JP2765957B2 - Thin film forming method and thin film forming apparatus - Google Patents
Thin film forming method and thin film forming apparatusInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、プラズマ溶射法を用いた薄膜形成方法及び
薄膜形成装置に関する。The present invention relates to a method and an apparatus for forming a thin film using a plasma spraying method.
（ロ）従来の技術 ジェットエンジン等の耐熱・耐環境用あるいは人口骨
等の表面安定化のための高速堆積セラミックコーティン
グのために用いられていた減圧プラズマ溶射法が、Thin
Solid Films,119（1984）の67〜73やAppl.Phys.Lett.5
2（12）,21 March 1988の1011〜1013に示された如く、
半導体薄膜や超電導薄膜等種々の薄膜の形成に用いられ
るようになってきた。(B) Conventional technology A low-pressure plasma spraying method used for high-speed deposition ceramic coating for heat and environment resistance of jet engines and the like or for stabilizing the surface of artificial bones and the like has been developed using a thin-film plasma spraying method.
Solid Films, 119 (1984) 67-73 and Appl.Phys.Lett.5
2 (12), as shown in 1011-1013 of 21 March 1988,
It has been used for forming various thin films such as semiconductor thin films and superconducting thin films.
このプラズマ溶射法は、上記各文献に見られるよう
に、減圧容器内に基板を配置し、この基板に向かって形
成すべき薄膜の原料パウダーを溶融して得られたプラズ
マジェットを噴射する方法である。This plasma spraying method is a method in which a substrate is placed in a reduced-pressure container and a plasma jet obtained by melting a raw material powder of a thin film to be formed is sprayed toward the substrate, as can be seen in the above documents. is there.
（ハ）発明が解決しようとする課題 ところで、上記プラズマ溶射法に用いられる原料パウ
ダーは、薄膜形成に当って別途準備され、プラズマ溶射
装置に供給される。従って、原料パウダーの粒径を簡単
に制御することが難しく、このことは、形成しようとす
る薄膜の膜厚を容易に制御することができないことに連
なる。(C) Problems to be Solved by the Invention The raw material powder used in the plasma spraying method is separately prepared for forming a thin film and supplied to a plasma spraying apparatus. Therefore, it is difficult to easily control the particle size of the raw material powder, which leads to the difficulty in controlling the thickness of the thin film to be formed.
また、上述のように、原料パウダーは、薄膜形成に当
り別途準備されてプラズマ溶射装置に供給されるが、Th
in Solid Films,119（1984）の71にも記載されているよ
うに、パウダー内に、Fe、Ni、Cu、Al等の金属不純物が
混入し易く、従って、これらが、薄膜内に不純物として
取り込まれてしまっている。Further, as described above, the raw material powder is separately prepared for forming the thin film and supplied to the plasma spraying apparatus.
As described in 71 of in Solid Films, 119 (1984), metal impurities such as Fe, Ni, Cu, and Al are easily mixed into the powder, and therefore, these are taken into the thin film as impurities. I have been.
更に、Appl.Phys.Lett.52（12）,21 March 1988の101
1に示された如く、基板を配する減圧容器内の圧力は20
〜200Torr程度であるため、減圧容器内に残存する酸素
等も、不純物として薄膜中に取り込まれてしまう。Furthermore, Appl. Phys. Lett. 52 (12), 101 of 21 March 1988
As shown in Fig. 1, the pressure in the vacuum vessel where the substrate is placed is 20
Since the pressure is about 200 Torr, oxygen and the like remaining in the decompression container are also taken into the thin film as impurities.
そこで、本発明の目的は、薄膜の膜厚制御を簡単に行
い得るようにすると共に、薄膜への不純物の混入を抑制
することにある。Therefore, an object of the present invention is to make it possible to easily control the thickness of a thin film and to suppress the entry of impurities into the thin film.
（ニ）課題を解決するための手段 本発明の薄膜形成方法は、スパッタリング室にて形成
すべき薄膜の原料パウダーを形成し、この原料パウダー
を、前記スパッタリング室に連接するプラズマ形成室に
導入すると共に、該プラズマ形成室にて前記原料パウダ
ーを溶融したプラズマジェットを形成し、このプラズマ
ジェットを、前記プラズマ形成室と連接する減圧容器内
に配された基板に向かって噴射することを特徴とする。(D) Means for Solving the Problems According to the thin film forming method of the present invention, a raw material powder of a thin film to be formed is formed in a sputtering chamber, and the raw material powder is introduced into a plasma forming chamber connected to the sputtering chamber. And forming a plasma jet in which the raw material powder is melted in the plasma forming chamber, and injecting the plasma jet toward a substrate disposed in a reduced-pressure container connected to the plasma forming chamber. .
更に、本発明の薄膜形成装置は、形成すべき薄膜の原
料パウダーを形成するスパッタリング室と、このスパッ
タリング室に連接して設けられ、この室から導入される
上記原料パウダーを含むガスを用いて、上記原料パウダ
ーを溶融したプラズマジェットを形成するプラズマ形成
室と、このプラズマ形成室に連接して設けられ、内部に
配された基板に向かって上記プラズマ形成室からプラズ
マジェットが噴射される薄膜形成室とを備えたことを特
徴とする。Further, the thin film forming apparatus of the present invention, a sputtering chamber for forming a raw material powder of the thin film to be formed, provided in connection with the sputtering chamber, using a gas containing the raw material powder introduced from this chamber, A plasma forming chamber for forming a plasma jet in which the raw material powder is melted, and a thin film forming chamber provided in connection with the plasma forming chamber and from which the plasma jet is jetted from the plasma forming chamber toward a substrate disposed therein. And characterized in that:
（ホ）作用 本発明によれば、形成すべき薄膜の原料からなるター
ゲットを用いてスパッタリング室にてスパッタリングし
て原料パウダーを形成し、この原料パウダーを含むガス
をスパッタリング室に連接するプラズマ形成室に導入す
る。プラズマ導入室では、このガスを用いて上記パウダ
ーを溶融したプラズマジェットを形成し、これを薄膜形
成室に噴射する。薄膜形成室は、高真空（10-4Torr以
下）の減圧状態とされており、内部に基板が配されてい
る。この基板に向かって上記プラズマジェットを噴射す
ることにより、基板上に薄膜を形成する。(E) Function According to the present invention, a source powder is formed by sputtering in a sputtering chamber using a target made of a raw material of a thin film to be formed, and a gas containing the raw material powder is connected to the sputtering chamber. To be introduced. In the plasma introduction chamber, the gas is used to form a plasma jet in which the powder is melted, and this is jetted into the thin film formation chamber. The thin film forming chamber is in a reduced pressure state of a high vacuum (10 -4 Torr or less), and a substrate is disposed inside. By jetting the plasma jet toward the substrate, a thin film is formed on the substrate.
（ヘ）実施例 図は本発明の薄膜形成装置を示している。１は形成す
べき薄膜の原料パウダーを形成するためのスパッタリン
グ室であり、このスパッタリング室には、スパッタ用タ
ーゲット２とこれに対向する対向電極３が設けられてい
る。４、５はスパッタリング室１においてAr、N2、O2、
F2等のガスを導入または排気するガス導入口、排気口、
６は対向電極３に高周波電力を供給する高周波電源、７
は上記原料パウダーを溶融したプラズマジェットを形成
するためのプラズマ形成室、８は陰極8a及び陽極8bから
なるプラズマ溶射ガン、９はスパッタリング室１と連な
り、プラズマ溶射ガン８内にスパッタリング室１にて形
成した原料パウダーを供給するパウダー供給口、10はプ
ラズマ溶射用の直流電源、11は原料パウダーの溶融物を
プラズマ溶射ガン８から微粒子状のプラズマジェットと
して噴射するためのHe、Ar等のガスを導入する溶射ガス
導入口、12はプラズマ形成室７内を排気する排気口、13
は内部に配された基板14上に薄膜を形成するための薄膜
形成室であり、プラズマ形成室７のプラズマ溶射ガン８
と連なって配されている。15は薄膜形成室13内を排気す
る排気口である。(F) Example The figure shows a thin film forming apparatus of the present invention. Reference numeral 1 denotes a sputtering chamber for forming a raw material powder of a thin film to be formed. The sputtering chamber is provided with a sputtering target 2 and a counter electrode 3 opposed thereto. 4 and 5 are Ar, N 2 , O 2 ,
Gas inlet for introducing or exhausting gas of F 2 or the like, an exhaust port,
6 is a high-frequency power supply for supplying high-frequency power to the counter electrode 3;
Is a plasma forming chamber for forming a plasma jet in which the raw material powder is melted, 8 is a plasma spraying gun composed of a cathode 8a and an anode 8b, 9 is connected to the sputtering chamber 1 and is inside the plasma spraying gun 8 in the sputtering chamber 1. A powder supply port for supplying the formed raw material powder, 10 is a DC power supply for plasma spraying, 11 is a gas such as He, Ar or the like for injecting a melt of the raw material powder from the plasma spray gun 8 as a fine plasma jet. An inlet for introducing a spray gas to be introduced, 12 is an outlet for exhausting the inside of the plasma forming chamber 7, 13
Is a thin film forming chamber for forming a thin film on the substrate 14 disposed therein.
It is arranged in a row. Reference numeral 15 denotes an exhaust port for exhausting the inside of the thin film forming chamber 13.
この装置において、多結晶Si膜を形成する例について
説明する。An example of forming a polycrystalline Si film in this apparatus will be described.
まず、ガス導入口４からAr、N2等のガスを導入しなが
ら、スパッタリング室１内を0.1〜100Torrの真空度に保
つ。この状態で、対向電極３に２〜5W/cm2の高周波電力
を印加することにより、Siターゲット２から粒径100μ
ｍ以下のSiパウダーが浮遊する状態のガスを作り出す。First, the inside of the sputtering chamber 1 is maintained at a vacuum of 0.1 to 100 Torr while introducing a gas such as Ar or N 2 from the gas inlet 4. In this state, a high-frequency power of 2 to 5 W / cm 2 is applied to the counter electrode 3 so that the Si target 2 has a particle size of 100 μm.
Create a gas in which Si powder of m or less is suspended.
このSiパウダーは、パウダー供給口９からプラズマ形
成室７内のプラズマ溶射ガン８に供給される。このパウ
ダー供給に際しては、プラズマ形成室７内の真空度をス
パッタリング室１内のそれより低い10-3〜10Torrとする
ことにより、Siパウダーを含むガスが自然に供給される
ようにしている。この状態で、直流電源10から１〜50kW
の電力をプラズマ溶射ガン８に印加すると、溶射ガス導
入口11からは、He、Ar等のガスが導入されていることか
ら、プラズマ溶射ガン８から微粒子状のプラズマジェッ
トが形成される。This Si powder is supplied from a powder supply port 9 to a plasma spray gun 8 in a plasma forming chamber 7. When supplying the powder, the degree of vacuum in the plasma forming chamber 7 is set to 10 −3 to 10 Torr, which is lower than that in the sputtering chamber 1, so that the gas containing Si powder is supplied naturally. In this state, 1 to 50 kW from DC power supply 10
Is applied to the plasma spray gun 8, since a gas such as He or Ar is introduced from the spray gas inlet 11, a fine-particle plasma jet is formed from the plasma spray gun 8.
一方、基板14が配された薄膜形成室13内は、排気口15
よりクライオポンプ、ターボポンプ等により排気するこ
とにより、10-4Torr以下の真空度に保たれている。この
ような状態の薄膜形成室13内の基板14に向かって、上述
のようにして形成されたプラズマジェットを噴射するこ
とにより基板14上に多結晶Siが形成される。On the other hand, the inside of the thin film forming chamber 13 in which the substrate 14 is disposed has an exhaust port 15.
By evacuating with a cryopump, a turbo pump or the like, the degree of vacuum is kept at 10 -4 Torr or less. By injecting the plasma jet formed as described above toward the substrate 14 in the thin film forming chamber 13 in such a state, polycrystalline Si is formed on the substrate 14.
以下に膜形成条件の一例を示す。 The following is an example of film forming conditions.
以上に説明した本発明の方法（または装置）によれ
ば、ほとんど不純物を含まない多結晶Si膜を形成するこ
とができた。以下に、本発明の方法（または装置）によ
り形成した多結晶Si膜の不純物（Cu、Al、Fe、Ni）の濃
度と上述の従来の装置により形成した多結晶Si膜の不純
物濃度とを測定した結果を示す。 According to the method (or apparatus) of the present invention described above, a polycrystalline Si film containing almost no impurities could be formed. Hereinafter, the impurity (Cu, Al, Fe, Ni) concentration of the polycrystalline Si film formed by the method (or the apparatus) of the present invention and the impurity concentration of the polycrystalline Si film formed by the above-described conventional apparatus are measured. The results are shown.
尚、スパッタリング室１内におけるスパッタリングの
方法は、上記高周波スパッタリングに限らず、マグネト
ロンスパッタリング、リアクティブスパッタリング、バ
イアススパッタリング等を用いてもよい。 The method of sputtering in the sputtering chamber 1 is not limited to the above-described high frequency sputtering, but may be magnetron sputtering, reactive sputtering, bias sputtering, or the like.
（ト）発明の効果 本発明によれば、原料パウダーを別途用意することな
く、プラズマ形成室に連なるスパッタリング室にて形成
され、直ちにスパッタリング室に連接するプラズマ形成
室に供給される。従って、スパッタリングの条件を適宜
選択することにより、原料パウダーの粒径を簡単に制御
することができ、形成しようとする薄膜の膜厚を容易に
制御することができる。(G) Effect of the Invention According to the present invention, the raw material powder is formed in the sputtering chamber connected to the plasma forming chamber without being separately prepared, and is immediately supplied to the plasma forming chamber connected to the sputtering chamber. Therefore, by appropriately selecting the sputtering conditions, the particle diameter of the raw material powder can be easily controlled, and the thickness of the thin film to be formed can be easily controlled.
また、原料パウダーは上述のようにしてプラズマ形成
室に供給されるので、パウダー中に、Fe、Ni、Cu、Al等
の金属不純物が混入し難く、従って、不純物を含まない
薄膜を形成することができる。Further, since the raw material powder is supplied to the plasma forming chamber as described above, it is difficult for metal impurities such as Fe, Ni, Cu, and Al to be mixed into the powder, and therefore, a thin film containing no impurities should be formed. Can be.
更に、基板を配する薄膜形成室の圧力を高真空の状態
とすることができるので、室内に残存する酸素等の量を
大きく低減することができ、酸素等が不純物として薄膜
に取り込まれてしまうことを抑制することができる。Further, since the pressure in the thin film formation chamber where the substrate is disposed can be kept in a high vacuum state, the amount of oxygen and the like remaining in the chamber can be greatly reduced, and oxygen and the like are taken into the thin film as impurities. Can be suppressed.
図は本発明の一実施例を示す模式的断面図である。 １……スパッタリング室、７……プラズマ形成室、８…
…プラズマ溶射ガン、13……薄膜形成室、14……基板。FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of the present invention. 1 ... sputtering chamber, 7 ... plasma forming chamber, 8 ...
... plasma spray gun, 13 ... thin film formation chamber, 14 ... substrate.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−83651（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−136635（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 4/00 - 6/00 C23C 14/00 - 14/58 B22F 1/00 - 1/02 B22F 9/00 - 9/30Continuation of the front page (56) References JP-A-64-83651 (JP, A) JP-A-56-136635 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C23C 4 / 00-6/00 C23C 14/00-14/58 B22F 1/00-1/02 B22F 9/00-9/30
Claims (4)
料パウダーを形成し、 この原料パウダーを、前記スパッタリング室に連接する
プラズマ形成室に導入すると共に、該プラズマ形成室に
て前記原料パウダーを溶融したプラズマジェットを形成
し、 このプラズマジェットを、前記プラズマ形成室と連接す
る減圧容器内に配された基板に向かって噴射することを
特徴とする薄膜形成方法。1. A thin film raw material powder to be formed is formed in a sputtering chamber, and the raw material powder is introduced into a plasma forming chamber connected to the sputtering chamber, and the raw material powder is melted in the plasma forming chamber. Forming a plasma jet, and injecting the plasma jet toward a substrate disposed in a reduced-pressure container connected to the plasma forming chamber.
ることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。2. The thin film forming method according to claim 1, wherein the pressure inside the pressure reducing vessel is reduced to 10 −4 Torr or less.
スパッタリング室と、 このスパッタリング室に連接して設けられ、この室から
導入される上記原料パウダーを含むガスを用いて、上記
原料パウダーを溶融したプラズマジェットを形成するプ
ラズマ形成室と、 このプラズマ形成室に連接して設けられ、内部に配され
た基板に向かって上記プラズマ形成室からプラズマジェ
ットが噴射される薄膜形成室とを備えたことを特徴とす
る薄膜形成装置。3. A sputtering chamber for forming a raw material powder of a thin film to be formed, and a raw material powder which is provided in connection with the sputtering chamber and is melted by using a gas containing the raw material powder introduced from the chamber. A plasma forming chamber for forming a formed plasma jet, and a thin film forming chamber provided in connection with the plasma forming chamber and from which the plasma jet is jetted from the plasma forming chamber toward a substrate disposed therein. A thin film forming apparatus characterized by the above-mentioned.
れることを特徴とする請求項３記載の薄膜形成装置。4. The thin film forming apparatus according to claim 3, wherein the pressure in the thin film forming chamber is reduced to 10 −4 Torr or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1161711A JP2765957B2 (en) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | Thin film forming method and thin film forming apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1161711A JP2765957B2 (en) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | Thin film forming method and thin film forming apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0328363A JPH0328363A (en) | 1991-02-06 |
| JP2765957B2 true JP2765957B2 (en) | 1998-06-18 |
Family
ID=15740428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1161711A Expired - Fee Related JP2765957B2 (en) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | Thin film forming method and thin film forming apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2765957B2 (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56136635A (en) * | 1980-03-29 | 1981-10-26 | Res Dev Corp Of Japan | Production of ultra-fine powder and particle utilizing arc plasma sputtering and its device |
| JPS6483651A (en) * | 1987-09-28 | 1989-03-29 | Fujitsu Ltd | Production of high-temperature superconductive film |
-
1989
- 1989-06-23 JP JP1161711A patent/JP2765957B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0328363A (en) | 1991-02-06 |
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