JPS6281711A - 堆積膜の選択形成方法 - Google Patents

堆積膜の選択形成方法

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JPS6281711A
JPS6281711A JP22339585A JP22339585A JPS6281711A JP S6281711 A JPS6281711 A JP S6281711A JP 22339585 A JP22339585 A JP 22339585A JP 22339585 A JP22339585 A JP 22339585A JP S6281711 A JPS6281711 A JP S6281711A
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JP
Japan
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deposition
film
substrate
deposited
forming
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JP22339585A
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English (en)
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Takao Yonehara
隆夫 米原
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は堆vi膜の選択形成方法に係り、特に所望パタ
ーンの堆積膜を自己整合的に形成する選択形成方法に関
する。
ば半導体集積回路、光集積回路、磁気回路等に使用され
る薄膜の作製に適用される。
[従来技術およびその問題点] 第5図は、従来のホトリソグラフィによるfj膜形成方
法を示す工程図である。
まず、第5図(A)に示すような均一な組成の材料種か
ら成る基板1を洗浄し、続いて、種々の薄膜堆積法(真
空蒸着法、スパッタリング法、プラズマ放電法、MBE
法、GVD法等)によって基板1の全面に薄膜2を堆積
させる [同図(B)1゜続いて、薄膜2上にホトレジ
スト3を)@布し[同図(C) ] 、所望パターンの
ホトマスクを用いてホトレジスト3を感光させ、現像に
よってホトレジスト3を部分的に除去する (同図(ロ
)1゜残留しているホトレジスト3をマスクとして、6
V 11!22をエツチングし、所望パターンの薄11
!22を形成する 【同図(E)1゜ このようなホトリソグラフィ工程を繰返すことで、所望
パターンの?81i膜を積層し、集積回路を構特性にと
って極めて重要な要因となる。特に、超LSIのように
サブミクロンの精度が要求される場合では、位置合せと
ともに各層の薄膜の形状の精度も極めて屯安どなる。
しかしながら、1−:記従来の薄膜形成方法では、必要
なホトマスクの位置合せを精度良く行うことが国難であ
り、またエツチングにより所望パターンのi’、!i 
llI2を形成しているために、形状の精度も不十分で
ある。
第6図は、従来のリフトオフを用いた薄膜形成方法を示
す工程図である。
まず、基板Iにホトレジスト4を一¥布し を第6図(
A) 1 、ホトリソグラフィにより所望パターンのホ
トレジスト4を除去する [同図(B)1゜続いて、薄
膜堆積法により薄II!25を堆積させ1同図(C) 
] 、残留ホトレジスト4を溶解除去する。これによっ
て残留ホトレジスト4上の薄膜が同時に除去され、所望
パターンの薄膜5が形成される。以上の工程を繰返して
集積回路が構成される。
しかしながら、このような薄11!7形成方法は、ホト
レジスト1−に薄膜の形成を行うために、ホトレジスト
の耐用温度以ドで薄膜の堆積を行う必要があり、l(c
積法が人きく制約される。また、ホトレジストを除去す
る際に5残留する薄膜の形状が影響を受けるために、形
状の精度が不十分となる。
また、71λ11!2の側壁部や内部がホトレジストの
成分であるカーボン等によって汚染される可能性が高い
笠の問題点も有している。
また、選択堆積法としては、単結晶基板を部分的に非晶
質薄膜で覆い、単結晶基板の露出部分にのみ基板材料と
同一の材料を選択的にエピタキシャル成長させる方法が
知られている。たとえば、シリコン中結晶基板を部分的
にシリコン酸化物で覆って選択的にシリコンを成長させ
る選択エピタキシー? )Li成長(SEG)法(B、
D−Joyce &J、A。
Ba1drey、Nature vol、195,48
5.1962)、GaAs基板をSi02 、Si 3
 N 4等の非晶質薄膜で覆って選択的にGaAsをエ
ピタキシャル成長させる方法(P、Ra1−Choud
hury  &D、に、5chroder  J、El
ectrochem、Soc。
118 、107 、1971)等ある。
しかしながら、これらの選択堆積法は、小結晶シ(板の
露出表面から同種の単結晶半導体を選択的に成長させる
ものであるために、下地となる堆積面は単結晶半導体に
限定され、絶縁基板には適用されない。
[問題点を解決するための手段] JZ記従来の問題点を解決するために、本発明による堆
積膜の形成方法は、堆積面材料の種類による堆積材料の
核形成密度の差を利用して、複数のU種材料が所望のパ
ターンを形成して成る堆積面に該パターンの堆積膜を選
択的に形成することを特徴とする。
[作用] このようにして、所望パターンの堆積膜が高精度に形成
でき、しかもド地となる材料をtti結晶だけに限定す
る心安はなく、核形成密度差を有する堆積材料と堆積面
材料とを選択することで、非晶質絶縁物や金属−1−で
も半導体、金属等の堆積膜を[実施例] まず、−・般に堆積膜形成過程は次のように考えられて
いる。
堆積面の基板が飛来する原子と異なる種類の材料、特に
非晶質材料である場合、飛来する原子は基板表面を自由
に拡散し、又は(4蒸発する。そして原子間7ムの衝突
の末、核が形成され、その自由エネルギGの変化ΔGが
最大となるような核(安定核)の大きさrc以上になる
と、ΔGは減少し、核は安定に三次元的に成長を続け、
島状となる。
核を形成することによって生ずる自由エネルギGの変化
ΔGは、 G =  4πf(θ)(cro  r2 +%−gv
 @ r3 )f(0) =Vi (2−3cosO+
 cos20)ただし、r:核の曲率半径 0:核の接触角 gv:elj−位堆積当りの自由エネルギσ0 :核と
真空間の表面エネルギ )Jh(iス−ΔGの・倉イにのに半か爪7図に示す。
同図において、ΔGが最大値であるときの安定核の曲率
半径がrcである。
このように核が成長して島状になり、更に+1長して島
同志が接触して、fi1目状に基板表面を覆い、最後に
連続膜となってノ^板表面を完全に覆う。このような過
程を経て基板上に薄膜が堆積する。
1、述したような堆積過程において、基板表面の栄位面
積当りに形成される核の密度は、飛来原子と基板との相
〃作用に犬きく依存し、また温度をはじめとする堆積条
件にも大きく影響される。
そこで堆積膜の材料とノ、(板材料との種類を適当に選
択し、また温度、圧力、ガス種等の堆積条件を適当に、
没定することで、核形成密度(あるいは核形成速度)を
決めることができる。したがって、一種類の堆積材料を
用い、上記核形成密度が大きく異なるような多種類の基
板材料から成る堆積面に51該堆積材料を堆積させよう
とすると、堆積膜は核形成密度の高低によって選択的に
形成される。たとえば、次にようにして選択的に形成さ
れる。
第1図(A)〜(D)は、本発明による堆積膜の選択形
成方法の概略的説明図である。
まず、堆積面を構成する二種類の材料をAおよびB、堆
積材料をCとし、ある一定の堆積条件の下で堆積材料C
の核形成密度が材料AおよびBで大幅に異なるように、
」二記材料A、 BおよびCを選択する。ここでは材料
Aでの抜形Lit密度が大きく、材料Bでの核形成密1
隻が無視できる程度に小さいとする。
第1図(A)において、基板l上に薄膜形成法により材
料Bの成)模6を堆積させ、その]二に、集束イオン(
−ム注入技術を用い、所9!パターンで材料Aのイオン
を注入する。
これによって同図(B)に示すように、材料Bの薄膜6
に、材料Aの領域7が所望パターンで形成される。
このように堆積面に所望パターンの材料Aを形成する方
法としては、同図(C)に示すように、材料B上にマス
ク8を所望パターンで形成し、全面に材料Aのイオンを
注入して同図(B)に示す堆積面を形成してもよい。ま
た、材料BLに材料Aの薄11りを形成し、材料Aの薄
膜をホトリソグラフィによって所9ツバターンに形成し
てもよい。
同図(B)に示すように、堆積面が材料Aおよび日によ
って所9!パターンで構成されると、所定の堆積条件で
材料Cを堆積させる。この昨、材料Bの%k Its 
8 にには材料Cは堆積しない。
これは、材料Cの飛来原子が、安定核になるまでにiQ
: 7q発してしまうか、またはC原子が材ネIBと反
応して蒸気圧の高い物質が形成され、材料Bを工、7チ
ングするためと考えられる。その具体例としては、高温
(>8OO°C)で5i02J−にシリコンを堆積させ
ようとすると、シリコンと5i02 とが反応してSi
Oという蒸気圧の高い物質が形成され、5i02がエツ
チングされ、5i02hにはシリコンが全く付着しない
という報告がされている(T、Yonehara、S、
Yoshioka、S、Miyazawa J、App
l、Phys、53(10) 6839j982)。
こうして材料Aの領域7上だけに材料Cが堆積し、その
結果材料Aの領域7のパターンと同一パターンの堆積j
漠9が自己整合的に形成される。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
第2図(A)〜(D)は、本発明による堆積膜の選択形
成方法の一実施例を示す二[程図である。
まず、同図(A)に示すように、シリコン巾結晶基板l
を熱酸化して表面に厚さ0.1ルm程度のSiO2II
々lOを形成する。
次に、同図(B)に示すように、減圧化学気相法(LP
GVD)によりSi3 N 4膜11を厚さ0.1 g
m堆積させる。
次に、同図(C)に示すように、ホトリソグラフィによ
って、Si3N 4 t)211だけを所望パターンで
部分的の除去する。
次に、HGIガスを高温の基板に流すことで基板を清浄
化した後、H2で希釈した5iCI4 、 SiH2C
I2笠の反応ガスを用い、減圧下(〜170Torr)
で同図(C)に示す基板にシリコンの堆積を20分間行
う。その時の基板温度は1000℃である。このような
材料よ堆積条件を選択することで、同図(D)に不側よ
うに、Si3 N 4 IIり11ににのみシリコンI
IQ 12が厚さ68二m以I−形成される。こうして
Si3 N 411zllの形状と回−形状のシリコン
膜12を自己整合的に精度良く形成することができ、集
積回路を構成する1−で極めて有益である。
第3図は、Si02の堆積面とSi3 N 4の堆積面
との核形成密度の経時変化を示すグラフである。
同グラフが示すように、堆積開始後10秒はで、5i0
21−での核形成密度は102C「2以下で飽和し、2
0分後でもそのイ〆1はほとんど変化しない。
それに対してSi3 N 4 JHでは、10秒程度で
〜4×l05C「2で飽和し、それから10分はど変化
しないが、それ以降は急激に増大する。これは5i3N
41−で島が合体し、完全にSi3 N 4の堆積面が
シリコンで覆われ、そのヒに更にシリコンの核が形成さ
れたためである。
この場合、5iO21:での核形成はほとんど問題とな
らないが、反応ガス中にHCIガスを添加することで、
5i021−での核形成を更に抑制することができる。
また、堆積終了後に、HCIが高温で流すことで、Si
024二の核を除去してもよい。
このように堆積面の材料としてSi02およびSi3 
N 4を選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれば
、同グラフに示すように十分に大きな核形成密度差を得
ることができる。核形成密度の差は、同グラフで示すよ
うに安定核の密度で103倍以上であれば、堆積膜の十
分な選択形成を行うことができる。
なお、核密度の測定は、光学顕微鏡、電子顕微鏡による
i’<=によって行われる。
また、Si3 N 4−J−二の核形成密度は、次に示
すようにSiとNとの組成比にも依存する。
第4図は、SiNの組成比と、その上での核形成密度と
の関係を示すグラフである。このように組成比を変える
ことで核形成密度を調整することができるために、 S
iNの堆積面での形状とその組成比によってシリコンの
堆積膜の形状および膜厚等を決定することが+jT 1
F、である。
なお、堆積面の材料および堆積材料としては、本実施例
に限定されるものではなく、金属膜を選択的に形成する
こともできる。例えば、タングステン薄膜を化学気相法
(CVO)でSi堆積面とSi02堆積面とに堆積させ
ると、Si堆積面にのみタングステンが堆積することが
知られている。
[発明の効果] 以ト詳細に説明したように、本発明による堆積膜の選択
形成方法は、堆積材料の堆積面材料の種類による核形成
密度の差を利用して、所望パターンの堆積膜を自己整合
的に形成できるために、所9!パターンの堆積膜が高精
度に形成でき、特に高集積回路を構成する」−で極めて
有利である。
更に、堆積面の材料を屯結晶だけに限定する必要はなく
、核形成密度差を有する堆積材料と堆積面材料とを選択
することで、非晶質絶縁物や全屈上でも半導体、金属等
の堆積膜を選択的に高精度で形成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)〜(D)は、未発用による堆積膜の選択形
成方法の概略的説明図、 第2図(A)〜(D)は、本発明による堆積膜の選択形
成方法の一実施例を示す工程図、 第3図は、Si02の堆積面とSi3 N 4の堆積面
との核形成密度の経時変化を示すグラフ、第4図は、S
iNの組成比と、その];での核形成密度との関係を示
すグラフ、 第5図は、従来のホトリソグラフィによる薄膜形成方法
を示す工程図、 第6図は、従来のリフトオフを用いた薄膜形成方法を示
す工程図、 第7図は、自由エネルギGの変化ΔGと核の曲率半径と
の関係を示すグラフである。 lφ・・基板 6・・・材料日の薄膜 7・・・材料Aの領域 9φ・・材料Cの堆積膜 10・・* SiO2膜 11・・・Si3 N 4膜 12番・争シリコン膜 代理人  弁理士 山 下 穣 平 第1図 !JJI IJI WJi 旧) (C) (D) 第2図 (A) (B) 時PA(脅) 第4図 5iXN+−x 第5図   第6図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)堆積面材料の種類による堆積材料の核形成密度の
    差を利用して、複数の異種材料が所望のパターンを形成
    して成る堆積面に該パターンの堆積膜を選択的に形成す
    ることを特徴とする堆積膜の選択形成方法。
  2. (2)上記核形成密度の差は、上記堆積面に形成される
    安定核の密度に関して10^3倍以上の差であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の堆積膜の選択形
    成方法。
JP22339585A 1985-10-07 1985-10-07 堆積膜の選択形成方法 Pending JPS6281711A (ja)

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GB8623956A GB2183090B (en) 1985-10-07 1986-10-06 Method for selective formation of deposited film
FR868613927A FR2588416B1 (fr) 1985-10-07 1986-10-07 Procede de formation selective d'un film depose
DE19863634140 DE3634140A1 (de) 1985-10-07 1986-10-07 Verfahren zur selektiven bildung einer abgeschiedenen schicht
US08/003,693 US5393646A (en) 1985-10-07 1993-01-19 Method for selective formation of a deposited film

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