JPH04127541A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH04127541A
JPH04127541A JP24714290A JP24714290A JPH04127541A JP H04127541 A JPH04127541 A JP H04127541A JP 24714290 A JP24714290 A JP 24714290A JP 24714290 A JP24714290 A JP 24714290A JP H04127541 A JPH04127541 A JP H04127541A
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信夫 中村
Taku Oshima
卓 大嶋
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体の微細なパターニング法およびその方
法を用いて作製し、動作速度の高速化を図った電界効果
トランジスタに関する。
〔従来の技術〕
rジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィ
ジックス1980年19巻 5735〜738頁(Ja
panese Joural of Applied 
Physics、 Vol、19゜No、3 (198
0) p、L735−p、L738) Jにおいて、イ
オン化不純物による散乱は、半導体量子細線中では抑制
されるため、移動度が大きくなる可能性を示した。
また、例えば「ジャーナル・オブ・バキュウムサイエン
ス・アンド・テクノロジービー1986年4巻、380
 N382頁(Journal of Vacuum 
5cienceand Techonology B 
1986 Vol、4380−382) Jには、電子
線描画法を用いて500λ幅のレジストパターニングを
行い、反応性イオンエツチング法を用いて第3図に示す
ような形状の電界効果トランジスタを作製することが記
載されている。
31は能動層、32はソース電極、33はドレイン電極
、34はゲート電極である。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記第1の文献については、実際には半導体に
欠陥を与えない適当な加工法が無いなどの問題があり、
高移動度のすなわち高速動作の半導体素子は実現されて
いなかった。
また、上記第2の文献に記載され、第3図に示した電界
効果トランジスタの作製方法では、加工表面に必ず欠陥
が入るため、極めて細い幅の量子効果素子(1次元量子
細線素子)では、特性が劣化してしまう問題がある。
本発明の目的は、半導体の欠陥の生じないパターニング
法を提供することにある。
本発明の他の目的は、本パターニング法を用いた高速動
作が可能な素子を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、本パターニング法を用いて
高速動作が可能な電界効果トランジスタを提供すること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は、Si基板に凸ま
たは凹の線状パターンを形成し1表面清浄化した後、超
高真空下で加熱してSi原子を表面拡散させることによ
りSi(111)ファセットを上記凸または凹の線に沿
って形成し、引き続きSiとは異種の半導体を上記ファ
セット上に選択的に単結晶成長させて細線を形成するも
のである。
また、本発明の電界効果トランジスタは、上記のように
して形成した細線を能動領域として使用し、該細線上に
ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極を形成するもの
である。
上記細線の材料すなわち異種の半導体としては、Si*
Ge1−x、GaAs等を用いることができる。
〔作用〕
Si基板を凹凸に加工し、表面清浄化した後、例えばI
 XIG−”Torr以下の超高真空下で650℃程度
以上でアニールする。清浄なSi結晶表面ではこの程度
の低温でもSi原子の表面拡散が阻害されないため、上
記凹凸に表面形状の大きな変形が生じ、Si (111
)ファセットが現れることを見出した(第1図(b)参
照)、この基板上にSixGe、−xやGaAsなどの
Siとは異なった単結晶半導体を例えば分子線成長法で
成長させると、界面エネルギーを低下させるために選択
的にS i (111)ファセットに成長する。このよ
うにしてパターニングされたS i xG e!1−x
やGaAsなどの細線の幅はSi(111)ファセット
の幅により決められており、Si基板を凹凸に加工した
後の超高真空下でのアニール時間により制御することが
でき、500人程程度下にできる・このようにして極微
細パターニングした半導体は、加工による欠陥を含まな
いため、量子効果を顕在化させる電界効果トランジスタ
の能動領域等に用いるのに好適である。
〔実施例〕
実施例1 第1図(a)〜(Q)は、本発明の実施例1の微細パタ
ーニング法を示す工程図である。
11は高抵抗Si (100)基板、12は(100)
面、13は(113)ファセット。
14は(111)ファセット、15は S i XG 81−x (x = O〜0.95)単
結晶半導体層である。
通常のフォトリソグラフィー法とドライエツチング法を
用いて、高抵抗Si (Zoo)基板ll上に%1μ−
程度のラインアンドスペースで、かつエツチング深さ0
.5μ■程度の凹凸パターニングを行なった(第1図(
a))。
次に、フォトレジストを除去し1表面を清浄化し、分子
線成長装置を用いてlXl0″″”Torr以下の超高
真空下において、850〜1000℃程度で100分程
度アニールを行ない、Si原子を表面拡散させて(11
1)ファセット14を生じさせた(第1図(b))。清
浄化の方法は1例えば、硝酸ボイルによりSi表面に酸
化膜を形成し、該酸化膜を弗酸により除去して表面の不
純物を取り除き、さらに、NH,OH+H20,+H,
O液により酸化し、これにより生成された酸化膜を弗酸
により除去し、HC1+H,O□+H,O液により保護
膜として膜厚30人程度の薄い酸化膜を形成し、水洗す
る。次いで5分子線成長装置内に入れた後、真空中、8
00℃、20分で処理すると、酸化膜が取れ、表面が清
浄化される。
次に、この基板上にSixGel−st (x=o〜0
.95)膜15を膜厚50人程度成長させる。この場合
、(111)面との界面エネルギーが最も低いため、(
100)面12や(113)ファセット13上にはほと
んど成長しないため1選択的に(111)ファセット1
4上に成長させることができる(第1図(c))。
本実施例の方法では、従来の加工法とは異なり、加工表
面に欠陥を入れること無く、500人程程度下の半導体
の加工が可能となり、寸法が小さいことに由来する量子
効果を顕在化することができるため、イオン化不純物に
よる散乱を大きく抑制することが可能となり、電子また
は正孔の移動度が液体窒素温度程度以下で従来より約1
0倍大きくなる。
第2図は、実施例1の方法を用いて作製したS i X
G e 、−X (x = O〜0.95)半導体細線
を能動領域として用いた電界効果トランジスタの構造を
示す図である。
21はSi*Ge1+g能動層、22はソース電極、2
3はドレイン電極、24はゲート電極である。
実施例1で作製した第1図(c)の5 i 、G e、
−x単結晶半導体層15を能動層とし、その上にソース
電極22、ドレイン電極23、ゲート電極24を形成し
た。
本実施例の電界効果トランジスタでは、相互コンダクタ
ンスが従来型と比べ約10倍高く、最終的には動作の高
速化が約3倍程度とすることが可能となった。
以上本発明を上記実施例に基づいて具体的に説明したが
、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は勿論である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、従来の加工法と
は異なり、加工欠陥を入れること無く。
500人程程度下の半導体の加工が可能となり、電子ま
たは正孔の移動度が液体窒素温度程度以下で約10倍大
きくすることができる。また1本発明により作製した電
界効果トランジスタでは、相互コンダクタンスを従来型
と比べ約10倍高くすることができ、動作の高速化を約
3倍程度とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(c)は、本発明の実施例1の微細バタ
ーニング工程を示す図、第2図は、本発明による電界効
果トランジスタの一実施例を示す図、第3図は、従来の
電界効果トランジスタの構造の一例を示す図である。 11・・・高抵抗Si (100)基板12・・・(1
00)面 13・・・(113)ファセット 14・・・(111)ファセット 15・・・SixGe□−8単結晶半導体層21・・・
SixGe□−8能動層 22・・・ソース電極 23・・・ドレイン電極 24・・・ゲート電極 第 図 第 目 第3囚

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、Si基板に凸または凹の線状パターンを形成し、表
    面清浄化した後、超高真空下で加熱してSi原子を表面
    拡散させることにより、Si(111)ファセットを上
    記凸または凹の線に沿って形成し、引き続きSiとは異
    種の半導体を上記ファセット上に選択的に単結晶成長さ
    せて細線を形成することを特徴とする半導体パターニン
    グ法。 2、上記異種の半導体としてSi_xGe_1_−_x
    またはGaAsを用いることを特徴とする請求項1記載
    の半導体パターニング法。 3、Si基板に凸または凹の線状パターンを形成し、表
    面清浄化した後、超高真空下で加熱してSi原子を表面
    拡散させることにより、Si(111)ファセットを上
    記凸または凹の線に沿って形成し、引き続きSiとは異
    種の半導体を上記ファセット上に選択的に単結晶成長さ
    せて能動領域となる細線を形成し、上記細線上にソース
    電極、ドレイン電極、ゲート電極を形成したことを特徴
    とする電界効果トランジスタ。 4、上記細線がSi_xGe_1_−_xまたはGaA
    sであることを特徴とする請求項3記載の電界効果トラ
    ンジスタ。
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