JPH0459972A - 薄膜形成方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、基材の表面に付着や堆積等によって薄膜を
形成する薄膜形成技術に関するものである。

［従来の技術］ 薄膜形成技術には、多くの手法があることは周知のとお
りである。その中で、付着物質を基材上に堆積させたり
付着させることにより、薄膜を形成する技術として化学
的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖａｐｏｒ　　Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＣＶＤ法と略す）および物理
的気相成長法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　　Ｖａｐｏｒ　　Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＰＶＤ法と略す）を特に重要
なものとして挙げることができる。ＣＶＤ法は、薄膜材
料を構成する元素の水素化物、ハロゲン化物または有機
金属化合物をガス状で基材上に供給し、気相または基材
表面で分解、酸化、還元、置換反応を起こして、基材表
面に所望の薄膜を形成する方法であり、一方、ＰＶＤ法
は、蒸着やスパッタリングなどの物理的方法で基材上に
所望の薄膜を形成する方法である。これらの方法は、非
常に多岐にわたっており、種々の方法について改良が試
みられている。

［発明が解決しようとする課題］ ＣＶＤ法およびＰＶＤ法等において、従来の薄膜形成技
術には一般的に以下に示す問題点がある。

まず第１の問題点として膜厚の均一性に関する問題があ
る。従来の技術では、基材の表面にまず膜の成長の中心
となる核がまばらに形成され、この核から成長が進む。

この核の密度が小さい場合や核の分布にばらつきがある
場合には、表面を均一に覆う膜が形成されなくなるとい
う問題が生じる。

第２の問題点としては、膜の緻密性に関する問題を挙げ
ることができる。上述した膜厚の均一性と同様に、核の
密度が小さいときには、膜は大きな粒の集合として形成
されるため、粒間の隙間が大きくなり十分に緻密な膜が
形成されなくなる。

第３として膜の密着性に関する問題点を挙げることがで
きる。膜を形成する物質が十分な運動エネルギを持たな
いとき、基材表面との化学反応などの相互作用が十分に
行なわれず、膜の密着性は低下する。

また第４として、膜の段差被覆性に関する問題を挙げる
ことができる。従来の技術において、特にＣＶＤ法およ
びＰＶＤ法では、付着物質は基材の微細な段差部に到達
しにくくなる。このため、段差部は平坦部に比べて形成
される膜厚が小さくなる。また、表面における付着物質
の運動エネルギが小さいときには、付着物質の表面での
移動が小さくなり、十分に段差部を被覆することができ
なくなる。

さらに第５の問題として、膜組成の不均一を挙げること
ができる。複数種の構成粒子により形成される膜におい
て、表面での粒子の運動エネルギが小さい場合には、粒
子の混合が十分に行なわれず膜の組成に不均一が発生す
る。

またさらに、以上に挙げた問題点に起因して、絶縁性薄
膜の絶縁破壊電圧の低下および不均一結晶性薄膜におけ
る結晶粒径の不均一、結晶方位の分均−１金属薄膜の導
電率の不均一、表面の粗面化ならびにこれに伴う光沢度
の低下などの諸性性の劣化が生じるようになる。

この発明の目的は、上記の問題点を解決するため、従来
の技術にない新しい薄膜形成方法を提供することにある
。

［課題を解決するための手段］ この発明に従う薄膜形成方法は、基材の表面に、付着物
質の薄膜を形成させるための薄膜形成方法において、薄
膜の形成時に、基材および／または付着物質に弾性波を
励起させることを特徴としている。

この発明の特徴である弾性波は、弾性体である基材およ
び付着物質を伝わる弾性振動の波である。

弾性波の周波数は、特に限定されるものではないが、超
音波領域で１０ｋＨｚ以上の波をこの発明に従う弾性波
として用いることにより、形成する膜の特性により大き
な効果をもたらすことができる。

また、この発明に従う弾性波がその減衰により熱を発生
させることにより、形成される薄膜の膜質を向上させる
ことができる。

さらに、この発明に従う弾性波が基材および／または付
着物質の全体または一部を空間的に移動させることによ
り、薄膜の形成過程および形成される薄膜の膜質により
よい効果をもたらすことができる。

また、上述した弾性波による熱の発生や物質の空間的な
移動は、膜を形成している系の一部分に局在させて他の
部分より十分大きくなるよう発生させることもできる。

この発明に従う薄膜形成方法は、特に限定されるもので
はないが、その具体例として、ＣＶＤ法、プラズマ支援
化学的気相成長法（ＰｌａｓｍａＣｈｅｍｉｃａｌ　　
Ｖａｐｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、基材に付着物
質を塗布する塗布法、ＰＶＤ法および液相成長法等を挙
げることができる。

また、この発明に従って形成できる薄膜は多種類にわた
り限定されるものではないが、その具体例を示すと、シ
リコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物、
タングステン、タンタル、モリブデン、ジルコニウム、
チタニウム、ハフニウム、ニッケル、クロム、白金、鉄
、亜鉛、錫、およびこれらの金属の珪化物、窒化物、炭
化物、アルミニウム、銅、金、銀およびこれらを主成分
とする合金、ＰＺＴなどの強誘電体、酸化物超電導体を
含む超電導体、強磁性体ならびにその他の高分子物質等
を挙げることができる。

この発明に従う基材についても、限定されるものではな
いが、その具体例としては、半導体装置回路の製造に使
用される基板、磁気記憶装置において磁気テープおよび
磁気ディスク等の記憶素子の形成に用いられる基材、金
属整形物および金属薄板、ねじ等の機械要素ならびに加
工用工具等を挙げることができる。

［作用］ この発明に従えば、弾性波が以下に挙げるような作用を
薄膜形成系に及ぼし、形成される薄膜の特性が改善され
るようになる。

第１の作用として、弾性波による物質の加熱を挙げるこ
とができる。弾性波は、その伝播の過程において、一般
に媒質との相互作用により減衰する。減衰により失われ
た波のエネルギは、熱エネルギとなり媒質を加熱し温度
の上昇をもたらす。

上記波の減衰による単位体積当たりのエネルギ損失は、
減衰係数が同一であれば波の振幅が大きいほど大きくな
る。また、特に共振構造が存在するとき、その構造部に
おいて振幅が十分大きい定在波が励起され、局所的に大
きなエネルギ損失をもたらす。これにより、局所加熱も
可能となる。基材を加熱し温度を上昇させることにより
薄膜形成過程および形成された薄膜の特性にもたらされ
る効果は既に多く知られているが、一般的なものとして
、１）熱反応の促進による形成速度の上昇、２）結晶性
薄膜における結晶粒径の増大、３）薄膜の密着性の向上
、４）膜形成粒子の表面移動の増加による段差被覆性の
向上などを挙げることができる。そして、これらの作用
により膜特性の改善が可能となる。

第２の作用として、弾性波による物質の移動を挙げるこ
とができる。弾性波は、物質の力学的平衡点からの移動
により発生する平衡点への復元力により物質が動くこと
によっているものであり、波が存在していることは、物
質の変位が存在していることと同義である。薄膜形成中
の基材に弾性波が励起されているとき、その表面の波長
に比べて小さい領域は、波の進行方向、変化ベクトルお
・よび波数ベクトルのなす角に依存するが、表面に垂直
な方向および／または表面に接する方向には周期的な移
動を行なう。このような移動が薄膜の形成特性および形
成される膜特性に種々の効果を及ぼす。これらの効果と
して、次のものを挙げることができる。

まず、気相成長法における効果は以下のとおりである。

気相成長法では、膜を構成する原子および分子等が基材
表面に入射し、化学反応等を経て固体薄膜が形成される
。このとき、基材に弾性波が励起されていれば、その表
面は振幅／周期程度の速度で運動しており、入射粒子の
速度に比べこの速度が大きいときには、入射粒子の表面
に対する相対速度が大きくなる。すなわち、入射粒子の
運動量が大きくなったのと同様の効果が薄膜の形成にお
いて働く。入射粒子の運動量の増加に伴う効果として、
一般的には、１）薄膜の密着性の向上、２）薄膜の密度
の増加（緻密化）、３）結晶性薄膜における結晶性の向
上、４）入射粒子の表面移動距離の増加による段差被覆
性の向上などがある。これらの作用により、膜特性の改
善が可能となる。

また、表面の凹凸の特徴的な長さに比べ、波の振幅が大
きく、かつ、その運動速度が入射粒子の速度と同程度の
場合には、凹凸に対する入射粒子の入射角が変化するこ
とになり、これにより形成膜厚の均一化が促進される。

このような作用によっても膜特性は改善される。

次に、液相成長法および塗布法における効果について述
べる。液相成長法および塗布法においては、基材もしく
は液体に弾性波を励起することにより、１）ヌレ性の改
善、２）基材表面における液体の入換えの促進、などの
効果があり、その結果、膜特性が改善される。

以上述べてきたように、この発明において励起される弾
性波は、物質の加熱および物質の移動等の作用を薄膜形
成系に及ぼし、上述したように種々の効果をもたらすこ
とによって形成薄膜の特性が改善される。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は、この発明に従って半導体基板上にシリコン酸
化膜を形成するための減圧ＣＶＤ装置を示す模式図であ
る。第１図を参照して、減圧ＣＶＤ装置７において、底
部４ａに排気口６が形成された真空チャンバ４内の下部
には、超音波トランデューサ１が設けられている。また
、超音波トランデューサ１上には、シリコン酸化膜を形
成させるための半導体基板２が載置されている。この半
導体基板２に対向して、真空チャンバ４内上部には、材
料ガスであるシラン（ＳＩＨ４）および酸素（０２）の
混合ガスを供給するガスノズル３が設けられている。一
方、真空チャンバ４の外側には、超音波トランデューサ
１を駆動するための周波数１００ＭＨｚの高周波発振器
５が設けられ、超音波トランデニーサ１と接続されてい
る。

このように構成される装置を用い、この発明に従ってシ
リコン酸化膜を形成させる手順および条件ならびに超音
波の作用について以下に示す。まず、真空チャンバ４内
の超音波トランデューサ１上に、Ａｆｌ配線を形成した
半導体基板２を載置する。次に、排気口６より排気しな
がらガスノズル３より反応ガスを供給する。それと同時
に、超音波トランデューサ１に高周波発振器５より発生
させたＩＧＨｚの高周波電圧を印加する。これにより、
半導体基板２に超音波が励起される。この後、半導体基
板２上にシリコン酸化膜を形成させる手順は、従来の減
圧ＣＶＤ装置を用いる場合に準じている。このとき、作
用の項で示したように、半導体基板２表面は材料ガス分
子の熱速度より十分大きな速度を有するよう、励起する
超音波の振幅を調整する。たとえば、ガス温度が５００
にであれば、約１μｍ以上の振幅が必要である。このよ
うに条件を調整すれば、表面に入射するガス分子は超音
波が励起されていない場合に比べ大きな運動量を持って
いることと等価になる。この効果により、ガス分子が基
板の表面に到達した後、表面を移動する速度が大きくな
り、平均的な移動距離が増大する。すなわち、より大き
な表面拡散係数を持つ場合と同等の効果が得られる。

以上水した手順において、ガス温度３５０℃、超音波周
波数１０ＭＨｚ、振幅１．０μｍの条件で、上記装置を
用い、その他は従来の減圧ＣＶＤ装置によるシリコン酸
化膜の形成条件に準じて、Ａ【配線を施した半導体基板
上にシリコン酸化膜を形成させた。その結果、第２図に
示す形状のシリコン酸化膜が得られた。第２図に示すよ
うに、半導体基板２上に設けられたＡｆＬ配線体１２上
には、シリコン酸化膜１１が良好に形成されている。

Ａｆｌ配線体１２による段差部１３にもシリコン酸化膜
１１はよく行きわたっており、むらのない薄膜となって
いる。一方、従来の超音波を励起しない減圧ＣＶＤ装置
を用いて形成させたシリコン酸化膜の形状についてその
一例を第３図に示す。第３図に示すように、半導体基板
２上ｔこ設けられたＡｌｌ配線体１２上には、著しく凹
凸が見られるシリコン酸化膜１１が形成されている。特
に、Ａｉ配線体１２による段差部１３にはシリコン酸化
膜１１で被覆されない部分が深くできており、段差被覆
性が非常に悪くなっている。第２図と第３図を比較して
明らかなように、この発明に従えば段差被覆性が良好な
薄膜を形成することができる。

なお、上記実施例では薄膜形成方法はＣＶＤ法、形成さ
せる薄膜はシリコン酸化膜であったが、これらは課題を
解決するための手段の項で示したように、種々のものに
置換えることができる。

［発明の効果コ 以上説明してきたように、この発明によれば、薄膜の形
成時に基材および／または付着物質に弾性波を励起させ
ることによって、物質の加熱や物質の移動が起こり、種
々の膜形成方法における膜形成過程に、上述したような
種々の効果をもたらし、その結果、良好な特性を有する
薄膜を形成することができる。そして、この発明に従え
ば、形成される薄膜の膜厚の均一性、膜の緻密性、膜の
密着性、膜の段差被覆性および膜組成の均一性について
向上させることができる。しかも、これらの特性の低下
に起因する様々な問題、たとえば、絶縁性薄膜の絶縁破
壊電圧の低下や不均一、結晶性薄膜における結晶粒径の
不均一、結晶方位の不均一、金属薄膜の導電率の不均一
、表面の粗面化およびこれに伴う光沢度の低下などの緒
特性の劣化の問題を未然に防ぐことが可能になる。

以上に示した効果によって、半導体デバイス製造におい
ては、デバイスの特性を向上させることができ、磁気記
録媒体の製造においては、優れた性能の磁気記録媒体を
得ることができる。また、金属整形物および金属薄板の
表面にこの発明に従って薄膜を形成すれば、耐食性およ
び光沢性などの特性がより優れた製品を得ることができ
、ねじ等の機械要素に適用すれば、より優れた性能の機
械要素を得ることができる。さらに、加工用工具のコー
ティングにこの発明を適用すれば、切削性および耐摩耗
性などに優れた加工用工具を実現させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に従って薄膜を形成する装置の一例
を示す模式図である。 第２図は、Ａｔ配線体が施された半導体基板上に第１図
に示す装置により形成された薄膜の形状を示す断面図で
ある。 第３図は、従来の方法に従う装置により形成された薄膜
の形状を示す断面図である。 図において、１は超音波トランデニーサ、２は半導体基
板、３はガスノズル、４は真空チャンバ、４ａは底部、
５は高周波発振器、６は排気口、７は減圧ＣＶＤ装置、
１１はシリコン酸化膜、１２はＡｉ配線体、１３は段差
部を示す。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図 手続補正音（自発） 平成３年９月２０日 第２図 ２　発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係 住所 名称 代表者 平成２年特許願第１７１６９８号 薄膜形成方法

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基材の表面に、付着物質の薄膜を形成させるための薄膜
   形成方法において、 前記薄膜の形成時に、前記基材および／または前記付着
   物質に弾性波を励起させることを特徴とする薄膜形成方
   法。