JPH03134160A - 化合物の製造方法及び装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、化合物の製造方法及び装置に関し、特に、少
なくとも一部がイオン化された第１、第２原料を各々独
立して制御された運動エネルギを与えて基板に衝突させ
て化合物を形成することにより、高い付着力、高い密度
、高い付き回り性によって正確に制御された組成の化合
物を低温で高速に製造するための新規な改良に関する。

［従来の技術］ 従来、用いられていたこの種の化合物の製造方法及び装
置は種々あるが、その中で、代表的なものについて述べ
ると、例えば、Ｐｒｏｃ、１１ｔｈ　Ｓｙｍｐ。

（ブロシーデインダス、第１１回シンポジウム）。

ｏｎ　ｌ５ＩＡＴ’８７．　Ｔｏｋｙｏ（１９８））の
第３１７頁に開示された反応形イオンビーム制御技術及
びＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉ
ｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　（ジャパニーズ　ジャーナル　
オブ　アプライド　フィジックス）、ｖｏｌ　２３．Ｎ
Ｏ，３，Ｍａｒｃｈ１９８４の第２７３頁から第２７６
頁ニ開示されたイオンアシスト蒸着法を挙げることがで
きる。

すなわち、前者の従来例では、一種の原料が加熱手段に
よって加熱され、イオン化フィラメント及び加速電極に
よって、加熱された状態の基板に付着するように構成さ
れている。

また、後者の従来例では、ａ−３ｉ：Ｈの反応蒸着が開
示されており、Ｓｉが蒸発した状態で高純度のＨ２ガス
をイオン化してチャンバー内に供給している。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の化合物の製造方法及び装置は、以上のように構成
されているため、次のような課題が存在していた。

すなわち、−ｍに、スパッタリング法やイオンブレーテ
ィング法では、第２原料が第１原料のイオン化の過程で
必然的に励起されることはあるが、その衝突エネルギを
独立して制御し、基板に衝突する運動エネルギを可変的
に制御して、基板に付着して形成される化合物の付着力
及び密度等を制御することは不可能であった。

また、反応性蒸着法では、第１原料が励起されて基板に
衝突することはなく、励起された第２原料が加速衝突す
ることもなく、基板に衝突する原料の蒸気速度を制御す
ることは不可能であった。

さらに、イオンアシスト蒸着では、第１原料が励起によ
って加速されることもあり得なかった。

ここで、前述における従来方法等により一例としてアモ
ルファスシリコンを蒸着で生成した場合の各方法におけ
る一般的な欠点についてまとめると次の通りである。

（１）　　スパッタリング法による欠点としては、成膜
速度が低く、Ａｒガスが残留する。さらにターゲツト材
が大変高価である。

（２）　　イオンアシスト蒸着法による欠点としては、
基板への付着力が弱く、密度も低い。

（３）　　イオンブレーティング法による欠点とじて本
発明は、以上のような課題を解決するためになされたも
ので、特に、少なくとも一部がイオン化された第１、第
２原料に各々独立して制御された運動エネルギを与えて
基板に衝突させ化合物を形成することにより、高い付着
力、高い密度、高い付き回り性によって正確に制御され
た組成の化合物を低温で高速に製造するようにした化合
物の製造方法及び装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明による化合物の製造方法は、減圧した容器内で第
１原料を蒸気として蒸発させた後、前記蒸気の少なくと
も一部を励起して基板に衝突せしめ、前記第１涼料とは
別途に励起した第２原料を前記基板に衝突させ、前記各
原料による反応生成物を前記基板上に堆積させるように
した方法である。

また、本発明による化合物の製造装置は、減圧した容器
内に設けられた基板に対し、加熱手段により蒸発した第
１原料の蒸気の少なくとも一部を発粒子を付着させるよ
うにした装置において、前記加熱手段の上方に設けられ
たイオン化手段と、前記容器に設けられ第２原料の少な
くとも一部を励起して加速し、前記基板に衝突させるた
めのイオン銃とを有している構成である。

さらに、本発明による他の発明である化合物の製造装置
は、減圧した容器内に設けられた基板に対し加熱手段に
より蒸発した第１原料の蒸気の少なくとも一部を前記基
板に衝突させることにより、前記基板に蒸発粒子を付着
させるようにした装置において、前記加熱手段の上方に
設けられたイオン化手段と、前記容器に設けられ第２原
料の蒸気の少なくとも一部を励起して加速し前記基板に
衝突させるためのイオン加速器と、前記イオン加速器内
に設けられ前記第２原料を加熱するための第２原料用加
熱手段とを有する構成である。

［作　用］ 本発明による化合物の製造方法及び装置においては、第
１原料を抵抗加熱、放電加熱または電子ビーム加熱等に
よって蒸発させ、蒸発装置の上方に配置された励起装置
であるイオン化手段で蒸気を励起する。励起の方法には
放電、熱電子放射などの方法がある。励起によって少な
くとも一部の蒸発粒子はイオン化する。このようにして
形成されたイオンは基板との間の電場によって加速され
、基板に衝突する。イオン化されなかった蒸発粒子は加
速されることなく基板に蒸着する。この加速の程度（粒
子の運動エネルギ）は電場の強さを制御することによっ
て任意に調整できる。電場の強さは目的に応じて変化さ
せることができるし、化合物製造の過程でも変化させう
る。例えば、初期には電界強度を強くしてイオンが強く
基板に衝突するようにして付着力を高め、続いて電界強
度を低めて内部応力を低下させることができる。イオン
の衝突効果によってボイドやキャビティのない密度の高
い化合物を製造することができる。

これとは独立して第２原料を放電または熱電子照射によ
って励起し、少なくとも一部イオン化された第２原料を
電場を利用して加速し基板に衝突させる。この結果、殆
どの第２原料は第１原料と衝突することなく基板に衝突
して反応するが、衝突した一部の原料は互いに励起しあ
って同じく基板に衝突する。この第２原料の衝突エネル
ギは電界強度を調整することで任意に制御できる。

このようにして両原料の少なくとも一部にそれぞれ独立
に制御された運動エネルギを与えて基板に衝突せしめ化
合物を形成することによって、従来の方法では得られな
い高い付着力、密度、高い付き回り性が得られ、かつ正
確に制御された組成の化合物を低温で高速に製造できる
。

［実施例］ 以下、図面と共に本発明による化合物の製造方法及び装
置の好適な実施例について詳細に説明する。

第１図及び第２図は、本発明による化合物の製造方法及
び装置を示すためのもので、第１図は第１実施例を示す
構成図、第２図は第２実施例を示す構成図である。

まず、第１図において符号１で示されるものは、全体形
状が密閉形をなし、その底部１ａに排気ポンプ（図示せ
ず）が接続された排気口１ｂを有する容器であり、この
容器１の底部１ａ上には、Ｓｉ等からなる固形の第１原
料２を載置した蒸発ボート３が設けられ、こり蒸発ボー
ト３は前記第１原料２を加熱するための加熱手段３ａを
有している。

前記加熱手段３ａ及び蒸発ボート３の上方位置には、第
１可変電源４ａを有し、前記第１原料２からの蒸気２ａ
を励起する励起手段を構成する熱電子放射イオン化電極
からなるイオン化手段４が配設されており、このイオン
化手段４の励起状態に応じて前記蒸気２ａの励起状態が
制御される。

前記容器１の天板部１ｃには、保持手段５によって保持
された基板６が設けられており、この基板６には、第２
可変電源７が接続されている。

前記容器１の側壁１ｄにおける前記イオン化手段４とほ
ぼ対応する位置には、第３可変電源８ａが接続されたイ
オン銃８が、イオンビーム８ｂが前記基板６に向けて飛
ぶような角度位置で配設されており、このイオン銃８の
ガス供給口８ｃには、第２原料である水素等のガス８ｄ
が供給されるように構成されている。

本発明の第１実施例は、前述したように構成されており
、以下に、その動作について説明する。

まず、第１原料２を抵抗加熱、放電加熱または電子ビー
ム加熱等の加熱手段３ａによって蒸発させ、蒸発ボード
３の上方に配置された励起装置であるイオン化手段４で
蒸気２ａを励起する。励起の方法には放電、熱電子放射
などの方法がある。

励起によって少なくとも一部の蒸発粒子はイオン化する
。このようにして形成されたイオンは基板６との間の電
場によって加速され、基板６に衝突する。イオン化され
なかった蒸発粒子は加速されることなく基板６に蒸着さ
れる。加速の程度（粒子の運動エネルギ）は電場の強さ
を制御することによって任意に調整できる。電場の強さ
は目的に応じて変化させることができ、化合物製造の過
程でも変化させうる０例えば、初期には第２可変電源７
の電位差を大きくして電界強度を強くしてイオンが強く
基板６に衝突するようにして付着力を高め、続いて電界
強度を低めて化合物の内部応力を低下させることができ
る。このイオンの衝突効果によってボイドやキャビティ
のない密度の高い化合物を製造することができる。

これとは独立して第２原料８ｄを放電または熱電子照射
によるイオン銃８によって励起し、少なくとも一部イオ
ン化された第２原料８ｄを電場を利用して加速し基板６
に衝突させる。この結果、殆どの第２原料８ｄは第１原
料２と衝突することなく基板６に衝突して反応するが、
衝突した一部の原料は互いに励起しあって同じ≦基板６
に衝突する。この第２ＪｊＸ料８ｄの衝突エネルギは電
界強度を調整することで任意に制御できる。

このようにして両原料２．８ｄの少なくとも一部にそれ
ぞれ独立に制御された運動エネルギを与えて基板６に衝
突せしめ化合物を形成することによって、従来の方法で
は得られない高い付着力、高い密度、高い付き回り性が
得られ、かつ正確に制御された組成の化合物を低温で高
速に製造できる。

具体的には第１原料２としてＳｉ、第２原料８ｄとして
水素を用いた場合について本発明の作用を述べると次の
ようになる。Ｓｉ原子は重く、水素原子は軽いために両
原料が反応して形成される水素化アモルファスシリコン
の基板への付着力は主としてＳｉの基板６との結合エネ
ルギによって決まる。

結合エネルギは通常温度に依存するが、低温で化合物を
合成する場合にはＳｉの衝突エネルギが高いほど、結合
力が大きい、基板６上に化合物を堆積させる場合、衝突
粒子のエネルギが大きすぎるとスパッタリングが起こり
生成速度はむしろ低下する。

しかし、適度なエネルギをもった粒子を衝突させると緻
密で密度の高い化合物を基板６上に製造することができ
る。

水素は雰囲気から供給することもできるが水素分子は反
応性に乏しく、実質的に水素化アモルファスシリコンに
必要な濃度の水素を反応させることができない０反応効
率を高めるためには分解して水素原子とする、イオン化
するなどの方法で励起することが必要である。更に励起
された水素が一定以上の運動エネルギで基板に衝突する
ことによって一層反応効率が高まる。この水素をイオン
として衝突させる場合には衝突したイオン量を基板６に
流れる電流値として把握できるのでこれを制御すること
で適性量の水素を基板６に衝突させることができる。し
たがって化合物の組成制御が容易になる。

前記Ｓｉは加熱により蒸発させているのでスパッタリン
グなどの方法に比べて高速で蒸発させることができる。

これと励起した水素とを反応させることによって他の方
法では実現できない速度で化合物を製造できる。また水
素の代わりに硼化水素と水素の混合気体を使用するなど
２種以上のガスを用いることによってドーピングを行う
こともできる。

例えば酸化物を製造する場合、従来の蒸着法やイオンブ
レーティング法では種々の理由によって原料と同一組成
の酸化物を基板６上に形成することはできず、酸素が不
足した組成となる。このような場合、容器１内の雰囲気
に酸素を用いて反応させ、酸素不足を補ってやる。この
際に酸素が酸素分子であると反応性が乏しく反応効率が
悪いので酸素圧力を高くしたり、流量を大きくする必要
が出てくる。ところが容器１内の圧力が高くなると蒸発
速度が低下したり、加熱手段３ａを正常に作動させられ
ないなどの障害が出てくる。第２原料として酸素を使用
し、これを励起して基板６に衝突させることによって反
応効率が著しく高まるので容器１内の圧力を高くする必
要はなく、適性組成の酸化物を高速に製造できる。

（実験例） 第１原料２を加速するためには基板６を負電位にするの
が一般的であり、電場の強さを１０ｖ−３０ＫＶにする
のが望ましい。また、付着力を高めるためにはＩＫＶ以
上の電場が望ましく、内部応力を低くするためには５０
０ｖ以下にするのが望ましい、第２原料８ｄを加速する
ためにはイオン銃やイオン加速器などを使用することが
できるほか、第１原料２と同様な方法を用いることが可
能である。第２原料８ｄの運動エネルギは１０ｅＶ−１
０ＫｅＶが望ましい。

第１原料２と第２原料８ｄとの組み合わせの具体例とし
ては 第１原料２　　　　　第２原料８ｄ 金属および合金　　　　　　ガス 金属および合金　　　金属の蒸発粒子 酸化物　　　　　　　　ガス 窒化物　　　　　　　　ガス などがある。

さらに、第２図で示される構成は第１図で示す構成の他
の実施例であり、同一部分には同一符号を付し、その説
明は省略するものとし、第１図と異なる部分についての
み説明するものとする。

前記第１原料２から発生する蒸気２ａを励起する励起手
段を構成するイオン化用アーク放電電極からなるイオン
化手段４Ａが配設されており、このイオン化手段４Ａの
励起状態に応じて前記蒸気２ａの励起状態が制御される
。

前記容器１の側壁１ｄにおける前記イオン化手段４Ａと
ほぼ対応する位置には、イオン加速器８Ａが、イオンビ
ーム８ｂＢが基板６に向けて飛ぶような角度位置で配設
されており、このイオン加速器８Ａ内には、第２原料８
ｄＡである金属が載置され加熱手段１０ａを有する蒸発
ボート１０が内設されている。

従って、この第２図の構成においては、前述の動作説明
と同様に、前記蒸気２ａはイオン化手段４Ａによって励
起され、少なくともその一部の蒸発粒子はイオン化する
。

また、蒸発ボート１０の加熱手段１０ａによって蒸発し
た第２原料８ｄＡの蒸発粒子は、イオン加速器８Ａによ
って励起され、少なくとも一部のイオン化されたイオン
ビーム８ｄＢが電場を介して加速され、基板６に衝突す
る。

尚、前述の容器１内における配置構成は、−例を示した
ものであり、図示しない他の配置構成等とした場合も、
同様の作用効果を得ることができる。

また、必要に応じて雰囲気ガスを第３原料として、励起
手段を経ずに、容器１内の基板６の近傍に直接供給しな
がら実施してもよい。

［発明の効果］ 本発明による化合物の製造方法及び装置は、以上のよう
に構成されているため、次のような効果を得ることがで
きる。

（１）、蒸発ボートから蒸発した第１原料の蒸気をイオ
ン化用加熱手段によって励起するようにしているため、
イオン化して加速された状態で基板に衝突し、第２原料
もイオン化されて基板に衝突するため、電場の強さを制
御することにより、加速の程度を自在に制御することが
でき、それによって、基板に生成される反応生成物（化
合物）の付着力及び内部応力を制御し、基板へのイオン
の衝突効果によって、ボイドやキャビティのない密度の
高い化合物を製造することができる。

（２）、　　また、各原料の少なくとも一部に各々独立
に制御された運動エネルギを与えて基板に衝突せしめ化
合物を形成しているため、従来方法では得られない高い
付着力、密度、付き回り性が得られ、正確に制御された
組成の化合物を低温で高速に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による化合物の製造方法及び装置を示すた
めのもので、第１図は第１実施例を示す概略構成図、第
２図は第２実施例を示す概略構成図である。 １は容器、２は第１原料、３ａは加熱手段、４゜４ａは
イオン化手段、６は基板、８はイオン銃、８Ａはイオン
加速器、８ｄ、８ｄＡは第２原料、１０ａは第２原料用
加熱手段である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）．減圧した容器（１）内で第１原料（２）を蒸気
   として蒸発させた後、前記蒸気の少なくとも一部を励起
   して基板（６）に衝突させ、前記第１原料（２）とは独
   立して励起した第２原料（８ｄ）を前記基板（６）に衝
   突させ、前記各原料（２，８ｄ）による反応生成物を前
   記基板（６）上に堆積させるようにしたことを特徴とす
   る化合物の製造方法。
2. （２）．前記第１原料（２）は、金属又は化合物よりな
   り、前記第２原料（８ｄ）は、ガスよりなることを特徴
   とする請求項１記載の化合物の製造方法。
3. （３）．減圧した容器（１）内に設けられた基板（６）
   に対し、加熱手段（３ａ）により蒸発した第１原料（２
   ）の蒸気の少なくとも一部を前記基板（６）に衝突させ
   ることにより、前記基板（６）に蒸発粒子を付着させる
   ようにした化合物の製造装置において、前記加熱手段（
   ３ａ）の上方に位置するイオン化手段（４）と、前記容
   器（１）に設けられ第２原料（８ｄ）の少なくとも一部
   を励起して加速し、前記基板（６）に衝突させるための
   イオン銃（８）とを有し、前記イオン化手段（４）及び
   イオン銃（８）は各々独立して制御され、前記各原料（
   ２，８ｄ）の少なくとも一部はイオン化されて前記基板
   （６）に衝突し、化合物を形成するようにしたことを特
   徴とする化合物の製造装置。
4. （４）．減圧した容器（１）内に設けられた基板（６）
   に対し、加熱手段（３ａ）により蒸発した第１原料（２
   ）の蒸気の少なくとも一部を前記基板（６）に衝突させ
   ることにより、前記基板（６）に蒸発粒子を付着させる
   ようにした化合物の製造装置において、前記加熱手段（
   ３ａ）の上方に位置するイオン化手段（４Ａ）と、前記
   容器（１）に設けられ第２原料（８ｄＡ）の蒸気の少な
   くとも一部を励起して加速し前記基板（６）に衝突させ
   るためのイオン加速器（８Ａ）と、前記イオン加速器（
   ８Ａ）内に設けられ前記第２原料（８ｄＡ）を加熱する
   ための第２原料用加熱手段（１０ａ）とを備え、前記各
   原料（２，８ｄＡ）の少なくとも一部はイオン化されて
   前記基板（６）に衝突し、化合物を形成するようにした
   ことを特徴とする化合物の製造装置。