JPH0594976A - 半導体の微細加工方法 - Google Patents

半導体の微細加工方法

Info

Publication number
JPH0594976A
JPH0594976A JP10328091A JP10328091A JPH0594976A JP H0594976 A JPH0594976 A JP H0594976A JP 10328091 A JP10328091 A JP 10328091A JP 10328091 A JP10328091 A JP 10328091A JP H0594976 A JPH0594976 A JP H0594976A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
needle
semiconductor substrate
oxide film
semiconductor
brought
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10328091A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshimasa Sugimoto
喜正 杉本
Kenzo Akita
健三 秋田
Shusuke Kasai
秀典 河西
Chikashi Yamada
千樫 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Optoelectronics Technology Research Laboratory
Original Assignee
Optoelectronics Technology Research Laboratory
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Optoelectronics Technology Research Laboratory filed Critical Optoelectronics Technology Research Laboratory
Priority to JP10328091A priority Critical patent/JPH0594976A/ja
Publication of JPH0594976A publication Critical patent/JPH0594976A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 半導体表面に酸化膜を形成する。針状電極を半導体表面
に近接させ、針状電極と半導体との間にトンネル電流を
流しながら針状電極を走査させる。トンネル電流が流れ
た領域の酸化膜は改質される。エッチングガスを半導体
表面に照射すると酸化膜の改質された領域のみのエッチ
ングが進行する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体の加工方法に関
し、特に半導体基板表面に形成された酸化膜をエッチン
グレジストとして利用するリソグラフィ技術を用いて微
細パターンを形成する半導体の微細加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体の表面に微細パターンを形成する
技術は、各種半導体デバイスを作成するためには不可欠
の技術である。近年、デバイスの高集積化や高機能化に
ともない、サブミクロンからナノメートルオーダーの超
微細加工技術が必要となりつつある。特に光電子集積回
路などの高機能デバイスを作るためには、超高真空一貫
プロセスが必要であり、これに適したパターン形成方法
として、有機レジストを使用せず、極めて小さな径に収
束が可能なイオンビーム、レーザビーム等を用い、直接
半導体表面上にパターンを形成する方法が盛んに研究さ
れている。
【0003】上記イオンビームを用いる方法は、パター
ンが形成された半導体結晶に多量の結晶欠陥を誘起する
という問題点がある。また、レーザビームを用いる場合
は、その収束ビーム径が波長に依存し、その限界は0.
1μm 程度である。従ってレーザビームではそれ以上の
微細加工は不可能である。そこで、電子ビームを用いる
方法が、結晶欠陥を引き起こさず、微細加工が可能な方
法として最良であると思われる。
【0004】従来の電子ビームを用いた微細パターンの
形成方法として、電子ビームアシスト塩素ガスエッチン
グについて以下に説明する。まず、(001)GaAs
基板表面に分子線エピタキシャル(MBE)法等により
GaAs層を形成する。形成したGaAs層表面全面に
ハロゲンランプ光を均一に照射すると共に酸素ガスに接
触させる。すると、GaAs層の表面には非常に薄い酸
化膜が形成される。その後、塩素ガス雰囲気下で基板を
加熱しつつ、電子ビームガンを用いてGaAs層表面に
電子ビームを照射する。これにより、電子ビームを照射
した領域の酸化膜が除去され、酸化膜が除去された領域
のGaAs層が塩素ガスによりエッチングされる。電子
ビームを照射しなかった領域では酸化膜がエッチングマ
スクの働きをするのでエッチングは起こらない。こうし
て、電子ビームにより描画されたパターンがGaAs層
に転写される。
【0005】図3に従来の微細パターン形成方法に使用
される電子ビームガンを示す。この電子ビームガンは、
エミッタ301、電子引出電極302、電子加速電極3
03静電形コンデンサレンズ304、アライメント用電
極305、ブランキング用電極306、可動制御絞り3
07、ビーム走査用電極308、非点補正用電極30
9、及び静電形対物レンズ310を備えている。この電
子ビームガンからの電子ビームは電子ビームガンの真下
に位置する試料320上に収束させられ、走査される。
この種の電子ビームガンは、一般の電子ビームを利用す
る分析装置(走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、オ
ージェ分析装置等)に広く使用されている。現在、この
様な電子ビームガンでは最小ビーム径、5nmが実現され
ており、非常に微細な加工が可能である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電子ビ
ームガンは、その構造が非常に複雑で、その調整は非常
に難しい。また、電子ビームのパスが長く外部磁界や外
部電界の影響を受け易く、外部磁界や外部電界の微少な
揺らぎによってもビーム径やビーム照射位置が変動し、
長期安定性に欠けるという問題点がある。このため、従
来の電子ビームガンを用いた微細加工方法では、ナノメ
ートルオーダで所望のパターンを形成することは不可能
である。本発明は、簡易な構成で安定した電子ビームが
得られる装置を用いる半導体微細加工方法の提供を目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
基板の表面に酸素及び酸素化合物の内の少なくとも1つ
を含む第1のガス状物質を接触させ前記半導体基板の表
面に酸化膜を形成する第1の工程と、前記半導体基板の
表面に前記半導体基板の電位とは異なる電位の針状電極
を近接させ前記半導体基板と前記針状電極との間に電流
を流す第2の工程と、前記半導体基板の表面に該半導体
基板を熱的にエッチングし得る第2のガス状物質を接触
させる第3の工程を含むことを特徴とする半導体微細加
工方法が得られる。
【0008】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図2に本発明の半導体微細加工方法に使用される
超高真空装置を示す。図2の超高真空装置は、ロードロ
ック室21、MBE室22、パターン描画室23、及び
エッチング室24が、それぞれゲートバルブを有する通
路を介して準備室25に接続されている。各室にはそれ
ぞれ真空ポンプ(図示せず)が設けられ、独立して室内
を真空にすることができる。また、ロードロック室21
及びエッチング室24にはマグネットフィードスルー2
6a,26bが設けられており、これらを用いて試料を
どの室にでも搬送できるようになっている。
【0009】以下に、この超高真空装置を用いた半導体
の微細加工方法の一実施例を図1及び図2を参照して説
明する。まず、(001)GaAs基板11をロードロ
ック室21に導入する。次にロードロック室21をター
ボ分子ポンプ(図示せず)及びイオンポンプ(図示せ
ず)を用いて1×10-7Torr程度まで排気する。なお、
このとき他の室の背圧は予め1×10-9Torr以下に保た
れている。次に、GaAs基板11をマグネットフィー
ドスルー26a及び26bを用いて準備室25を介して
MBE室22に搬送する。MBE室22では、搬送され
たGaAs基板11上に図1(a)に示すように、厚さ
0.5μm のGaAs層12を成長させる。成長後、G
aAs層12を有するGaAs基板11を準備室25へ
搬送し、GaAs層12の表面に純粋酸素を接触させ
る。このとき同時にGaAs層12の表面にハロゲンラ
ンプ(図示せず)からの光を均一に照射する。こうし
て、GaAs層12の表面には非常に薄い酸化膜23が
形成される。MBE室22及び準備室25は予め内部を
超高真空に保っているので、GaAs層12の表面は清
浄に保たれ、形成された酸化膜13にはほとんど不純物
が認められなかった。
【0010】次にこの酸化膜13が形成されたウエハー
をパターン描画室23へ搬送する。このパターン描画室
23には電子ビーム発生装置27が具備されている。電
子ビーム発生装置27は、走査トンネル顕微鏡(ST
M)と同様の構成、即ち、プラチナ製の針14と、針1
4を試料へ近付けるための近接機構(図示せず)と、針
14に電圧を印加する電圧供給部(図示せず)とを有し
ている。搬送されてきたウエハーは試料ホルダー28に
保持される。このウエハーに対して、図1(b)に示す
ように針14を近接機構によりトンネル電流15が流れ
る距離にまで近接させる。例えば針14の電位を−2V
とし、針14とウエハー表面との間にトンネル電流を2
0 nA流す。そして、試料面内方向にトンネル電流を走
査させることにより所望のパターンを描く。電子ビーム
15が照射された領域16では、酸化膜13は厚さが薄
くなる、またはGaAs層12との結合が弱くなるなど
の改質がなされる。
【0011】次に電圧の印加を停止し、針14をウエハ
ー表面より遠ざける。そして、ウエハーをエッチング室
24に搬送する。エッチング室24にはガス導入装置2
9が備えられており、このガス導入装置29よりエッチ
ング室24内に塩素(Cl2 )ガスを導入し、ウエハー
表面に接触させる。酸化膜13の改質された領域(トン
ネル電流照射領域)は、塩素ガスとGaAs層12との
科学反応が起こり図1(c)に示すようにエッチングが
進行する。トンネル電流を照射しなかった領域では酸化
膜13が塩素ガスエッチングに対するレジストとして働
き、エッチングは進行しない。
【0012】本実施例を用いて、トンネル電流を照射す
る領域を幅10nmの線状パターンとし、基板70℃で2
分間、塩素ガスエッチングを行った場合、幅10nm、深
さ25nmのエッチングを行うことができた。また、酸化
膜13は、砒素雰囲気(2×10-5Torr)下で、試料を
熱処理(基板温度約640℃)することにより容易に除
去することができた。
【0013】本発明の加工方法では、針14と試料表面
との距離を極めて短くできるので、外部磁界等による電
子ビームの不安定性はほとんど認められなかった。ま
た、電子ビームのアライメントは針の位置で一意的に決
まるので静電レンズなどは必要でなく、電子ビーム発生
装置27は非常に小型である。さらに、現在、STMに
よる表面観察技術の研究により、針14は0.1nmオー
ダ以下の正確さでその位置を制御することが可能となっ
ており、針14と試料との距離をより小さくすること
や、トンネル電流の値をさらに小さくすることで1nm程
度の微細パターンの形成を実現できるものと期待でき
る。
【0014】なお、本発明は以下の場合においても適応
できる。 半導体材料がGaAs以外の場合(AlGaAs、I
nGaAsP、InGaAlP、Si、Ge等)。 酸化膜形成に使用されるガスが純水酸素以外の場合
(H2 O、CO2 、NO2 等)。 エッチングガスが塩素ガス以外の場合(披エッチング
材料により適当に選択されるべきであるが、F2
2 、HF、NF3 等のハロゲンを含むガスや、H2
CH4 、C2 6 等)。 酸化膜形成用ガス、エッチング用ガスとして半導体基
板と熱平衡状態にあるガスを用いる場合(ラジカル、イ
オンを一部に含むガス)。 針の材料としてプラチナ以外の材料を用いる場合(導
電体であり、先端を針状に加工できる材料、タングステ
ンカーボン等)。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、半導体基板の表面に酸
化膜を形成する第1の工程と、前記半導体基板の表面に
前記半導体基板の電位とは異なる電位の針状電極を近接
させ前記半導体基板と前記針状電極との間に電流を流す
第2の工程と、前記半導体基板の表面に該半導体基板を
熱的にエッチングし得る第2のガス状物質を接触させる
第3の工程を含むことで、ナノメートルオーダーの微細
パターンの形成ができる。特に、電子ビーム照射にST
Mに使用される針上電極を用いることで、電子ビームの
径及び位置を正確に制御でき、パターンの均一性や再現
性に優れ、高機能、高集積半導体デバイス作製に利用で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の微細加工工程図である。
【図2】本発明で使用される超高真空装置の概略図であ
る。
【図3】従来の電子ビームガンの構成図である。
【符号の説明】
11 GaAs基板 12 GaAs層 13 酸化膜 14 針 15 トンネル電流 16 照射領域 17 塩素ガス 21 ロードロック室 22 MBE室 23 パターン描画室 24 エッチング室 25 準備室 26 マグネットフィードスルー 27 電子ビーム発生装置 28 試料ホルダー 29 ガス導入装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面に酸素及び酸素化合物
    の内の少なくとも1つを含む第1のガス状物質を接触さ
    せ前記半導体基板の表面に酸化膜を形成する第1の工程
    と、前記半導体基板の表面に前記半導体基板の電位とは
    異なる電位の針状電極を近接させ前記半導体基板と前記
    針状電極との間に電流を流す第2の工程と、前記半導体
    基板の表面に該半導体基板を熱的にエッチングし得る第
    2のガス状物質を接触させる第3の工程を含むことを特
    徴とする半導体の微細加工方法。
  2. 【請求項2】 前記第1乃至第3の工程が真空容器内の
    減圧雰囲気下で連続して行われることを特徴とする請求
    項1の半導体の微細加工方法。
JP10328091A 1991-03-08 1991-03-08 半導体の微細加工方法 Pending JPH0594976A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10328091A JPH0594976A (ja) 1991-03-08 1991-03-08 半導体の微細加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10328091A JPH0594976A (ja) 1991-03-08 1991-03-08 半導体の微細加工方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0594976A true JPH0594976A (ja) 1993-04-16

Family

ID=14349935

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10328091A Pending JPH0594976A (ja) 1991-03-08 1991-03-08 半導体の微細加工方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0594976A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009076795A (ja) * 2007-09-22 2009-04-09 Kwansei Gakuin 三次元微細加工方法及び三次元微細構造

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53114744A (en) * 1977-03-18 1978-10-06 Toshiba Corp Etching method
JPS63232333A (ja) * 1987-03-20 1988-09-28 Hitachi Ltd 超微細表面処理方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53114744A (en) * 1977-03-18 1978-10-06 Toshiba Corp Etching method
JPS63232333A (ja) * 1987-03-20 1988-09-28 Hitachi Ltd 超微細表面処理方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009076795A (ja) * 2007-09-22 2009-04-09 Kwansei Gakuin 三次元微細加工方法及び三次元微細構造

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6794666B2 (en) Electron emission lithography apparatus and method using a selectively grown carbon nanotube
US4994140A (en) Method capable of forming a fine pattern without crystal defects
JPH02504444A (ja) 集中イオンビームを使用する金属化学蒸着用の選択エリア核および成長方法
JP2681118B2 (ja) 半導体の微細パターン形成方法
JPH0594976A (ja) 半導体の微細加工方法
JPH0778807A (ja) マスク及びその形成方法及びこれを用いたエッチング方法
JPH05190517A (ja) 微細パターン形成方法
JPH06140374A (ja) 半導体の微細加工方法
Kawanishi et al. Patterning of GaAs by in situ electron beam lithography toward nanometer-scale structures
WO2003015145A1 (fr) Procede de micro-usinage utilisant un faisceau ionique
JP2883918B2 (ja) 化合物半導体のパターン形成方法
JP2717162B2 (ja) 化合物半導体の構造形成方法
JP2717165B2 (ja) 化合物半導体の構造形成方法
JP2826972B2 (ja) 化合物半導体の極微細パターン形成方法
JPS6134921A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2565291B2 (ja) 微細パターン形成方法
JP2858095B2 (ja) 化合物半導体の微細埋込構造の形成方法
Saitoh et al. A study on in-situ maskless selective epitaxy of GaAs by a low-energy Ga focused ion beam with an As4 molecular beam
JPH03136327A (ja) 半導体のパターン形成方法
JP2683612B2 (ja) 化合物半導体の構造形成方法
JPH0517300A (ja) 化合物半導体基体のエツチング方法および製造方法
JP3285084B2 (ja) 走査容量顕微鏡による静電容量測定方法
JP2822737B2 (ja) 固体表面の酸化方法とその装置
JP2003179032A (ja) 無機多層レジストのイオンビーム微細加工方法及びこの方法による半導体デバイス、量子デバイス、マイクロマシーンコンポーネント及び微細構造体
JP3132963B2 (ja) シリコン酸化膜の形成方法

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19970311