JP3043103B2 - Crystal surface structure control method - Google Patents
Crystal surface structure control methodInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、結晶の表面構造を制御
する方法に関し、特に結晶表面に必然的に存在するテラ
ス部（平坦部）とステップ部（段差部）とを制御する結
晶表面構造制御方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling a surface structure of a crystal, and more particularly, to a method for controlling a terrace portion (flat portion) and a step portion (step portion) inevitably present on a crystal surface. It relates to a control method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】高度な情報社会が要求する超小型，超高
速，超低消費電力の半導体素子を得るために、量子力学
的物理現象を利用した素子の研究が様々な方面にて行な
われている。産業的に量子効果デバイスが応用された例
としては、HEMTなどに代表される電子の２次元効果があ
る。良好な２次元電気伝導を実現するために、１原子層
を処理単位とした原子層エピタキシ（AtomicLayer Epit
axy）及び原子層エッチング（Atomic Layer Etching）
と呼ばれる方法による結晶成長及び結晶除去の技術が研
究されている。このような原子層エピタキシ・エッチン
グでは、基板となる結晶表面を正しく再現し、２次元の
結晶成長，結晶除去を行なえるので、成長方向における
制御を良好に行い得る。また、表面研磨の後でも必然的
に存在する表面上のテラス部，ステップ部が不均一に分
布しているような基板に対して、そのテラス部，ステッ
プ部のパターンを周期的なものにすることも可能であ
る。2. Description of the Related Art In order to obtain ultra-small, ultra-high-speed, ultra-low-power semiconductor devices required by an advanced information society, researches on devices utilizing quantum mechanical phenomena have been conducted in various fields. I have. An example in which a quantum effect device is industrially applied is a two-dimensional effect of electrons typified by HEMT and the like. Atomic layer epitaxy (AtomicLayer Epit) with one atomic layer as a processing unit to realize good two-dimensional electrical conduction
axy) and Atomic Layer Etching
A technique of crystal growth and crystal removal by a method called “crystal growth” has been studied. In such an atomic layer epitaxy etching, the crystal surface serving as the substrate can be correctly reproduced and two-dimensional crystal growth and crystal removal can be performed, so that the control in the growth direction can be performed well. Also, for a substrate in which terraces and steps on the surface which are inevitably present even after surface polishing are unevenly distributed, the pattern of the terraces and steps is made periodic. It is also possible.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、表面研磨が
施された基板を用いて半導体素子を作製する場合、ノイ
ズ発生がなくデバイス動作が正しく行なわれるためには
広いテラス部が必要となる。ところが、現状の原子層エ
ピタキシ・エッチングの技術では、このデバイス動作の
ために必要となる十分に広いテラス部を有する基板を作
製できないという問題点がある。このように、電子伝導
のさらなる低次元化をすすめていくためには、原子層エ
ピタキシ・エッチングだけでは不十分であり、原子レベ
ルでのテラス部，ステップ部の制御を行なうことが必要
である。When a semiconductor element is manufactured using a substrate whose surface has been polished, a wide terrace portion is required for correct operation of the device without generation of noise. However, the current technology of atomic layer epitaxy has a problem that a substrate having a sufficiently large terrace portion required for the device operation cannot be manufactured. As described above, in order to further reduce the order of electron conduction, atomic layer epitaxy alone is not sufficient, and it is necessary to control the terrace portion and the step portion at the atomic level.
【０００４】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、空間的周期性を持つ光を結晶軸に一致させるよ
うに照射することにより、デバイス動作のために十分広
いテラス部を得ることができ、所望の表面構造を有する
結晶を得ることが可能である結晶表面構造制御方法を提
供することを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and by irradiating light having spatial periodicity so as to coincide with a crystal axis, it is possible to obtain a terrace portion which is sufficiently wide for device operation. It is an object of the present invention to provide a crystal surface structure control method capable of obtaining a crystal having a desired surface structure.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明に係る結晶表面構
造制御方法は、結晶の表面構造を制御する方法におい
て、前記結晶に空間的周期性を有する光を照射してその
表面構造を制御することを特徴とする。A crystal surface structure control method according to the present invention is a method for controlling the surface structure of a crystal, wherein the crystal is irradiated with light having spatial periodicity to control the surface structure. It is characterized by the following.
【０００６】[0006]
【作用】本発明の結晶表面構造制御方法では、空間的周
期性をもった光、例えばその強度または波長が空間的周
期性を有するような光を結晶表面に照射して、表面の原
子を励起させる。表面の原子が励起状態である間に、原
子層エピタキシ・エッチングを行なえば、励起された原
子ではマイグレーション反応が促進されるので、結晶表
面のテラス部が拡大してステップ部は多重化される。According to the crystal surface structure control method of the present invention, the crystal surface is irradiated with light having a spatial periodicity, for example, light whose intensity or wavelength has a spatial periodicity to excite atoms on the surface. Let it. If atomic layer epitaxy is performed while the atoms on the surface are in an excited state, the migration reaction is promoted by the excited atoms, so that the terrace portion of the crystal surface is enlarged and the step portions are multiplexed.
【０００７】[0007]
【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。Embodiments of the present invention will be specifically described below.
【０００８】図１は、本発明に係る結晶表面構造制御方
法を用いた場合の結晶表面変化を示す斜視図、図２は、
同じくその結晶表面変化を示す断面図である。図１
（ａ），図２（ａ）は表面研磨を行なった後の結晶基板
１を示している。表面研磨が施された結晶基板１の表面
には、テラス部11とステップ部12とが不均一に分布して
いる。ここでステップ部12の段差は１分子層分である。
このような結晶基板１に対して、原子層エピタキシ・エ
ッチングを行なう。すると、図２（ｂ）に示すように、
テラス部11及びステップ部12が周期的に分布し、各テラ
ス部11の広さが均一化する。この均一化は、ステップフ
ロー成長と呼ばれる成長機構に起因しており、堆積した
結晶がマイグレーションをしながら安定なサイト（ステ
ップ）に取り込まれていく時に、そのステップ部に取り
込まれる確率と１つ下のステップ部に取り込まれる確率
との差がもたらす作用である。この際、均一化されるテ
ラス部11の広さは、マイグレーションによって制限され
る。FIG. 1 is a perspective view showing a change in the crystal surface when the method for controlling the crystal surface structure according to the present invention is used, and FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a change in crystal surface of the same. FIG.
FIGS. 2A and 2A show the crystal substrate 1 after surface polishing. Terrace portions 11 and step portions 12 are unevenly distributed on the surface of crystal substrate 1 that has been subjected to surface polishing. Here, the step of the step portion 12 is equivalent to one molecular layer.
Atomic layer epitaxy etching is performed on such a crystal substrate 1. Then, as shown in FIG.
The terrace portions 11 and the step portions 12 are periodically distributed, and the size of each terrace portion 11 is made uniform. This homogenization is caused by a growth mechanism called step flow growth. When the deposited crystal is taken into a stable site (step) while migrating, the probability of being taken in the step portion is one less than that of the deposited crystal. This is an effect brought about by the difference from the probability of being taken into the step portion. At this time, the size of the terrace portion 11 to be equalized is limited by migration.
【０００９】このようになった結晶基板１の表面に、図
２（ｃ）に示すような空間的周期性を有する光を照射し
た後、原子層エピタキシ・エッチングを行なう。する
と、表面の原子が励起され、数個所のステップ部12おき
（本実施例では２個所おき）に堆積した結晶が取り込ま
れる確率の差がなくなる。この結果、図１（ｂ），図２
（ｄ）に示すように、隣合う数個（本実施例では３個）
のステップ部12が多重化されて大きな面積を有するテラ
ス部11が形成される。After irradiating the surface of the thus-formed crystal substrate 1 with light having a spatial periodicity as shown in FIG. 2C, atomic layer epitaxy is performed. Then, the atoms on the surface are excited, and there is no difference in the probability that the crystals deposited at several step portions 12 (every two positions in this embodiment) are taken in. As a result, FIGS. 1B and 2
As shown in (d), several adjacent (three in this embodiment)
Are multiplexed to form the terrace 11 having a large area.
【００１０】以上のようにして、デバイス動作のために
必要な広さを有するテラス部と周期的に制御された多重
化ステップ部とを備えた結晶基板１を得ることができ
る。As described above, it is possible to obtain a crystal substrate 1 having a terrace portion having a width necessary for device operation and a multiplex step portion that is periodically controlled.
【００１１】ここで、空間的周期性を有する光の具体例
について説明する。空間的周期性を示す特性が光の強度
である場合には、１周期において中心部が最も強度が大
きくて周縁部に向かうにつれて強度が小さくなるような
周期性光を照射する。空間的周期性を示す特性が光の波
長である場合には、１周期において中心部が最も波長が
短くて周縁部に向かうにつれて波長が長くなるような周
期性光を照射する。Here, a specific example of light having spatial periodicity will be described. In the case where the characteristic indicating the spatial periodicity is the light intensity, periodic light is applied such that the intensity is highest at the center in one cycle, and becomes lower toward the periphery. In the case where the characteristic showing the spatial periodicity is the wavelength of light, periodic light is applied such that the wavelength is shortest at the center in one cycle and becomes longer toward the periphery.
【００１２】次に、結晶表面構造制御のシュミレーショ
ン結果について説明する。図３は、制御対象の結晶基板
の断面を示しており、ステップ部の段差は１分子層であ
り、テラス部の広さは均一でない。このような結晶基板
の上に、原子層エピタキシにより27原子層を成長させた
時のシュミレーション結果を図４に示す。テラス部及び
ステップ部が周期的に存在し、テラス部の広さは均一化
している。また、図３に示すような表面構造をなす結晶
基板の上に、原子層エピタキシにより10原子層を成長さ
せた後、空間的周期性を持つ光を照射して取り込まれる
確率の差を１個所のステップ部おきになくすようにした
後、原子層エピタキシにより27原子層を成長させた時の
シュミレーション結果を図５に示す。この場合には、空
間的周期性を持つ光を照射しない場合に比較して、テラ
ス部の広さが拡大している。Next, a simulation result of controlling the crystal surface structure will be described. FIG. 3 shows a cross section of a crystal substrate to be controlled. The step portion has a step of one molecular layer, and the terrace portion is not uniform in width. FIG. 4 shows a simulation result when 27 atomic layers were grown on such a crystal substrate by atomic layer epitaxy. The terrace portion and the step portion exist periodically, and the area of the terrace portion is uniform. In addition, after growing 10 atomic layers by atomic layer epitaxy on a crystal substrate having a surface structure as shown in FIG. FIG. 5 shows a simulation result when a 27 atomic layer was grown by atomic layer epitaxy after removing every other step portion. In this case, the area of the terrace portion is larger than in the case where the light having no spatial periodicity is not irradiated.
【００１３】[0013]
【発明の効果】以上のように、本発明では、空間的周期
性を有する光を照射して結晶表面構造の制御を行なうの
で、デバイス動作に必要である十分に広いテラス部を結
晶表面に得ることができ、この結果、所望の表面構造を
有する結晶基板が得られ、原子レベルにて制御された半
導体素子を実現できる等、本発明は優れた効果を奏す
る。As described above, in the present invention, since the crystal surface structure is controlled by irradiating light having spatial periodicity, a sufficiently wide terrace portion necessary for device operation is obtained on the crystal surface. As a result, a crystal substrate having a desired surface structure can be obtained, and a semiconductor element controlled at an atomic level can be realized.
【図１】本発明に係る結晶表面構造制御方法を用いた場
合の結晶表面変化を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a change in a crystal surface when a crystal surface structure control method according to the present invention is used.
【図２】本発明に係る結晶表面構造制御方法を用いた場
合の結晶表面変化を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a change in crystal surface when the crystal surface structure control method according to the present invention is used.
【図３】表面研磨後の結晶基板の表面を示す断面図であ
る。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the surface of the crystal substrate after surface polishing.
【図４】原子層エピタキシ成長後のシュミレーション結
果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a simulation result after atomic layer epitaxy growth.
【図５】本発明に係る結晶表面構造制御方法を用いた場
合のシュミレーション結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a simulation result when the crystal surface structure control method according to the present invention is used.
１ 結晶基板 11 テラス部 12 ステップ部 1 Crystal substrate 11 Terrace section 12 Step section
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−2327（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−258694（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−213819（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 H01L 21/26 H01L 29/06 H01L 21/302 H01L 21/461 ＣＡ（ＳＴＮ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-62-2327 (JP, A) JP-A-2-258694 (JP, A) JP-A-4-213819 (JP, A) (58) Investigation Field (Int. Cl. 7 , DB name) C30B 1/00-35/00 H01L 21/26 H01L 29/06 H01L 21/302 H01L 21/461 CA (STN) WPI (DIALOG)
Claims (1)
て、前記結晶に空間的周期性を有する光のみを照射して
その表面構造を制御することを特徴とする結晶表面構造
制御方法。1. A method for controlling a surface structure of a crystal, comprising irradiating the crystal with only light having spatial periodicity to control the surface structure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3125560A JP3043103B2 (en) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | Crystal surface structure control method |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP3125560A JP3043103B2 (en) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | Crystal surface structure control method |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH04325500A JPH04325500A (en) | 1992-11-13 |
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ID=14913223
Family Applications (1)
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| JP3125560A Expired - Lifetime JP3043103B2 (en) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | Crystal surface structure control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3043103B2 (en) |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
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| US6911391B2 (en) | 2002-01-26 | 2005-06-28 | Applied Materials, Inc. | Integration of titanium and titanium nitride layers |
-
1991
- 1991-04-26 JP JP3125560A patent/JP3043103B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04325500A (en) | 1992-11-13 |
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