JPH05144784A

JPH05144784A - ドライエツチング方法

Info

Publication number: JPH05144784A
Application number: JP3329710A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Nagayama; 哲治長山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-11-20
Filing date: 1991-11-20
Publication date: 1993-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスを用
いずに、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系の選択異方性エ
ッチングを高精度に行う。【構成】ベルジャー１４の内壁面にＳｉＳ₂等からな
るＳ（イオウ）系材料層２３を配し、このＳ系材料層２
３とＥＣＲプラズマＰとの接触面積を昇降式シャッタ２
４の操作により調節可能とした有磁場マイクロ波プラズ
マ・エッチング装置を使用した。この装置内でＳＦ₆／
Ｃｌ₂混合ガスを用いてＨＥＭＴのゲート・リセス加工
を行う場合、上記接触面積を最適化しておけばＳで側壁
保護を行いながら異方性加工が行える。下地選択性は、
蒸気圧の低いＡｌＦ₃の生成により達成される。堆積し
たＳは、ウェハ加熱により昇華除去できる。オーバーエ
ッチング時に上記接触面積を増大させれば、異方性，選
択性が一層改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造等に適
用されるドライエッチング方法に関し、特にＨＥＭＴ
（高電子移動度トランジスタ）のゲート・リセス形成工
程におけるＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択エッチング等
を、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）ガスを使用せず
に行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＡｓＭＥＳ−ＦＥＴ（ｍｅｔａｌ
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃ
ｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を単一基板上に集積化した
ＭＭＩＣ（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｍｉｃｒｏｗａｖｅ
ＩＣ）は、高速高周波応答性、低雑音、低消費電力等
の特長を有し、近年、移動体通信や衛生通信用のデバイ
スとして利用されつつある。

【０００３】１９８０年には、上記ＧａＡｓＭＥＳ−Ｆ
ＥＴのさらなる高速化を目指した研究から、ＨＥＭＴ
（ｈｉｇｈｅｌｅｃｔｒｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｔｒ
ａｎｓｉｓｔｏｒ）が開発されている。これは、ＧａＡ
ｓ化合物半導体のヘテロ接合界面における２次元電子ガ
スが、不純物による散乱を受けることなく高速で移動で
きることを利用したデバイスである。このＨＥＭＴにつ
いても高集積化を実現するための研究が続けられてお
り、その加工を行うドライエッチング技術に対する要求
も、より高精度、より高選択比へと向かっている。

【０００４】中でも、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系を
選択的にエッチングしてゲート・リセスを形成する工程
は、ＨＥＭＴ，ヘテロＭＩＳ構造ＦＥＴなどのヘテロ接
合ＦＥＴの閾値電圧を決める重要な技術である。それ
は、下層側のＡｌＧａＡｓ層における不純物濃度や厚さ
等が、上層側のＧａＡｓ層のみを除去すれば然るべき閾
値電圧をもつＦＥＴが構成できるように予め設定されて
いるからである。このＡｌＧａＡｓ層上におけるＧａＡ
ｓ層の選択エッチング方法としては、ＣＣｌ₂Ｆ₂等の
ＣＦＣガスと希ガスの混合ガスを用いる方法が代表的な
ものである。これは、Ｇａが主として塩化物、Ａｓがフ
ッ化物および塩化物を形成することによりＧａＡｓ層が
除去される一方で、下地のＡｌＧａＡｓ層が露出した時
点では蒸気圧の低いＡｌＦ₃が表面に形成されてエッチ
ング速度が低下し、高選択比が得られるからである。

【０００５】たとえば、ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎ
ａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏ
ｌ．２０．，Ｎｏ．１１（１９８１）ｐ．Ｌ８４７〜８
５０には、ＣＣｌ₂Ｆ₂／Ｈｅ混合ガスを用いて選択比
２００を達成した例が報告されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
選択ドライエッチングには、以下のような問題がある。
まず、上述のＣＣｌ₂Ｆ₂等のＣＦＣガスは、いわゆる
フロン・ガスと通称されている化合物の一種であり、周
知のように地球のオゾン層破壊の元凶とされているた
め、近い将来にも製造・使用が禁止される運びである。
したがって、ドライエッチングの分野においても代替ガ
ス、およびその使用技術を開発することが急務となって
いる。

【０００７】また、上述のＣＦＣガスは、エッチング反
応系内にフルオロカーボン系ポリマーを大量に生成させ
易い。このポリマーは、パターン側壁部に堆積して側壁
保護効果を発揮するので異方性加工に寄与しているが、
その反面、エッチング速度の不安定化やパーティクル・
レベルの悪化等を招き易い。さらに、エッチング時のイ
オンによる照射損傷を回復させるために、３００℃程度
のアニールも必要となる。

【０００８】そこで本発明は、Ａｌを含有する化合物半
導体層（以下、Ａｌ含有化合物半導体層と称する。）上
におけるＡｌを含まない化合物半導体層（以下、非Ａｌ
含有化合物半導体層と称する。）の選択エッチングを、
ＣＦＣガスを使用せずに、高選択比、高異方性、低汚染
性、低損傷性をもって行う方法を提供することを目的と
する。

【０００９】

【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、上述の目的を達成するために提案されるもの
である。すなわち、本発明にかかるドライエッチング方
法は、Ａｌ含有化合物半導体層の上に積層された非Ａｌ
含有化合物半導体層を選択的に除去する方法であって、
処理チャンバの内壁部の少なくとも一部がイオウ系材料
層により被覆されてなり、かつ該イオウ系材料層とプラ
ズマとの接触面積を可変となし得るシャッタ部材を備え
たプラスマ装置に少なくともフッ素系化合物を含むエッ
チング・ガスを導入し、前記イオウ系材料層から前記接
触面積に応じて供給されるイオウおよび／またはイオウ
系材料を被エッチング基板の表面に堆積させながらエッ
チングを行うことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明者は、下地にダメージを与えずに低汚
染，高異方性加工を行うためには、従来のフルオロカー
ボン系ポリマーに代わり、特定の条件下でのみ堆積し、
不要時には容易かつ完全に除去できる何らかの側壁保護
物質が必要であると考え、イオウ（Ｓ）に着目した。プ
ラズマ中に生成したＳは、エッチング条件にもよるが、
ウェハ温度がおおよそ９０℃未満の領域ではウェハ表面
へ吸着される。このうち、イオンの垂直入射面に吸着さ
れたＳは、直ちにスパッタ除去されるか、もしくはエッ
チング速度を低下させることに寄与する。一方、イオン
の垂直入射が原理的に生じないパターンの側壁部に堆積
したＳは、側壁保護効果を発揮する。しかも、エッチン
グ終了後にウェハをおおよそ９０℃〜１５０程度に加熱
すれば、Ｓは容易に昇華する。つまり、Ｓはパーティク
ル汚染の原因とはならないのである。

【００１１】したがって本発明では、まずエッチング反
応系に何らかの形でＳを供給する手段が必要である。こ
の手段として、本発明者は、処理チャンバの内壁面の少
なくとも一部にＳ系材料層を配することを考えた。しか
も、このＳ系材料層とプラズマとの接触面積をシャッタ
部材を操作することにより変化させ、エッチング反応系
のＳ／Ｘ比〔イオウ原子数とハロゲン原子（Ｘ）数との
比〕を容易に制御可能とした。

【００１２】すなわち、シャッタ部材の操作によりＳ系
材料層とプラズマとの接触面積を大とした場合には、こ
のＳ系材料層からのＳの供給量が増大してエッチング反
応系の見掛け上のＳ／Ｘ比が上昇し、小とした場合に
は、その逆となる。この接触面積は、プロセスの内容に
応じて予め最適化しておけば良い。なお、厳密には、Ｓ
系材料層の種類によっては単体のＳの他、Ｓを構成元素
として含む化合物がそのままの形あるいはフラグメント
の形でスパッタされてくる可能性もあるが、以下の明細
書中では説明を簡略化するために、単体のＳのみを取り
扱うことにする。

【００１３】この方法によれば、Ｓ／Ｘ比をプロセス途
中で変化させることにも、シャッタ部材の機械的な操作
のみで容易に対応できる。たとえば、オーバーエッチン
グ時の異方性や選択性の低下を防止するため、ジャスト
エッチンク時と比べてＳ／Ｘ比を上昇させＳの堆積を促
進したい場合には、シャッタ部材を操作してＳ系材料層
とプラズマとの接触面積を増大させれば良いのである。
このとき、ウェハ温度やエッチング・ガスの組成比等の
他のパラメータを変更する必要はない。したがって、放
電状態の安定化に要する時間を短縮してスループットを
改善し、かつプロセスの再現性を高めることができる。

【００１４】ところで、エッチング反応系にＳを供給す
るための手段としては、他に気相中からこれを供給する
ことも考えられ、実際、本願出願人は先に特願平３−２
１０５１６号明細書において、Ｓ₂Ｆ₂，Ｓ₂Ｃｌ₂，
Ｓ₂Ｂｒ₂等に代表されるＳ／Ｘ比の高いハロゲン化イ
オウをシリコン系化合物等のエッチング・ガスの主成分
として用いる技術を提案している。これは、これらのハ
ロゲン化イオウが、同じハロゲン化イオウでも従来から
エッチング・ガスとして多用されているＳＦ₆とは異な
り、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のＳを放出でき
ることを利用する技術である。Ｓ／Ｘ比を途中で変化さ
せる場合には、Ｈ₂，Ｈ₂Ｓ等のようにＨ^*を発生して
ハロゲン・ラジカルを捕捉する化合物をエッチング・ガ
スに添加することが必要である。

【００１５】これに対し、今回の発明では、高異方性，
高選択比を達成するためにウェハ上へ堆積させるＳがＳ
系材料層から供給されるため、エッチング・ガスの主成
分となる化合物が、必ずしも分子内に放出可能なＳ原子
を構成元素として有している必要がない。したがって、
たとえばＳＦ₆，Ｃｌ₂等の安定で汎用性が高く、安価
な化合物を使用することができる。このことも、本発明
の大きなメリットである。

【００１６】一方、本発明で使用するエッチング・ガス
が少なくともフッ素系化合物を含有しているのは、Ａｌ
含有化合物半導体層に対する選択性の達成が、原理的に
ＡｌＦ_xの生成にもとづいているからである。さらに、
非Ａｌ含有化合物半導体層の構成元素の種類に応じて、
ハロゲンその他の元素を含む化合物を適宜選択し、エッ
チング・ガスに添加することができる。これは、エッチ
ング反応生成物に速やかに脱離するに十分な蒸気圧を付
与したり、あるいはエッチング反応生成物をイオン・ス
パッタ作用により除去する等の効果を期待するためであ
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００１８】実施例１本実施例は、本願の第１の発明をＨＥＭＴのゲート・リ
セス加工に適用し、ｎ⁺−ＡｌＧａＡｓ層上のｎ⁺−Ｇ
ａＡｓ層をＳＦ₆／Ｃｌ₂混合ガスを用いて選択的にエ
ッチングしてリセスを形成した後、ゲート電極を形成し
た例である。

【００１９】ここで、実際のエッチング・プロセスの説
明に入る前に、まず本発明を実施するにあたり使用した
ＲＦバイアス印加型の有磁場マイクロ波プラズマ・エッ
チング装置の一構成例について、図６を参照しながら説
明する。基本的な構成要素は、２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波を発生するマグネトロン１１、マイクロ波を導く矩
形導波管１２および円形導波管１３、上記マイクロ波を
利用してＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）放電により
内部にＥＣＲプラズマＰを生成させるための石英製のベ
ルジャー１４、上記円形導波管１３と上記ベルジャー１
４を周回するように配設され８．７５×１０^-2Ｔ（８７
５Ｇａｕｓｓ）の磁場強度を達成できるソレノイド・コ
イル１５、上記ベルジャー１４に接続され、矢印Ａ方向
に高真空排気される試料室１６、この試料室１６と上記
ベルジャー１４へ処理に必要なガスをそれぞれ矢印
Ｂ₁，Ｂ₂方向から供給するガス導入管１７、ウェハ１
８を載置するためのウェハ載置電極１９、このウェハ載
置電極１９に埋設され、チラー等の冷却設備から供給さ
れる冷媒を矢印Ｃ₁，Ｃ₂方向に循環させてウェハ１８
を所定の温度に冷却するための冷却配管２０、上記ウェ
ハ載置電極１９にＲＦバイアスを印加するため、ブロッ
キング・コンデンサ２１等を介して接続されるＲＦ電源
２２等である。

【００２０】ここで、上記ベルジャー１４の内壁面のう
ちウェハ１８の近傍部分には、Ｓ系材料層２３を設け
た。このＳ系材料層２３は、ベルジャー１４の内壁面を
必ずしも連続的に周回している必要はなく、たとえばブ
ロック状や板状の固体を内壁面に不連続に配してなるも
のであっても良い。上記Ｓ系材料層２３の具体例な構成
材料としては、イオウ（Ｓ），硫化シリコン（ＳｉＳま
たはＳｉＳ₂），ポリチアジル〔（ＳＮ）_x〕等が挙げ
られる。また、Ｓ系材料層２３の形成方法としては、適
当な方法にて成膜されたフィルムもしくはブロックから
切り出された板状体を貼着するか、電子ビーム蒸着やＥ
ＣＲスパッタリングにより内壁面上に直接成膜する方法
等が考えられる。本実施例および後述の各実施例では、
電子ビーム蒸着により成膜されたＳｉＳ₂層を使用し
た。

【００２１】さらに、上記Ｓ系材料層２３の内周側に
は、図示されない駆動手段により矢印Ｄ方向に昇降可能
とされた円筒形の昇降式シャッタ２４を配設した。ここ
で、図６（ａ）は昇降式シャッタ２４によりＳ系材料層
２３がほぼ完全にＥＣＲプラズマＰから遮蔽された状態
を示し（シャッタ開度０％）、図６（ｂ）は上記昇降式
シャッタ１４を下降させてＳ系材料層２３の全面が露出
された状態（シャッタ開度１００％）を示す。

【００２２】図７は、上記昇降式シャッタ２４の配設状
態をより明確に示すために、ベルジャー１４の内部を一
部破断して示す斜視図である。ベルジャー１４の側壁
面、昇降式シャッタ２４、ウェハ載置電極１９は全て同
心的に配置されている。Ｓ系材料層２３とＥＣＲプラズ
マＰとの接触面積は、昇降式シャッタ２４の矢印Ｄ方向
の昇降距離を変化させることにより任意に調節できる。

【００２３】上記昇降式シャッタ２４は、ラジカルを消
費せず、かつエッチング反応系内に不要な汚染を惹起さ
せない材料を適宜選択して構成することができ、かかる
材料としてたとえばステンレス鋼、あるいはアルミナ等
のセラミクス系材料を使用することができる。本実施例
および後述の各実施例では、ステンレス鋼からなる昇降
式シャッタ２４を採用した。

【００２４】次に、上述の有磁場マイクロ波プラズマ・
エッチング装置を用いて実際にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
選択エッチングを行った。このプロセスを、図１ないし
図５を参照しながら説明する。本実施例においてエッチ
ング・サンプルとして使用したウェハ１８は、図１に示
されるように、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上にエピタキシ
ャル成長により形成され、バッファ層として機能する厚
さ約５００ｎｍのｅｐｉ−ＧａＡｓ層２、厚さ約２ｎｍ
のＡｌＧａＡｓ層３、Ｓｉ等のｎ型不純物がドープされ
た厚さ約３０ｎｍのｎ⁺−ＡｌＧａＡｓ層４、同様にｎ
型不純物を含む厚さ約１００ｎｍのｎ⁺−ＧａＡｓ層
５、所定の形状にパターニングされたレジスト・マスク
（ＰＲ）６が順次積層されてなるものである。上記レジ
スト・マスク６のパターニングは、電子ビーム描画法に
よる露光と現像処理により行われており、開口部６ａの
開口径は約３００ｎｍである。

【００２５】上記ｎ⁺−ＧａＡｓ層５をエッチングする
ため、このウェハ１８を上述の有磁場マイクロ波プラズ
マ・エッチング装置のウェハ載置電極１９にセットし、
冷却配管２０にエタノール冷媒を循環させた。エッチン
グ条件の一例を以下に示す。ＳＦ₆流量１５ＳＣＣＭＣｌ₂流量１５ＳＣＣＭガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度 −１０℃ シャッタ開度８０％この過程では、ＳＦ₆およびＣｌ₂から解離生成するＦ
^*，Ｃｌ^*により、ｎ⁺−ＧａＡｓ層５中のＧａが主と
してＧａＣｌ₃の形で、またＡｓがＡｓＦ₃，Ａｓ
Ｆ₅，ＡｓＣｌ₃等の形で除去された。このラジカル反
応は、Ｓ⁺，ＳＦ_x，Ｃｌ_x ⁺等の入射イオン・エネル
ギーにアシストされている。一方、Ｓ系材料層２３から
はＳが供給され、このＳはイオンの垂直入射が原理的に
起こらないパターン側壁部に堆積して側壁保護膜７を形
成した。この結果、上記エッチングは異方的に進行し、
図２に示されるように、垂直壁を有するリセス５ａが形
成された。

【００２６】ｎ⁺−ＡｌＧａＡｓ層４が露出すると、そ
の表面にはＡｌＦ_x（主としてｘ＝３）が形成されてエ
ッチング速度が大幅に低下し、高選択比が得られた。

【００２７】上記側壁保護膜７は、エッチング終了後に
ウェハ１８を約９０℃に加熱したところ、図３に示され
るように速やかに昇華除去され、ウェハ１８上に何らパ
ーティクル汚染を惹起させることはなかった。さらに、
一例として電子ビーム蒸着により厚さ約２００ｎｍのＡ
ｌ層を形成した。この蒸着は、微細な開口径を有するリ
セス５ａの内部おいてステップ・カバレッジ（段差被覆
性）が劣化することを逆に利用したものであり、図４に
示されるように、レジスト・マスク６の表面には上部Ａ
ｌ層８ａ、リセス５ａ底部には後にゲート電極となる下
部Ａｌ層８ｂがそれぞれ形成された。

【００２８】この後、常法にしたがってレジスト・マス
ク６をリフト・オフすると、図５に示されるように上部
Ａｌ層８ａも同時に除去され、リセス５ａ底部の下部Ａ
ｌ層８ｂのみを残すことができた。

【００２９】実施例２本実施例も、同じくＨＥＭＴのゲート・リセス加工の例
であるが、実施例１と異なり回転式シャッタを備えた有
磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置を使用し、エ
ッチング・ガスとしてはＳＦ₆／ＨＢｒ混合ガスを使用
した。

【００３０】本実施例で使用した有磁場マイクロ波プラ
ズマ・エッチング装置は、概略断面図を示すと図６と同
様となるが、ベルジャー１４の内部を一部破断して示す
斜視図は図８のようになる。すなわち、本実施例の装置
は、スリット状の開口部２５ａを有する円筒形の回転式
シャッタ２５を備えており、またＳ系材料層２３ａも上
記開口部２５ａの開口パターンに倣って帯状に形成され
ている。上記回転式シャッタ２５は、図示されない駆動
手段により矢印Ｅ方向に回転可能となされている。

【００３１】ここで、回転式シャッタ２５とＳ系材料層
２３ａの位置関係について図９を参照しながら説明す
る。この図は、図８のＦ−Ｆ線断面図であり、（ａ）は
Ｓ系材料層２３ａが回転式シャッタ２５に遮蔽された状
態（シャッタ開度０％）、（ｂ）はＳ系材料層２３ａの
全面が開口部２５ａを介して露出された状態（シャッタ
開度１００％）を示している。Ｓ系材料層２３ａとＥＣ
ＲプラズマＰとの接触面積は、回転式シャッタ２５の回
転角を変化させることにより任意に調節できる。

【００３２】上述の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチ
ング装置を使用して、実際にゲート・リセス加工を行っ
た。本実施例で使用したウェハ１８は、前出の図１に示
したものと同じである（以下の実施例でも同じ。）。こ
のウェハ１８を上述のウェハ載置電極上にセットし、一
例として下記の条件でｎ⁺−ＧａＡｓ層５をエッチング
した。

【００３３】ＳＦ₆流量１０ＳＣＣＭＨＢｒ流量１５ＳＣＣＭガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度 −１０℃ シャッタ開度８０％このエッチング過程では、ＳＦ₆およびＨＢｒから解離
生成するＦ^*，Ｂｒ^*により、ｎ⁺−ＧａＡｓ層５中の
Ｇａが主としてＧａＢｒ₃の形で、またＡｓがＡｓ
Ｆ₃，ＡｓＦ₅，ＡｓＢｒ₃等の形で除去された。側壁
保護膜７は、Ｓ系材料層２３ａから供給されるＳにより
形成され、これにより高異方性加工が行われた。下地選
択性の達成機構等は、実施例１と同じである。

【００３４】実施例３本実施例も、同じくＨＥＭＴのゲート・リセス加工の例
であるが、ジャストエッチング工程とオーバーエッチン
グ工程との間でシャッタ開度を調節することにより、オ
ーバーエッチング工程におけるＳ／Ｘ比を相対的に大と
した。まず、図１に示されるウェハを実施例１で使用し
たものと同じＲＦバイアス印加型の有磁場マイクロ波プ
ラズマ・エッチング装置にセットし、一例として下記の
条件でｎ⁺−ＧａＡｓ層５をジャストエッチング状態ま
でエッチングした。

【００３５】ＳＦ₆流量１５ＳＣＣＭＣｌ₂流量１５ＳＣＣＭガス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）マイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ温度 −１０℃ シャッタ開度８０％

【００３６】次に、昇降式シャッタ２４を操作すること
により、上記のエッチング条件のうちシャッタ開度のみ
を１００％に増大させ、オーバーエッチングを行った。
オーバーエッチング工程では、被エッチング面積の減少
に伴ってハロゲン・ラジカルが相対的に過剰となる。し
かし、本実施例ではシャッタ開度が増大されることによ
りＳ系材料層２３からのＳの供給が促進されるので、側
壁保護効果やレジスト・マスク６に対する選択性は何ら
低下することがなく、リセス５ａの良好な異方性形状を
維持することができた。

【００３７】以上、本発明を３つの実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの各実施例に何ら限定され
るものではない。まず、上述の各実施例では化合物半導
体層の積層系としてＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系を例
示したが、本発明は下層側にＡｌが含まれていれば従来
公知の他の化合物半導体の積層系にも適用可能である。
たとえば、ＧａＰ／ＡｌＧａＰ、ＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ、
ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ等の２元
素系／３元素系の積層系、さらにあるいは３元素系／４
元素系等の積層系等のエッチングにも適用できる。

【００３８】上述の各実施例ではフッ素系化合物として
ＳＦ₆を使用したが、これをＦ₂，ＮＦ₃，ＣｌＦ₃等
に代えても良い。上記フッ素系化合物に加えてエッチン
グ・ガスを構成する化合物としては、上述のＣｌ₂，Ｈ
Ｂｒの他、ＨＣｌ，ＢＣｌ₃，Ｂｒ₂，ＢＢｒ₃等を挙
げることができる。また、エッチング・ガスにＨｅ，Ａ
ｒ等の希ガスを添加して、冷却効果，スパッタリング効
果，希釈効果等を得るようにしても良い。

【００３９】オーバーエッチング時には、ＲＦバイアス
のパワーを低下させたり、ＲＦ周波数を増大させること
により、より優れた対下地選択性および低ダメージ性を
達成することも可能である。昇降式シャッタ２４もしく
は回転式シャッタ２５の表面に堆積したＳは、予めこれ
らシャッタ部材に加熱機構を付与しておき、これを１回
のエッチングが終了するごとに作動させて昇華除去する
か、あるいは枚葉処理の合間にプラズマ・クリーニング
を行うこと等により除去することができる。これらの対
策は、エッチング反応系のＳ／Ｘ比の過度の上昇を防止
する上で有効である。

【００４０】さらに、本発明はＡｌ含有／非Ａｌ含有化
合物半導体の積層系の選択エッチングが必要とされるプ
ロセスであれば、上述のようなＨＥＭＴの製造に限られ
ず、たとえばレーザー素子の加工等にも適用可能であ
る。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層系に代表
されるＡｌ含有／非Ａｌ含有化合物半導体の積層系の選
択異方性エッチングを、ＣＦＣ系ガスを使用することな
く行うことが可能となり、まず脱ＣＦＣ対策としての意
義が極めて大きい。このプロセスにおける高異方性，高
選択性は、Ｓの堆積により達成される。このＳは、プラ
ズマ装置の処理チャンバの内壁部に設けられたＳ系材料
層から、プラズマとの接触面積に応じた量にて供給され
る。しかも、Ｓはウェハを加熱すれば昇華除去できるた
め、パーティクル汚染を惹起させない。

【００４２】本発明では、Ｓの供給量をシャッタ部材の
操作により機械的に制御できるため、プロセス途中でエ
ッチング反応系のＳ／Ｘ比を変化させることも容易であ
る。また、側壁保護用のＳをＳ系材料層から供給させる
ことにより、エッチング・ガスとしては安定で安価な汎
用のフッ素系化合物，塩素系化合物，臭素系化合物が使
用できるようになり、経済上のメリットも大きい。

【００４３】したがって、本発明はたとえば化合物半導
体を利用した半導体装置を微細なデザイン・ルールにも
とづいて製造する上で極めて有効であり、さらにこれを
高集積化してＭＭＩＣ等を構成することにも多大な寄与
をなすものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をＨＥＭＴのゲート・リセス加工に適用
したプロセス例において、ｎ⁺−ＧａＡｓ層の上にレジ
スト・マスクが形成された状態を示す概略断面図であ
る。

【図２】図１のｎ⁺−ＧａＡｓ層が側壁保護膜の形成を
伴いながらエッチングされ、リセスが形成された状態を
示す概略断面図である。

【図３】図２の側壁保護膜が除去された状態を示す概略
断面図である。

【図４】レジスト・マスクの表面とリセスの底面にＡｌ
層が被着された状態を示す概略断面図である。

【図５】レジスト・マスクとその表面の上部Ａｌ層が除
去され、リセスの底面にのみ下部Ａｌ層（ゲート電極）
が残された状態を示す概略断面図である。

【図６】本発明のドライエッチング方法を実施するにあ
たり使用されるＲＦバイアス印加型の有磁場マイクロ波
プラズマ・エッチング装置の一構成例を示す概略断面図
であり、（ａ）は昇降式シャッタのシャッタ開度が０％
の場合、（ｂ）はシャッタ開度が１００％の場合をそれ
ぞれ表す。

【図７】図６に示される有磁場マイクロ波プラズマ・エ
ッチング装置の昇降式シャッタおよびその周辺部材を一
部破断して示す概略斜視図である。

【図８】本発明のドライエッチング方法を実施するにあ
たり使用されるＲＦバイアス印加型の有磁場マイクロ波
プラズマ・エッチング装置の他の構成例において、回転
式シャッタおよびその周辺部材を一部破断して示す概略
斜視図である。

【図９】図８のＦ−Ｆ線断面図であり、（ａ）は回転式
シャッタのシャッタ開度が０％の場合、（ｂ）はシャッ
タ開度が１００％の場合をそれぞれ表す。

【符号の説明】

１・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板２・・・ｅｐｉ−ＧａＡｓ層３・・・ＡｌＧａＡｓ層４・・・ｎ⁺−ＡｌＧａＡｓ層５・・・ｎ⁺−ＧａＡｓ層５ａ・・・リセス６・・・レジスト・マスク６ａ・・・開口部７・・・側壁保護膜（Ｓ）８ａ・・・上部Ａｌ層８ｂ・・・下部Ａｌ層（ゲート電極）１４・・・ベルジャー１６・・・試料室１８・・・ウェハ１９・・・ウェハ載置電極２３，２３ａ・・・Ｓ系材料層２４・・・昇降式シャッタ２５・・・回転式シャッタ２５ａ・・・開口部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌを含む化合物半導体層の上に積層さ
れたＡｌを含まない化合物半導体層を選択的に除去する
ドライエッチング方法において、処理チャンバの内壁部の少なくとも一部がイオウ系材料
層により被覆されてなり、かつ該イオウ系材料層とプラ
ズマとの接触面積を可変となし得るシャッタ部材を備え
たプラスマ装置に少なくともフッ素系化合物を含むエッ
チング・ガスを導入し、前記イオウ系材料層から前記接
触面積に応じて供給されるイオウおよび／またはイオウ
系材料を被エッチング基板の表面に堆積させながらエッ
チングを行うことを特徴とするドライエッチング方法。