JPH0499172A - Device for forming thin film - Google Patents

Device for forming thin film

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Publication number
JPH0499172A
JPH0499172A JP20787490A JP20787490A JPH0499172A JP H0499172 A JPH0499172 A JP H0499172A JP 20787490 A JP20787490 A JP 20787490A JP 20787490 A JP20787490 A JP 20787490A JP H0499172 A JPH0499172 A JP H0499172A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
substrate
target
ray source
sputtering
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.)
Pending
Application number
JP20787490A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Hoshino
茂樹 星野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP20787490A priority Critical patent/JPH0499172A/en
Publication of JPH0499172A publication Critical patent/JPH0499172A/en
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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enhance the activation of a reaction product and to form a high quality thin film at a relatively low temp. by combining a sputtering mechanism with an X-ray source. CONSTITUTION:A vacuum vessel 1 is evacuated to a prescribed pressure, a substrate 3 is kept at a prescribed temp. and gaseous nitrogen is introduced. High output laser light is generated from CO2 laser 4 and converged on an Al target 7 to sputter this target 7. At the same time, electric power is supplied from a power source 11 for X-rays to an X-ray source 9 under prescribed conditions and the substrate 3 is irradiated with intense X-rays. A shutter 15 is then opened and a film is grown.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は良質な薄膜を形成する装置に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to an apparatus for forming high-quality thin films.

〔従来の技術] 従来、この種の薄膜形成装置には、レーザスパッタ法と
、デュアルイオンビームスパッタ法とが知られている。
[Prior Art] Conventionally, laser sputtering and dual ion beam sputtering are known as thin film forming apparatuses of this type.

レーザスパッタ法は、高出力レーザ光をターゲット上に
集光し、スパッタによって基板上に膜を蒸着するもので
ある。
In the laser sputtering method, a high-power laser beam is focused on a target, and a film is deposited on a substrate by sputtering.

また、デュアルイオンビームスパッタ法は、イオンビー
ムによってターゲットをスパッタし、かつ同時に反応性
のイオンを基板に照射することによって膜を蒸着するも
のである。
Further, in the dual ion beam sputtering method, a target is sputtered using an ion beam, and a film is deposited by simultaneously irradiating a substrate with reactive ions.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、レーザスパッタ法では、活性化率やイオ
ン化率が割合低く、反応物の生成率があまり高くないた
めに組成の制御などがなかなか難しくなっている。
However, in laser sputtering, the activation rate and ionization rate are relatively low, and the production rate of reactants is not very high, making it difficult to control the composition.

また、デュアルイオンビームスパッタ法によって反応性
スパッタを行う場合、一方のイオン銃からアルゴンイオ
ンを取り出してスパッタを行い、同時にもう一つのイオ
ン銃からの反応性のイオンを基板に照射して膜を合成す
るが、アルゴンイオンでスパッタされたものと反応性イ
オンだけでは、イオン銃に用いるガスがアルゴンと反応
性ガスとの混合ガスであるために、イオン化率が割合低
く、反応物の生成率があまり高くないために組成の制御
などがなかなか難しくなっている。
In addition, when performing reactive sputtering using dual ion beam sputtering, argon ions are extracted from one ion gun to perform sputtering, and at the same time reactive ions from the other ion gun are irradiated onto the substrate to synthesize a film. However, since the gas used in the ion gun is a mixture of argon and reactive gas, the ionization rate is relatively low and the rate of reaction product generation is low when using only sputtered argon ions and reactive ions. Because it is not expensive, it is difficult to control its composition.

本発明の目的は反応生成物等の活性化を高めた薄膜形成
装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus in which activation of reaction products and the like is enhanced.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

前記目的を達成するため、本発明に係る薄膜形成装置に
おいては、スパッタ機構と、X線源とを有する薄膜形成
装置であって、 スパッタ機構は、レーザ光をターゲット上に照射して成
膜用のスパッタを行うものであり、X線源は、基板に付
着する反応生成物にX線を照射して活性化するものであ
る。
In order to achieve the above object, a thin film forming apparatus according to the present invention is a thin film forming apparatus having a sputtering mechanism and an X-ray source, the sputtering mechanism irradiating a target with laser light to form a film. The X-ray source activates the reaction products adhering to the substrate by irradiating them with X-rays.

また、本発明に係る薄膜形成装置においては、スパッタ
機構と、イオン銃と、X線源とを有する薄膜形成装置で
あって、 スパッタ機構は、イオンビームをターゲット上に照射し
て成膜用のスパッタを行うものであり、イオン銃は、イ
オンビームを基板に向けて照射するものであり、 X線源は、基板に付着する反応生成物にX線を照射して
活性化するものである。
Further, the thin film forming apparatus according to the present invention is a thin film forming apparatus having a sputtering mechanism, an ion gun, and an The ion gun irradiates the substrate with an ion beam, and the X-ray source activates the reaction products attached to the substrate by irradiating them with X-rays.

〔作用〕[Effect]

基板に付着する反応生成物等をX線照射により活性化す
る。
Reaction products adhering to the substrate are activated by X-ray irradiation.

〔実施例] 以下、本発明の実施例を図により説明する。〔Example] Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施例1) 第1図は本発明の実施例1を示す断面図である。(Example 1) FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.

図において、装置の真空槽lには、内部に加熱ヒータ1
6を備えた基板ホルダ2が設けられ、基板ホルダ2には
、基板3が配置される。また真空槽l外に高出力レーザ
である炭酸ガスレーザ4が設けられ、ミラー5とレンズ
6で真空槽l内のターゲット7上に集光させるように設
定し、真空槽lに取付けたKBr窓8を通して光を真空
槽1内に導入する。さらに横方向にX線源9が設置され
ている。なお、10はBe窓、11はX線源用電源、1
2は真空ポンプ、13はバルブ、14はガス導入管、1
5はシャッタ、17はAct!源、18はターゲットホ
ルダである。
In the figure, the vacuum chamber l of the device has a heater 1 inside.
A substrate holder 2 having a substrate holder 6 is provided, and a substrate 3 is disposed on the substrate holder 2 . A carbon dioxide laser 4, which is a high-power laser, is installed outside the vacuum chamber 1, and is set to focus the light onto a target 7 inside the vacuum chamber 1 using a mirror 5 and a lens 6. Light is introduced into the vacuum chamber 1 through. Furthermore, an X-ray source 9 is installed laterally. In addition, 10 is a Be window, 11 is a power supply for the X-ray source, 1
2 is a vacuum pump, 13 is a valve, 14 is a gas introduction pipe, 1
5 is shutter, 17 is Act! 18 is a target holder.

この装置によって、−例としてIN薄膜を形成する場合
を具体的に説明する。
A case in which an IN thin film is formed using this apparatus will be specifically described as an example.

まず、拡散ポンプあるいはターボポンプと油回転ポンプ
を用いて真空槽l内を1×10−“Torr以下まで排
気する。基板3の温度を約3000℃に設定し、次にガ
スを導入するためにバルブ13を開き、それぞれアンモ
ニアあるいは窒素ガスを導入する。シャッタ15は閉め
ておく。この状態で炭酸ガスレーザ4を起動して高出力
レーザ光を発生させ、AQあるいはAQNターゲット7
上に集光してスパッタする。更に、同時にX線の電源1
1を所定の条件に設定して強力なX線を基板の直上に照
射した後、シャッタ15を開いて膜を成長させる。
First, the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated to below 1×10 Torr using a diffusion pump or a turbo pump and an oil rotary pump.The temperature of the substrate 3 is set to about 3000°C, and then gas is introduced The valve 13 is opened to introduce ammonia or nitrogen gas, respectively.The shutter 15 is closed.In this state, the carbon dioxide laser 4 is activated to generate a high-power laser beam, and the AQ or AQN target 7 is
The light is focused on the top and sputtered. Furthermore, at the same time, the X-ray power source 1
1 to predetermined conditions to irradiate powerful X-rays directly above the substrate, then the shutter 15 is opened and a film is grown.

本実施例ではこの状態でシリコン基板上に約10分間膜
形成を行った。このようにして形成されたAQN膜の膜
厚は約1μmであった。その膜をX線回折分析を行った
ところ、六方晶、C軸配向膜であった。約300℃に加
熱されたサファイア基板上に合成したときにはエピタキ
シャル膜が得られた。
In this example, film formation was performed on the silicon substrate in this state for about 10 minutes. The thickness of the AQN film thus formed was about 1 μm. When the film was subjected to X-ray diffraction analysis, it was found to be a hexagonal crystal, C-axis oriented film. An epitaxial film was obtained when synthesized on a sapphire substrate heated to about 300°C.

また、この膜の電気機械結合係数を測定したところ、約
5%という値が得られた。この値は通常のスパッタ装置
で合成された膜以上の値である。
Furthermore, when the electromechanical coupling coefficient of this film was measured, a value of about 5% was obtained. This value is higher than that of a film synthesized using a normal sputtering device.

また、薄膜の組成をX線マイクロアナライザで測定した
ところ約1=1であった。
Furthermore, when the composition of the thin film was measured using an X-ray microanalyzer, it was found to be approximately 1=1.

このように、本発明によって低温で良質の薄膜が得られ
ることがわかる。もちろん、この装置によってガスを窒
素、ターゲットをボロン(B)とすればBNが合成でき
るし、ガスを酸素、ターゲットをZnとすればZnOの
ような酸化物も合成できるし、ガスとしてメタン、ター
ゲットをTiとすればTICのような炭化物も合成でき
ることは言うまでもない。
Thus, it can be seen that high quality thin films can be obtained at low temperatures according to the present invention. Of course, with this device, if the gas is nitrogen and the target is boron (B), BN can be synthesized, and if the gas is oxygen and the target is Zn, oxides such as ZnO can be synthesized, and methane and target can be synthesized using this device. It goes without saying that carbides such as TIC can also be synthesized by using Ti.

(実施例2) 第2図は本発明の実施例2を示す断面図である。(Example 2) FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

図において、装置の真空槽1には、内部に加熱ヒータ1
6を備えた基板ホルダ2が設けられ、基板ホルダ2には
基板3が配置される。基板ホルダ2より下方にターゲッ
ト4が設置され、ターゲット4にイオンを照射するイオ
ン銃19と基板に反応性イオンを照射するイオン銃20
とが設けられ、さらに横方向にX線源9が設置されてい
る。なお、IOはBe窓、11はX線源用電源、12は
真空ポンプ、13゜21.22はバルブ、14と23と
24はガス導入管、15はシャッタである。
In the figure, a vacuum chamber 1 of the device has a heater 1 inside.
A substrate holder 2 having a substrate holder 6 is provided, and a substrate 3 is arranged on the substrate holder 2. A target 4 is installed below the substrate holder 2, and includes an ion gun 19 that irradiates the target 4 with ions, and an ion gun 20 that irradiates the substrate with reactive ions.
and an X-ray source 9 is installed laterally. Note that IO is a Be window, 11 is a power source for an X-ray source, 12 is a vacuum pump, 13°21.22 is a valve, 14, 23, and 24 are gas introduction pipes, and 15 is a shutter.

この装置によって、−例としてAQN薄膜を形成する場
合を具体的に説明する。
A case in which an AQN thin film is formed using this apparatus will be specifically described as an example.

まず、拡散ポンプあるいはターボポンプと油回転ポンプ
を用いて真空槽1内をl X 10−’ Torr以下
まで排気する。基板3の温度を約300℃に設定し、次
にガスを導入するためにバルブ22,21.13を開き
、イオン銃】9.イオン銃20.真空槽1にそれぞれア
ルゴン、アルゴンと窒素、窒素を導入する。シャッタ1
5は閉めておく。この状態で2つのイオン銃19、20
に高圧電圧を印加し、放電を起こす。更に、X線の電源
9を所定の条件に設定して強力なX線を基板の直上に照
射しながらシャッタ15を開き、膜を成長させる。
First, the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated to below 1.times.10-' Torr using a diffusion pump or a turbo pump and an oil rotary pump. Set the temperature of the substrate 3 to about 300°C, then open the valves 22, 21.13 to introduce gas, and use the ion gun]9. Ion gun 20. Argon, argon and nitrogen, and nitrogen are introduced into the vacuum chamber 1, respectively. shutter 1
5 is closed. In this state, the two ion guns 19 and 20
A high voltage is applied to cause a discharge. Further, the X-ray power source 9 is set to predetermined conditions, and the shutter 15 is opened while irradiating powerful X-rays directly onto the substrate to grow the film.

本実施例ではこの状態でシリコン基板上に約10分間膜
形成を行った。このようにして形成されたAQN膜の膜
厚は約1pmであった。その膜をX線回折分析を行った
ところ、六方晶、C軸配向膜であった。約300℃に加
熱されたサファイア基板上に合成したときにはエピタキ
シャル膜が得られた。
In this example, film formation was performed on the silicon substrate in this state for about 10 minutes. The thickness of the AQN film thus formed was about 1 pm. When the film was subjected to X-ray diffraction analysis, it was found to be a hexagonal crystal, C-axis oriented film. An epitaxial film was obtained when synthesized on a sapphire substrate heated to about 300°C.

また、この膜の電気機械結合係数を測定したところ、約
5%という値が得られた。この値は通常のスパッタ装置
で合成された膜以上の値である。
Furthermore, when the electromechanical coupling coefficient of this film was measured, a value of about 5% was obtained. This value is higher than that of a film synthesized using a normal sputtering device.

また、薄膜の組成をX線マイクロアナライザで測定した
ところ約l:lであった。
Furthermore, the composition of the thin film was measured using an X-ray microanalyzer and was approximately 1:1.

このように、本発明によって低温で良質の薄膜が得られ
ることがわかる。もちろん、この装置によってガスを窒
素、ターゲットをボロン(B)とすればBNが合成でき
、ガスを酸素、ターゲットをZnとすればZnOのよう
な酸化物も合成でき、ガスとしてメタン、ターゲットを
TiとすればTICのような炭化物も合成できることは
言うまでもない。
Thus, it can be seen that high quality thin films can be obtained at low temperatures according to the present invention. Of course, with this device, if the gas is nitrogen and the target is boron (B), BN can be synthesized, if the gas is oxygen and the target is Zn, oxides such as ZnO can be synthesized, and if the gas is methane and the target is Ti, it is possible to synthesize oxides such as ZnO. It goes without saying that carbides such as TIC can also be synthesized.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したとおり、本発明によれば高出力レーザ光に
よる反応生成物にX線を照射して反応生成物の活性化を
高めることによって、比較的低温で良質な薄膜を形成で
き、機能性誘電体膜や半導体膜などにも応用できる。
As explained above, according to the present invention, a high-quality thin film can be formed at a relatively low temperature by irradiating the reaction product with X-rays using high-power laser light to increase the activation of the reaction product, and a functional dielectric film can be formed at a relatively low temperature. It can also be applied to body membranes and semiconductor membranes.

さらに、デュアルイオンビームスパッタによる反応生成
物にX線を照射して反応生成物の活性化を高めることに
よって、比較的低温で良質な薄膜を形成でき、機能性誘
電体膜や半導体膜などへの応用も可能な薄膜形成装置を
提供することができる。
Furthermore, by irradiating the reaction products of dual ion beam sputtering with X-rays to increase the activation of the reaction products, it is possible to form high-quality thin films at relatively low temperatures, which can be used for functional dielectric films, semiconductor films, etc. It is possible to provide a thin film forming apparatus that can also be applied.

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

第1図は本発明の実施例1を示す断面図、第2図は本発
明の実施例2を示す断面図である。 1・・・真空槽       3・・・基板4・・・炭
酸ガスレーザ   7・・・ターゲット9・・・X線源
       19.20・・・イオン銃ズ広6ンプへ 第1図
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention. 1... Vacuum chamber 3... Substrate 4... Carbon dioxide laser 7... Target 9... X-ray source 19.20... To ion gun wide 6 pump Figure 1

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)スパッタ機構と、X線源とを有する薄膜形成装置
であって、 スパッタ機構は、レーザ光をターゲット上に照射して成
膜用のスパッタを行うものであり、X線源は、基板に付
着する反応生成物にX線を照射して活性化するものであ
ることを特徴とする薄膜形成装置。
(1) A thin film forming apparatus having a sputtering mechanism and an X-ray source, the sputtering mechanism performs sputtering for film formation by irradiating a laser beam onto a target, and the X-ray source 1. A thin film forming apparatus characterized in that a reaction product adhering to a thin film is activated by irradiating X-rays onto the reaction product.
(2)スパッタ機構と、イオン銃と、X線源とを有する
薄膜形成装置であって、 スパッタ機構は、イオンビームをターゲット上に照射し
て成膜用のスパッタを行うものであり、イオン銃は、イ
オンビームを基板に向けて照射するものであり、 X線源は、基板に付着する反応生成物にX線を照射して
活性化するものであることを特徴とする薄膜形成装置。
(2) A thin film forming apparatus having a sputtering mechanism, an ion gun, and an X-ray source, where the sputtering mechanism performs sputtering for film formation by irradiating an ion beam onto a target; A thin film forming apparatus characterized in that the ion beam is irradiated toward the substrate, and the X-ray source is irradiated with X-rays to activate reaction products adhering to the substrate.
JP20787490A 1990-08-06 1990-08-06 Device for forming thin film Pending JPH0499172A (en)

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JP20787490A JPH0499172A (en) 1990-08-06 1990-08-06 Device for forming thin film

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JP (1) JPH0499172A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130115138A (en) * 2012-04-11 2013-10-21 무라다기카이가부시끼가이샤 Transfer device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130115138A (en) * 2012-04-11 2013-10-21 무라다기카이가부시끼가이샤 Transfer device

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