在包含有单体ＧａＡｓ以及ＩｎＰ基板的Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｘ－ｙ］Ａｓ↓［ｚ］Ｐ↓［１－ｚ］（０≤ｘ、ｙ、ｚ≤１）层表面，用调节为任意电子束直径和电流密度的电子束进行照射，使上述Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｘ－ｙ］Ａｓ↓［ｚ］Ｐ↓［１－ｚ］层表面上形成的自然氧化膜选择性取代为或生成Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］之后，将上述Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｘ－ｙ］Ａｓ↓［ｚ］Ｐ↓［１－ｚ］层表面用溴化物以单原子层单位进行干蚀刻，除去已经置换成上述Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］部分以外的上述自然氧化膜以及Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｘ－ｙ］Ａｓ↓［ｚ］Ｐ↓［１－ｚ］基板。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，在化合物半导体基板、特别是在GaAs以及InP基板上外延生长的AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面的。
技术介绍
近年来，随着构成微电子核心的ULSI集成度的提高，正在寻求着这些量子装置的电路图案微细化。目前，在半导体装置的制作工艺中，绝缘膜和金属薄膜这样的多余部分一般是采用各种各样的蚀刻术来消除的，这些蚀刻术是按照抗蚀图以高精确度去除的基本技术。作为一种蚀刻术，有一种是采用卤气的干蚀刻。这种干蚀刻是在高真空中比较清洁的气氛内的蚀刻，因此被期待能够制作微小的量子装置等的构造。比如作为装置原料的代表性原料Si，一般采取氟以及氯系的卤气进行干蚀刻。虽然对包含有GaAs的AlxGayIn1-x-yAszP1-z等化合物半导体也采用干蚀刻工艺的报告很多，但是实际上使量子元件的制造成为可能的技术手段并没有完成。比如，GaAs比Si电子的移动度要大，为比Si更适合做高周波、高速操作的材料。从资源的丰富性、结晶的完整性等方面看，代替靠工业规模大发展起来的Si，GaAs作为能够克服其性能限制的一种化合物半导体，其卓越的性能与多样性被瞩目。此GaAs等化合物半导体的外延结晶生长技术的MBE(分子束外延生长)法、MOCVD(有机金属化学气相沉积)法等技术都有进步，使得优质结晶的生长成为可能。因此其作为化合物半导体的装置材料的重要性正在提高。本专利技术者为了克服对于化合物半导体等目前采用的卤气的干蚀刻方法的技术限制，开发出了在半导体结晶表面上用溴化物以单原子层单位实施干蚀刻的方法，并已在特开平8-321483号公报上公开。但是，为了在GaAs层表面上形成高精度的电路图案，即使采用上述的以单原子层单位的干蚀刻，也需要形成干蚀刻用掩模。目前，制造这种干蚀刻用掩模方法有，比如特开2001-267213号公报所记载的电子束石版印刷术。但是，随着近年的量子装置中电路图案的微细化和复杂化，此干蚀刻用掩模的制作越来越困难，形状、尺寸的重现性下降，并且制造成本也变得非常高，成为问题。而且，GaAs层表面有自然形成的As2O3、As2O、Ga2O等的表面氧化膜，在制作干蚀刻用掩模的时候，还需要先除掉此表面氧化膜。本专利技术，针对上述问题，其目的在于提供一种，其不必预先除掉在GaAs层表面上自然形成的As2O3、As2O、Ga2O等表面氧化膜，并且不需要掩模形成用于形成复杂、微细化电路图案的干蚀刻用掩模，而是在包含有GaAs的AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面上，直接形成用于量子装置上的、微细并且长宽比不同的电路图案。
技术实现思路
本专利技术的是，在包含有单体GaAs以及InP基板的AlxGayIn1-x-yAszP1-z(0≤x、y、z≤1)表面所形成的GaAs薄膜表面上，用调节为任意电子束直径以及电流密度的电子束进行照射，使在上述GaAs表面上形成的自然氧化膜选择性置换成或者生成Ga2O3后，对于上述GaAs层表面用溴化物以单原子层单位进行干蚀刻，把已经置换成上述Ga2O3部分以外的上述自然氧化膜以及GaAs和AlxGayIn1-x-yAszP1-z选择性的除掉。这样，本专利技术的，可以不需要制作和使用在干蚀刻时所用的干蚀刻用掩模，通过控制电子束剂量来改变对蚀刻有耐性的Ga2O3的结晶化度，从而自由调整在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面上形成的图案形状以及长宽比。因此，像近年的量子装置上面所使用的电路图案那样，也可用于更复杂化、微细化的电路图案。附图说明图1为本专利技术涉及的的实施方式例的说明图。图2为利用AMF观察本专利技术涉及的的各电子束剂量所造成的基板表面情况的照片。图3为利用AMF观察本专利技术涉及的的各电子束剂量所造成的基板表面情况的照片，为图2的放大图。图4为利用AMF观察本专利技术涉及的的各电子束剂量所造成的基板表面情况的照片，为图3的透视图。图5为利用AFM观察电子束剂量不同时形成微细构造物长宽比不同的结构照片。具体实施例方式本专利技术的实施方式涉及的，是在包含有单体GaAs以及InP基板的AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面所形成的GaAs薄膜表面上，用调节为任意电子束直径以及电流密度的电子束进行照射，使在上述GaAs表面形成的自然氧化膜选择性置换成或者生成Ga2O3后，对于上述GaAs以及AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面用溴化物以单原子层单位进行干蚀刻，把已经置换成上述Ga2O3部分以外的上述自然氧化膜以及GaAs和AlxGayIn1-x-yAszP1-z除掉。上述溴化物使用AsBr3、PBr3、GaBr3、InBr3中的任意一种。并且，通过控制上述电子束照射量(剂量)，把上述GaAs自然氧化膜层置换成结晶化度不同的Ga2O3，来控制上述干蚀刻时的蚀刻抗性，可以在真空连续的同一工序中形成长宽比不同的微细构造物。其中，上述电子束的加速电压优选在50keV以下，剂量优选为1016～1020eletron/cm2。本专利技术的实施方式涉及的，是在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面形成的GaAs薄膜表面的自然氧化膜上直接用调整为任意电子束直径以及电流密度的电子束进行照射，把GaAs层表面上自然形成的As2O3、As2O、Ga2O等自然氧化膜选择性的置换成化学上稳定的Ga2O3。然后把其余的As2O3、As2O、Ga2O等氧化物放在10-3Pa以下左右的减压环境下进行选择性热脱离。此时，置换后的稳定氧化膜(Ga2O3)就起到在目前的石版印刷法中使用的掩模一样的作用，在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层母材上用AsBr3、PBr3、GaBr3、InBr3等溴化物的气氛对每单原子层进行蚀刻，这样化学上稳定的氧化膜的Ga2O3就残留在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面上，从而在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面就可以形成任意图案。因此，电子束照射时，通过在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面上描绘任意图案等，AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面的电子束照射部位就会形成化学上稳定的Ga2O3，该Ga2O3在用溴化物进行干蚀刻时不会被侵蚀，这样在AlxGayIn1-x-yAszP1-z层上就可以加工任意图案了。而且，当把电子束照射时的剂量加大，被置换的Ga2O3的结晶化度就会提高，与此同时对干蚀刻的掩模的抗性也会提高，这样在蚀刻后，形成的微细构造物的长宽比就会加大。也就是说如果想加大蚀刻后形成的微细构造物的长宽比，只要加大电子束的剂量，就可以以纳米级单位控制AlxGayIn1-x-yAszP1-z层表面图案的线宽等。以下参照附图，说明本专利技术涉及的离子束微细加工方法的一例实施方式。图1中的1是GaAs层，2是在GaAs层1表面上自然形成的As2O3等表面的自然氧化膜。并且在图1中，从左至右、即从图1(a)到图(c)，电子束的剂量增加。本实施方式涉及的，首先，不除去在GaAs层1表面上自然形成的As2O3等自然氧化膜2，在高真空中用加速电压在50keV以下、优选在20keV以下，剂量在1016～1020eletron/cm的电子束照射这个自然氧化膜2。电子束的剂量要根据电子束的电流量以及照射时间适当调整、进行控制。通过电子束的照射，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电子束微细加工方法，为负型石版印刷术，能够对在包含有单体ＧａＡｓ以及ＩｎＰ基板的Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｘ－ｙ］Ａｓ↓［ｚ］Ｐ↓［１－ｚ］（０≤ｘ、ｙ、ｚ≤１）表面上形成的ＧａＡｓ薄膜表面上，用调节为任意电子束直径和电流密度的电子束进行照射，使上述ＧａＡｓ表面上形成的自然氧化膜选择性置换成或生成Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］之后，将上述ＧａＡｓ层表面用溴化物以单原子层单位进行干蚀刻，选择性除去已经置换成上述Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］部分以外的上述自然氧化膜以及ＧａＡｓ和Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｘ－ｙ］Ａｓ↓［ｚ］Ｐ↓［１－ｚ］。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-5-26 147189/20031.一种电子束微细加工方法，为负型石版印刷术，能够对在包含有单体GaAs以及InP基板的AlxGayIn1-x-yAszP1-z(0≤x、y、z≤1)表面上形成的GaAs薄膜表面上，用调节为任意电子束直径和电流密度的电子束进行照射，使上述GaAs表面上形成的自然氧化膜选择性置换成或生成Ga2O3之后，将上述GaAs层表面用溴化物以单原子层单位进行干蚀刻，选择性除去已经置换成上述Ga2O3部分以外的上述自然氧化膜以及GaAs和AlxGayIn1-x-yAszP1-z。2.如权利要求1所述的电子束微细加工方...
【专利技术属性】
技术研发人员：金子忠昭，阪上洁，佐野直克，
申请(专利权)人：学校法人关西学院，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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