JPH05508266A - ＧａＡｓをドライエッチングするための高耐久性マスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ＧａＡｓをドライエツチングするための高耐久性マスク技術分野 本発明は、ドライエツチング加工中に、耐久性マスクによってＧａＡｓの目的領 域を保護することに関するものである。更に詳しくは、本発明は、塩素含有環境 下でＧａＡｓをドライエツチング加工することによって、導波管、チャンネル、 ファセット、メサ、及びミラーのような構造（ｆｅａｔｕｒｅｓ）を二次加工し ている間、高耐久性エツチングマスクを用いてＧａＡｓの目的領域を保護するこ とに関するものである。

背景技術 ＧａＡｓを用いたオプトエレクトロニクス装置の二次加工では、エツチング法を 用いて、ミクロ光学的構成部分とミクロ電子工学的構成部分の双方のための構造 を形成することが必要である。本発明で用いているＧａＡｓは、追加の元素を有 するか又は有しないガリウムと砒素とを含む結晶質及び多結晶質の全ての化合物 を含む。エツチング法によって、ＧａＡｓ中に転写される構造の例としては、導 波管、チャンネル、ファセット、メサ、及びミラーのような構成部分がある。小 さな、しばしばサブミクロンサイズの寸法を有する前記タイプの構成部分を製作 するためには、高度の異方性を有するエツチング法を用いることが必要である。

ウェットエツチング法は、一般的には不適当である。ウェットエツチング法にお けるエツチング速度は、等方性であるか又は結晶配向に依存するかの何れかだか らである。

一方、ドライエツチング法は、結晶配向に対する（最適条件下における）エツチ ング速度の依存性を防止して、必要な異方性を提供することができる。

ＧａＡｓにおける異方性エツチングを提供するために用いられるドライエツチン グ法の大部分は、化学的作用を利用して反応性助剤（ｒｅａｃｔｉｖｅ　ａｓｓ ｉｓｔａｎｃｅ）の幾つかの形態を提供するイオンに基づく方法である。そのタ イプの最も一般的な方法の例としては・反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）、反 応性イオンビームエプチング（ＲＩＢＥ）、及び［化学的に補助されたイオンビ ームエッチンク（ＣＡＩＢＥ）としても知られている〕イオンビームアシステツ ドエツチング（ＩＢＡＥ）がある。反応性助剤として、これらの方法で利用され る化学的作用は、エツチング速度を高め、揮発性エツチング生成物をつくり、更 に活性イオン（ｅｎｅｒｇｅｔｉｅ　１ｏｎ）　、活性ニュートラル（ｅｎｅｒ ｇｅｔｉｃ　ｎｅｕｔｒａｌ）　、及び／又は活性ラジカルによるＧａＡｓ表面 の損傷を最小化する。ＧａＡｓのドライエツチング加工においては、塩素（原子 、分子、ニュートラル、ラジカル）を含む環境が、適当な反応性助剤を提供する のに最も有用であることを見出した。

ＧａＡｓをエツチングするのにドライエツチング法を用いる場合、支持体の目的 頭載を保護するために、幾つかの形態のマスクが必要とされる。耐久性マスクは 、しばしば特に有用である。本明細書で用いている「耐久性」という用語は、エ ツチング工程中における浸紬に対するマスクの抵抗性を指している。理想的なマ スクは、エツチング工程中に、浸蝕されない程度か又は形態を変化させない程度 まで耐久性がある。ＧａＡｓのドライエツチング加工において有意な耐久性を示 すマスクに関して、ＧａＡｓのエツチング速度対マスクのエツチング速度の割合 、即ちエツチングの遍択率は、高Ｘなければならない。耐久性の低い材料から成 るマスクは、幾つかの理由から不適当である。即ち、第一の理由としては、エツ チングによって形成されたエツジ・クォリティーが、マスクの厚さが増加するに つれて減少する。第二に、マスクの厚さに比べてより小さい寸法のマスク構造は 不適当であり、加工中に、はがれたり、位置がずれたりすることがある。第三に 、マスクの浸蝕、特にマスクのエツジの浸蝕によって、マスク材料が、望んでい ない領域に再配置されて、エツチング全体の買と均質性を低下させることがある 。以上の理由から不適当である。化学的助剤として塩素を用いるＧａＡｓのドラ イエツチングにおいては、薄層（約０．１　ミクロン）として適用したときに、 耐久性を提供して、数ミクロンから数十ミクロンまでのエツチングを残存させる 材料は、はとんど知られていない。（チタン下層を有する）ニッケルとクロムの ような金属、及びフッ化アルミニウムとフッ化ストロンチウムのような塩を用い たち、成功する度合はまちまちであった。ウェットエツチング法は、しばしば、 ドライエツチング法に続けて行って、それらの材料を完全に除去するのに必要で ある。その場合必要とされるものは、適用しやすく、パターニングしやすく、且 つ除去しゃすい、高耐久性のマスクである。

発明の開示 本発明の目的は、塩素含有環境下において、ＧａＡｓをドライエツチング加工す るための耐久性マスクを提供することにある。全く思いかけずに、我々は、非晶 質炭素から形成したマスクには、塩素含有環境下でのドライエツチング加工中の 塩素による攻撃に対して高い抵抗性があることを発見した。非晶質炭素は、ドラ イエツチング加工法によって適用して、且つ除去することができる。

本発明の特徴は、リソグラフィツク・パターニング（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ 　ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）の後に、ウェットエツチング工程が全く必要ない、と ころにある。

本発明のもう１つの特徴は、塩素含有環境下においてドライエツチング加工する ことによって、導波管、チャンネル、ファセット、メサ、及びミラーのような構 造を二次加工することが、非晶質炭素マスクを用いることによって容易になるこ とにある。

図面の簡単な説明 図１　（ａ　−ｋ）は、塩素による攻撃に対して抵抗性のある高耐久性マスクを 形成し且つ除去する好ましい方法における様々な工程を説明している断面図であ る。

発明の実施態様 非晶質炭素のマスクは、プラズマアシステツドＣＶＤ法によって、即ち高周波プ ラズマ中においてメタンを分解させることによって製作することができる。

メタンの代わりに他の炭化水素を用いて、広範なプロセス条件を用いることもで きる。また、この材料をデポジットさせるために、別の方法を用いることもでき る。それらの方法としては、プラズマアシステツドＣＶＤ法の変法、グロー放電 （高周波及び直流）スパッターデポジション、シングル及びデュアルイオンビー ムスパッターデポジション、反応性イオンビームデポジション、エバポレーショ ン、及びイオンめっきが挙げられる。デポジション法を選択することによって、 非晶質炭素マスクの化学的及び物理的特性、即ち、化学的特性においては非晶質 炭素（ａ−Ｃ）から水素化非晶質炭素（ａ−Ｃ：Ｈ）まで、物理的特性において はダイアモンド様からグラファイト様まで変化させることができる。

高耐久性マスクとして有用な非晶質炭素か形成したが否かは、例えば走査型電子 顕微鏡（ＳＥＭ）及び下記の実施例■と実施例■に記載したような実験を用いる 通常の試験によって容易に観察される。耐久性を著しく高めるためには、ＧａＡ ｓのエツチング速度対マスクのエツチング速度の割合は、１０：１を超えている べきであり、より一般的には２５−５０・１であるべきである。この耐久性が確 立される環境は、その環境がＧａＡｓのドライエツチングに適する環境である限 りにおいては、塩素含有ガスのみならず、例えばＢＣｌ３やＢＣｈ／Ａｒなどに よって与えられる塩素含有ガス以外のガス混合物を用いることもできる。

図１ａに示したように、非晶質炭素層１２を、５ｉ０２、Ｓｉ３Ｎ、又は非晶質 シリコンのような材料から成るオーバーコーテイング１１を含むか又は含まない ＧａＡｓの基板１０上にデポジットする。結晶粒界構造（ｇｒａｉｎ　ｂｏｕｎ ｄａｒｙ　ｆｅａｔｕｒｅｓ）の移動を防止するために、Ｆ！１１は、非晶質材 料であることが好ましい。このオーバーコーテイングがあるときには、このオー バーコーテイングによって、非晶質炭素のための接着層が提供されて、非晶質炭 素をデポジットさせている時に生じるイオン衝撃による損傷からＧａＡｓの表面 が保護される。図１ｂに示したように、５ｉ０２．５１４Ｎ４又は非晶質シリコ ンのような材料から成る薄層１３を、非晶質炭素層上に適用する。結晶粒界構造 の移動を防止するために、この層は、非晶質材料であることが好ましい。次に、 図１０に示したように、リソグラフィツク・パターニング可能な材料、例えばフ ォトレジスト又は電子ビーム感応性レジスト（ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｂｅａｍ　５ ｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｒｅｓｉｓｔ）から成る層１４を、表面層１３に適用する。

次に、層１４を、公認プラクティス（ａｃｃｅｐｔｅｄ　ｐｒａｃｔｉｃｅ）に 従って露光して現像し、図１ｄに示したようなパターンを提供する。次に、反応 性イオンエツチング（ＲＩＥ）工程を適当なガス化学作用と共に用いて、図１ｅ に示したように、層１４にあるパターンの露出領域を通じて、層１３を選択的に エツチングする。この説明の中に記載したＲＩＥ工程の内のいずれかの工程の代 わりに、都合の良い場合ならばいつでも、別法としてドライエツチング法を用い ることができる。層１３が、５ｉ０２又は非晶質シリコンから成っている場合、 ＣＦ４１０２　（ＣＦ、　９６容量％、０２４容量％）のようなフレオン／酸素 混合物を用いて、この層を、ＲＩＥによって選択的に除去することができる。次 に、酸素（０□）を用いて、ＲＩＥによるもう１つのドライエツチングを行って 、層１３にあるマスクパターンを、非晶質炭素層１２を通じて選択的に転写して 開口部を提供する。

また、このエツチングによって、リソグラフィツク・パターニング可能な層１４ を除去してもよい（図ｉｆ）。次に、適当に選択したガスを用いて、ＲＩＥによ ってドライエツチングし、試料に残存している層１３のパターンを除去する（図 Ｉｇ）。層１１が存在する場合には、材料を適当に選択することによって、この ＲＩＥ工程は、層１１をパターニングするのに有用である場合がある（図１ｂ） 。

この時点において、ＧａＡｓ支持体を露出しているパターニングされた開口部を 有する非晶質炭素マスクの加工は完了し、ウェファ−は、塩素含有環境下でドラ イエツチングされる準備ができている。ＧａＡｓ中へパターンを転写した後（図 １ｉ）、非晶質炭素層１２を、０□環境下におけるＲＩＥによって除去する（図 １ｊ）。

最後に、接着／保護層１１を、パターン転写の時に用いたのと同じ条件下におけ るＲＩＥによって除去する（１ｍｌｋ）。

実施例 以下の２つの実施例によって、塩素含有環境下において、ＲＩＥとＣＡＩＢＥを 用いてＧａＡｓをドライエツチング加工するときの、非晶質炭素マスクの耐久性 を説明する。これらの実施例において、非晶質炭素をパターニングするのに用い た手段は、都合が良いというだけの理由で、好ましい態様において説明した手段 から逸脱している。また、最初の実施例では、エツチングの異方性は、問題では なかった。該実施例においては、その面を最適化しないようなＲＩＥ条件が存在 している。

■、この実施例では、厚さ　１．３８μの非晶質炭素層を、ＧａＡｓ支持体上に ある厚さ０，３４μのエバボレーティラド５１０２接着／保護層上に蒸着させた 。非晶質炭素は、セルフバイアス電圧１６００Ｖ、メタン圧１６ミリトールにお いて、プラズマアシステツドＣＶＤ１ｉ：二よって、高周波出力電極（ｒｆ　ｐ ｏｗｅｒｅｄ　ｅｌ、ｅｃｔｒｏｄｅ）上にデポジットさせた。−イミダゾール をベースとするフォトレジスト・リフト・オフ法（ｒｉｉｉｄａｚｏｌｅ−ｂａ ｓｅｄ　ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ　１ｉｆｔ−ｏｆｆ　ｐｒｏｃｅｓｓ）を適用 するために、フォトレジストを適用してパターニングした。リフト・オフ法のた めの適当なフォト１ノジストプロフイールを製作した後、そのプロフィールの上 に０゜１μの厚さまで、アルミニウムを蒸着させた。次に、非晶質炭素表面上に 形成されたアルミニウムのリフト・オフパターンを、圧力４０ミリトールの０２ 環境下３００Ｗで、ＲＩＥによって非晶質炭素層を通して転写した。再びＲＩＥ を用いて、圧力ゴー００ミリトールのＣＦ４１０２　（ＣＦ４　：　９６容量％ 、０２：４容量％）環境下３００Ｗで、ＳｉＯ□接看／接着層を通じてパターン を転写した。次に、ウェットエツチング剤を用いて、サンプルからアルミニウム を除去した。圧力４０ミリトールのＣ１２／　Ａｒ　（Ｃ１ｔ　：　２５容量％ 、Ａｒニア５容量％）環境下３３０Ｗで、ＲＩＥによって、非晶質炭素とＳｉＯ □マスク層とにある開口部を通じて、ＧａＡｓ支持体中に、深さ１３．３μまで 構造をドライエツチングした。それらの条件下における選択率、即ちＧａＡｓの エツチング速度対非晶質炭素のエツチング速度の割合は、１００／１を超える（ 実際には１０９／１）ことを見出した。圧力４０　Ｅ　ＩＪ　トールの０２環境 下３００ＷでＲＩＥを用いて、残存非晶質炭素を除去し、圧力１００ミリトール のＣＦ４１０２　（ＣＦ４・９６容量％、０□　４容量％）環境下３００ＷでＲ ＩＥを用いて、５ｉＯｚ接着／保護層を除去した。

■、この実施例では、厚さ　０．１７μの非晶質炭素層を、ＧａＡｓ支持体（実 際にはＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ二重へテロ構造含有支持体）上にある厚さ０．２ ７μの５ｉ０２接看／接着層上に蒸着させた。この実施例では、非晶質炭素は、 セルフバイアス電圧４００■、メタン圧１ミリトールで、プラズマアシステツド ＣＶＤ法によってデポジットさせた。実施例Ｉにおいて非晶質炭素をパターニン グするために行ったのと同じ手順に従って、この実施例でも、非晶質炭素をパタ ーニングした。ＣＡＩＢＥ法、及び電流密度０．４　ミリアンペア／ｃｍ”の５ ００ｖアルゴンイオンを用いて、非晶質炭素とＳｉＯ２マスク層とにある開口部 を通じて、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ二重へテロ構造支持体中に、深さ８４６μの 構造をドライエ７チングした。カウフマン型イオン源へのアルゴン流量は、３ｓ ｅｃｍであった。ＣＩ□ガスは、エツチング中に、サンプルに対して、流量１２ ．５ｓｅｃｍで、近正常入射で（ａｔ　ｎｅａｒ　ｎｏｒｉａＬ　１ｉｃｉｄｅ ｎｃｅ）指向した。エツチング中のチャンバー圧は、６Ｘ１０”トールに保った 。エツチング前のチャンバーの底面圧（ｂａ、ｓｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ）は、５ Ｘ１０−”ｌ−−ルであった。この実施例においては、ＧａＡｓ　（ＧａＡｓ／ ＡｌＧａＡｓ二重へテロ構造を含む）のエツチング速度対非晶質炭素のエツチン グ速度の割合は、９０／１を超えていた。実施例Ｉで説明したようなＲＩＥによ って、非晶質炭素と５ｉＯｚ接看／接着層とを共に除去した。エツチング中に達 成された異方性は、卓越したものであった。

！約！ ＧａＡｓにおいて、導波管、チャンネル、ファセット、メサ、及びミラーのよう な構造（ｆｅａｔｕｒｅｓ）を、塩素含有環境下で、ドライエツチング加工によ って二次加工することを可能にするマスクについて説明する。該マスクは、水素 化されていてもよい炭素の非晶質形態から成っている。該マスクは、ＧａＡｓの 表面に適用し、パターニングし、そしてドライ加工法によって除去することがで きる。

国賠層杏鶴失 国際調査報告

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．高耐久性マスクを形成し、且つＧａＡｓのドライエッチング加工において該 マスクを使用する方法であって、以下の工程：（ａ）ＧａＡｓの上に、ＧａＡｓ に対する塩素の攻撃に耐える非晶質炭素層を提供する工程； （ｂ）非晶質マスクを形成して、ドライエッチング加工によってＧａＡｓを露出 させるために、該非晶質炭素層に開口部を形成する工程；（ｃ）塩素含有環境下 において、該非晶質マスクにある開口部を通じてＧａＡｓをドライエッチング加 工する工程；及び（ｄ）該非晶質マスクを除去する工程 から成る前記方法。
2. ２．該非晶質炭素が、水素化されている請求の範囲１に記載の方法。
3. ３．該非晶質マスクを、ドライエッチング加工で除去する請求の範囲１に記載の 方法。
4. ４．塩素含有環境下においてＧａＡｓのドライエッチング加工に用いる耐久性マ スクであって、 塩素による攻撃に耐え、且つ塩素によってエッチングされるようにＧａＡｓを露 出する開口部を有する、ＧａＡｓの上にある非晶質炭素層から成る、前記マスク 。