DE3209066C2

DE3209066C2 -

Info

Publication number: DE3209066C2
Application number: DE3209066A
Authority: DE
Inventors: Robert Pang Heng Warren N.J. Us Chang
Original assignee: AT&T Technologies Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1981-03-13
Filing date: 1982-03-12
Publication date: 1989-08-03
Also published as: FR2501909A1; FR2501909B1; CA1184478A; JPS57162338A; US4361461A; GB2094720A; DE3209066A1; GB2094720B; NL8201041A

Description

Verwendung eines Ätzverfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauelements

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, bei dem mit atomarem Wasserstoff trockengeätzt wird.

Bei der Herstellung von Festkörpervorrichtungen einschließ lich von Halbleitervorrichtungen ist es praktisch unerläß lich, ein Halbleitermaterial oder ein Oxid zu ätzen. Eine Anwendungsform eines Ätzmittels besteht darin, genetisches Oxidmaterial zu entfernen, wie dieses sich auf einem Halb leiter bei dessen Berührung mit Luft auf natürliche Weise bildet. Bei einer anderen Anwendung eines Ätzmittels wird Halbleitermaterial geätzt, um dessen Oberflächenglätte zu verbessern und um Oberflächendefekte zu beseitigen. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit eines Ätzmittels besteht da rin, in einen Halbleiter oder in ein darauf befindliches Schutzmaterial eine gemusterte Schicht zu ätzen. Beispiels weise wird beim Ätzen eines Halbleiters der nicht geätzte Bereich durch eine gemustere Oxidschicht geschützt. Anderer seits kann auch eine Oxidschicht selektiv geätzt werden, wobei die nicht geätzten Teile der Oxidschicht durch eine gemusterte Resistschicht geschützt werden.

Bislang werden die meisten Ätzvorgänge unter Verwendung eines flüssigen Ätzmittels durchgeführt. Als üblicherweise verwendete, flüssige Ätzmittel sind in erster Linie in Lösung befindliche Halogene zu nennen, beispielsweise HF, HCl, Br₂, I₂ usw. Derzeit besteht jedoch bei der Produktion von Halb leitervorrichtungen ein Trend in Richtung auf Plasma-Trocken ätzverfahren, bei denen üblicherweise eine ionisierte Atom- bzw. Molekülart für den Ätzvorgang verantwortlich ist oder einen Beitrag hierzu leistet. Die bei der Plasmaätzung übli cherweise benutzten Verbindungen sind beispielsweise CF₄, SF₆ usw. Gegenüber flüssigen Ätzmitteln besitzen Trockenätzatmo sphären verschiedene Vorteile, beispielsweise eine verbesserte Anisotropie der Ätzung sowie die Möglichkeit einer wesent lich leichteren automatischen Durchführung im Zuge einer kontinuierlich arbeitenden Produktionsstraße. Ein Überblick über derzeit verwendete Ätzverbindungen, und zwar sowohl flüssige als auch plasmaförmige Ätzmittel, findet sich in dem Aufsatz "Chemical Etching of Silicon, Germanium, Gallium Arsenide, and Gallium Phosphide" von W. Kern in der Zeit schrift "RCA Review", Band 39 (1978), Seite 278.

Einer der häufigsten Halbleiterherstellungsprozesse ist die selektive Trockenätzung von Oxiden eines III-V-Halbleiterma terials, wie beispielsweise GaAs-Oxid, InP-Oxid usw. Übliche, bekannte Ätzmittel ätzen das Halbleitermaterial im Vergleich zu dessen Oxid bevorzugt. Wenn daher das gemusterte Oxid auf einem III-V-Halbleiter geätzt wird, treten üblicherweise unter Teilen der Oxidschicht stärkere Unterschneidungen auf. Ein Verfahren zum Herstellen von Mustern aus III-V-Oxiden auf III-V-Halbleitersubstraten besteht darin, daß zunächst eine Schutzschicht, üblicherweise SiO₂ oder Si₃N₄, herge stellt wird, welche gegenüber dem Substrat selektiv geätzt werden kann. Das III-V-Material wird anschließend an denjeni gen Bereichen oxidiert, von denen die Schutzschicht entfernt wurde (vgl. US-PS 42 27 975). In vielen Fällen ist es jedoch wünschenswert, das gemusterte III-V-Oxid, unter Vermeidung gesonderter Verfahrensschritte, direkt zu ätzen. Ferner wäre es günstig, eine Trockenätztechnik zum Entfernen der gewachsenen Oxide auf III-V-Halbleitermaterialien zur Ver fügung zu haben, welche sich auf dem Halbleitermaterial bei dessen Berührung mit der Atmosphäre vor Durchführung anderer Verfahrensschritte bilden.

Es ist bekannt, Wasserstoffgas (H₂) im Zusammenhang mit Halo gen-Kohlenstoff-Verbindungen bei Plasmaätz-Atmosphären zu ver wenden. Das Wasserstoffgas stellt in den meisten Fällen einen geringen Anteil des Plasmaätz-Atmosphäre dar, üblicher weise von weniger als 10% (vgl. z. B. den Aufsatz "Selective Etching of Silicon Dioxide Using Reactive Ion Etching With CF₄-H₂" von L. M. Ephrath in der Zeitschrift "Journal of the Electrochemical Society", (1979) Seite 1419).

Es ist ferner bekannt, reines Wasserstoffplasma zum Erodie ren von Silicium zu verwenden (vgl. beispielsweise den Auf satz "Reactivity of Solid Silicon With Hydrogen Under Conditions of a Low Pressure Plasma" von A. P. Webb und Mit arbeitern in der Zeitschrift "Chemical Physics Letters", Band 62 (1979), Seiten 173 bis 177). Diese Technik hat sich indessen bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen nicht durchgesetzt, möglicherweise deshalb, weil bei dieser Technik keine Selektivität beim Ätzen von Silicium gegenüber Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid, d. h., den üblichen Schutzmaskenwerkstoffen, beobachtet werden konnte. Atomarer Wasserstoff ist auch schon zur Passivierung von Defekten, die bei laser-warmbehandelten Halbleitern entstehen, verwendet worden, wobei diese Passivierung unter Verfahrensbedingungen durchgeführt wird, bei denen praktisch keine Ätzung erfolgt.

Aus dem Buch "Techniques and Applications of Plasma Chemistry", herausgegeben von John R. Hollahan und Alexis T. Bell, Verlag Johne Wiley & Sons, New York-London-Sydney- Toronto, 1974, Seiten 313 und 314 läßt sich entnehmen, daß das Ätzen von Antimonkristallen mit Hilfe von atomarem Was serstoff ohne Erfolgt versucht wurde. Es stellte sich näm lich heraus, daß sich das Ätzprodukt wieder zersetzte, mit der Folge, daß sich Antimon auf den Ätzflächen niederschlug. Weiterhin läßt sich dem genannten Buch entnehmen, daß ato marer Wasserstoff flüchtige Hydride mit vielen Feststoff- Elementen sowie deren Verbindungen erzeugt. Als Beispiele sind u. a. Ga, Si, As, Tl, Cl, Pb usw. genannt.

Allgemein läßt sich z. B. "Philips technische Rundschau", Band 38, Nr. 7/8, 1979, Seiten 203 bis 214 entnehmen, daß beim Trockenätzen, also beim chemischen Plasmaätzen, die Wir kung des Ätzmittels darin zu sehen ist, daß durch chemische Reaktion des Substratmaterials mit der ätzaktiven Komponente des Plasmas ein flüchtiges Reaktionsprodukt gebildet wird, so daß die Substratoberfläche für eine fortgesetzte Ätzung frei bleibt. Diesem allgemeinen Hinweis stehen allerdings die zuvor erwähnten negativen Erfahrungen beim Ätzen von Antimonkristallen mit Hilfe von atomarem Wasserstoff entgegen.

Bekanntlich ist das Ätzen von Oxiden besonders schwierig. All gemein läßt sich sagen, daß von einem Ätzmittel, dessen Wir kung bei einem Halbleitermaterial wie beispielsweise Si be kannt ist, nicht erwartet werden kann, daß es eine entspre chende Wirkung auch bei Oxiden zeigt. Besonders problematisch ist das Ätzen von Oxiden von III-V-Halbleiterverbindungen. Ist z. B. die Wirkung eines Ätzmittels beim Ätzen von Si oder sogar bei einem Oxid von Si bekannt, so läßt sich die Wirkung des selben Ätzmittels bei einem Oxid eines III-V- Verbindungshalbleiters nicht vorhersagen. Aufgrund der oben erwähnten negativen Erfahrungen beim Ätzen von Antimon kristallen mit Hilfe von atomarem Wasserstoff und aufgrund der bekannten Tatsache, daß sich insbesondere Oxide von III-V-Halbleiterverbindungen besonders schwer ätzen lassen, war bislang nicht damit zu rechnen, daß sich atomarer Wasser stoff als geeignetes Ätzmittel erwies.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung eines Verfahrens zum Herstellen von Halbleiterbauelementen anzugeben, die sich für die Ätzung des Oxids einer III-V-Halbleiterverbindung eignet.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich mit dem ato maren Wasserstoff als aktive Ätzmittelkomponente Oxide von III-V-Halbleitermaterialien ätzen lassen, also solche Ver bindungen, die als besonders schwer ätzbar gelten und von denen insbesondere nicht zu erwarten war, daß sie der Ätzung durch atomaren Wasserstoff zugänglich sind.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung einer Plasmaätzung;

Fig. 2 den Verlauf der Ätzgeschwindigkeit von GaAs-Oxid in Abhängigkeit von der dem Ätzplasma zugeführten HF-Leistung bei verschiedenen Wasser stoffdrucken, und

Fig. 3 den Verlauf der Ätzgeschwindigkeit von GaAs-Oxid in Abhängigkeit des Wasserstoffdrucks bei einer bestimmten, dem Ätzplasma zugeführten HF-Leistung.

Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ätzen des Oxids von III-V-Halbleiter verbindungen.

Die nachfolgend beschriebene Ätzung wurde in einem Quarz- Entladungsrohr durchgeführt, wie es in Fig. 1 veran schaulicht ist. Das Rohr 11 besitzt einen Innendurchmesser von etwa 3,8 cm. Mittels einer um das Entladungsrohr 11 gewickelten Spule 12 wurde in das Plasma eine HF-Leistung (bei 30 MHz) von einer Quelle 13 eingekoppelt. Die HF- Leistungsdichte betrug etwa 1-2 Watt/cm³ bei einem der Spule zugeführten HF-Leistungspegel von 400 Watt. Für eine optimale Ätzung bei dieser Leistung wird ein Wasserstoff gasdruck im Bereich von 0,1 bis 0,3 Torr verwendet. Bei anderen Leistungspegeln stellt ein anderer Druckbereich das Optimum für eine maximale atomare Wasserstoffproduktion aus Wasserstoffgas dar, wie in dem Aufsatz "A Model for the Dissocioation of Hydrogen in an Electric Discharge" von A. T. Bell, Zeitschrift "Industrial Engineers Chemical Fundaments", Band 11, (1972), Seiten 209-215. Des weiteren wurden Drücke bis zu einer Untergrenze von 10^-3 Torr und einer Obergrenze von 10 Torr verwendet, um eine Ätzung mit einem noch breiteren, für ein Arbeiten bei geeigneten Leistungspegeln günstigen Bereich zu er zielen. Bei einem Druck von 0,2 Torr betrug der Durchsatz des Wasserstoffgases durch das Rohr 13 cm³/min. Das Entladungsrohr wurde mittels eines Lüfters gekühlt. Das zu ätzende Substrat 14 wurde auf einem Quarz träger 16 angebracht. Alle nachstehend angegebenen Ver suchsergebnisse wurden bei einer Substrattemperatur ge messen, die anfänglich zu Beginn der Ätzung der Umgebungs temperatur (20° C) entsprach. Während des Ätzens stieg die Substrattemperatur auf Grund der Erwärmung durch das Plasma an und erreichte eine geschätzte Temperatur von etwa 60° C nach einer Ätzdauer von 20 Minuten bei einer Leistung von 400 Watt in einer Atmosphäre von 0,2 Torr. Bei geringeren Ätzzeiten war die resultierende Substraterwärmung entsprechend geringer.

Die Ätzgeschwindigkeiten, mit denen die Oxidschicht ge ätzt wurde, wurden optisch durch Beobachtung der Inter ferenzstreifen bestimmt. Die Ätzgeschwindigkeiten, mit denen die Halbleiter geätzt wurden, wurden durch Messung der Dicke des im unmaskierten Bereich verbrauchten Substrat materials mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops ge messen. Das Rasterelektronenmikroskop wurde ferner zur Untersuchung der Oberflächenmorphologie des Ätzsubstrates Verwendet. Bei jeder Entfernung eines Dünnschichtoxides wurde ein Rasterellipsometer zur Untersuchung der Oberflächeneigenschaften benutzt. Die Oberflächenzusammen setzung und die Auger-Profile der geätzten Schichten wurden mittels eines PHI 590A-Systems untersucht, das mit einem zylindrischen Spiegelanalysator ausgerüstet war, welcher eine Energieauflösung von 0,3 % und eine eingebaute Elektronenkanone mit einer Maximalenergie von 10 KeV besaß. Die Auger-Daten wurden in der "derivativen" Betriebsart gewonnen, wobei die Betriebsbedingungen wie folgt waren: 3 - 6 V Spitze-zu-Spitze Wechselspannungs modulation, 0,1 - 2 µA einfallender Elektronenstrom und 5 KeV einfallende Elektronenenergie. Zur Ionenätzung wurde eine differentiell gepumpte Zerstäubungskanone (PHI) mit einem fein gebündelten Strahl von einigen hundert µm Durchmesser verwendet, welcher gerastert werden konnte, um einen gleichmäßigen Abtrag über einen Bereich von etwa 1 mm² zu erzielen. Die Auger-Daten wurden bei einer räumlichen Auflösung von 0,2 µm gewonnen, so daß kleine Ätz-Artefakte im Detail untersucht werden konnten.

Das UV-Spektrum eines Wasserstoffplasma-Entladungsvorganges bei 120 Watt HF-Leistung und bei einem Druck von 0,25 Torr zeigte eine Breitbandemission von 2000 - 4000 Å. Der Grund hierfür besteht in der Emission bei der Wasserstoffmoleküle- Dissoziation. Bei sinkendem Druck verringert sich die UV-Emission, da weniger atomarer Wasserstoff erzeugt wird. Die in Fig. 3 dargestellte grafische Darstellung für den Verlauf der Ätzgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Gasdruck bei festgehaltener HF-Leistung zeigt ferner einen Abfall der Ätzgeschwindigkeit mit sinkendem Druck. Die atomare Wasserstofferzeugung in der Vorrichtung nach Fig. 1 scheint qualitativ dem in dem Aufsatz von A. T. Bell vorgeschlagenen Modell zu entsprechen.

Beispiel 1

Bei diesem Beispiel wurden GaAs-Proben aus sowohl n- als auch p-leitenden, in einer Dichte von 10¹⁸ cm^-3 dotierten Block-Einkristallen verwendet, welche eine Dünnschicht aus gewachsenem Oxid in einer Dicke von etwa 20 Å aufwiesen. Diese Proben wurden zuerst mit Hilfe der Ellipsometrie, der Rasterelektronenmikroskopie und der Auger-Spektrometrie untersucht. Anschließend wurden sie in Wasserstoffplasma bei einer HF-Leistung von 400 W und einem Druck von 0,2 Torr während eines bestimmten Zeitintervalls geätzt. Die geätzten Oberflächen wurden unmittelbar danach hinsichtlich Zusammensetzung, Morpho logie und Schichtdicke analysiert. Dieser Vorgang wurde mehrere Male wiederholt. Das Rasterelektronenmikroskop bild der GaAs-Probe vor der Ätzung zeigte, daß die Probe mit Vertiefungen überzogen war, was die Ursache für eine leicht rauhe Oberfläche war. Die Ellipsometer-Daten veri fizierten ebenfalls diesen Effekt sowie zusätzlich die Existenz einer dünnen gewachsenen Oxidschicht von etwa 20 Å. Beim Ätzen über eine Zeitintervall von 10 sec wurde die gewachsene Oxidschicht im wesentlichen entfernt und das Rasterelektronenmikroskopbild zeigte keine größere Oberflächenrauhigkeit mehr. Nach der Entfernung der ge wachsenen Oxidschicht wurde mit der Ätzung des GaAs-Sub strates begonnen. Nach einer Ätzung von 3 Minuten und 40 Sekunden hatte die Oberflächenrauhigkeit das Aussehen einer porösen Dünnschicht. Bei noch längerer Ätzdauer (13 min und 40 sec) zeigte das Rasterelektronenmikroskopbild den Beginn einer Ausbildung flacher Krater. Die Ober flächenzusammensetzung wurde mittels Raster-Auger- Spektroskopie untersucht. Dabei wurde keine punktuelle Oberflächensegregation der Elemente bei sämtlichen Probenoberflächen beobachtet. Das Gallium-Arsen-Ver hältnis der geätzten Proben lag sehr nahe bei dem Wert von in Luft gespaltenen Proben, wobei der Unter schied lediglich etwa 3 - 8 % betrug.

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel wurde epitaxial gezüchtetes Gallium arsenid mit einer glatteren Oberfläche als das Block- Galliumarsenid des Beispiels 1 verwendet. Die Plasma- Bedingungen waren die gleichen wie beim Beispiel 1. Die Ätzgeschwindigkeit des gewachsenen Oxides und des epitaxialen Galliumarsenids waren ebenfalls die gleichen wie beim Beispiel 1. Indessen zeigten die Rasterelektronen mikroskopbilder der ungeätzten und der geätzten Proben, daß während des Ätzens keine feststellbaren Änderungen der Oberflächenmorphologie auftraten. Dadurch wird die Oberflächenrauhigkeit der Blockkristalle des Beispiels 1 nach dem Ätzen wahrscheinlich durch Oberflächenvertiefungen und Oberflächendefekten im Kristall verursacht.

Beispiel 3

Bei diesem Beispiel wurde eine Oberflächenätzung eines GaSb-Einkristallblocks vorgenommen. Die Ätzbedingungen und Ätzzeiten waren die gleichen wie beim Beispiel 1. Die Änderung der Oberflächenmorphologie, welche mittels Rasterelektronenmikroskopie untersucht wurde, ähnelt sehr stark der Oberflächenmorphologie von Galliumarsenid. Die Entfernung der genetischen Oxidschicht in einer Dicke von etwa 20 Å wurde in weniger als 10 Sekunden in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 vorgenommen. Die Auger- Spektroskopie zeigte, daß keinerlei Oberflächenabsonderung vorliegt, wobei das Ga/Sb-Verhältnis der geätzten Probe innerhalb einer Abweichung von 10% gegenüber dem ent sprechenden Verhältnis bei einer in Luft gespaltenen Probe liegt.

Beispiel 4

Die bei GaAs-Oxid gemessenen Ätzgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der HF-Leistung und dem Wasserstoffdruck sind in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht. Diese Oxide wurden in einer Sauerstoff-Plasmaumgebung gezüchtet, wie dies in der US-PS 40 62 747 erläutert ist. Das "GaAs-Oxid" besteht im wesentlichen aus einer Mischung aus Ga₂O₃ und As₂O₃, wobei möglicherweise noch andere Gallium- oder Arsenoxidarten vorhanden sind. Die Fig. 2 und 3 zeigen ferner die UV-Intensität in Abhängigkeit von der HF- Leistung und dem Gasdruck. Wie erwartet, steigt die Intensität und damit die Ätzgeschwindigkeit mit der HF-Leistung an, da sich sowohl die Elektronendichte als auch möglicherweise die Elektrononenergie mit steigender HF-Feldstärke vergrößert. Brauchbare Ätz geschwindigkeiten wurden bei einem HF-Leistungspegel bis zu einem Minimum von 100 Watt entsprechend einer HF-Leistungsdichte in der Plasmaentladungszone des Rohrs von etwa 0,3 Watt/cm³ beobachtet. Innerhalb des in Fig. 3 dargestellten Gasdruckbereiches steigt mit steigendem Druck die atomare Wasserstofferzeugung und damit die UV-Intensität sowie die Oxid-Ätzgeschwindig keit.

Zur Messung der Ätzgeschwindigkeiten von Galliumarsenid wurde Siliciumdioxid als Schutzmaskenmaterial verwendet, wobei der Betrag des in dem nicht-maskierten Bereich verbrauchten Materials mit Hilfe der Rasterelektronen mikroskopie gemessen wurde. Aus diesen und aus früheren Daten wurde festgestellt, daß die Ätzgeschwindigkeit von GaAs-Oxid gegenüber GaAs zumindest gleich 1 : 1 und üblicher weise nahezu 2 : 1 ist. Ferner wurde ein Anisotropiegrad beobachtet, wobei die Ätzung auf eine Tiefe von 7 µm im Galliumarsenid zu einer Unterschneidung der Silicium dioxid-Maske von nur etwa 3 µm führt.

Beispiel 5

Bei diesem Beispiel wurde mittels der Plasma-Oxidations technik gemäß der US-PS 40 62 747 auf einem GaSb Substrat ein GaSp-Oxid aus Ga₂O₃ und Sb₂O₃ hergestellt. Die Ätz geschwindigkeiten für GaSb und das GaSb-Oxid waren mit den Ätzgeschwindigkeiten von Calliumarsenid und Gallium arsenid-Oxid gemäß Beispiel 4 vergleichbar. Damit war auch die Ätzselektivität mit den in Beispiel 4 angegebenen Werten vergleichbar, wobei das Ätzgeschwindigkeitsver hältnis von GaSb-Oxid zu GaSb zumindest 1 : 1 war.

Beispiel 6

Bei diesem Beispiel wurde eine Reihe von ellipsomet rischen Messungen und Rasterelektronenmikroskopbildern von geätzten InP-Oberflächen gemacht. Die HF-Leistung lag bei diesem Beispiel bei 50 Watt, während der Druck bei 0,2 Torr lag. Im Vergleich zu Galliumarsenid läßt sich InP wesentlich leichter ätzen (die Ätzgeschwindig keit ist etwa um einen Faktor 10 größer). Auch hier konnte bereits nach einer kurzen Ätzdauer von 30 sec das genetische Oxid praktisch vollständig entfernt werden.

Beispiel 7

Zum Messen der Ätzgeschwindigkeiten von InP-Oxid wurde eine 200 Å dicke, chemisch anodisierte, natürlich ge wachsene InP-Oxidprobe aus In₂O₃ und P₂O₅ verwendet. Die Ätzgeschwindigkeit betrug etwa 100 Å/sec. bei 400 Watt HF-Leistung und einem Wasserstoffgasdruck von 0,2 Torr. Die mit Siliciumdioxid maskierten InP-Ober flächen wurden unter den gleichen Betriebsbedingungen geätzt. Dabei bildeten sich große Halbkugeln in der Größenordnung von Mikrometern, die aus reinem Indium bestanden und durch Nukleation und selektives Ätzen von Phosphor gegenüber Indium hervorgerufen wurden. Obwohl sowohl Phosphor als auch Indium Hydride bilden, entsteht Phosphorhydrid bereits bei einer wesentlich geringeren Wärmezufuhr als Indiumhydrid, wobei der Schmelzpunkt von Phosphorhydrid entsprechend tiefer als der Schmelzpunkt von Indiumhydrid liegt. Damit ist ein Wasserstoffplasma zum Ätzen von InP-Oxid geeignet. Es ist ferner zum Ätzen von InP bis zu einer Dicke von zumindest 200 Å geeignet, während bei einer Dicke ober halb von 500 Å eine Oberflächensegregation auftritt.

Anstelle der bei den vorstehenden Beispielen vorgesehenen Erzeugung des atomaren Wasserstoffs in einem Plasma lassen sich auch andere atomare Wasserstoffquellen verwenden. Beispielsweise kann Photonenenergie, Elektronenenergie und dgl. zur Dissoziation von molekularem Wasserstoff verwendet werden, um atomaren Wasserstoff zu erzeugen. Ferner kann der atomare Wasserstoff durch die Dissoziation von wasserstoffhaltigen Verbindungen erzeugt werden. Schließlich kann der atomare Wasserstoff auch unmittelbar auf der zu ätzenden Oberfläche erzeugt werden, beispiels weise durch einen Protonenbeschuß der Oberfläche auf einem zum Einfangen eines Elektrons geeigneten Energieniveau sowie unter geeigneten Bedingungen, um eine zur Ätzung ausreichende Lebensdauer der Wasserstoffatome zu gewähr leisten. Ferner können H₂+, H₃+ Ionen usw. zum Erzielen von atomarem Wasserstoff verwendet werden, wie dies aus dem Aufsatz "Dissociation and Ionization of Hydrogen in High Frequency Discharges" von C. C. Goodyear und Mit arbeitern in der Zeitschrift "Proceedings of the Physical Society", Band 79 (1962), Seiten 732-740, ins besondere Seite 733 hervorgeht. Die Ionen können mit Hilfe einer an das Substrat angelegten Vorspannung oder mit Hilfe anderer Maßnahmen beschleunigt werden, um einen zusätzlichen Anisotropiegrad der Ätzung oder eine Zunahme der Ätzgeschwindigkeit zu erreichen.

In der Plasmatechnik ist es ferner bekannt, zur Er zielung eines Zerstäubungseffektes schwerere Elemente zu verwenden, wobei ein Teil des Substratmaterials auf Grund des Impulsaustausches entfernt wird. Beispiels weise stellt die reaktive Ionenätzung ein Verfahren dar, bei welchem an das Substrat eine elektrische Vor spannung angelegt wird, um Ionen gegen das Substrat anzuziehen. Diese Ionen können mit der Substratober fläche chemisch reagieren oder können die Oberfläche infolge von Impulsaustausch zerstäuben. Dabei muß darauf geachtet werden, daß andere Moleküle oder ioni sierte Spezies bei Verwendung zusammen mit atomarem Wasserstoff gemäß der vorliegenden Erfindung nicht als signifikante Rekombinationszentren für den atomaren Wasser stoff wirken, was die Effektivität der Wasserstoffätzung verringern würde. Beispielsweise wird als Zerstäubungs material bei zahlreichen reaktiven Ionenätz-Systemen Argon verwendet. Argon kann bei ausreichender Ionisation auf ein ausreichendes Energieniveau bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden, da keine Gefahr besteht, daß ausreichend energetisches Argon eine größere Rekombination des atomaren Wasser stoffs verursacht. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auch andere Systeme geeignet, bei spielsweise reaktive Ionenstrahl-Ätzsysteme, bei denen die ionisierten Spezies außerhalb der Ätzkammer erzeugt werden und die Einleitung der ionisierten Mole külarten mittels eines elektrisch vorgespannten Gitters gesteuert wird, um ein Gleichgewicht zwischen den chemischen Ätzeffekten und den physikalischen Zerstäubungseffekten zu erreichen.

Im Unterschied zu Plasmasystemen, bei denen Wasserstoff zu anderen Zwecken verwendet wird, zum Beispiel in der Vorstehend erwähnten Weise als Rekombinationszentren für Fluor, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderlich, daß ein wesentlicher Teil des geätzten Materials durch Bildung eines flüchtigen Hydrides bei der Ätztemperatur entfernt wird. Beim Ätzen von Halb leitermaterial mit einer darauf befindlichcn Oxid- Maskierungsschicht wurden unter Anwendung des erfindungs gemäßen Verfahrens üblicherweise zumindest 100 Å des Halbleitermaterials entfernt. Beim Ätzen eines Oxides zur Herstellung einer Maskierungsschicht auf einem Halbleiter oder einem anderen Material werden unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens üblicherweise zumindest 100 Å des Oxides entfernt. Um die durch die Berührung des Halbleitermaterials mit der Atmosphäre entstandenen genetischen Oxidschichten zu entfernen, müssen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren üblicherweise etwa 20 Å des Oxidmaterials geätzt werden. Es ist zu erwarten, daß ein optimales Gleichgewicht zwischen physikalischen Zer stäubungseffekten und chemischen Effekten zu einer größeren Selektivität bei der Ätzung von Oxiden der III-V-Werkstoffe im Vergleich zu der Ätzung der III-V- Werkstoffe selber erzielt werden kann. Ferner läßt sich die Lebensdauer des atomaren Wasserstoffs an der zu ätzenden Oberfläche justieren, beispielsweise durch Verwendung von anderen Gasen in der Ätzatmosphäre oder von Beschichtungen der Substratoberfläche, um ein größeres Mal an Selektivität der Ätzung zwischen verschiedenen Substratwerkstoffen zu erreichen.

Claims

1. Verwendung eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, bei dem Material dadurch entfernt wird, daß es einer im wesentlichen atomaren Wasserstoff enthaltenden trockenen Atmosphäre bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Materials ausgesetzt wird, wobei ein flüchtiges Hydrid gebildet wird, zum Ätzen des Oxids einer III-V-Halbleiterverbindung.

2. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei dem das Oxid eine genetische Oxidschicht eines III-V-Halbleitermaterials ist.

3. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei dem eine mit einem Muster versehener Oxidschicht mit höherer Ätzgeschwindigkeit als das III-V-Halbleitermaterial selbst geätzt wird.

4. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der atomare Wasserstoff in der Nähe des Ätzbereichs eine Dichte von mindestens 10¹⁴ H-Atome/cm³ aufweist.