(57)【要約】【課題】亜鉛、セレンなどの元素を質量分離法により超高純度化プロセスにおいて、出発原料に由来する不純物による負荷を軽減し、且つイオン化効率を向上し、生産性を向上する。【解決手段】ジメチル亜鉛などの有機化合物及び酸素などの気体元素化合物を出発原料として、エキシマレーザー２１照射により中間準位を経ない非共鳴の多光子吸収により解離及びイオン化し、イオン化された元素を電磁場５５による質量分離法により不純物を分離して所定のイオン化元素のみをターゲット６１上に堆積させる。対象金属元素として、Ｚｎ、及びＳｅ又はＯを対象とし、ドーパントとしてＮ、Ｃｌなどを用いる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気化した金属又は半導体の有機化合物に対してエキシマレーザー照射により中間準位を経ない非共鳴の多光子吸収により解離及びイオン化し、イオン化された元素を電磁場による質量分離法により不純物を分離して所定のイオン化元素のみをターゲット上に堆積させることを特徴とする高純度精製方法。
【請求項２】
上記元素としてＺｎ又はＳｅを対象とし、有機化合物としてジメチル亜鉛又はジメチルセレンを用いることを特徴とする、請求項１記載の高純度精製方法。
【請求項３】
半導体高機能材料となる元素の出発原料として有機金属化合物及び気体元素化合物を用い、これに対してエキシマレーザー照射により中間準位を経ない非共鳴の多光子吸収により解離及びイオン化し、イオン化された元素を電磁場による質量分離法により所定のイオン化元素のみをターゲット上に堆積させて直接高機能材料のバルク又は積層構造を得る堆積方法。
【請求項４】
上記イオン化された元素を電磁場による質量分離法により所定のイオン化元素のみをターゲット上に堆積させる際、２種以上のイオンをそれぞれのイオン源からターゲットに向けて交互に、又は同時に若しくはこれらと前後して任意の比率で堆積させることを特徴とする請求項３記載の堆積方法。
【請求項５】
上記イオンがビーム状であって、ターゲット上を走査することにより、成膜の厚さ、イオン種の比率を制御することを特徴とする請求項４記載の堆積方法
【請求項６】
上記所定の元素が、Ｚｎと、Ｓｅ又はＯであり、出発原料としてそれぞれジメチル亜鉛、ジメチルセレン、及びＯ２又はジメチルエーテルとし、堆積した高機能材料がそれぞれＺｎＳｅ又はＺｎＯであることを特徴とする請求項３乃至４記載の堆積方法。
【請求項７】
上記所定の元素として、更にドーパントであるＮ及びＣｌなどを加え、出発原料としてＮについてそれぞれ、Ｎ２、アンモニア、トリメチルアミン、窒素酸化物の一種、ＣｌについてＣｌ２又はＨＣｌであることを特徴とする請求項３乃至４記載の堆積方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業の利用分野】本発明は、金属、半導体材料などの機能材料としての素材の高純度精製法及びデバイスを構成する積層構造などを形成する成膜法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスやセンサー等を製造するための素材、いわゆる高機能材料などではその物性を発揮させるために極めて純度の高い状態とする必要があり、また、それらを高い純度を保って基板上に積層し、或いは基板として積層して形成する必要がある。
このため、従来は原材料となる酸化物などを還元して単体とすると共に更に高度の精製過程を必要とし、化学的，物理的工程を重ねて不純物を除去して高純度とすることが行われている。これらの典型例が、半導体デバイスなどに用いられる高純度Ｓｉであって、還元工程の後、偏析を利用するなど物理化学的過程を経て高純度化することが行われている。
【０００３】
しかしながら、これらの精製工程は、一般に高温度の冶金的還元過程を含む物理化学的プロセスを繰返し行うため工程が複雑で生産性が低いのみでなく、その過程における精製環境からの不純物混入が避けられないため、その高純度化には自ずと一定範囲の制約がある。
また、これらの高純度化が求められる元素として、Ｓｉのみでなく、半導体デバイスの発展と共にＩＩ―ＶＩ族半導体やＩＩＩ―Ｖ族半導体などが研究され、発光ダイオードなどとして応用・実用化を図られているが、発光ダイオードに用いられるこれらＺｎ、Ｓｅ、ＧａやＡｓ等の元素ではＳｉのように実用的な高純度化精製の手法は完成しておらず、またこれらの高純度物性も十分に解明されていないのが現状である。このため、最近実用化が図られているＺｎＳｅ系ＩＩ―ＶＩ族半導体を用いた青色発光ダイオードも究極の青色デバイスといわれながら、高純度の達成が一つのネックとなって実用化が阻まれている状態であり、また、その基板として格子定数の近接したＧａＡｓを用いてエピタキシャル成長させる方法によるため、欠陥が発生しやすく、その為に製品の寿命を短くする原因となり、さらに基板に吸収される発光損失が大きいなどの欠陥がある。
このため上記のように材料となるＺｎ、Ｓｅの高純度化とこれらからなる基板となるバルク形成或いは基板構造としての成膜形成方法の開発が望まれているところである。
【０００４】
これに対して、対象となる元素の種類を問わず広く応用可能な高純度化の手法としてイオン化した元素を電磁場で偏向させてターゲット上に堆積させて不純物を分離する、いわゆる質量分析器の原理を利用した精製手法が提案され、さらにこれらの手法とレーザーによる選択的励起によるイオン化法が組み合わされて近年の磁性材料の開発、真空技術の発展などの要素技術の発達を背景にその応用が種々試みられている。
【従来の技術】
【特許文献１】特開平５―４１３５７号公報
【特許文献２】特公昭５８−５０９２号公報
【特許文献３】特開平６―２６２０２９号公報
【特許文献４】特開平６―２６２０３０号公報
【特許文献５】特開平６―２６２０３１号公報
【特許文献６】特開平６―２６４２２８号公報
【０００５】
これらには、例えば、冶金的手法により製造されたバルク状原料から高温度で蒸発させた元素や分子をイオン化し、電界によって偏向させて不純物を分離する高純度化法において、目的とする元素又は分子のみを基底状態から中間エネルギー準位及び更にそれからイオン化するエネルギー準位にそれぞれ励起する２つ以上の振動数のレーザーなどの輻射エネルギーをこれらに照射することによって、イオン化効率を向上することが提案されており、さらにこのようにして不純物を分離したのち直接捕集基板上に堆積させて高純度の元素或いは化合物の複合膜を形成することが試みられている。
【０００６】
ところで、これらの手法においては、いずれも高純度化する対象となる元素単体を予め従来の化学的・物理的過程を経て精製し、これをルツボなどで加熱・蒸発させた原子又は分子をレーザー照射によって選択的に励起してイオン化している。
しかしながら、これらの元素、特に亜鉛やセレンなどの元素を対象とする場合にはＳｉの場合と異なり、多種多様な元素の混合物である鉱石を出発原料とし、高温度の還元工程でこれらの他の金属元素が同時に還元されて随伴してくるため、これら多種多様な不純物の混入が避けられない。
このため、上記の各先行技術においてイオン化された元素を電磁場で偏向させて不純物を分離し、或いは特定波長のレーザー光によって選択的なイオン化を行うことは、いずれもこれらの不可避的に相当量混入している不純物の存在を前提として、その除去を目指すが、これらのバルク金属を出発原料とする限りこれらの不純物のため精製プロセスの負荷が大きく、本発明が目指すような、また現在要求されている極めて高い高純度レベルを達成することは困難である。
特に、これらの先行技術におけるレーザーによってエネルギー準位に一致する元素を選択的に多段階で励起する方法は、それぞれ特定の波長を使用することで選択的に特定の金属原子のみをイオン化することが可能となり、また、これら特定元素の励起エネルギーギャップに相当する波長を用いるため効率よく原子を励起状態にすることができるとしている。
しかしながら、これらの特定波長のレーザー光を得るために前記先行技術文献にも示されているとおり、特定波長の選択性を有する色素レーザーを用い、その吸収帯に合わせて励起光源にエキシマレーザーなどを用いて光ポンピングを行うため、最終的な出力の低下すなわち総合的なエネルギー効率の低下が著しく、イオン化に際してはその複数のレーザー光を同軸上に入射する必要があるなど、実用上の制約がある。
即ち、これらの選択的イオン化過程自体が不純物の分離手段ともなっているのであって、これらの先行技術に於いては、全体のエネルギー効率や生産性よりもむしろ上記のとおり出発原料の不純物濃度が高いため、これらの不純物の低減が課題とされているのである。
【０００７】
また、気化した原料化合物をプラズマ処理によって解離すると共にイオン化する手法もあるが、高周波励起などによるプラズマ処理で解離すると共にイオン化する場合、ガス化した原材料の約５％程度しかイオン化せず、他は解離してもそのまま周囲に堆積するなどして失われる。また、不純物もこの段階ではほとんど区別なく同様にイオン化されるのであり、このため、効率が低く、且つメンテナンス上の負荷となる。
【０００８】
一方、このようにして精製した高純度材料を用いてデバイスを製造するには、一旦精製した高純度材料をルツボなどで改めて電子ビーム溶解等の工程を経て、ブリッジマン法などによって形成したバルクを加工して基板としたり、或いはこれらの基板上に同様の精製された元素から成るバルクを原料としてＭＢＥなどによる成膜工程を経て製造するが、これらの工程は一旦高純度化した材料に対してこれらの溶解工程などにより周囲の環境などから再び不純物を取り込むことになるため、折角達成した高い純度を低下させることなく維持することは困難である。また、このような事情から、前述のような、デバイス製造に要求される極めて高い純度は、実際上達成しがたい。
このような極めて高い純度の成膜法は、加熱気化した元素をイオン化して、質量分離法による原理によって基板上に堆積することによって実現することが試みられているが、これらにおいてもイオン化した対象元素を電磁場により不純物分離することで高純度化を達成するものの、出発原料からイオン化にいたるプロセスでの不純物除去やイオン化効率向上に関して上記の問題の解決となるものではない。
【従来の技術】
【特許文献１】特開平８−１７２０５１号公報
【特許文献２】特開平１１−８７３４３号公報
【特許文献３】特開２００１−２２６１９３号公報
【０００９】
本発明者らは、先にこれらの元素の多くは気化し易い有機化合物などとして入手可能であり、これらの有機化合物はいわゆる冶金的な高温還元プロセスを経由しないため本来高純度であり、これらを出発原料としてプラズマ処理によって解離することにより、容易に一定レベルの高純度化が達成できることを提案している（特願２０００−１４３７５２号）。
従って、これらを出発原料として、目的元素をイオン化して電磁場による不純物分離を行う一貫した精製法を構築すれば精製過程の負荷が軽減でき、さらにデバイス形成にいたる成膜工程までを一貫した工程とすれば、多段階の精製工程を経ることなく極めて高いレベルの高純度化が容易に達成できることを着想し、実際に高い効率を実現できる精製方法について検討を行ってきた。
ところが、これらの有機金属化合物などの物質を出発原料として、目的元素をイオン化する場合、単体元素や分子をそのままイオン化する場合と異なり、その解離過程で、有機化合物であれば解離過程とイオン化過程を経なければならない。
これに対してプラズマ化による場合、上記のとおり必ずしも効率がよいとはいえない。　　　　　　また、上述の従来技術における選択的励起によるイオン化を行なう手法は、基本的には単体元素を分離するためのイオン化を目的とするものであって、このような化合物の解離過程を加えて同じように波長選択性を利用したレーザー照射により目的元素のイオン化まで行なうことは、上記のとおりエネルギー効率の低下と生産性の低さから、到底実用化し難い。
【００１０】
【発明の課題】
イオン化した元素を電磁場で偏向させて質量分析器と同様の原理で不純物を除去し、ターゲット上に堆積させて高純度物質を得る方法において、比較的高純度である金属又は半導体の気化性有機化合物などを出発原料として採用するとともに、そのイオン化プロセスの総合的な効率を向上し、目的元素のイオン化率を向上して質量分離の負荷を軽減する。また、このようにして得られた高純度材料の純度を低下することなく、直接バルク形成や積層形成などの成膜を可能としてデバイス製造技術に応用する。
【課題の解決手段】
【００１１】
本発明は、気化した金属若しくは半導体の有機化合物に対してエキシマレーザー照射により中間準位を経ない非共鳴の多光子吸収により解離及びイオン化し、イオン化された元素を電磁場による質量分離法により不純物を分離して所定のイオン化元素のみをターゲット上に堆積させることを特徴とする高純度精製方法であり、
特に、上記元素としてＺｎ又はＳｅを対象とし、有機化合物としてジメチル亜鉛又はジメチルセレンを用いる。
【００１２】
また、半導体高機能材料となる元素の出発原料を金属又は半導体の有機化合物及び気体元素化合物とし、これに対してエキシマレーザー照射により中間準位を経ない非共鳴の多光子吸収により解離及びイオン化し、イオン化された元素を電磁場により質量分離法により所定のイオン化元素のみをターゲット上に堆積させて直接高機能材料のバルク又は積層構造を得る堆積方法であり、
特に、上記イオン化された元素を電磁場により質量分離法により所定のイオン化元素のみをターゲット上に堆積させる際、２種以上のイオンをそれぞれのイオン源からターゲットに向けて交互に、又は同時に若しくはこれらと前後して任意の比率で堆積させ、また、上記イオンがビーム状であって、ターゲット上を走査することにより、成膜の厚さ、イオン種の比率を制御する。
さらに、上記所定の元素が、Ｚｎと、Ｓｅ又はＯであり、出発原料としてそれぞれジメチル亜鉛、ジメチルセレン、及びＯ２又はジメチルエーテルとし、それぞれＺｎＳｅ又はＺｎＯからなる高機能材料を堆積して形成する。
また、上記所定の元素として、更にドーパントであるＮ及びＣｌなどを加え、出発原料としてＮについてそれぞれ、Ｎ２、アンモニア、トリメチルアミン、窒素酸化物の一種、ＣｌについてＣｌ２又はＨＣｌを用いる。
【００１３】
本発明においては、イオン化の対象は高温度の加熱によりバルクから蒸発した金属元素や分子ではなく、金属・半導体の気化性有機化合物など気化性物質を出発原料として、高強度のレーザー照射によってその解離と共に金属・半導体元素のイオン化を行うのであり、これらの有機金属化合物などの分子においては原子の場合と異なり、その電子状態は電子エネルギー準位のみではなく、分子の振動・回転などによるエネルギー状態があるためそれらに応じて波長選択範囲が広くとれる利点がある。
また、イオン化の過程をエキシマレーザー照射による中間準位を経ない非共鳴の多光子吸収によっている。
この過程は遷移確率が入射光強度の二乗に比例して大きくなるなどの現象としては従来より知られていたのであるが、従来の光強度では絶対値は小さく、十分な効率が得られないため、その応用には至っていなかったのである。
【００１４】
本発明者らは、直接エキシマレーザーを分子に照射することによりその光強度を活用すれば、２光子過程における効率が二乗則により十分に実用域に達することを確認し、上記の目的に適した条件を検討した。
光強度の大きいエキシマレーザーを直接有機金属化合物分子に照射してその高い光密度により２光子過程でイオン化を行うと、分子は一つのレーザーパルス内で複数の光を吸収することができ、分子の解離エネルギーはイオン化エネルギーよりも低いため、１光子吸収により分子は解離する。
そのため、イオン化の過程と解離過程とは競合して起こり、そこでイオン化した分子が更に光吸収して逐次的にこれらのアルキル基などを解離する、或いは、解離した分子が光吸収してイオン化して目的の金属イオンを得ることができる。
この方法によると、各々の金属原子にそれぞれ別の波長を用いる必要のある上記のような方法に比べ、一つのエキシマレーザーのみを用いて種々の有機金属化合物に適用することが可能である。
また、更に励起エネルギーギャップがエキシマレーザーの波長に近い分子を選ぶことにより、効率よくイオン化することができる。
本発明においては、上述のとおりイオン化の出発原料として対象とする元素の気化性有機化合物、若しくは気体元素化合物を用いており、これらの出発原料に於いてはその製造過程の由来から不純物濃度が極めて低く、不純物によるその後の精製過程に対する負荷が問題とならない。
本発明に於けるこのような出発原料として、金属、半導体の有機化合物、及び気体元素化合物を選択した理由はこれらの特徴にあり、エキシマレーザー照射に適した形態であれは格別の制約はなく、適用可能である。
これらの原料物質によれば、バルク状の単体原料を高温度で蒸発・気化させてイオン化する場合のように、共存する高濃度の不純物の分離を選択的イオン化過程によって行なう必要はなく、上記のレーザー照射による解離・イオン化過程を適用して総合的なエネルギー効率を著しく向上することが可能となる。
【００１５】
そこで、照射レーザーとして、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ、６．４ｅＶ）、若しくはＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ、５．０ｅＶ）を用い、原料として、ジメチル亜鉛を用いる場合について検討すると、２光子過程の場合、それぞれ　ＡｒＦ：１２．８ｅＶ及びＫｒＦ：１０．０ｅＶのエネルギーを吸収することに相当する　。これに対して、ジメチル亜鉛（ＣＨ３）２Ｚｎのイオン化エネルギーは、８．　９ｅＶであり、そのイオン化及び解離反応の素過程を示すと、次のとおりである　。
ＣＨ３）２Ｚｎ＋２ｈν　→　（ＣＨ３）２Ｚｎ＋＋ｅ−　　　　　　　　　　　（１）
ＣＨ３Ｚｎ＋２ｈν　　→　　ＣＨ３Ｚｎ＋＋ｅ−　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
ＣＨ３）２Ｚｎ＋ｈν　→　ＣＨ３Ｚｎ＋ＣＨ３　　　　　　　　　　　　（３）
ＣＨ３Ｚｎ＋ｈν　　→　　Ｚｎ＋ＣＨ３　　　　　　　　　　　　　　（４）
ＣＨ３）２Ｚｎ＋＋ｈν　→　ＣＨ３Ｚｎ＋＋ＣＨ３　　　　　　　　（５）
ＣＨ３Ｚｎ＋＋ｈν　→　Ｚｎ＋＋ＣＨ３　ｏｒ　Ｚｎ＋ＣＨ３＋　　　　　　　（６）
ＣＨ３）２Ｚｎ＋　　→　　ＣＨ３Ｚｎ＋＋ＣＨ３　　　　　　　　　　　　（７）
ＣＨ３Ｚｎ＋　→　Ｚｎ＋＋ＣＨ３　ｏｒ　Ｚｎ＋ＣＨ３＋　　　　　　　　　（８）
【００１６】
上記の反応式において、（１）、（２）はジメチル亜鉛の光吸収によるイオン化反応、（３）、（４）はジメチル亜鉛の光吸収による解離反応の過程である。
また、ジメチル亜鉛イオンについても、光吸収による解離反応（５）、（６）、更にジメチル亜鉛が余剰エネルギーを持つ場合には、（７）、（８）のような解離反応も起こる。
これに対して、電子基底状態での解離反応の活性化エネルギーは、下記のとおりである。
（ＣＨ３）２Ｚｎ→ＣＨ３Ｚｎ＋ＣＨ３　　６３．７Ｋｃａｌ／ｍｏｌ（＝２．７ｅＶ）　　（９）
ＣＨ３Ｚｎ→Ｚｎ＋ＣＨ３　　　　　　２４．５Ｋｃａｌ／ｍｏｌ（＝１．１ｅＶ）　　　（１０）
したがって、上記の列挙したイオン化及び解離反応から、
（ＣＨ３）２Ｚｎ　→　Ｚｎ＋　のプロセスには、（１）→（５）→（６）又は
（１）→（７）→（８）又は（１）→（７）→（６）又は（１）→（７）→（８）という最初にイオン化反応が起こる経路、また、（３）→（２）→（６）又は（３）→（２）→（８）という最初に解離反応が起こる経路が存在しうる。
（７）及び（８）の活性化エネルギーが電子基底状態での反応（９）及び（１０）とみられ、これに対してＡｒＦエキシマレーザーによって２光子過程でイオン化した場合の余剰エネルギーは前記の値から、
１２．８ｅＶ−８．９ｅＶ　＝＋３．９ｅＶ　であることから、これらの反応過程で十分に解離することができ、目的とする亜鉛イオンを得ることができる。
【００１７】
さらに、上記のとおり、解離した分子が光吸収してイオン化する（２）のような反応もあるから、余剰エネルギーが（９）や（１０）の活性化エネルギーに達していない場合でも亜鉛イオンは得られる。
これらのことから、上記の吸収エネルギーの低いＫｒＦエキシマレーザーも使用可能である。
また、下記のような他の有機金属化合物も併記したイオン化エネルギーから、原料として使用可能である。
ジエチル亜鉛（Ｃ２Ｈ５）２Ｚｎ：８．６　ｅＶ
ジメチルセレン（ＣＨ３）２Ｓｅ：８．４　ｅＶ
ジエチルセレン（Ｃ２Ｈ５）２Ｓｅ：８．３　ｅＶ
有機金属以外の原料物質として気体元素化合物として酸素（Ｏ）、或いはドーパントとして窒素（Ｎ）、塩素（Ｃｌ）を系内に導入する場合には、次のような原料物質が使用可能である。
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また、これら以外にもさらにイオン化エネルギーと２光子吸収エネルギーがこれらの関係を満たすレーザー照射手段及び他の有機金属化合物や気体又は気化可能な化合物も同様の過程によってイオン化可能であり、本発明のプロセスに適用できる。
【００１８】
このように本発明においては、エキシマレーザーなどの光強度の大きいレーザー照射による２光子吸収過程により高い効率で目的とするイオンを得ることが可能となり、同時に純度の高い有機金属化合物を出発原料とすることができるため、精製プロセスの負荷を低減して容易にイオンの純度レベルを向上することができる。
対象となる原料物質は、上記したように一定の純度が確保される（ＣＨ３）２Ｚｎ、（ＣＨ３）２Ｓｅなどの有機化合物であり、現在ではＣＶＤ原料などとして比較的安価に入手できるものである。
特にこれらの有機金属化合物は、常温で容易に気化するため、解離・イオン化工程における取り扱い上有利である。
本発明のイオン化過程は、イオン化した目的元素を高い純度で電磁場による分離過程に送ることが可能であるため、より一層の高純度化が図られ、装置の負荷も著しく軽減される。
したがって、得られるイオンの純度はこれら出発原料由来の高純度と選択的イオン化励起過程における高純度化とにより相乗的に高められ、極めて高い純度が得られる。
これらのイオン化過程で生成した、遊離基や残存する不純物成分は、ガス状として速やかに系外に排出されることとなる。
【００１９】
質量分析器の原理による元素分離の手法自体はいわば古典的であって、Ｕ２３５などの同位体分離に用いられたほか、現在では化学分析や分子組成の精密測定用機器として広く用いられているが、イオン化の効率が低いため、生産性向上が図れず上記のとおり分析機器などにその用途が限られていたのである。
本発明においては、高い効率によって極めて高密度のイオンビームを形成することが可能であり、その結果高純度材料の精製手段として応用して、充分な効率及び生産性を確保することが可能となった。
【００２０】
また、電磁場において偏向されて不純物分離工程を経たイオンは、所定の軌跡を描いてターゲットに向けられて堆積するが、その運動エネルギーを含め励起された状態にあることから、ターゲット上に堆積すると共に放熱して安定な結晶構造を取る。
したがって、ターゲットを予め所定の結晶構造（同じ元素から成る単結晶体など結晶構造に整合性のある）としておき、運動エネルギー及び予熱条件を制御することにより、所定の結晶構造を有する層構造を形成することができる。また、堆積過程が安定した結晶構造を形成することによりバルク体として回収することができる。
【００２１】
さらに、対象とする元素は、一種に限らず上述のとおり２種以上の元素を用いてそれぞれイオン化し、それぞれのイオン源からの分離精製されたイオンビームをターゲット上に交互に或いは所定の比率で交差混合して、所定厚さで堆積させることにより、任意の積層構造或いは任意の化合物の組み合わせからなる構造を得ることができる。
この積層構造が極く薄い場合は、それぞれのイオン源からの元素は堆積して積層すると共に安定した結晶構造をとって化合物層を形成することが可能であり、またエピタキシャル層に替わってそれぞれの元素若しくは化合物層からなる積層構造を形成することもできる。
このような成膜の手法は従来、ＭＢＥとして薄膜形成に試みられているが、本来堆積量が微量であるため数原子層の極めて薄い（数ｎｍ）薄膜しかできないため実用レベルでの特性の確認や製造方法としての応用はできなかったが、本発明の成膜法においては均等な制御された条件下で比較的厚い層構造の形成が可能であり、実用的なデバイスへの応用が見込める。
さらに、それぞれの元素イオンのビームを交差混合して堆積させることにより、種々の目的とする化合物半導体層を形成することが可能である。
本発明のこれらの堆積層は、高い堆積速度、高い生産性及び安定した結晶構造の形成によって、従来の試験的規模ではなく、一気に実用化レベルの生産性を確保することができる。
【００２２】
これらのバルク製造方法及び成膜方法に依れば、高純度に精製された元素、或いは化合物として直接バルク及び積層構造が形成されるため、その不純物濃度は精製プロセスのまま維持されることとなり、生産性の向上のみでなく、これら機能性材料からなるデバイス製造に要求される厳しい高純度条件を満たすことができる。
【００２３】
【実施例】
以下、図面を参照して、具体的に説明する。
図において、原料ガス供給部１１から気化性のジメチル亜鉛やジメチルセレンなどの原料ガスが噴霧・供給されて気化される。装置全体は、真空ポンプ７０，７１，７２，７３により排気される真空チャンバーで構成され、原料ガスのルートに沿ってそれぞれゲートバルブ３０，３１，３２によって仕切られた、イオン化ステージ１０、加速ステージ４０、絞りステージ５０、磁気分離ステージ５５、堆積ステージ６０からなる。
なお、図に於いては高純度精製工程の説明のため、原料供給部から堆積ステージまで単一のコースで示されているが、高機能材料としてＺｎＳｅ，ＺｎＯなどの化合物を形成する工程や更にこれらのドーパントとしてＮ、Ｃｌなどを注入する工程に対してはこれらの工程ごとにそれぞれ原料供給部から堆積ステージに至るコースが設けられる。
【００２４】
イオン化ステージでは、気化された原料ガスが、エキシマレーザーにより照射されて解離すると共に、金属元素がイオン化する。
レーザー光はその波長が金属元素を励起するためその波長に対して不透明であって効率的に吸収されるが、チャンバー内のガスの流路に沿ってレーザー光の照射を行うと共に、チャンバーの相対する壁面に反射鏡を配置して吸収効率を向上することができる。
【００２５】
イオン化された金属は、その電荷のために加速ステージの加速電極４１の間に負荷された電位によって加速され、絞りステージに入るが、解離した有機ガスは、不純物と共に真空ポンプ７０，７１により系外に排出され、チャンバー内は高真空に維持される。
イオン化された金属のみを堆積ステージに導入するために、絞り５４でイオンビームが焦点を結ぶように、絞りステージの集束コイル５１の磁気にてイオンを集束させる。
【００２６】
加速ステージでイオンは電場によって加速され、絞りステージにてビーム状に絞られて、磁気分離ステージに入射し、磁場によって更に垂直方向に偏向されて、荷電／質量比の異なる不純物はイオンビーム１２から反れ、絞り４３に遮られて分離される。
堆積ステージでは、電荷を中和された金属元素が、ターゲット６１上に堆積する。
ターゲットの温度や加速条件などの堆積条件を調整することにより、ターゲット上の成膜条件を調整することができ、ＺｎやＳｅなどの単体の堆積層のみでなく、これらの化合物組成の堆積層を形成することもできる。
【００２７】
ターゲット６１は、所定の堆積過程を終了すると、モータ６２によって順次置き換えられ、真空を破らずに精製工程や成膜工程を継続することができる。
イオンビームは、図においては一定の幅があるように描かれているが、ターゲット上の堆積面積に合わせてビームの絞りを調製すればよい。
また、イオンビームを荷電状態において電磁場によって偏向させてターゲット上を走査することによって、ターゲット上の堆積条件を均一にし、或いは堆積面積を任意に変更することもできる。
さらに、イオンビームを拡大したり、絞り条件を調節して、堆積条件を変えて均一な堆積を図ったり、それに加えて加速条件を制御することにより半導体へのイオンインプランテーションや結晶化の条件調整に利用したり、さらにこれらの処理を任意の領域に行ったり、或いはイオンビームを走査して堆積条件の制御、大面積への均一な堆積などに利用することができる。
【００２８】
【効果】
本発明の高純度精製法及び成膜法は、従来超高純度化を実現できなかった元素、特に亜鉛及びセレンなどの元素について新たなデバイス実現に不可欠な超高純度化を達成するものであり、要素技術として従来より原理的に知られ且つ実用化されていた質量分離法及び高強度のエキシマレーザー直接照射による多光子吸収によるイオン化の手法などを新たな課題に対する技術手段として適用することにより、実用性及び生産性の高い精製法を実現し、もって産業の発展に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の精製装置の構造
【符号の説明】
１０　イオン化ステージ
１１　原料ガス供給部
１２　イオンビーム
２０　レーザー発信機
２１　レーザービーム
３０、３１，３２　ゲートバルブ
４０　加速ステージ
４１　加速電極
５０　絞りステージ
５１　集束コイル
５２，５３，５４　　絞り
５５　磁気分離ステージ
６０　堆積ステージ
６１　ターゲット
６２　モーター
７０，７１，７２，７３　真空ポンプ
【図１】
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