(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に低抵抗率の材料を堆積する方法であって、
前記基板の表面に向けてメチル化又はエチル化スズを含む前駆体気体を導入し、
前記前駆体気体の存在下で前記基板の表面をガリウムイオンビームで照射して、前記ガリウムイオンビームの存在下で前記前駆体気体を分解させて前記基板の表面上に低抵抗率の材料を堆積し、
前記低抵抗率の堆積材料が、前記前駆体気体から分解されたスズ及びガリウムを含み、堆積された状態で５０μΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記前駆体気体は、ヘキサメチル二スズを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記前駆体気体は、メチルスズトリクロリド（ｍｅｔｈｙｌ  ｔｉｎ  ｔｒｉｃｈｌｏｒｉｄｅ）又はヘキサエチル二スズ（ｈｅｘａｅｔｈｙｌｄｉｔｉｎｓ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
基板上に低抵抗率の材料を堆積する方法であって、
前記基板の表面に向けてビス（トリブチルスズ）（ｈｅｘａｂｕｔｙｌｄｉｔｉｎｓ）を含む前駆体気体を導入し、
前記前駆体気体の存在下で前記基板の表面をガリウムイオンビームで照射して、前記ガリウムイオンビームの存在下で前記前駆体気体を分解させて前記基板の表面上に低抵抗率の材料を堆積し、
前記低抵抗率の堆積材料が、前記前駆体気体から分解されたスズ及びガリウムを含み、堆積された状態で５０μΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有することを特徴とする方法。
【請求項５】
前記低抵抗率の堆積材料は、オーミックであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記低抵抗率の堆積材料は、バルクスズの５倍以内の抵抗率を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記低抵抗率の堆積材料は、少なくとも９５％のスズであることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記ガリウムイオンビームは、集束イオンビームであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記ガリウムイオンビームは、プラズマ源を用いて生成された集束イオンビームを含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ガリウムイオンビームは、質量選別イオン源を用いて生成されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
基板上に低抵抗率の材料を堆積する方法であって、
前記基板の表面に向けてヘキサメチル二スズを含む前駆体気体を導入し、
前記前駆体気体の存在下で前記基板の表面をガリウムイオンビームで照射して、前記ガリウムイオンビームの存在下で前記前駆体気体を反応させて前記基板の表面上に材料を堆積し、
前記堆積材料が、スズ及びガリウムを含み、堆積された状態で５０μΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記堆積材料は、少なくとも９５％のスズであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ビーム誘起堆積方法であって、
基板の表面に向けてメチル化又はエチル化スズを含む前駆体気体を導入し、
前記前駆体気体の存在下で前記基板の表面をガリウムイオンビームで照射して、前記ガリウムイオンビームの存在下で前記前駆体気体を反応させて前記基板の表面に材料を堆積し、
前記堆積材料がガリウムの共晶組成又は固溶体と、前記前駆体気体から分解されたスズとを含み、
前記共晶組成又は固溶体が、堆積された状態で５０μΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記前駆体気体は、ヘキサメチル二スズを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ビーム誘起堆積方法であって、
基板の表面に向けてメチルスズトリクロリド（ｍｅｔｈｙｌ  ｔｉｎ  ｔｒｉｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ヘキサエチル二スズ（ｈｅｘａｅｔｈｙｌｄｉｔｉｎｓ）、又はビス（トリブチルスズ）（ｈｅｘａｂｕｔｙｌｄｉｔｉｎｓ）を含む前駆体気体を導入し、
前記前駆体気体の存在下で前記基板の表面をガリウムイオンビームで照射して、前記ガリウムイオンビームの存在下で前記前駆体気体を反応させて前記基板の表面に材料を堆積し、
前記堆積材料がガリウムの共晶組成又は固溶体と、前記前駆体気体から分解されたスズとを含み、
前記共晶組成又は固溶体が、堆積された状態で５０μΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子及びイオンビーム誘起堆積に関し、特に、金属スズ、酸化スズ及び／又は窒化スズのビーム誘起堆積に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術では、電子ビーム誘起堆積（ＥＢＩＤ）及びイオンビーム誘起堆積（ＩＢＩＤ）を経て基板上に材料を堆積することが知られている。既知の方法によれば、基板は、荷電粒子ビーム装置、典型的には、電子ビーム（Ｅ−ｂｅａｍ）システム又は集束イオンビーム（ＦＩＢ）システムのいずれかの排気可能な試料室に設置される。荷電粒子（又は他の）ビームは、前駆体気体とも呼ばれる堆積気体の存在下で基板の表面に当てられる。前駆体気体の層は、ワークピースの表面に吸着する。その層の厚さは、基板表面上での気体分子の吸着と脱着の均衡によって支配され、それらは、順に、例えば、気体分圧（秒当たりにいくつの分子が吸着されるか決定する）、及び付着係数（一分子が平均してどのくらいの時間、表面に吸着しているかを示す）に依存する。その結果として得られる層は、典型的には、１個又は数個の単原子の層から形成されるものとなる。
【０００３】
荷電粒子ビームが前駆体気体の吸着層を伴う基板に照射されると、二次電子が基板から放出される。これらの二次電子、並びに一次電子及び後方散乱電子は、吸着している前駆体気体分子の分解を引き起こす。分解した前駆体材料の一部は、基板表面上に堆積物を形成し、一方、前駆体気体粒子の残りの部分は、揮発性の副生成物を形成し、装置の真空系によって排出される。
【０００４】
ビーム誘起堆積（ＢＩＤ）は、半導体ウエハや磁気記憶媒体などの基板のターゲット表面上に材料を堆積させるような各種幅広い用途に利用されている。薄膜表面、電気的接続、半導体素子の特性評価及び分析のための保護コーティングを形成するため、及びＴＥＭ試料のような微小試料をマニピュレータ又は試料ホルダー（以下に詳述する）に接続するためなど、さまざまな理由で材料は堆積される。気体、基板及びビームの様々な組合わせが、様々な堆積方法の実現のために用いられてよい。堆積される特定の材料は、通常、用途、下地のターゲット表面、及びどのように材料がビーム又は表面と反応するかに依存する。同様に、各種ビームが二次電子、二次イオン、光子、フォノン、プラズモンなどを生成するために用いられてよい。これらは、イオン、電子及びレーザービームを含む。
【０００５】
既知のビーム誘起堆積方法の欠点は、ビーム誘起技術を使用して堆積させることができる金属、半導体及び誘電体が幅広く存在するものの、ＢＩＤの純度及び材料特性は、ほとんど常にバルク特性より大きく劣っていることである。このことは、広く先行技術に記載されている。懸念される堆積材料の共通の特性の一つは、堆積物の金属抵抗率である。前駆体及び堆積材料並びにビーム方式に応じて、抵抗率の値は、典型的には、バルク金属の抵抗率より１０〜１０００倍以上の範囲も大きいものとなる。
【０００６】
ＢＩＤを経て堆積した導電性材料の抵抗率の増加は、回路形成（ＣＥ）の用途にとって特別な関心事となる。集積回路（ＩＣ）上でＦＩＢを使用して回路形成を実行することは、設計のデバッグと不良解析にとって不可欠なものである。今日の高周波ＩＣデバイスは、チップの性能向上のために、極めて低抵抗率のインターコネクトを必要とし、チップ上のインターコネクト遅延に起因する性能のボトルネックを低減するため、５０μΩ・ｃｍ程度の抵抗率がさらに望ましい。回路形成による抵抗率が作りこまれた配線の値に概ね近づけば、ＩＣデバイスの性能を確保できるＦＩＢ回路形成の用途はもっと効果的なものとなる。典型的な従来技術の方法を使用すると、ＩＢＩＤを経て堆積された導電体の最も低い抵抗率は、２００μΩ・ｃｍ以下の抵抗率の値を有するタングステンであり、ＩＣのインターコネクトに望ましい５０μΩ・ｃｍの抵抗率よりずっと大きいものである。
【０００７】
したがって、従来の方法を経て堆積された導電体より低い抵抗率、好ましくは５０μΩ・ｃｍ程度の抵抗率を有するＢＩＤ経由の導電体を堆積できるビーム誘起堆積方法が求められていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、改善されたビーム堆積方法を提供することである。本発明の好ましい実施形態では、スズなどの低抵抗率の金属材料を堆積させるための新しい集束イオンビーム誘起堆積（ＦＩＢＩＤ）前駆体を使用して、かかる課題に対処し、解決する。出願人は、ヘキサメチル二スズ（ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｔｉｎ）（ＨＭＤＴ）などのメチル化又はエチル化金属を前駆体として使用することによって、４０μΩ・ｃｍと低い抵抗率を有する材料を堆積させることができることを発見した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のいくつかの実施形態によれば、基板上に低抵抗率の材料を堆積する方法は、前記基板表面に向けてメチル化又はエチル化金属を含む前駆体気体を導入し、前記前駆体気体の存在下で前記基板表面をイオンビームで照射し、前記粒子ビームの存在下で前記前駆体気体を分解させて前記基板表面上に前記低抵抗率の材料を堆積する。
【００１０】
いくつかの実施形態において、前記イオンビームは、ガリウムイオンビームであり、前記堆積材料は、ガリウム及び前記前駆体気体から分解された金属を含む。いくつかの実施形態において、前記前駆体気体は、ヘキサメチル二スズを含む。いくつかの実施形態において、前記前駆体気体は、メチルスズトリクロリド（ｍｅｔｈｙｌ  ｔｉｎ  ｔｒｉｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ヘキサエチル二スズ（ｈｅｘａｅｔｈｙｌｄｉｔｉｎｓ）又はビス（トリブチルスズ）（ｈｅｘａｂｕｔｙｌｄｉｔｉｎｓ）を含む。
【００１１】
いくつかの実施形態において、前記堆積材料は、１２０μΩ・ｃｍ未満の抵抗率を有する。いくつかの実施形態において、堆前記低抵抗率の堆積材料は、８０μΩ・ｃｍ未満の抵抗率を有する。いくつかの実施形態において、前記低抵抗率の堆積材料は、５０μΩ・ｃｍ未満の抵抗率を有する。いくつかの実施形態において、前記堆積材料は、オーミックである。いくつかの実施形態において、前記堆積材料は、バルク金属の５倍以内の抵抗率を有する。
【００１２】
いくつかの実施形態において、前記粒子ビームは、ガリウムイオンビームであり、前記前駆体気体から分解した金属は、スズを含み、前記堆積材料は、スズとガリウムを含む。いくつかの実施形態において、前記堆積材料は、少なくとも９５％のスズである。
【００１３】
いくつかの実施形態において、前記イオンビームは、ガリウムの集束イオンビームを含む。いくつかの実施形態において、前記イオンビームは、プラズマ源を用いて生成された集束イオンビームを含む。いくつかの実施形態において、前記イオンビームは、質量選別イオン源を用いて生成される。いくつかの実施形態において、前記集束イオンは、キセノン、アルゴン又はヘリウムイオンである。
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態によれば、基板上に低抵抗率の材料を堆積する方法は、前記基板表面に向けてヘキサメチル二スズを含む前駆体気体を導入し、前記前駆体気体の存在下で前記基板表面をガリウムイオンビームで照射し、前記粒子ビームの存在下で前記前駆体気体を反応させて前記基板表面上に材料を堆積し、前記堆積材料が、スズ及びガリウムを含み、１２０μΩ・ｃｍ未満の抵抗率を有する。
【００１５】
いくつかの実施形態において、スズ及びガリウムを含む堆積材料は、５０μΩ・ｃｍ未満の抵抗率を有する。
【００１６】
本発明のいくつかの実施形態によれば、ビーム誘起堆積方法は、基板表面に向けて前駆体気体を導入し、前記前駆体気体の存在下で前記基板表面をガリウムイオンビームで照射し、前記ガリウムイオンビームの存在下で前記前駆体気体を反応させて基板表面に、ガリウムの共晶組成又は固溶体と前記前駆体気体から分解された金属とを含む材料を堆積する。
【００１７】
いくつかの実施形態において、前記前駆体気体は、メチル化又はエチル化の金属を含む。いくつかの実施形態では、前記前駆体気体は、スズを含み、前記前駆体気体は、前記基板表面上で酸化スズを堆積するように酸素を含む化合物と混合される。いくつかの実施形態において、前記前駆体気体は、前記基板表面上で窒化スズを堆積するように窒素を含む化合物と混合される。
【００１８】
上記は、本発明の特徴と技術的利点を概説したものであり、以下に記載された本発明の詳細な説明をより良く理解できるようにするためのものである。その他の本発明の特徴と利点は以下に説明する。当業者によれば、ここに開示された概念及び特定の実施形態は、本発明と同様の目的を達成するために、改良や他の構成に変形する基礎として利用できるものと理解される。また、当業者は、それらと均等な構成についても、添付された特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨と範囲から逸脱しないことを理解する。
【００１９】
本発明及びその利点をより完全に理解するため、添付の図面と併せて以下の説明を参照されたい。
【００２０】
添付の図面は縮尺どおりに描かれるように意図されたものではない。図面中、各図において図示された同一の及びほぼ同一の構成については同様の符号によって表わされる。簡明を図るため、全ての図において、全ての構成が表記されているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ＨＭＤＴを前駆体として利用した集束イオンビーム誘起堆積による微細構造の堆積を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図２】ＨＭＤＴを前駆体として利用した集束イオンビーム誘起堆積による微細構造の堆積を示す別のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図３】ＦＩＢＩＤ堆積物のＥＤＳスペクトルであり、ガリウム、少量の炭素及び酸素の残量を伴った純度約９７％のスズを示す。
【図４Ａ】ＨＭＤＴを前駆体として使用した異なる各ＦＩＢＩＤ堆積物のそれぞれの電気抵抗率を示すグラフであり、各堆積物の半値全幅の関数である（間接的な電流密度の測定）。
【図４Ｂ】測定された電気抵抗率に基づく異なる各堆積物の電流密度の計算を示すグラフである。
【図５Ａ】典型的な集積回路の一部を概略的に示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの集積回路上で実行される回路形成を示す断面図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態に従って、ＨＭＤＴを前駆体として使用してスズ層を堆積する方法を実施するための手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明による方法を実行するように備えられた典型的なデュアルビームＳＥＭ／ＦＩＢシステムの例示的な実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
当業者であれば理解されるように、材料堆積に適した前駆体の特定は、しばしば非常に困難なものとなる。考慮しなければならない競合する要因及びトレードオフが多数ある。一つは、高い蒸気圧、安定性、及び長時間にわたって再現可能な方法で堆積物を生成可能な生存時間を有する前駆体を選択する必要がある。前駆体は、抵抗率を損なう酸化反応に対して低い親和性を有することが好ましい。しかしながら、貴金属化合物などの酸化反応に対抗する化合物は、最も反応性が高く、不安定であり、不可能でないにしても合成することが困難である。有機金属は、非常に安定しており、比較的容易に合成できるが、炭素を多量に有し、これは金属構造中への炭素系の配位子材料の混入によって、結果物として得られる堆積物の純度及び金属特性を大きく損なう可能性がある。金属ハロゲン化物は、炭素の問題を回避し、解決するかもしれないが、実際にはＦＩＢによるエッチングを高め、及び／又はまったく堆積しない可能性がある。
【００２３】
ヘキサメチル二スズ（ＨＭＤＴ）は、分子式Ｃ6Ｈ18Ｓｎ2を有する有機スズ化合物であり、一般に有機合成反応に使用され、２３℃の融点を持ち、ＢＩＤに対して十分な量の前駆体を強力に供給するように室温でかなり高い蒸気圧を有する。ＨＭＤＴがＥＢＩＤでの電子ビームの前駆体として使用されると、結果物と得られる堆積物は、酸化スズと炭素の混合物になると考えられる。この材料の抵抗率は、好ましいものではなく、非オーミックの電気的性質（非線形の電流／電圧応答）を有する。これらの特性は、低抵抗率が要求される回路形成には望ましくない。しかしながら、酸化スズ及び窒化スズは半導体として振る舞うことができ、そのため、他の分野に応用することはできる。
【００２４】
しかしながら、出願人は、ＨＭＤＴなどのメチル化又はエチル化金属を用いたガリウムイオンビームでの堆積、及びガリウムが堆積物に結合した生成物は、オーミック（線形の電流/電圧応答）である材料となり、優れた抵抗率（スズバルクの５倍以内）の材料となることを発見した。イオンビームによって堆積するスズ及びガリウムは、固溶体及び共融混合物を形成する可能性があり、これらは測定される抵抗率を追加的に押し上げる可能性がある。堆積物において観察された幾つかの形態は、部分的な共融固化反応が想起されるが、確かではない。図１及び図２は、ＨＭＤＴでのＦＩＢＩＤにおいて現れる微細構造の例を示す。
【００２５】
堆積の正確なメカニズムは明確でないが、ＦＩＢＩＤ対するＨＭＤＴの新しい利用法によれば、高純度（スズ１００％に近い）で優れた電気特性を有する堆積材料を生成することが実験的に示されている。図３は、ＨＭＤＴを前駆体として使用したＦＩＢＩＤ堆積物のＥＤＳスペクトルであり、ガリウム、少量の炭素及び酸素を残量に含んだ純度約９７％のスズに示す。簡明のため、図３ではＳｉＯ2のバックグラウンドスペクトルが差し引かれている。好ましくは、本発明による堆積材料は、前駆体気体から分解した金属について少なくとも９０％の純度を有し、さらに好ましくは、堆積材料は、分解した金属について少なくとも９５％の純度を有する。
【００２６】
図４Ａは、各ＦＩＢＩＤ堆積物の測定された電気抵抗を表示するプロットであり、各堆積物の半値全幅の関数として表示される（間接的な電流密度の測定）。ここでは、金属線を堆積させるために異なるビーム電流が使用されている。図４Ａのプロットは、ビーム径がいくらか未知の量ずつ増加しながら、ビーム電流が増加すること（左から右へ）を示す。堆積物の半値全幅値は、実際のビーム径と相関を有するものと推測でき、そして、この相関は電流密度を評価するのに用いることができる。図４Ｂは、測定された電気抵抗率に基づく堆積物毎の計算された電流密度を表示するプロットである。流束が増加すると抵抗率が減少し、電流密度が増加すると抵抗率が減少することが示されており、最も低い抵抗率は、電流密度及び流束の両方を最大にすることによって得られる。
【００２７】
図４Ａ及び４Ｂに示したとおり、出願人は、ＨＭＤＴなどのメチル化又はエチル化金属を前駆体として用いることによって、極めて低抵抗率の材料を堆積できることを発見した。本明細書中で使用される用語「低抵抗率」は、１２０μΩ・ｃｍより小さい抵抗率をいう。最も低抵抗率の堆積のためには、電流密度（単位時間当たり単位面積当たりのイオン）を最大化する必要があり、流束（単位面積当たりのイオン）も同様とする。図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、ＨＭＤＴ前駆体を使用すると、スズが４０μΩ・ｃｍと低い抵抗率で堆積される。この場合、３０ｋＶで５００ｐＡのビームを用い、３０ミクロン長の線の堆積物に対して２０秒間負のビームが重ねられ、約４０μΩ・ｃｍの抵抗率を有するスズが堆積された。低抵抗率の材料を堆積させるため、他の環境では、ＨＭＤＴに加えて、例えば、メチルスズトリクロリド（ｍｅｔｈｙｌ  ｔｉｎ  ｔｒｉｃｈｌｏｒｉｄｅｓ）、ヘキサエチル二スズ（ｈｅｘａｅｔｈｙｌｄｉｔｉｎｓ）を含む他のメチル化及びエチル化金属を使用してもよい。また、ビス（トリブチルスズ）（ｈｅｘａｂｕｔｙｌｄｉｔｉｎｓ）を使用してもよい。
【００２８】
このように、本発明の実施形態は、回路形成中に導電性材料を堆積させる用途に用いることに適している。例えば、図５Ａは、典型的な集積回路５５０の一部の概略を示す断面図である。図５に示されたように、集積回路５５０は、基板５５２と誘電体絶縁層５４２を含む。金属インターコネクト５２０及び５２４は、拡散層５３２、５３４及び５３６に接続される。拡散層５３４は、金属インターコネクト５２４を介して拡散層５３６に接続され、拡散層５３２は拡散層５３４には接続されない。
【００２９】
図５Ｂは、図５Ａの集積回路５５０上で実行される回路形成を示す断面図である。集積回路５５０は、基板５５２及び誘電体絶縁層５４２を含む。金属インターコネクト５２０及び５２４は、拡散層５３２、５３４及び５３６に接続される。また、図５Ｂに示されるように、回路形成は、拡散層５３２を拡散層５３４に接続するように実施される。ホール５４５は、金属インターコネクト５２２及び金属インターコネクト５２４の一部が、誘電体絶縁層５４２を通じて露出するようにミリングされる。そして、導電体５４６は、金属インターコネクト５２２を金属インターコネクト５２４に接続するように堆積され、それによって拡散層５３２を拡散層５３４に接続する。上述したように、高周波ＩＣデバイスには、チップの性能を向上させるために非常に低いインターコネクト抵抗率が求められており、チップ上のインターコネクト遅延に起因するいずれかの性能上のボトルネックを低減するため、５０μΩ・ｃｍ程度の抵抗率がさらに好ましい。回路形成による抵抗率が作りこまれた配線の値に概ね近づけば、ＩＣデバイスの性能を確保できるＦＩＢ回路形成の用途はもっと効果的なものとなる。
【００３０】
図６は、本発明の好ましい実施形態に従って、ＨＭＤＴを前駆体として使用してスズ層を堆積する方法を実施するための手順を示すフローチャートである。ステップ６００では、試料が適当な粒子ビームシステムに搬入される。当業者であれば、粒子ビームシステムは、堆積材料に応じた特定の用途次第であることを理解する。ＴＥＭ試料の準備に適した粒子ビームシステムは、例えば、図７を参照して後述されるようなデュアルビームＳＥＭ／ＦＩＢシステムであってもよい。ステップ６０１では、堆積物汚染の可能性を最小限に抑えるために、任意選択のプラズマクリーニングの手順を実行して、残留炭化水素を除去するようにしてもよい。任意選択のステップ６０２では、例えば、揮発性炭化水素やその他の残留汚染物質からの汚染を最小限に抑えるため、システムの最大のベース圧力に達するまで、堆積を止めておいてもよい。
【００３１】
ステップ６０３では、ＨＭＤＴなどのメチル化又はエチル化金属を含む前駆体気体が、材料が堆積される試料表面に導入される。前駆体気体は、ガス供給ニードル又はキャピラリを介してその表面に向けられて、ミリバールの範囲内の局所的ガス圧を生成することが好ましい。一つの好ましい実施形態では、前駆体気体を含まない真空圧は約３×１０-6ミリバールとなり、前駆体気体を含む場合の真空室内の圧力は約５×１０-5ミリバールに上昇する。当業者であれば理解されるように、システムのベース圧力を超える圧力上昇は、気体の化学的性質の点においては十分であるが、圧力上昇はシステムの露出を最小にするように制限され、システムの真空制限を超過しないことが望ましい。一般的には、相当な圧力を達成するようなシステムの温度より数度以上前駆体を加熱する必要はない。流量を減少させる開口部は、実際には、顕微鏡の負荷を最小限に抑えるために低い気体圧力で作動を可能にするように設けられてもよい。
【００３２】
次いで、ステップ６０４では、集束イオンビームが使用され、沈降した材料が堆積する表面に照射される。局所的な材料堆積の速さは変化させることができるが、好ましい実施形態では、約６μｍ3／ｍｉｎとすることができる。好ましい実施形態では、ガリウムイオンビームが使用される。また、本発明は、イオン、例えば、キセノン、アルゴン又はヘリウムイオンが選択可能なＦＩＢプラズマ源を使用して実行することもできる。また、異なる電荷の大きなイオン配列、同様に、二量体、三量体及びそれらの各イオンを供給可能な質量選別のＦＩＢイオン源が、本発明に従ったビームの化学反応を誘導するために適している。さらに、例えば、反応性プラズマ源からの生成されたもの又は酸素原子ビームを使用して、酸化スズの堆積を実施することができる。
【００３３】
任意選択のステップ６０５では、堆積後、イオンビームは、ミル処理によって望ましくない周囲の堆積を除去するのに使用され、その結果、はみ出しのない精度のよいパターンを得ることができる。最後に、任意選択のステップ６０６では、堆積材料は、さらに抵抗率を改善（より低く）するように真空中又は減圧環境下で加熱することによって処理される。数分から数時間にかけて、金属の融点に近づくような温度でアニーリングする場合、活発な熱運動によって、金属の秩序化及び結晶化が可能となる。これは、電子運動を阻害する欠陥による散乱数を低減することによって、通常、金属の抵抗率を低減させる効果を持つ。減圧環境とする場合の目的は、堆積中に真空室残留ガスに起因して生起する可能性のある金属スズの酸化に対抗することである。例えば、反応性の高い水素原子で酸化金属を還元するように商業用の水素原子発生器を使用してもよい。この反応は、酸化型から酸化数なしの状態へとスズを還元する結果となり、電子輸送にとってより好ましい（抵抗率を下げる）。また、堆積材料の抵抗率は、イオンビーム、電子ビーム、レーザーを介在した材料のアニーリングによって改善することができるし、あるいは金属を介した電流の通過によって電気的に改善することができる。
【００３４】
本発明の他の好ましい実施形態では、スズ前駆体は、酸化スズを形成するように酸素や水と混合させてもよいし、窒化スズを形成するようにアミンや窒素含有化合物と混合させてもよい。このように、異なる材料を同じ前駆体を使用して堆積させることができ、堆積材料は、前駆体と混合された化合物に応じて、導電体、絶縁体又は半導体として作用する。堆積材料の抵抗率は、所望の用途に応じて容易に制御でき、したがって、スズ堆積プロセスの有用性は大きく拡がる。
【００３５】
図７は、本発明による方法を実行するように備えられた典型的なデュアルビームＳＥＭ／ＦＩＢシステム２１０の例示的な実施形態を示す。本発明の実施形態は、低抵抗率の材料を基板のターゲット表面上に堆積する用途の種々の変形に広く用いることができる。かかる試料の準備及び分析は、典型的には、ここで説明しているようなデュアルビーム、電子ビーム／集束イオンビームシステムにおいて実行される。適切なデュアルビームシステムは、例えば、本出願の譲受人であるＦＥＩ社、オレゴン州ヒルズボロ、から市販されている。適切なハードウェアの例は以下で説明されるが、これに限定されず、本発明はいずれの特定の形式のハードウェアでも実行することができる。
【００３６】
デュアルビームシステム７１０は、排気可能な試料室７２６上に、垂直に設けられた電子ビームカラムと、垂線から約５２°の角度をもって設けられた集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムとを有する。試料室は、例えば、ターボ分子ポンプ、又は、油拡散ポンプ、イオンゲッターポンプ、スクロールポンプなどの他の公知の排気手段によって排気されてもよい。
【００３７】
電子ビームカラム７４１は、電子を発生させる電子源７５２と、微細に集束する電子ビーム７４３を形成する電子光学レンズ７５６及び７５８とを有する。電子ビーム７４３は、偏向コイル７６０によって、基板７２２の表面上に定められ、かつ基板７２２の表面を走査することができる。レンズ７５６、７５８及び偏向コイル７６０の動作は、電源及び制御ユニット７４５によって制御される。なお、レンズ及び偏向ユニットは電場を利用して電子ビームを操作してよいし、磁場を利用してもよい。あるいは、それらを組み合わせて利用してもよい。
【００３８】
電子ビーム７４３は、試料室７２６内の下部に位置する可動式Ｘ−Ｙ−Ｚ試料台７２５上の基板７２２の上に集束される。電子ビーム中の電子が基板７２２に衝突する場合、２次電子が放出される。これらの２次電子は、Ｅｖｅｒｈａｒｄ−Ｔｈｏｒｎｌｅｙ型検出器又は低エネルギー電子を検出可能な半導体デバイスなどの二次電子検出器７４０によって検出される。検出器信号はコントローラ７１９へ供給される。また、かかるコントローラ７１９は、検出器信号、レンズ、電子源、ＧＩＳ、試料台とポンプ、及び他の装置構成部を制御する。モニタ７４４は、検出器７１９の信号を用いて基板の画像を表示するのに用いられる。ＴＥＭ試料ホルダ７２４及び試料台７２５の付近に設けられたＳＴＥＭ検出器７６２は、ＴＥＭ試料ホルダ上に載置された試料を透過する電子を収集することができる。
【００３９】
気体注入システム（ＧＩＳ）７４６が真空室に設けられている。ＧＩＳは、前駆体材料を保持する容器（図示せず）及びＨＤＭＴ前駆体材料を基板表面へ導入するニードル７７０を備える。ＧＩＳは、さらに、基板への前駆体材料の供給を制御する手段７７１を備える。この例では、制御手段は、調節バルブとして図示されているが、例えば、前駆体材料を加熱制御する構成としてもよい。
【００４０】
また、デュアルビームシステム７１０は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）システム７１１を含み、ＦＩＢシステム７１１は、上部ネック部分７１２を有する排気された真空室を備える。上部ネック部分７１２内には、イオン源７１４と、引き出し電極及び静電光学系を含む集束カラム７１６が設けられている。集束カラム７１６の軸は、電子カラムの軸から５２°傾いている。イオンカラム７１２は、イオン源７１４、引き出し電極７１５、集束素子７１７、偏向素子７２０、及び集束イオンビーム７１８を有する。イオンビーム７１８は、イオン源７１４から、カラム７１６を通り、概略的に表されている静電偏向手段７２０の間を通って、基板７２２へ向かう。基板７２２は、例えば、真空室７２６下部内の可動Ｘ−Ｙ−Ｚステージ７２５上に設けられた半導体デバイスを含む。
【００４１】
また、試料台７２５は、１つ以上のＴＥＭ用試料ホルダ７２４を支持することができ、これにより、試料を半導体デバイスから取り出し、ＴＥＭ用試料ホルダへ移動させることができる。試料台７２５は、水平面（Ｘ軸及びＹ軸）及び垂直方向（Ｚ軸）に移動可能であることが好ましい。試料台７２５は、約６０°傾斜することが可能であり、Ｚ軸の周りを回転することも可能である。一部の実施形態では、独立したＴＥＭ用試料台（図示されていない）が用いられる。そのようなＴＥＭ用試料台もまた、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸について可動することが好ましい。基板７２２をＸ−Ｙ−Ｚステージ７２５へ挿入するため、及びガスを供給器に補充するため、それが使用される場合、ドア７６１は開放される。ドアは、システムが真空状態にある場合に開放できないようにインターロックされる。
【００４２】
ネック部分７１２を排気するためにイオンポンプ７６８が用いられる。真空室７２６は、真空コントローラ７３２の制御下で、ターボ分子ポンプ及び機械式排気システム７３０によって排気される。真空システムは、真空室７２６内部で、約３×１０-6ｍｂａｒの真空度を提供する。適切な前駆体気体が試料表面に導入される場合、真空室のバックグラウンド圧力は、典型的には約５×１０-5ｍｂａｒにまで上昇することがある。
【００４３】
高電圧電源７３４は、液体金属イオン源７１４、並びにイオンビーム集束カラム７１６内の適切な電極に接続され、約１ｋｅＶ〜６０ｋｅＶのイオンビーム７１８を生成し、そのイオンビーム７１８を試料へ導く。パターン生成装置７３８によって提供される所定のパターンに従って動作する偏向コントローラ及び増幅器７３６は、偏向板７２０と結合し、ここで、イオンビーム７１８は、基板７２２の上側表面上の対応するパターンをなぞるように手動又は自動で制御されてもよい。一部のシステムでは、当業者に周知なように、偏向板は最終レンズの前段に設けられる。イオンビーム集束カラム２１６内のビームブランキング電極（図示せず）は、ビームビームブランキングコントローラ（図示せず）がブランキング電圧をビームブランキング電極（図示せず）に印加する場合、イオンビーム７１８を、基板７２２の代わりにブランキングアパーチャ（図示せず）へ衝突させる。
【００４４】
液体金属イオン源７１４は、典型的には、ガリウムの金属イオンビームを提供する。イオンミリング、エンハンストエッチング、材料堆積による基板７２２の改質の場合、又は基板７２２を画像化する目的の場合、液体金属イオン源７１４は、典型的には基板７２２で０．１μｍ未満の幅のビームを集束させることができる。
【００４５】
システムコントローラ７１９は、デュアルビームシステム７１０の各種構成部の動作を制御する。システムコントローラ７１９を介して、利用者は、従来のユーザーインターフェース（図示せず）へのコマンドの入力によって、イオンビーム７１８又は電子ビーム７４３を所望の動作で走査させることができる。代替方法として、システムコントローラ７１９は、プログラムの命令に従ってデュアルビームシステム７１０を制御してもよい。
【００４６】
本発明の好ましい方法又は装置は多くの新規の態様を持っており、そして、本発明は、目的に合わせて様々な方法又は装置で具体化することができるので、すべての態様がすべての実施形態に示される必要はない。さらに、記載された実施形態の多くの態様は個々に特許性があるものと考えられる。本発明は、幅広い適用性を有しており、上記の例に記載され、示されたとおり、多くの利点を提供することができる。本実施形態は、特定の適用に応じて様々な変更が可能であるが、必ずしも全部の実施形態がすべての利点を提供できるものではなく、本発明に従って達成できるすべての目的を満たすものではない。
【００４７】
上記の本発明の説明は主に低抵抗材料のビーム誘起堆積のための方法に関するが、かかる方法の動作を実行する装置も、さらに本発明の範囲内であることを認識すべきである。さらに、本発明の実施形態は、コンピュータハードウェア、ハードウェアとソフトウェアの組合わせによって、又は非一時的（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）なコンピュータが読み取り可能なメモリに格納されたコンピュータ命令によって、実施可能であることを認識すべきである。本方法は、標準的なプログラミング技術を利用したコンピュータプログラム−コンピュータプログラムを伴って構成される非一時的なコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であって、本明細書に記載された方法及び図面に従う特定の定義済みの方法でコンピュータを動作させるように構成された記憶媒体を含む−によって実施することができる。各プログラムは、コンピュータシステムと通信するために、高級の手続き型言語又はオブジェクト指向プログラミング言語によって実施可能である。ただし、プログラムは、必要に応じてアセンブリ言語又は機械語によって実施されてもよい。いずれの場合でも、言語はコンパイル言語又はインタープリタ言語であってよい。さらに、プログラムは、その目的のためにプログラムされた専用の集積回路上で実行することができる。
【００４８】
また、この方法は、いずれの形式のコンピュータプラットフォームでも実施可能である。これは特に限定されるものでなく、パーソナルコンピュータ、ミニコンピュータ、メインフレーム、ワークステーション、ネットワーク又は分散コンピューティング環境、分離しているコンピュータプラットフォーム、荷電粒子装置又は他の撮像素子と統合された又は通信可能な機器などを含む。本発明の態様は、非一時的な記憶媒体又はデバイスに格納された機械可読コードにおいて実施でき、記憶媒体又はデバイスは、可搬式であってもよいし、コンピュータプラットフォームと一体であってもよく、例えば、ハードディスク、光学式読み取り・書き込み可能な記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭなどがある。すなわち、本明細書に記載の手順を実行するコンピュータによって記憶媒体又はデバイスが読み出されたとき、そのコンピュータを設定・動作させることができように、プログラムで制御できるコンピュータによって読み取り可能なものであればよい。さらに、機械可読コード又はその一部は、有線又は無線ネットワーク経由で送信することができる。本明細書に記載された発明は、マイクロプロセッサ又は他のデータプロセッサと協働して上記の手順を実行するための命令又はプログラムを含む場合、これら又はその他の各種の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含むものである。また、本発明は、本明細書に記載された方法及び技術に従ってプログラムされている場合、コンピュータそれ自体も含むものである。
【００４９】
コンピュータプログラムには、ここに記載された関数を演算するための入力データを適用することができ、出力データを生成するように入力データを変換することができる。出力情報は、ディスプレイモニターなどの１つ又は複数の出力デバイスに適用されてもよい。本発明の好ましい実施形態では、変換されたデータは、物理的な及び有形のオブジェクトを表すものであり、これらはディスプレイ上で物理的な及び有形のオブジェクトの特定の視覚的描写を生成する。
【００５０】
また、本発明の好ましい実施形態では、ビームの粒子を用いて試料を画像化するために、ＦＩＢ又はＳＥＭなどの粒子ビーム装置を使用してもよい。試料の画像化に使用されるこのような粒子は、試料と固有の相互作用を生じるものであり、ある程度の物理的な変化を引き起こす。さらに、本明細書においては、例えば、「計算する」「決定する」「測定する」「生成する」「検出する」「形成する」などの用語を利用した議論は、コンピュータシステム、又は同様の電子機器の動作、プロセスにも及ぶものである。これらコンピュータシステム又は同様の電子機器は、コンピュータシステム内で物理量として示されるデータを、コンピュータシステム又は他の情報ストレージ、送信デバイス又はディスプレイデバイス内で物理量として示される他の類似のデータに変換する。
【００５１】
前述した例は本発明を回路形成に適用するものであったが、本発明は基板上に低抵抗の金属を堆積させる前駆体を必要とするいずれかの用途、又は同じ前駆体気体を使用して金属酸化物、窒化物を堆積させる用途に利用することができる。前述した記載の多くは半導体ウエハや磁気記憶媒体に向けられているが、本発明は、適当ないずれの基板ないし表面にも適用することができる。用語「ワークピース」「試料」「基板」「標本」は、特に明記しない限り、この出願においてほとんど同じ意味で使用されている。さらに、用語「自動的」「自動化された」又は同様の用語が本明細書において使用される場合、これらの用語は、手動によって開始される自動的な又は自動化されたプロセス若しくは手順を含むものと解される。
【００５２】
用語「集積回路」は、マイクロチップの表面上にパターン化された、電子部品の組及びそれらの相互接続（総称して内部の回路素子）を指すものである。用語「半導体」又は「半導体デバイス」は、一般的には、集積回路（ＩＣ）を指すものであり、半導体ウエハに集積化され、ウエハから個々に切り出され、回路基板上で使用するためにパッケージ化されるものである。ここで用いられる用語「ＦＩＢ」又は「集束イオンビーム」は、任意のコリメートされたイオンビームを指すものであり、イオン光学系によって集束されたビーム、及び整形されたイオンビームを含んでいる。
【００５３】
本明細書の説明、及び特許請求の範囲では、用語「含む」及び「備える」は、オープンエンド方式の意で使用されており、これらは、「〜を含むが、これに限定されない」のように解釈されるべきである。本明細書において用語が特に定義されていない場合、その用語は平易かつ通常の意味をもって与えられることを意図している。添付された図面は、本発明の理解を助けるために意図されたものであるので、特に断らない限りは、縮尺のとおりに描かれていない。本発明を実施するのに適した粒子ビームシステムは、例えば、本出願の譲受人であるＦＥＩ社から市販されている。
【００５４】
本発明及びその利点について詳細に説明したが、ここに記載された実施形態に対しては、添付された特許請求の範囲により定められる本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更、置換及び修正が可能であると理解されるべきである。さらに、本出願の範囲については、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法及びステップの特定の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、本発明、プロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法又はステップの開示によって、既存の技術、又は本明細書に記載された実施形態に対応し、実質的に同じ機能を果たしたり、実質的に同じ効果を奏したりする将来技術についても、本発明に従って利用可能であると容易に理解することができる。したがって、添付された特許請求の範囲は、上記のようなプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法及びステップをその範囲に含むものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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