JP3009072B2 - 半導体表面エッチング法 - Google Patents
半導体表面エッチング法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、清浄な雰囲気のもと
で、高い膜厚制御性でもって膜を除去する方法としての
半導体表面エッチング法に関する。
で、高い膜厚制御性でもって膜を除去する方法としての
半導体表面エッチング法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体材料の表面を精度良くエッチング
するには、真空容器中で行うドライエッチング法に頼ら
なければならない。ECRプラズマやRF放電により生
成したイオン種を加速して基板表面に入射し、エッチン
グを行うスパッタリングや反応性イオンエッチングなど
の方法では、入射粒子のエネルギーが高いため、エッチ
ング深さの精密な制御が難しく、また表面に与える損傷
も大きい。当然結晶性が異なる材料に対して、エッチン
グ速度の違いは見られない。他方、紫外もしくは真空紫
外光の照射によるいわゆる光励起エッチング法において
は、反応種の運動エネルギーが低いので物理的スパッタ
リングの過程の占める割合は非常に小さく、損傷も少な
い。これまで反応ガスとして主にSF6 が用いられてき
たが、この場合非晶質材料と結晶材料との間の反応選択
性はない。表面の原子層レベルでの加工には、高度に清
浄な環境下において、汚染を残さないソフトなプロセス
が必要である。しかし、現在までにそのような手法は知
られていなかった。
するには、真空容器中で行うドライエッチング法に頼ら
なければならない。ECRプラズマやRF放電により生
成したイオン種を加速して基板表面に入射し、エッチン
グを行うスパッタリングや反応性イオンエッチングなど
の方法では、入射粒子のエネルギーが高いため、エッチ
ング深さの精密な制御が難しく、また表面に与える損傷
も大きい。当然結晶性が異なる材料に対して、エッチン
グ速度の違いは見られない。他方、紫外もしくは真空紫
外光の照射によるいわゆる光励起エッチング法において
は、反応種の運動エネルギーが低いので物理的スパッタ
リングの過程の占める割合は非常に小さく、損傷も少な
い。これまで反応ガスとして主にSF6 が用いられてき
たが、この場合非晶質材料と結晶材料との間の反応選択
性はない。表面の原子層レベルでの加工には、高度に清
浄な環境下において、汚染を残さないソフトなプロセス
が必要である。しかし、現在までにそのような手法は知
られていなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、清浄
な雰囲気のもとで、高い膜厚制御性でもって膜を除去す
る半導体表面エッチング法を提供することにある。
な雰囲気のもとで、高い膜厚制御性でもって膜を除去す
る半導体表面エッチング法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】励起源としては短波長の
紫外光もしくは真空紫外光を用いる。一般に光反応にお
いては、反応の材料選択性が高いというメリットがある
が、本発明では結晶性の違いによる光刺激脱離の速度の
違いが有効に利用されている。特にシンクロトロン放射
光を用いれば高い空間分解能が得られ、反応ガスを用い
なくても加工ができる特徴がある。また、シンクロトロ
ン放射光によれば、その高輝度性、直進性が良い点から
利用の効果も高い。またエッチングガスとして水素ガス
を用いると、更にエッチング速度が増加する。0.1T
orr程度の水素ガス雰囲気下、例えば、SiやGe基
板上に紫外もしくは真空紫外光を照射すると、気相中の
水素分子は光イオン化して、数eVのエネルギーの水素
原子に解離する。原子状の水素は反応性に富むので、S
iやGeの最表面の一部を覆う。一方、気相圧が高いた
め基板表面上は部分的に分子状水素により覆われてい
て、それらは光照射により解離する。結局最表面にはS
iHx やGeHX の吸着層が形成され、下地のバルク原
子との結合が弱まった状態になる。光照射により、照射
部の吸着層が光脱離する速度は、その材料の結晶性に大
きく依存し、アモルファス膜の方が結晶膜よりも圧倒的
に速い。このことを利用すれば、アモルファス膜だけを
選択的に除去することが可能である。また、この反応過
程は最表面で進行するため、本質的に原子層オーダでの
膜の除去という特性を兼ね備えている。
紫外光もしくは真空紫外光を用いる。一般に光反応にお
いては、反応の材料選択性が高いというメリットがある
が、本発明では結晶性の違いによる光刺激脱離の速度の
違いが有効に利用されている。特にシンクロトロン放射
光を用いれば高い空間分解能が得られ、反応ガスを用い
なくても加工ができる特徴がある。また、シンクロトロ
ン放射光によれば、その高輝度性、直進性が良い点から
利用の効果も高い。またエッチングガスとして水素ガス
を用いると、更にエッチング速度が増加する。0.1T
orr程度の水素ガス雰囲気下、例えば、SiやGe基
板上に紫外もしくは真空紫外光を照射すると、気相中の
水素分子は光イオン化して、数eVのエネルギーの水素
原子に解離する。原子状の水素は反応性に富むので、S
iやGeの最表面の一部を覆う。一方、気相圧が高いた
め基板表面上は部分的に分子状水素により覆われてい
て、それらは光照射により解離する。結局最表面にはS
iHx やGeHX の吸着層が形成され、下地のバルク原
子との結合が弱まった状態になる。光照射により、照射
部の吸着層が光脱離する速度は、その材料の結晶性に大
きく依存し、アモルファス膜の方が結晶膜よりも圧倒的
に速い。このことを利用すれば、アモルファス膜だけを
選択的に除去することが可能である。また、この反応過
程は最表面で進行するため、本質的に原子層オーダでの
膜の除去という特性を兼ね備えている。
【0005】 本発明の構成は以下に示す通りである。即
ち、Si基板(10)を準備し、前記Si基板(10)
上に500℃以下でシランガスを導入して第1のアモル
ファスSi層(11)の膜厚を所望の量子細線(13)
の厚みに一致させて堆積する第1の工程と、UV或いは
VUV光用マスク(12)を用いて、導入圧0.1To
rrの水素ガス雰囲気下、700℃でシンクロトロン放
射光を照射し、前記UV或いはVUV光用マスク(1
2)の開口部の前記第1のアモルファスSi層を除去
し、エッチングを前記Si基板界面で止める制御を行う
第2の工程と、金属層(13)用メタルのハイドライド
ガスを導入して前記UV或いはVUV光用マスク(1
2)の前記開口部に光を照射しながら、金属層(13)
を選択成長させて量子細線構造を形成する第3の工程
と、上層に第2のアモルファスSi層(14)を堆積さ
せて前記量子細線構造(13)を覆う第4の工程と、更
に、900℃に加熱し前記第1及び第2のアモルファス
Si層(11,14)の部分を多結晶化し、耐エッチン
グ性を持たせる第5の工程とを含む、半導体表面エッチ
ング法としての構成を有する。
ち、Si基板(10)を準備し、前記Si基板(10)
上に500℃以下でシランガスを導入して第1のアモル
ファスSi層(11)の膜厚を所望の量子細線(13)
の厚みに一致させて堆積する第1の工程と、UV或いは
VUV光用マスク(12)を用いて、導入圧0.1To
rrの水素ガス雰囲気下、700℃でシンクロトロン放
射光を照射し、前記UV或いはVUV光用マスク(1
2)の開口部の前記第1のアモルファスSi層を除去
し、エッチングを前記Si基板界面で止める制御を行う
第2の工程と、金属層(13)用メタルのハイドライド
ガスを導入して前記UV或いはVUV光用マスク(1
2)の前記開口部に光を照射しながら、金属層(13)
を選択成長させて量子細線構造を形成する第3の工程
と、上層に第2のアモルファスSi層(14)を堆積さ
せて前記量子細線構造(13)を覆う第4の工程と、更
に、900℃に加熱し前記第1及び第2のアモルファス
Si層(11,14)の部分を多結晶化し、耐エッチン
グ性を持たせる第5の工程とを含む、半導体表面エッチ
ング法としての構成を有する。
【0006】
【作用】以下に我々の見いだした、真空紫外光によるア
モルファスSiの光刺激脱離と、水素ガス導入によるそ
のエッチングの促進効果について述べる。図3は、アモ
ルファスSi層の放射光照射によるエッチング速度の基
板温度依存性を示す。白丸は超高真空中で、黒丸は0.
1Torrの水素ガス雰囲気下で、それぞれ放射光を表
面垂直方向から照射して得られたものである。放射光の
波長は1〜1000Åでピーク波長は100Åである。
超高真空下でも、放射光照射により照射部のアモルファ
スSi層はエッチングされる。しかし、水素ガスの導入
により、エッチング速度は倍増した。エッチング速度の
基板温度依存性にピークが見られるのは、温度が高くな
り過ぎると、アモルファスSi層が徐々に結晶化して、
反応性が低下するからである。この様子は、反射高速電
子線回折によりモニターすることができる。図3からわ
かるように、例えば0.1Torrの水素雰囲気下、7
20℃、リング電流300mAで1原子層/2分と反応
速度が小さいが、このことは逆に清浄な環境下で高い膜
厚精度での加工が可能になることを意味している。
モルファスSiの光刺激脱離と、水素ガス導入によるそ
のエッチングの促進効果について述べる。図3は、アモ
ルファスSi層の放射光照射によるエッチング速度の基
板温度依存性を示す。白丸は超高真空中で、黒丸は0.
1Torrの水素ガス雰囲気下で、それぞれ放射光を表
面垂直方向から照射して得られたものである。放射光の
波長は1〜1000Åでピーク波長は100Åである。
超高真空下でも、放射光照射により照射部のアモルファ
スSi層はエッチングされる。しかし、水素ガスの導入
により、エッチング速度は倍増した。エッチング速度の
基板温度依存性にピークが見られるのは、温度が高くな
り過ぎると、アモルファスSi層が徐々に結晶化して、
反応性が低下するからである。この様子は、反射高速電
子線回折によりモニターすることができる。図3からわ
かるように、例えば0.1Torrの水素雰囲気下、7
20℃、リング電流300mAで1原子層/2分と反応
速度が小さいが、このことは逆に清浄な環境下で高い膜
厚精度での加工が可能になることを意味している。
【0007】
【実施例】以下に本発明の半導体表面エッチング法の実
施例について説明する。図1は本発明の半導体表面エッ
チング法の一実施例を行うためのエッチング装置の模式
的構成図を示す。図1において、1は超高真空仕様の反
応容器、2は真空排気ポートである。3は基板ホルダで
あり、この上に4のSiやGeの基板が固定できて、背
後から5のヒータにより加熱できるようになっている。
6の光導入ポートから紫外もしくは真空紫外光が、7の
反応ガス導入ポートから水素ガスが、それぞれ導入され
る。
施例について説明する。図1は本発明の半導体表面エッ
チング法の一実施例を行うためのエッチング装置の模式
的構成図を示す。図1において、1は超高真空仕様の反
応容器、2は真空排気ポートである。3は基板ホルダで
あり、この上に4のSiやGeの基板が固定できて、背
後から5のヒータにより加熱できるようになっている。
6の光導入ポートから紫外もしくは真空紫外光が、7の
反応ガス導入ポートから水素ガスが、それぞれ導入され
る。
【0008】 このエッチング装置により数十オングスト
ロームの厚さの量子細線構造を作成する方法について図
2を参照して説明する。即ち、図2は本発明の半導体表
面エッチング法を用いてオングストロームオーダーの厚
みの量子細線を作成するための工程図を示す。図2にお
いて、10はSi基板、11は第1のアモルファスSi
層、12はUV或いはVUV光用マスク、13は金属層
(量子細線構造)、14は第2のアモルファスSi層、
15は多結晶Siを示す。
ロームの厚さの量子細線構造を作成する方法について図
2を参照して説明する。即ち、図2は本発明の半導体表
面エッチング法を用いてオングストロームオーダーの厚
みの量子細線を作成するための工程図を示す。図2にお
いて、10はSi基板、11は第1のアモルファスSi
層、12はUV或いはVUV光用マスク、13は金属層
(量子細線構造)、14は第2のアモルファスSi層、
15は多結晶Siを示す。
【0009】 Si基板10を準備し、該Si基板10上
に500℃以下でシランガスにより第1のアモルファス
Si層11を堆積する。膜厚は所望の量子細線の厚みに
一致させる(工程1)。
に500℃以下でシランガスにより第1のアモルファス
Si層11を堆積する。膜厚は所望の量子細線の厚みに
一致させる(工程1)。
【0010】 UV或いはVUV光用マスク12をかけ
て、導入圧0.1Torrの水素ガス雰囲気下、700
℃でシンクロトロン放射光を照射すると、前記UV或い
はVUV 光用マスク12の開口部だけの前記第1のアモ
ルファスSi層11が除去される。下地の前記Si基板
10の表面までエッチングされたところで、エッチング
速度が急激に低下するため、制御性良くエッチングを前
記Si基板10の界面で止めることができる(工程
2)。
て、導入圧0.1Torrの水素ガス雰囲気下、700
℃でシンクロトロン放射光を照射すると、前記UV或い
はVUV 光用マスク12の開口部だけの前記第1のアモ
ルファスSi層11が除去される。下地の前記Si基板
10の表面までエッチングされたところで、エッチング
速度が急激に低下するため、制御性良くエッチングを前
記Si基板10の界面で止めることができる(工程
2)。
【0011】 更に金属層13用メタルのハイドライドガ
スを導入して前記UV或いはVUV光用マスク12の前
記開口部に光を照射しながら、金属層13を選択成長さ
せて量子細線構造を形成する(工程3)。
スを導入して前記UV或いはVUV光用マスク12の前
記開口部に光を照射しながら、金属層13を選択成長さ
せて量子細線構造を形成する(工程3)。
【0012】 上層に第2のアモルファスSi層14を堆
積させて前記金属層(量子細線構造)(13)を覆う
(工程4)。
積させて前記金属層(量子細線構造)(13)を覆う
(工程4)。
【0013】 更に、これを900℃に加熱すると前記第
1及び第2のアモルファスSi層(11,14)の部分
は多結晶Si15になって、耐エッチング性を持つ(工
程5)。
1及び第2のアモルファスSi層(11,14)の部分
は多結晶Si15になって、耐エッチング性を持つ(工
程5)。
【0014】 このようにして、多結晶Si15に埋め込
まれた一層の金属層(量子細線構造)(13)が作成さ
れる。多層構造にするには、上記1−5の工程を繰り返
せばよい。
まれた一層の金属層(量子細線構造)(13)が作成さ
れる。多層構造にするには、上記1−5の工程を繰り返
せばよい。
【0015】
【発明の効果】本発明は同一材料でも結晶性の違いによ
り大きなエッチング選択比をとれる(非晶質で大きく結
晶で小さい)という現象を利用していることを特徴と
し、従来手法ではできなかった加工ができる。光励起の
ため低汚染、低損傷加工が可能であり、量子効果素子の
製造などに応用できる。適用対象としては水素化物の蒸
気圧が高いものがよい。光源として例えば、電子シンク
ロトロン放射光のような高輝度で直進性の良い短波長成
分を含む放射光が最も適している。それは、シンクロト
ロン放射光が短波長成分を含む高輝度の連続光であるこ
とから、気相分子や半導体表面近傍の原子の電子状態を
エネルギー的に十分励起できるからである。そして、短
波長成分を用いれば、LSIの微細加工にも有利であ
る。また、加工寸法がそれほど微細でなく、エネルギー
的に励起できる対象であれば、励起光源として例えばエ
キシマーレーザーを用いることもできる。
り大きなエッチング選択比をとれる(非晶質で大きく結
晶で小さい)という現象を利用していることを特徴と
し、従来手法ではできなかった加工ができる。光励起の
ため低汚染、低損傷加工が可能であり、量子効果素子の
製造などに応用できる。適用対象としては水素化物の蒸
気圧が高いものがよい。光源として例えば、電子シンク
ロトロン放射光のような高輝度で直進性の良い短波長成
分を含む放射光が最も適している。それは、シンクロト
ロン放射光が短波長成分を含む高輝度の連続光であるこ
とから、気相分子や半導体表面近傍の原子の電子状態を
エネルギー的に十分励起できるからである。そして、短
波長成分を用いれば、LSIの微細加工にも有利であ
る。また、加工寸法がそれほど微細でなく、エネルギー
的に励起できる対象であれば、励起光源として例えばエ
キシマーレーザーを用いることもできる。
【図1】本発明の半導体表面エッチング法の一実施例を
行うためのエッチング装置の模式的構成図である。
行うためのエッチング装置の模式的構成図である。
【図2】本発明の半導体表面エッチング法を用いて、オ
ングストロームオーダーの厚みの量子細線を作成するた
めの工程図である。
ングストロームオーダーの厚みの量子細線を作成するた
めの工程図である。
【図3】アモルファスSi層の放射光照射によるエッチ
ング速度の表面温度依存性(白丸;超高真空下、黒丸;
0.1Torr水素ガス導入下)を示す図である。
ング速度の表面温度依存性(白丸;超高真空下、黒丸;
0.1Torr水素ガス導入下)を示す図である。
1 反応容器 2 真空排気ポート 3 基板ホルダ 4 基板 5 ヒータ 6 光導入ポート 7 ガス導入ポート 10 Si基板 11 第1のアモルファスSi層 12 UV或いはVUV光用マスク 13 金属層(量子細線構造) 14 第2のアモルファスSi層 15 多結晶Si
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 淳一 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−2327(JP,A) 特開 昭63−299174(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 H01L 29/06
Claims (1)
- 【請求項1】 Si基板を準備し、前記Si基板上に5
00℃以下でシランガスを導入して第1のアモルファス
Si層の膜厚を所望の量子細線の厚みに一致させて堆積
する第1の工程と、UV或いはVUV光用 マスクを用いて、導入圧0.1T
orrの水素ガス雰囲気下、700℃でシンクロトロン
放射光を照射し、前記UV或いはVUV光用マスク開口
部の前記第1のアモルファスSi層を除去し、エッチン
グを前記Si基板界面で止める制御を行う第2の工程
と、 金属層用メタルのハイドライドガスを導入して前記UV
或いはVUV光用マスクの前記開口部に光を照射しなが
ら、金属層を選択成長させて量子細線構造を形成する第
3の工程と、 上層に第2のアモルファスSi層を堆積させて前記量子
細線構造を覆う第4の工程と、 更に、900℃に加熱し前記第1及び第2のアモルファ
スSi層の部分を多結晶化し、耐エッチング性を持たせ
る第5の工程とを含む、半導体表面エッチング法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14535891A JP3009072B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 半導体表面エッチング法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14535891A JP3009072B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 半導体表面エッチング法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04343223A JPH04343223A (ja) | 1992-11-30 |
JP3009072B2 true JP3009072B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=15383350
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14535891A Expired - Fee Related JP3009072B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 半導体表面エッチング法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3009072B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006123824A1 (ja) * | 2005-05-18 | 2006-11-23 | Polyplastics Co., Ltd. | 繊維状充填剤高濃度配合樹脂組成物の製造方法及び樹脂組成物ペレット |
-
1991
- 1991-05-20 JP JP14535891A patent/JP3009072B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04343223A (ja) | 1992-11-30 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |