JPH1032176A - エッチング方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＩｎＡｌＡｓ層をエッチングし、ＩｎＧａＡ
ｓ層をエッチング停止層とする高選択エッチング方法を
提供する。 【解決手段】 Ｃｌ₂ガス雰囲気下で、ＩｎＧａＡｓお
よびＩｎＡｌＡｓが積層された半導体試料に波長１９３
ｎｍ、パワー密度２０ｍＪ／ｃｍ²以下の光を照射する
か、もしくはＣｌ₂ガスとＯ₂ガスの混合ガス雰囲気下
で、ＩｎＧａＡｓおよびＩｎＡｌＡｓが積層された半導
体試料に波長１９３ｎｍ、パワー密度１３ｍＪ／ｃｍ²
以下の光を照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体のエッチング
方法およびそのエッチング方法を用いた半導体装置の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の高性能化を目的とし
て、化合物半導体材料を用いた素子の研究開発が盛んに
行なわれている。半導体素子の性能ばらつき低減のため
に、組成の異なる半導体層のエッチング速度比（選択
比）を利用した半導体加工が行なわれてきたが、そのよ
うな半導体加工の報告例はＡｌを含まない半導体層をエ
ッチングし、Ａｌを含む半導体層をエッチング停止層と
するものであった（以下、順選択エッチングと称す）。

【０００３】半導体素子の中には、例えば、ＨＢＴのよ
うに、順選択エッチングのエッチング特性とは逆の選択
エッチング特性、すなわち、Ａｌを含む半導体層をエッ
チングし、Ａｌを含まない半導体層をエッチング停止層
とするようなエッチング特性を有するエッチング（以
下、逆選択エッチングと称す）技術を必要とするものが
あり、逆選択エッチング技術の開発が望まれていた。

【０００４】ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系材料の逆選択エ
ッチング技術は特開平７−２６３３８３号公報に開示さ
れており、塩素、フッ素などのハロゲン化合物をエッチ
ングガスとして用い、パルス光のパワーが３０ｍＪ／ｃ
ｍ²以上でＡｌＧａＡｓの方がＧａＡｓよりもエッチン
グが速く進むとされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の逆選択エッチン
グについて、材料系をＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系から変
えてＩｎとＧａを含む半導体材料／ＩｎとＡｌを含む半
導体材料の材料系、例えばＩｎ_yＧａ_1-yＡｓ（０＜ｙ＜
１、以下では単にＩｎＧａＡｓと記す）／Ｉｎ_xＡｌ_1-x
Ａｓ（０＜ｘ＜１、以下では単にＩｎＡｌＡｓと記す）
系材料に対して塩素（Ｃｌ₂）ガスを用いてエッチング
を行なったところ、パルス光のパワー密度３０ｍＪ／ｃ
ｍ²以上ではＩｎＡｌＡｓのエッチング速度がＩｎＧａ
Ａｓのエッチング速度の数倍に留まり、実用上選択比の
大きさが不充分であるという問題があった。

【０００６】本発明の第一の目的は、ＩｎとＡｌを含む
半導体層およびＩｎとＧａを含む半導体層の積層構造を
有する半導体積層膜に対して、実用上充分に大きい選択
比を有する逆選択エッチング技術を提供することにあ
る。

【０００７】本発明の第二の目的はＩｎとＡｌを含む半
導体層およびＩｎとＧａを含む半導体層の積層構造を有
する半導体積層膜でＩｎとＧａを含む半導体層を選択的
にエッチングするエッチング技術（順選択エッチング技
術）と前述の逆選択エッチング技術とを切り替えて順次
行なうことにより、ＩｎとＧａを含む半導体膜とＩｎと
Ａｌを含む半導体膜とが交互に合計３層以上積層された
積層構造を有する半導体膜を制御性よくエッチングする
半導体装置の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的はＩｎと
Ａｌを含む被エッチング層およびＩｎとＧａを含むエッ
チング停止層の積層構造を有する半導体積層膜が表面上
に形成された試料に、塩素を含むガスの雰囲気の下で、
２０ｍＪ／ｃｍ²以下の光を照射することにより達成で
きる（以下、第一の手段と称す)。

【０００９】また前記第一の目的はＩｎとＡｌを含む被
エッチング層およびＩｎとＧａを含むエッチング停止層
の積層構造を有する半導体積層膜が表面上に形成された
試料に、塩素を含むガスと酸素を含むガスの混合ガス雰
囲気の下で、１３ｍＪ／ｃｍ²以下の光を照射すること
により達成できる（以下、第二の手段と称す)。

【００１０】前記第二の目的はＩｎとＡｌを含む半導体
層およびＩｎとＧａを含む半導体層とが交互に合計３層
以上積層された構造を有する半導体積層膜が表面上に形
成された試料に、ＩｎとＧａを含む半導体層を選択的に
エッチングする場合には臭素を含むガスとフッ素を含む
ガスの混合ガス雰囲気下で光を照射し、ＩｎとＡｌを含
む半導体層を選択的にエッチングする場合には前記第一
の手段もしくは前記第二の手段を用いることにより達成
できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のエッチング方法の具体例
として、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＡｌＡｓ層の積層構造を
有する半導体積層膜が形成された試料に、塩素ガスの雰
囲気下で波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光を
照射する場合について図１を用いて説明する。

【００１２】図１は試料温度を１１０℃、塩素ガス圧力
を６００ｍＴｏｒｒ、パルス周波数を７０Ｈｚとしたと
きの、逆選択エッチングの選択比のレーザパワー密度依
存性をプロットしたものである。測定したレーザパワー
密度範囲内で、ＩｎＡｌＡｓのエッチング速度はＩｎＧ
ａＡｓエッチング速度より大きく、レーザパワー密度が
小さくなるほどＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ逆選択比は
増大し、レーザパワー密度１０ｍＪ／ｃｍ²で、逆選択
比は約５０となった。レーザパワー密度２０ｍＪ／ｃｍ
²より大の領域では逆選択比は１０未満であり、高速動
作を目的とする電子素子を作製するための高精度半導体
加工に用いるには実用上不充分な逆選択比である。した
がって、高精度半導体加工には少なくともレーザパワー
密度を２０ｍＪ／ｃｍ²以下とする必要がある。

【００１３】ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系材料につい
ては、レーザパワー密度を低減するにつれて逆選択エッ
チングの選択比が増大する傾向にあることは、特開平７
−２６３３８３号公報やその他公知となっているパルス
レーザ光利用エッチング技術の報告例から類推できるも
のではなく、図１のようなレーザパワー密度依存性を測
定することで初めて明らかになったことである。

【００１４】エキシマレーザ光の波長は、約１９３ｎｍ
でなくとも、例えばＫｒＦエキシマレーザ光２４８ｎｍ
やＸｅＣｌエキシマレーザ光３５１ｎｍでもよい。しか
し塩素をエッチングガスとして用いる場合、波長約１９
３ｎｍのパルスレーザ光を発生するＡｒＦエキシマレー
ザ装置を光原として用いるのは最も効果的な方法であ
る。それはケミカル フィジクス レターズ（Chemical
Physics Letters）, Vol.155, No.2, pp.162-167に報
告されているように、例えば、半導体表面に数原子層の
塩素が吸着するような凝縮系では、波長１９３ｎｍ付近
で吸収が極大値をもつため、波長が１９３ｎｍから大き
くはなれた波長（例えば約２７０ｎｍ）の光を用いる場
合に比較して表面励起反応が促進され、被エッチング層
のエッチング速度が増大されるからである。

【００１５】図１では試料温度（レーザ光が照射される
面を表面としたときの試料の裏面側温度）を１１０℃と
したが、室温付近（約３０℃）とした場合の逆選択比の
レーザパワー密度依存性を図２に示す。図１の場合と同
様にレーザパワー密度２０ｍＪ／ｃｍ²以下で逆選択比
が１０を越えた。すなわちレーザパワー密度２０ｍＪ／
ｃｍ²以下で実用的な逆選択エッチングが可能となる。
このように光のパワー密度を２０ｍＪ／ｃｍ²以下とす
れば温度を室温付近にしても大きな逆選択比を得られる
ことがわかった。

【００１６】塩素ガスに酸素ガス（Ｏ₂）を混合した場
合におけるＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ選択比のレーザ
パワー密度依存性を図３に示す。ここでは塩素ガス分圧
を３００ｍＴｏｒｒ、酸素ガス分圧を５００ｍＴｏｒｒ
とし、試料温度は１１０℃とした。図３よりレーザパワ
ー密度４０ｍＪ／ｃｍ²以上でＩｎＡｌＡｓとＩｎＧａ
Ａｓのエッチング速度がほぼ等しくなり、ＩｎＡｌＡｓ
とＩｎＧａＡｓの等速度エッチングが可能である。レー
ザパワー密度１３ｍＪ／ｃｍ²以下で逆選択比が１０を
越え、約１０ｍＪ／ｃｍ²では逆選択比約７０を得た。

【００１７】ここまではエキシマレーザ装置から放出さ
れるパルス光を用いたエッチング特性について述べてき
たが、光のパワー密度を前述のような条件範囲とすれば
連続光（例えばエキシマランプや水銀ランプから放出さ
れる光）を用いても同様の結果が得られる。

【００１８】また、エッチング用のガスとして、Ｃｌ₂
のみ、もしくはＣｌ₂とＯ₂の混合ガスを用いたが、Ｃｌ
₂を塩素を含むガスとし、もしくはＯ₂を酸素を含むガス
としても本発明の効果は変わらない。

【００１９】また、材料はＩｎＡｌＡｓとＩｎＧａＡｓ
の組み合わせに限らず、ＩｎとＡｌを含む半導体とＩｎ
とＧａを含む半導体の組み合わせであれば同様な逆選択
エッチングが可能である。その例としてＩｎＡｌＳｂと
ＩｎＧａＳｂの組み合わせやＩｎＡｌＰとＩｎＧａＰの
組み合わせがある。

【００２０】ところで、ＩｎＧａＡｓをエッチング層と
し、ＩｎＡｌＡｓをエッチング停止層とするエッチング
方法には以下のような方法がある（高澤ら、１９９６年
（平成８年）春季第４３回応用物理学関係連合講演会予
稿集１２２８ページ、講演番号２７ｐ−Ｍ−１４および
２７ｐ−Ｍ−１５）。

【００２１】ＨＢｒおよびＦ₂をそれぞれ６０ｍＴｏｒ
ｒおよび６ｍＴｏｒｒとして混合したガスの雰囲気下
で、ＡｒＦエキシマレーザパワー密度を試料表面上で約
６ｍＪ／ｃｍ²となるようにしてパルス周波数２０Ｈｚ
で照射し、試料温度は１１０℃とする。この条件におけ
る順選択比は約１７０となり、ＩｎＡｌＡｓ層の表面の
露出によりエッチングが実用上停止したとみなすことが
できる。本エッチング技術によりＩｎＧａＡｓ層をエッ
チング除去してＩｎＡｌＡｓ層でエッチングを停止させ
る順選択エッチングができる。この順選択エッチングで
は、ＨＢｒ／Ｆ₂ガス分圧比を１０／１に保ったままで
ガス圧を１／５にしても選択比は約７０の大きな値が得
られている（図４）。

【００２２】以上、述べてきたようにエッチング用ガス
種類とその圧力、レーザ光のパワー密度とパルス周波数
を変更することによって異なる材料選択性をもつエッチ
ングが可能である。しかもエッチング用ガス種類とその
圧力、レーザ光のパワー密度とパルス周波数の変更には
ほとんど時間を要しないので、異なる材料選択性をもつ
複数のエッチングを連続的に行なうことができる。例え
ば、試料温度１１０℃、ＨＢｒおよびＦ₂をそれぞれ６
０ｍＴｏｒｒおよび６ｍＴｏｒｒとして混合したガスの
雰囲気下で、ＡｒＦエキシマレーザ光量を試料表面上で
約６ｍＪ／ｃｍ²となるようにしてパルス周波数２０Ｈ
ｚで照射する条件で行なうエッチングと、試料温度１１
０℃、塩素ガスおよび酸素ガスをそれぞれ３００ｍＴｏ
ｒｒおよび５００ｍＴｏｒｒとし、ＡｒＦエキシマレー
ザ光量を試料表面上で約１０ｍＪ／ｃｍ²となるように
してパルス周波数７０Ｈｚで照射する条件で行なうエッ
チングとを連続的に行なうことにより、順選択エッチン
グと逆選択エッチングとを連続的に行なうことができ
る。

【００２３】次に本発明のエッチング方法を実施するた
めのエッチング装置について図５を用いて説明する。

【００２４】エッチングされる試料１０１は真空槽１０
２内の試料ホルダ１０３に装着される。真空槽１０２は
真空ポンプ１０４で少なくとも１×１０~⁷Ｔｏｒｒ以下
の真空度に達するまで排気される。

【００２５】真空槽１０２には電磁弁１０５とバリアブ
ルリークバルブ１０６が設置され、ここからマスフロー
コントローラ１０７によって流量調節されたガス（塩素
ガス（Ｃｌ₂）のみ、もしくは塩素ガスと酸素ガス
（Ｏ₂）の混合ガス、もしくはＨＢｒガスとＦ2ガスの混
合ガス）１０８がガスボンベ１０９から真空槽１０２に
連続的に導入される（前述のバリアブルリークバルブ１
０６、マスフローコントローラ１０７、ガスボンベ１０
９はそれぞれ二つずつ記載することで代表させた）。ガ
ス１０８は後述のレーザ装置１１１から発振されるパル
スレーザ光に同期させて、パルス的に導入してもよい。
その際に電磁弁１０５のところに分子線バルブを設置す
ることにより、反応性ガス１０８をパルス的にかつ指向
的に導入してもよい。分子線バルブを用いることで、試
料１０１近傍のガス圧を増大させることができるため、
エッチング速度を増大させてエッチング時間を低減させ
ることができ、かつ反応性ガスの利用効率を増大できる
ので、製造コストを低減できるという効果がある。

【００２６】パルスレーザ光１１０はレーザ装置１１１
から発振され、光学系１１２を通り、窓１１３を通して
真空槽１０２内の試料１０１に照射される。光学系１１
２は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
望の面積にするためのレンズを備えている（図示せ
ず）。光学系１１２は試料１０１に照射されるパルスレ
ーザ光１１０の面内均一性を向上させ、試料１０１にお
けるエッチング量の面内均一性を向上させて製造歩留ま
りを向上させる効果がある。これに光量測定装置や光量
分布測定装置を装着することにより、エッチング中に光
量や光量分布を手動もしくは自動で調節することが可能
である。

【００２７】試料ホルダ１０３には温度モニタ１１４が
装備されていて、試料１０１の温度を感知することがで
きる。感知した温度は温度制御回路（図示せず）により
フィードバックをかけて、試料１０１の温度を加熱冷却
装置１１５によって調節している。さらに試料ホルダ１
０３および温度モニタ１１４および加熱冷却装置１１５
はステップ移動ステージ１２０上に搭載されており、試
料１０１が装着された平面上における所望の方向および
試料１０１が装着された平面と垂直方向に所望の距離を
移動させることができる。

【００２８】試料１０１は真空ポンプ１１６によって真
空槽１０２と同程度の真空度に達することのできる副真
空槽１１７を介して真空槽１０２に搬入および搬出され
る。

【００２９】（実施例１）本発明のエッチング方法およ
び半導体装置の製造方法の一実施例について図６ないし
図１０を用いて説明する。図６ないし図１０は本発明の
エッチング方法および半導体装置の製造方法を用いてＨ
ＥＭＴを作製するための工程図である。

【００３０】ＨＥＭＴ作製工程において図６に示す工程
に至るまでの工程を以下に記載する。

【００３１】半絶縁性ＩｎＰ基板１の一主面に、ＭＢＥ
（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）法に
より、バッファ層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ層２、
チャネル層となるノンドープＩｎＧａＡｓ層３、スペー
サ層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ層４（２ｎｍ）、キ
ャリア供給層となるｎ型ＩｎＡｌＡｓ層５（１２ｎ
ｍ）、バリア層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ層６（１
０ｎｍ）、オーミック層となるｎ型ＩｎＧａＡｓ層７
（５ｎｍ）およびｎ型ＩｎＡｌＡｓ層８（２０ｎｍ）お
よびｎ型ＩｎＧａＡｓ層９（５０ｎｍ）を半絶縁性Ｉｎ
Ｐ基板１側から順次成長させた。ここで、各半導体層の
Ｉｎ組成比ｘおよびｙは、ＩｎＰ基板に格子整合するよ
うにそれぞれｘ＝０．５２およびｙ＝０．５３とした。

【００３２】次いで、通常のホトリソグラフィ技術と本
発明のエッチング方法を用いてＨＥＭＴ作製領域以外の
部分に、表面から少なくともバッファ層となるノンドー
プＩｎＡｌＡｓ層２に到達する溝１０を形成した（図
６）。ここでエッチング条件として、塩素ガス分圧を３
００ｍＴｏｒｒ、酸素ガス分圧を５００ｍＴｏｒｒと
し、試料温度は１１０℃とし、レーザパワー密度４０ｍ
Ｊ／ｃｍ²、パルス周波数７０Ｈｚとした。このエッチ
ング条件ではＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓとがほぼ等速
度でエッチングされるので、前記溝１０の側面における
ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＡｌＡｓ層の接合界面付近で段差
がほとんどないなめらかなエッチング側面が得られる。

【００３３】次いで、絶縁膜１１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１２とドレイン電極１３を形成した。ここで絶
縁膜１１は酸化珪素ＳｉＯ₂を用いたが、他の物質、た
とえば窒化珪素ＳｉＮｘとしてもよいし、複数の絶縁物
質の積層構造としてもよい。

【００３４】次いで、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１
４を絶縁膜１１に形成した。以上の工程を経たものの断
面図が図７である。図７における絶縁膜１１上には前述
のホトリソグラフィ工程で用いたホトレジスト膜が被着
されたままとなっているが、ホトレジスト膜は省略し
た。

【００３５】そして図８ないし図１０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を形成する部
分のオーミック層となるｎ型ＩｎＧａＡｓ層７およびｎ
型ＩｎＡｌＡｓ層８およびｎ型ＩｎＧａＡｓ層９をエッ
チングし、バリア層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ層６
の表面を露出させた。エッチング条件として、ｎ型Ｉｎ
ＧａＡｓ層７およびｎ型ＩｎＧａＡｓ層９を除去する場
合（それぞれ図８および図１０）には、ＨＢｒおよびＦ
₂をそれぞれ６０ｍＴｏｒｒおよび６ｍＴｏｒｒとして
混合したガスの雰囲気下で、ＡｒＦエキシマレーザ光量
を試料表面上で約６ｍＪ／ｃｍ²となるようにしてパル
ス周波数２０Ｈｚで照射し、ｎ型ＩｎＡｌＡｓ層８を除
去する場合（図９）には、塩素ガス分圧を３００ｍＴｏ
ｒｒ、酸素ガス分圧を５００ｍＴｏｒｒとし、レーザパ
ワー密度１０ｍＪ／ｃｍ²、パルス周波数７０Ｈｚとし
た。試料温度は１１０℃とした。

【００３６】次いで、ゲート電極を形成してＨＥＭＴを
完成させた（図示せず）。電極形成法には通常のリフト
オフ法を用いた。

【００３７】本実施例に示した構造のＨＥＭＴは、樋口
ら、１９９４年電子情報通信学会春季大会Ｃ−５６５で
報告されているように、オーミック層となる半導体層が
ｎ型ＩｎＧａＡｓ層単層である場合と比較してソース抵
抗が低減し、素子性能を向上させることのできる構造で
ある。本発明のエッチング技術を用いることにより、本
実施例のようなｎ型ＩｎＧａＡｓ層７（５ｎｍ）および
ｎ型ＩｎＡｌＡｓ層８（２０ｎｍ）およびｎ型ＩｎＧａ
Ａｓ層９（５０ｎｍ）のような半導体積層構造のエッチ
ング除去の精度が向上し、素子の作製歩留まりが向上
し、製造コストが低減した。

【００３８】本実施例では図６に示す参照番号１の基板
にＩｎＰを用いたが、それをＧａＡｓ基板として、バッ
ファ層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ層２で歪みを緩和
することにより、図６における参照番号３ないし９の半
導体層をＩｎＰに格子整合するように結晶成長すること
もできる（樋口ら、信学技報，ED94-117, 1995, pp.27-
32）。この場合は原料コストを低減する効果がある。

【００３９】本実施例ではエッチングを前述の条件にて
行なったが、前述の条件にこだわることなくＨＥＭＴの
設計構造によって本発明の趣旨を逸脱しない範囲で条件
を変化させることができる。

【００４０】（実施例２）本発明のエッチング方法を用
いた半導体装置の製造方法の別の実施例について図１１
ないし図１４を用いて説明する。図１１ないし図１４は
本発明のエッチング方法によってＨＢＴを製造するため
の工程図である。図１１ないし図１４でフォトレジスト
や絶縁膜は省略してある。

【００４１】半絶縁性ＩｎＰ基板５１一主面上にＭＢＥ
法によりノンドープＩｎＡｌＡｓ層５２、ｎ＋型ＩｎＧ
ａＡｓ層５３、ｎ−型ＩｎＧａＡｓ層５４、ｐ型ＩｎＧ
ａＡｓ層５５、ｎ型ＩｎＡｌＡｓ層５６、ｎ型ＩｎＡｌ
ＧａＡｓ層５７、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層５８を半絶縁性Ｉ
ｎＰ基板５１側から順次成長させた。ここでｐ型ＩｎＧ
ａＡｓ層５５の厚さは２０ｎｍとした。次いで、通常の
ホトリソグラフィ技術と本発明のエッチング技術を用い
てＨＢＴ作製領域以外の部分に、少なくともノンドープ
ＩｎＡｌＡｓ層５２に到達する溝５９を形成した（図１
１）。

【００４２】ここで、エッチング条件として、塩素ガス
分圧を３００ｍＴｏｒｒ、酸素ガス分圧を５００ｍＴｏ
ｒｒとし、試料温度は１１０℃とし、レーザパワー密度
４０ｍＪ／ｃｍ²、パルス周波数７０Ｈｚとした。この
エッチング条件ではＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓとがほ
ぼ等速度でエッチングされるので、前記溝５９側面にお
けるＩｎＧａＡｓ層とＩｎＡｌＡｓ層の接合界面付近で
段差がほとんどない、なめらかなエッチング側面が得ら
れる。

【００４３】次いで通常のホトリソグラフィ技術と本発
明のエッチング技術を用いて、ｎ＋型ＩｎＧａＡｓ層５
３に到達する溝を形成した。ここでエッチング条件とし
て、塩素ガス分圧を３００ｍＴｏｒｒ、酸素ガス分圧を
５００ｍＴｏｒｒとし、試料温度は１１０℃とし、レー
ザパワー密度４０ｍＪ／ｃｍ²、パルス周波数７０Ｈｚ
とした。なめらかなエッチング側面が得られるのは前述
のとおりである。次いで通常のリフトオフ法によりコレ
クタ電極６０を形成した（図１２）。

【００４４】次いで通常のホトリソグラフィ技術と本発
明のエッチング技術を用いて、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層５
８、ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓ層５７、ｎ型ＩｎＡｌＡｓ層
５６をエッチング除去した（図１３）。ｎ型ＩｎＧａＡ
ｓ層５８、ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓ層５７、ｎ型ＩｎＡｌ
Ａｓ層５６は本実施例のＨＢＴにおけるエミッタ層であ
る。ここでエッチング条件として、塩素ガス分圧を３０
０ｍＴｏｒｒ、酸素ガス分圧を５００ｍＴｏｒｒとし、
試料温度は１１０℃とし、パルス周波数７０Ｈｚとし
た。レーザパワー密度は最初４０ｍＪ／ｃｍ²とし、ｎ
型ＩｎＡｌＧａＡｓ層５７が除去された後に１０ｍＪ／
ｃｍ²に切り替えた。レーザパワー密度１０ｍＪ／ｃｍ²
の条件は前述のように逆選択エッチングが行なえるの
で、ｎ型ＩｎＡｌＡｓ層５６が除去されたあと、ｎ型Ｉ
ｎＡｌＡｓ層５６とｐ型ＩｎＧａＡｓ層５５の界面付近
で実用上エッチングが停止する。レーザパワー密度の切
り替えはエッチング時間計測により行なった。ここでレ
ーザパワー密度を１０ｍＪ／ｃｍ²に切り替えるのと同
時に酸素ガスの導入を停止して塩素ガスのみでエッチン
グを行なっても同様な逆選択エッチングができる。

【００４５】次いで通常のリフトオフ法によりベース電
極６１を形成し、次いで通常のリフトオフ法によりエミ
ッタ電極６２を形成し、ＨＢＴを完成させた（図１
４）。

【００４６】従来はｐ型ＩｎＧａＡｓ層５５の厚さを３
０ｎｍ未満にすることは困難であったが、本実施例では
ｐ型ＩｎＧａＡｓ層５５の厚さは２０ｎｍと薄層化した
ために、キャリアのベース走行時間が低減し、従来より
も高速動作が可能な素子を作製することができた。従
来、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層５５の厚さを３０ｎｍ未満にす
ることが困難であったのは、エッチングに選択性の少な
いウエットエッチング法を用いていたためにエッチング
マージンが必要であったからである。本発明のエッチン
グ法を用いることにより従来困難であったｐ型ＩｎＧａ
Ａｓ層５５の薄層化がはじめて可能となった。本実施例
ではｐ型ＩｎＧａＡｓ層５５の厚さを２０ｎｍとした
が、さらに薄層化が可能であることはいうまでもない。

【００４７】本発明のエッチング方法を用いることによ
りｎ型ＩｎＡｌＡｓ層５６とｐ型ＩｎＧａＡｓ層５５の
界面付近におけるエッチング停止が精度良く行なえるこ
とになり、ＨＢＴ作製歩留まりが向上し、コストを低減
できる。

【００４８】実施例１で説明したのと同じく、参照番号
５１のＩｎＰ基板をＧａＡｓ基板としても、歪みを緩和
することにより、参照番号５３ないし５８の半導体層を
ＩｎＰに格子整合するように結晶成長することもでき
る。この場合は原料コストを低減する効果がある。

【００４９】本実施例ではエッチングを前述の条件にて
行なったが、前述の条件にこだわることなくＨＢＴの設
計構造によって本発明の趣旨を逸脱しない範囲で条件を
変化させることができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、半導体装置の性能を向
上させることができると同時に、半導体装置の製造にお
ける歩留まりを向上させて半導体装置の製造コストを低
減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法によるＣｌ₂ガスとレーザ照射に
よるＩｎＡｌＡｓとＩｎＧａＡｓのエッチング選択比の
測定図。

【図２】本発明の方法によるＣｌ₂ガスとレーザ照射に
よるＩｎＡｌＡｓとＩｎＧａＡｓのエッチング選択比の
測定図。

【図３】本発明の方法によるＣｌ₂＋Ｏ₂ガスとレーザ照
射によるＩｎＡｌＡｓとＩｎＧａＡｓのエッチング選択
比の測定図。

【図４】ＨＢｒガスとＦ₂ガスの分圧比を１０／１とし
た場合のＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓのエッチング選択
比を示す測定図。

【図５】本発明のエッチング方法を実施するエッチング
装置の概略構成を示すブロック図。

【図６】本発明の一実施例の半導体装置の製造工程を示
す断面図。

【図７】本発明の一実施例の半導体装置の製造工程を示
す断面図。

【図８】本発明の一実施例の半導体装置の製造工程を示
す断面図。

【図９】本発明の一実施例の半導体装置の製造工程を示
す断面図。

【図１０】本発明の一実施例の半導体装置の製造工程を
示す断面図。

【図１１】本発明の一実施例の半導体装置の製造工程を
示す断面図。

【図１２】本発明の一実施例の半導体装置の製造工程を
示す断面図。

【図１３】本発明の一実施例の半導体装置の製造工程を
示す断面図。

【図１４】本発明の一実施例の半導体装置の製造工程を
示す断面図。

【符号の説明】

１…半絶縁性ＩｎＰ基板、２…バッファ層となるノンド
ープＩｎＡｌＡｓ層、３…チャネル層となるノンドープ
ＩｎＧａＡｓ層、４…スペーサ層となるノンドープＩｎ
ＡｌＡｓ層、５…キャリア供給層となるｎ型ＩｎＡｌＡ
ｓ層、６…バリア層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ層、
７…オーミック層となるｎ型ＩｎＧａＡｓ、８…オーミ
ック層となるｎ型ＩｎＡｌＡｓ、９…オーミック層とな
るｎ型ＩｎＧａＡｓ、１０…溝。

───────────────────────────────────────────────────── 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 29/778 21/338 29/812

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＩｎとＡｌを含む半導体層およびＩｎとＧ
   ａを含む半導体層の積層構造を有する半導体積層膜が表
   面上に形成された試料に、塩素を含むガスの雰囲気の下
   で、光を照射することにより、前記ＩｎとＡｌを含む半
   導体層が被エッチング層となり、前記ＩｎとＧａを含む
   半導体層がエッチング停止層となり、前記光のパワー密
   度が２０ｍＪ／ｃｍ²以下であることを特徴とするエッ
   チング方法。
2. 【請求項２】前記塩素を含むガスはＣｌ₂である請求項
   １に記載のエッチング方法。
3. 【請求項３】前記光はＡｒＦエキシマレーザから放出さ
   れる波長約１９３ｎｍのレーザパルス光である請求項１
   もしくは２に記載のエッチング方法。
4. 【請求項４】ＩｎとＡｌを含む半導体層およびＩｎとＧ
   ａを含む半導体層の積層構造を有する半導体積層膜が表
   面上に形成された試料に、塩素を含む第一のガスと酸素
   を含む第二のガスの混合ガス雰囲気の下で、光を照射す
   ることにより、前記ＩｎとＡｌを含む半導体層が被エッ
   チング層となり、前記ＩｎとＧａを含む半導体層がエッ
   チング停止層となり、前記光のパワー密度が１３ｍＪ／
   ｃｍ²以下であることを特徴とするエッチング方法。
5. 【請求項５】前記第一のガスはＣｌ₂である請求項４に
   記載のエッチング方法。
6. 【請求項６】前記第二のガスはＯ₂である請求項４に記
   載のエッチング方法。
7. 【請求項７】前記光はＡｒＦエキシマレーザから放出さ
   れる波長約１９３ｎｍのレーザパルス光である請求項
   ４，５または６に記載のエッチング方法。
8. 【請求項８】前記ＩｎとＧａを含む半導体層はＩｎ組成
   比xが０より大で１未満であるＩｎ_xＧａ_1-xＡｓであ
   り、前記ＩｎとＡｌを含む半導体層はＩｎ組成比ｙが０
   より大で１未満であるＩｎ_yＡｌ_1-yＡｓである請求項
   １，２，３，４，５，６または７に記載のエッチング方
   法。
9. 【請求項９】ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
   Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のゲートリ
   セス形成工程に、請求項１，２，３，４，５，６，７ま
   たは８に記載のエッチング方法と、光を照射することに
   より、ＩｎとＧａを含む半導体層が被エッチング層とな
   り、ＩｎとＡｌを含む半導体層がエッチング停止層とな
   るエッチング方法とを交互に用いる半導体装置の製造方
   法。
10. 【請求項１０】ＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏ Ｂｉｐｏｌａｒ
    Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のエミッタ層除去工程に、請
    求項１，２，３，４，５，６，７または８に記載のエッ
    チング方法を用いる半導体装置の製造方法。