JPH0262034A

JPH0262034A - 複合高速粒子線照射方法及びその装置

Info

Publication number: JPH0262034A
Application number: JP63213127A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Uesugi; 文彦上杉
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1990-03-01

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、互いに傾きの異なる複数の面が露出している
基板に対し、面の傾きのちがいを利用して特定の面にエ
ピタキシャル成長、ＣＶＤ、エツチングなどの各種プロ
セスを行なわせる方法に関するものである。

（従来の技術）従来の選択的なプロセスは、異なった材質が露出してい
る表面で、プロセス用ガス分子に対する各々の表面材質
との反応速度の差を利用することで行なわれていた。

例えば、エピタキシャル成長プロセスでは、ポジダニ（
Ｎ、　Ｖｏｄｊｄａｎｉ）らが、ジャーナル・オブ・ク
リスタル・グロース誌（Ｊ、　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏ
ｗｔｈ）の第７１巻（１９８５）の１４１ページから１
４８ページに発表した論文において、ＧａＡｓ基板の一
部分をＳｉＯ２で覆い、ＧａＡｓが露出している部分に
のみ、クロライドＶＰＥ法でＧａＡｓを成長させていた
。また、ツアング（Ｗ、Ｔ。

Ｔｓａｎｇ）は、アプライド・フィツクス・レターズ誌
（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、）の第４６巻（
１９８５）の７４２ページから７４４ページに発表した
論文では、ＧａＡｓ基板の一部をＳｉで覆い、ＧａＡｓ
が露出している部分にのみＭＯＭＢＥ法でＧａＡｓを成
長させていた。

このような薄膜成長に限らず、エツチングのプロセスに
おいても、ゲイス（Ｍ、　Ｗ、　Ｇｅ１ｓ）らが、ジャ
ーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テク
ノロジー誌（Ｊ、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ　Ｔｅｃｈｎｏｌ
、　）の第１９巻（１９８１）の１３９０ページから１
３９３ページに発表した論文において、ＧａＡｓ基板の
一部を高温ベークしたフォトレジストで覆い、ＧａＡｓ
が露出している部分のみをＣＩ□ガスでドライエツチン
グしていた。

（発明が解決しようとする問題点）従来技術では、上述のように、基板表面に露出している
材質の違いにより、プロセスの選択性を出すことはでき
る。しかしながら、同一材質で構成されている基板で、
異なった面方位をもつ面が露出している場合、特定の面
方位をもつ面だけに、選択的にプロセスを施すことがで
きない。

本発明の目的は、上述のような従来技術ではできない、
特定の面方位の面や互いに傾きの異なる面に選択的にエ
ピタキシャル成長やＣＶＤ、エツチング、ドーピングな
どのプロセスを行なわせ、基板ウェハ面に対して垂直な
方向だけでなく、ウェハ面内の水平な方向にデバイスを
形成できるプロセス方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本願第１の発明によれば、互いに傾きの異なる複数の面
を有する基板に、粒子線を照射する方法において、前記
基板の表面と化学反応を起こす原子、分子を含む粒子線
と前記基板の表面とは化学反応を起こさない原子または
分子を含む粒子線とを独立に供給し、少なくとも前記化
学反応を起こさない原子または分子の粒子線の持つ運動
エネルギーの前記基板面に対する垂直方向の成分が、前
記基板面を構成する材料のバンドギャプエネルギー以上
で、かつ前記材料がスパッタリングされるエネルギー以
下となるように、制御することを特徴とする複合高速粒
子線照射方法を提供できる。

また、第２の発明は、真空排気された成長室と、前記成
長室に配置した基板保持具と、前記基板保持具に装着さ
れた基板と反応する原子、分子を含む粒子線の粒子線発
生器と、前記基板と反応しない原子、分子を含む粒子線
の粒子線発生器とを具備する装置において、少なくとも
前記基板と反応しない原子、分子を含む粒子線の粒子線
発生器の出射口にノズルと、ノズルを加熱する手段とを
具備し、前記ノズルと前記基板保持具との間にスキマー
を配置し、前記基板保持具には前記基板と反応しない原
子、分子を含む粒子線の入射方向に対して、前記基板を
所望の角度に設定できる回転機構を具備し、更に、前記
基板に対向する位置に前記基板と反応する原子、分子を
含む粒子線の粒子線発生器とを具備することを特徴とす
る複合高速粒子線照射装置を提供するものである。

また、第３の発明は、真空排気された成長室と、前記成
長室に配置した基板保持具と、前記基板保持具に装着さ
れた基板と反応する原子、分子を含む粒子線の粒子線発
生器と、前記基板と反応しない原子、分子を含む粒子線
の粒子線発生器とを具備する装置において、少なくとも
前記基板と反応しない原子、分子を含む粒子線の粒子線
発生器の出射口にフィラメントとグリッドと引き出し電
極とを具備し、前記基板保持具には前記基板と反応しな
い原子、分子を含む粒子線の入射方向に対して、前記基
板を所望の角度に設定できる回転機構を具備し、更に、
前記基板に対向する位置に前記基板と反応する原子、分
子を含む粒子線の粒子線発生器とを具備することを特徴
とする複合高速粒子線照射装置を提供するものである。

（本発明の作用・原理）本発明の特徴は、互いに傾きの異なった面が表面に露出
している基板表面において、特定の面の表面に電子・正
孔対を生成させ、この電子の作用によって、気相分子の
上記表面での解離吸着を著しく促進させて、電子・正孔
対を生成しない表面よりも、解離吸着効率を著しく高め
ることにある。

エピタキシャル成長やＣＶＤ、エツチング、ドーピング
などのプロセス用ガス分子の粒子線の基板への入射角と
方位角、および粒子線の速度を制御することによって、
特定の面に電子・正孔対を生成させ、この面でのみプロ
セス用ガス分子の解離吸着を著しく促進させる結果、こ
の特定の面にのみ選択的にプロセスを行なえることは、
本願の発明者による先の発明、特願昭６２−３１０２０
４号（昭和６２年１２月７日出願）において述べた通り
である。

プロセス用ガス分子だけでなく、Ｘｅのような質量の大
きな不活性ガスを、各々独立に基板に照射すると、Ｘｅ
の基板に垂直な運動エネルギーＥ１が温度Ｔのときの、
基板表面のバンドギャップエネルギーＥｏ（Ｔ）に対し
てＥｌ〉Ｅｏ（Ｔ）を満足すれば、Ｘｅと基板との衝突によって電子・正孔
対を生成できる。したがて、プロセス用ガス分子の運動
エネルギーを大きくで・きす、この分子と基板の衝突に
よって電子・正孔対が生成されない場合でも、Ｘｅと基
板との衝突によって生成される電子・正孔対によってプ
ロセス用ガス分子を解離吸着させることができる。その
結果、プロセス用ガスの選択に制限がなくなり、プロセ
スに最適なガスを選択できる。

また、基板表面が、異なる面方位の面で構成されており
、この面方位によって、バンドギャップエネルギーの値
が変化したり、表面の弾性率が変化したりする場合でも
、これらを考慮してＸｅのように質量の大きな希ガス原
子の入射角、方位角及び速度を制御することによって、
上述の条件を成り立たせることができる。

以上述べてきたように、異なる面方位もしくは互いに傾
きの異なる面で構成されている基板上に、これらのバン
ドギャップエネルギーよりも大きく、かつこれらの表面
構成原子がスパッタリングされるエネルギーよりも小さ
な運動エネルギーで希ガス原子を照射することによって
、プロセス用ガス分子の運動エネルギーの大小に無関係
に、特定の面にのみ選択的にプロセスを行なわせること
ができる。

（実施例１）以下、図面を参照しながら本願発明による装置および作
業方法を説明する。

第１図は本願の第１の発明による方法を、本願の第２の
発明による装置によって実現する装置構成例である。

成長室１１は１Ｏ−１０Ｔｏｒｒ台にまで排気されてお
り、プロセス中に、残留ガスによる影響が極力小さくな
る状態になっている。この成長室１１に、差動排気室１
９を介して、超音速分子線発生室１８が装着されている
。これは直径０．１ｍｍのピンホールの開いているタン
グステン製のノズル１６と逆ホーン型の開口径０．６５
ｍｍのスキマー１７とノズル１６の先端部のみを最高２
０００°Ｃまで加熱するためにタングステン製のノズル
加熱ヒータ２３が巻まれでいる。ノズル１６及びノズル
加熱ヒータ２３はタングステン以外にも高融点金属であ
れば何でもよい。また、ノズル１６のピンホールの口径
及びスキマー１７の開口径の値も、上記の値に特定化さ
れる必要はないことも明らかである。またノズル加熱ヒ
ータ２３によってノズル１６の温度を高くする程、Ｈ２
ベースのＸｅボンベ３６から供給されるＸｅ原子を加速
でき、運動エネルギーを大きくできる。超音速原子線発
生室１８がら出射された超音速原子線２０に照射される
位置に、Ｓｉの基板１２がホルダー１３に装着されてい
る。

このホルダー１３には加熱用ヒータ１４が具備されてお
り、基板１２の温度を制御するようになっている。更に
このホルダー１３は、マニピュレータ１５によって、超
音速原子線２０の基板１２への入射方向を、オイラー角
（Ｅｕｌｅｒｉａｎ　ａｎｇｌｅｓ）で規定される３つ
の角度すべてを制御できる構成になっている。なお、差
動排気室１９は成長室１１の真空度を保つ目的などによ
り設けられたものであり、発明必須要件ではない。

またプロセス用ガスは、ガス導入口３９を通って成長室
１１へ導入され、プロセスガス分子線３７として基板１
２に照射される。このガス導入口３９は、成長室１１の
高真空を保ちつつ回転できるシーリングテーブル３８に
装着されている。このシーリングテーブル３８を回転さ
せることで、基板１２に対して任意の方向からプロセス
ガス分子線３７を照射できる。

この装置を用いて、受光部にＧｅｘＳｉｌ−ｘ／Ｓｉ超
格子を使用するアバランシェ・フォトダイオード（Ａｖ
ａｌａｎｃｈｅ　Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）の面受光型の
Ｇｅｙ、５ｔｔ−ｘ／Ｓｌ超格子受光部を製造する作業
手順を、以下に述べる。

Ｇｅの原料ガスにＧｅＨ４を使用する。このガスはＨ２
ベースのＧｅＨ４ボンベ２１から供給される。また、Ｓ
ｉの原料ガスに５ＩＨ２Ｃ１□を使用し、このガスはＨ
２ベースの５ｉＨ２Ｃ１２ボンベ２４から供給される。

ＧｅＸＳｉ１−ｘ／Ｓｉ超格子製作時において、Ｇｅｘ
Ｓｔｌ−ｘ超薄膜形成時は、混合調整バルブ２２によっ
てＧｅＨ４と５ｉＨ２Ｃ１□を任意の比率で混合してベ
ースガスのＨ２と共にガス導入口３９を通って、Ｓｉの
基板１２に達する。また１、Ｓｉ超薄膜形成時には混合
調整バルブ２２によって、５ｉＨ２Ｃ１２のみをＨ２と
共に超音速分子線２０にして基板１２へ供給する。これ
らのガスを、運動エネルギーを最高１５ｅＶまで高くで
きるＸｅの超音速原子ＭＡ２０を照射して、基板上で解
離吸着させる。

このＧｅＸＳｉ１−ｘ／Ｓｉ超格子の製作に本願の発明
の方法を適用して製作する過程を第２図に示す。基板１
２として使用するＳｉ基板２５は、（００１）面のＳｉ
ウェハを通常のレジスト塗布及び露光を用い、エツチン
グによって（００１）面と直交する（０１０）面を出し
たものである。

第１層Ｇｅｏ、６ＳＺｏ４膜をＳｉ基板２５の（０１０
）面にのみ厚さ３０Ａ成長させるために、ＧｅＨ４と５
ＩＨ２Ｃ１□とをベースガスのＨ２と共にＳｉ基板２５
の（００１）面に照射する。同時に、Ｈ２ガスに１０％
の濃度でＸｅが混合されたガスを、このＳｉ基板２５の
（００１）面に対し、入射角６５°で照射する。Ｘｅは
、これよりも質量の小さいＨ２中に少量混合されている
ので、Ｘｅの速度はＨ２の速度に揃う。速度は同じでも
、Ｘｅの方が質量が大きいので、運動エネルギーは大き
くなる。Ｘｅの運動エネルギーを約５ｅＶにまで高めて
やると、Ｓｉ基板２５の（００１）面への垂直成分は約
０．９ｅＶでＳｉの室温でのバンドギャップエネルギー
約１．０８ｅＶより小さく、逆に（０１０）面への垂直
成分は約４ｅＶど大きくなる。したがって、（０１０）
面にのみ電子・正孔対を生成できることになり、この面
でのみＧｅＨ４と５ｉＨ２Ｃ１，の解離吸着を生じさせ
ることができる。その結果（００１）面と（０１０）面
の面方位依存性を生じさせることができ、（０１０）面
にのみＧｅｏ　６Ｓ１ｏ、４を成長させることができる
。この第１層Ｇｅｏ６Ｓｉｏ４膜を３０人成長させた後
に、この膜面にのみ第１層Ｓｉ膜を２９０人成長させる
為に、今度は５ＩＨ２Ｃ１゜のみをベースガスのＨ２と
共に供給する。前と同様（００１）面に６５°の入射角
で照射する。

（００１）面への運動エネルギーの垂直成分は約１ｅＶ
でＳｉのバンドギャップエネルギーよりも小さく、逆に
ＧｅＸＳｉｏ４膜への運動エネルギーの垂直成分は約５
ｅＶでＧｅｏ、５ｓ１０４のバンドギャップエネルギー
約０．９ｅＶよりも大きい。したがって、Ｇｅｏ、６Ｓ
ｉｏ４膜にのみ電子・正孔対を生成できるので、この膜
でのみ５ＩＨ２Ｃ１２の解離吸着を生じさせることがで
きる。その結果、ＳｉとＧｅｏ、６８１０．４の材質の
違いによる選択性を生じさせることができ、ＧｅＯ，６
ＳＬ０．４膜にのみＳｉを成長させることができる。こ
の第１層Ｓｉ膜を２９ＯＡ成長させた後、再びＧｅＨ４
と５ｉＨ２Ｃ１□を用いて、上述と同様に第２層Ｇｅｏ
６Ｓｉｏ、４膜を成長させ、その後、５ｉＨ２Ｃ１２を
用いて、第２層Ｓｉ膜を成長させる。このようにして、
Ｇｅｏ、６Ｓｉｏ４１Ｓｉ超格子を横方向に成長させる
ことができる。Ｇｅｏ、６Ｓ１（＋、４／８１を５０層
成長させた後、再びレジスト塗布及び露光によるプロセ
スを用いて、皿受光型のアバランシェ・フォトダイオー
ドを作製できた。

（実施例２）本実施例では、本願第１の発明の方法を第３の発明の装
置によって実現する例を、第３図を参照しつつ述べる。

本実施例においても、Ｇｅｏ、６ｓｔｏ４／Ｓｉ超格子
を受光部とする皿受光型のアバランシェ・フォトダイオ
ードの作製を例にとって述べる。

第３図は、本実施例を実現するための装置構成図である
。実施例１と異なるのは、粒子線加速器が、フィラメン
ト３１、グリッド３２、引き出し電極３３、コントロー
ラ３５で構成されることである。

実施例１の場合と同様に、Ｇｅ０．６ＳｉＯ，４膜の成
長時は、Ｈ２ベースのＧｅＨ４とボンベ２１とＨ２ベー
スの５ＩＨ２Ｃ１□ボンベ２４から各々のガスを混合調
整バルブ２２をを通して、ガス導入口３９を経由して、
基板１２へ導入される。Ｓｉ膜の成膜時には、ＧｅＨ４
の供給を止めて、５ｉＨ２Ｃ１２とＨ２の混合ガスを供
給する。

Ｈ２ベースのＸｅボンベ３６から供給されたＸｅは、イ
オン化室３０へ導入される。ここで、フィラメント３１
からグリッド３２へ向かって飛び出した電子によって、
Ｘｅがイオン化される。生成されたイオンは、引き出し
電極３３によって約５ｅＶの運動エネルギーを持つよう
に加速され、イオンビーム３４となって差動排気室１９
を通って成長室１１内に設置されている基板１２に照射
される。イオンを生成するためのフィラメント３１とグ
リッド３２の間の電圧、及びこのイオンを加速する為に
、引き出し電極３３に印加する電圧は、コントローラ３
５によって制御する。このようにして生成されたイオン
ビーム２０の基板１２への入射角を実施例１のようにマ
ニピュレータ１５で６５°に調整し、皿受光型のアバラ
ンシェ・フォトダイオードを製作できた。得られたフォ
トダイオードは、１．４１１ｍの波長に対して、０．９
Ａ／Ｗの感度であった。

以上、ＧｅｘＳｉｌ−′ｘｌＳｉエピタキシャル成長を
例にとって説明したが、本発明はこの他のプロセスや他
の材料にも適用可能である。以下に簡単に説明する。Ｓ
ｉ基板の特定の方位を有する面に０２を解離吸着させて
、５１０２を選択的に成長させたり、０２に替えてＣＨ
４を用いて選択的にダイヤモンド状薄膜を成長させるこ
ともできる。

また、ＧａＡｓの（１００）面と（１１０）面とが接し
ている基板では、各々の面でバンドギャップエネルギー
も、また粒子線の運動エネルギーを受は取る際の重要な
物理量である弾性定数も異なるが、本発明の方法も適用
すれば、（１１０）面にのみＧａＡｌＡｓを成長させる
こともできる。

また、太陽電池の受光部のａ−８ｉＣ／ａ−８ｉ超格子
を、ＣＨ４とＳｉＨ４とを原料ガスとして、本発明の方
法及び装置を用いて、ＣＶＤ的に成長できる。

さらに、Ｓｉの（１００）面と（１１０）面とが接して
いる基板に対し、ＣＩ□を用いて、このガスを（１１０
）面に垂直に近い角度で入射することで、（ｉｏｏ）面
はエツチングせず、（１１０）面のみをエツチングする
こともできる。

この他に、基板の特定の面方位の面だけ、ドーピング用
ガスの解離吸着を生じさせ、この面にのみドーピングを
生じさせることも可能である。

以上、本発明は、種々の実施例により説明してきたよう
に、エピタキシャル成長やエツチングなどの種々の選択
的プロセスやＳｉやＩＩＩ　−Ｖ族化合物など様々な材
料について適用できる。さらには、結晶性材料以外にも
用いることができる。

また、粒子線の入射方向、速度を所望の値に選ぶことに
よって、選択プロセスと非選択プロセスを交互に行なう
ことができ、より広い範囲への応用が可能である。

（発明の効果）本発明の方法を用いることによって、従来は不可能であ
った面方位依存性を制御したプロセス、すなわち基板上
の面方位や面の傾きの違いによってしてプロセスを行う
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を適用した装置の一実施例を示す
模式図、第２図は本発明の方法を適用して超格子を製作
する模式図、第３図は本発明の方法を適用した装置の他
の実施例を示す模式図である。１１・・・成長室　　　　　　　１２・・・基板１３・
・・ホルダー　　　　　　　１４・・・加熱用ヒータ１
５・・・マニピュレータ　　　１６・・・ノズル１７・
・・スキマー　　　　　　１８・・・超音速原子線発生
室１９・・・差動排気室　　　　　２０・・・超音速原
子線２１・・・Ｈ２ベースのＧｅＨ４ボンベ２２・・・
混合調整バルブ２３・・・ノズル加熱ヒータ２４・・・Ｈ２ベースの５ＩＨ２Ｃ１□ボンベ２５−８
ｉ基板　　　　　　　　２６・・・第１層ＧｅＯ，６Ｓ
ｉＯ，４膜２７・・・第１層Ｓｉ膜２９・・・第２層Ｓｉ膜３１・・・フィラメント３３・・・引き出し電極３５・・・コントローラ３６・・・Ｈ２ベースのＸｅボンベ３７・・、プロセスガス分子線３８・・・シーリングテーブル３９・・・ガス導入口２８・・・第２層Ｇｅ□、６Ｓｉｏ、４膜３０・・・イ
オン化室３２・・・グリッド３４・・・イオンビーム

Claims

【特許請求の範囲】

（１）互いに傾きの異なる複数の面を表面に有する基板
に粒子線を照射する方法において、前記基板の表面と化
学反応を起こす原子、分子を含む粒子線と、前記基板の
表面とは化学反応を起こさない原子または分子の粒子線
とを独立に供給し、少なくとも前記化学反応を起こさな
い原子または分子の粒子線の持つ運動エネルギーの前記
基板面に対する垂直方向の成分を、前記表面を構成する
材料のバンドギャップエネルギー以上で、かつ前記材料
がスパッタリングされるエネルギー以下となるように、
制御することを特徴とする複合高速粒子線照射方法。
（２）真空排気された成長室と、前記成長室に配置した
基板保持具と、前記基板保持具に装着された基板と反応
する原子、分子を含む粒子線の粒子線発生器と、前記基
板と反応しない、原子、分子を含む粒子線の粒子線発生
器とを具備する装置において、少なくとも前記基板と反
応しない原子、分子を含む粒子線の粒子線発生器の出射
口にノズルと、ノズルを加熱する手段とを具備し、前記
ノズルと前記基板保持具との間にスキマーを配置し、前
記基板保持具には前記基板と反応しない原子、分子を含
む粒子線の入射方向に対して、前記基板を所望の角度に
設定できる回転機構を具備し、更に、前記基板に対向す
る位置に前記基板と反応する原子、分子を含む粒子線の
粒子線発生器とを具備することを特徴とする複合高速粒
子線照射装置。
（３）真空排気された成長室と、前記成長室に配置した
基板保持具と、前記基板保持具に装着された基板と反応
する原子、分子を含む粒子線の粒子線発生器と、前記基
板と反応しない原子、分子を含む粒子線の粒子線発生器
とを具備する装置において、少なくとも前記基板と反応
しない原子、分子を含む粒子線の粒子線発生器の出射口
にフィラメントとグリッドと引き出し電極とを具備し、
前記基板保持具には前記基板と反応しない原子、分子を
含む粒子線の入射方向に対して、前記基板を所望の角度
に設定できる回転機構を具備し、更に、前記基板に対向
する位置に前記基板と反応する原子、分子を含む粒子線
の粒子線発生器とを具備することを特徴とする複合高速
粒子線照射装置。