JPS63192862A - 薄膜形成装置 - Google Patents

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】 技術分野 本発明は、金属薄膜或いはＩＣ，ＬＳＩなどを構成する
半導体薄膜などの形成に適した薄膜形成装置に関する。

従来技術 従来、被薄膜形成基板上に薄膜を形成する手段としては
、種々のものが提案され、その方法も極めて多岐にわた
っている。主なものとしても、例えばイオンブレーティ
ング法やＣＶＤ法やＰＶＤ法などがある。

例えば、蒸発源と被蒸着物の間に高周波電磁界を発生さ
せて、活性ガス又は不活性ガス中で蒸発した物質をイオ
ン化して蒸着を行なうイオンブレーティング法がある。

又、蒸発源と被蒸着物との問に直流電圧を印加するＤＣ
イオンブレーティング法もある。これらのイオンブレー
ティング法は、例えば特公昭５２−２９９７１号公報や
特公昭５２−２９０９１号公報等により知られている。

又、本出願人により既に提案されている特開昭５９−８
９７６３号公報に示されるような薄膜蒸着装置もある。

これは、まず、被蒸着基板を保持する対向電極と、この
対向電極に対向する蒸発源との間にグリッドを設け、こ
のグリッドを対向電極に対して正電位とする。更に、グ
リッド・蒸発源間に熱電子発生用のフィラメントを設け
る。このような構成により、蒸発源から蒸発した蒸発物
質はフィラメントから放出される熱電子によりイオン化
される。このイオンはグリッドを通過すると、グリッド
側から対向電極へ向かう状態の電界の作用により加速さ
れ、被蒸着基板に衝突することにより、密着性のよい薄
膜が基板上に形成されるというものである。

この他、各種の薄膜形成方法・装置がある。

しかし、従来の薄膜形成方式による場合には、形成され
た薄膜の基板に対する密着性が弱がったり、耐熱性のな
い基板への膜形成が困難という欠点を有している。特に
、前述した特開昭５９−８９７６３号公報方式による場
合、グリッドより蒸発源側に発生するプラズマが蒸発源
の形状に依存する電界、又は蒸発源より発生する熱電子
による影響を受ける。これにより、プラズマが不安定な
状態となり、基板上に蒸着された薄膜の付着力、膜表面
の平滑性、或いは結晶性が損なわれる等の欠点がある。

目的 本発明は、このような点に鑑みなされたもので、基板上
に極めて強い密着性を持つ薄膜を形成することができ、
かつ、基板として耐熱性のない例えばプラスチックス板
などをも用いることができる薄膜形成装置を得ることを
目的とする。

構成 本発明は、上記目的を達成するため、活性ガス又は不活
性ガスあるいはこれらの活性ガスと不活性ガスとの混合
ガスが導入される真空槽と、この真空槽内において蒸発
物質を蒸発させる蒸発源と、この蒸発源に対向して薄膜
を形成させる基板を保持する対向電極と、前記蒸発源と
対向電極との間に配置させた熱電子発生用のフィラメン
トと、このフィラメントと前記蒸発源との間に配置され
て前記蒸発物質を通過させうる第１グリッドと、この第
１グリッドと前記蒸発源との間に配置されて前記蒸発物
質を通過させうる第２グリッドと、これらの第１グリッ
ドと第２グリッドと対向電極とフィラメントとを前記対
向電極の電位に対して第１グリッドの電位が正電位とな
り第２グリッドの電位が正又は負又は零電位となるよう
所定の電位関係とさせる電源手段とを備えたことを特徴
とするものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。ま
ず、真空槽１が設けられている。この真空槽１はベース
プレート２上にベルジャ３をバッキング４を介して一体
化することにより構成されている。ここに、ベースプレ
ート２の中央部には孔２ａが形成されて図示しない真空
排気系に連結され、真空槽１内の気密性を維持しつつ、
周知の方法により真空槽１内に活性ガス又は不活性ガス
或いは活性ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入し得る
ように構成されている。

そして、このような真空槽１内には上方から下方に向け
て順に対向電極５とフィラメント６と第１グリッド７と
第２グリッド８と蒸発源９とが適宜間隔をあけて設けら
れている。これらの部材は、各々支持体を兼用する電極
ｔｏ、１１，１２，１３．１４により水平状態に支持さ
れている。これらの電極１０〜１４は何れもベースプレ
ート２との電気的な絶縁性を保つ状態でベースプレート
２を貫通して真空槽ｌ外部に引出されてい・る。即ち、
これらの電極１０〜１４は真空槽１の内外の電気的な接
続・給電を行なうためのもので、その他の配線具ととも
に導電手段となり得るものであり、ベースプレート２の
貫通部等においては気密性が確保されている。

ここで、一対の前記電極１４により支持された蒸発源９
は蒸発物質を蒸発させるためのものであり、例えばタン
グステン、モリブデンなどの金属をコイル状に形成して
なる抵抗加熱式として構成されている。もつとも、コイ
ル状に代えて、ボート状に形成したものでもよい。更に
は、このような蒸発源に代えて、電子ビーム蒸発源など
のように従来の真空蒸着方式で用いられている蒸発源で
あってもよい。

又、電極１０に支持された対向電極５には、前記蒸発源
９に対向する面（下面）側に位置させて、薄膜を形成す
べき基板１５が適宜の方法により保持されている。

更に、一対の電極１１により支持されたフィラメント６
は熱電子発生用のものであり、タングステンなどにより
形成されている。このフィラメント６の形状としては、
例えば複数本のフィラメントを平行に配列させたり、網
目状に配列させてなり、前記蒸発源９から蒸発した蒸発
物質の粒子の広がりをカバーし得るように設定されてい
る。

そして、各々電極１２．１３により支持された第１．２
グリッド７．８は、何れも蒸発物質を通過させ得る形状
、例えば網目状に形成されている。

しかして、このように真空槽１内に設けた対向電極５、
フィラメント６、第１．２グリッド７゜８、蒸発源９等
の部材を電位的に所定の電気的な関係とする電源手段１
６が真空槽１外に設けられ、前記各電極１０〜１４を利
用してこれらの各部材に接続されている。

まず、蒸発源９は電極１４を介して加熱用の交流電源１
７に接続されている。次に、直流電源１８が設けられ、
この直流電源１８の正極側は電極１２を介して第１グリ
ッド７に接続され、直流電源１８の負極側は電極１０を
介して対向電極５に接続されている。即ち、第１グリッ
ド７の電位は対向電極５に対して正電位となるように設
定されている。これにより、第１グリッド７・対向電極
５間の電界は第１グリッド７側から対向電極５側へ向か
う方向のものとなる。又、フィラメント６は一対の電極
１１を介して直流電源１９の両端に接続されている。な
お、図示の状態ではこの直流電源１９の正極側が接地さ
れているが、負極側を接地してもよく、或いは交流電源
を用いてもよい。

更に、第２グリッド８は電極１３を介して直流電源２０
の正極側に接続されている。もつとも、この第２グリッ
ド８は直流電源２０の負極側に接続してもよく、或いは
この直流電源２０を用いずに直接接地して零電位として
もよい。即ち、第２グリッド８の電位は対向電極５に対
して正電位、負電位、零電位の何れの状態であってもよ
い。これらの電源１７〜２０により電源手段１６が構成
されるものであり、図中に示す接地は必ずしも必要では
ない。

又、実際的なこれらの電気的な接続には、種々のスイッ
チ類を含み、これらの操作により、基板１５上への成膜
プロセスを実施するわけであるが、これらのスイッチ類
については省略する。

このような薄膜形成装置の構成による薄膜形成動作につ
いて説明する。まず、図示の如く、薄膜を形成すべき基
板１５を対向電極５に保持セットさせる一方、蒸発源９
には蒸発物質を保持させる。

用いる蒸発物質はどのような薄膜を形成するかに応じて
定められるものであるが、例えば、アルミニウムや金な
どの金属、或いは金属の酸化物、弗化物、硫化物、或い
は合金等が用いられる。又。

真空槽ｌ内は予め活性ガス又は不活性ガス或いはこれら
の混合ガスが１０−２〜１０−ゝＴ　ｏｒｒの圧力で導
入される。ここでは、例えばアルゴンなどの不活性ガス
が導入されているものとする。

このような状態で、本装置を作動させると、蒸発源９に
保持された蒸発物質が加熱により蒸発する。蒸発源９か
ら蒸発した物質、即ち蒸発物質の粒子は上方の基板１５
に向かって広がりつつ飛行し、第１グリッド７を通過す
る。一方、直流電源１９により加熱されたフィラメント
６からは熱電子が放出される。フィラメント６から発生
した熱電子は、第１グリッド７と対向電極５との間の電
界によって加速されつつこの第１グリッド７へ向かって
飛行する。これにより、第１グリッド７の近傍の空間に
存在する前述の蒸発物質と導入ガスの粒子とに衝突し、
この粒子をイオン化する。このようにして、第１グリッ
ド７の近傍の空間にプラズマ状態が実現する。

この際、第２グリッド８が正電位又は零電位に設定され
ていれば、蒸発源９からの熱電子を吸収することになる
。一方、第２グリッド８が負電位に設定されていれば、
蒸発源９からの熱電子がこの第２グリッド８を通過する
障壁となる。従って、第２グリッド８より基板１５側に
発生するプラズマに対する、蒸発源９からの熱電子の影
響が極めて小さくなり、プラズマは極めて安定な状態を
維持し得るものとなる。よって、極めて安定した状態で
蒸発物質のイオン化を行なうことができる。

このようにイオン化された蒸発物質は、この第１グリッ
ド７から対向電極５へ向かう電界の作用により、加速さ
れつつ飛行し、高速で基板１５に衝突する。これにより
、基板１５上に所望の薄膜が形成されることになる。こ
のような薄膜は蒸発物質のイオン化によるため、基板５
への密着性に優れ、結晶性、配向性の良好なるものとな
る。

このように、本実施例によれば、蒸発物質のイオン化が
極めて高く、かつ、安定しているため、真空槽１内に活
性ガスを単独で、或いは不活性ガスとともに導入して成
膜を行なうことにより、蒸発物質と活性ガスとを化合さ
せ、この化合による化合物薄膜を形成する場合であって
も、所望の物性を有する薄膜を容易に得ることができる
。

例えば、不活性ガスとしてアルゴン、活性ガスとして酸
素を導入し、真空槽１内の圧力をｌｏ−３〜１０””Ｔ
ｏｒｒに調整し、蒸発物質としてアルミニウムを選択す
れば、基板１５上にＡＱ２０．の薄膜を形成することが
できる。この際、蒸発物質としてＳｉ又はＳｉＯを用い
れば３ｉ０．の薄膜を得ることができる。又、蒸発物質
としてＩｎ、Ｚｎを選択すれば、各々Ｉ　ｎ、Ｏ，、、
Ｚｎ○の薄膜を得ることができる。一方、ガスとしてＨ
，Ｓ、蒸発物質としてＣｄを選択すればＣｄＳの薄膜を
得ることができる。更に、活性ガスとしてアンモニアを
アルゴンとともに用い、かつ、蒸発物質としてＴｉ又は
Ｔａを用いれば、各々ＴｉＮ又はＴａＮなどの薄膜を得
ることも可能である。

ところで、本実施例においては、蒸発物質及び導入ガス
のイオン化に、フィラメント６による熱電子が有効に寄
与するので、１０−’Ｔｏｒｒ以下の圧力の高真空下に
おいても蒸発物質のイオン化が可能である。このため、
薄膜中へのガス分子の取り込みを極めて少なくすること
ができるため、高純度の薄膜を得ることができる。又、
薄膜の構造も極めて緻密なものとすることが可能である
。この結果、通常、薄膜の密度はバルクの密度より小さ
いとされているが、本実施例によれば、バルクの密度に
極めて近似した密度のものとして得ることができる特徴
を持つ。即ち、本実施例方式の薄膜形成装置は、ＩＣ，
ＬＳＩなどを構成する半導体薄膜や、その電極としての
高純度な金属薄膜の形成に極めて適したものとなる。

結局、本発明は、強い反応性を持たせることができると
いうＣＶＤ法の長所と、緻密な強い膜形成を可能とする
高真空中で成膜するというＰＶＤ法の長所とを同時に実
現する、従来に無い画期的な薄膜形成装置といえる。そ
して、蒸発物質がイオン化し、高いエネルギーを電気的
に有する（電子・イオン温度）ので、反応性を必要とす
る成膜や結晶化を必要とする成膜を、温度（反応温度や
結晶化温度）という熱エネルギーを与えることなく実現
でき、低温成膜が可能となる。従って、基板１５として
は耐熱性の弱いプラスチックス板なとであってもよいも
のとなる。

効果 本発明は、上述したように構成したので、蒸発源からの
蒸発物質のイオン化がフィラメントからの熱電子によっ
て極めて高い状態で行なわれ、かつ、フィラメント・蒸
発源間に第２グリッドが存在することにより、第２グリ
ッドより対向電極側に発生するプラズマに対する蒸発源
から発生する電子や蒸発源の形状に依存する蒸発源より
発生する電界の影響を著しく減少させることにより、極
めて安定したプラズマ状態とさせることができ、よって
、基板上に付着力、膜表面の平滑性或いは結晶性に優れ
た薄膜を成膜することができ、この際、高イオン化によ
り高いエネルギーを有するので、熱エネルギーを付与し
ない低温成膜も可能となり、基板としては耐熱性の劣る
プラスチックス板等をも用いることができるものである
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す概略正面図である。 １・・・真空槽、５・・・対向電極、６・・・フィラメ
ント、７・・・第１グリッド、８・・・第２グリッド、
９・・・蒸発源、１６・・・電源手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 活性ガス又は不活性ガスあるいはこれらの活性ガスと不
   活性ガスとの混合ガスが導入される真空槽と、この真空
   槽内において蒸発物質を蒸発させる蒸発源と、この蒸発
   源に対向して薄膜を形成させる基板を保持する対向電極
   と、前記蒸発源と対向電極との間に配置させた熱電子発
   生用のフィラメントと、このフィラメントと前記蒸発源
   との間に配置されて前記蒸発物質を通過させうる第１グ
   リッドと、この第１グリッドと前記蒸発源との間に配置
   されて前記蒸発物質を通過させうる第２グリッドと、こ
   れらの第１グリッドと第２グリッドと対向電極とフィラ
   メントとを前記対向電極の電位に対して第１グリッドの
   電位が正電位となり第２グリッドの電位が正又は負又は
   零電位となるよう所定の電位関係とさせる電源手段とを
   備えたことを特徴とする薄膜形成装置。