JPH06310491A - Forming method for pattern on solid surface - Google Patents

Forming method for pattern on solid surface

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JPH06310491A
JPH06310491A JP5122185A JP12218593A JPH06310491A JP H06310491 A JPH06310491 A JP H06310491A JP 5122185 A JP5122185 A JP 5122185A JP 12218593 A JP12218593 A JP 12218593A JP H06310491 A JPH06310491 A JP H06310491A
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JP
Japan
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pattern
solid surface
layer
oxide film
irradiated
Prior art date
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Application number
JP5122185A
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Japanese (ja)
Inventor
Nahomi Oota
なほみ 太田
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH06310491A publication Critical patent/JPH06310491A/en
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Abstract

PURPOSE:To selectively activate or inactivate the surface of solid by applying an oxidizing beam in vacuum to the damage layer formed in a large area on a solid surface, thereby oxidizing the irradiated portion only in a pattern, and removing the resultant oxide layer by solution treatment. CONSTITUTION:The insulating film 12 on a semiconductor substrate 11 is subjected to dry etching to form a damaged layer 14. An oxidizing beam 16, for example, oxygen ion beam, is applied to a portion of the damaged layer 14 in a desired pattern. The semiconductor substrate 11 is exposed to a hydrofluoric acid atmosphere to dissolve and remove the fully oxidized area 17. As a result a surface region 18 without an oxide layer is formed in the beam- irradiated area; the damaged layer 14 or an oxide layer region formed thereon is left in the non-beam-irradiated areas. When Si epitaxial growth or W selective CVD is subsequently performed, therefore, selective growth occurs in the region 18 without an oxide film, and no growth is initiated in the damaged layer 14.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は固体表面の処理方法に関
し、特に電子デバイス製造プロセスに用いられる固体表
面のパターン形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for treating a solid surface, and more particularly to a method for patterning a solid surface used in an electronic device manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、固体表面のパターン形成には、パ
ターンを形成したマスクを用いてプロセスを施し、酸化
膜や窒化膜や金属などの膜のパターン形成を行う方法が
一般的に用いられてきた。また、マスクを用いて形成し
た酸化膜以外の領域に選択的に膜形成を行う方法も用い
られていた。マスクを用いない方法としては、レーザー
ビームや電子ビームなどによりマスクを用いずに表面を
直接加工する方法が用いられていた。従来の方法のう
ち、マスクを用いて形成した酸化膜以外の領域に選択的
に膜形成を行う方法の代表的なものとしては、酸化膜以
外の領域に選択的にSiを成長させる方法が、ビー・デ
ィー・ジョイス他(B.D.Joyce,et al.)により、ネイチ
ャー(Nature)1962年,195巻,485〜486ページに、ま
た、レーザービームや電子ビームなどによりマスクを用
いずに表面を直接加工する方法の代表的なものとして
は、レーザービームをCr(CO)6ガス中で固体表面
に照射し、照射部に選択的にCrを堆積させる方法が、
森重他により、第26回半導体・集積回路シンポジウム
講演論文集,電気化学協会編,1984年,6ページに報告
されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a method of forming a pattern on a solid surface by performing a process using a mask on which a pattern is formed to form a pattern of an oxide film, a nitride film or a metal film has been generally used. It was Further, a method of selectively forming a film on a region other than the oxide film formed using a mask has also been used. As a method without using a mask, a method of directly processing the surface without using a mask with a laser beam or an electron beam has been used. Among the conventional methods, as a typical method of selectively forming a film in a region other than an oxide film formed using a mask, a method of selectively growing Si in a region other than an oxide film is By B. D. Joyce, et al., Nature, 1962, Volume 195, pp. 485-486, and directly processing the surface with a laser beam or electron beam without using a mask. As a typical method, a method of irradiating a solid surface with a laser beam in a Cr (CO) 6 gas and selectively depositing Cr on the irradiated portion is
Reported by Morishige et al., Proc. Of the 26th Semiconductor / Integrated Circuit Symposium, Electrochemical Society, 1984, p.6.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述したマスクを用い
た酸化などのパターン形成方法や、マスクを用いて形成
した酸化膜以外の領域に選択的に膜堆積を行うパターン
形成方法では、微細なパターンの形成が難しく、また、
マスク形成の工数が必要であるという欠点があった。ま
た、レーザービームや電子ビームなどによりマスクを用
いずに表面を直接加工するパターン形成方法では、照射
部での選択的なエッチングや堆積などが可能で、微細な
パターンが形成できるが、特定の選択的なプロセスしか
行うことができず、照射部や照射部以外全体に対して種
々の選択的なプロセスを行えるという汎用性はもたない
という欠点があった。本発明の目的は、このような従来
の固体表面のパターン形成方法の欠点を除去して、固体
表面のパターン形成したい領域、またはそれ以外の領域
の表面状態を選択的に変化させ、変化させた領域または
それ以外の領域全体に対して種々の選択的な反応を行う
ことのできる、汎用性のある固体表面パターン形成方法
を提供することにある。
In the pattern forming method such as oxidation using a mask or the pattern forming method of selectively depositing a film on a region other than an oxide film formed using a mask, a fine pattern is formed. Is difficult to form, and
There is a drawback that the number of mask formation steps is required. Moreover, in the pattern formation method in which the surface is directly processed with a laser beam or an electron beam without using a mask, it is possible to form a fine pattern by selective etching or deposition in the irradiation part. However, there is a drawback in that it has no versatility that various selective processes can be performed for the irradiation unit and the whole other than the irradiation unit. An object of the present invention is to eliminate such drawbacks of the conventional solid surface pattern forming method, and selectively change and change the surface state of the area on the solid surface where pattern formation is desired or other area. It is an object of the present invention to provide a versatile solid surface pattern forming method capable of performing various selective reactions with respect to an entire region or other regions.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】第1の発明の固体表面パ
ターン形成方法は、固体表面の広い面積に形成したダメ
ージ層上に、真空中で酸化性のあるビームを照射し該照
射部のみを十分に酸化させてパターニングし、次いで溶
液処理を行い、前記照射部の酸化層のみを選択的に除去
して酸化膜フリー表面とすることにより、後の工程にお
けるパターン形成を可能とすることを特徴とする。ここ
で、酸化性のあるビームは、酸素イオンビーム、酸素ラ
ジカルビーム、酸素分子線またはオゾン分子線であるこ
とが好ましい。
A solid surface pattern forming method according to the first invention is to irradiate a damaged layer formed on a large area of a solid surface with an oxidative beam in a vacuum to expose only the irradiated portion. It is possible to form a pattern in a later step by sufficiently oxidizing and patterning, and then performing a solution treatment to selectively remove only the oxide layer of the irradiation portion to form an oxide film-free surface. And Here, the oxidizing beam is preferably an oxygen ion beam, an oxygen radical beam, an oxygen molecular beam, or an ozone molecular beam.

【0005】第2の発明の固体表面パターン形成方法
は、固体表面の広い面積に形成したダメージ層上に、酸
化性雰囲気中または水蒸気中でレーザー、電子線または
イオンビームを照射し該照射部のみを十分に酸化させて
パターニングし、次いで溶液処理を行い、前記照射部の
酸化層のみを選択的に除去して酸化膜フリー表面とする
ことにより、後の工程におけるパターン形成を可能とす
ることを特徴とする。ここで、酸化性雰囲気とは、酸
素、オゾン等が挙げられる。
In the solid surface pattern forming method of the second invention, the damaged layer formed on a large area of the solid surface is irradiated with a laser, an electron beam or an ion beam in an oxidizing atmosphere or in water vapor, and only the irradiated portion is irradiated. Is sufficiently oxidized to perform patterning, and then solution treatment is performed to selectively remove only the oxide layer of the irradiated portion to form an oxide film-free surface, which enables pattern formation in a later step. Characterize. Here, examples of the oxidizing atmosphere include oxygen and ozone.

【0006】第3の発明の固体表面のパターン形成方法
は、表面に自然酸化膜または薄い酸化膜を有する広い面
積のダメージのない固体表面上に、真空中またはガス中
でイオンビームを照射し該照射部のみにダメージ層を形
成してパターニングし、次いで溶液処理を行い、前記照
射部以外のダメージ層のない領域の表面の薄膜のみを選
択的に除去して活性表面とすることにより後の工程にお
けるパターン形成を可能とすることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for forming a pattern on a solid surface, which comprises irradiating an ion beam in a vacuum or a gas onto a large-area, non-damaged solid surface having a natural oxide film or a thin oxide film on the surface. A subsequent step by forming a damaged layer only on the irradiated part and patterning it, then performing a solution treatment, and selectively removing only the thin film on the surface of the region other than the irradiated part where there is no damaged layer to make it an active surface It is possible to form a pattern in.

【0007】[0007]

【作用】第1の発明 固体表面の広い面積の領域にドライエッチングなどによ
ってダメージ層が形成されている場合、このダメージ層
は不十分に酸化された固体表面を形成しているために、
フッ酸や選択エッチング液などの溶液処理によって容易
に溶解除去することができない。このダメージ層上に、
真空中で酸素イオンビーム、酸素ラジカルビーム、酸素
分子線またはオゾン分子線などの酸化性のあるビームを
所望のパターンに沿って照射し、照射部のみを酸化して
酸化パターンを形成する。パターン形成に限らず、不十
分に酸化されていたダメージ層は、酸化プロセスによっ
て十分に酸化されると、溶液との反応によって溶解除去
されるようになる。本発明のダメージ層上への酸化性の
あるビームの照射によって、固体表面のビーム照射部が
十分に酸化されると、続いて施す溶液処理または雰囲気
曝露において、十分に酸化された部分のみが溶解除去さ
れ、それ以外の領域は溶解除去されない。この溶液処理
の結果、ビーム照射を行った部分のみが酸化膜が存在せ
ず、それ以外の領域にはダメージ層上の酸化膜が存在す
るというパターンが形成される。このパターン表面に対
して次のプロセス雰囲気を作用させると、ダメージ層上
の酸化膜が除去された領域は、ダメージ層上の酸化膜を
有する領域よりも反応性が高い。このため、プロセス条
件を選ぶことにより、ダメージ層上の酸化膜が除去され
た領域において、選択的に次プロセスの反応が進行す
る。これにより、ビーム照射によってパターン形成した
領域のみ次プロセスが進んだパターンを形成することが
できる。
When the damage layer is formed in a wide area of the solid surface by dry etching or the like, the damage layer forms an insufficiently oxidized solid surface.
It cannot be easily dissolved and removed by a solution treatment such as hydrofluoric acid or a selective etching solution. On this damage layer,
In a vacuum, an oxidative beam such as an oxygen ion beam, an oxygen radical beam, an oxygen molecular beam or an ozone molecular beam is irradiated along a desired pattern, and only the irradiated portion is oxidized to form an oxidized pattern. Not only the pattern formation but also the insufficiently oxidized damage layer is dissolved and removed by the reaction with the solution when sufficiently oxidized by the oxidation process. When the beam-irradiated portion of the solid surface is sufficiently oxidized by the irradiation of the oxidizable beam onto the damaged layer of the present invention, only the sufficiently-oxidized portion is dissolved in the subsequent solution treatment or exposure to the atmosphere. The other areas are not removed by dissolution. As a result of this solution treatment, a pattern is formed in which the oxide film does not exist only in the beam-irradiated portion and the oxide film on the damaged layer exists in the other regions. When the next process atmosphere is applied to the surface of this pattern, the region where the oxide film on the damaged layer is removed has higher reactivity than the region having the oxide film on the damaged layer. Therefore, by selecting the process conditions, the reaction of the next process proceeds selectively in the region where the oxide film on the damaged layer is removed. As a result, it is possible to form a pattern in which the next process has advanced only in the region where the pattern has been formed by beam irradiation.

【0008】第2の発明 固体表面の広い面積の領域に、ドライエッチングなどに
よってダメージ層が形成されている場合、このダメージ
層は不十分に酸化された固体表面を形成しているため
に、フッ酸や選択エッチング液などの溶液処理によって
容易に溶解除去することができない。このダメージ層上
に、酸素、オゾン、水蒸気などの酸化性雰囲気中でレー
ザーまたは電子線またはイオンビームを所望のパターン
に沿って照射し、照射部のみを酸化して酸化パターンを
形成する。ダメージ層上への酸化性雰囲気中でのビーム
照射によって照射部が十分に酸化されると、続いて施す
溶液処理または雰囲気曝露において、十分に酸化された
部分のみが溶解除去され、それ以外の領域は溶解除去さ
れない。この溶液処理の結果、ビーム照射を行った部分
のみが酸化膜が存在せず、それ以外の領域にはダメージ
層上の酸化膜が存在するというパターンが形成される。
その結果、第1の発明の場合と同様にして、ダメージ層
上の酸化膜が除去された領域において、選択的に次プロ
セスの反応が進み、パターン形成が行われる。
Second invention When a damage layer is formed on a wide area of the solid surface by dry etching or the like, the damage layer forms an insufficiently oxidized solid surface, and It cannot be easily dissolved and removed by a solution treatment with an acid or a selective etching solution. The damaged layer is irradiated with a laser, an electron beam, or an ion beam along a desired pattern in an oxidizing atmosphere such as oxygen, ozone, or water vapor, and only the irradiated portion is oxidized to form an oxidized pattern. When the irradiated portion is sufficiently oxidized by beam irradiation in an oxidizing atmosphere on the damaged layer, only the sufficiently oxidized portion is dissolved and removed in the subsequent solution treatment or exposure to the atmosphere, and the other regions Is not dissolved away. As a result of this solution treatment, a pattern is formed in which the oxide film does not exist only in the beam-irradiated portion and the oxide film on the damaged layer exists in the other regions.
As a result, similarly to the case of the first aspect of the invention, in the region where the oxide film on the damaged layer is removed, the reaction of the next process selectively progresses and pattern formation is performed.

【0009】第3の発明 自然酸化膜などの薄い膜を有する広い面積のダメージの
ない固体表面がある場合、この表面にはダメージが存在
せず、不十分に酸化された表面となっていないために、
フッ酸や選択エッチング液などの溶液処理によって容易
に溶解除去することができる。この表面上に、真空中ま
たはガス中でイオンビームを所望のパターンに沿って照
射し、照射部のみにダメージ層を形成する。続いて溶液
処理を行うと、照射部以外のダメージ層のない領域の酸
化膜が除去される。照射部のダメージが形成された領域
は溶液処理または雰囲気曝露で溶解除去されずに選択的
に残る。この溶液処理の結果、ビーム照射を行った部分
のみにおいてダメージ層上の酸化膜が存在し、それ以外
の領域には酸化膜が存在しないというパターンが形成さ
れる。酸化膜が溶解除去された領域は、ダメージ層上の
酸化膜を有する領域よりも反応性が高い。この表面に対
して次のプロセス雰囲気を作用させると、ダメージ層が
なく酸化膜が除去され活性となった領域は、ダメージ層
が形成されて不十分に酸化された酸化膜を有する領域よ
りも反応性が高い。このため、プロセス条件を選ぶこと
により、酸化膜がない領域において、選択的に次プロセ
スの反応が進行する。これにより、ビーム照射によって
パターン形成した領域のみ次プロセスが進まず、それ以
外の領域ではプロセスが進んだパターンを形成すること
ができる。
Third invention When there is a large area of undamaged solid surface having a thin film such as a natural oxide film, there is no damage on this surface and it is not an insufficiently oxidized surface. To
It can be easily dissolved and removed by a solution treatment with hydrofluoric acid or a selective etching solution. An ion beam is irradiated onto this surface in a vacuum or gas along a desired pattern to form a damaged layer only on the irradiated portion. Subsequently, when solution treatment is performed, the oxide film in the region having no damaged layer other than the irradiated portion is removed. The damaged area of the irradiated portion is not dissolved and removed by solution treatment or exposure to the atmosphere, but remains selectively. As a result of this solution treatment, a pattern is formed in which the oxide film on the damaged layer exists only in the beam-irradiated portion and the oxide film does not exist in the other regions. The region where the oxide film is dissolved and removed has higher reactivity than the region having the oxide film on the damaged layer. When the next process atmosphere is applied to this surface, the region where the oxide film is removed and activated without the damage layer is more reactive than the region where the damaged layer is formed and the oxide film is insufficiently oxidized. It is highly likely. Therefore, by selecting the process conditions, the reaction of the next process proceeds selectively in the region without the oxide film. As a result, the next process does not proceed in only the area where the pattern is formed by the beam irradiation, and the pattern in which the process has advanced can be formed in the other areas.

【0010】本発明のなかで、イオンビームは集束イオ
ンビームであってもよい。また、本発明の溶液処理に用
いる溶液および雰囲気曝露に用いる雰囲気は、表面の膜
を選択的にエッチングできる溶液または雰囲気であれば
その種類を問わない。酸化層や自然酸化膜に対しては、
フッ酸やフッ酸蒸気などを用いることができる。
In the present invention, the ion beam may be a focused ion beam. Further, the solution used in the solution treatment of the present invention and the atmosphere used for the atmosphere exposure may be of any type as long as the solution or the atmosphere can selectively etch the film on the surface. For oxide layers and natural oxide films,
Hydrofluoric acid or hydrofluoric acid vapor can be used.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図2は、本発明の第1の方法において、ド
ライエッチングによって形成されたダメージ層上の表面
状態(図2(a))、このダメージ層に酸素分子ビーム
を照射しない表面領域にフッ酸処理を施した時の表面状
態(図2(b))およびダメージ層に酸素分子ビームを
照射した表面領域に同様のフッ酸処理を施した時の表面
状態(図2(c))を表すXPS−Si(2p)スペク
トルである。なお図中、結合エネルギーは、バルク−S
iピークとの相対値で表している。図2(a)ではバル
クSiを示すピークの外に、ドライエッチングガス成分
を含む不完全なSi酸化物の層を示すピークが観察され
る。このような表面に対し、酸素分子ビーム照射を行わ
ずにフッ酸処理を施した表面のXPS−Si(2p)ス
ペクトルである図2(b)では、バルクSiを示すピー
クのほかにSi酸化物のピークが観察され、フッ酸処理
によっても酸化層が除去されていないことがわかる。一
方、図2(c)では、バルクSiのピークしか観察され
ず、ダメージ層およびダメージ層上に形成された不完全
な酸化層が除去されたことがわかる。本発明の第1の方
法により酸素イオンビームまたは酸素ラジカルビームま
たはオゾン分子線を照射した場合、および本発明の第2
の方法によって酸化性雰囲気中でレーザーなどを照射し
た場合もともに同様の表面状態の違いを示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 shows the surface state on the damage layer formed by dry etching (FIG. 2A) in the first method of the present invention, and the hydrofluoric acid treatment is applied to the surface region where the damage layer is not irradiated with the oxygen molecule beam. XPS-Si showing the surface condition when applied (FIG. 2B) and the surface condition when the same hydrofluoric acid treatment was applied to the surface region where the damaged layer was irradiated with an oxygen molecular beam (FIG. 2C). It is a (2p) spectrum. In the figure, the binding energy is Bulk-S.
It is represented by a relative value to the i peak. In FIG. 2A, in addition to the peak indicating bulk Si, a peak indicating an incomplete Si oxide layer containing a dry etching gas component is observed. In FIG. 2B, which is an XPS-Si (2p) spectrum of a surface obtained by subjecting such a surface to hydrofluoric acid treatment without irradiating an oxygen molecular beam, in addition to the peak indicating bulk Si, Si oxide is shown. The peak is observed, which shows that the oxide layer is not removed even by the hydrofluoric acid treatment. On the other hand, in FIG. 2C, only the peak of bulk Si is observed, which shows that the damaged layer and the incomplete oxide layer formed on the damaged layer are removed. When the oxygen ion beam, the oxygen radical beam, or the ozone molecular beam is irradiated by the first method of the present invention, and the second method of the present invention
When a laser or the like is irradiated in an oxidizing atmosphere by the above method, the same difference in surface state is exhibited.

【0012】本発明の第3の方法によってダメージのな
い表面に集束イオンビームを照射して照射部のみにダメ
ージ層を形成した場合には、フッ酸処理後、照射部は図
2(b)と同様の表面状態となり、照射を行わなかった
部分は図2(c)と同様の表面状態となる。
In the case where the damaged surface is irradiated with a focused ion beam to form a damaged layer only on the irradiated portion by the third method of the present invention, the irradiated portion is treated as shown in FIG. The surface state is the same, and the portion not irradiated is the surface state similar to FIG.

【0013】図1は本発明の第1の方法による固体表面
のパターン形成方法の実施例を説明するための固体表面
の変化を示す試料断面図である。図1(a)において、
固体基板の一例である半導体基板11において、絶縁膜
12をドライエッチング粒子13によってエッチング加
工する。絶縁膜12がエッチングされて露出した半導体
表面には、ドライエッチングによるダメージ層14が形
成される。このダメージ層14は、ドライエッチング直
後にはドライエッチングガス成分を含む不完全な酸化
層、洗浄後には十分に酸化されていない不完全なサブオ
キサイドを多く含む酸化膜を形成する。図1(b)にお
いて、真空中で、酸化性のあるビーム(酸素イオンビー
ム、酸素ラジカルビーム、酸素分子線またはオゾン分子
線)16を所望のパターンに沿って、ダメージ層14の
領域に照射する。照射された部分は酸化が進み、十分に
酸化されたサブオキサイドが少ない酸化層領域17とな
る。このビーム照射の際、基板を加熱機構15によって
加熱し、酸化を促進させてもよい。図1(c)におい
て、液相または気相のフッ酸雰囲気に半導体基板11を
さらす。フッ酸との反応により、十分に酸化された領域
17は溶解除去される。しかし、ダメージ層14または
ダメージ層上に形成された酸化層は、フッ酸との反応で
は容易に溶解除去されず、表面状態は変化しない。従っ
て、フッ酸処理後の表面には、ビーム照射部には酸化層
が存在しない表面領域18が、ビーム照射部以外ではダ
メージ層14またはダメージ層上に形成された酸化層の
領域があり、これらによってパターンが形成される。図
1(d)において、上記のパターン形成表面に対し、次
のプロセスを施す。例えば、Siのエピタキシャル成長
やWの選択CVDなどを行うと、酸化膜が存在しない領
域18上には選択的に成長が起こり、ダメージ層14上
では成長が起きない。このため、選択成長した材料19
のパターンを形成することができる。また、別のプロセ
ス例として、ウェットエッチングなどの高選択比エッチ
ングを用いてもよい。その場合には、酸化層のない領域
のみがエッチングされ、エッチングのパターンを形成す
ることができる。
FIG. 1 is a sectional view of a sample showing changes in the solid surface for explaining an embodiment of a pattern forming method of the solid surface according to the first method of the present invention. In FIG. 1 (a),
In a semiconductor substrate 11, which is an example of a solid substrate, the insulating film 12 is etched by dry etching particles 13. A damaged layer 14 is formed by dry etching on the semiconductor surface exposed by etching the insulating film 12. The damaged layer 14 forms an incomplete oxide layer containing a dry etching gas component immediately after dry etching and an oxide film containing a large amount of incomplete suboxide which is not sufficiently oxidized after cleaning. In FIG. 1B, an oxidative beam (oxygen ion beam, oxygen radical beam, oxygen molecular beam or ozone molecular beam) 16 is applied to a region of the damaged layer 14 along a desired pattern in a vacuum. . Oxidation progresses in the irradiated portion to form the oxide layer region 17 in which the amount of sufficiently oxidized suboxide is small. During this beam irradiation, the substrate may be heated by the heating mechanism 15 to accelerate the oxidation. In FIG. 1C, the semiconductor substrate 11 is exposed to a liquid phase or vapor phase hydrofluoric acid atmosphere. By the reaction with hydrofluoric acid, the sufficiently oxidized region 17 is dissolved and removed. However, the damage layer 14 or the oxide layer formed on the damage layer is not easily dissolved and removed by the reaction with hydrofluoric acid, and the surface state does not change. Therefore, on the surface after the hydrofluoric acid treatment, there is a surface region 18 where there is no oxide layer in the beam irradiation portion, and there is a region of the damage layer 14 or an oxide layer formed on the damage layer other than the beam irradiation portion. Form a pattern. In FIG. 1D, the following process is performed on the pattern forming surface. For example, when epitaxial growth of Si or selective CVD of W is performed, growth selectively occurs on the region 18 where no oxide film exists and growth does not occur on the damaged layer 14. Therefore, the selectively grown material 19
Pattern can be formed. Further, as another process example, high selectivity etching such as wet etching may be used. In that case, only the region without the oxide layer is etched, and an etching pattern can be formed.

【0014】ここで、真空のかわりに酸素、オゾン、水
蒸気などの酸化性雰囲気を用い、酸化性のあるビームの
かわりにレーザーまたは電子線またはイオンビームを用
いると、本発明の第2の方法が実施できる。
Here, when an oxidizing atmosphere such as oxygen, ozone, or water vapor is used instead of vacuum and a laser, an electron beam, or an ion beam is used instead of the oxidizing beam, the second method of the present invention is performed. Can be implemented.

【0015】図3は本発明の第3の方法による固体表面
のパターン形成方法の実施例を説明するための固体表面
の変化を示す試料断面図である。図3(a)において、
固体基板の一例である半導体基板11の表面は、自然酸
化膜31などの薄い膜を有している。図3(b)におい
て、この表面に対して真空中またはガス中でイオンビー
ム33を所望のパターンに沿って照射する。その結果、
照射部には、ダメージ層14が形成される。このダメー
ジ層14は、イオン照射直後にはイオンや雰囲気ガスの
成分を含む不完全な構造・組成の酸化層、洗浄後にはサ
ブオキサイドを多く含む不完全な構造・組成の酸化膜を
形成する。イオン照射を行わない部分は変化しないた
め、自然酸化膜などの薄い膜の構造や組成は変わらず、
十分に酸化されたサブオキサイドが少ない酸化層領域と
して表面に残る。図3(c)において、液相または気相
のフッ酸雰囲気に半導体基板11をさらす。フッ酸との
反応により、自然酸化膜31などの薄い膜は溶解除去さ
れる。しかし、ダメージ層14、イオンや雰囲気ガスの
成分を含んだりサブオキサイドを多く含む不完全な構造
・組成の酸化膜は、フッ酸との反応では容易には溶解除
去されず、表面状態は変化しない。従って、フッ酸処理
後の表面には、ビーム照射部ではダメージ層14の領域
が、ビーム照射部以外には酸化膜が存在しない表面領域
18の領域があり、これらによるパターンが形成され
る。図3(d)においては、図3(c)のパターン形成
表面に対し、ウェットエッチングなどの高選択比エッチ
ングを施す。これにより、酸化膜が存在しない領域18
は選択的にエッチングされ、酸化膜を含んでいるダメー
ジ層14上ではエッチングが生じない。このため、酸化
層のない領域のみが選択的にエッチングされ、エッチン
グされた領域34のパターンを形成することができる。
また、図3(e)においては、図3(c)のパターン形
成表面に対し、次のプロセスを施す。例えば、Siのエ
ピタキシャル成長やWの選択CVDなどを行うと、酸化
膜が存在しない領域18上には選択的に成長が起こり、
ダメージ層14上では成長が起きない。このため、選択
成長した材料19のパターンを形成することができる。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a sample showing changes in the solid surface for explaining an embodiment of the pattern forming method of the solid surface according to the third method of the present invention. In FIG. 3 (a),
The surface of the semiconductor substrate 11, which is an example of a solid substrate, has a thin film such as the natural oxide film 31. In FIG. 3B, this surface is irradiated with an ion beam 33 in a vacuum or a gas along a desired pattern. as a result,
The damaged layer 14 is formed on the irradiated portion. The damaged layer 14 forms an oxide layer having an incomplete structure / composition containing ions and components of an atmospheric gas immediately after ion irradiation, and an oxide film having an incomplete structure / composition containing a large amount of suboxide after cleaning. Since the part where ion irradiation is not performed does not change, the structure and composition of thin films such as natural oxide film do not change,
The fully oxidized sub-oxide remains on the surface as an oxide layer region with a small amount. In FIG. 3C, the semiconductor substrate 11 is exposed to a liquid phase or vapor phase hydrofluoric acid atmosphere. Due to the reaction with hydrofluoric acid, the thin film such as the natural oxide film 31 is dissolved and removed. However, the damaged layer 14, the oxide film having an incomplete structure and composition containing a large amount of ions and atmospheric gas components and a large amount of suboxide, is not easily dissolved and removed by the reaction with hydrofluoric acid, and the surface state is not changed. . Therefore, the surface after the hydrofluoric acid treatment has a region of the damaged layer 14 in the beam irradiation part and a region of the surface region 18 in which the oxide film does not exist other than the beam irradiation part, and a pattern is formed by these. In FIG. 3D, high selectivity etching such as wet etching is performed on the pattern formation surface of FIG. 3C. As a result, the region 18 where the oxide film does not exist
Are selectively etched, and no etching occurs on the damaged layer 14 including the oxide film. Therefore, only the region without the oxide layer can be selectively etched, and the pattern of the etched region 34 can be formed.
Further, in FIG. 3E, the following process is applied to the pattern forming surface of FIG. For example, when epitaxial growth of Si or selective CVD of W is performed, selective growth occurs on the region 18 where no oxide film exists,
No growth occurs on the damaged layer 14. Therefore, the pattern of the selectively grown material 19 can be formed.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明の方法
によれば、固体表面のパターン形成したい領域またはそ
れ以外の領域の表面状態を選択的に変化させ、変化させ
た領域またはそれ以外の領域全体に対して種々の選択的
な反応を行うことのできる汎用性のある固体表面パター
ン形成方法を提供することができる。従って本発明の方
法を電子デバイス製造プロセスに用いることにより、微
細なパターン形成や表面状態を制御したパターン形成が
可能になり、製造プロセスの汎用性と自由度を高めるこ
とができ、デバイスの性能向上に大きく寄与できる効果
を有するものである。
As described in detail above, according to the method of the present invention, the surface state of the region on the solid surface where pattern formation is desired or other region is selectively changed, and the changed region or other region is selected. It is possible to provide a general-purpose solid surface pattern forming method capable of performing various selective reactions with respect to the entire region. Therefore, by using the method of the present invention in an electronic device manufacturing process, it becomes possible to form a fine pattern or a pattern in which the surface condition is controlled, which can increase the versatility and the degree of freedom of the manufacturing process and improve the device performance. It has an effect that can greatly contribute to

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

【図1】本発明の一実施例を説明するための試料断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view of a sample for explaining an example of the present invention.

【図2】本発明の効果を説明するためのXPSスペクト
ルを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an XPS spectrum for explaining the effect of the present invention.

【図3】本発明の一実施例を説明するための試料断面図
である。
FIG. 3 is a sectional view of a sample for explaining an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 半導体基板 12 絶縁膜 13 ドライエッチング粒子 14 ダメージ層 15 加熱機構 16 酸化性のあるビーム 17 十分に酸化された酸化層領域 18 酸化膜が存在しない領域 19 選択成長した材料 31 自然酸化膜 33 イオンビーム 34 エッチングされた領域 11 Semiconductor Substrate 12 Insulating Film 13 Dry Etching Particles 14 Damaged Layer 15 Heating Mechanism 16 Oxidizing Beam 17 Oxidized Layer Region Fully Oxidized Layer 18 No Oxide Film Existence Area 19 Selectively Grown Material 31 Natural Oxide Film 33 Ion Beam 34 Etched area

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体表面の広い面積に形成したダメージ
層上に、真空中で酸化性のあるビームを照射し該照射部
のみを十分に酸化させてパターニングし、次いで溶液処
理を行い、前記照射部の酸化層のみを選択的に除去して
酸化膜フリー表面とすることにより、後の工程における
パターン形成を可能とすることを特徴とする固体表面パ
ターン形成方法。
1. A damaged layer formed on a large area of a solid surface is irradiated with an oxidizing beam in a vacuum to sufficiently oxidize only the irradiated portion for patterning, and then solution treatment is performed to perform the irradiation. A method for forming a solid surface pattern, which enables pattern formation in a later step by selectively removing only an oxide layer in a portion to form an oxide film-free surface.
【請求項2】 酸化性のあるビームが酸素イオンビー
ム、酸素ラジカルビーム、酸素分子線またはオゾン分子
線である請求項1記載の固体表面パターン形成方法。
2. The method for forming a solid surface pattern according to claim 1, wherein the oxidizing beam is an oxygen ion beam, an oxygen radical beam, an oxygen molecular beam or an ozone molecular beam.
【請求項3】 固体表面の広い面積に形成したダメージ
層上に、酸化性雰囲気中または水蒸気中でレーザー、電
子線またはイオンビームを照射し該照射部のみを十分に
酸化させてパターニングし、次いで溶液処理を行い、前
記照射部の酸化層のみを選択的に除去して酸化膜フリー
表面とすることにより、後の工程におけるパターン形成
を可能とすることを特徴とする固体表面パターン形成方
法。
3. A damaged layer formed on a large area of a solid surface is irradiated with a laser, an electron beam or an ion beam in an oxidizing atmosphere or in water vapor to sufficiently oxidize only the irradiated portion to perform patterning, A method for forming a solid surface pattern, which comprises performing a solution treatment and selectively removing only the oxide layer of the irradiated portion to form an oxide film-free surface, which enables pattern formation in a subsequent step.
【請求項4】 表面に自然酸化膜または薄い酸化膜を有
する広い面積のダメージのない固体表面上に、真空中ま
たはガス中でイオンビームを照射し該照射部のみにダメ
ージ層を形成してパターニングし、次いで溶液処理を行
い、前記照射部以外のダメージ層のない領域の表面の薄
膜のみを選択的に除去して活性表面とすることにより後
の工程におけるパターン形成を可能とすることを特徴と
する固体表面パターン形成方法。
4. A pattern is formed by irradiating an ion beam in a vacuum or a gas on a solid surface having a natural oxide film or a thin oxide film and having a large area without damage to form a damaged layer only on the irradiated portion. Then, a solution treatment is performed to selectively remove only the thin film on the surface of the region having no damaged layer other than the irradiated portion to form an active surface, which enables pattern formation in a subsequent step. Solid surface pattern forming method.
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