JPH05311429A - Thin film forming device - Google Patents
Thin film forming deviceInfo
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- JPH05311429A JPH05311429A JP17221792A JP17221792A JPH05311429A JP H05311429 A JPH05311429 A JP H05311429A JP 17221792 A JP17221792 A JP 17221792A JP 17221792 A JP17221792 A JP 17221792A JP H05311429 A JPH05311429 A JP H05311429A
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- thin film
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はレーザおよび電子サイク
ロトロン共鳴マイクロ波イオン源またはRFプラズマ装
置またはイオンビーム装置、またはラジカルイオンビー
ム装置等を用いて基板上に良質な薄膜を形成するのに好
適な薄膜形成装置に関するものである。The present invention is suitable for forming a good quality thin film on a substrate by using a laser and an electron cyclotron resonance microwave ion source, an RF plasma apparatus, an ion beam apparatus, a radical ion beam apparatus, or the like. The present invention relates to a thin film forming apparatus.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、高出力レーザ光をターゲット上に
集光し、スパッタ粒子を基板上に蒸着して薄膜を形成す
るレーザスパッタ法はすでに良く知られている。また、
電子サイクロトロン共鳴(ECR)マイクロ波イオン源
によるCVD(Chemical Vapor Dep
osition)法もDCプラズマCVD法等もすでに
良く知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, a laser sputtering method in which a high-power laser beam is focused on a target and sputtered particles are deposited on a substrate to form a thin film is well known. Also,
CVD (Chemical Vapor Dep) using an electron cyclotron resonance (ECR) microwave ion source
and the DC plasma CVD method and the like are already well known.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】レーザスパッタ法によ
って成膜を行う場合、高出力レーザ光をターゲット上に
照射してスパッタリングすることによって膜を形成す
る。しかしながらこの方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い。また、ECRマイクロ波
によるCVD法RFプラズマCVD法やDCプラズマC
VD法単独では合成される膜の種類が限定されることや
イオン化率がそれほど高くならないことから良質の薄膜
が形成されない。When the film is formed by the laser sputtering method, the film is formed by irradiating the target with high-power laser light and sputtering. However, in this method, the activation rate and ionization rate are relatively low, and the production rate of the reaction product is not so high, so that it is difficult to control the composition. In addition, a CVD method using an ECR microwave, an RF plasma CVD method or a DC plasma C
The VD method alone does not form a good quality thin film because the types of films to be synthesized are limited and the ionization rate does not increase so much.
【0004】従来例の一例として、AlN膜を形成した
例は第52回応用物理学会講演予稿集413頁(199
1年)にあり、成膜連度は10分で340A(オングス
トルーム)程度であった。電気機械結合係数は従来の値
としては10%以下の値しか得られていない。As an example of the conventional example, an example in which an AlN film is formed is described in the proceedings of the 52nd Japan Society of Applied Physics, 413 (199)
1 year), the film deposition rate was about 340 A (angstrom) in 10 minutes. The electromechanical coupling coefficient is only 10% or less as a conventional value.
【0005】本発明の目的は、レーザスパッタ法とEC
Rマイクロ波のCVD法またはRFプラズマCVD法と
DCプラズマCVD法等他のCVD方法とを組み合わせ
ることによってガスや反応物の活性化を促進させ、高速
で成膜でき、かつ良質な薄膜を形成できる薄膜形成装置
を提供することにある。An object of the present invention is to use a laser sputtering method and an EC.
By combining the R microwave CVD method or the RF plasma CVD method with another CVD method such as the DC plasma CVD method, the activation of the gas or the reactant is promoted, and the film can be formed at a high speed and a high quality thin film can be formed. It is to provide a thin film forming apparatus.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は以上の目的を達
成するため、レーザをターゲットに集光・照射して生じ
るスパッタ粒子により、真空槽内の基板上に薄膜を形成
する薄膜形成装置であって、前記基板は、ガス雰囲気中
で電極と結合して局部プラズマを発生すべく保持され、
前記基板の薄膜形成面と相対向する真空槽内には該基板
上にイオンとラジカルを照射する電子サイクロトロン共
鳴マイクロ波イオン源を配置してなる薄膜形成装置を構
成するものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate in a vacuum chamber by sputtered particles produced by focusing and irradiating a laser with a target. And the substrate is held to generate a local plasma by combining with the electrode in a gas atmosphere,
A thin film forming apparatus is provided in which an electron cyclotron resonance microwave ion source for irradiating ions and radicals is arranged on the substrate in a vacuum chamber facing the thin film forming surface of the substrate.
【0007】あるいは、第2の本発明は、レーザをター
ゲットに集光・照射して生じるスパッタ粒子により、真
空槽内の基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であっ
て、前記基板は、ガス雰囲気中で電極と結合して局部プ
ラズマを発生すべく保持され、前記基板の薄膜形成面と
相対向する真空槽内には該基板上にイオンとラジカルを
照射するRFプラズマ発生源を配置してなる薄膜形成装
置を構成するものである。Alternatively, the second aspect of the present invention is a thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate in a vacuum chamber by sputtering particles produced by focusing and irradiating a laser with a target, wherein the substrate is a gas. An RF plasma generation source for irradiating the substrate with ions and radicals is arranged in a vacuum chamber that is held to generate local plasma in combination with an electrode in an atmosphere and faces the thin film formation surface of the substrate. And a thin film forming apparatus.
【0008】本発明の第3の発明は、レーザをターゲッ
トに集光照射して生じるスパッタ粒子により、真空槽内
の基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記
基板の薄膜形成面と相対向する真空槽内に該基板上にイ
オンを照射するRFプラズマ発生器とラジカルを照射す
るラジカルビーム発生器とを配置することを特徴とする
薄膜形成装置である。A third invention of the present invention is a thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate in a vacuum chamber by means of sputtered particles produced by focusing and irradiating a laser on a target, the thin film forming surface of the substrate. A thin film forming apparatus characterized in that an RF plasma generator for irradiating ions and a radical beam generator for irradiating radicals are arranged on the substrate in a vacuum chamber facing each other.
【0009】本発明の第4の発明は、レーザをターゲッ
トに集光照射して生じるスパッタ粒子により、真空槽内
の基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記
基板の薄膜形成面と相対向する真空槽内に該基板上にイ
オンを照射するイオン発生器とラジカルを照射するラジ
カルビーム発生器とを配置することを特徴とする薄膜形
成装置である。A fourth invention of the present invention is a thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate in a vacuum chamber by means of sputtered particles produced by focusing and irradiating a laser with a target, the thin film forming surface of the substrate. The thin film forming apparatus is characterized in that an ion generator for irradiating ions and a radical beam generator for irradiating radicals are arranged on the substrate in a vacuum chamber facing each other.
【0010】[0010]
【作用】本発明のように、高出力レーザ光でスパッタさ
れた反応生成物に基板の上方に配置されたECRマイク
ロ波イオン源またはRFプラズマ発生源から発生したイ
オンとラジカルを照射し、かつ基板周囲に設置した電極
と基板との間にプラズマを発生させることによってさら
に反応生成物の活性化を高めることができる。その結
果、良質かつ高速で薄膜を形成することが出来る。As in the present invention, the reaction product sputtered by the high-power laser beam is irradiated with the ions and radicals generated from the ECR microwave ion source or the RF plasma generation source arranged above the substrate, and the substrate The activation of the reaction product can be further enhanced by generating plasma between the electrode and the substrate provided around the substrate. As a result, a thin film can be formed with good quality and at high speed.
【0011】あるいは、RFプラズマから発生したイオ
ンまたはイオンビーム発生器からのイオンと、ラジカル
ビーム発生器からのラジカルを同時に基板上に照射する
ことによって、反応生成物の活性化を高めることができ
る。これにより良質かつ高速で薄膜を形成できる。Alternatively, the activation of the reaction product can be enhanced by simultaneously irradiating the substrate with the ions generated from the RF plasma or the ions from the ion beam generator and the radicals from the radical beam generator. Thereby, a thin film can be formed with good quality and at high speed.
【0012】[0012]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。図1は本発明の一実施例の装置を示す図である。
装置の真空槽1には内部に加熱ヒータ付き基板ホルダ2
が設けられ、基板3を支持する。基板ホルダ2はヒータ
用電源19により加熱され、基板3を加熱する。また基
板3の周辺にはガス導入管17が接続される電極6が設
置され、基板3と電極6間はDC電源18により連結さ
れる。真空槽1外に高出力レーザである炭酸ガスレーザ
4が設けられ、凹面ミラー5で真空槽内1内のターゲッ
ト7上にレーザ光を集光させるように設定し、真空槽1
に取り付けたKBr窓8を通してレーザ光を真空槽1内
に導入する。なお、ターゲット7の基板3側には、シャ
ッタ21が配置される。さらに上方にECRマイクロ波
イオン源のECRプラズマ発生室10が設置される。な
お、9は電磁石、11はマイクロ波導入のための石英
窓、12はマイクロ波導波管、13はマイクロ波発生
源、14はバルブ、15はガス導入管であり、これらは
前記ECRマイクロ波イオン源の構成要素である。ま
た、前記ECRマイクロ波イオン源の基板3側にはシャ
ッタ20が配置される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an apparatus according to an embodiment of the present invention.
The vacuum chamber 1 of the apparatus has a substrate holder 2 with a heater inside.
Are provided to support the substrate 3. The substrate holder 2 is heated by the heater power source 19 to heat the substrate 3. Further, an electrode 6 to which a gas introduction pipe 17 is connected is installed around the substrate 3, and the substrate 3 and the electrode 6 are connected by a DC power supply 18. A carbon dioxide gas laser 4 which is a high-power laser is provided outside the vacuum chamber 1, and a concave mirror 5 is set to focus the laser light on a target 7 in the vacuum chamber 1.
Laser light is introduced into the vacuum chamber 1 through the KBr window 8 attached to. A shutter 21 is arranged on the substrate 3 side of the target 7. Further, the ECR plasma generation chamber 10 of the ECR microwave ion source is installed above. In addition, 9 is an electromagnet, 11 is a quartz window for introducing microwaves, 12 is a microwave waveguide, 13 is a microwave generation source, 14 is a valve, and 15 is a gas introducing pipe. These are the ECR microwave ions. It is a component of the source. A shutter 20 is arranged on the substrate 3 side of the ECR microwave ion source.
【0013】次に、本実施例によるAlN薄膜について
具体的に説明する。まず、拡散ポンプあるいはターボポ
ンプと油回転ポンプ(いずれも図示せず。)を用いて真
空槽1内を1×10- 7 Torr以下まで排気する。基
板3を約300℃に加熱する。次にガスを導入するため
にバルブ14、16を開き、それぞれアンモニアまたは
窒素ガスとアルゴンガスを導入する。シャッタ20、2
1は閉めておく。この状態で炭酸ガスレーザを起動して
高出力レーザ光を発生させ、AlあるいはAlNターゲ
ット上に集光してスパッタリングする。更に、同時にE
CRマイクロ波イオン源を動作してマイクロ波を発生さ
せると共に、電磁石9に電流を流してプラズマを発生さ
せる。更に、電極6と基板3の間に約250Vの電圧を
印加して基板3の近傍にプラズマを発生させる。以上の
状態が安定した後にシャッタ20、21を同時に開放す
る。以上によりターゲット7からのスパッタ粒子が基板
3上に生じると共に、ECRマイクロ波イオン源からの
イオンとラジカルの照射と基板3と電極6との間のプラ
ズマ発生により基板3上の反応生成物が活性化され、低
温で良質な薄膜が形成される。Next, the AlN thin film according to this embodiment will be specifically described. First, the vacuum chamber 1 1 × 10 using a diffusion pump or a turbo pump and an oil rotary pump (both not shown.) - evacuated to 7 Torr or less. The substrate 3 is heated to about 300 ° C. Next, the valves 14 and 16 are opened to introduce gas, and ammonia or nitrogen gas and argon gas are introduced, respectively. Shutters 20, 2
Keep 1 closed. In this state, the carbon dioxide gas laser is activated to generate a high-power laser beam, which is focused on an Al or AlN target for sputtering. Furthermore, at the same time E
The CR microwave ion source is operated to generate microwaves, and a current is passed through the electromagnet 9 to generate plasma. Further, a voltage of about 250 V is applied between the electrode 6 and the substrate 3 to generate plasma near the substrate 3. After the above conditions are stabilized, the shutters 20 and 21 are simultaneously opened. As described above, the sputtered particles from the target 7 are generated on the substrate 3, and the reaction products on the substrate 3 are activated by the irradiation of ions and radicals from the ECR microwave ion source and the generation of plasma between the substrate 3 and the electrode 6. And a good quality thin film is formed at low temperature.
【0014】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
AlN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。また、この膜の電気
機械結合係数を測定したところ、約17.5%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。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。In this example, a film was formed on the silicon substrate for about 10 minutes in this state. The film thickness of the AlN film thus formed was about 1 μm. When the film was subjected to X-ray diffraction analysis, it was a hexagonal crystal and a c-axis oriented film. An epitaxial film was obtained when synthesized on a sapphire substrate heated to about 300 ° C. The electromechanical coupling coefficient of this film was measured and found to be about 17.5%. This value is equal to or higher than that of a film synthesized by a normal sputtering device. Further, the composition of the thin film was measured with an X-ray microanalyzer, and it was about 1: 1.
【0015】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B
Nが合成できるし、ガスとしてメタン、ターゲットをT
i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。As described above, it is understood that the present invention makes it possible to obtain a good quality thin film at a low temperature. Of course, if the gas is nitrogen and the target is boron (B) with this device, B
N can be synthesized, methane as gas, T as target
Needless to say, a carbide such as TiC can be synthesized if i is used.
【0016】以下、本発明の第2の発明の一実施例を図
面に基づき説明する。図2は本発明の一実施例の装置を
示す図である。装置の真空槽1には内部に加熱ヒータ付
き基板ホルダ2が設けられ、基板3を支持する。基板ホ
ルダー2はヒータ用電源19により加熱され、基板3を
加熱する。また基板3の周辺にはガス導入管17が接続
される電極6が設置され、基板3と電極6間はDC電源
18により連結される。真空槽1外には高出力レーザで
ある炭酸ガスレーザ4が設けられ、凹面ミラー5で真空
槽1内のターゲット7上にレーザ光を集光させるように
設定し、真空槽1に取り付けたKBr窓8を通してレー
ザ光を真空槽1内に導入する。なお、ターゲット7の基
板3側には、シャッタ21が配置される。さらに上方に
はRFプラズマ発生源のRFプラズマ発生用コイル22
が設置される。なお、23はRF発生器、14はバル
ブ、15はガス導入管であり、これらは前記RFプラズ
マ発生源の構成要素である。また、前記RFプラズマ発
生源の基板3側にはシャッタ20が配置される。An embodiment of the second invention of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing an apparatus according to an embodiment of the present invention. A substrate holder 2 with a heater is provided inside a vacuum chamber 1 of the apparatus to support a substrate 3. The substrate holder 2 is heated by the heater power source 19 to heat the substrate 3. Further, an electrode 6 to which a gas introduction pipe 17 is connected is installed around the substrate 3, and the substrate 3 and the electrode 6 are connected by a DC power supply 18. A carbon dioxide laser 4, which is a high-power laser, is provided outside the vacuum chamber 1, and a concave mirror 5 is set to focus the laser light on a target 7 in the vacuum chamber 1 and a KBr window attached to the vacuum chamber 1. Laser light is introduced into the vacuum chamber 1 through 8. A shutter 21 is arranged on the substrate 3 side of the target 7. Further upward, an RF plasma generation coil 22 of the RF plasma generation source is provided.
Is installed. Reference numeral 23 is an RF generator, 14 is a valve, and 15 is a gas introduction pipe, which are constituent elements of the RF plasma generation source. A shutter 20 is arranged on the substrate 3 side of the RF plasma generation source.
【0017】次に、本実施例によるAlN薄膜について
具体的に説明する。まず、拡散ポンプあるいはターボポ
ンプと油回転ポンプ(いずれも図示せず。)を用いて真
空槽1内を1×10- 7 Torr以下まで排気する。基
板3を約300℃に加熱する。次にガスを導入するため
にバルブ14、16、を開き、それぞれアンモニアまた
は窒素ガスとアルゴンガスを導入する。シャッタ20、
21は閉めておく。この状態で炭酸ガスレーザを起動し
て高出力レーザ光を発生させ、AlあるいはAlNター
ゲット7上に集光してスパッタリングする。更に、同時
にRFを発生させてプラズマを発生させる。更に、電極
6と基板3の間に約250Vの電圧を印加して基板3の
近傍にプラズマを発生させる。以上の状態が安定した後
にシャッタ20、21を同時に開放する。以上によりタ
ーゲット7からのスパッタ粒子が基板3上に生じると共
に、RFプラズマ発生源からのイオンとラジカルの照射
と基板3と電極6との間のプラズマ発生により基板3上
の反応生成物が活性化され、低温で良質な薄膜が形成さ
れる。Next, the AlN thin film according to this embodiment will be specifically described. First, the vacuum chamber 1 1 × 10 using a diffusion pump or a turbo pump and an oil rotary pump (both not shown.) - evacuated to 7 Torr or less. The substrate 3 is heated to about 300 ° C. Next, the valves 14 and 16 are opened to introduce gas, and ammonia or nitrogen gas and argon gas are introduced, respectively. Shutter 20,
21 is closed. In this state, the carbon dioxide gas laser is activated to generate a high-power laser beam, which is focused on the Al or AlN target 7 and sputtered. Further, at the same time, RF is generated to generate plasma. Further, a voltage of about 250 V is applied between the electrode 6 and the substrate 3 to generate plasma near the substrate 3. After the above conditions are stabilized, the shutters 20 and 21 are simultaneously opened. As described above, the sputtered particles from the target 7 are generated on the substrate 3, and the reaction products on the substrate 3 are activated by the irradiation of ions and radicals from the RF plasma generation source and the generation of plasma between the substrate 3 and the electrode 6. As a result, a good quality thin film is formed at a low temperature.
【0018】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
AlN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。また、この膜の電気機
械結合係数を測定したところ、約17.5%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。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。In this example, a film was formed on the silicon substrate for about 10 minutes in this state. The film thickness of the AlN film thus formed was about 1 μm. When the film was subjected to X-ray diffraction analysis, it was a hexagonal crystal and a c-axis oriented film. An epitaxial film was obtained when synthesized on a fire substrate heated to about 300 ° C. The electromechanical coupling coefficient of this film was measured and found to be about 17.5%. This value is equal to or higher than that of a film synthesized by a normal sputtering device. Further, the composition of the thin film was measured with an X-ray microanalyzer, and it was about 1: 1.
【0019】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B
N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、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。As described above, it can be seen that the present invention makes it possible to obtain a good quality thin film at a low temperature. Of course, if the gas is nitrogen and the target is boron (B) with this device, B
It goes without saying that N can be synthesized, an oxide such as ZnO can be synthesized if oxygen is used as the gas and Zn is used as the target, and a carbide such as TiC can be synthesized if methane is used as the gas and Ti is used as the target.
【0020】以下、本発明の第3の発明の実施例を説明
する。図3は本発明の一実施例の装置を示す図である。
装置の真空槽1には内部に加熱ヒータ32付き基板ホル
ダー2が設けられ、基板3を支持する。真空槽外に高出
力レーザである炭酸ガスレーザ4が設けられ、レンズ3
3で真空槽1内のターゲット7上にレーザ光を集光させ
るように設定し、真空槽1に取り付けたKBr窓8を通
して光を真空槽内に導入する。ガス導入管15からガス
を入れ、RFコイル22に高周波を発生させることによ
って石英管34内部にプラズマを発生させ、基板3上に
照射する。更に、ラジカルビーム発生器35で発生した
ラジカルを基板3に照射する。The third embodiment of the present invention will be described below. FIG. 3 is a diagram showing an apparatus according to an embodiment of the present invention.
A substrate holder 2 with a heater 32 is provided inside a vacuum chamber 1 of the apparatus to support a substrate 3. A carbon dioxide laser 4, which is a high-power laser, is provided outside the vacuum chamber, and a lens 3
At 3, the laser light is set to be focused on the target 7 in the vacuum chamber 1, and the light is introduced into the vacuum chamber through the KBr window 8 attached to the vacuum chamber 1. Gas is introduced from the gas introduction tube 15 and high frequency is generated in the RF coil 22 to generate plasma inside the quartz tube 34 and irradiate the substrate 3. Further, the substrate 3 is irradiated with radicals generated by the radical beam generator 35.
【0021】この装置によって、一例としてAlN薄膜
を形成する場合を具体的に説明する。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1×10- 7 Torr以下まで排気する。基板を約
300℃に設定し、次にガスを導入するためにバルブ1
4、16を開き、それぞれアルゴンガスとアンモニアま
たは窒素ガスを導入する。シャッタ31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、AlあるいはAlNターゲット7上に集光
してスパッタをする。RFプラズマをコイル22によっ
て発生させ、かつラジカルビームの電源もセットしてラ
ジカルを発生させておく。状態が安定した後にシャッタ
31を開いて膜を成長させる。A case where an AlN thin film is formed by this apparatus will be specifically described. First, use a diffusion pump or a turbo pump and an oil rotary pump to create a vacuum chamber 1.
Evacuated to 7 Torr or less - the inner 1 × 10. Set the substrate to about 300 ° C, then valve 1 to introduce gas
Open 4 and 16, and introduce argon gas and ammonia or nitrogen gas, respectively. The shutter 31 is closed.
In this state, the carbon dioxide gas laser 4 is activated to generate high-power laser light, which is focused on the Al or AlN target 7 and sputtered. RF plasma is generated by the coil 22, and the radical beam power source is also set to generate radicals. After the state is stabilized, the shutter 31 is opened and the film is grown.
【0022】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
AlN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, a film was formed on the silicon substrate in this state for about 10 minutes. The film thickness of the AlN film thus formed was about 1 μm. When the film was subjected to X-ray diffraction analysis, it was a hexagonal crystal and a c-axis oriented film. An epitaxial film was obtained when synthesized on a sapphire substrate heated to about 300 ° C.
【0023】また、この膜の電気機械結合係数を測定し
たところ、約17.5%という値が得られた。この値は
通常スパッタ装置で合成された膜以上の値である。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。When the electromechanical coupling coefficient of this film was measured, a value of about 17.5% was obtained. This value is usually more than the value of the film synthesized by the sputtering apparatus. Further, the composition of the thin film was measured with an X-ray microanalyzer and was about 1: 1.
【0024】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
ってガスを窒素あるいはアンモニア、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。As described above, it is understood that the present invention makes it possible to obtain a good quality thin film at a low temperature. Of course, with this apparatus, BN can be synthesized if the gas is nitrogen or ammonia and the target is boron (B), and oxides such as ZnO can be synthesized if the gas is oxygen and the target is Zn. Needless to say, a carbide such as TiC can be synthesized if the target is Ti.
【0025】以下、本発明の第4の発明の実施例を説明
する。図4は本発明の一実施例の装置を示す図である。
装置の真空槽1には内部に加熱ヒータ32付き基板ホル
ダー2が設けられ、基板3を支持する。ガス導入管49
を通してガスを導入してイオンビーム発生器47からイ
オンを発生させて基板3上に照射し、同時に基板上方に
ラジカルビーム発生器A41とラジカルビーム発生器B
44からのラジカルが基板上に照射され、さらに真空槽
1の外に設置されたレーザ4からのレーザ光をレンズ3
3で窓8を通してターゲット7に集光させてターゲット
材を基板上へ放出できるように配置する。なお図中の4
8はイオンビーム用電源、42、46、50はバルブ、
43、45はガス導入管、19ヒータ用電源、31はシ
ャッタである。The fourth embodiment of the present invention will be described below. FIG. 4 is a diagram showing an apparatus according to an embodiment of the present invention.
A substrate holder 2 with a heater 32 is provided inside a vacuum chamber 1 of the apparatus to support a substrate 3. Gas introduction pipe 49
Gas is introduced to generate ions from the ion beam generator 47 and irradiate them on the substrate 3, and at the same time, the radical beam generator A41 and the radical beam generator B are provided above the substrate.
Radicals from 44 are irradiated onto the substrate, and laser light from a laser 4 installed outside the vacuum chamber 1 is further applied to the lens 3
At 3, the target 7 is focused through the window 8 so that the target material can be emitted onto the substrate. In addition, 4 in the figure
8 is an ion beam power source, 42, 46 and 50 are valves,
43 and 45 are gas introduction pipes, 19 heater power supply, and 31 is a shutter.
【0026】この装置によって、一例としてAlN薄膜
を形成する場合を具体的に説明する。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1×10- 7 Torr以下まで排気する。基板を約
300℃に設定し、次にガスを導入するためにバルブ4
2、46を開き、それぞれアンモニアまたは窒素ガスを
導入する。更に、バルブ50を開いてアルゴンガスを導
入する。この状態で炭酸ガスレーザ4を起動させて高出
力レーザ光を発生させ、AlあるいはAlNターゲット
7上に集光させてスパッタをする。イオンビーム発生器
47を起動させ、同時にラジカルビーム発生器A41、
B44の電源を所定の条件に設定した後、状態が安定し
たらシャッタ31を開いて、基板3上に膜を成長させ
る。A case where an AlN thin film is formed by this apparatus will be specifically described. First, use a diffusion pump or a turbo pump and an oil rotary pump to create a vacuum chamber 1.
Evacuated to 7 Torr or less - the inner 1 × 10. Set the substrate to about 300 ° C and then valve 4 to introduce gas.
2, 46 are opened and ammonia or nitrogen gas is introduced. Further, the valve 50 is opened to introduce argon gas. In this state, the carbon dioxide gas laser 4 is activated to generate high-power laser light, which is focused on the Al or AlN target 7 to perform sputtering. The ion beam generator 47 is activated, and at the same time the radical beam generator A41,
After setting the power source of B44 to a predetermined condition, when the state is stable, the shutter 31 is opened to grow a film on the substrate 3.
【0027】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
AlN膜の膜厚は約1μmであった。形成された膜のX
線回折分析を行なったところ、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, a film was formed on the silicon substrate for about 10 minutes in this state. The film thickness of the AlN film thus formed was about 1 μm. X of formed film
When the line diffraction analysis was performed, it was a hexagonal crystal and a c-axis oriented film. An epitaxial film was obtained when synthesized on a sapphire substrate heated to about 300 ° C.
【0028】また、この膜の電気機械結合係数を測定し
たところ、17.5%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。ま
た、膜の組成をX線マイクロアナライザで測定したとこ
ろ、ほぼ1:1であった。When the electromechanical coupling coefficient of this film was measured, a value of 17.5% was obtained. This value is equal to or higher than that of a film synthesized by a normal sputtering device. The composition of the film was measured with an X-ray microanalyzer and was found to be approximately 1: 1.
【0029】このように、本発明によって比較的低温で
良質の薄膜が得られることがわかる。もちろん、この装
置においてターゲット材やガスの種類を変化させること
によって、酸化膜、窒化膜や炭化膜その他が合成できる
ことは言うまでもない。As described above, it is understood that the present invention makes it possible to obtain a good quality thin film at a relatively low temperature. Of course, it is needless to say that an oxide film, a nitride film, a carbide film and the like can be synthesized by changing the target material and the type of gas in this apparatus.
【0030】[0030]
【発明の効果】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、その上方から基板
上にECRマイクロ波イオン源または、RFプラズマ発
生源で発生させたイオンとラジカルを照射し、かつ基板
周囲に配置された電極と基板間に電圧を印加してプラズ
マを発生させることにより前記反応生成物の活性化を高
めることができて、比較的低温で良質な薄膜を形成でき
る。それにより機能性誘電体膜や半導体膜などの応用も
可能になる。As described above, according to the present invention,
The reaction product produced by the high-power laser light is irradiated with ions and radicals generated from the ECR microwave ion source or RF plasma generation source on the substrate from above, and between the electrode and the substrate arranged around the substrate. By applying a voltage to generate plasma, the activation of the reaction product can be enhanced, and a good quality thin film can be formed at a relatively low temperature. As a result, applications such as functional dielectric films and semiconductor films become possible.
【0031】またRFプラズマで発生させたイオンまた
はイオン発生装置によるイオンと、ラジカルとを用いる
ことにより、反応生成物の活性化を高めることにより、
比較的低温で良質な膜を再現性、制御性良く形成でき
る。また形式する膜の種類によって、イオンビームやラ
ジカルビームを複数個用いて、そのイオンやラジカルの
種類、割合を変えて、最適化することにより一層の高品
質や適用範囲を広げることができる。Further, by using ions generated by RF plasma or ions generated by an ion generator and radicals to enhance the activation of the reaction product,
A good quality film can be formed at a relatively low temperature with good reproducibility and controllability. Further, by using a plurality of ion beams or radical beams depending on the type of film to be formed and changing the types and proportions of the ions or radicals and optimizing, it is possible to further expand the quality and application range.
【図1】本発明の一実施例の薄膜形成装置の全体構造を
示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall structure of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例の薄膜形成装置の全体構造を
示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the overall structure of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施例の薄膜形成装置の全体構造を
示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the overall structure of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施例の薄膜形成装置の全体構造で
示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing the overall structure of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
1 真空槽 2 基板ホルダ 3 基板 4 炭酸ガスレーザ 5 凹面ミラー 6 電極 7 ターゲット 8 KBr窓 9 電磁石 10 ECRプラズマ発生室 11 石英窓 12 導波管 13 マイクロ波発生源 14 バルブ 15 ガス導入管 16 バルブ 17 ガス導入管 18 DC電源 19 ヒータ用電源 20,21 シャッタ 22 コイル 23 RF発生器 31 シャッタ 32 ヒータ 33 レンズ 34 石英管 35 ラジカルビーム発生器 41 ラジカルビーム発生器A 44 ラジカルビーム発生器B 42,45,49 ガス導入管 43,46,50 バルブ 47 イオンビーム発生器 48 電源 1 Vacuum Tank 2 Substrate Holder 3 Substrate 4 Carbon Dioxide Laser 5 Concave Mirror 6 Electrode 7 Target 8 KBr Window 9 Electromagnet 10 ECR Plasma Generation Chamber 11 Quartz Window 12 Waveguide 13 Microwave Source 14 Valve 15 Gas Inlet 16 16 Valve 17 Gas Introducing tube 18 DC power supply 19 Heater power supply 20, 21 Shutter 22 Coil 23 RF generator 31 Shutter 32 Heater 33 Lens 34 Quartz tube 35 Radical beam generator 41 Radical beam generator A 44 Radical beam generator B 42, 45, 49 Gas introduction pipe 43,46,50 Valve 47 Ion beam generator 48 Power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/318 B 7352−4M // C23C 16/50 7325−4K ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/318 B 7352-4M // C23C 16/50 7325-4K
Claims (4)
じるスパッタ粒子により、真空槽内の基板上に薄膜を形
成する薄膜形成装置であって、前記基板は、ガス雰囲気
中で電極と結合して局部プラズマを発生すべく保持さ
れ、前記基板の薄膜形成面と相対向する真空槽内には該
基板上にイオンとラジカルを照射する電子サイクロトロ
ン共鳴マイクロ波イオン源を配置することを特徴とする
薄膜形成装置。1. A thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate in a vacuum chamber by means of sputtered particles produced by focusing and irradiating a laser with a target, wherein the substrate is bonded to an electrode in a gas atmosphere. An electron cyclotron resonance microwave ion source for irradiating the substrate with ions and radicals is arranged in a vacuum chamber which is held so as to generate a local plasma and faces the thin film formation surface of the substrate. Thin film forming equipment.
じるスパッタ粒子により、真空槽内の基板上に薄膜を形
成する薄膜形成装置であって、前記基板は、ガス雰囲気
中で電極と結合して局部プラズマを発生すべく保持さ
れ、前記基板の薄膜形成面と相対向する真空槽内には該
基板上にイオンとラジカルを照射するRFプラズマ発生
源を配置することを特徴とする薄膜形成装置。2. A thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate in a vacuum chamber by sputtered particles produced by focusing and irradiating a laser with a target, wherein the substrate is bonded to an electrode in a gas atmosphere. A thin film forming apparatus, wherein an RF plasma generation source for irradiating the substrate with ions and radicals is arranged in a vacuum chamber which is held so as to generate local plasma by facing the thin film forming surface of the substrate. ..
るスパッタ粒子により、真空槽内の基板上に薄膜を形成
する薄膜形成装置であって、前記基板の薄膜形成面と相
対向する真空槽内に該基板上にイオンを照射するRFプ
ラズマ発生器とラジカルを照射するラジカルビーム発生
器とを配置することを特徴とする薄膜形成装置。3. A thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate in a vacuum chamber by means of sputtered particles produced by converging and irradiating a target with a laser, the vacuum chamber facing a thin film forming surface of the substrate. A thin film forming apparatus, wherein an RF plasma generator for irradiating ions and a radical beam generator for irradiating radicals are arranged on the substrate.
るスパッタ粒子により、真空槽内の基板上に薄膜を形成
する薄膜形成装置であって、前記基板の薄膜形成面と相
対向する真空槽内に該基板上にイオンを照射するイオン
発生器とラジカルを照射するラジカルビーム発生器とを
配置することを特徴とする薄膜形成装置。4. A thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate in a vacuum chamber by means of sputtered particles produced by converging and irradiating a target with a laser, the vacuum chamber facing the thin film forming surface of the substrate. A thin film forming apparatus, wherein an ion generator for irradiating ions and a radical beam generator for irradiating radicals are arranged on the substrate.
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26132791 | 1991-09-13 | ||
JP3-261327 | 1991-11-28 | ||
JP33785891 | 1991-11-28 | ||
JP3-337858 | 1991-11-28 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05311429A true JPH05311429A (en) | 1993-11-22 |
Family
ID=26545024
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17221792A Withdrawn JPH05311429A (en) | 1991-09-13 | 1992-06-30 | Thin film forming device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05311429A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2742926A1 (en) * | 1995-12-22 | 1997-06-27 | Alsthom Cge Alcatel | METHOD AND DEVICE FOR PREPARING LASER FACES |
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KR100671977B1 (en) * | 2005-05-03 | 2007-01-24 | 한국과학기술연구원 | Method of formation of metal film on polymer surface by cycle operation |
CN104975274A (en) * | 2015-07-15 | 2015-10-14 | 武汉工程大学 | Chemical vapor deposition equipment with lasers, microwaves and magnetic field enhanced together |
-
1992
- 1992-06-30 JP JP17221792A patent/JPH05311429A/en not_active Withdrawn
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