特開 2024-7735 ガリウム化合物の加工方法及びその装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024007735

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】ガリウム化合物の加工方法及びその装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20240112BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022109020

(22)【出願日】2022-07-06

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】100177264

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 嘉秀

(74)【代理人】

【識別番号】100074561

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 隆生

(74)【代理人】

【識別番号】100124925

【弁理士】

【氏名又は名称】森岡 則夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141874

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 久由

(74)【代理人】

【識別番号】100163577

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 正人

(72)【発明者】

【氏名】佐野 泰久

(72)【発明者】

【氏名】山内 和人

(72)【発明者】

【氏名】中上 元太

【テーマコード（参考）】

5F004

【Ｆターム（参考）】

5F004AA16

5F004BA04

5F004BB13

5F004BB18

5F004BB25

5F004BB26

5F004BC03

5F004CA02

5F004CA03

5F004CA04

5F004DA22

5F004DA23

5F004DA24

5F004DA26

5F004DB00

5F004DB19

5F004EA27

(57)【要約】

【課題】安全性や環境負荷の問題があるフッ素系ガスや塩素系ガスを使用せず、ガリウム化合物を高能率でプラズマエッチングによって加工することが可能なガリウム化合物の加工方法及びその装置を提供する。
【解決手段】ガリウム化合物の表面をプラズマエッチングにより加工する加工方法であって、不活性ガスと水素ガスからなるエッチングガスに、金属ガリウムを酸化する作用のある酸化性ガスを添加してプロセスガスとし、プラズマを発生させてガリウム化合物の表面をプラズマエッチングする。例えば、ガリウム化合物が、窒化ガリウム又は酸化ガリウムであり、酸化性ガスが、水蒸気又は酸素ガスである。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガリウム化合物の表面をプラズマエッチングにより加工する加工方法であって、
不活性ガスと水素ガスからなるエッチングガスに、金属ガリウムを酸化する作用のある酸化性ガスを添加してプロセスガスとし、プラズマを発生させてガリウム化合物の表面をプラズマエッチングする、
ガリウム化合物の加工方法。

【請求項2】

前記ガリウム化合物が、窒化ガリウム又は酸化ガリウムである、
請求項１記載のガリウム化合物の加工方法。

【請求項3】

前記酸化性ガスが、水蒸気又は酸素ガスである、
請求項１又は２記載のガリウム化合物の加工方法。

【請求項4】

前記不活性ガスに対して、水素ガス濃度が０．５～１０％である、
請求項１記載のガリウム化合物の加工方法。

【請求項5】

ガリウム化合物の表面をプラズマエッチングにより加工する加工装置であって、
ガリウム化合物を保持し、下部電極を兼ねる保持台と、
前記保持台上のガリウム化合物に対して所定間隔を置いて設けた電極と、
前記保持台と電極間に高周波電圧を印加してプロセスガスのプラズマを発生させる高周波電源と、
少なくとも前記ガリウム化合物と電極間の空間に、不活性ガスと水素ガスからなるエッチングガスに、金属ガリウムを酸化する作用のある酸化性ガスを添加したプロセスガスを供給するガス供給系と、
前記プロセスガスを排気する排気系と、
より構成されるガリウム化合物の加工装置。

【請求項6】

前記ガリウム化合物が、窒化ガリウム又は酸化ガリウムである、
請求項５記載のガリウム化合物の加工装置。

【請求項7】

前記ガス供給系が、不活性ガスボンベからマスフローコントローラを介して供給された不活性ガスと、水素ガスボンベからマスフローコントローラを介して供給された水素ガスとを混合してエッチングガスとし、該エッチングガスを気密水槽の水中に通して前記酸化性ガスとして水蒸気を気化混合してプロセスガスを調製する構造である、
請求項５又は６記載のガリウム化合物の加工装置。

【請求項8】

前記ガス供給系が、不活性ガスボンベからマスフローコントローラを介して供給された不活性ガスと、水素ガスボンベからマスフローコントローラを介して供給された水素ガスとを混合してエッチングガスとし、該エッチングガスに、酸素ガスボンベからマスフローコントローラを介して供給された前記酸化性ガスとして酸素ガスを混合してプロセスガスを調製する構造である、
請求項５又は６記載のガリウム化合物の加工装置。

【請求項9】

前記不活性ガスに対して、水素ガス濃度が０．５～１０％である、
請求項５記載のガリウム化合物の加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高能率と高い実用性を兼ね備えたガリウム化合物の加工方法及びその装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

窒化ガリウム（ＧａＮ）や酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）は低損失パワー半導体デバイス用材料として注目されているが、ＧａＮは高硬度であることから、またＧａ_２Ｏ_３はへき開性が高いことから、従来技術では高能率な加工が困難であり、デバイスコストを押し上げている一つの要因となっている。

【0003】

特許文献１には、ＧａＮ等の化合物膜のドライエッチングにおいて、プラズマ発生用のエッチングガスとして、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＣｌ、ＨＣｌ_４及びＨＢｒから選択された少なくとも１種のハロゲンガス又はハロゲン化物ガスと希釈ガスとの混合ガスを用いる点が記載されている。

【0004】

特許文献２には、少なくとも表面に窒化ガリウム層を有する基板を製造する方法であって、誘導結合式プラズマ発生装置を具備したプラズマエッチング装置を用い、フッ素系ガスを導入し、前記窒化ガリウム層の表面をドライエッチング処理する基板の製造方法が記載されている。

【0005】

一方、同じく低損失パワー半導体用材料として注目されている炭化ケイ素（ＳｉＣ）も高硬度かつ化学的に安定なため高能率な加工が困難であったが、ＳＦ_６ガスを用いた高ラジカル密度プラズマによるプラズマエッチングによって１５μｍ/ｍｉｎという高能率加工が実現されている（非特許文献１）。ＧａＮにおいても同様に大気圧プラズマを用いた高能率加工の検討が行われた（非特許文献２）が、最大約９μｍ/ｍｉｎという高加工速度が得られた一方で、反応ガスとして塩素ガス（ヘリウムで希釈）を用いることから安全性や装置の腐食性を考慮する必要があり、実用には至っていない。また、Ｇａ_２Ｏ_３に関しては、プラズマエッチングに関して十分な検討はなされていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許５０３３３６１号公報

【特許文献2】特許５８３２０５８号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】ECS J. Solid State Sci. Technol. 10, 014005

【非特許文献2】Surf. Interface Anal.40, 1556

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、安全性や環境負荷の問題があるフッ素系ガスや塩素系ガスを使用せず、ガリウム化合物を高能率でプラズマエッチングによって加工することが可能なガリウム化合物の加工方法及びその装置を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、前述の課題解決のために、以下に構成するガリウム化合物の加工方法及びその装置を提供する。

【0010】

（１）
ガリウム化合物の表面をプラズマエッチングにより加工する加工方法であって、
不活性ガスと水素ガスからなるエッチングガスに、金属ガリウムを酸化する作用のある酸化性ガスを添加してプロセスガスとし、プラズマを発生させてガリウム化合物の表面をプラズマエッチングする、
ガリウム化合物の加工方法。

【0011】

（２）
前記ガリウム化合物が、窒化ガリウム又は酸化ガリウムである、
（１）記載のガリウム化合物の加工方法。

【0012】

（３）
前記酸化性ガスが、水蒸気又は酸素ガスである、
（１）又は（２）記載のガリウム化合物の加工方法。

【0013】

（４）
前記不活性ガスに対して、水素ガス濃度が０．５～１０％である、
（１）記載のガリウム化合物の加工方法。

【0014】

（５）
ガリウム化合物の表面をプラズマエッチングにより加工する加工装置であって、
ガリウム化合物を保持し、下部電極を兼ねる保持台と、
前記保持台上のガリウム化合物に対して所定間隔を置いて設けた電極と、
前記保持台と電極間に高周波電圧を印加してプロセスガスのプラズマを発生させる高周波電源と、
少なくとも前記ガリウム化合物と電極間の空間に、不活性ガスと水素ガスからなるエッチングガスに、金属ガリウムを酸化する作用のある酸化性ガスを添加したプロセスガスを供給するガス供給系と、
前記プロセスガスを排気する排気系と、
より構成されるガリウム化合物の加工装置。

【0015】

（６）
前記ガリウム化合物が、窒化ガリウム又は酸化ガリウムである、
（５）記載のガリウム化合物の加工装置。

【0016】

（７）
前記ガス供給系が、不活性ガスボンベからマスフローコントローラを介して供給された不活性ガスと、水素ガスボンベからマスフローコントローラを介して供給された水素ガスとを混合してエッチングガスとし、該エッチングガスを気密水槽の水中に通して前記酸化性ガスとして水蒸気を気化混合してプロセスガスを調製する構造である、
請求項５又は６記載のガリウム化合物の加工装置。

【0017】

（８）
前記ガス供給系が、不活性ガスボンベからマスフローコントローラを介して供給された不活性ガスと、水素ガスボンベからマスフローコントローラを介して供給された水素ガスとを混合してエッチングガスとし、該エッチングガスに、酸素ガスボンベからマスフローコントローラを介して供給された前記酸化性ガスとして酸素ガスを混合してプロセスガスを調製する構造である、
請求項５又は６記載のガリウム化合物の加工装置。

【0018】

（９）
前記不活性ガスに対して、水素ガス濃度が０．５～１０％である、
（５）記載のガリウム化合物の加工装置。

【発明の効果】

【0019】

以上にしてなる本発明によれば、塩素系ガスやフッ素系ガスを用いることなく、高能率に窒化ガリウム（ＧａＮ）や酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）のプラズマエッチングが実現可能となり、窒化ガリウム基板や酸化ガリウム基板の平坦化や平滑化に使用できるばかりでなく、パワーデバイス形成後の裏面薄化プロセス等への適用により、低コスト低損失パワーデバイスの実現に貢献することが期待される。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明のガリウム化合物の加工装置の概略図である。

【図2】ガス供給系の具体例を示し、（ａ）はＨｅガスとＨ_２ガスを混合したエッチングガスの供給系を示し、（ｂ）はＨｅガスとＨ_２ガスを混合したエッチングガスに酸化性ガスとして水蒸気を添加するガス供給系を示し、（ｃ）はＨｅガスとＨ_２ガスを混合したエッチングガスに酸化性ガスとしてＯ_２ガスを添加するガス供給系の配管図である。

【図3】排気系の配管図である。

【図4】加工条件が、Ｈｅ：Ｈ_２＝９０：１０、ＲＦ電力１３０Ｗ、加工時間５分、ガス流量５００ｓｃｃｍの場合のＧａＮの加工レートを示すグラフである。

【図5】加工条件が、Ｈｅ：Ｈ_２＝９０：１０、ＲＦ電力１３０Ｗ、加工時間３分、ガス流量５００ｓｃｃｍの場合のＧａ_２Ｏ_３の加工レートを示すグラフである。

【図6】加工条件が、Ｈｅ：Ｈ_２＝９０：１０、ＲＦ電力１３０Ｗ、加工時間５分、ガス流量１００ｓｃｃｍの場合のＧａＮ表面の走査電子顕微鏡像である。

【図7】加工条件が、Ｈｅ：Ｈ_２＝９６：４、ＲＦ電力１３０Ｗ、加工時間５分、ガス流量５００ｓｃｃｍの場合のＧａ_２Ｏ_３表面の走査電子顕微鏡像である。

【図8】加工条件が、Ｈｅ：Ｈ_２＝９５：５、ＲＦ電力１８０Ｗ、加工時間５分に固定し、ガス流量を１００、５００、８００ｓｃｃｍと変化させた場合のＧａＮの加工レートを示すグラフである。

【図9】加工条件が、ＲＦ電力１８０Ｗ、加工時間５分、ガス流量５００ｓｃｃｍに固定し、水素ガス濃度を１、５、１０％と変化させた場合のＧａＮの加工レートを示すグラフである。

【図10】加工条件が、Ｈｅ：Ｈ_２＝９０：１０、加工時間５分、ガス流量１００ｓｃｃｍを固定し、ＲＦ電力を１３０、１５０、１８０、２００Ｗと変化させた変化させた場合のＧａＮの加工レートを示すグラフである。

【図11】加工条件が、Ｈｅ：Ｈ_２＝９０：１０、ＲＦ電力１３０Ｗ、加工時間５分、ガス流量５００ｓｃｃｍに固定し、保持台２（試料台）の温度を３０、５０、２００℃と変化させた場合のＧａＮの加工レートを示すグラフである。

【図12】加工条件が、Ｈｅ：Ｈ_２＝９０：１０、ＲＦ電力１３０Ｗ、加工時間５分、ガス流量７５ｓｃｃｍに固定し、保持台２（試料台）の温度を３０、５０、７０、１００℃と変化させた場合のＧａ_２Ｏ_３の加工レートを示すグラフである。

【図13】加工条件が、Ｈｅ：Ｈ_２＝９５：５、ＲＦ電力１８０Ｗ、加工時間５分、ガス流量８００ｓｃｃｍの場合のＧａＮ表面の走査電子顕微鏡像である。

【図14】加工条件が、プロセスガスがエッチングガスＨｅ：Ｈ_２＝９５：５に水蒸気添加、ＲＦ電力２００Ｗ、加工時間３分、ガス流量８００ｓｃｃｍ、温度１５０℃の場合のＧａＮ表面の走査電子顕微鏡像である。

【図15】加工条件が、プロセスガスがエッチングガスＨｅ：Ｈ_２＝９０：１０に水蒸気添加、ＲＦ電力８０Ｗ、加工時間５分、ガス流量５００ｓｃｃｍ、温度５０℃の場合のＧａ_２Ｏ_３表面の走査電子顕微鏡像である。

【図16】加工条件が、Ｈｅ：Ｈ_２：Ｏ_２＝９２：４：４、ＲＦ電力１００Ｗ、加工時間３分、ガス流量５００ｓｃｃｍ、温度８０℃の場合のＧａＮ表面の走査電子顕微鏡像である。

【図17】加工条件が、Ｈｅ：Ｈ_２：Ｏ_２＝９２：４：４、ＲＦ電力８０Ｗ、加工時間３分、ガス流量５００ｓｃｃｍ、温度５０℃の場合のＧａ_２Ｏ_３表面の走査電子顕微鏡像である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図１は本発明の加工特性を実証するために用いた加工装置を示している。本発明は図示した実施例に限定されず、被加工物の加工面全面を均一にプラズマエッチングする加工装置、被加工物の加工面の一部を局所的にプラズマエッチングして任意形状を創成するＰＣＶＭ装置を構成することが可能である。本発明では、被加工物が窒化ガリウム（ＧａＮ）又は酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）などのガリウム化合物である。また、本実施形態では大気圧プラズマを用いるが、減圧プラズマでも構わない。ここで「大気圧」とは、プロセスガスの流動を発生させる必要があるので大気圧より若干高い圧力の範囲を含むことを意味している。つまり、本発明のプロセスガスの圧力は、数ｋＰａ～大気圧の範囲である。

【0022】

本発明では、ガリウム化合物のプラズマエッチングガスにおける反応ガスとして水素ガスを用いる。因みに、ガリウム化合物の反応生成物として、フッ素系ガスを用いるとＧａＦ_３（沸点１０００℃）、塩素系ガスを用いるとＧａＣｌ_３（沸点２０１℃）、水素ガスを用いるとＧａ_２Ｈ_６（沸点－５０℃）が生成される。このように、水素ガスを用いると、ガリウム化合物を加熱しなくても反応生成物が揮発するので有利であるが、後述のように金属ガリウムが表面に付着するという新たな問題が生じる。

【0023】

図１に示した加工装置は、ガリウム化合物１を保持し、下部電極を兼ねる保持台２と、前記保持台２上のガリウム化合物１に対して所定間隔を置いて設けた電極３と、前記保持台２と電極３間に高周波電圧を印加してプロセスガスのプラズマを発生させる高周波電源４と、少なくとも前記ガリウム化合物１と電極３間の空間に、不活性ガスと水素ガスからなるエッチングガスに、金属ガリウムを酸化する作用のある酸化性ガスを添加したプロセスガスを供給するガス供給系５と、前記プロセスガスを排気する排気系６と、を備えている。

【0024】

本実施形態の加工装置には、前記保持台２にヒーターや適宜冷却装置を組み合わせた温度制御系及び熱電対からなる温度計７を設けている。前記保持台２の上面には基板状の前記ガリウム化合物１を保持し、あるいは走査できるようにＸＹステージを備えている。そして、前記保持台２に対して絶縁性の筒体８を介して導電性の上板９が保持され。該上板９の一部が下方に突出してパイプ状の電極３を構成している。前記筒体８の一部若しくは全部が透光性のガラス材料で構成され、内部を観察できるようにしている。

【0025】

前記保持台２、筒体８及び上板９でチャンバーを構成し、前記ガス供給系５からのプロセスガスは、前記上板９の内部の供給路１０を通って前記電極３の中心孔１１から噴出する一方、チャンバー内のプロセスガスは前記保持台２の内部の排気路１２を通って前記排気系６から排気される。そして、前記保持台２は接地され、前記上板９に前記高周波電源４から高周波電圧が印加され、前記電極３とガリウム化合物１の間の空間で高周波プラズマが発生される。尚、本発明では、前記電極３の構造及びプラズマの発生方法は特に限定されない。

【0026】

従来からエッチングガスとして使われてきた塩素系ガスやフッ素系ガスは、加工レートが大きいものの、環境負荷が大きいガスのため取り扱いや回収処理にコストがかかる欠点がある。そこで、本発明では、水素ガスを不活性ガスで希釈したエッチングガスを用いることを検討した。不活性ガスは、本実施形態ではＨｅを使ったが、Ａｒでも構わない。ガス供給系５の具体例は図２に示し、排気系６の具体例は図３に示している。エッチングガスは、図２（ａ）に示すように、ヘリウムガスボンベ１３からマスフローコントローラ１４を介して供給されたヘリウムガスと、水素ガスボンベ１５からマスフローコントローラ１６を介して供給された水素ガスとを混合して調製する。排気系６は、図３に示すように、チャンバー内を初期排気するための真空ポンプ１７と除害筒１８とで構成し、プロセスガスが大気圧の場合には、真空ポンプ１７を介さずに除害筒１８を通して直接大気中に排気できるように、二つのバルブ１９，２０で排気流路を切り替えるようになっている。尚、図中符号２１は圧力計である。

【0027】

新たに反応ガスとして水素ガス（ヘリウムで希釈）を用いることを検討し、ＧａＮ及びＧａ_２Ｏ_３の小片試料を図１に示した加工装置により加工可能性を調査した結果、ＧａＮに関しては、図４に示すように４μｍ/ｍｉｎ（加工条件；Ｈｅ：Ｈ_２＝９０：１０、ＲＦ電力１３０Ｗ、加工時間５分、ガス流量５００ｓｃｃｍ）、Ｇａ_２Ｏ_３に関しては、図５に示すように６０μｍ/ｍｉｎ（加工条件、Ｈｅ：Ｈ_２＝９０：１０、ＲＦ電力１３０Ｗ、加工時間３分、ガス流量５００ｓｃｃｍ）という高加工速度が得られることが分かった。しかしながら、加工前に研磨によって鏡面化されていた試料表面は、加工後は白濁しており、図６、図７に示す通りＧａＮにおいてもＧａ_２Ｏ_３においても球状の付着物で覆われていた。加工条件は、ＧａＮに関してＨｅ：Ｈ_２＝９０：１０、ＲＦ電力１３０Ｗ、加工時間５分、ガス流量１００ｓｃｃｍ、Ｇａ_２Ｏ_３に関してＨｅ：Ｈ_２＝９６：４、ＲＦ電力１３０Ｗ、加工時間５分、ガス流量５００ｓｃｃｍである。この付着物を分析した結果、金属Ｇａであることが分かり、表面の還元や反応生成物の再付着等によって形成した金属ＧａがＧａＮやＧａ_２Ｏ_３よりも水素ラジカルによるエッチング速度が低いため、加工後も表面に残留したものと考えられる。

【0028】

次に、ＧａＮについて、前述のエッチングガスを用いて、ガス流量と水素ガス濃度を変化させて加工レートを評価した。図８は、加工条件として、Ｈｅ：Ｈ_２＝９５：５、ＲＦ電力１８０Ｗ、加工時間５分に固定し、ガス流量を１００、５００、８００ｓｃｃｍと変化させた場合の加工レートを示すグラフである。ガス流量の増加に伴って加工レートが増加していることが分かる。これはプラズマからエネルギーを受け取るＨ_２量が増加し、水素ラジカルが増加したためと理解できる。図9は、加工条件として、ＲＦ電力１８０Ｗ、加工時間５分、ガス流量５００ｓｃｃｍに固定し、水素ガス濃度を１、５、１０％と変化させた場合の加工レートを示すグラフである。ヘリウムに対する水素濃度が５％で加工レートが最大になることが分かる。水素ガス濃度が低いと反応に寄与する水素ラジカルが不足して加工レートが低く、逆に水素ガス濃度が高いとプラズマ中のエネルギーが減少して加工レートが低下すると考えられる。尚、水素ガス濃度が低くてもガス流量を増やせば加工レートを高めることができるので、水素ガス濃度は０．５～１０％の範囲が好ましい。実用的には、水素ガス濃度は２～１０％の範囲がより好ましく、更に好ましくは３～７％の範囲である。

【0029】

また、ＧａＮについて、前述のエッチングガスを用いて、ＲＦ電力と保持台２（試料台）の温度を変化させて加工レートを評価した。図１０は、加工条件として、Ｈｅ：Ｈ_２＝９０：１０、加工時間５分、ガス流量１００ｓｃｃｍを固定し、ＲＦ電力を１３０、１５０、１８０、２００Ｗと変化させた変化させた場合の加工レートを示すグラフである。電力増加に伴って加工レートが増加することが分かる。これは、電力増加に伴って水素ラジカルが増加するとともに、ＧａＮ基板の温度が上昇したためと推測される。図１１は、加工条件として、Ｈｅ：Ｈ_２＝９０：１０、ＲＦ電力１３０Ｗ、加工時間５分、ガス流量５００ｓｃｃｍに固定し、保持台２（試料台）の温度を３０、５０、２００℃と変化させた場合の加工レートを示すグラフである。温度の上昇とともに加工レートは増加するが飽和傾向を示している。

【0030】

対比として、図１２に、Ｇａ_２Ｏ_３について、加工条件として、Ｈｅ：Ｈ_２＝９０：１０、ＲＦ電力１３０Ｗ、加工時間５分、ガス流量７５ｓｃｃｍに固定し、保持台２（試料台）の温度を３０、５０、７０、１００℃と変化させた場合の加工レートを示すグラフである。加工レートは５０℃で最大となるが、温度に対する依存性は小さいことが分かる。

【0031】

前述の水素ガスからなるエッチングガスによるプラズマエッチングによって、ガリウム化合物を高能率に加工できることが分かったが、エッチング後にガリウム化合物表面に金属Ｇａの粒子が付着する問題が未解決である。そこで、ＧａＮについて、ガス流量を増加させると金属Ｇａがどうなるかを調べた。図１３は、加工条件が、Ｈｅ：Ｈ_２＝９５：５、ＲＦ電力１８０Ｗ、加工時間５分、ガス流量８００ｓｃｃｍの場合のＧａＮ表面の走査電子顕微鏡像である。図６と比較すれば、加工条件が多少異なるものの、ガス流量を増加させることによって金属Ｇａの粒径が約１／１０に小さくなっていることが分かるが、消滅することはない。また、図６の状態の基板をＧａの融点（２９．７６℃）よりも高い温度に昇温した後、堆積物を拭き取っても完全に除去することはできなかった。

【0032】

そこで、本発明では、水素ガスからなるエッチングガスに、水素ラジカルによりエッチングされ易いように金属Ｇａを酸化するための酸化性ガスを添加することを提案する。ここで、酸化性ガスの具体例としては、実用的な観点から水蒸気（Ｈ_２Ｏ分子）若しくは酸素ガス（Ｏ_２分子）が挙げられる。酸化性ガスの添加により金属Ｇａを酸化し、水素ラジカルとの反応によって気化が促進されることが期待できる。

【0033】

本発明は、ガリウム化合物の表面をプラズマエッチングにより加工する加工方法であって、不活性ガスと水素ガスからなるエッチングガスに、金属ガリウムを酸化する作用のある酸化性ガスを添加してプロセスガスとし、プラズマを発生させてガリウム化合物の表面をプラズマエッチングして加工するガリウム化合物の加工方法である。そして、本発明では、前記酸化性ガスが、水蒸気又は酸素ガスであるというものである。

【0034】

図２（ｂ）は、前述のエッチングガスに酸化性ガスとして水蒸気を添加するガス供給系５を示している。このガス供給系５は、ヘリウムガスボンベ１３からマスフローコントローラ１４を介して供給されたヘリウムガスと、水素ガスボンベ１５からマスフローコントローラ１６を介して供給された水素ガスとを混合してエッチングガスとし、該エッチングガスを気密水槽２２の水中に通して水蒸気を気化混合してプロセスガスを調製する構造である。

【0035】

図２（ｂ）に示したガス供給系５で調製し、水蒸気を添加したプロセスガスを用いて窒化ガリウム基板と酸化ガリウム基板をプラズマエッチングした結果を図１４、図１５に示す。図１４は、加工条件として、プロセスガスがエッチングガスＨｅ：Ｈ_２＝９５：５に水蒸気添加、ＲＦ電力２００Ｗ、加工時間３分、ガス流量８００ｓｃｃｍ、温度１５０℃とした場合のＧａＮ表面の走査電子顕微鏡像である。図１５は、加工条件として、プロセスガスがエッチングガスＨｅ：Ｈ_２＝９０：１０に水蒸気添加、ＲＦ電力８０Ｗ、加工時間５分、ガス流量５００ｓｃｃｍ、温度５０℃とした場合のＧａ_２Ｏ_３表面の走査電子顕微鏡像である。これらの結果から、水蒸気を含むプロセスガスを用いて、ガリウム化合物の表面をプラズマエッチングすることにより、金属Ｇａの堆積のない綺麗な加工面に加工できた。

【0036】

図２（ｃ）は、前述のエッチングガスに酸化性ガスとして酸素ガスを添加するガス供給系５を示している。このガス供給系５は、ヘリウムガスボンベ１３からマスフローコントローラ１４を介して供給されたヘリウムガスと、水素ガスボンベ１５からマスフローコントローラ１６を介して供給された水素ガスとを混合してエッチングガスとし、該エッチングガスに、酸素ガスボンベ２３からマスフローコントローラ２４を介して供給された酸素ガスを混合してプロセスガスを調製する構造である。

【0037】

図２（ｃ）に示したガス供給系５で調製し、酸素ガスを添加したプロセスガスを用いて窒化ガリウム基板と酸化ガリウム基板をプラズマエッチングした結果を図１６、図１７に示す。図１６は、加工条件として、Ｈｅ：Ｈ_２：Ｏ_２＝９２：４：４、ＲＦ電力１００Ｗ、加工時間３分、ガス流量５００ｓｃｃｍ、温度８０℃とした場合のＧａＮ表面の走査電子顕微鏡像である。図１７は、加工条件として、Ｈｅ：Ｈ_２：Ｏ_２＝９２：４：４、ＲＦ電力８０Ｗ、加工時間３分、ガス流量５００ｓｃｃｍ、温度５０℃とした場合のＧａ_２Ｏ_３表面の走査電子顕微鏡像である。これらの結果から、酸素ガスを含むプロセスガスを用いても、ガリウム化合物の表面をプラズマエッチングすることにより、金属Ｇａの堆積のない綺麗な加工面に加工できた。

【0038】

このように、Ｈｅ／Ｈ_２／Ｈ_２Ｏからなるプロセスガスを用いてガリウム化合物のプラズマエッチングを行ったところ、図１４、図１５に示すように、加工後表面には球状の付着物は全く見られなくなり、光沢のある加工面が得られるようになった。Ｈ_２Ｏ 代わりに酸素ガスを添加しても同様の効果が確認されたため、加工中に表面に形成された金属Ｇａはプラズマ中の酸素ラジカルによって速やかに酸化され、水素ラジカルによりエッチングされたものと考えられる。

【符号の説明】

【0039】

１ ガリウム化合物
２ 保持台
３ 電極
４ 高周波電源
５ ガス供給系
６ 排気系
７ 温度計
８ 筒体
９ 上板
１０ 供給路
１１ 中心孔
１２ 排気路
１３ ヘリウムガスボンベ
１４ マスフローコントローラ
１５ 水素ガスボンベ
１６ マスフローコントローラ
１７ 真空ポンプ
１８ 除害筒
１９ バルブ
２０ バルブ
２１ 圧力計
２２ 気密水槽
２３ 酸素ガスボンベ
２４ マスフローコントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】