JPH02270959A

JPH02270959A - 蒸発源用坩堝

Info

Publication number: JPH02270959A
Application number: JP9350889A
Authority: JP
Inventors: Fumitoshi Nishiwaki; 文俊西脇; Hiroyoshi Tanaka; 博由田中; Yoshiaki Yamamoto; 義明山本; Yasushi Nakagiri; 康司中桐
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-04-13
Filing date: 1989-04-13
Publication date: 1990-11-06

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真空蒸着、クラスタイオンビーム蒸着等に用い
られる蒸発源用坩堝に関する。

従来の技術従来、常温固体状の物質を加熱蒸発させて被蒸着基板上
に蒸着して薄膜の形成を行う真空蒸着、クラスタイオン
ビーム蒸着方法等に用いる蒸着源用坩堝は、第３図の従
来例に示すような構成を有していた。すなわち、小孔１
をその中央部に形成した上蓋２と円筒状の坩堝本体３か
ら成り、上蓋２と坩堝本体３をネジにより結合し気密性
を保持していた。また、上蓋２と坩堝本体３の結合をす
り合わせ面により気密性を保持するものもある。

坩堝の内部に蒸着物質４を挿入した後、坩堝を設置した
真空槽（図示せず）を所定の真空度に設定し、坩堝を外
部から加熱して蒸着物質４を蒸発させる。この蒸着物質
４の蒸気５は小孔１から図中矢印方向に噴出する際、真
空槽と坩堝内部の圧力差により断熱膨張し、過冷却され
る。このため蒸気５は凝縮し、５００〜２０００個の原
子が互いに緩く結合した塊状原子集団のビームすなわち
クラスタビームとなり基板に衝突し、基板上に蒸着物質
が製膜される。

密閉型坩堝に設けられた小孔から噴出するクラスタービ
ームの放射分布は小孔の幾何学的形状に依存する。上記
従来の蒸発源用坩堝では、小孔の長さが小さいために、
放射分布は余弦法則に従う分布に近いものとなっていた
。したがって、小孔の出口平面と小孔の軸の交点を原点
にとった場合、軸からの角度θの広い範囲において、ク
ラスタビームの指向性を表すＪ（θ）／Ｊ（０）の値が
大きくなり、指向性の悪いクラスタビームとなっていた
。

ここで、Ｊ（θ）は軸からの角度θにおける蒸発流束（
ｓｏ　Ｉｅｃｕ　Ｉｅｓ／ｓ　−ｓｒ　）である。

また、従来の蒸発源用坩堝は、黒鉛、タングステン等の
単層構造を有するものが一般的であった。

ところが、この単層構造を有する坩堝を用いてシリコン
等の高融点物質を蒸着する場合、蒸着物質が黒鉛、タン
グステン等の坩堝材料と反応してい発明が解決しようと
する課題このように従来の蒸発源用坩堝では、坩堝から噴出する
クラスタビームの指向性が悪いために、（１）蒸着基板
以外の不必要な場所に、たくさんの蒸着物質が製膜され
る。また、坩堝に供給する蒸着物質の量も多くなる。

（２）基板上に製膜される製膜速度が小さくなり、蒸着
効率が悪い。

等の課題があった。

また、蒸着物質が坩堝材料と反応するため、基板上に製
膜された薄膜中に坩堝からの不純物が混入したり、坩堝
が破壊するという課題があった。

本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので
、蒸発源用坩堝の小孔から噴出するクラスタビームの指
向性を高め、しかも蒸着物質と反応せず安定して製膜で
きる新規な蒸発源用坩堝を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段本発明による蒸発源用坩堝は、小孔を存する多層構造の
密閉型坩堝に小孔から噴出する蒸気の案内ダクトを装着
し、坩堝の最内層を蒸発物質と反応しにくい物質で形成
したものである。

作用本発明は、密閉型坩堝の上部に小孔から噴出する蒸気の
案内ダクトを装着したことにより、小孔から噴出するク
ラスタビームの放射分布は蒸気案内ダクトに制限され余
弦法則に従う分布から太き（ずれることになる。小孔の
出口平面と小孔の軸の交点を原点にとった場合、軸から
の角度θの非常に狭い範囲においてのみ、クラスタビー
ムの指向性を表すＪ（θ）／Ｊ（０）の値が大きくなり
、角度θが大きくなるとＪ（θ）／Ｊ（０）の値は非常
に小さくなる。すなわち、クラスタビームの指向性が非
常に良くなる。

一方、坩堝を多層構造としたことにより、最内層の坩堝
材料が蒸着物質と反応を起こし内層が破壊しても、坩堝
外層にまで破壊が及ぶことはなく、その内層のみを取り
替えるだけで良くなる。そのため、坩堝の信頼性と経済
性が向上する。さらに、最内層を蒸着物質と反応しにく
い物質で形成すれば、基板上に製膜された薄膜中に坩堝
からの不純物が混入する量を減少させることが可能とな
る。

なお、蒸気案内ダクト部の温度を蒸着物質の融点以上の
温度に保持することにより、蒸着物質が蒸気案内ダクト
部の内面に付着して蒸気案内ダクト部が閉塞することは
ない。

実施例以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明にがかる一実施例の蒸発源用坩堝の構造
を示す縦断面図である。６は坩堝本体の外層、７は坩堝
本体の内層、８はその上部に円筒状の蒸気案内ダクト部
９を一体構成とした坩堝上蓋の外層、１０は蒸気案内ダ
クト部９の外層、１１は蒸気案内ダクト部９の内層、１
２は坩堝上蓋の内層、１３は坩堝上蓋の中央部に形成し
た小孔、１４は蒸着物質、１５は蒸着物質の蒸気、１６
は蒸着基板、１７は基板ホルダーである。小孔１３の径
は小孔１３の長さに等しくしている。この結果、効率よ
く断熱膨張を起こさせることが可能となる。また小孔１
３の中心軸が蒸気案内ダクト部９の中心軸に一致し、蒸
気案内ダクト部９の径が坩堝本体の外層の径に等しい。

そして、蒸気案内ダクト部９の横断面積が小孔１３の横
断面積よりも著しく大きい。坩堝本体の内層７、坩堝上
蓋の内層１２および蒸気案内ダクト部の内ｍｔｉは化学
気相蒸着法等により形成した蒸着物質１４と反応しにく
いボロンナイトライド等の材質の薄膜である。そして、
坩堝上蓋の外層８と坩堝本体の外層６をネジにより結合
し坩堝を構成している。

このような構成とすることにより、坩堝を加熱して蒸着
物質１４を溶融させ小孔１３からクラスタビームとして
噴出させて製膜を行う際、クラスタビームの放射分布が
蒸気の案内ダクト９により制限されることになる。その
ため、放射分布は余弦法則に従う分布から大きくずれる
ことになり、小孔１３の出口平面と小孔１３の軸の交点
を原点にとった場合、軸からの角度θの非常に狭い範囲
においてのみ、クラスタビームの指向性を表すＪ（θ）
／Ｊ（０）の値が大きくなり、角度θが大きくなるとＪ
（θ）／Ｊ（０）の値は非常に小さくなる。

すなわち、クラスタビームの指向性が非常に良くなる。

その結果、基板１８上に製膜される製膜速度が速くなり
、蒸着効率が高くなる。また、蒸着基板以外の不必要な
場所に、たくさんの蒸着物質が製膜されることがなくな
り、坩堝に供給する蒸着物質の量も少なくてすみ、経済
的である。

また、本実施例では坩堝本体の内層７、坩堝上蓋の内層
１２および蒸気案内ダクト部の内！Ａ１１が蒸着物質１
４と反応しにくいボロンナイトライド等の材質の薄膜で
あるため、坩堝の内層が蒸着物質１４と反応して基板１
６上に製膜された薄膜中に坩堝からの不純物が混入した
り、坩堝が破壊するということはない。

さらに、蒸気案内ダクト部の温度を蒸着物質の融点以上
の温度に保持することにより、蒸着物質が蒸気案内ダク
ト部の内面に付着して蒸気案内ダクト部が閉塞すること
はない。

なお、坩堝材料と蒸着物質の反応がほとんどない場合、
蒸気案内ダクトを有する単層坩堝でも本実施例と同様に
指向性が非常に高いクラスタビームが得られることは明
かである。

また、本実施例では２層構造の坩堝であるが、２層構造
以上でも良い。

第２図は本発明の他の実施例である蒸発源用坩堝の構造
を示す縦断面図である。坩堝上蓋の外層１８の上部に形
成している蒸気案内ダクト部１９はその横断面積を蒸着
基板２０の方向に減少させた構成としている。坩堝本体
の内層２１および坩堝上蓋の内層２２は着脱可能であり
、蒸着物質２４と反応しにくいボロンナイトライド等の
材料を機械加工法等により形成したものである。また蒸
気案内ダクト部の内層２３はボロンナイトライド等の材
料を化学気相蒸着法等により形成したものである。以上
の点を除いて、本実施例は前述の実施例と同様な構成で
ある。

このように、本実施例においては蒸気案内ダクト部１９
を蒸着基板２０の方向に狭める構成としたため、前述の
実施例よりもさらにクラスタビームの指向性が良くなる
。また、坩堝の内層が蒸着物質２４と反応して基板２０
上に製膜された薄膜中に坩堝からの不純物が混入したり
、坩堝が破壊するということはない。さらに、蒸着物質
２４が変わっても坩堝の内層のみを取り替えることによ
り、一つの坩堝外層でいろいろな蒸着物質２４を製膜す
ることができ、経済的である。また、坩堝内層に電気絶
縁製の材料を用いても坩堝外層を電気導電性の材料とす
ることにより、電子ボンバード方式による坩堝加熱が可
能となる。その結果、坩堝温度を抵抗加熱方式等よりも
高温にすることができる。

発明の効果以上のように本発明による蒸着源用坩堝は、クラスタビ
ームの指向性が高＜、シかも蒸着膜への不純物混入が抑
えられ、高効率に高品質な製膜が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の蒸発源用坩堝の縦断面図、
第２図は本発明の他の実施例の縦断面図、第３図は従来
例による蒸発源用坩堝の縦断面図である。６・・・坩堝本体の外層、７．２１・・・坩堝本体の内
層、８．１８・・・坩堝上蓋の外層、９．１９・・・蒸
気案内ダクト部、１２．２２・・・坩堝上蓋の内層、１
３・・・小孔、１４．２４・・・蒸着物質、１６．２０
・・・蒸着基板。代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名３１１図ａｉ１２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）小孔を有する密閉型坩堝に小孔から噴出する蒸気
の案内ダクトが装着されたことを特徴とする蒸発源用坩
堝。
（２）小孔の径が小孔の長さにほぼ等しいことを特徴と
する請求項１記載の蒸発源用坩堝。
（３）蒸気の案内ダクトの横断面積が小孔の横断面積よ
り著しく大きいことを特徴とする請求項１記載の蒸発源
用坩堝。
（４）蒸気の案内ダクトの横断面積が坩堝から蒸着基板
の方向に変化したことを特徴とする請求項１記載の蒸発
源用坩堝。
（５）坩堝が多層構造であることを特徴とする請求項１
記載の蒸発源用坩堝。
（６）坩堝の最内層が蒸発物質と反応しにくい物質で形
成されたことを特徴とする請求項５記載の蒸発源用坩堝
。