JPH01502057A - 多層構造物 - 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】 多層構造物 この発明は多層構造物及びその製造方法に関する。特に、電子及び光学装置に使 用できる構造物に適用される。このような構造物は、平らな又は一定の形状を有 する基板上１こ形成され得、また、積層の厚みに亘って、及び／又（＝基板の横 方向に亘っていくぶん変化し得る周期ｄによって特徴づ（すられる。

この発明によれば、第１の物質の物体に帯電された複数の粒子を導き、これによ り前記物体からその物質の粒子の分離を引起こさせる工程と、基板上に複数の原 子層又１よ分子層として前記複数の粒子を堆積させる工程と、第２の物質の物体 に帯電された複数の粒子を導き、これにより前記物体力）ら前記第２の物質の粒 子の分離を引起こさせる工程と、前記基板上に形成された前記第１の物質からな る前記複数の層の上１；複数の原子層又は分子層として前記第２の物質力・らな る前８己複数の粒子を堆積させる工程とを具備する多層装置の製造方法を提供す る。

また、基板と、夫々実質的に均一な分子厚みを有し基板上に析出される複数の層 とを具備する多層装置を提供する。

説明する。図面において、 第１図は、２つの異なる構成層と共に、単純な多層構造の断面を示し、 第２図は、カーボン層と白金層との界面１；おける計算された反射率及び位相変 化を示し、 第３図は、Ｐｔ−Ｃ−Ｐｔエタロンの測定された反射率スペクトルを示し、 第４図は、Ｐｔ−Ｃ多層構造の反射率を示し、第５図は、他のＰｔ−Ｃ多層構造 の反射率を示し、第６図は、この発明における多層構造を形成するために適用さ れる装置の模式図である。

図面を参照すると、周期ｄで積層された多層体は、厚みがｔｌ、ｔ２・・・・・ ・ｔＮの副層で構成されている。第１図は、基板Ｓと２つの異なる材料の交互に 積層された層り、、Ｌ２とで構成された多層体の単純な例について示している。

周期ｄは、以下の式で与えられる。

ｄ−ｔ、　＋ｔ２ ここで、ｄは積層の全体に亘って一定であり、また横方向にも均一である。各副 層は結晶質（多結晶又は単結晶）で形成することができ、また、隣接する副層間 がエピタキシャルであってもよい。あるいは、いくつかの層がアモルファスであ ってもよい。積層数（整数でなくてもよい）は、単一膜に適当な数から数千まで の間に亘ることができる。

結晶／結晶又は結晶／アモルファスは、鏡、フィルター、及び電磁放射線のため の偏光子として用いることができる。

スペクトルの短波長端において、鏡、フィルター、及び電磁放射線の偏光子は、 （１）式に示すブラックの反射条件を利用した既存の結晶質材料で形成すること ができる。

二二で 各層の複素屈折率ｎは以下の式で与えられる。

ｎ−（１−δ）−ｉｎ 式（１）は、周期ｄにおけるどのような層の数ｔ１＋　ｔ２・・・・・・ｔ　Ｎ でも適用することができる。

各積層界面の反射率は、隣接層の選択されたペアー、例えば層Ａ及びＢの間の密 度の差が最大になった場合に最大となる。これは、結晶相のＡとアモルファス相 のＢとを堆積させることによって達成される。このことは、炭素−白金界面にお ける計算された反射率及び位相変化を示す第２図に描かれている。反射率Ｒ５， ＲＰ　（直線偏光された光について）が／：）　ｃａｒｂｏｅ−２２５０ｋｇ　 ’　ｍ−３（グラファイトの値）及びρ、、。、ａｈ、、ｍ　１８００ｋｇ”　 ｍ−’　（アモルファスカーボンに適合する）についてプロットされている。白 金は結晶質である。

第３図は、シリコン基板上に堆積されたＰｔ−Ｃ−Ｐｔエタロンの測定された反 射率スペクトルを示す。アモルファスカーボンスペーサーの厚みは２６．２ｎｍ である。

層数の増加に従い、波長λ−０，８３４ｎｍにおける３１／３０Ｐｔ−Ｃ多層体 （ｄ−３，７ｎｍ）についての第４図に示すようにブラッグの反射ピークが現わ れる。式（１）の高次数のブラッグ反射（ｐ−２，３）もまた第５図に示すよう に検出される。

第４図の多層体は理論的な反射率を示す。この積層における白金層は、わずか５ 原子の厚みであるが、電気的に連続している。このような薄い結晶膜では、釣合 った積層体を生成するために各層が原子層の厚みの整数倍でなければならない。

もし、多層が堆積された基板が化学的エツチング又はスパッタエツチングのよう な方法で穴があけられるならば、透過フィルターが得られる。あるいは、多層体 の透過特性は、考慮された波長においてわずかに吸収を有するか、又は全く吸収 を有しない基板上に多層体を堆積することによって利用される。

第２図を参照すると、反射率Ｒｓは“準ブルースター角′における低い値に降下 する。この入射角における第１次数のブラッグの反射ピークを有する多層体は、 極めて効率のよい直線反射偏光子である。

もし、積層の間隔が積層の厚みに亘って変化するならば、広い帯域の反射器、フ ィルター、及び偏光子が得られる。これは、特別な入射角での波長スケールにお いて、部分的に重なる又は隣接するブラッグの反射ピークの系列をつくり出す。

あるいは、間隔ｄは横方向に亘って変化してもよい。

多層体を構成する材料は、考慮された波長範囲に適したものである。ｐｔ−ｃ多 層体は、カーボンが吸収しない波長において作動する例として用いられる。

Ｐｔ−５ｔ多層体は他の可能性を説明する。たとえ金属白金−アモルファスシリ コンとして堆積されたとしても、白金とシリコンとの間で反応が生じて白金シリ サイドを形成し得る。結果として生じた多層体は、結晶質白金シリサイド−アモ ルファスシリコンの集成体である。堆積条件を更に変化させることにより、シリ コンを結晶質にして白金シリサイド−シリコンのエピタキシャルな積層体を得る ことができる。この集成体においては、多結晶−アモルファス積層体に関連し得 るどのような散漫散乱も減少し、又は除去されるが、隣接する層間の密度差は減 少し、それゆえに積層体の反射率が減少する。同様のエピタキシャルな結晶−結 晶積層体は、Ｃ。

Ｓ　１　％　Ｎ　ｉＳ　ｉｓ及び他の遷移金属であって周期律表第■属の元素で 形成することもできる。

薄膜として堆積される際には、結晶質固体の電子バンド構造は、塊状材料の電子 バンド構造とは異なる。例としては、厚みが減少するに伴ってバンドギャップか 増加する遷移金属のジカルコゲナイド（ＭｏＴｅ２等）がある。この効果は、独 特の特性を有する半導体装置の製造に使用することかできる。更に、膜厚の横方 向の変化は、異方性半導体の生産に使用される。特有の周期のエピタキシャル多 層体（例えば、ＧａＡｓ／ＧａＡＩＡｓ）の場合には、Ｇ　ａ　Ａ　ｓとＧａＡ ｌＡｓとのエネルギギャップの差は積層体の厚さ方向に亘って周期的に生じる。

例えばカーボン膜により分離されたＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の薄膜からなる集成体は 、積層体の分離された薄膜（Ｆ　ｅ）の間の結合による強磁性共鳴の変化を示す 。

二の発明に係る多層体装置の製造に適する装置が第６図に示されている。これは イオン化された粒子のフラックスを生成するイオン銃１を備えている。アパーチ ュアスクリーン２、偏向及びコリメート用電磁界レンズ３、及びコリメートアパ ーチュアー４がイオンビームをターゲット５上に導く。ターゲット材料の粒子は 、その後電気的に又は磁気的に偏向し得るが、その後イオンビーム中和器６によ り中和される。これら粒子は、その後基板マスク７を通過し、温度制御された回 転作業台９の上の基板８上に堆積される。

アパーチュアスクリーン２及びコリメートアパーチュアー４は、ターゲット５の 全体が照射されるように単一の正方形のアパーチュアーからなっていてもよいし 、あるいは一連の小さなアパーチュアーが以下のような特殊なパターンに配列さ れてもよい。

これらの小さいアパーチュアーは同一面積、又は系統的に変化する面積を有して おり、後者の場合はターゲット５に変化するイオンビームフラックスを与え、そ れゆえに種々の（横の）間隔ｄを与える。

あるいは、アパーチュアーのパターンは、以下に示すようなターゲットの構成パ ターンに対応させ、ターゲット又はアパーチュアースクリーンの横の移動が物質 Ａに加えて又はその代りに物質Ｂがスパッタされることに帰着するようにするこ れは組成の変化に有用である。多層体が二つの物質Ａ。

Ｂからなっているならば、物質Ａのターゲットを物質Ｂのターゲットで置換する ことで十分である。

ターゲットを物質Ａと物質Ｂとの間で振動させることにより、積層体の全体に亘 っておよそ正弦曲線の密度変化が得られ、多様な合金組成（即ち電子密度）が得 られる。この正弦曲線の密度変化を伴う複数の層は、単に第１系列のブラッグ反 射を与える。（フーリエ変換） 好ましい方法において、２つの物質Ａ、Ｂ（例えばｐｔ−５ｉ）が堆積されて、 多結晶Ｐｔ及びアモルファスＳｉの通常の多層体Ｐｔ／Ｓｉを与える。熱処理に よりサンプルはＰｔ−Ｐｔ２５ｉ−ＰｔＳｉ−Ｐｔ２５ｉ−５ｉ　（これは１次 近似により段状の正弦曲線となる）に変化する。層界面での拡散は勾配を有する 密度変化を与える。

これは例えばＮｉ２　Ｓｉ、ＮｉＳｉ、ＮｉＳｉ２の化合物の形態を有するＮｉ −５ｉにより更に改良され得る。これは、Ｎｉ−Ｎｉ２５ｉ−ＮｉＳｉ−ＮｉＳ ｉ２−ＮｉＳｉ−Ｎｉ２Ｓｉ−Ｎｉの連続した段状の屑を与える。Ｓｉ及びＮｉ の相対的な厚みは、これらの化合物のうちいくつか又は全部の形成を許容するよ うに選択される。のに十分である。

他の可能な物質（Ｍ）の組合わせ（Ｓｉと）は以下のようなものがある。

Ｍ２　Ｓ　ｉとして　Ｎｉ２　Ｓ　ｉ、　Ｐｄ２　Ｓ　ｉ、　Ｐ　ｔ２　Ｓ　ｉ 。

Ｃｏ２Ｓｉ。

ＭＳｉとして　ＰｔＳｉ、ＰｄＳｉ、ＮｉＳｉ。

ＣｏＳｉ、ＦｅＳｉ、ＲｈＳｉ。

ＨｆＳｉ、ＴｉＳｉ、ＭｎＳｉ。

ＭＳｉ２として　ＴｉＳｉ２．ＺｒＳｉ２．ＨｆＳｉ２゜ＶＳｉ２．ＮｂＳｉ２ ．ＴａＳｉ２゜ ＣｒＳ　ｉ２　、ＭｏＳ　ｉ２　、ＷＳ　ｉ２　。

ＮｉＳｉ２．ＣｏＳｉ２．ＦｅＳｉ２゜ＭｎＳｉ２゜ いくつかの適用においては、ゲルマニウムをシリコンの代りに用いてもよい。

前述のマスク７は、多層体の横の長さを規定し、ｄの周期的な横の変化を導くた めに使用され得る。

吸着原子移動を最少にするため、又は堆積された種の間の反応を促進するために 、基板の温度は室温の下から上までの広い範囲に亘って変化され得る。

前述のイオンビーム中和器６は、ターゲットの帯電、及びその後のイオンビーム が曲りくねることを排除する。前述の電磁界コリメータ３は、アパーチャースク リーン４に入射するフラックス分布を変化させるためにも用いることができる。

拡散の機構は、Ｍ−Ｓｉの厚みの組合わせを組立てる場合に考慮されなければな らない。Ｍ２Ｓ１の生成においては、金属原子が支配的な拡散種である。ＭＳｉ において、及びＭＳｉ２の生成においては、ＳＬ原子が支配的な拡散種である。

密度プロファイルは溶解度によっても影響される。例えば、Ｎｉ及びＶのＳｉと の反応において、シリサイドの生成前にこれらの物質へのＳｉの著しい溶解は存 在しない。しかし、Ｆｅの場合には、ＦｅＳｉの生成前に、ＳｉがＦｅ膜に２５ ％（４００℃で）まで溶解する。

上述の方法で形成された単分子膜（主に一つの次数で反射する）は、適当な格子 基板上に堆積される際に、“ろう付けされた′格子を形成する。

他の実施例においては、多銃スパッタリング方式を上述の単銃方式の代りに用い ることもできる。

ｌ友 勺・２ １−〜憎％ｌＡ−−−１ｍ、　？ＣＴ／ＧＢ　６７１００８９１国際調査報告 ＧＢ８７００８９１

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．第１の物質の物体に帯電された複数の粒子を導き、これにより前記物体から その物質の粒子の分離を引起こさせる工程と、基板上に複数の原子層又は分子層 として前記複数の粒子を堆積させる工程と、第２の物質の物体に帯電された複数 の粒子を導き、これにより前記物体から前記第２の物質の粒子の分離を引起こさ せる工程と、前記基板上に形成された前記第１の物質からなる前記複数の層の上 に複数の原子層又は分子層として前記第２の物質からなる前記複数の粒子を堆積 させる工程とを具備することを特徴とする多層装置の製造方法。
2. ２．前記基板上に結晶層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載 の多層装置の製造方法。
3. ３．前記基板上に結晶層を形成する工程は、前記第１及び第２の物質の層のうち 少なくとも一方を熱処理することを具備することを特徴とする請求項２に記載の 多層装置の製造方法。
4. ４．前記結晶層は、前記第１及び第２の物質を成分とする化合物を有しているこ とを特徴とする請求項２又は３に記載の多層装置の製造方法。
5. ５．少なくとも前記複数の層のうちいくつかの間で物質の拡散を生じさせる熱処 理工程を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の多層装置 の製造方法。
6. ６．前記帯電粒子のフラックスは、前記基板上の前記複数の層のうち少なくとも １における組成の横方向の変化が引起こされるように調節されることを特徴とす る請求項１乃至５のいずれか１項に記載の多層装置の製造方法。
7. ７．基板と、夫々実質的に均一な分子厚みを有し基板上に析出される複数の層と を具備することを特徴とする多層装置。
8. ８．前記複数の層のうち少なくとも１つが結晶質であることを特徴とする請求項 ７に記載の多層装置。
9. ９．前記複数の層のうち少なくとも１つがアモルファスであることを特徴とする 請求項８に記載の多層装置。
10. １０．結晶とアモルファスとが交互になった複数の層を含むことを特徴とする請 求項９に記載の多層装置。
11. １１．各２つの連続した層の成分のうち少なくとも１つで形成された化合物を含 む少なくとも１つの中間層を有することを特徴とする請求項８に記載の多層装置 。
12. １２．請求項１の方法に係る多層装置の製造装置であって、イオン化された粒子 のフラックスを生成する粒子生成手段と、前記粒子の流れを遮蔽するフィルター 手段と、帯電物質の粒子をそこから移動させるターゲット手段上にイオン化した 粒子を導く第１の偏向手段と、前記粒子を基板へ導く第２の偏向手段と、前記粒 子の帯電を中和する中和手段とを有することを特徴とする多層装置の製造装置す る。