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半導体用語集

イオンビーム蒸着

英語表記：ion beam deposition

　イオンビームを固体表面に照射した時、数100eV以下のエネルギーでは、入射イオンピーム自身の付着が進行し、さらにエネルギーを上げると、基板原子のスパッタリングが起こり、また、入射イオンが基板内部に入り込むイオン注入現象が起こる。いずれにしろ、薄膜形成におけるイオンビーム照射の効果は、運動エネルギーによる入射イオン自身の拡散、基板原子の弾き出しによる原子変位と原子のミキシング効果が起こり、初期の成長段階や、基板原子との界面でのミキシングなどが、形成された薄膜の特性に大きな影響を与えることになり、通常の蒸着技術ではえられにくい非平衡状態の薄膜、イオンビーム誘起結晶成長、高純度薄膜、高融点材料などの薄膜が作製できるようになる。このようなイオンビーム照射による効果を積極的に利用した薄膜堆積技術をイオンビーム蒸着と呼び、低エネルギー入射イオンを直接堆積させるイオンビーム蒸着、通常の蒸着と併用してイオンビーム照射を行うイオンビームミキシング法がある。また、クラスタイオンビーム蒸着もイオンビーム蒸着の一種と考えられる。
イオンビーム直接堆積型の蒸着では、金属イオン源から引き出されたイオンは、空間電荷による輸送効率の低下を防ぐために数10kVに加速し、質量分離器で、イオンを選択した後に試料基板手前で減速し、必要な加速工ネルギーで試料基板を照射する。試料上のイオンビーム径は、数cm程度となるが、特異な例として、集東イオンビーム装置において同様の減速機構を設けることにより、サブミクロンレベルのビーム径で局所的に蒸着を行う例も報告されている。このような装置を用いて、高純度のFe薄膜、ダイヤモンド薄膜、Ta₂O₃薄膜などの作成例が報告されているが、工業的には、成膜速度が遅いため利用されていない。イオンビームミキシング法には、（1）あらかじめ用意された基板にイオン注入を行い、入射イオンの飛程程度の深さ領域のミキシングを行うことで新たな特性の薄膜層を形成する技術と、（2）通常の蒸着と同時にイオン照射を行い薄膜成長を行わせるダイナミカルミキシング法があるが、イオンビーム蒸着という点からは、（2）がその範疇に入る技術である。装置構成としては、通常の真空蒸着装置に、イオンビーム源を付加したものであるが、イオン種としては、成長薄膜構成原子を入射する場合と不活性ガスイオンを入射する場合がある。イオン照射の影響は、単純には、入射イオンの核衝突で付与するエネルギーと電子衝突で付与するエネルギーにより、成長膜の特性に大きな影響を及ぼす。前者が大である場合は、結晶配向した膜ができやすく、そうでない場合は非晶質の膜になりやすい。このような技術により、CuやAlなどの金属薄膜の結晶性、基板との密着強度などの特性評価、あるいは窒化膜の成長などが試みられている。

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