JPS63176463A - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
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- JPS63176463A JPS63176463A JP758987A JP758987A JPS63176463A JP S63176463 A JPS63176463 A JP S63176463A JP 758987 A JP758987 A JP 758987A JP 758987 A JP758987 A JP 758987A JP S63176463 A JPS63176463 A JP S63176463A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/228—Gas flow assisted PVD deposition
-
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- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
- C23C14/325—Electric arc evaporation
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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明の物理的蒸着法を用いた薄膜の形成方法に関する
ものである。
ものである。
従来の薄膜形成方法としては、物理的蒸着法（ＰＶＤ法
）が用いられており、原料を蒸発させる方法に様々な工
夫が施され、（Ａ＞抵抗加熱や電子ビームを用いて原料
を加熱して蒸発させる真空蒸発法、（Ｂ）Ａｒイオンの
スパッタリング作用を利用するスパッタ法、（Ｃ）電圧
を印加した原料を加熱して電子イオンを生じさせ蒸着を
行うイオンブレーティング法等が広く知られている。
）が用いられており、原料を蒸発させる方法に様々な工
夫が施され、（Ａ＞抵抗加熱や電子ビームを用いて原料
を加熱して蒸発させる真空蒸発法、（Ｂ）Ａｒイオンの
スパッタリング作用を利用するスパッタ法、（Ｃ）電圧
を印加した原料を加熱して電子イオンを生じさせ蒸着を
行うイオンブレーティング法等が広く知られている。
最近では、これらの他に、イオン化したクラスター（塊
状原子団）を用いて成膜を行うクラスターイオンビーム
（ＩＣＢ）蒸着法が、ヤマダ、タカ才力、イノカワ、ウ
スイ、チェ２、タカギによって雑誌「シンソリッドフィ
ルムズ（Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄｐｉｌｍｓ） 」の９２
巻（１９８２年）１３７頁−１４６頁に報告されている
。この方法は、るつぼを用いて金属を高温に加熱して蒸
発させ、その蒸気を１ｍｍ程度の小さな穴を通して真空
中に自由膨張させることによりクラスターを生じさせ、
それに電子ビームを交差させることによりイオン化し、
このイオンに電圧を印加して加速して高速イオンクラス
ターを作り、これを被膜基板の表面に衝突させて成膜さ
せる方法である。
状原子団）を用いて成膜を行うクラスターイオンビーム
（ＩＣＢ）蒸着法が、ヤマダ、タカ才力、イノカワ、ウ
スイ、チェ２、タカギによって雑誌「シンソリッドフィ
ルムズ（Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄｐｉｌｍｓ） 」の９２
巻（１９８２年）１３７頁−１４６頁に報告されている
。この方法は、るつぼを用いて金属を高温に加熱して蒸
発させ、その蒸気を１ｍｍ程度の小さな穴を通して真空
中に自由膨張させることによりクラスターを生じさせ、
それに電子ビームを交差させることによりイオン化し、
このイオンに電圧を印加して加速して高速イオンクラス
ターを作り、これを被膜基板の表面に衝突させて成膜さ
せる方法である。
この方法は、（イ〉ビーム自身の運動エネルギーが大き
いために、基板温度が低くとも表面における拡散が促進
され、その結果、低温で結晶性の良い薄膜が得られる。
いために、基板温度が低くとも表面における拡散が促進
され、その結果、低温で結晶性の良い薄膜が得られる。
（ロ）イオンビームではあるがクラスターであるために
原子数あたりの電荷が小さく、イオン衝撃による表面損
傷が比較的軽減される等の特徴があると報告されている
。
原子数あたりの電荷が小さく、イオン衝撃による表面損
傷が比較的軽減される等の特徴があると報告されている
。
しかしながら、この従来の方法は次のような欠点を有す
る。
る。
（１）原料全体を加熱する方法であるためにヒーターや
、るつぼ等からの不純物によって膜質の低下が生じる。
、るつぼ等からの不純物によって膜質の低下が生じる。
（２）るつぼを用いる方法であるので、高融点金属や絶
縁膜、高融点の半導体薄膜の成長には適用できない。
縁膜、高融点の半導体薄膜の成長には適用できない。
（３）前述の様な方法で作ったクラスターは、通常幅広
い原子数分布を有しており、単原子のものもかなりの割
合で含まれるので前記（ロ）の表面損傷の問題に関して
は十分解消されたとはいいがたい。
い原子数分布を有しており、単原子のものもかなりの割
合で含まれるので前記（ロ）の表面損傷の問題に関して
は十分解消されたとはいいがたい。
（４〉電子衝撃によってイオン化すると必ずフラグメン
テーション（中性断片化）が付随して起こるため、クラ
スター利用という観点からは効率が悪い。
テーション（中性断片化）が付随して起こるため、クラ
スター利用という観点からは効率が悪い。
本発明の目的は、高速の中性クラスタービームを用いて
成膜を行うことにより、前記のような欠点を除き、結晶
性の良い、良質の薄膜を得る薄膜形成方法を提供するこ
とにある。
成膜を行うことにより、前記のような欠点を除き、結晶
性の良い、良質の薄膜を得る薄膜形成方法を提供するこ
とにある。
本発明の薄膜形成方法は、固体原料にレーザー光を照射
してこの固体原料を気化させ、この気化した原料ガスを
キャリアーガスに混合し、ノズルを通過させて真空中に
噴出させることにより高速の中性クラスタービームを形
成し、この中性クラスタービームを被膜部に当てこの被
膜部に前記原料の薄膜を形成することを特徴とする。
してこの固体原料を気化させ、この気化した原料ガスを
キャリアーガスに混合し、ノズルを通過させて真空中に
噴出させることにより高速の中性クラスタービームを形
成し、この中性クラスタービームを被膜部に当てこの被
膜部に前記原料の薄膜を形成することを特徴とする。
本発明の構成によれば、イオン化して電場によって加速
という手段を取らずに、流体力学的効果を利用して中性
のままでクラスターを高速に加速し、これを用いて成膜
を行っている。この高速の中性クラスターを用いること
により、成膜表面における原子の拡散を促進させ結晶性
の高い、良質の薄膜を形成することができる。また、イ
オン化を行わないことにより、ＩＣＢ蒸着法のイオン衝
撃に伴う表面損傷の問題（３）およびクラスターの中性
断片化の問題り４）を解決している。
という手段を取らずに、流体力学的効果を利用して中性
のままでクラスターを高速に加速し、これを用いて成膜
を行っている。この高速の中性クラスターを用いること
により、成膜表面における原子の拡散を促進させ結晶性
の高い、良質の薄膜を形成することができる。また、イ
オン化を行わないことにより、ＩＣＢ蒸着法のイオン衝
撃に伴う表面損傷の問題（３）およびクラスターの中性
断片化の問題り４）を解決している。
また、本発明では、原料を気化させる方法としてレーザ
ー蒸発法を採用ているので、加熱される部分が集光され
たレーザー光によって照射される原料表面の極く一部の
みであり、これによって前記（１）の加熱に伴う不純物
の混入を防止している。
ー蒸発法を採用ているので、加熱される部分が集光され
たレーザー光によって照射される原料表面の極く一部の
みであり、これによって前記（１）の加熱に伴う不純物
の混入を防止している。
また、同じ理由から高温に耐えるるつぼを必要としない
ため、高融点の材料でも容易に蒸発させることが可能で
あり、前記（２＼の原料の選択範囲の問題も解決してい
る。
ため、高融点の材料でも容易に蒸発させることが可能で
あり、前記（２＼の原料の選択範囲の問題も解決してい
る。
第一図ｔ＋光明の一実施例を説明する成膜装置の断面図
である。この装置は、レーザー光１５を集光照射するた
めの集光レンズ１６、光導入窓１７と、１０００ ｅ
／ ｓ程度の排気速度を有する真空排気系１９によって
高速に排気される真空容器２０と、その中に設置される
超音速ノズル１１、原料１２、薄膜を形成する被膜部の
基板１３、およびその加熱機構付き基板支持具１４より
構成される。なお、加熱機構（１４）は電源１０により
加熱される。
である。この装置は、レーザー光１５を集光照射するた
めの集光レンズ１６、光導入窓１７と、１０００ ｅ
／ ｓ程度の排気速度を有する真空排気系１９によって
高速に排気される真空容器２０と、その中に設置される
超音速ノズル１１、原料１２、薄膜を形成する被膜部の
基板１３、およびその加熱機構付き基板支持具１４より
構成される。なお、加熱機構（１４）は電源１０により
加熱される。
金属等の薄膜成長に用いる固体の原料１２を超音速ノズ
ル１１の中に置き、レーザー光１５を集光レンズ１６と
光導入窓１７を通して原料１２の表面上に集光照射する
。このレーザー光照射により、瞬間的かつ局所的に加熱
された原料１２は、瞬間的に蒸発し、０．１〜１０気圧
程気圧弁ャリアーガス１８（希ガス、水素、窒素等を用
いる）の中に混合される。
ル１１の中に置き、レーザー光１５を集光レンズ１６と
光導入窓１７を通して原料１２の表面上に集光照射する
。このレーザー光照射により、瞬間的かつ局所的に加熱
された原料１２は、瞬間的に蒸発し、０．１〜１０気圧
程気圧弁ャリアーガス１８（希ガス、水素、窒素等を用
いる）の中に混合される。
この原料ガスを０．１〜１０％程度含む混合ガスは、超
音速ノズル１１の０．０１〜１ｍｍ程度の小穴より真空
中に自由膨張で噴出される。このときの断熱膨張により
内部エネルギーが減少して冷却し、原料ガスは凝縮して
クラスターを生成する。
音速ノズル１１の０．０１〜１ｍｍ程度の小穴より真空
中に自由膨張で噴出される。このときの断熱膨張により
内部エネルギーが減少して冷却し、原料ガスは凝縮して
クラスターを生成する。
生゛成したクラスターの速度は、流体力学的効果によっ
て、混合比で大半を占めるキャリアーガス１８の質量で
決まる速度に揃う。従って、キャリアーガス１８の種類
を変化させることにより、クラスターの速度を制御する
ことができる。例えば、ヘリウムガスをキャリアーガス
１８とし、アルミニウムを原料１２に用いて原子数１０
０のクラスタービームを生成させたとすると、並進エネ
ルギー約２０ｅＶのクラスタービームを得ることができ
る。こうして得られた高速の中性クラスタービームを基
板１３に吹き付けることにより薄膜を成長させた。
て、混合比で大半を占めるキャリアーガス１８の質量で
決まる速度に揃う。従って、キャリアーガス１８の種類
を変化させることにより、クラスターの速度を制御する
ことができる。例えば、ヘリウムガスをキャリアーガス
１８とし、アルミニウムを原料１２に用いて原子数１０
０のクラスタービームを生成させたとすると、並進エネ
ルギー約２０ｅＶのクラスタービームを得ることができ
る。こうして得られた高速の中性クラスタービームを基
板１３に吹き付けることにより薄膜を成長させた。
本発明の効果を調べるために・、原料１２にアルミニウ
ムを使用し、前記の方法でシリコン基板上にアルミニウ
ムの薄膜を成長させＲＨＥＥＤパターンをとって結晶性
を調べ、また、通常の真空蒸着法を用いて成膜した試料
との比較を行なった。
ムを使用し、前記の方法でシリコン基板上にアルミニウ
ムの薄膜を成長させＲＨＥＥＤパターンをとって結晶性
を調べ、また、通常の真空蒸着法を用いて成膜した試料
との比較を行なった。
その結果、本発明の方法において明らかな結晶性の向上
が確認され、高速の中性クラスタービームの効果が実証
された。また、イオン化を行っていないためにイオン衝
撃による表面損傷が観測されず、この方法の優位性が立
証された。また、オージェ分析の結果、不純物の混入は
観測されず、この方法で純度の高い薄膜が得られること
が実証された。
が確認され、高速の中性クラスタービームの効果が実証
された。また、イオン化を行っていないためにイオン衝
撃による表面損傷が観測されず、この方法の優位性が立
証された。また、オージェ分析の結果、不純物の混入は
観測されず、この方法で純度の高い薄膜が得られること
が実証された。
さらに、ＩＣＢ蒸着法では取り扱うことのできない高融
点金属の例として、タングステンを原料としぞ成膜を行
い、同様の評価を行ったところ良好な薄膜の形成を確認
した。また半導体材料であるシリコンについても前記の
方法を適用して結晶性の高い薄膜を形成することができ
た。
点金属の例として、タングステンを原料としぞ成膜を行
い、同様の評価を行ったところ良好な薄膜の形成を確認
した。また半導体材料であるシリコンについても前記の
方法を適用して結晶性の高い薄膜を形成することができ
た。
以上の実施例で説明したように、本発明は、高速の中性
クラスタービームを用いて原子の表面拡散効果を促進す
ることにより、従来より結晶性が高く、良好な膜質の薄
膜を形成することができた。また、従来技術のＩＣＢ蒸
着法の欠点であるイオン衝撃による表面損傷の問題点を
解決し、また原料の加熱に伴う不純物混入の問題を解決
した。さらにＩＣＢ蒸着法の適用できない高融点金属や
半導体材料についても、本発明の方法を適用することが
でき、原料選択の範囲が飛躍的に拡大した。
クラスタービームを用いて原子の表面拡散効果を促進す
ることにより、従来より結晶性が高く、良好な膜質の薄
膜を形成することができた。また、従来技術のＩＣＢ蒸
着法の欠点であるイオン衝撃による表面損傷の問題点を
解決し、また原料の加熱に伴う不純物混入の問題を解決
した。さらにＩＣＢ蒸着法の適用できない高融点金属や
半導体材料についても、本発明の方法を適用することが
でき、原料選択の範囲が飛躍的に拡大した。
第１図は本発明の一実施例を説明する成膜装置の模式的
断面図である。 １０・・・電源、１１・・・超音速ノズル、１２・・・
原料、１３・・・基板、１４・・・加熱機構付基板支持
具、１５・・・レーザー光、１６・・・集光レンズ、１
７・・・光導入窓、１８・・・キャリアーガス、１９・
・・真空排気系、２０・・・真空容器。 １−一
断面図である。 １０・・・電源、１１・・・超音速ノズル、１２・・・
原料、１３・・・基板、１４・・・加熱機構付基板支持
具、１５・・・レーザー光、１６・・・集光レンズ、１
７・・・光導入窓、１８・・・キャリアーガス、１９・
・・真空排気系、２０・・・真空容器。 １−一
Claims (1)
- 固体原料にレーザー光を照射してこの固体原料を気化さ
せ、この気化した原料ガスをキャリアーガスに混合し、
ノズルを通過させて真空中に噴出させることにより高速
の中性クラスタービームを形成し、この中性クラスター
ビームを被膜部に当てこの被膜部に前記原料の薄膜を形
成することを特徴とした薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP758987A JPS63176463A (ja) | 1987-01-16 | 1987-01-16 | 薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP758987A JPS63176463A (ja) | 1987-01-16 | 1987-01-16 | 薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63176463A true JPS63176463A (ja) | 1988-07-20 |
Family
ID=11669999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP758987A Pending JPS63176463A (ja) | 1987-01-16 | 1987-01-16 | 薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63176463A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0351905A2 (de) * | 1988-07-16 | 1990-01-24 | Philips Patentverwaltung GmbH | Verfahren zur Herstellung von Festkörpern |
| JP2002038257A (ja) * | 2000-07-24 | 2002-02-06 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | クラスター銃 |
-
1987
- 1987-01-16 JP JP758987A patent/JPS63176463A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0351905A2 (de) * | 1988-07-16 | 1990-01-24 | Philips Patentverwaltung GmbH | Verfahren zur Herstellung von Festkörpern |
| JP2002038257A (ja) * | 2000-07-24 | 2002-02-06 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | クラスター銃 |
| JP4505112B2 (ja) * | 2000-07-24 | 2010-07-21 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | クラスター銃 |
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