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ION BEAM MICROFABRICATION METHOD OF INORGANIC MULTILAYER RESIST AND SEMICONDUCTOR DEVICE, QUANTUM DEVICE, MICROMACHINE COMPONENT AND FINE STRUCTURE THEREBY achieved

Patent code P08A013520
File No. KG0005
Posted date Jun 13, 2008
Application number P2001-377084
Publication number P2003-179032A
Patent number P4052430
Date of filing Dec 11, 2001
Date of publication of application Jun 27, 2003
Date of registration Dec 14, 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 ION BEAM MICROFABRICATION METHOD OF INORGANIC MULTILAYER RESIST AND SEMICONDUCTOR DEVICE, QUANTUM DEVICE, MICROMACHINE COMPONENT AND FINE STRUCTURE THEREBY achieved
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To form fine two-dimensional and three-dimensional circuit patterns used for a quantum device on a multilayer substrate surface made of an inorganic material such as Si, SiC, and GaAs.
SOLUTION: On the surface of a semiconductor substrate X, an inorganic material Y layer is formed, where the inorganic material Y layer prevents the oxidation of the substrate X, and can form a stable oxide film layer chemically and thermally. On the surface of the Y layer, an inorganic material Z layer is formed, where the inorganic material Z layer prevents the oxidation of the Y layer, and can form a plurality of oxide films such as a thermally unstable natural oxide film and a forced oxide film that is chemically stable although the forced oxide film is weaker than the Y layer. After that, by metal ion implantation under the presence of a surface natural oxide film formed naturally on the surface of the Z layer or the radiation of an oxygen molecule, the surface natural oxide film is substituted for a stable forced oxide film Z' layer selectively or is produced. By the propagation of an O ion from the natural oxide film or forced oxide film Z' layer and the sputtering of the Z layer, a thermally and chemically stable oxide film Y' layer is generated in the Y layer, and then the surface of the substrate X is subjected to dry etching by a reactive etching gas.
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。このため、ナノ領域での微細加工技術の開発が盛んに行われている。



従来、これら量子デバイスの回路パターンの微細加工技術の代表的なものとしては、パターン転写方式の光リソグラフィーがある。この光リソグラフィー技術は、極紫外光やX線を用いることにより高精度化を目指してはいるものの、高精度の微細なマスクを作製する必要があるとともに、フォトレジストを用いるときの解像度の点で限界に近づきつつある。また、これら従来の方法からの拡張では開発コストも無視し得ないものになっており、新しい、微細加工方法の開発が要望されている。



また、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いる。しかしながら、これまでのところ、このSi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-xAsyP1-yやGaxAl1-xAsyP1-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。



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(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。



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。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、Si、SiC、GaAsを含むInxGa1xAsyP1yやAlxGa1xAsyP1y等の無機材料からなる半導体基板表面へ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、量子デバイス及びマイクロマシーンコンポーネントに関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 半導体基板Xの表面に、前記基板Xの酸化を防止し化学的にも熱的にも安定な酸化膜層を形成できる無機材料Y層を形成し、さらに、該Y層表面に該Y層の酸化を防止し熱的に不安定な自然酸化膜又はY層よりも弱いが化学的に安定な強制酸化膜といった複数の酸化膜を形成できる無機材料Z層を形成した後、該Z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安定な強制酸化膜Z'層に置換又は生成させ、更にイオンの打ち込み量を増やし、自然酸化膜または強制酸化膜Z'層からのOイオンの伝播及びZ層のスパッタリングにより前記Y層に熱的にも化学的にも安定な酸化膜Y'層を生成させた後、前記基板X表面を反応性エッチングガスにより精度よくドライエッチングし、前記強制酸化膜Z'層及び酸化膜Y'層に置換した部分以外の前記表面酸化膜、Z層、Y層及び基板Xの一部を除去する無機多層レジストのイオンビーム微細加工方法。
【請求項2】
 前記Z層の厚みを制御することによって前記Y層表面に形成される前記酸化膜Y'層の大きさを制御する請求項1に記載の無機多層レジストのイオンビーム微細加工方法。
【請求項3】
 前記金属イオンの注入量を制御することによって前記Y層表面に形成される酸化膜Y'層の大きさを制御する請求項1又は2に記載の無機多層レジストのイオンビーム微細加工方法。
【請求項4】
 前記強制酸化膜Z'層及び酸化膜Y'層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基板表面を、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1~3のいずれかに記載の無機多層レジストのイオンビーム微細加工方法。
【請求項5】
 前記反応性エッチングガスに、AsBr、AsBr2、AsBr3を用いる請求項1に記載の無機多層レジストのイオンビーム微細加工方法。
【請求項6】
 請求項1乃至5のいずれかの方法により製作された半導体デバイス。
【請求項7】
 請求項1乃至5のいずれかの方法により製作された量子デバイス。
【請求項8】
 請求項1乃至5のいずれかの方法により製作されたマイクロマシーンコンポーネント。
【請求項9】
 請求項1乃至5のいずれかの方法により製作された微細構造体。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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21228_01SUM.gif
State of application right Registered
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