JPH02272730A - ドライエッチング方法 - 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］ 本発明はドライエツチング方法に関し、ざらに詳しくは
化合物結晶の原子層単位でのドライエツチング方法に関
する。

［従来の技術］ 従来のドライエツチング方法は、主として反応性ガスの
放電プラズマによって生成されたイオンや中性ラジカル
と、基板表面を構成する原子との反応によって行われて
いた。プラズマ中のイオンは、通常、数１０ｅ　Ｖない
し数１００ｅＶに加速されて基板に衝突するため、原子
層単位で基板表層原子を剥ぎ取るにはエネルギーが過剰
であり、原子層単位での制御性を得ることは困難である
。また、過剰のエネルギーは基板表面の欠陥生成をもた
らし、それがデバイス特性の劣化に無視できない影響を
与えることが知られている。

欠陥の生成を極力抑制し、精密制御性に優れたエツチン
グ方法としては、中性の反応性ガスと基板表面のいずれ
か、または双方に適当な波長の光を照射し、反応性ガス
と基板表面との光化学反応を利用する光励起エツチング
が知られている。光励起エツチングでは、過剰エネルギ
ーによる基板表面での欠陥生成が抑制される。また、エ
ツチング過程の精密制御の点からも放電励起より優れて
いる。

ＧａＡＳの光励起エツチングの従来例は、カリウム・ア
ーセナイド・アンド・リレイテツド・コンパウンド、イ
ンターナショナル・フィジックス・コンファレンス・シ
リーズ・Ｎｏ、６０　　（ＧａｌｌｉｕｍＡｒｓｅｎｉ
ｄｅ　ａｎｄ　Ｒｅ１ａｔｅｄ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、
　Ｉｎｔ、　Ｐｈｙｓ。

Ｃｏｎｆ、　Ｓｅｒ、　Ｎｏ、６０）に掲載のニス・ヨ
コヤマ、ティー・イノウニ、ワイ・ヤマカグおよびエム
・ヒロセ（Ｓ、　Ｙｏｋｏｙａｍａ、　　丁、　Ｉｎｏ
ｕｅ　、　　Ｙ、Ｙａｍａｋａ（ｌｅａｎｄ　１４．　
Ｈｉｒｏｓｅ　）による文献゛レーザーインデユースト
φフォトケミカル・エツチング・オブ・ＧａＡＳ・アン
ド・イツツ・キャラクタリゼーション・パイ・Ｘ−レイ
・フォトエレクトロン・スペクトロスコピー・アンド・
ルミネッセンス″（“Ｌａ５ｅｒ−Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｐ
ｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｔｃｈｉｎｇ　ｏｆＧａ
Ａｓ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉ
ｏｎ　ｂｙ　Ｘ−Ｒａｙ　Ｐｈｏｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ａｎｄ　Ｌｕｍ１ｎｅ
ｓｃｅｎｃｅ”）に報告されている。

この例では、ＧａＡＳ結晶をＨＣｌ　（５％）とＨｅ（
９５％）の混合ガス中で、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキ
シマレーザ光を照射してエツチングしており、混合ガス
圧６．６５　ｘ１０３　ｐａ、基板温度２０’Ｃの条件
で、ＧａＡＳの絶縁性基板に対して約２０　ｎｍ／分の
エツチング速度が得られている。

エツチング反応の機構としては次のように理解されてい
る。まず、ＨＣｌがエキシマレーザの光を吸収し、解離
してＣ！ラジカルを生じる。次に、そのＣ２ラジカルが
ＧａＡｓと反応し、ＧａＣｌ３とＡＳＣβ３を生じる。

その結果、全体として、 ＧａＡｓ＋６ＨＣｐ　□ ＧａＣｆｆ１３　＋ＡＳＣｊ’ａ　＋３Ｈ２のエツチン
グ反応が進行する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の光励起エツチングでは、化合物結
晶の一つの元素のエツチングを起こす条件と別の元素の
エツチングを起こす条件は非常に近いため、エツチング
過程に反応選択性がない。

このため、例えばＧａＡＳの場合に、Ｇａ原子層を一層
剥ぎ取り、次にその下のＡｓ原子層を剥ぎ取るという具
合に、原子層単位でエツチングを行っていくことは困難
である。

本発明はこのような従来の問題点を解決するためになさ
れたもので、化合物結晶のエツチング過程に制御性の高
い反応選択性を与えて、原子層単位でのエツチングを行
うことのできるドライエツチング方法を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、２元素から構成される化合物結晶の反応性ガ
スを用いたドライエツチング方法において、エッヂヤン
トガスとして、化合物結晶の第１の構成元素と反応性カ
スとの反応生成物でおる第１の反応生成ガスを、その飽
和蒸気圧以上の分圧で前記反応性ガスに添加した混合カ
スを用い、前記反応性ガスと前記化合物結晶とを反応さ
せる工程と、次に、エッチャントガスとして、化合物結
晶の第２の構成元素と反応性ガスとの反応生成物である
第２の反応生成ガスを、その飽和蒸気圧以上の分圧で前
記反応性ガスに添加した混合ガスを用い、前記反応性ガ
スと前記化合物結晶とを反応さける工程とを備えてなる
ことを特徴とするドライエツチング方法である。

［作用］ 本発明では、反応性ガスと化合物結晶の各構成元素が反
応する各工程において、化合物結晶の−（？’ｊ成元素
と反応性ガスとの反応生成ガスを、その飽和蒸気圧以上
の分圧で反応性ガスに混合したガスをエッチャントガス
として用いる。このため、化合物結晶表面では、エッチ
ャントガスに含まれる反応生成ガスと同種の反応生成物
は表面から脱域ぜず、従って化合物結晶の対応する一構
成元素の反応生成物が表面を覆った状態でエツチングか
停止する。

一方、対応する一構成元素以外の構成元素については、
その構成元素に対応する反応生成ガスがガス雰囲気中に
存在しないため、表面から脱離可能であり、反応が妨げ
られて停止することはない。

即ち、まずエツチングしようとする化合物結晶の第１の
構成元素と反応性ガスとの反応生成物である第１の反応
生成ガスを、その飽和蒸気圧以上の分圧で反応性ガスに
添加した混合ガスをエッチャントガスとして用いると、
化合物結晶は、この第１の反応生成物に表面が覆われた
状態でエツチングが停止する。次いで、該化合物結晶の
第２の構成元素と反応性ガスとの反応生成物である第２
の反応生成ガスを上記と同様に添加した混合ガスを用い
て反応させると、化合物結晶を覆っていた第１の反応生
成物は、対応するガスが雰囲気中に存在しないので表面
から脱離し、代わって第２の構成元素が反応性ガスと反
応して第２の反応生成物でその表面が覆われる。

従って、反応生成ガスをその飽和蒸気正分だけ反応性ガ
スに混合してエツチングを行う本発明のドライエツチン
グ方法によれば、化合物結晶の任意の面をエツチングし
、かつその面でエツチングを停止させることが可能であ
る。つまり、混合する反応生成ガスの種類を変えたエッ
チャントを順次用いることにより、原子層単位でエツチ
ングを制御することが可能で必る。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。

第１図は本発明の方法に用いられる加工装置の一例の概
略構成図であり、本装置を用いたＧａＡＳの原子層単位
のエツチング方法について、以下に説明する。本実施例
の加工装置は、Ｇａ面エツチングチャンバ１２とＡＳ面
エツチングチャンバ１３０２つの真空槽から構成されて
いる。

まず、最初の工程では、Ｇａ面を露出させたＧａＡＳ基
板１１をＧａ面エツチングチャンバ１２に準備し、Ｃ１
２ガス１６にＱａＣｊ！３ガス１７をＧａＡＳ基板１１
の基板温度に対する飽和蒸気正分、ないしはそれより高
目の圧力分だけ混合した混合ガスをエッチャントガスと
して用いて塩素エツチングを行う。

飽和蒸気圧は平衡蒸気圧曲線より求めることができる。

第２図は、ＧａＣＲ３とＡＳＣβ３の平衡蒸気圧曲線を
示したもので、例えば基板温度２５°Ｃでは、ＧａＣｊ
！３を１０−Ｉ　ＴｏｒｒだけＣｆ！２に混合したガス
をエッチャントガスとして用いれば、この圧力は基板温
度２５°Ｃの場合の飽和蒸気圧に相当し、図中Ａ点で示
される。一方、Ｃβ２ガス圧力は、本実施例では５０　
Ｔｏｒｒに設定した。

ＧａＡＳＷ仮１１上のＧａ原子は、ＣＩ！２ガスと反応
してＧａＣｆｆ１３を生ずる。Ｑａ面エツチングチャン
バ１２内は、ＧａＣｌ３の飽和蒸気正分のＱａＣｊ’３
雰囲気ですでに満たされているので、基板から脱離する
ことができず、基板表面に残留してエツチングは停止す
る。

次の工程では、ＧａＡＳ基板１１をＡＳ面エツチングチ
ャンバ１３に移す。ＡＳ面エツチングチャンバ１３には
、Ａ　Ｓ　（ｄ！　３　１Ｏ−ｒｏｒｒをＣＩ、２ガス
に混合した混合ガスをエッチャントフｊスとして用いる
。

△５Ｃｆ３の１０　Ｔｏｒｒは、第２図にＢ点で示すよ
うに、基板温度２５°Ｃの場合のＡＳＣＩ！３の飽和蒸
気圧に相当している。一方、Ｃｆ！２ガスの圧力は、本
実施例では４０　Ｔｏｒｒとした。これにより、全圧が
Ｇａ面エツチングチセンバ１２とほぼ同圧の５０Ｔｏｒ
ｒとなり、基板搬送時のガスの混合を抑制することがで
きた。

ＡＳ面用エッヂヤントガス中には、ＱａＣ！！３は含ま
れていないため、前工程で表面に残留していたＧａＣＮ
３は、ＡＳ面エッチングチレンバ１３中では蒸発し、Ａ
Ｓ而が露出する。その結実用れたＡＳ而は、エラチャン
１〜ガス中に含まれるＣで２と速やかに反応し、ＡＳＣ
ｆ３を生ずる。

△ＳＣＪ！３は、エッチャントガス中に飽和蒸気圧以上
まれるＡＳＣｆ！３の効果により、その蒸発が抑えられ
、基板表面に残留し、エツチングはここで停止する。

次に、再びＧ　ａ　ＡＳ暴仮１１をＧａ面エツチングチ
ャンバ１２に戻せば、１ｉｉ１じ理由により、残留した
△ＳＣｆ！３は蒸発する。同時に現れたＧａ面はＯｆ！
２と反応し、ＧａＣβ３を生じ、かつそこで停止する。

以上のようにして、本発明のドライエツチング方法を用
いれば、化合物結晶であるＧａＡｓを１原子層単位で制
御してエツチングすることが可能であり、Ｇａ面エツチ
ングチャンバ１２とＡｓ面エツチングチャンバ１３を通
す二つの工程を１サイクルとして、サイクル数でデジタ
ル的に制御することが可能である。また、最終工程を、
どちらのチャンバで終えるかにより、任意の原子面でエ
ツチングを停止させることが可能である。

なお、本実施例では化合物結晶としてＧａＡＳの場合を
示したが、ＩｎＰなどの他の化合物結晶でも、それぞれ
に対応する反応生成ガスを混合したエツチングガスを用
いることにより、本発明の方法は適用可能である。

また、本実施例では、Ｑａ面エツチングチャンバ１２と
ＡＳ面エツチングチャンバ１３の２室を用意して、基板
位置を切り換えることによって、ガスの切り替えを行っ
たが、１室構成とし、ガス供給系に切り替えバルブを用
いて、ガスの切り替えを行っても、本発明の方法は適用
可能である。また、本実施例ではエツチングガスとして
Ｃｆ１２ガスを用いたが、Ｂｒ２とＧａＢｒ２等の、他
のハロゲン混合ガスを用いることも可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のドライエツチング方法に
よれば、エッチャントガス中に飽和蒸気圧弁だけ混合し
た反応生成ガスの蒸発抑止効果を利用することにより、
化合物結晶のドライエツチング反応を任意の原子面で停
止させることが可能である。これにより、化合物結晶を
原子層単位でエツチングすることが可能となり、工程の
サイクル数でエツチング量を決定することができ、きわ
めて精密なエツチングの制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に用いられる加工装置の一例の概略
構成図、第２図はＧａＣｊ！３とＡｓＣβ３の平衡蒸気
圧曲線である。 １１−Ｇ　ａ　Ａ　Ｓ基板 １２・・・Ｇａ面エツチングチャンバ １３・・・ＡＳ面エツチングチャンバ １６・・・Ｃ１２ガス １７−Ｇ　ａ　Ｃ１３ガス ２７・・・ＡＳＣ１３ガス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２元素から構成される化合物結晶の反応性ガスを
   用いたドライエッチング方法において、エッチャントガ
   スとして、化合物結晶の第１の構成元素と反応性ガスと
   の反応生成物である第１の反応生成ガスを、その飽和蒸
   気圧以上の分圧で前記反応性ガスに添加した混合ガスを
   用い、前記反応性ガスと前記化合物結晶とを反応させる
   工程と、次に、エッチャントガスとして、化合物結晶の
   第２の構成元素と反応性ガスとの反応生成物である第２
   の反応生成ガスを、その飽和蒸気圧以上の分圧で前記反
   応性ガスに添加した混合ガスを用い、前記反応性ガスと
   前記化合物結晶とを反応させる工程とを備えてなること
   を特徴とするドライエッチング方法。