JP2826972B2 - 化合物半導体の極微細パターン形成方法 - Google Patents
化合物半導体の極微細パターン形成方法Info
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- gaas
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体の極微細
パターン形成方法に関し、特に、超高真空下で化合物半
導体の加工を行う真空一貫プロセスに利用される化合物
半導体の極微細パターン形成方法に関する。
パターン形成方法に関し、特に、超高真空下で化合物半
導体の加工を行う真空一貫プロセスに利用される化合物
半導体の極微細パターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】真空雰囲気内で、化合物半導体に連続し
て加工を施す真空一貫プロセスは、極微細構造を利用し
たマイクロデバイス作製に適している。また、ＯＥＩＣ
（光電子集積回路）等の化合物半導体による集積デバイ
スの作製にも有益と思われ、様々な研究が続けられてい
る。
て加工を施す真空一貫プロセスは、極微細構造を利用し
たマイクロデバイス作製に適している。また、ＯＥＩＣ
（光電子集積回路）等の化合物半導体による集積デバイ
スの作製にも有益と思われ、様々な研究が続けられてい
る。
【０００３】このような真空一貫プロセスとして、従
来、収束イオンビーム（ＦＩＢ）と分子線結晶成長法
（ＭＢＥ）とを組み合わせたプロセスがある。また、最
近では、ＦＩＢの代わりに、電子ビーム（ＥＢ）を用い
たＥＢ−ＭＢＥプロセス等が提案され、実際にいくつか
の極微細構造が製作されるに至っている。
来、収束イオンビーム（ＦＩＢ）と分子線結晶成長法
（ＭＢＥ）とを組み合わせたプロセスがある。また、最
近では、ＦＩＢの代わりに、電子ビーム（ＥＢ）を用い
たＥＢ−ＭＢＥプロセス等が提案され、実際にいくつか
の極微細構造が製作されるに至っている。
【０００４】以下、酸化膜を使用するＥＢ−ＭＢＥプロ
セスについて説明する。このプロセスでは、まず、基
板、例えば、ＧａＡｓ（００１）基板上にＭＢＥ法を用
いてＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系のエピタキシャル層を成
長させる。次に、エピタキシャル層の表面に光を照射し
ながらエピタキシャル層を酸素ガス雰囲気に晒すことに
より、エピタキシャル層の表面に酸化膜を形成する。次
に、高真空中または塩素ガス雰囲気中で電子ビームを選
択的に照射して酸化膜をパターニングする。そして、パ
ターニングされた酸化膜をマスクとして、塩素ガスを用
いてエピタキシャル層のエッチングを行う。最後にＡｓ
雰囲気下で昇温してやれば酸化膜は全て除去される。こ
の後、続けて、エピタキシャル成長を行うこともでき
る。
セスについて説明する。このプロセスでは、まず、基
板、例えば、ＧａＡｓ（００１）基板上にＭＢＥ法を用
いてＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系のエピタキシャル層を成
長させる。次に、エピタキシャル層の表面に光を照射し
ながらエピタキシャル層を酸素ガス雰囲気に晒すことに
より、エピタキシャル層の表面に酸化膜を形成する。次
に、高真空中または塩素ガス雰囲気中で電子ビームを選
択的に照射して酸化膜をパターニングする。そして、パ
ターニングされた酸化膜をマスクとして、塩素ガスを用
いてエピタキシャル層のエッチングを行う。最後にＡｓ
雰囲気下で昇温してやれば酸化膜は全て除去される。こ
の後、続けて、エピタキシャル成長を行うこともでき
る。
【０００５】このようなプロセスを用いて、既に、５０
nm程度の細線の加工や、埋込量子井戸構造の作製等が行
われており、将来の極微細デバイス作製に向けて開発が
進んでいる。
nm程度の細線の加工や、埋込量子井戸構造の作製等が行
われており、将来の極微細デバイス作製に向けて開発が
進んでいる。
【０００６】ところが、従来のプロセスを用いて５０nm
以下の線幅を有する微細パターンを形成しようとする
と、エッチングパターンに異方性が出現し、重大な障害
となる。これは、ＭＢＥ法によって形成されたＧａＡｓ
エピタキシャル層の表面に［１バー１０］方向に延びる
凹凸が存在し、エッチングパターンの異方性も常に［１
バー１０］方向に延びていることから、ＧａＡｓエピタ
キシャル層の表面の凹凸に起因して酸化膜層に不均一性
が発生し、これがエッチングパターンの異方性を引き起
こすと推測されている。なお、［１バー１０］方向は、
数式１で表わされる方向である。
以下の線幅を有する微細パターンを形成しようとする
と、エッチングパターンに異方性が出現し、重大な障害
となる。これは、ＭＢＥ法によって形成されたＧａＡｓ
エピタキシャル層の表面に［１バー１０］方向に延びる
凹凸が存在し、エッチングパターンの異方性も常に［１
バー１０］方向に延びていることから、ＧａＡｓエピタ
キシャル層の表面の凹凸に起因して酸化膜層に不均一性
が発生し、これがエッチングパターンの異方性を引き起
こすと推測されている。なお、［１バー１０］方向は、
数式１で表わされる方向である。
【０００７】
【数１】 ［１バー１０］＝［１０］ ＧａＡｓエピタキシャル層の表面に形成される凹凸につ
いては、既に、二次元核成長と呼ばれる成長モードに起
因することが明らかにされている。これは、低い成長温
度などの条件下で、基板表面上に供給されたIII 族原子
が、基板表面上を移動してキンクやステップ等に到達す
るのに必要な時間よりも、Ａｓと結合して結晶核を生成
するまでの時間（寿命）のほうが短いので、キンクやス
テップに到達できず、結晶核の発生が頻発する（島成長
が生じる）ためである。また、結晶核発生の際、核の
［１バー１０］方向に沿ったサイドにはIII 族原子は取
り込まれにくく、［１１０］方向に沿ったサイドには取
り込まれやすいという性質があるため、ＧａＡｓエピタ
キシャル層の表面には、［１バー１０］方向に長い凹凸
が形成される。
いては、既に、二次元核成長と呼ばれる成長モードに起
因することが明らかにされている。これは、低い成長温
度などの条件下で、基板表面上に供給されたIII 族原子
が、基板表面上を移動してキンクやステップ等に到達す
るのに必要な時間よりも、Ａｓと結合して結晶核を生成
するまでの時間（寿命）のほうが短いので、キンクやス
テップに到達できず、結晶核の発生が頻発する（島成長
が生じる）ためである。また、結晶核発生の際、核の
［１バー１０］方向に沿ったサイドにはIII 族原子は取
り込まれにくく、［１１０］方向に沿ったサイドには取
り込まれやすいという性質があるため、ＧａＡｓエピタ
キシャル層の表面には、［１バー１０］方向に長い凹凸
が形成される。
【０００８】このような凹凸の発生を抑制するには、核
生成までの時間を長くして、核生成よりもステップやキ
ンクに取り込まれて成長が進む所謂ステップフロー成長
モードで成長を行えば良い。これを実現するには、成長
を一時中断するか、高い成長温度で成長を行うかして原
子の移動を促進させるか、或いは成長速度を十分に小さ
くしてやると良い。
生成までの時間を長くして、核生成よりもステップやキ
ンクに取り込まれて成長が進む所謂ステップフロー成長
モードで成長を行えば良い。これを実現するには、成長
を一時中断するか、高い成長温度で成長を行うかして原
子の移動を促進させるか、或いは成長速度を十分に小さ
くしてやると良い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、高い温度での成長を行うか、あるいは成長速度
を十分に小さくしてエピタキシャル成長層の表面を平坦
化する方法では、制御性及び再現性が悪く、平坦な表面
のエピタキシャル層を得ることが困難であるという問題
点がある。このため、５０nm以下の線幅を有する微細パ
ターンを形成することも困難であるという問題点があ
る。
ように、高い温度での成長を行うか、あるいは成長速度
を十分に小さくしてエピタキシャル成長層の表面を平坦
化する方法では、制御性及び再現性が悪く、平坦な表面
のエピタキシャル層を得ることが困難であるという問題
点がある。このため、５０nm以下の線幅を有する微細パ
ターンを形成することも困難であるという問題点があ
る。
【００１０】本発明は、容易に、かつ、再現性良く、表
面が平坦なエピタキシャル成長層を得る方法を提供し、
以て、５０nm以下の線幅を有する微細パターンを形成す
る方法を提供することを目的とする。
面が平坦なエピタキシャル成長層を得る方法を提供し、
以て、５０nm以下の線幅を有する微細パターンを形成す
る方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
に形成された化合物半導体に極微細パターンを形成する
化合物半導体の極微細パターン形成方法において、前記
基板として（００１）結晶面から［１１０］方向または
［１バー１０］方向に０．３〜３度傾斜させた表面を有
するＧａＡｓ基板を用い、ＭＢＥ法を用いて手結晶成長
を行うことを特徴とする化合物半導体の極微細パターン
形成方法が得られる。
に形成された化合物半導体に極微細パターンを形成する
化合物半導体の極微細パターン形成方法において、前記
基板として（００１）結晶面から［１１０］方向または
［１バー１０］方向に０．３〜３度傾斜させた表面を有
するＧａＡｓ基板を用い、ＭＢＥ法を用いて手結晶成長
を行うことを特徴とする化合物半導体の極微細パターン
形成方法が得られる。
【００１２】また、本発明によれば、前記ＧａＡｓ基板
上に前記化合物半導体としてＧａＡｓ系化合物半導体を
形成し、該ＧａＡｓ系化合物半導体の表面に酸化膜を形
成する酸化膜形成工程と、前記酸化膜の表面の所定領域
に電子ビームを照射するとともに前記ＧａＡｓ系化合物
半導体をエッチングし得るエッチングガスに晒して該所
定領域の酸化膜を除去し、前記ＧａＡｓ系化合物半導体
を露出させるパターニング工程と、該パターニング工程
により露出した前記ＧａＡｓ系化合物半導体に前記エッ
チングガスを引き続き接触させ、前記酸化膜をマスクと
するエッチングを行うエッチング工程とを含むことを特
徴とする化合物半導体の極微細パターン形成方法が得ら
れる。
上に前記化合物半導体としてＧａＡｓ系化合物半導体を
形成し、該ＧａＡｓ系化合物半導体の表面に酸化膜を形
成する酸化膜形成工程と、前記酸化膜の表面の所定領域
に電子ビームを照射するとともに前記ＧａＡｓ系化合物
半導体をエッチングし得るエッチングガスに晒して該所
定領域の酸化膜を除去し、前記ＧａＡｓ系化合物半導体
を露出させるパターニング工程と、該パターニング工程
により露出した前記ＧａＡｓ系化合物半導体に前記エッ
チングガスを引き続き接触させ、前記酸化膜をマスクと
するエッチングを行うエッチング工程とを含むことを特
徴とする化合物半導体の極微細パターン形成方法が得ら
れる。
【００１３】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。初めに、本発明の一実施例に使用される装置につ
いて簡単に説明する。図２に示すように、この装置は、
試料の出し入れを行うための導入室２１、エピタキシャ
ル成長を行うためのＭＢＥ室２２、エッチングを行うた
めのエッチング室２３、酸化膜を形成するための表面処
理室２４、及びオージェ分析室２５を有し、これらの室
は、それぞれゲートバルブ２６を有する通路２７を介し
て試料交換室２８に接続されている。また、試料交換室
２８には、試料加熱室２９も接続されている。
する。初めに、本発明の一実施例に使用される装置につ
いて簡単に説明する。図２に示すように、この装置は、
試料の出し入れを行うための導入室２１、エピタキシャ
ル成長を行うためのＭＢＥ室２２、エッチングを行うた
めのエッチング室２３、酸化膜を形成するための表面処
理室２４、及びオージェ分析室２５を有し、これらの室
は、それぞれゲートバルブ２６を有する通路２７を介し
て試料交換室２８に接続されている。また、試料交換室
２８には、試料加熱室２９も接続されている。
【００１４】エッチング室２３には、エッチングガスを
導入するためのガス導入制御系２３１、パターニング用
電子ビームを発生する電子ビーム発生装置２３２、内部
に導入した試料を移動させるためのマニピュレータ２３
３等が配設されている。また、表面処理室２４には、酸
素ガスを導入するためのバリアブルリークバルブ２４１
と、光源からの光を取り入れるための石英窓２４２が設
けられている。
導入するためのガス導入制御系２３１、パターニング用
電子ビームを発生する電子ビーム発生装置２３２、内部
に導入した試料を移動させるためのマニピュレータ２３
３等が配設されている。また、表面処理室２４には、酸
素ガスを導入するためのバリアブルリークバルブ２４１
と、光源からの光を取り入れるための石英窓２４２が設
けられている。
【００１５】また、各室には、それぞれ、ターボ分子ポ
ンプ、イオンポンプ等の真空ポンプ（図示せず）が接続
されており、各室を独立して真空排気することができ
る。さらに、この装置には、マグネットフィードスルー
３０が、試料をどの室にでも搬送できる様に、試料交換
室２８及びその他の室に設けられている。
ンプ、イオンポンプ等の真空ポンプ（図示せず）が接続
されており、各室を独立して真空排気することができ
る。さらに、この装置には、マグネットフィードスルー
３０が、試料をどの室にでも搬送できる様に、試料交換
室２８及びその他の室に設けられている。
【００１６】次に、図３を参照して、エッチング室２３
について説明する。エッチング室２３の内部には、試料
３１を保持するホルダー３２、ホルダー３２を加熱する
ヒーター３３、及び、試料３１にガスを照射するための
ガスノズル３４が設けられている。なお、ホルダー３２
は、マニピュレータ２３３に接続されている。
について説明する。エッチング室２３の内部には、試料
３１を保持するホルダー３２、ホルダー３２を加熱する
ヒーター３３、及び、試料３１にガスを照射するための
ガスノズル３４が設けられている。なお、ホルダー３２
は、マニピュレータ２３３に接続されている。
【００１７】次に、本発明の実施例を図１乃至図３を参
照して説明する。まず、本実施例で使用するＧａＡｓ基
板１０について説明する。このＧａＡｓ基板１０の表面
は、（００１）面から［１１０］方向、または［１バー
１０］方向に０．３〜３度の範囲で微傾斜させてある。
微傾斜させたＧａＡｓ基板１０の表面は、原子オーダで
みると、平坦ではなく階段状になっており、段差部とテ
ラス部とが規則正しく並んでいる。なお、各段差部の高
さは単原子層の厚さに等しい。このような微傾斜させた
表面を有する基板上にエピタキシャル成長を行うと、そ
の成長はステップフロー成長モードとなる。つまり、段
差部に原子が付着して新たな段差部を形成し、新たな段
差部にまた原子が付着するというふうにして成長が進
む。このため、成長させたエピタキシャル層の表面は、
平坦さの点で優れたものが得られる。
照して説明する。まず、本実施例で使用するＧａＡｓ基
板１０について説明する。このＧａＡｓ基板１０の表面
は、（００１）面から［１１０］方向、または［１バー
１０］方向に０．３〜３度の範囲で微傾斜させてある。
微傾斜させたＧａＡｓ基板１０の表面は、原子オーダで
みると、平坦ではなく階段状になっており、段差部とテ
ラス部とが規則正しく並んでいる。なお、各段差部の高
さは単原子層の厚さに等しい。このような微傾斜させた
表面を有する基板上にエピタキシャル成長を行うと、そ
の成長はステップフロー成長モードとなる。つまり、段
差部に原子が付着して新たな段差部を形成し、新たな段
差部にまた原子が付着するというふうにして成長が進
む。このため、成長させたエピタキシャル層の表面は、
平坦さの点で優れたものが得られる。
【００１８】なお、基板表面の傾斜角度を０．３〜３度
としたのは、０．３度以下にすることが技術的に困難で
あり、３度以上の角度にすると、段差部の高さが単原子
層の厚さより高くなって非常に荒れた表面となるためで
ある。
としたのは、０．３度以下にすることが技術的に困難で
あり、３度以上の角度にすると、段差部の高さが単原子
層の厚さより高くなって非常に荒れた表面となるためで
ある。
【００１９】上記ＧａＡｓ基板１０を用いて、極微細パ
ターンを形成した一例を以下に説明する。まず、ＧａＡ
ｓ基板１０を試料導入室２１に導入し、マグネットフィ
ードスルー３０を用いて、試料加熱室２９に搬送した。
そして、試料加熱室２９を１×１０-8Torr以下に減圧
し、試料加熱室２９に設けられた加熱装置で、ＧａＡｓ
基板１０を２００℃まで加熱して１０分間保持した。こ
の処理により、ＧａＡｓ基板上に吸着している水分等を
除去し、清浄な表面を得ることができた。
ターンを形成した一例を以下に説明する。まず、ＧａＡ
ｓ基板１０を試料導入室２１に導入し、マグネットフィ
ードスルー３０を用いて、試料加熱室２９に搬送した。
そして、試料加熱室２９を１×１０-8Torr以下に減圧
し、試料加熱室２９に設けられた加熱装置で、ＧａＡｓ
基板１０を２００℃まで加熱して１０分間保持した。こ
の処理により、ＧａＡｓ基板上に吸着している水分等を
除去し、清浄な表面を得ることができた。
【００２０】次に、マグネットフィードスルー３０を用
いて、基板１０をＭＢＥ室２２へ搬送した。ここで、図
１（ａ）に示すように、基板１０上に、ＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓ等、加工の対象となる化合物半導体層１１を所
定の厚さになるまでＭＢＥ成長させた。
いて、基板１０をＭＢＥ室２２へ搬送した。ここで、図
１（ａ）に示すように、基板１０上に、ＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓ等、加工の対象となる化合物半導体層１１を所
定の厚さになるまでＭＢＥ成長させた。
【００２１】それから、このウエハーを、マグネットフ
ィードスルー３０を用いて、試料交換室２８を経て、表
面処理室２４へ搬送した。表面処理室２４では、バリア
ブルリークバルブ２４１を通して酸素ガスを１気圧にな
るまで導入するとともに、ウエハーの表面に、石英窓２
４２を通してハロゲンランプからの光を照射して、光酸
化膜１２（図１（ａ）参照）を形成した。光酸化膜１２
形成後、表面処理室２４を１×１０-8Torrまで再排気
し、続いて、ウエハーを試料交換室２８を経てエッチン
グ室２３に搬送した。
ィードスルー３０を用いて、試料交換室２８を経て、表
面処理室２４へ搬送した。表面処理室２４では、バリア
ブルリークバルブ２４１を通して酸素ガスを１気圧にな
るまで導入するとともに、ウエハーの表面に、石英窓２
４２を通してハロゲンランプからの光を照射して、光酸
化膜１２（図１（ａ）参照）を形成した。光酸化膜１２
形成後、表面処理室２４を１×１０-8Torrまで再排気
し、続いて、ウエハーを試料交換室２８を経てエッチン
グ室２３に搬送した。
【００２２】エッチング室２３に、ウエハーが搬入され
た後、ガスノズル３４からエッチングガス１３を導入し
た。このとき、エッチング室２３内の圧力は、８×１０
-5Torrに上昇した。ここで、エッチングガスとしては、
Ｃｌ2 ガス、Ｂｒ2 、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＣＨ3 Ｂｒ、Ｃ
Ｆ3 Ｂｒ、或いはこれらの混合ガスを使用することがで
きる。また、このとき、同時に、ウエハーの表面に電子
ビーム発生装置２３２からの電子ビーム１４を照射し
た。エッチングガス１３はウエハーの表面の直径数mmの
範囲にわたってブロードに照射されるが、電子ビーム１
４の径は、数nmにまで絞り込まれ、ウエハー表面上で走
査される。このように、エッチングガス１３雰囲気中
で、ウエハー表面に電子ビーム１４を照射すると、図１
（ｂ）に示すように、電子ビーム１４を照射した領域の
み、酸化膜１２が除去され、酸化膜１２はパターニング
された。なお、エッチングガスを用いることなく、電子
ビームのみを照射し、その後にエッチングガスに晒すこ
とによっても同様に酸化膜を除去できることが、他の実
験で確認されている。
た後、ガスノズル３４からエッチングガス１３を導入し
た。このとき、エッチング室２３内の圧力は、８×１０
-5Torrに上昇した。ここで、エッチングガスとしては、
Ｃｌ2 ガス、Ｂｒ2 、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＣＨ3 Ｂｒ、Ｃ
Ｆ3 Ｂｒ、或いはこれらの混合ガスを使用することがで
きる。また、このとき、同時に、ウエハーの表面に電子
ビーム発生装置２３２からの電子ビーム１４を照射し
た。エッチングガス１３はウエハーの表面の直径数mmの
範囲にわたってブロードに照射されるが、電子ビーム１
４の径は、数nmにまで絞り込まれ、ウエハー表面上で走
査される。このように、エッチングガス１３雰囲気中
で、ウエハー表面に電子ビーム１４を照射すると、図１
（ｂ）に示すように、電子ビーム１４を照射した領域の
み、酸化膜１２が除去され、酸化膜１２はパターニング
された。なお、エッチングガスを用いることなく、電子
ビームのみを照射し、その後にエッチングガスに晒すこ
とによっても同様に酸化膜を除去できることが、他の実
験で確認されている。
【００２３】次に、電子ビーム１４の照射を停止し、エ
ッチングガス１３の照射のみ継続すると、図１（ｃ）に
示すように、化合物半導体層１１は、酸化膜１２の開口
部でエッチングガスに晒されエッチングされた。すなわ
ち、酸化膜１２は、エッチングマスクとして働いた。こ
のときのエッチング速度は、７０℃で、１００nm／min
であった。この後、所定の深さまでエッチングを行った
後、エッチングガスの照射を停止し、エッチング室２３
内を再び排気して、ウエハーを再度ＭＢＥ室２２に搬送
した。
ッチングガス１３の照射のみ継続すると、図１（ｃ）に
示すように、化合物半導体層１１は、酸化膜１２の開口
部でエッチングガスに晒されエッチングされた。すなわ
ち、酸化膜１２は、エッチングマスクとして働いた。こ
のときのエッチング速度は、７０℃で、１００nm／min
であった。この後、所定の深さまでエッチングを行った
後、エッチングガスの照射を停止し、エッチング室２３
内を再び排気して、ウエハーを再度ＭＢＥ室２２に搬送
した。
【００２４】次に、ＭＢＥ室２２において、真空中、或
いは、Ａｓ雰囲気下でウエハーを５００℃程度に加熱し
て数分間保持した。すると、ウエハー表面の酸化膜１２
は、図１（ｄ）に示すように、全て除去された。
いは、Ａｓ雰囲気下でウエハーを５００℃程度に加熱し
て数分間保持した。すると、ウエハー表面の酸化膜１２
は、図１（ｄ）に示すように、全て除去された。
【００２５】引き続き、ＭＢＥ室２２において、所望の
成長層１５を形成すると、図１（ｅ）に示すように、埋
め込み構造を形成することができた。また、絶縁膜、金
属膜なども形成されることが確認できた。
成長層１５を形成すると、図１（ｅ）に示すように、埋
め込み構造を形成することができた。また、絶縁膜、金
属膜なども形成されることが確認できた。
【００２６】このように、本実施例によれば、超高真空
装置からウエハーを取り出すことなく、即ち、ウエハー
を大気に晒すことなく、埋め込み構造を得ることができ
た。また、その線幅が５０nm以下であってもエッチング
パターンの異方性は見られなかった。
装置からウエハーを取り出すことなく、即ち、ウエハー
を大気に晒すことなく、埋め込み構造を得ることができ
た。また、その線幅が５０nm以下であってもエッチング
パターンの異方性は見られなかった。
【００２７】本発明の効果を明らかにするため、本発明
の方法と、従来の方法とを用いてパターン形成を行い、
電子ビームの照射量と正規化されたエッチング深さとの
関係を調べた。ここで、本発明によるパターンの形成に
は、（００１）面から２度傾けられた表面を有するＧａ
Ａｓ基板を用い、従来の方法によるパターンの形成に
は、（００１）面を表面に有するＧａＡｓ基板を用い
た。また、パターンの形成は、図１（ａ）乃至（ｃ）に
示すように、加工対象となる化合物半導体層を形成した
後、酸化膜を形成し、電子ビームと塩素ガスを用いて行
い、エッチングの深さは５００nmとした。
の方法と、従来の方法とを用いてパターン形成を行い、
電子ビームの照射量と正規化されたエッチング深さとの
関係を調べた。ここで、本発明によるパターンの形成に
は、（００１）面から２度傾けられた表面を有するＧａ
Ａｓ基板を用い、従来の方法によるパターンの形成に
は、（００１）面を表面に有するＧａＡｓ基板を用い
た。また、パターンの形成は、図１（ａ）乃至（ｃ）に
示すように、加工対象となる化合物半導体層を形成した
後、酸化膜を形成し、電子ビームと塩素ガスを用いて行
い、エッチングの深さは５００nmとした。
【００２８】図４において、本発明の方法でパターンを
形成した場合（△及び□で示す）は、実線示すように、
電子の照射量が１０18［電子／cm2 ］を越えたところ
で、正規化されたエッチング深さが急激に増加する。即
ち、明らかなしきい値が存在する。これは、酸化膜マス
クの均一性が優れているからである。
形成した場合（△及び□で示す）は、実線示すように、
電子の照射量が１０18［電子／cm2 ］を越えたところ
で、正規化されたエッチング深さが急激に増加する。即
ち、明らかなしきい値が存在する。これは、酸化膜マス
クの均一性が優れているからである。
【００２９】一方、従来の方法でパターンを形成した場
合（○及び●示す）は、破線及び一点鎖線で示すよう
に、しきい値は、はっきりせず、電子の照射量が１０18
［電子／cm2 ］を越えてからも、放射量の増加に伴い正
規化されたエッチング深さは徐々に増加する。特に、○
で示した試料は、化合物半導体層としてＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓヘテロ構造を形成した試料で、しきい値らしき
点は全くみられない。これは、Ａｌ原子の拡散率が小さ
いために、ＡｌＧａＡｓ層を形成すると化合物半導体層
の表面平坦さが大きく劣化し、酸化膜が均一とならない
からである。
合（○及び●示す）は、破線及び一点鎖線で示すよう
に、しきい値は、はっきりせず、電子の照射量が１０18
［電子／cm2 ］を越えてからも、放射量の増加に伴い正
規化されたエッチング深さは徐々に増加する。特に、○
で示した試料は、化合物半導体層としてＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓヘテロ構造を形成した試料で、しきい値らしき
点は全くみられない。これは、Ａｌ原子の拡散率が小さ
いために、ＡｌＧａＡｓ層を形成すると化合物半導体層
の表面平坦さが大きく劣化し、酸化膜が均一とならない
からである。
【００３０】この事実から、微傾斜させた表面を有する
ＧａＡｓ基板を使用すると、非常に緻密なパターンを描
く事ができることが容易に理解できる。
ＧａＡｓ基板を使用すると、非常に緻密なパターンを描
く事ができることが容易に理解できる。
【００３１】図５に、本発明の方法を用いて、表面を微
傾斜させたＧａＡｓ基板上に形成したパターンの表面写
真（ａ）と、従来の方法を用いて、表面を微傾斜させて
いないＧａＡｓ基板上に形成したパターンの表面写真
（ｂ）とを示す。図５（ａ）に示す通り、本発明による
方法で描いたパターンは、直線的でエッジも鋭い。これ
に対し、従来の方法で描いたパターンは、図５（ｂ）に
示すように、細く不規則に歪み、特に［１バー１０］方
向に歪んでいる（隣合うパターンが連結している）。
傾斜させたＧａＡｓ基板上に形成したパターンの表面写
真（ａ）と、従来の方法を用いて、表面を微傾斜させて
いないＧａＡｓ基板上に形成したパターンの表面写真
（ｂ）とを示す。図５（ａ）に示す通り、本発明による
方法で描いたパターンは、直線的でエッジも鋭い。これ
に対し、従来の方法で描いたパターンは、図５（ｂ）に
示すように、細く不規則に歪み、特に［１バー１０］方
向に歪んでいる（隣合うパターンが連結している）。
【００３２】なお、上記実施例では、電子ビームを用い
た場合について説明したが、可視光、紫外光、Ｘ線、及
びイオンビームを用いることもできる。
た場合について説明したが、可視光、紫外光、Ｘ線、及
びイオンビームを用いることもできる。
【００３３】また、上記実施例では、酸化膜形成方法と
して、光酸化膜を形成する方法について説明したが、プ
ラズマ酸化膜を形成する方法（プラズマ酸化法、プラズ
マＣＶＤ法）でも良い。さらにまた、真空中において酸
化膜を形成できるのであれば、他の酸化膜形成方法であ
っても良い。
して、光酸化膜を形成する方法について説明したが、プ
ラズマ酸化膜を形成する方法（プラズマ酸化法、プラズ
マＣＶＤ法）でも良い。さらにまた、真空中において酸
化膜を形成できるのであれば、他の酸化膜形成方法であ
っても良い。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、ＧａＡｓ傾斜基板上に
加工対象の成長層を形成するようにしたことで、原子レ
ベルで表面が平坦な加工対象の成長層を得ることができ
るので、その成長層上に均質性に優れた酸化膜を形成す
ることができ、電子ビーム等とエッチングガスとを用い
た加工により、極めて微細なパターンを形成することが
できる。
加工対象の成長層を形成するようにしたことで、原子レ
ベルで表面が平坦な加工対象の成長層を得ることができ
るので、その成長層上に均質性に優れた酸化膜を形成す
ることができ、電子ビーム等とエッチングガスとを用い
た加工により、極めて微細なパターンを形成することが
できる。
【図１】本発明の一実施例の工程図である。
【図２】図１の工程に使用される装置の概略図である。
【図３】図２の装置のエッチング室の概略図である。
【図４】本発明の方法によるエッチングと従来の方法に
よるエッチングとを行なった場合の電子の照射量と正規
化されたエッチング量との関係を示すグラフである。
よるエッチングとを行なった場合の電子の照射量と正規
化されたエッチング量との関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）は、本発明の方法を用いて形成したパタ
ーンの粒子構造の顕微鏡写真、（ｂ）は従来の方法を用
いて形成したパターンの粒子構造の顕微鏡写真である。
ーンの粒子構造の顕微鏡写真、（ｂ）は従来の方法を用
いて形成したパターンの粒子構造の顕微鏡写真である。
１０ ＧａＡｓ基板 １１ 化合物半導体層 １２ 光酸化膜 １３ エッチングガス １４ 電子ビーム １５ 成長層 ２１ 導入室 ２２ ＭＢＥ室 ２３ エッチング室 ２３１ ガス導入制御系 ２３２ 電子ビーム発生装置 ２３３ マニピュレータ ２４ 表面処理室 ２４１ バリアブルリークバルブ ２４２ 石英窓 ２５ オージェ分析室 ２６ ゲートバルブ ２７ 通路 ２８ 試料交換室 ２９ 試料加熱室 ３０ マグネットフィードスルー ３１ 試料 ３２ ホルダー ３３ ヒーター ３４ ガスノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松山 勇 茨城県つくば市吾妻３−12−12 ロイヤ ル松見503号 (56)参考文献 特開 平３−195071（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−110826（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−240024（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/302 H01L 21/3065
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上に形成された化合物半導体に極微
細パターンを形成する化合物半導体の極微細パターン形
成方法において、前記基板として（００１）結晶面から
［１１０］方向または［１バー１０］方向に０．３〜３
度傾斜させた表面を有するＧａＡｓ基板を用い、ＭＢＥ
法を用いて結晶成長を行うことを特徴とする化合物半導
体の極微細パターン形成方法。 - 【請求項２】 前記ＧａＡｓ基板上に前記化合物半導体
としてＧａＡｓ系化合物半導体を形成し、該ＧａＡｓ系
化合物半導体の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程
と、前記酸化膜の表面の所定領域に電子ビームを照射す
るとともに該酸化膜の表面に前記ＧａＡｓ系化合物半導
体をエッチングし得るエッチングガスを接触させて前記
所定領域の酸化膜を除去し、前記ＧａＡｓ系化合物半導
体を露出させるパターニング工程と、該パターニング工
程により露出した前記ＧａＡｓ系化合物半導体に前記エ
ッチングガスを引き続き接触させ、前記酸化膜をマスク
とするエッチングを行うエッチング工程とを含むことを
特徴とする請求項１の化合物半導体の極微細パターン形
成方法。 - 【請求項３】 前記酸化膜形成工程が、前記ＧａＡｓ系
化合物半導体の表面に酸素及び酸素化合物のうち少なく
とも一方を含む酸化用ガスを接触させるとともに光を照
射することにより行われることを特徴とする請求項２の
化合物半導体の極微細パターン形成方法。 - 【請求項４】 前記酸化膜形成工程が、プラズマ酸化法
またはプラズマＣＶＤ法により行われることを特徴とす
る請求項２の化合物半導体の極微細パターン形成方法。 - 【請求項５】 前記パターニング工程において、前記電
子ビームの照射と前記エッチングガスの接触とが同時に
行われることを特徴とする請求項２の化合物半導体の極
微細パターン形成方法。 - 【請求項６】 前記パターニング工程において、前記電
子ビームの照射を行った後、前記酸化膜の表面に前記エ
ッチングガスを接触させることを特徴とする請求項２の
化合物半導体の極微細パターン形成方法。 - 【請求項７】 前記電子ビームの代わりに、可視光、紫
外光、Ｘ線、及びイオンビームのうちのいずれかを用い
ることを特徴とする請求項２、３、４、５、または６の
化合物半導体の極微細パターン形成方法。 - 【請求項８】 前記酸化膜形成工程と、前記パターニン
グ工程及び前記エッチング工程とが、前記第エッチング
ガス及び前記酸化用ガスを除く残留ガスの分圧が１×１
０-8Torr以下の高真空中で連続して行われることを特徴
とする請求項２、３、４、５、６、または７の化合物半
導体の極微細パターン形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9992595A JP2826972B2 (ja) | 1994-08-31 | 1995-03-31 | 化合物半導体の極微細パターン形成方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-206946 | 1994-08-31 | ||
| JP20694694 | 1994-08-31 | ||
| JP9992595A JP2826972B2 (ja) | 1994-08-31 | 1995-03-31 | 化合物半導体の極微細パターン形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08124884A JPH08124884A (ja) | 1996-05-17 |
| JP2826972B2 true JP2826972B2 (ja) | 1998-11-18 |
Family
ID=26441019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9992595A Expired - Lifetime JP2826972B2 (ja) | 1994-08-31 | 1995-03-31 | 化合物半導体の極微細パターン形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2826972B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3763021B2 (ja) * | 2003-05-26 | 2006-04-05 | 学校法人関西学院 | 電子ビーム微細加工方法 |
-
1995
- 1995-03-31 JP JP9992595A patent/JP2826972B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08124884A (ja) | 1996-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980729 |