JPH08153703A - 2−6族化合物半導体のドライエッチング方法 - Google Patents

2−6族化合物半導体のドライエッチング方法

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JPH08153703A
JPH08153703A JP29286594A JP29286594A JPH08153703A JP H08153703 A JPH08153703 A JP H08153703A JP 29286594 A JP29286594 A JP 29286594A JP 29286594 A JP29286594 A JP 29286594A JP H08153703 A JPH08153703 A JP H08153703A
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JP
Japan
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etching
substrate
compound semiconductor
group
dry
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JP29286594A
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Takashi Yoshikawa
▲隆▼士 吉川
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】2−6族化合物半導体の平滑垂直エッチングを
実現する。 【構成】反応性イオンビームエッチング装置によりエッ
チングを行う。純塩素のECRプラズマ2からイオン加
速電極1により1.1keVのエネルギーを与えたイオ
ンビーム3を基板5に照射してエッチングを行う。基板
温度は抵抗加熱ヒータ6により200℃に保持されガス
圧はオリフィス8により4×10-5Torrに保持され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は2−6族化合物半導体の
ドライエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】2−6族化合物半導体は近年緑青色半導
体レーザ材料として注目されている。半導体を用いたレ
ーザ等の素子作製にはエッチングによる微細加工が不可
欠である。エッチングの方法は大きく分けて酸やアルカ
リ等のエッチング液を用いるウェットエッチングとハロ
ゲンや不活性ガス等のエッチングガスを用いるドライエ
ッチングがある。一般にウェットエッチングは低損傷で
あるが等方的エッチングでありサイドエッチングが大き
いので微細加工にはあまり適さない。一方ドライエッチ
ングは垂直異方性エッチングなので、微細加工に適す
る。さらに、ガスを用いるため均一性、再現性に優れ
る。その反面イオンビームを用いるエッチングでは加工
による損傷が大きいが、通常ドライエッチング後の表面
をウェットエッチングで0.1μm程度エッチングする
ことで損傷除去を行い、加工損傷による劣化の無い素子
が作製可能である。
【0003】エッチング面の表面モフォロジーはエッチ
ングに引き続いて行われる埋込みプロセスや電極形成プ
ロセスに大きく影響するため、平滑な表面が得られるこ
とが必要である。エッチング表面荒れの原因は不均一な
エッチングにある。不均一な原因としては、基板表面の
酸化膜の厚さの不均一、基板へのエッチング反応種の供
給の不均一、反応生成物の脱離の不均一、面方位に依存
したエッチング速度の違いに起因する不均一等がある。
さらに化合物半導体では構成しているそれぞれの元素の
エッチングされ易さの不均一が重大な表面荒れをおこ
す。そのため平滑表面を得るためにはこの不均一さを低
減することが重要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】2−6族化合物半導体
のエッチングについてみるとウェットエッチングでは良
いエッチング液が見つかっていない。酸やアルカリ等の
大部分のエッチング液について、エッチング速度が極端
に小さい場合や表面モフォロジーが著しく劣化してしま
う問題がある。またドライエッチング方法としてはM.
A.FOADらがエレクトロニクスレターズ第27巻7
3ページ(M.A.Foad et.al.,Elec
tronics Letters27,73,199
1)に示したメタンと水素の混合ガスを用いた反応性イ
ンオンエッチングが唯一実用に耐えうる表面モフォロジ
ーを有したエッチング方法である。しかしこのガス系は
炭化水素系であるためエッチング中にポリマーが堆積す
るという欠点を有する。3−5族化合物半導体のエッチ
ングの場合はポリマーを酸素プラズマにより除去する手
法が取られたが、化学反応性の高い2−6族元素からな
る2−6族化合物半導体を酸素プラズマに晒すと強固な
酸化膜が形成され、その後のプロセスを困難にするだけ
でなく、作製した素子の特性に著しい劣化をもたらすと
いう問題がある。またこのエッチング方法はエッチング
速度が数10nm/minと、実用的に良好なエッチン
グ速度に対し1桁遅いという問題も存在する。
【0005】一方、特開平2−299230号公報や特
開平3−204926号公報に記載されているように、
ドライエッチングによく用いられるハロゲン系ガスを用
いる場合がある。しかしこの方法では、例えばZnSe
と塩素系の組み合わせの場合二つの問題がある。ひとつ
は、エッチング時の反応生成物であるZnClx の蒸気
圧が低いことである。そのためエッチング速度は極端に
遅くなる場合がある。さらにZn、Se、それぞれの反
応生成物の沸点はZnCl2 が730℃、SeClが1
27℃と大きく異なる。そのためエッチング中基板表面
でZnとSeの脱離の差が大きくなる為、表面モフォロ
ジーが悪いという問題もある。これは、エッチング速度
の増速のために、基板温度を高くしたときに顕著にあら
われる。またハロゲン化水素を使用すると、水素ラジカ
ルによる化学反応性エッチングが起こり、特開平2−2
99230号公報の実施例で述べられているように、フ
ォトレジストのエッチング速度が28nm/minとか
なり速くなり、ZnSeとの選択比が低くなり実用的で
なくなるという問題もある。
【0006】本発明の目的は、十分なエッチング速度を
有し平滑な表面が得られる2−6族化合物半導体のドラ
イエッチング方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の2−6族化合物
半導体のドライエッチング方法は、塩素またはその化合
物を反応ガスとする2−6族化合物半導体のドライエッ
チング方法において、基板温度を80〜350℃、ガス
圧を1×10-5〜1×10-4Torr、イオンエネルギ
ーを0.5〜2keVとすることを特徴とするものであ
る。
【0008】
【作用】上記エッチング条件において、基板温度の下限
は、蒸気圧の低い2族元素のエッチング反応生成物が脱
離のための十分な蒸気圧を有するように、80℃以上で
あることが必要である。しかし、基板温度の上限は、6
族元素及び成長の際に用いているGaAs基板やInP
基板の5族元素の選択脱離の防止、ドーピングに用いて
いる元素の拡散等の防止及び異種成長層の境界混晶化の
防止のために、350℃程度が適当である。この高い基
板温度により蒸気圧の低い2族元素化合物の脱離が促進
される。一方ガス圧は供給律速状態を作るために十分低
くその上限は1×10-4Torr程度である。その下限
は安定なプラズマが得られさえすれば良いが、だいたい
1×10-5Torr程度である。このように供給律速状
態であるために6族元素化合物の脱離は頭打ちとなって
おり、2族元素と6族元素の離脱の差は小さくなる。
【0009】さらにイオンエネルギーの大きいイオンで
衝撃を与え物理的スパッタリングにより脱離を促進す
る。物理的スパッタリングによる脱離の元素選択性は小
さいので、これよりさらに2族元素化合物と6族元素化
合物の脱離の差を十分低減できるため良好な平滑表面が
得られる。物理的スパッタリングによる脱離効果が十分
得られるようにイオンエネルギーを0.5keV以上と
する。上限はスパッタリングによるダメージを考慮して
2keV程度が適当である。以上、基板温度上昇による
2族元素の脱離促進、高温、低ガス圧条件での供給律速
条件実現による2族、6族元素の脱離の差の低減、高イ
オンエネルギーでの物理的スパッタリングによる2族、
6族元素の脱離の低減により、十分なエッチング速度を
有しかつ平滑なエッチングが実現される。
【0010】
【実施例】次に本発明を図面を用いて説明する。図1は
本発明の一実施例を説明する為のエッチング装置の構成
図である。
【0011】まず、2−6族化合物半導体であるZnS
e(又はZnTe又はZnSeTe)からなる基板5を
基板ホルダーを介して図1に示す反応性イオンビームエ
ッチング(Reactive Ion Beam Et
ching;RIBE)装置の抵抗加熱ヒータ6上にセ
ットしエッチングする。これは一般に用いられているR
IBE装置で、電子サイクロトン共鳴(Electlo
n Cyclotoron Resonance;EC
R)プラズマ2より、イオン加速電極1によりイオンビ
ーム3を引き出し一定の1.1keVのエネルギーを与
えた後に基板5に照射してエッチングを行う。エッチン
グガスには純塩素又はBCl2 やSiCl4 を用いる。
基板5は抵抗加熱ヒータ6により200℃に温度制御さ
れる。エッチング室4は、エッチングガス導入前には背
圧4×10-8Torrまでポンプ7により高真空に保た
れている。ガス導入後はオリフィス8の開度調節により
エッチング室4の圧力は4×10-5Torrに保持され
る。
【0012】基板温度が200℃と高いため蒸気圧が低
いZnCl2 も脱離に十分な蒸気圧を有するようにな
る。一方、ガス圧が低いため供給律速となり、蒸気圧の
高いSeClx やTeClx の基板からの脱離速度は基
板温度が高くなり蒸気圧が上がっているにもかかわらず
飽和する。これにより2族元素化合物と6族元素化合物
の脱離速度の差を低減することが可能となる。さらに、
エッチング速度に元素依存性が小さいイオンビーム衝撃
による脱離を、高いエネルギーを有するイオンビームで
衝撃を与えることで促進する。これによりさらに脱離の
差を縮めることが可能となる。
【0013】イオンを用いたドライエッチングではもと
もとエッチング表面荒れの原因となる不均一なエッチン
グのうち、基板表面の酸化膜の不均一はイオン衝撃で除
去され、基板へのエッチング反応種の供給の不均一はガ
スのため小さく、反応生成物の脱離の不均一、面方位に
依存したエッチング速度の違いに起因する不均一は異方
性エッチングのため小さい。したがって本実施例により
化合物元素間の脱離速度の違いを低減することで表面平
滑エッチングが実現される。
【0014】このエッチング条件でのエッチング速度は
ZnSe、ZnSeTe、ZnTeでそれぞれ110、
128、208nm/minとなり、実用的なエッチン
グ速度が得られた。エッチング速度は供給律速なのでエ
ッチングガス圧をあげることで、ガス圧に比例してエッ
チング速度を増加させることができる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明のエッチング
条件によれば、基板温度を高くできることによる2族元
素の脱離促進と、高温、低ガス圧による供給律速状態で
あることによる2族、6族元素の脱離の差の低減及び高
イオンエネルギーでの物理的スパッタリングによる2
族、6族元素の脱離の差の低減の複合効果により、2−
6族化合物半導体を十分なエッチング速度を有しつつ、
平滑にエッチングができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明する為のエッチング装
置の構成図。
【符号の説明】
1 イオン加速電極 2 ECRプラズマ 3 イオンビーム 4 エッチング室 5 基板 6 抵抗加熱ヒータ 7 ポンプ 8 オリフィス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 塩素またはその化合物を反応ガスとする
    2−6族化合物半導体のドライエッチング方法におい
    て、基板温度を80〜350℃、ガス圧を1×10-5
    1×10-4Torr、イオンエネルギーを0.5〜2k
    eVとすることを特徴とする2−6族化合物半導体のド
    ライエッチング方法。
JP29286594A 1994-11-28 1994-11-28 2−6族化合物半導体のドライエッチング方法 Pending JPH08153703A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100540862B1 (ko) * 2000-12-27 2006-01-16 스미토모덴키고교가부시키가이샤 ZnSe 다결정체의 레이저용 회절형 광학부품의 제조방법
CN105355550A (zh) * 2015-12-02 2016-02-24 中国科学院微电子研究所 Iii族氮化物低损伤刻蚀方法

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JPH0378274A (ja) * 1989-08-21 1991-04-03 Seiko Epson Corp 半導体レーザの製造方法
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19970527