JPH08134654A - 金属化合物薄膜の成膜方法及びそのパタ−ニング方法 - Google Patents

金属化合物薄膜の成膜方法及びそのパタ−ニング方法

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JPH08134654A
JPH08134654A JP7091989A JP9198995A JPH08134654A JP H08134654 A JPH08134654 A JP H08134654A JP 7091989 A JP7091989 A JP 7091989A JP 9198995 A JP9198995 A JP 9198995A JP H08134654 A JPH08134654 A JP H08134654A
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JP
Japan
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thin film
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vapor
wavelength
film
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JP7091989A
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Koji Tokita
浩司 時田
Fumio Okada
文雄 岡田
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Eneos Corp
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Japan Energy Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 単独または複数の有機金属化合物の蒸気ガス
またはこの蒸気ガスと反応ガスとの混合ガスに、前記有
機金属化合物に吸収を有する波長の電磁波を照射するこ
とにより、加熱していない基板上に金属化合物を成膜す
る方法、及び電磁波の照射部分と非照射部分を形成しな
がら照射することにより基板上に金属化合物のパターニ
ングをする方法。 【効果】 薄膜面内の所望の部分にのみ機能を持った薄
膜の成膜が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光を利用した化学気相
成長法により、薄膜光導波路、薄膜強誘電体材料、薄膜
圧電体材料、薄膜焦電体材料、薄膜コーティング材料、
薄膜絶縁材料、半導体等を作製する技術に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】エレクトロニクスの分野において、小型
化、省電力化のニーズを満たすため、材料の薄膜化技術
が重要なものとなっている。薄膜材料のパターニング
は、デバイスを作製する際には不可欠であるが、化学的
気相成長法や物理的気相成長法により薄膜を基板上に成
膜した後に、エッチング、イオンミリング等によって、
不必要な部分を除き、パターニングを行っていた。この
ような工程は、デバイス作製プロセスを複雑化するのみ
ならず、薄膜材料中への不純物の混入の原因にもなって
いた。
【0003】そこで、本発明者らはパターニングが不要
な金属化合物の成膜方法として特願平6-72945に基板上
に電磁波の照射部分と非照射部分を形成しながら、電磁
波の吸収係数の異なる2種以上の金属化合物の蒸気ガス
又は2種以上の金属化合物の蒸気ガスと反応ガスを基板
上で反応させることで生成する薄膜中の一部に目的組成
の薄膜を作製する手段を開示した。しかし、この方法で
は所望の位置(電磁波の照射部)以外にも目的組成とは
異なる薄膜が成膜され、所望の位置に目的組成の薄膜の
みを成膜することはできない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点に鑑みてなされたものであり、容易なプロセスからな
る金属化合物薄膜の成膜方法、及び所望の位置のみに目
的の金属化合物薄膜をパターニングする方法を提供する
ものである。
【0005】
【課題を解決するための手法】上記問題を解決するため
に、本発明者らは電磁波と金属化合物との反応挙動に着
目し鋭意工夫した結果、化学気相成長法によって薄膜を
作製する際に電磁波を照射することで成膜及び成膜とパ
ターニングを同時に行う方法を見いだした。すなわち、
単独または複数の有機金属化合物の蒸気ガスまたはこの
蒸気ガスと反応ガスとの混合ガスに、有機金属化合物に
吸収を有する波長の電磁波を照射することにより、加熱
していない基板上で、この蒸気ガス、あるいはこの蒸気
ガスと反応ガスを反応させ成膜することを特徴とする金
属化合物薄膜の成膜方法であり、単独または複数の有機
金属化合物の蒸気ガスまたはこの蒸気ガスと反応ガスと
の混合ガスに、有機金属化合物に吸収を有する波長の電
磁波を照射部分と非照射部分を形成しながら照射するこ
とにより、加熱していない基板上で、この蒸気ガス、あ
るいはこの蒸気ガスと反応ガスを反応させパターニング
をすることを特徴とする金属化合物薄膜のパターニング
方法を提供するものである。以下本発明の構成について
説明する。
【0006】本発明の作製装置は、原料供給部、成膜室
及び光源(基板上にパターニングを行うときはパターン
マスクを含む)で構成されている。構成例を図1に示
す。各金属化合物原料6は、恒温槽4内で適度な蒸気圧
を示す温度にまで加熱される。金属化合物原料の蒸気は
通常アルゴン、窒素等の不活性ガス1によって成膜室8
に搬送される。その流量はマスフローコントローラー3
で制御される。キャリアガスを用いず、直接金属化合物
原料の蒸気を成膜室8に導入しても良い。成膜室8には
基板9が設置されている。成膜室8の圧力は0.1torr〜
大気圧に調節可能である。キャリアガスにより搬送され
た金属原料の蒸気は、反応ガスボンベ2から搬送された
反応ガスと基板9上で反応し基板9上に膜が成長する。
このとき、成膜室8に設置された窓11を通じて電磁波
7が基板9に照射される。成膜室8の窓11の材質はフ
ッ化カルシウム、フッ化リチウム、溶融石英、合成石英
など使用される電磁波7を通すものであればよい。基板
上にパターニングを行うときは、パターンマスク12よ
り基板9上に電磁波の照射部分と非照射部分を形成す
る。通常は石英板に金属のマスクパターンが書かれたパ
ターンマスク12を用いるが、成膜室の窓11上に直接
書かれていても良い。
【0007】本発明で使用する有機金属化合物原料は、
アルキル金属化合物、金属アルコキサイド、金属アルキ
ルアルコキサイド、金属アセチルアセトナートや金属の
DPM塩などのジケトン化合物等であり、この単独または
複数が使用される。これらの有機金属化合物原料は、必
要に応じて反応ガスと混合され、基板上で電磁波を照射
しながら反応させる。反応ガスについては、特に制限は
なく、金属酸化物薄膜を作製する場合は酸素、オゾン、
二酸化窒素、亜酸化窒素等の酸化性ガス、金属窒化物薄
膜を作製する場合は窒素、アンモニア等、金属炭化物薄
膜を作製する場合は一酸化炭素、二酸化炭素、炭化水
素、二硫化炭素、四塩化炭素等が使用できる。
【0008】照射する電磁波は、紫外領域(波長400nm以
下)の電磁波が好ましい。可視領域、赤外領域の電磁波
は、成膜に高いエネルギー密度が必要となる。例えば、
Hgランプ(波長253nm)、D2ランプ(波長180〜400nm)、ArF
(波長193nm)、KrCl(波長222nm)、KrF(波長248nm)、XeCl
(波長308nm)、XeF(波長351nm)などのエキシマランプ、X
eフラッシュランプ(波長200nm〜)などのランプ、ArF(波
長193nm)、KrCl(波長222nm)、KrF(波長248nm)、XeCl(波
長308nm)、XeF(波長351nm)、F2(波長157nm)などのエキ
シマレーザー、青色(GaN)レーザー、YAGの高調波等の様
々な電磁波を用いることができる。照射する電磁波のパ
ルス周波数については、一般的に使用される1〜100Hzを
用いることができ特に制限はないが、そのエネルギー密
度は、基板の破損や成膜速度を考慮すると1パルスあた
り200mJ/cm2以下が好ましい。電磁波の照射角度は、基
板に照射されていればよいが、特に基板に対して垂直に
照射すると炭素の混入が低くなり好ましい。フラッシュ
ランプ以外のランプ類を用いる場合には、パルス化しな
いで連続照射を行ってもよい。
【0009】上記のような基板と金属化合物原料と照射
電磁波波長を選択することで成膜は基板を加熱しない条
件すなわち室温で、実用的に十分な成膜速度(103〜104
Å/h以上)を得ることができる。なお、電磁波を照射し
ない場合、膜の成長は起こらない。従って、電磁波の照
射部分と非照射部分を形成することにより、金属化合物
薄膜のパターニングが可能となる。パターニングを行う
場合、成膜時に基板の加熱を行なうと所望の部分以外に
も膜が生成しやすくなり好ましくない。成膜された金属
化合物薄膜は、残留炭素濃度を低くするためや結晶性を
向上させるため等必要に応じて成膜後加熱する。複数の
有機金属化合物原料を用いるときは、照射電磁波に吸収
を有する有機金属化合物原料を選択して使用する。ま
た、単独の照射電磁波に吸収を有する複数の有機金属化
合物原料の組合せが無いときは、これらの有機金属化合
物原料が吸収を有する複数の電磁波を使用し、ミラー等
の光学部品によりこれらの電磁波が基板上の同一の場所
に照射できるようにして成膜する。
【0010】
【実施例1】原料として50cc/分のアルゴンガスに同伴
させたTi(O-iC3H7)4の蒸気を用い、反応ガスとして400c
c/分の高純度酸素を用い、Si基板の一部にパルスエキシ
マArFレーザー(波長;193nm、エネルギー密度;12mJ/cm
2、周波数;10Hz)、パルスエキシマKrFレーザー(波長;
248nm、エネルギー密度;12mJ/cm2、周波数;10Hz)、パ
ルスエキシマXeFレーザー(波長;351nm、エネルギー密
度;12mJ/cm2、周波数;10Hz)を照射しながら、シリコ
ン基板上にTiO2膜の作製を試みた。Si基板は加熱せず室
温のまま成膜した。
【0011】その結果、ArFレーザー及びKrFレーザー照
射部にはTiO2膜が成膜され、XeClレーザー照射部にはTi
O2膜は成膜されなかった。図2(a)にTi(O-iC3H7)4の紫
外光吸収スペクトルを示す。Ti(O-iC3H7)4は、ArFレー
ザーの波長193nm、KrFレーザーの波長248nmにおいて吸
収があるのに対し、XeFレーザーの波長351nm付近の電磁
波では殆ど吸収しない。上記の成膜試験の結果との対比
からTi(O-iC3H7)4に吸収を有する波長の電磁波を照射す
るとTiO2膜が成膜されることがわかる。なお、ArFレー
ザー及びKrFレーザーの非照射部にはTiO2膜は成膜され
ず、レーザーの照射部と非照射部でTiO2のパターンを持
った薄膜が得られた。
【0012】
【実施例2】原料として150cc/分のアルゴンガスに同伴
させた(C2H5)3Pb(OC5H11)の蒸気を用い、反応ガスとし
て400cc/分の高純度酸素を用い、Si基板の一部にパルス
エキシマArFレーザー(波長;193nm、エネルギー密度;1
2mJ/cm2、周波数;10Hz)、パルスエキシマKrFレーザー
(波長;248nm、エネルギー密度;12mJ/cm2、周波数;10
Hz)、パルスエキシマXeFレーザー(波長;351nm、エネル
ギー密度;12mJ/cm2、周波数;10Hz)を照射しながら、
シリコン基板上にPbO膜の作製を試みた。Si基板は加熱
せず室温のまま成膜した。
【0013】その結果、ArFレーザー及びKrFレーザー照
射部にはPbO膜が成膜され、XeClレーザー照射部にはPbO
膜は成膜されなかった。図2(b)に(C2H5)3Pb(OC5H11)の
紫外光吸収スペクトルを示す。(C2H5)3Pb(OC5H11)は、A
rFレーザーの波長193nm、KrFレーザーの波長248nmにお
いて吸収があるのに対し、XeFレーザーの波長351nm付近
の電磁波では殆ど吸収しない。上記の成膜試験の結果と
の対比から(C2H5)3Pb(OC5H11)が吸収を有する波長の電
磁波を照射するとPbO膜が成膜されることがわかる。な
お、ArFレーザー及びKrFレーザーの非照射部にはPbO膜
は成膜されず、レーザーの照射部と非照射部でPbOのパ
ターンを持った薄膜が得られた。
【0014】
【比較例】原料として150cc/分のアルゴンガスに同伴さ
せたZr(O-tC4H9)4の蒸気を用い、反応ガスとして400cc/
分の高純度酸素を用い、Si基板の一部にパルスエキシマ
ArFレーザー(波長;193nm、エネルギー密度;12mJ/c
m2、周波数;10Hz)、パルスエキシマKrFレーザー(波
長;248nm、エネルギー密度;12mJ/cm2、周波数;10H
z)、パルスエキシマXeFレーザー(波長;351nm、エネル
ギー密度;12mJ/cm2、周波数;10Hz)を照射しながら、
シリコン基板上にZrO2膜の作製を試みた。Si基板は加熱
せず室温のまま成膜した。
【0015】しかしながら、どのレーザーを用いてもZr
O2膜は成膜されなかった。図2(c)にZr(O-tC4H9)4の紫
外光吸収スペクトルを示す。 Zr(O-tC4H9)4はレーザー
波長に対する吸収が非常に小さかったため、レーザーを
照射しても薄膜の形成がおこらなかったことがわかる。
【0016】
【発明の効果】以上のように本発明により、金属化合物
薄膜成膜後のパターニングを行わなくても、基板上の所
望の部分にのみ機能を持った薄膜の成膜が可能になり、
薄膜光導波路や薄膜焦電センサー等の作製プロセスが簡
素化されるようになったばかりでなく、さまざまな薄膜
コーティング材料の作製が可能となり、本発明の工業的
かつ実用的価値は大なるものである。特に、Si基板上に
鉛を含有する化合物薄膜を成膜する場合、500℃以上の
条件では鉛とSiが反応し組成や特性の制御が困難である
という問題点があるが、本発明では室温での成膜が可能
であるので鉛とSiの反応を抑制することができ鉛含有化
合物薄膜の成膜方法として有効な手段となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に使用される薄膜製造装置の一例を示す
図である。
【図2】Ti(O-iC3H7)4、(C2H5)3Pb(OC5H11)、 Zr(O-tC4
H9)4の紫外光吸収スペクトルを示した図である。
【符号の説明】
1 キャリアガス 2 反応ガスボンベ 3 マスフローコントローラー 4 恒温槽 5 原料容器 6 金属化合物原料 7 電磁波 8 成膜室 9 基板 10 真空ポンプ 11 窓 12 パターンマスク

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単独または複数の有機金属化合物の蒸気
    ガスまたは前記蒸気ガスと反応ガスとの混合ガスに、前
    記有機金属化合物に吸収を有する波長の電磁波を照射す
    ることにより、加熱していない基板上で、前記蒸気ガ
    ス、あるいは前記蒸気ガスと反応ガスを反応させ成膜す
    ることを特徴とする金属化合物薄膜の成膜方法。
  2. 【請求項2】 単独または複数の有機金属化合物の蒸気
    ガスまたは前記蒸気ガスと反応ガスとの混合ガスに、前
    記有機金属化合物に吸収を有する波長の電磁波を照射部
    分と非照射部分を形成しながら照射することにより、加
    熱していない基板上で、前記蒸気ガス、あるいは前記蒸
    気ガスと反応ガスを反応させパターニングすることを特
    徴とする金属化合物薄膜のパターニング方法。
JP7091989A 1994-09-16 1995-03-27 金属化合物薄膜の成膜方法及びそのパタ−ニング方法 Pending JPH08134654A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013128074A (ja) * 2011-12-19 2013-06-27 Tosoh Corp 基体表面の傷の修復方法

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JP2013128074A (ja) * 2011-12-19 2013-06-27 Tosoh Corp 基体表面の傷の修復方法

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