JPS6250458A - ホウ素薄膜の形成方法 - Google Patents
ホウ素薄膜の形成方法Info
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- JPS6250458A JPS6250458A JP18980185A JP18980185A JPS6250458A JP S6250458 A JPS6250458 A JP S6250458A JP 18980185 A JP18980185 A JP 18980185A JP 18980185 A JP18980185 A JP 18980185A JP S6250458 A JPS6250458 A JP S6250458A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
〈産業上の利用分野〉
この発明は、基板面に対して高い密着性を有し、かつ結
晶性を自由に調節して被膜できるホウ素薄膜形戎方法全
提供しようとするものである。 く従来の技術〉 ホウ素薄膜は硬度が高く、かつ半導体としての特性ｔ−
有するため、研磨工具の刃物表面に被着させたシ、半導
体薄膜として利用されている。 しかし、ホウ素に六方晶系、正方晶系など数種の結晶形
のものが存在し、結晶形によって薄膜の性質あるいは基
材に対する密着性も異なるので、目的に応じｍ結晶彫金
もつ薄膜を形成する必要がある。 ホウ素薄膜を形成する方法として、従来から真空加熱蒸
着、電子ビーム蒸着、ＲＦスＡツタ蒸着、化学蒸着
晶性を自由に調節して被膜できるホウ素薄膜形戎方法全
提供しようとするものである。 く従来の技術〉 ホウ素薄膜は硬度が高く、かつ半導体としての特性ｔ−
有するため、研磨工具の刃物表面に被着させたシ、半導
体薄膜として利用されている。 しかし、ホウ素に六方晶系、正方晶系など数種の結晶形
のものが存在し、結晶形によって薄膜の性質あるいは基
材に対する密着性も異なるので、目的に応じｍ結晶彫金
もつ薄膜を形成する必要がある。 ホウ素薄膜を形成する方法として、従来から真空加熱蒸
着、電子ビーム蒸着、ＲＦスＡツタ蒸着、化学蒸着
【以
下ｒｃＶＤＪという】などの方法が知られている。 〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、上述し友従来のホウ素薄膜形成方法は、基板と
被膜間の密着性に問題があり、不均一性、剥離等をおこ
しやすく、また薄膜の結晶純度、結晶形全調節すること
ができなかった。次とえは日本化学会発行の学術雑誌［
日本化学会誌Ｊ （１９８３年）、Ｎ１５、ｐｐ ６３
９〜６４５において、中村勝光氏の報告゛デカポ′ラン
の分子流領域の圧力での熱分解によるホウ素薄膜の析出
”中にＢｘｏＨｔ４ｔ”用いてＣＶＤ法で３５０〜１２
００℃の基板上にホウ素薄膜を形成させると、析出し次
ホウ素薄膜はすべてアモルファスであることが示されて
いる。ま九、ホウ水金電子ビーム蒸着や、ＲＦスパッタ
リングして形成させ友ホウ丸薄膜もアモルファスであり
、基板に対する密着性の点でも問題があつ友。 高温でホウ素薄膜全形成する必要性は。 ＣＶＤ法の場合に特に大であｐ、良質のホウ素薄膜を得
るには少くとも５００ ’Ｃ以上に、基板全加熱する必
要がある。これはホウ素薄膜形國装置の保守およびホウ
素薄膜形成の生産能率を著しく阻害するものである。 １文、上述したホウ素薄膜形図方法の他に、高エネルギ
ーのイオンビームでホウ素ターゲット全スパッタリング
するイオンビームスパッタ法も考えられるが、ホウ素タ
ーゲットの絶縁性が高く、照射したイオンビームの電荷
がホウ素ターゲットに蓄積されて表面電荷に生じ、イオ
ンの入射を妨げるという問題があつ之。 この発明は５以上を二述べた工うな従来のホウ素薄膜形
成方法の間電点全除去するためになされたものであって
、基板表面に密着性にすぐれ、かつ低温で結晶性全自由
に調節しながら薄膜形成できるホウ素薄膜形成方法全提
供しようとするものである。 過程において、ホウ素ターゲットｌイオンビームでスパ
ッタリングする代りに、ホウ素薄膜の導電性と関係なく
、薄膜の構成原子に影響金与えることができる高速ふ子
線ｔホウ素スパッタ膜に照射すれば、その照射条件に工
り、被着したホウ素薄膜の結晶性、密着性で調節できる
との考の下に実験を重ね、本発明を完成することができ
た。 すなわち、この発明は、ホウ素ターゲットを高速原子線
でスノぐツタリングしながら、基板素面にスパッタ物質
全被着させると共に、検着スパッタ物質に高速原子線を
照射すること全特徴とするものである。 この発明にかかるホウ素薄模形成方法においては、基板
表面のスノξツタ物ＪＡ（ホウ素）に照射する高速原子
線は、基板表面に被着したスパッタ物質の構成原子の配
列状態、結晶性に影響ケ与える程度のエネルギー１［す
る高速のものであることが望ましく、通常の原子線では
エネルギーが低すぎ、一般に数キロエレクトロンボルト
程度のものが望ましく、数十キロエレクトロンボルト以
上の高速原子線では薄膜の結晶性にダメージ（ｄａｍａ
ｇｅ ）を与えるので好ましくない。 ′また。高速原子線の種類としては、薄；良を形成する
ホウ素と反応しない不活性の、九とえは窒素、アルゴン
、クセノン、ヘリウム。 ネオンなどの高速原子線が望ましい。 さらに、ホウ素薄膜の結晶性や基板と０缶着性を調節す
るには、たとえばスパッタ物質のスパッタ速度、基板面
に照射する原子線の励起条件（電流密度、電圧条件等）
？調節することに工っで実現できる。 く作 用〉 この工うに構成された、この発明にかかるホウ累薄膜形
成の機構は必ずしも明らかでないが次のように考えられ
る。 ■ 基板に対する密着性 ホウ素ターゲットからスパッタリングされたホウ素原子
３は、基板面に向けて照射された高速不活性原子２と衝
突し、その反跳で第１図に示すごとく基板１（第１図中
の黒部に基板構成原子）円に侵入する。 ｔｆｃ１ターゲットからスパッタされたホウ素原子３４
基板１円に注入され、基板１とホウ素薄膜間に混合相が
でき、この混合相によって基板１とホウ素薄膜間の境界
があいまいとなって境界層が消滅することに工っで基板
に対する密着性が向上する。 ■ 結晶性の改善 九とえはホウ素ターゲットからスパッタリングされたホ
ウ素物質は第１図に示す工うに、基板方向に照射する高
速原子線源より放射された原子線がＥ＝１（キロエレク
トロンボルト）のエネルギーをもっているとすれば、Ｅ
＝に−Ｔ （エレントロン５ｊンルト〕；ＭだＬｂＫ
はゼルツマン定数を表わす。 に工り定まる等温温度Ｔ（１０７￥、〕ヲもっている。 この工うなエネルギーをもった原子が固体中に照射され
ると、ホウ素スノぐツタ物質の表層に局所的に、しかも
短時間に昇温すると考えられる。また、高速原子線が照
射されたホウ素スパッタ物質表層の原子、分子は高温に
加熱されたと同様の影響ケ受け、アモルファスホウ素か
ら六方晶あるいは正方晶系のホウ素に結晶性が改善され
るものと思われる。 ま九、この高速原子は基板に対し斜めに入射するので、
その運動エネルギにより基板に被着するホウ素原子の基
板面内の横方向のマイグレーションを促進して結晶化を
図ることができる。 く実 施 例〉 ツキに、この発明の実施例について説明スる。 第２図〜第３図はこの発明にかたるホウ素薄膜の形成に
使用する装置の構成〒示し、第２図はこの発明のホウ累
薄膜形成に使用する装置のホウ素ターゲット衝撃用高連
原子線源および基板面照射用高速原子線源の概略購改図
、第３図は第２図に示す高速原子線源の構造を示す拡大
図であり、第４図は高速原子線源から引き出されるビー
ムの中性化率測定装置の構収図、第５図に第３図に示す
高速原子線源から引き出される粒子線の中性化のために
加える偏向電圧対コレクタ電流の特性図、第６図（ａ）
（ｂ）はそれぞれ基板に形成されたホウ素薄膜が単結
晶および多結晶構造のものであることを示す電子回折写
真、第７図は基板面に高速原子線全照射しないで得られ
たホウ素薄膜の結晶構造を示す電子回折写真である。 第２図に示す装置は、図示しない排気系によって真空排
気される真空槽（非図示）ＦＦ３に組み込まれており、
ターゲット衝撃用高速原子線源７、基板面照射用高速原
子線源１０゜ホウ素ターゲット６、薄膜形成用基板１と
からなり、各高速原子線源７，１０には、ビーム放射口
亘後に偏向電極１１．１２が設置されている。 基板面照射用高速原子線源７の役割は、主に■ホウ素薄
膜の結晶性のコントロール、■基板に対するホウ素薄膜
の密着性向上全目的として使用される。 高速原子線源は、いかなる型式のものでも本発明は、こ
だわるものではないが、第３図に示すような構造のもの
が安価・簡便かつ効率良く高速原子？取り出すことがで
きる。 第３図に、この発明の一実施例にかかる高速原子線源装
置を示す。同図に示されるように、中空な円柱体である
カソードケースの両端面がカソード１５．１６となると
共にこのカソード１５．１６が接地される一方、カソー
ド１６にはガス導入口１７が設けられている。カソード
ケースの円部には、その中央における上方及び下方に各
々丸棒状をなすアノード１８が配置され、外部に設けら
れた電源３０に接続している。一方、カソード１５の中
央にに原子線引き出し口１９が設けられ。 この原子線引き出し口１９に円筒状をなす中性化機構２
１が直結されている（ｇ斗図参妬、）。 上記構収全有する本実施例の高速原子線源装置は次の様
に使用する。 まず、ガス導入口１７からカソードケース内に不活性ガ
ス又は活性ガス全導入して１Ｏ−１Ｔｏｒｒ 〜１０
Ｔａｒｔ程度とし、カソード１５゜１６に対してアノ
−１’１８’に数１００Ｖから数ｋｖの高電位に保持す
る。すると、アノード１８、カソード１５，１６間でり
゛ロー放電が生起する一方、この時カッ−）”１５．１
６から放出された電子がアノード１８へ向けて加速し、
２本のアノード１８の中間ケ通シ越して反対側のカソー
ド１６．１５へ達して速度金欠い、さらにアノード１８
へ向けて加速されて上述した振舞金繰り返す。いわゆる
パルクツ・ウゼンークルツの振動と名づけられる高周波
振動がアノード１８を中心としてカッ−）’１５゜１６
間で行われることとなり、このように振動する電子がガ
ス分子と衝突して、効果的にプラズマが形状されること
となる。形成されるプラズマ中のプラスイオンはカソー
ド１５゜１６に引き付けられて加速し、原子線引き出し
口１９七通って円筒状をなす中性化機構２１に入射する
こととなる。入射した原子線が中性化機構２１内におけ
る側キに衝突すると、側基から原子線衝撃に工り生じた
二次電子と結合して中和し、高速原子線となる。また、
イオン録が中性化ｂ’Ｍ′ｖＪ２１の側曵に衝突する際
に電荷変換７行い、高速原子線となることもある。更に
パルクハウゼンークルツの振動上行っている電子が速度
０となるカン−）′１５付近で、イオンに結合してこれ
盆中和し、高速原子全作ることとなる。このような主な
メカニズムにニジ、イオン線が高速原子線となって中性
化機構２１から真空中へ放射されることとなる。 なお、中性化機構２１の材質としては、二次電子放射比
が高く、かつスパッタ率が小さなものが望しい。二次電
子放射比が高ければ、イオンと再結合して高速原子とす
る確率が大きくなシ、中性化機構構図原子による汚染を
防ぐことができるからである。本実施例では。 二次電子放射比が０．５程度と高く、かつスパッタ率が
０．１程度と低い焼結グラファイトによシ中性化機構２
１全構収した。まに２本実施例でに、アノード１８とし
て２本の棒状のものを使用し友が、パルクハウゼンーク
ルツの振動をする原子やカッ−１’１５に向って加速す
るイオンの障害とならなければ１円環状その他の形状の
もの全使用することができる。 更に、本実施例でμ粒子厩引き出し口２２及び中性化機
構２１はカソード１５のみに設けられていたが、これに
限らず双方のカソード１５．１６に設けても良い。 つぎに、上記実施例の高速原子線源から放射される粒子
線について実測し文中性化率について説明する。中性化
率とは高速原子線源装置にＭガスを導入し九場合に組源
から引き出されるイオン線、高速原子線からなる粒子線
中における高速原子線の割合全いう。 中性化率の実測には８４図に示す装置上使用した。同図
に示されるように、中性化１ス構２１の出口側において
（は二枚のスリット２５゜２６が平行に設置されると共
にこれらスリット２５．２６の間における上方及び下方
に平行平板型の偏向電極２７．２Ｅｌ配置してなるもの
であり、偏向電極２７．２８に印加される電圧Ｖｄ ｉ
変化させて、コレクタ２９に流れる電流ｉを測定できる
ようになっている。 ここで粒子線中に電子が含まれていないと仮定すれば中
性化率ＲｎＯは次式（１）で表わされる。 但し、Ｎｏはコレクタに流入する高エネルギ粒子のイオ
ン電流換算値、 Ｎ＋はコレクタに流入するイオンビ ーム電流値。 δは二次を子放射比。 ｆ、）に偏向電圧Ｖｄ ＝ Ｏの時のコレクタ電流、 ｉ（１は偏向電圧を印加し九時のコレ クタ電流の飽和値である。 第５図に、中性化率測定装置における偏向電圧Ｖｄ対コ
レクタ電流ｉの変化の状態上水すと、いずれの作動栄件
においても１Ｇ ”ｉ ｔｄｒあ）、これ’ｔ（１）式
に入れると１Ｒｎｏ ”； １となる。 すなわち、この発明に：れば、中性化率がほぼ１００％
の高速原子線を引き出すことができる。 つぎに、上述し九装置によるホウ素薄膜形成方法につい
て股間する。 まず、図示しない排気系を作動して真空槽（非図示）円
’ｘ Ｉ Ｘ １０−７〜Ｉ Ｘ １０−８Ｔｏｒｒ程
度■真空にして、図示外のガス供給源からガス導入管１
７を通してアルゴンガス全ターゲット用高速原子線源７
内に導き、線源内’ｋｌｏ−１〜１０−’Ｔｏｒｒ程度
のガス圧にする。ついで、高速原子線源７のアノ−Ｆと
カソード間に数キロゼルトの高電圧を印加して放電をお
こさせると、ビーム放出口１９のグラファイトメツシュ
越しにアルゴン高速原子線が中性化機構Ｚｌ’ｆ−通っ
てターゲット６に向かって照射される。この結果、照射
されたアルゴン高速原子の衝撃によって、ターゲット６
の表面からホウ素粒子がスパッタされ、薄膜形成用基板
１上面にホウ素Ｚどツタ＠２０が被着する。 上述のターゲット用高速原子線源７の作動と同時に、基
板用高速原子線源１０側のガス導入口を通して図示外の
ガス供給源から高速原子線源１０円へかガスを入れアノ
−Ｆとカソード間に数１００１１？ルトから数キロゼル
トの高電圧金加えて放電を生起させるとともに。 偏向電極１１に電圧を加えて、ビーム放出口、中性化機
構を通って引きだされる全粒子中のほぼ１００％が高速
原子線となっているＭビーム中の極ぐ一部の荷電粒子を
除去する。これにエフ完全に１００％のアルゴンの高速
原子が薄膜形成用基板１上のホウ素スノξツタ膜２０上
に照射されスパッタ膜２０と基板１の密着性、結晶性を
制御して改善することができる。 上述の方法で基板１上に被着したホウ素薄膜＃の電子回
折写真を、第６図に示す。 第６図の（ａ）では、基板用高速原子線源１０たら放射
し九アルゴン原子のエネルギーは約１キロエレクトロン
ボルトであり、第す図の（ｂ）では基板用高速原子線源
１０から放射したアルゴン原子のエネルキーｔ−約１．
５キロエレクトロンゼルトとし穴ものである。第６図（
ａ）では、スポラトノぐタンが観察され単結晶ホウ素膜
となっている。第６図ら）では、明瞭なリングパタンが
観察され、多結晶ホウ素膜である。 一方、ホウ素膜スパッタ蒸Ｎ時の条件（ホウ素ターゲッ
トヲ約３キロエレクトロンゼルトのアルゴン高速原子で
照射）は、上述の第６図の場合と同じであるが、ホウ素
ズへ〜タ模被着時に基板用高速原子線源全動作させず、
アルゴン高速原子線を基板１・、上のホウ素スハ〜り膜
２０上に照射しない場合に得られるホウ素薄膜の電子回
折写真全第７図に示す。非常に弱いリングバタンか見ら
れ、一部結晶化していると考えられるが大部分は無定形
・非晶質のホウ素膜が形成されていることがわかる。 〈発明の効果〉 以上の説明力）ら明らかなように、この発明のホウ素薄
膜形成方法は、単に基板上にホウ素薄膜を被着させるだ
けの従来のホウ素薄膜形成方法と異なり、ホウ素ターゲ
ットを高速原子線でｆｉ１７撃し、基板上面にホウ素の
スパッタ膜を形成させると共に、当該ホウ累スパッタ膜
上に高速原子線を照射するので、基板とホウ素薄膜の密
着性を向上させると共に、ホウ素の結晶性全改善できる
。 さらに、ホウ素元素は半導体の一つであり、非常に硬度
が高く、高融点（２，０００〜２．５００°Ｃ）、高沸
点（２，３００℃）で扱い難い素材のため、従来、殆ん
ど利用されなかったが、この発明にニジ、結晶性が容易
に調節でき、基板に対する密着性も向上できるようにな
ったため、半導体部品や研磨工具の部品など多くの分野
で利用することが可能となった。
下ｒｃＶＤＪという】などの方法が知られている。 〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、上述し友従来のホウ素薄膜形成方法は、基板と
被膜間の密着性に問題があり、不均一性、剥離等をおこ
しやすく、また薄膜の結晶純度、結晶形全調節すること
ができなかった。次とえは日本化学会発行の学術雑誌［
日本化学会誌Ｊ （１９８３年）、Ｎ１５、ｐｐ ６３
９〜６４５において、中村勝光氏の報告゛デカポ′ラン
の分子流領域の圧力での熱分解によるホウ素薄膜の析出
”中にＢｘｏＨｔ４ｔ”用いてＣＶＤ法で３５０〜１２
００℃の基板上にホウ素薄膜を形成させると、析出し次
ホウ素薄膜はすべてアモルファスであることが示されて
いる。ま九、ホウ水金電子ビーム蒸着や、ＲＦスパッタ
リングして形成させ友ホウ丸薄膜もアモルファスであり
、基板に対する密着性の点でも問題があつ友。 高温でホウ素薄膜全形成する必要性は。 ＣＶＤ法の場合に特に大であｐ、良質のホウ素薄膜を得
るには少くとも５００ ’Ｃ以上に、基板全加熱する必
要がある。これはホウ素薄膜形國装置の保守およびホウ
素薄膜形成の生産能率を著しく阻害するものである。 １文、上述したホウ素薄膜形図方法の他に、高エネルギ
ーのイオンビームでホウ素ターゲット全スパッタリング
するイオンビームスパッタ法も考えられるが、ホウ素タ
ーゲットの絶縁性が高く、照射したイオンビームの電荷
がホウ素ターゲットに蓄積されて表面電荷に生じ、イオ
ンの入射を妨げるという問題があつ之。 この発明は５以上を二述べた工うな従来のホウ素薄膜形
成方法の間電点全除去するためになされたものであって
、基板表面に密着性にすぐれ、かつ低温で結晶性全自由
に調節しながら薄膜形成できるホウ素薄膜形成方法全提
供しようとするものである。 過程において、ホウ素ターゲットｌイオンビームでスパ
ッタリングする代りに、ホウ素薄膜の導電性と関係なく
、薄膜の構成原子に影響金与えることができる高速ふ子
線ｔホウ素スパッタ膜に照射すれば、その照射条件に工
り、被着したホウ素薄膜の結晶性、密着性で調節できる
との考の下に実験を重ね、本発明を完成することができ
た。 すなわち、この発明は、ホウ素ターゲットを高速原子線
でスノぐツタリングしながら、基板素面にスパッタ物質
全被着させると共に、検着スパッタ物質に高速原子線を
照射すること全特徴とするものである。 この発明にかかるホウ素薄模形成方法においては、基板
表面のスノξツタ物ＪＡ（ホウ素）に照射する高速原子
線は、基板表面に被着したスパッタ物質の構成原子の配
列状態、結晶性に影響ケ与える程度のエネルギー１［す
る高速のものであることが望ましく、通常の原子線では
エネルギーが低すぎ、一般に数キロエレクトロンボルト
程度のものが望ましく、数十キロエレクトロンボルト以
上の高速原子線では薄膜の結晶性にダメージ（ｄａｍａ
ｇｅ ）を与えるので好ましくない。 ′また。高速原子線の種類としては、薄；良を形成する
ホウ素と反応しない不活性の、九とえは窒素、アルゴン
、クセノン、ヘリウム。 ネオンなどの高速原子線が望ましい。 さらに、ホウ素薄膜の結晶性や基板と０缶着性を調節す
るには、たとえばスパッタ物質のスパッタ速度、基板面
に照射する原子線の励起条件（電流密度、電圧条件等）
？調節することに工っで実現できる。 く作 用〉 この工うに構成された、この発明にかかるホウ累薄膜形
成の機構は必ずしも明らかでないが次のように考えられ
る。 ■ 基板に対する密着性 ホウ素ターゲットからスパッタリングされたホウ素原子
３は、基板面に向けて照射された高速不活性原子２と衝
突し、その反跳で第１図に示すごとく基板１（第１図中
の黒部に基板構成原子）円に侵入する。 ｔｆｃ１ターゲットからスパッタされたホウ素原子３４
基板１円に注入され、基板１とホウ素薄膜間に混合相が
でき、この混合相によって基板１とホウ素薄膜間の境界
があいまいとなって境界層が消滅することに工っで基板
に対する密着性が向上する。 ■ 結晶性の改善 九とえはホウ素ターゲットからスパッタリングされたホ
ウ素物質は第１図に示す工うに、基板方向に照射する高
速原子線源より放射された原子線がＥ＝１（キロエレク
トロンボルト）のエネルギーをもっているとすれば、Ｅ
＝に−Ｔ （エレントロン５ｊンルト〕；ＭだＬｂＫ
はゼルツマン定数を表わす。 に工り定まる等温温度Ｔ（１０７￥、〕ヲもっている。 この工うなエネルギーをもった原子が固体中に照射され
ると、ホウ素スノぐツタ物質の表層に局所的に、しかも
短時間に昇温すると考えられる。また、高速原子線が照
射されたホウ素スパッタ物質表層の原子、分子は高温に
加熱されたと同様の影響ケ受け、アモルファスホウ素か
ら六方晶あるいは正方晶系のホウ素に結晶性が改善され
るものと思われる。 ま九、この高速原子は基板に対し斜めに入射するので、
その運動エネルギにより基板に被着するホウ素原子の基
板面内の横方向のマイグレーションを促進して結晶化を
図ることができる。 く実 施 例〉 ツキに、この発明の実施例について説明スる。 第２図〜第３図はこの発明にかたるホウ素薄膜の形成に
使用する装置の構成〒示し、第２図はこの発明のホウ累
薄膜形成に使用する装置のホウ素ターゲット衝撃用高連
原子線源および基板面照射用高速原子線源の概略購改図
、第３図は第２図に示す高速原子線源の構造を示す拡大
図であり、第４図は高速原子線源から引き出されるビー
ムの中性化率測定装置の構収図、第５図に第３図に示す
高速原子線源から引き出される粒子線の中性化のために
加える偏向電圧対コレクタ電流の特性図、第６図（ａ）
（ｂ）はそれぞれ基板に形成されたホウ素薄膜が単結
晶および多結晶構造のものであることを示す電子回折写
真、第７図は基板面に高速原子線全照射しないで得られ
たホウ素薄膜の結晶構造を示す電子回折写真である。 第２図に示す装置は、図示しない排気系によって真空排
気される真空槽（非図示）ＦＦ３に組み込まれており、
ターゲット衝撃用高速原子線源７、基板面照射用高速原
子線源１０゜ホウ素ターゲット６、薄膜形成用基板１と
からなり、各高速原子線源７，１０には、ビーム放射口
亘後に偏向電極１１．１２が設置されている。 基板面照射用高速原子線源７の役割は、主に■ホウ素薄
膜の結晶性のコントロール、■基板に対するホウ素薄膜
の密着性向上全目的として使用される。 高速原子線源は、いかなる型式のものでも本発明は、こ
だわるものではないが、第３図に示すような構造のもの
が安価・簡便かつ効率良く高速原子？取り出すことがで
きる。 第３図に、この発明の一実施例にかかる高速原子線源装
置を示す。同図に示されるように、中空な円柱体である
カソードケースの両端面がカソード１５．１６となると
共にこのカソード１５．１６が接地される一方、カソー
ド１６にはガス導入口１７が設けられている。カソード
ケースの円部には、その中央における上方及び下方に各
々丸棒状をなすアノード１８が配置され、外部に設けら
れた電源３０に接続している。一方、カソード１５の中
央にに原子線引き出し口１９が設けられ。 この原子線引き出し口１９に円筒状をなす中性化機構２
１が直結されている（ｇ斗図参妬、）。 上記構収全有する本実施例の高速原子線源装置は次の様
に使用する。 まず、ガス導入口１７からカソードケース内に不活性ガ
ス又は活性ガス全導入して１Ｏ−１Ｔｏｒｒ 〜１０
Ｔａｒｔ程度とし、カソード１５゜１６に対してアノ
−１’１８’に数１００Ｖから数ｋｖの高電位に保持す
る。すると、アノード１８、カソード１５，１６間でり
゛ロー放電が生起する一方、この時カッ−）”１５．１
６から放出された電子がアノード１８へ向けて加速し、
２本のアノード１８の中間ケ通シ越して反対側のカソー
ド１６．１５へ達して速度金欠い、さらにアノード１８
へ向けて加速されて上述した振舞金繰り返す。いわゆる
パルクツ・ウゼンークルツの振動と名づけられる高周波
振動がアノード１８を中心としてカッ−）’１５゜１６
間で行われることとなり、このように振動する電子がガ
ス分子と衝突して、効果的にプラズマが形状されること
となる。形成されるプラズマ中のプラスイオンはカソー
ド１５゜１６に引き付けられて加速し、原子線引き出し
口１９七通って円筒状をなす中性化機構２１に入射する
こととなる。入射した原子線が中性化機構２１内におけ
る側キに衝突すると、側基から原子線衝撃に工り生じた
二次電子と結合して中和し、高速原子線となる。また、
イオン録が中性化ｂ’Ｍ′ｖＪ２１の側曵に衝突する際
に電荷変換７行い、高速原子線となることもある。更に
パルクハウゼンークルツの振動上行っている電子が速度
０となるカン−）′１５付近で、イオンに結合してこれ
盆中和し、高速原子全作ることとなる。このような主な
メカニズムにニジ、イオン線が高速原子線となって中性
化機構２１から真空中へ放射されることとなる。 なお、中性化機構２１の材質としては、二次電子放射比
が高く、かつスパッタ率が小さなものが望しい。二次電
子放射比が高ければ、イオンと再結合して高速原子とす
る確率が大きくなシ、中性化機構構図原子による汚染を
防ぐことができるからである。本実施例では。 二次電子放射比が０．５程度と高く、かつスパッタ率が
０．１程度と低い焼結グラファイトによシ中性化機構２
１全構収した。まに２本実施例でに、アノード１８とし
て２本の棒状のものを使用し友が、パルクハウゼンーク
ルツの振動をする原子やカッ−１’１５に向って加速す
るイオンの障害とならなければ１円環状その他の形状の
もの全使用することができる。 更に、本実施例でμ粒子厩引き出し口２２及び中性化機
構２１はカソード１５のみに設けられていたが、これに
限らず双方のカソード１５．１６に設けても良い。 つぎに、上記実施例の高速原子線源から放射される粒子
線について実測し文中性化率について説明する。中性化
率とは高速原子線源装置にＭガスを導入し九場合に組源
から引き出されるイオン線、高速原子線からなる粒子線
中における高速原子線の割合全いう。 中性化率の実測には８４図に示す装置上使用した。同図
に示されるように、中性化１ス構２１の出口側において
（は二枚のスリット２５゜２６が平行に設置されると共
にこれらスリット２５．２６の間における上方及び下方
に平行平板型の偏向電極２７．２Ｅｌ配置してなるもの
であり、偏向電極２７．２８に印加される電圧Ｖｄ ｉ
変化させて、コレクタ２９に流れる電流ｉを測定できる
ようになっている。 ここで粒子線中に電子が含まれていないと仮定すれば中
性化率ＲｎＯは次式（１）で表わされる。 但し、Ｎｏはコレクタに流入する高エネルギ粒子のイオ
ン電流換算値、 Ｎ＋はコレクタに流入するイオンビ ーム電流値。 δは二次を子放射比。 ｆ、）に偏向電圧Ｖｄ ＝ Ｏの時のコレクタ電流、 ｉ（１は偏向電圧を印加し九時のコレ クタ電流の飽和値である。 第５図に、中性化率測定装置における偏向電圧Ｖｄ対コ
レクタ電流ｉの変化の状態上水すと、いずれの作動栄件
においても１Ｇ ”ｉ ｔｄｒあ）、これ’ｔ（１）式
に入れると１Ｒｎｏ ”； １となる。 すなわち、この発明に：れば、中性化率がほぼ１００％
の高速原子線を引き出すことができる。 つぎに、上述し九装置によるホウ素薄膜形成方法につい
て股間する。 まず、図示しない排気系を作動して真空槽（非図示）円
’ｘ Ｉ Ｘ １０−７〜Ｉ Ｘ １０−８Ｔｏｒｒ程
度■真空にして、図示外のガス供給源からガス導入管１
７を通してアルゴンガス全ターゲット用高速原子線源７
内に導き、線源内’ｋｌｏ−１〜１０−’Ｔｏｒｒ程度
のガス圧にする。ついで、高速原子線源７のアノ−Ｆと
カソード間に数キロゼルトの高電圧を印加して放電をお
こさせると、ビーム放出口１９のグラファイトメツシュ
越しにアルゴン高速原子線が中性化機構Ｚｌ’ｆ−通っ
てターゲット６に向かって照射される。この結果、照射
されたアルゴン高速原子の衝撃によって、ターゲット６
の表面からホウ素粒子がスパッタされ、薄膜形成用基板
１上面にホウ素Ｚどツタ＠２０が被着する。 上述のターゲット用高速原子線源７の作動と同時に、基
板用高速原子線源１０側のガス導入口を通して図示外の
ガス供給源から高速原子線源１０円へかガスを入れアノ
−Ｆとカソード間に数１００１１？ルトから数キロゼル
トの高電圧金加えて放電を生起させるとともに。 偏向電極１１に電圧を加えて、ビーム放出口、中性化機
構を通って引きだされる全粒子中のほぼ１００％が高速
原子線となっているＭビーム中の極ぐ一部の荷電粒子を
除去する。これにエフ完全に１００％のアルゴンの高速
原子が薄膜形成用基板１上のホウ素スノξツタ膜２０上
に照射されスパッタ膜２０と基板１の密着性、結晶性を
制御して改善することができる。 上述の方法で基板１上に被着したホウ素薄膜＃の電子回
折写真を、第６図に示す。 第６図の（ａ）では、基板用高速原子線源１０たら放射
し九アルゴン原子のエネルギーは約１キロエレクトロン
ボルトであり、第す図の（ｂ）では基板用高速原子線源
１０から放射したアルゴン原子のエネルキーｔ−約１．
５キロエレクトロンゼルトとし穴ものである。第６図（
ａ）では、スポラトノぐタンが観察され単結晶ホウ素膜
となっている。第６図ら）では、明瞭なリングパタンが
観察され、多結晶ホウ素膜である。 一方、ホウ素膜スパッタ蒸Ｎ時の条件（ホウ素ターゲッ
トヲ約３キロエレクトロンゼルトのアルゴン高速原子で
照射）は、上述の第６図の場合と同じであるが、ホウ素
ズへ〜タ模被着時に基板用高速原子線源全動作させず、
アルゴン高速原子線を基板１・、上のホウ素スハ〜り膜
２０上に照射しない場合に得られるホウ素薄膜の電子回
折写真全第７図に示す。非常に弱いリングバタンか見ら
れ、一部結晶化していると考えられるが大部分は無定形
・非晶質のホウ素膜が形成されていることがわかる。 〈発明の効果〉 以上の説明力）ら明らかなように、この発明のホウ素薄
膜形成方法は、単に基板上にホウ素薄膜を被着させるだ
けの従来のホウ素薄膜形成方法と異なり、ホウ素ターゲ
ットを高速原子線でｆｉ１７撃し、基板上面にホウ素の
スパッタ膜を形成させると共に、当該ホウ累スパッタ膜
上に高速原子線を照射するので、基板とホウ素薄膜の密
着性を向上させると共に、ホウ素の結晶性全改善できる
。 さらに、ホウ素元素は半導体の一つであり、非常に硬度
が高く、高融点（２，０００〜２．５００°Ｃ）、高沸
点（２，３００℃）で扱い難い素材のため、従来、殆ん
ど利用されなかったが、この発明にニジ、結晶性が容易
に調節でき、基板に対する密着性も向上できるようにな
ったため、半導体部品や研磨工具の部品など多くの分野
で利用することが可能となった。
第１図はこの発明に二るホウ素薄膜形成方法によるホウ
素■ｖ膜形成機構説明のための摸弐図、第２図は実施例
のホウ素薄膜形因に使用する装置のホウ素ターゲット衝
撃用高速原子線源および基板面照射用高速原子殊の概略
構図図、第３図は第２図に示す高速原子線源の構造を示
す拡大図、第４図は高速原子線源〃）ら引き出されるビ
ームの中性化率測定装置の構成図、第５図は高速原子線
源から引き出されるビーム中性化のために加える偏向電
圧対コレクタ電流■関係？示す特性図、第６図（ａ）■
）はいずれも実施例の方法により基板上に形成され九ホ
ウ素薄膜の結晶構造で示す電子回折写真、第７図は基板
面に高速原子線全照射し々いときに得られるホウ素薄膜
の結晶構造を示す電子回折写真である。 図 面 中、 １はホウ素薄膜形成用基板、 ６はホウ素ターゲット。 ７はホウ素ターゲット衝撃用高速原子線源。 １０は基板面照射用高速原子線源、 １４は高速原子線、 ２０はホウ素スパッタ膜。
素■ｖ膜形成機構説明のための摸弐図、第２図は実施例
のホウ素薄膜形因に使用する装置のホウ素ターゲット衝
撃用高速原子線源および基板面照射用高速原子殊の概略
構図図、第３図は第２図に示す高速原子線源の構造を示
す拡大図、第４図は高速原子線源〃）ら引き出されるビ
ームの中性化率測定装置の構成図、第５図は高速原子線
源から引き出されるビーム中性化のために加える偏向電
圧対コレクタ電流■関係？示す特性図、第６図（ａ）■
）はいずれも実施例の方法により基板上に形成され九ホ
ウ素薄膜の結晶構造で示す電子回折写真、第７図は基板
面に高速原子線全照射し々いときに得られるホウ素薄膜
の結晶構造を示す電子回折写真である。 図 面 中、 １はホウ素薄膜形成用基板、 ６はホウ素ターゲット。 ７はホウ素ターゲット衝撃用高速原子線源。 １０は基板面照射用高速原子線源、 １４は高速原子線、 ２０はホウ素スパッタ膜。
Claims (1)
- ホウ素ターゲットを高速原子線でスパツタリングしなが
ら、基板面にスパツタ物質を被着させると共に、被着ス
パツタ物質に高速原子線を照射することを特徴とするホ
ウ素薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18980185A JPH0610338B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | ホウ素薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18980185A JPH0610338B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | ホウ素薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6250458A true JPS6250458A (ja) | 1987-03-05 |
| JPH0610338B2 JPH0610338B2 (ja) | 1994-02-09 |
Family
ID=16247434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18980185A Expired - Lifetime JPH0610338B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | ホウ素薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0610338B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009503268A (ja) * | 2005-08-01 | 2009-01-29 | サン−ゴバン グラス フランス | 耐引っかき性コーティングの被着方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5492783B2 (ja) | 2008-10-22 | 2014-05-14 | ローム株式会社 | 積層構造体 |
-
1985
- 1985-08-30 JP JP18980185A patent/JPH0610338B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009503268A (ja) * | 2005-08-01 | 2009-01-29 | サン−ゴバン グラス フランス | 耐引っかき性コーティングの被着方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0610338B2 (ja) | 1994-02-09 |
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