JP2000087227A - 窒素化合物ガスクラスターイオンビームによる窒化物 もしくは窒化表面の形成方法 - Google Patents
窒素化合物ガスクラスターイオンビームによる窒化物 もしくは窒化表面の形成方法Info
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- JP2000087227A JP2000087227A JP10280525A JP28052598A JP2000087227A JP 2000087227 A JP2000087227 A JP 2000087227A JP 10280525 A JP10280525 A JP 10280525A JP 28052598 A JP28052598 A JP 28052598A JP 2000087227 A JP2000087227 A JP 2000087227A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＶＤよりも低温で、表面ダメージの少ない
窒化ないしは窒化物形成を可能とする。 【解決手段】 固体表面に、窒素化合物ガスクラスター
のイオンビームを照射することにより窒化物もしくは窒
化表面を形成する。
窒化ないしは窒化物形成を可能とする。 【解決手段】 固体表面に、窒素化合物ガスクラスター
のイオンビームを照射することにより窒化物もしくは窒
化表面を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、クライス
ターイオンビームによる窒化物の形成方法に関するもの
である。さらに詳しくは、この出願の発明は、微細ＭＯ
Ｓトランジスタでのゲートからチャンネル領域への不純
物拡散抑止のためのＳｉ基板あるいはゲート酸化膜への
Ｓｉ窒化物堆積や、 III族窒化物半導体のＭＢＥ成長、
各種金属の表面窒化、材料表面の高強度化および高耐候
性化、低融点金属の表面窒化等において有用な、クラス
ターイオンビームを用いた窒化物もしくは窒化表面の新
しい形成方法に関するものである。
ターイオンビームによる窒化物の形成方法に関するもの
である。さらに詳しくは、この出願の発明は、微細ＭＯ
Ｓトランジスタでのゲートからチャンネル領域への不純
物拡散抑止のためのＳｉ基板あるいはゲート酸化膜への
Ｓｉ窒化物堆積や、 III族窒化物半導体のＭＢＥ成長、
各種金属の表面窒化、材料表面の高強度化および高耐候
性化、低融点金属の表面窒化等において有用な、クラス
ターイオンビームを用いた窒化物もしくは窒化表面の新
しい形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、窒化物や窒化表面を形成する
ための各種の方法が採用されている。たとえばその代表
的な方法として知られているものに、アンモニアガスの
表面吸着と熱分解による窒化（熱ＣＶＤ法）方法や、Ａ
ｒ等の希ガスの放電により得られるプラズマの補助を得
て成膜する、いわゆるプラズマあるいはイオンビームア
シスト法がある。これらの方法は大面積の試料表面の処
理には好都合であることから一般に採用されている方法
である。しかしながら、これらの方法では、５００〜１
０００℃の高温を必要とする点が問題となる。このよう
な高温条件を保つための装置手段は特殊なものであっ
て、その作製、メンテナンスの負担が大きく、熱による
劣化や変質の観点から対象とする試料の種類にもおのず
と制約があった。またイオンビームアシスト法では高エ
ネルギーイオンによる基板表面の損傷が避けにくいとい
う欠点がある。
ための各種の方法が採用されている。たとえばその代表
的な方法として知られているものに、アンモニアガスの
表面吸着と熱分解による窒化（熱ＣＶＤ法）方法や、Ａ
ｒ等の希ガスの放電により得られるプラズマの補助を得
て成膜する、いわゆるプラズマあるいはイオンビームア
シスト法がある。これらの方法は大面積の試料表面の処
理には好都合であることから一般に採用されている方法
である。しかしながら、これらの方法では、５００〜１
０００℃の高温を必要とする点が問題となる。このよう
な高温条件を保つための装置手段は特殊なものであっ
て、その作製、メンテナンスの負担が大きく、熱による
劣化や変質の観点から対象とする試料の種類にもおのず
と制約があった。またイオンビームアシスト法では高エ
ネルギーイオンによる基板表面の損傷が避けにくいとい
う欠点がある。
【０００３】このように、これらの従来技術のなかで
は、プラズマあるいはイオンビームアシスト法は、より
精密な成膜や表面窒化が可能であって、より低い温度の
採用が可能であると期待されているものの、具体的な展
開にはいまだ多くの問題をかかえているのが実情であ
る。また、近年では電子デバイスへの窒化物の利用の点
において、この窒化物形成技術の革新が求められてい
る。たとえば III族窒化物半導体は紫から紫外波長領域
の禁制帯幅をもち、紫から紫外波長域の発光素子（ＬＥ
ＤあるいはＬＤ（レーザーダイオード）として注目を集
めている。現状では、この III族窒化物は、ＣＶＤ法に
より１０００℃程度の高温で結晶成長がなされている。
III族窒化物の成長は，従来ではこのようにＣＶＤ法が
主でるが、一方、ＭＢＥ(Molecular Beam Epitaxy) 法
ではＲＦ放電あるいはＥＣＲプラズマ等で得られたラジ
カル窒素と呼ばれる化学的にアクティブな窒素分子が用
いられている。しかしながら実情は原子状窒素、窒素イ
オン等が多量に含まれる混合物であることからどの種が
成長に寄与しているのかは明確ではなく、得られた薄膜
の結晶性もＣＶＤ法に劣っていることから、ＭＢＥ法に
よる III族窒化物の形成は現実的なものになっていな
い。また窒素分子線強度も十分とはいえず成長速度等に
問題がある。
は、プラズマあるいはイオンビームアシスト法は、より
精密な成膜や表面窒化が可能であって、より低い温度の
採用が可能であると期待されているものの、具体的な展
開にはいまだ多くの問題をかかえているのが実情であ
る。また、近年では電子デバイスへの窒化物の利用の点
において、この窒化物形成技術の革新が求められてい
る。たとえば III族窒化物半導体は紫から紫外波長領域
の禁制帯幅をもち、紫から紫外波長域の発光素子（ＬＥ
ＤあるいはＬＤ（レーザーダイオード）として注目を集
めている。現状では、この III族窒化物は、ＣＶＤ法に
より１０００℃程度の高温で結晶成長がなされている。
III族窒化物の成長は，従来ではこのようにＣＶＤ法が
主でるが、一方、ＭＢＥ(Molecular Beam Epitaxy) 法
ではＲＦ放電あるいはＥＣＲプラズマ等で得られたラジ
カル窒素と呼ばれる化学的にアクティブな窒素分子が用
いられている。しかしながら実情は原子状窒素、窒素イ
オン等が多量に含まれる混合物であることからどの種が
成長に寄与しているのかは明確ではなく、得られた薄膜
の結晶性もＣＶＤ法に劣っていることから、ＭＢＥ法に
よる III族窒化物の形成は現実的なものになっていな
い。また窒素分子線強度も十分とはいえず成長速度等に
問題がある。
【０００４】広禁制帯幅をもつII・VI族化合物へのアク
セプター種としての窒素ドーピングについても上記プラ
ズマ源がもっぱら使用されている。しかし上記同様にど
の種が実際のドーピングに寄与しているのかは明確では
ない。さらにＺｎＳｅ以外の広禁制帯幅II−VI族化合物
ではｐ型伝導制御はできていない。以上のように、プラ
ズマあるいはイオンアシスト法、さらにはＭＢＥ法は、
精密な固体表面の加工、修飾、あるいは改質や成膜の手
段として期待され、その一部は実用的にも利用されてい
るものの、依然として多くの問題をかかえているのが実
情である。特にこれらの従来の方法においては、試料も
しくはその表面にダメージ（損傷）を与えることなし
に、より低い温度において、選択的な加工、修飾、改
質、そして成膜等のプロセスとして窒化物もしくは窒化
表面を形成することが大きな課題になっていた。
セプター種としての窒素ドーピングについても上記プラ
ズマ源がもっぱら使用されている。しかし上記同様にど
の種が実際のドーピングに寄与しているのかは明確では
ない。さらにＺｎＳｅ以外の広禁制帯幅II−VI族化合物
ではｐ型伝導制御はできていない。以上のように、プラ
ズマあるいはイオンアシスト法、さらにはＭＢＥ法は、
精密な固体表面の加工、修飾、あるいは改質や成膜の手
段として期待され、その一部は実用的にも利用されてい
るものの、依然として多くの問題をかかえているのが実
情である。特にこれらの従来の方法においては、試料も
しくはその表面にダメージ（損傷）を与えることなし
に、より低い温度において、選択的な加工、修飾、改
質、そして成膜等のプロセスとして窒化物もしくは窒化
表面を形成することが大きな課題になっていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、以上
のとおりの従来技術の課題を解決するものとして、以下
の方法を提供するものである。すなわち、まず第１に
は、固体表面に、窒素化合物のガスクラスターのイオン
ビームを照射することにより窒化物もしくは窒化表面を
形成することを特徴とする窒化物もしくは窒化表面の形
成方法を提供する。
のとおりの従来技術の課題を解決するものとして、以下
の方法を提供するものである。すなわち、まず第１に
は、固体表面に、窒素化合物のガスクラスターのイオン
ビームを照射することにより窒化物もしくは窒化表面を
形成することを特徴とする窒化物もしくは窒化表面の形
成方法を提供する。
【０００６】そしてこの方法に関連して、第２には、窒
素化合物が、窒素、アンモニア、酸化窒素、有機含窒素
化合物、もしくはアンモニウムまたは有機含窒素化合物
の金属錯体である前記方法を、第３には、不活性ガスも
しくは他種元素化合物のクラスターイオンビームをとも
に照射する方法を、第４には、固体は、金属、半導体ま
たは絶縁体である方法を提供する。
素化合物が、窒素、アンモニア、酸化窒素、有機含窒素
化合物、もしくはアンモニウムまたは有機含窒素化合物
の金属錯体である前記方法を、第３には、不活性ガスも
しくは他種元素化合物のクラスターイオンビームをとも
に照射する方法を、第４には、固体は、金属、半導体ま
たは絶縁体である方法を提供する。
【０００７】また、第５には、前記いずれかの方法にお
いて、あらかじめ固体表面を、不活性ガスのクラスター
イオンの照射により清浄化もしくは平坦化することを特
徴とする窒化物もしくは窒化表面の形成方法を、第６に
は、ガスクラスタイオンビームを収束もしくは偏向させ
て位置選択的に窒化物もしくは窒化表面を形成すること
を特徴とする窒化物もしくは窒化表面の形成方法を、第
７には、窒素化合物ガスクラスターイオンビームととも
に元素もしくは元素化合物分子線を照射することを特徴
とする窒化物もしくは窒化表面の形成方法を、第８に
は、窒素ドーピングを行う方法も提供する。
いて、あらかじめ固体表面を、不活性ガスのクラスター
イオンの照射により清浄化もしくは平坦化することを特
徴とする窒化物もしくは窒化表面の形成方法を、第６に
は、ガスクラスタイオンビームを収束もしくは偏向させ
て位置選択的に窒化物もしくは窒化表面を形成すること
を特徴とする窒化物もしくは窒化表面の形成方法を、第
７には、窒素化合物ガスクラスターイオンビームととも
に元素もしくは元素化合物分子線を照射することを特徴
とする窒化物もしくは窒化表面の形成方法を、第８に
は、窒素ドーピングを行う方法も提供する。
【０００８】以上のとおりの特徴を有するこの出願の発
明は、発明者らにより提案され、具体的に技術としても
展開されつつあるガスクラスターイオンビーム技術をさ
らに発展されたものである。ガスクラスターイオンビー
ム技術として窒化物もしくは窒化表面の形成を可能とし
た点においてこの発明は画期的なものと言える。
明は、発明者らにより提案され、具体的に技術としても
展開されつつあるガスクラスターイオンビーム技術をさ
らに発展されたものである。ガスクラスターイオンビー
ム技術として窒化物もしくは窒化表面の形成を可能とし
た点においてこの発明は画期的なものと言える。
【０００９】この発明の特徴をさらに概観すると次のと
おりである。 ア）スパッタリング効果による固体表面の清浄化、平坦
化、あるいは反応性ガスクラスターイオンビームによる
選択エッチング等従来技術の表面改質に主眼がおかれて
いたガスクラスターイオンビームの利用方法に加えて、
クラスターイオンを構成する原子あるいは分子種を結晶
の構成要素とする結晶成長に応用した。つまり、窒素化
合物クラスターイオンビームを直接照射することで、蒸
着法では形成不可能なより緻密で密着性の高い高品質の
窒化膜形成が可能となる。
おりである。 ア）スパッタリング効果による固体表面の清浄化、平坦
化、あるいは反応性ガスクラスターイオンビームによる
選択エッチング等従来技術の表面改質に主眼がおかれて
いたガスクラスターイオンビームの利用方法に加えて、
クラスターイオンを構成する原子あるいは分子種を結晶
の構成要素とする結晶成長に応用した。つまり、窒素化
合物クラスターイオンビームを直接照射することで、蒸
着法では形成不可能なより緻密で密着性の高い高品質の
窒化膜形成が可能となる。
【００１０】イ）窒化物材料生成のためのクラスターイ
オンビーム形成の材料として、通常では反応性が低い、
窒素ガス以外のクラスター材料に着目し、これを用いる
ことを可能とした。ウ）数百〜数千個の分子集団を１価
にイオン化することにより低電流で高密度分子数が確保
でき、中性ビーム照射に近い状態としている。従って、
分子単体のイオンビームを用いたとき、あるいはプラズ
マアシスト法のときのような基板表面でのチャージアッ
プの問題点がほとんどなく絶縁物の窒化にも適用でき
る。
オンビーム形成の材料として、通常では反応性が低い、
窒素ガス以外のクラスター材料に着目し、これを用いる
ことを可能とした。ウ）数百〜数千個の分子集団を１価
にイオン化することにより低電流で高密度分子数が確保
でき、中性ビーム照射に近い状態としている。従って、
分子単体のイオンビームを用いたとき、あるいはプラズ
マアシスト法のときのような基板表面でのチャージアッ
プの問題点がほとんどなく絶縁物の窒化にも適用でき
る。
【００１１】エ）原子あるいは分子単体のイオンビーム
に比較してはるかに低エネルギービームである（１分子
当たり１〜１０ｅＶ程度）ため、基板表面の損傷の恐れ
がほとんどない。一方１分子当たりを熱エネルギーに換
算をすれば１万〜１０万度の超高温度に相当し、さらに
基板衝突時の多体効果により窒素化合物は基板を昇温す
ることなく分解し、比較的低温で窒化反応が可能であ
る。
に比較してはるかに低エネルギービームである（１分子
当たり１〜１０ｅＶ程度）ため、基板表面の損傷の恐れ
がほとんどない。一方１分子当たりを熱エネルギーに換
算をすれば１万〜１０万度の超高温度に相当し、さらに
基板衝突時の多体効果により窒素化合物は基板を昇温す
ることなく分解し、比較的低温で窒化反応が可能であ
る。
【００１２】オ）イオンビームであるため、静電レンズ
を用いて微小面積（数１０μｍ程度）に収束でき、また
偏向電極を用いることでビームの偏向が可能である。こ
の性質を利用することで、試料の微細構造の窒化あるい
は窒素注入が可能となる。さらにビームの指向性が良い
ことから、マスクプロジェクション法において、マスク
エッジからのビームの回り込みの少ない、つまりマスク
パターンに忠実なパターンをもつ試料の窒化あるいは窒
素注入が可能である。
を用いて微小面積（数１０μｍ程度）に収束でき、また
偏向電極を用いることでビームの偏向が可能である。こ
の性質を利用することで、試料の微細構造の窒化あるい
は窒素注入が可能となる。さらにビームの指向性が良い
ことから、マスクプロジェクション法において、マスク
エッジからのビームの回り込みの少ない、つまりマスク
パターンに忠実なパターンをもつ試料の窒化あるいは窒
素注入が可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】そこで以下にこの発明の実施例を
示し、さらに詳しくその実施の形態について説明する。
示し、さらに詳しくその実施の形態について説明する。
【００１４】
【実施例】図１には、この発明の方法のためのクラスタ
ーイオンビーム装置を例示した。このクラスターイオン
ビーム装置は、クラスター発生部（Ａ）とイオン化部
（Ｂ）、加速部（Ｃ）、作用部（Ｄ）とから構成され
る。クラスター発生部（Ａ）には石英ガラス製のコニカ
ルノズルが位置調整用のマニピュレータに取り付けられ
ている。外部に接続されたガス導入パイプから導入され
た窒素化合物ガスをノズルから噴出させ、クラスターを
形成する。
ーイオンビーム装置を例示した。このクラスターイオン
ビーム装置は、クラスター発生部（Ａ）とイオン化部
（Ｂ）、加速部（Ｃ）、作用部（Ｄ）とから構成され
る。クラスター発生部（Ａ）には石英ガラス製のコニカ
ルノズルが位置調整用のマニピュレータに取り付けられ
ている。外部に接続されたガス導入パイプから導入され
た窒素化合物ガスをノズルから噴出させ、クラスターを
形成する。
【００１５】ガスクラスターを生成するためのガスは各
種の窒素化合物であってよく、たとえばＮ2 ，ＮＨ3 ，
ＮＯx ，Ｎ含有有機化合物、あるいは含Ｎ金属錯体等で
ある。これらのガスについて、たとえばアンモニアは３
００Ｋで約１０ｂａｒ、２７３Ｋ（０℃）で４．３ｂａ
ｒの飽和蒸気圧しか持たない。いっぽうクラスター発生
用には２〜４ｂａｒの圧力で供給する必要がある。この
ことは供給配管系、特にボンベ減圧弁、マスフローメー
ター（流量調整弁）およびノズル部等の気体膨張が伴う
機構をもつ部所で再液化が起り得る。また室温の変化に
伴い供給圧力が変動しかねない。供給圧力の変動はクラ
スターサイズに影響を及ぼす。したがって、ノズルには
一定温度を保つための温度調節機構を、ガスボンベを含
めた配管系には加熱機構を設ける。
種の窒素化合物であってよく、たとえばＮ2 ，ＮＨ3 ，
ＮＯx ，Ｎ含有有機化合物、あるいは含Ｎ金属錯体等で
ある。これらのガスについて、たとえばアンモニアは３
００Ｋで約１０ｂａｒ、２７３Ｋ（０℃）で４．３ｂａ
ｒの飽和蒸気圧しか持たない。いっぽうクラスター発生
用には２〜４ｂａｒの圧力で供給する必要がある。この
ことは供給配管系、特にボンベ減圧弁、マスフローメー
ター（流量調整弁）およびノズル部等の気体膨張が伴う
機構をもつ部所で再液化が起り得る。また室温の変化に
伴い供給圧力が変動しかねない。供給圧力の変動はクラ
スターサイズに影響を及ぼす。したがって、ノズルには
一定温度を保つための温度調節機構を、ガスボンベを含
めた配管系には加熱機構を設ける。
【００１６】形成されたクラスターがクラスター発生部
（Ａ）とイオン化部（Ｂ）との仕切に設けられたスキマ
ーを通ってイオン化部（Ｂ）、加速部（Ｃ）に入射す
る。クラスターはイオン化部（Ｂ）で、たとえばフィラ
メントで発生させた熱電子照射により１価にイオン化さ
れる。引きだし電極により引きだされた後、加速部
（Ｃ）で加速、収束される。得られたクラスターイオン
ビーム中のクラスターサイズ分布は、たとえば阻止電圧
法により測定することができる。
（Ａ）とイオン化部（Ｂ）との仕切に設けられたスキマ
ーを通ってイオン化部（Ｂ）、加速部（Ｃ）に入射す
る。クラスターはイオン化部（Ｂ）で、たとえばフィラ
メントで発生させた熱電子照射により１価にイオン化さ
れる。引きだし電極により引きだされた後、加速部
（Ｃ）で加速、収束される。得られたクラスターイオン
ビーム中のクラスターサイズ分布は、たとえば阻止電圧
法により測定することができる。
【００１７】粒子や薄膜としての窒化物の形成、もしく
は成膜やイオン注入等による窒化表面の形成のための固
体表面基板はたとえばモリブンデン製の基板ホルダーに
取り付けた後、マニピュレータに固定され、背面よりた
とえば抵抗加熱される。また、装置には、クラスターイ
オンビーム以外の原材料供給のためのポートが設けられ
ており、ガス状あるいは固体の場合には抵抗加熱等で分
子線として供給する。
は成膜やイオン注入等による窒化表面の形成のための固
体表面基板はたとえばモリブンデン製の基板ホルダーに
取り付けた後、マニピュレータに固定され、背面よりた
とえば抵抗加熱される。また、装置には、クラスターイ
オンビーム以外の原材料供給のためのポートが設けられ
ており、ガス状あるいは固体の場合には抵抗加熱等で分
子線として供給する。
【００１８】以上の装置においては、必要に応じてアル
ゴンクラスターイオンビームで基板表面処理（平坦化、
清浄化）を行った後、窒素化合物クラスターイオンビー
ムを用いて窒化を行う。また各種金属材料分子線あるい
は有機金属をガス状で供給することで、窒化物薄膜成長
を行う。 ＜１＞アルゴンクラスターイオンビームの発生；図２に
は、阻止電圧法により求めたアルゴンクラスターイオン
電流値の阻止電圧依存性を示した。アルゴン流量の増加
に伴い、電流値が増加する。図３にはこの結果から求め
たクラスターサイズ分布を示したものである。図３の横
軸は１個のクラスターを形成しているアルゴン原子数、
縦軸はクラスイター数である。流量が少ないときにはモ
ノマー（横軸ゼロの位置）が大部分を占める。流量増加
に伴い徐々に大きなクラスターが形成される。またその
数も増大する。この例で得られた最大クラスターサイズ
は流量０．６ＳＬＭのときに約８００原子数／クラスタ
ーである。
ゴンクラスターイオンビームで基板表面処理（平坦化、
清浄化）を行った後、窒素化合物クラスターイオンビー
ムを用いて窒化を行う。また各種金属材料分子線あるい
は有機金属をガス状で供給することで、窒化物薄膜成長
を行う。 ＜１＞アルゴンクラスターイオンビームの発生；図２に
は、阻止電圧法により求めたアルゴンクラスターイオン
電流値の阻止電圧依存性を示した。アルゴン流量の増加
に伴い、電流値が増加する。図３にはこの結果から求め
たクラスターサイズ分布を示したものである。図３の横
軸は１個のクラスターを形成しているアルゴン原子数、
縦軸はクラスイター数である。流量が少ないときにはモ
ノマー（横軸ゼロの位置）が大部分を占める。流量増加
に伴い徐々に大きなクラスターが形成される。またその
数も増大する。この例で得られた最大クラスターサイズ
は流量０．６ＳＬＭのときに約８００原子数／クラスタ
ーである。
【００１９】＜２＞アンモニアクラスターイオンビーム
の発生；図４および図５には、原料ガスとしてアンモニ
アを使用したときの結果を示した。図４は阻止電圧法に
より求めたアンモニアクラスターイオン電流値の阻止電
圧依存性を示したものであり、アルゴンの場合と同様の
結果が得られる。図５はこの結果から求めたクラスター
サイズ分布を示している。アルゴンの場合と同様に流量
増加に伴い徐々に大きなクラスターが形成される。注目
すべき点は、アルゴンのときと同じ流量でより大きなク
ラスターが形成されていることである。アンモニアはア
ルゴンに比べて分子間結合エネルギーが大きいので、同
一条件下でより大きなクラスターが形成されると期待さ
れるが、その通りの結果が得られた。
の発生；図４および図５には、原料ガスとしてアンモニ
アを使用したときの結果を示した。図４は阻止電圧法に
より求めたアンモニアクラスターイオン電流値の阻止電
圧依存性を示したものであり、アルゴンの場合と同様の
結果が得られる。図５はこの結果から求めたクラスター
サイズ分布を示している。アルゴンの場合と同様に流量
増加に伴い徐々に大きなクラスターが形成される。注目
すべき点は、アルゴンのときと同じ流量でより大きなク
ラスターが形成されていることである。アンモニアはア
ルゴンに比べて分子間結合エネルギーが大きいので、同
一条件下でより大きなクラスターが形成されると期待さ
れるが、その通りの結果が得られた。
【００２０】＜３＞窒素化合物ガスとしてアンモニアを
用いたときの窒化の例を示す。所定の基板温度下で所定
のエネルギーのアンモニアクラスターイオンビームを所
定の時間照射する。照射後、試料一旦空気中に取り出し
ＸＰＳ(X-ray Photo-clcctron Spectroscopy) 装置に移
送した。ＸＰＳスペクトルの測定により窒化の有無を調
べた。以下にその結果を示す。照射条件は何れも約２μ
Ａ／ｃｍ2 の電流値で２時間である。照射温度のみ異な
る。クラスターサイズのピーク値が１０００個／クラス
ターなので、総ドーズ量は１０17／ｃｍ2 弱となる。
用いたときの窒化の例を示す。所定の基板温度下で所定
のエネルギーのアンモニアクラスターイオンビームを所
定の時間照射する。照射後、試料一旦空気中に取り出し
ＸＰＳ(X-ray Photo-clcctron Spectroscopy) 装置に移
送した。ＸＰＳスペクトルの測定により窒化の有無を調
べた。以下にその結果を示す。照射条件は何れも約２μ
Ａ／ｃｍ2 の電流値で２時間である。照射温度のみ異な
る。クラスターサイズのピーク値が１０００個／クラス
ターなので、総ドーズ量は１０17／ｃｍ2 弱となる。
【００２１】図６は、Ｓｉ基板に対する結果である。照
射基板温度は室温である。照射後空気中を運搬している
ことを考え、Ａｒイオンビームで３０秒間表面をエッチ
ングした後のＸＰＳスペクトルであり、窒素の信号が観
測されている。ちなみにクラスターイオンを照射しなか
った試料では窒素の信号は全く観測されず、空気中の窒
素が付着した結果でないことは明白である。照射基板温
度を室温以上７００℃までの何点かで照射した試料でも
同様の結果が得られており、Ｓｉの窒化物が形成された
ことは明白である。アンモニア単体ガスを供給したとき
には、室温では窒化物は決して形成されないことを鑑み
ると、非常に重要な効果と言える。
射基板温度は室温である。照射後空気中を運搬している
ことを考え、Ａｒイオンビームで３０秒間表面をエッチ
ングした後のＸＰＳスペクトルであり、窒素の信号が観
測されている。ちなみにクラスターイオンを照射しなか
った試料では窒素の信号は全く観測されず、空気中の窒
素が付着した結果でないことは明白である。照射基板温
度を室温以上７００℃までの何点かで照射した試料でも
同様の結果が得られており、Ｓｉの窒化物が形成された
ことは明白である。アンモニア単体ガスを供給したとき
には、室温では窒化物は決して形成されないことを鑑み
ると、非常に重要な効果と言える。
【００２２】図７はＧａＡｓ基板に対する結果である。
照射基板温度は５５０℃であり、やはり窒素の信号が観
測される。ＧａＡｓでは４５０℃程度以下あるいは６５
０℃程度以上の温度では窒素の信号は観測されなかっ
た。ＧａＡｓの窒化は基板からのＡｓの脱離の程度と窒
素原子の供給の割合が重要なファクターとなっているこ
とを示唆している。クラスターイオンを用いず、単純に
アンモニアガス雰囲気中で窒化をするには９００〜１０
００℃の高温を必要とすることを考えると、ガスクラス
ターイオン使用の有用性が明白である。
照射基板温度は５５０℃であり、やはり窒素の信号が観
測される。ＧａＡｓでは４５０℃程度以下あるいは６５
０℃程度以上の温度では窒素の信号は観測されなかっ
た。ＧａＡｓの窒化は基板からのＡｓの脱離の程度と窒
素原子の供給の割合が重要なファクターとなっているこ
とを示唆している。クラスターイオンを用いず、単純に
アンモニアガス雰囲気中で窒化をするには９００〜１０
００℃の高温を必要とすることを考えると、ガスクラス
ターイオン使用の有用性が明白である。
【００２３】もちろんこの出願の発明は以上の例によっ
て限定されることはない。様々な態様としてこの発明は
実施される。
て限定されることはない。様々な態様としてこの発明は
実施される。
【００２４】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この出願の
発明によって、窒素化合物のガスクラスターイオンビー
ムを用いた窒化物の形成や、試料表面の窒化が可能とさ
れる。ガスクラスター原料としては、窒素、アンモニ
ア、アンモニウム金属錯体等広範囲の窒素化合物が利用
可能であり、かつ被処理試料も金属、半導体、絶縁体と
様々な物に適用できる。ＣＶＤ法に比べて低温で処理が
可能であり、イオンビームアシスト法よりは表面のダメ
ージが小さい等の優れた効果が奏せられる。
発明によって、窒素化合物のガスクラスターイオンビー
ムを用いた窒化物の形成や、試料表面の窒化が可能とさ
れる。ガスクラスター原料としては、窒素、アンモニ
ア、アンモニウム金属錯体等広範囲の窒素化合物が利用
可能であり、かつ被処理試料も金属、半導体、絶縁体と
様々な物に適用できる。ＣＶＤ法に比べて低温で処理が
可能であり、イオンビームアシスト法よりは表面のダメ
ージが小さい等の優れた効果が奏せられる。
【図１】この発明のガスクラスターイオンビーム装置を
例示した構成図である。
例示した構成図である。
【図２】Ａｒガスクラスターイオンビームの阻止電圧と
イオン電流との関係を示した図である。
イオン電流との関係を示した図である。
【図３】Ａｒガスクラスターイオンビームのクラスター
サイズの分布を示した図である。
サイズの分布を示した図である。
【図４】アンモニアガスクラスターイオンビームの阻止
電圧とイオン電流との関係を示した図である。
電圧とイオン電流との関係を示した図である。
【図５】アンモニアガスクラスターイオンビームのクラ
スターサイズ分布を示した図である。
スターサイズ分布を示した図である。
【図６】Ｓｉ基板の窒化の例を示したＸＰＳスペクトル
図である。
図である。
【図７】ＧａＡｓ基板の窒化の例を示したＸＰＳスペク
トル図である。
トル図である。
Claims (8)
- 【請求項１】 固体表面に、窒素化合物のガスクラスタ
ーのイオンビームを照射することにより窒化物もしくは
窒化表面を形成することを特徴とする窒化物もしくは窒
化表面の形成方法。 - 【請求項２】 窒素化合物が、窒素、アンモニア、酸化
窒素、有機含窒素化合物、もしくはアンモニウムまたは
有機含窒素化合物の金属錯体である請求項１の形成方
法。 - 【請求項３】 不活性ガスもしくは他種元素化合物のク
ラスターイオンビームをともに照射する請求項１または
２の形成方法。 - 【請求項４】 固体は、金属、半導体または絶縁体であ
る請求項１ないし３のいずれかの形成方法。 - 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかの方法にお
いて、あらかじめ固体表面を、不活性ガスのクラスター
イオンの照射により清浄化もしくは平坦化することを特
徴とする窒化物もしくは窒化表面の形成方法。 - 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかの方法にお
いて、ガスクラスタイオンビームを収束もしくは偏向さ
せて位置選択的に窒化物もしくは窒化表面を形成するこ
とを特徴とする窒化物もしくは窒化表面の形成方法。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のずれかの方法におい
て、窒素化合物ガスクラスターイオンビームとともに元
素もしくは元素化合物分子線を照射することを特徴とす
る窒化物もしくは窒化表面の形成方法。 - 【請求項８】 窒素ドーピングを行う請求項７の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28052598A JP3865513B2 (ja) | 1998-09-15 | 1998-09-15 | 窒素化合物ガスクラスターイオンビームによる窒化物 もしくは窒化表面の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28052598A JP3865513B2 (ja) | 1998-09-15 | 1998-09-15 | 窒素化合物ガスクラスターイオンビームによる窒化物 もしくは窒化表面の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000087227A true JP2000087227A (ja) | 2000-03-28 |
| JP3865513B2 JP3865513B2 (ja) | 2007-01-10 |
Family
ID=17626324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28052598A Expired - Lifetime JP3865513B2 (ja) | 1998-09-15 | 1998-09-15 | 窒素化合物ガスクラスターイオンビームによる窒化物 もしくは窒化表面の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3865513B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100402200B1 (ko) * | 2001-01-20 | 2003-10-17 | 한국과학기술연구원 | 가스 클러스터 이온 가속기를 이용한 나노 구조물 형성 방법 |
| JP2004502510A (ja) * | 2000-07-10 | 2004-01-29 | エピオン コーポレイション | Ｇｃｉｂによる眼内レンズの改善 |
| KR100445105B1 (ko) * | 2001-10-25 | 2004-08-21 | 주식회사 다산 씨.앤드.아이 | 가스 클러스터 이온빔을 이용한 아이.티.오 박막 표면처리시스템 및 그 방법 |
| JP2007529876A (ja) * | 2004-03-19 | 2007-10-25 | エピオン コーポレーション | ガスクラスターイオンビームの改良された処理方法および装置 |
| JP2011253983A (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-15 | Disco Abrasive Syst Ltd | シリコンウェーハへのゲッタリング層付与方法 |
| JP2012517120A (ja) * | 2009-02-04 | 2012-07-26 | ティーイーエル エピオン インコーポレイテッド | 多重のノズルのガスクラスターイオンビームのシステム及び方法 |
| US9275866B2 (en) | 2014-05-15 | 2016-03-01 | International Business Machines Corporation | Gas cluster reactor for anisotropic film growth |
| JP2020002400A (ja) * | 2018-06-26 | 2020-01-09 | 住友重機械工業株式会社 | イオン照射装置、イオン照射方法、成膜装置、及び成膜方法 |
| JP2020161393A (ja) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | アルバック・ファイ株式会社 | ガスクラスターイオンビーム装置、分析装置 |
-
1998
- 1998-09-15 JP JP28052598A patent/JP3865513B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004502510A (ja) * | 2000-07-10 | 2004-01-29 | エピオン コーポレイション | Ｇｃｉｂによる眼内レンズの改善 |
| KR100402200B1 (ko) * | 2001-01-20 | 2003-10-17 | 한국과학기술연구원 | 가스 클러스터 이온 가속기를 이용한 나노 구조물 형성 방법 |
| KR100445105B1 (ko) * | 2001-10-25 | 2004-08-21 | 주식회사 다산 씨.앤드.아이 | 가스 클러스터 이온빔을 이용한 아이.티.오 박막 표면처리시스템 및 그 방법 |
| JP2007529876A (ja) * | 2004-03-19 | 2007-10-25 | エピオン コーポレーション | ガスクラスターイオンビームの改良された処理方法および装置 |
| JP4805251B2 (ja) * | 2004-03-19 | 2011-11-02 | ティーイーエル エピオン インク． | ガスクラスターイオンビームの改良された処理方法および装置 |
| JP2012517120A (ja) * | 2009-02-04 | 2012-07-26 | ティーイーエル エピオン インコーポレイテッド | 多重のノズルのガスクラスターイオンビームのシステム及び方法 |
| JP2011253983A (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-15 | Disco Abrasive Syst Ltd | シリコンウェーハへのゲッタリング層付与方法 |
| US9275866B2 (en) | 2014-05-15 | 2016-03-01 | International Business Machines Corporation | Gas cluster reactor for anisotropic film growth |
| JP2020002400A (ja) * | 2018-06-26 | 2020-01-09 | 住友重機械工業株式会社 | イオン照射装置、イオン照射方法、成膜装置、及び成膜方法 |
| JP7120540B2 (ja) | 2018-06-26 | 2022-08-17 | 住友重機械工業株式会社 | イオン照射装置、イオン照射方法、成膜装置、及び成膜方法 |
| JP2020161393A (ja) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | アルバック・ファイ株式会社 | ガスクラスターイオンビーム装置、分析装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3865513B2 (ja) | 2007-01-10 |
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