[发明专利]纳米结构和纳米结构的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米结构和纳米结构的制造方法。

背景技术

近年来，随着半导体集成电路的高度集成化，对于形成具有高精度的精细图案的需求已经进一步增加。

迄今为止，借助光刻方法的图案形成方法已经被用于微结构的形成。

在借助这种方法的图案形成中，诸如抗蚀剂的感光剂被涂覆于衬底以形成抗蚀剂膜，之后，从诸如紫外线的光源通过光掩模对该膜在抗蚀剂上进行曝光和显影。

图案被转印到抗蚀剂膜上，并且通过使用其作为掩模，采用用于蚀刻衬底的技术。在衬底的处理完成之后，抗蚀剂膜被剥离。

在借助这种光刻方法的图案形成方法中，分辨能力取决于光源的波长，并且特别难以形成线宽为光源波长一半或更小的图案。

例如，当使用汞灯作为光源时，波长是365nm，并且当使用KrF受激准分子激光器时，波长是248nm。

从而，难以通过使用这些光源形成线宽为500nm或更小的图案。此外，更难以形成线宽为100nm或更小的图案。在形成这种精细图案的情况中，当其被处理至特别是2μm或更大，并且特别是10μm或更大的深度时，保持处理精度变得更困难。

因此，在具有500nm或更小(特别是100nm或更小)线宽的微图案的形成中，代替紫外线，使用被加速到20到200kV的电子束或离子束。

它们被分别称为电子束平板印刷和离子束平板印刷。

在这些电子束和离子束平板印刷中，不使用光掩模，而是可以通过电子束或离子束直接在抗蚀剂膜上画出图案。

此外，近年来，聚焦离子束(FIB)被用于半导体制造步骤中。

例如，在美国专利No.5,236,547的后面部分中提出了与图14、15A和15B所示类似地通过离子束形成阶梯状图案的方法。图14图示了对于在分别为低加速度和高加速度的离子束中的图案深度而言的离子浓度的曲线141和142。在图15A和15B中，标号1201指代GaAs衬底，标号1202指代SiNx膜，标号1202a指代离子注入部分，标号1202b指代阶梯状图案，标号1203指代Ga离子，并且标号1204指代CF₄自由基。

在该方法中，离子束的加速电压、离子的原子种类和离子化合价中的至少一个被改变，从而注入离子，并且在形成沿蚀刻材料深度方向的离子浓度峰值区域之后，通过干法蚀刻进行阶梯状图案的形成。此外，国际公开WO03/015145A1提出了一种植入工艺，其中，如图16A1到16D2所示，在存在表面氧化物膜时或者在氧分子的照射下Ga离子被植入到GaAs衬底中。图16A1、16B1、16C1和16D1图示在离子植入之后的方面，并且图16A2、16B2、16C2和16D2图示在原子层蚀刻之后的方面。图16A、16B、16C和16D中的Ga离子的剂量分别是6×10¹³、6×10¹⁴、6×10¹⁵、6×10¹⁷pcs/cm²。在图16A1到16D2中，标号1301指代GaAs层，标号1302指代天然氧化物膜，标号1303指代氧化物膜Ga₂O₃，标号1304指代Ga离子束，并且标号1305指代对其注入了Ga离子的GaAs层。

此外，日本专利申请特开No.H04-190984提出了如图17所示的微机器的形成方法。在图17中，标号1401指代Si基底，标号1402指代聚焦离子束。在该方法采用的技术中，在加速电压被控制的同时直接用诸如O、Be和N的FIB照射Si衬底，从而通过形成Si化合物区域而形成微机器。

此外，日本专利申请特开No.2002-368307公开了一种磁致电阻效应膜的制造方法，如图18A、18B和18C图示的。在这些图中，标号1511指代Si衬底，标号1512指代金属铁磁层/绝缘层/金属铁磁层的层叠膜，标号1513指代含Si的无机抗蚀剂，标号1514指代Ga离子束，标号1515指代电子束，标号1516指代基于F的干法蚀刻，标号1517指代氟化镓化合物，标号1518指代抗蚀剂掩模。

这是在将Ga离子束注入到含Si无机抗蚀剂中时通过将电子束照射到该区域附近来照射电中和的离子束的方法。

此外，美国专利No.5,236,547公开了一种图案化方法，其中，Ga离子被植入到诸如SiNx膜的掩模材料中，如图19A、19B和19C所示，从而蚀刻掩模材料。