(57)【要約】【課題】環境負荷を低減することが可能なエッチング方法を提供する。【解決手段】オゾンガスを発生するオゾン発生機構１、超純水２が満たされたバブリング槽３、超純水２を生成する超純水生成機構４、酸性またはアルカリ性ガスを生成する酸性またはアルカリ性ガス生成機構５、及びウエハ保持台６を備えた処理槽７によりエッチング装置を構成し、処理槽７内にガス供給口１１よりオゾンと水蒸気とを供給すると共に、ガス供給口１３より酸性またはアルカリ性のガスを供給し、処理槽７内に保持したＧａＡｓ系材料からなる半導体ウエハ１５を気相中でエッチングする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相中に保持したＧａＡｓ系材料からなる半導体に、オゾンと、水蒸気と、酸性またはアルカリ性のガスとを供給し、上記半導体をエッチングすることを特徴とする半導体エッチング方法。
【請求項２】
半導体に供給されるオゾン及び水蒸気の温度を、上記半導体を保持する保持機構の温度より高くしたことを特徴とする請求項１記載の半導体エッチング方法。
【請求項３】
半導体をエッチング後、上記半導体を純水によりリンスすることを特徴とする請求項１または２記載の半導体エッチング方法。
【請求項４】
酸性またはアルカリ性のオゾン水にＧａＡｓ系材料からなる半導体を浸漬し、上記半導体をエッチングすることを特徴とする半導体エッチング方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体エッチング方法により電界効果トランジスタのリセスを作製したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＧａＡｓ系材料からなる半導体をエッチングする半導体エッチング方法に関するものであり、さらにはこのエッチング方法により製造される半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＧａＡｓ系材料からなる半導体をエッチングする場合、臭酸とメチルアルコールとの混合液をエッチング液として用いたり（例えば、特許文献１参照。）、硫酸と過酸化水素水との混合液をエッチング液として使用していた（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−４０４９号公報（第６頁、図２）
【特許文献２】
特開平５−６３００３号公報（第３頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のエッチング技術では、ＧａＡｓ系材料からなる半導体のエッチングにエッチャントとして劇物を使用しており、有機溶剤や混合酸からなる廃棄物が量産に伴って多量に生じ、環境負荷が非常に高くなるといった問題があった。
【０００５】
また、前述の特許文献２には、硫酸と過酸化水素水との混合液をエッチング液として用いてリセスを作製し、電界効果トランジスタを製造する方法が示されている。このようにして作製された電界効果トランジスタでは、半導体層のエッチングの際に用いた上記エッチング液がリセス底面に残渣として残り、結果的にデバイスの特性や信頼性に悪影響を及ぼす可能性があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、環境負荷を低減することが可能なエッチング方法を提供するものである。
また、エッチングによるリセス底面の汚染を防止して、信頼性の高い半導体デバイスを得ることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体エッチング方法は、気相中に保持したＧａＡｓ系材料からなる半導体に、オゾンと、水蒸気と、酸性またはアルカリ性のガスとを供給し、上記半導体をエッチングするものである。
【０００８】
また、本発明の別の半導体エッチング方法は、酸性またはアルカリ性のオゾン水にＧａＡｓ系材料からなる半導体を浸漬し、上記半導体をエッチングするものである。
【０００９】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記半導体エッチング方法により電界効果トランジスタのリセスを作製したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係わるエッチング装置を示す構成図である。本実施の形態１のエッチング装置は、オゾンガスを発生するオゾン発生機構１、超純水２が満たされたバブリング槽３、超純水２を生成する超純水生成機構４、酸性またはアルカリ性ガスを生成する酸性またはアルカリ性ガス生成機構５、及びウエハ保持台６を備えた処理槽７により構成される。オゾン発生機構１で発生したオゾンガスはオゾンガス供給管８を介してバブリング槽３に供給される。バブリング槽３と超純水生成機構４とは超純水供給管９で接続され、バブリング槽３には超純水生成機構４で生成される超純水２が供給される。バブリング槽３と処理槽７とはガス供給管１０で接続され、バブリング槽３で生成される水蒸気を含んだオゾンガスがガス供給口１１より処理槽７内に供給される。また、酸性またはアルカリ性ガス生成機構５と処理槽７とはガス供給管１２で接続され、酸性またはアルカリ性ガス生成機構５で生成される酸性またはアルカリ性ガスがガス供給口１３より処理槽７内に供給される。ガス供給口１１，１３はそれぞれウエハ保持台６から約３ｍｍの距離になるよう設置する。また、処理槽７と超純水生成機構４とは超純水供給管１４で接続され、処理槽７には超純水生成機構４で生成される超純水２が供給できるように構成されている。
【００１１】
この系にて処理槽７内のウエハ保持台６に、ＧａＡｓ系材料から成る層を表面に持つ半導体ウエハ１５を設置する。バブリング槽３に所定量の超純水を供給するとともに、オゾン発生機構１で生成された２５０ｇ／Ｎｍ３の濃度のオゾンガスをオゾンガス供給管８を通して２５Ｌ／ｍｉｎでバブリング槽３に供給する。バブリング槽３で得られた水蒸気を含んだオゾンガスをガス供給管１０を通してウエハ１５に供給する。同時に酸性またはアルカリ性ガス生成機構５を用いアンモニアガスを２Ｌ／ｍｉｎでウエハ１５に供給する。
【００１２】
このとき、バブリング槽３の温度を半導体ウエハ１５及びウエハ保持台６の温度よりも高い温度にすることにより、半導体ウエハ１５表面に水蒸気が結露する。このウエハ表面に結露した水蒸気と高濃度のオゾンガス及びアンモニアガスの作用により、ＧａＡｓ系材料層を確実かつ高速にエッチングすることができる。例えば、ウエハ温度７０℃、バブリング槽温度７５℃で５分間処理することにより、約１００ｎｍの深さでＧａＡｓ系材料層をエッチングすることができる。
【００１３】
なお、この時のウエハ表面の結露水のｐＨは約１４となる。アンモニア流量を前述の流量以上に増やしても溶解量が飽和しているため、ｐＨは変化せず、処理能力も変化しない。一方、アンモニア流量を、例えば０．０２Ｌ／ｍｉｎと、二桁以上下げるとｐＨは１３以下に下がり、処理能力も低下する。
【００１４】
最後に超純水供給管１４を通じ処理槽７に純水を流し、ウエハ１５をリンスする。
【００１５】
本実施の形態のエッチング方法では従来のような薬液は用いず、アンモニアガスを用い気相中でエッチングを行うので、安価であり、かつ環境負荷を低減することができる。また、最後に純水リンスを行うことで廃液は中性に近いため、より環境負荷を低減することができる。
【００１６】
なお、オゾン濃度はエッチング速度に係わり、例えばオゾン濃度を１５０ｇ／Ｎｍ３に下げてエッチングを行い、上記実施の形態と同様、約１００ｎｍのエッチング深さが得るためには、エッチング時間は１０分間必要となる。
【００１７】
また、上記実施の形態では酸性またはアルカリ性ガス生成機構５において、アンモニアガスを生成するものを示したが、他のアルカリ性のガスを生成するものであっても良い。また、例えば塩素ガス等の酸性のガスを生成し、この酸性のガスを用いて同様に気相中でエッチングをおこなっても良い。
この場合にも使用薬液量が少なく、環境負荷が低減できる。
【００１８】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２に係わるエッチング装置を示す構成図である。本実施の形態２のエッチング装置は、図１のオゾン発生機構１に放電式オゾン発生器を用いており、このような場合は、図２に示すように、オゾンガス供給管８の途中、バブリング槽３の前段にＮＯｘ除去機構１６を設置するとよい。放電式オゾン発生器の場合、オゾンと同時にＮＯｘが生成される場合があるが、このＮＯｘが水に溶けると硝酸を生成し、バブリング槽３内の超純水２のｐＨが低下し、ガス供給管１０を介して処理槽７に供給されるガスのＰＨが変化する。オゾンガス供給管８の途中、バブリング槽３の前段にＮＯｘ除去機構１６を設置することにより、バブリング槽内の超純水のｐＨ低下を防止することができ、ＧａＡｓ系材料層の安定なエッチングが可能となる。
【００１９】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３に係わるエッチング装置を示す構成図である。本実施の形態３のエッチング装置は、図１に示すエッチング装置に対して、さらにバブリング槽３の温度を制御する温度制御機構１７を備えている。温度制御機構１７を用いることにより、バブリング槽３の温度を常にウエハ保持台６の温度よりも高く維持することが可能となり、温度変化に起因するエッチング速度のばらつきを低減でき、より安定なエッチングが可能となる。
【００２０】
実施の形態４．
図４は本発明の実施の形態４に係わるエッチング装置を示す構成図である。本実施の形態４のエッチング装置は、図３に示すエッチング装置に対して、さらにウエハ保持台６の温度を制御する温度制御機構１８を備えている。バブリング槽３の温度とウエハ保持台６の温度とを常に制御することにより、エッチング速度を詳細に制御することが可能となる。
【００２１】
実施の形態５．
図５は本発明の実施の形態５に係わるエッチング装置を示す構成図である。本実施の形態５のエッチング装置は、オゾンガスを発生するオゾン発生機構１、処理液１９が満たされた処理槽７、超純水を生成する超純水生成機構４、及び処理液１９のｐＨを調整するｐＨ調整機構２０により構成される。オゾン発生機構１で発生したオゾンガスはオゾンガス供給管８、及びこのオゾンガス供給管８に接続され、処理槽７内に設置されたバブラー２１を通して処理槽７に供給される。処理槽７と超純水生成機構４とは超純水供給管９で接続され、処理槽７には超純水生成機構４で生成される超純水２が供給される。また、処理槽７はｐＨ調整機構２０に接続され、処理槽内の処理液１９のｐＨが調整される。
【００２２】
この系を用い、まず、処理槽７に超純水２を満たし、ｐＨ調整機構２０よりアンモニア水を添加して処理液１９のｐＨをｐＨ＝１２に調整する。次に、この処理液１９中に、ＧａＡｓ系材料から成る層を表面に持つ半導体ウエハ１５を浸漬する。次に、オゾン発生機構９で生成された２５０ｇ／Ｎｍ３の濃度のオゾンガスをオゾンガス供給管１０を通して３Ｌ／ｍｉｎで処理槽７に供給する。この際、オゾンガスは処理槽７に設置されたバブラー２１を介して供給される。この状態で、処理液１９中に浸漬された半導体ウエハ１５を６０分間処理することにより、ＧａＡｓ系材料層を約１００ｎｍの深さでエッチングすることができる。
【００２３】
このように本実施の形態のエッチング方法では、アルカリ性のオゾン水に半導体ウエハを浸漬してエッチングしており、従来よりも使用する薬液を低減できるため、環境負荷を低減することができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態において、処理液１９のｐＨは１２であったが、ｐＨを１４に調整した場合、５分の処理で約１００ｎｍのエッチング深さが得られた。また、ｐＨを１０に調整した場合は、１８０分処理してもエッチングされなかった。実験の結果、処理液１９としてアルカリ性のオゾン水を用いる場合は、ｐＨは１０より大きいことが必要である。
【００２５】
実施の形態６．
上記実施の形態５ではｐＨ調整機構２０でｐＨを調整し、処理液１９としてアルカリ性のオゾン水を用いる場合を示したが、本実施の形態６では処理液１９として酸性のオゾン水を用いる場合を示す。エッチング装置の構成は図５と同様の構成であるが、本実施の形態６のｐＨ調整機構２０では硫酸を添加して処理液１９をｐＨ＝３に調整している。このようにしても実施の形態５と同様の効果が得られる。
【００２６】
例えば先行文献２に示されたエッチング液は、硫酸：過酸化水素水：水＝１：８：６００の薬液を用いており、硫酸濃度は３．１×１０−２ｍｏｌ／Ｌであるが、本実施の形態６で使用する硫酸濃度は５．０×１０−４ｍｏｌ／Ｌでよく、使用する硫酸量は１／１００に低減できる。
【００２７】
なお、上記実施の形態において、処理液１９のｐＨは３であったが、ｐＨを１に調整した場合、５分の処理で約１００ｎｍのエッチング深さが得られた。また、ｐＨを５に調整した場合は、１８０分処理してもエッチングされなかった。実験の結果、処理液１９として酸性のオゾン水を用いる場合は、ｐＨは５より小さいことが必要である。
【００２８】
実施の形態７．
図６は本発明の実施の形態７に係わるエッチング装置を示す構成図である。本実施の形態７のエッチング装置は、図５のオゾン発生機構１に放電式オゾン発生器を用いており、このような場合は、図６に示すように、オゾンガス供給管８の途中、処理槽７の前段にＮＯｘ除去機構１６を設置するとよい。放電式オゾン発生器の場合、オゾンと同時にＮＯｘが生成される場合があるが、このＮＯｘが水に溶けると硝酸を生成し、処理液１９のｐＨが低下する。オゾンガス供給管８の途中、処理槽７の前段にＮＯｘ除去機構１６を設置することにより、ｐＨを制御することが容易となり、ＧａＡｓ系材料層の安定なエッチングが可能となる。
【００２９】
実施の形態８．
図７は本発明の実施の形態８に係わるエッチング装置を示す構成図である。本実施の形態８のエッチング装置は、気泡を含まないオゾン水を製造するオゾン水製造装置２２と処理槽７とで構成される。オゾン水製造装置２２と処理槽７とはオゾン水供給管２３で接続され、処理槽７にはオゾン水製造装置２２で製造されたオゾン水が供給される。また、処理槽７はｐＨ調整機構２０に接続され、処理槽内の処理液１９のｐＨが調整される。
【００３０】
この系を用い、オゾン水製造装置２２で製造された４０ｐｐｍのオゾン水をオゾン水供給管２３を通して１Ｌ／ｍｉｎで処理槽７に供給する。また、ｐＨ調整機構２０より処理槽７内の処理液１９にアンモニア水を添加し、処理液１９をｐＨ＝１２にする。この状態で処理液１９中に、ＧａＡｓ系材料から成る層を表面に持つ半導体ウエハ１５を浸漬する。１８０分間、浸漬処理することにより、ＧａＡｓ系材料層を約１００ｎｍの深さでエッチングすることができる。
【００３１】
このように本実施の形態のエッチング方法では、実施の形態５と同様、アルカリ性のオゾン水に半導体ウエハを浸漬してエッチングしており、従来よりも使用する薬液を低減できるため、環境負荷を低減することができる。
また、高濃度のオゾンガスが直接、半導体ウエハに作用しないため、実施の形態５に比べてエッチング速度は劣るが、泡が作用しないためエッチングむらがなく、均一にエッチングすることができる。
【００３２】
なお、オゾン水中のオゾン濃度はエッチング速度に係わり、例えばオゾン濃度を２０ｐｐｍに下げた場合、ウエハを１８０分間浸漬処理することにより、ＧａＡｓ系材料層は上記実施の形態の半分、即ち約５０ｎｍの深さでエッチングされる。
【００３３】
なお、上記実施の形態において、オゾン水製造装置２２は気泡を含むものでもよい。
【００３４】
実施の形態９．
上記実施の形態８ではｐＨ調整機構２０でｐＨを調整し、処理液１９としてアルカリ性のオゾン水を用いる場合を示したが、本実施の形態９では処理液１９として酸性のオゾン水を用いる場合を示す。エッチング装置の構成は図７と同様の構成であるが、本実施の形態９のｐＨ調整機構２０では硫酸を添加して処理液１９をｐＨ＝３に調整している。このようにしても実施の形態８と同様の効果が得られる。
【００３５】
使用する硫酸量は実施の形態６と同様、従来より１／１００に低減できる。
【００３６】
実施の形態１０．
本実施の形態１０では、上記各実施の形態で示したエッチング方法を用い、電界効果トランジスタのリセスを作製する工程を説明する。図８（ａ）〜（ｄ）は電界効果トランジスタを作製する工程を説明する図である。
まず、図８（ａ）に示す工程では、表面がｎ型活性層よりなる半導体多層膜が形成された基板３１上に、リセスエッチングマスク（例えばシリコン酸化膜）３２を被着し、その後、ホトレジスト３３を塗布し、露光、現像によりゲ−ト形成予定部にパタ−ニングを行う。なお、ホトレジスト３３は耐オゾン性のものが好ましく、例えばアクリル系レジストを用いれば良い。
次に、図８（ｂ）に示す工程では、上記ホトレジスト３３をマスクとしてリセスエッチングマスク３２をエッチングし、ゲ−ト部を開口し、更にフッ酸等を用いたウェットエッチングによりシリコン酸化膜３２をサイドエッチし、所定のリセス幅まで開口させる。
この後、図８（ｃ）に示す工程で、上記各実施の形態１〜９のいずれかで示したエッチング方法を用い、電界効果トランジスタのリセスを作製する。即ち、エッチング液として、例えば実施の形態８に示したアンモニア水の添加によりｐＨが１２に調整されたオゾン水を用い、リセスエッチングマスク３２をマスクとし、ウェットエッチングにより半導体層をエッチングしてリセス３４を形成する。次に、形成されたリセス３４にゲ−トメタルを蒸着し、有機溶剤によりリフトオフを行うことによりゲ−ト３５を形成する。
最後に、図８（ｄ）に示す工程では、リセスエッチングマスク３２を除去して電界効果トランジスタを作製する。
【００３７】
このようにして作製された電界効果トランジスタでは、リセス形成時に、オゾンと、水蒸気と、酸性またはアルカリ性のガスとを用いたエッチング、あるいは酸性またはアルカリ性のオゾン水を用いたエッチングを行っており、従来使用していた高濃度のエッチング薬液の残渣がリセス底面を汚染することがなく、信頼性の高いデバイスを得ることができる。
また、オゾンと、水蒸気と、酸性またはアルカリ性のガスとを用いＧａＡｓ系材料をエッチングした場合、あるいは酸性またはアルカリ性のオゾン水を用いＧａＡｓ系材料をエッチングした場合は、上記ＧａＡｓ系材料を等方的にエッチングすることができるため、リセス底面は図８（ｃ）（ｄ）に示すように、扇形の断面形状となる。このような曲面形状のリセス構造を持つデバイスでは、角型リセス形状デバイスに比べ、リセス部で基板側へかかる応力が緩和され、特性の安定したデバイスを得ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、気相中に保持したＧａＡｓ系材料からなる半導体に、オゾンと、水蒸気と、酸性またはアルカリ性のガスとを供給し、上記半導体をエッチングするので、使用薬液量が低減できると共に環境負荷が低減できる効果がある。
【００３９】
また、酸性またはアルカリ性のオゾン水にＧａＡｓ系材料からなる半導体を浸漬し、上記半導体をエッチングするので、使用薬液量が低減できると共に環境負荷が低減できる効果がある。
【００４０】
また、上記いずれかのエッチング方法により電界効果トランジスタのリセスを作製することにより、信頼性が高く、かつ特性の安定した電界効果トランジスタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係わるエッチング装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係わるエッチング装置を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係わるエッチング装置を示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係わるエッチング装置を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態５に係わるエッチング装置を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態７に係わるエッチング装置を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態８に係わるエッチング装置を示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態１０に係わる電界効果トランジスタを作製する工程を説明する図である。
【符号の説明】
１  オゾン発生機構、２  超純水、３  バブリング槽、４  超純水生成機構、５  酸性またはアルカリ性ガス生成機構、６  ウエハ保持台、７  処理槽、８  オゾンガス供給管、９，１４  超純水供給管、１０，１２  ガス供給管、１１，１３  ガス供給口、１５  半導体ウエハ、１６  ＮＯｘ除去機構、１７，１８  温度制御機構、１９  処理液、２０  ｐＨ調整機構、２１  バブラー、２２  オゾン水製造装置、２３  オゾン水供給管、３１  基板、３２  リセスエッチングマスク、３３  ホトレジスト、３４  リセス、３５  ゲート。
【図１】
2004235316.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004235316.tif 000007
【図６】
2004235316.tif 000008
【図７】
2004235316.tif 000009
【図８】
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