JP2770620B2 - Thermal CVD method - Google Patents

Thermal CVD method

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JP2770620B2 JP3245231A JP24523191A JP2770620B2 JP 2770620 B2 JP2770620 B2 JP 2770620B2 JP 3245231 A JP3245231 A JP 3245231A JP 24523191 A JP24523191 A JP 24523191A JP 2770620 B2 JP2770620 B2 JP 2770620B2
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文彦 上杉
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レジスト塗布、露光、
レジスト剥離などのプロセス無しで、光利用によって空
間選択性良くパターニングできる熱CVD方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to resist coating, exposure,
The present invention relates to a thermal CVD method capable of patterning with good spatial selectivity by using light without using a process such as resist stripping.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のCVD膜などをパターニングする
方法として、レジスト塗布、露光、現像といったフォト
リソグラフィが用いられていることは広く知られてい
る。この煩雑なフォトリソグラフィ工程を省くために、
空間選択的に光を照射する光化学的CVDによる成膜の
研究が行われている。この研究については、例えば、エ
ーリック(D.J.Ehrlich)らによって、ジャーナル オブ
バキュウーム サイエンス アンド テクノロジー誌
(J.Vac.Sic.Technol.) 第B1巻(1983)の969
頁から984頁に発表された論文に詳細が記載されてい
る。しかし、この光化学的CVD方法では、成長可能な
良質の膜の種類が限られていることが問題である。そこ
で、はじめに光化学的な方法で薄膜を形成し、次に、熱
CVDを行うことで、はじめに形成された薄膜の部分に
だけ良質な熱CVD膜を成長させるタイプの光核形成利
用CVDの研究が行われた。これについては、例えば、
ツァオ(J.Y.Tsao) らによって、アプライド フィジク
ス レターズ誌(Appl.Phys.Lett.)の第45巻(198
4)617頁から619頁に発表された論文がある。こ
の論文では、トリイソブチルアルミニウムを原料とし
て、石英基板上に核形成のパターニングをアルゴンイオ
ンレーザの第2高調波で直接描画することによって行
い、その後、CO2 レーザによる熱CVDで核形成され
た部分にのみAl膜のCVDを行わせている。
2. Description of the Related Art It is widely known that photolithography such as resist coating, exposure, and development is used as a conventional method for patterning a CVD film or the like. To eliminate this complicated photolithography process,
Research on film formation by photochemical CVD that irradiates light in a space-selective manner has been conducted. This study is described, for example, by DJ Ehrlich et al., 969, Journal of Vacuum Science and Technology, J. Vac. Sic.
Details are described in the paper published on pages 984 to 984. However, the problem with this photochemical CVD method is that the types of high quality films that can be grown are limited. Therefore, research on photonucleation-based CVD, in which a thin film is first formed by a photochemical method and then thermal CVD is performed so that a high-quality thermal CVD film is grown only on the thin film formed first. It was conducted. For this, for example,
JYTsao et al., Appl. Phys. Lett., Volume 45 (198).
4) There is a paper published on pages 617 to 619. In this paper, using triisobutylaluminum as a raw material, nucleation patterning was performed directly on a quartz substrate by using the second harmonic of an argon ion laser, and then the nucleation was performed by thermal CVD using a CO 2 laser. Only the CVD of the Al film is performed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述した光核形成利用
CVD法では、所望の成膜部分を集束紫外光で描画する
ため、パターニングに時間がかかり、スループットが悪
いという問題がある。また、この他に、光源の種類の制
約がある。紫外光照射による核形成は、吸着した原料ガ
ス分子の光化学的分解によって行われる。これは、吸着
子の価電子励起によって、結合性軌道にある電子を反結
合性軌道へ移動させることによって行われるので、光励
起の始状態と、終状態が決まっていることを意味し、こ
のエネルギーに相当する波長の光の使用に限定される。
また、更に波長が短い真空紫外光を用いた場合、吸着子
のイオン化が起こり、これによって吸着子の分解が起き
る。この場合、用いる光のエネルギーは、イオン化の闘
値エネルギーより大きければ良いので、上記の方法に比
べて波長の制約が緩くなる。しかし、価電子励起による
イオン化では、吸着子分解はまだ不十分であるという問
題がある。
In the above-described CVD method utilizing photonucleus formation, since a desired film-forming portion is drawn with focused ultraviolet light, there is a problem that patterning takes a long time and throughput is poor. In addition, there is a restriction on the type of light source. Nucleation by ultraviolet light irradiation is performed by photochemical decomposition of the adsorbed raw material gas molecules. This is performed by moving the electrons in the bonding orbital to the anti-bonding orbit by the valence electron excitation of the adsorbent, so that the initial state and the final state of photoexcitation are determined, and this energy Is limited to the use of light having a wavelength corresponding to
In addition, when vacuum ultraviolet light having a shorter wavelength is used, ionization of the adsorbent occurs, thereby decomposing the adsorbent. In this case, the energy of the light to be used is only required to be larger than the threshold energy of ionization, so that the wavelength restriction is relaxed as compared with the above method. However, ionization by valence electron excitation has a problem that adsorbent decomposition is still insufficient.

【0004】また、光の回折効果による核形成のパター
ニング上の問題がある。光照射領域はマスクの開口部の
形状で決まり、パターニング後のCVD膜のエッジ形状
の切れの良さは、マスクの開口部での光の回折による非
照射部への光の回り込みを、如何に抑えるかによって決
まる。この回り込みの大きさは、光の波長に比例するの
で、波長の短い真空紫外光を使う方が回折による光の回
り込みを抑えることが出来る。しかし、これまでに使用
されている波長では、まだ回折効果の抑制は不十分であ
る。
There is also a problem in patterning nucleation due to the diffraction effect of light. The light irradiation region is determined by the shape of the opening of the mask, and the sharpness of the edge shape of the CVD film after patterning is reduced by suppressing the light from flowing into the non-irradiated portion due to diffraction of light at the opening of the mask. It depends on. Since the magnitude of the wraparound is proportional to the wavelength of the light, the use of vacuum ultraviolet light having a short wavelength can suppress the wraparound of light due to diffraction. However, with the wavelengths used so far, the suppression of the diffraction effect is still insufficient.

【0005】本発明の目的は、光照射部での吸着子の光
化学的分解促進による効果的な核形成を行い、しかも、
使用光源の選択幅を大きく採れ、また、同時に、光の回
折効果を抑え、空間選択性がよい熱CVD方法の提供に
ある。
An object of the present invention is to provide effective nucleation by promoting photochemical decomposition of an adsorbent in a light irradiation part, and
It is an object of the present invention to provide a thermal CVD method which allows a large selection range of a light source to be used and, at the same time, suppresses a light diffraction effect and has good spatial selectivity.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、同一種
類の基板上での空間選択的な熱CVD方法において、C
VD原料ガスの導入に先立って、基板を構成する原子の
内、少なくとも1種類の原子の内殻を励起できる光を前
記基板に照射する工程と、前記工程終了後に、CVD原
料ガスを導入して熱CVDを行い前記基板の被照射部分
に成膜する工程とを、この順序で行うことを特徴とする
熱CVD方法を提供できる。
According to the present invention, there is provided a method for spatially selective thermal CVD on the same kind of substrate, comprising the steps of:
Prior to the introduction of the VD material gas, among the atoms constituting the substrate, and a step of irradiating light that can excite the inner shell of at least one atom in the substrate, after the process is completed, CVD raw
To be irradiated on the substrate by thermal CVD by introducing a source gas
And the step of forming a film is performed in this order.

【0007】[0007]

【0008】[0008]

【0009】また、CVD原料ガスとしてジメチルアル
ミニウムハイドライド(Al(CH3 2 H) を用いる
ことを特徴とする熱CVD方法を提供できる。
Further, it is possible to provide a thermal CVD method characterized by using dimethyl aluminum hydride (Al (CH 3 ) 2 H) as a CVD source gas.

【0010】[0010]

【作用】本発明の作用上の特徴は、基板、または、吸着
子を構成する原子の内、少なくとも1つの原子の内殻励
起による基板構成原子の励起・脱離、または、吸着子の
分解・脱離の促進にある。
The operational feature of the present invention is that excitation or desorption of atoms constituting the substrate by inner shell excitation of at least one of the atoms constituting the substrate or the adsorbent, or decomposition / decomposition of the adsorbent. In promoting desorption.

【0011】はじめに、本願第1の発明の作用について
述べる。光による基板構成原子の内殻励起で形成された
内殻ホールのカスケード的なオージェ遷移によって、表
面原子が不安定な多価イオンとなり、クーロン反発力に
よって脱離が生じ、表面に残された原子にはダングリン
グボンドができ、化学的に活性な表面が形成される。こ
うして光照射による空間選択的な表面活性化の工程に引
き続いて、活性化された部分でのみ熱CVDが生じる温
度に基板を加熱して原料ガスを供給すると、この部分で
のみ反応が進行する。従って、空間選択的に熱CVDが
可能になる。
First, the operation of the first invention of the present application will be described. Surface atoms become unstable multiply-charged ions due to cascaded Auger transition of inner shell holes formed by inner shell excitation of substrate constituent atoms by light, and desorption occurs due to Coulomb repulsion, atoms remaining on the surface A dangling bond is formed, and a chemically active surface is formed. Subsequent to the step of spatially selective surface activation by light irradiation, when the substrate is heated to a temperature at which thermal CVD occurs only in the activated portion and the source gas is supplied, the reaction proceeds only in this portion. Accordingly, thermal CVD can be performed spatially selectively.

【0012】また、用いる光の波長が内殻励起可能なほ
ど短波長になると、これまで使用されている価電子励起
可能な紫外光に比べて、回折光の強度、及び、回り込み
が2桁程度小さくなるので、直進する光による照射部で
だけ活性化できるので、所望の形状にCVD膜をパター
ニングできる。
If the wavelength of the light used is short enough to be able to excite the inner shell, the intensity of the diffracted light and the wraparound are about two orders of magnitude compared to the ultraviolet light that can be used to excite valence electrons. Since it becomes smaller, it can be activated only at the irradiation part by the light that goes straight, so that the CVD film can be patterned into a desired shape.

【0013】また、熱CVD初期に光を照射すると、基
板に吸着した原料ガス分子の、内殻励起で形成された内
殻ホールのカスケード的なオージェ遷移による、吸音子
の不安定な多価イオンの分解・脱離によって、核が形成
される。本願発明者によるオージェ分析の実験結果か
ら、吸着Al(CH32 H分子の光分解によって形成
された核は、図(a)に示すように、AlとCから成
ること、及び、Alの化学結合状態は金属的な状態で活
性なことがわかった。そのため、光照射を停止しても、
この核の上にだけ熱CVD反応が継続して進行する。つ
まり、核が形成された部分でだけ空間選択的に熱CVD
が可能になる。また、上述したように、波長が短いの
で、回折効果が小さく、所望の形状にCVD膜をバター
ニング出来る。
Further, when irradiated with light thermal CVD early, the raw material gas molecules adsorbed on the substrate, by a cascade manner Auger transitions inner shell holes formed in the inner core excitation, unstable multivalent ions吸音Ko Nuclei are formed by the decomposition and desorption of. Experimental results of Auger analysis by the present inventors, nuclei formed by photolysis of adsorption Al (CH 3) 2 H molecules, as shown in FIG. 2 (a), that of Al and C, and, Al Was found to be active in a metallic state. Therefore, even if the light irradiation is stopped,
The thermal CVD reaction continuously proceeds only on this nucleus. That is, thermal CVD is selectively performed only in the portion where the nucleus is formed.
Becomes possible. Further, as described above, since the wavelength is short, the diffraction effect is small, and the CVD film can be patterned into a desired shape.

【0014】また、本願発明者によるオージェ分析の実
験結果から、SiO2 表面とこの上に吸着したAl(C
32 H分子の光誘起反応によって、SiO2 表面が
還元されてSiに改質されることが分かった。このこと
は、図(a)と光非照射部の清浄SiO2 表面(b)
のSiのオージェ電子エネルギーのケミカルシフトの差
から分かった。Si表面ではSiO2 表面よりも低温で
Al(CH32 HからのAl−CVDが生じるので、
Siに改質されたSiO2 表面部分だけにAlの熱CV
D反応を生じさせることが出来る。従って、空間選択的
な熱CVDが可能になる。
From the experimental results of Auger analysis by the present inventor, the SiO 2 surface and the Al (C
It was found that the surface of SiO 2 was reduced and modified into Si by the light-induced reaction of H 3 ) 2 H molecules. This is shown in FIG. 2 (a) and the clean SiO 2 surface (b)
From the chemical shift of Auger electron energy of Si. Since Al-CVD from Al (CH 3 ) 2 H occurs on the Si surface at a lower temperature than on the SiO 2 surface,
Thermal CV of Al only on the SiO 2 surface modified to Si
D reaction can occur. Therefore, space-selective thermal CVD becomes possible.

【0015】[0015]

【実施例】【Example】

(実施例1)以下、本願第1の発明について図1を参照
しながら説明する。本実施例では、Al(CH3 2
を原料としてSiデバイス用Al配線を、SiO2 上に
形成する場合について述べる。
(Embodiment 1) Hereinafter, the first invention of the present application will be described with reference to FIG. In this embodiment, Al (CH 3 ) 2 H
A case where an Al wiring for a Si device is formed on SiO 2 by using as a raw material will be described.

【0016】Siの熱酸化で形成したSiO2 膜11
に、マスク12で空間的に整形されたシンクロトロン放
射光(以下SRと記す)13を照射する。このSRの波
長は4nmより長波長の白色光であり、SiO2 膜11
は600℃に加熱されている。図1(a)の様に、SR
照射によって表面のSiO2 が脱離して、後に、ダグリ
ングボンドが形成されているダグリングボンド領域14
が生じる。この状態で原料ガスの、Al(CH3 2
を供給すると、図1(b)のように、ダグリングボンド
領域14でのみAl(CH3 2 Hの分解が生じて、A
l膜15が成長する。
SiO 2 film 11 formed by thermal oxidation of Si
Is irradiated with synchrotron radiation (hereinafter referred to as SR) 13 spatially shaped by a mask 12. The wavelength of the SR is white light of a wavelength longer than 4 nm, SiO 2 film 11
Is heated to 600 ° C. As shown in FIG.
Irradiation desorbs SiO 2 from the surface, and later forms a doughling bond region 14 where a doughling bond is formed.
Occurs. In this state, the raw material gas of Al (CH 3 ) 2 H
Is supplied, decomposition of Al (CH 3 ) 2 H occurs only in the doubling bond region 14 as shown in FIG.
The l film 15 grows.

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【0021】上述の実施例では、光源としてSRを使用
する場合について述べたが、各種X線発生用の管球でも
よいし、X線レーザやレーザ生成プラズマからのX線で
もよい。
In the above-described embodiment, the case where the SR is used as the light source has been described. However, a tube for generating various X-rays, or an X-ray from an X-ray laser or laser-produced plasma may be used.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明によれば、レジスト塗布、露光、
レジスト剥離などのプロセス無しで、空間選択性良くパ
ターニングできる熱CVD方法を得ることが出来る。
According to the present invention, resist coating, exposure,
A thermal CVD method capable of patterning with good spatial selectivity can be obtained without a process such as resist peeling.

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

【図1】本願の第1の発明になる熱CVD方法による配
線方法を示す概念図。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a wiring method by a thermal CVD method according to the first invention of the present application.

【図2】本発明の作用の基になる実験結果を示す図。FIG. 2 is a view showing experimental results on which the operation of the present invention is based.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 SiO2 膜 12 マスク 13 シンクロトロン放射光 14 ダグリングボンド領域 15 Al膜11 SiO 2 film 12 mask 13 synchrotron radiation 14 Doug ring bond regions 15 Al film

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−478(JP,A) 特開 平2−154421(JP,A) 特開 平4−144135(JP,A) 第36回応用物理学関係連合講演会講演 予稿集 第2分冊 第591頁 2p−L −4(1989年春季) Applied Physics L etters Vol.55,No.10, 4 September 1989 pp 1020−1021Continuation of the front page (56) References JP-A-63-478 (JP, A) JP-A-2-154421 (JP, A) JP-A-4-144135 (JP, A) The 36th Alliance of Applied Physics Proceedings of the Lectures 2nd volume, p.591 2p-L-4 (Spring 1989) Applied Physics Letters Vol. 55, No. 10, 4 September 1989 pp 1020-1021

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 同一種類の基板上での空間選択的な熱C
VD方法において、CVD原料ガスの導入に先立って、
基板を構成する原子の内、少なくとも1種類の原子の内
殻を励起できる光を前記基板に照射する工程と、前記工
程終了後に、CVD原料ガスを導入して熱CVDを行い
前記基板の被照射部分に成膜する工程とを、この順序で
行うことを特長とする熱CVD方法。
1. Spatial selective heat C on the same type of substrate
In the VD method, prior to the introduction of the CVD source gas,
Irradiating the substrate with light capable of exciting the inner shell of at least one of the atoms constituting the substrate, and performing a thermal CVD by introducing a CVD raw material gas after the step.
A step of forming a film on an irradiated portion of the substrate in this order.
【請求項2】 前記第1項記載の熱CVD方法におい
て、CVD原料ガスとしてジメチルアルミニウムハイド
ライド(Al(CH32 H)を用いることを特徴とす
る熱CVD方法。
2. The thermal CVD method according to claim 1, wherein dimethyl aluminum hydride (Al (CH 3 ) 2 H) is used as a CVD source gas.
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JPH04355926A JPH04355926A (en) 1992-12-09
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63478A (en) * 1986-06-19 1988-01-05 Sanyo Electric Co Ltd Formation of thin film
JPH02154421A (en) * 1988-12-06 1990-06-13 Nec Corp Selective nucleation
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Applied Physics Letters Vol.55,No.10,4 September 1989 pp1020−1021
第36回応用物理学関係連合講演会講演予稿集 第2分冊 第591頁 2p−L−4(1989年春季)

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