JPH03193865A

JPH03193865A - ＰｂＯ↓２薄膜の形成方法

Info

Publication number: JPH03193865A
Application number: JP33392289A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Kajita; 梶田　直幸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1991-08-23

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ＰｂＯ２薄膜の形成方法に関する。さらに詳し
くは、クラスターイオンビーム蒸着法により、基板上に
ＰｂＯ２薄膜を蒸着形成させる方法に関する。

［従来の技術］従来から、ＴｌＯ２，８１０２、ＰｂＯ２などの酸化物
薄膜は、スパッタリング、ＣＶＤなどの方法で基板表面
に形成されている。しかし、このような方法で基板表面
に形成された酸化物薄膜は硬度が充分でなかつたり、基
板への付着力が弱いという欠点がある。

そこで、このような欠点のない薄膜をうる方法として、
反応性ガス雰囲気中にクラスターイオンビーム法により
蒸着物質の蒸気を噴出させて化合物薄膜を形成させる反
応性クラスターイオンビーム（Ｒ−ＩＣＢ）法が行なわ
れている。

以下に、このＲ−ＩＣＢ法について第２図を用いて説明
する。

第２図は、ジャーナル　アプライド　フィジックス（Ｊ
、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、）　、５８（１１）、１９８５
、ｐ、４１４６〜４１４９に記載されているＲ−ＩＣＢ
装置についての説明図である。図において、（１）はノ
ズル（ｌ＋）を有する密閉型のるつぼ０２）、るつぼ０
２）を加熱するるつぼ加熱用フィラメントにおよび熱シ
ールド板０４）からなる蒸気発生源である。前記るっぽ
０りは蒸着物質圏を充填し、蒸着物質面の蒸気をるつぼ
側のノズル（ＩＩ）から噴出してクラスター（塊状原子
集団）Ｏｅを形成させるためのものである。（２はクラ
スターＯＧをイオン化するためのイオン化装置であり、
電子ビーム放出用フィラメント（２１）、このフィラメ
ントＣ２１＋から電子を引き出し加速するための電子ビ
ーム弓き出し電極のおよび熱シールド板のから構成され
ている。（３）はイオン化されたクラスターを電界で加
速し、クラスターに運動エネルギーを付与するための加
速電極、（４）は酸素ガスが充填されているガスボンベ
（４１）、酸素ガスを真空槽（６）に導入するための流
ｆｆｉ調整バルブ（４２）および酸素ガスを導くための
ガス導入管（４３）から構成されている反応性ガス導入
装置、（５）は真空槽（６）を所定の真空度に保持する
ための真空排気系、（７）はその表面に薄膜が形成され
る基板である。（８）は第１、第２、第３のバイアス用
直流電源（８１）、（８２）、（８３）と第１、第２の
フィラメント加熱用電源（８４）、（８５）が収納され
ている電源装置である。

まず、電源装置（８）の各バイアス電源の機能を説明す
る。第１のバイアス用直流電源（８■）は、第１のフィ
ラメント加熱用電源（８４）で加熱されたるつぼ加熱用
フィラメントｎから放出された熱電子がるつぼＯｚに衝
突するように、るつぼ加熱用フィラメント■に対してる
っぽ０２）の電位を正にバイアスする。第２のバイアス
用直流電源（８２）は、電子ビーム引き出し電極ｎに対
して、第２のフィラメント加熱用電源（８５）で加熱さ
れた電子ビーム放出用フィラメント（２１＋を負の電位
にバイアスし、電子ビーム放出用フィラメント（２１１
から放出された熱電子を電子ビーム引き出し電極■内部
に引き出す。また、第３のバイアス用直流電源（８３）
はアース電位である加速電極（３）に対して電子ビーム
引き出し電極ｎおよびるつぼ０２）を正電位にバイアス
し、この間に形成される電界レンズによって、正電荷の
クラスターイオンを加速制御する。

つぎに前記装置を用いてＰｂＯ２薄膜を形成する方法に
ついて説明する。

まず、真空排気系（５）によって真空槽（６）内を１×
１０’　Ｔｏｒｒ程度の真空度になるまで排気したのち
、排気しながら流ｆｆｉ調整バルブ（４２）を開き酸素
ガスをガス導入管（４３）により真空槽（６）内に導入
する。

ついで、この状態下で、るつぼ（１２）内の蒸気圧が数
Ｔｏｒｒになる温度まで、るつぼ加熱用フィラメント０
から第１のバイアス用直流電源（８１）で印加される電
界によって放出される電子をるっぽ０２１に衝突させて
加熱すると、蒸着物質であるＰｂ６が蒸発してノズル０
１）から真空中に噴射される。噴射されるＰｂの蒸気は
、ノズル０１）を通過する際に断熱膨張）により過冷却状態になって、クラスターａＱと呼ばれる
塊状原子集団を形成する。ついで一部のクラスターＯｅ
は電子ビーム放出用フィラメントのから放出される電子
によってイオン化されてクラスターイオンとなり、さら
に加速電極（３）で形成される電界によって基板方向に
加速をうけて、イオン化されていない中性クラスターと
ともに基板（７）に衝突する。一方、基板（力付近には
反応性ガスである酸素が存在しているので、基板（７）
付近でＰｂの蒸気と反応性ガスとの反応（Ｐｂ　＋　０
２　”　Ｐｂ０２）が進行してＰｂＯ２が基板（力に蒸
着され、ＰｂＯ２薄膜が形成される。

［発明が解決しようとする課題］前記のような従来のＰｂ０＝薄膜形成方法では、噴出し
た反応性ガスとＰｂの蒸気が同じイオン化装置（２）に
よってイオン化されるように構成された装置を用いてい
るので、反応性ガスを充分に励起、解離およびイオン化
させることができず、真空槽（６）内の反応性ガスは活
性度の低い分子状態のままで存在し、一部イオン化装置
（２）付近で形成される励起され、解離・活性化された
元素でも、その寿命が短いものでは、基板（７）付近で
活性度の低い状態にもどり、しかも反応性ガスの大部分
は排気されてしまうので、薄膜形成にあずかる反応性ガ
スは非常に少なく、蒸着効率がわるいという問題がある
。

また、前記のように、同じイオン化装置（２）を用いる
ような構成になっているので、基板方向に加速されるイ
オン化されたＰｂの量や運動エネルギーと、イオン化さ
れた反応性ガスの量や運動エネルギーとを独立して変化
させることができず、膜質のコントロールが困難である
。

本発明はこのような問題点を解消するためになされたも
のであり、基板の表面に効率よく安定して質のよいＰｂ
Ｏ２薄膜を蒸着によって形成する方法を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明は、基板上にＰｂＯ２薄膜を形成する方法であっ
て、反応性ガス導入装置、ガスイオン発生装置およびガ
スイオン発生装置用電源装置からなる酸素ガスの導入装
置を用いて基板の近傍に酸素ガスが励起、解離およびイ
オン化された状態で存在する領域を形成し、蒸気発生源
、イオン化装置、加速電極および電源装置からなる蒸着
物質の噴出装置を用いてクラスターイオンビーム法によ
り蒸着物質であるＰｂの蒸気を前記領域に噴出させ、前
記状態の酸素ガスと化学反応させることにより、ＰｂＯ
２薄膜を前記基板上に形成させることを特徴とするＰｂ
ｏ２薄膜の形成方法に関する。

［実施例］以下、本発明の方法を第１図に基づいて説明する。

第１図は本発明の方法によりＰｂｏ２薄膜を形成する際
に用いる装置についての説明図であり、第２図に示した
装置と同様な部分には同一の符号を付した。

第１図中、（１）はノズル０１）を有する密閉型のるつ
ぼ側、るつぼ（＋２）を加熱するるつぼ加熱用フィラメ
ント（至）および熱シールド板０４）からなる蒸気発生
源である。前記るつぼ０′２Ｊは蒸着物質であるＰｂ（
５を充填し、Ｐｂの蒸気をるつぼｃ力のノズル０１）か
ら噴出して、クラスターを形成させるためのものである
。

（２）はクラスターをイオン化するためのイオン化装置
であり、電子ビーム放出用フィラメント（２Ｄ１このフ
ィラメント囲から電子を引き出し加速するための電子引
き出し電極いおよび熱シールド板のから構成されている
。（３）はイオン化されたクラスターを電界で加速し、
クラスターに運動エネルギーを付与するための加速電極
、（４）は酸素ガスが充填されているガスボンベ（４１
）、酸素ガスを真空槽（６）内に導入するための流量調
整バルブ（４２）、酸素ガスを導くためのガス導入管（
４３）およびガス噴射ノズル（４４）から構成されてい
る反応性ガス導入装置、（５）は真空槽（６）を所定の
真空度に保持するための真空排気系、（７はその表面に
薄膜が形成きれる基板である。（８）は第１、第２、第
３のバイアス用直流電源（８１）、（８２）、（８３）
と第１、第２のフィラメント加熱用電源（８４）、（８
５）が収納されている電源装置である。前記第１のバイ
アス用直流電源（８１）は、第１のフィラメント加熱用
電源（８４）で加熱されたるつぼ加熱用フィラメントｎ
から放出された熱電子がるつぼ０２）に衝突するように
、るつぼ加熱用フィラメントｎに対してるつぼ（１２）
の電位を正にバイアスするためのものである。第２のバ
イアス用直流電源（８２）は、電子引き出し電極−に対
して第２のフィラメント加熱用電源（８５）で加熱され
た電子ビーム放出用フィラメントのを負の電位にバイア
スし、電子ビーム放百用フィラメント（２１１から放出
された熱電子を電子引き出し電極ｎ内部に引き出すため
のものである。また、第３のバイアス用直流電源（８３
）は、アース電位である加速電極（３）に対して電子引
き出し電極のおよびるつぼ（１２）を正電位にバイアス
し、この間に電界レンズを形成して、正電荷のクラスタ
ーイオンを加速制御するためのものである。（９）は反
応性ガスの通路に相当する部分に設けられた第２の電子
ビーム放出用フィラメント（９２）、電子ビームを引き
出すための第２の電子ビーム引き出し電極（９１）、反
応性ガスイオンを加速するための第２の加速電極（９３
）、電界シールド板（９５）およびこれら全体をシール
ドする内部槽（９４）からなるガスイオン発生装置、（
至）は第２の電子ビーム放出用フィラメント（９２）を
加熱するための第３のフィラメント加熱用電源（１０１
）　、電子ビーム引き出し用電極（９１）を電子ビーム
放出用フィラメント（９２）および電界シールド板（９
５）に対ルて正の電位にバイアスするための第４のバイ
アス用直流電源（１０２）ならびに第２の加速電極（９
３）に電圧を印加するための第５のバイアス用直流電源
（１０３）から構成されているガスイオン発生装置用電
源装置である。

本発明の方法では、反応性ガス導入装置（４）、ガスイ
オン発生装置（９）およびガスイオン発生装置用電源装
置（至）からなる酸素ガスの導入装置を用いて、基板の
近傍、とくに基板蒸着面の表面近傍に酸素ガスが励起、
解離およびイオン化された状態（以下、活性状態ともい
う）で存在する領域が形成される。

前記酸素ガスの導入装置は、酸素ガスを一部励起、解離
およびイオン化して、その酸素ガスを基板方向に噴出さ
せるための装置である。

前記導入装置を用いて基板蒸着面の表面近傍に前記領域
を形成するには、つぎに示すような操作を行なえばよい
。

すなわち、まず、真空排気系（５）によって真空槽（６
）内をＩ　Ｘ　１Ｏ−８Ｔｏｒｒ程度の高真空にしたの
ち、排気をつづけながら流量調整バルブ（４２）により
流量が調整された酸素ガスをガス噴射ノーズル（４４）
から導入し、真空槽（６）内のガス圧が１０’　〜１Ｏ
−３Ｔｏｒｒ程度になるように流量を調整する。

つぎにこの状態で、電界シールド板（９５）内に設けら
れている第２の電子ビーム放出用フィラメント（９２）
を、第３のフィラメント加熱用電源（１０１）により２
０００℃程度に加熱し、ガス噴射ノズル（４４）の下流
に配設されている第２の電子ビーム引き出し電極（９１
）に、電子ビームが放出されるように第４のバイアス用
直流電源（１０２）によってバイアス電圧を印加して、
第２の電子ビーム放出用フィラメント（９２）から２〜
５Ａ程度の電子ビームを放出させる。

このように噴出する酸素ガスに電子ビームを放出させる
ことによって酸素ガスの一部は励起、解離およびイオン
化された状態（活性状態）にされるが、このときさらに
、第５のバイアス用直流電源（１０３）によって第２の
加速電極（９３）に加速電圧を印加して、イオン化され
た酸素ガスや電子ビームを基板（刀に向けて加速させ、
基板蒸着面の表面近傍を活性状態にする。

前記加速電圧は０．５〜２ｋＶ程度であるのが好ましい
。

このように、前記酸素ガスの導入装置を用いると、加速
電圧を変化させることによって、基板方向に加速される
酸素イオンの量や運動エネルギーを制御することができ
る。

ついで、蒸気発生源（１）、イオン化装置（２）、加速
電極（３）および電源装置（８）からなる蒸着物質の噴
出装置を用いてクラスターイオンビーム法により蒸着物
質であるＰｂの蒸気を前記領域に噴出させる。

前記蒸着物質の噴出装置は、蒸着物質蒸気やクラスター
を一部イオン化して基板方向に噴出、加速させるための
装置である。

前記噴出装置を用いたクラスターイオンビーム法により
、Ｐｂの蒸気を前記領域に噴出させるには、つぎに示す
ような操作を行なえばよい。

すなわち、るつぼ加熱用フィラメントのによってるつぼ
０２）内のＰｂの蒸気圧が数Ｔｏｒｒ程度になる温度ま
で加熱し、Ｐｂを蒸発させ、ノズル（ＩＩ）から噴射さ
せる。Ｐｂの蒸気はノズル０１）を通過する際に、断熱
膨張により過冷却状態になってクラスターを形成する。

この噴射されるＰｂの蒸気やクラスターは、電子ビーム
放出用フィラメント（２ｔｌから放出される電子ビーム
によって一部イオン化し、加速電極（３）で形成される
電界による加速を受けて、イオン化されていない蒸気や
クラスターとともに基板（７）に衝突する。

前記電子ビーム放出量は、通常０．１〜０．５Ａ程度で
ある。

前記加速電圧は、数ｋＶ程度が好ましい。

このように、前記蒸着物質の噴出装置を用いると、加速
電圧を変化させることによって、クラスターなどのイオ
ンの運動エネルギーを制御することができる。

前記のようにして基板（７）の近傍に酸素ガスが励起、
解離およびイオン化された状態で存在する領域が形成さ
れた状態のもとで、Ｐｂの蒸気やクラスターを基板方向
に噴出させることにより、前記活性化された酸素ガスと
衝突して化学反応（Ｐｂ＋ｏ２−Ｐｂ０２）を起こし、
ＰｂＯ２薄膜を効率よく基板（７′）上に形成させるこ
とができる：つぎに本発明の方法を第１図に示した装置を用いた実施
例によって説明する。

実施例１まず、真空排気系（５）によって真空槽（６）内を１×
１０’Ｔｏｒｒまで排気したのち、排気をつづけながら
酸素ガスをガス噴射ノズル（４４）から噴射させた。

このときの真空槽（６）内のガス圧を流量調整バルブ（
４２）を操作して、１０’　〜１Ｏ−３Ｔｏｒｒ程度に
調節した。

ついでこの状態で、第２の電子ビーム放出用フィラメン
ト（９２）を２０００℃程度に加熱し、バイアス電圧を
印加して２．ＯＡの電子ビームを放出させた。

これと同時に、第５のバイアス用直流電源（１０３）に
よって第２の加速電極（９３）に加速電圧（１ｋＶ）を
印加した。

ついでるつぼ加熱用フィラメントｎによってるつぼ０２
）内のＰｂ蒸気圧が数Ｔｏｒｒになるまで加熱し、Ｐｂ
蒸気をノズル（ＩＩ）から噴射させた。このとき、電子
ビーム放出用フィラメント（２１）から電子ビーム（０
，２Ａ）を放出させるとともに、第３のバイアス用直流
電源（８３）によって加速電圧（３ｋＶ）を印加した。

このような本発明の方法により、付着力、平坦性の優れ
た緻密なＰｂ０ｚ薄膜がえられる。

以上述べたように、酸素ガスの導入装置と蒸着物質の噴
出装置とが別々に設けられた本発明の方法においては、
とくに基板蒸着面の表面近傍に酸素ガスが励起および解
離された極めて活性度の高い状態で存在するので、蒸着
物質と酸素ガスとの化学反応が促進され、ＰｂＯ２薄膜
を効率よく形成できる。

また、酸素ガスの導入装置と、蒸着物質の噴出装置の加
速電圧をそれぞれ独立に変えることによって、基板に入
射する反応性ガスイオンと蒸着物質蒸気やクラスターの
運動エネルギーとを独立に制御することができ、このこ
とによって、基板（７）上に形成されるＰｂＯ２薄膜の
結晶性や付着力などの膜質をコントロールすることがで
き、高品質の薄膜を形成することができる。

［発明の効果〕本発明によれば、酸素ガスの導入装置を用いて、基板の
近傍に酸素ガスが励起、解離およびイオン化された状態
で存在する領域を形成し、蒸着物質の噴出装置を用いて
クラスターイオンビーム法によりＰｂの蒸気を噴射させ
てＰｂｏ２薄膜を形成するようにしたので、高い蒸着速
度で膜質を制御することができ、付着力の強い高品質の
薄膜を効率よく成膜することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法にしたがってＰｂｏ２薄膜を形成
する際に用いる装置についての説明図、第２図は従来の
酸化物薄膜形成装置についての説明図である。（図面の主要符号）（１）：蒸気発生源（２）：イオン化装置（３）：加速電極（４）：反応性ガス導入装置（７）　、基　板（８）：電源装置（９）：ガスイオン発生装置Ｍ：ガスイオン発生装置用電源装置式　　理　　人大　　岩増　　雄

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上にＰｂＯ＿２薄膜を形成する方法であって
、反応性ガス導入装置、ガスイオン発生装置およびガス
イオン発生装置用電源装置からなる酸素ガスの導入装置
を用いて基板の近傍に酸素ガスが励起、解離およびイオ
ン化された状態で存在する領域を形成し、蒸気発生源、
イオン化装置、加速電極および電源装置からなる蒸着物
質の噴出装置を用いてクラスターイオンビーム法により
蒸着物質であるＰｂの蒸気を前記領域に噴出させ、前記
状態の酸素ガスと化学反応させることにより、ＰｂＯ＿
２薄膜を前記基板上に形成させることを特徴とするＰｂ
Ｏ＿２薄膜の形成方法。