JP4052145B2 - Etching method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチング方法及び装置、並びに半導体装置の製造方法及び製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、高速光通信を提供する光通信システムにおいては、通信速度の更なる高速化が熱望されており、かかるシステムを構成する半導体レーザ素子といった半導体光素子の高機能化が求められている。このような半導体光素子は、一般に、半導体基板上に形成された活性層を含む光導波路メサの両側に電流狭窄部としての埋込層が設けられ、その上にクラッド層及びコンタクト層が被着された構成を有している。埋込層の側壁は、発光領域を制限し且つ素子の静電容量を十分に低減するため、裾広がりのテーパ状に加工される。つまり、個々の半導体光素子が全体としてメサ形状を有しており、複数の素子が配置される場合、素子間にトレンチが設けられた構成とされる。
【0003】
従来、複数の半導体層の積層体におけるメサ形成は、通常、一度のエッチング処理によって行われていた。具体的には、例えば、(1)複数のIII−V族化合物半導体多層膜の最上層上面にマスクを設け、Br系エッチャント等で最下層までウェットエッチングしてメサ形成を行う方法が挙げられる(例えば、特許文献1の従来技術参照)。或いは、多段階エッチング処理を用いる方法として、(2)多層膜を上層から下層に向かって段階的にエッチングし、その際エッチングマスクを徐々に幅広のものに変えながらマスク形成とウェットエッチングを繰り返す方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。さらに、(3)一度のドライエッチング処理による方法も考えられる。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−28455号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記(1)の一度のウェットエッチングによる方法は、特許文献1の従来の技術の説明にも指摘されているように、最上層の材質によっては、そのエチレートが下層よりも小さく、メサ側面が下層よりも脇側に突出したいわゆる‘庇’が形成されてしまう。こうなると、凸部上壁から底面にかけてメサ側壁を覆うように被着される保護膜や電極層の断切れが生じてしまい素子として成立しない。また、ウェットエッチングを用いた場合、多層膜の特に深さ方向に対しての寸法及び形状制御性がドライエッチングに比して劣る傾向にある。
【0006】
一方、上記(2)の方法は、‘庇’の形成による保護膜や電極層が切断されることを防止すべく提案されたものであるが、メサを形成するためにマスク形成とウェットエッチングを層数分繰り返す必要がある。よって、工程数が増えてしまい製造容易性の観点から必ずしも好ましくない。さらに、上記(3)の方法は、一度のエッチングによるメサ形成を行うので工程数が少なくなると共に、ドライエッチングによるので深さ方向の寸法及び形状制御性にも優れている。しかし、この方法では、上記(1)の方法と同様に、‘庇’が形成され易い傾向にある。これについて、より具体的に説明する。
【0007】
図5(A)〜(D)は、一度のドライエッチングによってメサ形状を有する半導体装置(素子)を製造する従来方法の手順の一例を示す工程図である。基体2aは、n型InPから成る半導体基板290a上に形成されたn型InPの下部クラッド層222とp型InPの第1上部クラッド層226との間に設けられた活性層224を含むストライプ状メサの両側が、p型InP層232a及びn型InP層234aで埋め込まれ、更にその上にp型InP層228a及びp+型GaInAs層230aが被着されたものである。
【0008】
まず、この基体2a上に所定幅の絶縁体マスクM1を成膜しパターニングする(図5(A)参照)。次に、CH4/H2混合ガスやCH4/H2/Cl2混合ガスをエッチャントとして用い、高周波誘導プラズマ反応性イオン(ドライ)エッチング(ICP−RIE)等により等方性成分が強められる一定の圧力及びプラズマ条件でドライエッチングを行う。これによりメサ形状が作られ、上層から順にコンタクト層230、第2上部クラッド層228、埋込層234,232が形成される(基体2bの状態;図5(b)参照)。
【0009】
このとき、GaInAsのエッチレートがInPに比して小さいため、p型InP層228aのサイドエッチング量がp+型GaInAs層230aよりも少ない傾向にある。よって、第2上部クラッド層228における絶縁体マスクM1の周縁下方部に庇Hが生じ易い。この状態から引き続き、絶縁体マスクM1を除去し、絶縁膜を成膜した後、コンタクト層230の上面における絶縁膜の一部をエッチングして絶縁体層260を形成する(基体2cの状態;図5(C)参照)。
【0010】
それから、当該構造を覆うように、その上に更に金属膜を堆積させて電極層150を形成させ、半導体レーザ2dを得る。ところが、コンタクト層230の側壁が両側に突出して庇Hが形成されている(言わばメサが内側に凹んだ形状を成している)ので、その庇Hが障害となってメサ側壁上には金属が堆積し難くなる。その結果、電極層150が断切れして配線に断線が生じてしまい、素子として機能しなくなるおそれがある(図5(D)参照)。
【0011】
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、複数の半導体層を有する積層体にメサ形状を簡易に形成することができ、そのメサを覆うよう設けられる保護膜や電極の断線を防止でき、しかも寸法及び形状制御性に優れるエッチング方法、及びその装置、並びに、かかるメサ構造を有する半導体装置の製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によるエッチング方法は、第1の半導体層及び該第1の半導体層と異なる第2の半導体層を備える基体をエッチングしてメサ形状を形成する方法であって、基体が収容されたチャンバ内にエッチングガスを供給するガス供給工程と、基体にバイアス電圧を印加し、且つ、チャンバ内に高周波電力を印加することにより高周波誘導プラズマ(以下、「ICP」という。)を形成してエッチングガスに由来する活性種を基体上に供給するエッチング工程と、エッチング工程を実施する時に、第1の半導体層及び第2の半導体層のそれぞれのエッチングで用いるバイアス電圧、ICP形成用の高周波電力、そのICP形成用の高周波の周波数、エッチングガスの流量、及びエッチングガスが混合ガスの場合における各ガスの混合比のうち少なくとも一つを、第1の半導体層及び第2の半導体層の物理的及び/又は化学的な特性に基づいて互いに独立に変化せしめる制御工程とを備える。
さらに、本発明では、制御工程においては、下記式(1)及び式(2);
Ba<Bb …(1)、
Ba:第1の半導体層及び第2の半導体層のうちエッチングガスを用いたときのエッチレートが比較的小さい半導体層のエッチングで用いるバイアス電圧、
Bb:第1の半導体層及び第2の半導体層のうちエッチングガスを用いたときのエッチレートが比較的大きい半導体層のエッチングに用いるバイアス電圧、
Ra>Rb …(2)、
Ra:第1の半導体層及び第2の半導体層のうちエッチングガスを用いたときのエッチレートが比較的小さい半導体層のエッチングで用いる高周波電力、
Bb:第1の半導体層及び第2の半導体層のうちエッチングガスを用いたときのエッチレートが比較的大きい半導体層のエッチングに用いる高周波電力、
のうち少なくともいずれか一つを満たすように、バイアス電圧及び高周波電力のうち少なくとも一方を互いに独立に変化せしめる。
或いは、本発明では、前記第1の半導体層が主として、少なくともGa元素を含む第1の III −V族化合物半導体から成るものであり、前記第2の半導体層が主として、Ga元素を含まず且つIn元素を含む第2の III −V族化合物半導体から成るものであり、前記エッチングガスとして、CH 4 ガス、H 2 ガス、及びCl 2 ガスを含む混合ガスを用い、前記制御工程では、下記式(3);
X1>X2 …(3)、
X1:主として前記第1の III −V族化合物半導体から成る第1の半導体層のエッチングで用いる前記混合ガス中の前記Cl 2 ガスの混合比、
X2:主として前記第2の III −V族化合物半導体から成る第2の半導体層のエッチングで用いる前記混合ガス中の前記Cl 2 ガスの混合比、
で表される関係を満たすように、前記ガス供給工程における前記CH 4 ガス、前記H 2 ガス、及び前記Cl 2 ガスの前記チャンバへの供給流量を調整する。
【0013】
このエッチング方法では、少なくとも第1及び第2の半導体層を有する基体に対し、エッチング工程による一度のドライエッチングによってメサが形成される。そのエッチング工程においては、第1の半導体層及び第2の半導体層のそれぞれの特性に基づいて、各々の層に対するエッチングパラメータ(バイアス電圧、高周波電力、エッチングガスの流量、及びエッチングガスが混合ガスの場合における各ガスの混合比のうち少なくとも一つ)を適宜変更する。
【0014】
言い換えれば、第1の半導体層と第2の半導体層のエッチング時にそれぞれ異なったプロセス条件を適用する。例えば、第1の半導体層が第2の半導体層よりも基体に対して上層側にある場合、前者のサイドエッチ量が後者に比して大きくなるような条件を任意に選択して用いることができる。こうすることにより、第1の半導体層に従来問題であった‘庇’の形成が抑止される。また、ICPによるプラズマエッチングを用いるので、他の放電形式によるプラズマ形成に比して活性種密度(濃度)ひいては反応性が高められる。よって、サイドエッチング効率が高められ、しかもプラズマ条件を変化させてサイドエッチング量の微妙な制御を行い易い。
【0015】
具体的には、制御工程において、上記「特性」として、第1の半導体層及び第2の半導体層のそれぞれの化学組成(構成元素、又は各元素の組成比)を用いると好ましい。
【0016】
ドライエッチングでは、通常、エッチャントガスに由来する活性種(特にイオン性活性種)とエッチング対象の構成成分とが反応し(RIE)、生じた揮発性物質が系外へ除去されてエッチングが進行すると考えられる。第1の半導体層及び第2の半導体層の化学組成、例えば構成元素(成分元素)が異なると、活性種と各元素の反応生成物毎に揮発性の程度が異なるため、エッチレートに差異が生じる傾向にある。メサ形成において上述した‘庇’が形成される要因としては、特にサイドエッチレートの差異が重要な因子となる。また、構成元素の種類が同じでも、各元素の組成比の違い(ストイキオメトリ)によって、同様にエッチレートの相違が生じ得る。よって、このような両層の化学組成に基づいて、上記各エッチングパラメータを適宜選択することが有効である。
【0017】
なお、化学組成以外にも、各層の結晶構造、硬度、膜内組成分布、電気的又は電磁的な特性、成膜されたときの条件、成膜後に改質工程等の後処理が施されているような場合にはその後処理条件等、第1の半導体層又は第2の半導体層の膜質や膜特性に影響を与え得る因子に基づくものも本発明における「物理的又は化学的な特性」に含まれる。
【0018】
更に直接的には、制御工程において、上記「特性」として、そのエッチングガスを用いたときの第1の半導体層及び第2の半導体層におけるそれぞれのエッチレートを用いると有用である。上述の如くエッチレートはプラズマ中の活性種と構成成分との反応性に支配されるため、エッチングガスの種類に応じてエッチレートひいてはサイドエッチング量が異なる。したがって、実プロセスに先立って、用いるエッチングガス毎に第1の半導体層及び第2の半導体層のエッチレートを予め求めておくと有用である。
【0019】
さらに、制御工程においては、下記式(1)及び式(2);
Ba<Bb …(1)
Ra>Rb …(2)
のうち少なくともいずれか一方を、好ましくは両方を満たすように、バイアス電圧及び高周波電力のうち少なくとも一方を互いに独立に変化せしめると好適である。
【0020】
ここで、式中、Baは第1の半導体層及び第2の半導体層のうちそのエッチングガスを用いたときのエッチレートが比較的小さい方のエッチングで用いるバイアス電圧を示し、Bbは第1の半導体層及び第2の半導体層のうちそのエッチングガスを用いたときのエッチレートが比較的大きい方のエッチングに用いるバイアス電圧を示す。また、Raは第1の半導体層及び第2の半導体層のうちそのエッチングガスを用いたときのエッチレートが比較的小さい方のエッチングで用いる高周波電力を示し、Bbは第1の半導体層及び第2の半導体層のうちそのエッチングガスを用いたときのエッチレートが比較的大きい方のエッチングに用いる高周波電力を示す。
【0021】
基体に印加されたバイアス電圧を増減させると、基体上の第1の半導体層及び第2の半導体層側に引き込まれるイオン活性種のエネルギーすなわち異方成分としての垂直(層面に対して鉛直方向、層の深さ方向)エッチングに寄与するイオン衝撃エネルギーが増減する。また、チャンバに印加する高周波電力つまりICP出力を増減させると、等方性エッチングに寄与するプラズマシース中の活性種密度が増減する。
【0022】
よって、第1の半導体層のエッチレートが第2の半導体層のエッチレートより小さい場合を例にとると、式(1)を満たすように第1の半導体層に対するバイアス電圧を第2の半導体層に対するものより小さくした場合、第1の半導体層のエッチングにおける垂直成分の割合が低減されるので、等方成分の比率が相対的に増大し、同時間内の第1の半導体層のサイドエッチング量が増大する。
【0023】
一方、式(2)を満たすように第1の半導体層に対してチャンバに印加する高周波電力を第2の半導体層に対するものより大きくすると、活性種の絶対量が増大し、等方成分の割合が相対的に増強される。よって、同時間内のサイドエッチ量が増大する。さらに、式(1)及び式(2)の双方を満たすようにすれば、これらの相乗効果によって第1の半導体層におけるサイドエッチ量が更に増大する。
【0024】
より具体的には、第1の半導体層及び第2の半導体層が互いに異なる種類のIII−V族化合物半導体から成るものである場合に特に有用である。
【0025】
またさらに、第1の半導体層が主として、少なくともGa元素を含む第1のIII−V族化合物半導体から成るものであり、第2の半導体層が主として、Ga元素を含まず且つIn元素を含む第2のIII−V族化合物半導体から成るものである場合に一層有用である。その第1の半導体層がその第2の半導体層よりも先にエッチングされる層(通常は上層)であると‘庇’の生成が問題となるので、その場合に本発明は殊に有用である。
【0026】
ここで、第1のIII−V族化合物半導体は、Gaが主要成分であってもなくてもよい。また、第2のIII−V族化合物半導体は、Gaを実質的に含まないものであるが、不可避成分としてGaが僅少量含まれているものも含む。
【0027】
III−V族半導体のドライエッチングで多用されるCH4/H2混合ガスやCH4/H2/Cl2混合ガスを例にとると、Inは、塩素活性種に比してCH4由来の活性種(以下、「CH4活性種」という。)との反応性が高い一方で、GaはCH4活性種との反応性が有意に低い傾向にある。よって、このようなエッチングガスを用いた場合、必須構成元素としてGaを含む第1のIII−V族化合物半導体のエッチレートは、Gaを含まず且つ必須構成元素としてInを含む第2のIII−V族化合物半導体に比して有意に小さくなる。したがって、かかる場合に本発明は極めて有効である。
【0028】
より具体的には、第1の半導体層が主としてGaAs、GaInAs、GaInAsP、又はGaInPから成るものであり、第2の半導体層が主としてInPから成るものである。
【0029】
この場合、エッチングガスとして、CH4ガス、H2ガス、及びCl2ガスを含む混合ガスを用い、制御工程では、下記式(3);
X1>X2 …(3)、
で表される関係を満たすように、ガス供給工程におけるCH4ガス、H2ガス、及びCl2ガスのチャンバへの供給流量を調整すると一層好ましい。ここで、式中、X1は少なくともGa元素を含む第1のIII−V族化合物半導体から主として成る第1の半導体層のエッチングで用いる混合ガス中のCl2ガスの混合比を示し、X2はGa元素を含まず且つIn元素を含む第2のIII−V族化合物半導体から主として成る第2の半導体層のエッチングで用いる混合ガス中のCl2ガスの混合比を示す。
【0030】
より好ましくは、X1を100容積%(質量流量%)とし、X2を100容積%未満、特に好ましくは実質的に0容積%とする。換言すれば、主として第1のIII−V族化合物半導体から成る第1の半導体層のエッチングには実質的にCl2ガスのみ用いてCH4ガス及びH2ガスを使用しない一方で、主として第2のIII−V族化合物半導体から成る第2の半導体層のエッチングには、CH4/H2/Cl2混合ガス、又はCH4/H2混合ガスを使用する。
【0031】
先述の如く、Inは、塩素活性種に比してCH4活性種との反応性が高いのに対し、GaはCH4活性種との反応性が比較的低い傾向にある。また、これとは逆に、Inは、CH4活性種に比して塩素活性種との反応性が低いのに対し、Gaは塩素活性種との反応性が比較的高い傾向にある。これは、GaCl3に比べてInCl3の飽和蒸気圧が低いので、Inと塩素活性主とが反応して生成されるInCl3が基板から脱離し難いのに対し、Gaと塩素活性種が反応して生成されるGaCl3は基板から脱離し易いためである。よって、式(3)を満たすようにCH4/H2/Cl2混合ガス中の各ガスの混合比(質量流量比)を調整すれば、第1の半導体層のサイドエッチ量が増大する。
【0032】
また、このような本発明によるエッチング方法を有効に実施するための装置としては、第1の半導体層及び該第1の半導体層と異なる第2の半導体層を備える基体がエッチングされてメサ形状が形成される装置であって、基体が収容されるチャンバと、チャンバに接続されており、そのチャンバ内にエッチングガスを供給するガス供給部と、チャンバに接続されており、その基体にバイアス電圧を印加するバイアス用電源部と、チャンバに設けられた高周波誘導コイルと、高周波誘導コイルに接続された高周波電源部と、バイアス電源部、高周波電源部、及びガス供給部のうち少なくともいずれか一つに接続されており、第1の半導体層及び第2の半導体層のそれぞれのエッチングで用いるバイアス電圧、ICP形成用の高周波電力、そのICP形成用の高周波の周波数、エッチングガスの流量、及びそのエッチングガスが混合ガスの場合における各ガスの混合比のうち少なくとも一つが、第1の半導体層及び第2の半導体層の物理的及び/又は化学的な特性に基づいて互いに独立に変化するように調整する制御部とを備えるものが挙げられる。
【0033】
好ましくは、チャンバ内から発せられる光を検知し且つ制御部に接続された光検出部を備えており、制御部は、第1の半導体層のエッチングを開始する時点若しくは終了する時点、又は、第2の半導体層のエッチングを開始する時点若しくは終了する時点を光検出部からの検出信号(分光スペクトルにおける特定波長光の強度等)に基づいて判定するものである。
【0034】
例えば、第1の半導体層のエッチングから第2の半導体層のエッチングに移行する際には、両層の構成成分とエッチャントとの反応生成物が異なるため、チャンバ内のプラズマ発光を分光測定することにより、その移行時点が確実に判定される。よって、その判定結果に基づいてエッチング条件を変更することにより、両半導体層に対して所望のエッチングを確実に実施できる。
【0035】
また、半導体装置の製造方法としては、複数の半導体層を備えておりメサ形状を有する半導体装置(素子)を製造するための方法であって、通信及び/又は変調速度の高速化を促進すべく素子容量の低減を図るためにメサ形状が形成され得る半導体装置(素子)の製造に広く適用でき、基体の一側に第1の半導体層を形成する第1半導体層形成工程と、基体の一側に第1の半導体層と異なる第2の半導体層を形成する第2半導体層形成工程と、本発明によるエッチング方法により、基体上の第1の半導体層及び第2の半導体層をドライエッチングするエッチング工程とを備える方法が好適である。
【0036】
なお、基体上に形成される半導体装置は、単一又は単一種の半導体素子(例えばフォトダイオード、半導体レーザ素子、光増幅器、受光素子、マッハツェンダ型変調器、光導波器、合波器、分波器、等)に限られず、複数又は複数種の半導体素子がモノシリックに形成されて成るものでもよい。
【0037】
また、半導体装置の製造装置としては、複数の半導体層を備えておりメサ形状を有する半導体装置を製造するための装置であって、基体の一側に第1の半導体層が形成される第1半導体層形成部と、基体の一側に第1の半導体層と異なる第2の半導体層が形成される第2半導体層形成部と、本発明によるエッチング装置とを備えるものが好ましい。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は図示の値に限定されず、また説明のものと必ずしも一致しない。さらに、上下左右等の位置関係については、特に明示しない限り、図面における位置関係に基づくものとする。
【0039】
図1は、本発明に用いられるエッチング装置の好適な一実施形態を模式的に示す構成図である。エッチング装置10は、その内部にICPを発生させるためのチャンバ13を備えるものである。このチャンバ13の内部には、半導体基板12(基体)が載置されるサセプタ11が設けられている。また、チャンバ13は、ガス導入口Kin、ガス排出口Kout、及び高周波導入窓14を有している。
【0040】
ガス導入口Kinは、CH4ガス、H2ガス、及びCl2ガスから成るエッチングガスをチャンバ13内に導入するための開口部である。このガス導入口Kinには、各ガスの供給源及びそれらの個々に接続された質量流量コントローラー(MFC)を有するガス導入系G(ガス供給部)が接続されている。また、ガス排出口Koutは、チャンバ13内のガスを排気するための開口部である。このガス排出口Koutには、ターボポンプ及び排気コンダクタンスを調整する排気量調整バルブを含む図示しない排気系が接続されている。
【0041】
さらに、サセプタ11は図示しないヒータを内蔵すると共に冷却材循環パイプ110が接続されている。これらにより、サセプタ11が所望の一定温度に加熱保持されたり、所望の一定温度以下に冷却維持されたりするようになっている。またさらに、サセプタ11には、サセプタ11にバイアス用の高周波電力を印加するための高周波電源17(バイアス用電源)がインピーダンス整合器(マッチングネットワーク)16を介して接続されている。また、チャンバ13の上壁を成す高周波導入窓14は、誘電体で形成されており、チャンバ13外に設置された誘導コイル15(高周波誘導コイル)により発生した高周波電磁場をチャンバ13内へと通過させるためのものである。この誘導コイル15には、誘導コイル15に高周波電力を印加するための高周波電源19(高周波電源部)がインピーダンス整合器18を介して接続されている。高周波電源17,19はそれぞれ所定の同電位に接地されている。
【0042】
さらにまた、ガス導入系Gの各MFC、及び高周波電源17,19には、制御系100(制御部)が接続されている。制御系100は、各MFCの流量調整弁の開度、及び高周波電源17,19の出力を独立に制御するためのものであり、それぞれの運転レシピ(条件)が予め入力又は記憶されており、又は入力手段(図示せず)によって適宜入力される。
【0043】
図2は、本発明に用いられるエッチング装置の好適な他の実施形態を模式的に示す構成図である。エッチング装置20は、チャンバ13に、その内部を臨むことが可能な光透過窓Wが設けられており、その光透過窓Wに対向して配置され且つ分光機能を有する光検出器120(光検出部)を有し、さらに、制御系100の代わりに、ガス導入系Gの各MFC、高周波電源17,19、及び光検出器120に接続された制御系101(制御部)を備えること以外は、図1に示すエッチング装置10と同様に構成されたものである。制御系101には、後述するように、光検出器120からの分光出力信号が入力され、その信号に基づいて各MFC、高周波電源17,19の運転状態が制御されるようになっている。
【0044】
このように構成されたエッチング装置10,20を用いた本発明によるエッチング方法について説明する。なお、エッチング装置10を使用した場合の手順を主として説明し、エッチング装置20を使用したときの異なる手順については適宜言及する。
【0045】
図3は、本発明のエッチング方法を適用して製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。半導体装置1は、一つのn型半導体基板90上に複数の半導体レーザ1eがトレンチTで分離されて集積配置されたものである。各半導体レーザ1eは、n型InPから成る半導体基板90の一側上に順次被着されたn型InPから成る下部クラッド層22、多重量子井戸−分離閉じ込め構造(MQW−SCH)を有する層24、及びp型InPから成る第1上部クラッド層26を備えている。これらの各層22,24,26はいずれもメサ型のIII−V族化合物半導体層であり、これらからIII−V族半導体多層膜から成るストライプ状メサ構造が構成されている。また、下部クラッド層22、上部クラッド層26、及び後述する上部クラッド層28は、MQW−SCH層24で発生した光をその層内に閉じ込めるためのものであり、いずれもMQW−SCH層24よりも低い屈折率を有している。
【0046】
MQW−SCH層24は、下部クラッド層22から第1上部クラッド層26へ向かって、例えば、第1SCH層、第2SCH層、活性層、第3SCH層及び第4SCH層が順次積層された多層半導体であり、各層は、いずれも例えば4元化合物半導体のInGaAsPで構成されている。詳細構造の図示を省略するが、第1SCH層と第4SCH層は同一のバンドギャップを有し、対になって分離閉じ込めヘテロ構造を形成している。また、第2SCH層と第3SCH層も第1SCH層及び第4SCH層と異なる同一のバンドギャップを有し、対になって分離閉じ込めヘテロ構造を形成している。さらに、第2SCH層及び第3SCH層に挟まれた活性層は、複数のバリア層及び複数の井戸層が交互に積層された多重量子井戸(MQW)構造を成している。
【0047】
このように構成されたMQW−SCH層24は、バンドギャップ波長分布と同様の屈折率分布を有している。なお、各層のバンドギャップ波長分布と屈折率分布は、InGaAsPの組成を適宜調整することにより実現される。また、MQW−SCH層24における活性層は、好ましくはアンドープ半導体であり、こうすることにより相対的にキャリア濃度が低い半導体層(例えばi層)とされる。ただし、隣接層に比してキャリア濃度が絶対的に低いn型又はp型半導体層であっても構わない。
【0048】
半導体レーザ1eは、用途に応じて所望の発振スペクトルが得られる縦構造(共振器構造)、例えば、ファブリ−ペロ構造、DFB構造、DBR構造等が適宜採用される。DFB構造及びDBR構造の場合には、MQW−SCH層24と第1上部クラッド層26との界面、より具体的には、MQW−SCH層24の最上層たる第4SCH層と第1上部クラッド層26との界面に、例えば断面が正弦波形状を成す例えば均一回折格子(図示せず)が設けられる。この回折格子は、例えば第4SCH層の上面に形成されており、レーザ共振器を構成する。なお、回折格子は上述した第1SCH層と下部クラッド層22との界面に設けられていてもよい。ファブリ−ペロ構造の場合には、回折格子に代えて結晶へき界面を利用した反射鏡面が採用される。
【0049】
また、下部クラッド層22、MQW−SCH層24、及び第1上部クラッド層26の両側面は、p型InPから成る埋込層32及びその上に積層されたn型InPから成る埋込層34で覆われている。更にその上には、p型InPから成る第2上部クラッド層28が被着されている。なお、第2上部クラッド層28と埋込層34との間にn型の電流ブロック層が介在していてもよい。
【0050】
さらに、第2上部クラッド層28上の所定領域には、p+型InGaAsから成るコンタクト層30が形成されている。また、コンタクト層30の上面からn型半導体基板90面にかけて、コンタクト層30上の一部に開口部を有する絶縁体層60が被着されており、更にその上に上部電極としてのp型オーミック電極層50が設けられている。さらに、n型半導体基板90の下面には、下部電極としてのn型オーミック電極層52が設けられている。なお、第2上部クラッド層28は第1上部クラッド層26よりも高いp型導電性を有していてもよく、また、n型半導体基板90は、下部クラッド層22よりも高いn型導電性を有していてもよい。ここで、半導体レーザ1eを構成する各層の具体的な寸法の一例を表1に示す。
【0051】
【表1】
【0052】
図4(A)〜(E)は、半導体レーザ1eを製造している状態の一例を示す工程図である。ここでは、まず、基体1aを準備する。基体1aは、n型半導体基板90a(基体)上に形成された前述の下部クラッド層22と第1上部クラッド層26との間に設けられたMQW−SCH層24を含むストライプ状メサ構造の両側が、p型InP層32a及びn型InP層34aで埋め込まれ、更にその上にp型InP層28a(第2の半導体層)及びp+型GaInAs層30a(第1の半導体層)が被着されたものである。
【0053】
この状態の基体1aを形成する手順は、以下の通りである。最初に、下部クラッド層22、MQW−SCH層24、及び第1上部クラッド層26で構成されるストライプ状メサ構造を形成すべく、n型半導体基板90aの主面上に各層22,24,26を構成する半導体多層膜を、例えば有機金属気相成長法(MO−CVD)等により順次エピタキシャル成長させる。なお、回折格子を設けるときには、例えば、MQW−SCH層24の最上層である第4SCH層と第1上部クラッド層26との界面に形成する。
【0054】
次に、第1上部クラッド層26上にダミー層としてのキャップ層を設け、SiN膜、SiO2膜、SiON膜等の絶縁膜を形成した後、その上に一定幅のフォトレジストを形成し、所定のパターニングを施す。このレジスト膜をマスクとし、例えばドライエッチングにより一定幅を有するストライプ状の絶縁体マスクを形成する。この絶縁体マスクの延在する方向は、半導体多層膜のオリエンテーションフラットに垂直な方向とされる。
【0055】
次いで、ダミー層であるキャップ層や半導体多層膜の組成等に応じたエッチング剤を適宜選択し、例えばGaInAs系又はInP系のキャップ層の場合には、リン酸系エッチング液によるウェットエッチを用いて、絶縁体マスクが形成されていないキャップ層の露出部をエッチングして、ストライプを形成させる。さらに、リン酸系エッチング液を洗浄した後、例えば臭素及びエタノールの混合液から成るエッチング液を用い、n型半導体基板90aの一部が露出する程度まで、ウェットエッチを施す。これにより、キャップ層及び半導体多層膜の一定の結晶面が露呈するような異方性成分を含むメサエッチングが行われて裾広がりの断面形状を有する各層22,24,26から成るストライプ状メサが形成される。
【0056】
それから、絶縁体マスクを残した状態で、p型InP層32a及びn型InP層34a(それぞれ第2の半導体層)を堆積させる(第2半導体層形成工程)。これらの層の成膜は、例えばMO−CVDチャンバ(第2半導体層形成部)等を用いたエピタキシャル成長により実施することができる。このとき、絶縁体マスク上には半導体結晶が成長せず、ストライプ状メサの側方が埋め込まれて平坦化される。その後、絶縁体マスク及びその下のエッチングされなかったキャップ層を順次選択除去する。さらに、平坦化されたメサ上の領域にp型InP層28a(第2の半導体層)を、例えばMO−CVDチャンバ(第2半導体層形成部)等を用いてエピタキシャル成長によって形成させる(第2半導体層形成工程)。
【0057】
それから、更にその上にp+型GaInAs層30a(第1の半導体層)を、例えばMO−CVDチャンバ(第1半導体層形成部)等を用いてエピタキシャル成長によって形成させる(第1半導体層形成工程)。形成する。それから、p+型GaInAs層30a上にSiN膜、SiO2膜、SiON膜等の絶縁膜を形成した後、更にその上に一定幅のフォトレジストを形成し、所定のパターニングを施す。このレジスト膜をマスクとして用い、例えばドライエッチングにより一定幅を有するストライプ状の絶縁体マスクM1を形成し、基体1aを得る(図4(A)参照)。
【0058】
この基体1aをチャンバ13内のサセプタ上に移載し、p+型GaInAs層30a、p型InP層28a、n型InP層34a、及びp型InP層32aをICP−RIEによるドライエッチングに供してトレンチTを形成する。ここでは、基体1aが図2に示す半導体基板12に相当する。また、CH4ガス、H2ガス、及びCl2ガス供給源を有するガス導入系Gを使用する。
【0059】
まず、排気系を運転してチャンバ内を所定の圧力に減圧する。圧力が安定した後、制御系100,101から、ガス導入系GのCH4ガス供給源、H2ガス供給源、及びCl2ガス供給源にそれぞれ接続された各MFCに、所定の弁開度信号を送出する。これにより、チャンバ13内に、一定の混合比でCH4/H2/Cl2混合ガスを供給すると共に、排気系の運転を継続しチャンバ13内圧力を一定に保持する(ガス供給工程)。
【0060】
その後、制御系100,101の制御信号により高周波電源17,19を運転し、誘導コイル15及びサセプタ11に高周波電力を印加する。これにより、チャンバ13内のサセプタ11上方の空間にはICPが形成されてCH4活性種及び塩素活性種が生じる。それと同時に、サセプタ11に印加された交流バイアス電圧によってイオン活性種が基体1a上に入射し、p+型GaInAs層30a(第1の半導体層)のドライエッチングが行われる(エッチング工程)。
【0061】
ここで、p+型GaInAs層30aのエッチング及び後述するp型InP層28aのエッチングにおいては、各種エッチングパラメータのうち高周波電源17,19の出力が下記式(1)及び/又は式(2)で表される関係を満たすように、制御系100によってプロセス条件を調整する。
Ba<Bb …(1)
ここでのBaは、p+型GaInAs層30aのエッチングにおいて、高周波電源17からサセプタ11へ印加する高周波電力の最大バイアス電圧を示し、Bbは、p+型GaInAs層30aの下層であるp型InP層28aのエッチング(後述)において、高周波電源17からサセプタ11へ印加する高周波電力の最大バイアス電圧を示す。
【0062】
Ra>Rb …(2)
ここでのRaは、p+型GaInAs層30aのエッチングにおいて、高周波電源19から誘導コイル15へ印加する高周波電力(すなわちICP出力)を示し、Rbは、p型InP層28aのエッチングにおいて、高周波電源19から誘導コイル15へ印加する高周波電力を示す。
【0063】
具体的には、p+型GaInAs層30aのエッチングは、他のエッチングパラメータを含めて以下のプロセス条件で実施することが好ましい。なお、カッコ内の数値は代表的な値を示す。
CH4ガス流量:9〜13sccm(10sccm)、
Cl2ガス流量:9〜11sccm(10sccm)、
H2ガス流量:4.5〜5.5sccm(5sccm)、
チャンバ13内圧力:2〜3Pa(3Pa)、
基体1a温度:50〜80℃(60℃)
高周波電源17(バイアス)出力:10〜30W(10W)、
最大バイアス電圧(シース基準予測値):80〜120V(80V)、
高周波電源19出力(ICP出力):2000〜4000W(2000W)@13.65MHz
【0064】
本発明者の知見によれば、上記カッコ内に示す条件を用いると、p+型GaInAs層30aの深さ方向(層面に垂直な方向)のエッチレートは0.1μm/minであることが確認された。なお、同条件でのp型InP層28aの深さ方向のエッチレートは0.3μm/minであり、n型InP層34a、及びp型InP層32aについてもp型InP層28aと同等であることが確認された。
【0065】
このようなp+型GaInAs層30aのエッチングでは、サセプタ11へ印加されるバイアス電圧Baが、p型InP層28aのエッチングにおける同バイアス電圧Bbより小さくされるので、p+型GaInAs層30aに対する垂直エッチングに寄与するイオン衝撃エネルギーが緩和される。また、ICP出力RaがIPC出力Rbより大きくされるので、p+型GaInAs層30aの等方性エッチングに寄与する活性種密度が増大する。よって、p+型GaInAs層30aの垂直エッチング量が減少すると共にサイドエッチングされ易くなる。したがって、側面が裾広がりのメサ形状を成すコンタクト層30が形成され、基体1bが得られる(図4(B)参照)。
【0066】
p+型GaInAs層30aのエッチング時間(プロセスタイム)は、その層厚及びエッチング条件に応じて予め求めておき、その情報を制御系100に予め記憶させておくか、プロセス毎に制御系100に適宜の入力手法により入力しておくことができる。前者の場合、p+型GaInAs層30aの層厚、エッチング条件、及びエッチレートの関係を表すテーブル又は関数式を用いてもよい。
【0067】
また、p+型GaInAs層30aのエッチングの進行状況を実時間でモニターしながら、その終了時点を判断することもできる。このためには、図2に示すエッチング装置20が有効である。この場合、光検出器120によってチャンバ13内のプラズマ発光分光スペクトルを測定する。具体的には、Inの発光ピーク(波長451nm、410nm等)又はGaの発光ピーク(波長417nm、403nm等)をモニターすることが好ましい。p+型GaInAs層30aのエッチングの終了間際つまりp+型GaInAs層30aとその下層であるp型InP層28aとの境界部に達した時点でピーク強度が顕著に低下する。その一方で、Inの発光は増大し始める。
【0068】
予め設定したプロセスタイムが経過した後、或いは、Ga及び/又はInの発光ピーク強度の変化からp+型GaInAs層30aのエッチングが完了したと判定された後、チャンバ13内で引き続き、p型InP層28a、n型InP層34a、及びp型InP層32a(それぞれ第2の半導体層)のエッチングを順次実施する。ここでは、上記式(1)及び式(2)で表される関係を満たすように制御系100,101でエッチングパラメータを調整する。
【0069】
具体的には、各InP層28a,34a,32aのエッチングは、他のエッチングパラメータを含めて以下のプロセス条件で実施することが好ましい。なお、カッコ内の数値は代表的な値を示す。
CH4ガス流量:5〜7sccm(6sccm)、
Cl2ガス流量:5〜7sccm(6sccm)、
H2ガス流量:2.5〜3.5sccm(3sccm)、
チャンバ13内圧力:1〜1.5Pa(1.5Pa)、
基体1b温度:50〜80℃(60℃)
高周波電源17(バイアス)出力:50〜100W(50W)、
最大バイアス電圧(シース基準予測値):160〜260V(160V)、
高周波電源19出力(ICP出力):1000〜1500W(1000W)@13.65MHz
【0070】
本発明者の知見によれば、上記カッコ内に示す条件を用いると、p型InP層28aの深さ方向(層面に垂直な方向)のエッチレートは0.4μm/minであり、n型InP層34a、及びp型InP層32aについてもp型InP層28aと同等であることが確認された。なお、同条件でのp+型GaInAs層30aの深さ方向のエッチレートは0.12μm/minであることが確認された。
【0071】
このような各InP層28a,34a,32aのエッチングでは、サセプタ11へ印加されるバイアス電圧Bbが、p+型GaInAs層30aのエッチングにおける同バイアス電圧Baより大きくされるので、各InP層28a,34a,32aに対する垂直エッチングに寄与するイオン衝撃エネルギーが過度に緩和されることがない。
【0072】
また、ICP出力RbがIPC出力Raより小さくされるので、各InP層28a,34a,32aの等方性エッチングに寄与する活性種密度が過度に増大することがない。よって、各InP層28a,34a,32aのエッチングでは、p+型GaInAs層30aのエッチングほどにサイドエッチング量が増えることがなく、且つ垂直エッチング成分が比較的増強される。したがって、若干裾広がりではあるがコンタクト層30の側面ほどテーパ角度が緩やかではないメサ形状を成す第2上部クラッド層28、埋込層34、及び埋込層32が形成され、基体1cを得る(エッチング工程;図4(C)参照)。
【0073】
n型半導体基板90aの上層の一部がエッチングされてn型半導体基板90が形成された時点でエッチングを終了し、絶縁体マスクM1を選択除去した後、基体1c上にSiN膜を一様に形成する。次いで、そのSiN膜上にフォトレジストを形成し、コンタクト層30上部に一定幅のストライプ状開口部が形成されるように所定のパターニングを施す。次に、このレジスト膜をマスクとして例えばドライエッチングを行い、コンタクト層30上に一定幅のストライプ状開口部を有する絶縁体層60を形成して基体1dを得る(図4(D)参照)。それから、基体1d上に金属膜を堆積させてp型オーミック電極層50を形成し、半導体レーザ1eを得る(図4(E)参照)。
【0074】
このとき、コンタクト層30の側壁が突出しておらず、‘庇’の無いメサ形状が形成されているので、庇Hが障害となってメサ側壁上に金属が堆積し難くなるといった不都合を解消できる。したがって、絶縁体層60及びp型オーミック電極層50がメサ側壁全面を十分に覆うようにコンフォーマルに形成され、その結果、p型オーミック電極層50の断切れによる断線を抑止できる。
【0075】
また、このような本発明のエッチング方法によれば、同一のチャンバ13内でのドライエッチング処理で、p+型GaInAs層30a、p型InP層28a、n型InP層34a、及びp型InP層32aといった複数の半導体層を有する積層体にメサ形状を簡易に形成することができる。さらに、ドライエッチングのみでエッチング工程を行うので、ウェットエッチングとドライエッチングとを組み合わせる場合と比べても工程を格段に簡略化できる。さらに、ドライエッチングのみでエッチング工程を実施するので、深さ方向の形状制御性に優れた加工が可能となる。
【0076】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、本発明は、半導体レーザ1eのみならず、他の半導体装置、例えばフォトダイオード、光増幅器、受光素子、マッハツェンダ型変調器、光導波器、合波器、分波器といった他の素子又はそれらの素子の複合装置の製造に有効である。
【0077】
また、下記式(3);
X1>X2 …(3)、
で表される関係を満たすように、ガス導入系Gの各MFCの開度を調節してCH4ガス、H2ガス、及びCl2ガスのチャンバへの各供給流量を調整すると好ましい。ここで、式中、X1はp+型GaInAs層のエッチングにおけるエッチングガス(混合ガス)中のCl2ガスの混合比を示し、X2はp型InP層28a、n型InP層34a、及びp型InP層32aのエッチングにおけるエッチングガス中のCl2ガスの混合比を示す。
【0078】
塩素活性種のp+型GaInAs層30aに対する反応性は、各InP層28a,InP層34a,及びInP層32aに対する反応性よりも高い。よって、p+型GaInAs層30aのエッチレートがp型InP層28aよりも大きくされ、p+型GaInAs層30aのサイドエッチを行い易くなる。これに対し、各InP層28a,34a,32aでは、エッチングガスにCH4ガスを混合しないとエッチレートが不都合な程に低下してしまう。また、Cl2ガスのみを用いて各InP層28a,34a,32aのエッチングを行うと、エッチング面の‘あれ’が生じ易い傾向にある。
【0079】
より好ましくは、X1を100容積%(質量流量%)、及びX2を100容積%未満、特に好ましくは実質的に0容積%とする。つまり、p+型GaInAs層30aのエッチングには実質的にCl2ガスのみ用いてCH4ガス及びH2ガスを使用しない一方で、各InP層28a,34a,32aのエッチングには、CH4/H2/Cl2混合ガス、又はCH4/H2混合ガスを使用すると好適である。
【0080】
この際、制御系100,101から、ガス導入系GのCH4ガス源及びH2ガス源に接続されたMFCに対し質量流量ゼロ信号を送出してこれらガスの供給を停止する。この場合、エッチングガスはCl2ガス単独となり、チャンバ13内に主に塩素活性種のみが生じる。塩素活性種のp+型GaInAs層30aに対する反応性は、p型InP層28a、n型InP層34a、及びp型InP層32aに対する反応性よりも高い。よって、p+型GaInAs層30aのエッチレートがp型InP層28aよりも大きく、p+型GaInAs層30aのサイドエッチを行い易い。これに対し、各InP層28a,34a,32aでは、エッチングガスにCH4ガスを混合しないとエッチレートが不都合な程に低下してしまう。また、Cl2ガスのみを用いて各InP層28a,34a,32aのエッチングを行うと、エッチング面の‘あれ’が生じ易い傾向にある。
【0081】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のエッチング方法及びエッチング装置、並びに半導体装置の製造方法及びその製造装置によれば、複数の半導体層を有する積層体にメサ形状を簡易に形成することができ、そのメサ上に設けられる保護膜や電極の断線を防止でき、しかも形状制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に用いられるエッチング装置の好適な一実施形態を模式的に示す構成図である。
【図2】本発明に用いられるエッチング装置の好適な他の実施形態を模式的に示す構成図である。
【図3】本発明のエッチング方法を適用して製造される半導体装置の一例を示す模式断面図である。
【図4】(A)〜(E)は、半導体レーザ1eを製造している状態の一例を示す工程図である。
【図5】(A)〜(D)は、一度のドライエッチングによりメサ形状を有する半導体装置を製造する従来方法の手順の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
1e…半導体レーザ(半導体装置)、1a,1b,1c,1d…基体、10,20…エッチング装置、11…サセプタ、12…半導体基板(基体)、13…チャンバ、14…高周波導入窓、15…誘導コイル(高周波誘導コイル)、16,18…インピーダンス整合器、17…高周波電源(バイアス用電源)、19…高周波電源(高周波電源部)、22…下部クラッド層、24…MQW−SCH層、26…第1上部クラッド層、28…第2上部クラッド層、28a…p型InP層28a(第2の半導体層)、30…コンタクト層、30a…p+型GaInAs層(第1の半導体層)、32,34…埋込層、32a…p型InP層(第2の半導体層)、34a…n型InP層(第2の半導体層)、50…p型オーミック電極層、52n型オーミック電極層、60…絶縁体層、100,101…制御系(制御部)、120…光検出器(光検出部)、G…ガス導入系(ガス供給部)、H…庇、Kin…ガス導入口、Kout…ガス排出口、M1…絶縁体マスク、T…トレンチ、W…光透過窓。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an etching method and apparatus, and a semiconductor device manufacturing method and manufacturing apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in an optical communication system that provides high-speed optical communication, a further increase in communication speed has been eagerly desired, and a high-performance semiconductor optical device such as a semiconductor laser device constituting such a system is required. Such a semiconductor optical device is generally provided with a buried layer as a current confinement portion on both sides of an optical waveguide mesa including an active layer formed on a semiconductor substrate, on which a cladding layer and a contact layer are deposited. It has the structure which was made. The side wall of the buried layer is processed into a taper shape that spreads in the bottom in order to limit the light emitting region and sufficiently reduce the capacitance of the device. That is, each semiconductor optical device has a mesa shape as a whole, and when a plurality of devices are arranged, a trench is provided between the devices.
[0003]
Conventionally, mesa formation in a stack of a plurality of semiconductor layers is usually performed by a single etching process. Specifically, for example, (1) a method of forming a mesa by providing a mask on the uppermost layer upper surface of a plurality of III-V compound semiconductor multilayer films and performing wet etching to the lowermost layer with a Br-based etchant or the like ( For example, refer to the prior art in Patent Document 1). Alternatively, as a method using multi-stage etching, (2) a method in which the multilayer film is etched stepwise from the upper layer to the lower layer, and the mask formation and wet etching are repeated while gradually changing the etching mask to a wider one. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Furthermore, (3) a method using a single dry etching process is also conceivable.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-28455 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, as pointed out in the description of the prior art in
[0006]
On the other hand, the method (2) has been proposed in order to prevent the protective film and electrode layer from being cut due to the formation of '庇'. However, in order to form a mesa, mask formation and wet etching are performed. It is necessary to repeat the number of layers. Therefore, the number of steps increases, which is not necessarily preferable from the viewpoint of ease of manufacture. Furthermore, the method (3) reduces the number of steps because mesa formation is performed once, and is superior in dimension and shape controllability in the depth direction because of dry etching. However, in this method, like the method (1), ‘庇’ tends to be easily formed. This will be described more specifically.
[0007]
FIGS. 5A to 5D are process diagrams showing an example of a procedure of a conventional method for manufacturing a semiconductor device (element) having a mesa shape by dry etching once. The
[0008]
First, an insulator mask M1 having a predetermined width is formed on the
[0009]
At this time, since the etching rate of GaInAs is smaller than InP, the side etching amount of the p-
[0010]
Then, a metal film is further deposited thereon to form the
[0011]
Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and a mesa shape can be easily formed in a stacked body having a plurality of semiconductor layers, and a protective film or electrode breakage provided so as to cover the mesa. It is an object of the present invention to provide an etching method and apparatus capable of preventing the above-described problem and having excellent dimensional and shape controllability, and a method and apparatus for manufacturing a semiconductor device having such a mesa structure.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an etching method according to the present invention is a method of forming a mesa shape by etching a substrate including a first semiconductor layer and a second semiconductor layer different from the first semiconductor layer. A gas supply step of supplying an etching gas into the chamber in which the substrate is accommodated, a bias voltage is applied to the substrate, and a high frequency power is applied to the chamber, thereby causing high frequency induction plasma (hereinafter referred to as “ICP”). And a bias voltage used for etching each of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer when the etching process is performed, ICP The high frequency power for forming, the high frequency for forming the ICP, the flow rate of the etching gas, and when the etching gas is a mixed gas At least one of the mixing ratio of each gas, and a control step for varying independently of each other based on the physical and / or chemical characteristics of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
Furthermore, in this invention, in a control process, following formula (1) and formula (2);
Ba <Bb (1),
Ba: a bias voltage used for etching a semiconductor layer having a relatively low etch rate when an etching gas is used among the first semiconductor layer and the second semiconductor layer,
Bb: bias voltage used for etching a semiconductor layer having a relatively high etch rate when an etching gas is used among the first semiconductor layer and the second semiconductor layer,
Ra> Rb (2),
Ra: high frequency power used for etching a semiconductor layer having a relatively low etch rate when an etching gas is used among the first semiconductor layer and the second semiconductor layer,
Bb: high frequency power used for etching a semiconductor layer having a relatively high etch rate when an etching gas is used among the first semiconductor layer and the second semiconductor layer,
At least one of the bias voltage and the high frequency power is changed independently of each other so as to satisfy at least one of them.
Alternatively, in the present invention, the first semiconductor layer mainly includes at least a Ga element. III A second semiconductor layer mainly containing no Ga element and containing an In element. III -V group compound semiconductor, and the etching gas is CH 4 Gas, H 2 Gas and Cl 2 In the control step using a mixed gas containing gas, the following formula (3);
X1> X2 (3),
X1: mainly the first III The Cl in the mixed gas used for etching the first semiconductor layer made of a group V compound semiconductor 2 Gas mixing ratio,
X2: mainly the second III The Cl in the mixed gas used for etching the second semiconductor layer made of a group V compound semiconductor 2 Gas mixing ratio,
The CH in the gas supply step so as to satisfy the relationship represented by 4 Gas, H 2 Gas, and said Cl 2 The supply flow rate of gas to the chamber is adjusted.
[0013]
In this etching method, a mesa is formed by dry etching once in an etching process on a substrate having at least a first and a second semiconductor layer. In the etching process, based on the characteristics of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, the etching parameters for each layer (bias voltage, high frequency power, flow rate of etching gas, and etching gas are mixed gas). In this case, at least one of the mixing ratios of the respective gases is appropriately changed.
[0014]
In other words, different process conditions are applied at the time of etching the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. For example, when the first semiconductor layer is on the upper layer side with respect to the base with respect to the second semiconductor layer, it is possible to arbitrarily select and use the conditions such that the former side etching amount is larger than the latter. it can. By doing so, the formation of “庇”, which has been a problem in the prior art, is suppressed in the first semiconductor layer. In addition, since plasma etching by ICP is used, the active species density (concentration) and thus the reactivity are enhanced as compared with plasma formation by other discharge types. Therefore, the side etching efficiency can be enhanced, and the side etching amount can be delicately controlled by changing the plasma conditions.
[0015]
Specifically, in the control step, it is preferable to use the chemical composition (the constituent elements or the composition ratio of each element) of each of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer as the “characteristic”.
[0016]
In dry etching, an active species (especially an ionic active species) derived from an etchant gas reacts with a constituent component to be etched (RIE), and the generated volatile substance is removed from the system and etching proceeds. Conceivable. If the chemical composition of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, for example, the constituent elements (component elements) are different, the degree of volatility differs for each reaction product of the active species and each element, so there is a difference in the etch rate. Tend to occur. In the mesa formation, the difference in the side etch rate is an especially important factor for the formation of the above-mentioned '庇'. Even if the types of constituent elements are the same, a difference in etch rate may occur in the same manner due to a difference in composition ratio (stoichiometry) of each element. Therefore, it is effective to appropriately select the etching parameters based on the chemical compositions of both layers.
[0017]
In addition to the chemical composition, the crystal structure of each layer, hardness, in-film composition distribution, electrical or electromagnetic characteristics, conditions for film formation, post-treatment such as a modification step after film formation, etc. In such cases, those based on factors that may affect the film quality and film characteristics of the first semiconductor layer or the second semiconductor layer, such as subsequent processing conditions, are also included in the “physical or chemical characteristics” in the present invention. included.
[0018]
More directly, in the control step, it is useful to use the respective etch rates in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer when the etching gas is used as the “characteristic”. As described above, since the etch rate is governed by the reactivity between the active species in the plasma and the constituent components, the etch rate and therefore the side etching amount differ depending on the type of etching gas. Therefore, it is useful to obtain in advance the etching rates of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer for each etching gas used prior to the actual process.
[0019]
Furthermore, in the control step, the following formula (1) and formula (2);
Ba <Bb (1)
Ra> Rb (2)
It is preferable to change at least one of the bias voltage and the high-frequency power independently of each other so that at least one of them, preferably both, is satisfied.
[0020]
Here, in the formula, Ba represents a bias voltage used in etching of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, which has an etching rate with a relatively low etching rate when the etching gas is used, and Bb represents the first semiconductor layer. A bias voltage used for etching of the semiconductor layer and the second semiconductor layer having a relatively large etching rate when the etching gas is used is shown. Ra represents the high-frequency power used for etching of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer having an etching rate with a relatively low etching rate when using the etching gas, and Bb represents the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. 2 shows high-frequency power used for etching of a semiconductor layer having a relatively large etching rate when the etching gas is used.
[0021]
When the bias voltage applied to the substrate is increased or decreased, the energy of the ion active species drawn into the first semiconductor layer and the second semiconductor layer side on the substrate, that is, the vertical as the anisotropic component (perpendicular to the layer surface, The ion bombardment energy contributing to the etching increases or decreases. Further, when the high-frequency power applied to the chamber, that is, the ICP output is increased or decreased, the density of active species in the plasma sheath contributing to isotropic etching increases or decreases.
[0022]
Therefore, taking as an example the case where the etch rate of the first semiconductor layer is smaller than the etch rate of the second semiconductor layer, the bias voltage for the first semiconductor layer is set to satisfy the formula (1). Since the ratio of the vertical component in the etching of the first semiconductor layer is reduced, the ratio of the isotropic component is relatively increased, and the amount of side etching of the first semiconductor layer within the same time is reduced. Will increase.
[0023]
On the other hand, when the high frequency power applied to the chamber for the first semiconductor layer is made larger than that for the second semiconductor layer so as to satisfy the formula (2), the absolute amount of active species increases, and the ratio of the isotropic component Is relatively enhanced. Therefore, the side etch amount within the same time increases. Furthermore, if both the formula (1) and the formula (2) are satisfied, the side etch amount in the first semiconductor layer is further increased by these synergistic effects.
[0024]
More specifically, it is particularly useful when the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are made of different types of III-V group compound semiconductors.
[0025]
Furthermore, the first semiconductor layer is mainly composed of a first III-V group compound semiconductor containing at least Ga element, and the second semiconductor layer is mainly composed of a first element not containing Ga element and containing In element. It is more useful when it consists of two III-V group compound semiconductors. If the first semiconductor layer is a layer (usually an upper layer) that is etched before the second semiconductor layer, the generation of '庇' becomes a problem, and the present invention is particularly useful in that case. is there.
[0026]
Here, in the first group III-V compound semiconductor, Ga may or may not be a main component. The second group III-V compound semiconductor is substantially free of Ga, but includes a semiconductor containing a small amount of Ga as an inevitable component.
[0027]
CH often used in dry etching of III-V semiconductorsFour/ H2Mixed gas or CHFour/ H2/ Cl2Taking a mixed gas as an example, In is more CH than chlorine active species.FourDerived active species (hereinafter referred to as “CHFourIt is called “active species”. ) Is highly reactive, while Ga is CHFourThe reactivity with the active species tends to be significantly low. Therefore, when such an etching gas is used, the etching rate of the first III-V compound semiconductor containing Ga as an essential constituent element is the second III-- containing no In and containing In as an essential constituent element. Significantly smaller than Group V compound semiconductors. Therefore, the present invention is extremely effective in such a case.
[0028]
More specifically, the first semiconductor layer is mainly made of GaAs, GaInAs, GaInAsP, or GaInP, and the second semiconductor layer is mainly made of InP.
[0029]
In this case, the etching gas is CHFourGas, H2Gas and Cl2In the control process using a mixed gas containing gas, the following formula (3);
X1> X2 (3),
CH in the gas supply process so as to satisfy the relationship represented byFourGas, H2Gas and Cl2It is more preferable to adjust the flow rate of the gas supplied to the chamber. Here, in the formula, X1 is Cl in a mixed gas used for etching the first semiconductor layer mainly composed of the first III-V group compound semiconductor containing at least Ga element.2The gas mixing ratio, X2 being Cl in the mixed gas used for etching the second semiconductor layer mainly composed of the second group III-V compound semiconductor not containing Ga element and containing In element2The gas mixing ratio is shown.
[0030]
More preferably, X1 is 100% by volume (mass flow rate%), and X2 is less than 100% by volume, particularly preferably substantially 0% by volume. In other words, the etching of the first semiconductor layer mainly composed of the first III-V compound semiconductor is substantially Cl.2CH using only gasFourGas and H2In the etching of the second semiconductor layer mainly composed of the second group III-V compound semiconductor while using no gas,Four/ H2/ Cl2Mixed gas or CHFour/ H2Use a mixed gas.
[0031]
As described above, In is more CH than chlorine active species.FourWhile the reactivity with active species is high, Ga is CHFourReactivity with active species tends to be relatively low. Conversely, In is CHFourIn contrast to the active species, the reactivity with the chlorine active species is low, whereas Ga has a relatively high reactivity with the chlorine active species. This is GaClThreeInClThreeSince the saturated vapor pressure of InCl is low, InCl is produced by the reaction between In and chlorine activeThreeIs difficult to desorb from the substrate, whereas GaCl is produced by the reaction of chlorine and chlorine active species.ThreeThis is because it is easily detached from the substrate. Therefore, CH is satisfied so as to satisfy equation (3).Four/ H2/ Cl2If the mixing ratio (mass flow rate ratio) of each gas in the mixed gas is adjusted, the side etch amount of the first semiconductor layer increases.
[0032]
Further, as an apparatus for effectively carrying out such an etching method according to the present invention, a mesa shape is formed by etching a substrate including a first semiconductor layer and a second semiconductor layer different from the first semiconductor layer. An apparatus to be formed, which is connected to a chamber in which a substrate is accommodated, a gas supply unit that supplies an etching gas into the chamber, and is connected to the chamber, and a bias voltage is applied to the substrate. At least one of a bias power supply unit to be applied, a high frequency induction coil provided in the chamber, a high frequency power supply unit connected to the high frequency induction coil, a bias power supply unit, a high frequency power supply unit, and a gas supply unit A bias voltage used for etching each of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, high frequency power for forming ICP, and I At least one of the high-frequency frequency for forming P, the flow rate of the etching gas, and the mixing ratio of each gas when the etching gas is a mixed gas is the physical and / or the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. Or what is provided with the control part adjusted so that it may mutually change based on a chemical characteristic is mentioned.
[0033]
Preferably, a light detection unit that detects light emitted from the chamber and connected to the control unit is provided, and the control unit starts or ends etching of the first semiconductor layer, or The time when the etching of the semiconductor layer 2 starts or ends is determined based on the detection signal from the light detection unit (the intensity of the specific wavelength light in the spectral spectrum).
[0034]
For example, when shifting from the etching of the first semiconductor layer to the etching of the second semiconductor layer, the reaction products of the constituent components of the two layers and the etchant are different, so that the plasma emission in the chamber is spectroscopically measured. Thus, the transition point is reliably determined. Therefore, desired etching can be reliably performed on both semiconductor layers by changing the etching conditions based on the determination result.
[0035]
A method for manufacturing a semiconductor device is a method for manufacturing a semiconductor device (element) having a plurality of semiconductor layers and having a mesa shape, and is intended to promote an increase in communication and / or modulation speed. A first semiconductor layer forming step of forming a first semiconductor layer on one side of the substrate, and a method for forming the first substrate on the substrate can be widely applied to the manufacture of a semiconductor device (element) in which a mesa shape can be formed in order to reduce the element capacitance. A second semiconductor layer forming step of forming a second semiconductor layer different from the first semiconductor layer on the side, and dry etching the first semiconductor layer and the second semiconductor layer on the substrate by the etching method according to the present invention; A method including an etching step is preferable.
[0036]
The semiconductor device formed on the substrate is a single or single type of semiconductor element (for example, a photodiode, a semiconductor laser element, an optical amplifier, a light receiving element, a Mach-Zehnder modulator, an optical waveguide, a multiplexer, a demultiplexer). The semiconductor device is not limited to a container, etc., and may be a monolithic structure in which a plurality or types of semiconductor elements are formed.
[0037]
The semiconductor device manufacturing apparatus is a device for manufacturing a semiconductor device having a plurality of semiconductor layers and having a mesa shape, wherein the first semiconductor layer is formed on one side of the substrate. It is preferable to include a semiconductor layer forming portion, a second semiconductor layer forming portion in which a second semiconductor layer different from the first semiconductor layer is formed on one side of the substrate, and the etching apparatus according to the present invention.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. For the convenience of illustration, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the values shown in the drawings, and do not necessarily match those described. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship in the drawings unless otherwise specified.
[0039]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a preferred embodiment of an etching apparatus used in the present invention. The
[0040]
Gas inlet KinIs CHFourGas, H2Gas and Cl2This is an opening for introducing an etching gas composed of a gas into the
[0041]
Further, the
[0042]
Furthermore, a control system 100 (control unit) is connected to each MFC of the gas introduction system G and the high-
[0043]
FIG. 2 is a block diagram schematically showing another preferred embodiment of the etching apparatus used in the present invention. The etching apparatus 20 is provided with a light transmission window W that can face the inside of the
[0044]
An etching method according to the present invention using the
[0045]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a semiconductor device manufactured by applying the etching method of the present invention. In the
[0046]
The MQW-
[0047]
The MQW-
[0048]
As the
[0049]
Further, both side surfaces of the lower
[0050]
Furthermore, a predetermined region on the second
[0051]
[Table 1]
[0052]
4A to 4E are process diagrams showing an example of a state in which the
[0053]
The procedure for forming the
[0054]
Next, a cap layer as a dummy layer is provided on the first
[0055]
Next, an etching agent corresponding to the composition of the cap layer, which is a dummy layer, and the semiconductor multilayer film is appropriately selected. For example, in the case of a GaInAs-based or InP-based cap layer, wet etching using a phosphoric acid-based etching solution is used. Then, the exposed portion of the cap layer where the insulator mask is not formed is etched to form a stripe. Further, after the phosphoric acid-based etching solution is washed, wet etching is performed using, for example, an etching solution made of a mixed solution of bromine and ethanol until a part of the n-
[0056]
Then, the p-
[0057]
Then p on it+The
[0058]
This
[0059]
First, the exhaust system is operated to reduce the pressure in the chamber to a predetermined pressure. After the pressure is stabilized, the
[0060]
Thereafter, the high
[0061]
Where p+In the etching of the
Ba <Bb (1)
Ba here is p+In the etching of the
[0062]
Ra> Rb (2)
Ra here is p+In the etching of the p-
[0063]
Specifically, p+The etching of the
CHFourGas flow rate: 9-13 sccm (10 sccm),
Cl2Gas flow rate: 9-11 sccm (10 sccm),
H2Gas flow rate: 4.5-5.5 sccm (5 sccm),
Pressure in the chamber 13: 2 to 3 Pa (3 Pa)
High frequency power supply 17 (bias) output: 10 to 30 W (10 W),
Maximum bias voltage (sheath reference predicted value): 80 to 120V (80V),
High-
[0064]
According to the inventor's knowledge, using the conditions shown in parentheses above, p+It was confirmed that the etch rate in the depth direction (direction perpendicular to the layer surface) of the
[0065]
Such p+In the etching of the
[0066]
p+The etching time (process time) of the
[0067]
P+The end point can be determined while monitoring the progress of the etching of the
[0068]
After a preset process time has elapsed or from the change in the emission peak intensity of Ga and / or In, p+After it is determined that the etching of the p-
[0069]
Specifically, the etching of each
CHFourGas flow rate: 5-7 sccm (6 sccm),
Cl2Gas flow rate: 5-7 sccm (6 sccm),
H2Gas flow rate: 2.5-3.5 sccm (3 sccm),
Pressure in the chamber 13: 1 to 1.5 Pa (1.5 Pa)
High frequency power supply 17 (bias) output: 50 to 100 W (50 W),
Maximum bias voltage (sheath reference predicted value): 160 to 260 V (160 V),
High
[0070]
According to the knowledge of the present inventor, when the conditions shown in the parentheses are used, the etch rate in the depth direction (direction perpendicular to the layer surface) of the p-
[0071]
In such etching of each
[0072]
Further, since the ICP output Rb is made smaller than the IPC output Ra, the density of active species contributing to the isotropic etching of the InP layers 28a, 34a, 32a is not excessively increased. Therefore, in the etching of each
[0073]
When a part of the upper layer of the n-
[0074]
At this time, since the side wall of the
[0075]
Further, according to the etching method of the present invention, p is obtained by dry etching in the same chamber 13.+A mesa shape can be easily formed in a stacked body including a plurality of semiconductor layers such as a
[0076]
As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail based on the embodiment, this invention is not limited to said each embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof. For example, the present invention includes not only the
[0077]
Moreover, following formula (3);
X1> X2 (3),
By adjusting the opening of each MFC of the gas introduction system G so as to satisfy the relationship expressed byFourGas, H2Gas and Cl2It is preferable to adjust each supply flow rate to the gas chamber. Where X1 is p.+Cl in etching gas (mixed gas) in etching of type GaInAs layer2X2 represents the gas mixture ratio, and X2 represents Cl in the etching gas in the etching of the p-
[0078]
P of chlorine active species+The reactivity with respect to the
[0079]
More preferably, X1 is 100% by volume (mass flow rate%), and X2 is less than 100% by volume, particularly preferably substantially 0% by volume. That is, p+The etching of the
[0080]
At this time, from the
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the etching method and the etching apparatus of the present invention, and the semiconductor device manufacturing method and the manufacturing apparatus thereof, a mesa shape can be easily formed in a stacked body having a plurality of semiconductor layers. Disconnection of the protective film and electrodes provided on the mesa can be prevented, and shape controllability can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a preferred embodiment of an etching apparatus used in the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing another preferred embodiment of an etching apparatus used in the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a semiconductor device manufactured by applying the etching method of the present invention.
4A to 4E are process diagrams showing an example of a state in which a
FIGS. 5A to 5D are process diagrams showing an example of a procedure of a conventional method for manufacturing a semiconductor device having a mesa shape by one dry etching. FIGS.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基体が収容されたチャンバ内にエッチングガスを供給するガス供給工程と、
前記基体にバイアス電圧を印加し、且つ、前記チャンバ内に高周波電力を印加することにより高周波誘導プラズマを形成して前記エッチングガスに由来する活性種を前記基体上に供給するエッチング工程と、
前記エッチング工程を実施する時に、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層のそれぞれのエッチングで用いる前記バイアス電圧、前記高周波電力、該高周波の周波数、前記エッチングガスの流量、及び該エッチングガスが混合ガスの場合における各ガスの混合比のうち少なくとも一つを、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層の物理的及び/又は化学的な特性に基づいて互いに独立に変化せしめる制御工程と、
を備え、
前記制御工程においては、下記式(1)及び式(2);
Ba<Bb …(1)、
Ba:前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層のうち前記エッチングガスを用いたときのエッチレートが比較的小さい半導体層のエッチングで用いる前記バイアス電圧、
Bb:前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層のうち前記エッチングガスを用いたときのエッチレートが比較的大きい半導体層のエッチングに用いる前記バイアス電圧、
Ra>Rb …(2)、
Ra:前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層のうち前記エッチングガスを用いたときのエッチレートが比較的小さい半導体層のエッチングで用いる前記高周波電力、
Bb:前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層のうち前記エッチングガスを用いたときのエッチレートが比較的大きい半導体層のエッチングに用いる前記高周波電力、
のうち少なくともいずれか一つを満たすように、前記バイアス電圧及び前記高周波電力のうち少なくとも一方を互いに独立に変化せしめるエッチング方法。A method of forming a mesa shape by etching a substrate including a first semiconductor layer and a second semiconductor layer different from the first semiconductor layer,
A gas supply step of supplying an etching gas into the chamber in which the substrate is housed;
An etching step of applying a bias voltage to the substrate and forming a high frequency induction plasma by applying a high frequency power in the chamber to supply active species derived from the etching gas onto the substrate;
When performing the etching step, the bias voltage, the high frequency power, the high frequency, the flow rate of the etching gas, and the etching gas used for the etching of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, respectively. Control that changes at least one of the mixing ratio of each gas in the case of a mixed gas independently of each other based on physical and / or chemical characteristics of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer Process,
Equipped with a,
In the control step, the following formula (1) and formula (2);
Ba <Bb (1),
Ba: the bias voltage used in etching a semiconductor layer having a relatively low etch rate when the etching gas is used in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer,
Bb: the bias voltage used for etching a semiconductor layer having a relatively high etch rate when the etching gas is used among the first semiconductor layer and the second semiconductor layer,
Ra> Rb (2),
Ra: the high-frequency power used for etching a semiconductor layer having a relatively low etch rate when the etching gas is used among the first semiconductor layer and the second semiconductor layer,
Bb: the high-frequency power used for etching a semiconductor layer having a relatively high etch rate when the etching gas is used among the first semiconductor layer and the second semiconductor layer,
At least any one so as to satisfy either the bias voltage and at least one from each other etching methods Ru contain altered independently of the high-frequency power of.
請求項1に記載のエッチング方法。The first semiconductor layer is mainly composed of a first III-V group compound semiconductor containing at least Ga element, and the second semiconductor layer is mainly composed of a second element not containing Ga element and containing In element. A group III-V compound semiconductor of
The etching method according to claim 1 .
前記制御工程では、下記式(3);
X1>X2 …(3)、
X1:主として前記第1のIII−V族化合物半導体から成る第1の半導体層のエッチングで用いる前記混合ガス中の前記Cl2ガスの混合比、
X2:主として前記第2のIII−V族化合物半導体から成る第2の半導体層のエッチングで用いる前記混合ガス中の前記Cl2ガスの混合比、
で表される関係を満たすように、前記ガス供給工程における前記CH4ガス、前記H2ガス、及び前記Cl2ガスの前記チャンバへの供給流量を調整する、
請求項2に記載のエッチング方法。As the etching gas, a mixed gas containing CH 4 gas, H 2 gas, and Cl 2 gas is used,
In the control step, the following formula (3):
X1> X2 (3),
X1: a mixing ratio of the Cl 2 gas in the mixed gas used for etching the first semiconductor layer mainly composed of the first III-V compound semiconductor,
X2: a mixing ratio of the Cl 2 gas in the mixed gas used for etching the second semiconductor layer mainly composed of the second III-V compound semiconductor,
The supply flow rate of the CH 4 gas, the H 2 gas, and the Cl 2 gas to the chamber in the gas supply process is adjusted so as to satisfy the relationship represented by:
The etching method according to claim 2 .
前記基体が収容されたチャンバ内にエッチングガスを供給するガス供給工程と、
前記基体にバイアス電圧を印加し、且つ、前記チャンバ内に高周波電力を印加することにより高周波誘導プラズマを形成して前記エッチングガスに由来する活性種を前記基体上に供給するエッチング工程と、
前記エッチング工程を実施する時に、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層のそれぞれのエッチングで用いる前記バイアス電圧、前記高周波電力、該高周波の周波数、前記エッチングガスの流量、及び該エッチングガスが混合ガスの場合における各ガスの混合 比のうち少なくとも一つを、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層の物理的及び/又は化学的な特性に基づいて互いに独立に変化せしめる制御工程と、
を備え、
前記第1の半導体層が主として、少なくともGa元素を含む第1の III −V族化合物半導体から成るものであり、前記第2の半導体層が主として、Ga元素を含まず且つIn元素を含む第2の III −V族化合物半導体から成るものであり、
前記エッチングガスとして、CH 4 ガス、H 2 ガス、及びCl 2 ガスを含む混合ガスを用い、
前記制御工程では、下記式(3);
X1>X2 …(3)、
X1:主として前記第1の III −V族化合物半導体から成る第1の半導体層のエッチングで用いる前記混合ガス中の前記Cl 2 ガスの混合比、
X2:主として前記第2の III −V族化合物半導体から成る第2の半導体層のエッチングで用いる前記混合ガス中の前記Cl 2 ガスの混合比、
で表される関係を満たすように、前記ガス供給工程における前記CH 4 ガス、前記H 2 ガス、及び前記Cl 2 ガスの前記チャンバへの供給流量を調整する、エッチング方法。 A method of forming a mesa shape by etching a substrate including a first semiconductor layer and a second semiconductor layer different from the first semiconductor layer,
A gas supply step of supplying an etching gas into the chamber in which the substrate is housed;
An etching step of applying a bias voltage to the substrate and forming a high frequency induction plasma by applying a high frequency power in the chamber to supply active species derived from the etching gas onto the substrate;
When performing the etching step, the bias voltage, the high frequency power, the high frequency, the flow rate of the etching gas, and the etching gas used for the etching of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, respectively. Control that changes at least one of the mixing ratio of each gas in the case of a mixed gas independently of each other based on physical and / or chemical characteristics of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer Process,
With
The first semiconductor layer is mainly composed of a first III- V group compound semiconductor containing at least Ga element , and the second semiconductor layer is mainly composed of a second element not containing Ga element and containing In element. A group III- V compound semiconductor,
As the etching gas, a mixed gas containing CH 4 gas, H 2 gas, and Cl 2 gas is used,
In the control step, the following formula (3):
X1> X2 (3),
X1: a mixing ratio of the Cl 2 gas in the mixed gas used for etching the first semiconductor layer mainly composed of the first III- V compound semiconductor ;
X2: a mixing ratio of the Cl 2 gas in the mixed gas used for etching the second semiconductor layer mainly composed of the second III- V compound semiconductor ,
In so satisfy the relation represented by the CH 4 gas in the gas supply process, the H 2 gas, and that to adjust the supply flow rate to the chamber of the Cl 2 gas, an etching method.
請求項1、請求項2および請求項4のいずれか一項に記載のエッチング方法。In the control step, the chemical composition of each of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is used as the characteristic.
The etching method as described in any one of Claim 1, Claim 2, and Claim 4 .
請求項1、請求項2、請求項4および請求項5のいずれか一項に記載のエッチング方法。In the control step, as the characteristics, the respective etching rates in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer when the etching gas is used are used.
The etching method according to any one of claims 1, 2, 4, and 5 .
請求項1、請求項2、および請求項4〜請求項6のいずれか一項に記載のエッチング方法。The first semiconductor layer and the second semiconductor layer are made of different types of III-V compound semiconductors;
The etching method as described in any one of Claim 1, Claim 2, and Claims 4-6 .
前記第2の半導体層が主としてInPから成るものである、
請求項2〜請求項4のいずれか一項に記載のエッチング方法。The first semiconductor layer is mainly composed of GaAs, GaInAs, GaInAsP, or GaInP;
The second semiconductor layer is mainly composed of InP;
The etching method as described in any one of Claims 2-4.
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