JPS624313A - 二重イオンビ−ム折出高密度フイルム - Google Patents

二重イオンビ−ム折出高密度フイルム

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JPS624313A JP61149342A JP14934286A JPS624313A JP S624313 A JPS624313 A JP S624313A JP 61149342 A JP61149342 A JP 61149342A JP 14934286 A JP14934286 A JP 14934286A JP S624313 A JPS624313 A JP S624313A
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silicon
film
target
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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】 イオンビームスパック−リングによる薄膜析出技術は、
十分に確立されている。
特徴的な方法では、比較的重いイオンのイオンビームが
ターゲットに向けられ、原子粒子の放出を引き起こす。
これらの粒子は基体上に集められフィルムを形成する。
該技術のいくつの変形においては、２つのイオンビーム
源が用いられる。通常一方のスパッターリングビームが
ターゲットに向けられ、かツモウ一方のビームが析出し
ているフィルムに向けられる。これらの技術に関する一
般的記載については、ワイスマンテル等（Ｗｅｉｓｓｍ
ａｎｔｅｌ、　ｅｔａｌ）のイオンビーム法による硬質
コーティングの製造、６３スインフイルムソリツド（６
３Ｔｈ１ｎ　ＦｉｌｍＳｏｌｉｄｓ）、３１５−３２５
　（１９７９）を参照のこと。
いくつかの方法においては、２つの比較的高いエネルギ
ーのイオンビーム（一方は貴ガスイオンを含みかつ他方
は別型のイオンを含む）がターゲットに向けられる。次
に、そのスパッターされた生産物は基体上に集められる
。ドイツ民主共和国特許第１４９．５４９号参照。
二重ビームにより薄膜を析出させる改良技術が最近工夫
されている。この技術では、スパッターリングイオンか
ら構成されるイオンビームはターゲットに向けられ、か
つ水素あるいはハロゲンイオンから構成される第２のイ
オンビームは析出しているフィルムに向けられるよりむ
しろターゲットに向けられる。
ターゲットがケイ素で、しかも第２ビームが水素イオン
の場合は、改良された水素化アモルファスケイ素フィル
ムが製造される。１９８６年４月９日公開の欧州特許出
願第旧７７１１５号を参照。
参照技術は、電気的特性のある半導体フィルムを提供で
きるが、集積回路工業において拡散マスクとして使用す
るためにおよび金属への耐腐食性かつ摩耗性のコーティ
ングとして使用するために高密度フィルムを析出させる
のが、同様に望ましい。そのような応用のために許容で
きる密度のアモルファスフィルムは通常高温後析出処理
によってのみ得ることができる。
特に、その基体が集積回路ならば、フィルム密度を改良
するため必要な温度はその基体に有害な影響を与える。
よって、高密度のアモルファスフィルムを析出させるた
めには、低温技術が必要となる。
本発明において、新規な二重イオンビーム法は２０℃〜
４００℃の間の温度に保持された基体上に析出物質のバ
ルク（ｂｕｌｋ）値に非常に近い密度を有する、例えば
、アモルファス水素化ケイ素、酸化ケイ素、窒化物およ
びその他の混合物等の薄膜を生成する。該新規な方法に
おいては、比較的重いスパッターリングイオンビーム、
例えハ、アルゴンイオン等がターゲットに向けられる。
比較的低いエネルギーの第２ビームイオンが同様にター
ゲットに向けられる。これらの低エネルギーイオンは、
水素、酸素、窒素、その他のイオン等であることができ
、かつ特徴的には、約２０エレクトロンボルト以下、約
４エレクトロンボルト以上のエネルギーを有するもので
ある。
その低エネルギーイオンが、そのターゲット原子あるい
はターゲットからスパッターされた原子と結合し、基体
上に集められる原子あるいは分子として析出種を形成す
る。該析出種は、他の方法でのスパッターによる析出に
おいて観察されるよりはるかに高い密度のフィルムを析
出しつつ比較的低いエネルギーで基体に衝突する。
公知の二重イオンビームとは対象的に、該新規な方法で
は、析出種の低い到達エネルギーは、より高密度を生成
する析出フィルムにおける構造的な不規則あるいは欠陥
の形成を低減する。
得られた薄膜は、通常析出物質のバルクサンプルとして
のみ測定される値おるいはそれにきわめて近い値、の密
度および誘電率を示す。該方法にしたがって析出された
水素化アモルファスケイ素フィルムは、既知の二重イオ
ンビーム技術によって析出された最も類イ以したフィル
ムよりもほぼ強度の順にあるいはそれ以上に光電導度の
増加を示す。
該新規な方法を実行するため装置の配置は第１図に示し
である。スパッターリング法において徐々に消耗する、
スパッターターゲット１は、該方法の過程で生成する析
出種が集められその上でフィルムを形成する向い側の基
体３に集められる。
比較的重いスパッターリングイオンのビーム５は、従来
的なイオン銃（明示せず）からターゲット１に向けられ
る。該イオン銃は、イオンが交差電磁界中で形成される
カウフマン型であることができる。
中心陰極から放出される電子は磁場を通して、うず巻経
路を周辺の陽極へ向って進んで行く。該電子は陰極と陽
極間で銃中に導入されたガス状原子のイオンを形成する
。形成されたイオンは、電気的に電荷を帯びた加速グリ
ッドによって銃の外へ加速される。加速グリッドから銃
の内側は、イオン衝突から加速グリッドを保護するため
、加速グリッドと比較してわずかに異ったポテンシャル
に維持された遮壁グリッドである。特徴的には、スパッ
ターリングイオンはアルゴンガスとしてビーム源に供給
され、るアルゴンイオンである。
その他の貴ガスも同様にイオン源として使用することが
できる。スパッターリングビーム源においてイオンに印
加される電圧は、７５０■〜１５００Ｖの範囲である。
低エネルギーイオンの第２ビーム７は異った方向からタ
ーゲット１に向けられる。最良の結果を得るため、低エ
ネルギーイオンが約２０エレクトロンボルト以下かつ約
３〜４エレクトロンボルト以上のエネルギーを有するこ
とが好ましい。従来のカウフマンイオン源は、望ましい
ビーム流を維持するが、このような低エネルギーイオン
を生成することはできない。それゆえ、許容ビーム流で
望ましいエネルギーを有するイオンを生成するためには
、カウフマンイオン源を２．５　ｃｆｆＩに修正する必
要があることを見い出した。低電圧でビーム流を増加す
るため、スクリーングリッドを移動する。
結果として、カウフマン銃内でのプラズマ中の暗空間の
広さがビーム流を決定する。陰極の電圧は、３〜２０エ
レクトロンボルトのエネルギーを生じさせるために減少
させられるにもかかわらず、ビーム流を好ましい水準に
維持されることを可能にしつつ、暗空間の広さは、陰極
電圧の絶対値によって複雑に変化する。第２ビーム中の
イオンは、同様に水素、酸素、もしくは窒素のような元
素又はシランおよびゲルマンのような化合物であること
ができるガスから誘厚される。
第１図の配置において、例えば、基体ホルダーを通して
流れる電流によっであるいは熱ランプによって基体１を
熱して析出過程を促進することができる。特徴的には、
該新規な方法で使用される基体温度の範囲は２０〜４０
０℃である。該基体は例えばガラス、石英、ケイ素、金
属、あるいは金属合金であることができる。特徴的には
、該方法を実行する真空度は約０．１３〜１．３３　Ｘ
　１０−”パスカルに維持する。
第１図の配置において、ターゲットはケイ素、ゲルマニ
ウム、モリブデン、ニッケル等であることができる。低
エネルギービーム中のイオンは水素、酸素、窒素、フッ
素等であることができる。
これらの典型的なリストから適当な組合わせを選ぶこと
によって、酸化ケイ素、水素化ケイ素、窒化物、ゲルマ
ニウム−ケイ素合金、さらに他の混合物および合金のフ
ィルムを生産することができる。
スパッターリングビームとしてアルゴンガス、ケイ素タ
ーゲットおよび低エネルギー酸素イオンビームを用いる
該新規な方法によって室温で、酸化ケイ素の多くのフィ
ルムを析出させた。それらの酸化フィルムは、分光・偏
光分析法によって分析され、そのフィルムが非常に薄い
ときでさえ大きな（ｂｕｌｋ）酸化ケイ素と同じ誘電率
を示す。その同様の技術がフィルムの密度を測定するた
め使用され、かつ該フィルムが２ナノメーターの厚さの
ときのみ最大密度に達していたことが示された。
Ｘ線分析技術を使用することによって、フィルムはＳ　
ＬＯｘの構造式（ｘ＝２）を有すると決定された。
多くの水素化アモルファスケイ素フィルムが、アルゴン
ビームケイ素ターゲットおよび低エネルギー水素ビーム
を使用する酸析しい方法によって析出された。これらの
フィルムは他の二重イオンビームでスパッタされた水素
化ケイ素フィルムよりも高い密度を存するのみならず、
実質的に改良された光電場を示す。
第２図において、該新規な方法に従って析出されたフィ
ルムおよび両方のビームが源に向けられる公知の二重ビ
ーム法によって析出されたフィルムについて測定された
暗電導（破線）と光電場（実線）がプロットされている
。後者の方法は、１９８６年４月９日公開された欧州特
許出願筒０１７７１１５に開示されている。その出願で
は、使用された水素ビーム電圧は１００．１５０あるい
は２００ボルトであり、かつ析出フィルムは１５０Ｖの
ビーム電圧で最適の特性を示した。それらのフィルムは
それぞれ−１１および−６，８の最大対数暗電導度およ
び光電導度を示した。
先に開示された方法で製造されたフィルムは約１００ｖ
以上の水素イオンビーム電圧について第２図に示された
。水素ビーム電圧は横座標にプロットされている。
新規な方法にしたがって製造された水素化アモルファス
ケイ素フィルムは、約４０Ｖより小さい水素ビーム電圧
に相当するプロットされたデータ点を第２図に示してい
る。（測定された暗電導度の対数値である破線は、右座
標に適するように調整してあり、測定された光電導度の
対数値である実線は、左座標に適するように調整しであ
る。）グラフから明らかなように、暗流と光電場１度の
両方ともが水素化ビーム電圧が約２０Ｖ以下に減少した
とき、つまり、イオンエネルギーが２０エレクトロンボ
ルト以下のとき、強度の順以上に劇的に上昇する。
第２図にプロットされた結果は、１５０℃の温度と１０
０ＯＶ、３０ｍＡ電流のアルゴンイオンのスパッターリ
ングビームと１０ｍＡの水素ビーム電流で基体上に析出
されたフィルムから測定した。
フィルムに取り込まれた水素量は水素ビーム電圧が新規
な方法の範囲に減少するとき、急激に減少する。第３図
参照のこと。
第２図に示された改良結果を最適化するため、析出した
フィルムが重金属によって汚染されることをさけること
が重要であることが明らかである。
第１図の装置は、スパッターとターゲットのみに衝突し
ている低エネルギーイオンビームを示しているが、実際
はビーム中のイオンのいくつかが、ターゲットをはずれ
、析出の生じる真空チャンバーの壁に衝突する。典型的
な真空チャンバーは、金属壁あるいは基板を有するので
、ターゲットをはずれたイオンはチャンバー内および基
体上に重金属イオンをスパッターできる。この汚染源を
避けるため、ターゲットと基体との間の空間を包うため
、高純度ケイ素ウェハーカーテンを使用することが好ま
しい。
水素化ケイ素−ゲルマニウム合金フィルムはケイ素ター
ゲットとゲルマンガスから形成されるイオンの低エネル
ギービームを使用することによって析出することができ
る。
高密度アモルファスフィルムの析出の正確なメカニズム
は知られていない。典型的なスパッター法によって育成
したフィルムは、スパッターされた原子あるいはかなり
高エネルギーの電子で常に攻撃される。これらの原子は
、析出フィルムにスパッターリングあるいは空隙の形成
のような構造的損傷をよく引き起すことがあり、密度を
減少させる。加えて、スパッターガス原子のいくつかは
析出しているフィルムに取り込まれることがある。
新規な方法では、低エネルギーイオンはターゲットおよ
び／またはターゲットからスパッターされた原子と相互
に作用し合い、析出種を形成する。
基体はフィルムを損傷することがあるエネルギーを有す
る原子種とは衝突することはない。加えて、新規な方法
にしたがって製造されたフィルムに取り込まれたスパッ
ターリングガスイオンの数はきわめて少ない。
本発明にしたがって析出されたフィルムの典型的な第２
イオンの質量分析（ＳＩＭＳ）値は水素化アモルファス
ケイ素フィルム中のアルゴンの約１０−３％を示す。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明を実行するためのターゲット、基体お
よびイオンビーム直射の配置の図式である。 第２図は、既知の二重イオンビーム法および本発明にし
たがって析出された水素化アモルファスケイ素フィルム
の光電導度および暗電流を測定したグラフである。 第３図は、既知な二重イオンビームおよび本発明にした
がって析出された水素化アモルファスケイ素フィルムに
結合した水素を測定したグラフである。 鳴　　　　　　０

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）基体上に少なくとも第１および第２元素から構成
    されているフィルムを析出させる方法であつて、スパッ
    ターに有効なイオンの第１ビームと前記第２元素のイオ
    ンを含む第２イオンビームとを前記第１元素を含むター
    ゲットに対して同時に向け、前記第２元素の前記イオン
    が２０エレクトロンボルトを超えないエネルギーを有し
    、かつ前記ビームの生成物を上記基体上に集めることを
    含む上記方法。
  2. （２）前記第２元素の前記イオンが少なくとも３エレク
    トロンボルトのエネルギーを有する特許請求の範囲第１
    項記載の方法。
  3. （３）前記第１元素が本質的にケイ素、ゲルマニウム、
    モリブデン、ニッケルおよびそれらの混合物からなる群
    から選ばれる特許請求の範囲第１項記載の方法。
  4. （４）前記第２元素が本質的に水素、酸素、窒素、フッ
    素、ゲルマニウム、ケイ素およびそれらの混合物からな
    る群から選ばれる特許請求の範囲第１項記載の方法。
  5. （５）スパッターに有効な前記イオンがアルゴンイオン
    を含む特許請求の範囲第１項記載の方法。
  6. （６）前記第１元素がケイ素からなり、かつ前記第２元
    素がゲルマニウムからなる特許請求の範囲第１項記載の
    方法。
  7. （７）前記析出工程中、前記基体を２０℃〜４００℃の
    間の温度に維持することを含む特許請求の範囲第１項記
    載の方法。
  8. （８）前記基体が本質的にガラス、石英、ケイ素、金属
    元素および金属合金からなる群から選ばれる特許請求の
    範囲第１項記載の方法。
  9. （９）前記析出方法中、０．１３〜１．３×１０＾−＾
    ３パスカル間に周囲圧力を維持することを含む特許請求
    の範囲第１項記載の方法。
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