JPH04285156A - 二元化合物薄膜の形成方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二元化合物薄膜の形成
方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術および課題】二元蒸着法によって所望の基
板表面に二元化合物薄膜を形成する場合には、２つの蒸
着源での各元素の蒸発量を制御して所望の組成にする必
要がある。例えば、ジルコニウム硼化物はジルコニウム
と硼素の比がある範囲内で不定比となりうるため、所定
の組成比のジルコニウム硼化物薄膜を基板表面に形成す
るには前記ジルコニウム及び硼素の蒸発量を制御するこ
とが不可欠である。このようなことから従来では、以下
に説明する制御により二元化合物薄膜を形成することが
行なわれている。

【０００３】（１）　２つの蒸着源に投入する電力を予
め一定値となるように設定することによって、各蒸着源
での蒸発量を一定にして二元化合物薄膜を基板表面に形
成する方法。この方法は、装置を簡素化できるため、低
コストとなる長所を有するものの、長時間の成膜に際し
て各蒸着源からの蒸発量を一定とすることが難しく、膜
厚方向に均一かつ目的とする組成比を有する薄膜を形成
できない問題がある。

【０００４】（２）　２つの蒸着源の温度を制御して前
記各蒸着源からの蒸発量を一定にして二元化合物薄膜を
基板表面に形成する方法。しかしながら、かかる方法で
は時々刻々変化する各蒸着源の溶融蒸発物質の液面温度
を正確に測定することが難しいため、前記（１）　と同
様に膜厚方向に均一かつ目的とする組成比を有する薄膜
を形成できない問題がある。

【０００５】（３）　２つの蒸着源での蒸発量をそれぞ
れモニタし、その結果を出力系にそれぞれフィードバッ
クすることによって各蒸着源での蒸発量を一定にして二
元化合物薄膜を基板表面に形成する方法。かかる方法で
は、多くの二元化合物薄膜を目的とする組成比で形成す
ることが可能である。しかしながら、難蒸発性の元素ま
たは化合物（例えばＺｒ）を第１蒸着源から蒸発させ、
易蒸発性の元素（例えばＢ）を第２蒸着源から蒸発させ
る二元蒸着法において、前記難蒸発性の元素または化合
物は蒸発量の揺らぎが生じ易く、しかもその蒸発量を制
御することが難しい。その結果、前記二元蒸着法に際し
、前記各蒸着源からの蒸発量をそれぞれ独立してフィー
ドバック制御すると、前記第１の蒸着源での蒸発量の揺
らぎが生じた場合でも、前記第２蒸着源での蒸発量は全
く独立して制御されるため、形成された二元化合物薄膜
は膜厚方向の組成比がずれるという問題があった。

【０００６】本発明は、前記従来の問題点を解決するた
めになされたもので、難蒸発性の元素または化合物（例
えばＺｒ）を第１蒸着源から蒸発させ、易蒸発性の元素
（例えばＢ）を第２蒸着源から蒸発させる二元蒸着法に
際して膜厚方向に均一かつ目的とする組成比を有する二
元化合物薄膜を形成し得る方法を提供しようとするもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、元素ａ、元素
ｂ及び元素ａと元素ｂの化合物のうちから選ばれ、難蒸
発性の元素または化合物を第１蒸着源から蒸発させ、易
蒸発性の元素を第２蒸着源から蒸発させる二元蒸着法に
より基板表面に化合物薄膜を形成する方法において、前
記第１蒸着源での蒸発量の揺らぎに追従して前記第２蒸
着源での蒸発量を制御することを特徴とする二元化合物
薄膜の形成方法である。以下、本発明を図１に示す膜形
成装置を参照して詳細に説明する。

【０００８】図中の１は、真空チャンバである。このチ
ャンバ１の上部には、基板ホルダ２が配置されている。 前記ホルダ２の底面近傍にはメインシャッタ３が配置さ
れている。前記チャンバ１の底部には、第１、第２の蒸
着源４、５がそれぞれ設けられている。前記第１蒸着源
４には、元素ａ、元素ｂ及び元素ａと元素ｂの化合物の
うちから選ばれた難蒸発性の元素または化合物が収納さ
れている。前記第２蒸着源５には、元素ａおよび元素ｂ
から選ばれた易蒸発性の元素が収納されている。また、
前記各蒸着源４、５はそれぞれｅ−ｇｕｎにより蒸発を
行う方式のものである。但し、抵抗加熱その他の熱エネ
ルギーにより蒸発を行う方式の蒸着源を用いてもよい。 前記各蒸着源４、５には、第１、第２の電源６、７が接
続されている。前記各蒸着源４、５の上方近傍にには、
第１、第２のサブシャッタ８、９がそれぞれ配置されて
いる。前記チャンバ１の側壁には、前記チャンバ１内の
ガスを排気するための排気系１０が連結されている。

【０００９】前記第１蒸着源４の上方に位置する前記チ
ャンバ１内には、前記蒸着源４からの蒸発量を検出する
ための第１センサ１１が配置されている。前記第１セン
サ１１は、レートモニタ１２を通してコンピュータ１３
に接続されている。前記第２蒸着源５の上方に位置する
前記チャンバ１内には、前記蒸着源５からの蒸発量を検
出するための第２センサ１４が配置されている。前記第
２センサ１４は、レートコントローラ１５に接続されて
いる。このレートコントローラ１５は、前記コンピュー
タ１３に接続されていると共に、前記第２電源７に接続
されている。前記レートコントローラ１５は、前記コン
ピュータ１３からの指令および前記第２センサ１４から
の検出値に基づいて前記第２電源７の出力をコントロー
ルするものである。次に、前述した図１に示す前記膜形
成装置を用いて二元化合物薄膜の形成方法を説明する。

【００１０】まず、基板ホルダ２に所定の基板を保持し
た後、排気系１０を作動して真空チャンバ１内のガスを
排気して所定の真空度とする。つづいて、全てのシャッ
タ３、８、９を閉じ、第１、第２の蒸着源４、５に第１
、第２の電源６、７から予め設定した適当な値の電力を
投入し、前記各蒸着源４、５内の難蒸発性の元素または
化合物、易蒸発性の元素が一定の蒸発量で飛び出すよう
に予備加熱を行った後、前記第１、第２のサブシャッタ
８、９を開く。この状態で前記第１蒸着源４での蒸発量
が第１センサ１１で測定され、データはレートモニタ１
２を通してコンピュータ１３に送られる。前記コンピュ
ータ１３は、前記データに基づいて前記第１蒸着源４の
蒸発量に対して望みの組成の化合物が得られるように前
記第２蒸着源５の蒸発量を計算し、レートコントローラ
１５に指示を出す。前記レートコントローラ１５は、全
期コンピュータ１３からの指示によって前記第２電源７
の出力をコントロールして前記第２蒸着源５での蒸発量
を適正な値となるように制御する。同時に、前記第２蒸
着源５での蒸発量が第２センサ１４で測定され、データ
は前記レートコントローラ１５に送られ、前記レートコ
ントローラ１５で前記コンピュータ１３からの指示と前
記第２モニタ１４からのデータとを比較して前記第２電
源７の出力をコントロールして前記第２蒸着源５での蒸
発量をより適正な値となるように制御する。このような
レートモニタ１２からのデータをコンピュータ１３に取
込んで計算し、レートコントローラ１５へ所定の指示を
送ると共に、第２センサ１４のデータを前記レートコン
トローラ１５に送って前記第２電源７の出力を制御する
動作、つまり前記第１蒸着源４での蒸発量の揺らぎに追
従して前記第２蒸着源５での蒸発量を制御する動作は、
適当な時間間隔で成膜終了まで繰り返される。

【００１１】次いで、前記各蒸着源４、５での蒸発量が
安定した後、メインシャッタ３を開いて前記基板表面へ
の成膜を開始する。前記基板表面に成膜された二元化合
物薄膜の膜厚が所定の値に達した後、メインシャッタ３
を閉じて成膜を終了する。

【００１２】前記元素ａ、元素ｂからなる二元化合物と
しては、例えばＺｒＢ２　、ＴｉＢ２、ＷＢ、ＭｏＢ２
　、ＮｂＡｌ３　等を挙げることができる。前記ＺｒＢ
２　薄膜を形成する場合には、Ｚｒが難蒸発性の元素、
Ｂが易蒸発性の元素として用いられる。前記ＴｉＢ２　
薄膜を形成する場合には、ＴｉＢ２　が難蒸発性の化合
物、Ｂが易蒸発性の元素として用いられる。前記ＮｂＡ
ｌ３　薄膜を形成する場合には、Ｎｂが難蒸発性の化合
物、Ａｌが易蒸発性の元素として用いられる。

【００１３】

【作用】本発明によれば、前述したようにレートモニタ
１２からのデータ（第１蒸着源４の蒸発量）をコンピュ
ータ１３に取込んで計算し、レートコントローラ１５へ
所定の指示を送ると共に、第２センサ１４のデータ（第
２蒸着源５の蒸発量）を前記レートコントローラ１５に
送って第２電源７の出力を制御する、つまり前記第１蒸
着源４での蒸発量の揺らぎに追従して前記第２蒸着源５
での蒸発量を制御することによって、前記第１蒸着源４
に蒸発量の揺らぎを起こし易い難蒸発性の元素または化
合物を収納しても、従来法のように前記各蒸着源からの
蒸発量を独立して制御する場合に比べて膜厚方向に均一
かつ目的とする組成比を有する二元化合物薄膜を再現性
よく形成することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を前述した図１を参照
して詳細に説明する。 実施例１

【００１５】第１、第２の蒸着源４、５にＺｒ（難蒸発
性物質）、Ｂ（易蒸発性物質）をそれぞれ収納し、真空
チャンバ１内の真空度を２×１０−９ｔｏｒｒ、ガラス
基板（コーニング社製商品名；＃７０５９）の温度を室
温とした。また、レートモニタ１２からのデータ（第１
蒸着源４の蒸発量）をコンピュータ１３に取込んで計算
し、レートコントローラ１５へ所定の指示を送ると共に
、第２センサ１４のデータ（第２蒸着源５の蒸発量）を
前記レートコントローラ１５に送って第２電源７の出力
を制御する際の、目標組成比（易蒸発性物質／難蒸発性
物質）を２．０、蒸着速度を１０オングストローム（以
下、Ａとする）／ｓｅｃとして厚さ０．５μｍのＺｒＢ
２　薄膜を前記ガラス基板表面に形成した。 実施例２〜４

【００１６】第１、第２の蒸着源４、５に下記表１に示
す難蒸発性物質、易蒸発性物質をそれぞれ収納し、レー
トモニタ１２からのデータ（第１蒸着源４の蒸発量）を
コンピュータ１３に取込んで計算し、レートコントロー
ラ１５へ所定の指示を送ると共に、第２センサ１４のデ
ータ（第２蒸着源５の蒸発量）を前記レートコントロー
ラ１５に送って第２電源７の出力を制御する際の目標組
成比（易蒸発性物質／難蒸発性物質）、蒸着速度および
厚さを下記表１に示す条件にした以外、実施例１と同様
な方法により二元化合物薄膜をガラス基板表面に形成し
た。 比較例１

【００１７】第１、第２の蒸着源４、５にＺｒ（難蒸発
性物質）、Ｂ（易蒸発性物質）をそれぞれ収納し、真空
チャンバ１内の真空度を２×１０−９ｔｏｒｒ、ガラス
基板（コーニング社製商品名；＃７０５９）の温度を室
温とした。また、第１、第２の電源６、７から投入電力
を目標組成比（易蒸発性物質／難蒸発性物質）が２．０
となるように一定にした状態で、蒸着速度を１０Ａ／ｓ
ｅｃとして厚さ０．５μｍのＺｒＢ２　薄膜を前記ガラ
ス基板表面に形成した。 比較例２

【００１８】第１、第２の蒸着源にＺｒ（難蒸発性物質
）、Ｂ（易蒸発性物質）をそれぞれ収納し、真空チャン
バ内の真空度を２×１０−９ｔｏｒｒ、ガラス基板（コ
ーニング社製商品名；＃７０５９）の温度を室温とした
。また、前記第１、第２の蒸着源での蒸発量を目標組成
比（易蒸発性物質／難蒸発性物質）が２．０となるよう
にそれぞれ独立して制御し、蒸着速度を１０Ａ／ｓｅｃ
として厚さ０．５μｍのＺｒＢ２　薄膜を前記ガラス基
板表面に形成した。 比較例３〜５

【００１９】第１、第２の蒸着源に下記表１に示す難蒸
発性物質、易蒸発性物質をそれぞれ収納し、前記第１、
第２の蒸着源での蒸発量をそれぞれ独立して制御する際
の目標組成比（易蒸発性物質／難蒸発性物質）、蒸着速
度および厚さを下記表１に示す条件にした以外、比較例
２と同様な方法により二元化合物薄膜をガラス基板表面
に形成した。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　表１　　　　　　　　　　　　　　
蒸着源に収容される物質　　　　蒸着速度　　膜　　　
　厚　　目標組成比　　　　　　　　　　　　難蒸発性
物質　　易蒸発性物質　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ａ）　
　　　　　　　（ｂ）　　　　（Ａ／ｓ）（μｍ）　　
（ｂ／ａ）　　実施例１　　　　　　Ｚｒ　　　　　　
　　　　　　Ｂ　　　　　　　　１０　　　　　　０．
５　　　　２．０　　実施例２　　　　　　Ｚｒ　　　
　　　　　　　　　Ｂ　　　　　　　　１０　　　　　
　３　　　　　　　　２．０　　実施例３　　　　Ｔｉ
Ｂ２　　　　　　　　　　　Ｂ　　　　　　　　１５　
　　　　　０．５　　　　２．０　　実施例４　　　　
　　Ｎｂ　　　　　　　　　　　　Ａｌ　　　　　　　
　８　　　　　　０．５　　　　０．３３　　比較例１
　　　　　　Ｚｒ　　　　　　　　　　　　Ｂ　　　　
　　　　１０　　　　　　０．５　　　　２．０　　比
較例２　　　　　　Ｚｒ　　　　　　　　　　　　Ｂ　
　　　　　　　１０　　　　　　０．５　　　　２．０
　　　　比較例３　　　　　　Ｚｒ　　　　　　　　　
　　　Ｂ　　　　　　　　１０　　　　　　３　　　　
　　　　２．０　　　　比較例４　　　　ＴｉＢ２　　
　　　　　　　　　Ｂ　　　　　　　　１５　　　　　
　０．５　　　　２．０　　　　比較例５　　　　　　
Ｎｂ　　　　　　　　　　　　Ａｌ　　　　　　　　８
　　　　　　０．５　　　　０．３３実施例１〜４およ
び比較例１〜５により形成された二元化合物薄膜の組成
比（易蒸発性物質／難蒸発性物質）を測定した。その結
果を下記表２に示す。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　表２　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　目標組成比　　　　　　実　　測　　
組　　成　　比　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（ｂ／ａ）　　　　　　　　　　（ｂ／ａ）　
　　　　　　　　　　　実施例１　　　　２．０　　　
　　　　　　　１．９〜２．２　　　　　　　　　　　
　実施例２　　　　２．０　　　　　　　　　　１．８
〜２．１　　　　　　　　　　　　実施例３　　　　２
．０　　　　　　　　　　１．９〜２．０　　　　　　
　　　　　　実施例４　　　　０．３３　　　　　　　
　０．３０〜０．３４　　　　　　　　　　　　比較例
１　　　　２．０　　　　　　　　　　１．６〜２．８
　　　　　　　　　　　　比較例２　　　　２．０　　
　　　　　　　　１．７〜２．５　　　　　　　　　　
　　比較例３　　　　２．０　　　　　　　　　　１．
５〜２．７　　　　　　　　　　　　比較例４　　　　
２．０　　　　　　　　　　１．８〜２．６　　　　　
　　　　　　　比較例５　　　　０．３３　　　　　　
　　０．２５〜０．４０

【００２０】前記表２から明ら
かなように、本実施例１〜２で形成されたＺｒＢ２　薄
膜は比較例１〜３で形成されたＺｒＢ２　薄膜に比べて
目標組成比に近い値を有することが分かる。また、本実
施例２で形成されたＴｉＢ２　薄膜は比較例３で形成さ
れたＴｉＢ２　薄膜に比べて目標組成比に近い値を有す
ることが分かる。さらに本実施例４で形成されたＮｂＡ
ｌ３　薄膜は、比較例５で形成されたＮｂＡｌ３　薄膜
に比べて目標組成比に近い値を有することが分かる。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば難蒸
発性の元素または化合物を第１蒸着源から蒸発させ、易
蒸発性の元素を第２蒸着源から蒸発させる二元蒸着法に
際して膜厚方向に均一かつ目的とする組成比を有する二
元化合物薄膜を形成し得る方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二元化合物薄膜の形成に用いられる膜
形成装置を示す概略図。

【符号の説明】

１…真空チャンバ、２…基板ホルダ、３、８、９…シャ
ッタ、４…第１蒸着源、５…第２蒸着源、６…第１電源
、７…第２電源、１０…排気系、１２…レートモニタ、
１３…コンピュータ、１５…レートコントローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　元素ａ、元素ｂ及び元素ａと元素ｂの
   化合物のうちから選ばれ、難蒸発性の元素または化合物
   を第１蒸着源から蒸発させ、易蒸発性の元素を第２蒸着
   源から蒸発させる二元蒸着法により基板表面に化合物薄
   膜を形成する方法において、前記第１蒸着源での蒸発量
   の揺らぎに追従して前記第２蒸着源での蒸発量を制御す
   ることを特徴とする二元化合物薄膜の形成方法。