JPS6299456A - 金属フツ化物薄膜の形成方法 - Google Patents

金属フツ化物薄膜の形成方法

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JPS6299456A
JPS6299456A JP23750085A JP23750085A JPS6299456A JP S6299456 A JPS6299456 A JP S6299456A JP 23750085 A JP23750085 A JP 23750085A JP 23750085 A JP23750085 A JP 23750085A JP S6299456 A JPS6299456 A JP S6299456A
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thin film
substrate
forming
metal
metal fluoride
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JP23750085A
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Kazumasa Takagi
高木 一正
Tokumi Fukazawa
深沢 徳海
Kenzo Susa
憲三 須佐
Toshio Kobayashi
俊雄 小林
Takanobu Takayama
孝信 高山
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • C03B19/1415Reactant delivery systems
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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】
〔発明の利用分野〕 本発明は金属フッ化物’ll IFJの形成方法に係り
、特にM(”)S (Metal 0xide Sem
1conductor)デバイス、3次元半導体素子な
どの半導体装置に好適な金属フッ化物からなる絶縁膜の
形成方法に関する。 〔発明の背景〕 半導体基板十にエピタキシャル成長させた絶縁膜は、3
次元素子や新しい半導体装置用絶縁膜として期待されて
いる。これらの目的に使用される絶縁膜材料として、c
aF2に代表される金属フッ化物について、マテリアル
ズ、リサーチ、ソサエティ、シンポジウム(Mat、、
 Res、 Soc、 Symp、)。 25巻、393頁([84年)におけるイシヮラ(T 
shjwara)およびアサノ(Asano)による1
′シリコン基板上のフッ化物膜のエピタキシャル成長″
(“EpN、axial Growt;h of Fl
、uorjda Fjlmson 5jlf、on 5
ubstrates” )や、次世代産業基盤技術、第
4同断機能素子技術シンポジウム、=3− 227頁(昭和60年7月)における合本による11 
:3次元回路素子応用へのスピネルM RE成長″と題
する文献において論じられている。これらは、直空蒸着
法によって基板I−に所定の薄膜をエピタキシャル成長
させる方法に関するものであって、薄膜を形成するフッ
化物の結晶構造が基板であるSjやGa A sなどの
結晶構造と類似しているか、あるいは特定面の原子配列
が似ているために、エピタキシャル成長したフッ化物薄
膜を得ることができ、しかもフッ化物を蒸着源として使
用しても、フッ化物は分解自由エネルギが大きいので分
解されることなく、化学練論比的絹成が維持されるので
ある。 現在、フッ化物薄膜の形成は、高真空中で蒸着法によっ
て行オ)れており、フッ化物薄膜のエピタキシャル成長
は、ラザフォード後方散乱スペク1へロスコピー(RR
8)法および電子線回折法によって確認されている。し
かしながら、フッ化物薄膜の絶縁耐圧の電極面積依存性
などからは、フッ化物薄膜が必ずしも十分に満足する結
晶性を有しているとはaえす、フッ化物薄膜中にピンホ
ールなどの欠陥が存在するために、フッ化物薄膜の絶縁
膜・1圧が測定に用いる電極の面積に依存し、その面積
が広くなると絶縁耐圧が低下するという欠点があった。 これは、薄膜を形成する粒子がフッ化物分子の状態で基
板表面に到達し、薄膜を形成する粒子の基板表面におけ
る移動拡散が小さいためであると考えられている。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、」二連した従来技術の欠点を解消
【ハ繰密で、かつ結晶性が良好で、優れた絶縁耐圧を有する金属フッ化物薄膜を容易に形成させる方法を提供することにある。 〔発明の概要〕
本発明の金属フッ化物薄膜の形成方法は、基板表面にお
ける薄膜形成粒子の移動拡散度合を高めるために、蒸着
源から金属粒子詮ビーム状に蒸発させて基板表面に到達
するようにし、かつ基板の近傍には金属フッ化物形成用
のフッ素化合物ガスを導入して、プラズマを発生せしめ
、分離したフッ素イオンと金属蒸発粒子とをJん板表面
にj♂いて化学反応を起させて金属フッ化物薄膜を形成
させる方法であって、薄膜形成粒子の基板表面における
移動拡散が十分に行われ、緻密で結晶性が良好で絶縁耐
圧の優れた金属フッ化物薄膜を容易にエピタキシャル成
長させることができる。 また、従来の基板表面において蒸発粒子を化学反応させ
て化合物薄膜を形成させる反応性蒸着法は、主として酸
化物薄膜の形成にのみ適用されているが、これをフッ化
物薄膜の形成に用いる場合は、フッ化物形成に使用する
フッ素ガスの反応性が極めて高いために、蒸着装置を著
しく腐食させるという問題が発生する。これに対して本
発明の金属フッ化物薄膜形成において用いるフッ素化合
物ガスは、腐食性の少ないフッ素化合物、例えばフレオ
ン14 (cF、) 、フレオン23(C)TF、)ガ
スなどを用い、プラズマを発生させてフッ素をイオン化
し、金属蒸発粒子と基板上において反応させ、金属フッ
化物薄膜を形成させる関係」−1装首の腐食は極めて少
なく容易に金属フッ化物薄膜を=6= 形成させることができる。 そして、本発明の金属フッ化物薄膜の形成方法において
、基板1−にエピタキシャル成長させる金1i(フッ化
物としては、ダイヤモンド構造またはZnS構」2)を
有するSj、GaAsなどのQL結晶基板と類似する粘
結構造を持つ金属フッ化物が好ましく、例えば、Mg、
C,a、Sr、 Raなどのアルカリ土類金属ノフフ化
物、 La、 Nd、 Gd、 Dyなどの希−に類金
属のフッ化物およびY、Scなどの金属フッ化物などを
挙げることができる。 〔発明の実施例〕 以下に本発明の一実施例を挙げ、図面を参照しながらさ
らに詳細に説明する。 (実施例 1) 第1図は、本発明の金属フッ化物絶縁膜を形成させるた
めの装置の一例を示すものであり、その構造の1111
118を示す縦断面図である。図に示すごとく、直径5
0mmの石英ガラス基板】の表面をフッ酸によりエツチ
ングした後、スパッタリング装置2の中に配置した。そ
して、スパッタリング装置2−7= オン14(CF4)ガスをマスフローメータ3を通して
458ccI11導入した。これと同時に、メカニカル
ブースタポンプ4による排気とバルブ5の開き角の調整
により、スパッタリング装置2内の圧力を2Paにした
。この圧力条件下でプラズマを高周波により発生させた
。基板1を配置した電極6の表面はテフロン板7で覆っ
た。対向電極8は接地し、その下部に蒸着装置9を設け
た。そして、対向電極8の中央部に設けである直径28
mn+の穴を通して、蒸着源10の金属ランタン(■、
a)を電子線加熱により蒸着した。蒸着源10の化学反
応を防ぐために、蒸着装置1j9には数段のスリットを
設け、排気口11より差動排気によって5X10−3P
aの真空度に保った。 Laの蒸着速度は0.2 nm/ sで、スパッタリン
グ時の基板温度は300°Cに1−昇し、膜厚200n
mの薄膜を形成させた。この薄膜IX線回折法で評価し
た結果、■、aF、の組成を示した。さらに、イオンマ
イクロアナライザ(TMA)法により調べた薄−8= 膜の組成は測定誤差範囲内で化学量論比になっていた。 (実施例 2) 実施例1と同じ成膜条件下において、基板として直径5
0nwnの(11,1−)面方位をもっSi単結晶ウェ
ハを使用した。その結果、■、aF3薄膜の面方位は(
001)になっており、エピタキシャル成長【ノでいる
ことを、X線回折法、反射高速電子線回折(RHE T
’: n )法により確認した。そして、形成した■、
aF3簿股の−1−にArL電極を設け、この舷電極と
81基板との間に電圧を印加して■、aF3薄1漠の絶
縁耐圧を測定した。絶縁耐圧は6X]0’V/ anで
あったが、電極の面積依存性はなく、■、a F 3M
膜にピンホールなどの欠陥のないことが分った。 (実施例 3) 実施例2と同じ成膜条件下において、蒸着源材料として
金属ジスプロシウム(Dy)を用い薄膜の形成を行った
。5jQi結晶基板上に形成された薄膜はDyF3の組
成を示し、かつエピタキシャル成長していることが判明
した。なお、D y F 3薄膜の絶縁耐圧においても
電極面積依存性はなく、その値は8XlO’V/(1)
を示した。 (実施例 4) 実施例1と同じ成119条件下にお、いて、蒸着源材料
として金属ストロンチウム(Sr)を用い、基板にはG
aAsの(100)面ウェハを使用し、膜厚1100n
の薄膜を形成した。薄膜は5rF3の組成を示し、5r
F3薄膜は基板と同じ(111)面方位を有し、エピタ
キシャル成長していることを確認した。 (実施例 5) 実施例4のGaAs (100)面ウェハ基板」1へ、
アルカリ土類金属であるSrとCaを、各々の蒸着源を
用いてSrとCaを同時に蒸着させた。 SrとCaの蒸着比は6対4とした。これは、基板であ
るQaAsとの格子定数の一致をはかるためである。形
成した薄膜の組成は、S r o、 5、Cao−43
F 2を示し、基板上にエピタキシャル成長しているこ
とが分った。 (実施例 6) 第1図に示すスパッタリング装置i’
(2内へのガス導入に際して、マスフローメータ3から
、OF4ガスの代りにヘリウム(He)ガスを503c
cI4導入した。Heガスのスパッタリングによって基
板1側の電ri 6 、J−のテフロン板7が分解し、
フッ素イオンが供給された。そして、実施例2と同じよ
うにして、Sj、(100)単結晶基板−ににT、aを
蒸着させた。その結果、CF4ガスを導入した時と同じ
膜質である丁、aF、、簿膜を形成させることができた
。 以」一本発明の実施例においては、金属フッ化物として
T、a F 3、DyF3、S r F 3、(Sr−
Ca)F2を示したが、その化学的、結晶学的類似性か
ら、Nd、Gdなどの希土類金属のフッ化物、およびY
、Scなどのフッ化物、さらにはMg、Raなどのアル
カリ土類金属のフッ化物に対しても同様の効果があるこ
とを確認している。また、本発明の実施例においては、
フッ素の供給源としてフレオン+4(CF4)とテフロ
ン板を示したが、他のフレオンガス、例えばフレオン2
3(CHF3)も適用できる。さらに、プラズマの発生
方法として、高周波の印加を行ったが、マイクロ波の利
用も可能であることはβうまでもない。 〔発明の効果〕 以」二詳細に説明したごとく、本発明のフッ素化合物ガ
スのプラズマ雰囲気中における金属フッ化物薄膜の形成
方法によれば、ダイヤモンド構造またはZnS横浩の結
晶構造を持っS I 、 (’18八Sなどの単結晶基
板上に、これと類似の結晶構造を有するMg、Ca、S
r、Raなどのアルカリ土類金属のフッ化物簿膜、Y、
 Scなどの金属フッ化物薄膜、およびLa、Nd、G
d、 Dyなどの希土類金属フッ化物薄1漠などを容易
にエビタギシャル成長させることができ、緻密で結晶性
が良好で、ピンホールなどの欠陥のない絶縁耐圧の優れ
た金属フッ化物薄膜が得られる。また、石英ガラスなど
の基板上においても、緻密で絶縁耐圧の良好な金属フッ
化物薄膜を形成させることもできる。さらに、金属フッ
化物形成用のガスとして、腐食性の少ないフレオン14
、フレオン23などのフッ素化合物ガスを用いるので、
蒸着装置の腐食が少なく、かつ容易に金属フッ化物薄膜
を形成させることができ、工業上のメリットは大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例において用いた金属フッ化物薄
膜を形成させる装置の構造の概略を示す縦断面図である
。 1・・・基板       2・・・スパッタリング装
置3・・・マスフローメータ 4・・・メカニカルブースタポンプ 5・・・バルブ      6・・・電極7・・・テフ
ロン板    8・・・対向電極9・・・蒸着装置  
   10・・・蒸着源11・・・排気口

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一般式MF_x(式中、Mは金属元素、Fはフッ
    素原子、xはフッ素原子の数を表わす。)で示される金
    属フッ化物の薄膜の形成方法において、フッ素化合物ガ
    スのプラズマ雰囲気中に、所定の基板を保持し、上記基
    板上に単一もしくは複数の金属元素(M)を蒸着させる
    ことによって、上記所定の基板上に上記金属フッ化物か
    らなる薄膜を形成させることを特徴とする金属フッ化物
    薄膜の形成方法。
  2. (2)所定の基板が、半導体単結晶基板であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項に記載の金属フッ化物薄
    膜の形成方法。
  3. (3)金属元素(M)が、アルカリ土類金属元素である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項に
    記載の金属フッ化物薄膜の形成方法。
  4. (4)アルカリ土類金属元素は、Mg、Ca、Sr、B
    aのうちから選ばれる少なくとも1種の元素であること
    を特徴とする特許請求の範囲第3項に記載の金属フッ化
    物薄膜の形成方法。
  5. (5)金属元素(M)が、希土類金属元素およびY、S
    c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項に記載の金属フッ化物薄膜の形成方法。
  6. (6)希土類金属元素は、La、Nd、Gd、Dyのう
    ちから選ばれる少なくとも1種の元素であることを特徴
    とする特許請求の範囲第5項に記載の金属フッ化物薄膜
    の形成方法。
  7. (7)フッ素化合物ガスは、フレオン14またはフレオ
    ン23であることを特徴とする特許請求の範囲第1項な
    いし第6項のいずれか1項に記載の金属フッ化物薄膜の
    形成方法。
  8. (8)フッ素化合物ガスのプラズマ雰囲気を形成させる
    手段が、高周波もしくはマイクロ波の印加によることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第7項のいずれ
    か1項に記載の金属フッ化物薄膜の形成方法。
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