JP2844779B2 - Film formation method - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、シリコンやセラミック等の基材の表面に
金属膜層，金属窒化物膜層，金属酸化物膜層を形成する
膜形成方法に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a film forming method for forming a metal film layer, a metal nitride film layer, and a metal oxide film layer on a surface of a substrate such as silicon or ceramic. Things.
従来の膜形成方法としては、一般に下記に記述する方
法が行われている。As a conventional film forming method, a method described below is generally performed.
金属の真空蒸着とイオンビーム照射とを併用して膜
を形成するイオン蒸着薄膜形成法。An ion-deposited thin film forming method in which a film is formed by using both vacuum deposition of metal and ion beam irradiation.
活性気体中で膜を構成する材料の高周波プラズマを
発生させて、基材にバイアス電圧を印加して膜を形成す
るイオンプレーティング法。An ion plating method in which a high-frequency plasma of a material constituting a film is generated in an active gas, and a bias voltage is applied to a substrate to form the film.
プラズマCVD,熱CVD等の各種CVD法。 Various CVD methods such as plasma CVD and thermal CVD.
不活性ガスのイオンビームをターゲット材に照射し
てスパッタ効果により膜を形成するイオンビームスパッ
タ法。An ion beam sputtering method in which a target material is irradiated with an ion beam of an inert gas to form a film by a sputtering effect.
しかしながら上記のような方法では、つぎのような問
題がある。However, the above method has the following problems.
イオン蒸着薄膜形成法やイオンビームスパッタ法で
は、蒸着金属のエネルギを広範囲に渡って制御すること
は不可能である。また、一般の真空蒸着では、基材に蒸
着させる蒸発物質がCOSnθ則に依存した分布をもって蒸
発し基材に対して収束性がないために高価な蒸着物質
（金，白金等）を蒸着する場合は不経済である。In the ion deposition thin film forming method and the ion beam sputtering method, it is impossible to control the energy of the deposited metal over a wide range. In addition, in general vacuum evaporation, expensive evaporation materials (gold, platinum, etc.) are evaporated because the evaporation material evaporated on the substrate evaporates with a distribution dependent on the COS n θ rule and does not converge on the substrate. If you do, it is uneconomical.
イオンプレーティング法は、ガス圧力が10-2〜10-3To
rrと低いために形成する膜に不純物を多く含有し易い。
また、高周波プラズマで得られるエネルギは、高々数eV
と小さく金属元素のエネルギの制御性が悪い。In the ion plating method, the gas pressure is 10 -2 to 10 -3 To
Since the film thickness is as low as rr, a film to be formed easily contains many impurities.
The energy obtained by high-frequency plasma is at most several eV
And the controllability of the energy of the metal element is poor.
さらに、各種CVD法は、結晶性の良い膜を得るために
は、基材を高温に加熱する必要があり利用できる基材材
料に制限がある。In addition, various CVD methods require that the substrate be heated to a high temperature in order to obtain a film having good crystallinity, and there are limitations on the available substrate materials.
この発明の目的は、膜形成の材料の金属イオンビーム
および気体イオンビームの照射エネルギの制御性が良
く、結晶性の良い膜を経済的にかつ低温で形成すること
のできる膜形成方法を提供することである。An object of the present invention is to provide a film forming method which has good controllability of irradiation energy of a metal ion beam and a gas ion beam of a material for forming a film, and can form a film having good crystallinity economically and at a low temperature. That is.
この発明の請求項（１）の膜形成方法は、カウフマン
型やカスプ磁場を用いたバケット型の金属イオン源によ
る金属イオンビームおよび気体イオンビームを、同時ま
たは交互に基材に照射して膜形成を行うものである。The film forming method according to claim 1 of the present invention forms a film by simultaneously or alternately irradiating a base material with a metal ion beam and a gas ion beam from a Kaufman type or bucket type metal ion source using a cusp magnetic field. Is what you do.
請求項（２）の膜形成方法は、請求項（１）記載の膜
形成方法において、金属イオンビームの照射エネルギを
10KeV以下、気体イオンビームの照射エネルギを40KeV以
下とし、イオンビームの少なくともいずれか一方の基材
に照射する入射角を基材の法線に対して60゜以下とする
ものである。According to a second aspect of the present invention, in the film forming method of the first aspect, the irradiation energy of the metal ion beam is reduced.
The irradiation energy of the gas ion beam is set to 40 KeV or less, and the incident angle at which at least one of the base materials is irradiated with the ion beam is set to 60 ° or less with respect to the normal line of the base material.
請求項（３）の膜形成方法は、請求項（１）または
（２）記載の膜形成方法において、気体イオンビームの
気体が不活性ガスであり、形成される膜が金属膜のもの
である。According to a third aspect of the present invention, in the film forming method of the first or second aspect, the gas of the gaseous ion beam is an inert gas, and the formed film is a metal film. .
請求項（４）の膜形成方法は、請求項（１）または
（２）記載の膜形成方法において、気体イオンビームの
気体が窒素であり、形成される膜が金属窒化物膜のもの
である。According to a fourth aspect of the present invention, in the film forming method of the first or second aspect, the gas of the gas ion beam is nitrogen, and the formed film is a metal nitride film. .
請求項（５）の膜形成方法は、請求項（１）または
（２）記載の膜形成方法において、気体イオンビームの
気体が酸素であり、形成される膜が金属酸化物膜のもの
である。According to a film forming method of claim (5), in the film forming method of claim (1) or (2), the gas of the gas ion beam is oxygen, and the film to be formed is a metal oxide film. .
〔作用〕 この発明の膜形成方法の請求項（１）の構成による
と、金属イオンビームおよび気体イオンビームを同時ま
たは交互に基材に照射することにより、各イオンビーム
の照射エネルギを個別かつ広範囲に制御することがで
き、イオンビームの照射は方向性が良いので材料の無駄
がなく経済的であり、基材を高温に加熱する必要がな
い。[Operation] According to the film forming method of the present invention, the substrate is irradiated with the metal ion beam and the gas ion beam simultaneously or alternately, so that the irradiation energy of each ion beam can be individually and widely extended. Since the direction of irradiation of the ion beam is good, there is no waste of material and economical, and there is no need to heat the base material to a high temperature.
請求項（２）の構成によると、金属イオンビームの照
射エネルギを10KeV以下、気体イオンビームの照射エネ
ルギを40KeV以下とし、イオンビームの少なくともいず
れか一方の基材に照射する入射角を基材の法線に対して
60゜以下にすることにより、形成される膜のスパッタ効
果を小さくすることができる。According to the configuration of claim (2), the irradiation energy of the metal ion beam is set to 10 KeV or less, the irradiation energy of the gas ion beam is set to 40 KeV or less, and the incident angle of irradiating at least one of the base materials of the ion beam is set to the base material. Against the normal
By setting the angle to 60 ° or less, the sputtering effect of the formed film can be reduced.
請求項（３）の構成によると、気体イオンビームに用
いられる気体を不活性ガスにすることにより、形成され
る膜を金属膜にすることができる。According to the structure of claim (3), by forming the gas used for the gas ion beam into an inert gas, the film to be formed can be made a metal film.
請求項（４）の構成によると、気体イオンビームに用
いられる気体を窒素にすることにより、形成される膜を
金属窒化物膜にすることができる。According to the configuration of claim (4), the film formed can be a metal nitride film by changing the gas used for the gas ion beam to nitrogen.
請求項（５）の構成によると、気体イオンビームに用
いられる気体を酸素にすることにより、形成される膜を
金属酸化物膜にすることができる。According to the configuration of claim (5), the film formed can be a metal oxide film by changing the gas used for the gas ion beam to oxygen.
この発明の膜形成方法の一実施例を第１図に基づいて
説明する。One embodiment of the film forming method of the present invention will be described with reference to FIG.
この実施例では、IC基板に用いるAl2O3に熱伝導性の
良いAlN膜を形成した。In this example, an AlN film having good thermal conductivity was formed on Al 2 O 3 used for an IC substrate.
内部の真空度を８×10-5Torr以上の高真空に排気した
真空装置内（図示せず）において、ホルダ１に基材２を
固定した。この基材２は、IC回路基板となるAl2O3セラ
ミック材料である。そして、この基材２の下方にはカウ
フマン型やカスプ磁場を用いたバケット型の金属イオン
源４と気体イオン源５とが設けられている。この金属イ
オン源４は金属を、気体イオン源５は気体をイオン化し
て基材２の表面に照射する装置である。さらに、基材２
の前部側方には基材２の表面に形成される膜の膜厚を測
定する膜厚計３が設けられている。The substrate 2 was fixed to the holder 1 in a vacuum device (not shown) in which the degree of vacuum inside was evacuated to a high vacuum of 8 × 10 −5 Torr or more. This base material 2 is an Al 2 O 3 ceramic material to be an IC circuit board. A metal ion source 4 of a Kaufman type or a bucket type using a cusp magnetic field and a gas ion source 5 are provided below the base material 2. The metal ion source 4 is a device for ionizing a metal, and the gas ion source 5 is a device for ionizing a gas to irradiate the surface of the substrate 2. Further, the substrate 2
A film thickness meter 3 for measuring the film thickness of a film formed on the surface of the base material 2 is provided on the front side of the film.
上記のような構成において、室温（約23℃）の条件下
で、基材２の表面に金属イオン源４からアルミニウム
（Al）のAlイオンビーム４′と気体イオン源５から窒素
（N2）の窒素イオンビーム５′とを基材２の表面の法線
に対して各々０゜,10゜の角度にして1KeVの照射エネル
ギで照射した。なお、このときAlイオンビーム４′と窒
素イオンビーム５′とは同時に照射して、その照射量の
比は、Al/N＝１とした。そして、基材２の表面に膜厚が
10000Åの窒化アルミニウム（AlN）の膜を形成した。In the above configuration, at room temperature (about 23 ° C.), an aluminum (Al) Al ion beam 4 ′ from the metal ion source 4 and nitrogen (N 2 ) And the nitrogen ion beam 5 'at an angle of 0 ° and 10 ° with respect to the normal to the surface of the substrate 2 at an irradiation energy of 1 KeV. At this time, the Al ion beam 4 'and the nitrogen ion beam 5' were irradiated simultaneously, and the ratio of the irradiation amounts was Al / N = 1. Then, a film thickness is formed on the surface of the substrate 2.
An aluminum nitride (AlN) film of 10000Å was formed.
このようにして高真空度，低温度の条件下で、基材２
となるAl2O3セラミック材料との密着性が良く、良好な
結晶性で熱伝導性の良いAlN膜を形成することができ
た。In this way, under the conditions of high vacuum and low temperature, the substrate 2
An AlN film having good adhesion to the Al 2 O 3 ceramic material to be obtained, good crystallinity, and good thermal conductivity was able to be formed.
この発明の請求項（１）の膜形成方法は、金属イオン
ビームおよび気体イオンビームを同時または交互に基材
に照射することにより、各イオンビームの照射エネルギ
を個別かつ広範囲に制御することができ、イオンビーム
の照射は方向性が良いので材料の無駄がなく経済的であ
り、基材を高温に加熱する必要がなく、形成される膜の
不純物を少なくして組成を良くすることができる。According to the film forming method of claim 1 of the present invention, the irradiation energy of each ion beam can be individually and widely controlled by simultaneously or alternately irradiating the substrate with the metal ion beam and the gas ion beam. Irradiation with an ion beam has good directionality and is economical with no waste of material. There is no need to heat the substrate to a high temperature, and the composition of the film can be improved by reducing impurities in the formed film.
請求項（２）の膜形成方法は、金属イオンビームの照
射エネルギを10KeV以下、気体イオンビームの照射エネ
ルギを40KeV以下とし、イオンビームの少なくともいず
れか一方の基体に照射する入射角を基材の法線に対して
60゜以下にして各イオンビームを同時または交互に基材
に照射することにより、照射エネルギの制御性が良く、
形成される膜のスパッタ効果を小さくすることができ
る。According to a second aspect of the present invention, the irradiation energy of the metal ion beam is set to 10 KeV or less, the irradiation energy of the gas ion beam is set to 40 KeV or less, and the incident angle of irradiating at least one of the bases of the ion beam to the base is set. Against the normal
By irradiating the substrate simultaneously or alternately with each ion beam at 60 ° or less, the controllability of irradiation energy is good,
The sputtering effect of the formed film can be reduced.
請求項（３）の膜形成方法は、基体イオンビームに用
いられる気体を不活性ガスにすることにより、基材の表
面に金属膜を形成することができる。According to the film forming method of claim (3), a metal film can be formed on the surface of the substrate by changing the gas used for the substrate ion beam to an inert gas.
請求項（４）の膜形成方法は、気体イオンビームに用
いられる気体を窒素にすることにより、基材の表面に金
属窒化物膜を形成することができる。According to the film forming method of claim (4), a metal nitride film can be formed on the surface of the base material by changing the gas used for the gas ion beam to nitrogen.
請求項（５）の構成によると、気体イオンビームに用
いられる気体を酸素にすることにより、基材の表面に金
属酸化物膜を形成することができる。According to the structure of claim (5), the gas used for the gaseous ion beam is changed to oxygen, whereby the metal oxide film can be formed on the surface of the base material.
第１図はこの発明の膜形成方法を説明するための膜形成
装置の概念図である。 ２……基材、３……膜厚計、４……金属イオン源、４′
……Alイオンビーム、５……気体イオン源、５′……窒
素イオンビームFIG. 1 is a conceptual diagram of a film forming apparatus for explaining a film forming method of the present invention. 2 ... substrate, 3 ... film thickness gauge, 4 ... metal ion source, 4 '
... Al ion beam, 5 ... Gas ion source, 5 '... Nitrogen ion beam
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/48,14/06 - 14/14──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) C23C 14 / 48,14 / 06-14/14
Claims (5)
ト型の金属イオン源による金属イオンビームおよび気体
イオンビームを、同時または交互に基材に照射して膜形
成を行なう膜形成方法。1. A film forming method for forming a film by simultaneously or alternately irradiating a substrate with a metal ion beam and a gas ion beam from a Kaufman type or bucket type metal ion source using a cusp magnetic field.
KeV以下、前記気体イオンビームの照射エネルギを40KeV
以下とし、前記イオンビームの少なくともいずれか一方
の前記基材に照射する入射角を前記基材の法線に対して
60゜以下とする請求項（１）記載の膜形成方法。2. The irradiation energy of said metal ion beam is 10
KeV or less, the irradiation energy of the gaseous ion beam is 40 KeV
The following, the incident angle of irradiating at least one of the substrate of the ion beam with respect to the normal of the substrate
3. The film forming method according to claim 1, wherein the temperature is 60 ° or less.
であり、形成される前記膜が金属膜である請求項（１）
または（２）記載の膜形成方法。3. The gas of the gas ion beam is an inert gas, and the film formed is a metal film.
Or the film formation method according to (2).
り、形成される前記膜が金属窒化物膜である請求項
（１）または（２）記載の膜形成方法。4. The film forming method according to claim 1, wherein the gas of the gas ion beam is nitrogen, and the formed film is a metal nitride film.
り、形成される前記膜が金属酸化物膜である請求項
（１）または（２）記載の膜形成方法。5. The film forming method according to claim 1, wherein the gas of the gas ion beam is oxygen, and the formed film is a metal oxide film.
Priority Applications (1)
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| JP34277889A JP2844779B2 (en) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | Film formation method |
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1989
- 1989-12-29 JP JP34277889A patent/JP2844779B2/en not_active Expired - Fee Related
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