JP3503054B6 - Crystalline film manufacturing method and apparatus - Google Patents
Crystalline film manufacturing method and apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP3503054B6 JP3503054B6 JP2000041180A JP2000041180A JP3503054B6 JP 3503054 B6 JP3503054 B6 JP 3503054B6 JP 2000041180 A JP2000041180 A JP 2000041180A JP 2000041180 A JP2000041180 A JP 2000041180A JP 3503054 B6 JP3503054 B6 JP 3503054B6
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- molecule
- substrate
- crystalline film
- film
- atom
- 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
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 35
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 17
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 13
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 11
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 11
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 10
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 3
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims 2
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 46
- 239000010408 film Substances 0.000 description 39
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 description 24
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 17
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 12
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005331 FeSi2 Inorganic materials 0.000 description 1
- PMVSDNDAUGGCCE-TYYBGVCCSA-L Ferrous fumarate Chemical group [Fe+2].[O-]C(=O)\C=C\C([O-])=O PMVSDNDAUGGCCE-TYYBGVCCSA-L 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001462 antimony Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- FHTCLMVMBMJAEE-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)manganese Chemical compound [Si]=[Mn]=[Si] FHTCLMVMBMJAEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 229910021346 calcium silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- YTHCQFKNFVSQBC-UHFFFAOYSA-N magnesium silicide Chemical compound [Mg]=[Si]=[Mg] YTHCQFKNFVSQBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021338 magnesium silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001846 repelling effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はエレクトロニクス分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。
【0002】
【従来の技術】
半導体材料の良質の単結晶膜を作製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。
【0003】
【発明の解決しようとする課題】
ベータ鉄シリサイドは鉄原子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。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明では、イオン化された分子(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。
【0005】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に従う部分イオン化ビーム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。
【0006】
この装置を使用して成膜を行う場合、3種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。
【0007】
更にサーファクタント効果を利用する成膜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。
【0008】
図2は部分イオン化ビーム源の構成例をよ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。
【0009】
図3には基板表面におけるエピタキシャル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20eV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。
【0010】
本方法を適用することが適当と見込まれる材料には、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。
【0011】
図4には、本発明の部分イオン化ビーム源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。
【0012】
これまで、部分イオン化ビームを供給するための機構として、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。
【0013】
本明細書では、部分イオン化ビームを従来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。
【発明の効果】
本発明では、イオン化された分子(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が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う部分イオン化ビーム源の第1好適実施形態を組み込んだ成膜装置の模式図。
【図2】本発明の部分イオン化ビーム源の模式図。
【図3】基板上へのエピタキシャル膜成長機構の模式図。
【図4】本発明の部分イオン化ビームの別の好適実施形態の模式図。
【符号の説明】
1 基板
2 基板ホルダー
3 基板用マニピュレータ
4,5 中性分子ビーム源
6 部分イオン化ビーム源
8 イオン化機構
9 部分イオン化ビーム
10 成長室[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for epitaxially growing a crystalline film of the same or different material as a substrate crystal on a crystalline substrate, and more particularly to a method of manufacturing a silicon single crystal in a field of materials in the electronics field. A method for growing a crystalline film of a silicide material on a substrate.
[0002]
[Prior art]
In order to produce a high quality single crystal film of a semiconductor material, various film forming methods have been conventionally developed, including a molecular beam epitaxial film forming method, a sputter film forming method, and a CVD film forming method. Is widely known. Among them, the molecular beam epitaxial film forming method is a method of growing a film in an ultra-high vacuum atmosphere, and thus is a method generally accepted in the industry as a method capable of obtaining a very high quality film with few impurities. is there. The material field where the molecular beam epitaxial film formation method is most effective is to produce a high-quality epitaxial film of a III-V group compound semiconductor material such as gallium arsenide, which is generally difficult to produce a high-quality substrate bulk material. It is a scene.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Beta iron silicide is an environmental semiconductor material in which one iron atom and two silicon atoms constitute a molecule. Numerous approaches have also been attempted to produce good quality films of beta iron silicide. Heretofore, attempts have been made to form a beta iron silicide film using a molecular beam epitaxial growth method widely used for producing a semiconductor epitaxial film. However, to date, attempts to grow a beta-iron silicide epitaxial film by simultaneously irradiating a silicon substrate kept at a high temperature with a silicon molecular beam and an iron molecular beam have shown that a polycrystalline structure has been removed except for an extremely thin film. And it is said that an accurate stoichiometric composition ratio cannot be realized. On the other hand, film formation using a silicon ion beam and an iron ion beam alternately in place of a molecular beam has also been attempted. The original purpose of an ion beam is to realize high-purity film formation by performing mass separation using a magnetic field and then selecting ion species after ionization. It is said that an epitaxial film grows. However, in this method, since the tendency that most of the molecular beam flux is lost at the stage of ion beam formation is inevitable, productivity is greatly impaired. The equipment also becomes large-scale, and practical application is difficult in terms of production cost.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, by utilizing an ionized molecular (atomic) beam, it is possible to epitaxially grow a thin film such as a beta iron silicide material containing a high melting point material as a component, which has conventionally been difficult to produce an epitaxial thin film. Provide a membrane method.
[0005]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic diagram of a film forming apparatus using a partially ionized
[0006]
When performing film formation using this apparatus, three types of modes may be considered. First, it will be appreciated that if the ionization mechanism for the partially ionized beam is not activated, the cell will function as a conventional K-cell that supplies a conventional neutral beam. In that case, film formation by the conventional MBE technique can be performed. Next, when the ionization mechanism is operated, it is possible to realize multi-material deposition utilizing the partial ionization beam of the present invention in combination with the neutral molecular beam from the conventional K cell. It is possible to change the ionization efficiency by controlling the electron generation and thermionic acceleration voltage. As a result, the ratio between the ion flux and the neutral flux in the partial ionization beam can be changed, and it is possible to select an ionization ratio that can realize optimal film formation in accordance with the combination of materials. The combined use of an ionization beam is expected to realize the epitaxial growth of an epi-difficult material such as beta iron silicide, which could not be conventionally achieved by a neutral molecular beam.
[0007]
Further, a film forming technique utilizing the surfactant effect is known, but new film forming by applying the present apparatus to the technique is possible. As an example, a case in which a beta iron silicide film is formed using a surfactant effect will be described. In the apparatus of FIG. 1, an SbSi2 film can be grown by supplying a molecular beam of antimony to a silicon substrate from one of the conventional K cells. At this time, if an iron beam is supplied simultaneously as a partial ionization beam, antimony is replaced by iron by a surface reaction due to a surfactant effect, and FeSi2 is formed. The beta iron silicide film grows by maintaining the substrate temperature at this time at a beta phase formation temperature of about 950 ° C. or less. The substituted antimony evaporates by itself.
[0008]
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of the partial ionization beam source in more detail. By irradiating a molecular beam from a conventional evaporation source (K cell) with an electron shower in the ionization mechanism, a part of the molecules (atoms) of the neutral molecular beam is ionized, thereby forming a partially ionized beam. Supplied. According to the present method, a simple ionization mechanism is added to the outlet of a normal evaporation source (K cell) without requiring a large-scale apparatus for ionizing all atoms and performing mass spectrometry. Since the apparatus can be constructed, the cost of the apparatus can be kept low, and the beam flux is not lost.
[0009]
FIG. 3 schematically shows an epitaxial film growth mechanism on the substrate surface. Regarding the difference in behavior on the substrate surface when neutral atoms and ions in the low energy region enter the substrate, it is conceivable that the energy of the flying particles is different. The kinetic energy of molecules or atoms in a molecular beam emitted from an evaporation source heated to a temperature of about 1000 ° C. is at most about 0.1 eV, whereas the acceleration voltage of a general ion beam is several eV. To about 1 keV, even at the lowest acceleration, the atoms carried by the ion beam reach the substrate surface with about one order of magnitude greater energy than thermal atoms. Therefore, it can be considered that the ionized molecules can easily move to the kink position, which is the growth front, while actively moving on the substrate surface, and the epitaxial film growth is promoted. It is expected that the probability of epitaxial film formation will be increased because the activated surface motion will increase the chances of crossing the reaction potential barrier to form beta iron silicide molecules. Other than speculation, due to the electromagnetic force effect of the charged charge accompanying ionization, ions move on the substrate surface, aggregate into kinks, bond with the substrate atoms and the partner atoms that constitute iron silicide molecules. , Etc. would be expected to be more activated than in the neutral case. The effect of such an ionized beam is expected even if all of the atomic flux is not ionized. As described with reference to FIG. 2, a simple structure in which a thermoelectron emission source is provided at the exit of the K cell, which is a general molecular beam source, ionizes some molecules (atoms) of the molecular beam evaporated from the K cell. By doing so, a partially ionized beam can be produced. By ionizing, it is possible to control the energy of ions by changing the ion acceleration voltage, and to accurately measure the number of ions by measuring the beam current. The deposition mode will change depending on the ion beam energy region. In the case of an ion beam of about 20 eV or less, which is the displacement energy of the substrate atoms, the ion beam is expected to be actively moved on the surface without repelling the substrate atoms. I can imagine. In the case of an ion beam having an energy larger than this, if it is several keV or more, it becomes a so-called ion implantation region, and the effect of embedding in the substrate will be remarkable. In these intermediate energy regions, implantation into a very shallow surface region and film deposition growth occur simultaneously, which may be effective when a barrier layer or the like exists on the very surface.
[0010]
Materials for which the present method is expected to be suitable include those which would have been difficult to form with conventional simple MBE. Among them, the present method will be effectively applied to a film containing silicon as a high melting point material, in particular, a silicide material in general. Although there are many types of silicide semiconductor materials, beta-iron silicide, calcium silicide, magnesium silicide, and manganese silicide, which are called environmental semiconductors, are promising when considering the abundance of resources and the effect on the human body.
[0011]
FIG. 4 shows another embodiment of the partial ionization beam source of the present invention. Here, a deflection electrode for applying an electrostatic deflection voltage to the beam emitted from the partial ionization beam source is added. Since this deflection electrode deflects only the ion beam included in the beam, by appropriately selecting the deflection voltage, only the ion beam reaches the substrate as shown in FIG. The substrate can not be reached. Of course, discarding the neutral beam in this way greatly reduces the beam flux, but it will be a method that can be used sufficiently when a low flux is sufficient, such as by introducing an impurity dopant for controlling the electric conduction type of the film. . The dopants in beta iron silicide would include cobalt and nickel in the n-type and manganese in the p-type.
[0012]
Until now, as a mechanism for supplying a partially ionized beam, a neutral molecular beam from a conventional evaporation source has been used, but a different mechanism is also possible. For example, a method of supplying an ionized beam using a laser ablation technique is possible. Alternatively, a beam from a conventional ion source could be used directly.
[0013]
Although the process of forming a compound film by combining a partially ionized beam with a conventional neutral molecular beam has been described herein, all beams can be partially ionized beams. In addition, although the present specification has described the deposition of a material containing two or more components, growing a single-element material using a partial ionization beam is also included in the scope of the present invention.
【The invention's effect】
In the present invention, by utilizing an ionized molecular (atomic) beam, it is possible to epitaxially grow a thin film such as a beta iron silicide material containing a high melting point material as a component, which has conventionally been difficult to produce an epitaxial thin film. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a film forming apparatus incorporating a first preferred embodiment of a partial ionization beam source according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a partial ionization beam source according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a mechanism for growing an epitaxial film on a substrate.
FIG. 4 is a schematic diagram of another preferred embodiment of the partial ionization beam of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
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。A method for producing a crystalline film of the same or different material as the single crystal substrate material on a single crystal substrate material, comprising:
In a state where the single crystal substrate material is heated in a vacuum atmosphere to a temperature suitable for crystal growth of the material to be grown, a molecular or atomic beam flux emitted from at least one evaporation source is partially ionized. manner the ionized molecules or atoms beam-out guide to the substrate, and simultaneously added to the partially ionized molecules or atomic beam, guides the neutral molecules or atoms beams from one or more evaporation sources to the substrate,
A surface reaction to supply constituent elements of to be grown material by surfactant effect Accordingly, growing a crystalline material film to the substrate,
A method for producing a crystalline film.
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。A crystalline film manufacturing apparatus for growing a crystalline film of the same or different material as the single crystal substrate material on a single crystal substrate material,
Means for partially ionizing a molecular or atomic beam flux emitted from at least one evaporation source while heating the single crystal substrate material in a vacuum atmosphere to a temperature suitable for crystal growth of the material to be grown ;
Means for directing a neutral molecule or atom beam from one or more evaporation sources onto said substrate;
Wherein the partially ionized molecules or atoms beam pressurized forte, simultaneously directing the neutral molecule or atom beams onto said substrate, wherein supplying the constituent elements of the to be grown material by surface reaction with Surf Akutanto effects board crystalline film production apparatus which comprises growing a crystal of the material film onto.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000041180A JP3503054B6 (en) | 2000-02-18 | Crystalline film manufacturing method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000041180A JP3503054B6 (en) | 2000-02-18 | Crystalline film manufacturing method and apparatus |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001226193A JP2001226193A (en) | 2001-08-21 |
JP3503054B2 JP3503054B2 (en) | 2004-03-02 |
JP3503054B6 true JP3503054B6 (en) | 2004-09-15 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI623026B (en) | Method for processing substrate | |
JP5196655B2 (en) | Method for producing zinc oxide semiconductor crystal | |
WO2013176867A1 (en) | Gallium ion source and materials therefore | |
Sobell et al. | Hollow cathode plasma electron source for low temperature deposition of cobalt films by electron-enhanced atomic layer deposition | |
US6811611B2 (en) | Esrf source for ion plating epitaxial deposition | |
JP3503054B6 (en) | Crystalline film manufacturing method and apparatus | |
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 | |
US9024273B2 (en) | Method to generate molecular ions from ions with a smaller atomic mass | |
JP3503054B2 (en) | Crystalline film manufacturing method and apparatus | |
Gamo | Focused ion beam technology | |
JP3550665B2 (en) | Method for producing silicon carbide thin film | |
US8697549B2 (en) | Deposition of porous films for thermoelectric applications | |
JP2605148B2 (en) | Manufacturing method of oxide thin film | |
JPS584920A (en) | Manufacture of semiconductor | |
Shimizu et al. | Thin film growth using low-energy multi-ion beam deposition system | |
US5956604A (en) | Ohmic contact to Gallium Arsenide using epitaxially deposited Cobalt Digermanide | |
JP2004099349A (en) | Silicon cluster and method for manufacturing the same | |
JP2669207B2 (en) | Method for n-type impurity doping in group IV semiconductor molecular beam epitaxial growth | |
JP3102540B2 (en) | Method for forming low hydrogen content amorphous silicon semiconductor thin film | |
JPH068240B2 (en) | Thin film manufacturing method | |
JPH065840A (en) | Pseudomolecular crystal, its manufacture and its manufacturing apparatus | |
JPH0817732A (en) | Manufacture of semiconductor device and manufacture of semiconductor | |
JPH05345696A (en) | Production of diamond film | |
Moodley et al. | CEMS investigations of Fe-silicide phases formed by the method of concentration controlled phase selection | |
JPH051974B2 (en) |