JP2000068494A - 量子構造形成法 - Google Patents

量子構造形成法

Info

Publication number
JP2000068494A
JP2000068494A JP23860398A JP23860398A JP2000068494A JP 2000068494 A JP2000068494 A JP 2000068494A JP 23860398 A JP23860398 A JP 23860398A JP 23860398 A JP23860398 A JP 23860398A JP 2000068494 A JP2000068494 A JP 2000068494A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
nitride film
resist pattern
mask
resist
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP23860398A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Kurihara
健二 栗原
Yoshio Watanabe
義雄 渡辺
Masao Nagase
雅夫 永瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP23860398A priority Critical patent/JP2000068494A/ja
Publication of JP2000068494A publication Critical patent/JP2000068494A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の量子構造形成法では、数10nm以下
の窒化膜パタンを精度良くエッチングすることが困難で
あった。 【解決手段】 Si基板12の上に電子ビーム露光によ
リレジストを露光し、レジスト現像によりレジストパタ
ン11を形成する。窒素ガスを用い電子サイクロトロン
共鳴により窒素プラズマ13を形成してレジストパタン
11を一様に照射し、プラズマ窒化膜14を表面に形成
する。レジストパタン11を剥離する。Siの選択酸化
を行う。この方法では、レジストパタン11と同等のプ
ラズマ窒化膜14の幅を10nm程度に形成可能であ
り、この場合10nm程度のSiナノ構造が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Siを中心とした
半導体を用いた微細な構造を有する量子効果デバイスの
製作法に用いて好適な量子構造形成法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、微細な構造を加工するには、電子
ビーム露光などの高解像度のリソグラフィによりレジス
トパタンを基板上に形成し、これをマスクにして基板を
ドライエッチングで加工するプロセスが一般的である。
また、Siの熱酸化を利用した加工方法としてSi窒化
膜を酸化のマスクとしてSi基板を酸化し、素子間分離
として用いるLOCOS(Local Oxidation of Silico
n)法が知られており、微細構造形成としても適用でき
る。
【0003】図6に、その工程を示す。ここで31はレ
ジストパタン、32はSi基板、33はSi窒化膜、3
4はSi窒化膜マスクパタン、35はSiO2 である。
この方法ではまず、Si基板32上にSi窒化膜33を
形成し、リソグラフィによりレジストパタン31を形成
し、これをマスクにSi窒化膜33をドライエッチング
等でエッチングし、Si窒化膜マスクパタン34を加工
する。Si窒化膜は熱酸化に対して高いマスク作用があ
ることを利用し、このSi窒化膜マスクパタン34をマ
スクにしてSi基板32を酸化する。表面に露出したS
iが選択的に酸化され、SiO2 35のパタンが最終的
に形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の量子構
造形成法におけるLOCOSでは、酸化のマスクに用い
る窒化膜パタンは、ドライエッチングにより形成され
る。しかしながらLOCOSを利用して、ナノ領域の構
造形成を行おうとすると要求される寸法精度が厳しいた
めに、必要とする寸法精度を確保することが難しくな
る。すなわち、LOCOSに必要なSi窒化膜マスクパ
タンのドライエッチングでは、反応性イオンエッチング
(RIE)が用いられるが、パタンの側壁に反応生成物
による重合膜が堆積してパタン幅をシフトさせるので、
数十nm以下のナノ領域のパタンが困難になる。また、
加工するパタン幅が極めて小さいので、レジスト膜厚も
数10nmと薄くする必要があるためにSi窒化膜をド
ライエッチングするときのレジストのドライエッチング
耐性も問題になる。すなわち、レジスト膜減りによりS
i窒化膜パタンの側壁にテーパーがつくため、数10n
m以下のパタンを精度良くエッチングすることが困難で
あり、ナノ構造形成において問題となっている。
【0005】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、従来のドライエッチングを用いた加工で問題
となるナノスケールでの寸法制御性を解決するとともに
選択酸化工程を簡素化した量子構造形成法を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】窒素プラズマは、レジス
トパタンマスクに基板のSi表面にプラズマ窒化膜を形
成し、その後レジストを剥離する手段によりプラズマ窒
化膜をそのままにしてレジストパタンのみを剥離し、そ
の後熱酸化によりプラズマ窒化膜をマスクに露出したS
i面を選択的に酸化してSiの微細構造を形成する。す
なわち、本発明の量子構造形成法では、レジストパタン
をマスクにしてプラズマ窒化膜のマスクを形成するため
の窒素プラズマを照射する手段、レジストパタンを剥離
する手段、プラズマ窒化膜マスクにSi基板を酸化する
手段を有する。
【0007】
【発明の実施の形態】上記課題を解決するために本発明
の量子構造形成法は、Si基板12上に形成した開口部
を有するマスクパタンをマスクに窒素を主とする窒素プ
ラズマ13で該開口部に露出したSi基板12の表面に
プラズマ窒化膜14を形成する工程と、該マスクパタン
を剥離する工程と、形成したプラズマ窒化膜14をマス
クに該マスクパタンを剥離した部分を酸化する工程とを
有することに特徴を有しており、また、マスクパタンと
してレジストパタン11を用いたことに特徴を有してお
り、さらに、Si細線21を形成したSi基板22上で
該Si細線21上にマスクパタンを形成したことに特徴
を有している。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図1に、本発明の量子構造形成法の工程
図を示す。ここで、11はレジストパタン、12はSi
基板、13は窒素プラズマ、14はプラズマ窒化膜、1
5はSiO2 である。まず、Si基板12の上にスピン
コ−トによリポジ型電子線レジストを50nmの厚さで
形成する。電子ビーム露光によリレジストを露光し、レ
ジスト現像により、電子線の照射された部分のレジスト
が現像されて開口部となり溝が形成されて、図1(a)
のようなレジストパタン11が形成される。
【0009】次に、図1(b)のように窒素ガスを用い
電子サイクロトロン共鳴(ECR:electron cyclotron
resonance)により窒素プラズマ13を形成し、レジス
トパタン11を一様に照射する。電子ビーム露光によリ
レジストに溝が形成された部分はSi表面が露出してい
るので、この部分のみがECRで生成した窒素プラズマ
照射で窒化され、プラズマ窒化膜14が表面に形成され
る。ECRプラズマは方向性が良いので、効率良く溝の
底をプラズマ窒化することができる。このプラズマ窒化
膜14は非常に薄く、ECR窒素プラズマの照射条件と
して、マイクロ波パワー:200W,窒素ガス流量:1
0sccm、ガス圧:0.033Pa、照射時間30秒
において、3nm以下の膜厚である。窒素プラズマに対
してレジストは耐性があるので、十分なプラズマ窒化の
マスクとなる。
【0010】レジストパタン11の開口部、すなわち溝
以外の部分はレジストパターンで覆われているため、S
i表面は窒化されないので、Siのままである。このプ
ラズマ窒化処理の後、図1(c)のようにレジストパタ
ン11を剥離する。プラズマ照射後のレジストパタン1
1の剥離には、アセトン等の有機溶剤を用いる。
【0011】レジスト剥離の後、酸素プラズマによるア
ッシングによるレジスト残り除去や硫酸・過酸化水素水
による洗浄処理の後、図1(d)のように酸化工程を行
う。ここで、酸化プロセスには熱酸化を用いる。ここで
形成した数nm厚さの極薄プラズマ窒化膜14は、通常
のSi酸化プロセスで用いられる900〜1000℃の
熱酸化に対して十分な酸化のマスクになり、数100n
m厚の酸化が可能である。このようにして熱酸化を行う
と、プラズマ窒化膜14のマスクパタンがある領域は酸
化されないが、プラズマ窒化膜14がなくSi表面が露
出した部分は酸化されてSiO2 15が形成される。こ
のようにして、Siの選択酸化が行われる。この方法で
は、レジストパタン11の幅は10nm程度は形成可能
であるので、この場合10nm程度のSiナノ構造が得
られる。
【0012】次に第2の実施例として、本発明の量子構
造形成法を用いてSiO2 膜上にSiのナノ構造を形成
する例を説明する。図2〜図5に、その工程図を示す。
これらの図で、21はSi細線、22はSi基板、23
はSiO2 、24はレジストパタン、25はプラズマ窒
化膜、26はSi露出部、27はSiくびれ部分であ
る。ここでは(a)は上面図、(b)は側面図を示して
いる。
【0013】この実施例において、Siのナノ構造を形
成する場合、まず図2(a),(b)に示すように、S
OI(Silicon on insulator)のSi基板22のSi層
にあらかじめSi細線21(厚さ20nm)を加工して
おく。Si細線21は、同図に示すようにSiO2 23
の上に形成されている。Si細線21の上にはレジスト
パタン24(厚さ50nm)を電子ビーム露光により重
ね合わせて形成する。
【0014】次に図3(a),(b)に示すように、こ
のレジストパタン24をマスクにしてECR窒素プラズ
マ照射で前述のようにしてプラズマ窒化を行う。このと
き、レジストパタン24で覆われていないSi細線21
の表面にはプラズマ窒化膜25が形成される。
【0015】さらに図4(a),(b)に示すように、
引き続きレジストパタン24を剥離すると、レジストパ
タン24で覆われていた部分のSi細線21の表面にS
i露出部26が形成される。形成したプラズマ窒化膜2
5をマスクにSi細線21を熱酸化する。
【0016】図5(a),(b)のように、これにより
Si細線21において、Si露出部26は酸化されてS
iO2 が形成され内部のSi細線部に細くくびれた構造
ができてSiくびれ部分27が形成される。ここで得ら
れたくびれたSi部分をトンネル障壁として用いれば、
単電子トランジスタとてこの構造を利用することができ
る。この例では、Si細線は完全に酸化されずSiくび
れ部分27で連結しているが、目的に応じて、酸化膜厚
を大きくしてSiくびれ部分27のSiを全部酸化して
分離したSiドット構造を形成することもできる。
【0017】ここでは単純なSi細線21を用いて本発
明を適用した例を示したが、いろいろな形状に加工した
Siパタンに対してこの方法を適用すれば、多様な量子
構造を形成することができる。例えば、複数のSiの量
子ドットを2次元的に配列し、それぞれがトンネル障壁
でネットワーク状に連結した構造等の複雑な量子構造も
容易に形成できる。また、ここでは、窒化プラズマを用
いる例を示したが、窒素に酸素が混合されたガス系によ
るプラズマ等で形成したプラズマ酸化窒化膜でも同様の
プロセスが可能であり、良好な選択酸化マスクを形成す
ることができる。また、酸化として熱酸化を用いる方法
を説明したが、プラズマ酸化等の他の酸化手法を用いて
もよい。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の量子構造
形成法では、Siの酸化マスクとなるプラズマ窒化膜を
レジストパタンをマスクに選択的に形成できるので、プ
ロセスを簡単化するだけでなくナノ領域の構造形成を容
易にする効果がある。また、レジストパタンの解像度と
同等の解像度でプラズマ窒化膜のマスクパタンを形成で
きるので、ナノ領域の加工が容易に実現できる。さら
に、あらかじめ形成したSiのナノ構造に対して、本方
法を適用することでいろいろな構造を、エッチング工程
を用いることなく形成できる。また、Siの熱酸化は、
時間制御で極めて高精度に酸化膜厚を設定できるので、
エッチングを用いる場合に較べて寸法制御がナノメータ
オーダーで正確に行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は、本発明の一実施例における
量子構造形成法の工程を説明する工程図である。
【図2】本発明の他の実施例における量子構造形成法の
工程を説明する1/4過程での工程図であり、(a)は
上面図,(b)は側面図である。
【図3】本発明の他の実施例における量子構造形成法の
工程を説明する2/4過程での工程図であり、(a)は
上面図,(b)は側面図である。
【図4】本発明の他の実施例における量子構造形成法の
工程を説明する3/4過程での工程図であり、(a)は
上面図,(b)は側面図である。
【図5】本発明の他の実施例における量子構造形成法の
工程を説明する4/4過程での工程図であり、(a)は
上面図,(b)は側面図である。
【図6】従来の量子構造形成法における選択酸化法の工
程を説明する図である。
【符号の説明】
11 レジストパタン 12 Si基板 13 窒素プラズマ 14 プラズマ窒化膜 15 SiO2 21 Si細線 22 Si基板 23 SiO2 24 レジストパタン 25 プラズマ窒化膜 26 Si露出部 27 Siくびれ部分 31 レジストパタン 32 Si基板 33 Si窒化膜 34 Si窒化膜マスクパタン 35 SiO2

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si基板(12)上に形成した開口部を
    有するマスクパタンをマスクに窒素を主とする窒素プラ
    ズマ(13)で該開口部に露出したSi基板(12)の
    表面にプラズマ窒化膜(14)を形成する工程と、 該マスクパタンを剥離する工程と、 形成したプラズマ窒化膜(14)をマスクに該マスクパ
    タンを剥離した部分を酸化する工程とを有することを特
    徴とする量子構造形成法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の量子構造形成法におい
    て、 マスクパタンとしてレジストパタン(11)を用いたこ
    とを特徴とする量子構造形成法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の量子構造形成法におい
    て、 Si細線(21)を形成したSi基板(22)上で該S
    i細線(21)上にマスクパタンを形成したことを特徴
    とする量子構造形成法。
JP23860398A 1998-08-25 1998-08-25 量子構造形成法 Pending JP2000068494A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23860398A JP2000068494A (ja) 1998-08-25 1998-08-25 量子構造形成法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23860398A JP2000068494A (ja) 1998-08-25 1998-08-25 量子構造形成法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000068494A true JP2000068494A (ja) 2000-03-03

Family

ID=17032650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23860398A Pending JP2000068494A (ja) 1998-08-25 1998-08-25 量子構造形成法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000068494A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100507610B1 (ko) * 2002-11-15 2005-08-10 광주과학기술원 질화물 반도체 나노상 광전소자 및 그 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100507610B1 (ko) * 2002-11-15 2005-08-10 광주과학기술원 질화물 반도체 나노상 광전소자 및 그 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5776821A (en) Method for forming a reduced width gate electrode
JP3406302B2 (ja) 微細パターンの形成方法、半導体装置の製造方法および半導体装置
US4707218A (en) Lithographic image size reduction
KR100376628B1 (ko) 집적회로내의전도성상호접속구조및전도성상호접속형성방법
US4648937A (en) Method of preventing asymmetric etching of lines in sub-micrometer range sidewall images transfer
US6773998B1 (en) Modified film stack and patterning strategy for stress compensation and prevention of pattern distortion in amorphous carbon gate patterning
US4871630A (en) Mask using lithographic image size reduction
US20040087162A1 (en) Metal sacrificial layer
KR100875660B1 (ko) 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법
JPS588579B2 (ja) ハンドウタイソウチノセイゾウホウホウ
US6867143B1 (en) Method for etching a semiconductor substrate using germanium hard mask
JP2000068494A (ja) 量子構造形成法
US20090061635A1 (en) Method for forming micro-patterns
US7589026B2 (en) Method for fabricating a fine pattern in a semiconductor device
JP3906037B2 (ja) 半導体装置の製造方法
US6492278B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP2902513B2 (ja) レジストパターン形成方法
JP3740792B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JPS61220432A (ja) エツチング方法
JP2937537B2 (ja) パターン形成方法
KR20010060984A (ko) 반도체 장치의 콘택홀 형성방법
JP3645032B2 (ja) シリコン量子細線構造の作製方法。
JP3123914B2 (ja) 半導体装置の製造方法
KR100468824B1 (ko) 단일전자소자제작을위한감광막제거방법
JPH0774158A (ja) 薄膜の加工方法