JPS6271218A - 薄膜形成装置 - Google Patents
薄膜形成装置Info
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- JPS6271218A JPS6271218A JP20998285A JP20998285A JPS6271218A JP S6271218 A JPS6271218 A JP S6271218A JP 20998285 A JP20998285 A JP 20998285A JP 20998285 A JP20998285 A JP 20998285A JP S6271218 A JPS6271218 A JP S6271218A
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- laser
- gas
- reaction
- thin film
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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。
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〕
本発明は化学的な選択的加工装置に係り、特に、化学的
気相析出反応(Chemical Vapor Dep
osition)を選択的に起こさせるためにエネルギ
ビームを用いる技術に関する。
気相析出反応(Chemical Vapor Dep
osition)を選択的に起こさせるためにエネルギ
ビームを用いる技術に関する。
従来、有機金属化合物と接触している基板表面にレーザ
光を照射すると、光化学反応により基板表面に金属の薄
膜が形成されることが知られている。また、有機金属化
合物とN OxまたはN t Oのようなガスを基板表
面に接触させながら、レーザ光を照射すると、基板表面
に化合物半導体の薄膜が形成されることが知られている
。
光を照射すると、光化学反応により基板表面に金属の薄
膜が形成されることが知られている。また、有機金属化
合物とN OxまたはN t Oのようなガスを基板表
面に接触させながら、レーザ光を照射すると、基板表面
に化合物半導体の薄膜が形成されることが知られている
。
例えば、特開昭58−165330号公報に示されてい
る従来技術を第3図を参照して述べる。
る従来技術を第3図を参照して述べる。
第3図において1反応室7内のステージ11上に設置さ
れた半導体基板12は、ガス導入口9から導入されるガ
スと接触する。
れた半導体基板12は、ガス導入口9から導入されるガ
スと接触する。
レーザ光源1から発振したレーザ光は色素2を通り1位
置制御系5によって駆動されるミラー6を介して、反応
室7の入射窓8を通して半導体基板12上に照射され、
半導体基板12上に薄膜が形成される。
置制御系5によって駆動されるミラー6を介して、反応
室7の入射窓8を通して半導体基板12上に照射され、
半導体基板12上に薄膜が形成される。
基板上へ薄膜を形成させる従来ま、での技術では、薄膜
形成精度を向上させ、薄膜形成速度を向上させることが
重要課題である。薄膜形成速度を向上させるには、基板
表面に照射するレーザ光等の単位面積当りのエネルギ密
度を大きくすることが重要である。
形成精度を向上させ、薄膜形成速度を向上させることが
重要課題である。薄膜形成速度を向上させるには、基板
表面に照射するレーザ光等の単位面積当りのエネルギ密
度を大きくすることが重要である。
しかし、レーザ光の強度を上げると光化学反応で生成す
る析出物が、半導体基板面12のみならず、反応室7の
入射窓8の内側に付着し、その結果、レーザ光の透過量
を減少させ、析出速度が上がらない。
る析出物が、半導体基板面12のみならず、反応室7の
入射窓8の内側に付着し、その結果、レーザ光の透過量
を減少させ、析出速度が上がらない。
薄膜の形成方法には−この他に、プラズマ化学蒸着(C
VD)法が知られている。このプラズマCVD法では通
常高周波を印加することによりプラズマが形成され、こ
れによって反応ガスが分解されて基板上に薄膜が形成さ
れる。しかし、プラズマCVD法ではプラズマ中の高エ
ネルギ粒子により基板や形成された膜が損傷を受けると
いう欠点が指摘されている。
VD)法が知られている。このプラズマCVD法では通
常高周波を印加することによりプラズマが形成され、こ
れによって反応ガスが分解されて基板上に薄膜が形成さ
れる。しかし、プラズマCVD法ではプラズマ中の高エ
ネルギ粒子により基板や形成された膜が損傷を受けると
いう欠点が指摘されている。
このように、レーザやプラズマ等をエネルギ源とするC
VD法では、半導体膜、金属膜以外にバルクの機能性膜
の形成が試みられている。
VD法では、半導体膜、金属膜以外にバルクの機能性膜
の形成が試みられている。
本発明の目的は、基板上での薄膜形成速度の大きい選択
的加工装置を提供することにある。
的加工装置を提供することにある。
本発明は基板面上に薄膜が形成される反応過程を詳細に
検討した結果性まれたものであり、その原理により、エ
ネルギビームの強度を大きくしないで、薄膜形成速度を
向上させる方法を提供するものである。
検討した結果性まれたものであり、その原理により、エ
ネルギビームの強度を大きくしないで、薄膜形成速度を
向上させる方法を提供するものである。
光のエネルギを利用して化学的気相析出反応を起こさせ
る反応は光CV D (Challical l/ap
or口aposition)と呼ばれており、従来から
光源としては水銀ランプやクセノンランプ等が多く用い
られてきた。近年、各種のレーザの開発が進み、これが
光CVDの光源として広く利用されるようになってきた
。光CVD用の反応ガスとしては、たとえばSi膜を形
成させるためには、5iH4pSizHsなどのシラン
系ガス、Ge膜を形成させるためにはGeHaなどゲル
マン系ガスを用いることができる。また、高融点金属膜
を形成させるには、例えば、Cr (G O)s s
M o (CO)s 。
る反応は光CV D (Challical l/ap
or口aposition)と呼ばれており、従来から
光源としては水銀ランプやクセノンランプ等が多く用い
られてきた。近年、各種のレーザの開発が進み、これが
光CVDの光源として広く利用されるようになってきた
。光CVD用の反応ガスとしては、たとえばSi膜を形
成させるためには、5iH4pSizHsなどのシラン
系ガス、Ge膜を形成させるためにはGeHaなどゲル
マン系ガスを用いることができる。また、高融点金属膜
を形成させるには、例えば、Cr (G O)s s
M o (CO)s 。
W(G O)6 = Co z(CO)sなどのカルボ
ニル化合物を用いることができる。さらに、有機金属化
合物、例えば、A Q (CHa)a、 Z n (C
Ha)z。
ニル化合物を用いることができる。さらに、有機金属化
合物、例えば、A Q (CHa)a、 Z n (C
Ha)z。
CdCCHs)sなどを用いることにより金属のAQ。
Zn、Cdの薄膜が形成できる。また、有機金属化合物
とNxOのような酸素源になりうる混合ガスを用いるこ
とにより、例えばA n so s v Z n Oな
どの薄膜が形成できる。SiH4とN Haの混合ガス
からは5iaNaの薄膜も形成しうる。さらに、元素の
周期律表の■族の元素を含むガスと■族の元素を含むガ
スを混合することにより1例えば、G a A s等の
薄膜の形成も可能である。
とNxOのような酸素源になりうる混合ガスを用いるこ
とにより、例えばA n so s v Z n Oな
どの薄膜が形成できる。SiH4とN Haの混合ガス
からは5iaNaの薄膜も形成しうる。さらに、元素の
周期律表の■族の元素を含むガスと■族の元素を含むガ
スを混合することにより1例えば、G a A s等の
薄膜の形成も可能である。
このような反応ガスにレーザのようなエネルギビームが
照射された場合には、反応ガスが光励起されて活性種が
生成し、それらが衝突し合うことにより、微小核が生成
し、それらが基板に付着した後、それらの微小核がマイ
グレーションによって集まり、薄膜が形成されると考え
られている。
照射された場合には、反応ガスが光励起されて活性種が
生成し、それらが衝突し合うことにより、微小核が生成
し、それらが基板に付着した後、それらの微小核がマイ
グレーションによって集まり、薄膜が形成されると考え
られている。
本発明者らは上記の薄膜形成過程について実験的に検討
した結果、本発明を完成させるに至った。
した結果、本発明を完成させるに至った。
反応ガスにレーザビームを照射した場合、レーザビーム
に沿って微小粒子が形成され、基板が室温の場合には、
それらが反応器内のガス流れに乗ってゆっくり移動し、
一部が基板表面に付着し、大部分は排気系に移動して膜
形成に関与しなくなる。
に沿って微小粒子が形成され、基板が室温の場合には、
それらが反応器内のガス流れに乗ってゆっくり移動し、
一部が基板表面に付着し、大部分は排気系に移動して膜
形成に関与しなくなる。
また、一部は反応器壁に付着し、これも基板上の膜形成
に関与しなくなる。基板上に付着した微粒子を9膜にす
るためには、基板上でのマイグレーションが律速過程と
なっているため、基板が室温では膜生成速度が非常に遅
い、そのため、通常は基板上でのマイグレーション速度
を増加させるために、基板を加熱している。しかし、常
時基板を加熱している場合には、反応器内でのガスの対
流により、レーザビームによって生成した微小粒子がこ
のガスの流れに乗って上昇し、基板上に付着する粒子数
が減少し、膜生成速度は増加しない。
に関与しなくなる。基板上に付着した微粒子を9膜にす
るためには、基板上でのマイグレーションが律速過程と
なっているため、基板が室温では膜生成速度が非常に遅
い、そのため、通常は基板上でのマイグレーション速度
を増加させるために、基板を加熱している。しかし、常
時基板を加熱している場合には、反応器内でのガスの対
流により、レーザビームによって生成した微小粒子がこ
のガスの流れに乗って上昇し、基板上に付着する粒子数
が減少し、膜生成速度は増加しない。
さらに、基板温度よりも反応器壁の温度が低い場合には
、生成した微粒子の大部分が反応器の内壁に付着し、基
板上の膜形成にはほとんど関与しなくなる。
、生成した微粒子の大部分が反応器の内壁に付着し、基
板上の膜形成にはほとんど関与しなくなる。
エネルギビームを照射させながら薄膜を形成させる装置
内での膜生成過程を実験的に検討した結果1発明者らは
エネルギビームによって生成した超微粒子に電荷を付与
して、微粒子を基板面に強制的に移動させるようにする
ことにより、基板上での膜形成を効率よく行うことが可
能となった。
内での膜生成過程を実験的に検討した結果1発明者らは
エネルギビームによって生成した超微粒子に電荷を付与
して、微粒子を基板面に強制的に移動させるようにする
ことにより、基板上での膜形成を効率よく行うことが可
能となった。
以下、本発明を実施例に基づいて、さらに詳細に説明す
る。
る。
本発明の一実施例を第1図に、また、エネルギビームの
照射と同期して反応ガス及び印加電圧を制御するシーケ
ンスを第2図に示す。
照射と同期して反応ガス及び印加電圧を制御するシーケ
ンスを第2図に示す。
反応室28内には基板12がステージ11に支持されて
いる。本実施例では基板は一枚しか示してないが、複数
枚設置してもかまわない、基板には、4例えば、シリコ
ンウェハが使用される。基板12と対峙して電極36が
設置されており、直流高電圧発生装置40により、電極
36と基板12間には直流の高電圧がかけられるように
なっている。電極36と基板12の間隔は反応ガスの種
類により変える必要があり、例えば、1〜5cmに設定
する。印加する電圧はレーザによって生成した超微粒子
に電荷が付与でき、この電荷が付与された超微粒子が基
板上に移動するだけの運動エネルギを与えられる範囲で
あればよく1例えば、0.1〜15kV印加する、こと
ができる、基板12はステージ11により加熱され、5
0〜450℃に制御される。基板12の加熱はヒータを
用いてもよく、また、赤外線ランプのようなものを使用
して加熱してもよい。さらに、YAGレーザやCO2レ
ーザのような赤外域の波長をもつレーザを使用してもか
まわない。
いる。本実施例では基板は一枚しか示してないが、複数
枚設置してもかまわない、基板には、4例えば、シリコ
ンウェハが使用される。基板12と対峙して電極36が
設置されており、直流高電圧発生装置40により、電極
36と基板12間には直流の高電圧がかけられるように
なっている。電極36と基板12の間隔は反応ガスの種
類により変える必要があり、例えば、1〜5cmに設定
する。印加する電圧はレーザによって生成した超微粒子
に電荷が付与でき、この電荷が付与された超微粒子が基
板上に移動するだけの運動エネルギを与えられる範囲で
あればよく1例えば、0.1〜15kV印加する、こと
ができる、基板12はステージ11により加熱され、5
0〜450℃に制御される。基板12の加熱はヒータを
用いてもよく、また、赤外線ランプのようなものを使用
して加熱してもよい。さらに、YAGレーザやCO2レ
ーザのような赤外域の波長をもつレーザを使用してもか
まわない。
反応室28内へはボンベから流量コントロール装置20
を介して、ノズル26から反応ガスが供給される。また
、反応ガスは常温でガス状のボンベ入りガスだけではな
く、液状の有機金属化合物やカルボニル化合物も使用で
き、この場合、部槽24で温度制御されたシリンダー2
2内で、水素やヘリウム等のガスでバブリングさせて供
給することができる。この反応槽を複数基設置して、複
数の有機金属化合物を反応室28内に供給することもで
きる9反応室28内へガスを供給するノズル26の形状
は、任意のものが使用できるが、基板12上でのガスの
流れが層流に近くなるように供給できるものが好ましい
。さらに、本実施例ではガスを供給するノズル26と直
流電圧を印加する電極36とは別に示したが、両者を一
体化してもよい。
を介して、ノズル26から反応ガスが供給される。また
、反応ガスは常温でガス状のボンベ入りガスだけではな
く、液状の有機金属化合物やカルボニル化合物も使用で
き、この場合、部槽24で温度制御されたシリンダー2
2内で、水素やヘリウム等のガスでバブリングさせて供
給することができる。この反応槽を複数基設置して、複
数の有機金属化合物を反応室28内に供給することもで
きる9反応室28内へガスを供給するノズル26の形状
は、任意のものが使用できるが、基板12上でのガスの
流れが層流に近くなるように供給できるものが好ましい
。さらに、本実施例ではガスを供給するノズル26と直
流電圧を印加する電極36とは別に示したが、両者を一
体化してもよい。
反応室28内は反応を開始する前は、高真空排気システ
ム42により排気され、バックグランドの不純物をでき
るだけ低下させておく必要がある。
ム42により排気され、バックグランドの不純物をでき
るだけ低下させておく必要がある。
反応開始後は、排気ノズル30を介して任意の反応圧、
例えば、0.01〜50Torrに保持されるように圧
力コントロールされて、排気システム44により排気さ
れる。排気システム44は高真空排気システム42と共
有して、バタフライ弁等を使用して圧力調整してもよい
。
例えば、0.01〜50Torrに保持されるように圧
力コントロールされて、排気システム44により排気さ
れる。排気システム44は高真空排気システム42と共
有して、バタフライ弁等を使用して圧力調整してもよい
。
レーザ光源1から発振したレーザビームはレンズシステ
ム38を介して、任意のビーム形状にされて、反応室2
8の窓板32を通して反応室28内に照射される。レー
ザとしてはエキシマレーザが使用できるが、他のレーザ
、例えば、固体レーザ、気体レーザ、また、これらのレ
ーザと色素レーザを組み合わせても用いることができる
。使用するレーザは紫外域、あるいは、赤外域の波長を
もつものが好ましい。紫外域のレーザの場合には、分子
の電子レベルの励起により、光化学反応が起こる。これ
に対して赤外域レーザの場合には、分子の振動レベルの
励起により分子の解離が起こる。
ム38を介して、任意のビーム形状にされて、反応室2
8の窓板32を通して反応室28内に照射される。レー
ザとしてはエキシマレーザが使用できるが、他のレーザ
、例えば、固体レーザ、気体レーザ、また、これらのレ
ーザと色素レーザを組み合わせても用いることができる
。使用するレーザは紫外域、あるいは、赤外域の波長を
もつものが好ましい。紫外域のレーザの場合には、分子
の電子レベルの励起により、光化学反応が起こる。これ
に対して赤外域レーザの場合には、分子の振動レベルの
励起により分子の解離が起こる。
いずれにしても、対象とする反応ガスに吸収がある波長
のレーザを照射する必要がある。パルスレーザの場合に
は、発振パルス信号に同期した信号を制御装置48に送
り、それと同期させて反応ガスの供給及び電圧の印加を
行うことができる。パルスレーザ以外の連続発振レーザ
の場合には、レーザ光をパルス状にするチョッパー等の
機構を設け、その同期信号を制御装置48に送ることが
できる。また、レーザ以外の他のエネルギビーム、例え
ば、水銀ランプ、キセノンランプ、5OR(Synch
rotoron 0rbital Radiation
、シンクロトロン放射光)等を用いても同様の効果が得
られる。
のレーザを照射する必要がある。パルスレーザの場合に
は、発振パルス信号に同期した信号を制御装置48に送
り、それと同期させて反応ガスの供給及び電圧の印加を
行うことができる。パルスレーザ以外の連続発振レーザ
の場合には、レーザ光をパルス状にするチョッパー等の
機構を設け、その同期信号を制御装置48に送ることが
できる。また、レーザ以外の他のエネルギビーム、例え
ば、水銀ランプ、キセノンランプ、5OR(Synch
rotoron 0rbital Radiation
、シンクロトロン放射光)等を用いても同様の効果が得
られる。
さらに、このレーザ光等の基板12への照射方向は、基
板12に対して平行でもよく、また、垂直に照射しても
よい、さらに、この二方法を複合しても同様である。ま
た、二種類のレーザ光を基板12に照射することも可能
である。
板12に対して平行でもよく、また、垂直に照射しても
よい、さらに、この二方法を複合しても同様である。ま
た、二種類のレーザ光を基板12に照射することも可能
である。
本発明の基本は入射エネルギビームによって反応ガスか
ら生成した超微粒子に電荷を付加し、この超微粒子を電
界によって効率的に基板に付着させる方法であり、これ
を可能にする手法であれば、レーザビームの入射方法や
電場の与え方はどんな方法でもよい。
ら生成した超微粒子に電荷を付加し、この超微粒子を電
界によって効率的に基板に付着させる方法であり、これ
を可能にする手法であれば、レーザビームの入射方法や
電場の与え方はどんな方法でもよい。
反応室28ヘレーザ光が入射する窓板32には、パージ
ノズル34からヘリウム等のパージガスを導入し、窓板
32に析出物が付着するのを防止することができる。ま
た、窓板32の内部にはフッ素樹脂系のオイル等を塗布
してもよい0反応室28から出たレーザ光はパワーメー
タ52によりレーザパワーを、常時、モニタすることが
できる。
ノズル34からヘリウム等のパージガスを導入し、窓板
32に析出物が付着するのを防止することができる。ま
た、窓板32の内部にはフッ素樹脂系のオイル等を塗布
してもよい0反応室28から出たレーザ光はパワーメー
タ52によりレーザパワーを、常時、モニタすることが
できる。
本装置は、制御袋W148により反応室28内へのレー
ザ照射と同期させて反応ガスの導入と印加電圧の制御を
行われる。このシーケンスを第2図に示す、レーザ照射
時間のΔtx時間前に、流量コントロール装置ff20
を介して反応室28内に反応ガスが供給される0反応ガ
スの供給時間は反応室28内の゛基板12上に反応ガス
が達するまでの時間であり、それに同期させてレーザビ
ームが照射される。レーザビームは25■x2Ill1
11の長方形で、基板上2■の高さに調整されている。
ザ照射と同期させて反応ガスの導入と印加電圧の制御を
行われる。このシーケンスを第2図に示す、レーザ照射
時間のΔtx時間前に、流量コントロール装置ff20
を介して反応室28内に反応ガスが供給される0反応ガ
スの供給時間は反応室28内の゛基板12上に反応ガス
が達するまでの時間であり、それに同期させてレーザビ
ームが照射される。レーザビームは25■x2Ill1
11の長方形で、基板上2■の高さに調整されている。
このレーザビームの形状はレンズシステムによって任意
の形状にされても効果は同じである。また、基板とレー
ザビームの間隔も任意に変えることができる0反応ガス
が存在する空間中にレーザビームが照射されると1反応
ガスはレーザ光によって励起され、光分解反応が始まる
。反応ガスとして有機金属化合物、例えば、トリメチル
アルミニウムをA、 Q (CHa)s −一→A (
1+生成物この反応で生成したAΩ原子は衝突によって
。
の形状にされても効果は同じである。また、基板とレー
ザビームの間隔も任意に変えることができる0反応ガス
が存在する空間中にレーザビームが照射されると1反応
ガスはレーザ光によって励起され、光分解反応が始まる
。反応ガスとして有機金属化合物、例えば、トリメチル
アルミニウムをA、 Q (CHa)s −一→A (
1+生成物この反応で生成したAΩ原子は衝突によって
。
超微粒子を生成し、それがレーザビームの光路に沿って
浮遊し、何の操作も加えない場合には、反応室28内の
ガス流れに乗って浮遊して移動する。
浮遊し、何の操作も加えない場合には、反応室28内の
ガス流れに乗って浮遊して移動する。
本発明では、こうして生成した超微粒子を基板12上に
短時間に移動させ、基板12上での膜形成速度を向上さ
せるために、レーザビーム照射後に、それと同期させて
基板12と電極36間に電圧をかけることにより、生成
した超微粒子核に電荷を付与し、基板12上にこの超微
粒子核をスムーズに捕集させることができる。
短時間に移動させ、基板12上での膜形成速度を向上さ
せるために、レーザビーム照射後に、それと同期させて
基板12と電極36間に電圧をかけることにより、生成
した超微粒子核に電荷を付与し、基板12上にこの超微
粒子核をスムーズに捕集させることができる。
真空下で二つの電極の間に電圧を印加した場合。
反応室内の圧力によりグロー放電が起こり、陰極付近に
は陰極暗部が形成され、陰極暗部の厚さd、と反応室内
の圧力Pとは次式に示されるような関係にあることが知
られている。
は陰極暗部が形成され、陰極暗部の厚さd、と反応室内
の圧力Pとは次式に示されるような関係にあることが知
られている。
P −dn=A
ここに、P :反応ガス圧力(Torr)dn :陰極
暗部の厚さく値) A :反応ガスの種類によって決 まる定数(Torr−al) また、陽極付近には正イオンが存在し、これが陰極に引
かれて移動する。
暗部の厚さく値) A :反応ガスの種類によって決 まる定数(Torr−al) また、陽極付近には正イオンが存在し、これが陰極に引
かれて移動する。
電極間に電圧を印加しない場合に、TMAQのような有
機金属化合物にレーザビームを照射した場合、最初に中
性ラジカルが生成し、それらのラジカル同士がガス相で
反応して超微粒子核を生成する。この段階で基板と電極
間に電圧を印加すると、TMAQのような反応性ガスの
キャリアに使用しているガス(Ar、He、H2など)
が電離して生成した正イオンが陰極部に移動し、この正
イオンが超微粒子核に付着し、結果として、lIa極部
に移動して基板上に付着する。電圧を印加しない場合に
は、これらの超微粒子核は重力だけで落下して基板上に
付着することになり、基板上への付着速度は電圧を印加
した場合の方がはるかに大きくなることは明らかである
。
機金属化合物にレーザビームを照射した場合、最初に中
性ラジカルが生成し、それらのラジカル同士がガス相で
反応して超微粒子核を生成する。この段階で基板と電極
間に電圧を印加すると、TMAQのような反応性ガスの
キャリアに使用しているガス(Ar、He、H2など)
が電離して生成した正イオンが陰極部に移動し、この正
イオンが超微粒子核に付着し、結果として、lIa極部
に移動して基板上に付着する。電圧を印加しない場合に
は、これらの超微粒子核は重力だけで落下して基板上に
付着することになり、基板上への付着速度は電圧を印加
した場合の方がはるかに大きくなることは明らかである
。
基板上に捕集された超微粒子核から膜が形成されるメカ
ニズムの詳細は、明確にされていないが、光励起プロセ
スで成膜した場合には、ステップカバレージがよくなる
ことが知られている。従って、本発明のように、光励起
プロセスに電圧印加プロセスを付与することにより、ス
テップカバレージがよく、しかも、成膜速度の大きい膜
形成装置が得られる。
ニズムの詳細は、明確にされていないが、光励起プロセ
スで成膜した場合には、ステップカバレージがよくなる
ことが知られている。従って、本発明のように、光励起
プロセスに電圧印加プロセスを付与することにより、ス
テップカバレージがよく、しかも、成膜速度の大きい膜
形成装置が得られる。
また、基板が室温の場合には、基板上の成膜速度も小さ
く、しかも、膜自体の接着力が弱いため、基板を加熱(
例えば、50〜400℃)する方が好ましい。
く、しかも、膜自体の接着力が弱いため、基板を加熱(
例えば、50〜400℃)する方が好ましい。
さらに、基板に絶縁物を用いる場合には、基板と電極間
へは直流電源ではなく高周波電源を用いることにより、
絶縁物表面に正イオンと電子が交互に衝突し、絶縁物表
面への正イオンの?I:電を防止することができる。
へは直流電源ではなく高周波電源を用いることにより、
絶縁物表面に正イオンと電子が交互に衝突し、絶縁物表
面への正イオンの?I:電を防止することができる。
基板上への微粒子核の捕集は、レーザビームの照射と同
期させてこの操作を繰り返すことにより、効率的に行う
ことができる。基板の加熱はこの操作中継続して行って
もよく、また、基板上に超微粒子層を形成させたのちに
、基板を加熱して成膜してもよい。
期させてこの操作を繰り返すことにより、効率的に行う
ことができる。基板の加熱はこの操作中継続して行って
もよく、また、基板上に超微粒子層を形成させたのちに
、基板を加熱して成膜してもよい。
反応ガスとしてトリメチルアルミニウム(TMAと記す
)を用いて1本発明の実施例を示す、 TNAは常温で
は液体であり、Hzガスをキャリアとして反応室28内
に供給される。レーザにはエキシマレーザを使用した。
)を用いて1本発明の実施例を示す、 TNAは常温で
は液体であり、Hzガスをキャリアとして反応室28内
に供給される。レーザにはエキシマレーザを使用した。
TMAの紫外吸収スペクトルは、第4図に示すようなも
ので、効率的に光化学反応を行うには、ArF(193
nm)のレーザ光を使う必要がある。この場合、−パル
ス当りのエネルギは約200mJであった。このレーザ
光をシリンドリカルレンズを用いたレンズシステムによ
り、25mmX2+amにして、基板上2+mの位置に
照射した。レーザビームの照射0.5 秒前に流量コン
トロール装置20によりTMAを基板上で5 Torr
になるように供給した。レーザ照射と同時に(Δtz〜
数ns)電極と基板間に500Vの直流電圧を印加した
。この場合、基板温度は200℃に保っておいた。レー
ザ照射と同時に反応ガスの供給、電圧印加の操作を繰り
返すことにより、基板上に金属AQの膜を効率的に形成
することができた。成膜速度は2500人/ m i
nで、反応ガス供給のコントロールもせず、また、電圧
印加も行わない場合に比べて二倍以上の成膜速度が得ら
れ、形成した膜の性状はほぼ同等であった。
ので、効率的に光化学反応を行うには、ArF(193
nm)のレーザ光を使う必要がある。この場合、−パル
ス当りのエネルギは約200mJであった。このレーザ
光をシリンドリカルレンズを用いたレンズシステムによ
り、25mmX2+amにして、基板上2+mの位置に
照射した。レーザビームの照射0.5 秒前に流量コン
トロール装置20によりTMAを基板上で5 Torr
になるように供給した。レーザ照射と同時に(Δtz〜
数ns)電極と基板間に500Vの直流電圧を印加した
。この場合、基板温度は200℃に保っておいた。レー
ザ照射と同時に反応ガスの供給、電圧印加の操作を繰り
返すことにより、基板上に金属AQの膜を効率的に形成
することができた。成膜速度は2500人/ m i
nで、反応ガス供給のコントロールもせず、また、電圧
印加も行わない場合に比べて二倍以上の成膜速度が得ら
れ、形成した膜の性状はほぼ同等であった。
本発明の他の利点は1反応室28内のレーザビーム上で
生成した超微粒子を、基板上に効率よく捕集してしまう
ため、レーザ入射窓の内側に析出する副生物の款を極端
に減少させろことができることである。レーザ入射窓の
内側に析出物が生成すると、レーザ光の入射パワーが極
度に減少し、成膜の効率が非常に低下するので、これを
防止できることは大きな利点である。
生成した超微粒子を、基板上に効率よく捕集してしまう
ため、レーザ入射窓の内側に析出する副生物の款を極端
に減少させろことができることである。レーザ入射窓の
内側に析出物が生成すると、レーザ光の入射パワーが極
度に減少し、成膜の効率が非常に低下するので、これを
防止できることは大きな利点である。
本発明の他の実施態様を示す8反応ガスには複数のガス
を使用することができ、有機金属化合物にTMAを使用
し、それに亜酸化窒素(NzO)を使用した。TMAは
ヘリウムをキャリアとして反応室28に供給した。
を使用することができ、有機金属化合物にTMAを使用
し、それに亜酸化窒素(NzO)を使用した。TMAは
ヘリウムをキャリアとして反応室28に供給した。
レーザにより光化学反応を起こさせるには、反応ガスの
光吸収がなければならないことはよく知られている。T
MA及4 N Z Oの紫外域でのスペクトルを第4図
に示す。エキシマレーザによって光化学反応を起こさせ
るには、KrF(248nm)、あるいは、ArF(1
93nm)のレーザ光を使用しなければ、これらのガス
に対して吸収がなイ、シかし、KrF (248nm)
のレーザ光では反応ガスに対して吸収が小さいため、同
じガス量を供給してもArF (193nm)のレーザ
光を照射した場合に比べて1反応法度が遅い。
光吸収がなければならないことはよく知られている。T
MA及4 N Z Oの紫外域でのスペクトルを第4図
に示す。エキシマレーザによって光化学反応を起こさせ
るには、KrF(248nm)、あるいは、ArF(1
93nm)のレーザ光を使用しなければ、これらのガス
に対して吸収がなイ、シかし、KrF (248nm)
のレーザ光では反応ガスに対して吸収が小さいため、同
じガス量を供給してもArF (193nm)のレーザ
光を照射した場合に比べて1反応法度が遅い。
TMA及びN!Oは次に示す式によって反応することが
知られている。
知られている。
T M A + N z O→AuzOa+生成物この
反応は複雑で前反応は正確にはわかってはいないが、析
出物はアルミナで、他にガス状物が副生する。
反応は複雑で前反応は正確にはわかってはいないが、析
出物はアルミナで、他にガス状物が副生する。
TMAとN z Oの混合ガスはTMAに対してN z
Oを二倍以上添加する必要があり、反応室28内では
全圧は5 Torrになるように供給した。
Oを二倍以上添加する必要があり、反応室28内では
全圧は5 Torrになるように供給した。
レーザにはArF (193nm)を用い、レンズシス
テムにより25 as X 3 mの巾にして基板上3
−の位置に照射した。レーザの一パルス当りのエネルギ
は200mJであった。基板の温度は350℃にして、
本発明の操作を繰り返すことにより、アルミナの薄膜が
形成された。基板としてはシリコンを用い、このアルミ
ナは絶縁膜として十分な性能をもつことが明らかとなっ
た。
テムにより25 as X 3 mの巾にして基板上3
−の位置に照射した。レーザの一パルス当りのエネルギ
は200mJであった。基板の温度は350℃にして、
本発明の操作を繰り返すことにより、アルミナの薄膜が
形成された。基板としてはシリコンを用い、このアルミ
ナは絶縁膜として十分な性能をもつことが明らかとなっ
た。
この実施例とは別に、基板温度を100℃に保った場合
には、基板上にはアルミナの超微粒子層が形成された。
には、基板上にはアルミナの超微粒子層が形成された。
この場合、基板としては5US304の1閣厚のものを
用いた。この基板の上にICO人径以下の微粒子からな
るアルミナのポーラスな層を形成することができた。
用いた。この基板の上にICO人径以下の微粒子からな
るアルミナのポーラスな層を形成することができた。
基板上に広く膜を形成させるには、レーザ光をスキャン
してもよく、また、基板を微動させてもよい。また、基
板の加熱手段には各種のレーザや赤外線ランプ等を用い
てもよい。
してもよく、また、基板を微動させてもよい。また、基
板の加熱手段には各種のレーザや赤外線ランプ等を用い
てもよい。
形成させた微粒子のアルミナ層は触媒の担体として、例
えば、燃料電池の電極板としても使用できる。
えば、燃料電池の電極板としても使用できる。
こうして形成されたアルミナ担体層に1次のステップと
してニッケルカルボニル(N i (Co)4)を水素
キャリアと共に、本発明の操作に従って供給した。N1
(Co)aはレーザで光分解されて、Niの超微粒子が
生成し、それがアルミナ担体層に付着する。Niが担持
されたアルミナ層はスチームリフオーミングの触媒とし
て使用することができ、例えば、内部改質型の溶融炭酸
塩燃料電池用の電極として使用することができる。この
場合には、メタンとスチームを、直接、燃料電池に導入
することができる。
してニッケルカルボニル(N i (Co)4)を水素
キャリアと共に、本発明の操作に従って供給した。N1
(Co)aはレーザで光分解されて、Niの超微粒子が
生成し、それがアルミナ担体層に付着する。Niが担持
されたアルミナ層はスチームリフオーミングの触媒とし
て使用することができ、例えば、内部改質型の溶融炭酸
塩燃料電池用の電極として使用することができる。この
場合には、メタンとスチームを、直接、燃料電池に導入
することができる。
この他にも多くの変形も可能であることは明らかである
。特に、前述の有機金属化合物の他に。
。特に、前述の有機金属化合物の他に。
ジメチルカドミウム、ジメチル亜鉛を用いることにより
、Cd、Znの金属膜が、また、Cr。
、Cd、Znの金属膜が、また、Cr。
Mo、Wなどのカルボニル化合物を用いることによりそ
れらの金属薄膜を形成させることができる。
れらの金属薄膜を形成させることができる。
シラン系の化合物、例えば、S i Ha 、 S 1
zHeとアンモニア、Cx Hzを用いることにより、
S 1aNa、 S i Cの膜を形成させうる。さら
に、周期律表の■族及び■族の元素を含む混合ガスを用
いることにより、■−V族の化合物半導体も形成しうる
。
zHeとアンモニア、Cx Hzを用いることにより、
S 1aNa、 S i Cの膜を形成させうる。さら
に、周期律表の■族及び■族の元素を含む混合ガスを用
いることにより、■−V族の化合物半導体も形成しうる
。
いずれにしても、光を励起エネルギとして、それによっ
て生成した反応ガスの反応場に電位をかけることにより
、効率的に成膜させる方法は本発明の範囲に含まれる。
て生成した反応ガスの反応場に電位をかけることにより
、効率的に成膜させる方法は本発明の範囲に含まれる。
本発明ではレーザビームの照射によって反応ガスが反応
する場に印加する電位の与え方として基板と対峙させて
電極を設置し、反応ガスはノズルから、電極と基板間に
供給する方法を示したが、反応ガス供給用ノズルと電極
が一体化したものができれば、それを用いることにより
、より装置をコンバク1〜化することができる。また、
電極と基板間に与える電位は正でも負でもよく、要する
に。
する場に印加する電位の与え方として基板と対峙させて
電極を設置し、反応ガスはノズルから、電極と基板間に
供給する方法を示したが、反応ガス供給用ノズルと電極
が一体化したものができれば、それを用いることにより
、より装置をコンバク1〜化することができる。また、
電極と基板間に与える電位は正でも負でもよく、要する
に。
レーザビームによって生成した超微粒子核の基板への運
動を助長するようなものであればよい。
動を助長するようなものであればよい。
レーザビームで生成した超微粒子核に電荷を付与する方
法として、熱電子を発生させる装置を設けてもよい。こ
の場合には、レーザビームで生成した超微粒子核に負電
荷を与え、それを基板と電極間にかけた電位により基板
面とで捕集することができる。さらに、電荷を持った微
粒子が基板上に集合して基板面上に電荷が集中するのを
防止するために、基板と電極間に交流電圧をかけてもよ
い。
法として、熱電子を発生させる装置を設けてもよい。こ
の場合には、レーザビームで生成した超微粒子核に負電
荷を与え、それを基板と電極間にかけた電位により基板
面とで捕集することができる。さらに、電荷を持った微
粒子が基板上に集合して基板面上に電荷が集中するのを
防止するために、基板と電極間に交流電圧をかけてもよ
い。
薄膜を形成させた基板のスループットを上げるためには
1反応室に試料前室及び後室を設け、基板を真空下で移
動させられるようにするのが好ましい。
1反応室に試料前室及び後室を設け、基板を真空下で移
動させられるようにするのが好ましい。
本発明では基板に平行に電極を設け、基板と電極間にエ
ネルギビームを照射する方法を示したが、基板に対峙し
て設けた電極にエネルギビームの通る機構を設け、エネ
ルギビームを基板上に自然照射させるようにすることに
より、エネルギビームのエネルギを基板上での成膜のエ
ネルギに利用することが可能となり、基板の加熱温度を
より低温化させることができる。
ネルギビームを照射する方法を示したが、基板に対峙し
て設けた電極にエネルギビームの通る機構を設け、エネ
ルギビームを基板上に自然照射させるようにすることに
より、エネルギビームのエネルギを基板上での成膜のエ
ネルギに利用することが可能となり、基板の加熱温度を
より低温化させることができる。
本発明によれば、エネルギビー11のパワーを増加する
ことなく、基板上での成膜速度を従来法に比べて二倍以
上に向上させることができ、スループットの向上も図れ
る。
ことなく、基板上での成膜速度を従来法に比べて二倍以
上に向上させることができ、スループットの向上も図れ
る。
第1図は本発明の一実施例の系Ml¥Xl、第2図は第
1図の制御シーケンス図、第3図は従来技術を示す系統
図、第4図は反応ガスの紫外スペクトルを示す特性図で
ある。 1・・・レーザ、2・・・色素、3・・・回析格子、4
・・・選択された励起波長のレーザ光、S・・・位置制
御系、6・・・ミラー、7・・・反応室、8・・・入射
窓、9,10・・・ガス導入口、導出口、11・・・ス
テージ、12・・・半導体基板、13・・・加熱コイル
、14.15・・・高周波電源に接続される一対の電極
、16・・・レーザA、18・・・レーザB、20・・
・流量コントロール装置、22・・・シリンダ、24・
・・恒温槽、26・・・ノズル、28・・・反応室、3
0・・・排気ノズル、32・・・窓板。 34・・・パージノズル、36・・・電極、38・・・
レンズシステム、40・・・直流高電圧印加装置、42
・・・高真空排気システム、44・・・排気システム、
46・・・ヒータ制御装置。
1図の制御シーケンス図、第3図は従来技術を示す系統
図、第4図は反応ガスの紫外スペクトルを示す特性図で
ある。 1・・・レーザ、2・・・色素、3・・・回析格子、4
・・・選択された励起波長のレーザ光、S・・・位置制
御系、6・・・ミラー、7・・・反応室、8・・・入射
窓、9,10・・・ガス導入口、導出口、11・・・ス
テージ、12・・・半導体基板、13・・・加熱コイル
、14.15・・・高周波電源に接続される一対の電極
、16・・・レーザA、18・・・レーザB、20・・
・流量コントロール装置、22・・・シリンダ、24・
・・恒温槽、26・・・ノズル、28・・・反応室、3
0・・・排気ノズル、32・・・窓板。 34・・・パージノズル、36・・・電極、38・・・
レンズシステム、40・・・直流高電圧印加装置、42
・・・高真空排気システム、44・・・排気システム、
46・・・ヒータ制御装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、反応ガスと接触する基板上にエネルギ源より出力さ
れるエネルギビームを用いて選択的に薄膜を形成させる
ものにおいて、 前記基板と対峙して電極を設け、前記基板と前記電極間
に前記エネルギビームを照射して反応ガスを分解させ、
前記基板と前記電極間に電圧を印加させて薄膜を形成さ
せることを特徴とする薄膜形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20998285A JPS6271218A (ja) | 1985-09-25 | 1985-09-25 | 薄膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20998285A JPS6271218A (ja) | 1985-09-25 | 1985-09-25 | 薄膜形成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6271218A true JPS6271218A (ja) | 1987-04-01 |
Family
ID=16581897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20998285A Pending JPS6271218A (ja) | 1985-09-25 | 1985-09-25 | 薄膜形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6271218A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016149573A (ja) * | 2007-11-08 | 2016-08-18 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated | パルス列アニーリング方法および装置 |
| US11040415B2 (en) | 2007-11-08 | 2021-06-22 | Applied Materials, Inc. | Pulse train annealing method and apparatus |
-
1985
- 1985-09-25 JP JP20998285A patent/JPS6271218A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016149573A (ja) * | 2007-11-08 | 2016-08-18 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated | パルス列アニーリング方法および装置 |
| US11040415B2 (en) | 2007-11-08 | 2021-06-22 | Applied Materials, Inc. | Pulse train annealing method and apparatus |
| US12186832B2 (en) | 2007-11-08 | 2025-01-07 | Applied Materials, Inc. | Pulse train annealing method and apparatus |
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