JPS582022A - 薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成方法

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JPS582022A
JPS582022A JP10030581A JP10030581A JPS582022A JP S582022 A JPS582022 A JP S582022A JP 10030581 A JP10030581 A JP 10030581A JP 10030581 A JP10030581 A JP 10030581A JP S582022 A JPS582022 A JP S582022A
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JP
Japan
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ion
substrate
ions
reaction chamber
irradiation
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JP10030581A
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English (en)
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Mamoru Sato
守 佐藤
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/02631Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation

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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、イオンビームと真空蒸着技術を組合わせるこ
とにより、結晶性又は非粘性の高純度金属化合物薄膜を
形成させるだめの新規な方法に関するものである。
従来、薄膜の製造法として、化学蒸着法、イオンブレー
ティング法、活性スパッタリング法、イオンビームデポ
ジション法及び化学輸送法などがあるが、化学量論的組
成比を有する物質の薄膜の製造には、各種の技術上の困
難があるため、高純度物質の薄膜を製造することは実質
的に不可能である。例えば、最近、薄膜の製造に関して
特に注目されているイオンビームデポジション法は、低
エネルギーのイオンビームを用いて薄膜物質を形成する
方法であって、基体の表面に損傷を与えないようにする
ために、スパッタ現象を起さないような小さい、例えば
数100eV程度のイオン加速エネルギーが通常使用さ
れる。このようなイオンエネルギーを使用することによ
って、基体表面上にイオン原子をソフトに付着させ、表
面に損傷を与えないようにイオン原子自体を次から次へ
と付着させながら膜を成長させるイオンビームデポジシ
ョン法は、イオンのエネルギーが低いだめ、例えば他の
蒸発物質と化学結合を起させて別の化学物質を形成させ
ることは本質的にできないのである。
本発明者らは、イオンビームを利用する薄膜形成技術を
発展させ真空蒸着技術と組合せて、高純度の物質薄膜を
得る目的で研究を重ねた結果、スパッター現象が生じる
より大きな加速エネルギーをイ、オンに与えることによ
り効果的に目的を達成し得ることを見出した。  − すなわち、本発明は、イオンビームデポジションにより
、基体表面に金属化合物薄膜を形成させるに当り、加速
したイオンの中から必要なイオン種のみを磁気的に選択
したのち、これを基体へ照射し、かつ蒸着用金属の蒸気
を上記イオンの照射と同時に、又は交互に上記基体に照
射することを特徴とするものである。
次に、添附図面に従って、本発明の実施態様の1例を説
明する。第1図は、本発明方法を実施するのに好適な装
置例の断面略解図であって、イオン化さるべきガス例え
ば窒素はリークパルプ1を経てイオン源2に導入され、
ここでイオン化されたのち、加速器3で加速され、分析
マグネット4を通って磁気的に所望のイオン種すなわち
窒素イオンのみが選択されて、反応室5へ供給される。
この分析マグネット4としては、質量分析器のものを利
用することもできる。反応室5は、真空源例えば軸流分
子ポンプにより10 ’TOrr以下の高真空に保たれ
、金属を蒸着させる雰囲気条件が形成される。上記の選
択され高真空に保たれた反応室5に供給されたイオンは
、該反応室内に設置された基体6に照射される。照射は
照射面に一様なイオン電流を与えるように行なわれる。
まだ、反応室5内には金属蒸着装置が設置され、例えば
電子銃7に蒸着させる金属、例えばアルミニウムが入れ
られ、上記イオンが照射される同一の基体5に照射され
真空蒸着される。イオンの照射と金属蒸気の照射は同時
に行なうことも、交互に行なうこともでき、またイオン
電流および金属蒸着速度はそれぞれコントロールできる
ように設計されている。
また、反応室5には、イオン電流及び蒸着速度を監視す
るだめのイオン電流モニター電極8並びに蒸着膜厚モニ
ター9が設置されて、基体5に到達する面積当りのイオ
ン原子′及び蒸着原子は正確に測定される。照射される
イオンと蒸着原子との間の両片子の比を決定することに
よって、合成される薄膜の組成比が決まるので、その比
を変えることにより異なった組成比の合成物薄膜を容易
に製造することができる。
また、反応室5に設置された基体6をとりまくようにコ
イル状の高周波端子10が取り付けられている。この高
周波端子は、高周波を基板自体に作用させることによっ
て、生成膜中にうず電流を生じさせ、イオンによって生
じた放射線損傷を除去するとともに、蒸着原子と未結合
のイオン原子との化学結合がより完全になるように作用
し、またイオンのもつ電流やうず電流によって生成膜中
に電流が流れ、ジュール熱が生ずることにより熱処理が
行なわれるので、その使用は一層望ましい。
上記の加速器3におけるイオンの加速は、スパッタ現象
がおこる以上の加速エネルギーによって加速されること
が好ましい。また、基体5は例えばガラス、石英、セラ
ミックスのような絶縁体が好都合に用いられる。さらに
、本発明の方法に用いられる金属類は、例えばアルミニ
ウム、シリコン、ホウ素、チタン、タリウム、タングス
テン、クロムや鉄などであり、イオン種としては例えば
、窒素、°水素、酸素、ハロゲン、炭素あるいはアルゴ
ンなどの金属と化合物を形成する又は不活性な物質源が
使用される。
本発明の方法においては、加速されたイオンの活性エル
ギーや運動エネルギーを利用して、蒸着物質とイオンと
を化学的に結合させることができる。捷だ、高加速エネ
ルギーは結合を起すまでに、膜自体に活性的状態を作る
のに役立っているものと推定される。
本発明の薄膜製造においては、イオン電流及び蒸着物質
量が正確に測定できるので、合成される薄膜物質の組成
割合を所望に応じて任意に選択でき、任意の濃度分□布
状態のものを製造できる。従って、本発明の方法は、金
属膜ないしサーメツト膜から誘電体膜までの化学量論的
組成比をもった任意の物質薄膜を製造することができる
。また、本発明の方法は、結晶性膜及び非品性膜のいず
れの製造にも適用でき、極めて高純度物質の薄膜を容易
かつ効果的に製造することができるので、高い実用的価
値を有する優れた方法である。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
実施例1 第1図の装置を使用し、高純度窒素ガスをリークパルプ
よりPIG型イオン源に導した。イオン源で発生したイ
オンを加速器で40KeVまで加速し、加速したイオン
の中から窒素イオンのみを分析マグネットによって選び
だして反応室内に設置した基体(ガラス板)に照射させ
た。他方反応室内の真空蒸着装置の電子銃から高純度ア
ルミニウム金属を蒸発させ、窒素イオンの照射と同時に
、同じ基体にアルミニウム金属を真空蒸着させた。イオ
ン発生部分と分離された反応室は、あらかじめ2X 1
0 ’Torrまで真空度を高め、膜製造操作中も10
 ’Torr以下の高真空度に保った。MとNは1=1
の化学量論割合に保ち、イオン電流密度200μQ /
cllで1時間操作して、3000大の透明な絶縁体膜
を得た。得られた膜には酸化物は全く存在しなかった。
また、1dlN=2の組成比で同様に1時間操作すると
、6000大のAiNの混晶膜が得られた。
従って、Ae−NXという原子比(Art、7N= x
 )が1より小さくなるにつれて、AQNxの成長速度
は早くなることがわかる。
アルミニウムに代えて、例えばB 、 Ti、Ta、W
、Orなどの金属を使用するとき、同様にそれぞれの金
属の高純度窒化物薄膜が得られた。しかし、成長速度は
金属により相違する。
実施例2 実施例1と同様に操作するが1.窒素イオンを原子イオ
/(N”)ではなく、分子窒素イオ7(N2”)を用い
た;また、この場合のスパッター現象が起る加速エネル
ギー(14にθV)以上の40KeVのイオン加速エネ
ルギーを使用し、更に基体を囲むように取り付けられて
いる高周波端子に13.56MN2の高周波を加えて、
イオン照射とアルミニウム金属蒸着を同時に行なった。
基体にガラス製のl0XIOd板を用い結晶性の高純度
AAN薄膜を得た。
加える高周波の出力を、結晶性膜に加えられる出力より
も小さくすると非常に良好な非晶質のAiN膜が得られ
た。
実施例3 照射イオンとして分子水素イオン(N2”)を用い、蒸
着物質として7リコンを使った。水素イオンの加速エネ
ルギーを20KeVに設定し、高周波端子を200W以
下の出力で基体(石英)に継続作用させた。
・fオン及びシリコン蒸着原子を、はぼ1:1の到達割
合で照射及び蒸着を同時に行ない水素系アモルファスシ
リコン膜を得た。
また、イオン源に7レオンガスを導入し、フッ素イオ/
(Fz”)を40KeVに加速して、他の条件を実質的
に変えずにこのフッ素イオンとシリコン蒸着原子を同時
照射すると、フッ素系アモルファスンリコン膜が得られ
た。
実施例4 イオン源にアルゴンガスを導入し、アルコ゛ンイオンヲ
発生させ、いつでもイオンを基体(セラミック)に照射
できる状態に準備した。次いで、電子銃ピより、まずア
ルミニウム金属を基体に蒸着させ、・1ooo ”p、
程度の膜厚になったとき蒸着を停止し、準備されたアル
ゴンイオンを蒸着したアルミニウム膜に照射した。この
時のアルコ゛ンイオンの加速エネルギーは40KeVで
ある。また、イオン電流がl OI8i 0nS /c
aになる捷で、アルコ゛ンイオンを照射した。次に、壕
だその上に1000大のアルミニウム膜を蒸着させ、そ
の・膜上に更にアルコ゛ンイオンを前回同様の条件で照
射した。蒸着及びイオン照射を交互にくり返して非晶質
のアルミニウム膜を得た。
この方法において、各アルミニウム層に対するアルゴン
イオンの照射量を変えたり、照射イオンとして窒素イオ
ン、酸素イオン、炭素イオンなどの他のイオンを採用す
ることにより、各層にAQN膜、Id203膜やAl2
O2膜を自由に製造できること力玉6イf認された。
′J:癲例5 イオン源に炭素ガスを導入し、蒸着物質として−f−タ
ノ元素を用いて、実施例2と同様に操作した。
高周波端子の出力を大きくするとき、TiCの薄膜が得
られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の方法を実施するのに好適な装置例の
断面略解図で、図中、1はリークパルプ、2はイオン源
、3は加速器、−4は分析マグネット、5は反応室、6
は基体、7は電子銃、8はイオン電流モニター電極、9
は蒸着厚モニター、IOは高周波端子である。 特許出願人  工業技術院長 石板誠−指定代理人  
大阪工業技術試験所長 内藤−男 ブ二 へ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 イオンビームデポジションにより、基体表面に金属
    化合物薄膜を形成させるに当り、加速したイオンの中か
    ら、必要なイオン種のみを磁気的に選択したのちこれを
    基体へ照射し、かつ蒸着用金属の蒸気を上記イオンの照
    射と同時に、又は交互に上記基体に照射することを特徴
    とする金属化合物薄膜の形成方法。 2 形成される薄膜の組成を測定し、それが所望の原子
    比となるように条件を制御しながら行う特許請求の範囲
    第1項記載の方法。
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