JPH0525618A - 薄膜形成装置およびそれを使用した薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成装置およびそれを使用した薄膜形成方法Info
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- JPH0525618A JPH0525618A JP19995191A JP19995191A JPH0525618A JP H0525618 A JPH0525618 A JP H0525618A JP 19995191 A JP19995191 A JP 19995191A JP 19995191 A JP19995191 A JP 19995191A JP H0525618 A JPH0525618 A JP H0525618A
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- Japan
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- thin film
- ion beam
- substrate
- film forming
- crystal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は結晶性を容易に制御できる薄膜形成
装置および該装置を使用した薄膜形成方法の提供を目的
とする。 【構成】 本発明の薄膜形成装置は、蒸発源支持および
加熱部材と、イオンビームの向きに対して所定の方位に
なるように配置した基板保持部材と、該基板の加熱部材
とを配置した真空槽、排気部材およびイオンビーム照射
部材よりなる。
装置および該装置を使用した薄膜形成方法の提供を目的
とする。 【構成】 本発明の薄膜形成装置は、蒸発源支持および
加熱部材と、イオンビームの向きに対して所定の方位に
なるように配置した基板保持部材と、該基板の加熱部材
とを配置した真空槽、排気部材およびイオンビーム照射
部材よりなる。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、結晶性の制御が容易に可能な薄
膜形成装置に関する。
膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来技術】従来、薄膜の結晶性の制御は、下地基板の
結晶性を利用したり、あるいは多結晶（あるいは非晶
質）シリコン等の半導体膜をレーザビームで再結晶する
方法等によって行われているが、結晶成長の制御が困難
である等種々の問題点があった。
結晶性を利用したり、あるいは多結晶（あるいは非晶
質）シリコン等の半導体膜をレーザビームで再結晶する
方法等によって行われているが、結晶成長の制御が困難
である等種々の問題点があった。
【０００３】
【目的】本発明は、従来のように下地基板の結晶性を利
用することなく、結晶性を容易に制御することができる
薄膜形成装置およびこれを利用した薄膜形成方法に関す
る。
用することなく、結晶性を容易に制御することができる
薄膜形成装置およびこれを利用した薄膜形成方法に関す
る。
【０００４】
【構成】本発明の特徴点は、結晶成長過程を制御するた
め薄膜に特定の結晶方位よりイオンビームを照射するこ
とを特徴とする。従来、鉄鋼表面において、窒素イオン
を注入し、表面の耐食性を改質する、あるいは半導体に
おいて、微量不純物のドーピング、あるいは結晶性薄膜
のアモルファス化など、高エネルギーイオンビームが表
面改質の分野において用いられてきた。しかしながら結
晶成長過程を制御するため、直接イオンビームを用いる
ことは無かった。結晶質の薄膜を基板上に形成する場
合、良好な薄膜特性を得るために重要なことの一つとし
て、結晶性の制御がある。例えば良好な酸化亜鉛Ｃ軸配
向膜を形成することは、バリウムフェライトＣ軸配向垂
直磁化膜形成のための下地層として、あるいは圧電膜形
成のために重要である。さらに、非晶質基板上にＳｉ、
ＧｅＡｓ等の半導体単結晶膜を形成すれば、新規な半導
体素子への応用が可能となる。本発明は、このような薄
膜の結晶性、配向性を好ましいものに改質するための、
新規な薄膜形成装置および該装置を使用した薄膜形成方
法に関する。本発明の薄膜形成装置は、蒸発源支持部材
（ａ）、蒸発源加熱部材（ｂ）、薄膜が形成される基板
を所定の方位関係に保持する基板保持部材（ｃ）および
該基板を加熱するための部材（ｄ）を配置した真空槽
（Ａ）、該真空槽内部を所定の圧力の真空状態とするた
めの排気部材（Ｂ）ならびに薄膜に不活性ガス等の高エ
ネルギーイオンビームを照射するための照射部材（Ｃ）
より構成される。以下、本発明の薄膜形成装置を構成す
る各部材およびその動作について説明する。排気部材と
しては、真空槽内部における粒子の平均自由工程が、真
空槽のディメンションに対し、十分大きくなる圧力まで
排気できうるものを選択して使用する。例えば、油回転
ポンプと油拡散ポンプの組合せ、およびイオンポンプと
ソープションポンプの組合せ等である。蒸発材料加熱手
段としては、例えば抵抗加熱による方法が挙げられ、高
融点金属のタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、
タンタル（Ｔａ）などのコイルまたはルツボに蒸着源物
質を入れ、大電流を流し加熱する。蒸着しにくい高融点
物質に対しては、より高温が得られる電子ビームやレー
ザ光を照射することによって加熱し、蒸着物質を気化さ
せる。イオン源としては、特にその種類は限定されない
が、不活性ガス、例えばヘリウム、アルゴン等が好まし
い。特にヘリウムのような、イオン半径の小さい不活性
ガスは、基板中、あるいは薄膜中に入ったイオンが、加
熱により脱離し易いので特に好ましい。イオンビームの
エネルギーは、イオンが薄膜を通過できる程度以上の高
電圧が選択される。必要に応じ、イオン加速手段、イオ
ンビームの質量数を揃えるための分析電磁石、スリット
等が付加されてもよい。また、このイオンビーム照射と
蒸発源の照射は必ずしも同時に作動させる必要は無く、
基板上に一定の膜厚を有する薄膜を形成した後、イオン
ビームを作動させ、結晶性を改善しても良く、あるいは
薄膜形成とイオンビーム照射を交互に繰り返しても良
い。蒸発源、イオン源を作動させた場合、基板にイオン
ビームと蒸発粒子が到達する。すなわち、成長過程にあ
る薄膜中を、特定の方向に向かうイオンビームが通過す
る。薄膜を通過するイオンは、薄膜中の原子と相互作用
を行ない、弾性散乱、非弾性散乱が起きる。その結果、
薄膜中の原子配列は、不規則なものとなりやすい。一方
イオンビームの向かう方向が、薄膜中の結晶面あるいは
結晶軸と一致する場合、いわゆるチャネリング現象が生
じ、上述した相互作用は弱くなる。チャネリングを起こ
す方向は数多くある。その中でどの方向がより強くチャ
ネリング現象を起こすかは、結晶の対称性及び結晶を構
成する原子により定まる。例えば、ダイヤモンドでは、
［１１１］軸に平行なイオンビームが、最も強くチャネ
リングを起こす。従って薄膜を構成する様々な結晶の中
で、上述した特定の方位関係にあるものは、イオンによ
る散乱の影響を受けにくいため、その結晶性を保持しや
すく、その他の方位関係にあるもの、あるいはアモルフ
ァス状態の部分は、イオンと原子との相互作用が大きい
ため、結晶中の原子の位置が変化しやすく、アモルファ
ス、あるいはその他の方位関係にある結晶へ変化しやす
い。すなわち、上述したイオンと、チャネリング現象を
生じる方位関係にある結晶の寿命はその他の方位関係に
ある結晶に対し、比較的長いといえる。換言すれば、イ
オンビームの存在下では、イオンビームとの相互作用が
より低い方向を向いた結晶粒、すなわち、イオンビーム
に対し、チャネリングをより強く起こす方向を向いた結
晶粒がより安定であると言える。一方薄膜の温度は加熱
手段により加熱されているため、上述した原子配列の乱
れは緩和され、アモルファス状態が生じても、最終的に
は結晶化する。すなわち、イオンビームの入射方向に対
し特定の方位関係にある結晶が、イオンビーム中アニー
ルにおいて安定であり、最終的にはこの方向の結晶が成
長する。したがって薄膜を特定の方向に配向させること
が可能となる。イオンビームの入射方向は形成する薄膜
の結晶の対称性に基づき定められる。１方向のみからイ
オンビームを入射させる場合においては、面に入射方向
に垂直な面についての配向性を特定することはできな
い。下記実施例２で述べたＺｎＯ膜の場合、面内方向の
結晶軸の向きは特定されない。さらに配向性を制御する
ためには複数のビームを用いる必要がある。したがっ
て、本発明の薄膜形成装置は複数のイオン源から相異な
る所定の方向から同時にイオンビームを薄膜に照射する
構造を有するものであっても良い。複数のイオンビーム
の進行方向の相対的な角度関係は、もちろん、薄膜の結
晶の対称性に基づいて決定される。例えば、Ｓｉ結晶が
チャネリングを起こす方向は、（１００）、（１１
０）、（１１１）等の各結晶面に平行な方向である。こ
れらの面が交わる方向、すなわち、結晶軸方向がチャネ
リング現象が強く起きる。このイオンビームが転移や粒
界面を通過する場合、上述したチャネリングの効果が損
なわれる。このため、転移は消失する。また、粒界構造
も変化し、結果的に結晶粒径を増加させることができ
る。また、場合により単結晶薄膜を形成することが可能
となる。なお、薄膜を通過したイオンは基板中へ注入さ
れることになる。但しＨｅ等の希ガスイオンを用いた場
合、アニール等により基板及び薄膜中から脱離させるこ
とができる。蒸発源物質を蒸着支持部材に保持させる蒸
着物質は、どのような素材の薄膜の形成を目的とするか
によって決められる。例えばアルミニウムや金のような
金属、あるいは金属の酸化物、フッ化物、硫化物、ある
いは合金等である。蒸着物質が蒸着される基板は、必要
に応じ加熱手段により、所定の温度に加熱する。加熱さ
れた基板上の薄膜の温度は、改質の目的、例えば、配向
性の向上、欠陥の緩和、結晶粒径の制御あるいは単結晶
化等に応じ、選択される。また、イオンビームが単数あ
るいは個数が少ない場合であっても、結晶の対称性に応
じ、交互に異なる方向からイオンビームを入射させるこ
とが可能であるように、基板が回転可能であることが好
ましい。例えば、２軸、３軸または４軸のゴニオメータ
ーにより回転させる。本発明の薄膜形成装置は、真空槽
内部にわずかの活性ガスまたは不活性ガスを導入する機
構を有していてもよい。真空槽内部のガス圧は１０-3Ｐ
ａ以下であり、イオンビームはほとんど散乱されない。
例えば、不活性ガスとしてアルゴン、活性ガスとして酸
素を導入し、蒸発物質としてアルミニウムを選択すれ
ば、被蒸着基板上にＡｌ2Ｏ3の薄膜を形成することがで
きる。本発明の薄膜形成装置は、前記の各部材の他に、
薄膜の結晶性を評価するためのその場観察のための公知
のモニタリング機構を付加し、薄膜の結晶性を評価して
もよい。例えば、Ｘ線回折装置、ＲＨＥＥＤ等の電子線
回折装置、あるいは反跳イオンを計測するＲＢＳ等であ
る。さらに本発明の薄膜改質装置は、基板上に蒸発材料
を蒸着させて薄膜を製造する際に通常用いられる部材、
例えば蒸着用マスク、シヤッタ等を有していてもよい。
め薄膜に特定の結晶方位よりイオンビームを照射するこ
とを特徴とする。従来、鉄鋼表面において、窒素イオン
を注入し、表面の耐食性を改質する、あるいは半導体に
おいて、微量不純物のドーピング、あるいは結晶性薄膜
のアモルファス化など、高エネルギーイオンビームが表
面改質の分野において用いられてきた。しかしながら結
晶成長過程を制御するため、直接イオンビームを用いる
ことは無かった。結晶質の薄膜を基板上に形成する場
合、良好な薄膜特性を得るために重要なことの一つとし
て、結晶性の制御がある。例えば良好な酸化亜鉛Ｃ軸配
向膜を形成することは、バリウムフェライトＣ軸配向垂
直磁化膜形成のための下地層として、あるいは圧電膜形
成のために重要である。さらに、非晶質基板上にＳｉ、
ＧｅＡｓ等の半導体単結晶膜を形成すれば、新規な半導
体素子への応用が可能となる。本発明は、このような薄
膜の結晶性、配向性を好ましいものに改質するための、
新規な薄膜形成装置および該装置を使用した薄膜形成方
法に関する。本発明の薄膜形成装置は、蒸発源支持部材
（ａ）、蒸発源加熱部材（ｂ）、薄膜が形成される基板
を所定の方位関係に保持する基板保持部材（ｃ）および
該基板を加熱するための部材（ｄ）を配置した真空槽
（Ａ）、該真空槽内部を所定の圧力の真空状態とするた
めの排気部材（Ｂ）ならびに薄膜に不活性ガス等の高エ
ネルギーイオンビームを照射するための照射部材（Ｃ）
より構成される。以下、本発明の薄膜形成装置を構成す
る各部材およびその動作について説明する。排気部材と
しては、真空槽内部における粒子の平均自由工程が、真
空槽のディメンションに対し、十分大きくなる圧力まで
排気できうるものを選択して使用する。例えば、油回転
ポンプと油拡散ポンプの組合せ、およびイオンポンプと
ソープションポンプの組合せ等である。蒸発材料加熱手
段としては、例えば抵抗加熱による方法が挙げられ、高
融点金属のタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、
タンタル（Ｔａ）などのコイルまたはルツボに蒸着源物
質を入れ、大電流を流し加熱する。蒸着しにくい高融点
物質に対しては、より高温が得られる電子ビームやレー
ザ光を照射することによって加熱し、蒸着物質を気化さ
せる。イオン源としては、特にその種類は限定されない
が、不活性ガス、例えばヘリウム、アルゴン等が好まし
い。特にヘリウムのような、イオン半径の小さい不活性
ガスは、基板中、あるいは薄膜中に入ったイオンが、加
熱により脱離し易いので特に好ましい。イオンビームの
エネルギーは、イオンが薄膜を通過できる程度以上の高
電圧が選択される。必要に応じ、イオン加速手段、イオ
ンビームの質量数を揃えるための分析電磁石、スリット
等が付加されてもよい。また、このイオンビーム照射と
蒸発源の照射は必ずしも同時に作動させる必要は無く、
基板上に一定の膜厚を有する薄膜を形成した後、イオン
ビームを作動させ、結晶性を改善しても良く、あるいは
薄膜形成とイオンビーム照射を交互に繰り返しても良
い。蒸発源、イオン源を作動させた場合、基板にイオン
ビームと蒸発粒子が到達する。すなわち、成長過程にあ
る薄膜中を、特定の方向に向かうイオンビームが通過す
る。薄膜を通過するイオンは、薄膜中の原子と相互作用
を行ない、弾性散乱、非弾性散乱が起きる。その結果、
薄膜中の原子配列は、不規則なものとなりやすい。一方
イオンビームの向かう方向が、薄膜中の結晶面あるいは
結晶軸と一致する場合、いわゆるチャネリング現象が生
じ、上述した相互作用は弱くなる。チャネリングを起こ
す方向は数多くある。その中でどの方向がより強くチャ
ネリング現象を起こすかは、結晶の対称性及び結晶を構
成する原子により定まる。例えば、ダイヤモンドでは、
［１１１］軸に平行なイオンビームが、最も強くチャネ
リングを起こす。従って薄膜を構成する様々な結晶の中
で、上述した特定の方位関係にあるものは、イオンによ
る散乱の影響を受けにくいため、その結晶性を保持しや
すく、その他の方位関係にあるもの、あるいはアモルフ
ァス状態の部分は、イオンと原子との相互作用が大きい
ため、結晶中の原子の位置が変化しやすく、アモルファ
ス、あるいはその他の方位関係にある結晶へ変化しやす
い。すなわち、上述したイオンと、チャネリング現象を
生じる方位関係にある結晶の寿命はその他の方位関係に
ある結晶に対し、比較的長いといえる。換言すれば、イ
オンビームの存在下では、イオンビームとの相互作用が
より低い方向を向いた結晶粒、すなわち、イオンビーム
に対し、チャネリングをより強く起こす方向を向いた結
晶粒がより安定であると言える。一方薄膜の温度は加熱
手段により加熱されているため、上述した原子配列の乱
れは緩和され、アモルファス状態が生じても、最終的に
は結晶化する。すなわち、イオンビームの入射方向に対
し特定の方位関係にある結晶が、イオンビーム中アニー
ルにおいて安定であり、最終的にはこの方向の結晶が成
長する。したがって薄膜を特定の方向に配向させること
が可能となる。イオンビームの入射方向は形成する薄膜
の結晶の対称性に基づき定められる。１方向のみからイ
オンビームを入射させる場合においては、面に入射方向
に垂直な面についての配向性を特定することはできな
い。下記実施例２で述べたＺｎＯ膜の場合、面内方向の
結晶軸の向きは特定されない。さらに配向性を制御する
ためには複数のビームを用いる必要がある。したがっ
て、本発明の薄膜形成装置は複数のイオン源から相異な
る所定の方向から同時にイオンビームを薄膜に照射する
構造を有するものであっても良い。複数のイオンビーム
の進行方向の相対的な角度関係は、もちろん、薄膜の結
晶の対称性に基づいて決定される。例えば、Ｓｉ結晶が
チャネリングを起こす方向は、（１００）、（１１
０）、（１１１）等の各結晶面に平行な方向である。こ
れらの面が交わる方向、すなわち、結晶軸方向がチャネ
リング現象が強く起きる。このイオンビームが転移や粒
界面を通過する場合、上述したチャネリングの効果が損
なわれる。このため、転移は消失する。また、粒界構造
も変化し、結果的に結晶粒径を増加させることができ
る。また、場合により単結晶薄膜を形成することが可能
となる。なお、薄膜を通過したイオンは基板中へ注入さ
れることになる。但しＨｅ等の希ガスイオンを用いた場
合、アニール等により基板及び薄膜中から脱離させるこ
とができる。蒸発源物質を蒸着支持部材に保持させる蒸
着物質は、どのような素材の薄膜の形成を目的とするか
によって決められる。例えばアルミニウムや金のような
金属、あるいは金属の酸化物、フッ化物、硫化物、ある
いは合金等である。蒸着物質が蒸着される基板は、必要
に応じ加熱手段により、所定の温度に加熱する。加熱さ
れた基板上の薄膜の温度は、改質の目的、例えば、配向
性の向上、欠陥の緩和、結晶粒径の制御あるいは単結晶
化等に応じ、選択される。また、イオンビームが単数あ
るいは個数が少ない場合であっても、結晶の対称性に応
じ、交互に異なる方向からイオンビームを入射させるこ
とが可能であるように、基板が回転可能であることが好
ましい。例えば、２軸、３軸または４軸のゴニオメータ
ーにより回転させる。本発明の薄膜形成装置は、真空槽
内部にわずかの活性ガスまたは不活性ガスを導入する機
構を有していてもよい。真空槽内部のガス圧は１０-3Ｐ
ａ以下であり、イオンビームはほとんど散乱されない。
例えば、不活性ガスとしてアルゴン、活性ガスとして酸
素を導入し、蒸発物質としてアルミニウムを選択すれ
ば、被蒸着基板上にＡｌ2Ｏ3の薄膜を形成することがで
きる。本発明の薄膜形成装置は、前記の各部材の他に、
薄膜の結晶性を評価するためのその場観察のための公知
のモニタリング機構を付加し、薄膜の結晶性を評価して
もよい。例えば、Ｘ線回折装置、ＲＨＥＥＤ等の電子線
回折装置、あるいは反跳イオンを計測するＲＢＳ等であ
る。さらに本発明の薄膜改質装置は、基板上に蒸発材料
を蒸着させて薄膜を製造する際に通常用いられる部材、
例えば蒸着用マスク、シヤッタ等を有していてもよい。
【０００５】
実施例１
図１に基づいて、本発明の薄膜形成装置の１例を説明す
る。図１において、ベースプレート１とベルジャー２と
は、パッキング１５を介して一体化され真空槽を形成し
ている。この真空槽は排気系３に接続されており、１０
-3Ｐａ以下に排気される。イオン源３０が設置され、真
空槽内部に不活性ガスなどからなるイオンビームを供給
する。この実施例においては、バンデグラフ型等の加速
器３１、イオンビームの純度を高めるため、偏向コイル
３２が使用され、イオンビームが真空槽内部に導入され
る。バンデグラフ型加速器は、モータ３４と、放電電極
３５と、ベルト３６と、加速管３７と、集電電極３８を
具備している。ＥＢ蒸発源７０が真空槽内部に設置さ
れ、図示されない電源に接続されている。薄膜が形成さ
れる基板１００が基板保持機構４０により設置され、上
記イオンビームが基板上の薄膜を、一定の方位へ通過す
るようにその位置関係が定められる。抵抗加熱式加熱手
段５０が真空槽内部に設置され、図示されない電源によ
り通電され、基板１００を所定の温度へ加熱する。 実施例２ Ｃ軸配向性酸化亜鉛（ＺｎＯ）の製造例を示す。ＺｎＯ
はウルツ鉱型の六方晶系に属す。良好な酸化亜鉛Ｃ軸配
向膜を形成することはバリウムフェライトＣ軸配向垂直
磁化膜形成のための下地層として、あるいは圧電膜形成
のために重要である。基板温度を例えば４００℃に保
ち、蒸発源７０に酸化亜鉛を充填し、これを蒸発させ
る。同時に基板面に垂直な方向からＨｅイオンビームを
入射させた場合、Ｃ軸が基板面に垂直に成長しつつある
結晶粒は、チャネリング現象が生じる。この結晶粒はイ
オンビームによるダメージが少なく、そのまま成長す
る。仮にＣ軸が基板面に対し、傾いた結晶粒が成長を開
始したとしても、この結晶粒はイオンビームによるダメ
ージを強く受け、そのままの方位関係を保ったまま、成
長を続けることはできない。結果的にＣ軸とイオンビー
ムの進行方向が平行な結晶となる。なお、Ｃ軸とイオン
ビームの進行方向が平行な薄膜も若干イオンビーム衝撃
によるダメージを受けるが、基板が加熱されているた
め、緩和される。イオンビームのエネルギーは膜厚に応
じ定められる。概ね０．２〜数ＭｅＶである。イオンビ
ーム強度は適度の値が望ましい。イオンビーム強度が過
度である場合、イオンビーム衝撃によるダメージが強す
ぎ、良好な結晶は得られない。なお、薄膜中、及び基板
中に不活性ガスが取り込まれるが、適宜アニールするこ
とにより脱離する。また、ビーム径に対し大面積の基板
を改質する場合、上記イオンビームの進行方向と、基板
との角度関係を変えない範囲で可動とする、あるいはビ
ームを走査してもよい。 実施例３ Ｓｉはダイヤモンド型構造を取る。そのチャネリング現
象が最も強い方向、すなわち、イオンビームとＳｉ原子
との相互作用が最も弱くなる方向は、［１１１］方向で
ある。基板面に垂直な方向をＺ軸、面内にＸ、Ｙ軸をと
ることにする。この座標系、すなわち基板にたいし、固
定された座標系で、（１，１，−１）、（１，−１，−
１）、（−１，１，−１）、（−１，−１，−１）の４
方向から、Ｈｅイオンビームを照射しつつ、蒸発源５０
からＳｉを蒸発させ、かつ基板の温度を例えば、６５０
℃に保てば、（００１）単結晶Ｓｉ薄膜が得られる。ま
た、（１１１）Ｓｉ単結晶薄膜を形成する場合、互いに
直行する３方向から、イオンビームを入射させればよ
い。例えば、上述した座標系で、（１，０，−√２／
２）、（−１／２，√３／２，−√２／２）、（−１／
２，−√３／２，−√２／２）にそれぞれ平行なイオン
ビームを入射させればよい。さらに（０，０，−１）に
平行なイオンビームを付加すればさらに効果的である。
る。図１において、ベースプレート１とベルジャー２と
は、パッキング１５を介して一体化され真空槽を形成し
ている。この真空槽は排気系３に接続されており、１０
-3Ｐａ以下に排気される。イオン源３０が設置され、真
空槽内部に不活性ガスなどからなるイオンビームを供給
する。この実施例においては、バンデグラフ型等の加速
器３１、イオンビームの純度を高めるため、偏向コイル
３２が使用され、イオンビームが真空槽内部に導入され
る。バンデグラフ型加速器は、モータ３４と、放電電極
３５と、ベルト３６と、加速管３７と、集電電極３８を
具備している。ＥＢ蒸発源７０が真空槽内部に設置さ
れ、図示されない電源に接続されている。薄膜が形成さ
れる基板１００が基板保持機構４０により設置され、上
記イオンビームが基板上の薄膜を、一定の方位へ通過す
るようにその位置関係が定められる。抵抗加熱式加熱手
段５０が真空槽内部に設置され、図示されない電源によ
り通電され、基板１００を所定の温度へ加熱する。 実施例２ Ｃ軸配向性酸化亜鉛（ＺｎＯ）の製造例を示す。ＺｎＯ
はウルツ鉱型の六方晶系に属す。良好な酸化亜鉛Ｃ軸配
向膜を形成することはバリウムフェライトＣ軸配向垂直
磁化膜形成のための下地層として、あるいは圧電膜形成
のために重要である。基板温度を例えば４００℃に保
ち、蒸発源７０に酸化亜鉛を充填し、これを蒸発させ
る。同時に基板面に垂直な方向からＨｅイオンビームを
入射させた場合、Ｃ軸が基板面に垂直に成長しつつある
結晶粒は、チャネリング現象が生じる。この結晶粒はイ
オンビームによるダメージが少なく、そのまま成長す
る。仮にＣ軸が基板面に対し、傾いた結晶粒が成長を開
始したとしても、この結晶粒はイオンビームによるダメ
ージを強く受け、そのままの方位関係を保ったまま、成
長を続けることはできない。結果的にＣ軸とイオンビー
ムの進行方向が平行な結晶となる。なお、Ｃ軸とイオン
ビームの進行方向が平行な薄膜も若干イオンビーム衝撃
によるダメージを受けるが、基板が加熱されているた
め、緩和される。イオンビームのエネルギーは膜厚に応
じ定められる。概ね０．２〜数ＭｅＶである。イオンビ
ーム強度は適度の値が望ましい。イオンビーム強度が過
度である場合、イオンビーム衝撃によるダメージが強す
ぎ、良好な結晶は得られない。なお、薄膜中、及び基板
中に不活性ガスが取り込まれるが、適宜アニールするこ
とにより脱離する。また、ビーム径に対し大面積の基板
を改質する場合、上記イオンビームの進行方向と、基板
との角度関係を変えない範囲で可動とする、あるいはビ
ームを走査してもよい。 実施例３ Ｓｉはダイヤモンド型構造を取る。そのチャネリング現
象が最も強い方向、すなわち、イオンビームとＳｉ原子
との相互作用が最も弱くなる方向は、［１１１］方向で
ある。基板面に垂直な方向をＺ軸、面内にＸ、Ｙ軸をと
ることにする。この座標系、すなわち基板にたいし、固
定された座標系で、（１，１，−１）、（１，−１，−
１）、（−１，１，−１）、（−１，−１，−１）の４
方向から、Ｈｅイオンビームを照射しつつ、蒸発源５０
からＳｉを蒸発させ、かつ基板の温度を例えば、６５０
℃に保てば、（００１）単結晶Ｓｉ薄膜が得られる。ま
た、（１１１）Ｓｉ単結晶薄膜を形成する場合、互いに
直行する３方向から、イオンビームを入射させればよ
い。例えば、上述した座標系で、（１，０，−√２／
２）、（−１／２，√３／２，−√２／２）、（−１／
２，−√３／２，−√２／２）にそれぞれ平行なイオン
ビームを入射させればよい。さらに（０，０，−１）に
平行なイオンビームを付加すればさらに効果的である。
【０００６】
【効果】本発明の薄膜改質装置は、下地基板の結晶性に
よらず、薄膜を特定の方向に配向させ、形成することが
できる。従って圧電膜、超伝導膜、垂直磁化膜あるいは
半導体薄膜等の薄膜形成に利用できる。
よらず、薄膜を特定の方向に配向させ、形成することが
できる。従って圧電膜、超伝導膜、垂直磁化膜あるいは
半導体薄膜等の薄膜形成に利用できる。
【図１】本発明の薄膜形成装置を示す。
１ ベースプレート
２ ベルジャー
３ 排気系
１５ パッキング
３０ イオン源
３１ イオン加速器
３２ 偏向コイル
３４ モータ
３５ 放電電極
３６ ベルト
３７ 加速管
３８ 集電電極
４０ 基板保持機構
５０ 抵抗加熱式加熱手段
７０ 蒸発源（蒸発支持部材および蒸発材料）
１００ 基板
Claims (5)
- 【請求項１】 蒸発源支持部材（ａ）、蒸発源加熱部材
（ｂ）、基板をイオンビームの向きに対して所定の結晶
方位になるように保持した基板保持部材（ｃ）ならびに
該基板の加熱部材（ｄ）とを配置した真空槽（Ａ）、該
真空槽内部を所定の圧力の真空状態とするための排気部
材（Ｂ）およびイオンビーム照射部材（Ｃ）を有するこ
とを特徴とする薄膜形成装置。 - 【請求項２】 単数あるいは複数個のイオンビーム照射
部材を用いる請求項１記載の薄膜形成装置。 - 【請求項３】 基板保持部材が単数あるいは複数個の軸
の回転機構を有する請求項１または２記載の薄膜形成装
置。 - 【請求項４】 活性ガスまたは不活性ガスあるいはそれ
らの混合ガスを導入するためのガス導入部材を有する請
求項１、２又は３記載の薄膜形成装置。 - 【請求項５】 蒸発源材料を支持部材に保持させ、真空
状態で該蒸発源材料を加熱蒸発させ、基板上に薄膜を形
成させながら、あるいは一定の膜厚の薄膜を形成させた
後、チャネリング現象が生ずるような結晶方位でイオン
ビームを前記薄膜に照射することを特徴とする薄膜形成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19995191A JPH0525618A (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 薄膜形成装置およびそれを使用した薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19995191A JPH0525618A (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 薄膜形成装置およびそれを使用した薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0525618A true JPH0525618A (ja) | 1993-02-02 |
Family
ID=16416318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19995191A Pending JPH0525618A (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 薄膜形成装置およびそれを使用した薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0525618A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008147214A (ja) * | 2006-12-06 | 2008-06-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 薄膜製造方法 |
| JP2009513828A (ja) * | 2005-10-25 | 2009-04-02 | サン−ゴバン グラス フランス | 基材の処理方法 |
| JP2009263730A (ja) * | 2008-04-25 | 2009-11-12 | Fujikura Ltd | 多結晶薄膜の製造方法、多結晶薄膜及び酸化物超電導導体 |
| JP2011021270A (ja) * | 2009-06-16 | 2011-02-03 | Central Glass Co Ltd | セラミック薄膜の形成方法 |
-
1991
- 1991-07-15 JP JP19995191A patent/JPH0525618A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009513828A (ja) * | 2005-10-25 | 2009-04-02 | サン−ゴバン グラス フランス | 基材の処理方法 |
| JP2008147214A (ja) * | 2006-12-06 | 2008-06-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 薄膜製造方法 |
| JP2009263730A (ja) * | 2008-04-25 | 2009-11-12 | Fujikura Ltd | 多結晶薄膜の製造方法、多結晶薄膜及び酸化物超電導導体 |
| JP2011021270A (ja) * | 2009-06-16 | 2011-02-03 | Central Glass Co Ltd | セラミック薄膜の形成方法 |
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