JP2003179031A - 無機多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微細構造体の加工方法及びその方法による集積回路、デバイス及びマイクロマシーンコンポーネント - Google Patents
無機多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微細構造体の加工方法及びその方法による集積回路、デバイス及びマイクロマシーンコンポーネントInfo
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 ドライエッチング用マスクを形成することな
く、Ｓｉ基板表面に量子デバイスに用いられる微細回路
パターンを形成するイオンビーム微細加工方法を提供す
る。 【解決手段】 Ｓｉウェハー基板１表面に、Ａｌ層２と
Ｓｉアモルファス層３を形成した後、該Ｓｉアモルファ
ス層３表面にマスク５を通して金属イオン６を注入後
に、マスク５を外して金属イオン９を注入し、前記Ｓｉ
アモルファス層３表面に形成されている表面自然酸化膜
４の存在又は酸素分子放射のもと前記表面自然酸化膜を
選択的にＳｉＯ2７に置換又は生成させ、更にイオンを
注入することにより、前記Ａｌ層２表面にＡｌxＯy８を
生成させた後、臭素化物により一原子層単位でドライエ
ッチングし、前記ＳｉＯ2及びＡｌxＯy８に置換した部
分以外の前記表面自然酸化膜、Ｓｉアモルファス層、Ａ
ｌ層及びＳｉウェハー基板の一部を除去する。
く、Ｓｉ基板表面に量子デバイスに用いられる微細回路
パターンを形成するイオンビーム微細加工方法を提供す
る。 【解決手段】 Ｓｉウェハー基板１表面に、Ａｌ層２と
Ｓｉアモルファス層３を形成した後、該Ｓｉアモルファ
ス層３表面にマスク５を通して金属イオン６を注入後
に、マスク５を外して金属イオン９を注入し、前記Ｓｉ
アモルファス層３表面に形成されている表面自然酸化膜
４の存在又は酸素分子放射のもと前記表面自然酸化膜を
選択的にＳｉＯ2７に置換又は生成させ、更にイオンを
注入することにより、前記Ａｌ層２表面にＡｌxＯy８を
生成させた後、臭素化物により一原子層単位でドライエ
ッチングし、前記ＳｉＯ2及びＡｌxＯy８に置換した部
分以外の前記表面自然酸化膜、Ｓｉアモルファス層、Ａ
ｌ層及びＳｉウェハー基板の一部を除去する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｓｉ半導体基板表
面の微細加工方法、特に、無機多層レジストのイオンビ
ーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微細構造体の
加工方法及びその方法による集積回路、デバイス及びマ
イクロマシーンコンポーネントに関するものである。
面の微細加工方法、特に、無機多層レジストのイオンビ
ーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微細構造体の
加工方法及びその方法による集積回路、デバイス及びマ
イクロマシーンコンポーネントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、マイクロエレクトロニクスの中核
をなすＵＬＳＩの集積度の向上とともに、これら量子デ
バイスにおける回路パターンは微細化の一途をたどって
いる。従来、半導体デバイスの作製プロセスでは、絶縁
膜や金属薄膜の不要部分を、レジストパターン通りに高
精度で取り除くための基礎技術として、半導体結晶のエ
ッチング法が広く採用されている。このエッチング法の
ための手段として、ハロゲンガスを用いたドライエッチ
ングの検討も進められている。このドライエッチング
は、超高真空中の比較的清浄な雰囲気でエッチングを行
うため、微細な量子デバイスの加工が可能なものとして
期待されている。
をなすＵＬＳＩの集積度の向上とともに、これら量子デ
バイスにおける回路パターンは微細化の一途をたどって
いる。従来、半導体デバイスの作製プロセスでは、絶縁
膜や金属薄膜の不要部分を、レジストパターン通りに高
精度で取り除くための基礎技術として、半導体結晶のエ
ッチング法が広く採用されている。このエッチング法の
ための手段として、ハロゲンガスを用いたドライエッチ
ングの検討も進められている。このドライエッチング
は、超高真空中の比較的清浄な雰囲気でエッチングを行
うため、微細な量子デバイスの加工が可能なものとして
期待されている。
【０００３】例えば、デバイス材料として代表的なＳｉ
については、フッ素および塩素系のハロゲンガスによる
ドライエッチングプロセスが検討されてきている。しか
しながら、これまでのところ、このシリコンの場合につ
いても、より微細な量子素子を作製するためのドライエ
ッチングプロセスはいまだ完成していないのが実情であ
る。そして、ＧａＡｓ等の化合物半導体についてもドラ
イエッチングプロセスに関する報告は多いが、量子素子
の作製を可能とする技術的手段についてはいまだＳｉ同
様に、完成していないのが実情である。
については、フッ素および塩素系のハロゲンガスによる
ドライエッチングプロセスが検討されてきている。しか
しながら、これまでのところ、このシリコンの場合につ
いても、より微細な量子素子を作製するためのドライエ
ッチングプロセスはいまだ完成していないのが実情であ
る。そして、ＧａＡｓ等の化合物半導体についてもドラ
イエッチングプロセスに関する報告は多いが、量子素子
の作製を可能とする技術的手段についてはいまだＳｉ同
様に、完成していないのが実情である。
【０００４】本発明者は、Ｓｉ半導体等に対する従来の
ハロゲンガスによるドライエッチング方法の技術的限界
を克服するドライエッチング方法として、半導体結晶表
面を臭素化物により一原子層単位でドライエッチングす
る方法を特開平８−３２１４８３号公報で開示してい
る。
ハロゲンガスによるドライエッチング方法の技術的限界
を克服するドライエッチング方法として、半導体結晶表
面を臭素化物により一原子層単位でドライエッチングす
る方法を特開平８−３２１４８３号公報で開示してい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来、Ｓｉ
半導体の製法においては、前述のドライエッチング法は
殆ど採用されておらず依然として有機感光剤のウェット
レジストによる光学リソグラフィー法が採用されてい
る。しかしながら、この光学リソグラフィー法で精度よ
く回路パターンの微細化、複雑化に対応するにはマスク
そのものの作製も困難になり、さらには有機感光剤のウ
ェットレジスト工程のダストフリーのクリーン度を保つ
為に膨大な設備コストが必要である。
半導体の製法においては、前述のドライエッチング法は
殆ど採用されておらず依然として有機感光剤のウェット
レジストによる光学リソグラフィー法が採用されてい
る。しかしながら、この光学リソグラフィー法で精度よ
く回路パターンの微細化、複雑化に対応するにはマスク
そのものの作製も困難になり、さらには有機感光剤のウ
ェットレジスト工程のダストフリーのクリーン度を保つ
為に膨大な設備コストが必要である。
【０００６】本発明は、前記問題点に鑑みなされたもの
であり、Ｓｉ半導体の微細加工を従来の有機物ウェット
レジスト法から無機物ドライレジスト法に変えてＳｉ半
導体の微細構造体の加工と微細回路の加工を精度よく安
価な設備で製作可能としたものである。
であり、Ｓｉ半導体の微細加工を従来の有機物ウェット
レジスト法から無機物ドライレジスト法に変えてＳｉ半
導体の微細構造体の加工と微細回路の加工を精度よく安
価な設備で製作可能としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の請求項１に記載の無機多層レジストのイオン
ビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微細構造体
の加工方法は、Ｓｉウェハー基板表面にＡｌ層を形成
し、さらに、該Ａｌ層表面にＳｉアモルファス層を形成
した後、該Ｓｉアモルファス層表面にイオンビームを任
意の形状に選択吸収できるマスクを通して金属イオンを
所要の形状に注入し、前記Ｓｉアモルファス層表面に自
然に形成されている表面自然酸化膜の存在又は酸素分子
放射のもとでの金属イオン打ち込みにより、前記表面自
然酸化膜を選択的に強制酸化膜Ｓｉ xＯyに置換又は生成
させ、更にイオンの打ち込み量を増やし、前記強制酸化
膜ＳｉxＯyからのＯイオンの伝播及び前記Ｓｉアモルフ
ァス層のスパッタリングにより前記Ａｌ層の一部にＡｌ
xＯyを生成させた後、前記Ｓｉウェハー基板表面を反応
性エッチングガスにより一原子層単位でドライエッチン
グし、前記強制酸化膜ＳｉxＯy及びＡｌxＯyに置換した
部分以外の前記表面自然酸化膜、Ｓｉアモルファス層、
Ａｌ層及びＳｉウェハー基板の一部を除去するものであ
る。
の本発明の請求項１に記載の無機多層レジストのイオン
ビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微細構造体
の加工方法は、Ｓｉウェハー基板表面にＡｌ層を形成
し、さらに、該Ａｌ層表面にＳｉアモルファス層を形成
した後、該Ｓｉアモルファス層表面にイオンビームを任
意の形状に選択吸収できるマスクを通して金属イオンを
所要の形状に注入し、前記Ｓｉアモルファス層表面に自
然に形成されている表面自然酸化膜の存在又は酸素分子
放射のもとでの金属イオン打ち込みにより、前記表面自
然酸化膜を選択的に強制酸化膜Ｓｉ xＯyに置換又は生成
させ、更にイオンの打ち込み量を増やし、前記強制酸化
膜ＳｉxＯyからのＯイオンの伝播及び前記Ｓｉアモルフ
ァス層のスパッタリングにより前記Ａｌ層の一部にＡｌ
xＯyを生成させた後、前記Ｓｉウェハー基板表面を反応
性エッチングガスにより一原子層単位でドライエッチン
グし、前記強制酸化膜ＳｉxＯy及びＡｌxＯyに置換した
部分以外の前記表面自然酸化膜、Ｓｉアモルファス層、
Ａｌ層及びＳｉウェハー基板の一部を除去するものであ
る。
【０００８】Ｓｉウェハー基板表面に、Ａｌ層を、さら
にその表面にＳｉアモルファス層を形成する。このＳｉ
アモルファス層表面に所定のパターンが形成され、必要
な部分以外の場所にはイオンビームを透過しないマスク
を設置し、このマスクを介して金属イオンを前記Ｓｉア
モルファス層表面に自然に形成されている表面自然酸化
膜の存在又は酸素分子放射のもとで照射する。すると、
マスクに設けられているパターンを通過した金属イオン
によって、Ｓｉアモルファス層表面に自然に形成されて
いる表面自然酸化膜が選択的に化学的に安定な酸化層Ｓ
ｉＯ2に置換される。更にイオンの打ち込み量を増やす
と、このＳｉＯ2からのＯイオンの伝播又はＳｉアモル
ファス層のスパッタリングによって、Ａｌ層表面に化学
的に安定なＡｌxＯy、例えば、Ａｌ2Ｏ3が形成される。
そして、マスクを除去した後、Ｓｉウェハー基板表面に
形成されたＳｉＯ2、及びＡｌxＯy以外の部分のＳｉア
モルファス層、Ａｌ層及びＳｉウェハー基板の一部を１
０-8Ｐａ以下程度の減圧下において、ドライエッチング
して、化学的に安定なＡｌ2Ｏ3を残すことによって、Ｓ
ｉ基板表面に任意の形状の構造やパターンを自在に形成
することができる。なお、ここで、用いられる金属イオ
ンとしては、比較的重い金属であるＧａ等を使用するこ
とが好ましい。
にその表面にＳｉアモルファス層を形成する。このＳｉ
アモルファス層表面に所定のパターンが形成され、必要
な部分以外の場所にはイオンビームを透過しないマスク
を設置し、このマスクを介して金属イオンを前記Ｓｉア
モルファス層表面に自然に形成されている表面自然酸化
膜の存在又は酸素分子放射のもとで照射する。すると、
マスクに設けられているパターンを通過した金属イオン
によって、Ｓｉアモルファス層表面に自然に形成されて
いる表面自然酸化膜が選択的に化学的に安定な酸化層Ｓ
ｉＯ2に置換される。更にイオンの打ち込み量を増やす
と、このＳｉＯ2からのＯイオンの伝播又はＳｉアモル
ファス層のスパッタリングによって、Ａｌ層表面に化学
的に安定なＡｌxＯy、例えば、Ａｌ2Ｏ3が形成される。
そして、マスクを除去した後、Ｓｉウェハー基板表面に
形成されたＳｉＯ2、及びＡｌxＯy以外の部分のＳｉア
モルファス層、Ａｌ層及びＳｉウェハー基板の一部を１
０-8Ｐａ以下程度の減圧下において、ドライエッチング
して、化学的に安定なＡｌ2Ｏ3を残すことによって、Ｓ
ｉ基板表面に任意の形状の構造やパターンを自在に形成
することができる。なお、ここで、用いられる金属イオ
ンとしては、比較的重い金属であるＧａ等を使用するこ
とが好ましい。
【０００９】ここで、Ｓｉ基板表面に形成されるＡｌ層
は、分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａ
ｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）（以下、ＭＢＥという。）又は化
学気相体積法（Ｃｈｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）（以下、ＣＶＤという）によって形成さ
れたものであることが好ましい。ＭＢＥ法又はＣＶＤ法
によって形成されることで、原子層単位で厚み制御を行
うことが可能となるからである。Ａｌ層の表面に形成さ
れるＳｉアモルファス層も、ＭＢＥ法またはＣＶＤ法に
よって形成されたものであることが好ましい。原子層単
位での厚み制御が可能であるため、第２層のＡｌ層表面
へのＯイオンの伝播量の正確な制御が可能となるからで
ある。
は、分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａ
ｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）（以下、ＭＢＥという。）又は化
学気相体積法（Ｃｈｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）（以下、ＣＶＤという）によって形成さ
れたものであることが好ましい。ＭＢＥ法又はＣＶＤ法
によって形成されることで、原子層単位で厚み制御を行
うことが可能となるからである。Ａｌ層の表面に形成さ
れるＳｉアモルファス層も、ＭＢＥ法またはＣＶＤ法に
よって形成されたものであることが好ましい。原子層単
位での厚み制御が可能であるため、第２層のＡｌ層表面
へのＯイオンの伝播量の正確な制御が可能となるからで
ある。
【００１０】また、請求項２に記載の無機多層レジスト
のイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微
細構造体の加工方法は、請求項１において、前記マスク
を介して金属イオンを注入した後に、前記マスクを取り
除き、任意のイオンビーム径、イオン電流密度に制御し
た金属イオンの集束イオンビームを前記Ｓｉアモルファ
ス層表面に自然に形成されている表面自然酸化膜の存在
又は酸素分子放射のもとでの金属イオン打ち込みによ
り、前記表面自然酸化膜を選択的に強制酸化膜ＳｉxＯy
に置換又は生成させ、更にイオンの打ち込み量を増や
し、前記強制酸化膜ＳｉxＯyからのＯイオンの伝播及び
前記Ｓｉアモルファス層のスパッタリングにより前記Ａ
ｌ層の一部にＡｌxＯyを生成させた後、Ｓｉウェハー基
板表面を反応性エッチングガスにより一原子層単位でド
ライエッチングし、前記強制酸化膜ＳｉxＯy及びＡｌx
Ｏyに置換した部分以外の前記表面自然酸化膜、Ｓｉア
モルファス層、Ａｌ層及びＳｉウェハー基板の一部を除
去するものである。
のイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微
細構造体の加工方法は、請求項１において、前記マスク
を介して金属イオンを注入した後に、前記マスクを取り
除き、任意のイオンビーム径、イオン電流密度に制御し
た金属イオンの集束イオンビームを前記Ｓｉアモルファ
ス層表面に自然に形成されている表面自然酸化膜の存在
又は酸素分子放射のもとでの金属イオン打ち込みによ
り、前記表面自然酸化膜を選択的に強制酸化膜ＳｉxＯy
に置換又は生成させ、更にイオンの打ち込み量を増や
し、前記強制酸化膜ＳｉxＯyからのＯイオンの伝播及び
前記Ｓｉアモルファス層のスパッタリングにより前記Ａ
ｌ層の一部にＡｌxＯyを生成させた後、Ｓｉウェハー基
板表面を反応性エッチングガスにより一原子層単位でド
ライエッチングし、前記強制酸化膜ＳｉxＯy及びＡｌx
Ｏyに置換した部分以外の前記表面自然酸化膜、Ｓｉア
モルファス層、Ａｌ層及びＳｉウェハー基板の一部を除
去するものである。
【００１１】マスクを使用して金属イオンを照射した後
に、マスクを取り除き、マスクを通過した金属イオンに
よって、形成された化学的に安定なＳｉＯ2、及びＡｌx
Ｏyに対して金属イオンをさらに注入することによっ
て、これらに注入されるイオンドーズ量を増加させ、形
成されるＡｌxＯyの大きさを制御することが可能とな
る。これによって、Ｓｉウェハー基板表面に部分的に集
束イオンビームによる描画を効率よく行うことが可能と
なり、Ｓｉウェハー基板表面の全体に所定の微細加工を
施すとともに、部分的にも微細加工を行うことができ
る。
に、マスクを取り除き、マスクを通過した金属イオンに
よって、形成された化学的に安定なＳｉＯ2、及びＡｌx
Ｏyに対して金属イオンをさらに注入することによっ
て、これらに注入されるイオンドーズ量を増加させ、形
成されるＡｌxＯyの大きさを制御することが可能とな
る。これによって、Ｓｉウェハー基板表面に部分的に集
束イオンビームによる描画を効率よく行うことが可能と
なり、Ｓｉウェハー基板表面の全体に所定の微細加工を
施すとともに、部分的にも微細加工を行うことができ
る。
【００１２】また、請求項３に記載の無機多層レジスト
のイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微
細構造体の加工方法は、請求項２において、前記マスク
を取り除いた後に表面自然酸化膜に打ち込む任意のイオ
ンビーム径とイオン電流密度に制御した金属イオンの注
入量を制御することによって、前記ＡｌxＯy層の一部を
スパッタリングし、該ＡｌxＯyパターンを任意の形状に
微細加工して、全体と局部両方のパターンを自在に制御
することによって、ナノオーダーサイズの微細構造体及
び／又は電子回路をＳｉウェハー基板全面に効率よく形
成することができるものである。
のイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微
細構造体の加工方法は、請求項２において、前記マスク
を取り除いた後に表面自然酸化膜に打ち込む任意のイオ
ンビーム径とイオン電流密度に制御した金属イオンの注
入量を制御することによって、前記ＡｌxＯy層の一部を
スパッタリングし、該ＡｌxＯyパターンを任意の形状に
微細加工して、全体と局部両方のパターンを自在に制御
することによって、ナノオーダーサイズの微細構造体及
び／又は電子回路をＳｉウェハー基板全面に効率よく形
成することができるものである。
【００１３】マスクを取り除いた後に、注入するイオン
ビームのビーム径及びイオン電流密度を制御する。そし
て、注入されるイオンが所定の濃度以上となるように、
例えば、金属イオンビームをそのイオンビーム密度が、
例えば６×１０16（個／ｃｍ 2）以上で注入する。これ
によって、マスクを用いた金属イオン注入で得られた形
状に追加して微細加工形状を任意に形成することができ
る。このため、Ｓｉウェハー基板表面の全体と局部両方
をミリオーダーからナノオーダーサイズの所定のパター
ンを有した微細構造体及び／又は電子回路を加工するこ
とが可能となる。
ビームのビーム径及びイオン電流密度を制御する。そし
て、注入されるイオンが所定の濃度以上となるように、
例えば、金属イオンビームをそのイオンビーム密度が、
例えば６×１０16（個／ｃｍ 2）以上で注入する。これ
によって、マスクを用いた金属イオン注入で得られた形
状に追加して微細加工形状を任意に形成することができ
る。このため、Ｓｉウェハー基板表面の全体と局部両方
をミリオーダーからナノオーダーサイズの所定のパター
ンを有した微細構造体及び／又は電子回路を加工するこ
とが可能となる。
【００１４】また、請求項４に記載の無機多層レジスト
のイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微
細構造体の加工方法は、請求項１乃至３のいずれかにお
いて、前記Ｓｉアモルファス層の厚みを制御することに
よって、前記Ａｌ層表面に形成されるＡｌxＯyの大きさ
を制御できるものである。
のイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微
細構造体の加工方法は、請求項１乃至３のいずれかにお
いて、前記Ｓｉアモルファス層の厚みを制御することに
よって、前記Ａｌ層表面に形成されるＡｌxＯyの大きさ
を制御できるものである。
【００１５】ＭＢＥ法又はＣＶＤ法により、表面に形成
されるＳｉアモルファス層の厚みを原子層単位で制御す
ることで、第２層のＡｌ層へのＯイオンの伝播量を制御
することができ、Ａｌ層表面に形成されるＡｌxＯy層の
大きさを制御することが可能となる。また、イオンビー
ム密度を例えば６×１０16（個／ｃｍ2）以上に増やす
とスパッタリングを起こす。そして、ＡｌxＯy層とＳｉ
基板の一部を削り取りマスクを用いたＧａイオン注入で
得られた形状に追加して微細加工形状を任意に形成する
ことができるので、ミリオーダーからナノオーダーの広
範囲の形状を自由に形成することができる。
されるＳｉアモルファス層の厚みを原子層単位で制御す
ることで、第２層のＡｌ層へのＯイオンの伝播量を制御
することができ、Ａｌ層表面に形成されるＡｌxＯy層の
大きさを制御することが可能となる。また、イオンビー
ム密度を例えば６×１０16（個／ｃｍ2）以上に増やす
とスパッタリングを起こす。そして、ＡｌxＯy層とＳｉ
基板の一部を削り取りマスクを用いたＧａイオン注入で
得られた形状に追加して微細加工形状を任意に形成する
ことができるので、ミリオーダーからナノオーダーの広
範囲の形状を自由に形成することができる。
【００１６】また、請求項５に記載の無機多層レジスト
のイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微
細構造体の加工方法は、請求項１乃至４のいずれかにお
いて、前記ＳｉxＯy及びＡｌxＯyに置換される部分の大
きさ及び前記ドライエッチングによる除去量を制御する
ことによって前記Ｓｉウェハー基板表面を、ナノオーダ
ーサイズのネガ型、ポジ型のいずれにも加工することが
できるものである。
のイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微
細構造体の加工方法は、請求項１乃至４のいずれかにお
いて、前記ＳｉxＯy及びＡｌxＯyに置換される部分の大
きさ及び前記ドライエッチングによる除去量を制御する
ことによって前記Ｓｉウェハー基板表面を、ナノオーダ
ーサイズのネガ型、ポジ型のいずれにも加工することが
できるものである。
【００１７】化学的に安定なＳｉxＯy及びＡｌxＯyの形
成される大きさを制御するとともに、エッチング量を制
御することによって、Ｓｉウェハー基板表面に形成され
る微細加工面積を自在に制御することが可能であり、Ｓ
ｉウェハー基板表面を、ネガ型、ポジ型のいずれにも自
在に加工することができる。このため、近年の量子デバ
イスに用いられる回路パターンのように、複雑化し、微
細化した回路パターンにも対応が可能となる。
成される大きさを制御するとともに、エッチング量を制
御することによって、Ｓｉウェハー基板表面に形成され
る微細加工面積を自在に制御することが可能であり、Ｓ
ｉウェハー基板表面を、ネガ型、ポジ型のいずれにも自
在に加工することができる。このため、近年の量子デバ
イスに用いられる回路パターンのように、複雑化し、微
細化した回路パターンにも対応が可能となる。
【００１８】また、請求項６に記載の無機多層レジスト
のイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微
細構造体の加工方法は、請求項５において、前記反応性
エッチングガスに、ＢｉＦ3又はＸｅＦ2を用いるもので
ある。原子層単位でのエッチングが可能となり、Ｓｉウ
ェハー基板表面に任意の回路パターンを自在に形成する
ことができる。
のイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微
細構造体の加工方法は、請求項５において、前記反応性
エッチングガスに、ＢｉＦ3又はＸｅＦ2を用いるもので
ある。原子層単位でのエッチングが可能となり、Ｓｉウ
ェハー基板表面に任意の回路パターンを自在に形成する
ことができる。
【００１９】また、本発明は、請求項１乃至７のいずれ
かに記載の無機多層レジストのイオンビーム注入リソグ
ラフィーによるＳｉ半導体微細構造体の加工方法により
製作された集積回路、デバイス又はマイクロマシーンコ
ンポーネントである。
かに記載の無機多層レジストのイオンビーム注入リソグ
ラフィーによるＳｉ半導体微細構造体の加工方法により
製作された集積回路、デバイス又はマイクロマシーンコ
ンポーネントである。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明に
係る無機多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィ
ーによるＳｉ半導体微細構造体の加工方法の実施形態の
一例を説明する。図１は、マスクを使ってイオンをシャ
ワー状に打ち込んだ状態の断面模式図であり、図２は引
き続いてマスクを外してイオンを細く集束させて場所に
より注入量を変えて打ち込んだ状態の断面模式図であ
り、図３は原子層単位でドライエッチングをした場合の
断面模式図である。図４は図３よりエッチング量の多い
ものを示している。ここで、用いられるイオンとして
は、比較的重い金属のイオンであれば特に限定されるも
のではなく、一般に、よく使用されているＧａイオン
が、既存の設備をそのまま利用できることなどから好ま
しい。
係る無機多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィ
ーによるＳｉ半導体微細構造体の加工方法の実施形態の
一例を説明する。図１は、マスクを使ってイオンをシャ
ワー状に打ち込んだ状態の断面模式図であり、図２は引
き続いてマスクを外してイオンを細く集束させて場所に
より注入量を変えて打ち込んだ状態の断面模式図であ
り、図３は原子層単位でドライエッチングをした場合の
断面模式図である。図４は図３よりエッチング量の多い
ものを示している。ここで、用いられるイオンとして
は、比較的重い金属のイオンであれば特に限定されるも
のではなく、一般に、よく使用されているＧａイオン
が、既存の設備をそのまま利用できることなどから好ま
しい。
【００２１】図１において、１はＳｉウェハー基板であ
り、２はＳｉウェハー基板１表面にＭＢＥ法またはＣＶ
Ｄ法により形成されたＡｌ層を示し、３はＡｌ層２の表
面にＭＢＥ法またはＣＶＤ法により形成されたＳｉアモ
ルファス層であり、４はＳｉアモルファス層３の表面に
自然に形成されているＳｉＯ2等の表面自然酸化膜であ
り、５はマスクを示し、６は金属イオンとして使用する
Ｇａイオンを示す。ここで、マスク５としては、金等の
金属が例示できるが、照射するイオンによって適宜選択
することが好ましい。また、マスク５は、一枚のマスク
上に任意のパターンが加工されたものや、複数のマスク
を組み合わせて所定のパターンが形成できるようにした
もの及び複数のマスクでイオン照射を繰り返して所定の
パターンを形成できるようにしたものであってもよい。
り、２はＳｉウェハー基板１表面にＭＢＥ法またはＣＶ
Ｄ法により形成されたＡｌ層を示し、３はＡｌ層２の表
面にＭＢＥ法またはＣＶＤ法により形成されたＳｉアモ
ルファス層であり、４はＳｉアモルファス層３の表面に
自然に形成されているＳｉＯ2等の表面自然酸化膜であ
り、５はマスクを示し、６は金属イオンとして使用する
Ｇａイオンを示す。ここで、マスク５としては、金等の
金属が例示できるが、照射するイオンによって適宜選択
することが好ましい。また、マスク５は、一枚のマスク
上に任意のパターンが加工されたものや、複数のマスク
を組み合わせて所定のパターンが形成できるようにした
もの及び複数のマスクでイオン照射を繰り返して所定の
パターンを形成できるようにしたものであってもよい。
【００２２】本発明に係る無機多層レジストのイオンビ
ーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微細構造体の
加工方法は、Ｓｉウェハー基板１表面にＭＢＥ法または
ＣＶＤ法により任意の厚みにＡｌ層２を形成し、このＡ
ｌ層２の表面にＳｉアモルファス層３を積層する。そし
て、その表面に自然に形成されているＳｉＯ2等の表面
自然酸化膜４を除去することなく、この表面自然酸化膜
４上に所定のパターンが形成されたマスク５を設置し、
真空中でＧａイオンビーム６をマスク５を介して照射す
る。このとき、Ｇａイオンビーム６は、シャワー状に表
面全体に照射するようにしてもよいし、あるいは、集束
させたＧａイオンビームを一定速度で走査させて表面全
体を照射するようにしてもよい。
ーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微細構造体の
加工方法は、Ｓｉウェハー基板１表面にＭＢＥ法または
ＣＶＤ法により任意の厚みにＡｌ層２を形成し、このＡ
ｌ層２の表面にＳｉアモルファス層３を積層する。そし
て、その表面に自然に形成されているＳｉＯ2等の表面
自然酸化膜４を除去することなく、この表面自然酸化膜
４上に所定のパターンが形成されたマスク５を設置し、
真空中でＧａイオンビーム６をマスク５を介して照射す
る。このとき、Ｇａイオンビーム６は、シャワー状に表
面全体に照射するようにしてもよいし、あるいは、集束
させたＧａイオンビームを一定速度で走査させて表面全
体を照射するようにしてもよい。
【００２３】Ｇａイオン６の注入により表面自然酸化膜
４には、化学的に安定な酸化物であるＳｉＯ2７が生成
される。そして、ＳｉＯ2７のＯイオンがＳｉアモルフ
ァス層３内を伝播しＳｉアモルファス層３にイオン侵入
領域１２が形成される。さらに、Ｇａイオン６の注入量
を増加させると、ＳｉＯ2７のＯイオンの伝播、又はＳ
ｉＯ2７及びＳｉアモルファス層３のスパッタリングに
よりこのイオン侵入領域１２のＯイオンがＡｌ層２表面
に到達し、Ａｌ層２表面にＡｌ2Ｏ3層８が形成される。
この化学的に安定なＳｉＯ2層７及びＡｌ2Ｏ3層８がド
ライエッチング時のマスクの役割を果たす。
４には、化学的に安定な酸化物であるＳｉＯ2７が生成
される。そして、ＳｉＯ2７のＯイオンがＳｉアモルフ
ァス層３内を伝播しＳｉアモルファス層３にイオン侵入
領域１２が形成される。さらに、Ｇａイオン６の注入量
を増加させると、ＳｉＯ2７のＯイオンの伝播、又はＳ
ｉＯ2７及びＳｉアモルファス層３のスパッタリングに
よりこのイオン侵入領域１２のＯイオンがＡｌ層２表面
に到達し、Ａｌ層２表面にＡｌ2Ｏ3層８が形成される。
この化学的に安定なＳｉＯ2層７及びＡｌ2Ｏ3層８がド
ライエッチング時のマスクの役割を果たす。
【００２４】図２は図1のマスク５を使ったＧａイオン
６の注入の後にマスク５を取り除き、真空中でＧａイオ
ンの集束イオンビーム９を注入した状態を示す。この時
Ｇａイオンビーム９は、（ａ）はイオン注入量が６×１
０13（個／ｃｍ2）、（ｂ）は６×１０15（個／ｃ
ｍ2）、（ｃ）は６×１０16（個／ｃｍ2）、（ｄ）と
（ｅ）は６×１０17（個／ｃｍ2）である。ここで、図
２（ｅ）は、マスク５を通過して既にＧａイオン６の照
射を受けた場所に追加してＧａイオンビーム９を照射し
た例を示している。
６の注入の後にマスク５を取り除き、真空中でＧａイオ
ンの集束イオンビーム９を注入した状態を示す。この時
Ｇａイオンビーム９は、（ａ）はイオン注入量が６×１
０13（個／ｃｍ2）、（ｂ）は６×１０15（個／ｃ
ｍ2）、（ｃ）は６×１０16（個／ｃｍ2）、（ｄ）と
（ｅ）は６×１０17（個／ｃｍ2）である。ここで、図
２（ｅ）は、マスク５を通過して既にＧａイオン６の照
射を受けた場所に追加してＧａイオンビーム９を照射し
た例を示している。
【００２５】ここで、Ｇａイオンビーム９は、径を０．
５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下、更に好ましく
は０．１μｍ以下に絞っていることが好ましい。また、
このイオンビーム９はビーム先端が円形をしている。こ
のため、表面自然酸化膜４上を一定速度で走査すると、
各部分で、イオンビームが重なり合う部分が形成され
る。このため、表面自然酸化膜４に注入されるイオン注
入量は、イオンビーム９の中心部付近ほどその量が多く
なる。すなわち、表面自然酸化膜４に及ぼすイオン領域
は、実際のイオンビーム９の径よりも小さくなり、その
領域は、照射するイオンビーム径の２／３〜１／２の大
きさとできる。このため、表面自然酸化膜４表面には、
イオンビーム９のイオンビーム径の２／３〜１／２の太
さの線のパターンを加工することが可能となる。
５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下、更に好ましく
は０．１μｍ以下に絞っていることが好ましい。また、
このイオンビーム９はビーム先端が円形をしている。こ
のため、表面自然酸化膜４上を一定速度で走査すると、
各部分で、イオンビームが重なり合う部分が形成され
る。このため、表面自然酸化膜４に注入されるイオン注
入量は、イオンビーム９の中心部付近ほどその量が多く
なる。すなわち、表面自然酸化膜４に及ぼすイオン領域
は、実際のイオンビーム９の径よりも小さくなり、その
領域は、照射するイオンビーム径の２／３〜１／２の大
きさとできる。このため、表面自然酸化膜４表面には、
イオンビーム９のイオンビーム径の２／３〜１／２の太
さの線のパターンを加工することが可能となる。
【００２６】Ｇａイオンビーム９を真空中で照射して、
表面自然酸化膜４に注入すると、表面自然酸化膜４はあ
る注入量以上では化学的に安定した強制酸化物ＳｉＯ2
７に置換される（図２参照）。そして、Ｇａイオンビー
ム９の注入量とＳｉアモルファス層３の厚みによって、
ＳｉＯ2７からのＯイオンのＡｌ層２への伝搬量、又は
Ｓｉアモルファス層３のスパッタリング量が制御でき、
Ａｌ層２に形成されるＡｌ2Ｏ3８の大きさが制御される
（図２参照）。この化学的に安定なＳｉＯ2７とＡｌ2Ｏ
3８は、ドライエッチング時のマスクの役割を果たす。
また、Ａｌ2Ｏ3８のサイズはＳｉＯ2７の約１／１０の
大きさであるため、細かいパターニングが可能となる。
このため表面を反応性エッチングガスにより原子層一層
単位でドライエッチングしＳｉＯ2７とＡｌ2Ｏ3８に置
換された部分以外を除去する（図３参照）と、Ｓｉウェ
ハー基板１の表面を所定のナノオーダーのサイズの回路
パターンとなるように加工することが可能となる。ここ
で、使用できる反応性エッチングガスとしては、ＢｉＦ
3又はＸｅＦ2を用いることができる。
表面自然酸化膜４に注入すると、表面自然酸化膜４はあ
る注入量以上では化学的に安定した強制酸化物ＳｉＯ2
７に置換される（図２参照）。そして、Ｇａイオンビー
ム９の注入量とＳｉアモルファス層３の厚みによって、
ＳｉＯ2７からのＯイオンのＡｌ層２への伝搬量、又は
Ｓｉアモルファス層３のスパッタリング量が制御でき、
Ａｌ層２に形成されるＡｌ2Ｏ3８の大きさが制御される
（図２参照）。この化学的に安定なＳｉＯ2７とＡｌ2Ｏ
3８は、ドライエッチング時のマスクの役割を果たす。
また、Ａｌ2Ｏ3８のサイズはＳｉＯ2７の約１／１０の
大きさであるため、細かいパターニングが可能となる。
このため表面を反応性エッチングガスにより原子層一層
単位でドライエッチングしＳｉＯ2７とＡｌ2Ｏ3８に置
換された部分以外を除去する（図３参照）と、Ｓｉウェ
ハー基板１の表面を所定のナノオーダーのサイズの回路
パターンとなるように加工することが可能となる。ここ
で、使用できる反応性エッチングガスとしては、ＢｉＦ
3又はＸｅＦ2を用いることができる。
【００２７】ここで、本実施形態例に係るドライエッチ
ングによると、平坦性のよい表面を再現性よく得ること
を可能としている。具体的には、反応性エッチングガス
によるエッチングでは、エッチングされていく原子が表
面のステップ位置の原子であって、表面の凹凸を構成し
ているステップを優先的に取り除くため、原子層を一層
単位でエッチングすることができる。このような一層単
位でのエッチングの結果得られる表面はきわめて平坦性
の高いものである。すなわち原子レベルで平坦な表面を
得ることができる。さらにこの方法はへき開面である
（１１０）面でも、面指数に関わらない同様なエッチン
グを可能としている。このため、ＳｉやＡｌ結晶の表面
は（１００）、（１１０）、（１１１）のいずれの面で
も面指数によらず一層単位でのエッチングが可能とな
る。
ングによると、平坦性のよい表面を再現性よく得ること
を可能としている。具体的には、反応性エッチングガス
によるエッチングでは、エッチングされていく原子が表
面のステップ位置の原子であって、表面の凹凸を構成し
ているステップを優先的に取り除くため、原子層を一層
単位でエッチングすることができる。このような一層単
位でのエッチングの結果得られる表面はきわめて平坦性
の高いものである。すなわち原子レベルで平坦な表面を
得ることができる。さらにこの方法はへき開面である
（１１０）面でも、面指数に関わらない同様なエッチン
グを可能としている。このため、ＳｉやＡｌ結晶の表面
は（１００）、（１１０）、（１１１）のいずれの面で
も面指数によらず一層単位でのエッチングが可能とな
る。
【００２８】このドライエッチングにおいては、反応性
エッチングガスを用いて超高真空中で、たとえば１０-8
Ｐａレベルへの排気後、５００〜６００℃で１０-6〜１
０-5Ｐａのガス分圧でのエッチャントガスの導入により
エッチングを実施することができる。ここで、エッチャ
ントガスとしては、ＢｉＦ3又はＸｅＦ2がその代表的な
ものとして例示される。もちろん、他種のものであって
もよい。
エッチングガスを用いて超高真空中で、たとえば１０-8
Ｐａレベルへの排気後、５００〜６００℃で１０-6〜１
０-5Ｐａのガス分圧でのエッチャントガスの導入により
エッチングを実施することができる。ここで、エッチャ
ントガスとしては、ＢｉＦ3又はＸｅＦ2がその代表的な
ものとして例示される。もちろん、他種のものであって
もよい。
【００２９】図３はドライエッチングにより表面自然酸
化膜４とＳｉアモルファス層３、Ａｌ層２及びイオン侵
入領域１２を取り除いた状態であり、Ｓｉウェハー基板
１上の所定の場所にＳｉＯ2層７とＡｌ2Ｏ3層８が形成
された状態を示す。図４は図３のドライエッチングを更
に進めた状態を示し、この場合はＳｉウェハー基板１の
一部がエッチングされてＡｌ2Ｏ3層８とＳｉウェハー基
板１が凸状に形成されている状態を示す。
化膜４とＳｉアモルファス層３、Ａｌ層２及びイオン侵
入領域１２を取り除いた状態であり、Ｓｉウェハー基板
１上の所定の場所にＳｉＯ2層７とＡｌ2Ｏ3層８が形成
された状態を示す。図４は図３のドライエッチングを更
に進めた状態を示し、この場合はＳｉウェハー基板１の
一部がエッチングされてＡｌ2Ｏ3層８とＳｉウェハー基
板１が凸状に形成されている状態を示す。
【００３０】図３において、Ａはマスクを通過したイオ
ンによってＡｌ2Ｏ3層８が形成されたものであり、別途
イオンを注入することなく、ドライエッチングを行った
部分である。これによって、図３及び図４に示すよう
に、幅広の凸部を設けることが可能となる。また、図３
及び図４におけるａ〜ｄ部は、前述したように、イオン
注入量が異なるものであり、イオン注入量が多くなるに
したがって、ドライエッチング後における形態の変化を
示すものである。また、図３及び図４におけるｅ部は、
マスクを通過したイオンによってＡｌ2Ｏ3層８が形成さ
れた部分にさらにイオンを注入したものである。
ンによってＡｌ2Ｏ3層８が形成されたものであり、別途
イオンを注入することなく、ドライエッチングを行った
部分である。これによって、図３及び図４に示すよう
に、幅広の凸部を設けることが可能となる。また、図３
及び図４におけるａ〜ｄ部は、前述したように、イオン
注入量が異なるものであり、イオン注入量が多くなるに
したがって、ドライエッチング後における形態の変化を
示すものである。また、図３及び図４におけるｅ部は、
マスクを通過したイオンによってＡｌ2Ｏ3層８が形成さ
れた部分にさらにイオンを注入したものである。
【００３１】図３において、ａ部はイオン注入量を少な
くすることによって、表面自然酸化膜４が強制酸化物Ｓ
ｉＯ2７に置換されてドライエッチングで形成された凸
状の細線を示している。ｂ部は、Ｓｉアモルファス層３
にＧａイオンが注入されたイオン侵入領域１２が形成さ
れ、ＯイオンがＡｌ2Ｏ3層８を形成させて、ＳｉＯ2層
７の中心部に溝１０ができた凸状の細線を示している。
また、ｃ部はイオン注入量が過多となり、イオンによっ
て表面に形成されたＡｌ2Ｏ3層８の中央部がスパッタリ
ングされ、Ｖ字溝１１が形成されるとともに、その中央
部分に幅広の溝１０が形成されているものを示してい
る。ｄ部はさらにイオン注入量が多くなり、Ｓｉウェハ
ー基板１の一部をもスパッタリングによって加工され、
幅広の溝１３が形成されているものを示す。また、図４
は、前述のように、さらにドライエッチングを進めた状
態を示しており、ａ部はエッチングにより、ＳｉＯ
2７、及びその下のＳｉアモルファス層３とＡｌ層２が
溶出し、Ａｌ2Ｏ3層８を表面に有した微細なパターンが
形成された。
くすることによって、表面自然酸化膜４が強制酸化物Ｓ
ｉＯ2７に置換されてドライエッチングで形成された凸
状の細線を示している。ｂ部は、Ｓｉアモルファス層３
にＧａイオンが注入されたイオン侵入領域１２が形成さ
れ、ＯイオンがＡｌ2Ｏ3層８を形成させて、ＳｉＯ2層
７の中心部に溝１０ができた凸状の細線を示している。
また、ｃ部はイオン注入量が過多となり、イオンによっ
て表面に形成されたＡｌ2Ｏ3層８の中央部がスパッタリ
ングされ、Ｖ字溝１１が形成されるとともに、その中央
部分に幅広の溝１０が形成されているものを示してい
る。ｄ部はさらにイオン注入量が多くなり、Ｓｉウェハ
ー基板１の一部をもスパッタリングによって加工され、
幅広の溝１３が形成されているものを示す。また、図４
は、前述のように、さらにドライエッチングを進めた状
態を示しており、ａ部はエッチングにより、ＳｉＯ
2７、及びその下のＳｉアモルファス層３とＡｌ層２が
溶出し、Ａｌ2Ｏ3層８を表面に有した微細なパターンが
形成された。
【００３２】このように、マスクを使用するとともに、
注入するＧａイオン９の量を制御することによって、ミ
リオーダーサイズからナノオーダーサイズのネガ型、ポ
ジ型の微細加工をＳｉウェハー基板上に自在に施すこと
が可能となる。
注入するＧａイオン９の量を制御することによって、ミ
リオーダーサイズからナノオーダーサイズのネガ型、ポ
ジ型の微細加工をＳｉウェハー基板上に自在に施すこと
が可能となる。
【００３３】さらに、表面自然酸化膜４やＳｉアモルフ
ァス層３、Ａｌ層２を原子層一層単位毎にエッチングす
ることが可能であるため、イオンの注入によって形成さ
れる化学的に安定な酸化物をドライエッチング時のマス
クとして、高アスペクト比で微細寸法の構造体を再現性
良く且つ容易に形成することが可能となる。
ァス層３、Ａｌ層２を原子層一層単位毎にエッチングす
ることが可能であるため、イオンの注入によって形成さ
れる化学的に安定な酸化物をドライエッチング時のマス
クとして、高アスペクト比で微細寸法の構造体を再現性
良く且つ容易に形成することが可能となる。
【００３４】また、Ｓｉ基板表面に、Ａｌ層及びＳｉア
モルファス層を積層し、Ｓｉアモルファス層の表面に自
然に形成されているＳｉＯ2等の表面自然酸化膜を除去
することなく、該表面自然酸化膜にＧａイオンを注入す
ることで、化学的に安定なＳｉＯ2を形成し、さらには
Ｇａイオン注入量及びＳｉアモルファス層の厚さを調節
することによって下部層のＡｌ層表面にＡｌ2Ｏ3を形成
することが可能となる。そして、注入するＧａイオン量
を制御することによって反応性エッチングガスによるド
ライエッチング後のＳｉウェハー基板表面のドライエッ
チングマスクをネガ型、ポジ型のいずれにも加工するこ
とが可能となる。また、Ｇａイオン注入時に所定の回路
パターンとなるようにＳｉウェハー基板表面をイオンビ
ームでマスキングによる照射とマスク無しでの描画を組
み合わせることによって、容易に任意の回路パターンを
再現性良く加工することができる。これによって、半導
体デバイスはもちろんであるが、波長弁別デバイス、マ
イクロマシニングやマイクロコンポーネント等の微細加
工、量子ワイヤー等へ応用が可能となる。
モルファス層を積層し、Ｓｉアモルファス層の表面に自
然に形成されているＳｉＯ2等の表面自然酸化膜を除去
することなく、該表面自然酸化膜にＧａイオンを注入す
ることで、化学的に安定なＳｉＯ2を形成し、さらには
Ｇａイオン注入量及びＳｉアモルファス層の厚さを調節
することによって下部層のＡｌ層表面にＡｌ2Ｏ3を形成
することが可能となる。そして、注入するＧａイオン量
を制御することによって反応性エッチングガスによるド
ライエッチング後のＳｉウェハー基板表面のドライエッ
チングマスクをネガ型、ポジ型のいずれにも加工するこ
とが可能となる。また、Ｇａイオン注入時に所定の回路
パターンとなるようにＳｉウェハー基板表面をイオンビ
ームでマスキングによる照射とマスク無しでの描画を組
み合わせることによって、容易に任意の回路パターンを
再現性良く加工することができる。これによって、半導
体デバイスはもちろんであるが、波長弁別デバイス、マ
イクロマシニングやマイクロコンポーネント等の微細加
工、量子ワイヤー等へ応用が可能となる。
【００３５】また、Ａｌ層とＳｉ層が積層されているた
め、イオン注入によって形成される化学的に安定な原子
サイズの異なるマスクを形成することが可能となり、従
来のように２次元的な回路パターンの設計のみならず、
設計の自由度が広がり、３次元的に回路パターンを設計
することも可能となる。
め、イオン注入によって形成される化学的に安定な原子
サイズの異なるマスクを形成することが可能となり、従
来のように２次元的な回路パターンの設計のみならず、
設計の自由度が広がり、３次元的に回路パターンを設計
することも可能となる。
【００３６】なお、本発明に係る無機多層レジストのイ
オンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微細構
造体の加工方法は、前述の実施形態例に限定されるもの
ではなく、Ｓｉウェハー基板表面に形成され、Ｓｉウェ
ハー基板の酸化を防止する役割をするＡｌ層をＧａxＡ
ｌ1-xＡｓyＰ1-y層にすることも可能である。また、Ｓ
ｉアモルファス層に変えてＧａxＩｎ1-xＡｓyＰ1-y層と
することもできる。また、Ｓｉウェハー基板表面に無機
材料を多層に積層するだけでなく、一部を単層とするこ
とによって、より複雑な三次元構造の微細構造体に加工
することが可能となる。
オンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微細構
造体の加工方法は、前述の実施形態例に限定されるもの
ではなく、Ｓｉウェハー基板表面に形成され、Ｓｉウェ
ハー基板の酸化を防止する役割をするＡｌ層をＧａxＡ
ｌ1-xＡｓyＰ1-y層にすることも可能である。また、Ｓ
ｉアモルファス層に変えてＧａxＩｎ1-xＡｓyＰ1-y層と
することもできる。また、Ｓｉウェハー基板表面に無機
材料を多層に積層するだけでなく、一部を単層とするこ
とによって、より複雑な三次元構造の微細構造体に加工
することが可能となる。
【００３７】以上のように、Ｓｉウェハー基板表面に積
層されているＡｌ層及びＳｉアモルファス層の表面に形
成されている表面自然酸化膜に金属イオンを注入するこ
とによって、反応性エッチングガスによってエッチング
されない化学的に安定なマスクとなるＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ
3の微細なパターンを形成することができる。さらに、
金属イオンの注入量を制御することによって、Ｓｉ基板
表面に形成されるパターンをポジ型、ネガ型のいずれに
も加工することが可能となる。また、安定性の異なるマ
スクを形成することが可能となるため、２次元だけでな
く、３次元的な回路パターニングの設計も可能となる。
このため、種々の半導体デバイスや、多様な量子デバイ
ス特性を活かした素子、量子細線、量子箱、また、回折
格子やマイクロマシーンコンポーネントの製作が可能と
なる。
層されているＡｌ層及びＳｉアモルファス層の表面に形
成されている表面自然酸化膜に金属イオンを注入するこ
とによって、反応性エッチングガスによってエッチング
されない化学的に安定なマスクとなるＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ
3の微細なパターンを形成することができる。さらに、
金属イオンの注入量を制御することによって、Ｓｉ基板
表面に形成されるパターンをポジ型、ネガ型のいずれに
も加工することが可能となる。また、安定性の異なるマ
スクを形成することが可能となるため、２次元だけでな
く、３次元的な回路パターニングの設計も可能となる。
このため、種々の半導体デバイスや、多様な量子デバイ
ス特性を活かした素子、量子細線、量子箱、また、回折
格子やマイクロマシーンコンポーネントの製作が可能と
なる。
【００３８】以下、実施例によって本発明を更に具体的
に説明する。 （実施例）Ｓｉ基板表面にＭＢＥ法によって厚さ２０ｎ
ｍのＡｌ層と、厚さ３０ｎｍのＳｉアモルファス層を形
成する。そして、Ｓｉアモルファス層表面に自然に形成
されているＳｉＯ2等の表面自然酸化膜の表面に向っ
て、開口径１００μｍ厚み５００μｍに所定のパターン
にパターニングされたマスクをＬＩＧＡの製法で作製
し、ＳｉＣの枠に取り付けて金の薄板状のマスクとして
Ｓｉ基板上に設置してマスキングを行いＧａイオンを６
×１０15（個／ｃｍ2）、加速電圧３０ｋＶでシャワー
状に照射して表面酸化層にＧａイオンを注入する。そし
て、マスクを取り外した後に、イオンビーム径を０．１
μｍに絞ったＧａイオンを同じく真空中で６×１０15個
／ｃｍ2、加速電圧３０ｋＶで照射して、表面自然酸化
膜にＧａイオンを注入する。Ｇａイオン注入後、超高真
空装置に設置し、１０-8Ｐａレベルへ排気後、６００〜
７００℃で１０-6〜１０-5Ｐａのガス分圧でのＢｉＦ3
ガスを導入してエッチングを行った。
に説明する。 （実施例）Ｓｉ基板表面にＭＢＥ法によって厚さ２０ｎ
ｍのＡｌ層と、厚さ３０ｎｍのＳｉアモルファス層を形
成する。そして、Ｓｉアモルファス層表面に自然に形成
されているＳｉＯ2等の表面自然酸化膜の表面に向っ
て、開口径１００μｍ厚み５００μｍに所定のパターン
にパターニングされたマスクをＬＩＧＡの製法で作製
し、ＳｉＣの枠に取り付けて金の薄板状のマスクとして
Ｓｉ基板上に設置してマスキングを行いＧａイオンを６
×１０15（個／ｃｍ2）、加速電圧３０ｋＶでシャワー
状に照射して表面酸化層にＧａイオンを注入する。そし
て、マスクを取り外した後に、イオンビーム径を０．１
μｍに絞ったＧａイオンを同じく真空中で６×１０15個
／ｃｍ2、加速電圧３０ｋＶで照射して、表面自然酸化
膜にＧａイオンを注入する。Ｇａイオン注入後、超高真
空装置に設置し、１０-8Ｐａレベルへ排気後、６００〜
７００℃で１０-6〜１０-5Ｐａのガス分圧でのＢｉＦ3
ガスを導入してエッチングを行った。
【００３９】図５にＳｉウェハー基板表面のＡＦＭ像を
示す。図５に示すように、マスクを取り除いた後、部分
的にイオンビームを注入することで、局所的に溝を形成
できるなど、所定形状の高アスペクト比の微細構造物を
比較的容易にＳｉウェハー基板表面に形成することが可
能となる。
示す。図５に示すように、マスクを取り除いた後、部分
的にイオンビームを注入することで、局所的に溝を形成
できるなど、所定形状の高アスペクト比の微細構造物を
比較的容易にＳｉウェハー基板表面に形成することが可
能となる。
【００４０】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
り、Ｓｉウェハー基板表面に、Ａｌ層及びＳｉアモルフ
ァス層を形成し、その表面に自然に形成されている表面
自然酸化膜を除去することなく、その表面自然酸化膜に
金属イオンを注入することによって、反応性エッチング
ガスによってエッチングされない化学的に安定なＳｉＯ
2やＡｌxＯyを形成することができ、さらに、金属イオ
ンの注入量を制御することによって、Ｓｉウェハー基板
表面に形成されるパターンをポジ型、ネガ型のいずれに
も加工することが可能となる。また、微細加工にドライ
エッチングのマスクとして使われるＡｌ2Ｏ3は優れた絶
縁性と高い誘電率を持つておりこの性質を利用して集積
回路構成の主要部品であるコンデンサーの性能を大幅に
高める事が可能となり集積回路におけるメモリー機能を
大きく高める事が可能となる。更には、このＡｌ2Ｏ3層
はＳｉ基板の上に形成される所謂ＳＯＩ（シリコン・オ
ン・インシュレーター）の絶縁物としての用途に大変適
しており、Ａｌ2Ｏ3層の上に単結晶Ｓｉを形成させて寄
生容量の軽減を図った高速動作回路を作る事も可能とな
し得る。加えて、原子サイズの異なるＡｌxＯyやＳｉx
ＯYを形成することができるため、回路パターンの設計
の自由度が広がり、多様な量子デバイス特性を生かした
有用な素子、例えば量子細線、量子箱、回折格子、マイ
クロマシンの実現も可能となる。
り、Ｓｉウェハー基板表面に、Ａｌ層及びＳｉアモルフ
ァス層を形成し、その表面に自然に形成されている表面
自然酸化膜を除去することなく、その表面自然酸化膜に
金属イオンを注入することによって、反応性エッチング
ガスによってエッチングされない化学的に安定なＳｉＯ
2やＡｌxＯyを形成することができ、さらに、金属イオ
ンの注入量を制御することによって、Ｓｉウェハー基板
表面に形成されるパターンをポジ型、ネガ型のいずれに
も加工することが可能となる。また、微細加工にドライ
エッチングのマスクとして使われるＡｌ2Ｏ3は優れた絶
縁性と高い誘電率を持つておりこの性質を利用して集積
回路構成の主要部品であるコンデンサーの性能を大幅に
高める事が可能となり集積回路におけるメモリー機能を
大きく高める事が可能となる。更には、このＡｌ2Ｏ3層
はＳｉ基板の上に形成される所謂ＳＯＩ（シリコン・オ
ン・インシュレーター）の絶縁物としての用途に大変適
しており、Ａｌ2Ｏ3層の上に単結晶Ｓｉを形成させて寄
生容量の軽減を図った高速動作回路を作る事も可能とな
し得る。加えて、原子サイズの異なるＡｌxＯyやＳｉx
ＯYを形成することができるため、回路パターンの設計
の自由度が広がり、多様な量子デバイス特性を生かした
有用な素子、例えば量子細線、量子箱、回折格子、マイ
クロマシンの実現も可能となる。
【図１】本発明に係る無機多層レジストのイオンビーム
注入リソグラフィーとドライエッチングによるＳｉ半導
体微細構造体加工方法の実施形態の一例のマスクを使用
して広い面積の構造体全体にイオン注入する工程を説明
するための図である。
注入リソグラフィーとドライエッチングによるＳｉ半導
体微細構造体加工方法の実施形態の一例のマスクを使用
して広い面積の構造体全体にイオン注入する工程を説明
するための図である。
【図２】図１に示すマスクを使ったイオン注入の後で、
マスクを取り除き、集束イオン描画法でイオンを任意の
大きさ、電流密度で注入して全体構造の形の加工や細部
の微細加工も行う工程を説明するための図である。
マスクを取り除き、集束イオン描画法でイオンを任意の
大きさ、電流密度で注入して全体構造の形の加工や細部
の微細加工も行う工程を説明するための図である。
【図３】図１に示すイオン注入後の基板表面をドライエ
ッチングした場合の断面模式図を示しＳｉ基板までは削
らない状態を示す図である。
ッチングした場合の断面模式図を示しＳｉ基板までは削
らない状態を示す図である。
【図４】エッチング量が多い場合の断面模式図を示す図
であるエッチング量が多い場合Ｓｉ基板の一部が削られ
てＡｌ2Ｏ3を乗せた回路と成っている状態を示す図であ
る。
であるエッチング量が多い場合Ｓｉ基板の一部が削られ
てＡｌ2Ｏ3を乗せた回路と成っている状態を示す図であ
る。
【図５】本実施例によるＳｉウェハー基板上の微細構造
体のＡＦＭ像を示す図である。
体のＡＦＭ像を示す図である。
１ Ｓｉウェハー基板
２ Ａｌ層
３ Ｓｉアモルファス層
４ 表面自然酸化膜
５ マスク
６ 金属イオン（Ｇａイオン）
７ ＳｉＯ2
８ Ａｌ2Ｏ3
９ 金属イオン（Ｇａイオン）
１０ 溝
１１ Ｖ字溝
１２ イオン侵入領域
１３ 溝
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１２月１２日（２００１．１２．
１２）
１２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１２月１４日（２００１．１２．
１４）
１４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 佐野直克
兵庫県三田市学園２丁目１番地 関西学院
大学理学部内
Ｆターム(参考） 2H097 CA16 LA10
5F004 BA04 DA00 DA19 DB00 DB01
DB09 DB30 EA04 EA06
Claims (9)
- 【請求項１】 Ｓｉウェハー基板表面にＡｌ層を形成
し、さらに、該Ａｌ層表面にＳｉアモルファス層を形成
した後、該Ｓｉアモルファス層表面にイオンビームを任
意の形状に選択吸収できるマスクを通して金属イオンを
所要の形状に注入し、前記Ｓｉアモルファス層表面に自
然に形成されている表面自然酸化膜の存在又は酸素分子
放射のもとでの金属イオン打ち込みにより、前記表面自
然酸化膜を選択的に強制酸化膜ＳｉxＯyに置換又は生成
させ、更にイオンの打ち込み量を増やし、前記強制酸化
膜ＳｉxＯyからのＯイオンの伝播及び前記Ｓｉアモルフ
ァス層のスパッタリングにより前記Ａｌ層の一部にＡｌ
xＯyを生成させた後、前記Ｓｉウェハー基板表面を反応
性エッチングガスにより一原子層単位でドライエッチン
グし、前記強制酸化膜ＳｉxＯy及びＡｌxＯyに置換した
部分以外の前記表面自然酸化膜、Ｓｉアモルファス層、
Ａｌ層及びＳｉウェハー基板の一部を除去する無機多層
レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ
半導体微細構造体の加工方法。 - 【請求項２】 前記マスクを介して金属イオンを注入し
た後に、前記マスクを取り除き、任意のイオンビーム
径、イオン電流密度に制御した金属イオンの集束イオン
ビームを前記Ｓｉアモルファス層表面に自然に形成され
ている表面自然酸化膜の存在又は酸素分子放射のもとで
の金属イオン打ち込みにより、前記表面自然酸化膜を選
択的に強制酸化膜ＳｉxＯyに置換又は生成させ、更にイ
オンの打ち込み量を増やし、前記強制酸化膜ＳｉxＯyか
らのＯイオンの伝播及び前記Ｓｉアモルファス層のスパ
ッタリングにより前記Ａｌ層の一部にＡｌxＯyを生成さ
せた後、Ｓｉウェハー基板表面を反応性エッチングガス
により一原子層単位でドライエッチングし、前記強制酸
化膜ＳｉxＯy及びＡｌxＯyに置換した部分以外の前記表
面自然酸化膜、Ｓｉアモルファス層、Ａｌ層及びＳｉウ
ェハー基板の一部を除去する請求項１に記載の無機多層
レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ
半導体微細構造体の加工方法。 - 【請求項３】 前記マスクを取り除いた後に表面自然酸
化膜に打ち込む任意のイオンビーム径とイオン電流密度
に制御した金属イオンの注入量を制御することによっ
て、前記ＡｌxＯy層の一部をスパッタリングし、該Ａｌ
xＯyパターンを任意の形状に微細加工して、全体と局部
両方のパターンを自在に制御することによって、ナノオ
ーダーサイズの微細構造体及び／又は電子回路をＳｉウ
ェハー基板全面に効率よく形成することができる請求項
２に記載の無機多層レジストのイオンビーム注入リソグ
ラフィーによるＳｉ半導体微細構造体の加工方法。 - 【請求項４】 前記Ｓｉアモルファス層の厚みを制御す
ることによって、前記Ａｌ層表面に形成されるＡｌxＯy
の大きさを制御できる請求項１乃至３のいずれかに記載
の無機多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィー
によるＳｉ半導体微細構造体の加工方法。 - 【請求項５】 前記ＳｉxＯy及びＡｌxＯyに置換される
部分の大きさ及び前記ドライエッチングによる除去量を
制御することによって前記Ｓｉウェハー基板表面を、ナ
ノオーダーサイズのネガ型、ポジ型のいずれにも加工す
ることができる請求項１乃至４のいずれかに記載の無機
多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによる
Ｓｉ半導体微細構造体の加工方法。 - 【請求項６】 前記反応性エッチングガスに、ＢｉＦ3
又はＸｅＦ2を用いる請求項５に記載の無機多層レジス
トのイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体
微細構造体の加工方法。 - 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかに記載の無機
多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによる
Ｓｉ半導体微細構造体の加工方法により製作された集積
回路。 - 【請求項８】 請求項１乃至６のいずれかに記載の無機
多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによる
Ｓｉ半導体微細構造体の加工方法により製作されたデバ
イス。 - 【請求項９】 請求項１乃至６のいずれかに記載の無機
多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによる
Ｓｉ半導体微細構造体の加工方法により製作されたマイ
クロマシーンコンポーネント。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2001377075A JP4042893B2 (ja) | 2001-12-11 | 2001-12-11 | 無機多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微細構造体の加工方法 |
| PCT/JP2002/012919 WO2003054945A1 (fr) | 2001-12-11 | 2002-12-10 | Procede de formation de motifs fins au moyen d'un faisceau ionique sur un resist multicouche inorganique, dispositif a semi-conducteur, dispositif quantique, composant de micromachine et structure fine produite au moyen de ce procede |
| AU2002354455A AU2002354455A1 (en) | 2001-12-11 | 2002-12-10 | Method for ion beam fine patterning of inorganic multilayer resist, and semiconductor device, quantum device, micromachine component and fine structure manufactured by the method |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001377075A JP4042893B2 (ja) | 2001-12-11 | 2001-12-11 | 無機多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによるＳｉ半導体微細構造体の加工方法 |
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| WO2017115633A1 (ja) * | 2015-12-29 | 2017-07-06 | 帝人株式会社 | 感光性樹脂組成物及び半導体デバイス製造方法 |
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