JPH03274257A - Method and apparatus for producing thin oxide film - Google Patents

Method and apparatus for producing thin oxide film

Info

Publication number
JPH03274257A
JPH03274257A JP7339690A JP7339690A JPH03274257A JP H03274257 A JPH03274257 A JP H03274257A JP 7339690 A JP7339690 A JP 7339690A JP 7339690 A JP7339690 A JP 7339690A JP H03274257 A JPH03274257 A JP H03274257A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sputtering
thin film
substrate
targets
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7339690A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Riyuuji Saikudou
細工藤 龍司
Hitoshi Koizumi
小泉 等
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Steel Works Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Steel Works Ltd filed Critical Japan Steel Works Ltd
Priority to JP7339690A priority Critical patent/JPH03274257A/en
Publication of JPH03274257A publication Critical patent/JPH03274257A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PURPOSE:To form a multiple oxide of single crystal minimal in defects at low temp. by using plural simple oxides as targets, alternately or simultaneously sputtering these targets by means of ion beam, and supplying active carbon, if necessary. CONSTITUTION:Plural simple oxide targets 1 are held by a target holder 2 having a conical curved surface. Sputtering is carried out by changing the direction of ion beam into an arbitrary direction by means of an impressed voltage on a deflecting device 7 and switching the targets 1. Further, ion beam irradiation is carried out by switching the targets 1 by means of control electric power source 8. Moreover, irradiation time is selected. Simultaneously, active carbon is supplied from an active carbon source 10 onto a substrate 3, if necessary. By this method, the thin single-crystal film having a composition corresponding to stoichiometric ratio and also having superior quality can be produced. The necessity of particularly high degree, of vacuum, complicated evaporation mechanism for multicomponent, and high-degree control can be obviated.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は誘電体光学素子、圧電体素子、弾性表面波素子
、超伝導素子などに用いられる複合酸化物薄膜の製造装
置及び製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing composite oxide thin films used in dielectric optical elements, piezoelectric elements, surface acoustic wave elements, superconducting elements, etc.

[従来の技術] 複数の金属元素MA、Ml・ からなる化学組成がMA
nAMana・・・0.で表される複合酸化物を基板上
に薄膜の結晶として形成するのにスパッタリング法が良
く用いられる。この方法は、目的組成の酸化物焼結体を
ターゲットとし、これをプラズマやイオンビームによっ
て基板へスパッタリングすることにより複合酸化物薄膜
を形成するものであるが、基板上に堆積した薄膜の組成
は目的組成とは一致しないという問題があった。
[Conventional technology] MA has a chemical composition consisting of multiple metal elements MA, Ml.
nAMana...0. A sputtering method is often used to form a composite oxide expressed as a thin film crystal on a substrate. In this method, a composite oxide thin film is formed by targeting an oxide sintered body with a desired composition and sputtering it onto a substrate using plasma or an ion beam, but the composition of the thin film deposited on the substrate is There was a problem that the composition did not match the target composition.

これを解決するために最近では臨界温度が高い酸化物超
伝導体や磁性体のfffi形戒法形成て多元の真空蒸着
法などが行われている。それらは例えば特開平1−21
9162号公報、応用物理学会講演予稿集No、2a−
E−7、特開昭59−184799号公報等に記載され
ている。
In order to solve this problem, in recent years, multidimensional vacuum evaporation methods have been used to form fffi-type oxide superconductors and magnetic materials with high critical temperatures. For example, JP-A-1-21
Publication No. 9162, Japan Society of Applied Physics Lecture Proceedings No. 2a-
E-7, JP-A-59-184799, etc.

この方法は第4図及び第5図に示すように、精成元素で
ある単体の金属を、真空中でヒーター加熱あるいは電子
ビーム加熱によって蒸発させて基板に堆積させながら、
酸素を供給して複合酸化物を形成させるものである。こ
れらの方法には、次のような問題点がある。
As shown in FIGS. 4 and 5, this method involves depositing a single metal, which is a refined element, on a substrate by evaporating it in a vacuum using heater heating or electron beam heating.
Oxygen is supplied to form a composite oxide. These methods have the following problems.

[発明が解決しようとする課B] 第1に、多成分系の物質を成膜するために用いる装置が
複雑になると共に複雑な制御を必要とした。すなわち、
成分元素ごとに分子線フラックス量を計測し、蒸発源の
入熱量を制御しなければならない、また、蒸発室は高真
空に保つと同時に基板周辺は酸化を進めるのに充分な酸
素圧に保つか、活性酵素を供給する装置が必要である。
[Problem B to be Solved by the Invention] Firstly, the apparatus used to form a film of a multi-component substance has become complicated and requires complicated control. That is,
The amount of molecular beam flux must be measured for each component element, and the amount of heat input to the evaporation source must be controlled.Also, the evaporation chamber must be kept at a high vacuum, while the area around the substrate must be maintained at a sufficient oxygen pressure to promote oxidation. , a device for supplying active enzyme is required.

第2に、有用な酸化物結晶の中には、蒸発温度では酸化
され易い金属や、単体としては希少な金属を成分として
含むものが極めて多い1例えば前者にはLi、になどの
アルカリ金属や、Caなどのアルカリ土類金属、後者に
はNd、 Ho、 Erなどの稀土類金属などがある。
Second, many useful oxide crystals contain metals that are easily oxidized at the evaporation temperature or metals that are rare as a single substance.For example, the former include alkali metals such as Li and carbon. , alkaline earth metals such as Ca, and the latter include rare earth metals such as Nd, Ho, and Er.

このような金属を酸素分圧の制御あるいは活性酸素の供
給の条件下で蒸発させることは一般に高度な技術を必要
とする。
Evaporating such metals under conditions of controlling oxygen partial pressure or supplying active oxygen generally requires advanced technology.

また、歩留まりの低さに起因するコスト上昇の問題もあ
る。
There is also the problem of increased costs due to low yield.

第3に、成分元素として融点が大きく異なる元素を含む
酸化物の形成が困難なことがある。蒸発粒子の運動エネ
ルギは蒸発源の温度に依存し、例えばL + T a 
O3においてはLiとTaの融点がそれぞれ180℃と
2988℃と大きく異なるときには、蒸発粒子のエネル
ギーが0.04eVと0.28 e Vである。このよ
うにエネルギの異なる粒子を堆積させて両成分の組成構
造を良好とする薄膜を形成することは、蒸発分子の量を
制御するだけでは困難である。
Thirdly, it may be difficult to form an oxide containing elements having significantly different melting points as component elements. The kinetic energy of the evaporated particles depends on the temperature of the evaporation source, e.g. L + Ta
In O3, when the melting points of Li and Ta are significantly different, 180° C. and 2988° C., respectively, the energies of the evaporated particles are 0.04 eV and 0.28 eV. It is difficult to form a thin film with a good compositional structure of both components by depositing particles with different energies as described above, simply by controlling the amount of evaporated molecules.

第4に、酸化物結晶には光導波路素子、半導体素子、発
光素子、超伝導素子として利用するためには、微量の活
性な金属元素を母体結晶に精度良くドープすることが多
いが、上述したような多元蒸着法では成膜と同時にIR
量元素をドープすることは極めて困難である。
Fourth, in order to use oxide crystals as optical waveguide devices, semiconductor devices, light emitting devices, and superconducting devices, trace amounts of active metal elements are often doped into the host crystal with precision. In multi-component deposition methods such as
Doping with quantitative elements is extremely difficult.

従って、本発明は蒸発温度において酸化傾向が強い金属
・や、資源的に希少あるいは高価な金属を蒸発源として
用いることなく、また、蒸発vi楕、酸素供給機構ある
いはそれらの複雑な制御を含む装置を用いないで、化学
量論比や重量添加元素を制御しながら極力低温で欠陥が
少ない単結晶の複合酸化物を形成するため力装置並びに
方法を提供することにある。
Therefore, the present invention does not use metals that have a strong tendency to oxidize at the evaporation temperature, or metals that are rare or expensive in terms of resources, as an evaporation source, and also provides an apparatus that includes an evaporator, oxygen supply mechanism, or complex control thereof. An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for forming a single-crystal composite oxide with few defects at as low a temperature as possible while controlling the stoichiometric ratio and weight-adding elements without using.

[課題を解決するための手段] 即ち、本発明は複数の金属元素を成分として含む酸化物
薄膜を形成するためのイオンビームスパッタリング薄膜
形成装置であって、 (a)基板を回転するための回転機槽を有し且つ所定の
温度に保つための加熱ヒータを備え゛てなる基板保持機
構 (b)複合酸化物薄膜の成分元素それぞれの単純酸化物
のターゲットを保持し且つスパッタリングによってター
ゲットから放出される分子線が最も効率良く基板に入射
するようにターゲットを保持するための円錐曲面を有す
るターゲットホルダ;(e)スパッタリング用のエネル
ギ可変形イオン源と、該イオン源から射出されるイオン
ビームをスパッタリング率が最大となる入射角度で複数
のターゲットに対して切り換えて入射するためのビーム
偏向装置; (d)基板の表面反応の促進と酸素欠陥を軽減するため
の活性酸素を供給するために基板に対向して配置された
活性酸素源;及び (e)ビーム偏向装置を所定のプログラムに従って自動
的に切り換え制御するためのコンピュータ、を備えてな
ることを特徴とする酸化物薄膜の製造装置に係る。
[Means for Solving the Problems] That is, the present invention provides an ion beam sputtering thin film forming apparatus for forming an oxide thin film containing a plurality of metal elements as components, comprising: (a) rotation for rotating a substrate; (b) A substrate holding mechanism comprising a heating chamber and a heater for maintaining the temperature at a predetermined temperature. (b) A substrate holding mechanism that holds a simple oxide target of each component element of the composite oxide thin film and that is capable of holding simple oxide targets for each of the component elements of the composite oxide thin film and for releasing the target from the target by sputtering. (e) a variable energy ion source for sputtering, and a sputtering ion beam emitted from the ion source; (d) Beam deflection device for switching the incident angle to multiple targets at an incident angle that maximizes the rate of incidence; The present invention relates to an oxide thin film production apparatus characterized by comprising: active oxygen sources disposed opposite to each other; and (e) a computer for automatically switching and controlling a beam deflection device according to a predetermined program.

更に、本発明は上記装置を用いる酸化物薄膜の製造方法
において、所望の複合酸化物N膜の成分元素の単純酸化
物のターゲットを基板上に所定のプログラムに従って個
々のターゲットのスパッタリングを行い、必要により同
時に基板周囲に活性酸素を供給することにより表面反応
を促進させることを特徴とする酸化物薄膜の製造方法に
係る。
Furthermore, the present invention provides a method for manufacturing an oxide thin film using the above-mentioned apparatus, in which individual targets of simple oxides of constituent elements of a desired composite oxide N film are sputtered onto a substrate according to a predetermined program. The present invention relates to a method for producing an oxide thin film, characterized in that a surface reaction is promoted by simultaneously supplying active oxygen around the substrate.

[作  用〕 本発明に係る装置は下記のような必須の機構を備えてい
る: ■構成金属元素の安定な単純酸化物MA、AOo、M 
S ++ @ OY I・・・の板状試料をターゲット
とし、それらからスパッタリングにより放出される粒子
が効率良く基板に照射できるようにターゲットを保持す
る機111(ターゲットホルダ);■スパッタリングの
ためのエネルギ可変のイオンビームを供給するイオン源
と、イオンビームを■の複数ターゲットに切り換えて照
射する偏向装置(ステアラ)、このイオン源と偏向器の
系は少なくとも1組あり、複数の場合もある: ■基板を支持し、回転を与える基板保持装置及び基板を
所定温度に保持する加熱装置; ■単純酸化物の分子線の反応を促進し、酸素欠陥を軽減
するための活性な酸素の供給源。
[Function] The device according to the present invention has the following essential mechanisms: ■ Stable simple oxides of constituent metal elements MA, AOo, M
A device 111 (target holder) that targets a plate-shaped sample of S ++ @ OY I... and holds the target so that the particles emitted by sputtering can efficiently irradiate the substrate; ■ Energy for sputtering An ion source that supplies a variable ion beam, a deflection device (steerer) that switches and irradiates the ion beam to multiple targets, and there is at least one set of this ion source and deflector system, and there may be multiple sets: ■ A substrate holding device that supports and rotates the substrate; and a heating device that maintains the substrate at a predetermined temperature; (2) A source of active oxygen to promote the reaction of simple oxide molecular beams and reduce oxygen vacancies.

本発明では、10−’)−ル以下の真空中で、予めスパ
ッタ収率並びに放出される分子線が基板に堆積する速度
を測定しである複数の単純酸化物をターゲットとし、こ
れらをイオンビームにより時分割式の交互あるいは同時
にスパッタリングし、必要ならば活性な酸素を供給しな
がら、従来よりも低温で結晶性薄膜を形成することを特
徴とする−ものである。
In the present invention, a plurality of simple oxides are targeted by measuring the sputtering yield and the rate at which the emitted molecular beams are deposited on the substrate in a vacuum of 10-') or less, and these are then exposed to the ion beam. This method is characterized by forming a crystalline thin film at a lower temperature than conventional methods by sputtering alternately or simultaneously in a time-sharing manner and supplying active oxygen if necessary.

[実  施  例コ 以下、実施例を挙げて本発明を更に説明する。[Example of implementation] The present invention will be further explained below with reference to Examples.

実施例1 以下、本発明の1実施態様を示す第1図により本発明装
置の基本構成を説明する。
Example 1 The basic configuration of the apparatus of the present invention will be explained below with reference to FIG. 1 showing one embodiment of the present invention.

(1)、(1’>−= ・はM A M A O、A、
MaxaOya・等の単純酸化物ターゲットで、これら
は頂角がθのコーン状曲面をもったターゲットホルダ(
2)の内面に固定されている。
(1), (1'>-= ・ is M A M A O, A,
Simple oxide targets such as MaxaOya. These are target holders (
2) is fixed on the inner surface.

(3)は複合酸化物の薄膜を形成する基板で、その中心
は各ターゲットから放出される分子線の量が最大となる
ようにターゲツト面中心における法線の方向に位置して
いる。
(3) is a substrate on which a thin film of composite oxide is formed, the center of which is located in the direction of the normal to the center of the target surface so that the amount of molecular beams emitted from each target is maximized.

(4)は基板保持装置であり、これはモータ(5〉によ
って回転を与えられるようになっている。 <4’)は
基板の温度を調節するための電気ヒータである。
(4) is a substrate holding device, which is rotated by a motor (5>). <4') is an electric heater for adjusting the temperature of the substrate.

(6)はスパッタリングのための細径イオン源であり、
その加速電圧は1〜20KVに変えることができる。
(6) is a small diameter ion source for sputtering,
Its accelerating voltage can be varied from 1 to 20 KV.

(7)は偏向装置であり、イオンビームの方向を偏向装
置(7)への印加電圧によって任意の方向へ変化させる
ことができ、これによってターゲット〈1)、(1′)
などに切り換えてスパッタリングを行うことができる。
(7) is a deflection device, and the direction of the ion beam can be changed to any direction by applying a voltage to the deflection device (7).
Sputtering can be performed by switching to other methods.

ターゲラI・の法線か’J ’M’rったイオンビーム
の入射角は、スパッタリング収率が最大となる60”に
近い値になるようにターゲットホルダ(2)の頂角θ及
び偏向装置く7)とターゲット(2)との距離が決めら
れる。
The apex angle θ of the target holder (2) and the deflection device are adjusted so that the incident angle of the ion beam that is normal to the target laser I is close to 60", which maximizes the sputtering yield. The distance between (7) and the target (2) is determined.

イオンビームは偏向装置の制御l電源(8)によってタ
ーゲットを切り換えて照射するようになっている。目的
とする複合酸化物の薄膜の成分元素MA、M、・・・の
化学量論比をnA、na・・・ターゲット(1)、(1
′)・・・のスパッタリング収率をSA、S、・ ・ 
・とすると、各ターゲットにイオンビームを照射する時
間し6、t、・・・の比がt^:tB・ ・・=SAn
A:S、118・ ・ ・となるように照射時間を選定
し、コンピュータ(9〉によって自動的に切り換えられ
る構成となっている。
The target is switched and irradiated with the ion beam by a controll power source (8) of the deflection device. The stoichiometric ratio of the component elements MA, M, ... of the target composite oxide thin film is set to nA, na ... target (1), (1
')...'s sputtering yield as SA, S,...
・Then, the time to irradiate each target with the ion beam 6, t, ... ratio is t^:tB...=SAn
The irradiation time is selected so that A:S, 118..., and is automatically switched by the computer (9>).

(10)は基板照射用の活性酸素源であり、これは基板
の中心における法線の方向すなわち基板に対向して配置
される。真空槽〈13)は成膜操作に先立つて101ト
ール以下、成膜操作中は10−’トール以下の圧力に保
つために排気装置に接続されている。
(10) is an active oxygen source for irradiating the substrate, which is placed in the normal direction to the center of the substrate, that is, facing the substrate. The vacuum chamber (13) is connected to an exhaust system to maintain the pressure at 101 Torr or less prior to the film forming operation and at 10-' Torr or less during the film forming operation.

第1図に示すような装置を用いて基板への照射時間tA
、tl・・を設定すれば、化学量論比の欠陥の少ない複
合酸化物の薄膜結晶を再現性良く且つ効率的に作製する
ことができる。
Irradiation time tA to the substrate using the apparatus shown in Figure 1
, tl..., it is possible to efficiently produce a thin film crystal of a composite oxide having a stoichiometric ratio and few defects with good reproducibility.

また、以下の実施例2においては本発明装置の好適な1
実施態様を示す第2図に記載の酸化物薄膜製造装置を使
用した。
In addition, in Example 2 below, a preferable example of the device of the present invention will be described.
An oxide thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 2 showing an embodiment was used.

次に、第2図に記載の装置について説明する。Next, the apparatus shown in FIG. 2 will be explained.

第2図の装置は第1図に示す本発明装置の主要部に種々
の付加的機能を追加したものである。
The device shown in FIG. 2 is the main part of the device of the present invention shown in FIG. 1 with various additional functions added.

薄膜材料であるターゲット(1)、複合酸化物薄膜を形
成する基板(3)等を備える真空Wi(143)はゲー
トバルブ(25)を介してクライオポンプ(26)へ接
続されており、成膜操作中に系内を所定の真空度に保持
できるような構成となっている。
A vacuum Wi (143) equipped with a target (1) which is a thin film material, a substrate (3) on which a composite oxide thin film is to be formed, etc. is connected to a cryopump (26) via a gate valve (25), and is connected to a cryopump (26) for film formation. The structure is such that the inside of the system can be maintained at a predetermined degree of vacuum during operation.

スパッタリング用のイオンビームを発生するイオン源(
6)はイオン源電源(工4)とArボンベ(23)より
なる慣用のイオン源である。スパッタリング用のイオン
ビームはアインツエルレンズ(15)。
An ion source that generates an ion beam for sputtering (
6) is a conventional ion source consisting of an ion source power supply (4) and an Ar cylinder (23). The ion beam for sputtering is an Einzel lens (15).

(15′)並びに偏向装置(7)、(7′)を介してタ
ーゲットへ照射される。アインツエルレンズはイオンビ
ームの断面分布を整えるために作用するn電Qレンズで
ある。また、偏向装置は清白装置電源(8〉並びにコン
ピュータ(9〉を備えてなり、スパッタリング用のイオ
ンビームの個々のターゲットへの照射時間をコンピュー
タにプログラムすれば、プログラムされた設定時間にわ
たり各ターゲットへイオンビームを照射できる構成とな
っている。すなわち、コンピュータ(9)により目的と
する複合酸化物のN膜の成分元素MA、M、・・・の化
学量論比をnA、nl・’ 、ターゲット(1)、(1
′)・のスパッタリング収率をSA、S、・・・とする
と、各ターゲットにイオンビームを照射する時間tA−
tl・”の比がtA: ti・HH=SAnA:San
、・・・となるように照射時間を選定し、自動的に切り
換えられる′n4戒となっている。
The target is irradiated via (15') and deflectors (7) and (7'). The Einzel lens is an n-electron Q lens that acts to adjust the cross-sectional distribution of the ion beam. In addition, the deflection device is equipped with a cleaning device power source (8) and a computer (9), and if the irradiation time of the ion beam for sputtering to each target is programmed into the computer, the ion beam will be applied to each target for the programmed set time. It has a configuration that allows ion beam irradiation.In other words, the computer (9) calculates the stoichiometric ratio of the component elements MA, M, ... of the target N film of the composite oxide by nA, nl・', and the target. (1), (1
If the sputtering yield of ') is SA, S,..., then the time tA- for irradiating each target with the ion beam is
The ratio of tl・” is tA: ti・HH=SAnA:San
, . . . The irradiation time is selected and automatically switched as follows.

前記偏向装置(7)、(7′)とターゲット(1)の間
にはフィラメント(24)とファラデーカップ(19〉
が設けられている。フィラメント(24)はイオンの電
荷を中和するための熱電子を供給するために設置されて
いるものて′ある。ファラデーカップ(19)はイオン
ビーム電流測定のために作用する。
A filament (24) and a Faraday cup (19) are disposed between the deflection devices (7), (7') and the target (1).
is provided. A filament (24) is provided to supply hot electrons to neutralize the charge of the ions. The Faraday cup (19) serves for ion beam current measurement.

また、活性酸素源はECRイオン源(17)、ECRイ
オン源電源(18〉並びに酸素ボンベ(11)を備えて
なり、更に、マイクロ波を付与できる構造となっている
4このマイクロ波は活性酸素イオンを効率良く生成させ
るために作用するものである。
In addition, the active oxygen source is equipped with an ECR ion source (17), an ECR ion source power source (18), and an oxygen cylinder (11), and is also structured to be able to apply microwaves. It acts to efficiently generate ions.

なお、第2図の装置のターゲットホルダ(2)、基板支
持機構(4)等は第1図の装置と実質上同一の構成のも
のである。
Note that the target holder (2), substrate support mechanism (4), etc. of the apparatus shown in FIG. 2 have substantially the same configuration as those of the apparatus shown in FIG.

また、第2図の装置においては電子銃(20)、蛍光ス
クリーン(21)及びカメラ<22〉よりなる反射形高
エネルギ電子線回折装置が設置されており、成膜後に得
られた薄膜の構造を測定できるようになっている。
In the apparatus shown in Fig. 2, a reflective high-energy electron beam diffraction device consisting of an electron gun (20), a fluorescent screen (21), and a camera <22> is installed, and the structure of the thin film obtained after film formation is can be measured.

また、以下の実施例2及び3においては本発明装置の好
適な1実施態様を第2図に記載の酸化物薄膜製造装置を
使用した。
Further, in Examples 2 and 3 below, an oxide thin film production apparatus shown in FIG. 2 was used as a preferred embodiment of the apparatus of the present invention.

実施例2 上記のような構成をもつ複合酸化物薄膜製造に置を本実
施例の薄股戊1%?操作を行った。
Example 2 When manufacturing a composite oxide thin film having the above-mentioned structure, the thin film thickness of 1% of this example was used. performed the operation.

原料としてLi2O,Nb、O9の粉末を用い、これを
5000 kg/ clの圧力でflit水圧成形し、
それぞれ1000℃及び1500℃の温度で焼結した平
板をターゲット(1)及び(1′)として用いた。
Using powders of Li2O, Nb, and O9 as raw materials, this was flit hydraulically formed at a pressure of 5000 kg/cl.
Flat plates sintered at temperatures of 1000°C and 1500°C, respectively, were used as targets (1) and (1').

また、基板(3〉にはYカットのLiNb○、単結晶を
用いた。
Further, Y-cut LiNb◯ single crystal was used for the substrate (3).

の肴@直atリ & 晶Flftm¥r、x−ム、とM
d4KtUE  IA5r”KVを用いた。また、イオ
ン電荷中和のためにタングスデンフィラメント(24)
が設けられている。
Appetizers @ Directly & Akira Flftm\r, x-mu, and M
d4KtUE IA5r”KV was used. Also, a tungsden filament (24) was used for ionic charge neutralization.
is provided.

活性酸素源としては、有効直径20mmのECRイオン
源(17)を用い、引出し電圧300V、電流密度0.
5mA/am”の酸素イオンを照射した。
As the active oxygen source, an ECR ion source (17) with an effective diameter of 20 mm was used, with an extraction voltage of 300 V and a current density of 0.
Oxygen ions of 5 mA/am'' were irradiated.

また、マイクロ波としては、2.45GH2、入力10
0Wのものを用いた。基板温度を450”Cとし、回転
数50 rpmの条件で、L i 20とNb2O9タ
ーゲットをイオンビームにより3秒と4秒の1ffl+
隔で交互に2時間スパッタリングすることにより厚さ4
μmの′fiIIiを基板上に得た。
Also, as a microwave, 2.45GH2, input 10
A 0W one was used. At a substrate temperature of 450"C and a rotation speed of 50 rpm, Li 20 and Nb2O9 targets were irradiated with an ion beam for 1ffl+ for 3 and 4 seconds.
By sputtering for 2 hours alternately at intervals of 4
'fiIIIi of μm was obtained on the substrate.

第2図の装置に設置された反射層高エネルギ電子線回折
装置により、成膜後に得られた薄膜の構造を調べたとこ
ろ、得られた薄膜が単結晶となっていることを確認でき
た。
When the structure of the thin film obtained after film formation was examined using a reflective layer high-energy electron beam diffraction apparatus installed in the apparatus shown in FIG. 2, it was confirmed that the obtained thin film was a single crystal.

また、ICP法による化学分析によれば、Li/Nb=
 1.00であることが判った。
Moreover, according to chemical analysis by ICP method, Li/Nb=
It was found to be 1.00.

次に、ターゲットとして上記LLOとNb2O5に加え
てT i O2のターゲットを付加し、時I?ff11
?1隔50マイクロ秒でスパッタリングすることにより
約0.8%のチタンをドープしたL i N b O3
光専光路波路成した。
Next, in addition to the above LLO and Nb2O5, a T i O2 target is added as a target, and when I? ff11
? LiNbO3 doped with about 0.8% titanium by sputtering at 50 microsecond intervals
A dedicated optical path and wave path was created.

実施例3 固体レーザ用のNdドープY ) A 1 s O+ 
2 (Y A G )の単結晶は、L i N bo 
3と同様にチョクラルスキ法による結晶が市販されてい
る。YAGは融点が1970℃と高く、結晶育成速度が
0.1問/時と極めて遅く、また、コア状欠陥のために
レーザロッドの歩留まりが悪いなどの問題がある。
Example 3 Nd-doped Y) A 1 s O+ for solid-state laser
2 (Y A G ) single crystal is L i N bo
Similar to 3, crystals produced by the Czochralski method are commercially available. YAG has problems such as a high melting point of 1970° C., a very slow crystal growth rate of 0.1 grains/hour, and a low yield of laser rods due to core defects.

本発明方法により(111面)YAG単結単結根基板上
d: YAG光導波路の形成を行った。原料としてAl
!202、Y 203及びNd2O5の粉末を用い、5
000kg/c+e’の圧力で静水圧成形し、それぞれ
1400℃、1600℃及び1600℃で焼結した平板
をターゲットとして用いた。スパッタリング用イオンビ
ーム及び基板照射活性酸素の条件は実施例2と同様であ
る。
By the method of the present invention (111 planes), a YAG optical waveguide was formed on a single YAG single root substrate. Al as a raw material
! 5 using powders of 202, Y 203 and Nd2O5.
Flat plates that were hydrostatically formed at a pressure of 000 kg/c+e' and sintered at 1400°C, 1600°C, and 1600°C, respectively, were used as targets. The conditions for the sputtering ion beam and the substrate irradiation active oxygen are the same as in Example 2.

スパッタリング用イオンビーム照射時間はA 1203
3秒、Y、0,5秒、N d20 s 80マイクロ秒
として連続2時間の底膜により厚さ約2μmの単結晶薄
膜を得た。Ndドープ量はEPMAにより0.9原子%
であった。
Ion beam irradiation time for sputtering is A 1203
A single crystal thin film with a thickness of about 2 μm was obtained by continuously forming the bottom film for 2 hours under conditions of 3 seconds, Y, 0.5 seconds, and N d20 s 80 microseconds. Nd doping amount is 0.9 at% by EPMA
Met.

比較例 従来、表面波素子などの電子デバイスや光変調素子など
のオプトエレクトロニクス素子に用いるし1Nbo3の
単結晶はチョクラルスキ法により融液からの回転引上げ
法で作製することが多かった。
Comparative Example Conventionally, single crystals of 1Nbo3 used in electronic devices such as surface wave devices and optoelectronic devices such as optical modulators have often been produced by a rotational pulling method from a melt using the Czochralski method.

すなわち、LiNb○、の原料粉末を白金るつぼを用い
て高周波加熱により溶融し、1270℃の温度に保ちつ
つ、種子結晶を用いて回転数20rpn、速度3var
@/時の速度で引上げる。この方法では、第3図の状態
図に示すように化学量論組rL(Li/Nb=1)の液
相から晶出する結晶は2相分離するために、単結晶はL
i/Nb=0.98の調和融液組成の液相から育成され
る。そのためにNb、0位置に欠陥を多く含む結晶しか
得られないI?Fl′if1があり、電子素子用として
は使用できるが、オプトエレクトロニクス素子用として
は品質が十分でなく、レーザ光による損傷などの問題が
指摘されている。
That is, raw material powder of LiNb○ is melted by high-frequency heating using a platinum crucible, and while keeping the temperature at 1270°C, it is heated using seed crystals at a rotation speed of 20 rpm and a speed of 3 var.
Pull up at the speed of @/hour. In this method, as shown in the phase diagram in Figure 3, the crystal crystallized from the liquid phase of the stoichiometric set rL (Li/Nb=1) separates into two phases, so the single crystal is
It is grown from a liquid phase with a harmonic melt composition of i/Nb=0.98. Therefore, only crystals containing many defects at the Nb and 0 positions can be obtained. There is Fl'if1, which can be used for electronic devices, but its quality is not sufficient for optoelectronic devices, and problems such as damage by laser light have been pointed out.

また、薄膜形成法としてはLiNb0.の焼結体を用い
るスパッタリングによる表面素子の研究も行ったが、上
記したように化学量論組成比の制御は困難であった。
In addition, as a thin film forming method, LiNb0. We also conducted research on surface devices by sputtering using a sintered body of , but as mentioned above, it was difficult to control the stoichiometric composition.

[発明の効果] 本発明の装置及び方法によれば、不安定あるいは希少な
単体金属を蒸発源として用いることなく、組成が化学量
論比に一致した品質の良い単結晶薄膜を作製できる。
[Effects of the Invention] According to the apparatus and method of the present invention, a high-quality single crystal thin film whose composition matches the stoichiometric ratio can be produced without using unstable or rare metals as evaporation sources.

そのための装置として、特に高い真空度、多元素となる
ための複雑な蒸発機梢や高度な制御は必要としない。
The equipment for this purpose does not require a particularly high degree of vacuum, a complicated evaporation machine for multiple elements, or sophisticated control.

また、多元素ターゲットの交互スパッタリングの時間設
定を変えることにより、4体結晶に微量の活性元素を同
時にドープすることが可能である。
Furthermore, by changing the time settings for alternate sputtering of multi-element targets, it is possible to simultaneously dope a trace amount of active elements into the four-body crystal.

また、構成元素が異なる酸化物をWA厚の一定周期毎に
積層した多層膜や組成が連続的に変化する傾斜機構膜の
形成も可能である。
Further, it is also possible to form a multilayer film in which oxides having different constituent elements are laminated at regular intervals of the WA thickness, or a gradient mechanism film in which the composition changes continuously.

本発明の装置及び方法は融点が大きく異なる金属元素を
成分とする複合酸化物や、融液からの育成では化学量論
比からの組成がずれてしまう複合酸化物の薄膜形成に有
効である。
The apparatus and method of the present invention are effective for forming thin films of composite oxides containing metal elements with greatly different melting points, or composite oxides whose composition deviates from the stoichiometric ratio when grown from a melt.

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

第1図は本発明装置の基本構成を説明する図であり、第
2図は実施例において使用した本発明装置の好適な一実
施態様を示す図であり、第3図はNb205−L 12
C03系の平衡状態図であり、第4図及び第5図は反応
性多元蒸着法による従来の複含酸化物薄膜の形成に用い
る装置を示す図である。 図中、1.1′・・・ターゲット、2・・・ターゲット
ホルダ、3・・・基板、4・・基板支持機構、4′・・
・ヒータ、5・・・モータ、6・・・イオン源、7.7
′・・・偏向装置、8・・・偏向装置電源、9・・・コ
ンピュータ、10・・・活性酸素源、11・・・酸素ボ
ンベ、12・・・排気口、13・・・真空槽、14・・
・イオン源電源、15.15′・・・アインツエルレン
ズ、16・・・レンズ電源、17・・・ECRイオン源
、18・・・ECRイオン源電原電源9・・・ファラデ
ーカップ、20・・・電子銃、21・・・蛍光スクリー
ン、22・・・カメラ、23・・・Arボンベ、24・
・・フィラメント、25・・・ゲートバルブ、26・・
・クライオポンプ。 第3図 第4図 手続補正書 平底2年11月8日
FIG. 1 is a diagram illustrating the basic configuration of the device of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a preferred embodiment of the device of the present invention used in Examples, and FIG. 3 is a diagram illustrating the basic configuration of the device of the present invention.
This is an equilibrium state diagram of the C03 system, and FIGS. 4 and 5 are diagrams showing an apparatus used for forming a conventional multi-oxide-containing thin film by a reactive multi-component vapor deposition method. In the figure, 1.1'...Target, 2...Target holder, 3...Substrate, 4...Substrate support mechanism, 4'...
・Heater, 5...Motor, 6...Ion source, 7.7
'... Deflection device, 8... Deflection device power supply, 9... Computer, 10... Active oxygen source, 11... Oxygen cylinder, 12... Exhaust port, 13... Vacuum chamber, 14...
・Ion source power supply, 15.15'...Einzel lens, 16...Lens power supply, 17...ECR ion source, 18...ECR ion source power source 9...Faraday cup, 20. ...Electron gun, 21...Fluorescent screen, 22...Camera, 23...Ar cylinder, 24.
...Filament, 25...Gate valve, 26...
・Cryopump. Figure 3 Figure 4 Procedural amendment written on November 8, 2016

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.複数の金属元素を成分として含む酸化物薄膜を形成
するためのイオンビームスパッタリング薄膜形成装置で
あって、 (a)基板を回転するための回転機構を有し且つ所定の
温度に保つための加熱ヒータを備えてなる基板保持機構
; (b)複合酸化物薄膜の成分元素それぞれの単純酸化物
のターゲットを保持し且つスパッタリングによってター
ゲットから放出される分子線が最も効率良く基板に入射
するようにターゲットを保持するための円錐曲面を有す
るターゲットホルダ; (c)スパッタリング用のエネルギ可変形イオン源と、
該イオン源から射出されるイオンビームをスパッタリン
グ率が最大となる入射角度で複数のターゲットに対して
切り換えて入射するためのビーム偏向装置; (d)基板の表面反応の促進と酸素欠陥を軽減するため
の活性酸素を供給するために基板に対向して配置された
活性酸素源;及び (e)ビーム偏向装置を所定のプログラムに従って自動
的に切り換え制御するためのコンピュータ、を備えてな
ることを特徴とする酸化物薄膜の製造装置。
1. An ion beam sputtering thin film forming apparatus for forming an oxide thin film containing a plurality of metal elements as components, the apparatus comprising: (a) a heater having a rotation mechanism for rotating the substrate and maintaining it at a predetermined temperature; (b) Holds the simple oxide target of each component element of the composite oxide thin film, and holds the target so that the molecular beam emitted from the target by sputtering most efficiently enters the substrate. a target holder having a conically curved surface for holding; (c) a variable energy ion source for sputtering;
a beam deflection device for switching the ion beam emitted from the ion source to a plurality of targets at an incident angle that maximizes the sputtering rate; (d) promoting surface reactions on the substrate and reducing oxygen defects; and (e) a computer for automatically switching and controlling the beam deflection device according to a predetermined program. Equipment for manufacturing oxide thin films.
2.請求項1記載の装置を用いる酸化物薄膜の製造方法
において、所望の複合酸化物薄膜の成分元素の単純酸化
物のターゲットを基板上に所定のプログラムに従って個
々のターゲットのスパッタリングを行い、必要により同
時に基板周囲に活性酸素を供給することにより表面反応
を促進させることを特徴とする酸化物薄膜の製造方法。
2. 2. A method for producing an oxide thin film using the apparatus according to claim 1, in which individual targets of simple oxides of constituent elements of a desired composite oxide thin film are sputtered onto a substrate according to a predetermined program, and if necessary, sputtering is performed simultaneously. A method for producing an oxide thin film, characterized in that surface reactions are promoted by supplying active oxygen around a substrate.
JP7339690A 1990-03-26 1990-03-26 Method and apparatus for producing thin oxide film Pending JPH03274257A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7339690A JPH03274257A (en) 1990-03-26 1990-03-26 Method and apparatus for producing thin oxide film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7339690A JPH03274257A (en) 1990-03-26 1990-03-26 Method and apparatus for producing thin oxide film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03274257A true JPH03274257A (en) 1991-12-05

Family

ID=13516999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7339690A Pending JPH03274257A (en) 1990-03-26 1990-03-26 Method and apparatus for producing thin oxide film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH03274257A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011124372A (en) * 2009-12-10 2011-06-23 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv Tunnel junction type magnetoresistive effect element and method of manufacturing the same
JP2021508786A (en) * 2017-12-22 2021-03-11 インスティテュート オブ ジオロジカル アンド ニュークリア サイエンシズ リミティド Ion beam sputtering equipment and method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011124372A (en) * 2009-12-10 2011-06-23 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv Tunnel junction type magnetoresistive effect element and method of manufacturing the same
JP2021508786A (en) * 2017-12-22 2021-03-11 インスティテュート オブ ジオロジカル アンド ニュークリア サイエンシズ リミティド Ion beam sputtering equipment and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4981714A (en) Method of producing ferroelectric LiNb1-31 x Tax O3 0&lt;x&lt;1) thin film by activated evaporation
JPH05208895A (en) Production of thin film of perovskite material
US5227204A (en) Fabrication of ferrite films using laser deposition
JP3447077B2 (en) Thin film laminate, oxide superconducting conductor, and method for producing the same
JPH03274257A (en) Method and apparatus for producing thin oxide film
JP2721595B2 (en) Manufacturing method of polycrystalline thin film
JPH0329216A (en) Formation of transparent conductive film
JPH04329867A (en) Apparatus for producing polycrystalline thin film
JPS6210269A (en) Vacuum evaporation device and production of thin film
KR102579090B1 (en) Ion Beam Sputtering Apparatus for Manufacturing a Wire Grid Polarizer
JPS6199669A (en) Method and device for vapor deposition
JPS63114966A (en) Apparatus for producing thin film
JP2777599B2 (en) Manufacturing method of single crystal thin film
JPH01156462A (en) Production of thin film of ferroelectric substance
Wen et al. Fabrication of ferroelectrics LiNbO3 thin films by pseudospark electron beams
JPS61186472A (en) Apparatus for producing non-crystalline film deposited by evaporation
JPH04329865A (en) Polycrystalline thin film
JPH09256152A (en) Aligning ion beam assisting film forming method
JPS61195968A (en) Production of alloy film deposited by evaporation
JP3415874B2 (en) Manufacturing method of oxide superconducting conductor
JPS628409A (en) Formation of transparent conducting metal oxide film
Petersen et al. Excimer laser deposition of highly oriented PLZT thin films
JPH0459606A (en) Apparatus for preparing superconductor thin film
JPH08158041A (en) Production of transparent conductive film and device therefor
RU1575856C (en) Method of producing films of superconductive oxide materials