JPH0261056A - 酸化物薄膜の製作方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、酸化物薄膜の製作方法に関し、特に、高性能
素子を目指して半導体分野で研究が進んでいる人工格子
膜（超格子とも言う一原子層レベルまで人工周期性を付
与した多層膜）の製作方法に関する。

［従来の技術］ 反応蒸着方法による酸化物薄膜の製作方法は、第２図（
イ）、（ロ）の２つの方法に分けられる。

先ず、第２図（イ）に示す方法は、酸素ボンベ４から減
圧弁９と流量調節弁１０を介して酸素ガスを成膜室１に
流通させるか又は封じ込める等して該成膜室１の全体を
一定かつ低分圧（１Ｇ、−〜１０−５Ｔｏｒｒ）の酸素
雰囲気２１とし、この中で電子ビーム加熱、抵抗加熱等
による加熱装置６で被酸化成分元素ｒＡ３をるつぼＩＩ
から加熱蒸発させ、上記の酸素との反応で生成した酸化
物を加熱装置７で加熱されホルタ１２に保持されている
基板２に沈着させて酸化物薄膜を製作するものである。

なお、成膜室ｌ内のガスは排気口８から排出される。

次に、第２図（ロ）に示す方法は、第２図（イ）と同様
に酸素ボンベ４から供給した酸素ガスを、ガスノズル５
を通じて酸素ガス細線３１として基板２上に吹き付け、
同時に第２図（イ）と同様の方法で加熱蒸発させた被酸
化成分元素３を、この酸素ガス細線３１で酸化させて生
成した酸化物を基板２上に沈着させて酸化物薄膜を製作
するものである。

この第２図（ロ）の方法では、被酸化成分元素３を予め
基板２上に蒸着させ、この後酸素ガスを吹き付けて酸化
物層を生成させ、これを繰り返して酸化物の簿膜を製作
することもできる。

なお、酸化物薄膜の製作方法としては、上記のような反
応蒸着方法の他に、ＣＶＤ法（化学蒸着法）やスパッタ
法が知られている。

このうち、ＣＶＤ法は、気体同士の反応で生成された酸
化物を基板上に蒸着させる方法であり、スパッタ法は、
予め薄膜の成分と同じ酸化物の薄板（ターゲット）を作
成し、＾ｒ＋イオンや高周波電界プラズマでターゲット
を衝？してイオンやプラズマのスパッタリング作用で酸
化物の分子やイオンを生成し、これを基板上に蒸着させ
る方法である。

［発明が解決しようとする課題］ 前記した反応蒸着法による酸化物薄膜の製作方法には、
次のような欠点がある。

（１）マスク法による以外は、酸化物薄膜の領域の限定
が困難である。しかし、マスク法では、位置決め精度は
０．１ａｍ以下であり、また薄膜の線幅も最小１ｍｆｆ
１程度であり、位置決め精度及び線幅に問題がある。

（２）酸素ガス粒子の運動エネルギは、はば熱エネルギ
により決まるため、反応速度及び付着力は低い。これを
高めるには、抵抗加熱ヒータ（第２図の７）等により生
膜室（基板を含む）の温度を高める必要があり、基板の
材質や製作した薄膜の性能が制限される。

また、ＣＶＤ法には、次のような欠点がある。

（１）所要酸化物を得るための気体（２種以北）を準備
する必要がある。

（２）気体同上の反応を利用するため、マスク法による
以外は生成された酸化物の蒸着領域を限定することは極
めて困難である。しかし、マスク法には一１ユ記のよう
な位置決め精度や薄膜の線幅に問題がある。

更に、スパッタ法には、次のような欠点がある。

（１）酸化物タープ７１−を準備する必要がある。

（２）選択スパッタ現象や、酸化物の分解による組成変
化が起こり易い。

（３）　ｌ記のＣＶＤ法と同様に蒸着領域の限定が困難
である。

本発明は、以上のような欠点を悉（解消した酸化物薄膜
の製作方法を提案することを目的とするものである。

「課題を解決するための手段」 本発明は、−上記目的を、予めイオン化され細束化され
た酸素イオン線を反応容器内に配置された薄膜基板に向
けて照射し、予め基板上に形成された被酸化成分元素及
び／又は反応容器内に蒸気として存在する被酸化成分元
素と酸素とを上記基板」−で反応させ、該基板上に酸化
物薄膜を形成することを特徴とする酸化物薄膜の製作方
法により解決するものである。

１作用］ 本発明において、酸素を例えばイオン銃等で照射するこ
とにより、イオン化し、かつ細束化し、この酸素イオン
線を成膜室内の基板に射入する。

この基板には、予めるつぼ中で電子ビームや抵抗加熱装
置等で加熱蒸発されたＣｕ、　Ｂａ、　Ｙ等の被の被酸
化性成分が蒸着されているか、あるいは」１記の酸素イ
オン線の射入と同時にるつぼから蒸発させた被酸化性成
分が到着する。

この基板上にて、これらの被酸化性成分と上記の酸素イ
オン線とが反応し、基板に例えばＹＢＣＣ（Ｙ２０＋）
＋７ｚ（ＢａＯ）ｔ（ＣｕＯ）３Ｅ等の酸化物薄膜が生
成する。

その際、酸化物薄膜の生成位置及び線幅は、酸素イオン
線の対人位置によって決まる。

そして、この生成位置の位置決め精度と薄膜線幅の精度
は、はぼ酸素イオン線の線径で決まる。

また、酸素イオン線の運動エネルギ及び線束（イオン線
強度）は、イオン銃の加速電圧や、エミッシコン電流等
の調整で容易に制御できる。

し実施例」 第１図は、本発明方法の一実施例の概要を模式的に示す
図である。同図中、第２図と同一符号は第２図と同−機
能部を示す。

第１図において、酸素ボンベ等４から供給された酸素ガ
スは、減圧弁９、流量調節弁１０を通じてイオン銃取付
はフランジ４２に取り付けられたイオン銃４０のイオン
化室に導入され、ここで加速電圧３〜５ＫＶ、エミッシ
ョン電流２０〜１００ｍＡの条件でイオン化され（酸素
ガス圧１０”−１０’Ｔｏｒｒ）　、電磁レンズ、絞り
等を通って細束化された後、酸素イオン線４１として成
膜室１内の基板２上の決められた位置に向かって放射さ
れる。

酸素イオン線４１は、最小５０ｎ１程度まで細束化が可
能である。

酸素イオン線４１の射入位置は、基板２を保持している
ホルダ１２を図示省略のステッピングモータ等で駆動さ
せて基板２自体を移動させることにより、調整する。

位置決め精度は、上記ステッピングモータの位置決め精
度及び酸素イオン線４１径で決まり、両者とも最小０．
・１μ−程度まで可能である。

射入された酸素イオン線４１は、基板２上で、予めるつ
ぼｌｌ中で電子ビームあるいは抵抗加熱装置等６で加熱
蒸発されて基板２上に蒸着されている被酸化成分元素３
、あるいはイオン銃４０からの該酸素イオン線４１の放
出と同時にるつぼ１１から蒸発させた被酸化成分元素３
と反応し、基板２上に酸化物薄膜を生成する。

また、本発明においては、るつぼ１１及び加熱装置６を
所要数増設すると共に、膜厚計及び該膜厚計と連動する
シャッタを各るつぼに設置することにより、人口的に周
期性を生じさせた多層薄膜（人工格子膜）を成膜するこ
ともできる。

「発明の効果］ 以上詳述したように、本発明によれば、次のような効果
を奏することができる。

（１）イオン銃等を用いて得られる本発明のイオン化さ
れ、細束化された酸素イオン線は、圧力差によってガス
ノズルを通じて吹き出させた酸素分子線に比べ、細束性
に優れ、最小ビーム（線）径は５０ｎ−に達する。

（２）　ｌ記（１）のために、位置決め及び薄膜線幅の
精度は０．１μ鏑まで可能となり、マイクロ、デバイス
等の製作に必要な薄膜の微細加工精度の大幅な向上を図
ることができる。

（３）また、酸素イオン線では、イオン化加速電圧等の
制御により、イオン線の平均運動エネルギが容易に制御
でき、通常の反応蒸着法では成膜室やノλ板の加熱なし
には困難な、反応速度及び付青力を容易に増大すること
ができ、しかも結晶性や膜の）ト坦度の制御も容易に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する際に好適に使用される装
置の一例を示す説明図、第２図（イ）、（ロ）は従来の
反応蒸着法の概要を示す説明図であり、第２図（イ）は
成膜室全体を一定の酸素分圧で行う方法を、第２図（ロ
）はガスノズルから酸素ガスを吹き出して基板に吹き付
ける方法をそれぞれ示す図である。 １・・・・・・成膜室　　　　　２・・・・・・基板３
・・・・・・被酸化性成分元素源 ４・・・・・・酸素ガス（ボンベ） ５・・・・・・ガスノズル　　　６・・・・・・加熱装
置７・・・・・・基板加熱装置　８・・・・・・排気口
９・・・・・・減圧弁　　　　　１０・・・・・・流量
調節弁１１・・・・・・るっぽ　　　　１２・・・・・
・基板ボルダ２１・・・・・・酸素ガス雰囲気 ３１・・・・・・酸素ガス細線　４ｏ・・・・・・イオ
ン銃４１・・・・・・酸素イオン線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 予めイオン化され細束化された酸素イオン線を反応容器
   内に配置された薄膜基板に向けて照射し、予め基板上に
   形成された被酸化成分元素及び／又は反応容器内に蒸気
   として存在する被酸化成分元素と酸素とを上記基板上で
   反応させ、該基板上に酸化物薄膜を形成することを特徴
   とする酸化物薄膜の製作方法。