JPS60257130A - ラジカルビ−ムを用いた薄膜形成方法 - Google Patents

ラジカルビ−ムを用いた薄膜形成方法

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JPS60257130A
JPS60257130A JP11342384A JP11342384A JPS60257130A JP S60257130 A JPS60257130 A JP S60257130A JP 11342384 A JP11342384 A JP 11342384A JP 11342384 A JP11342384 A JP 11342384A JP S60257130 A JPS60257130 A JP S60257130A
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Zenko Hirose
全孝 廣瀬
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Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
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    • C23CCOATING 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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、VLSI日路等の半導体製造技術に関し、特
に電気的に中性で化学的に活性な分子線を用いて低温で
高品質の薄膜を精密に形成する方法に関する。
〔従来の技術〕
シリコン等の半導体のエピタキシャル層を、低温下で高
精度に形成させる方法の1つに分子線エピタキシ法(通
常、MBE法と呼ばれている)がある。第3図はその概
念図であり、31は超高真空の成長室、32は蒸発源、
33は電子銃、34は冷却用の液体窒素シュラウド、3
5はシャッタ。
36は薄膜を形成する基板を表わしている。
電子銃33から放射された電子ビームは、蒸発源32の
物質、たとえばシリコンS、のインゴット表面をたたき
、そこから蒸発源物質の原子または分子(以下分子と略
記)を蒸発させる。蒸発した分子は、シャッタ35を通
り、基板36上にエピタキシャル層を形成させる。なお
1図では省略− されているが、成長室31内に・2 シリコン中へ適当
な不純物を添加する手段が設けられている。
この従来の分子綿エピタキシ法の欠点の1つは。
蒸発#、32を電子ビームが照射することにより。
必然的に温度が上昇することであり、このため液体窒素
シュラウド34を用いて冷却を行なう必要がある。
また他の欠点としては、シリコンのエピタキシャル成長
では電子ビームの照射が蒸発源の中央部に集中すること
により9表面に凹部を生しることである。これにより、
基板36上に入射される分子線の均質性あるいはコリメ
ート性が悪化して。
薄膜の厚さが場所により異なるなどの精度の低下が生じ
る。
またG、A、のエピタキシャル層を形成する場合には蒸
発源はるつぼに入れたガリウムやひ素をそれぞれヒータ
ー加熱しているが、成長室内がA5ガスで充満して、成
長室内側や分析器等が析出したASにより汚染されると
いう問題がある。このため、一般には分析室と成長室と
を分離するなどの対策が講しられているが、メインテナ
ンス負担が大きいものとなる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の分子線エピタキシ法は、低温動作が困難であり2
分子線源として適用できる物質も制限され、たとえば、
絶縁膜のエピタキシあるいは蒸着ができず、また長時間
の薄膜成長における均一性などの精度にも問題がある。
本発明はそのため。
従来よりもさらに多様な物質を分子線源として使用でき
るようにし、しかも低温での動作を可能にして、冷却手
段を不要もしくは簡単なもので済ませることができるよ
うにし、また形成される薄膜を超高精度で制御できるよ
うにすることである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は9分子線源として従来のような電子ビームやヒ
ータなどの熱的手段によらずに、ガスをソースとする放
電プラズマ法を用い、さらに分子線源と成長室とを分離
して、これらの間をオリフィスをそなえかつ差動排気さ
れた輸送管で結合する手段を用いるものである。
〔作用〕
本発明の分子線源は、放電プラズマを用いることにより
高い励起状態にある電気的に中性の原子または分子3す
なわちラジカルを多く発生ずることができる。このラジ
カルは、輸送管のオリフィスにより、コリノートされた
ラジカルビームとなって成長室内に放射され、基板が所
定の温度に保たれていれば、付着したラジカルが表面反
応して結晶相が析出し、薄膜を成長させる。また分子線
源の放電室は比較的高い圧力をもつが、輸送管における
差動排気により成長室内を超高真空に維持することがで
きる。
さらに、ラジカルビームとエツチングガスとを基板面に
同時に放射し、これにレーザ等により紫外線を局所的に
照射することにより1選択的なエツチングと結晶成長を
同時に行なうこともできる。
〔実施例〕
以下に本発明の詳細を実施例にしたがって説明する。
第1図は2本発明によるラジカルビーム薄膜製造装置の
1実施例の要部構成図であり、第2図はその全体構成図
である。
両図において、1は放電室、2は輸送管、3は成長室、
4は放電電極、5はガス導入0.6は第1オリフイス、
7は第2オリフイス、8は基板。
9はイオン銃、10は中速電子回折電子銃、11は中速
電子回折スクリーン、12はのぞき窓、13は4極質量
分析計、14.15はバルブB、V、。
16ばメカニカルブースタポンプM、B、、17はロー
クリポンプR,P、、18は拡散ポンプD、P、、19
Ll: El −夕IJポンプR,P、、20はゲート
バルブG、V、。
21はソープションポンプS、P、、22はロータリポ
ンプR,P、、23.24は拡散ポンプD、P、、25
はロータリポンプR,P、を表わしている。
放電室lへはガス導入口5からソースとなるガス、たと
えばシリコンエピタキシの場合にはモノシランガスSi
H,が注入される。注入されたガスは放電電極4のグロ
ー放電により解離(シランキング)され、ラジカルが生
成される。このとき同時にイオンも生成されるが、ラジ
カルに対する比率は極く僅かであり、輸送管の中に設げ
られたイオンコレクタで容易に除去することができる。
グロー放電の圧ノJv4域は、およそ0.1〜1.0T
 orr程度で使用され、そのため放電室内はメカニカ
ルブースクボンプ16およびロータリポンプ17により
排気されている。
輸送管2は、第1オリフイス6および第2オリフイス7
をそれぞれ有する2つのオリフィス板に挟まれた室を形
成している。これら2つのオリフィスは放電室1から噴
射されたラジカルをコリメートされたビームにして成長
室3へ放射させる。
輸送管の室内は拡散ポンプ18およびロータリポンプ1
9によりたとえば10−’Torr以下に排気されてい
る。成長室3内のバンクグランドの真空度は10−7〜
10−9程度となっているので、輸送管内は放電室1と
成長室3との間の差圧を維持する機能を果している。ゲ
ートバルブ20は5装置の不使用時に成長室3を高真空
状態に保持しておくために使用さね、る。
図示の例では、第1オリフイス6の直径は11m。
第2オリフイス7の直径は3龍である。ラジカルビーム
のフラックス密度を上げるには、放電室1内のプラズマ
の圧力を高めることと、オリフィスの直径を大きくする
ことが有効となるが、そのためには輸送管2内の排気能
力が十分に大きいことが条件となる。また2つのオリフ
ィス間の距離をラジカルの平均自由行程よりも長くする
程、形成される薄膜の均質性は高くなる。
次に、ラジカルビーム形成における反応と基板上での薄
膜形成に関与する化学反応について述べる。
グロー放電中では、放電空間中で電子が電界により加速
され、得られたエネルギーが分子との衝突の際に非弾性
的に渡されることによりソースガスを解離させる。通常
のグロー放電プラズマ中の電子の平均的なエネルギーは
、大体4〜5eVであるが、実際の電子分布関数上での
高エネルギー領域は10eV程度まで延びているため、
大抵の分子は解離される。たとえばシリコン薄膜の形成
の場合、モノシランガスSえH4が使用されるが。
S i I(、が解離するのに必要なエネルギーは6.
7eV程度である。この解離により、Si旧s 、 H
2などのラジカルと同時に原子状態のシリコン、水素、
5tHzも生成される。これらには基底状態のちのと励
起状態のものとが含まれている。
基板上では、上記のラジカルビームが照射されると。
SIH+H−+S□(s) + Ht (g)・・・(
1)のように、S、Hラジカルと原子状態の水素とが反
応し、シリコンが析出して水素分子が離脱する現象が生
じるものと考えられる。
ここで基板に到達したラジカルビーム中には。
基底状態のS、HおよびHとともに、確率的に励起状態
のS、HおよびHも含まれており、この励起状態のS 
、 HおよびHの存在により、上記(1)式の反応は極
めて低温度で起ることになる。
次に、ボロンナイトライド薄膜の形成の場合について述
べる。このときは、ジボランとアンモニアの電子衝突解
離反応が使用され、B2H4からBHラジカルが生成さ
れ、そしてアンモニアからNHラジカルが生成される。
これら2つのラジカルが基板上で反応することにより、
ストイキオメトリ−なボロンナイトライドが析出され、
薄膜が形成される。この反応は次のようなものと考えら
れている。
B H十NH=B N(s) + Hz(g) ・・・
(2)次に、ガリウムひ素の場合には、たとえばA。
H3とガリウムクロライドG、CQ3とを放電解離して
、G、CQとA、Hのラジカルを作り。
G、Cρ+AsH−+G、As(s)+HCρ(g)・
・・(3)のような表面反応を起させる。
さらにこれにアルミニウムを加えたい場合には。
G−CQsに対してA Q CQ sを置換して行けば
よい。
このように、シリコン、ボロンナイトライド。
ガリウムひ素、あるいはアルミニウムガリウムひ素など
の材料を放電解離されたラジカルビームを用いて低温下
で合成することが可能である。
本発明に基づくラジカルビームエピタキシ技術の特色は
1分子線が放電解離、により生成されてい0 ることにより、熱的制約から解放されることと。
ラジカルがもつ化学エネルギーおよび励起エネルギーを
基板表面で解放することにより5表面の数原子層に局所
的に励起される熱振動が、吸着した分子の表面移動を高
め、エピタキシ温度を下げる効果をもつことにある。
次に、第1図および第2図に示す装置を用いてシリコン
のエピタキシャル成長を行なわせた1実施例について述
べる。
S□を含むラジカルの発生には、純モノシランガス(s
tr−+4: 100%)を使用し、直流グロー放電を
行なわせた。放電室1にSムH4ガスを流量153CC
M流し、圧力はQ、 3 Torrに保ってグロー放電
させ、ラジカルを発生させた。発生したラジカルはS工
、SiH,SiH2,5IH3゜′ Hであり、直径1
 +uの第1オリフイス6から、予め10−8Torr
まで真空引きされた輸送管2を通り、予め3 X 10
−9Torr以下に真空引きされた成長室3内の81単
結晶の基板8を照射する。なお基板8は、300〜60
0℃に保たれている。
1 この時の動作状態における輸送管2および成長室3内の
圧力は、それぞれ〜10−’Torr 、 〜10−6
T orrであった。基板8は、′a常の化学的な溶液
を用いて洗浄した後、成長室に入れ、真空度1O−BT
orrにおいて、800℃で10分間の加熱を行ない、
基板表面の清浄化を行なったものである。
なお5作成されたS、薄膜は、ラマン散乱分光および中
速電子線回折によりエピタキシャル成長していることが
確認されている。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、成長室と分子線源とが分
離されるため成長室内の温度上昇や汚染を抑制すること
ができ、高精度での制御が可能になるとともにメインテ
ナンスも容易となる。
また、放電により生成するラジカルを使用するため、高
い励起状態のラジカルが含まれ、低温での薄膜成長が可
能となる。さらに絶縁膜のエピタキシあるいはデポジシ
ョンのように適用可能な材料の範囲を拡大することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例装置の要部構成図。 第2図は全体構成図、第3図は従来の分子線エピクキシ
法の概念図である。 図中、1は放電室、2は輸送管、3は成長室、4は放電
電極、6は第1オリフイス、7は第2オリフイス、8は
基板を示す。 特許出願人 新技術開発事業団 代理人弁理士 長 谷 川 文 廣 3

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 放電電極をそなえて入力ガスをグロー放電によリプラズ
    マ解離し、ラジカルを生成する放電室と。 高真空状態に保持され、内部に薄膜を形成すべき基板を
    そなえている成長室と、上記放電室と成長室とを連結し
    、放電室より噴射されたラジカルをオリフィスによりコ
    リメートしてビームに形成し。 成長室内に出力する輸送管とにより構成される装置にお
    いて、所定のガスを上記放電室内へ入力し。 輸送管より出力されたその解離ガスのラジカルビームを
    成長室内の基板に照射して、該基板表面でラジカルの化
    学反応を生じさせることにより目的物質を析出させるこ
    とを特徴とするラジカルビームを用いた薄膜形成方法。 14
JP11342384A 1984-06-01 1984-06-01 ラジカルビ−ムを用いた薄膜形成方法 Granted JPS60257130A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6132417A (ja) * 1984-07-24 1986-02-15 Mitsubishi Electric Corp 薄膜形成装置
NL1017849C2 (nl) * 2001-04-16 2002-10-30 Univ Eindhoven Tech Werkwijze en inrichting voor het deponeren van een althans ten dele kristallijne siliciumlaag op een substraat.

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5244174A (en) * 1975-10-06 1977-04-06 Hitachi Ltd Plasma treatment device
JPS57159016A (en) * 1981-03-26 1982-10-01 Sumitomo Electric Ind Ltd Manufacture of amorphous silicon film

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5244174A (en) * 1975-10-06 1977-04-06 Hitachi Ltd Plasma treatment device
JPS57159016A (en) * 1981-03-26 1982-10-01 Sumitomo Electric Ind Ltd Manufacture of amorphous silicon film

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6132417A (ja) * 1984-07-24 1986-02-15 Mitsubishi Electric Corp 薄膜形成装置
NL1017849C2 (nl) * 2001-04-16 2002-10-30 Univ Eindhoven Tech Werkwijze en inrichting voor het deponeren van een althans ten dele kristallijne siliciumlaag op een substraat.
WO2002083979A3 (en) * 2001-04-16 2003-04-24 Univ Eindhoven Tech Process and device for the deposition of an at least partially crystalline silicium layer on a substrate
US7160809B2 (en) 2001-04-16 2007-01-09 Technische Universiteit Process and device for the deposition of an at least partially crystalline silicium layer on a substrate

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