JP2994591B2

JP2994591B2 - 真空蒸着用蒸発方法と装置

Info

Publication number: JP2994591B2
Application number: JP8244580A
Authority: JP
Inventors: 文夫渡辺
Original assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Current assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 1999-12-27
Anticipated expiration: 2016-09-17
Also published as: JPH1088328A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空チェンバー内
部に配置された半導体ウエハなどの基板表面上に、加熱
により溶融蒸発または昇華させて発生させた原子または
分子線を凝着させる真空蒸着用蒸発方法と装置に関し、
特に複数の材料を蒸発させるための真空蒸着用蒸発方法
と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空蒸着では、真空チェンバー内部に配
置された蒸発材料を加熱によって溶融蒸発または昇華さ
せて原子または分子線を発生し、これとは別に真空チェ
ンバー内部に配置された半導体ウエハなどの基板上に凝
着させることにより薄膜を形成する。従来において、こ
のような薄膜形成に必要な蒸発材料の蒸発手段として
は、抵抗加熱法と電子衝撃加熱法が知られている。抵抗
加熱法は、電気抵抗体で発生した熱を輻射または熱伝導
により蒸発源に加えて加熱する形式のものであり、加熱
源の方が薄膜材料であるよりも高温になる。このため、
加熱蒸発される薄膜材料へ不純物が混入し、加熱源が薄
膜材料と反応することもあり、また加熱源の材料におけ
る融点などによる制約もあった。

【０００３】一方、電子衝撃加熱法は、熱陰極フィラメ
ントで発生させた熱電子を加速して蒸発材料に衝突させ
て加熱する方法である。このような電子衝撃加熱法によ
る蒸発源としては、蒸発材料をるつぼに収納し、熱陰極
フィラメントで発生させた熱電子を前記蒸発材料に電磁
誘導すると共に加速電圧をかけて加速し、衝突させる形
式のものが最も一般的である。また他の蒸発源として、
棒状の蒸発材料の先端部に熱陰極フィラメントから発生
した熱電子を衝突させ、この棒状の蒸発材料の先端部分
を電子衝撃によって溶解して蒸発させるものもある。

【０００４】最近の薄膜形成技術では、異なる複数の蒸
発材料を同時に蒸発させて蒸着基板上で化学反応や合金
化を起こさせる化合物半導体薄膜や合金性磁性薄膜が注
目されている。例えば、地球上に多く存在する非稀少物
質の２元系物質であるシリサイド・鉄化合物（例えば、
β−ＦｅＳｉ２）は、将来の太陽電池用半導体材料とし
て有望視されている。しかしながら、このような二元材
料からなる薄膜を形成するには、同一の真空槽内に複数
の蒸発源を配置しなければならず、そのため、装置が大
型になるという課題があった。

【０００５】また、このような問題点を解決するため、
本件発明者らは、シリコンの棒状部材の周囲に板状また
は線状の鉄を巻き付け、これによりシリコンと鉄の複数
の蒸発材料からなる蒸発源とし、この棒状の蒸発材料の
先端の複数蒸発材料の接合部分に熱陰極フィラメントで
発生した熱電子を衝突させ、その電子衝撃によって２つ
の蒸発材料を同時に溶解、蒸発させるて分子線を発生さ
せる蒸発装置を既に提案した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記棒
状または板状の蒸発源を使用した複数材料の蒸発手段
を、化合物半導体の１つであるベータ鉄シリサイド（β
−ＦｅＳｉ２）の薄膜の形成に適用したとき、次のよう
な問題が発生することが分かった。すなわち、直径２ｍ
ｍのシリコン棒に厚さ０．１５ｍｍの鉄の板を巻き付け
（鉄：シリコン＝１：２）、これを真空中に配置し、そ
の先端部を電子衝撃により加熱して溶解した場合、その
先端部は鉄の融点である１５３５℃及びシリコンの融点
である１４１４℃よりもはるかに低い温度（千数百℃）
で溶解してしまう。これは、シリコンの高温における化
学活性が非常に高いために、混合物の融点が降下する物
理的現象によるものである。このため、前記棒状の鉄と
シリコンの先端の液滴部を、蒸着に必要な蒸気圧温度で
ある１６００〜１７００℃の高温まで電子衝撃加熱する
と、蒸発材料の溶融により発生した先端の液玉部の付け
根の部分の温度も千数百℃以上になる。これにより、固
体部分がどんどん溶解して前記鉄とシリコンの棒が短く
なり、先端の溶融液玉が成長し、その結果、蒸発速度が
大きく変化してしまう。

【０００７】そこで、本発明では、前記のような従来技
術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、真空蒸着装置内などの真空内で複数の蒸発材料を
蒸発するに当たり、上述した混合物における融点降下な
どの物理現象による溶融部分の成長を防止し、蒸発速度
を安定して制御することが可能な真空蒸着用蒸発方法及
び蒸発装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本件発明者は、複数の蒸
発材料である前記の鉄棒及びシリコン棒を別々に用意
し、これら棒の先端部を電子衝撃加熱により溶解した場
合、上述のように溶解液玉がどんどん成長するという現
象は全く起こらないことを実験的に確認した。これは、
前記２種類の蒸発材料が高温でも、これらが互いに接触
しなければ、前記融点降下の物理的現象は起こらず、複
数の蒸発材料の溶解により生成される液玉の成長を抑え
ることが可能であることを示唆するものである。本発明
は、本件発明者によるこのような着目によりなされたも
ので、複数の蒸発材料２００、３００を電子衝撃により
溶融、蒸発する先端部分でのみ接触させ、それ以外の部
分では蒸発材料２００、３００を互いに接触しないよう
にした。

【０００９】すなわち、本発明による真空蒸着用蒸発方
法は、複数の棒状または板状の異なる蒸発材料２００、
３００を、互いにそれらの先端部がほぼ接触するように
配置し、前記蒸発材料２００、３００の接触部を加熱す
ることにより、前記複数の異なる蒸発材料２００、３０
０の原子または分子線を発生させることを特徴とするも
のである。このような複数の棒状または板状の異なる蒸
発材料２００、３００は、互いに平行あるいはＶ字状に
配置されている。そして、これら複数の棒状または板状
の異なる蒸発材料２００、３００は、互いに接触し、加
熱されるそれらの先端部に向けて送りが与えられる。

【００１０】さらに本発明による真空蒸着用蒸発装置
は、複数の棒状または板状の異なる蒸発材料２００、３
００を、互いに平行あるいはＶ字状に配置すると共に、
互いにそれらの先端部がほぼ接触するように配置し、前
記蒸発材料２００、３００の先端部を加熱する加熱手段
を配置し、これにより、複数の棒状または板状の異なる
蒸発材料２００、３００の先端部を加熱し、複数の異な
る蒸発材料２００、３００の原子または分子線を発生さ
せることを特徴とする。前記加熱手段は、前記蒸発材料
２００、３００の先端部に向けて熱電子を発射する熱陰
極フィラメント２５からなり、この熱陰極フィラメント
は、その周囲がシールド電極２６により囲まれている。
さらに、前記蒸発材料２００、３００の先端部から発生
する電子線及び分子線の発生強度をモニターするモニタ
ー手段２７が設けられている。

【００１１】このような複数の蒸発材料２００、３００
の蒸発方法と装置では、複数の蒸発材料２００、３００
が電子衝撃により溶融、蒸発する先端部分でのみ接触
し、それ以外の部分では蒸発材料２００、３００が互い
に接触していないため、複数の蒸発材料２００、３００
が高温でも、これらが互いに接触していない先端部分以
外の部分では、前述のような融点降下の物理的現象は起
こらない。従って、複数の蒸発材料２００、３００の溶
解により生成される液玉の成長を抑えることが可能であ
る。

【００１２】そして、複数の棒状または板状の異なる蒸
発材料２００、３００に、互いに接触し、加熱されるそ
れらの先端部に向けて送りを与えることにより、複数の
蒸発材料２００、３００をそのほぼ全長にわたって蒸発
することが可能である。また、熱陰極フィラメントの周
囲を、シールド電極により囲むことで、熱電子、反射電
子或いは発生した分子線の周囲への放散が防止できる。
さらに、前記蒸発材料２００、３００の先端部から発生
する電子線及び分子線の発生強度をモニターするモニタ
ー手段２７を設けることで、熱電子、反射電子或いは発
生した分子線の状態を常時監視することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図３に真空チェンバー内部に配置された蒸発材料を加熱
によって溶融蒸発または昇華させて原子または分子線を
発生し、真空チェンバー内部に配置された半導体ウエハ
などの基板１００上に凝着させることにより薄膜を形成
する、いわゆる、成膜装置の一部が示されている。この
成膜装置では、真空チェンバー１の内部に、原子または
分子線を発生する蒸発部２と、その下方に配置されたヒ
ーターを内蔵した基板ホルダー３とを備え、この上に基
板１００が保持されている。

【００１４】なおここでは、異なる複数の蒸発材料２０
０、３００を同時に蒸発させて基板１００上で化学反応
を起こさせて化合物半導体薄膜を形成するため、非稀少
物質の２元系物質である鉄とシリコンを蒸発材料とし
て、ベータ鉄シリサイド（β−ＦｅＳｉ２）を蒸着形成
する例を説明する。他の複数の蒸発材料を蒸発させて、
基板上で化合物薄膜を形成する場合も、以下と同様にし
て実施できることは言うまでもない。

【００１５】図１に本発明の真空蒸着用蒸発方法を実施
するための一の実施の形態としての蒸発装置が示されて
いる。例えば外形略円筒形状の銅製の伝導冷却体２１の
底部壁２２に２つの貫通孔２３、２３が形成され、これ
ら貫通孔２３、２３を２種の棒状の蒸発材料であるシリ
コン棒からなる第一の蒸発材料２００と鉄の棒からなる
第二の蒸発材料３００とが貫通して配置されている。こ
れら蒸発材料２００、３００は、図示されない送り出し
機構（それぞれ、独立）により、前記伝導冷却体２１の
下端に形成された蒸発用の蒸発空間２４内に送り出され
る。

【００１６】この蒸発用空間２４内では、例えば図２に
示すように、前記２種の蒸発材料２００、３００を取り
囲むように、電子衝撃加熱の電子源である熱陰極フィラ
メント２５が配置されている。この熱陰極フィラメント
２５は、図示されないが、前記伝導冷却体２１の一部に
植設された電極により、前記第一の蒸発材料２００と第
二の蒸発材料３００の下端の周囲に保持され、それらか
ら延長されたリード線を介して加熱用電流が供給され
る。また、これら第一の蒸発材料２００と第二の蒸発材
料３００は、図１に示すように、互いに近接して略平行
に配置され、それらの下端部がほぼ接触する程度の位置
になるように配置される。或いは図４に示すように、第
一の蒸発材料２００と第二の蒸発材料３００をＶ字形に
配置し、それらの先端を接触させる。

【００１７】前記の図１に示すように、前記蒸発用空間
２４内には、第一の蒸発材料１００と第二の蒸発材料２
００の先端部及びその周囲の熱陰極フィラメント２５の
下方を除いて、それらを囲むように、シールド電極２６
が設けられている。このシールド電極２６の開口部に
は、前記第一の蒸発材料２００と第二の蒸発材料３００
の先端が溶融混合して化学反応し、蒸発または昇華する
ことにより発生される原子または分子（例えば、ベータ
鉄シリサイド分子）の発生強度をモニターするための電
極であるメッシュ状の分子線強度モニター電極２７が設
けられている。

【００１８】このような蒸発装置では、まず、熱陰極フ
ィラメント２５の加熱電源であるフィラメント加熱電源
（図示せず）を調節し、同熱陰極フィラメント２５でシ
ールド電極２６を加熱し、そのガス出しを行う。次に、
図示しないスイッチを切り換え、前記の基板ホルダー３
にヒーターにより基板１００を加熱し、そのガス出しな
どの必要な作業を行う。その後、複数の蒸発材料２０
０、３００の先端部に前記熱陰極フィラメント２５から
発生する熱電子を加速して衝突させ、この電子衝撃加熱
によって前記蒸発材料２００、３００の先端部を溶融蒸
発または昇華させて、これらの原子または分子線を発生
させる。そして、この原子線や分子線を成膜装置の真空
チェンバー１内において蒸発部２の下方に配置された基
板１００の表面上に凝着させる。

【００１９】この時、第一の蒸発材料２００と第二の蒸
発材料３００の先端は、熱陰極フィラメント２５からの
電子線ｅ、ｅの衝撃により加熱されて溶融されるが、そ
れら下端は互いに近接するように配置されていることか
ら、その下先端の溶融部が互いに融合して点状の溶融部
分４００を形成する。この場合、溶融したシリコンと鉄
は溶融部分４００の接触部で互いに混合または反応し、
昇華してベータ鉄シリサイド（β−ＦｅＳｉ２）の分子
ビーム５００（図中に矢印で示す）を発生する。しか
し、この溶融部分４００が上述の融点下降現象により成
長することはない。そのため、この溶融部分４００から
は複数の蒸着物質を安定して下方へ蒸発して供給するこ
とができる。例えば、前記分子線強度モニター電極２７
により供給分子量をモニターしながら熱陰極フィラメン
ト２５への供給電流を調整することにより、複数の蒸発
分子ビームを安定して制御し、複数元素を基板１００の
表面上に凝着することが可能になる。

【００２０】この蒸発材料２００、３００の蒸発に際し
ては、それぞれの蒸発材料２００、３００の送り出し機
構を互いに独立させて送り出し速度を調整するか、或い
は蒸発材料２００、３００の太さを異ならせることによ
り、その混合比を調整することが出来る。さらに３種類
以上のを蒸発材料を混合する場合は、前記２本の棒状の
蒸発材料２００、３００の一方の周囲に板状又は線状の
他の蒸発材料を巻き付けた同軸複合材料を使用すること
もできる。但し、その場合、この同軸複合材料は、互い
に融点下降現象を起こさない材料を選択して使用するこ
とが好ましい。もちろん、３種類以上の蒸発材料を平行
またはＶ字形に配置し、それらの先端を接触させてもよ
い。

【００２１】なお、前記の実施の形態においては、複数
の蒸発材料２００、３００を棒状の形態としたものを例
示したが、蒸発材料２００、３００としては、このよう
な棒状のみに限定されることなく、例えば図５に示すよ
うに、複数の蒸発材料２００’、３００’を板状として
もよい。そして、これらを蒸発材料２００’、３００’
を互いに接して略平行に配置し、その下端部がほぼ接触
するか程度の位置になるように配置するか、或いは蒸発
材料２００’、３００’をＶ字状に突き合わせて、その
下端を接触させるようにしてもよい。この場合には、複
数の溶融部分４００’は平行に線状に広がるので、特に
横方向における蒸着膜の不均一性が解消し、均一に複数
の材料を蒸着することができる。

【００２２】また、前記の実施の形態においても、それ
ぞれの蒸発材料２００’、３００’の送り出し機構を互
いに独立させて送り出し速度を調整するか、或いは蒸発
材料２００’、３００’の厚さを異ならせることによ
り、その混合比を調整することが出来る。さらに、３種
類以上のを混合する場合には、前記２枚の板の一方を、
複数の材料を張り付けた多層板を使用してもよい。この
場合も、多層板の蒸発材料は、互いに融点下降現象を起
こさない材料を選択することが好ましい。もちろん、３
種類以上の蒸発材料を平行またはＶ字形に配置し、それ
らの先端を接触させてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、真空蒸着装置内などの真空内で複数の蒸発材
料を蒸発するに当たり、混合物における融点降下などの
物理現象による溶融部分の成長を押さえ、蒸発速度を安
定して制御することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一の実施の形態である真空蒸着用蒸発
装置の概略構成を示す構成図である。

【図２】前記蒸発装置の一部詳細構造を説明するための
一部拡大図である。

【図３】本発明の真空蒸着用蒸発装置を内部に備えた成
膜装置の側面図である。

【図４】本発明の複数蒸発装置における複数の蒸発を説
明する説明図である。

【図５】本発明の他の実施の形態になる板状複数蒸発装
置における複数の蒸発を説明する説明図である。

【符号の説明】

１真空チェンバー２蒸発部３基板ホルダー２１伝導冷却体２４蒸発用空間２５熱陰極フィラメント２６シールド電極２７分子線強度モニター電極１００基板２００第一の蒸発材料２００’ 第一の蒸発材料３００第二の蒸発材料３００’ 第二の蒸発材料４００蒸発材料の先端の溶融部分

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の異なる蒸発材料（２００）、（３
００）を真空チェンバー内で加熱して溶融蒸発または昇
華させ、これにより発生した蒸発材料（２００）、（３
００）の原子または分子線を真空チェンバーの内部に配
置した基板（１００）の表面上に凝着させる真空蒸着用
蒸発方法において、複数の棒状または板状の異なる蒸発
材料（２００）、（３００）を、互いに平行あるいはＶ
字状に配置すると共に、互いにそれらの先端部がほぼ接
触するように配置し、前記蒸発材料（２００）、（３０
０）の接触部を加熱することにより、前記複数の異なる
蒸発材料（２００）、（３００）の原子または分子線を
発生させることを特徴とする真空蒸着用蒸発方法。
【請求項２】複数の棒状または板状の異なる蒸発材料
（２００）、（３００）は、互いに接触し、加熱される
それらの先端部に向けて送りが与えられることを特徴と
する請求項１に記載の真空蒸着用蒸発方法。
【請求項３】複数の異なる蒸発材料（２００）、（３
００）を真空チェンバー内で加熱して溶融蒸発または昇
華させ、これにより発生した蒸発材料（２００）、（３
００）の原子または分子線を真空チェンバーの内部に配
置した基板（１００）の表面上に凝着させる真空蒸着用
蒸発装置において、複数の棒状または板状の異なる蒸発
材料（２００）、（３００）を、互いに平行あるいはＶ
字状に配置すると共に、互いにそれらの先端部がほぼ接
触するように配置し、前記蒸発材料（２００）、（３０
０）の先端部を加熱する加熱手段を配置し、これによ
り、複数の棒状または板状の異なる蒸発材料（２０
０）、（３００）の先端部を加熱し、複数の異なる蒸発
材料（２００）、（３００）の原子または分子線を発生
させることを特徴とする真空蒸着用蒸発装置。
【請求項４】前記加熱手段は、前記蒸発材料（２０
０）、（３００）の接触した先端部にむけて熱電子を発
射する熱陰極フィラメント（２５）からなることを特徴
とする請求項３に記載の真空蒸着用蒸発装置。
【請求項５】前記熱陰極フィラメント（２５）の周囲
を取り囲むように、シールド電極（２６）を配置したこ
とを特徴とする請求項３または４に記載の真空蒸着用蒸
発装置。
【請求項６】前記蒸発材料（２００）、（３００）の
先端部から発生する電子線及び分子線の発生強度をモニ
ターするモニター手段が設けたことを特徴とする請求項
３〜５の何れかに記載の真空蒸着用蒸発装置。