JPH0582359B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0582359B2 JPH0582359B2 JP22215889A JP22215889A JPH0582359B2 JP H0582359 B2 JPH0582359 B2 JP H0582359B2 JP 22215889 A JP22215889 A JP 22215889A JP 22215889 A JP22215889 A JP 22215889A JP H0582359 B2 JPH0582359 B2 JP H0582359B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- laser
- gas
- film
- chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光照射によつて酸素含有金属化合物ガ
スを分解し、分解生成物の金属酸化物の薄膜状結
晶を基板上に析出させると共に、この金属酸化物
の結晶成長方向を制御する方法に関する。
スを分解し、分解生成物の金属酸化物の薄膜状結
晶を基板上に析出させると共に、この金属酸化物
の結晶成長方向を制御する方法に関する。
基板上に金属酸化物を薄膜状に析出させると共
に、その結晶成長方向を制御する方法としては、
未だ一般的ではないが蒸着法およびイオンビーム
スパツタ法に挙げられる。
に、その結晶成長方向を制御する方法としては、
未だ一般的ではないが蒸着法およびイオンビーム
スパツタ法に挙げられる。
これらの方法は、いづれも比較的高い真空下で
の粒子の直進運動性を利用したもので、結晶成長
方向のそろつたコラム構造を有する種々の酸化物
膜等が基板と蒸発源またはスパツタターゲツトの
対向方向を変えることによつて製造可能とされて
いる。
の粒子の直進運動性を利用したもので、結晶成長
方向のそろつたコラム構造を有する種々の酸化物
膜等が基板と蒸発源またはスパツタターゲツトの
対向方向を変えることによつて製造可能とされて
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記従来の蒸着法では、高い真
空を用いるので、成膜速度は大きくなく、また一
般に蒸気圧の低い金属酸化物を蒸発させるために
蒸発源を高温に保持する必要があり、蒸発に電子
ビームを利用する場合でも蒸発速度は大きくはな
い。
空を用いるので、成膜速度は大きくなく、また一
般に蒸気圧の低い金属酸化物を蒸発させるために
蒸発源を高温に保持する必要があり、蒸発に電子
ビームを利用する場合でも蒸発速度は大きくはな
い。
更に反応ガス、例えば酸素を真空装置内に供給
する、いわゆる反応性蒸着法でも金属酸化物薄膜
の生成速度はせいぜい毎分数10Å程度である。
する、いわゆる反応性蒸着法でも金属酸化物薄膜
の生成速度はせいぜい毎分数10Å程度である。
一方、イオンビームスパツタ法は、Arイオン
ビーム等によるターゲツトのスパツタ効果を利用
するもので、通常のRFスパツタ法等のプラズマ
を利用したものと異なり真空度を高めた条件下で
行うことが可能なために、スパツタ粒子の直進運
動性がよくなるが、成膜速度は、やはり毎分数10
Åと非常に低く、かつ、その高速化は困難である
とされている。
ビーム等によるターゲツトのスパツタ効果を利用
するもので、通常のRFスパツタ法等のプラズマ
を利用したものと異なり真空度を高めた条件下で
行うことが可能なために、スパツタ粒子の直進運
動性がよくなるが、成膜速度は、やはり毎分数10
Åと非常に低く、かつ、その高速化は困難である
とされている。
本発明者は、金属アルコキシドのKrFエキシマ
レーザーによる光分解によつて金属酸化物薄膜を
製造する方法について検討を行つたところ、タン
タルペンタメトキシドの光分解によつて柱状構造
を有する結晶性の酸化タンタルが膜状に析出し、
かつその結果成長方向を光の照射方向を変えるこ
とによつて制御できることを見いだし、これにも
とづき本発明を完成した。
レーザーによる光分解によつて金属酸化物薄膜を
製造する方法について検討を行つたところ、タン
タルペンタメトキシドの光分解によつて柱状構造
を有する結晶性の酸化タンタルが膜状に析出し、
かつその結果成長方向を光の照射方向を変えるこ
とによつて制御できることを見いだし、これにも
とづき本発明を完成した。
すなわち本発明は、薄膜状結晶を高速で基板上
に成長させると共に、その成長方向を制御するこ
とによつて薄膜の化学的、物理的諸特性を制御す
ることを目的とするものである。
に成長させると共に、その成長方向を制御するこ
とによつて薄膜の化学的、物理的諸特性を制御す
ることを目的とするものである。
上記目的を達成する本発明の結晶成長方向の制
御方法は、光照射によつて酸素含有金属化合物ガ
スを分解し、基板上に金属酸化物の薄膜状結晶を
形成させると共に、該結晶を前記光の照射方向に
成長させることを特徴とするものである。
御方法は、光照射によつて酸素含有金属化合物ガ
スを分解し、基板上に金属酸化物の薄膜状結晶を
形成させると共に、該結晶を前記光の照射方向に
成長させることを特徴とするものである。
以下、本発明を図面に示した薄膜製造装置に従
つて説明する。
つて説明する。
まず本発明においては、酸素含有金属化合物ガ
ス（以下、原料ガスという）が充填されたチヤン
バー１内に基板２を設置し、この基板２に石英窓
板３を通して光４を照射する。すると、光照射に
よつて原料ガスは光分解され、分解生成物の金属
酸化物が基板２上に析出する。
ス（以下、原料ガスという）が充填されたチヤン
バー１内に基板２を設置し、この基板２に石英窓
板３を通して光４を照射する。すると、光照射に
よつて原料ガスは光分解され、分解生成物の金属
酸化物が基板２上に析出する。
原料ガスは、ボンベ５から流量制御器６を経て
供給されるキヤリヤーガス７と共に気化室８から
チヤンバー１に導入される。
供給されるキヤリヤーガス７と共に気化室８から
チヤンバー１に導入される。
なおキヤリヤーガス７は、通常ではパージガス
７Ａとしても使用され、チヤンバー１を真空ライ
ン９によつて減圧とした後に流量制御器６Ａ経て
パージガス７Ａを供給し、減圧ライン９によつて
排出する操作を繰り返し、次いで上記のように原
料ガスをキヤリヤーガス７と共にチヤンバー１に
導入する。
７Ａとしても使用され、チヤンバー１を真空ライ
ン９によつて減圧とした後に流量制御器６Ａ経て
パージガス７Ａを供給し、減圧ライン９によつて
排出する操作を繰り返し、次いで上記のように原
料ガスをキヤリヤーガス７と共にチヤンバー１に
導入する。
ここで光照射に用いる光源としては、光強度が
比較的大きく、かつ光源の発振領域に原料ガスが
適度の吸収を有すれば良く、具体的な光源として
は例えばXeF、XeCl、KrF、ArF等のエキシマ
レーザーや、高強度の低圧水銀ランプ、Ar+イオ
ンレーザー、SOR光等を挙げることができる。
比較的大きく、かつ光源の発振領域に原料ガスが
適度の吸収を有すれば良く、具体的な光源として
は例えばXeF、XeCl、KrF、ArF等のエキシマ
レーザーや、高強度の低圧水銀ランプ、Ar+イオ
ンレーザー、SOR光等を挙げることができる。
また原料ガスとしては、酸素含有金属化合物ガ
ス、例えば金属アルコキシド、金属アセチルアセ
トン錯体、金属カルボニル等の適度の蒸気圧を有
するものであれば良く、特に限定されない。
ス、例えば金属アルコキシド、金属アセチルアセ
トン錯体、金属カルボニル等の適度の蒸気圧を有
するものであれば良く、特に限定されない。
キヤリヤーガスとしては、例えばHe、Ar、N2
等が用いられる。
等が用いられる。
析出した金属酸化物の金属・酸素の原子比が化
学量論値と異なり、酸素含有量が著しく低い場合
には光源のレーザー種類によつては光照射時に亜
酸化窒素ガス等を酸化剤としてチヤンバー１に供
給して析出金属酸化物における酸素含有量の異常
低下を改善することができる。
学量論値と異なり、酸素含有量が著しく低い場合
には光源のレーザー種類によつては光照射時に亜
酸化窒素ガス等を酸化剤としてチヤンバー１に供
給して析出金属酸化物における酸素含有量の異常
低下を改善することができる。
今、光源としてKrFエキシマレーザーでTa
（OCH3）5を原料ガスとする場合を例にとれば、
光照射はレーザーフルエンス35ｍＪ／cm2以上、繰
り返し即100Hz以下で所定の角度で基板ホルダー
１０上に置いた基板２に所定パルス数照射するこ
とによつて行われる。
（OCH3）5を原料ガスとする場合を例にとれば、
光照射はレーザーフルエンス35ｍＪ／cm2以上、繰
り返し即100Hz以下で所定の角度で基板ホルダー
１０上に置いた基板２に所定パルス数照射するこ
とによつて行われる。
エキシマレーザーはレーザー発生装置１１から
供給され、この発生装置１１には例えばNe、
Kr、F2がそれぞれの供給源１２，１２Ａ，１２
Ｂから供給され、発生したエキシマレーザーはス
プリツター１３を経てチヤンバー１に照射され、
照射エネルギーはパワーメーター１４で測定され
る。
供給され、この発生装置１１には例えばNe、
Kr、F2がそれぞれの供給源１２，１２Ａ，１２
Ｂから供給され、発生したエキシマレーザーはス
プリツター１３を経てチヤンバー１に照射され、
照射エネルギーはパワーメーター１４で測定され
る。
なお、チヤンバー１および基板ホルダー１０は
基板２を含めてチヤンバー１に供給される原料ガ
スの凝縮を生じない温度に、例えば加熱手段１５
によつて保持される。
基板２を含めてチヤンバー１に供給される原料ガ
スの凝縮を生じない温度に、例えば加熱手段１５
によつて保持される。
反応時間、すなわち光照射時間は、基板上に析
出する金属酸化物薄膜の膜厚、およびレーザービ
ーム繰り返し速度によるが、15分〜360分程度で
あり、通常では30分程度エキシマレーザーをレー
ザービームに対してある角度で置かれた基板２に
照射することによつて、レーザービームの照射方
向に柱状に結晶が成長した膜厚数μｍの金属酸化
物薄膜が得られる。
出する金属酸化物薄膜の膜厚、およびレーザービ
ーム繰り返し速度によるが、15分〜360分程度で
あり、通常では30分程度エキシマレーザーをレー
ザービームに対してある角度で置かれた基板２に
照射することによつて、レーザービームの照射方
向に柱状に結晶が成長した膜厚数μｍの金属酸化
物薄膜が得られる。
以上述べたように本発明の方法によれば、得ら
れた薄膜は、柱状構造を有する結晶性化合物であ
り、かつ結晶成長方向をレーザービーム、すなわ
ちレーザー照射方向によつて制御することができ
る。
れた薄膜は、柱状構造を有する結晶性化合物であ
り、かつ結晶成長方向をレーザービーム、すなわ
ちレーザー照射方向によつて制御することができ
る。
また、結晶成長速度は一般に他法に比べ一桁程
速いが、条件によつては二桁程速くすることも可
能である。
速いが、条件によつては二桁程速くすることも可
能である。
従つて本発明の方法は、表示素子および光アイ
ソレーター等に使用する複屈析結晶、LSI等のキ
ヤパシタ素子あるいは超電導薄膜の製造等に可能
である。
ソレーター等に使用する複屈析結晶、LSI等のキ
ヤパシタ素子あるいは超電導薄膜の製造等に可能
である。
以下、本発明の実施例を示す。
実施例 １
図に示した装置およびKrFエキシマレーザー
（248nｍ）を用いてタンタルペンタメトキシドの
光分解を行つた。
（248nｍ）を用いてタンタルペンタメトキシドの
光分解を行つた。
Heガスをキアリアガスとして原料ガスと共に
石英窓板を備えた円筒型ステンレス製チヤンバー
へ連続的に導入しながら、エキシマレーザービー
ムをレーザーフルエンス45ｍＪ／cm2、繰り返し速
度50Hzで、レーザービームに対して30°の角度で
基板ホルダー上に置いた基板に100000パルス（照
射時間33分20秒）照射した。
石英窓板を備えた円筒型ステンレス製チヤンバー
へ連続的に導入しながら、エキシマレーザービー
ムをレーザーフルエンス45ｍＪ／cm2、繰り返し速
度50Hzで、レーザービームに対して30°の角度で
基板ホルダー上に置いた基板に100000パルス（照
射時間33分20秒）照射した。
チヤンバーおよび基板ホルダー温度（基板を含
めて）は、いづれも130℃に保持した。
めて）は、いづれも130℃に保持した。
また、チヤンバー内圧力は、全圧1.00Torrに
保持した。ただし、原料ガスの分圧は0.01Torr
前後であつた。
保持した。ただし、原料ガスの分圧は0.01Torr
前後であつた。
生成した膜はXRDから非常に結晶性の良い斜
方晶系に属する低温相β型五酸化タンタルである
ことが認められた。
方晶系に属する低温相β型五酸化タンタルである
ことが認められた。
また、断面SEM像から膜厚は1μｍ程度であり、
柱状に結晶が成長し、かつその結晶の成長方向は
基板に対してレーザー照射方向に近い40°であつ
た。
柱状に結晶が成長し、かつその結晶の成長方向は
基板に対してレーザー照射方向に近い40°であつ
た。
成膜速度は蒸着、スパツタ法の数倍であつた。
実施例 ２
実施例１で使用した装置をそのまま使用し、基
板設置角度を60°に変え、実施例１と同様の方法
で膜の製造を行つた。
板設置角度を60°に変え、実施例１と同様の方法
で膜の製造を行つた。
生成膜はXRDから非常に結晶性の良い斜方晶
系に属する低温相β型五酸化タンタルであり、断
面SEM像から柱状に結晶成長し、かつその結晶
成長方向は基板に対してレーザー照射方向とほぼ
同じ70°であつた。
系に属する低温相β型五酸化タンタルであり、断
面SEM像から柱状に結晶成長し、かつその結晶
成長方向は基板に対してレーザー照射方向とほぼ
同じ70°であつた。
また成膜速度は蒸着、スパツタ法の約10倍に達
した。レーザーフルエンスを35ｍＪ／cm2〜50ｍ
Ｊ／cm2、またレーザー発振の繰り返し速度を20〜
80Hzの範囲で変化させても同様の結果が得られ
た。
した。レーザーフルエンスを35ｍＪ／cm2〜50ｍ
Ｊ／cm2、またレーザー発振の繰り返し速度を20〜
80Hzの範囲で変化させても同様の結果が得られ
た。
実施例 ３
実施例１と同様の装置を使用し、基板設置角度
を90°に変えた以外は実施例１と同様にして膜の
製造を行つた。
を90°に変えた以外は実施例１と同様にして膜の
製造を行つた。
生成膜はXRDから非常に結晶性の良い斜方晶
系に属する低温相β型五酸化タンタルであり、断
面SEM像から柱状に結晶成長し、かつその結晶
の成長方向は基板に対してレーザー照射方向とほ
ぼ同じ90°であつた。
系に属する低温相β型五酸化タンタルであり、断
面SEM像から柱状に結晶成長し、かつその結晶
の成長方向は基板に対してレーザー照射方向とほ
ぼ同じ90°であつた。
実施例 ４
実施例１で使用した装置をそのまま使用し光源
をArFレーザー（193nｍ）、繰り返し速度50Hz、
基板設置角度60度、レーザーフルエンス20mJ／
cm2として実施例１と同様に成膜を行つた。
をArFレーザー（193nｍ）、繰り返し速度50Hz、
基板設置角度60度、レーザーフルエンス20mJ／
cm2として実施例１と同様に成膜を行つた。
生成膜は結晶性の斜方晶系に属する低温相β型
五酸化タンタルであり、かつその結晶の成長方向
は基板に対して照射方向に近い70度であつた。
五酸化タンタルであり、かつその結晶の成長方向
は基板に対して照射方向に近い70度であつた。
実施例 ５
実施例１で使用した装置をそのまま使用し、
光源をKrFレーザー（248nｍ）、繰り返し速度50
Hz、基板設置角度30度、レーザーフルエンス45ｍ
Ｊ／cm2とし、原料ガスとしてチタニウムテトライ
ソプロポキシドを用いた他は実施例１とほぼ同様
に酸化チタンの成膜を行つた。
光源をKrFレーザー（248nｍ）、繰り返し速度50
Hz、基板設置角度30度、レーザーフルエンス45ｍ
Ｊ／cm2とし、原料ガスとしてチタニウムテトライ
ソプロポキシドを用いた他は実施例１とほぼ同様
に酸化チタンの成膜を行つた。
生成膜は主として結晶性の単斜晶系に属する
Ti3O5であり、かつその結晶の成長方向は基板に
対して約60度であつた。
Ti3O5であり、かつその結晶の成長方向は基板に
対して約60度であつた。
図は本発明に使用する装置の一例である。
１……チヤンバー、２……基板、４……光、８
……気化室。
……気化室。
Claims (1)
- １ 光照射によつて酸素含有金属化合物ガスを分
解し、基板上に金属酸化物の薄膜状結晶を形成さ
せると共に、該結晶を前記光の照射方向に成長さ
せることを特徴とする結晶成長方向の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22215889A JPH0383892A (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 結晶成長方向の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22215889A JPH0383892A (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 結晶成長方向の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0383892A JPH0383892A (ja) | 1991-04-09 |
| JPH0582359B2 true JPH0582359B2 (ja) | 1993-11-18 |
Family
ID=16778090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22215889A Granted JPH0383892A (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 結晶成長方向の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0383892A (ja) |
-
1989
- 1989-08-29 JP JP22215889A patent/JPH0383892A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0383892A (ja) | 1991-04-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |