JP2002501835A - アモルファス炭素層のナノ構造化法 - Google Patents

アモルファス炭素層のナノ構造化法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、半導体素子又は別の固体構成素子の製造又は処理に関するものであり、アモルファス炭素層の直接的なナノ構造化を可能にするものである。本発明によれば、電界放射又はトンネルの導電性メカニズムが可能である間隔で、アモルファス炭素層上に存在するか又はその上を移動させられ、そこで、層に対して電圧を印加し、その位置で、層中に凹みを設け、層を除去することになる導電性プロープ又は半導体プロープを用いて炭素の電界誘導された局所的反応が活性化される。所望の構造は、他の技術的工程を用いずに生じる。この方法は、準μ領域及びnm領域での電子構成部材の製造の際に有利に使用可能であり、その際殊に、パターンがエッチングマスクの下に存在する層に転写されることになるナノ構造化されたエッチングマスクの製造に適している。この方法は、情報記憶のためのアモルファス炭素層中への情報の組み込みに使用することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、半導体構成部材又は別の固体構成部材の製造又は処理の分野及びア
モルファス炭素層のナノ構造化法に関するものである。
【0002】 この方法は、有利に、準μm領域及びnm領域での電子構成部材の製造の際に
使用可能であり、その際殊に、パターンが、エッチングマスクの下に存在する層
の上に転写されることになるナノ構造化されたエッチングマスクの製造に適して
いる。更に、本発明による方法は、情報の記憶の目的でアモルファス炭素層中で
情報を記入するために使用することができる。
【0003】 公知技術水準 従来、エッチングによるマスクの下に存在する層中へのパターン転写もしくは
リフト・オフ法の使用のために用いることになるマスクは、光リソグラフィー及
び電子照射リソグラフィーを用いて製造されている。更に、走査型プローブ顕微
鏡を用いてナノメートルの範囲内のパターンの大きさを有する構造を得るための
種々の方法が公知である。従って、例えば、走査型トンネル顕微鏡を用いて、電
子線感応性塗料に露光することができ( E. A. Dobisz 及び C. R. K. Marrian 、Appl. Phys. Lett. 58、2526(1991))、走査型顕微鏡(RKM)が、層の機械 的変性(V. Bouchiat 及び D. Esteve、Appl. Phys. Lett. 69、3098(1996))
又は金属条導体の機械的変性(R. Rank、H. Bruekl、J. Kretz、I. Moench、及 び G. Reiss、Vacuum 48、467(1997))並びに珪素の電界誘導した局所的酸化 (C. Schoenenberger、N. Kramer、Microelectron. Eng. 32、203(1996))に 使用されている。
【0004】 無機レジスト材料のグループでは、アモルファス炭素層が重要な位置を占めて
いる(K. Kragler、E. Guenther、R. Leuschner、G. Falk. A. Hammerschmidt、
H. von Seggern、及びG. Saemann-Ischenko、Appl. Phys. Lett. 67、1163(199
5))。その利点は、就中:アモルファス炭素と大部分の基板との反応し易さを 無視でき、アモルファス炭素がハロゲンプラズマに対して抵抗力があるので、構
造化された炭素薄膜を、ハロゲンプラズマエッチング用のエッチングマスクとし
て、その下に存在する層へのパターン転写に適しているということである。炭素
薄膜は、酸素又は水素を用いる反応性イオンエッチングを用いて問題なく除去す
ることができる。
【0005】 炭素の上に存在する層のパターンをエッチングによって炭素の中に転写するこ
とによって、アモルファス炭素層が構造化できることは公知である。
【0006】 また、定義された酸素環境での電子線中でのエッチングを用いるアモルファス
炭素薄膜の直接的な構造化も公知である。この方法を用いて、パターンの大きさ
は0.5μmにまで達した(D. Wang、P. C. Hoyle、J. R. A. Cleaver、G. A.
Porkolab、及び N. C. MacDonald、J. Vac. Sci. Technol. B 13、198(1995) )。この場合、反応生成物は、確かに有利には揮発性であるが、しかし、この方
法の本質的な欠点は、こうして得られたアモルファス炭素中のパターンが、構造
化の際に、珪素表面にエッチング耐性の層が発生するので、その下に存在する珪
素基板には転写できないことである。
【0007】 また、「ダイヤモンド状の炭素(diamond-like carbon)」薄膜を、レーザー の焦点中で、局所的に黒鉛化させ、かつ黒鉛の種々の酸素プラズマエッチング率
及び「ダイヤモンド状の炭素」マスクの利用によって製造することは公知である
。こうして、5μmの範囲内の大きさを有する構造を製造することができた(J.
Seth、S. V. Babu、V. G. Ralchenko、T. V. Kononenko、V. P. Ageev、及び V
. E. Strelnitsky、Thin Solid Films、254、92(1995))。
【0008】 発明の説明 本発明には、アモルファス炭素層中に直接的な構造化の方法で、ナノメートル
の範囲内の大きさを有するパターンを得るという課題が課されている。
【0009】 前記課題は、アモルファス炭素層のナノ構造化のための特許請求の範囲に記載
された方法を用いて解決される。
【0010】 この場合、本発明によれば、電界放射又はトンネルの導電メカニズムが可能で
ある間隔で、アモルファス炭素層上に存在するか又はその上を移動させられ、層
に向かって電圧を印加し、その位置で、凹みを層の中に設けるか又は層を除去す
ることになる導電性プローブ又は半導体プローブを用いて、炭素の電界誘導反応
が活性化される。この際生じた反応生成物は、有利には揮発性であるので、更に
技術的工程を用いずに所望の構造が得られる。
【0011】 好ましくは、導電性プローブ又は半導体プローブは、10nmまでの間隔でア
モルファス炭素層の上に存在しているか又はその上を移動させられる。
【0012】 プローブに印加された電圧は、本発明によれば、層に対して、3〜8ボルトの
範囲内の最低電圧を有する負の直流電圧ポテンシャル又は交流電圧であってもよ
い。
【0013】 本発明の1つの好ましい実施態様によれば、導電性プローブ又は半導体プロー
ブとアモルファス炭素層との間隔は、プローブの表面上に存在する数ナノメート
ルまでの層厚の電気絶縁層によって定めることができる。
【0014】 本発明によれば、この反応は、反応生成物として、炭素の酸化物が発生する酸
素環境中で実施できるか又はこの反応は、水素環境又は窒素環境中で実施される
【0015】 本発明の1つの好ましい実施態様によれば、ナノ構造化を走査型プローブ顕微
鏡を用いて実施することができるが、この場合、顕微鏡の導電性プローブ又は半
導体プローブは、炭素の電界誘導反応のために使用している。
【0016】 導電性プローブとしては、本発明によれば、構造化した電極を使用することも
できるが、そのパターンは、層中に意図したナノ構造の陰画として仕上げられて
いる。次に、かかる電極は、アモルファス炭素層中に入れられ、その際、そのパ
ターンを転写するのである。
【0017】 本発明の1つの実施態様によれば、導電性プローブ又は半導体プローブとアモ
ルファス炭素層との間隔は、構造化の間に時間的に周期的に変化させることがで
きる。
【0018】 本発明のもう1つの実施態様によれば、負の直流電圧ポテンシャルは、構造化
の間に時間的に周期的に変化させることもできる。
【0019】 本発明によれば、珪素からなる導電性プローブ又は半導体プローブを使用する
こともできるが、この場合、直流電圧ポテンシャルの極性を、構造化の間に、特
定の時間に特定の間隔で逆転させることができる。この場合、プローブの表面上
には、電界誘導された酸化によって酸化珪素の層が生じるか又はこの種の層が繰
り返し製造される。
【0020】 直流電圧源の代わりに、本発明によれば定電流電源を使用することもできるが
、この場合、導電性プローブ又は半導体プローブとアモルファス炭素層との間の
接触抵抗は、構造化の間に特定の最低電圧が達成されるように調節されている。
【0021】 更に、本発明は、本発明によるナノ構造化を用いて、アモルファス炭素層中に
、デジタル又はアナログの情報を表すパターンを付与することによって、本発明
の方法を、デジタル又はアナログの情報の記憶の目的に使用することも意図する
ものである。
【0022】 本発明の方法は、公知技術水準に比して、若干の主要な利点によって卓越して
いる。この方法の使用の際には、炭素の反応生成物が揮発性であるので、直接的
な構造化の途中でパターンを炭素層中に生じさせることができるというのは、特
に有利である。更に、この方法を用いて、ナノメートルの範囲の大きさを有する
精密な構造が得られることも有利である。その上更に、この方法により、構造化
すべき層の三次元空間、即ち、層の深部へ入り込むための形成法が得られる。
【0023】 以下、本発明を、実施例及び添付図面に基づき詳細に説明する。
【0024】 例 1 この実施例は、市販の走査型顕微鏡を用いた、室温でアルゴンでRFスパッタ
リングしたアモルファス炭素層中でのトレンチの製造に関するものである。
【0025】 プローブとして、約0.5N/mのばね定数を有する、ドーピングした珪素単
結晶体からなる「接触モード」カンチレバーを用いる。アモルファス炭素からな
る層を有するプローブ並びにカンチレバーは、電気的に接触してあり、調節可能
な定電流電源と接続してあるが、しかし、これは差し当たりスイッチが遮断され
ている。
【0026】 プローブ表面の微細構成を、構造化すべき範囲で、走査型顕微鏡の通常の写真
モードで撮影する。リソグラフィーソフトウェアを用いて、線を定義し、その線
に沿って、炭素中にトレンチを記載する。このカンチレバーは、所望の線の基点
に向かって移動させられる。例えば1μm/秒の選択された速度で、炭素表面上
をプログラムされた線に沿ってその線の終点に向かって移動する場合に、その時
点から、直流がスイッチを接続されるが、この場合、プローブにおける電圧は、
カンチレバーに対してプラスである。定電流電源の電圧は、例えば最大10ボル
トに制限することができ、電流は、数nAの範囲内であってもよい。所望の構造
は、1回又はそれ以上、はねつけられることがある。構造化の終了後に、直流電
圧がスイッチを遮断される。
【0027】 構造化の結果は、構造化のために使用したのと同じプローブを用いる同じ走査
型顕微鏡中の通常の写真モードでの微細構成写真を用いて、直ちに証明すること
ができる。
【0028】 得られた線構造は、図1中に示されている。電界誘導された酸化によって走査
型顕微胸中で得られたトレンチは、35nmの半値幅及び20nmの深度を有し
ている。
【0029】 例 2 この実施例は、選択された領域での250nmの厚さのアモルファス炭素層の
完全な剥離に関するものである。この場合、炭素層は、珪素単結晶基板上に存在
しており、市販の走査型顕微鏡を用いて、剥離すべき領域を12ボルト未満の直
流で3μm/秒で走査することによって剥離されている。
【0030】 図2の走査型顕微鏡写真は、構造化を行った結果を示している。走査型顕微鏡
写真中の段の高さは、プロフィルメーターを用いて測定した、アモルファス炭素
の層厚と一致している。
【0031】 例 3 この実施例は、電界誘導された局所的な酸化によって走査型顕微鏡中で製造さ
れた、アモルファス炭素からなるエッチングマスクの使用下に、AuPd条導体
の細長い中断の製造に関するものである。
【0032】 この場合、光リソグラフィー及び電子照射リソグラフィーによって仕上げられ
た条導体構造を約8nmの層厚のアモルファス炭素層で被覆した。このため、炭
素を、黒鉛坩堝のスパッタリングにより作業ガスとしてのクリプトンを用いて析
出させた。この層の場合、この後、本発明の方法を用いて、アモルファス炭素か
らなる薄膜の局所的な酸化のために、条導体の1つの上へ、該条導体に対して約
60°の角度で細長いトレンチを書き込んだ。この炭素層は、引き続くアルゴン
イオンエッチングのためのエッチングマスクとして用いたので、条導体は、炭素
で覆われていなかった箇所でのみエッチングされた。このエッチングプロセスを
、エッチングの間、条導体の電気抵抗の測定を用いて制御した。
【0033】 図3中には、構造化の結果が示されている。この条導体中断は、約30nmの
幅である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、例1による線構造を示す図面である。
【図2】 図2は、例2による構造化の結果を示す図面である。
【図3】 図3は、例3による構造化の結果を示す図面である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成11年2月17日(1999.2.17)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フーベルト ブリュックル ドイツ連邦共和国 ビーレフェルト シュ テンナーシュトラーセ 91

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アモルファス炭素層のナノ構造化法において、電界放射又は
    トンネルの導電性メカニズムが可能である間隔で、アモルファス炭素層上に存在
    するか又はその上を移動させられ、そこで層に向かって電圧を印加し、その位置
    で、凹みを層中に設けるか又は層を除去することになる導電性プローブ又は半導
    体のプローブを用いて、炭素の電界誘導された局所的反応を活性化させるが、こ
    の場合、反応生成物は、揮発性であることを特徴とするアモルファス炭素層のナ
    ノ構造化法。
  2. 【請求項2】 導電性プローブ又は半導体プローブが、10nmまでの間隔
    で、アモルファス炭素層上に存在しているか又はその上を移動させられる、請求
    項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 プローブに、層に向かって3〜8ボルトの範囲内の最低電圧
    を有する負の直流電圧ポテンシャル又は交流電圧が印加されている、請求項1に
    記載の方法。
  4. 【請求項4】 導電性プローブ又は半導体プローブとアモルファス炭素層と
    の間隔が、プローブの表面上に存在する数ナノメートルまでの層厚の電気的絶縁
    層によって定められる、請求項1又は2に記載の方法。
  5. 【請求項5】 反応を、酸素環境中で実施するが、この場合、反応生成物と
    して炭素の酸化物が発生する、請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】 反応を、水素環境又は窒素環境中で実施する、請求項1に記
    載の方法。
  7. 【請求項7】 ナノ構造化を、走査型プローブ顕微鏡を用いて実施するが、
    この場合、顕微鏡の導電性プローブ又は半導体プローブが、炭素の電界誘導反応
    に使用される、請求項1に記載の方法。
  8. 【請求項8】 導電性プローブとして、構造化された電極を使用するが、そ
    の構造は、層中に意図したナノ構造の陰画として仕上げられている、請求項1に
    記載の方法。
  9. 【請求項9】 導電性プローブ及び半導体プローブとアモルファス炭素層と
    の間隔を、構造化の間に時間的に周期的に変化させる、請求項1に記載の方法。
  10. 【請求項10】 負の直流電圧ポテンシャルを、構造化の間に時間的に周期
    的に変化させる、請求項3に記載の方法。
  11. 【請求項11】 珪素からなる導電性プローブ又は半導体プローブを使用し
    、直流電圧ポテンシャルの極性を、特定の時間の特定の間隔で逆転させ、これに
    より、プローブの表面上に電界誘導された酸化によって酸化珪素の層を発生させ
    るか又は繰り返し製造する、請求項1又は3に記載の方法。
  12. 【請求項12】 直流電圧電源の代わりに、定電流電源を使用するが、この
    場合、導電性プロープ又は半導体プロープとアモルファス炭素層との間の接触抵
    抗は、構造化の間に特定の最低電圧を達成する程度に調節されている、請求項3
    に記載の方法。
  13. 【請求項13】 デジタル又はアナログの情報を表すパターンを得るために
    、アモルファス炭素層中でのこれらの情報の記憶の目的に使用する、請求項1か
    ら12までのいずれか1項に記載の方法。
JP2000505636A 1997-08-02 1998-07-22 アモルファス炭素層のナノ構造化法 Pending JP2002501835A (ja)

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DE19733520.9 1997-08-02
DE19733520A DE19733520C2 (de) 1997-08-02 1997-08-02 Verfahren zur Nanostrukturierung von amorphen Kohlenstoffschichten
PCT/EP1998/004600 WO1999006996A1 (de) 1997-08-02 1998-07-22 Verfahren zur nanostrukturierung von amorphen kohlenstoffschichten

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