JP3115527B2 - Semiconductor surface patterning method - Google Patents

Semiconductor surface patterning method

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JP3115527B2
JP3115527B2 JP10034396A JP10034396A JP3115527B2 JP 3115527 B2 JP3115527 B2 JP 3115527B2 JP 10034396 A JP10034396 A JP 10034396A JP 10034396 A JP10034396 A JP 10034396A JP 3115527 B2 JP3115527 B2 JP 3115527B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板の表面
に周期的パターンを形成するための半導体表面のパター
ニング方法に係わる。
The present invention relates to a method for patterning a semiconductor surface for forming a periodic pattern on a surface of a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体製造分野において、基板表
面に微細なパターンを形成するには、フォトエッチング
プロセス(PEP)が採用されている。このPEPで
は、基板上にフォトレジストを塗布し、光や電子ビーム
でレジストを感光してパターニングし、これをマスクに
基板を選択エッチングしたり選択成長を行っている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of semiconductor manufacturing, a photo-etching process (PEP) has been employed to form a fine pattern on a substrate surface. In this PEP, a photoresist is applied on a substrate, the resist is exposed and patterned by light or an electron beam, and the substrate is selectively etched or selectively grown using the photoresist as a mask.

【0003】ところが、この種の方法では、高度な露光
技術を要する上に工程数が多い。また、最小加工寸法が
せいぜい50nm程度である。このため、簡単な工程
で、より微細なサイズのパターン形成を行う技術の実現
が要望されている。
However, this type of method requires a high-level exposure technique and requires many steps. Further, the minimum processing dimension is at most about 50 nm. Therefore, realization of a technique for forming a pattern of a finer size with a simple process is demanded.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、PE
Pを用いた微細加工技術では、プロセスが複雑であるこ
とに加え最小加工寸法が50nm 程度であり、より微
細な最小加工寸法の微細加工技術の実現が要望されてい
る。
As described above, the conventional PE
In the fine processing technology using P, the minimum processing size is about 50 nm in addition to the complexity of the process, and there is a demand for a fine processing technology with a finer minimum processing size.

【0005】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、PEPのような複雑な
プロセスを要することなく、より微細なパターンを形成
することのできる半導体表面のパターニング方法を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor surface capable of forming a finer pattern without requiring a complicated process such as PEP. Is to provide a patterning method.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(概要)上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。すなわち本発明は、半導体基板
の表面に周期的なパターンを形成するための半導体表面
のパターニング方法において、周期的な原子ステップを
有するシリコン基板の表面に、ガリウムを堆積しその一
部を加熱蒸発させて、周期的に配列したガリウムの吸着
領域とガリウムの脱離領域を形成する工程と、次いで前
記基板表面に酸素ガスを供給して、ガリウムの吸着領域
とガリウムの脱離領域を酸化させた後加熱処理し、シリ
コン酸化物の被覆層を周期的に形成する工程、および該
基板表面にシリコンを堆積させた後加熱処理し、シリコ
ン酸化物を脱離させる工程を含むことを特徴とする。 (作用)本発明によれば、均一な幅と厚さをもつシリコ
ン酸化物層を周期的あるいは局所的に形成できる。周期
的なパターン形成は、シリコン単結晶を低指数面からわ
ずかに傾けて切り出したシリコン基板を用いて得ること
ができる。この方法により、従来のPEPでは形成でき
ないような微細ピッチの周期的パターンを形成すること
ができる。
(Summary) In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration. That is, the present invention provides a semiconductor surface patterning method for forming a periodic pattern on a surface of a semiconductor substrate, wherein gallium is deposited on a surface of a silicon substrate having periodic atomic steps, and a part thereof is heated and evaporated. Forming a periodically arranged gallium adsorption region and a gallium desorption region, and then supplying oxygen gas to the substrate surface to oxidize the gallium adsorption region and the gallium desorption region. The method includes a step of performing heat treatment to form a silicon oxide coating layer periodically, and a step of performing heat treatment after depositing silicon on the surface of the substrate to desorb silicon oxide. (Operation) According to the present invention, a silicon oxide layer having a uniform width and thickness can be formed periodically or locally. Periodic pattern formation can be obtained using a silicon substrate obtained by cutting a silicon single crystal at a slight inclination from a low index plane. According to this method, a periodic pattern having a fine pitch that cannot be formed by the conventional PEP can be formed.

【0007】シリコン酸化物は、各種のシリコン微細加
工プロセスのマスクになり得る。ガスソース分子ビーム
エピタキシャル成長(GSMBE)法や化学気相堆積
(CVD)法でシリコンなどを成長させると、シリコン
酸化物の上には成長せず、シリコンの上だけに選択的に
成長するので、選択成長のマスクにもなる。
[0007] Silicon oxide can serve as a mask for various silicon micromachining processes. When silicon or the like is grown by a gas source molecular beam epitaxial growth (GSMBE) method or a chemical vapor deposition (CVD) method, the silicon is selectively grown only on silicon without growing on silicon oxide. Also serves as a growth mask.

【0008】従って、これを利用して選択エッチングや
選択成長を行うことにより、各種の半導体素子を製造す
ることができる。また、シリコン酸化物を除去する場合
には、数原子層のシリコン薄膜を体積させた後、加熱処
理することにより除去することができる。
Accordingly, various semiconductor elements can be manufactured by performing selective etching and selective growth utilizing this. In the case of removing silicon oxide, the silicon oxide film can be removed by heating a silicon thin film of several atomic layers after volume.

【0009】このように本発明によれば高度な露光技術
を使わずに、少ない工程で微細加工が可能となる。ま
た、原子ステップ間隔を調整するこで、50nm以下の
ナノメータスケールの微細加工も容易に行うことが可能
となる。
As described above, according to the present invention, fine processing can be performed in a small number of steps without using an advanced exposure technique. In addition, by adjusting the atomic step interval, fine processing on a nanometer scale of 50 nm or less can be easily performed.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】まず、発明の実施形態を説明する
前に、本発明の基本原理について説明する。シリコン
(Si)基板表面の原子ステップ間隔は、10nm以下
のサイズからミクロンオーダーのサイズまで、自由に制
御することが可能である。ここで、原子ステップとは、
単原子層の段差を意味し、原子ステップ間は原子レベル
で平坦な面(テラスと呼ぶ)となている。たとえば、低
指数面からわずかに傾斜した基板(オフ基板)を使う
と、ピッチが10nm以下の原子ステップを均等に形成
できる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing the embodiments of the present invention, the basic principle of the present invention will be described. The atomic step interval on the silicon (Si) substrate surface can be freely controlled from a size of 10 nm or less to a size on the order of microns. Here, the atomic step is
It means a step of a monoatomic layer, and a flat surface (called a terrace) at an atomic level is formed between atomic steps. For example, if a substrate (off-substrate) slightly inclined from the low index plane is used, atomic steps with a pitch of 10 nm or less can be formed uniformly.

【0011】また、フォトレジストで周期的にパターニ
ングしたのちにエッチングして周期的に穴を作ってお
き、原子ステップが動く温度に加熱するとステップバン
チングがおきて、穴のところに原子ステップがピンニン
グされ、広い範囲で均一で周期的な原子ステップが形成
されることも知られている[文献:1994年第55回
応用物理学会学術後援会講演予稿集第0分冊p121
7]。
In addition, after periodically patterning with a photoresist, etching is performed to form holes periodically, and when heated to a temperature at which the atomic steps move, step bunching occurs, and the atomic steps are pinned at the holes. It is also known that uniform and periodic atomic steps are formed in a wide range [Reference: Proceedings of the 55th Annual Conference of the Japan Society of Applied Physics, Scientific Supporting Committee, Vol.
7].

【0012】こうしてできた均等に配列した原子ステッ
プの基板を使い、原子ステップ端に沿って形成される化
学反応を用いれば、10nm以下の寸法に表面を加工す
ることができる。原子ステップ端に沿って形成される化
学反応としては、Gaを吸着させたSi(111)表面
を650℃に加熱したとき、Ga吸着物がステップ端か
ら脱離する現象が知られている[文献:H.Nakahara and
M.Ichikawa, AppliedPhysics Letters vol. 61, p.153
1 (1992)]。このプロセスにより、図1(a)に示すよ
うにGa吸着面11とSi面12とが原子ステップに沿
って同じテラス上に交互に配列する表面構造になる。
By using the thus-formed substrate having the atomic steps uniformly arranged and using a chemical reaction formed along the ends of the atomic steps, the surface can be processed to a size of 10 nm or less. As a chemical reaction formed along an atomic step edge, a phenomenon in which a Ga adsorbed substance is desorbed from a step edge when a Si (111) surface on which Ga is adsorbed is heated to 650 ° C. is known. : H.Nakahara and
M. Ichikawa, AppliedPhysics Letters vol. 61, p.153
1 (1992)]. This process results in a surface structure in which the Ga adsorption surface 11 and the Si surface 12 are alternately arranged on the same terrace along the atomic steps as shown in FIG.

【0013】上記基板表面に酸素ガスに暴露させた後、
700℃位で加熱すると図1(b)に示すように、Ga
酸化物とSi酸化物の蒸気圧の違いから、Gaの酸化物
が選択的に脱離し、Si酸化物13がステップに沿って
形成される。つまり、Si酸化物13とSi面12が原
子ステップに沿って同じテラス上に交互に配列する表面
構造が形成される。形成されるSi酸化物の幅は、酸素
ガス暴露前のGa吸着物の脱離プロセスにおいて、Si
基板加熱時間によって制御できる。また、Si酸化物の
厚さは、酸素ガス暴露時間によって制御できる。なお、
酸素ガス暴露時に、Si基板10を400℃に加熱する
と酸化の効率が上がる。
After exposing the substrate surface to oxygen gas,
When heated at about 700 ° C., as shown in FIG.
Due to the difference in vapor pressure between the oxide and the Si oxide, the Ga oxide is selectively desorbed, and the Si oxide 13 is formed along the steps. That is, a surface structure is formed in which the Si oxides 13 and the Si surfaces 12 are alternately arranged on the same terrace along the atomic steps. The width of the formed Si oxide is determined by the process of desorbing the Ga adsorbate before exposure to oxygen gas.
It can be controlled by the substrate heating time. Further, the thickness of the Si oxide can be controlled by the oxygen gas exposure time. In addition,
When the Si substrate 10 is heated to 400 ° C. during exposure to oxygen gas, the oxidation efficiency increases.

【0014】このようにして形成されたSi酸化物は、
シリコン微細加工プロセスのマスクとして用いることが
できる。そしてこの場合、厚さが数オングストロームレ
ベルなので、厚さが存在するために起こるマスクのぼけ
も存在しない。さらに、GSMBE法やCVD法でSi
などを成長させる際の選択成長のマスクにもなる。従っ
て、高度な露光技術を使わずに、少ない工程で極めて微
細な加工が可能となる。
The Si oxide thus formed is
It can be used as a mask in a silicon micromachining process. In this case, since the thickness is on the order of several angstroms, there is no mask blur caused by the presence of the thickness. Further, the GSMBE method or the CVD method
It can also be used as a mask for selective growth when growing such as. Therefore, extremely fine processing can be performed in a small number of steps without using an advanced exposure technique.

【0015】次にSi酸化物を除去するとともに、微細
な構造形成を行う方法について述べる。図2(a)に示
すようにSi酸化物21上にSiを堆積させた後、Si
基板20を800℃位加熱すると、Si酸化物21とS
i堆積層22の界面ではSi原子が過剰に存在するため
にこの部分でSiOが形成される。SiOは、SiO2
を主構成体とするSi酸化物に比べて蒸気圧が高いため
に、界面から選択的に脱離が進行して、最終的にSi堆
積層22の部分のSi酸化物は除去される。Si基板2
0の表面全面にSiを堆積させた後基板を加熱すること
により、図2(b)に示すように、Si酸化物の領域は
蒸発して、基板表面に周期的に配列した深さ1nm程度
の溝23が形成される。
Next, a method for removing the Si oxide and forming a fine structure will be described. After depositing Si on the Si oxide 21 as shown in FIG.
When the substrate 20 is heated to about 800 ° C., the Si oxide 21 and S
Since Si atoms are excessively present at the interface of the i deposition layer 22, SiO is formed at this portion. SiO is SiO 2
Since the vapor pressure is higher than that of the Si oxide mainly composed of Si, desorption proceeds selectively from the interface, and the Si oxide in the Si deposited layer 22 is finally removed. Si substrate 2
By depositing Si on the entire surface of the substrate 0 and then heating the substrate, as shown in FIG. 2 (b), the Si oxide region evaporates to a depth of about 1 nm periodically arranged on the substrate surface. Grooves 23 are formed.

【0016】このようにして形成された寸法精度が数オ
ングストロームレベルの周期的な凸凹構造は、シリコン
微細構造形成のための基板として用いることができる。
そしてこの場合、通常のエッチングプロセスにより誘発
される欠陥生成をともなうことなく、高精度の半導体素
子を作製することが可能となる。
The periodic uneven structure having the dimensional accuracy of several angstrom level formed as described above can be used as a substrate for forming a silicon fine structure.
In this case, a highly accurate semiconductor element can be manufactured without generating defects induced by a normal etching process.

【0017】以下、本発明の実施形態について説明す
る。 (第1の実施形態)図3は、本発明の第1の実施形態に
係わる半導体素子の製造工程を示す斜視図であり、特に
発光ダイオードの例を示している。まず、原子ステップ
の幅が10nmに均一に揃ったp型の清浄なSi(11
1)微傾斜基板30に、Gaを吸着させた後650℃に
加熱することにより、Ga吸着面とSi面とが原子ステ
ップに沿って同じテラス上に交互に配列した基板表面を
得る。Ga吸着面の脱離領域の幅を、基板加熱時間を制
御して5nmにする。次いで、この基板を400℃に加
熱しながら、5×10-5Paの酸素ガスに暴露する。続
いて、該基板を700℃で10分間加熱することによ
り、前記図1(b)に示したようなSi清浄表面とSi
酸化物がステップに沿って交互に配列した構造が得られ
る。Si酸化物の幅は約5nmである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. (First Embodiment) FIG. 3 is a perspective view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and particularly shows an example of a light emitting diode. First, clean p-type Si (11
1) After adsorbing Ga on the vicinal substrate 30, the substrate surface is heated to 650 ° C. to obtain a substrate surface in which Ga adsorption surfaces and Si surfaces are alternately arranged on the same terrace along the atomic steps. The width of the desorption region on the Ga adsorption surface is set to 5 nm by controlling the substrate heating time. Next, the substrate is exposed to an oxygen gas of 5 × 10 −5 Pa while being heated to 400 ° C. Subsequently, by heating the substrate at 700 ° C. for 10 minutes, the Si clean surface as shown in FIG.
A structure in which oxides are alternately arranged along steps is obtained. The width of the Si oxide is about 5 nm.

【0018】次いで、CVD法でジシランとジボランを
供給して、p型Siを成長させると、Si酸化物の上に
は成長せずSiの上だけに成長する。厚さ5nmになっ
たところで、成長を終了させると、図3(a)に示すよ
うに幅5nmのp型Si層32が形成される。この細線
中に閉じ込められたキャリアは量子化されており、その
量子化電子エネルギ準位はSiのバンドギャップよりも
大きくなる。
Next, when disilane and diborane are supplied by the CVD method to grow p-type Si, the silicon does not grow on the Si oxide but grows only on the Si. When the growth is completed when the thickness reaches 5 nm, a p-type Si layer 32 having a width of 5 nm is formed as shown in FIG. The carriers confined in the fine wire are quantized, and the quantized electron energy level becomes larger than the band gap of Si.

【0019】続いて、CVD法でジシランとホスフィン
を供給してp型Si層32の上にn型Si層33を成長
させ、シリコンのpn接合量子細線を形成する。次い
で、プラズマCVD法等により、図3(b)に示すよう
に細線と細線の間をシリコン酸化膜34で埋めて、表面
に透明電極35を形成することにより、発光ダイオード
が形成できる。この発光ダイオードの発光波長は、量子
サイズ効果により可視光域になる。
Subsequently, disilane and phosphine are supplied by the CVD method to grow an n-type Si layer 33 on the p-type Si layer 32, thereby forming a pn junction quantum wire of silicon. Next, as shown in FIG. 3B, the space between the fine wires is filled with a silicon oxide film 34 by a plasma CVD method or the like, and a transparent electrode 35 is formed on the surface, whereby a light emitting diode can be formed. The emission wavelength of this light emitting diode is in the visible light range due to the quantum size effect.

【0020】(第2の実施形態)図4は、本発明の第2
の実施形態に係わる半導体素子の製造工程を示す斜視図
であり、特に量子細線の作製例を示している。前記の図
2に示す同様のプロセスにより、図4(a)に示すよう
な溝41を形成する。前記第1の実施形態に示したよう
に、原子ステップの幅が10nmに均一に揃った清浄な
Si(111)微傾斜のSi基板40と、幅5nmのS
i酸化膜を形成させることにより、溝41の幅を5nm
に制御することができる。また、溝41の深さは堆積さ
せるSi層の厚さによりSi(111)面の原子層の厚
さ3.1オングストロームの精度で制御できる。
(Second Embodiment) FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment, and particularly illustrates an example of manufacturing a quantum wire. A groove 41 as shown in FIG. 4A is formed by the same process as shown in FIG. As shown in the first embodiment, a clean Si (111) vicinal Si substrate 40 in which the width of the atomic steps is uniformly set to 10 nm, and a 5 nm wide S
The width of the groove 41 is reduced to 5 nm by forming the i-oxide film.
Can be controlled. Further, the depth of the groove 41 can be controlled with an accuracy of 3.1 angstrom thickness of the atomic layer on the Si (111) plane by the thickness of the Si layer to be deposited.

【0021】この基板40の上に、厚さ1.2nmのS
iGe層42とSi層43を交互に積層することによ
り、図4(b)に示すような格子状に配列したSiGe
細線を作製することができる。このような構造の量子細
線は、電子およびホールは2次元方向に閉じ込められ、
また、良好な界面が形成されるために、発光デバイスの
活性層や電子デバイスの伝導層として使用することによ
り高効率の半導体素子が得られる。なお、上記実施例で
は量子井戸を形成させるための材料として、Siよりも
バンドギャップの小さいSiGe混晶を用いた例を示し
たが、SiGeに限る必要はない。量子井戸にGaSb
のような化合物半導体を用いても同様の効果が得られ
る。
On this substrate 40, a 1.2 nm thick S
By alternately laminating the iGe layers 42 and the Si layers 43, the SiGe layers arranged in a lattice as shown in FIG.
Fine wires can be produced. In a quantum wire having such a structure, electrons and holes are confined in a two-dimensional direction,
In addition, since a good interface is formed, a highly efficient semiconductor element can be obtained by using it as an active layer of a light emitting device or a conductive layer of an electronic device. In the above-described embodiment, an example in which a SiGe mixed crystal having a smaller band gap than Si is used as a material for forming a quantum well is described. However, the material is not limited to SiGe. GaSb in quantum well
Similar effects can be obtained by using such a compound semiconductor.

【0022】(第3の実施形態)図5は、本発明の第3
の実施形態に係わる半導体素子の製造工程を示す斜視図
である。 まず、半絶縁性のSi(100)微傾斜のS
i基板50を超高真空中で加熱し、原子ステップの間隔
が10nmに均一に揃った清浄表面を得る。次いで、G
aを吸着させた後、基板加熱時間を制御してGaの脱離
領域の幅を5nmにする。この基板を400℃に加熱し
ながら、5×10-5Paの酸素ガスに暴露する。続い
て、該基板を700℃で10分間加熱することにより、
前記図1に示したようなSi清浄表面とSi酸化物がス
テップに沿って交互に配列した構造を得る。Si酸化物
の幅は約5nmである。
(Third Embodiment) FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a perspective view showing a manufacturing step of the semiconductor element according to the embodiment. First, a semi-insulating Si (100) S
The i-substrate 50 is heated in an ultra-high vacuum to obtain a clean surface in which the intervals between the atomic steps are uniform at 10 nm. Then G
After adsorbing a, the width of the Ga desorption region is set to 5 nm by controlling the substrate heating time. The substrate is exposed to an oxygen gas of 5 × 10 −5 Pa while being heated to 400 ° C. Subsequently, by heating the substrate at 700 ° C. for 10 minutes,
As shown in FIG. 1, a structure is obtained in which Si clean surfaces and Si oxides are alternately arranged along steps. The width of the Si oxide is about 5 nm.

【0023】次に、該Si基板50の上に厚さ約3オン
グストロームのSi薄膜を堆積させた後、Ge薄膜を堆
積させる。次いで、基板を800℃位加熱することによ
り、前記図2で説明した同様のプロセスによりSi酸化
物の領域は除去され、Si清浄面の領域にはSiGeが
形成される。最終的に図5(a)に示すように、基板表
面に周期的に配列した幅5nmのSiGe層51の細線
構造が形成される。
Next, after depositing a Si thin film having a thickness of about 3 Å on the Si substrate 50, a Ge thin film is deposited. Next, by heating the substrate at about 800 ° C., the region of the Si oxide is removed by the same process as described with reference to FIG. 2, and SiGe is formed in the region of the clean Si surface. Finally, as shown in FIG. 5A, a fine line structure of the SiGe layer 51 having a width of 5 nm periodically arranged on the substrate surface is formed.

【0024】次いで、Siをエピタキシャル成長させ
て、このSiGe細線(SiGe層51)をSi層52
で埋め込むことによって、図5(b)に示すように周期
的に配列したSiGeの量子細線が形成される。このよ
うな構造の量子細線は、前記図4(b)の場合と同様
に、発光デバイスの活性層や電子デバイスの伝導層とし
て使用することにより高効率の半導体素子が得られる。
Next, Si is epitaxially grown, and this SiGe thin wire (SiGe layer 51) is
As shown in FIG. 5B, SiGe quantum wires that are periodically arranged are formed. A highly efficient semiconductor element can be obtained by using the quantum wire having such a structure as an active layer of a light emitting device or a conductive layer of an electronic device, as in the case of FIG. 4B.

【0025】なお、図5(a)の構造を形成するとき
に、Siを堆積させた後にGeを堆積させたが、Siを
堆積させずにGeを直接Si酸化物の上に堆積させても
同様の構造を作製することができる。ただし、この場合
にはSiGeではなくGeの量子細線が形成されること
になる。
When the structure shown in FIG. 5A is formed, Ge is deposited after depositing Si. However, Ge may be deposited directly on Si oxide without depositing Si. A similar structure can be made. However, in this case, a quantum wire of Ge is formed instead of SiGe.

【0026】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では、酸素ガスを吸着さ
せる温度は400℃としたが、400℃に限るものでは
なく、ガリウムの脱離が起こる温度約600℃以下であ
ればよい。また、ガリウム吸着面の吸着量が1/3分子
層(1分子層=7.8×1014原子/cm2)の場合に
ついて説明したが、1/3分子層以上であっても良い。
The present invention is not limited to the above embodiments. In the embodiment, the temperature at which the oxygen gas is adsorbed is 400 ° C., but the temperature is not limited to 400 ° C., and it may be about 600 ° C. or less at which gallium desorption occurs. Further, the case where the gallium adsorption surface has an adsorption amount of 1/3 molecular layer (1 molecular layer = 7.8 × 10 14 atoms / cm 2 ) has been described, but may be 1/3 molecular layer or more.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、所
定の位置にガリウム吸着面を有するシリコン基板の表面
に、酸素ガスを供給した後に、基板を加熱処理すること
により、シリコン基板の表面の所定の位置にシリコン酸
化物層を形成することができる。従って、高度な露光技
術を使わずに、少ない工程で基板表面の微細加工が可能
となる。
As described above in detail, according to the present invention, after supplying oxygen gas to the surface of a silicon substrate having a gallium adsorption surface at a predetermined position, the substrate is subjected to a heat treatment, whereby the silicon substrate is heated. A silicon oxide layer can be formed at a predetermined position on the surface. Therefore, fine processing of the substrate surface can be performed in a small number of steps without using an advanced exposure technique.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の基本原理を説明するための基板表面
の加工工程を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a substrate surface processing step for explaining a basic principle of the present invention.

【図2】 本発明の基本原理を説明するための基板表面
の加工工程を示す斜視図。
FIG. 2 is a perspective view showing a substrate surface processing step for explaining the basic principle of the present invention.

【図3】 第1の実施形態に係わる半導体素子の製造工
程を示す摸式図。
FIG. 3 is a schematic view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment.

【図4】 第2の実施形態に係わる半導体素子の製造工
程を示す斜視図。
FIG. 4 is a perspective view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a second embodiment.

【図5】 第3の実施形態に係わる半導体素子の製造工
程を示す斜視図。
FIG. 5 is a perspective view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,20,30,40,50 シリコン基板、11
ガリウム吸着面、12シリコン面、13,21,31
シリコン酸化物、22 シリコン堆積層、23,41
溝、32 p型シリコン層、33 n型シリコン層、3
4 シリコン酸化膜、35 電極、42,51 SiG
e層(量子細線)、43,52 Si層。
10, 20, 30, 40, 50 silicon substrates, 11
Gallium adsorption surface, 12 silicon surface, 13, 21, 31
Silicon oxide, 22 silicon deposition layer, 23, 41
Groove, 32 p-type silicon layer, 33 n-type silicon layer, 3
4 silicon oxide film, 35 electrodes, 42,51 SiG
e layer (quantum wire), 43,52 Si layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸野 茂光 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 藤田 忍 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 渡部 平司 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 市川 昌和 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平5−47659(JP,A) 特開 平8−274024(JP,A) 特開 平9−82939(JP,A) 特開 平8−97152(JP,A) 特許2714703(JP,B2) 特許2831953(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/316 H01L 21/20 H01L 21/203 H01L 21/205 H01L 29/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shigemitsu Maruno 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Shinobu Fujita 1-1-1, Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Shares (72) Inventor Heiji Watanabe 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo NEC Corporation (72) Inventor Masakazu Ichikawa 1-1280 Higashi-Koigabo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Central In the laboratory (56) References JP-A-5-47659 (JP, A) JP-A-8-274024 (JP, A) JP-A-9-82939 (JP, A) JP-A-8-97152 (JP, A) ) Patent 2714703 (JP, B2) Patent 2831953 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/316 H01L 21/20 H01L 21/203 H01L 21/205 H01L 29 / 06

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ガリウム吸着面とシリコン面を有するシ
リコン基板の表面に、酸素ガスを供給した後に、シリコ
ン酸化物層が前記シリコン面にのみ形成されるように、
前記基板を加熱処理することを特徴とする半導体表面の
パターニング方法。
An oxygen gas is supplied to a surface of a silicon substrate having a gallium adsorption surface and a silicon surface so that a silicon oxide layer is formed only on the silicon surface.
A method of patterning a semiconductor surface, wherein the substrate is subjected to a heat treatment.
【請求項2】 ガリウム吸着面とシリコン面をもつシリ
コン基板の表面に、酸素ガスを供給した後に、シリコン
酸化物層が前記シリコン面にのみ形成されるように、前
記基板を加熱処理する工程と、次いで、前記基板の表面
に結晶成長した後に、前記シリコン酸化物層のみ除去さ
れるように、前記基板を加熱処理する工程を含むことを
特徴とする半導体表面のパターニング方法。
A step of supplying oxygen gas to a surface of a silicon substrate having a gallium adsorption surface and a silicon surface, and then heating the substrate so that a silicon oxide layer is formed only on the silicon surface. And a step of subjecting the substrate to heat treatment so that only the silicon oxide layer is removed after crystal growth on the surface of the substrate.
【請求項3】 周期的な原子ステップを有するシリコン
基板の表面に、ガリウム吸着面とシリコン面を周期的に
配列させる工程と、前記基板の表面に酸素ガスを供給し
た後に、前記基板を加熱処理し、該基板の表面に前記原
子ステップに沿ってシリコン面とシリコン酸化物層を周
期的に形成する工程を含むことを特徴とする半導体表面
のパターニング方法。
3. A step of periodically arranging a gallium adsorption surface and a silicon surface on a surface of a silicon substrate having periodic atomic steps, and heating the substrate after supplying oxygen gas to the surface of the substrate. And a step of periodically forming a silicon surface and a silicon oxide layer on the surface of the substrate along the atomic steps.
【請求項4】 周期的な原子ステップを有するシリコン
基板の表面に、ガリウム吸着面とシリコン面を周期的に
配列させる工程と、前記基板の表面に酸素ガスを供給し
た後に、前記基板を加熱処理し、該基板の表面に前記原
子ステップに沿ってシリコン面とシリコン酸化物層を周
期的に形成する工程と、前記シリコン酸化物層をマスク
に前記基板の表面に半導体層を選択成長する工程を含む
ことを特徴とする半導体表面のパターニング方法。
4. A step of periodically arranging a gallium adsorption surface and a silicon surface on a surface of a silicon substrate having periodic atomic steps, and heating the substrate after supplying oxygen gas to the surface of the substrate. And periodically forming a silicon surface and a silicon oxide layer on the surface of the substrate along the atomic steps, and selectively growing a semiconductor layer on the surface of the substrate using the silicon oxide layer as a mask. A method for patterning a semiconductor surface, comprising:
【請求項5】 周期的な原子ステップを有するシリコン
基板の表面に、ガリウム吸着面とシリコン面を周期的に
配列させる工程と、前記基板の表面に酸素ガスを供給し
た後に、前記基板を加熱処理し、該基板の表面に前記原
子ステップに沿ってシリコン面とシリコン酸化物層を周
期的に形成する工程と、前記シリコン酸化物層をマスク
に前記基板を選択エッチングして溝を形成する工程と、
前記基板の溝内に半導体層を選択成長する工程を含むこ
とを特徴とする半導体表面のパターニング方法。
5. A step of periodically arranging a gallium adsorption surface and a silicon surface on a surface of a silicon substrate having periodic atomic steps, and heating the substrate after supplying oxygen gas to the surface of the substrate. And periodically forming a silicon surface and a silicon oxide layer on the surface of the substrate along the atomic steps; and selectively etching the substrate using the silicon oxide layer as a mask to form a groove. ,
A method of patterning a semiconductor surface, comprising a step of selectively growing a semiconductor layer in a groove of the substrate.
【請求項6】 周期的な原子ステップを有するシリコン
基板の表面に、ガリウム吸着面とシリコン面を周期的に
配列させる工程と、前記基板の表面に酸素ガスを供給し
た後に、前記基板を加熱処理し、該基板の表面に前記原
子ステップに沿ってシリコン面とシリコン酸化物層を周
期的に形成する工程と、次いで、前記基板の表面に結晶
成長した後に、前記シリコン酸化物層のみ除去されるよ
うに、前記基板を加熱処理し、該基板の表面に前記シリ
コン酸化物層に対応した周期的凹凸を有する半導体層を
成長する工程を含むことを特徴とする半導体表面のパタ
ーニング方法。
6. A step of periodically arranging a gallium adsorption surface and a silicon surface on a surface of a silicon substrate having periodic atomic steps, and heating the substrate after supplying oxygen gas to the surface of the substrate. And periodically forming a silicon surface and a silicon oxide layer on the surface of the substrate along the atomic steps, and then, after crystal growth on the surface of the substrate, only the silicon oxide layer is removed. A method of patterning a semiconductor surface, the method comprising: heating the substrate and growing a semiconductor layer having periodic irregularities corresponding to the silicon oxide layer on the surface of the substrate.
【請求項7】 周期的な原子ステップを有するシリコン
基板の表面に、ガリウム吸着面とシリコン面を周期的に
配列させる工程と、前記基板の表面に酸素ガスを供給し
た後に、前記基板を加熱処理し、該基板の表面に前記原
子ステップに沿ってシリコン面とシリコン酸化物層を周
期的に形成する工程と、次いで、前記基板の表面に結晶
成長した後に、前記シリコン酸化物層のみ除去されるよ
うに、前記基板を加熱処理し、該基板の表面に前記シリ
コン酸化物層に対応した周期的凹凸を有する半導体層を
成長する工程と、次いで、前記基板に異種半導体層を交
互に成長する工程を含むことを特徴とする半導体表面の
パターニング方法。
7. A step of periodically arranging a gallium adsorption surface and a silicon surface on a surface of a silicon substrate having periodic atomic steps, and heating the substrate after supplying oxygen gas to the surface of the substrate. And periodically forming a silicon surface and a silicon oxide layer on the surface of the substrate along the atomic steps, and then, after crystal growth on the surface of the substrate, only the silicon oxide layer is removed. Heat treating the substrate to grow a semiconductor layer having periodic irregularities corresponding to the silicon oxide layer on the surface of the substrate, and then alternately growing a heterogeneous semiconductor layer on the substrate A method for patterning a semiconductor surface, comprising:
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