JP3106650B2 - 電子による反応を利用した微細処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子による反応を利用
した微細処理方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば各種半導体装置の製造過程
で、電子ビームをパターン照射してその電子のエネルギ
ーをもって種々の反応を行って各種微細パターンを形成
することが行われている。

【０００３】その例としては、例えばフォトレジスト上
に電子ビームを所望のパターンに描画すなわちパターン
照射して、この照射部において架橋反応を生じさせてこ
れをパターン化するとか、化合物半導体の原料ガスを基
体上に送り込むと共に電子ビームをパターン照射してこ
の電子のエネルギーをもって原料ガスの分解反応を行わ
しめて基体上に電子ビームの照射パターンに応じたパタ
ーンの化合物半導体層を成長させるなどが挙げられる。

【０００４】ところが、このような電子描画による微細
パターン反応では、一部の照射電子が基体中に入り込
み、これが基体中で散乱して戻るいわゆるバックスキャ
ッタリングが生じ、これによって電子ビームの本来の照
射部以外においても反応を生じさせ、充分微細で、いわ
ゆるきれの良いパターン処理を阻害するものであり、こ
の場合のパターン幅は１０ｎｍ、パターン間隔は５０ｎ
ｍがそれぞれの限界となっている。

【０００５】一方、例えば電子効果デバイスにおいて
は、１０ｎｍオーダーないしはそれ以下の微細パターン
の必要性が生じている。そこで、上述の電子描画法にお
いて、バックスキャッタリングの問題を回避するための
工夫も種々なされているところであって、例えばバック
スキャッタリングの発生原因となる基体の厚さをエッチ
ング等によって薄くする方法なども考えられているが、
この場合は、作業性、機械的強度、取扱い等の点から問
題が多い。

【０００６】一方、電子源として半導体中でのアバラン
シェ・ブレイク・ダウンを利用し、これによるホットエ
レクトロンを真空中に取出す方法いわゆる真空マイクロ
・エミッタがある。

【０００７】これは、半導体表面に金属薄膜を形成して
おき、この金属膜と、半導体の高濃度ｐ型層との間に極
めて高いバイアス電圧を印加してアバランシェ・ブレイ
ク・ダウンを起こさせてこれによって電子を真空中に引
き出すというものである。

【０００８】しかしながら、この場合、この電子は金属
膜を通過させるものであるため、金属膜中での電子−電
子散乱等によってエネルギーの散逸が激しく放射電子量
が少ないという報告がなされている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、バックスキ
ャッタリングの問題を解消し、かつ高い電子ビームエネ
ルギーをもって効率よく、線幅が１０ｎｍオーダーない
しはそれ以下の微細パターンの反応処理を行うことがで
きるようにする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１にその一
例の模式的実施態様図を示すように、ｐ型高濃度半導体
１上に、ｎ型低濃度半導体表面層２が設けられてｐ−ｎ
接合Ｊが形成された半導体基体３を用意する（但し、こ
こで半導体基体３とは、全構成材料が半導体ということ
を指すものではなく、例えば絶縁基体上に上述の半導体
１及び半導体表面層２が形成されたものを含む）。

【００１１】そして、この半導体基体３を真空中に配置
して半導体基体３のｎ型低濃度半導体表面層２側に、針
状金属電極４を近づけ、この針状金属電極４とｐ型高濃
度半導体１との間にこのｐ型高濃度半導体１を負側とす
る電圧Ｖを印加して針状金属電極４の先端部において半
導体基体３中に局所的なアバランシェ・ブレイク・ダウ
ンを生じさせてこの半導体基体３から電子を引き出し、
この電子のエネルギーによる反応をもって半導体基体３
の表面自体すなわちｎ型低濃度表面層３自体あるいはこ
の表面上に形成した被加工層に微細処理を行う。

【００１２】

【作用】図１に示した構成において、そのｐ−ｎ接合Ｊ
に外部印加電圧Ｖを印加しない状態での真空中のエネル
ギーバンドモデル図を示す。

【００１３】この状態で図１で説明したように針状電極
４と半導体基体３のｐ型高濃度半導体１との間にこのｐ
型高濃度半導体表面層２側を負とするすなわち所要の逆
バイアス電圧Ｖを印加した状態では、このｐ−ｎ接合Ｊ
近傍のエネルギーバンドモデルは図３に示すようにな
り、所要の高い電圧Ｖをもって矢印ａで示すブレイク・
ダウンが生じ、高いエネルギーを持った電子ｅ^- 即ちホ
ットエレクトロンが生じ、これが半導体−真空の仕事関
数を越えて真空中に引き出される。この電子ｅ^-は半導
体基体表面に金属薄膜が存在しないことから高いエネル
ギーを保持した状態で真空中へと引き出されるものであ
り、また半導体基体３側からの電子の引き出しによるも
のであることからバックスキャッタリングの発生もな
い。

【００１４】そして、針状電極４の先端との対向部以外
の半導体表面では、それ程高い電場は存在しないので上
述のブレイク・ダウンは生じない。このようにして針状
電極４の先端部に限定的に半導体からの電子の引き出し
がなされるものであり、したがって微細パターンをもっ
て反応処理が行われることになる。

【００１５】

【実施例】本発明による微細処理方法を詳細に説明す
る。本発明においては、図示しないが、絶縁基体あるい
は半導体基体上に半導体例えばシリコンよりなるｐ型高
濃度半導体１をエピタキシャル成長あるいはｐ型不純物
の高濃度拡散等によって例えば全面的に形成し、これの
上に同様に例えばシリコンよりなるｎ型の低濃度半導体
表面層２をたとえばエピタキシャル成長して少なくとも
ｐ型高濃度半導体１とこれに接してｎ型低濃度半導体表
面層２が設けられてｐ−ｎ接合Ｊが形成された半導体基
体３を用意する。

【００１６】そして、この半導体基体３を真空中に配置
してその低濃度半導体表面層２側に針状金属電極４を近
づける。

【００１７】この針状金属電極４は、周知の技術、例え
ばＳＴＭ（走査トンネル顕微鏡）で用いられている先鋭
先端を有する針状電極の製作方法によって形成すること
ができる。また、この針状電極４の基体３に対する位置
は同様にＳＴＭにおけるように圧電素子の利用によって
正確に微妙な調節が可能である。

【００１８】本発明方法は、半導体基体３の表面すなわ
ち表面層２上に所要の材料層例えばＧａＡｓ層を所要の
パターンに生成させる場合に適用することができる。こ
の場合、図１で説明した半導体基体３を真空中に配置
し、この真空中内に目的とする材料パターンを成長させ
る原料、例えばＧａＡｓ化合物半導体のパターン形成に
おいては、Ｇａ及びＡｓの各例えばメチル化合物を原料
ガスとして送り込んで、これら原料をｎ型低濃度表面層
２上に接触させ、かつ針状電極４を表面層２に対して近
づけた状態で、表面層２に沿って例えば水平・垂直走査
方向に順次スキャンさせて材料層例えばＧａＡｓの生成
を必要とする部分の走査位置においてのみ前述した所定
のアバランシェ・ブレイク・ダウンを発生させる電圧Ｖ
を印加させるか、あるいはこの所定の電圧Ｖを印加させ
た状態の針状電極４をパターン育成を行うべき部分にの
み走査させる。このようにして選択的にアバランシェ・
ブレイク・ダウンを発生させて高エネルギーの電子すな
わちホットエレクトロンを引き出して、これによってこ
のホットエレクトロンの引き出し部においてのみ原料ガ
スを反応分解して、ここにＧａＡｓ等の材料の被着（生
成）を選択的に行い所定のパターンの形成を行う。

【００１９】また、本発明方法は、エレクトロンビーム
用フォトレジストのパターン露光に適用することができ
る。この場合、例えば図４に示すように半導体基体３の
ｎ型低濃度表面層２上にエレクトロンビーム露光用のフ
ォトレジスト層５を塗布し、これに対して同様の針状電
極４を所定の位置において、上述したアバランシェ・ブ
レイク・ダウンを発生させる電圧Ｖを印加することによ
ってフォトレジスト層５のパターン露光を行って、その
後これを現像処理することによって微細パターンの形成
を行うことができる。

【００２０】このようにして得た微細パターンのフォト
レジスト層５を各種マスク、例えばエッチングレジスト
として用いて、例えばｎ型低濃度表面層２に対するパタ
ーンエッチング、或は表面層２上に形成した被加工層
（図示せず）のパターンエッチング等を行う。図４にお
いて図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明
を省略する。また、他の例としてはいわゆるＥＢＩＲ
（エレクトロン・ビーム・インデュースト・フォトリソ
グラフィ）におけるように真空中に導入した炭素の表面
吸着物を図１で説明した針状金属電極４との対向部にお
ける上述のアバランシェ・ブレイク・ダウンによる高エ
ネルギーの電子によって炭素の表面吸着物を反応させて
固化し、これを例えばエッチング等のレジストとして用
いて微細加工を行う場合等に適用することができる。

【００２１】また、針状電極４は図１あるいは図４に示
すように単数用いる場合に限らず、図５に示すように複
数本１列あるいは複数列設けて個々に独立に電圧Ｖの印
加を行うとか、或いはこれら複数の電極に対して共通に
所定の電圧を印加して所定のパターンの処理を行うこと
もできる。

【００２２】このように多数の電極を移動させながら前
述したアバランシェ・ブレイク・タウンによる電子発生
による反応処理を行うことで量子アレイ、量子細線列の
形成が可能となる。

【００２３】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、半導体
側から引き出した高エネルギーの電子をもって微細パタ
ーンの反応処理を行うのでバックスキャッタリングによ
る問題が解消され、また微細パターンの処理が可能とな
り、１０ｎｍあるいはそれ以下の線幅で間隔５０ｎｍ未
満のパターン処理を行うことができた。

【００２４】また、半導体基体表面に金属膜等を設けず
に針状電極４との間の強電界によるアバランシェ・ブレ
イク・ダウンの発生によって電子の引き出しを行うよう
にしたので、金属薄膜による電子エネルギーの電子散乱
等のエネルギー消失を解消できるので効率良く確実にき
れの良い微細パターンの形成を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子による反応を利用した微細処理方
法の基本的模式的実施態様図である。

【図２】ｐ−ｎ接合のエネルギーバンドモデル図であ
る。

【図３】本発明処理方法の動作時のエネルギーバンドモ
デル図である。

【図４】本発明処理方法の他の例の実施態様図である。

【図５】本発明の他の例の電極配置を示す図である。

【符号の説明】

１ ｐ型高濃度半導体 ２ ｎ型低濃度表面層 ３ 半導体基体 ４ 針状金属電極

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｐ型高濃度半導体上にｎ低濃度半導体表
   面層が設けられてｐ−ｎ接合が形成された半導体基体を
   用意し、 該半導体基体を真空中に配置して該半導体基体の上記ｎ
   型低濃度半導体表面層側に針状金属電極を近づけ、 該針状金属電極と上記ｐ型高濃度半導体との間に該ｐ型
   高濃度半導体を負側とする電圧を印加して上記針状金属
   電極の先端部において半導体基体中に局所的なアバラン
   シェ・ブレイク・ダウンを生じさせて該半導体基体から
   電子を引出し該電子のエネルギーによる反応をもって上
   記半導体基体表面層自体あるいはこの表面層上に形成し
   た被加工層に微細処理を行うことを特徴とする電子によ
   る反応を利用した微細処理方法。