JPS63207027A - Electron emitting element and its manufacture - Google Patents

Electron emitting element and its manufacture

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JPS63207027A
JPS63207027A JP62038075A JP3807587A JPS63207027A JP S63207027 A JPS63207027 A JP S63207027A JP 62038075 A JP62038075 A JP 62038075A JP 3807587 A JP3807587 A JP 3807587A JP S63207027 A JPS63207027 A JP S63207027A
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electrode
single crystal
electron
grown
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昌彦 奥貫
Akira Suzuki
彰 鈴木
Isamu Shimoda
下田 勇
Tetsuya Kaneko
哲也 金子
Takeo Tsukamoto
健夫 塚本
Toshihiko Takeda
俊彦 武田
Takao Yonehara
隆夫 米原
Takeshi Ichikawa
武史 市川
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  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the property of electron emitting element as well as to prevent the variation of the form of an electrode with a spire to be an electron emitting part by connecting electrically the electrode with the spire and the surface of a conductive material through an aperture furnished at an insulating layer. CONSTITUTION:At first, an insulating layer 2 of an insulating material such as SiO2 is formed on a base body 1 made of a conductive material such as Si. And a recession 3 is formed at the insulating layer 2 by a hot etching or the like, and an aperture 4 is formed at the bottom surface of the recession 3. Moreover, a core forming base 5 for a different material such as Si or Si3 N4 is furnished at the bottom surface of the recession 3. Then a single crystal such as Mo, W, or Si is grown up around a single core formed on the core forming base 5. At the same time, a single crystal 7 is grown up on the conductive material surface exposed at the aperture 4. After that, the single crystal 6 is grown up to contact to the single crystal 7, and both are grown up further to form an electrode 8 with a spire. In such a way, the variation of the form of the electrode 8 is prevented, and an electron emitting element of an improved property can be manufactured.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は電子放出素子及びその製造方法に係り、特に堆
積面に、この堆積面の材料より核形成密度が十分大きく
、且つ単一の核だけが成長する程度に十分微細な異種材
料が設けられ、この異種−材料に成長した単一の核によ
って成長した結晶を電子放出部とする電子放出素子及び
その製造方法に関する。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to an electron-emitting device and a method for manufacturing the same. The present invention relates to an electron-emitting device in which an electron-emitting portion is a crystal grown by a single nucleus grown in the foreign material, and a method for manufacturing the same.

[従来技術] 従来、電子放出源としては熱陰極型電子放出素子が多く
用いられていたが、熱電極を利用した電子放出は加熱に
よるエネルギーロスが大きく、予備加熱が必要等の問題
点を有していた。
[Prior art] Conventionally, hot cathode type electron emitting devices have been widely used as electron emission sources, but electron emission using a hot electrode has problems such as large energy loss due to heating and the need for preheating. Was.

これらの問題点を解決すべく、冷陰極型の電子放出素子
がいくつか提案されており、その中に局部的に高電界を
発生させ、電界放出により電子放出を行わせる電界効果
型の電子放出素子がある。
In order to solve these problems, several cold cathode type electron emitting devices have been proposed, and a field effect type electron emission device generates a locally high electric field within the device and emit electrons by field emission. There is an element.

第10図は上記の電界効果型の電子放出素子の一例を示
す概略的部分断面図であり、第11図(A)〜(D)は
その製造方法を説明するための概略的工程図である。
FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view showing an example of the above-mentioned field effect type electron-emitting device, and FIGS. 11 (A) to (D) are schematic process diagrams for explaining the manufacturing method thereof. .

第10図に示すように、Si等の基体20上にMo(モ
リブデン)等の円錐形状の電極18を設け、この電極1
8を中心として開口部が設けられた5i02等の絶縁層
19が形成され、この上に前記円錐形状の尖頭部の近傍
にその端部が形成された引き出し電極17を設ける。
As shown in FIG. 10, a conical electrode 18 made of Mo (molybdenum) or the like is provided on a substrate 20 made of Si or the like.
An insulating layer 19 such as 5i02 is formed with an opening centered at 8, and an extraction electrode 17 whose end is formed near the conical point is provided thereon.

このような構造の電子放出素子において、基体20と引
き出し電極17との間に電圧を印加すると、電界強度の
障い尖頭部から電子が放出される。
In the electron-emitting device having such a structure, when a voltage is applied between the base body 20 and the extraction electrode 17, electrons are emitted from the tip where the electric field strength is impaired.

上記電子放出素子は、次のような工程で作製される。The electron-emitting device described above is manufactured through the following steps.

まず、第11図(A)に示すように、SL等の基体20
の上にS i 02酸化膜等の絶縁層1−9を形成し、
電子ビーム蒸着等によりMO層17を形成し、さらにP
MMA (poly−5etbyl−methacry
late)等の電子線レジストをスピンコード法を用い
て塗布する。電子ビームを照射してパターニングを行っ
た後イソプロピルアルコール等で電子線レジストを部分
的に除去し、MO層17を選択的にエツチングして第1
の開口部21を形成する。
First, as shown in FIG. 11(A), a base 20 such as SL
An insulating layer 1-9 such as an SiO2 oxide film is formed on the
An MO layer 17 is formed by electron beam evaporation or the like, and then P
MMA (poly-5etbyl-methacry
An electron beam resist such as (late) is applied using a spin code method. After patterning by irradiating an electron beam, the electron beam resist is partially removed using isopropyl alcohol, etc., and the MO layer 17 is selectively etched.
An opening 21 is formed.

電子線レジストを完全に除去したのち、弗化水素酸を用
いて絶縁層19をエツチングして第2の開口部23を形
成する。
After the electron beam resist is completely removed, the insulating layer 19 is etched using hydrofluoric acid to form the second opening 23.

次に、第11図(B)に示すように、回転軸Xを中心と
して基体20を回転させながら、一定の角度θ傾斜させ
てAIをMo層17の上面に蒸着させてAI層23を形
成する。このとき前記Mo R17の側面部にもAIが
蒸着されるので、この蒸着量を制御することにより、第
1の開口部21の直径を任意に小さくすることができる
Next, as shown in FIG. 11(B), while rotating the base body 20 about the rotation axis do. At this time, since AI is also deposited on the side surface of the Mo R 17, the diameter of the first opening 21 can be made arbitrarily small by controlling the amount of AI deposited.

次に、第11図(C)に示すように、基体20に対して
垂直にMoを電子ビーム蒸着等によって蒸着する。この
ときMOはA1層23上及び基体20上だけでなくA1
層23の側面にも堆積されるので、第1の開口部21の
直径はMO層24の積層に伴って段々小さくなっていく
、この第1の開口部21の直径の減少に伴って基体に堆
積されていく蒸着物(MO)の蒸着範囲も小さくなって
いくために、基体20上には略円錐形状の電極18が形
成される。
Next, as shown in FIG. 11(C), Mo is deposited perpendicularly to the substrate 20 by electron beam evaporation or the like. At this time, the MO is not only on the A1 layer 23 and the base 20 but also on the A1 layer 23 and the base 20.
Since the MO layer 23 is also deposited on the sides, the diameter of the first opening 21 gradually becomes smaller as the MO layer 24 is stacked. Since the deposition range of the deposited material (MO) also becomes smaller, a substantially conical electrode 18 is formed on the base 20.

最後に、第11図(D)に示すように、堆積したMO層
24及びAI層23を除去することにより略円錐形状の
電極18を有する電子放出素子が形成される。
Finally, as shown in FIG. 11(D), the deposited MO layer 24 and AI layer 23 are removed to form an electron-emitting device having a substantially conical electrode 18.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記従来の電子放出素子は、円錐形状例
えば、電極の高さ、角度、底面の直径は第1の開口部の
大きさ、酸化膜の厚さ、基体と蒸着源との距離等の製造
上の各種の条件で決定されるだめに再現性が悪く、複数
個同時に上記の電子放出素子を形成する場合には、円錐
形状のバラツキが大きいという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the conventional electron-emitting device described above has a conical shape, for example, the height and angle of the electrode, the diameter of the bottom surface, the size of the first opening, the thickness of the oxide film, Problems include poor reproducibility, which is determined by various manufacturing conditions such as the distance between the substrate and the evaporation source, and large variations in conical shape when forming multiple electron-emitting devices at the same time. was there.

本発明の目的は電子放出部となる尖頭部を有する電極の
形状のバラツキを防ぐと同時に、その性能を改善した電
子放出素子の製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electron-emitting device that prevents variations in the shape of an electrode having a pointed portion serving as an electron-emitting portion and improves its performance.

[問題点を解決するための手段] 本発明の電子放出素子は、導電材料面を有する基体と、
この基体上に設けられた開口部を有する絶縁層と、この
絶縁層に、この絶縁層の材料より核形成密度が十分大き
く、且つ単一の核だけが成長する程度に十分微細な異種
材料を形成し、この異種材料に成長した単一の核を中心
として成長させた結晶の尖頭部を有する電極と、前記絶
縁層上に設けられ且つ前記尖頭部の近傍に設けられた引
出し電極とを有し、 前記開口部を通して、前記導電材料面と尖頭部を有する
電極とを接続させたことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The electron-emitting device of the present invention includes a substrate having a conductive material surface;
An insulating layer having an opening provided on the substrate, and a dissimilar material having a sufficiently higher nucleation density than the material of the insulating layer and sufficiently fine so that only a single nucleus grows in the insulating layer. an electrode having a tip of a crystal grown around a single nucleus grown in the dissimilar material, and an extraction electrode provided on the insulating layer and near the tip of the tip; The conductive material surface and the electrode having a pointed head are connected through the opening.

本発明の電子放出素子の製造方法は、導電材料面を有す
る基体に、絶縁層を形成する工程と、この絶縁層に、こ
の絶縁層の材料より核形成密度が十分大きく、且つ単一
の核だけが成長する程度に十分微細な異種材料を形成す
る工程と、前記絶縁層に開口部を設けて、前記導電材料
面の一部を露出させる工程と、 前記異種材料に成長した単一の核を中心として、結晶を
成長させて尖頭部を有する電極を形成し、且つ前記開口
部に露出した導電材料面に結晶を成長させて、前記尖頭
部を有する電極と接続させる工程とを有することを特徴
とする。
The method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention includes the steps of forming an insulating layer on a substrate having a conductive material surface, and forming a single nucleus in this insulating layer with a sufficiently higher nucleation density than the material of the insulating layer. forming a dissimilar material fine enough to grow only a single nucleus grown in the dissimilar material; forming an opening in the insulating layer to expose a part of the surface of the conductive material; and a single nucleus grown in the dissimilar material. forming an electrode having a pointed head by growing a crystal around the opening, and growing a crystal on a surface of the conductive material exposed in the opening to connect it to the electrode having the pointed head. It is characterized by

[作用] 本発明の電子放出素子は、尖頭部を有する電極と導電材
料面とを、絶縁層に設けられた開口部を通して、電気的
接続させることによって、尖頭部を有する電極を電気的
に絶縁させて作製するとともに、集植度及び接続の信頼
性を向上させるものである。
[Function] The electron-emitting device of the present invention electrically connects the electrode having a pointed head to the conductive material surface through an opening provided in an insulating layer. This is to improve the density of planting and the reliability of the connection.

また、本発明の電子放出素子の製造方法は、結晶の尖頭
部を有する電極と導電材料面との接続を、絶縁層に設け
られた開口部に露出させた導電材料面に結晶を堆積させ
、微細な異種材料に形成された単一の核を中心として成
長させる結晶の尖頭部を宥する電極と接続させるもので
あり、簡易な工程で電気的接続を行わせるものである。
Further, in the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention, a connection between an electrode having a crystal tip and a conductive material surface is established by depositing a crystal on a conductive material surface exposed through an opening provided in an insulating layer. This method connects the peak of a crystal that grows around a single nucleus formed in a fine dissimilar material to an electrode that supports it, and allows electrical connection to be made through a simple process.

[実施例] 以下1本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。[Example] EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, one embodiment of the present invention will be described in detail using the drawings.

第1図(A)〜(F)は本発明の電子放出装置の製造方
法の第一実施例の製造工程を説明するための概略的部分
断面図である。
FIGS. 1A to 1F are schematic partial cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the first embodiment of the method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention.

まず、第1図(A)に示すように、Si等の導電材料(
半導体も含む)からなる基体1に絶縁材料である5i0
2等の絶縁層2を形成する。
First, as shown in FIG. 1(A), a conductive material such as Si (
5i0, which is an insulating material, is
An insulating layer 2 such as No. 2 is formed.

次に、第1図(B)に示すように、ホトエツチング等に
より、絶縁層2に凹部3を形成する。
Next, as shown in FIG. 1(B), a recess 3 is formed in the insulating layer 2 by photoetching or the like.

次に、第1図(C)に示すように、絶縁層2の凹部3の
底面に開口部4を設ける。
Next, as shown in FIG. 1C, an opening 4 is provided at the bottom of the recess 3 of the insulating layer 2.

次に、第1図CD)に示すように、凹部3の底面にSL
、Si3N4等の異種材料たる核形成ベース5を設ける
Next, as shown in Fig. 1 CD), the SL
A nucleation base 5 made of a different material such as , Si3N4 is provided.

次に、第1図(E)に示すように、核形成ベース5に形
成された単一の核を中心としてMo。
Next, as shown in FIG. 1(E), Mo is formed around the single nucleus formed on the nucleation base 5.

W、S i等の単結晶6を成長させる。なお、この単結
晶の製造方法の詳細については、後述する。
A single crystal 6 of W, Si, etc. is grown. Note that details of the method for manufacturing this single crystal will be described later.

この単結晶6を成長させると同時に、開口部4に露出し
た導電材料面に単結晶7を成長させる。
At the same time as this single crystal 6 is grown, a single crystal 7 is grown on the surface of the conductive material exposed in the opening 4.

次に、第1図(F)に示すように、単結晶6を成長させ
て単結晶7と接続させ、さらに成長させて尖頭部を有す
る電極8を形成する。
Next, as shown in FIG. 1(F), a single crystal 6 is grown and connected to the single crystal 7, and further grown to form an electrode 8 having a pointed end.

今、単結晶6の材料、核形成ベース5の材料。Now, material for single crystal 6, material for nucleation base 5.

基体1の導電材料、絶縁M2の材料のそれぞれの、単結
晶原子の付着係数をに、L、M、Nとすると、 K>L>M>N なる関係となり、基体1の導電材料が、L>Mなる関係
を有する材料であれば、核形成ベース5に形成される単
一の核を中心として、先に単結晶6が成長し、その後に
開口部4から単結晶7が成長することになるので、単結
晶6は単結晶特有の円錐形の尖頭部を保ちながら成長し
、単結晶7と接続した後にも尖頭部の形状を保ちながら
成長する。
If the adhesion coefficients of single crystal atoms of the conductive material of the base 1 and the material of the insulating M2 are L, M, and N, then the relationship is K>L>M>N, and the conductive material of the base 1 is L. >M, the single crystal 6 will grow first around the single nucleus formed in the nucleation base 5, and then the single crystal 7 will grow from the opening 4. Therefore, the single crystal 6 grows while maintaining the conical point peculiar to a single crystal, and even after being connected to the single crystal 7, it grows while maintaining the shape of the point.

ところが、K>M>L>Nなる関係となり、基体1の導
電材料が、L<Mなる関係を有する材料であると、先に
開口部4から単結晶が成長することになるので、核形成
ベース5に形成される単一の核を中心として、円錐形の
尖頭部を有する単結晶6を形成することは困難となる。
However, if the relationship is K>M>L>N and the conductive material of the base 1 is a material with the relationship L<M, then the single crystal will grow from the opening 4 first, so nucleation will occur. It is difficult to form a single crystal 6 having a conical point around a single core formed in the base 5.

そこで、この場合には、単結晶7の成長を抑える必要が
あり、例えば、開口部4を微小径の孔とし、絶縁層の層
厚を大きくすることで、露出する導電材料の面に到達す
る単結晶原子の量を減少させるか、あるいは、単結晶6
が一定の大きさになるまで、レジストで開口部4を埋め
ておき、その後単結晶7を成長させるか、することによ
って対処することができる。
Therefore, in this case, it is necessary to suppress the growth of the single crystal 7. For example, by making the opening 4 a micro-diameter hole and increasing the thickness of the insulating layer, it is necessary to suppress the growth of the single crystal 7 so that it reaches the exposed surface of the conductive material. Decreasing the amount of single crystal atoms or increasing the amount of single crystal 6
This can be solved by filling the opening 4 with resist until it reaches a certain size, and then growing the single crystal 7.

最後に、絶縁層2上にMo等の電極層を形成し、この電
極層をホトリソグラフィ等によって、電極8の尖頭部の
上に開口部10を形成し、引出し電極たる電極層9を形
成して、電子放出素子を作製する。
Finally, an electrode layer made of Mo or the like is formed on the insulating layer 2, and an opening 10 is formed on the tip of the electrode 8 by photolithography or the like to form an electrode layer 9 serving as an extraction electrode. In this way, an electron-emitting device is manufactured.

なおここでは、導電材料面に形成される結晶が単結晶の
場合について説明したが、単結晶に限定されず、多結晶
等の場合にも本発明を用いることができる。
Although the case where the crystal formed on the conductive material surface is a single crystal has been described here, the invention is not limited to a single crystal, and the present invention can also be used in the case of a polycrystal or the like.

以上説明したような製造工程で作製される本発明の電子
放出素子の特徴とするところは、尖頭部を有する電極と
導電材料面とを、絶縁層に設けられた開口部を通して、
接続させることによって。
The electron-emitting device of the present invention manufactured by the manufacturing process described above is characterized in that an electrode having a pointed head and a conductive material surface are connected through an opening provided in an insulating layer.
By making it connect.

配線を集積化させて実装密度を向上させ、その信頼性を
向上させることにある。
The goal is to integrate wiring to improve packaging density and improve reliability.

また、上記実施例に述べたように、本発明の電子放出素
子の製造方法は、結晶の尖頭部を有する電極と導電材料
面との接続を、絶縁層に設けられた開口部に露出させた
導電材料面に結晶を堆積させ、微細な異種材料に形成さ
れた単一の核を中心として成長させる結晶の尖頭部を有
する電極と接続させるものであり、特に接続の為の工程
を設けることなく、簡易な工程で電気的接続を行わせる
ものである。
Furthermore, as described in the above embodiments, the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention involves exposing the connection between the electrode having the crystal tip and the conductive material surface through the opening provided in the insulating layer. A method in which crystals are deposited on the surface of a conductive material and connected to an electrode that has a tip of a crystal that grows around a single nucleus formed in a fine dissimilar material, and a process is specifically provided for the connection. This allows electrical connections to be made in a simple process without any hassle.

なお、絶縁層に、この絶縁層の材料より核形成密度が十
分大きく、且つ単一の核だけが成長する程度に十分微細
な異種材料を形成し、この異種材料に成長した単一の核
を中心として単結晶を成長させる製造方法は、尖頭部を
有す、る電極8が、堆積面を構成する絶縁層2.核形成
ベース5.堆積物の材質、堆積条件等の条件で決定され
、四部3、電極層9の開口部lOの寸法精度と独立して
形成されるので、その大きさのバラツキを抑えることが
でき、また尖頭部を有する電極8の位置が核形成ベース
5の位置精度で決められるので、所望の位置に高精度に
作製することができる。その結果として、複数の電子放
出口を有するマルチ型電子放出素子をファインピッチで
、均一に作製することができる。
In addition, by forming a dissimilar material in the insulating layer that has a sufficiently higher nucleation density than the material of this insulating layer and which is sufficiently fine to the extent that only a single nucleus grows, the single nucleus grown in this dissimilar material is A manufacturing method in which a single crystal is grown as a center is such that an electrode 8 having a pointed head is formed on an insulating layer 2. which forms a deposition surface. Nucleation base5. It is determined by the material of the deposit, the deposition conditions, etc., and is formed independently of the dimensional accuracy of the opening 10 of the four parts 3 and the electrode layer 9. Since the position of the electrode 8 having a portion is determined by the positional accuracy of the nucleation base 5, it can be manufactured at a desired position with high precision. As a result, a multi-type electron-emitting device having a plurality of electron-emitting holes can be uniformly manufactured at a fine pitch.

また、尖頭部の電子放出部の形状を均−且つシャープに
形成して電界強度を均−且つ強いものとし、動作開始電
圧の範囲のバラツキを抑え、電子放出効率を一層向上さ
せることができる。
In addition, by forming the shape of the electron emitting part at the tip to be uniform and sharp, the electric field strength can be made uniform and strong, and variations in the range of the operation start voltage can be suppressed, and the electron emission efficiency can be further improved. .

さらに、本来結晶性等によりその面上に単結晶を作製で
きない絶縁層に、単結晶の堆積をさせて尖頭部を有する
電極を形成することを可能とし、電気的絶縁性を向上さ
せ、大面積化を容易化させ、且つ尖頭部を有する電極の
導電率を改善することができ、また尖頭部の電子放出部
を一定の構造の結晶面とすることが可能となり、ショッ
トキー効果を向上させ、電子放出効率を向上させること
ができる。
Furthermore, it is possible to deposit a single crystal on an insulating layer on which a single crystal cannot be formed on its surface due to crystallinity, etc., to form an electrode with a pointed head, which improves electrical insulation and greatly improves electrical insulation. It is possible to easily increase the area and improve the conductivity of an electrode having a pointed head, and it is also possible to form the electron emitting part of the pointed head into a crystal plane with a certain structure, thereby eliminating the Schottky effect. It is possible to improve the electron emission efficiency.

以下、上記の絶縁層に単結晶を成長させる単結晶成長法
について詳述する。
Hereinafter, a single crystal growth method for growing a single crystal on the above insulating layer will be described in detail.

まず、堆積面上に選択的に堆積膜を形成する選択堆積法
について述べる0選択堆積法とは、表面エネルギー、付
着係数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程
での核形成を左右する因子の材料間での差を利用して、
基板上に選択的に薄膜を形成する方法である。
First, we will discuss the selective deposition method that selectively forms a deposited film on the deposition surface.The zero-selective deposition method is based on factors such as surface energy, adhesion coefficient, desorption coefficient, and surface diffusion rate that influence nucleation during the thin film formation process. Utilizing the differences in factors between materials,
This is a method of selectively forming a thin film on a substrate.

第2図(A)および(B)は選択堆積法の説明図である
FIGS. 2(A) and 2(B) are illustrations of the selective deposition method.

まず、同図(A)に示すように、基板11上に、基板1
1と上記因子の異なる材料から成る薄膜12を所望部分
に形成する。そして、適当な堆積条件によって適当な材
料から成る薄膜の堆積を行うと、同図(B)に示すよう
に、薄膜13は薄膜lz上にのみ成長し、基板11上に
は成長しないという現象を生じさせることができる。こ
の現象を利用することで、自己整合的に成形された薄膜
13を成長させることができ、従来のようなレジストを
用いたりソゲラフイエ程の省略が可能となる。
First, as shown in FIG.
A thin film 12 made of a material having a different factor from 1 to 1 is formed at a desired portion. Then, when a thin film made of an appropriate material is deposited under appropriate deposition conditions, a phenomenon occurs in which the thin film 13 grows only on the thin film lz and does not grow on the substrate 11, as shown in FIG. can be caused. By utilizing this phenomenon, it is possible to grow a thin film 13 formed in a self-aligned manner, and it becomes possible to use a conventional resist or to omit a conventional resist.

このような選択形成法による堆積を行うことができる材
料としては、たとえば基板11としてSiO2、薄膜1
2としてSi、 GaAs、窒化シリコン、そして堆積
させる薄膜13としてSt、 W、GaAs、 InP
等がある。
Materials that can be deposited by such a selective formation method include, for example, SiO2 for the substrate 11, and a thin film 1 for the substrate 11.
2 is Si, GaAs, silicon nitride, and the thin film 13 to be deposited is St, W, GaAs, InP.
etc.

第3図は、 SiO2の堆積面と窒化シリコンの堆積面
との核形成密度の経時変化を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing changes over time in the nucleation density of the SiO2 deposition surface and the silicon nitride deposition surface.

同グラフが示すように、堆積を開始して間もな(Si0
2上での核形成密度は103 cm−2以下で飽和し、
20分後でもその値はほとんど変化しない。
As the graph shows, shortly after starting the deposition (Si0
The nucleation density on 2 is saturated below 103 cm,
The value hardly changes even after 20 minutes.

それに対して窒化シリコン(Si3 N 4 )上では
、〜4 X 105 cm−2で一旦飽和し、それから
10分はど変化しないが、それ以降は急激に増大する。
On the other hand, on silicon nitride (Si3 N4), it once saturates at ~4 x 105 cm-2, does not change much for 10 minutes, but increases rapidly after that.

なお、この測定例では、S ic 14ガスをH2ガス
で希釈し、圧力175 Torr、温度!000℃の条
件下でGVD法により堆積した場合を示している。他に
SiH4、SiH2012、5iHC13、SiF 4
等を反応ガスとして用いて、圧力、温度等を調整するこ
とで同様の作用を得ることができる。また、真空蒸着で
も可能である。
In this measurement example, Sic 14 gas was diluted with H2 gas, the pressure was 175 Torr, and the temperature was 175 Torr. This shows the case where the film was deposited by the GVD method under conditions of 000°C. Also SiH4, SiH2012, 5iHC13, SiF4
A similar effect can be obtained by using the same as the reaction gas and adjusting the pressure, temperature, etc. Vacuum deposition is also possible.

この場合、SiOz上の核形成はほとんど問題とならな
いが、反応ガス中にHGIガスを添加することで、Si
02上での核形成を更に抑制し、SiOz上でのSiの
堆積を皆無にすることができる。
In this case, nucleation on SiOz is hardly a problem, but by adding HGI gas to the reaction gas, SiOz
Nucleation on SiO2 can be further suppressed, and Si deposition on SiOz can be completely eliminated.

このような現象は、5i02および窒化シリコンの材料
表面のSiに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係数
等の差によるところが大きいが、Si原子自身によって
Si02が反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成
されることでSi02自身がエツチングされ、窒化シリ
コン上ではこのようなエツチング現象は生じないという
ことも選択堆積を生じさせる原因となっていると考えら
れる(T、Yonehara 、S、Yoshiaka
、S、旧yazava Journal ofAppl
ied Physics 53. [1839,198
2) 。
This phenomenon is largely due to the difference in adsorption coefficient, desorption coefficient, surface diffusion coefficient, etc. for Si on the material surface of 5i02 and silicon nitride, but Si02 reacts with the Si atoms themselves, and silicon monoxide, which has a high vapor pressure, The fact that Si02 itself is etched due to the formation of etching, and such an etching phenomenon does not occur on silicon nitride is thought to be a cause of selective deposition (T, Yonehara, S, Yoshiaka).
, S, former yazava Journal of Appl
ied Physics 53. [1839, 198
2).

このように堆積面の材料としてSjo 213よび窒化
シリコンを選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれ
ば、同グラフに示すように十分に大きな核形成密度差を
得ることができる。なお、ここでは堆積面の材料として
Si02が望ましいが、これに限らずSiOxであって
も核形成密度差を得ることができる。
In this way, by selecting Sjo 213 and silicon nitride as the materials of the deposition surface and selecting silicon as the deposition material, a sufficiently large difference in nucleation density can be obtained as shown in the graph. Note that although SiO2 is preferable as the material for the deposition surface here, the material is not limited to this, and a difference in nucleation density can be obtained even with SiOx.

勿論、これらの材料に限定されるものではなく、核形成
密度の差が同グラフで示すように核の密度で102倍以
上であれば十分であり、vkに例示するような材料によ
っても堆積膜の十分な選択形成を行うことができる。
Of course, the material is not limited to these materials, and it is sufficient if the difference in nucleation density is 102 times or more in terms of the density of nuclei, as shown in the same graph, and even with materials such as those exemplified in vk, the deposited film sufficient selection formation can be performed.

この核形成密度差を得る他の方法としては、Si02上
に局所的にSiやN等をイオン注入して過剰にSiやN
等を有する領域を形成してもよい。
Another method for obtaining this difference in nucleation density is to locally implant ions of Si, N, etc. onto Si02 to
You may also form a region having the following.

このような選択堆積法を利用し、堆積面の材料より核形
成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが成長する
ように十分微細に形成することによって、その微細な異
種材料の存在する箇所だけに単結晶を選択的に成長させ
ることができる。
By using such a selective deposition method and forming a foreign material with a nucleation density sufficiently higher than that of the material on the deposition surface in a sufficiently fine structure so that only a single nucleus grows, the presence of the fine foreign material can be reduced. It is possible to selectively grow single crystals only in certain locations.

なお、単結晶の選択的成長は、堆積面表面の電子状態、
特にダングリングボンドの状態によって決定されるため
に、核形成密度の低い材料(たとえばSi02 )はバ
ルク材料である必要はなく、任意の材料や基板等の表面
のみに形成されて上記堆積面を成していればよい。
The selective growth of single crystals depends on the electronic state on the surface of the deposition surface,
In particular, since it is determined by the state of dangling bonds, a material with a low nucleation density (e.g. Si02) does not have to be a bulk material, but can be formed only on the surface of any material or substrate to form the above-mentioned deposition surface. All you have to do is do it.

第4図(A)〜(C)は、単結晶形成方法の一例を示す
形成工程図であり、第5図(A)およびCB)は、第4
図(A)および(C)における基板の斜視図である。
FIGS. 4(A) to 4(C) are formation process diagrams showing an example of a method for forming a single crystal, and FIGS.
It is a perspective view of the board|substrate in figures (A) and (C).

まず、第4図(A)および第5図(A)に示すように、
基板14上に1選択堆積を可能にする核形成密度の小さ
い薄膜15を形成し、その上に核形成密度の大きい異種
材料を薄く堆積させ、リソグラフィ等によってパターニ
ングすることで異種材料16を十分微細に形成する。た
だし、基板14の大きさ、結晶構造および組成は任意の
ものでよく1機能素子が形成された基板であってもよい
First, as shown in FIG. 4(A) and FIG. 5(A),
A thin film 15 with a low nucleation density that enables selective deposition is formed on the substrate 14, a different material 16 with a high nucleation density is thinly deposited on the thin film 15, and the different material 16 is made sufficiently fine by patterning by lithography or the like. to form. However, the size, crystal structure, and composition of the substrate 14 may be arbitrary, and it may be a substrate on which a single functional element is formed.

また、異種材料16とは、上述したように、SiやN等
を薄膜15にイオン注入して形成される過剰にSiやN
等を有する変質領域も含めるものとする。
Further, as described above, the foreign material 16 refers to excessive Si, N, etc. formed by ion-implanting Si, N, etc. into the thin film 15.
It shall also include altered areas with etc.

次に、適当な堆積条件によって異種材料16だけに薄膜
材料の単一の核が形成される。すなわち、異種材料16
は、単一の核のみが形成される程度に十分微細に形成す
る必要がある。異種材料16の大きさは、材料の種類に
よって異なるが、数ミクロン以下であればよい、更に、
核は単結晶構造を保ちながら成長し、第4図(B)に示
すように島状の単結晶粒17となる。島状の単結晶粒1
7が形成されるためには、すでに述べたように、薄膜1
5上で全く核形成が起こらないように条件を決めること
が必要である。
A single core of thin film material is then formed in only the dissimilar material 16 by suitable deposition conditions. That is, the different material 16
must be formed sufficiently finely so that only a single nucleus is formed. The size of the different material 16 varies depending on the type of material, but may be several microns or less.
The nucleus grows while maintaining the single crystal structure, and becomes an island-shaped single crystal grain 17 as shown in FIG. 4(B). Island-shaped single crystal grain 1
7, the thin film 1 must be formed as described above.
It is necessary to determine conditions such that no nucleation occurs on 5.

島状の単結晶粒17は単結晶構造を保ちながら異種材料
16を中心して更に成長し、同図(C)に示すように略
円錐形の尖頭部を有する回転体の単結晶17aとなる。
The island-shaped single-crystal grains 17 further grow around the different material 16 while maintaining the single-crystal structure, and become a rotating single-crystal 17a having a substantially conical pointed head, as shown in FIG. .

このように堆積面の材料である薄膜15が基板14上に
形成されているために、支持体となる基板14は任意の
材料を使用することができ、更に基板14に機能素子等
が形成されたものであっても、その上に容易に単結晶を
形成することができる。
Since the thin film 15, which is the material of the deposition surface, is formed on the substrate 14, any material can be used for the substrate 14, which serves as a support, and furthermore, functional elements etc. can be formed on the substrate 14. single crystals can be easily formed thereon.

なお、上記実施例では、堆積面の材料を薄膜15で形成
したが、選択堆積を可能にする核形成密度の小さい材料
から成る基板をそのまま用いて、単結晶を同様に形成し
てもよい。
In the above embodiment, the material of the deposition surface is formed of the thin film 15, but a single crystal may be similarly formed using a substrate made of a material with a low nucleation density that enables selective deposition.

第6図(A)〜(C)は、単結晶形成方法の他の例を示
す形成工程図である。
FIGS. 6(A) to 6(C) are forming process diagrams showing other examples of the single crystal forming method.

同図に示すように、選択堆積を可能にする核形成密度の
小さい材料からなる基板15上に、異種材料16を十分
微小に形成することで、第6図に示した例と同様にして
単結晶を形成することができる。
As shown in the figure, by forming a sufficiently small dissimilar material 16 on a substrate 15 made of a material with a low nucleation density to enable selective deposition, it is possible to Can form crystals.

(具体例) 次に、上記例における単結晶層の具体的形成方法を説1
1する。
(Specific Example) Next, we will explain the specific method for forming the single crystal layer in the above example.
Do 1.

5i02を薄膜15の堆積面材料とする。勿論、石英基
板を用いてもよいし、金属、半導体、磁性体、圧電体、
絶縁体等の任意の基板上に、スパッタ法、 CVD法、
真空蒸着法等を用いて基板表面にSi02層を形成して
もよい、また、堆積面材料としてはSi02が望ましい
が、 SiOxとしてXの値を変化させたものでもよい
5i02 is used as the deposition surface material of the thin film 15. Of course, a quartz substrate may be used, and metals, semiconductors, magnetic materials, piezoelectric materials,
Sputtering method, CVD method,
A Si02 layer may be formed on the substrate surface using a vacuum evaporation method or the like.Although Si02 is preferable as the material for the deposition surface, it may be SiOx with a different value of X.

こうして形成されたSiO2層15上に減圧気相成長法
によって窒化シリコン層(ここではSi3 N 4層)
又は多結晶シリコン層を異種材料として堆積させ1通常
のリングラフィ技術又はX線、電子線若しくはイオン線
を用いたリングラフィ技術で窒化シリコン層又は多結晶
シリコン層をパターニングし、数ミクロン以下、望まし
くは〜IILm以下の微小な異種材料16を形成する。
A silicon nitride layer (here, Si3 N 4 layer) is formed on the SiO2 layer 15 thus formed by low pressure vapor phase epitaxy.
Alternatively, a polycrystalline silicon layer is deposited as a different material, and the silicon nitride layer or polycrystalline silicon layer is patterned by a normal phosphorography technique or a phosphorography technique using X-rays, electron beams, or ion beams, preferably to a thickness of several microns or less. forms a minute dissimilar material 16 of ~IILm or less.

続いて、HCI とH2と、SiH2G+2 、5iC
14、SiH013、SiF 4若しくはSiH4との
混合ガスを用いて上記基板15上にSiを選択的に成長
させる。その際の基板温度は700〜1100”0、圧
力は約100 Torrである。
Next, HCI, H2, SiH2G+2, 5iC
14. Selectively grow Si on the substrate 15 using a mixed gas of SiH013, SiF4, or SiH4. At that time, the substrate temperature was 700 to 1100'', and the pressure was about 100 Torr.

数十分程度の時間で、Si02上の窒化シリコン又は多
結晶シリコンの微細な異種材料16を中心として、単結
晶のSiの粒17が成長し、最適の成長条件とすること
で、その大きさは上記の異種材料程度の大きさから数十
ILm程度あるいはそれ以上の単結晶17aが形成され
る。
In a period of about several tens of minutes, single-crystal Si grains 17 grow around a fine foreign material 16 of silicon nitride or polycrystalline silicon on Si02, and by setting the optimal growth conditions, the size of the grains can be increased. A single crystal 17a having a size ranging from about the size of the above-mentioned dissimilar material to about several tens of ILm or more is formed.

(窒化シリコンの組成) これまで述べてきたような堆積面材料と異種材料との十
分な核形成密度差を得るには、Si3 N 4に限定さ
れるものではなく、窒化シリコンの組成を変化させたも
のでもよい。
(Composition of silicon nitride) In order to obtain a sufficient nucleation density difference between the deposited surface material and the different material as described above, it is not limited to Si3N4, but the composition of silicon nitride can be changed. It may also be something you have.

RFプラズマ中でS i H4ガスとNH3ガスとを分
解させて低温で窒化シリコン膜を形成するプラズマCV
D法では、SiH4ガスとNH3ガスとの流量比を変化
させることで、堆岱する窒化シリコン膜のSiとNの組
成比を大幅に変化させることができる。
Plasma CV that decomposes SiH4 gas and NH3 gas in RF plasma to form a silicon nitride film at low temperature
In method D, by changing the flow rate ratio of SiH4 gas and NH3 gas, the composition ratio of Si and N in the deposited silicon nitride film can be changed significantly.

第7図は、SiH4とNH3の流量比と形成された窒化
シリコン膜中のSiおよびNの組成比との関係を示した
グラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the flow rate ratio of SiH4 and NH3 and the composition ratio of Si and N in the formed silicon nitride film.

この時の堆積条件は、RF出力175W、基板温度38
0℃であり、SiH4ガス流量を300cc/minに
固定し、NH3ガスの流量を変化させた。同グラフに示
すようにN H3/ S i H4のガス流量比を4〜
lOへ変化させると、窒化シリコン膜中のS i / 
N比は1.1〜0.58に変化することがオージェ電子
分光法によって明らかとなった。
The deposition conditions at this time were: RF output 175W, substrate temperature 38W.
The temperature was 0° C., the flow rate of SiH4 gas was fixed at 300 cc/min, and the flow rate of NH3 gas was varied. As shown in the same graph, the gas flow rate ratio of N H3/S i H4 is changed from 4 to
When changed to lO, S i / in the silicon nitride film
Auger electron spectroscopy revealed that the N ratio varied from 1.1 to 0.58.

また、減圧CVD法テSiH2012i ストN H3
ガスとを導入し、0 、3To r rの減圧下、温度
約800℃の条件で形成した窒化シリコン膜の組成は、
はぼ化学量論比であるSi3 N 4  (Si/N 
−0,75)に近いものであった。
In addition, low pressure CVD method test SiH2012i
The composition of the silicon nitride film formed under reduced pressure of 0.3 Torr and at a temperature of approximately 800°C is as follows:
Si3N4 (Si/N
-0.75).

また、SiをアンモニアあるいはN2中で約1200℃
で熱処理すること(熱窒化法)で形成される窒化シリコ
ン膜は、その形成方法が熱平衡下で行われるために、更
に化学量論比に近い組成を得ることができる。
In addition, Si was heated to about 1200°C in ammonia or N2.
A silicon nitride film formed by heat treatment (thermal nitriding method) can have a composition closer to the stoichiometric ratio because the formation method is carried out under thermal equilibrium.

以上の様に種々の方法で形成した窒化シリコンをSiの
核形成密度が5i02より高い堆積面材料として用いて
上記Siの核を成長させると、その組成比により核形成
密度に差が生じる。
When silicon nitride formed by the various methods described above is used as a deposition surface material with a Si nucleation density higher than 5i02 to grow the Si nuclei, a difference occurs in the nucleation density depending on the composition ratio.

第8図は、S i / N組成比と核形成密度との関係
を示すグラフである。同グラフに示すように、窒化シリ
コン膜の組成を変化させることで、その上に成長するS
iの核形成密度は大幅に変化する。この時の核形成条件
は、5iG14ガスを175 Tartに減圧し、1o
oo℃−t’H2と反応させてStを生成させる。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the Si/N composition ratio and the nucleation density. As shown in the same graph, by changing the composition of the silicon nitride film, S
The nucleation density of i varies significantly. The nucleation conditions at this time were to reduce the pressure of 5iG14 gas to 175 Tart, and to
It is made to react with oo°C-t'H2 to generate St.

このように窒化シリコンの組成によって核形成密度が変
化する現象は、単一の核を成長させる程度に十分微細に
形成される異種材料としての窒化シリコンの大きさに影
響を与える。すなわち、核形成密度が大きい組成を有す
る窒化シリコンは、非常に微細に形成しない限り、単一
の核を形成することができない。
This phenomenon in which the nucleation density changes depending on the composition of silicon nitride affects the size of silicon nitride as a heterogeneous material that is formed finely enough to grow a single nucleus. That is, silicon nitride having a composition with a high nucleation density cannot form a single nucleus unless it is formed very finely.

したがって、核形成密度と、単一の核が選択できる最適
な窒化シリコンの大きさとを選択する必要がある。たと
えば〜105cm−2の核形成密度を得る堆積条件では
、窒化シリコンの大きさは約4uLm以下であれば単一
の核を選択できる。
Therefore, it is necessary to select the nucleation density and the optimum silicon nitride size for selecting a single nucleus. For example, for deposition conditions that yield a nucleation density of ˜10 5 cm −2 , a single nucleation can be selected if the silicon nitride size is about 4 uLm or less.

(イオン注入による異種材料の形成) Stに対して核形成密度差を実現する方法として、核形
成密度の低い堆積面材料である5i02の表面に局所的
にSf 、N、P、B、F、Ar。
(Formation of different materials by ion implantation) As a method to realize a difference in nucleation density for St, Sf, N, P, B, F, Ar.

He、C,As、Ga、Ge等をイオン注入して5i0
2の堆積面に変質領域を形成し、この変質領域を核形成
密度の高い堆積面材料としても良い。
5i0 by ion implantation of He, C, As, Ga, Ge, etc.
An altered region may be formed on the deposition surface of No. 2, and this altered region may be used as the deposition surface material with a high nucleation density.

例えば、5i02表面をレジストで多い、所望の箇所を
露光、現像、溶解させて5i02表面を部分的に表出さ
せる。
For example, the 5i02 surface is partially exposed by exposing, developing, and dissolving a desired portion of the resist on the 5i02 surface.

続いて、S i F4ガスをソースガスとして用い、S
iイオンを1Okevで1×1oIG〜1×1018c
m−2c7)密度−tss i 02表面に打込む、こ
れによる投影飛程は114人であり、5i02表面では
51g1度が〜1022cm−3に達スル。
Subsequently, using S i F4 gas as a source gas, S
1Okev of i-ion is 1×1oIG~1×1018c
m-2c7) Density - tss The projected range for hitting the i02 surface is 114 people, and on the 5i02 surface, 51 g 1 degree reaches ~1022 cm-3.

S i 02はもともと非晶質であるために、Siイオ
ンを注入した領域も非晶質である。
Since S i 02 is originally amorphous, the region into which Si ions are implanted is also amorphous.

なお、変質領域を形成するには、レジストをマスクとし
てイオン注入を行うこともできるが、集束イオンビーム
技術を用いて、レジストマスクを使用せずに絞られたS
iイオンを5i02表面に注入してもよい。
Note that to form the altered region, ion implantation can be performed using a resist as a mask, but focused ion beam technology can be used to form a narrowed S without using a resist mask.
i ions may be implanted into the 5i02 surface.

こうしてイオン注入を行った後、レジストを剥離するこ
とで、S i 02面にSiが過剰な変質領域が形成さ
れる。このような変質領域が形成された5i02堆槙面
にStを気相成長させる。
After performing the ion implantation in this manner, by peeling off the resist, an altered region containing excess Si is formed on the Si02 surface. St is grown in a vapor phase on the 5i02 sedimentation surface on which such altered regions are formed.

第9図は、Siイオンの注入量と核形成密度との関係を
示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the implantation amount of Si ions and the nucleation density.

同グラフに示すように、Si十十人入量多い程、核形成
密度が増大することがわかる。
As shown in the same graph, it can be seen that the higher the Si content, the higher the nucleation density.

したがって、変質領域を十分微細に形成することで、こ
の変質領域を異種材料としてSiの単一の核を成長させ
ることができ、上述したように単結晶を成長させること
ができる。
Therefore, by forming the altered region sufficiently finely, a single nucleus of Si can be grown using the altered region as a different material, and a single crystal can be grown as described above.

なお、変質領域を単一の核が成長する程度に十分微細に
形成することは、レジストのパターニングや、集束イオ
ンビームのビームを絞ることによって容易に達成される
Note that forming the altered region sufficiently finely so that a single nucleus grows can be easily achieved by patterning a resist or narrowing down a focused ion beam.

(CVD以外のSt堆積方法) Siの選択核形成によって単結晶を成長させるには、C
VD法だけではなく、Siを真空中(< 10−6To
rr)で電子銃により蒸発させ、加熱した基板に堆積さ
せる方法も用いられる。特に、超高真空中(< 10−
9Torr)で蒸着を行うMB E (Nolecul
ar Beam Epitaxy)法では、基板温度9
00℃以上でSiビームと5i02が反応を始め、S 
i 02上でのSiの核形成は皆無になることが知られ
ている(T、Yonehara、S、Yoshioka
 andS、Miyazawa Journal of
 Applied Physics 53゜10、p8
839,1983)。
(St deposition method other than CVD) To grow a single crystal by selective nucleation of Si, C
In addition to the VD method, Si is processed in vacuum (< 10-6To
A method in which the material is evaporated using an electron gun and deposited on a heated substrate is also used. In particular, in ultra-high vacuum (<10-
MB E (Nolecul
In the ar beam epitaxy) method, the substrate temperature is 9
At temperatures above 00°C, the Si beam and 5i02 begin to react, and S
It is known that Si nucleation on i02 is completely eliminated (T, Yonehara, S, Yoshioka
andS, Miyazawa Journal of
Applied Physics 53°10, p8
839, 1983).

この現象を利用してS i 02上に点在させた微小な
窒化シリコンに完全な選択性をもってSiの単一の核を
形成し、そこに単結晶Stを成長させることができた。
Utilizing this phenomenon, we were able to form a single Si nucleus with perfect selectivity in minute silicon nitride dotted on SiO2, and grow single crystal St there.

この時の堆積条件は、真空度10−8↑orr以下、S
tビーム強度9.7×1014atoma / +、s
” a sec 、基板温度900℃〜1000℃であ
った。
The deposition conditions at this time were a vacuum level of 10-8↑orr or less, S
T-beam intensity 9.7×1014 atoma/+, s
" a sec, and the substrate temperature was 900°C to 1000°C.

この場合、  5i02 +Si→2SiO↑という反
応により、SiOという蒸気圧の著しく高い反応生成物
が形成され、この蒸発による5to2自身のSiによる
エツチングが生起している。
In this case, due to the reaction 5i02 +Si→2SiO↑, a reaction product called SiO having a significantly high vapor pressure is formed, and this evaporation causes etching of 5to2 itself by Si.

これに対して、窒化シリコン上では上記エツチング現象
は起こらず、核形成、モして堆積が生じている。
On the other hand, on silicon nitride, the above-mentioned etching phenomenon does not occur, but nucleation and deposition occur.

したがって、核形成密度の高い堆積面材料としては、窒
化シリコン以外に、タンタル酸化物(Ta 205 )
 、窒化シリコン酸化物(SiOM)等を使用しても同
様の効果を得ることができる。すなわち、これらの材料
を微小形成して上記異種材料とすることで、同様に単結
晶を成長させることができる。
Therefore, in addition to silicon nitride, tantalum oxide (Ta 205 ) can be used as a deposition surface material with a high nucleation density.
, silicon nitride oxide (SiOM), etc. can also be used to obtain similar effects. That is, by micro-forming these materials to form the above-mentioned dissimilar materials, a single crystal can be similarly grown.

(タングステン単結晶の成長) St以外の材料としてタングステンの場合を例示する。(Tungsten single crystal growth) The case of tungsten as a material other than St will be exemplified.

タングステンは、Si02上では核形成を起こさず、 
Si、 WSi 2 、 PtSi; A1等の上では
多結晶膜となって堆積することが知られている。しかし
、本発明による結晶成長方法によれば、単結晶を容易に
成長させることができる。
Tungsten does not nucleate on Si02,
Si, WSi 2 , PtSi; It is known that a polycrystalline film is deposited on A1, etc. However, according to the crystal growth method according to the present invention, a single crystal can be easily grown.

まず、Si02を主成分とするガラス、石英、熱酸化膜
等の上に、引、WSi 2 、 PtSi、又はAIヲ
真空蒸着で堆積させ、フォトリングラフィによって数g
m以下の大きさにバターニングする。
First, on glass, quartz, thermal oxide film, etc. whose main component is Si02, WSi2, PtSi, or AI is deposited by vacuum evaporation, and several grams are deposited by photolithography.
Butter it to a size no larger than m.

続いて、250〜500℃に加熱された反応炉内に設置
し、 wF6ガスおよび水素ガスの混合ガスを圧力的0
.1−10↑orrの減圧下で、各々75cc/win
およびl0CC/口inの流量で流す。
Next, it is placed in a reactor heated to 250 to 500°C, and a mixed gas of wF6 gas and hydrogen gas is brought to a pressure of 0.
.. 75cc/win each under reduced pressure of 1-10↑orr
and flow at a flow rate of 10 CC/in.

これによって、−F6+3H2→−+8HFという反応
式で表現されるようにタングステンが生成する。この時
、タングステンと5i02との反応性は極めて低く、臓
固な結合が生じないために、核形成は起こらず、したが
って堆積は生じない。
As a result, tungsten is generated as expressed by the reaction formula -F6+3H2→-+8HF. At this time, the reactivity between tungsten and 5i02 is extremely low and no solid bond is formed, so nucleation does not occur and therefore no deposition occurs.

これに対して、Si%WSi 2 、 PtSi、 A
I上にはタングステンの核が形成されるが、微細に形成
されているために、タングステンの単一の核のみが形成
される。そして、この単一の核が成長を続け、5i02
上にも横方向に単結晶のまま成長する。これは、5i0
2上にはタングステンの核成長が起こらないために、単
結晶成長を阻害して多結晶となることがないためである
In contrast, Si%WSi 2 , PtSi, A
A tungsten nucleus is formed on I, but since it is formed finely, only a single tungsten nucleus is formed. This single nucleus then continues to grow until 5i02
It also grows horizontally as a single crystal. This is 5i0
This is because tungsten nuclei do not grow on No. 2, and therefore do not inhibit single crystal growth and become polycrystalline.

なお、これまで述べた堆積面材料、異種材料および堆積
材料の組合せは、上記各実施例に示したものだけではな
く、十分な核形成密度差を有する材料の組合せであれば
よいことは明らかである。
It should be noted that the combinations of the deposition surface material, different materials, and deposition materials described so far are not limited to those shown in each of the above examples, but it is clear that any combination of materials having a sufficient difference in nucleation density may be used. be.

したがって、選択堆積可能なGaAgやInP等の化合
物半導体の場合にも、本発明によって単結晶、単結晶群
を形成することができる。
Therefore, even in the case of a compound semiconductor such as GaAg or InP that can be selectively deposited, a single crystal or a group of single crystals can be formed according to the present invention.

[発明の効果1 以上詳細に説明したように、本発明の電子放出素子によ
れば、尖頭部を有する電極と導電材料面とを、絶縁層に
設けられた開口部を通して、電気的接続させることによ
って、尖頭部を有する電極を電気的に絶縁させて作製す
るとともに、集積度及び接続の信頼性を向上させること
ができる。
[Effect of the Invention 1] As explained in detail above, according to the electron-emitting device of the present invention, the electrode having the pointed head and the conductive material surface are electrically connected through the opening provided in the insulating layer. By doing so, it is possible to manufacture an electrode having a pointed head in an electrically insulated manner, and to improve the degree of integration and connection reliability.

また、本発明の電子放出素子の製造方法によれば、単結
晶の尖頭部を有する電極と導電材料面との接続を、絶縁
層よ設けられた開口部に露出させた導電材料面に単結晶
を堆積させ、微細な異種材料に形成された単一の核を中
心として成長させる単結晶の尖頭部を有する電極と接続
させることができ、簡易な工程で電気的接続を行わせる
ことが可能となる。
Further, according to the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention, the connection between the electrode having a single crystal peak and the conductive material surface is simply made on the conductive material surface exposed through the opening provided in the insulating layer. A crystal can be deposited and connected to an electrode having a single crystal tip that grows around a single nucleus formed in a fine dissimilar material, and electrical connection can be made in a simple process. It becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(A)〜(F)は本発明の製造方法の第一実施例
による電子放出素子の製造工程を説明するための概略的
部分断面図である。 第2図(A)および第2図(B)は選択堆積法の説明図
である。 第3図は、5i02の堆積面と窒化シリコンの堆積面と
の核形成密度の経時変化を示すグラフである。 第4図(A)〜(C)は、単結晶形成方法の一例を示す
形成工程図である。 第5図(A)および第5図(B)は、第4図(A)およ
び第4図(C)における基板の斜視図である。 第6図(A)〜(C)は、単結晶形成方法の他の例を示
す形成工程図である。 第7図はSiH4とNH3の流量比と形成された窒化シ
リコン膜中のSiおよびNの組成比との関係を示したグ
ラフである。 第8図はS i / N組成比と核形成密度との関係を
示すグラフである。 第9図はSiイオンの注入量と核形成密度との関係を示
すグラフである。 第10図は電界効果型の電子放出素子の一例を示す概略
的部分断面図である。 第11図(A)〜(D)はその製造方法を説明するため
の概略的工程図である。 ■・・・・・基体 2・・Φ・・絶縁層 3・番・・・凹部 4.10−・06.開口部 5・・・・・核形成ベース 6.7・・−−・単結晶 8・・・・・尖頭部を有する電極 9・・拳・パ1[極層 代理人 弁理士 山 下 穣 平 第1図 〜2 第2図 (A) (E3) 第3図 rL々朋(脅) $4 図 (A) CB) 第7図 NH3/SiH4ヲL量比 第8図 S1/N 子且へ月ら
FIGS. 1A to 1F are schematic partial cross-sectional views for explaining the manufacturing process of an electron-emitting device according to a first embodiment of the manufacturing method of the present invention. FIG. 2(A) and FIG. 2(B) are illustrations of the selective deposition method. FIG. 3 is a graph showing changes over time in the nucleation density of the 5i02 deposition surface and the silicon nitride deposition surface. FIGS. 4(A) to 4(C) are formation process diagrams showing an example of a method for forming a single crystal. 5(A) and 5(B) are perspective views of the substrates in FIG. 4(A) and FIG. 4(C). FIGS. 6(A) to 6(C) are forming process diagrams showing other examples of the single crystal forming method. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the flow rate ratio of SiH4 and NH3 and the composition ratio of Si and N in the formed silicon nitride film. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the Si/N composition ratio and the nucleation density. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the implantation amount of Si ions and the nucleation density. FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view showing an example of a field effect type electron-emitting device. FIGS. 11(A) to 11(D) are schematic process diagrams for explaining the manufacturing method. ■・・・Base 2・・Φ・・Insulating layer 3・No.・Concavity 4.10-・06. Opening 5...Nucleation base 6.7...Single crystal 8...Electrode 9 with a pointed head...Fist/Pal 1 [Polar layer agent, patent attorney, Jo Yamashita Figures 1 to 2 Figure 2 (A) (E3) Figure 3 rL and Tomo (Threat) $4 Figure (A) CB) Figure 7 NH3/SiH4 L quantity ratio Figure 8 S1/N Child and Hezuki et al.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)導電材料面を有する基体と、この基体上に設けら
れた開口部を有する絶縁層と、この絶縁層に、この絶縁
層の材料より核形成密度が十分大きく、且つ単一の核だ
けが成長する程度に十分微細な異種材料を形成し、この
異種材料に成長した単一の核を中心として成長させた結
晶の尖頭部を有する電極と、前記絶縁層上に設けられ且
つ前記尖頭部の近傍に設けられた引出し電極とを有し、
前記開口部を通して、前記導電材料面と尖頭部を有する
電極とを接続させたことを特徴とする電子放出素子。
(1) A base body having a conductive material surface, an insulating layer provided on the base body having an opening, and a nucleation density sufficiently higher than that of the material of the insulating layer, and only a single nucleus formed in the insulating layer. an electrode provided on the insulating layer and having a tip of a crystal grown around a single nucleus grown in the dissimilar material; It has an extraction electrode provided near the head,
An electron-emitting device characterized in that the conductive material surface and an electrode having a pointed head are connected through the opening.
(2)導電材料面を有する基体に、絶縁層を形成する工
程と、 この絶縁層に、この絶縁層の材料より核形成密度が十分
大きく、且つ単一の核だけが成長する程度に十分微細な
異種材料を形成する工程と、前記絶縁層に開口部を設け
て、前記導電材料面の一部を露出させる工程と、 前記異種材料に成長した単一の核を中心として、結晶を
成長させて尖頭部を有する電極を形成し、且つ前記開口
部に露出した導電材料面に結晶を成長させて、前記尖頭
部を有する電極と接続させる工程とを有する電子放出素
子の製造方法。
(2) forming an insulating layer on a substrate having a conductive material surface; and forming an insulating layer on the insulating layer with a nucleation density sufficiently higher than that of the material of the insulating layer and sufficiently fine that only a single nucleus grows. forming a dissimilar material, forming an opening in the insulating layer to expose a part of the surface of the conductive material, and growing a crystal around a single nucleus grown in the dissimilar material. A method for manufacturing an electron-emitting device, comprising the steps of: forming an electrode having a pointed portion, and growing a crystal on a surface of a conductive material exposed in the opening, and connecting the electrode to the electrode having the pointed portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH052985A (en) * 1990-11-28 1993-01-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Functional electron emitting element and its manufacture
US5243252A (en) * 1989-12-19 1993-09-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electron field emission device
JPH0855574A (en) * 1994-07-27 1996-02-27 Samsung Display Devices Co Ltd Field emission display device and its preparation

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