JPS6187868A

JPS6187868A - 薄膜形成方法および装置

Info

Publication number: JPS6187868A
Application number: JP20913484A
Authority: JP
Inventors: Shiro Suyama; 史朗陶山; Akio Okamoto; 章雄岡本; Seiichi Shirai; 白井　誠一; Tadashi Serikawa; 正芹川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1986-05-06

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〕本発明は、高品質でかつ良好な段差被覆特性を有する薄
膜を低温で形成する方法およびそれに用いる装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、薄膜を低温で形成する方法としては、（α）蒸着
法、（ｂ）スパッタ法、（Ｃ）プラズマ気相成長法が広
く用いられている。しかしながら、（α）蒸着法は、良
好な段差被覆特性を得ることが困難であるという欠点を
有する。また、（ｂ）スパッタ法および（Ｃ）プラズマ
気相成長法は、蒸着法に比べ良好な段差被覆特性を有す
るが、低温で形成した薄膜例えば酸化シリコン膜Ｃ二お
いては、薄膜の緻密化が成されず、脆弱な部分が形成さ
れやすいという欠点な有する。

薄膜？緻密化し、脆弱な部分をなくすため、スパッタ法
においては、通常は真空槽と同電位である基板に、新た
Ｃ二真空槽に対して負のバイアス電圧を加えることが行
われている。バイアス電圧を加えることぽ；より、プラ
ズマと基板との間の電圧差が大きくなり、より高エネル
ギのイオンが基板に衝突Ｔる。このため、一度基板に付
着した薄膜となるべき原子あるいはイオンなどの中で弱
く結合したものは再びこの高エネルギのイオンＣ二より
スパッタされ、原子間の結合の強いもののみが残る。ま
た、薄膜となるべき原子あるいはイオンなどが基板に付
着する際の表面マイグレーションもイオンのエネルギに
より活発化され、原子がエネルギ的Ｃ二安定な位置、す
なわち強い結付が形成されやすい位置（＝到達しやすく
なる。このため、バイアス電圧を加えない場合ζ二比べ
讐薄膜の中の原子間の結合が強いもののみとなり、薄膜
の緻密化が成され、脆弱な部分を減少させることができ
る。また、上記したようにバイアス電圧を加えることで
高エネルギのイオンが基板に衝突し、一度、付着した原
子がスパッタされる際に、段差部ではシャドワニング効
果などの影響によりテーパが付与され、かつ表面マイグ
レーション（二より段差の影となっている部分にも薄膜
が堆積しやすくなるため、段差被覆特性を改善できる。

しかしながら、単にバイアス電圧を加える上記方法では
、基板に衝突するイオンのエネルギは変化できるが、イ
オンの密度を大きく変化できない。

そこで、緻密な薄膜を得、あるいは段差被覆特性を改善
する≦：十分な密度で付着した原子のスパッタを行うた
めには、バイアス電圧を例えば数＋Ｖ〜数百Ｖと高くシ
、イオンのエネルギを高くすることにより、イオン１個
あたりにスパッタされる原子の数を増やすことが行われ
ている。この方法では、本来、弱い結合の原子をスパッ
タするのζ：必要なエネルギより大きなエネルギのイオ
ンを基板に衝突させるため、基板に対するプラズマ損傷
を増大させ、また、強い結合の原子もスパッタすること
となり、堆積速度も低下させるという欠点があった。

このように、従来の方法では、低温で高品質な薄膜を形
成し、かつ段差被覆特性を改善するＣ二不十分であった
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上述した従来の薄膜形成方法の欠点を解決し、
高品質でかつ良好な段差被覆特性を有する薄膜を低温で
形成する方法およびそのため（二用いる装置を提供する
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の薄膜形成方法は、真空槽の中に配置した薄膜を
形成する基板の上に所望の元素を含む原子または原子の
集合体あるいはイオンまたはイオンの集合体を付着させ
る工程と、基板上の領域に基板の板面（＝沿う方向の成
分を有する磁界を与えた状態で、上記の元素または不活
性ガスまたは活性ガスを含むガスのグロー放電を生じさ
せ、基板の板面上の領域においてグロー放電により得ら
れる高密度のイオンを基板ｃ１４突させる工程を併せ行
うことを特徴としている。そして本発明の薄膜形成を行
うの（二用いる装置は、基板を配置した電極を形成する
室内（二、基板上の領域に基板の板面に沿り成分を有す
る磁界を形成する永久磁石または電磁石を設けたこと？
特徴とする。

〔作用〕

本発明（二よると、基板上の薄膜の堆積中Ｃ二、基板の
板面Ｃ二平行な成分な有する磁界を与えた状態でガスの
グロー放電を起こさせ、発生するプラズマからの高密度
イオンを基板Ｃ二衝突させること（二より緻密でかつ段
差被覆特性のよい薄膜が形成される。以下図Ｃ二より詳
細（二説明する。

〔実施例〕

本発明の薄膜形成方法およびそれに用いる装置の実施例
を第１図に示す。基板（二所望の元素から成る原子など
を付着させる方法としてスパッタ法を例として用いた場
合である。

従来からのスパッタ法に用いる装置と同様よ−、真空槽
１０、第１の電極１１、第２の電極１２、ガス導入口１
６、ガス排気口１４、オよびターゲット１５側の第２の
電極１２ン形成する室１６内Ｃニターゲット１５の板面
Ｃ二沿う成分２５の磁界を与える永久磁石１７　、１８
を有している。しかし、本発明は従来からの装置と異な
り、基板１９側の第１の電極１１　’ａ’形成する室２
０内（二も基板１９の板面に沿う成分２４の磁界を与え
る永久磁石２１．２２が新たに設置されている。

このような装置に、従来法と同様に基板１９を基板載置
板２６上に配置し、真空槽１０内をガス排気口１４を介
して排気した後、真空槽１０内にヘリクム、ネオン、ア
ルゴン、クリプトン、キセノンなどの不活性ガスや、水
素、酸素、窒素などの活性ガスや、それら不活性ガスお
よび活性ガスの混合ガスン真空槽１０内が例えはＱ、１
Ｐａ〜１００Ｐαの圧力（二なるよう（；導入する。こ
の状態で真空槽１０と第２の電極１２との間に導電性支
柱２６を介して、数百Ｖ乃至数千Ｙの高周波電圧、また
は第２の電極１２を負とする数百Ｙ乃至数千Ｖの直流電
圧を加えグロー放電を起こすとプラズマ２７が発生する
。このプラズマ２７と第２の電極１２あるいは真空槽１
０との間の電位差は、真空槽１０と第２の電極１２との
面積比Ｃ二よって定まり、真空槽１０の面積を第２の電
極１２の面積より極めて大きくすることにより、真空槽
１０とプラズマ２７との間の電位差を真空槽１０がスパ
ッタされない例えば数Ｖ以下とし、第２の電極１２とプ
ラズマ２７との間の電位差をターゲット１５がスパッタ
される例えば数十Ｖ程度とし、基板１９（ニターゲット
１５よりスパッタされた薄膜の原料となる原子を付着さ
せることは従来と同じである。しかし、本発明は従来と
異なり、このプラズマ２７は、新たＣ二段けた永久磁石
２１．２２より発生する磁界のため（二基板１９の近傍
、特に基板１９の板面Ｃ二沿う磁界成分２４が与えられ
ている領域２８（二おいて高密度となり、高密度のイオ
ンが発生する。例えば、永久磁石ン１，２２の強さを数
十がクス以上とすること（二より、イオンの密度を従来
に比べ一桁以上向上できる。したがって、本発明では、
従来行っていたよう（二第１の電極１１と真空槽１０と
の間に加えるバイアス電圧を例えば数十Ｖ〜数百Ｖと大
きくすることｆ二よって、基板１９上でスパッタされる
原子の数を増やす必要はなく、従来と異なり第１の電極
１１と真空槽１０との間Ｃ二加えるバイアス電圧２木来
の弱い結合の原子のみｔスパッタするの（二必要な電圧
例えば数十ｙ以下に低下しても、緻密な薄膜を得、ある
いは段差被覆特性を改善するＣ二十分な密度で基板１９
（二付着した弱い結合の原子をスパッタできる。この上
う（二、本発明では従来の方法イニ比べ第１の電極１１
と真空槽１０とのバイアス電圧を低下でき、イオンの得
るエネルギを小さくできるため、基板１９（二対するプ
ラズマ損傷を低減でき、かつ強い結合の原子乞スパッタ
することが少なくなるため、薄膜の堆積速度を向上でき
、従来の方法が有する欠点を解決し、緻密でかつ段差被
覆特性の良好な薄膜を低温で形成できる。なお２９は第
１の電極１１の導電性支柱、６０はポールピースである
。

本発明（ユおいて、磁界の強度の安定の目的でポールピ
ース６１ヲ置くことは有効である。また、基板載置板２
３を連結機構６２を介して基板載置仮駆動装置３５に連
結し、基板１９を第１図の左右方向に永久磁石２１　、
２２に相対的に移動させることにより、基板１９上での
磁界強度の均一化が図れ、本発明がより有効に実施され
る。

本発明において、例えば基板１９下の基板載置板２３の
中、あるいは第１の電極１１の中に例えば加熱器として
ヒータを設け、あるいは、真空槽１０内の基板１９をの
ぞむ位置あるいは第１の電極１１を形成する室２０内に
例えば加熱器として加熱用ランプを設け、基板１９を適
度な温度例えば１００℃〜３００℃に加熱することによ
り、基板１９上の薄膜の緻密化を促進し、また吸着して
いる水分等の蒸発Ｉ：より薄膜の高品質化を図れ、本発
明がより有効に実施される。

また、耐熱性に弱い基板を用い、薄膜を形成する場合に
は、本発明（二おいて、例えば基板１９下の基板載置ｆ
ｉ２５の中あるいは第１の電極１１の中に冷水あるいは
例えば液体窒素、液体空気などの冷却材を導入し、基板
１９を冷却することにより基板１９の温度上昇を抑制で
き、本発明の適用範囲をさらに広げることができる。

また、永久磁石２１　、２２を電磁石に変えることによ
り、プラズマ密度を変更可能とすることも、本発明の適
用範囲を広げることに有効である。

第２図は第１図に示す本発明の実施例の第１の電極１１
に関する要部配置を示す平面図で、とくに２１　、２２
の永久磁石の第１の電極１１を形成する室内における配
置を点線で示しである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による薄膜形成方法および
それに用いる装置は、低温での薄膜形成において、従来
からの問題点を解決し薄膜の緻密化など高品質化が達成
でき、かつ段差被覆特性を改善できる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図であり、第２図は第１
図に示す本発明の実施例の要部平面図である。１０・・・真空槽、１１・・・第１の電極、１２・・・
第２の電極、１３・・・ガス導入口、１４・・・ガス排
気口、１５・・・ターゲット、１６．２０・・・室、１
７　、１８　、２１　、２２・・・永久磁石、１９・・
・基板、２６・・・基板載置板、２４・・・基板の板面
に沿う磁界の成分、２５・・・ターゲットの板面に沿う
磁界の成分、２６　、２９・・・導電性支柱、２７・・
・プラズマ、２８・・・プラズマ密度の高い領域、　５
０　、３１・・・ポールピース、３２・・・連結機構、
３３・・・基板載置電動装置

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空槽の中に薄膜を形成する基板を配置し、該基
板の上に所望の元素を含む原子または原子の集合体ある
いはイオンまたはイオンの集合体を付着させる工程と、
前記真空槽の中の基板の上の領域に該基板の板面に沿う
方向の成分を有する磁界を与えた状態で、前記元素また
は不活性ガスまたは活性ガスを含むガスのグロー放電を
生ぜしめ、該基板の板面上の領域において該グロー放電
により得られる高密度のイオンを該基板に衝突させる工
程とを含むことを特徴とする薄膜形成方法。
（２）前記グロー放電により得られる高密度のイオンを
前記基板に衝突させる工程を、前記所望の元素を含む原
子または原子の集合体あるいはイオンまたはイオンの集
合体を前記基板上に付着させる工程と同時に行うことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜形成方法。
（３）前記基板を加熱または冷却することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の薄膜形成方法。
（４）薄膜を形成する基板を載置した基板載置板を配置
した第１の電極と、該基板上の薄膜形成用ターゲットを
配置した第２の電極と、該第１の電極および該第２の電
極との間にグロー放電を生ぜしめるガスの導入口および
排気口を備えた真空槽から構成される薄膜形成装置にお
いて、前記第１の電極を形成する室内に前記基板の上の
領域に該基板の板面に沿う成分を有する磁界を形成する
永久磁石または電磁石を設けてなる薄膜形成装置。
（５）前記基板を載置した基板載置板を、前記基板の板
面に沿う方向に、前記第１の電極に設けた永久磁石また
は電磁石に対し相対的に移動させる移動機構を備えてな
る特許請求の範囲第４項記載の薄膜形成装置。
（６）前記基板載置板または前記第１の電極あるいは前
記真空槽内の前記基板をのぞむ位置もしくは前記第１の
電極を形成する室内に前記基板を加熱する加熱器を備え
てなる特許請求の範囲第４項記載の薄膜形成装置。
（７）前記基板載置板中または前記第１の電極を形成す
る室内に前記基板を冷却する冷却材を導入してなる特許
請求の範囲第４項記載の薄膜形成装置。