JPH01177365A

JPH01177365A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH01177365A
Application number: JP209088A
Authority: JP
Inventors: Wasaburo Ota; 太田　和三郎; Mikio Kinoshita; 幹夫木下
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1988-01-08
Filing date: 1988-01-08
Publication date: 1989-07-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、金属薄膜或いはＩＣ，ＬＳＩなどを構成する
半導体薄膜などの形成に適した薄膜形成装置に関する。

従来技術従来、被薄膜形成基板上に薄膜を形成する手段としては
、種々のものが提案され、その方法も極めて多岐にわた
っている。主なものとしても、例えばイオンブレーティ
ング法やＣＶＤ法やＰＶＤ法などが゛ある。

例えば、蒸発源と被蒸着物の間に高周波電磁界を発生さ
せて、活性ガス又は不活性ガス中で蒸発した物質をイオ
ン化して真空蒸着を行なうイオンブレーティング法があ
る。また、蒸発源と被蒸着物との間に直流電圧を印加す
るＤＣイオンブレーティング法もある。これらのイオン
ブレーティング法は、例えば特公昭５２−２９９７１号
公報や特公昭５２−２９０９１号公報等により知られて
いる。

また、本出願人により既に提案されている特開昭５９−
８９７６３号公報に示されるような薄膜蒸着装置もある
。これは、まず、被蒸着用の基板を保持する対向電極と
、この対向電極に対向する蒸発源との間にグリッドを設
け、このグリッドを対向電極に対して正電位とする。更
に、グリッド・蒸発源間に熱電子発生用のフィラメント
を設ける。このような構成により、蒸発源から蒸発した
蒸発物質はフィラメントから放出さ−れる熱電子゛によ
りイオン化される。このイオンはグリッドを通過すると
、グリッド側から対向電極へ向かう状態の電界の作用に
より加速され、基板に衝突することにより、密着性のよ
い薄膜が基板上に形成されるというものである。

この他、各種の薄膜形成方法・装置がある。

しかし、従来の薄膜形成方式による場合には、形成され
た薄膜の基板に対する密着性が弱かったり、耐熱性のな
い基板への膜形成が困難という欠点を有している。

目的本発明は、このような点に鑑みなされたもので、基板上
に極めて強い密着性を持つ緻密な薄膜を形成することが
でき、この際、基板として耐熱性のない例えばプラスチ
ックス板などをも用いることができる薄膜形成装置を得
ることを目的とする。

構成本発明は、上記目的を達成するため、活性ガス又は不活
性ガス或いは活性ガスと不活性ガスとの混合ガスが導入
される真空槽と、この真空槽内において蒸発物質を蒸発
させる蒸発源と、前記真空槽内に配設されて前記蒸発源
に対向する状態で薄膜形成用の基板を保持する対向電極
と、前記蒸発源と対向電極との間に配置されて前記蒸発
物質が通過する隙間を有するグリッドと、このグリッド
ト前記蒸発源との間に配置させた熱電子発生用のフィラ
メントと、前記対向電極の電位がグリッドの電位に対し
負電位となりフィラメントの電位に対し正電位となるよ
う所定の電位関係とさせる電源手段とからなることを特
徴とするものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。ま
ず、真空槽１が設けられている。この真空槽１はベース
プレート２上にベルジャ３をバッキング４を介して一体
化することにより構成されている。ここに、ベースプレ
ート２の中央部には孔２ａが形成されて図示しない真空
排気系に連結され、真空槽１内の気密性を維持しつつ、
周知の方法により真空槽１内に活性ガス又は不活性ガス
或いは活性ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入し得る
ように構成されている。例えば、真空槽１に対しては０
２等の活性ガスを収納したボンベ６がバルブ７を介して
連結され、Ａｒ等の不活性ガスを収納したボンベ８がバ
ルブ９を介して連結されている。

そして、このような真空槽１内には上方から下方に向け
て順に対向電極１０とグリッド１１とフィラメント１２
と蒸発源１３とが適宜間隔をあけて設けられている。こ
れらの部材は、各々支持体を兼用する電極１４，１５，
１６．１７により水平状態に支持されている。これらの
電極１４〜１７は何れもベースプレート２との電気的な
絶縁性を保つ状態でベースプレート２を貫通して真空槽
１外部に引出されている。即ち、これらの電極１４〜１
７は真空槽１の内外の電気的な接続・給電を行なうため
のもので、その他の配線具とともに導電手段となり得る
ものであり、ベースプレート２の貫通部等においては気
密性が確保されている。

ここで、一対の前記電極１７により支持された蒸発源１
３は蒸発物質を蒸発させるためのものであり、例えばタ
ングステン、モリブデンなどの金属をコイル状に形成し
てなる抵抗加熱式として構成すしている。もっとも、コ
イル状に代えて、ボート状ニ形成したものでもよい。更
には、このような蒸発源に代えて、電子ビーム蒸発源な
ど。ように従来の真空蒸着方式で用いられている蒸発源
であってもよい。

また、電極１４に支持された対向電極１０には、前記蒸
発源１３に対向する面（下面）側に位置させて、薄膜を
形成すべき基板１８が適宜の方法により保持されている
。

さらに、一対の電極１６により支持されたフィラメント
１２は熱電子発生用のものであり、タングステンなどに
より形成されている。このフィラメント１２の形状とし
ては、例えば複数本のフィラメントを平行に配列させた
り、網目状に配列させてなり、前記蒸発源１３から蒸発
した蒸発物質の粒子の広がりをカバーし得るように設定
されている。

そして、電極１５により支持されたグリッド１１は、蒸
発物質が通過する隙間を有する形状、例えば綱目状に形
成されている。

また、このように真空槽１内に設けた対向電極１０、グ
リッド１１、フィラメント１２、蒸発源１３等の部材を
電位的に所定の電気的な関係とする電源手段１９が真空
槽１外に設けられ、前記各電極１４〜１７を利用してこ
れらの各部材に接続されている。

まず、蒸発源１３は電極１７を介して加熱用の交流電源
２ｏに接続されている。次に、直流ｆａ源２１が設けら
れ、この直流電源２１の正極側は電極１５を介してグリ
ッド１１に接続されている。

フィラメント１２は一対の電極１６を介して直流電源２
２の両端に接続されている。なお、図示の状態ではこの
直流電源２２の正極側が接地されているが、負極側を接
地してもよく、或いは交流電源を用いてもよい。しかし
、その電位はグリッド電位以下となるように設定されて
いる。さらに、対向電極１ｏ用の電極１４には直流電源
２３の正極側が接続されてい、る。この直流電源２３の
負極側は前記直流電源２１の負極側に接続されている。

この直流電源２１の負極側は前記フィラメント１２の一
端に接続された前記直流電源２２の正極側に接続されて
いる。これにより、対向電極１ｏの電位はフィラメント
１２の電位に対し正電位となるように設定されている。

ただし、対向電極１０の電位はグリッド電位以下である
。このようにして、対向電極１０の電位がグリッド１１
の電位に対して負電位となりフィラメント１２の電位に
対しは正電位となる電位関係が確保されている。これら
の電源２０〜２３により電源手段１９が構成されるもの
であるが、図中に示す接地は必ずしも必要ではない。

また、実際的なこれらの電気的な接続には、種々のスイ
ッチ類を含み、これらの操作により、基板１８上への成
膜プロセスを実施するわけであるが、これらのスイッチ
類については省略する。

このような薄膜形成装置の構成による薄膜形成動作につ
いて説明する。まず、図示の如く、薄膜を形成すべき基
板１８を対向電極１０に保持セットさせる一方、蒸発源
１３には蒸発物質を保持させる。用いる蒸発物質はどの
ような薄膜を形成するかに応じて定められるものである
が、例えば、アルミニウムや金などの金属、或いは金属
の酸化物、弗化物、硫化物、或いは合金等が用いられる
。

また、真空槽１内は予め活性ガス又は不活性ガス或いは
これらの混合ガスが１０〜１０−”Ｐａの圧力で導入さ
れる。ここでは、例えばアルゴンＡｒなどの不活性ガス
が導入されているものとする。

このような状態で、本装置を作動させると、蒸発源１３
に保持された蒸発物質が加熱により蒸発する。蒸発源１
３から蒸発した物質、即ち蒸発物質の粒子は上方の基板
１８に向かって広がりつつ飛行し、グリッド１１を通過
する。

一方、直流電源２０により加熱されたフィラメント１２
からは熱電子が放出される。フィラメント１２から発生
した熱電子は、グリッド１１の電位がフィラメント１２
の電位より高電位にあるので、その大部分は電界により
加速され、グリッド１１とフィラメント１２との電位差
に応じたエネルギーを持ってグリッド１１近傍へ到達す
る。

これにより、熱電子はグリッド１１の近傍の空間に存在
する前述の蒸発物質と導入ガスの粒子とに衝突し、この
粒子をイオン化する。このようにして、グリッド１１の
近傍の空間に密度の高いプラズマ状態が実現する。

このようにイオン化された蒸発物質は、このグリッド１
１から対向電極１０へ向かう電界の作用により、加速さ
れつつ飛行し、高速で基板１８に衝突する。この時のイ
オンのエネルギーはグリッド１１と対向電極１０との間
の電位差に応じて決まる。さらに、対向電極１０の電位
はフィラメント１２の電位よりも低いので熱電子は基板
１８上に到達し、基板表面を活性化する。このようにし
て基板１８上に所望の薄膜が形成されることになる。こ
のような薄膜は蒸発物質のイオン化によるため、基板５
への密着性に優れ、結晶性、配向性の良好なるものとな
る。これは、蒸発物質のイオン化によるものである。

このように、本実施例によれば、蒸発物質のイオン化が
極めて高いので、真空槽１内に活性ガスを単独で、或い
は不活性ガスとともに導入して成膜を行なうことにより
、蒸発物質と活性ガスとを化合させ、この化合による化
合物薄膜を形成する場合であっても、所望の物性を有す
る薄膜を容易に得ることができる。

例えば、不活性ガスとしてアルゴンＡｒ、活性ガスとし
て酸素０２　を導入し、真空槽１内の圧力を１０−〜１
０−”Ｐａに調整し、蒸発物質としてアルミニウムＡＱ
を選択すれば、基板１８上にＡＱ２０．の薄膜を形成す
ることができる。また、蒸発物質としてＳｉ又はＳｉＣ
を用いればＳｉｎ。

の薄膜を得ることができる。蒸発物質としてＩｎやＺｎ
を選択すれば、各々Ｉ　ｎ、Ｏ，、Ｚ　ｎ○の薄膜を得
ることができる。一方、ガスとしてＨ，Ｓ　、蒸発物質
としてＣｄを選択すればＣｄＳの薄膜を得ることができ
る。さらに、活性ガスとしてアンモニアをアルゴンとと
もに用い、かつ、蒸発物質としてＴｉ又はＴａを用いれ
ば、各々ＴｉＮ又はＴａＮなどの薄膜を得ることも可能
である。

ところで、本実施例においては、蒸発物質及び導入ガス
のイオン化には、フィラメント１２による熱電子が有効
に寄与するので、１Ｏ−２Ｐａ以下の圧力の高真空下に
おいても蒸発物質のイオン化が可能である。このため、
薄膜中へのガス分子の取込みを極めて少なくすることが
できるため、高純度の薄膜を得ることができる。また、
薄膜の構造も極めて緻密なものとすることが可能である
。

この結果、本実施例方式の薄膜形成装置によれば、薄膜
の膜厚、抵抗値等が均一となるので、ＩＣ。

ＬＳＩなどを構成する半導体薄膜や、その電極としての
高純度な金属薄膜の形成、さらには光学薄膜の形成に極
めて適したものとなる。

結局、本発明は、強い反応性を持たせることができると
いうＣＶＤ法の長所と、緻密な強い膜形成を可能とする
高真空中で成膜するというＰＶＤ法の長所とを同時に実
現する、従来に無い画期的な薄膜形成装置といえる。そ
して、蒸発物質がイオン化し、高いエネルギーを電気的
に有する（電子・イオン温度）ので、反応性を必要とす
る成膜や結晶化を必要とする成膜を、温度（反応温度や
結晶化温度）という熱エネルギーを与えることなく実現
でき、低温成膜が可能となる。従って、基板１８として
は耐熱性の弱いプラスチックス板なとであってもよいも
のとなる。よって、ＩＣ，ＬＳＩ等の生産性の向上、光
学薄膜などの品質の向上等を達成することができ、牛導
体分野や光学分野に応用し得るものとなる。

効果本発明は、上述したように、蒸発源からのＡＭ物質のイ
オン化がフィラメントからの熱電子によって極めて高い
状態で行なわれ、かつ、基板表面の活性化もなされるの
で、基板上に付着力、膜表面の平滑性或いは結晶性に優
れた薄膜を成膜することができ、この際、高イオン化に
より高いエネルギーを有するので、熱エネルギーを付与
しない低温成膜も可能となり、基板としては耐熱性の劣
るプラスチックス板等をも用いることができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す概略正面図である。１・・・真空槽、１０・・・対向電極、１１・・・グリ
ッド、１２・・・フィラメント、１３・・・蒸発源、１
８・・・基板、１９・・・電源手段

Claims

【特許請求の範囲】

　活性ガス又は不活性ガス或いは活性ガスと不活性ガス
との混合ガスが導入される真空槽と、この真空槽内にお
いて蒸発物質を蒸発させる蒸発源と、前記真空槽内に配
設されて前記蒸発源に対向する状態で薄膜形成用の基板
を保持する対向電極と、前記蒸発源と対向電極との間に
配置されて前記蒸発物質が通過する隙間を有するグリッ
ドと、このグリッドと前記蒸発源との間に配置させた熱
電子発生用のフィラメントと、前記対向電極の電位がグ
リッドの電位に対し負電位となりフィラメントの電位に
対し正電位となるよう所定の電位関係とさせる電源手段
とからなることを特徴とする薄膜形成装置。