JPH02180793A - 薄膜製造方法 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、基板上にＧａＡｓ等の薄膜を形成する方法に
関する。

〈従来の技術〉 イオンビーム蒸着法で、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓ薄膜
を形成する場合の製造手順を、以下に説明する。

ＧａＡｓ基板を真空槽内に入れ、ますはＧａＡｓ基板を
８００〜９００℃でＩＯ分〜１時間加熱して基板表面の
サーマルクリーニングを行なう。これは、前処理工程に
おいて、基板表面に形成された酸化膜あるいは吸着した
汚染物質を取り除くために行われ、そしてこのクリーニ
ングが終了した後、基板表面にＧａおよびＡｓそれぞれ
のイオンを所定エネルギに加速して照射することによっ
て、その基板表面上にＧａＡｓ薄膜を成長させる。

また、Ｓｉ基板上にＧａＡｓ基板膜をエピタキシャル成
長させる場合には、従来、ＭＢＥ法による２段階成長法
等が採用されている。その製造手順を、以下に説明する
。

まず、先の手順と同様に、Ｓｉ基板を８００〜９００℃
で１時間程度加熱してサーマルクリーニングを施し、次
いで、基板の温度を約４００℃程度に設定し、この状態
で基板表面にＧａおよびＡｓそれぞれの分子線を照射し
て、アモルファスもしくはある程度結晶化したバッファ
層を積層した後、基板の温度を５００〜７００℃に設定
し、この状態で基板表面にＧａおよびＡｓそれぞれの分
子線を照射して、バッファ層上にＧａＡｓ１膜をエピタ
キシャル成長させる。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上述の従来の手順によれば、いずれも、薄膜
製造過程において基板の温度を変化させるため、基板に
そり、転位の成長等の劣化が生じる虞れがあった。

本発明の目的は、基板の劣化等を招くことなく、所望の
薄膜を製造することのできる方法を提供することにある
。

〈課題を解決するための手段〉 本発明の薄膜製造方法は、一種もしくは複数種の蒸着材
料を真空雰囲中で加熱することにより蒸発させ、その蒸
発粒子それぞれを、イオン化し、所定強さの電場で加速
して基板表面に照射することによって、その基板表面上
に薄膜を形成する方法において、薄膜を形成すべき基板
表面に、真空雰囲中で薄膜を形成する蒸着材料のうち少
な（とも一種の材料の蒸発粒子のイオンを、成膜時とは
異なる強さの電場で加速して照射した後、成膜を行なう
ことを特徴としている。

〈作用〉 一般に、基板表面に数ｋＶ程度の加速電圧で加速１．７
たイオンを照射すると、その基板の表面層はイオンによ
ってスパンクリングされることが知られている。従って
、蒸発粒子イオンの加速電場の強さ、つまり加速電圧を
数ｋＶ程度に設定すれば、基板の温度に関係なく、基板
表面上の酸化膜等を蒸発粒子イオンによるスパッタクリ
ーニングにより除去することが可能になる。

また、ある一定温度の基板においては、薄膜がエピタキ
シャル成長するか否かは、蒸発粒子が基板に衝突すると
きのエネルギの大きさに左右されることが知られている
。すなわち、衝突時のエネルギが小さいと、得られる膜
はアモルファスとなる。従って、加速電圧を、エピタキ
シャル薄膜を成長させるのに適した値よりも低い値に設
定すれば、基板の温度を変化させることなく、基板表面
上にアモルファスもしくはある程度結晶化した層を積層
することが可能になる。

〈実施例〉 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

図面は、本発明方法の実施に使用する薄膜製造装置の概
略構成図である。

真空槽（図示せず）内に二つのイオンｆｐＧａイオン源
１およびＡｓイオン源２が配設されている。

その各イオン源１，２はそれぞれ蒸気発生部１１゜２１
およびイオン化部１２．２２によって構成されており、
その各出力イオンは、ともに同一の基板Ｓに到達するよ
う構成されている。

各イオン源１および２の上方には、それぞれ加速電極１
３および２３が配設されている。各加速電極１３．２３
と基板Ｓとの間には、それぞれシャッタ１４および２４
が配設されており、この各シャッタ１４．２４の操作に
より各イオン源１．２からのイオンの基板Ｓへの進行を
選択的に遮断できるようになっている。

蒸気発生部１１．２１は、蒸着材料ＧａまたはＡｓを収
容したるつぼと、その側方周辺を囲ってなる加熱用フィ
ラメント等を備え、るつぼを加熱用フィラメントにより
加熱することによって内部の蒸着材料を蒸気化するよう
構成されている。

イオン化部１２．２２はイオン化フィラメントおよびグ
リッド等を備え、イオン化フィラメントが発生する熱電
子をグリッドにより蒸気発生部１１゜２１からの蒸気へ
と引き寄せ衝突させることによって、半の蒸気を陽イオ
ン化するよう構成されている。

基板Ｓおよび加速電極１３．２３は接地電位に置かれて
いる。また、各加速電極１３．２３と各イオン源１，２
との間には、それぞれ可変直流電源１５および２５が設
けられており、イオン源１゜２が正電位になるよう、両
者間にそれぞれ任意の大きさの電位差を付与することが
できる。そして、この電位差によって形成される電場に
よって、イオン化部１２．２２において陽イオン化され
た蒸気は、それぞれ加速されて基板Ｓ表面に衝突する。

なお、基板Ｓは、例えば加熱器および熱電対等を備えた
ホルダ（図示せず）によって、真空槽内の所定位置に保
持されるとともに、所定温度、例えば５００〜７００℃
程度の温度に維持される。

以上説明した装置を使用して、ＧａＡｓ基板上にＧａＡ
ｓ薄膜を形成する場合の手順を説明する。

まず、基板Ｓの温度を５００〜７００℃程度の成膜に適
した温度に保ち、かつ、Ｇａイオン源１およびＡｓイオ
ン源２をともに駆動した状態で、Ａｓイオン源２例のシ
ャッタ２４だけを開き、基板Ｓ表面に加速されたＡｓイ
オンを照射する。このときのＡｓイオンの加速電圧は数
ｋＶ程度とする。これにより、基板Ｓの表面はＡｓイオ
ンによってスパッタされ、数分間のＡｓイオン照射で基
板Ｓの表面層は１００人程度エツチングされる。このエ
ツチングにより、基板Ｓの表面には、原子層レベルの平
滑な面が現れ、前工程において基板Ｓ表面に付着した酸
化膜等は充分に洗浄されたことになる。

以上の洗浄工程が終了した後、各イオン源１．２の加速
電圧を、それぞれ通常の成膜時の所定値に設定し、さら
にＧａイオン源１側のシャッタ１４を開いて、基板Ｓ表
面にＧａおよびＡｓイオンを加速して照射し、基板Ｓ表
面上にＧａＡｓ薄膜を形成する。

ここで、成膜時のＧａおよびＡｓイオンの加速電圧は、
各イオンが基板表面をマイグレートしたり、また、基板
表面の一部をスパッタし得る程度のエネルギになるよう
に、適宜に設定する。なお、成膜時におけるＡｓイオン
の基板への衝突エネルギは、当然のことながら基板エツ
チング時のエネルギよりも小さく、従って、成膜時のＡ
ｓイオンの加速電圧は、基板洗浄時の加速電圧よりも低
いイ直になる。

次に、先の実施例と同じ装置を使用して、Ｓｉ基板上に
ＧａＡｓ薄膜をエピタキシャル成長させる場合の手順を
説明する。

まず、基板Ｓを５００〜７００℃程度の成膜に適した温
度に保ち、かつ、Ｇａイオン源１およびＡｓイオン源２
をともに駆動した状態で、先の手順と同様に、Ａｓイオ
ン源源側側シャッタ２４だけを開き、基板Ｓ表面に数ｋ
Ｖの加速電圧で加速されたＡｓイオンを照射して、基板
Ｓ表面の洗浄を行なう。

次いで、Ｇａイオン源１およびＡｓイオン源２の加速電
圧を、それぞれ１ｋＶ以下に設定し、さらにＧａイオン
源１側のシャッタ１４を開いて、基板Ｓ表面にＧａおよ
びＡｓイオンを照射する。

このときの各イオンの基板Ｓへの衝突エネルギは小さく
、基板Ｓ表面上には、アモルファスもしくはある程度結
晶化した層、つまりＧａＡｓバッファ層が積層されるこ
とになる。

次いで、Ｇａイオン源１およびＡｓイオン源２の加速電
圧を、それぞれ、先のバッファ層を積層した際の加速電
圧よりも高い値、つまり、ＧａＡｓ薄膜をエピタキシャ
ル成長させるのに適した値に設定し、この状態で、基板
Ｓ表面にＧａおよびＡｓイオンを照射することによって
、基板Ｓ表面上のバッファ層上にＧａＡｓ１膜をエピタ
キシャル成長させる。

なお、この手順においても、ＧａＡｓ１膜をエピタキシ
ャル成長させる際のＡｓイオンの加速電圧は、基板洗浄
時の加速電圧よりも低い値になることは言うまでもない
。

以上はＧａＡｓ薄膜形成に本発明を適用した例について
説明したが、本発明は、例えばＳｉ薄膜等、他の材料の
薄膜形成にも適用可能である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、基板表面に、真
空雰囲中で薄膜を形成する材料の蒸発粒子イオンを、成
膜時よりも強い電場もしくは弱い電場で加速して照射し
た後、成膜を行なうので、基板の温度を変化させること
なく、基板表面に付着した酸化物等の除去、バッファ層
の積層等を行なうことができ、これにより、基板の品質
を劣化させることなく所望の薄膜を形成することが可能
になる。

さらに、基板温度を高温、例えば７００℃以上に保つ必
要がなく、基板ホルダ等における基板の加熱容量を従来
に比して軽減できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明方法の実施に使用する装置の概略構成図
である。 １・・・Ｇａイオン源 ２・・・Ａｓイオン源 １１．２１・・・蒸気発生部 １２．２２・・・イオン化部 １３．２３・・・加速電極 Ｓ・・・基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　一種もしくは複数種の蒸着材料を、真空雰囲中で加熱
   することにより蒸発させ、その蒸発粒子それぞれを、イ
   オン化し、所定強さの電場で加速して基板表面に照射す
   ることによって、その基板表面上に薄膜を形成する方法
   において、薄膜を形成すべき基板表面に、真空雰囲中で
   上記蒸着材料のうち少なくとも一種の材料の蒸発粒子の
   イオンを、成膜時とは異なる強さの電場で加速して照射
   した後、成膜を行なうことを特徴とする、薄膜製造方法
   。