JPH08157295A - Formation of thin film - Google Patents

Formation of thin film

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JPH08157295A
JPH08157295A JP29870394A JP29870394A JPH08157295A JP H08157295 A JPH08157295 A JP H08157295A JP 29870394 A JP29870394 A JP 29870394A JP 29870394 A JP29870394 A JP 29870394A JP H08157295 A JPH08157295 A JP H08157295A
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JP
Japan
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thin film
substrate
predetermined substance
gas
forming
Prior art date
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Application number
JP29870394A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Shindo
晶弘 進藤
Sumiyoshi Ueyama
須美義 植山
Toshikazu Yoshimizu
敏和 吉水
Tetsushi Hikawa
哲士 肥川
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Crystal Device Kk
Original Assignee
Crystal Device Kk
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To form plural layers of thin films varying crystal structures and crystal bearings, etc., at a low temp. CONSTITUTION: A substrate 11 is placed on a sample stage 10 installed in a reaction chamber 8 subjected to vacuum evacuation. This sample stage 10 is freely rotatable and tiltable by the action of a driving device 35. Reactive gases selected by a gas selector 34 are supplied onto the substrate 11 and a gas selected by selector 32 is cast as a beam onto the substrate 11 by the action of an ECR ion generator 2. While substance is deposited by the plasma CVD reaction of the reactive gases on the substrate 11, the substance is subjected to irradiation with the beam of the gas of the low energy to the extent not inducing sputtering from the prescribed direction determined by the posture of the sample stage 10. Consequently, the successively deposited substance is easily crystallized at a relatively low temp. below the crystallization temp. Any of polycrystals, axially oriented polycrystals and single crystal are obtainable by the directions where the substrate is irradiated with the beam.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、単結晶、多結晶、軸
配向多結晶、非晶質など各種の所望の結晶構造を有する
薄膜を比較的低温度下で、容易に形成することを可能に
する薄膜形成方法に関する。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention makes it possible to easily form a thin film having various desired crystal structures such as single crystal, polycrystal, axially oriented polycrystal and amorphous at relatively low temperature. The present invention relates to a thin film forming method.

【0002】[0002]

【従来の技術】比較的低温で、基板上に所定物質の薄膜
を形成する方法として、反応ガスをプラズマ状態にして
化学反応を行なわせる、プラズマ化学気相成長法(プラ
ズマCVD)が良く知られている。多種類の膜を低温度
下で形成することができ、耐熱性の弱い、一般的には安
価な基板を使用できること、また、低温であるので汚染
等が発生しにくいことなどの利点があることから、プラ
ズマCVDは半導体関連工業を中心として利用が拡大し
ている。
2. Description of the Related Art As a method of forming a thin film of a predetermined substance on a substrate at a relatively low temperature, a plasma chemical vapor deposition method (plasma CVD) in which a reaction gas is put into a plasma state to cause a chemical reaction is well known. ing. Many types of films can be formed at low temperature, weak heat resistance, generally cheap substrate can be used, and it has the advantage that it is less likely to cause pollution etc. because it is at low temperature. Therefore, the use of plasma CVD is expanding mainly in the semiconductor related industry.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
な低温プラズマCVDでは、形成される薄膜は、非晶質
であるアモルファスである場合がほとんどで、キャリア
移動度等の電気的特性や光学的特性に関しては、単結晶
薄膜あるいは多結晶薄膜よりも劣っている場合がほとん
どである。
However, in general low temperature plasma CVD, the formed thin film is almost always amorphous, and the electrical characteristics such as carrier mobility and the optical characteristics. In most cases, it is inferior to the single crystal thin film or the polycrystalline thin film.

【0004】したがって、従来のアモルファス薄膜形成
の際と同程度の低温度下で、単結晶薄膜あるいは多結晶
薄膜が形成できれば、その用途は、半導体関連工業を中
心として広範囲なものとなることが予測される。
Therefore, if a single crystal thin film or a polycrystalline thin film can be formed at a temperature as low as that in the conventional amorphous thin film formation, its application is expected to be wide-ranging mainly in the semiconductor related industry. To be done.

【0005】この発明は、従来のアモルファス薄膜形成
と同程度の低温度下で、任意の結晶構造の基板上に、多
結晶薄膜、多結晶の一つの結晶軸が一方向に配向した多
結晶膜であり通常の多結晶薄膜よりも電気的特性等が優
れている軸配向多結晶膜、および単結晶薄膜を形成する
薄膜形成方法を提供することを目的とする。
According to the present invention, a polycrystal thin film or a polycrystal film in which one crystal axis of the polycrystal is oriented in one direction on a substrate having an arbitrary crystal structure at a temperature as low as the conventional amorphous thin film formation. It is an object of the present invention to provide a thin film forming method for forming an axially oriented polycrystalline film, which is superior in electrical characteristics and the like to a normal polycrystalline thin film, and a single crystal thin film.

【0006】また、良質のアモルファスなどの非晶質の
薄膜を形成する薄膜形成方法を提供することを目的とす
る。
Another object of the present invention is to provide a thin film forming method for forming an amorphous thin film such as a high quality amorphous film.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】第1の発明の薄膜形成方
法は、基板上に、所定の物質の多結晶薄膜を形成する薄
膜形成方法であって、前記所定の物質の結晶化が起こら
ない低温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給するこ
とによって前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程
の中で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない
程度の低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ任
意の複数方向から照射することを特徴とする。
The thin film forming method of the first invention is a thin film forming method for forming a polycrystalline thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein crystallization of the predetermined substance does not occur. In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature, a beam of a low energy gas that does not cause the predetermined substance to cause sputtering. Are radiated onto the substrate from arbitrary plural directions.

【0008】第2の発明の薄膜形成方法は、基板上に、
所定の物質の多結晶薄膜を形成する薄膜形成方法であっ
て、前記基板上に前記所定の物質の非晶質薄膜を予め形
成しておき、当該所定の物質の結晶化が起こらない低温
度の下で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさな
い程度の低エネルギーの気体のビームを、前記非晶質薄
膜へ任意の複数方向から照射することを特徴とする。
The thin film forming method of the second invention comprises:
A thin film forming method for forming a polycrystalline thin film of a predetermined substance, wherein an amorphous thin film of the predetermined substance is formed on the substrate in advance, and a low temperature at which crystallization of the predetermined substance does not occur. Below, the amorphous thin film is irradiated with a beam of gas having a low energy to such an extent that the predetermined substance does not cause sputtering from arbitrary plural directions.

【0009】第3の発明の薄膜形成方法は、基板上に、
所定の物質の軸配向多結晶薄膜を形成する薄膜形成方法
であって、前記所定の物質の結晶化が起こらない低温度
の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによって
前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中で、前
記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度の低エ
ネルギーの気体のビームを、前記基板上へ一方向から照
射することを特徴とする。
The thin film forming method of the third invention comprises:
A thin film forming method for forming an axially oriented polycrystalline thin film of a predetermined substance, wherein the predetermined substance is provided by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance does not occur. In the process of depositing the substrate on the substrate, a beam of low energy gas that does not cause the predetermined substance to sputter is irradiated onto the substrate from one direction.

【0010】第4の発明の薄膜形成方法は、基板上に、
所定の物質の軸配向多結晶薄膜を形成する薄膜形成方法
であって、前記基板上に前記所定の物質の非晶質薄膜ま
たは多結晶薄膜を予め形成しておき、当該所定の物質の
結晶化が起こらない低温度の下で、前記所定の物質がス
パッタリングを起こさない程度の低エネルギーの気体の
ビームを、前記非晶質薄膜または多結晶薄膜へ一方向か
ら照射することを特徴とする。
The thin film forming method according to the fourth aspect of the present invention comprises:
A thin film forming method for forming an axially oriented polycrystalline thin film of a predetermined substance, comprising preliminarily forming an amorphous thin film or a polycrystalline thin film of the predetermined substance on the substrate, and crystallizing the predetermined substance. Under a low temperature at which the amorphous substance or the polycrystalline thin film is irradiated from one direction with a low energy gas beam that does not cause sputtering of the predetermined substance.

【0011】第5の発明の薄膜形成方法は、基板上に、
所定の物質の非晶質薄膜を形成する薄膜形成方法であっ
て、前記所定の物質の結晶化が起こらない低温度の下
で、反応ガスを前記基板上に供給することによって前記
所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中で、前記所
定の物質を構成する原子の再配列が起こらない程度の低
エネルギーの気体のビームを前記基板上へ照射すること
を特徴とする。
The thin film forming method according to the fifth invention comprises:
A thin film forming method for forming an amorphous thin film of a predetermined substance, wherein the predetermined substance is supplied by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance does not occur. In the process of depositing on the substrate, the substrate is irradiated with a beam of gas having low energy to such an extent that rearrangement of atoms constituting the predetermined substance does not occur.

【0012】第6の発明の薄膜形成方法は、基板上に、
結晶構造の異なる複数層を含む薄膜を形成する薄膜形成
方法であって、下記の工程(a)〜(d)の中から少なくとも
2種類以上の工程を逐次的に実行することを特徴とす
る;ここで前記工程(a)〜(d)は、(a)一つの層をなす所
定の物質の結晶化が起こらない低温度の下で、反応ガス
を前記基板上に供給することによって前記所定の物質を
前記基板上に堆積する過程の中で、前記所定の物質がス
パッタリングを起こさない程度の低エネルギーの気体の
ビームを、前記基板上へ任意の複数方向から照射し、そ
の結果、前記所定の物質の多結晶薄膜を形成する工程;
(b)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中
で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度
の低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ一方向
から照射し、その結果、前記所定の物質の軸配向多結晶
薄膜を形成する工程;(c)一つの層をなす所定の物質の
結晶化が起こらない低温度の下で、反応ガスを前記基板
上に供給することによって前記所定の物質を前記基板上
に堆積する過程の中で、前記所定の物質がスパッタリン
グを起こさない程度の低エネルギーの気体のビームを、
形成すべき当該所定の物質の単結晶薄膜の複数の最稠密
面に垂直な複数の方向から、前記基板上へ照射し、その
結果、前記所定の物質の前記単結晶薄膜を形成する工
程;および、(d)一つの層をなす所定の物質の結晶化が
起こらない低温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給
することによって前記所定の物質の非晶質薄膜を形成す
る工程である。
The thin film forming method according to the sixth invention comprises:
A thin film forming method for forming a thin film including a plurality of layers having different crystal structures, characterized in that at least two or more of the following steps (a) to (d) are sequentially performed: Here, in the steps (a) to (d), (a) the predetermined gas is supplied onto the substrate under a low temperature at which crystallization of a predetermined material forming one layer does not occur. In the process of depositing a substance on the substrate, a beam of low energy gas that does not cause the predetermined substance to sputter is irradiated onto the substrate from arbitrary plural directions. Forming a polycrystalline thin film of material;
(b) in the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate under a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming one layer does not occur, A step of irradiating the substrate with a beam of gas having low energy such that the predetermined substance does not cause sputtering from one direction, and as a result, forming an axially oriented polycrystalline thin film of the predetermined substance; (c) In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming one layer does not occur, the predetermined substance is deposited on the substrate. A low energy gas beam that does not cause the substance to sputter,
Irradiating the substrate from a plurality of directions perpendicular to a plurality of close-packed planes of the single crystal thin film of the predetermined substance to be formed, thereby forming the single crystal thin film of the predetermined substance; and And (d) a step of forming an amorphous thin film of the predetermined substance by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming one layer does not occur. .

【0013】第7の発明の薄膜形成方法は、基板上に、
結晶方位の異なる複数の単結晶層または複数の軸配向多
結晶層を含む薄膜を形成する薄膜形成方法であって、下
記の工程(a)〜(d)の中から重複を許して複数の工程を逐
次的に実行し、ここで前記工程(a)〜(d)は、(a)一つの
層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低温度の下
で、反応ガスを前記基板上に供給することによって前記
所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中で、前記所
定の物質がスパッタリングを起こさない程度の低エネル
ギーの気体のビームを、前記基板上へ任意の複数方向か
ら照射し、その結果、前記所定の物質の多結晶薄膜を形
成する工程;(b)一つの層をなす所定の物質の結晶化が
起こらない低温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給
することによって前記所定の物質を前記基板上に堆積す
る過程の中で、前記所定の物質がスパッタリングを起こ
さない程度の低エネルギーの気体のビームを、前記基板
上へ一方向から照射し、その結果、前記所定の物質の軸
配向多結晶薄膜を形成する工程;(c)一つの層をなす所
定の物質の結晶化が起こらない低温度の下で、反応ガス
を前記基板上に供給することによって前記所定の物質を
前記基板上に堆積する過程の中で、前記所定の物質がス
パッタリングを起こさない程度の低エネルギーの気体の
ビームを、形成すべき当該所定の物質の単結晶薄膜の複
数の最稠密面に垂直な複数の方向から、前記基板上へ照
射し、その結果、前記所定の物質の前記単結晶薄膜を形
成する工程;および、(d)一つの層をなす所定の物質の
結晶化が起こらない低温度の下で、反応ガスを前記基板
上に供給することによって前記所定の物質の非晶質薄膜
を形成する工程であり、前記複数の工程が、前記工程
(b)と(c)の少なくともいずれかを重複して含むととも
に、重複した当該工程の間で前記ビームの方向が異なる
ことを特徴とする。
The thin film forming method according to the seventh invention comprises:
A thin film forming method for forming a thin film containing a plurality of single crystal layers having different crystal orientations or a plurality of axially oriented polycrystal layers, wherein a plurality of steps are allowed from the following steps (a) to (d). Sequentially, wherein the steps (a) to (d) include (a) applying a reaction gas onto the substrate under a low temperature at which crystallization of a predetermined material forming one layer does not occur. In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying the gas, a beam of gas with low energy such that the predetermined substance does not cause sputtering is irradiated onto the substrate from arbitrary plural directions. And, as a result, forming a polycrystalline thin film of the predetermined substance; (b) supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming one layer does not occur. In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by A low-energy gas beam that does not cause sputtering to irradiate the substrate from one direction, and as a result, forms an axially oriented polycrystalline thin film of the predetermined substance; (c) one layer In a process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance does not occur, the predetermined substance causes sputtering. A low energy beam of gas that does not cause irradiation is irradiated onto the substrate from a plurality of directions perpendicular to a plurality of close-packed planes of a single crystal thin film of the predetermined substance to be formed, and as a result, the predetermined beam is irradiated. Forming the single crystal thin film of substance; and (d) supplying the reaction gas onto the substrate under a low temperature at which crystallization of one layer of the substance does not occur. Amorphous substance A step of forming a film, said plurality of steps, the step
At least one of (b) and (c) is redundantly included, and the beam direction is different between the overlapping steps.

【0014】第8の発明の薄膜形成方法は、基板上に、
物質の異なる複数層を含む薄膜を形成する薄膜形成方法
であって、下記の工程(a)〜(d)の中から重複を許して複
数の工程を実行し、ここで前記工程(a)〜(d)は、(a)一
つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低温度の
下で、反応ガスを前記基板上に供給することによって前
記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中で、前記
所定の物質がスパッタリングを起こさない程度の低エネ
ルギーの気体のビームを、前記基板上へ任意の複数方向
から照射し、その結果、前記所定の物質の多結晶薄膜を
形成する工程;(b)一つの層をなす所定の物質の結晶化
が起こらない低温度の下で、反応ガスを前記基板上に供
給することによって前記所定の物質を前記基板上に堆積
する過程の中で、前記所定の物質がスパッタリングを起
こさない程度の低エネルギーの気体のビームを、前記基
板上へ一方向から照射し、その結果、前記所定の物質の
軸配向多結晶薄膜を形成する工程;(c)一つの層をなす
所定の物質の結晶化が起こらない低温度の下で、反応ガ
スを前記基板上に供給することによって前記所定の物質
を前記基板上に堆積する過程の中で、前記所定の物質が
スパッタリングを起こさない程度の低エネルギーの気体
のビームを、形成すべき当該所定の物質の単結晶薄膜の
複数の最稠密面に垂直な複数の方向から、前記基板上へ
照射し、その結果、前記所定の物質の前記単結晶薄膜を
形成する工程;および、(d)一つの層をなす所定の物質
の結晶化が起こらない低温度の下で、反応ガスを前記基
板上に供給することによって前記所定の物質の非晶質薄
膜を形成する工程であり、前記複数の工程が、前記反応
ガスの種類が異なる2以上の工程を含むことを特徴とす
る。
The thin film forming method of the eighth invention comprises:
A thin film forming method for forming a thin film including a plurality of layers of different substances, wherein a plurality of steps are performed while allowing duplication among the following steps (a) to (d), wherein the steps (a) to (d) (a) depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming one layer does not occur. In the process, a low energy gas beam that does not cause sputtering of the predetermined substance is irradiated onto the substrate from arbitrary plural directions, and as a result, a polycrystalline thin film of the predetermined substance is formed. (B) In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming one layer does not occur. At a low energy level such that the predetermined substance does not cause sputtering. Irradiating the substrate with the gas beam from one direction, thereby forming an axially oriented polycrystalline thin film of the predetermined substance; (c) crystallization of one layer of the predetermined substance occurs. In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature, a gas with low energy such that the predetermined substance does not cause sputtering. A beam is irradiated onto the substrate from a plurality of directions perpendicular to a plurality of close-packed planes of a single crystal thin film of the predetermined substance to be formed, and as a result, the single crystal thin film of the predetermined substance is formed. And (d) forming an amorphous thin film of the predetermined substance by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming one layer does not occur. And the plurality of steps are Type of reaction gas is characterized in that it comprises two or more different steps.

【0015】第9の発明の薄膜形成方法は、第8の発明
の方法において、前記反応ガスの種類が異なる前記2以
上の工程において、各反応ガスによって堆積される物質
が、絶縁体、半導体、導電体のいずれかとなるように、
当該各反応ガスの種類が選ばれることを特徴とする。
The thin film forming method of the ninth invention is the method of the eighth invention, wherein in the two or more steps in which the kinds of the reaction gases are different, the substances deposited by the respective reaction gases are insulators, semiconductors, To be one of the conductors,
It is characterized in that the type of each reaction gas is selected.

【0016】第10の発明の薄膜形成方法は、基板上
に、添加不純物の異なる複数層を含む薄膜を形成する薄
膜形成方法であって、下記の工程(a)〜(d)の中から重複
を許して複数の工程を実行し、ここで前記工程(a)〜(d)
は、(a)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらな
い低温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給すること
によって前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の
中で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程
度の低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ任意
の複数方向から照射し、その結果、前記所定の物質の多
結晶薄膜を形成する工程;(b)一つの層をなす所定の物
質の結晶化が起こらない低温度の下で、反応ガスを前記
基板上に供給することによって前記所定の物質を前記基
板上に堆積する過程の中で、前記所定の物質がスパッタ
リングを起こさない程度の低エネルギーの気体のビーム
を、前記基板上へ一方向から照射し、その結果、前記所
定の物質の軸配向多結晶薄膜を形成する工程;(c)一つ
の層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低温度の下
で、反応ガスを前記基板上に供給することによって前記
所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中で、前記所
定の物質がスパッタリングを起こさない程度の低エネル
ギーの気体のビームを、形成すべき当該所定の物質の単
結晶薄膜の複数の最稠密面に垂直な複数の方向から、前
記基板上へ照射し、その結果、前記所定の物質の前記単
結晶薄膜を形成する工程;および、(d)一つの層をなす
所定の物質の結晶化が起こらない低温度の下で、反応ガ
スを前記基板上に供給することによって前記所定の物質
の非晶質薄膜を形成する工程であり、前記複数の工程
が、前記反応ガスに添加される不純物元素が異なる2以
上の工程を含むことを特徴とする。
The thin film forming method of the tenth invention is a thin film forming method for forming a thin film including a plurality of layers having different added impurities on a substrate, wherein the following steps (a) to (d) are repeated. To perform a plurality of steps, wherein the steps (a) to (d) are performed.
(A) In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming one layer does not occur. Then, a step of irradiating the substrate with a low energy gas beam of such a degree that the predetermined substance does not cause sputtering from arbitrary plural directions, and as a result, forming a polycrystalline thin film of the predetermined substance; b) In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming one layer does not occur, A step of irradiating the substrate with a low-energy gas beam that does not cause sputtering of a predetermined substance from one direction, and as a result, forming an axially oriented polycrystalline thin film of the predetermined substance; One layer of a given substance In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization does not occur, the predetermined substance may have a temperature low enough to prevent sputtering. Irradiating a beam of gas of energy onto the substrate from a plurality of directions perpendicular to a plurality of close-packed planes of a single crystal thin film of the predetermined substance to be formed, and as a result, the single crystal of the predetermined substance. Forming a thin film; and (d) supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of one layer of a predetermined substance does not occur, and thereby the predetermined substance is amorphous. It is a step of forming a thin film, and the plurality of steps include two or more steps in which an impurity element added to the reaction gas is different.

【0017】第11の発明の薄膜形成方法は、第6の発
明ないし第10の発明のいずれかの方法において、前記
工程(d)が、(c-4-1)前記所定の物質の結晶化が起こらな
い低温度の下で、前記反応ガスを前記基板上に供給する
ことによって前記所定の物質を前記基板上に堆積する工
程と、(c-4-2)前記工程(c-4-1)を実行する中で、前記所
定の物質を構成する原子の再配列が起こらない程度の低
エネルギーの気体のビームを前記基板上へ照射する工程
と、を有することを特徴とする。
The thin film forming method according to the eleventh invention is the method according to any one of the sixth to tenth inventions, wherein the step (d) comprises (c-4-1) crystallization of the predetermined substance. Under a low temperature that does not occur, the step of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying the reaction gas onto the substrate, (c-4-2) step (c-4-1) ) Is performed, and a step of irradiating the substrate with a beam of gas having low energy to such an extent that rearrangement of atoms constituting the predetermined substance does not occur.

【0018】第12の発明の薄膜形成方法は、第2の発
明または第4の発明の方法において、前記低温度が、前
記所定物質のデバイ温度以上であることを特徴とする。
The thin film forming method of the twelfth invention is characterized in that, in the method of the second invention or the fourth invention, the low temperature is not lower than the Debye temperature of the predetermined substance.

【0019】第13の発明の薄膜形成方法は、基板上
に、所定の物質の単結晶薄膜を形成する薄膜形成方法で
あって、前記基板上に前記所定の物質の非晶質薄膜、多
結晶薄膜、または軸配向多結晶薄膜を予め形成してお
き、当該所定の物質の結晶化が起こらない温度範囲でし
かも当該所定の物質のデバイ温度以上の温度の下で、前
記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度の低エ
ネルギーの気体のビームを、形成すべき前記単結晶薄膜
の複数の最稠密面に垂直な複数の方向から、前記非晶質
薄膜、多結晶薄膜、または軸配向多結晶薄膜の上へ照射
することを特徴とする。
The thin film forming method of the thirteenth invention is a thin film forming method of forming a single crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein an amorphous thin film and a polycrystal of the predetermined substance are formed on the substrate. A thin film or an axially oriented polycrystalline thin film is formed in advance, and the predetermined substance is sputtered within a temperature range in which crystallization of the predetermined substance does not occur and at a temperature higher than the Debye temperature of the predetermined substance. A low energy gas beam that does not cause a beam of the amorphous thin film, the polycrystalline thin film, or the axially oriented polycrystalline thin film from a plurality of directions perpendicular to the plurality of close-packed planes of the single crystalline thin film to be formed. It is characterized by irradiation to the top.

【0020】第14の発明の薄膜形成方法は、第1の発
明ないし第13の発明のいずれかの方法において、前記
気体が不活性ガスであることを特徴とする。
The thin film forming method of the fourteenth invention is characterized in that, in any one of the first to thirteenth inventions, the gas is an inert gas.

【0021】第15の発明の薄膜形成方法は、第14の
発明の方法において、前記不活性ガスを構成する元素の
原子量が、当該気体のビームが照射される前記所定の物
質を構成する元素の最大の原子量を越えないことを特徴
とする。
The thin film forming method of the fifteenth invention is the method of the fourteenth invention, wherein the atomic weight of the element forming the inert gas is the element forming the predetermined substance irradiated with the beam of the gas. It is characterized by not exceeding the maximum atomic weight.

【0022】第16の発明の薄膜形成方法は、第15の
発明の方法において、前記不活性ガスを構成する元素の
原子量が、前記所定の物質を構成する元素の最大の原子
量を越えず、かつ、最も近い原子量であることを特徴と
する。
A thin film forming method of a sixteenth invention is the method of the fifteenth invention, wherein the atomic weight of the element constituting the inert gas does not exceed the maximum atomic weight of the element constituting the predetermined substance, and , And is the closest atomic weight.

【0023】第17の発明の薄膜形成方法は、第1の発
明ないし第16の発明のいずれかの方法において、前記
気体が、前記所定の物質を構成する元素を含む気体物質
であることを特徴とする。
A thin film forming method according to a seventeenth invention is the method according to any one of the first to sixteenth inventions, characterized in that the gas is a gas substance containing an element constituting the predetermined substance. And

【0024】第18の発明の薄膜形成方法は、第1の発
明ないし第17の発明のいずれかの方法において、前記
反応ガスが前記所定の物質に添加すべき不純物元素を含
む気体物質を含むことを特徴とする。
A thin film forming method of an eighteenth invention is the method of any one of the first to seventeenth inventions, wherein the reaction gas contains a gaseous substance containing an impurity element to be added to the predetermined substance. Is characterized by.

【0025】第19の発明の薄膜形成方法は、第6の発
明ないし第11の発明のいずれかの方法において、前記
低温度を一定値に保ちながら、前記複数層を含む前記薄
膜を形成することを特徴とする。
The thin film forming method according to the nineteenth invention is the method according to any one of the sixth to eleventh inventions, wherein the thin film including the plurality of layers is formed while maintaining the low temperature at a constant value. Is characterized by.

【0026】第20の発明の薄膜形成方法は、第1、第
2、または第5の発明の方法において、前記基板上へ前
記気体のビームを収束させるための反射板を前記基板の
周囲に配置しつつ、前記気体のビームの照射が実行され
ることを特徴とする。
A thin film forming method of a twentieth invention is the method of the first, second or fifth invention, wherein a reflector for focusing the gas beam on the substrate is arranged around the substrate. At the same time, the irradiation of the gas beam is performed.

【0027】第21の発明の薄膜形成方法は、第6の発
明ないし第11の発明の方法において、前記工程(a)ま
たは(d)を実行する際に、前記基板上へ前記気体のビー
ムを収束させるための反射版を前記基板の周囲に配置し
つつ、前記気体のビームの照射が実行されることを特徴
とする。
The thin film forming method of the twenty-first invention is the method of the sixth invention to the eleventh invention, wherein the beam of gas is directed onto the substrate when the step (a) or (d) is executed. Irradiation with the beam of the gas is performed while a reflection plate for converging is arranged around the substrate.

【0028】第22の発明の薄膜形成方法は、第20ま
たは第21の発明の方法において、前記反射板の少なく
とも前記気体のビームの照射を受ける表面が、前記気体
のビームの照射によってスパッタリングを引き起こさな
い材質で構成されていることを特徴とする。
The thin film forming method of the twenty-second invention is the method of the twentieth or twenty-first invention, wherein at least the surface of the reflecting plate which is irradiated with the gas beam causes sputtering due to the irradiation of the gas beam. It is characterized by being made of a non-material.

【0029】第23の発明の薄膜形成方法は、第20ま
たは第21の発明の方法において、前記反射板の少なく
とも前記気体のビームの照射を受ける表面が、前記基板
上の最上面の物質を構成する元素で構成されていること
を特徴とする。
The thin film forming method of the twenty-third invention is the method of the twentieth or twenty-first invention, wherein at least the surface of the reflection plate which is irradiated with the gas beam constitutes the uppermost substance on the substrate. It is characterized in that it is composed of an element.

【0030】第24の発明の薄膜形成方法は、第6の発
明ないし第11の発明のいずれかの方法において、前記
各工程(a)〜(d)が、前記気体のビームを照射する際に、
すでに前記基板の上に形成されている各層のいずれもが
スパッタリングを起こさない程度の低エネルギーをもっ
て、前記気体のビームを前記基板上へ照射することを特
徴とする。
The thin film forming method according to the twenty-fourth invention is the method according to any one of the sixth through eleventh inventions, wherein each of the steps (a) to (d) is performed when the beam of gas is irradiated. ,
It is characterized in that the beam of gas is irradiated onto the substrate with low energy such that none of the layers already formed on the substrate cause sputtering.

【0031】第25の発明の薄膜形成方法は、第6の発
明ないし第11の発明のいずれかの方法であって、前記
各工程(a)〜(d)において、前記所定の物質を堆積する前
にも、前記気体のビームを前記基板上へ照射することを
特徴とする。
A thin film forming method of a twenty-fifth invention is the method of any of the sixth to eleventh inventions, wherein the predetermined substance is deposited in each of the steps (a) to (d). Previously, the gas beam is irradiated onto the substrate.

【0032】第26の発明の薄膜形成方法は、第1の発
明ないし第25の発明のいずれかの方法において、マイ
クロ波を用いてプラズマを生成するとともに発散磁場に
よって前記基板へと前記プラズマを導くプラズマ照射装
置によって前記気体のビームを得ることを特徴とする。
The thin film forming method according to the twenty-sixth invention is the method according to any one of the first to twenty-fifth inventions, wherein plasma is generated using microwaves and the plasma is guided to the substrate by a divergent magnetic field. It is characterized in that a beam of the gas is obtained by a plasma irradiation device.

【0033】第27の発明の薄膜形成方法は、第26の
発明の方法において、前記基板を導電性物質で構成し、
しかも、前記基板の電位を所望の値に設定することを特
徴とする。
The thin film forming method of the 27th invention is the method of the 26th invention, wherein the substrate is made of a conductive material.
Moreover, the potential of the substrate is set to a desired value.

【0034】第28の発明の薄膜形成方法は、第26の
発明の方法において、前記プラズマ照射装置が生成する
電子の中で前記基板の上へのプラズマシースの生成に実
質的に寄与し得る電子が前記基板上へ飛来することを阻
止する電子阻止部材を用いることを特徴とする。
The thin-film forming method of the twenty-eighth invention is the method of the twenty-sixth invention, wherein the electrons generated by the plasma irradiation apparatus that can substantially contribute to the generation of the plasma sheath on the substrate. It is characterized in that an electron blocking member is used to prevent the particles from flying onto the substrate.

【0035】第29の発明の薄膜形成方法は、第1また
は第3の発明の方法において、前記低温度が、前記所定
物質のデバイ温度以上であることを特徴とする。
The thin film forming method of the twenty-ninth invention is characterized in that, in the method of the first or third invention, the low temperature is not lower than the Debye temperature of the predetermined substance.

【0036】第30の発明の薄膜形成方法は、基板上
に、所定の物質の単結晶薄膜を形成する薄膜形成方法で
あって、前記所定の物質の結晶化が起こらない温度範囲
内でしかも当該所定の物質のデバイ温度以上の温度の下
で、反応ガスを前記基板上に供給することによって前記
所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中で、前記所
定の物質がスパッタリングを起こさない程度の低エネル
ギーの気体のビームを、形成すべき前記単結晶薄膜の複
数の最稠密面に垂直な複数の方向から、前記基板上へ照
射することを特徴とする。
The thin film forming method of the thirtieth invention is a thin film forming method of forming a single crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, within the temperature range in which the crystallization of the predetermined substance does not occur. The degree to which the predetermined substance does not cause sputtering during the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a temperature higher than the Debye temperature of the predetermined substance. And irradiating the low energy gas beam onto the substrate from a plurality of directions perpendicular to a plurality of close-packed planes of the single crystal thin film to be formed.

【0037】第31の発明の薄膜形成方法は、第6の発
明ないし第11の発明のいずれかの方法において、前記
工程(a)〜(c)のそれぞれにおける前記低温度が、前記所
定物質のデバイ温度以上であることを特徴とする。
The thin film forming method according to the thirty-first invention is the method according to any one of the sixth to eleventh inventions, wherein the low temperature in each of the steps (a) to (c) is the predetermined substance. It is characterized by being at or above the Debye temperature.

【0038】第32の発明の薄膜形成方法は、第1また
は第3の発明の方法において、前記所定の物質がシリコ
ンであって、前記反応ガスがシランガスを主成分として
含み、しかも、前記低温度が400゜C以上であること
を特徴とする。
A thin film forming method of a thirty-second invention is the method of the first or third invention, wherein the predetermined substance is silicon, the reaction gas contains silane gas as a main component, and the low temperature is used. Is 400 ° C. or higher.

【0039】第33の発明の薄膜形成方法は、基板上
に、シリコンの単結晶薄膜を形成する薄膜形成方法であ
って、シリコンの結晶化が起こらない温度範囲内でしか
も400゜C以上の温度の下で、シランガスを主成分と
する反応ガスを前記基板上に供給することによってシリ
コンを前記基板上に堆積する過程の中で、シリコンがス
パッタリングを起こさない程度の低エネルギーの気体の
ビームを、形成すべき前記単結晶薄膜の複数の最稠密面
に垂直な複数の方向から、前記基板上へ照射することを
特徴とする。
The thin film forming method of the 33rd invention is a thin film forming method for forming a single crystal thin film of silicon on a substrate, which is within a temperature range in which crystallization of silicon does not occur and at a temperature of 400 ° C. or more. In the process of depositing silicon on the substrate by supplying a reaction gas containing silane gas as a main component to the substrate, a beam of a gas having low energy such that silicon does not cause sputtering, Irradiation onto the substrate is performed from a plurality of directions perpendicular to a plurality of densest planes of the single crystal thin film to be formed.

【0040】第34の発明の薄膜形成方法は、第6の発
明ないし第11の発明のいずれかの方法であって、前記
工程(a)〜(c)の少なくともいずれかにおいて、前記所定
の物質がシリコンであるとともに前記反応ガスがシラン
ガスを主成分として含み、しかも、前記低温度が400
゜C以上であることを特徴とする。
A thirty-fourth invention is a method for forming a thin film according to any of the sixth invention to the eleventh invention, wherein the predetermined substance is used in at least one of the steps (a) to (c). Is silicon, the reaction gas contains silane gas as a main component, and the low temperature is 400
It is characterized by being at least ° C.

【0041】なお、この発明において「基板」とは、そ
の上に薄膜を形成することのみを目的として供される単
なる土台としての物体に限定されず、例えば所定の機能
を有するデバイスなどをも含めて、その上に薄膜を形成
する対象とされる媒体全般を意味する。
In the present invention, the "substrate" is not limited to an object as a simple base provided only for forming a thin film on the substrate, and includes, for example, a device having a predetermined function. And the medium on which the thin film is formed.

【0042】また、この発明で「気体のビーム」とは、
ビーム状のイオン流、原子流、分子流の何れをも包含す
る概念である。
In the present invention, the "gas beam" means
This is a concept that includes any of a beam-like ion flow, an atomic flow, and a molecular flow.

【0043】[0043]

【作用】[Action]

<第1の発明の方法の作用> 第1の発明の方法では、
基板上に所定の物質を堆積しつつ、その中で、所定の物
質が結晶化しない低温度下で気体のビームを基板へ照射
することによって、所定の物質の最稠密結晶面がビーム
の方向に垂直となるように結晶化が進行する。しかも、
ビームの方向は任意の複数方向であるために、一般に多
結晶薄膜が形成される。
<Operation of Method of First Invention> In the method of the first invention,
By irradiating the substrate with a beam of gas at a low temperature at which the prescribed substance does not crystallize while depositing the prescribed substance on the substrate, the densest crystal plane of the prescribed substance is directed in the beam direction. Crystallization progresses vertically. Moreover,
Since the direction of the beam is arbitrary plural directions, a polycrystalline thin film is generally formed.

【0044】<第2の発明の方法の作用> 第2の発明
の方法では、基板上に予め所定の物質の非晶質薄膜を形
成しておき、その後、所定の物質が結晶化しない低温度
下で気体のビームを基板に照射することによって、所定
の物質の最稠密結晶面がビームの方向に垂直となるよう
に結晶化が進行する。しかも、ビームの方向は任意の複
数方向であるために、一般に多結晶薄膜が形成される。
<Operation of the method of the second invention> In the method of the second invention, an amorphous thin film of a predetermined substance is formed on the substrate in advance, and thereafter, the low temperature at which the predetermined substance is not crystallized. By irradiating the substrate with a beam of gas below, crystallization proceeds so that the densest crystal plane of a given substance is perpendicular to the beam direction. Moreover, since the beam direction is arbitrary plural directions, a polycrystalline thin film is generally formed.

【0045】<第3の発明の方法の作用> 第3の発明
の方法では、基板上に所定の物質を堆積しつつ、その中
で、所定の物質が結晶化しない低温度下で気体のビーム
を基板に照射することによって、所定の物質の最稠密結
晶面がビームの方向に垂直となるように結晶化が進行す
る。しかも、ビームの方向は一方向であるために、軸配
向多結晶薄膜が形成される。
<Operation of the method of the third invention> In the method of the third invention, while depositing a predetermined substance on the substrate, a beam of gas is generated at a low temperature at which the predetermined substance does not crystallize. By irradiating the substrate with crystallization, crystallization proceeds so that the densest crystal plane of a given substance is perpendicular to the beam direction. Moreover, since the beam is unidirectional, an axially oriented polycrystalline thin film is formed.

【0046】<第4の発明の方法の作用> 第4の発明
の方法では、基板上に予め所定の物質の非晶質薄膜ある
いは多結晶薄膜を形成しておき、その後、所定の物質が
結晶化しない低温度下で気体のビームを基板に照射する
ことによって、所定の物質の最稠密結晶面がビームの方
向に垂直となるように結晶化が進行する。しかも、ビー
ムの方向は一方向であるために、軸配向多結晶薄膜が形
成される。
<Operation of the method of the fourth invention> In the method of the fourth invention, an amorphous thin film or a polycrystalline thin film of a predetermined substance is formed in advance on a substrate, and then the predetermined substance is crystallized. By irradiating the substrate with a gas beam at a low temperature that does not cause crystallization, crystallization proceeds so that the densest crystal plane of a given substance is perpendicular to the beam direction. Moreover, since the beam is unidirectional, an axially oriented polycrystalline thin film is formed.

【0047】<第5の発明の方法の作用> 第5の発明
の方法では、所定の物質を結晶化が起こらない低温度下
で堆積する過程の中で、所定の物質を構成する原子の再
配列が起こらない程度の低エネルギーの気体のビームを
基板上へ照射する。このため、気体のビームによって結
晶化が促進されることがない上に、堆積しつつある所定
の物質中に不純物として取り込まれる水素原子が気体の
ビームによるスパッタによって除去される。その結果、
非晶質薄膜の形成が効率よく進行する。
<Operation of the Method of the Fifth Invention> In the method of the fifth invention, in the process of depositing the predetermined substance at a low temperature at which crystallization does not occur, the atoms constituting the predetermined substance are regenerated. A substrate is irradiated with a low energy gas beam that does not cause alignment. Therefore, crystallization is not promoted by the gas beam, and hydrogen atoms taken in as impurities in the predetermined substance that is being deposited are removed by sputtering with the gas beam. as a result,
Formation of an amorphous thin film proceeds efficiently.

【0048】<第6の発明の方法の作用> 第6の発明
の方法では、比較的低温度で、結晶構造の異なる複数層
を有する薄膜が形成される。しかも、このような多層膜
を真空中で連続して形成できるので、界面に水分等の汚
染物質が付着しないために、優れた界面特性を得ること
ができる。
<Operation of the Method of the Sixth Invention> In the method of the sixth invention, a thin film having a plurality of layers having different crystal structures is formed at a relatively low temperature. Moreover, since such a multilayer film can be continuously formed in a vacuum, contaminants such as moisture do not adhere to the interface, so that excellent interface characteristics can be obtained.

【0049】<第7の発明の方法の作用> 第7の発明
の方法では、気体のビームの方向を異ならせることで結
晶方位の異なる複数の単結晶層、または複数の軸配向多
結晶層を有する薄膜が形成される。しかも、このような
多層膜を真空中で連続して形成できるので、界面に水分
等の汚染物質が付着しないために、優れた界面特性を得
ることができる。
<Operation of the Method of the Seventh Invention> In the method of the seventh invention, a plurality of single crystal layers having different crystal orientations or a plurality of axially oriented polycrystal layers are formed by changing the direction of the gas beam. A thin film having is formed. Moreover, since such a multilayer film can be continuously formed in a vacuum, contaminants such as moisture do not adhere to the interface, so that excellent interface characteristics can be obtained.

【0050】<第8の発明の方法の作用> 第8の発明
の方法では、反応ガスの種類を異ならせることで物質の
異なる複数層を有する薄膜が形成される。しかも、この
ような多層膜を真空中で連続して形成できるので、界面
に水分等の汚染物質が付着しないために、優れた界面特
性を得ることができる。
<Operation of the Method of the Eighth Invention> In the method of the eighth invention, a thin film having a plurality of layers of different substances is formed by changing the kind of the reaction gas. Moreover, since such a multilayer film can be continuously formed in a vacuum, contaminants such as moisture do not adhere to the interface, so that excellent interface characteristics can be obtained.

【0051】<第9の発明の方法の作用> 第9の発明
の方法では、反応ガスを適切に選ぶことによって、絶縁
体、半導体、あるいは導電体の複数の層を有する薄膜が
形成される。しかも、このような多層膜を真空中で連続
して形成できるので、界面に水分等の汚染物質が付着し
ないために、優れた界面特性を得ることができる。
<Operation of Method of Ninth Invention> In the method of the ninth invention, a thin film having a plurality of layers of an insulator, a semiconductor, or a conductor is formed by appropriately selecting a reaction gas. Moreover, since such a multilayer film can be continuously formed in a vacuum, contaminants such as moisture do not adhere to the interface, so that excellent interface characteristics can be obtained.

【0052】<第10の発明の方法の作用> 第10の
発明の方法では、反応ガスに添加される不純物元素の種
類を異ならせることで、添加不純物の異なる複数層を有
する薄膜が形成される。しかも、このような多層膜を真
空中で連続して形成できるので、界面に水分等の汚染物
質が付着しないために、優れた界面特性を得ることがで
きる。
<Operation of the method of the tenth aspect of the invention> In the method of the tenth aspect of the invention, the type of the impurity element added to the reaction gas is made different to form a thin film having a plurality of layers having different added impurities. . Moreover, since such a multilayer film can be continuously formed in a vacuum, contaminants such as moisture do not adhere to the interface, so that excellent interface characteristics can be obtained.

【0053】<第11の発明の方法の作用> 第11の
発明の方法では、非晶質の層を形成する際に、所定の物
質を結晶化が起こらない低温度下で堆積する過程の中
で、所定の物質を構成する原子の再配列が起こらない程
度の低エネルギーの気体のビームを基板上へ照射する。
このため、気体のビームによって結晶化が促進されるこ
とがない上に、堆積しつつある所定の物質中に不純物と
して取り込まれる水素原子が気体のビームによるスパッ
タによって除去される。その結果、所定の物質が非晶質
薄膜として効率よく形成される。
<Operation of the method of the eleventh invention> In the method of the eleventh invention, during the process of depositing a predetermined substance at a low temperature at which crystallization does not occur in forming an amorphous layer. Then, the substrate is irradiated with a beam of gas having a low energy to such an extent that rearrangement of atoms constituting a predetermined substance does not occur.
Therefore, crystallization is not promoted by the gas beam, and hydrogen atoms taken in as impurities in the predetermined substance that is being deposited are removed by sputtering with the gas beam. As a result, the predetermined substance is efficiently formed as an amorphous thin film.

【0054】<第12の発明の方法の作用> 第12の
発明の方法では、気体のビームを照射する際の温度が所
定の物質のデバイ温度以上に保たれるので、所定の物質
が多結晶化、あるいは軸配向多結晶化が効率よく進行す
る。
<Operation of the method of the twelfth invention> In the method of the twelfth invention, since the temperature at the time of irradiating the beam of gas is kept above the Debye temperature of the predetermined substance, the predetermined substance is polycrystalline. Or the axial orientation polycrystallization progresses efficiently.

【0055】<第13の発明の方法の作用> 第13の
発明の方法では、基板上に予め所定の物質の非晶質薄膜
等を形成しておき、その後、所定の物質が結晶化しない
低温度下で気体のビームを基板に照射することによっ
て、所定の物質の最稠密結晶面がビームの方向に垂直と
なるように結晶化が進行する。しかも、ビームの方向は
形成すべき単結晶薄膜の複数の最稠密面に垂直な複数方
向であるために、単結晶薄膜が形成される。さらに、気
体のビームを照射する際の温度が、所定の物質のデバイ
温度以上に保たれるので、所定の物質の単結晶化が効率
よく進行する。
<Operation of the method of the thirteenth invention> In the method of the thirteenth invention, an amorphous thin film or the like of a predetermined substance is formed on a substrate in advance, and thereafter, a predetermined substance is not crystallized. By irradiating the substrate with a gas beam at a temperature, crystallization proceeds so that the densest crystal plane of a given substance is perpendicular to the beam direction. Moreover, since the beam direction is a plurality of directions perpendicular to the plurality of densest planes of the single crystal thin film to be formed, the single crystal thin film is formed. Furthermore, since the temperature at which the gas beam is irradiated is maintained at the Debye temperature of the predetermined substance or higher, the single crystallization of the predetermined substance efficiently proceeds.

【0056】<第14の発明の方法の作用> 第14の
発明の方法では、照射される気体が不活性ガスであるの
で、照射後に気体の原子またはイオンが薄膜の中に残留
しても、これらが薄膜の電子物性へ不純物として悪影響
を及ぼすことが少ない。
<Operation of the method of the fourteenth invention> In the method of the fourteenth invention, since the gas to be irradiated is an inert gas, even if atoms or ions of the gas remain in the thin film after irradiation, These rarely adversely affect the electronic properties of the thin film as impurities.

【0057】<第15の発明の方法の作用> 第15の
発明の方法では、照射される不活性ガスを構成する元素
の原子量が、照射対象である所定の物質の構成元素の最
大の原子量よりも低いので、照射された不活性ガスの原
子またはイオンの大部分が、薄膜の表面ないしその近傍
で後方へ反跳し、薄膜の中に残留し難い。
<Operation of the method of the fifteenth invention> In the method of the fifteenth invention, the atomic weight of the element constituting the irradiated inert gas is higher than the maximum atomic weight of the constituent elements of the predetermined substance to be irradiated. Therefore, most of the irradiated atoms or ions of the inert gas recoil backward at the surface of the thin film or in the vicinity thereof, and are hard to remain in the thin film.

【0058】<第16の発明の方法の作用> 第16の
発明の方法では、照射される不活性ガスを構成する元素
の原子量が、所定の物質を構成する元素の最大の原子量
に最も近い値であるので、ビームの照射効果を最大限に
引き出すことができる。
<Operation of the method of the sixteenth invention> In the method of the sixteenth invention, the atomic weight of the element constituting the irradiated inert gas is the value closest to the maximum atomic weight of the element constituting the predetermined substance. Therefore, the irradiation effect of the beam can be maximized.

【0059】<第17の発明の方法の作用> 第17の
発明の方法では、照射される気体が照射対象となる所定
の物質の構成元素を含んでいるので、照射後にこの構成
元素の原子またはイオンが薄膜の中に残留しても、これ
らが不純物として薄膜の電気的特性、あるいは光学的特
性等へ悪影響を及ぼす恐れがない。
<Operation of the method of the seventeenth invention> In the method of the seventeenth invention, since the gas to be irradiated contains a constituent element of a predetermined substance to be irradiated, after the irradiation, atoms of this constituent element or Even if the ions remain in the thin film, there is no fear that these will act as impurities and adversely affect the electrical properties or optical properties of the thin film.

【0060】<第18の発明の方法の作用> 第18の
発明の方法では、反応ガスが所定の物質に添加すべき不
純物元素を含む気体物質を含むことで、所望の不純物が
ドープされた薄膜が形成される。
<Operation of the method of the eighteenth invention> In the method of the eighteenth invention, the reaction gas contains a gaseous substance containing an impurity element to be added to a predetermined substance, so that a thin film doped with a desired impurity is obtained. Is formed.

【0061】<第19の発明の方法の作用> 第19の
発明の方法では、例えば基板温度を一定に保つなどによ
って一定温度下で多層膜が形成される。このため、多層
薄膜中の残留ストレスが低減される。
<Operation of the method of the nineteenth invention> In the method of the nineteenth invention, a multilayer film is formed at a constant temperature, for example, by keeping the substrate temperature constant. Therefore, residual stress in the multilayer thin film is reduced.

【0062】<第20または第21の発明の方法の作用
> 第20または第21の発明の方法では、基板の周囲
に気体のビームを基板上へ収束させる反射板が配置され
るので、気体のビームが効率良く基板に照射される。
<Operation of the method of the twentieth or twenty-first invention> In the method of the twentieth or twenty-first invention, since the reflector for converging the gas beam onto the substrate is arranged around the substrate, the gas The substrate is efficiently irradiated with the beam.

【0063】<第22の発明の方法の作用> 第22の
発明の方法では、反射板の少なくとも気体のビームの照
射を受ける表面が、気体ビームによるスパッタリングを
引き起こさない材質で構成される。このため、反射板を
構成する元素がスパッタリングによって基板表面に付着
し、形成される薄膜の電気的、光学的特性に悪影響を与
えることがない。また、反射板がスパッタリングによっ
て減耗する恐れもない。
<Operation of the method of the twenty-second invention> In the method of the twenty-second invention, at least the surface of the reflection plate which is irradiated with the gas beam is made of a material which does not cause sputtering by the gas beam. Therefore, the elements forming the reflector are not attached to the surface of the substrate by sputtering and adversely affect the electrical and optical characteristics of the formed thin film. Further, there is no fear that the reflection plate will be worn out by sputtering.

【0064】<第23の発明の方法の作用> 第23の
発明の方法では、反射板の少なくとも気体のビームの照
射を受ける表面が、基板の最上面の物質を構成する元素
で構成されているので、反射板を構成する元素がスパッ
タリングによって基板表面に付着しても、形成される薄
膜の電気的、光学的特性に悪影響を与えることがない。
<Operation of the method of the twenty-third invention> In the method of the twenty-third invention, at least the surface of the reflecting plate which is irradiated with the beam of gas is composed of the element constituting the substance on the uppermost surface of the substrate. Therefore, even if the element forming the reflection plate adheres to the substrate surface by sputtering, it does not adversely affect the electrical and optical characteristics of the formed thin film.

【0065】<第24の発明の方法の作用> 第24の
発明の方法では、多層膜を形成する場合に、全ての層が
スパッタリングを起こさない程度の低エネルギーの気体
のビームを用いられる。このため、すでに形成された下
地層の物質がスパッタリングされて、形成中の上層に混
入することを防ぐことができる。また、成膜装置を用い
てこの方法を実行する際に、成膜装置のチャンバー内に
付着した多層膜の各層の構成元素がスパッタによって、
形成中の薄膜に混入することも合わせて防ぐことができ
る。
<Operation of the method of the twenty-fourth invention> In the method of the twenty-fourth invention, when forming a multilayer film, a low energy gas beam is used so that all layers do not cause sputtering. Therefore, it is possible to prevent the substance of the underlayer already formed from being sputtered and mixed into the upper layer being formed. Further, when performing this method using the film forming apparatus, the constituent elements of each layer of the multilayer film deposited in the chamber of the film forming apparatus are sputtered,
It can also be prevented from being mixed into the thin film being formed.

【0066】<第25の発明の方法の作用> 第25の
発明の方法では、所定の物質を堆積する前に気体のビー
ムが照射されるので、基板あるいは下地層が予めクリー
ニングされる。すなわち、基板あるいは下地層の表面に
付着した汚染物質が取り除かれる。
<Operation of the method of the twenty-fifth invention> In the method of the twenty-fifth invention, since the beam of gas is irradiated before depositing the predetermined substance, the substrate or the underlayer is preliminarily cleaned. That is, contaminants adhering to the surface of the substrate or the underlying layer are removed.

【0067】<第26の発明の方法の作用> 第26の
発明の方法では、気体のビーム発生源がマイクロ波を用
いてプラズマを発生するとともに発散磁場でプラズマを
基板へと導くプラズマ照射装置であるために、気体のビ
ームとして、要求される数十エレクトロンボルトのエネ
ルギを持ったイオンあるいは中性の原子あるいは分子を
容易に得ることができる。
<Operation of the method of the twenty-sixth invention> In the method of the twenty-sixth invention, in the plasma irradiation apparatus, the gas beam generation source uses microwaves to generate plasma and the plasma is guided to the substrate by a divergent magnetic field. Therefore, it is possible to easily obtain ions or neutral atoms or molecules having a required energy of several tens of electron volts as a gas beam.

【0068】<第27の発明の方法の作用> 第27の
発明の方法では、基板の電位を所望の値に設定すること
で、基板に衝突するビームがイオンを含む場合に、衝突
エネルギーを所望の大きさに制御することができる。こ
のため、イオンのビームの持つエネルギーをスパッタス
レショールド(スパッタリングにおけるスレッショルド
エネルギー)以下に確実に下げることができる。
<Operation of the method of the twenty-seventh invention> In the method of the twenty-seventh invention, the collision energy is desired when the beam impinging on the substrate contains ions by setting the potential of the substrate to a desired value. Can be controlled to the size of. For this reason, the energy of the ion beam can be reliably lowered below the sputter threshold (threshold energy in sputtering).

【0069】<第28の発明の方法の作用> 第28の
発明の方法では、電子阻止部材が用いられるので、基板
の上へのプラズマシースの発生が抑えられる。このた
め、基板あるいは基板上に形成される薄膜が絶縁物質で
あっても、基板への電荷の蓄積(チャージアップ)が抑
制される。その結果、基板に衝突するビームがイオンを
含む場合においても、イオンビームの持つエネルギをス
パッタスレショールド以下に確実に下げることができ
る。
<Operation of the method of the twenty-eighth invention> In the method of the twenty-eighth invention, since the electron blocking member is used, generation of the plasma sheath on the substrate can be suppressed. Therefore, even if the substrate or the thin film formed on the substrate is made of an insulating material, charge accumulation on the substrate is suppressed. As a result, even when the beam impinging on the substrate contains ions, the energy of the ion beam can be surely lowered below the sputtering threshold.

【0070】<第29〜第31の発明の方法の作用>
第29〜第31のいずれかの発明の方法では、所定の物
質を堆積しつつ気体のビームを照射する際の温度が、こ
の所定の物質のデバイ温度以上に保たれるので、原子の
再配列が円滑に進行する。
<Operation of the methods of the twenty-ninth to thirty-first inventions>
In the method of any of the twenty-ninth to thirty-first inventions, since the temperature at which the beam of gas is irradiated while depositing the predetermined substance is maintained at the Debye temperature of the predetermined substance or higher, the rearrangement of atoms is performed. Will proceed smoothly.

【0071】<第32〜第34の発明の方法の作用>
第32〜第34のいずれかの発明の方法では、シリコン
の結晶性薄膜をシランガスを用いて形成する際に、温度
が400゜C以上に保たれる。このため、シランガスに
よってシリコンが基板上に堆積する過程でシリコンの中
に残留し結晶化を阻害する水素ガスが、400゜C以上
の熱の作用で外部へ除去される。
<Operation of the methods of the thirty-second to thirty-fourth inventions>
In the method according to any one of the thirty-second to thirty-fourth inventions, the temperature is maintained at 400 ° C. or higher when the crystalline thin film of silicon is formed using silane gas. Therefore, hydrogen gas that remains in the silicon and hinders crystallization in the process of depositing silicon on the substrate by the silane gas is removed to the outside by the action of heat of 400 ° C. or more.

【0072】[0072]

【実施例】【Example】

<1.第1実施例>はじめに、この発明の第1実施例に
ついて説明する。
<1. First Embodiment> First, a first embodiment of the present invention will be described.

【0073】<1-1.装置の構成>図1に、本発明の多
結晶薄膜あるいは軸配向多結晶薄膜を形成する方法を効
果的に実施可能な薄膜形成装置の断面図を示す。図1に
示すように本装置102は、反応容器1と電子サイクロ
トロン共鳴(ECR)イオン発生器2とを備えている。
図1において、3がプラズマ容器、4がプラズマ室で、
プラズマ容器3の外周には直流磁場を印加するための磁
気コイル5が設置されている。プラズマ容器3の上部に
は、マイクロ波をプラズマ室4に導入するための導波管
6とNe等の不活性ガス等をプラズマ室に導入するガス
導入管7が設置されている。
<1-1. Structure of Apparatus> FIG. 1 is a sectional view of a thin film forming apparatus capable of effectively implementing the method for forming a polycrystalline thin film or an axially oriented polycrystalline thin film of the present invention. As shown in FIG. 1, the present apparatus 102 includes a reaction container 1 and an electron cyclotron resonance (ECR) ion generator 2.
In FIG. 1, 3 is a plasma container, 4 is a plasma chamber,
A magnetic coil 5 for applying a DC magnetic field is installed on the outer periphery of the plasma container 3. Above the plasma container 3, a waveguide 6 for introducing microwaves into the plasma chamber 4 and a gas introduction pipe 7 for introducing an inert gas such as Ne into the plasma chamber 4 are installed.

【0074】反応容器1の内部は反応室8である。そし
て、プラズマ容器3の底部中央には反応室8にプラズマ
を導入するための引き出し口9が開口している。反応室
8には、引き出し口9の直下に、試料台10が設置され
ており、この試料台10の上に、薄膜を形成する基板1
1が設置される。また、反応室8には、反応ガス供給管
13を通して、基板11上に、所定の物質の薄膜を形成
するための反応ガスが供給される。図1の例では、3本
の反応ガス供給管13a、13b、13cが設けられて
いる。反応室8は、さらに、真空排気管14を介して、
気体が排気され、真空計15と連動した図示していない
真空排気装置とによって、所定の真空度に保たれてい
る。
The inside of the reaction vessel 1 is a reaction chamber 8. An outlet 9 for introducing plasma into the reaction chamber 8 is opened at the center of the bottom of the plasma container 3. A sample stage 10 is installed in the reaction chamber 8 directly below the outlet 9, and a substrate 1 for forming a thin film on the sample stage 10.
1 is installed. In addition, a reaction gas for forming a thin film of a predetermined substance on the substrate 11 is supplied to the reaction chamber 8 through the reaction gas supply pipe 13. In the example of FIG. 1, three reaction gas supply pipes 13a, 13b, 13c are provided. The reaction chamber 8 is further evacuated via a vacuum exhaust pipe 14.
The gas is evacuated and is maintained at a predetermined degree of vacuum by a vacuum evacuation device (not shown) linked with the vacuum gauge 15.

【0075】<1-2.ECRイオン発生器2の動作>次
に、ECRイオン発生器2の動作について説明する。こ
の装置102を動作させるためには、ガス導入管7から
プラズマ室4へガスが導入され、同時に導波管6からプ
ラズマ室4へマイクロ波が導入される。さらに、同時
に、磁気コイル5に直流電流を印加して、プラズマ室4
およびその周辺に直流磁場を形成する。プラズマ室4で
は、マイクロ波と直流磁場とによってサイクロトロン共
鳴と称される現象が引き起こされる。この現象によっ
て、螺旋運動する高エネルギーの電子が生成されるとと
もに、供給されたガスがこの電子によってプラズマ化さ
れる。
<1-2. Operation of ECR Ion Generator 2> Next, the operation of the ECR ion generator 2 will be described. In order to operate the device 102, gas is introduced into the plasma chamber 4 from the gas introduction pipe 7, and at the same time, microwaves are introduced into the plasma chamber 4 from the waveguide 6. Further, at the same time, a direct current is applied to the magnetic coil 5 so that the plasma chamber 4
And a DC magnetic field is formed around it. In the plasma chamber 4, a phenomenon called cyclotron resonance is caused by the microwave and the DC magnetic field. By this phenomenon, high-energy electrons that make a spiral motion are generated, and the supplied gas is turned into plasma by the electrons.

【0076】この電子は、反磁性の特性を有するので、
磁場の弱い方向、つまり、磁力線に添って電子流を形成
する。磁気コイル5は反応室8に発散磁場を生成するの
で、引き出し口9から発散する磁力線に沿って下方へと
広がりつつ流れる電子流が形成される。そして、電気的
中性を維持するために、この電子流にともなって正イオ
ンも、磁力線にそってイオン流を形成する。このイオン
流と電子流は、互いに再結合しながら流れるため、徐々
に中性原子流へと変化する。以上のように、ECRイオ
ン発生器2を用いることによって、進行方向の揃った平
行流に近い状態で基板11上に降り注ぐイオン流あるい
は中性原子流を比較的簡単に得ることができる。
Since this electron has a diamagnetic property,
An electron flow is formed along the weak magnetic field, that is, along the lines of magnetic force. Since the magnetic coil 5 generates a divergent magnetic field in the reaction chamber 8, an electron flow that spreads downward along the magnetic field lines diverging from the outlet 9 is formed. Then, in order to maintain the electrical neutrality, the positive ions also form an ion flow along the lines of magnetic force along with the electron flow. Since the ion flow and the electron flow flow while recombining with each other, they gradually change into a neutral atomic flow. As described above, by using the ECR ion generator 2, it is possible to relatively easily obtain an ion flow or a neutral atom flow that falls on the substrate 11 in a state close to a parallel flow with uniform traveling directions.

【0077】<1-3.装置102の動作>つぎに装置1
02を用いて、多結晶薄膜、あるいは、軸配向多結晶薄
膜を形成する方法について説明する。基板11は、一例
として、コーニング#7059等のガラス基板を用い、
この、ガラス基板上に多結晶シリコン薄膜、あるいは、
軸配向多結晶シリコン薄膜を形成する例を取り上げる。
まず、反応ガス供給管13aより、Siを供給するため
のSiH4(シラン)、Si26(ジシラン)等のガス
を供給する。ここで、形成するシリコン薄膜をp型にす
る場合には、p型不純物をドープするためのB26(ジ
ボラン)ガスを、また、n型にする場合には、n型不純
物をドープするためのPH3(ホスフィン)ガス、もし
くは、AsH3(アルシン)ガス等を、反応ガス供給管
13b、13cより供給すればよい。
<1-3. Operation of Device 102> Next, Device 1
02, a method for forming a polycrystalline thin film or an axially oriented polycrystalline thin film will be described. As the substrate 11, for example, a glass substrate such as Corning # 7059 is used,
On this glass substrate, a polycrystalline silicon thin film, or
Take an example of forming an axially oriented polycrystalline silicon thin film.
First, a gas such as SiH 4 (silane) or Si 2 H 6 (disilane) for supplying Si is supplied from the reaction gas supply pipe 13a. Here, when the silicon thin film to be formed is p-type, B 2 H 6 (diborane) gas for doping p-type impurities is used, and when it is n-type, n-type impurities are doped. PH 3 (phosphine) gas, AsH 3 (arsine) gas, or the like may be supplied from the reaction gas supply pipes 13b and 13c.

【0078】ガス導入管7より不活性ガスを導入する場
合には、Siより原子量の小さいNe、He等を導入す
るのが望ましい。ここで、より効果的に多結晶シリコ
ン、あるいは、軸配向多結晶シリコン薄膜を形成するた
めには、比較的原子量の大きいNeを用いるのがよい。
以下の説明では、不活性ガスとしてNeを用いた場合で
説明を行なう。
When the inert gas is introduced through the gas introduction pipe 7, it is desirable to introduce Ne, He or the like having a smaller atomic weight than Si. Here, in order to form the polycrystalline silicon or the axially oriented polycrystalline silicon thin film more effectively, it is preferable to use Ne having a relatively large atomic weight.
In the following description, the case where Ne is used as the inert gas will be described.

【0079】以上のようなガスを導入して、図1に示す
装置を動作させると、前記のようにECRイオン発生器
2で形成されたNeイオン流と電子流が引き出し口9か
ら、基板11の方向に流れる。この、Neのイオン流あ
るいは中性原子流と電子流とによって、反応ガス供給管
13から供給されたSiH4、Si26等の反応ガスの
プラズマCVD反応が進行して、ガラス基板11の上面
にSi薄膜が成長する。このとき、基板11は、通常の
プラズマCVDでは、Siの結晶化が起こらない低温度
下(例えば、基板加熱を行なわない)に保っておく。し
たがって、Si薄膜は、まず非晶質であるアモルファス
Si膜として基板11上に形成される。ここで、反応室
8における、Neのイオンあるいは中性原子の量をSi
4、Si26等の反応ガスの量に比較して、相対的に
多くなるように、ガス導入量を調整しておき、Neのイ
オンあるいは中性原子が基板11に照射されるようにし
ておく。
When the above-described gas is introduced and the apparatus shown in FIG. 1 is operated, the Ne ion flow and the electron flow formed in the ECR ion generator 2 as described above are discharged from the extraction port 9 to the substrate 11 Flowing in the direction of. The plasma flow of the reaction gas such as SiH 4 and Si 2 H 6 supplied from the reaction gas supply pipe 13 proceeds by the flow of Ne ions or the flow of neutral atoms and electrons, and the glass substrate 11 A Si thin film grows on the upper surface. At this time, the substrate 11 is kept at a low temperature (for example, the substrate is not heated) where the crystallization of Si does not occur in the ordinary plasma CVD. Therefore, the Si thin film is first formed on the substrate 11 as an amorphous Si film which is amorphous. Here, the amount of Ne ions or neutral atoms in the reaction chamber 8 is set to Si.
The amount of gas introduced is adjusted so that the amount of reaction gas such as H 4 , Si 2 H 6 or the like is relatively large so that Ne ions or neutral atoms are irradiated to the substrate 11. Leave.

【0080】ここで、ECRイオン発生器2によって形
成されるプラズマエネルギーは、基板11に照射される
Neのイオンあるいは中性原子のエネルギーが、Siの
スパッタリングを引き起こさない、すなわち、NeのS
iに対するスパッタリングのスレショールドエネルギー
値(約27eV)よりも低い値となるよう設定する。こ
の様なエネルギー値のNeのイオンあるいは中性原子が
アモルファスシリコン薄膜に照射されると、Neの持つ
エネルギーによって、アモルファスシリコンのシリコン
原子が再配列する。このとき、シリコン原子は、より安
定な状態である多結晶へと再配列を起こす。以上のよう
に、本実施例では、アモルファスSi膜をプラズマCV
Dにて成長させつつ、Neのイオンあるいは中性原子を
基板11上に成長したSi薄膜に照射することによっ
て、Si原子を再配列し、多結晶シリコン薄膜が、結晶
化温度(約600℃)以下で形成できる。
Here, regarding the plasma energy formed by the ECR ion generator 2, the energy of Ne ions or neutral atoms with which the substrate 11 is irradiated does not cause sputtering of Si, that is, S of Ne.
It is set to a value lower than the threshold energy value of sputtering (about 27 eV) for i. When the amorphous silicon thin film is irradiated with Ne ions or neutral atoms having such an energy value, the silicon atoms of amorphous silicon are rearranged by the energy of Ne. At this time, silicon atoms are rearranged into a more stable polycrystal. As described above, in the present embodiment, the amorphous Si film is subjected to plasma CV.
By irradiating the Si thin film grown on the substrate 11 with Ne ions or neutral atoms while growing in D, the Si atoms are rearranged, and the polycrystalline silicon thin film has a crystallization temperature (about 600 ° C.). It can be formed as follows.

【0081】前記に示した多結晶シリコン形成と同様の
形成条件において、Neのイオンあるいは中性原子が、
その方向が比較的揃った平行流の形で基板11に照射す
るように、反応室8内の圧力、プラズマ引き出し口9か
ら基板11までの距離等を調整することによって、Ne
のイオンあるいは中性原子の基板11への主たる照射方
向をほぼ基板の法線方向に揃えることができる。このよ
うな条件の場合、Neの照射方向に垂直な面が、シリコ
ンの最稠密面である(111)面となる。このようにす
ることによって、上記多結晶シリコン薄膜の結晶軸が基
板法線方向に配向した軸配向多結晶シリコン膜が形成で
きる。
Under the same formation conditions as the above-described formation of polycrystalline silicon, Ne ions or neutral atoms are
By adjusting the pressure in the reaction chamber 8 and the distance from the plasma outlet 9 to the substrate 11 so that the substrate 11 is irradiated in the form of a parallel flow whose directions are relatively uniform, Ne
The main irradiation direction of the ions or neutral atoms to the substrate 11 can be substantially aligned with the normal direction of the substrate. Under such conditions, the plane perpendicular to the irradiation direction of Ne is the (111) plane which is the densest plane of silicon. By doing so, an axially oriented polycrystalline silicon film can be formed in which the crystal axes of the polycrystalline silicon thin film are oriented in the substrate normal direction.

【0082】また、反応ガス供給管13より、B26
ス、PH3ガス、あるいは、AsH3ガス等を同時にある
規定量供給することによって、これらの反応ガスによる
プラズマCVD反応も同時に進行し、B(ボロン)、P
(リン)、あるいは、As(ヒ素)が所望の濃度で添加
されたp型またはn型の多結晶シリコン薄膜あるいは軸
配向多結晶シリコン薄膜を形成することができる。ま
た、これらの不純物元素を含有する反応ガスの供給を、
シリコン薄膜を形成中に制御することによって、例え
ば、p型シリコン層の上に、n型シリコン層を形成した
り、あるいは、イントリンシックシリコン層を形成した
りして、型の異なるシリコンの多層膜を容易に形成する
ことが可能である。
Further, by supplying B 2 H 6 gas, PH 3 gas, AsH 3 gas or the like at a specified amount at the same time from the reaction gas supply pipe 13, the plasma CVD reaction by these reaction gases also progresses at the same time. , B (boron), P
It is possible to form a p-type or n-type polycrystalline silicon thin film or an axially oriented polycrystalline silicon thin film in which (phosphorus) or As (arsenic) is added at a desired concentration. In addition, supply of a reaction gas containing these impurity elements,
By controlling the silicon thin film during formation, for example, an n-type silicon layer or an intrinsic silicon layer is formed on the p-type silicon layer to form a multilayer film of silicon of different types. Can be easily formed.

【0083】上記実施例では、プラズマ流としてNeが
用いられた。この理由は、第1に、Si原子の方が、N
e原子よりも原子量が大きいため、Neのイオンあるい
は原子がSi薄膜に衝突した際に、後方に散乱される確
率が高く、Si薄膜中に侵入し残留することが起こりに
くいためである。また第2に、Neは不活性ガスである
ので、Si薄膜中に侵入し残留しても、Siあるいはド
ープした不純物のいずれとも化合物を形成しないので、
Si薄膜の電気的、あるいは、光学的特性に与える影響
が少ないと言える。しかも、形成されたSi薄膜をある
程度高温状態におくことによって、容易に外部に除去で
きる。これは、Heに関しても同様であるが、Heに比
較して、Neの方がSiに近い原子量であるので結晶化
がより効果的に可能となる。
In the above example, Ne was used as the plasma flow. The reason for this is as follows:
This is because the atomic weight is larger than that of the e atom, so that when the ions or atoms of Ne collide with the Si thin film, there is a high probability of being scattered backward, and it is difficult for the ions or atoms of Ne to enter and remain in the Si thin film. Secondly, since Ne is an inert gas, it does not form a compound with either Si or the doped impurities even if it penetrates into and remains in the Si thin film.
It can be said that the influence on the electrical or optical characteristics of the Si thin film is small. Moreover, the formed Si thin film can be easily removed to the outside by keeping it at a high temperature to some extent. This also applies to He, but since Ne has a closer atomic weight to Si than He, crystallization becomes possible more effectively than He.

【0084】<1-4.第1実施例の変形例>以下に第1
実施例の変形例について説明する。
<1-4. Modification of First Embodiment> First Embodiment
A modified example of the embodiment will be described.

【0085】<1-4-1.第1の変形例>第1実施例の装
置において、単なる多結晶薄膜(軸配向多結晶でない多
結晶薄膜)を形成する場合には、図2に示すように、試
料台10の周囲に、反射板20を設置することによっ
て、Neのイオンあるいは中性原子を効率良く基板11
に照射することが可能となる。これによって、実質的に
Neイオンあるいは中性原子の照射量を増したことにな
り、反応ガスの流量を増すことが可能となり、成膜速度
を上げることができ、結果としてコスト削減につなが
る。
<1-4-1. First Modified Example> In the apparatus of the first embodiment, when a simple polycrystalline thin film (a polycrystalline thin film which is not an axially oriented polycrystalline film) is formed, as shown in FIG. By installing the plate 20, Ne ions or neutral atoms can be efficiently supplied to the substrate 11
Can be irradiated. As a result, the irradiation amount of Ne ions or neutral atoms is substantially increased, the flow rate of the reaction gas can be increased, the film formation rate can be increased, and as a result, the cost can be reduced.

【0086】この反射板20の少なくとも照射を受ける
表面は、例えば、第1実施例で取り上げたシリコン薄膜
形成の例では、Ne原子に対するスパッタのスレッショ
ルドエネルギーがSi原子と同等かそれ以上の材質を用
いて形成されるのが望ましい。
At least the surface of the reflection plate 20 to be irradiated is made of, for example, a material having a threshold energy of sputtering with respect to Ne atoms equal to or higher than that of Si atoms in the example of forming a silicon thin film described in the first embodiment. It is desirable to be formed by.

【0087】表1は、照射される原子またはイオンの種
類と、標的となる薄膜を構成する元素との、各種の組合
せにおけるスパッタリングのスレッショルド・エネルギ
ーの値を示す。なお、表1に掲げられる値は、特に示さ
れる一部の値を除いて、すべてシミュレーションに基づ
いて得られたものである。
Table 1 shows the values of the sputtering threshold energy in various combinations of the types of atoms or ions to be irradiated and the elements constituting the target thin film. The values listed in Table 1 are all obtained based on simulations, except for some values that are particularly shown.

【0088】[0088]

【表1】 [Table 1]

【0089】この表1から、例えば、Si薄膜を形成す
る場合には、アルミニウム(Al)、タングステン
(W)あるいは、プラチナ(Pt)等の材質を用いると
よいことがわかる。また、形成すべき薄膜と同一材料で
あるSiで反射板を構成してもよい。この場合には、ス
パッタが起こっても、スパッタされる元素が薄膜を汚染
することがない。
From Table 1, it can be seen that, for example, when forming a Si thin film, a material such as aluminum (Al), tungsten (W), or platinum (Pt) may be used. The reflector may be made of Si, which is the same material as the thin film to be formed. In this case, even if sputtering occurs, the sputtered element does not contaminate the thin film.

【0090】さらに、反射板20の反射面17の形状
は、単に基板面に対してある角度に設定された平面であ
ってもよいが、好ましくは、プラズマ流16の方向から
最も効率良く、また、均等に基板11にプラズマが照射
されるような曲面で構成される。プラズマ流16は、E
CR装置の磁力線に添って流れるので、この磁力線の分
布から計算によって曲面の形状を求めることができる。
Furthermore, the shape of the reflecting surface 17 of the reflecting plate 20 may simply be a flat surface set at a certain angle with respect to the surface of the substrate, but preferably, it is most efficient from the direction of the plasma flow 16 and The curved surface is formed so that the substrate 11 is uniformly irradiated with plasma. The plasma flow 16 is E
Since it flows along the magnetic force lines of the CR device, the shape of the curved surface can be obtained by calculation from the distribution of the magnetic force lines.

【0091】<1-4-2.第2の変形例>第1実施例で
は、多結晶シリコン薄膜、あるいは、軸配向多結晶シリ
コン薄膜を形成するために、反応ガスを供給することに
よってシリコン薄膜を基板11の上に堆積しつつ、その
過程の中でNeビームを照射することによってこのシリ
コン薄膜を結晶化する方法について述べた。これに対し
て、基板11上にあらかじめ形成されたアモルファスシ
リコン薄膜を、その後にビーム照射を実行することによ
って多結晶シリコン薄膜、あるいは、軸配向多結晶シリ
コン薄膜に結晶化させることも可能である。また、基板
11上にあらかじめ形成された多結晶シリコン薄膜を、
その後に軸配向多結晶シリコン薄膜に結晶化させること
も可能である。
<1-4-2. Second Modification> In the first embodiment, in order to form a polycrystalline silicon thin film or an axially oriented polycrystalline silicon thin film, a silicon thin film is deposited on the substrate 11 by supplying a reaction gas, In the process, a method of crystallizing this silicon thin film by irradiating with a Ne beam was described. On the other hand, it is also possible to crystallize the amorphous silicon thin film previously formed on the substrate 11 into a polycrystalline silicon thin film or an axially oriented polycrystalline silicon thin film by performing beam irradiation thereafter. In addition, a polycrystalline silicon thin film previously formed on the substrate 11 is
After that, it is also possible to crystallize into an axially oriented polycrystalline silicon thin film.

【0092】これらの方法を実施するためには、装置1
02を用いて、図1の中の反応ガス供給管13からは何
れのガスも供給せず、第1実施例と同様に、Ne等の不
活性ガスを基板11に照射することによって可能とな
る。基板11の上には、他のCVD装置などを用いてあ
らかじめアモルファスシリコン薄膜などが形成されてい
る。
In order to carry out these methods, the device 1
02 by irradiating the substrate 11 with an inert gas such as Ne without supplying any gas from the reaction gas supply pipe 13 in FIG. 1 as in the first embodiment. . An amorphous silicon thin film or the like is previously formed on the substrate 11 by using another CVD device or the like.

【0093】すでに形成されたアモルファスシリコン薄
膜あるいは多結晶シリコン薄膜のSi原子を再配列する
ためには、第1実施例の膜の成長と並行してSi原子を
再配列する場合と比較して、大きなエネルギーを要す
る。特に多結晶シリコン薄膜を再配列させる場合には、
より大きなエネルギーを必要とする。このため、好まし
くは基板11の温度をシリコンのデバイ温度以上に比較
的高く保ちつつ、Ne等の不活性ガスの照射が行われ
る。基板11を加熱するためには、例えば試料台10に
ヒータを内蔵させるとよい。
In order to rearrange Si atoms in the already formed amorphous silicon thin film or polycrystalline silicon thin film, as compared with the case of rearranging Si atoms in parallel with the growth of the film of the first embodiment, It requires a lot of energy. Especially when rearranging the polycrystalline silicon thin film,
Need more energy. For this reason, preferably, the temperature of the substrate 11 is kept relatively higher than the Debye temperature of silicon, and the irradiation of the inert gas such as Ne is performed. In order to heat the substrate 11, for example, a heater may be built in the sample table 10.

【0094】<1-4-3.第3の変形例>第1実施例で
は、Ne等の不活性ガスのビームが、基板11にほぼ垂
直に照射される場合について述べたため、形成される軸
配向多結晶シリコン薄膜の(111)結晶面が、基板法
線方向と一致する。しかしながら、基板11に対して、
Ne等の不活性ガスのビームの照射角度を変えることに
よって、シリコンの(111)結晶面を基板法線方向に
対して、任意の角度で形成することが可能である。それ
には、例えば、基板11をビームの入射方向に対して傾
斜して設置し得るような試料台10を用いるとよい。
<1-4-3. Third Modification> In the first embodiment, the case where the beam of the inert gas such as Ne is irradiated to the substrate 11 substantially vertically is described. Therefore, the (111) crystal of the axially oriented polycrystalline silicon thin film to be formed is described. The surface coincides with the substrate normal direction. However, with respect to the substrate 11,
By changing the irradiation angle of the beam of an inert gas such as Ne, it is possible to form the (111) crystal plane of silicon at an arbitrary angle with respect to the substrate normal direction. For that purpose, for example, the sample stage 10 on which the substrate 11 can be installed while being inclined with respect to the beam incident direction may be used.

【0095】<1-4-4.第4の変形例>第1実施例で
は、プラズマ室4に導入するガスとして、Ne等の不活
性ガスを用いる場合について説明したが、これら不活性
ガスのかわりに、反応ガス(シリコンの場合SiH4
Si26等の形成すべき薄膜の主たる構成元素を構成要
素に含むガス)を用いることも可能である。この場合に
は、図1の反応ガス供給管13より、SiH4、Si2
6等のガスを供給する必要はない。
<1-4-4. Fourth Modification> In the first embodiment, the case where an inert gas such as Ne is used as the gas introduced into the plasma chamber 4 has been described. However, instead of these inert gases, a reaction gas (SiH in the case of SiH 4 ,
It is also possible to use a gas containing as constituent elements the main constituent elements of the thin film to be formed such as Si 2 H 6 . In this case, from the reaction gas supply pipe 13 of FIG. 1, SiH 4, Si 2 H
It is not necessary to supply gas such as 6 .

【0096】この場合でも、例えば、SiH4が反応ガ
スとして機能するために、プラズマCVDによって、基
板11の上にSiが成長すると同時に、SiH4分子、
あるいは、分解したラジカル等が基板11に照射され
る。このことによって、Si原子の再配列が起こるの
で、第1実施例と同様に、多結晶シリコン薄膜、あるい
は、軸配向多結晶シリコン薄膜が形成される。
Even in this case, for example, since SiH 4 functions as a reaction gas, SiH 4 molecules,
Alternatively, decomposed radicals or the like are applied to the substrate 11. As a result, rearrangement of Si atoms occurs, so that a polycrystalline silicon thin film or an axially oriented polycrystalline silicon thin film is formed as in the first embodiment.

【0097】<1-4-5.第5の変形例>好ましくは装置
102において、試料台10が薄膜形成中に回転できる
ようにするとよい。そうすることによって、膜質、膜厚
共により均一な薄膜を形成することが可能となる。
<1-4-5. Fifth Modification> Preferably, in the apparatus 102, the sample stage 10 can be rotated during thin film formation. By doing so, it becomes possible to form a uniform thin film in terms of film quality and film thickness.

【0098】<1-4-6.第6の変形例>第1実施例で
は、多結晶シリコンあるいは軸配向多結晶シリコン薄膜
の形成方法について説明したが、図1に示す装置を用い
て、シリコン以外の他の物質で構成される多結晶薄膜あ
るいは軸配向多結晶薄膜を形成することも可能である。
例として、表2に、シリコンを含む半導体関連材料の薄
膜を形成する際のビーム用ガス材料、反応ガス材料、及
び、導入する不純物ガス材料を示す。
<1-4-6. Sixth Modification> In the first embodiment, the method of forming polycrystalline silicon or an axially oriented polycrystalline silicon thin film has been described. However, using the apparatus shown in FIG. It is also possible to form a crystalline thin film or an axially oriented polycrystalline thin film.
As an example, Table 2 shows a gas material for a beam, a reactive gas material, and an impurity gas material to be introduced when forming a thin film of a semiconductor-related material containing silicon.

【0099】[0099]

【表2】 [Table 2]

【0100】また、照射される原子またはイオンの種類
と、標的となる薄膜を構成する元素との、各種の組合せ
において、表1に示されるスパッタリングのスレッショ
ルドエネルギーの値よりも低いエネルギーのイオンまた
は原子を照射することによって、各種の多結晶薄膜ある
いは軸配向多結晶薄膜を形成することができる。なお、
化合物で構成される薄膜に対しては、構成元素の中で最
大の原子量を有する元素のスレショルドエネルギー値よ
りも低いエネルギーのイオンまたは原子を照射すればよ
い。
Further, in various combinations of the type of the atom or ion to be irradiated and the element constituting the target thin film, the ion or atom having an energy lower than the value of the threshold energy of sputtering shown in Table 1 is used. By irradiating with, it is possible to form various polycrystalline thin films or axially oriented polycrystalline thin films. In addition,
The thin film made of a compound may be irradiated with ions or atoms having an energy lower than the threshold energy value of the element having the largest atomic weight among the constituent elements.

【0101】<第2実施例>第1実施例では、多結晶、
あるいは軸配向多結晶薄膜の形成方法について示した
が、ビーム照射によって単結晶薄膜を形成することも可
能である。この場合には、ビームを、形成すべき所望の
単結晶薄膜の複数の最稠密面に垂直な複数方向から基板
11へ照射すればよい。このためには、例えば図1に示
す装置100を用いるとよい。この装置100は、基板
11の上方に位置するように反射板12が試料台10に
設置される点が装置102とは特徴的に異なっている。
他の構成上の特徴は装置102と同様である。
<Second Embodiment> In the first embodiment, polycrystal,
Alternatively, the method for forming the axially oriented polycrystalline thin film has been described, but it is also possible to form a single crystal thin film by beam irradiation. In this case, the beam may be irradiated onto the substrate 11 from a plurality of directions perpendicular to the plurality of densest planes of the desired single crystal thin film to be formed. For this purpose, for example, the device 100 shown in FIG. 1 may be used. This device 100 is characteristically different from the device 102 in that the reflecting plate 12 is installed on the sample stage 10 so as to be located above the substrate 11.
Other structural features are similar to device 102.

【0102】図4は、反射板12の一例における斜視図
である。この反射板12aは、単結晶Siなどの、ダイ
ヤモンド構造を有する単結晶を形成するための反射板の
一例である。反射板12aは、平板状の基台21の中央
部に開口部を規定する。この開口部の周囲に、3個の直
方体のブロック22が固定的に設置され、それらの内側
にそれぞれ反射用ブロック23が固定されている。その
結果、基台21の中央部には、これらの反射用ブロック
23で縁どりされた正三角形状の開口部24が形成され
る。反射用ブロック23において、開口部24に面する
斜面25が、気体ビームを反射する反射面として機能す
る。したがって、斜面25の傾斜角度は、形成すべき単
結晶の結晶軸の方向に対応して55゜に設定されてい
る。
FIG. 4 is a perspective view of an example of the reflector 12. The reflector 12a is an example of a reflector for forming a single crystal having a diamond structure, such as single crystal Si. The reflector 12a defines an opening at the center of the flat base 21. Three rectangular parallelepiped blocks 22 are fixedly installed around the opening, and reflection blocks 23 are fixed inside the blocks. As a result, an equilateral triangular opening 24 framed by these reflection blocks 23 is formed in the center of the base 21. In the reflection block 23, the slope 25 facing the opening 24 functions as a reflection surface that reflects the gas beam. Therefore, the inclination angle of the slope 25 is set to 55 ° corresponding to the direction of the crystal axis of the single crystal to be formed.

【0103】引き出し口9から下方向へ向かうNeのイ
オン流または中性原子流の一部は、反射板12aに形成
されている3つの斜面25によって反射され、更に開口
部24を通って基板11の上面へ入射する。また、Ne
原子流の他の一部は、斜面25へ入射せずに開口部24
を通過して基板11の上面へ直接に入射する。すなわ
ち、基板11の上面に形成されつつあるSi薄膜には、
引出口9から直進して来た成分と、3つの斜面25によ
って反射されて来た3成分とからなる4成分のNe原子
流が照射される。斜面25の傾斜角が55゜に設定され
ているために、これら4成分のNe原子流の入射方向
は、形成すべきSi単結晶の4個の独立な最稠密結晶
面、すなわち(111)面に垂直な4方向に対応する。
A part of the Ne ion flow or the neutral atom flow downward from the outlet 9 is reflected by the three slopes 25 formed on the reflection plate 12 a, and further passes through the opening 24 to the substrate 11. Incident on the upper surface of. Also, Ne
The other part of the atomic flow does not enter the slope 25 and the opening 24
And then directly enters the upper surface of the substrate 11. That is, the Si thin film being formed on the upper surface of the substrate 11 is
A four-component Ne atomic flow consisting of a component straight from the outlet 9 and three components reflected by the three slopes 25 is irradiated. Since the inclination angle of the slope 25 is set to 55 °, the incident directions of these four component Ne atomic flows are four independent close-packed crystal faces of the Si single crystal to be formed, that is, the (111) face. It corresponds to four directions perpendicular to.

【0104】その結果、これらの各成分の入射方向に垂
直な面がいずれも最稠密面となるように、Si原子が再
配列するために、単一の結晶方位を有する単結晶Siが
形成される。すなわち、プラズマCVDによって成長し
つつあるアモルファスSi薄膜は、結晶方位の揃った単
結晶Si薄膜へ逐次転換される。
As a result, since the Si atoms are rearranged so that the planes perpendicular to the incident direction of each of these components are the densest planes, single crystal Si having a single crystal orientation is formed. It That is, the amorphous Si thin film growing by plasma CVD is sequentially converted into a single crystal Si thin film having a uniform crystal orientation.

【0105】この第2実施例についても、第1実施例と
同様の変形例が実施可能である。例えば、基板11の上
にあらかじめアモルファスあるいは多結晶(軸配向多結
晶を含む)のSi薄膜を形成した後に、装置100を用
いてこのSi薄膜を単結晶化してもよい。このとき、基
板11の温度はSiのデバイ温度以上に保たれるのが望
ましい。
The same modified example as that of the first embodiment can also be implemented in the second embodiment. For example, after forming an amorphous or polycrystal (including axially oriented polycrystal) Si thin film on the substrate 11 in advance, the apparatus 100 may be used to single crystallize the Si thin film. At this time, it is desirable that the temperature of the substrate 11 be maintained above the Debye temperature of Si.

【0106】<3.第3実施例>第1および第2実施例
では、結晶性の薄膜を形成する方法について述べたが、
ビーム照射をともなうことで非晶質のアモルファス薄膜
を効率よく形成することも可能である。この場合には、
例えばプラズマCVDによって基板11上に成長しつつ
あるアモルファスシリコン膜が再結晶化しない程度の低
エネルギーのNeビームを、基板11に照射することで
可能となる。このとき、反応ガスであるSiH4の導入
量に対してNeガスの導入量を変えることによって、シ
リコン膜中の水素の含有量を変化させることができる。
これは、Neのイオンまたは原子の照射によって、シリ
コン膜中に取り込まれた水素原子がスパッタされるため
である。
<3. Third Embodiment> In the first and second embodiments, the method of forming a crystalline thin film has been described.
It is also possible to efficiently form an amorphous thin film by irradiating a beam. In this case,
For example, this can be achieved by irradiating the substrate 11 with a low energy Ne beam that does not recrystallize the amorphous silicon film growing on the substrate 11 by plasma CVD. At this time, the content of hydrogen in the silicon film can be changed by changing the introduction amount of Ne gas with respect to the introduction amount of SiH 4 which is a reaction gas.
This is because the irradiation of Ne ions or atoms causes the hydrogen atoms taken into the silicon film to be sputtered.

【0107】もう一つの方法として、前記多結晶薄膜形
成と同じ方法にて、Neの導入量を減少させ、基板のシ
リコンが十分結晶化するよりも、シリコンの薄膜レート
の方が速い条件とすることで、極微結晶の集合体である
アモルファス薄膜の形成が可能である。特別な例とし
て、Neを全く導入しない場合にもアモルファス薄膜が
形成される。
As another method, in the same method as the above-mentioned polycrystalline thin film formation, the amount of Ne introduced is reduced so that the silicon thin film rate is faster than the case where the substrate silicon is sufficiently crystallized. As a result, it is possible to form an amorphous thin film that is an aggregate of ultrafine crystals. As a special example, an amorphous thin film is formed even when Ne is not introduced at all.

【0108】<4.第4実施例>図5は、多種類の層が
積層してなる多層薄膜の形成方法を実施するのに適した
薄膜形成装置の正面断面図である。この装置140で
は、ガス導入管7へ導入されるガスとして、多種類のガ
スが貯蔵された多数のガスボンベ31の中から、ガスセ
レクタ32の働きで所望のガスが選択される。また、反
応ガス供給管13へ導入される反応ガスとして、多種類
のガスが貯蔵された多数のガスボンベ33の中から、ガ
スセレクタ34の働きで所望のガスが選択される。ガス
ボンベ33には、薄膜を構成する物質の主成分を供給す
る反応ガスだけでなく、主成分に添加すべき不純物を含
んだ反応ガスも準備される。
<4. Fourth Embodiment> FIG. 5 is a front sectional view of a thin film forming apparatus suitable for carrying out a method for forming a multi-layered thin film in which various types of layers are laminated. In this device 140, a desired gas is selected as a gas to be introduced into the gas introducing pipe 7 from a large number of gas cylinders 31 in which various kinds of gases are stored, by the action of the gas selector 32. Further, as the reaction gas introduced into the reaction gas supply pipe 13, a desired gas is selected by the function of the gas selector 34 from a large number of gas cylinders 33 in which various kinds of gases are stored. In the gas cylinder 33, not only the reaction gas for supplying the main component of the substance forming the thin film, but also the reaction gas containing impurities to be added to the main component is prepared.

【0109】さらに、試料台10は駆動装置35の働き
で、傾きおよび回転方向が調整可能である。図6は試料
台10の動きを示す部分拡大図である。ガスセレクタ3
2、34、および駆動装置35の動作は、コントローラ
36によって制御される。
Further, the tilting and rotating direction of the sample table 10 can be adjusted by the driving device 35. FIG. 6 is a partially enlarged view showing the movement of the sample table 10. Gas selector 3
The operations of 2, 34 and the drive unit 35 are controlled by the controller 36.

【0110】試料台10が自在に傾斜および回転するの
で、基板11へのビームの照射方向を任意に設定するこ
とが可能である。このため、軸配向多結晶薄膜または単
結晶薄膜を形成する際に、その結晶方位を任意に選ぶこ
とができる。特に、単結晶薄膜を形成する際には、形成
すべき単結晶薄膜の複数の最稠密面に垂直な複数方向か
らビームが照射されるように、例えば図6における実線
と波線とで示される2つの姿勢を交互にとるようにすれ
ばよい。このように時分割的に複数方向からビームを照
射することによっても、反射板12を用いた第2実施例
の方法によって同時に複数方向から照射した場合と同様
に単結晶化が実現する。
Since the sample table 10 freely tilts and rotates, the irradiation direction of the beam on the substrate 11 can be set arbitrarily. Therefore, when forming the axially oriented polycrystalline thin film or the single crystal thin film, its crystal orientation can be arbitrarily selected. In particular, when forming a single crystal thin film, the beam is irradiated from a plurality of directions perpendicular to a plurality of densest planes of the single crystal thin film to be formed, as shown by a solid line and a wavy line in FIG. 6, for example. The two postures should be taken alternately. By irradiating the beams from a plurality of directions in a time-division manner, single crystallization can be realized as in the case of simultaneously irradiating from a plurality of directions by the method of the second embodiment using the reflector 12.

【0111】この装置140では、試料台10の姿勢を
制御することによって、所望する単結晶、多結晶、軸配
向多結晶、および非晶質のすべての結晶構造の薄膜形成
することが可能である。しかも、結晶方位も所望の任意
の方向に設定することが可能である。さらに、ガスセレ
クタ32、34を動作させることによって、所望の任意
の物質の薄膜を形成することが可能である。また、所望
する任意の不純物が添加された薄膜を形成することも可
能である。
In this apparatus 140, by controlling the attitude of the sample table 10, it is possible to form thin films having all desired single crystal, polycrystal, axially oriented polycrystal, and amorphous crystal structures. . Moreover, the crystal orientation can be set in any desired direction. Further, by operating the gas selectors 32 and 34, it is possible to form a thin film of any desired substance. It is also possible to form a thin film to which desired impurities are added.

【0112】加えて、基板11を反応室8内の試料台1
0に設置した後、段階的に駆動装置35、ガスセレクタ
32、33の動作を変更することによって、結晶構造、
結晶方位、物質の種類、あるいは添加不純物元素の異な
る複数の層を有する多層薄膜を形成することも可能であ
る。
In addition, the substrate 11 is used as the sample table 1 in the reaction chamber 8.
After being installed at 0, the crystal structure is changed by gradually changing the operations of the driving device 35 and the gas selectors 32 and 33.
It is also possible to form a multilayer thin film having a plurality of layers having different crystal orientations, kinds of substances, or added impurity elements.

【0113】応用例の一つとして、前記実施例と同様
に、シリコン薄膜形成後、プラズマ室4へのガス導入管
7より酸素(O2)を導入し、反応ガスとしてSiH4
Si26等のガスを供給することによって、シリコン薄
膜の上に、連続してシリコン酸化膜(SiO2)を形成
することができる。また、基板11の構成物質が、基板
11の上に形成するデバイスに悪影響を及ぼす可能性が
ある場合は、例えば、まず、シリコン酸化膜を形成し、
その後、シリコン結晶薄膜、再びシリコン酸化膜を形成
すれば、第1番目のシリコン酸化膜が、基板とその上に
形成するデバイスとの分離層となり、優れた特性のデバ
イスを形成することが可能となる。
As one of application examples, oxygen (O 2 ) is introduced from the gas introduction pipe 7 into the plasma chamber 4 after forming the silicon thin film, and SiH 4 as a reaction gas
By supplying a gas such as Si 2 H 6 , a silicon oxide film (SiO 2 ) can be continuously formed on the silicon thin film. When the constituent material of the substrate 11 may adversely affect the device formed on the substrate 11, for example, first, a silicon oxide film is formed,
After that, if the silicon crystal thin film and the silicon oxide film are formed again, the first silicon oxide film serves as a separation layer between the substrate and the device formed thereon, and a device having excellent characteristics can be formed. Become.

【0114】この様に、プラズマ室への導入ガス、ある
いは、反応室に導入する反応ガスを、種々組み合わせる
ことによって、多種類の結晶性の優れた膜を低温で、し
かも、高い真空度を維持したまま連続して基板上に形成
することができるので、膜の界面に水分等の吸着がな
く、優れた界面特性が実現できる。
As described above, by combining various gases introduced into the plasma chamber or reaction gases introduced into the reaction chamber, various kinds of films having excellent crystallinity can be maintained at a low temperature and a high degree of vacuum can be maintained. Since it can be continuously formed on the substrate as it is, moisture and the like are not adsorbed on the interface of the film, and excellent interface characteristics can be realized.

【0115】基板11の上または下地層の上に新たな層
を形成する際には、あらかじめこれらの基板11あるい
は下地層にビームを照射して、その表面をクリーニング
するとよい。そうすることによって、新たに形成される
層と基板または下地層との間の密着性が向上する。
When a new layer is formed on the substrate 11 or the underlayer, the substrate 11 or the underlayer may be irradiated with a beam in advance to clean the surface. By doing so, the adhesion between the newly formed layer and the substrate or the base layer is improved.

【0116】<5.第5実施例>ここでは、第1実施例
の方法によって、多結晶シリコン薄膜および軸配向多結
晶シリコン薄膜が形成されることを実証した実験につい
て記述する。
<5. Fifth Embodiment> Here, an experiment demonstrating that a polycrystalline silicon thin film and an axially oriented polycrystalline silicon thin film are formed by the method of the first embodiment will be described.

【0117】この実証実験では、図1に示す装置102
と同等の装置を用いて、表3に示す条件にもとづいて、
アモルファスのガラス基板上にシリコン薄膜形成を行な
った。
In this demonstration experiment, the device 102 shown in FIG.
Based on the conditions shown in Table 3, using a device equivalent to
A silicon thin film was formed on an amorphous glass substrate.

【0118】[0118]

【表3】 [Table 3]

【0119】図7は、形成されたシリコン薄膜の反射電
子線回折像である。図7(a)は、表3に示す条件の中
の条件1によって形成したシリコン薄膜の反射電子線回
析像であり、図7(b)は条件2によって形成したシリ
コン薄膜の反射電子線回析像である。
FIG. 7 is a reflection electron beam diffraction image of the formed silicon thin film. FIG. 7A is a backscattered electron beam diffraction image of the silicon thin film formed under the condition 1 among the conditions shown in Table 3, and FIG. 7B is a backscattered electron beam diffraction image of the silicon thin film formed under the condition 2. It is an analysis image.

【0120】図7(a)では、回析スポット点(図7
(a)の中央)が観測されるとともに、その周囲に全体
としては淡い同心円状の濃淡の縞が観測される。このこ
とは、基板法線方向にシリコンの(111)結晶面が揃
った軸配向多結晶シリコン膜の特徴を示している。一
方、図7(b)では、明瞭な回析スポットが同心円状に
観測される。このことは、典型的な多結晶シリコン膜の
特徴を示している。すなわち、条件1では軸配向多結晶
シリコン薄膜が形成され、条件2では(軸配向多結晶で
ない)多結晶シリコン薄膜が形成されることがわかっ
た。
In FIG. 7A, diffraction spot points (see FIG.
(Center of (a)) is observed, and concentric light and dark stripes that are light as a whole are observed around it. This shows the characteristics of the axially oriented polycrystalline silicon film in which the (111) crystal planes of silicon are aligned in the direction of the substrate normal. On the other hand, in FIG. 7B, clear diffraction spots are observed in a concentric pattern. This shows the characteristics of a typical polycrystalline silicon film. That is, it was found that the condition 1 forms an axially oriented polycrystalline silicon thin film, and the condition 2 forms a polycrystalline silicon thin film (not an axially oriented polycrystalline film).

【0121】装置102では、Neイオンあるいは中性
原子が、Si薄膜に衝突することによってSi結晶の再
配列が起こることによって結晶化が進行する。したがっ
て、まず、反応ガスであるSiH4に対する不活性ガス
であるNeの導入流量比がある一定以上(本実験の場合
SiH4ガス1に対してNeガス5以上)でないと、シ
リコン膜の成長速度に対して、Neのイオンあるいは中
性原子が基板11に十分には照射されないため、形成さ
れた薄膜はアモルファスシリコン薄膜となる。本実験で
SiH4ガス1に対してNeガス5以上のNeガスを導
入することで、300℃以下という通常のプラズマCV
Dでは結晶化が起こらない低温度下で、多結晶シリコン
薄膜が得られることが確認できた。
In the apparatus 102, Ne ions or neutral atoms collide with the Si thin film to cause rearrangement of Si crystals, thereby promoting crystallization. Therefore, first, unless the introduction flow rate ratio of the inert gas Ne to the reaction gas SiH 4 is more than a certain level (in this experiment, the SiH 4 gas is 1 to the Ne gas 5 or more), the growth rate of the silicon film is high. On the other hand, since Ne ions or neutral atoms are not sufficiently irradiated to the substrate 11, the formed thin film is an amorphous silicon thin film. In this experiment, by introducing Ne gas of Ne gas 5 or more to SiH 4 gas 1, a normal plasma CV of 300 ° C. or less was obtained.
It was confirmed that in D, a polycrystalline silicon thin film was obtained at a low temperature at which crystallization did not occur.

【0122】また装置102では、Neのイオンあるい
は中性原子が基板11に照射される方向に最稠密面が垂
直となるように結晶が形成されることから、多結晶シリ
コン薄膜形成と同様の成膜条件において、Neのイオン
あるいは中性原子の主たる照射方向を揃えることによっ
て軸配向多結晶薄膜の形成が達成できる。表3の実験条
件に示すように、本実験では、動作圧力1×10-3To
rrが、多結晶と軸配向多結晶との境界となっているこ
とがわかる。このことは、動作圧力を下げて、Neの平
均自由行程内でNeのイオンあるいは中性原子が、基板
に照射される場合、言い換えると、多数のNeのイオン
あるいは中性原子が、一度も他の気体に衝突することな
く基板に到達する場合には、Neのイオンあるいは中性
原子の基板に対する照射方向が揃い、そのことによって
軸配向多結晶シリコン薄膜が形成されることを示してい
る。
Further, in the apparatus 102, crystals are formed so that the densest plane becomes perpendicular to the direction in which the Ne ions or neutral atoms are irradiated on the substrate 11, and therefore, the same process as the polycrystalline silicon thin film formation is performed. Under the film conditions, it is possible to achieve the formation of an axially oriented polycrystalline thin film by aligning the main irradiation directions of Ne ions or neutral atoms. As shown in the experimental conditions in Table 3, in this experiment, the operating pressure was 1 × 10 −3 To.
It can be seen that rr is the boundary between the polycrystal and the axially oriented polycrystal. This means that when the operating pressure is lowered and the Ne ions or neutral atoms are irradiated to the substrate within the mean free path of Ne, in other words, a large number of Ne ions or neutral atoms are not transferred to the other. It is shown that when the ions reach the substrate without colliding with the gas, the irradiation directions of Ne ions or neutral atoms with respect to the substrate are aligned, whereby an axially oriented polycrystalline silicon thin film is formed.

【0123】以上の実証実験では、多結晶シリコン薄
膜、あるいは、軸配向多結晶シリコン薄膜が、300℃
以下という低温度下で、形成可能であることが、確認さ
れた。シリコンだけでなく、他の材質の多結晶あるいは
軸配向多結晶薄膜の形成も可能である。
In the above proof experiment, the polycrystalline silicon thin film or the axially oriented polycrystalline silicon thin film was tested at 300 ° C.
It was confirmed that it can be formed at a low temperature as below. It is possible to form not only silicon but also polycrystalline or axially oriented polycrystalline thin films of other materials.

【0124】なお、表3に示したシリコン薄膜の成膜条
件は、装置102に固有のものであるが、どのような装
置を用いるものとしても以下の原則が多結晶シリコン薄
膜あるいは軸配向多結晶薄膜形成には、適用される。す
なわち、低温度下でシリコンが結晶化するためには、ど
のような装置を用いるとしても、単位時間当たりのシリ
コン膜の成長速度に対して、単位面積当たり照射される
Neイオンあるいは中性原子の量がある一定値を越えな
ければならない。また、軸配向させるためには、前記、
結晶化の条件を満たしつつ、Neイオンあるいは中性原
子の基板への主たる照射方向を揃えることが必要であ
る。
The film forming conditions for the silicon thin film shown in Table 3 are peculiar to the device 102, but the following principles are applicable to any device such as polycrystalline silicon thin film or axially oriented polycrystal. It is applied to thin film formation. That is, in order to crystallize silicon at a low temperature, no matter what device is used, the growth rate of a silicon film per unit time is compared with that of Ne ions or neutral atoms irradiated per unit area. The amount must exceed a certain value. Moreover, in order to achieve axial orientation,
It is necessary to align the main irradiation directions of Ne ions or neutral atoms to the substrate while satisfying the crystallization conditions.

【0125】また、成膜中の基板温度は、高い程結晶化
が容易であるので、可能なかぎり高温で成膜する方が、
成膜速度を上げることが可能となり、実使用上有利であ
る。加えて、多結晶薄膜を形成する場合、図2に示す反
射板を用いることによって、基板への実質的なNeイオ
ンあるいは中性原子の照射量を増加させることができる
ので、SiH4等のガス流量を増加しても結晶化が可能
となり、結果として成膜速度を上げることができ、実使
用上さらに有利となる。
Further, the higher the substrate temperature during film formation, the easier the crystallization. Therefore, it is better to form a film at a temperature as high as possible.
The film forming speed can be increased, which is advantageous in practical use. In addition, the case of forming a polycrystalline thin film, by using the reflection plate shown in FIG. 2, it is possible to increase the dose of substantial Ne ions or neutral atoms into the substrate, such as SiH 4 gas Crystallization is possible even if the flow rate is increased, and as a result, the film formation rate can be increased, which is further advantageous in practical use.

【0126】<6.第6実施例>つぎに、第2実施例の
方法によって、単結晶シリコン薄膜が形成されることを
実証した実験について記述する。
<6. Sixth Embodiment> Next, an experiment demonstrating that a single crystal silicon thin film is formed by the method of the second embodiment will be described.

【0127】この実証実験では、図3に示す装置100
を用いて、表3に示す条件1にもとづいて、アモルファ
スのガラス基板上にシリコン薄膜形成を行なった。図8
は、形成されたシリコン薄膜の反射電子線回折像であ
る。図8に示すように、格子状に配列する多数の回析ス
ポット点が観測される。このことは形成された薄膜が単
結晶シリコン薄膜であることを示している。すなわち、
条件1のもとで単結晶シリコン薄膜が形成されることが
わかった。
In this demonstration experiment, the apparatus 100 shown in FIG.
Was used to form a silicon thin film on an amorphous glass substrate under the condition 1 shown in Table 3. FIG.
[Fig. 4] is a backscattered electron diffraction image of the formed silicon thin film. As shown in FIG. 8, many diffraction spot points arranged in a lattice are observed. This indicates that the formed thin film is a single crystal silicon thin film. That is,
It was found that a single crystal silicon thin film was formed under the condition 1.

【0128】<7.第7実施例>第1実施例の方法を実
施する際に、装置102の代わりに図9に示す装置10
3を用いるのが一層望ましい。この装置103では、試
料台10の上には、シースリムーバ(電子阻止部材)1
8が基板11の上方に位置するように設置される点が装
置102とは特徴的に異なっている。シースリムーバ1
8は、例えば支持柱19を介して試料台10の上に固定
され、基板11へプラズマシースが発生するのを抑制す
る働きを成す。
<7. Seventh Embodiment> When performing the method of the first embodiment, the device 10 shown in FIG.
It is more desirable to use 3. In this device 103, a seed remover (electron blocking member) 1 is mounted on the sample table 10.
The device 8 is characteristically different from the device 102 in that 8 is installed above the substrate 11. Sea remover 1
8 is fixed on the sample table 10 via, for example, a support column 19, and has a function of suppressing generation of a plasma sheath on the substrate 11.

【0129】図10はシースリムーバ18の構成の一例
を示す斜視図である。このシースリムーバ18aは、金
属などの導電性の材質で構成され、中央部に円形の開口
部を有する平板である。シースリムーバ18aは、開口
部の開口面が磁力線BECRに直角となるようにプラズマ
中に置かれる。シースリムーバ18aの厚さすなわち開
口部の深さTS、および開口部の径DSは、除去したい電
子のもつエネルギーの大きさに応じて設定される。ま
た、好ましくはシースリムーバ18aは、電気的に接地
される。
FIG. 10 is a perspective view showing an example of the structure of the sheath remover 18. The sheath remover 18a is a flat plate made of a conductive material such as metal and having a circular opening in the center. The sheath remover 18a is placed in the plasma so that the opening surface of the opening is perpendicular to the magnetic field lines B ECR . The thickness of the sheath remover 18a, that is, the depth T S of the opening and the diameter D S of the opening are set according to the amount of energy of the electrons to be removed. Further, preferably, the sheath remover 18a is electrically grounded.

【0130】シースリムーバ18aはこのように構成さ
れるので、磁力線BECRの回りに螺旋運動しつつ発散磁
場の磁力線BECRに沿って移動する電子の中で、シース
リムーバ18aが設置される位置において、ラーモア径
Lが開口径DSよりも大きく、デバイ長LDが開口深さ
Sよりも短い電子は開口部を通過することができず
に、シースリムーバ18aの主面あるいは開口部の内壁
に必ず衝突する。また、シースリムーバ18aが接地さ
れているために、衝突した電子は接地電位へと速やかに
除去され、蓄積あるいは散乱しない。
[0130] Since the sheath remover 18a is configured like this, among the electrons that move along the magnetic field lines B ECR of the divergent magnetic field while spiraling around the magnetic field lines B ECR, at a position where the sheath remover 18a is installed , The Larmor diameter D L is larger than the opening diameter D S , and the Debye length L D is shorter than the opening depth T S , the electrons cannot pass through the opening and the main surface of the sheath remover 18a or the opening Be sure to hit the inner wall. Further, since the sheath remover 18a is grounded, the colliding electrons are promptly removed to the ground potential and are not accumulated or scattered.

【0131】すなわち、開口径DSおよび開口深さTS
決まるある高さ以上のエネルギーをもった電子はシース
リムーバ18aに捕獲され、シースリムーバ18aを通
過することができない。このため、ECRイオン源2か
ら見てシースリムーバ18aの後方、すなわちNe気体
のビームにおけるシースリムーバ18aの下流では、あ
るレベル以上の高いエネルギーをもつ電子が除去され
る。
That is, electrons having an energy higher than a certain height determined by the opening diameter D S and the opening depth T S are captured by the see-slip remover 18a and cannot pass through the see-slip remover 18a. Therefore, as viewed from the ECR ion source 2, electrons having a high energy of a certain level or higher are removed behind the see-through remover 18a, that is, downstream of the see-through remover 18a in the beam of Ne gas.

【0132】プラズマシースの生成に寄与するのは、主
としてプラズマ室4で生成される電子の中の高いエネル
ギーをもった成分であって、しかも衝突によるエネルギ
ー損失が少ない電子、すなわち、高いエネルギーを維持
している電子である。このため、開口径DSおよび開口
深さTSを適切に設定することによって、プラズマシー
スの生成に寄与する電子の通過を阻止することができ
る。そうすることによって、シースリムーバ18aの下
流に置かれる基板11などの物体の表面へのプラズマシ
ースの発生を、実質的に解消することが可能である。
It is mainly the electrons with high energy in the electrons generated in the plasma chamber 4 that contribute to the generation of the plasma sheath, and the electrons with little energy loss due to collision, that is, high energy is maintained. It is an electron. Therefore, by appropriately setting the opening diameter D S and the opening depth T S , it is possible to prevent passage of electrons that contribute to the generation of the plasma sheath. By doing so, it is possible to substantially eliminate the generation of the plasma sheath on the surface of the object such as the substrate 11 placed downstream of the sheath remover 18a.

【0133】装置103には、基板11および反射板1
2の上流にシースリムーバ18が置かれるので、基板1
1の表面におけるプラズマシースの発生が抑えられる。
このため、Neビームの中のNeのイオン流がスパッタ
スレッショールドを超えるような過剰な加速を被ること
が殆どないので、Neの中性原子流とともにNe+ イオ
ン流もNe原子流と同様に、有効に結晶性薄膜の形成に
寄与する。このため、結晶性薄膜の形成が一層効率よく
行われる。また、基板11あるいは形成される薄膜がN
eのイオンによる再スパッタのためにエッチングされる
恐れもない。このことも効率の高い結晶性薄膜の形成に
寄与する。
The device 103 includes a substrate 11 and a reflector 1.
Since the seed remover 18 is placed upstream of the board 2, the board 1
The generation of the plasma sheath on the surface of No. 1 is suppressed.
Therefore, the Ne ion flow in the Ne beam hardly undergoes excessive acceleration that exceeds the sputter threshold, so that the Ne + ion flow as well as the Ne atomic flow is similar to the Ne atomic flow. Effectively contributes to the formation of a crystalline thin film. Therefore, the crystalline thin film is formed more efficiently. Further, the substrate 11 or the formed thin film is N
There is no risk of etching due to re-sputtering due to the ions of e. This also contributes to the formation of a highly efficient crystalline thin film.

【0134】第2実施例あるいは第4実施例の方法につ
いても、同様にシースリムーバ18を用いることがで
き、しかも同様の効果が得られる。
Also in the method of the second or fourth embodiment, the sheath remover 18 can be similarly used, and the same effect can be obtained.

【0135】<8.第8実施例>第1、第2、あるいは
第4実施例において、結晶性薄膜を形成するために反応
ガスを供給しつつビームを照射する際に、基板11の温
度を、堆積しつつある物質(例えばシリコン)のデバイ
温度以上に保つことが望ましい。そうすることによっ
て、堆積しつつある物質を構成する原子の再配列が円滑
に進行する。このため、この物質の結晶化(多結晶化、
軸配向多結晶化、および単結晶化)が効率よく行われ
る。さらに、反応ガスの分圧を、気体のビームに比べて
比較的高く設定することも可能となる。このため、所定
物質の堆積の速度が向上するので、結晶性の薄膜が迅速
に形成される。
<8. Eighth Embodiment> In the first, second, or fourth embodiment, the temperature of the substrate 11 is being deposited when the beam is irradiated while supplying the reaction gas to form the crystalline thin film. It is desirable to keep above the Debye temperature of (eg silicon). By doing so, the rearrangement of the atoms that make up the material being deposited proceeds smoothly. Therefore, crystallization of this material (polycrystallization,
Axial orientation polycrystallization and single crystallization) are efficiently performed. Further, the partial pressure of the reaction gas can be set to be relatively higher than that of the gas beam. For this reason, the deposition rate of the predetermined substance is improved, so that the crystalline thin film is rapidly formed.

【0136】<9.第9実施例>第1、第2、あるいは
第4実施例において、結晶性のシリコン薄膜を形成する
ために、前記反応ガスの主成分としてシランガスを用
い、しかも、反応ガスを供給しつつビームを照射する際
に、基板11の温度を400゜C以上に保つのが望まし
い。そうすることによって、シリコンが基板上に堆積す
る過程でシリコンの中に残留し結晶化を阻害する水素ガ
スが、400゜C以上の熱の作用によって外部へ除去さ
れる。このため、シリコンの結晶化が促進されるので、
成膜速度とともに結晶性が向上する。結晶性が向上する
結果、形成されたシリコン膜の電気的特性も向上する。
<9. Ninth Embodiment> In the first, second, or fourth embodiment, in order to form a crystalline silicon thin film, a silane gas is used as a main component of the reaction gas, and a beam is formed while supplying the reaction gas. It is desirable to maintain the temperature of the substrate 11 at 400 ° C. or higher during irradiation. By doing so, hydrogen gas that remains in the silicon and hinders crystallization during the process of depositing the silicon on the substrate is removed to the outside by the action of heat of 400 ° C. or higher. Therefore, crystallization of silicon is promoted,
Crystallinity improves with the film formation rate. As a result of the improved crystallinity, the electrical characteristics of the formed silicon film are also improved.

【0137】[0137]

【発明の効果】【The invention's effect】

<第1の発明の効果> 第1の発明の方法では、基板上
に所定の物質を堆積しつつ、その中で、気体のビームを
基板に照射することによって、所定の物質が結晶化しな
い低温度下で、一般に非晶質薄膜より電気的、光学的特
性の優れた多結晶薄膜が得られる。また、低温度下で薄
膜形成するので、基板材料として、比較的安価で、耐熱
性の強くない材質を用いることができ、製造コスト削減
が可能となる。また、低温度下で薄膜形成するので、成
膜中の汚染等も発生しにくい。
<Effect of the first invention> In the method of the first invention, by depositing a predetermined substance on the substrate and irradiating the substrate with a beam of gas therein, the predetermined substance does not crystallize. At a temperature, generally, a polycrystalline thin film having better electrical and optical characteristics than an amorphous thin film can be obtained. Further, since the thin film is formed at a low temperature, a relatively inexpensive material having low heat resistance can be used as the substrate material, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the thin film is formed at a low temperature, contamination during film formation is unlikely to occur.

【0138】<第2の発明の効果> 第2の発明の方法
では、基板上に予め所定の物質の非晶質薄膜を形成して
おき、その後、気体のビームを基板に照射することによ
って、所定の物質が結晶化しない低温度下で、一般に非
晶質薄膜より電気的、光学的特性の優れた多結晶薄膜が
得られる。また、低温度下で薄膜形成するので、基板材
料として、比較的安価で、耐熱性の強くない材質を用い
ることができ、製造コスト削減が可能となる。また、低
温度下で薄膜形成するので、成膜中の汚染等も発生しに
くい。
<Effect of the Second Invention> In the method of the second invention, an amorphous thin film of a predetermined substance is formed in advance on a substrate, and then the substrate is irradiated with a gas beam. At a low temperature at which a given substance does not crystallize, a polycrystalline thin film generally superior in electrical and optical properties to an amorphous thin film can be obtained. Further, since the thin film is formed at a low temperature, a relatively inexpensive material having low heat resistance can be used as the substrate material, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the thin film is formed at a low temperature, contamination during film formation is unlikely to occur.

【0139】<第3の発明の効果> 第3の発明の方法
では、基板上に所定の物質を堆積しつつ、その中で、気
体のビームを基板に照射することによって、所定の物質
が結晶化しない低温度下で、一般に非晶質薄膜あるいは
多結晶薄膜より電気的、光学的特性の優れた軸配向多結
晶薄膜が得られる。また、低温度下で薄膜形成するの
で、基板材料として、比較的安価で、耐熱性の強くない
材質を用いることができ、製造コスト削減が可能とな
る。また、低温度下で薄膜形成するので、成膜中の汚染
等も発生しにくい。
<Effect of the Third Invention> In the method of the third invention, a predetermined substance is crystallized by irradiating the substrate with a gas beam while depositing a predetermined substance on the substrate. At a low temperature that does not change, an axially oriented polycrystalline thin film, which generally has better electrical and optical characteristics than an amorphous thin film or a polycrystalline thin film, can be obtained. Further, since the thin film is formed at a low temperature, a relatively inexpensive material having low heat resistance can be used as the substrate material, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the thin film is formed at a low temperature, contamination during film formation is unlikely to occur.

【0140】<第4の発明の効果> 第4の発明の方法
では、基板上に予め所定の物質の非晶質薄膜あるいは多
結晶薄膜を形成しておき、その後、気体のビームを基板
に照射することによって、所定の物質が結晶化しない低
温度下で、一般に非晶質薄膜あるいは多結晶薄膜より電
気的、光学的特性の優れた軸配向多結晶薄膜が得られ
る。また、低温度下で薄膜形成するので、基板材料とし
て、比較的安価で、耐熱性の強くない材質を用いること
ができ、製造コスト削減が可能となる。また、低温度下
で薄膜形成するので、成膜中の汚染等も発生しにくい。
<Effect of Fourth Invention> In the method of the fourth invention, an amorphous thin film or a polycrystalline thin film of a predetermined substance is formed on the substrate in advance, and then the substrate is irradiated with a gas beam. By doing so, it is possible to obtain an axially oriented polycrystalline thin film that is generally superior in electrical and optical characteristics to an amorphous thin film or a polycrystalline thin film at a low temperature at which a predetermined substance does not crystallize. Further, since the thin film is formed at a low temperature, a relatively inexpensive material having low heat resistance can be used as the substrate material, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the thin film is formed at a low temperature, contamination during film formation is unlikely to occur.

【0141】<第5の発明の効果> 第5の発明の方法
では、所定の物質を結晶化が起こらない低温度下で堆積
する過程の中で、所定の物質を構成する原子の再配列が
起こらない程度の低エネルギーの気体のビームを基板上
へ照射する。このため、気体のビームによって結晶化が
促進されることがない上に、堆積しつつある所定の物質
中に不純物として取り込まれる水素原子が気体のビーム
によるスパッタによって除去される。その結果、所定の
物質が非晶質薄膜として効率よく形成される。
<Effect of Fifth Invention> In the method of the fifth invention, in the process of depositing a predetermined substance at a low temperature at which crystallization does not occur, rearrangement of atoms constituting the predetermined substance is performed. The substrate is irradiated with a low energy gas beam that does not occur. Therefore, crystallization is not promoted by the gas beam, and hydrogen atoms taken in as impurities in the predetermined substance that is being deposited are removed by sputtering with the gas beam. As a result, the predetermined substance is efficiently formed as an amorphous thin film.

【0142】<第6の発明の効果> 第6の発明の方法
では、比較的低温度で、結晶構造の異なる複数層を有す
る薄膜が形成される。例えば、太陽電池セルをシリコン
で構成する場合、発電層としては、直接遷移型に近い振
るまいをする非晶質もしくは微結晶が適しており、電極
層としては欠陥密度が低く、キャリア移動度、あるい
は、キャリアの寿命が長い単結晶が適している。したが
って、非晶質もしくは微結晶層を単結晶層でサンドイッ
チした構造を実現できれば、発電効率の優れた太陽電池
セルを構成できる。しかも、この発明の方法を用いれ
ば、このような多層膜を真空中で連続して形成できるの
で、界面に水分等の汚染物質が付着しないために、優れ
た界面特性を得ることができる。
<Effect of Sixth Invention> According to the method of the sixth invention, a thin film having a plurality of layers having different crystal structures is formed at a relatively low temperature. For example, when the solar battery cell is made of silicon, the power generation layer is preferably amorphous or microcrystal that behaves like a direct transition type, and the electrode layer has a low defect density and carrier mobility, Alternatively, a single crystal having a long carrier life is suitable. Therefore, if a structure in which an amorphous or microcrystalline layer is sandwiched by single crystal layers can be realized, a solar battery cell with excellent power generation efficiency can be constructed. Moreover, by using the method of the present invention, since such a multilayer film can be continuously formed in a vacuum, contaminants such as moisture do not adhere to the interface, so that excellent interface characteristics can be obtained.

【0143】<第7の発明の効果> 第7の発明の方法
では、気体のビームの方向を異ならせることで結晶方位
の異なる複数の単結晶層、または複数の軸配向多結晶層
を有する薄膜が形成される。しかも、このような多層膜
を真空中で連続して形成できるので、界面に水分等の汚
染物質が付着しないために、優れた界面特性を得ること
ができる。
<Effect of Seventh Invention> In the method of the seventh invention, a thin film having a plurality of single crystal layers having different crystal orientations or a plurality of axially oriented polycrystal layers by changing the direction of the gas beam. Is formed. Moreover, since such a multilayer film can be continuously formed in a vacuum, contaminants such as moisture do not adhere to the interface, so that excellent interface characteristics can be obtained.

【0144】<第8の発明の効果> 第8の発明の方法
では、反応ガスの種類を異ならせることで物質の異なる
複数層を有する薄膜が形成される。しかも、このような
多層膜を真空中で連続して形成できるので、界面に水分
等の汚染物質が付着しないために、優れた界面特性を得
ることができる。
<Effect of Eighth Invention> In the method of the eighth invention, a thin film having a plurality of layers of different substances is formed by changing the kinds of reaction gases. Moreover, since such a multilayer film can be continuously formed in a vacuum, contaminants such as moisture do not adhere to the interface, so that excellent interface characteristics can be obtained.

【0145】<第9の発明の効果> 第9の発明の方法
では、反応ガスを適切に選ぶことによって、絶縁体、半
導体、あるいは導電体の複数の層を有する薄膜が形成さ
れる。このため、例えば、シリコン単結晶、シリコン酸
化膜あるいはシリコン窒化膜等の絶縁膜、多結晶あるい
は多結晶シリコンのゲート電極膜を備えるTFTトラン
ジスタ(薄膜トランジスタ)を形成することができる。
<Effect of Ninth Invention> In the method of the ninth invention, a thin film having a plurality of layers of an insulator, a semiconductor, or a conductor is formed by appropriately selecting a reaction gas. Therefore, for example, a TFT transistor (thin film transistor) including a silicon single crystal, an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film, and a gate electrode film of polycrystalline or polycrystalline silicon can be formed.

【0146】しかも、このような多層膜を真空中で連続
して形成できるので、界面に水分等の汚染物質が付着し
ないために、優れた界面特性を得ることができる。この
ため、例えば、閾電圧、あるいは電流駆動力等の特性が
均一で安定したTFTトランジスタを実現することがで
きる。
Moreover, since such a multilayer film can be continuously formed in a vacuum, contaminants such as moisture do not adhere to the interface, so that excellent interface characteristics can be obtained. Therefore, for example, it is possible to realize a TFT transistor in which characteristics such as threshold voltage or current driving force are uniform and stable.

【0147】<第10の発明の効果> 第10の発明の
方法では、反応ガスに添加される不純物元素の種類を異
ならせることで、添加不純物の異なる複数層を有する薄
膜が形成される。しかも、このような多層膜を真空中で
連続して形成できるので、界面に水分等の汚染物質が付
着しないために、優れた界面特性を得ることができる。
<Effect of Tenth Invention> In the method of the tenth invention, the type of the impurity element added to the reaction gas is made different to form a thin film having a plurality of layers with different added impurities. Moreover, since such a multilayer film can be continuously formed in a vacuum, contaminants such as moisture do not adhere to the interface, so that excellent interface characteristics can be obtained.

【0148】<第11の発明の効果> 第11の発明の
方法では、非晶質の層を形成する際に、所定の物質を結
晶化が起こらない低温度下で堆積する過程の中で、所定
の物質を構成する原子の再配列が起こらない程度の低エ
ネルギーの気体のビームを基板上へ照射する。このた
め、気体のビームによって結晶化が促進されることがな
い上に、堆積しつつある所定の物質中に不純物として取
り込まれる水素原子が気体のビームによるスパッタによ
って除去される。その結果、所定の物質が非晶質薄膜と
して効率よく形成される。
<Effect of the Eleventh Invention> In the method of the eleventh invention, in forming the amorphous layer, in the process of depositing a predetermined substance at a low temperature at which crystallization does not occur, A substrate is irradiated with a beam of gas having low energy to such an extent that rearrangement of atoms constituting a predetermined substance does not occur. Therefore, crystallization is not promoted by the gas beam, and hydrogen atoms taken in as impurities in the predetermined substance that is being deposited are removed by sputtering with the gas beam. As a result, the predetermined substance is efficiently formed as an amorphous thin film.

【0149】<第12の発明の効果> 第12の発明の
方法では、気体のビームを照射する際の温度が所定の物
質のデバイ温度以上に保たれるので、所定の物質が多結
晶化、あるいは軸配向多結晶化が効率よく進行する。
<Effect of the twelfth invention> In the method of the twelfth invention, since the temperature at the time of irradiating the beam of gas is kept at the Debye temperature of the predetermined substance or higher, the predetermined substance is polycrystallized, Alternatively, the axial orientation polycrystallization progresses efficiently.

【0150】<第13の発明の効果> 第13の発明の
方法では、基板上に予め所定の物質の非晶質薄膜等を形
成しておき、その後、気体のビームを基板に照射するこ
とによって、所定の物質が結晶化しない低温度下で、一
般に非晶質薄膜、多結晶薄膜、および軸配向多結晶薄膜
のいずれよりも電気的、光学的特性の優れた単結晶薄膜
が得られる。また、低温度下で薄膜形成するので、基板
材料として、比較的安価で、耐熱性の強くない材質を用
いることができ、製造コスト削減が可能となる。低温度
下で薄膜形成するので、成膜中の汚染等も発生しにく
い。さらに、気体のビームを照射する際の温度が、所定
の物質のデバイ温度以上に保たれるので、所定の物質の
単結晶化が効率よく進行する。
<Effect of Thirteenth Invention> In the method of the thirteenth invention, an amorphous thin film or the like of a predetermined substance is formed on the substrate in advance, and then the substrate is irradiated with a gas beam. At a low temperature at which a predetermined substance does not crystallize, a single crystal thin film that is generally superior in electrical and optical characteristics to any of an amorphous thin film, a polycrystalline thin film, and an axially oriented polycrystalline thin film can be obtained. Further, since the thin film is formed at a low temperature, a relatively inexpensive material having low heat resistance can be used as the substrate material, and the manufacturing cost can be reduced. Since the thin film is formed at a low temperature, contamination during film formation is unlikely to occur. Furthermore, since the temperature at which the gas beam is irradiated is maintained at the Debye temperature of the predetermined substance or higher, the single crystallization of the predetermined substance efficiently proceeds.

【0151】<第14の発明の効果> 第14の発明の
方法では、照射される気体が不活性ガスであるので、照
射後に気体の原子またはイオンが薄膜の中に残留して
も、これらが薄膜の電子物性へ不純物として悪影響を及
ぼすことが少ないという効果がある。
<Effect of Fourteenth Invention> In the method of the fourteenth invention, since the gas to be irradiated is an inert gas, even if atoms or ions of the gas remain in the thin film after the irradiation, these are It has an effect of not adversely affecting the electronic properties of the thin film as an impurity.

【0152】<第15の発明の効果> 第15の発明の
方法では、照射される不活性ガスを構成する元素の原子
量が、照射対象である所定の物質の構成元素の最大の原
子量よりも低いので、照射された不活性ガスの原子また
はイオンの大部分が、薄膜の表面ないしその近傍で後方
へ反跳し、薄膜の中に残留し難いという効果がある。
<Effect of Fifteenth Invention> In the method of the fifteenth invention, the atomic weight of the element constituting the irradiated inert gas is lower than the maximum atomic weight of the constituent element of the predetermined substance to be irradiated. Therefore, most of the irradiated atoms or ions of the inert gas recoil backward on the surface of the thin film or in the vicinity thereof, and are hard to remain in the thin film.

【0153】<第16の発明の効果> 第16の発明の
方法では、照射される不活性ガスを構成する元素の原子
量が、所定の物質を構成する元素の最大の原子量に最も
近い値であるので、ビームの照射効果を最大限に引き出
すことができる。したがって、不活性ガスの導入量を反
応ガスの導入量に対して、少なく抑えることができる。
あるいは、所定の結晶構造を有する薄膜の形成速度が向
上する。
<Effect of Sixteenth Invention> In the method of the sixteenth invention, the atomic weight of the element constituting the irradiated inert gas is the value closest to the maximum atomic weight of the element constituting the predetermined substance. Therefore, the irradiation effect of the beam can be maximized. Therefore, the amount of the inert gas introduced can be suppressed to be smaller than the amount of the reaction gas introduced.
Alternatively, the rate of forming a thin film having a predetermined crystal structure is improved.

【0154】<第17の発明の効果> 第17の発明の
方法では、照射される気体が照射対象となる所定の物質
の構成元素を含んでいるので、照射後にこの構成元素の
原子またはイオンが薄膜の中に残留しても、これらが不
純物として薄膜の電気的特性、あるいは光学的特性等へ
悪影響を及ぼす恐れがない。
<Effect of Seventeenth Invention> In the method of the seventeenth invention, since the gas to be irradiated contains a constituent element of a predetermined substance to be irradiated, the atom or ion of this constituent element is changed after the irradiation. Even if they remain in the thin film, there is no fear that these will adversely affect the electrical properties or optical properties of the thin film as impurities.

【0155】<第18の発明の効果> 第18の発明の
方法では、反応ガスが所定の物質に添加すべき不純物元
素を含む気体物質を含むことで、所望の不純物がドープ
された薄膜が形成される。
<Effect of the 18th Invention> In the method of the 18th invention, the reaction gas contains a gaseous substance containing an impurity element to be added to a predetermined substance, thereby forming a thin film doped with a desired impurity. To be done.

【0156】<第19の発明の効果> 第19の発明の
方法では、例えば基板温度を一定に保つなどによって一
定温度下で多層膜が形成される。このため、多層薄膜中
の残留ストレスを低減することができ、その結果、電気
的、あるいは、光学的に優れた特性を有する薄膜状のデ
バイスが得られる。
<Effect of Nineteenth Invention> In the method of the nineteenth invention, a multilayer film is formed at a constant temperature, for example, by keeping the substrate temperature constant. Therefore, residual stress in the multilayer thin film can be reduced, and as a result, a thin film device having excellent electrical or optical characteristics can be obtained.

【0157】<第20、21の発明の効果> 第20ま
たは第21の発明の方法では、基板の周囲に気体のビー
ムを基板上へ収束させる反射板が配置されるので、気体
のビームが効率良く基板に照射される。このため、反応
ガスの分圧比を高めても、結晶化が可能となり、結果と
して、成膜速度を上げることができ、製造コスト削減が
可能となる。
<Effects of the twentieth and twenty-first inventions> In the method of the twentieth or twenty-first invention, since the reflector for converging the gas beam onto the substrate is arranged around the substrate, the gas beam is efficiently produced. The substrate is well illuminated. Therefore, even if the partial pressure ratio of the reaction gas is increased, crystallization can be performed, and as a result, the film formation rate can be increased and the manufacturing cost can be reduced.

【0158】<第22の発明の効果> 第22の発明の
方法では、反射板の少なくとも気体のビームの照射を受
ける表面が、気体ビームによるスパッタリングを引き起
こさない材質で構成される。このため、反射板を構成す
る元素がスパッタリングによって基板表面に付着し、形
成される薄膜の電気的、光学的特性に悪影響を与えるこ
とがない。また、反射板がスパッタリングによって減耗
する恐れもない。
<Effect of the 22nd Invention> In the method of the 22nd invention, at least the surface of the reflection plate which is irradiated with the gas beam is made of a material which does not cause sputtering by the gas beam. Therefore, the elements forming the reflector are not attached to the surface of the substrate by sputtering and adversely affect the electrical and optical characteristics of the formed thin film. Further, there is no fear that the reflection plate will be worn out by sputtering.

【0159】<第23の発明の効果> 第23の発明の
方法では、反射板の少なくとも気体のビームの照射を受
ける表面が、基板の最上面の物質を構成する元素で構成
されているので、反射板を構成する元素がスパッタリン
グによって基板表面に付着しても、形成される薄膜の電
気的、光学的特性に悪影響を与えることがない。
<Effect of the twenty-third invention> In the method of the twenty-third invention, at least the surface of the reflecting plate which is irradiated with the beam of gas is composed of the element constituting the substance on the uppermost surface of the substrate, Even if the element forming the reflection plate adheres to the substrate surface by sputtering, it does not adversely affect the electrical and optical characteristics of the formed thin film.

【0160】<第24の発明の効果> 第24の発明の
方法では、多層膜を形成する場合に、全ての層がスパッ
タリングを起こさない程度の低エネルギーの気体のビー
ムを用いられる。このため、すでに形成された下地層の
物質がスパッタリングされて、形成中の上層に混入する
ことを防ぐことができる。また、成膜装置を用いてこの
方法を実行する際に、成膜装置のチャンバー内に付着し
た多層膜の各層の構成元素がスパッタによって、形成中
の薄膜に混入することも合わせて防ぐことができる。そ
の結果として、各層の電気的、光学的特性が安定した多
層膜を形成することができる。
<Effect of 24th Invention> In the method of the 24th invention, when a multilayer film is formed, a low energy gas beam is used so that all layers do not cause sputtering. Therefore, it is possible to prevent the substance of the underlayer already formed from being sputtered and mixed into the upper layer being formed. Further, when the method is performed using the film forming apparatus, it is also possible to prevent the constituent elements of each layer of the multilayer film attached in the chamber of the film forming apparatus from being mixed into the thin film being formed by sputtering. it can. As a result, it is possible to form a multilayer film in which the electrical and optical characteristics of each layer are stable.

【0161】<第25の発明の効果> 第25の発明の
方法では、所定の物質を堆積する前に気体のビームが照
射されるので、基板あるいは下地層が予めクリーニング
される。すなわち、基板あるいは下地層の表面に付着し
た汚染物質が取り除かれる。その結果、その後に形成さ
れる層と基板または下地層との間の密着性が向上する。
また、汚染物質を除去した後、連続して真空中で薄膜を
形成するので、基板との界面が清浄に保たれている。こ
のため、形成された薄膜において優れた界面特性が実現
する。
<Effect of the 25th Invention> In the method of the 25th invention, since the beam of gas is irradiated before depositing a predetermined substance, the substrate or the underlayer is preliminarily cleaned. That is, contaminants adhering to the surface of the substrate or the underlying layer are removed. As a result, the adhesion between the subsequently formed layer and the substrate or the base layer is improved.
In addition, since the thin film is continuously formed in vacuum after removing the contaminants, the interface with the substrate is kept clean. Therefore, excellent interfacial characteristics are realized in the formed thin film.

【0162】<第26の発明の効果> 第26の発明の
方法では、気体のビーム発生源がマイクロ波を用いてプ
ラズマを発生するとともに発散磁場でプラズマを基板へ
と導くプラズマ照射装置であるために、気体のビームと
して、この発明に必要な数十エレクトロンボルトのエネ
ルギを持ったイオンあるいは中性の原子あるいは分子を
容易に得ることができる。
<Effect of the twenty-sixth invention> In the method of the twenty-sixth invention, the gas beam generation source is a plasma irradiation apparatus for generating plasma using microwaves and for guiding the plasma to the substrate by a divergent magnetic field. In addition, as the gas beam, ions or neutral atoms or molecules having an energy of several tens of electron volts necessary for the present invention can be easily obtained.

【0163】<第27の発明の効果> 第27の発明の
方法では、基板の電位を所望の値に設定することで、基
板に衝突するビームがイオンを含む場合に、衝突エネル
ギーを所望の大きさに制御することができる。このた
め、イオンのビームの持つエネルギーをスパッタスレシ
ョールド(スパッタリングにおけるスレッショルドエネ
ルギー)以下に確実に下げることができる。その結果、
基板あるいは形成される薄膜が、イオンによる再スパッ
タのためにエッチングされることがない。
<Effect of the 27th Invention> In the method of the 27th invention, by setting the potential of the substrate to a desired value, the collision energy can be increased to a desired value when the beam impinging on the substrate contains ions. Can be controlled. For this reason, the energy of the ion beam can be reliably lowered below the sputter threshold (threshold energy in sputtering). as a result,
The substrate or the thin film formed is not etched due to ion resputtering.

【0164】<第28の発明の効果> 第28の発明の
方法では、電子阻止部材が用いられるので、基板の上へ
のプラズマシースの発生が抑えられる。このため、基板
あるいは基板上に形成される薄膜が絶縁物質であって
も、基板への電荷の蓄積(チャージアップ)が抑制され
る。その結果、基板に衝突するビームがイオンを含む場
合においても、イオンビームの持つエネルギをスパッタ
スレショールド以下に確実に下げることができる。した
がって、基板あるいは形成される薄膜が、イオンによる
再スパッタのためにエッチングされることがない。
<Effect of the twenty-eighth invention> In the method of the twenty-eighth invention, since the electron blocking member is used, generation of the plasma sheath on the substrate can be suppressed. Therefore, even if the substrate or the thin film formed on the substrate is made of an insulating material, charge accumulation on the substrate is suppressed. As a result, even when the beam impinging on the substrate contains ions, the energy of the ion beam can be surely lowered below the sputtering threshold. Therefore, the substrate or the formed thin film is not etched due to resputtering by ions.

【0165】<第29〜第31の発明の効果> 第29
〜第31のいずれかの発明の方法では、所定の物質を堆
積しつつ気体のビームを照射する際の温度が、この所定
の物質のデバイ温度以上に保たれるので、原子の再配列
が円滑に進行する。このため、所定の物質の結晶化が効
率よく行われる。さらに、反応ガスの分圧を、気体のビ
ームに比べて比較的高く設定することも可能となる。こ
のため、所定物質の堆積の速度が向上するので、結晶性
の薄膜が迅速に形成される。
<Effects of the 29th to 31st inventions>
In the method of any one of the thirty-first inventions, since the temperature at which the beam of gas is irradiated while depositing the predetermined substance is maintained at the Debye temperature of the predetermined substance or higher, the rearrangement of atoms is smooth. Proceed to. Therefore, the crystallization of the predetermined substance is efficiently performed. Further, the partial pressure of the reaction gas can be set to be relatively higher than that of the gas beam. For this reason, the deposition rate of the predetermined substance is improved, so that the crystalline thin film is rapidly formed.

【0166】<第32〜第34の発明の効果> 第32
〜第34のいずれかの発明の方法では、シリコンの結晶
性薄膜をシランガスを用いて形成する際に、温度が40
0゜C以上に保たれるので、シランガスによってシリコ
ンが基板上に堆積する過程でシリコンの中に残留する水
素ガスが外部へ除去される。このため、シリコンの結晶
化が促進されるので、成膜速度とともに結晶性が向上す
る。結晶性が向上する結果、形成されたシリコン膜の電
気的特性が向上するという効果が得られる。
<Effects of 32nd to 34th Inventions> 32nd invention
In the method according to any one of the thirty-fourth inventions, the temperature is set to 40 at the time of forming the crystalline thin film of silicon using silane gas.
Since the temperature is maintained at 0 ° C. or higher, hydrogen gas remaining in the silicon is removed to the outside during the process of depositing the silicon on the substrate by the silane gas. Therefore, crystallization of silicon is promoted, and the crystallinity is improved together with the film formation rate. As a result of the improved crystallinity, the electrical characteristics of the formed silicon film are improved.

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

【図1】 第1実施例の方法の実施に好適な装置の正面
断面図である。
FIG. 1 is a front sectional view of an apparatus suitable for carrying out the method of the first embodiment.

【図2】 第1実施例の方法の実施にさらに好適な装置
の部分拡大断面図である。
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of an apparatus further suitable for carrying out the method of the first embodiment.

【図3】 第2実施例の方法の実施に好適な装置の正面
断面図である。
FIG. 3 is a front sectional view of an apparatus suitable for carrying out the method of the second embodiment.

【図4】 図3の装置に用いられる反射板の斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view of a reflector used in the device of FIG.

【図5】 第4実施例の方法の実施に好適な装置の正面
断面図である。
FIG. 5 is a front sectional view of an apparatus suitable for carrying out the method of the fourth embodiment.

【図6】 図5の装置の部分拡大断面図である。6 is a partial enlarged cross-sectional view of the device of FIG.

【図7】 第5実施例の実証実験の結果を示す模式図で
ある。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the results of the verification experiment of the fifth embodiment.

【図8】 第6実施例の実証実験の結果を示す模式図で
ある。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the results of the verification experiment of the sixth embodiment.

【図9】 第7実施例の方法の実施に好適な装置の正面
断面図である。
FIG. 9 is a front sectional view of an apparatus suitable for carrying out the method of the seventh embodiment.

【図10】 図9の装置に用いられるシースリムーバの
斜視図である。
10 is a perspective view of a sheath remover used in the apparatus of FIG. 9. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反応容器 2 ECRイオン発生器 6 導波管 7 ガス導入管 11 基板 13 反応ガス供給管 14 真空排気管 18 シースリムーバ(電子阻止部材) 20 反射板 12 反射板 35 駆動装置 32,34 ガスセレクタ 31,33ガスボンベ 36 コントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction container 2 ECR ion generator 6 Waveguide 7 Gas introduction pipe 11 Substrate 13 Reactive gas supply pipe 14 Vacuum exhaust pipe 18 Shear remover (electron blocking member) 20 Reflector plate 12 Reflector plate 35 Driving device 32,34 Gas selector 31 , 33 gas cylinder 36 controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 肥川 哲士 大阪府豊中市待兼山町15番16号 株式会社 クリスタルデバイス内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Satoshi Hikawa 15-16 Machikaneyamacho, Toyonaka City, Osaka Prefecture Crystal Device Co., Ltd.

Claims (34)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、所定の物質の多結晶薄膜を形
成する薄膜形成方法であって、前記所定の物質の結晶化
が起こらない低温度の下で、反応ガスを前記基板上に供
給することによって前記所定の物質を前記基板上に堆積
する過程の中で、前記所定の物質がスパッタリングを起
こさない程度の低エネルギーの気体のビームを、前記基
板上へ任意の複数方向から照射することを特徴とする薄
膜形成方法。
1. A thin film forming method for forming a polycrystalline thin film of a predetermined substance on a substrate, comprising supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance does not occur. By irradiating the substrate with a beam of gas with low energy to such an extent that the predetermined substance does not cause sputtering in the process of depositing the predetermined substance on the substrate from any of plural directions. And a method for forming a thin film.
【請求項2】 基板上に、所定の物質の多結晶薄膜を形
成する薄膜形成方法であって、前記基板上に前記所定の
物質の非晶質薄膜を予め形成しておき、当該所定の物質
の結晶化が起こらない低温度の下で、前記所定の物質が
スパッタリングを起こさない程度の低エネルギーの気体
のビームを、前記非晶質薄膜へ任意の複数方向から照射
することを特徴とする薄膜形成方法。
2. A thin film forming method for forming a polycrystalline thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein an amorphous thin film of the predetermined substance is previously formed on the substrate, and the predetermined substance is used. A thin film characterized by irradiating the amorphous thin film with a beam of a gas having low energy to such an extent that the predetermined substance does not cause sputtering from a plurality of arbitrary directions under a low temperature at which crystallization of the film does not occur. Forming method.
【請求項3】 基板上に、所定の物質の軸配向多結晶薄
膜を形成する薄膜形成方法であって、前記所定の物質の
結晶化が起こらない低温度の下で、反応ガスを前記基板
上に供給することによって前記所定の物質を前記基板上
に堆積する過程の中で、前記所定の物質がスパッタリン
グを起こさない程度の低エネルギーの気体のビームを、
前記基板上へ一方向から照射することを特徴とする薄膜
形成方法。
3. A thin film forming method for forming an axially oriented polycrystalline thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein a reaction gas is provided on the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance does not occur. In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a low-energy gas beam of such a degree that the predetermined substance does not cause sputtering,
A method for forming a thin film, which comprises irradiating the substrate from one direction.
【請求項4】 基板上に、所定の物質の軸配向多結晶薄
膜を形成する薄膜形成方法であって、前記基板上に前記
所定の物質の非晶質薄膜または多結晶薄膜を予め形成し
ておき、当該所定の物質の結晶化が起こらない低温度の
下で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程
度の低エネルギーの気体のビームを、前記非晶質薄膜ま
たは多結晶薄膜へ一方向から照射することを特徴とする
薄膜形成方法。
4. A thin film forming method for forming an axially oriented polycrystalline thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein an amorphous thin film or a polycrystalline thin film of the predetermined substance is previously formed on the substrate. Every time, under a low temperature at which crystallization of the predetermined substance does not occur, a beam of gas with low energy such that the predetermined substance does not cause sputtering is unidirectionally applied to the amorphous thin film or the polycrystalline thin film. A method for forming a thin film, which comprises irradiating.
【請求項5】 基板上に、所定の物質の非晶質薄膜を形
成する薄膜形成方法であって、前記所定の物質の結晶化
が起こらない低温度の下で、反応ガスを前記基板上に供
給することによって前記所定の物質を前記基板上に堆積
する過程の中で、前記所定の物質を構成する原子の再配
列が起こらない程度の低エネルギーの気体のビームを前
記基板上へ照射することを特徴とする薄膜形成方法。
5. A thin film forming method for forming an amorphous thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein a reaction gas is formed on the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance does not occur. Irradiating the substrate with a beam of gas having low energy to such an extent that rearrangement of atoms constituting the predetermined substance does not occur in the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying. And a method for forming a thin film.
【請求項6】 基板上に、結晶構造の異なる複数層を含
む薄膜を形成する薄膜形成方法であって、 下記の工程(a)〜(d)の中から少なくとも2種類以上の工
程を逐次的に実行することを特徴とする薄膜形成方法;
ここで前記工程(a)〜(d)は、 (a)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中
で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度
の低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ任意の
複数方向から照射し、その結果、前記所定の物質の多結
晶薄膜を形成する工程; (b)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中
で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度
の低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ一方向
から照射し、その結果、前記所定の物質の軸配向多結晶
薄膜を形成する工程; (c)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中
で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度
の低エネルギーの気体のビームを、形成すべき当該所定
の物質の単結晶薄膜の複数の最稠密面に垂直な複数の方
向から、前記基板上へ照射し、その結果、前記所定の物
質の前記単結晶薄膜を形成する工程;および、 (d)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質の非晶質薄膜を形成する工程であ
る。
6. A thin film forming method for forming a thin film including a plurality of layers having different crystal structures on a substrate, wherein at least two or more of the following steps (a) to (d) are sequentially performed. A thin film forming method, characterized in that
Here, the steps (a) to (d) include: (a) supplying the reaction gas onto the substrate under a low temperature at which crystallization of a predetermined material forming one layer does not occur. In the process of depositing a substance on the substrate, a beam of low energy gas that does not cause the predetermined substance to sputter is irradiated onto the substrate from arbitrary plural directions. Forming a polycrystalline thin film of the substance; (b) supplying the reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming one layer does not occur During the process of depositing on the substrate, a beam of low energy gas that does not cause the predetermined substance to sputter is irradiated onto the substrate from one direction, and as a result, the axial alignment of the predetermined substance is increased. Step of forming crystalline thin film; (c) One In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming the layer does not occur, A low energy beam of gas that does not cause sputtering is irradiated onto the substrate from a plurality of directions perpendicular to a plurality of close-packed planes of a single crystal thin film of the predetermined substance to be formed, and as a result, Forming the single crystal thin film of a predetermined substance; and (d) supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the single substance of the single layer does not occur. This is a step of forming an amorphous thin film of a predetermined substance.
【請求項7】 基板上に、結晶方位の異なる複数の単結
晶層または複数の軸配向多結晶層を含む薄膜を形成する
薄膜形成方法であって、 下記の工程(a)〜(d)の中から重複を許して複数の工程を
逐次的に実行し、 ここで前記工程(a)〜(d)は、 (a)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中
で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度
の低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ任意の
複数方向から照射し、その結果、前記所定の物質の多結
晶薄膜を形成する工程; (b)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中
で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度
の低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ一方向
から照射し、その結果、前記所定の物質の軸配向多結晶
薄膜を形成する工程; (c)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中
で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度
の低エネルギーの気体のビームを、形成すべき当該所定
の物質の単結晶薄膜の複数の最稠密面に垂直な複数の方
向から、前記基板上へ照射し、その結果、前記所定の物
質の前記単結晶薄膜を形成する工程;および、 (d)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質の非晶質薄膜を形成する工程であ
り、 前記複数の工程が、前記工程(b)と(c)の少なくともいず
れかを重複して含むとともに、重複した当該工程の間で
前記ビームの方向が異なることを特徴とする薄膜形成方
法。
7. A thin film forming method for forming a thin film comprising a plurality of single crystal layers having different crystal orientations or a plurality of axially oriented polycrystalline layers on a substrate, the method comprising the steps (a) to (d) below: A plurality of steps are sequentially performed by allowing overlapping from the inside, and the steps (a) to (d) are performed at a low temperature at which (a) crystallization of a predetermined substance forming one layer does not occur. In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate, the low energy gas beam that does not cause sputtering of the predetermined substance is applied to the substrate. A step of irradiating upwards from arbitrary plural directions, and as a result, forming a polycrystalline thin film of the predetermined substance; (b) reacting under a low temperature at which crystallization of a predetermined substance forming one layer does not occur. Depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a gas onto the substrate In the process, a beam of low energy gas that does not cause sputtering of the predetermined substance is irradiated onto the substrate from one direction, and as a result, an axially oriented polycrystalline thin film of the predetermined substance is formed. (C) In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming one layer does not occur. A beam of gas of low energy to such an extent that the predetermined substance does not cause sputtering onto the substrate from a plurality of directions perpendicular to a plurality of close-packed planes of a single crystal thin film of the predetermined substance to be formed. Irradiating, and as a result, forming the single crystal thin film of the predetermined substance; and (d) reacting the reaction gas at a low temperature at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming one layer does not occur. By feeding on Is a step of forming an amorphous thin film of the predetermined substance, wherein the plurality of steps include at least one of the steps (b) and (c) in an overlapping manner, and between the overlapping steps. A method for forming a thin film, wherein the beam directions are different.
【請求項8】 基板上に、物質の異なる複数層を含む薄
膜を形成する薄膜形成方法であって、 下記の工程(a)〜(d)の中から重複を許して複数の工程を
実行し、 ここで前記工程(a)〜(d)は、 (a)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中
で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度
の低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ任意の
複数方向から照射し、その結果、前記所定の物質の多結
晶薄膜を形成する工程; (b)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中
で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度
の低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ一方向
から照射し、その結果、前記所定の物質の軸配向多結晶
薄膜を形成する工程; (c)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中
で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度
の低エネルギーの気体のビームを、形成すべき当該所定
の物質の単結晶薄膜の複数の最稠密面に垂直な複数の方
向から、前記基板上へ照射し、その結果、前記所定の物
質の前記単結晶薄膜を形成する工程;および、 (d)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質の非晶質薄膜を形成する工程であ
り、 前記複数の工程が、前記反応ガスの種類が異なる2以上
の工程を含むことを特徴とする薄膜形成方法。
8. A thin film forming method for forming a thin film including a plurality of layers of different substances on a substrate, wherein a plurality of steps are performed while allowing overlap among the following steps (a) to (d). Here, the steps (a) to (d) include the steps of: (a) supplying the reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of a predetermined material forming one layer does not occur. In the process of depositing the substance on the substrate, a beam of gas with low energy that does not cause the predetermined substance to sputter is irradiated onto the substrate from arbitrary plural directions, and as a result, the predetermined amount (B) supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming one layer does not occur, During the process of depositing on the substrate, the predetermined substance causes sputtering. A step of irradiating the substrate with a low-energy gas beam that does not rub the substrate in one direction, thereby forming an axially oriented polycrystalline thin film of the predetermined substance; (c) a predetermined one layer The degree to which the predetermined substance does not cause sputtering during the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the substance does not occur. Irradiating a low-energy gas beam onto the substrate from a plurality of directions perpendicular to a plurality of close-packed planes of a single crystal thin film of the predetermined substance to be formed, so that Forming a single crystal thin film; and (d) supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of one layer of a predetermined substance does not occur, thereby depleting the substance of the predetermined substance. In the process of forming a crystalline thin film Ri, wherein the plurality of steps, a thin film forming method characterized in that the type of the reaction gas comprises two or more different steps.
【請求項9】 請求項8に記載の薄膜形成方法におい
て、前記反応ガスの種類が異なる前記2以上の工程にお
いて、各反応ガスによって堆積される物質が、絶縁体、
半導体、導電体のいずれかとなるように、当該各反応ガ
スの種類が選ばれることを特徴とする薄膜形成方法。
9. The thin film forming method according to claim 8, wherein in the two or more steps in which the types of the reaction gas are different, the substance deposited by each reaction gas is an insulator,
A method for forming a thin film, characterized in that the type of each reaction gas is selected so that it is either a semiconductor or a conductor.
【請求項10】 基板上に、添加不純物の異なる複数層
を含む薄膜を形成する薄膜形成方法であって、 下記の工程(a)〜(d)の中から重複を許して複数の工程を
実行し、 ここで前記工程(a)〜(d)は、 (a)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中
で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度
の低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ任意の
複数方向から照射し、その結果、前記所定の物質の多結
晶薄膜を形成する工程; (b)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中
で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度
の低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ一方向
から照射し、その結果、前記所定の物質の軸配向多結晶
薄膜を形成する工程; (c)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中
で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程度
の低エネルギーの気体のビームを、形成すべき当該所定
の物質の単結晶薄膜の複数の最稠密面に垂直な複数の方
向から、前記基板上へ照射し、その結果、前記所定の物
質の前記単結晶薄膜を形成する工程;および、 (d)一つの層をなす所定の物質の結晶化が起こらない低
温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給することによ
って前記所定の物質の非晶質薄膜を形成する工程であ
り、 前記複数の工程が、前記反応ガスに添加される不純物元
素が異なる2以上の工程を含むことを特徴とする薄膜形
成方法。
10. A thin film forming method for forming a thin film including a plurality of layers having different added impurities on a substrate, wherein a plurality of steps are performed while allowing overlap among the following steps (a) to (d). Here, in the steps (a) to (d), (a) by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of a predetermined material forming one layer does not occur, In the process of depositing a predetermined substance on the substrate, a beam of low energy gas such that the predetermined substance does not cause sputtering is irradiated onto the substrate from arbitrary plural directions, and as a result, Forming a polycrystalline thin film of a predetermined substance; (b) supplying the reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance forming one layer does not occur. Is deposited on the substrate, the predetermined substance is sputtered. Irradiating the substrate with a low-energy gas beam that does not cause energization from one direction, and as a result forms an axially oriented polycrystalline thin film of the predetermined substance; (c) forming one layer In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance does not occur, the predetermined substance causes sputtering. A low-energy beam of gas having a low level of energy is irradiated onto the substrate from a plurality of directions perpendicular to a plurality of close-packed planes of a single crystal thin film of the predetermined substance to be formed, and as a result, the predetermined substance is irradiated. And (d) by supplying a reaction gas onto the substrate at a low temperature at which crystallization of one layer of a predetermined substance does not occur. Forming an amorphous thin film of A step, said plurality of steps, a thin film forming method characterized in that the impurity element added to the reaction gas contains two or more different steps.
【請求項11】 請求項6ないし請求項10のいずれか
に記載の薄膜形成方法において、 前記工程(d)が、(c-4-1)前記所定の物質の結晶化が起こ
らない低温度の下で、前記反応ガスを前記基板上に供給
することによって前記所定の物質を前記基板上に堆積す
る工程と、(c-4-2)前記工程(c-4-1)を実行する中で、前
記所定の物質を構成する原子の再配列が起こらない程度
の低エネルギーの気体のビームを前記基板上へ照射する
工程と、を有することを特徴とする薄膜形成方法。
11. The thin film forming method according to claim 6, wherein the step (d) is (c-4-1) at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance does not occur. Under the step of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying the reaction gas onto the substrate, (c-4-2) in performing the step (c-4-1) A step of irradiating the substrate with a beam of gas having low energy to such an extent that rearrangement of atoms constituting the predetermined substance does not occur, the thin film forming method.
【請求項12】 請求項2または請求項4に記載の薄膜
形成方法において、前記低温度が、前記所定物質のデバ
イ温度以上であることを特徴とする薄膜形成方法。
12. The thin film forming method according to claim 2 or 4, wherein the low temperature is equal to or higher than the Debye temperature of the predetermined substance.
【請求項13】 基板上に、所定の物質の単結晶薄膜を
形成する薄膜形成方法であって、前記基板上に前記所定
の物質の非晶質薄膜、多結晶薄膜、または軸配向多結晶
薄膜を予め形成しておき、当該所定の物質の結晶化が起
こらない温度範囲でしかも当該所定の物質のデバイ温度
以上の温度の下で、前記所定の物質がスパッタリングを
起こさない程度の低エネルギーの気体のビームを、形成
すべき前記単結晶薄膜の複数の最稠密面に垂直な複数の
方向から、前記非晶質薄膜、多結晶薄膜、または軸配向
多結晶薄膜の上へ照射することを特徴とする薄膜形成方
法。
13. A thin film forming method for forming a single crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, comprising: an amorphous thin film, a polycrystalline thin film, or an axially oriented polycrystalline thin film of the predetermined substance on the substrate. Is formed in advance, and is a low energy gas that does not cause sputtering of the predetermined substance within a temperature range in which crystallization of the predetermined substance does not occur and at a temperature higher than the Debye temperature of the predetermined substance. The beam of the above is irradiated onto the amorphous thin film, the polycrystalline thin film, or the axially oriented polycrystalline thin film from a plurality of directions perpendicular to a plurality of close-packed planes of the single crystalline thin film to be formed. Method for forming thin film.
【請求項14】 請求項1ないし請求項13のいずれか
に記載の薄膜形成方法において、前記気体が不活性ガス
であることを特徴とする薄膜形成方法。
14. The thin film forming method according to claim 1, wherein the gas is an inert gas.
【請求項15】 請求項14に記載の薄膜形成方法にお
いて、前記不活性ガスを構成する元素の原子量が、当該
気体のビームが照射される前記所定の物質を構成する元
素の最大の原子量を越えないことを特徴とする薄膜形成
方法。
15. The thin film forming method according to claim 14, wherein the atomic weight of the element forming the inert gas exceeds the maximum atomic weight of the element forming the predetermined substance irradiated with the beam of the gas. A method for forming a thin film, which is characterized in that it does not exist.
【請求項16】 請求項15に記載の薄膜形成方法にお
いて、前記不活性ガスを構成する元素の原子量が、前記
所定の物質を構成する元素の最大の原子量を越えず、か
つ、最も近い原子量であることを特徴とする薄膜形成方
法。
16. The thin film forming method according to claim 15, wherein the atomic weight of the element forming the inert gas does not exceed the maximum atomic weight of the element forming the predetermined substance, and the atomic weight is the closest. A method for forming a thin film, characterized by being present.
【請求項17】 請求項1ないし請求項16のいずれか
に記載の薄膜形成方法において、前記気体が、前記所定
の物質を構成する元素を含む気体物質であることを特徴
とする薄膜形成方法。
17. The thin film forming method according to claim 1, wherein the gas is a gas substance containing an element that constitutes the predetermined substance.
【請求項18】 請求項1ないし請求項17のいずれか
に記載の薄膜形成方法において、前記反応ガスが前記所
定の物質に添加すべき不純物元素を含む気体物質を含む
ことを特徴とする薄膜形成方法。
18. The thin film forming method according to claim 1, wherein the reaction gas contains a gaseous substance containing an impurity element to be added to the predetermined substance. Method.
【請求項19】 請求項6ないし請求項11のいずれか
に記載の薄膜形成方法において、前記低温度を一定値に
保ちながら、前記複数層を含む前記薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜形成方法。
19. The thin film forming method according to claim 6, wherein the thin film including the plurality of layers is formed while maintaining the low temperature at a constant value. Method.
【請求項20】 請求項1、請求項2、または請求項5
に記載の薄膜形成方法において、前記基板上へ前記気体
のビームを収束させるための反射板を前記基板の周囲に
配置しつつ、前記気体のビームの照射が実行されること
を特徴とする薄膜形成方法。
20. The claim 1, claim 2, or claim 5.
In the thin film forming method described in (1), the irradiation of the beam of gas is performed while a reflection plate for converging the beam of gas on the substrate is arranged around the substrate. Method.
【請求項21】 請求項6ないし請求項11に記載の薄
膜形成方法において、前記工程(a)または(d)を実行する
際に、前記基板上へ前記気体のビームを収束させるため
の反射版を前記基板の周囲に配置しつつ、前記気体のビ
ームの照射が実行されることを特徴とする薄膜形成方
法。
21. The thin film forming method according to claim 6, wherein a reflective plate for converging the gas beam onto the substrate when performing the step (a) or (d). The method for forming a thin film, wherein the irradiation of the gas beam is performed while arranging the substrate around the substrate.
【請求項22】 請求項20または請求項21に記載の
薄膜形成方法において、前記反射板の少なくとも前記気
体のビームの照射を受ける表面が、前記気体のビームの
照射によってスパッタリングを引き起こさない材質で構
成されていることを特徴とする薄膜形成方法。
22. The thin film forming method according to claim 20 or 21, wherein at least a surface of the reflection plate which is irradiated with the gas beam is made of a material which does not cause sputtering due to the irradiation of the gas beam. And a thin film forming method.
【請求項23】 請求項20または請求項21に記載の
薄膜形成方法において、前記反射板の少なくとも前記気
体のビームの照射を受ける表面が、前記基板上の最上面
の物質を構成する元素で構成されていることを特徴とす
る薄膜形成方法。
23. The thin film forming method according to claim 20 or 21, wherein at least a surface of the reflection plate which is irradiated with the beam of gas is composed of an element constituting a substance on the uppermost surface of the substrate. And a thin film forming method.
【請求項24】 請求項6ないし請求項11のいずれか
に記載の薄膜形成方法において、前記各工程(a)〜(d)
が、前記気体のビームを照射する際に、すでに前記基板
の上に形成されている各層のいずれもがスパッタリング
を起こさない程度の低エネルギーをもって、前記気体の
ビームを前記基板上へ照射することを特徴とする薄膜形
成方法。
24. The thin film forming method according to claim 6, wherein the steps (a) to (d) are performed.
However, when irradiating the beam of gas, it is possible to irradiate the beam of gas onto the substrate with low energy such that none of the layers already formed on the substrate cause sputtering. A characteristic thin film forming method.
【請求項25】 請求項6ないし請求項11のいずれか
に記載の薄膜形成方法であって、前記各工程(a)〜(d)に
おいて、前記所定の物質を堆積する前にも、前記気体の
ビームを前記基板上へ照射することを特徴とする薄膜形
成方法。
25. The thin film forming method according to claim 6, wherein in each of the steps (a) to (d), the gas is added before the predetermined substance is deposited. A method for forming a thin film, comprising irradiating the substrate with the beam.
【請求項26】 請求項1ないし請求項25のいずれか
に記載の薄膜形成方法において、マイクロ波を用いてプ
ラズマを生成するとともに発散磁場によって前記基板へ
と前記プラズマを導くプラズマ照射装置によって前記気
体のビームを得ることを特徴とする薄膜形成方法。
26. The thin film forming method according to claim 1, wherein the plasma is generated by using a microwave and the gas is radiated by a plasma irradiating device that guides the plasma to the substrate by a divergent magnetic field. A method for forming a thin film, which comprises obtaining a beam of
【請求項27】 請求項26に記載の薄膜形成方法にお
いて、前記基板を導電性物質で構成し、しかも、前記基
板の電位を所望の値に設定することを特徴とする薄膜形
成方法。
27. The thin film forming method according to claim 26, wherein the substrate is made of a conductive material, and the potential of the substrate is set to a desired value.
【請求項28】 請求項26に記載の薄膜形成方法にお
いて、前記プラズマ照射装置が生成する電子の中で前記
基板の上へのプラズマシースの生成に実質的に寄与し得
る電子が前記基板上へ飛来することを阻止する電子阻止
部材を用いることを特徴とする薄膜形成方法。
28. The thin film forming method according to claim 26, wherein among the electrons generated by the plasma irradiation apparatus, electrons that can substantially contribute to generation of a plasma sheath on the substrate are transferred to the substrate. A method for forming a thin film, characterized by using an electron blocking member for blocking flying.
【請求項29】 請求項1または請求項3に記載の薄膜
形成方法において、前記低温度が、前記所定物質のデバ
イ温度以上であることを特徴とする薄膜形成方法。
29. The thin film forming method according to claim 1 or 3, wherein the low temperature is equal to or higher than the Debye temperature of the predetermined substance.
【請求項30】 基板上に、所定の物質の単結晶薄膜を
形成する薄膜形成方法であって、前記所定の物質の結晶
化が起こらない温度範囲内でしかも当該所定の物質のデ
バイ温度以上の温度の下で、反応ガスを前記基板上に供
給することによって前記所定の物質を前記基板上に堆積
する過程の中で、前記所定の物質がスパッタリングを起
こさない程度の低エネルギーの気体のビームを、形成す
べき前記単結晶薄膜の複数の最稠密面に垂直な複数の方
向から、前記基板上へ照射することを特徴とする薄膜形
成方法。
30. A thin film forming method for forming a single crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, which is within a temperature range in which the crystallization of the predetermined substance does not occur and which is higher than the Debye temperature of the predetermined substance. In the process of depositing the predetermined substance on the substrate by supplying a reaction gas onto the substrate at a temperature, a beam of a low energy gas that does not cause sputtering of the predetermined substance is generated. A method for forming a thin film, which comprises irradiating onto the substrate from a plurality of directions perpendicular to a plurality of close-packed surfaces of the single crystal thin film to be formed.
【請求項31】 請求項6ないし請求項11のいずれか
に記載の薄膜形成方法において、前記工程(a)〜(c)のそ
れぞれにおける前記低温度が、前記所定物質のデバイ温
度以上であることを特徴とする薄膜形成方法。
31. The thin film forming method according to claim 6, wherein the low temperature in each of the steps (a) to (c) is equal to or higher than the Debye temperature of the predetermined substance. And a method for forming a thin film.
【請求項32】 請求項1または請求項3に記載の薄膜
形成方法において、前記所定の物質がシリコンであっ
て、前記反応ガスがシランガスを主成分として含み、し
かも、前記低温度が400゜C以上であることを特徴と
する薄膜形成方法。
32. The thin film forming method according to claim 1, wherein the predetermined substance is silicon, the reaction gas contains silane gas as a main component, and the low temperature is 400 ° C. A thin film forming method characterized by the above.
【請求項33】 基板上に、シリコンの単結晶薄膜を形
成する薄膜形成方法であって、シリコンの結晶化が起こ
らない温度範囲内でしかも400゜C以上の温度の下
で、シランガスを主成分とする反応ガスを前記基板上に
供給することによってシリコンを前記基板上に堆積する
過程の中で、シリコンがスパッタリングを起こさない程
度の低エネルギーの気体のビームを、形成すべき前記単
結晶薄膜の複数の最稠密面に垂直な複数の方向から、前
記基板上へ照射することを特徴とする薄膜形成方法。
33. A method of forming a single crystal thin film of silicon on a substrate, comprising a silane gas as a main component within a temperature range where crystallization of silicon does not occur and at a temperature of 400 ° C. or higher. In the process of depositing silicon on the substrate by supplying a reaction gas to the substrate, a beam of gas with low energy that does not cause sputtering of silicon is formed on the single crystal thin film to be formed. A method for forming a thin film, which comprises irradiating onto the substrate from a plurality of directions perpendicular to a plurality of densest surfaces.
【請求項34】 請求項6ないし請求項11のいずれか
に記載の薄膜形成方法であって、前記工程(a)〜(c)の少
なくともいずれかにおいて、前記所定の物質がシリコン
であるとともに前記反応ガスがシランガスを主成分とし
て含み、しかも、前記低温度が400゜C以上であるこ
とを特徴とする薄膜形成方法。
34. The method for forming a thin film according to claim 6, wherein in the at least one of the steps (a) to (c), the predetermined substance is silicon. A method for forming a thin film, characterized in that the reaction gas contains silane gas as a main component and the low temperature is 400 ° C. or higher.
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