JPH07193053A - 超格子構造半導体のエッチング方法 - Google Patents
超格子構造半導体のエッチング方法Info
- Publication number
- JPH07193053A JPH07193053A JP33356793A JP33356793A JPH07193053A JP H07193053 A JPH07193053 A JP H07193053A JP 33356793 A JP33356793 A JP 33356793A JP 33356793 A JP33356793 A JP 33356793A JP H07193053 A JPH07193053 A JP H07193053A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- etching
- semiconductor
- gas
- superlattice structure
- crystal layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 超格子構造半導体に対し、フロンガスを用い
ることなく異方性にすぐれ選択性にすぐれたエッチング
を行うことができるようにする。 【構成】 互いに異なる材料による第1および第2の半
導体結晶層が交互に堆積された超格子構造半導体3に対
するエッチング方法において、第1の半導体結晶層1の
エッチングを、硫黄を含むガスを用いた方向性エッチン
グによって行う。
ることなく異方性にすぐれ選択性にすぐれたエッチング
を行うことができるようにする。 【構成】 互いに異なる材料による第1および第2の半
導体結晶層が交互に堆積された超格子構造半導体3に対
するエッチング方法において、第1の半導体結晶層1の
エッチングを、硫黄を含むガスを用いた方向性エッチン
グによって行う。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超格子構造半導体のエ
ッチング方法に係わる。
ッチング方法に係わる。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスにおいて、電子,正孔を
ド・ブロイ波長以下の空間に閉じ込めることによる量子
力学的振る舞いを用いたデバイスの研究・開発が盛んで
ある。
ド・ブロイ波長以下の空間に閉じ込めることによる量子
力学的振る舞いを用いたデバイスの研究・開発が盛んで
ある。
【0003】一方、化合物半導体を中心とするエピタキ
シャル成長技術が発達し、膜厚方向で組成を変えて、電
位障壁を作ることが容易である。そのため、膜厚方向で
電子,正孔の閉じ込めを行うことによる量子井戸レーザ
等の半導体デバイスが実現されている。
シャル成長技術が発達し、膜厚方向で組成を変えて、電
位障壁を作ることが容易である。そのため、膜厚方向で
電子,正孔の閉じ込めを行うことによる量子井戸レーザ
等の半導体デバイスが実現されている。
【0004】また、これに加えて昨今この量子効果を具
現化できる方法として、複数層の半導体薄層の積層によ
る超格子構造半導体を用いて、これに微細階段構造を形
成し、これに量子細線を形成するフォトダイオード、半
導体レーザ、HEMT(高電子移動度トランジスタ)等
の提案がなされている。
現化できる方法として、複数層の半導体薄層の積層によ
る超格子構造半導体を用いて、これに微細階段構造を形
成し、これに量子細線を形成するフォトダイオード、半
導体レーザ、HEMT(高電子移動度トランジスタ)等
の提案がなされている。
【0005】この超格子構造半導体に対する微細階段構
造の形成方法としては、例えば特開平4−280629
号公報に開示のものがある。これに開示された微細階段
構造の形成方法は、GaAsおよびAlGaAsの各材
料からなる第1および第2の結晶層を交互に積層した超
格子構造体を用いて結晶方位に対して異方性を有するエ
ッチングを行って各結晶層を斜めに横切る傾斜平面を形
成し、この傾斜平面においてCCl2 F2 とHeの混合
ガスによるRIE(反応性イオンエッチング)を行って
第1の結晶層のGaAsを選択的にエッチングするもの
である。
造の形成方法としては、例えば特開平4−280629
号公報に開示のものがある。これに開示された微細階段
構造の形成方法は、GaAsおよびAlGaAsの各材
料からなる第1および第2の結晶層を交互に積層した超
格子構造体を用いて結晶方位に対して異方性を有するエ
ッチングを行って各結晶層を斜めに横切る傾斜平面を形
成し、この傾斜平面においてCCl2 F2 とHeの混合
ガスによるRIE(反応性イオンエッチング)を行って
第1の結晶層のGaAsを選択的にエッチングするもの
である。
【0006】このようにGaAsの選択的エッチング
は、フロンガスと希ガスの混合ガスを用いる場合、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AlF
3 が表面に形成されてエッチング速度が低下し、高選択
比が得られることによってなされるものである。Japane
se Journal of AppliedPysics,Vol.20 No.11 (1981)p L
847〜850 には、CCl2 F2 /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。しかしな
がら、上述の選択的エッチングによる場合、フロンガス
を用いることによる地球環境問題がある。
は、フロンガスと希ガスの混合ガスを用いる場合、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AlF
3 が表面に形成されてエッチング速度が低下し、高選択
比が得られることによってなされるものである。Japane
se Journal of AppliedPysics,Vol.20 No.11 (1981)p L
847〜850 には、CCl2 F2 /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。しかしな
がら、上述の選択的エッチングによる場合、フロンガス
を用いることによる地球環境問題がある。
【0007】また、このフロンガスは、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する。
このポリマーは、エッチング部の側壁に堆積することか
らこの側壁保護の効果を奏し、異方性エッチングに寄与
するという利点を有する反面、塵埃いわゆるパーティク
ルの発生を来たし、またこの堆積膜の排除は炭素Cを有
することからアッシングによらざるを得ないという問題
がある。
系内にフルオロカーボン系ポリマーを大量に生成する。
このポリマーは、エッチング部の側壁に堆積することか
らこの側壁保護の効果を奏し、異方性エッチングに寄与
するという利点を有する反面、塵埃いわゆるパーティク
ルの発生を来たし、またこの堆積膜の排除は炭素Cを有
することからアッシングによらざるを得ないという問題
がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、超格子構造
半導体を、フロンガスの使用を回避してしかもすぐれた
異方性をもって目的とするパターンにエッチングし、ま
たこのエッチング作業で生じた保護膜を容易に除去でき
作業性の簡略化をはかるものである。
半導体を、フロンガスの使用を回避してしかもすぐれた
異方性をもって目的とするパターンにエッチングし、ま
たこのエッチング作業で生じた保護膜を容易に除去でき
作業性の簡略化をはかるものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1の本発明は、図1に
その概略断面図を示すように、互いに異なる材料による
第1および第2の半導体結晶層1および2が交互に堆積
された超格子構造半導体3に対するエッチング方法にお
いて、第1の半導体結晶層1のエッチングを、硫黄を含
むガスを用いた方向性エッチングによって行う。
その概略断面図を示すように、互いに異なる材料による
第1および第2の半導体結晶層1および2が交互に堆積
された超格子構造半導体3に対するエッチング方法にお
いて、第1の半導体結晶層1のエッチングを、硫黄を含
むガスを用いた方向性エッチングによって行う。
【0010】第2の本発明は、上述の第1の半導体結晶
層1のエッチングを、イオン照射の下で硫黄を含むガス
を用いた方向性エッチング工程と、その後に殆どイオン
照射がなされない状態での硫黄を含むガスを用いた方向
性エッチング工程とによって行う。
層1のエッチングを、イオン照射の下で硫黄を含むガス
を用いた方向性エッチング工程と、その後に殆どイオン
照射がなされない状態での硫黄を含むガスを用いた方向
性エッチング工程とによって行う。
【0011】第3の本発明は、上述の各エッチング方法
において、その超格子構造半導体3の第1の半導体結晶
層1がAlを含まない化合物半導体であり、第2の半導
体結晶層がAlを含む化合物半導体である。
において、その超格子構造半導体3の第1の半導体結晶
層1がAlを含まない化合物半導体であり、第2の半導
体結晶層がAlを含む化合物半導体である。
【0012】第4の本発明は、上述した各エッチング方
法において、硫黄を含むガスとして、S2 F2 ,SF
2 ,SF4 ,S2 F10,S3 Cl2 ,SCl2 ,S2 B
r2 ,SBr2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくとも1
種のガスを用いる。
法において、硫黄を含むガスとして、S2 F2 ,SF
2 ,SF4 ,S2 F10,S3 Cl2 ,SCl2 ,S2 B
r2 ,SBr2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくとも1
種のガスを用いる。
【0013】第5の本発明は、上述の各エッチング方法
において、硫黄を含むガスとして、S2 F2 ,SF2 ,
SF4 ,S2 F10,S3 Cl2 ,SCl2 ,S2 Br
2 ,SBr2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくとも1種
の第1のガスと、水素を含む第2のガスとを混合したガ
スを用いる。
において、硫黄を含むガスとして、S2 F2 ,SF2 ,
SF4 ,S2 F10,S3 Cl2 ,SCl2 ,S2 Br
2 ,SBr2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくとも1種
の第1のガスと、水素を含む第2のガスとを混合したガ
スを用いる。
【0014】第6の本発明は、上述の各エッチング方法
において、硫黄を含むガスとして、S2 F2 ,SF2 ,
SF4 ,S2 F10,S3 Cl2 ,SCl2 ,S2 Br
2 ,SBr2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくとも1種
の第1のガスと、窒素を含む第2のガスとを混合したガ
スを用いる。
において、硫黄を含むガスとして、S2 F2 ,SF2 ,
SF4 ,S2 F10,S3 Cl2 ,SCl2 ,S2 Br
2 ,SBr2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくとも1種
の第1のガスと、窒素を含む第2のガスとを混合したガ
スを用いる。
【0015】
【作用】上述の第1〜第6の本発明では、超格子構造半
導体の第1の半導体結晶層1に対するエッチングをフロ
ンガスの使用を回避して硫黄を含むガスでエッチングす
るものであることから、フロンガスを用いる場合の冒頭
に述べた問題点を解決できる。
導体の第1の半導体結晶層1に対するエッチングをフロ
ンガスの使用を回避して硫黄を含むガスでエッチングす
るものであることから、フロンガスを用いる場合の冒頭
に述べた問題点を解決できる。
【0016】そして、この硫黄を含むガスでのエッチン
グは、すぐれた異方性エッチングとなる。このエッチン
グのプロセスは次のように説明される。すなわち、この
場合分子内に硫黄を数多く含むガスはプラズマ中で容易
に解離して、エッチャントであるハロゲンラジカルと堆
積性の硫黄を生成する。このエッチングと堆積が同時に
起こることによりイオン照射面では、イオンエネルギー
により堆積膜である硫黄が除去され、エッチングが進
む。しかしながら、イオンが照射されない被エッチング
物の側壁では硫黄の堆積により側壁保護効果が発生し、
ハロゲンラジカルによるサイドエッチングを防止するこ
とができる。このようにしてすぐれた異方性エッチング
がなされる。
グは、すぐれた異方性エッチングとなる。このエッチン
グのプロセスは次のように説明される。すなわち、この
場合分子内に硫黄を数多く含むガスはプラズマ中で容易
に解離して、エッチャントであるハロゲンラジカルと堆
積性の硫黄を生成する。このエッチングと堆積が同時に
起こることによりイオン照射面では、イオンエネルギー
により堆積膜である硫黄が除去され、エッチングが進
む。しかしながら、イオンが照射されない被エッチング
物の側壁では硫黄の堆積により側壁保護効果が発生し、
ハロゲンラジカルによるサイドエッチングを防止するこ
とができる。このようにしてすぐれた異方性エッチング
がなされる。
【0017】そして、第5の本発明におけるように、硫
黄を含むガスと水素を含むガスを混合して用いるとき
は、側壁保護膜の堆積を強固に行うことができる。すな
わち、この場合、エッチングにおいてHラジカルが発生
し、これがエッチャントのハロゲンを捕捉することによ
ってより硫黄の堆積を助成すると考えられる。例えばS
2 F2 とH2 との混合ガスを用いる場合についてみる
と、S2 F2 +H2 →S↓+HF↑となり、水素がFラ
ジカルを捕捉し、硫黄Sの堆積を速やかにすると思われ
る。
黄を含むガスと水素を含むガスを混合して用いるとき
は、側壁保護膜の堆積を強固に行うことができる。すな
わち、この場合、エッチングにおいてHラジカルが発生
し、これがエッチャントのハロゲンを捕捉することによ
ってより硫黄の堆積を助成すると考えられる。例えばS
2 F2 とH2 との混合ガスを用いる場合についてみる
と、S2 F2 +H2 →S↓+HF↑となり、水素がFラ
ジカルを捕捉し、硫黄Sの堆積を速やかにすると思われ
る。
【0018】また、第6の本発明では、例えばS2 F2
+N2 →(SN)X ↓+Fラジカルにより、より安定な
ポリチアジルポリマー(SN)X を側壁保護膜として析
出できる。
+N2 →(SN)X ↓+Fラジカルにより、より安定な
ポリチアジルポリマー(SN)X を側壁保護膜として析
出できる。
【0019】そして、側壁に堆積された硫黄の保護膜
は、単なる加熱によって昇華除去されるものであり、な
んらアッシングのような煩雑な作業を必要としない。
は、単なる加熱によって昇華除去されるものであり、な
んらアッシングのような煩雑な作業を必要としない。
【0020】
【実施例】本発明方法の実施例を説明する。図1は本発
明方法によってエッチングを行う超格子構造半導体の一
例で、この場合、化合物半導体単結晶基体11上に、バ
ッファ層12、続いてこれの上に互いに材料を異にする
第1および第2の各半導体結晶層1および2を繰り返し
MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Depositio
n)、MBE(分子線エピタキシー)等によってエピタキ
シーしてこれら第1および第2の半導体結晶層1および
2の積層による例えばIII−V族化合物半導体による
超格子構造半導体3を構成した場合である。
明方法によってエッチングを行う超格子構造半導体の一
例で、この場合、化合物半導体単結晶基体11上に、バ
ッファ層12、続いてこれの上に互いに材料を異にする
第1および第2の各半導体結晶層1および2を繰り返し
MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Depositio
n)、MBE(分子線エピタキシー)等によってエピタキ
シーしてこれら第1および第2の半導体結晶層1および
2の積層による例えばIII−V族化合物半導体による
超格子構造半導体3を構成した場合である。
【0021】基体11は、例えば半絶縁性の{100}
を主面とするGaAs単結晶基板が用いられ、バッファ
層12は、例えばAlGaAsによる。超格子構造半導
体3の第1の半導体結晶層1は例えば厚さ19nmのA
lを含まない例えばGaAsにより、第2の半導体結晶
層2は例えば1nmのAlを含む例えばAlGaAsに
より、例えば600℃〜700℃のMBE法によってそ
れぞれ交互に例えば47層形成する。
を主面とするGaAs単結晶基板が用いられ、バッファ
層12は、例えばAlGaAsによる。超格子構造半導
体3の第1の半導体結晶層1は例えば厚さ19nmのA
lを含まない例えばGaAsにより、第2の半導体結晶
層2は例えば1nmのAlを含む例えばAlGaAsに
より、例えば600℃〜700℃のMBE法によってそ
れぞれ交互に例えば47層形成する。
【0022】この超格子構造半導体4上に例えばSiO
2 よりなるマスク層4を被着形成する。このマスク層4
には、最終的に例えば量子細線を形成する領域上に、そ
の縁部が〔110〕軸方向に選定された例えば幅1μm
の開口4Wをフォトリソグラフィ等によって形成する。
2 よりなるマスク層4を被着形成する。このマスク層4
には、最終的に例えば量子細線を形成する領域上に、そ
の縁部が〔110〕軸方向に選定された例えば幅1μm
の開口4Wをフォトリソグラフィ等によって形成する。
【0023】そして、図2に示すように、マスク層4を
エッチングマスクとしてその開口4Wを通じて結晶方位
性を示す例えば燐酸系エッチングによる化学的エッチン
グを行って各半導体結晶層1および2を横切り、特定の
結晶面例えば{111}結晶面による斜面5を形成す
る。このエッチング方法は、特開平4−280629号
公報に開示された方法を適用できる。
エッチングマスクとしてその開口4Wを通じて結晶方位
性を示す例えば燐酸系エッチングによる化学的エッチン
グを行って各半導体結晶層1および2を横切り、特定の
結晶面例えば{111}結晶面による斜面5を形成す
る。このエッチング方法は、特開平4−280629号
公報に開示された方法を適用できる。
【0024】次に、特に本発明においては、硫黄を含む
ガスによるドライエッチングによって、図3に示すよう
に、斜面5に露呈したAlを含まない第1の半導体結晶
層1を選択的にエッチングする。
ガスによるドライエッチングによって、図3に示すよう
に、斜面5に露呈したAlを含まない第1の半導体結晶
層1を選択的にエッチングする。
【0025】この硫黄を含むガスは、S2 F2 ,SF
2 ,SF4 ,S2 F10,S3 Cl2 ,SCl2 ,S2 B
r2 ,SBr2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくとも1
種のガスを用いる。
2 ,SF4 ,S2 F10,S3 Cl2 ,SCl2 ,S2 B
r2 ,SBr2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくとも1
種のガスを用いる。
【0026】あるいは、上記S2 F2 ,SF2 ,S
F4 ,S2 F10,S3 Cl2 ,SCl2,S2 Br2 ,
SBr2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくとも1種の第
1のガスと、水素を含む第2のガス例えばH2 ,H2
S,シラン系化合物から選ばれた少なくとも1種のガス
とを混合したガスを用いる。
F4 ,S2 F10,S3 Cl2 ,SCl2,S2 Br2 ,
SBr2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくとも1種の第
1のガスと、水素を含む第2のガス例えばH2 ,H2
S,シラン系化合物から選ばれた少なくとも1種のガス
とを混合したガスを用いる。
【0027】または、上記S2 F2 ,SF2 ,SF4 ,
S2 F10,S3 Cl2 ,SCl2 ,S2 Br2 ,SBr
2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくとも1種の第1のガ
スと、窒素を含む例えばN2 ,NF3 ,NH3 の少なく
とも1種による第2のガスとを混合したガスを用いる。
S2 F10,S3 Cl2 ,SCl2 ,S2 Br2 ,SBr
2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくとも1種の第1のガ
スと、窒素を含む例えばN2 ,NF3 ,NH3 の少なく
とも1種による第2のガスとを混合したガスを用いる。
【0028】尚、上述の硫黄を含むガスとしては、中で
もふっ素Fを含むガスS2 F2 ,SF2 ,SF4 ,S2
F10を用いることが異方性エッチングをより良好に行う
ことができる。
もふっ素Fを含むガスS2 F2 ,SF2 ,SF4 ,S2
F10を用いることが異方性エッチングをより良好に行う
ことができる。
【0029】その後図4に示すように、この選択的エッ
チングによって外部に露呈した第2の半導体結晶層2を
エッチングする。このようにすると所定の幅を有する階
段部6が形成される。
チングによって外部に露呈した第2の半導体結晶層2を
エッチングする。このようにすると所定の幅を有する階
段部6が形成される。
【0030】この方法において、マスク層4の除去は、
斜面5を形成して後のいずれの工程で行っても良い。
斜面5を形成して後のいずれの工程で行っても良い。
【0031】このようにして形成した階段部6には、例
えば図5に示すように、例えばAlGaAsによる半導
体層7をエピタキシーし、段部を利用してGaAsを堆
積させて量子細線8を形成し、これの上に例えばAlG
aAsによる半導体層7をエピタキシーする。
えば図5に示すように、例えばAlGaAsによる半導
体層7をエピタキシーし、段部を利用してGaAsを堆
積させて量子細線8を形成し、これの上に例えばAlG
aAsによる半導体層7をエピタキシーする。
【0032】図3の工程における第1の半導体結晶層1
に対する硫黄を含むガスでのエッチングは、図6に模式
的に示す構成による有磁場マイクロ波プラズマエッチン
グ装置100によって行うことができる。
に対する硫黄を含むガスでのエッチングは、図6に模式
的に示す構成による有磁場マイクロ波プラズマエッチン
グ装置100によって行うことができる。
【0033】この有磁場マイクロ波プラズマエッチング
装置100は、例えばマグネトロン20から発生した周
波数2.45GHzのマイクロ波が、矩形導波管21お
よび円筒形導波管22による石英製のベルジャー23に
導かれる。このベルジャー23は、前述した基体11上
に超格子構造半導体3を有するウエハWの搬出入を行う
ためのチャンバ29に接続されており、その内部は図示
されないが高真空排気系統により各々排気孔30を通じ
て矢印A方向に排気されている。また、ベルジャー23
内へは、ガス導入管25を通じて矢印B方向から上述の
硫黄を含むガスが導入される。円筒形導波管23は、ソ
レノイド・コイル24に周回されている。このソレノイ
ド・コイル24により形成される8.75×10-2T
(875G)の磁場とマイクロ波とが上記ガスに作用す
ることにより、ベルジャー23の内部でECR(電子サ
イクロトロン共鳴)放電が起こり、ECRプラズマPが
生成される。
装置100は、例えばマグネトロン20から発生した周
波数2.45GHzのマイクロ波が、矩形導波管21お
よび円筒形導波管22による石英製のベルジャー23に
導かれる。このベルジャー23は、前述した基体11上
に超格子構造半導体3を有するウエハWの搬出入を行う
ためのチャンバ29に接続されており、その内部は図示
されないが高真空排気系統により各々排気孔30を通じ
て矢印A方向に排気されている。また、ベルジャー23
内へは、ガス導入管25を通じて矢印B方向から上述の
硫黄を含むガスが導入される。円筒形導波管23は、ソ
レノイド・コイル24に周回されている。このソレノイ
ド・コイル24により形成される8.75×10-2T
(875G)の磁場とマイクロ波とが上記ガスに作用す
ることにより、ベルジャー23の内部でECR(電子サ
イクロトロン共鳴)放電が起こり、ECRプラズマPが
生成される。
【0034】チャンバ29には、ECRプラズマPに面
してウェハWを保持するためのウェハ載置電極26が配
設されている。このウェハ載置電極26には、ブロッキ
ング・コンデンサ31を介してRF(高周波)電源32
が接続されており、必要に応じてRFバイアス・パワー
を印加するようになされている。また、ウェハ載置電極
26にはヒータ27と冷却配管28が埋設されており、
必要に応じてウェハWを加熱もしくは冷却するようにな
されている。
してウェハWを保持するためのウェハ載置電極26が配
設されている。このウェハ載置電極26には、ブロッキ
ング・コンデンサ31を介してRF(高周波)電源32
が接続されており、必要に応じてRFバイアス・パワー
を印加するようになされている。また、ウェハ載置電極
26にはヒータ27と冷却配管28が埋設されており、
必要に応じてウェハWを加熱もしくは冷却するようにな
されている。
【0035】なお、上述の説明および図6では便宜上、
ウェハ載置電極26にヒータ27と冷却配管28とが一
緒に埋設されているような表現を用いたが、このウェハ
載置電極26上で中低温域から高温域にわたる広い温度
範囲で温度制御を行おうとすると、ウェハ載置電極26
自身の熱容量により昇降温速度が制限され、スループッ
トを大幅に損なうおそれが大きい。
ウェハ載置電極26にヒータ27と冷却配管28とが一
緒に埋設されているような表現を用いたが、このウェハ
載置電極26上で中低温域から高温域にわたる広い温度
範囲で温度制御を行おうとすると、ウェハ載置電極26
自身の熱容量により昇降温速度が制限され、スループッ
トを大幅に損なうおそれが大きい。
【0036】そこで実際には、本出願人が先に特願平3
−301279号明細書において提案したような、ウェ
ハ載置電極2重構造とした有磁場マイクロ波プラズマ装
置を用いることが特に推奨される。このウェハ載置電極
は、冷却配管を内蔵する外周側電極と、ヒータを内蔵す
る内周側電極との組合せにより構成される。低温プロセ
ス時には、ヒータをオフとした状態で両電極を接合一体
化させてウェハを冷却し、高温プロセス時にはヒータを
オンとした状態で両電極を離間させ、内周側電極上に載
置されたウェハを加熱する。これにより、昇降温速度を
大幅に短縮することができる。
−301279号明細書において提案したような、ウェ
ハ載置電極2重構造とした有磁場マイクロ波プラズマ装
置を用いることが特に推奨される。このウェハ載置電極
は、冷却配管を内蔵する外周側電極と、ヒータを内蔵す
る内周側電極との組合せにより構成される。低温プロセ
ス時には、ヒータをオフとした状態で両電極を接合一体
化させてウェハを冷却し、高温プロセス時にはヒータを
オンとした状態で両電極を離間させ、内周側電極上に載
置されたウェハを加熱する。これにより、昇降温速度を
大幅に短縮することができる。
【0037】以下に本発明方法の図1〜図4で説明した
工程における図3以降の工程についての具体的実施例を
説明する。 実施例1 図6の装置を用いて、以下の条件でGaAsによる第1
の半導体結晶層1をエッチングした。 ガス流量 :S2 F2 =30sccm 圧力 :1.33Pa 温度 :10℃ マイクロ波 :850W(2.45GHz) RFバイアス:30W
工程における図3以降の工程についての具体的実施例を
説明する。 実施例1 図6の装置を用いて、以下の条件でGaAsによる第1
の半導体結晶層1をエッチングした。 ガス流量 :S2 F2 =30sccm 圧力 :1.33Pa 温度 :10℃ マイクロ波 :850W(2.45GHz) RFバイアス:30W
【0038】この時、前述したようにフッ素ラジカルで
エッチングが進み、GaAs結晶層1の側壁にのみ図示
しない硫黄膜が形成され、側壁保護効果が発揮されてす
ぐれた異方性エッチングができた(図3)。この場合、
下層のAlGaAsによる第2の半導体結晶層4はAl
を含んでいる前述したように蒸気圧の低いAlFが形成
されることでエッチングが停止し、高選択エッチングが
可能となった。
エッチングが進み、GaAs結晶層1の側壁にのみ図示
しない硫黄膜が形成され、側壁保護効果が発揮されてす
ぐれた異方性エッチングができた(図3)。この場合、
下層のAlGaAsによる第2の半導体結晶層4はAl
を含んでいる前述したように蒸気圧の低いAlFが形成
されることでエッチングが停止し、高選択エッチングが
可能となった。
【0039】その後、100℃に加熱した。この時この
加熱によって硫黄膜も除去された。尚、この時マスク5
を予め、フッ酸等で除去しておいた。これは本エッチン
グが終了してからでも構わない。
加熱によって硫黄膜も除去された。尚、この時マスク5
を予め、フッ酸等で除去しておいた。これは本エッチン
グが終了してからでも構わない。
【0040】次に、段差の上に残ったAlGaAsによ
る第2の半導体結晶層2をアンモニア水による洗浄、ま
たは、良く知られているヨウ素系のウェットエッチング
で除去した(図4)。
る第2の半導体結晶層2をアンモニア水による洗浄、ま
たは、良く知られているヨウ素系のウェットエッチング
で除去した(図4)。
【0041】実施例2 この実施例では、選択エッチングの条件を変更した。前
述の装置を用いて、以下の条件でGaAsによる半導体
結晶層1を90%の厚さに亘って第1の方向性エッチン
グを行った。 ガス流量 :S2 F2 =30sccm 圧力 :1.33Pa 温度 :10℃ マイクロ波 :850W(2.45GHz) RFバイアス:30W
述の装置を用いて、以下の条件でGaAsによる半導体
結晶層1を90%の厚さに亘って第1の方向性エッチン
グを行った。 ガス流量 :S2 F2 =30sccm 圧力 :1.33Pa 温度 :10℃ マイクロ波 :850W(2.45GHz) RFバイアス:30W
【0042】その後、残りの厚さ10%をRFバイアス
を掛けずに、つまりイオン照射をすることなく以下の条
件で第2の方向性エッチングを行った。 ガス流量 :S2 F2 =30sccm 圧力 :1.33Pa 温度 :10℃ マイクロ波 :850W(2.45GHz) RFバイアス:0W
を掛けずに、つまりイオン照射をすることなく以下の条
件で第2の方向性エッチングを行った。 ガス流量 :S2 F2 =30sccm 圧力 :1.33Pa 温度 :10℃ マイクロ波 :850W(2.45GHz) RFバイアス:0W
【0043】この時、前述のようにフッ素ラジカルでエ
ッチングが進み、GaAs結晶層3側壁がのみ図示しな
いが硫黄膜が形成され、側壁保護効果が発揮されてすぐ
れた異方性エッチングができた。
ッチングが進み、GaAs結晶層3側壁がのみ図示しな
いが硫黄膜が形成され、側壁保護効果が発揮されてすぐ
れた異方性エッチングができた。
【0044】この場合においても下層のAlGaAsに
よる第2の半導体結晶層2はAlを含んでいるため蒸気
圧の低いAlFが形成されることでエッチングが停止
し、高選択エッチングが可能となることに加えて、RF
バイアスを0Wにして物理的スパッタが生じないように
したことで、より選択性が向上した。
よる第2の半導体結晶層2はAlを含んでいるため蒸気
圧の低いAlFが形成されることでエッチングが停止
し、高選択エッチングが可能となることに加えて、RF
バイアスを0Wにして物理的スパッタが生じないように
したことで、より選択性が向上した。
【0045】その後、100℃に加熱した。この時硫黄
膜も除去された。尚、この時マスク4を予め、フッ酸等
で除去しておいた。しかしながらこのマスクの除去は、
本エッチングが終了してから行うこともできる。
膜も除去された。尚、この時マスク4を予め、フッ酸等
で除去しておいた。しかしながらこのマスクの除去は、
本エッチングが終了してから行うこともできる。
【0046】次に、段差の上に残ったAlGaAs第2
の半導体結晶層4をアンモニア水による洗浄、または、
良く知られているヨウ素系のウェットエッチングで除去
した。
の半導体結晶層4をアンモニア水による洗浄、または、
良く知られているヨウ素系のウェットエッチングで除去
した。
【0047】実施例3 この実施例では、異方性エッチングの条件を変更した。
以下の条件でGaAsによる第1の半導体結晶層1をエ
ッチングした。 ガス流量 :S2 F2 /H2 =30sccm 圧力 :1.33Pa 温度 :10℃ マイクロ波 :850W(2.45GHz) RFバイアス:30W
以下の条件でGaAsによる第1の半導体結晶層1をエ
ッチングした。 ガス流量 :S2 F2 /H2 =30sccm 圧力 :1.33Pa 温度 :10℃ マイクロ波 :850W(2.45GHz) RFバイアス:30W
【0048】この時、前述のようにフッ素ラジカルでエ
ッチングが進み、GaAsによる第1の半導体結晶層1
の側壁にのみ硫黄膜が形成され、側壁保護効果が発揮さ
れてすぐれた異方性エッチングができた。しかも、水素
ラジカルによる過剰なフッ素ラジカルの取り込みでその
分、側壁保護膜が薄くて済み、エッチングの温度を上げ
ることができ、省エネルギーに貢献できた。この場合、
実施例2のように2工程エッチングを行うようにするこ
ともできる。その後、100℃に加熱した。この時前述
のように硫黄膜も除去された。
ッチングが進み、GaAsによる第1の半導体結晶層1
の側壁にのみ硫黄膜が形成され、側壁保護効果が発揮さ
れてすぐれた異方性エッチングができた。しかも、水素
ラジカルによる過剰なフッ素ラジカルの取り込みでその
分、側壁保護膜が薄くて済み、エッチングの温度を上げ
ることができ、省エネルギーに貢献できた。この場合、
実施例2のように2工程エッチングを行うようにするこ
ともできる。その後、100℃に加熱した。この時前述
のように硫黄膜も除去された。
【0049】次に、段差の上に残ったAlGaAs結晶
層4をアンモニア水による洗浄、または、良く知られて
いるヨウ素系のウェットエッチングで除去した。
層4をアンモニア水による洗浄、または、良く知られて
いるヨウ素系のウェットエッチングで除去した。
【0050】実施例4 この実施例においても、異方性エッチングの条件を変更
した。以下の条件でGaAsによる第1の半導体結晶層
1をエッチングした。 ガス流量 :S2 F2 /N2 =30/5sccm 圧力 :1.33Pa 温度 :50℃ マイクロ波 :850W(2.45GHz) RFバイアス:30W このとき、前述のようにフッ素ラジカルでエッチングが
進み、GaAsによる第1の半導体結晶層1の側壁にの
み図示しない硫黄膜が形成され、側壁保護効果が発揮さ
れてすぐれた異方性エッチングができた。
した。以下の条件でGaAsによる第1の半導体結晶層
1をエッチングした。 ガス流量 :S2 F2 /N2 =30/5sccm 圧力 :1.33Pa 温度 :50℃ マイクロ波 :850W(2.45GHz) RFバイアス:30W このとき、前述のようにフッ素ラジカルでエッチングが
進み、GaAsによる第1の半導体結晶層1の側壁にの
み図示しない硫黄膜が形成され、側壁保護効果が発揮さ
れてすぐれた異方性エッチングができた。
【0051】このように、窒素を添加することで前述の
ように窒素ラジカルがハロゲン化硫黄から解離する硫黄
ラジカルと重合することでより安定なポリチアジル膜の
堆積が起こるようにした。したがって、過剰なフッ素ラ
ジカルのサイドアタックが少ないため、エッチングの温
度を上げることができ、省エネルギーに貢献できた。勿
論この場合においても、実施例2におけるように2工程
エッチングを行うこともできる。
ように窒素ラジカルがハロゲン化硫黄から解離する硫黄
ラジカルと重合することでより安定なポリチアジル膜の
堆積が起こるようにした。したがって、過剰なフッ素ラ
ジカルのサイドアタックが少ないため、エッチングの温
度を上げることができ、省エネルギーに貢献できた。勿
論この場合においても、実施例2におけるように2工程
エッチングを行うこともできる。
【0052】その後、200℃に加熱した。この時前述
のように硫黄膜も除去された。次に、段差の上に残った
AlGaAsによる第2半導体結晶層2をアンモニア水
による洗浄、または、ヨウ素系のウェットエッチングで
除去した。
のように硫黄膜も除去された。次に、段差の上に残った
AlGaAsによる第2半導体結晶層2をアンモニア水
による洗浄、または、ヨウ素系のウェットエッチングで
除去した。
【0053】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではなく本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で構造、
条件等は適宜変更できるものである。
ものではなく本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で構造、
条件等は適宜変更できるものである。
【0054】
【発明の効果】上述したように、本発明方法では、規制
ガスのフロンガスの使用を回避でき、環境問題の改善を
はかることができる。
ガスのフロンガスの使用を回避でき、環境問題の改善を
はかることができる。
【0055】また、本発明方法においては、そのエッチ
ングにおいて、側壁に硫黄の保護膜を堆積させすぐれた
異方性エッチングを可能にするもであるが、この硫黄の
保護膜の除去は昇華によってすなわちアッシングのよう
な煩雑な作業を必要とせず単に加熱するのみで除去でき
ることから著しく作業性の向上と、信頼性の向上をはか
ることができる。
ングにおいて、側壁に硫黄の保護膜を堆積させすぐれた
異方性エッチングを可能にするもであるが、この硫黄の
保護膜の除去は昇華によってすなわちアッシングのよう
な煩雑な作業を必要とせず単に加熱するのみで除去でき
ることから著しく作業性の向上と、信頼性の向上をはか
ることができる。
【0056】そして、この硫黄を含むガスでのエッチン
グは、すぐれた異方性エッチングと選択性エッチングが
できることから確実に例えば量子細線を形成する場合に
用いる超格子構造半導体に対する階段状エッチングを行
うことができ、これによって特性の安定した量子細線の
形成することができ、この種の量子細線による各種半導
体素子の形成に適用して、大きな効果を奏する。
グは、すぐれた異方性エッチングと選択性エッチングが
できることから確実に例えば量子細線を形成する場合に
用いる超格子構造半導体に対する階段状エッチングを行
うことができ、これによって特性の安定した量子細線の
形成することができ、この種の量子細線による各種半導
体素子の形成に適用して、大きな効果を奏する。
【図1】本発明方法の一例の一工程の概略断面図であ
る。
る。
【図2】本発明方法の一例の一工程の概略断面図であ
る。
る。
【図3】本発明方法の一例の一工程の概略断面図であ
る。
る。
【図4】本発明方法の一例の一工程の概略断面図であ
る。
る。
【図5】本発明方法を適用する量子細線半導体素子の一
例の概略断面図である。
例の概略断面図である。
【図6】本発明方法を実施する装置の一例の構成図であ
る。
る。
1 第1の半導体結晶層 2 第2の半導体結晶層 3 超格子構造半導体 11 基体 12 バッファ層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年3月2日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】基体11は、例えば半絶縁性の{100}
を主面とするGaAs単結晶基板が用いられ、バッファ
層12は、例えばAlGaAsによる。超格子構造半導
体3の第1の半導体結晶層1は例えば厚さ19nmのA
lを含まない例えばGaAsにより、第2の半導体結晶
層2は例えば厚さ1nmのAlを含む例えばAlGaA
sにより、例えば600℃〜700℃のMBE法によっ
てそれぞれ交互に例えば47層形成する。
を主面とするGaAs単結晶基板が用いられ、バッファ
層12は、例えばAlGaAsによる。超格子構造半導
体3の第1の半導体結晶層1は例えば厚さ19nmのA
lを含まない例えばGaAsにより、第2の半導体結晶
層2は例えば厚さ1nmのAlを含む例えばAlGaA
sにより、例えば600℃〜700℃のMBE法によっ
てそれぞれ交互に例えば47層形成する。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正内容】
【0022】この超格子構造半導体3上に例えばSiO
2 よりなるマスク層4を被着形成する。このマスク層4
には、最終的に例えば量子細線を形成する領域上に、そ
の縁部が〔110〕軸方向に選定された例えば幅1μm
の開口4Wをフォトリソグラフィ等によって形成する。
2 よりなるマスク層4を被着形成する。このマスク層4
には、最終的に例えば量子細線を形成する領域上に、そ
の縁部が〔110〕軸方向に選定された例えば幅1μm
の開口4Wをフォトリソグラフィ等によって形成する。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0036
【補正方法】変更
【補正内容】
【0036】そこで実際には、本出願人が先に特願平3
−301279号出願において提案したような、ウェハ
載置電極2重構造とした有磁場マイクロ波プラズマ装置
を用いることが特に推奨される。このウェハ載置電極
は、冷却配管を内蔵する外周側電極と、ヒータを内蔵す
る内周側電極との組合せにより構成される。低温ブロセ
ス時には、ヒータをオフとした状態で両電極を接合一体
化させてウェハを冷却し、高温プロセス時にはヒータを
オンとした状態で両電極を離間させ、内周側電極上に載
置されたウェハを加熱する。これにより、昇降温速度を
大幅に短縮することができる。
−301279号出願において提案したような、ウェハ
載置電極2重構造とした有磁場マイクロ波プラズマ装置
を用いることが特に推奨される。このウェハ載置電極
は、冷却配管を内蔵する外周側電極と、ヒータを内蔵す
る内周側電極との組合せにより構成される。低温ブロセ
ス時には、ヒータをオフとした状態で両電極を接合一体
化させてウェハを冷却し、高温プロセス時にはヒータを
オンとした状態で両電極を離間させ、内周側電極上に載
置されたウェハを加熱する。これにより、昇降温速度を
大幅に短縮することができる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0047
【補正方法】変更
【補正内容】
【0047】実施例3 この実施例では、異方性エッチングの条件を変更した。
以下の条件でGaAsによる第1の半導体結晶層1をエ
ッチングした。 ガス流量 :S2 F2 /H2 =30sccm 圧力 :1.33Pa 温度 :30℃ マイクロ波 :850W(2.45GHz) RFバイアス:30W
以下の条件でGaAsによる第1の半導体結晶層1をエ
ッチングした。 ガス流量 :S2 F2 /H2 =30sccm 圧力 :1.33Pa 温度 :30℃ マイクロ波 :850W(2.45GHz) RFバイアス:30W
Claims (6)
- 【請求項1】 互いに異なる材料による第1および第2
の半導体結晶層が交互に堆積された超格子構造半導体に
対するエッチング方法において、 上記第1の半導体結晶層のエッチングを、硫黄を含むガ
スを用いた方向性エッチングによって行うことを特徴と
する超格子構造半導体のエッチング方法。 - 【請求項2】 上記第1の半導体結晶層のエッチング
を、イオン照射の下で硫黄を含むガスを用いた方向性エ
ッチング工程と、その後に殆どイオン照射がなされない
状態での硫黄を含むガスを用いた方向性エッチング工程
とによって行うことを特徴とする請求項1に記載の超格
子構造半導体のエッチング方法。 - 【請求項3】 上記第1の半導体結晶層がAlを含まな
い化合物半導体であり、上記第2の半導体結晶層がAl
を含む化合物半導体であることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の超格子構造半導体エッチング方法。 - 【請求項4】 上記硫黄を含むガスとして、S2 F2 ,
SF2 ,SF4 ,S2 F 10,S3 Cl2 ,SCl2 ,S
2 Br2 ,SBr2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくと
も1種のガスを用いることを特徴とする請求項1、2ま
たは3に記載の超格子構造半導体のエッチング方法。 - 【請求項5】 上記硫黄を含むガスとして、S2 F2 ,
SF2 ,SF4 ,S2 F 10,S3 Cl2 ,SCl2 ,S
2 Br2 ,SBr2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくと
も1種の第1のガスと、水素を含む第2のガスとを混合
したガスを用いることを特徴とする請求項12、3、ま
たは4に記載の超格子構造半導体のエッチング方法。 - 【請求項6】 上記硫黄を含むガスとして、S2 F2 ,
SF2 ,SF4 ,S2 F 10,S3 Cl2 ,SCl2 ,S
2 Br2 ,SBr2 ,S3 Br2 から選ばれた少なくと
も1種の第1のガスと、窒素を含む第2のガスとを混合
したガスを用いることを特徴とする請求項1、2、3、
4または5に記載の超格子構造半導体のエッチング方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33356793A JPH07193053A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 超格子構造半導体のエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33356793A JPH07193053A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 超格子構造半導体のエッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07193053A true JPH07193053A (ja) | 1995-07-28 |
Family
ID=18267493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33356793A Pending JPH07193053A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 超格子構造半導体のエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07193053A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013183063A (ja) * | 2012-03-02 | 2013-09-12 | Tokyo Electron Ltd | 半導体装置の製造方法及びコンピュータ記録媒体 |
| US9716195B2 (en) | 2015-06-01 | 2017-07-25 | International Business Machines Corporation | Dry etch method for texturing silicon and device |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33356793A patent/JPH07193053A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013183063A (ja) * | 2012-03-02 | 2013-09-12 | Tokyo Electron Ltd | 半導体装置の製造方法及びコンピュータ記録媒体 |
| US9716195B2 (en) | 2015-06-01 | 2017-07-25 | International Business Machines Corporation | Dry etch method for texturing silicon and device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3430552B2 (ja) | ダイヤモンド半導体の製造方法 | |
| JP3000717B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| US20210082709A1 (en) | Etching method and etching apparatus | |
| JPH07263355A (ja) | 半導体装置の製造方法,半導体結晶表面のクリーニング方法,及び半導体装置 | |
| JPH0133931B2 (ja) | ||
| JPH05102096A (ja) | ドライエツチング方法 | |
| CN114175215B (zh) | 用于干式蚀刻化合物材料的方法 | |
| JPH04328825A (ja) | ドライエッチング装置及びドライエッチング方法 | |
| EP0539963B1 (en) | Dry etching method of GaAs | |
| US5419809A (en) | Dry etching method | |
| JP3257077B2 (ja) | Mis型半導体装置の製造方法 | |
| JPH0955365A (ja) | 半導体基板の表面清浄方法 | |
| US5520770A (en) | Method of fabricating semiconductor device | |
| JP2694625B2 (ja) | 化合物半導体基体のエッチング方法および製造方法 | |
| JP3250269B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| JP2596027B2 (ja) | 化合物半導体結晶成長方法及び結晶成長装置 | |
| JP3038984B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| JPH06224158A (ja) | ドライエッチング方法 | |
| JP3128995B2 (ja) | 選択エピタキシャル成長マスクの形成方法 | |
| JP2686699B2 (ja) | 選択成長用GaNマスク形成方法 | |
| JPH07193011A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2917900B2 (ja) | Iii −v族化合物半導体基板の表面処理方法 | |
| JPH02288333A (ja) | 化合物半導体のパターン形成方法 | |
| JP2002043277A (ja) | 半導体装置の製造方法、及びそれに用いるプラズマエッチング装置 | |
| JPH06244409A (ja) | 化合物半導体基板の前処理方法 |