JPH0387364A - 薄膜形成方法およびその装置 - 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】

本発明は多元素化合物の薄膜作製に係り、とくに、蒸発
分子又は原子のイオン化を行なう薄膜形成方法およびそ
の装置に関するものである。

【従来の技術】

薄膜形成はエレクトロニクス分野に不可欠で、真空蒸着
、スパッタ蒸着、ＭＢＥ、ＣＶＤ等と目的に応じて１種
々の方法が用いられている。この中で、イオンを使った
薄膜形成技術は、比較的低い温度で薄膜形成が可能なた
め、近年重要視されている。イオンを利用する場合、プ
ラズマ中で生じたイオンを利用する方法と、イオン源で
発生したイオンを高真空中に引出して利用する方法があ
る。後者はイオンのエネルギー制御が容易なことから最
近、高品質な膜形成に使われるようになった。代表的な
ものとして、特開昭６３−２３５４６８号公報に開示さ
れているクラスターイオンビーム法が知られている。真
空容器内に複数のクラスターイオン源があり１個々のイ
オン源には蒸着物質の入っているるつぼ、イオン化フィ
ラメント。 イオン加速電極が取り付けられている。そのため、各蒸
発源から発生するクラスターイオンのエネルギーを独立
に制御しながら膜形成できる利点がある。しかし、この
方式では数ｋＶの高圧電極がるつぼ近傍に直接取り付け
られるため、イオン源の大きさが大きくなる。るつぼ近
傍が蒸着物質で汚染され高圧放電を生じ易い等の問題が
ある。そのため、蒸着源の数が３ヶ、４ケ、それ以上と
多くなるにしたがい、制御するパラメータも必然的に多
くなり、膜形成が極端に難かしくなる問題があった・

【発明が解決しようとする課題】

本発明は、複数の蒸発源から蒸発した分子線又は原子線
を基板に到達する前に一括してイオン化することで従来
法の問題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

このような目的を達成するために、本発明の薄膜作製装
置は、複数の蒸発源と基板の間に、複数の分子線又は原
子線を同時にイオン化させる電子線照射機構を備えてい
ることを特徴とする。 すなわち、第１の発明の特徴は、多元素化合物の薄膜作
製において、複数の蒸発源から蒸発した分子線又は原子
線を、基板に到達する前に、一括してイオン化する薄膜
形成方法にある。 イオン化は電子線照射機構部で一括して行なうのが好ま
しい。 電子線照射機構部に対して、基板を負の電位にして、多
元素のイオン流にエネルギーを与えるとより好適である
。生成した多元素のイオン流と導入ガスとが化学反応す
ることにより薄膜が形成される。 第２の発明の特徴は、複数の蒸発源と基板の間に、複数
の分子線又は原子線を同時にイオン化させる電子線照射
機構部を備えている薄膜作製装置にある６ 電子線照射機構部に対して、基板を負の電位にして、多
元素のイオン流にエネルギーを与えるとより好適である
。

【作用】

本発明によれば、複数の蒸発源から蒸発した分子線ある
いは原子線を一括してイオン化できるので、従来のイオ
ン化フィラメント、イオン加速電機を搭載した個々の蒸
発源に比べて、大巾に蒸発源部の小型化を計ることがで
き、高圧放電などのトラブルも解消でき、制御性の良い
膜形成ができる。

【実施例】

以下、本発明の効果を実施例で詳述する。 実施例１゜ 本発明の効果を高温超電導薄膜 ＨｏＢａ２Ｃｕ、０７−Ｘの作製で説明する。第１図は
本発明の構成を示す概略図である。到達真空度１０−’
Ｐａの真空容器ｌの中に、Ｈｏ、Ｂａ。 Ｃｕの金属が入っているにセル２を設けた。各金属の蒸
気流はにセル周辺に巻かれているＴａ線を通電加熱する
ことで発生させた。蒸発流の流速は水晶発振式膜厚モニ
ター３で検出し、その蒸着速度はＹ、Ｂａ、Ｃｕの比率
を１：２：３のモル比になるように配分して制御した。 これと同時に、有磁場マイクロ波で発生した酸素プラズ
マ４を基板５の上に照射させた。基板５には（１００）
方位Ｓｉ単結晶を用いた。基板５はヒータ内臓の固定治
具に取付け、室温から８００℃まで加熱した。 堆積膜の厚さを５００ＯＡにして、Ｘ線回折装置で膜質
を調べた所、室温の基板では非晶質であったが、基板温
度４５０℃ですでに超電導相ＹＢａ、Ｃｕ、Ｏ，ｘの回
折ピークを生じた。しかし、臨界温度６０に以上の超電
導特性をもつ薄膜を得るには基板温度を５００℃以上に
加熱する必要があった。しかし、この高温下では超電導
膜とＳｉ基板が反応するため、１０００Å以下の薄膜で
良好な超電導特性を得るのが難かしかった。この点で、
基板と蒸発源の間に、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕの原子線を同時に
イオン化させる本発明の電子線照射機構部６を設けた。 第２図は電子線照射機構部６の拡大図である。Ｙ、Ｂａ
、Ｃｕの多元金属の蒸気流７に対向する形で、正方形の
Ｔａ線８を３重巻きにして配置し、これを通電加熱して
、熱電子を発生させた。熱電子はＴａ線８の内側に配置
したＣｕ網グリツド９に正の電位１００〜１００ＯＶを
印加することで、中央部に引き寄せた。その結果、Ｃｕ
網グリッドの内部を通過したＹ、Ｂａ。 Ｃｕ原子流は電子との衝撃でイオン化し、Ｙ＋Ｂａ”、
Ｃｕ＋の一価又は多価のイオン線となった。 つぎに、第１図に示すように電子線照射機構部６に対し
て、基板５を負の電位（−５０〜−１００ＯＶ）にして
、イオン線を加速し、基板上に到達させた。本方式で薄
膜を作製すると、基板温度３００℃〜５００℃の低温で
、臨界温度８０に以上の膜を得ることができた。これは
基板上に、運動エネルギーをもったイオン流が到達する
ため、表面でのマイグレーションが大きく、かつ強い酸
化力をもった酸素プラズマで瞬時に酸化されて結晶化す
ることで説明できる。なお、Ｙ。 Ｂａ、Ｃｕのイオン化には各元素の第１イオン化エネル
ギー６．４ｅＶ、５．２ｅＶ、７．７ｅＶ以上のエネル
ギーをもった電子の衝撃が必要である。 実施例２゜ 高温超電導薄膜Ｂｉ、５ｒ２Ｃａ２Ｃｕ、Ｏ＋＋の作製
について、実施例１と同一構成で行った。この場合はＢ
　ｘ　ｖ　Ｓ　ｒ　＋　Ｃａ　Ｔ　Ｃｕの元素が入って
いる４ケのにセルを用意した。基板と蒸発源の間にＢｉ
。 Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕの４元素蒸気流を同時にイオン化する
電子線照射機構部を設けることで、Ｂ　ｉ、　Ｓ　ｒ２
Ｃａ、　Ｃｕ、００の結晶化温度を従来の方法に比べて
約１００〜２００℃低下することができた。 実施例３゜ 磁性材料又は圧電材料として知られているＹ、Ｆｅ、Ｏ
，、、又はＰｂＴｉＯ２について、実施例１記載の方法
で薄膜作製を行った。基板と蒸発源の間に電子線照射機
構部を設けることで、結晶化温度を従来の方法に比べて
約１００〜２００℃低下することができた。

【発明の効果】

本発明は多元系化合物の薄膜作製に関し、とくに、多元
の蒸発分子又は原子を同時にイオン化して、電界により
エネルギー制御を行うもので、薄膜形成温度の低温化を
達成できる。

【図面の簡単な説明】

第工図は本発明の構成を示す概略図、第２図は電子線照
射機構部の拡大図である。 １・・・真空容器、２・・・Ｋセル、３・・・水晶発振
式膜厚モニター、４・・・酸素プラズマ、５・・・基板
、６・・・電子線照射機構部、７・・・多元金属の蒸気
流、８・・・Ｔａ線、９・・・Ｃｕ網グリッド。 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．多元素化合物の薄膜作製において、複数の蒸発源か
   ら蒸発した分子線又は原子線を、基板に到達する前に、
   一括してイオン化することを特徴とする薄膜形成方法。
2. ２．イオン化が電子線照射機構部で行なわれることを特
   徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。
3. ３．上記電子線照射機構部に対して、基板を負の電位に
   して、多元素のイオン流にエネルギーを与えることを特
   徴とする請求項２記載の薄膜形成方法。
4. ４．生成した多元素のイオン流と導入ガスとが化学反応
   することを特徴とする請求項３記載の薄膜形成方法。
5. ５．複数の蒸発源と基板の間に、複数の分子線又は原子
   線を同時にイオン化させる電子線照射機構部を備えてい
   ることを特徴とする薄膜作製装６．電子線照射機構部に
   対して、基板を負の電位にして、多元素のイオン流にエ
   ネルギーを与えることを特徴とする請求項４記載の薄膜
   作製装置。