JPH0380531A - 表面処理方法と装置及び薄膜部材 - Google Patents

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、原料ガスを分解し分解生成物を基板上に照射
することによって膜成長させたり或はエツチングする表
面処理方法と表面処理装置及び薄膜部材に関する。

本発明は、基板上へシリコン結晶膜を形成するのに好適
であり、これによって得られた薄膜は半導体機器の構成
部品として適する。本発明の方法は又、薄い膜状の触媒
を製造するのに適する。

〔従来の技術〕

金属或はセラミックス等の基板上に、ミクロンオーダ或
はそれ以下の厚さの薄い膜を形成するために、従来実用
化されている最も一般的な方法は、ＣＶＤ法（ＣＨＥＭ
ＩＣＡＬ　ＶＡＰＯＲＤＥＰＯ３ＩＴＩＯＮ　：化学気
相成長法）である。その原理は、熱反応で原料ガスを分
解し基板上に析出させて薄膜を形成するものである。原
料ガスの分解手段により名称が異なり、加熱による熱Ｃ
ＶＤ法、マイクロ波や高周波で形成したプラズマを利用
するプラズマＣＶＤ法などが代表的である。これらの方
法は、一部実用化されているにもかかわらず、幾つかの
重要な問題点を抱えている。

例えば、熱ＣＶＤ法では通常１ｏｏｏ℃以上の高温に加
熱した基板の熱エネルギーで原料ガスを分解し１分解に
よる生成物を基板上に析出させて薄膜を形成する。

分解生成物の内部エネルギーが０．１ａＶ　と極めて低
いので結晶化させるためには基板を１０００℃以上の高
温に加熱しなければならず、基板のわん曲、膜成長中の
不純物の再分布や基板と膜との熱膨張差に起因する膜の
剥離などがある。プラズマＣＶＤ法では原料ガスをプラ
ズマ化して分解するので、基板加熱温度を数百℃程度と
低温化できるメリットがある。しかし同技術では原料ガ
スの分解によってイオン、電子或は紫外線が生じ、これ
らが全て基板に入射することになる１文献「応用物理」
第５７巻、第１１号、１７２１〜１７２７頁、９８８　
に開示しであるように、薄膜成長時にプラズマから試料
の基板に入射する電子、紫外線などの荷電または高エネ
ルギー（２０〜１０’ｅＶ）粒子により表面損傷が生じ
、結晶中に欠陥が導入される。

この他プラズマ中の活性なイオンを利用したイオンビー
ムによる薄膜成長法がある。この方法は加速したイオン
ビームを高真空中で基板に照射して析出させ薄膜成長さ
せるものである。イオンは内部エネルギーが高く、運動
エネルギーも大きいので、これを活性化エネルギーとし
て利用すると結晶薄膜の成長が容易になると考えられた
０文献（Ｊ、　ＡＰＰＬ、　ＰＨＹＳ、、　４３　、７
９４．　”７２）に開示されているように同方法により
結晶化温度が通常よりも２００℃〜３００℃低下するこ
とも確かめられている。しかし、この方法も不純物の少
ない高品質の膜を成長させることが難しい。

また活性なラジカルを生成させる方法として、レーザな
どの紫外線を利用した光ＣＶＤ法がある。

この方法では、原料ガスを光により分解できるため基板
温度を低下できる。また分解時に活性な中性ラジカルが
生成される。しかし、基板に到達する前にラジカルが再
結合し基底状態に戻るラジカルの劣化がある。又紫外線
を成長室に導くために設置されている光入射窓に低品質
の膜が析出し。

紫外線の透過を妨害するという装置上の致命的欠点があ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上述べた従来技術は、いずれも原料ガスの分解によっ
て生した複数の分解生成物が基板に照射される。このた
め膜の品質が悪い。

本発明の目的は、原料ガスの分解生成物の中から特定の
イオンを分離して基板に照射することにより他の分解生
成物による膜質の劣化を防止し高品質の膜を成長させる
ようにした表面処理方法及びそのための表面処理装置を
提供するにある。

本発明の他の目的は、原料ガスの分解生成物を基板に照
射することによってエツチングする方法において、エツ
チング精度を高めることができる処理方法を提供するに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の薄膜形成方法は、原料ガスを分解して基板上に
照射することによって薄膜を形成する方法において、下
記（１）〜（Ｉｎ）の工程を備えたことを特徴とする。

（１）［料ガスをイオン化して複数種に分解する工程（
１）、 （Ｉｆ）　　前記工程（１）で得られたイオンの中の特
定のイオンを電磁波照射により励起分離する工程（■）
、 （Ｉ［［）　　前記工程（ＩＩ）で分離されたイオンを
中性化して基板に照射する工程（■）。

本発明は、原料ガスの分解生成物の中から特定の生成物
を分離し１分離した生成物を基板に照射することにより
、得られる薄膜の品質を著しく向上できることを見出し
たことに基づいている。

原料ガスをイオン化して分解し、特定の分解生成物を基
板に照射するにあたっては、まず特定のイオンを分離し
中性化することが望ましい、その後電磁波を照射して特
定のイオンを励起することによりそのイオンの活性化エ
ネルギー（内部エネルギー）を高めて基板表面に照射す
ることが望ましい。

電磁波を照射し特定のイオンを励起状態とすることによ
りそのイオンの活性化エネルギーが高められ、結晶性の
高い膜が得られるようになる。

本発明では、イオンに電磁波を照射して励起したならば
内部エネルギーが低下しないうちに、即ち、励起された
状態にあるうちに基板に照射することが望ましい。

電磁波の波長は、生成された励起化学種の吸収線と一致
させることが望ましい、吸収線は励起化学種の電子軌道
により異なり、また同じ分子でも励起状態が多数存存す
るので、どの電子励起状態に励起するかによって波長を
選択する。ｆ！１磁波としては、重水素ランプ光などを
モノクロメータで波長選択したものや、エキシマレーザ
などの単色紫外光源を使用することができる。また２原
子分子や単原子分子の励起エネルギーは比較的小さいの
で、色素レーザなどを用いることもできる。

基板上に成長させるべき元素を含む化合物の原料ガスを
イオン化すると、複数の化学種のイオンができる。例え
ばＳｉＨ＋　をイオン化すると、Ｓ　ｉ　Ｈ＋、　Ｓ　
ｉ　Ｈａｄ、　Ｓ　ｉ　Ｈ２＋、　Ｓ　ｉ十などができ
る。

これらの複数の化学種のイオンのうちの特定のイオンを
中性化し励起して基板に照射することにより、基板上に
成長した膜の品質を高めることができる。

本発明の方法をエツチングに適用する場合には中性化し
た状態で基板に照射することが望ましい。

原料ガスをイオン化してできた複数の化学種のイオンの
うちから特定のイオンのみを分離し、電磁波照射により
励起して基板上に照射することにより、他のイオンによ
る影響を受けることなく特定の面方位の膜だけを成長さ
せることができるようになる。

このために原料ガスをイオン化したのち、電界或は磁場
或は電界と磁場の併用により特定のイオンを質量分離す
ることが望ましい、特定のイオンを選択的に分離する代
りに、不必要なイオンのみを分離するようにしてもよい
。

原料ガスをイオン化したのち、中性化し、その後励起し
て基板に照射することにより、基板の損傷を少なくする
ことができる。イオンを中性化するためには電子との再
結合或は気体分子との電荷変換を行うことが望ましい。

原料ガスＳｉＨ４をイオン化して得られた各種イオンの
うちＳｉＨ２＋を分離し、中性化したのち励起してシリ
コン基板の（ｌ　ＯＯ）面上に膜成長させると、シリコ
ン膜は（１００）の面方位をもって成長することがわか
った。

同様にＳｉＨ３のイオンを中性化し、励起してシリコン
基板の（１１１）面に照射すると、シリコン膜は（１１
１）の面方位をもって成長することがわかった。

電子励起状態のイオン或は中性の分子が基板に照射され
た際に、その内部エネルギーが結晶化に働くので基板を
高温に加熱することなく、結晶性の高い薄膜を成長させ
ることができる。イオンを励起した場合には基板の損傷
やチャージアップの心配があるが、中性化して励起する
場合にはその心配はない。

本発明においては、中性の化学種の電子励起を、基板表
面に中性の化学種が到達する直前に行うことが望ましい
。これにより、電子励起された中性ビームが基板に到達
する前に基底状態に戻るのを防止することが可能となる
。

基板表面に特定の成分だけを堆積させるために。

原料ガスとして選択された成分のものを用いることが望
ましい。原料ガス中に薄膜構成成分以外のものが含まれ
ている場合には、原料ガスをイオン化したのち、基板上
に堆積させない成分のイオンを分離除去することが望ま
しい。

複数の成分のイオンの中から特定のイオンのみを分離す
る手段として、前述のように電界或は磁界を利用しその
強さを制御することにより、所定のイオンを質量分離す
ることができる０分離するイオンは、薄膜となる成分の
イオンであってもよいし或は薄膜としない成分のイオン
であってもよい。

このように薄膜とする成分のイオンのみを取り出すこと
によって、結晶性を高め、更に面方位をよくすることが
できるようになる。

イオンを中性化即ち中和する方法としては、電子をイオ
ンに与える方法、非活性の気体分子とイオンとを荷電交
換させる方法、或はプラズマ化した領域へイオンビーム
を通過させることによりプラズマ中の電子や中性の非活
性成分との衝突を起して中和する方法、などが適用可能
である。勿論、これらの方法に限定されるものではない
。

前述の電子をイオンに与える方法や非活性の気体分子と
イオンを荷電交換させる方法については、例えば「プラ
ズマ工学の基礎Ｊ’８８．３．赤崎正則著、産業図書発
行或は、Ｊ、　ＶＡＣ，ＳＣ１，ＴＥＣＨＮＯＬ。

１６（２）、１８５．’７９に記載されている。

イオンの中和段階で全てのイオンが中和されればそれに
超したことはないが、中和されないイオンが一部残る可
能性がある。そこで中和されなかったイオンを分離する
手段を中和手段の後段に設けることが望ましい。

この中和されなかったイオンの分離手段としては、例え
ば電場或は磁場により中和されなかったイオンを偏向さ
せて分離することが望ましい。

中和された原子或は分子を電子励起状態とするために、
電磁波を中和された原子９分子の束に照射することが望
ましい。

以上述べた説明において、中和とはイオンを電気的に中
性にすることを意味する。

中性の化学種とは電荷を持たない原子或は分子を云う、
電流として読みとれないので、基板に中性の原子或は分
子のビームを衝突させたときに生じる熱を測定し、その
熱量を換算してビームフラックスを求めることが好まし
い。

また別の簡易的方法として、ファラデーカップと云われ
る電流計を用いて中性粒子を測定することができる。こ
の方法については後述する。

励起状態の中性の原子９分子を測定する手段としては、
励起状態の原子や分子が基底状態に遷移する際に発光（
けい光）を伴い、この発光波長は粒子のエネルギー状態
に固有のものなので、この発光波長をａｍすることによ
り、中性の原子２分子の励起状態を知ることができる６ 電子励起状態にある原子或は分子を励起化学種と記す。

本発明の最も好ましい方法の１つでは１Ｍ料ガスをイオ
ン化したのち該イオンを電界により引き出し、同じく電
界或いは磁界により所望のエネルギー（１００ｅＶ以下
、好ましくは１ｏｅＶ以下）に減速し、該減速イオンを
電子との再結合あるいは気体分子との荷電交換により中
性化する。中性化されなかったイオンは、基板に照射さ
れる前に電場あるいは磁場による偏向で分離され、基板
には中性化されたもののみが入射されるようにする。

さらに、中性化された減速原子或は分子は基板に到達す
る直前に紫外線などの電磁波の照射により電子的な励起
状態とされる。

他の１つの方法では、原料ガスをイオン化したのち該イ
オンを電界により引き出し、さらに電界や磁場あるいは
これらの併用により特定のイオンを質量分離したのち、
電界或は磁界により減速する。そして以後は前記方法に
より中性化と電子励起及び中性化されなかったイオンの
分離を行い。

特定の励起種のみを基板に供給して薄膜成長させる０次
世代型の半導体素子１例えば結晶格子が多層に重なって
いる超格子構造素子では、異種の半導体を超薄膜で積層
させる技術が必要である。またこの異種の薄膜の結晶性
も完全な結晶からアモルファスまで幅広く組み合わされ
たものになってくるであろう、さらに面方位の異なる結
晶を同一表面上に形成したり、積層する技術も重要にな
ってくる。

一方、積層薄膜化された触媒は、活性表面の拡大と活性
度の向上が期待されている次世代の触媒である。触媒の
活性や反応経路が結晶表面の面方位により異なることが
分ってきている。従って。

薄膜触媒の形成技術においても面方位や結晶性の制御が
必要となってくる。

本発明によれば特定の励起化学種を生成するラインを複
数化することでこれらの要求を容易に実現できる。

なお、中性粒子を使用した発明として、特開昭５６−２
８５００号公報、特開昭５９−１９６６００号公報、特
開昭６２−２３８３６４号公報、特開昭６２−６０８７
２号公報及び特開昭６１−２３８９６５号公報に記載さ
れたものがある。しかし、いずれも中性粒子を電子励起
状態とすることはしない。

〔作用〕

以上述べたように本発明では励起化学種が基板に入射し
た際に、その内部エネルギーが該励起化学種の基板表面
拡散、不純物解離、結晶化の工程に必要な活性化エネル
ギーとして使用されるため。

基板を高温に加熱することなく結晶性の高い膜成長が可
能である。

更に電気的に中性の原子１分子を励起して基板に入射さ
せることにより基板のチャージアップを防止できる。中
性原子或は分子の運動エネルギーは低い（１０ｅＶ以下
）ことから基板や成長中の薄膜の表面損傷が少ない、１
子的に励起状態となっている中性分子、原子の内部エネ
ルギーは化学種によって異なるが通常３〜５ｅＶである
。文献「応用物理」第５７巻、第１１号、１７２１〜１
７２７頁、′８８に開示されているように半導体の結晶
化に必要な活性化エネルギーは０．１〜８ｅＶである。

すなわち、本発明で得られる励起状態の中性原子９分子
がもつ内部エネルギーは、結晶化に必要なエネルギー帯
の範囲内にある。

基板に入射するイオンや分子が、あるエネルギーを超え
ると結晶の変化が生じるようになり、例えば、Ｓｉ結晶
では入射イオンや分子のエネルギーが１２．５　ｅ　Ｖ
　を超えるとＳｉ結晶表面の損傷が始まる。この変位エ
ネルギーは結晶によって異なるが大体２０〜３０ｅＶと
言われている。本発明により生成される励起化学種の運
動エネルギーは結晶の変位エネルギーよりも小さい（１
０ｅＶ以下）ので、成長薄膜の表面損傷が防止される。

以上のように本発明によれば、基板温度が低温でもダメ
ージフリーで高結晶性の薄膜成長が可能である。

半導体素子や薄膜触媒材料の結晶構造は、面方位によっ
て異なっている。近年、気相中の化学種の分析技術や表
面状態の解析技術、また分子軌道法を用いた理論計算の
発達により結晶化に適する化学種が明らかになりつつあ
る。

たとえばシリコンの単結晶成長には５ｘＣＱｚｅＳ　ｘ
　Ｈｚ　ｅアモルファスシリコンにはＳ　ｘ　Ｈｓ　＋
ダイヤモンドにはＣＨａなどが膜成長に適正な前駆物質
と考えられている０本発明では、このような励起化学種
を選択的に利用した膜成長が可能であり、これまでの技
術に比べて非常に結晶性の高い薄膜形成が可能になる。

また本発明によれば、同一表面に面方位の異なる領域の
形成や面方位の異なる膜の積層も可能となる。

さらに結晶化に適する励起化学種とアモルファス化に好
適なものとは単独或は混合して基板に照射すると所望の
結晶性を有する薄膜の成長や、結晶化度の異なる薄膜の
積層構造の形成も可能になる。

本発明の膜形成装置は、原料ガスをイオン化するイオン
化部と該イオンを励起するために電磁波を照射する電磁
波照射部を真空系内に具備する。

更に好適には、前記イオン化部の後段に特定のイオンを
電界或は／及び磁界の作用により質量分離する質量分離
部を具備する。又、イオン化部の後段で、質量分離部が
あるときにはその後段にイオンを中性化する中性化部を
備える。これらの詳細については、後述の実施例の中で
説明する。

プラズマＣＶＤ法によって得られた薄膜には電子や紫外
線による結晶欠陥があり、カソードルミネッセンスで電
子線を当てると発光し、この発光波長から電子による欠
陥を知ることができる。

本発明による薄膜は、このような電子或は紫外線による
欠陥が殆ど或は全く検出されない。

又、イオンビーム法では、各種のイオンが膜成長し、た
とえばＳｉＨ３の分離によるイオンを基板に照射した場
合には膜中にＨが存在する。本発明によれば励起された
ＳｉＨ２又はＳｉＨ３が膜成長するときにＨが除かれる
ので、膜中にＨを含まないものが得られる。

〔実施例〕

実施例１ 第１図は、本発明の薄膜形成装置の一実施例である。

ガスボンベ１３内の原料ガスはマスフローコントローラ
（ＭＦＣ）１４を通ってイオン化部１に送られイオン化
されたのち質量分離室２に輸送され、電界或は磁界によ
り質量分離される。選択されたイオンは減速室３で減速
電極４により所望のエネルギーに減速される。減速室４
にはエレクトロスタティックレンズ２１が備えである。

減速電極はイオン束が発散するのを防ぐ効果も合せ持っ
ている。減速されたイオン束は中和室５に輸送される。

中和室５には不活性気体やイオン束の類似気体が供給さ
れており、これらと入射イオンとの電荷交換により中和
が進む。また図には示されてないが、中和室内に熱電子
供給用のフィラメントを設置することにより、熱電子と
イオンとの再結合により中和を行うことも可能である。

またプラズマ発生装置を設置することによってもイオン
の中和が可能である。プラズマ中には多数の中性の原子
１分子や電子が存在するので、イオンがプラズマ中を通
過すると簡単に荷電交換して中性化する。中性化されな
かったイオンはイオン分離器１５により分離される。こ
のようにして特定の中性の原子或は分子からなるビーム
が形成される。

このビームは基板６に到達する直前に光１１８により２
次励起されて電子励起状態となる。

基板６上に成長した膜についてＲＨＥＥＤ分析器１７と
エレクトロンガン２２により結晶性が評価される。

以上のイオンや中性の原子９分子が製造される過程にお
いて雰囲気は１０″″１５〜１０”ｔｏｒｒの高真空に
維持する必要があるのでポンプ１８．１９２０により夫
々゛の系を排気する。

これらの具体的な方法は、既に述べた「プラズマ工学の
基礎Ｊ’８８．３　　赤崎　正則著、産業図書発行に記
載されている。

イオンが中和されたか否かを確認する簡易的方法として
、ファラデーカップと呼ばれる電流計を用いる方法を適
用することができる。この方法は例えば次のようにして
行われる。

本発明の第１図において、イオン化部１で原料ガスをイ
オン化したのち質量分離室２で質量選択したイオンをそ
のまま中和せずに基板６の方向へ輸送する。ここで基板
６の位置にファラデーカップと言われる電流計を予め設
置しておく。ファラデーカップに捕そくされたイオンは
電荷を有するのでそのフラックスは電流値として検出が
可能である。

ここで本発明の第１図の中和室５でイオンの中和操作を
始める。イオンの中和が進行するほど前述のファラデー
カップで検出する電流値は低下する。その電流値が零に
なる点でイオンは完全に中和し中性化されたもののみが
輸送されていることが分る。但しこの場合に中和室５に
おいて使用する中和用の電子や真空容器中の自由電子が
イオンに引き寄せられたり、又はファラデーカップへ入
射したりすると見かけ上置流値が低下し測定誤差の原因
となるので、これらの電子を除去する工夫が必要である
。

中和されなかった原子或は分子はイオン分離器１５で電
界や磁界により除去され、基板６には中性の原子或は分
子のみが入射する。一方、光源１６の光は波長選択装置
９により単色化されたのち中性化されたビーム束１１に
照射される。光照射時に中性化された原子９分子は電子
的に励起されその内部エネルギーが高くなる。光源の替
わりに電子ビーム発生装置を設置することによっても電
子励起は可能であるがここでは光源を使用した。

基板はヒータ１２により加熱できるようにしである。

原料ガスにＳ’ｉＨａを使用し、質量分離によりＳｉＨ
２イオンを分離した。イオン化装置をフローティングし
て初期のイオンのポテンシャルを１０ｅＶ〜３０ｅＶに
調整した。基板をグラウンドポテンシャルにすることに
よって、到達するイオンの運動エネルギーを１０〜３０
ｅＶに調整できた。該イオンを中和室５にてＡｒガスと
電荷交換して中性化した。成膜室７の真空度は成膜時に
１０−”ｔｏｒｒであり、中性のＳｉＨ２は６Ｘ１０”
（個／　ａｌ−ｓｅｃ）のフラックスで入射され５００
０〜６０００人の波長の光を照射して電子的に励起状態
にされた。光源として色素レーザを使用した。

（１００）面のシリコン基板を使用し、加熱温度は５０
０℃とした。基板上にはシリコン膜が１１０ＯＡ／ｈｒ
の速度で成長した。この結果、５ｈｒで約０．５μｍ厚
さの膜の成長を確認できた。成長した膜の結晶性を検討
した結果、単結晶化していることが分かり、通常の熱Ｃ
ＶＤ法などに比べて極めて低温で単結晶成長できること
が分かった。

また、低速の中性ＳｉＨ２を使用しているので、成膜中
に膜表面のスパッタなどの現象が抑制され、基板のチャ
ージアップの問題も解消された。

第３図は、原料ガスがイオン化され電子励起状態となっ
てシリコン基板に到達するまでの過程を模擬的に示した
ものである。原料ガスＳｉＨ３はイオン化されて複数の
化学種のイオンに分解する。

これらの複数のイオンの中からＳｉＨ２＋のみが質量分
離され、Ａｒガスと電荷交換して中性化され、中性ラジ
カルとなる。

この状態では内部エネルギーが低いので、次いで色素レ
ーザを照射し、電子的に励起して内部エネルギーを高め
活性ラジカルとする。そしてこの活性ラジカルをシリコ
ン基板に入射し、シリコン基板の（１００）面上に（１
００）成長じて薄膜が形成される。

実施例２ 第１図における実験装置を用い、ダイヤモンド薄膜を成
長させた。原料ガスにメタンを使用し、イオン化したの
ち質量分離してＣＨａをとり出して中性化し、その後電
子励起をした。中性化及び電子励起の方法は実施例１と
同様である。但しこの場合、光源は重水素ランプを使用
して１４００〜２２００人の紫外線を照射した。基板に
シリコンを用い、４００℃に加熱した。膜の成長速度は
約０゜３μｍ／ｈｒであり、５ｈｒで約１．５　μｍ　
の厚さの膜ができた。成長したダイヤモンド膜はＸ線回
折による（１１１）面のピークの半値幅が０　、３　ｄ
ｅｇｒｅｅ以下の結晶性の高い値であった。

実施例３ 第２図に基づき述べる。基本的な動作は第１図と同じで
ある。異なるのは、所望の励起化学種を生ず゛るライン
が二系統になっており、これにともない電子励起用の光
源も二系統設置されている点である。原料ガスは両ライ
ンともシランを使用した。励起化学種として、一方のラ
インで単結晶膜形成用のＳｉＨ２を生成し、他方のライ
ンでアモルファス膜形成用のＳｉＨ３を生成した。これ
らをシリコン基板の（１００）面上にまずＳｉＨ２を入
射し、次いでＳｉＨ３を入射するように交互に使用して
積層薄膜を形成した。積層数は単結晶膜が三層、アモル
ファス膜が三層の計六層である。

ＳｉＨ２の照射は１回当り２０分間とし、−ｍにつき約
３００人の厚さの単結晶膜を成長させた。

Ｓ　ｉ　Ｈａの照射も１回当り２０分間とし、−層につ
き約５０ＯＡの厚さのアモルファス膜を成長させた。積
層薄膜の全体の厚さは約２４００人であった。光源とし
ては、ＳｉＨ３励起用に重水素ランプ３１を使用して波
長選択素子１０により１０００〜２０００人の波長を選
択し窓９から照射した。ＳｉＨ２励起用に色素レーザ１
１を使用して５０００〜６０００Ａの波長の光を波長選
択素子ｌＯにより選択し窓９から照射した。成長した膜
の結晶性を検討した結果、結晶性の薄膜とアモルファス
成分の多い薄膜との積層構造となっていることが分かっ
た。

このように特定の励起種を供給すると、特定の結晶面だ
けを選択的に成長させることが可能であり、複数の励起
種を使用することにより、結晶状態からアモルファスま
での結晶制御が可能である。

実施例４ 第工図において中和室５を除いた形の実験装置を用いて
、シリコン薄膜を成長させた。原料ガスにシランを使用
し、イオン化したのちＳｉＨ２＋を質量分離し電子励起
を行なった。シランはイオン化されるとＳ　ｉ　Ｈ４＋
、Ｓ　ｉ　Ｈａｄ、Ｓ　ｉ　Ｈａｄ、Ｓ　ｉ　Ｈ＋。

Ｓｉ十などの正イオンに分解する６本実施例ではこのよ
うな多種類のイオンの中から５ｉＨｘ＋を分離し中性化
せずに励起してシリコン基板の（１００）面に供給した
。ＳｉＨ２を電子励起状態にするために重水素ランプを
使用し紫外光を上記イオンフラックスへ照射した。成長
した薄膜をＸ線により分析した結果、イオン選択しない
で成長した場合に比較して低温でより結晶性の高いシリ
コンが形成されていた。

実施例５ 第１図において中和室５を除いた形の実験装置を用いて
、シリコン薄膜を成長させた。原料ガスにシランを使用
し、イオン化したのち質量分離して、電子励起を行なっ
た。実施例４で述べたようにシランはイオン化されると
Ｓ　ｉ　Ｈ４＋、　Ｓ　ｉ　Ｈａｄ。

ＳｉＨ２＋、ＳｉＨ＋、Ｓｉ十などのイオンに分解され
る０本実施例ではＳｉＨ３の正イオンを質量分離してシ
リコン基板の（１１１）面に照射した。

電子励起は実施例４と同様の方法で行なった。成長した
薄膜の結晶性をＸ線回折及び電子線回折で調べた結果、
結晶性の高いシリコンが形成されていた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原料の分解によって生成した複数の分
解生成物の中から特定の生成物を抜き出して選択的に基
板に照射するので高結晶性の薄膜を形成することができ
る。

本発明により、信頼性の高い半導体素子を始め、超構造
素子などの次世代型素子、さらに結晶素面の活性を利用
した薄膜触媒などの化学反応素子の形成が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の薄膜形成装置の構成図、第
２図は本発明の他の実施例の薄膜形成装置の構成図であ
る。第３図は本発明の一実施例による薄膜製造方法の過
程図である。 １・・・イオン化部、２・・・質量分離室、４・・・減
速室、５・・・中和室、６・・・基板、７・・・成長室
、１１・・・中性第 図

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．原料ガスを分解し分解生成物を基板に照射する表面
   処理方法において、 原料ガスをイオン化して複数種のイオンに分解する工程
   （Ｉ）、 該工程（Ｉ）で得られたイオンのなかの特定のイオンを
   分離する工程（II）、 及び該工程（II）で分離されたイオンを中性化して基板
   に照射する工程（III）、 を有することを特徴とする表面処理方法。
2. ２．原料ガスを分解し分解生成物を基板に照射する表面
   処理方法において、 原料ガスをイオン化して複数種のイオンに分解する工程
   （Ｉ）、 該工程（Ｉ）で得られたイオンのなかの特定のイオンを
   分離する工程（II）、 該工程（II）で分離されたイオンを中性化する工程（I
   II）、 及び該工程（III）で中性化された原子或は分子を励起
   して基板に照射し膜成長させる工程（IV）、 を有することを特徴とする表面処理方法。
3. ３．原料ガスを分解し分解生成物を基板に照射する表面
   処理方法において、 原料ガスをイオン化して複数種のイオンに分解する工程
   （Ｉ）、 該工程（Ｉ）で得られたイオンに電解或は／及び磁場を
   作用させその強さを制御することにより特定のイオンを
   質量分離する工程（II）、及び該工程（II）で分離され
   たイオンを電子と結合或は気体分子と荷電交換させるこ
   とによつて中性化し前記基板に照射する工程（III）、
   を有することを特徴とする表面処理方法。
4. ４．原料ガスを分解し分解生成物を基板に照射する表面
   処理方法において、 原料ガスをイオン化して複数種のイオンに分解する工程
   （Ｉ）、 該工程（Ｉ）で得られたイオンのなかの特定のイオンを
   電界或は／及び磁場の作用によつて分離する工程（II）
   、 該工程（II）で分離されたイオンを電子と結合成は気体
   分子と荷電交換させることによつて中性化する工程（I
   II）、 及び該工程（III）で中性化された原子或は分子を電磁
   波を照射しその波長を選択することにより励起し基板に
   入射して膜成長させる工程（IV）、 を有することを特徴とする表面処理方法。
5. ５．請求項３又は４において、前記工程（III）で中性
   化されなかつたイオンを前記基板に照射する前に分離除
   去することを特徴とする表面処理方法。
6. ６．原料ガスを複数種のイオンに分解し、分解生成物の
   うちの特定のイオンを分離したのち励起して基板に照射
   し膜成長させることを特徴とする表面処理方法。
7. ７．分子内にシリコンを含むシリコン化合物を原料ガス
   とし、イオン化してＳｉＨ＿２＿＋を含む複数種のイオ
   ンに分解したのち、ＳｉＨ＿２＿＋を選択的に分離して
   中性化し、該中性化したＳｉＨ＿２を励起或は励起する
   ことなく基板に照射することを特徴とする表面処理方法
   。
8. ８．請求項７において、前記中性化したＳｉＨ＿２を励
   起してシリコン基板の（１００）面に照射し（１００）
   面を有する膜を成長させることを特徴とする表面処理方
   法。
9. ９．分子内にシリコンを含むシリコン化合物を原料ガス
   とし、イオン化してＳｉＨ＿３＿＋を含む複数種のイオ
   ンに分解したのち、ＳｉＨ＿３＿＋を選択に分離して中
   性化し、更に励起してシリコン基板の（１１１）面に照
   射し（１１１）面を有する膜を成長させることを特徴と
   する薄膜形成方法。
10. １０．原料ガスをイオン化して分解し、分解生成物を基
    板に照射して表面処理を行う方法において、前記分解生
    成物の中から特定の分解生成物を分離して基板に照射す
    ることを特徴とする薄膜形成方法。
11. １１．請求項９において、前記中性化したＳｉＨ＿３を
    励起してシリコン基板の（１００）面に照射しシリコン
    アモルファス膜を成長させることを特徴とする薄膜形成
    方法。
12. １２．請求項７において、前記中性化したＳｉＨ＿２を
    励起してシリコン基板の（１１１）面に照射しシリコン
    アモルファス膜を成長させることを特徴とする薄膜形成
    方法。
13. １３．分子内にシリコンを含む原料ガスをイオン化して
    得られた分解生成物の中からＳｉＨ＿２＿＋を分離し、
    該ＳｉＨ＿２＿＋を中性化し励起してシリコン基板の（
    １００）面に接触させて膜成長させた薄膜部材であつて
    、 前記基板上に成長したシリコン膜が（１００）の面方位
    をもつて成長していることを特徴とするシリコン薄膜部
    材。
14. １４．分子内にシリコンを含む原料ガスをイオン化して
    得られた分解生成物の中からＳｉＨ＿３＿＋を分離し、
    該ＳｉＨ＿３＿＋を中性化し励起してシリコン基板の（
    １１１）面に接触させて膜成長させた薄膜部材であつて
    、 前記シリコン基板上に成長したシリコン膜が（１１１）
    の面方位をもつて成長していることを特徴とするシリコ
    ン薄膜部材。
15. １５．分子内にシリコンを含む原料ガスの分解によって
    得られた複数のイオンの中から選択的に分離されたＳｉ
    Ｈ＿２＿＋とＳｉＨ＿３＿＋が中性化され励起されてシ
    リコン基板の（１００）面或は（１１１）面に交互に接
    触して膜成長してなる薄膜部材であつて、 前記シリコン基板上にシリコン結晶膜とシリコンアモル
    ファス膜とが交互に成長していることを特徴とするシリ
    コン薄膜部材。
16. １６．原料ガスを分解し基板上に照射することによつて
    薄膜を形成する装置において、 原料ガスを電子衝撃によりプラズマ化してイオン化する
    イオン化部と、 該イオン化部で得られたイオンに電界或は／及び磁界を
    作用させて特定のイオンを質量分離するイオン分離部と
    、 該イオン分離部で分離された特定のイオンを電子と再結
    合又は気体分子と電荷交換させて中性化する中性化部と
    、 を前記基板が設定された真空系内に具備したことを特徴
    とする表面処理装置。
17. １７．原料ガスを分解し基板上に照射することによつて
    薄膜を形成する装置において、 原料ガスを電子衝撃によりプラズマ化してイオン化する
    イオン部と、 該イオン化部で得られたイオンに電界或は／及び磁界を
    作用させて特定のイオンを質量分離するイオン分離部と
    、 該イオン分離部で分離された特定のイオンを電子と再結
    合又は気体分子と電荷交換させて中性化する中性化部と
    、 該中性化部で中性化されたイオンを電子励起状態とする
    ために、電磁波を照射する励起部と、を前記基板が設定
    された真空系内に具備したことを特徴とする表面処理装
    置。
18. １８．原料ガスを分解し基板上に照射することによつて
    薄膜を形成する装置において、 原料ガスを電子衝撃によりプラズマ化してイオン化する
    イオン部と、 該イオン化部でイオン化されたイオンを質量分離室に輸
    送する径路，輸送された前記イオンのうち薄膜化しよう
    とする特定の成分のイオンと他のイオンとを電界或は磁
    界により質量分離する前記質量分離室、前記質量分離さ
    れた特定のイオンを中和室に輸送する径路、該特定のイ
    オンを該中和室に輸送する径路に設けられたイオンエネ
    ルギーの減速電極並びに減速時にイオン束が発散するの
    を阻止する収束電極，減速されたイオン束を電子と再結
    合成は気体分子と電荷交換させて中和する前記中和室、
    該中和室で中性化された化学種を成長室に輸送する径路
    、該成長室に輸送する径路に設けられた中性化されなか
    つた化学種の偏向板、前記成長室に入つた前記中性化さ
    れた化学種が該成長室内の基板に照射される前に該化学
    種に電磁波を照射する電子励起手段、および前記中性化
    された化学種を堆積する基板を備えた前記成長室、を備
    えたことを特徴とする表面処理装置。