JPH0883779A - エッチング方法とその装置およびそれを用いて作製した半導体装置 - Google Patents
エッチング方法とその装置およびそれを用いて作製した半導体装置Info
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- JPH0883779A JPH0883779A JP6219037A JP21903794A JPH0883779A JP H0883779 A JPH0883779 A JP H0883779A JP 6219037 A JP6219037 A JP 6219037A JP 21903794 A JP21903794 A JP 21903794A JP H0883779 A JPH0883779 A JP H0883779A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体結晶の劣化が少なく、特性ならびに性能
に優れた信頼性の高い半導体装置を歩留まりよく製造す
る半導体のエッチング方法と装置を提供する。 【構成】反応性ガスのもとで、被エッチング材料の表面
に光を照射してエッチングする方法において、被エッチ
ング材料のしきい表面温度を制御して半導体結晶の劣化
を抑制しながら、最大のエッチング速度でエッチングを
行い、組成の異なる複数の半導体層を積層した半導体積
層膜のうちの所望の半導体層のみを選択的にエッチング
する選択エッチング条件と、半導体積層膜のうちの所望
の複数の半導体層をほぼ等速度でエッチングする等速エ
ッチング条件との切り換えを行い、かつエッチング条件
の切り換えは、エッチング操作を中断することなく連続
的に行うエッチング方法と装置、および作製した半導体
装置。
に優れた信頼性の高い半導体装置を歩留まりよく製造す
る半導体のエッチング方法と装置を提供する。 【構成】反応性ガスのもとで、被エッチング材料の表面
に光を照射してエッチングする方法において、被エッチ
ング材料のしきい表面温度を制御して半導体結晶の劣化
を抑制しながら、最大のエッチング速度でエッチングを
行い、組成の異なる複数の半導体層を積層した半導体積
層膜のうちの所望の半導体層のみを選択的にエッチング
する選択エッチング条件と、半導体積層膜のうちの所望
の複数の半導体層をほぼ等速度でエッチングする等速エ
ッチング条件との切り換えを行い、かつエッチング条件
の切り換えは、エッチング操作を中断することなく連続
的に行うエッチング方法と装置、および作製した半導体
装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体からなる被エッチ
ング材料のエッチング方法とその装置およびそれを用い
て作製した半導体装置に関する。
ング材料のエッチング方法とその装置およびそれを用い
て作製した半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体素子の高性能化および素子
性能ばらつきの低減化のために、半導体層を所望の深さ
までの除去もしくは所望の形状で除去する半導体加工法
が重要となってきている。半導体加工法のうち、ＲＩＥ
（Reactive Ion Etching）法等のプラズマエッチング法
を用いることによりＧａＡｓとＡｌＧａＡｓという組成
の異なる半導体層が積層された半導体積層膜のうちの所
望の半導体層（例えばＧａＡｓ層）のみを選択的にエッ
チング除去することができ〔ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選
択エッチングと呼ばれ、例えば、Appl. Phys. Lett.,51
（1987）,p.1083）に記載されている〕、電界効果トラ
ンジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）のゲー
トリセス作製工程に主に用いられてきた。また、同様に
プラズマエッチング法を用いることにより、上述のＧａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ選択エッチングのエッチング条件を
変えることで、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓという組成の異
なる半導体層のエッチング速度をほぼ等速度にして、Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ接合界面付近に段差がほとんど生
じない平滑加工とすることができる（以下、等速度エッ
チングと言う。第３８回応用物理学関係連合講演会講演
予稿集No.3,1211頁、31p-K-8、および特開平5-283439公
報の実施例に記載されている）。
性能ばらつきの低減化のために、半導体層を所望の深さ
までの除去もしくは所望の形状で除去する半導体加工法
が重要となってきている。半導体加工法のうち、ＲＩＥ
（Reactive Ion Etching）法等のプラズマエッチング法
を用いることによりＧａＡｓとＡｌＧａＡｓという組成
の異なる半導体層が積層された半導体積層膜のうちの所
望の半導体層（例えばＧａＡｓ層）のみを選択的にエッ
チング除去することができ〔ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選
択エッチングと呼ばれ、例えば、Appl. Phys. Lett.,51
（1987）,p.1083）に記載されている〕、電界効果トラ
ンジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）のゲー
トリセス作製工程に主に用いられてきた。また、同様に
プラズマエッチング法を用いることにより、上述のＧａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ選択エッチングのエッチング条件を
変えることで、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓという組成の異
なる半導体層のエッチング速度をほぼ等速度にして、Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ接合界面付近に段差がほとんど生
じない平滑加工とすることができる（以下、等速度エッ
チングと言う。第３８回応用物理学関係連合講演会講演
予稿集No.3,1211頁、31p-K-8、および特開平5-283439公
報の実施例に記載されている）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のプラズマエッチング法では、プラズマ中で高温
となったイオンやラジカルの照射により半導体表面の微
小部分が高温になるという問題が生じる（例えば、応用
物理第59巻第11号（1990年）1428頁）。この半導体表面
の微小部分が高温となることにより、その近傍の半導体
結晶を劣化させ、素子性能が低下するという問題があっ
た。例えば、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：Hi
gh Electron Mobility Transistor）のゲート電極底か
らデルタドープ型キャリア供給層までの距離がおよそ２
５ｎｍ以下となると、デルタドープ型キャリア供給層の
活性化率が減少してトランジスタの性能が低下したとの
Tanimotoらによる報告（Jpn.J.Appl.Phys.Vol.33（199
4）,pp.L260-L262）があるが、これは上記プラズマ中で
高温となったイオンやラジカルの照射が一つの原因とな
っているものと考えられる。さらに、上述のプラズマエ
ッチング法では、上記選択エッチングに用いるエッチン
グ条件と上記等速度エッチングに用いるエッチング条件
とが大きく異なるため、上記両エッチングをエッチング
操作の途中で切り換えて行うことは実際上極めて困難で
あるという問題があった。
た従来のプラズマエッチング法では、プラズマ中で高温
となったイオンやラジカルの照射により半導体表面の微
小部分が高温になるという問題が生じる（例えば、応用
物理第59巻第11号（1990年）1428頁）。この半導体表面
の微小部分が高温となることにより、その近傍の半導体
結晶を劣化させ、素子性能が低下するという問題があっ
た。例えば、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：Hi
gh Electron Mobility Transistor）のゲート電極底か
らデルタドープ型キャリア供給層までの距離がおよそ２
５ｎｍ以下となると、デルタドープ型キャリア供給層の
活性化率が減少してトランジスタの性能が低下したとの
Tanimotoらによる報告（Jpn.J.Appl.Phys.Vol.33（199
4）,pp.L260-L262）があるが、これは上記プラズマ中で
高温となったイオンやラジカルの照射が一つの原因とな
っているものと考えられる。さらに、上述のプラズマエ
ッチング法では、上記選択エッチングに用いるエッチン
グ条件と上記等速度エッチングに用いるエッチング条件
とが大きく異なるため、上記両エッチングをエッチング
操作の途中で切り換えて行うことは実際上極めて困難で
あるという問題があった。
【０００４】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解決するエッチング方法を提供するものであっ
て、半導体からなる被エッチング材料の表面温度を制御
して、半導体表面近傍の半導体結晶の劣化を抑制しなが
ら最大のエッチング速度で半導体層のエッチング除去を
行い、かつ選択的エッチング条件と等速度エッチング条
件との切り換えを容易に行うことができるエッチング方
法を提供し、さらに該エッチング方法を実施する装置、
および上記エッチング方法を用いて作製した半導体装置
を提供するものである。さらに、本発明の具体的な目的
として、上記半導体のエッチング除去の際に、組成の異
なる複数の半導体層を積層した半導体積層膜のうちの所
望の半導体層のみを、他の積層された半導体層よりも少
なくとも１００倍以上のエッチング速度で選択的にエッ
チング除去できる選択エッチング方法、および／または
組成の異なる複数の半導体層を積層した半導体積層膜の
うちの所望の複数の半導体層のみをほぼ等速度でエッチ
ング除去できる等速エッチング方法、およびその装置な
らびにそれを用いて作製した半導体装置を提供すること
にある。
題点を解決するエッチング方法を提供するものであっ
て、半導体からなる被エッチング材料の表面温度を制御
して、半導体表面近傍の半導体結晶の劣化を抑制しなが
ら最大のエッチング速度で半導体層のエッチング除去を
行い、かつ選択的エッチング条件と等速度エッチング条
件との切り換えを容易に行うことができるエッチング方
法を提供し、さらに該エッチング方法を実施する装置、
および上記エッチング方法を用いて作製した半導体装置
を提供するものである。さらに、本発明の具体的な目的
として、上記半導体のエッチング除去の際に、組成の異
なる複数の半導体層を積層した半導体積層膜のうちの所
望の半導体層のみを、他の積層された半導体層よりも少
なくとも１００倍以上のエッチング速度で選択的にエッ
チング除去できる選択エッチング方法、および／または
組成の異なる複数の半導体層を積層した半導体積層膜の
うちの所望の複数の半導体層のみをほぼ等速度でエッチ
ング除去できる等速エッチング方法、およびその装置な
らびにそれを用いて作製した半導体装置を提供すること
にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、基本的には、半導体からなる被エッチング
材料に、反応性ガス雰囲気下で光を照射してエッチング
する場合において、被エッチング材料である半導体結晶
表面のしきい温度を制御し、半導体結晶表面近傍の半導
体結晶の劣化を抑制しつつ最大のエッチング速度でエッ
チングを行うものである。本発明の目的を達成するため
に、具体的には特許請求の範囲に記載されているような
構成とするものである。すなわち、請求項１に記載のよ
うに、反応性ガス雰囲気のもとで、半導体からなる被エ
ッチング材料の表面に光を照射してエッチングする方法
において、上記被エッチング材料の表面温度を制御して
半導体表面近傍の半導体結晶の劣化を抑制しながら、最
大のエッチング速度で半導体のエッチングを行うもので
ある。また、請求項２に記載のように、請求項１におけ
る被エッチング材料は、組成の異なる複数の半導体層を
積層した半導体積層膜からなり、該半導体積層膜のうち
の所望の半導体層のみを選択的にエッチングする選択エ
ッチング条件と、上記半導体積層膜のうちの所望の複数
の半導体層をほぼ等速度でエッチングする等速エッチン
グ条件との切り換えを行い、かつ上記エッチング条件の
切り換えは、エッチング操作を中断することなく連続的
に行うものである。また、請求項３に記載のように、請
求項２における選択エッチング条件と等速エッチング条
件との切り換えは、下記の（数１）式に示される熱拡散
方程式により計算されるしきい表面温度を制御すること
によりエッチングを行うものである。
するために、基本的には、半導体からなる被エッチング
材料に、反応性ガス雰囲気下で光を照射してエッチング
する場合において、被エッチング材料である半導体結晶
表面のしきい温度を制御し、半導体結晶表面近傍の半導
体結晶の劣化を抑制しつつ最大のエッチング速度でエッ
チングを行うものである。本発明の目的を達成するため
に、具体的には特許請求の範囲に記載されているような
構成とするものである。すなわち、請求項１に記載のよ
うに、反応性ガス雰囲気のもとで、半導体からなる被エ
ッチング材料の表面に光を照射してエッチングする方法
において、上記被エッチング材料の表面温度を制御して
半導体表面近傍の半導体結晶の劣化を抑制しながら、最
大のエッチング速度で半導体のエッチングを行うもので
ある。また、請求項２に記載のように、請求項１におけ
る被エッチング材料は、組成の異なる複数の半導体層を
積層した半導体積層膜からなり、該半導体積層膜のうち
の所望の半導体層のみを選択的にエッチングする選択エ
ッチング条件と、上記半導体積層膜のうちの所望の複数
の半導体層をほぼ等速度でエッチングする等速エッチン
グ条件との切り換えを行い、かつ上記エッチング条件の
切り換えは、エッチング操作を中断することなく連続的
に行うものである。また、請求項３に記載のように、請
求項２における選択エッチング条件と等速エッチング条
件との切り換えは、下記の（数１）式に示される熱拡散
方程式により計算されるしきい表面温度を制御すること
によりエッチングを行うものである。
【０００６】
【数１】
【０００７】また、請求項４に記載のように、請求項１
ないし請求項３のいずれか１項のエッチング方法におい
て用いられる反応性ガスは、ハロゲンガス、またはハロ
ゲン元素を含む化合物ガス、またはハロゲンガスを含む
混合ガス、またはハロゲン元素を含む化合物ガスを含む
混合ガスのうちから選ばれる少なくとも１種の反応性ガ
スを用いるものである。また、請求項５に記載のよう
に、請求項１ないし請求項４のいずれか１項における反
応性ガスとして塩素ガスを用いるものである。また、請
求項６に記載のように、請求項１ないし請求項５のいず
れか１項のエッチング方法において、照射する光として
パルス光を用いるものである。また、請求項７に記載の
ように、請求項６におけるパルス光として、レーザパル
ス光を用いるものである。また、請求項８に記載のよう
に、請求項７におけるレーザパルス光として、波長が２
４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、もしくは波長が１９
３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いるものである。ま
た、請求項９に記載のように、請求項１ないし請求項８
のいずれか１項における被エッチング材料として、元素
の周期表III−Ｖ族化合物半導体からなる半導体積層膜
を用いるものである。また、請求項１０に記載のよう
に、請求項１ないし請求項９のいずれか１項における被
エッチング材料は、ＧａＡｓおよびＡｌ組成比xがゼロ
（０）より大きく１以下であるＡｌXＧａ1-XＡｓを含む
半導体積層膜からなり、該半導体積層膜の所望の半導体
層のみを選択的にエッチングする選択エッチング条件
は、上記ＧａＡｓのみを選択的にエッチングする選択エ
ッチング条件とし、上記半導体積層膜の所望の複数の半
導体層をほぼ等速度でエッチングする等速エッチング条
件は、上記ＧａＡｓおよびＡｌ組成比xがゼロ（０）よ
り大きく１以下である ＡｌXＧａ1-XＡｓを等速度でエッチングする等速エッチ
ング条件として、それぞれエッチングを行うものであ
る。また、請求項１１に記載のように、請求項１ないし
請求項９のいずれか１項における被エッチング材料は、
ＧａＡｓおよびＡｌ組成比xがゼロ（０）より大きく１
以下であるＡｌXＧａ1-XＡｓを含む半導体積層膜からな
り、該半導体積層膜の所望の半導体層のみを選択的にエ
ッチングする選択エッチング条件は、Ａｌ組成比xがゼ
ロ（０）より大きく１以下であるＡｌXＧａ1-XＡｓのみ
を選択的にエッチングするエッチング条件とし、上記半
導体積層膜の所望の複数の半導体層を等速度でエッチン
グする等速エッチング条件は、ＧａＡｓおよびＡｌ組成
比xがゼロ（０）より大きく１以下であるＡｌXＧａ1-X
Ａｓを等速度でエッチングする等速エッチング条件とし
てエッチングを行うものである。さらに、請求項１２に
記載のように、請求項１における被エッチング材料は、
組成の異なる半導体層が積層された半導体積層膜からな
り、該半導体積層膜のうちの所望の半導体層のみを選択
的にエッチングする選択エッチング条件を用いてエッチ
ングを行う方法である。また、請求項１３に記載のよう
に、請求項１２における選択エッチング条件は、請求項
３における（数１）式に示される熱拡散方程式により計
算されるしきい表面温度を用いて制御することによりエ
ッチングを行う方法である。また。請求項１４に記載の
ように、請求項１２または請求項１３における反応性ガ
スは、ハロゲンガス、またはハロゲン元素を含む化合物
ガス、またはハロゲンガスを含む混合ガス、またはハロ
ゲン元素を含む化合物ガスを含む混合ガスのうちから選
ばれる少なくとも１種の反応性ガスを用いるものであ
る。また、請求項１５に記載のように、請求項１２ない
し請求項１４のいずれか１項における反応性ガスとし
て、塩素ガスを用いるものである。また、請求項１６に
記載のように、請求項１２ないし請求項１５のいずれか
１項において、照射する光はパルス光を用いるものであ
る。また、請求項１７に記載のように、請求項１６にお
けるパルス光として、レーザパルス光を用いるものであ
る。また、請求項１８に記載のように、請求項１７にお
けるレーザパルス光は、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキ
シマレーザ、もしくは波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシ
マレーザを用いるものである。また、請求項１９に記載
のように、請求項１２ないし請求項１８のいずれか１項
における被エッチング材料は、III-Ｖ族化合物半導体か
らなる半導体積層膜を用いるものである。また、請求項
２０に記載のように、請求項１２ないし請求項１９のい
ずれか１項における半導体積層膜は、ＧａＡｓおよびＡ
ｌ組成比xがゼロ（０）より大きく１以下であるＡｌXＧ
ａ1-XＡｓを含み、選択的にエッチングする半導体層を
ＧａＡｓとするものである。また、請求項２１に記載の
ように、請求項１２ないし請求項２０のいずれか１項に
おいて、照射する光のパワーは４ｍＪ／ｃｍ2以上、１
９ｍＪ／ｃｍ2以下とするものである。さらに、請求項
２２に記載のように、請求項１における被エッチング材
料は、組成の異なる半導体層が積層された半導体積層膜
からなり、該半導体積層膜のうちの所望の複数の半導体
層のエッチング速度をほぼ等速度でエッチングする等速
エッチング条件を用いてエッチングを行うものである。
また、請求項２３に記載のように、請求項２２における
等速エッチング条件は、請求項３の（数１）式に示され
る熱拡散方程式により計算されるしきい表面温度を用い
て制御することによりエッチングを行うものである。ま
た請求項２４に記載のように、請求項２２または請求項
２３における反応性ガスは、ハロゲンガス、ハロゲン元
素を含む化合物ガス、ハロゲンガスを含む混合ガス、ハ
ロゲン元素を含む化合物ガスを含む混合ガスのうちから
選ばれる少なくとも１種の反応性ガスを用いるものであ
る。また、請求項２５に記載のように、請求項２２ない
し請求項２４のいずれか１項における反応性ガスとし
て、塩素ガスを用いるものである。また、請求項２６に
記載のように、請求項２２ないし請求項２５のいずれか
１項において、照射する光はパルス光を用いるものであ
る。また、請求項２７に記載のように、請求項２６にお
けるパルス光は、レーザパルス光を用いるものである。
また、請求項２８に記載のように、請求項２７における
レーザパルス光として、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキ
シマレーザ、もしくは波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシ
マレーザを用いるものである。また、請求項２９に記載
のように、請求項２２ないし請求項２８のいずれか１項
における被エッチング材料は、III−Ｖ族化合物半導体
からなる半導体積層膜を用いるものである。また、請求
項３０に記載のように、請求項２２ないし請求項２９の
いずれか１項における被エッチング材料である半導体積
層膜は、ＧａＡｓおよびＡｌ組成比xが０より大で１以
下であるＡｌXＧａ1-XＡｓを含み、エッチング速度をほ
ぼ等速度とする等速エッチング条件は、ＧａＡｓとＡｌ
組成比xが０より大で１以下であるＡｌXＧａ1-XＡｓを
等速度でエッチングする等速エッチング条件とするもの
である。また、請求項３１に記載のように、請求項１な
いし請求項３０のいずれか１項において、照射する光の
パワーは１９ｍＪ／ｃｍ2以上、３７ｍＪ／ｃｍ2以下と
するものである。
ないし請求項３のいずれか１項のエッチング方法におい
て用いられる反応性ガスは、ハロゲンガス、またはハロ
ゲン元素を含む化合物ガス、またはハロゲンガスを含む
混合ガス、またはハロゲン元素を含む化合物ガスを含む
混合ガスのうちから選ばれる少なくとも１種の反応性ガ
スを用いるものである。また、請求項５に記載のよう
に、請求項１ないし請求項４のいずれか１項における反
応性ガスとして塩素ガスを用いるものである。また、請
求項６に記載のように、請求項１ないし請求項５のいず
れか１項のエッチング方法において、照射する光として
パルス光を用いるものである。また、請求項７に記載の
ように、請求項６におけるパルス光として、レーザパル
ス光を用いるものである。また、請求項８に記載のよう
に、請求項７におけるレーザパルス光として、波長が２
４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、もしくは波長が１９
３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いるものである。ま
た、請求項９に記載のように、請求項１ないし請求項８
のいずれか１項における被エッチング材料として、元素
の周期表III−Ｖ族化合物半導体からなる半導体積層膜
を用いるものである。また、請求項１０に記載のよう
に、請求項１ないし請求項９のいずれか１項における被
エッチング材料は、ＧａＡｓおよびＡｌ組成比xがゼロ
（０）より大きく１以下であるＡｌXＧａ1-XＡｓを含む
半導体積層膜からなり、該半導体積層膜の所望の半導体
層のみを選択的にエッチングする選択エッチング条件
は、上記ＧａＡｓのみを選択的にエッチングする選択エ
ッチング条件とし、上記半導体積層膜の所望の複数の半
導体層をほぼ等速度でエッチングする等速エッチング条
件は、上記ＧａＡｓおよびＡｌ組成比xがゼロ（０）よ
り大きく１以下である ＡｌXＧａ1-XＡｓを等速度でエッチングする等速エッチ
ング条件として、それぞれエッチングを行うものであ
る。また、請求項１１に記載のように、請求項１ないし
請求項９のいずれか１項における被エッチング材料は、
ＧａＡｓおよびＡｌ組成比xがゼロ（０）より大きく１
以下であるＡｌXＧａ1-XＡｓを含む半導体積層膜からな
り、該半導体積層膜の所望の半導体層のみを選択的にエ
ッチングする選択エッチング条件は、Ａｌ組成比xがゼ
ロ（０）より大きく１以下であるＡｌXＧａ1-XＡｓのみ
を選択的にエッチングするエッチング条件とし、上記半
導体積層膜の所望の複数の半導体層を等速度でエッチン
グする等速エッチング条件は、ＧａＡｓおよびＡｌ組成
比xがゼロ（０）より大きく１以下であるＡｌXＧａ1-X
Ａｓを等速度でエッチングする等速エッチング条件とし
てエッチングを行うものである。さらに、請求項１２に
記載のように、請求項１における被エッチング材料は、
組成の異なる半導体層が積層された半導体積層膜からな
り、該半導体積層膜のうちの所望の半導体層のみを選択
的にエッチングする選択エッチング条件を用いてエッチ
ングを行う方法である。また、請求項１３に記載のよう
に、請求項１２における選択エッチング条件は、請求項
３における（数１）式に示される熱拡散方程式により計
算されるしきい表面温度を用いて制御することによりエ
ッチングを行う方法である。また。請求項１４に記載の
ように、請求項１２または請求項１３における反応性ガ
スは、ハロゲンガス、またはハロゲン元素を含む化合物
ガス、またはハロゲンガスを含む混合ガス、またはハロ
ゲン元素を含む化合物ガスを含む混合ガスのうちから選
ばれる少なくとも１種の反応性ガスを用いるものであ
る。また、請求項１５に記載のように、請求項１２ない
し請求項１４のいずれか１項における反応性ガスとし
て、塩素ガスを用いるものである。また、請求項１６に
記載のように、請求項１２ないし請求項１５のいずれか
１項において、照射する光はパルス光を用いるものであ
る。また、請求項１７に記載のように、請求項１６にお
けるパルス光として、レーザパルス光を用いるものであ
る。また、請求項１８に記載のように、請求項１７にお
けるレーザパルス光は、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキ
シマレーザ、もしくは波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシ
マレーザを用いるものである。また、請求項１９に記載
のように、請求項１２ないし請求項１８のいずれか１項
における被エッチング材料は、III-Ｖ族化合物半導体か
らなる半導体積層膜を用いるものである。また、請求項
２０に記載のように、請求項１２ないし請求項１９のい
ずれか１項における半導体積層膜は、ＧａＡｓおよびＡ
ｌ組成比xがゼロ（０）より大きく１以下であるＡｌXＧ
ａ1-XＡｓを含み、選択的にエッチングする半導体層を
ＧａＡｓとするものである。また、請求項２１に記載の
ように、請求項１２ないし請求項２０のいずれか１項に
おいて、照射する光のパワーは４ｍＪ／ｃｍ2以上、１
９ｍＪ／ｃｍ2以下とするものである。さらに、請求項
２２に記載のように、請求項１における被エッチング材
料は、組成の異なる半導体層が積層された半導体積層膜
からなり、該半導体積層膜のうちの所望の複数の半導体
層のエッチング速度をほぼ等速度でエッチングする等速
エッチング条件を用いてエッチングを行うものである。
また、請求項２３に記載のように、請求項２２における
等速エッチング条件は、請求項３の（数１）式に示され
る熱拡散方程式により計算されるしきい表面温度を用い
て制御することによりエッチングを行うものである。ま
た請求項２４に記載のように、請求項２２または請求項
２３における反応性ガスは、ハロゲンガス、ハロゲン元
素を含む化合物ガス、ハロゲンガスを含む混合ガス、ハ
ロゲン元素を含む化合物ガスを含む混合ガスのうちから
選ばれる少なくとも１種の反応性ガスを用いるものであ
る。また、請求項２５に記載のように、請求項２２ない
し請求項２４のいずれか１項における反応性ガスとし
て、塩素ガスを用いるものである。また、請求項２６に
記載のように、請求項２２ないし請求項２５のいずれか
１項において、照射する光はパルス光を用いるものであ
る。また、請求項２７に記載のように、請求項２６にお
けるパルス光は、レーザパルス光を用いるものである。
また、請求項２８に記載のように、請求項２７における
レーザパルス光として、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキ
シマレーザ、もしくは波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシ
マレーザを用いるものである。また、請求項２９に記載
のように、請求項２２ないし請求項２８のいずれか１項
における被エッチング材料は、III−Ｖ族化合物半導体
からなる半導体積層膜を用いるものである。また、請求
項３０に記載のように、請求項２２ないし請求項２９の
いずれか１項における被エッチング材料である半導体積
層膜は、ＧａＡｓおよびＡｌ組成比xが０より大で１以
下であるＡｌXＧａ1-XＡｓを含み、エッチング速度をほ
ぼ等速度とする等速エッチング条件は、ＧａＡｓとＡｌ
組成比xが０より大で１以下であるＡｌXＧａ1-XＡｓを
等速度でエッチングする等速エッチング条件とするもの
である。また、請求項３１に記載のように、請求項１な
いし請求項３０のいずれか１項において、照射する光の
パワーは１９ｍＪ／ｃｍ2以上、３７ｍＪ／ｃｍ2以下と
するものである。
【０００８】さらに、本発明は、請求項３２に記載のよ
うに、請求項１ないし請求項３１のいずれか１項に記載
のエッチング方法により、半導体からなる被エッチング
材料の所望の領域の半導体を除去するエッチングを行う
エッチング装置であって、真空排気手段と、反応ガス供
給手段と、光を照射する光源および光学系と、基板ホル
ダ上の被エッチング材料に光を照射する光透過窓と、被
エッチング材料の温度を感知する温度モニタと、感知し
た温度から所望の温度に制御するために光源および光学
系にフィードバックして被エッチング材料の温度を制御
する温度制御手段を少なくとも備えたエッチング装置で
ある。また、請求項３３に記載のように、請求項３２に
おいて、光を照射する光源はレーザ光を発振するレーザ
装置であり、光学系には、少なくとも光量調節用アッテ
ネータ、光量分布均一化用のホモジナイザ、光量調節お
よび光量分布均一化後の光を所望の面積に拡大もしくは
縮小するためのレンズを有し、エッチング中に光量、光
量分布を調整し温度制御する手段を少なくとも設けたエ
ッチング装置である。さらに、請求項３４に記載のよう
に、請求項３２および請求項３３に記載のエッチング装
置を少なくとも用い、請求項１ないし請求項３１のいず
れか１項に記載のエッチング方法により、被エッチング
材料である組成の異なる半導体層が積層された半導体積
層膜の所望の領域の半導体を上記半導体積層膜の一主面
側から除去するエッチング工程を少なくとも用いて作製
した半導体装置である。また、請求項３５に記載のよう
に、請求項３４において作製した半導体装置は、電界効
果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）
であり、また、請求項３６に記載のように、請求項３５
において作製した電界効果トランジスタは、接合型電界
効果トランジスタ（ＪＦＥＴ：Junction ＦＥＴ）であ
り、また、請求項３７に記載のように、請求項３５にお
いて作製した電界効果トランジスタは、高電子移動度ト
ランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Trans
istor）である。また、請求項３８に記載のように、請
求項３４において作製した半導体装置は、バイポーラト
ランジスタ（Bipolar Transistor）であり、また、請求
項３９に記載のように、請求項３４において作製した半
導体装置は、ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ（Ｈ
ＢＴ：Heterojunction Bipolar Transistor）である。
うに、請求項１ないし請求項３１のいずれか１項に記載
のエッチング方法により、半導体からなる被エッチング
材料の所望の領域の半導体を除去するエッチングを行う
エッチング装置であって、真空排気手段と、反応ガス供
給手段と、光を照射する光源および光学系と、基板ホル
ダ上の被エッチング材料に光を照射する光透過窓と、被
エッチング材料の温度を感知する温度モニタと、感知し
た温度から所望の温度に制御するために光源および光学
系にフィードバックして被エッチング材料の温度を制御
する温度制御手段を少なくとも備えたエッチング装置で
ある。また、請求項３３に記載のように、請求項３２に
おいて、光を照射する光源はレーザ光を発振するレーザ
装置であり、光学系には、少なくとも光量調節用アッテ
ネータ、光量分布均一化用のホモジナイザ、光量調節お
よび光量分布均一化後の光を所望の面積に拡大もしくは
縮小するためのレンズを有し、エッチング中に光量、光
量分布を調整し温度制御する手段を少なくとも設けたエ
ッチング装置である。さらに、請求項３４に記載のよう
に、請求項３２および請求項３３に記載のエッチング装
置を少なくとも用い、請求項１ないし請求項３１のいず
れか１項に記載のエッチング方法により、被エッチング
材料である組成の異なる半導体層が積層された半導体積
層膜の所望の領域の半導体を上記半導体積層膜の一主面
側から除去するエッチング工程を少なくとも用いて作製
した半導体装置である。また、請求項３５に記載のよう
に、請求項３４において作製した半導体装置は、電界効
果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）
であり、また、請求項３６に記載のように、請求項３５
において作製した電界効果トランジスタは、接合型電界
効果トランジスタ（ＪＦＥＴ：Junction ＦＥＴ）であ
り、また、請求項３７に記載のように、請求項３５にお
いて作製した電界効果トランジスタは、高電子移動度ト
ランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Trans
istor）である。また、請求項３８に記載のように、請
求項３４において作製した半導体装置は、バイポーラト
ランジスタ（Bipolar Transistor）であり、また、請求
項３９に記載のように、請求項３４において作製した半
導体装置は、ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ（Ｈ
ＢＴ：Heterojunction Bipolar Transistor）である。
【０００９】
【作用】本発明のエッチング方法は、請求項１に記載の
ように、反応性ガス雰囲気のもとで、半導体からなる被
エッチング材料の表面に光を照射してエッチングする方
法において、被エッチング材料の表面温度を制御して半
導体表面近傍の半導体結晶の劣化を抑制しながら、最大
のエッチング速度で半導体のエッチングを行う方法であ
るため、半導体結晶の劣化が極めて少なく、所望する深
さおよび形状にエッチングすることができるので、特性
の良好な各種の半導体デバイスを容易に作製することが
できると共に、製品の歩留まりを著しく向上させること
ができる。また、請求項２に記載のように、被エッチン
グ材料として、組成の異なる複数の半導体層を積層した
半導体積層膜のうちの所望の半導体層のみを選択的にエ
ッチングする選択エッチング条件と、半導体積層膜のう
ちの所望の複数の半導体層をほぼ等速度でエッチングす
る等速エッチング条件との切り換えを、エッチング操作
を中断することなく連続的に行うことができるので、極
めて速い速度で効率よくエッチングを行うことが可能と
なる。また、請求項３に記載のように、選択エッチング
条件と等速エッチング条件との切り換えを、（数１）式
に示される熱拡散方程式により計算されるしきい表面温
度を制御してエッチングを行うため、エッチング温度を
適正に精度よく制御することができ、エッチング能率の
向上がはかられる。ここで、本発明のエッチング方法の
作用について、データを用いて説明する。例えば、図２
（ａ）に示すようなＧａＡｓを材料とした半導体膜、お
よび図２（ｂ）に示すようなＧａＡｓとＡｌXＧａX-1Ａ
ｓ（ここで、Ａｌ組成比xを０．３とした）を材料とし
た半導体積層膜〔ここで、図２（ｂ）の半導体積層膜の
最上層にあるＧａＡｓは、ＡｌXＧａX-1Ａｓが表面に曝
されてＡｌ酸化膜が形成されるのを防止する作用をす
る〕を被エッチング材料とし、塩素ガスを反応性ガスと
し、ＫｒＦエキシマレーザを光源として、それぞれのエ
ッチング速度を測定し、〔ＧａＡｓエッチング速度〕／
〔ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ａｌ組成比x＝０．３）エッチン
グ速度〕で示される速度比率（以下、ＧａＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓ選択比と言い、Ａｌ組成比xを省略する）、すな
わちＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比を算出し、これと、
請求項３の（数１）式で示される熱拡散方程式により計
算されるしきい表面温度との関係を、図３の特性線３０
１に示す。〔ここで、ＧａＡｓとＡｌXＧａX-1Ａｓ（Ａ
ｌ組成比x＝０．３）とは、材料組成が異なるために
（数１）式中の各変数も異なった値となり、温度も異な
ってくるが、この温度の差は温度測定の誤差範囲内にあ
るためＧａＡｓの場合の温度に等しいとした〕。図３に
示されるように、しきい表面温度が約３３０Ｋから約３
７０Ｋの間では、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比が１０
より大きくなるのでＧａＡｓを選択的にエッチングする
ことができ、約３８０Ｋから約４４０Ｋの間では、Ｇａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比が１に近くなるのでＧａＡｓ
とＡｌXＧａX-1Ａｓ（Ａｌ組成比x＝０．３）とをほぼ
等速度でエッチングすることができ、約４６０Ｋから約
５７０Ｋの間では、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比が１
より小さくなるので、ＡｌXＧａX-1Ａｓ（Ａｌ組成比x
＝０．３）を選択的にエッチングすることができる〔た
だし、しきい表面温度は初期温度を３００Ｋとして算出
した）。上記のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比と、被エ
ッチング材料に照射されるレーザパワーとの関係を、図
４の特性線４０１に示す。しきい表面温度とレーザパワ
ーとはほぼ線形の関係にあるので、図３の特性線３０１
と、図４の特性線４０１とは、ほぼ同じ様相を示してい
る。図４に示されるように、本発明のエッチング方法に
よれば、請求項５に記載のように、塩素ガスのみを反応
性ガスとして用いても、 （１）ＧａＡｓのみをエッチングする。 （２）ＧａＡｓとＡｌXＧａX-1Ａｓ（Ａｌ組成比x＝
０．３）とを、ほぼ等速度でエッチングする。 （３）ＡｌXＧａX-1Ａｓ（Ａｌ組成比x＝０．３）のみ
をエッチングする。 という３種類のエッチング条件のうちの所望のエッチン
グを、レーザパワーを調整し制御するだけで行えること
が分かる。また、請求項４に記載のように、本発明のエ
ッチング方法において用いられる反応性ガスは、ハロゲ
ンガス、またはハロゲン元素を含む化合物ガス、または
ハロゲンガスを含む混合ガス、またはハロゲン元素を含
む化合物ガスを含む混合ガスのうちから選ばれる少なく
とも１種の反応性ガスを用いることができ、多種類の半
導体積層膜に適合したエッチング用の反応性ガスを選定
することができるのでエッチング効率が向上する。ま
た、本発明のエッチング方法において、請求項６に記載
のように、照射する光は、パルス光を用いることが被エ
ッチング材の表面温度を制御するうえで好ましく、請求
項７に記載のように、パルス光として、レーザパルス光
を用いることがより好ましく、また、請求項８に記載の
ように、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、も
しくは波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用い
ることが、エッチング効率およびエッチング温度の制御
性を向上するうえで最も好ましい。また、本発明のエッ
チング方法を適用するのに好ましい被エッチング材料と
して、例えば請求項９に記載のように、元素の周期表II
I−Ｖ族化合物半導体からなる半導体積層膜が挙げられ
る。また、具体的には、請求項１０に記載のように、Ｇ
ａＡｓおよびＡｌ組成比xがゼロ（０）より大きく１以
下であるＡｌXＧａ1-XＡｓを含む半導体積層膜からな
り、該半導体積層膜の所望の半導体層のみを選択的にエ
ッチングする選択エッチング条件を、上記ＧａＡｓのみ
を選択的にエッチングする選択エッチング条件とし、上
記半導体積層膜の所望の複数の半導体層をほぼ等速度で
エッチングする等速エッチング条件を、上記ＧａＡｓお
よびＡｌ組成比xがゼロ（０）より大きく１以下である
ＡｌXＧａ1-XＡｓを等速度でエッチングする等速エッチ
ング条件として、それぞれエッチングを行うことによ
り、最大のエッチング速度で、半導体結晶の劣化を抑制
した特性の良好な半導体デバイスが得られる。また、請
求項１１に記載のように、被エッチング材料は、 Ｇａ
ＡｓおよびＡｌ組成比xがゼロ（０）より大きく１以下
であるＡｌXＧａ1-XＡｓを含む半導体積層膜からなり、
該半導体積層膜の所望の半導体層のみを選択的にエッチ
ングする選択エッチング条件を、Ａｌ組成比xがゼロ
（０）より大きく１以下であるＡｌXＧａ1-XＡｓのみを
選択的にエッチングするエッチング条件とし、上記半導
体積層膜の所望の複数の半導体層を等速度でエッチング
する等速エッチング条件を、ＧａＡｓおよびＡｌ組成比
xがゼロ（０）より大きく１以下であるＡｌXＧａ1-XＡ
ｓを等速度でエッチングする等速エッチング条件として
エッチングを行うことにより、最大のエッチング速度
で、しかも半導体結晶の劣化を抑制して、所望の形状、
深さのエッチングを行うことができ、特性ならびに品質
の良好な半導体デバイスを作製することができると共
に、製品の歩留まりが向上する。さらに、本発明のエッ
チング方法は、請求項１２ないし請求項２１において、
組成の異なる半導体層が積層された半導体積層膜のうち
の所望の半導体層のみを選択的にエッチングする選択エ
ッチング条件を規定するものであって、半導体結晶の劣
化を抑制しつつ、極めて速い速度で効率よくエッチング
を行うことができる。さらに、本発明のエッチング方法
は、請求項２２ないし請求項３１において、組成の異な
る半導体層が積層された半導体積層膜のうちの所望の複
数の半導体層のエッチング速度をほぼ等速度でエッチン
グする等速エッチング条件を規定するものであって、最
大のエッチング速度で、半導体結晶を劣化させることな
く、所望の形状、深さにエッチングすることができる。
さらに、本発明は、請求項３２に記載のように、半導体
からなる被エッチング材料の所望の領域の半導体を除去
するエッチングを行うエッチング装置であって、特に、
被エッチング材料の温度を感知する温度モニタと、感知
した温度から所望の温度に制御するために光源および光
学系にフィードバックして被エッチング材料の温度を制
御する温度制御手段を少なくとも備えるものであり、さ
らに具体的には、請求項３３に記載のように、光を照射
する光源はレーザ光を発振するレーザ装置であり、光学
系には、少なくとも光量調節用アッテネータ、光量分布
均一化用のホモジナイザ、光量調節および光量分布均一
化後の光を所望の面積に拡大もしくは縮小するためのレ
ンズを有し、エッチング中に光量、光量分布を調整し温
度制御する手段を少なくとも備えたエッチング装置とす
るものであり、このような装置構成とすることにより、
被エッチング材料のしきい表面温度を精密に制御するこ
とができ、半導体結晶を劣化させることなく、最大のエ
ッチング速度で、極めて効果的に所望の形状、深さにエ
ッチングすることが可能となり、高性能の半導体装置を
容易に、歩留まりよく作製することができる。さらに、
本発明は、請求項３４ないし請求項３９に記載のよう
に、被エッチング材料である組成の異なる半導体層が積
層された半導体積層膜の所望の領域の半導体を、上記半
導体積層膜の一主面側から除去するエッチング工程を少
なくとも用いて作製した高品質、高性能の半導体装置に
関するものであって、例えば、作製する半導体装置とし
て、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Tra
nsistor）、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ：J
unction ＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭ
Ｔ：High Electron Mobility Transistor）、バイポー
ラトランジスタ（Bipolar Transistor）およびヘテロ接
合型バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Heterojunction
Bipolar Transistor）等が挙げられる。
ように、反応性ガス雰囲気のもとで、半導体からなる被
エッチング材料の表面に光を照射してエッチングする方
法において、被エッチング材料の表面温度を制御して半
導体表面近傍の半導体結晶の劣化を抑制しながら、最大
のエッチング速度で半導体のエッチングを行う方法であ
るため、半導体結晶の劣化が極めて少なく、所望する深
さおよび形状にエッチングすることができるので、特性
の良好な各種の半導体デバイスを容易に作製することが
できると共に、製品の歩留まりを著しく向上させること
ができる。また、請求項２に記載のように、被エッチン
グ材料として、組成の異なる複数の半導体層を積層した
半導体積層膜のうちの所望の半導体層のみを選択的にエ
ッチングする選択エッチング条件と、半導体積層膜のう
ちの所望の複数の半導体層をほぼ等速度でエッチングす
る等速エッチング条件との切り換えを、エッチング操作
を中断することなく連続的に行うことができるので、極
めて速い速度で効率よくエッチングを行うことが可能と
なる。また、請求項３に記載のように、選択エッチング
条件と等速エッチング条件との切り換えを、（数１）式
に示される熱拡散方程式により計算されるしきい表面温
度を制御してエッチングを行うため、エッチング温度を
適正に精度よく制御することができ、エッチング能率の
向上がはかられる。ここで、本発明のエッチング方法の
作用について、データを用いて説明する。例えば、図２
（ａ）に示すようなＧａＡｓを材料とした半導体膜、お
よび図２（ｂ）に示すようなＧａＡｓとＡｌXＧａX-1Ａ
ｓ（ここで、Ａｌ組成比xを０．３とした）を材料とし
た半導体積層膜〔ここで、図２（ｂ）の半導体積層膜の
最上層にあるＧａＡｓは、ＡｌXＧａX-1Ａｓが表面に曝
されてＡｌ酸化膜が形成されるのを防止する作用をす
る〕を被エッチング材料とし、塩素ガスを反応性ガスと
し、ＫｒＦエキシマレーザを光源として、それぞれのエ
ッチング速度を測定し、〔ＧａＡｓエッチング速度〕／
〔ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ａｌ組成比x＝０．３）エッチン
グ速度〕で示される速度比率（以下、ＧａＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓ選択比と言い、Ａｌ組成比xを省略する）、すな
わちＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比を算出し、これと、
請求項３の（数１）式で示される熱拡散方程式により計
算されるしきい表面温度との関係を、図３の特性線３０
１に示す。〔ここで、ＧａＡｓとＡｌXＧａX-1Ａｓ（Ａ
ｌ組成比x＝０．３）とは、材料組成が異なるために
（数１）式中の各変数も異なった値となり、温度も異な
ってくるが、この温度の差は温度測定の誤差範囲内にあ
るためＧａＡｓの場合の温度に等しいとした〕。図３に
示されるように、しきい表面温度が約３３０Ｋから約３
７０Ｋの間では、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比が１０
より大きくなるのでＧａＡｓを選択的にエッチングする
ことができ、約３８０Ｋから約４４０Ｋの間では、Ｇａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比が１に近くなるのでＧａＡｓ
とＡｌXＧａX-1Ａｓ（Ａｌ組成比x＝０．３）とをほぼ
等速度でエッチングすることができ、約４６０Ｋから約
５７０Ｋの間では、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比が１
より小さくなるので、ＡｌXＧａX-1Ａｓ（Ａｌ組成比x
＝０．３）を選択的にエッチングすることができる〔た
だし、しきい表面温度は初期温度を３００Ｋとして算出
した）。上記のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比と、被エ
ッチング材料に照射されるレーザパワーとの関係を、図
４の特性線４０１に示す。しきい表面温度とレーザパワ
ーとはほぼ線形の関係にあるので、図３の特性線３０１
と、図４の特性線４０１とは、ほぼ同じ様相を示してい
る。図４に示されるように、本発明のエッチング方法に
よれば、請求項５に記載のように、塩素ガスのみを反応
性ガスとして用いても、 （１）ＧａＡｓのみをエッチングする。 （２）ＧａＡｓとＡｌXＧａX-1Ａｓ（Ａｌ組成比x＝
０．３）とを、ほぼ等速度でエッチングする。 （３）ＡｌXＧａX-1Ａｓ（Ａｌ組成比x＝０．３）のみ
をエッチングする。 という３種類のエッチング条件のうちの所望のエッチン
グを、レーザパワーを調整し制御するだけで行えること
が分かる。また、請求項４に記載のように、本発明のエ
ッチング方法において用いられる反応性ガスは、ハロゲ
ンガス、またはハロゲン元素を含む化合物ガス、または
ハロゲンガスを含む混合ガス、またはハロゲン元素を含
む化合物ガスを含む混合ガスのうちから選ばれる少なく
とも１種の反応性ガスを用いることができ、多種類の半
導体積層膜に適合したエッチング用の反応性ガスを選定
することができるのでエッチング効率が向上する。ま
た、本発明のエッチング方法において、請求項６に記載
のように、照射する光は、パルス光を用いることが被エ
ッチング材の表面温度を制御するうえで好ましく、請求
項７に記載のように、パルス光として、レーザパルス光
を用いることがより好ましく、また、請求項８に記載の
ように、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、も
しくは波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用い
ることが、エッチング効率およびエッチング温度の制御
性を向上するうえで最も好ましい。また、本発明のエッ
チング方法を適用するのに好ましい被エッチング材料と
して、例えば請求項９に記載のように、元素の周期表II
I−Ｖ族化合物半導体からなる半導体積層膜が挙げられ
る。また、具体的には、請求項１０に記載のように、Ｇ
ａＡｓおよびＡｌ組成比xがゼロ（０）より大きく１以
下であるＡｌXＧａ1-XＡｓを含む半導体積層膜からな
り、該半導体積層膜の所望の半導体層のみを選択的にエ
ッチングする選択エッチング条件を、上記ＧａＡｓのみ
を選択的にエッチングする選択エッチング条件とし、上
記半導体積層膜の所望の複数の半導体層をほぼ等速度で
エッチングする等速エッチング条件を、上記ＧａＡｓお
よびＡｌ組成比xがゼロ（０）より大きく１以下である
ＡｌXＧａ1-XＡｓを等速度でエッチングする等速エッチ
ング条件として、それぞれエッチングを行うことによ
り、最大のエッチング速度で、半導体結晶の劣化を抑制
した特性の良好な半導体デバイスが得られる。また、請
求項１１に記載のように、被エッチング材料は、 Ｇａ
ＡｓおよびＡｌ組成比xがゼロ（０）より大きく１以下
であるＡｌXＧａ1-XＡｓを含む半導体積層膜からなり、
該半導体積層膜の所望の半導体層のみを選択的にエッチ
ングする選択エッチング条件を、Ａｌ組成比xがゼロ
（０）より大きく１以下であるＡｌXＧａ1-XＡｓのみを
選択的にエッチングするエッチング条件とし、上記半導
体積層膜の所望の複数の半導体層を等速度でエッチング
する等速エッチング条件を、ＧａＡｓおよびＡｌ組成比
xがゼロ（０）より大きく１以下であるＡｌXＧａ1-XＡ
ｓを等速度でエッチングする等速エッチング条件として
エッチングを行うことにより、最大のエッチング速度
で、しかも半導体結晶の劣化を抑制して、所望の形状、
深さのエッチングを行うことができ、特性ならびに品質
の良好な半導体デバイスを作製することができると共
に、製品の歩留まりが向上する。さらに、本発明のエッ
チング方法は、請求項１２ないし請求項２１において、
組成の異なる半導体層が積層された半導体積層膜のうち
の所望の半導体層のみを選択的にエッチングする選択エ
ッチング条件を規定するものであって、半導体結晶の劣
化を抑制しつつ、極めて速い速度で効率よくエッチング
を行うことができる。さらに、本発明のエッチング方法
は、請求項２２ないし請求項３１において、組成の異な
る半導体層が積層された半導体積層膜のうちの所望の複
数の半導体層のエッチング速度をほぼ等速度でエッチン
グする等速エッチング条件を規定するものであって、最
大のエッチング速度で、半導体結晶を劣化させることな
く、所望の形状、深さにエッチングすることができる。
さらに、本発明は、請求項３２に記載のように、半導体
からなる被エッチング材料の所望の領域の半導体を除去
するエッチングを行うエッチング装置であって、特に、
被エッチング材料の温度を感知する温度モニタと、感知
した温度から所望の温度に制御するために光源および光
学系にフィードバックして被エッチング材料の温度を制
御する温度制御手段を少なくとも備えるものであり、さ
らに具体的には、請求項３３に記載のように、光を照射
する光源はレーザ光を発振するレーザ装置であり、光学
系には、少なくとも光量調節用アッテネータ、光量分布
均一化用のホモジナイザ、光量調節および光量分布均一
化後の光を所望の面積に拡大もしくは縮小するためのレ
ンズを有し、エッチング中に光量、光量分布を調整し温
度制御する手段を少なくとも備えたエッチング装置とす
るものであり、このような装置構成とすることにより、
被エッチング材料のしきい表面温度を精密に制御するこ
とができ、半導体結晶を劣化させることなく、最大のエ
ッチング速度で、極めて効果的に所望の形状、深さにエ
ッチングすることが可能となり、高性能の半導体装置を
容易に、歩留まりよく作製することができる。さらに、
本発明は、請求項３４ないし請求項３９に記載のよう
に、被エッチング材料である組成の異なる半導体層が積
層された半導体積層膜の所望の領域の半導体を、上記半
導体積層膜の一主面側から除去するエッチング工程を少
なくとも用いて作製した高品質、高性能の半導体装置に
関するものであって、例えば、作製する半導体装置とし
て、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Tra
nsistor）、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ：J
unction ＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭ
Ｔ：High Electron Mobility Transistor）、バイポー
ラトランジスタ（Bipolar Transistor）およびヘテロ接
合型バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Heterojunction
Bipolar Transistor）等が挙げられる。
【００１０】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。 〈実施例１〉図１（ａ）は、本発明のエッチング方法を
実施するエッチング装置の構成の一例を示す模式図であ
る。図において、被エッチング材料となる半導体ウエハ
１０１は、ウエハホルダ１０２に装着され、真空ポンプ
１０３で排気して、少なくとも１０~4Ｐａ以下の真空度
に達した真空槽１０４中に設置される。上記半導体ウエ
ハ１０１は、真空ポンプ１２２によって、上記真空槽１
０４と同程度の真空度に達することのできる副真空槽１
２１を介して、真空槽１０４に搬入および搬出される。
真空槽１０４には、バリアブルリークバルブ１０５が設
けられており、ここから反応性ガス１０６が、ガスボン
ベ１０７から真空槽１０４に連続的に導入される。反応
性ガス１０６は、後述するレーザ装置１１１から発振さ
れるレーザ光に同期させて、パルス的に導入してもよ
い。本実施例では、ガスボンベ１０７の数を２本として
いるが、特に２本である必要はなく、他の本数であって
もよい。また本実施例では、反応性ガス１０６を、ガス
ボンベ１０７の本数と同じ本数の導入管を用いて真空槽
１０４に導入しているが、真空槽１０４に導入する手前
で、１本もしくはガスボンベ１０７の数よりも少ない本
数の導入管にまとめて導入してもよい。レーザ光１１０
は、レーザ装置１１１から発振され、光学系１１２を通
り、真空槽１０４内の半導体ウエハ１０１に、窓１０８
を通して照射される。光学系１１２には、少なくとも光
量調節用のアッテネータ、光量分布均一化用のホモジナ
イザ、光量調節および光量分布均一化後の光を所望の面
積に拡大もしくは縮小するためのレンズを備えている
（図示せず）。これに、光量測定装置や光量分布測定装
置を装着してもよい。この場合は、光量や光量分布を測
定しながらエッチングできるため、エッチング中に光量
や光量分布を手動で調節することが可能となる。もちろ
ん、上記調節を自動化してもよい。ウエハホルダ１０２
には、温度モニタ１０９が装備されていて、上記半導体
ウエハ１０１の温度を感知することができる。感知した
温度は、図１（ｂ）に示すような温度制御回路によりフ
ィードバックをかけて、上記半導体ウエハ１０１の温度
を調節してもよい。そのためにウエハホルダ１０２は、
所望の温度（例えば−１５０℃から３５０℃までの温度
範囲）に制御できるようにすることが望ましい。一般
に、被エッチング材料を加熱すると、蒸気圧の低い反応
生成物が表面に残存するのを防止できるため、より平坦
性の高いエッチング表面が得られる効果がある。また、
被エッチング材料を冷却すると、エッチング用ガスの吸
着が進んでエッチングの効率が向上するという効果があ
り、かつ被エッチング材料の一主面に対する垂直加工性
が向上するという効果がある。本実施例では、光源であ
るレーザ装置１１１として、波長２４８ｎｍのパルスレ
ーザ光を発振するＫｒＦエキシマレーザ装置を用いた。
しかし、特に上記のエキシマレーザ装置に限定するもの
ではない。例えば、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）やＸｅＦ
（波長３５１ｎｍ）のエキシマレーザ装置を用いてもよ
い。また、レーザ装置１１１を、他の光源に置き換えて
もよい。例えば、シンクロトロン放射光でもよく、水銀
ランプなどの連続光源であってもよい。ただし、連続光
源を用いる場合には、被エッチング材料の温度が徐々に
上昇して温度制御をしにくくなるのでチョッパを用いる
などして断続光とする方が好ましい。反応性ガス１０６
としては、塩素ガス（Ｃｌ2）を用いた。ここで、塩素
ガスは塩素を含む化合物ガスであってもよい。さらに、
他のハロゲンガスや、他のハロゲンを含む化合物ガスを
導入してもよい（例えば、フッ素ガスＦ2、臭素ガスＢ
ｒ2や臭化水素ガスＨＢｒ等）。上記した本実施例のエ
ッチング装置を用いることにより、被エッチング材料で
ある半導体ウエハのしきい表面温度を精密に制御するこ
とが可能となり、反応性ガス雰囲気のもとで、組成の異
なる半導体層が積層された半導体積層膜のうちの所望の
半導体層のみを選択的にエッチングすることができ、ま
た反応性ガス雰囲気のもとで、組成の異なる半導体層が
積層された半導体積層膜のうちの所望の複数の半導体層
のエッチング速度をほぼ等速度とした等速エッチングを
効率よく実現することができる。
さらに詳細に説明する。 〈実施例１〉図１（ａ）は、本発明のエッチング方法を
実施するエッチング装置の構成の一例を示す模式図であ
る。図において、被エッチング材料となる半導体ウエハ
１０１は、ウエハホルダ１０２に装着され、真空ポンプ
１０３で排気して、少なくとも１０~4Ｐａ以下の真空度
に達した真空槽１０４中に設置される。上記半導体ウエ
ハ１０１は、真空ポンプ１２２によって、上記真空槽１
０４と同程度の真空度に達することのできる副真空槽１
２１を介して、真空槽１０４に搬入および搬出される。
真空槽１０４には、バリアブルリークバルブ１０５が設
けられており、ここから反応性ガス１０６が、ガスボン
ベ１０７から真空槽１０４に連続的に導入される。反応
性ガス１０６は、後述するレーザ装置１１１から発振さ
れるレーザ光に同期させて、パルス的に導入してもよ
い。本実施例では、ガスボンベ１０７の数を２本として
いるが、特に２本である必要はなく、他の本数であって
もよい。また本実施例では、反応性ガス１０６を、ガス
ボンベ１０７の本数と同じ本数の導入管を用いて真空槽
１０４に導入しているが、真空槽１０４に導入する手前
で、１本もしくはガスボンベ１０７の数よりも少ない本
数の導入管にまとめて導入してもよい。レーザ光１１０
は、レーザ装置１１１から発振され、光学系１１２を通
り、真空槽１０４内の半導体ウエハ１０１に、窓１０８
を通して照射される。光学系１１２には、少なくとも光
量調節用のアッテネータ、光量分布均一化用のホモジナ
イザ、光量調節および光量分布均一化後の光を所望の面
積に拡大もしくは縮小するためのレンズを備えている
（図示せず）。これに、光量測定装置や光量分布測定装
置を装着してもよい。この場合は、光量や光量分布を測
定しながらエッチングできるため、エッチング中に光量
や光量分布を手動で調節することが可能となる。もちろ
ん、上記調節を自動化してもよい。ウエハホルダ１０２
には、温度モニタ１０９が装備されていて、上記半導体
ウエハ１０１の温度を感知することができる。感知した
温度は、図１（ｂ）に示すような温度制御回路によりフ
ィードバックをかけて、上記半導体ウエハ１０１の温度
を調節してもよい。そのためにウエハホルダ１０２は、
所望の温度（例えば−１５０℃から３５０℃までの温度
範囲）に制御できるようにすることが望ましい。一般
に、被エッチング材料を加熱すると、蒸気圧の低い反応
生成物が表面に残存するのを防止できるため、より平坦
性の高いエッチング表面が得られる効果がある。また、
被エッチング材料を冷却すると、エッチング用ガスの吸
着が進んでエッチングの効率が向上するという効果があ
り、かつ被エッチング材料の一主面に対する垂直加工性
が向上するという効果がある。本実施例では、光源であ
るレーザ装置１１１として、波長２４８ｎｍのパルスレ
ーザ光を発振するＫｒＦエキシマレーザ装置を用いた。
しかし、特に上記のエキシマレーザ装置に限定するもの
ではない。例えば、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）やＸｅＦ
（波長３５１ｎｍ）のエキシマレーザ装置を用いてもよ
い。また、レーザ装置１１１を、他の光源に置き換えて
もよい。例えば、シンクロトロン放射光でもよく、水銀
ランプなどの連続光源であってもよい。ただし、連続光
源を用いる場合には、被エッチング材料の温度が徐々に
上昇して温度制御をしにくくなるのでチョッパを用いる
などして断続光とする方が好ましい。反応性ガス１０６
としては、塩素ガス（Ｃｌ2）を用いた。ここで、塩素
ガスは塩素を含む化合物ガスであってもよい。さらに、
他のハロゲンガスや、他のハロゲンを含む化合物ガスを
導入してもよい（例えば、フッ素ガスＦ2、臭素ガスＢ
ｒ2や臭化水素ガスＨＢｒ等）。上記した本実施例のエ
ッチング装置を用いることにより、被エッチング材料で
ある半導体ウエハのしきい表面温度を精密に制御するこ
とが可能となり、反応性ガス雰囲気のもとで、組成の異
なる半導体層が積層された半導体積層膜のうちの所望の
半導体層のみを選択的にエッチングすることができ、ま
た反応性ガス雰囲気のもとで、組成の異なる半導体層が
積層された半導体積層膜のうちの所望の複数の半導体層
のエッチング速度をほぼ等速度とした等速エッチングを
効率よく実現することができる。
【００１１】〈実施例２〉本実施例において作製した半
導体装置の構造を図５に示し、図６ないし図１０は、図
５に示した半導体装置の作製手順を示す工程図である。
図５に示す半導体装置は、実施例１で示したエッチング
装置を用い、本発明のエッチング方法により作製した接
合型電界効果トランジスタ〔ＪＦＥＴ：Junction Field
Effect Transistor〕である。本実施例における半導体
装置の製造方法において、最終的に得られるＪＦＥＴの
断面構造を図５に示す。すなわち、半絶縁性ＧａＡｓ基
板５０１上に、ノンドープＧａＡｓ層５０２、ノンドー
プＡｌXＧａ1-XＡｓ層（Ａｌ組成比x＝０．３）５０
３、ｎ型ＧａＡｓ層５０４、ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層
（Ａｌ組成比x＝０．３）５０５、ゲート電極となるｐ
型ＧａＡｓ層５０６が、半絶縁性ＧａＡｓ基板５０１側
から順次積層されていると共に、ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ
層５０５およびｎ型ＧａＡｓ層５０４を貫通してノンド
ープＡｌXＧａ1-XＡｓ層５０３までソース電極となるｎ
型ＧａＡｓ層５０９およびドレイン電極となるｎ型Ｇａ
Ａｓ層５１０が形成され、ソース電極５１１がソース電
極となるｎ型ＧａＡｓ層５０９上に、ドレイン電極５１
２がドレイン電極となるｎ型ＧａＡｓ層５１０上に、ゲ
ート電極５０７がｐ型ＧａＡｓ層５０６上にそれぞれ形
成され、ゲート電極となるｐ型ＧａＡｓ層５０６および
ゲート電極５０７には絶縁物質からなる側壁５０８が、
ソース電極となるｎ型ＧａＡｓ層５０９およびドレイン
電極となるｎ型ＧａＡｓ層５１０に接触しないように形
成されている。ここで、本実施例のＪＦＥＴの製造方法
について説明する。図６において、半絶縁性ＧａＡｓ基
板５０１は、ＬＥＣ（Liquid Encapsulated Czockralsk
i）法によって作製されたものを用いた。この半絶縁性
ＧａＡｓ基板５０１の一主面に、ＭＯＣＶＤ（Metal Or
ganic Chemical Vapor Deposition）法により、ノンド
ープＧａＡｓ層５０２、ノンドープＡｌXＧａ1-XＡｓ層
５０３（Ａｌ組成比x＝０．３）、ｎ型ＧａＡｓ層５０
４、ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層（Ａｌ組成比x＝０．３）
５０５、ゲート電極となるｐ型ＧａＡｓ層５０６を半絶
縁性ＧａＡｓ基板５０１側から順次成長させた。つい
で、通常のホトリソグラフィ技術と、通常のウェットエ
ッチング技術を用いてＪＦＥＴ作製領域以外の部分に、
少なくともゲート電極となるｐ型ＧａＡｓ層５０６、ｎ
型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層５０５、ｎ型ＧａＡｓ層５０４を
貫通する溝を形成した（図示せず）。ついで、図７に示
すように、ゲート電極５０７を形成した。なお、電極金
属にはＷ（タングステン）を用いた。ついで、図８に示
すように、本発明のエッチング方法を用いて、ゲート電
極５０７をエッチングマスクとして、ゲート電極となる
ｐ型ＧａＡｓ層５０６のうちゲート電極５０７の下部以
外の部分を除去し、ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層５０５の表
面を露出させた。本実施例においては、図１に示すエッ
チング装置を用い、ＫｒＦエキシマレーザおよび塩素ガ
スを用いて、ゲート電極となるｐ型ＧａＡｓ層５０６の
厚みの約３／４を、レーザパワー約３０ｍＪ／ｃｍ
2で、残りの約１／４を、レーザパワー約１２ｍＪ／ｃ
ｍ2で、それぞれエッチングした。レーザパワー約１２
ｍＪ／ｃｍ2では、図４に示すように、 ＧａＡｓはＡ
ｌXＧａ1-XＡｓの約２００倍の速度でエッチングされる
ため、ゲート電極となる ｐ型ＧａＡｓ層５０６とｎ型
ＡｌXＧａ1-XＡｓ層５０５のほぼ接合界面においてエッ
チングは停止する。約３／４をレーザパワー約３０ｍＪ
／ｃｍ2でエッチングしたのは、（１）ここでは、Ｇａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ選択エッチングを行なう必要がない
こと、（２）レーザパワーを約３０ｍＪ／ｃｍ2に増大
させた方がＧａＡｓエッチング速度が大きいために、エ
ッチング時間を減少させてコストを低減する効果がある
こと、の２つの理由による。なお、レーザパワーの変更
はエッチング時間に基づいて行った。ついで、図９に示
すように、絶縁膜を堆積させ、通常のドライエッチング
法により側壁５０８を形成した。ここで、絶縁膜として
はＳｉＯ2を用いたが、他の物質、例えば窒化シリコン
ＳｉＮXとしてもよい。ついで、図１０に示すように、
本発明のエッチング方法により、ＫｒＦエキシマレーザ
および塩素ガスを用い、ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層５０５
をレーザパワー約５０ｍＪ／ｃｍ2で、ｎ型ＧａＡｓ層
５０４をレーザパワー約１２ｍＪ／ｃｍ2で順次エッチ
ングした。これらは、それぞれＡｌXＧａ1-XＡｓを選択
的にエッチングするレーザパワー、ＧａＡｓを選択的に
エッチングするレーザパワーであるため、エッチング深
さの面内分布はほとんどない。したがって、図５に示し
た構造において、ソース電極となるｎ型ＧａＡｓ層５０
９のシート抵抗の面内分布がほとんどなくなり、また、
ソース抵抗の面内分布がほとんどなくなり、ＦＥＴ特性
の面内分布がほとんどなくなるという効果がある。つい
で、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitax
y）法により、ｎ型ＧａＡｓ層（５０９および５１０）
を選択成長させ、ソース電極５１１およびドレイン電極
５１２を形成し、図５に示す構造のＪＦＥＴを完成させ
た。本実施例では、ＫｒＦエキシマレーザパワーを上述
のように設定したが、所望のエッチングに対するレーザ
パワーを、図４に示す範囲内で自由に選定することがで
きる。また、本実施例ではＫｒＦエキシマレーザを用い
たが、他の光源でもよい。その場合は、図３に示した特
性線３０１から所望のエッチングを行うための温度範囲
を決定し、請求項３に示した（数１）式を解くことによ
り光源の強度範囲を設定すればよい。
導体装置の構造を図５に示し、図６ないし図１０は、図
５に示した半導体装置の作製手順を示す工程図である。
図５に示す半導体装置は、実施例１で示したエッチング
装置を用い、本発明のエッチング方法により作製した接
合型電界効果トランジスタ〔ＪＦＥＴ：Junction Field
Effect Transistor〕である。本実施例における半導体
装置の製造方法において、最終的に得られるＪＦＥＴの
断面構造を図５に示す。すなわち、半絶縁性ＧａＡｓ基
板５０１上に、ノンドープＧａＡｓ層５０２、ノンドー
プＡｌXＧａ1-XＡｓ層（Ａｌ組成比x＝０．３）５０
３、ｎ型ＧａＡｓ層５０４、ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層
（Ａｌ組成比x＝０．３）５０５、ゲート電極となるｐ
型ＧａＡｓ層５０６が、半絶縁性ＧａＡｓ基板５０１側
から順次積層されていると共に、ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ
層５０５およびｎ型ＧａＡｓ層５０４を貫通してノンド
ープＡｌXＧａ1-XＡｓ層５０３までソース電極となるｎ
型ＧａＡｓ層５０９およびドレイン電極となるｎ型Ｇａ
Ａｓ層５１０が形成され、ソース電極５１１がソース電
極となるｎ型ＧａＡｓ層５０９上に、ドレイン電極５１
２がドレイン電極となるｎ型ＧａＡｓ層５１０上に、ゲ
ート電極５０７がｐ型ＧａＡｓ層５０６上にそれぞれ形
成され、ゲート電極となるｐ型ＧａＡｓ層５０６および
ゲート電極５０７には絶縁物質からなる側壁５０８が、
ソース電極となるｎ型ＧａＡｓ層５０９およびドレイン
電極となるｎ型ＧａＡｓ層５１０に接触しないように形
成されている。ここで、本実施例のＪＦＥＴの製造方法
について説明する。図６において、半絶縁性ＧａＡｓ基
板５０１は、ＬＥＣ（Liquid Encapsulated Czockralsk
i）法によって作製されたものを用いた。この半絶縁性
ＧａＡｓ基板５０１の一主面に、ＭＯＣＶＤ（Metal Or
ganic Chemical Vapor Deposition）法により、ノンド
ープＧａＡｓ層５０２、ノンドープＡｌXＧａ1-XＡｓ層
５０３（Ａｌ組成比x＝０．３）、ｎ型ＧａＡｓ層５０
４、ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層（Ａｌ組成比x＝０．３）
５０５、ゲート電極となるｐ型ＧａＡｓ層５０６を半絶
縁性ＧａＡｓ基板５０１側から順次成長させた。つい
で、通常のホトリソグラフィ技術と、通常のウェットエ
ッチング技術を用いてＪＦＥＴ作製領域以外の部分に、
少なくともゲート電極となるｐ型ＧａＡｓ層５０６、ｎ
型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層５０５、ｎ型ＧａＡｓ層５０４を
貫通する溝を形成した（図示せず）。ついで、図７に示
すように、ゲート電極５０７を形成した。なお、電極金
属にはＷ（タングステン）を用いた。ついで、図８に示
すように、本発明のエッチング方法を用いて、ゲート電
極５０７をエッチングマスクとして、ゲート電極となる
ｐ型ＧａＡｓ層５０６のうちゲート電極５０７の下部以
外の部分を除去し、ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層５０５の表
面を露出させた。本実施例においては、図１に示すエッ
チング装置を用い、ＫｒＦエキシマレーザおよび塩素ガ
スを用いて、ゲート電極となるｐ型ＧａＡｓ層５０６の
厚みの約３／４を、レーザパワー約３０ｍＪ／ｃｍ
2で、残りの約１／４を、レーザパワー約１２ｍＪ／ｃ
ｍ2で、それぞれエッチングした。レーザパワー約１２
ｍＪ／ｃｍ2では、図４に示すように、 ＧａＡｓはＡ
ｌXＧａ1-XＡｓの約２００倍の速度でエッチングされる
ため、ゲート電極となる ｐ型ＧａＡｓ層５０６とｎ型
ＡｌXＧａ1-XＡｓ層５０５のほぼ接合界面においてエッ
チングは停止する。約３／４をレーザパワー約３０ｍＪ
／ｃｍ2でエッチングしたのは、（１）ここでは、Ｇａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ選択エッチングを行なう必要がない
こと、（２）レーザパワーを約３０ｍＪ／ｃｍ2に増大
させた方がＧａＡｓエッチング速度が大きいために、エ
ッチング時間を減少させてコストを低減する効果がある
こと、の２つの理由による。なお、レーザパワーの変更
はエッチング時間に基づいて行った。ついで、図９に示
すように、絶縁膜を堆積させ、通常のドライエッチング
法により側壁５０８を形成した。ここで、絶縁膜として
はＳｉＯ2を用いたが、他の物質、例えば窒化シリコン
ＳｉＮXとしてもよい。ついで、図１０に示すように、
本発明のエッチング方法により、ＫｒＦエキシマレーザ
および塩素ガスを用い、ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層５０５
をレーザパワー約５０ｍＪ／ｃｍ2で、ｎ型ＧａＡｓ層
５０４をレーザパワー約１２ｍＪ／ｃｍ2で順次エッチ
ングした。これらは、それぞれＡｌXＧａ1-XＡｓを選択
的にエッチングするレーザパワー、ＧａＡｓを選択的に
エッチングするレーザパワーであるため、エッチング深
さの面内分布はほとんどない。したがって、図５に示し
た構造において、ソース電極となるｎ型ＧａＡｓ層５０
９のシート抵抗の面内分布がほとんどなくなり、また、
ソース抵抗の面内分布がほとんどなくなり、ＦＥＴ特性
の面内分布がほとんどなくなるという効果がある。つい
で、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitax
y）法により、ｎ型ＧａＡｓ層（５０９および５１０）
を選択成長させ、ソース電極５１１およびドレイン電極
５１２を形成し、図５に示す構造のＪＦＥＴを完成させ
た。本実施例では、ＫｒＦエキシマレーザパワーを上述
のように設定したが、所望のエッチングに対するレーザ
パワーを、図４に示す範囲内で自由に選定することがで
きる。また、本実施例ではＫｒＦエキシマレーザを用い
たが、他の光源でもよい。その場合は、図３に示した特
性線３０１から所望のエッチングを行うための温度範囲
を決定し、請求項３に示した（数１）式を解くことによ
り光源の強度範囲を設定すればよい。
【００１２】〈実施例３〉本実施例において作製した高
電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mo
bility Transistor）の断面構造を図１１に示す。な
お、図１２、図１３は、図１１に示すＨＥＭＴの作製手
順を示す工程図である。図１１に示すように、半絶縁性
ＧａＡｓ基板６０１の上に、ノンドープＡｌxGa1-xＡｓ
層（Ａｌ組成比x＝０．３）６０２、ノンドープＩｎyＧ
ａ1-yＡｓ層（Ｉｎ組成比y＝０．２）６０３、ノンドー
プＡｌxＧａ1-xＡｓ層（Ａｌ組成比x＝０．３）６０
４、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層６０５（Ａｌ組成比x＝
０．３）、ノンドープＡｌxＧａ1-xＡｓ層（Ａｌ組成比
x＝０．３）６０６、ｎ型ＧａＡｓ層６０７が半絶縁性
ＧａＡｓ基板６０１側から順次積層されているととも
に、ｎ型ＧａＡｓ層６０７の表面からノンドープＡｌx
Ｇａ1-xＡｓ層６０６に達する溝が形成され、その溝に
ゲート電極６０９が形成され、その溝を挟んだそれぞれ
のｎ型ＧａＡｓ層６０７上にソース電極６１０とドレイ
ン電極６１１とが形成され、ゲート電極６０９に対して
ｎ型ＧａＡｓ層６０７、ソース電極６１０、ドレイン電
極６１１はいずれも接触しない構造を持ち、かつソース
電極６１０とドレイン電極６１１とが互い接触しない構
造を持つ。ゲート電極６０９とｎ型ＧａＡｓ層６０７と
は絶縁膜６０８を介した構造となっているが、後述する
ＨＥＭＴの作製工程において用いたものを残したもので
り、必ずしも必要なものではない。ここで、本実施例に
おけるＨＥＭＴの製造方法について説明する。図１１に
おいて、半絶縁性ＧａＡｓ基板６０１は、ＬＥＣ法によ
って作製されたものを用いた。この半絶縁性ＧａＡｓ基
板６０１の一主面に、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitax
y）法により、ノンドープＡｌxＧａ1-xＡｓ層（Ａｌ組
成比x＝０．３）６０２、ノンドープＩｎyＧａ1-yＡｓ
層（Ｉｎ組成比y＝０．２）６０３、ノンドープＡｌxＧ
ａ1-xＡｓ層（Ａｌ組成比x＝０．３）６０４、ｎ型Ａｌ
xＧａ1-xＡｓ層６０５（Ａｌ組成比x＝０．３）、ノン
ドープＡｌxＧａ1-xＡｓ層（Ａｌ組成比x＝０．３）６
０６、ｎ型ＧａＡｓ層６０７を半絶縁性ＧａＡｓ基板６
０１側から順次成長させた。ついで、通常のホトリソグ
ラフィ技術と、通常のウェットエッチング技術を用い
て、ＨＥＭＴ作製領域以外の部分に、表面から少なくと
も ノンドープＡｌxＧａ1-xＡｓ層６０４までを貫通す
る溝を形成した（図示せず）。ついで、図１２に示すよ
うに、絶縁膜６０８を堆積させ、通常のホトリソグラフ
ィ技術と、通常のドライエッチング法によりソース電極
とドレイン電極を形成する部分を開口し、ソース電極６
１０とドレイン電極６１１を形成した。ここで、絶縁膜
６０８としてはＳｉＯ2を用いたが、他の物質、例えば
窒化シリコンＳｉＮxとしてもよい。ついで、図１３に
示すように、通常のホトリソグラフィ技術と、通常のド
ライエッチング法によりゲート長にあたる開口を形成し
た。ここで、レジスト膜は省略した。そして、本発明の
エッチング方法を用いてゲート電極を形成する部分のｎ
型ＧａＡｓ層６０７を除去し、ノンドープＡｌxＧａ1-x
Ａｓ層６０６の表面を露出した。ここでは、図１に示す
エッチング装置を使用し、ＫｒＦエキシマレーザおよび
塩素ガスを用い、ｎ型ＧａＡｓ層６０７の厚みの約３／
４をレーザパワー約３０ｍＪ／ｃｍ2で、残りの約１／
４をレーザパワー約１２ｍＪ／ｃｍ2でそれぞれエッチ
ングした。レーザパワー約１２ｍＪ／ｃｍ2では、図４
に示したように、ＧａＡｓはＡｌxＧａ1-xＡｓの約２０
０倍の速度でエッチングされるため、ｎ型ＧａＡｓ層６
０７とノンドープＡｌxＧａ1-xＡｓ層６０６のほぼ接合
界面においてエッチングは停止する。約３／４をレーザ
パワー約３０ｍＪ／ｃｍ2でエッチングしたのは、
（１）ここでは、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択エッチン
グを行う必要がないこと、（２）レーザパワーを約３０
ｍＪ／ｃｍ2に増大させた方がＧａＡｓエッチング速度
が大きいためにエッチング時間を減少させてコストを低
減する効果があること、の２つの理由による。なお、レ
ーザパワーの変更はエッチング時間に基づいて行った。
ついで、ゲート電極６０９を形成して、図１１に示すよ
うなＨＥＭＴを完成させた。電極金属にはＡｌ（アルミ
ニウム）を用い、電極形成法としては通常のリフトオフ
法を用いた。本実施例においてはソース電極となる半導
体層のうちのｎ型ＩｎＧａＡｓ層の領域（Ｉｎ組成比ｘ
＝０．２）の厚さを８ｎｍとした。この厚さはアンダー
ソンらアップライド・フィジクス・レターズ第５１巻
（１９８７年）７５２ページ（Andersson,et.al,Appl.P
hys.Lett.51,（1987）ｐ．752）に記載されているよう
に臨界膜厚以下であり、ＧａＡｓとの格子不整合による
転位は生じない。本実施例では、ＫｒＦエキシマレーザ
パワーを上述のように設定したが、所望のエッチングに
対するレーザパワーを、図４に示す範囲内で自由に選定
することができる。また、本実施例ではＫｒＦエキシマ
レーザを用いたが、他の光源であつてもよい。その場合
は、図３に示した特性線３０１から所望のエッチングを
行なうための温度範囲を決定し、（数１）式を解くこと
によって光源の強度範囲を設定すればよい。
電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mo
bility Transistor）の断面構造を図１１に示す。な
お、図１２、図１３は、図１１に示すＨＥＭＴの作製手
順を示す工程図である。図１１に示すように、半絶縁性
ＧａＡｓ基板６０１の上に、ノンドープＡｌxGa1-xＡｓ
層（Ａｌ組成比x＝０．３）６０２、ノンドープＩｎyＧ
ａ1-yＡｓ層（Ｉｎ組成比y＝０．２）６０３、ノンドー
プＡｌxＧａ1-xＡｓ層（Ａｌ組成比x＝０．３）６０
４、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層６０５（Ａｌ組成比x＝
０．３）、ノンドープＡｌxＧａ1-xＡｓ層（Ａｌ組成比
x＝０．３）６０６、ｎ型ＧａＡｓ層６０７が半絶縁性
ＧａＡｓ基板６０１側から順次積層されているととも
に、ｎ型ＧａＡｓ層６０７の表面からノンドープＡｌx
Ｇａ1-xＡｓ層６０６に達する溝が形成され、その溝に
ゲート電極６０９が形成され、その溝を挟んだそれぞれ
のｎ型ＧａＡｓ層６０７上にソース電極６１０とドレイ
ン電極６１１とが形成され、ゲート電極６０９に対して
ｎ型ＧａＡｓ層６０７、ソース電極６１０、ドレイン電
極６１１はいずれも接触しない構造を持ち、かつソース
電極６１０とドレイン電極６１１とが互い接触しない構
造を持つ。ゲート電極６０９とｎ型ＧａＡｓ層６０７と
は絶縁膜６０８を介した構造となっているが、後述する
ＨＥＭＴの作製工程において用いたものを残したもので
り、必ずしも必要なものではない。ここで、本実施例に
おけるＨＥＭＴの製造方法について説明する。図１１に
おいて、半絶縁性ＧａＡｓ基板６０１は、ＬＥＣ法によ
って作製されたものを用いた。この半絶縁性ＧａＡｓ基
板６０１の一主面に、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitax
y）法により、ノンドープＡｌxＧａ1-xＡｓ層（Ａｌ組
成比x＝０．３）６０２、ノンドープＩｎyＧａ1-yＡｓ
層（Ｉｎ組成比y＝０．２）６０３、ノンドープＡｌxＧ
ａ1-xＡｓ層（Ａｌ組成比x＝０．３）６０４、ｎ型Ａｌ
xＧａ1-xＡｓ層６０５（Ａｌ組成比x＝０．３）、ノン
ドープＡｌxＧａ1-xＡｓ層（Ａｌ組成比x＝０．３）６
０６、ｎ型ＧａＡｓ層６０７を半絶縁性ＧａＡｓ基板６
０１側から順次成長させた。ついで、通常のホトリソグ
ラフィ技術と、通常のウェットエッチング技術を用い
て、ＨＥＭＴ作製領域以外の部分に、表面から少なくと
も ノンドープＡｌxＧａ1-xＡｓ層６０４までを貫通す
る溝を形成した（図示せず）。ついで、図１２に示すよ
うに、絶縁膜６０８を堆積させ、通常のホトリソグラフ
ィ技術と、通常のドライエッチング法によりソース電極
とドレイン電極を形成する部分を開口し、ソース電極６
１０とドレイン電極６１１を形成した。ここで、絶縁膜
６０８としてはＳｉＯ2を用いたが、他の物質、例えば
窒化シリコンＳｉＮxとしてもよい。ついで、図１３に
示すように、通常のホトリソグラフィ技術と、通常のド
ライエッチング法によりゲート長にあたる開口を形成し
た。ここで、レジスト膜は省略した。そして、本発明の
エッチング方法を用いてゲート電極を形成する部分のｎ
型ＧａＡｓ層６０７を除去し、ノンドープＡｌxＧａ1-x
Ａｓ層６０６の表面を露出した。ここでは、図１に示す
エッチング装置を使用し、ＫｒＦエキシマレーザおよび
塩素ガスを用い、ｎ型ＧａＡｓ層６０７の厚みの約３／
４をレーザパワー約３０ｍＪ／ｃｍ2で、残りの約１／
４をレーザパワー約１２ｍＪ／ｃｍ2でそれぞれエッチ
ングした。レーザパワー約１２ｍＪ／ｃｍ2では、図４
に示したように、ＧａＡｓはＡｌxＧａ1-xＡｓの約２０
０倍の速度でエッチングされるため、ｎ型ＧａＡｓ層６
０７とノンドープＡｌxＧａ1-xＡｓ層６０６のほぼ接合
界面においてエッチングは停止する。約３／４をレーザ
パワー約３０ｍＪ／ｃｍ2でエッチングしたのは、
（１）ここでは、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択エッチン
グを行う必要がないこと、（２）レーザパワーを約３０
ｍＪ／ｃｍ2に増大させた方がＧａＡｓエッチング速度
が大きいためにエッチング時間を減少させてコストを低
減する効果があること、の２つの理由による。なお、レ
ーザパワーの変更はエッチング時間に基づいて行った。
ついで、ゲート電極６０９を形成して、図１１に示すよ
うなＨＥＭＴを完成させた。電極金属にはＡｌ（アルミ
ニウム）を用い、電極形成法としては通常のリフトオフ
法を用いた。本実施例においてはソース電極となる半導
体層のうちのｎ型ＩｎＧａＡｓ層の領域（Ｉｎ組成比ｘ
＝０．２）の厚さを８ｎｍとした。この厚さはアンダー
ソンらアップライド・フィジクス・レターズ第５１巻
（１９８７年）７５２ページ（Andersson,et.al,Appl.P
hys.Lett.51,（1987）ｐ．752）に記載されているよう
に臨界膜厚以下であり、ＧａＡｓとの格子不整合による
転位は生じない。本実施例では、ＫｒＦエキシマレーザ
パワーを上述のように設定したが、所望のエッチングに
対するレーザパワーを、図４に示す範囲内で自由に選定
することができる。また、本実施例ではＫｒＦエキシマ
レーザを用いたが、他の光源であつてもよい。その場合
は、図３に示した特性線３０１から所望のエッチングを
行なうための温度範囲を決定し、（数１）式を解くこと
によって光源の強度範囲を設定すればよい。
【００１３】〈実施例４〉本実施例において作製したヘ
テロ接合型バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Hetero B
ipolar Transistor）の断面構造を、図１４に示す。な
お、図１５ないし図１８は、図１４に示すＨＢＴの作製
手順を示す工程図である。図１４において、半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板７０１上に、ｎ型ＧａＡｓ層７０２、ｐ型Ａ
ｌxＧａ1-xＡｓ層（Ａｌ組成比x＝０．３）７０３、
ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層（Ａｌ組成比xはｐ型ＡｌxＧａ
1-xＡｓ層７０３との接合付近で０．３とし、ｐ型Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ層７０３側表面方向に向かってからＡｌ組
成比xを徐々に０（ゼロ）まで減少している）７０４
が、半絶縁性ＧａＡｓ基板７０１側から順次積層されて
いると共に、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層７０４上にエミッ
タ電極７０５が、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層７０３上にエ
ッチングされて薄くなったｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層７０
４を介してベース電極７０６が、ｎ型ＧａＡｓ層７０２
上に、コレクタ電極７０７がそれぞれ形成され、電極と
半導体層との接触防止のために絶縁物質からなる側壁７
０８と７０９が形成されている。ここで、本実施例のＨ
ＢＴの製造方法について説明する。図１５において、半
絶縁性ＧａＡｓ基板７０１は、ＬＥＣ法によって作製さ
れたものを用いた。この半絶縁性ＧａＡｓ基板７０１の
一主面に、ＭＯＭＢＥ（Metal Organic Molecular Beam
Epitaxy）法により、ｎ型ＧａＡｓ層７０２、ｐ型Ａｌ
xＧａ1-xＡｓ層（Ａｌ組成比x＝０．３）７０３、ｎ型
ＡｌxＧａ1-xＡｓ層〔Ａｌ組成比xはｐ型ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ層７０３との接合付近で０．３とし、ｐ型ＡｌxＧ
ａ1-xＡｓ層７０３側表面方向に向かってからＡｌ組成
比xを徐々に０（ゼロ）まで減少させた〕７０４を半絶
縁性ＧａＡｓ基板７０１側から順次成長させた。つい
で、図１５に示すように、エミッタ電極７０５を形成し
た。ついで、図１６に示すように、本発明のエッチング
方法を用いてエミッタ電極７０５をエッチングマスクと
して、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層７０４をエッチングし
た。ここでは、図１に示すエッチング装置で、ＫｒＦエ
キシマレーザおよび塩素ガスを用い、ｎ型ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ層７０４の厚みの約４／５をレーザパワー約３０ｍ
Ｊ／ｃｍ2で、残りの約１／５をレーザパワー約１２ｍ
Ｊ／ｃｍ2でそれぞれエッチングした。レーザパワーの
変更はエッチング時間に基づいて行った。レーザパワー
約１２ｍＪ／ｃｍ2では、図４に示したようにＧａＡｓ
はＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ａｌ組成比x＝０．３）の約２０
０倍の速度でエッチングされる。また、同じレーザパワ
ーにおいてはＡｌ組成比xが大きいほどＡｌxＧａ1-xＡ
ｓはエッチングされにくくなる。したがって、はじめの
約４／５のエッチングにおいて、エッチング量のウエハ
面内ばらつきが生じても、残りの約１／５をエッチング
する際に面内ばらつきが減少し、素子特性のウエハ面内
ばらつきを低減できるという効果がある。これはＡｌ組
成比xを変化させているので、はじめの約４／５のエッ
チングにおいて、エッチング量が多い部分ではＡｌ組成
比xが大きくてエッチングされにくく、エッチング量が
少ない部分ではＡｌ組成比xが小さくてエッチングされ
易いためである。ここで示したエッチング方法では、エ
ッチング部分においてもｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層７０４
が薄く残るが、ベース電極形成には問題は生じない。た
だし、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層７０４のｐ型ＡｌxＧａ1
-xＡｓ層７０３との接合付近のＡｌ組成比x変化を急峻
にすれば、Ａｌ組成比x変化を一定にする場合よりもｎ
型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層７０４のエッチング残りが減少し
て、ＨＢＴの素子性能が向上するという効果がある。つ
いで、図１７に示すように、絶縁膜を堆積させ、通常の
ドライエッチング法により側壁７０８を形成した後、ベ
ース電極７０６を形成した。ここで絶縁膜としてはＳｉ
Ｏ2を用いたが、他の物質、たとえば窒化シリコンＳｉ
Ｎxとしてもよい。ついで、図１８に示すように、本発
明のエッチング方法を用いて、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層
７０３をｎ型ＧａＡｓ層７０２に至るまでエッチングし
た。ここでは、図１に示すエッチング装置で、ＫｒＦエ
キシマレーザおよび塩素ガスを用い、レーザパワーを約
３０ｍＪ／ｃｍ2とした。レーザパワー約３０ｍＪ／ｃ
ｍ2では、図４に示したようにＧａＡｓとＡｌxＧａ1-x
Ａｓとはほぼ等速度でエッチングされる。なお、エッチ
ングの停止はエッチング時間に基づいて行った。つい
で、絶縁膜を堆積させ、通常のドライエッチング法によ
り側壁７０９を形成し、コレクタ電極７０７を形成し
て、図１４に示すＨＢＴを完成させた。ここで、絶縁膜
としてはＳｉＯ2を用いたが、他の物質、たとえば窒化
シリコンＳｉＮxとしてもよい。本実施例では、ＫｒＦ
エキシマレーザパワーを上述のように設定したが、所望
のエッチングに対するレーザパワーを、図４に示した範
囲内で自由に設定することができる。また、本実施例で
はＫｒＦエキシマレーザを用いたが、他の光源であって
もよい。その場合は、図３に示した特性線３０１から所
望のエッチングを行うための温度範囲を決定し、（数
１）式を解くことによって光源の強度範囲を設定すれば
よい。実施例２ないし実施例４において、ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ表面でエッチングを停止させる場合にも反応性ガス
として塩素を用いたが、フッ素ガスを混入してもよい。
この場合、選択比が増加してエッチング量の面内分布が
さらに低減できるという効果がある。なお、レーザを照
射しても半導体結晶にほとんど劣化がみられないこと
は、高谷らがすでに報告している（第４１回応用物理学
関係連合講演会 ２８ｐ−ＺＮ−４、１９９４年３
月）。また、エッチングを行うために反応性ガスを導入
しても同様の結果が得られた。したがって、実施例２な
いし実施例４において、それぞれの方法で作製した半導
体装置にも半導体結晶の劣化がほとんど生じていないこ
とは明らかである。
テロ接合型バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Hetero B
ipolar Transistor）の断面構造を、図１４に示す。な
お、図１５ないし図１８は、図１４に示すＨＢＴの作製
手順を示す工程図である。図１４において、半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板７０１上に、ｎ型ＧａＡｓ層７０２、ｐ型Ａ
ｌxＧａ1-xＡｓ層（Ａｌ組成比x＝０．３）７０３、
ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層（Ａｌ組成比xはｐ型ＡｌxＧａ
1-xＡｓ層７０３との接合付近で０．３とし、ｐ型Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ層７０３側表面方向に向かってからＡｌ組
成比xを徐々に０（ゼロ）まで減少している）７０４
が、半絶縁性ＧａＡｓ基板７０１側から順次積層されて
いると共に、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層７０４上にエミッ
タ電極７０５が、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層７０３上にエ
ッチングされて薄くなったｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層７０
４を介してベース電極７０６が、ｎ型ＧａＡｓ層７０２
上に、コレクタ電極７０７がそれぞれ形成され、電極と
半導体層との接触防止のために絶縁物質からなる側壁７
０８と７０９が形成されている。ここで、本実施例のＨ
ＢＴの製造方法について説明する。図１５において、半
絶縁性ＧａＡｓ基板７０１は、ＬＥＣ法によって作製さ
れたものを用いた。この半絶縁性ＧａＡｓ基板７０１の
一主面に、ＭＯＭＢＥ（Metal Organic Molecular Beam
Epitaxy）法により、ｎ型ＧａＡｓ層７０２、ｐ型Ａｌ
xＧａ1-xＡｓ層（Ａｌ組成比x＝０．３）７０３、ｎ型
ＡｌxＧａ1-xＡｓ層〔Ａｌ組成比xはｐ型ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ層７０３との接合付近で０．３とし、ｐ型ＡｌxＧ
ａ1-xＡｓ層７０３側表面方向に向かってからＡｌ組成
比xを徐々に０（ゼロ）まで減少させた〕７０４を半絶
縁性ＧａＡｓ基板７０１側から順次成長させた。つい
で、図１５に示すように、エミッタ電極７０５を形成し
た。ついで、図１６に示すように、本発明のエッチング
方法を用いてエミッタ電極７０５をエッチングマスクと
して、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層７０４をエッチングし
た。ここでは、図１に示すエッチング装置で、ＫｒＦエ
キシマレーザおよび塩素ガスを用い、ｎ型ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ層７０４の厚みの約４／５をレーザパワー約３０ｍ
Ｊ／ｃｍ2で、残りの約１／５をレーザパワー約１２ｍ
Ｊ／ｃｍ2でそれぞれエッチングした。レーザパワーの
変更はエッチング時間に基づいて行った。レーザパワー
約１２ｍＪ／ｃｍ2では、図４に示したようにＧａＡｓ
はＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ａｌ組成比x＝０．３）の約２０
０倍の速度でエッチングされる。また、同じレーザパワ
ーにおいてはＡｌ組成比xが大きいほどＡｌxＧａ1-xＡ
ｓはエッチングされにくくなる。したがって、はじめの
約４／５のエッチングにおいて、エッチング量のウエハ
面内ばらつきが生じても、残りの約１／５をエッチング
する際に面内ばらつきが減少し、素子特性のウエハ面内
ばらつきを低減できるという効果がある。これはＡｌ組
成比xを変化させているので、はじめの約４／５のエッ
チングにおいて、エッチング量が多い部分ではＡｌ組成
比xが大きくてエッチングされにくく、エッチング量が
少ない部分ではＡｌ組成比xが小さくてエッチングされ
易いためである。ここで示したエッチング方法では、エ
ッチング部分においてもｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層７０４
が薄く残るが、ベース電極形成には問題は生じない。た
だし、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層７０４のｐ型ＡｌxＧａ1
-xＡｓ層７０３との接合付近のＡｌ組成比x変化を急峻
にすれば、Ａｌ組成比x変化を一定にする場合よりもｎ
型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層７０４のエッチング残りが減少し
て、ＨＢＴの素子性能が向上するという効果がある。つ
いで、図１７に示すように、絶縁膜を堆積させ、通常の
ドライエッチング法により側壁７０８を形成した後、ベ
ース電極７０６を形成した。ここで絶縁膜としてはＳｉ
Ｏ2を用いたが、他の物質、たとえば窒化シリコンＳｉ
Ｎxとしてもよい。ついで、図１８に示すように、本発
明のエッチング方法を用いて、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層
７０３をｎ型ＧａＡｓ層７０２に至るまでエッチングし
た。ここでは、図１に示すエッチング装置で、ＫｒＦエ
キシマレーザおよび塩素ガスを用い、レーザパワーを約
３０ｍＪ／ｃｍ2とした。レーザパワー約３０ｍＪ／ｃ
ｍ2では、図４に示したようにＧａＡｓとＡｌxＧａ1-x
Ａｓとはほぼ等速度でエッチングされる。なお、エッチ
ングの停止はエッチング時間に基づいて行った。つい
で、絶縁膜を堆積させ、通常のドライエッチング法によ
り側壁７０９を形成し、コレクタ電極７０７を形成し
て、図１４に示すＨＢＴを完成させた。ここで、絶縁膜
としてはＳｉＯ2を用いたが、他の物質、たとえば窒化
シリコンＳｉＮxとしてもよい。本実施例では、ＫｒＦ
エキシマレーザパワーを上述のように設定したが、所望
のエッチングに対するレーザパワーを、図４に示した範
囲内で自由に設定することができる。また、本実施例で
はＫｒＦエキシマレーザを用いたが、他の光源であって
もよい。その場合は、図３に示した特性線３０１から所
望のエッチングを行うための温度範囲を決定し、（数
１）式を解くことによって光源の強度範囲を設定すれば
よい。実施例２ないし実施例４において、ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ表面でエッチングを停止させる場合にも反応性ガス
として塩素を用いたが、フッ素ガスを混入してもよい。
この場合、選択比が増加してエッチング量の面内分布が
さらに低減できるという効果がある。なお、レーザを照
射しても半導体結晶にほとんど劣化がみられないこと
は、高谷らがすでに報告している（第４１回応用物理学
関係連合講演会 ２８ｐ−ＺＮ−４、１９９４年３
月）。また、エッチングを行うために反応性ガスを導入
しても同様の結果が得られた。したがって、実施例２な
いし実施例４において、それぞれの方法で作製した半導
体装置にも半導体結晶の劣化がほとんど生じていないこ
とは明らかである。
【００１４】
【発明の効果】以上詳細に説明したごとく、本発明のエ
ッチング方法によれば、半導体結晶の劣化が少なく、か
つ所望の深さ、形状ののエッチングができるので、特性
ならびに性能に優れた信頼性の高い半導体装置を実現す
ることができ、さらに半導体装置の製造の歩留まりを著
しく向上させることができる。
ッチング方法によれば、半導体結晶の劣化が少なく、か
つ所望の深さ、形状ののエッチングができるので、特性
ならびに性能に優れた信頼性の高い半導体装置を実現す
ることができ、さらに半導体装置の製造の歩留まりを著
しく向上させることができる。
【図１】本発明の実施例１において例示したエッチング
装置の構成を示す模式図。
装置の構成を示す模式図。
【図２】本発明のエッチング方法においてＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓ選択比を求めたエッチング材料の構成の一例
を示す模式図。
ｌＧａＡｓ選択比を求めたエッチング材料の構成の一例
を示す模式図。
【図３】本発明のエッチング方法において、半導体のし
きい表面温度とＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比との関係
を示す特性線図。
きい表面温度とＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比との関係
を示す特性線図。
【図４】本発明のエッチング方法において、ＫｒＦエキ
シマレーザを用いた場合のレーザパワーとＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓ選択比との関係を示す特性線図。
シマレーザを用いた場合のレーザパワーとＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓ選択比との関係を示す特性線図。
【図５】本発明の実施例２において作製した半導体装置
の構造を示す模式図。
の構造を示す模式図。
【図６】図５に示す半導体装置の作製過程を示す模式
図。
図。
【図７】図５に示す半導体装置の作製過程を示す模式
図。
図。
【図８】図５に示す半導体装置の作製過程を示す模式
図。
図。
【図９】図５に示す半導体装置の作製過程を示す模式
図。
図。
【図１０】図５に示す半導体装置の作製過程を示す模式
図。
図。
【図１１】本発明の実施例３において作製した半導体装
置の構造を示す模式図。
置の構造を示す模式図。
【図１２】図１１に示す半導体装置の作製過程を示す模
式図。
式図。
【図１３】図１１に示す半導体装置の作製過程を示す模
式図。
式図。
【図１４】本発明の実施例４において作製した半導体装
置の構造を示す模式図。
置の構造を示す模式図。
【図１５】図１４に示す半導体装置の作製過程を示す模
式図。
式図。
【図１６】図１４に示す半導体装置の作製過程を示す模
式図。
式図。
【図１７】図１４に示す半導体装置の作製過程を示す模
式図。
式図。
【図１８】図１４に示す半導体装置の作製過程を示す模
式図。
式図。
１０１…被エッチング材料となる半導体ウエハ １０２…ウエハホルダ １０３…真空ポンプ １０４…真空槽 １０５…バリアブルリークバルブ １０６…反応性ガス １０７…ガスボンベ １０８…窓 １０９…温度モニタ １１０…レーザ光 １１１…レーザ装置 １１２…光学系 １２１…副真空槽 １２２…真空ポンプ ２０１…ＧａＡｓ層 ２０２…ＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ２０３…絶縁膜 ３０１…ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比と（数１）式に
より求めたしきい表面温度との関係を示す特性線 ４０１…レーザ装置１１１にＫｒＦエキシマレーザを用
いた場合のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比と被エッチン
グ材料に照射されるレーザパワーとの関係を示す特性線 ５０１…半絶縁性ＧａＡｓ基板 ５０２…ノンドープＧａＡｓ層 ５０３…ノンドープＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ５０４…ｎ型ＧａＡｓ層 ５０５…ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ５０６…ゲート電極となるｐ型ＧａＡｓ層 ５０７…ゲート電極 ５０８…側壁 ５０９…ソース電極となるｎ型ＧａＡｓ層 ５１０…ドレイン電極となるｎ型ＧａＡｓ層 ５１１…ソース電極 ５１２…ドレイン電極 ６０１…半絶縁性ＧａＡｓ基板 ６０２…ノンドープＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ６０３…ノンドープＩｎyＧａ1-yＡｓ層 ６０４…ノンドープＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ６０５…ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ６０７…ｎ型ＧａＡｓ層 ６０８…絶縁膜 ６０９…ゲート電極 ６１０…ソース電極 ６１１…ドレイン電極 ７０１…ＧａＡｓ基板 ７０２…ｎ型ＧａＡｓ層 ７０３…ｐ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ７０４…ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ７０５…エミッタ電極 ７０６…ベース電極 ７０７…コレクタ電極 ７０８…側壁 ７０９…側壁
より求めたしきい表面温度との関係を示す特性線 ４０１…レーザ装置１１１にＫｒＦエキシマレーザを用
いた場合のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ選択比と被エッチン
グ材料に照射されるレーザパワーとの関係を示す特性線 ５０１…半絶縁性ＧａＡｓ基板 ５０２…ノンドープＧａＡｓ層 ５０３…ノンドープＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ５０４…ｎ型ＧａＡｓ層 ５０５…ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ５０６…ゲート電極となるｐ型ＧａＡｓ層 ５０７…ゲート電極 ５０８…側壁 ５０９…ソース電極となるｎ型ＧａＡｓ層 ５１０…ドレイン電極となるｎ型ＧａＡｓ層 ５１１…ソース電極 ５１２…ドレイン電極 ６０１…半絶縁性ＧａＡｓ基板 ６０２…ノンドープＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ６０３…ノンドープＩｎyＧａ1-yＡｓ層 ６０４…ノンドープＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ６０５…ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ６０７…ｎ型ＧａＡｓ層 ６０８…絶縁膜 ６０９…ゲート電極 ６１０…ソース電極 ６１１…ドレイン電極 ７０１…ＧａＡｓ基板 ７０２…ｎ型ＧａＡｓ層 ７０３…ｐ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ７０４…ｎ型ＡｌXＧａ1-XＡｓ層 ７０５…エミッタ電極 ７０６…ベース電極 ７０７…コレクタ電極 ７０８…側壁 ７０９…側壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/331 29/73 21/338 29/812 29/778 Ｈ０１Ｌ 29/205 29/72 9171−4Ｍ 29/80 Ｆ 9171−4Ｍ Ｈ (72)発明者 持地 広造 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (39)
- 【請求項１】反応性ガス雰囲気のもとで、半導体からな
る被エッチング材料の表面に光を照射してエッチングす
る方法において、上記被エッチング材料の表面温度を制
御して半導体表面近傍の半導体結晶の劣化を抑制しなが
ら、最大のエッチング速度で半導体のエッチングを行う
ことを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項２】請求項１において、被エッチング材料は、
組成の異なる複数の半導体層を積層した半導体積層膜か
らなり、該半導体積層膜のうちの所望の半導体層のみを
選択的にエッチングする選択エッチング条件と、上記半
導体積層膜のうちの所望の複数の半導体層をほぼ等速度
でエッチングする等速エッチング条件との切り換えを行
い、かつ上記エッチング条件の切り換えは、エッチング
操作を中断することなく連続的に行うことを特徴とする
エッチング方法。 - 【請求項３】請求項２において、選択エッチング条件と
等速エッチング条件との切り換えは、下記の（数１）式
に示される熱拡散方程式により計算されるしきい表面温
度を制御することによりエッチングを行うことを特徴と
するエッチング方法。 【数１】 - 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれか１項に
おいて、反応性ガスは、ハロゲンガス、またはハロゲン
元素を含む化合物ガス、またはハロゲンガスを含む混合
ガス、またはハロゲン元素を含む化合物ガスを含む混合
ガスのうちから選ばれる少なくとも１種の反応性ガスを
用いることを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれか１項に
おいて、反応性ガスは、塩素ガスであることを特徴とす
るエッチング方法。 - 【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれか１項に
おいて、照射する光は、パルス光であることを特徴とす
るエッチング方法。 - 【請求項７】請求項６において、パルス光は、レーザパ
ルス光であることを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項８】請求項７において、レーザパルス光は、波
長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、もしくは波長
が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザであることを特徴
とするエッチング方法。 - 【請求項９】請求項１ないし請求項８のいずれか１項に
おいて、被エッチング材料は、III−Ｖ族化合物半導体
からなる半導体積層膜であることを特徴とするエッチン
グ方法。 - 【請求項１０】請求項１ないし請求項９のいずれか１項
において、被エッチング材料は、ＧａＡｓおよびＡｌ組
成比xがゼロ（０）より大きく１以下である ＡｌXＧａ1-XＡｓを含む半導体積層膜からなり、該半導
体積層膜の所望の半導体層のみを選択的にエッチングす
る選択エッチング条件は、上記ＧａＡｓのみを選択的に
エッチングする選択エッチング条件とし、上記半導体積
層膜の所望の複数の半導体層をほぼ等速度でエッチング
する等速エッチング条件は、上記ＧａＡｓおよびＡｌ組
成比xがゼロ（０）より大きく１以下であるＡｌXＧａ
1-XＡｓを等速度でエッチングする等速エッチング条件
とすることを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項１１】請求項１ないし請求項９のいずれか１項
において、被エッチング材料は、ＧａＡｓおよびＡｌ組
成比xがゼロ（０）より大きく１以下である ＡｌXＧａ1-XＡｓを含む半導体積層膜からなり、該半導
体積層膜の所望の半導体層のみを選択的にエッチングす
る選択エッチング条件は、Ａｌ組成比xがゼロ（０）よ
り大きく１以下であるＡｌXＧａ1-XＡｓのみを選択的に
エッチングする選択エッチング条件とし、上記半導体積
層膜の所望の複数の半導体層を等速度でエッチングする
等速エッチング条件は、ＧａＡｓおよびＡｌ組成比xが
ゼロ（０）より大きく１以下であるＡｌXＧａ1-XＡｓを
等速度でエッチングする等速エッチング条件とすること
を特徴とするエッチング方法。 - 【請求項１２】請求項１において、被エッチング材料
は、組成の異なる半導体層が積層された半導体積層膜か
らなり、該半導体積層膜のうちの所望の半導体層のみを
選択的にエッチングする選択エッチング条件を用いるこ
とを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項１３】請求項１２において、選択エッチング条
件は、請求項３における（数１）式に示される熱拡散方
程式により計算されるしきい表面温度を制御することに
よりエッチングを行うことを特徴とするエッチング方
法。 - 【請求項１４】請求項１２または請求項１３において、
反応性ガスは、ハロゲンガス、またはハロゲン元素を含
む化合物ガス、またはハロゲンガスを含む混合ガス、ま
たはハロゲン元素を含む化合物ガスを含む混合ガスのう
ちから選ばれる少なくとも１種の反応性ガスを用いるこ
とを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項１５】請求項１２ないし請求項１４のいずれか
１項において、反応性ガスは、塩素ガスであることを特
徴とするエッチング方法。 - 【請求項１６】請求項１２ないし請求項１５のいずれか
１項において、照射する光は、パルス光を用いることを
特徴とするエッチング方法。 - 【請求項１７】請求項１６において、パルス光は、レー
ザパルス光であることを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項１８】請求項１７において、レーザパルス光
は、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザもしくは
波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザであることを
特徴とするエッチング方法。 - 【請求項１９】請求項１２ないし請求項１８のいずれか
１項において、被エッチング材料である半導体積層膜
は、III−Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする
エッチング方法。 - 【請求項２０】請求項１２ないし請求項１９のいずれか
１項において、半導体積層膜は、ＧａＡｓおよびＡｌ組
成比xがゼロ（０）より大きく１以下である ＡｌXＧａ1-XＡｓを含み、選択的にエッチングする半導
体層をＧａＡｓとすることを特徴とするエッチング方
法。 - 【請求項２１】請求項１２ないし請求項２０のいずれか
１項において、照射する光のパワーは４ｍＪ／ｃｍ2以
上、１９ｍＪ／ｃｍ2以下とすることを特徴とするエッ
チング方法。 - 【請求項２２】請求項１において、被エッチング材料
は、組成の異なる半導体層が積層された半導体積層膜か
らなり、該半導体積層膜のうちの所望の複数の半導体層
のエッチング速度をほぼ等速度でエッチングする等速エ
ッチング条件を用いることを特徴とするエッチング方
法。 - 【請求項２３】請求項２２において、等速エッチング条
件は、請求項３における（数１）式に示される熱拡散方
程式により計算されるしきい表面温度を用いて制御する
ことを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項２４】請求項２２または請求項２３において、
反応性ガスは、ハロゲンガス、ハロゲン元素を含む化合
物ガス、ハロゲンガスを含む混合ガス、ハロゲン元素を
含む化合物ガスを含む混合ガスのうちから選ばれる少な
くとも１種の反応性ガスを用いることを特徴とするエッ
チング方法。 - 【請求項２５】請求項２２ないし請求項２４のいずれか
１項において、反応性ガスは、塩素ガスであることを特
徴とするエッチング方法。 - 【請求項２６】請求項２２ないし請求項２５のいずれか
１項において、照射する光は、パルス光であることを特
徴とするエッチング方法。 - 【請求項２７】請求項２６において、パルス光は、レー
ザパルス光であることを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項２８】請求項２７において、レーザパルス光
は、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、もしく
は波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザであること
を特徴とするエッチング方法。 - 【請求項２９】請求項２２ないし請求項２８のいずれか
１項において、被エッチング材料である半導体積層膜
は、III−Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする
エッチング方法。 - 【請求項３０】請求項２２ないし請求項２９のいずれか
１項において、被エッチング材料である半導体積層膜
は、ＧａＡｓおよびＡｌ組成比xが０より大で１以下で
ある ＡｌXＧａ1-XＡｓを含み、エッチング速度をほぼ等速度
とする等速エッチング条件は、ＧａＡｓとＡｌ組成比x
が０より大で１以下であるＡｌXＧａ1-XＡｓを等速度で
エッチングする等速エッチング条件とすることを特徴と
するエッチング方法。 - 【請求項３１】請求項１ないし請求項３０のいずれか１
項において、照射する光のパワーは１９ｍＪ／ｃｍ2以
上、３７ｍＪ／ｃｍ2以下とすることを特徴とするエッ
チング方法。 - 【請求項３２】請求項１ないし請求項３１のいずれか１
項に記載のエッチング方法により、半導体からなる被エ
ッチング材料の所望の領域の半導体を除去するエッチン
グを行うエッチング装置であって、真空排気手段と、反
応ガス供給手段と、光を照射する光源および光学系と、
基板ホルダ上の被エッチング材料に光を照射する光透過
窓と、被エッチング材料の温度を感知する温度モニタ
と、感知した温度から所望の温度に制御するために光源
および光学系にフィードバックして被エッチング材料の
温度を制御する温度制御手段を少なくとも備えたことを
特徴とするエッチング装置。 - 【請求項３３】請求項３２において、光を照射する光源
はレーザ光を発振するレーザ装置であり、光学系には、
少なくとも光量調節用アッテネータ、光量分布均一化用
のホモジナイザ、光量調節および光量分布均一化後の光
を所望の面積に拡大もしくは縮小するためのレンズを有
し、エッチング中に光量、光量分布を調整し温度制御す
る手段を設けたことを特徴とするエッチング装置。 - 【請求項３４】請求項３２または請求項３３に記載のエ
ッチング装置を少なくとも用い、請求項１ないし請求項
３１のいずれか１項に記載のエッチング方法により、被
エッチング材料である組成の異なる半導体層が積層され
た半導体積層膜の所望の領域の半導体を上記半導体積層
膜の一主面側から除去するエッチング工程を少なくとも
用いて作製したことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３５】請求項３４において、半導体装置は、電
界効果トランジスタ（ＦＥＴ：FieldEffect Transisto
r）であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３６】請求項３５において、電界効果トランジ
スタは、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ：Junc
tion ＦＥＴ）であることを特徴とする請求項３３記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３７】請求項３５において、電界効果トランジ
スタは、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High E
lectron Mobility Transistor）であることを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項３８】請求項３４において、半導体装置は、バ
イポーラトランジスタ（Bipolar Transistor）であるこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３９】請求項３４において、半導体装置は、ヘ
テロ接合型バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Heteroju
nction Bipolar Transistor）であることを特徴とする
半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6219037A JPH0883779A (ja) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | エッチング方法とその装置およびそれを用いて作製した半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6219037A JPH0883779A (ja) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | エッチング方法とその装置およびそれを用いて作製した半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0883779A true JPH0883779A (ja) | 1996-03-26 |
Family
ID=16729273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6219037A Pending JPH0883779A (ja) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | エッチング方法とその装置およびそれを用いて作製した半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0883779A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6417013B1 (en) | 1999-01-29 | 2002-07-09 | Plasma-Therm, Inc. | Morphed processing of semiconductor devices |
| JP2008177553A (ja) * | 2006-12-20 | 2008-07-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
-
1994
- 1994-09-13 JP JP6219037A patent/JPH0883779A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6417013B1 (en) | 1999-01-29 | 2002-07-09 | Plasma-Therm, Inc. | Morphed processing of semiconductor devices |
| JP2008177553A (ja) * | 2006-12-20 | 2008-07-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
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