JPH0254759A - 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など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、薄膜形成装置（方法）としては、ＣＶＤ法および
ＰＶＤ法など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
形成できるなど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どの間
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
ントとを配し、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５９−８９７６３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、フィラメントからの熱電子にょリイオン化され
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、グリッドから対向電極
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朋〕

ところで、上記従来の薄膜形成装置では、被薄膜形成基
板上に薄膜を形成する＠今、蒸発源、フィラメント、グ
リッドおよび対向電極の形状、間隔および電気的状態が
同様であっても、真空槽内の形状、大きさなどが変化す
ることにより、形成された薄膜の特性が変化してしまう
問題があった。

〔ａ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、上記フィラメントお
よび対向電極に対して上記グリッドが正電位となるよう
にし、かつ上記蒸発源、フィラメントおよびグリッドの
周囲に、上記グリッドから対向電極に向かう方向のみが
開放されたカバーを配置した構成とする。

〔作　　用〕

本発明による薄膜形成装置は、蒸発物質のイオン化率を
向上させるとともに、上記カバーがグリッドの周辺に成
虫されるプラズマ状態を常に安定した状態に保つ。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を図に基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、フィラメントと、グリッ
ドと、Ｗｉ源手段と、導電手段とを有している。

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。

ベースプレート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ｆＩ９　、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が支持さ九でいる。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としては。

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１！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。

電ｔｒｉ　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（以下二九を単に基
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ｆｆ１ｆ１９は、接地して構
成されているが、電極９は必ずしも接地しな（でもよい
。

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、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。

また、フィラメント７を支持する一対の電極１゜には、
電＠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１ｉ１２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２１の負
側は、電極１１の一方に接続されている。二九によって
、グリッド６はフィラメント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の一方は、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、もしくはそれらの一方にバイ
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。

一方、蒸発源８．フィラメント７およびグリッド６の周
囲には、グリッド６から対向電極５に向かう方向のみが
開放されたカバー１３が配設されている。

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の加熱用電源２２と、グリッド６用の直流電圧！１ｌ
ｉ２１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、カバー１３によってグリ
ッド６、フィラメント７および蒸発源の周囲が覆われて
いるので、ペルジャー１の形状、大きさ、材質等が変化
しても、常に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１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、上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、図に示すように、基板１００が対向電ｔＭ　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の間に支持される。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
、あるいはこれらの混合ガスが、導入手段４により１０
〜１０’　Ｐａ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、グリッド
６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
ってグリッド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へ向がって飛行し、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。このプラズマ状態は、グリッド６等
の周囲がカバー１３で覆われているので、棲めて安定し
た状態に呆たれる。したがって、ペルジャー１の形状が
変化しても、プラズマ状態に変動が生じないため、たと
えば量産時の装置の大型化等にも容易に対応することが
できる。

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１ｔｏｏ　Ｌ′−衝突し、基板
１００上に所望の薄膜を形成する。

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、導入ガスとして、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、この化合により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１０〜１０”　Ｐａ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
板１００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
化インジウム、あるいは酸化スズのような導電性の薄膜
を得ることもできる。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
タンタルなどの薄膜を得ることも可能である。また、蒸
発物質として一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５ｉ０２　／　Ｉ
ｎ２０ｘ／５ｉ０２といった多層膜を形成することもで
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、　１０
３Ｐａ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（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１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。

また、本発明によ九ば、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（ＴＦ１子、イオン温度）の
で１反応性を必要とする成膜、結晶化温度などの熱エネ
ルギーを与えずに実現できるので低温成膜が可能となり
、装置の安全性も高い。

なお１図示の例では、カバー１３の底部がベースプレー
１−２に接続されているが、このカバー１３の底部はベ
ースプレートから浮いた状態であってもよい。また、場
合によっては、各電極１０．１１．１２がカバー１３を
貫通して配設されてもよく、この場合には、各電極１０
．１１．１２とカバー１３とが電気的絶縁状態に保たれ
る。

〔発明の効果〕

本発明による薄膜形成装置は、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、量産等による装置の大型化にも容
易に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一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　、　ｔｏ、　１１．１２・・
・・電極、１３・・・・カバ＋、２０．２１・・・・電
極、Ａ・・・・真空槽、Ｂ・・・・導電手段。

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
   ラメントおよび対向電極に対し、上記グリッドを正電位
   と成すとともに、上記蒸発源、フィラメントおよびグリ
   ッドの周囲に、上記グリッドから対向電極に向かう方向
   のみが開放されたカバーを配設したことを特徴とする薄
   膜形成装置。