JP3387047B2 - Solid selective growth method - Google Patents
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Description
【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 solid selective growth method for selectively growing a solid in a defined region 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 A solid-state selective growth method is a technique for selectively growing a solid thin film only in a defined region on a semiconductor substrate such as silicon or gallium arsenide in a semiconductor manufacturing process. In the solid-state selective growth process, the substrate surface is covered with a mask having the property of suppressing growth outside the region where the solid is grown. 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 a lithographic technique, the masks are partially removed by etching to expose the base material, thereby defining a region in which 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, along with the miniaturization of semiconductor devices, it is necessary to miniaturize the size of the selective growth region from submicron to nanometer scale. In order to achieve this, a technique has been proposed in which an ultrathin mask having a thickness of 10 nm or less is used, and an electron beam is used to directly write a pattern for selective growth without applying a resist to the mask. (Eg DS Hwan
g et al. , Japanese Journal
of Applied Physics, Part
2, vol. 37, p. 1087 (1998), Japanese Patent No. 3015822). In particular, this patent 301
The ultra-thin mask having a two-layer structure in which silicon dioxide is laminated on silicon nitride, which is described in Japanese Patent No. 5822, is superior in thermal stability and electron beam stability to 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 writing a pattern using an electron beam has a problem that it is not suitable for an actual semiconductor manufacturing process because the writing 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 addition, when drawing with an electron beam,
There is an essential drawback 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 a problem that the performance is not easily maintained and the drawing process becomes 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。The present invention has been proposed in view of the above,
Patterns for selective growth of solids on a substrate can be drawn easily at high speed with high resolution and at low cost, and selective growth of solids can be performed with high precision and short time on a nanometer scale. It is an object to provide a solid-state selective growth method that can be performed in 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、上記基材上の、凹領域が
形成された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、上記二酸化シリコンによる
被覆で同時に酸化された凹領域の底部に再度基材を露出
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。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 provides a solid selective growth method for selectively growing a solid in a defined region on a substrate, wherein According to a desired pattern, the silicon nitride film formed on the material is locally oxidized to form a locally oxidized portion, and the locally oxidized portion is removed by etching to form a concave region where the base material is exposed at the bottom. , The concave area on the substrate is
The formed surface of the silicon nitride film was coated with silicon dioxide to form a two-layer mask, according to the silicon dioxide
It is characterized in that the base material is exposed again at the bottom of the concave region simultaneously oxidized by the coating to form a defined region, and the solid is selectively grown in the defined 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 invention, in addition to the structure of the first aspect, the local oxidation of the silicon nitride film is controlled by controlling the excitation source. It is characterized in that it is carried out by using ionic species or chemically active species generated in.
【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。In addition to the structure of the invention described in claim 1, the invention described in claim 3 is such that local oxidation to the silicon nitride film is prevented and a conductive needle is attached to the silicon nitride film. It is characterized in that it is performed by applying a voltage to the needle while the needle is in contact with or in the vicinity of 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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below 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 selective growth method of the present invention. In the solid selective growth method of the present invention, first, as shown in FIG. 1A, a silicon nitride layer (silicon nitride film) 2 is formed on a base material 1. The film thickness is in the range of 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 base material 1 is silicon, it is formed by a nitriding reaction. In order to improve the reproducibility of patterning, it is effective to anneal the silicon nitride layer in advance at about 1000 ° C.
【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, the silicon nitride layer 2 is locally oxidized to directly draw a pattern. 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. It is generally known that silicon nitride is resistant to thermal oxidation, but it is relatively easily oxidized in the presence of ionic species or chemically active species such as in plasma. Such ionic species and chemically active species are excited sources (plasma,
Since it can be generated locally by controlling light and charged particle beam), it is possible to locally oxidize silicon nitride. For example, under an atmosphere of oxygen, light,
Active oxygen or oxygen ions are locally supplied to the silicon nitride surface by excitation with plasma or an electron beam or irradiation with a beam of oxygen ions to locally oxidize.
【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。The second technique has recently been reported as a technique for forming a pattern by locally oxidizing silicon nitride by using an atomic force microscope (AFM) capable of applying a voltage (FSS). Chen et al., Applie.
d Physics Letters, vol. 76,
p. 360 (2000)) is a method of oxidizing using this technique. This F. S. S. In literature such as Chen,
The conductive probe of the AFM is brought into contact with the surface of the sample in which the silicon nitride layer having a thickness of about 5 nm is formed on the silicon substrate,
By applying a voltage of +4 V to +10 V to the sample, the silicon nitride layer is locally oxidized,
A pattern having 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, the conductive needle is attached to the silicon nitride 2 under an atmosphere containing water.
The local oxidation is performed by applying a voltage to the needle while being in contact with or in the vicinity of the surface of. At this time, the needle is
If a tip having a tip shape equivalent to that used in an atomic force microscope is used, it is possible to easily draw a line width of about 100 nm. 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 carried out in the atmosphere, and the initial oxidation rate is extremely fast at 1 μm / s. Further, since the oxidation reaction is induced by the applied voltage to the sharply pointed probe, a high resolution of about 100 nm can be easily obtained. It is considered that the moisture in the air condensed between the needle and the sample surface is involved in the oxidation mechanism.
【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。When the locally oxidized portion 3 is formed on the silicon nitride layer 2 as described above, the locally oxidized portion 3 is subsequently removed by etching to form the concave region 9 where the base material 1 is exposed at the bottom 9a ( FIG. 1 (c)). This locally oxidized portion 3 can be selectively removed by etching with a hydrogen fluoride (HF) aqueous solution. At this time, the etching rate of silicon nitride in the hydrogen fluoride solution is
Since the etching rate of the oxide of 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 used, but from the viewpoint of etching rate, an aqueous solution having a concentration of about 1.0 wt% 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 silicon nitride layer in which the recess is formed by this selective etching is continuously used as the base material 1 on the bottom of the recess.
By etching until the
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 thus patterned can function as a mask for selective growth by itself. However, depending on the material to be selectively grown and the growth method, the silicon nitride layer 2 also serves as a surface for the growth of the silicon nitride to be suppressed. Silicon nitride is not the optimum material for the selective growth mask because it causes solid growth to occur. Of the materials that function as a selective growth mask, silicon dioxide has the best effect of suppressing growth.
【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。Then, the entire surface of the silicon nitride layer 2 in which the concave region 9 is 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 5 containing silicon dioxide as a main component (hereinafter referred to as “silicon dioxide layer”) 5 is formed. The silicon dioxide layer 5 may be formed by vapor deposition, but the oxidation of the silicon nitride layer 2 is easy from the viewpoint of controlling the film thickness. In particular, since the thermal oxidation of silicon nitride is slow, it is effective to generate oxygen atoms, ozone, or oxygen ions by plasma or ultraviolet light excitation for oxidation. The thickness of the oxide layer (silicon dioxide layer 5) is set to a film thickness that provides a sufficient growth suppressing effect in desired solid selective growth, and oxidation is performed until the film thickness is reached. When silicon is selectively grown, its film thickness is about 0.5 nm. However, the upper limit of the oxide film thickness is not limited as long as it does not disturb the already drawn pattern (concave region 9).
【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, the exposed surface of the substrate 1 (bottom 9a of the recessed region 9) is also simultaneously oxidized and covered with the oxide film 6, so that appropriate heat treatment or etching is performed prior to the selective growth. Expose the clean surface of 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、SiO2+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 base material 1 is silicon, the sample is kept in an ultrahigh vacuum or in an inert gas or hydrogen gas stream for 900
By heating at a temperature of not less than 0 ° C., the oxide film 6 formed on the surface of the base material 1 can be thermally desorbed. The reaction formula at that time is expressed as SiO 2 + Si = 2SiO, and the substrate 1
The silicon dioxide (oxide film 6) is removed by consuming the above silicon and desorbing silicon monooxide into the gas phase. At this time, desorption does not occur in the silicon dioxide layer 5 on the silicon nitride layer 2 because there is no silicon necessary to generate silicon monooxide by the above 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。If the substrate 1 is not silicon, the substrate 1
The oxide above (for example, G if the substrate 1 is gallium arsenide)
axAsyOz) and silicon dioxide on silicon nitride are different in chemical or physical properties, and by selective desorption reaction or etching reaction depending on the type of the base material 1, The material surface 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 substrate is defined as a defined region, and a desired solid 7 is selectively grown in the defined region (FIG. 1 (f)). When the solid 7 is silicon, selective growth can be performed in a prescribed region by growth under a molecular flow condition using silane or disilane or chemical vapor deposition using chlorosilane. In order to grow a solid having good crystallinity, the steps of (e) and (f) of FIG.
It is necessary to carry out under 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. During this oxidation, the excitation source (plasma, light,
By controlling the charged particle beam), it is possible to oxidize by using ionic species or chemically active species that can be generated locally, so it is generally possible to accurately localize silicon nitride, which is resistant to thermal oxidation. Can oxidize well. Since the removal of the locally oxidized portion 3 is performed by utilizing the difference between the etching rate of silicon nitride and the etching rate of the locally oxidized portion 3, only the locally oxidized portion 3 is removed accurately and smoothly. can do. That is, in this embodiment, the pattern drawing in the case of selectively growing a solid on the substrate 1 can be easily performed at high speed with high resolution and at low cost by utilizing the property of the lower silicon nitride layer 2. The selective growth of the solid can be performed with sufficient selectivity by utilizing the property of the upper silicon dioxide layer 5. As a result, selective growth of a solid on a nanometer scale can be performed with high precision 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, as compared with the conventional electron beam drawing apparatus, the apparatus is simpler, lower in cost, and easier to operate, and thus 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 to the silicon nitride layer 2 is performed by using the conductive needle, the pattern can be drawn more directly, at high speed and with high 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 the 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, a case where a silicon (001) wafer was used as the base material 1 and silicon was selectively grown on the base material 1 to form a dot-shaped pattern was used together with FIG. And 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 is formed by a chemical vapor deposition method using dichlorosilane and ammonia as raw materials, and its thickness is 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. 1B, local oxidation was carried out by using an atomic force microscope equipped with a probe coated with platinum to make it conductive, and drawing was performed according to a dot pattern. . The conditions were as follows: In the air, +10 V was applied to each sample for 200 ms for each dot to perform oxidation.
【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 dot-shaped locally oxidized portion 3 was selectively etched using a 1.0 wt% 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
/cm2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。Then, in the step of FIG. 1D, the silicon dioxide layer 5 was formed by plasma oxidation at room temperature. That is, oxygen diluted to 5% with helium was used as plasma gas, and at a total pressure of 300 mTorr, 25 mW
Plasma oxidation was performed by exciting the capacitively coupled plasma for 20 seconds at a power density of / cm 2 . 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 of FIG. 1E, the sample is heated at 1000 ° C. for 3 minutes under ultrahigh vacuum to thermally desorb the silicon dioxide, whereby the selective growth area (recessed area 9) is formed in the previous step. 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 the 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 produced by the above procedure. It is observed that silicon grows in a dot shape on the surface of the silicon base material 1, and it can be seen that the selective growth is actually possible 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 produced by the above procedure by Auger electron spectroscopy. The horizontal axis of FIG. 3 is the Auger electron energy (e
V), the vertical axis represents Auger electron differential intensity (dN / dE), which is the LVV peak of silicon here. 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 measured on the surface of the silicon nitride layer, and a peak derived from silicon nitride is seen at 83 eV. (B) is a measurement of the exposed substrate (bottom 9a of the concave region 9 in FIG. 1C). Since a peak of silicon is observed at 92 eV, it can be seen 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。3 (c) and 3 (d) are shown in FIG. 1 (f).
The chemical composition of the surface at the time when the selective growth step of is finished. (C) is measured on the selectively grown solid 7 (silicon). Since a peak of silicon is observed at 92 eV, it can be confirmed that the grown solid is silicon. (D) is 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 the silicon nuclei 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-mentioned structure,
The effects described below can be achieved.
【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 by using, for example, an ionic species or a chemically active species that can be locally generated by controlling an excitation source. By drawing a pattern by this, the locally oxidized portion was removed to form a concave region, and then the silicon nitride surface was covered with silicon dioxide to grow a solid in the concave region. The pattern drawing in the case of selectively growing a solid on the upper surface can be easily performed at high speed, high resolution, and low cost by utilizing the property of the lower silicon nitride film. It can be performed with sufficient selectivity by taking advantage of the properties of silicon. As a result, selective growth of a solid on a nanometer scale can be performed with high precision 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。Further, in the third aspect of the invention, since the local oxidation to the silicon nitride film is performed by using the conductive needle, the pattern drawing can be performed more directly.
It can be performed at high speed and high resolution. Further, the device is simpler and easier to operate than the electron beam drawing device, and therefore, drawing can be performed easily at low cost.
【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 the solid selective 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 produced 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 the results of tracking changes in the chemical composition of the surface of a sample produced according to the procedure of the present invention by Auger electron spectroscopy.
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 1 base material 2 Silicon nitride layer 3 Locally oxidized part 5 Silicon dioxide layer 6 oxide film 7 Solid, Silicon 9 concave area 9a bottom
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/318 H01L 21/318 B (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 (56)参考文献 特開 平11−260811(JP,A) 特開 平4−290232(JP,A) 特開 平2−33918(JP,A) 特開 平1−259526(JP,A) 特開 平2−105441(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 B82B 3/00 C23C 16/30 H01L 21/316 H01L 21/318 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01L 21/318 H01L 21/318 B (72) Inventor Satoshi Yamazaki 1-4-1 Higashi, Tsukuba-shi, Ibaraki Industrial Technology Institute Area Research Institute (72) Inventor Kaoru Taiwan Taiwan Xinchu 300 National Shin-Ha University Department of Physics (56) References JP-A-11-260811 (JP, A) JP-A-4-290232 (JP, A) JP-A-2-33918 (JP, A) JP-A-1-259526 (JP, A) JP-A-2-105441 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 B82B 3/00 C23C 16/30 H01L 21/316 H01L 21/318
Claims (3)
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、 上記基材上の、凹領域が形成された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、 上記二酸化シリコンによる被覆で同時に酸化された凹領
域の底部に再度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。1. A solid selective growth method for selectively growing a solid in a defined region on a base material, wherein a silicon nitride film formed on the base material is locally oxidized according to a desired pattern. To form a locally oxidized portion, and the locally oxidized portion is removed by etching to form a concave region where the base material is exposed at the bottom, and the surface of the silicon nitride film having the concave region formed on the base material is silicon dioxide. To form a two-layered mask, expose the base material again to the bottom of the recessed region simultaneously oxidized by the coating with silicon dioxide to form a defined region, and selectively grow a solid in the defined region. A solid-state selective growth method characterized by:
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 local oxidation to the silicon nitride film is carried out by using an ionic species or a chemically active species locally generated by controlling an excitation source. The solid-state selective growth method described.
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 local oxidation to 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 solid selective growth method according to Item 1.
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