JPH01180972A - 薄膜形成装置 - Google Patents

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５！Ｉ
Ｊ−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、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。そして、グリッド電位をフィラメ
ント電位に対して正電位として薄膜形成を行なうもので
あ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すする欠点を有
している。特に、前述した特開昭５９−８９７６３号公
報方式による場合において、高融点物質を用いた場合に
は、電子銃による蒸発源を用いる必要がある。この結果
、装置の機能、コスト面で大掛かりなものとなってしま
う。

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薄膜を形成することができ、
この際、高融点物質及びその化合物薄膜であっても安価
に形成す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カスが導入
される真空槽と、熱電子発生用のフィラメントを兼用し
前記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開
口部を有するグリッドと、前記蒸発源の電位に対し前記
グリッドの電位が正電位となる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、
例えばバルブ、ボンベ等の手段５を用いた周知の方法に
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。

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６とグリッド７と蒸発源８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９，１０゜１１により水平状態に支持さ
れている。これらの電極９〜１１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９〜１１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１１により支持された蒸発源８
は熱電子発生用のフィラメントを兼用するとともに、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、タンタルなどの高融点かつ昇華性金
属等をコイル状に形成してなる抵抗加熱式として構成さ
れている。もつとも、コイル状に代えて、ボート、棒状
又は線状に形成したものでもよい。

また、電極９に支持された対向電極６には、前記蒸発源
８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１２が適宜の方法により保持されている。

そして、電極１０により支持されたグリッド７は、蒸発
物質が通過する開口部を有する形状、例えば網目状に形
成されている。

また、このように真空槽１内に設けたグリッド７と蒸発
源８との電位関係につき、蒸発源８の電位に対しグリッ
ド７の電位が正電位となるようにさせる電源手段として
の直流電源１３が設けられている。即ち、直流電源１３
の正極側は電極１０を介してグリッド７に接続され、こ
の直流電源１３の負極側は一方の電極１１を介して蒸発
源８に接続されている。これにより、グリッド７と蒸発
源８との間ではグリッド７から蒸発源８側に向かう方向
の電界が形成される。また、また、前記直流電源１３の
負極側は直接接地されているが、接地との間に直流電源
を介在させ、蒸発源８にバイアスをかけるようにしても
よい。

一方、蒸発源８用の電極１１間には交流電源１４が接続
されている。この電源は交流に限らず、直流電源であっ
てもよい（正負の極性も任意）。

なお、対向電極６は電極９を介して直接接地されている
か、接地との間に直流電源を介在させ、バイアスをかけ
るようにしてもよい。また、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１２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１２を対向電極６に保持セットさせる一方、蒸発源８
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、タングステン、モリ
ブデン、タンタル、クローム等の金属や、炭化チタン、
炭化タンタル等の金属化合物又は合金等が適宜用いられ
る。また、真空槽１内に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〜Ｉｃ）”Ｐａの圧力で
導入される。

ここでは、説明の具体性のため、例えば酸素等の活性ガ
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８に
保持された蒸発物質が電源１４による加熱で蒸発する。

蒸発源８から蒸発した物質、即ち蒸発物質の粒子は上方
の基板１２に向かって広がりつつ飛行し、グリッド７を
通過する。

一方、蒸発源８はフィラメントを兼用し、熱電子をも放
出する。このように蒸発源８から発生した熱電子は、グ
リッド７の電界により加速されっつ、グリッド７へ向か
って飛行し、導入ガス分子及び蒸発源８からの蒸発粒子
に衝突して、これらを陽イオンにイオン化する。このよ
うにして、グリッド７の近傍の空間にプラズマ状態が生
ずる。

このようにイオン化された蒸発粒子或いはガス分子は、
グリッド７から対向電極６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１２に衝突し、基板１
２上に所望の薄膜が形成されることになる。このような
薄膜は蒸発物質をイオン化してなるイオン粒子の衝突に
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１０〜１Ｏ−
２Ｐａに調整し、蒸発物質としてタングステンを選択す
れば、基板１２上には酸化タングステンの薄膜を形成す
ることができる。また、蒸発物質としてモリブデンを用
いれば酸化モリブデンの薄膜を得ることができる。さら
に、蒸発物質としてタンタルやクロームを選択すれば、
各々酸化タンタル、酸化クロームの薄膜を得ることがで
きる。一方、活性ガスとしてアンモニアをアルゴンとと
もに用い、蒸発物質としてタンタルを選択すれば窒化タ
ンタルの薄膜を得ることができる。

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７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り、
通常、薄膜の密度はバルクのそれよりも小さいとされて
いるが、本実施例によれば、バルクの密度に極めて近似
した密度のものとして街られることも大きな特徴の一つ
である。この結果、本実施例方式の薄膜形成装置によれ
ば、高融点かつ昇華性物質等の化合物薄膜についても、
良質な薄膜を形成することができ、ＩＣ，ＬＳＩなどを
構成する半導体薄膜等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かできると
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・Ｍｒ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１２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。

なお、第２図に示すようにフィラメント兼用の蒸発源８
とグリッド７との間に、付加的に熱電子発生用のフィラ
メント１５を配設させてもよい。

このフィラメント１５は支持体兼用の一対の電極１６に
より支持されている。また、電極１６間には直流電源１
７が接続されているが、交流電源でもよい。さらには、
グリッド７との関係では直流電源１３の負極側に電極１
６が接続され、蒸発源８と同様に、フィラメント電位が
グリッド電位に対し負電位となるように設定されている
。

効果 本発明は、上述したように、蒸発源からの蒸発物質のイ
オン化がこの蒸発源からの熱電子によって極めて高い状
態で行なわれるので、基板上に伺着力、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、かつ、高融点物質やその化合物の薄膜であって
も簡単・安価にして良好に形成することができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略正面図、第２図は
変形例を示す概略正面図である。 １　真空槽、６　対向電極、７　グリッド、８フィラメ
ント兼用前発源、１２　基板、１３　・電源手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　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、熱電子発生用のフ
   ィラメントを兼用し前記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
   発物質が通過する開口部を有するグリッドと、前記蒸発
   源の電位に対し前記グリッドの電位が正電位となる電位
   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。