JP2972845B2 - 半導体微細構造形成方法 - Google Patents
半導体微細構造形成方法Info
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- JP2972845B2 JP2972845B2 JP5278981A JP27898193A JP2972845B2 JP 2972845 B2 JP2972845 B2 JP 2972845B2 JP 5278981 A JP5278981 A JP 5278981A JP 27898193 A JP27898193 A JP 27898193A JP 2972845 B2 JP2972845 B2 JP 2972845B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体微細構造の形成方
法に関し、特に、結果として異種III-Ｖ族化合物半導体
の横方向ヘテロ接合から構成される、極めて微細な量子
構造を得るための方法に関する。なお、本書においてII
I-Ｖ族化合物半導体とは、当該III-Ｖ族化合物半導体の
混晶をも含むものと定義する。
法に関し、特に、結果として異種III-Ｖ族化合物半導体
の横方向ヘテロ接合から構成される、極めて微細な量子
構造を得るための方法に関する。なお、本書においてII
I-Ｖ族化合物半導体とは、当該III-Ｖ族化合物半導体の
混晶をも含むものと定義する。
【０００２】
【従来の技術】適当なる基板上に半導体の微細構造を形
成しようとする場合、これまでの所は光や電子ビーム、
イオンビームを用いたリソグラフィ技術、それも一般に
はレジストを用いたリソグラフィ技術が採用されてい
る。すなわち、基板上に光や電子ビームに対し感受性を
持つレジストを塗布し、その後、当該レジストに対して
所望のパタンを描画する。ただ、所望パタンの描画に光
を用いるときには、光路途中に挿入されるマスクに描か
れた原パタンの縮小投影による転写描画を利用すること
が多いのに対し、電子ビームとかイオンビーム等、微細
に収束できるエネルギビームを用いる場合にはこれらを
微細な径に収束させ、それによって直接、レジスト上に
パタンを描画することが多い。いずれにしろ、このよう
なレジスト援用型のリソグラフィ技術では、レジストの
一部分の性質を変化させ、当該変化部分か、逆に変化し
ない部分を選択的に除去するメカニズムによっており、
実際にはさらに、その後の蒸着工程とかエッチング工程
をも経て目的の微細構造を形成する。
成しようとする場合、これまでの所は光や電子ビーム、
イオンビームを用いたリソグラフィ技術、それも一般に
はレジストを用いたリソグラフィ技術が採用されてい
る。すなわち、基板上に光や電子ビームに対し感受性を
持つレジストを塗布し、その後、当該レジストに対して
所望のパタンを描画する。ただ、所望パタンの描画に光
を用いるときには、光路途中に挿入されるマスクに描か
れた原パタンの縮小投影による転写描画を利用すること
が多いのに対し、電子ビームとかイオンビーム等、微細
に収束できるエネルギビームを用いる場合にはこれらを
微細な径に収束させ、それによって直接、レジスト上に
パタンを描画することが多い。いずれにしろ、このよう
なレジスト援用型のリソグラフィ技術では、レジストの
一部分の性質を変化させ、当該変化部分か、逆に変化し
ない部分を選択的に除去するメカニズムによっており、
実際にはさらに、その後の蒸着工程とかエッチング工程
をも経て目的の微細構造を形成する。
【０００３】これに対し、従来においてもレジストを用
いない手法も提案されてはいる。例えば収束イオンビー
ムプロセスに従う方法があり、この方法では適当なイオ
ン種の収束イオンビームにより基板上に所定パタンを直
接描画し、当該描画部分に選択的に不純物を導入した
り、当該描画部分を直接的にエッチングするか、逆にそ
の上に直接的に薄膜を堆積させる等する。
いない手法も提案されてはいる。例えば収束イオンビー
ムプロセスに従う方法があり、この方法では適当なイオ
ン種の収束イオンビームにより基板上に所定パタンを直
接描画し、当該描画部分に選択的に不純物を導入した
り、当該描画部分を直接的にエッチングするか、逆にそ
の上に直接的に薄膜を堆積させる等する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来法の中、レジ
ストを用いる方法では、光を用いるとその光の波長の回
折限界でプロセス全体の分解能が決まってしまう。事
実、波長の短い紫外線を用いたときでさえ、最高分解能
は０．２μｍ程度が限界である。また、電子ビームを用
いたレジスト露光では、その分解能はレジスト中の電子
の散乱過程で制限されてしまい、電子ビームを絞っても
現在の有機レジストでは数十ｎｍが限界である。さら
に、実際に微細構造を形成するためには、リソグラフィ
プロセスの後、上記したように更なるエッチング工程等
を必要とする結果、基板中にダメージによる結晶欠陥を
生じ易い。
ストを用いる方法では、光を用いるとその光の波長の回
折限界でプロセス全体の分解能が決まってしまう。事
実、波長の短い紫外線を用いたときでさえ、最高分解能
は０．２μｍ程度が限界である。また、電子ビームを用
いたレジスト露光では、その分解能はレジスト中の電子
の散乱過程で制限されてしまい、電子ビームを絞っても
現在の有機レジストでは数十ｎｍが限界である。さら
に、実際に微細構造を形成するためには、リソグラフィ
プロセスの後、上記したように更なるエッチング工程等
を必要とする結果、基板中にダメージによる結晶欠陥を
生じ易い。
【０００５】これに対し、収束イオンビームを用いるレ
ジストレスプロセスでは、レジストの存在自体に伴う上
述のような種々の欠点は回避できるが、高エネルギのイ
オンビームにより基板を損傷し易く、その制御が難し
い。イオンビームを十分細く絞るための光学系にも未だ
十分なものがない。
ジストレスプロセスでは、レジストの存在自体に伴う上
述のような種々の欠点は回避できるが、高エネルギのイ
オンビームにより基板を損傷し易く、その制御が難し
い。イオンビームを十分細く絞るための光学系にも未だ
十分なものがない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記実情に鑑
み、レジストやリソグラフィ後のエッチング工程等を必
須とはせず、製作工程に起因するダメージ等によって結
晶欠陥の生ずる恐れが本質的に少ない微細構造の形成を
目的としてなされたもので、これを達成するために、エ
ネルギ的に不利な中間状態から安定状態への移行過程の
ように、「電子状態励起」による原子そのものの自発的
な運動を利用し、その結果として生ずる異種III-Ｖ族化
合物半導体の接合により微細構造を形成する手法を提案
する。
み、レジストやリソグラフィ後のエッチング工程等を必
須とはせず、製作工程に起因するダメージ等によって結
晶欠陥の生ずる恐れが本質的に少ない微細構造の形成を
目的としてなされたもので、これを達成するために、エ
ネルギ的に不利な中間状態から安定状態への移行過程の
ように、「電子状態励起」による原子そのものの自発的
な運動を利用し、その結果として生ずる異種III-Ｖ族化
合物半導体の接合により微細構造を形成する手法を提案
する。
【０００７】すなわちまず、本発明は、基板の表面部分
自体であるか、基板上に形成された膜であるIII-Ｖ族化
合物半導体膜を調和蒸発温度(sublimation congruent t
emperature) 未満の温度条件下に置き； 当該III-Ｖ族化合物半導体膜の最表層のＶ族安定化面
に、該Ｖ族安定化面を構成しているＶ族元素よりも重い
Ｖ族元素源を照射しながら； 所望のパタンに従い、収束された電子ビームを照射し
て； 上記III-Ｖ族化合物半導体膜最表層の上記Ｖ族安定化面
構成元素の中、該電子ビームの照射されている部分のＶ
族原子をのみ電子状態励起することにより、該電子状態
励起されたＶ族原子を上記照射されているＶ族元素源の
Ｖ族原子によって置換すること； を特徴とする半導体微細構造形成方法を提案する。
自体であるか、基板上に形成された膜であるIII-Ｖ族化
合物半導体膜を調和蒸発温度(sublimation congruent t
emperature) 未満の温度条件下に置き； 当該III-Ｖ族化合物半導体膜の最表層のＶ族安定化面
に、該Ｖ族安定化面を構成しているＶ族元素よりも重い
Ｖ族元素源を照射しながら； 所望のパタンに従い、収束された電子ビームを照射し
て； 上記III-Ｖ族化合物半導体膜最表層の上記Ｖ族安定化面
構成元素の中、該電子ビームの照射されている部分のＶ
族原子をのみ電子状態励起することにより、該電子状態
励起されたＶ族原子を上記照射されているＶ族元素源の
Ｖ族原子によって置換すること； を特徴とする半導体微細構造形成方法を提案する。
【０００８】また、この方法を、III-Ｖ族化合物半導体
膜の一層分の成長ごとに繰返せば、繰返した回数、すな
わち成長させた層の合計の厚味に従った厚さの微細構造
を得ることができ、当該微細構造はまた、横方向に異種
III-Ｖ族化合物半導体のヘテロ接合を構成する所望の厚
さ（深さ）の埋め込み構造となる。
膜の一層分の成長ごとに繰返せば、繰返した回数、すな
わち成長させた層の合計の厚味に従った厚さの微細構造
を得ることができ、当該微細構造はまた、横方向に異種
III-Ｖ族化合物半導体のヘテロ接合を構成する所望の厚
さ（深さ）の埋め込み構造となる。
【０００９】さらに本発明では、電子状態励起による原
子そのものの自発的な運動を利用するという技術的思想
においては同一であるが、上記の方法に代えて、基板の
表面部分自体であるか、基板上に形成された膜であるII
I-Ｖ族化合物半導体膜を調和蒸発温度未満の温度条件下
に置き； 当該III-Ｖ族化合物半導体膜を構成しているＶ族元素よ
りも軽いＶ族元素源を照射しながら； 所望のパタンに従い、収束された電子ビームを照射し
て； 上記III-Ｖ族化合物半導体膜の上記構成Ｖ族元素の中、
該電子ビームの照射されている部分の内部のＶ族原子を
のみ電子状態励起することにより、該電子状態励起され
たＶ族原子を、該電子ビームの照射されている部分の内
部に侵入する上記照射されているＶ族元素源のＶ族原子
によって置換すること； を特徴とする半導体微細構造形成方法も提案する。この
方法の場合には、横方向に異種III-Ｖ族化合物半導体の
ヘテロ接合を構成する微細構造としても、軽い方のＶ族
原子が内部に侵入する程度に応じた厚さ（深さ）を持つ
埋め込み構造を得ることができる。
子そのものの自発的な運動を利用するという技術的思想
においては同一であるが、上記の方法に代えて、基板の
表面部分自体であるか、基板上に形成された膜であるII
I-Ｖ族化合物半導体膜を調和蒸発温度未満の温度条件下
に置き； 当該III-Ｖ族化合物半導体膜を構成しているＶ族元素よ
りも軽いＶ族元素源を照射しながら； 所望のパタンに従い、収束された電子ビームを照射し
て； 上記III-Ｖ族化合物半導体膜の上記構成Ｖ族元素の中、
該電子ビームの照射されている部分の内部のＶ族原子を
のみ電子状態励起することにより、該電子状態励起され
たＶ族原子を、該電子ビームの照射されている部分の内
部に侵入する上記照射されているＶ族元素源のＶ族原子
によって置換すること； を特徴とする半導体微細構造形成方法も提案する。この
方法の場合には、横方向に異種III-Ｖ族化合物半導体の
ヘテロ接合を構成する微細構造としても、軽い方のＶ族
原子が内部に侵入する程度に応じた厚さ（深さ）を持つ
埋め込み構造を得ることができる。
【００１０】
【実施例】以下、添付の図面に即し、本発明による微細
構造形成方法の実施例に関し説明するが、まずはこれに
先立ち、本発明に至った道程につき、説明しておく。
構造形成方法の実施例に関し説明するが、まずはこれに
先立ち、本発明に至った道程につき、説明しておく。
【００１１】真空中でIII-Ｖ族化合物半導体膜に温度の
形でエネルギを与えて行くと、一般に調和蒸発温度(sub
limation congruent temperature) と呼ばれる温度以上
では当該半導体膜を構成するＶ族原子がエネルギ的に不
安定となり、選択的に脱離して行く。
形でエネルギを与えて行くと、一般に調和蒸発温度(sub
limation congruent temperature) と呼ばれる温度以上
では当該半導体膜を構成するＶ族原子がエネルギ的に不
安定となり、選択的に脱離して行く。
【００１２】しかし、この状態で半導体膜最表層にＶ族
元素源が十分に照射されているＶ族安定化面では、当該
Ｖ族原子の脱離が補われ、半導体膜最表層のＶ族原子と
照射されているＶ族元素源のＶ族原子との置換が起こ
る。したがって、照射されているＶ族元素源のＶ族原子
がＶ族安定化面を構成しているＶ族原子と異なったもの
であるときには、置換により異なったIII-Ｖ族化合物半
導体を得られる可能性がある。
元素源が十分に照射されているＶ族安定化面では、当該
Ｖ族原子の脱離が補われ、半導体膜最表層のＶ族原子と
照射されているＶ族元素源のＶ族原子との置換が起こ
る。したがって、照射されているＶ族元素源のＶ族原子
がＶ族安定化面を構成しているＶ族原子と異なったもの
であるときには、置換により異なったIII-Ｖ族化合物半
導体を得られる可能性がある。
【００１３】また、照射されているＶ族元素源のＶ族原
子が半導体膜を構成しているＶ族元素よりも軽い場合に
は、最表層での置換に留まらず、内部にまで侵入し、置
換を生ずる可能性がある。
子が半導体膜を構成しているＶ族元素よりも軽い場合に
は、最表層での置換に留まらず、内部にまで侵入し、置
換を生ずる可能性がある。
【００１４】そこで、このような知見に基づき予実験を
行なった結果、上記の可能性は実証され、さらに電子ビ
ームの援用により、選択的、局所的に上記の置換を生じ
得ることを見出した。すなわち、GaAs表面を温度 590℃
に保ち、Sbビームを照射したときの当該GaAs表面の反射
高速電子線回折パタンを観察すると、Sbビームの照射直
後に表面一層分のＶ族原子層の置換を示すパタン強度の
振動が一度だけ観測された。その一方で、GaSb表面を温
度 540℃に保ち、Asビームを照射した所、反射高速電子
線回折パタンとしてGaSb本来のストリークパタンに加
え、より小さい格子定数を持ったGaAsの生成を示す回折
スポットがAsビーム照射時間の経過に伴って次第に認め
られるようになった。これはすなわち、 540℃相当のエ
ネルギがある場合、As原子がGaSb膜中に侵入してGaAs層
を形成していることになる。この後にGaビームを照射す
るとGaAsが成長するが、GaAs成長層のストリークパタン
位置はAsビーム照射で観測されたスポットの位置に一致
しており、これからして、温度エネルギが十分に高い場
合には、Asビームの照射だけでGaAsが生成することが分
かった。
行なった結果、上記の可能性は実証され、さらに電子ビ
ームの援用により、選択的、局所的に上記の置換を生じ
得ることを見出した。すなわち、GaAs表面を温度 590℃
に保ち、Sbビームを照射したときの当該GaAs表面の反射
高速電子線回折パタンを観察すると、Sbビームの照射直
後に表面一層分のＶ族原子層の置換を示すパタン強度の
振動が一度だけ観測された。その一方で、GaSb表面を温
度 540℃に保ち、Asビームを照射した所、反射高速電子
線回折パタンとしてGaSb本来のストリークパタンに加
え、より小さい格子定数を持ったGaAsの生成を示す回折
スポットがAsビーム照射時間の経過に伴って次第に認め
られるようになった。これはすなわち、 540℃相当のエ
ネルギがある場合、As原子がGaSb膜中に侵入してGaAs層
を形成していることになる。この後にGaビームを照射す
るとGaAsが成長するが、GaAs成長層のストリークパタン
位置はAsビーム照射で観測されたスポットの位置に一致
しており、これからして、温度エネルギが十分に高い場
合には、Asビームの照射だけでGaAsが生成することが分
かった。
【００１５】したがって、この表面層置換やGaAs生成の
ために必要なエネルギを、温度のみならず、電子ビーム
の形でも選択的に特定個所に与えるようにすれば、当該
電子ビームで描画した特定の個所だけがエネルギ的に不
安定となって原子の置換や侵入が起こり、GaSbやGaAsを
選択的に形成することができる。事実、上記の実験にお
いても、電子ビームの照射個所にのみ、まさに選択的に
原子の置換が生じていることが証明された。本書で言う
「選択的」とはこのように厳密なもので、これはまた、
生じている現象が熱励起現象ではなく、電子状態励起現
象であることを表している。すなわち、もし仮に、電子
ビームの照射が熱エネルギの供給という形であって、原
子が熱励起されているのであれば、電子ビームの照射さ
れているまさにその個所においてのみ、原子の置換を生
ずることは不可能で、照射されている周囲の部分にも熱
が伝わる結果、照射されている部分よりも広い面積範
囲、しかも厳密に予想し難い不確定な面積範囲にて原子
の置換が起こってしまう。それでは、所期の選択パタン
に従って選択的に原子の置換を生じさせることはでき
ず、微細構造を精度良く得ることはできない。ところ
が、本発明ではそのようなことがない。実際に電子ビー
ムの照射部分においてのみ、選択的に原子の置換を起こ
すに成功している。
ために必要なエネルギを、温度のみならず、電子ビーム
の形でも選択的に特定個所に与えるようにすれば、当該
電子ビームで描画した特定の個所だけがエネルギ的に不
安定となって原子の置換や侵入が起こり、GaSbやGaAsを
選択的に形成することができる。事実、上記の実験にお
いても、電子ビームの照射個所にのみ、まさに選択的に
原子の置換が生じていることが証明された。本書で言う
「選択的」とはこのように厳密なもので、これはまた、
生じている現象が熱励起現象ではなく、電子状態励起現
象であることを表している。すなわち、もし仮に、電子
ビームの照射が熱エネルギの供給という形であって、原
子が熱励起されているのであれば、電子ビームの照射さ
れているまさにその個所においてのみ、原子の置換を生
ずることは不可能で、照射されている周囲の部分にも熱
が伝わる結果、照射されている部分よりも広い面積範
囲、しかも厳密に予想し難い不確定な面積範囲にて原子
の置換が起こってしまう。それでは、所期の選択パタン
に従って選択的に原子の置換を生じさせることはでき
ず、微細構造を精度良く得ることはできない。ところ
が、本発明ではそのようなことがない。実際に電子ビー
ムの照射部分においてのみ、選択的に原子の置換を起こ
すに成功している。
【００１６】このようにして形成される微細構造は、い
わゆる埋め込み構造として得ることができ、また、微細
の程度ないしは最高分解能については、従来のようにレ
ジストその他の部材の存在に基づく制約がなく、しか
も、原理的に熱励起ではなく、電子状態励起現象を利用
しているため、用いる電子ビームのビーム径の収束の程
度にのみ依存させることができ、量子線、量子箱等と呼
ばれるような極めて微細な構造も正確に形成することが
できる。
わゆる埋め込み構造として得ることができ、また、微細
の程度ないしは最高分解能については、従来のようにレ
ジストその他の部材の存在に基づく制約がなく、しか
も、原理的に熱励起ではなく、電子状態励起現象を利用
しているため、用いる電子ビームのビーム径の収束の程
度にのみ依存させることができ、量子線、量子箱等と呼
ばれるような極めて微細な構造も正確に形成することが
できる。
【００１７】図１は、このような本発明に従う第一の実
施例を説明する図面であり、一方、図３は、本発明方法
に使用するに適当な装置の一例の概略構成を示してい
る。本発明により微細構造を形成するための対象となる
III-Ｖ族化合物半導体膜11は、例えばGaAs基板等の基板
12の表面部分そのものであってもよいし、GaAs基板とか
InP基板等、市販のいわゆる半絶縁性基板を始め、その
上にIII-Ｖ族化合物半導体膜を成長させるに適当な格子
定数を持つ基板12の上にIII-Ｖ族化合物半導体を成長さ
せたものであっても良い。
施例を説明する図面であり、一方、図３は、本発明方法
に使用するに適当な装置の一例の概略構成を示してい
る。本発明により微細構造を形成するための対象となる
III-Ｖ族化合物半導体膜11は、例えばGaAs基板等の基板
12の表面部分そのものであってもよいし、GaAs基板とか
InP基板等、市販のいわゆる半絶縁性基板を始め、その
上にIII-Ｖ族化合物半導体膜を成長させるに適当な格子
定数を持つ基板12の上にIII-Ｖ族化合物半導体を成長さ
せたものであっても良い。
【００１８】ここで想定している実施例では、図３に示
される装置も、公知既存の分子線エピタキシィ装置と同
じ構成要素群は少なくとも有しており、超高真空ポンプ
19により真空引きされる真空チェンバ18内に収められた
基板12（ないし化合物半導体膜11）をヒータ等の加熱手
段13により所望の温度にまで昇温させた状態で、 III族
元素源14からの III族元素源ビームとＶ族元素源15から
のＶ族元素源ビームとを当該基板表面に同時にあるいは
交互に照射することで（その時々の基板温度はそれぞれ
に適当なるように調整できる）、所望の組成のIII-Ｖ族
化合物半導体膜12を成長させることができる。
される装置も、公知既存の分子線エピタキシィ装置と同
じ構成要素群は少なくとも有しており、超高真空ポンプ
19により真空引きされる真空チェンバ18内に収められた
基板12（ないし化合物半導体膜11）をヒータ等の加熱手
段13により所望の温度にまで昇温させた状態で、 III族
元素源14からの III族元素源ビームとＶ族元素源15から
のＶ族元素源ビームとを当該基板表面に同時にあるいは
交互に照射することで（その時々の基板温度はそれぞれ
に適当なるように調整できる）、所望の組成のIII-Ｖ族
化合物半導体膜12を成長させることができる。
【００１９】その一方で、図３の装置はさらに、本発明
を実現するため、上記したＶ族元素源15とは別なＶ族元
素源ビームを発生させ得る第二のＶ族元素源16と、真空
を破ることなく、成長したIII-Ｖ族化合物半導体膜12の
表面に対し所定のパタンで電子ビームを直接描画するこ
とができる電子ビーム発生、収束、偏向装置17を有して
いる。なお、符号20は反射高速電子線回折装置を示して
いる。
を実現するため、上記したＶ族元素源15とは別なＶ族元
素源ビームを発生させ得る第二のＶ族元素源16と、真空
を破ることなく、成長したIII-Ｖ族化合物半導体膜12の
表面に対し所定のパタンで電子ビームを直接描画するこ
とができる電子ビーム発生、収束、偏向装置17を有して
いる。なお、符号20は反射高速電子線回折装置を示して
いる。
【００２０】ここで、上記装置における III族元素源14
はGa元素源であるとし、第一のＶ族元素源15はAs元素
源、第二のＶ族元素源16はAs原子よりも重い原子のSb元
素源であるとすると、図１の実施例では、まずは分子線
エピタキシィ法により、Ga元素源14からのGaビームとAs
元素源15からのAsビームとの同時あるいは交互照射で、
適当なる基板上にIII-Ｖ族化合物半導体膜11としてのGa
As膜11を成長させる。
はGa元素源であるとし、第一のＶ族元素源15はAs元素
源、第二のＶ族元素源16はAs原子よりも重い原子のSb元
素源であるとすると、図１の実施例では、まずは分子線
エピタキシィ法により、Ga元素源14からのGaビームとAs
元素源15からのAsビームとの同時あるいは交互照射で、
適当なる基板上にIII-Ｖ族化合物半導体膜11としてのGa
As膜11を成長させる。
【００２１】その後、図１(A) に示すように、GaAs膜11
を調和蒸発温度未満の適当なる温度にまで加熱した状態
で、GaAs膜の最表層であるAs安定化面に、第二のＶ族元
素源16であるSb元素源16から当該Sbビームを照射した上
で、図１(B) に示すように、所望のパタンに従い、特定
の個所にのみ、収束電子ビーム21を照射すると、当該Ga
As膜11の最表層にあって電子ビーム21の照射されている
部分のAs原子はSb原子に置換する。
を調和蒸発温度未満の適当なる温度にまで加熱した状態
で、GaAs膜の最表層であるAs安定化面に、第二のＶ族元
素源16であるSb元素源16から当該Sbビームを照射した上
で、図１(B) に示すように、所望のパタンに従い、特定
の個所にのみ、収束電子ビーム21を照射すると、当該Ga
As膜11の最表層にあって電子ビーム21の照射されている
部分のAs原子はSb原子に置換する。
【００２２】これにより、図１(B) 中、仮想線の枠で囲
った部分22は、そこだけがGaSb領域22に変化する。した
がってまた、この方法をGaAs層一層分の分子線エピタキ
シャル成長ごとに繰返せば、繰返した回数に応じた厚さ
の微細構造22を得ることができる。もちろん、こうして
形成されるGaSb微細構造は、横方向にGaAs領域との間で
異種ヘテロ接合を構成する。
った部分22は、そこだけがGaSb領域22に変化する。した
がってまた、この方法をGaAs層一層分の分子線エピタキ
シャル成長ごとに繰返せば、繰返した回数に応じた厚さ
の微細構造22を得ることができる。もちろん、こうして
形成されるGaSb微細構造は、横方向にGaAs領域との間で
異種ヘテロ接合を構成する。
【００２３】図２は本発明第二の実施例で、図３の装置
により、Ga元素源14と第二のＶ族元素源であるSb元素源
16とを用い、分子線エピタキシィ法により、図２(A) に
示すように適当な基板上にIII-Ｖ族化合物半導体膜11と
してGaSb膜11を形成した後、当該GaSb膜11を調和蒸発温
度未満という条件の下に適当なる温度にまで加熱し、今
度はAs元素源15を用い、当該AsビームをGaSb表面に照射
しながら、所望のパタンに従い、収束電子ビーム21を照
射する。
により、Ga元素源14と第二のＶ族元素源であるSb元素源
16とを用い、分子線エピタキシィ法により、図２(A) に
示すように適当な基板上にIII-Ｖ族化合物半導体膜11と
してGaSb膜11を形成した後、当該GaSb膜11を調和蒸発温
度未満という条件の下に適当なる温度にまで加熱し、今
度はAs元素源15を用い、当該AsビームをGaSb表面に照射
しながら、所望のパタンに従い、収束電子ビーム21を照
射する。
【００２４】すると、当該GaSb膜11の表面に留まらず、
電子ビーム21の照射されている部分の内部に向けて飛来
したAs原子が侵入して行き（電子ビームはその侵入を助
ける働きをする）、Sb原子がAs原子に置換することによ
り、仮想線の枠で囲った部分23が極めて微細な構造とし
てのGaAs領域23となる。
電子ビーム21の照射されている部分の内部に向けて飛来
したAs原子が侵入して行き（電子ビームはその侵入を助
ける働きをする）、Sb原子がAs原子に置換することによ
り、仮想線の枠で囲った部分23が極めて微細な構造とし
てのGaAs領域23となる。
【００２５】この場合にも、照射されたＶ族元素源のＶ
族原子の化合物半導体膜内への侵入の程度、すなわち形
成される微細構造の深さ（ないし高さ）は、基板温度や
電子ビームエネルギ等の諸パラメータにより制御でき
る。なお、本発明の原理からして明らかなように、本発
明は上記の元素組合せ例に限らず、本願要旨構成にて定
義される関係であれば他の組合せにも適用することがで
き、例えば GaP膜の表面の一部にのみ微細なGaAs領域を
形成したり、GaAs膜内に選択的に GaP領域を形成するこ
と等もできる。さらに、本発明を実施するための装置例
である図３の装置も、二つ以上、さらに多くの元素源を
有し、これらを選択的に使用可能なものに改変されても
良い。
族原子の化合物半導体膜内への侵入の程度、すなわち形
成される微細構造の深さ（ないし高さ）は、基板温度や
電子ビームエネルギ等の諸パラメータにより制御でき
る。なお、本発明の原理からして明らかなように、本発
明は上記の元素組合せ例に限らず、本願要旨構成にて定
義される関係であれば他の組合せにも適用することがで
き、例えば GaP膜の表面の一部にのみ微細なGaAs領域を
形成したり、GaAs膜内に選択的に GaP領域を形成するこ
と等もできる。さらに、本発明を実施するための装置例
である図３の装置も、二つ以上、さらに多くの元素源を
有し、これらを選択的に使用可能なものに改変されても
良い。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、 ・レジストを用いたリソグラフィとエッチングとによる
微細構造形成方法ではなく、直接に微細な構造を形成す
る方法であること， ・エネルギ的に高い状態から安定状態に向かう原子自ら
の置換現象を利用したプロセスであること， から、形成される微細構造に残るダメージを低減するこ
とができる。
微細構造形成方法ではなく、直接に微細な構造を形成す
る方法であること， ・エネルギ的に高い状態から安定状態に向かう原子自ら
の置換現象を利用したプロセスであること， から、形成される微細構造に残るダメージを低減するこ
とができる。
【００２７】また、 ・イオンビーム等に比べても収束性の高い電子ビームを
用いること， ・半導体膜最表面での反応を利用するプロセスであるた
め、一次電子の寄与率が高く、レジスト中におけるよう
な散乱電子による影響等は原理的にも受けないこと， ・熱励起でなく電子状態励起によること，から、電子ビ
ーム照射部分にのみ、まさしく選択的に所期通りの反応
を起こすことができ、したがって、最高分解能は原理的
に電子ビームの収束径のオーダにまで高められる。換言
すれば、量子細線、量子箱等、数ｎｍオーダの寸法での
微細な構造物をも作製することができる。
用いること， ・半導体膜最表面での反応を利用するプロセスであるた
め、一次電子の寄与率が高く、レジスト中におけるよう
な散乱電子による影響等は原理的にも受けないこと， ・熱励起でなく電子状態励起によること，から、電子ビ
ーム照射部分にのみ、まさしく選択的に所期通りの反応
を起こすことができ、したがって、最高分解能は原理的
に電子ビームの収束径のオーダにまで高められる。換言
すれば、量子細線、量子箱等、数ｎｍオーダの寸法での
微細な構造物をも作製することができる。
【図１】本発明の微細構造形成方法の第一実施例に関す
る説明図である。
る説明図である。
【図２】本発明の微細構造形成方法の第二実施例に関す
る説明図である。
る説明図である。
【図３】本発明に適用するに適当な装置構成例の概略構
成図である。
成図である。
11 III-Ｖ族化合物半導体膜， 12 基板， 13 加熱手段， 14 III族元素源， 15 第一のＶ族元素源， 16 第二のＶ族元素源， 17 電子ビームの発生、収束、偏向装置， 18 真空チェンバ， 19 超高真空ポンプ， 21 電子ビーム， 22 第一実施例により形成された微細構造， 23 第二実施例により形成された微細構造．
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−253211（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−51300（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−90230（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−22359（ＪＰ，Ａ) 1993年（平成５年）秋季 第54回応用 物理学会学術講演会予稿集，第１分冊 （1993−９−27），柴田，名西，藤本, Ｐ．192，27ａ−ＳＺＳ−19 電気学会研究会資料，ｖｏｌ．ＥＦＮ −92，Ｎｏ．15〜21，（1992−８− 21），柴田，名西，藤本，Ｐ．11−18
Claims (5)
- 【請求項１】 基板の表面部分自体であるか、基板上に
形成された膜であるIII-Ｖ族化合物半導体膜を調和蒸発
温度未満の温度条件下に置き； 該III-Ｖ族化合物半導体膜の最表層のＶ族安定化面に、
該Ｖ族安定化面を構成しているＶ族元素よりも重いＶ族
元素源を照射しながら； 所望のパタンに従い、収束された電子ビームを照射し； 上記III-Ｖ族化合物半導体膜最表層の上記Ｖ族安定化面
構成元素の中、該電子ビームの照射されている部分のＶ
族原子をのみ電子状態励起することにより、該電子状態
励起されたＶ族原子を上記照射されているＶ族元素源の
Ｖ族原子によって置換すること； を特徴とする半導体微細構造形成方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体微細構造形成方
法を、上記III-Ｖ族化合物半導体膜の一層分の成長ごと
に繰返すことにより、該繰返した回数に応じた厚さの微
細構造を得ること； を特徴とする方法。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の方法であっ
て； 上記III-Ｖ族化合物半導体膜は、分子線エピタキシャル
成長装置内にて分子線エピタキシィ法により成長させら
れる膜であり； 上記電子ビームは、該分子線エピタキシャル成長装置内
に並設された電子ビーム源から発せられ、収束、偏向系
を介して得られること； を特徴とする方法。 - 【請求項４】 基板の表面部分自体であるか、基板上に
形成された膜であるIII-Ｖ族化合物半導体膜を調和蒸発
温度未満の温度条件下に置き； 該III-Ｖ族化合物半導体膜を構成しているＶ族元素より
も軽いＶ族元素源を照射しながら； 所望のパタンに従い、収束された電子ビームを照射し
て； 上記III-Ｖ族化合物半導体膜の上記構成Ｖ族元素の中、
該電子ビームの照射されている部分の内部のＶ族原子を
のみ電子状態励起することにより、該電子状態励起され
たＶ族原子を、該電子ビームの照射されている部分の内
部に侵入する上記照射されているＶ族元素源のＶ族原子
によって置換すること； を特徴とする半導体微細構造形成方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載の方法であって； 上記III-Ｖ族化合物半導体膜は、分子線エピタキシャル
成長装置内にて分子線エピタキシィ法により成長させら
れる膜であり； 上記電子ビームは、該分子線エピタキシャル成長装置内
に並設された電子ビーム源から発せられ、収束、偏向系
を介して得られること； を特徴とする方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5278981A JP2972845B2 (ja) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | 半導体微細構造形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5278981A JP2972845B2 (ja) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | 半導体微細構造形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07111242A JPH07111242A (ja) | 1995-04-25 |
| JP2972845B2 true JP2972845B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=17604766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5278981A Expired - Lifetime JP2972845B2 (ja) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | 半導体微細構造形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2972845B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60253211A (ja) * | 1984-05-29 | 1985-12-13 | Mitsubishi Electric Corp | 分子線エピタキシ−装置 |
-
1993
- 1993-10-12 JP JP5278981A patent/JP2972845B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| １９９３年（平成５年）秋季 第５４回応用物理学会学術講演会予稿集，第１分冊（１９９３−９−２７），柴田，名西，藤本，Ｐ．１９２，２７ａ−ＳＺＳ−１９ |
| 電気学会研究会資料，ｖｏｌ．ＥＦＮ−９２，Ｎｏ．１５〜２１，（１９９２−８−２１），柴田，名西，藤本，Ｐ．１１−１８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07111242A (ja) | 1995-04-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |