JP5070599B2 - 半導体装置の製造方法およびプラズマエッチング装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体材料からなる被加工物をエッチングにより加工する技術に関し、特に、インジウムを必須の構成元素とする化合物半導体からなる被加工物をドライエッチングにより加工する技術に関する。

近年、光能動素子（たとえば、半導体レーザや光増幅器）や光受動素子（たとえば、合分波器や光導波路）といった光デバイスの高機能化および高性能化が要求されている。この種の光デバイスとして、III-Ｖ族化合物半導体などの化合物半導体からなる光集積デバイスが注目されている。また、光集積デバイスの製造工程では、化合物半導体をエッチングにより高精度に加工する技術が求められる。エッチングにより化合物半導体を加工して溝を形成する場合、その溝の幅、深さおよび形状を精密に制御することが重要である。このため、ウェットエッチングと比較すれば、形成された溝の側壁の垂直性、当該溝の再現性およびエッチング均一性を良好に実現できるドライエッチングが使用される傾向にある。

一般に、ドライエッチングは、所望のエッチング形状を得るために、被加工物の特性に応じたエッチング条件（導入ガス種の種類、導入ガス種の配分、チャンバ内の圧力、基板温度）を適用することが必要である。化合物半導体をドライエッチングにより加工する方法としては、プラズマ源を用いたドライエッチングが広く使用されている。プラズマ源としては、たとえば、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）源、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）源、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）源、および電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＰ：Electron Cyclotron resonance Plasma）源が挙げられる。

特に、誘導結合型プラズマ源やマイクロ波励起表面波プラズマ源、電子サイクロトン共鳴プラズマ源を使用すると、放電電力によるプラズマ密度と、バイアス電力によるイオンの入射エネルギーとをそれぞれ独立に制御できるため、エッチング形状の高精度な微細加工が可能となる。特に、誘導結合型プラズマを使用した化合物半導体のドライエッチングは、エッチングの高速化と低ダメージとを両立できる手段として広く使用されている。

プラズマ源を用いたドライエッチングについては、たとえば、特許文献１（特開２００６−００５３１７号公報）、特許文献２（特開２００５−１５０４０４号公報）、特許文献３（特開２００４−０８８０６２号公報）および特許文献４（特開２００４−０６３６５８号公報）に開示されている。
特開２００６−００５３１７号公報 特開２００５−１５０４０４号公報 特開２００４−０８８０６２号公報 特開２００４−０６３６５８号公報

ドライエッチングでは、下地の被加工物とマスク材料との間のエッチング速度比すなわち選択比（＝被加工物のエッチングレート／マスク材料のエッチングレート）が重要な評価パラメータであり、この選択比の値は高いことが望ましい。また、異なる組成を持つ複数の半導体層（たとえば、ＩｎＰ層、ＩｎＧａＡｓＰ層およびＩｎＧａＡｌＡｓ層）をドライエッチングにより加工する場合、半導体層間のエッチング速度差（エッチング速度依存性）も重要な評価パラメータであり、加工精度を高めるためには、エッチング速度差が小さいことが望ましい。

選択比を高めるためにエッチングマスクとして金属マスクを用いることができる。この場合、金属マスクがエッチングされると、金属マスクの金属元素が揮発性生成物とならずに加工面に付着し、半導体デバイスの特性に大きく影響を及ぼすおそれがある。それ故、結晶成長の実行前にドライエッチング用のマスクとして金属マスクを使用することは難しい。

たとえば、化合物半導体を用いた光導波路を作製するとき、屈折率の比較的低いＩｎＰ層がクラッド層として使用され、屈折率の比較的高いＩｎＧａＡｓＰやＩｎＧａＡｌＡｓなどの、Ｉｎを含有する半導体材料がコア層として使用される。コア層を持つストライプ状のメサ構造をクラッド層で埋め込む光導波路を形成する場合、このメサ構造を形成する手法としてドライエッチングもしくはウェットエッチングのいずれかを使用することができるが、メサ構造の幅を高精度に制御する観点からは、ウェットエッチングよりもドライエッチングの使用が好ましい。しかしながら、被加工物である化合物半導体とマスク（たとえば、ＳｉＯ_２層）との間の選択比が低ければ、ドライエッチングの過程でマスクが徐々に削れるため、当初のマスクパターンよりも大きな領域でエッチングが起こってしまうなど、所望の精度でパターンを作製することが難しくなる。さらに、削れたマスク材料が加工面に付着すると加工面の平滑性が悪化するという問題が生じる。さらには、マスクのエッチングレートが均一でなければ、メサ構造の側壁の光導波路方向の平滑性が悪化するという問題が生ずる。このような問題を抑制するために、マスクを厚くすることができるが、マスクの厚みが大きければ、マスク材料のパターニングのためにフォトリソグラフィ工程で使用されるレジスト膜の厚みを大きくしなければならず、マスク材料を高精度にパターニングすることが難しくなるという別の問題が生じてしまう。

一方、被加工物のエッチング速度依存性については、異なる組成を持つ２層間のエッチング速度差が大きい場合に、これら２層からなる積層構造をドライエッチングにより加工すれば、加工断面の垂直性や平滑性が損なわれるので、所望の加工形状を得ることが難しい。たとえば、ＩｎＰ基板上にエピタキシャル成長されたＩｎＧａＡｓＰやＩｎＧａＡｌＡｓなどの化合物半導体層を有する光集積デバイスの場合、異なる組成を持つインジウム系化合物半導体間でエッチング速度差が大きければ、高精度な微細加工が難しくなるので、そのエッチング速度差を低減させ得る最適なプロセス条件が求められている。

特に、複数の光機能素子がモノリシックに集積された光集積デバイスを製造する場合、光機能素子の形成領域ごとに半導体層の層厚や組成が異なるのが一般的である。それ故、光機能素子の形成領域間に上述のエッチング速度差があると、形成領域間でエッチング深さが異なるので、エッチング深さを高精度に制御することが難しい。これに対しては、各形成領域におけるエッチング深さを予測し、予測されたエッチング深さに適合するように活性層や導波路の設計を行うという対策が可能である。しかしながら、エッチング深さを常に正確に予測できるとは限らないという問題がある。

上記に鑑みて本発明の目的は、ドライエッチングにより化合物半導体を加工するときに、当該化合物半導体とマスクとの間の選択比を向上させ得る半導体装置の製造方法およびプラズマエッチング装置を提供することである。本発明の他の目的は、ドライエッチングにより化合物半導体を加工するときに、異なる組成を有する化合物半導体間のエッチング速度差を低減させ得る半導体装置の製造方法およびプラズマエッチング装置を提供すること、特に、そのエッチング速度差の低減と高選択比とを両立させ得る半導体装置の製造方法およびプラズマエッチング装置を提供することである。

本発明によれば、インジウムを必須の構成元素とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の上に所定パターンの無機誘電体材料からなるハードマスクを形成する工程と、前記無機誘電体材料からなるハードマスクの形成後、プラズマエッチング装置のチャンバ内に配置された前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の上に、ヨウ化水素ガスおよび四塩化ケイ素ガスの２成分からなる混合ガスを導入するとともに前記混合ガスをプラズマ化する工程と、当該プラズマ化された混合ガスを前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に入射させて前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を選択的にエッチングする工程と、を含む半導体装置の製造方法が提供される。前記混合ガスの総流量に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の配合比は、６０％以上８５％以下である。

本発明によれば、所定パターンの無機誘電体材料からなるハードマスクが形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を加工するプラズマエッチング装置であって、チャンバ内に配置され、かつ前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を支持するホルダと、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の上に、ヨウ化水素ガスおよび四塩化ケイ素ガスの２成分からなる混合ガスを導入するガス供給源と、高周波電力の供給に応じて、当該導入された混合ガスをプラズマ化するための誘導電場を生起させる高周波磁場を前記チャンバ内に印加する高周波アンテナと、前記高周波アンテナに前記高周波電力を供給する高周波発振器と、当該プラズマ化された混合ガスを前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に入射させる電場を形成するバイアス電圧印加手段と、を備え、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、その構成元素としてインジウムを含有し、前記ガス供給源は、前記混合ガスの総流量に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の配合比を６０％以上８５％以下の範囲内に調整する、プラズマエッチング装置が提供される。

前述の通り、本発明による半導体装置の製造方法およびプラズマエッチング装置は、ヨウ化水素ガスと四塩化ケイ素ガスとの２成分からなる混合ガスのプラズマを用い、混合ガスの総流量に対するヨウ化水素ガスの流量の配合比を６０％以上８５％以下に調整してドライエッチングを実行している。これにより、インジウムを必須の構成元素とする化合物半導体からなる被加工物とエッチングマスクとの間で高い選択比を実現するとともに、異なる組成を持つ化合物半導体間のエッチング速度差を低減することができる。

したがって、エッチングマスクの厚さを薄くしてパターニングを高精細化することが可能である。特に、異なる半導体組成を有する複数の光機能素子を含む光集積デバイスを製造する場合、半導体組成に依存することなく加工形状を精密に制御することができる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明に係る一実施形態である半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。この製造方法では、図１（Ａ）に示されるように、インジウム（Ｉｎ）を含有する化合物半導体からなる被加工物１０の上にマスク層１１が形成され、このマスク層１１上にレジスト膜１２が塗布される。次に、リソグラフィ工程によりレジスト膜１２をパターニングして、図１（Ｂ）に示すレジストパターン１２ｐが形成される。このレジストパターン１２ｐをマスクとして用いてマスク層１１をエッチングすることで、図１（Ｃ）に示されるマスクパターン（エッチングマスク）１１ｐが形成される。このマスクパターン１１ｐの形成後、被加工物１０は、プラズマエッチング装置のチャンバ内に配置される。

選択比（＝被加工物１０のエッチングレート／マスクパターン１１ｐのエッチングレート）の向上の観点からは、マスクパターン１１ｐには、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）や窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）などの無機誘電体からなるハードマスクを使用することが好ましい。

被加工物１０がチャンバ内に配置された後、プラズマエッチング装置は、ヨウ化水素（ＨＩ）ガスおよび四塩化ケイ素ガス（ＳｉＣｌ_４）ガスの２成分からなる混合ガスをチャンバ内に導入するとともに、当該混合ガスをプラズマ化する。ここで、混合ガスの総流量に対するヨウ化水素ガスの流量の配合比は６０％以上８５％以下に調整される。より好ましくは、ヨウ化水素ガスの流量の配合比の下限は６５％であり、その上限は８０％である。プラズマエッチング装置は、当該プラズマ化された混合ガスを被加工物１０に入射させ、これにより、図１（Ｄ）に示すように被加工物１０ｅを選択的にエッチングする。

エッチング工程では、インジウム含有化合物の離脱を促進させて加工面の平滑性を向上させる観点からは、被加工物１０の温度は、１６０℃以上２００℃以下の範囲内に調整されることが望ましい。

プラズマエッチング装置は、放電電力によるプラズマ密度と、ＲＦバイアス電力によるイオンの入射エネルギーとをそれぞれ独立に制御できる構成を有することが望ましい。この種のプラズマエッチング装置としては、たとえば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）源、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ）源、電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＰ）源、あるいは、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）源が挙げられる。ＩＣＰ源の中では、特に、チャンバ内に静磁場を印加して混合ガスのプラズマ密度分布を制御し得る磁石を含むプラズマ源が望ましい。

以下、本実施形態の好適な製造工程について詳細に説明する。

被加工物１０は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰからなる群から選択された１または２以上の化合物を含むインジウム系III−Ｖ族化合物半導体である。被加工物１０は、単一の半導体層で構成されていてもよいし、もしくは、異なる組成を有する複数の半導体層の積層体であってもよい。あるいは、被加工物１０は、単結晶基板、もしくは、単結晶基板上にエピタキシャル成長された単層または複数層の成長層構造であってもよい。あるいは、被加工物１０を、単結晶基板上に複数種類の成長層構造が並列に形成されたものとすることもできる。

このような被加工物１０の上に、スパッタ法やＣＶＤ（化学気相堆積：Chemical Vapor Deposition）法により無機誘電体材料を堆積して図１（Ａ）のマスク層１１を形成する。さらに、マスク層１１の上にレジストを塗布して図１（Ａ）のレジスト膜１２を形成し、このレジスト膜１２を露光し現像することにより図１（Ｂ）のレジストパターン１２ｐを形成する。このレジストパターン１２ｐを用い、ＣＦ_４などのガスを用いたドライエッチングをマスク層１１に施すことにより、図１（Ｃ）のマスクパターン１１ｐが形成される。その後、レジストパターン１２ｐは除去される。

ここで、マスク層１１が無機誘電体材料からなる場合、マスクパターン１１ｐを高精度に形成するために、マスク層１１の厚みは、選択比を考慮してできる限り薄くされることが望ましく、５０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲内に設定されることが好ましい。

次に、マスクパターン１１ｐを有する被加工物１０を、ＩＣＰ源を含むエッチング装置のチャンバ内に配置する。ＩＣＰ源は、チャンバ内に静磁場を印加して混合ガスのプラズマ密度分布を制御し得る磁石を有する。図２は、プラズマエッチング装置２０の概略構成を示す図である。このプラズマエッチング装置２０は、真空チャンバ２１、石英板２２、高周波ループアンテナ２３、マッチング回路２４、高周波電源２５、ループ状永久磁石２６、平面状電極２７、基板ホルダ３０、バイアス用マッチング回路３１、バイアス用高周波電源３２、ガス供給源４０および制御部４１を有している。本発明に係る高周波発振器は、高周波電源２５とマッチング回路２４とで構成され得る。

真空チャンバ２１の内部には、被加工物１０を支持する基板ホルダ３０が配置されている。基板ホルダ３０は、バイアス用マッチング回路３１を介してバイアス用高周波電源３２に接続されており、バイアス用高周波電源３２は、基板ホルダ３０を介して高周波バイアスを被加工物１０に印加することができる。

また、真空チャンバ２１は上部開口部を有している。石英板（誘電体部材）２２は、真空チャンバ２１の反応室を密閉しかつ窓を構成するように真空チャンバ２１の上部開口部に取付けられている。この石英板２２は、真空チャンバ２１のプラズマ生成領域を画定するものである。

プラズマ生成領域の外側では、石英板２２の上方に二巻回のループをなす高周波ループアンテナ２３が配置されている。この高周波ループアンテナ２３は、マッチング回路２４を介して高周波電源２５に接続されている。また、この高周波ループアンテナ２３と同軸状にループ状永久磁石２６が配置されている。このループ状永久磁石２６は、高周波ループアンテナ２３に流れる電流と略直交する方向の静磁場を発生し、かつ石英板２２の表面と平行となるように配置されている。高周波電源２５は、マッチング回路２４を介して、高周波ループアンテナ２３に高周波電力を供給する。高周波ループアンテナ２３は、当該高周波電力の供給に応じて、真空チャンバ２１内に導入された混合ガスをプラズマ化するための誘導電場を生起させる高周波磁場を真空チャンバ２１内に印加する。

平面状電極２７は、石英板２２と高周波ループアンテナ２３との間であって石英板２２の近傍に、当該石英板２２の表面と平行となるように配置されている。この平面状電極２７は、たとえば、線状金属材料で構成すればよい。また、平面状電極２７は、石英板２２で構成される窓の形状に合わせた形状を有し、石英板２２の内表面上に一様な電界を形成する機能を有する。更に、平面状電極２７は、可変コンデンサ２８およびマッチング回路２４を介して高周波電源２５と接続されている。制御部４１は、可変コンデンサ２８の静電容量を１０ｐＦ〜１００ｐＦの範囲内で最適な値に調整して、石英板２２の内表面上における膜の付着を防止することができる。なお、可変コンデンサ２８の代わりに可変チョークを使用してもよい。

マスクパターン１１ｐ（図１（Ｃ））が形成された被加工物１０は、チャンバ２１内の基板ホルダ３０に載置される。その後、ガス供給源４０は、制御部４１の制御を受けて、真空チャンバ２１内に、ヨウ化水素ガスおよび四塩化ケイ素ガスの２成分からなる混合ガスを導入しつつ、真空ポンプ（図示せず）は真空チャンバ２１内を排気する。混合ガスの総流量は、物理的エッチングと化学的エッチングとをバランス良く進行させるために１７ｓｃｃｍ以上２０ｓｃｃｍ以下の範囲内に調整することが望ましい。この混合ガスの総流量に対するヨウ化水素ガスの流量の配合比は、６０％以上８５％以下に調整される。

同時に、高周波電源２５は、制御部４１の制御を受けて、高周波ループアンテナ２３に、周波数１３．５６ＭＨｚで３００Ｗの高周波電力を供給する。高周波ループアンテナ２３は、高周波電力の供給に応じて真空チャンバ２１内に高周波磁場を形成し、この高周波磁場により生起された誘導電場が真空チャンバ２１内の混合ガスをプラズマ化して活性種を生成する。また、バイアス用高周波電源３２（バイアス電圧印加手段）は、バイアス用マッチング回路３１および基板ホルダ３０を介して被加工物１０にバイアス電圧を印加して活性種を被加工物１０に入射させる（図１（Ｃ））。時間管理を行って目標のエッチングレートやエッチング深さを制御すればよい。この結果、被加工物１０は、エッチングにより高精度に加工される。

エッチング工程におけるチャンバ２１内の圧力（エッチング圧力）は、高密度プラズマを安定的に生成させ、かつ、物理的エッチングと化学的エッチングとをバランス良く進行させるため、０．５Ｐａに調整されるのが好ましい。

また、エッチング工程における被加工物１０の温度は、エッチング工程中に生じるインジウム化合物の副生成物の蒸気圧から、実験的に、１６０℃以上２００℃以下であることを本発明者らは見出した。被加工物１０の温度を１６０℃以上とすることで、Ｉｎを含む化合物半導体のエッチング過程で発生するＩｎ化合物の離脱を促進することができ、エッチング端面の平滑性を確保することが可能となる。

上記ドライエッチングのプロセス条件を用いて、複数種の被加工物１０について、選択比、エッチング速度差（％）およびエッチング速度比が測定された。図３は、ヨウ化水素（ＨＩ）の配合比（％）と選択比との間の関係を示すグラフであり、図４は、ＨＩの配合比（％）とエッチング速度差（％）との間の関係を示すグラフであり、図５は、ＨＩの配合比（％）とエッチング速度比との間の関係を示すグラフである。

図３のグラフには、異なる組成を有する３種類（ＩｎＰ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ、およびＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ）の被加工物１０に関する選択比の測定結果が示されている。「ＩｎＰ」のグラフは、ＩｎＰ基板を被加工物１０とした場合の測定結果を示している。すなわち、ＩｎＰ基板のエッチングレートと酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）マスクのエッチングレートとに基づいて、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）の選択比を測定結果として計算した。「ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ」のグラフは、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｌＡｓ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｌＡｓ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成した構造を被加工物１０とした場合の測定結果を示している。すなわち、この被加工物１０のエッチングレートとＩｎＰ層のエッチングレートとＳｉＯ_２マスクのエッチングレートとに基づいて、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＧａＡｌＡｓ層の選択比を測定結果として計算した。ここで、ＩｎＰ層のエッチングレートには、前記ＩｎＰ基板のエッチングレートの値が使用された。そして、「ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ」のグラフは、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｓＰ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成した構造を被加工物１０とした場合の測定結果を示している。すなわち、この被加工物１０のエッチングレートとＩｎＰ層のエッチングレートとＳｉＯ_２マスクのエッチングレートとに基づいて、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＧａＡｓＰ層の選択比を測定結果として計算した。

図３のグラフに示されるように、ＨＩの配合比が６０％以上８５％以下の範囲では、ＩｎＰ基板については、おおむね３０以上の高い選択比が得られ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰとＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰについても、２０以上という高い選択比が得られていることが分かる。

図４のグラフには、異なる組成を有する２種類（ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ、およびＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ）の被加工物１０に関するエッチング速度差（％）の測定結果が示されている。この測定結果は、被加工物１０のエッチングレートに基づいて算出された。すなわち、ＩｎＰ基板のエッチングレート（すなわちＩｎＰ層のエッチングレート）をＥｒとし、ＩｎＧａＡｌＡｓ層のエッチングレートをＥｘとしたとき、ＩｎＰ層とＩｎＧａＡｌＡｓ層間のエッチング速度差（「ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ」のグラフ）は、１００×｜Ｅｒ−Ｅｘ｜／Ｅｒ、の式を用いて算出された。また、ＩｎＧａＡｓＰ層のエッチングレートをＥｙとしたときには、ＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓＰ層間のエッチング速度差（「ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ」のグラフ）は、１００×｜Ｅｒ−Ｅｙ｜／Ｅｒ、の式を用いて算出された。図４のグラフに示されるように、ＨＩの配合比が６０％以上８５％以下の範囲内では、ＩｎＧａＡｌＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層のいずれについても、エッチング速度差が低い値に抑制されていることが分かる。

図５のグラフには、異なる組成を有する２種類（ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ、およびＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ）の被加工物１０に関するエッチング速度比の測定結果が示されている。この測定結果は、被加工物１０のエッチングレートに基づいて算出された。すなわち、ＩｎＰ基板のエッチングレート（すなわちＩｎＰ層のエッチングレート）をＥｒとし、ＩｎＧａＡｌＡｓ層のエッチングレートをＥｘとしたとき、ＩｎＰ層に対するＩｎＧａＡｌＡｓ層のエッチング速度比（「ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ」のグラフ）は、Ｅｘ／Ｅｒとして算出された。ＩｎＧａＡｓＰ層のエッチングレートをＥｙとしたときは、ＩｎＰ層に対するＩｎＧａＡｓＰ層のエッチング速度比（「ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ」のグラフ）は、Ｅｙ／Ｅｒとして算出された。図５のグラフに示されるように、ＨＩの配合比が６０％以上８５％以下の範囲内では、ＩｎＰ層に対するＩｎＧａＡｌＡｓ層のエッチング速度比は、おおむね０．６以上となり、ＩｎＰ層に対するＩｎＧａＡｓＰ層のエッチング速度比は、０．８以上となる。したがって、ＩｎＧａＡｌＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層のいずれについても、１に近い良好なエッチング速度比が得られていることが分かる。

次に、本実施形態の実施例と比較例について説明する。

（実施例１）
被加工物１０は、（１）ＩｎＰ基板、（２）ＩｎＰ基板上に約５００ｎｍの厚みのＩｎＧａＡｓＰ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｓＰ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造、（３）ＩｎＰ基板上に約３００ｎｍの厚みのＩｎＧａＡｌＡｓ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｌＡｓ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造、という３種類の化合物半導体である。なお、ＩｎＧａＡｓＰ層は、下地のＩｎＰ基板に格子整合した１．５μｍ波長に相当するバンドギャップを有している（Ｑ１．５）。また、ＩｎＧａＡｌＡｓ層は、Ａｌ組成比として３０％を有し、下地のＩｎＰ基板に格子整合した層である。

熱ＣＶＤ法により、約５００ｎｍの厚みのＳｉＯ_２マスク層１１を堆積させ、被加工物１０の表面にレジスト膜１２を塗布し、縮小投影露光機（ステッパ）を用いてレジスト膜１２を、約１．５μｍの幅を持つようにストライプ形状に加工してレジストパターン１２ｐを形成した（図１（Ｂ））。次に、ＣＦ_４ガスを用いたドライエッチングによりマスクパターン１１ｐを形成した（図１（Ｃ））。

そして、図２に示すＩＣＰ源を用いたドライエッチングを実行した（図１（Ｃ），図１（Ｄ））。このドライエッチングのプロセス条件については、１２ｓｃｃｍの流量のＨＩガスと、５ｓｃｃｍの流量のＳｉＣｌ_４ガスがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は１７ｓｃｃｍであり、ＨＩガスの配分比は約７０％である。被加工物１０の温度は１８０℃、チャンバ内の圧力は０．５Ｐａ、高周波電力は３００Ｗ、ＲＦバイアス電力（ＲＦ投入電力）は１００Ｗとされた。

このプロセス条件でドライエッチングを実行した結果、図６に模式的に示す加工断面が得られた。ドライエッチングを約４μｍ行った際の、エッチング面の垂直からのずれは、大きくても±３°以内であり、良好である。３種類の被加工物１０のそれぞれに対してエッチング速度を測定したところ、ＩｎＰ基板のエッチング速度は１１０２ｎｍ／ｍｉｎであり、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造のエッチング速度は１０９５ｎｍ／ｍｉｎであり、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造のエッチング速度は１０８５ｎｍ／ｍｉｎであった。よって、３種類の被加工物１０のエッチング速度は、±１．６％以内の誤差範囲に収まった。ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｓＰ層との間、並びにＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｌＡｓ層との間では、エッチング速度差がたかだか２０％程度である。したがって、半導体組成に依存しないドライエッチングが実現できた。

また、いずれの被加工物１０についても、加工底面に柱状の残さが見当たらず、ほぼ垂直の加工端面が得られていることから、良好な平滑性および垂直性が実現できていることが分かる。さらに、エッチング前のＳｉＯ_２マスクの膜厚とエッチング後のＳｉＯ_２マスクの膜厚とを測定してＳｉＯ_２マスクのエッチング速度を算出したところ、すべての被加工物１０について、３５ｎｍ／ｍｉｎであった。このエッチング速度から計算される選択比は、すべての被加工物１０について２５以上となり、良好な高選択比が得られた。

（実施例２）
加工物１０は、（１）ＩｎＰ基板、（２）ＩｎＰ基板上に約５００ｎｍの厚みのＩｎＧａＡｓＰ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｓＰ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造、（３）ＩｎＰ基板上に約３００ｎｍの厚みのＩｎＧａＡｌＡｓ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｌＡｓ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造、という３種類の化合物半導体である。

上記実施例１と同様の工程で被加工物１０の上にレジストパターン１２ｐが形成された。そして、実施例１で使用されたＩＣＰ源と同じプラズマ源を用いたドライエッチングを実行した（図１（Ｃ），図１（Ｄ））。このドライエッチングのプロセス条件については、１３．６ｓｃｃｍの流量のＨＩガスと、３．４ｓｃｃｍの流量のＳｉＣｌ_４ガスとがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は１７ｓｃｃｍであり、ＨＩガスの配分比は約８０％である。被加工物１０の温度は１８０℃、チャンバ内の圧力は０．５Ｐａ、高周波電力は３００Ｗ、ＲＦバイアス電力（ＲＦ投入電力）は１００Ｗとされた。

このプロセス条件でドライエッチングを実行した結果、ＩｎＰ基板のエッチング速度は１１４４ｎｍ／ｍｉｎであり、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造のエッチング速度は１１１４ｎｍ／ｍｉｎであり、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造のエッチング速度は１０９３ｎｍ／ｍｉｎであった。よって、３種類の被加工物１０のエッチング速度は、±１．９％以内の誤差範囲に収まった。ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｓＰ層との間のエッチング速度差はたかだが１７％程度であり、ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｌＡｓ層との間のエッチング速度差はたかだか３７％程度であった。したがって、半導体組成に依存しないドライエッチングが実現できた。

また、いずれの被加工物１０についても、加工底面に柱状の残さが見当たらず、ほぼ垂直の加工端面が得られていることから、良好な平滑性および垂直性が実現できた。さらに、エッチング前のＳｉＯ_２マスクの膜厚とエッチング後のＳｉＯ_２マスクの膜厚とを測定してＳｉＯ_２マスクのエッチング速度を算出したところ、すべての被加工物１０について、３４ｎｍ／ｍｉｎであった。このエッチング速度から、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＰ基板の選択比は約３４と算出された。また、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＧａＡｌＡｓ層の選択比が約２２であり、これが一番小さい選択比であった。したがって、良好な高選択比が得られた。

（実施例３）
被加工物１０は、（１）ＩｎＰ基板、（２）ＩｎＰ基板上に約５００ｎｍの厚みのＩｎＧａＡｓＰ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｓＰ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造、（３）ＩｎＰ基板上に約３００ｎｍの厚みのＩｎＧａＡｌＡｓ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｌＡｓ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造、という３種類の化合物半導体である。

上記実施例１と同様の工程で被加工物１０の上にレジストパターン１２ｐが形成された。そして、実施例１で使用されたＩＣＰ源と同じプラズマ源を用いたドライエッチングを実行した（図１（Ｃ），図１（Ｄ））。このドライエッチングのプロセス条件については、１４．５ｓｃｃｍの流量のＨＩガスと、２．５ｓｃｃｍの流量のＳｉＣｌ_４ガスとがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は１７ｓｃｃｍであり、ＨＩガスの配分比は約８５％である。被加工物１０の温度は１８０℃、チャンバ内の圧力は０．５Ｐａ、高周波電力は３００Ｗ、ＲＦバイアス電力（ＲＦ投入電力）は１００Ｗとされた。

このプロセス条件でドライエッチングを実行した結果、ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｌＡｓ層との間のエッチング速度差はたかだか４０％程度であり、ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｓＰ層との間のエッチング速度差はたかだか２０％程度であった。したがって、半導体組成に依存しないドライエッチングが実現できた。

また、いずれの被加工物１０についても、加工底面に柱状の残さが見当たらず、ほぼ垂直の加工端面が得られていることから、良好な平滑性および垂直性が実現できた。さらに、エッチング前のＳｉＯ_２マスクの膜厚とエッチング後のＳｉＯ_２マスクの膜厚とを測定してＳｉＯ_２マスクのエッチング速度を算出したところ、すべての被加工物１０について、３１ｎｍ／ｍｉｎであった。このエッチング速度から、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＰ基板の選択比は約３６と算出された。また、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＧａＡｌＡｓ層の選択比が約２２であり、これが一番小さい選択比であった。したがって、良好な高選択比が得られた。

（実施例４）
被加工物１０は、（１）ＩｎＰ基板、（２）ＩｎＰ基板上に約３００ｎｍの厚みのＩｎＧａＡｌＡｓ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｌＡｓ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造、という２種類の化合物半導体である。

上記実施例１と同様の工程で被加工物１０の上にレジストパターン１２ｐが形成された。そして、実施例１で使用されたＩＣＰ源と同じプラズマ源を用いたドライエッチングを実行した（図１（Ｃ），図１（Ｄ））。このドライエッチングのプロセス条件については、１２ｓｃｃｍの流量のＨＩガスと、８ｓｃｃｍの流量のＳｉＣｌ_４ガスとがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は２０ｓｃｃｍであり、ＨＩガスの配分比は約６０％である。被加工物１０の温度は１８０℃、チャンバ内の圧力は０．５Ｐａ、高周波電力は３００Ｗ、ＲＦバイアス電力（ＲＦ投入電力）は１００Ｗとされた。

このプロセス条件でドライエッチングを実行した結果、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＰ基板の選択比は２５程度であり、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＧａＡｌＡｓ層の選択比は２０程度であった。したがって、いずれの被加工物１０についても、２０以上の高選択比が得られた。

また、ＩｎＰ基板のエッチング速度は１５１６ｎｍ／ｍｉｎであり、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造のエッチング速度は１４８０ｎｍ／ｍｉｎであった。これら被加工物１０のエッチング速度は、±１．２％の誤差範囲内に収まった。ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｌＡｓ層との間では、エッチング速度差がたかだか２０％程度であった。

（比較例１）
被加工物１０は、（１）ＩｎＰ基板、（２）ＩｎＰ基板上に約３００ｎｍの厚みのＩｎＧａＡｌＡｓ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｌＡｓ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造、という２種類の化合物半導体である。

上記実施例１と同様の工程で被加工物１０の上にレジストパターン１２ｐが形成された。そして、実施例１で使用されたＩＣＰ源と同じプラズマ源を用いたドライエッチングを実行した（図１（Ｃ），図１（Ｄ））。このドライエッチングのプロセス条件については、１８ｓｃｃｍの流量のＨＩガスと、２ｓｃｃｍの流量のＳｉＣｌ_４ガスとが導入された。このときの混合ガスの総流量は２０ｓｃｃｍであり、ＨＩガスの配分比は約９０％である。被加工物１０の温度は１８０℃、チャンバ内の圧力は０．５Ｐａとされた。

このプロセス条件でドライエッチングを実行した結果、ＩｎＰ基板と、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造の双方で、加工底面に残さが見られた。特に、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造の加工底面に多くの残さが見られ、平滑なエッチングができなかった。

（比較例２）
被加工物１０は、（１）ＩｎＰ基板、（２）ＩｎＰ基板上に約５００ｎｍの厚みのＩｎＧａＡｓＰ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｓＰ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造、（３）ＩｎＰ基板上に約３００ｎｍの厚みのＩｎＧａＡｌＡｓ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｌＡｓ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造、という３種類の化合物半導体である。

上記実施例１と同様の工程で被加工物１０の上にレジストパターン１２ｐが形成された。そして、実施例１で使用されたＩＣＰ源と同じプラズマ源を用いたドライエッチングを実行した（図１（Ｃ），図１（Ｄ））。このドライエッチングのプロセス条件については、９．３ｓｃｃｍの流量のＨＩガスと、７．７ｓｃｃｍの流量のＳｉＣｌ_４ガスとがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は１７ｓｃｃｍであり、ＨＩガスの配分比は約５５％である。被加工物１０の温度は１８０℃、チャンバ内の圧力は０．５Ｐａ、高周波電力は３００Ｗ、ＲＦバイアス電力（ＲＦ投入電力）は１００Ｗとされた。

このプロセス条件でドライエッチングを実行した結果、加工面の平滑性は良好であったが、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＰ基板の選択比が２５程度であった。また、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＧａＡｌＡｓ層の選択比が１７程度となり、選択比の若干の劣化が確認された。エッチング速度の組成依存性を調べたところ、ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｌＡｓ層との間のエッチング速度差はたかだか４０％程度であり、ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｓＰ層との間のエッチング速度差はたかだか２０％であった。

（実施例５〜８）
被加工物１０は、（１）ＩｎＰ基板、（２）ＩｎＰ基板上に約５００ｎｍの厚みのＩｎＧａＡｓＰ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｓＰ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造、（３）ＩｎＰ基板上に約３００ｎｍの厚みのＩｎＧａＡｌＡｓ層をエピタキシャル成長させ、このＩｎＧａＡｌＡｓ層上にＩｎＰ層（キャップ層）を形成したＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ構造、という３種類の化合物半導体である。なお、ＩｎＧａＡｓＰ層は、下地のＩｎＰ基板に格子整合した１．５μｍ波長に相当するバンドギャップを有している（Ｑ１．５）。また、ＩｎＧａＡｌＡｓ層は、Ａｌ組成比として３０％を有し、下地のＩｎＰ基板に格子整合した層である。

上記実施例１と同様の工程で被加工物１０の上にレジストパターン１２ｐが形成された。そして、実施例１で使用されたＩＣＰ源と同じプラズマ源を用いたドライエッチングを実行した（図１（Ｃ），図１（Ｄ））。このドライエッチングのプロセス条件は、以下の通りである。

実施例５については、１２ｓｃｃｍの流量のＨＩガスと、５ｓｃｃｍの流量のＳｉＣｌ_４ガスがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は１７ｓｃｃｍであり、ＨＩガスの配分比は約７０％である。被加工物１０の温度は２００℃、チャンバ内の圧力は０．５Ｐａ、高周波電力は３００Ｗ、ＲＦバイアス電力（ＲＦ投入電力）は１００Ｗとされた。

実施例６については、１２ｓｃｃｍの流量のＨＩガスと、５ｓｃｃｍの流量のＳｉＣｌ_４ガスがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は１７ｓｃｃｍであり、ＨＩガスの配分比は約７０％である。被加工物１０の温度は１６０℃、チャンバ内の圧力は０．５Ｐａ、高周波電力は３００Ｗ、ＲＦバイアス電力（ＲＦ投入電力）は１００Ｗとされた。

実施例７については、１０．２ｓｃｃｍの流量のＨＩガスと、６．８ｓｃｃｍの流量のＳｉＣｌ_４ガスがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は１７ｓｃｃｍであり、ＨＩガスの配分比は約６０％である。被加工物１０の温度は１６０℃、チャンバ内の圧力は０．５Ｐａ、高周波電力は３００Ｗ、ＲＦバイアス電力（ＲＦ投入電力）は１００Ｗとされた。

実施例８については、１２ｓｃｃｍの流量のＨＩガスと、５ｓｃｃｍの流量のＳｉＣｌ_４ガスがチャンバ内に導入された。このときの混合ガスの総流量は１７ｓｃｃｍであり、ＨＩガスの配分比は約７０％である。被加工物１０の温度は１４０℃、チャンバ内の圧力は０．５Ｐａ、高周波電力は３００Ｗ、ＲＦバイアス電力（ＲＦ投入電力）は１００Ｗとされた。

上記実施例５〜８のプロセス条件でドライエッチングを実行した結果は、以下の通りである。

実施例５については、ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｌＡｓ層との間のエッチング速度差はたかだか１７％程度であり、ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｓＰ層との間のエッチング速度差はたかだか１１％程度であった。したがって、半導体組成に依存しないドライエッチングが実現できた。また、いずれの被加工物１０についても、加工底面に柱状の残さが見当たらず、ほぼ垂直の加工端面が得られていることから、良好な平滑性および垂直性が実現できた。さらに、エッチング前のＳｉＯ_２マスクの膜厚とエッチング後のＳｉＯ_２マスクの膜厚とを測定してＳｉＯ_２マスクのエッチング速度を算出したところ、すべての被加工物１０について、３７ｎｍ／ｍｉｎであった。このエッチング速度から、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＰ基板の選択比は約３１と算出された。また、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＧａＡｌＡｓ層の選択比が約２６であり、これが一番小さい選択比であった。したがって、良好な高選択比が得られた。

実施例６については、ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｌＡｓ層との間のエッチング速度差はたかだか２８％程度であり、ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｓＰ層との間のエッチング速度差はたかだか４％程度であった。したがって、半導体組成に依存しないドライエッチングが実現できた。また、いずれの被加工物１０についても、加工底面に柱状の残さが見当たらず、ほぼ垂直の加工端面が得られていることから、良好な平滑性および垂直性が実現できた。さらに、エッチング前のＳｉＯ_２マスクの膜厚とエッチング後のＳｉＯ_２マスクの膜厚とを測定してＳｉＯ_２マスクのエッチング速度を算出したところ、すべての被加工物１０について、３８ｎｍ／ｍｉｎであった。このエッチング速度から、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＰ基板の選択比は約３０と算出された。また、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＧａＡｌＡｓ層の選択比が約２２であり、これが一番小さい選択比であった。したがって、良好な高選択比が得られた。

実施例７については、ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｌＡｓ層との間のエッチング速度差はたかだか２４％程度であり、ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｓＰ層との間のエッチング速度差はたかだか５％程度であった。したがって、半導体組成に依存しないドライエッチングが実現できた。また、いずれの被加工物１０についても、加工底面に柱状の残さが見当たらず、ほぼ垂直の加工端面が得られていることから、良好な平滑性および垂直性が実現できた。さらに、エッチング前のＳｉＯ_２マスクの膜厚とエッチング後のＳｉＯ_２マスクの膜厚とを測定してＳｉＯ_２マスクのエッチング速度を算出したところ、すべての被加工物１０について、４１ｎｍ／ｍｉｎであった。このエッチング速度から、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＰ基板の選択比は約２７と算出された。また、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＧａＡｌＡｓ層の選択比が約２１であり、これが一番小さい選択比であった。したがって、良好な高選択比が得られた。

実施例８については、ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｌＡｓ層との間のエッチング速度差はたかだか３０％程度であり、ＩｎＰ基板（すなわちＩｎＰ層）とＩｎＧａＡｓＰ層との間のエッチング速度差はたかだか５％程度であった。したがって、半導体組成に依存しないドライエッチングが実現できた。また、エッチング前のＳｉＯ_２マスクの膜厚とエッチング後のＳｉＯ_２マスクの膜厚とを測定してＳｉＯ_２マスクのエッチング速度を算出したところ、すべての被加工物１０について、３８ｎｍ／ｍｉｎであった。このエッチング速度から、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＰ基板の選択比は約２９と算出された。また、ＳｉＯ_２マスクに対するＩｎＧａＡｌＡｓ層の選択比が約２１であり、これが一番小さい選択比であった。したがって、良好な高選択比が得られた。しかしながら、いずれの被加工物１０についても、加工底面に柱状の残さが観察され、実施例５〜７と比べると、加工端面の垂直性が良くないことが確認された。

以上、本発明に係る実施形態とその実施例について説明した。本実施形態のエッチング方法では、ＨＩの配合比を６０％以上８５％以下の範囲内に調整することで、被加工物１０とマスクパターン１１ｐとの間で高い選択比を実現することができる。したがって、マスクパターン１１ｐの厚さを薄くしてパターニングを高精細化することが可能である。メサ構造の光導波路を形成する場合、メサ構造の側壁の垂直性、高平滑性および高精細パターンを実現することができる。

また、異なる組成を持つ化合物半導体間のエッチング速度差を低減することが可能である。よって、異なる半導体組成を有する複数の光機能素子を含む光集積デバイスを製造する場合、半導体組成に依存することなく加工形状を精密に制御することができる。これら光機能素子の形成領域全体を一括でエッチングする場合でも、エッチング深さを均一に制御することができる。

エッチング工程では、被加工物１０の温度を１６０℃以上２００℃以下の範囲に調整しているので、エッチング過程で生じるＩｎ化合物の離脱を十分行うことができ、加工端面の平滑性を十分確保することが可能となる。

エッチングマスクの材料を無機誘電体とすることで、加工端面の平滑性を十分確保できる程度に高い温度条件を採用してもエッチング後のマスク除去が容易である。さらに、ドライエッチング工程におけるマスクのエッチング量を低減できるため、実用上、無機誘電体はマスクとして機能することができる。

さらに、ドライエッチングにより形成されたメサ構造の側壁の垂直性と平滑性とを向上させ、かつ、高精細パターンを形成することができる。上述の通り、プロセス条件を最適化することにより、ＩｎＰ材料とＳｉＯ_２マスクとの間の選択比を３０以上にすることができる。この選択比は、従来のメサ構造形成用のドライエッチングのプロセス条件での誘電体マスクを用いた場合の選択比と比べて大きい。このため、被加工物を同じ深さまでエッチングする際に必要な、誘電体マスクの膜厚を薄くすることができる。それにより、誘電体マスクのパターニング精度が向上し、より高精細化することが可能となる。

上記実施形態は本発明の例示であり、上記以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、図１（Ｃ）のマスクパターン１１ｐは無機誘電体からなるハードマスクであることが望ましいが、これに限定されるものではない。上述の通り、マスクパターン１１ｐとして金属マスクを用いたとき、マスクパターン１１ｐがエッチングされると、金属マスクの金属元素が加工面に付着するおそれがあるので、結晶成長の実行前に金属マスクを使用することは難しいが、結晶成長が実行された後の最終工程では、マスクパターン１１ｐとして金属マスクを使用してもよい。この場合、図１（Ａ）のマスク層１１は、スパッタ法や蒸着法により堆積されればよい。

あるいは、最終的にエッチングすべき素子形成領域のみにレジストを塗布し、蒸着法により全面に金属を堆積し、その後、レジストを除去するとともにレジスト上部の金属も除去するという、リフトオフと呼ばれる手法を採用することもできる。

（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明に係る一実施形態である半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。 プラズマエッチング装置の概略構成を示す図である。 ＨＩの配合比と選択比との間の関係を示すグラフである。 ＨＩの配合比とエッチング速度差との間の関係を示すグラフである。 ＨＩの配合比とエッチング速度比との間の関係を示すグラフである。 ドライエッチングにより得られた加工断面の模式図である。

符号の説明

１０ 被加工物
１１ マスク層
１１ｐ マスクパターン
１２ レジスト膜
１２ｐ レジストパターン
２０ プラズマエッチング装置
２１ 真空チャンバ
２２ 石英板
２３ 高周波ループアンテナ
２４ マッチング回路
２５ 高周波電源
２６ ループ状永久磁石
２７ 平面状電極
２８ 可変コンデンサ
３０ 基板ホルダ
３１ バイアス用マッチング回路
３２ バイアス用高周波電源
４０ ガス供給源
４１ 制御部

Claims (12)

1. インジウムを必須の構成元素とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の上に所定パターンの無機誘電体材料からなるハードマスクを形成する工程と、
   前記無機誘電体材料からなるハードマスクの形成後、プラズマエッチング装置のチャンバ内に配置された前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の上に、ヨウ化水素ガスおよび四塩化ケイ素ガスの２成分からなる混合ガスを導入するとともに前記混合ガスをプラズマ化する工程と、
   当該プラズマ化された混合ガスを前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に入射させて前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を選択的にエッチングする工程と、
   を含み、
   前記混合ガスの総流量に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の配合比は、６０％以上８５％以下である、半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法であって、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を選択的にエッチングする工程では、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の温度を１６０℃以上２００℃以下の範囲内に調整する、半導体装置の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の製造方法であって、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰからなる群から選択された１または２以上の化合物を含む、半導体装置の製造方法。
4. 請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の製造方法であって、
   前記プラズマエッチング装置は、
   前記混合ガスを前記チャンバ内に導入するガス供給源と、
   高周波電力の供給に応じて、当該導入された混合ガスをプラズマ化するための誘導電場を生起させる高周波磁場を前記チャンバ内に印加する高周波アンテナと、
   前記高周波アンテナに前記高周波電力を供給する高周波発振器と、
   前記チャンバ内に静磁場を印加して前記混合ガスのプラズマ密度分布を制御する磁石と、
   当該プラズマ化された混合ガスを前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に入射させる電場を形成するバイアス電圧印加手段と、
   を備えた誘導結合型プラズマ発生装置である、半導体装置の製造方法。
5. 請求項４記載の製造方法であって、前記高周波アンテナはループ状に形成されており、前記磁石は、前記高周波アンテナと同軸状に配置されたループ状永久磁石である、半導体装置の製造方法。
6. 請求項４または５に記載の製造方法であって、
   前記プラズマエッチング装置は、
   前記チャンバのプラズマ生成領域を画定する誘電体部材と、
   前記プラズマ生成領域の外側に配置された前記高周波アンテナと前記誘電体部材との間に設けられた電極と、
   前記高周波発振器から高周波電力の供給を受ける可変コンデンサまたは可変チョークと、
   を備え、
   前記電極は、前記可変コンデンサまたは可変チョークを介して前記高周波発振器と接続されている、半導体装置の製造方法。
7. 所定パターンの無機誘電体材料からなるハードマスクが形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を加工するプラズマエッチング装置であって、
   チャンバ内に配置され、かつ前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を支持するホルダと、
   前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の上に、ヨウ化水素ガスおよび四塩化ケイ素ガスの２成分からなる混合ガスを導入するガス供給源と、
   高周波電力の供給に応じて、当該導入された混合ガスをプラズマ化するための誘導電場を生起させる高周波磁場を前記チャンバ内に印加する高周波アンテナと、
   前記高周波アンテナに前記高周波電力を供給する高周波発振器と、
   当該プラズマ化された混合ガスを前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に入射させる電場を形成するバイアス電圧印加手段と、
   を備え、
   前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、その構成元素としてインジウムを含有し、
   前記ガス供給源は、前記混合ガスの総流量に対する前記ヨウ化水素ガスの流量の配合比を６０％以上８５％以下の範囲内に調整する、プラズマエッチング装置。
8. 請求項７記載のプラズマエッチング装置であって、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の温度は１６０℃以上２００℃以下の範囲内に調整される、プラズマエッチング装置。
9. 請求項７または８に記載のプラズマエッチング装置であって、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰからなる群から選択された１または２以上の化合物を含む、プラズマエッチング装置。
10. 請求項７から９のうちのいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置であって、前記チャンバ内に磁場を印加して前記混合ガスのプラズマ密度分布を制御する磁石を更に備えるプラズマエッチング装置。
11. 請求項１０記載のプラズマエッチング装置であって、前記高周波アンテナはループ状に形成されており、前記磁石は、前記高周波アンテナと同軸状に配置されたループ状永久磁石である、プラズマエッチング装置。
12. 請求項１０または１１記載のプラズマエッチング装置であって、
    前記チャンバのプラズマ生成領域を画定する誘電体部材と、
    前記プラズマ生成領域の外側に配置された前記高周波アンテナと前記誘電体部材との間に設けられた電極と、
    前記高周波発振器から高周波電力の供給を受ける可変コンデンサまたは可変チョークと、
    を備え、
    前記電極は、前記可変コンデンサまたは可変チョークを介して前記高周波発振器と接続されている、プラズマエッチング装置。

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