JPH04236767A - 薄膜形成装置 - Google Patents
薄膜形成装置Info
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- JPH04236767A JPH04236767A JP1588691A JP1588691A JPH04236767A JP H04236767 A JPH04236767 A JP H04236767A JP 1588691 A JP1588691 A JP 1588691A JP 1588691 A JP1588691 A JP 1588691A JP H04236767 A JPH04236767 A JP H04236767A
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、金属、半導体、半金
属、又はこれらの酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、弗
化物、硫化物、水素化物、珪化物等の化合物を基体の主
面上に形成する薄膜形成装置に関する。
属、又はこれらの酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、弗
化物、硫化物、水素化物、珪化物等の化合物を基体の主
面上に形成する薄膜形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】金属、半導体、半金属、又はこれらの化
合物の薄膜を基体の主面上に形成技術は、電子デバイス
、磁性デバイス、機械デバイス、熱デバイス、光学デバ
イス、センサ、装飾部品等、幅広い応用分野を有してい
る。このような薄膜を形成する手段としては、真空蒸着
、スパッタリングに代表されるPVD(物理蒸着)法、
熱CVD、プラズマCVD、MOCVD、光CVD等の
CVD(化学蒸着)法等のように、真空若しくは気相中
における反応、又は気相と基体表面との相互作用に基づ
く反応を利用したものが種々開発されている。
合物の薄膜を基体の主面上に形成技術は、電子デバイス
、磁性デバイス、機械デバイス、熱デバイス、光学デバ
イス、センサ、装飾部品等、幅広い応用分野を有してい
る。このような薄膜を形成する手段としては、真空蒸着
、スパッタリングに代表されるPVD(物理蒸着)法、
熱CVD、プラズマCVD、MOCVD、光CVD等の
CVD(化学蒸着)法等のように、真空若しくは気相中
における反応、又は気相と基体表面との相互作用に基づ
く反応を利用したものが種々開発されている。
【0003】これらの方法において、パッキング密度が
高く、化学量論組成の良質の膜を得るために、基体を数
百℃に加熱すること、及び基体に負のバイアス電圧を印
加することが一般的に行われている。
高く、化学量論組成の良質の膜を得るために、基体を数
百℃に加熱すること、及び基体に負のバイアス電圧を印
加することが一般的に行われている。
【0004】これは、加熱により主に基体表面に付着し
た反応物質の表面マイグレ−ションを助長して表面反応
性を高めるためであり、また、電気的に負のバイアス電
圧を印加することにより主に酸素等の電気的負性イオン
になりやすい元素を膜中から選択的に排除するか、又は
膜中への酸素等の混入量抑制するためである。
た反応物質の表面マイグレ−ションを助長して表面反応
性を高めるためであり、また、電気的に負のバイアス電
圧を印加することにより主に酸素等の電気的負性イオン
になりやすい元素を膜中から選択的に排除するか、又は
膜中への酸素等の混入量抑制するためである。
【0005】基体加熱の効果は明確であり、例えば、S
iH4 ガス及びO2 ガスを用いたSiO2 膜の形
成においては、基体を昇温しないと粉体状のSiO2
が析出するのみで、膜の形成は不可能である。しかしな
がら、基体を加熱する場合には、基体自体に耐熱性が要
求されるので、適用し得る基体材質が制限されてしまう
。
iH4 ガス及びO2 ガスを用いたSiO2 膜の形
成においては、基体を昇温しないと粉体状のSiO2
が析出するのみで、膜の形成は不可能である。しかしな
がら、基体を加熱する場合には、基体自体に耐熱性が要
求されるので、適用し得る基体材質が制限されてしまう
。
【0006】基体に負のバイアス電圧を印加することの
効果も明確であり、例えば、Siタ−ゲットをAr−N
2 混合ガス中で反応性スパッタリングしてSi3 N
4 膜を形成する場合、基体に負のバイアス電圧を印加
することで膜の密度が向上し、かつ残留ガス中のO2
に起因する膜中への酸素の取り込みを抑制することがで
きる。しかしながら、基体にバイアス電圧を印加するた
めには、基体自体に導電性があることが要求されるので
、やはり適用し得る基体材質が制限されてしまう。また
、たとえ基体に導電性があったとしても、その上に形成
しようとする膜に導電性がない場合には、膜の成長に伴
ってチャ−ジアップしてしまう。基体バイアスを高周波
自己バイアスとする場合には、基板及び膜に導電性がな
くともバイアスを印加することは可能であるが、その場
合には、基板又は膜は浮動電位となるため、膜の成長に
伴ってバイアス電位が変動し、安定した成膜を行うこと
ができないという問題がある。
効果も明確であり、例えば、Siタ−ゲットをAr−N
2 混合ガス中で反応性スパッタリングしてSi3 N
4 膜を形成する場合、基体に負のバイアス電圧を印加
することで膜の密度が向上し、かつ残留ガス中のO2
に起因する膜中への酸素の取り込みを抑制することがで
きる。しかしながら、基体にバイアス電圧を印加するた
めには、基体自体に導電性があることが要求されるので
、やはり適用し得る基体材質が制限されてしまう。また
、たとえ基体に導電性があったとしても、その上に形成
しようとする膜に導電性がない場合には、膜の成長に伴
ってチャ−ジアップしてしまう。基体バイアスを高周波
自己バイアスとする場合には、基板及び膜に導電性がな
くともバイアスを印加することは可能であるが、その場
合には、基板又は膜は浮動電位となるため、膜の成長に
伴ってバイアス電位が変動し、安定した成膜を行うこと
ができないという問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この発明はこのような
事情に鑑みてなされたものであって、基体の加熱及び基
体へのバイアス電圧印加を行わずに良質な薄膜を形成す
ることができる薄膜形成装置を提供することを目的とす
る。
事情に鑑みてなされたものであって、基体の加熱及び基
体へのバイアス電圧印加を行わずに良質な薄膜を形成す
ることができる薄膜形成装置を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段および作用】この発明は、
成膜容器と、この成膜容器中に設置された基体支持手段
と、基体支持手段に支持された基体の主面上に薄膜を形
成する薄膜形成手段と、基体支持手段に支持された基体
の主面近傍に、酸素分子の電子付着断面積が最大となる
平均エネルギを有する電子を供給する電子供給源と、酸
素負イオンが基体面に入射することを抑制する抑制手段
とを具備することを特徴とする薄膜形成装置を提供する
。
成膜容器と、この成膜容器中に設置された基体支持手段
と、基体支持手段に支持された基体の主面上に薄膜を形
成する薄膜形成手段と、基体支持手段に支持された基体
の主面近傍に、酸素分子の電子付着断面積が最大となる
平均エネルギを有する電子を供給する電子供給源と、酸
素負イオンが基体面に入射することを抑制する抑制手段
とを具備することを特徴とする薄膜形成装置を提供する
。
【0009】気相中における酸素分子と電子との衝突過
程は、弾性衝突と非弾性衝突とに分類され、薄膜形成過
程において生じる付着衝突は後者に属する。
程は、弾性衝突と非弾性衝突とに分類され、薄膜形成過
程において生じる付着衝突は後者に属する。
【0010】付着衝突は、
O2 +e→O− +O
の反応式で表現される。ここで生成されたO− はO2
と衝突し、 O− +O2 →O− 2 +O で示される電荷移動衝突をも生じる。
と衝突し、 O− +O2 →O− 2 +O で示される電荷移動衝突をも生じる。
【0011】上記付着衝突における電子エネルギ(Ee
)と酸素分子の電子付着断面積(Qa)との関係を図2
に示す。この図においてEeの単位はeVであり、Qa
はπa2 (=0.88A2 )で示されている。この
図から明らかなようにEeが6〜7eVの時にQaは最
大値となり、付着衝突が効率良く生じる。また、O2
+e→O+ 2 +2e で示される電離衝突や、 O2 +e→O+ +O+2e で示される解離電離衝突はEeが6〜7eVでは全く生
じない。なぜならば、O2 の電離ポテンャル若しくは
解離電離ポテンシャルはより高いからである。従って、
Eeが6〜7eVの電子を気相中に放出することによっ
て、気相中のO2 分子を効率良くO− 、O− 2
の負イオンに変換することができる。このようにして生
成された酸素負イオンは、成膜容器内に設置された基体
の近傍に、負の電位のリタ−ディング電極を設けること
等により、基体へ向かうことを阻止される。従って、酸
素負イオンが基体の主面に入射することを抑制すること
ができ、結果として膜中への酸素の流入量を抑制するこ
とができる。
)と酸素分子の電子付着断面積(Qa)との関係を図2
に示す。この図においてEeの単位はeVであり、Qa
はπa2 (=0.88A2 )で示されている。この
図から明らかなようにEeが6〜7eVの時にQaは最
大値となり、付着衝突が効率良く生じる。また、O2
+e→O+ 2 +2e で示される電離衝突や、 O2 +e→O+ +O+2e で示される解離電離衝突はEeが6〜7eVでは全く生
じない。なぜならば、O2 の電離ポテンャル若しくは
解離電離ポテンシャルはより高いからである。従って、
Eeが6〜7eVの電子を気相中に放出することによっ
て、気相中のO2 分子を効率良くO− 、O− 2
の負イオンに変換することができる。このようにして生
成された酸素負イオンは、成膜容器内に設置された基体
の近傍に、負の電位のリタ−ディング電極を設けること
等により、基体へ向かうことを阻止される。従って、酸
素負イオンが基体の主面に入射することを抑制すること
ができ、結果として膜中への酸素の流入量を抑制するこ
とができる。
【0012】本発明の効果を一層高めるためには、基体
への酸素の流入を抑制するのみならず、正イオン及び(
又は)電子の流入をも抑制することが好ましい。これは
、正イオン又は電子が供給されることにより、基体の温
度が若干上昇してしまい、結果として基体を加熱した場
合の不都合が生じる恐れがあるからである。このような
手段は、スパッタリングの場合には、スパッタリング源
にマグネトロンタイプのものを用いてプラズマをタ−ゲ
ット近傍に収束させることにより実現することができ、
また、プラズマCVDの場合には、例えば、基体面と上
述の酸素負イオンリタ−ディング電極等の抑制手段との
間に、正イオンリタ−ディング電極を設けることにより
実現することができる。なお、真空蒸着、熱CVD、光
CVDの場合には、このような手段は不要である。
への酸素の流入を抑制するのみならず、正イオン及び(
又は)電子の流入をも抑制することが好ましい。これは
、正イオン又は電子が供給されることにより、基体の温
度が若干上昇してしまい、結果として基体を加熱した場
合の不都合が生じる恐れがあるからである。このような
手段は、スパッタリングの場合には、スパッタリング源
にマグネトロンタイプのものを用いてプラズマをタ−ゲ
ット近傍に収束させることにより実現することができ、
また、プラズマCVDの場合には、例えば、基体面と上
述の酸素負イオンリタ−ディング電極等の抑制手段との
間に、正イオンリタ−ディング電極を設けることにより
実現することができる。なお、真空蒸着、熱CVD、光
CVDの場合には、このような手段は不要である。
【0013】なお、自明ではあるが、基体自身は設置電
位又は設置電位に近い電位に保持されるのが好ましく、
また、本発明の目的からは基体を加熱する手段は設ける
必要がなく、むしろ基体を積極的に冷却する手段を設け
るなどして基体を低温に保持することが好ましい。
位又は設置電位に近い電位に保持されるのが好ましく、
また、本発明の目的からは基体を加熱する手段は設ける
必要がなく、むしろ基体を積極的に冷却する手段を設け
るなどして基体を低温に保持することが好ましい。
【0014】このような薄膜装置によれば、基体を低温
に保持し、かつ基体を設置電位近傍に保持した状態で薄
膜を形成するので、酸素混入量が少ない(酸化物薄膜の
場合には酸素濃度が過剰ではない)良質の膜を特に基体
の材質に制限されることなく形成することができる。従
って、基体材料の選択の幅を広げることができ、また、
熱遮蔽機構や基体への電圧印加機構が不要となるので成
膜装置の構成を簡略化することができる。
に保持し、かつ基体を設置電位近傍に保持した状態で薄
膜を形成するので、酸素混入量が少ない(酸化物薄膜の
場合には酸素濃度が過剰ではない)良質の膜を特に基体
の材質に制限されることなく形成することができる。従
って、基体材料の選択の幅を広げることができ、また、
熱遮蔽機構や基体への電圧印加機構が不要となるので成
膜装置の構成を簡略化することができる。
【0015】
【実施例】以下、添付図面を参照して、この発明の実施
例を説明する。図1はこの発明に係る薄膜形成装置の一
実施例を示す概略構成図である。図中、参照符号1は成
膜容器であり、その一方の側面に2つのガス導入ポ−ト
11,12、他方の側面にガス排出ポ−ト13を有して
いる。ガス導入ポ−ト11は反応性ガス供給系71に接
続されており、このガス供給系71から供給量調節用の
コンダクタンスバルブ72を介して成膜容器11内に反
応性ガスが供給される。ガス導入ポ−ト12はArガス
供給系81に接続されており、このガス供給系81から
供給量調節用のコンダクタンスバルブ82を介してガス
導入ポ−ト11内にArガスが供給される。また、ガス
排出ポ−ト13は排気系91に接続されており、この排
気系91により排気バルブ92を介して成膜容器11内
のガスが排気される。
例を説明する。図1はこの発明に係る薄膜形成装置の一
実施例を示す概略構成図である。図中、参照符号1は成
膜容器であり、その一方の側面に2つのガス導入ポ−ト
11,12、他方の側面にガス排出ポ−ト13を有して
いる。ガス導入ポ−ト11は反応性ガス供給系71に接
続されており、このガス供給系71から供給量調節用の
コンダクタンスバルブ72を介して成膜容器11内に反
応性ガスが供給される。ガス導入ポ−ト12はArガス
供給系81に接続されており、このガス供給系81から
供給量調節用のコンダクタンスバルブ82を介してガス
導入ポ−ト11内にArガスが供給される。また、ガス
排出ポ−ト13は排気系91に接続されており、この排
気系91により排気バルブ92を介して成膜容器11内
のガスが排気される。
【0016】成膜容器11内の上部には基板支持ようの
基板ホルダ−2がその面を水平にして配設されており、
その下面に基板3が支持されている。成膜容器11内の
底部には基板3に対向するようにマグネトロンスパッタ
リング源4が設けられており、スパッタリング源4の上
方にはシャッタ5が開閉自在に設けられている。スパッ
タリング源4にはコンデンサ61を介してRF電源62
が接続されている。
基板ホルダ−2がその面を水平にして配設されており、
その下面に基板3が支持されている。成膜容器11内の
底部には基板3に対向するようにマグネトロンスパッタ
リング源4が設けられており、スパッタリング源4の上
方にはシャッタ5が開閉自在に設けられている。スパッ
タリング源4にはコンデンサ61を介してRF電源62
が接続されている。
【0017】参照符号100、110はいずれも酸素分
子の付着断面積が最大となる電子の供給手段である。電
子供給手段100は、フィラメント101と、フィラメ
ント電源102と、加速用メッシュ電極103と、加速
用電源104と、減速用メッシュ電極105と、減速用
電源106とを備えており、フィラメント101から放
出された電子が、電極103、電極105により、酸素
分子の付着断面積が最大となるように(電子の平均エネ
ルギが6〜7eVになるように)、その速度が調節され
る。また、もう1つの電子供給手段110は、基板3近
傍に設置されたRFコイル111と、RF電源112と
を備えており、RFコイル111によりプラズマを生起
させ、ガス圧や投入RF電圧を調整してプラズマ中の電
子の平均エネルギを酸素分子の付着断面積が最大となる
ように(電子の平均エネルギが6〜7eVになるように
)する。これら電子供給手段100、110は、いずれ
か一方を用いるようにしてもよいし、これらを併用して
も構わない。
子の付着断面積が最大となる電子の供給手段である。電
子供給手段100は、フィラメント101と、フィラメ
ント電源102と、加速用メッシュ電極103と、加速
用電源104と、減速用メッシュ電極105と、減速用
電源106とを備えており、フィラメント101から放
出された電子が、電極103、電極105により、酸素
分子の付着断面積が最大となるように(電子の平均エネ
ルギが6〜7eVになるように)、その速度が調節され
る。また、もう1つの電子供給手段110は、基板3近
傍に設置されたRFコイル111と、RF電源112と
を備えており、RFコイル111によりプラズマを生起
させ、ガス圧や投入RF電圧を調整してプラズマ中の電
子の平均エネルギを酸素分子の付着断面積が最大となる
ように(電子の平均エネルギが6〜7eVになるように
)する。これら電子供給手段100、110は、いずれ
か一方を用いるようにしてもよいし、これらを併用して
も構わない。
【0018】参照符号120は酸素負イオンが基板へ入
射することを防止する手段であり、リタ−ディングメッ
シュ電極121と、リタ−ディングメッシュ電極用電源
122とを備えている。そして、リタ−ディングメッシ
ュ電極121が負に帯電されることにより、酸素負イオ
ンが基板へ向かうことが阻止される。
射することを防止する手段であり、リタ−ディングメッ
シュ電極121と、リタ−ディングメッシュ電極用電源
122とを備えている。そして、リタ−ディングメッシ
ュ電極121が負に帯電されることにより、酸素負イオ
ンが基板へ向かうことが阻止される。
【0019】参照符号130は測定装置であり、プロ−
ブ131と、プロ−ブ測定回路132とを有していて、
これによりこの装置の効果を評価することができるよう
になっている。
ブ131と、プロ−ブ測定回路132とを有していて、
これによりこの装置の効果を評価することができるよう
になっている。
【0020】このように構成された装置においては、先
ず、成膜容器1内を排気して高真空状態とし、次いで、
反応性ガス供給系71及びArガス供給系81からバル
ブ72及び82を介して、夫々反応性ガス及びスパッタ
リングガスとしてのArガスを成膜容器内に導入する。 この状態で、コンデンサ61を介してRF電源62より
マグネトロンスパッタリング源4にRF電力を投入し、
スパッタリング源4中に設置されたタ−ゲットの近傍に
マグネトロンプラズマを励起させ、シャッタ5を閉じた
状態でタ−ゲット表面のコンデショニングを行う。その
後、酸素分子の付着断面積が最大となる電子の供給手段
100,110のうち一方又は両方により、平均エネル
ギが6〜7eVの電子を基板3の近傍に供給すると共に
、リタ−ディングメッシュ電極121を負に帯電させる
。
ず、成膜容器1内を排気して高真空状態とし、次いで、
反応性ガス供給系71及びArガス供給系81からバル
ブ72及び82を介して、夫々反応性ガス及びスパッタ
リングガスとしてのArガスを成膜容器内に導入する。 この状態で、コンデンサ61を介してRF電源62より
マグネトロンスパッタリング源4にRF電力を投入し、
スパッタリング源4中に設置されたタ−ゲットの近傍に
マグネトロンプラズマを励起させ、シャッタ5を閉じた
状態でタ−ゲット表面のコンデショニングを行う。その
後、酸素分子の付着断面積が最大となる電子の供給手段
100,110のうち一方又は両方により、平均エネル
ギが6〜7eVの電子を基板3の近傍に供給すると共に
、リタ−ディングメッシュ電極121を負に帯電させる
。
【0021】この状態で、シャッタ−5を開き、スパッ
タ粒子を基板3側へ導き、基板3に薄膜を形成する。
タ粒子を基板3側へ導き、基板3に薄膜を形成する。
【0022】このようにして薄膜を形成することにより
、基板面に供給される酸素を酸素負イオンの状態にする
ことができ、しかも負に帯電されたリタ−ディング電極
121の存在により、酸素負イオンが基板面に供給され
ることを阻止することができる。従って、成膜された薄
膜に酸素が混入することを回避することができる。
、基板面に供給される酸素を酸素負イオンの状態にする
ことができ、しかも負に帯電されたリタ−ディング電極
121の存在により、酸素負イオンが基板面に供給され
ることを阻止することができる。従って、成膜された薄
膜に酸素が混入することを回避することができる。
【0023】なお、図1のようにマグネトロンスパッタ
リング源を用いる場合には、基板への正イオンの入射が
もともと抑制されているが、RFコイル111を基板近
傍で動作させる場合、マグネットロンタイプでないスパ
ッタリング源を用いる場合、及びプラズマCVD法を用
いる場合には、基板への正イオンの流入を防止する手段
、例えば正イオンリタ−ディング用のメッシュ電極を基
板近傍に設けることが好ましい。
リング源を用いる場合には、基板への正イオンの入射が
もともと抑制されているが、RFコイル111を基板近
傍で動作させる場合、マグネットロンタイプでないスパ
ッタリング源を用いる場合、及びプラズマCVD法を用
いる場合には、基板への正イオンの流入を防止する手段
、例えば正イオンリタ−ディング用のメッシュ電極を基
板近傍に設けることが好ましい。
【0024】また、測定装置(プロ−ブ系)130は、
評価のために設けたものであるから必須のものではなく
、シャッタ5についても同様である。さらに、真空蒸着
の場合には、ガス供給系71、81、及びバルブ72、
82は不要である。スパッタリングの場合にも、金属、
半金属、半導体膜の形成を行う際には、反応性ガス供給
源71、バルブ72は不要であり、化合物膜を形成する
場合でも、使用するタ−ゲットが得ようとする薄膜と同
様の化合物で構成されていれば、同様に不要である。金
属タ−ゲットを用いて化合物薄膜を形成する場合には反
応性ガス供給系が必要であるが、必ずしも図1に示すよ
うにArガス供給系と分離している必要はなく、配管の
途中で混合しても、さらに最初から混合ガスを供給する
ようにしてもよい。スパッタリングガスとしては、Ar
に限らず、He,Ne,Kr,Xe等を用いることもで
きる。また、希ガスを用いずに反応性ガスのみを用いて
も構わない。
評価のために設けたものであるから必須のものではなく
、シャッタ5についても同様である。さらに、真空蒸着
の場合には、ガス供給系71、81、及びバルブ72、
82は不要である。スパッタリングの場合にも、金属、
半金属、半導体膜の形成を行う際には、反応性ガス供給
源71、バルブ72は不要であり、化合物膜を形成する
場合でも、使用するタ−ゲットが得ようとする薄膜と同
様の化合物で構成されていれば、同様に不要である。金
属タ−ゲットを用いて化合物薄膜を形成する場合には反
応性ガス供給系が必要であるが、必ずしも図1に示すよ
うにArガス供給系と分離している必要はなく、配管の
途中で混合しても、さらに最初から混合ガスを供給する
ようにしてもよい。スパッタリングガスとしては、Ar
に限らず、He,Ne,Kr,Xe等を用いることもで
きる。また、希ガスを用いずに反応性ガスのみを用いて
も構わない。
【0025】この実施例の場合には、薄膜形成をスパッ
タリングで行い、薄膜形成手段としてスパッタリング源
を用いたが、CVD法を用いる場合には、プラズマ励起
用のRFコイルを1図のコイル111のように設置し、
それによって原料ガスの分解を行えばよい。
タリングで行い、薄膜形成手段としてスパッタリング源
を用いたが、CVD法を用いる場合には、プラズマ励起
用のRFコイルを1図のコイル111のように設置し、
それによって原料ガスの分解を行えばよい。
【0026】さらに、酸素負イオンが基板へ入射するこ
とを防止するために、メッシュ電極121に負の電位を
印加したが、この負電位はそれほど大きくなくてもよい
ので、基板3に直接負の電位を印加する手段を設けても
よい。また、電子を放出させる手段としてフィラメント
101を用いたが、UV放出源を用いることもできる。
とを防止するために、メッシュ電極121に負の電位を
印加したが、この負電位はそれほど大きくなくてもよい
ので、基板3に直接負の電位を印加する手段を設けても
よい。また、電子を放出させる手段としてフィラメント
101を用いたが、UV放出源を用いることもできる。
【0027】なお、基板の加熱を不要にするという本発
明の目的に従って、基板加熱機構を設ける必要はない。 別の目的で設ける場合にも高温に加熱しないことが望ま
しい。逆に、基板3の冷却機構を設けることにより基板
選択の幅が広がり、本発明の目的に合致することとなる
。
明の目的に従って、基板加熱機構を設ける必要はない。 別の目的で設ける場合にも高温に加熱しないことが望ま
しい。逆に、基板3の冷却機構を設けることにより基板
選択の幅が広がり、本発明の目的に合致することとなる
。
【0028】次に、1図に示した装置を用いて実際に薄
膜を形成し、形成された薄膜の特性を評価した結果につ
いて説明する。
膜を形成し、形成された薄膜の特性を評価した結果につ
いて説明する。
【0029】先ず、第1の例では、成膜容器1を大気に
解放し、基板ホルダ−2に基板3としてSiウェハ−及
びガラスを設置した。次に、容器1を密閉し、バルブ9
2を介して排気系91により成膜容器内の圧力が1×1
0−5Torrになるまで排気する。通常、排気系の能
力は10−7Torr程度であり、この実施例の排気系
もこの程度の能力を有するが、本発明の効果の確認のた
め1×10−5Torrに止めた。
解放し、基板ホルダ−2に基板3としてSiウェハ−及
びガラスを設置した。次に、容器1を密閉し、バルブ9
2を介して排気系91により成膜容器内の圧力が1×1
0−5Torrになるまで排気する。通常、排気系の能
力は10−7Torr程度であり、この実施例の排気系
もこの程度の能力を有するが、本発明の効果の確認のた
め1×10−5Torrに止めた。
【0030】次に、反応性ガス供給系71からバルブ7
2を介してN2 ガスを10sccmの流量で流入させ
、反応性ガスの圧力を5×10−4Torrとし、Ar
ガス供給系81からバルブ82を介してArガスを90
sccmの流量で流入させて、容器1内の全ガス圧を5
×10−3Torrとした。
2を介してN2 ガスを10sccmの流量で流入させ
、反応性ガスの圧力を5×10−4Torrとし、Ar
ガス供給系81からバルブ82を介してArガスを90
sccmの流量で流入させて、容器1内の全ガス圧を5
×10−3Torrとした。
【0031】シャッタ5を閉じた状態で、コンデンサ6
1を介してRF電源62から1kWのRFパワ−をマグ
ネトロンスパッタリング源4に投入し、その中に設けら
れたTiタ−ゲット近傍にマグネトロンプラズマを励起
させ、Tiタ−ゲット表面のコンデショニングを行った
。
1を介してRF電源62から1kWのRFパワ−をマグ
ネトロンスパッタリング源4に投入し、その中に設けら
れたTiタ−ゲット近傍にマグネトロンプラズマを励起
させ、Tiタ−ゲット表面のコンデショニングを行った
。
【0032】次に、電源102によってフィラメント1
01を点灯し熱電子を発生させ、メッシュ電極103に
+100Vの電圧、メッシュ電極105に電極103に
対して−93Vの電圧を夫々電源104及び106に印
加し、基板3の近傍に平均エネルギが7eVの電子ビ−
ムを通過させた。このガス雰囲気中での電子の平均自由
行程λeは5〜6cmであるのでフィラメント、メッシ
ュ電極のサイズをλeよりも小さくし、フィラメント近
傍で電子がガスと衝突したり、プラズマが励起されるの
を防止した。また、メッシュ電極105を基板3に近接
させた。この状態で、電源122からリタ−ディング電
極121に−20Vの電位を与えた。この例ではRFコ
イル111は動作させず、また、プロ−ブ131を動作
させても検出可能な電子電流が得られなかったので動作
を中止した。
01を点灯し熱電子を発生させ、メッシュ電極103に
+100Vの電圧、メッシュ電極105に電極103に
対して−93Vの電圧を夫々電源104及び106に印
加し、基板3の近傍に平均エネルギが7eVの電子ビ−
ムを通過させた。このガス雰囲気中での電子の平均自由
行程λeは5〜6cmであるのでフィラメント、メッシ
ュ電極のサイズをλeよりも小さくし、フィラメント近
傍で電子がガスと衝突したり、プラズマが励起されるの
を防止した。また、メッシュ電極105を基板3に近接
させた。この状態で、電源122からリタ−ディング電
極121に−20Vの電位を与えた。この例ではRFコ
イル111は動作させず、また、プロ−ブ131を動作
させても検出可能な電子電流が得られなかったので動作
を中止した。
【0033】次に、シャッタ−5を開けて、スパッタ粒
子を基板3側へ導き、10分間成膜を行い、基板上にT
iN膜を形成した。このようにして得たTiN膜をTi
N1とする。
子を基板3側へ導き、10分間成膜を行い、基板上にT
iN膜を形成した。このようにして得たTiN膜をTi
N1とする。
【0034】第2の例においては、Tiタ−ゲットのコ
ンディショニングまでは第1の例と全く同一のプロセス
とした。その後、フィラメント101に通電し、電源1
04、106はオフ状態とし、RFコイル111に電源
112から500WのRF電力を投入して、RFコイル
近傍にガスプラズマを生起させ、次いでフィラメントの
通電を絶った。プロ−ブ測定回路132によってプラズ
マ中の電子の平均エネルギが約7evになるようにRF
コイルへのパワ−を調節し200Wとした。この際のプ
ラズマ中の電子密度は1011cm−3であった。
ンディショニングまでは第1の例と全く同一のプロセス
とした。その後、フィラメント101に通電し、電源1
04、106はオフ状態とし、RFコイル111に電源
112から500WのRF電力を投入して、RFコイル
近傍にガスプラズマを生起させ、次いでフィラメントの
通電を絶った。プロ−ブ測定回路132によってプラズ
マ中の電子の平均エネルギが約7evになるようにRF
コイルへのパワ−を調節し200Wとした。この際のプ
ラズマ中の電子密度は1011cm−3であった。
【0035】次に、プロ−ブ測定は中止してリタ−ディ
ング電極121に−20Vの電位を与えて、シャッタ5
を開き、10分間成膜を行って基板上にTiN膜を形成
した。このようにして得たTiN膜をTiN2とする。
ング電極121に−20Vの電位を与えて、シャッタ5
を開き、10分間成膜を行って基板上にTiN膜を形成
した。このようにして得たTiN膜をTiN2とする。
【0036】次に、比較例として、Tiタ−ゲットのコ
ンデョニングまでを上記例と全く同一のプロセスとし、
その後単にシャッタ5を開けてTiN膜の作成を10分
間行なった。これをTiN3とする。
ンデョニングまでを上記例と全く同一のプロセスとし、
その後単にシャッタ5を開けてTiN膜の作成を10分
間行なった。これをTiN3とする。
【0037】以上のようにして得られたTiN1、Ti
N2、TiN3を以下のように評価した。
N2、TiN3を以下のように評価した。
【0038】Siウェハ基板上の試料についてはオ−ジ
ェ電子分光法に膜の深さ方向のTi,N,Oの半定量分
析を行った。また、ガラス基板上の試料については化学
分析によりTi,Nの組成定量分析を行い、さらに膜厚
測定及び分光反射率測定を行った。測定結果を表1に示
す。
ェ電子分光法に膜の深さ方向のTi,N,Oの半定量分
析を行った。また、ガラス基板上の試料については化学
分析によりTi,Nの組成定量分析を行い、さらに膜厚
測定及び分光反射率測定を行った。測定結果を表1に示
す。
【0039】
【表1】
表1中、反射スペクトルプロファイルは、波長400〜
800nmの範囲でAuの反射スペクトルと比較し、A
uと試料の反射率の差の最大値が5%未満を☆、10%
未満を○、10%以上をΔとして評価した。
800nmの範囲でAuの反射スペクトルと比較し、A
uと試料の反射率の差の最大値が5%未満を☆、10%
未満を○、10%以上をΔとして評価した。
【0040】表1から明らかなように、従来技術に従っ
て形成した比較例のTiN3は膜中に10%(Tiとの
オ−ジェピ−ク比)にも及ぶ酸素(O)が含まれており
、窒素(N)が不足しているのに対し、本発明に従って
形成したTiN1及びTiN2は酸素の混入量が少なく
、またTiとNとの組成比も1に近く、化学的量論組成
に近付いていることがわかる。また、TiNを光学的に
応用しようとする場合、その反射スペクトルがAuに近
いほうが好ましいが、本発明に従って作成した試料Ti
N1、TiN2の反射スペクトルは、比較例のTiN3
に比べてAuにより近いことがわかる。また、TiN2
のほうがTiN1よりも膜質が優れていることがわかる
が、これはTiN2においてプラズマを生起させて酸素
分子の付着確率が最大となる電子の密度を高め、より効
率的に気相中の残留酸素分子を負イオン化したためと考
えることができる。
て形成した比較例のTiN3は膜中に10%(Tiとの
オ−ジェピ−ク比)にも及ぶ酸素(O)が含まれており
、窒素(N)が不足しているのに対し、本発明に従って
形成したTiN1及びTiN2は酸素の混入量が少なく
、またTiとNとの組成比も1に近く、化学的量論組成
に近付いていることがわかる。また、TiNを光学的に
応用しようとする場合、その反射スペクトルがAuに近
いほうが好ましいが、本発明に従って作成した試料Ti
N1、TiN2の反射スペクトルは、比較例のTiN3
に比べてAuにより近いことがわかる。また、TiN2
のほうがTiN1よりも膜質が優れていることがわかる
が、これはTiN2においてプラズマを生起させて酸素
分子の付着確率が最大となる電子の密度を高め、より効
率的に気相中の残留酸素分子を負イオン化したためと考
えることができる。
【0041】なお、上記の例では、TiN膜の形成につ
いて説明したが、本発明の目的は残留ガス又は反応性ガ
ス中に含まれる酸素が膜中に取り込まれるのを抑制する
ことにあるので、特に膜の材料には限定されず、幅広く
金属、半導体、半金属膜、又はこれらの酸化物、窒化物
、炭化物、硼化物、弗化物、硫化物、水素化物、珪化物
等の化合物膜を形成する場合の全てに亘って有効であり
、酸化物以外の場合には膜中への酸素の取り込みを防止
することができ、酸化物の場合には膜中の酸素量をコン
トロ−ルすることができ、いずれの場合にも膜質を向上
させる効果を得ることができる。
いて説明したが、本発明の目的は残留ガス又は反応性ガ
ス中に含まれる酸素が膜中に取り込まれるのを抑制する
ことにあるので、特に膜の材料には限定されず、幅広く
金属、半導体、半金属膜、又はこれらの酸化物、窒化物
、炭化物、硼化物、弗化物、硫化物、水素化物、珪化物
等の化合物膜を形成する場合の全てに亘って有効であり
、酸化物以外の場合には膜中への酸素の取り込みを防止
することができ、酸化物の場合には膜中の酸素量をコン
トロ−ルすることができ、いずれの場合にも膜質を向上
させる効果を得ることができる。
【0042】
【発明の効果】この発明によれば、薄膜形成中に基体を
加熱すること、及び基体へバイアス電圧を印加すること
なく、薄膜中に取り込まれる酸素の濃度を低下させるこ
とができる薄膜形成装置が提供される。従って、基体材
料の選択の幅が広がり、成膜装置の構成を簡略化するこ
とができ、さらに膜質を向上させることができる。
加熱すること、及び基体へバイアス電圧を印加すること
なく、薄膜中に取り込まれる酸素の濃度を低下させるこ
とができる薄膜形成装置が提供される。従って、基体材
料の選択の幅が広がり、成膜装置の構成を簡略化するこ
とができ、さらに膜質を向上させることができる。
【図1】この発明の一実施例に係る薄膜形成装置を示す
概略構成図。
概略構成図。
【図2】酸素付着断面積と電子エネルギとの関係を示す
図。
図。
Claims (1)
- 【請求項1】 成膜容器と、この成膜容器中に設置さ
れた基体支持手段と、基体支持手段に支持された基体の
主面上に薄膜を形成する薄膜形成手段と、基体支持手段
に支持された基体の主面近傍に、酸素分子の電子付着断
面積が最大となる平均エネルギを有する電子を供給する
電子供給源と、酸素負イオンが基体面に入射することを
抑制する抑制手段とを具備することを特徴とする薄膜形
成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1588691A JPH04236767A (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | 薄膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1588691A JPH04236767A (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | 薄膜形成装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04236767A true JPH04236767A (ja) | 1992-08-25 |
Family
ID=11901277
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1588691A Pending JPH04236767A (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | 薄膜形成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04236767A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160029814A (ko) * | 2013-07-03 | 2016-03-15 | 오엘리콘 썰피스 솔루션즈 아게, 츠르바크 | 타깃 준비 |
-
1991
- 1991-01-16 JP JP1588691A patent/JPH04236767A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160029814A (ko) * | 2013-07-03 | 2016-03-15 | 오엘리콘 썰피스 솔루션즈 아게, 츠르바크 | 타깃 준비 |
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