JPH0394426A - Formation of pattern - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、化合物半導体の電子ビームを用いたパターン
形成方法、さらに詳しくはナノメータレベルの精密なパ
ターン形成方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for forming a pattern of a compound semiconductor using an electron beam, and more particularly to a method for forming a pattern with nanometer level precision.
■−V族化合物半導体へのパターン形成は、半導体プロ
セス上重要である。特に最近では、量子効果が現れるナ
ノメータレベルのパターン形成が注目されている。この
ようなナノメータレベノレのパターン形戒方法には、収
束電子ビームを用いた塩素ガスのアシストエッチングが
、特願昭61−300785号明細書に提案されている
。第3図は、この従来例で用いられた電子ビームアシス
トエッチング装置の概略図である。(2) Pattern formation on V group compound semiconductors is important in semiconductor processing. Particularly recently, pattern formation at the nanometer level, where quantum effects appear, has been attracting attention. As a method for forming such nanometer-level patterns, chlorine gas assisted etching using a focused electron beam is proposed in Japanese Patent Application No. 300785/1985. FIG. 3 is a schematic diagram of an electron beam assisted etching apparatus used in this conventional example.
この電子ビームアシストエッチング装置は、収束レンズ
309,鏡筒310,電子ビームガン311よりなる電
子ビーム照射系と、試料室308と、副試料室306と
、反応性ガス収納室301とから構戒されている。従来
例においては、反応性ガスを用い、集束された電子ビー
ム照射により基板305を直接加工している。すなわち
、反応性ガスを反応性ガス収納室301に入れ、基板3
05を試料台304にセットし加熱する。電子ビーム照
射系の鏡筒310と試料室308を10− ’Torr
程度以上の高真空に排気する。副試料室306に設置さ
れたビンホール307は、副試料室306内部と外部と
の差を保つためと、電子ビーム302を基板305上に
照射するための通路として設置されている。副試料室3
06と反応性ガス収納室301とは配管303′によっ
て接続されており、試料室308を真空排気することに
より、ピンホール307を通して、副試料室内部が真空
排気される。反応性ガスは配管303及びその先端の微
小ノズル312を通り、副試料室306内部が反応性ガ
スで充満される。ビンホールを通って集束された電子ビ
ームが加熱基板305に照射され、照射された場所の基
板がエッチングされる。This electron beam assisted etching apparatus consists of an electron beam irradiation system consisting of a converging lens 309, a lens barrel 310, and an electron beam gun 311, a sample chamber 308, a sub-sample chamber 306, and a reactive gas storage chamber 301. There is. In the conventional example, a reactive gas is used to directly process the substrate 305 by focused electron beam irradiation. That is, a reactive gas is put into the reactive gas storage chamber 301, and the substrate 3 is
05 is set on the sample stage 304 and heated. The lens barrel 310 of the electron beam irradiation system and the sample chamber 308 are heated to 10-' Torr.
Evacuate to a high vacuum level or higher. A bin hole 307 installed in the sub-sample chamber 306 is installed to maintain a difference between the inside and outside of the sub-sample chamber 306 and as a passage for irradiating the electron beam 302 onto the substrate 305. Sub sample room 3
06 and the reactive gas storage chamber 301 are connected by a pipe 303', and by evacuating the sample chamber 308, the inside of the sub-sample chamber is evacuated through the pinhole 307. The reactive gas passes through the pipe 303 and the micro nozzle 312 at its tip, and the inside of the sub-sample chamber 306 is filled with the reactive gas. The heated substrate 305 is irradiated with a focused electron beam through the via hole, and the substrate at the irradiated location is etched.
このような電子ビームアシストエッチングは、イオンに
比べて1万倍以上も軽い電子を照射するエッチングのた
め、従来のイオン照射を用いたドライエッチングのよう
なイオン衝撃による損傷がなく、非常に低損傷である。This type of electron beam assisted etching uses electrons that are more than 10,000 times lighter than ions, so there is no damage caused by ion bombardment like in conventional dry etching that uses ion irradiation, resulting in extremely low damage. It is.
従来の技術では、加熱基板へ反応性ガスを供給すること
により、電子ビーム未照射部でもガスエッチングが起き
てしまう。In conventional techniques, by supplying a reactive gas to a heated substrate, gas etching occurs even in areas not irradiated with an electron beam.
例えば、基板がGaAs基板314で、反応性ガスに塩
素ガス313を用い、GaAs基板温度70゜Cで塩素
ガス圧I X 10− ’Torrの条件で電子ビーム
302によるアシストエッチングを5分間行った場合の
GaAs基板314の断面図を第4図に示す。For example, when the substrate is a GaAs substrate 314, chlorine gas 313 is used as a reactive gas, and assisted etching is performed using an electron beam 302 for 5 minutes at a GaAs substrate temperature of 70°C and a chlorine gas pressure of I X 10-'Torr. A cross-sectional view of the GaAs substrate 314 is shown in FIG.
この例では電子ビーム照射部のアシストエッチング量d
2は1000人、電子ビーム未照射部のガスエッチング
量d,は1500人であった。このように電子ビーム未
照射部でもエッチングが起きてしまい、したがって従来
例はマスクレスエッチングとはいえない。特に量子効果
が現れるナノメータレベルのパターン形戒には、従来例
は適用が困難である。In this example, the assisted etching amount d of the electron beam irradiation area is
2 was 1,000 people, and the gas etching amount d of the area not irradiated with the electron beam was 1,500 people. In this way, etching occurs even in areas that are not irradiated with the electron beam, so the conventional example cannot be said to be maskless etching. In particular, it is difficult to apply conventional methods to nanometer-level pattern-shaped commands where quantum effects appear.
本発明の目的は、電子ビーム照射部だけをエッチングす
ることができ、これにより超微細加工を可能とするパタ
ーン形成方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a pattern forming method that can etch only the electron beam irradiated area, thereby enabling ultra-fine processing.
本発明は、■一■族化合物半導体にハロゲン原子を含む
反応性ガスを供給しながら集束電子ビームを照射するこ
とにより前記化合物半導体を直接加工するパターン形戒
方法において、
前記反応性ガスのみを供給して生じるガスエッチングの
エッチング速度が10Å/分以下となるような前記反応
性ガス圧の条件下で加工することを特徴とする。The present invention provides a pattern-forming method in which a compound semiconductor is directly processed by irradiating a focused electron beam while supplying a reactive gas containing a halogen atom to a group I-III compound semiconductor, in which only the reactive gas is supplied. The process is characterized in that processing is carried out under conditions of the reactive gas pressure such that the etching rate of the gas etching that occurs is 10 Å/min or less.
本発明の場合、反応性ガスを塩素ガスとし、かつ塩素ガ
ス圧の条件を基板温度と塩素ガス圧値との積が1.2X
10−”゜C −Torr以下となるように選ぶのが好
適である。In the case of the present invention, the reactive gas is chlorine gas, and the chlorine gas pressure condition is such that the product of the substrate temperature and the chlorine gas pressure value is 1.2X.
It is preferable to select it so that it is 10-''°C-Torr or less.
本発明では■−V族化合物半導体表面付近のハロゲン原
子を含む反応性ガスのガス圧を制御することによって、
電子ビーム照射部のガスエッチングが抑制され電子ビー
ム照射部のみがエッチングできる。In the present invention, by controlling the gas pressure of the reactive gas containing halogen atoms near the surface of the ■-V group compound semiconductor,
Gas etching of the electron beam irradiated area is suppressed and only the electron beam irradiated area can be etched.
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例に用いる電子ビームアシスト
エッチング装置の主要部を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the main parts of an electron beam assisted etching apparatus used in one embodiment of the present invention.
この装置は、電子ビームガン101,収束レンズ102
,鏡筒104よりなる電子ビーム照射系と、試料室10
8と、微小ノズル106とを備えている。微小ノズル1
06は、図示しないが反応性ガス収納室に接続される配
管の先端部を構威している。This device includes an electron beam gun 101 and a converging lens 102.
, an electron beam irradiation system consisting of a lens barrel 104, and a sample chamber 10.
8 and a micro nozzle 106. Micro nozzle 1
Although not shown, 06 constitutes the tip of a pipe connected to the reactive gas storage chamber.
本実施例では、GaAs基板107を試料室108内の
試料台上に設置し、このGaAs基板107を60゜C
に加熱し、塩素ガス105を微小ノズル106からGa
As基板107の表面に導入し、電子ビーム照射系より
加速電圧5.6keVの集束された電子ビーム103を
100μmX20μmの矩形領域に5分間照射してエッ
チングを行った。In this example, a GaAs substrate 107 is placed on a sample stage in a sample chamber 108, and the GaAs substrate 107 is heated at 60°C.
chlorine gas 105 from a micro nozzle 106.
The electron beam 103 was introduced onto the surface of the As substrate 107, and a rectangular area of 100 μm×20 μm was irradiated with a focused electron beam 103 from an electron beam irradiation system at an acceleration voltage of 5.6 keV for 5 minutes to perform etching.
このとき、GaAs基板107の表面付近の塩素ガス圧
はI XIO−’Torrであり、GaAs基板の電子
ビーム未照射部でのガスエッチングは観測されなかった
。これに対し電子ビーム照射部は深さ200人のエッチ
ング量が得られた。At this time, the chlorine gas pressure near the surface of the GaAs substrate 107 was IXIO-'Torr, and no gas etching was observed in the portion of the GaAs substrate that was not irradiated with the electron beam. On the other hand, an etching depth of 200 mm was obtained in the electron beam irradiated area.
第2図(a)は、本実施例における60゜Cに加熱され
たGaAsi板表面付近の塩素ガス圧に対する電子ビー
ム照射部のアシストエッチング量dzと電子ビーム未照
射部のガスエッチング量d1との測定データ例を示す。FIG. 2(a) shows the relationship between the assist etching amount dz of the electron beam irradiated area and the gas etching amount d1 of the non-electron beam irradiated area with respect to the chlorine gas pressure near the surface of the GaAsi plate heated to 60°C in this example. An example of measurement data is shown.
塩素ガス圧が2 XIO−’Torrより高い場合には
、電子ビーム未照射部でのガスエッチングの速度は10
Å/分より大きくなり電子ビーム照射部のアシストエッ
チング速度50Å/分と同程度になってしまう。一方塩
素ガス圧2 XIO−’Torr以下ではガスエッチン
グ速度は10Å/分以下と抑制されるが、電子ビーム照
射部では塩素ガスとGaAsとのエッチング反応が励起
され電子ビームアシストエッチングが生じる。When the chlorine gas pressure is higher than 2 XIO-' Torr, the gas etching rate in the area not irradiated with the electron beam is 10
The etching rate becomes larger than 50 Å/min, and becomes approximately the same as the assisted etching rate of the electron beam irradiated portion, which is 50 Å/min. On the other hand, when the chlorine gas pressure is 2 XIO-'Torr or less, the gas etching rate is suppressed to 10 Å/min or less, but the etching reaction between the chlorine gas and GaAs is excited in the electron beam irradiation part, and electron beam assisted etching occurs.
以上のように塩素ガス圧を制御することによって、電子
ビーム照射部だけをエッチングすることができる。By controlling the chlorine gas pressure as described above, only the electron beam irradiated portion can be etched.
さらに基板温度を60゜Cから100゜Cまで変化させ
て、電子ビームアシストエッチングを行い、アシストエ
ッチング量d2とガスエッチング量d1を測定した。第
2図(b)に基板温度の値と塩素ガス圧との積に対する
エッチング量の選択比(aX/dI)を示す。この図か
ら基板温度の値と塩素ガス圧値との積が1.2X10−
”゜C −Torr以下で選択比(ax /dl )が
10以上、つまりほぼ電子ビームが照射された領域のみ
がエッチングされている。Further, electron beam assisted etching was performed while changing the substrate temperature from 60°C to 100°C, and the assisted etching amount d2 and the gas etching amount d1 were measured. FIG. 2(b) shows the selectivity ratio (aX/dI) of the etching amount with respect to the product of the substrate temperature and the chlorine gas pressure. From this figure, the product of the substrate temperature value and chlorine gas pressure value is 1.2X10-
The selection ratio (ax/dl) is 10 or more at a temperature of 10° C.-Torr or less, that is, only the region irradiated with the electron beam is etched.
1.2X10−2℃Torrより大きい領域では、ガス
エッチングもアシストエッチングと同程度になり大きく
選択比(a./d.)が低下している。In a region larger than 1.2×10 −2° C. Torr, gas etching becomes comparable to assisted etching, and the selectivity (a./d.) decreases significantly.
本発明によれば、電子ビーム照射部だけをエッチングす
ることができるため、電子ビーム径を100人程度まで
収束してエッチングすることにより超微細加工が可能で
ある。According to the present invention, since only the electron beam irradiation part can be etched, ultra-fine processing is possible by converging and etching the electron beam diameter to about 100 people.
従って本発明は、量子効果が現れるナノメータレベルの
パターン形成に適用が可能である。Therefore, the present invention can be applied to nanometer level pattern formation where quantum effects appear.
第l図は本発明の一実施例に用いる電子ビームアシスト
エッチング装置の概略図、
第2図は一実施例における測定データ例、第3図は従来
例で用いられた電子ビームアシストエッチング装置の概
略図、
第4図は従来の電子ビームアシストエッチングを行った
GaAs基板の断面図である。
101, 311・・・電子ビームガン102. 30
9・・・収束レンズ
103, 302・・・電子ビーム
104, 310・・・鏡筒
105, 313・・・塩素ガス
106, 312・・・微小ノズル
107,305,314・・・GaAs基板108,
308・・・試料室
301 ・・・・・反応性ガス収納室303 ・・
・・・配管
304 ・・・・・試料台
306 ・・・・・副試料室
307 ・・・・・ビンホール
O1電子じームカ゛ン
↓
排覧
第1図Fig. 1 is a schematic diagram of an electron beam assisted etching device used in an embodiment of the present invention, Fig. 2 is an example of measurement data in an embodiment, and Fig. 3 is a schematic diagram of an electron beam assisted etching device used in a conventional example. FIG. 4 is a cross-sectional view of a GaAs substrate subjected to conventional electron beam assisted etching. 101, 311...electron beam gun 102. 30
9... Converging lens 103, 302... Electron beam 104, 310... Lens barrel 105, 313... Chlorine gas 106, 312... Micronozzle 107, 305, 314... GaAs substrate 108,
308...Sample chamber 301...Reactive gas storage chamber 303...
...Piping 304 ...Sample table 306 ...Sub-sample chamber 307 ...Binhole O1 electronic camera ↓ Viewing diagram 1
Claims (2)
応性ガスを供給しながら集束電子ビームを照射すること
により前記化合物半導体を直接加工するパターン形成方
法において、 前記反応性ガスのみを供給して生じるガスエッチングの
エッチング速度が10Å/分以下となるような前記反応
性ガス圧の条件下で加工することを特徴とするパターン
形成方法。(1) In a pattern forming method of directly processing a III-V compound semiconductor by irradiating the compound semiconductor with a focused electron beam while supplying a reactive gas containing a halogen atom, the method comprises: supplying only the reactive gas; A pattern forming method characterized in that processing is carried out under conditions of the reactive gas pressure such that the etching rate of the gas etching that occurs is 10 Å/min or less.
条件は基板温度と塩素ガス圧値との積が1.2×10^
−^2℃−Torr以下となるように選定することを特
徴とする請求項1記載のパターン形成方法。(2) The reactive gas is chlorine gas, and the chlorine gas pressure condition is that the product of the substrate temperature and chlorine gas pressure value is 1.2 x 10^
2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the pattern forming method is selected so that the temperature is -^2[deg.] C.-Torr or less.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23043789A JPH0394426A (en) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | Formation of pattern |
Applications Claiming Priority (1)
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JP23043789A JPH0394426A (en) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | Formation of pattern |
Publications (1)
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JPH0394426A true JPH0394426A (en) | 1991-04-19 |
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JP23043789A Pending JPH0394426A (en) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | Formation of pattern |
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JP (1) | JPH0394426A (en) |
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1989
- 1989-09-07 JP JP23043789A patent/JPH0394426A/en active Pending
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