JPS63190325A - 大強度パルスイオンビ−ムを用いた薄膜形成方法 - 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〕 本発明は薄膜形成方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、薄膜の形成には真空蒸着、スパッタリング、ＭＢ
Ｅ法等が知られており、たとえば■−■族やＩ［−Ｖｌ
族の半導体薄膜その他の薄膜形成に用いられている。

これら従来方法による薄膜の形成速度は一般に真空蒸着
によるものが０．５〜５μｍ１分程度、スパッタリング
によるものが０．０２〜０．２μｍ／分程度、またＭＢ
Ｅ法によるものが０．００５〜０．２μｍ７分程度等と
なっており、薄膜形成に時間を要するものであった。

〔発明の概要〕

本発明は、形成する薄膜、たとえばＺｎＳ　（硫化亜鉛
）等の化合物半導体やＣ（炭素）等の材料に大強度パル
スイオンビームを照射してプラズマを有する二次粒子線
を発生させ、これをたとえばシリコン基板等の薄膜形成
面に照射させて薄膜を形成するという新規な薄膜形成方
法を提供するものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すもので、本発明者らが
行った実験の概略図である。

図中、１はパルス電源、２はイオンビーム発生ダイオー
ド、３は薄膜形成材料、４は薄膜形成基板テある。即ち
、パルス電源１により高電圧パルスを発生し、この高電
圧によりイオンビーム発生ダイオード２から発射するイ
オンビームＡを薄膜形成材料３、この場合にはＺｎＳ塊
に収束照射し、これにより発生する二次粒子線Ｂ（主に
プラズマとなったＺｎとＳ）を薄膜形成基板４の形成面
に照射させてＺｎＳ　％ｉ膜を形成しようというもので
ある。

第２図はパルス電源１の構成を示す回路図である。

パルス電源１は、直流電圧供給端子１１に多数の抵抗１
２を直列接続し、各抵抗１２の接続点にコンデンサ１３
の一端を接続し、隣るコンデンサ１３の他端をそれぞれ
抵抗１４にて接続して並列に充電されるようにするとと
もに、放電時には直列放電されるようにギャップスイッ
チ１５を接続して、直流電圧供給端子１１に最も近いコ
ンデンサ１３の負端をアースしたマルクスジェネレータ
１００にて高電圧を発生するとともに、この高電圧をビ
ーム発生ダイオード２に適した波形とする波形形成線路
１０１から構成されている。なお、１６はギャップスイ
ッチ１５とタイミングを合わせてＯＮする放電ギャップ
スイッチである。

第３図はイオンビーム発生ダイオード２の構成を示す平
断面図である。

２００はアノードであって、上記パルス電源１で発生さ
れた高電圧が印加されるものであり、その−側面にはビ
ームＡをある一点に向けて収束さＩるべく断面弧状の凹
部２１が設けられており、この凹部２１にイオン源たる
絶縁体のフランシュボード２２としてこの場合ポリエチ
レン板を貼着している。

２０１はカソードであって、アースされた金属導体板２
３に縦長の抜穴部２４を設けたものである。

２５は磁界を示すものであって、この磁界２５はアと ノード２００とカソード２０１の距離方向間垂直方向に
発生されており、この磁界２５によって、カソード２０
１からアノード２００に向かう電子２６が細矢印にて示
すように再びカソード２０１に戻るようにしている。な
お、イオン２７はその質量が大きいため、磁界２５の影
響をほとんど受けずにビームＡとなってカソード２０１
に向かう。このイオンビームＡの一部はカソード２０１
に衝突して吸収されるが、他の大部分はカソード２０１
の抜穴部２４を通り抜けるもので、この通り抜けたイオ
ンビームＡを薄膜形成材料３に照射するものである。な
お、本実験ではポリエチレン板を用いているからアノー
ド２００から放出されるイオンは水素イオンと炭素イ゛
オンである。

第４図は薄膜形成材料３と薄膜形成基板４を示すもので
、第５図はそれをさらに具体的に示した側面図である。

薄膜形成材料３は上記のようにＺｎＳ塊を用いており、
薄膜形成基板４はシリコン板を用いた。

イオンビームＡが照射された薄膜形成材料３は、上記イ
オンビームＡのパワーが後述するように強度であるため
にその表面が瞬間的にプラズマ化され、二次粒子線Ｂの
主な構成要素となる。この二次粒子線Ｂの一部は薄膜形
成基板４の薄膜形成面４１に照射してＺｎＳ　Ｆｔ膜を
形成するものである。

なお、二次粒子線Ｂは他にＺｎＳ蒸気やスパッタ粒子、
電磁波、二次電子、散乱された一次粒子も含んでいるも
のと考えられるが、主にＺｎとＳのプラズマで構成され
ると考えられる。

実験では、箱体４２内に支持部４３を立設し、この支持
部４３に薄膜形成材料たるＺｎＳ塊を置き、箱体４２に
ビーム導入穴４４を穿設し、箱体４２内に薄膜形成基板
４を保持するホルダ４５を設けた。このとき、ＺｎＳ塊
と薄膜形成面４１の距離は最も近いところで２ＣＩ１１
１最も遠いところで４ｃｍとした。一方、箱体４２の上
記ビーム導入穴４４対向面の外側には、上記ビーム発生
ダイオード２からの距離を調整するための調整杆４６を
取り付けてなる装置を用い、イオンビーム発生ダイオー
ド２のアノード２００とＺｎＳ塊との距離は１５ｃｍと
した。また、ビーム発生ダイオード２及び箱体４２は低
気圧（約１０−’Ｔｏｒｒ）層内に配置して実験を行っ
た。

第６図及び第７図は、ビーム発生ダイオード２ＩＭＶＸ
約５ＫＡ／ｃａｔ）のエネルギーを持つイオンビームが
一瞬にして照射されたことがわかり、これは薄膜形成材
料３からプラズマを放出させるに充分なエネルギーであ
る。

なお、イオンビームＡが発射してから薄膜形成材料３た
るＺｎＳ塊に照射するまでの時間が約１５ｎｓ（ナノ秒
）、ＺｎＳｎＳ面表面薄膜形成面４１に届（までの時間
は、プラズマが熱エネルギーのみによる運動をするとし
て約１５μＳ（マイクロ秒）テアル。

第８図は本実験に用いた薄膜形成面４１のＸ線マイクロ
アナライザによる分析結果を示すグラフであり、第９図
は薄膜形成後の薄膜形成面４１のＸ線マイクロアナライ
ザによる分析結果を示すグラフである。

なお、本実験ではイオンビームＡを薄膜形成材料３に３
度照射し、従って薄膜形成面４１には３度の二次粒子線
の照射による薄膜が形成されている。

このとき、数度の実験の典型的な値として、薄膜の厚さ
は約０．５μｍであった。

第８図のように、薄膜形成前にはシリコンのピークのみ
が見られるのに対し、薄膜形成後では第９図のように、
ａ　”−ｅの５つのピークがあるが、ａ、ｄ、ｅはＺｎ
が、ＣはＳが薄膜中に存在していることを示しており、
Ｚｎｆ！：Ｓを含む薄膜が形成されたことがわかる。一
番大きなピークｂはシリコンを示すもので、本実験では
薄膜形成基ｖｉ、４にシリコン板を用いたことにより現
れている。

なお、本実験結果である第９図からは、ＺｎＳの単結晶
薄膜が形成されたか否かは判断できないが、少なくとも
ＺｎとＳは薄膜形成面４１に付着しており、またＺｎＳ
塊からの二次粒子線Ｂのエネルギーが高いためにＺｎと
Ｓの薄膜形成面４１上での表面泳動のためのエネルギー
は充分であるため、ＺｎＳの単結晶薄膜を本実施例の装
置にて形成できる可能性は高い。

以上の本実施例によれば、大強度パルスイオンと一ムを
用いているから、従来に此して高い速度で薄膜を形成す
ることが可能となる。上記のように、イオンビームＡの
発射から二次粒子線Ｂのプラズマが薄膜形成面４１に届
くまでの時間は約１５マイクロ秒であり、この時間に注
目すれば３度の照射で約０．５μｍの膜厚の薄膜ができ
ることから、約１．１ｗｍ／分という、極めて高速の薄
膜形成となっている。

実際にはマルクスジェネレータ１００の充電時間を要す
るが、これは例えばパルス電源にステップアンプトラン
スを用いて短時間に高電圧を発生すればより高電圧発生
までの時間を短縮可能であり、さらに薄膜形成材料から
発生する二次粒子線のより多くが薄膜形成面に到達する
よう改良すれば、形成速度をより高くすることが可能で
ある。また、大強度パルスイオンビームを用いているか
ら薄膜形成材料た；　ＺｎＳ塊の表面付近の浅い部分の
みにエネルギーを注入でき、注入エネルギー密度が高く
なって二次粒子線のエネルギーがより高くなり、品質の
良好な薄膜を形成することが可能となる。

上記実施例では薄膜形成材料にＺｎＳ塊を、薄膜形成面
は薄膜形成基板たるシリコン板の一面をそれぞれ用いた
が、薄膜形成材料は導体材料、半導体材料、絶縁体材料
の別を問わず形成したい薄膜の材料を用いることができ
、薄膜形成面もたとえばガラス板や平面でないもの等、
薄膜を形成したいものを任意に選択可能である。従って
上記したＺｎＳ薄膜を形成するためのみならず、たとえ
ばＣ（炭素）薄膜や金属薄膜、絶縁体薄膜等の異なる薄
膜を得るにも本発明の適用により同じ方法による薄膜形
成ができるとともに短時間で済むものである。

また、イオンビームは上記実施例に示したような軽イオ
ンのビームでなくともよく重イオンビームを用いても同
様の効果が得られ、さらにはパルス電源として例えばス
テップアップトランスを用いる等、イオンビームを得る
ための手段は任意である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、導体、半導体、絶縁体等、種々の異な
る薄膜をイオンビームを用いて形成することができると
ともに、高速度で薄膜の形成が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図乃至第
５図はそれぞれ第１図中の各構成要素を詳しく説明する
もので第２図はパルス電源を示す回路図、第３図はイオ
ンビーム発生ダイオードを示す断面図、第４図及び第５
図は薄膜形成材料と薄膜形成面を含む部分の略斜視図及
び断面図、第６図は上記第１図のイオンビーム発生ダイ
オードに印加された電圧を示すグラフで第７図は第１図
のイオンビーム発生ダイオードから発射されたイオンビ
ームの電流密度を示すグラフ、第８図は薄膜作成前の薄
膜形成面のＸ線マイクロアナライザによる分析結果を示
すグラフで第９図は薄膜形成後の同分析結果を示すグラ
フである。 １−パルス電源 ２−イオンビーム発生ダイオード ３−薄膜材料 ４−薄膜形成基板 ４１−薄膜形成面 Ａ−イオンビーム Ｂ−−−二次粒子線 第１図 第２図 第　４　図 第５図 □峙酊ｔｎｓｅｔ）　　　　　　　　　　時間【“５゛
′〕手続主甫正書（自発） 昭和６２年３月２５日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 薄膜形成材料に大強度パルスイオンビームを照射して上
   記薄膜形成材料表面にプラズマを発生させ、少なくとも
   該プラズマを成分に有する二次粒子線を薄膜形成面に照
   射させて薄膜を形成することを特徴とする大強度パルス
   イオンビームを用いた薄膜形成方法。