JPH0443412B2 - - Google Patents

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JPH0443412B2
JPH0443412B2 JP23557483A JP23557483A JPH0443412B2 JP H0443412 B2 JPH0443412 B2 JP H0443412B2 JP 23557483 A JP23557483 A JP 23557483A JP 23557483 A JP23557483 A JP 23557483A JP H0443412 B2 JPH0443412 B2 JP H0443412B2
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thin film
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gas
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Kenichiro Yamanishi
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/221Ion beam deposition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/513Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using plasma jets

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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、薄膜蒸着装置に関し、特にクラスタ
イオンビーム蒸着法により薄膜を蒸着形成する場
合のクラスタ発生源の改良に関するものである。
〔従来技術〕
従来この種の薄膜形成方法としては、真空蒸着
法、スパツタリング法、CVD法、イオンプレー
テイング法、クラスタイオンビーム蒸着法などが
あるが、特にイオン化粒子または励起粒子を用い
る方法は高品質薄膜の形成が可能であり、中でも
クラスタイオンビーム蒸着法は数多くの優れた特
徴を有しているため、高品質薄膜形成方法として
広い用途が考えられている。
このクラスタイオンビーム蒸着法による薄膜形
成方法は、真空槽内において基板に蒸着すべき物
質の蒸気を噴出して該蒸気中の多数の原子が緩く
結合したクラスタ(塊状原子集団)を生成し、該
クラスタに電子のシヤワーを浴びせて該クラスタ
をそのうちの1個の原子がイオン化されたクラス
タ・イオンにし、該クラスタ・イオンを加速して
基板に衝突せしめ、これにより基板に薄膜を蒸着
形成する方法である。
このような薄膜形成方法を実施する装置とし
て、従来、第1図及び第2図に示すものがあつ
た。第1図は従来の薄膜蒸着装置を模式的に示す
概略構成図、第2図はその主要部の一部を切り欠
いて内部を示す斜視図である。図において、1は
所定の真空度に保持された真空槽、2は該真空槽
1内の排気を行なうための排気通路で、これは図
示しない真空排気装置に接続されている。3は該
排気通路2を開閉する真空用バルブである。
4は直径1mm〜2mmのノズル4aが設けられた
密閉形るつぼで、これには基板に蒸着されるべき
蒸着物質5が収容される。6は上記るつぼ4に熱
電子を照射し、これの加熱を行なうボンバード用
フイラメント、7はモリブデン(Mo)やタンタ
ル(Ta)等で形成され上記フイラメント6から
の輻射熱を遮断する熱シールド板であり、上記る
つぼ4、ボンバード用フイラメント6及び熱シー
ルド板7により、基板に蒸着すべき物質の蒸気を
上記真空槽1内に噴出してクラスタを生成せしめ
る蒸気発生源8が形成されている。なお、19は
上記熱シールド板7を支持する絶縁支持部材、2
0は上記るつぼ4を支持する支持台である。
9は2000℃以上で熱せられてイオン化用の熱電
子13を放出するイオン化フイラメント、10は
該イオン化フイラメント9から放出された熱電子
13を加速する電子引き出し電極、11はイオン
化フイラメント9からの輻射熱を遮断する熱シー
ルド板であり、上記イオン化フイラメント9、電
子引き出し電極10及び熱シールド板11によ
り、上記蒸気発生源8からのクラスタをイオン化
するためのイオン化手段12が形成されている。
なお、23は熱シールド板11を支持する絶縁支
持部材である。
14は上記イオン化されたクラスタ・イオン1
6を加速し、これを基板18に衝突させて薄膜を
蒸着させる加速電極であり、これは電子引き出し
電極10との間に最大10kVまでの電位を印加で
きる。なお、24は加速電極14を支持する絶縁
支持部材、22は基板18を支持する基板ホル
ダ、21は該基板ホルダ22を支持する絶縁支持
部材、17はクラスタ・イオン16と中性クラス
タ15とからなるクラスタビームである。
次に動作について説明する。
まず蒸着すべき金属5をるつぼ4内に充填し、
上記真空排気装置により真空槽1内の空気を排気
して該真空槽1内を所定の真空度にする。
次いで、ボンバード用フイラメント6に通電し
て発熱せしめ、該ボンバード用フイラメント6か
らの輻射熱により、または該フイラメント6から
放出される熱電子をるつぼ4に衝突させること、
即ち電子衝撃によつて、該るつぼ4内の金属5を
加熱し蒸発せしめる。そして該るつぼ4内の金属
蒸気圧が0.1〜10Torr程度になる温度まで昇温す
ると、ノズル4aから噴出した金属蒸気は、るつ
ぼ4と真空槽1との圧力差により断熱膨張してク
ラスタと呼ばれる、多数の原子が緩く結合した塊
状原子集団となる。
このクラスタ状のクラスタビーム17は、イオ
ン化フイラメント9から電子引き出し電極10に
よつて引き出された熱電子13と衝突し、このた
め上記クラスタビーム17の一部のクラスタはそ
のうちの1個の原子がイオン化されてクラスタ・
イオン16となる。このクラスタ・イオン16は
加速電極14と電子引き出し電極10との間に形
成された電界により適度に加速されて基板18に
衝突し、これにより該基板18上に薄膜が蒸着形
成される。またこの際、イオン化されていない中
性クラスタ15は、上記るつぼ4から噴出された
運動エネルギでもつて上記基板18に衝突し、上
記クラスタ・イオン16とともに該基板18上に
蒸着される。
なお、上記基板18は上記加速電極14と同電
位に設定されるのが一般的である。
ところがこの従来の装置では、蒸着物質5の蒸
気を得る際に、るつぼ4を加熱することによつて
その中に充填された蒸着物質5を加熱し、その蒸
気を得るようにしているため、熱効率が悪く、装
置の運転に非常に大きな電力が必要であるという
欠点があつた。さらに、蒸着物質5として、その
蒸気化に高温度を必要とする物質、例えばタング
ステン(W)、タンタル(Ta)、モリブデン
(Mo)、チタン(Ti)、炭素(C)など、及び非
常に反応性の高い物質、例えばシリコン(Si)な
どを使用する場合においては、るつぼ4に特殊な
材料を用いる必要があるなどの欠点があつた。
〔発明の概要〕
この発明は、上記のような従来のものの欠点を
除去するためになされたもので、クラスタイオン
ビーム蒸着装置において、常温ガスの物質を、ノ
ズル付ガス収容部から噴出してクラスタを発生さ
せるようにすることにより、構造が簡単で、かつ
その運転に必要な電力を著しく低減できるととも
に、反応性の高い物質等の薄膜をも容易に形成で
き、しかも上記ガス収容部を冷却することによ
り、発生されるクラスタを構成する原子1個に与
えられるエネルギを容易に制御することができる
薄膜蒸着装置を提供することを目的としている。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。
第3図は本発明の一実施例による薄膜蒸着装置
を模式的に示す概略構成図である。図において、
第1図と同一符号は同一又は相当部分を示し、3
0は真空槽1内に設けられその頭部にノズル30
aを有するガス収容部であり、これは基板18に
蒸着すべき物質を有する常温ガスの化合物31を
そのノズル30aから噴出して、該化合物31の
クラスタを発生するためのものである。32は上
記化合物ガス31が収納されたガス容器、33は
このガス容器32から上記ガス収容部30に供給
される化合物ガス31の量を制御し、上記ガス収
容部30の内圧等をコントロールするためのバル
ブである。また、34は上記ガス収容部30の周
囲に配設された冷却管(冷却手段)であり、この
冷却管34の中に例えば液体窒素等を通して上記
ガス収容部30を冷却するためのものである。な
お、39はイオン化手段12及び加速電極14を
支持する絶縁支持部材である。
次に動作について説明する。
ここで、本実施例においては、基板18の表面
にシリコン(Si)薄膜を蒸着形成する場合につい
て説明する。
まず、真空槽1内を真空排気装置により10-7
Torr(通常10-8〜10-6Torr程度)の真空度に排気
する。そして常温ガスの化合物31としてシラン
(SiH4)を用い、これをガス収容部30に、その
内部のガス圧が10Torr(通常10-2〜103Torr程度)
になるようバルブ33により調整しながら供給
し、該シランガス31をノズル30aから噴出さ
せる。すると、このノズル30aから噴出された
シランガスは、上記ガス収容部30と真空槽1と
の圧力差により断熱膨張してシラン分子のクラス
タとなる。
ここで、クラスタを発生させる場合、温度が低
いほどそのサイズを大きく、即ち1つのクラスタ
を構成する分子又は原子の個数を多くすることが
できる訳であるが、本実施例においては、冷却管
34内に液体窒素を通すことによつてガス収容部
30の温度をコントロールし、これにより上記ク
ラスタのサイズをコントロールしている。
次に、上記シラン分子のクラスタにイオン化フ
イラメント9からの電子を衝撃すると、該シラン
(SiH4)分子から水素(H2)が分離されてシリコ
ン(Si)原子のクラスタが生成される。またこれ
と同時に、上記シリコン原子のクラスタの一部
は、該クラスタを構成するうちの1個の原子がイ
オン化されてクラスタ・イオン16となる。そし
てこのクラスタ・イオン16は、加速電極14と
電子引き出し電極10との間に形成された電界に
よつて適度に加速され、その加速された運動エネ
ルギでもつて基板18に衝突し、これにより基板
18上にシリコン薄膜が蒸着形成される。またこ
の際、イオン化されていない中性クラスタ15は
加速されないので、上記ガス収容部30から噴出
された運動エネルギでもつて上記基板18に衝突
し、上記クラスタ・イオン16とともに該基板1
8上に蒸着される。なお、上記イオン化手段12
によつてシラン分子から分離生成された水素ガス
は、真空槽1外へ排気される。
このような本実施例装置では、常温ガスの化合
物を用いてクラスタを発生させるようにしたの
で、従来装置のように蒸着物質蒸気を得るための
加熱機構が全く不要となり、装置の構造を簡単
に、かつ運転に必要な電力を著しく低減すること
ができ、また、蒸気化させるのに高温度を要する
物質や、反応性の高い物質の薄膜をも容易に形成
することができる。また、ガス収容部30の内
圧、即ちノズル30aからのガスの噴出量をバル
ブ33によつて非常に容易にコントロールするこ
とができる。
さらに、従来装置では、蒸着物質原子が基板1
8へ衝突する際のエネルギの調整は、加速電極1
4に印加される電圧によつて行なわれていた訳で
あるが、本実施例装置では、冷却管34によつて
1つのクラスタを構成する分子又は原子の個数を
もコントロールできるので、上記加速電極14に
よつて1つのクラスタに与えられるエネルギが同
じであつても、該クラスタを構成する分子又は原
子1個あたりのエネルギを変えることができ、所
望の品質の薄膜の形成に非常に便利である。
なお、上記実施例ではシラン(SiH4)を用い
てシリコン(Si)膜を形成する場合について説明
したが、本発明はこれに限るものではなく、例え
ば炭素(C)薄膜を形成する場合はメタン
(CH4)を用い、タングステン(W)薄膜を形成
する場合はフツ化タングステン(WF6)を用い
るなど、適当な化合物ガスを選んで上記実施例と
同様の方法で各種の薄膜形成が可能となる。
また、上記実施例では、加速電極は必ずしも必
要ではなく、基板と電子引き出し電極間の電位差
によりクラスタ・イオンを加速するようにしても
よい。
さらに、上記実施例では、化合物のクラスタを
分解、イオン化する方法として、該クラスタに電
子を衝突させるようにしたが、これを、例えば光
エネルギを利用した方法などであつてもよく、上
記実施例と同様の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、クラスタイ
オンビーム蒸着装置において、常温ガスの化合物
をガス収容部から噴出してクラスタを発生させる
ようにしたので、構造が簡単で、かつ運転に必要
な電力を著しく低減できるとともに、反応性の高
い物質等の薄膜をも容易に形成でき、さらに、上
記クラスタを生成する際、上記ガス収容部を冷却
して発生されるクラスタのサイズをコントロール
するようにしたので、所望の品質の薄膜を形成す
るに際し、非常に便利となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の薄膜蒸着装置の概略構成図、第
2図はその真空槽内を示す斜視図、第3図は本発
明の一実施例による薄膜蒸着装置の概略構成図で
ある。 1……真空槽、12……イオン化手段、14…
…加速電極(加速手段)、15……中性クラスタ、
16……クラスタ・イオン、18……基板、30
a……ガス収容部、30……ノズル、31……常
温ガスの化合物、34……冷却管(冷却手段)。
なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 所定の真空度に保持された真空槽と、該真空
    槽内に設けられ基板に蒸着すべき物質を有する常
    温ガスの化合物を噴出して該化合物のクラスタを
    発生するノズル付ガス収容部と、該ガス収容部を
    冷却する冷却手段と、上記クラスタとなつてる化
    合物を分解して上記蒸着物質原子のクラスタを生
    成するとともに該蒸着物質原子のクラスタの一部
    をイオン化するイオン化手段と、該イオン化され
    た蒸着物質原子のクラスタ・イオンを加速しこれ
    をイオン化されていない中性クラスタとともに基
    板に衝突させて薄膜を蒸着させる加速手段とを備
    えたことを特徴とする薄膜蒸着装置。
JP23557483A 1983-12-12 1983-12-12 薄膜蒸着装置 Granted JPS60124924A (ja)

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JP23557483A JPS60124924A (ja) 1983-12-12 1983-12-12 薄膜蒸着装置

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JP23557483A JPS60124924A (ja) 1983-12-12 1983-12-12 薄膜蒸着装置

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JPS60124924A JPS60124924A (ja) 1985-07-04
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JPS6433722A (en) * 1987-07-30 1989-02-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Production of magnetic recording medium

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JPS60124924A (ja) 1985-07-04

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