JPH02304924A - 原子層ドライエッチング方法 - Google Patents
原子層ドライエッチング方法Info
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- JPH02304924A JPH02304924A JP12420389A JP12420389A JPH02304924A JP H02304924 A JPH02304924 A JP H02304924A JP 12420389 A JP12420389 A JP 12420389A JP 12420389 A JP12420389 A JP 12420389A JP H02304924 A JPH02304924 A JP H02304924A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は化合物半導体の原子層単位でのドライエツチン
グ方法に関する。
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を
放電させて生成するプラズマ中に存在するイオンや中性
ラジカルと、半導体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、原子層単位で半導体基板衣＠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
ことは困難でおる。また、過剰のエネルギーは半導体基
板表面の格子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
。
放電させて生成するプラズマ中に存在するイオンや中性
ラジカルと、半導体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、原子層単位で半導体基板衣＠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
ことは困難でおる。また、過剰のエネルギーは半導体基
板表面の格子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
。
格子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半導体基板表
面のいずれか、または双方に適当な波長の光を照射し、
反応性ガスと半導体基板表面との光化学反応を利用する
光誘起エツチングが知られている。光誘起エツチングで
は、過剰エネルギーによる基板表面での格子欠陥生成が
抑制ざれる点、およびエツチング過程の精密制御の点で
放電プラズマを利用した方法より優れている。
チング方法としては、中性の反応性ガスと半導体基板表
面のいずれか、または双方に適当な波長の光を照射し、
反応性ガスと半導体基板表面との光化学反応を利用する
光誘起エツチングが知られている。光誘起エツチングで
は、過剰エネルギーによる基板表面での格子欠陥生成が
抑制ざれる点、およびエツチング過程の精密制御の点で
放電プラズマを利用した方法より優れている。
ＧａＡＳの光誘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。
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）に掲載のニスーＩ
Ｉヤマ、ティー・イノウニ、ワイ・ヤマカゲおよびエム
・ヒロセ（Ｓ、 Ｙｏｋｏｙａｍａ、 Ｔ、 Ｉｎｏ
ｕｅ 、 Ｙ、 Ｙａｍａｋａｇｅａｎｄト１、Ｈｉ
ｒｏｓｅ ）による文献“レーザーインデユースト・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 Ｐｈ
ｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆＧａＡ
Ｓ ａｎｄ Ｉｔ’ｓ ＣｈａｒａＣｔｅｒｉＺａｔｉ
Ｏｎ ｂｙ Ｘ−ＲａｙＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ
５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｌｕｍ１ｎｅｓｃ
ｅｎｃｅ ”）に報告されている。
Ｉヤマ、ティー・イノウニ、ワイ・ヤマカゲおよびエム
・ヒロセ（Ｓ、 Ｙｏｋｏｙａｍａ、 Ｔ、 Ｉｎｏ
ｕｅ 、 Ｙ、 Ｙａｍａｋａｇｅａｎｄト１、Ｈｉ
ｒｏｓｅ ）による文献“レーザーインデユースト・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 Ｐｈ
ｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆＧａＡ
Ｓ ａｎｄ Ｉｔ’ｓ ＣｈａｒａＣｔｅｒｉＺａｔｉ
Ｏｎ ｂｙ Ｘ−ＲａｙＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ
５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｌｕｍ１ｎｅｓｃ
ｅｎｃｅ ”）に報告されている。
この例では、ＨＣｌ２ （５％）とｌ−１ｅ（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ＧａＡｓ結晶をエツチングしており、
混合カス圧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 ｎ
ｍ／分のエツチング速度が得られている。
）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ＧａＡｓ結晶をエツチングしており、
混合カス圧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 ｎ
ｍ／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、ＨＣｆ！がエキシマレーザの光を吸収し、解
離してＣ２ラジカルを生じる。次に、そのＣ！ラジカル
がＱａ、Ａ、Ｓと反応し、（３ａＣｌ！３とＡＳＣｆ！
３を生じる。その結果、全体として、 ＧａＡＳ＋６ＨＣｊ２−一−→ ＧａＱＲ３＋ＡｓＣｊ ３ ＋３ ト１２のエツ
チング反応が進行する。
る。まず、ＨＣｆ！がエキシマレーザの光を吸収し、解
離してＣ２ラジカルを生じる。次に、そのＣ！ラジカル
がＱａ、Ａ、Ｓと反応し、（３ａＣｌ！３とＡＳＣｆ！
３を生じる。その結果、全体として、 ＧａＡＳ＋６ＨＣｊ２−一−→ ＧａＱＲ３＋ＡｓＣｊ ３ ＋３ ト１２のエツ
チング反応が進行する。
［発明か解決しようとする課題１
従来の光誘起エツチングでは、揮発性の高い反応生成物
を得るために原料ガスを光分解させて反応性の高い適当
なラジカルをつくる、または半導体基板を加熱して反応
や生成物の脱離を促進する、あるいは半導体の電子状態
を励起して反応を促進する等の目的で光が用いられてき
た。しかしながら、化合物半導体の一つの元素がエツチ
ングを起こす条件と他方の元素がエツチングを起こす条
件が非常に近い場合には、前記のような光の利用方法で
はエツチング過程に反応選択性を持たせることは非常に
困難である。
を得るために原料ガスを光分解させて反応性の高い適当
なラジカルをつくる、または半導体基板を加熱して反応
や生成物の脱離を促進する、あるいは半導体の電子状態
を励起して反応を促進する等の目的で光が用いられてき
た。しかしながら、化合物半導体の一つの元素がエツチ
ングを起こす条件と他方の元素がエツチングを起こす条
件が非常に近い場合には、前記のような光の利用方法で
はエツチング過程に反応選択性を持たせることは非常に
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、化合物半導体のエツチング過程に制御性の
高い脱離反応選択性を与えて、原子層単位でのエツチン
グ方法を提供することを目的とする。
れたもので、化合物半導体のエツチング過程に制御性の
高い脱離反応選択性を与えて、原子層単位でのエツチン
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１
本発明は、２元素以上から構成される化合物半導体を反
応性ガスまたは反応性ラジカルを用いてドライエツチン
グするドライエツチング方法において、反応性ガスまた
は反応性ラジカルが化合物半導体の表面の一構成元素と
反応して生成される反応生成物を、該反応生成物の構成
元素の内殻準位を光イオン化することにより選択的に分
解・除去して、前記化合物半導体表面の一構成元素の原
子層をエツチングする工程を少なくとも一つ含むことを
特徴とする原子層ドライエツチング方法である。
応性ガスまたは反応性ラジカルを用いてドライエツチン
グするドライエツチング方法において、反応性ガスまた
は反応性ラジカルが化合物半導体の表面の一構成元素と
反応して生成される反応生成物を、該反応生成物の構成
元素の内殻準位を光イオン化することにより選択的に分
解・除去して、前記化合物半導体表面の一構成元素の原
子層をエツチングする工程を少なくとも一つ含むことを
特徴とする原子層ドライエツチング方法である。
［作用１
反応性カスまたは反応性ラジカルと化合物半導体とを反
応させる工程において、その温度における反応生成物の
蒸気圧が十分低い場合には、その反応生成物は化合物半
導体表面から脱離せず、前記反応生成物が化合物半導体
表面を覆った状態でエツチングが停止する。
応させる工程において、その温度における反応生成物の
蒸気圧が十分低い場合には、その反応生成物は化合物半
導体表面から脱離せず、前記反応生成物が化合物半導体
表面を覆った状態でエツチングが停止する。
この反応生成物の表面吸着層を除去するために、本発明
では反応生成物に覆われた化合物半導体基板の表面に、
該反応生成物の一構成元素の内殻準位を励起して反応生
成物をイオン化する軟Ｘ線を照射する。内殻準位に空孔
ができるとオージェ過程が起きる。すなわち、外殻電子
が遷移して内殻の空孔を埋める。そのとき内、外殻のエ
ネルギー差に相当するエネルギーが放出され、このエネ
ルギーで外殻電子が放出される。このため、外殻に空孔
が２個でき、この２個の空孔がざらに外側のＩ／を通の
電子によって埋められると、結局、４個の空孔が生成す
る。
では反応生成物に覆われた化合物半導体基板の表面に、
該反応生成物の一構成元素の内殻準位を励起して反応生
成物をイオン化する軟Ｘ線を照射する。内殻準位に空孔
ができるとオージェ過程が起きる。すなわち、外殻電子
が遷移して内殻の空孔を埋める。そのとき内、外殻のエ
ネルギー差に相当するエネルギーが放出され、このエネ
ルギーで外殻電子が放出される。このため、外殻に空孔
が２個でき、この２個の空孔がざらに外側のＩ／を通の
電子によって埋められると、結局、４個の空孔が生成す
る。
こうして多価イオンができると、あたかも電荷同士の反
発によるかのように分子は分解する。このいわゆる“ク
ーロン爆発″を利用することによって、化合物半導体表
面上の反応生成物を選択的に分解して基板表面より脱離
させることができる。
発によるかのように分子は分解する。このいわゆる“ク
ーロン爆発″を利用することによって、化合物半導体表
面上の反応生成物を選択的に分解して基板表面より脱離
させることができる。
［実施例１
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。
に説明する。
第１図は本実施例に用いられる加工装置の一例の概略構
成図であり、本装買を用いた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。
成図であり、本装買を用いた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。
この加工装置は、内部に基板１を保持する基板保持部２
を有し、シンクロトロン放射光分光器３、マイクロ波放
電励起水素原子線源４ｉ！３よび排気装置５が配設され
たエツチングチャンバ６から構成されている。
を有し、シンクロトロン放射光分光器３、マイクロ波放
電励起水素原子線源４ｉ！３よび排気装置５が配設され
たエツチングチャンバ６から構成されている。
第１の工程では、エツチングチェンバ６内でＡＳ面の表
出した（３ ａ Ａ−Ｓ基板１にマイクロ波放電励起水
素原子線源４から水素ラジカルを照射する。原子状に解
離した水素原子は反応性が高いため、ＡＳ原子と容易に
反応して水素化物（ＡＳＨ３’）を生ずる。生成した△
ＳＨ３は常温で気体であり、例えば１００ ’Ｃの基板
温度では容易に脱離してＡＳ単原子層のエツチングが終
了する。一方、新たに表出したＧａ層は、原子状水素と
反応してもその水素化物（Ｇａ層３ ）の蒸気圧は低い
ために表面に残留して、エツチングはＧａ面で停止する
。
出した（３ ａ Ａ−Ｓ基板１にマイクロ波放電励起水
素原子線源４から水素ラジカルを照射する。原子状に解
離した水素原子は反応性が高いため、ＡＳ原子と容易に
反応して水素化物（ＡＳＨ３’）を生ずる。生成した△
ＳＨ３は常温で気体であり、例えば１００ ’Ｃの基板
温度では容易に脱離してＡＳ単原子層のエツチングが終
了する。一方、新たに表出したＧａ層は、原子状水素と
反応してもその水素化物（Ｇａ層３ ）の蒸気圧は低い
ために表面に残留して、エツチングはＧａ面で停止する
。
次に第２の工程では、Ｇａ層３で覆われたＧａＡＳ基板
１にシンクロトロン放射光分光器３を通して軟Ｘ線を照
射し、Ｇａの内殻準位を光励起してＧａ層３をイオン化
させることによりオージェ過程を誘起し、ＧａＡＳ基板
１の表面に吸着しているＧａ層３を分解・脱離させる。
１にシンクロトロン放射光分光器３を通して軟Ｘ線を照
射し、Ｇａの内殻準位を光励起してＧａ層３をイオン化
させることによりオージェ過程を誘起し、ＧａＡＳ基板
１の表面に吸着しているＧａ層３を分解・脱離させる。
このように、Ｇａ層３が表面から脱離すれば、基板の全
面に次のＡｓ層が現れることになり、（３ａ単原子層の
エツチングが終了する。
面に次のＡｓ層が現れることになり、（３ａ単原子層の
エツチングが終了する。
このあと、再び前記第１と前記第２の工程を行えばＧａ
面とＡＳ面を交互にエツチングすることができる。こう
して本発明のドライエッチング方法を用いれば、化合物
半導体であるＧａＡＳのエツチングを１原子１単位で制
御して行うことが可能であり、第１と第２の工程を１サ
イクルとして、サイクル敢てデジタル的にエツチングを
制御することが可能である。
面とＡＳ面を交互にエツチングすることができる。こう
して本発明のドライエッチング方法を用いれば、化合物
半導体であるＧａＡＳのエツチングを１原子１単位で制
御して行うことが可能であり、第１と第２の工程を１サ
イクルとして、サイクル敢てデジタル的にエツチングを
制御することが可能である。
本実施例において、第１と第２の工程を通じて連続的に
マイクロ波放電励起水素原子線源４から水素ラジカルを
照射すると、Ｑａ層が軟Ｘ線で除去された後、直ちにＡ
Ｓ 、ＩＩが△ＳＨ３の形で蒸発するために、分子層
単位でのエツチングとなる。
マイクロ波放電励起水素原子線源４から水素ラジカルを
照射すると、Ｑａ層が軟Ｘ線で除去された後、直ちにＡ
Ｓ 、ＩＩが△ＳＨ３の形で蒸発するために、分子層
単位でのエツチングとなる。
Ｇａ層を軟Ｘ線で除去する工程で水素ラジカルの照射を
中断すると、ＡＳ層が露出してエツチングが停止する。
中断すると、ＡＳ層が露出してエツチングが停止する。
この場合には原子層単位でのエツチングとなる。
以上の実施例では化合物半導体としてＧａＡＳの場合を
示したが、ＩｎＰなとの他の２成分化合物半導体、Ａβ
ＧａＡＳなどの２元素以上から構成される化合物半導体
にも本発明は適用できる。
示したが、ＩｎＰなとの他の２成分化合物半導体、Ａβ
ＧａＡＳなどの２元素以上から構成される化合物半導体
にも本発明は適用できる。
また反応性ガスとしてハロゲンガスを用いてもよい。
［発明の効果１
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、１原子層の選択的除去が可能である。このこと
から化合物半導体を原子層単位でエツチングすることが
可能となり、工程のナイクル数でエツチング量を決定す
ることができ、極めて精密なエツチングの制御が可能と
なる。
よれば、１原子層の選択的除去が可能である。このこと
から化合物半導体を原子層単位でエツチングすることが
可能となり、工程のナイクル数でエツチング量を決定す
ることができ、極めて精密なエツチングの制御が可能と
なる。
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
略構成図である。 １・・・ＧａＡＳ基板 ２・・・基板保持部 ３・・・シンクロトロン放射光分光器 ４・・・マイクロ波放電励起水素原子線源５・・・排気
装置 ６・・・エツチングチェンバ ７・・・Ｈ２ガス
略構成図である。 １・・・ＧａＡＳ基板 ２・・・基板保持部 ３・・・シンクロトロン放射光分光器 ４・・・マイクロ波放電励起水素原子線源５・・・排気
装置 ６・・・エツチングチェンバ ７・・・Ｈ２ガス
Claims (1)
- （１）２元素以上から構成される化合物半導体を反応性
ガスまたは反応性ラジカルを用いてドライエッチングす
るドライエッチング方法において、反応性ガスまたは反
応性ラジカルが化合物半導体の表面の一構成元素と反応
して生成される反応生成物を、該反応生成物の構成元素
の内殻準位を光イオン化することにより選択的に分解・
除去して、前記化合物半導体表面の一構成元素の原子層
をエッチングする工程を少なくとも一つ含むことを特徴
とする原子層ドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1124203A JP2522050B2 (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 原子層ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1124203A JP2522050B2 (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 原子層ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02304924A true JPH02304924A (ja) | 1990-12-18 |
| JP2522050B2 JP2522050B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=14879540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1124203A Expired - Lifetime JP2522050B2 (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 原子層ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2522050B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1063691A3 (en) * | 1999-06-21 | 2002-08-21 | Tohoku University | A dry-etching method and an equipment for dry-etching |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62153200A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-08 | Nec Corp | ３−５族化合物半導体の気相エツチング装置 |
| JPS632327A (ja) * | 1986-06-20 | 1988-01-07 | Sanyo Electric Co Ltd | 微細パタ−ンのエツチング方法 |
| JPS63166232A (ja) * | 1986-12-27 | 1988-07-09 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体の光励起エツチング方法 |
-
1989
- 1989-05-19 JP JP1124203A patent/JP2522050B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62153200A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-08 | Nec Corp | ３−５族化合物半導体の気相エツチング装置 |
| JPS632327A (ja) * | 1986-06-20 | 1988-01-07 | Sanyo Electric Co Ltd | 微細パタ−ンのエツチング方法 |
| JPS63166232A (ja) * | 1986-12-27 | 1988-07-09 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体の光励起エツチング方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1063691A3 (en) * | 1999-06-21 | 2002-08-21 | Tohoku University | A dry-etching method and an equipment for dry-etching |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2522050B2 (ja) | 1996-08-07 |
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