JP3988982B2

JP3988982B2 - ＳｉＣＮ薄膜の形成方法

Info

Publication number: JP3988982B2
Application number: JP2001374123A
Authority: JP
Inventors: 阿川　　義昭; 正人木内; 貴臣松谷
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Ulvac Inc
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Ulvac Inc
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: JP2003171767A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に窒化炭化ケイ素薄膜（ＳｉＣＮ薄膜）を形成する方法に関し、この方法は、基板上に薄膜を形成する産業分野、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、磁気ディスク、半導体レーザ等の分野や、耐摩擦摩耗性の硬質薄膜が必要とされる産業分野で利用できる。
【０００２】
【従来の発明】
従来のＳｉＣＮ薄膜形成方法を実施するための成膜装置の概略の構成を図１に示す。この成膜装置は、成膜チャンバー（以下、チャンバーと称す。）１に真空排気システム及びガス導入系が設けられたものである。チャンバー１内には、ＳｉＣＮ薄膜を形成するための基板２が基板ホルダー３上に固定して取り付けられており、この基板ホルダーの背面には基板を加熱するための加熱ヒータ４が取り付けられている。基板ホルダー３は、図中には示されていないが、チャンバー１内にブラケット等で固定されている。基板としては、ＳｉやＳｉＣからなる基板が用いられている。チャンバー１には、このチャンバーを排気するための高真空ポンプ５が仕切バルブ６を介して取り付けられ、さらに、チャンバー１と仕切バルブ６との間にコンダクタンスバルブ７が取り付けられている。
【０００３】
また、チャンバー１には、Ｓｉ、Ｃ及びＮのそれぞれの原料のガス導入系８、９及び１０が、それぞれ、ガス導入チューブを介して接続されている。すなわち、ガス導入系８としては、仕切バルブ８−１、ガス流量調整器（マスフローコントローラ）８−２、仕切バルブ８−３、ガス圧力調整器（レギュレータ）８−４及びガスボンベ８−５が、また、ガス導入系９としては、仕切バルブ９−１、ガス流量調整器９−２、仕切バルブ９−３、ガス圧力調整器９−４及びガスボンベ９−５が、この順序で、それぞれ、ガス配管で接続されている。ガスボンベ８−５にはシランガス（ＳｉＨ_４）が充填されており、ガスボンベ９−５にはプロパンガス（Ｃ_３Ｈ_８）が充填されている。さらに、ガス導入系１０としては、仕切バルブ１０−１、ガス流量調整器１０−２、仕切バルブ１０−３、ガス圧力調整器１０−４及びガスボンベ１０−５が、この順序で、それぞれ、ガス配管で接続されている。ガスボンベ１０−５には窒素ガスが充填されている。
【０００４】
図１に示す装置を用いて、以下のようにして、熱ＣＶＤプロセスにより基板上にＳｉＣＮ膜を形成する。
まず、仕切バルブ６とコンダクタンスバルブ７を開にし、真空ポンプ５を駆動させてチャンバー１内の真空排気を行う。チャンバー１内が１０^−３Ｔｏｒｒ以下に到達した時点で、それぞれのガス導入系８、９において、仕切バルブ８−１及び８−３、並びに９−１及び９−３を開にし、ガス流量調整器８−２、９−２を調整して、ガス圧力調整器８−４、９−４の２次圧力を約１気圧（絶対圧力）に設定し、２つのガスボンベ８−５、９−５から、それぞれ、シランガス、プロパンガスの所定量をチャンバー１内に導入する。一方、ガス導入系１０においても、仕切バルブ１０−１及び１０−３を開にし、ガス流量調整器１０−２を調整して、ガス圧力調整器１０−４の２次圧力を約１気圧（絶対圧力）に設定し、ガスボンベ１０−５から、窒素ガスの所定量をチャンバー１内に導入する。この３種類のガスを、基板ホルダー３に固定した基板２の上に導入する。この３種類のガスは基板ホルダー３上の基板表面に降り注ぎ、堆積していく。コンダクタンスバルブ７の開放度を調節し、成膜中の圧力を２０〜３０Ｔｏｒｒに設定する。このようにして、基板２の表面上にＳｉとＣとＮとＨとが積層する。
【０００５】
次いで、加熱ヒータ４を用いて基板ホルダー３を８００℃〜９００℃程度まで加熱し、基板２を高温の状態にすると、膜中に含有しているＨが抜けていき、膜中に純度の高いＳｉＣＮが残る。処理された基板を真空中で室温に近い温度まで暫く冷却した後、図中には示されていないが、ベントバルブを開放し、チャンバー１内を大気圧に戻して、基板取り出し窓よりＳｉＣＮ膜が形成された基板を取り出す。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
従来のシランガスとプロパンガスと窒素ガスとを用いた単純な熱ＣＶＤプロセスによるＳｉＣＮ成膜方法では、成膜温度を非常に高温（８００℃以上）にする必要があり、低温プロセスでのＳｉＣＮ成膜には対応できないという問題があった。
本発明の課題は、従来技術のもつ上記問題点を解決することにあり、低温プロセスで、簡単にかつ再現性良くＳｉＣＮ薄膜を形成する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＳｉＣＮ薄膜の形成方法は、成膜チャンバー内に設置された基板上にＳｉＣＮ薄膜を形成する方法であって、ヘキサメチルジシラン [( ＣＨ _３ ) _６ ( Ｓｉ ) _２ ]を気化せしめて得た材料ガスを、１以上の加熱手段により所定の温度に保持しながら該基板上に吹き付け、一方、質量分離機構を有しないイオンビーム照射装置により、窒素ガス及びアンモニアガスの少なくとも１種、又は窒素ガス及びアンモニアガスの少なくとも１種と、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ及び水素ガスから選ばれた少なくとも１種との混合ガスから発生させたイオンビームを該材料ガスの吹き付けと同時に該基板上に照射し、３００℃以下、好ましくは室温〜３００℃、さらに好ましくは室温〜１００℃でＳｉＣＮ薄膜を形成することからなる。３００℃を超えると有機物等のような耐熱性に劣る材料を使用することができない。本発明の方法によれば、室温のような低温でも、所望のＳｉＣＮ薄膜を形成することができる。
【０００８】
この場合、前記イオンビームを、イオンビーム照射装置に設けられたマイクロ波発生装置により、窒素ガス及びアンモニアガスの少なくとも１種、又は窒素ガス及びアンモニアガスの少なくとも１種と、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ及び水素ガスから選ばれた少なくとも１種との混合ガスにマイクロ波を照射し発生させたプラズマ中のイオンから形成して、該イオンビームを照射してＳｉＣＮ薄膜を形成することが好ましい。また、前記イオンビームを、３００ｅＶ以下で基板上に照射せしめることが好ましい。
本発明のＳｉＣＮ薄膜の形成方法は、成膜チャンバーに、真空排気系と、材料ガス導入系と、質量分離機構を有しないイオンビーム照射装置とを備え、材料ガス導入系が、ヘキサメチルジシラン [( ＣＨ _３ ) _６ ( Ｓｉ ) _２ ] を充填するボトルと、ボトルを所定の温度に保持する第１の加熱手段としての恒温槽と、気化されたヘキサメチルジシラン [( ＣＨ _３ ) _６ ( Ｓｉ ) _２ ] を輸送するガス配管と、ガス配管の周囲に設けられた第２の加熱手段としてのベークオーブンと、ガス配管の下流側に設けられた材料ガス導入パイプ部分と、この材料導入パイプ部分の温度を調整するヒータ線とからなり、イオンビーム照射装置が、マイクロ波発生装置と、イオン源と、プラズマ生成用ガス導入系とからなるＳｉＣＮ薄膜形成装置を用いて、該成膜チャンバー内に設置された基板上にＳｉＣＮ薄膜を形成する方法であって、ヘキサメチルジシラン [( ＣＨ _３ ) _６ ( Ｓｉ ) _２ ] を気化せしめて得た材料ガスを、該各加熱手段により所定の温度に保持しながら輸送して該基板上に吹き付け、一方、マイクロ波発生装置により、プラズマ生成用ガス導入系から導入された窒素ガス及びアンモニアガスの少なくとも１種、又は窒素ガス及びアンモニアガスの少なくとも１種と、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ及び水素ガスから選ばれた少なくとも１種との混合ガスにマイクロ波を照射し、発生せしめたプラズマ中のイオンを用いたイオンビームを該材料ガスの吹き付けと同時に３００ｅＶ以下で該基板上に照射し、３００℃以下でＳｉＣＮ薄膜を形成することを特徴とする。このようにして得られたＳｉＣＮ薄膜が、Ｓｉ−Ｃ結合、Ｓｉ−Ｎ結合、Ｃ＝Ｎ結合及びＣ≡Ｎ結合を有することが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態として、成膜チャンバーに真空排気系、ガス導入系、質量分離機構を有しないイオンビーム照射装置が設けられたＳｉＣＮ薄膜形成装置を用いて、該チャンバー内に設置された基板上にＳｉＣＮ薄膜を形成する方法について説明する。図２に、本発明のＳｉＣＮ薄膜の形成方法を実施するための成膜装置の一構成例を模式的に示す。
本成膜装置は、ステンレススチール等の金属製の成膜チャンバー（以下、チャンバーと称す。）に、真空排気系、ガス導入系、並びにマイクロ波発生装置及びイオン源を有するイオンビーム照射装置を設けて構成されている。なお、イオン源としては、無電極イオン源であるマイクロ波イオン源であれば良い。
【００１０】
チャンバー１１内には、基板ステージ１２が設けられ、この基板ステージ上に基板１３が取り付けられる。基板としては、Ｓｉ（１００）からなる基板が用いられる。基板ステージ１２には、碍子１４を介して、基板サポート１５が取り付けられている。基板ステージ１２にはまた、チャンバー１１の壁面を貫通して取り付けられた電流導入端子１６を介して、バイアス電源１７がケーブルで接続され、この電流導入端子はバイアス電源のマイナス出力端子にケーブルで接続されている。バイアス電源１７のプラス端子側はアースに接地されている。このように、バイアス電源１７からの直流電圧が基板ステージ１２に印加できるように構成して、以下述べるマイクロ波発生装置により出力されたマイクロ波で生じたプラズマに作用し、プラズマ中のイオンを基板上に照射できるようになっている。また、チャンバー１１には、電離真空計等の真空計１８が取り付けられ、チャンバー内の真空度を測定し、モニターできるようになっており、また、ベントバルブ１９が取り付けられ、チャンバー内を排気できるようになっている。
【００１１】
チャンバー１１に接続された高真空排気システム２０は、仕切バルブ２０−１、高真空排気ポンプ（例えば、拡散ポンプ）２０−２、仕切バルブ２０−３、油回転ポンプ（以下、ロータリポンプと称す。）２０−４からなり、これらがこの順次で金属製真空配管で接続されている。仕切バルブ２０−３とロータリポンプ２０−４との間にはピラニ真空計のような真空計２０−５が取り付けられ、チャンバー１１内の圧力を測定し、モニターできるようになっている。
【００１２】
チャンバー１１の壁面を貫通して取り付けられた材料ガス導入系２１は、チャンバー１１内に設けられた材料ガス導入パイプ部分２１−１の先端開口部が基板１３の表面上に向けられ、基板に材料ガスが十分に供給されるように構成されている。チャンバー内に設けられている材料ガス導入パイプ部分には、ヒータ線のような加熱手段２１−２が巻回されており、材料ガス温度を適宜に調整できるようになっている。材料ガス導入系２１のチャンバー１１の外側には、仕切バルブ２１−３、マスフローコントローラ（ガス流量調整器）２１−４、仕切バルブ２１−５、ヘキサメチルジシラン（沸点：１１３℃）のような材料２１−６が充填されたボトル２１−７がこの順序で配設され、それぞれがガス配管により接続されている。材料の充填されたボトル２１−７は、恒温槽２１−８内に置かれて加熱できるようになっている。チャンバー１１の外壁面から仕切バルブ２１−５とボトル２１−７との接続部分までは、ガス配管を含めてベークオーブンのような加熱手段２１−９で覆って所定の温度を保持できるように構成されている。ボトル２１−７にはフローメータ２１−１０が設けられ、このフローメータは後述するイオン源のプラズマ生成用ガス導入系に接続されている。
【００１３】
プラズマ生成用ガスを励起するためのマイクロ波発生装置２２は、マイクロ波を導入するためのアンテナ管２２−１、直流電圧をカットするためのＤＣカットユニット（以下、ＤＣカットと呼称。）２２−２、スリースタブチューナ（以下、単にチューナと呼称。）２２−３、入射／反射検出器（以下、ＰｒＰｆユニットと呼称。）２２−４、アイソレータ２２−５、マイクロ波発振器２２−６からなり、これらがこの順序で直接に又は導波管を介して、直線的又は屈曲して接続されている。これらの２２−１〜２２−６の要素は電気的な接触を持って組み立てられ、マイクロ波電源に接続されている。
【００１４】
チューナ２２−３は、マイクロ波をチャンバー１１内に導入する際に、プラズマが発生する前と発生した直後とではマイクロ波に対する負荷が違い、それに伴ってマイクロ波の反射の度合いが違ってくることから、負荷の違いによる反射の度合いを変えるために用いるものであり、電界（Ｅ）、磁界（Ｂ）を変化させ、反射を軽減する機能を有する。スリースタブチューナの場合には、例えば、３本の金属棒２２−３ａを導波管内に差し込むことによって反射の度合いを調節する。
入射／反射検出器２２−４は、上記のようにマイクロ波が反射される際の電力と負荷に入力される際の電力とを検出し、モニターして、マイクロ波電力を所定の値に調整するためのものである。
【００１５】
また、アイソレータ２２−５は、マイクロ波発振器２２−６より出力されたマイクロ波のうち反射されたマイクロ波が発振器に戻ってくると、これが発振器中のマグネトロン（管球）に照射されてマグネトロンの寿命を縮めてしまうので、そのために、反射されたマイクロ波のパワーを吸収するためのものである。
なお、チューナ２２−３の下流側には、例えば、キャビティ部が接続されていてもよく、このキャビティ部の下面には複数個のスリットが設けられ、マイクロ波はこれらのスリットから漏れ出し、チャンバー１１内に導入され得る。
【００１６】
チャンバー１１に設けられたイオン源２３には、マイクロ波発生装置２２及びプラズマ生成用ガス導入系２４が接続されている。マイクロ波発生装置２２からのマイクロ波及びプラズマ用ガス導入系２４からのガスがイオン源２３内に導入されるとプラズマが発生し、チャンバー１１内にプラズマが導入できるように構成されている。このガス導入系２４は、仕切バルブ２４−１、マスフローコントローラ（ガス流量調整器）２４−２、仕切バルブ２４−３、レギュレータ（ガス圧力調整器）２４−４、プラズマ生成用ガスが充填されたガスボンベ２４−５からなり、この順序でチャンバー１１に金属製ガス配管で接続されている。
【００１７】
また、上記成膜装置では、原料ガスを解離（励起）するためにプラズマ（イオン）を照射する手段を用いたが、電子ビーム発生装置で電子を照射して励起する手段を用いても良い。
なお、上記薄膜形成装置を用いる場合、照射するイオンとしては、上記したように、窒素ガスやアンモニアの単独若しくは混合ガス、又はこの単独ガス若しくは混合ガスと、希ガスであるＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅや水素ガスとの混合ガスから得られたイオンを用いることでき、また、材料物質としては、例えば、ヘキサメチルジシラン、テトラエチルシラン[Ｓｉ(Ｃ_２Ｈ_５)_４]等の、少なくとも炭素、ケイ素、水素を含み、液体である有機ケイ素を用いることができる。
【００１８】
【実施例】
図２に示す成膜装置を用いて、低温プロセスにより、基板上にＳｉＣＮ薄膜を以下のようにして形成した。
【００１９】
まず、高真空排気システム２０を稼働させてチャンバー１１内及びイオン源２３内を１０^−５Ｔｏｒｒ以下に到達せしめ、その時点で材料ガス導入系２１を稼働させた。まず、プラズマ生成用ガス（窒素ガス）のガスボンベ２４−５の元バルブを開放し、ガス圧力調整器２４−４の２次側圧力を１気圧（絶対圧力）に設定し、フローメータ２１−１０のガス流量調整つまみを調整し、ガス流量を約１００ｓｃｃｍに設定して窒素ガスを流した。この状態で窒素ガスをボトル２１−７内のヘキサメチルジシラン（約２００ｍｌ）２１−６の液体中に導入し、バブリングさせて、ヘキサメチルジシランガスを材料ガス導入系２１のガス導入パイプ２１−１を介してチャンバー１１内に輸送した。すなわち、恒温槽２１−８に電力を投入し、ヘキサメチルジシラン収容のボトル２１−７を室温より少し高めになるように加熱し、材料ガスが発生したら仕切バルブ２１−３及び仕切バルブ２１−５を開にし、ガス流量調整器２１−４を調整し、ガス導入パイプ２１−１内を通過させて基板１３の表面に気化されたガスを吹き付けた。この時、ヒータ線２１−２とベークオーブン２１−９とを所定の温度に設定し、気化したヘキサメチルジシランガスがチャンバー１１内のガス導入パイプ２１−１を含めて配管内部で冷却されて凝結しないようにした。この状態でガス導入パイプ２１−１の先端開口部からヘキサメチルジシランガスを基板１３の表面に吹き付けた。
【００２０】
次に、窒素ガスボンベ２４−５のバルブを開けて圧力調整器２４−４の２次圧力を約１気圧（絶対圧力）に設定し、さらに、仕切バルブ２４−１及び２４−３を開け、マスフローコントローラ２４−２のガス流量を３〜５ｓｃｃｍに設定し、イオン源２３内に所定量の窒素ガスを供給した。
イオン源２３内に窒素ガスが投入された状態で、マイクロ波電源を入れ、マイクロ波発振器２２−６よりマイクロ波を約１５０Ｗ出力し（周波数：２．４５ＧＨｚ）、チューナ２２−３で入射／反射検出器２２−４を観察しながらマイクロ波のパワーを調整した。次いで、ＤＣカット２２−２、アンテナ管２２−１を介してイオン源２３内にマイクロ波を導入し、前記したように導入された窒素ガスを電離し、窒素プラズマを発生させた。シリコン基板１３とイオン源２３の出口との間は約５０ｍｍ（ｄ）離れている。
【００２１】
この状態で、バイアス電源１７より直流電圧を基板ステージ１２に−５０Ｖ出力し、基板１３に印加して、イオン源２３からの窒素イオンを基板１３上に照射した。この時、ガス導入パイプ２１−１から基板１３上に吹き付けられたヘキサメチルジシランガスと窒素イオンとが混合して基板に付着した。
基板１３に所定のエネルギーを持った窒素イオンを投入すると、ヘキサメチルジシランガスが解離、電離して、様々な分子状イオンとなった。このように色々な分子となったものが基板１３に印加した電圧（約５０Ｖ）に相当するエネルギーをもって基板１３上に照射された。この状態で、イオン源２３からのプラズマの輻射により低温（３０℃）で、ＳｉＣＮ薄膜が基板１３上に形成された。
【００２２】
上記したようにして得られたＳｉＣＮ薄膜の赤外透過スペクトルを図３示す。この図から明らかなように、波数７９５ｃｍ^−１（Ｓｉ−Ｃ）、９５０ｃｍ^−１（Ｓｉ−Ｎ）、１５８０ｃｍ^−１（Ｃ＝Ｎ）、２１５０ｃｍ^−１（Ｃ≡Ｎ）に特有のスペクトルが現れており、ＳｉＣＮが成長していることが確認された。
また、図４に上記ＳｉＣＮ薄膜のＡＦＭ像を示す。この図から明らかなように、得られた薄膜は、ピンホールが無く、平坦性に優れている膜（粗さＲＭＳ：０．２ｎｍ以下）であることが判る。
【００２３】
上記実施例では、有機ケイ素であるヘキサメチルジシランを解離（励起）するための方法としてイオン源を利用して得た窒素イオンを照射したが、窒素雰囲気中で電子ビーム発生装置を用いて電子を照射し、励起しても同じ効果が得られた。
また、照射するイオンとして上記実施例では窒素イオンを用いたが、その他に、照射するイオンとして、アンモニアガスや、窒素ガス又はアンモニアガスと希ガスＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅや水素ガスとの混合ガスから得られたイオンを用いても同様な結果が得られる。
材料ガス物質として上記実施例ではヘキサメチルジシランを用いたが他の液体有機ケイ素、例えば、テトラエチルシラン等を用いても同様なＳｉＣＮ薄膜が得られる。
【００２４】
【本発明の効果】
本発明によれば、へキサメチルジシランのような液体有機ケイ素のガスをＳｉ等からなる基板に吹き付け、一方、イオン源を用いて少なくとも窒素ガス等のプラズマイオンを発生させて、所定のエネルギーを持ったイオンを有機ケイ素ガスと同時に基板表面に対して照射すると、室温のような低い成膜温度でＳｉＣＮ薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の熱ＣＶＤ法を実施するために用いるＳｉＣＮ成膜装置の概略の構成図。
【図２】本発明によりＳｉＣＮ薄膜を形成するために用いる成膜装置の概略の構成図。
【図３】本発明の方法に従って得たＳｉＣＮ薄膜に対する赤外透過スペクトルを示す図。
【図４】実施例の方法の従って得たＳｉＣＮ薄膜に対するＡＦＭ像を示す顕微鏡写真。
【符号の説明】
１成膜チャンバー２基板
３基板ホルダー５真空ポンプ
８、９、１０ガス導入系１１成膜チャンバー
１２基板ステージ１３基板
１７バイアス電源２０真空排気系
２１材料ガス導入系２２マイクロ波発生装置
２３イオン源２４プラズマ生成用ガス導入系

Claims

成膜チャンバー内に設置された基板上にＳｉＣＮ薄膜を形成する方法であって、ヘキサメチルジシラン [( ＣＨ _３ ) _６ ( Ｓｉ ) _２ ]を気化せしめて得た材料ガスを、１以上の加熱手段により所定の温度に保持しながら輸送して該基板上に吹き付け、一方、質量分離機構を有しないイオンビーム照射装置により、窒素ガス及びアンモニアガスの少なくとも１種、又は窒素ガス及びアンモニアガスの少なくとも１種と、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ及び水素ガスから選ばれた少なくとも１種との混合ガスから発生させたイオンビームを該材料ガスの吹き付けと同時に該基板上に照射し、３００℃以下でＳｉＣＮ薄膜を形成することを特徴とするＳｉＣＮ薄膜の形成方法。
前記イオンビームを、イオンビーム照射装置に設けられたマイクロ波発生装置により、窒素ガス及びアンモニアガスの少なくとも１種、又は窒素ガス及びアンモニアガスの少なくとも１種と、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ及び水素ガスから選ばれた少なくとも１種との混合ガスにマイクロ波を照射し発生させたプラズマ中のイオンから形成して、該イオンビームを照射してＳｉＣＮ薄膜を形成することを特徴とする請求項１記載のＳｉＣＮ薄膜の形成方法。
前記イオンビームを、３００ｅＶ以下で基板上に照射せしめることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳｉＣＮ薄膜の形成方法。
成膜チャンバーに、真空排気系と、材料ガス導入系と、質量分離機構を有しないイオンビーム照射装置とを備え、材料ガス導入系が、ヘキサメチルジシラン [( ＣＨ _３ ) _６ ( Ｓｉ ) _２ ] を充填するボトルと、ボトルを所定の温度に保持する第１の加熱手段としての恒温槽と、気化されたヘキサメチルジシラン [( ＣＨ _３ ) _６ ( Ｓｉ ) _２ ] を輸送するガス配管と、ガス配管の周囲に設けられた第２の加熱手段としてのベークオーブンと、ガス配管の下流側に設けられた材料ガス導入パイプ部分と、この材料導入パイプ部分の温度を調整するヒータ線とからなり、イオンビーム照射装置が、マイクロ波発生装置と、イオン源と、プラズマ生成用ガス導入系とからなるＳｉＣＮ薄膜形成装置を用いて、該成膜チャンバー内に設置された基板上にＳｉＣＮ薄膜を形成する方法であって、ヘキサメチルジシラン [( ＣＨ _３ ) _６ ( Ｓｉ ) _２ ] を気化せしめて得た材料ガスを、該各加熱手段により所定の温度に保持しながら輸送して該基板上に吹き付け、一方、マイクロ波発生装置により、プラズマ生成用ガス導入系から導入された窒素ガス及びアンモニアガスの少なくとも１種、又は窒素ガス及びアンモニアガスの少なくとも１種と、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ及び水素ガスから選ばれた少なくとも１種との混合ガスにマイクロ波を照射し、発生せしめたプラズマ中のイオンを用いたイオンビームを該材料ガスの吹き付けと同時に３００ｅＶ以下で該基板上に照射し、３００℃以下でＳｉＣＮ薄膜を形成することを特徴とするＳｉＣＮ薄膜の形成方法。
得られたＳｉＣＮ薄膜が、Ｓｉ−Ｃ結合、Ｓｉ−Ｎ結合、Ｃ＝Ｎ結合及びＣ≡Ｎ結合を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＳｉＣＮ薄膜の形成方法。