JPH07307451A - 単結晶シリコン量子箱の形成方法 - Google Patents
単結晶シリコン量子箱の形成方法Info
- Publication number
- JPH07307451A JPH07307451A JP12423294A JP12423294A JPH07307451A JP H07307451 A JPH07307451 A JP H07307451A JP 12423294 A JP12423294 A JP 12423294A JP 12423294 A JP12423294 A JP 12423294A JP H07307451 A JPH07307451 A JP H07307451A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- silicon
- pattern
- layer
- quantum box
- 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.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Weting (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 特別な超高精細なリソグラフィ法を用いるこ
となく、均一な形状を再現性よく形成可能であり、かつ
量産化が容易な量子箱の形成方法を提供する。 【構成】 ＳＯＩ基板を利用して１回のシリコンエッチ
ングと２回の異方性エッチングとによって三角錐構造の
単結晶シリコン量子箱を形成する。
となく、均一な形状を再現性よく形成可能であり、かつ
量産化が容易な量子箱の形成方法を提供する。 【構成】 ＳＯＩ基板を利用して１回のシリコンエッチ
ングと２回の異方性エッチングとによって三角錐構造の
単結晶シリコン量子箱を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子デバイスや光デバ
イスなどに用いられる量子箱の形成方法に関し、特に単
結晶シリコンによる量子箱の形成方法に関する。
イスなどに用いられる量子箱の形成方法に関し、特に単
結晶シリコンによる量子箱の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体超微細加工技術の発展はめ
ざましく、数ｎｍ程度の構造物を形成するに至ってい
る。量子箱は、この超微細加工技術によって形成される
構造物であり、量子細線と並んで電子の単一モード化
（または１次元化、０次元化）を企図することにより、
電子デバイスや光デバイスの大幅な性能向上や、新たな
概念の新デバイスの創成の可能性などから注目されてい
る。
ざましく、数ｎｍ程度の構造物を形成するに至ってい
る。量子箱は、この超微細加工技術によって形成される
構造物であり、量子細線と並んで電子の単一モード化
（または１次元化、０次元化）を企図することにより、
電子デバイスや光デバイスの大幅な性能向上や、新たな
概念の新デバイスの創成の可能性などから注目されてい
る。
【０００３】従来の量子箱の構造及びその形成方法とし
ては、電子ビーム描画法によるリソグラフィや、有機金
属気相選択成長法（ＭＯＣＶＤ）等を用いたものが知ら
れており、例えば、応用物理、第６１巻、第８号（１９
９２年発行）、第８００〜８０４頁、「有機金属気相選
択成長による量子細線の作製とその光物性」には、量子
細線の作製と並んで、ＳｉＯ2パターン上の選択成長に
よるＧａＡｓドット（量子箱）の作製が開示されてい
る。
ては、電子ビーム描画法によるリソグラフィや、有機金
属気相選択成長法（ＭＯＣＶＤ）等を用いたものが知ら
れており、例えば、応用物理、第６１巻、第８号（１９
９２年発行）、第８００〜８０４頁、「有機金属気相選
択成長による量子細線の作製とその光物性」には、量子
細線の作製と並んで、ＳｉＯ2パターン上の選択成長に
よるＧａＡｓドット（量子箱）の作製が開示されてい
る。
【０００４】この方法では、まず図５（ａ）に示すよう
に、ＧａＡｓ基板３０上に、ＳｉＯ2膜４０を約３０ｎ
ｍ形成し、電子ビーム描画法と化学エッチングとによ
り、ＳｉＯ2膜に６５０×６５０ｎｍの窓４１を開けて
シリコン面を露出させる。次いでこの露出したシリコン
面に、図５（ｂ）に示すように、減圧ＭＯＣＶＤ法によ
り、ＡｌＧａＡｓのピラミッド状の台座３１を形成す
る。
に、ＧａＡｓ基板３０上に、ＳｉＯ2膜４０を約３０ｎ
ｍ形成し、電子ビーム描画法と化学エッチングとによ
り、ＳｉＯ2膜に６５０×６５０ｎｍの窓４１を開けて
シリコン面を露出させる。次いでこの露出したシリコン
面に、図５（ｂ）に示すように、減圧ＭＯＣＶＤ法によ
り、ＡｌＧａＡｓのピラミッド状の台座３１を形成す
る。
【０００５】引き続き、台座３１の上部にＧａＡｓを成
長させると、図５（ｃ）に示すように、四角錐の台座３
１の上面及び側面にＧａＡｓが成長して量子箱３２とな
る。
長させると、図５（ｃ）に示すように、四角錐の台座３
１の上面及び側面にＧａＡｓが成長して量子箱３２とな
る。
【０００６】さらにＡｌＧａＡｓ４２を成長させること
により、図５（ｄ）に示すように、量子箱３２の全体が
覆われるようにして完全に埋め込まれる。
により、図５（ｄ）に示すように、量子箱３２の全体が
覆われるようにして完全に埋め込まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の量子箱の形成方法では、電子ビーム描画法などの超
高精細なリソグラフィによってその大きさが規定されて
おり、量産性に問題がある。
来の量子箱の形成方法では、電子ビーム描画法などの超
高精細なリソグラフィによってその大きさが規定されて
おり、量産性に問題がある。
【０００８】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みなされたものであり、その主な目的は、特別な超高
精細なリソグラフィ法を用いることなく、均一な形状を
再現性よく形成可能であり、かつ量産化が容易な量子箱
の形成方法を提供することにある。
鑑みなされたものであり、その主な目的は、特別な超高
精細なリソグラフィ法を用いることなく、均一な形状を
再現性よく形成可能であり、かつ量産化が容易な量子箱
の形成方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、絶縁性物質上に形成された面方位（１０
０）の単結晶シリコン層を表面に有する基板上に耐酸化
膜を成膜する工程と、該耐酸化膜の一部を除去すること
によってシリコン面が露出した第１の窓を開ける工程
と、該第１の窓から露出しているシリコン層の表面をエ
ッチングする工程と、該エッチング工程にてエッチング
されたシリコン面に熱酸化によって酸化シリコン膜を成
膜する工程と、前記耐酸化膜の一部を除去して前記第１
の窓と交差するように第２の窓を開ける工程と、該第２
の窓部分に露出したシリコン層の表面を異方性エッチン
グ液でエッチングする工程と、該異方性エッチング液の
浸漬工程にて露出した〔１１１〕面と等価なシリコン面
に熱酸化によって酸化シリコン膜を成膜する工程と、前
記耐酸化膜を除去する工程と、該耐酸化膜除去工程にて
露出したシリコン層に〔１１１〕面と等価な面を露出さ
せるべく異方性エッチング液に浸漬してエッチングする
工程とを含むことを特徴とする単結晶シリコン量子箱の
形成方法を提供することによって達成される。
明によれば、絶縁性物質上に形成された面方位（１０
０）の単結晶シリコン層を表面に有する基板上に耐酸化
膜を成膜する工程と、該耐酸化膜の一部を除去すること
によってシリコン面が露出した第１の窓を開ける工程
と、該第１の窓から露出しているシリコン層の表面をエ
ッチングする工程と、該エッチング工程にてエッチング
されたシリコン面に熱酸化によって酸化シリコン膜を成
膜する工程と、前記耐酸化膜の一部を除去して前記第１
の窓と交差するように第２の窓を開ける工程と、該第２
の窓部分に露出したシリコン層の表面を異方性エッチン
グ液でエッチングする工程と、該異方性エッチング液の
浸漬工程にて露出した〔１１１〕面と等価なシリコン面
に熱酸化によって酸化シリコン膜を成膜する工程と、前
記耐酸化膜を除去する工程と、該耐酸化膜除去工程にて
露出したシリコン層に〔１１１〕面と等価な面を露出さ
せるべく異方性エッチング液に浸漬してエッチングする
工程とを含むことを特徴とする単結晶シリコン量子箱の
形成方法を提供することによって達成される。
【００１０】
【作用】本発明の量子箱の形成方法によれは、原理的に
絶縁性物質上に形成された単結晶シリコン膜の膜厚のみ
で量子箱の大きさが決定される。さらに、本形成方法に
於ける量子箱は、２回のリソグラフィによるパターンの
方形状重なりの４隅に形成されるため、リソグラフィの
精度に量子箱の大きさ、形は無関係である。従って、均
一な単結晶シリコン量子箱を、極めて高い再現性をもっ
て形成することができる。
絶縁性物質上に形成された単結晶シリコン膜の膜厚のみ
で量子箱の大きさが決定される。さらに、本形成方法に
於ける量子箱は、２回のリソグラフィによるパターンの
方形状重なりの４隅に形成されるため、リソグラフィの
精度に量子箱の大きさ、形は無関係である。従って、均
一な単結晶シリコン量子箱を、極めて高い再現性をもっ
て形成することができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の好適実施例を添付の図面につ
いて詳しく説明する。先ず、本発明の量子箱の形成方法
の一実施例について説明する。本実施例では、４個の量
子箱の形成方法について示している。尚、図１は図２
（ａ）に於けるＡ−Ａ線での断面である。
いて詳しく説明する。先ず、本発明の量子箱の形成方法
の一実施例について説明する。本実施例では、４個の量
子箱の形成方法について示している。尚、図１は図２
（ａ）に於けるＡ−Ａ線での断面である。
【００１２】本発明で用いる基板は、図１（ａ）に示す
ように、表面シリコン層１とシリコン基板３との間に絶
縁層２を有するＳＯＩ基板である。本実施例に於ては、
表面シリコン層１の膜厚が約５０ｎｍ、絶縁層２の膜厚
が約３５０ｎｍのＳＩＭＯＸウエハを利用した。必要に
応じて表面シリコン層１を、例えば熱酸化あるいは研磨
してしてさらに薄くして使用しても良い。
ように、表面シリコン層１とシリコン基板３との間に絶
縁層２を有するＳＯＩ基板である。本実施例に於ては、
表面シリコン層１の膜厚が約５０ｎｍ、絶縁層２の膜厚
が約３５０ｎｍのＳＩＭＯＸウエハを利用した。必要に
応じて表面シリコン層１を、例えば熱酸化あるいは研磨
してしてさらに薄くして使用しても良い。
【００１３】最初に、図１（ｂ）に示すように、表面シ
リコン層１の上に０．０１〜０．１μｍ程度のＳｉＮ膜
を成膜し（ＳｉＮデポ工程）、これにレジスト５を塗布
してフォトリソグラフィ及びＲＩＥによって直線状の縁
を持つ長方形のＳｉＮパターン４を形成する（ＳｉＮパ
ターニング工程）。さらにシリコンエッチング条件によ
るＲＩＥを続けて表面シリコン層１をエッチングする
（ＳｉＲＩＥ工程）。このとき、長方形のＳｉＮパター
ン４の縁は、図２（ａ）に示すように、面方位（１０
０）方向に合わせる。この方向合わせは、（１００）方
向に対して±４５°未満までは許容されるが、量子箱の
構造の均一性からは（１００）方向が好ましいので、本
実施例では（１００）方向に合わせた。
リコン層１の上に０．０１〜０．１μｍ程度のＳｉＮ膜
を成膜し（ＳｉＮデポ工程）、これにレジスト５を塗布
してフォトリソグラフィ及びＲＩＥによって直線状の縁
を持つ長方形のＳｉＮパターン４を形成する（ＳｉＮパ
ターニング工程）。さらにシリコンエッチング条件によ
るＲＩＥを続けて表面シリコン層１をエッチングする
（ＳｉＲＩＥ工程）。このとき、長方形のＳｉＮパター
ン４の縁は、図２（ａ）に示すように、面方位（１０
０）方向に合わせる。この方向合わせは、（１００）方
向に対して±４５°未満までは許容されるが、量子箱の
構造の均一性からは（１００）方向が好ましいので、本
実施例では（１００）方向に合わせた。
【００１４】続いてレジスト５を除去した後に熱酸化を
行い、図１（ｃ）に示すように、露出している表面シリ
コン層１部分にＳｉＯ2膜６を成膜する（熱酸化工
程）。
行い、図１（ｃ）に示すように、露出している表面シリ
コン層１部分にＳｉＯ2膜６を成膜する（熱酸化工
程）。
【００１５】これまでの工程、即ち、ＳｉＮデポ工程、
ＳｉＮパターニング工程、ＳｉＲＩＥ工程、および熱酸
化工程を、説明の便宜上第１工程と称する。
ＳｉＮパターニング工程、ＳｉＲＩＥ工程、および熱酸
化工程を、説明の便宜上第１工程と称する。
【００１６】次に、図２（ｂ）に示すように、上記第１
工程で形成したＳｉＮパターン４と平面パターンが交差
するように長方形のレジスト７を形成し、第１工程と同
様に、ＳｉＮパターニング工程によってＳｉＮパターン
４の一部を除去し、正方形のＳｉＮ膜８を形成する。こ
のとき、レジスト７のパターンは、上述した理由によ
り、ＳｉＮパターン４と直角に交わる〈０１０〉方向に
合わせた。また、パターン合わせ余裕Ｘ・Ｙは、ＳｉＮ
膜８が形成される限りに於て、適当に取れば良い。
工程で形成したＳｉＮパターン４と平面パターンが交差
するように長方形のレジスト７を形成し、第１工程と同
様に、ＳｉＮパターニング工程によってＳｉＮパターン
４の一部を除去し、正方形のＳｉＮ膜８を形成する。こ
のとき、レジスト７のパターンは、上述した理由によ
り、ＳｉＮパターン４と直角に交わる〈０１０〉方向に
合わせた。また、パターン合わせ余裕Ｘ・Ｙは、ＳｉＮ
膜８が形成される限りに於て、適当に取れば良い。
【００１７】次にレジスト７を除去し、前述の工程によ
って露出させたシリコン面を異方性エッチング液に浸漬
する。ここで用いる異方性エッチング液としては、他の
面に比較して〔１１１〕面のエッチング速度の非常に遅
いＫＯＨ水溶液、ヒドラジン水溶液、あるいはエチレン
ジアミンピロカテコール液などを用いる。本実施例で
は、ＫＯＨ水溶液（５０℃、３０重量％）が、〔１１
１〕面のみをエッチングせずに他の方位の面をエッチン
グする異方性の選択制に優れているため、これを用い
た。これにより、第１工程に於けるＳｉＲＩＥ工程と同
程度、即ち本実施例では、５０ｎｍの表面シリコン層１
を掘り下げる。このとき、図３（ａ）に示すように、Ｓ
ｉＮ層８の下がアンダーエッチングされ、ＳｉＮ膜８の
角を通る〔１１１〕面が４隅に形成される。
って露出させたシリコン面を異方性エッチング液に浸漬
する。ここで用いる異方性エッチング液としては、他の
面に比較して〔１１１〕面のエッチング速度の非常に遅
いＫＯＨ水溶液、ヒドラジン水溶液、あるいはエチレン
ジアミンピロカテコール液などを用いる。本実施例で
は、ＫＯＨ水溶液（５０℃、３０重量％）が、〔１１
１〕面のみをエッチングせずに他の方位の面をエッチン
グする異方性の選択制に優れているため、これを用い
た。これにより、第１工程に於けるＳｉＲＩＥ工程と同
程度、即ち本実施例では、５０ｎｍの表面シリコン層１
を掘り下げる。このとき、図３（ａ）に示すように、Ｓ
ｉＮ層８の下がアンダーエッチングされ、ＳｉＮ膜８の
角を通る〔１１１〕面が４隅に形成される。
【００１８】次いで熱酸化を行い、図３（ａ）に於ける
Ｂ−Ｂ断面図である図３（ｂ）に示すように、露出して
いる表面シリコン層１部分にＳｉＯ2膜９を成膜する。
Ｂ−Ｂ断面図である図３（ｂ）に示すように、露出して
いる表面シリコン層１部分にＳｉＯ2膜９を成膜する。
【００１９】第１工程後のここまでの工程を説明の便宜
上第２工程と称する。
上第２工程と称する。
【００２０】次に、ＳｉＮエッチング条件のＲＩＥ等に
よってＳｉＮ膜８を全て除去する。尚、このときＳｉＯ
2膜６・９は残っている。そして第２工程と同様に、異
方性エッチング工程にて表面シリコン層１を掘り下げ、
〔１１１〕面を露出させる。この工程を説明の便宜上第
３工程と称する。
よってＳｉＮ膜８を全て除去する。尚、このときＳｉＯ
2膜６・９は残っている。そして第２工程と同様に、異
方性エッチング工程にて表面シリコン層１を掘り下げ、
〔１１１〕面を露出させる。この工程を説明の便宜上第
３工程と称する。
【００２１】以上の第１工程から第３工程により、ＳＯ
Ｉ基板の絶縁膜２上に三角錐構造の量子箱１０が形成さ
れる。第３工程終了後の量子箱１０の斜視図を図４ｂに
示す。量子箱１０はパターン８の４隅を頂点とした三角
錐構造であり、３つの側面のうち２つが〔１１１〕面か
らなる。その三角錐構造の高さは、第１工程から第３工
程までのプロセスによらず、ＳＯＩ基板の表面シリコン
層１の膜厚で決定される。さらに、各側面の傾きも、プ
ロセスによらずほぼ一義的に決定されるため、量子箱の
体積も表面シリコン層１の膜厚でほぼ決定され、極めて
高い再現性をもって均一な量子箱が形成される。
Ｉ基板の絶縁膜２上に三角錐構造の量子箱１０が形成さ
れる。第３工程終了後の量子箱１０の斜視図を図４ｂに
示す。量子箱１０はパターン８の４隅を頂点とした三角
錐構造であり、３つの側面のうち２つが〔１１１〕面か
らなる。その三角錐構造の高さは、第１工程から第３工
程までのプロセスによらず、ＳＯＩ基板の表面シリコン
層１の膜厚で決定される。さらに、各側面の傾きも、プ
ロセスによらずほぼ一義的に決定されるため、量子箱の
体積も表面シリコン層１の膜厚でほぼ決定され、極めて
高い再現性をもって均一な量子箱が形成される。
【００２２】
【発明の効果】上記した説明により明らかなように、本
発明による単結晶シリコン量子箱の形成方法は、超高精
度のリソグラフィ装置やＭＯＣＶＤ装置などを用いるこ
となく量子箱を構成する側面を制御しながら形成してい
るので、形の揃った単結晶シリコン量子箱を容易に量産
化することが可能であり、量産化のための設備投資も比
較的少なくて済む。
発明による単結晶シリコン量子箱の形成方法は、超高精
度のリソグラフィ装置やＭＯＣＶＤ装置などを用いるこ
となく量子箱を構成する側面を制御しながら形成してい
るので、形の揃った単結晶シリコン量子箱を容易に量産
化することが可能であり、量産化のための設備投資も比
較的少なくて済む。
【図１】本発明による単結晶シリコン量子箱の一実施例
を工程順に説明する断面図。
を工程順に説明する断面図。
【図２】本発明による単結晶シリコン量子箱の形成方法
を用いた一実施例を工程順に説明する平面図。
を用いた一実施例を工程順に説明する平面図。
【図３】図２に続く平面図。
【図４】図３に続く平面図及び部分拡大斜視図。
【図５】従来の量子箱の形成方法を工程順に説明する断
面図。
面図。
１ 表面シリコン層 ２ 絶縁層 ３ シリコン基板 ４・８ ＳｉＮパターン ５・７ レジスト ６・９ ＳｉＯ2膜 １０ 単結晶シリコン量子箱
Claims (1)
- 【請求項１】 絶縁性物質上に形成された面方位（１０
０）の単結晶シリコン層を表面に有する基板上に耐酸化
膜を成膜する工程と、 該耐酸化膜の一部を除去することによってシリコン面が
露出した第１の窓を開ける工程と、 該第１の窓から露出しているシリコン層の表面をエッチ
ングする工程と、 該エッチング工程にてエッチングされたシリコン面に熱
酸化によって酸化シリコン膜を成膜する工程と、 前記耐酸化膜の一部を除去して前記第１の窓と交差する
ように第２の窓を開ける工程と、 該第２の窓部分に露出したシリコン層の表面を異方性エ
ッチング液でエッチングする工程と、 該異方性エッチング液の浸漬工程にて露出した〔１１
１〕面と等価なシリコン面に熱酸化によって酸化シリコ
ン膜を成膜する工程と、 前記耐酸化膜を除去する工程と、 該耐酸化膜除去工程にて露出したシリコン層に〔１１
１〕面と等価な面を露出させるべく異方性エッチング液
に浸漬してエッチングする工程とを含むことを特徴とす
る単結晶シリコン量子箱の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12423294A JPH07307451A (ja) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | 単結晶シリコン量子箱の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12423294A JPH07307451A (ja) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | 単結晶シリコン量子箱の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07307451A true JPH07307451A (ja) | 1995-11-21 |
Family
ID=14880252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12423294A Withdrawn JPH07307451A (ja) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | 単結晶シリコン量子箱の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07307451A (ja) |
-
1994
- 1994-05-12 JP JP12423294A patent/JPH07307451A/ja not_active Withdrawn
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5705321A (en) | Method for manufacture of quantum sized periodic structures in Si materials | |
| JPH0983029A (ja) | 薄膜圧電素子の製造方法 | |
| EP1780748B1 (en) | Group III-nitride layers with patterned surfaces | |
| JP2007324617A (ja) | 横方向共振トンネリング | |
| JP3347203B2 (ja) | 微細空洞形成方法及び微細空洞を有する微小装置 | |
| JPH0677205A (ja) | 化合物半導体の微細構造形成方法 | |
| JPS6118135A (ja) | 選択的エツチング方法及び質量輸送ベリードヘテロ構造レーザの製造方法 | |
| JPH0677181A (ja) | 化合物半導体の微細構造形成方法 | |
| JPH07321420A (ja) | 量子閉じ込めデバイス、量子閉じ込めデバイスを備えた光検出器、量子閉じ込めデバイスを備えたレーザ、および量子閉じ込めデバイスの製造方法 | |
| JPH04349622A (ja) | 量子デバイス製造方法 | |
| JPH07307451A (ja) | 単結晶シリコン量子箱の形成方法 | |
| GB2372631A (en) | Semiconductor-on-insulator structure | |
| JPH03218998A (ja) | 探針付きカンチレバー及びその製造方法 | |
| US6387851B1 (en) | Micro-fabrication method and equipment thereby | |
| JP2527016B2 (ja) | 半導体膜の製造方法 | |
| JPH08274352A (ja) | 超小型半導体装置および製造方法 | |
| JPS63119239A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH0537082A (ja) | 化合物半導体の加工方法 | |
| JPH07135194A (ja) | ドライエッチング用マスクの形成方法 | |
| JPS6122645A (ja) | 半導体デバイス用基板およびその製造方法 | |
| JPS595644A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP3627278B2 (ja) | 半導体量子デバイスの製造方法 | |
| JPH0766386A (ja) | シリコン量子箱およびその製造方法 | |
| JPH01248526A (ja) | 半導体素子の形成方法 | |
| KR100253586B1 (ko) | 반도체 소자의 셀 애퍼처 마스크 제작방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010731 |