JPS6229131A - Thin film formation - Google Patents

Thin film formation

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JPS6229131A
JPS6229131A JP16759285A JP16759285A JPS6229131A JP S6229131 A JPS6229131 A JP S6229131A JP 16759285 A JP16759285 A JP 16759285A JP 16759285 A JP16759285 A JP 16759285A JP S6229131 A JPS6229131 A JP S6229131A
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JP
Japan
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substrate
thin film
gas
reaction
temperature
Prior art date
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Application number
JP16759285A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Gomi
五味 憲一
Kazuhisa Higashiyama
和寿 東山
Keizo Otsuka
大塚 馨象
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To accelerate the filming speed while arresting ultrafine particles produced by photoexciting reaction effectively on the substrate by a method wherein both reaction gas feeding and substrate temperature are controlled synchronizing with laser beam irradiation. CONSTITUTION:A substrate 12 is loaded upon a stage 11 in a reaction chamber 28 while the temperature of stage 11 is controlled by an infrared ray lamp 40 and a coolant feeder 46. In order to accelerate the filming speed on the substrate 12, the substrate temperature is lowered synchronizing with laser beam irradiation. Then in order to increase the filming capacity on the substrate 12 as the next process, the substrate temperature is raised stepwise. Next reaction gas is fed from a nozzle 26 connected to a cylinder through the intermediary of flow rate controllers 20. In case of pulse laser beams, oscillating pulse signals are transmitted to the other controller 48 to control both temperature of substrate 12 and feeding of reaction gas synchronizing with the pulse signals. On the other hand, in case of continuously oscillating laser beams, a mechanism such as a chopper to transfer laser beams to pulses is provided to transmit the synchronized signals to the controller 48.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は化学的な選択的加工装置に係り、特に。[Detailed description of the invention] [Field of application of the invention] The present invention relates to selective chemical processing equipment, and more particularly.

化学的気相析出反応全選択的に起こさせるためにエネル
ギビームを用いる技術に関する。
This invention relates to a technique that uses energy beams to selectively cause chemical vapor deposition reactions.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来から、有機金属化合物と接触している基板表面にレ
ーザ光を照射すると、光化学反応により基板表面に金属
の薄膜が形成されることが知られている。例えば、アプ
ライド フィジックス レター35 (2) 175 
(1979) (Appl、 Phys、Lett、。
It has been known that when a laser beam is irradiated onto the surface of a substrate that is in contact with an organometallic compound, a thin metal film is formed on the surface of the substrate due to a photochemical reaction. For example, Applied Physics Letter 35 (2) 175
(1979) (Appl, Phys, Lett.

35(2)、175(1979))  また、有機金属
化合物とNO2またはN 20のようなガスを基板表面
に接触させながら、レーザ光を照射すると、基板衣42
 (8) 662 (1983) (Appl、 Ph
YS、 Lett、 42(8)。
35(2), 175 (1979)) Furthermore, when a laser beam is irradiated while an organometallic compound and a gas such as NO2 or N20 are in contact with the substrate surface, the substrate coating 42
(8) 662 (1983) (Appl, Ph
YS, Lett, 42(8).

特開昭58−165330号公報に示されている従来技
術を第3図を参照して述べる。
The prior art disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-165330 will be described with reference to FIG.

第3図において、反応室7内のステージ11上に設置さ
れた半導体基板12は、ガス導入口9から導入されるガ
スと接触する。
In FIG. 3, a semiconductor substrate 12 placed on a stage 11 in a reaction chamber 7 comes into contact with a gas introduced from a gas inlet 9. As shown in FIG.

レーザ光源1から発振したレーザ光は色素2を通り、位
置制御系5によって駆動されるミラー6を介して、反応
室7の入射窓8全通して半導体基板12上に照射され、
半導体基板12上に薄膜が形成される。
The laser light emitted from the laser light source 1 passes through the dye 2, passes through the mirror 6 driven by the position control system 5, passes through the entire entrance window 8 of the reaction chamber 7, and is irradiated onto the semiconductor substrate 12.
A thin film is formed on the semiconductor substrate 12.

従来、半導体基板上へ金属薄膜を形成させるには、形成
しようとする薄膜を一旦は基板の全表面に被着させたの
ち、写真製版技術などを利用して。
Conventionally, in order to form a metal thin film on a semiconductor substrate, the thin film to be formed is first deposited on the entire surface of the substrate, and then a photolithography technique is used.

その不要部分を除去する方法が一般的であったが、これ
にかわる方法として、本技術は光化学反応を利用して、
基板上に直接パターニングする。
The common method was to remove the unnecessary parts, but as an alternative method, this technology utilizes a photochemical reaction.
Patterning directly onto the substrate.

この技術では、基板上への薄膜の形成精度を向上させ、
薄膜形成速度を向上させることが重要課題である。薄膜
形成速度を向上させるには、基板表面に照射するレーザ
光等の単位面積当シのエネルギ密度を大きくすることが
重要である。しかし、レーザ光の強度を上げると光化学
反応で生成する析出物が、半導体基板面12のみならず
、反応室7の入射窓8の内側に付着し、その結果、レー
ザ光の透過量を減少させ、析出速度が上がらないという
問題がある。
This technology improves the precision of thin film formation on the substrate,
Improving the rate of thin film formation is an important issue. In order to improve the thin film formation rate, it is important to increase the energy density per unit area of laser light or the like irradiated onto the substrate surface. However, when the intensity of the laser beam is increased, precipitates generated by photochemical reactions adhere not only to the semiconductor substrate surface 12 but also to the inside of the entrance window 8 of the reaction chamber 7, resulting in a decrease in the amount of laser beam transmission. , there is a problem that the precipitation rate does not increase.

図中3は回折格子、4はレーザ光、10はガス導入口、
13は加熱コイル、14.15は電極。
In the figure, 3 is a diffraction grating, 4 is a laser beam, 10 is a gas inlet,
13 is a heating coil, 14.15 is an electrode.

16.18はレーザである。16.18 is a laser.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、反応室の入射窓の汚れを考慮する必要
がなく、しかも、薄膜形成速度の大きい選択的加工装置
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a selective processing apparatus that does not require consideration of contamination of the entrance window of the reaction chamber and that can form a thin film at a high speed.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

光のエネルギを利用して化学的気相析出反応を起こさせ
る反応は光CV D (Chemical Vapor
、[)epos i t ion )と呼ばれており、
従来から光源として水銀ランプヤキセノンランプ等が多
く用いられてきた。近年、各種のレーザの開発が進み、
これが光CVDの光源として広く利用されるようになっ
てきた。光CVD用の反応ガスには、たとえば、Si膜
を形成させるためには、5i)(4゜81zHe  な
どのシラン系ガス、Ge[’に形成させるためにはG 
e H4などゲルマン系ガスを用いることができる。ま
た、高融点金属膜を形成させるには、例えば、Cr (
CO) s 、 Mo(CO)a。
A reaction that uses light energy to cause a chemical vapor deposition reaction is called photoCVD (Chemical Vapor
, [) epos i tion).
Conventionally, mercury lamps, xenon lamps, and the like have been widely used as light sources. In recent years, the development of various lasers has progressed,
This has come to be widely used as a light source for optical CVD. The reaction gas for photo-CVD includes, for example, a silane gas such as 5i)(4゜81zHe) to form a Si film, and G to form a Ge[' film.
e Germanic gas such as H4 can be used. Furthermore, in order to form a high melting point metal film, for example, Cr (
CO)s, Mo(CO)a.

W(Co)a、 Cot (Co)sなどのカルボニル
化合物を用いることができる。さらに、有機金属化合物
、例えば、At(CH3)s 、 Zn (CHs )
z 、 Cd (CH3)zなどを用いることによシ、
金属のAt、  Zfllcdの薄膜が形成できる。ま
た、有機金属化合物とN z Oのような酸素源になり
うるガスの混合ガスを用いることにより1例えば、 A
40s 、  Z n Oなどの薄膜が形成できる。S
iH4とN Hsの混合ガスからは*5fsN4 の薄
膜も形成しうる。さらに1元素の周期律表の■族の元素
を含むガスとV族の元素を含むガスを混合することによ
り、例えば、Ga1ys等の薄膜の形成も可能である。
Carbonyl compounds such as W(Co)a and Cot(Co)s can be used. Additionally, organometallic compounds such as At(CH3)s, Zn(CHs)
By using z, Cd(CH3)z, etc.
Thin films of metals At and Zfllcd can be formed. In addition, by using a mixed gas of an organometallic compound and a gas that can be an oxygen source, such as N z O,
A thin film of 40s, ZnO, etc. can be formed. S
A *5fsN4 thin film can also be formed from a mixed gas of iH4 and NHs. Furthermore, by mixing a gas containing an element of group 1 of the periodic table and a gas containing an element of group V, it is also possible to form a thin film of, for example, Galys.

このような反応ガスにレーザのようなエネルギビームが
照射された場合には、反応ガスが光励起されて活性徨が
生成し、それらが衝突し合うことによシ、微小核が生成
し、それらが基板に付着した後、それらの微小核がマイ
グレーションによって集まり、薄膜が形成されると考え
られている。
When such a reactive gas is irradiated with an energy beam such as a laser, the reactive gas is photoexcited and active molecules are generated, which collide with each other to generate micronuclei, which are then After adhering to the substrate, these micronuclei are thought to gather through migration to form a thin film.

発明者らはこの薄膜形成過程について実験的に詳細に検
討した結果、本発明を完成させるに至った。
The inventors conducted detailed experimental studies on this thin film formation process, and as a result, completed the present invention.

反応ガスにレーザビームを照射した場合、レーザビーム
に沿って微小粒子が形成され、基板が室温の場合には、
それらが反応器内のガス流れに乗ってゆつくシ移動し、
一部が基板表面に付着し、大部分は排気系に移動して膜
形成に関与しなくなる。
When a reactive gas is irradiated with a laser beam, microparticles are formed along the laser beam, and when the substrate is at room temperature,
They slowly move along with the gas flow in the reactor,
A part of it adheres to the substrate surface, and most of it moves to the exhaust system and does not participate in film formation.

また、一部は反応器壁に付着し、これも基板上の膜形成
に関与しなくなる。基板上に付着した微粒子を薄膜にす
るためには、基板上でのマイクレージョンが律速過程と
なっているため、基板が室温では膜生成速度が非常に遅
い。そのため、通常は基板上でのマイグレーション速度
を増加させるために、基板を加熱している。しかし、常
時基板を加熱している場合には、反応器内でのガスの対
流により、レーザビームによって生成した微小粒子がこ
のガスの流れに乗って上昇し、基板上に付着する粒子数
が減少し、膜生成速度は増加しない。
In addition, a portion of it adheres to the reactor wall and does not participate in film formation on the substrate. In order to form a thin film from fine particles attached to a substrate, microcrasion on the substrate is the rate-determining process, so the film formation rate is extremely slow when the substrate is at room temperature. Therefore, the substrate is usually heated to increase the migration rate on the substrate. However, when the substrate is constantly heated, due to gas convection within the reactor, the microparticles generated by the laser beam rise along with the gas flow, reducing the number of particles that adhere to the substrate. However, the film formation rate does not increase.

さらに、基板温度よシも反応器壁の温度が低い場合には
、生成した微粒子の大部分が反応器の内壁に付着し、基
板上の膜形成にはほとんど関与しなくなる。
Furthermore, if the temperature of the reactor wall is lower than the substrate temperature, most of the generated fine particles will adhere to the inner wall of the reactor and will hardly participate in film formation on the substrate.

小 このように1反応器内でのへμ子の挙動と膜形成速度を
実験的に検討した結果1本発明者らはレーザビームの照
射と同期させて反応ガスの供給及び基板温度とを制御す
ることにより、基板上での膜形成を効果的に行うことが
できる。
As a result of experimentally examining the behavior of hemoglobin and the film formation rate in a reactor as described above, the present inventors controlled the supply of reactant gas and the substrate temperature in synchronization with laser beam irradiation. By doing so, it is possible to effectively form a film on the substrate.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を実施例に基づいて、詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on examples.

本発明の一実施例を第1図に、また、レーザビームの照
射と同期して反応ガス及び基板温度を制御するシーケン
スを第2図に示す。
An embodiment of the present invention is shown in FIG. 1, and a sequence for controlling the reaction gas and substrate temperature in synchronization with laser beam irradiation is shown in FIG.

反応室28内には基板12がステージ11に支持されて
いる。基板にはシリコンウェハのようなものが使用でき
る。ステージ11は赤外線ランプ40及び冷媒供給装置
46により温度制御される。
A substrate 12 is supported on a stage 11 within the reaction chamber 28 . A substrate such as a silicon wafer can be used. The temperature of the stage 11 is controlled by an infrared lamp 40 and a coolant supply device 46.

基板の温度は温度検出器50により測定され、この二つ
の装置により制御される。本実施例では。
The temperature of the substrate is measured by a temperature detector 50 and controlled by these two devices. In this example.

基板の加熱装置として赤外線ランプを使用しているが、
基板を加熱できる機能をもつ他の装置、例えば、ステー
ジ11にヒータを組込んだもの、あるいは、炭酸ガスレ
ーザ照射等を使用してもよい。
Infrared lamps are used as substrate heating devices, but
Other devices having a function of heating the substrate, such as a heater built into the stage 11, carbon dioxide laser irradiation, or the like may also be used.

また、基板の冷却装置としては、例えば、冷メタノール
、液体窒素循環など、基板を冷却する機能をもつ装置が
使用できる。
Further, as the substrate cooling device, for example, a device having a function of cooling the substrate, such as cold methanol or liquid nitrogen circulation, can be used.

反応室28内へはボンベから流量コントロール装置20
を介して、ノズル26から反応ガスが供給される。また
1反応ガスとして常温でガス状の物質だけではなく、液
状の有機金属化合物も使用でき、この場合には、恒温槽
24で温度コントロールされたシリンダー22内で、水
素、ヘリウム等のガスでバブリングさせて供給すること
ができる。この反応槽を複数設置し、複数の有機金属化
合物を反応室28内に供給することができる。反応室2
8内へガスを供給するノズル26の形状は。
The flow rate control device 20 enters the reaction chamber 28 from the cylinder.
A reaction gas is supplied from the nozzle 26 through the nozzle 26 . In addition, as one reaction gas, not only substances that are gaseous at room temperature but also liquid organometallic compounds can be used. In this case, gas such as hydrogen or helium is bubbled in the cylinder 22 whose temperature is controlled by a constant temperature bath 24. can be supplied. A plurality of these reaction vessels can be installed, and a plurality of organometallic compounds can be supplied into the reaction chamber 28. Reaction chamber 2
What is the shape of the nozzle 26 that supplies gas into the interior of the 8?

基板12上でのガスの流れが層流に近くなるようなもの
が好ましく、任意の形状のものが使用できる。
It is preferable that the gas flow on the substrate 12 be close to a laminar flow, and any shape can be used.

反応室28内は反応を開始する前は、高真空排気システ
ム42により排気される。反応開始後は。
The interior of the reaction chamber 28 is evacuated by a high vacuum exhaust system 42 before starting the reaction. After the reaction starts.

排気ノズル30i介して、任意の反応圧1例えば。Through the exhaust nozzle 30i, any reaction pressure 1 e.g.

0.1〜10Torrに保持されるように圧力コントロ
ールされて、排気システム44により排気される。排気
システム44は高真空排気システム42と共有して、バ
タフライ弁等を使用してもよい。
The pressure is controlled to be maintained at 0.1 to 10 Torr and exhausted by an exhaust system 44. The exhaust system 44 may be shared with the high vacuum exhaust system 42 and may use a butterfly valve or the like.

レーザ光源1から発振したレーザビームはレンズシステ
ム3Bを介して、任意のビーム形状にされて1反応室2
8の窓板32を通して反応室28内に照射される。レー
ザとしてはエキシマレーザが使用できるが、他のレーザ
、例えば固体レーザ。
The laser beam oscillated from the laser light source 1 is shaped into an arbitrary beam shape via the lens system 3B and sent to the reaction chamber 2.
The inside of the reaction chamber 28 is irradiated through the window plate 32 of 8. As the laser, an excimer laser can be used, but other lasers, such as solid-state lasers, can be used.

気体レーザ、また、これらのレーザと組合せた色素レー
ザ等を用いることができ、基板上に析出させようとする
反応ガスの吸収波長に合致した光を用いることができる
。パルスレーザの場合には、発振パルス信号を制御装置
48に送り、それと同期させて基板12の温度制御及び
反応ガスの導入をコントロールすることができる。パル
スレーザ以外の連続発振型のレーザの場合には、レーザ
光をパルス状にするチョッパー等の機構を設け、その同
期信号を制御装置48に送ることができる。
A gas laser, a dye laser in combination with these lasers, etc. can be used, and light matching the absorption wavelength of the reaction gas to be deposited on the substrate can be used. In the case of a pulsed laser, an oscillation pulse signal is sent to the control device 48, and the temperature control of the substrate 12 and the introduction of the reaction gas can be controlled in synchronization with the oscillation pulse signal. In the case of a continuous wave laser other than a pulsed laser, a mechanism such as a chopper that pulses the laser light can be provided and a synchronization signal can be sent to the control device 48.

また、レーザ以外の他のエネルギビーム、例えば。Also, other energy beams other than lasers, e.g.

水銀ランプ、キセノンランプ、S OR(3ynchr
otoronQrbi ta 11(adiation
 、シンクロトロン放射光)等を用いても同様の効果が
得られる。さらに、レーザ光等の基板12への照射の方
向は、基板12に対して平向でもよく、また垂直に照射
してもよい。さらに、この二方法を複合しても同様であ
る。
Mercury lamp, xenon lamp, SOR (3ynchr
otoron Qrbita 11 (adiation
, synchrotron radiation), etc., similar effects can be obtained. Further, the direction in which the substrate 12 is irradiated with laser light or the like may be parallel to or perpendicular to the substrate 12. Furthermore, the same effect can be obtained even if these two methods are combined.

反応室28ヘレーザ光が入射する窓板32には。The reaction chamber 28 has a window plate 32 through which the laser beam enters.

パージノズル34からヘリウム等のパージガスを導入し
、窓板32に析出物が付着するの全防止することができ
る。また、窓板32の内部にはフッ素樹脂系のオイル等
を塗布してもよい。24は恒温槽。
By introducing a purge gas such as helium from the purge nozzle 34, it is possible to completely prevent deposits from adhering to the window plate 32. Further, fluororesin oil or the like may be applied to the inside of the window plate 32. 24 is a constant temperature bath.

このような構成からなる本装置は、制御装置48により
反応室28内へのtノ−ザ照射と同期させて反応ガスの
導入と基板の温度側−を行なわせる。このシーケンスを
第2図に示す。レーザ照射時間のΔを時間前に流量コン
トロール装[20を介して反応室28内に反応ガスが供
給される。反応ガスの供給時間は反応室2B内の基板1
2上に反応ガスが達するまでの間であり、それに合わせ
てレーザビームが照射される。レーザビームは25mX
2mmの長方形で、基板上5日の高さに調整されている
。このレーザビームの形状はレンズシステムによって任
意の形状にされても効果は同じである。また、基板とレ
ーザビームの間隔も任意に変えることができる。反応ガ
スが存在する空間中にレーザビームが照射されると、反
応ガスはレーザ光によって励起され、光分解反応が開始
する。反応ガスとして有機金属化合物、例えば、トリメ
チルアルミニウムを使用した場合には、下記のような反
応が起こる。
In this apparatus having such a configuration, the control device 48 causes the introduction of the reaction gas and the temperature side of the substrate to be performed in synchronization with the t-noser irradiation into the reaction chamber 28. This sequence is shown in FIG. A reaction gas is supplied into the reaction chamber 28 via the flow rate control device [20] a time Δ before the laser irradiation time. The supply time of the reaction gas is as follows:
This is the period until the reaction gas reaches the top of 2, and the laser beam is irradiated accordingly. Laser beam is 25mX
It is a 2 mm rectangle and is adjusted to a height of 5 days above the board. The effect is the same even if the shape of this laser beam is made into any shape by the lens system. Furthermore, the distance between the substrate and the laser beam can also be changed arbitrarily. When a laser beam is irradiated into a space where a reactive gas exists, the reactive gas is excited by the laser light and a photodecomposition reaction starts. When an organometallic compound such as trimethylaluminum is used as a reaction gas, the following reaction occurs.

v At(CHs)s□うAt+生成物 この反応で生成したAt原子は衝突によって。v At(CHs)s□ At+ product At atoms generated in this reaction are caused by collisions.

超微粒子全生成し、それがレーザビームの光路に沿って
浮遊し、何の操作も加えない場合には、反応室28内の
ガス流れに乗って浮遊して移動する。
All of the ultrafine particles are generated and float along the optical path of the laser beam, and if no manipulation is applied, they float and move along with the gas flow within the reaction chamber 28.

本発明では、上記で生成した超微粒子を基板12上に短
時間に移動させ、基板12上での膜形成速度を向上させ
るために、レーザビームの照射と同期させて基板温度を
低下させる。この操作により。
In the present invention, in order to move the ultrafine particles generated above onto the substrate 12 in a short time and improve the film formation rate on the substrate 12, the substrate temperature is lowered in synchronization with laser beam irradiation. With this operation.

上記で生成した超微粒子は基板12上にスムーズに移動
して付着する。微粒子が付着し7た後、次の操作として
基板12上での成膜を増長させるために、基板温度を所
望の温度までステップ上に昇温させる。この基板12の
温度制御は、制御装置42により、冷媒の供給及び赤外
線ランプをコントロールすることにより達成される。こ
の操作により、V−ザビームによって生成した超微粒子
を強制的に基板12上に移動させて付着させ、効率的に
基板12上での成膜を行わせることができる。
The ultrafine particles generated above smoothly move and adhere to the substrate 12. After the fine particles have been deposited, the next step is to increase the substrate temperature to a desired temperature in order to increase the film formation on the substrate 12. This temperature control of the substrate 12 is achieved by controlling the supply of refrigerant and the infrared lamps by the control device 42. By this operation, the ultrafine particles generated by the V-the beam can be forcibly moved and attached onto the substrate 12, and a film can be efficiently formed on the substrate 12.

さらに、レーザビームと同期させてこの操作を繰シ返す
ことにより、基板12上への成膜を行わせることができ
る。
Furthermore, by repeating this operation in synchronization with the laser beam, a film can be formed on the substrate 12.

反応ガスとしてトリメチルアルミニウム(TMAと示す
)を使用した場合を示す。TMAは常温では液体であり
、Htガスをキャリアとして反応室28に供給される。
A case is shown in which trimethylaluminum (denoted as TMA) is used as a reaction gas. TMA is a liquid at room temperature and is supplied to the reaction chamber 28 using Ht gas as a carrier.

レーザとしてはエキシマレーザを使用し、ArF(19
3nm)のレーザビームを用いた。この場合、1パルス
当りのエネルギは約200mJである。このV−ザ光を
シリンドリカルレンズを用いたレンズシステムにより。
An excimer laser is used as the laser, and ArF (19
A laser beam of 3 nm) was used. In this case, the energy per pulse is approximately 200 mJ. This V-za light is transmitted through a lens system using a cylindrical lens.

25mX3mの長方形にして基板12上5Wに照射した
。レーザビームの照射0.5秒前に流量コントロール装
置20によりTMAが基板12上で5Torrになるよ
うに供給した。V−ザビーム照射と同時に、冷媒供給シ
ステム46により基板12=i−100Cまで冷却した
後、赤外線ランプ40により基板12を加熱し、基板温
度を200Cに5秒間加熱した。この操作を繰り返すこ
とにより、基板上に2000人/―でAtの薄膜全形成
することができた。この操作を行わずに、基板温度20
0C一定にし、反応ガスも連続的に流した場合には、成
膜運度は約1000人/−であった。膜質は両方法とも
ほぼ同一であった。
It was made into a rectangle of 25 m x 3 m and 5W of light was irradiated onto the substrate 12. 0.5 seconds before laser beam irradiation, TMA was supplied to the substrate 12 at 5 Torr using the flow rate control device 20. Simultaneously with the V-the beam irradiation, the substrate 12 was cooled to i-100C by the coolant supply system 46, and then the substrate 12 was heated by the infrared lamp 40 to bring the substrate temperature to 200C for 5 seconds. By repeating this operation, it was possible to completely form an At thin film on the substrate at a rate of 2000/-. Without performing this operation, the substrate temperature is 20
When 0C was kept constant and the reaction gas was also continuously flowed, the film formation rate was about 1000 people/-. The film quality was almost the same in both methods.

本発明の他の利点は、反応室28内のV−ザビーム上で
生成した超微粒子を、基板上に効率よく捕集してしまう
ため、レーザ入射窓の内側に析出する副生物の量全極端
に減少させることができることである。レーザ入射窓の
内側に析出物が生成すると、V−ザ光の入射パワーが極
度に減少し。
Another advantage of the present invention is that since the ultrafine particles generated on the V-za beam in the reaction chamber 28 are efficiently collected on the substrate, the amount of by-products deposited inside the laser entrance window is extremely large. This means that it can be reduced to When precipitates are formed inside the laser entrance window, the incident power of the V-laser light is extremely reduced.

成膜の効率が非常に低下することから、これを防止でき
ることは大きな利点である。
Since the efficiency of film formation is greatly reduced, it is a great advantage to be able to prevent this.

本発明の他の実施例に示す。反応ガスとしては複数のガ
スを使用することができ、有機金属化合物としてTMA
t使用し、それに亜酸化窒素(1’hO)を使用した。
This is shown in other embodiments of the present invention. A plurality of gases can be used as the reaction gas, and TMA as an organometallic compound.
t and nitrous oxide (1'hO) was used.

TMAはヘリウムをキャリアとして反応室28に供給し
た。
TMA was supplied to the reaction chamber 28 using helium as a carrier.

レーザにより光化学反応を起こさせるためには。In order to cause a photochemical reaction using a laser.

反応ガスの光吸収がなければならないことはよく知られ
ている。TMA及びNzOの紫外域でのスペクトルを@
4図に示す。エキシマメーザによって光化学反応を起こ
させるためにはt(r F (248n m )あるい
はArF(193nm)のレーf光を使用しなければ、
これらのガスに対して吸収がない。
It is well known that there must be light absorption of the reactant gas. Spectra of TMA and NzO in the ultraviolet region @
Shown in Figure 4. In order to cause a photochemical reaction with an excimer maser, t(r F (248 nm) or ArF (193 nm) laser f light must be used.
There is no absorption for these gases.

しかし、KrF(248nm)のV−ザ光では反応ガス
に対して吸収が小さいため、同じガスt1fr:供給し
てもArF(193nm)のV−J’光全全照射た場合
に比べて反応速度が遅い。
However, since the V-J' light of KrF (248 nm) has a small absorption with respect to the reaction gas, even if the same gas t1fr: is supplied, the reaction rate is lower than when the entire V-J' light of ArF (193 nm) is irradiated. is slow.

TMA及びNi0は次に示す式によって反応することが
知られている。
It is known that TMA and Ni0 react according to the following formula.

TMA十Nz O−+ktz O1+f4E、酸物この
反応は複雑で素反応は正確にはわかってはいないが、析
出物はアルミナで、他にガス状物が副生ずる。
TMA 10Nz O-+ktz O1+f4E, acid This reaction is complex and the elementary reactions are not precisely understood, but the precipitate is alumina and other gaseous substances are produced as by-products.

TMAとNiOの混合ガスはTMAに対してN 20を
二倍以上添加する必要があり1反応室28内では全圧は
5 ’p orr!Icなるように供給した。
For the mixed gas of TMA and NiO, it is necessary to add more than twice as much N20 as TMA, and the total pressure in one reaction chamber 28 is 5'porr! Ic was supplied.

V−ザとしてはArF (193nm)’t=用い、レ
ンズシステムにより25mX3m+の巾にして基板上3
flの位置に照射した。レーザの一パルス当りのエネル
ギは200 m 、Tであった。基板の温度は一100
tll’と35CI’の間でレーザビームの照射と同期
して制御した。この場合には基板上にアルミナの薄膜が
形成された。基板にはシリコンを用い、このアルミナは
絶縁膜として充分な性能をもつことが明らかとなった。
ArF (193nm)'t= was used as the V-zer, and the lens system was used to make it 25m x 3m+ wide on the substrate.
The fl position was irradiated. The energy per laser pulse was 200 m, T. The temperature of the substrate is -100
It was controlled in synchronization with laser beam irradiation between tll' and 35CI'. In this case, a thin film of alumina was formed on the substrate. Silicon was used as the substrate, and it became clear that this alumina had sufficient performance as an insulating film.

一方、基板温度を一100Cと100Cの間で制御した
場合には、基板上にはアルミナの超微粒子層が形成され
た、基板としては8TJ8a04f用い、その上に10
0人径のアルミナのポーラスな微粒子層が形成された。
On the other hand, when the substrate temperature was controlled between -100C and 100C, an ultrafine particle layer of alumina was formed on the substrate.
A porous fine particle layer of alumina with a diameter of 0 was formed.

この場合に、このポーラスなアルミナ層は触媒の担体と
して1例えば。
In this case, this porous alumina layer serves as a carrier for the catalyst, for example.

燃料室゛池のN、標板として使用できる。It can be used as a fuel chamber reservoir N mark.

このように形成されたアルミナ担体層に1次のステップ
としてニッケルカルボニル(Ni(COL)を水素キャ
リアと共に、本発明の操作に従って供給した。N1(C
o)aはV−ザで光分解されて、Niの超微粒子が生成
し、それがアルミナ担体層に付着する。Niが担持され
たアルミナ層はスチームリフオーミングの触媒として使
用することができ1例えば、内部改質型の溶融炭酸塩燃
料電池用の′B画として使用することができる。この場
合には、メタンとスチー・ムを直接燃料電池に導入する
ことができる。
As a first step, nickel carbonyl (Ni(COL)) was supplied to the thus formed alumina support layer along with a hydrogen carrier according to the operation of the present invention.
o) a is photolyzed by V-za to produce ultrafine Ni particles, which adhere to the alumina carrier layer. The Ni-supported alumina layer can be used as a catalyst for steam reforming, for example as a 'B' layer for internal reforming molten carbonate fuel cells. In this case, methane and steam can be introduced directly into the fuel cell.

以上、本発明を実施例をもって説明したが、この他にも
多くの変形も可能であることは明らかである。特に、前
述の有機金属化合物の他にジメチル力ドミウノ2.ジメ
チル亜鉛を用いることにより、(::d、 Znの金属
膜が、また、Cr、Mo、Wなどのカルボニル化合物を
用いることにより、それらの金属薄膜を形成させること
ができるシラン系の化合物1例えば、S I H4+ 
81z)(sとアンモニア、Cz H2’!!:用いる
ことにより、5fsN4.SiCの膜を形成させうる。
Although the present invention has been described above with reference to examples, it is clear that many other modifications are possible. In particular, in addition to the organometallic compounds mentioned above, dimethyl chloride 2. By using dimethylzinc, a metal film of (::d, Zn) can be formed, and by using a carbonyl compound such as Cr, Mo, W, etc., a silane-based compound 1 that can form a metal thin film thereof, for example. , S I H4+
81z) (s and ammonia, Cz H2'!!: By using it, a 5fsN4.SiC film can be formed.

さらに1周期律表の■族及びV族の元素を含む混合ガス
を用いることにより、■−V族の化合物半導体も形成し
うる。
Further, by using a mixed gas containing elements of Groups 1 and V of the periodic table, a compound semiconductor of Group 1-V can also be formed.

いずれにしても、光ヲ励起エネルギ源としてそれと同期
させて基板の温度及び供給ガスをコントロールしながら
薄膜を形成させるものは本発明の範囲に含まれる。
In any case, it is within the scope of the present invention to form a thin film while controlling the substrate temperature and supply gas in synchronization with light as an excitation energy source.

本発明の思想はエネルギビームとしてレーザや水銀ラン
プ等の光風外に、電子ビームクプラズマ等を用いて反応
ガスを分解させて薄嘆ヲ形成させる場合にも有効である
。この場合に、エネルギビームを複数組合せることも可
能である。
The idea of the present invention is also effective when a reactive gas is decomposed to form a thin film using an electron beam plasma or the like in addition to a light beam such as a laser or a mercury lamp as an energy beam. In this case, it is also possible to combine a plurality of energy beams.

また、複数の異なる薄膜を積層して機能性の膜を形成さ
せる場合にも本発明の思想は有効である。
The idea of the present invention is also effective when a functional film is formed by laminating a plurality of different thin films.

すなわち、基板の温度を制御することにより、反応ガス
A’&基板上に吸着させ、その後に、その吸着面にエネ
ルギビームを照射して膜を形成させる。
That is, by controlling the temperature of the substrate, the reaction gas A' is adsorbed onto the substrate, and then the adsorption surface is irradiated with an energy beam to form a film.

その後、同様に、反応ガスBを吸着させて膜を積層させ
ることができる。この操作を繰り返すことによシ、新規
な機能性膜を形成させつる。
Thereafter, the reaction gas B can be similarly adsorbed to stack the films. By repeating this operation, a new functional film can be formed.

薄膜を形成させた基板のスループットヲ向上させるには
1反応の連続化が必要である。この場合には反応室に前
室と後室を設け、真空下で基板の出し入れができる装置
を設ける必要がある。
In order to improve the throughput of a substrate on which a thin film is formed, it is necessary to make one reaction continuous. In this case, it is necessary to provide a front chamber and a rear chamber in the reaction chamber, and to provide a device that allows the substrate to be taken in and out under vacuum.

エネルギビームによって反応ガスを分解して生成した超
微粒子核を、その反応室とは別の室に設けた基板上に、
その基板の温度を制御して捕集し。
The ultrafine particle nuclei generated by decomposing the reaction gas using an energy beam are placed on a substrate provided in a chamber separate from the reaction chamber.
Collect it by controlling the temperature of the substrate.

そこで成膜することも本発明の思想に含まれる。Forming a film therein is also included in the idea of the present invention.

ここで用いるエネルギビームとしてはレーザヤ水銀ラン
プ等の光取外に、電子ビームヤプラズマでもよい。
The energy beam used here may be an optical beam such as a laser, a mercury lamp, or an electron beam or a plasma.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、光励起反応で生成した超微粒子を効率
的に基板上に捕集し、成膜速度を向上させることができ
る。
According to the present invention, ultrafine particles generated by a photoexcitation reaction can be efficiently collected on a substrate, and the film formation rate can be improved.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例の概略図、第2図は本発明の
制御シーケンス図、第3図は従来の概略図、第4図は反
応ガスの紫外スペクトル図を示す。 1・・・レーザ、11・・・ステージ、12・・・半導
体基板、20・・・流量コントロール装置、22・・・
シリンダ、24・・・恒温槽、26・・・ノズル、28
・・・反応室。 30・・・排気ノズ/l/、32・・・窓板、34・・
・パージノズル、38・・・レンズシステム、40・・
・赤外線ランプ、42・・・高真空排気システム、44
・・・排気システム、46・・・冷媒循環システム、4
8・・・制御装置。
[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is a schematic diagram of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a control sequence diagram of the present invention, Fig. 3 is a conventional schematic diagram, and Fig. 4 is an ultraviolet spectrum of a reaction gas. Show the diagram. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Laser, 11... Stage, 12... Semiconductor substrate, 20... Flow rate control device, 22...
Cylinder, 24... Constant temperature chamber, 26... Nozzle, 28
...Reaction chamber. 30...Exhaust nozzle/l/, 32...Window plate, 34...
・Purge nozzle, 38...Lens system, 40...
・Infrared lamp, 42... High vacuum exhaust system, 44
...exhaust system, 46...refrigerant circulation system, 4
8...Control device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、反応ガスと接触する基板上にエネルギ源より出力さ
れるエネルギビームを照射して選択的に薄膜を形成させ
る方法において、 前記反応ガスの吸収に合致した波長をもつ前記エネルギ
ビームに同期して原料ガスを供給し、基板温度を制御す
ることを特徴とする薄膜形成方法。 2、特許請求の範囲第1項において、 前記エネルギビームとして、反応ガスの吸収の大きい励
起波長に選択されたレーザビームを用いることを特徴と
する薄膜形成方法。 3、特許請求の範囲第1項において、 前記反応ガスとして形成させようとする薄膜に対応した
元素を含む有機金属化合物を含むガスを用いることを特
徴とする薄膜形成方法。 4、特許請求の範囲第1項において、 形成させる前記薄膜が金属、半導体、あるいは、絶縁膜
であることを特徴とする薄膜形成方法。 5、特許請求の範囲第1項において、エネルギビームと
してパルスレーザ、水銀ランプ、キセノンランプ、ある
いは、連続発振するレーザを間欠的に照射する光源を用
いることを特徴とする薄膜形成方法。 6、特許請求の範囲第1項において、 形成させる前記薄膜がセラミックスの微粒子層からなる
ことを特徴とする薄膜形成方法。
[Claims] 1. A method for selectively forming a thin film by irradiating an energy beam output from an energy source onto a substrate that is in contact with a reactive gas, comprising the steps of: A thin film forming method characterized by supplying source gas in synchronization with an energy beam and controlling substrate temperature. 2. A method for forming a thin film according to claim 1, characterized in that the energy beam is a laser beam selected to have an excitation wavelength that is highly absorbed by the reaction gas. 3. A method for forming a thin film according to claim 1, characterized in that a gas containing an organometallic compound containing an element corresponding to the thin film to be formed is used as the reaction gas. 4. The thin film forming method according to claim 1, wherein the thin film to be formed is a metal, a semiconductor, or an insulating film. 5. A thin film forming method according to claim 1, characterized in that a light source that intermittently irradiates a pulsed laser, a mercury lamp, a xenon lamp, or a continuous wave laser is used as the energy beam. 6. The method for forming a thin film according to claim 1, wherein the thin film to be formed is made of a layer of fine particles of ceramics.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002176001A (en) * 2000-12-05 2002-06-21 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Heat treating system
JP2002176000A (en) * 2000-12-05 2002-06-21 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Heat treatment apparatus and manufacturing method of semiconductor device

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