JPH03153866A

JPH03153866A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH03153866A
Application number: JP29324089A
Authority: JP
Inventors: Wasaburo Ota; 太田　和三郎; Mikio Kinoshita; 幹夫木下; Masashi Nakazawa; 中沢　政志
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1989-11-10
Filing date: 1989-11-10
Publication date: 1991-07-01

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、ＣＶＤ法（化学的蒸着法）の長所である強い
反応性と、ＰＶＤ法（物理的蒸着法）の長所である高真
空中での成膜とを同時に実現することができ、且つ、化
合物薄膜等の形成をも容易に行ない得る薄膜形成装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来、被薄膜形成基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置
としては、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などを利用したものが良
く知られており、ＣＶＤ法による装置は反応性が強＜、
ＰＶＤ法による装置は高真空中において緻密な強い薄膜
を形成できるなどの長所を有している。

これら、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などを利用した薄膜形成装
置としては、従来より種々のものが提案されており、そ
の方法も極めて多岐にわたっている。

しかし、従来の薄膜形成装置にあっては、形成された薄
膜と被薄膜形成基板（以下、基板と称する）との密着性
が弱かったり、あるいは、耐熱性の無い基板上への薄膜
形成が困難である等の問題があった。

そこで、これらの問題を解決するため、本出願人は先に
、薄膜形成装置として、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
を配置すると共に、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なう装置を提
案した（特開昭５９−８９７６３号公報）。

この薄膜形成袋・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よりイオン化され
、この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
い薄膜が形成されるという特徴を有している。

〔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、絶縁体薄膜を
形成する場合、その絶縁体薄膜が対電極、及び真空槽内
部を覆ってしまい、グリッドから対電極、及び真空槽内
部に向かう電界によりアーク放電が発生し、プラズマが
安定せず、良好な薄膜が得られない場合があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、基板
に対して極めて強い密着性をもった薄膜、特に、絶縁性
薄膜を形成でき、尚且つ、耐熱性の無いプラスチック等
をも基板として用いることが可能な、新規な薄膜形成装
置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明による薄膜形成装置は
、活性ガス若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、この真空槽内において蒸
発物質を蒸発させるための蒸発源と、上記真空槽内にお
いて上記蒸発源と対向するように配置され被薄膜形成基
板を保持する対電極と、上記蒸発源と上記対電極との間
に配信された熱電子発生用のフィラメントと、このフィ
ラメントと上記対電極との間に配備され蒸発物質を通過
させうるグリッドと、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、真空槽内と上記電源手段とを
電気的に連結する導電手段とを有し、上記真空槽及びグ
リッドに対し、上記フィラメントの電位が負電位となる
ようにしたことを特徴とする。

〔作　　　用〕

本発明による薄膜形成装置においては、真空槽は、その
内部空間に活性ガス、あるいは不活性ガス、若しくは活
性ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入しうるようにな
っており、蒸発源、対電極、フィラメント、グリッドは
真空槽内に配備される。

また、その材質は、通常はステンレス等、金属にて形成
され、接地電位となっている。

上記対電極、蒸発源は、互いに対向するように配備され
ており、対電極は、蒸発源と対向する側に被薄膜形成基
板を保持するように成っている。

上記グリッドは蒸発物質を通過させうるものであって、
蒸発源と対電極の間に介設され、真空槽と同電位になっ
ている。

上記フィラメントは熱電子発生用であって、蒸発源とグ
リッドの間に配備され、グリッド、真空槽に対して負電
位になっている。従って、電界はグリッド、真空槽より
フィラメントに向かう。

電源手段は、真空槽内に所定の電気的状態を実現するた
めの手段であり、この電源手段と真空槽内部が導電手段
により電気的に連結される。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照して詳細に
説明する。

添付図面は本発明の一実施例を示す薄膜形成装置の概略
的構成図である。

図において、符号２はベースプレート、符号３はバッキ
ング、符号１はペルジャーを夫々示し、ペルジャー１と
ベースプレート２はバッキング３により一体化されて真
空槽１′を構成しており、この真空槽１′の内部空間に
は、符号４で示すような公知の適宜の方法により、活性
ガス、及び／又は不活性ガスを導入できるようになって
いる。

また、ベースプレート２の中央部に穿設された孔２Ａは
、図示されない真空系に連結されている。

上記ベースプレート２には、真空槽内部の機密性を保ち
、且つ、ベースプレート２との電気的絶縁性を保ちつつ
、支持体を兼ねた電極９．１０．１１゜１２が配設され
ており、これら電極９．１０．１１．１２は、真空槽内
部と外側とを電気的に連結するものであって、他の配線
具と共に導電手段を構成している。

上記電極９　、１０．１１．１２の内、符号１１で示す
一対の電極の間には、タングステン、モリブデン。

タンタル等の金属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、またはルツボ状としてもよい
。尚、このような蒸発源８に代えて電子ビーム蒸発源等
、従来の真空蒸発方式で用いられている蒸発源を適宜使
用することができる。

符号ｌＯで示す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が支持されており、
このフィラメント７の形状は、複数本のフィラメントを
平行に配列したり、網目状にしたすするなどして、蒸発
源８から蒸発した蒸発物質の広がりをカバーするように
定められている。

電極１２には、グリッド６が支持されており、このグリ
ッド６は、蒸発した蒸発物質を対電極５側へ通過させう
る様に形状を定めるのであるが、この例においては網目
状である。

電極９の先端部には、対電極５が支持され、この対ｉｌ
！極５の蒸発′ｇ８に対向する側の面に、被薄膜形成基
板１００が適宜の支持方法で保持される。

また、Ｗ１極９は、図においてはそのまま接地されてい
るが、この間に直流電源をいれてバイアスをかけてもよ
く、場合によってはフィラメント７と同電位としても良
い。また、接地は必ずしも必要ではない。

蒸発源８を支持する電極１１は、加熱用の交流電ｇ２０
に接続されているが、電源は交流電源に代えて直流電源
にしても良い。

フィラメント７を支持する電極ｌＯは電源２１に接続さ
れているが、電源２１は上記電源２０と同様に、交流、
直流のどちらを用いても良い。

電極１０の片側は、直流電圧電源２２の負極側に接続さ
れ、同電源の正側は、図示の例では電極１２、及び電極
１３に接続される。従って、フィラメント７は、グリッ
ド６及び真空槽１′に対して負電位となり、グリッド６
及び真空槽１′とフィラメント７の間では、電界はグリ
ッド６及び真空槽１″からフィラメント７へ向かう。

ここで、図示の例における電源２０の片側は、そのまま
接地されているが、この間に直流電源を入れて蒸発源８
にバイアスをかけても良い。尚、図中に示した接地は必
ずしも必要ではない。

さて、以上め構成からなる薄膜形成装置では、フィラメ
ント加熱用電源２１とバイアス用直流電源２２の調節に
より安定なプラズマ状態を作ることができる。また、イ
オン化にはフィラメントからの熱電子が寄与しているた
め、安定なプラズマ状態を維持、再現することができ、
良質な薄膜を安定に供給することができる。

尚、実際には、上述の電気的接続は、導電手段の一部を
構成するスイッチ類を含み、これらのスインチ操作によ
り蒸着プロセスを実行するのであるが、これらのスイッ
チ類は図示を省略されている。

以下、上記構成からなる薄膜形成装置による薄膜形成に
ついて説明する。

先ず、ペルジャー１を開いて、被薄膜形成基板１００を
図示の如く対電極５に保持させると共に、蒸発物質を蒸
発源８に保持させる。尚、蒸発物質は、どのような薄膜
を形成するかに応じて選定される。

次に、ペルジャー１を閉じて真空槽１′を密閉し、真空
排気系（図示せず）によって真空槽内を真空状態に排気
した後、真空槽内に、活性ガス、若しくは不活性ガス、
あるいはこれらの混合ガスをｌＯ〜ＩＯ−’　Ｐ　ａの
圧力で導入する。尚、差当っての説明では、この導入ガ
スを、例えば、酸素等の活性ガスであるとする。

さて、以上の雰囲気状態において装置を作動させ、蒸発
源８を加熱すると、蒸発物質が蒸発する。

この蒸発物質、すなわち、蒸発物質の粒子は、被薄膜形
成基板１００に向かって拡がりつつ飛行し、グリッド６
を通過するが、一部はそのまま、または化合物となって
グリッド６及び真空槽内部に付着する。

一方、フィラメント７からは熱電子が放出されるが、発
生した熱電子はグリッド６及び真空槽１″の電界により
加速されつつ、グリッド６及び真空槽１′へ向かって飛
行し、導入ガス分子、及び上記蒸発粒子と衝突すると、
これらをイオン化する。

そして、このようにしてフィラメント７の近傍の空間に
プラズマ状態が生じる。

蒸発粒子、及びイオン化された蒸発粒子は、蒸発時にエ
ネルギーを持って蒸発源から飛びだすため、対電極５の
方向に向かって飛行し、被薄膜形成基板１００に、衝突
し、被薄膜形成基板１００上に所望の薄膜を形成する。

また、このとき対電極５に負の電位が与えられた場合、
グリッド等から対電極５に電界が発生し、その電界によ
ってイオンが加速され、被薄膜形成基板１００上に加速
状態で衝突する。

この様にして形成された薄膜は、基板へのイオン粒子の
衝突により形成されるので、被薄膜形成基板１００への
密着性に優れ、結晶性及び結晶配向性が良好である。

また、導入ガスとして、活性ガスを単独で、あるいは不
活性ガスと共に導入して成膜を行うと、蒸発物質を活性
ガスと化合させ、この化合により化合物薄膜を形成する
ことができる。また、本発明の装置では、蒸発物質のイ
オン化率が極めて高く、且つ安定しているので、化合物
薄膜も所望の物性を持つものを、容易且つ確実に得るこ
とができる。特に、絶縁性化合物薄膜をも、安定且つ容
易に確実に得ることができる。

次に、本発明の薄膜形成装置による薄膜形成例を挙げる
と、例えば、不活性ガスとしてアルゴン、活性ガスとし
て酸素を導入して、圧力を１０〜１Ｏ−２Ｐａに調整し
、蒸発物質としてアルミニウムを選択すれば、基板上に
は酸化アルミニウム絶縁性薄膜を形成することができる
。

尚、この場合に、蒸発物質として硅素、−酸化硅素を選
べば、二酸化硅素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、スズを選べば、酸化イン
ジウム、酸化スズのような導電性の薄膜も得られる。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、タンタルを選べば
、窒化チタン、窒化タンタルの薄膜を得ることも可能で
ある。

ところで、本発明の薄膜形成装置では、蒸発物質及び導
入ガスのイすン化には、フィラメントによる熱電子が有
効に寄与するので、１０′″’Ｐａ以下の圧力の高度の
真空下においても蒸発物質のイオン化が可能であり、こ
のため、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、バルクの密度に極
めて近似した密度が得られることも大きな特徴の一つで
ある。すなわち１本発明の薄膜形成装置は、ＩＣ，ＬＳ
Ｉなどを構成する半導体薄膜の形成に極めて適している
ものである。

〔発明の効果〕

以上説明し、たように、本発明の薄膜形成装置によれば
、基板上に金属薄膜等のような単一元素にて構成される
薄膜ばかりでなく、化合物薄膜なども密着性良く、化学
量論薄膜により近い状態で作製することができ、特に絶
縁性薄膜の大面積化、量産化に容易に対応できる。

また、真空槽内部壁等にイオンが衝突することにより起
るスパッタ現象がほとんどなくなるため、高純度の薄膜
を得ることができる。

また、本発明によれば、蒸発物質がイオン化し。

電気的に高いエネルギー（電子・イオン温度）を有する
ので、反応性を必要とする成膜、結晶化を必要とする成
膜を温度（反応温度、結晶化温度）という熱エネルギー
を与えずに実現できるので低温成膜が可能となる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の一実施例を示す薄膜形成装置の概略
的構成図である。１・・・・ペルジャー、１′・・・・真空槽、２・・・
・ベースプレート、３・・・・バッキング、４・・・・
ガス導入パイプ、５・・・・対電極、６・・・・グリッ
ド、７・・・・フィラメント、８・・・・蒸発源、９．
１０．１１．１２・・・・支持体兼用電極、２０．２１
・・・・交流電源、２２・・・・直流電源、１００・・
・・被薄膜形成基板。

Claims

【特許請求の範囲】

　活性ガス若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、この真空槽内において蒸
発物質を蒸発させるための蒸発源と、上記真空槽内にお
いて上記蒸発源と対向するように配置され被薄膜形成基
板を保持する対電極と、上記蒸発源と上記対電極との間
に配備された熱電子発生用のフィラメントと、このフィ
ラメントと上記対電極との間に配備され蒸発物質を通過
させうるグリッドと、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、真空槽内と上記電源手段とを
電気的に連結する導電手段とを有し、上記真空槽及びグ
リッドに対し、上記フィラメントの電位が負電位となる
ようにしたことを特徴とする薄膜形成装置。