JPH02267936A - 化合物半導体のエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体のエツチング［従
来の技術］ セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｅＳ）など、
およびこれらの混晶より成るＩｆ−Ｖｌ族化合物半導体
の従来の微細加工方法は、フォトレジストあるいは二酸
化シリコンなどの絶縁膜をマスクとするウェットエツチ
ング技術、ドライエツチング技術がある。ウェットエツ
チング技術において、エツチング液として主に用いられ
ているのは、水酸化ナトリウム水溶液、塩酸、硝酸−塩
酸一水の混合液が挙げられ、これらのエツチング液は、
所望のエツチング速度を得るために、適当な温度、ある
いは組成で使用されている。

一方ドライエツチング技術は、平行平板電極を用いたＡ
ｒなどの不活性ガスによるイオンエツチング、ＢＣｌ３
などの反応性ガスによる反応性イオンエツチングが挙げ
られる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前述の従来技術によるＩｆ−ＶＩ族化合物半導
体の加工には、以下の問題がある。

ウェットエツチング技術については、一般的な問題とし
て、再現性にかけることが挙げられる。

温度、エツチング液の組成などをかなり厳密にコントロ
ールしなければ一定したエツチング速度が得られない。

さらに揮発性の物質を含むエツチング液の場合、時間と
共にエツチング液の組成が変化するのでエツチング液を
作製したときと、時間が経過したときとでは、エツチン
グ速度が大きく変わってしまうという問題がある。

さらに、ウェットエツチング技術では、エツチングが等
方向に進行し、サイドエッチが起こるので、マスクの寸
法通りには、パターンを形成することはできない。また
加工断面形状も限られてしまい、例えば、垂直断面の形
成、縦横比の大きい深い溝の形成は、困難である。

ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のウェットエツチングは、他
のｍ−ｖ族化合物半導体などに比べ、問題が多い。例え
ば、Ｚｎ５ｅを塩酸−硝酸系エツチング液でエツチング
を行う場合、エツチング液がＺｎ５ｅ中にしみ込み、長
時間の水洗を行っても完全に除去することは困難であり
、膜質の特性を著しく悪化させる。また、Ｚｎ　Ｓ　ｅ
、　　Ｚ　ｎ　ＳＸＳ　ｅｌ−ｘを、ＮａＯＨ水溶液で
エツチングを行う場合、表面モホロジーが極端に悪化し
てしまい、精密なエツチングに適しているとはいえない
。塩酸を用いた場合は、エツチング速度が非常に遅く、
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いたデバイス作製には実
用的ではない。

一方Ａｒなどの不活性ガスを用いたイオンエ、。

チング技術は、エツチング速度を実用的レベルにするに
はプラズマ放電のパワーを強くする必要があり、半導体
基板に大きなダメージを与えてしまう。また、ＢＣｌ３
などの反応性ガスを用いた反応性イオンエツチングは、
イオンエツチングに比べれば、多少基板に与えるダメー
ジは低減できるが、許容される範囲のものではない。単
にダメージを低減するには、低い放電パワーでもガス圧
力を高くすれば良いが、イオンシース幅とイオンと中性
粒子の平均自由行程とがほぼ同程度となり、イオンビー
ムに指向性がなくなるため、サイドエツチングが大きく
なり、微細加工という点からみれば大きな欠点を有する
。

このように、従来の方法によるｎ　−ＶＩ族化合物半導
体のエツチングは、非常に困難であり、特にエツチング
深さのバッチ間の再現性が乏しいので１ｌ−ＶＩ族化合
物半導体を用いたデバイスの量産技術において大きな障
害となっていた。そこで本発明は、上記問題点を解決す
るもので、その目的とするところは、再現性、実用性が
あり、またエツチング後の基板の損傷が極めて小さく、
様々な加工形状を作ることができるＴＩ−ＶＩ族化合物
半導体のエツチング方法を提供するところにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の化合物半導体のエツチング方法は、エツチング
マスクを形成する工程と、反応性ガスを放電室分離型の
マイクロ波励起・ＥＣＲプラズマ室で活性化させ、被処
理材料に一様な方向を持つたイオンビームを照射するこ
とによりドライエツチングを行う工程を含むＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体の加工手段において、該イオンビームに
よりドライエツチングを行う前に、該ＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体の表面に水素イオンビームを照射する工程を含
むことを特徴とする。

［実　　施　　例コ 以下本発明の方法によりＩＩ−ＶＩ族化合物半導体にエ
ツチング加工を施した実施例を示す。

まず、第５図には本発明の実施例における工・ソチング
装置の構成概略断面図を示す。反応性の強いハロゲン元
素を含むガスをエツチングガスとして用いるため、試料
準備室６とエツチング室７とがゲートバルブ１９により
分離された構造となっており、エツチング室７は常に高
真空状態に保たれている。８は電子・サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）プラズマ室であり、磁場発生用円筒ドーナ
、ソツ型コイル９で囲まれ、マイクロ波導波管１０との
接続部には、マイクロ波導入石英窓がある。マイクロ波
で電離・発生した電子は、軸対称磁場によりサイクロト
ロン運動を行いながらガスと衝突を繰り返す。この回転
周期は、磁場強度が、例えば８７５ガウスのときマイク
ロ波の周波数、例えば２．４５ＧＨｚと一致し、電子系
は共鳴的にマイクロ波のエネルギーを吸収する。このた
め低いガス圧でも放電が持続し、高いプラズマ密度が得
られ、反応性ガスが長寿命で使用できる。さらに中心部
での高い電解分布により、電子・イオンが中心部に集束
するので、イオンによるプラズマ室側壁のスパッタ効果
が小さく、高清浄なプラズマが得られる。ＥＣＲプラズ
マ室８で発生したイオンは、メツシュ状の引出し電極部
１１で加速され、試料１２に照射される。サンプルホル
ダー１３は、マニピユレータ１４により鉛直方向を軸と
して３６０°回転させることができ、試料に入射するイ
オンビームの方向を変えることができる。

第１図は、第５図の装置により、ＺｎＳ　ｅをエツチン
グ加工したときの一実施例の断面図である。

第１図（ａ）は、エツチング前の断面図であり、１はＺ
ｎ５ｅ、２はエツチングマスクである。エツチングマス
ク２は、フォトレジスト（ポジタイプ）を用いており、
通常のフォトリソ工程によりマスク作製を行ったため、
マスクの断面形状はテーパ状となる。基板をサンプルホ
ルダー１３に設置した後、エツチングを行う前に水素イ
オンビームによる基板表面のクリーニングを次のように
行った。純水素（９９，９９９９％）を用い、ガス圧力
１．０ｘｌＯ−’Ｐａ、ｖイクロ波入射出六入射出力１
００Ｗ電圧４００　Ｖ、試料温度２５°Ｃで基板に対し
垂直に水素イオンビームを照射する。

水素イオンビームにより基板表面の残留不純物がスパッ
タされ清浄な基板表面が得られる。しかるのち、反応性
ガスとして純塩素（９９，９９９％）を用い、ガス圧力
１．０ＸＩＯ−’Ｐａ、　　マイクロ波入射出力１００
　Ｗ、　　引出し電圧５００■、試料温度２５°Ｃ１イ
オンビームの照射方向は基板に対し垂直方向でエツチン
グを行った。第１図（ｂ）は、エツチング後の断面図で
ある。Ｚｎ５ｅのエツチング速度は、約６００　Ａ／分
、一方フオドレジスト（ポジタイプ）のエツチング速度
は、ポストベークの条件を１２０℃、３０分間としたと
き、約２００Ａ／分である。エツチングマスクの形状が
テーパーを持っておりエツチングマスクもスパッタによ
りエツチングが多少起こるため、加工断面形状は、第１
図（ｂ）に示す形状となり、イオンビームを垂直に入射
しても垂直断面とならないが、エツチング速度に関して
いえば、実用上問題ない。またエツチング前の水素イオ
ンビームのクリーニングにより、これを行わない時より
もエツチング速度の安定化及び再現性が向上する。さら
にエツチング速度の面内分布は、２０ｍｍＸ２０ｍｍの
基板内で±５％以下、加工後の表面モホロジーは、加工
前とほとんど変わらないものであった。第２図（ａ）、
　（ｂ）は、エツチング前のＺｎ５ｅ基板と、上記条件
でエツチングを行った後のＺｎ５ｅのフォトルミネッセ
ンスを比べたものである。　（ａ）はエツチング前の、
　（ｂ）はエツチング後のフォトルミネッセンスである
。バンド端の発光による相対強度と、深い準位による発
光の相対強度比は、エツチング前後とも約５０と変化が
なく、エツチングによる半導体層の損傷はほとんどない
ことがわかる。

第３図には、ＺｎＳ　ｅの垂直断面加工の一実施例につ
いて示す。まず、第３図（ａ）に示すようにＺｎ５ｅｌ
上にフォトレジスト３　（ポジタイプ）をスピンコード
し、２００　”Ｃで３０〜１２０分べ一りし、ＴＩ４を
約１００　ＯＡ、　電子ビーム蒸着法などでフォトレジ
スト上に形成する。次に第３図（ｂ）に示すように、通
常のフォトリソグラフィ工程により、フォトレジスト５
のパターン形成を行う。次に第３図（Ｃ）に示すように
フォトレジスト５をマスクとしてＴ１４のエツチングを
行う。エツチング方法は、ウェットエツチングでは、緩
衝フッ酸溶液を用い、ドライエツチングでは、ＣＦ４ガ
スを用いた反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）法を用い
るが、精密なパターン転写を行うには、サイドエツチン
グ量の僅少なドライエツチングの方が望ましい。次に第
３図（ｄ）に示すように、Ｔ１４をマスクとして、フォ
トレジスト３のエツチングを酸素プラズマを用いたＲＩ
Ｅ法により行う。このとき注意しなければならないこと
は、酸素ガスの圧力である。テーパを持たない垂直な断
面形状のエツチングマスクの作製には、通常の平行平板
型のドライエツチング装置を用いた場合、酸素ガスの圧
力は５Ｐａ程度が望ましい。

圧力を高くし過ぎると、エツチングが等方向に進行する
ので、この場合適していない。フォトレジスト３のエツ
チングマスクとして用いたＴ１４はＺｎＳ　ｅ　１のエ
ツチング前に緩衝フッ酸溶液などで除去してお（。次に
、第１図の実施例と同様の条件で、基板表面の水素イオ
ンビームによるクリーニング及び純塩素ガスによるＺｎ
５ｅのエツチングを行えば第３図（ｅ）に示すような垂
直断面が形成される。またこのときサイドエッチはほと
んど起こらない。そのため、多少工程は複雑化するが、
異方性エツチングに関していえば、第３図の方法は有効
な手段といえる。また基板表面の水素イオンビームによ
るクリーニングはサイドエッチの抑制に効果があった。

第４図は、イオンビームを、ｚｎＳｅ基板１の表面に対
して、斜めの方向から入射させ、エツチングを行った実
施例を示すものである。第４図（ａ）はエツチング前の
状態、第４図（ｂ）は（ａ）の基板に対し、矢印で示す
方向よりイオンビームを入射させ、エツチングを行った
ときの断面図である。イオンビームの入射方向に優先的
にエツチングが進行し、斜め方向に溝が形成されている
。

本実施例においては、Ｉｆ−ＶＩ族化合物半導体として
Ｚｎ５ｅについて説明を行ったが、　ＺｎＳ。

５ｅｔ−ｘ（０＜ｘ≦１）等、他のｎ−ｖｒ族化合物半
導体についても有効である。またエツチングマスクとし
てフォトレジストを用いて説明を行ったが、被エツチン
グ材料に対して、選択比のとれるもの、例えばＺｎ５ｅ
を被エツチング材料とした場合、Ｓ　Ｉ　Ｏｘ、Ｓ　ｉ
　Ｎｘなどの絶縁物、　Ｍｏ。

Ｎ１などの金属についても有効である。また、エツチン
グガスとして、純塩素ガスを用いているが、ハロゲン元
素を含むガス、例えば　ＢＣｌ３、あるいはＣＣ１２Ｆ
２、などでもよい。

［発明の効果コ 以上述べたように、本発明によれば以下の効果が得られ
る。

ｎ−ｖｒ族化合物半導体のエツチング方法として、マイ
クロ波励起・ＥＣＲプラズマによる反応性イオンビーム
を用いることにより、従来のウェットエツチング技術、
あるいは、イオンエツチング、反応性イオンエツチング
などのドライエツチング技術と比べ、再現性、制御性の
格段に優れたエツチングを行うことができる。また、特
に従来の■−■族化合物半導体のドライエツチング技術
と比べ、半導体層に与える損傷を大幅に低減することが
できる。さらに、イオンビーム、エツチングマスクの形
状を制御することにより、テーバ状の溝、垂直断面、斜
めの溝などの加工が可能となり、■−■族化合物半導体
を用いたデバイスを、再現性、信頼性よく、かつ容易に
作製することができる。

さらに、エツチング前の水素イオンビームによる基板表
面のクリーニングを行うことにより、基板表面の酸素、
炭素等の不純物がスパッタ作用により取り除かれる。そ
の結果、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のドライエツチング
に於けるエツチング速度の安定化及びバッチ間の再現性
の向上、垂直断面加工の際のサイドエッチの抑制、また
異なるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の等速エツチング等が
可能となり多様なデバイスの作製が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）は、本発明の方法により、フォ
トレジストをエツチングマスクとしてＺｎ５ｅのエツチ
ングを行った一実施例を示す工程断面図。 第２図（ａ）、　（ｂ）は、それぞれ本発明の方法の実
施例によるエツチングの前後のＺｎ５ｅ層のフォトルミ
ネッセンスを示す図。 第３図（ａ）〜（ｅ）は、本発明により、Ｚｎ５ｅの垂
直端面加工を行った一実施例を示す工程断面図。 第４図（ａ）、　（ｂ）は、本発明の方法により、Ｚｎ
５ｅの斜め溝の加工を行った一実施例を示す工程断面図
。 第５図は、本発明の実施例に用いたエツチング装置の構
成概略説明図。 ・Ｚｎ５ｅ基板 ・フォトレジスト ・フォトレジスト ・ＴＩ ・フォトレジスト ・試料ｒ＄備室 ・・エツチング室 ・ＥＣＲプラズマ発生室 ・・電磁石 ・マイクロ波導波管 ・引出し電極 ・試料 ・・サンプルホルダー ・・マニピュレータ ・・ガス導入部 ２０４オンｅ′−ムの間開 （ｂ） ・・搬送棒 ・・排気系 ・・排気系 ・ゲートバルブ 以上 出願人セイコーエプソン株式会社 代理人弁理土鈴木喜三部（他１名） ７オトシエ）ルイ一（色Ｖ） （久） ７丁トン工斧ルギー（ｔＹ＞ （トン 第２ｂ （Ａ） 茅 φ 朗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エッチングマスクを形成する工程と、反応性ガスを放電
   室分離型のマイクロ波励起・ＥＣＲプラズマ室で活性化
   させ、被処理材料に一様な方向を持ったイオンビームを
   照射することによりドライエッチングを行う工程を含む
   II−VI族化合物半導体の加工手段において、該イオンビ
   ームによりドライエッチングを行う前に、該II−VI族化
   合物半導体の表面に水素イオンビームを照射する工程を
   含むことを特徴とする化合物半導体のエッチング方法。