電子波デバイス用基板のディジタル・エッチングによる無損傷加工に関する研究

極微細デバイス実現において重要であるエッチング表面、側面への損傷がない加工法の確立を目的とし、反応過程を吸着・反応・脱離の三過程に分離し、各過程でのエネルギ-を最小にするデジタル・エッチングを研究してきた。まず、燐拡散により抵抗を低くしたSIMOX基板上の電子ビ-ム(EB)レジストをマスクにしてSi細線を形成し、その抵抗測定を行った結果、100nm以上の細線には損傷がないことが分かった。次に、Siの極微細ドットを低損傷で形成し、そのフォトルミネッセンス測定を試みた。ドットの形成は、細線時と同様にEBレジストパタ-ンを用いたが、ドットではレジストのエッチング速度が細線よりも著しく早く、反応・脱離に用いているAr^+イオン(14.5eV)の照射時間が15秒以上で、レジスト(膜厚200nm)の残膜率が0%(細線では65%)になることが分かった。このことは、ドット構造ではパタ-ンが孤立しているため、熱の拡散が少なくAr^+イオン照射によりレジストの温度上昇が著しいためと考えられる。これよりAr^+照射時間を5秒以下にしてエッチングした結果、直径:40nm、高さ:250nm、間隔:200nmのSi微細ドット配列が形成できた。更に、この微細ドット(SIMOX基板及びp型Si基板)のフォトルミネッセンス測定(励起光:Ar^+イオンレ-ザ、波長:488nm)を行った。測定に際して、5%HF水溶液による自然酸化膜除去とSi表面の水素タ-ミネ-ションを行った。その結果、低温(11K)において、室温では観測されなかった波長4008nm(約1.24eV)、半値幅30nmの明瞭なルミネッセンスピ-クが観測された。これは、Siのバンドギャップ(1.16eV)よりも大きい遷移であり、また1μm径のドットでは低温においてもルミネッセンスが観測されなかったことから、励起子の寄与した量子サイズ効果がある可能性がある。

極微細デバイス実現において重要であるエッチング表面、側面への損傷がない加工法の確立を目的とし、反応過程を吸着・反応・脱離の三過程に分離し、各過程でのエネルギ-を最小にするデジタル・エッチングを研究してきた。まず、燐拡散により抵抗を低くしたSIMOX基板上の電子ビ-ム(EB)レジストをマスクにしてSi細線を形成し、その抵抗測定を行った結果、100nm以上の細線には損傷がないことが分かった。次に、Siの極微細ドットを低損傷で形成し、そのフォトルミネッセンス測定を試みた。ドットの形成は、細線時と同様にEBレジストパタ-ンを用いたが、ドットではレジストのエッチング速度が細線よりも著しく早く、反応・脱離に用いているAr^+イオン(14.5eV)の照射時間が15秒以上で、レジスト(膜厚200nm)の残膜率が0%(細線では65%)になることが分かった。このことは、ドット構造ではパタ-ンが孤立しているため、熱の拡散が少なくAr^+イオン照射によりレジストの温度上昇が著しいためと考えられる。これよりAr^+照射時間を5秒以下にしてエッチングした結果、直径:40nm、高さ:250nm、間隔:200nmのSi微細ドット配列が形成できた。更に、この微細ドット(SIMOX基板及びp型Si基板)のフォトルミネッセンス測定(励起光:Ar^+イオンレ-ザ、波長:488nm)を行った。測定に際して、5%HF水溶液による自然酸化膜除去とSi表面の水素タ-ミネ-ションを行った。その結果、低温(11K)において、室温では観測されなかった波長4008nm(約1.24eV)、半値幅30nmの明瞭なルミネッセンスピ-クが観測された。これは、Siのバンドギャップ(1.16eV)よりも大きい遷移であり、また1μm径のドットでは低温においてもルミネッセンスが観測されなかったことから、励起子の寄与した量子サイズ効果がある可能性がある。