JPH01184278A - Depositing method for high-purity metal - Google Patents

Depositing method for high-purity metal

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JPH01184278A
JPH01184278A JP772788A JP772788A JPH01184278A JP H01184278 A JPH01184278 A JP H01184278A JP 772788 A JP772788 A JP 772788A JP 772788 A JP772788 A JP 772788A JP H01184278 A JPH01184278 A JP H01184278A
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Abstract

PURPOSE:To deposit a high-purity metal which does not contain carbon, etc., on a substrate by impressing an electric field intersecting with the substrate surface to said surface and projecting light to the gaseous space of a metal compd., thereby cracking the gaseous metal compd. CONSTITUTION:A voltage is impressed between a counter electrode 3 and a substrate 4 to form the electric field toward the substrate 4. The gas of the metal compd. such as Ga(CH3)3 is introduced into a reaction vessel 11 and laser light 1 is projected from a window 14 thereto. The laser light 1 converges to focus at the central part P between the counter electrode 3 and the substrate 4. Ga of the gaseous Ga(CH3)3 existing in the microspace at the focal point P is dissociated to an atomic state and is ionized to form Ga<+>. The formed Ga<+> ions are unified by the electric field toward the substrate 4 and the metal Ga is deposited in the micro-region near the focal point on the substrate 4 surface. The thin film of the metal Ga having the prescribed pattern is formed when a susceptor 12 is moved in X-, Y-directions.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体ウェハ等の基板上に高純度の金属を堆積する方法
に関し。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] This invention relates to a method for depositing high-purity metal on a substrate such as a semiconductor wafer.

低温で高純度の金属を堆積させることを目的とし。The purpose is to deposit high purity metals at low temperatures.

金属が堆積される一表面を有する基板を該金属を一成分
として含む金属化合物のガス空間に設置しておき、該表
面に向かって交差する電界を印加するとともに、多光子
共鳴イオン化過程によって該金属化合物から該金属のイ
オンを生成する波長を有する光を該金属化合物のガス空
間に照射する工程を含むことにより構成される。
A substrate having a surface on which a metal is deposited is placed in a gas space of a metal compound containing the metal as a component, and a crossing electric field is applied toward the surface, and the metal is deposited by a multiphoton resonance ionization process. The method includes the step of irradiating the gas space of the metal compound with light having a wavelength that generates ions of the metal from the compound.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は半導体ウェハ等の基板上に高純度の金属を堆積
する方法に関する。
The present invention relates to a method of depositing high purity metals onto substrates such as semiconductor wafers.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

強力なレーザー光の照射によりガス状の金属化合物を分
解させ、この金属化合物ガス雰囲気中に置かれている基
板に分解生成物である金属を堆積させる方法が提案され
ている。
A method has been proposed in which a gaseous metal compound is decomposed by irradiation with a strong laser beam, and metal as a decomposition product is deposited on a substrate placed in the metal compound gas atmosphere.

この方法は5通常のCVD (化学気相堆積)法に類似
した技術を用いることができ、しかも低温で金属薄層を
形成できる利点がある。さらに、レーザー光を、基板上
の所定領域近傍の一点で集束するようにして照射すると
、主としてこの領域に金属が堆積するので、基板に対し
てレーザー光の集束点を相対的に移動させると、集束点
の軌跡に従って金属薄層が形成される。したがって1通
常のフォトリソグラフ技術を用いることなく、基板上に
所定パターンを有する金属細線を形成することもできる
This method can use a technique similar to the conventional CVD (chemical vapor deposition) method, and has the advantage of forming a thin metal layer at a low temperature. Furthermore, if the laser beam is focused on one point near a predetermined area on the substrate, metal will mainly be deposited in this area, so if the focal point of the laser beam is moved relative to the substrate, A thin metal layer is formed according to the trajectory of the focal point. Therefore, it is also possible to form thin metal wires having a predetermined pattern on a substrate without using ordinary photolithography techniques.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記の方法において用いることができるガス状の金属化
合物としては9例えばGa (CHI) 3 ()リメ
チルガリウム)やA12(CH3)6  ()リメチル
アルミニウム)等の有機金属化合物、 H(Co) b
やN1(Go)6等のカルボニル、 WF6やMoF6
等の弗化物がある。
Examples of gaseous metal compounds that can be used in the above method include organometallic compounds such as Ga(CHI)3()limethylgallium) and A12(CH3)6()limethylaluminum); H(Co); b
carbonyl such as N1(Go)6, WF6 and MoF6
There are fluorides such as

上記のガス状金属化合物に強力なレーザー光を照射した
場合、金属化合物は原子状の金属を生成するまで完全に
分解されるとは限らない。
When the above-mentioned gaseous metal compound is irradiated with a strong laser beam, the metal compound is not necessarily completely decomposed until atomic metal is generated.

上記Ga(CHs)iを例にとると。Taking the above Ga(CHs)i as an example.

Ga(CHi)+  →Ga、 GaCHs、 Ga(
CHz)z ・・・(11のように、一部のCH3基が
残ったGa原子が生成される。このようなCH,基を有
するGa原子が堆積すると、堆積した金属中に炭素原子
等がとり込まれ。
Ga(CHi)+ →Ga, GaCHs, Ga(
CHz)z... (As shown in 11, Ga atoms with some CH3 groups remaining are generated. When Ga atoms with such CH groups are deposited, carbon atoms etc. are added to the deposited metal. Taken in.

金属の純度が低下する。Metal purity decreases.

本発明は、上記のように、レーザー光等の照射によりガ
ス状の金属化合物を分解することにより基板上に低温で
金属を堆積する場合に、炭素等の好ましくない不純物を
含まない高純度の金属を堆積可能とすることを目的とす
る。
As described above, the present invention provides high-purity metals that do not contain undesirable impurities such as carbon when depositing metals on a substrate at low temperatures by decomposing gaseous metal compounds by irradiation with laser light or the like. The purpose is to make it possible to deposit

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的は、金属が堆積される一表面を有する基板を該
金属を一成分として含む金属化合物のガス空間に設置す
る工程と、該表面に向かって交差する電界を印加する工
程と、多光子共鳴イオン化過程によって該金属化合物か
ら該金属のイオンを生成する波長を有する光を該金属化
合物のガス空間に照射する工程を含むことによって該表
面に高純度の該金属を堆積させることを特徴とする1本
発明に係る高純度金属の堆積方法によって達成される。
The above purpose includes the steps of: placing a substrate having one surface on which a metal is deposited in a gas space of a metal compound containing the metal as one component; applying a crossing electric field toward the surface; and multiphoton resonance. 1, characterized in that the highly purified metal is deposited on the surface by irradiating the gas space of the metal compound with light having a wavelength that generates ions of the metal from the metal compound through an ionization process. This is achieved by the high purity metal deposition method according to the invention.

〔作 用〕[For production]

第1図の本発明の原理図を参照して、ガス状の金属化合
物雰囲気空間2に可視領域または紫外領域の所定波長を
有する強力なレーザー光1を照射すると、金属化合物が
分解すると同時に、多光子共鳴と呼ばれる過程により、
イオン化が生じる場合がある。この過程は共鳴反応であ
るので、生成されるイオン種が照射光の波長によって異
なる。
Referring to the principle diagram of the present invention shown in FIG. 1, when a gaseous metal compound atmosphere space 2 is irradiated with a strong laser beam 1 having a predetermined wavelength in the visible or ultraviolet region, the metal compound is decomposed and at the same time Through a process called photon resonance,
Ionization may occur. Since this process is a resonance reaction, the ion species generated differ depending on the wavelength of the irradiated light.

レーザー光1の波長を適当に選択すると、金属化合物中
の金属はイオンrのみを生成するように分解される。前
記空間2に、対向電極3を正電位とする電界を印加する
ことにより、前記金属イオン門゛を基板4の方向に向き
を揃えさせ、基板4の表面に堆積させる。上記金属イオ
ン「は、異種元素から成る基を有していないために、高
純度の金属が堆積される。
When the wavelength of the laser beam 1 is appropriately selected, the metal in the metal compound is decomposed to produce only ions r. By applying an electric field to the space 2 with the counter electrode 3 at a positive potential, the metal ion portals are aligned in the direction of the substrate 4 and deposited on the surface of the substrate 4. Since the above-mentioned metal ion does not have a group consisting of a different element, a highly pure metal is deposited.

金属化合物ガスにおける上記多光子共鳴イオン化過程は
、 SJlMitchellらにより、 Ga(CH3
)3について調べられている。(S、^、Mitche
ll、 et al、。
The multiphoton resonance ionization process in a metal compound gas was described by SJlMitchell et al.
) 3 has been investigated. (S, ^, Mitch
ll, et al.

J、 Chem、 Phys、、 Vol、83. p
、5028 (1985) )本報告によれば、レーザ
ー光の波長とGa(C413)zの分解反応により生成
するGa、 GaCH3+ Ga(CHP)z等のイオ
ン種の相対分率との関係は次表に示すとおりである。
J. Chem, Phys., Vol. 83. p
, 5028 (1985)) According to this report, the relationship between the wavelength of laser light and the relative fraction of ion species such as Ga, GaCH3+ Ga(CHP)z, etc. produced by the decomposition reaction of Ga(C413)z is shown in the following table. As shown below.

475   0.73  0.03  0.24408
   1.00    0    0308   0.
29  0.14  0.57222   0.94 
 0.05  0.01上記のように、紫外光から可視
光領域の波長のレーザー光によってイオン化が行われる
が、生成するイオン種の割合は波長によって変化する。
475 0.73 0.03 0.24408
1.00 0 0308 0.
29 0.14 0.57222 0.94
0.05 0.01 As mentioned above, ionization is performed by laser light with wavelengths ranging from ultraviolet light to visible light, and the proportion of generated ion species changes depending on the wavelength.

注目すべきは、波長408nmにおいては、 Ga+イ
オンのみが生成されることである。これは、上記波長の
レーザー光によって、 Ga ((Jl+) :+中の
Gaが完全に原子状に解離されるとともに、このGa原
子が多光子共鳴過程によりイオン化されるからである。
It should be noted that at a wavelength of 408 nm, only Ga+ ions are generated. This is because the laser beam of the above wavelength completely dissociates Ga in Ga ((Jl+):+ into atomic forms, and the Ga atoms are ionized by a multiphoton resonance process.

多光子共鳴イオン化過程について、簡単に説明する。The multiphoton resonance ionization process will be briefly explained.

一般に原子をイオン化するためには、 6eV以上のエ
ネルギーが必要である。このイオン化を光子1個で行う
ためには、 200nm以下の紫外線を照射しなければ
ならない。しかしながら1強力なレーザー光を用いた場
合、上記より長波長の可視光でもイオン化が可能である
Generally, energy of 6 eV or more is required to ionize atoms. In order to perform this ionization with a single photon, it is necessary to irradiate ultraviolet light with a wavelength of 200 nm or less. However, when a powerful laser beam is used, ionization is also possible with visible light having a longer wavelength than the above.

すなわち、第3図に示すように、上記よりエネルギーの
小さい可視光領域の光子(hν)によって。
That is, as shown in FIG. 3, by photons (hv) in the visible light range with lower energy than the above.

基底状態の原子とを励起状態「に遷移させ、さらに、h
νの光子により、励起状態の原子Pをイオン化させる過
程が存在する。
The atoms in the ground state are transferred to the excited state, and further, h
There is a process in which atoms P in an excited state are ionized by photons of ν.

ここで、hνの値を基底状態河と励起状態Pとのエネル
ギー差ΔE、に選ぶと、励起原子「の濃度が共鳴的に増
大し、その結果、生成するイオン門゛の数も共鳴的に増
大する。なお、hνの値は励起状態Pからのイオン化エ
ネルギーへE2より大きいことが必要なことはもちろん
である。
Here, if the value of hν is chosen to be the energy difference ΔE between the ground state and the excited state P, the concentration of excited atoms increases resonantly, and as a result, the number of generated ion gates also increases resonantly. It goes without saying that the value of hν needs to be larger than the ionization energy from the excited state P than E2.

〔実施例〕〔Example〕

以下に本発明の実施例を図面を用いて具体的に説明する
。以下の図面において、既掲の図面におけるのと同じ部
分は同一符号で示す。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same parts as in the previously published drawings are designated by the same reference numerals.

第2図は本発明を実施するための装置の概要構成を示す
模式的斜視図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the general configuration of an apparatus for carrying out the present invention.

例えばステンレスから成る反応容器11の内部には、平
行平板型の対向電極3が設けられている。
A parallel plate type counter electrode 3 is provided inside a reaction vessel 11 made of stainless steel, for example.

同じく反応容器11の内部に設けられたサセプタ12上
には、対向電極3に対向するようにして1例えばガリウ
ム砒素(GaAs)単結晶から成る基板4が載置されて
いる。反応容器11の内部は5図示しない排気系により
、排気管13を通じて高真空に排気される。
A substrate 4 made of, for example, a single crystal of gallium arsenide (GaAs) is placed on a susceptor 12 provided inside the reaction vessel 11 so as to face the counter electrode 3 . The inside of the reaction vessel 11 is evacuated to a high vacuum through an exhaust pipe 13 by an exhaust system (not shown).

対向電極3を正として基板4との間に電圧を印加し、基
板4に向かって300V/cm程度の電界を形成する。
A voltage is applied between the counter electrode 3 and the substrate 4, with the counter electrode 3 being positive, to form an electric field of about 300 V/cm toward the substrate 4.

そして、上記反応容器11の内部に5図示しないガス導
入管を通じて、 Ga(CH3)3ガスを導入し、圧力
が1例えば約I Torrに保たれるように制御する。
Then, Ga(CH3)3 gas is introduced into the reaction vessel 11 through a gas introduction pipe (not shown), and the pressure is controlled to be maintained at about 1 Torr, for example.

この場合1反応容器11およびサセプタ12をとくに加
熱する必要はない。
In this case, it is not necessary to particularly heat the first reaction vessel 11 and the susceptor 12.

上記の状態で1反応容器11の一端に設けられている光
透過性の窓14から反応容器11内部に、波長408人
のレーザー光1を照射する。レーザー光1は、レンズ1
5により、対向電極3と基板4間の中心部分Pにおいて
焦点を結ぶように、集束される。
In the above state, the inside of the reaction container 11 is irradiated with laser light 1 of 408 wavelengths through the light-transmissive window 14 provided at one end of the reaction container 11. Laser light 1 is lens 1
5, the light is focused to a central portion P between the counter electrode 3 and the substrate 4.

その結果、対向電極3と基板4間の集束点Pにおける微
小空間内に存在するGa (C“13)3ガスに強力な
レーザー光が照射され、前記のようにして、 Gaは完
全に原子状に解離されるとともに、多光子共鳴過程によ
りイオン化されGa”″となる。
As a result, the Ga (C"13)3 gas existing in the microscopic space at the focal point P between the counter electrode 3 and the substrate 4 is irradiated with a strong laser beam, and as described above, Ga is completely transformed into an atomic state. At the same time, it is ionized by a multi-photon resonance process and becomes Ga''''.

上記微小空間内に生成されたGa+イオンは、対向電極
3と基板4間の電界により基板4方向に向きを揃えられ
、基板4に衝突して電荷を失う。このようにして、基板
4表面における前記集束点近傍の微小領域に、金属Ga
が堆積する。したがって。
The Ga+ ions generated in the microspace are aligned in the direction of the substrate 4 by the electric field between the counter electrode 3 and the substrate 4, collide with the substrate 4, and lose charge. In this way, metal Ga is applied to a minute region near the focal point on the surface of the substrate 4.
is deposited. therefore.

サセプタ12をX方向またはY方向、あるいは両方向に
移動させることにより、線状または面状あるいは所定の
パターンの金属Ga薄層を形成することができる。
By moving the susceptor 12 in the X direction, the Y direction, or both directions, a linear, planar, or predetermined pattern of the metal Ga thin layer can be formed.

本発明においては、多光子共鳴イオン化過程を利用する
ので1選択された所定の波長を発光するレーザー光源が
必要である。このようなレーザー光源としては、波長可
変の色素レーザーを用いればよい。具体的には、公知の
エキシマレーザ−5あるいは、 Nd二YAGレーザー
によって励起されるパルス色素レーザー(例えばラムダ
フィジクス社製FL3001型)を用いることができる
。これにより。
Since the present invention utilizes a multiphoton resonance ionization process, a laser light source that emits light at one selected predetermined wavelength is required. As such a laser light source, a wavelength-tunable dye laser may be used. Specifically, a pulsed dye laser (for example, FL3001 model manufactured by Lambda Physics) excited by a known excimer laser 5 or a Nd2YAG laser can be used. Due to this.

出力光波長は、約200nm〜950nmの範囲で選択
できる。
The output light wavelength can be selected in the range of approximately 200 nm to 950 nm.

また、レーザー光のエネルギーは、対向電極3と基板4
間の集束点Pにおいて3 xlO”W/c/±50%程
度に制御する。このエネルギー密度は、上記パルス色素
レーザーの出力光をレンズ15によって集束することに
より可能である。上記より過大なエネルギー密度は、 
Ga (CH3) 3ガス中で放電を引き起こし、 G
a”以外のイオン種を生じ、前述のような炭素の含有に
よりGaの純度を低下させることになるので好ましくな
い。
In addition, the energy of the laser beam is transmitted between the counter electrode 3 and the substrate 4.
The energy density is controlled to about 3xlO"W/c/±50% at the focal point P between the two. This energy density is possible by focusing the output light of the pulsed dye laser with the lens 15. The density is
Ga (CH3)3 causes a discharge in the gas, G
This is not preferable because it generates ion species other than a'' and lowers the purity of Ga due to the inclusion of carbon as described above.

基板4が絶縁性である場合には、基板4の裏面にあらか
じめ所定の導体パターンを形成しておき。
If the substrate 4 is insulative, a predetermined conductor pattern is formed on the back surface of the substrate 4 in advance.

対向電極3との間に電圧を印加する。その結果。A voltage is applied between the counter electrode 3 and the counter electrode 3. the result.

電界は導体パターンに集束されるので、 Ga+は導体
パターン上に選択的に堆積される。
Since the electric field is focused on the conductor pattern, Ga+ is selectively deposited on the conductor pattern.

上記電界の集束を利用する場合には、必要なエネルギー
密度を有するレーザー光源が得られるならば、レーザー
光1をレンズ15によって集束させることは必須ではな
い。
When using the above-mentioned focusing of the electric field, it is not essential to focus the laser beam 1 by the lens 15, provided that a laser light source with the required energy density can be obtained.

さらに、サセプタ12をX−Y方向に移動制御して、前
記レーザー光1の集束点Pを、この導体パターンに沿っ
て相対的に移動させる。その結果。
Furthermore, by controlling the movement of the susceptor 12 in the X-Y direction, the focal point P of the laser beam 1 is moved relatively along this conductor pattern. the result.

この導体パターンにGa+イオンが集められ、高精度の
金属Gaパターンが形成される。
Ga+ ions are collected on this conductor pattern, forming a highly accurate metallic Ga pattern.

なお1本発明は、その原理からすれば、シリコン(St
)あるいはゲルマニウム(Ge)等の化合物ガスを用い
て、基板上に高純度のSi+ Ge等の薄層を選択的に
堆積させることも可能であることは言うまでもない。そ
して、基板の種類と温度、堆積速度等の条件を適当に選
べば、 St、 Ge等の薄層をエピタキシャル成長さ
せ得る可能性も有している。
Note that the present invention, based on its principle, is based on silicon (St
It goes without saying that it is also possible to selectively deposit a thin layer of high purity Si+Ge or the like on the substrate using a compound gas such as ) or germanium (Ge). If conditions such as the type of substrate, temperature, and deposition rate are appropriately selected, it is possible to epitaxially grow a thin layer of St, Ge, etc.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、室温程度の低温において、導体、半導
体、絶縁性の基板上に、高純度の金属を。
According to the present invention, high-purity metal can be deposited on a conductor, semiconductor, or insulating substrate at a low temperature of about room temperature.

面状あるいは線状の微細なパターンに堆積できる。It can be deposited in fine planar or linear patterns.

したがって2通常のリソグラフ技術を用いることなく、
基板上の所定領域に、金属あるいは半導体から成る微細
パターンを選択的に形成可能とし。
Therefore, without using normal lithographic techniques,
A fine pattern made of metal or semiconductor can be selectively formed in a predetermined area on a substrate.

半導体装置の新規な製造方法を提供する効果がある。This has the effect of providing a novel method for manufacturing semiconductor devices.

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

第1図は本発明の詳細な説明するための要部断面図。 第2図は本発明を実施するための装置の概要構成を示す
模式的斜視図。 第3図は多光子共鳴イオン化過程を説明するためのエネ
ルギー状態図 である。 図において。 1はレーザー光。 2は金属化合物雰囲気空間。 3は対向電極。 4は基板。 11は反応容器。 12はサセプタ。 13は排気管。 14は窓。 15はレンズ である。 X+ 名り看子近ワ島イオンイ巳県司程 、N名  ス  0 カド隻を−)〔へ・ 木発朗ε失屓丸−73t’−、杓の装夏峯2 回 :A−J  ビ」
FIG. 1 is a sectional view of a main part for explaining the present invention in detail. FIG. 2 is a schematic perspective view showing the general configuration of an apparatus for carrying out the present invention. FIG. 3 is an energy phase diagram for explaining the multiphoton resonance ionization process. In fig. 1 is laser light. 2 is a metal compound atmosphere space. 3 is the counter electrode. 4 is the board. 11 is a reaction container. 12 is the susceptor. 13 is the exhaust pipe. 14 is the window. 15 is a lens. X + Name nurse, Kinwa Island, Ion, Mi Prefecture, N name Su 0 Kado ship-) ”

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)金属が堆積される一表面を有する基板を該金属を
一成分として含む金属化合物のガス空間に設置する工程
と、 該表面に向かって交差する電界を印加する工程と、 多光子共鳴イオン化過程によって該金属化合物から該金
属のイオンを生成する波長を有する光を該金属化合物の
ガス空間に照射する工程 を含むことを特徴とする高純度金属の堆積方法。
(1) A step of placing a substrate having one surface on which a metal is deposited in a gas space of a metal compound containing the metal as one component, a step of applying a crossing electric field toward the surface, and multiphoton resonance ionization. A method for depositing a high-purity metal, the method comprising the step of irradiating a gas space of the metal compound with light having a wavelength that produces ions of the metal from the metal compound.
(2)該光を該ガス空間における所定位置に集束させる
工程を含むことにより、該所定位置近傍における該表面
の一領域に高純度の該金属を選択的に堆積させることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の高純度金属の堆
積方法。
(2) A patent claim characterized in that the metal of high purity is selectively deposited on a region of the surface near the predetermined position by including the step of focusing the light on a predetermined position in the gas space. A method for depositing a high purity metal according to item 1.
(3)該ガス空間における該所定位置に対して該表面を
相対的に移動させる工程を含むことにより、該表面上を
移動する該領域に高純度の該金属を堆積させることを特
徴とする特許請求の範囲第2項記載の高純度金属の堆積
方法。
(3) A patent characterized in that the metal of high purity is deposited in the region moving on the surface by moving the surface relative to the predetermined position in the gas space. A method for depositing a high purity metal according to claim 2.
(4)該電界を該表面における一領域に集束させる工程
と、 該一領域を該ガス空間における所定位置に対して相対的
に移動させる工程 を含むことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の高
純度金属の堆積方法。
Claim 2, further comprising the steps of: (4) focusing the electric field on a region on the surface; and moving the region relative to a predetermined position in the gas space. A method for depositing high purity metals as described.
(5)該電界を該表面における一ないし複数の領域に集
束させる工程を含むことにより、各々の該領域に選択的
に高純度の該金属を堆積させることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の高純度金属の堆積方法。
(5) Focusing the electric field on one or more regions on the surface to selectively deposit the high purity metal on each region. Method for Depositing High Purity Metals as described in Section.
JP63007727A 1988-01-18 1988-01-18 High purity metal deposition method Expired - Lifetime JP2600243B2 (en)

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JP2600243B2 (en) 1997-04-16

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