JPH0250954A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＩＣ，ＬＳＩなとの半導体薄膜等を形成する
ための薄膜形成装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、薄膜形成袋＠（方法）としては、ＣＶＤ法および
ＰＶＤ法なとの方法が知られており、ＣＶＤ法は反応性
が強＜、ＰＶＤ法は高真空中において微密な強い薄膜を
形成できるなとの長所を有している。

薄膜形成装置の一種に、被薄膜形成基板を蒸発源に対向
させて対向電極に保持し、この対向電極と蒸発源との間
にグリッドを配置するとともに、このグリッドと蒸発源
との間に熱電子発生用のフィラメン１へどを配し、上記
グリッドをフィラメントに対して正電位にして、薄膜形
成を行う装置が提案されている（特開昭５９−８９７６
３号公報）。

この薄膜形成装置では、蒸発源から蒸発した蒸発物質は
、先ず、フィラメン１〜からの熱電子によりイオン化さ
れる。イオン化された蒸発物質は、グリッドを通過する
ことにより、）グリッドから対内電極に向かう電界の作
用により加速されて被薄膜形成基板に衝突し、密着性の
良い膜が形成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記従来の薄膜形成装置では、被薄膜形成基
板上に絶縁性薄膜を形成する際、上記グリッド上が絶縁
性被膜によって覆われてしまうため、グリッドとフィラ
メン１〜もしくは、グリッドと対向電極との間で絶縁性
破壊が起こり、これによって任意の反応状態であった反
応空間がその状態を維持てきなくなって、薄膜が一様に
形成されなくなる問題があった。また、絶縁性薄膜と導
電性薄膜を同一装置内で連続して形成する場合、絶縁性
薄膜形成後の導電性薄膜形成時にも、上述と同様な絶縁
破壊が発生して、−様な膜の形成ができなくなる問題が
あった。

さらに、通常の薄膜形成装置にあっては、形成された股
と、被薄膜形成基板との密着性が弱かったり、あるいは
、高融点物質なとの場合には電子銃を必要どするため装
置が大がかりになるなとの問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上述の課題を解決するために、上述のように
構成された薄膜形成装置において、上記フイラメン１〜
および対向電極に対して上記グリッドが正電位と成るよ
うにし、このグリッドを通電加熱することを可能にした
構成とする。

〔作　　用〕

本発明による薄膜形成装置は、フィラメントおよび対向
電極に対して、グリッドが正電位どなり、かつ、通電加
熱される。これによって、グリッドとフィラメントの間
で、電界はグリッド６からフィラメン１〜へ向かい、か
つ、グリシ１くの加熱により絶縁物質のグリッドへのイ
」着が阻止される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図り、−１ｉ！８づいて詳細に
説明する。

本発明による薄膜形成装置は、真空槽と、蒸発物質から
できた蒸発源と、対向電極と、フィラメン１〜と、グリ
ッドと、電源手段と、導電手段とを＝３ 有している。

第１図において、真空槽Ａは、ペルジャー１とベースプ
レート２がバッキング３により一体化されており、その
内部空間には、公知の導入手段４により、活性ガス、あ
るいは不活性ガス、もしくは活性ガスと不活性ガスの混
合ガスが導入されるように構成されている。

ベースプレー１・２の中央部には孔２Ａが穿設されてお
り、この孔２Ａは図示しない真空系に連結されている。

また、ベースプレート２には、真空槽Ａの内部の機密性
を保ち、かつベースプレート２との電気的絶縁性を保つ
ように、支持体を兼ねた電極９　、１０．１１．１２が
それぞれ配設されている。

これらの電極９　、１０．１１．１２は真空槽Ａの内側
と外側とを電気的に連結す・るための導電手段Ｂを構成
している。

真空槽Ａ内の一対の電極１１の間には、タングステンも
しくはモリブデン等の蒸発物質をボート・状に形成した
、抵抗加熱式の蒸発源８が支持されている。この蒸発源
８の形状は、ボート状に代えてコイル状としてもよい。

また蒸発源８どしては、従来の真空蒸着方式で用いられ
ているビーム蒸発源等を使用することもできる。

真空槽Ａ内の一対の電極の間には、タングステン等によ
る熱電子発生用のフィラメント７が支持されている。こ
のフィラメント７の形状は、複数本のタングステン線を
平行に配列したり、網目状に配列して、蒸発源８から蒸
発した蒸発物質の粒子の拡がりをカバーするように形成
されている。

同様に、真空槽Ａ内の一対の電極１２の間には、グリッ
ド６が支持されている。このグリッド６の形状は、蒸発
した蒸発物質を対向電極５側へ通過させうる形状（図示
の例では網目状）に形成されている。また、外側の一対
の電極１２の間には、通電加熱用電源Ｃが接続されてい
る。この電源Ｃは交流、もしくは直流のどちらでもよく
、直流とした場合、その極性の向きを特定する必要はな
い。

また、この通電加熱用電源Ｃは、第２図に示すように、
直流電圧電源２１との切替スイッチＳを介して接続する
ように構成してもよい。さらに、通電加熱用電源Ｃとし
ては、第３図に示すように、交流電源２３ど直流電圧電
源２１とを直列に接続して、直流印加電圧に加熱用交流
成分を付加するように構成してもよい。この場合も、直
流電圧電源２１と交流電源２３との配置を入れ替えても
よい。

−・方、電極９の真空槽Ａ内の先端部には、対向電極５
が蒸発源８に対向するように支持されている。この対向
電極５の蒸発源８に対向する面には、蒸発物質の薄膜を
形成するための被薄膜形成基板１００（以下これを単に
基板という）を保持するための適宜の保持手段が配設さ
れている。図示の例における電極９は、接地して構成さ
れているが、電極９は必すしも接地しなくてもよい。

蒸発源８を支持する一対の電極１１には、加熱用の電源
２０が接続されている。この電源２０は、通電加熱用電
源Ｃど同様、交流、直流のどちらを用いてもよい。

また、フィラメント７を支持する一対の電極１０には、
電源２２が接続されている。この電源２２も、交流、直
流のどちらを用いてもよい。

グリッド６の電極１２の一方は、直流電圧電源２１の正
極側に接続されている。また、直流電圧電源２］の負側
は、電極１１の一方に接続されている。これによって、
グリッド６はフィラメン１〜７に対して正電位となり、
グリッド６とフィラメント７との間で、電界がグリッド
６からフィラメント７へ向かうように構成される。

ここで、図示の直流電圧電源２１の−・方は、そのまま
接地されているが、この間に直流電源を配置して、蒸発
源８およびフィラメント７、もしくはそれらの−・方に
バイアスを印加するように構成してもよい。また、図中
における接地は必ずしも必要ではない。

上述のように構成された薄膜形成装置は、フィラメント
７の加熱用型ｒＸ２２と、グリッドＧ用の直流電圧電源
２１との調節により安定したプラズマ状態を真空槽Ａ内
に作ることができる。また、クリッド６の通電加熱用電
源Ｃにより絶縁性薄膜形成時における絶縁物質のグリッ
ド６への付着を防止する二とができるので、安定したプ
ラズマ状態を維持することができ、かつ、良質な薄膜を
均一・に形成することができる。

なお、図示の実施例における各電極と電源との実際上の
電気的接続は、導電手段Ｂの一部を構成するスイッチを
含むスイッチの操作により蒸着プロセスを実行するよう
に構成されているが、これらスイッチ類は１周知のため
その図示を省略する。

次に、」二記実施例による薄膜形成のプロセスについて
説明する。

先ず、第１図に示すように、基板１００が対向電極５に
保持されるとともに、蒸発物質となる蒸発源８が一対の
電極１１の間に支持さ汎る。ここで。

蒸発物質は、基板１００に形成する薄膜の種類に応じて
適宜決定される。次いで、真空槽Ａ内に、活性ガス、も
しくは不活性ガス、あるいはこ把らの混合ガスが、導入
手段４により１０〜１Ｏ−３Ｐａの圧力で導入される。

以下の説明では、この導入ガスを、たとえば酸素等の活
性ガスとする。

この状態において前述のスイッチ類を操作して装置を作
動させ、蒸発源８が加熱されて、蒸発物質が蒸発される
。この蒸発した蒸発物質の粒子（以下蒸発粒子という）
は、基板１００に向かって拡がりつつ飛行し、グリシ１
−〇を通過する。この蒸発粒子は、グリッド６を通過す
る際に、その−部がそのままの状態、もしくは化合物と
なってクリッド６に付着する。

一方、フィラメント７からは熱電子が放出され、この発
生した熱電子は、グリッド６の電界により加速されつつ
、グリッド６へ向かって飛行し、導入ガス分子および蒸
発粒子と衝突して、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６の近傍の空間にプラズマ状態
が発生する。

イオン化された蒸発粒子および導入ガス分子は、グリッ
ド６から対向電極５に向かう電界の作用により加速され
つつ飛行して、高速で基板１００に衝突し、基板１００
上に所望の薄膜を形成する。

ところで、形成される薄膜が絶縁性薄膜の場合には、前
述のように、絶縁性物質がグリッド６にイ」着して被膜
を形成し、グリッド６とフィラメン１へ７、もしくはグ
リッド６と対向電極５の間て絶縁破壊が生じ、プラズマ
状態が不安定になることがある。この実施例では、この
不具合を防止するために、グリッド６が通電加熱用電源
Ｃにより通電加熱されるので、グリッド６に付着した蒸
発粒子がグリッド６上で被膜を形成することなく飛行さ
れ、安定したプラズマ状態を維持しつつ、基板１００上
に所望の薄膜を形成することができる。

したがって、たとえば、絶縁性薄膜と導電性薄膜とを連
続して形成する場合、絶縁性薄膜形成時、または形成後
にグリッド６を通電加熱してグリッド６に付着した絶縁
性物質を除去することにより。

安定したプラズマ状態の中で導電性薄膜を形成すること
ができる。

このようにして形成される薄膜は、基板１００へのイオ
ン粒子の衝突により形成されるので、基板１００への密
着性に優れ、かつその結晶性および結晶配向性が良好と
なる。

また、導入ガスどして、活性ガスを単独、もしくは不活
性ガスと混合導入して成膜を行なうと、蒸発物質と活性
ガスとが化合し、この化合によす化合物の薄膜を形成す
ることができる。このように、本発明の装置では、蒸発
物質のイオン化率が極めて高く、かつ安定しているので
、所望の物質を持つ化合物薄膜を、容易かつ確実に形成
することができる。

たとえば、不活性ガスとしてアルゴン、活性ガスとして
酸素を導入し、圧力を１０〜１Ｏ−７Ｐａに調整すると
ともに、蒸発物質どしてアルミニウムを選択すれば、基
ＦｉｌｏＯ上に酸化アルミニウムの絶縁性薄膜を形成す
ることができる。ここで、蒸発物質として硅素、もしく
は−酸化硅素を選べば、二酸化硅素の絶縁性薄膜を得る
ことができる。また、蒸発物質としてインジウム、ある
いはスズを選べば、酸化インジウ１１、あるいは酸化ス
ズのような導電性の薄膜を得ることもてきる。また、活
性ガスとして窒素またはアンモニアをアルゴンと共に用
い、蒸発物質としてチタン、あるいはタンタルを選べば
、窒化チタンあるいは窒息タンタルなとの薄膜を得るこ
とも可能である。また、蒸発物質として−・酸化硅素お
よびインジウムを同一・装置内で用いることにより、基
板１００上に、ＳｉＯ２／Ｉｎ２Ｏ３／　ＳｘＯ２とい
った多層膜を形成することもてきる。

さらに、蒸発物質およ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、１０３
Ｐａ以下の圧力の高真空下においても蒸発物質のイオン
化が可能となり、薄膜中へのガス分子の取り込みを極め
て少なくすることができるので、高純度の薄膜を得るこ
とができ、また、薄膜の構造も極めて微密となる。した
がって、通常、薄膜の密度はバルクのそれより小さいと
されているが、本発明によれば、バルクの密度に近似し
た密度の薄膜を得られ、ＩＣやＬＳＩなどを構成する半
導体薄膜等の形成に極めて適した薄膜形成装置を提供す
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明による薄膜形成装置は、導電性あるいは絶縁性の
化合物薄膜などを、密着性良く、かつ化学量論薄膜によ
り近い状態に形成することができるとともに、同一装置
内での連続薄膜の形成も容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略断面図、第２図は本発
明の他の実施例の概略断面図、第３図は本発明のさらに
他の実施例の概略断面図である。 １・・・・ペルジャー、２・・・・ベースプレート、３
・・・・バッキング、４・・・・導入手段、５・・・・
対向電極、６・・・・グリッド、７・・・・フィラメン
ト、８・蒸発源、９　、１．０．１１．１２・・・・電
極、２０．２１．２２゜２３・・・・電源、Ａ・・・・
真空槽、Ｂ・・・・導電手段、Ｃ・・・・通電加熱用電
源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 活性ガスもしくは不活性ガス、あるいは、これら両者の
   混合ガスが導入される真空槽と、この真空槽内に配設さ
   れ蒸発物質により形成された蒸発源と、上記真空槽内の
   上記蒸発源に対向する位置に配置され被薄膜形成基板を
   保持する対向電極と、上記蒸発源と対向電極との間に配
   設された熱電子発生用のフィラメントと、このフィラメ
   ントと対向電極との間に配設されていて蒸発物質を通過
   させ得るグリッドと、上記真空槽内に所定の電気的状態
   を実現するための電源手段と、この電源手段と上記真空
   槽内とを電気的に連結する導電手段とを有し、上記フィ
   ラメントへおよび対向電極に対し、上記グリッドを正電
   位と成して通電加熱する通電加熱用電源を上記グリッド
   に接続したことを特徴とする薄膜形成装置。