JP2736559B2 - ガスソースｍｂｅにおけるガス導入方法および装置 - Google Patents
ガスソースｍｂｅにおけるガス導入方法および装置Info
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- Japan
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- valve
- processing chamber
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、ガスソースMBE（モレキュラービームエ
ピタキシー）において用いられるガス導入方法および装
置に関する。
ピタキシー）において用いられるガス導入方法および装
置に関する。
（従来の技術） 従来、真空に排気された処理室内に基板を設置し、該
基板へ向けて例えばジシランガス（Si2H6）を導入し、
基板表面でジシランガスを熱分解させて、シリコン薄膜
を形成させるなど、ガスを導入して基板上に薄膜を形成
するガスソースMBE法が知られている。
基板へ向けて例えばジシランガス（Si2H6）を導入し、
基板表面でジシランガスを熱分解させて、シリコン薄膜
を形成させるなど、ガスを導入して基板上に薄膜を形成
するガスソースMBE法が知られている。
このガスソースMBE法において導入されるガスは、通
常マスフローコントローラを用いて一定流量のガスを導
入するようにしていた。
常マスフローコントローラを用いて一定流量のガスを導
入するようにしていた。
（発明が解決しようとする課題） 前記のようなガソースMBEにおいて、基板表面に形成
される薄膜の成長速度は、導入されるガス流量によって
変化するが、ガス流量の増大には限界があり、大きな成
長速度を得ることができなかった。
される薄膜の成長速度は、導入されるガス流量によって
変化するが、ガス流量の増大には限界があり、大きな成
長速度を得ることができなかった。
導入したガスの活性を高めて成長速度の増大を図る手
段として、処理室に導入したガスにプラズマを発生させ
る方法も知られてはいるが、放電によりプラズマを発生
させる為にはアルゴン、その他の不活性ガスをソースガ
スと共に処理室に導入して処理室内の圧力を高くする必
要があるので、処理室の排気能力を大きくしなければな
らないと共に、原子層単位の成長を行う場合には、１層
の成長毎に長時間に亘って、大量のガスを排気しなけれ
ばならず、作業時間を長期化する問題があった。
段として、処理室に導入したガスにプラズマを発生させ
る方法も知られてはいるが、放電によりプラズマを発生
させる為にはアルゴン、その他の不活性ガスをソースガ
スと共に処理室に導入して処理室内の圧力を高くする必
要があるので、処理室の排気能力を大きくしなければな
らないと共に、原子層単位の成長を行う場合には、１層
の成長毎に長時間に亘って、大量のガスを排気しなけれ
ばならず、作業時間を長期化する問題があった。
処理室内の圧力を低くして（超高真空領域）ガスソー
スMBEを行った場合、基板表面を覆うシャッター板の開
閉によって、原子層単位の成長を制御性良く行うことが
できるのであるが、このような場合には、導入したガス
をプラズマにより活性化することは、超高真空領域にお
いては困難で、高い成長速度を得ることが難しかった。
スMBEを行った場合、基板表面を覆うシャッター板の開
閉によって、原子層単位の成長を制御性良く行うことが
できるのであるが、このような場合には、導入したガス
をプラズマにより活性化することは、超高真空領域にお
いては困難で、高い成長速度を得ることが難しかった。
この発明は、以上のような問題点を解決するべくなさ
れたもので、少いガス流量で大きな成長速度が得られる
と共に、制御性の良い超高真空領域においても大きな成
長速度のガスソースMBEを可能とするガス導入方法およ
びガス導入装置を提供することを目的としている。
れたもので、少いガス流量で大きな成長速度が得られる
と共に、制御性の良い超高真空領域においても大きな成
長速度のガスソースMBEを可能とするガス導入方法およ
びガス導入装置を提供することを目的としている。
（課題を解決する為の手段） この発明は、処理室へガスをパルス状に導入し、かつ
導入直後のガスをプラズマ化することで、前記問題点を
解決したものである。
導入直後のガスをプラズマ化することで、前記問題点を
解決したものである。
即ちこの発明のガスソースMBEにおけるガス導入方法
は、基板を収容した処理室に対して、ソースガスをパル
ス状に導入し、導入直後のガスを高電圧印加によりプラ
ズマ化することを特徴としている。
は、基板を収容した処理室に対して、ソースガスをパル
ス状に導入し、導入直後のガスを高電圧印加によりプラ
ズマ化することを特徴としている。
又、この発明のガスソースMBEにおけるガス導入装置
は、処理室とガス導入系が処理室に収容された基板と対
向させて配置した開閉弁を介して接続されており、該開
閉弁が間欠駆動装置で開閉制御される構成としてあると
共に、前記開放弁の処理室側に離接させて放電用電極が
設置してあることを特徴としている。
は、処理室とガス導入系が処理室に収容された基板と対
向させて配置した開閉弁を介して接続されており、該開
閉弁が間欠駆動装置で開閉制御される構成としてあると
共に、前記開放弁の処理室側に離接させて放電用電極が
設置してあることを特徴としている。
（作用） この発明のガスソースMBEにおけるガス導入方法にお
いては、ソースガスをパルス状に導入するので、処理室
に対するガス流量を増大することなく、１パルス毎の導
入期間における分子密度を増加することができる。この
結果、導入直後のプラズマ化が可能となり、導入ガスの
活性化が円滑に行われる。
いては、ソースガスをパルス状に導入するので、処理室
に対するガス流量を増大することなく、１パルス毎の導
入期間における分子密度を増加することができる。この
結果、導入直後のプラズマ化が可能となり、導入ガスの
活性化が円滑に行われる。
又、この発明のガスソースMBEにおけるガス導入装置
においては、処理室に導入されるガスは基板と対向させ
て配置した開閉弁を通して導入されるので、ガスの導
入、遮断の応答性を良くすることができる。更に、開閉
弁に隣接させて放電用電極を設けたので、導入したガス
を分子密度の高い時期に確実に放電させてプラズマ化す
ることができる。
においては、処理室に導入されるガスは基板と対向させ
て配置した開閉弁を通して導入されるので、ガスの導
入、遮断の応答性を良くすることができる。更に、開閉
弁に隣接させて放電用電極を設けたので、導入したガス
を分子密度の高い時期に確実に放電させてプラズマ化す
ることができる。
前記開閉弁の開閉のデューティー比、開閉の周波数を
変化させたり、開閉弁の前段における圧力を変化させる
ことで、ガスの導入量を制御することも可能である。
変化させたり、開閉弁の前段における圧力を変化させる
ことで、ガスの導入量を制御することも可能である。
（実施例） 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は実施例のガスソースMBE装置を表わしたもの
で、円筒状の処理室１が底壁に連設したターボ分子ポン
プ（1000l/sec）２で排気できるようになっていると共
に、処理室１の内側に沿って液体窒素シュラウド３が設
置されて、散乱する分子を吸着できるようになってい
る。前記液体窒素シュラウド３の内側上部には、処理室
１の頂壁を介して設置した基板ホルダー４が配置されて
おり、該基板ホルダー４で支持したシリコン基板５が、
ホルダー４に内蔵したヒーター６で加熱できるようにな
っている。
で、円筒状の処理室１が底壁に連設したターボ分子ポン
プ（1000l/sec）２で排気できるようになっていると共
に、処理室１の内側に沿って液体窒素シュラウド３が設
置されて、散乱する分子を吸着できるようになってい
る。前記液体窒素シュラウド３の内側上部には、処理室
１の頂壁を介して設置した基板ホルダー４が配置されて
おり、該基板ホルダー４で支持したシリコン基板５が、
ホルダー４に内蔵したヒーター６で加熱できるようにな
っている。
一方、前記処理室１および液体窒素シュラウド３の側
壁には透孔７、８が形成され、処理室１の透孔７に設け
た導入ポート９に、前記シリコン基板５と対向させて開
閉弁10が設置してある。
壁には透孔７、８が形成され、処理室１の透孔７に設け
た導入ポート９に、前記シリコン基板５と対向させて開
閉弁10が設置してある。
前記開閉弁10は、第２図に示した構造のもので、導入
ポート９の底部を貫通するように設けた有底筒状のハウ
ジング11と、該ハウジング11内に摺動自在に嵌装した弁
杆12とで構成されている。前記ハウジング11は、底板11
a側が処理室１側としてあるもので、底板11aにオリフィ
ス13が穿設してあると共に、中間部外側にはソレノイド
コイル14が嵌装してある。一方、前記弁杆12は、筒体15
の先端に球体16を形成したものであって、球体16でオリ
フィス13の開閉ができるようにしてあると共に、筒体15
の後端部15aが永久磁石、鉄などで構成されて、前記ソ
レノイドコイル14で形成される磁界の作用を受け得るよ
うになっている。そしてこの弁杆12がコイル状バネ17で
矢示18の方向に付勢されて、オリフィス13を球体16で閉
じるようにしてあると共に、ソレノイドコイル14を励磁
した時には弁杆12を矢示19の方向に移動させて、オリフ
ィス13を開放するようにしてある。図中20はソレノイド
コイル14を駆動する直流電源、21は直流電源20の制御装
置である。
ポート９の底部を貫通するように設けた有底筒状のハウ
ジング11と、該ハウジング11内に摺動自在に嵌装した弁
杆12とで構成されている。前記ハウジング11は、底板11
a側が処理室１側としてあるもので、底板11aにオリフィ
ス13が穿設してあると共に、中間部外側にはソレノイド
コイル14が嵌装してある。一方、前記弁杆12は、筒体15
の先端に球体16を形成したものであって、球体16でオリ
フィス13の開閉ができるようにしてあると共に、筒体15
の後端部15aが永久磁石、鉄などで構成されて、前記ソ
レノイドコイル14で形成される磁界の作用を受け得るよ
うになっている。そしてこの弁杆12がコイル状バネ17で
矢示18の方向に付勢されて、オリフィス13を球体16で閉
じるようにしてあると共に、ソレノイドコイル14を励磁
した時には弁杆12を矢示19の方向に移動させて、オリフ
ィス13を開放するようにしてある。図中20はソレノイド
コイル14を駆動する直流電源、21は直流電源20の制御装
置である。
前記ハウジング11の開放端11b側にはストップバルブ2
2、レギュレータ23、ガスボンベ24で構成されたガス導
入系25が接続されている。
2、レギュレータ23、ガスボンベ24で構成されたガス導
入系25が接続されている。
前記導入ポート９の側壁内側には、開放弁10に隣接す
るように放電用電極26が設置してあり、該放電用電極26
と導入ポート９（接地電位）間には高電圧電源27が接続
してある。
るように放電用電極26が設置してあり、該放電用電極26
と導入ポート９（接地電位）間には高電圧電源27が接続
してある。
シリコン基板５の表面は、RHEEDで観察できるように
なっており、RHEED電子銃28が処理室１の側壁に設置し
てあり、シリコン基板５で回析した電子線を、RHEED電
子銃28と対向させて設置したスクリーン29で受光するよ
うにしてある。又、処理室１内の圧力はヌードイオンゲ
ージ30で測定できるようになっている。
なっており、RHEED電子銃28が処理室１の側壁に設置し
てあり、シリコン基板５で回析した電子線を、RHEED電
子銃28と対向させて設置したスクリーン29で受光するよ
うにしてある。又、処理室１内の圧力はヌードイオンゲ
ージ30で測定できるようになっている。
上記の実施例において、制御装置21で直流電源20を制
御して、ソレノイドコイル14にパルス電流を供給する
と、電流ONの時には、弁杆12を矢示19の方向に移動させ
て開閉弁10を開とし、ガス導入系25からのガスを第２図
中点線矢示31のように処理室１へ導入する一方、電流OF
Fの時には、弁杆12を矢示18の方向に移動させて開閉弁1
0を閉とし、ガスの導入を遮断する。開閉弁10を開とす
る時間および閉とする時間、更には開閉の周波数などは
制御装置21で夫々、独立に設定できるようになってい
る。
御して、ソレノイドコイル14にパルス電流を供給する
と、電流ONの時には、弁杆12を矢示19の方向に移動させ
て開閉弁10を開とし、ガス導入系25からのガスを第２図
中点線矢示31のように処理室１へ導入する一方、電流OF
Fの時には、弁杆12を矢示18の方向に移動させて開閉弁1
0を閉とし、ガスの導入を遮断する。開閉弁10を開とす
る時間および閉とする時間、更には開閉の周波数などは
制御装置21で夫々、独立に設定できるようになってい
る。
次に上記実施例でガスMBEを行う場合について説明す
る。
る。
初めに、処理室１をターボ分子ポンプ２と液体窒素シ
ュラウド３で排気（10-9Torr台）した後、シリコン基板
５を加熱すると共に、放電用電極26に高電圧を印加す
る。この状態で、制御装置21で直流電源20を動作させ
て、開閉弁10の開閉を行うことにより、ガス導入系25よ
り処理室１へガスをパルス状に導入する。
ュラウド３で排気（10-9Torr台）した後、シリコン基板
５を加熱すると共に、放電用電極26に高電圧を印加す
る。この状態で、制御装置21で直流電源20を動作させ
て、開閉弁10の開閉を行うことにより、ガス導入系25よ
り処理室１へガスをパルス状に導入する。
このガス導入の際の単位時間当りのガス流量Ｑは、Ｑ
＝DR×Ｃ×（Pf-Pg）となる。式中DRは開閉弁10の開閉
のデューティー比、Ｃは開閉弁10におけるオリフィス13
のコンダクタンス、Pfは開閉弁10の前段の圧力、Pgは処
理室１の圧力である。そして、Pf＞＞Pgであるから、前
記ガス流量Ｑは略Ｑ＝DR×Ｃ×Pfとして求められる。
＝DR×Ｃ×（Pf-Pg）となる。式中DRは開閉弁10の開閉
のデューティー比、Ｃは開閉弁10におけるオリフィス13
のコンダクタンス、Pfは開閉弁10の前段の圧力、Pgは処
理室１の圧力である。そして、Pf＞＞Pgであるから、前
記ガス流量Ｑは略Ｑ＝DR×Ｃ×Pfとして求められる。
開閉弁10を通してパルス状に導入されたガスは、開閉
弁10に隣接した放電用電極26の部分を通過する際にグロ
ー放電によりプラズマ化され、プラズマ化によって活性
化された分子がシリコン基板５に向けて供給され、シリ
コン基板５の表面で薄膜が形成される。
弁10に隣接した放電用電極26の部分を通過する際にグロ
ー放電によりプラズマ化され、プラズマ化によって活性
化された分子がシリコン基板５に向けて供給され、シリ
コン基板５の表面で薄膜が形成される。
処理室１に導入されるガスをグロー放電させる為に
は、放電空間においてパッシェンの法則を満す必要があ
り、通常はガス導入量を多くして処理室１内の圧力を高
い圧力（10-3Torr以上）としていたものであるが、実施
例においては、開閉弁10に隣接して放電用電極26を設置
してある為、導入直後のガス（ボルツマン分布をしてい
る分子速度に応じた密度分布をしていると考えられる）
の圧力（略Pf）が、処理室１の圧力（Pg）へと変化する
前に放電させることができるものである。従って処理室
１に対するガスの導入量を実質的に少くし、超高真空領
域でのMBEが可能であり、かつシリコン基板５に活性化
したガス分子を供給することが可能である。又、開閉弁
10をシリコン基板５と対向させて設置してあるので、開
閉弁10の開閉によるガスの導入、遮断の応答性が良く、
シリコン基板５の表面における薄膜の成長の制御を正確
に行うことが可能となる。
は、放電空間においてパッシェンの法則を満す必要があ
り、通常はガス導入量を多くして処理室１内の圧力を高
い圧力（10-3Torr以上）としていたものであるが、実施
例においては、開閉弁10に隣接して放電用電極26を設置
してある為、導入直後のガス（ボルツマン分布をしてい
る分子速度に応じた密度分布をしていると考えられる）
の圧力（略Pf）が、処理室１の圧力（Pg）へと変化する
前に放電させることができるものである。従って処理室
１に対するガスの導入量を実質的に少くし、超高真空領
域でのMBEが可能であり、かつシリコン基板５に活性化
したガス分子を供給することが可能である。又、開閉弁
10をシリコン基板５と対向させて設置してあるので、開
閉弁10の開閉によるガスの導入、遮断の応答性が良く、
シリコン基板５の表面における薄膜の成長の制御を正確
に行うことが可能となる。
第３図は、ジシランガス（Si2H6）を導入してシリコ
ン薄膜を成長させた時の成長速度を測定した結果を示し
たものである。比較の為、放電用電極26によるプラズマ
化をしなかった場合およびパルス状にガス導入するのに
代えて、従来のマスフローコントローラによりガスを導
入した場合も示した。
ン薄膜を成長させた時の成長速度を測定した結果を示し
たものである。比較の為、放電用電極26によるプラズマ
化をしなかった場合およびパルス状にガス導入するのに
代えて、従来のマスフローコントローラによりガスを導
入した場合も示した。
開閉弁10の開閉の周波数は1Hz、１回の開の時間は3ms
ecとし、開閉弁10の前段圧力は750Torrとした。単位時
間当りの導入ガス流量は1sccmである。又、放電用電極2
6には3kvの電圧を印加した。尚、放電用電極26と導入ポ
ート９の内壁（接地）との距離は約３cmであった。
ecとし、開閉弁10の前段圧力は750Torrとした。単位時
間当りの導入ガス流量は1sccmである。又、放電用電極2
6には3kvの電圧を印加した。尚、放電用電極26と導入ポ
ート９の内壁（接地）との距離は約３cmであった。
この結果から、ガスをパルス状に導入し、かつプラズ
マ化した場合、他の方法に比べて大きな成長速度が得ら
れることが判る。又、１パルス当りの成長厚さも求める
ことはでき、パルス数の制御によって原子層単位の薄膜
成長を行うことも可能である。
マ化した場合、他の方法に比べて大きな成長速度が得ら
れることが判る。又、１パルス当りの成長厚さも求める
ことはでき、パルス数の制御によって原子層単位の薄膜
成長を行うことも可能である。
基板の温度を650℃の低温とし、連続でガス導入した
場合には、基板表面が白濁化したのに対し、パルス状に
導入してプラズマ化した場合には、白濁化が防止でき、
良好なエピタキシャル膜が得られた。
場合には、基板表面が白濁化したのに対し、パルス状に
導入してプラズマ化した場合には、白濁化が防止でき、
良好なエピタキシャル膜が得られた。
尚、放電用電極26の設置構造および印加電圧は実施例
に限定されるものではなく、パッシェンの法則を満すよ
うな構造と印加電圧であれば、他の構造とすることも可
能である。又、開閉弁10についても、例えば圧電素子に
よる開閉弁、サーマルバルブによる開閉弁等、ガスの導
入および遮断が可能であれば他の構造とすることもでき
る。
に限定されるものではなく、パッシェンの法則を満すよ
うな構造と印加電圧であれば、他の構造とすることも可
能である。又、開閉弁10についても、例えば圧電素子に
よる開閉弁、サーマルバルブによる開閉弁等、ガスの導
入および遮断が可能であれば他の構造とすることもでき
る。
開閉弁10の設置位置も実施例に限定されるものではな
く、オリフィス13がシリコン基板５と対向できる位置で
あれば良いものである。従って、シリコン基板５の法線
に対して±90°の範囲で他の機器を考慮して最適位置に
設置することができる。
く、オリフィス13がシリコン基板５と対向できる位置で
あれば良いものである。従って、シリコン基板５の法線
に対して±90°の範囲で他の機器を考慮して最適位置に
設置することができる。
（発明の効果） 以上に説明したように、この発明の方法によれば、薄
膜の成長速度を増大でき、かつ低い基板温度で結晶性の
良い薄膜が得られると共に、実質的なガス導入量は少く
できるので、排気量を少くできる効果がある。
膜の成長速度を増大でき、かつ低い基板温度で結晶性の
良い薄膜が得られると共に、実質的なガス導入量は少く
できるので、排気量を少くできる効果がある。
又、この発明の装置によれば、ガスの導入、遮断の応
答性を良くでき、薄膜形成を原子層単位で制御できるな
ど、制御性良く薄膜の成長ができる効果がある。
答性を良くでき、薄膜形成を原子層単位で制御できるな
ど、制御性良く薄膜の成長ができる効果がある。
第１図はこの発明の実施例の構成図、第２図は同じく実
施例の開閉弁の断面図、第３図は同じく実施例における
基板温度と成長速度の関係を示すグラフである。 １…処理室、５…シリコン基板 ９…導入ポート、10…開閉弁 11…ハウジング、12…弁杆 13…オリフィス、14ソレノイドコイル 16…球体、20…直流電源 21…制御装置、25…ガス導入系 26…放電用電極
施例の開閉弁の断面図、第３図は同じく実施例における
基板温度と成長速度の関係を示すグラフである。 １…処理室、５…シリコン基板 ９…導入ポート、10…開閉弁 11…ハウジング、12…弁杆 13…オリフィス、14ソレノイドコイル 16…球体、20…直流電源 21…制御装置、25…ガス導入系 26…放電用電極
Claims (2)
- 【請求項１】ガスソースMBEを行う為のガス導入方法で
あって、基板を収容した処理室に対して、ソースガスを
パルス状に導入し、導入直後のガスを高電圧印加により
プラズマ化することを特徴とするガスソースMBEにおけ
るガス導入方法 - 【請求項２】ガスソースMBEを行う為のガス導入装置で
あって、処理室とガス導入系が、処理室に収容された基
板と対向させて配置した開閉弁を介して接続されてお
り、該開閉弁が間欠駆動装置で開閉制御される構成とし
てあると共に、前記開閉弁の処理室側に隣接させて放電
用電極が設置してあることを特徴とするガスソースMBE
におけるガス導入装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5570290A JP2736559B2 (ja) | 1990-03-07 | 1990-03-07 | ガスソースｍｂｅにおけるガス導入方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5570290A JP2736559B2 (ja) | 1990-03-07 | 1990-03-07 | ガスソースｍｂｅにおけるガス導入方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03257096A JPH03257096A (ja) | 1991-11-15 |
| JP2736559B2 true JP2736559B2 (ja) | 1998-04-02 |
Family
ID=13006225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5570290A Expired - Fee Related JP2736559B2 (ja) | 1990-03-07 | 1990-03-07 | ガスソースｍｂｅにおけるガス導入方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2736559B2 (ja) |
-
1990
- 1990-03-07 JP JP5570290A patent/JP2736559B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03257096A (ja) | 1991-11-15 |
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