JP2003013208A - ガスクラスターイオンビームによる薄膜形成方法 - Google Patents
ガスクラスターイオンビームによる薄膜形成方法Info
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- JP2003013208A JP2003013208A JP2002109817A JP2002109817A JP2003013208A JP 2003013208 A JP2003013208 A JP 2003013208A JP 2002109817 A JP2002109817 A JP 2002109817A JP 2002109817 A JP2002109817 A JP 2002109817A JP 2003013208 A JP2003013208 A JP 2003013208A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 室温において基板表面を損傷することな
く、より高品質の薄膜を形成するガスクラスターイオン
ビームによる薄膜形成方法を提供する。 【解決手段】 常温および常圧で気体状の酸素の塊状
原子集団または分子集団であるガスクラスターを形成
し、これに電子を浴びせて生成したクラスターイオンを
加速電圧によって加速し、基板表面に照射して基板と反
応させ基板表面に反応薄膜を形成する。
く、より高品質の薄膜を形成するガスクラスターイオン
ビームによる薄膜形成方法を提供する。 【解決手段】 常温および常圧で気体状の酸素の塊状
原子集団または分子集団であるガスクラスターを形成
し、これに電子を浴びせて生成したクラスターイオンを
加速電圧によって加速し、基板表面に照射して基板と反
応させ基板表面に反応薄膜を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ガスクラスターイオ
ンビームによる薄膜形成方法に関するものである。さら
に詳しくは、半導体、その他電子デバイス等の製造や機
能材の表面改質等に有用な、常温および常圧で気体状の
酸素の集団であるガスクラスターイオンによる薄膜形成
方法に関するものである。
ンビームによる薄膜形成方法に関するものである。さら
に詳しくは、半導体、その他電子デバイス等の製造や機
能材の表面改質等に有用な、常温および常圧で気体状の
酸素の集団であるガスクラスターイオンによる薄膜形成
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、単原子または単分
子イオンを基板表面に照射することにより薄膜を形成す
る方法が実用化されている。そしてこの方法において
は、低エネルギーイオン照射ではイオン間の空間電荷効
果により実用上十分な密度のビームを得ることが困難で
あるため、数ｋｅＶという高い入射エネルギーを利用し
ている。
子イオンを基板表面に照射することにより薄膜を形成す
る方法が実用化されている。そしてこの方法において
は、低エネルギーイオン照射ではイオン間の空間電荷効
果により実用上十分な密度のビームを得ることが困難で
あるため、数ｋｅＶという高い入射エネルギーを利用し
ている。
【０００３】しかしながら、この従来の方法の場合に
は、大きな入射エネルギーを持つイオンを利用すること
から、対象となる基板表面の損傷を避けることが難し
く、半導体素子の特性を劣化することが大きな課題とな
っていた。また、従来より、常温で気体状の反応性物質
と半導体基板とを反応させることにより薄膜を形成する
方法として、常温で気体状の反応性物質の雰囲気中で基
板温度を高温に加熱して酸化膜、窒化膜などを形成する
熱反応法が開発され、この熱反応法によって形成した薄
膜は優れた界面特性、絶縁性を有するため、シリコン半
導体素子の絶縁膜、容量絶縁膜の薄膜形成方法として実
用化されている。
は、大きな入射エネルギーを持つイオンを利用すること
から、対象となる基板表面の損傷を避けることが難し
く、半導体素子の特性を劣化することが大きな課題とな
っていた。また、従来より、常温で気体状の反応性物質
と半導体基板とを反応させることにより薄膜を形成する
方法として、常温で気体状の反応性物質の雰囲気中で基
板温度を高温に加熱して酸化膜、窒化膜などを形成する
熱反応法が開発され、この熱反応法によって形成した薄
膜は優れた界面特性、絶縁性を有するため、シリコン半
導体素子の絶縁膜、容量絶縁膜の薄膜形成方法として実
用化されている。
【０００４】そして、この反応薄膜の形成方法について
は、集積回路素子の微細化が進むにつれて不純物の許容
拡散距離が小さくなり、より低温で薄膜を形成する方法
が要求されていることから、そのための方法として化学
気相成長（ＣＶＤ）法が採用されてきている。しかしな
がら、この場合においても基板表面を４００℃以上に加
熱する必要があり、熱反応法と比較して膜の緻密度が低
く、基板と薄膜との界面に不飽和結合手が多く存在する
などの欠点がある。
は、集積回路素子の微細化が進むにつれて不純物の許容
拡散距離が小さくなり、より低温で薄膜を形成する方法
が要求されていることから、そのための方法として化学
気相成長（ＣＶＤ）法が採用されてきている。しかしな
がら、この場合においても基板表面を４００℃以上に加
熱する必要があり、熱反応法と比較して膜の緻密度が低
く、基板と薄膜との界面に不飽和結合手が多く存在する
などの欠点がある。
【０００５】さらに、低温で薄膜を形成する方法として
プラズマＣＶＤ法が知られているが、この場合には不純
物の混入量が多く、イオンによる基板表面の損傷を生
じ、極薄の膜厚制御が困難であるなどの欠点があり、高
品位性が要求されるトランジスタのゲート絶縁膜、容量
絶縁膜には用いることができないという欠点があった。
このように、従来の技術によっては薄膜の形成温度を低
温化するほど薄膜の膜質は劣化し、超微細半導体回路素
子に適用できる極薄の薄膜を得ることは困難であった。
プラズマＣＶＤ法が知られているが、この場合には不純
物の混入量が多く、イオンによる基板表面の損傷を生
じ、極薄の膜厚制御が困難であるなどの欠点があり、高
品位性が要求されるトランジスタのゲート絶縁膜、容量
絶縁膜には用いることができないという欠点があった。
このように、従来の技術によっては薄膜の形成温度を低
温化するほど薄膜の膜質は劣化し、超微細半導体回路素
子に適用できる極薄の薄膜を得ることは困難であった。
【０００６】このため、ＵＬＳＩ等の高度エレクトロニ
クスの発展へと向かうための基盤技術として、より低温
で、特には基板を加熱することなく室温で、基板表面を
損傷することなく、より高品質の薄膜を形成することの
できる新しい方法の実現が強く望まれていた。この発明
は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従
来の薄膜形成法の欠点を解消し、室温においても基板へ
の損傷がない状態で、平滑な界面を有する極薄の高品質
薄膜を形成する方法を提供することを目的としている。
クスの発展へと向かうための基盤技術として、より低温
で、特には基板を加熱することなく室温で、基板表面を
損傷することなく、より高品質の薄膜を形成することの
できる新しい方法の実現が強く望まれていた。この発明
は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従
来の薄膜形成法の欠点を解消し、室温においても基板へ
の損傷がない状態で、平滑な界面を有する極薄の高品質
薄膜を形成する方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、常温および常圧で気体状の酸素
の塊状原子集団または分子集団であるガスクラスターの
イオンを基板表面に照射して基板と反応させ、基板表面
に反応薄膜を形成することを特徴とするガスクラスター
イオンビームによる薄膜形成方法を提供する。
を解決するものとして、常温および常圧で気体状の酸素
の塊状原子集団または分子集団であるガスクラスターの
イオンを基板表面に照射して基板と反応させ、基板表面
に反応薄膜を形成することを特徴とするガスクラスター
イオンビームによる薄膜形成方法を提供する。
【０００８】また、この発明は、上記の薄膜形成方法に
おいて、構成分子数を選別したクラスターイオンを基板
表面に照射して薄膜を形成する薄膜形成方法を提供し、
また、クラスターイオンビームを照射して基板上に存在
する不純物を除去し、不純物含有量の極めて少ない薄膜
を形成する薄膜形成方法をも提供する。また、この発明
は、常温および常圧で気体状の酸素の塊状原子集団また
は分子集団であるガスクラスターのイオンを基板表面に
照射して基板と反応させ、基板表面に反応薄膜を形成す
ると同時に、その表面を平坦化することを特徴とするガ
スクラスターイオンビームによる薄膜形成方法を提供す
る。
おいて、構成分子数を選別したクラスターイオンを基板
表面に照射して薄膜を形成する薄膜形成方法を提供し、
また、クラスターイオンビームを照射して基板上に存在
する不純物を除去し、不純物含有量の極めて少ない薄膜
を形成する薄膜形成方法をも提供する。また、この発明
は、常温および常圧で気体状の酸素の塊状原子集団また
は分子集団であるガスクラスターのイオンを基板表面に
照射して基板と反応させ、基板表面に反応薄膜を形成す
ると同時に、その表面を平坦化することを特徴とするガ
スクラスターイオンビームによる薄膜形成方法を提供す
る。
【０００９】
【作用】この発明においては、常温および常圧で気体状
の酸素の塊状原子集団または分子集団であるガスクラス
ターを生成させ、これに電子を照射してイオン化し、生
成した酸素クラスターイオンを、必要に応じて特定のサ
イズのビームを選別して基板表面に照射する。
の酸素の塊状原子集団または分子集団であるガスクラス
ターを生成させ、これに電子を照射してイオン化し、生
成した酸素クラスターイオンを、必要に応じて特定のサ
イズのビームを選別して基板表面に照射する。
【００１０】この場合、酸素クラスターイオンは加速電
圧により加速して照射する。クラスターは、通常数百個
の原子または分子集団により構成されているので、たと
え加速電圧が１０ｅＶでもそれぞれの原子または分子
は、数十ｅＶ以下の超低温イオンビームとして照射され
るので、極めて損傷程度の低い良質な極薄膜を室温にお
いて形成できる。また、酸素クラスターイオンの持つ基
板表面の不純物の除去効果により、不純物の極めて少な
い薄膜を得ることができる。
圧により加速して照射する。クラスターは、通常数百個
の原子または分子集団により構成されているので、たと
え加速電圧が１０ｅＶでもそれぞれの原子または分子
は、数十ｅＶ以下の超低温イオンビームとして照射され
るので、極めて損傷程度の低い良質な極薄膜を室温にお
いて形成できる。また、酸素クラスターイオンの持つ基
板表面の不純物の除去効果により、不純物の極めて少な
い薄膜を得ることができる。
【００１１】照射する酸素クラスターは、基板の種類や
所要の薄膜組成等に応じて、その構成分子数を選別して
照射することも有効である。酸素クラスターそのものの
生成については、すでにこの発明の発明者が提案してい
るように、加圧状態の気体を真空装置内に膨張型ノズル
を介して噴出させることで生成可能である。このように
して生成した酸素クラスターは、電子を照射してイオン
化することができる。
所要の薄膜組成等に応じて、その構成分子数を選別して
照射することも有効である。酸素クラスターそのものの
生成については、すでにこの発明の発明者が提案してい
るように、加圧状態の気体を真空装置内に膨張型ノズル
を介して噴出させることで生成可能である。このように
して生成した酸素クラスターは、電子を照射してイオン
化することができる。
【００１２】そして、この発明では、常温および常圧で
気体状の酸素の塊状原子集団または分子集団であるガス
クラスターのイオンを基板表面に照射して反応させ、基
板表面に薄膜を形成すると同時に、その表面を平坦化す
ることをも可能としている。
気体状の酸素の塊状原子集団または分子集団であるガス
クラスターのイオンを基板表面に照射して反応させ、基
板表面に薄膜を形成すると同時に、その表面を平坦化す
ることをも可能としている。
【００１３】以下、実施例を示してさらに詳しく酸素ク
ラスターイオンビームと基板とを反応させる薄膜形成方
法について説明する。
ラスターイオンビームと基板とを反応させる薄膜形成方
法について説明する。
【００１４】
【実施例】実施例１
まず、酸素のクラスターを生成するための条件について
評価した。図１に示したとおり、ノズル（１）部分に取
り付けた配管（２）内に冷却した乾燥窒素ガスを流して
ノズル（１）部分を冷却した。これにより、室温では形
成できなかったガスのクラスターイオン化を可能とし
た。図２は、酸素（Ｏ2）ガスのクラスタービーム強度
の、ノズル温度を変化させた場合の供給圧力との関係を
示した図である。参考のために図３にＡｒガスについて
クラスタービーム強度の供給圧力との関係を示す。これ
らの結果から、酸素クラスターは、次式に沿うものとし
て、その生成のしやすさが判定されることがわかる。
評価した。図１に示したとおり、ノズル（１）部分に取
り付けた配管（２）内に冷却した乾燥窒素ガスを流して
ノズル（１）部分を冷却した。これにより、室温では形
成できなかったガスのクラスターイオン化を可能とし
た。図２は、酸素（Ｏ2）ガスのクラスタービーム強度
の、ノズル温度を変化させた場合の供給圧力との関係を
示した図である。参考のために図３にＡｒガスについて
クラスタービーム強度の供給圧力との関係を示す。これ
らの結果から、酸素クラスターは、次式に沿うものとし
て、その生成のしやすさが判定されることがわかる。
【００１５】
【数１】
【００１６】実施例２
図４は、構成原子数（クラスターサイズ）２５０以上の
Ｏ2クラスターイオンを、常温で、加速電圧４ｋＶ、ド
ーズ量１×１０15ions/cm2の条件でＳｉ基板表面に照射
することにより形成した薄膜の赤外吸収スペクトルを示
したものである。図４から上記条件でのＯ2クラスター
イオンの照射で４０Å程度の酸化膜が形成されているこ
とが判る。 実施例３ 表１は、ＣＯ2クラスターイオンとＯ2クラスターイオン
を同一の照射条件である、加速電圧４ｋＶ、クラスター
サイズ２５０以上、ドーズ量１×１０15ions/cm2の条件
でＳｉ基板に照射することにより形成した酸化膜を光電
子分光法で調べた結果を示している。参考のために、未
照射の清浄なＳｉ基板について調べた結果を併せて示
す。Ｏ2クラスターイオンを用いることにより、ＣＯ2ク
ラスターイオンを用いた場合と比べて、より厚い酸化膜
を形成することができる。また、Ｏ 2クラスター照射に
より形成した酸化膜のＣｌｓコアレベルからの発光スペ
クトルの相対強度は、最も膜厚が厚いにもかかわらず、
未照射基板での値と同程度であり、炭素含有量が殆どな
いことがわかる。このように、炭素の膜中への残留を好
まない場合、より厚い酸化膜を得るためにＯ2クラスタ
ーイオンが有効であることが示された。
Ｏ2クラスターイオンを、常温で、加速電圧４ｋＶ、ド
ーズ量１×１０15ions/cm2の条件でＳｉ基板表面に照射
することにより形成した薄膜の赤外吸収スペクトルを示
したものである。図４から上記条件でのＯ2クラスター
イオンの照射で４０Å程度の酸化膜が形成されているこ
とが判る。 実施例３ 表１は、ＣＯ2クラスターイオンとＯ2クラスターイオン
を同一の照射条件である、加速電圧４ｋＶ、クラスター
サイズ２５０以上、ドーズ量１×１０15ions/cm2の条件
でＳｉ基板に照射することにより形成した酸化膜を光電
子分光法で調べた結果を示している。参考のために、未
照射の清浄なＳｉ基板について調べた結果を併せて示
す。Ｏ2クラスターイオンを用いることにより、ＣＯ2ク
ラスターイオンを用いた場合と比べて、より厚い酸化膜
を形成することができる。また、Ｏ 2クラスター照射に
より形成した酸化膜のＣｌｓコアレベルからの発光スペ
クトルの相対強度は、最も膜厚が厚いにもかかわらず、
未照射基板での値と同程度であり、炭素含有量が殆どな
いことがわかる。このように、炭素の膜中への残留を好
まない場合、より厚い酸化膜を得るためにＯ2クラスタ
ーイオンが有効であることが示された。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明したと
おり、酸素クラスターイオンを基板表面に照射し基板と
反応させることによって、室温においても、極めて平滑
な界面を有する極薄の、高品質の反応性薄膜を基板損傷
無しに形成することが可能となる。
おり、酸素クラスターイオンを基板表面に照射し基板と
反応させることによって、室温においても、極めて平滑
な界面を有する極薄の、高品質の反応性薄膜を基板損傷
無しに形成することが可能となる。
【図１】冷却手段を有するノズルによる酸素ガスのクラ
スターを生成するための構成図である。
スターを生成するための構成図である。
【図２】酸素ガスについて、ノズル強度を変化させた場
合の供給圧力とクラスタービーム強度との関係を例示し
た図である。
合の供給圧力とクラスタービーム強度との関係を例示し
た図である。
【図３】参考として、アルゴンガスについて、ノズル温
度を変化させた場合の供給圧力とクラスタービーム強度
との関係を例示した図である。
度を変化させた場合の供給圧力とクラスタービーム強度
との関係を例示した図である。
【図４】酸素（Ｏ2）ガスクラスターをＳｉ基板表面に
照射して形成した酸化膜の赤外吸収スペクトル図であ
る。
照射して形成した酸化膜の赤外吸収スペクトル図であ
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 原田 光昭
愛媛県西条市神拝甲93−１ 石川ハイツ
402
(72)発明者 土井 淳雅
岐阜県大垣市三津屋町２丁目28−４
(72)発明者 山田 公
兵庫県姫路市新在家本町６丁目11−９
Ｆターム(参考） 4K029 AA06 AA24 BA46 CA03
Claims (4)
- 【請求項１】 常温および常圧で気体状の酸素の塊状原
子集団または分子集団であるガスクラスターのイオンを
基板表面に照射して基板と反応させ、基板表面に反応薄
膜を形成することを特徴とするガスクラスターイオンビ
ームによる薄膜形成方法。 - 【請求項２】 構成分子数を選別したクラスターイオン
を基板表面に照射して薄膜を形成する請求項１の薄膜形
成方法。 - 【請求項３】 クラスターイオンビームを照射して基板
上に存在する不純物を除去し、不純物含有量の極めて少
ない薄膜を形成する請求項１の薄膜形成方法。 - 【請求項４】 常温および常圧で気体状の酸素の塊状原
子集団または分子集団であるガスクラスターのイオンを
基板表面に照射して反応させ、基板表面に薄膜を形成す
ると同時に、その表面を平坦化することを特徴とするガ
スクラスターイオンビームによる薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002109817A JP3795423B2 (ja) | 1994-09-06 | 2002-04-11 | ガスクラスターイオンビームによる薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21307894 | 1994-09-06 | ||
| JP6-213078 | 1994-09-06 | ||
| JP2002109817A JP3795423B2 (ja) | 1994-09-06 | 2002-04-11 | ガスクラスターイオンビームによる薄膜形成方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06844595A Division JP3352842B2 (ja) | 1994-09-06 | 1995-03-27 | ガスクラスターイオンビームによる薄膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003013208A true JP2003013208A (ja) | 2003-01-15 |
| JP3795423B2 JP3795423B2 (ja) | 2006-07-12 |
Family
ID=26519602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002109817A Expired - Lifetime JP3795423B2 (ja) | 1994-09-06 | 2002-04-11 | ガスクラスターイオンビームによる薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3795423B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7824741B2 (en) | 2007-08-31 | 2010-11-02 | Micron Technology, Inc. | Method of forming a carbon-containing material |
| KR20110018385A (ko) * | 2008-06-24 | 2011-02-23 | 텔 에피온 인크 | 가스 클러스터 이온 빔을 사용하여 박막을 성장시키기 위한 방법 |
-
2002
- 2002-04-11 JP JP2002109817A patent/JP3795423B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7824741B2 (en) | 2007-08-31 | 2010-11-02 | Micron Technology, Inc. | Method of forming a carbon-containing material |
| US7964242B2 (en) | 2007-08-31 | 2011-06-21 | Micron Technology, Inc. | Formation of carbon-containing material |
| US8163355B2 (en) | 2007-08-31 | 2012-04-24 | Micron Technology, Inc. | Formation of carbon-containing material |
| KR20110018385A (ko) * | 2008-06-24 | 2011-02-23 | 텔 에피온 인크 | 가스 클러스터 이온 빔을 사용하여 박막을 성장시키기 위한 방법 |
| KR101640266B1 (ko) * | 2008-06-24 | 2016-07-22 | 텔 에피온 인크 | 가스 클러스터 이온 빔을 사용하여 박막을 성장시키기 위한 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3795423B2 (ja) | 2006-07-12 |
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|---|---|---|---|
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