JPH06122598A - Production of deposited thin film - Google Patents

Production of deposited thin film

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JPH06122598A
JPH06122598A JP4227277A JP22727792A JPH06122598A JP H06122598 A JPH06122598 A JP H06122598A JP 4227277 A JP4227277 A JP 4227277A JP 22727792 A JP22727792 A JP 22727792A JP H06122598 A JPH06122598 A JP H06122598A
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JP
Japan
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target
thin film
laser
metal
substrate
Prior art date
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Application number
JP4227277A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukio Watabe
行男 渡部
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Mitsubishi Kasei Corp
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a deposited thin film improved in film design and physical properties by irradiating a specific target with short-pulse energy beams. CONSTITUTION:Firstly, a target 6 containing (A) a metal capable of forming a stable compound surface through reaction with the air or a gas in the form of a vapor atmosphere and (B) another metallic element is placed on a target holder 7. Then, short-pulse energy beams 11 from an excimer laser generator 1 is introduced, via the condensing lens 4 and aperture in an optical box 2, into a vacuum chamber 3 and irradiated on the target 6 being in revolution to locally heat it for a short time and evaporated the surface of the target 6, and the resulting evaporated material is deposited on a substrate 8 placed on a substrate holder 9, thus affording the objective thin film.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は蒸着薄膜の作製法に関す
る。詳しくは、原料ターゲットに短パルス状の電磁波を
照射して蒸発させ、所定の基板上にセラミック薄膜を堆
積させる方法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing a vapor-deposited thin film. More specifically, the present invention relates to a method of irradiating a raw material target with a short-pulse electromagnetic wave to evaporate it and deposit a ceramic thin film on a predetermined substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、セラミック化合物薄膜の作製に大
出力レーザーを応用することが盛んに研究開発されてい
る。この薄膜作製方法としては、例えばレーザー蒸着法
として知られている方法(例えば、特開平2−1768
5号公報、Applied Physics Letters 第51巻 No.11
第861ー863頁)があり、これは特に1987年
以来研究が盛んになった酸化物超伝導体薄膜の作製に応
用することが検討されている。
2. Description of the Related Art In recent years, the application of high-power lasers to the production of ceramic compound thin films has been actively researched and developed. As a method for producing this thin film, for example, a method known as a laser vapor deposition method (for example, JP-A-2-1768) is used.
No. 5, Applied Physics Letters Vol. 51 No. 11
Pp. 861-863), and its application to the preparation of oxide superconductor thin films, which has been actively studied since 1987, is being studied.

【0003】レーザー蒸着法の大きな特徴の一つは、基
板の周囲の雰囲気を自由に選択できることであるが、こ
の特徴により、酸化物超伝導体に限らず他の多くのセラ
ミックス、例えば金属元素と窒素、燐、酸素、フッ素、
塩素、臭素、沃素等の低沸点元素との化合物の薄膜作製
にも有用であると考えられる。実際、かかるレーザー蒸
着法による酸化物超伝導体薄膜の作成の研究に刺激さ
れ、レーザー蒸着法が酸化物超伝導体以外の他の酸化物
やカルコゲナイドの薄膜作成にも適用されつつある。
One of the major characteristics of the laser vapor deposition method is that the atmosphere around the substrate can be freely selected. Due to this characteristic, not only oxide superconductors but also many other ceramics such as metal elements can be used. Nitrogen, phosphorus, oxygen, fluorine,
It is considered to be useful for forming a thin film of a compound with a low boiling point element such as chlorine, bromine or iodine. In fact, the research on the production of oxide superconductor thin films by the laser deposition method is stimulated, and the laser deposition method is being applied to the production of thin films of oxides and chalcogenides other than oxide superconductors.

【0004】このレーザー蒸着法、特にレーザーアブレ
ーションと言われる条件では、大きなエネルギー密度を
持ったレーザーパルスをターゲットに照射することによ
り、ターゲット材を蒸発させ、基板上にターゲット組成
に近い組成を有する薄膜を作製できることが利点である
と考えられている。図1はレーザー蒸着装置の一例を示
す概略模式図である。図1を用いて、レーザー蒸着装置
を説明しながら、レーザー蒸着法について説明する。
Under this laser vapor deposition method, particularly the condition called laser ablation, the target material is evaporated by irradiating the target with a laser pulse having a large energy density, and a thin film having a composition close to the target composition is formed on the substrate. Is believed to be an advantage. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a laser vapor deposition apparatus. The laser vapor deposition method will be described while explaining the laser vapor deposition apparatus with reference to FIG.

【0005】エキシマレーザー発生装置1からの紫外光
11は、窒素パージされた光学ボックス2を通り真空槽
3の窓5を通って真空槽3内に入射される。尚、このレ
ーザーとしては、例えばYAGレーザー等の他の高出力
レーザーを用いてもよい。紫外光11は光学ボックス2
内の集光レンズ4によりターゲット手前に集光され、タ
ーゲット6に照射される。通常、集光レンズ4の材料と
しては人工石英が用いられ、真空槽3の窓材としては1
気圧の圧力差を支える程度の厚みを有し且つこの紫外光
11を透過させ得る材料、例えば、人工石英単結晶、M
gF2 単結晶、サファイヤ等が用いられる。
Ultraviolet light 11 from the excimer laser generator 1 enters the vacuum chamber 3 through the nitrogen-purged optical box 2 and the window 5 of the vacuum chamber 3. As this laser, for example, another high-power laser such as a YAG laser may be used. UV light 11 is optical box 2
The light is condensed in front of the target by the condenser lens 4 inside and is irradiated onto the target 6. Normally, synthetic quartz is used as the material of the condenser lens 4, and 1 is used as the window material of the vacuum chamber 3.
A material having a thickness sufficient to support the pressure difference of atmospheric pressure and capable of transmitting the ultraviolet light 11, for example, artificial quartz single crystal, M
gF 2 single crystal, sapphire or the like is used.

【0006】ターゲット6に照射された光はターゲット
表面を局所的に短時間加熱する。例えば、エキシマレー
ザーではパルス幅10〜30nsecが一般的である。
この加熱を受け、ターゲット表面から蒸発が始まる。こ
の蒸発物はターゲット6に対向して配置された基板8上
に向かって放出され、基板上に堆積される。ターゲット
6はこれを支持するターゲットホルダー7により回転可
能であることが好ましく、場合によってはターゲットホ
ルダー7に複数のターゲットを配置し各ターゲットを回
転可能にしてもよく、またターゲット間の位置を交換で
きる機能を有していてもよい。また、基板8を保持する
基板ホルダー9も回転可能とするのが好ましく、通常、
基板加熱手段を有する。実際に薄膜を作製する場合、例
えば酸化物薄膜を作製する場合には真空槽3には酸素な
どの酸化ガスがガス導入口12から供給される。
The light applied to the target 6 locally heats the target surface for a short time. For example, the excimer laser generally has a pulse width of 10 to 30 nsec.
Upon receiving this heating, evaporation starts from the target surface. This vaporized substance is discharged toward the substrate 8 arranged so as to face the target 6 and is deposited on the substrate. The target 6 is preferably rotatable by a target holder 7 supporting the target 6, and in some cases, a plurality of targets may be arranged in the target holder 7 so that each target can be rotated, and the positions of the targets can be exchanged. It may have a function. Further, it is preferable that the substrate holder 9 for holding the substrate 8 is also rotatable,
It has a substrate heating means. When a thin film is actually produced, for example, when an oxide thin film is produced, an oxidizing gas such as oxygen is supplied to the vacuum chamber 3 through the gas inlet 12.

【0007】このようなレーザー蒸着法によると極めて
良好な電気特性、例えば極めて高い超伝導転移温度や臨
界電流密度等が得られることが報告されている。レーザ
ー蒸着法、特にレーザーアブレーションと言われる条件
では、ターゲットとして複数の金属元素と低沸点元素か
らなるターゲットを用いターゲットにほぼ近い組成の薄
膜を得られる点が最大の利点と考えられているため、目
的とする薄膜の組成に近いターゲットを用いることが最
も一般に行なわれている。
It has been reported that such a laser deposition method can provide extremely good electrical characteristics, such as extremely high superconducting transition temperature and critical current density. Laser vapor deposition method, especially under the condition called laser ablation, because it is considered that the greatest advantage is that a thin film having a composition close to that of the target can be obtained by using a target composed of a plurality of metal elements and a low boiling point element as a target. It is most common to use a target having a composition close to that of the target thin film.

【0008】例えば、酸化物の作製を行う場合には、酸
素などの雰囲気ガス中で目的とする薄膜に近い組成の酸
化物焼結体をターゲットとして、レーザー照射し蒸着膜
が作製されてきた。
For example, when an oxide is produced, a laser-irradiated vapor-deposited film has been produced by targeting an oxide sintered body having a composition close to the intended thin film in an atmosphere gas such as oxygen.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな酸化物焼結体をターゲットとする方法ではターゲッ
トがレーザー照射により経時劣化して次第に薄膜上に粒
を生じる、またターゲットの表面形状が変化し蒸着速度
が変動するという問題があった。
However, in the method of using such an oxide sintered body as a target, the target deteriorates over time due to laser irradiation and gradually produces grains on the thin film, and the surface shape of the target changes. There is a problem that the vapor deposition rate varies.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者は、粒発生の原
因として、酸化物超伝導体などの複合酸化物がレーザー
照射により分解し偏析し、極度に溶融や蒸発しやすい部
分と容易に溶融や蒸発し難い部分とが不均一化し、蒸発
する成分に混じって液状または固体の成分が蒸発するこ
とに着目し、できるだけ均一で単純物質からなるターゲ
ットを逐次または同時蒸着することを検討した結果、従
来行われてきた、複数の元素からなるターゲットを用い
るレーザー蒸着法を改良し、単一金属元素からなるター
ゲットに逐次あるいは同時にレーザー照射することによ
り、目的とする複数の元素からなる薄膜を作製できるこ
とを見出した。さらに、レーザー蒸着の条件やターゲッ
トの製法を変えてレーザー蒸着法を検討し、金属自体を
ターゲットとすると表面が化学的に安定な金属では、セ
ラミックに比べレーザー照射によるターゲットの表面形
状の変化が起こりにくいこと、このため薄膜上に粒を生
じず、蒸着速度が一定であることを見出した。これによ
り、レーザー蒸着法の欠点である粒発生の問題を解決
し、膜形状と物性のいずれにも優れ、電子デバイスに有
用なセラミック薄膜を提供すことができる。
Means for Solving the Problems As a cause of the generation of grains, the present inventor has found that a composite oxide such as an oxide superconductor is decomposed and segregated by laser irradiation, and is easily melted or evaporated easily. Focusing on the fact that the part that is difficult to melt or evaporate becomes non-uniform, and the liquid or solid component mixes with the evaporating component to evaporate, and as a result of investigating sequential or simultaneous vapor deposition of a target that is as uniform and simple as possible By improving the conventional laser deposition method that uses a target composed of multiple elements, and sequentially or simultaneously irradiating the target composed of a single metal element with a laser, a thin film composed of multiple target elements can be produced. I found that I could do it. Furthermore, we examined the laser deposition method by changing the conditions of laser deposition and the manufacturing method of the target, and when the metal itself was the target, the surface shape of the target changed due to laser irradiation compared to ceramics in the case of a metal whose surface is chemically stable. It has been found that it is difficult, that is, no grains are formed on the thin film and the deposition rate is constant. As a result, the problem of particle generation, which is a drawback of the laser deposition method, can be solved, and a ceramic thin film excellent in both film shape and physical properties and useful for electronic devices can be provided.

【0011】本発明の要旨は、基板上に二種類以上の金
属元素を含有するセラミック化合物の薄膜を蒸着により
作製する方法において、大気または蒸着雰囲気ガスと反
応して安定な化合物表面を形成する金属のターゲット及
び他の金属元素を含むターゲットに短パルス状のエネル
ギービームを逐次または同時に照射してセラミック化合
物薄膜を堆積させることを特徴とする蒸着薄膜の作製法
に存する。
The gist of the present invention is to provide a method for producing a thin film of a ceramic compound containing two or more kinds of metal elements on a substrate by vapor deposition, in which a metal that reacts with the atmosphere or vapor deposition atmosphere gas to form a stable compound surface. And a target containing another metal element are sequentially or simultaneously irradiated with a short pulsed energy beam to deposit a ceramic compound thin film.

【0012】本発明の金属ターゲットとしては、まず大
気中及び蒸着雰囲気中で金属ターゲット表面が安定であ
ることが必要である。これは、多くの場合、特に酸化物
薄膜を作製する場合は、該金属の安定な酸化物が存在す
ることが必要であることを意味する。バリウム、ストロ
ンチウム、カルシウム等の純金属(特に純度99.9%
以上)は極めて化学的活性が高く、これらの酸化物は不
安定であるから金属表面も不安定であるので、本方法に
は適さない。また、実用的な速度でレーザー蒸着可能な
ためには熱伝導率が約0.3W/cm・degであるこ
とが好ましい。また、金属ターゲット表面に金属酸化物
が生成することにより表面が安定化するためには高融点
の金属酸化物であることが好ましい。
As the metal target of the present invention, it is necessary that the surface of the metal target is stable in the atmosphere and the vapor deposition atmosphere. This often means that a stable oxide of the metal needs to be present, especially when making oxide thin films. Pure metals such as barium, strontium, and calcium (especially purity 99.9%
The above) have extremely high chemical activity, and since these oxides are unstable and the metal surface is also unstable, they are not suitable for this method. In addition, the thermal conductivity is preferably about 0.3 W / cm · deg so that the laser deposition can be performed at a practical speed. Further, a metal oxide having a high melting point is preferable in order to stabilize the surface due to the formation of the metal oxide on the surface of the metal target.

【0013】以上の点から特に好ましい金属は、以下の
とおりである。即ち、スカンジウム、イットリウムを含
む希土類金属(ユウロピウム、ガドリニウム、サマリウ
ム、イッテルビウム等)の熱伝導率は0.15W/cm
・deg前後、チタン、ジルコニウム、ハフニウムの熱
伝導率は0.2W/cm・deg程度、マンガンは0.
1W/cm・deg以下であり、これらはいずれの種類
も十分な速度でレーザー蒸着でき、蒸着後も安定なター
ゲット表面が得られる。また、鉛、ビスマス等も熱伝導
率0.3W/cm・deg程度またはそれ以下であり、
実用的なレーザー蒸着が可能である。
From the above points, particularly preferable metals are as follows. That is, the thermal conductivity of rare earth metals including scandium and yttrium (europium, gadolinium, samarium, ytterbium, etc.) is 0.15 W / cm.
-The thermal conductivity of titanium, zirconium, and hafnium is about 0.2 W / cm-deg, and that of manganese is about deg.
It is 1 W / cm · deg or less, and any of these can be laser-deposited at a sufficient rate, and a stable target surface can be obtained even after the vapor deposition. Also, lead, bismuth, etc., have a thermal conductivity of about 0.3 W / cm · deg or less,
Practical laser vapor deposition is possible.

【0014】さらに、ターゲットとしての熱伝導率を低
下させるために、ターゲットを十分薄くする(0.1m
m以下)、アモルファス状にする、あるいは粒界や欠陥
を制御して導入する、または、熱的にターゲットを絶縁
する手段をターゲットホルダーやその近傍に設ける等を
行ってもよい。目的とする2種類以上の金属元素を含む
セラミック化合物薄膜は、上記金属のターゲットと他の
金属元素を含むターゲットを逐次または同時にレーザー
照射することによって行なう。この他の金属元素を含む
ターゲットには上記金属の別の種類の金属ターゲット、
合金ターゲット、金属酸化物ターゲット等のターゲット
を用いることができる。
Further, in order to reduce the thermal conductivity of the target, the target is made sufficiently thin (0.1 m).
m or less), an amorphous state, or controlled introduction of grain boundaries or defects, or means for thermally insulating the target may be provided in the target holder or in the vicinity thereof. The target ceramic compound thin film containing two or more kinds of metal elements is formed by irradiating the target of the above metal and the target containing another metal element sequentially or simultaneously. Targets containing other metal elements include other types of metal targets of the above metals,
A target such as an alloy target or a metal oxide target can be used.

【0015】成分ガスとしては、例えば、酸化物を形成
するのであれば、O2、O3、O、NO2、N2O等が用い
られ、硫黄化合物であれば、S、S2n(n=1〜4)、
SF 6等が用いられ、窒化物であれば、N2、NH3、N
を用いることができる。本発明の方法ではターゲット中
に低沸点元素である上記成分ガスが入っていないので、
通常の条件よりさらに、気体を活性化する必要がある。
これには、高周波電界(RF)、直流電界による活性化
気体(ラジカル、酸素原子等の単原子、オゾン等の活性
な分子)の形成による方法、紫外線照射などによるオゾ
ンなどの形成等の方法がある。
As the component gas, for example, an oxide is formed.
If you do, O2, O3, O, NO2, N2Used by O etc.
If it is a sulfur compound, S, S2n(N = 1 to 4),
SF 6Etc. are used, and if nitride, N2, NH3, N
Can be used. In the target of the method of the present invention
Since the above component gas that is a low boiling point element does not enter in,
It is necessary to activate the gas more than under normal conditions.
This includes activation by a high frequency electric field (RF) and a direct current electric field.
Gas (activity such as radicals, monatoms such as oxygen atoms, ozone, etc.)
Of various molecules), and
There is a method of forming a ring or the like.

【0016】また用いられる短パルス状のエネルギービ
ームとしてはレーザー光線等の電磁波や電子線が挙げら
れ、通常レーザー光線が用いられる。レーザー光の波長
はターゲットに吸収されるものであれば紫外光である必
要はないが、一般に190nmから350nmの光は多
くの物質に吸収され易く、また、パルス当りの出力の大
きなレーザーが得易い。
Examples of the short pulsed energy beam used include electromagnetic waves such as laser beams and electron beams, and usually laser beams are used. The wavelength of the laser light need not be ultraviolet light as long as it can be absorbed by the target, but generally light from 190 nm to 350 nm is easily absorbed by many substances, and a laser with a large output per pulse is easily obtained. .

【0017】このようなレーザーの発生源としては、エ
キシマレーザー、YAGレーザーに非線形光学素子を組
合わせて波長を短くしたもの、Arイオンレーザー、炭
酸ガスレーザー等が用いられる。特にエキシマレーザ
ー、YAGレーザーに非線形光学素子を組合わせたもの
が最も好ましい。レーザーの出力はパルスあたり10〜
1000mJ程度が好ましく、より重要なのはターゲッ
ト上のエネルギー密度であり、0.01〜10J/cm
2 、一般的には1J/cm2 程度が用いられる。このパ
ルス幅は、通常10〜100nsec程度である。
As a source of such a laser, an excimer laser, a YAG laser combined with a non-linear optical element to shorten the wavelength, an Ar ion laser, a carbon dioxide gas laser or the like is used. Particularly, a combination of an excimer laser and a YAG laser with a non-linear optical element is most preferable. Laser power is 10 per pulse
About 1000 mJ is preferable, and more important is the energy density on the target, which is 0.01 to 10 J / cm.
2 , generally about 1 J / cm 2 . This pulse width is usually about 10 to 100 nsec.

【0018】本発明の方法を用いることが有効な電子素
子用のセラミック化合物薄膜としては、銅酸化物超伝導
体及びその類似体、例えば、LnBa2(Cu1-xTmx)3
7、(Ln1-yMy)2(Cu1-xTmx)O4 、Bi2Sr
2(Ca1-yLny)n-1(Cu1-xTmx)n2n+4(式中、L
nはY、Sm、Eu、Gd、Yb等の希土類元素を表
し、MはBa、Sr、CaまたはCeを表し、Tmは銅
以外の遷移金属、特にFe、Ni、Co等の3d金属元
素を表す。)、酸化物磁性体、例えばLnTmO 3 、希
土ガーネット酸化物、オルソフェライト、誘電体、例え
ばBaTiO3 、SrTiO3 、PLZT[(Pb、L
a)(Ti、Zr)Ox]が挙げられる。
An electron element for which it is effective to use the method of the present invention
As a ceramic compound thin film for a child, copper oxide superconductivity
The body and its analogues, eg LnBa2(Cu1-xTmx)3
O7, (Ln1-yMy)2(Cu1-xTmx) OFour , Bi2Sr
2(Ca1-yLny)n-1(Cu1-xTmx)nO2n + 4(Where L is
n represents a rare earth element such as Y, Sm, Eu, Gd, and Yb.
, M represents Ba, Sr, Ca or Ce, and Tm is copper
Other than transition metals, especially 3d metal elements such as Fe, Ni, Co
Represents a prime. ), An oxide magnetic material such as LnTmO 3 , Rare
Soil garnet oxide, orthoferrite, dielectric, eg
BaTiO3 , SrTiO3 , PLZT [(Pb, L
a) (Ti, Zr) Ox] Is mentioned.

【0019】基板としては、非晶質な蒸着薄膜の作製の
場合には、ガラス、プラスチック、Si、Ge、GaA
s等の化合物半導体や金属でもよいが、多結晶蒸着薄膜
を作製するために基板を室温より加熱する場合は、使用
する基板温度で蒸着薄膜と反応しないことが重要であ
り、サファイア基板やYSZ(イットリウム添加ジルコ
ニア酸化物)等の高温でも安定で安価な基板が用いられ
る。またこれらの基板上にさらにMgO、SrTiO3
等の中間層を形成したものを用いてもよい。
As the substrate, glass, plastic, Si, Ge, GaA is used in the case of producing an amorphous vapor-deposited thin film.
It may be a compound semiconductor such as s or a metal, but when the substrate is heated from room temperature in order to produce a polycrystalline vapor-deposited thin film, it is important that it does not react with the vapor-deposited thin film at the substrate temperature used, such as a sapphire substrate or YSZ ( A stable and inexpensive substrate such as yttrium-doped zirconia oxide) is used even at high temperatures. In addition, MgO, SrTiO 3
You may use what formed the intermediate | middle layers, such as.

【0020】単結晶薄膜を作製するには、さらに蒸着薄
膜との格子整合性が重要であり、例えば、銅酸化物超伝
導体では、MgO、SrTiO3 、LaAlO3 、Nd
GaO3 等が好適に用いられる。
Lattice matching with the vapor-deposited thin film is further important for producing a single crystal thin film. For example, in the case of a copper oxide superconductor, MgO, SrTiO 3 , LaAlO 3 , Nd.
GaO 3 and the like are preferably used.

【0021】[0021]

【実施例】以下、実施例によって本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実
施例により限定されるものではない。 比較例1 99.9%のY23 とMnO2 粉を混合し室温で20
0kg/cm2 の圧力を加えてプレスし、空気中で95
0℃で10時間焼結してYMnO3 焼結体ターゲットを
作製した。このターゲットを用いて、MgO単晶からな
る基板とターゲット間の距離は8cmとし、基板を約1
50℃に加熱し、2×10-6torr以下にした状態で
真空槽内にマスフローメーター(流量計)で流量100
sccmで96mtorrに酸素ガス(純度99.5
%)を満たした(オリフィスを17.5%開)。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples as long as the gist thereof is not exceeded. Comparative Example 1 99.9% of Y 2 O 3 and MnO 2 powder were mixed and allowed to stand at room temperature for 20
Press in a pressure of 0 kg / cm 2 and in air 95
A YMnO 3 sintered body target was produced by sintering at 0 ° C. for 10 hours. Using this target, the distance between the MgO single crystal substrate and the target was 8 cm, and the substrate was about 1 cm.
A mass flow meter (flowmeter) was used to heat the flow rate to 100 in the vacuum chamber while heating to 50 ° C and keeping the pressure below 2 × 10 -6 torr.
Oxygen gas (purity 99.5 at 96 mtorr in sccm)
%) (Orifice opened 17.5%).

【0022】この状態でレーザーからの出射出力をパル
ス当り170mJ、実効2Hzで20分間運転した。タ
ーゲット上のエネルギービーム照射部でパルス当りの平
均エネルギー密度は約1J/cm2 になった。得られた
薄膜を光学顕微鏡で千倍と四百倍で観察したところ、数
μm大の粒が200μm×200μm四方に平均約10
個見られた。尚、ターゲット表面には光学顕微鏡レベル
で十分認められる凹凸が生じた。同一条件で基板温度を
720℃に変更したもののX線回折ではC軸配向のYM
nO3 に対応する薄膜が得られていることがわかった。
In this state, the output power from the laser was operated at 170 mJ per pulse at an effective 2 Hz for 20 minutes. The average energy density per pulse in the energy beam irradiation part on the target was about 1 J / cm 2 . When the obtained thin film was observed with an optical microscope at a magnification of 1,000 times and 400 times, grains having a size of several μm were 200 μm × 200 μm square and the average was about 10 μm.
Seen individually. It should be noted that the target surface had irregularities sufficiently recognized on an optical microscope level. Under the same conditions, the substrate temperature was changed to 720 ° C, but in the X-ray diffraction, C-axis oriented YM
It was found that a thin film corresponding to nO 3 was obtained.

【0023】比較例2 純度99.99%、厚さ1mmのCuをターゲットとし
て比較例1と同様の手順で薄膜を作製した。蒸着中、レ
ーザー蒸着に特有な蒸発物の発光はほとんど見られなか
った。蒸着終了後、目視では膜が形成されていないよう
に見えた。蛍光X線により付着物の同定をしたが、やは
り、Cuは検出限界以下(20〜30Å以下)であっ
た。なお、Cuターゲット表面は極めて平滑なままであ
った。
Comparative Example 2 A thin film was prepared in the same procedure as in Comparative Example 1 using Cu having a purity of 99.99% and a thickness of 1 mm as a target. During the vapor deposition, almost no emission of evaporates characteristic of laser vapor deposition was observed. After the completion of vapor deposition, it was visually observed that no film was formed. The attached matter was identified by fluorescent X-ray, but again Cu was below the detection limit (20 to 30 Å or less). The surface of the Cu target remained extremely smooth.

【0024】比較例3 純度99.9%のBaを実施例1と同様にアークメルト
法で融解してターゲットを作製した。表面は、BaOと
思われる白色の層に覆われていた。このターゲットを用
いて、比較例1と同様の手順で薄膜を作製した。蒸着
中、比較例1と同様に、励起されたBa酸化物に特有な
薄緑色の発光が見られ、この薄膜を光学顕微鏡で千倍と
四百倍で観察したところ、数μm大の粒が200μm×
200μm四方に平均約10個程度見られた。
Comparative Example 3 As in Example 1, Ba having a purity of 99.9% was melted by an arc melting method to prepare a target. The surface was covered with a white layer believed to be BaO. Using this target, a thin film was formed in the same procedure as in Comparative Example 1. During vapor deposition, light green emission peculiar to the excited Ba oxide was observed in the same manner as in Comparative Example 1, and when this thin film was observed with an optical microscope at a magnification of 1,000 times and 400 times, grains of a size of several μm were observed. 200 μm ×
About 10 pieces were observed on an average of 200 μm square.

【0025】なお、レーザー照射されたターゲット表面
はより酸化物層が厚くなり、目視でも分かる表面荒れが
見られた。また、その後、1週間の間に3回同様の実験
を行ったが、上記の粒密度より2倍程度に密度が増えて
いく傾向があった。これはBa表面が不安定なため表面
が変化したためと考えられる。 比較例4 純度99.9%のBaOを約300℃で焼成し作製した
ターゲットを用い、比較例1と同様の手順で薄膜を作製
した。蒸着中、励起されたBa酸化物に特有な薄緑色の
発光が見られた。この薄膜を光学顕微鏡で千倍と四百倍
で観察したところ、数μm大の粒が200μm×200
μm四方に平均約50個程度見られた。尚、ターゲット
表面にも荒れが見られた。
The surface of the target irradiated with the laser had a thicker oxide layer, and the surface roughness was visually recognized. Further, after that, the same experiment was conducted three times in one week, but there was a tendency that the density increased about twice as much as the above grain density. It is considered that this is because the surface of Ba was unstable and the surface was changed. Comparative Example 4 A thin film was prepared in the same procedure as in Comparative Example 1 using a target prepared by firing BaO having a purity of 99.9% at about 300 ° C. A light green emission characteristic of excited Ba oxide was seen during deposition. When this thin film was observed with an optical microscope at a magnification of 1,000 times and 400 times, grains of several μm size were 200 μm × 200.
About 50 pieces were observed on average in the squares of μm. The target surface was also rough.

【0026】実施例1 純度99.9%のYのペレットをターゲットとし、比較
例1と同様の手順で蒸着した。蒸着中、励起されたY酸
化物に特有な赤い発光が見られ、Yが蒸発していること
が示唆された。この薄膜を光学顕微鏡で千倍と四百倍で
観察した所、数μm大の粒が200μm×200μm四
方に平均約1個以下しか見られず、Yターゲット表面は
極めて平滑なままであった。
Example 1 A Y pellet having a purity of 99.9% was used as a target and vapor deposition was performed in the same procedure as in Comparative Example 1. A red emission characteristic of the excited Y oxide was seen during deposition, suggesting that Y was evaporating. When this thin film was observed with an optical microscope at a magnification of 1,000 times and 400 times, particles having a size of several μm were found to be on average about 1 or less in a 200 μm × 200 μm square, and the Y target surface remained extremely smooth.

【0027】このターゲットとYCu2 の合金ターゲッ
トに逐次レーザーを照射することによりYCuOxの組
成の薄膜を作製した。他の条件は、比較例1と同様にし
て行った。この薄膜を光学顕微鏡で観察したところ、数
μm大の粒が200μm×200μm四方に平均約1個
以下しか見られなかった。 実施例2 純度99.9%のYとMnをターゲットとして、YとM
nに逐次レーザーを照射することにより薄膜を作製し
た。他の条件は、比較例1と同様にして行った。この薄
膜を光学顕微鏡で千倍と四百倍で観察したところ、数μ
m大の粒が200μm×200μm四方に平均約1個以
下しか見られず、Y、Mnターゲット表面は極めて平滑
なままであった。同一条件で基板温度を720℃に変更
したもののX線回折ではYMnO3に対応する薄膜が得
られていることがわかった。
A thin film having a composition of YCuO x was produced by successively irradiating the target and the alloy target of YCu 2 with a laser. Other conditions were the same as in Comparative Example 1. When this thin film was observed with an optical microscope, particles having a size of several μm were found to be on average about 1 or less in a 200 μm × 200 μm square. Example 2 Targeting Y and Mn having a purity of 99.9%, Y and M
A thin film was prepared by sequentially irradiating n with a laser. Other conditions were the same as in Comparative Example 1. When this thin film was observed with an optical microscope at magnifications of 1,000 and 400, several micron
Only about 1 or less m-sized grains were observed on a 200 μm × 200 μm square, and the Y and Mn target surfaces remained extremely smooth. Although the substrate temperature was changed to 720 ° C. under the same conditions, it was found by X-ray diffraction that a thin film corresponding to YMnO 3 was obtained.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明はレーザー蒸着法により酸化物超
伝導体薄膜等の酸化物薄膜や窒化物薄膜等のセラミック
薄膜を作製する際に、レーザー蒸着可能で且つ粒の問題
の解決されたターゲットを用いることにより、電子素子
に適した高特性で膜形状の優れた薄膜を提供する。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a target which can be laser-deposited and has solved the problem of grain when producing ceramic thin films such as oxide thin films such as oxide superconductor thin films and nitride thin films by the laser deposition method. By using, a thin film having high characteristics and excellent film shape suitable for an electronic device is provided.

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

【図1】 本発明で用いるレーザー蒸着装置のー例を示
す模式図。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a laser vapor deposition apparatus used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エキシマレーザー発生装置 2 光学ボックス 3 真空槽 4 集光レンズ 5 紫外光透過窓 6 ターゲット 7 ターゲットホルダー 8 基板 9 基板ホルダー 10 シャッター 1 Excimer laser generator 2 Optical box 3 Vacuum chamber 4 Condenser lens 5 Ultraviolet light transmitting window 6 Target 7 Target holder 8 Substrate 9 Substrate holder 10 Shutter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 39/24 ZAA B 9276−4M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 39/24 ZAA B 9276-4M

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に二種類以上の金属元素を含有す
るセラミック化合物の薄膜を蒸着により作製する方法に
おいて、大気または蒸着雰囲気ガスと反応して安定な化
合物表面を形成する金属のターゲット及び他の金属元素
を含むターゲットに短パルス状のエネルギービームを逐
次または同時に照射してセラミック化合物薄膜を堆積さ
せることを特徴とする蒸着薄膜の作製法。
1. In a method for producing a thin film of a ceramic compound containing two or more kinds of metal elements on a substrate by vapor deposition, a metal target which reacts with the atmosphere or vapor atmosphere gas to form a stable compound surface, and others. A method for producing a vapor-deposited thin film, which comprises irradiating a target containing a metal element with a short pulsed energy beam sequentially or simultaneously to deposit a ceramic compound thin film.
【請求項2】 大気または蒸着雰囲気ガスと反応して安
定な化合物表面を形成する金属が、希土類金属、Ti、
Zr、Hf、VまたはMnである請求項1に記載の蒸着
薄膜の作製法。
2. The metal which reacts with the atmosphere or vapor deposition atmosphere gas to form a stable compound surface is rare earth metal, Ti,
The method for producing a vapor-deposited thin film according to claim 1, which is Zr, Hf, V or Mn.
JP4227277A 1992-08-26 1992-08-26 Production of deposited thin film Pending JPH06122598A (en)

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