JP2001326188A - Selective growth method of solid - Google Patents

Selective growth method of solid

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JP2001326188A
JP2001326188A JP2000179094A JP2000179094A JP2001326188A JP 2001326188 A JP2001326188 A JP 2001326188A JP 2000179094 A JP2000179094 A JP 2000179094A JP 2000179094 A JP2000179094 A JP 2000179094A JP 2001326188 A JP2001326188 A JP 2001326188A
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聡 山崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform selective growth of a solid on a fine scale of nano meter with high accuracy in a short time, by readily conducting drawing of a high resolution pattern at a high speed and a low cost, when a solid s selectively grown on a substrate surface. SOLUTION: In this method for growing a solid selective in a defined region on a basic material 1, a silicon nitride film 2 formed on the substrate surface 1 is oxidized locally, according to a desired pattern until the basic material 1 is reached to form a locally oxidized part 3, the locally oxidized part 3 is removed by etching, to form a recessed region 9 exposing the substrate surface 1 on the bottom part 9a thereof, the surfaces of at least the recessed region 9 and the silicon nitride film 2 in the vicinity thereof are coated with silicon dioxide 5 to forma two layer mask, the substrate surface is exposed as a defined region on the bottom part 9a of the recessed region 9, and a solid is selectively grown in the defined region.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、基材上の規定さ
れた領域に選択的に固体を成長させる固体選択成長方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for selectively growing a solid in a specified area on a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体選択成長方法は、主に半導体製造プ
ロセスにおいて、シリコンやヒ化ガリウム等の半導体基
材上の規定された領域にのみ選択的に固体の薄膜を成長
させる技術である。固体選択成長プロセスにおいて、基
材表面は、固体を成長させる領域の外での成長を抑制す
る性質を持つマスクで被覆される。マスクの材料として
は、シリコンの熱酸化や気相析出法によって形成された
二酸化シリコンが広く用いられている。これらのマスク
にレジストを塗布してリソグラフィー技術によりパター
ンを形成した後、エッチングによりマスクを部分的に除
去して基材を露出させることにより、固体を選択成長さ
せる領域が規定される。
2. Description of the Related Art The solid selective growth method is a technique for selectively growing a solid thin film only in a specified region on a semiconductor substrate such as silicon or gallium arsenide in a semiconductor manufacturing process. In the solid selective growth process, the substrate surface is coated with a mask that has the property of inhibiting growth outside the solid growth area. As a material for the mask, silicon dioxide formed by thermal oxidation of silicon or vapor deposition is widely used. After a resist is applied to these masks to form a pattern by lithography, the mask is partially removed by etching to expose the base material, thereby defining a region where a solid is selectively grown.

【0003】近年、半導体デバイスの微細化に伴い、選
択成長領域の寸法を、サブミクロンからナノメーターの
スケールへ微細化することが必要とされている。これを
実現するために、厚さが10nm以下である極薄マスク
を用い、これに対してレジストを塗布することなく、電
子ビームを用いて、選択成長するパターンを直接描画す
る技術が提案されている(例えば、D.S.Hwan
g et al.,Japanese Journal
of Applied Physics,Part
2,vol.37,p.1087(1998)、特許
3015822号公報参照)。特に、この特許301
5822号公報に述べられている、窒化シリコンの上に
二酸化シリコンを積層した2層構造の極薄マスクは、単
層の二酸化シリコンのマスクに比べて、熱的および電子
線に対して優れた安定性を示す。
In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, it has become necessary to reduce the size of the selective growth region from submicron to nanometer scale. To achieve this, a technique has been proposed in which an ultrathin mask having a thickness of 10 nm or less is used, and a pattern for selective growth is directly drawn using an electron beam without applying a resist thereto. (For example, DS Hwan
get et al. , Japanese Journal
of Applied Physics, Part
2, vol. 37, p. 1087 (1998) and Japanese Patent No. 3015822). In particular, this patent 301
The ultra-thin mask having a two-layer structure in which silicon dioxide is stacked on silicon nitride, which is described in Japanese Patent No. 5822, has a better thermal and electron beam stability than a single-layer silicon dioxide mask. Shows sex.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した、パ
ターンを電子ビームを用いて直接描画する手法は、一般
に描画速度が遅いため、実際の半導体製造プロセスに適
さないという問題がある。
However, the above-described method of directly drawing a pattern using an electron beam has a problem that it is not suitable for an actual semiconductor manufacturing process because the drawing speed is generally low.

【0005】また、電子ビームを用いて描画する場合、
解像度が電子ビームの径や2次電子効果で制限されると
いう本質的な欠点がある。
In the case of drawing using an electron beam,
There is an inherent disadvantage that the resolution is limited by the diameter of the electron beam and the secondary electron effect.

【0006】さらに、電子ビームを用いて描画する装置
は、高価な上、性能維持が容易でなく描画処理が煩雑化
するという問題も有している。
Further, an apparatus for drawing by using an electron beam is expensive and has problems that the performance is not easily maintained and the drawing process is complicated.

【0007】この発明は上記に鑑み提案されたもので、
基材上に固体を選択的に成長させる場合のパターンの描
画を、高速にかつ高解像度で、また低コストで容易に行
い、固体の選択成長をナノメーターの微細なスケールで
高精度にかつ短時間で行うことができる固体選択成長方
法を提供することを目的とする。
[0007] The present invention has been proposed in view of the above,
When a solid is to be selectively grown on a substrate, it is easy to draw a pattern at high speed and with high resolution and at low cost. It is an object of the present invention to provide a solid selective growth method that can be performed in a short time.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明は、基材上の規定された領域
に選択的に固体を成長させる固体選択成長方法におい
て、上記基材上に形成した窒化シリコン膜を所望のパタ
ーンに応じて、局所的に酸化して局所酸化部分とし、上
記局所酸化部分をエッチングにより除去して、底部で基
材が露出する凹領域を形成し、上記凹領域および固体の
成長を抑制しようとする窒化シリコン膜の表面を二酸化
シリコンで被覆して2層マスクを形成し、上記凹領域の
底部に基材を露出させて規定領域とし、その規定領域に
固体を選択的に成長させる、ことを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a solid selective growth method for selectively growing a solid in a defined area on a substrate. The silicon nitride film formed on the material is locally oxidized into a locally oxidized portion according to a desired pattern, and the locally oxidized portion is removed by etching to form a concave region where the base material is exposed at the bottom. Forming a two-layer mask by covering the surface of the silicon nitride film for suppressing the growth of the recessed region and the solid with silicon dioxide, exposing a base material to the bottom of the recessed region to form a defined region; The method is characterized in that a solid is selectively grown in a region.

【0009】また、請求項2に記載の発明は、上記した
請求項1に記載の発明の構成に加えて、上記窒化シリコ
ン膜への局所的な酸化を、励起源を制御することにより
局所的に発生させたイオン種や化学活性種を用いて行
う、ことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect of the present invention, local oxidation of the silicon nitride film is controlled by controlling an excitation source. The method is characterized in that it is carried out using the ion species or the chemically active species generated in the above.

【0010】また、請求項3に記載の発明は、上記した
請求項1に記載の発明の構成に加えて、上記窒化シリコ
ン膜への局所的な酸化を、導電性の針を窒化シリコン膜
の表面に接触または近接させた状態で、針に電圧を加え
て行う、ことを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect of the present invention, the local oxidation of the silicon nitride film is performed by connecting a conductive needle to the silicon nitride film. The method is characterized in that a voltage is applied to the needle while the needle is in contact with or in proximity to the surface.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0012】図1はこの発明の固体選択成長方法の各工
程を示す説明図である。この発明の固体選択成長方法で
は、先ず図1(a)に示すように、基材1の上に窒化シ
リコン層(窒化シリコン膜)2を形成する。その膜厚
は、1nmから20nmの範囲であるが、最適な膜厚は
5nm前後である。窒化シリコン層2は、気相蒸着法、
あるいは基材1がシリコンの場合は窒化反応によって形
成される。パターニングの再現性を高めるためには、窒
化シリコン層を1000℃程度であらかじめアニーリン
グするのが有効である。
FIG. 1 is an explanatory view showing each step of the solid-state selective growth method of the present invention. In the solid-state selective growth method of the present invention, a silicon nitride layer (silicon nitride film) 2 is first formed on a substrate 1 as shown in FIG. The film thickness ranges from 1 nm to 20 nm, but the optimum film thickness is around 5 nm. The silicon nitride layer 2 is formed by a vapor deposition method,
Alternatively, when the substrate 1 is silicon, it is formed by a nitriding reaction. In order to enhance the reproducibility of patterning, it is effective to anneal the silicon nitride layer at about 1000 ° C. in advance.

【0013】次に、この窒化シリコン層2に局所酸化を
行うことにより、パターンを直接描画する。すなわち、
図1(b)に示すように、基材1上に形成した窒化シリ
コン膜2を所望のパターンに応じて、局所的に酸化し、
窒化シリコン膜2に局所酸化部分3を形成する。この局
所的な酸化を行う手法として、次の2通りがある。
Next, a pattern is directly drawn by performing local oxidation on the silicon nitride layer 2. That is,
As shown in FIG. 1B, the silicon nitride film 2 formed on the base material 1 is locally oxidized according to a desired pattern,
A locally oxidized portion 3 is formed on the silicon nitride film 2. There are the following two methods for performing this local oxidation.

【0014】先ず第1の手法について説明する。一般に
窒化シリコンは熱酸化に対しては耐酸化性を示すことが
知られているが、プラズマ中などのようにイオン種や化
学活性種の存在する場合は比較的容易に酸化される。こ
のようなイオン種や化学活性種は、励起源(プラズマ、
光、荷電粒子ビーム)を制御することにより局所的に発
生できるので、窒化シリコンを局所的に酸化することが
可能となる。例えば、酸素の存在する雰囲気下で、光、
プラズマあるいは電子ビームによる励起を行うことによ
り、あるいは酸素イオンのビームを照射することによ
り、局所的に活性酸素や酸素イオンを窒化シリコン表面
に供給し、局所的に酸化を行う。
First, the first method will be described. In general, silicon nitride is known to exhibit oxidation resistance to thermal oxidation, but is relatively easily oxidized when ionic species or chemically active species are present, such as in plasma. Such ionic species and chemically active species are supplied to the excitation source (plasma,
Since light can be locally generated by controlling light and charged particle beams, silicon nitride can be locally oxidized. For example, in an atmosphere where oxygen exists, light,
Active oxygen or oxygen ions are locally supplied to the silicon nitride surface by excitation with plasma or an electron beam or by irradiation with a beam of oxygen ions, and local oxidation is performed.

【0015】第2の手法は、最近、電圧印可の可能な原
子間力顕微鏡(AFM)を利用して、窒化シリコンを局
所酸化しパターンを形成する技術が報告されており
(F.S.S.Chen et al.,Applie
d Physics Letters,vol.76,
p.360(2000))、この技術を用いて酸化する
手法である。このF.S.S.Chen等の文献では、
シリコン基板上に厚さ5nm程度の窒化シリコン層を形
成した試料の表面に、AFMの導電性探針を接触させ、
試料に+4Vから+10Vの電圧を印可することによ
り、窒化シリコン層を局所的に酸化しており、100n
m程度の幅のパターン形成に成功している。
As a second technique, a technique has recently been reported in which a pattern is formed by locally oxidizing silicon nitride using an atomic force microscope (AFM) capable of applying a voltage (FSS). Chen et al., Applie.
d Physics Letters, vol. 76,
p. 360 (2000)), a technique for oxidizing using this technique. This F. S. S. In the literature of Chen et al.
An AFM conductive probe is brought into contact with the surface of a sample in which a silicon nitride layer having a thickness of about 5 nm is formed on a silicon substrate,
By applying a voltage of +4 V to +10 V to the sample, the silicon nitride layer is locally oxidized, and 100 n
A pattern with a width of about m has been successfully formed.

【0016】この第2の手法は、具体的には例えば、水
分の存在する雰囲気下で、導電性の針を窒化シリコン2
の表面に接触または近接させた状態で、針に電圧を加え
て行うことにより、局所酸化を行う。このとき、針は、
原子間力顕微鏡で用いられるものと同等な先端形状を持
つものを用いると、100nm程度の線幅の描画を容易
に行うことができる。針への印可電圧は、所望の酸化速
度と線幅とを実現するように調節する。その値は、通常
+4Vから+10V程度である。この手法は、大気中で
実行でき、また初期酸化速度が1μm/sと極めて速
い。また、鋭く尖らせた探針への印可電圧により誘起さ
れる酸化反応であるため、100nm程度の高い解像度
を容易に得ることができる。その酸化機構には、針−試
料表面間に凝縮した空気中の水分が関与していると考え
られている。
In the second method, specifically, for example, a conductive needle is placed in a silicon nitride 2 under an atmosphere in which moisture is present.
Local oxidation is performed by applying a voltage to the needle in a state of contacting or approaching the surface of the needle. At this time, the needle
When a tip having a tip shape equivalent to that used in an atomic force microscope is used, a line width of about 100 nm can be easily drawn. The voltage applied to the needle is adjusted to achieve the desired oxidation rate and line width. Its value is usually about + 4V to + 10V. This method can be performed in the atmosphere, and has an extremely high initial oxidation rate of 1 μm / s. Further, since the oxidation reaction is induced by a voltage applied to a sharply pointed probe, a high resolution of about 100 nm can be easily obtained. It is believed that the oxidation mechanism involves moisture in the air condensed between the needle and the sample surface.

【0017】上記のようにして窒化シリコン層2に局所
酸化部分3を形成すると、続いてこの局所酸化部分3を
エッチングにより除去し、底部9aで基材1が露出する
凹領域9を形成する(図1(c))。この局所酸化部分
3は、フッ化水素(HF)水溶液を用いてエッチングす
ることで選択的に取り除くことができる。このとき、窒
化シリコンのフッ化水素溶液中でのエッチング速度は、
局所酸化部分3の酸化物のエッチング速度に比べて小さ
いので、酸化物のみが選択的にエッチングされる。使用
するフッ化水素水溶液の濃度に制限はないが、エッチン
グ速度の観点から、1.0重量%前後の濃度の水溶液が
使いやすい。局所酸化部分が図1(b)に示すように基
材に達している場合は、この選択エッチングの結果、局
所酸化したパターンに応じて下地の基材1が露出される
(図1(c))。局所酸化部分が基材に達していない場
合は、この選択エッチングにより凹部を形成した窒化シ
リコン層に対して、引き続き、凹部の底に下地の基材1
が露出されるまでエッチングを施すことにより、図1
(c)の構造を形成する。
After the local oxidized portion 3 is formed in the silicon nitride layer 2 as described above, the local oxidized portion 3 is subsequently removed by etching, and a concave region 9 where the base material 1 is exposed at the bottom 9a is formed (FIG. FIG. 1 (c)). This locally oxidized portion 3 can be selectively removed by etching using a hydrogen fluoride (HF) aqueous solution. At this time, the etching rate of silicon nitride in a hydrogen fluoride solution is:
Since the etching rate of the oxide in the locally oxidized portion 3 is small, only the oxide is selectively etched. There is no limitation on the concentration of the aqueous hydrogen fluoride solution to be used, but from the viewpoint of the etching rate, an aqueous solution having a concentration of about 1.0% by weight is easy to use. When the locally oxidized portion reaches the substrate as shown in FIG. 1B, as a result of this selective etching, the underlying substrate 1 is exposed according to the locally oxidized pattern (FIG. 1C). ). When the locally oxidized portion does not reach the base material, the base material 1 on the bottom of the concave portion is continuously placed on the silicon nitride layer having the concave portion formed by the selective etching.
By etching until the silicon is exposed, FIG.
The structure of (c) is formed.

【0018】このようにパターニングされた窒化シリコ
ン層2は、それ自体で選択成長のマスクとして働きうる
が、選択成長する物質と成長方法によっては、成長が抑
制されるべき窒化シリコン表面にも目的とする固体の成
長が起こってしまうため、窒化シリコンは選択成長マス
クの材料として最適とは言えない。選択成長マスクとし
て機能する物質のなかで、最も優れた成長抑制効果を示
すのは、二酸化シリコンである。
The silicon nitride layer 2 patterned as described above can itself serve as a mask for selective growth. However, depending on the material to be selectively grown and the growth method, the silicon nitride layer 2 may be formed on the surface of the silicon nitride whose growth is to be suppressed. Silicon nitride is not optimal as a material for the selective growth mask because solid growth occurs. Among substances that function as selective growth masks, silicon dioxide has the most excellent growth suppressing effect.

【0019】そこで、凹領域9が形成された窒化シリコ
ン層2を全面にわたり二酸化シリコンで被覆し、図1
(d)に示すように、窒化シリコン層2と二酸化シリコ
ンを主成分とする層(以下、「二酸化シリコン層」とい
う)5とからなる2層構造のマスクを形成する。この二
酸化シリコン層5の形成は、気相蒸着によってもよい
が、膜厚制御の観点から、窒化シリコン層2の酸化が簡
便である。特に、窒化シリコンの熱酸化は遅いので、プ
ラズマや紫外光励起により酸素原子、オゾンあるいは酸
素イオンを発生させて酸化を行うのが有効である。この
酸化層(二酸化シリコン層5)の厚さについては、所望
の固体選択成長において充分な成長抑制効果が得られる
膜厚とし、その膜厚となるまで酸化を行う。シリコンを
選択成長させる場合、その膜厚は0.5nm程度であ
る。ただし、酸化膜厚の上限については、すでに描画さ
れたパターン(凹領域9)を乱すことがない限りは、制
限されない。
Therefore, the entire surface of the silicon nitride layer 2 in which the recessed regions 9 are formed is covered with silicon dioxide.
As shown in (d), a mask having a two-layer structure including a silicon nitride layer 2 and a layer mainly containing silicon dioxide (hereinafter, referred to as “silicon dioxide layer”) 5 is formed. This silicon dioxide layer 5 may be formed by vapor deposition, but from the viewpoint of controlling the film thickness, the oxidation of the silicon nitride layer 2 is simple. In particular, since thermal oxidation of silicon nitride is slow, it is effective to generate oxygen atoms, ozone, or oxygen ions by plasma or ultraviolet light excitation to perform oxidation. The thickness of the oxide layer (silicon dioxide layer 5) is set to a thickness that can provide a sufficient growth suppressing effect in desired solid selective growth, and oxidation is performed until the thickness is reached. When silicon is selectively grown, its thickness is about 0.5 nm. However, the upper limit of the oxide film thickness is not limited as long as the pattern (concave region 9) already drawn is not disturbed.

【0020】このとき、露出されていた基材1の表面
(凹領域9の底部9a)も同時に酸化されて酸化膜6で
覆われるため、選択成長に先立って、適当な熱処理やエ
ッチングを行って再度基材1の清浄な表面を露出させ、
図1(e)の状態とする。
At this time, since the exposed surface of the substrate 1 (the bottom 9a of the concave region 9) is also oxidized and covered with the oxide film 6, an appropriate heat treatment or etching is performed prior to the selective growth. Exposing the clean surface of the substrate 1 again,
The state shown in FIG.

【0021】基材1がシリコンの場合は、試料を超高真
空中、あるいは不活性ガスや水素ガス気流中で、900
℃以上に加熱することにより、基材1の表面に形成した
酸化膜6を熱的に脱離させることができる。そのときの
反応式は、SiO+Si=2SiOと表され、基材1
のシリコンを消費し、シリコンモノオキサイドが気相に
脱離することにより、二酸化シリコン(酸化膜6)が除
去される。なおこのとき、窒化シリコン層2上の二酸化
シリコン層5では、前述の反応式でシリコンモノオキサ
イドを生成するために必要なシリコンがないために、脱
離は起こらない。
When the substrate 1 is made of silicon, the sample is placed in an ultra-high vacuum or in an inert gas or hydrogen gas stream.
By heating to a temperature of not less than ° C., the oxide film 6 formed on the surface of the substrate 1 can be thermally desorbed. The reaction formula at that time is expressed as SiO 2 + Si = 2SiO, and the substrate 1
Is consumed and silicon monooxide is desorbed into the gas phase, thereby removing silicon dioxide (oxide film 6). At this time, no desorption occurs in the silicon dioxide layer 5 on the silicon nitride layer 2 because there is no silicon necessary for generating silicon monooxide by the above-mentioned reaction formula.

【0022】基材1がシリコンでない場合には、基材1
上の酸化物(例えば、基材1がヒ化ガリウムであればG
axAsyOz)と、窒化シリコン上の二酸化シリコン
との間で、化学的あるいは物理的な性質が異なることを
利用して、基材1の種類に応じた選択的な脱離反応やエ
ッチング反応により、基材表面を露出させる。
When the substrate 1 is not silicon, the substrate 1
The above oxide (for example, if substrate 1 is gallium arsenide, G
axAsyOz) and silicon dioxide on silicon nitride, utilizing the difference in chemical or physical properties, by a selective desorption reaction or etching reaction depending on the type of the base material 1, The surface of the material is exposed.

【0023】最後に、その露出させた基材表面を規定領
域とし、その規定領域に所望の固体7を選択的に成長さ
せる(図1(f))。固体7がシリコンの場合は、シラ
ンやジシランを用いた分子流れ条件での成長や、クロル
シランを用いた化学気相蒸着により、規定領域に選択成
長を行わせることができる。結晶性の良好な固体を成長
させるためには、図1の(e)および(f)の工程は、
超高真空下や高純度ガス気流中で行うことが必要であ
る。
Finally, the exposed surface of the base material is defined as a defined area, and a desired solid 7 is selectively grown in the defined area (FIG. 1 (f)). When the solid 7 is silicon, selective growth can be performed in a specified region by growth under molecular flow conditions using silane or disilane, or by chemical vapor deposition using chlorosilane. In order to grow a solid having good crystallinity, the steps of (e) and (f) in FIG.
It is necessary to perform it in an ultra-high vacuum or in a high-purity gas stream.

【0024】以上述べたように、この発明に係る実施形
態では、窒化シリコン層2を局所的に酸化してパターン
を描画し、その局所酸化部分3を除去して凹領域9を形
成する。この酸化に際しては、励起源(プラズマ、光、
荷電粒子ビーム)を制御することにより局所的に発生可
能なイオン種や化学活性種を用いて酸化するようにした
ので、一般に熱酸化に対しては耐酸化性を示す窒化シリ
コンを局所的に精度良く酸化することができる。そし
て、その局所酸化部分3の除去を、窒化シリコンのエッ
チング速度と、局所酸化部分3のエッチング速度との差
を利用して行うようにしたので、局所酸化部分3のみを
精度良く、スムーズに除去することができる。すなわ
ち、この実施形態では、基材1上に固体を選択成長させ
る場合のパターン描画は下層の窒化シリコン層2の性質
を利用して、高速にかつ高解像度で、また低コストで容
易に行うことができ、固体の選択成長は上層の二酸化シ
リコン層5の性質を生かして、充分な選択性をもって行
える。その結果、ナノメーターの微細なスケールでの固
体の選択成長を、高い精度でかつ短時間で行うことがで
きる。
As described above, in the embodiment according to the present invention, the silicon nitride layer 2 is locally oxidized to draw a pattern, and the locally oxidized portion 3 is removed to form the concave region 9. In this oxidation, an excitation source (plasma, light,
(Charged particle beam) to control oxidation using ion species or chemically active species that can be generated locally. Can be oxidized well. Since the removal of the locally oxidized portion 3 is performed by utilizing the difference between the etching rate of the silicon nitride and the etching rate of the locally oxidized portion 3, only the locally oxidized portion 3 is accurately and smoothly removed. can do. That is, in this embodiment, pattern writing in the case where a solid is selectively grown on the base material 1 can be easily performed at high speed and with high resolution and at low cost by utilizing the properties of the underlying silicon nitride layer 2. The selective growth of the solid can be performed with sufficient selectivity by utilizing the properties of the upper silicon dioxide layer 5. As a result, the selective growth of a solid on a nanometer fine scale can be performed with high accuracy and in a short time.

【0025】また、従来の電子ビームによる描画装置に
比べて、簡単かつ低コストで、操作しやすい装置とな
り、したがって低コストで容易に描画を行うことができ
る。
Further, compared with the conventional electron beam drawing apparatus, the apparatus is simple and low in cost and easy to operate, so that drawing can be performed easily at low cost.

【0026】また、窒化シリコン層2への局所的な酸化
を、導電性の針を用いて行うようにしたので、パターン
の描画をより一層直接的に、高速かつ高解像度で行うこ
とができる。
Further, since the local oxidation of the silicon nitride layer 2 is performed using a conductive needle, the pattern can be drawn more directly, at a higher speed and with a higher resolution.

【0027】さらに、2層マスク(2,5)は、表面が
二酸化シリコン層5で覆われているので、選択成長反応
においては、二酸化シリコン単層マスクと同等の成長抑
制効果を示す。また、下層に窒化シリコン層2を設けて
いるので、熱的にも安定したものとすることができる。
Furthermore, since the surface of the two-layer mask (2, 5) is covered with the silicon dioxide layer 5, it exhibits the same growth suppressing effect as the silicon dioxide single-layer mask in the selective growth reaction. Further, since the silicon nitride layer 2 is provided as a lower layer, it can be thermally stable.

【0028】次に、実施例として、基材1にシリコンの
(001)ウエハーを用い、その基材1にシリコンを選
択的に成長させ、ドット状のパターンを形成した場合に
ついて、図1を併用して説明する。
Next, as an example, FIG. 1 is used together with a case where a silicon (001) wafer is used as the base material 1 and silicon is selectively grown on the base material 1 to form a dot pattern. I will explain.

【0029】先ず図1(a)の工程において、窒化シリ
コン層2はジクロルシランとアンモニアを原料とした化
学気相蒸着法により形成し、その厚さをおよそ5nmと
した。
First, in the step of FIG. 1A, the silicon nitride layer 2 was formed by a chemical vapor deposition method using dichlorosilane and ammonia as raw materials, and its thickness was set to about 5 nm.

【0030】次に、図1(b)の工程において、プラチ
ナをコーティングして導電性を持たせた探針を備えた原
子間力顕微鏡を用いて局所酸化を行い、ドット状のパタ
ーンに従って描画した。その条件は、大気中にて、ドッ
ト毎に試料に+10Vを200ms印可して酸化を行っ
た。
Next, in the step of FIG. 1 (b), local oxidation was performed using an atomic force microscope equipped with platinum-coated conductive tips, and the pattern was drawn according to a dot-like pattern. . The oxidation was performed by applying +10 V to the sample for 200 ms for each dot in the atmosphere.

【0031】続いて、図1(c)の工程において、ドッ
ト状の局所酸化部分3の選択エッチングを、1.0重量
%のフッ化水素溶液を用いて行い、凹領域9を形成し
た。
Subsequently, in the step of FIG. 1C, the selective etching of the dot-shaped locally oxidized portion 3 was performed using a 1.0% by weight hydrogen fluoride solution to form a concave region 9.

【0032】そして、図1(d)の工程では、二酸化シ
リコン層5の形成を、室温でのプラズマ酸化により行っ
た。すなわち、ヘリウムで5%に希釈した酸素をプラズ
マガスとし、全圧300mTorrにおいて、25mW
/cmの電力密度で容量結合型プラズマを20秒間励
起してプラズマ酸化を行った。酸化膜厚はおよそ0.5
nmとした。
In the step shown in FIG. 1D, the silicon dioxide layer 5 was formed by plasma oxidation at room temperature. That is, oxygen diluted to 5% with helium is used as a plasma gas, and 25 mW at a total pressure of 300 mTorr.
The plasma oxidation was performed by exciting the capacitively coupled plasma at a power density of / cm 2 for 20 seconds. Oxide film thickness is about 0.5
nm.

【0033】その後、図1(e)の工程では、試料を超
高真空下で1000℃で3分間加熱して二酸化シリコン
を熱脱離させることにより、前工程で選択成長領域(凹
領域9の底部9a)に形成した二酸化シリコンの除去を
行った。
Thereafter, in the step shown in FIG. 1E, the sample is heated under ultra-high vacuum at 1000 ° C. for 3 minutes to thermally desorb silicon dioxide, so that the selective growth region (the concave region 9 The silicon dioxide formed on the bottom 9a) was removed.

【0034】最後に、図1(f)の工程において、選択
成長領域にシリコンを化学気相析出法によって成長させ
た。その条件は、ジシラン圧力0.08mTorr、基
材温度580℃、成長時間600秒であった。
Finally, in the step of FIG. 1F, silicon was grown in the selective growth region by a chemical vapor deposition method. The conditions were a disilane pressure of 0.08 mTorr, a substrate temperature of 580 ° C., and a growth time of 600 seconds.

【0035】上記手順で作製した試料表面の原子間力顕
微鏡像を図2に示す。シリコン基材1の表面にシリコン
がドット状に成長しているのが観察され、本発明の方法
で、実際に選択成長が可能であることがわかる。
FIG. 2 shows an atomic force microscope image of the sample surface prepared by the above procedure. It is observed that silicon grows in the form of dots on the surface of the silicon substrate 1, which indicates that selective growth can be actually performed by the method of the present invention.

【0036】また、上記手順で作製した試料表面の化学
組成の変化を、オージェ電子分光により追跡した結果を
図3に示す。図3の横軸はオージェ電子エネルギー(e
V)、縦軸はオージェ電子微分強度(dN/dE)であ
り、ここではシリコンのLVVピークである。図3の
(a)および(b)は、図1(c)の工程が終了した時
点、すなわち凹領域9の底部9aを露出させた時点での
表面化学組成である。(a)は、窒化シリコン層表面に
ついて測定したものであり、83eVに窒化シリコンに
由来するピークが見られる。(b)は、露出した基板
(図1(c)での凹領域9の底部9a)について測定し
たものである。92eVにシリコンのピークが観察され
ることから、清浄なシリコン表面が露出されていること
がわかる。
FIG. 3 shows the result of tracking the change in the chemical composition of the sample surface prepared by the above procedure by Auger electron spectroscopy. The horizontal axis in FIG. 3 is the Auger electron energy (e
V), the vertical axis is the Auger electron differential intensity (dN / dE), and here is the LVV peak of silicon. FIGS. 3A and 3B show the surface chemical composition at the time when the step of FIG. 1C is completed, that is, when the bottom 9a of the concave region 9 is exposed. (A) is a result measured on the surface of the silicon nitride layer, and a peak derived from silicon nitride is observed at 83 eV. (B) is a measurement of the exposed substrate (the bottom 9a of the concave region 9 in FIG. 1 (c)). Observation of a silicon peak at 92 eV indicates that a clean silicon surface is exposed.

【0037】図3の(c)および(d)は、図1(f)
の選択成長工程が終了した時点でのの表面化学組成であ
る。(c)は、選択成長した固体7(シリコン)につい
て測定したものである。92eVにシリコンのピークが
観察されることから、成長した固体がシリコンであるこ
とが確認できる。(d)は、2層マスクの表面について
測定したものである。窒化シリコン表面がプラズマ酸化
により二酸化シリコンで被覆されたことを反映して、
(a)に比べると75eV付近のスペクトルの形が変化
している。また、92eVに見られる小さなピークは、
マスク上に発生したシリコンの核によるものである。
FIGS. 3C and 3D show FIG. 1F
Is the surface chemical composition at the time when the selective growth step is completed. (C) is a measurement of the selectively grown solid 7 (silicon). Since a silicon peak is observed at 92 eV, it can be confirmed that the grown solid is silicon. (D) is a result measured on the surface of the two-layer mask. Reflecting that the silicon nitride surface was coated with silicon dioxide by plasma oxidation,
Compared to (a), the shape of the spectrum around 75 eV changes. Also, the small peak seen at 92 eV is
This is due to nuclei of silicon generated on the mask.

【0038】[0038]

【発明の効果】この発明は上記した構成からなるので、
以下に説明するような効果を奏することができる。
Since the present invention has the above-described configuration,
The following effects can be obtained.

【0039】請求項1および請求項2に記載の発明で
は、窒化シリコン膜を、例えば励起源を制御することに
より局所的に発生可能なイオン種や化学活性種を用い
て、局所的に酸化することでパターンを描画し、その局
所酸化部分を除去して凹領域を形成し、その後に、窒化
シリコン表面を二酸化シリコンで被覆して凹領域への固
体の成長を行うようにしたので、基材上に固体を選択成
長させる場合のパターン描画は下層の窒化シリコン膜の
性質を利用して、高速にかつ高解像度で、また低コスト
で容易に行うことができ、固体の選択成長は上層の二酸
化シリコンの性質を生かして、充分な選択性をもって行
える。その結果、ナノメーターの微細なスケールでの固
体の選択成長を、高い精度でかつ短時間で行うことがで
きる。
According to the first and second aspects of the present invention, the silicon nitride film is locally oxidized using, for example, an ion species or a chemically active species which can be locally generated by controlling an excitation source. By drawing a pattern by that, the local oxidized part was removed to form a concave area, and then the silicon nitride surface was covered with silicon dioxide to grow a solid in the concave area. The pattern writing in the case of selectively growing a solid on top can be easily performed at high speed, with high resolution, and at low cost by utilizing the properties of the underlying silicon nitride film. It can be performed with sufficient selectivity by utilizing the properties of silicon. As a result, the selective growth of a solid on a nanometer fine scale can be performed with high accuracy and in a short time.

【0040】また、請求項3に記載の発明では、窒化シ
リコン膜への局所的な酸化を、導電性の針を用いて行う
ようにしたので、パターンの描画をより一層直接的に、
高速かつ高解像度で行うことができる。また、電子ビー
ムによる描画装置に比べて簡単で操作しやす装置とな
り、したがって、低コストで容易に描画を行うことがで
きる。
According to the third aspect of the present invention, since the local oxidation of the silicon nitride film is performed using a conductive needle, the pattern can be drawn more directly.
It can be performed at high speed and with high resolution. In addition, the device is simpler and easier to operate than an electron beam drawing device, and therefore, drawing can be performed easily at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の固体選択成長方法の各工程を示す説
明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing each step of a selective solid growth method of the present invention.

【図2】この発明の手順に従って作製した試料表面の原
子間力顕微鏡像を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an atomic force microscope image of a sample surface prepared according to the procedure of the present invention.

【図3】この発明の手順に従って作製した試料表面の化
学組成の変化を、オージェ電子分光により追跡した結果
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a result of tracking a change in a chemical composition of a sample surface manufactured according to a procedure of the present invention by Auger electron spectroscopy.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基材 2 窒化シリコン層 3 局所酸化部分 5 二酸化シリコン層 6 酸化膜 7 固体,シリコン 9 凹領域 9a 底部 Reference Signs List 1 base material 2 silicon nitride layer 3 locally oxidized portion 5 silicon dioxide layer 6 oxide film 7 solid, silicon 9 concave region 9a bottom

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/318 H01L 21/318 B (72)発明者 安田 哲二 茨城県つくば市東1丁目1番4 工業技術 院 産業技術融合領域研究所内 (72)発明者 山崎 聡 茨城県つくば市東1丁目1番4 工業技術 院 産業技術融合領域研究所内 (72)発明者 果 尚志 台湾 シンチュー 300 ナショナル シ ン−ハ ユニバーシティ デパートメント オブ フィジックス内 Fターム(参考) 4K030 AA06 BA40 BA44 BB13 CA04 CA12 DA08 5F045 AB02 AC01 AD09 AE13 AF03 AF20 DB02 5F058 BA20 BC02 BD01 BD04 BF63 BF70 BF73 BF76 BF78 BJ01──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/318 H01L 21/318 B (72) Inventor Tetsuji Yasuda 1-4-1 Higashi Tsukuba, Ibaraki Pref. Industrial Technology Institute of Industrial Science and Technology (72) Inventor Satoshi Yamazaki 1-4-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki Pref. Institute of Industrial Science and Technology (72) Inventor Naoshi Hana Taiwan Sinchu 300 National Shin-Ha University Department Of Physics F term (reference) 4K030 AA06 BA40 BA44 BB13 CA04 CA12 DA08 5F045 AB02 AC01 AD09 AE13 AF03 AF20 DB02 5F058 BA20 BC02 BD01 BD04 BF63 BF70 BF73 BF76 BF78 BJ01

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基材上の規定された領域に選択的に固体
を成長させる固体選択成長方法において、 上記基材上に形成した窒化シリコン膜を所望のパターン
に応じて、局所的に酸化して局所酸化部分とし、 上記局所酸化部分をエッチングにより除去して、底部で
基材が露出する凹領域を形成し、 上記凹領域および固体の成長を抑制しようとする窒化シ
リコン膜の表面を二酸化シリコンで被覆して2層マスク
を形成し、 上記凹領域の底部に基材を露出させて規定領域とし、そ
の規定領域に固体を選択的に成長させる、 ことを特徴とする固体選択成長方法。
In a solid-state selective growth method for selectively growing a solid in a defined region on a substrate, a silicon nitride film formed on the substrate is locally oxidized according to a desired pattern. A locally oxidized portion by etching, removing the locally oxidized portion by etching to form a concave region where the base material is exposed at the bottom, and forming the concave region and the surface of the silicon nitride film to suppress the growth of solids by silicon dioxide. Forming a two-layer mask by exposing the substrate to a defined region by exposing the base material to the bottom of the concave region, and selectively growing a solid in the defined region.
【請求項2】 上記窒化シリコン膜への局所的な酸化
を、励起源を制御することにより局所的に発生させたイ
オン種や化学活性種を用いて行う、 ことを特徴とする請求項1に記載の固体選択成長方法。
2. The method according to claim 1, wherein the local oxidation of the silicon nitride film is performed using ionic species or chemically active species locally generated by controlling an excitation source. The selective solid growth method according to the above.
【請求項3】 上記窒化シリコン膜への局所的な酸化
を、導電性の針を窒化シリコン膜の表面に接触または近
接させた状態で、針に電圧を加えて行う、 ことを特徴とする請求項1に記載の固体選択成長方法。
3. The method according to claim 1, wherein the local oxidation of the silicon nitride film is performed by applying a voltage to the needle while the conductive needle is in contact with or close to the surface of the silicon nitride film. Item 2. The method for selective solid growth according to Item 1.
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