JP3118377B2 - 半導体結晶のエッチング方法 - Google Patents
半導体結晶のエッチング方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体結晶表面のエ
ッチング方法に関するものである。さらに詳しくは、こ
の発明は、マイクロエレクトロニクスにおける量子デバ
イス作製の基礎技術として有用な、ドライエッチング方
法に関するものである。
ッチング方法に関するものである。さらに詳しくは、こ
の発明は、マイクロエレクトロニクスにおける量子デバ
イス作製の基礎技術として有用な、ドライエッチング方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】近年、マイクロエレクトロニ
クスの中核をなすＵＬＳＩの集積度の向上とともに、こ
れら量子デバイスにおける回路パターンは微細化の一途
をたどっている。従来、半導体デバイスの作製プロセス
では、絶縁膜や金属薄膜の不要部分を、レジストパター
ン通りに高精度で取り除くための基礎技術として、半導
体結晶のエッチング法が広く採用されており、このエッ
チング法のための手段として、ハロゲンガスを用いたド
ライエッチングの検討も進められている。このドライエ
ッチングは、超高真空中の比較的清浄な雰囲気でエッチ
ングを行うため、微細な量子デバイスの加工が可能なも
のとして期待されている。
クスの中核をなすＵＬＳＩの集積度の向上とともに、こ
れら量子デバイスにおける回路パターンは微細化の一途
をたどっている。従来、半導体デバイスの作製プロセス
では、絶縁膜や金属薄膜の不要部分を、レジストパター
ン通りに高精度で取り除くための基礎技術として、半導
体結晶のエッチング法が広く採用されており、このエッ
チング法のための手段として、ハロゲンガスを用いたド
ライエッチングの検討も進められている。このドライエ
ッチングは、超高真空中の比較的清浄な雰囲気でエッチ
ングを行うため、微細な量子デバイスの加工が可能なも
のとして期待されている。
【０００３】たとえば、デバイス材料として代表的なシ
リコン（Ｓｉ）については、フッ素および塩素系のハロ
ゲンガスによるドライエッチングプロセスが検討されて
きている。しかしながら、これまでのところ、このシリ
コンの場合についても、より微細な量子素子を作製する
ためのドライエッチングプロセスはいまだ完成していな
いのが実情である。そして、ＧａＡｓ等の化合物半導体
についてもドライエッチングプロセスに関する報告は多
いが、量子素子の作製を可能とする技術的手段について
はいまだその手がかりも見出されていない。
リコン（Ｓｉ）については、フッ素および塩素系のハロ
ゲンガスによるドライエッチングプロセスが検討されて
きている。しかしながら、これまでのところ、このシリ
コンの場合についても、より微細な量子素子を作製する
ためのドライエッチングプロセスはいまだ完成していな
いのが実情である。そして、ＧａＡｓ等の化合物半導体
についてもドライエッチングプロセスに関する報告は多
いが、量子素子の作製を可能とする技術的手段について
はいまだその手がかりも見出されていない。
【０００４】たとえば、ＧａＡｓはＳｉに比べ電子の移
動度が大きく、Ｓｉより高周波、高速の動作が可能な材
料であって、資源の豊かさ、結晶の完全性等の点から工
業規模の大きさで発展し過去２０年にわたり約３年で４
倍の割合で集積度を向上させてきたＳｉに代わり、その
限界を克服する化合物半導体の１種としてその優れた性
質と多様性で注目されているものである。またこのＧａ
Ａｓ等の化合物半導体のエピタキシャル結晶技術とし
て、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法や、ＭＯＣ
ＶＤ（気相成長）法等の技術が進歩し、一様な結晶成長
が可能になってきており、化合物半導体のデバイス材料
としての重要度は増してきている。
動度が大きく、Ｓｉより高周波、高速の動作が可能な材
料であって、資源の豊かさ、結晶の完全性等の点から工
業規模の大きさで発展し過去２０年にわたり約３年で４
倍の割合で集積度を向上させてきたＳｉに代わり、その
限界を克服する化合物半導体の１種としてその優れた性
質と多様性で注目されているものである。またこのＧａ
Ａｓ等の化合物半導体のエピタキシャル結晶技術とし
て、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法や、ＭＯＣ
ＶＤ（気相成長）法等の技術が進歩し、一様な結晶成長
が可能になってきており、化合物半導体のデバイス材料
としての重要度は増してきている。
【０００５】しかしながら、量子デバイスの加工におい
て必要な、半導体結晶のドライエッチング技術は、化合
物半導体についてはその事例が多くなく、その技術が確
立されているとは言えない状況にある。例えば、添付の
図１は、ＧａＡｓのドライエッチングの事例を示したも
のであるが、ＧａＡｓ（１１０）面のハロゲンガスＢｒ
2 を用いたエッチング（温度４５０℃）の場合、［１１
２］、［１００］方向に優先的にエッチングが進む。そ
してこの場合、２原子層高さのステップはエッチングさ
れにくく、三角形状のエッチピットが残り、原子レベル
での平坦な表面が得られない。このため、均一な再現性
の良い結晶成長も期待できない。つまり、これまでの技
術手段では、化合物半導体については、その原子レベル
における、どの面指数においても均一な、平坦性の良い
一原子層単位のドライエッチング技術は確立されていな
かった。
て必要な、半導体結晶のドライエッチング技術は、化合
物半導体についてはその事例が多くなく、その技術が確
立されているとは言えない状況にある。例えば、添付の
図１は、ＧａＡｓのドライエッチングの事例を示したも
のであるが、ＧａＡｓ（１１０）面のハロゲンガスＢｒ
2 を用いたエッチング（温度４５０℃）の場合、［１１
２］、［１００］方向に優先的にエッチングが進む。そ
してこの場合、２原子層高さのステップはエッチングさ
れにくく、三角形状のエッチピットが残り、原子レベル
での平坦な表面が得られない。このため、均一な再現性
の良い結晶成長も期待できない。つまり、これまでの技
術手段では、化合物半導体については、その原子レベル
における、どの面指数においても均一な、平坦性の良い
一原子層単位のドライエッチング技術は確立されていな
かった。
【０００６】そこでこの発明は、このような課題を解決
するものとして、従来の化合物半導体等のハロゲンガス
によるドライエッチング方法の技術的限界を克服し、半
導体結晶に対して、簡便な手段で平坦性や再現性のよい
ドライエッチングを可能とする新しい方法を提供するこ
とを目的としている。
するものとして、従来の化合物半導体等のハロゲンガス
によるドライエッチング方法の技術的限界を克服し、半
導体結晶に対して、簡便な手段で平坦性や再現性のよい
ドライエッチングを可能とする新しい方法を提供するこ
とを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、半導体結晶表面をＡｓＢｒ，Ａ
ｓＢｒ２またはＡｓＢｒ３の砒素臭素化物により一原子
層単位で、高周波放電をともなわない気相化学エッチン
グすることを特徴とする半導体結晶のエッチング方法を
提供する。
を解決するものとして、半導体結晶表面をＡｓＢｒ，Ａ
ｓＢｒ２またはＡｓＢｒ３の砒素臭素化物により一原子
層単位で、高周波放電をともなわない気相化学エッチン
グすることを特徴とする半導体結晶のエッチング方法を
提供する。
【０００８】
【作用】この発明の方法は、上記の通り、半導体結晶表
面を砒素の臭素化物により原子層単位で気相化学エッチ
ングすることにより、平坦性のよい表面を再現性よく得
ることを可能としている。たとえばＧａＡｓ結晶の表面
は（１００）、（１１０）、（１１１）のいずれの面で
も面指数によらず一層単位でのエッチングが可能とな
る。
面を砒素の臭素化物により原子層単位で気相化学エッチ
ングすることにより、平坦性のよい表面を再現性よく得
ることを可能としている。たとえばＧａＡｓ結晶の表面
は（１００）、（１１０）、（１１１）のいずれの面で
も面指数によらず一層単位でのエッチングが可能とな
る。
【０００９】この方法の特徴は、Ｂｒの化合物つまり臭
素化物によるエッチングという新しい発想のもとに、こ
れまでの技術的知見によっては全く予期できなかった画
期的な作用効果を実現することにある。さらに詳しく説
明すると、この臭素化物によるエッチングでは、エッチ
ングされていく原子が表面のステップ位置およびキンク
位置の原子であって、表面の凹凸を構成しているステッ
プ・キンクを優先的に取り除くため、原子層を一層単位
でエッチングすることができる。このような一層単位で
のエッチングの結果得られる表面はきわめて平坦性の高
いものである。すなわち原子レベルで平坦な表面を得る
ことができる。さらにこの方法はへき開面である（１１
０）でも、面指数に関わらない同様なエッチングを可能
としている。
素化物によるエッチングという新しい発想のもとに、こ
れまでの技術的知見によっては全く予期できなかった画
期的な作用効果を実現することにある。さらに詳しく説
明すると、この臭素化物によるエッチングでは、エッチ
ングされていく原子が表面のステップ位置およびキンク
位置の原子であって、表面の凹凸を構成しているステッ
プ・キンクを優先的に取り除くため、原子層を一層単位
でエッチングすることができる。このような一層単位で
のエッチングの結果得られる表面はきわめて平坦性の高
いものである。すなわち原子レベルで平坦な表面を得る
ことができる。さらにこの方法はへき開面である（１１
０）でも、面指数に関わらない同様なエッチングを可能
としている。
【００１０】また、この方法はＭＢＥ（分子線エピタキ
シャル成長）法、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキ
シャル成長）法等と組み合わせて使うことができる。こ
の場合、結晶成長とエッチングとを同時に、あるいは交
互に組み合わせて行うことができ、その結果、きわめて
良質な結晶成長を、簡便に再現性良く行うことができ
る。
シャル成長）法、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキ
シャル成長）法等と組み合わせて使うことができる。こ
の場合、結晶成長とエッチングとを同時に、あるいは交
互に組み合わせて行うことができ、その結果、きわめて
良質な結晶成長を、簡便に再現性良く行うことができ
る。
【００１１】さらに、図２で示した過程を行うことによ
り、多重量子細線の作成が可能になる。すなわち、ま
ず、（１）の過程で（１００）面上のＭＢＥ成長を利用
し、量子井戸を作る。これを（１１０）面でへき開した
後、（２）の過程でこの発明の方法を用いてエッチング
する。（３）の過程でエッチングで生じた溝に量子細線
を作るようにＭＢＥ成長を行う。最後に（４）の過程で
キャップ相を成長させる。これらの過程で量子井戸の構
造およびエッチングの選択性を変えることにより、さま
ざまな形の多重量子細線の作成が可能となる。
り、多重量子細線の作成が可能になる。すなわち、ま
ず、（１）の過程で（１００）面上のＭＢＥ成長を利用
し、量子井戸を作る。これを（１１０）面でへき開した
後、（２）の過程でこの発明の方法を用いてエッチング
する。（３）の過程でエッチングで生じた溝に量子細線
を作るようにＭＢＥ成長を行う。最後に（４）の過程で
キャップ相を成長させる。これらの過程で量子井戸の構
造およびエッチングの選択性を変えることにより、さま
ざまな形の多重量子細線の作成が可能となる。
【００１２】この発明の方法においては、臭素化物ガス
を用いて超高真空中で、たとえば１０-8ｐａｓ．レベル
への排気後、１０-6〜１０-5ｐａｓ．のガス分圧でのエ
ッチャントガスの導入によりエッチングを実施すること
ができる。エッチングには、すべての結晶表面を等しく
削り取る等方性エッチングと、面によってその速度の異
なる異方性エッチングという二つの作用に区分すること
ができ、前者は、前記の通り、表面に凹凸がある場合、
それを取り除き平滑化する作用であって、後者は逆に、
平坦な面から任意の面を削り取った微細な構造を積極的
に作り出す作用である。
を用いて超高真空中で、たとえば１０-8ｐａｓ．レベル
への排気後、１０-6〜１０-5ｐａｓ．のガス分圧でのエ
ッチャントガスの導入によりエッチングを実施すること
ができる。エッチングには、すべての結晶表面を等しく
削り取る等方性エッチングと、面によってその速度の異
なる異方性エッチングという二つの作用に区分すること
ができ、前者は、前記の通り、表面に凹凸がある場合、
それを取り除き平滑化する作用であって、後者は逆に、
平坦な面から任意の面を削り取った微細な構造を積極的
に作り出す作用である。
【００１３】従来のドライエッチングでは、このどちら
か一方の働きのために特化されたエッチャントを用いて
表面加工してきた。ところが、この発明では、臭素化物
をエッチャントとすることにより、両方の作用を、温度
の制御だけで選択的に作用させることができるという優
れた特徴が実現されることになる。
か一方の働きのために特化されたエッチャントを用いて
表面加工してきた。ところが、この発明では、臭素化物
をエッチャントとすることにより、両方の作用を、温度
の制御だけで選択的に作用させることができるという優
れた特徴が実現されることになる。
【００１４】たとえば、砒素の臭素化物を用いる場合に
は、等方性エッチングとなるのが高温側であって、異方
性エッチングとなるのが低温側である。そして、この低
温側での作用は、従来よりも低い温度で実施可能であ
る。臭素化物としては、より好ましくはＡｓとの化合
物、たとえばＡｓＢｒ3 、ＡｓＢｒ2 、ＡｓＢｒがその
代表的なものとして例示される。もちろん、他種のもの
であってもよい。
は、等方性エッチングとなるのが高温側であって、異方
性エッチングとなるのが低温側である。そして、この低
温側での作用は、従来よりも低い温度で実施可能であ
る。臭素化物としては、より好ましくはＡｓとの化合
物、たとえばＡｓＢｒ3 、ＡｓＢｒ2 、ＡｓＢｒがその
代表的なものとして例示される。もちろん、他種のもの
であってもよい。
【００１５】このように、化合物半導体を含む半導体結
晶表面を臭化物により一層単位でドライエッチングする
技術は、原子層のレベルでの一様な結晶成長を可能に
し、さらに、Ｓｉだけでは望むことができなかった化合
物半導体特有の、多様な量子デバイス特性を生かした有
用な素子の実現も可能となる。もちろんこの発明の方法
では、化合物半導体を含む半導体結晶の種類について特
に限定されることはなく、ＡｌＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、Ｉ
ｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、Ｓｉ、Ｇｅなど様々なもの
が考えられる。
晶表面を臭化物により一層単位でドライエッチングする
技術は、原子層のレベルでの一様な結晶成長を可能に
し、さらに、Ｓｉだけでは望むことができなかった化合
物半導体特有の、多様な量子デバイス特性を生かした有
用な素子の実現も可能となる。もちろんこの発明の方法
では、化合物半導体を含む半導体結晶の種類について特
に限定されることはなく、ＡｌＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、Ｉ
ｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、Ｓｉ、Ｇｅなど様々なもの
が考えられる。
【００１６】以下実施例を示し、さらに詳しくこの発明
の方法について述べる。
の方法について述べる。
【００１７】
【実施例】ＧａＡｓ（１００）面について、３８０℃か
ら６３０℃の範囲で、ＡｓＢｒ3を０．３６ＳＣＣＭを
供給してエッチングを行った。一層単位のエッチングが
できた。ＧａＡｓ（１１０）面の場合には、３８０℃か
ら４８０℃の範囲でＡｓＢｒ3 を０．３６ＳＣＣＭ供給
したときに一層単位のエッチングができた。ＧａＡｓ
（１１１）面の場合には、３５０℃から６５０℃の範囲
で、ＡｓＢｒ3 を０．３６ＳＣＣＭ供給したときに一層
単位のエッチングができた。また、エッチャントとして
他の砒素の臭素化物ＡｓＢｒ2 、ＡｓＢｒを用いた場合
にも同様のエッチングが可能であった。なお、エッチン
グの進行状況は反射電子回折（ＲＨＥＥＤ）の強度振動
を使ってモニターした。これにより任意の平坦性のとこ
ろでエッチングを停止することができた。
ら６３０℃の範囲で、ＡｓＢｒ3を０．３６ＳＣＣＭを
供給してエッチングを行った。一層単位のエッチングが
できた。ＧａＡｓ（１１０）面の場合には、３８０℃か
ら４８０℃の範囲でＡｓＢｒ3 を０．３６ＳＣＣＭ供給
したときに一層単位のエッチングができた。ＧａＡｓ
（１１１）面の場合には、３５０℃から６５０℃の範囲
で、ＡｓＢｒ3 を０．３６ＳＣＣＭ供給したときに一層
単位のエッチングができた。また、エッチャントとして
他の砒素の臭素化物ＡｓＢｒ2 、ＡｓＢｒを用いた場合
にも同様のエッチングが可能であった。なお、エッチン
グの進行状況は反射電子回折（ＲＨＥＥＤ）の強度振動
を使ってモニターした。これにより任意の平坦性のとこ
ろでエッチングを停止することができた。
【００１８】同様に、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ
の III−Ｖ族化合物半導体、Ｓｉ、Ｇｅについてもエッ
チングできることが確認された。
の III−Ｖ族化合物半導体、Ｓｉ、Ｇｅについてもエッ
チングできることが確認された。
【００１９】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
り、化合物半導体を含む半導体結晶表面を臭素化物によ
り一原子層単位でドライエッチングすることが可能にな
る。さらにこの発明の方法をＭＢＥ法、ＭＯＭＢＥ法な
どの結晶成長法と組み合わせることにより、原子層のレ
ベルでの一様な結晶成長が可能となる。さらに、Ｓｉだ
けでは望むことができなかった化合物半導体特有の、多
様な量子デバイス特性を生かした有用な素子の実現も可
能となる。
り、化合物半導体を含む半導体結晶表面を臭素化物によ
り一原子層単位でドライエッチングすることが可能にな
る。さらにこの発明の方法をＭＢＥ法、ＭＯＭＢＥ法な
どの結晶成長法と組み合わせることにより、原子層のレ
ベルでの一様な結晶成長が可能となる。さらに、Ｓｉだ
けでは望むことができなかった化合物半導体特有の、多
様な量子デバイス特性を生かした有用な素子の実現も可
能となる。
【図１】従来方法としてのＧａＡｓのドライエッチング
の事例を示した概略図である。
の事例を示した概略図である。
【図２】この発明の方法として多重量子細線の作成の様
子を示した工程概略図である。
子を示した工程概略図である。
フロントページの続き (72)発明者 川村 隆明 東京都豊島区目白４−８−８ (72)発明者 ブルース エー，ジョイス イギリス ロンドン ＳＷ７ ２ＢＺ プリンス コンソート ロード インタ ーディサプラナリー リサーチ センタ ー フォー セミコンダクター マテリ アルズ，ユニバーシティー オブ ロン ドン内 （番地なし) (56)参考文献 特開 昭58−63137（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体結晶表面をＡｓＢｒ，ＡｓＢｒ２
またはＡｓＢｒ３の砒素臭素化物により一原子層単位
で、高周波放電をともなわない気相化学エッチングする
ことを特徴とする半導体結晶のエッチング方法。 - 【請求項２】 結晶表面の面指数に依存しない請求項１
のエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06217700A JP3118377B2 (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 半導体結晶のエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06217700A JP3118377B2 (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 半導体結晶のエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08321483A JPH08321483A (ja) | 1996-12-03 |
| JP3118377B2 true JP3118377B2 (ja) | 2000-12-18 |
Family
ID=16708362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06217700A Expired - Fee Related JP3118377B2 (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 半導体結晶のエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3118377B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100490816B1 (ko) | 2001-06-15 | 2005-05-24 | 샤프 가부시키가이샤 | 마이크로 코너 큐브 어레이, 마이크로 큐브 어레이의 제조방법 및 반사형 표시 장치 |
| JP3818906B2 (ja) | 2001-12-13 | 2006-09-06 | シャープ株式会社 | マイクロコーナーキューブアレイ、その作製方法、および表示装置 |
| JP3776039B2 (ja) | 2001-12-26 | 2006-05-17 | シャープ株式会社 | コーナーキューブアレイを有する表示装置 |
| JP2004086164A (ja) | 2002-06-27 | 2004-03-18 | Sharp Corp | コーナーキューブアレイおよびその作製方法 |
| 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 |
| JP5267945B2 (ja) * | 2009-03-31 | 2013-08-21 | 学校法人関西学院 | 三次元微細加工方法及び三次元微細構造 |
-
1994
- 1994-09-12 JP JP06217700A patent/JP3118377B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08321483A (ja) | 1996-12-03 |
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|---|---|---|---|
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