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イオンビーム微細加工方法 外国出願あり

国内特許コード P08A013518
整理番号 KG0003
掲載日 2008年6月13日
出願番号 特願2001-238972
公開番号 特開2003-051488
登録番号 特許第4803513号
出願日 平成13年8月7日(2001.8.7)
公開日 平成15年2月21日(2003.2.21)
登録日 平成23年8月19日(2011.8.19)
発明者
  • 金子 忠昭
  • 浅岡 康
  • 佐野 直克
出願人
  • 学校法人関西学院
発明の名称 イオンビーム微細加工方法 外国出願あり
発明の概要 【課題】 GaAsを含むGaxIn1-xAsy1-y層表面に、自然に形成されているAs23、As2O、Ga2O等の表面酸化膜を予め除去する必要性がなく、また、複雑で微細化された回路パターンを形成するためのドライエッチング用マスクを形成することなく、GaxIn1-xAsy1-y層表面に、量子デバイスに用いられる微細な回路パターンを形成するイオンビーム微細加工方法を提供する。
【解決手段】 単体のGaAs及びInP基板を含む、GaxIn1-xAsy1-y(0≦x、y≦1)層表面に、任意のイオンビーム径、イオン電流密度に制御したGaイオンを注入し、前記GaxIn1-xAsy1-y層表面に形成されている表面酸化膜の存在又は酸素分子照射のもとでのGaイオン打ち込みにより酸化層を選択的にGa23又はGa2Oに置換又は生成させた後、前記GaxIn1-xAsy1-y層表面を臭素化物により一原子層単位でドライエッチングし、前記Ga23又はGa2Oに置換した部分以外の前記表面酸化膜並びにGaxIn1-xAsy1-y層を除去する。
従来技術、競合技術の概要
近年、マイクロエレクトロニクスの中核をなすULSIの集積度の向上とともに、これら量子デバイスにおける回路パターンは微細化の一途をたどっている。従来、半導体デバイスの作製プロセスでは、絶縁膜や金属薄膜の不要部分を、レジストパターン通りに高精度で取り除くための基礎技術として、半導体結晶のエッチング法が広く採用されている。このエッチング法のための手段として、ハロゲンガスを用いたドライエッチングの検討も進められている。このドライエッチングは、超高真空中の比較的清浄な雰囲気でエッチングを行うため、微細な量子デバイスの加工が可能なものとして期待されている。
【0003】
例えば、デバイス材料として代表的なSiについては、フッ素および塩素系のハロゲンガスによるドライエッチングプロセスが検討されてきている。しかしながら、これまでのところ、このシリコンの場合についても、より微細な量子素子を作製するためのドライエッチングプロセスはいまだ完成していないのが実情である。そして、GaAsを含むGaxIn1-xAsy1-y等の化合物半導体についてもドライエッチングプロセスに関する報告は多いが、量子素子の作製を可能とする技術的手段についてはいまだSi同様に、完成していないのが実情である。
【0004】
例えば、GaAsはSiに比べ電子の移動度が大きく、Siより高周波、高速の動作が可能な材料であって、資源の豊かさ、結晶の完全性等の点から工業規模の大きさで発展し、Siに代わり、その限界を克服する化合物半導体の1種としてその優れた性質と多様性で注目されているものである。またこのGaAs等の化合物半導体のエピタキシャル結晶技術として、MBE(分子線エピタキシャル成長)法や、MOCVD(有機金属気相成長)法等の技術が進歩し、一様な結晶成長が可能になってきており、化合物半導体のデバイス材料としての重要度は増してきている。
【0005】
そこで、本発明者は、化合物半導体等に対する従来のハロゲンガスによるドライエッチング方法の技術的限界を克服するドライエッチング方法として、半導体結晶表面を臭素化物により一原子層単位でドライエッチングする方法を開発し、特開平8-321483号公報で開示している。
産業上の利用分野
本発明は、化合物半導体基板、特にGaAs及びInP基板上にエピタキシャル成長された、GaxIn1-xAsy1-y層表面のイオンビーム微細加工方法に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 単体のGaAs及びInP基板を含む、GaxIn1-xAsy1-y(0≦x、y≦1)層表面に、任意のイオンビーム径、イオン電流密度に制御したGaイオンを注入し、前記GaxIn1-xAsy1-y層表面に形成されている表面酸化膜の存在又は酸素分子照射のもとでのGaイオン打ち込みにより酸化層を選択的にGa23置換又は生成させた後、前記GaxIn1-xAsy1-y層表面を臭素化物により一原子層単位でドライエッチングし、前記Ga23置換した部分以外の前記表面酸化膜及びGaxIn1-xAsy1-y基板を除去するネガ型リソグラフィを可能にするイオンビーム微細加工方法。
【請求項2】 単体のGaAs及びInP基板を含む、GaxIn1-xAsy1-y(0≦x、y≦1)層表面に、任意のイオンビーム径、イオン電流密度に制御したGaイオンを注入し、前記GaxIn1-xAsy1-y層表面に形成されている表面酸化膜の存在又は酸素分子照射のもとでのGaイオン打ち込みにより酸化層を選択的にGa23置換又は生成させ、前記Gaイオンにより前記Ga23一部をスパッタリングし、前記Ga23スパッタリングされた部分から該Gaイオンを前記GaxIn1-xAsy1-y層に注入して前記GaxIn1-xAsy1-y層を非晶質化させた後、臭素化物により一原子層単位でドライエッチングし、前記Ga23置換した部分以外の前記表面酸化膜及びその部分のGaxIn1-xAsy1-y層とGaイオン注入で非晶質化されたGaxIn1-xAsy1-y層を除去するポジ型リソグラフィを可能にするイオンビーム微細加工方法。
【請求項3】 前記臭素化物に、AsBr3、PBr3を用いる請求項1又は2に記載のイオンビーム微細加工方法。
【請求項4】 前記Gaイオンの注入量を制御することによって前記GaxIn1-xAsy1-y層表面を、ナノ・オーダー単位でエッチング深さ、及び加工領域の側面形状をその場で制御することが可能な請求項1~3のいずれかに記載のイオンビーム微細加工方法。
産業区分
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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