JPH03134161A - 化合物の製造方法及び装置 - 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、化合物の製造方法及び装置に関し、特に、第
１原料の蒸気の少なくとも一部を励起して運動エネルギ
を与えて基板に衝突させ、第２原料を熱励起して基板に
供給して化合物を形成することにより、高い付着力、高
い密度、高い付き回り性によって正確に制御された組成
の化合物を製造するための新規な改良に関する。

［従来の技術］ 従来、用いられていたこの種の化合物の製造方法及び装
置は種々あるが、その中で、代表的なものについて述べ
ると、例えば、Ｐｒｏｃ、１ｌｔｂ　Ｓｙｍｐｏ（プロ
シーデインダス、第１１回シンポジウム）、ｏｎ　ＩＳ
ｒ＾Ｔ’８７．　Ｔｏｋｙｏ（１９８７）の第３１７頁
に開示された反応形イオンビーム制御技術及びＪａｐａ
ｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ　（ジャパニーズ　ジャーナル　オブ　アプ
ライド　フィジックス）　、Ｖｏ１２３、ＮＯ，３，Ｈ
ａｒｃｈ１９８４の第２７３頁から第２７６頁に開示さ
れたイオンアシスト蒸着法を挙げることができる。

すなわち、前者の従来例では、一種の原料が加熱手段に
よって加熱され、イオン化フィラメント及び加速電極に
よって、加熱された状態の基板に付着するように構成さ
れている。

また、後者の従来例では、ａ　−Ｓｉ：Ｉｆの反応蒸着
が開示されており、Ｓｉが蒸発した状態で高純度のＨ２
ガスをイオン化してチャンバー内に供給している。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の化合物の製造方法及び装置は、以上のように構成
されているため、次のような゛課題が存在していた。

すなわち、一般に、スパッタリング法やイオンブレーテ
ィング法では、第２原料が第１原料のイオン化の過程で
必然的に励起されることはあるが、その衝突エネルギを
独立して制御し、基板に衝突する運動エネルギを可変的
に制御して、基板に付着して形成される化合物の付着力
及び密度等を制御することは不可能であった。

また、反応性蒸着法では、第１原料が励起されて基板に
衝突することはなく、励起された第２原料が加速衝突す
ることもなく、基板に衝突する原料の蒸気速度を制御す
ることは不可能であった。

さらに、イオンアシスト蒸着では、第１原料が励起によ
って加速されることもあり得なかった。

ここで、狗述における従来方法等による一例としてアモ
ルファスシリコンを蒸着で生成した場合の各方法におけ
る一般的な欠点についてまとめると次の通りである。

（１）　　スパッタリング法による欠点としては、成膜
速度が低く　、　Ａ　ｒガスが残留する。しかもターゲ
ツト材が大変高価である。

（２）イオンアシスト蒸着法による欠点としては、基板
へのけ着力が弱く、密度も低い。

〈３）イオンブレーティング法による欠点とじては、内
部応力が高く、また水素の使用効率が悪い。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされた
もので、特に、第１原料の蒸気の少なくとも一部を励起
して運動エネルギを与えて基板に衝突させ、第２原ｒ１
を熱励起して基板に供給して化合物を形成することによ
り、高いけ着力、高い密度、高い付き回り性によって正
確に制御された組成の化合物を製造するようにした化合
物の製造方法及び装置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］ 本発明による化合物の製造方法は、減圧した容器内で第
１原料分蒸気として蒸発させた後、前記蒸気の少なくと
も一部を励起して基板に衝突させ、前記第１原料とは独
立し、熱励起後の第２原料な基板に供給して、反応生成
物を前記基板上に堆積させるようにした方法である。

また、本発明による化合物の製造装置は、減圧した容器
内に設けられた基板に対し、加熱手段により蒸発した第
１原料の蒸気の少なくとも一部を前記基板に衝突させる
ことにより、前記基板に蒸発粒子を付着させるようにし
た装置において、前記加熱手段の上方に設けられたイオ
ン化手段と、前記容器に設けられ第２原料の少なくとも
一部を熱励起するための加熱機構部とを有する構成て−
ある。

［作　用］ 本発明による化合物の製造方法及び装置においては、第
１原料を抵抗加熱、放電加熱または電子ビーム加熱等に
よって蒸発させ、蒸発装置の上方に配置された励起装置
であるイオン１ヒ手段で蒸気を励起する。励起の方法に
は放電、熱電子放射などの方法がある。励起によって少
なくとも一部の蒸発粒子はイオン化する。このようにし
て形成されたイオンは基板との間の電場によって加速さ
れ、基板に衝突する。イオン化されなかった蒸発粒子は
加速されることなく基板に蒸着する。この加速の程度く
粒子の運動エネルギ）は電場の強さを制御することによ
って任意に調整できる。電場の強さは目的に応じて変化
させることができるし、化合物製造の過程でも変化させ
うる。例えば、初期には電界強度を強くしてイオンが強
く基板に衝突するようにしてｆ付着力を高め、続いて電
界強度を低めて内部応力を低下させることができる。イ
オンの衝突効果によってボイドやキャビティのない密度
の高い化合物を製造することができる。

これとは独立して第２原料な加熱機構付きタングステン
等からなる加熱機構部によって励起し、この熱励起によ
って分解されたガスが原子として供給され、基板に衝突
する。この結果、殆どの第２原料は第１原料と衝突する
ことなく基板に衝突して反応し、従来の方法では得られ
ない高い付着力、高い密度、高い付き回り性が得られ、
かつ正確に制御された組成の化合物を低温で高速に製造
できる。

［実施例］ 以下、図面と共に本発明による化合物の製造方法及び装
置の好適な実施例について詳細に説明する。

第１図は、本発明による化合物の製造方法及び装置を示
すための構成図である。

第１図において符号ｌで示されるものは、全体形状が密
閉形をなし、その底部１ａに排気ポンプ（図示せず）が
接続された排気口１ｂを有する容器であり、この容器１
の底部１ａ上には、Ｓｉ等からなる固形の第１原料２を
ｔ１置した蒸発ボート３が設けられ、この蒸発ボート３
は前記第１原料２を加熱するための加熱手段３ａを有し
ている。

前記加熱手段３ａ及び蒸発ボート３の上方位置には、第
１可変電源４ａを有し、前記第１原料２からの蒸気２ａ
を励起する励起手段を構成する熱電子放射イオン化電極
からなるイオン化手段４が配設されており、このイオン
化手段４の加熱温度に応じて前記蒸気２ａの励起状態が
制御される。

前記容器１の天板部１ｃには、保持手段５によって保持
された基板６が設けられており、この基板６には、第２
可変電源７が接続されている。

前記容器１の側壁１ｄにおける前記イオン化手段４とほ
ぼ対応する位置には、第３可変電源８ａが接続された加
熱ｔ！ｉ横付きタングステン管がちなる加熱機構部８が
、その電子ビーム８ｂが前記基板６に向けて到達するよ
うな角度位置で配設されており、この加熱機構部８のガ
ス供給口８ｃには、第２原料である水素等のガス８ｄが
供給されるように構成されている。

本発明による化合物の製造装置は、前述したように構成
されており、以下に、その動作について説明する。

まず、第１原料２を抵抗加熱、放電加熱または電子ビー
ム加熱等の加熱手段３ａによって蒸発させ、蒸発ボート
３の上方に配置された励起装置であるイオン化手段４で
蒸気２ａを励起する。励起の方法には放電、熱電子放射
などの方法がある。

励起によって少なくとも一部の蒸発粒子はイオン化する
。このようにして形成されたイオンは基板６との間の電
場によって加速され、基板６に衝突する。イオン化され
なかった蒸発粒子は加速されることなく基板６に蒸着す
る。加速の程度（粒子の運動エネルギ）は電場の強さを
制（卸することによって任意に調整できる。電場の強さ
は目的に応じて変化させることができ、化合物製造の過
程でも変１ヒさせうる。例えば、初期には第２可変電源
７の電位差を大きくし、電界強度を強くしてイオンが強
く基板６に衝突するようにして付着力を高め、続いて電
界強度を弱めて化合物の内部応力を低下させることがで
きる。このイオンの衝突効果によってボイドやキャビテ
ィのない密度の高い七き↑勿を製造することができる。

これとは独立して第２原料８ｄを加熱機構付きタングス
テン管からなる加熱機構部８によって熱励起し、第２原
料８ｄとしての水素ガスは、熱励起によって分解され水
素原子として基板６に供給される。

こグ）ようにして第１原料２のみの少なくとも一部に制
御された運動エネルギを与えて基板６に衝突せしめ化合
物を形成することによって、従来の方法では得られない
高い付着力、高い密度、高いけき回り性が得られ、かつ
正確に制御卸された組成の化合物を低温で高速に製造で
きる。

具体的には第１原料２としてＳｉ、第２原料８ｄとして
水素を用いた場合について本発明の作用を述べると次の
ようになる。Ｓｉ原子は重く、水素原子は軽いために両
原料が反応して形成される水素化アモルファスシリコン
の基板への付着力は主としてＳｉの基板６との結きエネ
ルギによって決まる。

結合エネルギは通常温度に依存するが、低温で化合物を
合成する場合にはＳｉの衝突エネルギが高いほど結合力
が大きい。基板６上に化合物を堆積させるｔｆＩＪ合、
衝突粒子のエネルギが大きすぎるとスパッタリングが起
こり生成速度はむしろ低下する。

しかし、適度なエネルギをもった粒子を衝突させると緻
密で密度の高い化合物を基板６上に！！造することがで
きる。

水素は雰囲気から供給することもできるが水素分子は反
応性に乏しく、実質的に水素化アモルファスシリコンに
必要な濃度の水素を反応させることができない。従って
、反応効率を高めるためには熱分解して水素原子として
励起することが必要である。

前記Ｓｉは加熱により蒸発させているのでスパッタリン
グなどの方法に比べて高速で蒸発させることができる。

これと熱励起した水素とを反応させることによって他の
方法では実現できない速度で化合物を製造できる。また
水素の代わりに硼化水素と水素の混会気泳を使用するな
ど２種以上のガスを用いることによってドーピングを行
うこともできる。

例えば酸化物を製造する場合、従来の蒸着法やイオンブ
レーティング法では種々の理由によって原料と同一組成
の酸化物を基板６上に形成することはできず、酸素が不
足した組成となる。このような場合、容器１内の雰囲気
に酸素を用いて反応させ、酸素不足を補ってやる。この
際に酸素が酸素分子であると反応性が乏しく反応効率が
悪いので酸素圧力を高くしたり、流量を大きくする必要
が出てくる。ところが容器１内の圧力が高くなると蒸発
速度が低下したり、加熱手段３ａｋ正常にｆト動させら
れないなどの障害が出てくる。第２原料として酸素を使
用しこれを熱励起して酸素原子として基板６に供給する
ことによって、反応効率が著しく高まるので、容器１内
の圧力を高めることなく、適性組成の酸化物を高速に製
造できる。

（実験例） 第１原料２を加速するためには基板６を負電位にするの
が一般的であり、電場の強さをｌ０Ｖ３０ＫＶにするの
が望ましい。また、（＝ｆ着力を高めるためにはＩＫＶ
以上の電場が望ましく、内部応力を低くするためには５
００ｖ以下にするのが望ましい。

第１原料２と第２原料８　ｄとの組み合わせの具体例と
しては 第１原料２第２　原＄４８　ｄ 金属およびき金　　　　　　ガス 金属および自余　　　金属の蒸発粒子 酸化物　　　　　　　　　ガス 窒化物　　　　　　　　　ガス などがある。

尚、前述の容器１内における配置構成は、−例を示した
ものであり、図示しない池の配置構成等とした場きも、
同様の作用効果を得ることができる。

また、必要に応じて雰囲気ガスを第３原料として、励起
手段を経ずに、容器１内の基板６の近傍に、直接供給し
ながら実施してもよい。

［発明の効果コ 本発明による化合物の製造方法及び装置は、以上のよう
に構成されているため、次のような効果を得ることがで
きる。

蒸発ボートから蒸発した第１原料の蒸気をイオン化用加
熱手段によって励起するようにしているため、イオン化
して加速された状態で基板に衝突し、第２原↑２１もイ
オン化されて基板に衝突するため、電場の強さを制御す
ることにより、加速の程度を自在に制御することができ
、それによって、基板に生成される反応生成物（化合物
）の１′！ｒ着力及び内部応力を制御し′、基板へのイ
オンの衝突効果によって、ボイドやキャビティのない密
度の高い七り物を製造することかで”きる。

また、第２原料は熱励起により原子に分解されて運動エ
ネルギを有することなく基板に供給されて化合物を形成
しているため、従来方法では得られない高い付着力、密
度、付き回り性が得られ、正確に制御された組成の化合
物を低温で一高速に製）ｈすることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による「ヒ合物の製造方法及び装置を示す
ためのもので、第１図は概略構成図である。 １は容器、２は第１原料、３ａは加熱手段、４はイオン
化手段、６は基板、８は加熱機構部、８ｄは第２原料で
ある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）．減圧した容器（１）内で第１原料（２）を蒸気
   として蒸発させた後、前記蒸気の少なくとも一部を励起
   して基板（６）に衝突させ、前記第１原料（２）とは独
   立し、熱励起後の第２原料（８ｄ）を基板（６）に供給
   して、反応生成物を前記基板（６）上に堆積させるよう
   にしたことを特徴とする化合物の製造方法。
2. （２）．前記第１原料（２）は、金属又は化合物よりな
   り、前記第２原料（８ｄ）は、ガスよりなることを特徴
   とする請求項１記載の化合物の製造方法。
3. （３）．減圧した容器（１）内に設けられた基板（６）
   に対し、加熱手段（３ａ）により蒸発した第１原料（２
   ）の蒸気の少なくとも一部を前記基板（６）に衝突させ
   ることにより、前記基板（６）に蒸発粒子を付着させる
   ようにした化合物の製造装置において、前記加熱手段（
   ３ａ）の上方に位置するイオン化手段（４）と、前記容
   器（１）に設けられ第２原料（８ｄ）の少なくとも一部
   を熱励起するための加熱機構部（８）とを有したことを
   特徴とする化合物の製造装置。