JPH10212197A - 薄膜の形成方法 - Google Patents

薄膜の形成方法

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JPH10212197A
JPH10212197A JP1725197A JP1725197A JPH10212197A JP H10212197 A JPH10212197 A JP H10212197A JP 1725197 A JP1725197 A JP 1725197A JP 1725197 A JP1725197 A JP 1725197A JP H10212197 A JPH10212197 A JP H10212197A
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JP
Japan
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thin film
source gas
raw materials
gaseous raw
substrate
Prior art date
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Application number
JP1725197A
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English (en)
Inventor
Hisashi Sakai
久 坂井
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二種類以上の定量的組成分析が困難であった
り、高真空度が必要であるという問題があった。 【解決手段】 被着基板が設置された成膜室内に複数の
原料ガスを導入し、この原料ガスを熱分解して前記被着
基板上に薄膜を堆積させる薄膜の形成方法において、前
記堆積途中の薄膜にレーザ光を照射してプラズマ発光さ
せ、この光を分光して各構成元素毎の発光強度を検出
し、この検出結果に基づいて前記複数の原料ガスの導入
量を制御したり、前記原料ガスの排気系路若しくはこの
排気系路から分岐した領域に放電電極を設け、この放電
電極間で前記原料ガスをプラズマ発光させ、この光を分
光して各構成元素毎の発光強度を検出し、この検出結果
に基づいて前記複数の原料ガスの導入量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜の形成方法に関
し、特に堆積途中の半導体膜や原料ガスをモニタリング
しながら形成する薄膜の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ガリウ
ム砒素などの化合物半導体膜は、有機金属化学気相成長
(MOCVD)法や分子線エピタキシー(MBE)法な
どで形成されるが、大量生産を行う場合は一般にMOC
VD法で形成される。このMOCVD法では、原料が液
体あるいは固体の有機金属化合物であるため、成膜室へ
の原料の供給方法としては水素や窒素などのキャリヤー
ガスで原料をバブリングして飽和蒸気圧分を気化させて
原料ガスとし、この原料ガスを成膜室へ導入して化合物
半導体膜を形成していた。したがって、この原料ガスの
実流量は経験的な値であり、例えば複数種類の原料ガス
を用いて化合物半導体膜を形成する場合、形成された化
合物半導体膜を電子プローブ微小分析(EPMA)法な
どで分析して、キャリヤーガスの流量を制御することに
よって間接的に化合物半導体膜の組成を制御していた。
そのため、目的とする組成比となるための最適な条件を
設定するために長時間を要したり、成膜条件の経時的変
化などで再現性が低下するという問題があった。
【0003】このような問題を解消するために、原料供
給制御モニタであるin−situ評価法として、例え
ばFT−IR(フーリエ変換赤外分光)法やQ−mas
s(質量分析)法などが用いられきた。FT−IR法
は、主に金属原子と有機側鎖間の結合などの化学結合に
基づくIR吸収により、成膜室に導入された原料ガスの
濃度組成を分析する方法である。ところが、このFT−
IR法では、各結合間のIR吸収帯は互いに隣接し(化
学結合エネルギーの差異が測定分解能と同程度)、また
IR吸収帯のピークは幅広く重なり合っているため、そ
れぞれのIR吸収帯を分離し難く、二種類以上の原料ガ
スの定量的組成分析は非常に困難であるという問題があ
った。
【0004】また、Q−mass法は、原料ガス中の原
子や分子を電子衝撃でイオン化させて4極電場を通すこ
とによって、原子や分子の質量の違いを測定する質量分
析法であり、分子量200程度までの分子が手軽にモニ
タリングできるという利点がある。ところが、このQ−
mass法では原子や分子を電子衝撃でイオン化させる
ことから、10-4Torr程度の真空度が必要であり、
MOCVD法でこのQ−mass法を実施しようとする
と、原料ガスの流路の一部を減圧して測定しなければな
らず、反応性の高いMOCVD原料を用いる場合、原料
ガスが流路に付着したり、さらに多種で複雑な有機金属
分子の場合、多種の原料ガスあるいはその原料ガスの分
解分子に帰属するサブピークが現れ、成膜室に導入され
た原料ガスの組成をモニタリングすることが非常に困難
であるという問題があった。
【0005】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みて発明されたものであり、二種類以上の定量的組成分
析が困難であるというFT−IR法の問題点を解消する
と共に、高真空度が必要であるというQ−mass法の
問題点を解消した薄膜の形成方法を提供することを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る薄膜の形成方法では、被着基板が設
置された成膜室内に複数の原料ガスを導入し、この原料
ガスを熱分解して前記被着基板上に薄膜を堆積させる薄
膜の形成方法において、前記堆積途中の薄膜にレーザ光
を照射してプラズマ発光させ、この光を分光して各構成
元素毎の発光強度を検出し、この検出結果に基づいて前
記原料ガスの導入量を制御する。
【0007】また、請求項2に係る薄膜の形成方法で
は、被着基板が設置された成膜室内に複数の原料ガスを
導入し、この原料ガスを熱分解して前記被着基板上に薄
膜を堆積させる薄膜の形成方法において、前記原料ガス
の排気系路若しくはこの排気系路から分岐した領域に放
電電極を設け、この放電電極間で前記原料ガスをプラズ
マ発光させ、この光を分光して各構成元素毎の発光強度
を検出し、この検出結果に基づいて前記原料ガスの導入
量を制御する。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づき詳細に説明する。図1は、請求項1に係る薄
膜の形成方法で用いられる装置を示す図であり、1は成
膜室、2はサセプタ、3は原料ガス供給管、5は被着基
板、6はレーザ、7は分光検出器、8は分析計である。
【0009】成膜室1には、原料ガス供給管3と原料ガ
ス排出管4が設けられる。また、成膜室1内には、被着
基板5を保持するためのサセプタ2が設けられている。
被着基板5はシリコンやガリウム砒素などの単結晶半導
体基板やサファイアなど単結晶絶縁基板が用いられる。
原料ガスとしては、例えばGa、Al、Inなどのメチ
ル化物やエチル化物、あるいはN、P、Asなどの水素
化物などが用いられる。Ga、Al、Inなどのメチル
化物やエチル化物は常温あるいは加熱下では液体であ
り、水素や窒素などのキャリヤーガスによって原料をバ
ブリングしてガス化して原料ガス供給管3を介して成膜
室1内に導入される。N、P、Asなどの水素化物ある
いはN2 O、O3 、O2 などの酸素源は常温で気体であ
り、原料ガス供給管3を介してそのまま成膜室1内に導
入される。成膜室1内に導入された原料ガスは被着基板
1の近傍で誘導加熱されて熱分解し、かつ熱分解して発
生した物質が化学反応を起こして新たな生成物である化
合物半導体膜として被着基板5上に堆積する。例えばガ
リウム砒素層を形成する場合は、被着基板5を650〜
750℃程度に加熱しながら水素を1250sccm、
アルシン(AsH3 )を500sccm、及びトリメチ
ルガリウム(Ga(CH3 3 )を50sccm程度混
合した原料ガスを供給しながら形成する(Ga(C
3 3 +AsH3=GaAs+3CH4 )。
【0010】この際、成膜に影響のない被着基板5の外
周部に成長した化合物半導体膜の一部に、ミラー9で反
射させ且つレンズ10で集光したパルスレーザ光6を照
射する。それにより、化合物半導体膜の一部はレーザア
ブレーションが起こり、その化合物半導体膜の一部がプ
ルーム(プラズマ炎)となる。そのときの中性原子、原
子イオンあるいはラジカルからのプラズマ発光(輝線ス
ペクトル)を光ファイバー11を介して、分光検出器7
で検出することによって、原料ガスの供給濃度あるいは
原料ガスの混合比などを把握する。プラズマ発光強度と
膜組成比の相関をとり、各原料ガスの最適供給量をフィ
ードバックして、原料ガスの供給量を漸次変化させなが
ら堆積される半導体膜の膜組成を制御する。各原料ガス
の供給量を制御するには、各原料ガスの流量制御用マス
フローコントローラ(不図示)で制御する。また、プラ
ズマ発光強度と原料ガスの濃度は比例関係にあり、さら
に原料ガスの濃度と成膜速度も相関関係にあることか
ら、各中性原子、原子イオンあるいはラジカルからの発
光強度から堆積される半導体膜の膜厚も制御できる。例
えはGaは波長4033Åと波長4172Åに発光ピー
クがあり、Asは波長2350Åと2457Åに発光ピ
ークがある。
【0011】次に、請求項2に係る薄膜の形成方法を図
2に基づいて説明する。図2中、1は成膜室、2はサセ
プタ、3は原料ガス供給管、4は原料ガス排出管、5は
被着基板、7は分光検出器、8は分析計、12はプラズ
マ化室、13は放電電極である。この薄膜の形成方法で
は、原料ガス排出管4から分岐して放電電極13が設け
られたプラズマ化室12を設け、このプラズマ化室12
において真空放電により原料をプラズマ化させ、そのと
きに発する中性原子、原子イオンあるいはラジカルから
のプラズマ発光(輝線スペクトル)を光ファイバ11を
経由して分光検出器7で分光して検出することによって
原料ガス供給濃度あるいは原料ガスの混合比などを把握
する。各原料ガスからのプラズマ発光強度と膜組成の相
関関係をとり、各原料ガス供給量をフィードバックし
て、原料ガスの供給量を漸次変化させながら堆積される
半導体膜の膜組成を制御する。原料ガスの供給量は、各
原料ガスの流量制御用マスフローコントローラ(不図
示)で制御する。
【0012】各原料ガスからのプラズマ発光強度とその
原料ガスの濃度(供給量)は比例関係にあり、さらに原
料ガスの供給量と成膜速度も相関関係にあるので、各中
性原子、原子イオンあるいはラジカルの発光強度から膜
厚の制御もできる。この場合、放電電極13間で、真空
放電(グロー放電)が起こるように、10-1〜10To
rr程度の真空度に設定される。
【0013】なお、成膜室1内における成膜圧力が10
-1〜10Torr程度である場合は、原料ガス排出管4
から分岐したプラズマ化室12を設ける必要はなく、原
料ガス排出管4内に放電電極13を設けて、原料ガスを
プラズマ発光させればよい。また、マイクロ秒程度の短
時間でプラズマ発光の波長領域が測定できるように二次
元アレイの光検出器を用いることが望ましい。つまり、
一般的な分光器である一次元光検出器である波長領域
(スペクトル)を測定する場合、分光器による波長走査
が必要であり、その走査に時間が必要となり、走査中に
スペクトルが変化する場合、真のスペクトルが得られな
いが、二次元アレイ状に光検出器を有した二次元アレイ
は、ある波長領域のスペクトルを一度に得ることがで
き、多点のピーク強度が一度に得られる。
【0014】なお、本発明は上述のような化合物半導体
膜だけでなく、強誘電体材料、高誘電体材料、あるいは
超伝導材料などの機能性酸化物膜の形成にも適用でき
る。
【0015】
【発明の効果】以上のように、請求項1に係る薄膜の形
成方法によれば、堆積途中の薄膜にレーザ光を照射して
プラズマ発光させ、この光を分光して各構成元素毎の発
光強度を検出し、この検出結果に基づいて前記複数の原
料ガスの導入量を制御することから、二種類以上の定量
的組成分析を大気圧の状態で容易に行うことができ、成
膜室内への原料ガスの導入量を厳密に制御しながら良質
の薄膜を形成できる。
【0016】また、請求項2に係る薄膜の形成方法によ
れば、原料ガスの排気系路若しくはこの排気系路から分
岐した領域に放電電極を設け、この放電電極間で前記原
料ガスをプラズマ発光させ、この光を分光して各構成元
素毎の発光強度を検出し、この検出結果に基づいて前記
複数の原料ガスの導入量を制御することから、二種類以
上の定量的組成分析を大気圧の状態で容易に行うことが
でき、成膜室内への原料ガスの導入量を厳密に制御しな
がら良質の薄膜を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に係る薄膜の形成方法を説明するため
の図である。
【図2】請求項2に係る薄膜の形成方法を説明するため
の図である。
【符号の説明】
1・・・成膜室、2・・・サセプタ、3・・・原料ガス
供給管、4・・・原料ガス排出管、5・・・被着基板、
6・・・レーザ、7・・・分光検出器、8・・・分析
計、12・・・プラズマ化室、13・・・放電電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被着基板が設置された成膜室内に複数の
    原料ガスを導入し、この原料ガスを分解して前記被着基
    板上に薄膜を堆積させる薄膜の形成方法において、前記
    堆積途中の薄膜にレーザ光を照射してプラズマ発光さ
    せ、この光を分光して各構成元素毎の発光強度を検出
    し、この検出結果に基づいて前記原料ガスの導入量を制
    御することを特徴とする薄膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 被着基板が設置された成膜室内に複数の
    原料ガスを導入し、この原料ガスを分解して前記被着基
    板上に薄膜を堆積させる薄膜の形成方法において、前記
    原料ガスの排気系路若しくはこの排気系路から分岐した
    領域に放電電極を設け、この放電電極間で前記原料ガス
    をプラズマ発光させ、この光を分光して各構成元素毎の
    発光強度を検出し、この検出結果に基づいて前記原料ガ
    スの導入量を制御することを特徴とする薄膜の形成方
    法。
JP1725197A 1997-01-31 1997-01-31 薄膜の形成方法 Pending JPH10212197A (ja)

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