JPH05171425A - Device and method for forming thin compound film - Google Patents

Device and method for forming thin compound film

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JPH05171425A
JPH05171425A JP34111191A JP34111191A JPH05171425A JP H05171425 A JPH05171425 A JP H05171425A JP 34111191 A JP34111191 A JP 34111191A JP 34111191 A JP34111191 A JP 34111191A JP H05171425 A JPH05171425 A JP H05171425A
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JP
Japan
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gas
injection nozzle
thin film
gas injection
nozzle
Prior art date
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Pending
Application number
JP34111191A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromoto Ito
弘基 伊藤
Yoshifumi Minowa
芳文 美濃和
Teruo Ina
照夫 伊奈
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP34111191A priority Critical patent/JPH05171425A/en
Publication of JPH05171425A publication Critical patent/JPH05171425A/en
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Abstract

PURPOSE:To enhance the controllability of the conversion and to efficiently form a high quality thin compd. film. CONSTITUTION:A reactive gas is thermally dissociated by heating a nozzle 41 for jetting the reactive gas with the radiant heat of a nozzle heating filament 43. The nozzle 41 is biased positively to a gas ionizing filament 26 and directly irradiated with thermoelectrons so as to ionize the reactive gas near the outlet of the nozzle 41 at which the concn. of the gas is high and to enhance the reactivity of the gas as well as to further heat the nozzle 41.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、真空槽内に設けられ
た基板に対してクラスターイオンビームと反応性ガスと
を照射することにより、例えばアモルファスシリコン薄
膜などの化合物薄膜を基板上に形成するための化合物薄
膜形成装置及び化合物薄膜の形成方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention forms a compound thin film such as an amorphous silicon thin film on a substrate by irradiating a substrate provided in a vacuum chamber with a cluster ion beam and a reactive gas. And a method for forming a compound thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から窒化チタン(TiN),アルミ
ナ(Al23),シリコンカーバイト(SiC)等の化
合物薄膜が、スパッタリング法やCVD法などの方法で
部品表面に被膜されている。しかし、このような方法で
成膜された化合物薄膜は、組成的に不十分であったり、
また付着力が弱い等の問題点があった。
2. Description of the Related Art Conventionally, compound thin films such as titanium nitride (TiN), alumina (Al 2 O 3 ) and silicon carbide (SiC) have been coated on the surface of parts by a method such as a sputtering method or a CVD method. However, the compound thin film formed by such a method is insufficient in composition,
In addition, there are problems such as weak adhesion.

【0003】また、1975年にスピア(W.E.Sp
ear)らがグロー放電によりシラン(SiH4)を熱
分解して得た水素化ケイ素化合物(通称アモルファスシ
リコン)は、乱れたダイヤモンド形構造であり、かつそ
の結果生じる未結合手に水素が結合した固体であり、太
陽電池などのpn接合半導体材料として広く利用されて
いる。この太陽電池の性能は、シリコンの未結合手にで
きるだけ多くの水素を結合させることが決め手となる
が、上記の従来方法では水素組成を高くすることに限界
がある。
In 1975, Spear (WE Sp
The silicon hydride compound (commonly known as amorphous silicon) obtained by the thermal decomposition of silane (SiH 4 ) by glow discharge and the like has a disordered diamond structure, and hydrogen bonds to the resulting dangling bonds. It is solid and widely used as a pn junction semiconductor material for solar cells and the like. The performance of this solar cell is determined by bonding as much hydrogen as possible to the dangling bonds of silicon, but the above conventional method has a limit in increasing the hydrogen composition.

【0004】図3は例えば『プロシーディングス・オブ
・ザ・セブンス・シンポジウム・オン・イオン・ソース
・アンド・イオン・アシステッド・テクノロジー』(Pr
oceedings of the seventh Symposium on Ion Source a
nd Ion Assisted Technology)に示された従来の反応性
クラスターイオンビーム(R−ICB)装置を示す構成
図である。
FIG. 3 shows, for example, "Proceedings of the Seventh Symposium on Ion Source and Ion Assisted Technology" (Pr.
oceedings of the seventh Symposium on Ion Source a
It is a block diagram which shows the conventional reactive cluster ion beam (R-ICB) apparatus shown by nd Ion Assisted Technology.

【0005】図において、1は真空槽、2は真空槽1内
を所定の真空度に保持する真空排気系、3は真空槽1内
に設けられた蒸気発生源であり、この蒸気発生源3は、
ノズル4aを有する密閉形の坩堝4,この坩堝4を加熱
する加熱用フィラメント5及び熱シールド板6からなっ
ている。7は坩堝4内に充填された蒸着物質、8は蒸着
物質7の蒸気を坩堝4から噴出させて形成したクラスタ
ー(塊状原子集団)である。
In the figure, 1 is a vacuum tank, 2 is a vacuum exhaust system for maintaining the inside of the vacuum tank 1 at a predetermined degree of vacuum, and 3 is a steam generation source provided in the vacuum tank 1. Is
It comprises a closed crucible 4 having a nozzle 4a, a heating filament 5 for heating the crucible 4 and a heat shield plate 6. Reference numeral 7 is a vapor deposition material filled in the crucible 4, and 8 is a cluster (lumped atomic group) formed by ejecting vapor of the vapor deposition material 7 from the crucible 4.

【0006】9はクラスター8の通路の周囲に設けられ
たイオン化手段であり、このイオン化手段9は、イオン
化フィラメント10,このイオン化フィラメント10から電
子を引き出し加速する引き出し電極11及び熱シールド板
12からなっている。13はイオン化されたクラスター8を
電界で加速し、運動エネルギーを付与する加速電極、14
は表面に化合物薄膜が形成される基板、15はバイアス用
の第1ないし第3の直流電源16〜18とフィラメント加熱
用の第1及び第2の交流電源19,20とが収納されている
電源装置である。
Reference numeral 9 denotes an ionizing means provided around the passage of the cluster 8. The ionizing means 9 includes an ionizing filament 10, an extracting electrode 11 for extracting and accelerating electrons from the ionizing filament 10 and a heat shield plate.
It consists of 12. 13 is an acceleration electrode for accelerating the ionized cluster 8 with an electric field to give kinetic energy, 14
Is a substrate having a compound thin film formed on its surface, and 15 is a power supply accommodating first to third DC power supplies 16 to 18 for bias and first and second AC power supplies 19 and 20 for heating filaments. It is a device.

【0007】21は真空槽1内に反応性ガスを導入するた
めの反応性ガス導入系であり、この反応性ガス導入系21
は、例えば酸素,窒素又は水素等の反応性ガスが充填さ
れたガスボンベ22,導入管23及び流量調整バルブ24から
なっている。
Reference numeral 21 denotes a reactive gas introducing system for introducing a reactive gas into the vacuum chamber 1. The reactive gas introducing system 21
Is composed of a gas cylinder 22 filled with a reactive gas such as oxygen, nitrogen or hydrogen, an introduction pipe 23 and a flow rate adjusting valve 24.

【0008】次に、電源装置15内の各バイアス電源の機
能について説明する。まず、第1の直流電源16は、加熱
用フィラメント5から放出された熱電子が坩堝4に衝突
するように、加熱用フィラメント5に対して坩堝4の電
位を正にバイアスする。次に、第2の直流電源17は、イ
オン化フィラメント10から放出された熱電子を引き出し
電極11内に引き出すように、イオン化フィラメント10に
対して引き出し電極11の電位を正にバイアスする。ま
た、第3の直流電源18は、アース電位である加速電極13
に対して引き出し電極11及び坩堝4の電位を正にバイア
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。
Next, the function of each bias power supply in the power supply device 15 will be described. First, the first DC power source 16 positively biases the potential of the crucible 4 with respect to the heating filament 5 so that the thermoelectrons emitted from the heating filament 5 collide with the crucible 4. Next, the second DC power supply 17 positively biases the potential of the extraction electrode 11 with respect to the ionization filament 10 so as to extract the thermoelectrons emitted from the ionization filament 10 into the extraction electrode 11. In addition, the third DC power source 18 is the acceleration electrode 13 which is at the ground potential.
On the other hand, the potentials of the extraction electrode 11 and the crucible 4 are positively biased, and the positively charged cluster ions are accelerated and controlled by the electric field lens formed therebetween.

【0009】次に、動作について説明する。真空排気系
2によって真空槽1内を10-4Torr以下の真空度にな
るまで排気した後、流量調整バルブ24を開き、反応性ガ
スをガスボンベ22から導入管23を通して真空槽1内に導
入する。
Next, the operation will be described. After the vacuum chamber 1 is evacuated by the vacuum exhaust system 2 to a vacuum degree of 10 -4 Torr or less, the flow rate adjusting valve 24 is opened and the reactive gas is introduced from the gas cylinder 22 into the vacuum chamber 1 through the introduction pipe 23. ..

【0010】一方、坩堝4内の蒸気圧が数Torrにな
る温度まで、加熱用フィラメント5から放出される熱電
子により坩堝4を加熱すると、蒸着物質7は蒸発し、ノ
ズル4aから真空槽1中に噴射される。この噴射された
蒸気は、ノズル4aを通過する際、断熱膨張により加速
冷却されて凝縮し、これによりクラスター8が形成され
る。
On the other hand, when the crucible 4 is heated by the thermoelectrons emitted from the heating filament 5 to a temperature at which the vapor pressure in the crucible 4 becomes several Torr, the vapor deposition substance 7 evaporates, and the nozzle 4a is placed in the vacuum chamber 1 Is injected into. When the injected vapor passes through the nozzle 4a, it is accelerated and cooled by adiabatic expansion and condensed to form the cluster 8.

【0011】このクラスター8は、イオン化フィラメン
ト10から放出される熱電子によって、一部イオン化され
る。イオン化されたクラスター8は、加速電極13で形成
された電界により加速を受けて、イオン化されていない
中性のクラスター8とともに基板14に衝突する。このと
き、基板14の近傍には反応性ガスが存在するので、クラ
スター8と反応性ガスとの反応が基板14上で進行して、
化合物薄膜が基板14に蒸着される。
The clusters 8 are partially ionized by thermoelectrons emitted from the ionizing filament 10. The ionized cluster 8 is accelerated by the electric field formed by the acceleration electrode 13 and collides with the substrate 14 together with the non-ionized neutral cluster 8. At this time, since the reactive gas exists near the substrate 14, the reaction between the cluster 8 and the reactive gas proceeds on the substrate 14,
A compound thin film is deposited on the substrate 14.

【0012】ところが、上記のような従来のR−ICB
装置では、真空槽1内の反応性ガスが活性度の低い分子
状態であるため、反応効率が低く、反応性ガスの大部分
は薄膜形成に供されずに排気されてしまう。このため、
反応性ガスを励起,解離及び一部イオン化して活性化す
ることにより、反応効率を高めようとする試みがなされ
ている。
However, the conventional R-ICB as described above is used.
In the apparatus, since the reactive gas in the vacuum chamber 1 is in a low activity molecular state, the reaction efficiency is low, and most of the reactive gas is exhausted without being used for thin film formation. For this reason,
Attempts have been made to enhance reaction efficiency by exciting, dissociating, and partially ionizing and activating a reactive gas.

【0013】図4は例えば特開昭63−11662号公
報に示された従来のR−ICB装置の他の例を示す構成
図であり、ICB源にガスイオン源を併設したものであ
る。図において、25は導入管23の先端部に設けられたガ
ス噴射ノズル、26は反応性ガスの通路の周囲に設けられ
た電子ビーム放出手段であるガスイオン化用フィラメン
ト、27はガスイオン化用フィラメント26とガス噴射ノズ
ル25との間に設けられた引き出し電極である。
FIG. 4 is a block diagram showing another example of the conventional R-ICB device disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-11662, in which a gas ion source is provided side by side with the ICB source. In the figure, 25 is a gas injection nozzle provided at the tip of the introduction tube 23, 26 is a gas ionization filament which is an electron beam emission means provided around the passage of the reactive gas, and 27 is a gas ionization filament 26. And an extraction electrode provided between the gas injection nozzle 25 and the gas injection nozzle 25.

【0014】28はガスイオン化用フィラメント26の基板
14側に設けられ、ガスイオンを加速するガスイオン加速
電極、29はこれらを収容する内部槽、30はガスボンベ2
2,導入管23,流量調整バルブ24,ガス噴射ノズル25,
ガスイオン化用フィラメント26,引き出し電極27,ガス
イオン加速電極28及び内部槽29からなるガスイオン源で
ある。
Reference numeral 28 is a substrate for the gas ionization filament 26.
A gas ion accelerating electrode provided on the 14 side for accelerating gas ions, 29 is an internal tank accommodating them, and 30 is a gas cylinder 2
2, introduction pipe 23, flow control valve 24, gas injection nozzle 25,
The gas ionization filament 26, the extraction electrode 27, the gas ion acceleration electrode 28, and the inner tank 29 are gas ion sources.

【0015】31はガスイオン化用フィラメント26を加熱
する第3の交流電源、32は引き出し電極27をガスイオン
化用フィラメント26に対して正にバイアスする第4の直
流電源、33は引き出し電極27をガスイオン加速電極28に
対して正にバイアスする第5の直流電源、34は第3の交
流電源31,第4の直流電源32及び第5の直流電源33から
なるガスイオン源用電源装置である。他の部分は図3と
同様である。また、電源装置15(図3)は図示を省略し
た。
Reference numeral 31 is a third AC power source for heating the gas ionization filament 26, 32 is a fourth DC power source for biasing the extraction electrode 27 positively with respect to the gas ionization filament 26, and 33 is a gas for the extraction electrode 27. A fifth DC power source for positively biasing the ion accelerating electrode 28 is a gas ion source power source 34 including a third AC power source 31, a fourth DC power source 32, and a fifth DC power source 33. Other parts are the same as in FIG. The power supply device 15 (FIG. 3) is not shown.

【0016】次に、動作について説明する。真空排気系
2により高真空に保たれた真空槽1内に、ガスボンベ22
からの反応性ガスを導入する。そして、流量調整バルブ
23により、真空槽1内のガス圧を10-4〜10-3Torr程
度になるように調節する。このとき、内部槽29内のガス
圧はさらに高く保たれる。
Next, the operation will be described. A gas cylinder 22 is placed in the vacuum chamber 1 which is kept at a high vacuum by the vacuum exhaust system 2.
The reactive gas from is introduced. And the flow control valve
With 23, the gas pressure in the vacuum chamber 1 is adjusted to be about 10 −4 to 10 −3 Torr. At this time, the gas pressure in the inner tank 29 is kept higher.

【0017】一方、ガスイオン化用フィラメント26から
引き出し電極27に向けて放出された熱電子により、反応
性ガスは励起,解離又は一部イオン化され、活性化され
た状態となる。また、図3のものと同様に、イオン化さ
れたクラスター8を、イオン化されていないクラスター
(若しくは蒸気)8とともに、基板14に衝突させる。
On the other hand, the reactive gas is excited, dissociated or partially ionized by the thermoelectrons emitted from the gas ionization filament 26 toward the extraction electrode 27, and becomes in an activated state. Further, as in the case of FIG. 3, the ionized cluster 8 is made to collide with the substrate 14 together with the non-ionized cluster (or vapor) 8.

【0018】これにより、活性化された反応性ガスと蒸
着物質7のクラスター8とが衝突して反応が進行し、基
板14上に化合物薄膜が蒸着される。また、加速電極13及
びガスイオン加速電極28による加速電圧をそれぞれ独立
して調節することにより、基板14に入射する反応性ガス
とクラスター8の運動エネルギーを独立に制御すること
ができ、これにより化合物薄膜の物性値や結晶性(単結
晶,多結晶又はアモルファス等)を制御することができ
る。
As a result, the activated reactive gas and the clusters 8 of the vapor deposition material 7 collide with each other and the reaction proceeds to deposit a compound thin film on the substrate 14. In addition, the kinetic energy of the reactive gas incident on the substrate 14 and the kinetic energy of the cluster 8 can be independently controlled by adjusting the accelerating voltage applied by the accelerating electrode 13 and the gas ion accelerating electrode 28 independently of each other. It is possible to control the physical properties and crystallinity (single crystal, polycrystal, amorphous, etc.) of the thin film.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】図4に示したような従
来のR−ICB装置においては、図3に示したものに比
べてある程度反応性が高くなってはいるものの、反応率
の制御性が不十分であるという問題点があった。特に、
蒸着物質7としてシリコンを用いるとともに、反応性ガ
スとしてシランガスを用い、アモルファスシリコンの薄
膜を形成する場合には、シランガスの解離が不十分であ
り、エネルギー変換効率を高めた実用レベルの発電用太
陽電池を製造するためには、シリコンの未結合手に水素
が結合する割合を自由に制御できる装置の実現が望まれ
ている。
In the conventional R-ICB apparatus as shown in FIG. 4, although the reactivity is somewhat higher than that shown in FIG. 3, the controllability of the reaction rate is high. There was a problem that was insufficient. In particular,
When silicon is used as the vapor deposition material 7 and silane gas is used as the reactive gas to form a thin film of amorphous silicon, the dissociation of the silane gas is insufficient and a solar cell for power generation of a practical level with high energy conversion efficiency. In order to manufacture hydrogen, it is desired to realize an apparatus capable of freely controlling the rate at which hydrogen bonds to the dangling bonds of silicon.

【0020】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、反応性ガスの
反応性を十分に高くすることができ、これにより反応率
の制御性を向上させることができる化合物薄膜形成装置
及び化合物薄膜の形成方法を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to sufficiently increase the reactivity of the reactive gas, thereby improving the controllability of the reaction rate. An object of the present invention is to obtain a compound thin film forming apparatus and a compound thin film forming method which can be performed.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る化
合物薄膜形成装置は、反応性ガスを噴射するガス噴射ノ
ズルと、このガス噴射ノズルを加熱するノズル加熱手段
とをガスイオン源に設けたものである。
In a compound thin film forming apparatus according to a first aspect of the invention, a gas ion source is provided with a gas injection nozzle for injecting a reactive gas, and nozzle heating means for heating the gas injection nozzle. It is a thing.

【0022】請求項2の発明に係る化合物薄膜形成装置
は、反応性ガスを噴射するガス噴射ノズルと、熱電子を
放出する電子ビーム放出手段と、ガス噴射ノズルを電子
ビーム放出手段に対して正にバイアスするノズルバイア
ス用電源とを、ガスイオン源に設けたものである。
In the compound thin film forming apparatus according to the second aspect of the present invention, the gas injection nozzle for injecting the reactive gas, the electron beam emission means for emitting thermionic electrons, and the gas injection nozzle with respect to the electron beam emission means are disposed directly. The gas ion source is provided with a nozzle bias power source for biasing the gas ion source.

【0023】請求項3の発明に係る化合物薄膜の形成方
法は、反応性ガスを噴射する際に、ガス噴射ノズルを加
熱するものである。
In the method for forming a compound thin film according to the third aspect of the invention, the gas injection nozzle is heated when the reactive gas is injected.

【0024】請求項4の発明に係る化合物薄膜の形成方
法は、反応性ガスを噴射する際に、反応性ガスのイオン
化用の熱電子を放出する電子ビーム放出手段に対して、
ガス噴射ノズルを正にバイアスし、熱電子をガス噴射ノ
ズルに直接照射するようにしたものである。
In the method for forming a compound thin film according to the invention of claim 4, when the reactive gas is injected, the electron beam emitting means for emitting thermoelectrons for ionization of the reactive gas,
The gas injection nozzle is positively biased so that thermoelectrons are directly irradiated to the gas injection nozzle.

【0025】[0025]

【作用】請求項1及び請求項3の発明においては、ガス
噴射ノズルを加熱して、ガス噴射ノズル内で反応性ガス
を熱解離させることにより、反応性ガスの反応性を高め
ることを可能にする。
In the inventions of claims 1 and 3, it is possible to increase the reactivity of the reactive gas by heating the gas injection nozzle and thermally dissociating the reactive gas in the gas injection nozzle. To do.

【0026】請求項2及び請求項4の発明においては、
ガス噴射ノズルに熱電子を直接照射して、ガス噴射ノズ
ル内で反応性ガスを熱解離させるとともに、反応性ガス
をその濃度の高いガス噴射ノズルの出口付近でイオン化
することにより、反応性ガスの反応性を高めることを可
能にする。
In the inventions of claims 2 and 4,
Directly irradiating the gas injection nozzle with thermoelectrons to thermally dissociate the reactive gas in the gas injection nozzle and ionize the reactive gas near the outlet of the gas injection nozzle, which has a high concentration of the reactive gas. It makes it possible to increase the reactivity.

【0027】[0027]

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例1.図1は請求項1ないし請求項4の発明の一実
施例によるR−ICB装置を示す構成図であり、図4と
同一又は相当部分には同一符号を付し、その説明を省略
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Example 1. FIG. 1 is a block diagram showing an R-ICB device according to an embodiment of the invention of claims 1 to 4, and the same or corresponding parts to those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0028】図において、41は導入管23に接続されて真
空槽1内に設けられた金属製のガス噴射ノズル、42はガ
ス噴射ノズル41を真空槽1に対して絶縁するためのセラ
ミック製の絶縁材、43はガス噴射ノズル41の周囲に設け
られ、輻射熱でガス噴射ノズル41を加熱するノズル加熱
手段としてのノズル加熱用フィラメント、44はガス噴射
ノズル41,ノズル加熱用フィラメント43及びガスイオン
化用フィラメント26をシールドする内部槽、45はガスイ
オン化用フィラメント26,ガスイオン加速電極28,ガス
噴射ノズル41,ノズル加熱用フィラメント43及び内部槽
44からなるガスイオン源である。
In the figure, 41 is a metal gas injection nozzle connected to the introduction pipe 23 and provided in the vacuum chamber 1, and 42 is a ceramic gas injection nozzle 41 for insulating the gas injection nozzle 41 from the vacuum chamber 1. An insulating material, 43 is provided around the gas injection nozzle 41, and is a nozzle heating filament as nozzle heating means for heating the gas injection nozzle 41 with radiant heat. 44 is a gas injection nozzle 41, a nozzle heating filament 43, and gas ionization. An internal tank for shielding the filament 26, 45 is a gas ionization filament 26, a gas ion acceleration electrode 28, a gas injection nozzle 41, a nozzle heating filament 43 and an internal tank.
44 is a gas ion source.

【0029】46はノズル加熱用フィラメント43を加熱す
る第4の交流電源、47はガスイオン化用フィラメント26
に対してガス噴射ノズル41を正にバイアスするノズルバ
イアス用電源としての第6の直流電源、48はノズル加熱
用フィラメント43に対してガス噴射ノズル41を正にバイ
アスする第7の直流電源、49はガスイオン加速電極28に
対してガス噴射ノズル41を正にバイアスする第8の直流
電源、50は第3及び第4の交流電源31,46と第6ないし
第8の直流電源47,48,49とからなるガスイオン源用電
源装置である。
Reference numeral 46 is a fourth AC power source for heating the nozzle heating filament 43, and 47 is a gas ionization filament 26.
With respect to the sixth DC power supply as a nozzle bias power supply for positively biasing the gas injection nozzle 41, 48 is a seventh DC power supply for positively biasing the gas injection nozzle 41 with respect to the nozzle heating filament 43, 49 Is an eighth direct current power source for positively biasing the gas injection nozzle 41 with respect to the gas ion accelerating electrode 28, and 50 is a third and fourth alternating current power sources 31, 46 and sixth to eighth direct current power sources 47, 48, It is a power supply device for a gas ion source consisting of 49 and.

【0030】また、イオンクラスタービーム源、即ちI
CB源51は、図3と同様のものであり、蒸気発生源3,
イオン化手段9及び加速電極13を有している。なお、I
CB源51の電源装置15(図3)は図示を省略した。
Further, an ion cluster beam source, that is, I
The CB source 51 is similar to that shown in FIG.
It has an ionization means 9 and an acceleration electrode 13. Note that I
Illustration of the power supply device 15 (FIG. 3) of the CB source 51 is omitted.

【0031】次に、動作について説明する。まず、従来
例と同様に、真空排気された真空槽1内に、真空槽1内
のガス圧が10-5〜10-3Torr程度になるように反応性
ガスを導入する。このとき、この実施例の装置では、ノ
ズル加熱用フィラメント43からの輻射熱によりガス噴射
ノズル41が加熱される。また、ガスイオン化用フィラメ
ント26に対してガス噴射ノズル41が正にバイアスされて
いるので、ガスイオン化用フィラメント26から放出され
た熱電子はガス噴射ノズル41に照射され、これによりガ
ス噴射ノズル41がさらに高温に加熱される。
Next, the operation will be described. First, as in the conventional example, the reactive gas is introduced into the vacuum chamber 1 that has been evacuated so that the gas pressure in the vacuum chamber 1 is about 10 −5 to 10 −3 Torr. At this time, in the apparatus of this embodiment, the gas injection nozzle 41 is heated by the radiant heat from the nozzle heating filament 43. Further, since the gas injection nozzle 41 is positively biased with respect to the gas ionization filament 26, the thermoelectrons emitted from the gas ionization filament 26 are radiated to the gas injection nozzle 41, which causes the gas injection nozzle 41 to move. It is heated to a higher temperature.

【0032】ガス噴射ノズル41が高温に加熱されること
により、反応性ガスは一部熱解離されて噴射される。ま
た、ガス噴射ノズル41から噴射された反応性ガスは、ガ
スイオン化用フィラメント26からガス噴射ノズル41に向
けて照射された熱電子により、さらに励起,解離又は一
部イオン化され、非常に活性化された状態となる。
When the gas injection nozzle 41 is heated to a high temperature, the reactive gas is partially thermally dissociated and injected. Further, the reactive gas injected from the gas injection nozzle 41 is further excited, dissociated or partially ionized by the thermoelectrons irradiated from the gas ionization filament 26 toward the gas injection nozzle 41, and is highly activated. It will be in a state of being.

【0033】次いで、従来例と同様に、蒸気発生源3か
ら蒸着物質7のクラスター8を噴射させる。これらのク
ラスター8は、イオン化手段9により一部イオン化さ
れ、加速電極13により加速されて、基板14に衝突する。
このとき、基板14の近傍には反応性ガスが存在するの
で、クラスター8と反応性ガスとの反応が基板14上で進
行して、化合物薄膜が基板14に蒸着される。
Next, similarly to the conventional example, the cluster 8 of the vapor deposition material 7 is jetted from the vapor generation source 3. These clusters 8 are partially ionized by the ionization means 9, accelerated by the acceleration electrode 13, and collide with the substrate 14.
At this time, since the reactive gas exists in the vicinity of the substrate 14, the reaction between the cluster 8 and the reactive gas proceeds on the substrate 14 to deposit the compound thin film on the substrate 14.

【0034】このようなR−ICB装置では、ガス噴射
ノズル41を高温に加熱して、反応性ガスを熱解離させて
いるとともに、ガス濃度の高いガス噴射ノズル41の出口
付近で反応性ガスをイオン化しているので、反応性ガス
の反応性を効率良く高めることができ、この結果反応率
の制御性が高くなる。
In such an R-ICB apparatus, the gas injection nozzle 41 is heated to a high temperature to thermally dissociate the reactive gas, and the reactive gas is discharged near the outlet of the gas injection nozzle 41 having a high gas concentration. Since it is ionized, the reactivity of the reactive gas can be efficiently increased, and as a result, the controllability of the reaction rate becomes high.

【0035】特に、シラン(SiH4)若しくはジシラ
ン(Si26)ガス、又はシラン若しくはジシランと水
素(H2)との混合ガスを、ガスイオン源45により励
起,解離若しくは一部イオン化する一方、ICB源51に
よりシリコン(Si)を蒸着して形成するアモルファス
シリコン薄膜では、シラン若しくはジシランガスの解離
が高効率で行われる。このため、シリコンの未結合手に
水素が結合する割合を制御する自由度が上がり、この結
果エネルギー変換効率を高めた実用レベルの発電用太陽
電池を安価に製造することが可能となる。
In particular, a silane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) gas, or a mixed gas of silane or disilane and hydrogen (H 2 ) is excited, dissociated or partially ionized by the gas ion source 45. In the amorphous silicon thin film formed by depositing silicon (Si) by the ICB source 51, silane or disilane gas is dissociated with high efficiency. For this reason, the degree of freedom in controlling the rate at which hydrogen bonds to the dangling bonds of silicon is increased, and as a result, it is possible to inexpensively manufacture a practical-level solar cell for power generation with improved energy conversion efficiency.

【0036】実施例2.図2は請求項1ないし請求項4
の発明の他の実施例によるR−ICB装置を示す構成図
である。図において、52は内部槽44の外周に設けられた
磁界印加手段、53は内部槽44の上部に設けられた多孔電
極である。
Example 2. FIG. 2 shows claims 1 to 4.
6 is a configuration diagram showing an R-ICB device according to another embodiment of the invention of FIG. In the figure, 52 is a magnetic field applying means provided on the outer periphery of the inner tank 44, and 53 is a porous electrode provided on the upper part of the inner tank 44.

【0037】このようなR−ICB装置では、内部槽44
に多孔電極53を設けたので、内部槽44内のガス圧がさら
に高く保たれる。また、ガスイオン化用フィラメント26
からガス噴射ノズル41に向けて電子ビームを照射する
際、磁界印加手段52により電子ビームを螺旋運動させ
る。これにより、反応性ガスの活性化をさらに高めるこ
とができる。
In such an R-ICB device, the internal tank 44
Since the porous electrode 53 is provided on the inner surface of the inner tank 44, the gas pressure in the inner tank 44 can be kept higher. In addition, the filament 26 for gas ionization
When irradiating the electron beam toward the gas injection nozzle 41 from the magnetic field application unit 52, the magnetic field applying unit 52 causes the electron beam to make a spiral motion. Thereby, the activation of the reactive gas can be further enhanced.

【0038】なお、蒸着物質7及び反応性ガスは、上記
各実施例に限定されるものではない。また、上記各実施
例ではノズル加熱手段としてノズル加熱用フィラメント
43を示したが、ガス噴射ノズル41を加熱できれば他のも
のでもよい。
The vapor deposition material 7 and the reactive gas are not limited to those in the above embodiments. In each of the above embodiments, the nozzle heating filament is used as the nozzle heating means.
Although 43 is shown, another gas may be used as long as it can heat the gas injection nozzle 41.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1及び請求
項3の発明によれば、ガス噴射ノズルを加熱して、ガス
噴射ノズル内で反応性ガスを熱解離させることにより、
反応性ガスの反応性を高めることを可能としたので、反
応率の制御性を高めることができ、高品質な化合物薄膜
を効率良く形成できるという効果が得られる。
As described above, according to the inventions of claims 1 and 3, by heating the gas injection nozzle and thermally dissociating the reactive gas in the gas injection nozzle,
Since the reactivity of the reactive gas can be increased, the controllability of the reaction rate can be increased, and the effect of efficiently forming a high-quality compound thin film can be obtained.

【0040】また、請求項2及び請求項4の発明によれ
ば、ガス噴射ノズルに熱電子を直接照射して、ガス噴射
ノズル内で反応性ガスを熱解離させるとともに、反応性
ガスをその濃度の高いガス噴射ノズルの出口付近でイオ
ン化することにより、反応性ガスの反応性を高めること
を可能としたので、反応率の制御性を高めることがで
き、高品質な化合物薄膜を効率良く形成できるという効
果が得られる。
According to the second and fourth aspects of the present invention, the gas injection nozzle is directly irradiated with thermoelectrons to thermally dissociate the reactive gas in the gas injection nozzle, and the reactive gas is concentrated in the gas injection nozzle. Since it is possible to increase the reactivity of the reactive gas by ionizing near the exit of the high-injection gas injection nozzle, it is possible to increase the controllability of the reaction rate and efficiently form a high-quality compound thin film. The effect is obtained.

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

【図1】請求項1ないし請求項4の発明の一実施例によ
るR−ICB装置を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an R-ICB device according to an embodiment of the inventions of claims 1 to 4. FIG.

【図2】請求項1ないし請求項4の発明の他の実施例に
よるR−ICB装置を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an R-ICB device according to another embodiment of the present invention.

【図3】従来のR−ICB装置の一例を示す構成図であ
る。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a conventional R-ICB device.

【図4】従来のR−ICB装置の他の例を示す構成図で
ある。
FIG. 4 is a configuration diagram showing another example of a conventional R-ICB device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空槽 14 基板 26 ガスイオン化用フィラメント(電子ビーム放出手
段) 41 ガス噴射ノズル 43 ノズル加熱フィラメント(ノズル加熱手段) 45 ガスイオン源 47 第6の直流電源(ノズルバイアス用電源) 51 ICB源
1 Vacuum Tank 14 Substrate 26 Gas Ionization Filament (Electron Beam Emitting Means) 41 Gas Injection Nozzle 43 Nozzle Heating Filament (Nozzle Heating Means) 45 Gas Ion Source 47 Sixth DC Power Supply (Nozzle Bias Power Supply) 51 ICB Source

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空槽内に設けられた基板に対して、ク
ラスターイオンビーム源によりクラスターイオンビーム
を照射するとともに、ガスイオン源により反応性ガスの
ガスイオンを照射して、前記基板上に化合物薄膜を形成
する化合物薄膜形成装置において、前記ガスイオン源
は、前記真空槽内に設けられ前記反応性ガスを噴射する
ガス噴射ノズルと、このガス噴射ノズルを加熱するノズ
ル加熱手段とを備えていることを特徴とする化合物薄膜
形成装置。
1. A compound provided on a substrate provided in a vacuum chamber is irradiated with a cluster ion beam from a cluster ion beam source and is irradiated with gas ions of a reactive gas from a gas ion source. In the compound thin film forming apparatus for forming a thin film, the gas ion source includes a gas injection nozzle that is provided in the vacuum chamber and injects the reactive gas, and a nozzle heating unit that heats the gas injection nozzle. A compound thin film forming apparatus characterized by the above.
【請求項2】 真空槽内に設けられた基板に対して、ク
ラスターイオンビーム源によりクラスターイオンビーム
を照射するとともに、ガスイオン源により反応性ガスの
ガスイオンを照射して、前記基板上に化合物薄膜を形成
する化合物薄膜形成装置において、前記ガスイオン源
は、前記真空槽内に設けられ前記反応性ガスを噴射する
ガス噴射ノズルと、このガス噴射ノズルの前記基板側に
設けられ熱電子を放出する電子ビーム放出手段と、前記
ガス噴射ノズルを前記電子ビーム放出手段に対して正に
バイアスして前記熱電子を前記ガス噴射ノズルに直接照
射させるノズルバイアス用電源とを備えていることを特
徴とする化合物薄膜形成装置。
2. A substrate provided in a vacuum chamber is irradiated with a cluster ion beam from a cluster ion beam source and is irradiated with gas ions of a reactive gas from a gas ion source to form a compound on the substrate. In a compound thin film forming apparatus for forming a thin film, the gas ion source is provided in the vacuum chamber to inject the reactive gas, and a gas injection nozzle is provided on the substrate side of the gas injection nozzle to emit thermoelectrons. And a nozzle bias power source for directly irradiating the gas injection nozzle with the thermoelectrons by positively biasing the gas injection nozzle with respect to the electron beam emission means. Compound thin film forming apparatus.
【請求項3】 真空槽内に設けられた基板に対して、ク
ラスターイオンビーム及び反応性ガスのガスイオンを照
射して、前記基板上に化合物薄膜を形成する化合物薄膜
の形成方法において、前記反応性ガスを噴射する際にガ
ス噴射ノズルを加熱することを特徴とする化合物薄膜の
形成方法。
3. A method for forming a compound thin film, comprising irradiating a substrate provided in a vacuum chamber with a cluster ion beam and gas ions of a reactive gas to form a compound thin film on the substrate, wherein the reaction A method for forming a compound thin film, which comprises heating a gas injection nozzle when injecting a reactive gas.
【請求項4】 真空槽内に設けられた基板に対して、ク
ラスターイオンビーム及び反応性ガスのガスイオンを照
射して、前記基板上に化合物薄膜を形成する化合物薄膜
の形成方法において、前記反応性ガスを噴射する際に、
前記反応性ガスのイオン化用の熱電子を放出する電子ビ
ーム放出手段に対して、ガス噴射ノズルを正にバイアス
し、前記熱電子を前記ガス噴射ノズルに直接照射するこ
とを特徴とする化合物薄膜の形成方法。
4. A method for forming a compound thin film, comprising irradiating a substrate provided in a vacuum chamber with a cluster ion beam and gas ions of a reactive gas to form a compound thin film on the substrate. When injecting volatile gas,
With respect to the electron beam emitting means for emitting thermoelectrons for ionizing the reactive gas, the gas injection nozzle is positively biased, and the thermoelectrons are directly irradiated to the gas injection nozzle. Forming method.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6311662A (en) * 1986-07-02 1988-01-19 Mitsubishi Electric Corp Compound thin film forming device
JPS6386862A (en) * 1986-09-29 1988-04-18 Mitsubishi Electric Corp Compound thin film forming apparatus

Patent Citations (2)

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JPS6311662A (en) * 1986-07-02 1988-01-19 Mitsubishi Electric Corp Compound thin film forming device
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