(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮの一部の表面上にマスクを形成し、前記半導体の表面に対して三塩化ホウ素ガスと、窒素単体または窒素化合物ガスとの混合ガスのイオンを斜めに入射させることを特徴とするドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体を製造するためのドライエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来のドライエッチング方法（特開平４−３４９２９号公報）について説明する。
【０００３】
図９は、従来のドライエッチングの工程を示すものである。まず、図９（ａ）に示すように、半導体１の一部の表面上にドライエッチングのためのマスクとして、ＳｉＯ2層２およびＡｌ2Ｏ3層３を順次形成する。次に、ＢＣｌ3ガスのプラズマ状態のイオンを、露出した半導体１の表面に入射させることにより、半導体１のドライエッチングを行う。このようなドライエッチングにより、図９（ｂ）に示すように、半導体１の一部が削られ、エッチング側面４が形成される。
【０００４】
Ａｌ2Ｏ3のエッチング速度は、ＳｉＯ2のエッチング速度に比べて１／３程度と小さいため、マスク材料としては好適であるが、Ａｌ2Ｏ3層３を単独で用いると、ドライエッチング後、半導体１上に残ったＡｌ2Ｏ3層３を除去することが困難である。しかし、フッ酸に溶解しないＡｌ2Ｏ3層３の下に、フッ酸により溶解するＳｉＯ2層２を設けることにより、この問題は解決される。フッ酸は、エッチング側面４から侵入してＳｉＯ2層２が溶解され、これにともないＡｌ2Ｏ3層３が半導体１からはがれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のエッチング方法では、図９（ｂ）に示すように、エッチング側面４が半導体１の表面となす角度（傾斜角ｙ）が９０度ではなく、すなわち、エッチング側面４が垂直に形成されないため、このエッチング側面４を半導体レーザの共振器端面として用いることができない。
【０００６】
また、ＳｉＯ2層２を溶解するためのフッ酸をエッチング側面４から侵入させるため、Ａｌ2Ｏ3層３の除去に時間がかかり、さらに、半導体の形状によっては、フッ酸の侵入が阻まれて、ＳｉＯ2層２またはＡｌ2Ｏ3層３が残ってしまう。
【０００７】
本発明は、端面が垂直に形成された半導体を得るためのドライエッチング方法、およびマスク材料を容易に除去できるドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のドライエッチング方法は、ＧａＮの一部の表面上にマスクを形成し、前記半導体の表面に対して三塩化ホウ素ガスと、窒素単体または窒素化合物ガスとの混合ガスのイオンを斜めに入射させることを特徴とするものであり、これにより、配管のメンテナンスを容易にでき、また、III族窒化物系化合物よりなる半導体にエッチングガスがドーピン
グされても、不純物として作用しないようにできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１ないし図８を用いて説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるドライエッチングの工程を示すものである。まず、図１（ａ）に示すように、ＧａＮで構成される半導体１の一部の表面上にマスクとして、ＳｉＯ2層２およびＡｌ2Ｏ3層３を順次形成する。次に、平行平板型リアクティブイオンエッチング装置を用いて、半導体１の表面に対して入射角ｘでＢＣｌ3ガスのイオンを入射させることにより、露出した半導体１の表面をエッチングする。なお、半導体１の平面図を表した図２に示されるように、イオンの入射方向を半導体１の表面に投影して得られるベクトルは、半導体１のマスク材料による被覆部と非被覆部との境界線Ｘ−Ｘ’に対して垂直となっている。
【００１２】
このようなドライエッチングにより、半導体１には、図１（ｂ）に示すようにエッチング側面４が形成される。このエッチング側面４と半導体１表面とのなす角ｙは、ＢＣｌ3ガスのイオンの入射角ｘを調節することによって、制御することができる。なお、エッチングガスとしてＢＣｌ3ガスを用いているのは、Ｃｌ2ガスを用いる場合に比して、配管のメンテナンスが容易であり、また、ＳｉＣｌ4ガスを用いる場合に比して、ＧａＮで構成される半導体１にエッチングガスがドーピングされても、ＢＣｌ3を構成するＢがＧａと同じ３族元素であるため、Ｂが不純物として作用してしまうことはない。
【００１３】
図３は、ＢＣｌ3とＮ2の混合ガスを用いてリアクティブイオンエッチングしたＧａＮの２５℃におけるフォトルミネッセンススペクトルを示すものである。図３から、波長３６０ｎｍ付近のバンド端付近の発光が強く、エッチング後のＧａＮの結晶性が良好であることがわかる。ＢＣｌ3とＮ2の混合ガスを用いると、プラズマ中のＮがＧａＮ中の窒素原子の脱離を補償するため、結晶性が著しく改善される。
【００１４】
図４は、比較のため、ＢＣｌ3のみを用いてリアクティブイオンエッチングしたＧａＮの２５℃におけるフォトルミネッセンススペクトルを示すものである。図４から、波長５５０ｎｍの欠陥に由来する発光が支配的となっているとともに、全体の発光強度も弱くなっている。これは、ＢＣｌ3のみを用いてドライエッチングを行った場合、イオンにより、ＧａＮがダメージを受けて窒素が脱離するなどにより、５５０ｎｍの発光を有する欠陥や、非発光中心となる欠陥が形成されて、全体の発光強度が弱まっているからである。
【００１５】
なお、本実施形態では、取り扱いが容易な点からＢＣｌ3とＮ2を用いているが、エッチングに寄与するのはプラズマ中のＣｌであるので、ＢＣｌ3の代わりにＣｌ2、ＨＣｌ等のＣｌを含むガスを用いても同様の効果が得られる。また、エッチング中における窒化物系化合物半導体の窒素原子の脱離を補償するのは、プラズマ中のＮであるので、Ｎ2の代わりにＮＨ3、ヒドラジン等のＮを含むガスを用いても同様の効果が得られる。
【００１６】
図５は、イオンの入射角ｘと、半導体１表面とエッチング側面４とのなす角（傾斜角）ｙとの関係を示したものである。なお、実施の形態１においては、エッチングガスとして、ＢＣｌ3とＮ2の混合ガスを用い、この混合ガスに１５０Ｗの高周波電界を印加することによって、イオンを発生している。エッチング装置の電極は固定されているので、半導体１の向きを変化させることにより、半導体１にイオンの入射角ｘを調節した。
【００１７】
図５からわかるように、実施の形態１における条件で半導体１のドライエッチングを行った場合、ｘが１７度のとき、半導体レーザ素子の共振器端面として好適なエッチング側面４（ｙ＝９０度）が得られる。
【００１８】
エッチング側面４の形成に引き続き、図１（ｃ）および図１（ｄ）に示すように、エッチング側面４に対向し、かつエッチング側面４に平行なエッチング側面５を、エッチング側面４と同様に形成すれば、エッチング側面４、５を共振器の両端面とする半導体レーザ素子を形成することができる。
【００１９】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２におけるドライエッチング方法を実施するための平行平板型リアクティブイオンエッチング装置の内部を示す。図６において、平行平板型リアクティブイオンエッチング装置内には、互いに平行な上部電極６および下部電極７が設けられている。また、下部電極７上には、テーブル用回転軸８により、テーブル９が回転自在に設けられている。さらに、テーブル９上には、ホルダー用回転軸１０によりホルダー１１が回転自在に設けられている。ホルダー１１には、表面上にＳｉＯ2層２およびＡｌ2Ｏ3層３を順次形成した半導体１が固定されている。なお、半導体１の表面の法線は、ホルダー用回転軸１０に対して垂直となっている。半導体１の表面は、下部電極７に対して角度ｘだけ傾いており、この角度ｘを変えることにより、半導体１表面へのイオンの入射角ｘを制御することができる。
【００２０】
次に、この装置を用いたドライエッチング方法について説明する。ドライエッチングにおけるエッチングガスの種類、印加する高周波電界の周波数および大きさは、実施の形態１の場合の条件と同じである。
【００２１】
本実施の形態においては、ドライエッチング中にホルダー用回転軸１０を回転させることにより、ＳｉＯ2層２およびＡｌ2Ｏ3層３の周囲における半導体１が均一にドライエッチングされる。さらに、テーブル用回転軸８を中心として、テーブル全体を回転させることにより、いずれのホルダーに固定された半導体１も均一にドライエッチングすることができる。
【００２２】
図７は、角度ｘと、角度ｙの関係を示すものである。図７から、エッチング側面の傾斜角である角度ｙは、半導体１表面に対するイオンの入射角である角度ｘによって制御できることがわかる。特に、ｘ＝２０度のとき、ｙ＝９０度となり、エッチング側面の垂直な半導体を得ることができる。
【００２３】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３におけるドライエッチング方法について図８を用いて説明する。
【００２４】
図８は、実施の形態３におけるドライエッチングに用いるマスクを形成された半導体の断面図である。図８に示すように、窒化物系化合物であるＧａＮで構成される半導体１上に、Ｔｉ層１２を形成し、このＴｉ層１２上にＡｕ層１３を形成する。Ｔｉは、窒化物系化合物半導体との密着性に優れるが、Ｃｌを含むガスで容易にエッチングされるため、Ｔｉのみをドライエッチングのマスクとして用いることはできない。一方、Ｃｌ原子を含む分子のガス中では、Ａｕはエッチングされにくいという特徴を有するが、窒化物系化合物半導体との密着性が悪いために、半導体１から容易にはがれてしまうという欠点がある。そこで、ドライエッチングのマスクとして、Ｔｉ層１２とＡｕ層１３との２層構造のマスクを用いることによって、良好な密着性と耐エッチング性との両方を兼ね備えたドライエッチング方法を提供することができる。
【００２５】
また、ドライエッチング後、残ったＴｉ層１２およびＡｕ層１３は、王水等の酸によって容易に除去することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のドライエッチング方法は、半導体の一部の表面上にマスクを形成し、前記半導体の表面に、この表面に対して斜めにイオンを入射するものであり、これにより、エッチングされた半導体の端面の角度を制御することができ、特に、共振器端面の形成が困難な窒化物系化合物半導体の好適なドライエッチング方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるドライエッチングの工程を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における半導体の平面図
【図３】ＢＣｌ3ガスとＮ2ガスとを用いた場合のＧａＮのスペクトルを示す図
【図４】ＢＣｌ3ガスのみを用いた場合のＧａＮのスペクトルを示す図
【図５】イオンの入射角とエッチング側面の角度との関係を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における平行平板型リアクティブイオンエッチング装置の内部を示す図
【図７】イオンの入射角とエッチング側面の角度との関係を示す図
【図８】本発明の実施の形態３におけるドライエッチングにおいて用いる半導体の断面図
【図９】従来のドライエッチングの工程を示す図
【符号の説明】
１  半導体
２  ＳｉＯ2層
３  Ａｌ2Ｏ3層
４  エッチング側面
５  エッチング側面
６  上部電極
７  下部電極
８  テーブル用回転軸
９  テーブル
１０  ホルダー用回転軸
１１  ホルダー
１２  Ｔｉ層
１３  Ａｕ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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