JPH0633450B2 - Ion beam deposition method - Google Patents
Ion beam deposition methodInfo
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- JPH0633450B2 JPH0633450B2 JP28252387A JP28252387A JPH0633450B2 JP H0633450 B2 JPH0633450 B2 JP H0633450B2 JP 28252387 A JP28252387 A JP 28252387A JP 28252387 A JP28252387 A JP 28252387A JP H0633450 B2 JPH0633450 B2 JP H0633450B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、反応性ガス雰囲気中に設置された試料表面に
微小集束されたイオンビームを照射し、反応性ガスの反
応生成物を形成するイオンビームデポジション方法に関
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention forms a reaction product of a reactive gas by irradiating a sample surface placed in a reactive gas atmosphere with a finely focused ion beam. The present invention relates to an ion beam deposition method.
（従来の技術） 第１図は、イオンビームデポジション装置の模式図であ
る。(Prior Art) FIG. 1 is a schematic view of an ion beam deposition apparatus.
真空容器１内に取り付けられた試料ステージ２上には試
料３が設置され、ガス導入機４により反応性ガス５が試
料３の表面に供給されると共に、イオンビーム照射装置
６により微小集束されたイオンビーム７が照射される。
ここで真空容器１は真空排気ポンプ１１により排気され
ており、反応性ガス５はガスボンベ５１より供給されて
いる。A sample 3 was placed on a sample stage 2 mounted in a vacuum container 1, and a reactive gas 5 was supplied to the surface of the sample 3 by a gas introduction device 4 and finely focused by an ion beam irradiation device 6. The ion beam 7 is irradiated.
Here, the vacuum container 1 is evacuated by a vacuum exhaust pump 11, and the reactive gas 5 is supplied from a gas cylinder 51.
動作原理は次の如くである。例えば、試料３をＳｉ基
板、反応性ガス５をＳｉＨ4、イオンビーム７をＳｉ
とすると、試料３であるＳｉ基板表面に供給されたＳｉ
Ｈ4は、Ｓｉ++イオンビーム７の照射により当該イオン
ビームのエネルギーを吸収しＳｉとＨに分解する。The operating principle is as follows. For example, if the sample 3 is a Si-based
Plate, reactive gas 5 to SiHFour, The ion beam 7 is Si
Then, the Si supplied to the surface of the Si substrate which is the sample 3 is
HFourIs Si++Irradiation of the ion beam 7 causes the ion
It absorbs the energy of the beam and decomposes it into Si and H.
また、Ｓｉ基板は、Ｓｉ イオンビーム７の照射によ
り、当該イオンビームのエネルギーを吸収して励起状態
となる。そこへ、ＳｉＨ４の分解で生成されたＳｉが吸
着し、Ｓｉ基板上にＳｉ３１を堆積させることが出来
る。In addition, the Si substrate is Si By irradiation of the ion beam 7
The excited state by absorbing the energy of the ion beam
Becomes There, SiHFourSi generated by decomposition of
Can deposit and deposit Si31 on Si substrate
It
以上の如く、イオンビーム７を照射した試料３の表面上
の特定の位置に対して、反応性ガス５の反応生成物を堆
積させることが出来るので、当該イオンビーム７を描画
パターンに従って走査すれば、試料表面上に反応性ガス
５の反応生成物を描画形成出来るという特徴を有する。As described above, since the reaction product of the reactive gas 5 can be deposited at a specific position on the surface of the sample 3 irradiated with the ion beam 7, if the ion beam 7 is scanned according to the drawing pattern. The feature is that a reaction product of the reactive gas 5 can be drawn and formed on the surface of the sample.
ところで、微小集束されたイオンビームは一般的に電流
密度が大きく（例えば、液体金属Ｇａイオン源を用いて
加速電圧を５０ｋＶoltとするとき、イオンビーム径φ
０．１μｍにて１Ａｍｐ／ｃｍ２の電流密度が得られ
る）、被照射物に対してエネルギーを与え励起状態にす
るとともに、これを物理的にスパッタリングすることが
判明している。即ち、イオンビームデポジション方法に
おいては、イオンビームの照射により、デポジションを
行なうと共に、スパッタリングによるエッチング（食
刻）が同時進行しており、実行的なデポジションレート
がかなり低いという欠点がある。By the way, generally, the ion beam having a small focus has a large current density (for example, when the acceleration voltage is 50 kVolt using a liquid metal Ga ion source, the ion beam diameter φ).
It is known that a current density of 1 Amp / cm 2 is obtained at 0.1 μm), energy is applied to an object to be irradiated to bring it into an excited state, and this is physically sputtered. That is, the ion beam deposition method has a drawback in that the deposition is performed by the irradiation of the ion beam and the etching (etching) by the sputtering is simultaneously progressed, and the effective deposition rate is considerably low.
電子デバイスの配線膜、絶縁膜等はある程度の膜厚を要
するので、イオンビームデポジション方法をこれらの膜
形成に応用する場合、デポジションレートが低いが故に
生産性が低いという問題が生じる。Since a wiring film, an insulating film, and the like of an electronic device require a certain amount of film thickness, when the ion beam deposition method is applied to the formation of these films, there is a problem that productivity is low because of a low deposition rate.
（発明の目的） 本発明は、イオンビームデポジション方法において、そ
のデポジションレートを向上させることを目的とする。(Object of the Invention) An object of the present invention is to improve the deposition rate in an ion beam deposition method.
（問題点を解決する為の手段） 本発明は、試料表面に反応性ガス雰囲気が形成され、当
該試料表面上に微小集束されたイオンビームが該反応性
ガス雰囲気を通して照射されて、前記試料表面上の当該
イオンビーム照射位置に前記反応性ガスの反応生成物が
堆積されるイオンビームデポジション方法において、当
該イオンビームをパルス状に照射するイオンビームデポ
ジション方法である。(Means for Solving the Problems) In the present invention, a reactive gas atmosphere is formed on the sample surface, and the ion beam finely focused on the sample surface is irradiated through the reactive gas atmosphere to obtain the sample surface. In the ion beam deposition method in which the reaction product of the reactive gas is deposited at the ion beam irradiation position above, the ion beam deposition method is to irradiate the ion beam in a pulsed manner.
（実施例） 第１図の装置で、前述の、試料３の表面を励起状態と
し、反応性ガス５の反応生成物を、試料３の表面の励起
状態の部分へ吸着し堆積させる過程をモデル化して、成
膜のレート方程式を立てると次式のようになる。(Example) In the apparatus of FIG. 1, a model of the above-described process in which the surface of the sample 3 is excited and the reaction product of the reactive gas 5 is adsorbed and deposited on the excited part of the surface of the sample 3 Then, the rate equation for film formation is established as follows.
ｄｒ／ｄｔ ＝（１−ｒ）Ｔex・Ｄｐ・Ｔｓ−ｒ・Ｔdc−ｒ・Ｓｐ ここで、 ｒは単位面積当りの成膜量、 Ｔexは試料表面励起状態の時定数、 Ｔｓは反応性ガス生成物（分解生成物等）の供給時定
数、 Ｄｐは当該反応性ガス生成物の試料表面への吸着確率、 Ｔdcは、成膜した反応性生成物の分解・脱離時定数、 Ｓｐは、成膜した反応生成物のスパッタ率等、 である。dr / dt = (1-r) Tex.Dp.Ts-r.Tdc-r.Sp where r is the film formation amount per unit area, Tex is the time constant of the sample surface excited state, and Ts is the reactive gas. Supply time constant of products (decomposition products, etc.), Dp is the adsorption probability of the reactive gas product on the sample surface, Tdc is the decomposition / desorption time constant of the formed reactive product, and Sp is And the sputtering rate of the reaction product formed.
また、時定数Ｔex、Ｔｓは、 Ｔex＝Ｔ゜ex・exp（−Ｅ゜sam／ＫＴ） Ｔｓ＝Ｔ゜s ・exp（−Ｅ゜gass／ＫＴ） で与えられ、イオンビーム照射による温度上昇効果を取
り入れた活性化型と考える。Further, the time constants Tex and Ts are given by Tex = T ° ex · exp (−E ° sam / KT) Ts = T ° s · exp (−E ° gass / KT), and the temperature rise effect by ion beam irradiation is given. I think that it is an activated type that incorporates.
Ｔ゜ex、Ｔ゜s は定数、 Ｅ゜sam は試料表面の活性化エネルギー、 Ｅ゜gassは反応性ガスの活性化エネルギー Ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、 である。T ° ex and T ° s are constants, E ° sam is the activation energy of the sample surface, E ° gass is the activation energy of the reactive gas, K is the Boltzmann constant, and T is the temperature.
ここでもし、イオンビームを本発明のようにパルス状に
すると、イオンビームは照射、遮断を繰り返すことにな
り、イオンビーム照射時、遮断時における成膜レートの
律速は次の如く考えられる。Here, if the ion beam is pulsed as in the present invention, irradiation and blocking of the ion beam are repeated, and the rate-determining rate of the film formation during ion beam irradiation and blocking is considered as follows.
先ず、イオンビーム照射時には、反応性ガスがイオンビ
ームのエネルギーを吸収し、分離され、試料表面の近傍
は当該反応性ガス生成物で満たされ、成膜に対する反応
性ガス生成物の供給は十分に行なわれるものと考えられ
る。またインオンビームの照射により、試料表面はイオ
ンビームのエネルギーを吸収し、温度が上昇すると共に
励起状態となり、前述の反応性ガス生成物と表面化学反
応を起こし、成膜が行なわれる。また、イオンビームの
照射によるスパッタリングが同時に進行しており、イオ
ンビーム照射時における成膜レートの律速は、表面化学
反応とスパッタリングであると考えられる。First, during ion beam irradiation, the reactive gas absorbs the energy of the ion beam and is separated, the vicinity of the sample surface is filled with the reactive gas product, and the supply of the reactive gas product to the film formation is sufficient. It is thought to be done. Further, the irradiation of the in-on beam absorbs the energy of the ion beam on the surface of the sample, and the surface of the sample becomes excited as the temperature rises, causing a surface chemical reaction with the above-mentioned reactive gas product to form a film. Further, the sputtering due to the irradiation of the ion beam is proceeding at the same time, and it is considered that the rate-determining rate of the film formation during the irradiation of the ion beam is the surface chemical reaction and the sputtering.
次に、イオンビーム遮断時は、イオンビームからのエネ
ルギー供給が停止し、その結果、反応性ガス生成物の供
給、試料表面の温度、ならびに励起状態は減少あるいは
下降に向かう。また、スパッタリングの効果が無くな
り、律速は、供給律速と表面化学反応律速であると考え
られる。Next, when the ion beam is cut off, the energy supply from the ion beam is stopped, and as a result, the supply of the reactive gas product, the temperature of the sample surface, and the excited state decrease or decrease. Further, the effect of sputtering disappears, and it is considered that the rate-determining is the rate-limiting of the supply and the rate-limiting of the surface chemical reaction.
成膜箇所１ポイント当り（イオンビームを走査せず固定
した状態）のイオンビーム照射時間は、成膜条件即ち所
望の膜厚、膜質の他、イオンビームのエネルギー、イオ
ン電流、反応性ガス圧力、試料の活性化エネルギー等、
数多くのパラメータによって左右され、実験においても
１０-4〜１０-2秒と幅広い結果が得られる。Ion beam irradiation time per point of film formation (fixed without scanning with ion beam) depends on film forming conditions, that is, desired film thickness and film quality, ion beam energy, ion current, reactive gas pressure, Sample activation energy, etc.
A wide range of results of 10 -4 to 10 -2 seconds can be obtained even in the experiment, depending on many parameters.
照射時間と遮断時間の周期は、成膜箇所１ポイント当り
の領域がイオンビーム径と同一程度であるマイクロメー
ターオーダーであり、遮断時間の成膜レートが供給律
速、表面化学反応律速に依存していることを考慮すれ
ば、遮断時間は照射時間と同一オーダーから１桁増の範
囲で１０-4〜１０-1秒程度となる。即ち、照射１０-4〜
１０-2秒、遮断１０-4〜１０-1秒の範囲で繰り返しイオ
ンビームをパルス状に照射することが成膜レートの向上
に有効であることを見い出している。The cycle of irradiation time and cutoff time is on the order of micrometers, where the area per point of film formation is about the same as the ion beam diameter, and the film formation rate of the cutoff time depends on the supply rate and the surface chemical reaction rate. Considering that the irradiation time is considered, the cutoff time is about 10 −4 to 10 −1 second within the range of the same order as the irradiation time and increased by one digit. That is, irradiation 10 -4 ~
It has been found that the pulsed irradiation of the ion beam repeatedly within the range of 10 -2 seconds and 10-4 to 10 -1 seconds of blocking is effective for improving the film formation rate.
従って、パルス状のイオンビーム照射方法をイオンビー
ムデポジション方法に用いれば、イオンビーム遮断時に
おいても、反応生成物の堆積は行なわれると共に、スパ
ッタリングの効果が無くなるのでデポジションレートの
向上が期待出来ることになる。Therefore, if the pulsed ion beam irradiation method is used for the ion beam deposition method, the reaction product is deposited even when the ion beam is cut off, and the effect of sputtering disappears, so that the deposition rate can be improved. It will be.
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
い。反応性ガス雰囲気を通して、イオンビームがパルス
状に照射されるのであれば、全て、本発明に該当する。
例えば、反応性ガスの他に別の活性種が供給されたり、
イオンビームの他に、電子ビームやレーザービーム等の
荷電ビームや光が当該パルス状のイオンビームと共に照
射されている場合においても本発明は十分にその力量を
発揮する。The present invention is not limited to the above embodiment. If the ion beam is irradiated in a pulsed manner through the reactive gas atmosphere, it corresponds to the present invention.
For example, in addition to the reactive gas, another active species is supplied,
In addition to the ion beam, the present invention sufficiently exerts its ability even when a charged beam such as an electron beam or a laser beam or light is irradiated together with the pulsed ion beam.
また反応性ガスはＳｉＨ4の他、ＷＦ6あるいはＡｌ（Ｃ
Ｈ3）３などの有機金属ガスなども挙げられる。The reactive gas is SiH 4 , WF 6 or Al (C
Organometallic gases such as H 3 ) 3 can also be used.
（発明の効果） 本発明によれば、デポジションレートの高い状態で膜形
成を行なうことができる。(Effect of the Invention) According to the present invention, film formation can be performed in a state where the deposition rate is high.
第１図は、イオンビームデポジション装置の模式図。 １……真空容器、２……試料ステージ、 ３……試料、４……ガス導入機、５……反応性ガス、 ６……イオンビーム照射装置、７……イオンビーム、 ８……パルス状イオンビーム、 １１……真空排気ポンプ、 ３１……堆積（デポジション）膜、 ５１……反応性ガスボンベ。 FIG. 1 is a schematic diagram of an ion beam deposition apparatus. 1 ... Vacuum container, 2 ... Sample stage, 3 ... Sample, 4 ... Gas introducing device, 5 ... Reactive gas, 6 ... Ion beam irradiation device, 7 ... Ion beam, 8 ... Pulse-shaped Ion beam, 11 ... vacuum pump, 31 ... deposition film, 51 ... reactive gas cylinder.
Claims (1)
当該試料表面上に微小集束されたイオンビームが該反応
性ガス雰囲気を通して照射されて、前記試料表面上の当
該イオンビーム照射位置に前記反応性ガスの反応生成物
が堆積（デポジション）されるイオンビームデポジショ
ン方法において、当該イオンビームをパルス状に照射す
ることを特徴とするイオンビームデポジション方法。1. A reactive gas atmosphere is formed on the sample surface,
Ions on the surface of the sample irradiated with a minutely focused ion beam through the reactive gas atmosphere, and the reaction products of the reactive gas are deposited (deposition) on the irradiation position of the ion beam on the surface of the sample. An ion beam deposition method, comprising irradiating the ion beam in a pulse shape in the beam deposition method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28252387A JPH0633450B2 (en) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | Ion beam deposition method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28252387A JPH0633450B2 (en) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | Ion beam deposition method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01127671A JPH01127671A (en) | 1989-05-19 |
| JPH0633450B2 true JPH0633450B2 (en) | 1994-05-02 |
Family
ID=17653561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28252387A Expired - Lifetime JPH0633450B2 (en) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | Ion beam deposition method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0633450B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2010230042A1 (en) | 2009-03-26 | 2011-09-29 | Nestec S.A. | A fitment indexer for a pouch filler |
-
1987
- 1987-11-09 JP JP28252387A patent/JPH0633450B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01127671A (en) | 1989-05-19 |
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