JP3275360B2 - 膜形成方法 - Google Patents

膜形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、各種膜を各種基体上
に形成して、例えば基体の耐摩耗性を向上させたり、基
体の耐食性を向上させたり、あるいは、各種機能を有す
る膜を基体上に形成して半導体分野に応用する等の際の
膜形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】基体上に膜を形成する方法には、例えば
CVD法(化学的気相法)やPVD法(物理的気相法)
等があり、更にこれらのCVD法やPVD法の中にも、
プラズマを用いるもの、熱を用いるもの、光を用いるも
の、あるいは蒸着を利用するもの、スパッタリングを利
用するもの等、各種の方法がある。
【0003】また、これらの方法には、それぞれ特徴が
あり、例えばCVD法は、一般的に膜の堆積速度(成膜
速度)が速く、また基体に対する膜の付回り性質(陰の
部分を作らずに膜が形成されること)が良い。しかしな
がら、原料ガスを分解させ、反応させ、基体上に膜を形
成するためには、基体を高温に加熱する必要があり、基
体にはこの温度に耐え得るものしか用いることができな
い。
【0004】また、PVD法の一種である蒸着法は、装
置が簡単で安価であり、かつ基体を加熱することなく膜
を形成することができるので、半導体分野等において用
いられる絶縁膜や配線材料の形成等に用いられるが、膜
の基体に対する密着力は前記CVD法に劣り、また化合
物より成る膜を形成するのが不得手である。
【0005】このように、上記のような各成膜方法には
それぞれ特徴があり、膜や基体の種類、更には使用目的
等によって、複数の方法を組み合わせて同一基体上に膜
を形成することも考えられている。例えば、膜の密着性
の良い第1の膜形成方法を用いて、密着性に優れた第1
の膜を基体上に形成した後に、成膜速度の高い第2の膜
形成方法を用いて、前記第1の膜の上に第2の膜を速い
速度で形成することが考えられ、このようにすれば、基
体上に密着強度の高い膜を高い成膜速度で形成すること
ができることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、複数の膜形
成方法を組み合わせる方法には、実際上は次のような問
題がある。即ち、第1の膜形成方法による第1の膜形成
装置内(即ち真空中)で処理された基体を一旦真空外に
取り出し、その後第2の膜形成方法による第2の膜形成
装置内(即ち真空中)において処理することにより、そ
の間に、先の工程において形成された第1の膜が大気に
触れることになり、その結果、第1の膜の表面が酸化さ
れ、これが次の工程にて当該第1の膜の上に形成される
第2の膜の特性に悪影響を及ぼすようになる。更に、第
1の膜が大気にさらされること等によって汚染されたり
腐食されたりする可能性があり、これが上記と同様、次
の工程にて当該第1の膜の上に形成される第2の膜の特
性を劣化させる危険性がある。つまり、第1の膜と第2
の膜との界面の状態が当初より予定していた状態と大き
く異なり、その結果、所要の膜特性が得られないという
問題が生じる。
【0007】これを解決するには、複数の膜形成方法を
真空下で連続的に行うことができる装置を構成すれば良
いことになるが、そのためには基体搬送用の複雑な搬送
機構等が必要になり、装置全体が大型化すると共にその
コストも嵩み、工業的に利用するのが困難になる。
【0008】そこでこの発明は、第1の膜形成装置によ
って基体上に第1の膜を形成した上に第2の膜形成装置
によって第2の膜を更に形成する方法において、基体を
一旦真空外に取り出す場合でも、第1の膜の酸化、汚染
および腐食を防いで、その上に形成される第2の膜の密
着性低下、特性劣化等を防止することができる膜形成方
法を提供することを主たる目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の膜形成方法は、第1の膜形成装置におい
て基体上に第1の膜を形成した後、同装置内において第
1の膜上に当該膜を保護する保護膜を形成し、その後こ
の基体を第1の膜形成装置から取り出して第2の膜形成
装置内に収納し、この第2の膜形成装置において前記保
護膜を除去した後、前記第1の膜上に前記第2の膜を形
成することを特徴とする。
【0010】
【作用】上記方法によれば、基体上に第1の膜を形成し
たのと同じ第1の膜形成装置内で第1の膜上に保護膜を
形成し、この保護膜を、第2の膜を形成するのと同じ第
2の膜形成装置内で除去するので、第1の膜形成装置で
基体上に第1の膜を形成した後に基体を一旦真空外に取
り出すにしても、第1の膜が大気に触れることがない。
従って、第1の膜の酸化、汚染および腐食を防いで、そ
の上に形成される第2の膜の密着性低下、特性劣化等を
防止することができる。
【0011】
【実施例】図1は、この発明に係る膜形成方法に使用す
る第1の膜形成装置の一例を示す概略図であり、図2
は、この発明に係る膜形成方法に使用する第2の膜形成
装置の一例を示す概略図である。
【0012】第1の(図1の)膜形成装置は、基本的に
は真空蒸着とイオン照射を併用する方法によって膜を形
成する装置であり、図示しない真空排気装置によって真
空排気される真空容器2と、この真空容器2内に収納さ
れた基体14に蒸発粒子8を蒸着させて膜を形成する蒸
発源6と、同基体14に向けてイオン12を照射するイ
オン源10とを備えている。真空容器2内には、基体1
4を保持するホルダ4が設けられている。
【0013】第2の(図2の)膜形成装置は、基本的に
はCVD法によって膜を形成する装置であり、排ガス処
理装置40を経由して図示しない真空排気装置によって
真空排気される真空容器22を備えている。この真空容
器22内には、この例では互いに連通する反応室22a
および前処理室22bが形成されている。
【0014】反応室22aは、成膜を行う部屋であり、
その内側には基体14を保持するホルダ24aが、その
外側には基体14を加熱するヒータ26が、それぞれ設
けられている。またこの反応室22aにはガス源28、
30および蒸発器32が接続されていて、それらから原
料ガス(反応ガスとキャリヤガスとの混合ガス)34が
導入される。
【0015】前処理室22bは、先の工程で基体14上
に形成された保護膜17を除去するための部屋であり、
その内側には基体14を保持するホルダ24bが設けら
れており、壁面にはホルダ24b上の基体14に向けて
不活性ガスイオン38を照射するイオン源36が設けら
れている。
【0016】これらの膜形成装置を用いて、基体14上
に第1の膜16および第2の膜18を形成する方法の一
例を示すと次のとおりである。
【0017】まず、第1の膜形成装置内のホルダ4に所
要の基体14を取り付け、真空容器2内を所定の真空度
に排気した後、蒸発源6からの蒸発粒子8を基体14上
に蒸着させるのと同時、交互あるいは蒸着後に、イオン
源10からのイオン12を基体14に向けて照射する。
これによって、基体14上に第1の膜16が形成され
る。このとき、イオン12に蒸発粒子8と反応するもの
を用いれば、膜16として化合物膜を形成することもで
きる。また、この第1の膜16と基体14との界面に
は、イオン12の押し込み作用によって、基体14およ
び膜16の構成元素より成る混合層が形成され、これに
よって膜16の基体14に対する密着性が著しく向上す
る。
【0018】その後、同装置内において、例えば、蒸発
源6からの蒸発粒子8の蒸着のみによって(即ちイオン
源10を使用せずに)、第1の膜16の上に当該膜16
を保護する保護膜17を形成する。この保護膜17は、
例えば金属膜であるが、その他、各種酸化物膜、窒化物
膜、炭化物膜、ホウ化物膜等でも良い。このように保護
膜17を形成するのに、第1の膜16を形成するのに使
用した蒸発源6を用いれば、保護膜17の形成が非常に
簡単になる。
【0019】このようにして保護膜17を形成した後、
基体14を第1の膜形成装置の真空容器2から外に(即
ち大気中に)取り出し、第2の膜形成装置の真空容器2
2内に収納する。具体的にはこの例では、基体14をま
ず前処理室22b内のホルダ24bに取り付け、真空容
器22内を所定の真空度に排気した後、イオン源36か
ら不活性ガスイオン(例えばアルゴンイオン)38を引
き出してそれを基体14上の保護膜17に照射し、スパ
ッタリングによって当該保護膜17を除去する。この保
護膜17が完全に除去されたか否かは、例えば、そのス
パッタレートが分かっているから、スパッタリングの時
間を管理することによって知ることができる。
【0020】保護膜17を完全に除去したら、基体14
を図示しない移送手段によって反応室22a内に移送
し、そこに所望の原料ガス34を導入すると共にヒータ
26によって基体14を加熱する。これによって、基体
14の表面における原料ガス34の化学反応によって、
基体14上の第1の膜16上に、所望の第2の膜18が
形成される。
【0021】上記の場合、第1の膜16と第2の膜18
とは互いに同種の膜でも良いし、異種の膜でも良い。
【0022】次に、この発明に従ったより具体的な実施
例と、従来例相当の比較例とについて説明する。
【0023】実施例 まず、超硬合金(K10種)より成る基体14を図1の
装置のホルダ4に設置し、真空容器2内を真空排気して
1×10-6Torr以下の真空度に保持する。その後、
蒸発源6よりチタン(Ti)を蒸発させてそれを基体1
4上に蒸着させると同時に、イオン源10よりイオン1
2として窒素イオンを加速エネルギー10KeVにて引
き出してそれを基体14に向けて照射し、これによって
基体14上に、第1の膜16として、窒化チタン(Ti
N)膜を1μmの膜厚に成膜した。このとき、窒化チタ
ン膜内のチタンと窒素の原子数比(Ti/N組成比)が
1となるように、チタンの蒸発量と窒素イオンの照射量
とを調整した。
【0024】その後、蒸発源6よりシリコン(Si)を
蒸発させ、上記基体14上の窒化チタン膜上に、保護膜
17として、シリコン膜を200nmの膜厚に成膜し
た。
【0025】次に、当該基体14を装置より取り出し、
図2に示した装置の前処理室22b内に納め、真空容器
22内を真空排気して1×10-6Torr以下の真空度
に保持した。そして、イオン源36より不活性ガスイオ
ン38としてアルゴンイオンを加速エネルギー3KeV
にて引き出してそれを基体14の表面に形成されている
シリコン膜に照射し、スパッタリングによって当該シリ
コン膜を除去した。このとき、アルゴンイオンはシリコ
ン膜の表面に対する法線より45度の角度で照射し、予
め実験によって求めていたアルゴンイオンによるシリコ
ンのスパッタ率を元に、スパッタリング時間を調整する
ことにより、シリコン膜厚200nm分をスパッタリン
グによって除去した。
【0026】次に、真空容器22内の真空度を1×10
-6Torr以下の真空度に保ったまま、基体14を反応
室22a内に移送してホルダ24a上に載せた。その
後、蒸発器32からのTiCl4、ガス源28からのCH
4 およびガス源30からのH2を混合して原料ガス34
として反応室22a内に導入し、かつヒータ26によっ
て基体14を約1000℃に加熱し、基体14上の膜1
6上に、第2の膜18として、炭化チタン(TiC)膜
を1μmの膜厚に成膜した。このとき、炭化チタン膜内
のチタン炭素の原子数比(Ti/C組成比)が1となる
ように、各ガスの流量を調整した。
【0027】比較例 上記実施例と同じく、図1および図2に示す装置を用い
て、基体14上に第1の膜16として窒化チタン膜を形
成し、その上に第2の膜18として炭化チタン膜を形成
した。但し、図1の装置を用いて窒化チタン膜を形成し
た後、保護膜17としてのシリコン膜は形成せず、その
まま基体14を大気中に取り出し、そして図2の装置に
納めた。
【0028】評価 上記実施例と比較例の膜を、AE(アコースティックエ
ミッション)センサ付自動スクラッチ試験機を用いて荷
重を連続的に増加させながら引っ掻き、膜が剥離した際
にAE信号が急激に立ち上がる荷重で膜の密着強度を測
定した。その結果、実施例のものは35Nで膜が基体1
4より剥離したのに対して、比較例のものは18Nで窒
化チタン膜と炭化チタン膜との界面にて膜が剥離した。
【0029】また、実施例と比較例の膜について、窒化
チタン膜と炭化チタン膜との界面を光電子分光法(XP
S)によって分析したところ、比較例の窒化チタン膜の
表面からはチタンの酸化物が検出され、実施例のものか
らは検出されなかった。この窒化チタン膜と炭化チタン
膜との界面の酸化物の生成が比較例の膜の密着性を劣る
ものにしたと考えられ、これは比較例において、窒化チ
タン膜の上に炭化チタン膜を形成する途中で基体14を
大気に曝したことによって生じたものと考えられる。こ
れにより、この発明による膜形成方法が、膜の密着性等
を優れたものにすることが確かめられた。
【0030】なお、第1および第2の膜形成装置におけ
る成膜の方法は、互いに異種の成膜方法である限りにお
いて、上記実施例のような、真空蒸着とイオン照射の併
用法およびCVD法に限定されるものではなく、各種C
VD法および各種PVD法を任意に組み合わせることが
できる。
【0031】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、第1の
膜形成装置における成膜方法と、それとは異種の第2の
膜形成装置における成膜方法とを、それぞれの特徴を生
かして互いに組み合わせて同一基体上への成膜に使用す
ることができるので、基体上に特性の優れた膜を形成す
ることができる。しかも、第1の膜形成装置によって基
体上に第1の膜を形成した上に第2の膜形成装置によっ
て第2の膜を更に形成する際に、基体を一旦真空外に取
り出す場合でも、第1の膜の上に形成した保護膜によっ
て、第1の膜の酸化、汚染および腐食を防ぐことがで
き、それによってその上に形成される第2の膜の密着性
低下、特性劣化等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に係る膜形成方法に使用する第1の
膜形成装置の一例を示す概略図である。
【図2】 この発明に係る膜形成方法に使用する第2の
膜形成装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
2 真空容器 6 蒸発源 10 イオン源 14 基体 16 第1の膜 17 保護膜 18 第2の膜 22 真空容器 22a 反応室 22b 前処理室 26 ヒータ 34 原料ガス 36 イオン源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−289621(JP,A) 特開 平5−275342(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/203 - 21/205

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器内に収納された基体に膜を形成
    する第1の膜形成装置と、前記とは別の真空容器内に収
    納された基体に第1の膜形成装置とは異種の成膜方法に
    よって膜を形成する第2の膜形成装置とを用い、第1の
    膜形成装置によって基体上に第1の膜を形成した上に、
    第2の膜形成装置によって第2の膜を更に形成する膜形
    成方法において、前記第1の膜形成装置において基体上
    に前記第1の膜を形成した後、同装置内において第1の
    膜上に当該膜を保護する保護膜を形成し、その後この基
    体を第1の膜形成装置から取り出して前記第2の膜形成
    装置内に収納し、この第2の膜形成装置において前記保
    護膜を除去した後、前記第1の膜上に前記第2の膜を形
    成することを特徴とする膜形成方法。
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