JPS60124929A - 薄膜蒸着装置 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、薄膜蒸着装置に関し、特にクラスタイメンビ
　Ｊ１蒸着法により薄膜を蒸着形成する装置に関するも
のである。

〔従来技術〕

従来この種の薄膜形成方法としては、真空蒸着法、スパ
ッタリング法、ＣＶＤ法、イオンブレーティング法、ク
ラスタイオンビーム蒸着法などがあるが、特にイオン化
粒子または励起粒子を用いる方法は高品質薄膜の形成が
可能であり、中でもクラスタイオンビーム蒸着法は数多
くの優れた特徴を有しているため、高品質薄膜形成方法
として広い用途が考えられている。

このクラスタイオンビーム蒸着法による薄膜形成方法は
、真空槽内において基板に蒸着すべき物質の蒸気を噴出
して該蒸気中の多数の原子が緩く結合したクラスタ（塊
状原子集団）を生成し、該クラスタに電子のシャワーを
浴びせて該クラスタをそのうちの１個の原子がイオン化
されたクラスタ・イオンにし、該クラスタ・イオンを加
速して基板に衝突せしめ、これにより基板にＭ股を蒸着
形成する方法である。

このような薄膜形成方法を実施する装置として、従来、
第１図及び第２図に示すものがあった。第１図は従来の
薄膜蒸着装置を模式的に示す概略構成図、第２ＩｙＩは
その主要部の一部を切り欠いて内部を示す斜視図である
。図において、１は所定の（゛↓空度に保１．５された
一ｙ１空槽、２は該Ｘ↓空槽１内の排気を行な）ための
排気通路で、これは図示しない真空排気装置に接続され
ている。３は該排気通路２を開閉する真空用バルブであ
る。

４は直径１ｍｍ〜２ｍｍのノズル４ａが設ｋＪられた密
閉形るつほで、これには基板に蒸着されるべき蒸着物ｉ
５が収容される。６はに記るつは４に熱電子を照射し、
これの加熱を行なうボンバード用フィラメント、７はモ
リブデン（Ｍｏ）やタンクル（Ｔａ）等で形成され一上
記フィラメント６からの輻射熱を遮断する熱シールド板
であり、上記るつぼ４．ボンバード用フィラメント６及
び熱シール１−板７により、基板に蒸着すべき物質の蒸
気を１−配置空槽１内に噴出してクラスタを生成せしめ
る蒸気発生源８が形成されている。なお、１９ば上記熱
シールド扱７を支持する絶縁支持部材、２０は上記るつ
ぼ４を支持する支持台である。

９は２０００°Ｃ以上に熱せられてイオン化用の熱電子
］３を放出するイオン化フィラメント、１０は該イオン
化フィラメント９から放出された熱電子１３を加速する
電子引き出し電極、１１はイオン化フィラメント９から
の輻射熱を遮断する熱シールド板であり、上記イオン化
フィラメンＩ・９．電子引き出し電極１０及び熱シール
ド板１１により、上記蒸気発生源８からのクラスタをイ
オン化するためのイオン化手段１２が形成されている。

なお、２３は熱シール１−板１１を支持する絶縁支持ｎ
叫Ａである。

１４は上記イオン化されたクラスタ・イオン１Ｇを加速
し、ごれを基板Ｉ８に衝突さセて薄膜を蒸着させる加速
電極であり、これは電子引き出し電極１０との間に最大
ＩＱｋＶまでの電位を印加できる。なお、２４は加速電
極１４を支持する絶縁支持部材、２２は基板１８を支持
する基板ホルダ、２１は該基板ボルダ２２を支持する絶
縁支持部材、】７はクラスタ・イオン１６と中性クラス
タ１５とからなるクラスタビームである。

次に動作について説明する。

まず蒸着ずべき金属５をるつぼ４内に充填し、）：記１
空排気装置により真空槽ｌ内の空気を排気して該真空４
ｆ１１内を所定の真空度にする。

次いで、ボンバード用フィラメント６に通電し−Ｃ発ｉ
Ｌｄシめ、該ボンバード用フィラメント６からのや［４
躬ｊ：Ｊ４により、または該フイラメン［・６から放出
される熱ｔｒ−をるつぼ４に衝突さゼること、即ら電子
衝撃によって、該るつぼ４内の金属５を加：ｌシし蒸発
−ｕしめる。そして該るつぼ４内の金属蒸気圧が０．１
〜１０Ｔｏｒｒ程度になる温度まで昇温すると、ノズル
４ａから噴出した金属蒸気は、るつは４と１°Ｉ空槽１
との圧力差により断熱膨張してクラスタとｕ＝）′ばれ
る、多数の原子が緩く結合した塊状原ｒ（）Ｓ団となる
。

このクラスタ状のクラスタビーム１７は、イオン化フィ
ラメン１−９から電子引き出し電極工０によって引き出
された熱電子１３とｉｈ突し、このためト記クラスタビ
ーＪ・１７の一部のクラスタばそのうちの］　１１７ｉ
＋の原子がイオン化されてクラスタ・イオン１６となる
。このクラスタ・イオン１６は加速電極１４と電子引き
出し電極１０との間に形成された電界により適度に加速
されて基板１８に衝突し、これにより該基板１８上に薄
膜が蒸着形成される。またこの際、イオン化されていな
い中性クラスタ１５は、上記るつぼ４から噴出された運
動エネルギでもって上記基板１８に衝突し、１−記クラ
スタ・イオン１６とともに該基板１８−１−に蒸着され
る。

なお、上記基板１８は上記加速電掘１４と同電位に設定
されるのが一般的である。

ところがこの従来の装置では、蒸着物質５の蒸気を得る
際に、るつぼ４を加熱することによってその中に充填さ
れた蒸着物質５を加熱し、その蒸気を得るようにしてい
るため、熱’ＡＪ率が悪く、装置の運転に非密に大きな
電力が必要であるとし１う欠点があった。さらに、蒸着
物質５として、その蒸気化に高温度を必要とする物質、
例えばタングステン（Ｗ）、タンクル（Ｔａ　）　、モ
リブデン（Ｍｏ　）　、チタン（Ｔｉ　）　、炭素（Ｃ
）など、及び非常に反応性の高い物質、例えばシリコン
（Ｓｔ）などを使用する場合においては、るつぼ４に特
殊な材料を用いる必要があるなどの欠点があった。

〔発明の概要〕

この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ためになされたもので、クラスタイオンビーム蒸着装置
において、常温ガスの物質をガス収容部から噴出してク
ラスタを発生させるようにするごとにより、構造が簡単
で、かつ運転に必要な電力を著しく低減できるとともに
、反応性の高い物質等の薄膜をも容易に形成でき、しか
も蒸着物質原子のクラスタ・イオンのみを取り出してこ
れを基板に蒸着させるようにすることにより、不純物の
混入のない高品質薄膜を容易に形成することのできる薄
膜蒸着装置を提供することを目的としている。

〔発明の実施例〕

以Ｆ、この発明の一実施例を図について説明する。

第３図は本発明の一実施例による薄膜蒸着装置を模式的
に示す概略構成図である。図において、第１図と同一符
号は同−又は相当部分を示し、３０は真空槽１内に設け
られ、その頭部にノズル３０ａを有するガス収容部であ
り、これは基板１８上に蒸着すべき物質有する當温ガス
の化合物３１をそのノズル３０ａから噴出して、該化合
物３１のクラスタを発生するためのものである。３２は
上記化合物ガス３１が収納されたガス容器、３３はこの
ガス容器３２から上記ガス収容部３０に供給される化合
物ガス３１の量を制御し、上記ガス収容部３０の内圧等
をコントロールするためのバルブである。また、３４は
上記ガス収容部３０の周囲に配設された冷却管であり、
これは上記ガス収容部３０を冷却して該ガス収容部３０
から発生されるクラスタのサイズ、即ち１つのクラスタ
を構成する分子又は原子の個数をコントロールするため
のものである。

３５はイオン化手段１２によってイオン化されたクラス
タ・イオンを偏向して、蒸着物質原子のクラスタ・イオ
ン１６のみを基板１８に衝突せしめる偏向電極（蒸着物
質イオン取出し手段）であり、これは側面円弧状に形成
され絶縁支持部材３８により加速電極１４トに取り付け
られている。

なお、３９は上記イオン化手段１２を支持する絶縁支持
部材である。

次に動作について説明する。

５二こで、一本実施例においては、基板１８の表面にシ
リコン（Ｓｉ）薄膜を蒸着形成する場合について説明す
る。

まず、真空槽１内を真空排気装置により１０ＴＯｒｒ　
（通常１０−′ｇ〜１Ｏ−６Ｔｏｒｒ程度）の真空度に
排気する。そして當塩ガスの化合物３１としてシラン（
ｓｉｔｉ４＞を用い、これをガス収容部３０に、その内
部のガス圧が１０　Ｔｏｒｒ　（通常１０　〜１０３Ｔ
ｏｒｒ程度）になるようバルブ３３によ゛り調整しなが
ら供給し、該シランガス３１をノズル３０ａから噴出さ
せる。すると、このノズル３０ａから噴出されたシラン
はシラン分子のクラスタとなる。この際、冷Ｊｕｌ管３
４によってガス収容部３０の温度をコントロールするこ
とにより、上記クラスタのサイズがコントロールされる
。

次に、上記シラン分子のクラスタにイオン化フィラメン
ト９からの電子を衝撃すると、該シラン（ＳｉＨ４）分
子のクラスタから水素（Ｈ２）が分離されてシリコン（
Ｓｉ　）原子のクラスタが生成される。またこれと同時
に、上記シリコン原子のクラスタの一部は、該クラスタ
を構成するうちの１個の原子がイオン化されてクラスタ
・イオン１６となる。

ここで、上記シラン分子のクラスタから分離された水素
は、シリコン薄膜の形成に際して不純物となるものであ
り、従って該水素の大部分は水素ガスとして真空槽ｌ外
へ排気される。しかるに、上記分離された水素は少しで
はあるが原子の状態でも存在しており、この水素原子は
、上記イオン化フィラメント９からの電子衝撃によって
イオン化される。

そしてこのイオン化された水素原子は、上記シリコン原
子のクラスタ・イオン１６とともに加速電極１４と電子
引き出し電極１０との間に形成された電界によって加速
されて偏向電極３５内に侵入する。

この偏向電極３５には、−上記イオン化されたシリ：１
ン原子が該電極３５の形状に沿って水平方向に偏向され
るような大きさの電圧が印加されており、これにより−
１−記シリコン原子のクラスタ・イオン１６は基板１８
方向へ進行する。

一方、ｉ−記イオン化された水素原子もこの偏向量４・
ワλ３５によって偏向されるが、該水素原子の質臣はシ
リ：１ン原子のそれに比べて小さいので、上記シリコン
１ｍ子のクラスタ・イオン１６の偏向量よりさらに大き
く偏向され、−１二記基板１８よりもＦ方位置へ向かっ
て進行する。また中性クラスタＩ５は、イオン化されて
いないのでこの偏向電極３５乙こよって偏向されること
はなく、基板１８には到達しない。

このようにして、上記偏向電極３５によって適度に偏向
されたシリコン原子のクラスタ・イオン１６のみからな
るクラスタビーム３７が基板１８に衝突し、不純物の混
入のないシリコン薄膜が該基板１８上に蒸着形成される
。

このような本実施例装置では、常温ガスの化合物を用い
てクラスタを発生するようにしたので、従来装置のよう
に蒸着物質蒸気を得るための加熱機構が全く不要となり
、装置の構造を弗素に簡単に、かつ運転に必要な電力を
著しく低減することができ、また蒸気化させるのに高温
度を要する物質や、反応性の高い物質の薄膜をも容易に
形成することができる。

また、偏向電極３５を用いて蒸着物質原子のクラスタ・
イオン１６のみを基板１８上に蒸着させるようにしたの
で、上記化合物ガスから分離生成された副生成物が蒸着
膜中に混入するのを防止でき、非密に高品質の薄膜を容
易に形成することができる。

なお、」ニラ実施例ではシラン（ＳｉＨ４）を用いてシ
リコン（Ｓｉ　）薄膜を形成する場合について説明した
が、本発明はこれに限るものではなく、例えば炭素（Ｃ
）薄膜を形成する場合は少タン（に　Ｌｌ　４　）を用
い、タングステン（Ｗ）薄膜を形成する場合はフッ化タ
ングステン（ＷＦ６）を用いるなど、適当な化合物ガス
を選んで上記実施例と同様の方法で各種の薄膜形成が可
能となる。

〔発明の効果〕

以」二のように、この発明によれば、クラスタイオンヒ
ーム蒸着装置において、常温ガス物質を、ガス収容部か
ら噴出してクラスタを発生させるようにしたので、構造
が簡単で、かつ運転に必要な電力を著しく低減できると
ともに、反応性の高い物質σ丹１ｖ膜をも容易に形成で
き、しかも蒸着物質原子のクラスタ・イオンのみを取り
出してこれをＪｉ（４Ｆｊ、に蒸着させるようにしたの
で、不純物の混入のないＩＴ’ｌ：　ｌ’ｌ？＋質薄膜
を容易に形成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の薄ｌ！；１蒸着装置の概略構成図、第２
図はその上°工学槽内を示す斜視図、第３図は本発明の
一実ｈ１！！例による薄膜蒸着装置の概略構成図である
。 ｌ・・・真空槽、１２・・・イオン化手段、１４・・・
加速電極（加速手段）、１５・・・中性クラスタ、１６
・・・クラスタ・イオン、１８・・・基板、３０・・・
ノズル付ガス収容部、３５・・・偏向電極（蒸着物質イ
オン取出し手段）。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　大岩増雄 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＋１．１　所定の真空度に保持された真空槽と、該真空
   槽内に設けられ基板に蒸着すべき物質を有するｔπ温ガ
   スの化合物を噴出して該化合物のクラスタを発生ずるノ
   ズル付ガス収容部と、該ガス収容部からのクラスタとな
   っている化合物を分解して上記蒸着物質原子のクラスタ
   を生成するとともに該蒸着物質原子のクラスタをイオン
   化するイオン化手段と、該イオン化された蒸着物質原子
   のクラスタ・イオンのみを取り出してこれを基板に衝突
   さ−ｌ該基板上に薄膜を蒸着させる蒸着物質イオン取り
   出し手段とを備えたことを特徴とする薄膜蒸着装置。