(57)【要約】【課題】エッチング中に堆積するハイドロカーボン量を低減可能な、半導体素子を作製する方法を提供する。【解決手段】工程Ｓ１０４ではエピタキシャル基板をエッチング装置１０に配置する。工程Ｓ１０５では、絶縁膜マスクを用いてエピタキシャル基板のプラズマエッチングを行って、複数のIII−Ｖ化合物半導体膜を加工する。炭化水素を含むエッチングガスＧＥを供給して、エッチング装置１０のバイアス側電極１３及び誘導結合コイル１４にそれぞれ高周波電力Ｐ１、Ｐ２を供給してプラズマを生成する。該プラズマによりマスクのパターンに従って半導体層がエッチングされる。工程Ｓ１０６では、酸素ガス酸素プラズマを用いて、バイアス側電極１３に高周波電力を供給すること無く誘導結合コイル１４に高周波電力Ｐ３を供給して、酸素ガスＧＯ２のプラズマアッシングを行ってエッチング堆積物を除去する。【選択図】図１
2010040852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を作製する方法であって、
基板上に複数の半導体層を成長してエピタキシャル基板を形成する工程と、
前記エピタキシャル基板上に絶縁膜マスクを形成する工程と、
前記絶縁膜マスクを形成した後に、プラズマ生成のためのバイアス側電極及びコイルを含むプラズマエッチング装置に前記エピタキシャル基板を配置する工程と、
前記絶縁膜マスクを用いて前記エピタキシャル基板を前記プラズマエッチング装置で加工して半導体メサを形成する工程と
を備え、
前記半導体メサを形成する前記工程は、
炭化水素を含むエッチングガスを供給すると共に、前記プラズマエッチング装置の前記バイアス側電極及び前記コイルにそれぞれ高周波電力を供給して、前記マスクを用いて前記半導体層をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングの後に、前記プラズマエッチング装置の前記バイアス側電極に高周波電力を供給すること無く前記コイルに高周波電力を供給して生成した酸素プラズマによってアッシングを行うアッシング工程と
を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記エッチング工程及び前記アッシング工程を繰り返す工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記絶縁膜マスクはシリコン酸化物からなる、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記エッチングガスは、メタンガス、エタンガス及びクロロハイドロカーボンガスの少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】
前記エッチングガスには水素が添加されている、ことを特徴とする請求項４に記載された方法。
【請求項６】
前記エッチング工程から前記アッシング工程に至る期間において前記プラズマエッチング装置を大気に開放すること無く前記エッチング工程及び前記アッシング工程を連続して行う、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
前記半導体メサを埋め込むためのIII−Ｖ化合物半導体を成長する工程を更に備え、
前記半導体メサは、キャリアの注入に応答して光を発生する活性層を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された方法。
【請求項８】
前記III−Ｖ化合物半導体は鉄ドープＩｎＰであり、
前記活性層は、ＧａＩｎＡｓＰ系半導体からなり、
前記基板はＩｎＰ基板である、ことを特徴とする請求項７に記載された方法。
【請求項９】
プラズマエッチング装置を用いるドライエッチング方法であって、
複数の半導体層と該複数の半導体層を搭載する基板とを含むエピタキシャル基板をプラズマエッチング装置に配置すると共に、前記エピタキシャル基板上に形成された絶縁膜マスクを用いて前記プラズマエッチング装置で前記エピタキシャル基板を加工する工程を備え、
前記エピタキシャル基板を加工する前記工程は、
炭化水素を含むエッチングガスを供給すると共に、前記プラズマエッチング装置のバイアス側電極及びコイルにそれぞれ高周波電力を供給して、前記マスクを用いて前記半導体層をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングの後に、前記プラズマエッチング装置の前記バイアス側電極に高周波電力を供給すること無く前記コイルに高周波電力を供給して生成した酸素プラズマで、アッシングをするアッシング工程と
を含む、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子を作製する方法及びドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、電子サイクロトロン共鳴反応性イオンエッチングによりＣＨ４／Ｈ２ガスを用いてＩｎＰメサ構造を形成することが記載されている。エッチング中に堆積したハイドロカーボンの除去のために、酸素プラズマ処理が行われる。ｐｉｎ接合における逆方向電流は、酸素プラズマ処理の条件に依存しており、過度の酸素プラズマ処理は逆方向電流の増加を招く。
【０００３】
非特許文献２には、ＣＨ４／Ｈ２／Ａｒガスのプラズマを用いてエッチング用のマスク材が比較されている。
【非特許文献１】Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002) 1072-1075 Part 1, No. 2B, 28 February 2002
【非特許文献２】J. Vac. Sci. Technol. B 14(3), May/Jun 1996 1752-1757
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＣＨ４／Ｈ２ガスによるドライエッチングは、ＩｎＰ系半導体といった化合物半導体を用いる半導体素子の低損傷加工のために用いられている。エッチング中に、ハイドロカーボンや、ハイドロカーボンと混合した反応生成物が、マスク上やマスク側面やエッチング側壁に堆積する。この反応生成物堆積物は、エッチング形状を劣化させる。これを避けるために、ＣＨ４／Ｈ２ガスによるドライエッチング後に、或いはエッチングと交互に、酸素ガスによるプラズマアッシングを行って、ハイドロカーボン等を除去する。酸素プラズマアッシングは結晶に損傷を残す。また、酸素ガスによるプラズマアッシングを行った場合は、発明者の検討によれば、マスク側面やエッチング側壁にマスク由来と考えられる物質が再堆積する。
【０００５】
また、ＣＨ４／Ｈ２ガスにＯ２、Ａｒ、Ｃｌ２等を添加して、エッチング中におけるハイドロカーボンの堆積量を低減することもできる。これらの添加ガスの分子量が大きいので、同様に結晶に損傷を残す。
【０００６】
例えば、埋め込み型半導体レーザにおける活性層の半導体ストライプを形成する際に、半導体メサの側壁にハイドロカーボンやマスク由来と考えられる物質が堆積する。この堆積物の十分な除去を行うことなく埋め込み成長を行うと、デバイス信頼性が低下することになる。したがって、求められていることは、エッチング中の半導体メサの側壁への堆積物量を低減することである。
【０００７】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、エッチング中の半導体メサの側壁への堆積物量を低減可能な、半導体素子を作製する方法、及びドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面は、半導体素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）基板上に複数の半導体層を成長してエピタキシャル基板を形成する工程と、（ｂ）前記エピタキシャル基板上に絶縁膜マスクを形成する工程と、（ｃ）前記絶縁膜マスクを形成した後に、プラズマ生成のためのバイアス側電極及びコイルを含むプラズマエッチング装置において前記エピタキシャル基板を前記電極上に配置する工程と、（ｄ）前記絶縁膜マスクを用いて前記エピタキシャル基板を前記プラズマエッチング装置で加工して半導体メサを形成する工程とを備える。前記半導体メサを形成する前記工程は、炭化水素を含むエッチングガスを供給すると共に、前記プラズマエッチング装置の前記バイアス側電極及び前記コイルにそれぞれ高周波電力を供給して、前記マスクを用いて前記半導体層をエッチングするエッチング工程と、前記エッチングの後に、前記プラズマエッチング装置の前記バイアス側電極に高周波電力を供給すること無く前記コイルに高周波電力を供給して生成した酸素プラズマによってアッシングを行うアッシング工程とを含む。
【０００９】
また、本発明の別の側面は、プラズマエッチング法を用いるドライエッチング方法である。この方法は、（ａ）複数の半導体層と該複数の半導体層を搭載する基板とを含むエピタキシャル基板をプラズマエッチング装置に配置すると共に、前記エピタキシャル基板上に形成された絶縁膜マスクを用いて前記プラズマエッチング装置で前記エピタキシャル基板を加工する工程を備える。前記エピタキシャル基板を加工する前記工程は、炭化水素を含むエッチングガスを供給すると共に、前記プラズマエッチング装置のバイアス側電極及びコイルにそれぞれ高周波電力を供給して、前記マスクを用いて前記半導体層をエッチングするエッチング工程と、前記エッチングの後に、前記プラズマエッチング装置の前記バイアス側電極に高周波電力を供給すること無く前記コイルに高周波電力を供給して生成した酸素プラズマで、アッシングをするアッシング工程とを含む。
【００１０】
本発明に係る方法によれば、エピタキシャル基板が搭載されるバイアス側電極には高周波電力を供給しないでアッシングを行うことにより、エピタキシャル基板とプラズマとの間の電位差を縮小できる。故に、酸素イオンの運動エネルギを低減できる。低減されたエネルギの酸素イオンが結晶に入射するので、結晶の損傷が低減される。
【００１１】
また、酸素イオンのエネルギが低減されることにより、アッシング中によるものが支配的であった絶縁膜マスクのスパッタエッチング量を低減できる。故に、エッチングにより被加工物に生成された表面へ堆積する堆積物（絶縁膜マスクに由来する物質）の量が低減される。
【００１２】
本発明に係る方法は、前記エッチング工程及び前記アッシング工程を繰り返す工程を更に備えることができる。この方法によれば、エッチング及びアッシングを繰り返して、エピタキシャル基板の加工を行うので、堆積物の影響を低減できる。
【００１３】
本発明に係る方法では、前記絶縁膜マスクはシリコン酸化物からなることが好ましい。所望のエッチングを行うために必要な膜厚のマスクを得ることができる。
【００１４】
本発明に係る方法では、前記エッチングガスはメタンガスを含むことが好ましい。また、本発明に係る方法では、前記エッチングガスはエタンガスを含むことが好ましい。さらに、本発明に係る方法では、前記エッチングガスはクロロハイドロカーボンガスを含むことが好ましい。本発明に係る方法では、前記エッチングガスは水素を含むことが好ましい。
【００１５】
本発明に係る方法では、前記エッチング工程から前記アッシング工程に至る期間において前記プラズマエッチング装置を大気に開放すること無く前記エッチング工程及び前記アッシング工程を連続して行うことが好ましい。
【００１６】
この方法によれば、同一のプラズマエッチング装置のチャンバ内で連続してエッチング及びアッシングが可能なので、大気に開放されることによる新たなコンタミメーションの増加がない。また、タクトタイムの増加が無い。
【００１７】
本発明に係る方法では、前記プラズマエッチング装置は誘導結合プラズマエッチング装置であることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る方法は、前記半導体メサを埋め込むためのIII−Ｖ化合物半導体を成長する工程を更に備えることができる。前記半導体メサは、キャリアの注入に応答して光を発生する活性層を含む。この方法によれば、堆積物が十分に少ない半導体表面に埋込成長を行って半導体発光素子を形成できる。
【００１９】
本発明に係る方法では、前記III−Ｖ化合物半導体は鉄ドープＩｎＰであり、前記活性層は、ＧａＩｎＡｓＰ系半導体からなり、前記基板はＩｎＰ基板である。この方法によれば、良好な信頼性の半導体発光素子を作製可能である。
【００２０】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、エッチング中の半導体メサの側壁への堆積物量を低減可能な、半導体素子を作製する方法、及びドライエッチング方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体素子を作製する方法、及びドライエッチング方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２３】
図１は、半導体素子を作製する方法、及びドライエッチング方法の一例のための工程フローを示す図面である。工程プローを参照すると、工程Ｓ１０１では、複数のIII−Ｖ化合物半導体膜を支持基体上に成長して、エピタキシャル基板を作製する。この結晶成長は例えば有機金属気相成長法で行われる。図２（ａ）に示されるように、エピタキシャル基板Ｅ１は、例えば、半導体ウエハ４１、ｎ型半導体層（例えばＳｉ添加ＩｎＰ）４３、ＩｎＰ系半導体光素子のための活性層（例えばＧａＩｎＡｓＰ）４５、ｐ型半導体層（例えばＺｎ添加ＩｎＰ）４７およびｐ型コンタクト層（例えば例えばＺｎ添加ＧａＩｎＡｓ）４９を含むことができる。例えば、活性層のためのＧａＩｎＡｓＰ、ｎ型クラッドのためのＳｉ添加ＩｎＰおよびｐ型クラッドのためＺｎ添加ＩｎＰ層が、ＩｎＰウエハといったIII−Ｖ化合物半導体ウエハ上に形成されている。
【００２４】
工程Ｓ１０２では、図２（ｂ）に示されるように、エピタキシャル基板Ｅ１上に絶縁膜マスク５１を形成する。例えば、導波路構造を作製するためには、絶縁膜マスク５１はストライプ形状を成す。絶縁膜マスク５１は、例えばシリコン酸化膜といった絶縁性シリコン無機化合物からなることができる。この膜を用いることによって、所望のエッチングを行うために必要な膜厚を得ることができる。絶縁膜マスク５１の膜厚は、０．５マイクロメートル以上であることが好ましく、エッチング中のマスク幅の減少を無くすためだからである。また、絶縁膜マスク５１の膜厚は、５．０マイクロメートル以下であることが好ましく、膜応力による膜剥がれのためだからである。
【００２５】
絶縁膜マスクを形成した後に、工程Ｓ１０３ではエピタキシャル基板を処理装置にセットする。処理装置は、例えばプラズマ処理装置を用いることができる。
【００２６】
図３は、本発明の実施の形態に係る半導体素子を作製する方法及びドライエッチング方法において用いられるプラズマ処理装置を概略的に示す模式図である。プラズマ処理装置は、例えば誘導結合型プラズマエッチング装置１０であることが好ましい。引き続く実施例の説明では、このプラズマエッチング装置１０を用いて化合物半導体のエッチングを行う。このエッチングのプロセスでは、例えばＣＨ４／Ｈ２混合ガスによるドライエッチングとＯ２ガスによるプラズマアッシングとが交互に繰り返される。
【００２７】
図３を参照しながら、プラズマエッチング装置１０を説明する。プラズマエッチング装置１０はチャンバ１１を含み、チャンバ１１内には基板Ｗを配置するためのバイアス側電極１３が設けられている。誘導結合コイル１４が、チャンバ１１の外周に設けられており、チャンバ１１に供給されたプロセスガスのプラズマ１２を生成する。バイアス側電極１３には高周波電源１５が接続されており、誘導結合コイル１４には別の高周波電源１６が接続されている。これらの高周波電源１５、１６は、独立して制御される。プラズマエッチング装置１０はチャンバ１１を減圧するための排気ポンプ（例えば、ターボ分子ポンプ）１７を含み、排気ポンプ１７の上流にはメインバルブ１９が設けられおり、排気ポンプ１７の下流にはフォアバルブ２０ａを介して別の排気ポンプ（例えば、ロータリーポンプ）１８が設けられている。排気ポンプ１８は、ラフバルブ２０ｂを介して直接にチャンバ１１に接続されている。チャンバ１１は、ＣＶバルブ２２を介してメインバルブ１９に接続されている。
【００２８】
ＣＶバルブ２２は、制御コントローラ（ＡＰＣ）２３からライン２１を介して与えられる信号に応答して動作する。ＣＶバルブ２２の上流には、排気系の真空度をモニタするダイアグラム真空計２４及び電離真空計２５が設けられている。真空計２４は真空度を示す信号を生成して、この信号はライン３１を介して制御コントローラ２３に提供される。制御コントローラ２３は、制御回路（例えばプログラマブルロジックコントローラ：ＰＬＣ）２６にライン３２を介して接続されており、制御回路２６は、高周波電源１５、１６を制御するための信号を生成し、これらの信号は、ライン３３を介して高周波電源１５、１６に提供される。このため、高周波電源１５、１６のいずれか一方を選択的に動作可能であり、また高周波電源１５、１６の両方を動作可能である。つまり、信号Ｓ１に応答して、高周波電源１５、１６の両方が高周波電力を提供する。信号Ｓ２に応答して、高周波電源１６が高周波電力を提供すると共に高周波電源１５が高周波電力の供給を停止する。信号Ｓ３に応答して、高周波電源１５が高周波電力を提供すると共に高周波電源１６が高周波電力の供給を停止する。信号Ｓ４に応答して、高周波電源１５及び高周波電源１６が高周波電力の供給を停止する。
【００２９】
チャンバ１１には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２７、２８、２９を介していくつかのプロセスガス（例えば、Ｈ２、ＣＨ４及びＯ２）が供給され、またリークバルブ３０を介してＮ２ガスが供給される。
【００３０】
この例では、制御回路２６は、半導体層をエッチングするエッチング工程のために、炭化水素（例えばＣＨ４）を含むエッチングガスＧＥを供給すると共に、プラズマエッチング装置のバイアス側電極１３及び誘導結合コイル１４にそれぞれ高周波電力を供給する。エッチング残渣を除去するアッシングを行うアッシング工程のために、プラズマエッチング装置１０のバイアス側電極１３に高周波電力を供給すること無く、誘導結合コイル１４にそれぞれ高周波電力を供給して酸素プラズマを生成する。
【００３１】
工程Ｓ１０３では、プラズマエッチング装置１０のバイアス側電極１３上にエピタキシャル基板が配置される。次いで、工程Ｓ１０４では、絶縁膜マスクを用いてエピタキシャル基板をプラズマエッチング装置１０を用いて加工する。本実施例では、工程Ｓ１０５において、絶縁膜マスクを用いてエピタキシャル基板のプラズマエッチングを所定の時間で行って、複数のIII−Ｖ化合物半導体膜を加工する。このプラズマエッチングのために、エピタキシャル基板をプラズマエッチング装置１０に配置した後に、チャンバ１１を真空排気する。炭化水素を含むエッチングガスＧＥを供給して、プラズマエッチング装置１０のバイアス側電極１３及び誘導結合コイル１４にそれぞれ高周波電力Ｐ１、Ｐ２を供給してプラズマを生成する。このプラズマによりマスクのパターンに従って半導体層がエッチングされる。
【００３２】
エッチングガスはメタンガスを含むことが好ましい。メタンガスが分解し、III族元素であるInと結合して揮発することによりエッチングが進行するからである。また、エッチングガスはエタンガスを含むことが好ましい。エタンガスが分解し、III族元素であるInと結合して揮発することによりエッチングが進行するからである。さらに、エッチングガスはクロロハイドロカーボンガスを含むことが好ましい。これらのガスは、例えばＣｌ２などのハロゲンガスに較べて分子量が小さいので結晶に損傷を残し難いという効果がある。エッチングガスは水素を含むことが好ましい。
【００３３】
工程Ｓ１０６では、エピタキシャル基板のプラズマエッチングを行った後に、酸素ガス酸素プラズマを用いてプラズマアッシングを行ってエッチング堆積物を除去する。酸素プラズマによるアッシング工程においても、エピタキシャル基板はバイアス側電極１３上に置かれている。このアッシングは、バイアス側電極１３に高周波電力を供給すること無く誘導結合コイル１４に高周波電力Ｐ３を供給してアッシングガス（酸素ガス）ＧＯ２のプラズマを用いて行われる。プラズマアッシングの終点は、適切な終点検知法により行われる。これによって、過度のオーバーアッシングが回避される。
【００３４】
工程１０７では、所望の回数まで、エッチング工程及びアッシング工程を繰り返す。エッチング及びアッシングを繰り返して、エピタキシャル基板の加工を行うことによって、堆積物の影響を低減できる。
【００３５】
上記の実施例では、エッチング工程からアッシング工程に至る期間においてプラズマエッチング装置を大気に開放すること無くエッチング工程及びアッシング工程を連続して行うことができる。また、アッシング工程からエッチング工程に至る期間においてプラズマエッチング装置を大気に開放すること無くエッチング工程及びアッシング工程を連続して行うことができる。また、同一のプラズマエッチング装置１０のチャンバ内で連続してエッチング及びアッシングが可能なので、大気に開放されることによる新たなコンタミメーションの増加がなく、またタクトタイムの増加も無い。例えば、半導体メサの高さは、３．０マイクロメートル以上である。また、半導体メサの高さは、６．０マイクロメートル以下である。
【００３６】
工程Ｓ１０４が完了すると、図２（ｃ）に示されるように、光導波路のための半導体メサ構造５３が作製される。半導体メサ構造５３は半導体ウエハ４１上に設けられている。半導体メサ構造５３は、ｎ型半導体層（例えばＳｉ添加ＩｎＰ）４３ａ、ＩｎＰ系半導体光素子のための活性層（例えばＧａＩｎＡｓＰ）４５ａ、ｐ型半導体層（例えばＺｎ添加ＩｎＰ）４７ａおよびｐ型コンタクト層（例えば例えばＺｎ添加ＧａＩｎＡｓ）４９ａを含む。この加工のために、エッチングガス（例えばＨ２、ＣＨ４）を用いる。このプラズマエッチングでは、不可避的に反応生成物も生成される。例えば、エッチングガスとして大量のメタンガス（ＣＨ４）が供給されるため、エッチングに寄与しなかったメタンガスが分解し、ハイドロカーボン等が生成される。これは、エッチングにより生成された半導体表面やチャンバ内壁等に堆積する。この堆積物は、エッチングに好ましくないものである。プラズマエッチングの後に、これらの堆積物を除去するために、工程Ｓ１０６において、加工されたエピタキシャル基板のプラズマアッシングを行う。工程Ｓ１０７において、所望の処理が完了するまでドライエッチング及びプラズマアッシングを繰り返して、エピタキシャル基板の全加工を完了する。
【００３７】
工程Ｓ１０６において、エピタキシャル基板が搭載される電極（バイアス側電極）には高周波電力を供給しないでアッシングのためのプラズマ処理を行うことにより、エピタキシャル基板とプラズマとの間の電位差を縮小できる。故に、酸素イオンの運動エネルギを低減できる。低減されたエネルギの酸素イオンが結晶に入射するので、結晶の損傷が低減される。
【００３８】
また、酸素イオンのエネルギが低減されることにより、アッシング中によるものが支配的であった絶縁膜マスクのスパッタエッチング量を低減できる。故に、エッチングにより被加工物に生成された表面へ堆積する堆積物（絶縁膜マスクに由来する物質）の量が低減される。
【００３９】
工程Ｓ１０６で行われる酸素プラズマアッシングでは、酸素ラジカルや酸素イオンとの反応によって、エッチング工程で生成されたハイドロカーボンは一酸化炭素、水素および水に分解され揮発することにより除去される。
【００４０】
上記の工程により、エピタキシャル基板を加工して基板生産物を作製することができる。所望のエッチングが完了した後に、工程Ｓ１０８において、基板生産物を処理装置から取り出す。エッチングされたエピタキシャル基板は、半導体メサを含む。半導体メサは、例えばストライプ形状を成す。半導体メサは、キャリアの注入に応答して光を発生する活性層を含む。
【００４１】
工程Ｓ１０９では、図２（ｄ）に示されるように、マスク５１を用いて半導体メサ５３を埋め込むための埋込半導体５５の再成長を行う。この成長は例えば有機金属気相成長法で行われ、III−Ｖ化合物半導体が成長される。この方法によれば、堆積物が十分に少ない半導体表面に埋込成長を行うことができる。埋込のためのIII−Ｖ化合物半導体は鉄ドープＩｎＰであることが好ましい。活性層はＧａＩｎＡｓＰ系半導体からなり、基板はＩｎＰ基板であることが好ましい。良好な信頼性の半導体発光素子を作製可能である。埋込再成長が完了した後に、マスク５１を除去する。
【００４２】
ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰヘテロ構造の半導体レーザでは、ＩｎＰの埋込再成長が行われる。埋込再成長の後に、半導体メサストライプ及び半導体埋込領域上に絶縁膜を形成する。絶縁膜は、半導体メサストライプの上面を露出させる開口を有する。
【００４３】
工程Ｓ１１０では、絶縁膜上に電極（例えば、アノード電極）を形成すると共に、基板の裏面に別の電極（例えば、カソード電極）を形成する。
【００４４】
これらの工程により、半導体レーザといったIII−Ｖ化合物半導体素子が作製された。
【００４５】
本実施の形態、例えばＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰヘテロ構造の半導体レーザでは、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ埋め込み構造を用いて良好な特性を得るために、マスク幅で規定されるストライプ幅をコンタクト幅に維持しながら、エッチング及びアッシングを繰り返す加工により高さ３μｍ以上の半導体メサを作製する必要がある。このため、エッチング中のスパッタ効果によるマスク幅の減少を避けなければならない。マスク幅の減少の影響を低減するためには、ＴＥＯＳといった有機シリコン化合物原料によるシリコン無機絶縁体マスクを用いることが好適である。例えば２μｍ程度の厚みの厚膜のシリコン酸化膜マスクが用いられる。所定以上の厚みを有する厚膜のシリコン酸化膜マスクを用いることにより、エッチング中のスパッタ効果によりシリコン酸化膜がエッチングされた場合でも、厚み方向のエッチングが主に進行し、マスク幅の減少が抑制されるからである。図４は、コイル及びバイアス側電極に高周波電力を印加してエッチングを行うと共に、コイル及びバイアス側電極に高周波電力を印加してアッシングを行う加工により形成された半導体メサのエッチング表面のＡＳＥ分析結果が示す図面である。図４を参照すると、ＡＳＥ分析結果における特性線ＣＯ、ＣＳｉ、ＣＣ、ＣＩｎ、ＣＰ、ＣＧａ、ＣＡｓ、ＣＦが示すように、ＴＥＯＳ酸化膜マスクを用いたエッチングにより形成されたメサ側壁から、シリコン酸化膜マスクに由来と考えられるシリコンや酸素が検出された。したがって、シリコン酸化膜マスクを用いる上記のエッチングでは、エッチング堆積物が少ない清浄なメサ側面上に半導体の埋め込み成長を行なうことが難しい。
【００４６】
（実施例）
２インチ径のＩｎＰ基板を準備した。ＴＥＯＳ原料を供給してプラズマ気相成長法によってシリコン酸化膜をエピタキシャル基板上に成長した。シリコン酸化膜の膜厚は２０００ｎｍであった。フォトリソグラフィ及びＣＨ４／Ｈ２ドライエッチングによってマスクを作製した。マスクは１．５μｍ幅のストライプ形状を有する。ストライプは、ＩｎＰ基板上において２５０μｍ間隔で配列されている。次に、このＩｎＰ基板を、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）プラズマソースを備えるエッチング装置のバイアス側電極上に配置した。バイアス側電極は石英サセプタを有する。メタンと水素の混合ガス（混合比：ＣＨ４／Ｈ２＝１／３、流量：５０ｓｃｃｍ）をチャンバ内に供給して、ガス圧２．０Ｐａで、ＩＣＰコイル及びバイアス側電極に２００ワットと１５ワットの高周波電力（例えば１３．５６ＭＨｚ）をそれぞれ供給して、プラズマ放電を引き起こして反応性イオンエッチングを行った。次いで、酸素ガス（流量：８０ｓｃｃｍ）をチャンバ内に供給して、ガス圧２．０Ｐａにおいて、ＩＣＰコイルに１００ワットの高周波電力（例えば１３．５６ＭＨｚ）を供給すると共に、バイアス側電極に電力を一切供給しないで、アッシングを行った。例えば、エッチング時間１．５分とアッシング時間１分を交互に繰り返すことによってＩｎＰ基板に高さ３．８μｍの段差を形成した。図５は、このエッチング加工プロセスにより作製された加工済みＩｎＰ基板のＡＳＥ分析結果を示す。横軸は、スパッタリング時間であり、スパッタリング時間１０分は、深さ９４ｎｍに対応する。図５の特性線ＣＩｎ、ＣＰに示されるように、検出された主要な元素は、Ｉｎ、Ｐであった。炭素（Ｃ）やシリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）を含む堆積物がメサ側壁に少なく、良好なエッチングが得られた。
【００４７】
このようなドライエッチング方法を用いて、ｎ型ＩｎＰ半導体層、ＧａＩｎＡｓＰ活性層及びｐ型ＩｎＰ層を有機金属気相成長法でＩｎＰ基板上に成長して形成したエピタキシャル基板を加工して、活性層メサを形成した。この活性層メサを鉄ドープ半絶縁性ＩｎＰで埋め込み、埋め込み構造半導体レーザを作製した。この半導体レーザは、室温・連続発振条件で閾値電流６ｍＡであり、良好な特性が得られた。また、摂氏９５度、５ｍＷのＡＰＣ条件における加速通電試験において、推定寿命１０万時間以上が得られた。
【００４８】
本実施の形態のアッシングによれば、エピタキシャル基板とプラズマとの間の電位差を数ボルトに抑えられるために（アッシング中にバイアス側電極に高周波電力を供給したときは、上記電位差は、数１０ボルトから数１００ボルトになる）酸素イオンの入射エネルギを低減できる。故に、酸素イオンの衝突による結晶の損傷を低減できる。また、シリコン酸化物マスクのスパッタエッチングでは、ハイドロカーボン等がマスク上にほとんど堆積しないため、堆積物によりスパッタが阻害されることは少ない。したがって、シリコン酸化物マスクのスパッタエッチングにおけるシリコン酸化物のスパッタ量は、主に酸素イオンエネルギの大きさや酸素分子量の大きさに依存する。本実施の形態のアッシングによれば、酸素イオンエネルギが低減されるので、シリコン酸化物マスクのスパッタエッチング量も低減される。したがって、半導体メサ側壁へのシリコン酸化物の再堆積量が大幅に低減される。この結果、埋め込みのための良好な界面を得られる。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、エッチング中に堆積するハイドロカーボン量を低減可能な、半導体素子を作製する方法、及びドライエッチング方法が提供される。
【００５０】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、半導体素子を作製する方法、及びドライエッチング方法の一例のための工程フローを示す図面である。
【図２】図２は、半導体素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る半導体素子を作製する方法及びドライエッチング方法において用いられるプラズマ処理装置を概略的に示す模式図である。
【図４】図４は、このようなエッチングにより形成されたエッチング表面のＡＳＥ分析結果が示す図面である。
【図５】図５は、このエッチング加工プロセスにより作製された加工済みＩｎＰ基板のＡＳＥ分析結果を示す図面である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…誘導結合型プラズマエッチング装置、１１…チャンバ、１３…バイアス側電極、１４…誘導結合コイル、１５、１６…高周波電源、１７、１８…排気ポンプ、１９…メインバルブ、２０ｂ…ラフバルブ、２１、３１、３２、３３…ライン、２２…ＣＶバルブ、２３…制御コントローラ（ＡＰＣ）、２４…ダイアグラム真空計、２５…電離真空計、２６…制御回路（例えばプログラマブルロジックコントローラ：ＰＬＣ）、２７、２８、２９…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、３０…リークバルブ、ＧＥ…エッチングガス、ＧＯ２…アッシングガス、Ｅ１…エピタキシャル基板、４１…半導体ウエハ、４３…ｎ型半導体層（例えばＳｉ添加ＩｎＰ）、４３ａ…ｎ型半導体層（例えばＳｉ添加ＩｎＰ）、４５…活性層（例えばＧａＩｎＡｓＰ）、４５ａ…活性層（例えばＧａＩｎＡｓＰ）、４７…ｐ型半導体層（例えばＺｎ添加ＩｎＰ）、４７ａ…ｐ型半導体層（例えばＺｎ添加ＩｎＰ）、４９…ｐ型コンタクト層（例えばＺｎ添加ＧａＩｎＡｓ）、４９ａ…ｐ型コンタクト層（例えば例えばＺｎ添加ＧａＩｎＡｓ）、５１…絶縁膜マスク、５３…半導体メサ構造、５５…埋込半導体  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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