DE69205903T2 - Verfahren und Apparatur zur Herstellung eines dünnen Oxidfilmes. - Google Patents

Verfahren und Apparatur zur Herstellung eines dünnen Oxidfilmes.

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Apparat zum Herstellen eines Oxid-Dünnfilms, und spezieller betrifft sie ein Verfahren und einen Apparat zum Herstellen eines Oxid- Dünnfilms, das ein Metallelement enthält.
    • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Herkömmucherweise sind als Verfahren zum Herstellen von Oxid-Dünnfilmen, die ein Metallelement enthalten (Klassifizierung in Oxidhalbleiter, isolierende Materialien, Oxid-Supraleiter, magnetische Oxidsubstanzen und andere, abhängig von den Eigenschaften der Filme) die folgenden in großem Umfang realisiert: ein reaktives Dampfniederschlagungsverfahren, ein Sputterverfahren, ein chemisches Dampfniederschlagungsverfahren und dergleichen (siehe z. B. JP-A-1-072 418, JP-A-63-259 070). Zum Beispiel wird gemäß dem reaktiven Dampfniederschlaqungsverfahren ein spezielles Metallelement aus einer Dampfquelle in Sauerstoffgasumgebung mit einem Druck im Bereich von ungefähr 10&supmin;³ bis 10&supmin;¹ Pa (10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;³ Torr) in einer Vakuumkammer verdampft, damit ein Oxid des verdampften Metallelements direkt auf einem Substrat abgeschieden wird.
  • Gemäß einem anderen bekannten Hersteliverfahren wird nach dem Abscheiden eines Metall-Dünnfilms auf einem Substrat in einer Vakuumkammer ein Oxid-Dunnfilm dadurch erhalten, daß das Substrat der Vakuumkammer entnommen wird und der Metall- Dünnfilm oxidiert wird, oder das Oxidationsgas in die Vakuumkammer eingeleitet wird und der Metall-Dünnfilm oxidiert wird.
  • Bei jedem der vorstehend genannten Verfahren beginnt der Dampfniederschlagungs- oder Wachstumsprozeß innerhalb einer Vakuumkammer bei einem Druck nicht unter 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr).
  • Da jedoch bei jedem der vorstehend genannten herkömmlichen Verfahren der Dampfniederschlagungs- oder Wachstumsprozeß bei einem Druck von 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) oder darüber beginnt, werden Restgase wie H&sub2;O, N&sub2;, H&sub2;, CO&sub2; oder dergleichen als Verunreinigungen eingebaut, was zu einer Verringerung der Reinheit des hergestellten Oxid-Dünnfilms führt.
  • Gemäß dem oben angegebenen reaktiven Dampfniederschlagungsverfahren wird der Dampfniederschlagungsprozeß in einer Sauerstoffgasumgebung von ungefähr 10&supmin;³ bis 10&supmin;¹ Pa (10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;³ Torr) ausgeführt, und die Dampfquelle wird nachteiligerweise in der Sauerstoffgasumgebung oxidiert. Daher ist es sehr schwierig, eine stabile oder konstante Verdampfungsrate zu erzielen und die Zusammensetzung des sich ergebenden Oxid-Dünnfilms genau zu steuern. Ferner muß die Vakuumquelle zum Erhöhen des Dampfdrucks auf hohe Temperatur erhitzt werden, da das Ausmaß des Vakuums nicht allzu gut ist, d.h. der Druck innerhalb der Vakuumkammer hoch ist. Wenn z. B. Yttrium (Y) verwendet wird, ein metallisches Element, das als ein solches mit hohem Schmelzpunkt bekannt ist, ist eine Temperatur von ungefähr 1100 ºC erforderlich, um das Metallelement bei einem Druck von 10&supmin;&sup4; Pa (10&supmin;&sup6; Torr) zu verdampfen. Daher besteht zum Verdampfen von Metall mit hohem Schmelzpunkt eine Beschränkung hinsichtlich der Art der zu verwendenden Dampfquelle, und es kann keine verdampfungszelle wie eine Knudsenzelle oder dergleichen mit hervorragender Steuerbarkeit der Verdampfungsrate verwendet werden.
  • Andererseits bedeckt beim Dünnfilm-Herstellverfahren, bei dem zunächst ein Metall-Dünnfilm abgeschieden wird und danach derselbe oxidiert wird, ein Restgas die Filmoberfläche bei einer Vakuumbedingung von ungefähr 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup8; Torr) innerhalb kurzer Zeit (ungefähr 100 Sekunden), was die Kristallinität und die Oberflächenaktivität des Metall-Dünnfilms verringert. Das vorstehend Genannte führt zur Schwierigkeit, daß nach dem Oxidationsprozeß kein Oxid-Dünnfilm mit hervorragender Kristallinität und Reinheit erzielt ist. Ferner wird, wenn das Substrat mit dem Metall-Dünnfilm der Vakuumkammer entnommen wird, die Filmoberfläche verunreinigt, was zu einer weiteren Verringerung der Kristallinität und der Reinheit führt. Wenn ein oxidationsgas in die Vakuumkammer eingeleitet wird, um den Metall-Dünnfilm zu oxidieren, wird das oxidationsgas an den Innenwänden der Vakuumkammer absorbiert. Daher ist es beim wiederholten Herstellen von Oxid-Dünnfilmen schwierig, die Vakuumkammer auf ein hohes Vakuum zu evakuieren, was die Produktivität in verheerender Weise beeinträchtigt.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung wurde im Hinblick darauf entwickelt, die vorstehend beschriebenen Nachteile im wesentlichen zu überwinden, und als wesentliche Aufgabe liegt ihr diejenige zugrunde, ein Verfahren und einen Apparat zum Herstellen eines Oxid-Dünnfilms zu schaffen, die einen Oxid-Dünnfilm mit ausgezeichneter Kristallinität und Reinheit mit hoher Produktivität herstellen können, während die Zusammensetzung des Dünnfilms genau gesteuert wird.
  • Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, schafft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Oxid-Dünnfilms, das folgende Schritte aufweist:
  • - Verringern des Drucks innerhalb einer Vakuumkammer, bis ein Vakuum von 1,33 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) oder weniger erreicht ist;
  • - Verdampfen eines vorgegebenen Metallelements und Abscheiden des Dampf 5 des Metallelements auf einem Substrats in der Vakuumkammer, um einen Metall-Dünnfilm herzustellen;
  • - Ausbilden einer luftdichten Kammer, die das Substrat in der Vakuumkammer luftdicht einschließt;
  • - Oxidieren des Metall-Dünnfilms, um einen Oxid-Dünnfilm herzustellen, und zwar durch Einleiten eines oxidationsgases direkt in die luftdichte Kammer, während das Vakuum um diese luftdichte Kammer herum aufrechterhalten wird; und
  • - Ausgeben des Gases innerhalb der luftdichten Kammer direkt aus der Vakuumkammer.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Hersteilverfahren wird ein Metall-Dünnfilm hergestellt, nachdem der Druck innerhalb der Vakuumkammer auf 1,33 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) oder weniger herabgesetzt wurde. Daher verbleibt wenig Restgas in der Vakuumkammer und eine extrem verringerte Menge an Verunreinigungen wird im sich ergebenden Metall-Dünnfilm absorbiert. Demgemäß entsteht ein Metall-Dünnfilm hoher Reinheit auf dem Substrat. Da der so hergestellte Metall-Dünnfilm im extremen Hochvakuum gehalten wird, wird die Oberfläche des Metall- Dünnfilms nicht innerhalb kurzer Zeit durch Restgas bedeckt, so daß gute Oberflächenaktivität aufrechterhalten bleibt. Daher wird dann, wenn anschließend in der Vakuumkammer eine luftdichte Kammer ausgebildet wird, die das Substrat luftdicht umschließt, und Oxidationsgas in die luftdichte Kammer eingeleitet wird, das den Metall-Dünnfilm bildende Metallelement leicht oxidiert. Dies erzeugt einen Oxid-Dünnfilm, der das Metallelement enthält und gute Kristallinität und hohe Reinheit aufweist. Es ist zu beachten, daß das Kriterium von 1,33 x 10&supmin;&sup7; Pa (1,33 x 10&supmin;&sup9; Torr) für den Druck innerhalb der Vakuumkammer durch von den Erfindern ausgeführte Experimente klargestellt wurde.
  • Ferner ist beim erfindungsgemäßen Verfahren, weil der Dampfniederschlagungsprozeß begonnen wird, nachdem der Druck von 1,33 x 10&supmin;³ Pa (1,33 x 10&supmin;&sup5; Torr) oder weniger erreicht ist, der Druck innerhalb der Vakuumkammer während des Dampfniederschlagungsprozesses ausreichend dafür, im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, daß Metalle mit hohem Schmelzpunkt leicht verdampft werden können. Im Fall von Yttrium beträgt z. B. die erforderliche Heiztemperatur für dieses Metallelement in einer Umgebung von 10&supmin;&sup8; Pa (10&supmin;¹&sup0; Torr) nur ungefähr 890 ºC. Daher ist es selbst dann, wenn ein derartiges Metall mit hohem Schmelzpunkt verwendet wird, möglich, als Dampfquelle eine Verdampfungszelle mit guter Kontrollierbarkeit der Verdampfungsrate zu verwenden.
  • Da das Oxidationsgas direkt in die luftdichte Kammer einge- 20 leitet wird, wobei das Ausmaß des Vakuums um die luftdichte Kammer herum aufrechterhalten bleibt und das Gas innerhalb der luftdichten Kammer unmittelbar aus der Vakuumkammer ausgegeben wird, ist verhindert, daß die Dampfguelle in Kontakt mit dem Oxidationsgas kommt und dadurch oxidiert wird. Daher ist die Verdampfungsrate des Metallelements konstant und die Zusammensetzung des sich ergebenden Oxid-Dünnfilms wird genau eingestellt. Außerdem wird aus demselben Grund eine Absorption des Oxidationsgases an Innenwänden der Vakuumkammer vermieden. Demgemäß kann selbst dann, wenn wiederholt Oxid-Dünnfilme hergestellt werden, das Innere der Vakuumkammer leicht in den Zustand extremen Hochvakuums versetzt werden, so daß die Filmherstellproduktivität verbessert ist.
  • Die Erfindung schafft auch einen Apparat zum Herstellen eines Oxid-Dünnfilms, mit:
  • - einer Vakuumkammer zum Aufnehmen eines Substrats;
  • - einer Einrichtung zum Beheizen des Substrats;
  • - einem ersten Abpumpsystem zum Verringern des Drucks innerhalb der Vakuumkammer, bis ein Vakuum von 1,33 10&supmin;&sup7; Pa (1 5 x 10&supmin;&sup9; Torr) oder weniger erreicht ist;
  • - einer Dampfquelle innerhalb der Vakuumkammer zum Verdampfen eines vorgegebenen Metallelements auf das Substrat hin;
  • - einem Verschlußteil, das verstellbar in der Vakuumkammer angeordnet ist und dazu dient, eine luftdichte Kammer zum luftdichten Einschließen des Substrats in der Vakuumkammer auszubilden, wenn es so verstellt wurde, daß es in der Nähe des Substrats positioniert ist;
  • - einem Gaseinlaßsystem zum Einlassen eines Oxidationsgases in die luftdichte Kammer, während das Vakuum um die luftdichte Kammer herum aufrechterhalten wird; und
  • - einem zweiten Abpumpsystem zum Ausgeben des Gases innerhalb der luftdichten Kammer direkt aus der Vakuumkammer.
  • Beim erfindungsgemäßen Apparat wird die Vakuumkammer durch das erste Abpumpsystem evakuiert, bis ein Druck von 1,33 x 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) oder weniger erreicht ist. Während durch Dampfabscheidung ein Metall-Dünnfilm auf dem Substrat hergestellt wird, wird das Verschlußteil vom Substrat beabstandet gehalten. Daher wird von der Dampfquelle herkommender Dampf eines Metallelements auf dem Substrat abgeschieden, ohne daß er durch das Verschlußteil ausgeblendet wird. Das Verschlußteil kann dann, wenn es zum Substrat hin verstellt wird, eine luftdichte Kammer innerhalb der Vakuumkammer ausbilden oder festlegen. In diese luftdichte Kammer wird mittels des Gaseinlaßsystems das Oxidationsgas eingelassen, während das Ausmaß des Vakuums in der Vakuumkammer beibehalten wird. Dieses Oxidationsgas oxidiert den Metall- Dünnfilm auf dem Substrat, um einen Oxid-Dünnfilm zu erzeugen. Daher kann mit diesem Apparat das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Oxid-Dünnfilmen realisiert werden.
  • Das Gas innerhalb der luftdichten Kammer wird über das zweite Abpumpsystem direkt aus der Vakuumkammer gegeben. Demgemäß wird das Innere der Vakuumkammer im Zustand mit sehr hohem Vakuum gehalten, so daß verhindert ist, daß das Oxidationsgas an Wänden der Vakuumkammer absorbiert wird.
  • Wenn das Gaseinlaßsystem eine Gas-Leitungsanordnung aufweist, die sowohl eine Wand der Vakuumkammer als auch das Verschlußteil durchdringt, ist es möglich, daß Oxidationsgas direkt über die Gas-Leitungsanordnung von der Außenseite der Vakuumkammer her in die luftdichte Kammer einzuleiten. Daher kann der Vakuumzustand der Vakuumkammer leicht aufrechterhalten werden.
  • Die Erfindung ist auch durch Anspruch 10 definiert.
    • KURZE BESCKREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist eine teilgeschnittene Ansicht eines Apparats zum Herstellen eines Oxid-Dünnfilms gemäß der Erfindung;
  • Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer luftdichten Kammer, die in der Vakuumkammer des in Fig. 1 dargestellten Apparats ausgebildet ist;
  • Fig. 3 ist ein Kurvendiagramm des Röntgenbeugungsmusters eines CuO-Dünnfilms, wie er durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Oxid-Dünnfilms hergestellt wurde; und
  • Fig. 4 ist ein Kurvendiagramm, das das Ergebnis einer spektroskopischen Beobachtung zur Photoemission des CuO-Dünnfilms zeigt, der durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren für einen Oxid-Dünnfilm hergestellt wurde.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
  • Im Folgenden werden ein Verfahren und ein Gerät zum Herstellen eines Oxid-Dünnfilms gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen&sub1; jedoch nur beispielhaft, beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt einen Apparat zum Herstellen eines Oxid-Dünnfilms gemäß der Erfindung. Der Apparat ist mit einer Vakuumkammer 1, einem ersten Abpumpsystem 20, einer als Dampfquelle dienenden Knudsenzelle 6 und einem Gaseinlaßsystem 30 versehen. Das erste Abpumpsystem 20 verfügt über eine Kryopumpe, mit der der Innendruck der Vakuumkammer 1 auf 1,33 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) oder weniger herabgesetzt werden kann. Die Knudsenzelle 6 ist im unteren Bereich der Vakuumkammer 1 angeordnet, um ein Metallelement nach oben hin zu verdampfen. Das Gaseinlaßsystem 30 verfügt über eine Gasleitung 8, die die untere Wand der Vakuumkammer 1 durchdringt. Am obersten Ende der Gasleitung 8 ist ein Verschlußteil 7 angeordnet, das in seinem Randbereich einen O-Ring 9 aus einem Fluorkohlenwasserstoff-Gummi aufweist. Die Gasleitung 8 und das Verschlußteil 7 können zusammen als Einheit in vertikaler Richtung verstellt werden. Die Gasleitung 8 durchdringt das Verschlußteil 7 und ist über diesem Verschlußteil 7 offen. Im Bereich, in dem die Gasleitung 8 in die Vakuumkammer 1 eindringt, ist ein Balk 13 vorhanden, der das Innere der Vakuumkammer 1 luftdicht hält. Im oberen Bereich der Vakuumkammer 1 sind ein Heizerblock 14 aus SiC mit einem eingebauten Heizer 4, ein Verschlußaufnahmeteil 10 aus rostfreiem Stahl und ein zweites Abpumpsystem 40 vorhanden. Das Verschlußaufnahmeteil 10 besteht aus einem wassergekühlten Abdeckblech. Das Verschlußaufnahmeteil 10 ist so aufgebaut, daß es den Heizerblock 14 umgibt. Wenn das Verschlußteil 7 nach oben verstellt wird, bilden das Verschlußaufnahmeteil 10 und das Verschlußteil 7 eine luftdichte Kammer zum Einschließen eines Substrats 3, wobei der O-Ring 19 dazwischenliegt, wie in Fig. 2 dargestellt. Es ist zu beachten, daß die obere Endf läche 10a des Verschlußaufnahmeteils 10 mit einer Spiegelpolitur-Endbearbeitung bearbeitet ist, um ein mögliches Auslecken von Gas zu verhindern. Obwohl beim vorliegenden Beispiel nur ein O-Ring 9 verwendet ist, können zwei O-Ringe 9 übereinander verwendet werden, um hohe Beständigkeit gegen Staub und Gasauslecken, wie durch Staub hervorgerufen, zu erzielen. Wie in Fig. 1 dargestellt, ver fügt das zweite Abpumpsystem 40 über eine Turbomolekularpumpe und eine Gasleitung 15, die sowohl das Verschlußaufnahmeteil 10 als auch die obere Wand der Vakuumkammer 1 durchdringt. Mittels der Turbomolekularpumpe kann das Gas innerhalb der luftdichten Kammer über die Gasleitung 15 direkt aus der Vakuumkammer 1 ausgegeben werden.
  • Unter Verwendung des vorstehend angegebenen Apparats wird ein Oxid-Dünnfilm wie folgt hergestellt. Die folgende Beschreibung betrifft das Herstellen eines CuO-Dünnfilms als Beispiel für einen Oxid-Dünnfilm.
  • Zu allererst wird das Innere der Vakuumkammer 1 mittels der Kryopumpe des ersten Abpumpsystems 20 evakuiert, bis ein Druck von 4,0 10&supmin;&sup8; Pa (3 x 10&supmin;¹&sup0; Torr) erreicht ist. Dann wird ein an einem Substrathalter 2 angebrachtes Substrat 3 aus MgO mittels des Heizers 4 erhitzt und dann für 10 Minuten auf einer Temperatur von 600 ºC gehalten, um die Oberfläche dieses Substrats 3 zu reinigen. Dann wird das Substrat 3 auf einer Temperatur von 275 ºC gehalten, in welchem Zustand das Metall Cu mittels der Knudsenzelle 6 (stattdessen kann eine Elektronenkanone 5 verwendet werden) auf dem Substrat 3 abgeschieden wird. Da das Innere der Vakuumkammer 1 auf extrem hohem Vakuum von 1,33 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) oder weniger gehalten wird, kann eine Knudsenzelle 9 mit ausgezeichneter Steuerbarkeit der Verdampfungsrate verwendet werden. Ferner wird die Verdampfungsrate besser steuerbar, da die Vakuumquelle nicht oxidiert. Beim vorliegenden Beispiel wird ein Cu-Dünnfilm mit einer Dicke von 50 Å mit einer Filmwachstumsgeschwindigkeit von 0,2 Å/s hergestellt.
  • Danach wird, nach dem Erhöhen der Substrattemperatur auf 575 ºC, das Verschlußteil 7 nach oben verstellt, um in Verbindung mit dem Verschlußaufnahmeteil 10 in der Vakuumkammer 1 eine luftdichte Kammer zum Einschließen des Substrats 3 auszubilden. Anschließend wird, während das Ausmaß des Vakuums um die luftdichte Kammer aufrechterhalten wird, O&sub2;-Gas direkt über die Gasleitung 8 mittels des Gaseinlaßsystems 30 in diese luftdichte Kammer eingeleitet. Die Strömungsrate des O&sub2;-Gases ist nun zu 20 SCCM angesetzt. Gleichzeitig wird die luftdichte Kammer mittels der Turbomolekularpumpe des zweiten Abpumpsystems 40 über die Gasleitung 15 evakuiert. Dann wird die Umgebung um das Substrat 3 in der luftdichten Kammer für 10 Minuten auf einem Druck von 2,67 Pa (2 x 10&supmin;² Torr) gehalten und der Cu-Dünnfilm wird oxidiert, um einen CuO-Dünnfilm auszubilden. In der Oxidationszeitspanne wurde das Ausmaß des Vakuums um die luftdichte Kammer innerhalb der Vakuumkammer 1 tatsächlich auf 4,0 10&supmin;&sup8; Pa (3 x 10&supmin;¹&sup0; Torr) gehalten.
  • Danach wird das O&sub2;-Gas in der luftdichten Kammer direkt aus der Vakuumkammer 1 ausgegeben, bis ein Druck von 1,33 10&supmin;&sup6; Pa (1 x 10&supmin;&sup8; Torr) erreicht ist. Anschließend wird das Verschlußteil 7 abgesenkt und das Substrat 3 wird der Vakuumkammer 1 entnommen. Da das O&sub2;-Gas oder dergleichen nicht an den Innenwänden der Vakuumkammer 1 absorbiert wird, selbst wenn CuO-Dünnfilme wiederholt hergestellt werden, kann das Innere der Vakuumkammer 1 leicht in einen Zustand mit extrem hohem Vakuum gebracht werden, was zu einer Erhöhung der Herstellproduktivität von Oxid-Dünnfilmen führt.
  • Der so hergestellte CuO-Dünnfilm wurde durch Röntgenbeugung analysiert. Diese Analyse zeigte, daß der CuO-Dünnfilm ein Einkristall mit (111)-Ausrichtung war, der gute Kristallinität und hohe Reinheit aufwies, wie in Fig. 3 dargestellt. Der CuO-Dünnfilm wurde auch mittels Photoemissionsspektroskopie analysiert. Das in Fig. 4 dargestellte Analyseergebnis sagt aus, daß im CuO-Dünnfilm nur Cu-Atome mit der Wertigkeit +2 vorhanden sind, was anzeigt, daß die Zusammensetzung des Dünnfilms korrekt und genau eingestellt wurde. Der CuO- Dünnfilm wurde ferner mittels eines Reflexionsbeugungsverfahrens mit Elektronen hoher Energie (RHEED) untersucht, mit dem Ergebnis, daß ein streifiges RHEED-Muster erhalten wurde; die Oberfläche des CuO-Dünnfilms ist sehr glatt. Wie vorstehend beschrieben, wurde tatsächlich ein einkristalliner, hochqualitativer CuO-Dünnfilm erhalten.
  • Obwohl beim vorliegenden Ausführungsbeispiel O&sub2;-Gas als Oxidationsgas verwendet wurde, können O&sub3;-Gas oder NO&sub2;-Gas stattdessen verwendet werden, um einen einkristallinen, hochqualitativen CuO-Dünnfilm herzustellen.
  • Es wurde klargestellt, daß dann, wenn ein Dampfniederschlagungsprozeß ausgeführt wird, um in der Vakuumkammer 1 mit einem Druck von 1,07 10&supmin;&sup5; Pa (8 x 10&supmin;&sup8; Torr) oder höher zu beginnen, der sich ergebende CuO-Dünnfilm polykristallinen Aufbau aufwies und seine Oberflächenrauhigkeit erh:ht war. Aus der vorstehend genannten Tatsache wird geschlossen, daß der Druck in der Vakuumkammer 1,33 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) oder weniger betragen muß.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß, obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel für den Fall der Herstellung eines CuO- Dünnfilms beschrieben wurde, ein einkristalliner, hochguahtativer Dünnfilm aus Yttriumoxid Y&sub2;O&sub3; (isolierendes Material) oder aus einem Seltenerdgranat Y&sub3;Fe&sub1;&sub2;O&sub1;&sub9; (magnetische Oxidsubstanz) hergestellt werden kann. In einem solchen Fall ist es erforderlich, zunächst einen Metall-Dünnfilm mit spezieller Zusammensetzung ohne Sauerstoff O herzustellen und dann den erzeugten Metalldünnfilm zu oxidieren.
  • Nachdem das Ausführungsbeispiel der Erfindung auf diese Weise beschrieben wurde, ist erkennbar, daß dieselbe auf viele Arten variiert werden kann.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines Oxid-Dünnfilms, das folgende Schritte aufweist:
- Verringern des Drucks innerhalb einer Vakuumkammer (1), bis ein Vakuum von 1,33 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) oder weniger erreicht ist;
- Verdampfen eines vorgegebenen Metallelements und Abscheiden des Dampfs des Metallelements auf einem Substrats (3) in der Vakuumkammer (1), um einen Metall-Dünnfilm herzustellen;
- Ausbilden einer luftdichten Kammer, die das Substrat (3) in der Vakuumkammer (1) luftdicht einschließt;
- Oxidieren des Metall-Dünnfilms, um einen Oxid-Dünnfilm herzustellen, und zwar durch Einleiten eines Oxidationsgases direkt in die luftdichte Kammer, während das Vakuum um diese luftdichte Kammer herum aufrechterhalten wird; und
- Ausgeben des Gases innerhalb der luftdichten Kammer direkt aus der Vakuumkammer (1)
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Cu als Metallelement verwendet wird und ein aus O&sub2;, O&sub3; und NO&sub2; ausgewähltes Gas als Oxidationsgas verwendet wird, um einen Cu-Dünnfilm herzustellen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Oxid-Dünnfilm aus Yttriumoxid besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Oxiddünnfilm aus einem Seltenerdgranat besteht.
5. Apparat zum Herstellen eines Oxid-Dünnfilms, mit:
- einer Vakuumkammer (1) zum Aufnehmen eines Substrats (3);
- einer Einrichtung (14) zum Beheizen des Substrats (3);
- einem ersten Abpumpsystem (20) zum Verringern des Drucks innerhalb der Vakuumkammer (1), bis ein Vakuum von 1,33 10&supmin;&sup7; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) oder weniger erreicht ist;
- einer Dampfquelle (6 oder 5) innerhalb der Vakuumkammer (1) zum Verdampfen eines vorgegebenen Metallelements auf das Substrat hin (3);
- einem Verschlußteil (7), das verstellbar in der Vakuumkammer (1) angeordnet ist und dazu dient, eine luftdichte Kammer zum luftdichten Einschließen des Substrats (3) in der Vakuumkammer (1) auszubilden, wenn es so verstellt wurde, daß es in der Nähe des Substrats (3) positioniert ist;
- einem Gaseinlaßsystem (30) zum Einlassen eines Oxidationsgases in die luftdichte Kammer, während das Vakuum um die luftdichte Kammer herum aufrechterhalten wird; und
- einem zweiten Abpumpsystem (40) zum Ausgeben des Gases innerhalb der luftdichten Kammer direkt aus der Vakuumkammer (1).
6. Apparat nach Anspruch 5, bei dem das Gaseinlaßsystem (30) eine Gasleitung (8) aufweist, die sowohl eine Wand der Vakuumkammer (1) als auch das Verschlußteil (7) durchdringt und zusammen mit dem Verschlußteil (7) verstellbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der ein Substrathalter (2) zum Halten des Substrats (3) an seinem Ort innerhalb der Vakuumkammer (1) an der Heizeinrichtung (14) angebracht ist und ein Verschlußaufnahmeteil (10) zum Aufnehmen des Verschlußteils (7) die Heizeinrichtung (14) umgibt, so daß das Substrat (3) durch das Verschlußteil (7) in Verbindung mit dem Verschlußaufnahmeteil (10) eingeschlossen ist, wenn das Verschlußteil (7) in der Nähe des Substrats (3) positioniert ist.
8. Gerät nach Anspruch 7, bei dem das Verschlußteil (7) einen O-Ring (9) aus Gummi in seinem Randbereich aufweist, so daß das Verschlußteil (7) über den O-Ring (9) vom Verschlußaufnahmeteil (10) aufgenommen wird, und das Verschlußaufnahmeteil (10) aus einem wassergekühlten Abdeckblech besteht.
9. Apparat nach Anspruch 5, bei dem die Dampfquelle aus einer Knudsenzelle (6) besteht.
10. Verfahren zum Herstellen eines Oxid-Dünnfilms in einer Vakuumkammer (1), das die folgenden Schritte aufweist:
- Abscheiden von Metall auf einem Substrat (3) innerhalb der Vakuumkammer durch Dampfniederschlagung, um einen Metall- Dünnfilm auszubilden; und
- Oxidieren des Metall-Dünnfilms durch Einlassen eines Oxidationsgases in die Vakuumkammer;
dadurch gekennzeichnet, daß
- der Oxidationsschritt dadurch ausgeführt wird, daß das Substrat (3) in eine luftdichte Unterkammer (7, 10) eingeschlossen wird, in die das Oxidationsgas direkt eingelassen wird (8), ohne daß es in Kontakt mit dem Innenraum der Vakuumkammer außerhalb der Unterkammer kommt.
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