JPS63176464A - 薄膜形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は物理的蒸着法を用いた薄膜の成長方法に関する
。

〔従来の技術〕

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原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、チェノ、タカギによって雑誌「シンソリッドフィル
ムズ（Ｔｈｉｎ　５ｏｌｉｄＦｉ１ａ＋ｓ）」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、その蒸発を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のイオンクラス
ターを作り、これを被成膜基板の表面に衝突させて成膜
させる方法である。

この方法の最大の特徴は、（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、低温で結晶の良い薄膜が
得られるという点にある。

また副次的な効果として、（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という
特徴も有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この従来の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、単原子のものかな
りの割合で含まれる。従って前記（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、また、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。

本発明の目的は、高速の中性クラスターを用いて成膜を
行うことにより、従来の欠点を除き、膜質の改善を図っ
た薄膜形成方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の薄膜形成方法は、固体原料を加熱して気化させ
、この気化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。

〔作用〕

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蒸着法の欠点で
あるイオン衝撃に伴う表面損傷の問題も解決している。

〔実施例〕

第１図は本発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、１０００　ｊ７　／　ｓ程度の排
気速度を有する真空排気系１７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１
１、原料１２、ノズル加熱用ヒーター１３、原料の薄膜
を形成する被膜部の基板１４および加熱機構付き基板支
持具１５より成る。また、加熱機構（１５）は電源１８
により加熱される。

薄膜成長に用いる原料１２を超音速ノズル１１の中に置
き、ノズル加熱用ヒーター１３を用いて加熱する。この
加熱により気化した原料は０．１〜１０気圧程気圧上ャ
リアーガス１６（希ガス、水素、窒素等を用いる）の中
に混合される。この原料気体を０，１〜１０％程度含む
ガスは、超音速ノズル１１の０．１〜１ｍｍ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１６の質量で決
まる速度に揃う。従って、キャリアーガス１６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１
６とし、アルミニウムを原料に用いて原子数１００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１
３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
た０通常の真空蒸着法との比較のために、キャリアーガ
ス１６を流さずに気化した原料ガスのみを用いて成膜を
行った。この時の圧力条件は分子流領域となるように温
度を設定したので、原料ガスの組成は単原子が大半を占
めると推定される。こうして通常の真空蒸着と同等の条
件化で得られた薄膜と、ヘリウムをキャリアーガス１６
とし高速の中性クラスタービームを生成させて得られた
薄膜の結晶性を比較した。その結果、後者で明らかな結
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
表面損傷は観測されず、この方法の優位性が立証された
。

〔発明の効果〕

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、従来技術であるＪＣＢ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することが出来た。

【図面の簡単な説明】

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。 １１・・・超音速ノズル、１２・・・原料、１３・・・
ノズル加熱用ヒーター、１４・・・基板、１５・・・加
熱機横付き基板支持具、１６・・・キャリアーガス、１
７・・・真空排気系、１８・・・電源。 代理人　弁理士　内　原　　昔１−ノ゛＼−ノ′

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固体原料を加熱して気化させ、この気化原料ガスをキャ
   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。