JPH01298171A - 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】 「発明の利用分野」 本発明はスパッタ効果を伴わせつつ成膜させるプラズマ
気相反応方法であって、かつ−度に多量の基体上に被膜
形成を行う気相反応方法に関する。

本発明はかかる薄膜の１例として、ビッカース硬度２０
００Ｋｇ／ｍｍ２以上を有する炭素または炭素を主成分
とする被膜、窒化珪素被膜、酸化珪素被膜、窒化チタン
またはこれらの多層膜を基体の被形成面上にコーティン
グすることにより、これら固体の表面の補強材、また機
械ストレスに対する保護材を得んとしたものである。

「従来技術」 −ＣにプラズマＣＶＤ法においては、被形成面をスパッ
タ（損傷）しないように注意して成膜する方法が有効で
あるとされている。それらはアモルファス珪素等の膜を
作製する場合である。しかし他方、逆にプラズマＣＶＤ
法でありながら、スパッタ効果を伴わせつつ成膜させる
方法も知られている。その代表例である炭素膜のコーテ
ィングに関しては、本発明人の出願になる特許願ｒ炭素
被膜を有する複合体およびその作製方法」　（特願昭５
６−１４６９３６　　昭和５６年９月１７日出願）が知
られている。しかしこれらは平行平板型の一方の電極（
カソード側）に基板を配設し、その上面に炭素膜を成膜
する方法である。またはマイクロ波励起方法により活性
種を強く励起して、基板上に硬い炭素膜を成膜する方法
である。

「従来の問題点」 しかし、かかるスパッタ効果を伴わせつつ成膜させる従
来例は、被膜を大面積に成膜できないばかりか、凹凸を
有する基体または一度に多量に基体上に膜を作ることが
できない。このため、大容量空間に多量の基体を配設し
て、これらに−度に被膜を形成する方法が求められてい
た。本発明はかかる目的のためになされたものである。

「問題を解決すべき手段］ 本発明は、筒状構造を有し、この筒構造体内に被形成面
を有する基体を複数個配設する。そしてその筒構造体の
開口の一端および他端に一対の電極を配設する。そして
この一対の電極に第１の交番電圧の出力側のマツチング
コイルの一端および他端とを互いに連結して、対称また
は対称に近い交番電圧を印加する。さらにそのコイルの
接地レベルにある中点と被形成面を有する基体または基
体ホルダとの間に他の第２の交番電圧を印加し、この基
体ホルダ（単にホルダともいう）または基体を第３の電
極として作用せしめ、この基体上にスパッタ効果を伴わ
せつつ薄１ｆｉを形成せんとしたものである。

そして第１の交番電圧を１〜５０　Ｍ　ｔｌ　ｚのグロ
ー放電の生じやすい周波数とし、さらに第２の交番電圧
を１〜５００ＫＩＩｚの反応性気体に運動エネルギを加
えやすい周波数として印加する。さらにこの第２の交番
電圧の一方とマツチングコイルの中点とはともに接地レ
ベルにあり、即ち第２の交番電圧の出力側には負の直流
の自己バイアスが重畳して印加される。すると第１の交
番電圧により活性化した気体を自己バイアスにより基体
上に加速し、さらに基体上での不要のチャージアップし
た電荷を第２の交番電圧により除去する。かくして表面
にも被膜形成を行い得るようにしたものである。

そしてこの薄膜の形成の１例として、エチレン（Ｃ２＋
１４）、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）の
ような炭化水素気体または弗化炭素の如き炭素弗化物気
体を導入し、分解せしめることによりｓｐ３軌道を有す
るダイヤモンドと類似のＣ−Ｃ結合を作り、光学的エネ
ルギハンド巾（Ｅｇという）が１．ＯｅＶ　以上、好ま
しくは１．５〜５．５ｅＶを有するビッカース硬度が２
０００Ｋｇ／ｍｍ２以上、好ましくは４５００Ｋｇ／ｍ
ｍ２以上、理想的には６５００Ｋｇ／ｍｍ２というダイ
ヤモンド類似の硬さを有する炭素膜を形成した。さらに
ジシラン（ＳｉｚｌｌＪ　　とアンモニア（Ｎｌｌｆｆ
）　　との反応によって室温（基体温度を意図的に加熱
することなく）で窒化珪素膜を作製した。この窒化珪素
膜は抵抗率１．７〜２．０．１／１０弗酸でのエッチ速
度２〜１０人／秒ときわめて緻密（通常の窒化珪素膜は
３０人／秒程度のエッチ速度を有する）な膜である。さ
らに基体上に窒化珪素膜とその上に前記した炭素膜を形
成する多層膜とした。

またシラツ（Ｓｉｌｌａ）と亜酸化窒素（Ｎ２０）との
反応により、酸化珪素（ＳｉＯ□）膜を形成した。この
成膜も基体は室温としたが、成膜された酸化珪素被膜は
きわめて緻密な膜であった。この成膜に際し、リンまた
はホウ素をフォスヒンまたはジボランを用いて同時に添
加し、リンガラスまたはホウ素ガラスを作ってもよい。

本発明は、さらにこの被膜が形成される基体材料として
、ガラス、セラミックス、金属、磁性体、プラスチック
ス（有機樹脂ともいう）、酸化物超伝導材料に対して適
用せしめた。また、基体の形状として、板状、皿状、容
器、ピンセット、シリコンウェハまたはウェハホルダ用
カセット、ジグ、棒状材料に対しても可能とせしめた。

以下に図面に従って本発明に用いられた複合体の作製方
法を記す。

「実施例１」 第１図は本発明の薄膜形成方法を実施するためのプラズ
マＣＶＤ装置の概要を示す。

図面において、プラズマＣＶＤ装置の反応容器（７）は
ロード／アンロード用予備室（７゛）とゲート弁（９）
で仕切られている。そしてガス系（１０）において、キ
ャリアガスである水素または窒素を（１１）より、反応
性気体である炭化水素気体、例えばメタン、エチレンを
（１２）より、また珪化物気体例えばモノシラン、ジシ
ランを（１３）より、またアンモニアまたは酸素化物気
体を（１４）より、パルプ（２８）、流量計（２９）を
へて反応系（３０）中にノズル（２５）より導入する。

すると、ジシランとアンモニアとを導入すると窒化珪素
膜が成膜でき、また炭化物気体を導入するとダイヤモン
ド状炭素膜が成膜できる。モノシランと酸化物気体とを
導入すると、酸化珪素膜を作ることができる。

反応系（３０）では、筒構造体（２）（円筒または四角
の枠構造を有する）を有し、この上方および下方の開口
部にはこの開口部を覆うようにフード（８）。

（８°）を有する。そしてこのツー）”　（８）　、　
（８°）に配設された一対の同一形状を有する第１およ
び第２の電極（３）　、　（３“）をアルミニウムの金
属メツシュで構成せしめる。反応性気体はノズル（２５
）より下方向に放出される。第３の電極はホルダをアル
ミニウムとし、この表面をアルマイト処理によりアルミ
ナコートをして直流的には絶縁化し、交流的６ごは導電
化して設けた。そしてこの絶縁膜上に被形成面を有する
基体を配設した。このホルダに保持されて基体（１−１
）　、　（１−２）　、・・・（１−ｎ）即ち（１）に
は第２の交番電圧より負の直流バイアスが印加された１
〜１００ＫＨｚの交番電圧が印加されている。第１の高
周波の交番電圧によりプラズマ化した反応性気体は、反
応空間（６０）に均一に分散し、この枠（２）より外部
（６）にはプラズマ状態で放出しないようにして反応容
器内壁に付着しないようにした。電源系（４０）には二
種類の交番電圧が印加できるようになっている。第１の
交番電圧は１〜１００Ｍ１ｌｚ例えば１３．５６ＭＨｚ
の高周波電源（１５）よりマツチングトランス（１６）
に至る。このマツチングトランスは、対称型または概略
対称型の出力を有し、一端（４）および他端（４゛）は
一対の第１および第２の電極（３）。

（３°）にそれぞれに連結されている。またトランスの
出力側中点（５）は接地レベルに保持され、第２の１〜
５００ＫＨｚ例えば５０ＫＨｚの交番電圧（１７）が印
加されている。そしてその出力は、ホルダ（１’−１’
Ｌ（１’−２’）、　・・・（１’−ｎ’）即ち（１゛
）または基体（１）を構成する第３の電極（２）に連結
されている。基体が導電性の場合は、この基体に直接出
力端を連結すればよい。また基体が絶縁性の場合は絶縁
膜コートがなされた導体のホルダに出ツノ端を連結すれ
ば交流的に導電性であるため被膜形成が可能である。か
くして反応空間にプラズマ（６０）が発生ずる。排気系
（２０）は、圧力調整バルブ（２１）、ターボ分子ポン
プ（２２）　、　ロータリーポンプ（２３）をへて不要
気体を排気する。

これらの反応性気体は、反応空間（６０）で０．００１
〜ｉ、Ｑｔｏｒｒ例えばＱ、Ｑ５ｔｏｒｒとし、この筒
構造体（２）は四角形を有し、例えば巾８０ｃｍ、奥行
き８０ｃｍ、　１１４０ｃｍとした。かかる空間におい
て０．５〜５ＫＷ　（単位面積あたり０．３〜３Ｗ／ｃ
ｍ２）例えばＩＫＷ（単位面積あたり０．６Ｗ／ｃｍ”
の高エネルギ）の第１の高周波電界を加える。さらに第
２の交番電圧による交流バイヤスの印加により、被形成
面上には−２００〜−６００ｖ（例えばその出力は５０
０Ｗ）の負自己バイアス電圧が印加されており、この負
の自己バイアス電圧により加速された反応性気体を基体
上でスパツクしつつ成膜し、かつ緻密な膜とすることが
できた。

もちろん、この四角形（直方体）の筒構造体の高さを設
計上の必要に応じて２０ｃｍ〜１ｍ、また−辺を３０ｃ
ｍ〜３ｍとしてもよい。また第１の交番電圧も上下間で
はなく、図面を装置の上方より示した如く、前後間に配
設して加えてもよい。

かくして対称型マツチングトランス（１６）の出力側の
端子（４）、（４°）とし、中点をカソード側のスパッ
タ効果を有すべき電源側とするため、接地電位とした。

反応性気体は、例えばエチレンまたはアセチレンとした
。この反応容器の前方および後方（図示せず）には加熱
または冷却手段を有し、基体を４５０°Ｃ〜−１００°
Ｃ１代表的には室温に保持させる。かくして被形成面上
はビッカーズ硬度２０００Ｋｇ／ｍｍ”以上を有すると
ともに、熱伝導度２．５Ｗ／ｃｍ　ｄｅｇ以上のＣ−Ｃ
結合を多数形成したアモルファス構造または結晶構造を
有する炭素を生成させた。成膜速度は１００〜１０００
人／分を有していた。特に例えば表面温度を室温（外部
加熱なし）とし、第２の交番電圧により交流バイアスの
Ｖｐｌ）を±３００〜±ｔｏｏｏｖとし、直流の負バイ
ア　ス−１００〜−５００Ｖとを加えた場合、その成膜
速度は１００〜２０ＯＡ／分（メタンを用いた場合）　
、５００〜１００ＯＡ／分（エチレンを用いた場合）を
得た。これらはすべてビ、７カース硬度が２０００Ｋｇ
／ｍｍ”以上を有する条件のみを良品とした。

反応後の不純物、不要物は排気系（２０）よりターボ分
子ポンプ（２２）、ロータリーポンプ（２３）を経て排
気される。

かくして基体である半導体（例えばシリコンウェハ）、
セラミックス、磁性体、金属、酸化物超伝導材料または
電気部品の基体がホルダに仮付けまたは配設された基体
表面上に、炭素特に炭素中に水素を２５モル％以下含有
する炭素、またはＰ、　　１またはＮ型の導電型を存す
る炭素を主成分とする被膜を形成させることができる。

「実施例２Ｊ この実施例は実施例１で用いた装置により作製した窒化
珪素膜の作製例である。

第１図において、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）とアンモニア
（Ｈ，）とキャリアガス（Ｎ２）とを１：３：５の流量
比とした。さらに第１の交番電圧として１３．５６Ｍｔ
ｌｚの周波数、８００−の出力で印加した。また第２の
交番電圧として５０ＫＨｚの周波数を印加し、ｖｐｐ電
圧士７５０νを印加した。セルフバイアスは一１３０ｖ
であった６反応圧力は０．０５ｔｏｒｒとした。成膜温
度は室温である。すると成膜速度として３．１人／秒を
得た。

その窒化珪素膜の屈折率は１．７７４を有し、１７１０
弗酸でのエツチングレイトは３．７５人／秒であった。

赤外線吸収スペクトルでは窒化珪素膜を示す５ｔ−Ｎ結
合の８８０ｃｍ−１の吸収がみられ、５ｉ−０結合の１
１００ｃｍ−’の波長での吸収はみられなかった。この
■／１０弗酸でエッチレイトはこの被形成面をアノード
側とした時、基板温度が３５０°Ｃであっても、３０人
／秒であることを考えると、きわめて緻密な膜であるこ
とがわかる。

この時、基体は集積回路が作られたシリコンウェハ上の
ファイナルコーティングまたリードフレーム上にＩＣチ
ップが作られ、さらにワイヤボンディングがなされたも
のを用いた。この実施例においてはホルダをアルミニウ
ムとし、ここに第２の交番電圧を加え、この上面の絶縁
膜を介して基体上に成膜をした。

「実施例３」 この実施例は実施例２で作られた窒化珪素膜上に実施例
１で作られた炭素膜を形成した。

炭素膜は一般にガラス基板上に直接密接して形成させん
とすると、長期間の使用に関しビーリングをしてしまう
。それはガラスの成分である酸素と炭素とが互いに反応
し、気体状のＣＯｘを作り、界面から剥離がおきてしま
うためである。

このため、この実施例ではガラス基板上にまず窒化珪素
膜を１００〜１０００人の厚さに形成した。さらに同一
反応炉で窒化膜形成用の反応性気体を排除した後、炭素
膜形成用の反応性気体を導入してその上に炭素膜を０，
１〜１μの厚さに形成した。

するとこの基板を８５°Ｃ１相対湿度８５％の雰囲気に
１０００時間おいても、まったくビーリングすることが
なかった。

「実施例４」 この実施例は実施例１の装置を用いて作製した酸化珪素
膜の作製例である。モノシランとＮ、０とＮ２とを１：
３：１０の割合で混合した。第１の交番電圧として１３
．５６ＭＨｚを、第２の交番電圧として５０ＫＩｌｚを
実施例２と同様に室温で成膜させ実施した。成膜速度は
３００〜１０００入／秒が得られた。この被膜も１　／
　１０１１　Ｆでエツチングをしたが、５０人／秒程度
であり、３００°Ｃでのアノード方式のプラズマＣＶＤ
酸化珪素膜に比べて約１７５のエッチレイトであった・
きわめて緻密な膜であり、赤外線吸収スペクトルでは１
１００ｃｍ柵の５ｉ−０ビークが明らかにみられた。

この酸化珪素膜も実施例２と同じくリードフレーム上の
ワイヤボンディングがなされた基体に０．１〜１μｍの
厚さに形成し、その後プラスチックモールドをさせた。

この実施例の酸化珪素膜の場合、耐湿度は充分でないが
、ストレス緩和に十分であり、動作寿命テストでの信頼
性向上に有効であった。

「実施例５」 この実施例は基体として導体上に有機樹脂が形成されて
いるものを用いた。その代表例がｏｐｃ　＜オーガニッ
ク・フォト・コンダクタ）の静電複写機用ドラムである
。

かかる実施例において、筒状導体に第２の交番電圧を印
加した。そして叶Ｃ上に実施例１と同じく炭素膜を１０
０〜５００人の膜厚で形成した。成膜は室温で行った。

かかる基体の他の例として、シリコンウェハ、サーマル
ヘッド用基板などがあげられる。

そしてかかる場合の一例として半導体のウェハ（１）例
えばシリコンウェハの裏面側に炭素膜をヒートシンクと
してコートすることは有効である。

するとこの炭素膜は膜の熱伝導度が２．５Ｗ／ｃｍ　ｄ
ｅｇ以上、代表的には４．０〜６．０Ｗ／ｃｍ　ｄｅｇ
を有するため、半導体集積回路におけるパワートランジ
スタ部等の局部発熱を全体に均一に逃がすことができる
。そしてウェハの裏面に形成させる場合、炭素膜は０．
５〜５μｍの厚さ、例えば１μｍの厚さに形成した。こ
の厚さは密着性を阻害しない範囲で厚い方がよい。

このコーティングの後、ウェハのプローブテストを行い
、さらにそれぞれのＩＣチップにするため、スクライブ
、ブレイク工程を経て、各半導体チップが裏面に炭素膜
がコートされた構成をグイボンディング、ワイヤボンデ
ィングして完成させた。

本発明の実施例は炭素または炭素を主成分とする被膜ま
たは窒化珪素被膜、酸化珪素被膜の作製方法を主として
示した。しかしシランのみを導入し、スパッタ効果を伴
わせつつ水素が添加された非単結晶珪素を作製してもよ
い。またメチルアルミニウム等を導入し、アルミニウム
の導体を形成してもよい。しかし本発明方法においては
、成膜した材料が導体の場合、電極間のショートを誘発
しやすいため、成膜する材料は絶縁材料または電気抵抗
の十分大きい材料（酸化物超伝導材料）、セラミックス
、磁性材料）が好ましい。

「効果」 本発明方法は、基体側をカソード側のスパッタ効果を有
すべき電極関係とし、かつその反応空間をきわめて大き
くしたことにより、工業的に多量生産を可能としたもの
である。

以上の説明より明らかな如く、本発明は有機樹脂または
それに複合化させたガラス、磁性体、金属またはセラミ
ックス、さらに半導体またはそれらの複合体を構成した
磁気ディスク、光ディスク、サーマルヘッド、その地固
体の表面に薄膜、例えば炭素または炭素を主成分とした
被膜、窒化珪素、またはこれらの多層膜をコーティング
して設けたものである。この複合体は他の多くの実施例
にみられる如くその応用は計り知れないものであり、特
にこの炭素が１５０°Ｃ以下の低温で形成できるに対し
、その硬度また基体に対する密着性がきわめて優れてい
るのが特徴である。

本発明におけるセラミックスはアルミナ、ジルコニア、
カーボランダム、ＹＢａＣｕ＝０６〜．Ｂ１５ｒＣａＣ
ｕｚＯｘ等で知られる酸化物超伝導材料が有効である。

また磁性体はサマリューム、コバルト等の希土類磁石、
アモルファス磁性体、酸化鉄またはこれにニッケル、ク
ロム等がコートされた形状異方形の磁性体であってもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラズマＣＶＤ装置の概要を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、筒構造を有する筒構造体内に被形成面を有する基体
   を配設し、前記筒構造体の開口部の一方および他方に一
   対の同一形状の電極を有し、前記一対の電極はマッチン
   グコイルの一端および他端と連結して互いに対称または
   対称に近い交番電圧を印加せしめるとともに、前記筒構
   造体は接地レベルまたは電気的に浮いた構造を有し、前
   記マッチングコイルの接地レベルにある中点と、ホルダ
   または基体の第３の電極との間に第２の交番電圧を印加
   することにより、前記筒構造内に導入された反応性気体
   をプラズマ化せしめ、反応生成物を前記基体上に成膜せ
   しめることを特徴とする薄膜形成方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、交番電圧は高周波
   電界よりなり、さらに第３の電極には第２の交番電圧に
   加えて負の１００〜５００Ｖの直流バイアスを重ね合わ
   せられたカソードを構成したことを特徴とする薄膜形成
   方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、互いに離間して平
   行または概略平行に第３の電極を構成するホルダを複数
   ケ配設せしめ、導体ホルダの裏面に絶縁膜を介して接し
   て基体を配設することにより、基体の表面に反応生成物
   の被膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。 ４、特許請求の範囲第１項において、基体は外部加熱を
   行うことなしに反応生成物の被膜が形成されることを特
   徴とする薄膜形成方法。