JP2609602B2 - Electron emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents

Electron emitting device and method of manufacturing the same

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  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

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
堆積される面に、この堆積される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
放出放出素子及びその製造方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electron-emitting device and a method for manufacturing the same, and in particular, a nucleation density on a surface to be deposited is sufficiently higher than a material of the surface to be deposited, and The present invention relates to an electron-emitting device in which a dissimilar material fine enough to grow only a single nucleus is provided, and a crystal grown by the single nucleus grown on the dissimilar material is used as an electron-emitting portion, and a method of 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 an electron-emitting source. However, electron emission using a hot electrode has a problem that energy loss due to heating is large and preheating is required. 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 that locally generates a high electric field and emits electrons by field emission. There are elements.

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 11 (D) are schematic steps for explaining a manufacturing method thereof.

第10図に示すように、Si等の基体21上にMo(モリブデ
ン)等の円錐形状の電極19を設け、この電極19を中心と
して開口部が設けられたSiO2等の絶縁層20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18を設ける。
As shown in FIG. 10, a conical electrode 19 made of Mo (molybdenum) or the like is provided on a substrate 21 made of Si or the like, and an insulating layer 20 made of SiO 2 or the like having an opening provided around the electrode 19 is formed. And
An extraction electrode 18 having an end 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21と引
き出し電極18との間に電圧を印加すると、電界強度の強
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 21 and the extraction electrode 18, electrons are emitted from the peak having a strong electric field intensity.

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 is manufactured by the following steps.

まず、第11図(A)に示すように、Si等の基体21の上
にSiO2酸化膜等の絶縁層20を形成し、電子ビーム蒸着等
によりMo層18を形成し、さらにPMMA(poly−methyl−me
thacrylate)等の電子線レジストをスピンコート法を用
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18を選択的にエッチングして第1の
開口部22を形成する。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20をエッチングして第
2の開口部23を形成する。
First, as shown in FIG. 11 (A), an insulating layer 20 such as a SiO 2 oxide film is formed on a substrate 21 such as Si, a Mo layer 18 is formed by electron beam evaporation or the like, and a PMMA (poly) -Methyl-me
An electron beam resist such as thacrylate) is applied by spin coating. After patterning by irradiating an electron beam, the electron beam resist is partially removed with isopropyl alcohol or the like, and the Mo layer 18 is selectively etched to form a first opening 22. After the electron beam resist is completely removed, the insulating layer 20 is etched using hydrofluoric acid to form a 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21を回転させながら、一定の角度θ傾斜させて
AlをMo層18上の上面に蒸着させてAl層24を形成する。こ
のとき前記Mo層18の側面部にもAl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22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 21 about the rotation axis X, the base body 21 is inclined at a predetermined angle θ.
Al is deposited on the upper surface of the Mo layer 18 to form an Al layer 24. At this time, since Al is also deposited on the side surface of the Mo layer 18, the diameter of the first opening 22 can be arbitrarily reduced by controlling the deposition amount.

次に、第11図(C)に示すように、基体21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Al層24上及び基体21上だけでなくAl層24の側面にも
堆積されるので、第1の開口部22の直径はMo層25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22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21上には略
円錐形状の電極19が形成される。
Next, as shown in FIG. 11 (C), Mo is vapor-deposited perpendicular to the substrate 21 by electron beam vapor deposition or the like. At this time
Since Mo is deposited not only on the Al layer 24 and the substrate 21 but also on the side surfaces of the Al layer 24, the diameter of the first opening 22 gradually decreases as the Mo layer 25 is stacked. Deposits (Mo) deposited on the substrate as the diameter of the first opening 22 decreases.
The electrode 19 having a substantially conical shape is formed on the base 21 because the deposition range of the substrate also becomes smaller.

最後に、第11図(D)に示すように、堆積したMo層25
及びAl層24を除去することにより略円錐形状の電極19を
有する電子放出素子が形成される。
Finally, as shown in FIG.
By removing the Al layer 24, an electron-emitting device having the substantially conical electrode 19 is formed.

[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ために再現性が悪く、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 above-mentioned conventional electron-emitting device has a conical shape, for example, the height, angle, and bottom diameter of the electrode are the size of the first opening, the thickness of the oxide film, The reproducibility is poor because it is determined by various manufacturing conditions such as the distance between the substrate and the evaporation source, and when forming the above-mentioned electron-emitting devices at the same time, there is a large conical variation. 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。
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electron-emitting device in which the shape of an electrode having a pointed head serving as an electron-emitting portion is prevented from changing, and the performance thereof is improved.

[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から成る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、 前記開口部に露出した導電材料面に成長させた結晶
と、前記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] An electron-emitting device according to the present invention includes: a base having a conductive material surface; an insulating layer having an opening provided on the base;
A dissimilar material having a nucleation density sufficiently higher than that of the material of the insulating layer and sufficiently fine enough to grow only a single nucleus is formed on the insulating layer. An electrode having a peak made of a crystal grown as an electrode, and an extraction electrode provided on the insulating layer and provided in the vicinity of the peak, and a conductive material surface exposed at the opening. The grown crystal is connected to the electrode having the pointed head.

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、 この絶縁層が、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。
According to the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention, a step of forming an insulating layer on a substrate having a surface of a conductive material, the insulating layer having a nucleation density sufficiently higher than the material of the insulating layer and a single nucleus Forming a dissimilar material fine enough to grow only the same; providing an opening in the insulating layer to expose a portion of the conductive material surface; and a single nucleus grown on the dissimilar material. A step of growing a crystal to form an electrode having a pointed tip, and growing a crystal on the conductive material surface exposed to the opening, and connecting the electrode to the electrode having the pointed tip. It is characterized by the following.

[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積度及び接続の信頼
性を向上させるものである。
[Effect] In the electron-emitting device of the present invention, the electrode having the peak is electrically connected to the surface of the conductive material through the opening provided in the insulating layer. In addition, it is manufactured by being insulated, and the integration degree and the reliability of the connection are improved.

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有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。
In the method of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention, the connection between the electrode having the crystal peak and the conductive material surface is performed by depositing the crystal on the conductive material surface exposed to the opening provided in the insulating layer. The electrode is connected to an electrode having a peak of a crystal grown around a single nucleus formed in a fine dissimilar material, and the electrical connection is made in a simple process.

[実施例] 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to 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。
1 (A) to 1 (F) are schematic partial cross-sectional views for explaining manufacturing steps of a first embodiment of a 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SiO2
等の絶縁層2を形成する。
First, as shown in FIG. 1 (A), a substrate 1 made of a conductive material (including a semiconductor) such as Si is provided with an insulating material of SiO 2.
The insulating layer 2 is formed.

次に、第1図(B)に示すように、ホトエッチング等
により、絶縁層2に凹部3を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, a concave portion 3 is formed in the insulating layer 2 by photo etching 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, the concave portions 3 of the insulating layer 2 are formed.
An opening 4 is provided on the bottom surface of.

次に、第1図(D)に示すように、凹部3の底面にS
i,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 (D), S
A nucleation base 5 which is a dissimilar material such as i, Si 3 N 4 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M0,W,Si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。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。
Next, as shown in FIG. 1 (E), a single crystal 6 of M 0 , W, Si or the like is formed around a single nucleus formed on the nucleation base 5.
Grow. The details of the method for producing this single crystal will be described later. At the same time as growing the single crystal 6, a single crystal 7 is grown on the conductive material surface 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), the single crystal 6 is grown, connected to the single crystal 7, and further grown to form the electrode 8 having a pointed tip.

今、単結晶6の材料、核形成ベース5の材料、基体1
の導電材料、絶縁層2の材料のそれぞれの、単結晶原子
の付着係数をK,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。
Now, the material of the single crystal 6, the material of the nucleation base 5, and the base 1
Let K, L, M, and N be the adhesion coefficients of single crystal atoms of the conductive material and the material of the insulating layer 2, respectively, and K>L>M> N. In the case of a material having the relationship of M, a single crystal 6 grows first around a single nucleus formed on the nucleation base 5, and then a single crystal 7 grows from the opening 4. , The single crystal 6 grows while maintaining the conical peak of the single crystal,
Even after connection with the single crystal 7, the crystal grows while maintaining the shape of the pointed head.

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。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。
However, the relationship of K>M>L> N holds, and if the conductive material of the base 1 is a material having the relationship of L <M, a single crystal will grow from the opening 4 first, so that nucleation It is difficult to form a single crystal 6 having a conical point with a single nucleus formed on the base 5 as a center. Therefore, in this case, it is necessary to suppress the growth of the single crystal 7. For example, the opening 4 is formed as a hole having a small diameter and the thickness of the insulating layer is increased to reach the exposed surface of the conductive material. This can be dealt with by reducing the amount of single crystal atoms or by filling the opening 4 with a resist until the single crystal 6 becomes a certain size, and then growing the single crystal 7. it can.

最後に、絶縁層2上にM0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, to form an electrode layer such as M 0 on the insulating layer 2, the electrode layer by photolithography or the like, an opening 10 is formed on the cusp of the electrode 8, the extraction electrode serving electrode layer 9 Then, 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 is described here, the present invention is not limited to a single crystal, and the present invention can be applied to a case where the crystal is 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、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。
A feature of the electron-emitting device of the present invention manufactured by the manufacturing process described above is that an electrode having a pointed head and a conductive material surface are connected to each other through an opening provided in an insulating layer. Accordingly, it is an object of the present invention to improve the mounting density by integrating wirings and improve the reliability.

また、上記実施例に述べたように、本発明の電子放電
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。
Further, as described in the above embodiment, the method for manufacturing an electron discharge element of the present invention exposes the connection between the electrode having the crystal peak and the conductive material surface to the opening provided in the insulating layer. A crystal is deposited on the surface of the conductive material, and is connected to an electrode having a peak of a crystal grown around a single nucleus formed in a fine dissimilar material. Without this, the electrical connection is made in a simple process.

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、堆積される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、凹部3,電極層9の開口部10の寸法制度と独立して形
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。
Note that a heterogeneous material having a nucleation density sufficiently higher than that of the material of the insulating layer and sufficiently fine enough to grow only a single nucleus is formed in the insulating layer. The manufacturing method of growing a single crystal as the center is determined by conditions such as the insulating layer 2, the nucleation base 5, the material of the deposit, the deposition conditions, etc. Since the recess 3 and the opening 10 of the electrode layer 9 are formed independently of the dimensional accuracy, variations in the size can be suppressed.
Since it is determined by the positional accuracy, it can be manufactured at a desired position with high accuracy. As a result, a multi-type electron-emitting device having a plurality of electron-emitting ports at a fine pitch,
It can be manufactured uniformly.

また、尖頭部の電子放出部の形状を均一且つシャープ
に形成して電界強度を均一且つ強いものとし、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, the shape of the electron emitting portion at the pointed tip is formed uniformly and sharply, the electric field intensity is made uniform and strong, the variation in the range of the operation start voltage is 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
を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。
Further, it is possible to form an electrode having a pointed tip by depositing a single crystal on an insulating layer on which a single crystal cannot be formed due to crystallinity or the like, thereby improving electrical insulation. The area can be easily made, the conductivity of the electrode having the pointed tip can be improved, and the electron emitting portion of the pointed tip can be made to have a crystal structure of a certain structure, thereby reducing the Schottky effect. And the electron emission efficiency can be improved.

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 insulating layer will be described in detail.

まず、堆積される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。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, a selective deposition method for selectively forming a deposition film on a surface to be deposited will be described. Selective deposition is a method of selectively depositing a thin film on a substrate using the difference between materials, such as surface energy, adhesion coefficient, desorption coefficient, and surface diffusion rate, which influence nucleation during the thin film formation process. It is a method of forming.

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

まず、同図(A)に示すように、基板11上に、基板11
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12上のみに成長し、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リソグ
ラフィ工程の省略が可能となる。
First, as shown in FIG.
And a thin film 12 made of a material having the above factors different from each other is formed at a desired portion. Then, when a thin film made of an appropriate material is deposited under appropriate deposition conditions, as shown in FIG.
The phenomenon that the thin film 13 grows only on the thin film 12 but not on the substrate 11 can be caused. By utilizing this phenomenon, the thin film 13 formed in a self-aligned manner can be grown, and a conventional lithography process using a resist can be omitted.

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12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Si、W、GaAs、InP等がある。
Materials that can be deposited by such a selective formation method include, for example, SiO 2 as the substrate 11, Si, GaAs, silicon nitride as the thin film 12, and Si, W, GaAs, InP as the thin film 13 to be deposited. .

第3図は、SiO2の堆積される面と窒化シリコンの堆積
される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 the change over time in the nucleation density of the surface on which SiO 2 is deposited and the surface on which silicon nitride is deposited.

同グラフが示すように、堆積を開始して間もなくSiO2
上での核形成密度は103cm-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 the start of deposition, SiO 2
The nucleation density above is saturated below 10 3 cm -2 , and its value hardly changes after 20 minutes.

それに対して窒化シリコン(Si3N4)上では、〜4×1
05cm-2で一旦飽和し、それから10分ほど変化しないが、
それ以降は急激に増大する。なお、この測定例では、Si
Cl4ガスをH2ガスで希釈し、圧力175Torr、温度1000℃の
条件下でCVD法により堆積した場合を示している。他にS
iH4、SiH2Cl2、SiHCl3、SiF4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。
On the other hand, on silicon nitride (Si 3 N 4 ),
Once saturated at 0 5 cm -2 , then it does not change for about 10 minutes,
After that, it increases rapidly. In this measurement example, Si
This shows a case in which Cl 4 gas is diluted with H 2 gas and deposited by the CVD method under the conditions of a pressure of 175 Torr and a temperature of 1000 ° C. S
A similar effect can be obtained by adjusting pressure, temperature, etc. using iH 4 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiF 4 or the like as a reaction gas. Also, vacuum deposition is possible.

この場合、SiO2上の核形成はほとんど問題とならない
が、反応ガス中にHClガスを添加することで、SiO2上で
の核形成を更に抑制し、SiO2上でのSiの堆積を皆無にす
ることができる。
In this case, nucleation on SiO 2 is not a problem, but by adding HCl gas to the reaction gas, nucleation on SiO 2 is further suppressed, and deposition of Si on SiO 2 is completely eliminated. Can be

このような現象は、SiO2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SiO2
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SiO2自身がエッチングされ、窒化シリコン上ではこの
ようなエッ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.Yoneha
ra,S.Yoshioka,S.Miyazawa Journal of Applied Physic
s 53,6839,1982)。
Such a phenomenon is largely due to the difference in the adsorption coefficient, desorption coefficient, surface diffusion coefficient, etc. of the material surface of SiO 2 and silicon nitride with respect to Si, but SiO 2 reacts by the Si atoms themselves and the vapor pressure is high. The generation of silicon oxide etches SiO 2 itself, and the fact that such an etching phenomenon does not occur on silicon nitride is also considered to be a cause of selective deposition (T. Yoneha).
ra, S.Yoshioka, S.Miyazawa Journal of Applied Physic
s 53,6839,1982).

このように堆積される面の材料としてSiO2および窒化
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、ここでは堆積される面の材料
としてSiO2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。
If SiO 2 and silicon nitride are selected as the material of the surface to be deposited as described above and silicon is selected as the deposition material, a sufficiently large difference in nucleation density can be obtained as shown in the graph. Note that, here, SiO 2 is desirable as the material of the surface to be deposited. However, the material is not limited to this, and a difference in nucleation density can be obtained even with SiO X.

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、後に例示するような材料によっ
ても堆積膜の分な選択形成を行うことができる。
Of course, the invention is not limited to these materials, it is sufficient if 10 2 times or more in a density of nuclei as shown by the difference the graph of nucleation density, also deposited by a material exemplified later film Selective formation can be performed.

この核形成密度差を得る他の方法としては、SiO2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。
As another method of obtaining the difference in nucleation density, a region having excessive Si, N, or the like may be formed by locally implanting ions of Si, N, or the like on SiO 2 .

このような選択堆積法を利用し、堆積される面の材料
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。
Utilizing such a selective deposition method, a heterogeneous material having a nucleation density sufficiently higher than that of the surface to be deposited is formed fine enough so that only a single nucleus grows. The single crystal can be selectively grown only at the existing position.

なお、単結晶の選択的成長は、堆積される面の表面の
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SiO2
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される面を成していれば
よい。
Since the selective growth of the single crystal is determined by the electronic state of the surface on which the single crystal is to be deposited, in particular, the state of dangling bonds, a material having a low nucleation density (for example, SiO 2 )
Does not need to be a bulk material, but may be formed only on the surface of any material, substrate, or the like to form the surface on which the above-described deposition is performed.

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(B)は、第
4図(A)および(C)における基板の斜視図である。
4 (A) to 4 (C) are process charts showing an example of a method for forming a single crystal. FIGS. 5 (A) and 5 (B) show the substrate in FIGS. 4 (A) and 4 (C). It is a perspective view of.

まず、第4図(A)および第5図(A)に示すよう
に、基板14上に、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、リン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、機能素子が形成された基板であってもよい。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
変質領域を含めるものとする。
First, as shown in FIGS. 4 (A) and 5 (A), a thin film 15 having a low nucleation density is formed on a substrate 14 to enable selective deposition, and a thin film 15 having a high nucleation density is formed thereon. The dissimilar material 16 is formed thin enough by depositing the dissimilar material thinly and patterning it by linography or the like. However, the size, crystal structure and composition of the substrate 14 may be arbitrary, and may be a substrate on which a functional element is formed. Further, as described above, the different material 16 is a thin film of Si, N, or the like.
15 includes an altered region having excess Si, N, etc. formed by ion implantation.

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17が形
成されるためには、すでに述べたように、薄膜15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。
Next, a single nucleus of thin film material is formed only in the dissimilar material 16 by appropriate deposition conditions. That is, different materials 16
Must be formed fine enough to form only a single nucleus. The size of the dissimilar material 16 depends on the type of the material, but may be several microns or less. Further, the nucleus grows while maintaining the single crystal structure, and becomes an island-like single crystal grain 17 as shown in FIG. 4 (B). In order to form island-like single crystal grains 17, as described above, it is necessary to determine conditions so that nucleation does not occur on the thin film 15 at all.

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
錐系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 are made of different materials while maintaining the single crystal structure.
Further growing around the center 16, a single crystal 17 a of a rotating body having a substantially conical point is obtained as shown in FIG.

このように堆積される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。
The thin film 15, which is the material of the surface thus deposited, is
Since the substrate 14 is formed on the substrate 14, any material can be used for the substrate 14 serving as a support, and even if a functional element or the like is formed on the substrate 14, a single crystal can be easily formed thereon. Can be formed.

なお、上記実施例では、堆積される面の材料を薄膜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 on the surface to be deposited is the thin film 15.
However, a single crystal may be similarly formed using a substrate made of a material having 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。
6 (A) to 6 (C) are formation process diagrams showing another example of the single crystal formation 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 FIG. 6, by dissimilarly forming a different material 16 on a substrate 15 made of a material having a low nucleation density that enables selective deposition, a single unit is formed in the same manner as in the example shown in FIG. Crystals can be formed.

(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
明する。
(Specific Example) Next, a specific method for forming the single crystal layer in the above example will be described.

SiO2を薄膜15の堆積される面の材料とする。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SiO2層を形成してもよ
い。また、堆積される面の材料としてはSiO2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。
SiO 2 is used as the material of the surface on which the thin film 15 is deposited. Of course, a quartz substrate may be used, or a metal, a semiconductor, a magnetic material, a piezoelectric material, an insulator, etc.
An SiO 2 layer may be formed on the substrate surface by using a vacuum evaporation method or the like. The material of the surface to be deposited is SiO 2 is desirable, it may be one of changing the value of x as SiO 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Si3N4層)又は多結晶シ
リコン層を異種材料として堆積させ、通常のリソグラフ
ィ技術又はX線、電子線若しくはイオン線を用いたリソ
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〜1μm
以下の微小な異種材料16を形成する。
A silicon nitride layer (here, a Si 3 N 4 layer) or a polycrystalline silicon layer is deposited as a dissimilar material on the SiO 2 layer 15 formed in this manner by a low pressure vapor phase epitaxy method. Alternatively, a silicon nitride layer or a polycrystalline silicon layer is patterned by a lithography technique using an ion beam, and is patterned to several microns or less, preferably to about 1 μm.
The following minute dissimilar material 16 is formed.

続いて、HClとH2と、SiH2Cl2、SiCl4、SiHCl3、SiF4
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
℃、圧力は約100Torrである。
Subsequently, HCl and H 2 , SiH 2 Cl 2 , SiCl 4 , SiHCl 3 , SiF 4
Alternatively, Si is selectively grown on the substrate 15 by using a mixed gas with SiH 4 . The substrate temperature at that time is 700-1100
C, pressure is about 100 Torr.

数十分程度の時間で、SiO2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μm程度
あるいはそれ以上の単結晶17aが形成される。
In a few tens of minutes, a single crystal of silicon nitride or polycrystal silicon on SiO 2
By growing the Si grains 17 under optimal growth conditions, a single crystal 17a having a size from the size of the above-mentioned dissimilar materials to about several tens μm 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される面の材料と異種
材料との十分な核形成密度差を得るには、Si3N4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。
(Silicon nitride composition) In order to obtain a sufficient difference in nucleation density between the material on the surface to be deposited and the dissimilar material as described above, it is not limited to Si 3 N 4 , but silicon nitride. The composition may be changed.

RFプラズマ中でSiH4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CVD法では、SiH
4ガスとNH3ガスとの流量比を変化させることで、堆積す
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。
In a plasma CVD method in which a SiN 4 gas and an NH 3 gas are decomposed in an RF plasma to form a silicon nitride film at a low temperature, SiH 4 is used.
By changing the flow ratio of the 4 gas and the NH 3 gas, the composition ratio of Si and N of the silicon nitride film to be deposited can be changed greatly.

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 ratio of SiH 4 and NH 3 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380℃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NH3/SiH4のガス
流量比を4〜10へ変化させると、窒化シリコン膜中のSi
/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 an RF output of 175 W and a substrate temperature of 380 ° C., and the flow rate of NH 3 gas was changed while the flow rate of SiH 4 gas was fixed at 300 cc / min. As shown in the graph, when the gas flow ratio of NH 3 / SiH 4 was changed from 4 to 10, Si in the silicon nitride film was changed.
Auger electron spectroscopy revealed that the / N ratio varied from 1.1 to 0.58.

また、減圧CVD法でSiH2Cl2ガスとNH3ガスとを導入
し、0.3Torr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、ほぼ化学量論比であるSi3N4(S
i/N=0.75)に近いものであった。
In addition, the composition of a silicon nitride film formed under a reduced pressure of 0.3 Torr and a temperature of about 800 ° C. by introducing a SiH 2 Cl 2 gas and an NH 3 gas by a reduced pressure CVD method is almost stoichiometric. 3 N 4 (S
i / 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, a silicon nitride film formed by heat-treating Si at about 1200 ° C. in ammonia or N 2 (thermal nitriding method) has a closer stoichiometric ratio because the forming method is performed under thermal equilibrium. A composition can be obtained.

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SiO2より高い堆積される面の材料として用
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 nucleation density of the silicon nitride formed by various methods Si is grown nuclei of the Si used as the material of the surface to be higher deposition than SiO 2 as described above, the difference in nucleation density by the composition ratio Occurs.

第8図は、Si/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Siの核形成
密度は大幅に変化する。この時の核形成条件は、SiCl4
ガスを175Torrに減圧し、1000℃でH2と反応させてSi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 graph, by changing the composition of the silicon nitride film, the nucleation density of Si grown thereon changes significantly. The nucleation conditions at this time were SiCl 4
The gas is depressurized to 175 Torr and reacted with H 2 at 1000 ° C. to generate Si.

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。
Such a phenomenon that the nucleation density changes depending on the composition of silicon nitride affects the size of silicon nitride as a dissimilar material formed sufficiently finely to grow a single nucleus. That is, silicon nitride having a composition with a high nucleation density cannot form a single nucleus unless 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4μm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 optimal silicon nitride size from which a single nucleus can be selected. For example, under the deposition conditions to obtain a nucleation density of about 10 5 cm −2, a single nucleus can be selected if the size of silicon nitride is about 4 μm or less.

(イオン注入による異種材料の形成) Siに対して核形成密度差を実現する方法として、核形
成密度の低い堆積される面の材料であるSiO2の表面に局
所的にSi,N,P,B,F,Ar,He,C,As,Ga,Ge等をイオン注入し
てSiO2の堆積される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され面の材料としても良い。
(Formation of different types of materials by ion implantation) as a method for realizing nucleation density difference to Si, topically to SiO 2 surface is a material of the surface to be low deposition of nucleation density Si, N, P, B, F, Ar, He, C, As, Ga, Ge, etc. are ion-implanted to form an altered region on the surface on which SiO 2 is deposited, and this altered region is used as a material for the deposited surface having a high nucleation density. Is also good.

例えば、SiO2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SiO2表面を部分的に表出させる。
For example, often the SiO 2 surface with a resist, exposing the desired portions, development, dissolved the SiO 2 surface partially to expose it.

続いて、SiF4ガスをソースガスとして用い、Siイオン
を10keVで1×1016〜1×1018cm-2の密度でSiO2表面に
打込む。これによる投影飛程は114Åであり、SiO2表面
ではSi濃度が〜1022cm-3に達する。SiO2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。
Subsequently, using SiF 4 gas as a source gas, Si ions are implanted into the SiO 2 surface at 10 keV at a density of 1 × 10 16 to 1 × 10 18 cm −2 . As a result, the projection range is 114 °, and the Si concentration on the SiO 2 surface reaches 1010 22 cm −3 . Since SiO 2 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Si
イオンをSiO2表面に注入してもよい。
In order to form the altered region, ion implantation can be performed by using a resist as a mask.However, using a focused ion beam technique, the silicon is narrowed down without using a resist mask.
Ions may be implanted into the SiO 2 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SiO2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SiO2の堆積される面にSiを
気相成長させる。
After performing the ion implantation in this manner, the resist is peeled off to form a deteriorated region where Si is excessive on the SiO 2 surface. Si is vapor-phase-grown on the surface on which SiO 2 is formed 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+注入量が多い程、核形成
密度が増大することがわかる。
As shown in the graph, it can be seen that the nucleation density increases as the Si + implantation amount increases.

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 fine,
Using this altered region as a dissimilar material, a single nucleus of Si can be grown, 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。
It is to be noted that the formation of the altered region sufficiently fine enough to grow a single nucleus can be easily achieved by patterning a resist or narrowing a focused ion beam.

(CVD以外のSi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、CV
D法だけでなく、Siを真空中(<10-6Torr)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(Molecular Beam Epitaxy)法では、基板温度900℃以
上でSiビームとSiO2が反応を始め、SiO2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,Yos
hioka and S.Miyazawa Journal of Applied Physics 5
3,10,p6839,1983)。
(Si deposition methods other than CVD) In order to grow single crystals by selective nucleation of Si, CV
In addition to the D method, a method in which Si is evaporated by an electron gun in a vacuum (<10 −6 Torr) and deposited on a heated substrate is also used. In particular, MB that performs deposition in ultra-high vacuum (<10 -9 Torr)
In the E (Molecular Beam Epitaxy) method, it is known that a Si beam and SiO 2 start to react at a substrate temperature of 900 ° C. or higher, and there is no nucleation of Si on SiO 2 (T.Yonehara, S. , Yos
hioka and S. Miyazawa Journal of Applied Physics 5
3, 10, p6839, 1983).

この現象を利用してSiO2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Siを成長させることができた。この時の堆
積条件は、真空度10-8Torr以下、Siビーム強度9.7×10
14atoms/cm2・sec、基板温度900℃〜1000℃であった。
Utilizing this phenomenon, a single nucleus of Si is formed with perfect selectivity in minute silicon nitride scattered on SiO 2 ,
Single crystal Si could be grown there. The deposition conditions at this time were as follows: vacuum degree 10 −8 Torr or less, Si beam intensity 9.7 × 10
14 atoms / cm 2 · sec, and the substrate temperature was 900 ° C. to 1000 ° C.

この場合、SiO2+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SiO2自身のSiによるエッチングが生起してい
る。
In this case, the reaction of SiO 2 + Si → 2SiO ↑
Thus, a reaction product having a remarkably high vapor pressure is formed, and the SiO 2 itself is etched by Si due to the evaporation.

これに対して、窒化シリコン上では蒸気エッチング現
象は起こらず、核形成、そして堆積が生じている。
On the other hand, a vapor etching phenomenon does not occur on silicon nitride, and nucleation and deposition occur.

したがって、核形成密度の高い堆積される面の材料と
しては、窒化シリコン以外に、タンタル酸化物(Ta
2O5)、窒化シリコン酸化物(SiON)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, as the material of the surface to be deposited with a high nucleation density, tantalum oxide (Ta
The same effect can be obtained by using 2 O 5 ), silicon nitride oxide (SiON) or the like. That is, a single crystal can be similarly grown by minutely forming these materials to be the above-mentioned different materials.

(タングステン単結晶の成長) Si以外の材料としてタングステンの場合を例示する。(Growth of Tungsten Single Crystal) A case where tungsten is used as a material other than Si will be exemplified.

タングステンは、SiO2上では核形成を起こさず、Si、
WSi2、PtSi、Al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, without causing nucleation on SiO 2, Si,
It is known that a polycrystalline film is deposited on WSi 2 , PtSi, Al or the like. However, according to the crystal growth method of the present invention, a single crystal can be easily grown.

まず、SiO2を主成分とするガラス、石英、熱酸化膜等
の上に、Si,WSi2、PtSi、又はAlを真空蒸着で堆積さ
せ、フォトリソグラフィによって数μm以下の大きさに
パターニングする。
First, Si, WSi 2 , PtSi, or Al is deposited on a glass, quartz, thermal oxide film, or the like containing SiO 2 as a main component by vacuum evaporation, and is patterned by photolithography to a size of several μm or less.

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約0.1〜10Torr
の減圧下で、各々75cc/minおよび10cc/minの流量で流
す。
Subsequently, it is installed in a reactor heated to 250 to 500 ° C,
WF 6 gas and hydrogen gas mixed gas at a pressure of about 0.1 to 10 Torr
At a flow rate of 75 cc / min and 10 cc / min, respectively.

これによって、WF6+3H2→W+6HF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
グス点とSiO2との反応は極めて低く、強固な結合が生じ
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。
Thereby, tungsten is generated as represented by the reaction formula of WF 6 + 3H 2 → W + 6HF. At this time, the reaction between the tongue point and SiO 2 is extremely low, and since no strong bonding occurs, nucleation does not occur, and thus no deposition occurs.

これに対して、Si、WSi2、PtSi、Al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、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、SiO2上にも横方向に単結晶のま
ま成長する。これは、SiO2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である。
On the other hand, tungsten nuclei are formed on Si, WSi 2 , PtSi, and Al, but since they are finely formed, only a single nucleus of tungsten is formed. Then, this single nucleus continues to grow and grows on SiO 2 as a single crystal in the lateral direction. This is because the nucleus growth of tungsten does not occur on SiO 2 , so that single crystal growth is not hindered and polycrystal is not formed.

なお、これまで述べた堆積される面の材料、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。したがって、選択
堆積可能なGaAs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。
The combination of the material of the surface to be deposited, the dissimilar material, and the deposition material described above is not limited to the combination shown in each of the above embodiments, and may be any combination of materials having a sufficient nucleation density difference. Is clear. Therefore, even in the case of a compound semiconductor such as GaAs or InP that can be selectively deposited, a single crystal or a group of single crystals can be formed by the present invention.

[発明の効果] 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、電気的接続されることに
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。
[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the electron-emitting device of the present invention, the electrode having the pointed tip and the conductive material surface are electrically connected to each other through the opening provided in the insulating layer. This makes it possible to manufacture the electrode having the pointed head while electrically insulating the electrode, and to improve the integration degree and the reliability of the connection.

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
縁層に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 the single-crystal peak and the conductive material surface is simply performed on the conductive material surface exposed to the opening provided in the insulating layer. Crystals can be deposited and connected to an electrode having a single crystal peak 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 description of the drawings]

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、SiO2の堆積される面と窒化シリコンの堆積さ
れる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Si/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。 1……基体 2……絶縁層 3……凹部 4,10……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……電極層
1 (A) to 1 (F) are schematic partial cross-sectional views for explaining a manufacturing process of an electron-emitting device according to a first embodiment of the manufacturing method of the present invention. FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams of the selective deposition method. FIG. 3 is a graph showing the change over time in the nucleation density of the surface on which SiO 2 is deposited and the surface on which silicon nitride is deposited. 4 (A) to 4 (C) are formation process diagrams showing an example of a single crystal formation method. FIGS. 5 (A) and 5 (B) are perspective views of the substrate in FIGS. 4 (A) and 4 (C). 6 (A) to 6 (C) are formation process diagrams showing another example of the single crystal formation method. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the flow ratio of SiH 4 and NH 3 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 sectional view showing an example of a field-effect type electron-emitting device. 11 (A) to 11 (D) are schematic process diagrams for explaining the manufacturing method. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Insulating layer 3 ... Concave part 4,10 ... Opening 5 ... Nucleation base 6,7 ... Single crystal 8 ... Electrode having a pointed head 9 ... Electrode layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 哲也 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 塚本 健夫 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 武田 俊彦 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 米原 隆夫 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 市川 武史 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−69495(JP,A) 特開 昭64−86428(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tetsuya Kaneko 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Takeo Tsukamoto 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inside (72) Inventor Toshihiko Takeda 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Takao Yonehara 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. ( 72) Inventor Takeshi Ichikawa 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (56) References JP-A-59-69495 (JP, A) JP-A-64-86428 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項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
させた結晶から成る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、 前記開口部に露出した導電材料面に成長させた結晶と、
前記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 substrate having a conductive material surface, an insulating layer having an opening provided on the substrate, and a single nucleus having a nucleation density sufficiently higher than that of the material of the insulating layer. An electrode having a pointed tip made of a crystal formed by growing a heterogeneous material fine enough to grow only the nucleus and centering on a single nucleus grown on the heterogeneous material; and an electrode provided on the insulating layer. And an extraction electrode provided in the vicinity of the pointed head, and a crystal grown on a conductive material surface exposed in the opening,
An electron-emitting device wherein the electrode having the pointed head is connected.
【請求項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. A step of forming an insulating layer on a substrate having a surface of a conductive material, wherein the insulating layer has a nucleation density sufficiently higher than that of the material of the insulating layer, and such that only a single nucleus grows. A step of forming a sufficiently fine dissimilar material, a step of providing an opening in the insulating layer to expose a part of the conductive material surface, and forming a crystal with a single nucleus grown on the dissimilar material as a center. Growing the electrode having a pointed tip, and growing the crystal on the surface of the conductive material exposed in the opening, and connecting to the electrode having the pointed tip.
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