JPS61194717A

JPS61194717A - 薄膜形成法

Info

Publication number: JPS61194717A
Application number: JP60034994A
Authority: JP
Inventors: Shinji Uematsu; 真司植松
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1985-02-23
Filing date: 1985-02-23
Publication date: 1986-08-29

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】本発明は、反応室内で、原料ガスの気相分解によって、
基板上に、薄膜を形成させるｌ膜形成法に関し、特に、
半導体薄膜、絶縁性薄膜、導電性薄膜などを有する半導
体装置を製造する場合に適用して好適なものである。

従来の技術従来、反応室内で、原料ガスの気相分解によって、基板
上に、ＦＩＪＭＡを形成させる薄膜形成法として、原料
ガスを、熱によって気相分解させ、また、これと同時に
、基板を加熱する、という方法が提案されている。

また、従来、反応室内で、原料ガスの気相分解によって
、基板上に、薄膜を形成させる薄膜形成法として、原料
ガスをプラズマ化させることで、原料ガスを気相分解さ
せる、という方法も提案されている。

さらに、従来、反応室内で、原料ガスの気相分解によっ
て、基板上に、薄膜を形成させる薄膜形成法として、原
料ガスを、レーザ光によって気相分解させ、これと同時
に、基板上に形成される薄膜に、同じレーザ光を照射さ
せる、という方法も提案されている。

が　決しようとする問題点上述した従来の薄膜形成法中、原料ガスを熱によって気
相分解させ、また、これと同時に、基板を加熱すること
によって、基板上に薄膜を形成させる方法の場合、基板
上に薄膜を形成している過程で、基板を加熱している熱
のエネルギによって、基板上に堆積された薄膜を構成す
る材料の元素が活性化され、また、薄膜を構成する材料
の元素間の結合力が増大するため、薄膜を各部均質に形
成することができる。

しかしながら、この場合、基板を比較的高い温度に加熱
する必要がある。

また、このため、反応室内に配されている基板、基板と
ともに加熱される基板保持用板などから、不純物が薄膜
内に導入したりするため、薄膜を良質に形成することが
できない、などの欠点を有していた。

また、原料ガスをプラズマ化させることで、原料ガスを
気相分解させることによって、基板上に薄膜を形成させ
る方法の場合、基板上に薄膜を形成している過程で、基
板を加熱しなくても、また、加熱するとしても、その温
度を、原料ガスを熱によって気相分解させ、また、これ
と同時に基板を加熱することによって、基板上に薄膜を
形成させる上述した従来の方法の場合に比し、十分低い
温度とすることができる。

しかしながら、この場合、原料ガスのプラズマ化によっ
て生成されるイオンによって、基板の表面上に損傷を与
えたり、薄膜内に欠陥を生ぎしめたり、反応室の内壁な
どから不純物を薄膜内に導入させたりするため、薄膜を
良質に、形成することができない、などの欠点を有して
いた。

さらに、原料ガスをレーザ光によって気相分解させ、ま
た、これと同時に、基板上に形成される薄膜に、同じレ
ーザ光を照射させることによって、基板上にｉｇＳを形
成させる方法の場合、薄膜を形成している過程で、その
薄膜がレーザ光によって照射されているので、そのレー
ザ光のエネルギのために、基板を高い温度に加熱しなく
ても、原料ガスを熱によって気相分解させ、また、これ
と同時に、基板を加熱することによって、基板上に薄膜
を形成する上述した従来の方法の場合と同様に、薄膜を
各部均質に形成することができる。

また、基板を高い温度に加熱しなくてもよいため、原料
ガスを熱によって気相分解させ、また、これと同時に、
基板を加熱することによって、基板上に薄膜を形成する
上述した従来の方法の場合のように、反応室内に配され
ている基板、基板保持用板などから、不純物がＮＦＩＡ
内に導入される、ということがないか、導入されるとし
てもその導入量を実質的に無視し得る程度にすることが
できるので、薄膜を良質に形成することができる。

しかしながら、レーザ光を、長時間出力が低下しない連
続光として得ることが困難であること、レーザ光を反応
室外から反応室の窓を通じて反応室内に導入させるよう
にする必要があるとともに、反応室の窓に原料ガスの気
相分解によって生成される生成物が付着して、反応室内
でのレーザ光の強さが低下することなどのために、薄膜
を、高い原料ガスの利用効率で、且つ短いＲ間で、所要
の厚さに形成するのが困難であった。

また、レーザ光の断面積を大にするのに一定限度を有す
るため、薄膜を広い面積に、短い時間で形成するのが困
難であった。

さらに、所望の組成を有する薄膜を形成させるために、
原料ガスの組成を変えた場合、これに応じて、レーザ光
として、この場合の原料ガスを効果的に気相分解する波
長を有するものを用意する必要があるが、そのようなレ
ーザ光を用意することが困難であったため、所望の組成
を有する薄膜を、容易に、形成することができない、な
どの欠点を有していた。

問題を解決するための手段よって、本発明は、上述した欠点のない、新規な薄膜形
成法を提案せんとするものである。

本発明よる薄膜形成法は、上述した従来の薄膜形成法の
場合と同様に、原料ガスの気相分解によって反応室内で
、薄膜を形成させる、という方法である。

しかしながら、本発明による薄膜形成法は、そのような
薄膜形成法において、原料ガスを、１　ｏｏｅｖ以下の
ような低いエネルギを有する電子流によって気相分解さ
せ、また、これと同時に、基板に形成される薄膜に上記
電子流を照射させる、という方法である。

作　　用このような本発明による薄膜形成法によれば、薄膜を形
成している過程で、その薄膜が電子流によって照射され
ているので、その電子流のエネルギのために、基板を高
い温度に加熱しなくても、原料ガスを熱によって気相分
解させ、また、これと同時に基板を加熱することによっ
て、基板上に薄膜を形成させる従来の方法の場合、及び
原料ガスをレーザ光によって気相分解させ、また、これ
と同時に、基板上に形成される薄膜に、同じレーザ光を
照射させることによって、基板上に薄膜を形成させる従
来の方法の場合と同様に、薄膜を各部均質に形成するこ
とができる。

また、基板を高い温度に加熱しなくてもよいため、原料
ガスをレーザ光によって気相分解させ、また、これと同
時に、基板上に形成されるｉ膜に、同じレーザ光を照射
させることによって、基板上に薄膜を形成させる従来の
方法の場合と同様に、原料ガスを熱によって気相分解さ
せ、また、これと同時に、基板を加熱することによって
、基板上に、薄膜を形成させる従来の方法の場合のよう
に、反応室内に配されている基板、基板保持用板などか
ら、不純物が薄膜内に導入される、ということがないか
、導入されるとしてもその導入聞を実質的に無視し得る
程度にすることができるので、薄膜を良質に形成するこ
とができる。

さらに、原料ガスを気相分解させ、且つ、基板上に形成
される薄膜に照射させる電子流の拡がりを、所望に応じ
て制御することができるので、広い面積の薄膜を、原料
ガスをレーザ光によって気相分解させ、また、これと同
時に基板上に形成される薄膜に、同じレーザ光を照射さ
せることによって、基板上に薄膜を形成させる従来の方
法の場合に比し、格段的に短い時間で、容易に、形成す
ることができる。

また、原料ガスを気相分解させ且つ、基板上に形成され
る薄膜に照射させる電子流を、反応室内で、所望のエネ
ルギを有するものとして、容易に発生させることができ
るので、薄膜を、原料ガスをレーザ光によって気相分解
させ、また、これと同時に基板上に形成される薄膜に、
同じレーザ光を照射させることによって、基板上に薄膜
を形成させる従来の方法の場合に比し、格段的に高い原
料ガスの利用効率で、且つ格段的に短い時間で、所要の
厚さに、容易に、形成することができる。

さらに、原料ガスを気相分解させ且つ、基板上に形成さ
れる薄膜に照射させる電子流が、１００ｅＶ以下のよう
な低いエネルギしか有しておらず、また、電子流の電子
が、プラズマイオンなどの荷電粒子に比し軽い質量しか
有していないので、電子流によって、基板の表面に損傷
を与えたり、１１１１内に欠陥を生ぜしめたり、反応室
の内壁などから不純物を薄膜内に導入させたりしないの
で、薄膜を、原料ガスをプラズマ化させることで、原料
ガスを気相分解させることによって、基板上に薄膜を形
成させる従来の方法の場合に比し、良質に形成すること
ができる。

また、原料ガスを気相分解させ且つ、基板上に形成され
る薄膜に照射させる電子流を、反応室内で所望のエネル
ギを有するものとして、容易に発生させることができる
ので、薄膜を所望の組成を有するものとして形成させる
ために、原料ガスの組成を変えても、それに応じて電子
流のエネルギを変えることによって、この場合の原料ガ
スを効果的に気相分解させることができるとともに、基
板上に堆積されるこの場合の薄膜を構成する材料元素を
効果的に活性化させ、また、薄膜を構成する材料元素間
の結合力を効果的に増大させることができるので、所望
の、組成を有する薄膜を、各部均質に、容易に形成する
ことができる、などの特徴を有する。

実施例次に、図面を伴なって本発明による薄膜形成法の実施例
を述べよう。

第１図は、本発明による薄膜形成法の実施例に用いる装
置の一例を示し、反応室（図示せず）内に配された導電
性を有する基板保持用板１と、反応室内の基板保持用板
１下に配された電子銃２とを有する。

この場合、電子銃２は、環状ホルダ１０上に支持され、
第２図Ａとともに参照して明らかなように、環状ホルダ
１０上にそれと同心的に配された絶縁リング１１上に等
間隔を保って植立された４ｔの支柱１２ａ〜１２ｄを用
いて、その相隣る支柱１２ａ及び１２ｂ１１２ｂ及び１
２Ｃ１１２ｃ及び１２ｄ及び１２ｄ及び１２ｄ間にそれ
ぞれ装架されている直径０．２１１１１１の４本のフィ
ラメントヒータ１３ａ〜１３ｂを有する。

また、第２図Ｂとともに参照して明らかなように、絶縁
リング１１上に支柱１２ａ〜１２ｄを介して配された絶
縁リング１４上に等間隔を保って植立された４本の支柱
１５８〜１５ｄを用いて、フィラメントヒータ１３ａ〜
１３ｄとの間で３１の距離を保って架張されている網状
の電子引出用電極１６を有する。

さらに、第２図Ｂとともに参照して明らかなように、絶
縁リング１４上に支柱１５８〜１５ｄを介して配された
絶縁リング１７上に等間隔を保って植立された４本の支
柱１８ａ〜１８ｄを用いて、電子引出用電極１６との間
で１０ｍｍの距離を保って架張されている網状の収束用
電極１９を有する。

本発明による薄膜形成法の実施例は、上述した装置を用
いて、次のようにして、基板上に薄膜を形成する。

すなわち、反応室内に、基板保持用板１の板面上におい
て、基板３０を保持させている状態で、且つ、電子銃２
のフィラメントヒータ１３ａ〜１３ｄに通電させ、フィ
ラメント１３ａ〜１３ｄと、電子引出用電極１６、収束
用電極１９及び基板保持用板１１のそれぞれとの間に所
要の電圧を印加して、１０００Ｖ以下のような低いエネ
ルギを有する電子流３１を、基板３０に、絶縁リング１
１．１４及び１７内を通り且つ網状の電子引出用電極１
６及び収束用を極１９を通って、照射させている状態で
、反応室内に、原料ガス３２を、反応室外から、基板３
０に向けて、電子銃２を保持している環状ホルダ１０、
及び電子銃２を構成している絶縁リング１１．１４及び
１７内を通り且つ網状の電子引出用電極１６及び収束用
電極１９を通って導入させる。

しかるときは、原料ガス３２が、電子流３１によって、
気相分解し、基板３０上に、形成せんとする薄膜を構成
する材料元素が堆積し、よって、基板３０上に１ｌｌｌ
Ａ３３が形成される。また、これと同時に、基板３０上
に形成される酵股３３が、電子流３１によって照射され
るため、基板３０上に堆積された薄膜を構成する材料元
素が活性化し、また、簿膜を構成する材料元素間の結合
力が増大して、よって、薄膜３３が各部均質に形成され
る。

以上が、本発明による薄膜形成法の実施例である。

このような本発明による薄膜形成法によれば、１１１１
３３を形成している過程で、その薄ｌｌＡ３３が電子流
３１によって照射されているので、基板３０を高い温度
に加熱しなくても、薄膜３３を各部均質に形成すること
ができる。

また、基板３０を高い温度に加熱しなくてもよいので、
基板３０、基板保持用板１などから不純物が１ｌｌｌｉ
！３３内に導入されることがないか、導入されるとして
もその導入量を実質的に無視し得る程度にすることがで
きるので、薄膜３３を良質に形成することができる。

さらに、フィラメントヒータ１３ａ〜１３ｄと、収束用
電極１９との間の電圧（収束電圧）を制御することによ
って、電子流３１の拡がりを制御することができるので
、薄膜３３を、広い面積に、短い時間で、容易に形成す
ることができる。

また、フィラメントヒータ１３ａ〜１３ｄと、基板保持
用板１との間の電圧（加速電圧）を制御することによっ
て、電子流３１のエネルギを所望の値にすることができ
るので、原料ガス３２を効率よく気相分解することがで
き、従って、薄膜３３を、高い原料ガス３２の利用効率
で、短い時間で、所゛要の厚さに、容易に、形成するこ
とができる。

さらに、電子流３１が１００ｅＶ以下のような低いエネ
ルギしか有しておらず、また、電子流３１の電子の質量
が軽いので、電子流３１によって、基板３０の表面に損
傷を与えたり、薄膜３３内に欠陥を生ぜしめたり、反応
室の内壁などから不純物を薄膜３３内に導入させたりし
ないので、ＷＩ膜３３を、良質に形成することができる
。

また、フィラメントヒータ１３ａ〜１３ｄと、基板保持
用板１との間の電圧（加速電圧）を制御することによっ
て、電子流３１のエネルギを所望の値に制御することが
できるので、薄膜３３を所望の組成を有するものとして
形成させるために、原料ガス３２の組成を変えても、そ
の原料ガス３２から、薄膜３３を所望の組成を有するも
のとして、各部均質に、容易に形成させることができる
。

例えば、原料ガス３２として、Ｇａガスと、ＰＨ３（ホ
スフィン）ガスとの混合ガス、またはＧａ（ＣＨ３）３
ガスとＰＨ３ガスとの混合ガスを用いることによって、
薄膜３３をＧａＰでなる半導体薄膜として形成させるこ
とができる。

また、原料ガス３２として、Ｎ２０ガスとＳｉＨ４ガス
との混合ガスを用いることによって、薄膜３３をＳｉＯ
□でなる絶縁性薄膜として形成させることができる。

さらに、原料ガス３２として、Ｎ１−１３ガスとＳｉＨ
４ガスとの混合ガスを用いることによって、薄膜３３を
Ｓｉ３Ｎ４でなる絶縁性薄膜として形成させることがで
きる。

また、原料ガス３２として、Ａｌ（ＣＨ３）３ガスを用
いることによって、薄膜３３をＡ１でなる導電性ｉ［と
じて形成させることができる。

さらに、原料ガス３２として、Ｗ（ＣＯ）６ガスを用い
ることによって、薄１１３３をＷでなる１ｍ性Ｎｙｉと
して形成させることができる。

なおざらに、原料ガス３２として、Ｓ＋＋４ガスを用い
ることによって、薄膜３３をアモルファスシリコンでな
るアモルファス半導体ｉｙＩｇＩとして形成することが
できる。

なお、上述においては、本発明による薄膜形成法の１つ
の実施例を示したに留まり、本発明の精神を脱すること
なしに、種々の変型、変更をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による薄膜形成法の実施例に用いる装
置の一例を示す路線的断面図である。第２図Ａ及びＢは、それに用いているフィラメントヒー
タ、及び電子引出用電極及び収束、用電極をそれぞれ示
す路線的平面図である。１・・・・・・・・・・・・・・・基板保持用板２・・
・・・・・・・・・・・・・電子銃１０・・・・・・・
・・・・・・・・環状ホルダ１１．１４．１７・・・・・・・・・・・・・・・絶縁リング１２ａ〜１
２ｄ、１５ａ〜１５ｄ、１８□ａ〜１８ｄ・・・・・・
・・・支柱１３ａ〜１３ｄ

Claims

【特許請求の範囲】　反応室内で、原料ガスの気相分解によつて、基板上に
、薄膜を形成させる薄膜形成法において、上記原料ガスを、１００ｅＶ以下のような低いエネルギ
を有する電子流によつて気相分解させ、また、これと同
時に、上記基板上に形成される薄膜に、上記電子流を照
射させることを特徴とする薄膜形成法。