JPH0772353B2 - Thin film deposition method and apparatus - Google Patents

Thin film deposition method and apparatus

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JPH0772353B2
JPH0772353B2 JP60183946A JP18394685A JPH0772353B2 JP H0772353 B2 JPH0772353 B2 JP H0772353B2 JP 60183946 A JP60183946 A JP 60183946A JP 18394685 A JP18394685 A JP 18394685A JP H0772353 B2 JPH0772353 B2 JP H0772353B2
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ultraviolet light
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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、反応室内のガス分子を励起し、分解またはイ
オン化することにより、半導体、絶縁体もしくは導電体
の薄膜を基板上に堆積させる方法および装置に関するも
のである。
The present invention relates to a method for depositing a thin film of a semiconductor, an insulator or a conductor on a substrate by exciting, decomposing or ionizing gas molecules in a reaction chamber. And the device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

この分野の従来技術としては、ガス分子を放電により励
起するプラズマCVD装置がある。
As a conventional technique in this field, there is a plasma CVD apparatus which excites gas molecules by electric discharge.

第12図にその代表的な装置構成を示す。これは、良く知
られているように、コイル3により反応室1内に高周波
電界を印加して、ガス導入ノズル2から導入されたガス
を高周波放電により分解またはイオン化し、該反応室内
の基板支持台4上に設置した基板5の表面に薄膜として
堆積させるもので、この例では磁石6によりイオン生成
効率の改善が図られている。
Fig. 12 shows the typical device configuration. As is well known, this is because a high frequency electric field is applied to the reaction chamber 1 by the coil 3 to decompose or ionize the gas introduced from the gas introduction nozzle 2 by the high frequency discharge to support the substrate in the reaction chamber. It is deposited as a thin film on the surface of the substrate 5 placed on the table 4, and in this example, the magnet 6 is used to improve the ion generation efficiency.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術においては、反応室内の放電領域、すなわ
ちガスが分解またはイオン化される励起領域を所定の空
間に限定することが困難であるため、生成したイオンや
電子の衝突により器壁あるいは電極から反応ガス中に不
純物が混入したり、生成したプラズマ(イオンと電子の
集合体)が基板および堆積した薄膜に接触して損傷を与
えるなど、薄膜の質を低下させる原因となっていた。
In the above conventional technique, it is difficult to limit the discharge region in the reaction chamber, that is, the excitation region where the gas is decomposed or ionized, to a predetermined space. Impurities are mixed in the gas, and the generated plasma (aggregation of ions and electrons) comes into contact with the substrate and the deposited thin film to cause damage, which causes the deterioration of the quality of the thin film.

さらに上記従来技術においては、プラズマ中のイオンの
運動エネルギーが広い範囲に分布し、これを薄膜の堆積
に寄与する所望の一定の値の運動エネルギーを有するも
のとするように制御することが困難であり、また生成す
るイオン種の種類およびその励起準位、すなわち内部エ
ネルギーも広範囲に分布しており、薄膜の堆積に寄与す
る特定の種類のイオン種あるいは特定の励起状態のイオ
ン種を集中して生成することが困難であった。
Further, in the above-mentioned conventional technique, it is difficult to control the kinetic energy of the ions in the plasma to be distributed over a wide range and to have a desired constant value of kinetic energy that contributes to the deposition of the thin film. In addition, the kind of ion species to be generated and its excitation level, that is, the internal energy is also distributed over a wide range, and a specific kind of ion species or a specific excited state ion species that contributes to the deposition of a thin film is concentrated. It was difficult to generate.

本発明は、上記従来技術の問題点を解決した新しい薄膜
堆積方法および装置を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a new thin film deposition method and apparatus that solves the above-mentioned problems of the prior art.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の薄膜堆積方法は、薄膜を堆積させるための基板
を反応室内に設置し、前記反応室内にガスを満たし、前
記反応室内に電子シンクロトロン放射装置から放射され
た軟X線または真空紫外光ビームを、前記基板に慨ね平
行に照射して、前記反応室内の限定された領域のガスを
分解またはイオン化し、このガスを分解またはイオン化
した領域と前記基板との間に電界を印加し、分解生成物
または生成イオンを前記基板上に堆積させることを特徴
とする。
In the thin film deposition method of the present invention, a substrate for depositing a thin film is placed in a reaction chamber, the reaction chamber is filled with a gas, and the reaction chamber is filled with soft X-rays or vacuum ultraviolet light emitted from an electron synchrotron radiation device. A beam is radiated parallel to the substrate to decompose or ionize a gas in a limited region in the reaction chamber, and apply an electric field between the region decomposed or ionized with the gas and the substrate, Decomposition products or product ions are deposited on the substrate.

また、前記反応室に、堆積膜を構成する元素を含む2種
類以上のガスを導入することを特徴とする。
Further, it is characterized in that two or more kinds of gases containing an element forming a deposited film are introduced into the reaction chamber.

また、本発明の薄膜堆積装置は、薄膜を堆積させるため
の基板を設置する反応室と、前記反応室内に前記基板に
対向して設置した電極と、前記基板と前記電極に電圧を
印加する手段と、前記反応室内にガスを導入する手段
と、前記反応室内に電子シンクロトロン放射装置から放
射された軟X線または真空紫外光ビームを、前記軟X線
または真空紫外光ビームを扁平な形状とするための集光
手段を介して、前記基板に慨ね平行に導入する手段とを
有することを特徴とする。
Further, the thin film deposition apparatus of the present invention comprises a reaction chamber in which a substrate for depositing a thin film is placed, an electrode placed in the reaction chamber so as to face the substrate, and means for applying a voltage to the substrate and the electrode. A means for introducing gas into the reaction chamber, a soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam emitted from an electron synchrotron radiation device into the reaction chamber, and a flat shape of the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam. And a means for introducing the light in parallel to the substrate via a light collecting means for performing the above.

〔作用〕[Action]

本発明の薄膜堆積方法および装置では、電子シンクロト
ロン放射装置から放射され、ガスを効率良くイオン化す
る軟X線または真空紫外光を、基板に慨ね平行に照射
し、限定された領域のガスを分解またはイオン化し、該
励起領域と基板間に電界を印加して薄膜を堆積すること
により、電界の作用を均等に受け、高精度に制御された
均一な運動エネルギーを得たイオンを基板に照射するこ
とができ、良質の薄膜を形成することができる。
In the thin film deposition method and apparatus of the present invention, soft X-rays or vacuum ultraviolet light emitted from an electron synchrotron radiation apparatus to efficiently ionize gas is irradiated parallel to the substrate, and the gas in a limited area is irradiated. By decomposing or ionizing, depositing a thin film by applying an electric field between the excitation region and the substrate, the effect of the electric field is uniformly received, and the substrate is irradiated with ions with uniform kinetic energy controlled with high precision. It is possible to form a high quality thin film.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を第1図〜第7図により説明す
る。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

第1図は本発明の一実施例図で、基本的な装置構成を示
す。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention and shows a basic device configuration.

第1図において、7は軟X線または真空紫外光発生源で
ある電子シンクロトロン放射装置を模式的に示したもの
である。電子シンクロトロン放射装置については文献
(1)〔C.Kunz 編集、Synchrotron radiation(Techni
ques and Appli−cations),Springer−Verlag,1979〕
に詳しく紹介されている。
In FIG. 1, reference numeral 7 schematically shows an electron synchrotron radiation device which is a soft X-ray or vacuum ultraviolet light source. For the electron synchrotron radiation device, refer to (1) [edited by C. Kunz, Synchrotron radiation (Techni
ques and Appli-cations), Springer-Verlag, 1979)
Have been introduced in detail.

8は真空パイプからなるビーム伝搬路、9は反応室、10
はガス導入ノズル、11、12は対向電極、13は直流バイア
ス電源、14は基板、15は反応室9に入射した軟X線また
は真空紫外光ビームLによりガスが分解またはイオン化
される励起領域を示している。
8 is a beam propagation path consisting of a vacuum pipe, 9 is a reaction chamber, 10
Is a gas introduction nozzle, 11 and 12 are counter electrodes, 13 is a DC bias power source, 14 is a substrate, and 15 is an excitation region where the gas is decomposed or ionized by the soft X-rays or the vacuum ultraviolet light beam L incident on the reaction chamber 9. Shows.

次に、第1図にもとづいて本発明装置の動作原理、特徴
および主要な効果を述べる。
Next, the operating principle, features and main effects of the device of the present invention will be described with reference to FIG.

第2図は電子シンクロトロン放射装置の放射光の波長分
布(上図)と、該放射光に対するメタン(CH4)、シラ
ン(SiH4)ガスの吸収断面積のスペクトル(下図)を示
す。他の多くのガス分子もこの図と概略同様な吸収スペ
クトルを示し、ガス分子はこの光吸収に伴ってイオン化
する。すなわちこの図は、電子シンクロトロン放射装置
の放射光がガス分子を効率良くイオン化する、吸収率の
高い波長分布を持った光であることを示している。
FIG. 2 shows the wavelength distribution of the emitted light of the electron synchrotron radiation device (upper figure) and the spectrum of the absorption cross sections of methane (CH 4 ) and silane (SiH 4 ) gas with respect to the emitted light (lower figure). Many other gas molecules also show absorption spectra similar to those in this figure, and the gas molecules are ionized by this light absorption. That is, this figure shows that the emitted light of the electron synchrotron radiation device is light having a wavelength distribution with a high absorptivity that efficiently ionizes gas molecules.

この吸収率の高い波長成分はほぼ10Å〜2000Åの範囲に
分布している。
The wavelength components with high absorptance are distributed in the range of 10 Å to 2000 Å.

また、電子シンクロトロン放射装置の放射光の強度分布
は、前記文献(1)中のシュビンガーの式で与えられ、
この式に従えば、第3図に示されるように、電子シンク
ロトロン放射装置から放射される軟X線または真空紫外
光ビームLの上下方向の広がりは (vは電子の速度、cは光の速度)で表される。
Further, the intensity distribution of the emitted light of the electron synchrotron radiation device is given by Schwinger's equation in the above-mentioned document (1),
According to this equation, as shown in FIG. 3, the vertical spread of the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam L emitted from the electron synchrotron radiation device is (V is the speed of electrons and c is the speed of light).

これから、指向性の良い軟X線または真空紫外光ビーム
を発生することがわかる。
From this, it can be seen that a soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam with good directivity is generated.

したがって、第1図において、ガス導入ノズル10から反
応室9の対向電極11,12間にガスを満たし、これに電子
シンクロトロン放射装置7からの軟X線または真空紫外
光ビームLを照射すれば、対向電極11,12間でガスが分
解またはイオン化し、対向電極11,12に、例えば電極11
がアノード、電極12がカソードとなるよう所定の電圧
(放電が起こらない程度の電圧)を印加することによ
り、生成したイオンのうち正イオンが電界の作用によっ
て基板14上に堆積し、薄膜を形成することは明らかであ
る。
Therefore, in FIG. 1, if gas is filled between the gas introduction nozzle 10 and the counter electrodes 11 and 12 of the reaction chamber 9, and this is irradiated with the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam L from the electron synchrotron radiation device 7. , The gas is decomposed or ionized between the counter electrodes 11 and 12, and the counter electrodes 11 and 12, for example, the electrode 11
By applying a predetermined voltage (a voltage that does not cause discharge) so that the anode is the anode and the electrode 12 is the cathode, positive ions of the generated ions are deposited on the substrate 14 by the action of the electric field to form a thin film. It is clear to do.

ここで、反応室9内には指向性の良い軟X線または真空
紫外光ビームLが照射されるため、この軟X線または真
空紫外光ビームの照射によりガスが分解またはイオン化
される励起領域、すなわちプラズマが形成される領域15
は反応室9内の空間の一部に限定され、該励起領域15の
周囲の空間には未だ励起されていないガスが存在する。
したがって、生成したイオンと電子の衝突により器壁や
電極から不純物がガス中に混入して基板14上に堆積する
薄膜の純度を損うことがなく、また、基板や堆積した薄
膜がプラズマに接触して損傷を受けることもない。
Here, since the reaction chamber 9 is irradiated with the soft X-rays or the vacuum ultraviolet light beam L having good directivity, the excitation region where the gas is decomposed or ionized by the irradiation of the soft X-rays or the vacuum ultraviolet light beam, That is, the region 15 where plasma is formed
Is limited to a part of the space inside the reaction chamber 9, and the gas around the excitation region 15 still contains unexcited gas.
Therefore, the collision between the generated ions and electrons does not impair the purity of the thin film deposited on the substrate 14 due to the impurities mixed into the gas from the chamber wall or the electrode, and the substrate and the deposited thin film contact the plasma. And will not be damaged.

すなわち、第1図の実施例装置は本発明の薄膜堆積方法
を実施するための装置として用いることができる。
That is, the apparatus shown in FIG. 1 can be used as an apparatus for carrying out the thin film deposition method of the present invention.

第4図は本発明の他の実施例装置を示す。FIG. 4 shows an apparatus according to another embodiment of the present invention.

本実施例は、電子シンクロトロン放射装置7の放射光を
ビーム伝搬路8の途中に設けたシリンドリカルミラー
(トロイダルミラー、双曲線ミラーなどでもよい)16に
より対向電極11、12の電極面と平行な扁平な形状に集光
して反応室9に入射させる構成としたもので、反応室内
部における扁平な軟X線または真空紫外光ビームLと対
向電極11、12との相対的位置関係を第5図に示す。
In this embodiment, the emitted light of the electron synchrotron radiation device 7 is flattened in parallel with the electrode surfaces of the counter electrodes 11 and 12 by a cylindrical mirror (a toroidal mirror, a hyperbolic mirror or the like may be used) 16 provided in the beam propagation path 8. FIG. 5 shows the relative positional relationship between the flat soft X-rays or the vacuum ultraviolet light beam L and the counter electrodes 11 and 12 in the reaction chamber. Shown in.

前述のように電子シンクロトロン放射装置7からの放射
光は指向性が良いので、これをシリンドリカルミラーま
たはトロイダルミラー、双曲線ミラーなどで集光し、あ
るいはスリットで絞ることにより、厚さ1mm程度の扁平
なビームを容易に得ることができる。このような扁平ビ
ームを用いることは、反応室内部での励起領域15を限定
する本発明の趣旨に沿うばかりでなく、励起領域全体が
電極面からほぼ等距離にあることから、励起により生成
したイオンが電界の作用をほぼ均等に受けるので、電界
の強度を変えることにより、薄膜の堆積に寄与するイオ
ンの運動エネルギーを高い精度で制御することが可能と
なり、薄膜の堆積のために最も望ましい大きさの運動エ
ネルギーをすべてのイオンに与えることができる。
As described above, the radiated light from the electron synchrotron radiation device 7 has a good directivity. Therefore, it is condensed by a cylindrical mirror, a toroidal mirror, a hyperbolic mirror, etc. It is possible to easily obtain a different beam. Using such a flat beam is not only in line with the gist of the present invention to limit the excitation region 15 in the reaction chamber, but since the entire excitation region is approximately equidistant from the electrode surface, generated by excitation Since the ions are almost evenly affected by the electric field, it is possible to control the kinetic energy of the ions contributing to the deposition of the thin film with high accuracy by changing the strength of the electric field. The kinetic energy of sapphire can be given to all ions.

第6図、第7図は、特定の波長成分の軟X線または真空
紫外光ビームを照射するための波長選択手段を付加した
本発明の他の実施例装置を示す。
FIG. 6 and FIG. 7 show another embodiment of the present invention in which a wavelength selecting means for irradiating a soft X-ray or a vacuum ultraviolet light beam having a specific wavelength component is added.

第6図では、波長選択手段の一例としてビーム伝搬路8
の途中に回折格子からなる分光器17を設置し、電子シン
クロトロン放射装置7の放射光のうち特定の波長成分の
みを分光器17により選択し、これを前記シリンドリカル
ミラー16により集光して反応室9に入射させる構成とし
てある。
In FIG. 6, the beam propagation path 8 is shown as an example of wavelength selecting means.
A spectroscope 17 consisting of a diffraction grating is installed in the middle of, and only a specific wavelength component of the emitted light of the electron synchrotron radiation device 7 is selected by the spectroscope 17, and this is condensed by the cylindrical mirror 16 and reacted. It is configured to be incident on the chamber 9.

ガス分子がイオン化する場合、イオン化に関与する軟X
線または真空紫外光のエネルギー、すなわち波長に対
し、生成するイオの種類(SiH4を例にとれば、Si+、SiH
+、SiH2 +、SiH4 +、Si2+などの種類がある)およびその
励起準位が一定の関係にあることが知られている。した
がって、第6図の実施例装置を用いて反応室9へ照射す
る軟X線または真空紫外光ビームの波長を選択すること
により、特定の種類のイオン種あるいは特定の励起準位
のイオン種を選択的に生成することが可能となる。一般
的に、薄膜の性質は基板温度と、堆積する活性種の内部
エネルギーによって大きく影響を受けるので、上記のよ
うに軟X線または真空紫外光ビームの波長を選択し、生
成するイオンの内部エネルギーを制御することにより、
比較的低い基板温度で良質の薄膜を形成することができ
るようになる。
When gas molecules are ionized, the soft X involved in ionization
The energy of the line or vacuum ultraviolet light, that is, the type of io generated with respect to the wavelength (for example, SiH 4 , Si + , SiH
+ , SiH 2 + , SiH 4 + , Si 2+, etc.) and their excitation levels are known to have a certain relationship. Therefore, by selecting the wavelength of the soft X-ray or the vacuum ultraviolet light beam with which the reaction chamber 9 is irradiated by using the apparatus of the embodiment shown in FIG. 6, a specific kind of ion species or a specific excited level ion species is selected. It is possible to selectively generate. In general, the properties of the thin film are greatly affected by the substrate temperature and the internal energy of the active species to be deposited, so the wavelength of the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam is selected as described above, and the internal energy of the generated ions is selected. By controlling
A good quality thin film can be formed at a relatively low substrate temperature.

第7図には、波長選択手段として、分光器ではなく、表
面に、例えばタングステンとカーボンの薄膜を交互に積
層した多層膜18を有する多層膜付シリンドリカルミラー
19を用いた例を示す。
FIG. 7 shows, as a wavelength selection means, a cylindrical mirror with a multilayer film having a multilayer film 18 in which thin films of, for example, tungsten and carbon are alternately laminated on the surface, not as a spectroscope.
An example using 19 is shown.

多層膜ミラーの反射率に一定の波長選択性があり、分光
器の代わりに利用できることは良く知られているが、第
7図に示すように集光作用を有するミラーに多層膜を付
けることにより、第6図の実施例に示した分光器17と集
光用ミラー16の機能を1枚のミラーにより実現できるた
め、軟X線または真空紫外光ビームの損失を低減するこ
とができる。
It is well known that the reflectance of a multilayer mirror has a certain wavelength selectivity and can be used in place of a spectroscope, but by attaching a multilayer film to a mirror having a condensing function as shown in FIG. Since the functions of the spectroscope 17 and the condenser mirror 16 shown in the embodiment of FIG. 6 can be realized by one mirror, the loss of the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam can be reduced.

電子シンクロトロン放射装置にアンジュレータ〔電子軌
道を蛇行させる装置で文献(1)に紹介されている〕を
取付けると、第2図に示された放射光の波長分布が特定
の波長λの付近に集中し、強度も2桁近く増大し、さ
らに磁場の強さを変えることにより、波長λを広範囲
に変えることができる。したがって、第1図あるいは第
4図の実施例装置において、アンジュレータを取付けた
電子シンクロトロン放射装置を軟X線または真空紫外光
発生源として用いることにより、分光装置を用いること
なく、波長選択性のある高強度の軟X線または真空紫外
光ビームを得ることができる。
If an undulator [a device that causes the electron orbit to meander and is introduced in reference (1)] is attached to the electron synchrotron radiation device, the wavelength distribution of the synchrotron radiation shown in FIG. 2 will be near a specific wavelength λ 0 . By concentrating and increasing the intensity by almost two orders of magnitude, and further changing the strength of the magnetic field, the wavelength λ 0 can be changed over a wide range. Therefore, by using the electron synchrotron radiation device equipped with the undulator as the soft X-ray or vacuum ultraviolet light source in the embodiment apparatus of FIG. 1 or FIG. A high intensity soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam can be obtained.

なお、図示は省略するが、第1図、第4図、第6図、第
7図の各実施例装置において、反応室9内の所定の位置
に磁石を設置し、励起領域15に磁界を作用させることに
より、薄膜の堆積速度の向上を図ることができる。ま
た、電界の代わりに、磁界のみを用いて薄膜を堆積させ
ることも可能である。なお、膜堆積のためには、電界ま
たは磁界を反応室に形成する手段は必ずしも必要ではな
い。ただし、膜堆積速度を大きくするためには、これら
の手段を設けることは有効である。
Although illustration is omitted, in each of the apparatus shown in FIGS. 1, 4, 6, and 7, a magnet is installed at a predetermined position in the reaction chamber 9 and a magnetic field is applied to the excitation region 15. By acting, the deposition rate of the thin film can be improved. It is also possible to deposit the thin film using only the magnetic field instead of the electric field. Note that a means for forming an electric field or a magnetic field in the reaction chamber is not necessarily required for film deposition. However, it is effective to provide these means in order to increase the film deposition rate.

以下、本発明の実験例を第8図〜第11図により説明す
る。
Hereinafter, experimental examples of the present invention will be described with reference to FIGS.

第8図は高エネルギー物理学研究所フォトンファクトリ
施設の電子シンクロトロン放射光を利用した薄膜堆積
(以下、SR励起CVDという)の実験装置を示す。
Figure 8 shows the experimental setup for thin film deposition (hereinafter referred to as SR excited CVD) using electron synchrotron radiation at the Photon Factory facility of the High Energy Physics Laboratory.

ビーム伝搬路は図示しない差動真空排気装置によって高
真空に維持され、結果的には、ミラー室22内の圧力が3
×10-9Torrより低く保たれている間、反応室23内の圧力
は2×10-2Torr以上であった。ソースガス(100%SiHま
たは100% SiH4+N2)は反応室23内の小室24に供給さ
れ、電極25と基板支持具26との間に直流バイアス電圧が
印加された。この状態で、2.5GeVストレージリング20か
らのSR放射光をトロイダルミラー21により集光して小室
24に照射し、基板27上に薄膜を堆積させた。この場合、
SiH4ガスの代表的な分圧は3×10-3Torrであった。
The beam propagation path is maintained at a high vacuum by a differential vacuum pumping device (not shown), and as a result, the pressure in the mirror chamber 22 is reduced to 3
The pressure in the reaction chamber 23 was 2 × 10 -2 Torr or higher while the pressure was kept lower than × 10 -9 Torr. The source gas (100% SiH or 100% SiH 4 + N 2 ) was supplied to the small chamber 24 in the reaction chamber 23, and a DC bias voltage was applied between the electrode 25 and the substrate support 26. In this state, SR radiation from the 2.5GeV storage ring 20 is collected by the toroidal mirror 21 and the small chamber
Irradiate 24 to deposit a thin film on the substrate 27. in this case,
The typical partial pressure of SiH 4 gas was 3 × 10 −3 Torr.

なお、図中の28は基板を加熱するためのヒータを示す。Reference numeral 28 in the figure denotes a heater for heating the substrate.

実験結果は次の通りである。The experimental results are as follows.

堆積膜の厚さはタリステップ(Talystep)測定法により
測定した。堆積率は、この実験における基板温度TSの範
囲では常に一定であった(第9図)。バイアス電圧(こ
の場合200V)が加えると、堆積率は大きく増加した(第
9図)。これは、反応ガスがSR放射光によって効果的に
イオン化されることと、イオン化された種(species)
が電界の印加によって基板上に集められることを示唆し
ている。
The thickness of the deposited film was measured by the Talystep measuring method. The deposition rate was always constant in the range of the substrate temperature T S in this experiment (Fig. 9). When a bias voltage (200 V in this case) was applied, the deposition rate increased significantly (Fig. 9). This means that the reaction gas is effectively ionized by SR synchrotron radiation and the ionized species.
Suggest that they are collected on the substrate by the application of an electric field.

堆積したa−Si:H(注、水素を含むシリコンアモルファ
ス)膜のIR吸収スペクトルを第10図に示す。第10図にお
いて、波数2000cm-1付近のピークはSi−H伸縮振動(st
retching vibration)に該当するが、Si−H2曲げ振動
(bending vibration)については弱いピークしか観測
されない。これにより、堆積したa−Si:H膜内ではSi−
H結合が支配的であると推断された。
The IR absorption spectrum of the deposited a-Si: H (Note, silicon amorphous containing hydrogen) film is shown in FIG. In Fig. 10, the peak near the wave number of 2000 cm -1 is the Si-H stretching vibration (st
Although it corresponds to retching vibration), only a weak peak is observed for Si—H 2 bending vibration. As a result, in the deposited a-Si: H film, Si-
It was inferred that the H-bond was dominant.

堆積したSixNyHz膜のオージェ深さ方向分布曲線(Auger
in−depth profile)を第11図に示す。窒素とシランの
圧力比(PN2/PSiH4=1)がグロー放電法〔文献(2)
D.Haiping et al.,J.Electrochem.Soc.,128(1981)155
5〕におけるそれより相当低くても、窒素原子は効果的
に膜中に取り込まれる(N/Si0.8)。IRスペクトルか
ら、これらの窒素原子はSiとHに結合することが確認さ
れた。N2の結合エネルギー(9.8eV)およびN2の第1イ
オン化ポテンシャル(15.6V)はグロー放電プラズマに
おける平均電子エネルギーより実質的に大きいため、グ
ロー放電プラズマにおけるN2のラジカルとイオンの発生
率は非常に低い。これに対して、SR放射光はN2ガスを分
解またはイオン化するに十分な光エネルギーを持ってい
る。さらに、イオン化しきい値より高いN2の光吸収断面
積(〜20Mb)はSiH4のそれ(〜40−50Mb)と同程度の大
きさを持っている。このため、SR放射光はSiHmイオンに
匹敵する量の窒素イオン(N+,N2+,N2 4+)を発生する。
これらの活性イオンの生成はSR励起CVDの興味ある特徴
の一つであり、これは新材料の形成に一つの道を開く可
能性を与えるものである。
Auger depth profile of deposited Si x N y H z film (Auger
The in-depth profile) is shown in Fig. 11. The pressure ratio of nitrogen and silane (P N2 / P SiH4 = 1) depends on the glow discharge method [Reference (2)
D. Haiping et al., J. Electrochem. Soc., 128 (1981) 155
Nitrogen atoms are effectively incorporated into the film (N / Si0.8), even though it is considerably lower than that in 5]. From the IR spectrum, it was confirmed that these nitrogen atoms bond to Si and H. Since the binding energy of N 2 (9.8 eV) and the first ionization potential of N 2 (15.6 V) are substantially larger than the average electron energy in the glow discharge plasma, the generation rate of N 2 radicals and ions in the glow discharge plasma is Very low. In contrast, SR radiation has sufficient light energy to decompose or ionize N 2 gas. Further, the light absorption sectional area of higher N 2 than the ionization threshold (~20Mb) have it (~40-50Mb) the same order of magnitude of the SiH 4. Therefore, SR synchrotron radiation generates nitrogen ions (N + , N 2+ , N 2 4+ ) in an amount comparable to that of SiHm ions.
The generation of these active ions is one of the interesting features of SR-enhanced CVD, which offers the possibility to open a way for the formation of new materials.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明の薄膜堆積方法および装置
によれば、電子シンクロトロン放射装置から放射され、
ガスを効率良くイオン化する軟X線または真空紫外光
を、基板に慨ね平行に照射し、限定された領域のガスを
分解またはイオン化し、該励起領域と基板間に電界を印
加して薄膜を堆積することにより、電界の作用を均等に
受け、高精度に制御された均一な運動エネルギーを得た
イオンを基板に照射することができ、良質の薄膜を形成
することができる。
As described above, according to the thin film deposition method and apparatus of the present invention, the electron is emitted from the electron synchrotron radiation device,
The substrate is irradiated with soft X-rays or vacuum ultraviolet light, which efficiently ionizes the gas, parallel to the substrate, to decompose or ionize the gas in a limited region, and apply an electric field between the excited region and the substrate to form a thin film. By depositing, the effect of the electric field is evenly applied, and the substrate can be irradiated with ions having a uniform kinetic energy controlled with high accuracy, and a good quality thin film can be formed.

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

第1図は本発明の基本的な装置構成を示す概略図、第2
図は電子シンクロトロン放射光の波長分布およびガス分
子の吸収断面積のスペクトル分布を示す図、第3図は電
子シンクロトロン放射光の放射角度分布を示す図、第4
図は集光手段を付加した本発明の装置構成の他の例を示
す概略図、第5図はその対向電極と軟X線または真空紫
外光ビームの相対的位置関係を示す模式図、第6図、第
7図は集光手段と波長選択手段を併用した本発明の装置
構成の他の例を示す概略図、第8図は本発明の実験装置
の構成を示す概略図、第9図〜第11図は実験データを示
すグラフ、第12図は従来のプラズマCVD装置を示す概略
図である。 7、8、16、17、18、19……軟X線または真空紫外光ビ
ーム照射手段(7……電子シンクロトロン放射装置、8
……ビーム伝搬路、16……集光用シリンドリカルミラ
ー、17……波長選択用分光器、18……波長選択用多層
膜、19……多層膜付シリンドリカルミラー) 9……反応室、 10……ガス導入手段であるノズル 11、12、13……電界形成手段(11、12……対向電極、13
……直流バイアス電源) 14……基板 15……励起領域 L……軟X線または真空紫外光ビーム
FIG. 1 is a schematic diagram showing the basic device configuration of the present invention, and FIG.
The figure shows the wavelength distribution of electron synchrotron radiation and the spectrum distribution of the absorption cross section of gas molecules, and FIG. 3 shows the radiation angle distribution of electron synchrotron radiation.
FIG. 6 is a schematic view showing another example of the device configuration of the present invention to which a condensing means is added, FIG. 5 is a schematic view showing the relative positional relationship between the counter electrode and the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam, and FIG. FIG. 7 is a schematic view showing another example of the apparatus configuration of the present invention in which a condensing means and a wavelength selecting means are used in combination, FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of an experimental apparatus of the present invention, and FIGS. FIG. 11 is a graph showing experimental data, and FIG. 12 is a schematic diagram showing a conventional plasma CVD apparatus. 7, 8, 16, 17, 18, 19 ... Soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam irradiation means (7 ... Electron synchrotron radiation device, 8
...... Beam propagation path, 16 …… Cylindrical mirror for condensing, 17 …… Spectroscope for wavelength selection, 18 …… Multilayer film for wavelength selection, 19 …… Cylindrical mirror with multilayer film) 9 …… Reaction chamber, 10… ... Nozzles which are gas introduction means 11, 12, 13 ... Electric field forming means (11, 12 ... counter electrodes, 13
...... DC bias power supply) 14 …… Substrate 15 …… Excitation region L …… Soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北山 豊樹 神奈川県厚木市森の里若宮3番1号 日本 電信電話株式会社厚木電気通信研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−9164(JP,A) 特開 昭59−140368(JP,A) 特開 昭60−121272(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toyoki Kitayama 3-1, Morinosato Wakamiya, Atsugi City, Kanagawa Pref. Atsugi Telecommunications Research Laboratories, Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) Reference JP-A-59-9164 (JP, A) Kai 59-140368 (JP, A) JP-A-60-121272 (JP, A)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】薄膜を堆積させるための基板を反応室内に
設置し、前記反応室内にガスを満たし、前記反応室内に
電子シンクロトロン放射装置から放射された軟X線また
は真空紫外光ビームを、前記基板に概ね平行に照射し
て、前記反応室内の限定された領域のガスを分解または
イオン化し、このガスを分解またはイオン化した領域と
前記基板との間に電界を印加し、分解生成物または生成
イオンを前記基板上に堆積させることを特徴とする薄膜
堆積方法。
1. A substrate for depositing a thin film is placed in a reaction chamber, the reaction chamber is filled with a gas, and a soft X-ray or a vacuum ultraviolet light beam emitted from an electron synchrotron radiation device is emitted into the reaction chamber. The substrate is irradiated substantially parallel to decompose or ionize a gas in a limited region in the reaction chamber, and an electric field is applied between the region in which the gas is decomposed or ionized and the substrate. A method of depositing a thin film, characterized in that generated ions are deposited on the substrate.
【請求項2】前記反応室に、堆積膜を構成する元素を含
む2種類以上のガスを導入することを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の薄膜堆積方法。
2. The thin film deposition method according to claim 1, wherein two or more kinds of gases containing an element forming a deposited film are introduced into the reaction chamber.
【請求項3】薄膜を堆積させるための基板を設置する反
応室と、前記反応室内に前記基板に対向して設置した電
極と、前記基板と前記電極に電圧を印加する手段と、前
記反応室内にガスを導入する手段と、前記反応室内に電
子シンクロトロン放射装置から放射された軟X線または
真空紫外光ビームを、前記軟X線または真空紫外光ビー
ムを扁平な形状とするための集光手段を介して、前記基
板に慨ね平行に導入する手段とを有することを特徴とす
る薄膜堆積装置。
3. A reaction chamber in which a substrate for depositing a thin film is placed, an electrode placed in the reaction chamber so as to face the substrate, a means for applying a voltage to the substrate and the electrode, and the reaction chamber. Means for introducing a gas into the reaction chamber, and a light X-ray or vacuum ultraviolet light beam emitted from an electron synchrotron radiation device into the reaction chamber for condensing the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam into a flat shape. A thin film deposition apparatus having a means for introducing the substrate parallel to the substrate through a means.
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JPS60121272A (en) * 1983-12-05 1985-06-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Production of transparent conductive film

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