JPH06248433A - Thin film forming device - Google Patents

Thin film forming device

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Publication number
JPH06248433A
JPH06248433A JP50A JP3505293A JPH06248433A JP H06248433 A JPH06248433 A JP H06248433A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 3505293 A JP3505293 A JP 3505293A JP H06248433 A JPH06248433 A JP H06248433A
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JP
Japan
Prior art keywords
substrate
thin film
film forming
clusters
extraction electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP50A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Hashimoto
陽一 橋本
Kenichiro Yamanishi
健一郎 山西
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH06248433A publication Critical patent/JPH06248433A/en
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Abstract

PURPOSE:To form a thin film having high reliability without damaging a substrate by impressing a negative potential to a drawing out electrode installed between an ionizing means and the substrate so that ion clusters and ionizing reactive gases can be drawn out in a substrate direction. CONSTITUTION:A crucible 15 placed in a vacuum chamber 11 into which the reactive gases are introduced is heated by thermions. A material 16 for vapor deposition in the crucible 15 is heated and the clusters 19 are ejected from a nozzle 17. These clusters 19 and the reactive gases come into collision against the electrons from an ionizing filament 20 in an ionizing section 22 and turn to the ionizing clusters 23 and the ionizing reactive gases. These reactive gases and clusters 23 are drawn out by the drawing out electrode 30 impressed with the negative potential. The substrate 14 is irradiated with the clusters 23 together with the clusters 19 drawn out by these clusters, by which the thin film is formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、高品質の薄膜を蒸着
形成する薄膜形成装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film forming apparatus for forming a high quality thin film by vapor deposition.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7は例えば「最新機能成膜プロセス技
術」(1987年広信社発行)に示された従来のスパッ
タ法による薄膜形成装置の構成を示す図である。図にお
いて、1は真空槽、2はこの真空槽1内を真空にするた
めに設けられた排気口、3は真空槽1内に放電用ガス、
例えばアルゴンガスを導入するために設けられたガス導
入口、4は真空槽1内に設けられた成膜材料、例えばチ
タンから成るターゲット、5はこのターゲット4と対向
するように設けられた基板、6はターゲット4と基板5
との間に直流電圧を印加するために設けられた電源、7
はターゲット4と基板5との間に発生するアルゴンイオ
ン、8はターゲット4の原子である。
2. Description of the Related Art FIG. 7 is a diagram showing a structure of a conventional thin film forming apparatus by a sputtering method shown in "Latest functional film forming process technology" (published by Koushinsha in 1987). In the figure, 1 is a vacuum tank, 2 is an exhaust port provided for making the inside of the vacuum tank 1 a vacuum, 3 is a discharge gas in the vacuum tank 1,
For example, a gas inlet 4 provided to introduce an argon gas, 4 is a film-forming material provided in the vacuum chamber 1, for example, a target made of titanium, and 5 is a substrate provided so as to face the target 4. 6 is a target 4 and a substrate 5
A power supply provided to apply a DC voltage between the
Is an argon ion generated between the target 4 and the substrate 5, and 8 is an atom of the target 4.

【0003】次に上記のように構成された従来のスパッ
タ法による薄膜形成装置の動作について説明する。ま
ず、真空槽1内を排気口2より排気することにより10
-2Torr程度の真空度とし、ガス導入口3より例えば
アルゴンガスを真空槽1内に導入する。そして、ターゲ
ット4と基板5との間に電源6にて直流電圧を印加す
る。すると、アルゴンイオン7がターゲット4に衝突
し、ターゲット4の原子8がたたき出され、この原子が
基板5に付着して薄膜が形成される。
Next, the operation of the conventional thin film forming apparatus by the sputtering method configured as described above will be described. First, the vacuum chamber 1 is evacuated from the exhaust port 2 to
The degree of vacuum is set to about −2 Torr, and, for example, argon gas is introduced into the vacuum chamber 1 through the gas introduction port 3. Then, a DC voltage is applied between the target 4 and the substrate 5 by the power supply 6. Then, the argon ions 7 collide with the target 4 and the atoms 8 of the target 4 are knocked out, and these atoms adhere to the substrate 5 to form a thin film.

【0004】この時、この原子8の平均自由行程は1c
m程度であるため、原子8が基板5に到達するまでには
数10回の衝突などを行うこととなり、原子8の方向性
はほとんど失われてしまう。従来のスパッタ法による薄
膜形成装置では原子8の方向性がほとんど失われた状態
にて成膜することとなり、アスペクト比が2を越えるよ
うな微細孔に適用すると、図8(a)に示すように、微
細孔9上部の膜10が張り出し、微細孔9内部で充分な
膜形成ができなくなり、微細孔9の上部と底部とでは膜
10が不連続となり、図8(b)に示すように連続的な
膜形成ができず、電気的に不導通となる。
At this time, the mean free path of this atom 8 is 1c.
Since it is about m, the atoms 8 will collide several tens of times before reaching the substrate 5, and the directionality of the atoms 8 is almost lost. In the thin film forming apparatus using the conventional sputtering method, the film is formed in a state in which the directivity of the atoms 8 is almost lost, and when applied to a fine hole having an aspect ratio of more than 2, as shown in FIG. In addition, the film 10 on the upper part of the micropore 9 overhangs, and the film cannot be formed sufficiently inside the micropore 9, and the film 10 becomes discontinuous between the upper part and the bottom part of the micropore 9, as shown in FIG. 8B. A continuous film cannot be formed and electrical continuity occurs.

【0005】そこで、これを改良するためクラスタイオ
ンビーム蒸着法(以下ICB法と呼ぶ)による薄膜形成
装置が開発されている。図9は例えば特開昭61−23
8957号に示されたICB法による薄膜形成装置の構
成を示す断面図である。図において、11は真空槽、1
2はこの真空槽1内を真空にするために設けられた排気
口、13は真空槽1内に反応性ガス、例えば窒素ガスを
導入するために設けられたガス導入口、14は後述する
ルツボと対向するように設けられた基板、15は蒸着材
料16、例えばチタンを収容するルツボで、上部にはノ
ズル17が設けられている。
Therefore, in order to improve this, a thin film forming apparatus by a cluster ion beam vapor deposition method (hereinafter referred to as ICB method) has been developed. FIG. 9 shows, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-23.
It is a sectional view showing composition of a thin film forming device by the ICB method shown in 8957. In the figure, 11 is a vacuum tank, 1
Reference numeral 2 is an exhaust port provided for making the inside of the vacuum chamber 1 a vacuum, 13 is a gas inlet provided for introducing a reactive gas such as nitrogen gas into the vacuum chamber 1, and 14 is a crucible described later. The substrate 15 is provided so as to face the substrate, and 15 is a crucible for containing a vapor deposition material 16, for example, titanium, and a nozzle 17 is provided on the upper part.

【0006】18はルツボ15を加熱する加熱フィラメ
ント、19はルツボ15のノズル17から蒸着材料16
を噴出して形成されたクラスタ、20は電子を放出する
イオン化フィラメント、21はこのイオン化フィラメン
ト20からの電子を後述するイオン化部に引き出し加速
するグリット状の電子引出電極、22はイオン化フィラ
メント20から飛び出し、電子引出電極21にて引き出
された電子にて成るイオン化部、23はこのイオン化部
16にてイオン化されたイオン化クラスタ、24はこの
イオン化クラスタ17を基板5方向に加速させる加速電
極である。
Reference numeral 18 is a heating filament for heating the crucible 15, and 19 is a vapor deposition material 16 from the nozzle 17 of the crucible 15.
Clusters formed by ejecting electrons, 20 is an ionization filament that emits electrons, 21 is a grit-shaped electron extraction electrode that extracts and accelerates the electrons from this ionization filament 20 to an ionization section, which will be described later, and 22 is ejected from the ionization filament 20. , An ionization part composed of electrons extracted by the electron extraction electrode 21, 23 an ionization cluster ionized by the ionization part 16, and 24 an acceleration electrode for accelerating the ionization cluster 17 toward the substrate 5.

【0007】25は加熱フィラメント18に電流を流し
て高温にし熱電子を放出させる第1の交流電源、26は
加熱フィラメント18によって放出される電子がルツボ
15に衝突するようにルツボ15の電位を加熱フィラメ
ント18の電位よりも高く保つバイアス電位を与えてい
る第1の直流電源、27はイオン化フィラメント20を
発熱させる第2の交流電源、28はイオン化フィラメン
ト20の電位を電子引出電極21の電位よりも低く保つ
第2の直流電源、29は加速電極24の電位を電子引出
電極21の電位よりも低い値に保つ第3の直流電源であ
る。
Reference numeral 25 is a first AC power source for supplying a current to the heating filament 18 to raise it to a high temperature to emit thermoelectrons, and 26 heats the potential of the crucible 15 so that the electrons emitted by the heating filament 18 collide with the crucible 15. A first DC power supply that applies a bias potential that keeps the potential higher than the potential of the filament 18, a second AC power supply 27 that heats the ionization filament 20, and a reference numeral 28 that the potential of the ionization filament 20 is higher than the potential of the electron extraction electrode 21. The second DC power supply 29 keeps it low, and the third DC power supply 29 keeps the potential of the acceleration electrode 24 lower than the potential of the electron extraction electrode 21.

【0008】次に上記のように構成されたICB法によ
る薄膜形成装置の動作について説明する。まず、真空槽
11内が10-6Torr程度の真空度となるまで、排気
口12より排気し、ガス導入口13より反応性ガスを真
空槽11内に導入する。そして、加熱フィラメント18
は第1の交流電源25により加熱され熱電子が放出さ
れ、放出された熱電子を第1の直流電源26によってル
ツボ15に与えられた正の電圧によりルツボ15に衝突
させてルツボ15を加熱する。
Next, the operation of the thin film forming apparatus according to the ICB method constructed as described above will be described. First, the inside of the vacuum chamber 11 is evacuated through the exhaust port 12 and the reactive gas is introduced into the vacuum chamber 11 through the gas introduction port 13 until the degree of vacuum is about 10 −6 Torr. And the heating filament 18
Is heated by the first AC power source 25 to emit thermoelectrons, and the emitted thermoelectrons collide with the crucible 15 by the positive voltage applied to the crucible 15 by the first DC power source 26 to heat the crucible 15. .

【0009】そして、ルツボ15内の蒸着材料16はル
ツボ15を介して加熱されて、内部の蒸気圧が1Tor
r程度となると、ノズル17より噴出しクラスタ19を
形成する。このクラスタ19及び反応性ガスはイオン化
部22にてイオン化フィラメント20からの電子と衝突
して、イオン化クラスタ23及びイオン化反応性ガスと
なる。このようにして、加速電極24にて生じる電界に
よってイオン化クラスタ23及びイオン化反応性ガスは
加速され、イオン化クラスタ23により加速されるクラ
スタ19と一緒に、基板14に照射され薄膜が形成され
る。
Then, the vapor deposition material 16 in the crucible 15 is heated through the crucible 15, and the vapor pressure inside is 1 Tor.
When it reaches about r, the ejection cluster 19 is formed from the nozzle 17. The clusters 19 and the reactive gas collide with the electrons from the ionization filament 20 in the ionization section 22 to become the ionization clusters 23 and the ionization reactive gas. In this manner, the ionization cluster 23 and the ionized reactive gas are accelerated by the electric field generated at the acceleration electrode 24, and the substrate 14 is irradiated with the cluster 19 accelerated by the ionization cluster 23 to form a thin film.

【0010】尚、この時、加速電極24の電位を電子引
出電極21の電位よりも低い値にし、イオン化クラスタ
23を加速させ基板14に照射させ、且つ、十分な量の
イオン化クラスタ23を基板14に到達させるために、
第3の直流電源29により電子引出電極21には、例え
ば5KVの電位が印加されている。
At this time, the potential of the accelerating electrode 24 is set to a value lower than that of the electron extracting electrode 21, the ionization cluster 23 is accelerated to irradiate the substrate 14, and a sufficient amount of the ionization cluster 23 is applied to the substrate 14. To reach
A potential of 5 KV, for example, is applied to the electron extraction electrode 21 by the third DC power supply 29.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】従来のICB法による
薄膜形成装置は以上のように構成されているので、イオ
ン化クラスタ23が基板14に照射される時のエネルギ
は、イオン化部22の電子引出電極21により印加され
る5KVの電位と、基板14のアース電位との電位差分
である5KVというおおきさが加速エネルギとなる。イ
オン化部クラスタ、23はこのエネルギにて基板14に
照射されるので、基板14にダメージを与えてしまう。
又、逆にこのエネルギを低くしようとすれば基板14に
ダメージを与えずにすむが、イオン化クラスタ23の加
速は減少し基板14に必要量のイオン化クラスタ23が
到達しないこととなり、所望の薄膜を形成することがで
きないという問題点があった。
Since the conventional thin film forming apparatus using the ICB method is configured as described above, the energy when the ionization cluster 23 is applied to the substrate 14 is the electron extraction electrode of the ionization section 22. A large difference of 5 KV, which is a potential difference between the 5 KV potential applied by 21 and the ground potential of the substrate 14, becomes acceleration energy. The ionized part cluster, 23 is irradiated onto the substrate 14 by this energy, so that the substrate 14 is damaged.
On the contrary, if the energy is reduced, the substrate 14 is not damaged, but the acceleration of the ionization clusters 23 is reduced and the required amount of the ionization clusters 23 does not reach the substrate 14, so that a desired thin film is not formed. There was a problem that it could not be formed.

【0012】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、基板にダメージを与えることな
く、信頼性の高い薄膜を形成できる薄膜形成装置を提供
することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a thin film forming apparatus capable of forming a highly reliable thin film without damaging the substrate.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項1
の薄膜形成装置は、イオン化手段と基板との間に基板方
向にイオン化クラスタ及びイオン化反応性ガスを引き出
すための引出電極を設け、この電極に負の電位を印加す
るようにしたものである。
[Means for Solving the Problems] Claim 1 according to the present invention
In the thin film forming apparatus, the extraction electrode for drawing out the ionized cluster and the ionized reactive gas is provided between the ionization means and the substrate in the direction of the substrate, and a negative potential is applied to this electrode.

【0014】又、この発明に係る請求項2の薄膜形成装
置は、基板と引出電極との距離が所定以上で、基板と引
出電極との間で且つ基板の近傍に設けられ、引出電極の
電位と同じ値の電位が印加される輸送電極を備えたもの
である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a thin film forming apparatus, wherein the distance between the substrate and the extraction electrode is not less than a predetermined value, the distance is set between the substrate and the extraction electrode and in the vicinity of the substrate, and the potential of the extraction electrode is set. It is provided with a transport electrode to which a potential having the same value as is applied.

【0015】又、この発明に係る請求項3の薄膜形成装
置は容器内の真空度をP(Torr)、ルツボのノズル
から基板までの距離をL(cm)とした場合に、P及び
Lの値を1/1000≦L×P≦5/100を満足する
ように設定したものである。
Further, in the thin film forming apparatus according to the third aspect of the present invention, when the vacuum degree in the container is P (Torr) and the distance from the crucible nozzle to the substrate is L (cm), P and L The value is set so as to satisfy 1/1000 ≦ L × P ≦ 5/100.

【0016】又、この発明に係る請求項4の薄膜形成装
置は蒸着材料及び反応性ガスはチタン及び窒素で、チタ
ン原子1個当たりの窒素イオンの個数を2個以上10個
以下とするものである。
In the thin film forming apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the vapor deposition material and the reactive gas are titanium and nitrogen, and the number of nitrogen ions per titanium atom is 2 or more and 10 or less. is there.

【0017】[0017]

【作用】この発明の請求項1における薄膜形成装置の負
の電位が印加された引出電極は、イオン化クラスタ及び
イオン化反応性ガスを基板方向に引き出す。
In the thin film forming apparatus according to the first aspect of the present invention, the extraction electrode to which a negative potential is applied extracts the ionized cluster and the ionized reactive gas toward the substrate.

【0018】又、この発明の請求項2における薄膜形成
装置の引出電極の電位と同じ電位が印加された輸送電極
は、引出電極により引き出されたイオン化クラスタを基
板方向に輸送する。
Further, the transport electrode to which the same potential as the potential of the extraction electrode of the thin film forming apparatus according to claim 2 of the present invention is applied transports the ionized clusters extracted by the extraction electrode toward the substrate.

【0019】又、この発明の請求項3における薄膜形成
装置の容器内の真空度P(Torr)とルツボのノズル
から基板までの距離L(cm)とは、1/1000≦L
×P≦5/100を満足するように設定される。
Further, the degree of vacuum P (Torr) in the container of the thin film forming apparatus and the distance L (cm) from the crucible nozzle to the substrate are 1 / 1000≤L in the third aspect of the present invention.
It is set to satisfy × P ≦ 5/100.

【0020】又、この発明の請求項4における薄膜形成
装置のチタン原子1個当たりの窒素イオンの個数は、2
個以上10個以下となるように供給される。
The number of nitrogen ions per titanium atom of the thin film forming apparatus according to claim 4 of the present invention is 2
It is supplied so that the number is not less than 10 and not more than 10.

【0021】[0021]

【実施例】【Example】

実施例1.以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図1はこの発明の実施例1におけるICB法による
薄膜形成装置の構成を示す断面図である。図において従
来装置と同様の部分は同一符号を付して説明を省略す
る。30はイオン化部22にて形成されたイオン化クラ
スタ23を基板14の方向に引き出すための引出電極、
31はこの引出電極30に例えば−9KVの電位を印加
するための第4の直流電源、32は電子引出電極21に
例えば1KVの電位を印加するための第5の直流電源で
ある。
Example 1. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a thin film forming apparatus by the ICB method according to a first embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those of the conventional device are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Reference numeral 30 is an extraction electrode for extracting the ionized cluster 23 formed in the ionization section 22 toward the substrate 14,
Reference numeral 31 is a fourth DC power supply for applying a potential of −9 KV to the extraction electrode 30, and 32 is a fifth DC power supply for applying a potential of 1 KV to the electron extraction electrode 21, for example.

【0022】次に上記のように構成された実施例1のI
CB法による薄膜形成装置の動作について説明する。ま
ず、従来と同様に真空槽11内が10-6Torrの真空
度となるまで、排気口12より排気し、ガス導入口13
より反応性ガスを真空槽11内に導入する。そして、加
熱フィラメント18は第1の交流電源25により加熱さ
れ熱電子が放出され、放出された熱電子を第1の直流電
源26によってルツボ15に与えられた正の電圧により
ルツボ15に衝突させてルツボ15を加熱する。
Next, I of the first embodiment constructed as described above.
The operation of the thin film forming apparatus using the CB method will be described. First, as in the conventional case, the inside of the vacuum chamber 11 is evacuated from the exhaust port 12 until the vacuum degree becomes 10 −6 Torr, and the gas introduction port 13
More reactive gas is introduced into the vacuum chamber 11. The heating filament 18 is heated by the first AC power supply 25 to emit thermoelectrons, and the emitted thermoelectrons are collided with the crucible 15 by the positive voltage applied to the crucible 15 by the first DC power supply 26. The crucible 15 is heated.

【0023】そして、ルツボ15内の蒸着材料16はル
ツボ15を介して加熱されて、内部の蒸気圧が1Tor
r程度となると、ノズル17より噴出しクラスタ19を
形成する。このクラスタ19及び反応性ガスはイオン化
部22にてイオン化フィラメント20からの電子と衝突
して、イオン化クラスタ23及びイオン化反応性ガスと
なる。そして、電子引出電極21の1KVの電位と、引
出電極30の−9KVの電位の電位差によって、引出電
極30はイオン化クラスタ23及びイオン化反応性ガス
を引き出し、イオン化クラスタ23により引き出される
クラスタ19と一緒に基板に照射し、薄膜を形成する。
Then, the vapor deposition material 16 in the crucible 15 is heated through the crucible 15, and the vapor pressure inside is 1 Tor.
When it reaches about r, the ejection cluster 19 is formed from the nozzle 17. The clusters 19 and the reactive gas collide with the electrons from the ionization filament 20 in the ionization section 22 to become the ionization clusters 23 and the ionization reactive gas. Then, the extraction electrode 30 extracts the ionized cluster 23 and the ionized reactive gas by the potential difference between the 1 KV potential of the electron extraction electrode 21 and the −9 KV potential of the extraction electrode 30, and together with the cluster 19 extracted by the ionization cluster 23. Irradiate the substrate to form a thin film.

【0024】イオン化クラスタ23が基板14に照射さ
れる時のエネルギは、一般的に500Vより低い場合に
は基板14への付着が小さく、膜質が悪くなる場合があ
り、又、2KVよりも高い場合には反応性ガスが、形成
した薄膜をスパッタしたりするため膜質が悪くなる場合
がある。このため500V〜2KVの範囲内が適当であ
る。実施例1ではイオン化部22には電子引出電極21
により1KVの電位が印加され、基板14はアース電位
となっているのでこの電位差分、すなわち1KVがイオ
ン化クラスタ23のエネルギとなり、上記した500V
〜2KVの範囲内に入っているので基板14にダメージ
を与えることなく薄膜形成を行うことができる。
When the ionized cluster 23 is irradiated onto the substrate 14, the energy is generally lower than 500 V, the adhesion to the substrate 14 is small, the film quality may be deteriorated, and the energy is higher than 2 KV. In some cases, the reactive gas sputters the formed thin film, which may deteriorate the film quality. Therefore, the range of 500V to 2KV is suitable. In the first embodiment, the ionization portion 22 has an electron extraction electrode 21.
As a result, a potential of 1 KV is applied, and the substrate 14 is at the ground potential. Therefore, this potential difference, that is, 1 KV becomes the energy of the ionization cluster 23, and the above-mentioned 500 V is applied.
Since it is within the range of up to 2 KV, the thin film can be formed without damaging the substrate 14.

【0025】実施例2.上記実施例1では引出電極30
から基板14までの距離はイオン化クラスタ23が基板
14に到達するのに指向性を損なわれない範囲であった
が、ここでは引出電極30から基板14までの距離が上
記範囲を越えて離れている場合について説明する。図2
において、33は引出電極30と基板14との間で基板
14の近傍に設けられ、第4の直流電源31から引出電
極30と同じ値の−9KVの電位が印加される輸送電極
である。実施例2ではこのように構成され、輸送電極3
3の電位が引出電極30の電位と同じ位になっているの
で、引出電極30と輸送電極33との間の電位は一定に
保たれ、引出電極30に引き出されたイオン化クラスタ
23及びイオン化反応性ガスを同じ状態に保ったまま輸
送電極33まで輸送することができるので、イオン化ク
ラスタ23及びイオン化反応性ガスは指向性を損なわれ
ず、基板14に到達し薄膜を形成するので上記実施例1
と同様の効果を奏する。
Example 2. In the first embodiment, the extraction electrode 30
The distance from the substrate 14 to the substrate 14 was within the range in which the ionization cluster 23 reached the substrate 14 without impairing the directivity, but here, the distance from the extraction electrode 30 to the substrate 14 exceeds the above range. The case will be described. Figure 2
In 33, a transport electrode 33 is provided between the extraction electrode 30 and the substrate 14 in the vicinity of the substrate 14, and a potential of −9 KV having the same value as that of the extraction electrode 30 is applied from the fourth DC power supply 31. In the second embodiment, the transport electrode 3 is configured as described above.
Since the potential of 3 is almost the same as the potential of the extraction electrode 30, the potential between the extraction electrode 30 and the transport electrode 33 is kept constant, and the ionized cluster 23 and the ionization reactivity extracted to the extraction electrode 30 are maintained. Since the gas can be transported to the transport electrode 33 while being kept in the same state, the ionization cluster 23 and the ionization reactive gas do not impair the directivity and reach the substrate 14 to form a thin film.
Has the same effect as.

【0026】実施例3.最近、高アスペクト比(例えば
2ないし4)の微細孔の成膜が要求されている。図4は
図1に示す薄膜形成装置を用いて、アスペクト比4の微
細孔の成膜を行った場合のボトムカバレジ率とノズルか
ら基板までの距離/蒸着粒子の平均自由行程との関係を
示す図である。図において、ボトムカバレジ率とは基板
表面平坦部膜厚に対する微細孔底部膜厚の比であり、電
気的信頼性を高めるためには10%以上が必要であると
されている。
Example 3. Recently, there has been a demand for film formation of fine holes having a high aspect ratio (for example, 2 to 4). FIG. 4 shows the relationship between the bottom coverage ratio and the distance from the nozzle to the substrate / the mean free path of the vapor deposition particles when fine holes with an aspect ratio of 4 are formed using the thin film forming apparatus shown in FIG. It is a figure. In the figure, the bottom coverage ratio is the ratio of the film thickness of the bottom of the micropores to the film thickness of the flat surface of the substrate, and is said to be 10% or more in order to improve the electrical reliability.

【0027】そこで、蒸着粒子の平均自由行程をλ(c
m)、真空槽11内の真空度をP(Torr)とした場
合、一般的にP×λ=5/100を満足する。このこと
から、ノズル17から基板14までの距離をL(cm)
とした場合、図の横軸に示す関係から、ボトムカバレジ
率を10%以上に確保するために1/1000≦L×P
≦5/100という条件を満足しなければならないとい
うことが判る。例えば、従来のICB法によってTiN
の薄膜形成の場合によれば、真空槽11中のチタン原子
の散乱を抑制するために反応ガスの濃度を絞って、例え
ば10-6Torrの高真空状態に保持されているので、
イオンの量が少なくなり、窒素原子が不足したTi2
膜が形成される。
Therefore, the mean free path of the vapor deposition particles is λ (c
m), when the degree of vacuum in the vacuum chamber 11 is P (Torr), generally P × λ = 5/100 is satisfied. From this, the distance from the nozzle 17 to the substrate 14 is L (cm)
In the case of, in order to secure a bottom coverage rate of 10% or more, 1/1000 ≦ L × P from the relationship shown on the horizontal axis of the figure.
It can be seen that the condition ≦ 5/100 must be satisfied. For example, according to the conventional ICB method, TiN
According to the case of forming a thin film, the concentration of the reaction gas is reduced to suppress the scattering of titanium atoms in the vacuum chamber 11, and the thin film is maintained in a high vacuum state of, for example, 10 −6 Torr.
Ti 2 N that lacked nitrogen atoms due to reduced amount of ions
A film is formed.

【0028】実施例3ではLを例えば50cmとして上
記1/1000≦L×P≦5/100に適用すれば、P
は2×10-5Torr〜10-3Torrの範囲でよく、
上記各実施例の場合の10-6Torrより低真空で行う
ことができ、この分反応ガスの量も十分となり、窒素原
子が充足されたTiN膜を形成することができる。尚、
上記のような条件にて形成された薄膜は従来のICB法
による薄膜形成と比較してもよくなっているのはもちろ
んのこと、図4(a)に示すように従来のスパッタ法に
よる薄膜形成の場合を示す図4(b)と比較しても明ら
かによく、ボトムカバレジ率はほぼ50%程度の膜形成
がなされており、電気的信頼性の高い薄膜を得ることが
できた。
In the third embodiment, if L is set to, for example, 50 cm and it is applied to the above 1/1000 ≦ L × P ≦ 5/100, P
May be in the range of 2 × 10 −5 Torr to 10 −3 Torr,
It can be carried out at a vacuum lower than 10 −6 Torr in the case of each of the above-mentioned embodiments, and the amount of the reaction gas is sufficient for this amount, so that the TiN film filled with nitrogen atoms can be formed. still,
The thin film formed under the above conditions is better than the thin film formed by the conventional ICB method, and as shown in FIG. 4A, the thin film formed by the conventional sputtering method. It is also clear from comparison with FIG. 4B showing the above case, the film was formed with a bottom coverage ratio of about 50%, and a thin film with high electrical reliability could be obtained.

【0029】実施例4.上記各実施例の薄膜形成装置は
窒化チタンを成膜する場合について示したけれども、実
施例4では上記各実施例の薄膜形成装置にて窒化チタン
を配線の下地膜とする場合について説明する。まず、窒
化チタンを下地膜にし、上に例えばアルミニウム合金を
成膜しようとすると、図5に示すようにアルミニウム合
金の(111)と窒化チタンの(111)とはともに三
角格子であり、一辺の長さはほぼ2倍の関係にある。よ
って、アルミニウム合金の結晶配向(111)にそろえ
て強度を確保するためには、窒化チタンの結晶方向をア
ルミニウム合金の結晶配向(111)にそろえて形成し
ておけば、アルミニウム合金もこれにならい、成膜され
るので強度を確保することができる。
Example 4. Although the thin film forming apparatus of each of the above embodiments has shown the case of forming titanium nitride, the case of using titanium nitride as the underlying film of the wiring in the thin film forming apparatus of each of the above embodiments will be described in the fourth embodiment. First, when titanium nitride is used as a base film and an aluminum alloy is to be formed thereon, as shown in FIG. 5, both aluminum alloy (111) and titanium nitride (111) are triangular lattices, and one side of The lengths are almost doubled. Therefore, in order to secure the strength by aligning with the crystal orientation (111) of the aluminum alloy, if the crystal orientation of titanium nitride is aligned with the crystal orientation (111) of the aluminum alloy, the aluminum alloy will follow this. Since the film is formed, the strength can be secured.

【0030】そこで、窒化チタンの結晶配向(111)
の配向強度比は窒化チタン(111)及び(200)の
配向強度をそれぞれI111及びI200と設定した場
合、I111/(I111+I200)で表される。こ
の配向強度比は図6に示すようチタン原子1個当たりの
窒素イオンの個数により変化するので、目標とする強度
のI111/(I111+I200)≧0.8を満足さ
せるためには、基板に到達するチタン原子1個に対し少
なくとも窒素イオンが2個以上必要となり、又、供給源
の能力と効率などの実用上の制約事項から10個程度が
限度となる。よって、基板に到達するチタン原子1個に
対し、窒素イオンを2個以上10個以下とすれば、下地
膜としての窒化チタンの(111)の強度を向上させる
ことができ、その上に成膜されるアルミニウム合金の強
度も確保できるので、信頼性の高い配線を形成すること
ができる。
Therefore, the crystal orientation of titanium nitride (111)
The orientation intensity ratio of is represented by I111 / (I111 + I200) when the orientation intensities of titanium nitride (111) and (200) are set to I111 and I200, respectively. Since this orientation intensity ratio changes depending on the number of nitrogen ions per titanium atom as shown in FIG. 6, it reaches the substrate in order to satisfy the target intensity of I111 / (I111 + I200) ≧ 0.8. At least two nitrogen ions are required for each titanium atom, and the number of nitrogen ions is limited to about 10 due to practical restrictions such as the capacity and efficiency of the supply source. Therefore, if the number of nitrogen ions is 2 or more and 10 or less with respect to one titanium atom that reaches the substrate, the strength of (111) of titanium nitride as the base film can be improved, and a film is formed thereon. Since the strength of the formed aluminum alloy can be ensured, highly reliable wiring can be formed.

【0031】実施例5.上記実施例1、2及び3では、
蒸着材料16としてチタン、反応ガスとして窒素を用い
る例としたけれども、これらに限られることなく、蒸着
材料16として例えばストロンチウム、シリコン、鉛、
ホウ素、バリウム及びアルミニウム等、反応性ガスとし
て例えば酸素、炭化水素及びハロゲン等を用いて薄膜形
成を行っても上記実施例1、2及び3と同様の効果を奏
する。
Example 5. In Examples 1, 2 and 3 above,
Although an example in which titanium is used as the vapor deposition material 16 and nitrogen is used as the reaction gas, the vapor deposition material 16 is not limited to these, and examples of the vapor deposition material 16 include strontium, silicon, lead,
Even if a thin film is formed by using, for example, oxygen, hydrocarbon, halogen, or the like as a reactive gas such as boron, barium, or aluminum, the same effect as that of the first, second, and third embodiments can be obtained.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項1によ
ればイオン化手段と基板との間に基板方向にイオン化ク
ラスタ及びイオン化反応性ガスを引き出すための引出電
極を設け、この電極に負の電位を印加するようにし、
又、請求項2によれば基板と引出電極との距離が所定以
上で、基板と引出電極との間で、且つ、基板の近傍に設
けられ、引出電極の電位と同じ値の電位が印加される輸
送電極を備え、又、請求項3によれば容器内の真空度を
P(Torr)、ルツボのノズルから基板までの距離を
L(cm)とした場合に、P及びLの値を1/1000
≦L×P≦5/100を満足するように設定し、又、請
求項4によれば蒸着材料及び反応性ガスはチタン及び窒
素で、チタン原子1個当たりの窒素イオンの個数を2個
以上10個以下とするようにしたので、基板にダメージ
を与えることなく、信頼性の高い薄膜を形成できる薄膜
形成装置を提供することができるという効果がある。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the extraction electrode for extracting the ionized cluster and the ionized reactive gas is provided between the ionization means and the substrate in the direction of the substrate, and the negative electrode is provided in this electrode. So that the electric potential of
Further, according to claim 2, the distance between the substrate and the extraction electrode is not less than a predetermined value, the potential is provided between the substrate and the extraction electrode and in the vicinity of the substrate, and the same potential as the potential of the extraction electrode is applied. According to claim 3, when the degree of vacuum in the container is P (Torr) and the distance from the crucible nozzle to the substrate is L (cm), the values of P and L are 1 / 1000
It is set to satisfy ≦ L × P ≦ 5/100, and according to claim 4, the vapor deposition material and the reactive gas are titanium and nitrogen, and the number of nitrogen ions per titanium atom is 2 or more. Since the number is 10 or less, there is an effect that it is possible to provide a thin film forming apparatus capable of forming a highly reliable thin film without damaging the substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施例1における薄膜形成装置の構
成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a thin film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の実施例2における薄膜形成装置の構
成を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a thin film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図3】ボトムカバレジ率とノズルから基板までの距離
/蒸着粒子の平均自由行程との関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a bottom coverage rate and a distance from a nozzle to a substrate / a mean free path of vapor deposition particles.

【図4】この発明の実施例3及び従来のスパッタ法にそ
れぞれ成膜された薄膜の状態を比較して示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a comparison of the states of thin films formed by Example 3 of the present invention and a conventional sputtering method.

【図5】アルミニウム合金及び窒化チタンのそれぞれの
(111)を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing each (111) of an aluminum alloy and titanium nitride.

【図6】窒化チタンの(111)の配向強度比とチタン
原子1個当たりの窒素イオンの個数との関係を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the (111) orientation intensity ratio of titanium nitride and the number of nitrogen ions per titanium atom.

【図7】従来のスパッタ法による薄膜形成装置の構成を
示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional thin film forming apparatus by a sputtering method.

【図8】図7に示す薄膜形成装置にて形成された薄膜と
理想薄膜との比較を示す図である。
8 is a diagram showing a comparison between a thin film formed by the thin film forming apparatus shown in FIG. 7 and an ideal thin film.

【図9】従来のICB法による薄膜形成装置の構成を示
す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional thin film forming apparatus using an ICB method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11 真空槽 5、14 基板 15 ルツボ 16 蒸着材料 17 ノズル 19 クラスタ 22 イオン化部 23 イオン化クラスタ 30 引出電極 31 第4の直流電源 32 第5の直流電源 33 輸送電極 1, 11 Vacuum tank 5, 14 Substrate 15 Crucible 16 Deposition material 17 Nozzle 19 Cluster 22 Ionization part 23 Ionization cluster 30 Extraction electrode 31 Fourth DC power supply 32 Fifth DC power supply 33 Transport electrode

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年6月17日[Submission date] June 17, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項1[Name of item to be corrected] Claim 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0004[Correction target item name] 0004

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0004】この時、この原子8の平均自由行程は1c
m程度であるため、原子8が基板5に到達するまでには
数10回の衝突を行うこととなり、原子8の方向性はほ
とんど失われてしまう。従来のスパッタ法による薄膜形
成装置では原子8の方向性がほとんど失われた状態にて
成膜することとなり、アスペクト比が2を越えるような
微細孔に適用すると、図8(a)に示すように、微細孔
9上部の膜10が張り出し、微細孔9内部で充分な膜形
成ができなくなり、微細孔9の上部と底部とでは膜10
が不連続となり、図8(b)に示すように連続的な膜形
成ができず、電気的に不導通となる。
At this time, the mean free path of this atom 8 is 1c.
Since it is about m, the atoms 8 collide several tens of times before reaching the substrate 5, and the directionality of the atoms 8 is almost lost. In the thin film forming apparatus using the conventional sputtering method, the film is formed in a state in which the directivity of the atoms 8 is almost lost, and when applied to a fine hole having an aspect ratio of more than 2, as shown in FIG. In addition, the film 10 above the micropores 9 overhangs, and it becomes impossible to form a sufficient film inside the micropores 9, and the film 10 is formed between the top and bottom of the micropores 9.
Becomes discontinuous, and as shown in FIG. 8B, continuous film formation cannot be performed, resulting in electrical discontinuity.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応性ガスが充填され所望の雰囲気に保
たれた容器と、上記容器内に設けられ、内部に蒸着材料
に収納し、ノズルを上部に備えたルツボと、上記ルツボ
の上記ノズルと対向する側に設置された基板と、上記ル
ツボと上記基板との間に設けられ、加熱され上記基板に
向けて上記ノズルから蒸発して形成される上記蒸着材料
のクラスタ及び反応性ガスをイオン化するイオン化手段
と、上記イオン化手段と上記基板との間に設けられ、上
記基板方向に上記イオン化手段により生成されたイオン
化クラスタ及びイオン化反応性ガスを引き出すための引
出電極と、上記引出電極に負の電位を印加する電源とを
備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
1. A container filled with a reactive gas and kept in a desired atmosphere, a crucible provided in the container, housed in a vapor deposition material, and having a nozzle at an upper portion, and the nozzle of the crucible. A substrate provided on the side opposite to the substrate, provided between the crucible and the substrate, and ionized the clusters of the vapor deposition material and the reactive gas that are heated and evaporated from the nozzle toward the substrate. And an extraction electrode provided between the ionization means and the substrate for extracting ionized clusters and ionized reactive gas generated by the ionization means toward the substrate, and a negative electrode for the extraction electrode. A thin film forming apparatus comprising: a power supply for applying a potential.
【請求項2】 基板と引出電極との距離が所定以上で、
上記基板と上記引出電極との間で且つ上記基板の近傍に
設けられ、上記引出電極の電位と同じ値の電位が印加さ
れる輸送電極を備えたことを特徴とする請求項1記載の
薄膜形成装置。
2. The distance between the substrate and the extraction electrode is not less than a predetermined value,
The thin film formation according to claim 1, further comprising a transport electrode provided between the substrate and the extraction electrode and in the vicinity of the substrate, to which a potential having the same value as the potential of the extraction electrode is applied. apparatus.
【請求項3】 容器内の真空度をP(Torr)、ルツ
ボのノズルから基板までの距離をL(cm)とした場合
に、上記P及びLの値を1/1000≦L×P≦5/1
00を満足するように設定したことを特徴とする請求項
1又は請求項2のいずれかに記載の薄膜形成装置。
3. When the degree of vacuum inside the container is P (Torr) and the distance from the crucible nozzle to the substrate is L (cm), the values of P and L are 1/1000 ≦ L × P ≦ 5. / 1
3. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the thin film forming apparatus is set so as to satisfy 00.
【請求項4】 蒸着材料及び反応ガスはチタン及び窒素
で、チタン原子1個当たりの窒素イオンの個数を2個以
上10個以下とすることを特徴とする請求項1ないし請
求項3のいずれかに記載の薄膜形成装置。
4. The vapor deposition material and the reaction gas are titanium and nitrogen, and the number of nitrogen ions per titanium atom is 2 or more and 10 or less, according to any one of claims 1 to 3. The thin film forming apparatus as described in.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02118247U (en) * 1989-03-08 1990-09-21
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