JPS63238270A - 化合物薄膜の製造方法 - 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】 〔概要〕 イオンビームを照射するイオン源に対向して設けられる
被処理基板との間で、両者を結ぶ線より離れた位置に対
向して異種の材料からなるターゲットを設け、イオンビ
ームを偏向板により偏向させて該ターゲットに交互に衝
突させて被処理基板上にスパッタさせる動作と、イオン
ビームを直接に被処理基板に滲衝突させる動作とを繰り
返して多元化合物からなる薄膜を形成する方法。

〔産業上の利用分野〕

本発明はイオンビームスパッタによる多元材料からなる
化合物薄膜の製造方法に関する。

被処理基板上への物理的な成膜法としては真空蒸着法と
スパッタ法が知られているが、後者はグロー放電により
イオン化したガスイオンのターゲットへの衝突によりタ
ーゲット構成材料がスパッタされ、ターゲットに対向し
て設置されている被処理基板上に膜形成される現象であ
り、真空蒸着のように膜形成材料が高温にまで加熱され
て溶融蒸発するものと違って酸化されることが少なく、
また被処理基板への衝突エネルギーが大きいために密着
性の良い膜を得ることができる。

また、真空蒸着、法は加熱源として使用される容器材料
の融点や耐熱性などの関係から蒸着金属の種類が限られ
、また蒸着材料の蒸気圧の関係から合金をその組成比を
正確に保ちながら膜形成するのは困難である。

一方、スパッタ法による場合は組成比が正確に保たれ、
また絶縁物についてもスパッタを行うことができる。

これらの利点からスパッタ法は各種の用途に使用されて
いると共に改良が進められており、三極スパッタ装置、
四極スパッタ装置、高周波ス、バッタ装置、マグネトロ
ン・スパッタ装置などが開発され実用化されているが、
更にイオンビーム・スパッタ装置が開発され、使用され
ている。

本発明はこのイオンビーム・スパッタ法を効果的に使用
する成膜方法に関するものである。

〔従来の技術〕

イオンビーム・スパッタ法は膜形成を行うスバ、ツタ室
とは別に、高真空に保持されたイオン源を備え、高温に
加熱してプラズマ化した陽イオンに電界を付与して取り
出すと共に、電界により加速させてスパッタ室に導き、
ターゲットに衝突せしめ、ターゲット構成材料をスパッ
タさせるものであり、次のような特徴をもっている。

■　スパッタを行うイオンビームを集束でき、また制御
できるので極めて高能率のスパッタを行うことができる
。

■　従来の膜形成がプラズマ中で行われるので、放電状
態やスパッタ室を構成する材料などの影響を受けるのに
対し、か＼る影響を除くことができる。

■　従来の膜形成が１０−’〜１０　Ｐａと低真空で行
われていたのに対し、高真空で行うことができ、そのた
めに膜の付着力が強く、高純度の膜を形成することがで
きる。

更に、イオンビームスパッタの特徴は装置に複数個のイ
オン源を備えることにより、反応スパッタを行うことが
でき、また基板上に高いエネルギーをもつ粒子を膜形成
でき、従って結晶構造的に安定な材料が得られることで
ある。

第２図は従来のイオンビーム・スパッタ装置手の構成図
であって、装置内には第１のイオン源２と第２のイオン
源３があり、第１のイオン源２に対向してターゲット４
があり、また、このターゲット４の対向位置には被処理
基板５が位置決めされている。

また、この装置には排気系６が備えられていて装置内は
高真空に排気されるようになっている。

か＼るイオンビームスパッタを実施例について説明する
と、 第１のガス供給管７を通って第１のイオン源２に供給さ
れたアルゴン（Ａｒ）ガスはその中でプラズマ化した後
、イオンビーム８として装置内に取り出され、この加速
されたイオンビーム８は例えばチタン（Ｔｉ）からなる
ターゲット４に衝突してＴｉ原子を被処理基板５にスパ
ッタする。

一方、第２のイオン源３には第２のガス供給管９から例
えば窒素ガス（Ｎ２）が供給されて、Ｎイオンビームは
被処理基板５に投射される。

このような状態において、被処理基板５にスパッタされ
てくるＴｉ原子は高い運動エネルギーを持って飛翔して
くるので、両者は容易に反応して窒化チタン（Ｔｉ３Ｎ
＋）からなる反応膜が形成される。

ス（ＯＸ）を導入してＡｒイオンとＨイオンとを投射す
ると、グラファイトより更に高密度のｉ−カーボン（Ｉ
ｏｎ−ａｓｓｉｓｔｅｄ　Ｃａｒｂｏｎの略）の形成が
可能となる。

ここで、計イオンは被処理基板５の上に形成されるグラ
ファイト層を更に高エネルギー化するために加えるもの
であり、またＨイオンは低エネルギーのグラフディトと
反応してガス化することにより低エネルギー状態のグラ
フディトを選択的に除去する役割を果たしている。

このように、複数のイオン源を用いてイオンビームスパ
ッタを行うと特異な反応が可能となる。

然し、構造が複雑となり、また被処理基板へのイオンビ
ームのスパッタ角および第２のイオン源からのイオンビ
ームの投射角を再現性よく設定することが難しいと云う
問題があった。

これに対し発明者等は第３図に示すようなイオンビーム
・スパッタ装置を提案している。

（出願臼：昭和６１年１２月２４日） この要旨は、イオン源１０がらのイオンビーム１１を偏
向板１２を用いて従来の照射行路よりも偏向させてター
ゲット１３に衝突させ、スパッタを行って被処理基板５
の上にターゲット材料からなる薄膜を形成させる動作と
、イオンビーム１１を偏向させず、直接に被処理基板５
の上の薄膜に照射する動作を繰り返すことにより被処理
基板５との密着が良く、また結晶学的に安定な膜成長を
行うものである。

すなわち、スパッタにより被処理基板５の上に形成され
た薄膜をイオンビームで叩くことにより、相互結合の弱
い原子群は再びスパッタされ、一方、結合の強い原子群
は更にエネルギーを取得する結果、結晶学的により安定
な状態へ遷移し、これを続けることにより結晶学的によ
り安定な膜成長を行うものである。

以上記したように複数のイオン源を使用して反応スパッ
タを行ったり、スパッタ膜の形成とイオンビーム照射を
繰り返すことにより安定な結晶構造をもつ膜形成が可能
であるが、多元の化合物薄膜を結晶学的に安定した状態
で形成する技術は今まで開発されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上記したようにイオンビーム・スパッタ法を用いてタ
ーゲット構成材料の窒化物を形成したり、結晶学的に優
れた薄膜を形成する技術は開発されているが、結晶学的
に安定な多元化合物の薄膜を形成する技術は開発されて
いなかった。

−〔問題点を解決するための手段〕 上記の問題はイオンビームの照射行路を挟んで偏向電極
と二個のターゲットとを設け、この偏向電極に加える電
圧の極性を変え、二個のターゲットと被処理基板へのイ
オンビームの照射を繰り返し行って被処理基板上に多元
化合物を膜形成する化合物薄膜の製造方法をとることに
より実現することができる。

〔作用〕

本発明は発明者等が提案しているイオンビーム・スパッ
タ法を拡張し、イオンビームの照射行路を挾んで二個の
ターゲットを設け、偏向板の極性を変えることにより任
意のターゲットにイオンビームを照射してスパッタが行
われるようにしたもので、これと被処理基板上にスパッ
タされて生じた薄膜へのイオンビームの直接照射とを繰
り返すことにより結晶学的に安定な多元化合物を形成す
るものである。

〔実施例〕

第１図は本発明に係るイオンビーム・スパッタ装置の構
成図であって、第３図に示すイオンビーム・スパッタ装
置と異なるところはターゲット１４゜１５が対向して設
けられていることと、偏向板１２への電圧印加が従来の
ようなＯＮ、ＯＦＦでなく、極性の変更とＯＮ、　ＯＦ
Ｆの両方ができるようになっていることである。

以下、シリコン（Ｓｔ）基板上に炭窒化硼素（ＢＮＣ）
膜を形成する実施例について説明すると次のようになる
。

スパッタ室１６の一方にはイオン源１７があり、窒素（
Ｎ２）ガスが図示を省略したノズルから赤熱状態のタン
グステン（Ｗ）フィラメントに４　ＣＣＭ　（ｃｃ／構
成されており、具体的には加速電圧２０ＫＶ、ビーム電
流０．５　Ａ／　ｃｍ”の条件でスパッタ室に向かって
照射されてレーる。

次に、か＼るイオン源１７の前方にはＳｔウェハからな
る被処理基板５が基板ホルダ１８の上に装着された状態
でモータ１９により回転しており、スパッタ室１６は排
気系６により７　Ｘ　１０−　’　ｔｏｒｒの高真空に
排気されている。

次に長さ５０ｃｍの偏向板１２は電源２０により＋４０
ＫＶ。

０、−４０ＫＶと順次切り替わるよう構成されている。

また、一方のターゲット１４は硼素（Ｂ）で、また他方
のターゲット１５はグラフアイｌ−（Ｃ）で形成されて
いる。

そして、電源２０の極性を短時間づつ次々に変えてＮｏ
を照射することによりＳｉよりなる被処理基板５の上に
スパッタされたＢとＣにＮ１が反応してＢＮＧ膜が５０
００人／時の速度で形成された。

なお、このようにして生じたＢＮＣ膜は２０００℃の高
温にまで安定である。

〔発明の効果〕

以上記したように複数のターゲットを用いて反応スパッ
タを行う本発明の実施により多元化合物の薄膜を比較的
容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るイオンビーム・スパッタ装置の構
成図、 第２図は従来のイオンビーム・スパッタ装置の構成図、 第３図は発明者等が提案しているイオンビーム・スパッ
タ装置の構成図、 である。 図において、 １．１６はスパッタ室、 ４、　１３，１４．１５はターゲット、５は被処理基板
、　　　　　８，１１はイオンビーム、１０、１７はイ
オン源、　　　１２は偏向板、２０は電源、 である。 第１ｎ 男２図 第３国

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 イオンビームのターゲットへの照射によるターゲット構
   成材料の被処理基板へのスパッタと、該被処理基板上に
   形成した薄膜へのイオンビーム照射とを繰り返して行う
   成膜方法において、 イオンビームの照射行路を挟んで偏向板と二個のターゲ
   ットとを設け、該偏向板に加える電圧の極性を変え、二
   個のターゲットと被処理基板へのイオンビームの照射を
   繰り返し行って被処理基板上に多元化合物を膜形成する
   ことを特徴とする化合物薄膜の製造方法。