JP3503054B2 - 結晶性膜作製方法及び装置 - Google Patents
結晶性膜作製方法及び装置Info
- Publication number
- JP3503054B2 JP3503054B2 JP2000041180A JP2000041180A JP3503054B2 JP 3503054 B2 JP3503054 B2 JP 3503054B2 JP 2000041180 A JP2000041180 A JP 2000041180A JP 2000041180 A JP2000041180 A JP 2000041180A JP 3503054 B2 JP3503054 B2 JP 3503054B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- crystalline film
- film
- single crystal
- molecules
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
野における材料作製法のうち、結晶性基板上へ基板結晶
と同種あるいは異種の材料の結晶性膜をエピタキシャル
的に成長させるための方法に関するものであって、詳細
にはシリコン単結晶基板上へシリサイド材料の結晶性膜
を成長させるための方法に関する。
ためには従来から、多様な成膜方法が開発されてきてお
り、その中には、分子ビームエピタキシャル成膜法やス
パッタ成膜法、ＣＶＤ成膜法などが広く知られている。
中でも分子ビームエピタキシャル成膜法は、超高真空雰
囲気で膜の成長を行う方法であることから、不純物の少
ない、非常に高品質の膜を得ることができる方法として
当業界では一般に認められた方法である。分子ビームエ
ピタキシャル成膜法が最も威力を発揮する材料分野は、
高品質の基板バルク材料の作製が一般に困難である砒化
ガリウム等のIII−Ｖ族系の化合物半導体材料の高品質
なエピタキシャル膜を作製する場面である。
鉄原子１個とシリコン原子2個が分子を構成する環境半
導体材料である。ベータ鉄シリサイドの良質膜を作製す
るためにも多数の手法が試みられてきた。従来、半導体
エピタキシャル膜を作製するために広く使用されている
分子線エピタキシャル成長法を利用したベータ鉄シリサ
イド膜の形成も試みられている。しかし、これまでの報
告では、高温に保たれたシリコン基板へシリコンの分子
線と鉄の分子線を同時に照射してベータ鉄シリサイドエ
ピタキシャル膜を成長させる試みでは、極薄膜を除い
て、多結晶構造になってしまったり、正確な化学量論的
組成比が実現できないと言われている。また一方、分子
線の代わりにシリコンイオンビームと鉄イオンビームと
を交互に使用した成膜も試みられている。イオンビーム
の本来のねらいは、イオン化した後で、磁場を用いて質
量分離を行ってイオン種を選別することにより高純度の
膜形成を実現することであるが、その報告によれば、平
坦なエピタキシャル膜が成長するとされている。しか
し、この手法は、イオンビーム化する段階で分子線フラ
ックスの大部分が失われる傾向が避けられないため、生
産性が大きく損なわれてしまう。装置も大掛かりにな
り、生産コストの点で実用化は困難である。
れた分子（原子）ビームを活用することにより、従来は
エピタキシャル薄膜の作製が困難であった、高融点材料
を成分に含むベータ鉄シリサイド材料等薄膜をエピタキ
シャル成長させることのできる成膜法を提供する。
ビーム９を利用する成膜装置の模式図である。この例で
は、膜の成長に適した温度に加熱された例えばシリコン
単結晶である基板材料１を保持する試料ホルダー２およ
びホルダーの位置および方向を制御するマニピュレータ
３が示されている。例えば鉄である部分イオン化ビーム
９は、原料の鉄を蒸発させて鉄分子ビームを放出させる
ための蒸発源６、および鉄ビームに対して電子シャワー
を照射して鉄ビームを部分的にイオン化するためのイオ
ン化機構８から構成される部分イオン化ビーム源から供
給される。成長室１０は通常は、真空ポンプシステム
（図示されていない）によって超高真空に排気されてい
る。部分イオン化ビーム源のほかに、同図には従来の中
性分子ビーム源４および５が含まれている。これらの蒸
発源は鉄以外の例えば、シリコンの中性分子ビームや、
アンチモンの中性分子ビームを供給するものであり、ベ
ータ鉄シリサイド膜の形成のために必要な鉄以外の材料
を供給する。
類のモードが考えられよう。まず、部分イオン化ビーム
のイオン化機構を動作させない場合にはこのセルは従来
の中性ビームを供給する普通のＫセルとして機能するこ
とは理解されよう。その場合には、従来のＭＢＥ手法に
よる成膜を実行することができる。次にイオン化機構を
働かせる場合、従来のＫセルからの中性分子ビームと組
み合わせて本発明の部分イオン化ビームを活用した多元
材料の成膜を実現できるのであるが、この場合に、イオ
ン化機構の熱電子発生や熱電子加速電圧の制御を行うこ
とにより、イオン化効率を変化させることが可能であ
る。このことによって、部分イオン化ビーム中のイオン
フラックスと中性フラックスとの比率を変えることがで
き、材料の組み合わせに対応して最適な成膜を実現でき
るイオン化比率を選択することが可能である。イオン化
ビームを併用することによって、従来、中性の分子ビー
ムによってエピタキシャル成長が実現できなかったベー
タ鉄シリサイド等のエピ困難材料のエピタキシャル成長
を実現することができると期待される。
技術が知られているが、本装置をその技術に適用した新
しい成膜が可能となる。一例として、サーファクタント
効果を利用してベータ鉄シリサイドの膜を形成する場合
について説明する。図１の装置において、従来のＫセル
の1本からアンチモンの分子ビームをシリコン基板に対
して供給することにより、ＳｂＳｉ２の膜を成長するこ
とができる。この時に同時に部分イオン化ビームとして
鉄ビームを供給することを行えば、サーファクタント効
果による表面反応によってアンチモンが鉄によって置換
されて、ＦｅＳｉ２が形成される。この時の基板温度を
ベータ相の形成温度、約９５０℃以下に保つことによっ
てベータ鉄シリサイド膜が成長する。置換されたアンチ
モンは単体で蒸発する。
り詳細に示す模式図である。従来の蒸発源（Ｋセル）か
らの分子ビームに対してイオン化機構内で電子シャワー
が照射されることにより、中性分子ビームの分子（原
子）の一部がイオン化されることによって部分イオン化
ビームが供給される。本方法によれば、すべての原子を
イオン化して、質量分析するような大掛かりな装置を必
要とせずに、通常の蒸発源（Ｋセル）の射出口に、簡単
なイオン化機構を追加することによって装置を構築する
ことができるため、装置コストを低く抑えることがで
き、またビームフラックスをロスすることもない。
な膜成長機構が模式的に示されている。低エネルギー領
域での中性の原子およびイオンが基板上へ入射した場合
の基板表面での振る舞いの差異に関しては、飛来する粒
子の持つエネルギーの違いが考えられる。１０００℃程
度の温度に加熱された蒸発源から放出される分子線中の
分子または原子の運動エネルギーはたかだか０．１ｅＶ
の程度であるのに対して、一般的なイオンビームの加速
電圧は数ｅＶから１ｋｅＶ程度であるため、最も低い加
速の場合でも、イオンビームで運ばれる原子は熱原子よ
り1桁程度大きいエネルギーを持って基板表面に達す
る。そのため、イオン化分子は基板表面において活発に
運動しながら、成長フロントであるキンク位置へ容易に
移動することができ、エピタキシャルな膜成長が促進さ
れるものと考えることができる。活性化された表面運動
によって、ベータ鉄シリサイド分子を形成するための反
応ポテンシャル障壁を越える機会が増大することから、
エピタキシャル膜形成の確率が高まるのであろうと期待
される。その他、憶測の域を出ないが、イオン化に付随
する帯電電荷の電磁気力効果によって、イオンの基板表
面上での移動、キンクへの凝集、基板原子および鉄シリ
サイド分子を構成する相手原子との結合、等が中性の場
合よりも活性化されることが期待されよう。このような
イオン化ビームの効果は、原子フラックスのすべてをイ
オンとしないでも期待される。図２において述べたよう
に、一般的な分子線源であるＫセルの出口に熱電子放出
源を設けた簡単な構造によって、Ｋセルから蒸発する分
子線の一部の分子（原子）をイオン化することによって
部分イオン化ビームを作ることができる。イオン化する
ことによって、イオン加速電圧を変えてイオンのエネル
ギーを制御したり、ビームの電流を測定することによっ
てイオン個数を正確に測定したりすることが可能とな
る。イオンビームエネルギー領域によっても、成膜モー
ドが変化しよう。基板原子の変位エネルギーである２０
ｅＶ程度以下のイオンビームの場合には、基板原子をは
じき出すことなく、しかも表面での移動が活発に行われ
ると期待されることから、最もエピタキシャル成膜に適
していると考えられよう。これよりも大きいエネルギー
のイオンビームでは、数ｋｅＶ以上の場合にはいわゆる
イオン注入の領域になり、基板中への埋め込み効果が顕
著になろう。これら中間のエネルギー域では、表面の極
浅い領域への打ち込みと膜堆積成長とが同時に発生する
ため、極表面に障壁層などが存在する場合に有効である
かもしれない。
材料には、従来の単純なＭＢＥでは成膜が困難であった
材料が含まれよう。その中でも、高融点材料であるシリ
コンを含む材料、詳細にはシリサイド材料全般の成膜に
対して本方法は有効に適用されよう。シリサイド半導体
材料には多くの種類があるものの、資源の豊富さや人体
への影響を考えた場合、環境半導体と呼ばれるベータ鉄
シリサイドやカルシウムシリサイド、マグネシウムシリ
サイド、マンガンシリサイドが有望である。
の別の実施形態が示されている。ここでは、部分イオン
化ビーム源から放出されるビームに対して静電的な偏向
電圧を加えるための偏向電極が追加されている。この偏
向電極は、ビームの中に含まれるイオンビームのみを偏
向するため、偏向電圧を適当に選ぶことによって、図４
で示されるように、イオンビームのみが基板に到達し、
中性分子ビームは基板に到達できないようにすることが
できる。もちろん、このように中性ビームを捨てること
でビームフラックスは大きく減少するが、膜の電気伝導
形を制御するための不純物ドーパントを導入するなど低
フラックスでよい場合には十分利用できる方法となろ
う。ベータ鉄シリサイド中のドーパントとしては、ｎ形
でコバルトやニッケルが、ｐ形ではマンガンが上げられ
よう。
ための機構として、従来の蒸発源からの中性分子ビーム
を利用したが、これとは異なる機構も可能である。例え
ば、レーザーアブレーション技術を利用してイオン化ビ
ームを供給する方法が可能である。あるいは、従来のイ
オン源からのビームを直接利用することも可能であろ
う。
の中性分子ビームと組み合わせることによって化合物の
膜を形成するプロセスについて説明してきたが、すべて
のビームを部分イオン化ビームとすることも可能であ
る。また、本明細書では、２種以上の成分を含む材料の
成膜について説明してきたが、部分イオン化ビームを使
用して単元素材料を膜を成長させることも本発明の範囲
に含まれよう。
子）ビームを活用することにより、従来はエピタキシャ
ル薄膜の作製が困難であった、高融点材料を成分に含む
ベータ鉄シリサイド材料等薄膜をエピタキシャル成長さ
せることが可能になる。
実施形態を組み込んだ成膜装置の模式図。
図。
態の模式図。
Claims (4)
- 【請求項１】単結晶基板材料上へ前記単結晶基板材料と
同種または異種の材料の結晶性膜を成長させる結晶性膜
作製方法であって、 真空雰囲気において前記単結晶基板材料を、成長すべき
材料の結晶成長に適した温度に加熱した状態で、少なく
とも１つの蒸発源から放出される分子または原子ビーム
フラックスを部分的にイオン化し、この部分的イオン化
分子または原子ビームを前記基板上へ導き、かつ同時に
この部分的イオン化分子または原子ビームに加えて、１
または複数の蒸発源からの中性分子または原子ビームを
前記基板上へ導いて、 成長すべき材料の構成元素を供給しサーファクタント効
果による表面反応によって、前記基板上へ結晶性の材料
膜を成長させる、 ことから成る結晶性膜作製方法。 - 【請求項２】前記部分的イオン化は、蒸発源から放出さ
れる分子または原子ビームフラックスに電子線を照射す
ることにより、前記放出される分子または原子ビームに
含まれる分子または原子の一部をイオン化することから
成る請求項１に記載の結晶性膜作製方法。 - 【請求項３】単結晶基板材料上へ前記単結晶基板材料と
同種または異種の材料の結晶性膜を成長させる結晶性膜
作製装置であって、 真空雰囲気において前記単結晶基板材料を、成長すべき
材料の結晶成長に適した温度に加熱した状態で、少なく
とも１つの蒸発源から放出される分子または原子ビーム
フラックスを部分的にイオン化する手段と、 １または複数の蒸発源からの中性分子または原子ビーム
を前記基板上へ導く手段と、 を備え、前記部分的イオン化分子または原子ビームに加
えて、同時に前記中性分子または原子ビームを前記基板
上へ導いて、成長すべき材料の構成元素を供給しサーフ
ァクタント効果による表面反応によって前記基板上へ結
晶性の材料膜を成長させる ことから成る結晶性膜作製装
置。 - 【請求項４】前記部分的イオン化は、蒸発源から放出さ
れる分子または原子ビームフラックスに電子線を照射す
ることにより、前記放出される分子または原子ビームに
含まれる分子または原子の一部をイオン化することから
成る請求項３に記載の結晶性膜作製装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000041180A JP3503054B6 (ja) | 2000-02-18 | 結晶性膜作製方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000041180A JP3503054B6 (ja) | 2000-02-18 | 結晶性膜作製方法及び装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001226193A JP2001226193A (ja) | 2001-08-21 |
| JP3503054B2 true JP3503054B2 (ja) | 2004-03-02 |
| JP3503054B6 JP3503054B6 (ja) | 2004-09-15 |
Family
ID=
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001226193A (ja) | 2001-08-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5196655B2 (ja) | 酸化亜鉛系半導体結晶の製造方法 | |
| US6281099B1 (en) | Method for synthesizing single crystal AIN thin films of low resistivity n-type and low resistivity p-type | |
| JPH06184738A (ja) | 炭素薄膜の形成方法とその改質方法およびその改質方法を用いた電子デバイスおよびｘ線多層膜ミラーとその製造方法 | |
| JP3503054B2 (ja) | 結晶性膜作製方法及び装置 | |
| US4161418A (en) | Ionized-cluster-beam deposition process for fabricating p-n junction semiconductor layers | |
| JP3503054B6 (ja) | 結晶性膜作製方法及び装置 | |
| Shimizu et al. | A molecular and ion-beam epitaxy system for the growth of III-V compound semiconductors using a mass-separated, low-energy group-V ion beam | |
| US20030056716A1 (en) | Esrf source for ion plating epitaxial deposition | |
| Gamo | Focused ion beam technology | |
| US8697549B2 (en) | Deposition of porous films for thermoelectric applications | |
| JP2605148B2 (ja) | 酸化物薄膜の製造方法 | |
| US5956604A (en) | Ohmic contact to Gallium Arsenide using epitaxially deposited Cobalt Digermanide | |
| JP2533233B2 (ja) | 酸化物超伝導薄膜の製造法 | |
| JP2669207B2 (ja) | ＩＶ族半導体分子線エピタキシャル成長におけるｎ型不純物ドーピング方法 | |
| EP0425589B1 (en) | Plasma/radiation assisted molecular beam epitaxy method and apparatus | |
| JPS584920A (ja) | 半導体の製造方法 | |
| Kirkpatrick et al. | Amorphous Silicon Films for Solar Cells by Ionized Cluster Beam Deposition | |
| JP2004099349A (ja) | シリコンクラスター及びその製造方法 | |
| Shimizu et al. | Thin film growth using low-energy multi-ion beam deposition system | |
| JP2705374B2 (ja) | Ｉｉｉ−ｖ化合物半導体上のｉｖ族元素半導体形成方法 | |
| JPS60171732A (ja) | ２−６族化合物半導体ウエハ−の製造方法 | |
| JP2923696B2 (ja) | 半導体膜作製方法 | |
| JPH0817732A (ja) | 半導体装置の製造方法及び半導体の製造方法 | |
| JPH065840A (ja) | 疑似分子性結晶及びその製造方法並びに製造装置 | |
| Moodley et al. | CEMS investigations of Fe-silicide phases formed by the method of concentration controlled phase selection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20031127 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3503054 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20031215 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040311 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040428 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071219 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071219 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071219 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081219 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081219 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091219 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091219 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101219 Year of fee payment: 7 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101219 Year of fee payment: 7 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101219 Year of fee payment: 7 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101219 Year of fee payment: 7 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101219 Year of fee payment: 7 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101219 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131219 Year of fee payment: 10 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |