JPS62183512A - レ−ザ誘起薄膜堆積装置 - Google Patents
レ−ザ誘起薄膜堆積装置Info
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- JPS62183512A JPS62183512A JP61026125A JP2612586A JPS62183512A JP S62183512 A JPS62183512 A JP S62183512A JP 61026125 A JP61026125 A JP 61026125A JP 2612586 A JP2612586 A JP 2612586A JP S62183512 A JPS62183512 A JP S62183512A
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
- C23C16/482—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation using incoherent light, UV to IR, e.g. lamps
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C16/483—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation using coherent light, UV to IR, e.g. lasers
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、レーザ光源のような放射光子密度の極めて
大きい光源を用いて１反応気体を光化学分解して、該反
応気体中に置かれた基体上に薄膜を堆積させるレーザ誘
起気相化学堆積（レーザＣＶ Ｄ ； Ｌａ５ｅｒ １
ｎｄｕｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｕｒｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法において、薄膜堆積の速度を増
大させ、かつ得られる薄膜の基体上への密着力及び密度
を増大させて良質の薄膜を高速で得るレーザ誘起薄膜堆
積装置に関するものである。
大きい光源を用いて１反応気体を光化学分解して、該反
応気体中に置かれた基体上に薄膜を堆積させるレーザ誘
起気相化学堆積（レーザＣＶ Ｄ ； Ｌａ５ｅｒ １
ｎｄｕｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｕｒｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法において、薄膜堆積の速度を増
大させ、かつ得られる薄膜の基体上への密着力及び密度
を増大させて良質の薄膜を高速で得るレーザ誘起薄膜堆
積装置に関するものである。
第４図に従来法によるレーザＣＶＤの原理図を示すっ
この列では、１−ザビームを基体の帆５〜数馴上空に基
体と平行に照射して、ビームの通過領域にある反応気体
に吸収させて光化学分解して、ビーム直下の基体上に薄
膜堆積させる。
体と平行に照射して、ビームの通過領域にある反応気体
に吸収させて光化学分解して、ビーム直下の基体上に薄
膜堆積させる。
上述の様に、基体への直接のレーザビーム照射がなくて
も薄膜堆積が起こるのは、ビーム通過領域中で光化学分
解された反応気体から生成する（薄膜堆積に寄与する）
励起種が基体上に拡散するためであるっ 具体的７ｆｆｉ ［ＭＪとして１反応気体としてＳｉＨ
４を用い、光源として、ＡｒＦエキシマレーザ（放射波
長： １９３ ｎｍ ）ＫｒＦエキシマレーザ（放射波
長：２４８ｎｍ）を用いて基板上にシリコン膜を堆積さ
せる例がある。
も薄膜堆積が起こるのは、ビーム通過領域中で光化学分
解された反応気体から生成する（薄膜堆積に寄与する）
励起種が基体上に拡散するためであるっ 具体的７ｆｆｉ ［ＭＪとして１反応気体としてＳｉＨ
４を用い、光源として、ＡｒＦエキシマレーザ（放射波
長： １９３ ｎｍ ）ＫｒＦエキシマレーザ（放射波
長：２４８ｎｍ）を用いて基板上にシリコン膜を堆積さ
せる例がある。
さて、ここで２問題となるのは反応気体（Ｓ １Ｈ４）
の吸収波長と励起光の波長の関係である。
の吸収波長と励起光の波長の関係である。
一般的に、反応気体に光化学反応を起こさせるためには
、この反応気体が吸収する光の波長と励起光の波長を一
致（又は反応気体の吸収波長帯と励起光の波長帯を重複
）させる必要があり、光化学反応は励起光の波長選択性
を有する。
、この反応気体が吸収する光の波長と励起光の波長を一
致（又は反応気体の吸収波長帯と励起光の波長帯を重複
）させる必要があり、光化学反応は励起光の波長選択性
を有する。
しかしながら、上述の列では、 Ｓ＊Ｈ４の紫外域での
吸収は、約１［５ｎｍ以下の波長でしか起こらないのに
、放射波長か１９５ｎｍのＡｒＦエキシマレーザや２４
８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザでも相当な速度（数十〜
数百Ａ／ｍ１ｎ）で堆積が起こっているっ この様な、不合理は、レーザ光の極めて大きい放射光子
密度に起因する多光子吸収の結果であると理解されてい
る。即ち１例えば、ＡｒＦエキシマレーザでは実際は、
１光子（波長１９３ｎｍ）として吸収されているのでは
なく２光子（波長９６ｎｍ）や３光子（波長６５ｎｍ）
等として吸収されていると考えられているう 実際、紫外線ランプの様に放射光子密度の小さい物では
薄膜堆積が全く起こらないこと（列。
吸収は、約１［５ｎｍ以下の波長でしか起こらないのに
、放射波長か１９５ｎｍのＡｒＦエキシマレーザや２４
８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザでも相当な速度（数十〜
数百Ａ／ｍ１ｎ）で堆積が起こっているっ この様な、不合理は、レーザ光の極めて大きい放射光子
密度に起因する多光子吸収の結果であると理解されてい
る。即ち１例えば、ＡｒＦエキシマレーザでは実際は、
１光子（波長１９３ｎｍ）として吸収されているのでは
なく２光子（波長９６ｎｍ）や３光子（波長６５ｎｍ）
等として吸収されていると考えられているう 実際、紫外線ランプの様に放射光子密度の小さい物では
薄膜堆積が全く起こらないこと（列。
１８５ｎｍの放射波長を持つ低圧水銀ランプを５ｉｎ４
に照射しても薄膜堆積は起こらない。）及びエキシマレ
ーザの場合でも薄膜堆積には照射パワー密度のしきい値
が存在し、数ＭＷ ／（ｄ程度のパワー密度が必要なこ
とは、多光子解離の可能性を強く示唆している。
に照射しても薄膜堆積は起こらない。）及びエキシマレ
ーザの場合でも薄膜堆積には照射パワー密度のしきい値
が存在し、数ＭＷ ／（ｄ程度のパワー密度が必要なこ
とは、多光子解離の可能性を強く示唆している。
さて、ここで新たに問題となるのは、光化学反応過程へ
の光イオン化過程の介在である。
の光イオン化過程の介在である。
即ち、これまで、光化学反応を用いる薄膜堆積は、放電
によるプラズマを用いる場合と決定的に異なっていて堆
積過程に電子やイオンなどの荷電粒子は関与せず、純粋
にフリーラジカル（自由基：荷電しない励起反応種）だ
けで反応が進行していると考えられてきた。
によるプラズマを用いる場合と決定的に異なっていて堆
積過程に電子やイオンなどの荷電粒子は関与せず、純粋
にフリーラジカル（自由基：荷電しない励起反応種）だ
けで反応が進行していると考えられてきた。
しかし、上述の例の様に多光子吸収による光化学反応の
場合には、反応気体は、イオン化ポテンシャル以上のエ
ネルギーを吸収している場合が多いつ 実際ＡｒＦエキシマレーザ光は２光子で約１３ｅＶのエ
ネルギーであるが、この値はＳｉＨ４のイオン化ポテン
シャルを超えている。
場合には、反応気体は、イオン化ポテンシャル以上のエ
ネルギーを吸収している場合が多いつ 実際ＡｒＦエキシマレーザ光は２光子で約１３ｅＶのエ
ネルギーであるが、この値はＳｉＨ４のイオン化ポテン
シャルを超えている。
また、ＳＯＲ光（シンクロトロン軌道放射光）を巾いた
Ｓ ｉＨ４の光イオン化の実験では、光イオン化のしき
い値は１１．６〜１２．ＯｅＶで、光イオン化断面積は
約１３．４ｅＶで最大になり、主として５ｉｎ３． Ｓ
ｉＨ２＋が生成するっ ＋ この様に、レーザ光の様に多光子吸収が起こる光源の場
合には、イオン化を伴う光化学反応か起こっている可能
性が高い。
Ｓ ｉＨ４の光イオン化の実験では、光イオン化のしき
い値は１１．６〜１２．ＯｅＶで、光イオン化断面積は
約１３．４ｅＶで最大になり、主として５ｉｎ３． Ｓ
ｉＨ２＋が生成するっ ＋ この様に、レーザ光の様に多光子吸収が起こる光源の場
合には、イオン化を伴う光化学反応か起こっている可能
性が高い。
本発明は上述の点に鑑み、レーザ光による反応気体のイ
オン化を利用して、堆積速度の増大と膜質の向上を図る
レーザ誘起薄膜堆積装置を提供することを目的とするも
のである。
オン化を利用して、堆積速度の増大と膜質の向上を図る
レーザ誘起薄膜堆積装置を提供することを目的とするも
のである。
本発明では、レーザビームによる光化学反応領域に直流
電界を印加し、光イオン化により生成したイオンと電子
を分離し、拡散による基体上へのイオンの輸送の池、電
界による輸送も付与して、堆積の高速化と基体表面の適
度なイオン衝撃効果による膜質の向上を図るっ 〔発明の実施列〕 第１図に本発明の一実施例を示す。
電界を印加し、光イオン化により生成したイオンと電子
を分離し、拡散による基体上へのイオンの輸送の池、電
界による輸送も付与して、堆積の高速化と基体表面の適
度なイオン衝撃効果による膜質の向上を図るっ 〔発明の実施列〕 第１図に本発明の一実施例を示す。
基体の上部に、レーザビームを基体と共にはさむ様な配
置で電極を設ける。
置で電極を設ける。
電極と基体間に薄膜堆積に重要な役割をするイオン（通
常正イオンと思われるっ）か基体に加速される方向の直
流電界を印加する。
常正イオンと思われるっ）か基体に加速される方向の直
流電界を印加する。
第１図に示す様に、直流電界がない、レーザＣＶＤ法で
は、レーザビーム中で生成されたイオンは、基板と反対
側の空間にも拡散していき、この分は堆積に寄与しない
がこの様に直流電界を印加し、その印加方向を堆積に寄
与するイオンが基体に向かう方向にすれば、光化学反応
により生成した、フリーラジカルとイオンのうち、イオ
ン成分が有効に薄膜堆積に使用されることになり堆積速
度の増大が図れる。
は、レーザビーム中で生成されたイオンは、基板と反対
側の空間にも拡散していき、この分は堆積に寄与しない
がこの様に直流電界を印加し、その印加方向を堆積に寄
与するイオンが基体に向かう方向にすれば、光化学反応
により生成した、フリーラジカルとイオンのうち、イオ
ン成分が有効に薄膜堆積に使用されることになり堆積速
度の増大が図れる。
更に、加速されたイオンが基体表面を衝撃することによ
って基体と薄膜の密着力及び薄膜の密度を向上させ、光
励起ＣＶＤにおいて問題であった堆積膜の密度が低い、
という問題の解決にもなるっ更に、ここで重要なことは
、放電によるプラズマＣＶＤでは、基体表面に不可避的
に発生するイオン加速電界（イオンシース電界）の大き
さを自由にコントロールできないため条件によっては堆
積表面に入射するイオンが過剰なエネルギーを持って下
地の電子素子に損傷を与えてしまうのに対して、本発明
によればイオン加速電界の大きさを自由に制御できるか
ら、イオンを必要十分なエネルギーで入射させることが
でき、下地への損傷を回避しつつ良質な薄膜が得られる
。という点である。
って基体と薄膜の密着力及び薄膜の密度を向上させ、光
励起ＣＶＤにおいて問題であった堆積膜の密度が低い、
という問題の解決にもなるっ更に、ここで重要なことは
、放電によるプラズマＣＶＤでは、基体表面に不可避的
に発生するイオン加速電界（イオンシース電界）の大き
さを自由にコントロールできないため条件によっては堆
積表面に入射するイオンが過剰なエネルギーを持って下
地の電子素子に損傷を与えてしまうのに対して、本発明
によればイオン加速電界の大きさを自由に制御できるか
ら、イオンを必要十分なエネルギーで入射させることが
でき、下地への損傷を回避しつつ良質な薄膜が得られる
。という点である。
また、イオン成分は全て基体側に向うため、反応番器中
の不要な場所への薄膜堆積が減り、反応ｄ器壁に付着す
るフレークからの基体の汚染が少くなる。
の不要な場所への薄膜堆積が減り、反応ｄ器壁に付着す
るフレークからの基体の汚染が少くなる。
尚、本発明の実際の実施にあたっては直流電極として光
を透過する適当なメツシュ状電極を用い。
を透過する適当なメツシュ状電極を用い。
このメツシュ状電極を通して堆積中の薄膜表面にランプ
等から紫外線を照射することが望ましい（第２図参照）
っ 即ち、４！に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の様
な絶縁膜堆積ではイオンが堆積面に入射するうちに堆積
膜のチャージアップ現象が起きて。
等から紫外線を照射することが望ましい（第２図参照）
っ 即ち、４！に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の様
な絶縁膜堆積ではイオンが堆積面に入射するうちに堆積
膜のチャージアップ現象が起きて。
本発明の効果を減殺する様に作用するが基体と堆積絶縁
膜界面の電子に対する電位障壁より高いエネルギーを持
った波長の光を堆積面に照射すれば、光電効果により電
子が堆積面に注入され得るため（第３図参照）チャージ
アップ効果を中和でき、連続的に本発明の効果を維持で
きる。
膜界面の電子に対する電位障壁より高いエネルギーを持
った波長の光を堆積面に照射すれば、光電効果により電
子が堆積面に注入され得るため（第３図参照）チャージ
アップ効果を中和でき、連続的に本発明の効果を維持で
きる。
通常、上述の電位障壁の値は４〜５ｅＶ程度なので（ｅ
ＡＪえば、シリコン上のシリコン酸化膜やシリコン窒化
膜の場合）光源としては低圧水銀ランプ（波長１３５ｎ
ｍ、 ２５３ｎｍが主）や高圧水銀ランプ（波長２００
〜３ＱＱｎｍが主）等の実用的なランプが使えて、特に
本発明の制約にはならないっ〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、電界印加方向をイオンが
基体に向かう方向に一致せしめることにより、イオン成
分が有効に薄膜堆積に使用でき。
ＡＪえば、シリコン上のシリコン酸化膜やシリコン窒化
膜の場合）光源としては低圧水銀ランプ（波長１３５ｎ
ｍ、 ２５３ｎｍが主）や高圧水銀ランプ（波長２００
〜３ＱＱｎｍが主）等の実用的なランプが使えて、特に
本発明の制約にはならないっ〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、電界印加方向をイオンが
基体に向かう方向に一致せしめることにより、イオン成
分が有効に薄膜堆積に使用でき。
堆積速度の向上が図れる、
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の池の実施列を示す構成図、第３図は本発明を説明す
るためのＳｉ基板と堆積されたＳ １０２の界面のエネ
ルギーバンド図を示す説明図。 第４図は従来のレーザ誘起ＣＶＤ装置について示す構成
図であるっ １・・・レーザビーム、２・・・基体、３・・・基体支
持体、４（ａ）・・・電極、４（ｂ）・・・メツシュ状
電極２５・・・直流電源、６・・・表面照射光入射窓、
７・・・表面照射用ラン１−−−１．−サ゛’Ｉｎ”−
４ 第２図 第３図 第４図
明の池の実施列を示す構成図、第３図は本発明を説明す
るためのＳｉ基板と堆積されたＳ １０２の界面のエネ
ルギーバンド図を示す説明図。 第４図は従来のレーザ誘起ＣＶＤ装置について示す構成
図であるっ １・・・レーザビーム、２・・・基体、３・・・基体支
持体、４（ａ）・・・電極、４（ｂ）・・・メツシュ状
電極２５・・・直流電源、６・・・表面照射光入射窓、
７・・・表面照射用ラン１−−−１．−サ゛’Ｉｎ”−
４ 第２図 第３図 第４図
Claims (4)
- （１）レーザ光により反応気体を光化学的に分解して基
体上に薄膜を堆積させるレーザ誘起薄膜堆積装置。 - （２）レーザ光の極めて高い放射光子密度に起因する反
応気体の多光子吸収によるイオン化を用いることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載のレーザ誘起薄膜堆
積装置。 - （３）レーザ光により生成したイオンを直流電界により
基体上に効率的に輸送し、堆積速度を増大せしめること
を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載
のレーザ誘起薄膜堆積装置。 - （４）印加する直流電界の大きさを調節することを特徴
とする特許請求の範囲第１項または第３項に記載のレー
ザ誘起薄膜堆積装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61026125A JPS62183512A (ja) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | レ−ザ誘起薄膜堆積装置 |
| US07/010,582 US4732793A (en) | 1986-02-07 | 1987-02-03 | Method and apparatus for laser-induced CVD |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61026125A JPS62183512A (ja) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | レ−ザ誘起薄膜堆積装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62183512A true JPS62183512A (ja) | 1987-08-11 |
Family
ID=12184840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61026125A Pending JPS62183512A (ja) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | レ−ザ誘起薄膜堆積装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4732793A (ja) |
| JP (1) | JPS62183512A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4919077A (en) * | 1986-12-27 | 1990-04-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor producing apparatus |
| US4885067A (en) * | 1987-08-31 | 1989-12-05 | Santa Barbara Research Center | In-situ generation of volatile compounds for chemical vapor deposition |
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Also Published As
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