JPH07263766A - 金属窒化物単結晶薄膜育成法および装置 - Google Patents
金属窒化物単結晶薄膜育成法および装置Info
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- JPH07263766A JPH07263766A JP6079325A JP7932594A JPH07263766A JP H07263766 A JPH07263766 A JP H07263766A JP 6079325 A JP6079325 A JP 6079325A JP 7932594 A JP7932594 A JP 7932594A JP H07263766 A JPH07263766 A JP H07263766A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来従来の方法では困難となされる高真空下
での金属化合物薄膜合成を確実に実施し、かつ薄膜育成
速度や膜構造均一性などに関する微細制御が可能な育成
技術を伴う薄膜育成方法および該方法を実施するための
装置を提供する。 【構成】 上記課題を解決するために、本発明にもとづ
く方法は、分子線によって基板上に金属窒化物からなる
単結晶薄膜を育成する際に、ラジカルビームによる反応
種の励起・活性化を行う。また、本発明にもとづく装置
は、分子線によって基板上に金属窒化物からなる単結晶
薄膜を育成するための手段と、ラジカルビームによる反
応種の励起・活性化を行うための手段とを有する。
での金属化合物薄膜合成を確実に実施し、かつ薄膜育成
速度や膜構造均一性などに関する微細制御が可能な育成
技術を伴う薄膜育成方法および該方法を実施するための
装置を提供する。 【構成】 上記課題を解決するために、本発明にもとづ
く方法は、分子線によって基板上に金属窒化物からなる
単結晶薄膜を育成する際に、ラジカルビームによる反応
種の励起・活性化を行う。また、本発明にもとづく装置
は、分子線によって基板上に金属窒化物からなる単結晶
薄膜を育成するための手段と、ラジカルビームによる反
応種の励起・活性化を行うための手段とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子産業・金属工業分
野等における材料プロセス技術として利用可能な励起原
子ビーム法による金属窒化合物単結晶薄膜の育成法およ
び該育成法を実施するための装置に関する。
野等における材料プロセス技術として利用可能な励起原
子ビーム法による金属窒化合物単結晶薄膜の育成法およ
び該育成法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属・半導体の窒化物・炭化物・酸化物
等の化合物薄膜育成は、高耐食性、耐摩耗性や超硬性な
どの材料の表層高機能性を賦与するほか、表面に固有な
磁気・電子特性を与えることにより新材料の創成を可能
にする。すなわち、ジョセフソン素子のため超伝導薄膜
（ＮｂＮ）、デバイス用の絶縁層（Ｓｉ3 Ｎ4 ）や拡散
障壁層（ＴｉＮ）の育成のほか、耐熱半導体用材料（Ｓ
ｉＣ）や強磁性フェライトやスピネル等の酸化物相の育
成等において、単結晶性を持つ化合物膜の育成技術は電
子産業・金属工業分野における材料プロセス技術として
波及効果は大きいものと考えられる。
等の化合物薄膜育成は、高耐食性、耐摩耗性や超硬性な
どの材料の表層高機能性を賦与するほか、表面に固有な
磁気・電子特性を与えることにより新材料の創成を可能
にする。すなわち、ジョセフソン素子のため超伝導薄膜
（ＮｂＮ）、デバイス用の絶縁層（Ｓｉ3 Ｎ4 ）や拡散
障壁層（ＴｉＮ）の育成のほか、耐熱半導体用材料（Ｓ
ｉＣ）や強磁性フェライトやスピネル等の酸化物相の育
成等において、単結晶性を持つ化合物膜の育成技術は電
子産業・金属工業分野における材料プロセス技術として
波及効果は大きいものと考えられる。
【０００３】従来の化合物薄膜育成方法として、例えば
以下の３通りの方法が知られている。
以下の３通りの方法が知られている。
【０００４】すなわち、第一の方法は、スパッタリング
法である。この方法は目的組成の物質をターゲットに用
いＡｒ等の不活性ガスイオンの衝撃により成膜を行う技
術である。
法である。この方法は目的組成の物質をターゲットに用
いＡｒ等の不活性ガスイオンの衝撃により成膜を行う技
術である。
【０００５】第二の方法は、ガス相にある化合物物質を
高温度に保った表面上で反応させつつ付着させていく薄
膜結晶育成法である（ＣＶＤ法）。
高温度に保った表面上で反応させつつ付着させていく薄
膜結晶育成法である（ＣＶＤ法）。
【０００６】そして第三の方法は、高品位な単結晶膜を
得るための一般的な合成法として知られているＭＢＥ法
である。
得るための一般的な合成法として知られているＭＢＥ法
である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法は以
下のような問題点を有する。すなわち、第一の方法で
は、膜組成比が出発ターゲット物質よりずれることやＡ
ｒ等の薄膜中への混入が避けられず、薄膜作製中の圧力
もガス相の放電を維持する必要があるために１〜０．１
Ｐａと高く、このため作成の再現性も悪いという問題点
がある。
下のような問題点を有する。すなわち、第一の方法で
は、膜組成比が出発ターゲット物質よりずれることやＡ
ｒ等の薄膜中への混入が避けられず、薄膜作製中の圧力
もガス相の放電を維持する必要があるために１〜０．１
Ｐａと高く、このため作成の再現性も悪いという問題点
がある。
【０００８】第二の方法では、反応ガスは本質的に不安
定であるため、有毒であったり爆発性であることが多
く、また入手困難な場合も多いという問題点や、作製中
の真空度は１Ｐａ以上であり、微細な実験条件の制御は
困難であるという問題点がある。
定であるため、有毒であったり爆発性であることが多
く、また入手困難な場合も多いという問題点や、作製中
の真空度は１Ｐａ以上であり、微細な実験条件の制御は
困難であるという問題点がある。
【０００９】そして、第三の方法では、金属化合物単結
晶薄膜を育成させることは一般に著しく困難であるとい
う問題点がある。その理由として、単結晶膜を育成させ
るためには、物質の飛来速度と表面での拡散速度および
化合物育成の反応速度とを調節して、膜成長相度を単結
晶成長条件に合致させることが必要になるためである。
なお反応の活性化エネルギーが極く小さい場合、例えば
ヒュームローザリィ則によって元々合金を育成する性質
を持つ物質の組合せ等では、組成物質の飛来速度を調節
するだけで化合物単結晶膜を得られることもあるが、窒
化物膜の場合には適用できない。
晶薄膜を育成させることは一般に著しく困難であるとい
う問題点がある。その理由として、単結晶膜を育成させ
るためには、物質の飛来速度と表面での拡散速度および
化合物育成の反応速度とを調節して、膜成長相度を単結
晶成長条件に合致させることが必要になるためである。
なお反応の活性化エネルギーが極く小さい場合、例えば
ヒュームローザリィ則によって元々合金を育成する性質
を持つ物質の組合せ等では、組成物質の飛来速度を調節
するだけで化合物単結晶膜を得られることもあるが、窒
化物膜の場合には適用できない。
【００１０】さらに、高品質な薄膜を得る手法としては
超高真空下でＭＢＥ法を適用することが最善であると考
えられている。この場合高品質とは、単結晶であること
は無論、膜構造として平坦かつ均一であること、組成と
して定められた化学量論組成を持って均質であること、
超格子複合膜等を考えるときには界面のオーダリングと
コヒーレンシィに優れていることなどの条件を満足させ
る必要がある。一方、表面上で化学反応を生ぜしめて化
合物膜を育成させるには反応の活性化エネルギーが必要
であるが、通常この条件は反応物質を高温状態にするこ
とにより与えられる。従って活性化エネルギーが大きい
場合にはより高温が必要となるが、表面が高温になるほ
ど反応粒子の表面滞在時間は短くなり、膜成長に背反す
る条件となって化合物膜育成の確率は低くなる。すなわ
ち、高品質な単結晶膜の合成はより困難となる。ＭＢＥ
的に表面で窒化物薄膜を育成させるためには、反応物質
を粒子として表面に導入すると同時に反応に必要な活性
化エネルギーを効率良く与えることが必要である。
超高真空下でＭＢＥ法を適用することが最善であると考
えられている。この場合高品質とは、単結晶であること
は無論、膜構造として平坦かつ均一であること、組成と
して定められた化学量論組成を持って均質であること、
超格子複合膜等を考えるときには界面のオーダリングと
コヒーレンシィに優れていることなどの条件を満足させ
る必要がある。一方、表面上で化学反応を生ぜしめて化
合物膜を育成させるには反応の活性化エネルギーが必要
であるが、通常この条件は反応物質を高温状態にするこ
とにより与えられる。従って活性化エネルギーが大きい
場合にはより高温が必要となるが、表面が高温になるほ
ど反応粒子の表面滞在時間は短くなり、膜成長に背反す
る条件となって化合物膜育成の確率は低くなる。すなわ
ち、高品質な単結晶膜の合成はより困難となる。ＭＢＥ
的に表面で窒化物薄膜を育成させるためには、反応物質
を粒子として表面に導入すると同時に反応に必要な活性
化エネルギーを効率良く与えることが必要である。
【００１１】したがって、本発明の目的は、予め励起状
態にした反応粒子を表面に供給することによって、従来
従来の方法では困難となされる高真空下での金属化合物
薄膜合成を確実に実施し、かつ薄膜育成速度や膜構造均
一性などに関する微細制御が可能な育成技術を伴う薄膜
育成方法および当該方法を実施するための装置を提供す
ることであり、さらに将来のエレクトロニクス分野で重
要な超格子構造などの単結晶性の積層複合膜等について
も成長パラメータ等作製条件の選択を行って合成しうる
技術を提供することである。
態にした反応粒子を表面に供給することによって、従来
従来の方法では困難となされる高真空下での金属化合物
薄膜合成を確実に実施し、かつ薄膜育成速度や膜構造均
一性などに関する微細制御が可能な育成技術を伴う薄膜
育成方法および当該方法を実施するための装置を提供す
ることであり、さらに将来のエレクトロニクス分野で重
要な超格子構造などの単結晶性の積層複合膜等について
も成長パラメータ等作製条件の選択を行って合成しうる
技術を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明にもとづく励起原子ビーム法による金属窒化
物単結晶薄膜の育成法は、金属窒化物からなる単結晶薄
膜を基板上に育成するための方法において、分子線によ
って基板上に金属窒化物からなる単結晶薄膜を育成する
際に、ラジカルビームによる反応種の励起・活性化を行
うことを特徴とする。また、本発明にもとづく装置は、
金属窒化物からなる単結晶薄膜を基板上に育成するため
の装置において、分子線によって基板上に金属窒化物か
らなる単結晶薄膜を育成するための手段と、ラジカルビ
ームによる反応種の励起・活性化を行うための手段とを
特徴とする。
に、本発明にもとづく励起原子ビーム法による金属窒化
物単結晶薄膜の育成法は、金属窒化物からなる単結晶薄
膜を基板上に育成するための方法において、分子線によ
って基板上に金属窒化物からなる単結晶薄膜を育成する
際に、ラジカルビームによる反応種の励起・活性化を行
うことを特徴とする。また、本発明にもとづく装置は、
金属窒化物からなる単結晶薄膜を基板上に育成するため
の装置において、分子線によって基板上に金属窒化物か
らなる単結晶薄膜を育成するための手段と、ラジカルビ
ームによる反応種の励起・活性化を行うための手段とを
特徴とする。
【００１３】上記金属窒素化物、例えばＮｂＮの単結晶
膜育成は、電子銃型蒸発源を用いて金属（Ｎｂ）分子線
による蒸着を行い、またラジカルビーム源からの窒素原
子を蒸着面に噴射させて窒化物膜を育成させる。ラジカ
ルビーム源は、電子サイクロトロン共鳴型（ＥＣＲ）プ
ラズマソースを用い、これによって高真空中で高品質な
単結晶膜を得る。
膜育成は、電子銃型蒸発源を用いて金属（Ｎｂ）分子線
による蒸着を行い、またラジカルビーム源からの窒素原
子を蒸着面に噴射させて窒化物膜を育成させる。ラジカ
ルビーム源は、電子サイクロトロン共鳴型（ＥＣＲ）プ
ラズマソースを用い、これによって高真空中で高品質な
単結晶膜を得る。
【００１４】
【作用】膜構成原子となる励起粒子（Ｎ原子）を、入射
数と方向とをそろえたビームとして直接表面まで導入す
ることにより、必要以上に表面を高温にすることなく効
率的に反応を起こさせつつ化合物を付着させる。これに
よって核育成や表面拡散などの単結晶膜育成の条件を同
時にかつ独立に制御する。このようにして高真空中での
薄膜育成により、原子層別成長などの膜成長の微細条件
を制御することができる。また励起源としてＥＣＲソー
スを用いるため、必要な数の励起ビームとして表面特定
部位に導入させることが可能である。
数と方向とをそろえたビームとして直接表面まで導入す
ることにより、必要以上に表面を高温にすることなく効
率的に反応を起こさせつつ化合物を付着させる。これに
よって核育成や表面拡散などの単結晶膜育成の条件を同
時にかつ独立に制御する。このようにして高真空中での
薄膜育成により、原子層別成長などの膜成長の微細条件
を制御することができる。また励起源としてＥＣＲソー
スを用いるため、必要な数の励起ビームとして表面特定
部位に導入させることが可能である。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００１６】図１は本発明にもとづく励起原子ビーム法
による金属窒化物単結晶薄膜の育成法、すなわち金属・
半導体等の単結晶薄膜育成技術である分子線ビームエピ
タキシー（ＭＢＥ）技術と、反応種を励起・活性化する
ためのラジカルビーム（ＲＢ）技術とを結合させる薄膜
付着法によって窒化ニオブ（ＮｂＮ）などの金属化合物
単結晶薄膜を育成させる方法が適用される装置の概略的
構成と上記育成法とを説明するための図である。この図
において、参照符号１はヒータ、２は基板、３は励起原
子ビーム源、そして４は金属蒸発源である。
による金属窒化物単結晶薄膜の育成法、すなわち金属・
半導体等の単結晶薄膜育成技術である分子線ビームエピ
タキシー（ＭＢＥ）技術と、反応種を励起・活性化する
ためのラジカルビーム（ＲＢ）技術とを結合させる薄膜
付着法によって窒化ニオブ（ＮｂＮ）などの金属化合物
単結晶薄膜を育成させる方法が適用される装置の概略的
構成と上記育成法とを説明するための図である。この図
において、参照符号１はヒータ、２は基板、３は励起原
子ビーム源、そして４は金属蒸発源である。
【００１７】励起原子ビーム源３として電子サイクロト
ロン共鳴型（ＥＣＲ）プラズマソース（以下、ＥＣＲソ
ースという）を用いることにより高品質な単結晶膜を得
ることができ、またＭＢＥ法の特徴を活かして薄膜成長
条件に関する微細制御が可能となるので、半導体・金属
材料に適用して、超ＬＳＩ等の作製に必要な良好な界面
特性を持つ複合膜の作製も可能である。すなわち、膜構
成原子となる励起粒子（Ｎ原子）を、入射数と方向とを
そろえたビームとして直接表面まで導入することによ
り、必要以上に表面を高温にすることなく効率的に反応
を起こさせつつ化合物を付着させる。これによって結晶
核育成や表面拡散などの単結晶膜育成の条件を同時にか
つ独立に制御する。また、真空ポンプまたは差動排気方
式を採用した高真空状態下での薄膜育成により、層別成
長などの膜成長の微細条件を制御することができる。さ
らに、励起源としてＥＣＲソースを用いるため、必要な
反応原子数を励起ビームとして表面特定部位に導入させ
ることが可能である。
ロン共鳴型（ＥＣＲ）プラズマソース（以下、ＥＣＲソ
ースという）を用いることにより高品質な単結晶膜を得
ることができ、またＭＢＥ法の特徴を活かして薄膜成長
条件に関する微細制御が可能となるので、半導体・金属
材料に適用して、超ＬＳＩ等の作製に必要な良好な界面
特性を持つ複合膜の作製も可能である。すなわち、膜構
成原子となる励起粒子（Ｎ原子）を、入射数と方向とを
そろえたビームとして直接表面まで導入することによ
り、必要以上に表面を高温にすることなく効率的に反応
を起こさせつつ化合物を付着させる。これによって結晶
核育成や表面拡散などの単結晶膜育成の条件を同時にか
つ独立に制御する。また、真空ポンプまたは差動排気方
式を採用した高真空状態下での薄膜育成により、層別成
長などの膜成長の微細条件を制御することができる。さ
らに、励起源としてＥＣＲソースを用いるため、必要な
反応原子数を励起ビームとして表面特定部位に導入させ
ることが可能である。
【００１８】２．４５ＧＨｚのマイクロ波および８７５
Ｇの磁場を加えるＥＣＲソースでは、電子共鳴運動（サ
イクロトロン共鳴）を起こさせることにより効率的に高
励起なイオン、原子、分子の気相ガス集団（プラズマ）
の発生が可能となる。すなわち、電子は共鳴回転運動中
にマイクロ波により高い電子温度まで加速されるので、
ソース中のイオンや原子、分子と繰り返し衝突して、こ
れらを高い価数のイオン化状態や高励起状態に誘導する
ことができる。プラズマ中の窒素ガス圧が高い場合には
イオンの相対的比率は低下して、中性の励起粒子ビーム
が形成される。これらの励起粒子を直径６ｍｍ程度のオ
リフィスより吹き出させて、励起ビームを形成した。一
方、金属粒子は、通常のＭＢＥ法と同様に電子銃型蒸着
ソースより蒸発させて表面に付着させる。これらの２つ
のビームを、予め特定温度に設定しておいた基板表面に
２方向から導入し結晶膜を得た。
Ｇの磁場を加えるＥＣＲソースでは、電子共鳴運動（サ
イクロトロン共鳴）を起こさせることにより効率的に高
励起なイオン、原子、分子の気相ガス集団（プラズマ）
の発生が可能となる。すなわち、電子は共鳴回転運動中
にマイクロ波により高い電子温度まで加速されるので、
ソース中のイオンや原子、分子と繰り返し衝突して、こ
れらを高い価数のイオン化状態や高励起状態に誘導する
ことができる。プラズマ中の窒素ガス圧が高い場合には
イオンの相対的比率は低下して、中性の励起粒子ビーム
が形成される。これらの励起粒子を直径６ｍｍ程度のオ
リフィスより吹き出させて、励起ビームを形成した。一
方、金属粒子は、通常のＭＢＥ法と同様に電子銃型蒸着
ソースより蒸発させて表面に付着させる。これらの２つ
のビームを、予め特定温度に設定しておいた基板表面に
２方向から導入し結晶膜を得た。
【００１９】三重結合をしていて化学的に安定状態にあ
る窒素分子と金属粒子とが表面で反応するのに必要な活
性化エネルギーは分子の解離に要するエネルギーである
と考えられ、これにより化合物育成や結晶成長の速度が
律速される。従って本発明に用いるＥＣＲソースによる
励起ビームのなかでは、金属窒化物を育成するのに最も
有効なのは窒素原子であると思われる。この励起Ｎ原子
を直接ビームとして表面に供給するので、表面反応が効
率的に促進され化合物単結晶膜が成長する。その反応の
ポテンシャルダイヤグラムを図２に示す。
る窒素分子と金属粒子とが表面で反応するのに必要な活
性化エネルギーは分子の解離に要するエネルギーである
と考えられ、これにより化合物育成や結晶成長の速度が
律速される。従って本発明に用いるＥＣＲソースによる
励起ビームのなかでは、金属窒化物を育成するのに最も
有効なのは窒素原子であると思われる。この励起Ｎ原子
を直接ビームとして表面に供給するので、表面反応が効
率的に促進され化合物単結晶膜が成長する。その反応の
ポテンシャルダイヤグラムを図２に示す。
【００２０】以下、具体例として２元系化合物である窒
化ニオブ（ＮｂＮ）単結晶膜を育成させた場合について
説明する。ＮｂＮはＴC 〜１５Ｋを持つ超伝導物質であ
り、超伝導膜／絶縁相／超伝導膜の蓄積構造を育成させ
ることができれば、ＳＱＵＩＤやクライオエレクトロニ
クス用のジョセフソン素子として有用な材料と考えられ
ている。
化ニオブ（ＮｂＮ）単結晶膜を育成させた場合について
説明する。ＮｂＮはＴC 〜１５Ｋを持つ超伝導物質であ
り、超伝導膜／絶縁相／超伝導膜の蓄積構造を育成させ
ることができれば、ＳＱＵＩＤやクライオエレクトロニ
クス用のジョセフソン素子として有用な材料と考えられ
ている。
【００２１】図３は、本発明にもとづく金属窒化物単結
晶薄膜の育成法がこの図に示すように適用される装置の
具体例を説明するための図である。
晶薄膜の育成法がこの図に示すように適用される装置の
具体例を説明するための図である。
【００２２】到達真空度が１０-8Ｐａである超高真空装
置１０を用い、基板１１には単結晶ＭｇＯ（１００）面
を使用した。窒化物膜のエピタキシャル成長は、Ｎｂを
電子銃型蒸発源１４から蒸着させつつ、マイクロ波電源
１２に接続されたＲＢ（ラジカルビーム）ガン１３より
Ｎ原子励起ビームを蒸着面に噴射させて行った（図３参
照）。なお基板温度は単結晶の成長に必要な任意の特定
な温度に加熱することができる。
置１０を用い、基板１１には単結晶ＭｇＯ（１００）面
を使用した。窒化物膜のエピタキシャル成長は、Ｎｂを
電子銃型蒸発源１４から蒸着させつつ、マイクロ波電源
１２に接続されたＲＢ（ラジカルビーム）ガン１３より
Ｎ原子励起ビームを蒸着面に噴射させて行った（図３参
照）。なお基板温度は単結晶の成長に必要な任意の特定
な温度に加熱することができる。
【００２３】この実施例では基板１１を６５０℃までに
加熱し、次いでＮｂを１．５Å／ｍｉｎの蒸着速度で付
着させた。一方ＲＢガン１３より供給する励起窒素ビー
ムの強度は、およそ５×１０14Ｎ／ｃｍ2 ・ｓｅｃと見
積もられた。従って、膜面への窒素原子数はＮｂの供給
数の約１０倍であり、多くの窒素原子は反応することな
く、表面から気相中に再放出されていることになる。こ
の時ＥＣＲソースには１．１ｃｃ／ｍｉｎの流量でＮ2
ガスを導入しているので、蒸着装置内の真空度は１０-3
Ｐａとなった。この窒素分圧から求めた窒素分子の表面
衝突数は１０16／ｃｍ2 ・ｓｅｃと評価されるので、分
子状窒素は基板表面のＮｂとは反応していないと考えら
れる（後述）。なお蒸着中の真空度は、単に排気速度の
大きな真空ポンプまたは差動排気方式を採用することに
より、超高真空領域まで下げることは容易である。
加熱し、次いでＮｂを１．５Å／ｍｉｎの蒸着速度で付
着させた。一方ＲＢガン１３より供給する励起窒素ビー
ムの強度は、およそ５×１０14Ｎ／ｃｍ2 ・ｓｅｃと見
積もられた。従って、膜面への窒素原子数はＮｂの供給
数の約１０倍であり、多くの窒素原子は反応することな
く、表面から気相中に再放出されていることになる。こ
の時ＥＣＲソースには１．１ｃｃ／ｍｉｎの流量でＮ2
ガスを導入しているので、蒸着装置内の真空度は１０-3
Ｐａとなった。この窒素分圧から求めた窒素分子の表面
衝突数は１０16／ｃｍ2 ・ｓｅｃと評価されるので、分
子状窒素は基板表面のＮｂとは反応していないと考えら
れる（後述）。なお蒸着中の真空度は、単に排気速度の
大きな真空ポンプまたは差動排気方式を採用することに
より、超高真空領域まで下げることは容易である。
【００２４】上記の実施例により厚さ３００Å のＮｂ
Ｎ単結晶薄膜を得ることができた。この窒化ニオブは、
超伝導体である立方晶δ相ＮｂＮに特徴的な黄金色の光
沢を示した。この薄膜の単結晶性はＲＨＥＥＤ（反射型
高速電子線回折）およびＸ線回折とにより確かめた。Ｒ
ＨＥＥＤパターンの観測例を図４に示した。この図は、
単結晶に特有な回折ラインおよび回析スポットが重畳さ
れたパターンを示しており（多結晶体ではリング状の回
折パターンが得られる）、エピタキシャル成長が確かめ
られた。また組成は、オージェ電子分光による元素分析
を行った結果、Ｎｂ／Ｎ比が０．９５と得られ、ほぼＮ
ｂＮの化学量論的組成になっていることが確かめられ
た。また、電気抵抗の測定から超伝導体であることが確
かめられたが、その遷移温度Ｔｃは８Ｋと得られた。こ
の値はバルクＮｂＮの１５Ｋより低い。排気容量の大き
な真空ポンプを用いるなどしてＮｂの蒸着条件を改善す
ることにより、１５Ｋに近い値が得られるものと思われ
る。
Ｎ単結晶薄膜を得ることができた。この窒化ニオブは、
超伝導体である立方晶δ相ＮｂＮに特徴的な黄金色の光
沢を示した。この薄膜の単結晶性はＲＨＥＥＤ（反射型
高速電子線回折）およびＸ線回折とにより確かめた。Ｒ
ＨＥＥＤパターンの観測例を図４に示した。この図は、
単結晶に特有な回折ラインおよび回析スポットが重畳さ
れたパターンを示しており（多結晶体ではリング状の回
折パターンが得られる）、エピタキシャル成長が確かめ
られた。また組成は、オージェ電子分光による元素分析
を行った結果、Ｎｂ／Ｎ比が０．９５と得られ、ほぼＮ
ｂＮの化学量論的組成になっていることが確かめられ
た。また、電気抵抗の測定から超伝導体であることが確
かめられたが、その遷移温度Ｔｃは８Ｋと得られた。こ
の値はバルクＮｂＮの１５Ｋより低い。排気容量の大き
な真空ポンプを用いるなどしてＮｂの蒸着条件を改善す
ることにより、１５Ｋに近い値が得られるものと思われ
る。
【００２５】励起ビームの効果を調べるため、Ｎ2 ガス
を同じ圧力まで導入したうえＥＣＲソースをｏｆｆとし
たまま、励起ビームの供給のない以外は同一の蒸着条件
下で薄膜を付着させ、化合物膜結晶育成の様子を比較し
た。その結果、励起ビーム無しの窒素雰囲気中では単に
Ｎｂ多結晶膜が得られただけであった。図５には、Ｘ線
回折によりその様子を観測した例を示した。図中、Ｎｂ
（１００）およびＮｂ（２１１）は、ＲＢガンを使用し
ない条件で前蒸着した多結晶Ｎｂ膜からの回析ピークで
ある。
を同じ圧力まで導入したうえＥＣＲソースをｏｆｆとし
たまま、励起ビームの供給のない以外は同一の蒸着条件
下で薄膜を付着させ、化合物膜結晶育成の様子を比較し
た。その結果、励起ビーム無しの窒素雰囲気中では単に
Ｎｂ多結晶膜が得られただけであった。図５には、Ｘ線
回折によりその様子を観測した例を示した。図中、Ｎｂ
（１００）およびＮｂ（２１１）は、ＲＢガンを使用し
ない条件で前蒸着した多結晶Ｎｂ膜からの回析ピークで
ある。
【００２６】ＭＢＥ的に表面で窒化物薄膜を育成させる
ためには、反応物質を粒子として表面に導入すると同時
に反応に必要な活性化エネルギーを効率良く与えること
が必要である。
ためには、反応物質を粒子として表面に導入すると同時
に反応に必要な活性化エネルギーを効率良く与えること
が必要である。
【００２７】
【発明の効果】以上、説明したように本発明は、金属・
半導体等の単結晶薄膜育成技術である分子線ビームエピ
タキシー（ＭＢＥ）技術と、反応種を励起・活性化する
ためのラジカルビーム技術とを結合させる薄膜付着法に
より、窒化ニオブ（ＮｂＮ）などの金属窒化物の単結晶
薄膜を育成させる技術である。
半導体等の単結晶薄膜育成技術である分子線ビームエピ
タキシー（ＭＢＥ）技術と、反応種を励起・活性化する
ためのラジカルビーム技術とを結合させる薄膜付着法に
より、窒化ニオブ（ＮｂＮ）などの金属窒化物の単結晶
薄膜を育成させる技術である。
【００２８】金属（Ｎｂ）蒸着は電子銃型蒸発源により
行い、ラジカルビーム源からの窒素原子を蒸着面に噴射
させて窒化物膜を育成させた。ラジカルビーム源には電
子サイクロトロン共鳴型（ＥＣＲ）プラズマソースを用
いることにより、高真空中で高品質な単結晶膜を得るこ
とができた。作成したエピタキシャル膜は立法晶δ相Ｎ
ｂＮであり、超伝導特性を持つことを確かめた。本特許
による技術は、層別成長など薄膜成長条件に関する微細
制御が可能とするほか、また他の半導体・金属材料の酸
化物、炭化物の単結晶膜の育成にも適用できると考えら
れるので有用である。
行い、ラジカルビーム源からの窒素原子を蒸着面に噴射
させて窒化物膜を育成させた。ラジカルビーム源には電
子サイクロトロン共鳴型（ＥＣＲ）プラズマソースを用
いることにより、高真空中で高品質な単結晶膜を得るこ
とができた。作成したエピタキシャル膜は立法晶δ相Ｎ
ｂＮであり、超伝導特性を持つことを確かめた。本特許
による技術は、層別成長など薄膜成長条件に関する微細
制御が可能とするほか、また他の半導体・金属材料の酸
化物、炭化物の単結晶膜の育成にも適用できると考えら
れるので有用である。
【図１】本発明にもとづく金属窒化物単結晶薄膜の育成
法が適用される装置の概略的構成を説明するための図で
ある。
法が適用される装置の概略的構成を説明するための図で
ある。
【図２】本発明にもとづく金属窒化物単結晶薄膜の育成
法の反応ポテンシャルダイアグラムである。
法の反応ポテンシャルダイアグラムである。
【図３】本発明にもとづく金属窒化物単結晶薄膜の育成
法が適用される装置の具体例を説明するための図であ
る。
法が適用される装置の具体例を説明するための図であ
る。
【図４】図３に示す装置を用いた場合に観測された反射
形高速電子回析パターンの写真である。
形高速電子回析パターンの写真である。
【図５】励起ビームの効果を示すＸ線回析パターンを表
す図で、Ｎｂ（１００）およびＮｂ（２１１）は、ＲＢ
ガンを使用しない条件で前蒸着した多結晶Ｎｂ膜からの
回析ピークである。
す図で、Ｎｂ（１００）およびＮｂ（２１１）は、ＲＢ
ガンを使用しない条件で前蒸着した多結晶Ｎｂ膜からの
回析ピークである。
１ ヒータ ２ 基板 ３ 励起原子ビーム源 ４ 金属蒸発源 １０ 超高速真空装置 １１ 基板 １２ マイクロ波電源 １３ ラジカルガン １４ 電子銃型蒸発源
【手続補正書】
【提出日】平成６年１１月２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】反射形高速電子回折によって確認されたＮｂＮ
単結晶薄膜の結晶構造パターンを示す写真である。
単結晶薄膜の結晶構造パターンを示す写真である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
Claims (2)
- 【請求項１】 金属窒化物からなる単結晶薄膜を基板上
に育成するための方法において、 分子線によって前記基板上に前記金属窒化物からなる単
結晶薄膜を育成する際に、ラジカルビームによる反応種
の励起・活性化を行うことを特徴とする金属窒化物単結
晶薄膜育成法。 - 【請求項２】 金属窒化物からなる単結晶薄膜を基板上
に育成するための装置において、 分子線によって前記基板上に前記金属窒化物からなる単
結晶薄膜を育成するための手段と、ラジカルビームによ
る反応種の励起・活性化を行うための手段とを有するこ
とを特徴とする金属窒化物単結晶薄膜育成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6079325A JPH07263766A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 金属窒化物単結晶薄膜育成法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6079325A JPH07263766A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 金属窒化物単結晶薄膜育成法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07263766A true JPH07263766A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=13686738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6079325A Pending JPH07263766A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 金属窒化物単結晶薄膜育成法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07263766A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11135885A (ja) * | 1997-10-30 | 1999-05-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体の製造方法及び半導体レーザ装置 |
| WO2005099944A1 (ja) * | 2004-04-15 | 2005-10-27 | National University Corporation Kobe University | 被覆部材とその製造方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04328883A (ja) * | 1991-04-27 | 1992-11-17 | Sanyo Electric Co Ltd | 超電導デバイス |
| JPH04346218A (ja) * | 1991-05-23 | 1992-12-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化物系化合物半導体膜の成長装置 |
| JPH0574710A (ja) * | 1991-09-11 | 1993-03-26 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 半導体薄膜の成長方法 |
| JPH05234892A (ja) * | 1991-12-27 | 1993-09-10 | Victor Co Of Japan Ltd | 結晶成長方法及び結晶成長用ラジカル発生装置 |
| JPH06508000A (ja) * | 1991-03-18 | 1994-09-08 | トラスティーズ・オブ・ボストン・ユニバーシティ | 高絶縁性単結晶窒化ガリウム薄膜の作製及びドープ方法 |
-
1994
- 1994-03-24 JP JP6079325A patent/JPH07263766A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH04346218A (ja) * | 1991-05-23 | 1992-12-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化物系化合物半導体膜の成長装置 |
| JPH0574710A (ja) * | 1991-09-11 | 1993-03-26 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 半導体薄膜の成長方法 |
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