(57)【要約】  この製造方法は、化合物半導体からなる被加工物１０の上に所定パターンのエッチングマスク１１ｐを形成する工程と、エッチングマスク１１ｐの形成後、プラズマエッチング装置のチャンバ内に配置された被加工物１０の上に、少なくともヨウ化水素ガス、四塩化ケイ素ガスおよび塩素ガスを含む混合ガスを導入するとともに混合ガスをプラズマ化する工程と、当該プラズマ化された混合ガスを被加工物１０に入射させて被加工物１０を選択的にエッチングする工程と、を含む。
2010016249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体からなる被加工物の上に所定パターンのエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクの形成後、プラズマエッチング装置のチャンバ内に配置された前記被加工物の上に、少なくともヨウ化水素ガス、四塩化ケイ素ガスおよび塩素ガスを含む混合ガスを導入するとともに前記混合ガスをプラズマ化する工程と、
当該プラズマ化された混合ガスを前記被加工物に入射させて前記被加工物を選択的にエッチングする工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法であって、前記ヨウ化水素ガスの流量と前記塩素ガスの流量との合計に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の比率が０．７以上０．９以下の範囲内に調整される、半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の製造方法であって、前記ヨウ化水素ガスの流量と前記塩素ガスの流量との合計に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の比率が０．７４以上の範囲内に調整される、半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の製造方法であって、前記ヨウ化水素ガスの流量と前記四塩化ケイ素ガスの流量との合計に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の比率が０．６以上０．８５以下の範囲内に調整される、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法であって、前記ヨウ化水素ガスの流量と前記四塩化ケイ素ガスの流量との合計に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の比率が０．７９以上の範囲内に調整される、半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の製造方法であって、前記被加工物を選択的にエッチングする工程では、前記被加工物の温度を１５０℃以上４３０℃以下の範囲内に調整する、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の製造方法であって、前記被加工物は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）およびアルミニウム（Ａｌ）よりなる群から選択された少なくとも１つのIII族元素と、ヒ素（Ａｓ）およびリン（Ｐ）よりなる群から選択された少なくとも１つのＶ族元素とからなるIII−Ｖ族化合物半導体である、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の製造方法であって、前記エッチングマスクは無機誘電体材料からなる、半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１から８のうちのいずれか１項に記載の製造方法であって、前記被加工物を選択的にエッチングする工程では、前記チャンバ内の圧力を０．１Ｐａ以上２Ｐａ以下に調整する、半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から９のうちのいずれか１項に記載の製造方法であって、
前記プラズマエッチング装置は、
前記混合ガスを前記チャンバ内に導入するガス供給源と、
高周波電力の供給に応じて、当該導入された混合ガスをプラズマ化するための誘導電場を生起させる高周波磁場を前記チャンバ内に印加する高周波アンテナと、
前記高周波アンテナに前記高周波電力を供給する高周波発振器と、
前記チャンバ内に磁場を印加して前記混合ガスのプラズマ密度分布を制御する磁石と、
当該プラズマ化された混合ガスを前記被加工物に入射させる電場を形成するバイアス電圧印加手段と、
を備えた誘導結合型プラズマ発生装置である、半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の製造方法であって、前記高周波アンテナはループ状に形成されており、前記磁石は、前記高周波アンテナと同軸状に配置されたループ状永久磁石である、半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１記載の製造方法であって、
前記プラズマエッチング装置は、
前記チャンバのプラズマ生成領域を画定する誘電体部材と、
前記プラズマ生成領域の外側に配置された前記高周波アンテナと前記誘電体部材との間に設けられた電極と、
前記高周波発振器から前記高周波電力の供給を受ける可変コンデンサまたは可変チョークと、
を備え、
前記電極は、前記可変コンデンサまたは可変チョークを介して前記高周波発振器と接続されている、半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
所定パターンのエッチングマスクが形成された化合物半導体からなる被加工物を加工するプラズマエッチング装置であって、
チャンバ内に配置され、かつ前記被加工物を支持するホルダと、
前記被加工物の上に、少なくともヨウ化水素ガス、四塩化ケイ素ガスおよび塩素ガスを含む混合ガスを導入するガス供給源と、
高周波電力の供給に応じて、当該導入された混合ガスをプラズマ化するための誘導電場を生起させる高周波磁場を前記チャンバ内に印加する高周波アンテナと、
前記高周波アンテナに前記高周波電力を供給する高周波発振器と、
当該プラズマ化された混合ガスを前記被加工物に入射させる電場を形成するバイアス電圧印加手段と、
を備えるプラズマエッチング装置。
【請求項１４】
請求項１３記載のプラズマエッチング装置であって、前記ヨウ化水素ガスの流量と前記塩素ガスの流量との合計に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の比率が０．７以上０．９以下の範囲内に調整される、プラズマエッチング装置。
【請求項１５】
請求項１４記載のプラズマエッチング装置であって、前記ヨウ化水素ガスの流量と前記塩素ガスの流量との合計に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の比率が０．７４以上の範囲内に調整される、プラズマエッチング装置。
【請求項１６】
請求項１３から１５のうちのいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置であって、前記ヨウ化水素ガスの流量と前記四塩化ケイ素ガスの流量との合計に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の比率が０．６以上０．８５以下の範囲内に調整される、プラズマエッチング装置。
【請求項１７】
請求項１６記載のプラズマエッチング装置であって、前記ヨウ化水素ガスの流量と前記四塩化ケイ素ガスの流量との合計に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の比率が０．７９以上の範囲内に調整される、プラズマエッチング装置。
【請求項１８】
請求項１３から１７のうちのいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置であって、前記被加工物を選択的にエッチングする工程では、前記被加工物の温度を１５０℃以上４３０℃以下の範囲内に調整する、プラズマエッチング装置。
【請求項１９】
請求項１３から１８のうちのいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置であって、前記被加工物は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）およびアルミニウム（Ａｌ）よりなる群から選択された少なくとも１つのIII族元素と、ヒ素（Ａｓ）およびリン（Ｐ）よりなる群から選択された少なくとも１つのＶ族元素とからなるIII−Ｖ族化合物半導体である、プラズマエッチング装置。
【請求項２０】
請求項１９記載のプラズマエッチング装置であって、前記エッチングマスクは無機誘電体材料からなる、プラズマエッチング装置。
【請求項２１】
請求項１３から２０のうちのいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置であって、前記チャンバ内の圧力は０．１Ｐａ以上２Ｐａ以下に調整される、プラズマエッチング装置。
【請求項２２】
請求項１３から２１のうちのいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置であって、前記チャンバ内に磁場を印加して前記混合ガスのプラズマ密度分布を制御する磁石を更に備えるプラズマエッチング装置。
【請求項２３】
請求項２２記載のプラズマエッチング装置であって、前記高周波アンテナはループ状に形成されており、前記磁石は、前記高周波アンテナと同軸状に配置されたループ状永久磁石である、プラズマエッチング装置。
【請求項２４】
請求項２２または２３記載のプラズマエッチング装置であって、
前記チャンバのプラズマ生成領域を画定する誘電体部材と、
前記プラズマ生成領域の外側に配置された前記高周波アンテナと前記誘電体部材との間に設けられた電極と、
前記高周波発振器から前記高周波電力の供給を受ける可変コンデンサまたは可変チョークと、
を備え、
前記電極は、前記可変コンデンサまたは可変チョークを介して前記高周波発振器と接続されている、プラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料からなる被加工物をドライエッチングにより加工する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光能動素子（たとえば、半導体レーザや光増幅器）や光受動素子（たとえば、合分波器や光導波路）といった光デバイスの高機能化および高性能化が要求されている。この種の光デバイスとして、III-Ｖ族化合物半導体などの化合物半導体からなる光集積デバイスが注目されている。光集積デバイスの製造工程では、化合物半導体をエッチングにより高精度に加工する技術が求められる。エッチングにより化合物半導体を加工して溝を形成する場合、その溝の幅、深さおよび形状を精密に制御することが重要である。このため、ウェットエッチングよりも、形成された溝の側壁の垂直性、当該溝の再現性およびエッチング均一性を良好に実現できるドライエッチングが使用される傾向にある。【０００３】
一般に、ドライエッチングは、所望のエッチング形状を得るために、被加工物の特性に応じたエッチング条件（導入ガス種の種類、導入ガス種の配分、チャンバ内の圧力、基板温度）を適用することが必要である。近年、化合物半導体をドライエッチングにより加工する方法として、プラズマ源を用いたドライエッチングが広く使用されている。プラズマ源としては、たとえば、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）源、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）源、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）源、および電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＰ：Electron Cyclotron resonance Plasma）源が挙げられる。【０００４】
前述のプラズマ源の中でも、誘導結合型プラズマ源やマイクロ波励起表面波プラズマ源、電子サイクロトン共鳴プラズマ源を使用すると、放電電力によるプラズマ密度と、バイアス電力によるイオンの入射エネルギーとをそれぞれ独立に制御できるため、高精度な微細加工が可能となる。特に、誘導結合型プラズマを使用した化合物半導体のドライエッチングは、エッチングの高速化と低ダメージとを両立できる手段として広く使用されている。【０００５】
プラズマ源を用いたドライエッチング（プラズマエッチング）は、たとえば、特許文献１（特開２００６−００５３１７号公報）、特許文献２（特開２００５−１５０４０４号公報）、特許文献３（特開２００４−０８８０６２号公報）、特許文献４（特開２００４−０６３６５８号公報）および非特許文献１（松谷晃宏, 大槻秀夫, 小山二三夫, "HI/Cl2 ICPによるInPの低温ドライエッチング," 第64回応用物理学会学術講演会, 福岡, 30p-C-10, 2003年8月）に開示されている。【０００６】
特許文献１〜４や非特許文献１には、III−Ｖ族化合物半導体などの被加工物をエッチングするために、前述のプラズマ源を使用し、ヨウ化水素ガスなどのハロゲン化合物ガスを含む混合ガスをエッチングガスとして使用するドライエッチング技術が開示されている。たとえば、非特許文献１には、ＩＣＰ源を用い、ヨウ化水素ガスと塩素ガスの混合ガスをエッチングガスとして使用するドライエッチング技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−００５３１７号公報
【特許文献２】特開２００５−１５０４０４号公報
【特許文献３】特開２００４−０８８０６２号公報
【特許文献４】特開２００４−０６３６５８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】松谷晃宏, 大槻秀夫, 小山二三夫, "HI/Cl2 ICPによるInPの低温ドライエッチング," 第64回応用物理学会学術講演会, 福岡, 30p-C-10, 2003年8月.（Akihiro Matsutani, Hideo Ohtsuki, and Fumio Koyama, "Low temperature dry etching of InP by inductively coupled plasma using HI/Cl2," The 64th Autumn Meeting of Japan Society of Applied Physics and Related Societies, Fukuoka, 30p-C-10, Aug. 2003.）
【発明の概要】
【０００９】
光能動素子や光受動素子で必要となる光導波路を化合物半導体を用いて作製する場合、この光導波路は、組成の異なる複数種の半導体層で構成される。たとえば、屈折率の比較的低いＩｎＰ層からなるクラッド層と、屈折率の比較的高いＩｎＧａＡｓＰやＩｎＧａＡｌＡｓなどの、Ｉｎをその一部に含有するコア層とを積層し、その積層体をドライエッチングで加工することで光導波路を形成できる。クラッド層とコア層との積層体をドライエッチングを用いて加工することにより断面凸状のメサ構造を形成し、このメサ構造をクラッド層で埋め込むことでストライプ状のメサ型光導波路を形成することもできる。
【００１０】
ドライエッチングの一般的な品質評価基準として、（１）下地の被加工物とマスク材料との間のエッチング速度比すなわち選択比（＝被加工物のエッチングレート／マスク材料のエッチングレート）、（２）エッチングにより被加工物に側面（たとえば、メサ構造の側面）を形成した場合の当該側面の垂直性、（３）異なる組成を持つ複数種の半導体層の積層体をエッチングする場合に半導体層間に生ずるエッチング速度差（半導体層のエッチング速度依存性）、（４）エッチングにより形成された加工面の平滑性、（５）エッチング深さの面内均一性、が知られている。
【００１１】
選択比の値は大きいことが望ましい。選択比の向上のためにエッチングマスクとして金属マスクを使用できるが、金属マスクがエッチングされると、金属マスクの構成元素が揮発性生成物とならずに加工面に付着し、半導体デバイスの特性に悪影響を及ぼすおそれがある。特許文献１や特許文献３には、レジストをエッチングマスクとして用いたドライエッチング方法が提案されている。一方、特許文献１や特許文献３のドライエッチング方法では、プロセスの簡易化が可能であるが、加工面の垂直性、平滑性および面内均一性を担保しつつ、高い選択比を得ることが難しいという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明者らは、レジストマスクの代わりに、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの誘電体からなるハードマスクの使用を試みた。しかしながら、ハードマスクを用いたドライエッチングに従来のプロセス条件を適用したときに、以下に説明する様々な問題に直面した。
【００１３】
先ず、ＩｎＰ系化合物半導体とハードマスクとの間の選択比が２０未満の低い値にしかならないという問題がある。たとえば、従来からよく用いられている、メタン（ＣＨ４）ガス、水素（Ｈ２）ガスあるいは塩素（Ｃｌ２）ガスを含む混合ガスをエッチングガスとしたドライエッチングを実行すると、ＩｎＰとハードマスクとの間の選択比は１０〜２０程度となる。また、ＩｎＧａＡｓＰのような混晶化合物にハードマスクを使用したエッチングを施すと、混晶化合物のエッチング速度は、その混晶化合物の組成にも因るが、ＩｎＰのエッチング速度と比べて１／３程度となるため、実質的に３〜７程度の低い選択比しか得られない。よって、化合物半導体をドライエッチングにより加工してメサ構造を形成する際、メサ構造の側壁の高い垂直性と低損傷という要求を満たしながら、選択比を所望のレベルまで増大させることは難しかった。
【００１４】
次に、異なる組成を持つ複数種の半導体層からなる積層体をエッチングにより加工するときに、半導体層間に大きなエッチング速度差が生じると、メサ構造の側壁や溝の内壁といった加工面の平滑性や垂直性が悪化するという問題がある。たとえば、前述したようにメタン（ＣＨ４）ガス、水素（Ｈ２）ガスあるいは塩素（Ｃｌ２）ガスを含む混合ガスをエッチングガスとしたドライエッチングを実行すると、ＩｎＧａＡｓＰのエッチング速度は、当該ＩｎＧａＡｓＰの組成にも因るが、ＩｎＰのエッチング速度と比べて概ね１／３程度となり、このため、ＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓＰ層とを含む積層体をドライエッチングにより加工すると、その加工精度（垂直性や平滑性）が低下してしまう。
【００１５】
更に、複数の光機能素子が同一基板上にモノリシックに集積された光集積デバイスを製造する場合、光機能素子の形成領域ごとに半導体層の層厚や組成が異なるのが一般的である。このため、形成領域間にエッチング速度差が生じ、形成領域間でエッチング深さが異なることとなり、エッチング深さを高精度に制御することが難しいという問題もある。これに対しては、各形成領域におけるエッチング深さを予測し、予測されたエッチング深さに適合するように活性層や光導波路の設計を行うという対策が可能である。しかしながら、エッチング深さを常に正確に予測できるとは限らない。
【００１６】
上記に鑑みて本発明の目的は、プラズマ源を用いたドライエッチングにより化合物半導体を高精度に加工し得る半導体装置の製造方法およびプラズマエッチング装置を提供することである。
【００１７】
本発明によれば、化合物半導体からなる被加工物の上に所定パターンのエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクの形成後、プラズマエッチング装置のチャンバ内に配置された前記被加工物の上に、少なくともヨウ化水素ガス、四塩化ケイ素ガスおよび塩素ガスを含む混合ガスを導入するとともに前記混合ガスをプラズマ化する工程と、当該プラズマ化された混合ガスを前記被加工物に入射させて前記被加工物を選択的にエッチングする工程と、を含む半導体装置の製造方法が提供される。
【００１８】
本発明によれば、所定パターンのエッチングマスクが形成された化合物半導体からなる被加工物を加工するプラズマエッチング装置が提供される。このプラズマエッチング装置は、チャンバ内に配置され、かつ前記被加工物を支持するホルダと、前記被加工物の上に、少なくともヨウ化水素ガス、四塩化ケイ素ガスおよび塩素ガスを含む混合ガスを導入するガス供給源と、高周波電力の供給に応じて、当該導入された混合ガスをプラズマ化するための誘導電場を生起させる高周波磁場を前記チャンバ内に印加する高周波アンテナと、前記高周波アンテナに前記高周波電力を供給する高周波発振器と、当該プラズマ化された混合ガスを前記被加工物に入射させる電場を形成するバイアス電圧印加手段と、を備える。
【００１９】
前述の通り、本発明による半導体装置の製造方法およびプラズマエッチング装置は、ヨウ化水素ガス、四塩化ケイ素ガスおよび塩素ガスの組み合わせである３元系ガスをプラズマ化し、その結果生じた活性種を用いて化合物半導体の被加工物をエッチングするので、被加工物を高精度に加工することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００２１】
【図１】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明に係る一実施形態である半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。
【図２】プラズマエッチング装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明に係る一実施形態の条件を黒丸でプロットした３元系マップを示す図である。
【図４】溝の断面形状を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る種々の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明に係る一実施形態である半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。この製造方法では、図１（Ａ）に示されるように、化合物半導体からなる被加工物１０の上にマスク層１１が形成され、このマスク層１１上にレジスト膜１２が塗布される。次に、リソグラフィ工程によりレジスト膜１２をパターニングして、図１（Ｂ）に示すレジストパターン１２ｐが形成される。このレジストパターン１２ｐをマスクとしてマスク層１１をエッチングすることで、図１（Ｃ）に示されるマスクパターン（エッチングマスク）１１ｐが形成される。このマスクパターン１１ｐの形成後、被加工物１０は、プラズマエッチング装置のチャンバ内に配置される。
【００２４】
ここで、マスクパターン１１ｐには、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）や窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などのケイ素含有化合物の無機誘電体からなるハードマスクを使用すればよい。このハードマスクの使用により、選択比（＝被加工物１０のエッチング速度／マスクパターン１１ｐのエッチング速度）の向上が可能となる。
【００２５】
被加工物１０は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）およびアルミニウム（Ａｌ）よりなる群から選択された少なくとも１つのIII族元素と、ヒ素（Ａｓ）およびリン（Ｐ）のうちの少なくとも１つのＶ族元素とからなるIII−Ｖ族化合物半導体で構成すればよい。被加工物１０を構成する化合物半導体層としては、たとえば、ＩｎＰ層、ＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＧａＡｌＡｓ層、ＩｎＧａＡｌＰ層またはＩｎＧａＡｌＡｓＰ層が挙げられる。
【００２６】
被加工物１０がチャンバ内に配置された後、プラズマエッチング装置では、少なくともヨウ化水素（ＨＩ）ガス、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）ガスおよび塩素（Ｃｌ２）ガスを含む３元系混合ガスを導入しつつ、真空ポンプ（図示せず）を用いてチャンバ内を排気する。ここで、ヨウ化水素ガス、四塩化ケイ素ガスおよび塩素ガスはそれぞれのガス供給源（図示せず）から同時にチャンバ内に供給されてもよいし、あるいは、これらエッチングガスの中のあるガス成分の供給を開始してから一定時間経過後、他のガス成分の供給が開始されてもよい。
【００２７】
チャンバ内に導入された混合ガスは、誘導結合型プラズマ源、マイクロ波励起表面波プラズマ源あるいは電子サイクロトン共鳴プラズマ源などのプラズマ源を用いてプラズマ化される。このプラズマ源は、プラズマを発生させる高周波電力と、活性種の入射エネルギーを定めるためのＲＦバイアス電力とを独立に制御し得る構成を有するものである。たとえば誘導結合型プラズマ源を使用する場合、プラズマエッチング装置（図示せず）は、コイル状の高周波アンテナ、高周波発振器、バイアス電圧印加手段および磁場印加手段（たとえば、永久磁石や電磁石）を有することが好ましい。高周波発振器が高周波アンテナに高周波電力を供給すると、高周波アンテナは、この高周波電力の供給に応じて高周波磁場をチャンバ内に印加し、これにより誘導電場を生起させて混合ガスをプラズマ化する。バイアス電圧印加手段は、整合器（マッチング回路）を介して被加工物１０にバイアス電圧を供給することにより活性種を被加工物１０に入射させる構成を有する。磁場印加手段は、チャンバ内に外部磁場（静磁場）を印加してプラズマ密度分布を制御する機能を有する。
【００２８】
混合ガスのプラズマ化により生じた活性種は被加工物１０に入射し、これにより、図１（Ｄ）に示すように被加工物１０ｅが選択的にエッチングされる（エッチング工程）。ここで、被加工物１０の温度は、１５０℃以上４３０℃以下の範囲内に調整されればよい。被加工物１０の温度をこの範囲内に調整することで、活性種が被加工物１０と反応することにより生成された反応生成物の離脱が促進されて加工面の平滑性を向上させることができる。
【００２９】
エッチング工程でのチャンバ内の圧力（エッチング圧力）は、高密度プラズマを安定的に生成させ、かつ、物理的エッチングと化学的エッチングとをバランス良く進行させるため、約０．１Ｐａ以上２Ｐａ以下の範囲内、特に０．５Ｐａ程度に調整されるのが好ましい。
【００３０】
エッチング工程では、ヨウ化水素ガスの流量（＝R(HI)）と塩素ガスの流量（＝R(Cl2)）との合計に対するヨウ化水素ガスの流量の比率Ｒ１（＝R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]）を、０．７以上０．９以下の範囲内に調整することが好ましい。比率Ｒ１をこの範囲内に調整することで、高密度プラズマの安定的な形成が可能になる。また、被加工物１０が異なる組成を持つ複数種の化合物半導体層を含む場合、比率Ｒ１をこの範囲内に調整することで、各化合物半導体層における加工面の粗さが低減し、加工面（狭幅の溝の底面）上の残渣発生が抑制されるので、加工面の平滑性を向上させることができる。
【００３１】
更に、ヨウ化水素ガスの流量の比率Ｒ１を０．７４以上０．９以下の範囲内に制限し、かつ、ヨウ化水素ガスの流量（＝R(HI)）と塩素ガスの流量（＝R(Cl2)）と四塩化ケイ素ガスの流量（＝R(SiCl4)）との合計Ｆ（＝R(HI)+R(Cl2)+R(SiCl4)）に対する塩素ガスの流量の比率（＝R(Cl2)/F）を０．２３以下の範囲内に制限すれば、加工面の平滑性の更なる向上が可能となる。
【００３２】
一方、ヨウ化水素ガスの流量（＝R(HI)）と四塩化ケイ素ガスの流量（＝R(SiCl4)）との合計に対するヨウ化水素ガスの流量（＝R(HI)）の比率Ｒ２（＝R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]）を、０．６以上０．８５以下の範囲内に調整することが好ましい。比率Ｒ２をこの範囲内に調整することで、加工面の平滑性が向上するとともに選択比の値を大きくすることができる。更に、ヨウ化水素ガスの流量の比率Ｒ２を０．７９以上０．８５以下の範囲内に制限すれば、４μｍ以下（特に１μｍ以下）の狭幅の溝をエッチングにより形成したときに、この溝の側面の垂直性を向上させることが可能となる。
【００３３】
前記比率Ｒ１を０．７４以上０．９以下の範囲内に調整し、かつ、前記比率Ｒ２を０．７９以上０．８５以下の範囲内に調整すれば、加工面の平滑性、および加工面の垂直性を向上させることができるだけでなく、２０以上の高い選択比を実現することが可能となる。なお、比率Ｒ１と比率Ｒ２を前記範囲内に調整すると、被加工物１０が異なる組成を持つ複数種の化合物半導体層を含む場合でも、異なる組成を持つ化合物半導体層間のエッチング速度差を比較的小さな値に抑制することができる。
【００３４】
以下、本実施形態の好適なプロセス条件について説明する。
【００３５】
先ず、被加工物１０を用意する。被加工物１０は、ＩｎＰ層、ＩｎＧａＡｌＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＧａＡｌＰ層およびＩｎＧａＡｌＡｓＰ層よりなる群から選択された少なくとも１つの化合物半導体層を含む。被加工物１０は、単一の化合物半導体基板でもよいし、あるいは、単結晶基板上にエピタキシャル成長された単層または複数層の成長層構造を有する基板でもよい。あるいは、単一の単結晶基板上に異なる組成を持つ複数の成長層構造が並列に形成されたものを被加工物１０としてもよい。異なる組成を持つ複数の成長層構造は、複数の光素子（たとえば、光能動素子や受光素子、光導波路）が単一の単結晶基板上にモノリシックに集積された光集積デバイスを製造するために使用される。
【００３６】
次に、被加工物１０上に、スパッタ法やＣＶＤ（化学気相堆積：Chemical Vapor Deposition）法により酸化ケイ素や窒化ケイ素などの無機誘電体材料を堆積して図１（Ａ）のマスク層１１を形成する。更に、マスク層１１上にフォトレジストを塗布して図１（Ａ）のレジスト膜１２を形成し、このレジスト膜１２を露光し現像することにより図１（Ｂ）のレジストパターン１２ｐを形成する。このレジストパターン１２ｐを用い、ＣＦ４などのガスを用いたドライエッチングをマスク層１１に施すことにより、図１（Ｃ）のマスクパターン１１ｐが形成される。その後、レジストパターン１２ｐは除去される。ここで、マスクパターン１１ｐを高精度に形成するために、マスク層１１の厚みは、選択比を考慮してできる限り薄くなるように、５０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲内に制御されることが好ましい。
【００３７】
次に、マスクパターン１１ｐが形成された被加工物１０を、ＩＣＰ源を含むエッチング装置を用いて加工する。図２は、ＩＣＰ源を含むプラズマエッチング装置２０の概略構成を示す図である。このプラズマエッチング装置２０は、真空チャンバ２１、石英板２２、高周波ループアンテナ２３、マッチング回路２４、高周波電源２５、ループ状永久磁石２６、平面状電極２７、基板ホルダ３０、バイアス用マッチング回路３１、バイアス用高周波電源３２、ガス供給源４０および制御部４１を有している。本発明に係る高周波発振器は、高周波電源２５とマッチング回路２４とで構成され得る。
【００３８】
真空チャンバ２１の内部には、被加工物１０を支持する基板ホルダ３０が配置されている。基板ホルダ３０は、バイアス用マッチング回路３１を介してバイアス用高周波電源３２に接続されており、バイアス用高周波電源３２は、基板ホルダ３０を介して高周波バイアスを被加工物１０に印加することができる。
【００３９】
また、真空チャンバ２１は上部開口部を有している。石英板（誘電体部材）２２は、真空チャンバ２１の反応室を密閉しかつ窓を構成するように真空チャンバ２１の上部開口部に取付けられている。この石英板２２は、真空チャンバ２１のプラズマ生成領域を区画するものである。
【００４０】
プラズマ生成領域の外側では、石英板２２の上方に二巻回のループをなす高周波ループアンテナ２３が配置されている。この高周波ループアンテナ２３は、マッチング回路２４を介して高周波電源２５に接続されている。また、この高周波ループアンテナ２３と同軸状にループ状永久磁石２６が配置されている。このループ状永久磁石２６は、高周波ループアンテナ２３に流れる電流と略直交する方向の静磁場を発生し、かつ石英板２２の表面と平行となるように配置されている。高周波電源２５は、マッチング回路２４を介して、高周波ループアンテナ２３に高周波電力を供給する。高周波ループアンテナ２３は、当該高周波電力の供給に応じて、真空チャンバ２１内に導入された混合ガスをプラズマ化するための誘導電場を生起させる高周波磁場を真空チャンバ２１内に印加する。
【００４１】
平面状電極２７は、石英板２２と高周波ループアンテナ２３との間であって石英板２２の近傍に、当該石英板２２の表面と平行となるように配置されている。この平面状電極２７は、たとえば、線状金属材料で構成すればよい。また、平面状電極２７は、石英板２２で構成される窓の形状に合わせた形状を有し、石英板２２の内表面上に一様な電界を形成する機能を有する。更に、平面状電極２７は、可変コンデンサ２８およびマッチング回路２４を介して高周波電源２５と接続されている。制御部４１は、可変コンデンサ２８の静電容量を１０ｐＦ〜１００ｐＦの範囲内で最適な値に調整して、石英板２２の内表面上における膜の付着を防止することができる。なお、可変コンデンサ２８の代わりに可変チョークを使用してもよい。
【００４２】
マスクパターン１１ｐ（図１（Ｃ））が形成された被加工物１０は、チャンバ２１内の基板ホルダ３０に載置される。その後、ガス供給源４０は、制御部４１の制御を受けて、真空チャンバ２１内に、ヨウ化水素ガス、四塩化ケイ素ガスおよび塩素ガスからなる３元系混合ガスを導入しつつ、真空ポンプ（図示せず）は真空チャンバ２１内を排気する。混合ガスの総流量は、たとえば、約１７〜６０ｓｃｃｍの範囲に調整すればよい。チャンバ内の圧力は０．５Ｐａ程度に調整される。そして、ヨウ化水素ガスの流量（＝R(HI)）と塩素ガスの流量（＝R(Cl2)）との合計に対するヨウ化水素ガスの流量の比率Ｒ１（＝R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]）を０．７４以上０．９以下の範囲内に調整し、かつ、ヨウ化水素ガスの流量（＝R(HI)）と四塩化ケイ素ガスの流量（＝R(SiCl4)）との合計に対するヨウ化水素ガスの流量（＝R(HI)）の比率Ｒ２（＝R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]）を０．６以上０．８５以下の範囲内に調整する。
【００４３】
同時に、高周波電源２５は、制御部４１の制御を受けて、高周波ループアンテナ２３に、周波数１３．５６ＭＨｚで２００Ｗ〜３００Ｗの高周波電力を供給する。高周波ループアンテナ２３は、高周波電力の供給に応じて真空チャンバ２１内に高周波磁場を形成し、この高周波磁場により生起された誘導電場が真空チャンバ２１内の３元系混合ガスをプラズマ化して活性種を生成する。また、バイアス用高周波電源３２（バイアス電圧印加手段）は、バイアス用マッチング回路３１および基板ホルダ３０を介して被加工物１０にバイアス電圧を印加して活性種を被加工物１０に入射させる（図１（Ｃ））。時間管理により目標のエッチングレートやエッチング深さを制御すればよい。この結果、被加工物１０は、エッチングにより高精度に加工される。
【００４４】
エッチング工程では、被加工物１０の温度は、エッチング中に生ずる反応副生成物（たとえば、Ｉｎ化合物）の蒸気圧を考慮すれば、１５０℃以上４３０℃以下の範囲内、特に１８０℃以上２００℃以下の範囲内に調整されることが望ましい。
【００４５】
上記実施形態が奏する効果について以下に説明する。上記プロセス条件では、ヨウ化水素ガス、四塩化ケイ素ガスおよび塩素ガスからなる３元系ガスがプラズマ化され、その結果生じた活性種を用いて化合物半導体の被加工物がエッチングされる。これにより被加工物の高精度加工が可能となる。その理由は、おそらくは以下のように推定される。
【００４６】
ヨウ化水素ガスのプラズマ化により生じた活性種は、被加工物１０の化合物半導体と反応する。その結果生じた反応生成物であるヨウ素化合物（たとえば、ＩｎＩ３）は、他のハロゲン化合物（たとえば、ＩｎＣｌ３などの塩素化合物）と比べて高い揮発性を有するので、化合物半導体のエッチングの促進とマスクに対する選択比の増大とが可能になる。四塩化ケイ素ガスは、還元性を有するので、被加工物の酸化を抑制する。特にＩｎＧａＡｌＡｓなどのアルミニウム含有化合物の酸化物の揮発性は低いので、エッチングを阻害する原因となり得る。これが、半導体組成ごとのエッチング速度差や、エッチング側面での段差を形成させるものと考えられる。ヨウ化水素ガスや塩素ガスに加えて四塩化ケイ素ガスを使用することで当該アルミニウム含有化合物のエッチングを促進するものと期待できる。一方、塩素ガスから生じた反応生成物（ＩｎＣｌ３などの塩素化合物）の揮発性は比較的低い。この反応生成物が加工面の保護機能を発揮し、特に狭幅の溝をエッチングにより形成する際の当該溝の側面保護機能を発揮していると思われる。塩素ガスのハロゲンラジカル密度は四塩化ケイ素ガスと比較して大きく、また、塩素ガスの比率を調整して当該側面保護機能を制御することができる。これらヨウ化水素ガス、四塩化ケイ素ガス、および塩素ガスをガス種とすることで、高選択比、半導体組成の異なる化合物半導体層間のエッチング速度差の低減、および加工面の良好な平滑性・垂直性をバランス良く実現することができる。
【００４７】
ところで、従来のエッチング技術では、被加工物である化合物半導体とハードマスクとの間の選択比が低いと次のような問題が生じる。すなわち、１）ハードマスクの開口領域を構成する端部が垂直に形成されていない場合には、ハードマスクの当該端部の薄い部分がドライエッチングの過程で消失し、これによりメサ構造の側壁の垂直性が悪化する場合がある。２）たとえ当該端部が垂直に形成されていたとしても、当該端部の側面がエッチングされてハードマスクの開口領域が拡大することが起こり得る。この場合、ハードマスクの当初の開口領域よりも大きな領域で被加工物がエッチングされるので、所望の精度で加工パターンを形成することが難しいという問題がある。３）また、ドライエッチングにより削れたマスク材料が加工面に付着すると、加工面の平滑性が悪化するという問題が生じる。４）更に、ハードマスクのサイドエッチング（側面に対して基板面に平行な方向にエッチングが進行する現象）のレートが全体で均一でなければ、メサ構造の側壁の光導波路方向の平滑性が悪化するという問題が生ずる。この平滑性の悪化を抑制するためにハードマスクの厚みを大きくすることができるが、ハードマスクの厚みが大きければ、マスク材料のパターニングのためにフォトリソグラフィ工程で使用されるレジスト膜の厚みを大きくしなければならず、マスク材料を高精度にパターニングすることが難しくなるという別の問題が生じてしまう。
【００４８】
本実施形態に係るエッチング技術は、インジウム化合物半導体とハードマスクとの間で２０以上の高い選択比を実現することが可能である。たとえば、ＩｎＰについては概ね３０以上の選択比を得ることができ、ＩｎＧａＡｓＰやＩｎＧａＡｌＡｓについては、２０以上の選択比を得ることができる。このため、マスクパターン１１ｐ（図１）の膜厚を薄くして被加工物１０のパターニング精度を向上させることができる。
【００４９】
上述の通り、エッチング工程においてヨウ化水素ガスの流量と塩素ガスの流量との合計に対するヨウ化水素ガスの流量の比率Ｒ１（＝R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]）を０．７以上０．９以下の範囲内に調整すれば、加工面の平滑性の向上が可能である。
【００５０】
また、従来のエッチング技術では、光導波路が組成の異なる複数種の半導体層からなる場合、ハードマスクを用いたドライエッチングに従来のプロセス条件を適用すると、半導体層間でエッチング速度が異なる現象が発生し、形成された溝の側面の垂直性が損なわれやすいという問題もある。たとえば、光導波路に交差する溝をエッチングにより形成し、その溝の側面をレーザ共振器用の端面ミラーとして使用することができる。この種の端面ミラーでは、溝の側面の加工精度（垂直性や平滑性）が高いことが重要である。しかしながら、従来のエッチング技術では、特に、４μｍ以下（特に１μｍ以下）の狭幅の溝を形成する際に、この溝の側面を精密に加工することは非常に難しい。
【００５１】
更に、従来のエッチング技術では、マイクロローディング効果（加工すべきパターンのアスペクト比が増大するとエッチング速度が低下する現象）により、狭幅の溝を形成する場合の被加工物のエッチング速度は、広い幅の溝を形成する場合と比べて遅くなるという問題がある。この場合、実効的に選択比が低下し、これに伴う問題が生じやすい。
【００５２】
これに対し、本実施形態のエッチング技術では、上述の通り、エッチング工程においてヨウ化水素ガスの流量と四塩化ケイ素ガスの流量との合計に対するヨウ化水素ガスの流量の比率Ｒ２（＝R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]）を０．６以上０．８５以下の範囲内に調整すれば、加工面の平滑性が向上するとともに選択比の値を大きくすることができる。特に、比率Ｒ２を０．７９以上０．８５以下の範囲内に制限すれば、狭幅の溝をエッチングにより形成したときにこの溝の側面の垂直性の向上が可能となる。なおかつ、被加工物１０が異なる組成を持つ複数種の化合物半導体層を含む場合でも、異なる組成を持つ化合物半導体層間のエッチング速度差を比較的小さな値に抑制することができる。したがって、本実施形態のエッチング技術は、マイクロローディング効果に伴う問題を解決し得る。
【００５３】
更に、エッチング工程において被加工物１０の温度を１５０℃〜４３０℃の範囲内に調整することで、Ｖ族原子の脱離に伴う表面劣化を防止することができると考えられる。このため、エッチング工程で発生するインジウム化合物の離脱を促進して加工面の平滑性を十分に確保することが可能である。
【００５４】
なお、本実施形態で示したヨウ化水素ガス、四塩化ケイ素ガスおよび塩素ガスに加えて、さらに別のガスを適宜加えても良い。例えばヘリウム、アルゴン、キセノンといった希ガスを加えることができる。これらの別のガスの導入の範囲は、本発明の効果が認められる範囲に限定されるが、例えばプラズマの安定的な持続、プラズマによる物理的なエッチング効果と化学的なエッチング効果とのバランス、又は、エッチング速度、プロセス装置の個体差などの調整などを勘案して決定され、具体的には、０％〜９５％程度希ガスを導入することができる。プラズマを形成しにくい原料ガス（本実施形態におけるヨウ化水素ガス、四塩化ケイ素ガス）の配分比が多い場合、希ガスの導入により、安定にプラズマを形成させてプラズマを安定的に持続させることができる。また、希ガスを多く導入することで、ハロゲン系ガスによりもたらされる化学的なエッチング効果が小さくなり、エッチング速度を小さくできるなどの効果が得られると考えられる。さらに、希ガスを９５％以下にすることで、エッチング速度が小さくなりすぎず適度な化学的エッチング効果が得られると考えられる。
【実施例】
【００５５】
次に、本実施形態の種々の実施例を説明する。本発明者らは、ヨウ化水素ガスの流量、塩素ガスの流量および四塩化ケイ素ガスの流量の配合比率の色々な条件について実験を行った。図３は、これらの条件を黒丸でプロットした３元系マップを示す図である。図３の黒丸には、それぞれ対応する条件番号が付されている。条件１〜１４は実施例の配合比率に対応し、条件１５〜２２は比較例の配合比率に対応するものである。条件１〜１４の配合比率は、総流量Ｆ（＝R(HI)+R(Cl2)+R(SiCl4)）を１７〜６０ｓｃｃｍ程度に設定したうえで定められた。すなわち、条件１：R(HI)/F=0.820, R(Cl2)/F=0.090, R(SiCl4)/F=0.090, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.90, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.90。条件２：R(HI)/F=0.777, R(Cl2)/F=0.087, R(SiCl4)/F=0.137, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.90, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.85。条件３：R(HI)/F=0.776, R(Cl2)/F=0.086, R(SiCl4)/F=0.138, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.90, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.85。条件４：R(HI)/F=0.700, R(Cl2)/F=0.150, R(SiCl4)/F=0.150, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.82, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.82。条件５：R(HI)/F=0.651, R(Cl2)/F=0.229, R(SiCl4)/F=0.120, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.74, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.84。条件６：R(HI)/F=0.623, R(Cl2)/F=0.267, R(SiCl4)/F=0.110, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.70, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.85。条件７：R(HI)/F=0.617, R(Cl2)/F=0.217, R(SiCl4)/F=0.167, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.74, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.79。条件８：R(HI)/F=0.591, R(Cl2)/F=0.160, R(SiCl4)/F=0.249, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.79, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.70。条件９：R(HI)/F=0.529, R(Cl2)/F=0.186, R(SiCl4)/F=0.286, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.74, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.65。条件１０：R(HI)/F=0.562, R(Cl2)/F=0.064, R(SiCl4)/F=0.374, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.90, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.60。条件１１：R(HI)/F=0.561, R(Cl2)/F=0.063, R(SiCl4)/F=0.375, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.90, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.60。条件１２：R(HI)/F=0.478, R(Cl2)/F=0.204, R(SiCl4)/F=0.318, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.70, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.60。条件１３：R(HI)/F=0.440, R(Cl2)/F=0.267, R(SiCl4)/F=0.293, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.62, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.60。条件１４：R(HI)/F=0.409, R(Cl2)/F=0.136, R(SiCl4)/F=0.455, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.75, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.47。条件１５：R(HI)/F=0.80, R(Cl2)/F=0.20, R(SiCl4)/F=0, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.80, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=1.00。条件１６：R(HI)/F=0.700, R(Cl2)/F=0.300, R(SiCl4)/F=0, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.70, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=1.00。条件１７：R(HI)/F=0.600, R(Cl2)/F=0.400, R(SiCl4)/F=0, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=0.60, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=1.00。条件１８：R(HI)/F=0.900, R(Cl2)/F=0, R(SiCl4)/F=0.100, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=1.00, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.90。条件１９：R(HI)/F=0.853, R(Cl2)/F=0, R(SiCl4)/F=0.147, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=1.00, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.85。条件２０：R(HI)/F=0.706, R(Cl2)/F=0, R(SiCl4)/F=0.294, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=1.00, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.71。条件２１：R(HI)/F=0.600, R(Cl2)/F=0, R(SiCl4)/F=0.400, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=1.00, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.60。条件２２：R(HI)/F=0.547, R(Cl2)/F=0, R(SiCl4)/F=0.453, R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]=1.00, R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]=0.55。【００５６】
図３を参照すると、破線Ｃ１は、ヨウ化水素ガスの比率Ｒ１（＝R(HI)/[R(HI)+R(Cl2)]）が常に０．９となる線であり、破線Ｃ２は、比率Ｒ１が常に０．７となる線である。よって、塩素ガスの流量がゼロになる線（三角形の底辺）と破線Ｓ１，Ｓ２とで囲まれる領域は、比率Ｒ１が０．７以上０．９以下となる領域である。一方、破線Ｓ１は、ヨウ化水素ガスの比率Ｒ２（＝R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]）が常に０．６となる線であり、破線Ｓ２は、比率Ｒ２が常に０．８５となる線である。よって、四塩化ケイ素ガスの流量がゼロになる線と破線Ｃ１，Ｃ２とで囲まれる領域は、比率Ｒ２が０．６以上０．８５以下となる領域である。【００５７】
この実験で適用したプロセス条件は以下の通りである。条件１〜８，１０〜１３，１５〜２２については、被加工物１０は、（１）ＩｎＰ基板、（２）ＩｎＰ基板上に約５００ｎｍの厚みのＩｎＧａＡｓＰ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｓＰ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造、（３）ＩｎＰ基板上に約３００ｎｍの厚みのＩｎＧａＡｌＡｓ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｌＡｓ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造、という３種類である。【００５８】
一方、条件９，１４については、被加工物１０は、ＩｎＰ基板および前記ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造という２種類である。【００５９】
熱ＣＶＤ法により、約５００ｎｍの厚みのＳｉＯ２マスク層１１を堆積させ、被加工物１０の表面にレジスト膜１２を塗布し、縮小投影露光機（ステッパ）を用いてレジスト膜１２を、約１．５μｍ幅を持つようにストライプ形状に加工してレジストパターン１２ｐを形成した（図１（Ｂ））。次に、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチングによりマスクパターン１１ｐを形成した（図１（Ｃ））。【００６０】
そして、図２に示すＩＣＰ源を用いたドライエッチングを実行した（図１（Ｃ），図１（Ｄ））。チャンバ内に導入したガス種は、ヨウ化水素ガス、塩素ガスおよび四塩化ケイ素ガスであり、各ガスの流量は、図３に示される通りである。全ての条件１〜２２について、被加工物１０の温度は１８０℃〜２００℃、チャンバ内の圧力は０．５Ｐａ〜０．７Ｐａ、高周波電力は３００Ｗ、ＲＦバイアス電力（ＲＦ電力）は１００Ｗ〜１５０Ｗとされた。【００６１】
上記プロセス条件に従って形成された加工面を観察したところ、四塩化ケイ素ガスを使用しない比較例（条件１５〜１７）の加工面には柱状の残渣と表面粗さが観察され、実施例（条件１〜１４）の加工面は、比較例（条件１５〜１７）の加工面と比べて、平滑性（モフォロジ）の点で優れていることが分かった。【００６２】
図３に示されるように、破線Ｃ１，Ｃ２と三角形の一辺とで囲まれる領域内には、条件１〜１２の実施例が含まれる。これらの条件１〜１２についてＩｎＰ基板とＩｎＧａＡｌＡｓとの間のエッチング速度差を計算したところ、エッチング速度差は、比較的小さな値（±２０％以下）に抑制されていることが分かった。特に、条件４，５，７，８，９，１０，１１については、エッチング速度差が±１５％以下で良好であった。なお、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰとの間のエッチング速度差は、ＩｎＰとＩｎＧａＡｌＡｓとの間のそれよりも常に小さい値となった。【００６３】
なお、ＩｎＰ基板のエッチング速度をＥｒとし、他の半導体のエッチング速度をＥｘとするとき、ＩｎＰ基板と他の半導体との間のエッチング速度差は、１００×｜Ｅｒ−Ｅｘ｜／Ｅｒ、の式を用いて算出された。【００６４】
図３に示されるように、破線Ｓ１，Ｓ２と三角形の底辺とで囲まれる領域内には、条件２〜１３の実施例が含まれる。これらの条件２〜１３について、酸化ケイ素に対するＩｎＧａＡｌＡｓの選択比を計算したところ、条件１４の選択比（＝１５．５）と比べて、高い選択比（概ね２０以上の値）を得ることができた。また、特に条件２〜１２については、加工面の平滑性（モフォロジ）は概ね良好であった。【００６５】
ヨウ化水素ガスの流量の比率Ｒ２（＝R(HI)/[R(HI)+R(SiCl4)]）が０．７９以上となる条件４，５，７の下で、被加工物１０に約１μｍの狭幅の溝をエッチングにより形成したところ、その溝の底面には柱状残渣は存在しないこと、溝の側面形状はほぼ垂直形状であることがそれぞれ観察された。また、酸化ケイ素に対するＩｎＧａＡｌＡｓの選択比として非常に高い値（２５以上の値）が得られた。【００６６】
たとえば、条件１４の実施例について、３種類の被加工物１０のエッチング速度を調べたところ、ＩｎＰ基板のエッチング速度は１５４０ｎｍ／ｍｉｎ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造のエッチング速度は１４８０ｎｍ／ｍｉｎであった。よって、ＩｎＰ基板とＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造との間のエッチング速度差の平均値からの誤差は、±２％以内である。また、ＩｎＧａＡｌＡｓ層のエッチング速度を算出し、その算出結果を使用してＩｎＧａＡｌＡｓ層とＩｎＰとの間のエッチング速度差を計算した。その計算値は、４０％程度（±２０％の誤差）に過ぎず、半導体組成に依存しないエッチングを実現することができた。【００６７】
更に、条件１４の下で、酸化ケイ素のハードマスクのエッチング速度を算出したところ、その算出値は、３種類の全ての被加工物１０について６０ｎｍ／ｍｉｎであった。この算出値に基づいて、酸化ケイ素に対するＩｎＰの選択比を計算したところ、選択比は２６程度であった。ただし、酸化ケイ素に対するＩｎＧａＡｌＡｓの選択比は、１６程度であった。【００６８】
条件７の実施例について、３種類の被加工物１０のエッチング速度を調べたところ、２回の実験を行った平均として、ＩｎＰ基板のエッチング速度は１４３３ｎｍ／ｍｉｎ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造のエッチング速度は１４４５ｎｍ／ｍｉｎ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造のエッチング速度は１４１０ｎｍ／ｍｉｎであった。よって、ＩｎＰ基板とＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造との間のエッチング速度差の平均値からの誤差は、±１％程度である。ＩｎＰ基板とＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造との間のエッチング速度差の平均値からの誤差もほぼ同様であった。また、ＩｎＧａＡｌＡｓ層のエッチング速度とＩｎＧａＡｓＰ層のエッチング速度とを算出し、その算出結果を使用してＩｎＧａＡｌＡｓ層とＩｎＰとの間のエッチング速度差と、ＩｎＧａＡｓＰ層とＩｎＰとの間のエッチング速度差とを計算した。その計算値は、３０％以内（±１５％の誤差）となり、半導体組成に依存しないエッチングを実現することができた。【００６９】
また、条件７の下で、被加工物１０にメサ構造と約０．８μｍ幅の溝とをそれぞれエッチングにより形成したところ、図４に模式的に示されるように、溝の底面に柱状残渣が存在しないこと、溝の側面はほぼ垂直かつ平滑であることがそれぞれ観察された。この溝の左右両側の側面の垂直方向に対する角度は、溝の上端から約６μｍにわたって±１°の角度範囲内に収まっていた。よって、この溝は、レーザ共振器用の端面として十分に有効な形状を有している。メサ構造の側面もほぼ垂直かつ平滑であることが観察された。【００７０】
更に、条件７の下で、エッチング工程前後のハードマスクの膜厚を測定し、その測定結果に基づいてハードマスクのエッチング速度を算出したところ、その算出値は、４３〜４５ｎｍ／ｍｉｎとなった。ハードマスクに対するＩｎＰの選択比は３０以上、ハードマスクに対するＩｎＧａＡｌＡｓの選択比も２０程度となり、良好な選択比が得られた。【００７１】
条件５の実施例について、３種類の被加工物１０のエッチング速度を調べたところ、ＩｎＰ基板のエッチング速度は１３９０ｎｍ／ｍｉｎ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造のエッチング速度は１３７０ｎｍ／ｍｉｎ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造のエッチング速度は１３６０ｎｍ／ｍｉｎであった。よって、ＩｎＰ基板とＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造との間のエッチング速度差の平均値からの誤差は、±１％程度である。ＩｎＰ基板とＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造との間のエッチング速度差の平均値からの誤差もほぼ同様であった。また、ＩｎＧａＡｌＡｓ層のエッチング速度とＩｎＧａＡｓＰ層のエッチング速度とを算出し、その算出結果を使用してＩｎＧａＡｌＡｓ層とＩｎＰとの間のエッチング速度差と、ＩｎＧａＡｓＰ層とＩｎＰとの間のエッチング速度差とを計算した。その計算値は３０％程度に過ぎず、半導体組成に依存しないエッチングを実現することができた。【００７２】
また、条件５の下で、被加工物１０に、メサ構造と約１．０μｍ幅の溝とをそれぞれエッチングにより形成したところ、メサ構造の側面はほぼ垂直かつ平滑であることが観察された。溝の側面には柱状残渣が存在しないこと、溝の側面はほぼ垂直かつ平滑であることがそれぞれ観察された。【００７３】
更に、条件５の下で、エッチング工程前後のハードマスクの膜厚を測定し、その測定結果に基づいてハードマスクのエッチング速度を算出したところ、その算出値は、３種類の被加工物１０の全てについて約４０ｎｍ／ｍｉｎとなった。ハードマスクに対するＩｎＰの選択比は３０以上、ハードマスクに対するＩｎＧａＡｌＡｓの選択比も２４程度となり、良好な選択比が得られた。【００７４】
以上、本発明に係る実施形態とその実施例について説明した。上記実施形態は本発明の例示であり、上記以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、図１（Ｃ）のマスクパターン１１ｐは無機誘電体からなるハードマスクであることが望ましいが、これに限定されるものではない。上述の通り、マスクパターン１１ｐとして金属マスクを用いたとき、マスクパターン１１ｐがエッチングされると、金属マスクの構成元素が加工面に付着するおそれがあるので、結晶成長の実行前に金属マスクを使用することは難しいが、結晶成長が実行された後の最終工程では、マスクパターン１１ｐとして金属マスクを使用してもよい。この場合、図１（Ａ）のマスク層１１は、スパッタ法や蒸着法により堆積されればよい。あるいは、最終的にエッチングすべき素子形成領域のみにレジストを塗布し、蒸着法により全面に金属を堆積し、その後、レジストを除去するとともにレジスト上部の金属も除去するという、リフトオフと呼ばれる手法を採用することもできる。【００７５】
この出願は、２００８年８月５日に出願された日本出願特願２００８−２０２２６８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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