JP3952455B2 - Nano-patterning method using organic monomolecular film as resist - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン基板上に形成された酸化シリコン膜などの被パターニング層にナノスケールのパターニングを行う方法に関するものであり、さらに詳しくは、レジストとして有機単分子膜を用いることによりナノスケールの微細なパターニングを可能にしたナノパターニング方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体基板表面上へ微細な金属パターンを形成することは、半導体デバイス、マイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)などの作製において重要なプロセスとなっている。このプロセスを実現するために、現在、導体層あるいは導体層を埋め込むための絶縁層などの被パターニング層の上にホトレジスト層を形成し、このホトレジスト層に所定のパターンを有するマスクを介して短波長光を照射し、照射後のアルカリ可溶部分をアルカリ現像液にて除去することにより、レジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、目的とする前記被パターニング層のエッチングを行っている。
【0003】
このようなレジストパターンを用いるパターニング方法においては、より一層の微細化が常に求められており、最近では、露光装置の改良とホトレジスト組成物の新規組成が開発されることにより、数百ナノメータオーダーのパターンニングが可能になってきている。しかしながら、さらに微細な数十ナノメータオーダーのパターニングを目標とした場合、ホトレジスト材料は、塗布厚の低減には物理的な限界があり、その厚みによる短波長光の広がりが生じること、また、レジスト材料には分子量分布があり、その分子量分布に伴ってレジストの解像性が劣化すること、また、ホトレジストの短波長光に対する感度を安定化することが難しいこと、ホトレジストに短波長光を照射する場合に後方反射が生じやすく、その反射光によって解像性が劣化しやすいこと、などのレジストの材質そのものに起因する多くの難問があり、ホトレジストを用いたパターニングのさらなる微細化は、困難であると考えられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、数十ナノメートルオーダーの微細なパターニングを、高い解像性で、かつ簡易に実現することのできるナノパターニング方法を提供することを、課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、長年に亘って、厚みを極限にまで薄くした被膜を半導体などの無機材料表面に形成できないかを研究してきており、最近、次のような知見を得るに至っている。
【0006】
すなわち、「無機酸化膜をこの無機酸化膜と親和性のある末端官能基のある有機分子の溶液あるいは蒸気に曝すと、前記有機分子は無機酸化膜の表面に共有結合またはイオン結合などの化学反応により結合し、無機酸化膜表面に有機分子がこの有機分子同士の相互作用によって密に集合して、厚み方向には一分子のみで幅方向に分子が密に集合した単分子膜が形成される。」ことを知るに至った。そして、この単分子膜の局所に制御された電子線を照射することによって、一分子ずつ無機酸化膜表面から脱離させることができる。また、有機分子材料として有機シラン化合物を用いれば、得られる単分子膜は、従来のエッチング溶液やエッチングガスに対する耐性を持つ、つまり、レジスト膜に利用できる。単分子膜形成材料として、有機シラン化合物を用いる場合、対象となる無機酸化膜は、シリコン酸化物、ガラス、アルミナなどであり、これらの表面に、気相化学反応もしくは液相反応によって、有機シラン分子からなる単分子膜を形成することができる。このような技術を基にして、本発明者らは、シリコン基板上に形成したシリコン酸化膜に微小面積の溝を形成し、この溝に無電解ニッケル析出法により、ニッケルを埋め込むことに成功した(非特許文献1)。
【0007】
【非特許文献1】
丹羽大介、他2名 (Daisuke Niwa et al.), “Fabrication of Ni Nanostructure on Silicon Wafer by Electroless Deposition”, 2001年6月22日、第60回半導体集積回路技術シンポジウム
【0008】
本発明者らは、前記微小ニッケル埋め込み技術では、固有なパターニングを行っていたが、この技術を一般的な微細パターニングに拡張できないかを課題に、さらに実験、検討を重ねたところ、先に述べた現在のホトレジストによるパターニングでは達成困難であるナノスケールのパターニング法を簡易に提供できることが判明した。
【0009】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、本発明にかかるレジストとして有機単分子膜を用いたナノパターニング方法は、図1に示すように、
(a) 被パターニング層2の表面に有機単分子膜3を形成する単分子膜形成工程と、
(b) 前記有機単分子膜3を電子ビーム・リソグラフィーによりナノスケールの所定のパターンに従って一部3aを除去し、パターニング雰囲気に有機単分子の離脱を促進する量のガスを導入するパターニング工程と、
(c) 前記有機単分子膜3の除去部3aに露出した前記被パターニング層2を、フッ化水素酸溶液を用いてウェットエッチングし、パターン溝4を形成するエッチング工程と、
(d) 前記パターン溝4を有する前記被パターニング層2をニッケル浴に浸漬させ、シリコン基板上に微小ニッケル膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【0010】
なお、図1中の符号1は、被パターニング層2を保持する基板である。一例を挙げると、基板1は、シリコン基板であり、被パターニング層2は酸化シリコン膜である。
【0011】
【発明に実施の形態】
前記構成の本発明にかかるレジストとして有機単分子膜を用いたナノパターニング方法において、前記被パターニング層上への前記有機単分子膜の形成は、該有機単分子の自己組織化プロセスを用いて形成する。
【0012】
ここでいう「自己組織化」とは、前述した「無機酸化膜をこの無機酸化膜と親和性のある末端官能基のある有機分子の溶液あるいは蒸気に曝すと、前記有機分子は無機酸化膜の表面に共有結合またはイオン結合などの化学反応により結合し、無機酸化膜表面に有機分子がこの有機分子同士の相互作用によって密に集合して、厚み方向には一分子のみで幅方向に分子が密に集合した単分子膜が形成される。」という単分子膜の形成プロセスにおいて、「有機分子がこの有機分子同士の相互作用によって無機酸化膜表面の幅方向に密に集合し、厚み方向には一分子のみとなる」現象を意味する。
【0013】
この有機単分子の自己組織化プロセスは、有機シラン化合物を含むガスまたは溶液に前記被パターニング層を接触させることにより、発現させることができる。
【0014】
また、前記被パターニング層としてシリコン層を用いる場合は、前記有機単分子の自己組織化プロセスを、有機シラン化合物溶液中に前記シリコン層を浸漬することにより、発現させ、前記有機単分子を前記シリコン層の表面上に該表面に沿って連続的に配列、結合させて、前記シリコン層上に前記有機単分子膜を形成する。
【0015】
また、前記被パターニング層として酸化シリコン層を用いる場合は、前記有機単分子の自己組織化プロセスを、有機シラン化合物の蒸気に前記酸化シリコン層を露出することにより、発現させ、前記有機単分子を前記酸化シリコン層の表面上に該表面に沿って連続的に配列、結合させて、前記酸化シリコン層上に前記有機単分子膜を形成する。
【0016】
本発明において、前記有機シラン化合物としては、有機アルコキシシランが好ましい。
【0017】
また、本発明では、前記有機単分子膜を電子ビーム・リソグラフィーによりナノスケールの所定のパターンに従って一部を除去するパターニング工程(b)において、電子ビームの照射位置およびその近傍に前記有機単分子の離脱を促進する微量ガスを導入してもよい。このようなガスとしては、酸素ガスが好適である。
【0018】
本発明の工程(c)、すなわち、前記有機単分子膜の除去部に露出した前記被パターニング層を除去するエッチング工程(c)におけるエッチングは、フッ化水素酸溶液を用いたウェットエッチングであり、前記有機単分子膜を除去するのが、酸素ガスプラズマアッシングを用いたドライエッチングである。
【0019】
以下、さらに具体的に本発明の構成を説明する。
【0020】
単分子膜形成工程(a)
被パターニング層の表面への前記単分子膜の成膜は、H.Sugimuraらの方法(Langmuir,16,885,2000)に従い気相反応により、または液相反応により行うことができる。シリコン酸化物膜上への気相反応による成膜においては、有機アルコキシシランを原料として用い、加熱し蒸着させ、有機シラン単分子膜を成膜することができる。加熱条件については、原料の有機アルコキシシランの沸点、融点等を勘案して適宜選択すればよい。一例として、加熱温度は、約110℃が好ましく、成膜時間は好ましくは3時間以上である。
【0021】
前記有機アルコキシシランとしては、密着性等の点でトリアルコキシシランが好ましく、またアルコキシ基としては炭素数1〜4のアルコキシ基、特にメトキシ基、エトキシ基が好ましい。前記有機アルコキシシランには、前記単分子膜を構成するものとして記載した前記有機シランに対応する有機アルコキシシランが含まれる。
【0022】
前記有機アルコキシシランの具体例としては、CH3(CH2)17Si(OCH3)3[97%,チッソ社製]、CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)3[97%,チッソ社製]などが挙げられる。
【0023】
電子ビーム・リソグラフィーによるパターニング工程(b)
前記単分子膜を電子ビーム・リソグラフィーを用いて所定のパターンで除去することができる。電子ビーム・リソグラフィーの露光条件は、加速電圧:約25kV、ドーズ:300〜500μC/cm2 が好ましい。
【0024】
エッチング工程(c)
前記単分子膜の除去部に露出した前記被パターニング層は、フッ化水素酸溶液を用いたエッチングにより除去することができる。パターニングされた前記単分子膜はO2プラズマによりアッシング除去することができる。
【0025】
前記単分子膜としては、有機分子同士の相互作用によって密に集合し、自己組織化によって形成された有機分子単分子膜であれば特に限定されないが、有機シランからなる有機分子単分子膜が好ましい。
【0026】
自己組織化によって形成された単分子膜とは、前述のように、有機シランのような有機分子が該有機分子同士の相互作用によって密に集合して形成された、該有機分子の配向がそろった単分子膜のことをいう。無機酸化膜のような特定の材料からなる被パターニング層を、該被パターニング層材料と親和性のある末端官能基のある有機分子の溶液あるいは蒸気にさらすと、前記有機分子は被パターニング層表面上に化学反応し吸着し、固体/液体または固体/気体界面で前記有機分子の単分子膜が形成される。
【0027】
前記有機シランとしては、官能性の有機シランおよび非官能性の有機シランのいずれでもよく、非官能性の有機シランが好ましい。官能性の有機シランとは、反応性の置換基を有する有機シランのことをいい、非官能性の有機シランとは、反応性の置換基を有しない有機シランのことをいう。
【0028】
前記非官能性の有機シランの好ましい例としては、直鎖状アルキルシランおよび/または直鎖状フッ素化アルキルシランを挙げることができ、特に炭素数8〜20の直鎖状アルキルシランおよび/または直鎖状フッ素化アルキルシランがさらに好ましい。
【0029】
前記直鎖状アルキルシランの好ましい例としては、オクタデシルトリメトキシシランを、前記直鎖状フッ素化アルキルシランの好ましい例としては、5,5,5,4,4,−ペンタフルオロデシルトリエトキシシランを挙げることができる。
【0030】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、以下の実施例は、本発明を好適に説明するための例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。実施例の工程は、前記図1(a)〜(c)を参照して説明する。
【0031】
(実施例1)
自己組織化有機シラン単分子膜の成膜
基板1として、シリコンウェハーを用い、その表面に、950℃でドライ酸化により、被パターニング層2として、20nmの厚さのシリコン酸化膜を形成した。前記基板を硫酸過酸化水素水混合溶液(硫酸:過酸化水素=4:1)で、120℃で10分間、続いて、フッ化水素酸溶液で洗浄し、最後に超純水にて洗浄した。次いでドライ窒素で乾燥後、単分子膜3として、有機シラン単分子膜をシリコン酸化膜2上に成膜した。
【0032】
有機シラン分子として、アルキルシラン:CH3(CH2)17Si(OCH3)3(以下ODMSという。)、フッ素化アルキルシラン:CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)3(以下FASという。)を用いて成膜した。成膜方法はODMS、FASのいずれについても、0.2mlの試薬を含む20cm3のテフロン(登録商標)容器に基板を封入し、露点−80℃の雰囲気下で110℃、3〜5時間以上、気相化学反応を行った。
【0033】
成膜された有機シラン単分子膜3は、図2のX線光電子分光スペクトルおよび下記の化学結合状態分析に示すように、分子が単分子レベルで成膜されていることを確認した。また、その被覆率はほぼ100%となっていることも確認した。その膜厚はODMS:2.6nm、FAS:1.7nmといった極薄膜であった。
【0034】
《化学結合状態分析》
(X線光電子分光スペクトル(XPS))
FAS
CF3−(CF2)7−CH2−CH2−Si−O−
1 : 7 : 1 : 1
測定結果=1:7.10:1.03:1.03
F/C比=1.7
測定結果:F/C=1.69
【0035】
自己組織化有機シラン単分子膜3のパターニング
前記FAS単分子膜3を電子ビーム・リソグラフィーを用いて、パターニングを行った。電子ビーム・リソグラフィーの露光条件は、交流電圧:約25V、電流:約50pA、ドーズ:約400μC/m2とし、200nm間隔で50nmの除去部3aを有するドットパターンを作製した。
【0036】
シリコン酸化膜のエッチング
FAS単分子膜3の除去部3aに露出したシリコン酸化膜層を、90秒の1wt%フッ化水素酸溶液を用いたエッチングにより除去して、パターン溝4を形成した。
【0037】
今回のパターニングのパターンは、図3の基板平面図に示すように、多数のパターン溝4を碁盤目状に配列したものであった。
【0038】
この後、図3に示したパターンの走査型電子顕微鏡による観察を容易にするために、パターン化されたシリコン酸化膜2をマスクにしてシリコン基板1のウェットエッチングを行った。エッチング溶液としては、NH4F:H2O2:H2O=10:5:100の溶液を用いた。このエッチング溶液の(シリコン:酸化シリコン)のエッチング選択比は、20:1以上であった。このエッチング溶液に10分間浸漬して、シリコン基板1のパターンエッチングを行った。その結果、すべてのパターン溝4が高い解像性で形成されていることを確認することができた。しかも、シリコン基板をエッチングすることで、パターン転写が2段階になっているにもかかわらず、パターン溝は依然として数十ナノメータの高解像度を維持していた。
【0039】
さらに、本実施例では、前記2段階エッチングによる確認とは別に、実際のパターンが転写され、シリコン基板が露出していることを確認するために、パターン溝4内に、以下のように、直接的にニッケルを無電解析出法により析出させた。
【0040】
無電解析出による微小ニッケル膜の形成
パターニング後のシリコン基板1をKernらの方法(W.Kernら、RCA Rev.31、p187、1970)に従い洗浄し、1.5×106〜2.0×106Ωcmの抵抗を有する蒸留水で洗浄後、塩酸過水による前処理を施した。シリコン基板1を0.1M硫酸ニッケルおよび0.3M硫酸アンモニウムを含むpH8.8のアルカリ水溶液に80℃で1分浸漬させ、次に市販のニッケル浴に浸漬し、微小ニッケル膜を形成した。
【0041】
その結果、すべてのパターン溝4内に選択的にニッケル膜が形成され、ナノパターニングが確実に実現されていることを確認できた。
【0042】
(実施例2)
前記実施例1では、単分子層の形成を気相法により行ったが、本実施例2では、シリコン基板を有機シラン溶液に浸漬してグリニャール反応を生じさせることによりシリコン基板上に有機シリコン単分子層を形成した。その結果、実施例1と同様に同程度の膜厚の有機シリコン単分子層が形成された。
【0043】
この有機シリコン単分子層を制御された電子線を照射することによりパターニングする際に、パターニング環境に酸素ガスを微量導入した。その結果、目的とする位置の分子の脱離を促進することができた。
【0044】
パターン溝が十分な解像性で形成されているかの確認は、パターン面の表面分析と、溝へのフッ化水素浴を用いた銅の選択析出とによって、行ったが、両方の確認方法により、数十ナノメータの解像性が確保されていることが確認された。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるナノパターニング方法は、
(a) 被パターニング層の表面に有機単分子膜を形成する単分子膜形成工程と、
(b) 前記有機単分子膜を電子ビーム・リソグラフィーによりナノスケールの所定のパターンに従って一部を除去するパターニング工程と、
(c) 前記有機単分子膜の除去部に露出した前記被パターニング層を除去するエッチング工程と、
を有することを特徴とするものであり、前記有機単分子膜は該有機単分子の自己組織化プロセスを用いて容易に形成することができる方法である。
【0046】
したがって、本発明のナノパターニング方法によれば、形成される有機単分子層が10〜30Å程度の厚さであることから、従来の高分子レジストと異なり、厚さによる短波長光の広がり、分子量分布に伴う解像性の劣化、感度の不安定性、露光光の後方散乱の影響がないという顕著な利点があり、その結果、数ナノメータから数十ナノメータオーダーの超高解像パターンの形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は、本発明にかかるナノパターニング方法を説明する工程図である。
【図2】実施例1において成膜された有機シラン単分子膜の解析を示すX線光電子分光スペクトルを示す図である。
【図3】 実施例1においてパターニングされた被パターニング層の平面図である。
【符号の説明】
1 基板(シリコン基板)
2 被パターニング層(シリコン酸化膜)
3 単分子膜(有機シラン単分子膜)
3a 除去部
4 パターン溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for performing nanoscale patterning on a layer to be patterned such as a silicon oxide film formed on a silicon substrate, and more specifically, by using an organic monomolecular film as a resist, The present invention relates to a nano-patterning method that enables easy patterning.
[0002]
[Prior art]
Forming a fine metal pattern on the surface of a semiconductor substrate is an important process in manufacturing semiconductor devices, microelectromechanical systems (MEMS), and the like. In order to realize this process, a photoresist layer is currently formed on a layer to be patterned such as a conductor layer or an insulating layer for embedding a conductor layer, and a short wavelength is passed through a mask having a predetermined pattern on this photoresist layer. A resist pattern is formed by irradiating light and removing the alkali-soluble portion after irradiation with an alkali developer, and the target layer to be patterned is etched using this resist pattern as a mask.
[0003]
In such a patterning method using a resist pattern, further miniaturization has always been demanded. Recently, by improving an exposure apparatus and developing a new composition of a photoresist composition, several hundred nanometer order has been developed. Patterning is becoming possible. However, when the goal is to achieve patterning on the order of several tens of nanometers, photoresist materials have physical limitations in reducing the coating thickness, causing short-wavelength light to spread due to the thickness, and resist materials Has a molecular weight distribution, the resolution of the resist deteriorates along with the molecular weight distribution, it is difficult to stabilize the sensitivity of the photoresist to short-wavelength light, and the photoresist is irradiated with short-wavelength light There are many problems caused by the resist material itself, such as the fact that back reflection is likely to occur and the resolution is likely to deteriorate due to the reflected light, and further miniaturization of patterning using photoresist is difficult. It is considered.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object to provide a nano patterning method capable of easily realizing fine patterning on the order of several tens of nanometers with high resolution. To do.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
For many years, the present inventors have been studying whether a film having a thickness as thin as possible can be formed on the surface of an inorganic material such as a semiconductor. Recently, the following findings have been obtained.
[0006]
That is, “When an inorganic oxide film is exposed to a solution or vapor of an organic molecule having a terminal functional group having an affinity for the inorganic oxide film, the organic molecule reacts with the surface of the inorganic oxide film by a chemical reaction such as a covalent bond or an ionic bond. The organic molecules are densely assembled on the surface of the inorganic oxide film due to the interaction between the organic molecules, and a monomolecular film is formed in which only one molecule is densely gathered in the thickness direction and molecules are densely gathered in the width direction. I came to know that. By irradiating a controlled electron beam locally on the monomolecular film, it can be detached from the surface of the inorganic oxide film one molecule at a time. Further, when an organic silane compound is used as the organic molecular material, the obtained monomolecular film has resistance to a conventional etching solution and etching gas, that is, can be used as a resist film. When an organic silane compound is used as the monomolecular film forming material, the target inorganic oxide film is silicon oxide, glass, alumina, etc., and the organic silane is formed on these surfaces by gas phase chemical reaction or liquid phase reaction. A monomolecular film made of molecules can be formed. Based on such technology, the present inventors have succeeded in forming a small area groove in a silicon oxide film formed on a silicon substrate and embedding nickel by electroless nickel deposition in this groove. (Non-Patent Document 1).
[0007]
[Non-Patent Document 1]
Daisuke Niwa and two others (Daisuke Niwa et al.), “Fabrication of Ni Nanostructure on Silicon Wafer by Electroless Deposition”, June 22, 2001, 60th Semiconductor Integrated Circuit Technology Symposium [0008]
The inventors of the present invention have performed unique patterning in the micro nickel embedding technique. However, the present inventors have conducted further experiments and examinations on whether or not this technique can be extended to general micro patterning. It was also found that a nano-scale patterning method that is difficult to achieve with current photoresist patterning can be easily provided.
[0009]
The present invention has been made on the basis of such findings, and a nanopatterning method using an organic monomolecular film as a resist according to the present invention, as shown in FIG.
(A) a monomolecular film forming step of forming the organic monomolecular film 3 on the surface of the layer to be patterned 2;
(B) a patterning step of removing a part of the organic monomolecular film 3 according to a predetermined nanoscale pattern by electron beam lithography and introducing an amount of gas that promotes detachment of the organic monomolecule into the patterning atmosphere ;
(C) an etching process in which the
(D) immersing the
It is characterized by having.
[0010]
Note that
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the nano-patterning method using an organic monomolecular film as a resist according to the present invention having the above-described configuration, the organic monomolecular film is formed on the patterning layer using a self-organization process of the organic monomolecule. To do.
[0012]
As used herein, “self-organization” refers to the above-mentioned “when an inorganic oxide film is exposed to a solution or vapor of an organic molecule having a terminal functional group having an affinity for the inorganic oxide film, the organic molecule is formed on the inorganic oxide film. It binds to the surface by a chemical reaction such as covalent bond or ionic bond, and organic molecules are densely assembled on the surface of the inorganic oxide film due to the interaction between the organic molecules. In the process of forming a monomolecular film, “a densely assembled monomolecular film is formed.” In the process of forming a monomolecular film, “the organic molecules are densely assembled in the width direction of the surface of the inorganic oxide film due to the interaction between the organic molecules, and in the thickness direction. Means the phenomenon of “only one molecule”.
[0013]
This organic monomolecular self-assembly process can be developed by bringing the layer to be patterned into contact with a gas or solution containing an organosilane compound.
[0014]
In the case where a silicon layer is used as the layer to be patterned, the self-organization process of the organic monomolecule is expressed by immersing the silicon layer in an organosilane compound solution, and the organic monomolecule is converted into the silicon The organic monomolecular film is formed on the silicon layer by continuously arranging and bonding along the surface of the layer.
[0015]
Further, when a silicon oxide layer is used as the layer to be patterned, the self-organization process of the organic monomolecule is expressed by exposing the silicon oxide layer to the vapor of an organosilane compound, and the organic monomolecule is expressed. The organic monomolecular film is formed on the silicon oxide layer by arranging and bonding continuously on the surface of the silicon oxide layer along the surface.
[0016]
In the present invention, the organosilane compound is preferably an organoalkoxysilane.
[0017]
Further, in the present invention, in the patterning step (b) of removing a part of the organic monomolecular film according to a predetermined nanoscale pattern by electron beam lithography, the organic monomolecular film is disposed at and near the irradiation position of the electron beam. A trace gas that promotes separation may be introduced. As such a gas, oxygen gas is suitable.
[0018]
Etching in the step (c) of the present invention, that is, the etching step (c) for removing the layer to be patterned exposed in the removed portion of the organic monomolecular film is wet etching using a hydrofluoric acid solution, The organic monomolecular film is removed by dry etching using oxygen gas plasma ashing.
[0019]
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described more specifically.
[0020]
Monomolecular film formation step (a)
The formation of the monomolecular film on the surface of the layer to be patterned is described in H.264. It can be carried out by a gas phase reaction or by a liquid phase reaction according to the method of Sugimura et al. (Langmuir, 16, 885, 2000). In the film formation by a gas phase reaction on the silicon oxide film, an organic silane monomolecular film can be formed by using organic alkoxysilane as a raw material and heating and vapor-depositing. The heating conditions may be appropriately selected in consideration of the boiling point, melting point, etc. of the raw material organoalkoxysilane. As an example, the heating temperature is preferably about 110 ° C., and the film formation time is preferably 3 hours or more.
[0021]
The organoalkoxysilane is preferably a trialkoxysilane in terms of adhesion and the like, and the alkoxy group is preferably an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, particularly a methoxy group or an ethoxy group. The organoalkoxysilane includes an organoalkoxysilane corresponding to the organosilane described as constituting the monomolecular film.
[0022]
Specific examples of the organic alkoxysilane include CH 3 (CH 2 ) 17 Si (OCH 3 ) 3 [97%, manufactured by Chisso Corporation], CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 Si (OCH 3 ) 3 [97%, manufactured by Chisso Corporation].
[0023]
Patterning process by electron beam lithography (b)
The monomolecular film can be removed in a predetermined pattern using electron beam lithography. The exposure conditions for electron beam lithography are preferably an acceleration voltage of about 25 kV and a dose of 300 to 500 μC / cm 2 .
[0024]
Etching process (c)
The layer to be patterned exposed at the removal portion of the monomolecular film can be removed by etching using a hydrofluoric acid solution. The patterned monomolecular film can be removed by ashing using O 2 plasma.
[0025]
The monomolecular film is not particularly limited as long as it is an organic molecular monomolecular film that is densely assembled by interaction between organic molecules and formed by self-organization, but an organic molecular monomolecular film made of organosilane is preferable. .
[0026]
As described above, the monomolecular film formed by self-organization has a uniform alignment of organic molecules formed by densely gathering organic molecules such as organosilane by the interaction between the organic molecules. A monomolecular film. When a patterning layer made of a specific material such as an inorganic oxide film is exposed to a solution or vapor of an organic molecule having a terminal functional group having an affinity for the patterning layer material, the organic molecule is exposed on the surface of the patterning layer. A monomolecular film of the organic molecules is formed at the solid / liquid or solid / gas interface.
[0027]
The organic silane may be either a functional organic silane or a non-functional organic silane, and is preferably a non-functional organic silane. The functional organic silane refers to an organic silane having a reactive substituent, and the non-functional organic silane refers to an organic silane having no reactive substituent.
[0028]
Preferable examples of the non-functional organosilane include linear alkyl silane and / or linear fluorinated alkyl silane, and in particular, linear alkyl silane having 8 to 20 carbon atoms and / or straight chain. More preferred are chain fluorinated alkylsilanes.
[0029]
Preferred examples of the linear alkylsilane include octadecyltrimethoxysilane, and preferred examples of the linear fluorinated alkylsilane include 5,5,5,4,4-pentafluorodecyltriethoxysilane. Can be mentioned.
[0030]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, a following example is only the illustration for describing this invention suitably, and does not limit this invention at all. The steps of the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (c).
[0031]
Example 1
A silicon wafer was used as the film-forming
[0032]
As organosilane molecules, alkylsilane: CH 3 (CH 2 ) 17 Si (OCH 3 ) 3 (hereinafter referred to as ODMS), fluorinated alkyl silane: CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 Si (OCH 3 ) 3 (hereinafter referred to as FAS). For both ODMS and FAS, the substrate is sealed in a 20 cm 3 Teflon (registered trademark) container containing 0.2 ml of reagent, and 110 ° C. for 3 to 5 hours or more in an atmosphere with a dew point of −80 ° C. A gas phase chemical reaction was performed.
[0033]
As shown in the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum of FIG. 2 and the chemical bonding state analysis described below, it was confirmed that the formed organic silane monomolecular film 3 was formed of molecules at a monomolecular level. It was also confirmed that the coverage was almost 100%. The film thickness was very thin such as ODMS: 2.6 nm and FAS: 1.7 nm.
[0034]
《Chemical bonding state analysis》
(X-ray photoelectron spectroscopy (XPS))
FAS
CF 3 — (CF 2 ) 7 —CH 2 —CH 2 —Si—O—
1: 7: 1: 1
Measurement result = 1: 7.10: 1.03: 1.03
F / C ratio = 1.7
Measurement result: F / C = 1.69
[0035]
Patterning of self-assembled organosilane monolayer 3 The FAS monolayer 3 was patterned using electron beam lithography. The exposure conditions for electron beam lithography were AC voltage: about 25 V, current: about 50 pA, dose: about 400 μC / m 2, and a dot pattern having 50 nm removal portions 3a at 200 nm intervals was produced.
[0036]
Etching of Silicon Oxide Film The silicon oxide film layer exposed in the removal portion 3a of the FAS monomolecular film 3 was removed by etching using a 1 wt% hydrofluoric acid solution for 90 seconds to form a
[0037]
The patterning pattern this time was a pattern in which a large number of
[0038]
Thereafter, in order to facilitate observation of the pattern shown in FIG. 3 using a scanning electron microscope, the
[0039]
Further, in this embodiment, in addition to the confirmation by the two-step etching, in order to confirm that the actual pattern is transferred and the silicon substrate is exposed, the
[0040]
Formation of Micro Nickel Film by Electroless Deposition The
[0041]
As a result, it was confirmed that a nickel film was selectively formed in all the
[0042]
(Example 2)
In Example 1, the monomolecular layer was formed by the vapor phase method. However, in Example 2, the silicon substrate was immersed in an organosilane solution to cause a Grignard reaction, whereby an organic silicon monolayer was formed on the silicon substrate. A molecular layer was formed. As a result, an organic silicon monomolecular layer having the same film thickness as in Example 1 was formed.
[0043]
When this organic silicon monolayer was patterned by irradiating a controlled electron beam, a small amount of oxygen gas was introduced into the patterning environment. As a result, desorption of the molecule at the target position could be promoted.
[0044]
Whether the pattern groove is formed with sufficient resolution was confirmed by surface analysis of the pattern surface and selective deposition of copper in the groove using a hydrogen fluoride bath. The resolution of several tens of nanometers was confirmed.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, the nano-patterning method according to the present invention includes:
(A) a monomolecular film forming step of forming an organic monomolecular film on the surface of the patterning layer;
(B) a patterning step of removing a part of the organic monomolecular film according to a predetermined nanoscale pattern by electron beam lithography;
(C) an etching step of removing the layer to be patterned exposed in the removed portion of the organic monomolecular film;
The organic monomolecular film can be easily formed using a self-assembly process of the organic monomolecule.
[0046]
Therefore, according to the nano-patterning method of the present invention, since the formed organic monolayer has a thickness of about 10 to 30 mm, unlike conventional polymer resists, the spread of short wavelength light due to the thickness, molecular weight There are significant advantages such as no degradation of resolution due to distribution, instability of sensitivity, and no influence of backscattering of exposure light. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are process diagrams illustrating a nanopatterning method according to the present invention.
2 is a diagram showing an X-ray photoelectron spectrum showing analysis of an organic silane monomolecular film formed in Example 1. FIG.
3 is a plan view of a layer to be patterned that is patterned in Example 1. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Substrate (silicon substrate)
2 Patterned layer (silicon oxide film)
3 Monomolecular film (organosilane monomolecular film)
Claims (8)
(b) 前記有機単分子膜を電子ビーム・リソグラフィーによりナノスケールの所定のパターンに従って一部を除去し、パターニング雰囲気に有機単分子の離脱を促進する量のガスを導入するパターニング工程と、
(c) 前記有機単分子膜の除去部に露出した前記被パターニング層を、フッ化水素酸溶液を用いてウェットエッチングし、パターン溝を形成するエッチング工程と、
(d) 前記パターン溝を有する前記被パターニング層をニッケル浴に浸漬させ、シリコン基板上に微小ニッケル膜を形成する工程と、
を有することを特徴とするレジストとして有機単分子膜を用いたナノパターニング方法。(A) a monomolecular film forming step of forming an organic monomolecular film on the surface of the patterning layer;
(B) a patterning step of removing a portion of the organic monomolecular film according to a predetermined nanoscale pattern by electron beam lithography and introducing an amount of gas that promotes the detachment of the organic monomolecule into the patterning atmosphere ;
(C) an etching process in which the patterned layer exposed in the removed portion of the organic monomolecular film is wet-etched using a hydrofluoric acid solution to form a pattern groove;
(D) immersing the patterned layer having the pattern groove in a nickel bath to form a micro nickel film on the silicon substrate;
A nano-patterning method using an organic monomolecular film as a resist characterized by comprising:
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