JPH04100226A

JPH04100226A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH04100226A
Application number: JP21859690A
Authority: JP
Inventors: Toru Nishibe; 徹西部; Shinya Nunogami; 真也布上; Atsushi Kurobe; 篤黒部
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-08-20
Filing date: 1990-08-20
Publication date: 1992-04-02

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、半導体製造プロセスにおける化合物半導体を
エツチングするドライエツチング方法に係わり、特に反
応性イオンビームエツチング（ＲＩＢＥ）、反応性イオ
ンエツチング（ＲＩＥ）等イオン照射を伴なうドライエ
ツチング方法に関する。

（従来の技術）近年、シリコン以外の■−Ｖ族化合物半導体やＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体は、半導体レーザ、発光ダイオード及
び受光器等の光デバイスに用いられ。

また移動度の大きいことを利用して電界効果トランジス
タ、ヘテロバイポーラトランジスタ等の電子デバイスに
用いられている。これらのデバイスにおいて、任意のと
ころに微細な構造を作るための技術として、ドライエツ
チング方法が使用されている。

具体的には、半導体レーザを集積化するためのレーザ端
面形成、同一基板上に作られた２つ以上の素子を電気的
に分離するための分離溝形成、微細なゲートの作成等で
ある。このためには、加工面及び端面が平坦で、端面形
状が制御されていることが必要である。特に、レーザ端
面ば活性層からの発光の取出し口に当たるため、端面反
射率の低下による光の損失を防ぐために、へき開面と同
等な平坦性、垂直性が要求される。

従来、このようなドライエツチング方法として。

反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）や反応性イオンビー
ムエツチング（ＲＩＢＥ）等が主に用いられてきた。

ＲＩＥでは、低真空度でのエツチングであるため、イオ
ンビームの垂直性が良くないのに反映して加工面の垂直
性は十分ではなかった。そこで、比較的高真空度でエツ
チングできるＲＩＢＥが垂直加工に用いられるようにな
っている。

しかしながら、ＲＩＢＥによるドライエツチング方法に
あっては次のような問題があった。即ち、ＲＩＢＥでは
、エツチングに寄与する要素として反応性粒子と基板と
の化学反応と、イオンによる物理的なスパッタリングと
の２つがあり、前者が加工面の平坦性を、後者が加工面
の垂直性を決めているが、それぞれトレードオフの関係
にある。従って、平坦性と垂直性の両方の特性を十分に
満足させることはできなかった。具体的には、比較的高
真空のＲＩＢＥでは、加工表面を平坦にするには反応性
ガスの分圧を十分に高くしなければならず、この場合は
垂直性を損なうことになる。

なお、基板面と反応性のビームの方向とのなす角度を垂
直から故意にずらして本来なら垂直でない加工面を基板
面に垂直にする方法もあるが、この場合はもう一方の面
が基板面と垂直とはならず、デバイスに応用する際には
制限を受ける。

次にドライエツチング装置、例えば反応性イオンビーム
エツチング（以下、ＲＩＢＥと称す）装置を第５図に示
す、第１図において１０はマイクロ波導波管、１１はエ
ツチングガス導入口、１２はプラズマ生成部、１３は磁
場発生コイル、１４はイオン引出し電極、１５はエツチ
ング室、２０は被エツチング材料、１６は被エツチング
材料２０を載置する試料台、１７はガス排出口である。

ガス導入口１１にはマスフローコントローラ１８および
１９を介してエツチング用の反応性ガスと不活性ガスが
供給される。従来のエツチング方法は、試料台１６に被
エツチング材料を載置した後、真空ポンプによりエツチ
ング室１５を排気し減圧にする。その後、反応性ガスを
マスフローコントローラ１８を介してガス導入口よりプ
ラズマ生成部１２に供給する。該マスフローコントロー
ラ１８の流量を制御することにより、反応性ガスの圧力
を変化させることができる。プラズマ生成部１２におい
て、マイクロ波および磁場の印加によリプラズマ（イオ
ン、中性ラジカル、電子、中性分子等より構成される。

）が生成される。このプラズマ生成部１２より、イオン
引き出し電極１４によりイオンを引き出し、被エツチン
グ材料に照射する。このとき反応性の中性ラジカルある
いは中性分子と、被エツチング材料との間で化学反応が
生じる。また、照射されたイオンによる被エツチング材
料のスパッタリングにより、上記化学反応の結果生成さ
れた生成物が除去され、異方性エツチングが達成される
。上記の如きプラズマを利用したドライエツチング方法
では、被エツチング材料へのイオン衝撃をともなうため
、エツチング工程中に被エツチング材料の温度が、上記
所定温度よりも上昇する。また、被エツチング材料の温
度が一定温度に達するためには、第１図（ａ）に示した
如く長時間を要する。この被エツチング材料の温度変化
のために、第１図（ｂ）に示した如く、エツチング量は
時間に対して直線的には増加しない。

このため、エツチング量をエツチング時間で制御する事
が困難となる。

プラズマを利用したドライエツチング方法においては、
反応性ガスの中性ラジカル、中性分子と被エツチング材
料との間に化学反応が生じるため、エツチング速度は被
エツチング材料の温度に大きく依存する。従って、エツ
チング工程中の、イオン照射による被エツチング材料の
温度変化により、エツチング速度が変化し、エツチング
量の制御性が悪くなるという問題がある。これらの問題
を改善するために、従来のドライエツチング方法では、
試料台に設置された冷却機構あるいは加熱機構により、
エツチング工程中の被エツチング材料の温度上昇を抑制
する試みがなされてきた。しかし、エツチング工程中の
被エツチング材料の温度の上昇は避けられず、エツチン
グの制御性が支障が生じていた。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、ＲＩＢＥで化合物半導体をエツチング
する場合、任意の面に垂直で、且つ平坦な加工面及び加
工端面のエツチングを行うことは困難であった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので。

その目的とするところは、化合物半導体に対し任意の面
に垂直で、且つ平坦な加工面及び加工端面のエツチング
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
とにある。

次に、従来、ＲＩＥ、　　ＲＩＢＥなどのイオンを用い
たドライエツチングでは、イオン衝撃により、エツチン
グ工程中に被エツチング材料の温度上昇が生じ、エツチ
ングの制御性を悪くする原因となっている。そこで次の
本発明は、上述したプラズマを用いるドライエツチング
方法に関するものであり。

反応性ガスによるエツチング工程中の、被エツチング材
料の温度上昇を抑制するエツチング方法を併せて提供す
るものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明では、プラズマ室に導
入されたガスを励起してイオン化した粒子及び反応性の
高い励起状態の粒子を生成し、これらのイオン及び励起
状態の粒子を試料室に引き出し、イオンによる物理反応
と励起状態の粒子による化学反応を同時に起こさせ、試
料室内に配置された化合物半導体からなる試料をエツチ
ングするドライエツチング方法において、前記ガスとし
て反応性ガスと不活性ガスの混合ガスを用いたことを特
徴としている。

また本発明は上記方法において、垂直性を必要とされる
隣りあった層のエツチング速度がほぼ等しくなるように
反応性ガスと不活性ガスの分圧を設定することを特徴と
している。ここでは具体的には上記方法において、反応
性ガスとしてＣｌ，、不活性ガスとしてＡｒを用い、試
料室におけるＡｒの分圧を６　Ｘ　１０−４Ｔｏｒｒ以
上に設定し、試料室におけるＣｌ２の分圧をエツチング
速度が最大となる近傍に設定した例を挙げている。

次の本発明によるドライエツチング方法では、プラズマ
によるエツチングを行う前工程として。

まず不活性ガスにより生成したプラズマ、あるいは該プ
ラズマより引き出したイオンを、該被エツチング材料に
照射し、被エツチング材料を所定温度まで昇温する６引
き続きプラズマ室への供給ガスを、不活性ガスから反応
性ガス、あるいは不活性ガスと反応性ガスとの混合ガス
に切り替え、該ガスより生成したプラズマあるいは該プ
ラズマより引き出したイオンを前記被エツチング材料へ
照射し、所定温度でのエツチングを行うものである。

（作　用）本発明によれば、比較的高真空でエツチングを行うため
、イオンビームの垂直性も損なわれることなく、物理的
なスパッタリングと化学反応も同時に起きるために、加
工面或いは加工端面も平坦なものが得られる。さらに、
反応性ガスに不活性ガスを加えることにより、チャンバ
に付着した反応生成物をスパッタリングにより取去る効
果があり、プラズマ状態の安定化、さらにはエツチング
工程の再現性及び制御性の向上にも大きな寄与がある。

次の本発明によるドライエツチング方法によれば、エツ
チング工程中の被エツチング材料の温度上昇を抑制する
ことができるため、該工程中のエツチング速度の変化を
抑えることができる。また、この方法によれば、反応性
ガスによるエツチングの初期に、エツチングを阻害する
被エツチング材料表面の自然酸化物を除去することがで
きる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例方法に使用したドライエツチ
ング装置を示す概略構成図である。

図中１０は試料室であり、この試料室１０内には試料台
ｌｌに載置されて被処理基板（試料）１２が収容されて
いる。２０はプラズマ室であり、このプラズマ室２０に
はマイクロ波発生器２１からマイクロ波が導入されると
共に、ガス導入口２２から所定のガスが導入される。プ
ラズマ室２０の周囲には磁場発生器２１が設けられてお
り、またプラズマ室２０の試料室１０側には引き出し電
極２４が設けられている。

そして、プラズマ室２０内に導入されたガスがマイクロ
波及び磁場により励起され、プラズマ２５が生成される
。このプラズマ２５中のイオン化した粒子と反応性の高
い励起状態にある粒子が電極２４により引き出され、試
料室１０内に導入される。また、試料室１０内に導入さ
れた上記粒子は基板１２に衝突したのち、ガス排気口１
３から排気されるものとなっている。

この装置の基本的な構成は従来のＥＣＲ型イオン源を用
いたＲＩＢＥ装置と同様であるが、この装置ではプラズ
マ室２０内に導入するガスとして、塩素（Ｃｌり等の反
応性ガスのみではなく、これとアルゴン（Ａｒ）等の不
活性ガスとの混合ガスを用いることを特徴としている。

第２図は本発明方法を利用したＩｎＧａＡｓＰレーザの
垂直端面の形成工程を示す断面図である。まず、第２図
（ａ）に示すように、１．３陣組成のＩｎＧａＡｓＰ活
性層を持つメサ埋込み型の半導体レーザウェハ３０上に
電極プロセスにより電極３１を形成した後に、常圧ＣＶ
Ｄ法でＳｉＯ□膜３２を堆積し、さらにこのＳｉＯ□膜
３２をバターニングしてエツチング用の溝を開ける。次
いで、前記第１図に示す装置を用い、第２１ｍ　（ｂ）
に示すように、ＳｉＯ□膜３２をマスクとしてレーザウ
ェハ３０のエツチングして、レーザの垂直端面を形成し
た。

このとき、エツチングの条件としては、マイクロ波出力
２００Ｗ　、磁場強度８７５ガウスでプラズマ室２０に
導入されたＣｌ□ガスとＡｒガスとの混合ガスをプラズ
マ化し、引き出し電圧４００ｖで試料室ＩＯにイオンと
励起状態の反応性粒子を導く、ここで、試料室１０内に
おけるＣｌ２分圧は７．５　Ｘ　１０−４Ｔｏｒｒ、　
Ａｒ分圧は１．４　Ｘ　１０−４Ｔｏｒｒとした。得ら
れたイオン電流密度は０．２４Ａ／ｃ■２であり、イオ
ン照射により。

基板１２の表面温度は常温から約２分で１８０℃に上昇
し、その後は安定であった。エツチングを２０分行って
、エツチング溝３３の深さは５４であった。

エツチングマスク３２をウェットエツチングで除去し電
極３１を露出させて得られた半導体レーザの特性は、へ
き開面のレーザと比べてしきい値３０ｍＡと同等であり
、エツチングによるしきい値のばらつきも、レーザウェ
ハ３０の面内分布を反映していた。なお、第２図（ｃ）
にエツチングにより露出した端面形状を示す。

次に、化合物半導体をエツチングする際の最適条件、即
ち反応性ガスの分圧、不活性ガスの分圧及び基板温度等
の最適条件について説明する。

ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰのへテロ接合を含む構造にドラ
イエツチングを施すときに重要なことは、それぞれの材
料についてのエツチング特性が異なることである。Ｉｎ
ＧａＡｓＰはＩｎＰとＧａＡｓをある割合で混合したも
のであると考え、ＩｎＰとＧａＡｓのエツチング特性を
調べた。

第３図及び第４図にＩｎＰ及びＧａＡｓについて、エツ
チング速度（第３図）、及びエツチング側壁面と基板面
とのなす角度（第４図）のＣｌ，圧力依存性について示
す。第３図及び第４図は、Ｃｌ□及びＡｒガスをプラズ
マ室に導入し、マイクロ波出力２００Ｗ　。

磁場強度８７５ガウスでイオン又は反応性の励起状態の
粒子を作り、４００ｖで試料室に引き出す条件で、Ａｒ
ガスの分圧が１．４　Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒのときのも
のである。第４図からＩｎＰに関しては、側壁面と基板
面とのなす角度θは、Ｃｌ２ガスの分圧が７．５×１０
−４Ｔｏｒｒのときの９０度を境に、それ以上でもそれ
以下でも９０度より小さくなる。そして、この７．５Ｘ
　１０−４Ｔｏｒｒの分圧は、第３図に示すようにエツ
チング速度の極大にも対応している。

このとき、にａＡｓのエツチング特性は、順メサ方向に
垂直な面と、逆メサに方向に垂直な面で異なり、それぞ
れ基板面と側壁とのなす角度は８５度。

９５度であった。実際には、活性層はＩｎＧａＡｓＰな
ので、特性はＩｎＰに近くなり、１．３４組成のＩｎＧ
ａＡｓＰでは略９０度であった。また、ＩｎＰのエツチ
ング速度が極大となるところでは、ＧａＡｓとのエツチ
ング速度との差が最も小さくなり、等速エツチングに近
い状況となるため、ペテロ接合付近での段差がなくなり
、垂直形状が実現できた。

ＩｎＰの場合、　プラズマの照射により基板表面の温度
が上昇するが、　この温度は１５０℃以下だと不純物及
び塩化物の吸着のために、表面が平坦にならず、２００
℃以上だと横方向のエツチングが進み、垂直性が損なわ
れる傾向にあフた。従って、ＩｎＰでは１５０〜２００
℃で平坦な面が得られることになる。

ＧａＡｓの場合、エツチングの時の基板表面の温度は５
０〜１５０℃、１．３．組成のＩｎＧａＡｓＰの場合は
１００〜１６０℃、　１．５．のＩｎＧａＡｓＰの場合
は１３０〜１８０℃に保つと平坦な面が得られ、サイド
エツチングを防止することができた。

ここまでの説明では不活性ガスとしてのＡｒの分圧を１
．４　Ｘ　１０””Ｔｏｒｒに設定した場合、反応性ガ
スとしての０１□の分圧を７．５　Ｘ　１０−４Ｔｏｒ
ｒ近傍に設定することにより、平坦性の良い垂直なエツ
チングが実現されるのが確認された。しかし、Ａｒ添加
社に対して垂直、平坦面が得られるＣｌ□分圧は異なっ
ている。第５図に、側壁とのなす角度が８５〜９５度に
入るＣｌ□分圧の範囲と側壁とのなす角度が９０度にな
るＣｌ□分圧を示す、　Ａｒ分圧が高くなると、それに
対するＣｌ．分圧は低くなる。また、　　Ａｒの分圧が
低いと平坦なエツチング面は得られないが、Ａｒ分圧が
６　Ｘ　１０−４Ｔｏｒｒ以上で平坦なエツチング面が
得られることが確認された。

ここで特徴的なことは、Ａｒの分圧に対して側壁とのな
す角度が８５〜９５度に入るＣｌ□の分圧は、Ａｒの分
圧に対してエツチング速度が最大となるＣｌ□の分圧に
略等しいことである。

即ち、Ａｒの分圧が変わると、第３図に示すＩｎＰのエ
ツチング速度曲線が左右にシフトし、その最大速度とな
るＣｌ．の分圧が、第５図に示す範囲内に入っているこ
とである。従って、垂直エツチングが可能で平坦なエツ
チング面が得られる条件は、Ａｒの分圧が６　Ｘ　１０
−４Ｔｏｒｒ以上で、Ｃｌ□の分圧はエツチング速度が
最大となる近傍であることである。

より望ましくは、これに加え、エツチングする材料に応
じて温度条件を先に説明した範囲に設定すればよい。

第６図は、Ｃｌ，ガスにＡｒを分圧で１．４　Ｘ　１Ｏ
−３Ｔｏｒｒだけ添加したときと、Ａｒを全く加えなか
ったときの、エツチング速度の実験間のばらつきを示す
。

ＣＬ分圧は７．５Ｘ１０−４Ｔｏｒｒとした。　Ａｒを
全く加えなかったときは、物理的にスパッタ効果が小さ
いために、Ａｒを加えたときよりもエツチング速度が小
さくなっているが、そのばらつきが大きい、それに比べ
、Ａｒを加えたときはエツチング速度のばらつきが５％
以内に入っている。第７図はＣｌ□分圧を７．５　Ｘ　
１０−４Ｔｏｒｒに固定したとき、Ａｒガス添加量とエ
ツチング速度の実験間のばらつきを示すものである。Ａ
ｒガスを６　Ｘ　１０’−４Ｔｏｒｒ以上添加すると、
ばらつきを５％以内に抑えられることが分かる。

このように本実施例方法によれば、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡ
ｓＰ等の化合物半導体をＲＩＢＥでエツチングする際に
、反応性ガスとしてのＣｌ２に不活性ガスとしてのＡｒ
を添加し、それぞれの分圧を最適化することにより、化
合物半導体に対し任意の面に垂直で、且つ平坦な加工面
及び加工端面のエツチングを行うことができる。また、
第６図及び第７図に示したように。

Ａｒガスを添加することにより、エツチングの再現性の
向上をはかることも可能であり、その有用性は絶大であ
る。

これまでの例はＩｎＰのエツチング速度のカーブよりも
ＧａＡｓのエツチングカーブの方が上側にある場合で、
この時は、ＩｎＰのエツチング速度の最大になる近傍で
、同時に、　ＩｎＰとＧａＡｓのエツチング速度の差が
最小になり、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰを含む構造のエツ
チングに対し、垂直平坦加工が実現できた。

第８図は別の例である６イオン及び励起状態の粒子をプ
ラズマ室から試料室に引き出す効率を上げて、イオン電
流密度を上昇させたもので、エツチング条件は、　　Ａ
ｒ分圧１．ｌＸ１Ｏ−３Ｔｏｒｒ、　マイクロ波出力２
００Ｗ、イオン引出電圧４００Ｖ、磁場強度８７５ガウ
スである。前述した条件とほぼ同じであるがイオン引出
効率が上がった分イオン電流密度も２０％程度増えてい
る。この場合は、塩素圧力の低圧側でＩｎＰとＧａＡｓ
のエツチング速度に逆転を生じ、ＩｎＰの方がＧａＡｓ
のエツチング速度より大きくなっている。

この場合は、ＩｎＰのエツチング速度の最大になるＣｌ
□圧力の条件を選んでも、有効ではない、このときの、
ＩｎＰ及びＧａＡｓの側壁形状は第９図のようになり、
確かにＩｎＰのエツチング速度の最大になる点で、Ｉｎ
Ｐの垂直側壁が得られる。しかし、この条件では、Ａｒ
に増強されたスパッタリングの効果が非常に強く、表面
の平坦さが損なわれ、イオン電流密度も０　、５ｍＡ／
ｃ＋ｍ２と高いために、ダメージが結晶の奥深くまで入
っている。第９図はＩｎＰのエツチング速度の最大にな
る点以外にもＣｌ□分圧が５　Ｘ　１０−４Ｔｏｒｒ付
近でも、側壁形状が垂直になり、むしろこの領域で平坦
な加工面が得られることを示している。同時にこの条件
ではＩｎＰとＧａＡｓのエツチング速度がほぼ等しかっ
た。すなわち、ＩｎＰとＧａＡｓのエツチング速度カー
ブの相対関係により、垂直・平坦加工の最適条件を与え
る塩素分圧のとり方を変えるべきである。第８図、第９
図のような場合には、垂直・平坦加工はＩｎＰとＧａＡ
ｓのエツチング速度が等しくなるような塩素分圧を選ぶ
のがよい。

ＩｎＰとＧａＡｓのエツチング速度が等しいような条件
では、ＩｎＧａＡｓＰの如何なる組成の結晶層がどのよ
うな膜厚で何層積層されていても、単位時間には常に同
じたけエツチングされ、エツチングの深さの制御性も飛
躍的に向上する。　　Ｃｌ□分圧の範囲は図９の場合■４　Ｘ　１０−’　〜Ｉ　Ｘ　１０−’　
Ｔｏｒｒにとれば、８５℃でエツチングできる。

■Ｉ　Ｘｌ０−’〜１．２Ｘ１０−”Ｔｏｒｒにとれば
。

８５℃でエツチングできる。

なお、上記第８図によって説明を行なったエツチングの
傾向は一般的に各種の材料について適用可能である。す
なわち、上記−例ＩｎＰとＧａＡｓと異なる材質の材質
のエツチングを規格化して第１０図の如く示し、相加平
均をもって１１８Ｘ、ポイントを求めこの近傍に設定す
ることで達成できる。

上記等速エツチングの考え方は、第１番目の実施例にも
あてはまっていて矛盾するものではない。

即ち、ＧａＡｓのエツチング速度のカーブがＩｎＰのエ
ツチング速度のカーブよりも上側に位置する場合、Ｉｎ
Ｐのエツチング速度のカーブの最大となる点は。

ＧａＡｓとＩｎＰのエツチング速度の差が最小となる点
にほぼ一致している。

反応性ガスとして、Ｃｌ，のかわりにＢｒ、を用いた場
合もＩｎＰとＧａＡｓのエツチング速度が等しくなるよ
うに、　Ａｒ又はＮ２の分圧とＢｒ２の分圧を設定すれ
ば問題はない。

この他にも１反応性ガスと不活性ガスの組み合わせは第
１表に示すとおり１色々なものが可能でである。

第１表なお、上記第１表における反応性ガスと不活性ガスとの
組合わせは、夫々の１種ずつを任意に選択して用いても
、また、夫々の少くとも１種を組み合わせ使用してもよ
い。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い、実施例では、ＥＣＲ型イオン源を用いたＲＩＢＥ装
置を用いたが、これに限らずプラズマ室でガスを励起し
てイオン化した粒子及び反応性の高い励起状態の粒子を
生成し、これらのイオン及び励起状態の粒子を試料室に
引き出す構成であればよい。また、反応性ガスとしては
先に説明したようにブロム、ヨウ素等を用いることがで
き、不活性ガスとして窒素、キセノン、ヘリウム等を用
いることができる。さらに、被エツチング材料としては
ＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｓ系、　ＩｎＧａＡＩＰ／ＧａＡ
ｓ系、更にはＺｎ５ａ、　ＣｄＨｇＴａ等のＩＮ　−Ｖ
Ｉ族化合物半導体の多層膜にも適用することが可能であ
る。その他１本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。

以下１本発明に係る被エツチング材料の温度上昇を抑制
するエツチング方法の実施例を示す。

第１５図は本発明の一実施例として使用したドライエツ
チング装置（ＥＣＲプラズマＲＩＢＥ装置）の構成概略
図である。

上記装置を用いて１本発明によるエツチング方法の実施
例を以下に示す。

実施例−１Ａｒガスをプラズマ室へ供給し、マイクロ波山カニ２０
０Ｗ、磁場：　８７５　ｇ　ａｕｓｓ、イオン引き出し
電圧：４００ｖの条件でプラズマを生成させたときの、
　　Ａｒガス圧力と被エツチング材料の温度との関係を
第１２図に示した。第１２図に示したごとく、第２の工
程の反応性ガスによるエツチングを行う際の、被エツチ
ング材料の所定温度に応じて、プラズマ室へ供給するＡ
ｒガスの圧力を制御し、第１の工程を行うことができる
。被エツチング材料が、ＩｎＰ基板およびＧａＡｓ基板
で、第２の工程の反応性ガスとしてＣｌ２ガスを用い、
該工程を１８０℃で行うための手順を以下に示す。

先ず、被エツチング材料であるＩｎＰ基板、　ＧａＡｓ
基板５０を、試料台４６に固定した後、エツチング室を
真空ポンプによりｌＸｌ０″”　Ｔｏｒｒまで排気する
。

続いて、マスフローコントローラ４９を介してガス導入
口１１より、　Ａｒガスをプラズマ生成部へ供給する。

このとき、第２の工程のＣｌ，ガスによるエツチングを
１８０℃で行うために、プラズマ生成室のＡｒガス圧力
は２　Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒとする。マイクロ波山カニ
　２００Ｗ、磁場：　　８７５ｇａｕｓｓの条件でプラ
ズマを生成し、電極４４により、イオン引出し電圧４０
０Ｖで、プラズマ室からイオンを引き出し、ＩｎＰ基板
、ＧａＡｓ基板に４分間照射する。この操作で、イオン
衝撃により、基板温度は室温より１８０℃まで上昇する
。続いて、Ａｒガスのプラズマ生成部への供給を停止す
ると同時に、　ＣＩ□ガスを圧力が６．１Ｘ１０−４Ｔ
ｏｒｒとなるようにプラズマ室に供給する。Ｍ操作によ
り基板温度は一時的に低下するが、この時の温度低下は
５℃以内であり、引続き行う第２の工程の反応性ガスに
よるエツチング工程において３０秒以内で基板温度は１
８０℃まで回復し、一定となる。その後は、一定温度で
のエツチングが可能となる１反応性ガスによるエツチン
グは、マイクロ波山カニ　２００　Ｗ、磁場＝　８７５
ｇａｕｓｓ、イオン電流密度：　０．２＋ｓＡ／ａｊで
ある。このドライエツチング工程の工程と被エツチング
材料の温度の変化を第１１図（ａ）に示した。第１１図
（ａ）の横軸は全エツチング工程にわたる時間である。

該工程により得られた。

エツチング量とエツチング時間との関係を第１１図（ｂ
）に示した。第１１図（ａ）の横軸はＣｌ□ガス供給開
始からのエツチング時間を表す、該エツチング方法によ
る第２の工程におけるエツチング量は、エツチング時間
の経過に対して直線的に変化し、エツチング量を時間に
より制御することが可能である。

実施例−２Ａｒガス圧力をｉ、ｏ　ｘ　ｉｏ’″３Ｔｏｒｒとなる
ようにプラズマ室へ供給し、イオン電流密度：０．４園
Ａ／ａｄとした場合の、イオン引き出し電圧と被エツチ
ング材料の温度との関係を第１３図に示した。第２の工
程の反応性ガスによるエツチングを行う際の、被エツチ
ング材料の所定温度に応じて、Ａｒガスによる第１の工
程を行うためのイオン引き出し電圧を設定し、第１の工
程を行い、引き続き第２の工程において、Ｃｌ，ガス供
給開始と同時に、第２の工程を行うイオン引き出し電圧
に設定する。該エツチング方法によっても、第１１図（
ｂ）に示したのと同様に、第２の工程におけるエツチン
グ量は、エツチング時間の経過に対して直線的に変化し
、エツチング量を時間で制御することが可能である。

実施例−３第１４図にＡｒガス圧力１．０Ｘ１０−３Ｔｏｒｒ、イ
オン引き出し電圧４００ｖの場合の、マイクロ波パワー
と被エツチング材料温度との関係を示した。第１４図に
示したごとく、第２の工程の反応性ガスによるエツチン
グを行う際の、被エツチング材料の所定温度に応じて、
Ａｒガスによる第１の工程を行うためのマイクロ波パワ
ーを設定し、第１の工程を行う、引き続き第２の工程で
、Ｃｌ，ガス供給開始と同時に、第２工程を行うマイク
ロ波パワーに設定する。該エツチング方法によっても、
第１１図（ａ）に示したのと同様に、第２の工程におけ
るエツチング量は、エツチング時間の経過に対して直線
的に変化し、エツチング量を時間で制御することが可能
である。

本発明によるドライエツチング方法の第１の工程の不活
性ガス種としては、Ａｒ以外に、　Ｈｅ、　Ｎｅ、Ｋｒ
、　Ｘｓの何れかを用いることができる。

以上の実施例は、　ＥＣＲ−ＲＩＢＥによるエツチング
を例としたが、本エツチング方法は、この装置に限るも
のではなく５例えばＲＩＥ、マグネトロンＲＩＥ等の装
置を用いたエツチングにおいても適用できる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、ＲＩＢＨにより化
合物半導体をエツチングするに際し、０１□等の反応性
ガスにＡｒ等の不活性ガスを添加した混合ガスを用いる
ことにより、化合物半導体に対し任意の面に垂直で、且
つ平坦な加工面及び加工端面のエツチングを行うことが
できる。

また１本発明にかかる被エツチング材の温度上昇を抑制
するエツチング方法によれば、反応性ガスを用いたエツ
チング工程中の、被エツチング材料の温度が一定になる
ために必要とする時間を短縮することができる。また１
本発明によるエツチング方法を実施するために、自動調
節回路を第５図に設けることができる。エツチング開始
初期にエツチングの進行を阻害する被エツチング材料表
面の自然酸化膜を除去することができるので、エツチン
グ量の精密な制御が時間により行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用したＥＣＲ放電利
用のドライエツチング装置を示す概略構成図、第２図（
ａ）〜（Ｃ）は上記装置を用いたレーザ端面形成工程を
示す断面図、第３図はＡｒ添加時の０１□分圧とエツチ
ング速度との関係を示す特性図、第４図はＣｌ□分圧と
側壁のなす角度との関係を示す特性図、第５図はＡｒ分
圧に対して垂直エツチングを実現するＣｌ．分圧の変化
を示す特性図、第６図はＡｒの有無によるエツチング速
度のばらつきを示す特性図、第７図はＡｒ分圧に対する
エツチング速度のばらつきを示す特性図、第８図は第３
図と条件の異なる場合の特性図、第９図は第４図と条件
の異なる場合の特性図、第１０図は第５図をさらに説明
するための線図、第１１図（ａ）は本実施例および従来
のエツチング工程を被エツチング材料の温度変化を示す
線図、第１１図（ｂ）は本実施例および従来のエツチン
グ工程による、ＧａＡｓのエツチング量の経時変化を示
す線図、第１２図はＡｒガス圧力と被エツチング材料の
温度との関係を示す線図、第１３図はイオン引き出し電
圧と被エツチング材料の温度との関係を示す線図、第１
４図はマイクロ波パワーと被エツチング材料の温度との
関係を示す線図、第１５図は本実施例のエツチング装置
の断面図である。１０・・・試料室、１１・・・試料台。ｌ２・・・被処理基板（試料）、１３・・・ガス排気口
、２０・・・プラズマ室、２１・・・マイクロ波発生器
。２２・・・ガス導入口、２３・・・磁場発生器、２４・
・・引き呂し電極、２５・・・プラズマ、３０・・・レ
ーザウェハ、３１・・・電極、３２・・・Ｓｉｎ、マス
ク、３３・・・エツチング溝、４０・・・導波管、４１
・・・ガス導入口、４２・・・プラズマ生成部、４３・
・・磁場発生コイル、４４・・・イオン引出し電極、４
５・・・チャンバ、４６・・・試料台、４７・・・ガス
排気口。４８、４９・・・マスフローコントローラ、５０・・・
被エツチング材料（ｍ−ｖ族基板）６代理人　弁理士　
大　胡　典　夫（ｂ）３３：Ｘツチシ７゛ツ豫第図（イの２）２０：プラにマをｚｒ　　：　　−ｒイｙｏ５Ｆｔ４Ｉ＃笠ｓ−２ダ・７１１ラス゛７Ｃ”４ｓｔ）Ｃｌ２五カ第図うンＨａ。（ｐ／；、、）ＣＩＪケ五−一中第図Ｃｔ、介几− 第図Ｃｅ２分五□ 第　ｌＯ図ニー、４＞７−量□ ４ｏ；４喰電　　　　４１ニゲ入導入口４２：　アラズ
マ寛■−即　　　　４３：　１往剖１筆１フイｌし４４
：　イオン引−＊１１柚　　４ダ；子マレバ。４６：Ｉ心摩牛龜　　　　　　　　４７；　刀−スー糾
爪口１．４９　　：　　マス７０−コシト０−７５０　
：　　樵エツ＋しｙ°゛ａ倉十　＜Ｎ−Ｖｎｌｈｌに’
）第１５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）化合物半導体をエッチングするに際し、反応性ガ
スと不活性ガスとの混合ゴスをプラズマ室に導入し、こ
のプラズマ室でガスを励起してイオン化した粒子及び反
応性の高い励起状態の粒子を生成し、これらのイオン及
び励起状態の粒子を試料室に引き出し、イオンによる物
理反応と励起状態の粒子による化学反応を同時に起こさ
せ、試料室内に配置された化合物半導体からなる試料を
エッチングすることを特徴とするドライエッチング方法
。
（２）前記反応性ガスとしてＣｌ＿２、前記不活性ガス
としてＡｒを用いたことを特徴とする請求項１記載のド
ライエッチング方法。
（３）前記試料室におけるＡｒの分圧を６×１０＾−＾
４Ｔｏｒｒ以上に設定し、前記試料室におけるＣｌ＿２
の分圧をエッチング速度が最大となる近傍に設定したこ
とを特徴とする請求項２記載のドライエッチング方法。
（４）前記化合物半導体が異なる組成をもつ複数の層か
らなり、垂直性を必要とされる隣りあった層のエッチン
グ速度がほぼ等しくなるように、前記不活性ガスと反応
ガスの分圧を設定することを特徴とする請求項１記載の
ドライエッチング方法。
（５）前記化合物半導体の構成元素がＩｎ，Ｇａ，Ａｓ
，Ｐの組み合わせでなることを特徴とする請求項４記載
のドライエッチング方法。
（６）反応性ガス、あるいは、不活性ガスと反応性ガス
の混合ガスにより形成したプラズマ、あるいは該プラズ
マより引き出したイオンを、被エッチング材料に照射し
、該被エッチング材料のエッチングを所定温度で行うド
ライエッチング方法において、不活性ガスにより形成し
たプラズマ、あるいは該プラズマより引き出したイオン
を前記被エッチング材料に照射し、前記被エッチング材
料の温度を所定の温度まで上昇させる第１工程と、第１
の工程に引き続いて、ガスの種類を前記反応性ガス、あ
るいは、前記混合ガスに切り換え、該ガスより形成した
プラズマ、あるいは該プラズマより引き出したイオンを
前記被エッチング材料に照射することにより、前記被エ
ッチング材料を前記所定温度において、エッチングを行
う第２の工程との二つの工程を具備することを特徴とす
るドライエッチング方法。
（７）反応性ガスとしてＣｌ＿２、不活性ガスとしてＡ
ｒを用いたことを特徴とする請求項６記載のドライエッ
チング方法。