JPS63219573A - 化合物薄膜の形成方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、化合物薄膜の形成方法に関する。

［従来の技術及びその問題点］ 従来より化合物薄膜を形成する方法としては、以下に説
明する反応性蒸着法、反応性イオンブレーティング法、
反応性スパッタリング法、イオン蒸着法等が知られてい
る。

■０反応性蒸着法は、活性ガス雰囲気中で真空蒸着を行
なう方法であり、例えば酸素雰囲気中でアルミニウムを
加熱蒸着することによって、基板表面にＡ、ｉ？２０３
の薄膜を形成することが可能である。しかしながら、か
かる方法は蒸着粒子及びガスの両方がイオン又は励起状
態にならないため、反応性が充分ではなく、化合物薄膜
の形成速度が低いという問題があった。

０６反応性イオンブレーティング法は、活性ガス又は活
性ガスを含むアルゴンガスを直流もしくは高周波電界で
プラズマ化し、該雰囲気中で基板表面に化合物薄膜を形
成する方法である。かかる方法では、蒸着粒子及びガス
の両方がイオン又は励起状態となるため、反応性が高く
、化合物薄膜の形成速度も高くできる。しかしながら、
この方法では基板がプラズマ中に曝され、しかもイオン
が基板に衝突するため、基板及び薄膜が熱的な損傷等を
受ける問題がある。また、プラズマ中にはイオン、ラジ
カル、中性原子が混在するため、それらを制御すること
が難しく、その結果反応の制御も困難となる。

０９反応性スパッタリング法は、活性ガス又は活性ガス
を含むアルゴンガスをスパッタガスとじてターゲットを
スパッタリングし、スパッリングされた粒子と活性ガス
を反応させて基板表面に化合物薄膜を形成する方法であ
る。しかしながら、かかる方法についても前記反応性イ
オンブレーティング法と同様な問題を有する。

■、イオン蒸着法は、真空蒸着と同時に基板へガスイオ
ンを照射して化合物薄膜を形成する方法である。かかる
方法は、真空蒸着源とイオシ源を夫々独立して制御でき
るため、任意の組成の化合物薄膜を形成できる利点を有
する。しかしながら、イオンのもつエネルギーによって
基板及び薄膜の損傷が大きく、しかも基板の温度上昇を
招く問題がある。

以上のように、従来法では化合物薄膜を基板の損傷を招
くことなく、かつ低温で形成することが困難である。特
に、最近における機能性が重視される薄膜では準安定化
合物が必要される場合が多いが、このような化合物薄膜
を得るには薄膜の損傷を少なくし、かつ低温で反応性の
高い状態で膜形成することが必要である。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、基板等への損傷が少なく、かつ低温で反応性の
高い状態で化合物薄膜を形成し得る方法を提供しようと
するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、成膜室内で化合物の一成分を真空蒸着すると
同時に、該成膜室内に配置した基板の少なくとも表面に
化合物の他成分のラジカルを主成分とするビームを照射
することを特徴とする化合物薄膜の形成方法である。

」１記真空蒸着する化合物の一成分としては、例えばＦ
ｅ、ＡＩ！、ＴＩ、Ｚｒ、Ｍｏ５Ｗ、Ｂ。

Ｓ！等を挙げることができる。

上記基板としては、例えばＡＩ、Ａ１合金、プラスチッ
ク、ガラス、セラミックス等を挙げることができる。

上記ラジカル源となる化合物の他成分としては、例えば
Ｎ２．０２　、ＣＨ４、Ｃ２Ｈｅ　、ＣＯ等を挙げるこ
とができる。

上記化合物の他成分のラジカルを主成分とするビームを
成膜室内に配置した基板の少なくとも表面に照射するに
は、まず、ラジカル源となる反応ガスをプラズマ生成室
に供給し、ここで該反応ガスを直流、高周波、マイクロ
波の放電等によってプラズマ化し、そのプラズマをガス
圧に差によって導入管を通して成膜室へ導く。この際、
前記導入管の中間に電極を設け、該電極に正電位を印加
してプラズマ中のイオンを除去することによって、前記
化合物の他成分のラジカルを主成分とするビームを成膜
室内の基板表面に少なくとも照射することが可能となる
。このビーム照射にあたり、導入管の長さを調節するこ
とによって、所望の寿命のラジカルを選択することが可
能となる。また、放電形式を変えることによっても、プ
ラズマ中のラジカル濃度、ラジカルの種類を変えること
が口１能となる。

［作用］ 本発明によれば、成膜室内で化合物の一成分を真空蒸着
すると同時に、該成膜室内に配置した基板の少なくとも
表面に化合物の他成分のラジカルを主成分とするビーム
を照射する。ラジカルを基板表面に照射することによっ
て、蒸着粒子とラジカルが反応して化合物を生成する。

この際、ラジカルは化学的に活性であるが、運動エネル
ギーは小さく、かつ電荷も持たないため、前記反応は進
むが、基板の損傷や基板の温度上昇を抑制できる。

従って、基板等への損傷が少なく、かつ低温で反応性の
高い状態で化合物薄膜（例えば窒化鉄、窒化チタン、窒
化ジルコニウム、窒化珪素等）を基板表面に形成できる
ため、化合物薄膜の成膜速度の向上や基板の温度上昇に
影響されない準安定状態の化合物薄膜の形成が可能とな
る。

［発明の実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

実施例１ 図面は、本発明の実施例に使用する化合物薄膜形成装置
を示す概略図であり、図中の１はプラズマ生成用チャン
バである。このチャンバｌ内には、一対の平板電極２ａ
ｓ　２ｂが互いに対向して設けられており、上部電極２
ａは接地され、かつ下部電極２ｂは高周波電源３に接続
されている。なお、高周波電源３は接地されている。前
記チャンバ１の側壁には反応ガス供給管４が連結され、
かつ同チャンバ１の底部には排気管５が連結されている
。また、前記チャンバｌは導入管６介して成膜用チャン
バ７に連結されている。この導入管が連結される前記各
チャンバ１，７の側壁には、オリフィス８．８′が夫々
形成されている。前記導入管６の中間には、電極として
のグリッド９が配設され、かつ該グリッド９には直流バ
イアス電源（図示せず）が接続されている。このグリッ
ド９より前記成膜用チャンバ７側の導入管６には、排気
管ｌＯが連結されている。この排気管１０より成膜用チ
ャンバ７側の導入管６には、ゲートバルブｌｌが設けら
れている。前記成膜用チャンバ７内には、図示しない２
７０　’偏向型電子ビーム装置を付設した水冷銅るつぼ
１２が配設されている。また、前記チャンバ７の底部に
は排気管１３が連結されている。

次に、前述した化合物薄膜形成装置を用いて化合物薄膜
の形成を説明する。

まず、ゲートバルブ１１を閉じ、成膜用チャンバ７内の
水冷銅るつぼ１２内に蒸着材料としての純度９９．９％
の純鉄１４を入れ、同チャンバ７内にＡ、ｆｆ合金から
なる基板１５を配置した。つづいて、排気管５からプラ
ズマ生成用チャンバ１内のガスを排気して所定の真空度
とした後、ガス倶給管４から純度９９．９９９％のＮ２
ガスをチャンバｌ内に供給してチャンバｌ内の圧力を５
×ｌＯ°”　ｔｏｒｒに設定し、更に高周波電源３から
下部平板電極２ｂに３００Ｗの高周波電力を印加してチ
ャンバｌ内の平板電極２ａ。

２ｂ間にＮ２ガスプラズマ１Ｂを生成した。このプラズ
マ生成の後、導入管Ｂに連結した排気管ｌＯからガス排
気を行なって導入管Ｂ内のガス圧をｌ×１０””　５ｔ
ｏｒｒとし、グリッド９に図示しない直流バイアス電源
からｔｏｏｏｖの直流バイアスを印加した。

一方、排気管１３から成膜用チャンバ７のガスを排気し
てＩ　Ｘ　１０−　’　ｔｏｒｒとした後、図示しない
偏向型電子ビーム装置の電子銃出力を３ｋＷとしてるつ
ぼ１２の純鉄１４に電子ビームを照射して溶解、蒸発さ
せた。蒸発が安定した後、ゲートバルブ１１を開いた。

この時、導入管６のグリッド９に図示しない直流バイア
ス電源から１００ＯＶの直流バイアスを印加しているた
め、プラズマ生成用チャンバｌ内のＮ２ガスプラズマが
オリフィス８から導入管６を通過する過程で該プラズマ
中のイオンが除去され、ラジカル化されたＮ２プラズマ
ガスのビームのみがオリフィス８′を通して成膜用チャ
ンバ７内に導入された。なお、ゲートバルブ１１の解放
により成膜用チャンバ７内の圧力は７ＸｌＯ−７ｔｏｒ
ｒとなった。こうしたプラズマガスのビームの成膜用チ
ャンバ７への導入により蒸気状態のＦｅとＮラジカルが
反応して該チャンバ７に配置した基板１５表面に厚さ５
０００人の化合物薄膜が形成された。

比較例１．２ 前述した化合物薄膜形成装置の導入管６に設けたグリッ
ド９への直流バイアス電圧を０Ｖ１２００Ｖとした以外
、実施例と同様な方法により基板１５表面に化合物薄膜
を形成した。

比較例３ 前述した化合物薄膜形成装置のプラズマ生成用チャンバ
ｌでのプラズマの生成及び導入管６のグリッド９への直
流バイアス電圧の印加を行なゎない以外、実施例と同様
な方法により基板１５表面に薄膜を形成した。

しかして、本実施例及び比較例１．２の化合物薄膜及び
比較例３の薄膜についてＸ線回折による同定と振動試料
型磁力計による飽和磁化及び保磁力を測定した。また、
成膜時の基板温度を測定した。これらの測定結果を下記
表に示した。

表 ＊０内は微量検出されろもの。

上記表から明らかなように、本実施例では基板上に飽和
磁化が高く、保磁力が低いという優れた軟磁性特性を有
する準安定状態のＦｅ１６Ｎ２を形成できることがわか
る。これに対し、比較例１〜３ではＦｏ　１６　Ｎ２が
形成されず、磁気特性も劣る。また、本実施例では基板
温度が低く基板や薄膜の損傷も少ないと思われる。これ
に対し、比較例３では基板温度が低いが、形成された薄
膜はＦｅであり、実質的に基板表面でのＦｅとＮの反応
が起きていないものと思われる。

なお、上記実施例ではプラズマの生成を高周波電力を一
対の平板電極に印加することにより行なったが、直流電
圧を印加したり、マイクロ波放電によってプラズマを生
成してもよい。

上記実施例では、るつぼ内のＦｏの蒸発を電子ビームを
用いて行なったが、ヒータ加熱により蒸発させてもよい
。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば基板等への損傷が少
なく、かつ低温で反応性の高い状態で化合物薄膜を基板
表面に形成でき、化合物薄膜の成膜速度の向上や基板の
温度上昇に影響されない準安定状態の化合物薄膜の形成
が可能となる等顕著な効果を有する化合物薄膜の形成方
法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の実施例で使用いた化合物薄膜の形成装
置の一形態を示す概略図である。 ■・・・プラズマ生成用チャンバ、２ａ、　２ｂ・・・
平板電極、３・・・高周波電源、６・・・導入管、成膜
用チャンバ、９・・・グリッド、１１・・・ゲートバル
ブ、１２・・・水冷銅るつぼ、１４・・・Ｆｅ、１５・
・・基板、１Ｂ・・・プラズマ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応容器内で化合物の一成分を真空蒸着すると同時に、
   該容器内に配置した基板の少なくとも表面に化合物の他
   成分のラジカルを主成分とするビームを照射することを
   特徴とする化合物薄膜の形成方法。