JPH07172983A - 結晶質薄膜の形成方法およびその装置 - Google Patents
結晶質薄膜の形成方法およびその装置Info
- Publication number
- JPH07172983A JPH07172983A JP34370493A JP34370493A JPH07172983A JP H07172983 A JPH07172983 A JP H07172983A JP 34370493 A JP34370493 A JP 34370493A JP 34370493 A JP34370493 A JP 34370493A JP H07172983 A JPH07172983 A JP H07172983A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- thin film
- holder
- inert gas
- heating
- 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
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 基体の加熱温度を低くすることができる結晶
質薄膜の形成方法およびその装置を提供する。 【構成】 この装置は、真空容器２と、真空容器２内に
収納されていて基体４を保持するホルダ６と、ホルダ６
上の基体４を加熱するヒータ８と、ホルダ６に向けて配
置されていてホルダ６上の基体４に粒子１６を蒸着させ
る蒸発源１０と、ホルダ６に向けて配置されていてホル
ダ６上の基体４に不活性ガスラジカル２２を照射するラ
ジカル源１８とを備えている。
質薄膜の形成方法およびその装置を提供する。 【構成】 この装置は、真空容器２と、真空容器２内に
収納されていて基体４を保持するホルダ６と、ホルダ６
上の基体４を加熱するヒータ８と、ホルダ６に向けて配
置されていてホルダ６上の基体４に粒子１６を蒸着させ
る蒸発源１０と、ホルダ６に向けて配置されていてホル
ダ６上の基体４に不活性ガスラジカル２２を照射するラ
ジカル源１８とを備えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、基体の表面に金属、
半金属、半導体等の結晶質薄膜（結晶構造を持った薄
膜）を形成する方法およびその装置に関する。
半金属、半導体等の結晶質薄膜（結晶構造を持った薄
膜）を形成する方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、基体の表面に結晶質薄膜を形成す
る方法としては、例えば高真空中で、所望の薄膜を得る
ための特定の単結晶基体を高温（エピタキシー温度以
上）に加熱し、その基体に対して、真空蒸着、スパッタ
リング蒸着等によって粒子を蒸着させて、基体の結晶と
一定の方位関係を持つ単結晶薄膜を形成する、エピタキ
シャル技術が採用されていた。
る方法としては、例えば高真空中で、所望の薄膜を得る
ための特定の単結晶基体を高温（エピタキシー温度以
上）に加熱し、その基体に対して、真空蒸着、スパッタ
リング蒸着等によって粒子を蒸着させて、基体の結晶と
一定の方位関係を持つ単結晶薄膜を形成する、エピタキ
シャル技術が採用されていた。
【０００３】このエピタキシャル技術としては、より具
体的には、クヌードセンセル（分子線源セル）からの分
子線を用いて成膜する分子線エピタキシャル技術が用い
られている。
体的には、クヌードセンセル（分子線源セル）からの分
子線を用いて成膜する分子線エピタキシャル技術が用い
られている。
【０００４】このようなエピタキシャル技術では、基体
上に飛来した蒸着粒子が結晶に再配列するための動きを
維持するために、基体温度を高温（例えば８００℃程度
以上）に保つ必要がある。つまり、基体の熱エネルギー
を用いることによって、基体の結晶方位と一定の方位関
係になるように蒸着粒子の再配列を促進し、それによっ
て単結晶薄膜の形成を行っている。
上に飛来した蒸着粒子が結晶に再配列するための動きを
維持するために、基体温度を高温（例えば８００℃程度
以上）に保つ必要がある。つまり、基体の熱エネルギー
を用いることによって、基体の結晶方位と一定の方位関
係になるように蒸着粒子の再配列を促進し、それによっ
て単結晶薄膜の形成を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のエ
ピタキシャル技術による単結晶薄膜の形成においては、
基体を高温に加熱する必要があり、その加熱や加熱後の
冷却に多くの時間がかかるため、生産性に劣るという問
題がある。
ピタキシャル技術による単結晶薄膜の形成においては、
基体を高温に加熱する必要があり、その加熱や加熱後の
冷却に多くの時間がかかるため、生産性に劣るという問
題がある。
【０００６】そこでこの発明は、基体の加熱温度を低く
することができる、単結晶等の結晶質薄膜の形成方法お
よびその装置を提供することを主たる目的とする。
することができる、単結晶等の結晶質薄膜の形成方法お
よびその装置を提供することを主たる目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の結晶質薄膜の形成方法は、真空中で基体
を加熱しながら、当該基体に対して、粒子を蒸着させる
のと同時に、不活性ガスラジカルを照射することを特徴
とする。
め、この発明の結晶質薄膜の形成方法は、真空中で基体
を加熱しながら、当該基体に対して、粒子を蒸着させる
のと同時に、不活性ガスラジカルを照射することを特徴
とする。
【０００８】また、この発明の結晶質薄膜の形成装置
は、真空容器と、この真空容器内に収納されていて基体
を保持するホルダと、このホルダ上の基体を加熱する加
熱手段と、ホルダ上の基体に対して粒子を蒸着させる蒸
発源と、ホルダ上の基体に対して不活性ガスラジカルを
照射するラジカル源とを備えることを特徴とする。
は、真空容器と、この真空容器内に収納されていて基体
を保持するホルダと、このホルダ上の基体を加熱する加
熱手段と、ホルダ上の基体に対して粒子を蒸着させる蒸
発源と、ホルダ上の基体に対して不活性ガスラジカルを
照射するラジカル源とを備えることを特徴とする。
【０００９】
【作用】この発明では、基体の熱エネルギーだけでな
く、基体に照射される不活性ガスラジカルの持つ内部エ
ネルギー（励起エネルギー）を用いることができ、この
両方のエネルギーによって、蒸着粒子が結晶に再配列す
るための動きを促進することができる。その結果、基体
の加熱温度を大幅に低くすることが可能になり、それに
よって基体の加熱および冷却に要する時間が短くて済
み、生産性が向上する。
く、基体に照射される不活性ガスラジカルの持つ内部エ
ネルギー（励起エネルギー）を用いることができ、この
両方のエネルギーによって、蒸着粒子が結晶に再配列す
るための動きを促進することができる。その結果、基体
の加熱温度を大幅に低くすることが可能になり、それに
よって基体の加熱および冷却に要する時間が短くて済
み、生産性が向上する。
【００１０】
【実施例】図１は、この発明の一実施例に係る結晶質薄
膜の形成装置を示す概略図である。この装置は、図示し
ない真空排気装置によって真空に排気される真空容器２
と、この真空容器２内に収納されていて薄膜を形成しよ
うとする基体４を保持するホルダ６と、このホルダ６上
の基体４を加熱する加熱手段としてのヒータ８と、ホル
ダ６に向けて配置されていてホルダ６上の基体４に粒子
１６を蒸着させる蒸発源１０と、ホルダ６に向けて配置
されていてホルダ上の基体４に不活性ガスラジカル（不
活性ガスの励起活性種）２２を照射するラジカル源１８
とを備えている。
膜の形成装置を示す概略図である。この装置は、図示し
ない真空排気装置によって真空に排気される真空容器２
と、この真空容器２内に収納されていて薄膜を形成しよ
うとする基体４を保持するホルダ６と、このホルダ６上
の基体４を加熱する加熱手段としてのヒータ８と、ホル
ダ６に向けて配置されていてホルダ６上の基体４に粒子
１６を蒸着させる蒸発源１０と、ホルダ６に向けて配置
されていてホルダ上の基体４に不活性ガスラジカル（不
活性ガスの励起活性種）２２を照射するラジカル源１８
とを備えている。
【００１１】蒸発源１０は、図示例のものは、電子ビー
ム１２によって蒸発材料１４を加熱して粒子１６を蒸発
させる電子ビーム加熱式の蒸発源である。粒子１６は、
各種金属、各種半金属（例えばＢ、Ａs 等）および各種
半導体（例えばＳi 、ＧaＡs等）の内の少なくとも一種
以上の元素から成る。
ム１２によって蒸発材料１４を加熱して粒子１６を蒸発
させる電子ビーム加熱式の蒸発源である。粒子１６は、
各種金属、各種半金属（例えばＢ、Ａs 等）および各種
半導体（例えばＳi 、ＧaＡs等）の内の少なくとも一種
以上の元素から成る。
【００１２】ラジカル源１８は、供給される不活性ガス
２０を、内部で、例えば高周波放電によって放電分解し
てプラズマを発生させ、このプラズマ中に多数存在して
いる不活性ガスラジカル２２を放電室と成膜室の圧力差
によって引き出す方式のものである。不活性ガスラジカ
ル２２は、例えばＡr 、Ｋr 、Ｘe 等の不活性ガス元素
の内の少なくとも一種以上の元素のラジカルから成る。
２０を、内部で、例えば高周波放電によって放電分解し
てプラズマを発生させ、このプラズマ中に多数存在して
いる不活性ガスラジカル２２を放電室と成膜室の圧力差
によって引き出す方式のものである。不活性ガスラジカ
ル２２は、例えばＡr 、Ｋr 、Ｘe 等の不活性ガス元素
の内の少なくとも一種以上の元素のラジカルから成る。
【００１３】このような装置を用いて、真空容器２内を
高真空または超高真空に真空排気すると共にヒータ８に
よって基体４を加熱しながら、当該基体４に対して、蒸
発源１０から粒子１６を蒸着させるのと同時に、ラジカ
ル源１８から不活性ガスラジカル２２を照射する。それ
によって、基体４の表面に、蒸着粒子１６が再配列した
単結晶薄膜を形成することができる。
高真空または超高真空に真空排気すると共にヒータ８に
よって基体４を加熱しながら、当該基体４に対して、蒸
発源１０から粒子１６を蒸着させるのと同時に、ラジカ
ル源１８から不活性ガスラジカル２２を照射する。それ
によって、基体４の表面に、蒸着粒子１６が再配列した
単結晶薄膜を形成することができる。
【００１４】その場合、この方法では、基体４の熱エネ
ルギーだけでなく、基体４に照射される不活性ガスラジ
カル２２の持つ内部エネルギー（励起エネルギー）を用
いることができ、この両方のエネルギーによって、蒸着
粒子１６が結晶に再配列するための動きを促進すること
ができるので、基体４の加熱温度（単結晶薄膜が得られ
る基体温度、即ちエピタキシー温度）を大幅に低くする
ことが可能になる。その結果、基体４の加熱および冷却
に要する時間が短くて済み、生産性が向上する。
ルギーだけでなく、基体４に照射される不活性ガスラジ
カル２２の持つ内部エネルギー（励起エネルギー）を用
いることができ、この両方のエネルギーによって、蒸着
粒子１６が結晶に再配列するための動きを促進すること
ができるので、基体４の加熱温度（単結晶薄膜が得られ
る基体温度、即ちエピタキシー温度）を大幅に低くする
ことが可能になる。その結果、基体４の加熱および冷却
に要する時間が短くて済み、生産性が向上する。
【００１５】ちなみに、蒸着粒子にエネルギーを与える
には、イオンビームやスパッタリング粒子を用いる方法
もあるが、これらはイオンビームやスパッタリング粒子
の持つ大きな運動エネルギーを利用するものであり、そ
の運動エネルギーによって薄膜にダメージを与え、膜中
に欠陥を生じさせるという問題がある。これに対して、
ラジカルは、内部エネルギーは大きいものの、運動エネ
ルギーはイオンビームやスパッタリング粒子に比べて非
常に小さいため、薄膜に対して殆どダメージを与えな
い。従って、膜中に欠陥を生じさせない。また、基体表
面に飛来した不活性ガスラジカル２２は、蒸着粒子にエ
ネルギーを与えた後は、エネルギー状態が基底状態に遷
移して元の中性ガスの状態に戻るため、大部分は薄膜表
面からガスとなって離脱する。従って、薄膜中に不活性
ガス元素が殆ど残存しない。このように、不活性ガスラ
ジカル２２を利用する上記方法では、膜中に欠陥および
不純物元素残留の少ない高品質の薄膜を形成することが
できるという効果も得られる。
には、イオンビームやスパッタリング粒子を用いる方法
もあるが、これらはイオンビームやスパッタリング粒子
の持つ大きな運動エネルギーを利用するものであり、そ
の運動エネルギーによって薄膜にダメージを与え、膜中
に欠陥を生じさせるという問題がある。これに対して、
ラジカルは、内部エネルギーは大きいものの、運動エネ
ルギーはイオンビームやスパッタリング粒子に比べて非
常に小さいため、薄膜に対して殆どダメージを与えな
い。従って、膜中に欠陥を生じさせない。また、基体表
面に飛来した不活性ガスラジカル２２は、蒸着粒子にエ
ネルギーを与えた後は、エネルギー状態が基底状態に遷
移して元の中性ガスの状態に戻るため、大部分は薄膜表
面からガスとなって離脱する。従って、薄膜中に不活性
ガス元素が殆ど残存しない。このように、不活性ガスラ
ジカル２２を利用する上記方法では、膜中に欠陥および
不純物元素残留の少ない高品質の薄膜を形成することが
できるという効果も得られる。
【００１６】次に、より具体的な実施例を説明すると、
基体４としてＣaＦ2 単結晶基板を用い、真空容器２内
を１×１０-4Ｐａ程度に保ちながら、蒸発源１０から粒
子１６としてＳi を蒸発させるのと同時に、ラジカル源
１８から不活性ガスラジカル２２としてアルゴンラジカ
ルを引き出して基体４に照射した。このとき、Ｓi の成
膜速度は０．０５ｎｍ／ｓｅｃとし、ラジカル源１８に
供給する高周波電力を５００Ｗとした。また、ラジカル
源１８と基体４との距離は３００ｍｍとした。
基体４としてＣaＦ2 単結晶基板を用い、真空容器２内
を１×１０-4Ｐａ程度に保ちながら、蒸発源１０から粒
子１６としてＳi を蒸発させるのと同時に、ラジカル源
１８から不活性ガスラジカル２２としてアルゴンラジカ
ルを引き出して基体４に照射した。このとき、Ｓi の成
膜速度は０．０５ｎｍ／ｓｅｃとし、ラジカル源１８に
供給する高周波電力を５００Ｗとした。また、ラジカル
源１８と基体４との距離は３００ｍｍとした。
【００１７】上記のようにして、基体４の表面にＳi 単
結晶薄膜を形成したが、そのときのＳi 単結晶薄膜が得
られた臨界基体温度（エピタキシー臨界温度）は約４０
０℃であった。
結晶薄膜を形成したが、そのときのＳi 単結晶薄膜が得
られた臨界基体温度（エピタキシー臨界温度）は約４０
０℃であった。
【００１８】また、比較例として、基体４にアルゴンラ
ジカルを照射しない他は上記実施例と同様にして成膜を
行ったところ、Ｓi 単結晶薄膜が得られた臨界基体温度
（エピタキシー臨界温度）は約８００℃であった。
ジカルを照射しない他は上記実施例と同様にして成膜を
行ったところ、Ｓi 単結晶薄膜が得られた臨界基体温度
（エピタキシー臨界温度）は約８００℃であった。
【００１９】このように、アルゴンラジカル照射を併用
した実施例では、比較例に比べて、基体４の温度を約１
／２に下げることができることが確認された。
した実施例では、比較例に比べて、基体４の温度を約１
／２に下げることができることが確認された。
【００２０】なお、蒸発源は、上記例のような電子ビー
ム加熱式の蒸発源１０の他に、蒸発材料を抵抗加熱もし
くは高周波加熱によって蒸発させる方式のもの、ターゲ
ットをイオンビーム等でスパッタリングする方式のも
の、更には分子線源セル等でも良い。
ム加熱式の蒸発源１０の他に、蒸発材料を抵抗加熱もし
くは高周波加熱によって蒸発させる方式のもの、ターゲ
ットをイオンビーム等でスパッタリングする方式のも
の、更には分子線源セル等でも良い。
【００２１】また、ラジカル源は、上記例のような不活
性ガス２０を高周波放電によって放電分解する方式のも
のの他に、不活性ガス２０をＥＣＲ（電子サイクロトロ
ン共鳴）放電または直流放電等によって放電分解してプ
ラズマを発生させる方式のもの等でも良い。
性ガス２０を高周波放電によって放電分解する方式のも
のの他に、不活性ガス２０をＥＣＲ（電子サイクロトロ
ン共鳴）放電または直流放電等によって放電分解してプ
ラズマを発生させる方式のもの等でも良い。
【００２２】
【発明の効果】以上のようにこの発明の方法および装置
によれば、基体の熱エネルギーだけでなく、基体に照射
される不活性ガスラジカルの持つ内部エネルギーを用い
ることができ、この両方のエネルギーによって、蒸着粒
子が結晶に再配列するための動きを促進することができ
るので、基体の加熱温度を大幅に低くすることが可能に
なる。その結果、基体の加熱および冷却に要する時間が
短くて済み、生産性が向上する。
によれば、基体の熱エネルギーだけでなく、基体に照射
される不活性ガスラジカルの持つ内部エネルギーを用い
ることができ、この両方のエネルギーによって、蒸着粒
子が結晶に再配列するための動きを促進することができ
るので、基体の加熱温度を大幅に低くすることが可能に
なる。その結果、基体の加熱および冷却に要する時間が
短くて済み、生産性が向上する。
【００２３】しかも、不活性ガスラジカル照射は薄膜に
対して殆どダメージを与えないので、また薄膜中に不活
性ガス元素が殆ど残存しないので、膜中に欠陥および不
純物元素残留の少ない高品質の薄膜を形成することがで
きるという効果も得られる。
対して殆どダメージを与えないので、また薄膜中に不活
性ガス元素が殆ど残存しないので、膜中に欠陥および不
純物元素残留の少ない高品質の薄膜を形成することがで
きるという効果も得られる。
【図１】この発明の一実施例に係る結晶質薄膜の形成装
置を示す概略図である。
置を示す概略図である。
２ 真空容器 ４ 基体 ６ ホルダ ８ ヒータ（加熱手段） １０ 蒸発源 １６ 粒子 １８ ラジカル源 ２２ 不活性ガスラジカル
Claims (2)
- 【請求項１】 真空中で基体を加熱しながら、当該基体
に対して、粒子を蒸着させるのと同時に、不活性ガスラ
ジカルを照射することを特徴とする結晶質薄膜の形成方
法。 - 【請求項２】 真空容器と、この真空容器内に収納され
ていて基体を保持するホルダと、このホルダ上の基体を
加熱する加熱手段と、ホルダ上の基体に対して粒子を蒸
着させる蒸発源と、ホルダ上の基体に対して不活性ガス
ラジカルを照射するラジカル源とを備えることを特徴と
する結晶質薄膜の形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34370493A JPH07172983A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 結晶質薄膜の形成方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34370493A JPH07172983A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 結晶質薄膜の形成方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07172983A true JPH07172983A (ja) | 1995-07-11 |
Family
ID=18363611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34370493A Pending JPH07172983A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 結晶質薄膜の形成方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07172983A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11279757A (ja) * | 1998-03-27 | 1999-10-12 | Shincron:Kk | 複合金属の化合物薄膜形成方法及びその薄膜形成装置 |
-
1993
- 1993-12-16 JP JP34370493A patent/JPH07172983A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11279757A (ja) * | 1998-03-27 | 1999-10-12 | Shincron:Kk | 複合金属の化合物薄膜形成方法及びその薄膜形成装置 |
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