JPS61210615A - 薄膜形成装置 - Google Patents

薄膜形成装置

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JPS61210615A
JPS61210615A JP5293885A JP5293885A JPS61210615A JP S61210615 A JPS61210615 A JP S61210615A JP 5293885 A JP5293885 A JP 5293885A JP 5293885 A JP5293885 A JP 5293885A JP S61210615 A JPS61210615 A JP S61210615A
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JP
Japan
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thin film
substrate
cluster ion
cluster
ion beam
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Pending
Application number
JP5293885A
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English (en)
Inventor
Toshihiro Tabuchi
田渕 俊宏
Masao Kakimoto
柿本 政雄
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS61210615A publication Critical patent/JPS61210615A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/02631Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

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」 この発明は、原子層エピタキシャル法により基板上に薄
膜を形成させるようにした薄膜形成装置に関する。
〔従来技術」 原子層エピタキシャル法とは、薄膜が例えば2種類の原
料で構成される場合に、まず第1の原料がそのまま、あ
るいは半ば分解しながら基板表面に散層したとき、次に
導入した第2の原料が同じくそのまま、あるいは半ば分
解しながら表面吸着層に近付いて、反応・分解し、薄膜
を基板上に析出させる方法である。例えば、Gaolと
A B H,とを交互に流し込んで反応させGαAll
の薄膜を基板上に析出させる如きものである。
上述した原子層エピタキシャル法により基板上に薄膜を
形jJy7.する従来装置としては、従来、次(7) 
2 i類の装置かあった。
(→ 気体分子の表面化学反応を利用する装置。
(7!I)  分子線蒸漕装置◎ 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、上述した従来装置のうち(α)の装置を使用
して薄膜を形成すると、反応容器の成膜雰囲気中に薄膜
を形成する原子以外の原子が必らず存在し、これが不純
物として混入する虞れがあった。また1原子層形成ごと
に反応容器内に供給した原料ガスの排気と入れ換えを行
なわねばならぬので時間を要し、また残留ガスの影響を
考燻せねばならない問題点もあった。また(α)の装置
は基本的に化学反応な゛利用したものであるため、成膜
メカニズムが複雑で、均一な膜厚を得る制(財)が難し
く、また高い基板温度条件が必要である問題点もあった
一方、(b)の従来装置は、単体原料の物理的成膜技術
を利用したものであるため、成膜メカニズムが単純で、
均一な膜厚を得るための制御が容易であるという長所が
ある。しかしくh)の従来装置は蒸発した原料分子ある
いはクラスター(塊状原子集団)の運動エネルギーか小
さいため基板温度を充分高くしないと、均一な薄膜が得
られないはか、超高真空槽(1026以上)を必要とす
るため装置の大型化が困難で、大蓋処理が行なえない問
題点があった。
〔問題点を解決するための手段〕
上述した問題点に鑑み、この発明の薄膜形成装置では薄
膜を構成する複数の原料を、谷原料ごとにクラスタイオ
ンビーム化するクラスタイオンビーム発生手段と、この
クラスタイオンビーム発生手段から照射される各クラス
タイオンビームを、反応容器内に配置された基板表面に
所定時間交互に照射する制御手段とを具え、基板表面に
各原料の層を積層させるようにしている。
〔作用〕
上述した、薄膜形成装置によると、基板の表面に積層さ
れた各原料の層の表面化学反応)、即ち原子層エピタキ
シャル法によって、エピタキシャルな薄膜が基板表面に
析出される。
〔実施例〕
以゛F1本発明に係る薄膜形成装置の一実施例を詳述す
る。
第1因は本発明に係る薄膜形成装[10を示す概念図で
ある。
この薄膜形成装置1oの反応容器12内には、基板14
を載置したサセプタ16がモータ18の軸20に支承さ
れており、このため基板14はモータ18の回転と共に
比較的遅い速度で回転する。一方、反応容器12内の下
方には、薄膜を構成する複数のMc科を、各原料ごとに
クラスタイオンビー、A (1onized 01u8
t8r beamj化し、このビームをそれぞれ前記基
板14の表面に照射するクラスタイオンビーム発生手段
22が配置されている。このクラスタイオンビーム発生
手段22は、いわゆる工OB (ionized −a
lustθrbeam)技術に基づくビーム発生手段で
、この技術は原子状、分子状粒子をイオン化して輸送す
るかわりに、500〜2000 (1ffi)i子が互
いに緩く結合してできる塊状原子集団(クラスタ: c
luster)を用い、電子衝撃によってクラスタを構
成する原子集団の中の一部の原子をイオン化してクラス
タイオンとし蒸層や結晶成長を行なわせる技術である。
このり2スタイオンビ一ム発生手段22は1、薄膜を構
成する谷原料をそれぞれクラスタイオンビームに形成す
るビーム形成ガン24.26によって構成されている。
なお、実施例の場合は2種類の原料によって薄膜を構成
する場合を示すもので、2種類以上の原料を使用する場
合は、原料の数に応じてビーム形成ガンの赦を増加させ
てやれば良い。このビーム形成ガン24゜26はそれぞ
れ第1図の要部拡大画で示す第2図のように、その主要
構成要素は薄膜を構成する原料のす方28を収容した密
閉形ルツボ30と、このルツボ30を加熱するヒータ3
2と、前記ルツボ30のノズル30aから噴出する原料
の蒸気化物質をクラスターイオン化するイオン化電極3
・4と電子加速電極36およびクラスターイオン化した
原料の蒸気化物質38を加速させる加速電極40とから
なっている。また、第1図に示すように、この各ビーム
形成ガン24゜26と基板14との間には各ガン24.
26から照射されるり2スタイオンビームの照射時間を
制御する制御手段41であるプレート形状のシャッタ4
2.44が介在しており、この各シャッタ42.44を
交互に動作させることによって、各ビーム形成ガン24
.26から基板14の表面に照射される各クラスタイオ
ンビームの照射時間が制御される。なお、前記各シャッ
タ42.44はそれぞれ軸46.48に支承されており
、この軸46,48は図示せぬシャッタ開閉機構に連結
されている。また、前記各シャッタ42.44の前記ビ
ーム形成ガン24.26側に臨む面には、シャッタ42
.44の表面に、@漕される単体原子層の蒸着速度を検
出する膜厚測定子50,52が配置され、この谷モニタ
50.52は図示せぬ膜厚計に接続している。
次に上述した各7ヤツタ42.44の制御手順を、基板
表面にG(ZA8の薄膜を形成する場合について読切し
、併せて薄膜形成装置It10の構成をより詳細に説明
する。
第3図は上述した制(財)手順を示すフローチャートで
ある。
ステップ60でクライスタイオンビーム形成ガン24.
26の各ルツボ30(第2図)内にそれぞれGa単体原
料とAll単体原料とを収容する。しかる仮ステップ6
1でシャッタ開閉機構を操作し、シャッタ42.44を
それぞれ閉状態に維持させる。次に、ステップ62で各
ルツボ30を各ヒータ32によって加熱し、各ルボ30
内に収容された原料を蒸気化させるOそして、ステップ
63で、各ガン24.26から各原料がそれぞれクラス
タイオンビーム化されたか否か、即ち谷ガン24.26
が成膜条件を満す状態であるか否かを判断する。
しかる練、各ガン24.26が成膜条件を満した場合に
は、ステップ64に進む。このステップ64では、各シ
ャッタ42.44の表面に形成されるGα単体原子層の
形成に要する時間AとAil単体原子層の形成に費する
時間Bとが、膜厚測定子50.52(第1図)とリセッ
トされた膜厚計および図示せぬ制御装置とによって算出
される。しかる後、ステップ64で算出された時間に基
づき、ステップ65で、シャッタ42をA時間開状態に
維持し、シャッタ44をA時間閉状態に維持する(第1
図)。そしてステップ66で再び両シャッタ42.44
を閉状態に復帰させた後、ステップ67で今度はシャッ
タ42を8時間閉状態に維持させ、シャッタ44を8時
間開状態に維持させる。しかる後、ステップ68で再び
両シャッタ42.44を閉状態に¥S、帰させ、ステッ
プ69で基板14の表面に析出された薄膜の膜厚を図示
せぬ膜厚計で測定し、所定厚の薄膜が形成されていれば
、操作を終了させ、所定厚の薄膜が形成されていない場
合は再びステップ65に復帰し、同様の手順を繰り返え
す。以上、上述した、シャッタ42゜44の制(財)手
順によると、基板14の表面にGα単原子層とA8単原
子層とが1層づつ正確に積層され、これらの各層の表曲
化学反応、即ち原子)diエピタキシャル法によって(
kaABの薄膜が基板140表面に形成されることとな
る。
なお、上記実施例では、クラスタイオンビーム(工OB
)技術を利用して、基板14上に単原子層をそれぞれ積
層させるため、反応容器12(第1図)内の真空度を高
真空度(10Pα)以上にする必要はな(、通常の真空
度(10Pα根度)で実施することが出来、時に、この
真空度は通常の油拡散−ンプ等を使用して容易に実現す
ることが可能であるO fた、クラスターの一部をイオン化し、これを加速させ
るため、原子あたりの運動エネルギーが単なる蒸着の場
合よ、りも太き(、このため薄膜、特に結晶成長に必要
なエネルギーが、こσ〕運動エネルギーより補光される
ので、基板14の温度をその分下げ、比較的低い基板温
度ycよって結晶成長を行なわせることが可能である。
〔発明の効果」 この発明は、原子層エピタキシャル法による薄膜形成を
、■OB(クラスタイオンビーム)技術に基づく物理的
薄膜形成装置によって実現させるようにしたため、制御
性良く良質の薄膜を形成することが出来る。また、結晶
生長の際の基板温度を比較的低い温度で行なうことが可
能で、このため形成される薄膜の欠陥密度を低下させる
ことが出来る。また、反応容器の真空度を比較的低い値
に設定することが可能で、このため装置の取り扱いが容
易となり、装置の大型化と基板の大蓋処理とを行なうこ
とが出来る。
また、気体分子の表面化学反応を利用する装置でないた
め、反応ガスの入れ換が不用となり、このため基板表面
に形成される薄膜の成膜速度を太き(して、薄膜形成に
必要な処理時間を短縮させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る薄膜形成装置の一実施例を示す概
念図、第2図は第1図の要部概念図、第3図はシャッタ
の制御手順を示すフローチャート“晃ある・ 10・・・薄膜形成装置、12・・・反応容器、14・
・・基板、20−・・クラスタイオンビーム発生手段、
24.26・・・ビーム形成ガン、41・・・ル1」一
手段、42.44・・・シャンタ 第3 START GO単単体科料  60 とと、そ戟ぞ刺力゛ソ2 26の谷ろつは゛°30内1て込J先るシャツ742,
44ど’thそ車     1#li友宍塾に418で
る 6つ1丁30Fし−7321:よ て〃[]熱し原e4を鼻環ゴ仁する 〃゛ン2 4成腰状旭−+:、1し No r−か? 膜部↑とリセ5.トしシャ、・7タ  6442.44
ffffil’:’W’tPx’7’Rる畦R■の  
  − 特開Aと、As学尿 1で要するW団閉Bとと専わする 図 7人、

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)薄膜を構成する複数の原料を、各原料ごとにクラ
    スタイオンビーム化するクラスタイオンビーム発生手段
    と、この発生手段から照射される各クラスタイオンビー
    ムを、反応容器内に配置された基板表面に、所定時間交
    互に照射させる制御手段とを具え、これらクラスタイオ
    ンビーム発生手段と制御手段とにより、基板表面に原料
    原子の原子層を交互に積層させ、これらの各原子層の表
    面化学反応によつ薄膜を基板表面に析出させるようにし
    たことを特徴とする薄膜形成装置。
  2. (2)前記クラスタイオンビーム発生手段は、単体原料
    をクラスタイオンビーム化する複数のビーム形成ガンで
    あることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の
    薄膜形成装置。
  3. (3)前記制御手段は、前記各ビーム形成ガンと前記基
    板との間ごとにそれぞれ介在するシャッタであることを
    特徴とする特許請求の範囲第(1)項または第(2)項
    記載の薄膜形成装置。
JP5293885A 1985-03-15 1985-03-15 薄膜形成装置 Pending JPS61210615A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01147271U (ja) * 1988-03-30 1989-10-11
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US6375790B1 (en) 1999-07-19 2002-04-23 Epion Corporation Adaptive GCIB for smoothing surfaces
US7563379B2 (en) * 2003-12-15 2009-07-21 Japan Aviation Electronics Industry Limited Dry etching method and photonic crystal device fabricated by use of the same

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