WO2018163931A1

Movatterモバイル変換

Info

Publication number: WO2018163931A1
Application number: PCT/JP2018/007503
Authority: WO
Inventors: 勝堀; 敦谷出; 章堀越; 昭平中村; 茂高辻; 河野　元宏; 木瀬　一夫
Original assignee: Nagoya University NUC; Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Nagoya University NUC; Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2019-09-10
Also published as: CN110402480B; CN110402480A; JP6871550B2; JP2018152415A

Abstract

[Problem] To provide an etching device that suppresses over-etching of a group III nitride semiconductor. [Solution] An etching device 1000 has a processing chamber 1001, a susceptor 1100, a gas supply unit 1500, a plasma-generating unit 1300, and a first potential-imparting unit 1200. The plasma-generating unit 1300 generates inductively coupled plasma. A first gas is a chlorine-based mixed gas containing Cl₂ and BCl₃. The first potential-imparting unit 1200 imparts to the susceptor 1100 a bias of an absolute value that decreases as the volume ratio of the BCl₃ in the first gas increases. The first potential-imparting unit 1200 imparts to the susceptor 1100 a bias so as to satisfy the relationship –1200•X + 290 ≤ Vpp ≤ –1200•X + 480.

Description

Translated fromJapanese

エッチング装置Etching device

　本明細書の技術分野は、III 族窒化物半導体をエッチングするエッチング装置に関する。The technical field of this specification relates to an etching apparatus for etching a group III nitride semiconductor.

　ＧａＮに代表されるIII 族窒化物半導体は、例えば、ＬＥＤに応用されている。また、III 族窒化物半導体は、高い絶縁破壊強度と、高い耐熱性と、高速動作性と、を備えている。そのため、パワーデバイスとしての応用が期待されている。III-group nitride semiconductors represented by GaN are applied to LEDs, for example. The III-group nitride semiconductor has high dielectric strength, high heat resistance, and high speed operation. Therefore, application as a power device is expected.

　III 族窒化物半導体をパワーデバイスに応用する際には、III 族窒化物半導体をエッチングすることがある。その一例として例えば、III 族窒化物半導体にトレンチを形成する場合が挙げられる。そのため、III 族窒化物半導体をエッチングする技術が開発されてきている。例えば、特許文献１には、基板温度を２００℃以上６００℃以下としてＣｌ₂を含むガスを用いてドライエッチングを行う技術が開示されている。When a group III nitride semiconductor is applied to a power device, the group III nitride semiconductor may be etched. One example is the case where a trench is formed in a group III nitride semiconductor. Therefore, a technique for etching a group III nitride semiconductor has been developed. For example,Patent Document 1 discloses a technique for performing dry etching using a gas containing Cl₂ at a substrate temperature of 200 ° C. to 600 ° C.

特開２０１４－４５０４９号公報JP 2014-45049 A

　しかし、特許文献１の技術では、III 族窒化物半導体がオーバーエッチングするおそれがある。つまり、マスクの下層のIII 族窒化物半導体がやせ細ってしまう。この場合には、その細い箇所の機械的強度は弱い。また、その細い箇所に電界が集中するおそれもある。したがって、III 族窒化物半導体のオーバーエッチングを抑制することが好ましい。However, in the technique ofPatent Document 1, there is a risk that the group III nitride semiconductor may be over-etched. That is, the III-group nitride semiconductor under the mask is thinned. In this case, the mechanical strength of the narrow portion is weak. In addition, the electric field may concentrate on the narrow portion. Therefore, it is preferable to suppress overetching of the group III nitride semiconductor.

　本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。その課題とは、III 族窒化物半導体のオーバーエッチングを抑制することを図ったエッチング装置を提供することである。The technology of this specification has been made to solve the problems of the conventional technology described above. The problem is to provide an etching apparatus that is intended to suppress over-etching of the group III nitride semiconductor.

　第１の態様におけるエッチング装置は、III 族窒化物半導体をエッチングする処理室と、III 族窒化物半導体を保持する基板保持部と、処理室の内部に第１のガスを供給するガス供給部と、第１のガスをプラズマ化するプラズマ発生部と、基板保持部に高周波電位を付与する第１の電位付与部と、を有する。第１のガスは、Ｃｌ₂とＢＣｌ₃とを含む塩素系混合ガスである。第１の電位付与部は、第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比が大きいほど、絶対値が小さいバイアスを基板保持部に付与するものである。第１の電位付与部は、
　　　Ｖｐｐ　≦　－１２００・Ｘ　＋　４８０
　　　Ｖｐｐ　≧　－１２００・Ｘ　＋　２９０
　　　０．０１　≦　Ｘ　≦　０．４
　　　　　　Ｖｐｐ：バイアス（Ｖ）
　　　　　　Ｘ　　：第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比
を満たすようにバイアスを基板保持部に付与する。An etching apparatus according to a first aspect includes a processing chamber for etching a group III nitride semiconductor, a substrate holding unit for holding a group III nitride semiconductor, and a gas supply unit for supplying a first gas into the processing chamber. And a plasma generating unit that converts the first gas into plasma, and a first potential applying unit that applies a high-frequency potential to the substrate holding unit. The first gas is a chlorine-based mixed gas containing Cl₂ and BCl₃ . The first potential applying unit applies a bias having a smaller absolute value to the substrate holding unit as the volume ratio of BCl_{3 in} the first gas is larger. The first potential applying unit is
Vpp ≤ -1200 ・ X + 480
Vpp ≧ -1200 ・ X + 290
0.01 ≤ X ≤ 0.4
Vpp: Bias (V)
X: A bias is applied to the substrate holder so as to satisfy the volume ratio of BCl_{3 in} the first gas.

　このエッチング装置においては、第１の電位付与部は、第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比が大きいほど、絶対値が小さいバイアスを基板保持部に付与する。そのため、マスク直下のIII 族窒化物半導体をオーバーエッチングするおそれがほとんどない。つまり、マスク直下のIII 族窒化物半導体の幅は、マスクの幅とほとんど同じである。In this etching apparatus, the first potential applying unit applies a bias having a smaller absolute value to the substrate holding unit as the volume ratio of BCl_{3 in} the first gas increases. Therefore, there is almost no possibility of over-etching the group III nitride semiconductor directly under the mask. That is, the width of the group III nitride semiconductor directly under the mask is almost the same as the width of the mask.

　本明細書では、III 族窒化物半導体のオーバーエッチングを抑制することを図ったエッチング装置が提供されている。In this specification, there is provided an etching apparatus which is intended to suppress over-etching of a group III group nitride semiconductor.

第１の実施形態のエッチング装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the etching apparatus of 1st Embodiment.Ｃｌ- イオンの振る舞いを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the behavior of a Cl-sodium ion.Ｃｌラジカルの振る舞いを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically behavior of Cl radical.エッチングしたＧａＮ基板の断面を示す走査型顕微鏡写真（その１）である。It is a scanning-type photomicrograph (the 1) which shows the cross section of the etched GaN substrate.エッチングしたＧａＮ基板の断面を示す走査型顕微鏡写真（その２）である。It is a scanning-type photomicrograph (the 2) which shows the cross section of the etched GaN substrate.第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比に対するＧａＮ基板の表面粗さを示すグラフである。Is a graph showing the surface roughness of the GaN substrate to volume ratio of BCl₃ occupying the first gas.第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比に対するフォトルミネッセンス強度を示すグラフである。It is a graph showing a photoluminescence intensity to volume ratio of BCl₃ occupying the first gas.第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比とバイアスＶｐｐとの間の関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the volume ratio and the bias Vpp of BCl₃ occupying the first gas.

　以下、具体的な実施形態について、エッチング装置を例に挙げて図を参照しつつ説明する。Hereinafter, a specific embodiment will be described with an etching apparatus as an example with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
１．エッチング装置
　図１は、第１の実施形態のエッチング装置１０００の概略構成を示す図である。エッチング装置１０００は、処理室１００１と、サセプター１１００と、サセプター支持部１１１０と、加熱部１１２０と、ＳｉＣプレート１１３０と、第１の電位付与部１２００と、第１の整合器１２１０と、プラズマ発生部１３００と、第２の電位付与部１４００と、第２の整合器１４１０と、ガス供給部１５００と、ガス供給管１５１０と、シャワープレート１６００と、排気口１７００と、予備室１８００と、を有する。(First embodiment)
1. Etching Apparatus FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of anetching apparatus 1000 according to the first embodiment. Theetching apparatus 1000 includes aprocessing chamber 1001, asusceptor 1100, asusceptor support 1110, aheating unit 1120, aSiC plate 1130, a firstpotential applying unit 1200, afirst matching unit 1210, and a plasma generating unit. 1300, a secondpotential applying unit 1400, asecond matching unit 1410, agas supply unit 1500, agas supply pipe 1510, ashower plate 1600, anexhaust port 1700, and aspare chamber 1800.

　処理室１００１は、基板Ｓ１のIII 族窒化物半導体をエッチングするための反応室である。基板Ｓ１は、III 族窒化物半導体を有する。処理室１００１は、基板Ｓ１を支持するサセプター１１００と、サセプター支持部１１１０と、ＳｉＣプレート１１３０と、プラズマ発生部１３００と、シャワープレート１６００と、排気口１７００と、を有する。Theprocessing chamber 1001 is a reaction chamber for etching the III-group nitride semiconductor of the substrate S1. The substrate S1 has a III-group nitride semiconductor. Theprocessing chamber 1001 includes asusceptor 1100 that supports the substrate S1, asusceptor support 1110, anSiC plate 1130, aplasma generator 1300, ashower plate 1600, and anexhaust port 1700.

　サセプター１１００は、III 族窒化物半導体を有する基板Ｓ１を支持するための基板保持部である。サセプター１１００の材質は、例えばＳｉＣである。また、炭素材料にＳｉＣのコーティングを施したものであってもよい。サセプター支持部１１１０は、サセプター１１００を支持するための支持台である。加熱部１１２０は、サセプター１１００を加熱するためのものである。加熱部１１２０は、サセプター１１００を介して基板Ｓ１を加熱することとなる。Thesusceptor 1100 is a substrate holding part for supporting the substrate S1 having a group III nitride semiconductor. The material of thesusceptor 1100 is, for example, SiC. Further, a carbon material may be coated with SiC. Thesusceptor support portion 1110 is a support base for supporting thesusceptor 1100. Theheating unit 1120 is for heating thesusceptor 1100. Theheating unit 1120 heats the substrate S1 through thesusceptor 1100.

　第１の電位付与部１２００は、サセプター１１００に高周波電位を付与するためのものである。そのため、第１の電位付与部１２００は、サセプター１１００を介して基板Ｓ１に電位を付与することができる。第１の電位付与部１２００における高周波電位の周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚである。もちろん、これ以外の周波数であってもよい。第１の整合器１２１０は、第１の電位付与部１２００とサセプター１１００との間に配置されている。つまり、第１の電位付与部１２００は、第１の整合器１２１０を介してサセプター１１００に接続されている。The firstpotential applying unit 1200 is for applying a high frequency potential to thesusceptor 1100. Therefore, the firstpotential applying unit 1200 can apply a potential to the substrate S1 through thesusceptor 1100. The frequency of the high-frequency potential in the firstpotential applying unit 1200 is, for example, 13.56 MHz. Of course, other frequencies may be used. Thefirst matching unit 1210 is disposed between the firstpotential applying unit 1200 and thesusceptor 1100. That is, the firstpotential application unit 1200 is connected to thesusceptor 1100 via thefirst matching unit 1210.

　プラズマ発生部１３００は、処理室１００１の内部であってサセプター１１００と対面する位置にプラズマを発生させるためのものである。プラズマ発生部１３００は、後述する第１のガスをプラズマ化する。プラズマ発生部１３００は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を発生させるＩＣＰユニットである。Theplasma generator 1300 is for generating plasma at a position inside theprocessing chamber 1001 and facing thesusceptor 1100. Theplasma generator 1300 converts the first gas described later into plasma. Theplasma generator 1300 is an ICP unit that generates inductively coupled plasma (ICP).

　第２の電位付与部１４００は、プラズマ発生部１３００に高周波電位を付与するためのものである。第２の電位付与部１４００における高周波電位の周波数は、例えば、２７．１２ＭＨｚである。もちろん、これ以外の周波数であってもよい。第２の整合器１４１０は、第２の電位付与部１４００とプラズマ発生部１３００との間に配置されている。つまり、第２の電位付与部１４００は、第２の整合器１４１０を介してプラズマ発生部１３００に接続されている。The secondpotential applying unit 1400 is for applying a high frequency potential to theplasma generating unit 1300. The frequency of the high-frequency potential in the secondpotential applying unit 1400 is, for example, 27.12 MHz. Of course, other frequencies may be used. Thesecond matching unit 1410 is disposed between the secondpotential applying unit 1400 and theplasma generating unit 1300. That is, the secondpotential applying unit 1400 is connected to theplasma generating unit 1300 via thesecond matching unit 1410.

　ガス供給部１５００は、処理室１００１の内部に第１のガスを供給するためのものである。ここで、第１のガスは、Ｃｌ₂とＢＣｌ₃との混合ガスである。ガス供給管１５１０は、ガス供給部１５００と処理室１００１とを連結するための流路である。ガス供給部１５００は、第１のガスを予備室１８００に供給する。その後、第１のガスは、予備室１８００からシャワープレート１６００を通過してプラズマ発生部１３００の箇所に到達する。シャワープレート１６００は、第１のガスを整流する整流板である。排気口１７００は、処理室１００１からガスを排出するためのものである。Thegas supply unit 1500 is for supplying a first gas into theprocessing chamber 1001. Here, the first gas is a mixed gas of Cl₂ and BCl₃ . Thegas supply pipe 1510 is a flow path for connecting thegas supply unit 1500 and theprocessing chamber 1001. Thegas supply unit 1500 supplies the first gas to thepreliminary chamber 1800. Thereafter, the first gas passes through theshower plate 1600 from thepreliminary chamber 1800 and reaches the location of theplasma generation unit 1300. Theshower plate 1600 is a rectifying plate that rectifies the first gas. Theexhaust port 1700 is for exhausting gas from theprocessing chamber 1001.

２．エッチング方法
　第１の実施形態のエッチング装置１０００を用いる。まず、エッチング装置１０００のサセプター１１００に基板Ｓ１を配置する。次に、エッチング装置１０００を真空引きする。そして、ガス供給部１５００が、Ｃｌ₂とＢＣｌ₃との混合ガスである第１のガスを処理室１００１の内部に供給する。そして、第１の電位付与部１２００が、サセプター１１００に高周波のバイアスＶｐｐを付与する。第２の電位付与部１４００が、プラズマ発生部１３００に高周波電位を付与する。これにより、プラズマ発生部１３００が処理室１００１の内部にプラズマを発生させる。そして、第１のガスはプラズマ化され、プラズマ生成領域からプラズマ生成物が発生する。プラズマ生成物とは、ＢおよびＣｌに由来するイオンおよびラジカルと、紫外線とを含む。そして、このようなイオンおよびラジカルが基板Ｓ１のIII 族窒化物半導体をエッチングする。2. Etching Method Theetching apparatus 1000 according to the first embodiment is used. First, the substrate S1 is placed on thesusceptor 1100 of theetching apparatus 1000. Next, theetching apparatus 1000 is evacuated. Then, thegas supply unit 1500 supplies a first gas, which is a mixed gas of Cl₂ and BCl₃ , into theprocessing chamber 1001. Then, the firstpotential applying unit 1200 applies a high-frequency bias Vpp to thesusceptor 1100. The secondpotential applying unit 1400 applies a high frequency potential to theplasma generating unit 1300. As a result, theplasma generator 1300 generates plasma inside theprocessing chamber 1001. Then, the first gas is turned into plasma, and a plasma product is generated from the plasma generation region. The plasma product includes ions and radicals derived from B and Cl, and ultraviolet rays. Such ions and radicals etch the group III nitride semiconductor of the substrate S1.

２－１．エッチング条件１
　エッチング条件を表１に示す。ガス供給部１５００は、第１のガスを処理室１００１の内部に供給する。ここで、第１のガスは、塩素系混合ガスである。より具体的には、第１のガスは、Ｃｌ₂とＢＣｌ₃との混合ガスである。この第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比は、０．０１以上０．４以下である。ここで、第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比は、処理室１００１に導入する第１のガスに占めるＢＣｌ₃の流量比と同じである。処理室１００１の内圧は１Ｐａ以上１０Ｐａ以下である。処理室１００１の内圧がこの範囲内のときには、プラズマ発生部１３００により発生されるプラズマは誘導結合プラズマである。バイアスＶｐｐは、０Ｖ以上４６８Ｖ以下である。バイアスＶｐｐの周波数は、１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の程度である。プラズマ発生部１３００の出力は、２００Ｗ以上８００Ｗ以下の程度である。基板温度は、３００℃以上５００℃以下である。2-1.Etching condition 1
The etching conditions are shown in Table 1. Thegas supply unit 1500 supplies the first gas to the inside of theprocessing chamber 1001. Here, the first gas is a chlorine-based mixed gas. More specifically, the first gas is a mixed gas of Cl₂ and BCl₃ . The volume ratio of BCl_{3 in} the first gas is 0.01 or more and 0.4 or less. Here, the volume ratio of BCl₃ in the first gas is the same as the flow ratio of BCl₃ in the first gas introduced into theprocessing chamber 1001. The internal pressure of theprocessing chamber 1001 is 1 Pa or more and 10 Pa or less. When the internal pressure of theprocessing chamber 1001 is within this range, the plasma generated by theplasma generator 1300 is inductively coupled plasma. The bias Vpp is 0V or more and 468V or less. The frequency of the bias Vpp is about 1 MHz to 100 MHz. The output of theplasma generator 1300 is about 200 W to 800 W. The substrate temperature is 300 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.

［表１］
　内圧　　　　　　　　　　１Ｐａ以上　　１０Ｐａ以下
　ＢＣｌ₃の体積比　　　０．０１以上　　　０．４以下
　バイアス　　　　　　　　　０Ｖ以上　　４６８Ｖ以下[Table 1]
Internal pressure 1 Pa or more and 10 Pa or less BCl₃ volume ratio 0.01 or more and 0.4 or less Bias 0 V or more and 468 V or less

２－２．エッチング条件２
　第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比が大きいほど、第１の電位付与部１２００がサセプター１１００に付与するバイアスＶｐｐの絶対値は小さい。2-2.Etching condition 2
The larger the volume ratio of BCl₃ occupying the first gas, the smaller the absolute value of the bias Vpp applied to thesusceptor 1100 by the firstpotential applying unit 1200.

　第１の電位付与部１２００は、次式を満たすバイアスＶｐｐをサセプター１１００に付与する。
　　　Ｖｐｐ　≦　－１２００・Ｘ　＋　４８０　　　………（１）
　　　Ｖｐｐ　≧　－１２００・Ｘ　＋　２９０　　　………（２）
　　　０．０１　≦　Ｘ　≦　０．４
　　　　　　Ｖｐｐ：バイアス（Ｖ）
　　　　　　Ｘ　　：第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比The firstpotential applying unit 1200 applies a bias Vpp that satisfies the following expression to thesusceptor 1100.
Vpp ≤ -1200 · X + 480 (1)
Vpp ≧ −1200 · X + 290 (2)
0.01 ≤ X ≤ 0.4
Vpp: Bias (V)
X: volume ratio of BCl_{3 in} the first gas

　この場合に、III 族窒化物半導体は好適にエッチングされる。III 族窒化物半導体がオーバーエッチングされるおそれはほとんどない。In this case, the III-group nitride semiconductor is preferably etched. There is almost no risk that the group III nitride semiconductor is over-etched.

２－３．エッチング条件３
　ガス供給部１５００は、第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比を２％以上３０％以下とするとなおよい。つまり、ガス供給部１５００が供給する第１のガスは次式を満たす。
　　　０．０２　≦　Ｘ　≦　０．３2-3. Etching condition 3
In thegas supply unit 1500, the volume ratio of BCl_{3 in} the first gas is more preferably 2% or more and 30% or less. That is, the first gas supplied by thegas supply unit 1500 satisfies the following formula.
0.02 ≤ X ≤ 0.3

　この場合に、III 族窒化物半導体はさらに好適にエッチングされる。III 族窒化物半導体がオーバーエッチングされるおそれはほとんどない。In this case, the III-group nitride semiconductor is more preferably etched. There is almost no risk that the group III nitride semiconductor is over-etched.

３．プラズマ生成物とバイアスとの関係
　ここで、プラズマ生成物とバイアスとの関係について説明する。プラズマ生成物のうち、イオンとラジカルとについて説明する。イオンを代表してＣｌ^-について説明する。ラジカルを代表してＣｌラジカルについて説明する。3. Relationship between Plasma Product and Bias Here, the relationship between the plasma product and the bias will be described. Among the plasma products, ions and radicals will be described. Cl^- will be described as a representative of ions. The Cl radical will be described as a representative of the radical.

３－１．イオンの振る舞い
　図２は、Ｃｌ^-イオンの振る舞いを模式的に示す図である。Ｃｌ^-イオンは、負に帯電している。そのため、バイアスＶｐｐにより、Ｃｌ^-イオンは基板Ｓ１に向かって加速される。つまり、Ｃｌ^-イオンは、図２の矢印Ｋ１の向きに移動する。そのため、Ｃｌ^-イオンは、基板Ｓ１のIII 族窒化物半導体を主に縦方向にエッチングする。ここで縦方向とは、基板Ｓ１の板面に垂直な方向である。3-1. Ion Behavior FIG. 2 is a diagram schematically showing the behavior ofCl 2⁻ ions. Cl^- ions are negatively charged. Therefore, Cl⁻ ions are accelerated toward the substrate S1 by the bias Vpp. That is, the Cl⁻ ion moves in the direction of the arrow K1 in FIG. Therefore, Cl⁻ ions mainly etch the group III nitride semiconductor of the substrate S1 in the vertical direction. Here, the vertical direction is a direction perpendicular to the plate surface of the substrate S1.

３－２．ラジカルの振る舞い
　図３は、Ｃｌラジカルの振る舞いを模式的に示す図である。Ｃｌラジカルは、電気的に中性である。そのため、周囲の電界の影響を受けない。したがって、Ｃｌラジカルは、バイアスＶｐｐによらず放射状に移動する。つまり、Ｃｌラジカルは、図３の矢印Ｋ２の向きに移動する。そのため、Ｃｌラジカルは、基板Ｓ１のIII 族窒化物半導体を縦方向のみならず横方向にエッチングする。ここで横方向とは、基板Ｓ１の板面に平行な方向である。したがって、このラジカルがIII 族窒化物半導体のオーバーエッチングに関与していると考えられる。3-2. Radical Behavior FIG. 3 is a diagram schematically showing the behavior of Cl radicals. The Cl radical is electrically neutral. Therefore, it is not affected by the surrounding electric field. Therefore, Cl radicals move radially regardless of the bias Vpp. That is, the Cl radical moves in the direction of the arrow K2 in FIG. Therefore, the Cl radicals etch the group III nitride semiconductor of the substrate S1 not only in the vertical direction but also in the horizontal direction. Here, the horizontal direction is a direction parallel to the plate surface of the substrate S1. Therefore, it is considered that this radical is involved in the overetching of the group III nitride semiconductor.

３－３．バイアスとエッチング
　本実施形態では、プラズマ生成領域で発生するプラズマ生成物の状態に応じて、バイアスＶｐｐを調整する。これにより、基板Ｓ１に到達するイオンとラジカルとのバランスを調整する。これにより、マスク直下のIII 族窒化物半導体の幅が狭くなることを抑制する。3-3. Bias and Etching In this embodiment, the bias Vpp is adjusted according to the state of the plasma product generated in the plasma generation region. As a result, the balance between ions and radicals that reach the substrate S1 is adjusted. This suppresses the narrowing of the group III nitride semiconductor just under the mask.

３－４．ＢＣｌ₃の作用
　また、エッチングにおいて、ＢＣｌ₃のＢがIII 族窒化物半導体の凹部の側面でIII 族窒化物半導体と結合する可能性がある。そして、そのＢがIII 族窒化物半導体の表面でオーバーエッチングを抑制している可能性がある。そのため、ＢＣｌ₃の流量が多いほど、バイアスＶｐｐを小さくしてもよいと考えられる。バイアスＶｐｐを小さくしてラジカルの寄与を大きくしても、ＢＣｌ₃のＢがIII 族窒化物半導体のサイドエッチングを抑制すると考えられるからである。または、ＢＣｌ₃の流量が多いほど、Ｃｌ^-イオンが多く発生すると考えられる。そのため、バイアスＶｐｐをそれほど大きくする必要がないと考えられる。3-4. Effect of BCl_{3 In} etching, B in BCl₃ may be bonded to the group III nitride semiconductor at the side surface of the recess of the group III nitride semiconductor. The B may suppress over-etching on the surface of the group III nitride semiconductor. For this reason, it is considered that the bias Vpp may be reduced as the flow rate of BCl₃ increases. This is because even if the bias Vpp is reduced and the contribution of radicals is increased, B in BCl₃ is considered to suppress side etching of the group III nitride semiconductor. Alternatively, it is considered that as the flow rate of BCl₃ increases, more Cl⁻ ions are generated. Therefore, it is considered that it is not necessary to increase the bias Vpp so much.

４．本実施形態の効果
　本実施形態のエッチング装置１０００は、オーバーエッチングを抑制しつつIII 族窒化物半導体をエッチングすることができる。つまり、マスクの幅と、マスクより下層のIII 族窒化物半導体の幅とが、ほとんど等しい。4). Effects of this Embodiment Theetching apparatus 1000 according to this embodiment can etch a group III nitride semiconductor while suppressing overetching. That is, the width of the mask is almost equal to the width of the group III nitride semiconductor below the mask.

５．変形例
５－１．希ガスまたは窒素ガス
　ガス供給部１５００は、塩素系混合ガスである第１のガスを供給する。第１のガスはＣｌ₂とＢＣｌ₃との混合ガスである。ガス供給部１５００は、第１のガスに窒素ガスと希ガスとの少なくとも一方を含むガスを混合した第２のガスを処理室１００１の内部に供給してもよい。ただし、ＢＣｌ₃が占める体積比Ｘは、Ｃｌ₂とＢＣｌ₃との合計の体積に占めるＢＣｌ₃の体積である。5). Modified example 5-1. Rare gas or nitrogen gas Thegas supply unit 1500 supplies a first gas that is a chlorine-based mixed gas. The first gas is a mixed gas of Cl₂ and BCl₃ . Thegas supply unit 1500 may supply a second gas obtained by mixing a gas containing at least one of a nitrogen gas and a rare gas to the inside of theprocessing chamber 1001. However, the volume ratio X occupied by the BCl₃ is the volume of BCl₃ in the total volume of Cl₂ and BCl_3.

５－２．プラズマ発生部の位置
　本実施形態では、プラズマ発生部１３００は、処理室１００１の内部に位置している。プラズマ発生部１３００は、処理室１００１の外部の別室の内部に配置されていてもよい。ただし、プラズマ発生部１３００は、基板Ｓ１を配置するサセプター１１００からそれほど遠くない位置に配置されていることが好ましい。5-2. Position of Plasma Generation Unit In the present embodiment, theplasma generation unit 1300 is located inside theprocessing chamber 1001. Theplasma generator 1300 may be disposed inside a separate chamber outside theprocessing chamber 1001. However, it is preferable that theplasma generation unit 1300 is arranged at a position not far from thesusceptor 1100 on which the substrate S1 is arranged.

５－３．プラズマ発生部の種類
　本実施形態では、プラズマ発生部１３００はＩＣＰユニットである。しかし、プラズマ発生部１３００としてその他のプラズマ発生装置を用いてもよい。例えば、プラズマ発生部１３００は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）と、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ）と、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ）と、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ）と、のいずれかであってもよい。5-3. Types of Plasma Generator In this embodiment, theplasma generator 1300 is an ICP unit. However, other plasma generators may be used as theplasma generator 1300. For example, theplasma generator 1300 may be any one of capacitively coupled plasma (CCP), electron cyclotron resonance plasma (ECR), helicon wave excited plasma (HWP), and microwave excited surface wave plasma (SWP). There may be.

５－４．サセプター
　サセプター１１００は、回転できるようになっていてもよい。5-4. Susceptor Thesusceptor 1100 may be rotatable.

５－５．組み合わせ
　上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。5-5. Combination The above modification examples may be freely combined.

６．本実施形態のまとめ
　本実施形態のエッチング装置１０００は、第１の電位付与部１２００がサセプター１１００に付与する高周波電位を調整する。プラズマガスとしてＣｌ₂とＢＣｌ₃との混合ガスである第１のガスを供給する。そして、この第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比に応じて、第１の電位付与部１２００が付与するバイアスを調整する。これにより、エッチング装置１０００は、マスクの直下のIII 族窒化物半導体の幅が狭くなることを抑制することができる。6). Summary of this Embodiment Theetching apparatus 1000 according to this embodiment adjusts the high-frequency potential that the firstpotential applying unit 1200 applies to thesusceptor 1100. A first gas which is a mixed gas of Cl₂ and BCl₃ is supplied as a plasma gas. Then, the bias applied by the firstpotential applying unit 1200 is adjusted in accordance with the volume ratio of BCl_{3 in} the first gas. Thereby, theetching apparatus 1000 can suppress the narrowing of the width of the group III nitride semiconductor immediately below the mask.

１．実験１（オーバーエッチングがない場合）
　図４は、エッチングしたＧａＮ基板の断面を示す走査型顕微鏡写真（その１）である。基板としてマスクを形成済みのＧａＮ基板を用いた。基板温度は４００℃であった。プラズマ発生部の出力は４００Ｗであった。バイアスの周波数は３．２ＭＨｚであった。バイアスＶｐｐは２２８Ｖであった。供給するガスにおけるＢＣｌ₃の体積比は０．１であった。また、処理室１００１の内圧は５Ｐａであった。エッチング時間は３０秒であった。この場合には、条件式（１）、（２）を満たしている。1. Experiment 1 (when there is no overetching)
FIG. 4 is a scanning micrograph (part 1) showing a cross section of an etched GaN substrate. A GaN substrate having a mask formed thereon was used as the substrate. The substrate temperature was 400 ° C. The output of the plasma generator was 400W. The frequency of the bias was 3.2 MHz. The bias Vpp was 228V. The volume ratio of BCl_{3 in} the supplied gas was 0.1. Moreover, the internal pressure of theprocessing chamber 1001 was 5 Pa. The etching time was 30 seconds. In this case, conditional expressions (1) and (2) are satisfied.

　図４に示すようにこの場合には、マスクの横幅と、マスクの下層のＧａＮの横幅と、がほとんど等しい。As shown in FIG. 4, in this case, the lateral width of the mask is almost equal to the lateral width of GaN in the lower layer of the mask.

２．実験２（オーバーエッチングがある場合）
　図５は、エッチングしたＧａＮ基板の断面を示す走査型顕微鏡写真（その２）である。基板としてマスクを形成済みのＧａＮ基板を用いた。基板温度は４００℃であった。プラズマ発生部の出力は４００Ｗであった。バイアスの周波数は３．２ＭＨｚであった。バイアスＶｐｐは２２８Ｖであった。供給するガスは、塩素ガスのみであった。また、処理室１００１の内圧は５Ｐａであった。エッチング時間は１０分であった。この場合には、条件式（１）、（２）を満たしていない。2. Experiment 2 (when there is over-etching)
FIG. 5 is a scanning micrograph (part 2) showing a cross section of the etched GaN substrate. A GaN substrate having a mask formed thereon was used as the substrate. The substrate temperature was 400 ° C. The output of the plasma generator was 400W. The frequency of the bias was 3.2 MHz. The bias Vpp was 228V. The only gas supplied was chlorine gas. Moreover, the internal pressure of theprocessing chamber 1001 was 5 Pa. The etching time was 10 minutes. In this case, conditional expressions (1) and (2) are not satisfied.

　図５に示すように、この場合には、マスクより下層のＧａＮがオーバーエッチングされている。つまり、マスクより下層のＧａＮの一部の幅が、マスクの幅より小さい。As shown in FIG. 5, in this case, GaN below the mask is over-etched. That is, the width of a part of GaN below the mask is smaller than the width of the mask.

３．実験３（表面粗さ）
　図６は、第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比に対するＧａＮ基板の表面粗さを示すグラフである。図６の横軸は供給するガスに占めるＢＣｌ₃の体積比である。図６の縦軸はＧａＮ基板の表面粗さである。基板としてマスクを形成済みのＧａＮ基板を用いた。基板温度は４００℃であった。プラズマ発生部の出力は４００Ｗであった。バイアスの周波数は３．２ＭＨｚであった。バイアスＶｐｐは２３０Ｖであった。また、処理室１００１の内圧は５Ｐａであった。エッチング時間は１分であった。3. Experiment 3 (Surface roughness)
FIG. 6 is a graph showing the surface roughness of the GaN substrate with respect to the volume ratio of BCl₃ in the first gas. The horizontal axis in FIG. 6 represents the volume ratio of BCl_{3 in} the supplied gas. 6 represents the surface roughness of the GaN substrate. A GaN substrate having a mask formed thereon was used as the substrate. The substrate temperature was 400 ° C. The output of the plasma generator was 400W. The frequency of the bias was 3.2 MHz. The bias Vpp was 230V. Moreover, the internal pressure of theprocessing chamber 1001 was 5 Pa. The etching time was 1 minute.

　図６に示すように、Ｃｌ₂とＢＣｌ₃との混合ガスを用いた場合の表面粗さは、Ｃｌ₂のみを用いた場合の表面粗さよりも小さい。供給するガスに占めるＢＣｌ₃の体積比が０％の場合に、表面粗さが８ｎｍである。供給するガスに占めるＢＣｌ₃の体積比が１０％の場合に、表面粗さが１．５ｎｍと最も小さい。混合ガスに占めるＢＣｌ₃の体積比が２０％の場合に、表面粗さが４ｎｍである。そのため、この条件下では、混合ガスに占めるＢＣｌ₃の体積比を１０％程度とすることが好ましい。例えば、混合ガスに占めるＢＣｌ₃の体積比を５％以上１５％以下とすることが好ましい。As shown in FIG. 6, the surface roughness when using a mixed gas of Cl₂ and BCl₃ is smaller than the surface roughness when using only Cl₂ . When the volume ratio of BCl_{3 in} the supplied gas is 0%, the surface roughness is 8 nm. When the volume ratio of BCl_{3 in} the supplied gas is 10%, the surface roughness is as small as 1.5 nm. When the volume ratio of BCl_{3 in} the mixed gas is 20%, the surface roughness is 4 nm. Therefore, under this condition, the volume ratio of BCl_{3 in} the mixed gas is preferably about 10%. For example, the volume ratio of BCl_{3 in} the mixed gas is preferably 5% or more and 15% or less.

４．実験４（フォトルミネッセンス）
　図７は、第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比に対するフォトルミネッセンス強度を示すグラフである。図７の横軸は供給するガスに占めるＢＣｌ₃の体積比である。図７の縦軸はフォトルミネッセンス強度である。基板としてマスクを形成済みのＧａＮ基板を用いた。基板温度は４００℃であった。プラズマ発生部の出力は４００Ｗであった。バイアスの周波数は３．２ＭＨｚであった。バイアスＶｐｐは２３０Ｖであった。また、処理室１００１の内圧は５Ｐａであった。エッチング時間は１分であった。4). Experiment 4 (Photoluminescence)
FIG. 7 is a graph showing the photoluminescence intensity with respect to the volume ratio of BCl_{3 in} the first gas. The horizontal axis in FIG. 7 represents the volume ratio of BCl_{3 in} the supplied gas. The vertical axis in FIG. 7 is the photoluminescence intensity. A GaN substrate having a mask formed thereon was used as the substrate. The substrate temperature was 400 ° C. The output of the plasma generator was 400W. The frequency of the bias was 3.2 MHz. The bias Vpp was 230V. Moreover, the internal pressure of theprocessing chamber 1001 was 5 Pa. The etching time was 1 minute.

　図７に示すように、供給するガスに占めるＢＣｌ₃の体積比によらず、フォトルミネッセンス強度はおよそ０．７程度であった。As shown in FIG. 7, the photoluminescence intensity was about 0.7 regardless of the volume ratio of BCl₃ in the supplied gas.

５．実験５（バイアス）
５－１．５Ｐａの場合
　図８は、第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比とバイアスＶｐｐとの間の関係を示すグラフである。図８の横軸は第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比である。図８の縦軸はバイアスＶｐｐである。このときの処理室１００１の内圧は５Ｐａである。5). Experiment 5 (bias)
In the case of 5-1.5 Pa FIG. 8 is a graph showing the relationship between the volume ratio of BCl_{3 in} the first gas and the bias Vpp. The horizontal axis in FIG. 8 is the volume ratio of BCl_{3 in} the first gas. The vertical axis in FIG. 8 is the bias Vpp. At this time, the internal pressure of theprocessing chamber 1001 is 5 Pa.

　図８において、「○」印は、縦エッチングレートに対する横エッチングレートが－１５％以上１５％以下である点を示している。「＋」印は、縦エッチングレートに対する横エッチングレートが１５％より大きい点を示している。ここで、縦エッチングレートに対する横エッチングレートが正の値の場合には、オーバーエッチングが生じている。縦エッチングレートに対する横エッチングレートが負の値の場合には、アンダーエッチングが生じている。図８に示すように、領域Ｒ１の内部ではオーバーエッチングはそれほど大きくない。領域Ｒ１においては、縦エッチングレートに対する横エッチングレートは、－１５％以上１５％以下である。領域Ｒ１は、式（１）、（２）で表される。In FIG. 8, the mark “◯” indicates that the horizontal etching rate with respect to the vertical etching rate is −15% or more and 15% or less. The “+” mark indicates that the horizontal etching rate with respect to the vertical etching rate is greater than 15%. Here, when the horizontal etching rate with respect to the vertical etching rate is a positive value, overetching has occurred. When the horizontal etching rate with respect to the vertical etching rate is a negative value, under-etching has occurred. As shown in FIG. 8, the over-etching is not so large inside the region R1. In the region R1, the horizontal etching rate with respect to the vertical etching rate is −15% or more and 15% or less. The region R1 is represented by the formulas (1) and (2).

　条件式（１）、（２）は、処理室１００１の内圧が１Ｐａ以上１０Ｐａ以下の場合に適用できると考えられる。Conditional expressions (1) and (2) are considered applicable when the internal pressure of theprocessing chamber 1001 is 1 Pa or more and 10 Pa or less.

１０００…エッチング装置
１００１…処理室
１１００…サセプター
１１１０…サセプター支持部
１１２０…加熱部
１１３０…ＳｉＣプレート
１２００…第１の電位付与部
１２１０…第１の整合器
１３００…プラズマ発生部
１４００…第２の電位付与部
１４１０…第２の整合器
１５００…ガス供給部
１５１０…ガス供給管
１６００…シャワープレート
１７００…排気口

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　DESCRIPTION OFSYMBOLS 1000 ...Etching apparatus 1001 ...Processing chamber 1100 ...Susceptor 1110 ...Susceptor support part 1120 ...Heating part 1130 ...SiC plate 1200 ... 1st electricpotential provision part 1210 ...1st matching device 1300 ...Plasma generation part 1400 ... 2nd electricpotential Giving unit 1410 ...second matching unit 1500 ...gas supply unit 1510 ...gas supply pipe 1600 ...shower plate 1700 ... exhaust port

Claims

Translated fromJapanese

III 族窒化物半導体をエッチングする処理室と、
前記III 族窒化物半導体を保持する基板保持部と、
前記処理室の内部に第１のガスを供給するガス供給部と、
前記第１のガスをプラズマ化するプラズマ発生部と、
前記基板保持部に高周波電位を付与する第１の電位付与部と、
を有し、
　前記第１のガスは、
　　Ｃｌ₂とＢＣｌ₃とを含む塩素系混合ガスであり、
　前記第１の電位付与部は、
　　前記第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比が大きいほど、
　　絶対値が小さいバイアスを前記基板保持部に付与するものであり、
　前記第１の電位付与部は、
　　　Ｖｐｐ　≦　－１２００・Ｘ　＋　４８０
　　　Ｖｐｐ　≧　－１２００・Ｘ　＋　２９０
　　　０．０１　≦　Ｘ　≦　０．４
　　　　　　Ｖｐｐ：バイアス（Ｖ）
　　　　　　Ｘ　　：第１のガスに占めるＢＣｌ₃の体積比
を満たすようにバイアスを前記基板保持部に付与すること
を特徴とするエッチング装置。A processing chamber for etching a group III nitride semiconductor;
A substrate holder for holding the group III nitride semiconductor;
A gas supply unit for supplying a first gas into the processing chamber;
A plasma generating section for converting the first gas into plasma;
A first potential applying unit that applies a high-frequency potential to the substrate holding unit;
Have
The first gas is
A chlorine-based mixed gas containing Cl₂ and BCl₃ ;
The first potential applying unit includes:
The larger the volume ratio of BCl_{3 in} the first gas,
A bias having a small absolute value is applied to the substrate holder,
The first potential applying unit includes:
Vpp ≤ -1200 ・ X + 480
Vpp ≧ -1200 ・ X + 290
0.01 ≤ X ≤ 0.4
Vpp: Bias (V)
X: An etching apparatus that applies a bias to the substrate holder so as to satisfy a volume ratio of BCl_{3 in} the first gas.

請求項１に記載のエッチング装置において、
　前記ガス供給部は、
　　　０．０２　≦　Ｘ　≦　０．３
を満たすように前記第１のガスを前記処理室の内部に供給すること
を特徴とするエッチング装置。The etching apparatus according to claim 1,
The gas supply unit
0.02 ≤ X ≤ 0.3
An etching apparatus, wherein the first gas is supplied into the processing chamber so as to satisfy the condition.

請求項１または請求項２に記載のエッチング装置において、
　前記ガス供給部は、
　　前記第１のガスにＮ₂と希ガスとの少なくとも一方を含むガスを混合した第２のガスを前記処理室の内部に供給すること
を特徴とするエッチング装置。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　The etching apparatus according to claim 1 or 2,
The gas supply unit
An etching apparatus, wherein a second gas obtained by mixing the first gas with a gas containing at least one of N₂ and a rare gas is supplied into the processing chamber.