JP3865513B2 - Method of forming nitride or nitride surface by nitrogen compound gas cluster ion beam - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、クライスターイオンビームによる窒化物の形成方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、微細MOSトランジスタでのゲートからチャンネル領域への不純物拡散抑止のためのSi基板あるいはゲート酸化膜へのSi窒化物堆積や、 III族窒化物半導体のMBE成長、各種金属の表面窒化、材料表面の高強度化および高耐候性化、低融点金属の表面窒化等において有用な、クラスターイオンビームを用いた窒化物もしくは窒化表面の新しい形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、窒化物や窒化表面を形成するための各種の方法が採用されている。たとえばその代表的な方法として知られているものに、アンモニアガスの表面吸着と熱分解による窒化(熱CVD法)方法や、Ar等の希ガスの放電により得られるプラズマの補助を得て成膜する、いわゆるプラズマあるいはイオンビームアシスト法がある。これらの方法は大面積の試料表面の処理には好都合であることから一般に採用されている方法である。しかしながら、これらの方法では、500〜1000℃の高温を必要とする点が問題となる。このような高温条件を保つための装置手段は特殊なものであって、その作製、メンテナンスの負担が大きく、熱による劣化や変質の観点から対象とする試料の種類にもおのずと制約があった。またイオンビームアシスト法では高エネルギーイオンによる基板表面の損傷が避けにくいという欠点がある。
【0003】
このように、これらの従来技術のなかでは、プラズマあるいはイオンビームアシスト法は、より精密な成膜や表面窒化が可能であって、より低い温度の採用が可能であると期待されているものの、具体的な展開にはいまだ多くの問題をかかえているのが実情である。
また、近年では電子デバイスへの窒化物の利用の点において、この窒化物形成技術の革新が求められている。たとえば III族窒化物半導体は紫から紫外波長領域の禁制帯幅をもち、紫から紫外波長域の発光素子(LEDあるいはLD(レーザーダイオード)として注目を集めている。現状では、この III族窒化物は、CVD法により1000℃程度の高温で結晶成長がなされている。 III族窒化物の成長は,従来ではこのようにCVD法が主でるが、一方、MBE(Molecular Beam Epitaxy) 法ではRF放電あるいはECRプラズマ等で得られたラジカル窒素と呼ばれる化学的にアクティブな窒素分子が用いられている。しかしながら実情は原子状窒素、窒素イオン等が多量に含まれる混合物であることからどの種が成長に寄与しているのかは明確ではなく、得られた薄膜の結晶性もCVD法に劣っていることから、MBE法による III族窒化物の形成は現実的なものになっていない。また窒素分子線強度も十分とはいえず成長速度等に問題がある。
【0004】
広禁制帯幅をもつII・VI族化合物へのアクセプター種としての窒素ドーピングについても上記プラズマ源がもっぱら使用されている。しかし上記同様にどの種が実際のドーピングに寄与しているのかは明確ではない。さらにZnSe以外の広禁制帯幅II−VI族化合物ではp型伝導制御はできていない。
以上のように、プラズマあるいはイオンアシスト法、さらにはMBE法は、精密な固体表面の加工、修飾、あるいは改質や成膜の手段として期待され、その一部は実用的にも利用されているものの、依然として多くの問題をかかえているのが実情である。特にこれらの従来の方法においては、試料もしくはその表面にダメージ(損傷)を与えることなしに、より低い温度において、選択的な加工、修飾、改質、そして成膜等のプロセスとして窒化物もしくは窒化表面を形成することが大きな課題になっていた。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、以上のとおりの従来技術の課題を解決するものとして、以下の方法を提供するものである。すなわち、
まず第1には、GaAs基板表面に、窒素化合物のガスクラスターのイオンビームを照射することにより窒化物もしくは窒化表面を形成することを特徴とする窒化物もしくは窒化表面の形成方法を提供する。
【0006】
そしてこの方法に関連して、第2には、窒素化合物が、窒素、アンモニア、酸化窒素、有機含窒素化合物、もしくはアンモニウムまたは有機含窒素化合物の金属錯体である前記方法を、第3には、不活性ガスもしくは他種元素化合物のクラスターイオンビームをともに照射する方法を提供する。
【0007】
また、第4には、前記いずれかの方法において、あらかじめ固体表面を、不活性ガスのクラスターイオンの照射により清浄化もしくは平坦化することを特徴とする窒化物もしくは窒化表面の形成方法を、第5には、ガスクラスターイオンビームを収束もしくは偏向させて位置選択的に窒化物もしくは窒化表面を形成することを特徴とする窒化物もしくは窒化表面の形成方法を、第6には、窒素化合物ガスクラスターイオンビームとともに元素もしくは元素化合物分子線を照射することを特徴とする窒化物もしくは窒化表面の形成方法をも提供する。
【0008】
以上のとおりの特徴を有するこの出願の発明は、発明者らにより提案され、具体的に技術としても展開されつつあるガスクラスターイオンビーム技術をさらに発展されたものである。
ガスクラスターイオンビーム技術として窒化物もしくは窒化表面の形成を可能とした点においてこの発明は画期的なものと言える。
【0009】
この発明の特徴をさらに概観すると次のとおりである。
ア)スパッタリング効果による固体表面の清浄化、平坦化、あるいは反応性ガスクラスターイオンビームによる選択エッチング等従来技術の表面改質に主眼がおかれていたガスクラスターイオンビームの利用方法に加えて、クラスターイオンを構成する原子あるいは分子種を結晶の構成要素とする結晶成長に応用した。つまり、窒素化合物クラスターイオンビームを直接照射することで、蒸着法では形成不可能なより緻密で密着性の高い高品質の窒化膜形成が可能となる。
【0010】
イ)窒化物材料生成のためのクラスターイオンビーム形成の材料として、通常では反応性が低い、窒素ガス以外のクラスター材料に着目し、これを用いることを可能とした。
ウ)数百〜数千個の分子集団を1価にイオン化することにより低電流で高密度分子数が確保でき、中性ビーム照射に近い状態としている。従って、分子単体のイオンビームを用いたとき、あるいはプラズマアシスト法のときのような基板表面でのチャージアップの問題点がほとんどなく絶縁物の窒化にも適用できる。
【0011】
エ)原子あるいは分子単体のイオンビームに比較してはるかに低エネルギービームである(1分子当たり1〜10eV程度)ため、基板表面の損傷の恐れがほとんどない。一方1分子当たりを熱エネルギーに換算をすれば1万〜10万度の超高温度に相当し、さらに基板衝突時の多体効果により窒素化合物は基板を昇温することなく分解し、比較的低温で窒化反応が可能である。
【0012】
オ)イオンビームであるため、静電レンズを用いて微小面積(数10μm程度)に収束でき、また偏向電極を用いることでビームの偏向が可能である。この性質を利用することで、試料の微細構造の窒化あるいは窒素注入が可能となる。さらにビームの指向性が良いことから、マスクプロジェクション法において、マスクエッジからのビームの回り込みの少ない、つまりマスクパターンに忠実なパターンをもつ試料の窒化あるいは窒素注入が可能である。
【0013】
【発明の実施の形態】
そこで以下にこの発明の実施例を示し、さらに詳しくその実施の形態について説明する。
【0014】
【実施例】
図1には、この発明の方法のためのクラスターイオンビーム装置を例示した。このクラスターイオンビーム装置は、クラスター発生部(A)とイオン化部(B)、加速部(C)、作用部(D)とから構成される。クラスター発生部(A)には石英ガラス製のコニカルノズルが位置調整用のマニピュレータに取り付けられている。外部に接続されたガス導入パイプから導入された窒素化合物ガスをノズルから噴出させ、クラスターを形成する。
【0015】
ガスクラスターを生成するためのガスは各種の窒素化合物であってよく、たとえばN2 ,NH3 ,NOx ,N含有有機化合物、あるいは含N金属錯体等である。これらのガスについて、たとえばアンモニアは300Kで約10bar、273K(0℃)で4.3barの飽和蒸気圧しか持たない。いっぽうクラスター発生用には2〜4barの圧力で供給する必要がある。このことは供給配管系、特にボンベ減圧弁、マスフローメーター(流量調整弁)およびノズル部等の気体膨張が伴う機構をもつ部所で再液化が起り得る。また室温の変化に伴い供給圧力が変動しかねない。供給圧力の変動はクラスターサイズに影響を及ぼす。したがって、ノズルには一定温度を保つための温度調節機構を、ガスボンベを含めた配管系には加熱機構を設ける。
【0016】
形成されたクラスターがクラスター発生部(A)とイオン化部(B)との仕切に設けられたスキマーを通ってイオン化部(B)、加速部(C)に入射する。クラスターはイオン化部(B)で、たとえばフィラメントで発生させた熱電子照射により1価にイオン化される。引きだし電極により引きだされた後、加速部(C)で加速、収束される。得られたクラスターイオンビーム中のクラスターサイズ分布は、たとえば阻止電圧法により測定することができる。
【0017】
粒子や薄膜としての窒化物の形成、もしくは成膜やイオン注入等による窒化表面の形成のための固体表面基板はたとえばモリブンデン製の基板ホルダーに取り付けた後、マニピュレータに固定され、背面よりたとえば抵抗加熱される。また、装置には、クラスターイオンビーム以外の原材料供給のためのポートが設けられており、ガス状あるいは固体の場合には抵抗加熱等で分子線として供給する。
【0018】
以上の装置においては、必要に応じてアルゴンクラスターイオンビームで基板表面処理(平坦化、清浄化)を行った後、窒素化合物クラスターイオンビームを用いて窒化を行う。また各種金属材料分子線あるいは有機金属をガス状で供給することで、窒化物薄膜成長を行う。
<1>アルゴンクラスターイオンビームの発生;図2には、阻止電圧法により求めたアルゴンクラスターイオン電流値の阻止電圧依存性を示した。アルゴン流量の増加に伴い、電流値が増加する。図3にはこの結果から求めたクラスターサイズ分布を示したものである。図3の横軸は1個のクラスターを形成しているアルゴン原子数、縦軸はクラスイター数である。流量が少ないときにはモノマー(横軸ゼロの位置)が大部分を占める。流量増加に伴い徐々に大きなクラスターが形成される。またその数も増大する。この例で得られた最大クラスターサイズは流量0.6SLMのときに約800原子数/クラスターである。
【0019】
<2>アンモニアクラスターイオンビームの発生;図4および図5には、原料ガスとしてアンモニアを使用したときの結果を示した。図4は阻止電圧法により求めたアンモニアクラスターイオン電流値の阻止電圧依存性を示したものであり、アルゴンの場合と同様の結果が得られる。図5はこの結果から求めたクラスターサイズ分布を示している。アルゴンの場合と同様に流量増加に伴い徐々に大きなクラスターが形成される。注目すべき点は、アルゴンのときと同じ流量でより大きなクラスターが形成されていることである。アンモニアはアルゴンに比べて分子間結合エネルギーが大きいので、同一条件下でより大きなクラスターが形成されると期待されるが、その通りの結果が得られた。
【0020】
<3>窒素化合物ガスとしてアンモニアを用いたときの窒化の例を示す。所定の基板温度下で所定のエネルギーのアンモニアクラスターイオンビームを所定の時間照射する。照射後、試料一旦空気中に取り出しXPS(X-ray Photo-clcctron Spectroscopy) 装置に移送した。XPSスペクトルの測定により窒化の有無を調べた。以下にその結果を示す。照射条件は何れも約2μA/cm2 の電流値で2時間である。照射温度のみ異なる。クラスターサイズのピーク値が1000個/クラスターなので、総ドーズ量は1017/cm2 弱となる。
【0021】
図6は、Si基板に対する結果である。照射基板温度は室温である。照射後空気中を運搬していることを考え、Arイオンビームで30秒間表面をエッチングした後のXPSスペクトルであり、窒素の信号が観測されている。ちなみにクラスターイオンを照射しなかった試料では窒素の信号は全く観測されず、空気中の窒素が付着した結果でないことは明白である。照射基板温度を室温以上700℃までの何点かで照射した試料でも同様の結果が得られており、Siの窒化物が形成されたことは明白である。アンモニア単体ガスを供給したときには、室温では窒化物は決して形成されないことを鑑みると、非常に重要な効果と言える。
【0022】
図7はGaAs基板に対する結果である。照射基板温度は550℃であり、やはり窒素の信号が観測される。GaAsでは450℃程度以下あるいは650℃程度以上の温度では窒素の信号は観測されなかった。GaAsの窒化は基板からのAsの脱離の程度と窒素原子の供給の割合が重要なファクターとなっていることを示唆している。クラスターイオンを用いず、単純にアンモニアガス雰囲気中で窒化をするには900〜1000℃の高温を必要とすることを考えると、ガスクラスターイオン使用の有用性が明白である。
【0023】
もちろんこの出願の発明は以上の例によって限定されることはない。様々な態様としてこの発明は実施される。
【0024】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、窒素化合物のガスクラスターイオンビームを用いた窒化物の形成や、試料表面の窒化が可能とされる。ガスクラスター原料としては、窒素、アンモニア、アンモニウム金属錯体等広範囲の窒素化合物が利用可能であり、かつ被処理試料も金属、半導体、絶縁体と様々な物に適用できる。CVD法に比べて低温で処理が可能であり、イオンビームアシスト法よりは表面のダメージが小さい等の優れた効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のガスクラスターイオンビーム装置を例示した構成図である。
【図2】Arガスクラスターイオンビームの阻止電圧とイオン電流との関係を示した図である。
【図3】Arガスクラスターイオンビームのクラスターサイズの分布を示した図である。
【図4】アンモニアガスクラスターイオンビームの阻止電圧とイオン電流との関係を示した図である。
【図5】アンモニアガスクラスターイオンビームのクラスターサイズ分布を示した図である。
【図6】Si基板の窒化の例を示したXPSスペクトル図である。
【図7】GaAs基板の窒化の例を示したXPSスペクトル図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a method of forming a nitride by a Christer ion beam. More specifically, the invention of this application relates to Si nitride deposition on a Si substrate or gate oxide film for suppressing impurity diffusion from a gate to a channel region in a fine MOS transistor, MBE growth of a group III nitride semiconductor, The present invention relates to a new method for forming a nitride or a nitrided surface using a cluster ion beam, which is useful in surface nitriding of various metals, increasing the strength and weather resistance of material surfaces, surface nitriding of low melting point metals, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various methods for forming a nitride or a nitrided surface have been adopted. For example, known methods include nitriding (thermal CVD method) by surface adsorption and thermal decomposition of ammonia gas, and film formation with the assistance of plasma obtained by discharge of rare gas such as Ar. There are so-called plasma or ion beam assist methods. These methods are generally employed because they are convenient for the treatment of a large area sample surface. However, these methods have a problem in that a high temperature of 500 to 1000 ° C. is required. The device means for maintaining such a high temperature condition is a special one, and the burden of production and maintenance is large, and the kind of the target sample is naturally restricted from the viewpoint of deterioration and alteration due to heat. Further, the ion beam assist method has a drawback that it is difficult to avoid damage to the substrate surface by high energy ions.
[0003]
Thus, among these conventional techniques, the plasma or ion beam assist method is capable of more precise film formation and surface nitriding, and is expected to be able to adopt a lower temperature. The actual situation is that there are still many problems in concrete development.
In recent years, there has been a demand for innovation in this nitride formation technology in terms of the use of nitrides in electronic devices. For example, Group III nitride semiconductors have a forbidden band from the violet to the ultraviolet wavelength region, and are attracting attention as light emitting devices (LEDs or LDs (laser diodes)) from the violet to the ultraviolet wavelength region. The crystal growth is performed at a high temperature of about 1000 ° C. by the CVD method, while the growth of group III nitride has been mainly the CVD method in the past, whereas the MBE (Molecular Beam Epitaxy) method is an RF discharge. Alternatively, chemically active nitrogen molecules called radical nitrogen obtained by ECR plasma, etc. are used, however, the actual situation is a mixture containing a large amount of atomic nitrogen, nitrogen ions, etc. It is not clear whether it contributes, and the crystallinity of the obtained thin film is inferior to that of the CVD method. Therefore, the formation of group III nitride by the MBE method is realistic. Not now. In addition there is a problem with the growth rate such as nitrogen molecular beam intensity is also not sufficient.
[0004]
The above plasma source is also used exclusively for nitrogen doping as an acceptor species for II and VI group compounds having a wide band gap. However, it is not clear which species contribute to the actual doping as described above. Furthermore, wide-forbidden band II-VI group compounds other than ZnSe cannot control p-type conduction.
As described above, the plasma or ion assist method and further the MBE method are expected as means for precise solid surface processing, modification, modification and film formation, and some of them are also practically used. However, the reality is that it still has many problems. In particular, in these conventional methods, nitride or nitridation is performed as a process such as selective processing, modification, modification, and film formation at a lower temperature without damaging the sample or the surface thereof. Forming the surface has been a major issue.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The invention of this application provides the following method as a solution to the problems of the prior art as described above. That is,
First, there is provided a nitride or nitride surface forming method characterized in that a nitride or nitride surface is formed by irradiating the surface of a GaAs substrate with an ion beam of a nitrogen compound gas cluster.
[0006]
And in connection with this method, secondly, the nitrogen compound is nitrogen, ammonia, nitric oxide, an organic nitrogen-containing compound, or ammonium or a metal complex of an organic nitrogen-containing compound, and thirdly, Provided is a method of irradiating a cluster ion beam of an inert gas or another kind of element compound together .
[0007]
According to a fourth aspect of the present invention , there is provided a method of forming a nitride or a nitrided surface characterized in that in any of the above methods, the solid surface is cleaned or planarized beforehand by irradiation with cluster ions of an inert gas . No. 5 is a method of forming a nitride or nitride surface by focusing or deflecting a gas cluster ion beam to selectively form a nitride or nitride surface, and sixth is a nitrogen compound gas cluster. There is also provided a method of forming a nitride or nitride surface, which is characterized by irradiating an elemental or elemental compound molecular beam with an ion beam .
[0008]
The invention of this application having the features as described above is a further development of the gas cluster ion beam technology which has been proposed by the inventors and is being developed as a specific technology.
The present invention is epoch-making in that a nitride or nitride surface can be formed as a gas cluster ion beam technique.
[0009]
The features of the present invention will be further outlined as follows.
A) In addition to the use of gas cluster ion beam, which focused on surface modification of the prior art, such as cleaning, flattening of the solid surface by sputtering effect, or selective etching with reactive gas cluster ion beam, the cluster It was applied to crystal growth using atoms or molecular species constituting ions as a component of the crystal. That is, by directly irradiating the nitrogen compound cluster ion beam, it is possible to form a high-quality nitride film that is denser and has higher adhesion, which cannot be formed by vapor deposition.
[0010]
B) As a material for forming a cluster ion beam for producing a nitride material, attention was paid to a cluster material other than nitrogen gas, which is usually low in reactivity, and this can be used.
C) By ionizing several hundred to several thousand molecular groups to be monovalent, the number of high-density molecules can be secured with a low current, and the state is close to that of neutral beam irradiation. Therefore, there is almost no problem of charge-up on the substrate surface as in the case of using an ion beam of a single molecule or the plasma assist method, and it can be applied to nitriding of an insulator.
[0011]
D) Since it is a much lower energy beam (about 1 to 10 eV per molecule) than an ion beam of atoms or molecules, there is almost no risk of damage to the substrate surface. On the other hand, if converted into thermal energy per molecule, it corresponds to an ultra-high temperature of 10,000 to 100,000 degrees C. Further, the nitrogen compound decomposes without increasing the temperature of the substrate due to the many-body effect at the time of substrate collision, Nitriding reaction is possible at low temperature.
[0012]
E) Since it is an ion beam, it can be converged to a very small area (several tens of μm) by using an electrostatic lens, and it is possible to deflect the beam by using a deflection electrode. By utilizing this property, it becomes possible to perform nitridation or nitrogen implantation of the microstructure of the sample. Furthermore, since the directivity of the beam is good, in the mask projection method, it is possible to perform nitridation or nitrogen implantation of a sample having a small beam wraparound from the mask edge, that is, a pattern faithful to the mask pattern.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Therefore, examples of the present invention will be shown below, and the embodiments will be described in more detail.
[0014]
【Example】
FIG. 1 illustrates a cluster ion beam apparatus for the method of the present invention. This cluster ion beam apparatus includes a cluster generation part (A), an ionization part (B), an acceleration part (C), and an action part (D). In the cluster generating part (A), a conical nozzle made of quartz glass is attached to a manipulator for position adjustment. A nitrogen compound gas introduced from a gas introduction pipe connected to the outside is ejected from a nozzle to form a cluster.
[0015]
The gas for generating the gas cluster may be various nitrogen compounds, such as N 2 , NH 3 , NO x , an N-containing organic compound, or an N-containing metal complex. For these gases, for example, ammonia has only a saturated vapor pressure of about 10 bar at 300 K and 4.3 bar at 273 K (0 ° C.). On the other hand, it is necessary to supply at a pressure of 2 to 4 bar for cluster generation. This can cause reliquefaction in the supply piping system, particularly in a portion having a mechanism with gas expansion such as a cylinder pressure reducing valve, a mass flow meter (flow rate adjusting valve) and a nozzle portion. Also, the supply pressure may vary with changes in room temperature. Supply pressure fluctuations affect cluster size. Therefore, the nozzle is provided with a temperature adjusting mechanism for maintaining a constant temperature, and the piping system including the gas cylinder is provided with a heating mechanism.
[0016]
The formed cluster is incident on the ionization part (B) and the acceleration part (C) through the skimmer provided in the partition between the cluster generation part (A) and the ionization part (B). A cluster is ionized by the ionization part (B), for example by thermionic irradiation generated with the filament. After being drawn out by the drawing electrode, it is accelerated and converged by the acceleration part (C). The cluster size distribution in the obtained cluster ion beam can be measured, for example, by the blocking voltage method.
[0017]
A solid surface substrate for forming nitrides as particles or thin films, or forming a nitrided surface by film formation or ion implantation, for example, is attached to a substrate holder made by Molybdenden, and then fixed to a manipulator, for example, resistance heating from the back Is done. In addition, the apparatus is provided with a port for supplying raw materials other than the cluster ion beam, and in the case of a gas or solid, it is supplied as a molecular beam by resistance heating or the like.
[0018]
In the above apparatus, substrate surface treatment (planarization and cleaning) is performed with an argon cluster ion beam as necessary, and then nitridation is performed using a nitrogen compound cluster ion beam. Also, nitride thin film growth is performed by supplying various metal material molecular beams or organic metals in a gaseous state.
<1> Generation of Argon Cluster Ion Beam; FIG. 2 shows the inhibition voltage dependency of the argon cluster ion current value obtained by the inhibition voltage method. As the argon flow rate increases, the current value increases. FIG. 3 shows the cluster size distribution obtained from this result. In FIG. 3, the horizontal axis represents the number of argon atoms forming one cluster, and the vertical axis represents the number of classifiers. When the flow rate is small, the monomer (position of zero on the horizontal axis) occupies most. Large clusters are gradually formed as the flow rate increases. The number also increases. The maximum cluster size obtained in this example is about 800 atoms / cluster at a flow rate of 0.6 SLM.
[0019]
<2> Generation of Ammonia Cluster Ion Beam; FIGS. 4 and 5 show the results when ammonia is used as the source gas. FIG. 4 shows the inhibition voltage dependency of the ammonia cluster ion current value obtained by the inhibition voltage method, and the same result as in the case of argon is obtained. FIG. 5 shows the cluster size distribution obtained from this result. As in the case of argon, large clusters are gradually formed as the flow rate increases. It should be noted that larger clusters are formed at the same flow rate as argon. Since ammonia has a higher intermolecular bond energy than argon, it is expected that larger clusters will be formed under the same conditions.
[0020]
<3> An example of nitriding when ammonia is used as the nitrogen compound gas is shown. An ammonia cluster ion beam having a predetermined energy is irradiated for a predetermined time under a predetermined substrate temperature. After irradiation, the sample was once taken out into the air and transferred to an XPS (X-ray Photo-clcctron Spectroscopy) apparatus. The presence or absence of nitriding was examined by measuring the XPS spectrum. The results are shown below. Irradiation conditions are 2 hours at a current value of about 2 μA / cm 2 . Only the irradiation temperature is different. Since the peak value of the cluster size is 1000 / cluster, the total dose amount is less than 10 17 / cm 2 .
[0021]
FIG. 6 shows the results for the Si substrate. The irradiation substrate temperature is room temperature. It is an XPS spectrum after etching the surface with an Ar ion beam for 30 seconds in consideration of carrying in the air after irradiation, and a nitrogen signal is observed. Incidentally, no nitrogen signal was observed in the sample that was not irradiated with cluster ions, and it is clear that this was not the result of the attachment of nitrogen in the air. Similar results were obtained for samples irradiated at several points from room temperature to 700 ° C., and it is clear that Si nitride was formed. In view of the fact that nitride is never formed at room temperature when a single ammonia gas is supplied, this is a very important effect.
[0022]
FIG. 7 shows the results for a GaAs substrate. The irradiation substrate temperature is 550 ° C., and a nitrogen signal is also observed. In GaAs, no nitrogen signal was observed at temperatures below about 450 ° C. or above 650 ° C. The nitridation of GaAs suggests that the degree of As desorption from the substrate and the supply ratio of nitrogen atoms are important factors. Considering that a high temperature of 900 to 1000 ° C. is required for nitriding in an ammonia gas atmosphere without using cluster ions, the usefulness of using gas cluster ions is obvious.
[0023]
Of course, the invention of this application is not limited by the above examples. The present invention is implemented in various embodiments.
[0024]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the invention of this application, it is possible to form a nitride using a gas cluster ion beam of a nitrogen compound and to nitride the sample surface. A wide range of nitrogen compounds such as nitrogen, ammonia, and ammonium metal complexes can be used as the gas cluster material, and the sample to be processed can be applied to various materials such as metals, semiconductors, and insulators. Compared with the CVD method, the treatment can be performed at a low temperature, and excellent effects such as less surface damage than the ion beam assist method can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a gas cluster ion beam apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the blocking voltage of an Ar gas cluster ion beam and the ion current.
FIG. 3 is a diagram showing a distribution of cluster sizes of an Ar gas cluster ion beam.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the blocking voltage of an ammonia gas cluster ion beam and the ion current.
FIG. 5 is a diagram showing a cluster size distribution of an ammonia gas cluster ion beam.
FIG. 6 is an XPS spectrum diagram showing an example of nitriding of a Si substrate.
FIG. 7 is an XPS spectrum diagram showing an example of nitriding of a GaAs substrate.

Claims (6)

GaAs基板表面に、窒素化合物のガスクラスターのイオンビームを照射することにより窒化物もしくは窒化表面を形成することを特徴とする窒化物もしくは窒化表面の形成方法。 A method of forming a nitride or nitride surface, wherein a nitride or nitride surface is formed by irradiating the surface of a GaAs substrate with an ion beam of a nitrogen compound gas cluster. 窒素化合物が、窒素、アンモニア、酸化窒素、有機含窒素化合物、もしくはアンモニウムまたは有機含窒素化合物の金属錯体である請求項1の形成方法。  The method according to claim 1, wherein the nitrogen compound is nitrogen, ammonia, nitric oxide, an organic nitrogen-containing compound, or ammonium or a metal complex of an organic nitrogen-containing compound. 不活性ガスもしくは他種元素化合物のクラスターイオンビームをともに照射する請求項1または2の形成方法。  The formation method of Claim 1 or 2 which irradiates together with the cluster ion beam of an inert gas or another kind of element compound. あらかじめGaAs基板表面を、不活性ガスのクラスターイオンの照射により清浄化もしくは平坦化することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかの形成方法。4. The method according to claim 1, wherein the surface of the GaAs substrate is previously cleaned or flattened by irradiation with an inert gas cluster ion. ガスクラスターイオンビームを収束もしくは偏向させて位置選択的に窒化物もしくは窒化表面を形成することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかの形成方法。5. The forming method according to claim 1, wherein a nitride or a nitrided surface is formed in a position-selective manner by focusing or deflecting a gas cluster ion beam. 窒素化合物ガスクラスターイオンビームとともに元素もしくは元素化合物分子線を照射することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかの形成方法。6. The forming method according to claim 1, wherein an element or an element compound molecular beam is irradiated together with a nitrogen compound gas cluster ion beam.
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