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JP2600588B2 - Method of forming dry etching mask - Google Patents

Method of forming dry etching mask

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Publication number
JP2600588B2
JP2600588B2 JP5282241A JP28224193A JP2600588B2 JP 2600588 B2 JP2600588 B2 JP 2600588B2 JP 5282241 A JP5282241 A JP 5282241A JP 28224193 A JP28224193 A JP 28224193A JP 2600588 B2 JP2600588 B2 JP 2600588B2
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JP
Japan
Prior art keywords
mask
film
layer
dry etching
inp
Prior art date
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JP5282241A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH07135194A (en
Inventor
▲隆▼士 吉川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング用マス
クの形成方法に関する。
The present invention relates to a method for forming a dry etching mask.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来半導体装置等の製造工程におけるド
ライエッチング用マスクには、有機レジストあるいは有
機レジストのパターンが転写された酸化シリコン(Si
2 )や窒化シリコン(SiNX )等の無機膜及び金属
膜のマスクが使用されている。有機レジストのパターニ
ングには光学露光、電子ビーム露光などが用いられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, an organic resist or a silicon oxide (Si) to which an organic resist pattern has been transferred has been used as a dry etching mask in a manufacturing process of a semiconductor device or the like.
A mask of an inorganic film such as O 2 ) or silicon nitride (SiN x ) or a metal film is used. Optical exposure, electron beam exposure, and the like are used for patterning the organic resist.

【0003】例えば光学露光では電子ビームにより描画
された露光マスクを用い、このマスクをレジスト膜と光
源の間に配置してマスクされない部分を感光させること
で、パターニングを行う。電子ビーム露光では、電子ビ
ームに感光する有機レジストを塗布した基板に電子ビー
ムを照射し、直接パターンを描画することでパターニン
グを行う。またリフトオフと呼ばれる方法では、パター
ニングされた有機レジストの上から金属薄膜を蒸着した
後に有機レジストを溶剤で除去し、その上にのった金属
を除去することで残った金属薄膜のパターンを形成す
る。
[0003] For example, in optical exposure, patterning is performed by using an exposure mask drawn by an electron beam, disposing the mask between a resist film and a light source, and exposing an unmasked portion to light. In electron beam exposure, patterning is performed by irradiating an electron beam on a substrate coated with an organic resist sensitive to the electron beam and drawing a pattern directly. In a method called lift-off, a metal thin film is vapor-deposited on a patterned organic resist, and then the organic resist is removed with a solvent, and a metal thin film is formed by removing the metal on the organic resist. .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したマスクの形成
方法では、どれもパターニングには有機レジストを用い
るので、有機レジスト膜の現像時の抜けの不均一や大き
な分子サイズに起因する端面のサイズゆらぎが生じる。
さらに光学露光では光学露光用マスク作成時の電子ビー
ムのゆらぎが、またリフトオフ法ではリフトオフ用金属
薄膜蒸着時のグレイン等に起因するパターン端部のゆら
ぎが存在する。これらの端面ゆらぎを有するエッチング
マスクを用いてエッチングを行うと、この端面ゆらぎが
そのまま転写され被エッチング層14のエッチング側面
には図4に示すような縦じま15が形成される。
In any of the above-described mask forming methods, an organic resist is used for patterning. Therefore, the size fluctuation of the end face due to non-uniformity of the omission during development of the organic resist film and a large molecular size. Occurs.
Further, in the optical exposure, there is fluctuation of an electron beam at the time of preparing an optical exposure mask, and in the lift-off method, there is fluctuation of a pattern end caused by grains or the like at the time of vapor deposition of a lift-off metal thin film. When etching is performed using an etching mask having these end face fluctuations, the end face fluctuations are transferred as they are, and a vertical stripe 15 as shown in FIG.

【0005】この縦じまは、例えば半導体レーザストラ
イプを形成する場合、この側面縦じまにより導波損が増
加してしまう。また量子細線を形成する場合ではこの縦
じまがサイズのゆらぎとなるため、量子効果を打ち消し
てしまうという問題がある。
In the case of forming a semiconductor laser stripe, for example, the vertical stripes increase the waveguide loss due to the vertical stripes on the side surfaces. In the case of forming a quantum wire, there is a problem that the quantum effect is canceled out because the vertical stripes fluctuate in size.

【0006】本発明の目的は、側面ゆらぎの少ないドラ
イエッチング用マスクの形成方法を提供することであ
る。
An object of the present invention is to provide a method for forming a dry etching mask having less side fluctuation.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ用マスクの形成方法は、基板上に被エッチング膜と酸
化膜または窒化膜を形成する工程と、前記酸化膜または
窒化膜をパターニングしたのち露出した前記被エッチン
グ膜上に選択的にマスク用の半導体膜を形成する工程と
を含むものである。
According to the present invention, there is provided a method of forming a mask for dry etching, comprising the steps of forming a film to be etched and an oxide film or a nitride film on a substrate, and exposing the oxide film or the nitride film after patterning the same. Selectively forming a mask semiconductor film on the film to be etched.

【0008】[0008]

【作用】半導体膜の選択成長ではその側面には成長の遅
い面方位が表れる。このとき初期の酸化膜または窒化膜
からなる選択成長用マスク端部にゆらぎが存在しても、
半導体膜成長の進行とともにゆらぎが消失し原子層オー
ダーで平坦な側面が形成される。従ってこれをマスクに
被エッチング膜をドライエッチングすることで側面ゆら
ぎの少ないエッチングを行うことが可能となる。
In the selective growth of a semiconductor film, a plane orientation with a slow growth appears on the side surface. At this time, even if there is fluctuation at the end of the mask for selective growth made of the initial oxide film or nitride film,
The fluctuation disappears as the semiconductor film growth proceeds, and a flat side surface is formed on the order of an atomic layer. Therefore, by dry-etching the film to be etched using this as a mask, it becomes possible to perform etching with less side fluctuation.

【0009】[0009]

【実施例】次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図1(a)〜(c)は本発明の第1の実施例を説明する
ための半導体チップの断面図であり、特にInGaAs
量子細線の作成の場合を示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views of a semiconductor chip for explaining a first embodiment of the present invention. In particular, FIGS.
The case of creating a quantum wire is shown.

【0010】まず図1(a)に示すように、InP基板
1上に有機金属気相エピタキシャル成長方法(MO−V
PE)によりInGaAs層2を厚さ50nm成長す
る。次にこの上に熱化学気相蒸着法(熱CVD:Che
mical vapor diposition)によ
り厚さ10nmのSiO2 薄膜を形成する。これに電子
ビームリソグラフィーによる電子ビームレジストのパタ
ーニングとCF4 ガスを用いた反応性イオンエッチング
によるパターン転写を行い、〈110〉方向に平行な厚
さ10nm、幅30nmのストライプ状のSiO2 パタ
ーン3を形成する。次にこのSiO2 パターン3を用い
てMO−VPEによる選択成長法でInPマスク4を厚
さ50nmに選択成長させる。この時InPマスク4の
側面は(111)面となり原子層オーダーで平坦な面が
形成される。
First, as shown in FIG. 1A, a metalorganic vapor phase epitaxial growth method (MO-V
The InGaAs layer 2 is grown to a thickness of 50 nm by PE). Next, a thermal chemical vapor deposition (thermal CVD: Che
An SiO 2 thin film having a thickness of 10 nm is formed by a physical vapor deposition. Patterning of an electron beam resist by electron beam lithography and pattern transfer by reactive ion etching using CF 4 gas are performed on this to form a stripe-shaped SiO 2 pattern 3 having a thickness of 10 nm and a width of 30 nm parallel to the <110> direction. Form. Next, using this SiO2 pattern 3, an InP mask 4 is selectively grown to a thickness of 50 nm by a selective growth method using MO-VPE. At this time, the side surface of the InP mask 4 becomes the (111) surface, and a flat surface is formed on the order of the atomic layer.

【0011】次に図1(b)に示すように、バッファー
ドフッ酸によりSiO2 パターン3を除去する。そして
このInPマスク4を用いて室温,8×10-4Tor
r、400Vのエッチング条件で反応性イオンビームエ
ッチング装置で塩素ガスによりエッチングを行いInG
aAs層2をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 1B, the SiO 2 pattern 3 is removed with buffered hydrofluoric acid. Then, using this InP mask 4, room temperature, 8 × 10 −4 Torr
etching with chlorine gas in a reactive ion beam etching apparatus under etching conditions of
The aAs layer 2 is etched.

【0012】以下図1(c)に示すように、MO−VP
E法により全体をInP5で埋込み成長することでIn
GaAs埋込み量子細線構造が形成される。
As shown in FIG. 1C, the MO-VP
The whole is buried and grown by InP5 by the E method,
A GaAs embedded quantum wire structure is formed.

【0013】図2(a)〜(d)は本発明の第2の実施
例を説明するための半導体チップの断面図であり、特に
本発明をInGaAs/InGaAsP/InP埋込み
量子細線レーザ用SCH(separate conf
ined heterostructure)構造基板
の作成に適用した場合を示す。
FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views of a semiconductor chip for explaining a second embodiment of the present invention. In particular, the present invention relates to a SCH (InGaAs / InGaAsP / InP embedded quantum wire laser). separate conf
The case where the present invention is applied to the production of an ined heterostructure structure substrate is shown.

【0014】まず、図2(a)に示すように、InP基
板1上にMO−VPE法により厚さ0.2μm、波長組
成1.3μmのInGaAsPクラッド層6、厚さ10
nmのInGaAs活性層7、厚さ20nmのInAl
As除去層8及び厚さ20nmのInGaAsキャップ
層9を成長させる。次でこの上にプラズマCVDにより
SiNX 膜を10nm蒸着し電子ビームリソグラフィー
とCF4 ガスを用いるRIE法により〈110〉方向に
平行に幅20nmのストライプ状のSiNX パターン3
Aを形成する。次に選択MO−VPEによりInPマス
ク4を厚さ50nm形成する。このInPマスク4の側
面も原子層オーダーで平坦となる。
First, as shown in FIG. 2A, an InGaAsP cladding layer 6 having a thickness of 0.2 μm and a wavelength composition of 1.3 μm is formed on an InP substrate 1 by MO-VPE, and a thickness of 10 μm.
nm InGaAs active layer 7, 20 nm thick InAl
An As removal layer 8 and a 20 nm thick InGaAs cap layer 9 are grown. Next, a 10 nm-thick SiN x film is deposited thereon by plasma CVD, and a striped SiN x pattern 3 having a width of 20 nm is formed in parallel with the <110> direction by electron beam lithography and RIE using CF 4 gas.
Form A. Next, an InP mask 4 having a thickness of 50 nm is formed by selective MO-VPE. The side surfaces of the InP mask 4 are also flat on the order of the atomic layer.

【0015】次に図2(b)に示すように、バッファー
ドフッ酸でSiNX 膜を除去する。引き続きInPマス
ク4を用いて、室温,加速電圧400V,ガス圧8×1
-4Torrの条件で化学反応性イオンビームエッチン
グを行い、InGaAsキャップ層9、InAlAs除
去層8及びInGaAs活性層6をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 2B, the SiN x film is removed with buffered hydrofluoric acid. Subsequently, using an InP mask 4, room temperature, acceleration voltage 400 V, gas pressure 8 × 1
Chemically reactive ion beam etching is performed under the condition of 0 -4 Torr to etch the InGaAs cap layer 9, the InAlAs removal layer 8, and the InGaAs active layer 6.

【0016】次に図2(c)に示すように、バッファー
ドフッ酸によりInAlAs除去層8をエッチング除去
することにより同時にその上のInGaAsキャップ層
9とInPマスク4を除去する。
Next, as shown in FIG. 2C, the InAlAs removal layer 8 is removed by etching with buffered hydrofluoric acid, thereby simultaneously removing the InGaAs cap layer 9 and the InP mask 4 thereon.

【0017】次に図2(d)に示すように、全面に0.
2μmの厚さのInGaAsPクラッド層10とInP
キャップ層11を成長することにより量子細線レーザ用
SCH構造基板が作成される。
Next, as shown in FIG.
2 μm thick InGaAsP cladding layer 10 and InP
By growing the cap layer 11, a SCH structure substrate for a quantum wire laser is created.

【0018】図3(a),(b)は本発明の第3の実施
例を説明するための半導体チップの断面図であり、特に
本発明をGaAsのエッチングに適用した場合を示す。
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views of a semiconductor chip for explaining a third embodiment of the present invention, particularly showing a case where the present invention is applied to GaAs etching.

【0019】まず図3(a)に示すように、(111)
B面のGaAs基板12上に第1の実施例と同様にSi
2 パターン3を形成する。次でMO−VPEによりA
lGaAsを選択成長する。1993年春季応用物理学
界予稿集第一分冊263ページ、30p−ZR−.に安
藤らが報告したように、この時AlGaAsマスク13
の側面は(110)面となり垂直側壁が得られる。この
AlGaAsマスク13を利用し、塩素とSF6 を1:
1に混合したガスを用いて室温,8×10-4Torr,
400Vの条件で反応性イオンビームエッチングを行う
と、GaAsとAlGaAsの選択比は20以上なの
で、GaAs基板12に側面が平坦となるパターンを形
成することができる。
First, as shown in FIG.
On the GaAs substrate 12 on the B side, Si is applied in the same manner as in the first embodiment.
An O 2 pattern 3 is formed. Next, A by MO-VPE
lGaAs is selectively grown. 1993 Spring Applied Physics Society Proceedings, First Volume, 263 pages, 30p-ZR-. As reported by Ando et al. At this time, the AlGaAs mask 13
Becomes the (110) plane, and vertical side walls are obtained. Utilizing this AlGaAs mask 13, chlorine and SF 6 are added in a ratio of 1:
Room temperature, 8 × 10 −4 Torr,
When reactive ion beam etching is performed under the condition of 400 V, the selectivity between GaAs and AlGaAs is 20 or more, so that a pattern in which the side surface becomes flat on the GaAs substrate 12 can be formed.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、側
面ゆらぎの少ないドライエッチング用マスクが容易に形
成できるという効果がある。このため半導体レーザや量
子細線レーザ等の半導体装置の特性を向上させることが
できる。
As described above, according to the present invention, there is an effect that a dry etching mask with little side fluctuation can be easily formed. Therefore, the characteristics of a semiconductor device such as a semiconductor laser and a quantum wire laser can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor chip for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor chip for explaining a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor chip for explaining a third embodiment of the present invention.

【図4】マスク側面のゆらぎとそれが転写された側面縦
じまを示す斜視図。
FIG. 4 is a perspective view showing a fluctuation of a mask side surface and a vertical stripe on a side to which the fluctuation is transferred.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 InP基板 2 InGaAs層 3 SiO2 パターン 3A SiNX パターン 4 InPマスク 5 InP埋込み層 6 InGaAsPクラッド層 7 InGaAs活性層 8 InAlAs除去層 9 InGaAsキャップ層 10 InGaAsPクラッド層 11 InPキャップ層 12 GaAs基板 13 AlGaAsマスク1 InP substrate 2 InGaAs layer 3 SiO 2 pattern 3A SiN X pattern 4 InP mask 5 InP buried layer 6 InGaAsP cladding layer 7 InGaAs active layer 8 InAlAs removal layer 9 InGaAs cap layer 10 InGaAsP clad layer 11 InP cap layer 12 GaAs substrate 13 AlGaAs mask

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に被エッチング膜と酸化膜または
窒化膜を形成する工程と、前記酸化膜または窒化膜をパ
ターニングしたのち露出した前記被エッチング膜上に選
択的にマスク用の半導体膜を形成する工程とを含むこと
を特徴とするドライエッチング用マスクの形成方法。
A step of forming a film to be etched and an oxide film or a nitride film on a substrate; and patterning the oxide film or the nitride film to selectively form a semiconductor film for a mask on the exposed film to be etched. Forming a dry etching mask.
JP5282241A 1993-11-11 1993-11-11 Method of forming dry etching mask Expired - Lifetime JP2600588B2 (en)

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JPH07135194A JPH07135194A (en) 1995-05-23
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