JP3222663B2 - Single crystal thin film forming method - Google Patents

Single crystal thin film forming method

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JP3222663B2
JP3222663B2 JP28174893A JP28174893A JP3222663B2 JP 3222663 B2 JP3222663 B2 JP 3222663B2 JP 28174893 A JP28174893 A JP 28174893A JP 28174893 A JP28174893 A JP 28174893A JP 3222663 B2 JP3222663 B2 JP 3222663B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、多結晶基板またはア
モルファス基板の上に単結晶薄膜を形成する単結晶薄膜
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 forming a single crystal thin film on a polycrystalline substrate or an amorphous substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマ化学気相成長法(プラズマCV
D)は、反応ガスをプラズマ状態にし、活性なラジカル
やイオンを生成させ、活性環境下で化学反応を行わせる
ことによって、比較的低温下で基板上に所定物質の薄膜
を形成させる化学気相成長法(CVD)の一種である。
プラズマCVDでは、多種類の膜を低温下で形成するこ
とができるので、結晶化を防止してアモルファス膜を形
成できる、プラスチックなどの非耐熱性の基板を使用で
きる、および基板との反応を防止できるなどの利点があ
る。このため、プラズマCVDは、半導体工業を中心と
して利用がますます拡大しつつある。
2. Description of the Related Art Plasma chemical vapor deposition (plasma CV)
D) is a chemical vapor phase that forms a thin film of a predetermined substance on a substrate at a relatively low temperature by causing a reactive gas to be in a plasma state, generating active radicals and ions, and causing a chemical reaction in an active environment. This is a type of growth method (CVD).
In plasma CVD, various types of films can be formed at a low temperature, so that crystallization can be prevented to form an amorphous film, a non-heat-resistant substrate such as plastic can be used, and reaction with the substrate can be prevented. There are advantages such as being able to. For this reason, plasma CVD is increasingly used mainly in the semiconductor industry.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】結晶化が進行する温度
下でプラズマCVDを実施することにより、単結晶基板
上にエピタキシャリーに所定物質の単結晶薄膜を形成さ
せることができる。しかしながら、従来のプラズマCV
Dでは、多結晶基板あるいはアモルファス基板の上に単
結晶薄膜を形成することはできないという問題点があっ
た。
By performing plasma CVD at a temperature at which crystallization proceeds, a single-crystal thin film of a predetermined substance can be epitaxially formed on a single-crystal substrate. However, conventional plasma CV
D has a problem that a single-crystal thin film cannot be formed on a polycrystalline substrate or an amorphous substrate.

【0004】この発明は、従来のプラズマCVDが有す
る問題点を解決するためになされたもので、プラズマC
VDを用いて多結晶基板またはアモルファス基板の上に
単結晶薄膜を形成する単結晶薄膜形成方法を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made to solve the problems of the conventional plasma CVD.
It is an object of the present invention to provide a single crystal thin film forming method for forming a single crystal thin film on a polycrystalline substrate or an amorphous substrate using VD.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明にかかる請求項
1記載の単結晶薄膜形成方法は、プラズマ化学気相成長
法を用いて、多結晶基板またはアモルファス基板の上に
所定の物質の単結晶薄膜を形成する方法であって、前記
プラズマ化学気相成長法のみでは前記所定の物質の結晶
化が起こらない低温度下で、反応ガスを前記基板上に供
給すると同時に、形成すべき前記単結晶薄膜における方
向の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な方向から、前
記所定の物質のスパッタリングを引き起こさない低エネ
ルギーの気体のビームを、前記基板上へ照射し、前記気
体のビームを、単一のビーム発生源と、当該ビーム発生
源から前記基板へ至る経路に配設される反射板とによっ
て得ることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for forming a single crystal thin film on a polycrystalline substrate or an amorphous substrate by using a single crystal of a predetermined substance by a plasma chemical vapor deposition method. A method for forming a thin film, wherein a reaction gas is supplied onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance does not occur only by the plasma chemical vapor deposition method, and the single crystal to be formed is simultaneously formed. from a direction perpendicular to the plurality of close-packed crystal plane different from direction of the phase in the thin film, a beam of low energy gas which does not cause sputtering of the prescribed material, irradiated to the substrate, the gas
The body beam is divided into a single beam source and the beam source
A reflector disposed in the path from the source to the substrate.
It is characterized by obtaining .

【0006】この発明にかかる請求項2記載の単結晶薄
膜形成方法は、請求項1記載の方法において、前記気体
が不活性ガスであることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for forming a single-crystal thin film, wherein the gas is an inert gas.

【0007】この発明にかかる請求項3記載の単結晶薄
膜形成方法は、請求項2記載の方法において、前記不活
性ガスを構成する元素の原子量が、前記所定の物質を構
成する元素の原子量の中の最大の原子量よりも低いこと
を特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the method for forming a single crystal thin film according to the second aspect, the atomic weight of the element constituting the inert gas is the same as the atomic weight of the element constituting the predetermined substance. It is characterized by having a lower atomic weight than the maximum.

【0008】この発明にかかる請求項4記載の単結晶薄
膜形成方法は、請求項1記載の方法において、前記所定
の物質が、常温度下で気体である気体物質を構成する元
素を含むとともに、前記気体のビームが、前記気体物質
のビームであることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for forming a single crystal thin film according to the first aspect, wherein the predetermined substance includes an element constituting a gaseous substance which is a gas at normal temperature. The gas beam may be a beam of the gaseous substance.

【0009】この発明にかかる請求項5記載の単結晶薄
膜形成方法は、請求項1記載の方法において、前記反応
ガスが前記所定の物質に添加すべき不純物元素で構成さ
れる反応気体物質を含むことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for forming a single crystal thin film according to the first aspect, wherein the reaction gas includes a reaction gas substance composed of an impurity element to be added to the predetermined substance. It is characterized by the following.

【0010】この発明にかかる請求項6記載の単結晶薄
膜形成方法は、請求項5記載の方法において、前記不純
物元素が複数種類であって、当該複数種類の不純物元素
の各1で構成される複数種類の反応気体物質を前記基板
上に交互に供給することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of forming a single crystal thin film according to the fifth aspect, wherein the plurality of types of impurity elements are provided, and each of the plurality of types is one. A plurality of types of reactive gas substances are alternately supplied onto the substrate.

【0011】この発明にかかる請求項7記載の単結晶薄
膜形成方法は、プラズマ化学気相成長法を用いて、多結
晶基板またはアモルファス基板の上に所定の物質の単結
晶薄膜を形成する方法であって、前記プラズマ化学気相
成長法のみでは前記所定の物質の結晶化が起こらない低
温度下で、反応ガスを前記基板上に供給すると同時に、
形成すべき前記単結晶薄膜における方向の相異なる複数
の最稠密結晶面に垂直な方向から、前記所定の物質のス
パッタリングを引き起こさない低エネルギーの気体のビ
ームを、前記基板上へ照射し、前記所定の物質がシリコ
ンであり、前記気体がネオンであり、前記低エネルギー
が27eV未満であることを特徴とする。この発明にか
かる請求項記載の単結晶薄膜形成方法は、請求項
載の方法において、前記気体のビームを、単一のビーム
発生源と、当該ビーム発生源から前記基板へ至る経路に
配設される反射板とによって得ることを特徴とする。
A thin single crystal according to claim 7 according to the present invention.
The film formation method uses plasma chemical vapor deposition
Of a specified substance on a crystalline substrate or amorphous substrate
A method for forming a crystalline thin film, comprising:
The growth method alone does not cause crystallization of the predetermined substance.
At the same time, the reaction gas is supplied onto the substrate under the temperature,
Pluralities with different directions in the single crystal thin film to be formed
From the direction perpendicular to the densest crystal plane of
Low energy gas bubbles that do not cause pattering
The substrate is irradiated onto the substrate, and the predetermined substance is
The gas is neon and the low energy
Is less than 27 eV . According to a eighth aspect of the present invention, in the method of the seventh aspect , the gas beam is arranged on a single beam source and a path from the beam source to the substrate. And a reflector provided.

【0012】この発明にかかる請求項記載の単結晶薄
膜形成方法は、請求項1または8記載の方法において、
前記ビーム発生源が前記気体のイオンビームを発生する
イオン発生源であり、前記反射板が実質的に金属で構成
される金属反射板であることを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method of forming a single crystal thin film according to the first or eighth aspect , wherein
The beam generation source is an ion generation source for generating the ion beam of the gas, and the reflection plate is a metal reflection plate substantially made of metal.

【0013】この発明にかかる請求項10記載の単結晶
薄膜形成方法は、請求項1または8記載の方法におい
て、前記ビーム発生源が電子サイクロトロン共鳴型のイ
オン発生源であることを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the method of the first or eighth aspect , the beam generating source is an electron cyclotron resonance type ion generating source.

【0014】[0014]

【作用】<請求項1記載の発明の作用> この発明の方法では、プラズマ化学気相成長法によって
基板の上に所定の物質の薄膜を形成しつつ、同時に複数
方向から気体のビームを薄膜へ照射する。この気体のビ
ームのエネルギーは、被照射物質にスパッタリングを引
き起こさない大きさであるので、ブラベー(Bravais )
の法則が作用する。すなわち、形成されつつある所定物
質の薄膜が、ビームの照射方向に垂直な面が最稠密結晶
面となるような結晶方位を有する結晶に逐次転換され
る。複数本の気体のビームは、方向の相異なる複数の最
稠密結晶面に垂直な方向から、それぞれ照射されるの
で、形成される結晶の方位は、唯一に定まる。すなわ
ち、結晶方位の揃った単結晶の薄膜が形成される。ビー
ムの照射がなくともプラズマ化学気相成長法のみで所定
物質の結晶化が進行する温度下では、結晶方位はビーム
の照射方向とは無関係な任意の方向となり、方位を規制
することができず、しかも多結晶が出来上がる。このた
め、プラズマ化学気相成長法のみでは結晶化が進行しな
いような低温度への温度調整が行われる。さらに、この
発明の方法では、基板へ照射する気体のビームを、単一
のビーム発生源と、経路に配設される反射板とによって
得るので、複数のビーム発生源を要せずして、方向の相
異なる複数の最稠密結晶面に垂直な方向から気体のビー
ムを照射することが可能である。すなわち、この発明の
方法では、複雑な構造を有するビーム発生源を1個用意
すれば足りるので、単純な装置構成をもって単結晶薄膜
を形成することが可能である。また、ビーム発生源が1
個で足りるので、高い真空下での薄膜の形成が可能であ
る。
According to the method of the present invention, a thin film of a predetermined substance is formed on a substrate by plasma enhanced chemical vapor deposition, and a gas beam is simultaneously applied to the thin film from a plurality of directions. Irradiate. The energy of this gaseous beam is such that it does not cause sputtering of the irradiated material, so Bravais
The law of action works. That is, the thin film of the predetermined substance being formed is sequentially converted into a crystal having a crystal orientation such that the plane perpendicular to the beam irradiation direction becomes the closest dense crystal plane. Since a plurality of gas beams are irradiated from directions perpendicular to a plurality of densest crystal planes having different directions, the orientation of the formed crystal is uniquely determined. That is, a single crystal thin film having a uniform crystal orientation is formed. At a temperature at which the crystallization of a given substance proceeds only by plasma enhanced chemical vapor deposition without beam irradiation, the crystal orientation is an arbitrary direction independent of the beam irradiation direction, and the orientation cannot be regulated. In addition, a polycrystal is completed. For this reason, the temperature is adjusted to a low temperature such that crystallization does not proceed only by the plasma chemical vapor deposition method. Furthermore, this
In the method of the present invention, the gas beam irradiating the substrate is
Beam source and a reflector arranged in the path
Directional phase without the need for multiple beam sources.
A gaseous bead from a direction perpendicular to
It is possible to irradiate the system. That is, the present invention
In the method, one beam source with complicated structure is prepared
It suffices to use a single-crystal thin film with a simple device configuration.
Can be formed. Also, if the beam source is 1
It is possible to form a thin film under a high vacuum.
You.

【0015】<請求項2記載の発明の作用>この発明の
方法では、照射される気体が不活性ガスであるので、照
射後に気体の原子またはイオンが薄膜の中に残留して
も、これらが単結晶薄膜の電子物性へ不純物として悪影
響を及ぼすことが少ない。
According to the method of the present invention, since the gas to be irradiated is an inert gas, even if atoms or ions of the gas remain in the thin film after the irradiation, they remain in the thin film. There is little adverse effect as an impurity on the electronic properties of the single crystal thin film.

【0016】<請求項3記載の発明の作用>この発明の
方法では、不活性ガスを構成する元素の原子量が、薄膜
として成長しつつある所定の物質の構成元素の最大の原
子量よりも低いので、照射された不活性ガスの原子また
はイオンの大部分が、薄膜の表面ないしその近傍で後方
へ反跳し、薄膜の中に残留し難い。
According to the method of the present invention, the atomic weight of the element constituting the inert gas is lower than the maximum atomic weight of the constituent element of the predetermined substance growing as a thin film. Most of the atoms or ions of the irradiated inert gas recoil back at or near the surface of the thin film and hardly remain in the thin film.

【0017】<請求項4記載の発明の作用>この発明の
方法では、照射される気体が薄膜として成長する物質の
構成元素を含んでいる。このため、照射後にこの構成元
素の原子またはイオンが薄膜の中に残留しても、これら
が不純物として単結晶薄膜へ悪影響を及ぼす恐れがな
い。
<Effect of the Invention According to Claim 4> In the method of the present invention, the irradiated gas contains a constituent element of a substance which grows as a thin film. Therefore, even if atoms or ions of the constituent elements remain in the thin film after irradiation, there is no possibility that these atoms or impurities will adversely affect the single crystal thin film as impurities.

【0018】<請求項5記載の発明の作用>この発明の
方法では、反応ガスが薄膜として成長する物質に添加す
べき不純物元素を含んでいるので、例えば半導体単結晶
薄膜を形成する場合に、p型またはn型の半導体単結晶
薄膜を形成することが可能である。すなわち、所望の不
純物が添加された単結晶薄膜を形成することが可能であ
る。
According to the method of the present invention, since the reaction gas contains an impurity element to be added to a substance grown as a thin film, for example, when a semiconductor single crystal thin film is formed, It is possible to form a p-type or n-type semiconductor single crystal thin film. That is, a single crystal thin film to which a desired impurity is added can be formed.

【0019】<請求項6記載の発明の作用>この発明の
方法では、複数種類の不純物元素の各1で構成される複
数種類の反応気体物質を基板上に交互に供給するので、
例えば半導体単結晶薄膜を形成する場合において、p型
の半導体単結晶層の上にn型の半導体単結晶層を形成す
るなど、複数種類の不純物の各1がそれぞれ添加された
複数種類の単結晶層を有する単結晶薄膜を形成すること
が可能である。
<Operation of the invention according to claim 6> In the method of the present invention, a plurality of types of reactive gas substances each composed of one of a plurality of types of impurity elements are alternately supplied onto the substrate.
For example, in the case of forming a semiconductor single crystal thin film, a plurality of types of single crystals to which respective ones of a plurality of types of impurities are respectively added, such as forming an n type semiconductor single crystal layer on a p type semiconductor single crystal layer. It is possible to form a single crystal thin film having a layer.

【0020】<請求項7記載の発明の作用> この発明の方法では、プラズマ化学気相成長法によって
基板の上に所定の物質の薄膜を形成しつつ、同時に複数
方向から気体のビームを薄膜へ照射する。この気体のビ
ームのエネルギーは、被照射物質にスパッタリングを引
き起こさない大きさであるので、ブラベー(Bravais )
の法則が作用する。すなわち、形成されつつある所定物
質の薄膜が、ビームの照射方向に垂直な面が最稠密結晶
面となるような結晶方位を有する結晶に逐次転換され
る。複数本の気体のビームは、方向の相異なる複数の最
稠密結晶面に垂直な方向から、それぞれ照射されるの
で、形成される結晶の方位は、唯一に定まる。すなわ
ち、結晶方位の揃った単結晶の薄膜が形成される。ビー
ムの照射がなくともプラズマ化学気相成長法のみで所定
物質の結晶化が進行する温度下では、結晶方位はビーム
の照射方向とは無関係な任意の方向となり、方位を規制
することができず、しかも多結晶が出来上がる。このた
め、プラズマ化学気相成長法のみでは結晶化が進行しな
いような低温度への温度調整が行われる。さらに、この
発明の方法では、照射される気体が不活性ガスであるの
で、照射後に気体の原子またはイオンが薄膜の中に残留
しても、これらが単結晶薄膜の電子物性へ不純物として
悪影響を及ぼすことが少ない。さらに、不活性ガスを構
成する元素の原子量が、薄膜として成長しつつある所定
の物質の構成元素の最大の原子量よりも低いので、照射
された不活性ガスの原子またはイオンの大部分が、薄膜
の表面ないしその近傍で後方へ反跳し、薄膜の中に残留
し難い。結果として、単結晶薄膜が容易に形成される。 <請求項記載の発明の作用> この発明の方法では、基板へ照射する気体のビームを、
単一のビーム発生源と、経路に配設される反射板とによ
って得るので、複数のビーム発生源を要せずして、方向
の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な方向から気体の
ビームを照射することが可能である。すなわち、この発
明の方法では、複雑な構造を有するビーム発生源を1個
用意すれば足りるので、単純な装置構成をもって単結晶
薄膜を形成することが可能である。また、ビーム発生源
が1個で足りるので、高い真空下での薄膜の形成が可能
である。
<Effect of the Invention According to Claim 7> In the method of the present invention, plasma chemical vapor deposition is used.
While forming a thin film of the specified substance on the substrate,
A thin film is irradiated with a gas beam from a direction. This gaseous
The energy of the
Bravais is a size that does not wake up
The law of action works. That is, the predetermined object being formed
Quality thin film, the surface perpendicular to the beam irradiation direction is the densest crystal
Are sequentially converted into crystals having a crystal orientation
You. The multiple gas beams are combined into multiple beams in different directions.
Irradiation from the direction perpendicular to the dense crystal plane
Thus, the orientation of the formed crystal is uniquely determined. Sand
That is, a single crystal thin film having a uniform crystal orientation is formed. Bee
Predetermined only by plasma enhanced chemical vapor deposition without irradiation
At the temperature where crystallization of the substance proceeds, the crystal orientation is the beam
Any direction unrelated to the irradiation direction of
And polycrystals are completed. others
Therefore, crystallization does not proceed only by plasma-enhanced chemical vapor deposition.
Temperature adjustment to a low temperature is performed. Furthermore, this
In the method of the invention, the gas to be irradiated is an inert gas.
Gas atoms or ions remain in the thin film after irradiation
However, these do not contribute to the electronic properties of single-crystal thin films as impurities.
Less adverse effect. In addition, inert gas
The atomic weight of the forming element is
Irradiation because it is lower than the maximum atomic weight of the constituent elements of the substance
Most of the atoms or ions of the inert gas
Recoils at or near the surface of the film and remains in the thin film
Difficult to do. As a result, a single crystal thin film is easily formed. <Effect of Claim 8 > In the method of the present invention, the gas beam to be irradiated on the substrate is
Since it is obtained by a single beam source and a reflector disposed in the path, the gas is not required from a plurality of beam sources, and the gas is transmitted from a direction perpendicular to a plurality of dense crystal planes having different directions. It is possible to irradiate the beam. That is, in the method of the present invention, it is sufficient to prepare one beam source having a complicated structure, so that a single-crystal thin film can be formed with a simple apparatus configuration. In addition, since only one beam source is required, a thin film can be formed under a high vacuum.

【0021】<請求項記載の発明の作用> この発明の方法では、ビーム発生源が気体のイオンビー
ムを発生するイオン発生源を有し、反射板が実質的に金
属で構成される金属反射板である。このため、イオン発
生源で生成された気体のイオンビームが金属反射板で反
射されるときに、中性のビームとなる。このため、方向
の揃った平行ビームが基板に照射される。また、基板に
電気絶縁性の絶縁基板を使用することも可能である。
<Operation of the invention according to claim 9 > In the method of the present invention, the beam generating source has an ion generating source for generating a gaseous ion beam, and the reflecting plate is substantially made of metal. It is a board. For this reason, when the gas ion beam generated by the ion source is reflected by the metal reflector, it becomes a neutral beam. Thus, the substrate is irradiated with a parallel beam having a uniform direction. It is also possible to use an electrically insulating insulating substrate as the substrate.

【0022】<請求項10記載の発明の作用> この発明の方法では、ビーム発生源が電子サイクロトロ
ン共鳴型のイオン発生源である。このため、イオンビー
ムの指向性が高いのに加えて、イオン発生源から所定以
上の距離において、イオンを中性化する手段を用いるこ
となく、強度の中性ビームを得ることができる。この中
性ビームを、反射板で反射させるとともに、基板に照射
することによって、所定の複数の方向から基板へ平行ビ
ームを照射することが可能である。また、基板に電気絶
縁性の絶縁基板を使用することも可能となる。
<Operation of the Invention According to Claim 10 > In the method of the present invention, the beam generation source is an electron cyclotron resonance type ion generation source. For this reason, in addition to the high directivity of the ion beam, a neutral beam of high intensity can be obtained at a predetermined distance or more from the ion source without using a means for neutralizing the ions. By reflecting the neutral beam on the reflector and irradiating the substrate with the neutral beam, it is possible to irradiate the substrate with a parallel beam from a plurality of predetermined directions. It is also possible to use an electrically insulating insulating substrate as the substrate.

【0023】[0023]

【実施例】【Example】

<1.装置の全体構成>図1はこの発明の実施例におけ
る単結晶薄膜形成方法を効果的に実現するための単結晶
薄膜形成装置の構成を示す正面断面図である。この装置
100では、反応容器1の上部に、電子サイクロトロン
共鳴型(ECR)のイオン発生器2が組み込まれてい
る。ECRイオン発生器2は、プラズマ室4を内部に規
定するプラズマ容器3を備えている。プラズマ容器3の
周囲には、プラズマ室4に直流の高磁場を印加する磁気
コイル5が設置されている。プラズマ容器3の上面に
は、マイクロ波をプラズマ室4へ導入する導波管6、お
よびNeなどの不活性ガスを導入する不活性ガス導入管
7が設けられている。
<1. Overall Configuration of Apparatus> FIG. 1 is a front sectional view showing a configuration of a single crystal thin film forming apparatus for effectively realizing a single crystal thin film forming method according to an embodiment of the present invention. In this apparatus 100, an electron generator 2 of an electron cyclotron resonance type (ECR) is incorporated in an upper part of a reaction vessel 1. The ECR ion generator 2 includes a plasma container 3 that defines a plasma chamber 4 inside. A magnetic coil 5 for applying a high DC magnetic field to the plasma chamber 4 is provided around the plasma container 3. On an upper surface of the plasma container 3, a waveguide 6 for introducing a microwave into the plasma chamber 4 and an inert gas introducing tube 7 for introducing an inert gas such as Ne are provided.

【0024】反応容器1は、その内部に反応室8を規定
する。プラズマ容器3の底部はその中央部に、プラズマ
が通過する引出口9を規定する。反応室8とプラズマ室
4とは、この引出口9を介して互いに連通している。反
応室8の内部には、引出口9の直下の位置に試料台10
が設置されている。試料台10の上には基板11が載置
され、さらに反射板12が基板11の上方に位置するよ
うに設置される。基板11は多結晶構造またはアモルフ
ァス構造の物質で構成される平板であり、試料を構成す
る要素の一つである。この基板11の上に所望の単結晶
薄膜が形成される。反射板12は、好ましくは金属で構
成される。試料台10は、図示しない回転駆動機構に連
結されており、水平面内で回転可能である。また、試料
台10は反射板12を固定したまま、基板11を水平に
移動し得る構造となっている。
The reaction vessel 1 defines a reaction chamber 8 therein. The bottom of the plasma container 3 defines, at the center thereof, an outlet 9 through which the plasma passes. The reaction chamber 8 and the plasma chamber 4 communicate with each other via the outlet 9. Inside the reaction chamber 8, the sample table 10 is located just below the outlet 9.
Is installed. A substrate 11 is placed on the sample stage 10, and a reflection plate 12 is installed above the substrate 11. The substrate 11 is a flat plate made of a material having a polycrystalline structure or an amorphous structure, and is one of the elements constituting a sample. A desired single crystal thin film is formed on substrate 11. The reflection plate 12 is preferably made of metal. The sample stage 10 is connected to a rotation drive mechanism (not shown), and is rotatable in a horizontal plane. The sample stage 10 has a structure in which the substrate 11 can be moved horizontally while the reflector 12 is fixed.

【0025】反応室8には、反応ガス供給管13が連通
している。この反応ガス供給管13を通して、プラズマ
CVDにより基板11上に所定の物質の薄膜を形成する
ための反応ガスが供給される。図1の例では、3本の反
応ガス供給管13a、13b、および13cが設けられ
ている。反応室8には、更に真空排気管14が連通して
いる。この真空排気管14の一端には、図示しない真空
装置が連結しており、真空排気管14を介して、反応室
8に存在する気体が排気されることにより、反応室8に
おける真空度が所定の高さに保持される。反応室8にお
ける真空度を表示する真空計15が、反応室8に連通し
て設置されている。
A reaction gas supply pipe 13 communicates with the reaction chamber 8. A reaction gas for forming a thin film of a predetermined substance on the substrate 11 by plasma CVD is supplied through the reaction gas supply pipe 13. In the example of FIG. 1, three reaction gas supply pipes 13a, 13b, and 13c are provided. The reaction chamber 8 further communicates with a vacuum exhaust pipe 14. A vacuum device (not shown) is connected to one end of the vacuum exhaust pipe 14, and the gas present in the reaction chamber 8 is exhausted through the vacuum exhaust pipe 14 so that the degree of vacuum in the reaction chamber 8 becomes a predetermined value. Held at the height of A vacuum gauge 15 for indicating the degree of vacuum in the reaction chamber 8 is provided in communication with the reaction chamber 8.

【0026】<2.反射板の構成>図2は、反射板12
の一例における斜視図である。この反射板12aは、単
結晶Siなどの、ダイヤモンド構造を有する単結晶を形
成するための反射板の一例である。反射板12aは、平
板状の基台21の中央部に開口部を規定する。この開口
部の周囲に、3個の直方体のブロック22が固定的に設
置され、それらの内側にそれぞれ反射用ブロック23が
固定されている。その結果、基台21の中央部には、こ
れらの反射用ブロック23で縁どりされた正三角形状の
開口部24が形成される。反射用ブロック23におい
て、開口部24に面する斜面25が、気体ビームを反射
する反射面として機能する。したがって、斜面25の傾
斜角度は、形成すべき単結晶の結晶軸の方向に対応して
適切な大きさに設定される。
<2. Configuration of Reflector> FIG.
It is a perspective view in an example. The reflection plate 12a is an example of a reflection plate for forming a single crystal having a diamond structure, such as single crystal Si. The reflecting plate 12a defines an opening at the center of the flat base 21. Around this opening, three rectangular blocks 22 are fixedly installed, and inside each of them, a reflecting block 23 is fixed. As a result, an equilateral triangular opening 24 bordered by these reflection blocks 23 is formed at the center of the base 21. In the reflection block 23, the slope 25 facing the opening 24 functions as a reflection surface that reflects the gas beam. Therefore, the inclination angle of the slope 25 is set to an appropriate size in accordance with the direction of the crystal axis of the single crystal to be formed.

【0027】図3は、ブロック22と反射用ブロック2
3とで構成される反射板12aの一部分の三面図であ
り、図3(a)、図3(b)、および図3(c)は、そ
れぞれ平面図、側面図、および正面図である。図3
(b)に図示するように、斜面25の傾斜角度は、55
゜に設定される。反射板12aは基板11を固定しない
構造となっているので、基板11が反射板12aに相対
的に水平移動し得る。このため、反射板12aを試料台
10に固定したまま、基板11を水平に移動させること
によって、面積の大きい基板11の上に単結晶薄膜を形
成することが可能である。
FIG. 3 shows a block 22 and a reflection block 2.
3 (a), 3 (b), and 3 (c) are a plan view, a side view, and a front view, respectively. FIG.
As shown in (b), the inclination angle of the slope 25 is 55
Set to ゜. Since the reflection plate 12a does not fix the substrate 11, the substrate 11 can move horizontally relative to the reflection plate 12a. For this reason, it is possible to form a single crystal thin film on the substrate 11 having a large area by moving the substrate 11 horizontally while the reflection plate 12a is fixed to the sample stage 10.

【0028】<3.ECRイオン発生器2の動作>図1
に戻って、ECRイオン発生器2の動作について説明す
る。不活性ガス導入管7からプラズマ室4へ、Ne、A
r等の不活性ガスを導入しつつ、同時に導波管6からプ
ラズマ室4へマイクロ波が導入される。更に同時に、磁
気コイル5に直流電流が供給されることにより、プラズ
マ室4およびその周囲に直流磁場が形成される。供給さ
れた気体は、マイクロ波と直流磁場の作用でプラズマ状
態に保たれる。このプラズマは、マイクロ波と直流磁場
とによってサイクロトロンの原理で螺旋運動する高エネ
ルギーの電子によって生成される。
<3. Operation of ECR ion generator 2> FIG.
Returning to, the operation of the ECR ion generator 2 will be described. Ne, A from the inert gas introduction pipe 7 to the plasma chamber 4
Microwaves are simultaneously introduced from the waveguide 6 into the plasma chamber 4 while introducing an inert gas such as r. At the same time, a DC current is supplied to the magnetic coil 5, so that a DC magnetic field is formed in and around the plasma chamber 4. The supplied gas is kept in a plasma state by the action of the microwave and the DC magnetic field. This plasma is generated by high-energy electrons that spirally move according to the principle of a cyclotron by a microwave and a DC magnetic field.

【0029】この電子は、反磁性の特性を有するので、
磁場の弱い方に移動し、磁力線に沿った電子流を形成す
る。その結果、電気的中性を維持するために、電子流に
伴われて正イオンも、磁力線に沿ったイオン流を形成す
る。すなわち、引出口9から反応室8へ、下方向に向か
う電子流とイオン流とが形成される。イオン流は、電子
流と並行して流れるので、消イオン時間を経過すると、
互いに再結合することによって中性原子流となる。した
がって、引出口9から下方に所定距離以上離れた位置で
は、殆ど中性の原子流のみが形成されている。
Since these electrons have diamagnetic properties,
It moves to the weaker magnetic field and forms an electron flow along the lines of magnetic force. As a result, in order to maintain electrical neutrality, positive ions also form an ion current along the magnetic field lines along with the electron current. That is, an electron flow and an ion flow are generated from the outlet 9 to the reaction chamber 8 in a downward direction. Since the ion flow flows in parallel with the electron flow, after the deionization time has elapsed,
Recombination with each other results in a neutral atomic flow. Therefore, at a position separated from the outlet 9 by a predetermined distance or more, almost only a neutral atomic flow is formed.

【0030】図4は、ECRイオン発生器2によって、
10eVのAr+ イオンを引出口9より取り出したとき
の、イオン電流密度と引出口9からの距離との関係を実
測した結果を示すグラフである。このグラフによれば、
イオン電流密度は、引出口から4〜5cmの距離から急
激に減少を始め、14cmの位置では1/10〜1/1
2の大きさに減衰することが読み取れる。イオン電流が
減衰した分、中性原子流が増加しており、引出口9から
下方に14cm以上離れた位置では、殆ど中性の原子流
のみが下方向へ向かって流れている。
FIG. 4 shows that the ECR ion generator 2
9 is a graph showing the results of actually measuring the relationship between the ion current density and the distance from the outlet 9 when 10 eV Ar + ions are extracted from the outlet 9. According to this graph,
The ion current density starts to decrease sharply from a distance of 4 to 5 cm from the outlet, and from 1/10 to 1/1 at a position of 14 cm.
It can be seen that the value attenuates to a magnitude of 2. The neutral atom flow is increased by the amount corresponding to the attenuation of the ion current. At a position separated from the outlet 9 by 14 cm or more, almost only the neutral atom current flows downward.

【0031】このように、ECRイオン発生器2は、イ
オンを発生する装置でありながら、イオン流を電子流に
並行して形成するので、ECRイオン発生器2を用いる
ことにより、イオン流を中性化する他の手段を用いるこ
となく、密度の高い中性の原子流を容易に得ることがで
きるという利点がある。また、イオン流が電子流と並行
して形成されるので、進行方向があまり発散することな
く、進行方向の揃った平行流に近いイオン流が得られ
る。また、平行なイオン流が中性の原子流に転換される
ので、原子流も進行方向の揃った平行流に近いものとな
る。
As described above, although the ECR ion generator 2 is an apparatus for generating ions, it forms an ion stream in parallel with the electron stream. There is an advantage that a high-density neutral atomic flow can be easily obtained without using other means for making the particles neutral. In addition, since the ion current is formed in parallel with the electron current, the ion current is not diverged so much, and an ion current similar to a parallel current having a uniform traveling direction can be obtained. In addition, since the parallel ion current is converted into a neutral atomic current, the atomic current also becomes close to a parallel current having a uniform traveling direction.

【0032】<4.装置100の動作>再び図1に戻っ
て、装置100の動作について説明する。反射板12と
して図2および図3に示した反射板12aを用い、基板
11として多結晶SiO2 (石英)を用い、この石英基
板11の上に単結晶Siの薄膜を形成する例を取り上げ
る。反応ガス供給管13a、13b、および13cのそ
れぞれから、単結晶Siの主材料であるSiを供給する
SiH4 (シラン)ガス、p型不純物をドープするため
のB2 3 (ジボラン)ガス、およびn型不純物をドー
プするためのPH3 (ホスフィン)ガスが供給される。
不活性ガス導入管7から導入される不活性ガスとして
は、好ましくはSi原子よりも原子量の小さいNeガス
が選択される。
<4. Operation of Apparatus 100> Returning to FIG. 1, the operation of the apparatus 100 will be described. An example in which the reflecting plate 12a shown in FIGS. 2 and 3 is used as the reflecting plate 12, polycrystalline SiO 2 (quartz) is used as the substrate 11, and a single-crystal Si thin film is formed on the quartz substrate 11 will be described. SiH 4 (silane) gas for supplying Si, which is the main material of single crystal Si, B 2 H 3 (diborane) gas for doping p-type impurities from each of the reaction gas supply pipes 13a, 13b, and 13c; PH 3 (phosphine) gas for doping n-type impurities is supplied.
As the inert gas introduced from the inert gas introduction pipe 7, a Ne gas having a smaller atomic weight than Si atoms is preferably selected.

【0033】ECRイオン発生器2の働きにより、引出
口9から下方に向かってNe+ イオン流と電子流が形成
される。引出口9から反射板12a(12)までの距離
は、好ましくは、Ne+ イオン流が殆ど中性Ne原子流
に転換されるのに十分なだけの大きさに設定される。ま
た、反射板12a(12)は、この下方向へ向かうNe
原子流が降り注ぐ位置に設置される。反応ガス供給管1
3から供給されるシランガスは、これらのNe+ イオン
流あるいはNe原子流によって、SiO2 基板11へ向
かって叩きつけられる。その結果、SiO2 基板11の
上面においてプラズマCVD反応が進行し、シランガス
が供給するSiを構成元素とする薄膜、すなわちSi薄
膜が成長する。また、ジボランガスまたはホスフィンガ
スをその流量を適正に調整しつつ供給することによっ
て、これらのガスによるプラズマCVD反応も同時に進
行し、B(ボロン)またはP(燐)を所望の濃度で含有
するSi薄膜が形成される。
By the operation of the ECR ion generator 2, a Ne + ion current and an electron current are formed downward from the outlet 9. The distance from the outlet 9 to the reflector 12a (12) is preferably set to be large enough to convert the Ne + ion stream to a nearly neutral Ne atom stream. Further, the reflection plate 12a (12) is a Ne
It is installed at the position where the atomic flow falls. Reaction gas supply pipe 1
The silane gas supplied from 3 is struck toward the SiO 2 substrate 11 by the Ne + ion flow or the Ne atomic flow. As a result, the plasma CVD reaction proceeds on the upper surface of the SiO 2 substrate 11, and a thin film containing Si supplied by the silane gas, that is, a Si thin film grows. In addition, by supplying diborane gas or phosphine gas while adjusting the flow rate thereof appropriately, the plasma CVD reaction using these gases simultaneously proceeds, and a Si thin film containing B (boron) or P (phosphorus) at a desired concentration. Is formed.

【0034】SiO2 基板11は加熱されない。このた
め、SiO2 基板11は、略常温度に保持される。した
がって、Si薄膜は略常温度下で成長する。すなわち、
プラズマCVDによって結晶化が進行する温度以下の温
度でSi薄膜が形成される。このためSi薄膜は、プラ
ズマCVDによって、まずアモルファスSiとして形成
される。
The SiO 2 substrate 11 is not heated. For this reason, the SiO 2 substrate 11 is maintained at a substantially normal temperature. Therefore, the Si thin film grows at approximately normal temperature. That is,
A plasma CVD forms a Si thin film at a temperature lower than the temperature at which crystallization proceeds. Therefore, the Si thin film is first formed as amorphous Si by plasma CVD.

【0035】前述の下方向へ向かうNe原子流の一部
は、反射板12aに形成されている3つの斜面25によ
って反射され、更に開口部24を通ってSiO2 基板1
1の上面へ入射する。また、Ne原子流の他の一部は、
斜面25へ入射せずに開口部24を通過してSiO2
板11の上面へ直接に入射する。すなわち、SiO2
板11の上面に形成されつつあるSi薄膜には、引出口
9から直進して来た成分と、3つの斜面25によって反
射されて来た3成分とからなる4成分のNe原子流が照
射される。斜面25の傾斜角が55゜に設定されている
ために、これら4成分のNe原子流の入射方向は、形成
すべきSi単結晶の4個の独立な最稠密結晶面、すなわ
ち(111)面に垂直な4方向に対応する。
A part of the downward flow of Ne atoms is reflected by the three slopes 25 formed on the reflection plate 12a, and further passes through the opening 24 to form the SiO 2 substrate 1.
1 is incident on the upper surface. Another part of the Ne atom flow is
The light does not enter the slope 25 but passes through the opening 24 and directly enters the upper surface of the SiO 2 substrate 11. That is, the Si thin film that is being formed on the upper surface of the SiO 2 substrate 11 has a four-component Ne atom composed of a component traveling straight from the outlet 9 and three components reflected by the three slopes 25. The stream is irradiated. Since the inclination angle of the slope 25 is set to 55 °, the incident directions of these four component Ne atom flows are four independent close-packed crystal planes of the Si single crystal to be formed, that is, the (111) plane. Correspond to four directions perpendicular to.

【0036】ところで、ECRイオン発生器2によって
形成されるプラズマのエネルギーは、SiO2 基板11
に到達するNe原子のエネルギーが、Si薄膜において
スパッタリングを引き起こさない大きさになるように、
すなわちNe原子の照射によるSiのスパッタリングに
おけるスレッショルド・エネルギーとして知られる値
(=27eV)よりも低くなるように設定される。した
がって、成長しつつあるアモルファスSi薄膜に、いわ
ゆるブラベー(Bravais )の法則が作用する。すなわ
ち、アモルファスSiに照射されるNe原子流の入射方
向に垂直な面が、最稠密結晶面となるようにアモルファ
スSi内のSi原子が再配列する。照射されるNe原子
流は4つの成分を有しており、しかも各成分の入射方向
は、単一の結晶方位を有する単結晶Siの最稠密面に垂
直な方向に対応するので、これらの各成分の入射方向に
垂直な面がいずれも最稠密面となるように、Si原子が
再配列する。互いに独立な入射方向を有する複数のNe
原子流の成分によって、(111)面の方向が規制され
るので、Si原子が再配列することによって、単一の結
晶方位を有する単結晶Siが形成される。すなわち、プ
ラズマCVDによって成長しつつあるアモルファスSi
薄膜は、結晶方位の揃った単結晶Si薄膜へ逐次転換さ
れる。
By the way, the energy of the plasma formed by the ECR ion generator 2, SiO 2 substrate 11
, So that the energy of the Ne atoms that reaches the surface of the Si thin film does not cause sputtering in the Si thin film.
That is, it is set to be lower than a value (= 27 eV) known as threshold energy in sputtering of Si by irradiation of Ne atoms. Therefore, the so-called Bravais law acts on the growing amorphous Si thin film. That is, the Si atoms in the amorphous Si are rearranged such that the plane perpendicular to the incident direction of the Ne atom flow irradiated on the amorphous Si becomes the densest crystal plane. The irradiated Ne atom stream has four components, and the incident direction of each component corresponds to the direction perpendicular to the densest surface of single-crystal Si having a single crystal orientation. The Si atoms are rearranged such that the planes perpendicular to the incident direction of the components are all the densest planes. A plurality of Nes having mutually independent incident directions
Since the direction of the (111) plane is regulated by the component of the atomic flow, the rearrangement of the Si atoms forms single-crystal Si having a single crystal orientation. That is, amorphous Si growing by plasma CVD
The thin film is sequentially converted to a single crystal Si thin film having a uniform crystal orientation.

【0037】反応ガス供給管13より、ジボランガスま
たはホスフィンガスを、シランガスと同時に供給するこ
とによって、BまたはPが添加されたp型またはn型の
単結晶Si薄膜が形成される。また、不純物元素を含有
するこれらの反応ガスを、交互に供給することによっ
て、例えばp型単結晶Si層の上に、等軸のn型単結晶
Si層を形成することも可能である。
By supplying a diborane gas or a phosphine gas simultaneously with the silane gas from the reaction gas supply pipe 13, a p-type or n-type single crystal Si thin film to which B or P is added is formed. Further, by alternately supplying these reaction gases containing the impurity element, for example, an equiaxial n-type single-crystal Si layer can be formed on a p-type single-crystal Si layer.

【0038】前述のようにSiO2 基板11は加熱され
ず、プラズマCVDによって結晶化が進行する温度より
も低い温度下でSi薄膜が形成される。これは、Ne原
子流の照射がなくともプラズマCVDのみでSiの結晶
化が進行する高温度の下では、その結晶方位はNe原子
流の照射方向とは無関係な任意の方向となり、方位を規
制することができず、しかも多結晶が出来上ってしまう
からである。
As described above, the SiO 2 substrate 11 is not heated, and a Si thin film is formed by plasma CVD at a temperature lower than the temperature at which crystallization proceeds. This is because, under a high temperature at which crystallization of Si proceeds only by plasma CVD even without irradiation of the Ne atom flow, the crystal orientation becomes an arbitrary direction independent of the irradiation direction of the Ne atom flow, and the orientation is regulated. This is because polycrystals are formed.

【0039】また、前述のようにSi薄膜に照射する原
子流を構成する元素として、Si原子よりも軽いNeを
選択するのが望ましい。これは、Ne原子流がSi薄膜
に照射された際に、比較的重いSi原子が比較的軽いN
e原子を後方へ散乱する確率が高いために、Ne原子が
Si薄膜の中に侵入し残留するということが起こりにく
いからである。更に、照射する原子流を構成する元素に
不活性元素を選択するのは、不活性元素がSi薄膜の中
に残留しても、この残留する不活性元素は、Siおよび
ドープされた不純物等のいずれとも化合物を形成するこ
とがなく、Si薄膜の電子物性には余り影響を及ぼさ
ず、しかも出来上がった単結晶Si薄膜をある程度昇温
することによって、容易に外部へ除去され得るからであ
る。
As described above, it is desirable to select Ne, which is lighter than Si atoms, as an element constituting the atomic flow for irradiating the Si thin film. This is because, when the Ne atom stream is irradiated on the Si thin film, the relatively heavy Si atoms are converted into the relatively light N atoms.
This is because it is unlikely that Ne atoms penetrate into the Si thin film and remain because the probability of scattering e atoms backward is high. Further, the reason for selecting an inert element as an element constituting the atomic flow to be irradiated is that, even if the inert element remains in the Si thin film, the remaining inert element includes Si and doped impurities. In either case, no compound is formed, the electronic properties of the Si thin film are not significantly affected, and the single-crystal Si thin film can be easily removed to the outside by raising the temperature to some extent.

【0040】また、前述のように反射板12は金属で構
成されるのが望ましい。なぜならば、中性Ne原子流に
わずかに混在するNe+ イオン流が導電性の反射板12
で反射されたときに、Ne+ イオンが、中性原子に変換
され、基板11には変換された中性Ne原子流が照射さ
れるからである。中性原子流はイオン流と異なり、進行
方向が発散し難いので、方向の揃った流れとして基板1
1へ入射するという利点がある。
As described above, it is desirable that the reflection plate 12 be made of metal. This is because the Ne + ion current slightly mixed with the neutral Ne atom current is generated by the conductive reflector 12.
This is because the Ne + ions are converted into neutral atoms when reflected by the substrate 11, and the converted neutral Ne atom flow is irradiated on the substrate 11. Unlike the ion stream, the neutral atom stream is unlikely to diverge in the traveling direction.
1 has the advantage of being incident on

【0041】装置100では、プラズマCVDによりS
i薄膜が成長する過程で、同時に単結晶への転換が逐次
進行する。このため、膜厚の大きい単結晶Si薄膜を、
しかも低温下で形成することが可能である。低温度下で
単結晶薄膜を形成できるので、例えば既に所定のデバイ
スが作り込まれた基板の上に、このデバイスの特性を変
えることなく、更に新たな単結晶薄膜を形成することが
可能である。
In the apparatus 100, S is formed by plasma CVD.
During the process of growing the i-thin film, the conversion to a single crystal proceeds at the same time. Therefore, a single-crystal Si thin film having a large thickness is
Moreover, it can be formed at a low temperature. Since a single crystal thin film can be formed at a low temperature, for example, a new single crystal thin film can be formed on a substrate on which a predetermined device has already been formed without changing the characteristics of the device. .

【0042】<5.実証データ>ここでは、上記の方法
によって単結晶薄膜が形成されることを実証した試験に
ついて記述する。図5は、上記の方法に基づいて、多結
晶SiO2 基板11の上に単結晶Si薄膜を形成した試
料の電子線回折像を示す実験データである。図5(a)
は、反射板12を用いずに、基板11に垂直なNe原子
流成分のみを照射して得られた試料に関するものであ
り、他方の図5(b)は、反射板12aを用いてNe原
子流の4成分を照射した得られた試料に関するものであ
る。一方向のみから原子流を照射して得た前者の試料で
は、Si結晶の1つの(111)面が原子流の入射方向
に垂直になるように配向するが、入射方向の周りの配向
は任意であり、一方向に規制されない。すなわち、この
試料は一つの結晶軸のみが揃った多結晶Siとして形成
される。図5(a)において回折スポットが円周に沿っ
て連続に分布しているのは、この特徴を反映したもので
ある。
<5. Demonstration Data> Here, a test that demonstrates that a single-crystal thin film is formed by the above method will be described. FIG. 5 is experimental data showing an electron diffraction image of a sample in which a single-crystal Si thin film is formed on a polycrystalline SiO 2 substrate 11 based on the above method. FIG. 5 (a)
FIG. 5B relates to a sample obtained by irradiating the substrate 11 with only a Ne atom flow component perpendicular to the substrate 11 without using the reflector 12, and FIG. It relates to the resulting sample irradiated with the four components of the stream. In the former sample obtained by irradiating the atomic flow from only one direction, one (111) plane of the Si crystal is oriented so as to be perpendicular to the incident direction of the atomic flow, but the orientation around the incident direction is arbitrary. And is not regulated in one direction. That is, this sample is formed as polycrystalline Si having only one crystal axis. The fact that the diffraction spots are continuously distributed along the circumference in FIG. 5A reflects this feature.

【0043】一方、4成分のNe原子流を照射して得ら
れた後者の試料では、図5(b)に示すように、3回回
転対称の回折スポットが得られる。このことは、得られ
た試料が結晶軸がすべて揃った単結晶Siとして形成さ
れていることを実証するものである。アモルファス構造
よりも原子配列における規則性の高い多結晶構造を有す
るSiO2 基板11の上に、単結晶Si薄膜を形成し得
たことから、アモルファスSiなどのアモルファス構造
を有する基板の上に単結晶薄膜を形成することは当然に
可能であると判断し得る。
On the other hand, in the latter sample obtained by irradiating a four-component Ne atom stream, a diffraction spot having three-fold rotational symmetry is obtained as shown in FIG. 5B. This demonstrates that the obtained sample is formed as single crystal Si having all the crystal axes aligned. Since a single-crystal Si thin film could be formed on a SiO 2 substrate 11 having a polycrystalline structure having a higher degree of atomic arrangement than an amorphous structure, a single-crystal Si film was formed on a substrate having an amorphous structure such as amorphous Si. It can be determined that it is naturally possible to form a thin film.

【0044】<6.Si以外の単結晶薄膜の形成方法>
以上は、単結晶Si薄膜の形成を例として装置100の
構成と動作について説明したが、装置100を用いて、
Si以外の単結晶薄膜を形成することも可能である。例
として、既に取り上げたSiを含めた需要の比較的高い
半導体単結薄膜を形成する際の条件を表1〜表5に示
す。表1は、供給される不活性ガスおよび反応ガスの種
類を示している。
<6. Method for Forming Single Crystal Thin Film Other than Si>
In the above, the configuration and operation of the apparatus 100 have been described by taking the formation of a single-crystal Si thin film as an example.
It is also possible to form a single crystal thin film other than Si. As an example, Tables 1 to 5 show conditions for forming a semiconductor single-bonded thin film having a relatively high demand including Si already mentioned. Table 1 shows types of the supplied inert gas and reactive gas.

【0045】表2は、照射される原子またはイオンの種
類と、標的となる薄膜を構成する元素との、各種の組合
せにおけるスパッタリングのスレッショルド・エネルギ
ーの値を示す。それぞれの組合せにおいて、掲げられる
スレッショルド・エネルギーよりも低いエネルギーのイ
オン流または原子流が照射されなければならない。化合
物で構成される薄膜に対しては、構成元素の中で最大の
原子量を有する元素に関するスレッショルド・エネルギ
ーを参照すればよい。なお、表2に掲げられる値は、特
に示される一部の値を除いて、すべてシミュレーション
に基づいて得られたものである。
Table 2 shows the threshold energy values for sputtering in various combinations of the types of atoms or ions to be irradiated and the elements constituting the target thin film. In each combination, an ion or atomic stream of energy below the listed threshold energy must be irradiated. For a thin film composed of a compound, the threshold energy of the element having the largest atomic weight among the constituent elements may be referred to. It should be noted that the values listed in Table 2 were all obtained based on simulations, except for some values specifically indicated.

【0046】表3〜表5は、各半導体単結晶薄膜を形成
する際の反応ガス流量、不活性ガス流量、その他のプロ
セス制御条件を示している。
Tables 3 to 5 show the reaction gas flow rate, the inert gas flow rate, and other process control conditions when forming each semiconductor single crystal thin film.

【0047】[0047]

【表1】 [Table 1]

【0048】[0048]

【表2】 [Table 2]

【0049】[0049]

【表3】 [Table 3]

【0050】[0050]

【表4】 [Table 4]

【0051】[0051]

【表5】 [Table 5]

【0052】<7.反射板12における他の例>ここで
は、反射板12の他の構成例について記述する。図6お
よび図7は、図2に示した反射板12aと同じく、(1
11)面を最稠密面とするダイヤモンド構造の結晶構造
を有する単結晶薄膜を形成するための反射板の他の例を
示す。図6はこの反射板12bの斜視図であり、図7は
三面図である。この反射板12bでは、試料台10の上
に取り付けられる基台31の上面に基板11をスライド
させて出し入れするための溝31aが形成されており、
基板11が基台31に組み込まれる構造となっている。
このため、反射板12aとは異なり、反射板12bで
は、基板11は照射を実行する際に溝31aに固定され
る。基板11の上に反射用ブロック33が位置するよう
に、反射用ブロック33の底面は、基台31の上面に設
置されている。図7に示すように、反射用ブロック33
の斜面35の傾斜角は、反射板12aと同様に55゜に
設定されている。
<7. Another Example of Reflector 12> Here, another configuration example of the reflector 12 will be described. FIGS. 6 and 7 show (1) similar to the reflector 12a shown in FIG.
11) Another example of a reflector for forming a single-crystal thin film having a crystal structure of a diamond structure having a closest-packed surface will be described. FIG. 6 is a perspective view of the reflection plate 12b, and FIG. 7 is a three-view drawing. In the reflector 12b, a groove 31a for sliding the substrate 11 in and out is formed on the upper surface of a base 31 mounted on the sample stage 10,
The structure is such that the substrate 11 is incorporated into the base 31.
Therefore, unlike the reflection plate 12a, in the reflection plate 12b, the substrate 11 is fixed to the groove 31a when performing irradiation. The bottom surface of the reflection block 33 is set on the upper surface of the base 31 so that the reflection block 33 is located on the substrate 11. As shown in FIG.
The inclination angle of the slope 35 is set to 55 ° similarly to the reflection plate 12a.

【0053】ダイヤモンド構造以外の結晶構造を有する
単結晶薄膜を形成することも可能であり、そのために
は、これらの反射板12a、12b以外の、それぞれの
結晶構造に適した構成を有する反射板を用意するとよ
い。また、結晶構造は同一であっても、様々な結晶方位
を有する単結晶薄膜を形成することも可能である。その
ためには、それぞれの結晶方位に適した反射板が用意さ
れる。以下に、その一例について記述する。
It is also possible to form a single crystal thin film having a crystal structure other than the diamond structure. For this purpose, a reflector having a structure suitable for each crystal structure other than the reflectors 12a and 12b is used. It is good to prepare. Further, single crystal thin films having various crystal orientations can be formed even if the crystal structures are the same. For this purpose, a reflector suitable for each crystal orientation is prepared. An example is described below.

【0054】図8は、基板面に平行な結晶面が(10
0)面であるダイアモンド構造の単結晶に対応する反射
板の例を示す。図8(a)は、図8(b)に示す平面図
におけるAA線に沿った正面断面図である。平板状の基
台41の上面には、溝42が形成されている。この溝4
2には、基板11が挿入される。すなわち、この反射板
12cは基板11が組み込まれる構造を有しており、基
板11は照射を実行する際に反射板12cに相対的に水
平移動することができない。この基台41が、試料台1
0の上に設置される。
FIG. 8 shows that the crystal plane parallel to the substrate plane is (10).
An example of a reflector corresponding to a single crystal having a diamond structure, which is the 0) plane, is shown. FIG. 8A is a front sectional view taken along the line AA in the plan view shown in FIG. 8B. A groove 42 is formed on the upper surface of the flat base 41. This groove 4
The substrate 11 is inserted into 2. That is, the reflection plate 12c has a structure in which the substrate 11 is incorporated, and the substrate 11 cannot move horizontally relative to the reflection plate 12c when performing irradiation. This base 41 is used for the sample table 1
It is set on 0.

【0055】基台41の上には、4個の反射用ブロック
43が、互いに直角に隣接するように基板11の周囲に
配設されている。反射用ブロック43の上面には、反射
用ブロック43の斜面45の上方にのみ開口部47を有
する遮蔽板46が設置されている。遮蔽板46の上方か
ら下方へ入射する原子流またはイオン流は、開口部47
のみを通過することにより、すべて斜面45で反射され
る。すなわち、基板11には、反射された原子流または
イオン流の4つの成分のみが入射され、上方から直接入
射する成分は存在しない。斜面45の傾斜角は62.6
3゜に設定されている。このため、4成分の入射方向
は、ダイアモンド構造の結晶における独立な4つの(1
11)面に垂直な方向に一致する。
On the base 41, four reflection blocks 43 are disposed around the substrate 11 so as to be adjacent to each other at right angles. On the upper surface of the reflection block 43, a shielding plate 46 having an opening 47 only above the slope 45 of the reflection block 43 is installed. The atomic current or the ion current incident from above the shielding plate 46 to the downward direction is transmitted through the opening 47.
Only the light passes through the slope 45 by passing through only the slope 45. That is, only the four components of the reflected atomic stream or ion stream are incident on the substrate 11, and there is no component directly incident from above. The slope angle of the slope 45 is 62.6.
It is set to 3 ゜. For this reason, the incident directions of the four components correspond to four independent (1) directions in the crystal having the diamond structure.
11) coincides with the direction perpendicular to the plane.

【0056】図9は、基板面に平行な結晶面が(11
0)面であるダイアモンド構造の単結晶に対応する反射
板の例を示す。図9(a)は、図9(b)に示す平面図
におけるBB線に沿った正面断面図である。35゜の傾
斜角を有する基台51の上面には、溝52が形成されて
いる。この溝52には、基板11が挿入される。すなわ
ち、この反射板12dは基板11が組み込まれる構造を
有しており、基板11は照射を実行する際に反射板12
dに相対的に水平移動することができない。この基台5
1が、試料台10の上に設置される。
FIG. 9 shows that the crystal plane parallel to the substrate surface is (11).
An example of a reflector corresponding to a single crystal having a diamond structure, which is the 0) plane, is shown. FIG. 9A is a front sectional view taken along line BB in the plan view shown in FIG. 9B. A groove 52 is formed on the upper surface of the base 51 having an inclination angle of 35 °. The substrate 11 is inserted into the groove 52. That is, the reflecting plate 12d has a structure in which the substrate 11 is incorporated.
cannot move horizontally relative to d. This base 5
1 is set on the sample stage 10.

【0057】基台51の上には、1個の反射用ブロック
53が配設されている。反射用ブロック53の斜面55
の基台51の上面に対する傾斜角は90゜に設定されて
いる。このため、上方から入射する原子流またはイオン
流は、基板11に35゜の入射角をもって直接入射する
成分と、斜面55で反射され反対側から同じく35゜の
入射角をもって入射する成分との2つの成分に分かれ
る。これらの成分の入射方向は、ダイアモンド構造の結
晶における独立な4つの(111)面の中の独立な2つ
の面に垂直な方向に一致する。すなわち、これらの2成
分は互いに独立な2つの最稠密面の方向を規定するの
で、この反射板12dを用いることによって、(11
0)面が基板面と平行となるように結晶方位が揃ったダ
イアモンド構造の単結晶薄膜を形成することが可能であ
る。
On the base 51, one reflection block 53 is provided. Slope 55 of reflection block 53
Of the base 51 with respect to the upper surface of the base 51 is set to 90 °. For this reason, the atomic flow or ion flow incident from above is divided into two components: a component directly incident on the substrate 11 at an incident angle of 35 ° and a component reflected by the inclined surface 55 and incident on the opposite side at the same incident angle of 35 °. Divided into two components. The incident directions of these components correspond to the directions perpendicular to two independent two of the four independent (111) planes in the diamond-structured crystal. That is, since these two components define the directions of the two closest dense surfaces independent of each other, by using this reflector 12d, (11
It is possible to form a single crystal thin film having a diamond structure in which the crystal orientation is aligned so that the 0) plane is parallel to the substrate surface.

【0058】<8.その他の実施例> (1)形成すべき単結晶薄膜が、例えばGaNの単結晶
薄膜である場合には、N原子を含むN2 (窒素)ガスま
たはNH3 (アンモニア)ガスを不活性ガス導入管7へ
導入し、これらの分子流、あるいは解離してなるN原子
流をGaN薄膜へ照射してもよい。照射されたNがGa
Nの内部に残留しても、GaNの構成元素として単結晶
の中に組み込まれるので、GaNの特性に悪影響を及ぼ
す恐れがない。
<8. Other Examples> (1) When the single crystal thin film to be formed is, for example, a GaN single crystal thin film, an N 2 (nitrogen) gas or an NH 3 (ammonia) gas containing N atoms is introduced with an inert gas. The GaN thin film may be irradiated with the molecular flow or the dissociated N atom flow introduced into the tube 7. Irradiated N is Ga
Even if it remains inside N, it is incorporated into a single crystal as a constituent element of GaN, so that there is no possibility of adversely affecting the characteristics of GaN.

【0059】(2)反射板12を用いる代わりに、薄膜
に照射される原子流の成分の数だけECRイオン発生器
2を備え、ECRイオン発生器2から原子流を直接に薄
膜へ照射してもよい。しかしながら、この方法に比べて
1台のECRイオン発生器2と反射板12とを用いる図
1の方法は、高価なECRイオン発生器2が最小限の台
数で足り、装置の構成が単純であるのに加えて、反応室
8における真空度を高く保持することが容易であるとい
う利点を有する。
(2) Instead of using the reflection plate 12, the number of the ECR ion generators 2 provided is equal to the number of the components of the atomic flow applied to the thin film, and the thin film is irradiated with the atomic flow directly from the ECR ion generator 2. Is also good. However, as compared with this method, the method of FIG. 1 using one ECR ion generator 2 and the reflector 12 requires a minimum number of expensive ECR ion generators 2, and the configuration of the apparatus is simple. In addition to the above, there is an advantage that it is easy to keep the degree of vacuum in the reaction chamber 8 high.

【0060】また、ECRイオン発生器2は、プラズマ
CVDを実行するために反応ガスにエネルギーを付与す
るのに必要なエネルギー源をも兼ねている。すなわち、
1台のECRイオン発生器2と反射板12とを用いる図
1の方法は、プラズマCVDを実行する上で本来必要な
構成に、単に反射板12を付加することによって実行す
ることが可能であるという特筆すべき利点を有してい
る。
The ECR ion generator 2 also functions as an energy source necessary for applying energy to the reaction gas for performing the plasma CVD. That is,
The method of FIG. 1 using one ECR ion generator 2 and a reflector 12 can be performed by simply adding the reflector 12 to a configuration originally required for performing plasma CVD. It has a notable advantage.

【0061】(3)ECRイオン発生器2の代わりに、
ケージ型、カウフマン型等の他のイオン源を用いてもよ
い。ただし、このときに形成されるイオン流は、イオン
間の静電気による反発力によって流れが拡散し、指向性
が弱まるという問題点がある。また、イオン流をそのま
ま基板11へ照射する場合には、電気絶縁性の基板が使
用できない。なぜなら、基板11に電荷が蓄積して照射
が進行しなくなるからである。このため、イオン流の経
路に、イオンを中性化して原子流に転換する手段を設置
する必要がある。あるいは、反射板12を金属などの導
電性の材料で構成することによって、イオン流の反射と
中性原子流への転換とを同時に行ってもよい。
(3) Instead of the ECR ion generator 2,
Other ion sources such as a cage type and a Kauffman type may be used. However, the ion flow formed at this time has a problem that the flow is diffused by the repulsive force due to the static electricity between the ions and the directivity is weakened. When the substrate 11 is irradiated with the ion current as it is, an electrically insulating substrate cannot be used. This is because charge accumulates on the substrate 11 and irradiation does not proceed. For this reason, it is necessary to provide a means for neutralizing ions and converting them into an atomic flow in the path of the ion flow. Alternatively, the reflection of the ion stream and the conversion to the neutral atom stream may be performed at the same time by forming the reflector 12 from a conductive material such as a metal.

【0062】これに対し、ECRイオン発生器2を用い
る先述の方法では、イオン流を中性化する手段を用いる
ことなく中性原子流が容易に得られ、しかも平行流に近
い形で得られるという利点がある。このため、高い入射
角精度をもった原子流の薄膜への照射が容易に実現す
る。また、薄膜へは主として中性の原子流が入射するの
で、基板11にSiO2 基板などの絶縁性の基板を使用
することも可能である。
On the other hand, in the above-described method using the ECR ion generator 2, a neutral atomic flow can be easily obtained without using a means for neutralizing the ion flow, and can be obtained in a form close to a parallel flow. There is an advantage. For this reason, it is easy to irradiate the thin film with the atomic flow having high incident angle accuracy. In addition, since a neutral atomic flow is mainly incident on the thin film, an insulating substrate such as a SiO 2 substrate can be used as the substrate 11.

【0063】[0063]

【発明の効果】<請求項1記載の発明の効果> この発明の方法では、プラズマ化学気相成長法によって
基板の上に所定の物質の薄膜を形成しつつ、同時に所定
の複数方向から気体のビームを薄膜へ照射するので、結
晶方位の揃った単結晶の薄膜が形成される。また、この
発明の方法では、プラズマ化学気相成長法により薄膜が
成長する過程で、同時に単結晶への転換が逐次進行す
る。このため、膜厚の大きい単結晶薄膜を、しかも低温
下で形成することが可能である。さらに、この発明の方
法では、基板へ照射する気体のビームを、単一のビーム
発生源と、経路に配設される反射板とによって得るの
で、複数のビーム発生源を要せずして、方向の相異なる
複数の最稠密結晶面に垂直な方向から気体のビームを照
射することが可能である。すなわち、この発明の方法で
は、複雑な構造を有するビーム発生源を1個用意すれば
足りるので、単純な装置構成をもって単結晶薄膜を形成
し得る効果がある。また、ビーム発生源が1個で足りる
ので、高い真空下での薄膜の形成が可能である。
According to the method of the present invention, a thin film of a predetermined substance is formed on a substrate by a plasma enhanced chemical vapor deposition method, and gas is simultaneously discharged from a plurality of directions. Since the thin film is irradiated with the beam, a single crystal thin film having a uniform crystal orientation is formed. Further, in the method of the present invention, during the process of growing a thin film by the plasma enhanced chemical vapor deposition method, the conversion to a single crystal proceeds simultaneously and sequentially. Therefore, a single crystal thin film having a large thickness can be formed at a low temperature. Furthermore, the present invention
The method uses a single beam of gas to irradiate the substrate.
Source and reflectors in the path
Different directions without the need for multiple beam sources
A beam of gas is illuminated from a direction perpendicular to multiple
It is possible to shoot. That is, in the method of the present invention,
If one beam source with a complicated structure is prepared,
Sufficient, forming a single crystal thin film with a simple device configuration
There is an effect that can be done. Also, one beam source is enough
Therefore, a thin film can be formed under a high vacuum.

【0064】<請求項2記載の発明の効果>この発明の
方法では、照射される気体が不活性ガスであるので、照
射後に気体の原子またはイオンが薄膜の中に残留して
も、これらが単結晶薄膜の電子物性へ不純物として悪影
響を及ぼすことが少ないという効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 2> In the method of the present invention, since the gas to be irradiated is an inert gas, even if atoms or ions of the gas remain in the thin film after the irradiation, they remain in the thin film. This has the effect that the electronic properties of the single crystal thin film are not adversely affected as impurities.

【0065】<請求項3記載の発明の効果>この発明の
方法では、不活性ガスを構成する元素の原子量が、薄膜
として成長しつつある所定の物質の構成元素の最大の原
子量よりも低いので、照射された不活性ガスの原子また
はイオンの大部分が、薄膜の表面ないしその近傍で後方
へ反跳し、薄膜の中に残留し難いという効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 3> In the method of the present invention, the atomic weight of the element constituting the inert gas is lower than the maximum atomic weight of the constituent element of the predetermined substance growing as a thin film. The effect is that most of the atoms or ions of the irradiated inert gas recoil back at or near the surface of the thin film and hardly remain in the thin film.

【0066】<請求項4記載の発明の効果>この発明の
方法では、照射される気体が薄膜として成長する物質の
構成元素を含んでいるので、照射後にこの構成元素の原
子またはイオンが薄膜の中に残留しても、これらが不純
物として単結晶薄膜へ悪影響を及ぼす恐れがないという
効果がある。また、反応ガスの中にこの構成元素を含め
ることなく、気体ビームの照射のみによって、この構成
元素を薄膜へ供給することも可能である。
<Effect of the Invention According to Claim 4> In the method of the present invention, since the irradiated gas contains a constituent element of a substance which grows as a thin film, the atoms or ions of the constituent element after irradiation are converted to the thin film. Even if they remain inside, there is an effect that there is no possibility that these may adversely affect the single crystal thin film as impurities. It is also possible to supply this constituent element to the thin film only by irradiating the gas beam without including this constituent element in the reaction gas.

【0067】<請求項5記載の発明の効果>この発明の
方法では、反応ガスが薄膜として成長する物質に添加す
べき不純物元素を含んでいるので、所望の不純物が添加
された単結晶薄膜を形成することが可能である。
<Effect of the Invention According to Claim 5> In the method of the present invention, since the reaction gas contains an impurity element to be added to a substance grown as a thin film, a single crystal thin film to which a desired impurity is added is formed. It is possible to form.

【0068】<請求項6記載の発明の効果>この発明の
方法では、複数種類の不純物元素の各1で構成される複
数種類の反応気体物質を基板上に交互に供給するので、
複数種類の不純物の各1がそれぞれ添加された複数種類
の単結晶層を有する単結晶薄膜を形成することが可能で
ある。
<Effect of the Invention According to Claim 6> In the method of the present invention, a plurality of types of reactive gas substances each composed of one of a plurality of types of impurity elements are alternately supplied onto the substrate.
It is possible to form a single crystal thin film having a plurality of types of single crystal layers to which respective ones of a plurality of types of impurities are added.

【0069】<請求項7記載の発明の効果> この発明の方法では、プラズマ化学気相成長法によって
基板の上に所定の物質の薄膜を形成しつつ、同時に所定
の複数方向から気体のビームを薄膜へ照射するので、結
晶方位の揃った単結晶の薄膜が形成される。また、この
発明の方法では、プラズマ化学気相成長法により薄膜が
成長する過程で、同時に単結晶への転換が逐次進行す
る。このため、膜厚の大きい単結晶薄膜を、しかも低温
下で形成することが可能である。さらに、この発明の方
法では、照射される気体が不活性ガスであるので、照射
後に気体の原子またはイオンが薄膜の中に残留しても、
これらが単結晶薄膜の電子物性へ不純物として悪影響を
及ぼすことが少ないという効果がある。さらに、不活性
ガスを構成する元素の原子量が、薄膜として成長しつつ
ある所定の物質の構成元素の最大の原子量よりも低いの
で、照射された不活性ガスの原子またはイオンの大部分
が、薄膜の表面ないしその近傍で後方へ反跳し、薄膜の
中に残留し難いという効果がある。結果として、単結晶
薄膜が容易に形成される。 <請求項記載の発明の効果> この発明の方法では、基板へ照射する気体のビームを、
単一のビーム発生源と、経路に配設される反射板とによ
って得るので、複数のビーム発生源を要せずして、方向
の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な方向から気体の
ビームを照射することが可能である。すなわち、この発
明の方法では、複雑な構造を有するビーム発生源を1個
用意すれば足りるので、単純な装置構成をもって単結晶
薄膜を形成し得る効果がある。また、ビーム発生源が1
個で足りるので、高い真空下での薄膜の形成が可能であ
る。
<Effect of the Invention According to Claim 7> In the method of the present invention, a plasma enhanced chemical vapor deposition method is used.
While forming a thin film of the specified substance on the substrate,
Since a thin film is irradiated with a gas beam from multiple directions,
A single-crystal thin film having a uniform crystal orientation is formed. Also this
In the method of the invention, a thin film is formed by plasma enhanced chemical vapor deposition.
During the growth process, the conversion to single crystal proceeds simultaneously
You. Therefore, a single-crystal thin film having a large thickness can be formed at a low temperature.
It is possible to form below. Furthermore, the present invention
In the method, the irradiation gas is an inert gas.
If later gas atoms or ions remain in the film,
These adversely affect the electronic properties of the single crystal thin film as impurities.
It has the effect of little effect. In addition, inert
The atomic weight of the elements that make up the gas grows as a thin film
Lower than the maximum atomic weight of the constituent elements of a given substance
And the majority of the atoms or ions of the irradiated inert gas
Recoil backward at or near the surface of the thin film,
There is an effect that hardly remains in the inside. As a result, a single crystal
A thin film is easily formed. <Effect of the Invention According to Claim 8 > In the method of the present invention, the gas beam irradiated to the substrate is
Since it is obtained by a single beam source and a reflector disposed in the path, the gas is not required from a plurality of beam sources, and the gas is transmitted from a direction perpendicular to a plurality of dense crystal planes having different directions. It is possible to irradiate the beam. That is, in the method of the present invention, it is sufficient to prepare one beam source having a complicated structure, so that there is an effect that a single crystal thin film can be formed with a simple device configuration. Also, if the beam source is 1
Since it is enough, a thin film can be formed under a high vacuum.

【0070】<請求項記載の発明の効果> この発明の方法では、ビーム発生源が気体のイオンビー
ムを発生するイオン発生源を有し、反射板が実質的に金
属で構成される金属反射板であるので、イオン発生源で
生成された気体のイオンビームが金属反射板で反射され
るときに、中性のビームとなる。このため、方向の揃っ
た平行ビームが基板に照射されるという効果がある。ま
た、基板に電気絶縁性の絶縁基板を使用することも可能
である。
<Effect of the Invention According to Claim 9 > In the method of the present invention, the beam generating source has an ion generating source for generating a gaseous ion beam, and the reflecting plate is substantially made of metal. Since it is a plate, the gas ion beam generated by the ion source becomes a neutral beam when reflected by the metal reflector. For this reason, there is an effect that a parallel beam having a uniform direction is irradiated on the substrate. It is also possible to use an electrically insulating insulating substrate as the substrate.

【0071】<請求項10記載の発明の効果> この発明の方法では、ビーム発生源が電子サイクロトロ
ン共鳴型のイオン発生源であるので、イオンビームの指
向性が高いのに加えて、イオン発生源から所定以上の距
離において、イオンを中性化する手段を用いることな
く、強度の中性ビームを得ることができる。この中性ビ
ームを、反射板で反射させるとともに、基板に照射する
ことによって、所定の複数の方向から基板へ方向の揃っ
た平行ビームを照射できるとりう効果がある。また、基
板に電気絶縁性の絶縁基板を使用することも可能であ
る。
<Effect of the Invention According to Claim 10 > In the method of the present invention, the beam generation source is an electron cyclotron resonance type ion generation source. At a distance equal to or more than a predetermined distance from, a neutral beam of high intensity can be obtained without using a means for neutralizing ions. By reflecting the neutral beam on the reflector and irradiating the substrate with the neutral beam, there is an advantageous effect that the substrate can be irradiated with a parallel beam having a uniform direction from a plurality of predetermined directions. It is also possible to use an electrically insulating insulating substrate as the substrate.

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

【図1】実施例の方法を実行するのに適した装置の構成
を示す正面断面図である。
FIG. 1 is a front sectional view showing a configuration of an apparatus suitable for performing a method according to an embodiment.

【図2】実施例における反射板の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a reflector in the embodiment.

【図3】実施例における反射板の三面図である。FIG. 3 is a three-view drawing of a reflection plate in the embodiment.

【図4】実施例におけるECRイオン発生器の特性を示
すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing characteristics of the ECR ion generator in the example.

【図5】実施例の方法を実証する実験データを示す図で
ある。
FIG. 5 shows experimental data demonstrating the method of the example.

【図6】実施例における反射板の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a reflector in the embodiment.

【図7】実施例における反射板の三面図である。FIG. 7 is a three-view drawing of a reflecting plate in the embodiment.

【図8】実施例における反射板の構造図である。FIG. 8 is a structural diagram of a reflection plate in the embodiment.

【図9】実施例における反射板の構造図である。FIG. 9 is a structural diagram of a reflection plate in an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 ECRイオン発生器 7 不活性ガス導入管 11 基板 12 反射板 13 反応ガス導入管 2 ECR ion generator 7 Inert gas introduction pipe 11 Substrate 12 Reflector 13 Reaction gas introduction pipe

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 CA(STN) EPAT(QUESTEL) JICSTファイル(JOIS) WPI(DIALOG) 実用ファイル(PATOLIS) 特許ファイル(PATOLIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C30B 1/00-35/00 CA (STN) EPAT (QUESTEL) JICST file (JOIS) WPI (DIALOG) Practical file (PATOLIS) Patent file (PATOLIS)

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 プラズマ化学気相成長法を用いて、多結
晶基板またはアモルファス基板の上に所定の物質の単結
晶薄膜を形成する方法であって、前記プラズマ化学気相
成長法のみでは前記所定の物質の結晶化が起こらない低
温度下で、反応ガスを前記基板上に供給すると同時に、
形成すべき前記単結晶薄膜における方向の相異なる複数
の最稠密結晶面に垂直な方向から、前記所定の物質のス
パッタリングを引き起こさない低エネルギーの気体のビ
ームを、前記基板上へ照射し、前記気体のビームを、単
一のビーム発生源と、当該ビーム発生源から前記基板へ
至る経路に配設される反射板とによって得ることを特徴
とする単結晶薄膜形成方法。
1. A method for forming a single crystal thin film of a predetermined material on a polycrystalline substrate or an amorphous substrate by using a plasma enhanced chemical vapor deposition method, wherein the plasma enhanced chemical vapor deposition method alone is used to form the single crystal thin film. At a low temperature where crystallization of the substance does not occur, a reaction gas is supplied onto the substrate at the same time,
From the direction perpendicular to the plurality of densest crystal planes having different directions in the single crystal thin film to be formed, a low-energy gas beam that does not cause sputtering of the predetermined substance is irradiated onto the substrate, and the gas is irradiated. Beam
A beam source and the beam source to the substrate
A method for forming a single crystal thin film, wherein the method is obtained by using a reflector disposed in a path leading to the single crystal thin film.
【請求項2】 請求項1記載の方法において、前記気体
が不活性ガスであることを特徴とする単結晶薄膜形成方
法。
2. The method according to claim 1, wherein said gas is an inert gas.
【請求項3】 請求項2記載の方法において、前記不活
性ガスを構成する元素の原子量が、前記所定の物質を構
成する元素の原子量の中の最大の原子量よりも低いこと
を特徴とする単結晶薄膜形成方法。
3. The method according to claim 2, wherein the atomic weight of the element constituting the inert gas is lower than the maximum atomic weight among the atomic weights of the elements constituting the predetermined substance. Crystal thin film forming method.
【請求項4】 請求項1記載の方法において、前記所定
の物質が、常温度下で気体である気体物質を構成する元
素を含むとともに、前記気体のビームが、前記気体物質
のビームであることを特徴とする単結晶薄膜形成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the predetermined substance includes an element constituting a gaseous substance that is a gas at normal temperature, and the beam of the gaseous substance is a beam of the gaseous substance. A method for forming a single crystal thin film, characterized by the following.
【請求項5】 請求項1記載の方法において、前記反応
ガスが前記所定の物質に添加すべき不純物元素で構成さ
れる反応気体物質を含むことを特徴とする単結晶薄膜形
成方法。
5. The method according to claim 1, wherein the reaction gas includes a reaction gas substance composed of an impurity element to be added to the predetermined substance.
【請求項6】 請求項5記載の方法において、前記不純
物元素が複数種類であって、当該複数種類の不純物元素
の各1で構成される複数種類の反応気体物質を前記基板
上に交互に供給することを特徴とする単結晶薄膜形成方
法。
6. The method according to claim 5, wherein the impurity element is of a plurality of types, and a plurality of types of reactive gas substances each composed of one of the plurality of types of impurity elements are alternately supplied onto the substrate. A method for forming a single crystal thin film.
【請求項7】 プラズマ化学気相成長法を用いて、多結
晶基板またはアモルファス基板の上に所定の物質の単結
晶薄膜を形成する方法であって、前記プラズマ化学気相
成長法のみでは前記所定の物質の結晶化が起こらない低
温度下で、反応ガスを前記基板上に供給すると同時に、
形成すべき前記単結晶薄膜における方向の相異なる複数
の最稠密結晶面に垂直な方向から、前記所定の物質のス
パッタ リングを引き起こさない低エネルギーの気体のビ
ームを、前記基板上へ照射し、前記所定の物質がシリコ
ンであり、前記気体がネオンであり、前記低エネルギー
が27eV未満であることを特徴とする単結晶薄膜形成
方法
7. A method for forming a plurality of particles by using a plasma enhanced chemical vapor deposition method.
Of a specified substance on a crystalline substrate or amorphous substrate
A method for forming a crystalline thin film, comprising:
The growth method alone does not cause crystallization of the predetermined substance.
At the same time, the reaction gas is supplied onto the substrate under the temperature,
Pluralities with different directions in the single crystal thin film to be formed
From the direction perpendicular to the densest crystal plane of
Low energy gas bubbles that do not cause pattering
The substrate is irradiated onto the substrate, and the predetermined substance is
The gas is neon and the low energy
A single crystal thin film characterized by having a voltage of less than 27 eV
How .
【請求項8】 請求項記載の方法において、前記気体
のビームを、単一のビーム発生源と、当該ビーム発生源
から前記基板へ至る経路に配設される反射板とによって
得ることを特徴とする単結晶薄膜形成方法。
8. The method of claim 7 , wherein said gas
Beam from a single beam source and the beam source
And a reflector disposed on the path from
A method for forming a single-crystal thin film, comprising:
【請求項9】 請求項1または請求項8記載の方法にお
いて、前記ビーム発生源が前記気体のイオンビームを発
生するイオン発生源であり、前記反射板が実質的に金属
で構成される金属反射板であることを特徴とする単結晶
薄膜形成方法。
9. The method according to claim 1 , wherein said beam source emits an ion beam of said gas.
The reflecting plate is substantially a metal.
A method for forming a single-crystal thin film, comprising:
【請求項10】 請求項1または請求項8記載の方法に
おいて、前記ビーム発生源が電子サイクロトロン共鳴型
のイオン発生源であることを特徴とする単結晶薄膜形成
方法。
10. The method according to claim 1 or 8, wherein
Wherein the beam source is an electron cyclotron resonance type
Single crystal thin film formation characterized by being an ion source
Method.
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