(57)【要約】【課題】  成膜材料ａを加熱し、溶融、蒸発させるときに、成膜材料ａがるつぼ１０の内壁を這い上がる、いわゆる這い上がり現象が生じにくくする。これにより、繰り返し使用しても破壊されにくいるつぼ１０を得る。【解決手段】  るつぼ１０の材料にアルミニウム等の成膜材料ａと親和性の高い金属材料を用いることなく、溶融成膜材料ａに対して濡れ性の悪い結晶性の炭化珪素を用いた。また、るつぼ１０の材料として無機セラミック材料を用いるが、壁面に垂直方向に結晶軸を配向させることで、成膜材料ａがるつぼ１０の壁体の面方向に展開しにくくする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜材料を加熱し、蒸着するための加熱蒸着源に用いるるつぼであって、成膜材料を収容する部分のるつぼ壁体が結晶性であり、その結晶軸がるつぼの壁体の厚さ方向に配向しているこを特徴とする薄膜堆積用分子線源用るつぼ。
【請求項２】
成膜材料を収容するるつぼ壁体が炭化珪素を主成分とする無機物からなることを特徴とする請求項第１項記載の薄膜堆積用分子線源用るつぼ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板等の固体の成膜面に薄膜を形成しようとする材料を加熱することにより、その成膜材料を溶融、蒸発して、固体表面に薄膜を成長させるための蒸発分子を発生する薄膜堆積用分子線源において、成膜材料を収容し、その収容した材料を加熱により溶融、蒸発させるためのるつぼに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年種々の薄膜素子が作成され、各分野で注目されている。これらの薄膜素子は、真空中にて材料を加熱し、その蒸気を基板上に吹き付け、冷却することで固体化し、基板上に薄膜として堆積させる。一般的には材料を耐熱性窒化硼素やタングステン等の高融点材料にて作成されたるつぼに入れ、るつぼ周囲をヒーターで加熱することにより材料を加熱し、溶融、蒸発させ、その蒸気を基板に吹き付ける。
【０００３】
しかし、このようなるつぼからの材料の蒸発において問題となるのは、成膜材料がアルミニウムのようにるつぼの壁面に対してぬれ性の良い材料の場合、それを加熱、溶融したとき、その溶融した材料がるつぼの内壁面に沿って上昇し、るつぼからあふれ出る、いわゆる這い上がり現象が生じることである。材料がるつぼからあふれ出ると、場合によっては加熱用ヒーターに触れ、電気的短絡を生じ、蒸発源を壊すおそれがあった。
【０００４】
この対策として例えば、溶融した材料がるつぼからあふれ出ないように、るつぼの途中に冷却部を設け、ここで材料を固体化して這い上がりをとめる事が試みられてきた。
しかし、るつぼ途中で材料が固化することで、蒸気の噴出が均一にならず、基板に堆積する膜の厚みが均一になりにくいという欠点があった。さらに這い上がりを起こす場合、材料はるつぼ壁面と非常に密接に付着している。この状態で、温度を下げると材料の熱収縮量とるつぼの熱収縮量が異なるため、るつぼに大きなストレスがかかり、繰り返し使用するとるつぼが壊れてしまうなどの欠点があった。
【特許文献１】特開平９−１００１９５号
【特許文献２】特開平９−１８６０８７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記従来のるつぼが有する課題に鑑み、成膜材料を加熱し、溶融、蒸発させるときに、成膜材料がるつぼの内壁を這い上がる、いわゆる這い上がり現象が生じにくくするものである。これにより、繰り返し使用しても破壊されにくいるつぼを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、前記の目的を達成するため、るつぼ材料にアルミニウム等の成膜材料と親和性の高い金属材料を用いることなく、溶融した成膜材料に対して濡れ性の悪い結晶性の炭化珪素を用いた。また、るつぼの材料として無機セラミック材料を用いるが、壁面に垂直方向に結晶軸を配向させることで、成膜材料がるつぼの壁面の面方向に展開しにくくし、前記の課題を解決しようとするものである。
【０００７】
より具体的に説明する、本発明による薄膜堆積用分子線源用るつぼは、成膜材料を収容する部分のるつぼ壁体が結晶性であり、その結晶軸がるつぼの壁体の厚さ方向に配向しているものである。この成膜材料を収容するるつぼ壁体が炭化珪素を主成分とする無機物からなる。
【発明の効果】
【０００８】
このような本発明による薄膜堆積用分子線源用るつぼでは、成膜材料を収容する部分のるつぼ壁体が結晶性であり、その結晶軸がるつぼの壁体の厚さ方向に配向しているため、その中でアルミニウム等の成膜材料を溶融、蒸発するとき、溶融した成膜材料がるつぼ壁体の面方向に展開しにくくなる。この結果、いわゆる這い上がり現象の発生を防止することが出来る。
【０００９】
さらに、成膜材料を収容するるつぼ壁体が炭化珪素を主成分とする無機物で形成すると、高融点金属のようにアルミニウム等の溶融成膜材料に対する親和性が低くなり、溶融した成膜材料のるつぼ壁体に対する濡れ性が悪くなる。この点も、溶融した成膜材料がるつぼ壁体の面方向に展開しにくくなり、いわゆる這い上がり現象の発生を防止することが出来る。
実際に、前記のような本発明によるるつぼを使用し、アルミニウムを１０００℃にて蒸発したところ、いわゆる成膜材料の這い上がりが見られず、材料が外に漏れだしていないことがわかった。また、繰り返し蒸発操作を行ってもるつぼが破損することはなかった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明では、るつぼ材料の結晶配向方向と成膜材料と親和性の低いるつぼ材料を用いるいという２つの手段を柱として、成膜材料の加熱、溶融、蒸発時における成膜材料の、いわゆる這い上がり現象を防止することが出来るようにしたものである。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について、具体的且つ詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１と図２は、成膜材料ａを蒸発し、その分子を放出する分子線源セル１を示す断面図であり、図１は成膜材料ａを蒸発している状態を示している。
るつぼ１０は、炭化珪素を主成分とする無機物からなる容器状のものである。図示の実施例では、るつぼ１０は、前述した成膜材料ａを収納する成膜材料収納部１１と、この成膜材料収納部１１より放出口１４側にあって、一部内径及び外形が細くなった括れ部１２と、この括れ部１２から放出口１４に至るテーパガイド部１３とを有する。
【００１２】
成膜材料ａを収納する成膜材料収納部１１は、有底の円筒形であり、その上部の放出口１４側は先が細くなるようなテーパが形成され、その先に内径が最も細くなった括れ部１２を有する。この括れ部１２から先の放出口１４に至る部分は、内径及び外径が次第に広くなるようなテーパが形成されたテーパガイド部１３となっている。このテーパガイド部１３の先に放出口１４が開口している。
【００１３】
このるつぼ１０は、ヒータ１５、１６で囲まれている。図示の例では、るつぼ１０を囲むヒータ１５、１６が二つのヒータ１５、１６からなっている。第一のヒータ１５は、るつぼ１０の成膜材料収納部１１の周囲に配置され、その成膜材料収納部１１を加熱する。また、第二のヒータ１６は、るつぼ１０の成膜材料収納部１１の上部から括れ部１２及びテーパガイド部１３を経て放出口１４に至る部分の周囲に配置され、その部分を加熱する。
【００１４】
これらにヒータ１５、１６によるるつぼ１０の加熱による、成膜材料ａが溶融蒸発され、前記放出部１４から基板３３に向けて放出され、基板３３上に成膜材料ａの膜が堆積する。
成膜材料収納部１１の底部の周面に設けられたバンド状の熱電対は、るつぼ１０の温度を測定するためのもので、前記第一のヒータ１５による温度制御のために使用される。
【００１５】
このるつぼ１０の壁体は結晶性であり、その結晶軸がるつぼの壁体の厚さ方向に配向している。すなわち、つぼの壁体の結晶軸がるつぼの壁面に対してほぼ直交している。
例えば、るつぼ１０の外形に対応する内面を有する成型用の型を用意し、ＣＶＤ法（化学的気相成長法）等の手段で、この型の外面上に炭化珪素の結晶を成長させ、薄い窒化珪素のるつぼ１０を成型する。このとき、窒化珪素の結晶軸が膜の厚さ方向に成長するよう成型することで、るつぼ１０の壁体の結晶軸はその壁体の厚み方向に成長する。るつぼ１０を成型した後、型を除去することにより、前記のようなるつぼ１０を得る。型としては、縦に複数に分割可能な割型、容易に破断可能の一体の型、或いは焼却可能な一体の型等を使用し、成型後に脱型を可能とする。
【００１６】
るつぼ１０の壁体の全体をこのような結晶性の材料により形成してもよいが、成膜材料を収容する部分、すなわち、るつぼ１０の内面のみを結晶性の材料により形成してもよい。
例えば、るつぼ１０の外形に従って予め耐熱性窒化珪素やタングステン等でるつぼ１０の外形部分を作っておき、その後ＣＶＤ法で、このるつぼ１０の内面上に炭化珪素の結晶を成長させ、薄い炭化珪素で内面コーティングされたるつぼ１０を得る。このとき、内面コーティングの炭化珪素の結晶軸が膜の成長方向に成長するよう成型することで、るつぼ１０の壁体の結晶軸がその壁体の厚み方向に成長する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例による薄膜堆積用分子線源セル用るつぼの例を示す成膜状態の概略縦断側面図である。
【図２】同実施例による薄膜堆積用分子線源セルの主成分蒸発用の分子線源セルの例を示す成膜材料を収納してない状態の縦断側面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１    分子線源セル
１０  るつぼ
【図１】
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【図２】
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