(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に配設されたシリコン酸化膜の所定部位に対して、シリコン基板を７５０℃以下の温度に加熱して５０ｅＶ〜２００ｅＶの低エネルギーのＳＴＭトンネル電子ビームを照射し、シリコン基板表面を露出させたナノ構造を形成することを特徴とするナノ構造の形成方法。
【請求項２】
請求項１の方法により形成されたナノ構造における露出されたシリコン基板表面において、元素もしくは化合物の薄膜を配設することを特徴とするナノ構造の形成方法。
【請求項３】
金属薄膜を堆積させる請求項２のナノ構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、ナノ構造の形成方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、レジスト剤を用いることなしに、効率的に、高精度で信頼性の高いナノスケールの構造によるリソグラフィーと半導体デバイスのナノ構造の形成をも可能とする、新しいナノ構造の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明の課題】
半導体の微細加工技術の進展とともに、ナノスケールでの加工技術の確立が重要な課題になってきている。
このようなナノスケール加工技術の一つとして、シリコン基板上に配設したシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ／Ｓｉ）への、走査型あるいは透過型の電子顕微鏡を用いての集束高エネルギー電子ビームの照射により、シリコン酸化膜を除去して窓を開け、シリコンやゲルマニウムのナノ粒子を露出されたシリコン基板表面に成長させる方法が提案されている（K.Fujita et.al., Appl. Phys. Lott.70(1997)2807；A.A.Shklyaev et al., Appl. Phys. Lett.72(1998)320 、他）。
【０００３】
この方法は、レジスト膜を使用しないリソグラフィーとシリコン基板表面でのナノ構造の形成とを可能とするものである。
しかしながら、以上のとおりの電子ビームを用いたナノスールの加工方法においては、３０ＫｅＶ〜３００ＫｅＶ程度までの高エネルギーの電子ビームを用いることから、シリコン酸化膜との反応性が低く、結果としてナノ構造形成の効率も低いという欠点を有し、しかも高電圧加速のための複雑な設備手段が必要であるという欠点があった。
【０００４】
このため、シリコン基板表面のシリコン酸化膜との反応性を高めてシリコン酸化膜の除去効率を向上させることと、より簡便な手段によってナノ構造の形成を可能とすることが望まれていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、この出願は、以上のとおりの従来技術の欠点を解消して、より効率的に、かつ高精度で信頼性が高く、しかも簡便な手段としてナノ構造を形成するために、以下のとおりの発明を提供する。すなわち、まず第１には、この出願の発明は、シリコン基板上に配設されたシリコン酸化膜の所定部位に対して、シリコン基板を７５０℃以下の温度に加熱して５０ｅＶ〜２００ｅＶの低エネルギーのＳＴＭトンネル電子ビームを照射し、シリコン基板表面を露出させたナノ構造を形成することを特徴とするナノ構造の形成方法を提供する。
【０００６】
また、この出願の発明は、上記方法により形成されたナノ構造における露出されたシリコン基板表面において、元素もしくは化合物の薄膜を配設することを特徴とするナノ構造の形成方法と、この方法において、金属薄膜を堆積させる方法も提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にさらに詳しくこの発明の実施の形態について説明する。
この発明のナノ構造の形成方法においては、まず、シリコン基板上に配設されて一体化されているシリコン酸化膜の所定部位に対して低エネルギー電子ビームを照射してシリコン酸化膜を除去し、たとえばシリコン酸化膜に窓を開けるようにしてシリコン基板表面を露出させる。
【０００８】
低エネルギーの電子ビームを照射して、従来のようにレジスト膜を用いることなしにシリコン酸化膜を除去することがこの発明の重要な特徴である。この場合の低エネルギー電子ビームは、５０ｅＶ〜２００ｅＶのエネルギーの電子ビームが考慮される。このような低エネルギーの電子ビームは、ＳＴＭ（走査トンネル電子顕微鏡）によるトンネル電流のビームとして利用することができる。
【０００９】
たとえばこのＳＴＭのトンネル電流ビームを用いる場合には、一般的には、チップ（ＳＴＭ針）先端とシリコン酸化膜との間の距離は、２００ｎｍ以下、たとえば５〜５０ｎｍの範囲とすると、電流（field emission current）としては１ｎＡ〜１００ｎＡの範囲とすることが考慮される。
ＳＴＭチップに印加されるバイアス電圧については、たとえば５０〜２００Ｖとすることが考慮される。
【００１０】
低エネルギー電子ビームの照射によりシリコン酸化物を除去する際には、シリコン基板を加熱することが有効でもある。加熱は、電子ビームの照射時に行ってもよいし、あるいはこの照射前に行うようにしてもよい。加熱温度は、一般的には７５０℃以下、たとえば２００〜７５０℃、さらには４００〜７５０℃とすることが考慮される。
【００１１】
低速、低エネルギーの電子ビームを照射することにより、シリコン基板上のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）は従来の３０ＫｅＶ〜３００ＫｅＶ程度の高エネルギー電子ビーム照射の場合に比べてはるかに高い反応性が得られ、シリコン酸化膜は効率的に除去されることになる。また、高エネルギー電子ビーム照射の場合のように、加速のための特殊な設備、装置を必要とすることもない。
【００１２】
以上の低エネルギー電子ビームの照射で、シリコン酸化膜の所定部位をナノスケールで選択的に除去することができ、所要のパターン形成が効率的に実施されることになる。
以上のようなこの発明のナノリソグラフィーにおいては、シリコン基板上に配設一体化されているシリコン酸化膜の膜厚は特に限定されるものではないが、一般的には０．５〜３．０ｎｍ程度として考慮される。
【００１３】
ナノリソグラフィーにより得られた、シリコン酸化膜における窓等としての露出されたシリコン基板表面には、元素、あるいは化合物を配設することができる。この配設は、たとえば選択ＣＶＤ（化学気相堆積）あるいは選択的電気化学堆積、さらにはＳＴＭ針先端からの電界放出による原子堆積等の方法により可能となる。
【００１４】
堆積には、たとえばＷ（タングステン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）など配線用等に適した金属やシリサイド等の化合物が具体的には例示される。
露出したシリコン基板上への元素、あるいは化合物の堆積によって、三次元の機能性のナノ構造が形成されることになる。
以上のとおりのこの発明の方法によって、新しいナノスケールでの半導体デバイス作成のためのプロセス技術が提供されることになる。
【００１５】
以下実施例を示し、さらに詳しくこの出願の発明について説明する。
【００１６】
【実施例】
シリコン基板上に約０．５ｎｍの膜厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）が形成された試料を用いた。
図１は、この試料表面のＳＴＭ像（Ｖｂ＝＋４．０Ｖ、Ｉt ＝０．３ｎＡ、Scanning speed  １８．３ｎｍ／ｓ）を示したものである。図中の白線で囲んだ領域は、電子ビーム照射域として定めた部位である。
【００１７】
この試料を７００℃に加熱保持し、ＳＴＭチップ（針）を、前記の領域の中部に移動し、ＳＴＭチップ先端と試料のシリコン酸化膜表面との間の距離を１００〜２００ｎｍの範囲になるように設定した。
シリコン基板の加熱温度を７００℃に保って、ＳＴＭチップのバイアス電圧１５０Ｖおよび電界放出電流５０ｎＡの条件で６０秒間電子ビームを照射した。この時の電子ビームのエネルギーは１５０ｅＶであり、従来に比べてはるかに低エネルギーの電子ビームであった。
【００１８】
図２（ａ）は、この電子ビーム照射後のＳＴＭ像を示したものであり、また図２（ｂ）は、その拡大図である。図１の白線で囲まれた領域においてシリコン酸化膜が除去されていることがわかる。
シリコン酸化膜が除去されて窓が開いている状態が形成され、この窓の部分ではシリコン基板表面が露出していること、そして、この窓部のエッジは極めてシャープであることが確認された。
【００１９】
図３は、図２の操作に続いて電界放出電流を変更してシリコン酸化膜をエッチングした結果を示したＳＴＭ像を示したものである。図中の領域Ａは、図２に示した窓部を示している。そして領域Ｂは、バイアス電圧１５０Ｖ、電界放出電流２５ｎＡで１２０秒間電子ビーム照射した領域を、領域Ｃは、バイアス電圧１５０Ｖ、電界放出電流５ｎＡで２００秒間電子ビームを照射した領域を示している。
【００２０】
図４は、領域Ｃを拡大して示した図である。領域Ｃにおいては、その直径が約７０ｎｍの窓が開いてシリコン基板表面が露出している。
領域Ｂを形成した電子ビームのエネルギーは１５０ｅＶ、領域Ｃを形成した電子ビームのエネルギーも１５０ｅＶである。
以上の実施例において、低エネルギー電子ビームを用いることで、シリコン酸化膜の除去によるシリコン基板表面の露出が効率的に、しかも高精度に行われていることがわかる。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、効率的に高精度に、シリコン酸化膜の除去によるシリコン基板表面の露出が可能とされ、レジスト膜を用いずにナノリソグラフィーが可能となる。そして露出したシリコン基板表面には配線用金属等が配設されることになる。
【００２２】
このため、この発明によって信頼性の高いナノ構造形成が効率的に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】試料の表面シリコン酸化膜を示した図面に代わるＳＴＭ像の写真である。
【図２】（ａ）（ｂ）は、実施例としての図面に代わるＳＴＭ像写真と拡大写真である。
【図３】連続的操作を行った、実施例としての図面に代わるＳＴＭ像写真である。
【図４】図３における領域Ｃの拡大写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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