(57)【要約】【課題】ＩＩＩ−Ｖ族半導体をエッチングするにあたり、ダメージを抑えつつ高い選択比を確保する。【解決手段】減圧可能な処理容器１２内の上方には、水素を含むガス及びプラズマ生成用の希ガスが供給可能なプラズマ生成室Ｓ１が形成され、プラズマ生成室Ｓ１の下方には、開口４０ｈを有し、紫外線を遮蔽する遮蔽部４０を介して、処理室Ｓ２が形成されている。プラズマ生成室Ｓ１において生成された水素原子のイオンは、開口４０ｈを通過する際に中性化され、水素原子の中性粒子となって、処理室Ｓ２内の基板Ｗに照射される。一方、処理室Ｓ２には有機ガス供給部７１からエタノールが供給され、基板Ｗに形成されたＩＩＩ−Ｖ族半導体は、前記中性粒子のエネルギーによる錯体反応によってエッチングされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体をエッチングする方法であって、
基板に形成されたＩＩＩ−Ｖ族半導体層に対して、
有機ガス雰囲気で中性粒子を照射し、錯体反応を生じさせて前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体層をエッチングすることを特徴とする、エッチング方法。
【請求項２】
前記中性粒子は、水素、アルゴンガス、あるいはその他の不活性ガスまたはこれらの２以上のガスの混合ガスをプラズマ化した際のイオンを中性粒子化したものであることを特徴とする、請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記エッチングの際のＩＩＩ−Ｖ族半導体層上のマスクは、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＴｉＮまたはＡｌからなることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記有機ガスは、ＣＸＨＹＯｚ系ガスであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のエッチング方法を実施するための装置であって、
プラズマが生成されるプラズマ生成室と、当該プラズマ生成室と遮蔽部を介して隔てられて基板が配置される処理室とを備えた減圧可能な処理容器を有し、
前記プラズマ生成室には、中性粒子生成用のガスが供給可能であり、
前記処理室には、有機ガスが供給可能であり、
前記遮蔽部は、前記プラズマ生成室と前記処理室とを連通させる複数の開口を有し、かつプラズマからの紫外線が前記処理室へ入射することを遮蔽するものであることを特徴とする、エッチング装置。
【請求項６】
前記遮蔽部には、バイアス用の電源が接続されていることを特徴とする、請求項５に記載のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体のエッチング方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体（ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とも呼ばれる）は、直接遷移型の半導体であり、発光ダイオード、レーザーダイオード、フォトダイオード等に多く使用されている。このようなＩＩＩ−Ｖ族半導体を用いたデバイスの製造過程においてエッチング処理をする場合、従来は、例えば電極層のエッチングに使用されているような、塩素ガスやＣＨ４／Ｈ２ガスのプラズマを用いてエッチングされている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８２８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらかかる方法では、プラズマ源の処理ガスの種類との関係からハードマスクの材質が制限されているため、選択比があまりとれず、微細加工には限界があった。またプラズマ活性種をそのまま用いてエッチングすると、基板上のＩＩＩ−Ｖ族半導体層に対するダメージが懸念される。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ＩＩＩ−Ｖ族半導体をエッチングするにあたり、ダメージを抑えつつ高い選択比を確保することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体をエッチングする方法であって、基板に形成されたＩＩＩ−Ｖ族半導体層に対して、有機ガス雰囲気で中性粒子を照射し、錯体反応を生じさせて前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体層をエッチングすることを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体層に対して、有機ガス雰囲気で中性粒子を照射し、錯体反応を生じさせてエッチングするようにしたので、従来の塩素ガスやハロゲンガスを用いてエッチングした場合よりも高い選択比を実現することができる。また中性粒子を照射するようにしたので、ダメージも抑えることができる。
【０００８】
前記中性粒子は、水素、アルゴンガス、あるいはその他の不活性ガスまたはこれらの２以上のガスの混合ガスをプラズマ化した際のイオンを中性粒子化したものが例示できる。すなわち、これらのプラズマ中のイオンが、遮蔽部、たとえばアパーチャ（プラズマ部と中性粒子照射部とを仕切っている部材）に形成されている貫通穴に引き込まれて、アパーチャ穴の壁面とイオンが衝突することで電子が移動して、イオンが中性化されて中性粒子化したものが使用できる。この場合、プラスイオンの場合は、電子がイオンに移動して中性化され、マイナスイオンの場合は、電子がアパーチャへ移動して中性化された、各中性粒子を使用できる。
その他の不活性ガスとしては、たとえばＨｅ、Ｎｅ、Ｘｅなどの各ガスを用いることができる。
【０００９】
前記エッチングの際のＩＩＩ−Ｖ族半導体層上のマスクは、たとえば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＴｉＮ、Ａｌ等を用いることができる。
【００１０】
前記有機ガスには、たとえばＣＸＨＹＯｚ系ガスを用いることができる。例示すれば、たとえばアルコール類としてはエタノール、メタノール、ＣＨ系ガスとしてはたとえばメタン、エタンが挙げられ、他にカルボン酸（たとえばＨＣＯＯＨ、ＣＨ３ＣＯＯＨ）も使用できる。
【００１１】
本発明を実施するための装置としては、プラズマが生成されるプラズマ生成室と、当該プラズマ生成室と遮蔽部を介して隔てられて基板が配置される処理室とを備えた減圧可能な処理容器を有し、前記プラズマ生成室には、中性粒子生成用のガスが供給可能であり、前記処理室には、有機ガスが供給可能であり、前記遮蔽部は、前記プラズマ生成室と前記処理室とを連通させる複数の開口を有し、かつプラズマからの紫外線が前記処理室へ入射すること遮蔽するものであることを特徴としている。
【００１２】
かかる場合、前記遮蔽部には、バイアス用の電源が接続されていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体をエッチングするにあたり、ダメージを抑えつつ高い選択比を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態にかかるエッチング処理装置の縦断面を模式的に示した説明図である。
【図２】実施の形態にかかるエッチング方法によってＩｎＧａＡｓをエッチングしたときのＳＥＭ写真を模式的に図示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかるエッチング装置１０の一例を示し、エッチング装置１０の縦断面を模式的に示している。このエッチング装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、軸線Ｚが延びる方向（以下、「軸線Ｚ方向」という）に延びた略筒形状の容器であり、その内部に空間を形成している。この空間は、プラズマ生成室Ｓ１、及び当該プラズマ生成室Ｓ１の下方に位置する処理室Ｓ２を含んでいる。
【００１６】
この実施の形態においては、処理容器１２は、第１側壁１２ａ、第２側壁１２ｂ、底部１２ｃ、及び蓋部１２ｄを有している。これら処理容器１２を構成する部材は、グランドに接続されて、接地電位である。
【００１７】
第１側壁１２ａは、軸線Ｚ方向に延びた略筒形状を有しており、プラズマ生成室Ｓ１を形成している。第１側壁１２ａの上端は開口している。第１側壁１２ａ上には、当該第１側壁１２ａの開口を閉鎖するように、蓋部１２ｄが設けられている。また、蓋部１２ｄの下面には、円盤形状の電極板ＥＬが取り付けられている。蓋部１２ｄ及び電極板ＥＬには、軸線Ｚに沿って当該蓋部１２ｄ及び電極板ＥＬを貫通する孔が形成されており、当該孔には、プラズマ生成室Ｓ１に接続するように管Ｐ１が通されている。
【００１８】
管Ｐ１には、バルブＶ１１、マスフローコントローラなどの流量制御器Ｍ１、及びバルブＶ１２を介して、ガスソースＧ１が接続されている。また管Ｐ１には、バルブＶ２１、マスフローコントローラなどの流量制御器Ｍ２、及びバルブＶ２２を介して、ガスソースＧ２が接続されている。ガスソースＧ１は、水素を含有するガス（以下、「水素含有ガス」という）の供給源であり、例えばＨ２ガスの供給源である。またガスソースＧ２は、希ガスの供給源であり、例えばＡｒガスの供給源である。エッチング装置１０では、ガスソースＧ１からの水素含有ガス及びガスソースＧ２からの希ガスのうち少なくとも一種を選択的にプラズマ生成室Ｓ１に供給することが可能である。
【００１９】
第１側壁１２ａの外側周囲には、コイルＣＬが巻き回されている。コイルＣＬの一端はグランドに接続されており、コイルＣＬの他端は、高周波電源ＲＦＧに接続されている。エッチング装置１０では、コイルＣＬに高周波電源ＲＦＧから電力を供給することにより、プラズマ生成室Ｓ１内に誘導磁界を発生させることができる。この誘導磁界により、プラズマ生成室Ｓ１内に供給されたガスを励起して、プラズマ生成室Ｓ１内においてプラズマを発生させることができる。
【００２０】
上述した第１側壁１２ａの下方には、当該第１側壁１２ａに連続して第２側壁１２ｂが設けられている。第２側壁１２ｂは、軸線Ｚ方向に延びた略円筒形状を有しており、処理室Ｓ２を形成している。エッチング装置１０は、この処理室Ｓ２内に載置台３６を備えている。載置台３６は、その上面において被処理体である基板Ｗを支持し得る。この実施の形態においては、載置台３６は、処理容器１２の底部１２ｃから軸線Ｚ方向に延びた、支持体３８によって支持されている。この載置台３６は、静電チャックなどの吸着保持機構、並びにたとえばチラーユニットに接続された冷媒流路及びヒータなどの温度制御機構（いずれも図示せず）を備えている。
【００２１】
処理容器１２の底部１２ｃには処理室Ｓ２に通ずる排気管４８が通されている。この排気管４８には、圧力調整器５０及び減圧ポンプ５２が接続されている。これら圧力調整器５０及び減圧ポンプ５２は、排気装置を構成している。エッチング装置１０では、圧力調整器５０及び減圧ポンプ５２を作動させ、プラズマ生成室Ｓ１に供給されるガスの流量及び処理室Ｓ２に供給されるガスの流量を調整することにより、プラズマ生成室Ｓ１の圧力及び処理室Ｓ２の圧力を調整することが可能となっている。
【００２２】
このエッチング装置１０では、プラズマ生成室Ｓ１と処理室Ｓ２との間に遮蔽部４０が設けられている。遮蔽部４０は、略円盤状の部材で構成され、当該遮蔽部４０には、プラズマ生成室Ｓ１と処理室Ｓ２とを連通させる複数の開口４０ｈが形成されている。
【００２３】
遮蔽部４０は、例えば、第１側壁１２ａによって支持される。この実施の形態においては、遮蔽部４０は、絶縁性部材６０と絶縁性部材６２との間にその周辺部が挟持されており、これら絶縁性部材６０、６２を介して、第１側壁１２ａに支持されている。したがって、この実施の形態では、遮蔽部４０は、第１側壁１２ａから電気的に絶縁されている。
【００２４】
遮蔽部４０は、プラズマ生成室Ｓ１において発生した紫外線に対する遮蔽性を有する。即ち、遮蔽部４０は、紫外線を透過しない材料から構成されている。また、この実施の形態において遮蔽部４０は、プラズマ生成室Ｓ１において発生したイオンが、開口４０ｈを形成する内壁面によって反射されつつ当該開口４０ｈを通過するときに、当該イオンに電子を供与する。これにより遮蔽部４０はイオンを中性化し、中性化されたイオン、即ち中性粒子を処理室Ｓ２に放出する。この実施の形態においては、遮蔽部４０は、たとえばシリコンによって構成することができる。なお遮蔽部４０は、これに限らず酸化しにくい部材がよく、たとえばアルミニウム製の部材、又は表面がアルマイト処理されたアルミニウム製の部材、又は表面にイットリア膜が設けられたアルミニウム製の部材であってもよい。
【００２５】
本実施の形態においては、遮蔽部４０に、バイアス電力を当該遮蔽部４０に与えるためのバイアス電源ＰＧが接続されていてもよい。バイアス電源ＰＧは、高周波バイアス電力を発生する高周波電源であってもよい。あるいはバイアス電源ＰＧは、直流電源であってもよい。バイアス電源ＰＧによって遮蔽部４０に電力が与えられると、プラズマ生成室Ｓ１において発生したイオンは、遮蔽部４０に向けて加速される。その結果、遮蔽部４０を通過する粒子の速度が高められる。
【００２６】
本実施の形態においては、電極板ＥＬに直流電源ＤＣＧが接続されていてもよい。直流電源ＤＣＧによって電極板ＥＬに対して直流電圧を与えることによっても、プラズマ生成室Ｓ１において発生したイオンを遮蔽部４０に向けて加速させることが可能である。
【００２７】
処理室Ｓ２の側壁である第２側壁１２ｂには、有機ガス供給部７０が設けられている。有機ガス供給部７０は、バルブＶ３１、マスフローコントローラなどの流量制御器Ｍ３、及びバルブＶ３２を介して、有機ガス供給源７１と接続されている。本実施の形態では、有機ガス供給源７１にエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）が用意されている。なおこの有機ガス供給源７１には、加熱装置（図示せず）が設けられており、揮発した有機ガスを所望の温度に調整することが可能である。
【００２８】
図１に示すように、本実施の形態においては、エッチング装置１０は、制御部Ｃｎｔを有している。制御部Ｃｎｔは、たとえばプログラム可能なコンピュータ装置などの制御器で構成してもよい。制御部Ｃｎｔは、レシピに基づくプログラムに従って、エッチング装置１０の各部を制御し得る。
【００２９】
例えば、制御部Ｃｎｔは、バルブＶ１１、Ｖ１２に制御信号を送出して、ガスソースＧ１からの水素含有ガスの供給及び供給停止を制御することができ、また流量制御器Ｍ１に制御信号を送って、ガスソースＧ１からの水素含有ガスの流量を制御することができる。また、制御部Ｃｎｔは、バルブＶ２１、Ｖ２２に制御信号を送って、ガスソースＧ２からの希ガスの供給及び供給停止を制御することができ、流量制御器Ｍ２に制御信号を送出して、ガスソースＧ２からの希ガスの流量を制御することができる。さらに制御部Ｃｎｔは、バルブＶ３１、Ｖ１２に制御信号を送出して、有機ガス供給源７１からの有機ガスの供給及び供給停止を制御することができ、また流量制御器Ｍ３に制御信号を送出して、有機ガス供給源７１からの有機ガスの流量を制御することができる。
【００３０】
さらにまた制御部Ｃｎｔは、圧力調整器５０に制御信号を送出して、排気量を制御することができる。さらに、制御部Ｃｎｔは、高周波電源ＲＦＧに制御信号を送出して、高周波電力を調整し、バイアス電源ＰＧに制御信号を送出して、遮蔽部４０へのバイアス電力の供給及び供給停止、さらには、バイアス電力を調整することが可能である。また制御部Ｃｎｔは、載置台３６の温度制御機構（図示せず）を制御して、基板Ｗの温度を制御することも可能である。
【００３１】
実施の形態にかかるエッチング装置１０は、以上の構成を有しており、次にこのエッチング装置１０を用いたエッチング方法の一例について説明する。
【００３２】
まず基板Ｗが処理室Ｓ２内に収容され、載置台３６上に載置される。そして、ガスソースＧ１、Ｇ２から水素含有ガスとプラズマ励起ガスの希ガスであるＡｒガスがプラズマ生成室Ｓ１に供給され、高周波電源ＲＦＧからの高周波電力がコイルＣＬに与えられる。これにより、プラズマ生成室Ｓ１において、水素含有ガスのプラズマが生成される。このプラズマ中の水素の活性種、例えば、イオンが遮蔽部４０を通過するときに、当該活性種は中性化され、処理室Ｓ２には水素原子の中性粒子が供給される。一方で、処理室Ｓ２には、所定の温度に調整された有機ガス供給源７１からの有機ガス、すなわちエタノールが供給される。
【００３３】
これによって、基板Ｗ上に形成されているＩＩＩ−Ｖ族半導体には錯体反応が発生する。すなわち、ＩＩＩ−Ｖ族半導体をＸ、中性粒子のエネルギーをＫＥとすると、
Ｘ＋Ｃ２Ｈ５ＯＨ（＋Ｈ２）＋ＫＥ→Ｘ（Ｃ２Ｈ５）３↑＋Ｈ２Ｏ
という錯体反応が生ずる。
【００３４】
これによって、ＩＩＩ−Ｖ族半導体をエッチングすることができ、しかも錯体反応によってＩＩＩ−Ｖ族半導体をエッチングするので、ハードマスクとして使用する材料の自由度が大きく、従来ＩＩＩ−Ｖ族半導体のマスク材料として用いられてきたＳｉＮ、ＳｉＯ２を用いても高い選択比が得られる。また前記したように錯体反応によってエッチングするので、一般的なフッ素系ガスのプラズマの活性種によってエッチングする方法と比べて、ＵＶの照射もなく、基板に対するダメージがない。それゆえＩＩＩ−Ｖ族半導体に対するダメージも従来よりはるかに小さいものである。なおＡｒガスに代えて、たとえばＨｅ、Ｎｅ、Ｘｅなどの各ガスを用いることができる。
【００３５】
次に、図１に示したエッチング装置１０を用いて、ＩＩＩ−Ｖ族半導体であるＩｎＧａＡｓに対してエッチングを行った実施例について説明する。
【００３６】
［水素中性粒子処理］
処理ガス流量：Ｈ２／Ａｒ＝２０／１００ｓｃｃｍ
高周波電源ＲＦＧのパワー：８００Ｗ
バイアス電源ＰＧのパワー：０Ｗ
処理容器１２内の圧力：０．３２Ｐａ
基板Ｗの温度：５０℃
励起時間：１５分
【００３７】
［中性粒子によるエッチング処理］
下記の（１）、（２）を１２回ずつ交互に繰り返した。
（１）処理ガス流量：Ｈ２／Ａｒ＝２０／１００ｓｃｃｍ
高周波電源ＲＦＧのパワー：８００Ｗ
バイアス電源ＰＧのパワー：１５Ｗ
処理容器１２内の圧力：０．３２Ｐａ
基板Ｗの温度：５０℃
処理時間：３分
（２）処理ガス流量：Ｃ２Ｈ５ＯＨ／Ａｒ＝２５／１００ｓｃｃｍ
高周波電源ＲＦＧのパワー：８００Ｗ
バイアス電源ＰＧのパワー：２０Ｗ
処理容器１２内の圧力：０．３７Ｐａ
基板Ｗの温度：５０℃
Ｃ２Ｈ５ＯＨの温度：６０℃
処理時間：５分
【００３８】
上記実施例の結果を図２に基づいて説明する。図２は、ＩｎＧａＡｓ層８１に対して、ＴｉＮ層８２、Ａｌ層８３をハードマスクとして、エッチングしたときのＳＥＭ写真を模式的に図示した説明図である。その結果、ＩｎＧａＡｓ層８１は、深さｄが３１ｎｍとなるまでエッチングすることができた。一方、ハードマスクとして使用したＴｉＮ層８２、Ａｌ層８３は、ほぼそのままの形状、厚みが維持された。したがって、実施例によれば、ＴｉＮ層８２、Ａｌ層８３をハードマスクとして、高い選択比が実現されたことが判る。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４０】
１０    エッチング装置
１２    処理容器
３６    載置台
４０    遮蔽部
４０ｈ    開口
５０    圧力調整器
５２    減圧ポンプ
７０    有機ガス供給部
７１    有機ガス供給源
ＣＬ    コイル
Ｇ１、Ｇ２    ガスソース
ＰＧ    バイアス電源
ＲＦＧ    高周波電源
Ｓ１    プラズマ生成室
Ｓ２    処理室
Ｗ    基板
【図１】
2016134519.tif 000003
【図２】
2016134519.tif 000004