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MACHINING METHOD OF Si SEMICONDUCTOR FINE STRUCTURE DUE TO ION BEAM IMPLANTATION LITHOGRAPHY OF INORGANIC MULTILAYER RESIST AND INTEGRATED CIRCUIT, DEVICE, AND MICROMACHINE COMPONENT THEREBY achieved

Patent code P08A013519
File No. KG0004
Posted date Jun 13, 2008
Application number P2001-377075
Publication number P2003-179031A
Patent number P4042893
Date of filing Dec 11, 2001
Date of publication of application Jun 27, 2003
Date of registration Nov 22, 2007
Inventor
  • (In Japanese)金子 忠昭
  • (In Japanese)浅岡 康
  • (In Japanese)佐野直克
Applicant
  • (In Japanese)学校法人関西学院
Title MACHINING METHOD OF Si SEMICONDUCTOR FINE STRUCTURE DUE TO ION BEAM IMPLANTATION LITHOGRAPHY OF INORGANIC MULTILAYER RESIST AND INTEGRATED CIRCUIT, DEVICE, AND MICROMACHINE COMPONENT THEREBY achieved
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion beam fine machining method for forming a fine circuit pattern used for a quantum device on an Si substrate surface without forming any mask for dry etching.
SOLUTION: On the surface of an Si wafer substrate 1, an Al layer 2 and an Si amorphous layer 3 are formed, and then a metal ion 6 is implanted onto the surface of the Si amorphous layer 3 through a mask 5. After that, the mask 5 is removed for implanting a metal ion 9. A surface natural oxide film is selectively substituted for SiO27 or is generated under the presence of a surface natural oxide film 4 that is formed on the surface of the Si amorphous layer 3 or oxygen molecule radiation, and further ions are implanted. As a result, after AlxOy8 is produced on the surface of the Al layer 2, dry etching is made in one atom layer unit by bromide, and the surface natural oxide film other than a portion that is substituted for SiO2 and AlxOy8, the Si amorphous layer, the Al layer, and one portion of the Si wafer substrate are removed.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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。



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。



本発明者は、Si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特開平8-321483号公報で開示している。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、Si半導体基板表面の微細加工方法、特に、無機多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによるSi半導体微細構造体の加工方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
  Siウェハー基板表面にAl層を形成し、さらに、該Al層表面にSiアモルファス層を形成した後、該Siアモルファス層表面にイオンビームを任意の形状に選択吸収できるマスクを通して金属イオンを所要の形状に注入し、前記Siアモルファス層表面に自然に形成されている表面自然酸化膜の存在又は酸素分子放射のもとでの金属イオン打ち込みにより、前記表面自然酸化膜を選択的に強制酸化膜SixOyに置換又は生成させ、更にイオンの打ち込み量を増やし、前記強制酸化膜SixOyからのOイオンの伝播及び前記Siアモルファス層のスパッタリングにより前記Al層の一部にAlxOyを生成させた後、前記Siウェハー基板表面を反応性エッチングガスにより一原子層単位でドライエッチングし、前記強制酸化膜SixOy及びAlxOyに置換した部分以外の前記表面自然酸化膜、Siアモルファス層、Al層及びSiウェハー基板の一部を除去する無機多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによるSi半導体微細構造体の加工方法。
【請求項2】
  前記マスクを介して金属イオンを注入した後に、前記マスクを取り除き、任意のイオンビーム径、イオン電流密度に制御した金属イオンの集束イオンビームを前記Siアモルファス層表面に自然に形成されている表面自然酸化膜の存在又は酸素分子放射のもとでの金属イオン打ち込みにより、前記表面自然酸化膜を選択的に強制酸化膜SixOyに置換又は生成させ、更にイオンの打ち込み量を増やし、前記強制酸化膜SixOyからのOイオンの伝播及び前記Siアモルファス層のスパッタリングにより前記Al層の一部にAlxOyを生成させた後、Siウェハー基板表面を反応性エッチングガスにより一原子層単位でドライエッチングし、前記強制酸化膜SixOy及びAlxOyに置換した部分以外の前記表面自然酸化膜、Siアモルファス層、Al層及びSiウェハー基板の一部を除去する請求項1に記載の無機多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによるSi半導体微細構造体の加工方法。
【請求項3】
  前記マスクを取り除いた後に表面自然酸化膜に打ち込む任意のイオンビーム径とイオン電流密度に制御した金属イオンの注入量を制御することによって、前記AlxOy層の一部をスパッタリングし、該AlxOyパターンを任意の形状に微細加工して、全体と局部両方のパターンを自在に制御することによって、ナノオーダーサイズの微細構造体及び/又は電子回路をSiウェハー基板全面に効率よく形成することができる請求項2に記載の無機多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによるSi半導体微細構造体の加工方法。
【請求項4】
  前記Siアモルファス層の厚みを制御することによって、前記Al層表面に形成されるAlxOyの大きさを制御できる請求項1乃至3のいずれかに記載の無機多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによるSi半導体微細構造体の加工方法。
【請求項5】
  前記SixOy及びAlxOyに置換される部分の大きさ及び前記ドライエッチングによる除去量を制御することによって前記Siウェハー基板表面を、ナノオーダーサイズのネガ型、ポジ型のいずれにも加工することができる請求項1乃至4のいずれかに記載の無機多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによるSi半導体微細構造体の加工方法。
【請求項6】
  前記反応性エッチングガスに、BiF3又はXeF2を用いる請求項5に記載の無機多層レジストのイオンビーム注入リソグラフィーによるSi半導体微細構造体の加工方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2001377075thum.jpg
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