JPH0758021A - Thin film forming apparatus - Google Patents

Thin film forming apparatus

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JPH0758021A
JPH0758021A JP19759193A JP19759193A JPH0758021A JP H0758021 A JPH0758021 A JP H0758021A JP 19759193 A JP19759193 A JP 19759193A JP 19759193 A JP19759193 A JP 19759193A JP H0758021 A JPH0758021 A JP H0758021A
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gas
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thin film
sputtering
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JP19759193A
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Japanese (ja)
Inventor
Sumio Ashida
Katsutaro Ichihara
Noburo Yasuda
修朗 安田
勝太郎 市原
純生 芦田
Original Assignee
Toshiba Corp
株式会社東芝
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Abstract

PURPOSE:To obtain uniformity of film quality and film thickness by providing at least one of a particle flux source for emitting particles containing reactive gas having at least one of atoms of hydrogen, carbon and halogen and a plasma source for generating gas plasma containing reactive gas. CONSTITUTION:A hydrogen gas cylinder is mounted in a gas introducing system 2. A polycrystalline silicon is mounted at a target 1. Then, a vacuum vessel is sufficiently evacuated. Thereafter, the system 2 is operated to introduce hydrogen gas to set a pressure in the vessel to about 4Pa. Then, a power source 31 is operated to heat a power source 3 to set a target temperature to about 400 deg.C. When the temperature is stabilized, a high-frequency power source 4 is turned ON to apply high-frequency power of about 400W to the target. After it is conditioned for about 10min, a shutter 6 is opened, and film formation is started. After about 12min, the shutter 6 is closed to finish the film formation, and the power is turned OFF.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は薄膜および薄膜を利用した素子・部品の製造装置に関する。 The present invention relates to a manufacturing apparatus of element parts using a thin-film and thin film.

【0002】 [0002]

【従来の技術】薄膜を利用した素子・部品は、システムの小形化・高速化・低消費電力化等多大な効果を有し、 BACKGROUND OF THE INVENTION elements and components utilizing thin film has a small and high speed and low power consumption, etc. great effects of the system,
DRAM、マイクロプロセッサをはじめとする種々の集積回路、HDD等の計算機システムの周辺記憶素子、半導体レーザ等の光通信システムの光源素子、薄膜熱転写ヘッド等のプリンタの印字素子、TFT等のディスプレーの表示素子等幅広く用いられている。 DRAM, various integrated circuits, peripheral storage device of a computer system such as an HDD including a microprocessor, an optical communication system of a light source device such as a semiconductor laser, print elements of the printer, such as a thin film thermal head, the display of the display such as a TFT elements and the like are widely used. 薄膜素子・部品はスパッタリング、CVD、プラズマCVD、真空蒸着法、イオンプレーティング法等、多種多様の方法がその目的に応じて使い分けられている。 Thin film elements and parts sputtering, CVD, plasma CVD, vacuum deposition method, an ion plating method, a wide variety of methods have been used according to the purpose.

【0003】例えばプラズマCVDプロセスは太陽電池、平面ディスプレイ素子などへの応用を目的にしてアモルファスシリコン、酸化シリコン、窒化シリコンなどの薄膜作成に用いられている。 For example plasma CVD process solar cell, amorphous to the purpose of application to flat-panel display silicon, silicon oxide, are used in thin film deposition, such as silicon nitride. プラズマCVDによってこれらの膜を作成する原料としては、形成される膜の電気的性質を良好に保つ必要からシラン、ジシラン等のガスが主に用いられている。 The raw material for creating these films by plasma CVD, silane from the need to maintain the electrical properties of the film formed well, gas disilane or the like is mainly used. これは幅広い選択範囲から自由に選ばれたものではなく、当該ガスを用いることによって初めて有効な価電子制御ができ、なおかつ不純物の少ない良質の膜を製造できるという制約により消去法的に選択された経緯を有する。 It is not intended to be chosen freely from a wide selection, the gas can first effective valence electron control by using, is yet erased legally selection constraints that can be produced with less quality film impurities It has a history.

【0004】シラン、ジシラン等のシリコン水素化物を原料として用いたプラズマCVDプロセスによれば、良好な電気特性を持った膜が形成できるが、その一方でこれらのガスはきわめて激しい化学的反応をもつため、酸素、大気と激しく反応して多量の熱を発生する。 [0004] Silane, according to the silicon hydride of disilane such as a plasma CVD process using as a starting material, can be formed film having good electrical characteristics, while these gases have a very violent chemical reactions Therefore, oxygen, generates a large amount of heat and react violently with air. 同時にきわめて強い毒性を有する。 At the same time it has a very strong toxicity. このため取扱いを誤ると火災、爆発及び中毒から人命に危険をもたらす。 For this reason fire If handled improperly, it poses a risk to human life from the explosion and poisoning.

【0005】前記の危険を低減する目的で各種の安全装置が必須となり、ガス漏れ検知はもとよりガス供給の自動遮断、他種のガスとの不本意な混合を防止するための逆流防止、ボンベを安全に収納する設備、排ガス処理装置等、安全対策に莫大な費用が必要となり、成膜装置の基本構成と同程度の金額、あるいはそれ以上の金額が安全衛生上必要となる。 [0005] The various safety devices becomes essential in order to reduce the risk of, an automatic shut-off of the gas leak detection as well gas supply, backflow prevention to prevent unintended mixing with other kinds of gases, the cylinders equipment to safely housed, exhaust gas treatment device, and the like, must be enormous cost to the safety measures, the basic configuration and the same extent of the amount of the film-forming apparatus, or is it more of the amount of money is needed on the safety and health.

【0006】さらに操作ミスによる危険を防止するために、人的対策、たとえば安全教育、保護具・非常用各種設備の設置、日常の点検に多大な費用および時間が必要となる。 [0006] In order to prevent the risk from further operational errors, human measures, for example safety education, installation of protective equipment and emergency for the various types of equipment, it is necessary to great expense and time to the day-to-day of the inspection.

【0007】これら安全対策に関わる費用および労力がプロセスコストしいては素子コストの上昇を招いているのが現状であり、生産規模が増大した場合素子単価は低下するものの、設備及びそれらの設置施設、生産環境、 [0007] is the current situation is the cost and effort involved in these safety measures is the process cost by force have led to a rise in the element cost, although the production scale is the element unit price if you increase to decrease, equipment and their installation facility , production environment,
周辺環境対策等の初期投資額は巨額に上り、かつ先述のごとく人件費も安全対策のため大幅に増加する。 Initial investment, such as the surrounding environment measures up to huge, and also to increase significantly because of the safety measures personnel expenses as previously described. そのため薄膜素子、あるいは薄膜素子を応用したシステムの価格も安全上の問題がない場合に比較して大幅に高いものとならざるをえない。 Therefore thin film element not help becoming as much higher or price system that applies a thin film device as compared to the case where there is no safety problem.

【0008】ところで、一般に個別の薄膜形成方法から得られる薄膜は、その方法特有の膜質をもつ。 By the way, a thin film generally obtained from a separate thin film forming method has its method-specific quality. すなわち、ある製造方法で作成した膜の膜質は、他の手段では得られない。 That is, the film quality of the film produced in certain manufacturing process can not be achieved by other means. たとえ化学的組成が同一のものができたとしても、その電気的特性、緻密性など個々の性質が同一のものを得るのは不可能である。 Even if the chemical composition could identical, its electrical characteristics, it is not possible individual properties such as denseness obtain the same thing. 例えば、スパッタ法は、種々の金属膜に対して基板との間で比較的良好な密着性が得られるが、真空蒸着法では特にAuなどで実用に耐える密着性を得るためには例えば基板を念入りに前処理しなければ得られない。 For example, the sputtering method is relatively good adhesion between the substrate for various metal film can be obtained, in order to obtain adhesion to withstand particularly practical and more at the Au vacuum deposition method, a substrate e.g. It not carefully obtained unless pretreated. また、特に構造敏感な性質、例えば磁気ディスクヘッドに用いられるNiFe膜などの保磁力等、磁気的性質も成膜手段により非常に異なることが知られている。 Also known is very different in particular structure-sensitive properties, for example the coercive force, such as a NiFe film used in a magnetic disk heads, magnetic properties also film forming means. 従ってある性質にすぐれた膜質が得られる成膜方法を、任意に選択した手段で置き換えることは不可能である。 The thus deposition method quality with excellent certain properties is obtained, it is not possible to replace the selected unit arbitrarily. すなわち、現在実用化されている薄膜形成プロセスは膜質上の必要のために選ばれているのであり、現在知られている他のプロセスで置き換えることはむずかしい。 That is, in the thin film formation process that is currently in practical use has been chosen because of the need on the film quality, it is difficult to replace other processes currently known.

【0009】簡単に以上をまとめると、より安全な薄膜形成方法で現状のプロセスを置き換えるには、現状の他の薄膜形成方法では不可能であり、本発明のように新規な考案が必要となる。 [0009] To briefly summarize, to replace the current process in a more secure thin film forming method, it is impossible in other thin film forming method current, new devise is required as in the present invention . 逆に、新しい薄膜形成方法の提案によって新たな材料の特質、ひいては新規能素子の実現が可能となる。 Conversely, the nature of new materials by the proposed new thin film forming method, it is possible to turn realize a new capability element.

【0010】前節までに、製造上の安全性と、薄膜形成方法に依存する薄膜の特性について説明した。 [0010] previous sections, described and safety in production, the characteristics of the thin film depends on the film formation method. ここからは、本発明に関連づける目的で従来技術の具体的内容を現象的側面からさらに詳細に説明する。 From here, a more detailed description of the specific content of the prior art from the behavior aspects in order to associate with the present invention. 簡明にするために、CVD法とスパッタリング法の対比により説明する。 For simplicity, it is described in comparison CVD method and the sputtering method.

【0011】CVD法では、原料となるガスが基板に付着した際の分解反応によって所望の膜が得られる。 [0011] In the CVD method, a desired film is obtained by the decomposition reaction in the gas as a raw material is adhered to the substrate. 化合物薄膜の作成の場合には混合した他の材料ガスとの相互反応を行う場合がある。 When creating a compound thin film in some cases to carry out the interaction with other materials gas mixed. いずれにしても最終状態にいたる過程、特に基板上において化学反応を伴うことが膜形成の本質的過程である。 Process leading to the final state Anyway, to be particularly involving a chemical reaction on the substrate is essentially the process of film formation.

【0012】スパッタリング法においては、アルゴンをはじめとする希ガス粒子を真空中で加速し、その高速粒子が固体材料、すなわちターゲットに入射し、入射粒子からの運動エネルギーが固体材料に移動することで材料が放出されることを基本とする。 [0012] In the sputtering method, a rare gas particles including argon accelerated in vacuum by the fast particles is solid material, i.e. incident on the target, the kinetic energy of the incident particle is moved to the solid material basic to that the material is released. これらの粒子が基板に到達・付着する際には特に化学反応を伴わない。 These particles without particular chemical reaction when it reaches or adhere to the substrate. 反応性スパッタリング法では、おもに反応がターゲット上で生じ、反応生成物が分子状のまま放出され、基板に付着するものと考えられている。 The reactive sputtering method is mainly reaction occurs on the target, the reaction products are released remains molecular, it believed to adhere to the substrate. したがって基本的に基板上での化学反応がない。 Therefore there is no chemical reaction in the essentially board.

【0013】以上述べた機構によって、成膜方法による膜質の違いが説明できる。 [0013] By the above-described mechanism, it can be explained the difference of quality of film formation method. 物理的スパッタ法においては、薄膜構成粒子は相互に化学反応を起こすことなく付着するため緻密さに欠ける。 In physical sputtering, the thin film constituent particles lacks denseness to deposit without causing mutual chemical reactions. 化合物薄膜の場合は化学量論組成の膜が得にくく、得られた場合でも単に原子の存在比率が化合物と同じにすぎない場合がある。 Compound difficult to obtain film having a stoichiometric composition of the thin film, there is a case where the existence ratio of just atoms even if obtained is only the same as the compound. このような場合には所期の化合物特有の性質が得られない。 Thus not obtained expected compound specific properties in the case. 逆に化学的方法によれば、基板上で反応するため薄膜構成粒子相互のかかわりあいが強固であり、したがって緻密な膜が得られ、化合物膜の場合は量論組成の膜が容易に得られ、かつ化合物特有の性質が容易に発現する。 According Conversely chemical method, a thin film structure particles mutual involvement to react on the substrate is strong, therefore a dense film is obtained, the film of the stoichiometric composition can be easily obtained in the case of compound film, and compound specific properties easily expressed.

【0014】次にCVD法とスパッタ法を別な視点から考察し、説明を深めたい。 [0014] Next, consider a CVD method and the sputtering method from a different point of view, want to deepen the description. CVD法では、反応容器内に存在する材料ガスそのものが原料となって膜が形成される。 In the CVD method, the film is formed by the material gas itself present in the reaction vessel becomes a raw material. ガスを容器に導入する際に配慮が不足すると、容器内に圧力のむら、すなわちガス密度の不均一が生じる。 When consideration when introducing a gas into the container is insufficient, unevenness of the pressure, that is, uneven gas density occur in the container.
このことから、形成される膜の厚さ及び膜質にもまた不均一が生じ、素子の生産性を悪化させる。 Therefore, also occur uneven thickness and quality of the film formed, thereby deteriorating the productivity of the device.

【0015】一方スパッタ法では容器内のガスに圧力分布が生じた場合でも、膜厚および膜質の不均一性が現われる可能性は少ない。 Meanwhile the gas in the sputtering vessel even when the pressure distribution occurs, a possibility that non-uniformity of thickness and quality appears less. 圧力分布によって放電パラメータには不均一が生じるが、それはターゲットに入射するイオンの不均一である。 While non-uniform in the discharge parameters by the pressure distribution, it is the non-uniformity of ions incident on the target. 材料分子は基板から離れたターゲットから飛来するため、いろいろな方向から飛来する粒子が蓄積することによって膜厚、膜質が均一化する。 Material molecules to flying from the target away from the substrate, the film thickness by particles flying from various directions are accumulated, the film quality is uniform. したがって不均一の問題は比較的少ない。 Therefore nonuniformity problems is relatively small.

【0016】以上CVD法、スパッタ法の特徴を、その動作原理の説明によって説明した。 The above CVD method, the characteristics of the sputtering method has been described by the description of its operation principle. CVD法のほか、プラズマCVD、減圧CVD、光CVDなどの化学的方法は前記の説明が適用できる。 In addition to a CVD method, a plasma CVD, reduced pressure CVD, a chemical method such as light CVD can be explained in the apply. また、真空蒸着法、イオンプレーティング法などスパッタ法以外の物理的成膜法は、装置が簡便、あるいは成膜速度が大きいなどそれぞれ利点はあるが、膜質の観点からスパッタ法と同程度かそれ以下、均一性の観点からもスパッタ法以下であり、 Further, the vacuum deposition method, ion plating method such as a sputtering method other than the physical film forming method, the device is simple, or albeit each benefits such as the deposition rate is greater, or sputtering comparable in terms of quality it hereinafter, also less sputtering from the viewpoint of uniformity,
CVD法に置き換えて採用することが不可能なことはいうまでもない。 It goes without saying that can not be employed in replacing the CVD method.

【0017】以上説明したように、膜質及び膜厚の均一性の観点から成膜法を選択する場合にはスパッタ法が、 [0017] As described above, the sputtering method in the case of selecting a film-forming method from the viewpoint of the uniformity of the film quality and film thickness,
高品質膜を必要とする場合はCVD法が選択される。 If you need a high-quality film CVD method is selected. 具体的には緻密な化合物膜を必要とする場合にはCVDプロセスを採用すれば良い。 It may be employed a CVD process in the case of requiring a dense compound layer specifically. しかし、膜厚、膜質の均一性の観点からはスパッタリング法が好ましい。 However, the film thickness, sputtering method from the viewpoint of film quality uniformity are preferred. さらに、前にふれたように製造コスト、安全性の面から、有害・危険ガスを必要とするCVD法をはじめとする化学的方法は明らかに不利である。 Moreover, manufacturing costs As mentioned before, from the viewpoint of safety, chemical methods including CVD methods requiring harmful or dangerous gases is clearly disadvantageous.

【0018】 [0018]

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上説明した問題点に鑑みてなされたものであり、素子設計上の必要から従来のCVD法でなければ得られない、あるいはそれ以上の膜質を要求する場合でも、スパッタ法と同様の膜質・膜厚の均一性が確保でき、さらにCVD法に代表される化学的方法に必要な危険・有害ガスを使用することなく所望の薄膜を製造することができ、結果として素子設計の自由度の向上、製造プロセスにおける危険の防止、プロセスコスト、素子コスト上昇の防止、また大面積に均一な膜を作製することによる生産性の向上、さらに膜寿命の向上など多数のメリットのある薄膜製造装置を提供することにより薄膜素子産業のさらなる発展を促す事をその目的としている。 It has been made in view of the present invention the above-described problems [0005], unless the resulting non-conventional CVD method from the necessity of the device design, or require more quality even when, can be ensured uniformity of similar quality, thickness, and sputtering, to produce the desired thin film without using dangerous and harmful gas required for chemical process is further exemplified by the CVD method can, as a result improve the degree of freedom in device design, the prevention of dangerous in the manufacturing process, process cost, prevent the device cost increase, also increased productivity by making a uniform film on a large area, further improve the membrane life that promote the further development of thin film device industry by providing a thin-film deposition apparatus with a number of advantages such as being an object of the present invention.

【0019】 [0019]

【課題を解決するための手段】本発明に係る薄膜形成装置は、真空容器は、前記真空容器内に配置された薄膜の材料と、前記薄膜の材料の加熱装置と、前記真空容器内に配置されて水素、炭素、ハロゲンのうち、少なくとも1つの原子を有する反応性ガスを含む粒子を照射する粒子束源または前記反応性ガスを含む気体プラズマを発生するプラズマ源の少なくとも一方を含み構成されたものである。 Means for Solving the Problems The present invention thin film forming apparatus according to the vacuum vessel, a material of the thin film disposed in the vacuum chamber, a heating device of the material of the thin film, disposed in said vacuum container It is hydrogen, carbon, among the halogens, are configured including at least one of the plasma source for generating a gas plasma containing particle flux source or the reactive gas is irradiated with particles comprising a reactive gas containing at least one atom it is intended.

【0020】 [0020]

【作用】以下、本発明の基本的な主旨について、装置構成の部分ごとに分けて説明する。 [Action] Hereinafter, a basic gist of the present invention will be described separately for each part of the device configuration. その際理解を助けるために従来のスパッタリング法の装置構成のイメージによって説明する。 At that time it will be described by an image of the configuration of a conventional sputtering method to aid in understanding. その理由は、スパッタリング装置に類似の構成によっても本発明を実施し得るためである。 The reason is that the present invention may be implemented by configuration similar to the sputtering apparatus. 本発明が従来のスパッタリング法の単なる改良ではなく、新規な考案によるものであることは、以下の説明それ自体から自ずと明かである。 The present invention is not a mere improvement of the conventional sputtering method, it is due to the new invention is naturally apparent from the following description itself. なお以下の説明において、従来のスパッタ法を物理スパッタ法、本発明に係る方法を化学スパッタ法と便宜上呼称する。 In the following description, the physical sputtering conventional sputtering, for convenience referred to as a chemical sputtering method according to the present invention.

【0021】スパッタリング装置においてはターゲットと呼ばれる固体材料近傍で放電を発生させ、陰極降下部で加速されたイオンがターゲットに入射する際の運動エネルギーの転移からターゲット材料が放出され、それが基板に至り膜付着が起こる。 The discharge is generated solid material near called target in the sputtering apparatus, the target material from the transfer of kinetic energy with which ions accelerated by the cathode fall portion is incident on the target is released, it reaches the substrate film adhesion occurs.

【0022】本発明の一つの実施形態として、従来のスパッタ法同様にターゲット近傍の放電プラズマを利用することが可能である。 [0022] One embodiment of the present invention, like the conventional sputtering it is possible to utilize the discharge plasma near the target. ここで放電ガスとして反応性気体を用いるとともに、ターゲットを人為的に加熱するところに本発明の一つの特徴がある。 With a reactive gas as where the discharge gas, there is one feature of the present invention where the heating target artificially.

【0023】ターゲット加熱の方法としては発熱線による電気的加熱、高温流体からの伝熱による間接的加熱、 [0023] Electrical heating by the heating wire is a method for a target heating, indirect heating by heat transfer from the hot fluid,
高周波磁界による誘導加熱、等種々の方法が採用できる。 Induction heating by high frequency magnetic field, etc. Various methods can be employed. さらに、プラズマ発生による間接的加熱、すなわちイオン、電子の入射による加熱も能動的ではないがターゲット加熱の一形態となり得る。 Furthermore, indirect heating by plasma generation, i.e. ions, but not heating or active in accordance electron incidence may be a form of the target heating.

【0024】さて放電プラズマ中に発生する反応性ガスイオン、高速中性粒子、ラジカルは基板との相互作用により化学反応を生じ、新たに反応生成物を形成する。 [0024] Now reactive gas ions generated in the discharge plasma, high-speed neutral particles, radicals results in a chemical reaction by interaction with the substrate to form a new reaction product. この反応生成物は揮発性のものであることが望ましい。 The reaction product is desirably one volatile. ここでの揮発性とは、自発的にターゲット外に離脱するか、あるいは軽いイオン衝撃によって容易に離脱するといった程度の意味である。 Here volatile and is either disengaged target outside voluntarily, or a sense of the degree such readily detached by light ion bombardment. この点において、本発明はいわゆる反応性スパッタとは全く異なる。 In this regard, the present invention is quite different from the so-called reactive sputtering. 上記のターゲット加熱は、この反応及び離脱を促進する意味合いである。 The above target heating is implications for promoting the reaction and withdrawal. 周知のように気体の蒸発、昇華は温度の上昇とともに指数関数的に増大する。 Evaporation of the gas as is well known, the sublimation increases exponentially with increasing temperature. したがってターゲット加熱により反応生成物の離脱は大いに促進される。 Thus separation of the reaction product by the target heating is greatly facilitated.

【0025】物理スパッタ法においては、基本的に希ガスをもちいるためターゲット表面では反応が起こらず、 [0025] In the physical sputtering does not occur reaction at the target surface for use essentially a rare gas,
ターゲット材料がそのまま放出される。 Target material is directly released. 放出された粒子の運動エネルギーは入射粒子と同様なオーダーなので、 Since the kinetic energy of the emitted particles is a similar order and incident particle,
形成される膜にかなり大きい速度で衝突し、結果として膜にダメージを与えてしまうことがよく知られている。 Collide at considerably greater speed film formed, it is well known that damage a membrane as a result.

【0026】一方化学スパッタでは、ターゲット表面では運動エネルギーの転移よりもむしろ化学反応が生じ、 [0026] In contrast chemical sputtering, chemical reaction occurs rather than transfer of kinetic energy at the target surface,
熱エネルギーのために表面から離脱すると説明できる。 It is described as disengaged from the surface for thermal energy.

【0027】いわゆる反応性スパッタはあくまでも物理的スパッタ法のバリエーションであり、しかもガスの主成分は希ガスであることに変わりはない。 The so-called reactive sputtering is a variation of the last physical sputtering, moreover the main component of the gas is no different to being noble gas. ターゲット表面で反応性ガスとターゲット材料との間の反応から化合物が形成されるにせよ、それはやはり入射高速粒子からの運動エネルギー転移により放出される。 Whether the compound from the reaction between the reactive gas and the target material at the target surface is formed, it is also emitted by the kinetic energy transfer from the incident fast particles. したがって化学スパッタとは現象自体が全く異なる。 Thus completely different phenomenon itself chemical sputtering.

【0028】化学スパッタでの反応性ガスとしては水素、種々の炭化水素、塩素などのハロゲンなどから選択できる。 [0028] As the reactive gas in the chemical sputtering can be selected from hydrogen, various hydrocarbons, and the like halogens such as chlorine. 薄膜の原材料の主成分はターゲットから供給される。 Main component of the film raw materials are supplied from the target. 外部からガス状で供給する必要がないため、シランに代表される危険有害ガスの貯蔵、導入、安全装置の設置に伴う膨大な費用が必要ない。 There is no need to supply in gaseous form from outside, the storage of hazardous gas typified by silane, introduced, there is no need enormous costs associated with the installation of the safety device. また、運動量転移によって放出することは本発明の趣旨ではないため、希ガスを原料ガスに混ぜることは可能だが主成分とすることは本旨ではない。 Further, since it is not the gist of the present invention to release the momentum transfer, it possible to mix a rare gas as a source gas without the main idea is that the main component. ただしわずかな運動量によって反応生成物の離脱を促進することは本発明の趣旨を逸脱するものではない。 However it does not depart from the spirit of it present invention to facilitate the separation of the reaction product by a slight momentum.

【0029】さらに均一性の観点からは、ターゲット面積を大きくすることで基板全体に均一に膜付着を起こせる。 Furthermore from the viewpoint of uniformity, Okoseru uniformly film deposited on the entire substrate by increasing the target area. CVDのように気体材料を導入する場合は圧力分布ができるが、これは真空容器外から狭い経路を通って導入する以上避けられないことである。 When introducing gaseous material such as CVD is can pressure distribution, which is inevitable over the introduction through the narrow path from outside the vacuum vessel. ところが化学スパッタにおいてはターゲットを離脱した反応生成物は遮るものがない空間を飛行して基板に到着するため、広い範囲にわたって均一に膜形成が行なえる。 However performed to arrive at the substrate in the chemical sputtering flying the space there is no reaction product that has left the target intercept, uniform film formation over a wide range.

【0030】ターゲット材料には物理スパッタ法同様種々の物質から選択可能である。 [0030] can be selected from physical sputtering similar variety of materials in the target material. さらにターゲットの形態としては平板状のほか、粉末、塊状など、都合により選択できる。 Furthermore the form of the target plate-like addition, powder, bulk, etc., can be selected by circumstances.

【0031】さて空間に離脱した反応生成物が基板面に到達すると、ここで分解し、新たな固体層を形成する。 [0031] Now the reaction products separated in the space reaches the substrate surface, decompose here, to form a new solid layer.
その際導入した気体からもたらされる他の成分との反応を引き起こすことも可能であり、その際はターゲット材料とは組成の異なる化合物が形成される。 It is also possible to cause a reaction with the other components resulting from the time the introduced gas, where is the target material a different compound of the composition is formed. この分解・再反応にイオンや高速中性粒子、ラジカルが関与することも可能である。 It is also possible to ions and energetic neutral atoms to the decomposition and re-reaction, radicals are involved. 基板上では物理スパッタと異なり化学反応を必ず起こす。 Always cause different chemical reactions and physical sputtering on the substrate. したがって最終状態に至る前に反応中間体という不安定状態を経る。 Thus through the unstable state of the reaction intermediate before reaching the final state. この状態は非常に活性な為、相互に作用し合って強固に結合した緻密な膜が形成される。 This state is very active for a dense film strongly bonded each other interact is formed. 化合物膜の場合は化学量論組成の膜が得やすく、単に原子の存在比率が化合物と同じというだけでなく所期の化合物特有の性質が容易に得られる。 Compound easily obtained film having a stoichiometric composition in the case of film, simply the existence ratio of atoms expected compound unique properties not only the same as can be easily obtained with the compound. この様子は叙上のCVD法の膜生成過程と類似の現象である。 This state is a phenomenon similar to the film formation process of the CVD method on the ordination. なお放電プラズマのほかに、プラズマ生成にはレーザー励起などの方法も可能である。 Note that addition of the discharge plasma, the plasma generation is possible methods such as laser excitation.

【0032】 [0032]

【実施例】(実施例1)以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。 EXAMPLES (Example 1) will be described with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the present invention.

【0033】図1は一実施例に係る薄膜形成装置の断面図を示す。 [0033] Figure 1 shows a cross-sectional view of a thin film forming apparatus according to an embodiment. 図1において、1はターゲットすなわち薄膜の原材料、2はガス導入系、3は電熱線、31は可変電流電源、4は高周波電源、5はガラス基板、6はシャッターを夫々示す。 In Figure 1, 1 is the target i.e. thin raw material, 2 gas introduction system 3 is heating wire, 31 a variable current source, the 4 high-frequency power supply, 5 denotes a glass substrate, 6 respectively show the shutter.

【0034】図1の装置はさらにターボ分子ポンプおよび油回転ポンプにより真空排気される構成になっている。 The apparatus of Figure 1 has a configuration which is evacuated by further turbo molecular pump and an oil rotary pump.

【0035】図1の装置を用い、準備としてガス導入系2に水素ガスボンベを装着する。 [0035] Using the apparatus of FIG. 1, is mounted a hydrogen gas cylinder in the gas supply system 2 preparation. また、ターゲット1に多結晶シリコンを装着する。 Further, attaching the polycrystalline silicon to the target 1.

【0036】次に真空容器を十分に排気する。 [0036] will be sufficient to exhaust the vacuum container. 次にガス導入系2を操作し、水素ガスを導入して容器内の圧力を4Paとする。 Then by operating the gas supply system 2, and 4Pa the pressure in the vessel by introducing hydrogen gas. 次に電源31を操作して電熱線3を加熱し、ターゲット温度を400℃にした。 Then the heating wire 3 was heated by operating the power supply 31, and a target temperature of 400 ° C.. 温度が安定したところで高周波電源4を投入し、ターゲットに400W Temperature was charged with high-frequency power source 4 where stable, 400W to the target
の高周波電力を印加する。 Applying a high-frequency power. 10分間のコンディショニング後シャッタ6を開き、成膜を開始し。 Open the conditioning after the shutter 6 of 10 minutes, to start the deposition. 12分後にシャッタ6を閉じて成膜を終了し、高周波電力をOFFにした。 Exit deposited by closing the shutter 6 after 12 minutes, and the high-frequency power to OFF. 充分冷却した後基板を取出した。 Was taken out substrate was thoroughly cooled.

【0037】上記手順で作製した膜をX線回折によって評価したところ、ブロードなハローパターンのみがみられ、アモルファスであることがわかった。 [0037] As a result of the film produced by the above procedure was evaluated by X-ray diffraction, a broad halo pattern Nomigami is, it was found to be amorphous. また化学分析から水素を含むシリコン膜であることがわかった。 Further it was found that a silicon film containing hydrogen from chemical analysis. このときの膜厚が約1000オングストローム(以下Aと略記する)となった。 Thickness at this time was about 1000 Angstroms (hereinafter abbreviated as A).

【0038】次に膜の電気特性を評価した。 [0038] was then evaluate the electrical properties of the membrane. ここではデバイス化を行わず、基礎的な特性評価として光導電率/ Here without devices of, fundamental characterization as photoconductivity /
暗導電率の測定のみ行った結果、1.3×10 6の値が得られた。 Only measured result of the dark conductivity, obtained a value of 1.3 × 10 6.

【0039】次に比較の意味でターゲットを加熱することなく成膜を行ったところ、十分な成膜レートが得られず、1000Aの膜を得るのに30分を必要とした。 The next was subjected to film formation without heating the target in the sense of the comparison, a sufficient deposition rate can not be obtained, and required 30 minutes to obtain a film of 1000A. 次に光導電率/暗導電率の値を測定したところ2×10 4 Then was measured the value of the optical conductivity / dark conductivity 2 × 10 4
となった。 It became. このようにターゲットを加熱しない場合は加熱した場合に比較して成膜レートが非常に低く、しかも電気的特性も遥かに劣っていることがわかった。 Thus if not heated target compared to a very low deposition rate when heated, yet was found to be inferior to the much electrical characteristics.

【0040】叙上の手段によって成膜レート、および電気特性の二面において本発明の効果が顕著に認められた。 The effect of the present invention was remarkably observed in the two sides of the deposition rate, and electrical properties by means of the ordination.

【0041】(実施例2)次に追記型光ディスクの記録膜に用いられているTe−C膜の形成例を説明する。 [0041] The formation example (Example 2) then being used in the recording layer of the write-once optical disc Te-C film will be described.

【0042】適用される装置は図1に示される前記装置と同じでよい。 The applied device can be the same as the apparatus shown in Figure 1.

【0043】図1の装置を用い、準備としてガス導入系2に水素ガスボンベを装着する。 [0043] Using the apparatus of FIG. 1, is mounted a hydrogen gas cylinder in the gas supply system 2 preparation. また。 Also. ターゲット1に多結晶シリコンを装着する。 Mounting the polycrystalline silicon to target 1.

【0044】次に真空容器を十分に排気する。 [0044] will be sufficient to exhaust the vacuum container. 次にガス導入系2を操作し、水素ガスを導入して容器内の圧力を4Paとする。 Then by operating the gas supply system 2, and 4Pa the pressure in the vessel by introducing hydrogen gas. 次に電源31を操作して電熱線3を加熱し、ターゲット温度を200℃にした。 Then the heating wire 3 was heated by operating the power supply 31, and a target temperature of 200 ° C.. 温度が安定したところで高周波電源4を投入し、ターゲットに100W Temperature was charged with high-frequency power source 4 where stable, 100W to the target
の高周波電力を印加する。 Applying a high-frequency power. 10分間のコンディショニング後シャッタ6を開き、成膜を開始した。 Open the conditioning after the shutter 6 of 10 minutes, was the start of the deposition. 2分後にシャッタ6を閉じて成膜を終了し、高周波電力をOFFにした。 Exit deposited by closing the shutter 6 after 2 minutes, and a high frequency power to OFF. 充分冷却した後基板を取出した。 Was taken out substrate was thoroughly cooled.

【0045】上記手段により作製した膜をSIMSによって評価したところ、Te、HおよびCが主な構成元素として検出された。 [0045] As a result of the film produced by the means was assessed by SIMS, Te, H and C are detected as main constituent elements. また、膜厚は200Aであった。 In addition, the film thickness was 200A.

【0046】上記試料を光ディスクテスターに装着し、 [0046] fitted with the sample into the optical disk tester,
線速5m/s、レーザーパワー8mW、3MHw、パルス幅100nSで記録したところ、再生CNRとして4 A linear velocity of 5m / s, laser power 8mW, 3MHw, was recorded with a pulse width 100nS, as the reproduction CNR 4
5dBが得られ、充分高感度で記録できることが判明した。 5dB is obtained, can be recorded in a sufficiently high sensitivity has been found.

【0047】また、本試料を80℃、95%R. Further, the present sample 80 ℃, 95% R. H. H. の加速試験環境下に1カ月間保持し、再び取り出して再生を行ったところ、55dBの再生CNRが得られ、全く劣化がみられなかった。 When the held for one month under accelerated test environment, reproduction was performed is taken out again, playback CNR is obtained of 55dB, it was not observed at all deterioration.

【0048】次に比較例としては、本発明を実施しない実験を行った結果を記す。 [0048] Next, as the comparative example, mark the results of an experiment that does not implement the present invention. 同じく図1の装置を用い、同一の実験条件で行った。 Also using the apparatus of FIG. 1, it was carried out under the same experimental conditions. ただ一つ異なるのはターゲットを加熱する代わりに常温の流水で冷却した。 But different from the one and cooled in running water at room temperature instead of heating the target. ターゲットに100Wを印加して、3分間成膜して試料を作製した。 By applying a 100W to the target, the samples were prepared by forming three minutes. 結果として前述の実施例と同一の膜厚(200A) As a result the foregoing embodiment and the same film thickness (200A)
となった。 It became. この比較例の試料をディスクテスターに装着し、同一の条件で記録したところ再生CNRとして45 A sample of this comparative example was mounted on the disk tester, as reproduction CNR was recorded under the same conditions 45
dBが得られ、初期の値が実施例と同一であった。 dB is obtained, the initial value was the same as Example. 次に本比較例の試料を80℃、95%R. Then 80 ° C. A sample of this comparative example, 95% R. H. H. の加速試験環境下に1カ月保持し、再び取り出して再生を行ったところ、32dBの再生CNRしか得られず、きわめて劣化が激しいことが判明した。 Where a month and kept under accelerated test environment, reproduction was performed is taken out again, only obtained playback CNR of 32dB, were found to be extremely deterioration is intense.

【0049】叙上の如くTe−C光ディスクに応用した場合、本発明実施の効果が膜の寿命特性に現れることが判明した。 [0049] When applied to the Te-C optical disc as on ordination, effects of the present invention embodiment has been found to be present on the life characteristics of the membrane. また、同一の膜厚を得ようとしたときの時間が短くて済むこともまた判明した。 It was also found be short time when trying to get the same film thickness.

【0050】上記実施例では一例としてSi、Te−C [0050] Si as an example in the above embodiment, Te-C
膜の形成例について説明したが、これらに限られるものでないことは明らかで、ターゲットの材料(I〜VI族元素)と導入ガス種類との組合せによってターゲットの温度を下記の如く選定して適用できる。 Has been described with respect to a formation example of the film, be clear that not limited to, the temperature of the target by a combination of the introduced gas type and of the target material (I through Vl group elements) can be applied to selected as follows . すなわち、水素、 That is, hydrogen,
炭素、ハロゲンのうち、少なくとも1つの原子を有するガスが良く、水素、炭化水素例えばメタン、またはハロゲン、ハロゲン化炭化水素例えばCCl 4 、CH 3 Cl、 Carbon, among the halogens, good gas having at least one atom, hydrogen, a hydrocarbon such as methane or halogen, halogenated hydrocarbons such as CCl 4,, CH 3 Cl,
および叙上の混合ガスが用いられる。 And mixed gas on ordination is used. そしてターゲットの加熱温度はその融点以下で100℃以上の下記の如く選ばれる。 The heating temperature of the target is selected as follows over 100 ° C. at below its melting point. 例えば、テルルの場合:100〜400℃、 For example, in the case of tellurium: 100~400 ℃,
好ましくは300〜400℃がよい。 Preferably from 300~400 ℃. また、シリコンの場合:100〜1400℃、好ましくは400〜500 Also, in the case of silicon: 100 to 1,400 ° C., preferably 400-500
℃がよく、さらにゲルマニウムの場合:100〜950 ℃ selfishness, Further, in the case of germanium: 100-950
℃、好ましくは400〜500℃がよい。 ° C., preferably from 400 to 500 ° C..

【0051】なお、上記温度範囲はその上限を超えるとターゲット材料の融解又は昇華に伴なうプロセスの不安定性の原因となり、下限未満では十分に反応生成物の脱離が促進されないため高い成膜レートが得られない原因となる。 [0051] The above temperature range is a cause of instability in the accompanying process to the melting or sublimation of the target material exceeds the upper limit, high since desorption of fully reacted product is less than the lower limit is not promoted deposited rate is is not cause to give. 反応生成物の脱離を促進する意味からはターゲット温度は高い方が良いが、他の要因、例えば輻射熱による基板の必要以上の昇温や機械部品の損傷を防ぐ観点から温度の上限が設定されることも当然あり得る。 Target temperature is from sense to promote desorption of the reaction products is higher the better, other factors, such as the upper limit from the viewpoint of preventing damage to the excessive Atsushi Nobori and mechanical parts of the substrate temperature by radiant heat is set Rukoto also may be of course.

【0052】上記プラズマ源はイオンビームでも励起光ビームでもよく、また、加熱手段として電熱を例示したがこれに限らず、例えば加熱されたオイルを循環させるようにして安定した加熱を施すこともできる。 [0052] The plasma source may be an excitation light beam in the ion beam, also has been described by way of heating is not limited thereto as a heating means, it may be subjected to stable heated so as to circulate the example heated oil .

【0053】 [0053]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、 As described in the foregoing, according to the present invention,
危険・有害ガスを使用することなく所望の薄膜を製造することができ、優れた膜質と、膜質・膜厚の均一性が両立でき、そのため素子設計の自由度の向上、製造プロセスにおける危険防止、大面積均一膜の実現、膜寿命の向上、ひいてはプロセスコスト、素子コストの削減など、 It is possible to manufacture a desired thin film without using a hazardous, toxic gases, high and film quality were, be compatible uniformity of film quality, thickness, improvement in degree of freedom Accordingly element design, preventing dangerous in the manufacturing process, realization of a large area uniform film, improvement in membrane life, and thus the process costs, and reducing device costs,
多数のメリットのある薄膜製造装置を提供することができる。 It is possible to provide a thin film production apparatus with a number of benefits.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明に係る一実施例の半導体薄膜製造装置の断面図。 Cross-sectional view of a semiconductor thin film manufacturing apparatus of an embodiment according to the present invention; FIG.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 ターゲット(薄膜の原材料) 2 ガス導入系 3 電熱線 31 可変電流電源 4 高周波電源 5 ガラス基板 6 シャッタ 1 Target (film raw material) 2 gas introduction system 3 heating wire 31 a variable current source 4 high-frequency power supply 5 glass substrate 6 shutters

Claims (1)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 真空容器と、前記真空容器内に配置された薄膜の材料と、前記薄膜の材料の加熱装置と、前記真空容器内に配置されて水素、炭素、ハロゲンのうち、少なくとも一つの原子を有する反応性ガスを含む粒子を照射する粒子束源または前記反応性ガスを含む気体プラズマを発生するプラズマ源の少なくとも一方を含むことを特徴とする薄膜形成装置。 And 1. A vacuum vessel, a material of a thin film disposed in the vacuum vessel, a heating device of the material of the thin film, the vacuum container in placed hydrogen, carbon, among the halogens, at least one of the thin film forming apparatus which comprises at least one plasma source for generating a gas plasma containing particle flux source or the reactive gas is irradiated with particles comprising a reactive gas having an atomic.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6211081B1 (en) 1996-04-03 2001-04-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing a semiconductor device in a CVD reactive chamber
US6383897B2 (en) 1996-04-03 2002-05-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Apparatus for manufacturing a semiconductor device in a CVD reactive chamber

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