JPH03193865A - Formation of pbo2 thin film - Google Patents

Formation of pbo2 thin film

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JPH03193865A
JPH03193865A JP33392289A JP33392289A JPH03193865A JP H03193865 A JPH03193865 A JP H03193865A JP 33392289 A JP33392289 A JP 33392289A JP 33392289 A JP33392289 A JP 33392289A JP H03193865 A JPH03193865 A JP H03193865A
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JP
Japan
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vapor
substrate
thin film
gas
oxygen gas
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JP33392289A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoyuki Kajita
梶田 直幸
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To control the quality of a film and to efficiently form the film at a high vapor deposition rate by cluster ion beam vapor deposition by using a gaseous oxygen introducing device to excite, dissociate and ionize gaseous oxygen in the vicinity of a substrate. CONSTITUTION:The gaseous oxygen introducing device consisting of a reactive gas introducing device 4, a gas ion generator 9 and a power unit 10 for the gas ion generator is used. A region, in which the gaseous oxygen is excited, dissociated and ionized (activated state), is formed in the vicinity of the substrate 7, especially of its vapor deposition surface. The vapor-deposition material injector consisting of the vapor source 1, ionizer 2, accelerating electrode 3 and power unit is then used to inject the vapor of Pb as the vapor-deposition material by cluster ion beam deposition, and the vapor is allowed to chemically react with the activated gaseous oxygen.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はPbO2薄膜の形成方法に関する。さらに詳し
くは、クラスターイオンビーム蒸着法により、基板上に
PbO2薄膜を蒸着形成させる方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for forming a PbO2 thin film. More specifically, the present invention relates to a method of depositing a PbO2 thin film on a substrate by cluster ion beam deposition.

[従来の技術] 従来から、TlO2,8102、PbO2などの酸化物
薄膜は、スパッタリング、CVDなどの方法で基板表面
に形成されている。しかし、このような方法で基板表面
に形成された酸化物薄膜は硬度が充分でなかつたり、基
板への付着力が弱いという欠点がある。
[Prior Art] Conventionally, oxide thin films such as TlO2, 8102, PbO2, etc. have been formed on substrate surfaces by methods such as sputtering and CVD. However, the oxide thin film formed on the substrate surface by this method has drawbacks such as insufficient hardness and weak adhesion to the substrate.

そこで、このような欠点のない薄膜をうる方法として、
反応性ガス雰囲気中にクラスターイオンビーム法により
蒸着物質の蒸気を噴出させて化合物薄膜を形成させる反
応性クラスターイオンビーム(R−ICB)法が行なわ
れている。
Therefore, as a method to obtain a thin film without such defects,
A reactive cluster ion beam (R-ICB) method is used in which a thin compound film is formed by ejecting the vapor of a deposition material into a reactive gas atmosphere using a cluster ion beam method.

以下に、このR−ICB法について第2図を用いて説明
する。
This R-ICB method will be explained below using FIG. 2.

第2図は、ジャーナル アプライド フィジックス(J
、Appl、Phys、) 、58(11)、1985
、p、4146〜4149に記載されているR−ICB
装置についての説明図である。図において、(1)はノ
ズル(l+)を有する密閉型のるつぼ02)、るつぼ0
2)を加熱するるつぼ加熱用フィラメントにおよび熱シ
ールド板04)からなる蒸気発生源である。前記るっぽ
0りは蒸着物質圏を充填し、蒸着物質面の蒸気をるつぼ
側のノズル(II)から噴出してクラスター(塊状原子
集団)Oeを形成させるためのものである。(2はクラ
スターOGをイオン化するためのイオン化装置であり、
電子ビーム放出用フィラメント(21)、このフィラメ
ントC21+から電子を引き出し加速するための電子ビ
ーム弓き出し電極のおよび熱シールド板のから構成され
ている。(3)はイオン化されたクラスターを電界で加
速し、クラスターに運動エネルギーを付与するための加
速電極、(4)は酸素ガスが充填されているガスボンベ
(41)、酸素ガスを真空槽(6)に導入するための流
ffi調整バルブ(42)および酸素ガスを導くための
ガス導入管(43)から構成されている反応性ガス導入
装置、(5)は真空槽(6)を所定の真空度に保持する
ための真空排気系、(7)はその表面に薄膜が形成され
る基板である。(8)は第1、第2、第3のバイアス用
直流電源(81)、(82)、(83)と第1、第2の
フィラメント加熱用電源(84)、(85)が収納され
ている電源装置である。
Figure 2 is from the Journal of Applied Physics (J
, Appl, Phys, ), 58(11), 1985
, p. 4146-4149.
FIG. 2 is an explanatory diagram of the device. In the figure, (1) is a closed crucible 02) with a nozzle (l+), crucible 0
2) A steam generation source consisting of a crucible heating filament and a heat shield plate 04). The above-mentioned Ruppo 0 is for filling the vapor deposition material sphere and ejecting the vapor on the vapor deposition material surface from the nozzle (II) on the crucible side to form a cluster (massive atomic group) Oe. (2 is an ionization device for ionizing cluster OG,
It consists of an electron beam emitting filament (21), an electron beam extraction electrode for extracting and accelerating electrons from the filament C21+, and a heat shield plate. (3) is an acceleration electrode for accelerating ionized clusters with an electric field and imparting kinetic energy to the clusters; (4) is a gas cylinder filled with oxygen gas (41); and a vacuum chamber (6) for storing oxygen gas. A reactive gas introduction device (5) is composed of a flow ffi adjustment valve (42) for introducing oxygen gas into the air and a gas introduction pipe (43) for introducing oxygen gas into the vacuum chamber (6). (7) is a substrate on which a thin film is formed. (8) houses first, second, and third bias DC power supplies (81), (82), and (83) and first and second filament heating power supplies (84) and (85). This is a power supply device.

まず、電源装置(8)の各バイアス電源の機能を説明す
る。第1のバイアス用直流電源(8■)は、第1のフィ
ラメント加熱用電源(84)で加熱されたるつぼ加熱用
フィラメントnから放出された熱電子がるつぼOzに衝
突するように、るつぼ加熱用フィラメント■に対してる
っぽ02)の電位を正にバイアスする。第2のバイアス
用直流電源(82)は、電子ビーム引き出し電極nに対
して、第2のフィラメント加熱用電源(85)で加熱さ
れた電子ビーム放出用フィラメント(21+を負の電位
にバイアスし、電子ビーム放出用フィラメント(211
から放出された熱電子を電子ビーム引き出し電極■内部
に引き出す。また、第3のバイアス用直流電源(83)
はアース電位である加速電極(3)に対して電子ビーム
引き出し電極nおよびるつぼ02)を正電位にバイアス
し、この間に形成される電界レンズによって、正電荷の
クラスターイオンを加速制御する。
First, the functions of each bias power supply of the power supply device (8) will be explained. The first bias DC power supply (8■) is a crucible heating power supply so that thermionic electrons emitted from the crucible heating filament n heated by the first filament heating power supply (84) collide with the crucible Oz. Bias the potential of Ruppo 02) positively with respect to the filament ■. The second bias DC power supply (82) biases the electron beam emitting filament (21+) heated by the second filament heating power supply (85) to a negative potential with respect to the electron beam extraction electrode n. Filament for electron beam emission (211
Thermionic electrons emitted from the electron beam are extracted into the electron beam extraction electrode■. In addition, a third bias DC power supply (83)
biases the electron beam extraction electrode n and the crucible 02) to a positive potential with respect to the accelerating electrode (3), which is at ground potential, and controls the acceleration of positively charged cluster ions by the electric field lens formed between them.

つぎに前記装置を用いてPbO2薄膜を形成する方法に
ついて説明する。
Next, a method for forming a PbO2 thin film using the above-mentioned apparatus will be explained.

まず、真空排気系(5)によって真空槽(6)内を1×
10’ Torr程度の真空度になるまで排気したのち
、排気しながら流ffi調整バルブ(42)を開き酸素
ガスをガス導入管(43)により真空槽(6)内に導入
する。
First, the inside of the vacuum chamber (6) is 1×
After evacuation to a degree of vacuum of approximately 10' Torr, the flow ffi adjustment valve (42) is opened while evacuation is being performed, and oxygen gas is introduced into the vacuum chamber (6) through the gas introduction pipe (43).

ついで、この状態下で、るつぼ(12)内の蒸気圧が数
Torrになる温度まで、るつぼ加熱用フィラメント0
から第1のバイアス用直流電源(81)で印加される電
界によって放出される電子をるっぽ021に衝突させて
加熱すると、蒸着物質であるPb6が蒸発してノズル0
1)から真空中に噴射される。噴射されるPbの蒸気は
、ノズル01)を通過する際に断熱膨張) により過冷却状態になって、クラスターaQと呼ばれる
塊状原子集団を形成する。ついで一部のクラスターOe
は電子ビーム放出用フィラメントのから放出される電子
によってイオン化されてクラスターイオンとなり、さら
に加速電極(3)で形成される電界によって基板方向に
加速をうけて、イオン化されていない中性クラスターと
ともに基板(7)に衝突する。一方、基板(力付近には
反応性ガスである酸素が存在しているので、基板(7)
付近でPbの蒸気と反応性ガスとの反応(Pb + 0
2 ” Pb02)が進行してPbO2が基板(力に蒸
着され、PbO2薄膜が形成される。
Next, under this condition, the crucible heating filament 0 is heated to a temperature where the vapor pressure inside the crucible (12) becomes several Torr.
When the electrons emitted by the electric field applied by the first bias DC power source (81) collide with Ruppo 021 and heat it, Pb6, which is the evaporation material, evaporates and the nozzle 0
1) is injected into the vacuum. When the injected Pb vapor passes through the nozzle 01), it becomes supercooled due to adiabatic expansion) and forms a lumpy atomic group called a cluster aQ. Then some cluster Oe
are ionized by electrons emitted from the electron beam emitting filament to become cluster ions, which are further accelerated toward the substrate by the electric field formed by the accelerating electrode (3) and form the substrate ( 7) Collisions. On the other hand, since oxygen, which is a reactive gas, exists near the substrate (7),
The reaction between Pb vapor and reactive gas (Pb + 0
2'' Pb02) is then deposited onto the substrate, forming a PbO2 thin film.

[発明が解決しようとする課題] 前記のような従来のPb0=薄膜形成方法では、噴出し
た反応性ガスとPbの蒸気が同じイオン化装置(2)に
よってイオン化されるように構成された装置を用いてい
るので、反応性ガスを充分に励起、解離およびイオン化
させることができず、真空槽(6)内の反応性ガスは活
性度の低い分子状態のままで存在し、一部イオン化装置
(2)付近で形成される励起され、解離・活性化された
元素でも、その寿命が短いものでは、基板(7)付近で
活性度の低い状態にもどり、しかも反応性ガスの大部分
は排気されてしまうので、薄膜形成にあずかる反応性ガ
スは非常に少なく、蒸着効率がわるいという問題がある
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional Pb0 thin film forming method as described above, an apparatus configured such that the ejected reactive gas and Pb vapor are ionized by the same ionization apparatus (2) is used. Therefore, the reactive gas cannot be sufficiently excited, dissociated, and ionized, and the reactive gas in the vacuum chamber (6) remains in a molecular state with low activity, and some of the reactive gas remains in the ionization device (2). ) Even if the excited, dissociated and activated elements formed near the substrate (7) have short lifetimes, they return to a less active state near the substrate (7), and most of the reactive gas is exhausted. Therefore, there is a problem that very little reactive gas participates in thin film formation, resulting in poor vapor deposition efficiency.

また、前記のように、同じイオン化装置(2)を用いる
ような構成になっているので、基板方向に加速されるイ
オン化されたPbの量や運動エネルギーと、イオン化さ
れた反応性ガスの量や運動エネルギーとを独立して変化
させることができず、膜質のコントロールが困難である
In addition, as mentioned above, since the same ionization device (2) is used, the amount and kinetic energy of ionized Pb accelerated toward the substrate and the amount of ionized reactive gas are controlled. It is difficult to control the film quality because the kinetic energy cannot be changed independently.

本発明はこのような問題点を解消するためになされたも
のであり、基板の表面に効率よく安定して質のよいPb
O2薄膜を蒸着によって形成する方法を提供することを
目的とする。
The present invention has been made to solve these problems, and it is possible to efficiently and stably coat high-quality Pb on the surface of the substrate.
It is an object of the present invention to provide a method for forming an O2 thin film by vapor deposition.

[課題を解決するための手段] 本発明は、基板上にPbO2薄膜を形成する方法であっ
て、反応性ガス導入装置、ガスイオン発生装置およびガ
スイオン発生装置用電源装置からなる酸素ガスの導入装
置を用いて基板の近傍に酸素ガスが励起、解離およびイ
オン化された状態で存在する領域を形成し、蒸気発生源
、イオン化装置、加速電極および電源装置からなる蒸着
物質の噴出装置を用いてクラスターイオンビーム法によ
り蒸着物質であるPbの蒸気を前記領域に噴出させ、前
記状態の酸素ガスと化学反応させることにより、PbO
2薄膜を前記基板上に形成させることを特徴とするPb
o2薄膜の形成方法に関する。
[Means for Solving the Problems] The present invention is a method for forming a PbO2 thin film on a substrate, and includes an oxygen gas introduction device comprising a reactive gas introduction device, a gas ion generation device, and a power supply device for the gas ion generation device. A device is used to form a region in which oxygen gas exists in an excited, dissociated, and ionized state near the substrate, and a vapor deposition material ejection device consisting of a vapor generation source, an ionization device, an accelerating electrode, and a power supply device is used to form a cluster. Pb vapor, which is a vapor deposition material, is ejected into the region using an ion beam method and chemically reacts with the oxygen gas in the above state, thereby forming PbO.
2 thin film is formed on the substrate.
The present invention relates to a method for forming an o2 thin film.

[実施例] 以下、本発明の方法を第1図に基づいて説明する。[Example] Hereinafter, the method of the present invention will be explained based on FIG.

第1図は本発明の方法によりPbo2薄膜を形成する際
に用いる装置についての説明図であり、第2図に示した
装置と同様な部分には同一の符号を付した。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an apparatus used when forming a Pbo2 thin film by the method of the present invention, and parts similar to those of the apparatus shown in FIG. 2 are given the same reference numerals.

第1図中、(1)はノズル01)を有する密閉型のるつ
ぼ側、るつぼ(+2)を加熱するるつぼ加熱用フィラメ
ント(至)および熱シールド板04)からなる蒸気発生
源である。前記るつぼ0′2Jは蒸着物質であるPb(
5を充填し、Pbの蒸気をるつぼc力のノズル01)か
ら噴出して、クラスターを形成させるためのものである
In FIG. 1, (1) is a steam generation source consisting of a closed crucible side having a nozzle (01), a crucible heating filament (2) for heating the crucible (+2), and a heat shield plate (04). The crucible 0'2J contains Pb (
Pb vapor is ejected from the nozzle 01) of the crucible to form clusters.

(2)はクラスターをイオン化するためのイオン化装置
であり、電子ビーム放出用フィラメント(2D1このフ
ィラメント囲から電子を引き出し加速するための電子引
き出し電極いおよび熱シールド板のから構成されている
。(3)はイオン化されたクラスターを電界で加速し、
クラスターに運動エネルギーを付与するための加速電極
、(4)は酸素ガスが充填されているガスボンベ(41
)、酸素ガスを真空槽(6)内に導入するための流量調
整バルブ(42)、酸素ガスを導くためのガス導入管(
43)およびガス噴射ノズル(44)から構成されてい
る反応性ガス導入装置、(5)は真空槽(6)を所定の
真空度に保持するための真空排気系、(7はその表面に
薄膜が形成きれる基板である。(8)は第1、第2、第
3のバイアス用直流電源(81)、(82)、(83)
と第1、第2のフィラメント加熱用電源(84)、(8
5)が収納されている電源装置である。前記第1のバイ
アス用直流電源(81)は、第1のフィラメント加熱用
電源(84)で加熱されたるつぼ加熱用フィラメントn
から放出された熱電子がるつぼ02)に衝突するように
、るつぼ加熱用フィラメントnに対してるつぼ(12)
の電位を正にバイアスするためのものである。第2のバ
イアス用直流電源(82)は、電子引き出し電極−に対
して第2のフィラメント加熱用電源(85)で加熱され
た電子ビーム放出用フィラメントのを負の電位にバイア
スし、電子ビーム放百用フィラメント(211から放出
された熱電子を電子引き出し電極n内部に引き出すため
のものである。また、第3のバイアス用直流電源(83
)は、アース電位である加速電極(3)に対して電子引
き出し電極のおよびるつぼ(12)を正電位にバイアス
し、この間に電界レンズを形成して、正電荷のクラスタ
ーイオンを加速制御するためのものである。(9)は反
応性ガスの通路に相当する部分に設けられた第2の電子
ビーム放出用フィラメント(92)、電子ビームを引き
出すための第2の電子ビーム引き出し電極(91)、反
応性ガスイオンを加速するための第2の加速電極(93
)、電界シールド板(95)およびこれら全体をシール
ドする内部槽(94)からなるガスイオン発生装置、(
至)は第2の電子ビーム放出用フィラメント(92)を
加熱するための第3のフィラメント加熱用電源(101
) 、電子ビーム引き出し用電極(91)を電子ビーム
放出用フィラメント(92)および電界シールド板(9
5)に対ルて正の電位にバイアスするための第4のバイ
アス用直流電源(102)ならびに第2の加速電極(9
3)に電圧を印加するための第5のバイアス用直流電源
(103)から構成されているガスイオン発生装置用電
源装置である。
(2) is an ionization device for ionizing clusters, and is composed of an electron beam emitting filament (2D1), an electron extraction electrode for extracting and accelerating electrons from around this filament, and a heat shield plate. (3) ) accelerates the ionized cluster with an electric field,
(4) is an accelerating electrode for imparting kinetic energy to the cluster; (4) is a gas cylinder (41) filled with oxygen gas;
), a flow rate adjustment valve (42) for introducing oxygen gas into the vacuum chamber (6), and a gas introduction pipe for introducing oxygen gas (
43) and a reactive gas introduction device consisting of a gas injection nozzle (44), (5) a vacuum exhaust system for maintaining the vacuum chamber (6) at a predetermined degree of vacuum, and (7 a thin film on its surface). (8) is the substrate on which the first, second, and third bias DC power supplies (81), (82), and (83) can be formed.
and first and second filament heating power supplies (84), (8
5) is the power supply device that is housed. The first bias DC power source (81) supplies the crucible heating filament n heated by the first filament heating power source (84).
The crucible (12) is connected to the crucible heating filament n so that the thermoelectrons emitted from the crucible (12) collide with the crucible (02).
This is to bias the potential of . The second bias DC power source (82) biases the electron beam emitting filament heated by the second filament heating power source (85) to a negative potential with respect to the electron extraction electrode, thereby emitting the electron beam. This is for extracting the thermoelectrons emitted from the filament (211) into the electron extraction electrode n.In addition, the third bias DC power supply (83
) biases the electron extraction electrode and the crucible (12) to a positive potential with respect to the accelerating electrode (3), which is at ground potential, and forms an electric field lens between them to control the acceleration of positively charged cluster ions. belongs to. (9) is a second electron beam emitting filament (92) provided in a portion corresponding to the reactive gas passage, a second electron beam extraction electrode (91) for extracting the electron beam, and reactive gas ions. A second accelerating electrode (93
), a gas ion generator consisting of an electric field shield plate (95) and an internal tank (94) that shields the entirety of these, (
) is a third filament heating power source (101) for heating the second electron beam emitting filament (92).
), the electron beam extraction electrode (91) is connected to the electron beam emission filament (92) and the electric field shield plate (9
5) and a fourth biasing DC power supply (102) for biasing to a positive potential with respect to the second accelerating electrode (9).
3) is a power supply device for a gas ion generator, which is comprised of a fifth bias DC power supply (103) for applying a voltage.

本発明の方法では、反応性ガス導入装置(4)、ガスイ
オン発生装置(9)およびガスイオン発生装置用電源装
置(至)からなる酸素ガスの導入装置を用いて、基板の
近傍、とくに基板蒸着面の表面近傍に酸素ガスが励起、
解離およびイオン化された状態(以下、活性状態ともい
う)で存在する領域が形成される。
In the method of the present invention, an oxygen gas introduction device consisting of a reactive gas introduction device (4), a gas ion generator (9), and a power supply device for the gas ion generator (to) is used to Oxygen gas is excited near the surface of the evaporation surface,
A region is formed that exists in a dissociated and ionized state (hereinafter also referred to as an active state).

前記酸素ガスの導入装置は、酸素ガスを一部励起、解離
およびイオン化して、その酸素ガスを基板方向に噴出さ
せるための装置である。
The oxygen gas introducing device is a device for partially exciting, dissociating, and ionizing oxygen gas, and ejecting the oxygen gas toward the substrate.

前記導入装置を用いて基板蒸着面の表面近傍に前記領域
を形成するには、つぎに示すような操作を行なえばよい
In order to form the region near the surface of the substrate vapor deposition surface using the introduction device, the following operation may be performed.

すなわち、まず、真空排気系(5)によって真空槽(6
)内をI X 1O−8Torr程度の高真空にしたの
ち、排気をつづけながら流量調整バルブ(42)により
流量が調整された酸素ガスをガス噴射ノーズル(44)
から導入し、真空槽(6)内のガス圧が10’ 〜1O
−3Torr程度になるように流量を調整する。
That is, first, the vacuum chamber (6) is opened by the vacuum evacuation system (5).
) is made into a high vacuum of about 10-8 Torr, and while continuing to exhaust, the oxygen gas whose flow rate is adjusted by the flow rate adjustment valve (42) is injected into the gas injection nozzle (44).
gas pressure in the vacuum chamber (6) is 10' to 1O.
Adjust the flow rate to about -3 Torr.

つぎにこの状態で、電界シールド板(95)内に設けら
れている第2の電子ビーム放出用フィラメント(92)
を、第3のフィラメント加熱用電源(101)により2
000℃程度に加熱し、ガス噴射ノズル(44)の下流
に配設されている第2の電子ビーム引き出し電極(91
)に、電子ビームが放出されるように第4のバイアス用
直流電源(102)によってバイアス電圧を印加して、
第2の電子ビーム放出用フィラメント(92)から2〜
5A程度の電子ビームを放出させる。
Next, in this state, the second electron beam emitting filament (92) provided in the electric field shield plate (95)
2 by the third filament heating power source (101)
The second electron beam extraction electrode (91
), a bias voltage is applied by a fourth bias DC power supply (102) so that an electron beam is emitted,
2~ from the second electron beam emitting filament (92)
Emit an electron beam of about 5A.

このように噴出する酸素ガスに電子ビームを放出させる
ことによって酸素ガスの一部は励起、解離およびイオン
化された状態(活性状態)にされるが、このときさらに
、第5のバイアス用直流電源(103)によって第2の
加速電極(93)に加速電圧を印加して、イオン化され
た酸素ガスや電子ビームを基板(刀に向けて加速させ、
基板蒸着面の表面近傍を活性状態にする。
By emitting an electron beam to the ejected oxygen gas, a part of the oxygen gas is excited, dissociated, and brought into an ionized state (active state). At this time, a fifth bias DC power supply ( 103) to apply an accelerating voltage to the second accelerating electrode (93) to accelerate the ionized oxygen gas and electron beam toward the substrate (sword).
The vicinity of the surface of the substrate evaporation surface is activated.

前記加速電圧は0.5〜2kV程度であるのが好ましい
The acceleration voltage is preferably about 0.5 to 2 kV.

このように、前記酸素ガスの導入装置を用いると、加速
電圧を変化させることによって、基板方向に加速される
酸素イオンの量や運動エネルギーを制御することができ
る。
In this way, by using the oxygen gas introduction device, the amount and kinetic energy of oxygen ions accelerated toward the substrate can be controlled by changing the acceleration voltage.

ついで、蒸気発生源(1)、イオン化装置(2)、加速
電極(3)および電源装置(8)からなる蒸着物質の噴
出装置を用いてクラスターイオンビーム法により蒸着物
質であるPbの蒸気を前記領域に噴出させる。
Next, the vapor of Pb, which is the vapor deposition material, is vaporized by the cluster ion beam method using a vapor deposition material ejecting device consisting of a vapor generation source (1), an ionization device (2), an accelerating electrode (3), and a power supply device (8). Squirt into the area.

前記蒸着物質の噴出装置は、蒸着物質蒸気やクラスター
を一部イオン化して基板方向に噴出、加速させるための
装置である。
The vapor deposition material ejecting device is a device for partially ionizing vapor and clusters of the vapor deposition material, and ejecting and accelerating the vapor toward the substrate.

前記噴出装置を用いたクラスターイオンビーム法により
、Pbの蒸気を前記領域に噴出させるには、つぎに示す
ような操作を行なえばよい。
In order to eject Pb vapor into the region using the cluster ion beam method using the ejecting device, the following operation may be performed.

すなわち、るつぼ加熱用フィラメントのによってるつぼ
02)内のPbの蒸気圧が数Torr程度になる温度ま
で加熱し、Pbを蒸発させ、ノズル(II)から噴射さ
せる。Pbの蒸気はノズル01)を通過する際に、断熱
膨張により過冷却状態になってクラスターを形成する。
That is, the crucible heating filament heats the crucible 02) to a temperature at which the vapor pressure of Pb becomes approximately several Torr, evaporates the Pb, and injects it from the nozzle (II). When the Pb vapor passes through the nozzle 01), it becomes supercooled due to adiabatic expansion and forms clusters.

この噴射されるPbの蒸気やクラスターは、電子ビーム
放出用フィラメント(2tlから放出される電子ビーム
によって一部イオン化し、加速電極(3)で形成される
電界による加速を受けて、イオン化されていない蒸気や
クラスターとともに基板(7)に衝突する。
This injected Pb vapor and clusters are partially ionized by the electron beam emitted from the electron beam emitting filament (2tl), and are accelerated by the electric field formed by the accelerating electrode (3), so that they are not ionized. It collides with the substrate (7) together with vapor and clusters.

前記電子ビーム放出量は、通常0.1〜0.5A程度で
ある。
The electron beam emission amount is usually about 0.1 to 0.5A.

前記加速電圧は、数kV程度が好ましい。The acceleration voltage is preferably about several kV.

このように、前記蒸着物質の噴出装置を用いると、加速
電圧を変化させることによって、クラスターなどのイオ
ンの運動エネルギーを制御することができる。
In this way, when the vapor deposition material ejecting device is used, the kinetic energy of ions such as clusters can be controlled by changing the accelerating voltage.

前記のようにして基板(7)の近傍に酸素ガスが励起、
解離およびイオン化された状態で存在する領域が形成さ
れた状態のもとで、Pbの蒸気やクラスターを基板方向
に噴出させることにより、前記活性化された酸素ガスと
衝突して化学反応(Pb+o2−Pb02)を起こし、
PbO2薄膜を効率よく基板(7′)上に形成させるこ
とができる: つぎに本発明の方法を第1図に示した装置を用いた実施
例によって説明する。
Oxygen gas is excited near the substrate (7) as described above,
In a state where a region exists in a dissociated and ionized state, Pb vapor or clusters are ejected toward the substrate, colliding with the activated oxygen gas and causing a chemical reaction (Pb+O2- Pb02),
A PbO2 thin film can be efficiently formed on the substrate (7'): Next, the method of the present invention will be explained with reference to an example using the apparatus shown in FIG.

実施例1 まず、真空排気系(5)によって真空槽(6)内を1×
10’Torrまで排気したのち、排気をつづけながら
酸素ガスをガス噴射ノズル(44)から噴射させた。
Example 1 First, the inside of the vacuum chamber (6) was
After evacuation to 10'Torr, oxygen gas was injected from the gas injection nozzle (44) while continuing evacuation.

このときの真空槽(6)内のガス圧を流量調整バルブ(
42)を操作して、10’ 〜1O−3Torr程度に
調節した。
At this time, the gas pressure in the vacuum chamber (6) is controlled by the flow rate adjustment valve (
42) to adjust the pressure to about 10' to 10-3 Torr.

ついでこの状態で、第2の電子ビーム放出用フィラメン
ト(92)を2000℃程度に加熱し、バイアス電圧を
印加して2.OAの電子ビームを放出させた。
Next, in this state, the second electron beam emitting filament (92) is heated to about 2000° C., and a bias voltage is applied. The OA electron beam was emitted.

これと同時に、第5のバイアス用直流電源(103)に
よって第2の加速電極(93)に加速電圧(1kV)を
印加した。
At the same time, an accelerating voltage (1 kV) was applied to the second accelerating electrode (93) by the fifth bias DC power source (103).

ついでるつぼ加熱用フィラメントnによってるつぼ02
)内のPb蒸気圧が数Torrになるまで加熱し、Pb
蒸気をノズル(II)から噴射させた。このとき、電子
ビーム放出用フィラメント(21)から電子ビーム(0
,2A)を放出させるとともに、第3のバイアス用直流
電源(83)によって加速電圧(3kV)を印加した。
Then the crucible 02 is heated by the crucible heating filament n.
) is heated until the Pb vapor pressure in
Steam was injected from nozzle (II). At this time, the electron beam (0
, 2 A), and an accelerating voltage (3 kV) was applied by the third bias DC power supply (83).

このような本発明の方法により、付着力、平坦性の優れ
た緻密なPb0z薄膜がえられる。
By the method of the present invention, a dense Pb0z thin film with excellent adhesion and flatness can be obtained.

以上述べたように、酸素ガスの導入装置と蒸着物質の噴
出装置とが別々に設けられた本発明の方法においては、
とくに基板蒸着面の表面近傍に酸素ガスが励起および解
離された極めて活性度の高い状態で存在するので、蒸着
物質と酸素ガスとの化学反応が促進され、PbO2薄膜
を効率よく形成できる。
As described above, in the method of the present invention in which the oxygen gas introduction device and the vapor deposition material ejection device are provided separately,
In particular, since oxygen gas is excited and dissociated and exists in an extremely highly active state near the surface of the substrate vapor deposition surface, the chemical reaction between the vapor deposition substance and the oxygen gas is promoted, and a PbO2 thin film can be efficiently formed.

また、酸素ガスの導入装置と、蒸着物質の噴出装置の加
速電圧をそれぞれ独立に変えることによって、基板に入
射する反応性ガスイオンと蒸着物質蒸気やクラスターの
運動エネルギーとを独立に制御することができ、このこ
とによって、基板(7)上に形成されるPbO2薄膜の
結晶性や付着力などの膜質をコントロールすることがで
き、高品質の薄膜を形成することができる。
In addition, by independently changing the acceleration voltages of the oxygen gas introduction device and the deposition material jetting device, it is possible to independently control the reactive gas ions incident on the substrate and the kinetic energy of the deposition material vapor and clusters. This makes it possible to control the film quality, such as crystallinity and adhesion, of the PbO2 thin film formed on the substrate (7), making it possible to form a high quality thin film.

[発明の効果〕 本発明によれば、酸素ガスの導入装置を用いて、基板の
近傍に酸素ガスが励起、解離およびイオン化された状態
で存在する領域を形成し、蒸着物質の噴出装置を用いて
クラスターイオンビーム法によりPbの蒸気を噴射させ
てPbo2薄膜を形成するようにしたので、高い蒸着速
度で膜質を制御することができ、付着力の強い高品質の
薄膜を効率よく成膜することができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, a region in which oxygen gas exists in an excited, dissociated, and ionized state is formed near the substrate using an oxygen gas introduction device, and a region where oxygen gas exists in an excited, dissociated, and ionized state is formed using an oxygen gas introduction device, and a region where oxygen gas exists in an excited, dissociated, and ionized state is formed using an oxygen gas introduction device. Since the Pbo2 thin film is formed by injecting Pb vapor using the cluster ion beam method, the film quality can be controlled at a high deposition rate, and a high quality thin film with strong adhesion can be efficiently formed. I can do it.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の方法にしたがってPbo2薄膜を形成
する際に用いる装置についての説明図、第2図は従来の
酸化物薄膜形成装置についての説明図である。 (図面の主要符号) (1):蒸気発生源 (2):イオン化装置 (3):加速電極 (4):反応性ガス導入装置 (7) 、基 板 (8):電源装置 (9):ガスイオン発生装置 M:ガスイオン発生装置用電源装置 式  理  人 大  岩 増  雄
FIG. 1 is an explanatory diagram of an apparatus used for forming a Pbo2 thin film according to the method of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of a conventional oxide thin film forming apparatus. (Main symbols in the drawing) (1): Steam generation source (2): Ionization device (3): Accelerating electrode (4): Reactive gas introduction device (7), Substrate (8): Power supply device (9): Gas ion generator M: Power supply type for gas ion generator Yu Iwamasu, Faculty of Science and Humanities University

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板上にPbO_2薄膜を形成する方法であって
、反応性ガス導入装置、ガスイオン発生装置およびガス
イオン発生装置用電源装置からなる酸素ガスの導入装置
を用いて基板の近傍に酸素ガスが励起、解離およびイオ
ン化された状態で存在する領域を形成し、蒸気発生源、
イオン化装置、加速電極および電源装置からなる蒸着物
質の噴出装置を用いてクラスターイオンビーム法により
蒸着物質であるPbの蒸気を前記領域に噴出させ、前記
状態の酸素ガスと化学反応させることにより、PbO_
2薄膜を前記基板上に形成させることを特徴とするPb
O_2薄膜の形成方法。
(1) A method for forming a PbO_2 thin film on a substrate, in which oxygen gas is introduced near the substrate using an oxygen gas introduction device consisting of a reactive gas introduction device, a gas ion generator, and a power supply for the gas ion generator. forming a region in which the vapor exists in an excited, dissociated and ionized state
By using a vapor deposition material ejecting device consisting of an ionization device, an accelerating electrode, and a power supply device, the vapor of Pb, which is the vapor deposition material, is ejected into the region using the cluster ion beam method and chemically reacts with the oxygen gas in the above state.
2 thin film is formed on the substrate.
Method for forming O_2 thin film.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011014559A (en) * 2009-06-30 2011-01-20 Dainippon Printing Co Ltd Protective film for solar cell module, and solar cell module using the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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