【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.04.25】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22NM0037

利用課題名 / Title

半導体基板における微細加工と特性評価

利用した実施機関 / Support Institute

物質・材料研究機構 / NIMS

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

フォトニック結晶,GaN,光学材料・素子,半導体微細構造,薄膜,プラズマエッチング,電子顕微鏡/Electron microscopy,リソグラフィ/Lithography,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,蒸着・成膜/Evaporation and Deposition,CVD,EB

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

都筑 康平

所属名 / Affiliation

筑波大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NM-601：電子ビーム描画装置 [ELS-F125]
NM-614：CCP-RIE装置 [RIE-200NL]
NM-618：原子層エッチング装置 [PlasmaPro 100 ALE]
NM-621：FE-SEM [S-4800]
NM-624：顕微分光膜厚計 [F54-XY-200-UV]

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

低消費電力かつ高性能が期待される、光集積回路の光導波路に向けた可視光域のトポロジカルフォトニック結晶の実現が必要である。
本課題では窒化ガリウム(GaN)薄膜に百数十ナノメートルの空孔を周期的にあけ、その空孔の形状を電子顕微鏡で観察した。
加工にはプラズマCVDによるSiO₂膜の堆積、電子線リソグラフィによるパターニング、反応性イオンエッチングを使用し、微細加工における最適な条件を研究した。

実験 / Experimental

はじめに、サファイア基板上の4.5μm厚のGaN薄膜(図1(a))に、プラズマCVDを用いてSiO₂を堆積させた(図1(b))。その後、スピンコーターを用いてレジストを均一に塗布し(図1(c))、電子線リソグラフィー装置でパターンを投影した(図1(d))。レジストをマスクにSiO₂膜のパターン以外の部分を反応性イオンエッチング(RIE)で除去し(図1(f))、さらにSiO₂をマスクとしてRIEでGaN膜に空孔を作製した(図1(h))。
作製した試料の空孔の形状を走査電子顕微鏡で観察し、評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

電子線リソグラフィでの電子のドーズ量を280~320μC/cm²ほどに調整することで約100nmサイズの四角形(図2)や円形(図3)、三角形のハニカム構造(図4)の空孔を作製することに成功した。
ただし、四角形には角に丸み、ハニカム構造ではギャップの増大が見られた。
また、図5の微細加工の精度については、50nm幅の溝が作製可能であったが、10nm幅の溝は描画されなかった。
形状の誤差と加工精度の限界については電子の近接効果やリソグラフィでのレジスト厚によるものと考えられる。
近接効果補正の見直しやレジスト厚の変更、リソグラフィー後のレジスト断面観察が課題である。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1

図2

図3

図4

図5

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究は、筑波大学 理工学群 応用理工学類 電子・量子工学主専攻ワイドギャップ半導体研究室において、奥村宏典助教のご指導のもと行いました。
本研究を進めるにあたり、様々なご助言をいただくとともに、試料をご提供していただいた、物質材料研究機構　機能性材料研究拠点 電気・電子機能分野 次世代半導体グループ 主幹研究員　井村将隆氏に深く感謝いたします。
同研究室の皆様には機器の利用方法など多くのご指 導、有益なご討論ご助言をいただきました。ここに感謝の意を表します。
筑波大学オープンファシリティの職員の皆 様には電子顕微鏡の試料搬送や装置の使用方法に関するご助言を多くいただきました。 ここに深謝いたします。
物質材料研究機構微細加工プラットフォームの渡辺英一郎氏、簑原郁乃氏、高橋慎氏、 河野久雄氏をはじめとするスタッフの皆様には装置の操作方法に関するトレーニング など様々なご助言とご協力をいただきました。ここに深く感謝いたします。
本研究の一部は、文部科学省「ナノテクノロジープラットフォーム」事業（課題番号： 22NM5299）の支援を受けて、NIMS 微細加工プラットフォームにおいて実施されまし た。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 筑波大学 理工学群応用理工学類 卒業研究論文

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件