专利名称：蚀刻方法、金属膜结构体的制造方法以及蚀刻结构体的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及用于制造半导体器件的蚀刻方法、利用该蚀刻方法的金属膜结构体的制造方法、以及利用该蚀刻方法得到的蚀刻结构体。
背景技术：
一般，在由化合物半导体构成的半导体器件中使用的金属电极是用剥离(lift off)法形成的。
即，在形成有元件的衬底的主面上，形成具有与要形成的金属电极的平面形状相同形状的开口的光致抗蚀剂图案。并且，在包含开口的光致抗蚀剂图案的整个面上用真空蒸镀等来堆积作为电极材料的金属。此后，与光致抗蚀剂一起去除(剥离)堆积在开口以外的区域上的不需要的金属膜，由此，残留形成具有预定的平面形状的金属电极。
然而，在由化合物半导体构成的半导体器件中，屡次在元件位于的衬底的主面上形成保护膜(氮化硅膜或氧化硅膜)。这是由于为了保护元件不受污染以及抑制产生表面电荷。
因此，在具有保护膜的半导体器件上形成金属电极之时，必须要去除保护膜。
以下，参照图5(A)～(E)对于以往公知的带有保护膜的半导体器件的金属电极的形成方法进行说明。
首先，如图5(A)所示，准备形成有保护膜100的衬底102。
接着，形成图5(B)所示的结构体。即，在保护膜100上涂敷光致抗蚀剂104。此后，通过进行曝光以及显影，去除包含要形成金属电极112的电极形成预定区域102c的部分的光致抗蚀剂104。由此，在光致抗蚀剂104上形成达至保护膜100的孔部106。这里，将孔部106的光致抗蚀剂104表面上的开口称作106a。此外，所谓电极形成预定区域102c是指在衬底102的主面102a上具有与开口106a全等的平面形状的区域。
接着，形成图5(C)所示的结构体。即，将光致抗蚀剂104作为掩模，利用RIE(reactive ion etching活性离子蚀刻)法进行蚀刻。在蚀刻的过程中，在侵入到孔部106内部的等离子体粒子中也包含倾斜飞向衬底102的主面102a的部分。由此，在保护膜100的表面上，等离子体粒子照射比电极形成预定区域102c更宽的区域。其结果是，不仅去除对应于电极形成预定区域102c的区域，也去除其周边的区域(旁蚀刻)。由此，在孔部106的内部，去除保护膜100，形成暴露出衬底102的主面102a的曝光区域108。基于上述理由，曝光区域108比电极形成预定区域102c面积大。
接着，形成图5(D)所示的结构体。即，在保持残留光致抗蚀剂104的状态下，在主面102a侧的整个面上利用真空蒸镀堆积金属膜110。然而，从蒸发源飞来的金属原子具有比上述等离子体粒子更强的方向性。由此，通过开106a侵入到孔部106内部的金属原子堆积在曝光区域108的限定区域。即，金属原子不仅堆积在曝光区域108的整个面上，而且在比电极形成预定区域102c稍宽的区域中堆积成剖面梯形形状。这里，将堆积在电极形成预定区域102c上的金属膜称作110a。此外，将堆积在光致抗蚀剂104上的金属膜称作110b。
最后，获得如图5(E)所示的金属电极112(金属膜110a)。即，通过用有机溶剂等来溶解光致抗蚀剂104，去除光致抗蚀剂104上的不需要的金属膜110b。
如图5(E)所示，在金属电极112和包围金属电极112的保护膜100之间，存在露出衬底102的主面102a的非被覆区域114。这是因为，如图5(C)所示，利用RIE法的蚀刻中，会产生过剩的旁蚀刻，在比电极形成预定区域102c更宽的区域(曝光区域108)中去除了保护膜100。
由于该非被覆区域114未被保护膜100以及金属电极112覆盖，因此，容易被污染，并且成为表面电荷的发生源。
因此，盼望一种不会产生非被覆区域114的技术，即，抑制保护膜100的旁蚀刻(图5(C))的技术。
作为抑制旁蚀刻的技术已知下述技术，通过将被蚀刻膜(多孔硅膜)的侧面暴露于氢等离子体中，使得该多孔硅膜变质成难蚀刻性质(例如，参见专利文献1)。
〔专利文献1〕特开2005-45176号公报(日本专利公开公报)
然而，该技术中，为了抑制多孔硅膜的旁蚀刻，必须追加实施氢等离子体处理。因此，存在蚀刻处理步骤数目增加的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的。因此，本发明的目的在于，提供一种不增加步骤数目就能够抑制被蚀刻膜的旁蚀刻的蚀刻方法、利用该蚀刻方法的金属膜结构体的制造方法、以及利用该蚀刻方法形成的蚀刻结构体。
为了解决上述问题，本发明的蚀刻方法是在下述的衬底结构体中，利用感应耦合等离子体反应性离子蚀刻去除被蚀刻膜中的、位于蚀刻预定区域的被蚀刻膜部分，形成露出衬底的主面的露出区域。
即，衬底结构体具备衬底、覆盖该衬底的主面的被蚀刻膜以及覆盖该被蚀刻膜并且形成有孔部的蚀刻保护膜。
该孔部是由形成在蚀刻保护膜表面上的开口部和与该开口部在蚀刻保护膜的厚度方向上连续并达到被蚀刻膜的中空部形成的。
开口部的平面形状与被蚀刻膜的蚀刻预定区域的平面形状全等。孔部具有从蚀刻保护膜表面向深度方向随着靠近被蚀刻膜而宽度增加的孔宽度。
这里，感应耦合等离子体反应性离子蚀刻在下述条件下进行(1)将ICP功率设定在20～100W；(2)将RIE功率设定在5～50W；(3)将蚀刻室的气压设定在1～100mTorr。
在上述的蚀刻方法中，优选采用在主面侧设有GaN层的衬底作为衬底，采用氮化硅膜作为被蚀刻膜，采用负性光致抗蚀剂作为蚀刻保护膜、以及采用SF6作为感应耦合等离子体反应性离子蚀刻的蚀刻气体。
本发明的金属结构体的制造方法是使用上述的蚀刻方法的方法，在露出区域形成之后，包含如下步骤将蚀刻保护膜作为掩模，利用真空蒸镀在包含露出区域的衬底的主面侧的区域堆积金属膜；与蚀刻保护膜一起去除该金属膜中的、位于孔部之外的金属膜部分。
本发明的蚀刻结构体是利用蚀刻形成的，它具备衬底；覆盖该衬底的主面的被蚀刻膜；去除该被蚀刻膜露出衬底的主面的露出区域；作为被蚀刻膜的区域、并且从将该露出区域的平面形状相似地进行扩大后的区域中除去该露出区域的周边区域；作为被蚀刻膜的区域、并且是露出区域以及周边区域构成的区域之外的区域的平坦区域。
被蚀刻膜的膜厚随着离开露出区域而增厚，从而位于该周边区域的被蚀刻膜的剖面的轮廓线的斜率随着离开露出区域而变缓，以及，在该周边区域和平坦区域之间的边界部上，具备被蚀刻膜与主面垂直延伸的侧壁。
根据本发明的蚀刻方法，通过在预定条件下进行被蚀刻膜的感应耦合等离子体反应性离子蚀刻(以下，称作ICP-RIE)，由此，与衬底的主面大致垂直地照射等离子体粒子。其结果是，得到具有与开口部(蚀刻预定区域)全等的平面形状的露出区域。即，通过在该条件下进行ICP-RIE，与现有技术相比，抑制了被蚀刻膜的旁蚀刻。
此外，在蚀刻预定区域的周边区域照射微量的等离子体粒子。照射在周边区域的等离子体粒子的量随着离开蚀刻预定区域的距离的变远而减少。其结果是，位于周边区域的被蚀刻膜随着离开露出区域，膜厚平缓增加。即，在露出主面的露出区域和残留被蚀刻膜的周边区域之间的边界部上，被蚀刻膜的侧面不形成为垂直于露出区域，而是形成为随着离开露出区域而斜率缓慢变小的斜面状。
此外，根据本发明的金属膜结构体的制造方法，能够用金属膜结构体覆盖露出区域的整个面积。即，在从真空蒸镀的蒸发源飞向衬底的金属原子中，不仅包含垂直于主面飞来的金属原子，也包含倾斜地向主面飞来的金属原子。由此，通过开口部到达孔部内的原子，不仅堆积在具有与开口部全等的平面形状的露出区域，也使得堆积在位于上述的周边区域的被蚀刻膜的一部分上。其结果是，由金属膜结构体覆盖露出区域的全部面积。
此外，如上所述，在周边区域中，被蚀刻膜的侧面形成斜率缓慢变化的斜面状。即，在露出区域和周边区域之间的边界部，抑制了高度的不连续的(阶梯状)变化。由此，堆积在该边界部上的金属膜结构体中不会产生所谓的分段(段切れ)。
并且，根据本发明的蚀刻结构体，在周边区域，被蚀刻膜的剖面的轮廓线的倾斜形成为根据距露出区域的距离而变缓。即，在露出区域和周边区域之间的边界部上不存在阶梯状的台阶差。其结果是，在露出区域上堆积金属膜从而覆盖周边区域的一部分时，在露出区域和周边区域之间的边界部不会产生所谓的分段。
综上所述，根据本发明，能够提供一种不需要增加步骤数目就能够抑制被蚀刻膜的旁蚀刻的蚀刻方法、利用该蚀刻方法的金属膜结构体的制造方法、以及由该蚀刻方法形成的蚀刻结构体。
图1(A)～(E)是供说明实施方式的蚀刻方法的步骤图，是表示各步骤阶段的结构体的剖面切口的图。
图2是第三步骤后得到的结构体的剖面SEM照片。
图3是表示第三步骤后得到的结构体的蚀刻预定区域的外缘附近的剖面切口的图。
图4是金属膜结构体(蚀刻结构体)的剖面TEM照片。
图5(A)～(E)是供说明现有技术的蚀刻方法的步骤图，是表示各步骤阶段的结构体的剖面切口的图。
10，54 保护膜10a 表面10b 保护膜露出区域10c 侧壁10d 轮廓线12，52 衬底12a 主面12b 蓝宝石衬底12c GaN层14，56 光致抗蚀剂14d 上表面16，58 孔部16a 侧面16b 开口部16c 中空部18 蚀刻预定区域18a 周边区域
18b 平坦区域20 衬底结构体22，59 露出区域24，24a，24b 金属膜26 金属膜结构体30，40，50，70 结构体60 蚀刻结构体具体实施方式
以下参照附图，说明本发明的实施方式。各图仅是以能够理解本发明的程度概要性地表示各结构要素的形状、大小以及配置关系。此外，虽然以下将对于本发明的优选结构示例进行说明，然而，各结构要素的材质以及数值的条件等只不过是单纯的优选示例。因此，本发明不限定于以下的实施方式。
(实施方式1)参照图1～图4，说明实施方式1的蚀刻方法、金属膜结构体的制造方法以及蚀刻结构体的优选示例。
图1(A)～(E)是供说明本实施方式的蚀刻方法的步骤图，各图表示在各步骤阶段中获得的结构体的剖面切口的图。图2是表示在第三步骤后得到的结构体的剖面SEM(scanning electron microscope扫描电子显微镜)照片。图3是表示第三步骤后得到的结构体的蚀刻预定区域的外缘附近的剖面切口的图。图4是表示金属膜结构体(以及蚀刻结构体)的剖面TEM(transmission electron microscope透射电子显微镜)照片。
参照图1～图4，对于蚀刻方法以及金属膜结构体的制造方法的一个优选示例进行说明。
(第一步骤)首先，如图1(A)所示，准备衬底12，该衬底12的主面12a被作为被蚀刻膜的保护膜10覆盖。
这里，衬底12优选作成例如在蓝宝石衬底12b上堆积厚度约3μm的GaN层12c的叠层衬底。在该GaN层12c的主面12a侧形成晶体管等的元件。此外，省略这些元件的图示。
保护膜10优选作成例如膜厚为约100nm的氮化硅膜。该氮化硅膜优选用例如等离子体CVD(chemical vapor deposition化学气相沉淀)法形成。
(第二步骤)接着，形成图1(B)所示的衬底结构体20。即，在保护膜10的表面10a的整个面上，利用旋转涂层法涂敷作为蚀刻保护膜的光致抗蚀剂14。接着，在约65℃的衬底温度下，进行约20分钟的光致抗蚀剂14的预焙。接着，利用波长比后述的曝光光长的UV光(波长约400nm)照射光致抗蚀剂14的整个面。此后，照射作为曝光光的深UV光(波长约250nm)，利用接触曝光法进行曝光，将孔部16的平面形状转印到光致抗蚀剂14上。然而，在约100℃衬底温度下，进行约20分钟的曝后烤(post exposure bake)。最后，用公知的显影液进行显影，去除光致抗蚀剂14的显影液可溶部分。由此，形成孔部16。
这样形成的孔部16是由开口部16b和与其相连通的中空部16c形成。
开口部16b设置在光致抗蚀剂14的上表面14d，孔部16的内部空间(中空部16c)与外部空间连接。
中空部16c是在光致抗蚀剂14的厚度方向上与开口部16b连续的空间，由露出的保护膜10(以下，称作保护膜露出区域10b)和侧面16a包围。
随着距离光致抗蚀剂14的上表面14d的深度变深，孔部16的宽度逐渐变宽。即，中空部16c的、在平行于衬底12的主面12a的平面内的宽度(图面左右方向的宽度)与距离上表面14d的深度一起逐渐变宽。即，形成孔部16的侧面16a以使其向保护膜露出区域10b的上空向上伸出。即，侧面16a形成为所谓的悬突形状(overhang)。其结果是，保护膜露出区域10b的面积变得比开口部16b大。
这里，将开口部16b的对保护膜露出区域106b的正投影提供的区域称作蚀刻预定区域18。即，蚀刻预定区域18的平面形状与开口部16b为全等。
这里，光致抗蚀剂14的厚度优选是作成例如约1μm。此外，开口部16b的、在平行于衬底12的主面12a的平面内的宽度W1优选是作成例如约1μm。此外，侧面16a的悬突的宽度L、即保护膜露出区域10b的、在平行于衬底12的主面12a的平面内的宽度W2和开口部16b的宽度W1之差的半值，随着显影条件也会发生变化，而这里，例如作成约0.5μm。
此外，为了在孔部16形成悬突形状的侧面16a，使用负性光致抗蚀剂(LMR-F33富士药品工业株式会社制)作为光致抗蚀剂14。
即，负性光致抗蚀剂的被曝光光照射的部分不溶化。然而，所照射的曝光光在光致抗蚀剂14中在厚度方向上传递的过程中被光致抗蚀剂的分子吸收，强度随深度逐渐减小。即，随同离光致抗蚀剂14的上表面14d的深度，到达的曝光光的强度将减少。由此，随同离上表面14d的深度，光致抗蚀剂14不熔化的程度变小。即，随同离开上表面14d的深度，光致抗蚀剂14变得易溶解于显影液中。其结果是，利用显影，中空部16c随同距离上表面14d的深度而宽度增大，并形成悬突形状的侧面16a。
(第三步骤)其次，形成图1(C)所示的结构体30。即，在衬底结构体20上，通过将光致抗蚀剂14作为掩模进行ICP-RIE，去除存在于蚀刻预定区域18的保护膜10，形成露出衬底12的主面12a的露出区域22。
在进行ICP-RIE之时，采用SF6气体作为蚀刻气体。这里，将SF6气体的流量设定为约10sccm。此外，将蚀刻室的气压设定为约7.5mTorr。此外，将ICP功率设定为约50W、以及将RIE功率设定为约15W。并且，将蚀刻中的衬底12的温度设定为约40℃。
在该实施方式中，用去除相当于保护膜10(膜厚约100nm)的1.5倍的膜厚(约150nm)的蚀刻时间来进行蚀刻。这是为了可靠地去除保护膜10。具体地，根据事前试验求得的氮化硅(保护膜10)的蚀刻速度(约40nm/min)，将蚀刻时间定设为约3.75(min)＝(150/40)。
通过在上述条件下进行蚀刻，去除蚀刻预定区域18的保护膜10，形成与开口部16b全等的平面形状的露出区域22。
这里，“全等”是表示，在蚀刻结束时露出区域22的平面形状和开口部16b对主面12a的正投影实质上一致。此外，“实质上一致”是表示如本实施方式那样，按照膜厚换算对保护膜10进行50％过蚀刻时，开口部16b的正投影和露出区域22(比正投影更大面积)之间的间隔在0.1μm以内。
此外，SF6气体的流量的单位“sccm”是表示换算成温度0℃以及气压101325Pa的气体流量cm3/min。
此外，ICP功率是指，施加在用于生成等离子的高频电源上的功率，它与在蚀刻室中生成的等离子体粒子的数量有关。此外，RIE功率是指，施加在用于向衬底结构体20导入等离子体粒子的高频电源上的功率，它与等离子体粒子对保护膜10的入射功率、即等离子体壳层电位有关。
这里，参照图2的SEM照片，表示利用预定条件的ICP-RIE得到与开口部16b全等的平面形状的露出区域22的情况。
图2所示的结构体70是发明人在直到完成发明的过程中制作的一试作示例。因此，结构体70的叠层结构与上述的衬底结构体20稍有不同。然而，由于结构体70以及衬底结构体20的基本的叠层结构是共通的，因此，以下说明的内容，对于衬底结构体20也成立。
结构体70是由衬底52、保护膜54以及光致抗蚀剂56构成。
衬底52是蓝宝石衬底。在蓝宝石衬底52上堆积由约100nm厚度的氮化硅构成的保护膜54。在保护膜54上以约0.5μm的厚度涂敷与本实施方式中使用的光致抗蚀剂相同的光致抗蚀剂56。
而且，与上述第二步骤相同地，进行光致抗蚀剂56的曝光以及显影，形成开口宽度为约1μm的孔部58。接着，除了蚀刻时间设定为2分钟之外，在与第三步骤相同的蚀刻条件下进行ICP-RIE，去除保护膜54。
其结果是，如图2所示，得到具有与孔部58几乎全等的形状即与孔部58的开口宽度大致相等宽度的露出区域59。
接着，参照图3，详细说明蚀刻预定区域18的外缘附近的结构体30的剖面结构。
若参照图3，露出区域22和开口部16b的平面形状形成为全等。这是由于，在上述的蚀刻条件下，大部分的等离子体粒子从与主面12a大致垂直的方向照射到保护膜露出区域10b。
此外，所谓“等离子体粒子”是指构成等离子体的正离子以及游离基。
然而，在等离子体粒子之中，由于在飞行过程中与残留在蚀刻室内的气体粒子发生冲击，虽然很少有改变轨道的，但是仍然会存在。如此改变轨道的等离子体粒子(以下，称作为周边照射等离子体粒子)也照射到蚀刻预定区域18以外的保护膜露出区域10b。其结果是，如图3所示，在蚀刻预定区域18的周边区域18a也进行保护膜10的蚀刻。
这里，周边区域18a在平面上看表示从保护膜露出区域10b去除蚀刻预定区域18之后的区域。即，周边区域18a具有包围露出区域22的环状的平面形状，并且外周是由孔部16的侧面16a限制的环状区域。换言之，周边区域18a在平面上看也能够说是从将露出区域22相似地扩大后的区域(用侧面16a包围的区域)中去除露出区域22之后的区域。
然而，周边区域18a的周边照射等离子体粒子的照射量随着离开蚀刻预定区域18的距离变大而急剧减少。此外，保护膜10的蚀刻量与该点上的等离子体粒子的照射量成比例。
其结果是，周边区域18a的保护膜10的剖面形状反映了周边区域18a内的周边照射等离子体粒子的照射量分布。即，在周边区域18a，保护膜10随着离开露出区域22而平缓地弯曲并逐渐增厚。即，周边区域18a的保护膜10的剖面具有这样的形状，即，其剖面的轮廓线10d的斜率随着离开露出区域22而变缓。换言之，在露出区域22和周边区域18a的边界部B，将会抑制保护膜10的高度的不连续(阶梯状的)变化。
这里，所谓“轮廓线10d”是指，在周边区域18a与主面12a垂直地切割保护膜10得到的剖切面中的、作为中空部16c和保护膜10的边界的曲线。
周边区域18a的宽度D、即周边区域18a的外缘和露出区域22的外缘之间的距离，与上悬突的宽度L(参照图1(B))相等，为约0.5μm。
由于周边照射等离子体粒子实质上仅照射周边区域18a内部，因此，在周边区域18a的外侧即由光致抗蚀剂14覆盖的区域中不进行蚀刻。这里，将由光致抗蚀剂14覆盖的、周边区域18a的外侧的非蚀刻区域称作平坦区域18b。换言之，平坦区域18b也能够称为在保护膜10中去除露出区域22以及周边区域18a之后的区域。
如上所述，在周边区域18a进行蚀刻，而在平坦区域18b不进行蚀刻。由此，在周边区域18a和平坦区域18b的边界部，形成保护膜10大致垂直延伸的侧壁10c。该侧壁10c的高度即平坦区域18b的高度和周边区域18a的高度之差为约50nm。
此外，第一～第三步骤之前，相当于本发明的蚀刻方法。
此外，从结构体30去除光致抗蚀剂14的结构体即由衬底12、保护膜10、露出区域22、周边区域18a以及平坦区域18b构成的结构体相当于本发明的蚀刻结构体60。
(第四步骤)其次，形成图1(D)所示的结构体40。即，将具有孔部16的光致抗蚀剂14作为掩模，在包含露出区域22的结构体30的主面12a侧的区域，利用真空蒸镀堆积金属膜24。这里，将金属膜24作成将例如厚度约50nm的Ni膜和厚度约0.5μm的Au膜以该顺序堆积成的叠层膜。
更加详细地说，将结构体30洗净之后，放置在未图示的真空蒸镀装置中，进行金属膜24的真空蒸镀。作为金属的蒸发源，采用电子束加热方式的坩埚。而且，与衬底12分离地配置坩锅，以使其面对安装在支撑体(planetaryプラネタリ)上的衬底12的主面12a。此时，使坩埚位于偏心于支撑体的旋转轴的位置。而且，在将成膜室内的真空度保持在约7×10-7Torr的状态下，使支撑体以预定的速度绕旋转轴旋转，并且，同时使坩埚中的金属蒸发，由此，堆积金属膜24。
由此，在光致抗蚀剂14的上表面14d上堆积金属膜24a。同样地，在露出区域22上堆积金属膜24b。
不将蒸发源看做点蒸发源、以及使支撑体旋转等，由于这些情况，通过开口部16b达到中空部16c的金属原子中，不仅包括垂直主面12a飞来的金属原子，也包含相对主面12a倾斜地飞来的金属原子。
然而，飞向中空部16c的金属原子具有比上述周边照射等离子体粒子更高的方向性，并且，堆积在比周边照射等离子体粒子的照射区域更窄的范围。这是由蒸发源的面积比等离子体生成区域小、以及真空蒸镀时的真空度比ICP-RIE时的真空度要小等的原因而引起的。
由此，金属原子堆积在比露出区域22更宽并且比周边区域18a的外缘更窄的区域。即，形成金属膜24b使其不仅覆盖露出区域22而且也覆盖位于周边区域18a的保护膜10的一部分。
在本实施方式中，金属膜24b与周边区域18a重叠约0.2μm的宽度。
此外，将金属膜24b堆积成越向上方宽度越窄的剖面梯形形状。其理由在于，在真空蒸镀进行的同时，在构成开口部16b的周边的光致抗蚀剂14上逐渐堆积金属膜24a。即，进行真空蒸镀并且堆积在上述周边的金属膜24a的厚度增加的同时，从露出区域22上的任意点观察到的开口部16b的立体角逐渐变小。由此，在进行真空蒸镀的同时，能够通过开口部16b的金属原子的飞来角度范围受到限制，结果是金属膜24b堆积成剖面梯形形状。
(第五步骤)最后，形成图1(E)所示的结构体50。即，与光致抗蚀剂14一同去除位于孔部16内的金属膜24b以外的金属膜24a。
更详细地说，将结构体40浸渍在二甲基甲酰胺(CH3)2NCHO)溶液。由此，光致抗蚀剂14溶解，并一同去除堆积在光致抗蚀剂14上的金属膜24a。通过去除不需要的金属膜24a，在露出区域22上残留形成金属膜结构体26(金属膜24b)。
这里，所谓的金属膜结构体26表示在半导体器件中使用的、由金属构成的各种电极(例如，栅极电极)或布线等。
图4中示出经过第一～第五步骤获得的金属膜结构体26(以及蚀刻结构体60)的剖面TEM照片。
该剖面TEM照片是以4000倍的放大率观察到的照片。
在图4中表示GaN层12c、保护膜10以及金属结构体26等。
在图面中央的剖面梯形形状的黑色部分是金属膜结构体26。以和该金属膜结构体26重叠的方式延伸的白色部分是保护膜10。与保护膜10的底部以及金属膜结构体26的底部这两者相接而存在的灰色部分是GaN层12c。
如图4可知，在露出区域22和周边区域18a之间的边界部B上，抑制了保护膜10的阶梯状的高度变化。而且可知，在宽度为约0.5μm的周边区域18a，随着远离露出区域22，保护膜10的膜厚逐渐增加。在周边区域18a和平坦区域18b之间的边界部上，在保护膜10形成侧壁10c。
此外，可知，金属膜结构体26与周边区域18a重叠约0.2μm的宽度。在跨边界部B堆积的金属膜结构体26的照片图像中，看不见非一律相同的浓淡变化。即，可知，在金属膜结构体26中不会产生分段。
这里，所谓“分段”是指，跨台阶差真空蒸镀金属的情况下，由于位于台阶差的上级的金属膜和位于台阶差的下级的金属膜分别个别地生长，在两者之间产生间隙并且电气导通发生恶化的现象。
如此，在该实施方式的蚀刻方法中，在第三步骤中，利用预定条件的ICP-RIE进行保护膜10的蚀刻。其结果是，通过开口部16b照射到保护膜10的等离子体粒子几乎垂直地入射到保护膜露出区域10b。由此，实质上仅在具有与开口部16b全等的平面形状的蚀刻预定区域18进行蚀刻。由此，抑制保护膜10的旁蚀刻。
此外，在该实施方式的蚀刻方法中，通过将ICP-RIE的条件作成最优化，抑制了旁蚀刻。由此，不需要如现有技术那样为抑制旁蚀刻而追加新的步骤。
此外，在该实施方式的金属膜结构体26的制造方法中，由于露出区域22形成为与开口部16b全等的平面形状，因此，能够用金属膜结构体26覆盖露出区域22及其周边的保护膜10。由此，防止形成背景技术中已说明的非被覆区域114(图5)。其结果是，将抑制非被覆区域114引起的、主面12a的污染或产生表面电荷。由此，能够抑制将该金属膜结构体26用作电极或布线的半导体器件的电气特性的下降。
此外，由于在该实施方式的金属膜结构体26的制造方法中利用上述的蚀刻方法，因此，在周边区域18a也同时略微进行保护膜10的蚀刻。由此，在露出区域22和周边区域18a之间的边界部上，保护膜10的高度平缓地增高。其结果是，抑制堆积在该边界部上的金属膜结构体26的分段。
此外，在该实施方式的蚀刻结构体60中，在周边区域18a，保护膜10的剖面的轮廓线10d的斜率以随着离开露出区域22的距离而变缓的方式形成。即，在露出区域22和周边区域18a之间的边界部B上不存在阶梯状的台阶差。其结果是，在露出区域22堆积金属膜24b以覆盖周边区域18a的一部分时，在露出区域22和周边区域18a之间的边界部B上不会产生分段。
此外，该实施方式的蚀刻结构体60在周边区域18a和平坦区域18b之间的边界上具备侧壁10c。其结果是，在蚀刻结构体60的整个面上覆盖层间绝缘膜等之时，该侧壁10c能够发挥锚定(anchor)效果并且能够抑制层间绝缘膜的膜剥落等。
此外，衬底12不限于蓝宝石衬底12b和GaN层12c的叠层衬底，例如，能够根据设计采用Si衬底等任意适宜的衬底。
此外，保护膜10不限于氮化硅膜，例如，能够根据设计采用SiO2膜等的、任意适宜的衬底。然而，在蚀刻该保护膜之际，必须根据保护膜的种类选择蚀刻气体的种类。
此外，保护膜10的厚度不限于100nm，能够根据设计作成任意适宜的膜厚。
此外，光致抗蚀剂14不限于负性光致抗蚀剂，也可以采用利用图像反转法进行曝光显影后的正性光致抗蚀剂。
此外，光致抗蚀剂14的厚度不限于1μm，能够根据设计作成任意适宜的厚度。
此外，开口部16b的宽度W1不限于1μm，能够对照要形成的金属膜结构体26的尺寸，根据设计作成任意适宜的宽度。
此外，侧面16a的悬突的宽度L不限于0.5μm，能够根据设计作成任意适宜的宽度。然而，优选将悬突的宽度L作成不妨碍金属膜24b的堆积的宽度。因此，在该实施方式的情况下，优选悬突的宽度L比金属膜24b和周边区域18a之间的重叠宽度(约0.2μm)宽。
此外，真空蒸镀不限于电子束加热方式，也能够采用电阻加热方式或高频加热方式等的公知的加热方式。
此外，在第三步骤中用于蚀刻的等离子体不限于ICP(感应耦合等离子体)，也可以是利用ECR(electron cyclotron reasonance电子回旋共振)法生成的等离子体。
此外，在第三步骤中，蚀刻中的衬底12的温度不限于40℃，只要是光致抗蚀剂14不会发生热变形的温度即可。例如，衬底12的温度可以是室温(约25℃)～80℃左右的温度。
(实施方式2)在该实施方式中，说明第三步骤中的ICP-RIE的适宜的蚀刻条件。
发明者通过对(1)ICP功率、(2)RIE功率、以及(3)蚀刻室的气压进行种种改变来实施衬底结构体20的ICP-RIE。
其结果是，显然，在通常的ICP-RIE中使用的条件(例如，ICP功率1kW以上，以及RIE功率500W以上)下，蚀刻速度过大，很难控制露出区域22以及周边区域18a的形状(保护膜10的轮廓线10d的斜率以及周边区域18a的蚀刻量)。
发明者发现，若将ICP功率以及RIE功率减少到通常的1/10左右以作为本发明的范围，则蚀刻速度变小，能够控制露出区域22以及周边区域18a的形状。
此外，发明者发现，保护膜10的蚀刻速度主要依赖于RIE功率。即，可知，与针对RIE功率的变化率的蚀刻速度的变化率相比，针对ICP功率的变化率的蚀刻速度的变化率较小。
ICP功率优选为20～100W。通过将ICP功率设置在20W以上，在蚀刻室内生成实用上能够容许的程度数量的等离子体粒子。其结果是，能够将保护膜10的蚀刻速度作成实用上能够容许的大小。
此外，通过将ICP功率设定在100W以下，在蚀刻室内生成的等离子体粒子的数量不会过剩。其结果是，保护膜10的蚀刻速度不会变得过大。
ICP功率进一步优选为30～80W。并且，若将ICP功率设定在40～60W，则更加适宜。通过将ICP功率限定在上述范围中，不牺牲露出区域22以及周边区域18a的形状控制性就能够缩短蚀刻保护膜10所需要的时间。
RIE功率与将等离子体粒子引入到保护膜10的数量(照射量)以及入射到保护膜10的等离子体粒子的入射能量相关。
该入射能量进一步与位于边界部B(图3)附近的保护膜10的剖面的轮廓线10d的斜率相关。即，若增大RIE功率，则入射能量变大，随之，边界部B附近的轮廓线10d竖立起来(斜率变大)。与此相对，若减小RIE功率，则入射能量变小，随之，边界部B附近的轮廓线10d卧下(斜率变小)。
RIE功率优选设定在5～50W。通过将RIE功率设定在5W以上，能够在蚀刻预定区域18照射实用上可容许的数量的等离子体粒子。此外，由于等离子体粒子的入射能量小，能够减小因等离子体粒子的冲击而产生于露出区域22的损伤。进一步，由于能够将边界部B附近的保护膜10的剖面的轮廓线10d的斜率减小，因此，能够抑制形成金属膜结构体26的情况下边界部B附近的分段。
此外，通过将RIE功率设定在50W以下，能够在蚀刻预定区域18照射实用上充足数量的等离子体粒子。此外，能够将因等离子体粒子的冲突而产生于露出区域22的损伤抑制在实用上可允许的程度。并且，能够将边界部B附近的保护膜10的剖面的轮廓线10d的斜率设定在能够抑制金属膜结构体26的边界部B附近的分段的程度。
RIE功率进一步优选为10～30W。并且，若将RIE功率设定在15～20W，则是更加适宜的。通过将RIE功率设定在该范围中，能够将边界部B附近的轮廓线10d的斜率保持在不会产生金属膜结构体26的分段的角度，同时，能够抑制针对露出区域22的损伤，并且，能够使蚀刻速度在实用上足够大。
蚀刻室的气压优选设定在1～100mTorr。蚀刻室的气压与残留在蚀刻室内的气体粒子的数量相关，该气压越大，等离子体粒子和气体分子的冲击增加。其结果是，该气压越大，飞行过程中轨道发生变化的等离子体粒子越多。因此，气压越大，等离子体粒子照射保护膜露出区域10b的范围越宽。其结果是，气压越大，边界部B附近的轮廓线10d的斜率越是变小。
通过将蚀刻室的气压设定在1mTorr以上，能够将边界部B附近的轮廓线10d的斜率保持在不会产生金属膜结构体26的分段的角度。此外，通过将蚀刻室的气压设定在100mTorr以下，能够抑制周边区域18a的保护膜10的过剩的蚀刻。
蚀刻室的气压进一步优选为7.5～15mTorr。通过将蚀刻室的气压设定在该范围中，能够抑制周边区域18a的保护膜10的过剩的蚀刻，同时，能够将边界部B附近的轮廓线10d的斜率保持在不会产生金属膜结构体26的分段的角度。
此外，通常的ICP-RIE多数情况下是在“RIE功率＜ICP功率”的条件下进行的。然而，本发明的情况下，并没有对RIE功率和ICP功率之间的大小作特别限制，也可以是“RIE功率≥ICP功率”的条件下实施蚀刻。
权利要求
1.一种蚀刻方法，其特征在于，对于下述衬底结构体，即，所述衬底结构体具备衬底、覆盖该衬底的主面的被蚀刻膜以及覆盖该被蚀刻膜并且形成有孔部的蚀刻保护膜，该孔部是由形成在所述蚀刻保护膜表面上的开口部和与该开口部在所述蚀刻保护膜的厚度方向上连续并达到所述被蚀刻膜的中空部形成的，所述开口部的平面形状与所述被蚀刻膜的蚀刻预定区域的平面形状全等，所述孔部具有从所述蚀刻保护膜表面向深度方向随着靠近所述被蚀刻膜而宽度增加的孔宽度，利用感应耦合等离子体反应性离子蚀刻去除所述被蚀刻膜中的、位于所述蚀刻预定区域的被蚀刻膜部分，在形成露出所述衬底的所述主面的露出区域之时，在下述条件下进行蚀刻(1)将ICP功率设定在20～100W；(2)将RIE功率设定在5～50W；(3)将蚀刻室的气压设定在1～100mTorr。
2.如权利要求1所述的蚀刻方法，其特征在于，采用在主面侧设有GaN层的衬底作为所述衬底，采用氮化硅膜作为所述被蚀刻膜，采用负性光致抗蚀剂作为所述蚀刻保护膜、以及采用SF6作为所述感应耦合等离子体反应性离子蚀刻的蚀刻气体。
3.一种金属膜结构体的制造方法，其特征在于，在利用权利要求1或2所述的蚀刻方法形成金属膜结构体之时，在所述露出区域形成之后，包含如下步骤将所述蚀刻保护膜作为掩模，利用真空蒸镀在包含所述露出区域的所述衬底的所述主面侧的区域堆积金属膜；与所述蚀刻保护膜一起去除该金属膜中的、位于所述孔部之外的金属膜部分。
4.一种利用蚀刻形成的蚀刻结构体，其特征在于，具备衬底；覆盖该衬底的主面的被蚀刻膜；去除该被蚀刻膜露出所述衬底的主面的露出区域；作为所述被蚀刻膜的区域、并且从将该露出区域的平面形状相似地进行扩大后的区域中除去该露出区域的周边区域；以及，作为所述被蚀刻膜的区域、并且是所述露出区域以及所述周边区域构成的区域之外的区域的平坦区域，所述被蚀刻膜的膜厚随着离开所述露出区域而增厚，从而位于该周边区域的所述被蚀刻膜的剖面的轮廓线的斜率随着离开所述露出区域而变缓，在该周边区域和所述平坦区域之间的边界部上，具备所述被蚀刻膜与所述主面垂直延伸的侧壁。
全文摘要
本发明的目的在于，不增加步骤数目就能抑制被蚀刻膜的旁蚀刻。在衬底结构体(20)上，利用ICP－RIE去除位于蚀刻预定区域(18)的保护膜(10)，形成露出衬底(12)的主面(12a)的露出区域(22)。即，衬底结构体具备衬底、覆盖衬底的保护膜、覆盖保护膜的光致抗蚀剂(14)以及形成在光致抗蚀剂上的孔部(16)。孔部具有形成在光致抗蚀剂表面上的开口部(16b)和与开口部在光致抗蚀剂的厚度方向上连续并且到达保护膜的中空部(16c)。这里，ICP－RIE是在下述条件下进行的(1)将ICP功率设定在20～100W，(2)将RIE功率设定在5～50W，(3)将蚀刻室的气压设定在1～100mTorr。
文档编号H01L21/28GK1925116SQ200610126630
公开日2007年3月7日 申请日期2006年8月30日 优先权日2005年8月30日
发明者海部胜晶, 见田充郎 申请人:冲电气工业株式会社