JPH09195044A - 薄膜の形成方法 - Google Patents
薄膜の形成方法Info
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- JPH09195044A JPH09195044A JP8008619A JP861996A JPH09195044A JP H09195044 A JPH09195044 A JP H09195044A JP 8008619 A JP8008619 A JP 8008619A JP 861996 A JP861996 A JP 861996A JP H09195044 A JPH09195044 A JP H09195044A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザアブレーション法により薄膜を形成す
る際に、放出物中の粒子と、高真空下での残存酸素とを
効果的に除去することにより、良質の薄膜を形成する。 【解決手段】 真空チャンバ内で、ターゲットにレーザ
ビームを照射し、該照射による該ターゲットからの放出
物を基板表面に堆積させて薄膜を成膜するレーザアブレ
ーション法による薄膜の形成方法において、上記成膜時
に、基板表面および放出物プルームの少なくとも一方に
イオンビームを照射する。
る際に、放出物中の粒子と、高真空下での残存酸素とを
効果的に除去することにより、良質の薄膜を形成する。 【解決手段】 真空チャンバ内で、ターゲットにレーザ
ビームを照射し、該照射による該ターゲットからの放出
物を基板表面に堆積させて薄膜を成膜するレーザアブレ
ーション法による薄膜の形成方法において、上記成膜時
に、基板表面および放出物プルームの少なくとも一方に
イオンビームを照射する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザアブレーシ
ョン法による薄膜の形成方法に関する。
ョン法による薄膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、真空チャンバ内で、ターゲットに
レーザビームを照射し、該照射による該ターゲットから
の放出物を基板表面に堆積させて薄膜を成膜するレーザ
アブレーション法による薄膜の形成方法が知られてい
る。レーザアブレーション法には下記のように優れた利
点がある。すなわち、真空チャンバ内でターゲットか
ら放出された原子、分子、イオンのみを成膜材料とする
ため、不純物の極めて少ない高純度の薄膜が得られ、
成膜時の圧力、基板温度、成膜速度など多くのパラメー
タを独立に設定できるので、望みの薄膜に対して最適の
成膜条件を自由に選定でき、成膜速度が速く、成膜プ
ロセスも簡単であるため成膜コストを低減できる。
レーザビームを照射し、該照射による該ターゲットから
の放出物を基板表面に堆積させて薄膜を成膜するレーザ
アブレーション法による薄膜の形成方法が知られてい
る。レーザアブレーション法には下記のように優れた利
点がある。すなわち、真空チャンバ内でターゲットか
ら放出された原子、分子、イオンのみを成膜材料とする
ため、不純物の極めて少ない高純度の薄膜が得られ、
成膜時の圧力、基板温度、成膜速度など多くのパラメー
タを独立に設定できるので、望みの薄膜に対して最適の
成膜条件を自由に選定でき、成膜速度が速く、成膜プ
ロセスも簡単であるため成膜コストを低減できる。
【０００３】特に、レーザアブレーション法による良質
のシリコン薄膜製造技術は、低コスト・高効率の薄膜型
太陽電池や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の電子・光デ
バイスの実用化技術として期待されている。また、ダイ
ヤモンド状カーボン（ＤＬＣ：diamond-like carbon)薄
膜、高温超電導薄膜、強誘電体薄膜の成膜技術としても
活発に研究が行われている。
のシリコン薄膜製造技術は、低コスト・高効率の薄膜型
太陽電池や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の電子・光デ
バイスの実用化技術として期待されている。また、ダイ
ヤモンド状カーボン（ＤＬＣ：diamond-like carbon)薄
膜、高温超電導薄膜、強誘電体薄膜の成膜技術としても
活発に研究が行われている。
【０００４】しかし、レーザアブレーション法には、タ
ーゲットからの放出物が完全には解離せず原子、分子、
イオンのみでなく未解離の粒子（クラスター）をも含ん
でおり、これが薄膜中に混入するという問題があった。
更に、高真空下で残存する酸素が薄膜中に混入するとい
う問題もあった。例えば、シリコン薄膜を電子・光デバ
イスに用いる場合、薄膜中に粒子が存在するとデバイス
機能が阻害され、薄膜中に酸素が含有されると電気特性
（抵抗率）、光学特性（光吸収）といった半導体として
の基礎物性に悪影響がある。
ーゲットからの放出物が完全には解離せず原子、分子、
イオンのみでなく未解離の粒子（クラスター）をも含ん
でおり、これが薄膜中に混入するという問題があった。
更に、高真空下で残存する酸素が薄膜中に混入するとい
う問題もあった。例えば、シリコン薄膜を電子・光デバ
イスに用いる場合、薄膜中に粒子が存在するとデバイス
機能が阻害され、薄膜中に酸素が含有されると電気特性
（抵抗率）、光学特性（光吸収）といった半導体として
の基礎物性に悪影響がある。
【０００５】特開平５−２７９８４８号公報には、ター
ゲットからの放出物に、レーザアブレーション用とは別
のレーザビームを照射してクラスターを解離させること
により、粒子の混入を低減することが提案されている。
しかし上記提案の方法は、クラスターを解離させるには
強力なレーザビームを必要とするため、設備や運転等の
コストが高くならざるを得ない。しかも、放出物全体に
含まれている粒子を解離させることは実際上困難であっ
た。また、残存酸素を低減させるには殆ど効果がなかっ
た。
ゲットからの放出物に、レーザアブレーション用とは別
のレーザビームを照射してクラスターを解離させること
により、粒子の混入を低減することが提案されている。
しかし上記提案の方法は、クラスターを解離させるには
強力なレーザビームを必要とするため、設備や運転等の
コストが高くならざるを得ない。しかも、放出物全体に
含まれている粒子を解離させることは実際上困難であっ
た。また、残存酸素を低減させるには殆ど効果がなかっ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、レーザアブ
レーション法により薄膜を形成する際に、放出物中の粒
子と、高真空下での残存酸素を効果的に除去することに
より、良質の薄膜を形成する方法を提供することを目的
とする。
レーション法により薄膜を形成する際に、放出物中の粒
子と、高真空下での残存酸素を効果的に除去することに
より、良質の薄膜を形成する方法を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、真空チャンバ内で、ターゲット
にレーザビームを照射し、該照射によるターゲットから
の放出物を基板表面に堆積させて薄膜を成膜するレーザ
アブレーション法による薄膜の形成方法において、成膜
時に、上記基板表面に、または基板とターゲットとの間
に生起された上記放出物から成るプルームに、または基
板表面と放出物プルームの両方に、イオンビームを照射
することを特徴とする。
めに、本発明によれば、真空チャンバ内で、ターゲット
にレーザビームを照射し、該照射によるターゲットから
の放出物を基板表面に堆積させて薄膜を成膜するレーザ
アブレーション法による薄膜の形成方法において、成膜
時に、上記基板表面に、または基板とターゲットとの間
に生起された上記放出物から成るプルームに、または基
板表面と放出物プルームの両方に、イオンビームを照射
することを特徴とする。
【０００８】本発明においては、基板および放出物プル
ームの少なくとも一方にイオンビームを照射することに
より、イオンビームのエネルギーにより放出時の粒子生
成と放出された蒸気のクラスター化とが抑制され、生成
した粒子は分解される。イオンビームは、光であるレー
ザビームに比べて極めて大きな質量を有するため、大き
なエネルギーが容易に得られる。更に、イオン雰囲気が
形成されることにより薄膜中への酸素の混入も大幅に低
減する。またイオンビーム照射自体にも緻密で高品質な
薄膜を形成するという副次的な作用がある。
ームの少なくとも一方にイオンビームを照射することに
より、イオンビームのエネルギーにより放出時の粒子生
成と放出された蒸気のクラスター化とが抑制され、生成
した粒子は分解される。イオンビームは、光であるレー
ザビームに比べて極めて大きな質量を有するため、大き
なエネルギーが容易に得られる。更に、イオン雰囲気が
形成されることにより薄膜中への酸素の混入も大幅に低
減する。またイオンビーム照射自体にも緻密で高品質な
薄膜を形成するという副次的な作用がある。
【０００９】放出物プルームにイオンビームを照射する
と、成膜材料である原子、分子、イオン等の一部が高エ
ネルギーのイオンビームによってプルーム外へ弾き出さ
れて基板に到達できず、成膜速度が低下する恐れがあ
る。放出物プルームの周りを取り巻くように複数のイオ
ンビームを照射すると、成膜材料がプルーム内に閉じ込
められ、弾き出しによる成膜速度の低下を防止すること
ができる。
と、成膜材料である原子、分子、イオン等の一部が高エ
ネルギーのイオンビームによってプルーム外へ弾き出さ
れて基板に到達できず、成膜速度が低下する恐れがあ
る。放出物プルームの周りを取り巻くように複数のイオ
ンビームを照射すると、成膜材料がプルーム内に閉じ込
められ、弾き出しによる成膜速度の低下を防止すること
ができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照して、実
施例により本発明を更に詳細に説明する。 〔実施例１〕本発明により、図１に示すレーザアブレー
ション成膜装置２０を用いてシリコン薄膜を形成した。
成膜装置２０は、真空チャンバ４内に、基板５を保持す
る基板ホルダー６と、ターゲット８を保持するターゲッ
トホルダー９が設けられている。基板５は基板ホルダー
６に内蔵されたヒーター７により所定の温度に保持され
る。基板５としては、半導体デバイス作製用のシリコン
ウェハと、合成石英基板を用いた。真空チャンバ４は、
下部に開口した排気ポート１３を介して真空ポンプによ
り排気される。
施例により本発明を更に詳細に説明する。 〔実施例１〕本発明により、図１に示すレーザアブレー
ション成膜装置２０を用いてシリコン薄膜を形成した。
成膜装置２０は、真空チャンバ４内に、基板５を保持す
る基板ホルダー６と、ターゲット８を保持するターゲッ
トホルダー９が設けられている。基板５は基板ホルダー
６に内蔵されたヒーター７により所定の温度に保持され
る。基板５としては、半導体デバイス作製用のシリコン
ウェハと、合成石英基板を用いた。真空チャンバ４は、
下部に開口した排気ポート１３を介して真空ポンプによ
り排気される。
【００１１】真空チャンバ４の外部に設けたレーザ発生
装置（図示せず）からのパルスレーザビーム１を、レン
ズ系２を介しレーザビーム導入ポート３から真空チャン
バ４内に導入する。レーザビーム照射によるターゲット
８からの放出物は、基板５とターゲット８との間に炎形
の領域すなわちプルーム１２として観察される。レーザ
ビーム１としては、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレ
ーザビームと、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ
ビームを用い、照射エネルギーは１５〜８０ｍＪ／パル
スとした。
装置（図示せず）からのパルスレーザビーム１を、レン
ズ系２を介しレーザビーム導入ポート３から真空チャン
バ４内に導入する。レーザビーム照射によるターゲット
８からの放出物は、基板５とターゲット８との間に炎形
の領域すなわちプルーム１２として観察される。レーザ
ビーム１としては、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレ
ーザビームと、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ
ビームを用い、照射エネルギーは１５〜８０ｍＪ／パル
スとした。
【００１２】本実施例においては、真空チャンバ４の側
部に設けたイオン源１０からのイオンビーム１１を基板
５の表面に照射する。これにより、粒子および酸素の混
入を防止するという効果の他に、基板５にイオンビーム
１１を直接照射することにより、形成されるシリコン薄
膜のＳｉ−Ｓｉ結合が強固になり緻密な薄膜が得られ、
薄膜の光・電子特性が向上するという副次的な効果があ
る。イオンビームのエネルギーが小さ過ぎると、粒子お
よび酸素の混入を防止する効果が得られず、上述の副次
的効果も得ることができない。逆に、イオンビームのエ
ネルギーが大き過ぎると、基板５に対してスパッタエッ
チングによる損傷を及ぼしたり、イオン注入が起きて良
好な薄膜が得られない。したがって、イオンビームのエ
ネルギーは、粒子および酸素の混入を防止する効果が得
られるように十分大きくするが、スパッタエッチングや
イオン注入が起きない範囲内に制御する。
部に設けたイオン源１０からのイオンビーム１１を基板
５の表面に照射する。これにより、粒子および酸素の混
入を防止するという効果の他に、基板５にイオンビーム
１１を直接照射することにより、形成されるシリコン薄
膜のＳｉ−Ｓｉ結合が強固になり緻密な薄膜が得られ、
薄膜の光・電子特性が向上するという副次的な効果があ
る。イオンビームのエネルギーが小さ過ぎると、粒子お
よび酸素の混入を防止する効果が得られず、上述の副次
的効果も得ることができない。逆に、イオンビームのエ
ネルギーが大き過ぎると、基板５に対してスパッタエッ
チングによる損傷を及ぼしたり、イオン注入が起きて良
好な薄膜が得られない。したがって、イオンビームのエ
ネルギーは、粒子および酸素の混入を防止する効果が得
られるように十分大きくするが、スパッタエッチングや
イオン注入が起きない範囲内に制御する。
【００１３】イオン源１０は図２に模式的に示した構造
であり、フィラメントから発生する熱電子により供給ガ
ス（本実施例ではＡｒ）が電離しプラズマが生成する。
プラズマ発生用のアーク電圧は８０Ｖとした。生成した
Ａｒ+ イオンは加速電極／減速電極間の電位差と減速電
極／接地電極（０Ｖ）間の電位差とにより加速される。
このような３極構成では、Ａｒ+ イオンは減速電極通過
後に減速される。加速電極および減速電極にはそれぞれ
独立に加速電流および減速電流を流すことができる。フ
ィラメント電流と電極電位とをそれぞれ制御することに
より、総イオン数と個々のイオンのエネルギーとをそれ
ぞれ独立に制御することができる。
であり、フィラメントから発生する熱電子により供給ガ
ス（本実施例ではＡｒ）が電離しプラズマが生成する。
プラズマ発生用のアーク電圧は８０Ｖとした。生成した
Ａｒ+ イオンは加速電極／減速電極間の電位差と減速電
極／接地電極（０Ｖ）間の電位差とにより加速される。
このような３極構成では、Ａｒ+ イオンは減速電極通過
後に減速される。加速電極および減速電極にはそれぞれ
独立に加速電流および減速電流を流すことができる。フ
ィラメント電流と電極電位とをそれぞれ制御することに
より、総イオン数と個々のイオンのエネルギーとをそれ
ぞれ独立に制御することができる。
【００１４】本実施例においては、真空チャンバ４内を
５×１０-7Torrの真空度まで排気した後、イオン源１０
内にイオンビーム発生用のＡｒガスを供給した。Ａｒガ
ス供給量は、真空チャンバ４内の真空度が１×１０-5To
rrに維持されるように制御した。ターゲット８へのレー
ザビーム１の照射の開始および終了と同期させて基板５
へのイオンビーム１１の照射も開始および終了させた。
すなわち、レーザビーム照射開始すなわち成膜開始と同
時にイオンビーム照射を開始させ、レーザビーム照射終
了すなわち成膜終了と同時にイオンビーム照射を終了さ
せた。
５×１０-7Torrの真空度まで排気した後、イオン源１０
内にイオンビーム発生用のＡｒガスを供給した。Ａｒガ
ス供給量は、真空チャンバ４内の真空度が１×１０-5To
rrに維持されるように制御した。ターゲット８へのレー
ザビーム１の照射の開始および終了と同期させて基板５
へのイオンビーム１１の照射も開始および終了させた。
すなわち、レーザビーム照射開始すなわち成膜開始と同
時にイオンビーム照射を開始させ、レーザビーム照射終
了すなわち成膜終了と同時にイオンビーム照射を終了さ
せた。
【００１５】イオン源１０のフィラメント電流と電極電
位を種々変化させて実験を行った結果、フィラメント電
流を大きくして総イオン数を多くし、かつ加速電位を大
きくして個々のイオンのエネルギーを大きくするほど、
薄膜中への粒子および酸素の混入は減少した。これは個
々のイオンの持つエネルギーの総和としてのイオンビー
ムのエネルギーが大きいほど粒子の破壊および生成抑制
に有効に作用したためであると考えられる。
位を種々変化させて実験を行った結果、フィラメント電
流を大きくして総イオン数を多くし、かつ加速電位を大
きくして個々のイオンのエネルギーを大きくするほど、
薄膜中への粒子および酸素の混入は減少した。これは個
々のイオンの持つエネルギーの総和としてのイオンビー
ムのエネルギーが大きいほど粒子の破壊および生成抑制
に有効に作用したためであると考えられる。
【００１６】得られたシリコン薄膜の物性値にはイオン
ビーム特性による影響が認められた。例えば、薄膜型太
陽電池用とする場合、Ａｒイオンのエネルギーを４００
〜１１００ｅＶとし、Ｉ／Ａ比（基板に堆積するシリコ
ン原子に対する照射イオン数の比）を０．２〜１．１と
した場合に、抵抗率が低くかつ光吸収領域の広い良好な
物性値を有するシリコン薄膜が得られる。
ビーム特性による影響が認められた。例えば、薄膜型太
陽電池用とする場合、Ａｒイオンのエネルギーを４００
〜１１００ｅＶとし、Ｉ／Ａ比（基板に堆積するシリコ
ン原子に対する照射イオン数の比）を０．２〜１．１と
した場合に、抵抗率が低くかつ光吸収領域の広い良好な
物性値を有するシリコン薄膜が得られる。
【００１７】なお、本実施例においては、レーザビーム
照射期間とイオンビーム照射期間とを完全に同期させた
が、レーザビーム照射とイオンビーム照射のタイミング
はこれに限らない。例えば、最初に基板のクリーニング
に有効な程度の弱いエネルギーでイオンビーム照射を開
始し、その後にレーザビーム照射による成膜を開始させ
るのと同期させてイオンビームのエネルギーを粒子およ
び酸素の混入防止に有効な高レベルに増加させて成膜期
間中そのまま維持し、レーザビーム照射の終了すなわち
成膜の終了と同期させて再びイオンビームのエネルギー
レベルを低下させるようにしてもかまわない。
照射期間とイオンビーム照射期間とを完全に同期させた
が、レーザビーム照射とイオンビーム照射のタイミング
はこれに限らない。例えば、最初に基板のクリーニング
に有効な程度の弱いエネルギーでイオンビーム照射を開
始し、その後にレーザビーム照射による成膜を開始させ
るのと同期させてイオンビームのエネルギーを粒子およ
び酸素の混入防止に有効な高レベルに増加させて成膜期
間中そのまま維持し、レーザビーム照射の終了すなわち
成膜の終了と同期させて再びイオンビームのエネルギー
レベルを低下させるようにしてもかまわない。
【００１８】〔比較例〕比較のために、イオンビーム照
射は行わず、他の条件および手順は実施例１と同一にし
てシリコン薄膜を成膜した。上記の実施例１および比較
例で形成したシリコン薄膜について、オージェ電子分光
分析法（ＡＥＳ）により含有酸素を分析した。得られた
結果を、図３にオージェ電子ワイドスキャンスペクトル
により示す。
射は行わず、他の条件および手順は実施例１と同一にし
てシリコン薄膜を成膜した。上記の実施例１および比較
例で形成したシリコン薄膜について、オージェ電子分光
分析法（ＡＥＳ）により含有酸素を分析した。得られた
結果を、図３にオージェ電子ワイドスキャンスペクトル
により示す。
【００１９】図３において、イオンビーム照射を行わず
に成膜した比較例のシリコン薄膜については、オージェ
電子エネルギーにシリコン（ＳｉＬＶＶおよびＳｉＫＬ
Ｌ）の強度ピークの他に、酸素（Ｏ）の強度ピークが明
瞭に認められ、シリコン薄膜中に酸素が含有されている
ことが分かる。比較例について、オージェ電子スペクト
ルの微分スペクトルから各元素の相対感度因子を考慮に
入れて算出した酸素濃度は９．９wt％であった。
に成膜した比較例のシリコン薄膜については、オージェ
電子エネルギーにシリコン（ＳｉＬＶＶおよびＳｉＫＬ
Ｌ）の強度ピークの他に、酸素（Ｏ）の強度ピークが明
瞭に認められ、シリコン薄膜中に酸素が含有されている
ことが分かる。比較例について、オージェ電子スペクト
ルの微分スペクトルから各元素の相対感度因子を考慮に
入れて算出した酸素濃度は９．９wt％であった。
【００２０】これに対して、本発明によりイオンビーム
照射を行って成膜した実施例１のシリコン薄膜において
は、シリコンの強度ピークは認められるが、酸素の強度
ピークは認められず、シリコン薄膜中に酸素が含有され
ていないことが分かる。 〔実施例２〕図４に、本発明の他の態様による成膜装置
を示す。図示した成膜装置３０は、図１（実施例１）の
成膜装置２０と基本的に同じ構造であるが、真空チャン
バ４の側部に設けたイオン源１４からのイオンビーム１
５を、基板５ではなく放出物のプルーム１２に照射する
点が異なる。
照射を行って成膜した実施例１のシリコン薄膜において
は、シリコンの強度ピークは認められるが、酸素の強度
ピークは認められず、シリコン薄膜中に酸素が含有され
ていないことが分かる。 〔実施例２〕図４に、本発明の他の態様による成膜装置
を示す。図示した成膜装置３０は、図１（実施例１）の
成膜装置２０と基本的に同じ構造であるが、真空チャン
バ４の側部に設けたイオン源１４からのイオンビーム１
５を、基板５ではなく放出物のプルーム１２に照射する
点が異なる。
【００２１】イオンビームは、その高いエネルギーを蒸
着原子に与えて蒸着原子の基板上でのマイグレーション
を助長し、またイオンの運動量付与により蒸着原子層を
緻密にし、更に非熱平衡過程による成膜ができるため室
温での成膜が可能であるという特徴がある。本実施例に
おいては、イオンビーム１５を基板５には照射せず、放
出物のプルーム１２にのみ照射する。したがって、実施
例１のように基板５に対するスパッタエッチングやイオ
ン注入を回避するためにイオンビームのエネルギーを制
限する必要がないので、より大きいイオンビームエネル
ギーを用いて、粒子および酸素の混入防止効果と共に上
記イオンビームの特徴を最大限に引き出すことができる
という利点がある。具体的な例として、イオンビームエ
ネルギーを数百ｅＶ以上とするとスパッタによる粒子除
去が行われるが、１０ｋｅＶ〜数百ｋｅＶでは固体原子
との核衝突よりも電子衝突の方が支配的となりスパッタ
率が減少する。更に数百ｋｅＶ以上では固体原子の励起
・電離が顕著になり粒子の分解効果が大きくなる。
着原子に与えて蒸着原子の基板上でのマイグレーション
を助長し、またイオンの運動量付与により蒸着原子層を
緻密にし、更に非熱平衡過程による成膜ができるため室
温での成膜が可能であるという特徴がある。本実施例に
おいては、イオンビーム１５を基板５には照射せず、放
出物のプルーム１２にのみ照射する。したがって、実施
例１のように基板５に対するスパッタエッチングやイオ
ン注入を回避するためにイオンビームのエネルギーを制
限する必要がないので、より大きいイオンビームエネル
ギーを用いて、粒子および酸素の混入防止効果と共に上
記イオンビームの特徴を最大限に引き出すことができる
という利点がある。具体的な例として、イオンビームエ
ネルギーを数百ｅＶ以上とするとスパッタによる粒子除
去が行われるが、１０ｋｅＶ〜数百ｋｅＶでは固体原子
との核衝突よりも電子衝突の方が支配的となりスパッタ
率が減少する。更に数百ｋｅＶ以上では固体原子の励起
・電離が顕著になり粒子の分解効果が大きくなる。
【００２２】〔実施例３〕図５に、本発明の更に別の態
様による成膜装置を示す。図示の成膜装置４０は、図４
（実施例２）の成膜装置３０と基本的に同じ構造である
が、プルーム１２にイオンビーム照射するために真空チ
ャンバ４の側部に３基のイオン源１４ａ，１４ｂ，１４
ｃを設けた点が異なる。イオン源１４ａ，１４ｂ，１４
ｃは互いに１２０°の角度を成して配置されており、各
イオン源からのイオンビーム１５ａ，１５ｂ，１５ｃが
プルーム１２に照射される。
様による成膜装置を示す。図示の成膜装置４０は、図４
（実施例２）の成膜装置３０と基本的に同じ構造である
が、プルーム１２にイオンビーム照射するために真空チ
ャンバ４の側部に３基のイオン源１４ａ，１４ｂ，１４
ｃを設けた点が異なる。イオン源１４ａ，１４ｂ，１４
ｃは互いに１２０°の角度を成して配置されており、各
イオン源からのイオンビーム１５ａ，１５ｂ，１５ｃが
プルーム１２に照射される。
【００２３】実施例２のように、単一のイオン源１４か
らの単一のイオンビーム１５をプルーム１２に照射した
場合は、成膜原料であるシリコン原子の一部が高エネル
ギーのイオンビーム１５によりプルーム１２外へ弾き出
されて基板５に到達せず、成膜速度が低下する恐れがあ
る。本実施例においては、３つのイオンビームで３方向
からプルーム１２を取り囲むことにより、シリコン原子
の弾き出しを防止し、高い成膜速度を確保する。また、
３つのイオンビームによるプルーム１２の閉じ込め作用
により高エネルギーのプラズマが形成されるので、粒子
の生成抑制効果と共に解離効果が著しく向上し、薄膜中
への粒子混入防止効果が更に向上する。
らの単一のイオンビーム１５をプルーム１２に照射した
場合は、成膜原料であるシリコン原子の一部が高エネル
ギーのイオンビーム１５によりプルーム１２外へ弾き出
されて基板５に到達せず、成膜速度が低下する恐れがあ
る。本実施例においては、３つのイオンビームで３方向
からプルーム１２を取り囲むことにより、シリコン原子
の弾き出しを防止し、高い成膜速度を確保する。また、
３つのイオンビームによるプルーム１２の閉じ込め作用
により高エネルギーのプラズマが形成されるので、粒子
の生成抑制効果と共に解離効果が著しく向上し、薄膜中
への粒子混入防止効果が更に向上する。
【００２４】〔実施例４〕図６に、本発明のもう一つの
態様による成膜装置を示す。図示の成膜装置５０は、図
５（実施例３）の成膜装置４０に、図１（実施例１）と
同様に基板５に対してイオンビーム１１を照射するイオ
ン源１０を付加した構造である。本実施例においては、
実施例３と同様の効果に加えて、実施例１と同様にシリ
コン薄膜のＳｉ−Ｓｉ結合が強固になり緻密な薄膜が得
られ、薄膜の光・電子特性が向上するという副次的な効
果も得られる。
態様による成膜装置を示す。図示の成膜装置５０は、図
５（実施例３）の成膜装置４０に、図１（実施例１）と
同様に基板５に対してイオンビーム１１を照射するイオ
ン源１０を付加した構造である。本実施例においては、
実施例３と同様の効果に加えて、実施例１と同様にシリ
コン薄膜のＳｉ−Ｓｉ結合が強固になり緻密な薄膜が得
られ、薄膜の光・電子特性が向上するという副次的な効
果も得られる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザアブレーション法により薄膜を形成する際に、基
板および放出物プルームの少なくとも一方にイオンビー
ムを照射することにより、薄膜中への粒子および酸素の
混入を防止して良質な薄膜を得ることができる。
レーザアブレーション法により薄膜を形成する際に、基
板および放出物プルームの少なくとも一方にイオンビー
ムを照射することにより、薄膜中への粒子および酸素の
混入を防止して良質な薄膜を得ることができる。
【００２６】更に、イオンビーム照射により緻密な薄膜
を形成できるという副次的な効果も得られる。
を形成できるという副次的な効果も得られる。
【図１】図１は、本発明により基板にイオンビームを照
射するレーザアブレーション成膜装置を示す断面図であ
る。
射するレーザアブレーション成膜装置を示す断面図であ
る。
【図２】図２は、本発明のイオンビーム照射に用いるイ
オン源の基本構成を示す模式図である。
オン源の基本構成を示す模式図である。
【図３】図３は、レーザアブレーション法により、基板
へのイオンビーム照射を行って成膜した本発明のシリコ
ン薄膜と、イオンビーム照射を行わずに成膜した従来の
シリコン薄膜とについて、オージェ電子エネルギー分光
分析によるワイドスキャンスペクトルを示すグラフであ
る。
へのイオンビーム照射を行って成膜した本発明のシリコ
ン薄膜と、イオンビーム照射を行わずに成膜した従来の
シリコン薄膜とについて、オージェ電子エネルギー分光
分析によるワイドスキャンスペクトルを示すグラフであ
る。
【図４】図４は、本発明により放出物プルームに１方向
からイオンビームを照射するレーザアブレーション成膜
装置を示す断面図である。
からイオンビームを照射するレーザアブレーション成膜
装置を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明により放出物プルームに３方向
からイオンビームを照射するレーザアブレーション成膜
装置を示す断面斜視図である。
からイオンビームを照射するレーザアブレーション成膜
装置を示す断面斜視図である。
【図６】図６は、本発明により基板にイオンビームを照
射すると共に、放出物プルームに３方向からイオンビー
ムを照射するレーザアブレーション成膜装置を示す断面
斜視図である。
射すると共に、放出物プルームに３方向からイオンビー
ムを照射するレーザアブレーション成膜装置を示す断面
斜視図である。
１…パルスレーザビーム ２…レンズ系 ３…レーザビーム導入ポート ４…真空チャンバ ５…基板 ６…基板ホルダー ７…基板ホルダー６の内蔵ヒーター ８…ターゲット ９…ターゲットホルダー １０…イオン源（基板照射用） １１…イオンビーム（基板照射用） １２…プルーム １３…排気ポート １４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…イオン源（プルーム照
射用） １５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…イオンビーム（プルー
ム照射用） ２０…本発明によるレーザアブレーション成膜装置 ３０…本発明による他のレーザアブレーション成膜装置 ４０…本発明による更に別のレーザアブレーション成膜
装置 ５０…本発明によるもう一つのレーザアブレーション成
膜装置
射用） １５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…イオンビーム（プルー
ム照射用） ２０…本発明によるレーザアブレーション成膜装置 ３０…本発明による他のレーザアブレーション成膜装置 ４０…本発明による更に別のレーザアブレーション成膜
装置 ５０…本発明によるもう一つのレーザアブレーション成
膜装置
フロントページの続き (72)発明者 英 貢 愛知県豊橋市弥生町西豊和10−２−603
Claims (4)
- 【請求項１】 真空チャンバ内で、ターゲットにレーザ
ビームを照射し、該照射による該ターゲットからの放出
物を基板表面に堆積させて薄膜を成膜するレーザアブレ
ーション法による薄膜の形成方法において、 上記成膜時に、上記基板表面にイオンビームを照射する
ことを特徴とする薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 真空チャンバ内で、ターゲットにレーザ
ビームを照射し、該照射による該ターゲットからの放出
物を基板表面に堆積させて薄膜を成膜するレーザアブレ
ーション法による薄膜の形成方法において、 上記成膜時に、上記基板と上記ターゲットとの間に生起
された上記放出物から成るプルームにイオンビームを照
射することを特徴とする薄膜の形成方法。 - 【請求項３】 真空チャンバ内で、ターゲットにレーザ
ビームを照射し、該照射による該ターゲットからの放出
物を基板表面に堆積させて薄膜を成膜するレーザアブレ
ーション法による薄膜の形成方法において、 上記成膜時に、上記基板表面と、上記基板と上記ターゲ
ットとの間に生起された上記放出物から成るプルームと
にイオンビームを照射することを特徴とする薄膜の形成
方法。 - 【請求項４】 上記プルームの周囲を取り巻くように、
該プルームに複数のイオンビームを照射することを特徴
とする請求項２または３に記載の薄膜の形成方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00861996A JP3503787B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 薄膜の形成方法 |
| US08/782,254 US6057233A (en) | 1996-01-22 | 1997-01-14 | Process for producing thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00861996A JP3503787B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09195044A true JPH09195044A (ja) | 1997-07-29 |
| JP3503787B2 JP3503787B2 (ja) | 2004-03-08 |
Family
ID=11697967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00861996A Expired - Lifetime JP3503787B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 薄膜の形成方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6057233A (ja) |
| JP (1) | JP3503787B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100466825B1 (ko) * | 2001-10-22 | 2005-01-24 | 학교법인조선대학교 | 펄스 레이저를 이용한 박막 증착 장치 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6120857A (en) * | 1998-05-18 | 2000-09-19 | The Regents Of The University Of California | Low work function surface layers produced by laser ablation using short-wavelength photons |
| JP3911971B2 (ja) * | 1999-09-08 | 2007-05-09 | 松下電器産業株式会社 | シリコン薄膜、薄膜トランジスタおよびシリコン薄膜の製造方法 |
| JP4459514B2 (ja) * | 2002-09-05 | 2010-04-28 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | レーザーマーキング装置 |
| US20040055871A1 (en) * | 2002-09-25 | 2004-03-25 | The Regents Of The University Of California | Use of ion beams for protecting substrates from particulate defect contamination in ultra-low-defect coating processes |
| FR2854169B1 (fr) * | 2003-04-28 | 2005-06-10 | Commissariat Energie Atomique | Procede destine a eviter le depot de particules contaminatrices sur la surface d'un micro-composant, dispositif de stockage d'un micro-composant et dispositif de depot de couches minces. |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5689428A (en) * | 1990-09-28 | 1997-11-18 | Texas Instruments Incorporated | Integrated circuits, transistors, data processing systems, printed wiring boards, digital computers, smart power devices, and processes of manufacture |
| JPH0697522A (ja) * | 1990-11-30 | 1994-04-08 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 超伝導材料の薄膜の製造方法 |
| JPH04362171A (ja) * | 1991-06-10 | 1992-12-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レーザーアブレーション装置 |
| JPH05279848A (ja) * | 1992-03-31 | 1993-10-26 | Fujitsu Ltd | レーザアブレーションによる薄膜形成方法 |
| US5406906A (en) * | 1994-01-18 | 1995-04-18 | Ford Motor Company | Preparation of crystallographically aligned films of silicon carbide by laser deposition of carbon onto silicon |
| US5731046A (en) * | 1994-01-18 | 1998-03-24 | Qqc, Inc. | Fabrication of diamond and diamond-like carbon coatings |
| US5490912A (en) * | 1994-05-31 | 1996-02-13 | The Regents Of The University Of California | Apparatus for laser assisted thin film deposition |
-
1996
- 1996-01-22 JP JP00861996A patent/JP3503787B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-01-14 US US08/782,254 patent/US6057233A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100466825B1 (ko) * | 2001-10-22 | 2005-01-24 | 학교법인조선대학교 | 펄스 레이저를 이용한 박막 증착 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3503787B2 (ja) | 2004-03-08 |
| US6057233A (en) | 2000-05-02 |
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