(57)【要約】【課題】超微細カーボンピラーを形成する。【解決手段】シリコン基板１上にＳｉＬＫ（２）を形成し、その上に直径数Å〜数百Åの空孔１１を有するポーラスＳｉＬＫ（３）を形成する。チャンバ内に石英製の上部電極４を備えたプラズマエッチング装置においてドライエッチングを行うと、プラズマ５中で分解されたイオン及びラジカル９により上部電極４がスパッタされ、Ｓｉ含有生成物１０が発生する。Ｓｉ含有生成物１０はポーラスＳｉＬＫ（３）の表面及び空孔１１内に付着し、この空孔１１内に付着したＳｉ含有生成物１０をマスクとしてポーラスＳｉＬＫ（３）及びＳｉＬＫ（２）が順次エッチングされることにより、シリコン基板１上にカーボンピラー１２が形成される。【選択図】        図１
2004193286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に超微細カーボンピラーを形成する方法であって、
前記基板上に、表層に空孔を有しカーボンを主成分とする膜を形成する工程と、
前記空孔内にシリコン含有生成物を付着させる工程と、
付着した前記シリコン含有生成物をマスクとして、前記表層に空孔を有しカーボンを主成分とする膜をドライエッチングする工程と、
を含むことを特徴とする超微細カーボンピラーの形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の形成方法において、
前記シリコン含有生成物が、半導体製造装置の処理室内に配置されたシリコンを含有する部材から供給されたことを特徴とする超微細カーボンピラーの形成方法。
【請求項３】
請求項２に記載の形成方法において、
前記半導体製造装置が、２周波励起平行平板型ＲＩＥ装置、マグネトロン型ＲＩＥ装置、誘導結合プラズマエッチング装置、ＥＣＲエッチング装置、磁場、マイクロ波又はＵＨＦをプラズマ源とするプラズマエッチング装置の何れかであることを特徴とする超微細カーボンピラーの形成方法。
【請求項４】
請求項１に記載の形成方法において、
前記シリコン含有生成物を付着させる工程の前に、シリコンを含有する膜を前記基板の一部に形成する工程を更に含み、
前記シリコン含有生成物が、前記シリコンを含有する膜から供給されたことを特徴とする超微細カーボンピラーの形成方法。
【請求項５】
請求項４に記載の形成方法において、
前記シリコンを含有する膜が、ポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、炭化シリコン膜の何れかであることを特徴とする超微細カーボンピラーの形成方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れかに記載の形成方法において、
前記表層に空孔を有し、カーボンを主成分とする膜を形成する工程は、
カーボンを主成分とする膜を形成する工程と、
前記カーボンを主成分とする膜上に、空孔を有しカーボンを主成分とする膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする超微細カーボンピラーの形成方法。
【請求項７】
請求項１から６の何れかに記載の形成方法において、
前記空孔の直径が数Å〜数百Åであることを特徴とする超微細カーボンピラーの形成方法。
【請求項８】
請求項１から７の何れかに記載の形成方法において、
前記表層に空孔を有しカーボンを主成分とする膜を膜厚数十ｎｍ〜数μｍで形成することを特徴とする超微細カーボンピラーの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ナノテクノロジー、マイクロマシン及び半導体集積回路に係り、特に微細なカーボンピラーの形成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の微細カーボンピラーの形成方法について説明する。
先ず、シリコン基板上にカーボンを主成分とする膜を堆積し、その上にハードマスクを形成する。そして、ハードマスク上にレジストパターンを形成する。
次に、レジストパターンをマスクとし、ハードマスクをパターニングする。
そして、パターニングされたハードマスクをマスクとして、上記カーボンを主成分とする膜をプラズマエッチングすることにより、シリコン基板上にカーボンピラーを形成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レジストマスクで形成できる最小のパターンは、現在のところ、直径７０ｎｍ〜１００ｎｍ程度が限界となっている。従って、従来の形成方法により、直径７０ｎｍ〜１００ｎｍよりも微細なカーボンピラーを形成することができなかった。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、超微細なカーボンピラーを形成することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】
この発明に係る超微細カーボンピラーの形成方法は、基板上に、表層に空孔を有しカーボンを主成分とする膜を形成する工程と、
前記空孔内にシリコン含有生成物を付着させる工程と、
付着した前記シリコン含有生成物をマスクとして、前記表層に空孔を有しカーボンを主成分とする膜をドライエッチングする工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【０００６】
前記シリコン含有生成物は、半導体製造装置の処理室内に配置されたシリコンを含有する部材から供給されたものである。
【０００７】
前記半導体製造装置は、２周波励起平行平板型ＲＩＥ装置、マグネトロン型ＲＩＥ装置、誘導結合プラズマエッチング装置、ＥＣＲエッチング装置、磁場、マイクロ波又はＵＨＦをプラズマ源とするプラズマエッチング装置の何れかである。
【０００８】
この発明に係る超微細カーボンピラーの形成方法は、前記シリコン含有生成物を付着させる工程の前に、シリコンを含有する膜を前記基板の一部に形成する工程を更に含み、
前記シリコン含有生成物は、前記シリコンを含有する膜から供給されたものである。
【０００９】
前記シリコンを含有する膜は、ポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、炭化シリコン膜の何れかである。
【００１０】
前記表層に空孔を有し、カーボンを主成分とする膜を形成する工程は、
カーボンを主成分とする膜を形成する工程と、
前記カーボンを主成分とする膜上に、空孔を有しカーボンを主成分とする膜を形成する工程と、
を含んでいる。
【００１１】
前記空孔の直径は数Å〜数百Åであることが好ましい。
【００１２】
前記表層に空孔を有しカーボンを主成分とする膜を膜厚数十ｎｍ〜数μｍで形成することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による超微細カーボンピラーの形成方法を説明するための概略図である。
先ず、図１（ａ）に示すように、基板１としてのシリコン基板上に、カーボンを主成分とする膜としてＳｉＬＫ（２）を膜厚５００ｎｍ程度で形成する。ここで、カーボンを主成分とする膜は、膜厚数十ｎｍ〜数μｍ程度で形成することが好ましい。次に、ＳｉＬＫ（２）上に、表層に空孔を有し、且つカーボンを主成分とする膜として、直径が５Å〜５０Å程度の空孔を有するポーラスＳｉＬＫ（３）を膜厚５０ｎｍ程度で形成する。ここで、表層に空孔を有しカーボンを主成分とする膜は、空孔の直径が数Å〜数百Åのものを、膜厚数ｎｍ〜１００ｎｍ程度で形成することが好ましい。
【００１５】
次に、チャンバ内にシリコン（Ｓｉ）を含有する部材を備えたプラズマエッチング装置において、ドライエッチングを行う。このプラズマエッチング装置として、２周波励起平行平板型ＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を用いた。また、本実施の形態１では、上記Ｓｉを含有する部材として、石英製の上部電極を用いた。
【００１６】
以下、図１（ｂ）〜（ｄ）を参照して、ドライエッチングについて説明する。先ず、図１（ｂ）に示すように、上部電極４と対向する下部電極６上に、成膜されたシリコン基板１を載置する。次に、チャンバ内にプロセスガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを例えば流量３００ｓｃｃｍで導入して、排気機構（図示省略）を用いてチャンバ内の圧力を２０Ｐａに保つ。そして、高周波電源７から上部電極４に周波数６０ＭＨｚ、出力１５００Ｗの高周波を印加し、高周波電源８から下部電極６に周波数１３．５６ＭＨｚ、出力４００Ｗの高周波を印加すると、チャンバ内にプラズマ５が発生する。このプラズマ５中では、ＮＨ３ガスが分解され、Ｎ，Ｈ，ＮＨｘ（Ｘ＝１〜３）等のラジカル及びイオン９が生成する。
そして、これらのラジカル及びイオン９が上部電極４に衝突して、上部電極４からＳｉを含有する生成物（以下「Ｓｉ含有生成物」という。）１０がスパッタされる。スパッタされたＳｉ含有生成物１０は、プラズマ５を経由して、ポーラスＳｉＬＫ（３）上に飛来する。この飛来したＳｉ含有生成物１０は、ポーラスＳｉＬＫ（３）の表面（平坦部分）及びその表面に露出する空孔（ポア）１１の内部に付着する。
【００１７】
次に、図１（ｃ）に示すように、付着したＳｉ含有生成物１０のうち、ポーラスＳｉＬＫ（３）の平坦部分に付着したものは、下部電極６に印加された高周波によってプラズマ５から引き込まれたラジカル及びイオン９によりスパッタされ除去される。一方、ポーラスＳｉＬＫ（３）の空孔１１内部に付着したＳｉ含有生成物１０はラジカル及びイオン９によってスパッタされず、除去されにくい。従って、ポーラスＳｉＬＫ（３）表面に露出する空孔１１内部にのみ、Ｓｉ含有生成物１０が存在する。
【００１８】
次に、図１（ｄ）に示すように、ポーラスＳｉＬＫ（３）及びＳｉＬＫ（２）は、プラズマ５において生成するＮＨＸ（Ｘ＝０〜３）ラジカル及びイオン、並びに、Ｈラジカル及びＨイオンにより異方性エッチングされる。しかし、これらのラジカル及びイオンは、Ｓｉを含む物質をほとんどエッチングしない。すなわち、Ｎ、Ｈ、ＮＨＸラジカル及びイオンは、Ｓｉ含有生成物１０に対して非常に高い選択性を持って、ポーラスＳｉＬＫ（３）及びＳｉＬＫ（２）をエッチングする。このため、空孔１１内部に付着したＳｉ含有生成物１０をマスクとして、ポーラスＳｉＬＫ（３）及びＳｉＬＫ（２）が選択的にエッチングされる。
かかるドライエッチングにより、直径５Å〜５０Å、高さ５００ｎｍ、アスペクト比１００〜１０００の超高アスペクト比且つ超微細カーボンピラー１２がシリコン基板１上に形成される。
【００１９】
以上説明したように、本実施の形態１では、ポーラスＳｉＬＫ（３）の表面に形成された空孔１１内に、石英製の上部電極４をスパッタすることによって得られたＳｉ含有生成物１０を付着させ、この空孔１１内に付着したＳｉ含有生成物１０をマスクとしてポーラスＳｉＬＫ（３）及びＳｉＬＫ（２）をエッチングすることにより、シリコン基板１上にカーボンピラー１２を形成した。
本実施の形態１によれば、直径５Å〜５０Å、高さ５００ｎｍ、アスペクト比１００〜１０００の超高アスペクト比且つ超微細カーボンピラー１２を基板上に形成することができる。すなわち、直径数Å〜数百Å、高さ数十ｎｍ〜数μｍの超微細カーボンピラーを形成することができる。
【００２０】
なお、本実施の形態１では、シリコン基板１上にＳｉＬＫ（２）を形成し、ＳｉＬＫ（２）上にポーラスＳｉＬＫ（３）を形成したが、シリコン基板１上にポーラスＳｉＬＫ（３）のみを形成してもよい。この場合も、上記実施の形態１と同様に、直径５Å〜５０Å、高さ５００ｎｍ、アスペクト比１００〜１０００の超高アスペクト比且つ超微細カーボンピラーを形成することができる（後述する実施の形態２についても同様）。
【００２１】
また、本実施の形態１では、Ｓｉを含有する部材として石英製の上部電極４を用いているが、これに限らず、例えば石英製のフォーカスリング等を用いてもよい。
【００２２】
また、プラズマエッチング装置として、上述した２周波励起平行平板型ＲＩＥ装置以外に、磁場、マイクロ波又はＵＨＦをプラズマ源とするプラズマエッチング装置、マグネトロン型ＲＩＥ装置、誘導結合プラズマエッチング装置、ＥＣＲエッチング装置等を用いてもよい。
【００２３】
また、ドライエッチング条件についても一例であって、適宜変更可能である。例えば、チャンバ内の圧力は、数Ｐａ〜数百Ｐａの範囲で最適化すればよい。
【００２４】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２による超微細カーボンピラーの形成方法を説明するための概略図である。
前述した実施の形態１では、Ｓｉ含有生成物１０をチャンバ内の部材（上部電極４）から供給した。これに対して、本実施の形態２では、Ｓｉ含有生成物をウェハ上の一部から供給する。以下、この相違点を中心に説明する。なお、本実施の形態２において、実施の形態１と同一部位には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２５】
先ず、図２（ａ）に示すように、実施の形態１と同様の方法により（図１（ａ）参照）、シリコン基板１上にＳｉＬＫ（２）を形成し、ＳｉＬＫ（２）上にポーラスＳｉＬＫ（３）を形成する。さらに、シリコン基板１上の一部に、Ｓｉを含む膜として炭化シリコン膜（ＳｉＣ膜）１３を形成する。
【００２６】
次に、実施の形態１と同様に、２周波励起平行平板型ＲＩＥ装置等のプラズマエッチング装置において、ドライエッチングを行う。ここで、本実施の形態２では、実施の形態１のようにチャンバ内にＳｉを含有する部材を備える必要はない。すなわち、上部電極４は、石英以外の材料で製造されたものであってもよい。
【００２７】
以下、図２（ｂ）を参照して、ドライエッチングについて説明する。
図２（ｂ）に示すように、実施の形態１と同じプロセス条件で、チャンバ内にプラズマ５を発生させる。このプラズマ５中では、プロセスガスであるＮＨ３ガスが分解され、Ｎ，Ｈ，ＮＨｘ等のラジカル及びイオン９が生成する。
そして、これらのラジカル及びイオン９がシリコン基板１上に露出するＳｉＣ膜１３に衝突して、ＳｉＣ膜１３からＳｉ含有生成物１０がスパッタされる。このスパッタされたＳｉ含有生成物１０は、プラズマ５を経由して、ポーラスＳｉＬＫ（３）上に飛来して、ポーラスＳｉＬＫ（３）の表面（平坦部分）及びその表面に露出する空孔１１内部に付着する。
【００２８】
その後、実施の形態１と同様に（図１（ｃ）及び図１（ｄ）参照）、ポーラスＳｉＬＫ（３）の平坦部分に付着したＳｉ含有生成物１０がスパッタ除去され、空孔１１内部に付着したＳｉ含有生成物１０をマスクとして、ポーラスＳｉＬＫ（３）及びＳｉＬＫ（２）をエッチングすることにより、シリコン基板１上にカーボンピラーが形成される。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態２では、ポーラスＳｉＬＫ（３）上に形成されたＳｉＣ膜１３をスパッタすることにより得られたＳｉ含有生成物１０をポーラスＳｉＬＫ（３）表面上に露出する空孔１１内部に付着させ、この空孔１１内部に付着したＳｉ含有生成物１０をマスクとしてポーラスＳｉＬＫ（３）及びＳｉＬＫ（２）をドライエッチングした。
本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、直径５Å〜５０Å、高さ５００ｎｍ、アスペクト比１００〜１０００の超高アスペクト比且つ超微細カーボンピラー１２を基板上に形成することができる。
【００３０】
なお、本実施の形態２では、Ｓｉを含む膜としてＳｉＣ膜１３を形成しているが、これに限らず、ポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜等を用いることができる。
【００３１】
また、本実施の形態２では、ＳｉＣ膜１３をポーラスＳｉＬＫ（３）上に形成しているが、基板表面に露出していればポーラスＳｉＬＫ（３）上に形成しなくてもよい。また、ＳｉＣ膜１３は、本実施の形態２のように２箇所に形成しなくてもよく、少なくとも一箇所に形成すればよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、超微細カーボンピラーを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による超微細カーボンピラーの形成方法を説明するための概略図である。
【図２】本発明の実施の形態２による超微細カーボンピラーの形成方法を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１  基板（シリコン基板）
２  ＳｉＬＫ
３  ポーラスＳｉＬＫ
４  上部電極
５  プラズマ
６  下部電極
７  高周波電源
８  高周波電源
９  イオン、ラジカル
１０  Ｓｉ含有生成物
１１  空孔（ポア）
１２  カーボンピラー
１３  ＳｉＣ膜
【図１】
2004193286.tif 000003
【図２】
2004193286.tif 000004