ECRプラズマエッチング装置による化合物半導体エッチング反応機構の解明

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本研究ではECR-RIBE(電子サイクロトロン共鳴反応性イオンビームエッチング)による化合物半導体のエッチングメカニズムの解明を主目標とし、半導体レーザや光スイッチなどのデバイス作製プロセスの最適化を検討した。まず、実験に使用したECR-RIBE装置におけるエッチング速度などの基礎データを収集するため、広範な実験領域でのエッチングを試みた。その結果、反応ガスである塩素の分圧を一定に保っても、エッチング速度は塩素ガス流量に依存することが分かった。これは、プラズマ励起反応により生成する塩素ラジカルの塩素ガスに対する割合が一定であり、塩素ラジカルの供給量が塩素ガス流量に比例するためであると考えられる。次に、エッチング形状の最適化を検討した。デバイスを作製する際には垂直にエッチングできることが望ましいが、多くの場合にアンダーカットなどが発生し、メサ型、逆メサ型のエッチングとなってしまう。エッチング形状に対してはガス分圧の依存性が大きいことが分かり、当研究補助金により購入した高精度絶対圧型バラトロン真空計により最適圧力条件を検討したところ、10^<-4>Torr程度の圧力条件において垂直加工が可能であることが分かった。また、反応メカニズムをより詳細に検討するためにエッチング速度および形状に関するシミュレーションを行った。実験結果との比較からエッチング反応主成分の反応確率は0.6以上であることが示唆された。また、垂直に入射した粒子のうち反応に寄与しなかった成分は反射して側壁をエッチングすると思われる。このとき、溝の幅が狭いほど側壁をエッチングする割合が大きくなるため、垂直方向のエッチング速度が低下するものと思われ、実験を行った結果、予期した通りの結果が得られた。今後、実験データを蓄積することにより解析精度を高め、学会などにおいて発表する予定である。