JPH09324274A - レーザーcvd装置、及び薄膜の製造方法 - Google Patents

レーザーcvd装置、及び薄膜の製造方法

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JPH09324274A
JPH09324274A JP14455996A JP14455996A JPH09324274A JP H09324274 A JPH09324274 A JP H09324274A JP 14455996 A JP14455996 A JP 14455996A JP 14455996 A JP14455996 A JP 14455996A JP H09324274 A JPH09324274 A JP H09324274A
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JP
Japan
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substrate
laser
thin film
mask
reaction chamber
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Application number
JP14455996A
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English (en)
Inventor
Yutaka Takeshima
裕 竹島
Kousuke Shiratsuyu
幸祐 白露
Takanori Nakamura
孝則 中村
Koumin Ri
効民 李
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】比較的低いエネルギーのレーザー装置を用い
て、大面積の基板に均一な薄膜を容易に形成することが
できるレーザーCVD装置、及びそれを用いた薄膜の製
造方法を提供する。 【解決手段】CVD装置の反応室外部より反応室内部の
基板上の空間にレーザー光を導入するレーザーCVD装
置において、基板4と集束されたレーザー光8又は9と
の間に基板4の面よりも小さい開口部14を有するマス
ク13が基板4と分離して配置され、基板4をマスク1
3に対して平行方向に移動させる手段15が備えられて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー光を照射
して基板上に薄膜を形成するレーザーCVD装置、及び
それを用いた薄膜製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、酸化物誘電体薄膜の形成を目的と
したCVD法による薄膜の製造方法としては、成膜のた
めのエネルギーを主に熱エネルギーの形で原料ガスに供
給するものが知られている。
【0003】しかしながら、この薄膜製造方法では酸化
物誘電体薄膜が化学量論組成に対して酸素不足となり易
い。更に半導体分野に適用する場合には基板温度に制約
があり、熱エネルギーのみでは原料ガスの分解反応など
が十分に行なわれない場合がある。このため、反応室に
レーザー光を導入し、このレーザー光の有するエネルギ
ー及び光化学反応によって酸化物薄膜の形成を助ける方
法がある(例えば、特開平5−78847号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
ー光を利用した従来の方法で酸化物薄膜を形成しようと
すると、例えば特開平5−78847号に開示されてい
るように、基板上の全面をレーザー光で覆う必要があっ
た。
【0005】したがって、この方法で大面積の基板に成
膜しようとすると非常に高エネルギーのレーザー光源が
必要となり、コスト的、構成的に不利になるという欠点
を有していた。
【0006】そこで、本発明の目的は、比較的低いエネ
ルギーのレーザー装置を用いて、大面積の基板に均一な
薄膜を容易に形成することができるレーザーCVD装
置、及びそれを用いた薄膜の製造方法を提供することに
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のレーザーCVD装置は、CVD装置の反応
室外部より反応室内部の基板上の空間にレーザー光を導
入するレーザーCVD装置において、前記基板と集束さ
れたレーザー光との間に前記基板の面よりも小さい開口
部を有するマスクが前記基板と分離して配置され、前記
基板を前記マスクに対して平行方向に移動させる手段が
備えられていることを特徴とする。
【0008】又、CVD装置の反応室外部より反応室内
部の基板上にレーザー光を照射するレーザーCVD装置
において、前記基板と集束されたレーザー光との間に前
記基板の面よりも小さい開口部を有するマスクが前記基
板と分離して配置され、前記基板を前記マスクに対して
平行方向に移動させる手段が備えられていることを特徴
とする。
【0009】さらに、本発明の薄膜の製造方法は、CV
D装置の反応室外部より反応室内部の基板上の空間にレ
ーザー光を導入して成膜するレーザーCVD法による薄
膜の製造方法において、前記基板と集束されたレーザー
光との間に前記基板の面よりも小さい開口部を有するマ
スクを配置し、該開口部の上に原料ガスと前記集束され
たレーザー光を導入するとともに、前記基板を前記マス
クに対して平行方向に移動させて前記基板上の露出部分
を変えることを特徴とする。
【0010】又、CVD装置の反応室外部より反応室内
部の基板上にレーザー光を照射して成膜するレーザーC
VD法による薄膜の製造方法において、前記基板と集束
されたレーザー光との間に前記基板の面よりも小さい開
口部を有するマスクを配置し、該開口部に原料ガスと前
記集束されたレーザー光を導入するとともに、前記基板
を前記マスクに対して平行方向に移動させて前記基板上
の露出部分を変えることを特徴とする。
【0011】又、前記薄膜は、酸化物誘電体薄膜である
ことを特徴とする。
【0012】上記構成とすることにより、特別に高エネ
ルギー光源を用いなくても、CVD原料ガスが基板と接
触するマスク開口部に、常に反応に十分なエネルギーを
持つレーザー光を照射することができる。又、基板を移
動させることにより、基板各部の成膜時間を調節するこ
とができる。
【0013】したがって、例えば酸化物誘電体薄膜の製
造において、基板温度が低い条件でも、化学量論組成に
近く極めて均一性の高い大面積の誘電体薄膜を得ること
ができる。
【0014】
【発明の実施の形態】まず、本発明のレーザーCVD装
置について、図面に基づき説明する。図1は、本発明の
レーザーCVD装置を示す断面図である。図2は、図1
の中で、基板、マスク、集束されたレーザー光の位置関
係を示す斜視図である。
【0015】このレーザーCVD装置は加熱体より供給
される熱エネルギーとレーザー光によって供給されるエ
ネルギーにより原料ガスの分解、励起、膜形成を行なう
ものである。
【0016】図1において、1は反応室であり、この反
応室には内圧が調整可能なように真空ポンプ2が付設さ
れている。3はヒータを内蔵した基板保持台であり、こ
の基板保持台3の上には薄膜形成の対象となる基板4が
載置される。5は反応室内に原料ガスを供給するノズル
であり、この原料ガスは気化器6、7で気化されてキャ
リアガス、酸化ガスなどとともに供給される。8又は9
はレーザー光であり、レーザー発生装置10で発生さ
れ、光学系を通して所定のサイズの平行光に集束され、
レーザー入射窓11を通して反応室1内に導入され、レ
ーザー吸収壁12に吸収される。13は、レーザー光8
又は9と基板4の間に基板4即ち基板保持台3と分離し
て反応室1の内壁に固定された、基板4の面よりも小さ
い開口部14を有するマスクである。そして、図2に示
すように、マスク13の開口部14の幅は、基板4の直
径よりも小さくレーザー光8の幅よりも小さい。さらに
図1において、15は基板保持台3の支持駆動部であ
り、基板4を載置した基板保持台3をマスク13の面に
対して平行方向に移動させることができるようになって
いる。
【0017】次に、上記レーザーCVD装置を用いた薄
膜の製造方法を、酸化物誘電体薄膜であるSrTiO3
を例とし図3を参照して説明する。
【0018】(実施例1)まず、SrTiO3 膜を形成
する基板として直径102mmのSi基板41を準備し
た。なお、このSi基板41は熱処理して表面にSiO
2 膜42が形成され、その上にスパッタリング法でTi
膜43が形成されたものを用いた。その後、Ti膜43
の上に、スパッタリング法でPt膜44を形成した。
【0019】次に、Pt膜44の上に、図1に示すレー
ザーCVD装置を用い、表1に示す条件でSrTiO3
膜を形成した。
【0020】即ち、Pt膜44を形成したSiからなる
基板4を反応室1内の基板保持台3上に載置した。その
後、反応室1を減圧にし、基板4を所定温度に加熱した
後、気化器で気化させたSr原料ガスとTi原料ガスを
キャリアガスとしてのArガス及び酸化性ガスとしての
2 ガスとともに、ノズル5より反応室1内のマスク1
3の開口部14上に導入した。一方、レーザー発生装置
10より発生させて所定サイズの平行光に集束させたレ
ーザー光8をマスク13の開口部14の上に導入して、
原料ガスを分解、励起して基板4(SiO2膜、Ti膜
及びPt膜を有するSi基板41)の上にSrTiO3
膜45を形成した。このとき、基板保持台3を一定速度
で移動させて基板4の表面の全ての部分が120分間マ
スク開口部14の下に位置するようにした。なお、後で
電気特性を測定するときに、Pt膜を下部電極として取
り出せるように基板4上に10mm角のマスクをセット
しておいた。
【0021】
【表1】
【0022】成膜後、X線回折によって膜の分析を行な
ったところ、SrTiO3 のピークが確認された。
【0023】次に、このSrTiO3 からなる薄膜の上
に直径0.5mmのAg膜46を5mm間隔に約300
点蒸着した。その後、下部電極のPt膜と上部電極のA
g膜とを対向電極として静電容量を測定した。測定結果
の平均値を表2に示す。
【0024】
【表2】
【0025】なお、比較のために、レーザー光8を照射
しないものであって他の条件は実施例1と同様にしたも
の(比較例1)、及びレーザー光8の幅を40mmから
120mmと広げるとともにマスク13を除去して基板
全面にレーザー光を導入したものであって他の条件は実
施例1と同様にしたもの(比較例2)を作製した。
【0026】その後、実施例1と同様に、X線回折によ
る膜の分析と、静電容量の測定を行なった。その結果、
いずれの比較例においてもSrTiO3 に起因するピー
クは認められなかった。又、静電容量の平均値は表2に
示す通りである。
【0027】表2に示す通り、実施例1においては比較
例1、2と比較して著しく高い静電容量が得られた。ま
た次式で定義される静電容量のばらつきR1 は3.2%
と小さく良好であった。
【0028】R1 =(Cmax.−Cmin.)/Cave. 次に実施例1で得られたSrTiO3 薄膜を切断し、膜
厚分布を測定した。測定した膜厚の平均は190nm
で、次式で定義される膜厚ばらつきR2 は2.9%と小
さく良好であった。
【0029】R2=(tmax.−tmin.)/tave. (実施例2)実施例1ではレーザー光は基板面に対して
平行に入射し、基板には直接照射していないが、基板に
照射した場合も同様の効果が得られる。つまり図1にお
いて、レーザー光8に代えてレーザー光9を用いて成膜
を行なうことができる。この場合の実施例を説明する。
【0030】まず、実施例1と同様にして、Pt膜を形
成したSiからなる基板を準備した。その後、Pt膜の
上に、図1に示すレーザーCVD装置を用い、表3に示
す条件でSrTiO3 薄膜を形成した。即ち、集束され
たレーザー光9を反応容器内に導入して基板に直接照射
した。表3中のレーザー入射角はレーザー光の基板に対
する角度である。
【0031】
【表3】
【0032】成膜後、X線回折によって膜の分析を行な
ったところSrTiO3 のピークが確認された。
【0033】その後、実施例1と同様にして、Ag膜を
形成してコンデンサを作製したところ、静電容量の平均
値1220pF、静電容量のばらつき4.3%と、良好
であった。又、SrTiO3 膜厚の平均は170nm、
膜厚のばらつきは3.0%と良好であった。
【0034】なお、上記実施例では、薄膜として酸化物
誘電体薄膜の1つであるSrTiO3 膜を製造する場合
について説明したが、本発明はこれのみに限定されるも
のではない。BaTiO3 、(Ba,Sr)TiO3
PbTiO3 、Pb(Zr,Ti)O3 などの薄膜の製
造においても、化学両論組成のずれを抑えた均一性の高
い大面積の薄膜を基板温度が低い条件で得ることができ
る。
【0035】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、マスクと集束されたレーザー光を用いることに
より大面積基板においてもレーザー光の単位面積当たり
のエネルギーを高めることができるため、基板温度が低
い条件でも化学量論組成に近い薄膜を得ることができ
る。又、基板を移動させることにより、基板各部の成膜
時間を調節することができる。
【0036】したがって、例えば酸化物誘電体薄膜の製
造において、基板温度が低い条件でも、化学量論組成に
近く極めて均一性の高い大面積の誘電体薄膜を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレーザーCVD装置を示す断面図であ
る。
【図2】図1の中で、基板、マスク、レーザー光の位置
関係を示す斜視図である。
【図3】本発明の方法により製造した誘電体薄膜を用い
たコンデンサの断面図である。
【符号の説明】
1 反応室 3 基板保持台 4 基板 5 ノズル 8、9 レーザー光 13 マスク 14 マスクの開口部 15 基板保持台の支持駆動部 41 Si基板 44 Pt膜 45 SrTiO3 膜 46 Ag膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/04 H01L 27/04 C 21/822 (72)発明者 李 効民 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CVD装置の反応室外部より反応室内部
    の基板上の空間にレーザー光を導入するレーザーCVD
    装置において、前記基板と集束されたレーザー光との間
    に前記基板の面よりも小さい開口部を有するマスクが前
    記基板と分離して配置され、前記基板を前記マスクに対
    して平行方向に移動させる手段が備えられていることを
    特徴とする、レーザーCVD装置。
  2. 【請求項2】 CVD装置の反応室外部より反応室内部
    の基板上にレーザー光を照射するレーザーCVD装置に
    おいて、前記基板と集束されたレーザー光との間に前記
    基板の面よりも小さい開口部を有するマスクが前記基板
    と分離して配置され、前記基板を前記マスクに対して平
    行方向に移動させる手段が備えられていることを特徴と
    する、レーザーCVD装置。
  3. 【請求項3】 CVD装置の反応室外部より反応室内部
    の基板上の空間にレーザー光を導入して成膜するレーザ
    ーCVD法による薄膜の製造方法において、前記基板と
    集束されたレーザー光との間に前記基板の面よりも小さ
    い開口部を有するマスクを配置し、該開口部の上に原料
    ガスと前記集束されたレーザー光を導入するとともに、
    前記基板を前記マスクに対して平行方向に移動させて前
    記基板上の露出部分を変えることを特徴とする、薄膜の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 CVD装置の反応室外部より反応室内部
    の基板上にレーザー光を照射して成膜するレーザーCV
    D法による薄膜の製造方法において、前記基板と集束さ
    れたレーザー光との間に前記基板の面よりも小さい開口
    部を有するマスクを配置し、該開口部に原料ガスと前記
    集束されたレーザー光を導入するとともに、前記基板を
    前記マスクに対して平行方向に移動させて前記基板上の
    露出部分を変えることを特徴とする、薄膜の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記薄膜は、酸化物誘電体薄膜であるこ
    とを特徴とする、請求項3又は請求項4記載の薄膜の製
    造方法。
JP14455996A 1996-06-06 1996-06-06 レーザーcvd装置、及び薄膜の製造方法 Pending JPH09324274A (ja)

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