JPH04124262A - 化合物薄膜製造装置 - 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、複数の金属元素を含む化合物薄膜の製造装置
に関するものである。

［従来の技術］ 近年、ＹＩ　Ｂａ２　Ｃｕｓ　０７−６　（０＜δ＜　
０．５）等の高温超伝導体、Ｂｆ４ＴｉｓＯ＋ｚ等の強
８電体、ＩＴＯ等の透明導電体、ＰＺＴ等の圧電体等、
複数の金属元素を含む、機能性化合物が注目を集めてお
り、その素子化のための薄膜形成法が検討されている。

薄膜形成法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、レーザー
アブレーション等と共に、特に良質な薄膜を形成する方
法として、真空蒸着法及びそのバリエーションとしての
クラスター・イオンビーム蒸着法、イオンブレーティン
グ、ＭＢＥ法、反応性蒸着法等が用いられている。これ
らの真空蒸着法及びそのバリエーションに属する方法で
、複数の金属元素を含む機能性化合物を成膜するために
は、以下のような装置が用いられていた。

■　１つのるつぼに複数の金属元素を混合した合金、又
は化合物を混合したものを充てんして、１つの蒸発源よ
り複数の金属元素を同時に混合して蒸発させる１元蒸着
装置、 ■　複数の金属元素を、各々独立の蒸発源から蒸発させ
る多元蒸着装置、 ■　上記の、■を適宜組み合わせた装置［発明が解決し
ようとする課題］ しかしながら、上記従来例の１元蒸着装置及び多元蒸着
装置には、以下の様な問題点があった。

■　１元蒸着装置では、１つのるつぼに混合して充てん
した各々蒸気圧の異なる複数の金属又は化合物を同時に
蒸発させるために、成膜した薄膜の深さ方向に大きな組
成分布を示す。−例として第４図に、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−
０を成膜する際に、ＢａＣｕＯ，とＣｕＯを混合して１
つの蒸発源から蒸着した場合の、ＢａとＣｕの深さ方向
の組成分布を示す。

■　多元蒸着装置では、複数の金属又は化合物である蒸
発物質を別々の蒸発源から蒸発させ、別々に基板面に到
達させる。この際、各々の蒸発源はある程度離して設置
しなくてはならないので、各々の蒸発源からの蒸発物質
の蒸気が混合する領域では、各々の蒸発物質の蒸気の密
度はたいへん低くなり、各々の蒸発物質の原子、分子又
はクラスター同士が気相中で衝突、反応することはほと
んどなく、化合反応はほとんどが基板面上に到達した原
子、分子又はクラスター同士で起こる。このため、成膜
時に基板温度を極めて高くする又は成膜後に高温で熱処
理を行う等の方法で熱の形で大量のエネルギーを付与し
てやる必要があった。従って、成膜プロセスに高温の過
程が必要となり、薄膜と基板や、積層した電極や絶縁膜
との間に相互拡散が起こり、素子化プロセスに大きな制
約を与えていた。これを解決するために、蒸発物質にイ
オン化、加速を行いエネルギーを付与するクラスター・
イオンビーム蒸着法とすると、複数の蒸発源で別々にイ
オン化加速を行うため、蒸発物質の付着による汚れなど
による実効的なイオン化条件の変動率が各蒸発源毎に大
きく異なり、イオン化条件の制御が困難であった。さら
に、多元蒸着装置を用いると、各蒸発源からの蒸発物質
の蒸気の分布が基板上で異るため、薄膜の面内方向に組
成分布が起こった。

［ｎ題を解決するための手段及び作用］本発明によれば
、るつぼ内に各々独立した開口部を有する複数個の蒸発
室と、前記蒸発室と該蒸発室の開口部を経て連通し、か
つ開口部を有する反応室を持つことを特徴とする化合物
薄膜製造装置によって、従来の技術の問題点を解決でき
るようにしたものである。

本発明の装置を第１図を用いて説明する。′ｓ１図（ａ
）は本発明の装置のるつぼ及びヒータ一部の断面図、（
ｂ）はその上面図である６本発明においては、るつぼを
、開口部４を持つ第１蒸発室１と開口部５を持つ第２蒸
発室２さらに開口部６を持つ反応室３に分け、るつぼ全
体をヒーター７で加熱することで、各蒸発室に充てんし
た蒸発物質を、開口部４，５より同時に反応室３に噴出
させ、各蒸発物質の蒸気を極めて密度の高い状態で混合
し、その一部を反応させた後に、開口部６より噴出し、
基板に蒸着するようにしたものである。さらに本発明に
おいては、開口部４，５．６にノズルを設け、そのｄ／
Ａを適当に選んでやることで、組成の制御を行うととも
に、蒸発物質をクラスター化することもできる。また、
本発明においては、反応室の開口部６の上に、イオン化
。

加速を行う手段を設けることで、混合された複数の蒸発
物質で同時にイオン化、加速を行うことができる。

本発明においては、るつぼの材質は、蒸発源との組み合
わせで、相性の良いものを適当に選ぶことができ、第１
蒸発室１と′ｓ２蒸発室２に充てんする蒸発物質の組み
合わせによって、第１蒸発室１と第２蒸発室２、反応室
を同一の材質で構成することが困難な場合は、各々別の
材料を用いて構成することができる。また、各蒸発室に
充てんする蒸発物質の蒸気圧が異る場合、るつぼ内での
各蒸発室の位置を適当に選んで構成することで、各蒸発
物質間に適当な温度分布を持たせて、各蒸発物質の蒸発
速度を制御することもできる。

本発明においては、各蒸発室、反応室およびその開口部
の大きさ、数、方向、形状は任意に選ぶことができる。

［実施例］ ［実施例１］ 本発明の第１の実施例の装置の概略を第１図に示す。第
１図（ａ）は、本実施例の装置のるつぼ及びヒータ一部
の断面図、（ｂ）は上面図である。図中、１は第１蒸発
室、２は第２蒸発室、３は反応室、４は第１蒸発室１の
開口部、５は第２蒸発室２の開口部、６は反応室の開口
部、７は抵抗加熱ヒーター、８は支持棒である。

るつぼは、全体をＷで作製し、ヒーター７、支持棒８は
Ｃで作製した。尚、図では省略しているが、開口部６か
ら２５ｃｍの距離に基板を置き、さらに装置全体を排気
し、基板付近に０２ガスを吹きつけることができるよう
にした。

本実施例の装置を用いて、Ｐｂ−Ｔｉ−０薄膜を作成し
た例について述べる。第１蒸発室１にｐｂｏを、第２蒸
発室にＴｉＯ２を各々充てんし、基板温度を５００℃と
し、基板付近に３×１０−’Ｔ　ｏ　ｒ　ｒの０２ガス
を吹きつけながら蒸着を行ったところ、強誘電性を示す
ペロブスカイト型化合物の良質なエピタキシャル薄膜が
得られた。この薄膜は、深さ方向、面内方向共に非常に
平坦な組成分布を持つものであった。また、多元蒸着法
、あるいはスパッタ法等従来の方法でこのＰ　ｂ　Ｔ　
ｉ　Ｏｓ薄膜をエピタキシャル成長させるには、６００
℃程度以上の基板温度が必要であり、約１００℃の低温
化が達成できた。

［実施例２］ 本発明の第２の実施例の装置の概略を第２図（ａ）〜（
ｂ）に示す。１は第１蒸発室、２は第２蒸発室、３は反
応室、４は第１蒸発室１の開口部、５は第２蒸発室２の
開口部、６は反応室の開口部、７は抵抗加熱用ヒーター
　８はるつぼの支持棒である。本実施例では、開口部４
及び５をノズル状とし、蒸気圧の太き（異なる蒸発物質
を用いた場合でも、組成の制御を正確に行えるようにし
た。また、本実施例ではるつぼは全体をＷで作製し、ヒ
ーター７、支持棒８はＣで作製した。

尚、図では省略しているが、開口部６から２５ｃｍの距
離に基板を置き、さらに装置全体を排気し、基板付近に
はｏ２ガスを吹きつけることができるようにした。

この装置を用いてＢ　ｉ−Ｔ　ｉ　−０ｉｌ膜を作成し
た例について述べる。この装置の第１蒸発室１にＴｉＯ
２を、第２蒸発室２にＢｉを各々充てんし、基板温度を
４００℃とし、基板付近に３×１０”’Ｔｏｒｒの０２
ガスを吹きつけながら蒸着を行った。

このような成膜条件で開口部４のノズルをノズル径ｄ＝
２．０ｍｍ、ノズル長さｊｌ＝１．　５ｍｍ、開口部５
のノズルをノズル径ｄ＝３．０ｍｍ、ノズル長さｆ＝１
．５ｍｍとして蒸着を行うと、Ｂｉ＋ｚＴｉＯｚ。薄膜
がエピタキシャル成長した。さらに、開口部４及び５の
ノズルをいずれもノズル径ｄｘ２．Ｏｍｍ、ノズル長さ
１＝１．５ｍｍとして蒸着を行うと、Ｂｉ、Ｔｉ３０．
２薄膜がエピタキシャル成長した。いずれの場合もノズ
ルの個数は、開口部４が４個、開口部５が１個であった
。

この薄膜は蒸気圧の大きく異なる蒸発物質を用いたにも
かかわらず、深さ方向、面内方向共に非常に平坦な組成
分布を持つものであった。また、多元蒸着法等従来の方
法でこれらの薄膜をエピタキシャル成長させるには約５
００℃以上の基板温度が必要であり、約１００℃の低温
化が達成できた。

［実施例３］ 本発明の第３の実施例の装置の概略図を′ｓ３図（ａ）
〜（Ｃ）に示す。本実施例においては、第１蒸発室１及
び反応室３をＣ，第２蒸発室２をＷと、異った材料で構
成し、さらに開口部４及び６をノズル状としている。ま
た第３図（Ｃ）に示すように、開口部６の上部に電子線
放出フィラメント９、電子引き出し用グリッド１０、加
速電極１１を設け、イオン化、加速を行えるようにした
。尚、イオン化電流は最大３００　ｍＡ、加速電圧は最
大ＳＫＶ迄印加できるようにした。

尚、実施例２と同様に図では省略しているが開口部４及
び５か６２５ｃｍの距離に基板を置き、さらに装置全体
を排気し、基板付近には０２ガスを吹きつけることがで
きるようにした。また、更に図では省略しているが第３
図で示した蒸発源とは別に、電子ビームによる蒸発源を
１個設けた。

この装置を用いてＥｒ−Ｂａ−Ｃｕ−ｏ１膜を作成した
例について述べる。開口部４のノズルは、ノズル径ｄ＝
１ｍｍ、ノズル長さβ＝１．５ｍｍとして、４個設けた
。この装置の、￥Ｓ１蒸発室１にはＣｕを、第２蒸発室
２にはＢａＯを、さらに図示していない電子ビームによ
る蒸発源にはＥｒを各々充てんし、基板温度を３００℃
とし、基板付近に、３Ｘ１０−’Ｔｏｒｒの０２ガスを
吹きつけながら蒸着を行った。尚、イオン化電流Ｉｉ＝
２００ｍＡ、加速電圧Ｖａ＝３ＫＶとして、イオン化、
加速を行った。

このようにして作成したＥｒ、Ｂａ２　Ｃｕ３ｏ７−６
（０くδ＜０．５）薄膜は、深さ方向、面内方向共に非
常に平坦な組成分布を持つものであった。また、Ｔｃ＝
８７に％　Ｊｃ＝ｌｘｌＱ’Ａ　／　ｃ　ｍ　’　　（
７７Ｋ　）と良好な超伝導特性を示すものであった。さ
らに、従来の多元蒸着法等の方法では、Ｅｒ、Ｂａ２　
Ｃｕ３０ｙ−５（０＜δく０．５）の結晶化をおこさせ
るには、５００℃以上の基板温度が必要であったが、約
２００℃の低温化が実現できたとともに結晶性のよい薄
膜を作成できた。

［発明の効果］ 本発明の装置によれば、複数の金属元素を含む化合物の
、深さ方向及び面内方向共に、非常に平坦な組成分布を
持つ薄膜を成膜することができる。また、本発明の装置
によれば、複数の蒸発物質の蒸気を極めて密度の高い状
態で混合し、その一部を反応させるため、基板上での反
応に必要な熱エネルギーを低減でき、成膜プロセスの低
温化が実現できると共に、薄膜の結晶性が向上する。

また、複数の金属元素を、１個の蒸発源より蒸発させる
ことができるため、制御性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す概略図で、第１
図（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。 第２図は、本発明の第２の実施例を示す概略図で、第２
図（ａ）はるつぼヒータ一部の断面図、（ｂ）はるつぼ
ヒータ一部の上面図である。 第３図は、本発明の第３の実施例を示す概略図で、第３
図（ａ）はるつぼヒータ一部の断面図、（ｂ）はるつぼ
ヒータ一部の上面図、（Ｃ）はイオン化加速部まで含め
た全体図である。 第４図は、従来例の一元蒸着法における薄膜の深さ方向
の組成分布を示す一例である。 １、：１１蒸発室　　　２．第２蒸発室３、反応室 ４、第１蒸発室の開口部 ５、　′ｓ２蒸発室の開口部 ６、反応室の開口部 ７、抵抗加熱ヒーター ８、るつぼの支持棒 ９、電子線放出フィラメント １０　。 電子引き出しグリ ド 加速電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、るつぼ内に各々独立した開口部を有する複数個の蒸
   発室と、前記複数個の蒸発室と該蒸発室の開口部を経て
   連通し、かつ開口部を有する反応室を持つことを特徴と
   する化合物薄膜製造装置。 ２、各蒸発室の開口部の一部又は全部をノズル状とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の化合物薄
   膜製造装置。 ３、反応室の開口部の一部又は全部をノズル状としたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の化合物薄膜
   製造装置。 ４、反応室開口部の上部に蒸発物質のイオン化、加速を
   行う手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の化合物薄膜製造装置。