(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己整列ナノスケール多層テンプレートを加工する方法であって、
ウェハ上にエッチングストップの層をスパッタリングする工程と、
前記エッチングストップの前記層上にテンプレート材料の層を堆積させる工程と、
前記テンプレート材料上にレジストをパターニングする工程と、
前記レジストをマスクとして用いて、前記テンプレート材料の第１レベルエッチングを実行する工程と、
前記レジストを除去した後に前記テンプレート材料上にスペーサ材料を堆積させる工程と、
側壁スペーサを規定するために、前記スペーサ材料を異方性エッチングする工程と、
前記エッチングストップに到達するまで、前記側壁スペーサをマスクとして用いて、前記テンプレート材料の第２レベルエッチングを実行する工程と、
前記テンプレート材料の自己整列多層造作をあらわにするために、前記側壁スペーサを除去する工程と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記テンプレート材料は二酸化ケイ素を含み、前記スペーサ材料は窒化チタンを含み、前記エッチングストップは酸化インジウム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】
前記テンプレート材料はケイ素を含み、前記スペーサ材料は二酸化ケイ素を含み、前記エッチングストップは二酸化ケイ素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】
前記レジストは、ナノインプリントリソグラフィ、電子線リソグラフィ、及びフォトリソグラフィのうちの一つを用いて、前記テンプレート材料上にパターニングされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記自己整列多層造作は、マスタテンプレートに対応することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記自己整列多層造作は、多層格子、多層トレンチ、多層シリンダ、多層孔、チューブ構造体、形状多層ピラー、形状多層孔、形状チューブ構造体のうちの一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記形状多層ピラー、前記形状多層孔、及び前記形状チューブ構造体は、楕円形、三角形、四辺形、ひし形、多角形、星型、及び蛇行状のうちの一形状の断面を有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照することにより本明細書に組み込まれる２０１５年４月２０日に出願された「Methods of Making Self-Aligned Multi-Tier Nanostructures Using Nanoimprint Lithography」と題する米国特許仮特許出願第６２／１４９，７８４号に基づく優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、全米科学財団により授与された認可番号ＥＥＣ１１６０４９４の下、政府の支援を得て行われたものである。米国政府は、本発明の特定の権利を有する。
【０００３】
本発明は、一般にはナノインプリントリソグラフィに関し、より詳細には、処理中にアラインメントやオーバーレイを必要とせずに単一リソグラフィステップを用いて多層ナノ構造体の加工することに関する。
【背景技術】
【０００４】
ナノインプリントリソグラフィは、サブ１０ｎｍの造作解像度を発揮し、且つ光リソグラフィの有力な後継技法の一つとして広く受け入れられている、高スループット・低コストのリソグラフィ技法である。現在、多層ナノ構造体は、中間のナノスケールアラインメント及びオーバーレイステップを備えた複数のリソグラフィステップを用いることでのみ達成できる。テクノロジー・ノードが進むにつれて限界寸法は縮小するため、ナノスケールアラインメント及びオーバーレイは、ますます厳しさを増している。これらの課題は、高密度多値ナノ電子回路のパターニングに用いられるナノインプリントリソグラフィに対して解決する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
よって、限界寸法の継続的な縮小を促進するためには、中間のナノスケールアラインメント又はオーバーレイステップを採用せずに、複数レベル又は多層ナノスケール構造体のパターニングを可能とする技法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の実施形態では、自己整列ナノスケール多層テンプレートを加工する方法は、ウェハ上にエッチングストップの層をスパッタリングする工程を備える。前記方法は、前記エッチングストップの前記層上にテンプレート材料の層を堆積させる工程を更に備える。前記方法は、加えて、前記テンプレート材料上にレジストをパターニングする工程を備える。更に、前記方法は、前記レジストをマスクとして用いて、前記テンプレート材料の第１レベルエッチングを実行する工程を備える。加えて、前記方法は、前記レジストを除去した後に前記テンプレート材料上にスペーサ材料を堆積させる工程を備える。加えて、前記方法は、側壁スペーサを規定するために、前記スペーサ材料を異方性エッチングする工程を備える。前記方法は、前記エッチングストップに到達するまで、前記側壁スペーサをマスクとして用いて、前記テンプレート材料の第２レベルエッチングを実行する工程を更に備える。前記方法は、加えて、前記テンプレート材料の自己整列多層造作をあらわにするために、前記側壁スペーサを除去する工程を備える。
【０００７】
本発明の他の実施形態では、自己整列チューブ構造体を加工する方法は、基板上にレジストピラーをパターニングする工程を備える。前記方法は、前記基板と前記レジストピラー上にスペーサ材料を堆積させる工程を更に備える。前記方法は、加えて、前記レジストピラーの周りにリング状の側壁スペーサを規定するために、前記スペーサ材料を異方性エッチングする工程を備える。更に、前記方法は、前記リング状の側壁スペーサ内でレジストコアを除去する工程を備える。加えて、前記方法は、前記自己整列チューブ構造体を形成するために、前記リング状の側壁スペーサをマスクとして用いてエッチングする工程を備える。
【０００８】
本発明の更なる実施形態では、ナノインプリントリソグラフィを用いた多層構造体のパターン転写方法は、多層ナノインプリントテンプレートを用いて、基板材料上のハードマスク上に存在する多層レジストパターンをナノインプリントする工程を備える。前記方法は、前記多層レジストパターンの残留層を除去する工程を更に備える。前記方法は、加えて、前記ハードマスクをエッチングするために、前記多層レジストパターンをエッチングマスクとして用いる工程を備える。更に、前記方法は、前記多層レジストパターンと前記ハードマスクとの両方を、前記基板材料にエッチングを施すためのエッチングマスクとして用いる工程を備える。加えて、前記方法は、狭い単一層レジストパターンを残して前記多層レジストパターンの低レベル部をエッチングする工程を備える。加えて、前記方法は、前記単一層レジストパターンをエッチングマスクとして用いて前記ハードマスクをエッチングする工程を備える。前記方法は、前記基板材料に更にエッチングを施すために、前記単一層レジストパターンと前記ハードマスクの残留部分とを組み合わせてエッチングマスクとして用いる工程を更に備える。前記方法は、加えて、前記単一層レジストパターンと前記ハードマスクの残留部分とを除去して、前記基板材料に多層レプリカ構造体を形成する工程を備える。
【０００９】
本発明の更なる実施形態では、多層非対称ナノ構造体を形成する方法は、下地基板上にレジストパターンを形成するポリマーレジストに格子構造体を作成する工程を備える。前記方法は、前記レジストパターンを前記下地基板に転写する工程を更に備える。前記方法は、加えて、前記レジストパターンを取り去る工程を備える。更に、前記方法は、第１金属をある角度で蒸着させて前記格子構造体上に傾斜第１金属マスクを形成する工程を備える。加えて、前記方法は、前記第１金属の限界寸法を規定するために、又は前記第１金属の前記蒸着として逆方向に前記第１金属の角度エッチングを実行するために、前記第１金属をエッチングする工程を備える。加えて、前記方法は、第２レベルの格子造作を形成するために、前記第１金属をマスクとして用いて前記下地基板をエッチングする工程を備える。前記方法は、多層非対称ナノ構造体を露出するために、前記第１金属の残留部分を除去する工程を更に備える。
【００１０】
本発明の他の実施形態では、左右対称多層構造体を加工する方法は、基板材料上に一対の格子構造体をパターニングする工程を備える。前記方法は、レジストマスクを用いて前記パターニングされた一対の格子構造体を前記基板材料に転写する工程を更に備える。前記方法は、加えて、前記レジストマスクを除去する工程を備える。更に、前記方法は、前記一対の格子構造体の夫々の内部の空間が満たされるまでスペーサ材料を堆積させる工程を備える。加えて、前記方法は、前記一対の格子構造体の外縁部に側壁スペーサを規定するために、前記スペーサ材料を異方性エッチングする工程を備える。加えて、前記方法は、第２低レベル部を形成するために、前記側壁スペーサをエッチングマスクとして用いて前記基板材料をエッチングする工程を備える。前記方法は、前記左右対称多層構造体をあらわにするために、前記スペーサ材料を除去する工程を更に備える。
【００１１】
ここでは、以下に続く本発明の詳細な説明をよりよく理解するために、本発明の一又は複数の実施形態における特徴及び技術的利点を一般的に概説した。以下に、本発明の請求の範囲の主題を構成しうる本発明の更なる特徴及び利点を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明は、下記の詳細な説明を下記図面と併せて考慮するとよりよく理解されよう。
【図１】本発明の一の実施形態に係る、インプリントリソグラフィを用いてナノスケール形状をパターニングする方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一の実施形態に係る、図１に記載のステップを用いたナノスケール形状のパターニングを示す断面図である。
【図３】本発明の一の実施形態に係る、リソグラフィ及び側壁スペーサを用いて自己整列対称ナノスケール多層インプリントテンプレートを加工する方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一の実施形態に係る、図３に記載のステップを用いた自己整列対称ナノスケール多層インプリントテンプレートの加工を示す断面図である。
【図５】本発明の一の実施形態に係る、様々な用途において着目される例示的なナノスケール非円形断面形状を示す図である。
【図６】本発明の一の実施形態に係る、Ａｒ／Ｃｌ２エッチング化学を用いて規定された窒化チタン側壁スペーサを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。である。
【図７】本発明の一の実施形態に係る、アラインメント及びオーバーレイステップを完全に除きつつ、単一リソグラフィステップを用いて形成されたサブ１００ｎｍ自己整列対称多層構造体を示すＳＥＭ写真である。
【図８】本発明の一の実施形態に係る、ナノスケールの自己整列ケイ素チューブ構造体を加工する方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の一の実施形態に係る、図８に記載のステップを用いたナノスケールの自己整列ケイ素チューブ構造体の加工を示す断面図である。
【図１０】本発明の一の実施形態に係る、方法８００を用いて形成されたケイ素チューブを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図１１】本発明の一の実施形態に係る、ケイ素のドライエッチングによりケイ素チューブキャパシタを加工する方法を示す図である。
【図１２】本発明の一の実施形態に係る、図１１に記載のステップを用いたケイ素のドライエッチングによるケイ素チューブキャパシタの加工を示す断面図である。
【図１３】本発明の一の実施形態に係る、多層構造体をパターン転写して基板材料にする方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の一の実施形態に係る、図１３に記載のステップを用いた、多層構造体をパターン転写して基板材料にする処理を示す断面図である。
【図１５】本発明の一の実施形態に係る、多層非対称ナノ構造体を形成する方法を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の一の実施形態に係る、図１５に記載のステップを用いた多層非対称ナノ構造体の加工を示す断面図である。
【図１７】本発明の一の実施形態に係る、金属の傾斜反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が逆方向から実行される図１５のステップ１５０４の代替ステップを示す図である。
【図１８】本発明の一の実施形態に係る、格子の二の端部における傾斜マスクの厚さは、異なるけれどもあまり違わないことを示すＳＥＭ写真である。
【図１９】本発明により可能とされる多層非対称ナノピラーを示す図である。
【図２０】本発明の一の実施形態に係る、ワイヤグリッド偏光子（ＷＧＰ）ジオメトリを最適化する遺伝的アルゴリズムベース最適法を示す模式図である。
【図２１】本発明の一の実施形態に係る、非対称多層ワイヤグリッド偏光子を形成する方法を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の一の実施形態に係る、図２１に記載のステップを用いた非対称多層ワイヤグリッド偏光子の形成を示す断面図である。
【図２３】本発明の一の実施形態に係る、自己整列多層ナノインプリントテンプレートでインプリントすることにより完全なＮＭＯＳ  ＭＯＳＦＥＴアレイを加工する方法を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の一の実施形態に係る、図２３に記載のステップを用いた自己整列多層ナノインプリントテンプレートでインプリントすることによる完全なＮＭＯＳ  ＭＯＳＦＥＴアレイの加工を示す断面図である。
【図２５】本発明の一の実施形態に係る、短チャネル装置に適した低濃度ソース／ドレイン領域を備えた例示的な自己整列ＮＭＯＳ  ＭＳＦＥＴアレイを形成する方法を示すフローチャートである。
【図２６】本発明の一の実施形態に係る、図２５Ａから図２５Ｂに記載のステップを用いた短チャネル装置に適した低濃度ソース／ドレイン領域を備えた例示的な自己整列ＮＭＯＳ  ＭＳＦＥＴアレイの形成を示す断面図である。
【図２７Ａ】本発明の一の実施形態に係る、ｐ型ドーパント注入の第１リソグラフィステップを示す図である。
【図２７Ｂ】本発明の一の実施形態に係る、ｎ型ドーパント注入の第２リソグラフィステップを示す図である。
【図２８】本発明の一の実施形態に係る、左右対称構造体を加工する方法を示すフローチャートである。
【図２９】本発明の一の実施形態に係る、図２８に記載のステップを用いた左右対称構造体の加工を示す断面図である。
【図３０】本発明の一の実施形態に係る、逆トーンナノインプリントレプリカテンプレートを加工する方法を示すフローチャートである。
【図３１】本発明の一の実施形態に係る、図３０に記載のステップを用いた逆トーンナノインプリントレプリカテンプレートの加工を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、アラインメント及びオーバーレイステップを除きつつ、多層ナノインプリントリソグラフィテンプレートの加工を可能にする。特に、本発明の原理は、アラインメント又はオーバーレイステップの必要性を除きつつ、高解像度（サブ５０ｎｍ）多層ナノインプリントテンプレートを作成する新規な加工処理を開示する。
【００１４】
ワイヤグリッド偏光子（ＷＧＰ）は、偏光ビームスプリッタ、赤外（ＩＲ）センサ用フィルタ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）プロジェクタ、自動車のヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、偏光サングラス用レンズ等の、多数のナノフォトニック用途を可能にする重要な装置である。格子ピッチ、デューティサイクル、金属アスペクト比及び厚さ等のパラメータは、ＷＧＰの消光比（ＥＲ）及び透過率に影響を及ぼす。本発明は、ナノ格子ピッチを維持又は向上させつつ、金属厚さが既存のものよりも高いＷＧＰの加工を可能にする。
【００１５】
一の実施形態では、本発明は、ナノインプリントリソグラフィを用いてナノスケール形状をパターニングする。ジェットアンドフラッシュインプリントリソグラフィ（Ｊ−ＦＩＬ）として知られる例示的なインプリントリソグラフィ技法について次に説明する。Ｊ−ＦＩＬの特色は、複製されるべきテンプレートにおいてパターン密度の変動を一致させるために順応性材料の堆積を可能とする対象レジストディスペンスアプローチを用いることである。これは、低粘度レジスト組成物とともに、高スループット処理を導くことになる。
【００１６】
インプリントリソグラフィを用いてナノスケール形状をパターニングする処理について、図１及び図２Ａから図２Ｄと関連させて以下に説明する。本発明の一の実施形態に係る、インプリントリソグラフィを用いてナノスケール形状をパターニングする方法１００を示すフローチャートである。図１は、図２Ａから図２Ｄと併せて説明される。図２Ａから図２Ｄは、本発明の一の実施形態に係る、図１に記載のステップを用いたナノスケール形状のパターニングを示す断面図である。
【００１７】
図１を参照すると、ステップ１０１において、図２Ａに示すように、インクジェットディスペンサ２０４により、ＵＶ硬化モノマーレジスト液２０１をウェハ２０３の表面２０２に投与する。
【００１８】
ステップ１０２において、図２Ｂに示すように、テンプレート２０５の造作の体積に応じて、投与されたレジスト量を同時に調整する。
【００１９】
ステップ１０３において、図２Ｃに示すように、フィールドと称されるマスク２０５のパターニングされた領域を液滴２０１に接触させて、毛管作用によりレジストがマスク２０５のエッチング領域を満たすようにする。
【００２０】
次にステップ１０４において、図２Ｃに示すように、ブランケット硬化ステップによるＵＶ照射２０６により、レジストを重合する。
【００２１】
次にステップ１０５において、図２Ｄに示すように、マスク２０５をウェハから分離して、レジスト２０１にマスクパターンの逆トーンを残す。
【００２２】
液滴レイアウトが高度に最適化され且つ液滴体積が６ピコリットル以下である液滴を数千含むグリッドを投与することにより、インプリンティング時間を２秒より短くできる。
【００２３】
上述したように、本発明は、側壁堆積ベースパターニング及びＲＩＥと併せてＪ−ＦＩＬを用いた技法を用いる。以下に、このような技法について、図３及び図４Ａから図４Ｆに関連させて説明する。図３は、本発明の一の実施形態に係る、リソグラフィ及び側壁スペーサを用いて自己整列対称ナノスケール多層インプリントテンプレートを加工する方法３００を示すフローチャートである。図３は、図４Ａから図４Ｆと併せて説明される。図４Ａから図４Ｆは、本発明の一の実施形態に係る、図３に記載のステップを用いた自己整列対称ナノスケール多層インプリントテンプレートの加工を示す断面図である。
【００２４】
図３を参照すると、ステップ３０１において、エッチングストップ４０１の層（例えば、二酸化ケイ素又は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物）を基板材料４０２上にスパッタリングする。一の実施形態において、基板材料４０２は、液体レジストを重合させるのに必要なＵＶ光に対する透光性を有するので、溶融シリカである。
【００２５】
ステップ３０２において、二酸化ケイ素又はケイ素等のテンプレート材料４０３の層を、プラズマ化学気相成長等を用いて、エッチングストップ４０１上に堆積させる。一の実施形態では、テンプレート材料４０３を、２８５℃でエッチングストップ４０１上に堆積させた。
【００２６】
ステップ３０３において、ナノインプリントリソグラフィ、電子線リソグラフィ、又はフォトリソグラフィのうちの一つを用いて、レジスト４０４をテンプレート材料４０３上にパターニングする。ステップ３０１から３０３を実施した結果の構造を図４Ａに示す。
【００２７】
ステップ３０４において、図４Ｂに示すように、Ａｒ／Ｏ２ＲＩＥ化学を用いたパターニングされたレジスト４０４の残留層エッチングの後に、レジスト４０４をマスクとして用いてテンプレート材料４０３の第１レベルエッチングを実行する。一の実施形態では、テンプレート材料４０３が二酸化ケイ素の場合には、ＣＨＦ３／Ａｒ／ＣＦ４ＲＩＥ化学を用いてエッチングされる。
【００２８】
ステップ３０５において、図４Ｃに示すように、標準ピラニアクリーン（Ｈ２Ｏ２＋Ｈ２ＳＯ４）を用いてレジストマスク４０４を除去した後に、二酸化ケイ素又は窒化チタン（ＴｉＮ）等のスペーサ材料４０５をテンプレート材料４０３上に堆積させる。
【００２９】
ステップ３０６において、図４Ｄに示すように、スペーサ材料４０５を異方性エッチングして、側壁スペーサ４０６を規定する。一の実施形態では、スペーサ材料４０５がＴｉＮの場合には、Ｃｌ２／ＡｒＲＩＥ化学がこのステップで用いられる。
【００３０】
ステップ３０７において、図４Ｅに示すように、側壁スペーサ４０６をエッチングマスクとして用いてテンプレート材料４０３の第２レベルエッチングを実行する。一の実施形態では、ＣＨＦ３／Ｏ２ＲＩＥ化学がこのステップで用いられる。
【００３１】
ステップ３０８において、図４Ｆに示すように、ピラニアクリーンを用いて側壁スペーサ４０６を除去して、テンプレート材料４０３に自己整列対称多層二酸化ケイ素造作４０７をあらわにする。これらの自己整列多層造作は、多層格子、多層トレンチ、多層シリンダ、多層孔、チューブ構造体、形状多層ピラー、形状多層孔、形状チューブ構造体を含んでよい。一の実施形態では、図５に示すように、これらの形状構造体は、楕円形、三角形、四辺形、ひし形、多角形、星型、又は蛇行状の断面を有する。
【００３２】
図５は、本発明の一の実施形態に係る、様々な用途において着目される例示的なナノスケール非円形断面形状を示す図である。
【００３３】
様々なナノデバイス用途では、縁部の鋭いナノ構造体の高速（低コスト）加工が重要である。これは、光学、磁気学、及び医用材料におけるナノスケール現象を利用するデバイスを含む。ナノフォトニクス領域では、図５に示すような三角形構造体及び楕円構造体等の例示的な形状構造体が望ましい。磁気学領域では、図５に示すような例示的な十字形構造体を用いてマルチビット磁気ランダムアクセスメモリを達成できる。医用材料領域では、形状制御されたナノ粒子を作成する能力が標的診断及びドラッグデリバリにおいて着目されている。図５に示すように、蛇行状構造体は、ナノエレクトロニクス及び材料研究において最も重要である。
【００３４】
図６は、本発明の一の実施形態に係る、Ａｒ／Ｃｌ２エッチング化学を用いて規定された窒化チタン側壁スペーサ４０６を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
である。
【００３５】
図７は、本発明の一の実施形態に係る、アラインメント及びオーバーレイステップを完全に除きつつ、単一リソグラフィステップを用いて形成されたサブ１００ｎｍ自己整列対称多層構造体を示すＳＥＭ写真である。
【００３６】
パターニング技法の用途について、図８、図９Ａから図９Ｆ、図１０、図１１、及び図１２Ａから図１２Ｈと関連させて以下に説明する。
【００３７】
図８を参照すると、図８は、本発明の一の実施形態に係る、ナノスケールの自己整列ケイ素チューブ構造体を加工する方法８００を示すフローチャートである。図８は、図９Ａから図９Ｆと併せて説明される。図９Ａから図９Ｆは、本発明の一の実施形態に係る、図８に記載のステップを用いたナノスケールの自己整列ケイ素チューブ構造体の加工を示す断面図である。
【００３８】
図８を参照すると、ステップ８０１において、図９Ａに示すように、レジスト９０１をケイ素基板９０２上に投与する。
【００３９】
ステップ８０２において、リソグラフィを用いてレジストピラー９０４をパターニングする。一の実施形態では、用いられるパターニング処理はナノインプリントリソグラフィであり、ナノインプリントテンプレート９０３は図９Ａに示される。パターニングされたレジストピラー９０４及び残留レジスト層９０５は図９Ｂに示される。一の実施形態では、レジストピラー９０４の断面は非円形（例えば、楕円形、三角形、四辺形、ひし形、多角形、星型、又は蛇行状）である。
【００４０】
ステップ８０３において、図９Ｃに示すように、Ａｒ／Ｏ２ＲＩＥ化学を用いて残留層９０５を除去した後に、スペーサ材料９０６（例えば二酸化ケイ素）の低温度原子層堆積（ＡＬＤ）を行う。一の実施形態では、ここで用いられるポリマーレジスト材料９０１は、そのガラス転移温度（Ｔｇ）１５０℃下で安定である。この材料は、スペーサ材料９０６の低温度原子層堆積に理想的である。一の実施形態では、スペーサ材料９０６は、レジストピラー９０４の周りの二酸化ケイ素であってよい。この処理で用いられるケイ素含有前駆体ガスは、一般にＴＤＭＡＳと称されるトリス（ジメチルアミノ）シランである。ＴＤＭＡＳと、１１０℃に維持したＡＬＤ室の蒸気を交互にすることにより、図９Ｃに示すように、レジストコアの周りに二酸化ケイ素の均一なコンフォーマル層（共形層）が形成される。
【００４１】
ステップ８０４において、図９Ｄに示すように、スペーサ材料９０６を異方性エッチングしてリング状の側壁スペーサ９０７を規定する。一の実施形態では、この処理ステップは、ＣＨＦ３／Ａｒ／ＣＦ４エッチング化学を用いて実施される。
【００４２】
ステップ８０５において、図９Ｅに示すように、レジストコア９０８を除去する。一の実施形態では、図９Ｅに示すように、露出されたレジストコア９０８は、標準ウェットピラニアバスでエッチングされる。
【００４３】
ステップ８０６において、図９Ｆに示すように、リング状側壁スペーサ９０７をマスクとして用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）エッチングを実行して、ケイ素ナノチューブを形成する。一の実施形態では、結果として生じたケイ素ナノチューブの断面は、レジストピラー９０４の非円形断面形状に対応して非円形である。一の実施形態では、リング形状二酸化ケイ素ハードマスク９０７を用いたケイ素９０２のエッチングを、ＨＢｒ／Ｃｌ２エッチング化学を用いて実施する。このエッチングの後に、バッファード酸化物エッチング液を用いたウェットエッチングにより、残った二酸化ケイ素マスク９０７を除去できる。このステップは、ナノスケールの所望のケイ素チューブを露出させるべきである。本発明の一実施形態に係る方法８００の使用を示すケイ素チューブのＳＥＭ写真を図１０に示す。
【００４４】
電力（エネルギー）貯蔵システムは、ハンドヘルド装置、タブレットコンピュータ、電気自動車等の用途に非常に重要である。バッテリーやキャパシタは、このような用途に主要エネルギー源として常に考えられる二種類の装置である。バッテリーは、高エネルギー貯蔵密度を有するが、非常に遅い充電／放電率を有する。一方、キャパシタは、バッテリーよりも多くの電力を供給できるが、エネルギー貯蔵密度はより低い。ウルトラキャパシタと称される中間クラスの貯蔵装置は、キャパシタの高い電力及び長いライフサイクル時間と、バッテリーのエネルギー貯蔵密度を結合させる。
【００４５】
平行平板キャパシタのキャパシタンスは、誘電体により分離される二の平板の間のオーバーラップの表面積に直接比例する。
【００４６】
金属アシスト化学エッチング（ＭＡＣＥ）を用いて単位型打ち面積に対する個別ナノワイヤキャパシタの表面積を増加させることにより、オーバーラップの表面積を増加でき、キャパシタンスの増加を導くことが示された。チューブは、付加的な円柱状内部面積のために、ナノワイヤよりも表面積が高い。よって、個別チューブキャパシタのキャパシタンスは、同じ高さの個別ナノワイヤキャパシタのそれよりも高い。このようなチューブキャパシタを加工する方法について、図１１及び図１２Ａから図１２Ｄを関連させて以下に説明する。
【００４７】
図１１は、本発明の一の実施形態に係る、ケイ素のドライエッチングによりケイ素チューブキャパシタを加工する方法１１００を示す図である。図１１は、図１２Ａから図１２Ｄと併せて説明される。図１２Ａから図１２Ｄは、本発明の一の実施形態に係る、図１１に記載のステップを用いたケイ素のドライエッチングによるケイ素チューブキャパシタの加工を示す断面図である。
【００４８】
図１１を参照すると、ステップ１１０１において、図１２Ａに示すように、方法８００の処理を用いて、基板１２０２（例えばケイ素）上のケイ素ナノチューブ又は「チューブ」１２０１を加工する。
【００４９】
ステップ１１０２において、図１２Ｂに示すように、誘電材料層１２０３（例えば、二酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、及び酸窒化ケイ素）を、チューブ１２０１及び基板１２０２上に、（例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）又はスパッタリングを介して）堆積させる。
【００５０】
ステップ１１０３において、図１２Ｃに示すように、金属層１２０４（例えば、窒化チタン、窒化タンタル、又はニッケル）を、誘電材料層１２０３上に、（例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）又はスパッタリングを介して）堆積させる。
【００５１】
ステップ１１０４において、図１２Ｄに示すように、接触部１２０５（例えばアルミニウム）を基板１２０２の裏側にスパッタリングして、性能特性評価を可能にする。
【００５２】
方法１１００の更に詳細な説明を以下に行う。方法１１００において、ケイ素にエッチングを施した事前加工ケイ素ナノチューブ１２０１を、誘電材料１２０３を堆積させるＡＬＤ室に導入する。誘電材料１２０３は、例えば、高Ｋ（高誘電率）誘電性の二酸化ハフニウムであってよい。他の実施形態では、誘電材料１２０３は、ＡＬＤ、ＣＶＤ又はスパッタリングにより堆積された酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、又は酸窒化ケイ素である。これが一旦完了すると、金属−絶縁体−半導体（ＭＩＳ）スタックを完了させるための導電材料１２０４が、好ましくはＡＬＤを用いて堆積され、コンフォーマル（共形）ＭＩＳスタックをケイ素ナノチューブ１２０１の内壁にも沿わせることが可能となる。一の実施形態では、導電材料１２０４は、窒化チタン、窒化タンタル、又はニッケルである。次に、裏側接触金属１２０５は、特性評価のためにウェハ１２０２の下側にスパッタリングされてよい。一の実施形態では、裏側接触金属１２０５はアルミニウムである。
【００５３】
誘電材料や導電材料の堆積及び金属アシスト化学エッチング（ＭＡＣＥ）を用いた高アスペクト比ケイ素チューブキャパシタ等のケイ素チューブキャパシタを加工する代替方法について、以下に説明する。ＭＡＣＥは、好ましくは、フッ化水素酸（ＨＦ）、脱イオン（「ＤＩ」）水、及び酸化剤（通常Ｈ２Ｏ２）の溶液で、貴金属とケイ素表面との間の界面でケイ素をエッチングするウェットエッチング処理である。これにより、造作のジオメトリが、パターニングされた貴金属の形状やエッチング間における金属の機械的安定性により決定される、異方性エッチングが結果として生じる。Ｓｉ基板の表面上のケイ素（Ｓｉ）チューブの外側に貴金属を堆積させて金属メッシュを形成させ、底部のＳｉチューブに貴金属を堆積させ、ＭＡＣＥを実行することにより、高アスペクト比Ｓｉチューブ構造体を形成できる。優先的なエッチング機構は次の通りである。（ｉ）貴金属が、酸化剤が生成する孔の減少の触媒作用を行う。（ｉｉ）孔が、金属に接触するケイ素へ金属を介して注入される。（ｉｉｉ）ケイ素が酸化する。（ｉｖ）ＨＦが酸化ケイ素を溶かす。（ｖ）最後に、可溶性生成物が除去され、金属が、処理が繰り返される空間に移動する。これらの高アスペクト比Ｓｉナノチューブ１２０１を、誘電材料１２０３を堆積させるＡＬＤ室に導入する。方法１１００に関連させて上記に説明したように、誘電材料１２０３は、例えば、高Ｋ誘電性の二酸化ハフニウムであってよい。他の実施形態では、誘電材料１２０３は、ＡＬＤ、ＣＶＤ又はスパッタリングにより堆積された酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、又は酸窒化ケイ素である。これが一旦完了すると、ＭＩＳスタックを完了させるための導電材料１２０４が、好ましくは原子層堆積を用いて堆積され、コンフォーマル（共形）ＭＩＳスタックをケイ素ナノチューブ１２０１の内壁にも沿わせることが可能となる。一の実施形態では、導電材料１２０４は、窒化チタン、窒化タンタル、又はニッケルである。次に、裏側接触金属１２０５は、特性評価のためにウェハ１２０２の下側にスパッタリングされてよい。一の実施形態では、裏側接触金属１２０５はアルミニウムである。
【００５４】
他の実施形態では、酸化アルミニウムが誘電材料１２０３として用いられてよい。これが一旦完了すると、ＭＩＳスタックを完了させるための導電材料１２０４が、好ましくは原子層堆積を用いて堆積され、コンフォーマル（共形）ＭＩＳスタックをケイ素ナノチューブ１２０１の内壁にも沿わせることが可能となる。窒化チタンが導電材料１２０４として用いることができる。次に、裏側接触金属１２０５は、特性評価のためにウェハ１２０２の下側にスパッタリングされてよい。
【００５５】
図１３は、本発明の一の実施形態に係る、多層構造体をパターン転写して基板材料にする方法１３００を示すフローチャートである。図１３は、図１４Ａから図１４Ｈと併せて説明される。図１４Ａから図１４Ｈは、本発明の一の実施形態に係る、図１３に記載のステップを用いた、多層構造体をパターン転写して基板材料にする処理を示す断面図である。
【００５６】
図１３を参照すると、ステップ１３０１において、図１４Ａに示すように、方法３００を用いた先に説明したような多層ナノインプリントテンプレートを用いて、多層レジストパターン１４０１をナノインプリントする。一の実施形態では、多層レジストパターンは、レプリカテンプレート材料１４０３上のハードマスク１４０２上に存在する。
【００５７】
ステップ１３０２において、図１４Ｂに示すように、Ａｒ／Ｏ２ＲＩＥ化学を用いてレジスト１４０４の残留層を除去する。
【００５８】
ステップ１３０３において、多層レジストパターン１４０１をエッチングマスクとして用いて、下地ハードマスク１４０２（例えば、クロミウム、アルミニウム）をエッチングする。一の実施形態では、Ｃｌ２／Ｏ２のＲＩＥエッチング化学をステップ１３０３で用いる。
【００５９】
ステップ１３０４において、図１４Ｄに示すように、レジスト１４０１とハードマスク１４０２とは併せて、一の実施形態において溶融シリカであるレプリカテンプレート材料１４０３にエッチングを施すためのエッチングマスクとして機能する。一の実施形態では、このステップのエッチング化学は、ＣＦ４／Ａｒ／ＣＨＦ３ベースのものである。
【００６０】
ステップ１３０５において、図１４Ｅに示すように、Ａｒ／Ｏ２のＲＩＥエッチング化学を用いて、より狭い単一層レジストパターン１４０１に残された低レジストレベルをエッチングする。
【００６１】
ステップ１３０６において、図１４Ｆに示すように、レジスト１４０１をエッチングマスクとして用いて、露出されたハードマスク１４０２をＣｌ２／Ｏ２ＲＩＥ化学を用いてエッチングする。
【００６２】
ステップ１３０７において、図１４Ｇに示すように、残留レジスト１４０１とハードマスク１４０２とを組み合わせてエッチングマスクとして用いて、露出されたレプリカテンプレート材料１４０３に再度エッチングを施す。これにより、図１４Ｇに示すように、テンプレート材料１４０３上に多層パターンが作成される。
【００６３】
ステップ１３０８において、図１４Ｈに示すように、レプリカテンプレート材料１４０３と相性のよい適切なウェットエッチングを用いて、残留レジストマスク１４０１とハードマスク１４０２材料を除去して、多層ナノインプリントテンプレートを形成する。他の実施形態では、テンプレート材料１４０３は、三の材料のスタック（積み重ね）である。一の実施形態では、ＩＴＯ又は窒化ケイ素等のスパッタリングされたエッチングストップ層を備えた溶融シリカと、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）を用いて堆積されたエッチングストップ上の二酸化ケイ素と、から構成される。
【００６４】
多層非対称ナノ構造体の加工に関して、本発明は、溶融シリカに多層非対称ナノ構造体を形成する方法を記載しており、これはその後、図１５及び図１６Ａから図１６Ｊと関連させて以下に説明されるような、ポリマーレジスト上にＪ−ＦＩＬを用いて構造体を複製するためのインプリントテンプレートとして用いられてよい。図１５は、本発明の一の実施形態に係る、多層非対称ナノ構造体を形成する方法１５００を示すフローチャートである。図１５は、図１６Ａから図１６Ｊと併せて説明される。図１６Ａから図１６Ｊは、本発明の一の実施形態に係る、図１５に記載のステップを用いた多層非対称ナノ構造体の加工を示す断面図である。
【００６５】
図１５を参照すると、ステップ１５０１において、図１６Ａに示す基板１６０３（例えば溶融シリカ）上へのリソグラフィにより、レジストパターン１６０２を形成するレジストに格子構造体１６０１を作成する。
【００６６】
ステップ１５０２において、図１６Ｂに示すように、ＣＦ４／Ａｒ／ＣＨＦ３のＲＩＥ化学を用いて、レジストパターン１６０２を下地溶融シリカ基板１６０３に転写する。
【００６７】
ステップ１５０３において、レジストパターン１６０２を取り去る。
【００６８】
ステップ１５０４において、第１金属１６０４をある角度で蒸着させて、図１６Ｃに示す格子造作（レベル１）１６０３上に傾斜金属エッチングマスクを形成する。一の実施形態では、金属１６０４はクロミウムであってよい。
【００６９】
ステップ１５０５において、図１６Ｄに示すように、金属１６０４の垂直ＲＩＥを実施し、マスク１５０４の臨界寸法（ＣＤ）を適宜規定する。
【００７０】
代替実施形態では、金属１６０４の垂直ＲＩＥを実行する代わりに、図１７に示すように傾斜ＲＩＥを逆方向から実行してよい。
【００７１】
図１７を参照すると、図１７は、本発明の一の実施形態に係る、金属１６０４の傾斜反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が逆方向から実行される図１５のステップ１５０４の代替ステップを示す図である。
【００７２】
図１７に示すように、ステップ１５０４において、金属１６０４を格子造作（レベル１）上に視射角又はシャドウイング角で蒸着させる。一例では、金属１６０４はクロミウムであってよい。上述した図１５のステップ１５０４の代替ステップでは、金属マスク１６０４の傾斜ＲＩＥを実行する。ＲＩＥエッチングの方向は、ステップ１５０４の金属堆積の方向と逆である。この傾斜エッチング技法は、傾斜エッチング進行面を形成し、これにより、上面からの垂直ＲＩＥと対照的に、傾斜金属マスク対象のＣＤの形成が容易になる。これは、本発明の一の実施形態に係る、図１８のＳＥＭ写真に示すように、格子の二の縁部における傾斜マスクの厚さの差があまり大きくないので、重要である。傾斜エッチング処理は、傾斜エッチング進行面を形成することにより、この格子の二の縁部間の厚さの差の強調を促進し、よって、金属マスクＣＤ規定がより良好に制御される。クロミウムを金属マスク１６０として用いる実施形態では、ＲＩＥエッチング化学は、エッチングステップに対してＣｌ２／Ｏ２である。以下に記載する図１５のステップ１５０６に示すように、エッチングされた金属をマスクとして用いて溶融シリカのＲＩＥを実行して、レベル２を形成する。
【００７３】
図１５に戻り、ステップ１５０６において、図１６Ｅに示すように、エッチングされたマスク１６０４をマスクとして用いて基板１６０３（例えば溶融シリカ）のＲＩＥを実行して、第２レベルの格子構造体１６０５を形成する。
【００７４】
ステップ１５０７において、図１６Ｆに示すように、ウェットエッチング又はＲＩＥにより、残留金属マスク１６０４を除去できる。
【００７５】
ステップ１５０８において、図１６Ｇに示すように、第２金属１６０６（例えば、アルミニウム、クロミウム）をある角度で堆積させるが、第１傾斜金属堆積と比較して逆方向からであり、よって次のレベルを規定するエッチングマスクとして機能できる。一の実施形態では、第２金属１６０６は、電子線蒸着又はスパッタリングを介して堆積される。
【００７６】
ステップ１５０９において、図１６Ｈに示すように、第２金属１６０６のＲＩＥを実行して、マスクの臨界寸法を規定する。一の実施形態では、第２金属１６０６は、第１金属１６０４とは異なる種類の金属である。他の実施形態では、第２金属１６０６は、第１金属１６０４と同じ種類の金属である。
【００７７】
ステップ１５１０において、図１６Ｉに示すように、エッチングされた金属１６０６はマスクとして機能し、格子のＲＩＥを図示のように実行して、第３レベルの格子造作１６０７を規定する。一の実施形態では、エッチング時間を制御して、レベル２の深さとは異なる所望の深さでレベル３を形成できる。一の実施形態では、垂直ＲＩＥエッチングを実施する代わりに、傾斜ＲＩＥエッチングを実行して、金属マスク１６０６の臨界寸法を規定できる。
【００７８】
ステップ１５１１において、図１６Ｊに示すように、次に、ウェットエッチング又はＲＩＥにより、残留金属マスク１６０６を除去して、多層非対称ナノ構造体１６０８を露出させる。一の実施形態では、格子パターンの代わりにピラー構造体上で方法１５００を実施して、興味深いナノフォトニック用途がありうる図１９に示す構造体を形成できる。図１９は、本発明により可能とされる多層非対称ナノピラーを示す図である。
【００７９】
偏光子は、光の偏光を操作できる光ファイバである。ここに記載された非対称多層ナノ構造体の潜在用途は、ワイヤグリッド偏光子（ＷＧＰ）である。ＷＧＰは、偏光ビームスプリッタ、赤外（ＩＲ）センサ用フィルタ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）プロジェクタ、自動車のヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、偏光サングラス用レンズ等の、ナノフォトニック用途を可能にする重要な装置である。格子ピッチ、デューティサイクル、及び金属アスペクト比／厚さ等の幾何パラメータや厚さは、ＷＧＰの消光比（ＥＲ）及び透過率に影響を及ぼすことが示されている。ワイヤグリッド偏光子の性能は、二のパラメータ、即ちコントラスト比（「消光比」とも称される）と透過百分率とを用いて、定量化される。コントラスト比は、ｓ偏光対ｐ偏光における透過光パワーの比として規定される。これは、偏光子を用いて達成可能な最大コントラストの指示体である。透過百分率は、ｓ偏光部分とｐ偏光部分の等しい光が、偏光子に入射する際の透過光パワーの百分率として規定される。高コントラスト比を有する理想的で完全な透過率が望まれる。残念ながら、ワイヤグリッド偏光子は、ｐ偏光を透過させるがｓ偏光を遮断する。これにより、最大透過率が５０％に制限される。加えて、標準ＷＧＰのコントラスト比及び透過百分率は、完全に切り離された量ではない。コントラスト比の向上は、透過百分率の減少を生じ、また逆も同じである。よって、高コントラストと透過率とを達成する必要性がある。
【００８０】
一の実施形態では、有限差分時間ドメイン（ＦＤＴＤ）等の計算技法を用いて、多層断面ジオメトリを有するＷＧＰの性能を評価する。性能が例外でない場合には、遺伝的アルゴリズムベース最適化スキームを用いてジオメトリを最適化し、ＦＤＴＤを用いて最適化ジオメトリを評価する。
【００８１】
一の実施形態では、ＷＧＰの所与のジオメトリの性能を評価するために用いられるステップの流れは以下のとおりである。
１．ジオメトリをモデル化する：モデル範囲と材料との特定を含む。
２．ＦＤＴＤシミュレーション領域を設定する：シミュレーション時間、空間範囲、メッシュ設定、境界条件の特定を含む。
３．指標変化の高い領域でメッシュを精製する。
４．電磁波源を規定する（この場合、ＷＧＰに直角に伝搬する平面波）：振幅、位相、偏光、空間範囲、周波数領域特性の特定を含む。
５．シミュレーションデータの記録用モニターを規定する：データが記録された波長の特定を含む。
【００８２】
一の実施形態では、ソフトウェアのスクリプト能力を用いて、これらのステップを自動化できる。コントラスト比及び透過百分率も、スクリプトを用いてモニターデータから抽出できる。この計算技法を用いて所与のジオメトリを評価できるが、逆設計／最適化を用いることで、各設計に最良な性能を与える特定寸法に到達できる。
【００８３】
一の実施形態では、図２０に示すように、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）最適化技術を用いて最適化を実行する。図２０は、本発明の一の実施形態に係る、ＷＧＰジオメトリを最適化する遺伝的アルゴリズムベース最適法を示す模式図である。
【００８４】
図２０を参照すると、本実施における出力は、最適ＷＧＰ断面プロファイルの幾何寸法、即ち、ガラス格子の高さ、ガラス格子の幅、非対称レベルの高さ、非対称レベルの幅、金属格子の高さ、及び金属格子の幅である。
【００８５】
一のこのような非対称多層ワイヤグリッド偏光子の加工処理について、図２１及び図２２Ａから図２２Ｇと併せて以下に説明する。図２１は、本発明の一の実施形態に係る、非対称多層ワイヤグリッド偏光子を形成する方法２１００を示すフローチャートである。図２１は、図２２Ａから図２２Ｇと併せて説明される。図２２Ａから図２２Ｇは、本発明の一の実施形態に係る、図２１に記載のステップを用いた非対称多層ワイヤグリッド偏光子の形成を示す断面図である。
【００８６】
図２１を参照すると、ステップ２１０１において、図２２Ａに示すように、リソグラフィを用いてレジスト２２０１上に格子パターンを規定する。図２２Ａに更に示すように、基板（例えば溶融シリカ）２２０２上にレジスト２２０１を直接形成する。一の実施形態では、リソグラフィ処理は、ナノインプリント、電子線リソグラフィ、又はフォトリソグラフィである。ナノインプリントリソグラフィを用いる際には、Ａｒ／Ｏ２ＲＩＥ化学を用いて残留レジスト層を除去する。
【００８７】
ステップ２１０２において、図２２Ｂに示すように、残留レジスト２２０１をマスクとして用いて、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理を実行することにより基板２２０２にエッチングを施す。
【００８８】
ステップ２１０３において、ピラニアクリーン（Ｈ２Ｏ２＋Ｈ２ＳＯ４）を実行してレジストマスク２２０１及び有機性不純物を除去する。
【００８９】
ステップ２１０４において、図２２Ｃに示すように、金属マスク２２０３（例えばクロミウム）の斜め堆積を実行する。
【００９０】
金属マスク２２０３が視射角で一旦堆積されると、ステップ２１０５において、図２２Ｄに示すように、垂直ＲＩＥエッチングを実行して、エッチングマスクの臨界寸法を規定する。一の実施形態では、垂直ＲＩＥステップの代わりに、金属堆積の方向と逆方向から傾斜ＲＩＥエッチングを実行して、マスク臨界寸法を規定できる。一の実施形態では、この目的のためにＣｌ２／Ｏ２ＲＩＥ化学が用いられる。
【００９１】
ステップ２１０６において、図２２Ｅに示すように、金属マスク２２０３のＣＤが一旦規定されると、溶融シリカ２２０２をエッチングして、第２レベル格子構造体を規定する。
【００９２】
ステップ２１０７において、図２２Ｆに示すように、ウェット処理等により残留金属マスク２２０３を除去する。
【００９３】
ステップ２１０８において、図２２Ｇに示すように、溶融シリカ２２０２の二の段上に、ワイヤグリッド偏光子を形成する金属２２０４を堆積させる。一の実施形態では、アルミニウムをＷＧＰ金属として用いる。一の実施形態では、図２２Ｇに示すように、逆方向から斜め堆積（ＧＬＡＤ）によりアルミニウムを堆積させる。一の実施形態では、電子線蒸着又はスパッタリングを介して金属２２０４を堆積させる。
【００９４】
ＭＯＳＦＥＴナノ電子装置の加工に関して、本発明の原理を用いてＭＯＳＦＥＴナノ電子装置を加工する三の異なる方法を以下に説明する。第１の方法は、単一の多層インプリントパターニングステップを用いた単一自己整列ＮＭＯＳ  ＭＯＳＦＥＴアレイの形成を示す。チャネル長が減少すると、短チャネル効果が平面（プレーナ）型ＭＯＳＦＥＴで支配的になるが、これは実際には、ケイ素表面の近くに低濃度ソース／ドメイン（ＬＤＤ）領域を形成したり、ソース／ドメイン領域の強ドープをより深部に制限したりすることにより、取り組まれる。ここに記載される第２の方法は、短チャネル装置に実用的であってＣＭＯＳスケーリングを可能にするＬＤＤを備えた自己整列ＮＭＯＳ  ＭＯＳＦＥＴアレイの形成を示す。第３の方法は、フォトリソグラフィと併せて上記の二の方法を用いたＣＭＯＳ  ＭＯＳＦＥＴアレイの加工を説明する。
【００９５】
例示的な自己整列サンプルＮＭＯＳ  ＭＯＳＦＥＴアレイを形成する実施形態について、図２３及び図２４Ａから図２４Ｈと関連させて以下に説明する。この処理能力を示すために選択された例示的な装置は、自己整列共面（コプレーナ）型金属ゲートＮＭＯＳ  ＭＯＳＦＥＴ装置である。図２３は、本発明の一の実施形態に係る、自己整列多層ナノインプリントテンプレートでインプリントすることにより完全なＮＭＯＳ  ＭＯＳＦＥＴアレイを加工する方法２３００を示すフローチャートである。図２３は、図２４Ａから図２４Ｈと併せて説明される。図２４Ａから図２４Ｈは、本発明の一の実施形態に係る、図２３に記載のステップを用いた自己整列多層ナノインプリントテンプレートでインプリントすることによる完全なＮＭＯＳ  ＭＯＳＦＥＴアレイの加工を示す断面図である。
【００９６】
図２３を参照すると、ステップ２３０１において、上述のように、多層インプリントテンプレート２４０１を加工する（後述する方法３０００で作成されるものも同様）。一の実施形態では、図２４Ａに示すように、テンプレート２４０１は材料スタック２４０２上にインプリントされよう。一の実施形態では、材料スタック２４０２は、ＮＭＯＳ装置を形成するために必要な基板２４０３（例えばｐ型ケイ素）と、基板２４０３の上に直接形成される薄いゲート酸化物層２４０４と、ゲート酸化物層２４０４の上に直接形成される厚いハードマスク層２４０５と、Ｊ−ＦＩＬのドロップオンデマンド技術を用いてハードマスク層２４０５の上に堆積されるポリマーインプリントレジスト２４０６と、を含む。
【００９７】
ステップ２３０２において、テンプレート２４０１を用いてレジスト層２４０６をインプリントする。図２４Ｂに示すように、残留レジスト層をエッチングして、結果として生じたレジスト構造体２４０７を得る。
【００９８】
ステップ２３０３において、図２４Ｃに示すように、ＲＩＥを用いてレジストパターン２４０７をハードマスク材料２４０５に転写して、パターニングされたハードマスク構造体２４０８を形成する。
【００９９】
ステップ２３０４において、選択ＲＩＥを用いてゲート酸化物２４０４をエッチングして、ｐ型ケイ素基板２４０３を露出させる。次に、図２４Ｄに示すように、ハードマスク２４０８を注入マスクとして用いてイオン注入を実行して、ｐ型基板２４０３にｎドープソース及びドレイン領域２４０９を形成する。
【０１００】
ステップ２３０５において、図２４Ｅに示すように、ゲート金属として機能する金属層２４１０を、スタック上に堆積させる。
【０１０１】
ステップ２３０６において、化学機械研磨（ＣＭＰ）を用いて金属層２４１０を平坦化させて、パターニングされたハードマスク２４０８の最上面を露出させる。更に、図２４Ｆに示すように、金属層２４１０をマスクとして用いて、ゲート酸化物２４０４が露出する（ゲート酸化物領域２４１１）まで、露出されたハードマスク２４０８にエッチングを施す。
【０１０２】
ステップ２３０７において、図２４Ｇに示すように、残留ハードマスク２４０８が露出されてゲート金属２４１２とソース及びドレイン金属接触部２４１３、２４１４とを形成するまで、化学機械研磨（ＣＭＰ）を用いて金属層２４１０を更に平坦化させる。更に、図２４Ｇに示すように、残留ハードマスク２４０８と金属層２４１２、２４１３、２４１４とをエッチングマスクとして用いてＲＩＥを実行し、現時点で露出されたゲート酸化物領域２４１１と露出されたケイ素基板２４０３とにエッチングを施して、分離トレンチ２４１５を形成する。
【０１０３】
ステップ２３０８において、ゲート酸化物層２４０４が露出するまで、金属層２４１２、２４１３、２４１４をエッチングマスクとして用いて残留ハードマスク層２４０８を除去する。更に、図２４Ｈに示すように、金属層２４１２、２４１３、２４１４が露出するまでフィールド分離酸化物２４１６の堆積及び平坦化（例えばＣＭＰ）を実行し、完全なＮＭＯＳ  ＭＯＳＦＥＴ装置を形成する。
【０１０４】
ここで、以下に、短チャネル装置に適した低濃度ソース／ドメイン領域を備えた例示的な自己整列ＮＭＯＳ  ＭＯＳＦＥＴの形成について説明する。図２５Ａ及び図２５Ｂは、短チャネル装置に適した低濃度ソース／ドレイン領域を備えた例示的な自己整列ＮＭＯＳ  ＭＳＦＥＴアレイを形成する方法２５００を示すフローチャートである。図２５Ａ及び図２５Ｂは、図２６Ａから図２６Ｐと併せて説明される。図２６Ａから図２６Ｐは、本発明の一の実施形態に係る、図２５Ａから図２５Ｂに記載のステップを用いた短チャネル装置に適した低濃度ソース／ドレイン領域を備えた例示的な自己整列ＮＭＯＳ  ＭＳＦＥＴアレイの形成を示す断面図である。
【０１０５】
図２５Ａを参照すると、ステップ２５０１において、図２６Ａに示すように、多層テンプレート２６０６（以下に更に説明される方法３０００で作成されたテンプレート等）を、材料スタックのポリマーレジスト上に配置される。材料スタックは、一の実施形態において、ｐ型ケイ素基板２６０１と、基板２６０１の上に直接形成された薄い高ｋ誘電ゲート酸化物層２６０２と、高ｋ誘電ゲート酸化物層２６０２の上に直接形成された窒化物又は酸化部であってよい第１ハードマスク材料２６０３と、第１ハードマスク材料２６０３の上に直接形成された酸化物又は窒化物（第１ハードマスク材料とは異なる）であってよい第２ハードマスク材料２６０４と、第２ハードマスク材料２６０４の上に直接形成された犠牲ポリマーレジスト２６０５と、を含む。
【０１０６】
ステップ２５０２において、図２６Ｂに示すように、レジスト２６０５を硬化した後にテンプレート２６０６を除去して、レジスト２６０５に多層構造体２６０７を形成する。
【０１０７】
ステップ２５０３において、図２６Ｃに示すように、ＲＩＥによりレジスト２６０５の残留レジスト層を除去する。
【０１０８】
ステップ２５０４において、ＲＩＥにより実行されたマッチエッチングにより、二の下地ハードマスク層２６０３、２６０４上にレジストパターン２６０７を転写する。パターニングされた２６０７の上面から最初の二のレべルを、層２６０４に転写して（これが２６０８となる）、パターニングされたレジスト２６０７から第３のレベルを、２６０３に転写する（これが２６０９になる）。このマッチエッチングは、レジスト２６０７とハードマスク２６０３、２６０４を交互にエッチングして、一度に一の造作層を転写することにより実施できる。このエッチングの結果を図２６Ｄに示す。
【０１０９】
ステップ２５０５において、図２６Ｅに示すように、ハードマスク２６０９を注入マスクとして用いて、低エネルギーイオン注入を実施し、露出された基板２６０１に浅い低濃度ソース及びドメイン領域２６１０を形成する。
【０１１０】
ステップ２５０６において、図２６Ｆに示すように、一の実施形態においてはハードマスク材料２６０３と同じである薄層材料２６１１を、材料スタック上にブランケット堆積させる。
【０１１１】
ステップ２５０７において、図２６Ｇに示すように、次に、材料２６１１をブランケットエッチングして、側壁スペーサ２６１２を規定する。
【０１１２】
ステップ２５０８において、図２６Ｈに示すように、側壁スペーサ２６１２は、既存のハードマスク材料２６０９とともに、露出された基板２６０１の高エネルギードープ用の注入マスクとして機能して、より深い高濃度ｎドープソース及びドメイン領域２６１３を形成する。
【０１１３】
ステップ２５０９において、図２６Ｉに示すように、ハードマスク材料２６０８をエッチングマスクとして用いて、ハードマスク材料２６０９（一の実施形態では、２６０９及び２６１２は同じ材料）をエッチング且つ除去して、残留ハードマスク２６１４を規定する。
【０１１４】
図２５Ｂを参照すると、ステップ２５１０において、図２６Ｊに示すように、材料スタック上に薄い遷移金属層２６１５をブランケット堆積させる。一の実施形態では、層２５１５はチタンである。
【０１１５】
ステップ２５１１において、図２６Ｋに示すように、軽度の加熱時に、遷移金属層２６１５は露出されたドープケイ素領域２６１０と反応して、低抵抗接触部である遷移金属シリサイドを形成する。一の実施形態では、遷移金属層２５１５は露出されたハードマスク層２６０８及び２６１４又は露出されたゲート酸化物２６２０とは反応しないが、露出されたケイ素２６１０とのみ反応して、自己整列金属シリサイド又はサリサイド２６１６を形成する。
【０１１６】
ステップ２５１２において、図２６Ｌに示すように、ピラニアクリーン又は適切なドライエッチングにより未反応遷移金属をエッチング除去して、ゲート金属２６１７をブランケット堆積させ、残留ハードマスク２６０８が露出されるまでＣＭＰにより平坦化させる。
【０１１７】
ステップ２５１３において、図２６Ｍに示すように、ゲート金属２６１７をエッチングマスクとして用いて、露出されたハードマスク２６０８及び２６１４を（この順番で）エッチングすると、残留第２材料ハードマスク２６０８は２６１８となり、残留第１材料ハードマスク２６０９は２６１９となる。図２６Ｍに示すように、ゲート金属２６１７をエッチングマスクとして使い続けて、露出されたケイ素２６１０にＲＩＥを施し、分離トレンチ２６２０を形成する。
【０１１８】
ステップ２５１４において、図２６Ｎに示すように、ゲート金属２６１７のＣＭＰを実施して、第２材料ハードマスク２６１８を露出させ、これを、ゲート金属２６１７をマスクとして用いてエッチング除去する。ゲート金属２６１７をエッチングマスクとして使い続けて、ＲＩＥを用いて第１材料ハードマスク２６１９もエッチングし、ゲート酸化物を露出させる。これにより、図２６Ｎに示すように、最終ゲート２６２１及びＳ／Ｄ接触部２６２２の寸法も規定されよう。
【０１１９】
ステップ２５１５において、図２６Ｏに示すように、次に材料スタック上にフィールド分離酸化物２６２３をブランケット堆積させる。
【０１２０】
ステップ２５１６において、図２６Ｐに示すように、ＣＭＰを用いてフィールド酸化物２６２３を平坦化させて金属接触部２６２１及び２６２２を露出させ、短チャネル装置に適した低濃度ソース及びドレイン領域を備えた自己整列ＮＭＯＳ  ＭＯＳＦＥＴを形成する。
【０１２１】
図２５を参照すると、フォトリソグラフィと併せて上記の二の方法を用いたＭＯＳＦＥＴ装置を加工する第３の方法に関して、若干の変更はあるが、上記の処理を用いてＣＭＯＳ  ＭＯＳＦＥＴ装置アレイを加工できる。ステップ２５０４におけるマッチエッチングをして二のハードマスクレベル（２６０８及び２６０９）を形成した後、図２７Ａに示すように、光リソグラフィを実施して構造体の一列全体をマスクする。図２７Ａは、本発明の一の実施形態に係る、ｐ型ドーパント注入の第１リソグラフィステップを示す図である。
【０１２２】
次にステップ２５０５を実施して、第１ドーパントを注入する（例えばｐ型）。この時点で、図２７Ａに示すように、イオン注入から構造体が一列おきにマスクされる。ステップ２５０５の後に、図２７Ｂに示すように、フォトレジストを取り去り、第２光リソグラフィステップを実施して先にｐドープされた構造体をマスクする。図２７Ｂは、本発明の一の実施形態に係る、ｎ型ドーパント注入の第２リソグラフィステップを示す図である。ここで、互い違いのドーパントタイプ、この場合はｎ型を用いて、非ドープ構造体にイオン注入を実施する。次に、フォトレジストを取り去り、一列おきのｎ型及びｐ型ドープ構造体をあらわにする。
【０１２３】
この処理の後に、ステップ２５０６を実施して、処理を継続させる。ステップ２５０７の後に類似の光リソグラフィステップを実行して、高濃度ｐ型及びｎ型構造体を形成し、その後ソース及びドレイン領域を形成する。
【０１２４】
図２８及び図２９Ａから図２９Ｆと関連させて以下に説明する本発明の原理を用いて、左右対称多層構造体が加工されてもよい。図２８は、本発明の一の実施形態に係る、左右対称構造体を加工する方法２８００を示すフローチャートである。図２８は、図２９Ａから図２９Ｆと併せて説明される。図２９Ａから図２９Ｆは、本発明の一の実施形態に係る、図２８に記載のステップを用いた左右対称構造体の加工を示す断面図である。
【０１２５】
図２８を参照すると、ステップ２８０１において、図２９Ａに示すように、レジスト２９０１に格子構造体対をパターニングする。一の実施形態では、基板２９０２（例えば、ケイ素、溶融シリカ）上でナノインプリントリソグラフィ、電子線リソグラフィ、又はフォトリソグラフィを用いて、レジスト２９０１上に格子構造体対をパターニングする。
【０１２６】
ステップ２８０２において、ＨＢｒ／Ｃｌ２化学を用いたＲＩＥ等により、レジストマスク２９０１を用いてパターンをケイ素基板２９０２に転写する。
【０１２７】
ステップ２８０３において、図２９Ｂに示すように、サンプルのウェットピラニア処理等により、残留レジストマスク２９０１を除去する。
【０１２８】
ステップ２８０４において、図２９Ｃに示すように、一対のうちの二の格子によって制限される距離が満たされるように、側壁スペーサ２９０３（例えば、二酸化ケイ素、窒化チタン）のコンフォーマル層を、ＡＬＤ等を介して堆積させる。即ち、図２９Ｃに示すように、格子構造体対の夫々の内部の空間が満たされるまでスペーサ材料２９０３を堆積させる。
【０１２９】
ステップ２８０５において、図２９Ｄに示すように、格子対間の（格子対内部ではない）Ｓｉを露出させるために、ＡＬＤ  ＳｉＯ２フィルム２９０３をブランケットエッチングする。一の実施形態では、この処理にＣＦ４／Ａｒ／ＣＨＦ３エッチング化学が用いられる。この段階では、Ｓｉウェハ２９０２に第２レベルをエッチングするマスクとして用いられたスペーサ材料２９０３が規定されている。
【０１３０】
ステップ２８０６において、図２９Ｅに示すように、スペーサ材料２９０３をマスクとして用いて、ＲＩＥ等を介して、ケイ素２９０２をエッチングする。一の実施形態では、この処理にＨＢｒ／Ｃｌ２エッチング化学が用いられる。
【０１３１】
ステップ２８０７において、エッチング処理が一旦完了すると、ウェット処理等により、残留ＳｉＯ２マスク２９０３を除去する。この処理により、図２９Ｆに示す最終構造体（左右対称多層構造体）が露出する。一の実施形態では、左右対称多層構造体は、マスタＳｉナノインプリントテンプレートである。
【０１３２】
ステップ２８０６で実施されるエッチングの間、露出された最上位Ｓｉ２９０２のエッチングが開始される。最上位Ｓｉ表面を確実に平滑にするために、ハードマスク（ＳｉＯ２等）は、初期のパターニングステップの前にＳｉ基板２９０２上に堆積されてよい。一の実施形態では、ここで作成された左右対称構造体は、マスタＳｉナノインプリントテンプレートとして機能する。各対の、又は左右両側の構造体は、一体として考えられる。
【０１３３】
次に、左右対称多層構造体を含むマスタテンプレートを用いて、電界効果トランジスタ構造体を加工するために用いられる逆トーンナノインプリントレプリカテンプレートを作成してよい。
【０１３４】
逆トーンナノインプリントレプリカテンプレートを加工する処理について、図３０及び図３１Ａから図３１Ｆと関連させて以下に説明する。
【０１３５】
図３０は、本発明の一の実施形態に係る、逆トーンナノインプリントレプリカテンプレートを加工する方法３０００を示すフローチャートである。図３０は、図３１Ａから図３１Ｆと併せて説明される。図３１Ａから図３１Ｆは、本発明の一の実施形態に係る、図３０に記載のステップを用いた逆トーンナノインプリントレプリカテンプレートの加工を示す断面図である。
【０１３６】
図３０を参照すると、ステップ３００１において、マスタテンプレートを用いて、ナノインプリントリソグラフィによりナノインプリントレジスト３１０１に逆トーン左右対称構造体を作成する。一の実施形態では、ナノインプリントレジスト３１０１は、逆トーンレプリカテンプレート材料３１０２上に存在する。
【０１３７】
ステップ３００２において、パターニングされたレジスト３１０１のレジスト層の残留物を除去した結果として、図３１Ａに示す構造体を得る。
【０１３８】
ステップ３００３において、図３１Ｂに示すように、ＲＩＥ等により、逆トーンレプリカテンプレート材料３１０２（例えば溶融シリカ）にレジスト構造体をパターン転写する。
【０１３９】
ステップ３００４において、図３１Ｃに示すように、リソグラフィステップを実行し、リソグラフィレジスト３１０３を用いて左右個別構造体ユニットをマスクする。レジストをエッチングマスクとして用いて、露出された逆トーンレプリカテンプレート材料３１０２に、ＲＩＥを用いた第１レベルエッチングを実施する。このエッチングの後に、残留レジストを取り去る。
【０１４０】
ステップ３００５において、図３１Ｄに示すように、第２リソグラフィステップを実行して、リソグラフィレジスト３１０３を用いて、左右個別構造体ユニットと第１エッチングされたレベルの一部とをマスクする。レジストをエッチングマスクとして用いて、露出された逆トーンレプリカテンプレート材料３１０２に、ＲＩＥを用いた第２レベルエッチングを実施する。このエッチングの後に、残留レジストを取り去る。
【０１４１】
ステップ３００６において、図３１Ｅに示すように、第３リソグラフィステップを実行して、リソグラフィレジスト３１０３を用いて、左右個別構造体ユニットと、先のリソグラフィステップで保護された第１エッチングの一部と、第２エッチングされたレベルの一部とをマスクする。そして、露出された逆トーンレプリカテンプレート材料３１０２に、ＲＩＥを用いた第３レベルエッチングを作成する。
【０１４２】
ステップ３００７において、図３１Ｆに示すように、残留レジスト３１０３を除去して、電界効果トランジスタのパターニングにおいて用いられる逆トーンレプリカテンプレート３１０４を露出させる。図３１Ｆのボックス３１０５は、個別電界トランジスタに対応するインプリントテンプレート３１０４部分を示す。左右対称多層構造体は、自己整列技法を用いてマスタＳｉテンプレートに作成されたので、個別装置内にオーバーレイ誤差はない。フォトリソグラフィは、個別装置構造体を互いから分離するためだけに用いられ、この処理に必要なアラインメント能力は、個別装置内のアラインメント要求と比較してそれほど厳格ではない。
【０１４３】
ここで論じられたように、本発明の方法により、単一パターニングステップを用いた複数レベルナノスケール構造体の加工が可能である。複数レベル構造体は、対称、管状、非対称、又は左右対称であってよい。本発明の技法は、ナノスケールのアラインメントやオーバーレイの必要性を完全に除去する。更に、本発明により、レプリカテンプレートを形成するための自己整列多層ナノインプリントテンプレートの加工及び自己整列多層ナノインプリントテンプレートの複製が可能である。本発明は、多層ナノスケール造作のパターン転写方法を開示する。加えて、本発明は、単一パターニングステップからの、大面積ＭＩＳ  Ｓｉチューブキャパシタ、大面積非対称多層ワイヤグリッド偏光子、及び三種の大面積ＭＯＳＦＥＴアレイの加工方法を開示する。
【０１４４】
本発明の各種実施形態の説明は、例示の目的のために提示されたが、開示された実施形態に包括又は限定されるものではない。説明された実施形態の範囲や思想から逸脱することなく多くの変形や変更が当業者には明らかであろう。ここで用いられた文言は、実施形態の原理、実地応用、又は市場での技術を越えた技術改善を最良に説明するために、又は当業者がここで開示した実施形態を理解できるように選択された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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