
導体の微細加工（ｆ＃が必要不ＯＴ欠となっている。化
合物半導体の加工法として従来よリウェツト化学エツチ
ング法が用いられているが、ウェット化学エツチング法
でハ寺方的にエツチングが進行する為、例えばリセス構
造を有する化合物半導体ＦＥＴを製作する場合には、ゲ
ート直下のリセス形成工程の際、マスク下部までエツチ
ングが進む為、マスクパターン鴨より広い加工が施され
、′！′ＩＩ！ｆの良い微細パターンが得られない。従
って、このウェット化学エツチング法による横方向への
くい込みが、前記リセス構造のＦＥＴ＃子では、ソース
抵抗Ｒ８の増大を導き、相互コンダクタンスｔｍの低下
を招く。

一方、ウェット化学エツチング法に換わる技術としてド
ライエツチング法が検討されているが。

ドライエツチング技術の一つであるプラズマエツチング
法では選択性等は良好であるが、ウェット化学エツチン
グと同様、化学的反応のみｔ利用する為、等方的にエツ
チングが進み、前記と同様なサイドエツチングが生じる
。

また、不活性ガスを用いるイオンエツチング法では、物
理的スパッタリング効果を利用する為、イオン衝撃によ
る化合物半導体表面のダメージが大きいばかりでなく、
エツチング速度の選択性が非常に少なく且つエツチング
レートも遅い。また、レジストの硬化による変性が生じ
る等の原因から加工性及び素子特性に大きく影響企及ぼ
す。

そこで、峻近化学的反応性に富み且つイオン性の＊＊ｔ
−有する反応性イオンエツチング法がガリウム・ヒ索（
ＧａＡｓ）等の化合物牛導体に対しても有力な微細刀ロ
エ技術として注目されつつある。

（３）従来技術と問題点 次に、従来技術の問題点を図１を用いて説明する。第１
図はリセス形成工程を施す前のＩＦＫＴの概略断面であ
る。同図に於いて、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２はｎ
型ＧａＡ、能動ノー、３は絶縁−１４はレジスト、５．
６はソース・ドＶイン電極金それぞれ示している。第２
図は従来のウェット化学エツチング法を用いて能動層２
にパターンｔ′エツチングした時の前記第１図に示され
たＦｆｆｉＴの一部拡大図でめる。

能動層２上には、パターニングされ次間口部７の幅がｄ
、を有する絶縁膜３１ｒ更に開口部フに５几る領域にパ
ターニングされ次間口部の幅（１ｍがｄ、より小さい（
ｄｔ＜ｄｔ）開口部８１に有するレジスト４が前記絶縁
膜３上に配置されている。ここで、絶縁［３及びレジス
ト番によって形成される層の断面形状はオーバーハング
状になっているが、これは後の工程でゲート電極を形成
する際のリフトオフ＠に利用する。

従来よシ上記構成から成る能動層２にレジスト番に設け
られ次開口ｓ８のパターンｔエツチングする際、水酸化
カリウム（ＫＯＨ）と過酸化水嵩（も０．）の混合溶液
等を用いてウェット化学エツチングを施していた。しか
しながらウェット化学エツチング法では、パターンユン
グマスクとしてレジスト番よりも絶縁膜３が働き、且つ
等方的にエツチングが進行する為、能動層２でのエツチ
ングの濃さｔに対するパターンの＠ｄはｄ：：ｄ、＋２
ｔとなる。従って能動層２に形成されるパターン幅ｄは
レジスト番の開゛口部８０幅（Ｌ、によりて決定するこ
とはできないという問題点が６つｍ０←）発明の目的 本発明の目的は、化合物半導体基板、若しくは化合物半
導体層（この後、化合物半導体基体と略す）上に、開口
部金有する第１の膜が配置され該第１の膜上の前記開口
部に当たる領域に前記開口部の幅より小さい開口部を有
する第２の膜が配設された構造から成る半導体層に、前
記第２の膜をマスクとして前記第２の膜に設けられ良問
口部のパターンを前記化合物半導体基体にエツチングす
る際、前記第２の膜の開口部が前記化合物半導体基体で
のパターン幅を精度良く規定することができるエツチン
グ方法を提供することにおる。

（５）発明の構成 本発明は、化合物半導体基体表面に該基体とは異なる材
料から成る第１の膜が配設され、該第１の膜上に開口部
を有するＪＩＥ２の膜が配設され、該第２の膜上の前記
開口部に当几る領域に前記、開口部の幅より小さい開口
Ｓを有する第３の膜が配設され九構造から成る半導体層
に、前記第１の膜よジ前記基体のエツチング速度が速い
エツチングガスを用いて反応性イオンエツチングにより
前記第３の膜の開口部のパターンを前記基体にパターニ
ングしたものである。

同、本；＝環化合物半導体基体とは化合物半導体基板及
び化合物半導体層を含む。

（６）発明の実施例 本発明を本発明の一実施例音用いて詳述する。

第２図は前記第１図のＰＥＴを本発明の一実施例の方法
を用いてエツチングした時の一部拡大図である。第１図
で説明した部分と同部分は同記号で指示してＴｏ−る。

本発明によれば、ｔず能動層２表面を酸素を含む雰凹気
中に一定時間さらすか或いは自然酸化してｄ卓２０〜３
ｏ（ｉ）の酸化膜９ｔ−形成し、該酸化ｍ９上にＯＶＤ
法によシ膜厚α６〔μｍ〕の二酸化シリコン（８１０鵞
）膜３を堆積し、更に８１０．膜３上に７オトレジスト
、例えばムＺ１３５０Ｊ（商品名）４を膜厚α６０ｍ）
塗布する。しかる後、フォトレジスト４をパターニング
して開口部の１ｐｉｎｄｓが１５〔−〕となるような〕
開ロ部８ｆ：形する。次に該フォトレジスト４ｔ−ｗス
クとして８１０．膜３のみをフッ化水素（ＨＰ）　＃液
でウェット化学エツチングして前記レジスト番に形成し
た開口部８下に開口部７ｔ−形成する。このとき、開口
部フの幅改、はｄ、より大きい５〔−〕となるようにす
る。

この後、平行平板電極型ドライエツチング装置ｔ−用い
て、フロン１２　（００ｔ、　？、）とヘリウム（Ｈｅ
）との混合ガス（分圧比Ｐ　ＯＯＡ、　ｙ、　／ＰＨ６
”’０２５〜２）を導入し、ガス圧１〜５（Ｐａ）、ノ
くワー密度α２〜α５　（Ｗ／ｃｄ　）の条件で８１０
．膜３及びレジスト番が設けられ曳能動層２１を反応性
イオンエツチングにぶって３分間エツチング処理する。

このエツチング処理の際、化学的に活性なフッ素（７）
及び塩＊（ＯＬ）イオン１０はプラズマと試料側電極と
の間に発生する自己バイアス電圧に加速される為、試料
表面に対して垂直方向の運動が生じ、これより着しい異
方性のエツチングが進行するＯ 一方、活性化されなかっ次中性のｙ、　ａｔ＠の反応性
中性粒子１１は自己バイアスの影４を受けず、等方的運
ＩＩｋを行なう為、横方向への拡がシをもち日１０鵞膜
３に設けられた開口部ツの幅ｄ１の領域まで進入する。

しかし能動層２表面は酸化膜９に被覆され且つエツチン
グガスによる１１！！動層２と酸化膜９の選択エツチン
グ比が着しく異なる為、中性粒子１１によるｄ１領域で
の能動１−２のエツチング進行は遮蔽される。

このような上記の効果から、能動層２での工。

チング幅ｄは、レジスト番の開口部８の幅ａ８で規定さ
れる領域のみのエツチングが進み、該幅ｄはｄ＝６！即
ちｄはほぼＬ５（、ａｍ）と７２．６６同、幅ｄ冨に対
応し皮酸化１１［９のエツチングは翠イオン若しくはＣ
Ｚイオン等による物理的スバ、タリング幼釆により除去
されたものである。

本実施例ではエツチングガスとしてｏｏｚ、ｙ、ガスを
用い友が、塩素＜ａｔ＞若しくは臭素（Ｂｒ）を含んだ
ガスを使用して奄同様な効果が得られる。

また、前記ガスと反応性イオンエツチング法と組み合わ
せることにより自然酸化膜及びプラズマグロウン酸化膜
に対する選択エツチング比は５０〜１００倍程厩と大き
いことが実験下り確認されており、中性粒子による選択
エツチング比は前記の１直に比べより着しくなると考え
られる。同１本実施伺ではエツチングマスクとして酸化
膜９を用い几が窒化膜を用いても同様な効果が得られる
。

また９反応性イオンによる異方性エツチングは比較的低
い自己バイアス電圧でろる８０〜９０Ｖ程度で且つ〜い
ガス圧４〜５Ｐａの実験下に於いてもＧａム−の垂直な
エツチング特性が得られていることにより、反応性イオ
ンによるサイドエツチングが非常に少ないことが確−さ
れた。Ｇ、ム−の表面ダメージも後方敗乱測定により、
イオンエツチング法に比べ着しく少ないことが示され友
。更にフォトレジスト及びＳ１０．膜などの絶縁膜に対
するＧａＡｓの選択比は各々約１５倍、約４０后と良好
であり、且つレジストの変性もほとんどないことが確認
され、本発明の反応性イオンエッチノブに対するマスク
材としてＭ効であることが示さｎた。

次にｆｅｉ記実施例の応用金量率に述べることにする。

ＡｔｘＧａ、−ｘＡｓ（ｘ−α１〜α５）＋−上にＧａ
Ａｓ１ｉｌを形成し、前記４！、施例と同様な方法でＧ
ＶＡθｌ−をエツチングすると、Ｃｏｔ、Ｆ、ｆｔ含ん
だガスではＡ４ＧａＡｓはＦ）ａＡθと比較して強い選
択性を待っている為、ＡｔｘＧａ、−ｘＡｓ層の狭面で
ほぼエツチングが停止するプロファイルが得られ友。Ａ
４ｘＧａ、−ＸＡＩＩＩ（Ｘ−α１以上）に対す６Ｇ＆
ＡＩ３の選択比は３０倍以上である。従ってムＬｘＧａ
１−ｘＡａ層はＯＣＡ、？、１Ｘｔ含んだガスを用いて
”＆ＡＢ）ｆｊｔ工ｙチングする際のストッパーの役目
を果すことができる。

（６）発明の効果 本発明によれば化合物半導体基体上に開口部をＭする第
１ｏ膜が配設され、該第１の膜上の前記開口部に１友る
領域に前記開口部の幅より小さい開口部會有する第２の
膜が配設された構造から成る半導体層を前記第２の膜を
マスクとして前記第２の膜に設けられ次曲口部のパター
ンを前記化合物半導体基体にエツチングする際、前記第
２の膜の開口部が前記化合物半導体基体でのパターン１
１１ｉｉｔ−精度良く規定できるという効果がある。

同、本祐明はリセス構造を有するＩＦＫＴｉ製造する時
の与（＠定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図はリセス形成工程を施す前の？ＥＴの概４ｄ！ｌ
？ｔｔ１図、第２図は従来のウェット化学エツチングｉ
ｔ−用いて能動層にパターン全エツチングし友時の前記
第１図に示さｔ′Ｌ友ＦＪＣＴの一部拡大図、第３図は
前記第１図のＩＦｆｆＴを本発明の一実施例の方法を用
いてエツチングした時の一部拡大図である。 ２　　ｎｆｉＧａＡａ能動４　　　３　　絶縁膜４　レ
ジスト　　　　　　　　９　酸化膜第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物半導体基体表面に該基体とは異なる材料か
   ら成るｒｓｌの膜が配設され、該第１の膜上に開口ｓｒ
   有する＠２の膜が配設され、該第２の膜上の前記開口部
   に相当し次領域に前記開口部の輸エリ小さい開口部を有
   する第３の膜が配設され九構造から成る半導体層に、前
   記＃Ｘｌの膜より前記基体のエツチング速度が速いエツ
   チングガスを用いて反↓５注イオンエ、チングにより前
   記＠３の膜の開口部のパターン金前記基体にパターニン
   グすること全特徴とする化合物半導体のドライエツチン
   グ方法。
2. （２）化合物半導体基体金ガリウム・ヒ素基体とし注つ
   ＃ＩＪｌの膜ｔ−酸化膜或いは窒化膜とし且つエツチン
   グガスを塩素と夷素の内少なくとも一方をさむガスとす
   ることを特徴とする特許請求の範囲−ｍ１ＪＪｉ＜載の
   化合物半導体のドライエツチング方法。