JPS6244575A - Method and apparatus for depositing thin film - Google Patents

Method and apparatus for depositing thin film

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JPS6244575A
JPS6244575A JP18394685A JP18394685A JPS6244575A JP S6244575 A JPS6244575 A JP S6244575A JP 18394685 A JP18394685 A JP 18394685A JP 18394685 A JP18394685 A JP 18394685A JP S6244575 A JPS6244575 A JP S6244575A
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昭 吉川
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Abstract

PURPOSE:To prevent the entering of impurities into a thin film and the damage of the thin film by exciting gaseous molecules by the irradiation of soft X-rays or ultraviolet rays so as to deposit the thin film on a substrate. CONSTITUTION:Soft X-rays or ultraviolet rays L having a specified wavelength range are irradiated on the inside of a reaction chamber 9 filled with a gas 10 to decompose or ionize the gas 10 in a limited region in the chamber 9. The resulting decomposition products or produced ions are deposited on a substrate 14 placed in the chamber 9.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、反応室内のガス分子を励起し、分解またはイ
オン化することにより、半導体、絶縁体もしくは導電体
の薄膜を基板上に堆積させる方法および装置に関するも
のである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides a method for depositing a thin film of a semiconductor, insulator or conductor on a substrate by exciting, decomposing or ionizing gas molecules in a reaction chamber. and equipment.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

この分野の従来技術としては、ガス分子を放電により励
起するプラズマCVD装置がある。
As a conventional technique in this field, there is a plasma CVD apparatus that excites gas molecules by electric discharge.

第12図にその代表的な装置構成を示す。これは、良く
知られているように、コイル3により反応室1内に高周
波電界を印加して、ガス導入ノズル2から導入されたガ
スを高周波放電により分解またはイオン化し、該反応室
内の基板支持台4上に設置した基板5の表面に薄膜とし
て堆積させるもので、この例では磁石6によりイオン生
成効率の改善が図られている。
FIG. 12 shows a typical device configuration. As is well known, this method applies a high-frequency electric field to the reaction chamber 1 using the coil 3, decomposes or ionizes the gas introduced from the gas introduction nozzle 2 by high-frequency discharge, and supports the substrate inside the reaction chamber. It is deposited as a thin film on the surface of a substrate 5 placed on a table 4, and in this example, a magnet 6 is used to improve the ion production efficiency.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記従来技術においては、反応室内の放電領域、すなわ
ちガスが分解またはイオン化される励起領域を所定の空
間に限定することが困難であるため、生成したイオンや
電子の衝突により器壁あるいは電極から反応ガス中に不
純物が混入したり、生成したプラズマ(イオンと電子の
集合体)が基板および堆積した薄膜に接触して損傷を与
えるなど、薄膜の質を低下させる原因となっていた。
In the above conventional technology, it is difficult to limit the discharge region in the reaction chamber, that is, the excitation region where gas is decomposed or ionized, to a predetermined space. Impurities were mixed into the gas, and the generated plasma (a collection of ions and electrons) came into contact with the substrate and the deposited thin film, causing damage, resulting in a decline in the quality of the thin film.

さらに上記従来技術においては、プラズマ中のイオンの
運動エネルギーが広い範囲に分布し、これを薄膜の堆積
に寄与する所望の一定の値の運動エネルギーを有するも
のとするように制御することが困難であり、また生成す
るイオン種の種類およびその励起準位、すなわち内部エ
ネルギーも広範囲に分布しており、薄膜の堆積に寄与す
る特定の種類のイオン種あるいは特定の励起状態のイオ
ン種を集中して生成することが困難であった・本発明は
・上記従来技術の問題点を解決した新しい薄膜堆積方法
および装置を提供することを目的とする。
Furthermore, in the above conventional technology, the kinetic energy of ions in the plasma is distributed over a wide range, and it is difficult to control this so that the kinetic energy has a desired constant value that contributes to the deposition of a thin film. Furthermore, the types of ion species generated and their excited levels, that is, their internal energies, are distributed over a wide range. It is an object of the present invention to provide a new thin film deposition method and apparatus which solves the problems of the above-mentioned prior art.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の薄膜堆積方法は、ガスを満たした反応室に軟X
線または真空紫外光ビーム(好ましくは波長10人〜2
000人)を照射して、反応室内の限定された領域のガ
スを分解またはイオン化し、分解生成物または生成イオ
ンを該反応室内に設置した基板上に堆積させることを特
徴としている。
In the thin film deposition method of the present invention, a soft X
line or vacuum ultraviolet light beam (preferably wavelength 10~2
000 people) to decompose or ionize the gas in a limited area within the reaction chamber, and deposit the decomposition products or generated ions on a substrate placed within the reaction chamber.

また本発明の薄膜堆積装置は、薄膜を堆積させるための
基板を設置する反応室と、該反応室にガスを導入する手
段と、前記反応室に軟X線または真空紫外光ビーム(好
ましくは波長1o人〜2000人)を照射する手段と、
必要に応じて該軟X線または真空紫外光ビームの照射に
よりガスが分解またはイオン化する励起領域に、分解生
成物または生成イオンを前記基板上に堆積させるための
電界および磁界のいずれか一方もしくは両方を形成する
手段とを備え、前記軟X線または真空紫外光ビーム照射
手段は電子シンクロトロン放、射装置を軟X線または真
空紫外光発生源として用いた構成を有することを特徴と
している。
The thin film deposition apparatus of the present invention also includes a reaction chamber in which a substrate for depositing a thin film is installed, a means for introducing gas into the reaction chamber, and a soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam (preferably wavelength a means for irradiating 1000 to 2000 people;
Either or both of an electric field and a magnetic field for depositing decomposition products or generated ions on the substrate in an excitation region where gas is decomposed or ionized by irradiation with the soft X-rays or vacuum ultraviolet light beam as necessary. The soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam irradiation means is characterized in that it uses an electron synchrotron radiation device as a soft X-ray or vacuum ultraviolet light generation source.

〔作用〕[Effect]

本発明の薄膜堆積方法では、軟X線または真空紫外光ビ
ームの照射により反応室内の限定された領域でのみガス
分子の励起を行なっているので、器壁や電極、さらには
基板のいずれにも接触させないでプラズマを形成するこ
とができ、これによって堆積した薄膜への不純物の混入
、プラズマによる基板や薄膜の損傷が避けられる。また
、励起領域が限定されているため、生成したイオンの運
動エネルギーの制御が容易にできるようになり、さらに
特定波長の軟X線または真空紫外光ビームを用いること
によって、特定の種類あるいは特定の励起状態のイオン
種を選択的に生成することができ、イオンの内部エネル
ギーの制御も容易にできる。これは、堆積した薄膜の性
質を所望のように変えることを可能にする。
In the thin film deposition method of the present invention, gas molecules are excited only in a limited area within the reaction chamber by irradiation with soft X-rays or vacuum ultraviolet light beams. Plasma can be generated without contact, thereby avoiding contamination of the deposited thin film with impurities and damage to the substrate or thin film caused by the plasma. In addition, because the excitation region is limited, the kinetic energy of the generated ions can be easily controlled, and by using soft X-rays or vacuum ultraviolet light beams of specific wavelengths, specific types or specific Excited ion species can be selectively generated, and the internal energy of the ions can be easily controlled. This allows the properties of the deposited thin film to be varied as desired.

本発明の薄膜堆積装置は、電子シンクロトロン放射装置
から発生する指向性の良い高強度の軟X線または真空紫
外光ビームを反応室に照射することにより、限定された
領域のガス分子の励起を効率良く行ない、生成したイオ
ンを励起領域に印加される電界および磁界のいずれか一
方もしくは両方によって基板上に効率良く堆積させるこ
とができる。また、軟X線または真空紫外光発生源であ
る電子シンクロトロン放射装置に波長選択手段を併用す
れば、前記特定波長の軟X線または真空紫外光ビームを
容易に得ることができる。
The thin film deposition apparatus of the present invention excites gas molecules in a limited region by irradiating a reaction chamber with highly directional, high-intensity soft X-rays or vacuum ultraviolet light beams generated from an electron synchrotron radiation device. This can be carried out efficiently, and the generated ions can be efficiently deposited on the substrate by one or both of the electric field and magnetic field applied to the excitation region. Furthermore, if a wavelength selection means is used in conjunction with an electron synchrotron radiation device that is a source of soft X-rays or vacuum ultraviolet light, a soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam having the specific wavelength can be easily obtained.

〔実施例〕〔Example〕

以下1本発明の実施例を第1図〜第7図により説明する
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 7.

第1図は本発明の一実施例図で 、基本的な装置構成を
示す。
FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention, showing the basic device configuration.

第1図において、7は軟X線または真空紫外光発生源で
ある電子シンクロトロン放射装置を模式的に示したもの
である。電子シンクロトロン放射装置については文献(
1)  (C,Kunz編集、5ynchrotron
 radiation (Techniques an
d Appli−cations)、 Springe
r−Verlag、 1979] に詳しく紹介されて
いる。
In FIG. 1, numeral 7 schematically shows an electron synchrotron radiation device which is a source of soft X-rays or vacuum ultraviolet light. Regarding the electron synchrotron radiation device, see the literature (
1) (edited by C. Kunz, 5ynchrotron
radiation (Techniques and
d Applications), Spring
r-Verlag, 1979].

8は真空パイプからなるビーム伝搬路、9は反応室、1
0はガス導入ノズル、11.12は対向電極。
8 is a beam propagation path consisting of a vacuum pipe, 9 is a reaction chamber, 1
0 is a gas introduction nozzle, 11.12 is a counter electrode.

13は直流バイアス電源、14は基板、15は反応室9
に入射した軟X線または真空紫外光ビームLによりガス
が分解またはイオン化される励起領域を示している。
13 is a DC bias power supply, 14 is a substrate, and 15 is a reaction chamber 9.
It shows an excitation region in which gas is decomposed or ionized by soft X-rays or vacuum ultraviolet light beam L incident on it.

次に、第1図にもとづいて本発明装置の動作原理、特徴
および主要な効果を述べる。
Next, the operating principle, features, and main effects of the device of the present invention will be described based on FIG.

第2図は電子シンクロトロン放射装置の放射光の波長分
布(上図)と、該放射光に対するメタン(CH4)、シ
ラン(SiH,)ガスの吸収断面積のスペクトル(下図
)を示す。他の多くのガス分子もこの図と概略同様な吸
収スペクトルを示し、ガス分子はこの光吸収に伴ってイ
オン化する。すなわちこの図は、電子シンクロトロン放
射装置の放射光がガス分子を効率良くイオン化する、吸
収率の高い波長分布を持った光であることを示している
Figure 2 shows the wavelength distribution of the emitted light from the electron synchrotron radiation device (upper figure) and the spectrum of the absorption cross section of methane (CH4) and silane (SiH) gases for the emitted light (lower figure). Many other gas molecules also exhibit absorption spectra roughly similar to this diagram, and gas molecules are ionized as a result of this light absorption. In other words, this figure shows that the emitted light from the electron synchrotron radiation device is light that efficiently ionizes gas molecules and has a wavelength distribution with a high absorption rate.

この吸収率の高い波長成分はほぼ10人〜2000人の
範囲に分布している。
This wavelength component with high absorption rate is distributed in a range of about 10 to 2000.

また、電子シンクロトロン放射装置の放射光の強度分布
は、前記文献(1)中のシュビンガ−の式で与えられ、
この式に従えば、第3図に示されるように、電子シンク
ロトロン放射装置から放射される軟X線または真空紫外
光ビームLの上下方塵、Cは光の速度)で表される。
Furthermore, the intensity distribution of synchrotron radiation from an electron synchrotron radiation device is given by the Schwinger formula in the above-mentioned document (1),
According to this formula, as shown in FIG. 3, the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam L emitted from the electron synchrotron radiation device is expressed by the upper and lower particles (C is the speed of light).

これから、指向性の良い軟X線または真空紫外光ビーム
を発生することがわかる。
From this, it can be seen that a soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam with good directivity is generated.

したがって、第1図において、ガス導入ノズル10から
反応室9の対向電極11.12間にガスを満たし、これ
に電子シンクロトロン放射装置7からの軟X線または真
空紫外光ビームLを照射すれば、対向電極11.12間
でガスが分解またはイオン化し、対向電極11.12に
1例えば電極11がアノード、電極12がカソードとな
るよう所定の電圧(放電が起こらない程度の電圧)を印
加することにより、生成したイオンのうち正イオンが電
界の作用によって基板14上に堆積し、薄膜を形成する
ことは明らかである。
Therefore, in FIG. 1, if gas is filled between the gas introduction nozzle 10 and the opposing electrodes 11 and 12 of the reaction chamber 9, and the space is irradiated with soft X-rays or vacuum ultraviolet light beam L from the electron synchrotron radiation device 7, , the gas is decomposed or ionized between the opposing electrodes 11 and 12, and a predetermined voltage (a voltage that does not cause discharge) is applied to the opposing electrodes 11 and 12, for example, so that the electrode 11 becomes an anode and the electrode 12 becomes a cathode. Therefore, it is clear that among the generated ions, positive ions are deposited on the substrate 14 by the action of the electric field to form a thin film.

ここで、反応室9内には指向性の良い軟X線または真空
紫外光ビームLが照射されるため、この軟X線または真
空紫外光ビームの照射によりガスが分解またはイオン化
される励起領域、すなわちプラズマが形成される領域1
5は反応室9内の空間の一部に限定され、該励起領域1
5の周囲の空間には未だ励起されていないガスが存在す
る。したがって、生成したイオンと電子の衝突により器
壁や電極から不純物がガス中に混入して基板14上に堆
積する薄膜の純度を損うことがなく、また、基板や堆積
した薄膜がプラズマに接触して損傷を受けることもない
Here, since the interior of the reaction chamber 9 is irradiated with soft X-rays or vacuum ultraviolet light beam L with good directionality, an excitation region where gas is decomposed or ionized by irradiation with the soft X-rays or vacuum ultraviolet light beam, That is, region 1 where plasma is formed
5 is limited to a part of the space within the reaction chamber 9, and the excitation region 1
There is still unexcited gas in the space around 5. Therefore, the purity of the thin film deposited on the substrate 14 will not be impaired due to impurities mixed into the gas from the vessel walls or electrodes due to the collision between the generated ions and electrons, and the substrate and the deposited thin film will not come into contact with the plasma. It will not cause any damage.

すなわち、第1図の実施例装置は本発明の薄膜堆積方法
を実施するための装置として用いることができる。
That is, the apparatus of the embodiment shown in FIG. 1 can be used as an apparatus for carrying out the thin film deposition method of the present invention.

第4図は本発明の他の実施例装置を示す。FIG. 4 shows another embodiment of the present invention.

本実施例は、電子シンクロトロン放射装置7の放射光を
ビーム伝搬路8の途中に設けたシリンドリカルミラー(
トロイダルミラー、双曲線ミラーなどでもよい)16に
より対向電極11.12の電極面と平行な扁平な形状に
集光して反応室9に入射させる構成としたもので、反応
室内部における扁平な軟X線または真空紫外光ビームL
と対向電極11.12との相対的位置関係を第5図に示
す。
In this embodiment, a cylindrical mirror (
The light beam is condensed into a flat shape parallel to the electrode surfaces of the counter electrodes 11 and 12 by a toroidal mirror, a hyperbolic mirror, etc.) and is incident on the reaction chamber 9. line or vacuum ultraviolet light beam L
The relative positional relationship between the electrodes 11 and 11 and the counter electrodes 11 and 12 is shown in FIG.

前述のように電子シンクロトロン放射装置7からの放射
光は指向性が良いので、これをシリンドリカルミラーま
たはトロイダルミラー、双曲線ミラーなどで集光し、あ
るいはスリットで絞ることにより、厚さ1mm程度の扁
平なビームを容易に得ることができる。このような扁平
ビームを用いることは、反応室内部での励起領域15を
限定する本発明の趣旨に沿うばかりでなく、励起領域全
体が電極面から桂はぼ等距離にあることから、励起によ
り生成したイオンが電界の作用をほぼ均等に受けるので
、電界の強度を変えることにより、薄膜の堆積に寄与す
るイオンの運動エネルギーを高い精度で制御することが
可能となり、薄膜の堆積のために最も望ましい大きさの
運動エネルギーをすべてのイオンに与えることができる
As mentioned above, the emitted light from the electron synchrotron radiation device 7 has good directivity, so it can be collected into a flat surface with a thickness of about 1 mm by condensing it with a cylindrical mirror, toroidal mirror, hyperbolic mirror, etc., or focusing it with a slit. You can easily obtain a beam of Using such a flat beam not only meets the purpose of the present invention to limit the excitation region 15 inside the reaction chamber, but also because the entire excitation region is approximately equidistant from the electrode surface. Since the generated ions are almost equally affected by the electric field, by changing the electric field strength, it is possible to control with high precision the kinetic energy of the ions that contribute to thin film deposition. A desired amount of kinetic energy can be imparted to all ions.

第6図、第7図は、特定の波長成分の軟X線または真空
紫外光ビームを照射するための波長選択手段を付加した
本発明の他の実施例装置を示す。
FIGS. 6 and 7 show another embodiment of the present invention, which is equipped with wavelength selection means for irradiating soft X-rays or vacuum ultraviolet light beams of specific wavelength components.

第6図では、波長選択手段の一例としてビーム伝搬路8
の途中に回折格子からなる分光器17を設置し、電子シ
ンクロトロン放射装置7の放射光のうち特定の波長成分
のみを分光器17により選択し、これを前記シリンドリ
カルミラー16により集光して反応室9に入射させる構
成としである。
In FIG. 6, a beam propagation path 8 is shown as an example of wavelength selection means.
A spectroscope 17 consisting of a diffraction grating is installed in the middle of the electron synchrotron radiation device 7, and only a specific wavelength component is selected by the spectrometer 17, which is focused by the cylindrical mirror 16 and reacted. The configuration is such that the light enters the chamber 9.

ガス分子がイオン化する場合、イオン化に関与する軟X
線または真空紫外光のエネルギー、すなわち波長に対し
、生成するイオンの種類(SiH4を例にとれば、SL
”、S i H”、SiH2”、SiH4”、Sj2+
などの種類がある)およびその励起準位が一定の関係に
あることが知られている。したがって、第6図の実施例
装置を用いて反応室9へ照射する軟X線または真空紫外
光ビームの波長を選択することにより、特定の種類のイ
オン種あるいは特定の励起準位のイオン種を選択的に生
成することが可能となる。一般的に、薄膜の性質は基板
温度と、堆積する活性種の内部エネルギーによって大き
く影響を受けるので、上記のように軟X線または真空紫
外光ビームの波長を選択し、生成するイオンの内部エネ
ルギーを制御することにより。
When gas molecules are ionized, the soft X involved in ionization
The type of ions produced (for example, SL
", S i H", SiH2", SiH4", Sj2+
) and their excited levels are known to have a certain relationship. Therefore, by selecting the wavelength of the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam irradiated to the reaction chamber 9 using the embodiment apparatus shown in FIG. This enables selective generation. In general, the properties of thin films are greatly affected by the substrate temperature and the internal energy of the deposited active species, so the wavelength of the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam is selected as described above, and the internal energy of the generated ions is By controlling.

比較的低い基板温度で良質の薄膜を形成することができ
るようになる。
It becomes possible to form high-quality thin films at relatively low substrate temperatures.

第7図には、波長選択手段として、分光器ではなく、表
面に、例えばタングステンとカーボンの薄膜を交互に積
層した多層膜18を有する多層膜付シリンドリカルミラ
ー19を用いた例を示す。
FIG. 7 shows an example in which a multilayered cylindrical mirror 19 having a multilayered film 18 on the surface of which thin films of tungsten and carbon are alternately laminated, for example, is used instead of a spectroscope as the wavelength selection means.

多層膜ミラーの反射率に一定の波長選択性があり、分光
器の代わりに利用できることは良く知られているが、第
7図に示すように集光作用を有するミラーに多層膜を付
けることにより、第6図の実施例に示した分光器17と
集光用ミラー16の機能を1枚のミラーにより実現でき
るため、軟X線または真空紫外光ビームの損失を低減す
ることができる。
It is well known that the reflectance of a multilayer mirror has a certain wavelength selectivity and can be used in place of a spectrometer. Since the functions of the spectroscope 17 and the condensing mirror 16 shown in the embodiment of FIG. 6 can be realized by one mirror, the loss of the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam can be reduced.

電子シンクロトロン放射装置にアンジュレータ〔電子軌
道を蛇行させる装置で文献(1)に紹介されている〕を
取付けると、第2図に示された放射光の波長分布が特定
の波長λ。の付近に集中し、強度も2桁近く増大し、さ
らに磁場の強さを変えることにより、波長λ。を広範囲
に変えることができる。したがって、第1図あるいは第
4図の実施例装置において、アンジュレータを取付けた
電子シンクロトロン放射装置を軟X線または真空紫外光
発生源として用いることにより、分光装置を用いること
なく、波長選択性のある高強度の軟X線または真空紫外
光ビームを得ることができる。
When an undulator (a device that makes electron orbits meander and is introduced in Reference (1)) is attached to an electron synchrotron radiation device, the wavelength distribution of the emitted light shown in Fig. 2 will change to a specific wavelength λ. The intensity increases by nearly two orders of magnitude, and by further changing the strength of the magnetic field, the wavelength λ. can vary widely. Therefore, in the embodiment apparatus shown in FIG. 1 or 4, by using an electron synchrotron radiation device equipped with an undulator as a soft A certain high intensity soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam can be obtained.

なお、図示は省略するが、第1図、第4図、第6図、第
7図の各実施例装置において、反応室9内の所定の位置
に磁石を設置し、励起領域15に磁界を作用させること
により、薄膜の堆積速度の向上を図ることができる。ま
た、電界の代わりに、磁界のみを用いて薄膜を堆積させ
ることも可能である。なお、膜堆積のためには、電界ま
たは磁界を反応室に形成する手段は必ずしも必要ではな
し)。
Although not shown, in each of the embodiment apparatuses shown in FIGS. 1, 4, 6, and 7, a magnet is installed at a predetermined position in the reaction chamber 9, and a magnetic field is applied to the excitation region 15. By allowing this to occur, it is possible to improve the deposition rate of the thin film. It is also possible to deposit thin films using only a magnetic field instead of an electric field. Note that for film deposition, means for forming an electric or magnetic field in the reaction chamber is not necessarily required).

ただし、膜堆積速度を大きくするためには、これらの手
段を設けることは有効である。
However, providing these means is effective in increasing the film deposition rate.

以下、本発明の実験例を第8図〜第11図により説明す
る。
Experimental examples of the present invention will be explained below with reference to FIGS. 8 to 11.

第8図は高エネルギー物理学研究所フォトンファクトリ
施設の電子シンクロトロン放射光を利用した薄膜堆積(
以下、SR励起CVDという)の実験装置を示す。
Figure 8 shows thin film deposition using electron synchrotron radiation at the Photon Factory facility of the High Energy Physics Research Institute.
An experimental setup for SR excitation CVD (hereinafter referred to as SR excitation CVD) is shown below.

ビーム伝搬路は図示しない差動真空排気装置によって高
真空に維持され、結果的には、ミラー室22内の圧力が
3 X 1O−9T orrより低く保たれている間、
反応室23内の圧力は2 X 10−” Torr以上
であった。ソースガス(100%SiHまたは100%
SiH,+N2)は反応室23内の小室24に供給され
、電極25と基板支持具26との間に直流バイアス電圧
が印加された。この状態で、2.5GeVストレージリ
ンク20からのSR放射光をトロイダルミラー21によ
り集光して小室24に照射し、基板27上に薄膜を堆積
させた。この場合、SiH4ガスの代表的な分圧は3 
X IF’ Torrであった。
The beam propagation path is maintained at a high vacuum by a differential evacuation device (not shown), and as a result, while the pressure inside the mirror chamber 22 is kept lower than 3 x 10-9T orr,
The pressure inside the reaction chamber 23 was 2×10-” Torr or more.The source gas (100% SiH or 100%
SiH, +N2) was supplied to the small chamber 24 in the reaction chamber 23, and a DC bias voltage was applied between the electrode 25 and the substrate support 26. In this state, the SR radiation from the 2.5 GeV storage link 20 was focused by the toroidal mirror 21 and irradiated into the small chamber 24 to deposit a thin film on the substrate 27. In this case, the typical partial pressure of SiH4 gas is 3
X IF' Torr.

なお1図中の28は基板を加熱するためのヒータを示す
Note that 28 in FIG. 1 indicates a heater for heating the substrate.

実験結果は次の通りである。The experimental results are as follows.

堆積膜の厚さはタリステップ(Talystep) f
fi’l定法により測定した。堆積率は、この実験にお
ける基板温度Tsの範囲では常に一定であった(第9図
)。バイアス電圧(この場合200V)を加えると、堆
積率は大きく増加した(第9図)。これは、反応ガスが
SR放射光によって効果的にイオン化されることと、イ
オン化された種(species)が電界の印加によっ
て基板上に集められることを示唆している。
The thickness of the deposited film is Talystep f
It was measured by the fi'l standard method. The deposition rate was always constant within the range of substrate temperature Ts in this experiment (FIG. 9). Adding a bias voltage (200V in this case) greatly increased the deposition rate (Figure 9). This suggests that the reactant gas is effectively ionized by the SR radiation and that the ionized species are collected on the substrate by the application of the electric field.

堆積したa−3i:H(注、水素を含むシリコンアモル
ファス)膜のIR吸収スペクトルを第10図に示す。第
10図において、波数2000cm−1付近のピークは
S i −H伸縮振動(stretching vib
ration)に該当するが、5i−N2曲げ振動(b
endingvibration)については弱いピー
クしか観測されない。これにより、堆積したa−5i:
H膜内では5i−H結合が支配的であると推断された。
The IR absorption spectrum of the deposited a-3i:H (note: silicon amorphous containing hydrogen) film is shown in FIG. In Fig. 10, the peak near the wave number 2000 cm-1 is the Si-H stretching vibration (stretching vibration).
5i-N2 bending vibration (b
(endingvibration), only a weak peak is observed. As a result, the deposited a-5i:
It was inferred that 5i-H bonds were dominant within the H film.

堆積した5ixN、Hz膜のオージェ深さ方向分布曲線
(Auger 1n−depth profile)を
第11図に示す。
The Auger 1n-depth profile of the deposited 5ixN, Hz film is shown in FIG.

窒素とシランの圧力比(PN2/ ps;H4: 1 
)がグロー放電法〔文献(2) D、 Haiping
 et al、+ J。
Pressure ratio of nitrogen and silane (PN2/ps; H4: 1
) is the glow discharge method [Reference (2) D, Haiping
et al., +J.

Electrochem、 Soc、、 128 (1
981) 1555)におけるそれより相当低くても、
窒素原子は効果的に膜中に取り込ま請N / S i=
0.8)。IRスペクトルから、これらの窒素原子はS
iとHに結合することが確認された。N2の結合エネル
ギー(9,8eV)およびN2の第1イオン化ポテンシ
ヤル(15,6eV)はグロー放電プラズマにおける平
均電子エネルギーより実質的に大きいため、グロー放電
プラズマにおけるN2のラジカルとイオンの発生率は非
常に低い。これに対して、SR放射光はN2ガスを分解
またはイオン化するに十分な光エネルギーを持っている
。さらに、イオン化しきい値より高いN2の光吸収断面
積(〜20Mb)はSiH,のそれ(〜40−40−5
Oと同程度の大きさを持っている。
Electrochem, Soc, 128 (1
981) Even though it is considerably lower than that in 1555),
Nitrogen atoms are effectively incorporated into the film.
0.8). From the IR spectrum, these nitrogen atoms are S
It was confirmed that it binds to i and H. Since the binding energy of N2 (9,8 eV) and the first ionization potential of N2 (15,6 eV) are substantially larger than the average electron energy in glow discharge plasma, the generation rate of N2 radicals and ions in glow discharge plasma is very high. low. In contrast, SR synchrotron radiation has sufficient optical energy to decompose or ionize N2 gas. Furthermore, the optical absorption cross section of N2 (~20 Mb) higher than the ionization threshold is that of SiH (~40-40-5
It has the same size as O.

このため、SR放射光はS i Hmイオンに匹敵する
量の窒素イオン(N+、 NZ+、 N24+)を発生
する。
Therefore, the SR synchrotron radiation generates nitrogen ions (N+, NZ+, N24+) in an amount comparable to S i Hm ions.

これらの活性イオンの生成はSR励起CVDの興味ある
特徴の一つであり、これは新材料の形成に一つの道を開
く可能性を与えるものである。
The generation of these active ions is one of the interesting features of SR-excited CVD, which offers the possibility of opening an avenue for the formation of new materials.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明の薄膜堆積方法は、軟X線または真
空紫外光ビームの照射により反応室内の限定された領域
のガス分子を励起し、該反応室内に置かれた基板上に薄
膜を堆積させるため、従来のプラズマCVD法の欠点で
あった器壁や電極からの不純物の混入およびプラズマの
接触による基板や薄膜の損傷が避けられ、より優れた特
性の薄膜を形成することができる。
As described above, the thin film deposition method of the present invention excites gas molecules in a limited area within a reaction chamber by irradiation with soft X-rays or vacuum ultraviolet light beams, and deposits a thin film on a substrate placed within the reaction chamber. Therefore, it is possible to avoid the contamination of impurities from the vessel walls and electrodes and damage to the substrate and thin film due to contact with plasma, which are disadvantages of the conventional plasma CVD method, and it is possible to form a thin film with better characteristics.

また、本発明の薄膜堆積装置によれば、電子シンクロト
ロン放射装置から発生する指向性の良い高強度の軟X線
または真空紫外光ビームを利用して、限定された領域の
ガス分子の励起および基板上への薄膜の堆積を効率良く
実現することができる。
Further, according to the thin film deposition apparatus of the present invention, gas molecules in a limited area are excited and A thin film can be efficiently deposited on a substrate.

上記以外の各実施態様の特有の効果については実施例の
項に記載した通りである。
The unique effects of each embodiment other than the above are as described in the Examples section.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の基本的な装置構成を示す概略図、第2
図は電子シンクロトロン放射光の波長分布およびガス分
子の吸収断面積のスペクトル分布を示す図、第3図は電
子シンクロトロン放射光の放射角度分布を示す図、第4
図は集光手段を付加した本発明の装置構成の他の例を示
す概略図、第5図はその対向電極と軟X線または真空紫
外光ビームの相対的位置関係を示す模式図、第6図、第
7図は集光手段と波長選択手段を併用した本発明の装置
構成の他の例を示す概略図、第8図は本発明の実験装置
の構成を示す概略図、第9図〜第11図は実験データを
示すグラフ、第12図は従来のプラズマCVD装置を示
す概略図である。 7.8.16.17,18.19・・・軟X線または真
空紫外光ビーム照射手段(7・・・電子シンクロトロン
放射′!装置、8 ビーム伝搬路、16・・・集光用シ
リンドリカルミラー、17・・波長選択用分光器、18
・・・波長選択用多層膜、19・・・多層膜付シリンド
リカルミラー) 9・・・反応室、 10・・・ガス導入手段であるノズル 11、12.13・・・電界形成手段(11,12・・
・対向電極、13・・・直流バイアス電源) 14・・・基板 15・・・励起領域 L・・・軟X線または真空紫外光ビーム特許出願人 日
本電信電話株式会社 代理人弁理士  中 村 純之助 幸 1 図 卆2 ’□     t 3閏 う慶弔(A) 矛4図
Fig. 1 is a schematic diagram showing the basic device configuration of the present invention;
Figure 3 shows the wavelength distribution of electron synchrotron radiation and the spectral distribution of the absorption cross section of gas molecules, Figure 3 shows the radiation angle distribution of electron synchrotron radiation, and Figure 4 shows the radiation angle distribution of electron synchrotron radiation.
The figure is a schematic diagram showing another example of the device configuration of the present invention in which a condensing means is added; FIG. 5 is a schematic diagram showing the relative positional relationship between the counter electrode and the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam; 7 is a schematic diagram showing another example of the configuration of the apparatus of the present invention using both a condensing means and a wavelength selection means, FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the experimental apparatus of the present invention, and FIGS. FIG. 11 is a graph showing experimental data, and FIG. 12 is a schematic diagram showing a conventional plasma CVD apparatus. 7.8.16.17, 18.19... Soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam irradiation means (7... Electron synchrotron radiation'! device, 8 Beam propagation path, 16... Cylindrical for focusing Mirror, 17... Spectrometer for wavelength selection, 18
...Multilayer film for wavelength selection, 19...Cylindrical mirror with multilayer film) 9...Reaction chamber, 10...Nozzles 11, 12, which are gas introducing means.13...Electric field forming means (11, 12...
・Counter electrode, 13...DC bias power supply) 14...Substrate 15...Excitation region L...Soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam Patent applicant Junnosuke Nakamura, patent attorney for Nippon Telegraph and Telephone Corporation Happy 1 Illustration 2 '□ t 3 Congratulations and condolences (A) Spear 4 Illustration

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ガスを満たした反応室に軟X線または真空紫外光
ビームを照射して、反応室内の限定された領域のガスを
分解またはイオン化し、分解生成物または生成イオンを
該反応室内に設置した基板上に堆積させることを特徴と
する薄膜堆積方法。
(1) A reaction chamber filled with gas is irradiated with a soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam to decompose or ionize the gas in a limited area within the reaction chamber, and the decomposition products or generated ions are placed inside the reaction chamber. A method for depositing a thin film, characterized by depositing the film on a substrate.
(2)前記軟X線または真空紫外光ビームは、特定の波
長成分から成り、この特定の波長成分によって前記ガス
を特定の種類のイオン種にイオン化することを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の薄膜堆積方法。
(2) The soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam consists of a specific wavelength component, and the specific wavelength component ionizes the gas into a specific type of ion species. Thin film deposition method described in section.
(3)前記軟X線または真空紫外光ビームは、扁平な形
状を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項、第
2項のいずれかに記載の薄膜堆積方法。
(3) The thin film deposition method according to claim 1 or 2, wherein the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam has a flat shape.
(4)薄膜を堆積させるための基板を設置する反応室と
、該反応室にガスを導入する手段と、前記反応室に軟X
線または真空紫外光ビームを照射する手段とを備え、前
記軟X線または真空紫外光ビーム照射手段は電子シンク
ロトロン放射装置を軟X線または真空紫外光発生源とし
て用いた構成を有することを特徴とする薄膜堆積装置。
(4) A reaction chamber in which a substrate for depositing a thin film is installed, a means for introducing gas into the reaction chamber, and a soft X
rays or vacuum ultraviolet light beam, and the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam irradiation means has a configuration using an electron synchrotron radiation device as a soft thin film deposition equipment.
(5)前記軟X線または真空紫外光ビーム照射手段は、
該軟X線または真空紫外光ビームを特定の波長成分とす
るための波長選択手段を有することを特徴とする特許請
求の範囲第4項記載の薄膜堆積装置。
(5) The soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam irradiation means:
5. The thin film deposition apparatus according to claim 4, further comprising wavelength selection means for making the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam a specific wavelength component.
(6)前記軟X線または真空紫外光ビーム照射手段は、
該軟X線または真空紫外光ビームを扁平な形状とするた
めの集光手段を有することを特徴とする特許請求の範囲
第4項、第5項のいずれかに記載の薄膜堆積装置。
(6) The soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam irradiation means:
6. The thin film deposition apparatus according to claim 4, further comprising condensing means for flattening the soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam.
(7)薄膜を堆積させるための基板を設置する反応室と
、該反応室にガスを導入する手段と、前記反応室に軟X
線または真空紫外光ビームを照射する手段と、該軟X線
または真空紫外光ビームの照射によりガスが分解または
イオン化する励起領域に、分解生成物または生成イオン
を前記基板上に堆積させるための電界および磁界のいず
れか一方もしくは両方を形成する手段とを備え、前記軟
X線または真空紫外光照射手段は電子シンクロトロン放
射装置を軟X線または真空紫外光発生源として用いた構
成を有することを特徴とする薄膜堆積装置。
(7) A reaction chamber in which a substrate for depositing a thin film is installed, a means for introducing gas into the reaction chamber, and a soft X
means for irradiating a soft X-ray or vacuum ultraviolet light beam, and an electric field for depositing decomposition products or product ions on the substrate in an excitation region where the gas is decomposed or ionized by the irradiation with the soft x-ray or vacuum ultraviolet light beam; and a means for forming either or both of a magnetic field and a magnetic field, and the soft X-ray or vacuum ultraviolet light irradiation means has a configuration using an electron synchrotron radiation device as a soft X-ray or vacuum ultraviolet light generation source. Characteristic thin film deposition equipment.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS599164A (en) * 1982-06-30 1984-01-18 インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション Light precipitation of refractory metal layer on substrate
JPS5914036A (en) * 1982-07-14 1984-01-24 Oki Electric Ind Co Ltd Keyboard device
JPS60121272A (en) * 1983-12-05 1985-06-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Production of transparent conductive film

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