JP2012074194A - 荷電粒子ビーム装置、薄膜作製方法、欠陥修正方法及びデバイス作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】荷電粒子源1と、集束レンズ電極2と、ブランキング電極3と、走査電極4と、試料9を載置するための試料台10と、荷電粒子ビーム照射により試料9から発生する二次荷電粒子7を検出する二次荷電粒子検出器8と、シクロペンタシランを原料ガスとして収容するリザーバ14と、原料ガスを試料9に供給するガス銃11と、を備える荷電粒子ビーム装置を用いる。
【選択図】図1
Description
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子源と、荷電粒子源から引き出された荷電粒子ビームを集束するための集束レンズ電極と、荷電粒子ビームの照射と非照射を切替えるためのブランキング電極と、荷電粒子ビームを走査照射するための走査電極と、試料を載置するための試料台と、荷電粒子ビーム照射により試料から発生する二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出器と、下記一般式(I)で表されるケイ素化合物を原料ガスとして収容するリザーバと、原料ガスを前記試料の荷電粒子ビームの照射位置に供給するガス銃と、を備える。
(ここで、nは3以上の整数を表し、mはn、2n−2、2nまたは2n+2の整数を表し、Xは水素原子および/またはハロゲン原子を表す)
これによりケイ素化合物を用いて局所的に膜を形成することができる。
(ここで、nは3以上の整数を表し、mはn、2n−2、2nまたは2n+2の整数を表し、Xは水素原子および/またはハロゲン原子を表す)
本発明に係る欠陥修正方法は、下記一般式(I)で表されるケイ素化合物を原料ガスとしてナノインプリントのモールドの欠陥部に供給し、欠陥部に荷電粒子ビームを照射し、膜を形成し、欠陥部を修正する。
(ここで、nは3以上の整数を表し、mはn、2n−2、2nまたは2n+2の整数を表し、Xは水素原子および/またはハロゲン原子を表す)
本発明に係るデバイス作製方法は、下記一般式(I)で表されるケイ素化合物を原料ガスとして試料に供給し、試料に第一の荷電粒子ビームを照射し、第一の薄膜を作製する工程と、試料に原料ガスを供給し、試料に第一の荷電粒子ビームと異なるビーム種の第二の荷電粒子ビームを照射し、上記の薄膜とは異なる機能の第二の薄膜を作製する工程と、を有する。
(ここで、nは3以上の整数を表し、mはn、2n−2、2nまたは2n+2の整数を表し、Xは水素原子および/またはハロゲン原子を表す)
本実施形態の荷電粒子ビーム装置は、図1に示すように、荷電粒子ビーム6を発生する荷電粒子源1と、荷電粒子光学系とを備える。荷電粒子光学系は、集束レンズ電極2と、ブランキング電極3と、走査する走査電極4と、対物レンズ電極5と、からなる。集束レンズ電極2は、荷電粒子源1で発生した荷電粒子ビーム6を集束させるための集束レンズを形成する。ブランキング電極3は、荷電粒子ビーム6を試料9に照射しないときに荷電粒子ビーム6を偏向させる電界を形成する。また、走査電極4は、荷電粒子ビーム6を走査させる。対物レンズ電極5は、荷電粒子ビーム6を試料6の表面に集束させるための対物レンズを形成する。
ウム、ネオン、アルゴンから選ばれる一種の単体ガスをイオン種として供給し、エミッタ針周辺に高電界を形成し、イオンビームを放出する。
(ここで、nは3以上の整数を表し、mはn、2n−2、2nまたは2n+2の整数を表し、Xは水素原子および/またはハロゲン原子を表す)
ケイ素はシリコン膜の前駆体である。荷電粒子ビーム励起によりケイ素と水素の結合、またはケイ素とハロゲン原子の結合が開裂し、ケイ素とケイ素の結合が生じ、シリコン膜を形成する。ハロゲン原子として、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を用いることができる。
荷電粒子ビーム誘起半導体膜デポジションの実施例について説明する。半導体膜デポジションの原料物質としてシクロペンタシランを用いる。リザーバ14にシクロペンタシランを挿入する。バルブ15を開き、気化したシクロペンタシランを、ガス銃11を通して試料9に供給する。また、荷電粒子源1としてガリウム液体金属イオン源を用いる。制御部12から出力されたビーム照射情報により、ガリウム液体金属イオン源からガリウムイオンビームを試料9表面に走査照射する。試料9表面にはシクロペンタシランが吸着している。このとき、試料9は室温である。ガリウムイオンビーム照射により試料表面に吸着したシクロペンタシランが分解され、ガリウムイオンビームを照射した領域に半導体膜が形成される。成膜速度は0.41μm3/nCであった。
次に実施例1−1のガリウム液体金属イオン源を電子源に代えた場合について説明する。シクロペンタシランを供給した試料9表面に電子ビームを走査照射する。成膜速度は3.36×10-3μm3/nCであり、ガリウムイオンビームによるデポジションよりも遅い。この理由は、電子はイオンに比べ、固体内での飛程が長いため、成膜に必要なシクロペンタシランの分解に寄与する電子の割合が小さいためである。
次に実施例1−1のガリウム液体金属イオン源を、水素やヘリウム等のガスをイオン種としたイオン源に代えた場合について説明する。電界電離型イオン源で水素やヘリウムをイオン化し、イオンビームをシクロペンタシランが吸着した試料9表面に放出する。これにより金属不純物を含まない半導体膜を形成することができる。また、水素やヘリウムのイオンビームは、電子に比べ固体内での飛程が短いため、電子ビームを用いた場合よりも効率よく成膜することができる。
次に実施例1−1のガリウム液体金属イオン源を、シラン、アルシンまたは、ボランから選ばれる一種の化合物ガスをイオン種としたプラズマイオン源に代えた場合について説明する。イオン源室内にイオン種のガスを供給し、プラズマを形成して、イオンビームを放出する。放出したイオンビームをシクロペンタシランが吸着した試料9表面に照射する。これによりシランを用いた場合は、真性半導体膜を形成することができる。また、アルシンを用いた場合、n型半導体膜を形成することができる。また、ボランを用いた場合、p型半導体膜を形成することができる。
次に実施例1−1のガリウム液体金属イオン源を、金をイオン種としたイオン源に代えた場合について説明する。金をエミッタ針の表面に塗布し、エミッタ針周辺に高電界を形成し、イオンビームを放出する。放出したイオンビームをシクロペンタシランが吸着した試料9表面に照射する。これにより金を含み導電性の高い膜を形成することができる。
次に実施例1−1のガリウム液体金属イオン源を、酸素または窒素をイオン種としたイオン源に代えた場合について説明する。シクロペンタシランが吸着した試料9表面に酸素または窒素をイオン種としたイオンビームを照射する。これにより、酸化シリコンまたは窒化シリコン膜が形成される。酸化シリコンまたは窒化シリコン膜は絶縁膜である。また酸化シリコン膜と窒化シリコン膜は透明膜であるので、レンズなどの光学部品やナノインプリントのマスクのような透明体構造物の形成や修復が可能である。
次に実施例1−1のガリウム液体金属イオン源を、炭素をイオン種としたイオン源を用いる場合について説明する。炭素イオンビームをシクロペンタシランが吸着した試料9表面に照射する。これによりシリコンカーバイド膜を形成することができる。
デポジションした膜に荷電粒子ビームを注入する実施例について説明する。シクロペンタシランが吸着した試料9表面に酸素または窒素イオンビームを照射し、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を形成する。さらに酸素または窒素濃度を増加させるために、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜に酸素または窒素イオンビームを照射し、イオン注入する。これにより膜中の酸素または窒素濃度を増加することができる。
デポジションした膜の結晶性を向上させる実施例について説明する。シクロペンタシランが吸着した試料9表面に荷電粒子ビームを照射して膜を形成する。次に形成した膜を載置した試料台10を加熱する。これにより膜が加熱され、膜の結晶性が向上する。また、荷電粒子源1として、電子源を用いて、形成した膜に電流量の大きい電子ビームを照射し、膜を加熱することもできる。また、レーザー装置を用いて、形成した膜にレーザーを照射し、膜を加熱することもできる。
図2を用いてTEM試料作製後の穴埋め処理の実施例を説明する。図2(a)はウエハ21の断面の模式図である。ウエハ21から特定の観察領域を含むTEM試料23を切り出す。ガリウムイオン源から放出された集束イオンビームをTEM試料23の周辺領域に走査照射し、凹部22を形成する。TEM試料23はTEMの電子ビームが透過可能な厚さに集束イオンビームにより加工される。加工されたTEM試料23をウエハ21から切り離し、TEMで観察する。図2(b)はTEM試料23が切り離されたウエハ21の断面の模式図である。凹部22の底や側壁には集束イオンビーム照射によりガリウムイオンが注入されている。注入されたガリウムイオンの拡散を防ぐために、凹部22にシリコン膜24を形成し、凹部22を埋める。ガス銃11からシクロペンタシランを凹部22に供給する。荷電粒子源1として電子源を用いて、電子ビームを凹部22に照射する。これにより図2(c)に示すように凹部22にシリコン膜24を形成する。そしてシリコン膜で穴埋めされたウエハ21を半導体デバイス作製工程に戻す。
ナノインプリントのモールド修正の実施例について説明する。ナノインプリントとは、モールドと呼ばれる凹凸のパターンを持った板を基板上の液状ポリマー等へ押しつけ、その状態で加熱や光の照射で液状ポリマーを組成変形させ、パターンを転写する技術である。その中で光の照射でパターンを形成する方法は、光ナノインプリントと呼ばれ、光を透過させるため、モールドが透明膜でできている。このモールドに欠損部分ができた場合、修正が必要である。
デバイス作製の実施例について説明する。図5はデバイス作製の模式図である。荷電粒子源1としてプラズマイオン源を用いる。アルシンをプラズマイオン源に導入し、砒素イオンビームを基板51に放出する。図5(a)に示すように、基板51に砒素イオンビームを照射し、エッチングを行い、凹部52を形成する。次にプラズマイオン源の内部のアルシンを排気する。次にプラズマイオン源の内部にジボランを導入する。プラズマイオン源でジボランをプラズマ化し、ボロンイオンビームを放出させる。図5(b)に示すように、凹部52に対して、ガス銃11からシクロペンタシランを供給し、ボロンイオンビームを照射することによりボロンを含んだシリコン膜を形成し、凹部52を埋める。これによりMOS型トランジスタのソース、ドレイン領域53が形成される。
次に実施例6−1のソース、ドレイン領域53の形成において、ドーパントをイオンビームにより供給することに代えて、原料ガスにより供給する実施例を説明する。図5(a)に示すように、基板51に砒素イオンビームを照射し、エッチングを行い、凹部52を形成する。次にプラズマイオン源の内部のアルシンを排気する。次にプラズマイオン源の内部にアルゴンを導入する。プラズマイオン源でアルゴンをプラズマ化し、アルゴンイオンビームを放出させる。図5(b)に示すように、凹部52に対して、ガス銃17からボロンを含んだケイ素化合物ガスを供給し、アルゴンイオンビームを照射することによりボロンを含んだシリコン膜を形成し、凹部52を埋める。これによりMOS型トランジスタのソース、ドレイン領域53が形成される。
2…集束レンズ電極
3… ブランキング電極
4…走査電極
5…対物レンズ電極
6… 荷電粒子ビーム
7…二次荷電粒子
8…二次荷電粒子検出器
9…試料
10…試料台
11…ガス銃
12…制御部
13…表示部
14…リザーバ
15…バルブ
16…ヒータ
17…ガス銃
18…リザーバ
19…バルブ
20…ヒータ
21…ウエハ
22…凹部
23…TEM試料
24…シリコン膜
31…ヘッド部
32…液体吐出部
33…顕微鏡部
34…UV光照射部
35…ヘッド駆動部
36…試料台
37…液体シクロペンタシラン
38…容器
39…試料室
41…ガラス管
42…針状部材
43…針状部材駆動部
44…液体シクロペンタシラン
51…基板
52…凹部
53…ソース、ドレイン領域
54…ゲート酸化膜
55…ゲート電極
Claims (15)
- 荷電粒子源と、
前記荷電粒子源から引き出された荷電粒子ビームを集束するための集束レンズ電極と、
前記荷電粒子ビームの照射と非照射を切替えるためのブランキング電極と、
前記荷電粒子ビームを走査照射するための走査電極と、
試料を載置するための試料台と、
荷電粒子ビーム照射により前記試料から発生する二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出器と、
下記一般式(I)で表されるケイ素化合物を原料ガスとして収容するリザーバと、
前記原料ガスを前記試料の荷電粒子ビームの照射位置に供給するガス銃と、
を備える荷電粒子ビーム装置。
SinXm ・・・・・・・・・・・・ (I)
(ここで、nは3以上の整数を表し、mはn、2n−2、2nまたは2n+2の整数を表し、Xは水素原子および/またはハロゲン原子を表す) - 前記ケイ素化合物は、シクロペンタシランである請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置。
- 前記荷電粒子ビームは、電子ビームである請求項1または2に記載の荷電粒子ビーム装置。
- 前記荷電粒子ビームは、ガリウム、金、シリコン、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、酸素、窒素、または炭素から選ばれる一種のイオンビームである請求項1または2に記載の荷電粒子ビーム装置。
- 前記原料ガスとは異なる原料ガスを供給する第二のガス供給系を有する請求項1から4のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。
- 下記一般式(I)で表されるケイ素化合物を原料ガスとして試料に供給し、前記試料に荷電粒子ビームを照射し、薄膜を作製する薄膜作製方法。
SinXm ・・・・・・・・・・・・ (I)
(ここで、nは3以上の整数を表し、mはn、2n−2、2nまたは2n+2の整数を表し、Xは水素原子および/またはハロゲン原子を表す) - 前記ケイ素化合物は、シクロペンタシランである請求項6に記載の薄膜作製方法。
- 前記原料ガスとは異なる原料ガスを前記試料に供給する請求項6または7に記載の薄膜作製方法。
- 前記異なる原料ガスの原料は、水、酸素または窒素のいずれか一つである請求項8に記載の薄膜作製方法。
- 前記薄膜を加熱する請求項6から9のいずれか一つに記載の薄膜作製方法。
- 前記薄膜に酸素または窒素イオンビームを注入する請求項6から10のいずれか一つに記載の薄膜作製方法。
- 集束イオンビームを照射して試料の表面の一部に互いに離間した一対の凹部を形成し、前記凹部の間に薄片試料を形成する工程と、
前記薄片試料を前記試料から切り離す工程と、
前記凹部に下記一般式(I)で表されるケイ素化合物を原料ガスとして供給し、荷電粒子ビームを照射し膜を形成する工程と、を有する薄膜作製方法。
SinXm ・・・・・・・・・・・・ (I)
(ここで、nは3以上の整数を表し、mはn、2n−2、2nまたは2n+2の整数を表し、Xは水素原子および/またはハロゲン原子を表す) - 前記荷電粒子ビームは前記集束イオンビームである請求項12に記載の薄膜作製方法。
- 下記一般式(I)で表されるケイ素化合物を原料ガスとしてナノインプリントのモールドの欠陥部に供給し、前記欠陥部に荷電粒子ビームを照射し、膜を形成し、前記欠陥部を修正する欠陥修正方法。
SinXm ・・・・・・・・・・・・ (I)
(ここで、nは3以上の整数を表し、mはn、2n−2、2nまたは2n+2の整数を表し、Xは水素原子および/またはハロゲン原子を表す) - 下記一般式(I)で表されるケイ素化合物を原料ガスとして試料に供給し、前記試料に第一の荷電粒子ビームを照射し、第一の薄膜を作製する工程と、
前記試料に前記原料ガスを供給し、前記試料に第一の荷電粒子ビームと異なるビーム種の第二の荷電粒子ビームを照射し、前記薄膜とは異なる機能の第二の薄膜を作製する工程と、を有するデバイス作製方法。
SinXm ・・・・・・・・・・・・ (I)
(ここで、nは3以上の整数を表し、mはn、2n−2、2nまたは2n+2の整数を表し、Xは水素原子および/またはハロゲン原子を表す)
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