(57)【要約】【課題】窒素空孔の生成を抑制できると共にエッチングレートを大きくできる、窒化ガリウム系半導体をエッチングする方法を提供する。【解決手段】窒化ガリウムのエッチングでは、マスク２３はパターン２３ａを有する。基板生産物２４をエッチング装置２５に配置する。Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスＧＥのプラズマ２７を用いて窒化ガリウム１５をエッチングする。エッチング条件の一例を示す。エッチング装置としては、平行平板型プラズマエッチング装置が使用される。Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスＧＥの流量は３０以上６０ｓｃｃｍ以下である。供給パワーは０．０００２以上０．０１Ｗ／ｍｍ２である。圧力は１以上５Ｐａ以下である。窒素流量比（Ｎ２／（Ｃｌ２＋ＢＣｌ３＋Ｎ２））は０．１以上０．２以下である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系半導体をエッチングする方法であって、
Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスのプラズマを用いて窒化ガリウム系半導体をエッチングして、エッチングされた窒化ガリウム系半導体を形成する工程を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記窒化ガリウム系半導体は、ｎ型窒化ガリウム、ｐ型窒化ガリウムまたはアンドープ窒化ガリウムである、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記エッチングは、平行平板型エッチング装置または誘導結合プラズマエッチング装置を用いて行われる、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】
前記窒化ガリウム系半導体をエッチングするに先立って、前記窒化ガリウム系半導体上にレジストマスクを形成する工程を更に備え、
前記エッチングされた窒化ガリウムは、前記レジストマスクのパターンが転写されている、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】
エッチング中のＣｌ２の流量ＸＣｌ２、ＢＣｌ３の流量ＸＢＣｌ３、Ｎ２の流量ＸＮ２の比率ＸＮ２／（ＸＣｌ２＋ＸＢＣｌ３＋ＸＮ２）は０．１以上である、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
エッチング中のＣｌ２の流量ＸＣｌ２、ＢＣｌ３の流量ＸＢＣｌ３、Ｎ２の流量ＸＮ２の比率ＸＮ２／（ＸＣｌ２＋ＸＢＣｌ３＋ＸＮ２）は０．２以下である、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム系半導体をエッチングする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、誘導結合Ｃｌ２／ＢＣｌ３プラズマを用いてＧａＮをエッチングしている。ＧａＮサンプルは、６００Ｗの誘導パワー、−１２０ボルトのバイアス、摂氏７０の基板温度を保ちながら、様々なＣｌ２／ＢＣｌ３の比率および全圧力を用いてエッチングされた。非特許文献１の図１を参照すると、ＢＣｌ３プラズマでは、圧力の増加と共に、エッチレートは下がる。Ｃｌ２プラズマでは、約２５ｍＴｏｒｒの圧力でエッチレートは最大になる。Ｃｌ２／１０％ＢＣｌ３プラズマおよびＣｌ２／５０％ＢＣｌ３プラズマでは、約３０ｍＴｏｒｒの圧力でエッチレートは最大になる。Ｃｌ２／１０％ＢＣｌ３プラズマを用いたときのエッチレートは、Ｃｌ２／５０％ＢＣｌ３プラズマを用いたときのエッチレートより大きい。
【０００３】
非特許文献２には、誘導結合Ｃｌ２／Ｎ２プラズマを用いてＧａＮ系半導体をエッチングしている。非特許文献２の図４を参照すると、ｐ−ＧａＮ、ｎ−ＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびＡｌＧａＮのエッチレートは、Ｃｌ２／Ｎ２の混合ガスにおいて窒素比率を大きくなるにつれて小さくなる。
【非特許文献１】J. Vac. Sci. Technol. A17(4), Jul/Aug 1999 pp. 2214-2219
【非特許文献２】Journal of Korean Physical Society, Vol. 41, No. 2, August 2002, pp.L184-L187
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒化ガリウム系半導体では、窒素空孔の問題が様々な場面で現れる。窒化ガリウム系半導体のドライエッチングでは、エッチングによる窒素空孔が生成される。窒化ガリウム系半導体の表面に窒素空孔が形成されると、その後に成長される結晶の品質に影響を与える。また、リーク電流の増加といった半導体デバイスの特性にも影響を与える。
【０００５】
これとは別に、非特許文献２にも記載されているように、窒化ガリウム系半導体は、他のIII−Ｖ化合物半導体に比べて化学的に安定である。このため、ドライエッチングにおいて、窒化ガリウム系半導体のエッチングレートを大きくすることが望まれている。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、窒素空孔の生成を抑制できると共にエッチングレートを大きくできる、窒化ガリウム系半導体をエッチングする方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面は、窒化ガリウム系半導体をエッチングする方法である。この方法は、Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスのプラズマを用いて窒化ガリウム系半導体をエッチングして、エッチングされた窒化ガリウム系半導体を形成する工程を含む。
【０００８】
この方法によれば、Ｎ２を含むガスのプラズマを用いて窒化ガリウム系半導体をエッチングするので、エッチング中に窒素空孔の生成が抑制される。また、Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスのプラズマを用いたエッチングでは、Ｃｌ２およびＮ２を含むガスのプラズマを用いたエッチングと異なり、Ｎ２比率の増加と伴って窒化ガリウム系半導体のエッチングレートが単調に小さくなることはない。
【０００９】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体をエッチングする方法では、前記窒化ガリウム系半導体はｎ型窒化ガリウム、ｐ型窒化ガリウムまたはアンドープ窒化ガリウムである。
【００１０】
この方法によれば、ｎ型窒化ガリウム、ｐ型窒化ガリウムまたはアンドープ窒化ガリウムといった材料は、窒化ガリウム系電子デバイスに多く使用されるので、電子デバイスの電気的特性を向上できる。
【００１１】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体をエッチングする方法では、前記エッチングは平行平板型エッチング装置を用いて行われる。この方法によれば、ＥＣＲプラズマ装置およびＩＣＰプラズマ装置を用いることなく、平行平板型エッチング装置でも適用される。
【００１２】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体をエッチングする方法では、前記エッチングは誘導結合プラズマエッチング装置を用いて行われる。
【００１３】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体をエッチングする方法では、前記窒化ガリウム系半導体をエッチングするに先立って、前記窒化ガリウム系半導体上にレジストマスクを形成する工程を更に備え、前記エッチングされた窒化ガリウムは、前記レジストマスクのパターンが転写されている。
【００１４】
この方法によれば、レジストに対する選択比を向上させることができる。
【００１５】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体をエッチングする方法では、エッチング中のＣｌ２の流量ＸＣｌ２、ＢＣｌ３の流量ＸＢＣｌ３、Ｎ２の流量ＸＮ２の比率ＸＮ２／（ＸＣｌ２＋ＸＢＣｌ３＋ＸＮ２）は０．１以上であることが好ましい。
【００１６】
エッチング中のＣｌ２の流量ＸＣｌ２、ＢＣｌ３の流量ＸＢＣｌ３、Ｎ２の流量ＸＮ２の比率ＸＮ２／（ＸＣｌ２＋ＸＢＣｌ３＋ＸＮ２）は０．２以下であることが好ましい。
【００１７】
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】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、窒素空孔の生成を抑制できると共にエッチングレートを大きくできる、窒化ガリウム系半導体をエッチングする方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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、本発明に係る窒化ガリウム系半導体をエッチングする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。
【００２０】
図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照しながら、窒化ガリウム系半導体系半導体をエッチングして半導体装置を作製する方法を説明する。本実施の形態では、窒化ガリウム系半導体として窒化ガリウムを用いる。図１（Ａ）は、窒化ガリウム領域を形成する工程を示す図面である。窒化ガリウムを堆積するために基板１１を結晶成長装置１３のサセプタ上に配置する。基板１１としては、例えばサファイア基板、窒化ガリウム基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板等を用いることができる。また、結晶成長装置１３としては、例えば有機金属気相成長（ＯＭＶＰＥ）炉を用いることができる。有機金属気相成長炉に原料ＧＭ（例えば、トリメチルガリウム、アンモニアおよび水素）を供給して、窒化ガリウム膜１５を成長してエピタキシャル基板１６を作製する。
【００２１】
次いで、窒化ガリウム膜１５上にマスクを形成する。図１（Ｂ）は、マスクを作製する工程を示す図面である。本実施例では、レジストマスクを形成するけれども、マスクの材料はレジストに限定されるものではない。窒化ガリウム膜１５上にレジストを塗布した後に、パターンを有する光学マスク１７を用いてレジスト１９の露光２１を行う。露光されたレジストを現像して、マスク（図２（Ａ）の参照番号２３）を形成する。これにより、基板生産物２４が提供される。
【００２２】
図２（Ａ）は、窒化ガリウムのエッチングを行う工程を示す図面である。マスク２３は、パターン２３ａを有する。基板生産物２４をエッチング装置２５に配置する。Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスＧＥのプラズマ２７を用いて窒化ガリウム１５をエッチングする。
【００２３】
エッチング条件の一例を示す。
エッチング装置：平行平板型プラズマエッチング装置
Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスＧＥの流量：３０以上６０ｓｃｃｍ以下
供給パワー：０．０００２以上０．０１Ｗ／ｍｍ２
圧力：１以上５Ｐａ以下
Ｎ２／（Ｃｌ２＋ＢＣｌ３＋Ｎ２）窒素流量比：０．１以上０．２以下
である。例えば、窒化ガリウム系半導体はｎ型窒化ガリウム、ｐ型窒化ガリウムまたはアンドープ窒化ガリウムであることができる。
【００２４】
ＧＥの流量が３０ｓｃｃｍ以上であることが好ましい。ＧＥの流量が６０ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。
エッチング装置への供給パワーが０．０００２以上Ｗ／ｍｍ２であれば、エッチピットの抑制という技術的な利点がある。エッチング装置への供給パワーが０．０１Ｗ／ｍｍ２であれば、高速エッチングという技術的な利点がある。チャンバ内の圧力が１パスカル以上であることが好ましい。チャンバ内の圧力が５パスカル以下であれば、ほぼ垂直形状が得られるという技術的な利点がある。
エッチング中のＣｌ２の流量ＸＣｌ２、ＢＣｌ３の流量ＸＢＣｌ３、Ｎ２の流量ＸＮ２の比率ＸＮ２／（ＸＣｌ２＋ＸＢＣｌ３＋ＸＮ２）は０．１以上であれば、エッチレートの向上という技術的な利点がある。
エッチング中のＣｌ２の流量ＸＣｌ２、ＢＣｌ３の流量ＸＢＣｌ３、Ｎ２の流量ＸＮ２の比率ＸＮ２／（ＸＣｌ２＋ＸＢＣｌ３＋ＸＮ２）は０．２以下であれば、エッチレートの向上およびレジストの選択比向上という技術的な利点がある。
【００２５】
この方法によれば、ガスＧＥ（Ｎ２を含む）のプラズマ２７を用いて窒化ガリウム１５をエッチングするので、エッチング中に窒素空孔の生成が抑制される。また、ガスＧＥ（Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含む）のプラズマ２７を用いたエッチングでは、Ｃｌ２およびＮ２を含むガスのプラズマを用いたエッチングと異なり、Ｎ２比率の増加と伴って窒化ガリウムのエッチングレートが単調に小さくなることはない。
【００２６】
図２（Ｂ）は、エッチングされた窒化ガリウム膜を有する基板生産物を示す図面である。基板生産物２９は、基板１１と、エッチングされた窒化ガリウム膜３１とを含む。窒化ガリウム膜３１には、マスク２３のパターン２３ａに対応した形状がエッチングの結果として形成されている。窒化ガリウム膜３１の被エッチング面１３ｂの窒素空孔の多くは補完されている。
【００２７】
図３は、窒化ガリウムをエッチングする方法に用いたエッチング装置を概略的に示す図面である。エッチング装置２５は、プロセスチャンバ４１を含む。プロセスチャンバ４１には、真空排気装置４３が接続されており、反応生成物、原料ガス、残留ガス等を排気してプロセスチャンバ４１内の真空度を維持する。プロセスチャンバ４１内には、第１の電極４５および第２の電極４７が設けられている。第１の電極４５および第２の電極４７は互いに対向しており、第１の電極４５と第２の電極４７との間に高周波電力が印加されると、プラズマが発生される。第１の電極４５は、ウエハＷを支持する。第１の電極４５には、高周波電極４９が接続されており、プロセスチャンバ４１内にエッチングガスＧＥのプラズマを生成するために利用される。第１の電極４５は、例えばアルミニウム材料から成る。また、第２の電極４７は、例えばアルミニウム材料から成る。第２の電極４７は、シャワーヘッド構造を有しており、第１の電極４５上に保持されているウエハＷ上に均一にプラズマが生成するようにエッチングガスＧＥをプロセスチャンバ内に供給する。第２の電極４７には、ガス供給系５１が配管系５３およびバルブ系５５を介して接続されている。ガス供給系５１は、窒素ガス源５１ａ、三塩化ホウ素ガス源５１ｂ、塩素ガス源５１ｃを含む。ガス供給系５１としては、代表的なガス源として３つのガス源５１ａ〜５１ｃが示されている。ガス源５１ａ〜５１ｃ各々からのガス流量は、バルブ５５ａ〜５５ｃによって調整される。
【００２８】
（実施例１）
引き続いて、本実施の形態のための実施例を説明する。図４は、図３に示されたエッチング装置を用いて行われた実験結果を示す図面である。窒化ガリウム膜はサファイア基板上に堆積されている。窒化ガリウム膜はアンドープ膜である。図４を参照すると、実験値Ｄ１〜Ｄ４が示されている。
実験値Ｄ１：
Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスＧＥの流量：５０ｓｃｃｍ
供給パワー：０．００４Ｗ／ｍｍ２
圧力：３パスカル
窒素流量比（Ｎ２／（Ｃｌ２＋ＢＣｌ３＋Ｎ２））：０．０
実験値Ｄ２：
Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスＧＥの流量：５０ｓｃｃｍ
供給パワー：０．００４Ｗ／ｍｍ２
圧力：３パスカル
窒素流量比（Ｎ２／（Ｃｌ２＋ＢＣｌ３＋Ｎ２））：０．０９
実験値Ｄ３：
Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスＧＥの流量：５０ｓｃｃｍ
供給パワー：０．００４Ｗ／ｍｍ２
圧力：３パスカル
窒素流量比（Ｎ２／（Ｃｌ２＋ＢＣｌ３＋Ｎ２））：０．１７
実験値Ｄ４：
Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスＧＥの流量：５０ｓｃｃｍ
供給パワー：０．００４Ｗ／ｍｍ２
圧力：３パスカル
窒素流量比（Ｎ２／（Ｃｌ２＋ＢＣｌ３＋Ｎ２））：０．２９
である。
【００２９】
Ｎ２を含むガスのプラズマ２７を用いて窒化ガリウム１５をエッチングするので、エッチング中に窒素空孔の生成が抑制される。また、Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスのプラズマ２７を用いたエッチングでは、Ｃｌ２およびＮ２を含むガスのプラズマを用いたエッチングと異なり、Ｎ２比率の増加と伴って窒化ガリウムのエッチングレートが単調に小さくなることはない。図４に示されるように、窒素の比率が約０．１〜約０．２の当たりにおいてエッチングレートが大きくなっている。
【００３０】
（実施例２）
誘導結合プラズマエッチング装置における実験値Ｅ１〜Ｅ３が示されている。
実験値Ｅ１：
エッチレート：１００ｎｍ／分
Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスＧＥの流量：４０ｓｃｃｍ
供給パワー：０．００９Ｗ／ｍｍ２
バイアスパワー：０．００３Ｗ／ｍｍ２
圧力：０．５パスカル
窒素流量比（Ｎ２／（Ｃｌ２＋ＢＣｌ３＋Ｎ２））：０．０
実験値Ｅ２：
エッチレート：１２５ｎｍ／分
Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスＧＥの流量：４０ｓｃｃｍ
供給パワー：０．００９Ｗ／ｍｍ２
バイアスパワー：０．００３Ｗ／ｍｍ２
圧力：０．５パスカル
窒素流量比（Ｎ２／（Ｃｌ２＋ＢＣｌ３＋Ｎ２））：０．１４
実験値Ｅ３：
エッチレート：１００ｎｍ／分
Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２を含むガスＧＥの流量：４０ｓｃｃｍ
供給パワー：０．００９Ｗ／ｍｍ２
バイアスパワー：０．００３Ｗ／ｍｍ２
圧力：０．５パスカル
窒素流量比（Ｎ２／（Ｃｌ２＋ＢＣｌ３＋Ｎ２））：０．３３
である。
【００３１】
本実施の形態に係る窒化ガリウムをエッチングする方法では、窒化ガリウム１５をエッチングするに先立って、窒化ガリウム１５上にレジストマスク２３を形成する。これにより、エッチングされた窒化ガリウムには、レジストマスクのパターンが転写されている。この方法ではレジストに対ずる選択比が良好である。
【００３２】
本実施の形態によれば、非特許文献１に記載されたＣｌ２／ＢＣｌ３の混合ガスを用いるエッチングに比べて、窒素を添加することにより、窒化ガリウムの表面改質の効果が得られ、エッチングされた窒化ガリウム表層の窒素空孔の増加が抑制される。また、レジストとの選択比を向上される。さらに、サイドエッチングが低減される。
【００３３】
また、本実施の形態によれば、非特許文献２に記載されたＣｌ２／Ｎ２の混合ガスを用いるエッチングに比べて、レジストとの選択比を向上される。また、サイドエッチングが低減される。さらに、エッチングレートが向上される。
【００３４】
非特許文献２の実験結果に示されるように、Ｃｌ２／Ｎ２の混合ガスを用いるとき、窒素の添加量が増加するにつれて、エッチングレートは減少する。しかしながら、Ｃｌ２、ＢＣｌ３およびＮ２の混合ガスをチャンバに供給すると、窒化ガリウムのエッチングレートは、窒素の添加量が増加するにつれて単調に減少せず、窒素の添加量が増加するにつれて増加して極大値を示す。この極大値の後に、窒化ガリウムのエッチングレートは、窒素の添加量が増加するにつれて減少していく。
【００３５】
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。また、本実施の形態では、窒化ガリウムについて例示的に説明しているけれども、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮをエッチングすることもできる。これらの材料は、窒化ガリウムと同様に、窒素空孔の発生の低下および化学的に安定な性質を示す。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】
【００３６】
【図１】図１（Ａ）は、窒化ガリウム領域を形成する工程を示す図面である。図１（Ｂ）は、マスクを作製する工程を示す図面である。
【図２】図２（Ａ）は、窒化ガリウムのエッチングを行う工程を示す図面である。図２（Ｂ）は、エッチングされた窒化ガリウム膜を有する基板生産物を示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に使用されるエッチング装置を概略的に示す図面である。
【図４】図４は、図３に示されたエッチング装置を用いて行われた実験結果を示す図面である。
【符号の説明】
【００３７】
ＧＭ…原料、１１…基板、１３…結晶成長装置、１５…窒化ガリウム膜、１６…エピタキシャル基板、１７…光学マスク、１９…レジスト、２１…露光、２３…マスク、２４…基板生産物、２５…エッチング装置、２７…プラズマ、２９…基板生産物、３１…エッチングされた窒化ガリウム膜、３１ｂ…窒化ガリウム膜の被エッチング面、４１…プロセスチャンバ、４３…真空排気装置、４５…第１の電極、４７…第２の電極、Ｗ…ウエハ、４９…高周波電極、５１…ガス供給系、５３…配管系、５５…バルブ系、５１ａ…窒素ガス源、５１ｂ…三塩化ホウ素ガス源、５１ｃ…塩素ガス源、５３ａ…窒素用配管、５３ｂ…三塩化ホウ素用配管、５３ｃ…塩素用配管、５５ａ〜５５ｃ…バルブ  
【図１】
2007165471.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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