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審決分類 審判 査定不服 2項進歩性 特許、登録しない。 H01L
管理番号 1149065
審判番号 不服2005-5513  
総通号数 86 
発行国 日本国特許庁(JP) 
公報種別 特許審決公報 
発行日 2003-04-25 
種別 拒絶査定不服の審決 
審判請求日 2005-03-31 
確定日 2006-12-14 
事件の表示 特願2001-312429「GaN系半導体デバイスの製造方法」拒絶査定不服審判事件〔平成15年4月25日出願公開、特開2003-124188〕について、次のとおり審決する。 
結論 本件審判の請求は、成り立たない。 
理由 1.手続の経緯・本願発明
本願は、平成13年10月10日の出願であって、平成16年2月23日付けで手続補正書が提出され、平成16年7月2日付けで拒絶理由が通知され、平成16年9月6日付けで意見書及び手続補正書が提出され、平成17年2月23日付けで拒絶査定がなされ、それに対して、平成17年3月31日付けで審判請求がなされたものである。
したがって、本願の請求項1?3に係る発明は、平成16年9月6日付けの手続補正書により補正された明細書の特許請求の範囲の請求項1?3に記載されたとおりのものであるところ、その請求項1に係る発明(以下、「本願発明」という。)は次のとおりである。
「真空反応室内にガスを供給しつつ排気して所定の圧力に制御しながら
、真空反応室内の基板を載置する基板電極に対向して設けられたコイルに高周波電力を印加することでプラズマを発生させ、前記基板電極上に配置された基板の多層膜を処理する半導体デバイスの製造方法であって、GaN膜のAlGaN膜に対する選択エッチングを行う際、真空反応室内にCl原子を含むガスとF原子を含むガスを導入し、そのCl原子を含むガスの濃度が60%から90%であることを特徴とするGaN系半導体デバイスの製造方法。」

2.引用刊行物の記載

原査定の拒絶の理由に引用された、特開平5-144784号公報(以下、「刊行物1」という。)には、以下のことが記載されている。

(刊1-1)「【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造等に適用されるドライエッチング方法に関し、特にHEMT(高電子移動度トランジスタ)のゲート・リセス形成工程におけるGaAs/AlGaAs選択エッチング等を、クロロフルオロカーボン(CFC)ガスを使用せずに行う方法に関する。」(第2頁左欄14行?20行)

(刊1-2)「【0008】そこで本発明は、Alを含有する化合物半導体層(以下、Al含有化合物半導体層と称する。)上におけるAlを含まない化合物半導体層(以下、非Al含有化合物半導体層と称する。)の選択エッチングを、CFCガスを使用せずに、高選択比、高異方性、低汚染性、低損傷性をもって行う方法を提供することを目的とする。」(第2頁右欄27?33行)

(刊1-3)「【0018】実施例1
本実施例は、本願の第1の発明をHEMTのゲート・リセス加工に適用し、n+ -AlGaAs層上のn+ -GaAs層をSF6/Cl2 混合ガスを用いて選択的にエッチングしてリセスを形成した後、ゲート電極を形成した例である。
【0019】ここで、実際のエッチング・プロセスの説明に入る前に、まず本発明を実施するにあたり使用したRFバイアス印加型の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置の一構成例について、図6を参照しながら説明する。基本的な構成要素は、2.45GHzのマイクロ波を発生するマグネトロン11、マイクロ波を導く矩形導波管12および円形導波管13、上記マイクロ波を利用してECR(電子サイクロトロン共鳴)放電により内部にECRプラズマPを生成させるための石英製のベルジャー14、上記円形導波管13と上記ベルジャー14を周回するように配設され8.75×10-2T(875Gauss)の磁場強度を達成できるソレノイド・コイル15、上記ベルジャー14に接続され、矢印A方向に高真空排気される試料室16、この試料室16と上記ベルジャー14へ処理に必要なガスをそれぞれ矢印B1 ,B2 方向から供給するガス導入管17、ウェハ18を載置するためのウェハ載置電極19、このウェハ載置電極19に埋設され、チラー等の冷却設備から供給される冷媒を矢印C1 ,C2 方向に循環させてウェハ18を所定の温度に冷却するための冷却配管20、上記ウェハ載置電極19にRFバイアスを印加するため、ブロッキング・コンデンサ21等を介して接続されるRF電源22等である。」(第3頁右欄30行?第4頁左欄8行)

(刊1-4)「【0024】次に、上述の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置を用いて実際にGaAs/AlGaAs選択エッチングを行った。このプロセスを、図1ないし図5を参照しながら説明する。本実施例においてエッチング・サンプルとして使用したウェハ18は、図1に示されるように、半絶縁性GaAs基板1上にエピタキシャル成長により形成され、バッファ層として機能する厚さ約500nmのepi-GaAs層2、厚さ約2nmのAlGaAs層3、Si等のn型不純物がドープされた厚さ約30nmのn+ -AlGaAs層4、同様にn型不純物を含む厚さ約100nmのn+ -GaAs層5、所定の形状にパターニングされたレジスト・マスク(PR)6が順次積層されてなるものである。上記レジスト・マスク6のパターニングは、電子ビーム描画法による露光と現像処理により行われており、開口部6aの開口径は約300nmである。
【0025】上記n+ -GaAs層5をエッチングするため、このウェハ18を上述の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置のウェハ載置電極19にセットし、冷却配管20にエタノール冷媒を循環させた。エッチング条件の一例を以下に示す。
SF6 流量 15SCCM
Cl2 流量 15SCCM
ガス圧 1.3Pa(10mTorr)
マイクロ波パワー 850W(2.45GHz)
RFバイアス・パワー 20W(2MHz)
ウェハ温度 -10℃
シャッタ開度 80%
この過程では、SF6 およびCl2 から解離生成するF* ,Cl* により、n+ -GaAs層5中のGaが主としてGaCl3 の形で、またAsがAsF3 ,AsF5 ,AsCl3 等の形で除去された。このラジカル反応は、S+ ,SFx ,Clx + 等の入射イオン・エネルギーにアシストされている。一方、S系材料層23からはSが供給され、このSはイオンの垂直入射が原理的に起こらないパターン側壁部に堆積して側壁保護膜7を形成した。この結果、上記エッチングは異方的に進行し、図2に示されるように、垂直壁を有するリセス5aが形成された。
【0026】n+ -AlGaAs層4が露出すると、その表面にはAlFx (主としてx=3)が形成されてエッチング速度が大幅に低下し、高選択比が得られた。」(第4頁左欄46行?右欄37行)

(刊1-5)「【0029】実施例2
本実施例も、同じくHEMTのゲート・リセス加工の例であるが、実施例1と異なり回転式シャッタを備えた有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置を使用し、エッチング・ガスとしてはSF6 /HBr混合ガスを使用した。」(第5頁左欄3行?8行)

(刊1-6)「【0032】上述の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置を使用して、実際にゲート・リセス加工を行った。本実施例で使用したウェハ18は、前出の図1に示したものと同じである(以下の実施例でも同じ。)。このウェハ18を上述のウェハ載置電極上にセットし、一例として下記の条件でn+ -GaAs層5をエッチングした。
【0033】
SF6 流量 10SCCM
HBr流量 15SCCM
ガス圧 1.3Pa(10mTorr)
マイクロ波パワー 850W(2.45GHz)
RFバイアス・パワー 20W(2MHz)
ウェハ温度 -10℃
シャッタ開度 80%
このエッチング過程では、SF6 およびHBrから解離生成するF* ,Br* により、n+ -GaAs層5中のGaが主としてGaBr3 の形で、またAsがAsF3 ,AsF5 ,AsBr3 等の形で除去された。側壁保護膜7は、S系材料層23aから供給されるSにより形成され、これにより高異方性加工が行われた。下地選択性の達成機構等は、実施例1と同じである。」(第5頁左欄27?48行)

(刊1-7)「【0034】実施例3
本実施例も、同じくHEMTのゲート・リセス加工の例であるが、ジャストエッチング工程とオーバーエッチング工程との間でシャッタ開度を調節することにより、オーバーエッチング工程におけるS/X比を相対的に大とした。まず、図1に示されるウェハを実施例1で使用したものと同じRFバイアス印加型の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例として下記の条件でn+ -GaAs層5をジャストエッチング状態までエッチングした。
【0035】
SF6 流量 15SCCM
Cl2 流量 15SCCM
ガス圧 1.3Pa(10mTorr)
マイクロ波パワー 850W(2.45GHz)
RFバイアス・パワー 20W(2MHz)
ウェハ温度 -10℃
シャッタ開度 80%」
(第5頁左欄49?右欄16行)

(刊1-8)「【0037】以上、本発明を3つの実施例にもとづいて説明したが、本発明はこれらの各実施例に何ら限定されるものではない。まず、上述の各実施例では化合物半導体層の積層系としてGaAs/AlGaAs積層系を例示したが、本発明は下層側にAlが含まれていれば従来公知の他の化合物半導体の積層系にも適用可能である。たとえば、GaP/AlGaP、InP/AlInP、GaN/AlGaN、InAs/AlInAs等の2元素系/3元素系の積層系、さらにあるいは3元素系/4元素系等の積層系等のエッチングにも適用できる。
【0038】上述の各実施例ではフッ素系化合物としてSF6 を使用したが、これをF2 ,NF3 ,ClF3 等に代えても良い。上記フッ素系化合物に加えてエッチング・ガスを構成する化合物としては、上述のCl2 ,HBrの他、HCl,BCl3 ,Br2 ,BBr3 等を挙げることができる。また、エッチング・ガスにHe,Ar等の希ガスを添加して、冷却効果,スパッタリング効果,希釈効果等を得るようにしても良い。」(第5頁右欄27行?44行)

(刊1-9)「【0040】さらに、本発明はAl含有/非Al含有化合物半導体の積層系の選択エッチングが必要とされるプロセスであれば、上述のようなHEMTの製造に限られず、たとえばレーザー素子の加工等にも適用可能である。」(第6頁左欄6?10行)

原査定の拒絶の理由に引用された、特開平11-135522号公報(以下、「刊行物2」という。)には、以下のことが記載されている。

(刊2-1)「【0001】【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に化合物半導体のショットキー接合型電界効果トランジスタ(MESFET)もしくはヘテロ接合型電界効果トランジスタ(HJFET)ならびにこれらFETと同様に形成されるダイオード等の素子における電極の形成方法に関する 。」(第3頁左欄12?18行)

(刊2-2)「【0054】図1に示すように、図2に示すコンタクト領域22に対応するフォトレジスト膜12を設け、コンタクト層3をドライエッチングする。ECR装置を用い、BCl3 を15sccmとSF6 を5sccm(25%)と混合したガスで圧力1mTorrで行なう。下層のチャネル層2が露出したところでフッ化アルミニウムAlFx が表面を覆うためエッチングが停止する。このGaAsとAlGaAsのエッチング選択比は100倍以上である。」(第7頁右欄16?24行)

3.対比・判断
上記刊行物1において、特に上記摘記事項(刊1-3)及び上記摘記事項(刊1-4)には、マイクロ波を利用してECR(電子サイクロトロン共鳴)放電により内部にECRプラズマPを生成させるための石英製のベルジャー14、上記ベルジャー14に接続され、高真空排気される試料室16、この試料室16と上記ベルジャー14へ処理に必要なガスを供給するガス導入管17、ウェハ18を載置するためのウェハ載置電極19を有するプラズマエッチング装置において、ウェハ18はn+ -AlGaAs層4、n+ -GaAs層5を含んで順次積層されてなり、上記n+ -GaAs層5をエッチングするため、このウェハ18を有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置のウェハ載置電極19にセットし、SF6 の流量15SCCM,Cl2 の流量15SCCM、ガス圧 1.3Pa(10mTorr)でエッチングする選択エッチング技術が記載されている。
ここで、エッチングガスに着目すると、n+ -AlGaAs層4、n+ -GaAs層5を含んで順次積層されてなり、上記n+ -GaAs層5をエッチングするため、SF6 の流量15SCCM,Cl2 の流量15SCCMでエッチングする選択エッチング技術は、n+-AlGaAs層4上のn+-GaAs層5に対する選択エッチングを行う際、Cl原子を含むガスとF原子を含むガスを導入して選択エッチングしていることを意味する。
また、上記摘記事項(刊1-8)には、「化合物半導体層の積層系としてGaAs/AlGaAs積層系を例示したが、本発明は下層側にAlが含まれていれば従来公知の他の化合物半導体の積層系にも適用可能である。たとえば、?GaN/AlGaN等の2元素系/3元素系の積層系のエッチングにも適用できる。」と記載されているので、刊行物1に記載された選択エッチング技術は、AlGaN膜上のGaN膜の選択エッチングに適用し得ることが開示されている。
さらに、上記摘記事項(刊1-9)には、「本発明はAl含有/非Al含有化合物半導体の積層系の選択エッチングが必要とされるプロセスであれば、上述のようなHEMTの製造に限られず、たとえばレーザー素子の加工等にも適用可能である。」と記載されているので、上記摘記事項(刊1-8)において、GaN/AlGaNに適用した場合には、「GaN系半導体デバイス」に適用しうることが開示されている。
以上の検討を中心に、上記摘記事項(刊1-1)?(刊1-9)の記載を総合すると、刊行物1には、
「高真空排気される試料室にガスを供給しつつ排気して1.3Paの圧力に制御しながら、試料室にウェハを載置するウェハ載置電極を有し、マイクロ波を利用してECRプラズマを発生させる装置を用いてウェハ載置電極上に配置されたウェハの積層膜の処理を行う半導体デバイスの製造方法において、GaN膜のAlGaN膜に対する選択エッチングを行う際、試料室内にCl原子を含むガスとF原子を含むガスを導入してGaN系半導体デバイスの製造方法」の発明(以下、「刊行物発明」という。)が開示されている。
ここで、本願発明と刊行物発明とを対比すると、刊行物発明の「試料室」、「1.3Paの圧力」、「ウェハ」、「ウェハ載置電極」、は、本願発明の「真空反応室」、「所定の圧力」、「基板」、「基板電極」に相当するので、両者は、
「真空反応室内にガスを供給しつつ排気して所定の圧力に制御しながら
、真空反応室内でプラズマを発生させ、前記基板電極上に配置された基板の多層膜を処理する半導体デバイスの製造方法であって、AlGaN層上のGaN層に対する選択エッチングを行う際、真空反応室内にCl原子を含むガスとF原子を含むガスを導入するGaN系半導体デバイスの製造方法。」
の点で一致し、以下の各点で相違する。

相違点1
本願発明では、基板を載置する基板電極に対向して設けられたコイルに高周波電力を印加することによりプラズマを発生するのに対して、刊行物発明は、マイクロ波を利用してECRプラズマを発生させる点

相違点2
本願発明では、 GaN膜のAlGaN膜に対する選択エッチングを行う際、そのCl原子を含むガスの濃度が60%から90%の範囲であるのに対して、刊行物発明では、Cl原子を含むガスの濃度が上記範囲でない点

以下、上記各相違点について検討する。

相違点1について
半導体デバイス製造装置用のプラズマエッチング装置において、基板を載置する基板電極に対向して設けられたコイルに高周波電力を印加することによりプラズマを発生する方法は、たとえば特開2000-21858号公報の特に第1、2,4図に記載されているように周知技術であり、刊行物発明において、プラズマを発生させる具体的手法として、上記周知技術を採用することは、当業者にとって容易に想到し得た事項である。

相違点2について
Cl原子を含むガスとF原子を含むガスをエッチングガスとして、GaN膜のAlGaN膜に対する選択エッチングを行う際、そのCl原子を含むガスの濃度を決定するためには、当該選択エッチングにおけるCl原子およびF原子の果たす機能を考慮する必要がある。
この点については、特開平8-31801号の、特に第4頁左欄7?14行及び30?40行にも記載されているように、エッチング対象となる層がAlを含まず、下地層にAlを含む層を選択エッチングする際には、エッチングガスのCl成分は、エッチングレートを高めるために寄与するガスであり、他方、F成分は、下地のAlとエッチングストッパ層として機能するAlFを形成する、すなわち選択比を高めるために寄与するガスとして、機能することが開示されており、当該各エッチングガスの機能は周知技術である。
そして、たとえば特開平10-256645号公報の、特に、第5頁右欄23?34行には、Cl原子を含むガスとF原子を含むガスとを用いてAlGaN層上のGaN層を選択エッチングことが開示されており、エッチング対象となる層がAlを含まず、下地層にAlを含む層の組み合わせとして、AlGaN層上のGaN層とすることは周知技術である。
また、上記(刊2-2)には、GaAsとAlGaAsに対する選択エッチングにおいて「BCl3 を15sccmとSF6 を5sccm(25%)と混合したガス」を用いることが開示されており、この例は、Cl原子を含むガスとして、BCl3 、F原子を含むガスとしてSF6 を用い、Cl原子を含むガスの濃度が75%である場合が開示されていることを意味する。この75%という具体的濃度が、AlGaN層上のGaN層に対する選択エッチングを行う際にCl原子を含むガスの濃度として直接的な値として採用するまでの意味は有しないとしても、エッチング対象となる層がAlを含まず、下地層にAlを含む層を選択エッチングする場合のCl原子を含むガスの濃度として、75%近傍の値を採用することが可能であることを示唆しているものと認められる。
とすれば、刊行物発明におけるAlGaN層上のGaN層に対する選択エッチングを行う際に、Cl原子を含む濃度について75%近傍を含む範囲の値を取り得ることは、当業者が容易に想到し得た技術的事項であり、エッチングレートと選択比というエッチングプロセスにおいて通常配慮すべき特性を考慮して、その濃度範囲を本願発明の範囲における60?90%の範囲を含む値とすることは、当業者であれば、実験的に最適化し得た事項であり、当該数値範囲に臨界的意義は見いだせない。
そして、本願発明の作用効果も、刊行物1、刊行物2及び周知技術から当業者が予測できる範囲のものである。

よって、本願発明は、刊行物1、刊行物2に記載された発明及び周知技術に基いて、当業者が容易に発明をすることができたものである。

4.むすび
以上のとおりであるから、本願発明は、特許法第29条第2項の規定により特許を受けることができない。
したがって、他の請求項に係る発明を検討をするまでもなく、本件特許出願は特許を受けることができない。

よって、結論のとおり審決する。
 
審理終結日 2006-10-04 
結審通知日 2006-10-10 
審決日 2006-10-24 
出願番号 特願2001-312429(P2001-312429)
審決分類 P 1 8・ 121- Z (H01L)
最終処分 不成立  
前審関与審査官 今井 拓也  
特許庁審判長 城所 宏
特許庁審判官 宮崎 園子
大嶋 洋一
発明の名称 GaN系半導体デバイスの製造方法  
代理人 石原 勝  

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