JPH04285167A - 連続薄膜の形成方法 - Google Patents

連続薄膜の形成方法

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JPH04285167A
JPH04285167A JP5161591A JP5161591A JPH04285167A JP H04285167 A JPH04285167 A JP H04285167A JP 5161591 A JP5161591 A JP 5161591A JP 5161591 A JP5161591 A JP 5161591A JP H04285167 A JPH04285167 A JP H04285167A
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thin film
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forming material
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謙一 佐野
Keiji Mashita
啓治 真下
Takashi Ebisawa
孝 海老沢
Junzo Takahashi
高橋 純三
Takaharu Yonemoto
米本 隆治
Masashi Fujinaga
政志 藤長
Tsugio Miyagawa
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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、基板上に連続した超薄
膜、または連続した超薄膜を積層した多層薄膜を形成す
る法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、基板上に薄膜を形成する際、成
膜初期の膜厚が極めて薄い、例えば数100オングスト
ローム(以下、オングストロームをAとする)段階にお
いて薄膜は多数の分離した島状構造となるため、連続し
た薄膜を形成することが難しい。これは、熱力学的な平
衡状態において薄膜の表面張力(表面エネルギー)の影
響により、蒸着物質が凝縮して島状構造となることに起
因する。したがって、前記島状化を防ししなければ、数
100A以下の膜厚の連続した超薄膜を形成することが
できない。前記薄膜の島状化を防止するために、従来よ
り以下に説明する薄膜形成方法が知られている。 (1)基板材料として薄膜形成物質より表面エネルギー
の大きな物質を選び、相対的に薄膜形成物質の表面エネ
ルギーを低下させて薄膜形成を行う方法。 (2)成膜時の基板温度を低くし、熱力学的に不平衡状
態にして薄膜形成を行う方法。 (3)成膜速度を増加させて過飽和度を増大させること
により有効な成膜温度を低下させ、熱力学的に不平衡状
態にして薄膜形成を行う方法。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記(
1)の薄膜形成方法では薄膜形成物質よりも表面エネル
ギーが大きく、かつ他の特性も成膜に適した基板材料を
見出だすことが困難であり、仮にそのような材料が存在
したとしても基板の選択が限定されるという問題がある
【0004】前記(2)、(3)の薄膜形成方法は、い
ずれも成膜温度を低くするため、成膜時の薄膜形成物質
の拡散による移動が不十分となる。その結果、単結晶薄
膜を形成しようとしても多結晶化が生じたり、或るは単
結晶、多結晶の薄膜のいずれでも薄膜中の転位、空孔な
どの格子欠陥密度が高くなり、膜質劣化を招く。また、
層状成長による連続薄膜を形成するためには基板温度を
室温以下に下げる必要があるが、かかる場合には複雑か
つ高価な基板冷却機構が必要になるという問題を生じる
【0005】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたもので、基板の材質に依存せず、層状成長
された連続した超薄膜またはこれらを積層した多層薄膜
を容易に形成し得る方法を提供しようとするものである
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板または前
記基板上の下地層の表面に薄膜を連続的に形成するに際
し、前記基板または下地層の表面に前記薄膜形成物質の
表面エネルギーよりも低い偏析形成物質を1/100原
子層以上の膜厚で成膜した後、薄膜形成物質を成膜する
と共に、前記各物質の成膜時の温度を下記式(1)、(
2)に示す下限温度(TLC)と上限温度(TUC)の
範囲に設定することを特徴とする連続薄膜の形成方法。 TLC=QS /{R・ln(DOS/a・r)}…(
1)TUC=QV /{R・ln(DOV/a・r)}
…(2)ただし、TLC;成膜温度の下限(°K)TU
C;成膜温度の上限(°K) QS ;偏析形成物質の薄膜形成物質上または偏析形成
物質上における表面拡散エネルギー(J/mol)QV
 ;偏析形成物質の薄膜形成物質中における体積拡散エ
ネルギー(J/mol) R;気体定数(J/mol/°K) DOS;偏析形成物質の薄膜形成物質上または偏析形成
物質上における表面拡散係数の振動数項(m2 /s)
DOV;偏析形成物質の薄膜形成物質中の体積拡散の振
動数項(m2 /s) a;偏析形成物質の格子定数(m) r;平均成膜速度(m/s)
【0007】前記偏析形成物質は、前記薄膜形成物質の
表面エネルギーよりも低いものであれば、いかなるもの
でもよく、特に制限されない。また、前記偏析形成物質
は前記基板との関係で表面エネルギーが前記基板と同等
かもしくはそれより低いことが望ましいが、前記薄膜形
成物質との関係でその表面エネルギーより低ければ、前
記基板との関係を満たさなくてもよい。
【0008】前記偏析形成物質の成膜時の膜厚を限定し
たのは、その膜厚を1/100原子層未満にすると、前
記薄膜の基板への成膜初期に前記基板の表面エネルギー
を十分に低くできなくなり、連続した薄膜を形成できな
くなるからである。ただし、前記偏析形成物質の膜厚を
厚くすると、薄膜の成膜後において前記偏析形成物質が
すべて薄膜表面に偏析せず、前記基板の界面に残存する
。このため、特に前記偏析形成物質の成膜厚さを1/1
00原子層〜2原子層の範囲にすると、薄膜の成膜時に
前記基板の界面に前記偏析形成物質が残存することなく
薄膜表面にすべて偏析することが可能となる。したがっ
て、超薄膜の積層の後にスパッタエッチング等のエッチ
ングを施して表面に偏析層を除去することにより偏析物
質が存在しない薄膜形成物質のみからなる多層薄膜の形
成が可能となる。
【0009】前記偏析形成物質および薄膜形成物質の成
膜に際しての温度範囲を限定したのは、次のような理由
によるものである。前記成膜温度を下限温度(TLC)
未満にすると、前記偏析形成物質を基板表面に成膜し、
薄膜形成物質を成膜した後において、前記物質を薄膜表
面に偏析させることができなくなり、前記基板の表面エ
ネルギーを十分に低減できず、連続した超薄膜を形成で
きなくなる。このため、超薄膜を積層する際にも、その
前の超薄膜の表面エネルギーを十分に低減できず、連続
した多層薄膜を形成できなくなる。一方、前記成膜温度
が上限温度(TUC)を越えると、薄膜形成物質の成膜
後において前記偏析形成物質が前記薄膜中に拡散し、偏
析状態を維持できなくなって前記薄膜の表面エネルギー
を低減できなくなり、この後の薄膜形成物質の成膜に際
して島状化が生じて層状の連続した多層薄膜を形成でき
なくなる。
【0010】
【作用】本発明によれば、基板または基板上の下地層の
表面に薄膜形成物質の表面エネルギーより低い偏析形成
物質を前記式(1)、(2)に示す下限温度(TLC)
と上限温度(TUC)の範囲の温度で成膜することによ
って、前記基板の表面に前記物質が偏析できるため、そ
の後の薄膜形成物質の成膜により島状化がなされること
なく、連続した(層状の)超薄膜を形成できる。
【0011】また、前記超薄膜の成膜を前記下限温度(
TLC)と上限温度(TUC)の範囲の温度で続行する
と、前記偏析形成物質と前記超薄膜の表面エネルギーの
差を駆動力として前記薄膜表面に前記物質が偏析するた
め、薄膜の有効表面エネルギーを薄膜本来の表面エネル
ギーからそれより低い偏析物質の表面エネルギーに変化
させることができる。その結果、次の薄膜形成物質の成
膜に際して、島状成長が阻止され、層状成長が促進され
て連続した多層薄膜を形成できる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 実施例1
【0013】まず、表面が(100)面のMgO単結晶
基板を清浄化した後、超高真空の真空チャンバ内にて前
記基板を室温に保持してFeを電子ビーム蒸着を行って
厚さ10AのFe下地層を成膜した。つづいて、同超高
真空の真空チャンバ内にて偏析形成物質であるAg(表
面エネルギー;1.302J/m2 )を電子ビーム蒸
着して厚さ10Aの偏析層を成膜した後、前記基板を4
00℃に加熱し、薄膜形成物質であるFe(表面エネル
ギー;2.939J/m2 )を電子ビーム蒸着により
1A/sの速度で500A成膜した。 比較例1
【0014】実施例1と同様なFe下地層が形成された
MgO基板を400℃に加熱し、薄膜形成物質であるF
eを電子ビーム蒸着により1A/sの速度で500A厚
さに直接成膜した。
【0015】実施例1及び比較例1のFe薄膜表面を、
2×104 倍の走査電子顕微鏡により調べた。その結
果、実施例1で歯平坦で異物が観察されず、層状の連続
したFe薄膜が形成されていることが観察された。これ
に対し、比較例1のFe薄膜ではファセット状の島状構
造が観察された。
【0016】また、前記Ag、Feについて前記式(1
)、(2)に基づいて成膜時の下限温度(TLC)と上
限温度(TUC)を求めると、それぞれ−26.4℃、
563℃であり、前記成膜時の条件をTLCとTUCの
範囲内で行なうことによって、連続したFe薄膜を形成
できることがわかる。 実施例2
【0017】表面が(111)面のSi単結晶基板を清
浄化した後、超高真空の真空チャンバ内にて前記基板を
150℃に加熱し、偏析形成物質であるPb(表面エネ
ルギー;0.534J/m2 )を電子ビーム蒸着して
厚さ2Aの偏析層を成膜した後、前記基板を室温とし、
薄膜形成物質であるAg(表面エネルギー;1.302
J/m2 )を電子ビーム蒸着により1A/sの速度で
300A成膜した。 比較例2
【0018】表面が(111)面のSi単結晶基板を清
浄化した後、超高真空の真空チャンバ内にて前記基板を
150℃に加熱し、薄膜形成物質であるAgを電子ビー
ム蒸着により1A/sの速度で300A厚さに直接成膜
した。
【0019】実施例2及び比較例2の薄膜形成後のSi
基板を、前記真空チャンバに連結している分析室に搬送
し、オージェ電子分光器を用いて表面分析を行った。そ
の結果、実施例2ではPb及びAgが検出され、基板の
材料であるSiは検出されなかった。また、Arイオン
により薄膜表面を約1分間スパッタエッチングを行ない
、再度表面分析を行った。その結果、Agのみが検出さ
れた。これにより、連続したAg薄膜が形成され、その
表面にPbが偏析していることがわかった。これに対し
、比較例2では薄膜形成物質であるAgのみならずSi
が検出された。これは、Ag薄膜が島状成長したため、
一部露出している基板のSiがAg薄膜の隙間から検出
されたものと考えられる。
【0020】また、実施例2の薄膜の表面をArイオン
により基板表面近傍までスパッタエッチングを行ない、
再度表面分析を行った。その結果、Agのみが検出され
、偏析形成物質であるPbは検出されなかった。これに
より、Pbを前記膜厚で基板表面に成膜することにより
、PbのすべてがAg薄膜表面に順次偏析されて、基板
の界面に残存しないことがわかる。
【0021】更に、前記Pb、Agについて前記式(1
)、(2)に基づいて成膜時の下限温度(TLC)と上
限温度(TUC)を求めると、それぞれ−153℃、3
28℃であり、前記成膜時の条件をTLCとTUCの範
囲内で行なうことによって、連続したAg薄膜を形成で
きることがわかる。
【0022】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば基板
の材質に依存せず、単結晶、多結晶で膜質が良好な層状
の連続した超薄膜またはこれらを積層した多層薄膜を容
易に形成し得る方法を提供できる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  基板または前記基板上の下地層の表面
    に薄膜を連続的に形成するに際し、前記基板または下地
    層の表面に前記薄膜形成物質の表面エネルギーよりも低
    い偏析形成物質を1/100原子層以上の膜厚で成膜し
    た後、薄膜形成物質を成膜すると共に、前記各物質の成
    膜時の温度を下記式(1)、(2)に示す下限温度(T
    LC)と上限温度(TUC)の範囲に設定することを特
    徴とする連続薄膜の形成方法。 TLC=QS /{R・ln(DOS/a・r)}…(
    1)TUC=QV /{R・ln(DOV/a・r)}
    …(2)ただし、TLC;成膜温度の下限(°K)TU
    C;成膜温度の上限(°K) QS ;偏析形成物質の薄膜形成物質上または偏析形成
    物質上における表面拡散エネルギー(J/mol)QV
     ;偏析形成物質の薄膜形成物質中における体積拡散エ
    ネルギー(J/mol) R;気体定数(J/mol/°K) DOS;偏析形成物質の薄膜形成物質上または偏析形成
    物質上における表面拡散係数の振動数項(m2 /s)
    DOV;偏析形成物質の薄膜形成物質中の体積拡散の振
    動数項(m2 /s) a;偏析形成物質の格子定数(m) r;平均成膜速度(m/s)
  2. 【請求項2】  偏析形成物質を1/100原子層以上
    2原子層以下の膜厚で成膜し、更に薄膜形成物質を成膜
    した後、エッチングして前記薄膜表面の偏析物質を除去
    することを特徴とする請求項1記載の連続薄膜の形成方
    法。
JP5161591A 1991-03-15 1991-03-15 連続薄膜の形成方法 Expired - Lifetime JPH07109032B2 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7732325B2 (en) 2002-01-26 2010-06-08 Applied Materials, Inc. Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers
US7781326B2 (en) 2001-02-02 2010-08-24 Applied Materials, Inc. Formation of a tantalum-nitride layer
JP2019021676A (ja) * 2017-07-12 2019-02-07 株式会社Joled 有機el素子、有機el表示パネル、および、有機el表示パネルの製造方法
US10280509B2 (en) 2001-07-16 2019-05-07 Applied Materials, Inc. Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques

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JP2019021676A (ja) * 2017-07-12 2019-02-07 株式会社Joled 有機el素子、有機el表示パネル、および、有機el表示パネルの製造方法

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