JPH062939B2 - 薄膜生成方法 - Google Patents

薄膜生成方法

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JPH062939B2
JPH062939B2 JP57042052A JP4205282A JPH062939B2 JP H062939 B2 JPH062939 B2 JP H062939B2 JP 57042052 A JP57042052 A JP 57042052A JP 4205282 A JP4205282 A JP 4205282A JP H062939 B2 JPH062939 B2 JP H062939B2
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JP
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thin film
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film
boron
residual stress
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JPS58159843A (ja
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寛 竹内
義明 丸野
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/32Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイオンプレーティング法,スパッタリング法,
イオンビーム法などのイオン化した粒子を用いる物理的
気相成長法(以下、PVD法という)によって基板上に
所望の薄膜を生成させる薄膜生成方法に関するものであ
り、その目的とするところは基板上に生成した薄膜に蓄
積される残留応力を制御して所望の残留応力特性を有す
る薄膜を得ることができる薄膜生成方法を提供すること
にある。
一般に、PVD法はドライメッキ技術として無公害性,
作業性など種々の長所を有し、多くの産業分野で応用さ
れている薄膜生成技術として知られている。中でも、粒
子をイオン化して生成させる方法は、基板との付着強
度,膜質などの点で多くの長所,特徴を備えた薄膜生成
法として注目され、実用が成されている。このような方
法で生成された薄膜には、格子欠陥,表面張力,相転位
など種々の要因によって内部応力が発生する。また、こ
の内部応力は生成膜の材料,膜厚の他、生成条件によっ
ても応力の強さ、方向が変化することが知られている。
そして、このような応力を含んだ薄膜を用いた場合、外
部から加わる力や熱によって応力のバランスが崩れ、薄
膜の変形や割れ,剥離などの現象を生じる問題があっ
た。そこで、このような問題の発生を防ぐため、従来か
ら薄膜の生成条件の検討や生成後のアニール処理による
残留応力の減少法が考えられている。一方、残留応力を
薄膜の用途に応じて積極的に利用することが考えられて
いる。例えば、生成薄膜の残留応力が有効な用途ではス
パッタ法が用いられている。これは、スパッタ法で生成
した薄膜には最終的に圧縮応力が残留するためである。
しかしながら、薄膜の生成条件や生成後のアニール処理
を行なっても生成した薄膜に残留する応力はPVD法に
て決まってしまうものであるため、任意の残留応力特性
を有する薄膜を得ることは非常にむずかしいものであっ
た。
本発明はこのような従来の欠点を解消するものであり、
イオン化粒子を用いたPVD法によって基板上に所望の
薄膜を生成させるにあたり、上記薄膜の生成中に、上記
基板に入射するイオンの運動エネルギー量を複数の状態
に変化させるようにしたものである。即ち、基板に入射
するイオンの運動エネルギーの制御条件を段階的に複数
回変化させるものである。
かかる方法によれば、基板上に生成した薄膜に蓄積され
る残留応力のベクトル,強さを制御することができるた
めにその残留応力の方向,量を任意に付与することがで
き、もって所望の残留応力特性を有する薄膜を得ること
ができる利点を有する。ここで、イオンの運動エネルギ
ー量を変化することによって、生成膜の残留応力が制御
されるメカニズムは次のような効果によるものと考えら
れる。生成膜中に入射するイオンの運動エネルギーの変
化によってイオンが生成膜中に埋め込まれる深さ、生成
膜に与えるダメージが膜厚と共に変化し、その分布が生
成膜全体として方向性を示す。また、イオン衝撃のエネ
ルギーは大半が熱となって消滅するので、ミクロ的に生
成膜の表面を考えると、イオン衝撃を受けた部分は非常
に高いエネルギー密度で熱衝撃を受けることになり、薄
膜の生成中に同時にアニーリングを施すことと等価にな
る。そして運動エネルギーを変化することによってアニ
ーリング条件が変化し、残留応力の量,方向性が変化す
るものと考える。イオンの運動エネルギーを変化させる
具体的な方法は第1図中、基板2に印加する電圧(イオ
ン加速電源7)を変化させることによって可能となる。
第4図は成膜中の基板温度を測定したもので、基板に印
加する電圧が高くなると温度上昇が激しくなる原因はイ
オン化された蒸発粒子の運動エネルギーが高くなったた
め衝突の際に発生する熱量が増加することによるものと
考えられる。
なお本発明により残留応力を制御する場合にはイオンの
エネルギー量が問題となり、イオンの質量,基板へ入射
時のエネルギー,イオン量などによって制御効果が変化
するので、イオン化の方式,生成条件,生成物質,基板
材料,形状などによって制御範囲が限定される。
以下、本発明を実施例にもとずき詳細に説明する。
まず、薄膜生成中、基板に定電圧を印加し、基板に入射
するイオンの運動エネルギー量を一定の状態に保持した
場合についてのべる。
DCイオンプレーティング装置を用いて電子ビーム蒸着
法により1〜3×10-5Torrの雰囲気中でボロンを蒸発
させた。DCイオンプレーティング装置は第1図に示す
ように、排気可能なベルジャー1内に基板2とルツボ4
とを対向して配置し、このルツボ4の近傍に熱電子加速
電極3と電子ビームガン5を配置したものであり、上記
基板2の電圧電源としてのイオン加速電源7と上記熱電
子加速電極3の熱電子加速電源6を備えている。そし
て、上記ルツボ4に蒸発源としてのボロンを注入した。
この時、熱電子加速電極3に70Vを印加してボロン
ルツボ4から放出される熱電子を加速し、蒸発粒子と衝
突させてボロンをイオン化した。また、ボロン膜の生成
中に基板2には0.5KVの電圧を印加し、ボロンイオ
ンを加速した。このようにして約1μm/minの蒸着速
度で20分間プレーティングを行い、基板2上に20μ
mのボロン膜を生成した。このようにして基板2上に得
られたボロン膜8は第2図Aに示すように圧縮応力を受
けて彎曲し、この時のボロン膜8の反り量h1は約6mmで
あった。
実施例1 第1図に示したDCイオンプレーティング装置を用い
て、電子ビーム蒸着法により1〜3×10-5Torrの雰囲
気中でボロンを蒸発させた。この時、熱電子加速電極3
に70Vを印加してボロンルツボ4から放出される熱
電子を加速し、蒸発粒子と衝突させてボロンをイオン化
した。また、ボロン膜の生成中に基板2には前半8分間
1.0KVを印加した後電圧を0.1KVに下げてボロン
イオンを加速した。このようにして約1μm/minの蒸
着速度で20分間プレーティングを行い、基板2上に2
0μmのボロン膜を形成した。このようにして基板2上
に得られたボロン膜8は第2図Bに示すように引張応力
を受けて彎曲し、この時のボロン膜8の反り量h2は約4
mmであった。
実施例2 第1図に示したDCイオンプレーティング装置を用い
て、電子ビーム蒸着法により1〜3×10-5Torrの雰囲
気中でボロンを蒸発させた。この時熱電子加速電極3に
70Vを印加してボロンルツボ4から放出される熱電
子を加速し、蒸発粒子と衝突させてボロンをイオン化し
た。また、ボロン膜の生成中に基板2には0〜2分間
0.5KVの電圧を印加し、その後基板電圧を0.1KVに下
げてボロンイオンを加速した。このようにして約1μm
/minの蒸着速度で20分間プレーティングを行い、基
板2上に20μmのボロン膜を形成した。このようにし
て基板2上に得られたボロン膜8は第2図Cに示すよう
に圧縮応力を受けて彎曲し、この時のボロン膜8の反り
量h3は約0.8mmであった。
比較例 第1図に示したDCイオンプレーティング装置を用い
て、電子ビーム蒸着法により1〜3×10-5Torrの雰囲
気中でボロンを蒸発させた。この時熱電子加速電極3に
70Vを印加してボロンルツボ4から放出される熱電
子を加速し、蒸発粒子と衝突させてボロンをイオン化し
た。また、ボロン膜の生成中に基板はアース電位とし
た。このようにして約1μm/minの蒸着速度で20分間
プレーティングを行い基板2上に20μmのボロン膜を
形成した。このようにして基板2上に得られたボロン膜
8は第3図に示すように圧縮応力を受けて彎曲し、この
時のボロン膜8の反り量h3は約7mmであった。
このようにして基板2上に生成したボロン膜8を化学的
エッチング法で基板2のみを除去して取り出し、ボロン
膜8の反り方向,反り量を比べると、第2図A〜Cに示
したように反りの方向を圧縮性(基板側に凹)から引張
性(基板側に凸)まで任意に制御することが可能となっ
た。反りの方向,量は残留応力に比例して変化するの
で、本実施例によって所望の残留応力を含んだ薄膜の生
成が可能となった。
以上、詳述したように本発明によれば、生成薄膜の残留
応力を任意に制御することができ、またイオンの入射エ
ネルギー量で残留応力を制御するため、ガス圧,基板印
加電圧などの生成条件の有効範囲が広くとれ、ピンホー
ルの発生度や生成膜の表面状態などの生成膜の特性を任
意に選ぶことが可能となり、さらには、従来、生成膜の
残留応力を減少するために用いていた基板加熱装置やア
ニーリング処理工程を省略することが可能となるので、
設備、及び生産工程の簡略化を可能にしうる利点を有す
るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はDCイオンプレーティング装置の概略構成図、
第2図は本発明の方法により得られた生成膜の残留応力
特性を示す図、第3図は従来法により得られた生成膜の
残留応力特性を示す図、第4図は基板印加電圧と基板温
度の関係を示したグラフである。 1……ベルジャー、2……基板、3……熱電子加速電
極、4……ボロンルツボ、5……電子ビームガン、6…
…熱電子加速電源、7……イオン加速電源(基板電圧電
源)。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオン化粒子を用いた物理的気相成長法に
    よって基板上に所望の薄膜を生成させるにあたり、上記
    薄膜の生成中に、上記基板に入射するイオンの運動エネ
    ルギーの制御条件を段階的に複数回変化させることを特
    徴とする薄膜生成方法。
  2. 【請求項2】イオンの運動エネルギーの制御は、基板の
    印加電圧を制御することにより行なうことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の薄膜生成方法。
JP57042052A 1982-03-16 1982-03-16 薄膜生成方法 Expired - Lifetime JPH062939B2 (ja)

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GB9125771D0 (en) * 1991-12-04 1992-02-05 Electrotech Equipments Ltd Deposition apparatus and methods
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