(57)【要約】【課題】化合物半導体に損傷を与えることなく、十分にエッチング加工を行うことができる新規な加工方法及び加工装置を提供する。【解決手段】加工室１１内に化合物半導体Ｓを設置した後、加工室１１内を所定の真空度まで排気する。次いで、加工室１１内に不活性ガスを導入して非反応性雰囲気にし、好ましくは化合物半導体Ｓに負電位をバイアスした状態で、シンクロトロン光装置１５よりシンクロトロン光を照射し、化合物半導体Ｓの所定の箇所をエッチングする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工室内に化合物半導体を設置する工程と、
前記加工室内を所定の真空度まで排気する工程と、
前記加工室内を非反応性雰囲気にする工程と、
前記化合物半導体にシンクロトロン光装置よりシンクロトロン光を照射し、前記化合物半導体の所定の箇所をエッチングする工程と、
を具えることを特徴とする、化合物半導体の加工方法。
【請求項２】
前記加工室内を１０−９Ｔｏｒｒ以下の圧力まで排気することを特徴とする、請求項１に記載の化合物半導体の加工方法。
【請求項３】
前記非反応性雰囲気の雰囲気圧力が１０−２〜１Ｔｏｒｒであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の化合物半導体の加工方法。
【請求項４】
前記非反応性雰囲気は、不活性ガス雰囲気であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の化合物半導体の加工方法。
【請求項５】
差動排気により、前記シンクロトロン光装置内の圧力を前記加工室内の前記非反応性雰囲気の雰囲気圧力より低く保持することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の化合物半導体の加工方法。
【請求項６】
前記シンクロトロン光装置内を１０−９Ｔｏｒｒ以下の圧力に保持することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の化合物半導体の加工方法。
【請求項７】
前記シンクロトロン光の強度を１０Ｊ／ｃｍ２〜５００Ｊ／ｃｍ２に設定することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の化合物半導体の加工方法。
【請求項８】
前記化合物半導体を負電位にバイアスする工程を具えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の化合物半導体の加工方法。
【請求項９】
前記化合物半導体を−２０Ｖ〜−２００Ｖにバイアスすることを特徴とする、請求項８に記載の化合物半導体の加工方法。
【請求項１０】
前記化合物半導体は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載の化合物半導体の加工方法。
【請求項１１】
前記化合物半導体は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載の化合物半導体の加工方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一に記載の加工方法を含むことを特徴とする、半導体素子の作製方法。
【請求項１３】
化合物半導体を設置し、後の加工処理を行うための加工室と、
前記加工室内を所定の真空度まで排気するための排気手段と、
前記加工室内を非反応性雰囲気にするための非反応性ガス源と、
前記化合物半導体にシンクロトロン光を照射し、前記化合物半導体の所定の箇所をエッチングするためのシンクロトロン光装置と、
を具えることを特徴とする、化合物半導体の加工装置。
【請求項１４】
前記シンクロトロン光装置内の圧力を前記加工室内の前記非反応性雰囲気の雰囲気圧力より低く保持するための差動排気装置を具えることを特徴とする、請求項１３に記載の化合物半導体の加工装置。
【請求項１５】
前記化合物半導体を負電位にバイアスするバイアス手段を具えることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の化合物半導体の加工装置。
【請求項１６】
前記化合物半導体は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であることを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか一に記載の化合物半導体の加工装置。
【請求項１７】
前記化合物半導体は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか一に記載の化合物半導体の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体の加工方法及び加工装置に関し、さらに詳しくは発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）などの半導体素子を作製する際に好適に用いることのできる、化合物半導体の加工方法及び加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子は、使用する半導体基板に対してエッチングなどの種々の加工を施し、種々の半導体要素を積層するなどの操作を施すことにより作製する。従来、半導体基板をエッチングするに際しては、スパッタエッチングや反応性イオンエッチングなどを用いていた。このような方法においては、所定のプラズマ雰囲気でエッチングを行うが、プラズマ中には高エネルギーの電子やイオンなどが含まれるために、これらの高エネルギー粒子が半導体基板に衝突し、いわゆるプラズマダメージと呼ばれる損傷を引き起こしていた。その結果、最終的に得た半導体素子の特性劣化を引き起こしていた。
【０００３】
一方、「Ｏｘｙｇｅｎ  ａｄｄｉｔｉｏｎ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｉｎ  ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｅｘｃｉｔｅｄ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ＳＦ６」，  Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ，  Ｂ９  （５），  Ｓｅｐ／Ｏｃｔ  １９９１には、ＣＦ４ガスやＳＦ６ガスなどの腐食性ガスと、シンクロトロン光などの光照射技術とを併用することにより、Ｓｉ系半導体基板をエッチング加工することも報告されているが、このような技術を用いて化合物半導体をエッチングしようとしても十分にエッチング操作を行うことができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、化合物半導体に損傷を与えることなく、十分にエッチング加工を行うことができる新規な加工方法及び加工装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
加工室内に化合物半導体を設置する工程と、
前記加工室内を所定の真空度まで排気する工程と、
前記加工室内を非反応性雰囲気にする工程と、
前記化合物半導体にシンクロトロン光装置よりシンクロトロン光を照射し、前記化合物半導体の所定の箇所をエッチングする工程と、
を具えることを特徴とする、化合物半導体の加工方法に関する。
【０００６】
また、本発明は、
化合物半導体を設置し、後の加工処理を行うための加工室と、
前記加工室内を所定の真空度まで排気するための排気手段と、
前記加工室内を非反応性雰囲気にするための非反応性ガス源と、
前記化合物半導体にシンクロトロン光を照射し、前記化合物半導体の所定の箇所をエッチングするためのシンクロトロン光装置と、
を具えることを特徴とする、化合物半導体の加工装置に関する。
【０００７】
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討を実施した。その結果、化合物半導体を配置した加工室内を所定の真空度まで排気した後、不活性ガスなどを導入することにより非反応性雰囲気とし、その後、シンクロトロン光を前記化合物半導体の所定箇所に照射することにより、前記照射箇所のみをエッチング加工できることを見出した。
【０００８】
本発明によれば、エッチング加工時にプラズマなどを生成することがないので、前記化合物半導体に何らの損傷を与えることなく、前記化合物半導体の所定箇所をエッチング除去することができる。また、シンクロトロン光の照射箇所のみをエッチングすることができるので、正確な加工を施すことができる。
【０００９】
なお、上述したＪ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌに記載の技術では、前記腐食性ガスによるエッチングに選択性などを持たせるようにするために、補助的にシンクロトロン光などの光照射技術を用いている。したがって、シンクロトロン光などの照射を行わない場合においても、前記腐食性ガスのみである程度のエッチング加工を行うことはできる。すなわち、前記腐食性ガスのみである程度のエッチング加工が進行してしまうために、正確なエッチング加工を行うことができない。
【００１０】
一方、本発明は、化合物半導体は非反応性雰囲気に配置しているため、前記非反応性雰囲気のみではエッチング加工を行うことができず、主としてシンクロトロン光の照射に起因してエッチング加工が進行する。したがって、上述したような正確なエッチング加工を行うことができるとともに、腐食性ガスを用いていないため、前記化合物半導体と反応して副生成物などを形成することなく、良好なエッチング加工を行うことができる。
【００１１】
本発明の好ましい態様においては、前記化合物半導体を負電位にバイアスする。この場合、非反応性雰囲気を構成する不活性ガスの一部がイオン化し、前記負電位で加速されて、前記化合物半導体をボンバードするようになる。したがって、前記化合物半導体の、前記シンクロトロン光の照射箇所のエッチング加工をより効率的に短時間で行うことができるようになる。
【００１２】
本発明のその他の特徴及び利点については、以下の発明の実施の形態で説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における化合物半導体の加工装置の一例を示す構成図である。図１に示す装置１０は、加工室１１と、バルブ１３を介して、加工室１１と連続するように設けられた排気ポンプ１４と、シンクロトロン光装置１５とを具えている。加工室１１は、図示しない不活性ガス源よりガスバルブ１２を介して不活性ガスを導入するように構成されている。また、加工室１１の上方にはバイアス手段１９が設けられており、加工室１１内には、加工すべき化合物半導体Ｓが加工室１１の上壁面に固定されるようにして設置されている。
【００１４】
また、加工室１１とシンクロトロン光装置１５との間には、バルブ１７及び１８を介して差動排気装置１６が設けられている。差動排気装置１６は、３つの差動排気室１６１〜１６３から構成されており、それぞれの排気室にはバルブ１６４〜１６６を介して排気ポンプ１６７〜１６９が設けられている。また、各差動排気室はバルブ１７１及び１７２で連結されている。
【００１５】
したがって、シンクロトロン光装置１５内は、差動排気室１６１〜１６３で段階的に排気されて高真空度が維持され、以下に示すエッチング加工中におけるシンクロトロン光装置１５内の圧力を、加工室１１内の圧力よりも常に十分に低く保持することができ、常に良好な状態でシンクロトロン光を放出することができるようになる。
【００１６】
次に、図１に示す加工装置を用いた本発明の加工方法について説明する。最初に、加工室１１内を排気ポンプ１４により所定の真空度、好ましくは１０−９Ｔｏｒｒ以下の圧力まで排気する。加工室１１内をこのような高真空度まで排気することにより、後のエッチング加工中における残留ガスの影響を効果的に排除することができ、加工面における副生成物などの生成を抑制して、化合物半導体Ｓのエッチング加工をより高精度に行うことができるようになる。
【００１７】
次いで、図示しないガス源よりガスバルブ１２を介して加工室１１内に所定のガスを導入して、加工室１１内を非反応性雰囲気にする。加工室１１内を非反応性雰囲気にするために導入する前記ガスの種類は特に限定されるものではないが、好ましくは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノンなどの不活性ガスを用いることが好ましい。特に安価で入手が容易であることなどから、アルゴンを用いることが好ましい。
【００１８】
また、加工室１１内における前記非反応性雰囲気の圧力は特に限定されるものではないが、後に説明するバイアス電圧印加などによるエッチング効果などを考慮したエッチングの効率化などを考慮すると、１０−２Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒであることが好ましい。
【００１９】
次いで、シンクロトロン光装置１５より所定のシンクロトロン光が放出され、加工室１１内に導入されて、化合物半導体Ｓ上に照射される。すると、化合物半導体Ｓの、前記シンクロトロン照射箇所のみがエッチング除去され、その結果、エッチング加工がなされることになる。このとき、前記シンクロトロン光の照射を所定のマスクを介して行うようにすれば、化合物半導体Ｓの、前記マスクを介して照射された部分のみをエッチング加工することができる。
【００２０】
なお、シンクロトン光装置１５内は１０−９Ｔｏｒｒ以下の圧力に保持されていることが好ましい。これにより、前記エッチング加工中において、前記シンクロトロン光の放出及び照射を安定的に行うことができるようになる。このような真空度は、上述した差動排気装置１６を用いた差動排気によって簡易に実現することができる。
【００２１】
また、前記シンクロトロン光の強度は、上述したエッチング加工ができれば特に限定されるものではないが、好ましくは１０Ｊ／ｃｍ２〜５００Ｊ／ｃｍ２に設定する。これによって、化合物半導体Ｓの表面劣化などを引き起こすことなく、短時間で効率的にエッチング加工を施すことができる。
【００２２】
さらに、上述したエッチング加工においては、バイアス手段１９により化合物半導体Ｓに対して所定のバイアス電圧を印加することができる。加工室１１内を上述した不活性ガスを用いて非反応性雰囲気にする場合、バイアス手段１９によって化合物半導体Ｓに負電位のバイアスを印加すれば、前記不活性ガスが部分的にイオン化して正イオンとなり、化合物半導体Ｓをボンバードするようになる。したがって、前記シンクロトロン光の照射と相伴って、化合物半導体Ｓのエッチング加工を効果的かつ短時間で効率的に行うことができるようになる。
【００２３】
化合物半導体Ｓをバイアスする場合、印加する電位の大きさはイオンボンバードメントによって、前記シンクロトロン光の照射箇所以外の部分がエッチングされることなく、さらに化合物半導体Ｓの表面が粗れないように、前記バイアス電位を設定する。具体的には、上述したような負電位をバイアスする場合、バイアス電圧は−２０Ｖ〜−２００Ｖに設定する。
【００２４】
このように、本発明の加工方法によれば、エッチング加工時にプラズマなどを生成することがないので、前記化合物半導体に何らの損傷を与えることなく、前記化合物半導体の所定箇所をエッチング除去することができる。また、シンクロトロン光の照射箇所のみをエッチングすることができるので、正確な加工を施すことができる。
【００２５】
また、上述したエッチング加工中において、化合物半導体Ｓの表面温度は約１０℃以下程度しか上昇しない。したがって、化合物半導体Ｓの熱劣化などを生じることもない。
【００２６】
本発明の加工方法及び加工装置は、任意の化合物半導体に適用することができるが、好ましくはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体及びＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体などに適用することができる。
【００２７】
【実施例】
図１に示す装置を用い、ＺｎＴｅ化合物半導体のエッチング加工を実施した。前記化合物半導体に−４０Ｖ及び−８０Ｖの負電位を印加してバイアスし、加工室内にはアルゴンガスを圧力が０．０５Ｔｏｒｒとなるように調節して導入した。その後、前記化合物半導体に８０Ｊ／ｃｍ２の強度のシンクロトロン光を、ニッケルメッシュを介して照射し、エッチング加工を実施した。
【００２８】
図２は、−４０Ｖの負電位を印加した際のＺｎＴｅ化合物半導体の加工表面ＳＥＭ写真であり、図３は、−８０Ｖの負電位を印加した際のＺｎＴｅ化合物半導体の加工表面ＳＥＭ写真である。いずれの場合においても、ニッケルメッシュのパターンどおりにエッチング加工が行われたことが分かる。なお、写真におけるエッチングパターンの大きさが異なるのは、使用したニッケルメッシュの粗さの相違に大小に基づくものである。
【００２９】
以上、発明の実施の形態に則して本発明を説明してきたが、本発明の内容は上記に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の化合物半導体の加工方法及び加工装置によれば、化合物半導体に損傷を与えることなく、また副生成物の生成などを抑制して十分にエッチング加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における化合物半導体の加工装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の加工方法及び加工装置を用いて加工を実施した、ＺｎＴｅ化合物半導体の加工表面ＳＥＭ写真である。
【図３】同じく、本発明の加工方法及び加工装置を用いて加工を実施した、ＺｎＴｅ化合物半導体の加工表面ＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
１０  化合物半導体の加工装置
１１  加工室
１２  ガスバルブ
１３、１７、１８  バルブ
１４  排気ポンプ
１５  シンクロトロン光装置
１６  差動排気装置
１９  バイアス手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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