JPS63286570A - Thin film formation device - Google Patents

Thin film formation device

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JPS63286570A
JPS63286570A JP11968187A JP11968187A JPS63286570A JP S63286570 A JPS63286570 A JP S63286570A JP 11968187 A JP11968187 A JP 11968187A JP 11968187 A JP11968187 A JP 11968187A JP S63286570 A JPS63286570 A JP S63286570A
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plasma
thin film
electrode
manipulator
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孝浩 中東
Yasunori Ando
靖典 安東
Kiyoshi Ogata
潔 緒方
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Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To control the crystalline orientation of a formed thin film by providing a mesh electrode for interrupting plasma to the front face of the holder for a substrate and selectively projecting neutral radicals on the substrate. CONSTITUTION:A substrate 10 is fixed on the holder 5 for a substrate and set to a manipulator 11 incorporated in a vacuum chamber 1 at a prescribed angle and the vacuum chamber 1 is exhausted at about 10<-5>-10<-7>Torr degree of vacuum. The gas contg. material elements is introduced into an electrode 2 for generating plasma from cylinders 7 and plasma is generated at about 0.1-10Torr degree of vacuum and the velocity of ions and electrons, etc., is controlled by means of a mesh electrode 3 for controlling plasma. The substrate 10 is heated with a heater 6 and a mesh electrode 4 for interrupting plasma is properly electrified and the electric potential of both this electrode 4 and the tip of the manipulator 11 is regulated to zero volt. Thereby positive ions and electrons are cut and only neutral radicals are advanced toward the substrate 10 and the neutral radicals are selectively projected on the substrate and a thin film in which crystalline orientation is controlled is formed.

Description

【発明の詳細な説明】 (1)技術分野 この発明は、形成した薄膜の結晶配向を制御することが
できる薄膜形成装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Technical Field The present invention relates to a thin film forming apparatus that can control the crystal orientation of a formed thin film.

(イ)従来技術 基板の上に薄膜を形成する方法として、蒸着法、イオン
ブレーティング、スパッタ法などが頻繁に用いられる。
(a) Prior Art As a method for forming a thin film on a substrate, vapor deposition, ion blating, sputtering, etc. are frequently used.

いずれも物理的蒸着法(Physical Vapor
 DepositionPVD)と総称されるもののう
ちのひとつの手法である。
Both methods use physical vapor deposition.
This is one of the methods collectively referred to as PVD (deposition PVD).

基板は半導体基板であったり、誘電体基板であったりす
る。単結晶である事もあり、多結晶である事もあり、ア
モルファスである事もある。
The substrate may be a semiconductor substrate or a dielectric substrate. It may be single crystal, polycrystalline, or amorphous.

蒸着は最も簡単な方法で、主に金属の薄膜を形成するた
めに用いられる。抵抗ヒータのるつぼに金属材料を入れ
、真空に引き、ヒータるっぽに通電して、金属材料を蒸
発させる。又は、るつぼに金属材料を入れ、電子ビーム
加熱して蒸発させる。
Vapor deposition is the simplest method and is mainly used to form thin metal films. Put the metal material into the crucible of the resistance heater, draw a vacuum, and energize the heater to evaporate the metal material. Alternatively, a metal material is placed in a crucible and heated with an electron beam to evaporate it.

蒸発した材料は、加熱した基板に当って、ここに堆積す
る。
The evaporated material hits the heated substrate and is deposited thereon.

蒸着に於て、材料は中性の分子状態で飛ぶ。イオン化さ
れない。電子も存在しない。
During vapor deposition, the material is deposited in a neutral molecular state. Not ionized. There are no electrons either.

イオンブレーティングも、金属材料を加熱して蒸発させ
る。それだけでなく、これをガスの放電によってイオン
化する。イオン化した金属粒子が基板の上に堆積し薄膜
となる。イオン化するためのガスとして不活性ガスを使
うと、その金属の薄膜ができる。窒素ガス又は酸素ガス
を用いて金属をイオン化する場合、その金属の窒化物又
は、酸化物の薄膜を作る事ができる。
Ion blating also heats and evaporates metal materials. Not only that, but it is also ionized by gas discharge. Ionized metal particles are deposited on the substrate to form a thin film. When an inert gas is used as the ionizing gas, a thin film of the metal is formed. When a metal is ionized using nitrogen gas or oxygen gas, a thin film of a nitride or oxide of the metal can be formed.

スパッタリングは、金属に限らず酸化物材料に対しても
用いる事のできる方法である。真空にした後、アルゴン
ガスを導入し、陽極と陰極の間に数百ボルトの電圧をか
け、グロー放電させる。アルゴンガスが正にイオン化し
て、陰極に衝突する。
Sputtering is a method that can be used not only for metals but also for oxide materials. After creating a vacuum, argon gas is introduced and a voltage of several hundred volts is applied between the anode and cathode, causing a glow discharge. The argon gas becomes positively ionized and collides with the cathode.

陰極から、金属や化合物が飛散する。飛散したものが基
板の上へ堆積する。
Metals and compounds scatter from the cathode. The scattered material is deposited on the substrate.

これらは、いずれも物理的蒸着法PVDである。All of these are physical vapor deposition methods (PVD).

これに対し化学的蒸着法CVDと呼びうるものもある。On the other hand, there is also a chemical vapor deposition method called CVD.

薄膜を形成するために、薄膜の構成材料を含む化合物を
ガス状にして、基板の上に通すものである。
To form a thin film, a compound containing the constituent materials of the thin film is made into a gas and passed over the substrate.

熱CVD法は、基板を加熱しておき、この熱によって、
基板上で化学反応を起こさせて、薄膜を形成させるもの
である。材料は、塩化物や水素化物などガスになりうる
状態で供給される。基板は、結晶化温度より高くしてお
く必要がある。材料を含むガスだけでは流量が不足する
場合、水素ガスをキャリヤガスとして加える事もある。
In the thermal CVD method, the substrate is heated, and with this heat,
A thin film is formed by causing a chemical reaction on the substrate. The material is supplied in a state that can be a gas, such as a chloride or a hydride. The temperature of the substrate must be higher than the crystallization temperature. If the flow rate is insufficient with only the gas containing the material, hydrogen gas may be added as a carrier gas.

プラズマCVD法は、アノードとカソードの間に高周波
電界又は直流電界をかけて、薄膜材料を含むガスを通し
、圧力を0.1〜10Torr程度に保ち、グロー放電
を起こさせるものである。
In the plasma CVD method, a high frequency electric field or a direct current electric field is applied between an anode and a cathode, a gas containing a thin film material is passed through the gas, the pressure is maintained at about 0.1 to 10 Torr, and glow discharge is caused.

グロー放電によって、プラズマが作り出される。A plasma is created by the glow discharge.

プラズマは正に帯電したイオンと、電子との集合である
Plasma is a collection of positively charged ions and electrons.

プラズマの他に、化学的活性のあるラジカルが多数発生
する。ラジカルは電気的に中性である。
In addition to plasma, many chemically active radicals are generated. Radicals are electrically neutral.

それゆえ、中性種とよぶこともある。Therefore, it is sometimes called a neutral species.

プラズマCVD装置内に、シランSiH4ガスを導入す
ると、多様なイオンやラジカルが生ずる。
When silane SiH4 gas is introduced into a plasma CVD apparatus, various ions and radicals are generated.

イオンとしては、 SiH2+ SiH3” 12H2 12H4 などがあるし、ラジカルとしては、 Si膜 Si膜来 H来 H2* S i H2* S i H3* などがある。As an ion, SiH2+ SiH3” 12H2 12H4 etc., and as a radical, Si film Since Si film H coming H2* Si H2* Si H3* and so on.

プラズマCVD法のグロー放電を使ってアモルファスS
i膜が作られる。この場合、直流放電であれば、カソー
ド側に正イオンが偏在する。薄膜の形成はカソード側に
基板を置いた場合の方が速い。
Amorphous S using glow discharge of plasma CVD method
i-film is created. In this case, in the case of DC discharge, positive ions are unevenly distributed on the cathode side. Thin film formation is faster when the substrate is placed on the cathode side.

しかし、アノード側でも薄膜形成が行なわれる。However, thin film formation also takes place on the anode side.

高周波放電であっても、カソードとアノードの区別が実
質的に生ずる。高周波電極の方が負に自己バイアスされ
るからカソードとなる。
Even with high frequency discharges, a substantial distinction between cathode and anode occurs. The high-frequency electrode becomes a cathode because it is self-biased negatively.

この場合、Si膜の形成はアノードでもカソードでも同
じように行われる。
In this case, the Si film is formed in the same way on both the anode and the cathode.

プラズマCVD法による薄膜の形成の機構には、未だ不
明な事が多い。分っている事が少いという事もできる。
There are still many unknowns about the mechanism of thin film formation by plasma CVD. It can also be said that there is little we know.

前述のイオンは薄膜の形成に対して無効である。The aforementioned ions are ineffective for forming thin films.

基板の上に堆積し、薄膜の一部となるのは、中性ラジカ
ルである。Si膜の形成にとって最も重要ラジカルはS
iH3であるといわれている。
It is the neutral radicals that deposit on the substrate and become part of the thin film. The most important radical for the formation of Si film is S.
It is said to be the iH3.

一般に、グロー放電領域に於て、イオンよりも、中性ラ
ジカルの方が数量的に優勢である。ラジカルは、電子を
失う事によらず、電子が高いレベルへ遷移することによ
って生ずる励起状態である。
Generally, in the glow discharge region, neutral radicals are numerically more dominant than ions. A radical is an excited state that is created not by the loss of an electron, but by the transition of an electron to a higher level.

中性分子に高速の電子が衝突する。非弾性散乱によって
、電子が散乱されるが、低速の電子になっている。
High-speed electrons collide with neutral molecules. Electrons are scattered by inelastic scattering, but they are slow-moving electrons.

このエネルギー損失により、中性分子が励起され中性の
ラジカルとなる。
This energy loss excites neutral molecules and turns them into neutral radicals.

プラグ7 CVD法は、SiN、 5i02、アモルフ
ァスシリコンa−3iなどの薄膜形成に使われる。
Plug 7 The CVD method is used to form thin films of SiN, 5i02, amorphous silicon a-3i, etc.

プラズマCVD法の利点は、基板加熱温度が低いという
事である。熱CVDは熱によって材料分子を励起しなけ
ればならないから、基板を高温に加熱しなければならな
い。
The advantage of the plasma CVD method is that the substrate heating temperature is low. In thermal CVD, material molecules must be excited by heat, so the substrate must be heated to a high temperature.

プラズマCVDは、高速の電子によって材料分子を励起
するので、基板加熱温度が低くてもよい。
Since plasma CVD excites material molecules with high-speed electrons, the substrate heating temperature may be low.

という長所がある。There is an advantage.

しかし、プラズマCVD法による薄膜は、熱CVDのも
のより膜質が劣る。
However, the quality of thin films produced by plasma CVD is inferior to that produced by thermal CVD.

この仙に、ECR−CVD(Electron Cyc
lotron Re5onanceCVDがある。これ
は、N2.02 、Arガスなどを、マイクロ波と磁界
とによって励起し加速するものである。
In this case, ECR-CVD (Electron Cyc
There is lotron Re5onance CVD. This is to excite and accelerate N2.02, Ar gas, etc. using microwaves and a magnetic field.

マイクロ波の周波数と、磁界によってきまる電子のサイ
クロトロン周波数とを一致させると、電子はマイクロ波
のエネルギーを有効に吸収することができる。電子はサ
イクロトロン運動をし、エネルギーを吸収しながら、軌
道半径を大きくし、螺旋状に進行する。この電子が反応
用ガスSiH4などのイオンを加速する。
By matching the frequency of the microwave and the cyclotron frequency of the electrons determined by the magnetic field, the electrons can effectively absorb the energy of the microwave. Electrons move in a cyclotron, absorbing energy, increasing their orbital radius, and proceeding in a spiral. These electrons accelerate ions of reaction gas SiH4 and the like.

このイオンが基板に当って、基板上に堆積される事にな
る。この方法は、プラズマCVD法に比べて、より高い
真空度で行なう事ができるので、不純物の少い、良質の
薄膜ができる。また、基板加熱温度をより低くできる。
These ions hit the substrate and are deposited on the substrate. Since this method can be performed at a higher degree of vacuum than the plasma CVD method, a thin film of good quality with less impurities can be produced. Moreover, the substrate heating temperature can be lowered.

(つ)従来技術の問題点 これらのCVD法によって形成されるものは、多結晶の
薄膜である。多結晶の薄膜であって、結晶粒界の方向が
多様である。それは基板が多結晶であつkす、アモルフ
ァスであったりするし、成長速度も速いので当然の事で
ある。
(1) Problems with the Prior Art What is formed by these CVD methods is a polycrystalline thin film. It is a polycrystalline thin film, and the directions of crystal grain boundaries are diverse. This is natural because the substrate is polycrystalline or amorphous, and the growth rate is fast.

しかし、結晶粒界の状態が、薄膜の物理的、化学的な性
質に影響する。
However, the state of grain boundaries affects the physical and chemical properties of thin films.

結晶配向の揃っているものの方が物理的化学的に安定な
事が多い。
Those with uniform crystal orientation are often physically and chemically stable.

そこで、結晶配向を制御できる方法が望まれる。Therefore, a method that can control crystal orientation is desired.

さらに、プラズマCVD法に於て、プラズマ中には、正
イオン、電子、中性ラジカルが多く含まれる。これら全
てが基板の表面に接触することになる。基板が、アノー
ド又はカソードのいずれかに設けられているから、これ
は当然の事である。
Furthermore, in the plasma CVD method, the plasma contains many positive ions, electrons, and neutral radicals. All of these will come into contact with the surface of the substrate. This is natural since the substrate is provided on either the anode or the cathode.

薄膜がどのように形成されるかというメカニズムは、明
確でないが、正イオンは薄膜の堆積に対してあまり有効
でない、と考えられている。
The mechanism of how thin films are formed is not clear, but it is believed that positive ions are not very effective for thin film deposition.

カソードに於て、正イオンが電子によって中和され、か
つ、同時に、必要な化学反応を起こす、という確率が小
さいからであろうと考えられる。
This is thought to be due to the small probability that positive ions will be neutralized by electrons at the cathode and at the same time cause the necessary chemical reaction.

たとえば、直流のグロー放電に於て、カソードの近傍に
、正イオンの多い暗部が生ずる。この部分で正イオン濃
度が高いので、電極間の電圧降下は、はぼこの部分に偏
在する。この暗部の正イオン濃度はほぼ不変であり、化
学反応に寄与しない。
For example, in direct current glow discharge, a dark area containing many positive ions is generated near the cathode. Since the positive ion concentration is high in this part, the voltage drop between the electrodes is unevenly distributed in the hollow part. The positive ion concentration in this dark area remains almost constant and does not contribute to chemical reactions.

堆積反応に寄与するのは、ラジカルであると考えられて
いる。であるとすれば、基板へ照射するのはラジカルだ
けであってもよいはずである。またエネルギーの大きな
イオンの照射は欠陥を発生し、膜質の低下を招く。
It is believed that radicals contribute to the deposition reaction. If so, it would be sufficient to irradiate the substrate with only radicals. In addition, irradiation with high-energy ions causes defects and deteriorates film quality.

もしもラジカルだけを基板へ照射するとすれば、従来の
プラズマCVD法のように、電極に基板を設ける、とい
う必要がない、むしろ、電極でない方がよい。
If only radicals were to be irradiated onto the substrate, there would be no need to provide the substrate as an electrode, as in the conventional plasma CVD method; in fact, it would be better not to provide the substrate with an electrode.

従来の薄膜形成装置に於ては、中性ラジカルだけを基板
へ選択的に当てるようにしたものがなかった。
No conventional thin film forming apparatus has been designed to selectively apply only neutral radicals to a substrate.

さらに、薄膜中の結晶配向を揃える、というのに適した
方法もなかった。多結晶であっても、結晶配向の揃って
いるものの方が、物理的、化学的に安定している、とい
うような物質がある。
Furthermore, there was no suitable method for aligning the crystal orientation in a thin film. Even if a substance is polycrystalline, there are substances that are physically and chemically stable if the crystal orientation is uniform.

これは、目的によって、物質によって異なる。This varies depending on the purpose and substance.

全くランダムの方が望ましいという場合もある。In some cases, completely random is preferable.

00   目     的 材料を含むガスをプラズマ状にした場合、正イオン、電
子、中性ラジカルが生ずるが、この内、任意のエネルギ
ーを持ってイオンラジカルを基板へ選択的に照射でき、
また、入射角度を可変とした薄膜形成装置を提供する事
が本発明の目的である。
00 Purpose When a gas containing a material is made into a plasma, positive ions, electrons, and neutral radicals are generated, but among these, ion radicals can be selectively irradiated to a substrate with arbitrary energy.
Another object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus in which the incident angle is variable.

基板の上へ堆積した薄膜の結晶配向を制御する事のでき
る薄膜形成装置を提供する事が本発明の第2の目的であ
る。
A second object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus that can control the crystal orientation of a thin film deposited on a substrate.

(4)構 成 第1図によって本発明の詳細な説明する。(4) Configuration The present invention will be explained in detail with reference to FIG.

真空チャンバ1の中に、プラズマ発生用電極2と、マニ
ピュレータ11とが設けられる。これらの中間にはプラ
ズマ制御用メツシュ電極3が設けられる。
A plasma generation electrode 2 and a manipulator 11 are provided in the vacuum chamber 1 . A mesh electrode 3 for plasma control is provided between these.

真空チャンバ1の中は、真空排気装置20によって真空
に引かれる。
The inside of the vacuum chamber 1 is evacuated by a vacuum evacuation device 20 .

プラズマ発生電極2は、プラズマを発生するための電極
である。装置の外に置かれたガスボンベ7から、バルブ
12を経て、プラズマ発生電極2ヘガスが送給される。
The plasma generating electrode 2 is an electrode for generating plasma. Gas is supplied from a gas cylinder 7 placed outside the apparatus to the plasma generating electrode 2 via a valve 12.

このガスは、薄膜を構成する元素の単体、水素化物、塩
化物などと、キャリヤガスなどである。
This gas includes simple elements, hydrides, chlorides, etc. of elements constituting the thin film, and a carrier gas.

プラズマ発生電極は、簡単に書いているが、ここにアノ
ード、カソードの区別があり、高周波電源8か又は直流
のバイアス電源9がアノード、カソード間に印加されて
いる。
Although the plasma generating electrode is simply described, there is a distinction between an anode and a cathode, and a high frequency power source 8 or a DC bias power source 9 is applied between the anode and the cathode.

直流バイアス電源には、正電源と負電源がある。DC bias power supplies include positive power supplies and negative power supplies.

つまり、高周波電源、直流正電源と、直流負電−源があ
る。
In other words, there are high frequency power sources, DC positive power sources, and DC negative power sources.

3つの電源のうちひとつが択一的に使用される。One of the three power sources is used alternatively.

どれを使用するかという事は、原料のガスの性質と、形
成すべき薄膜の性質による。
Which one to use depends on the properties of the raw material gas and the properties of the thin film to be formed.

プラズマ発生電極2で、正イオン、電子、中性ラジカル
が発生する。
At the plasma generating electrode 2, positive ions, electrons, and neutral radicals are generated.

プラズマ発生電極2の上方には、プラズマ制御用メツシ
ュ電極3が設けられる。この電極3にも、バイアス電源
19が与えられている。正電位を与える事もできるし、
負電位を与える事もできる。
A plasma control mesh electrode 3 is provided above the plasma generation electrode 2 . A bias power source 19 is also applied to this electrode 3 . It is also possible to give a positive potential,
A negative potential can also be applied.

また接地する事もできる。It can also be grounded.

プラズマ制御用メツシュ電極3に関し、プラズマの発生
用電極2と反対側には、マニピュレータ11がある。
Regarding the plasma control mesh electrode 3, a manipulator 11 is provided on the opposite side of the plasma generation electrode 2.

マニピュレータ11は、基板ホルダ5を把持する事がで
きる。また、基板ホルダ5の背面に当る位置に基板加熱
用ヒータ6が設けである。
The manipulator 11 can grip the substrate holder 5. Further, a heater 6 for heating the substrate is provided at a position corresponding to the back surface of the substrate holder 5.

基板ホルダ5、ヒータ6の部分は、換向機構13ニヨっ
て、マニピュレータ11の主軸に対して任意の角度に換
向できるようになっている。マニピュレータの主軸は昇
降、回転する事ができる。つまり、基板ホルダ5は、回
転、昇降、換向できることになる。
The substrate holder 5 and the heater 6 can be turned at any angle with respect to the main axis of the manipulator 11 by means of a turning mechanism 13. The main shaft of the manipulator can move up and down and rotate. In other words, the substrate holder 5 can be rotated, raised and lowered, and turned around.

基板ホルダ5は取外し取付は自在である。半導体などの
基板10を基板ホルダ5)ζ取付けてから、基板ホルダ
5を真空チャンバ1に入れて、マニピュレータ11の先
端に取付ける。
The substrate holder 5 can be detached and attached freely. After a substrate 10 such as a semiconductor is attached to the substrate holder 5) ζ, the substrate holder 5 is placed in the vacuum chamber 1 and attached to the tip of the manipulator 11.

基板ホルダ5の前面には、プラズマ遮断用メツシュ電極
4が設けられる。この電極4は、基板ホルダ5や基板加
熱用ヒータ6とともに換向機構13によって自在に換向
できる。
A plasma-blocking mesh electrode 4 is provided on the front surface of the substrate holder 5 . This electrode 4 can be freely turned by a turning mechanism 13 together with the substrate holder 5 and the heater 6 for heating the substrate.

プラズマ遮断用メツシュ電極4と、マニピュレータ11
とは電気的に接続されており、これらはバイアス電源2
9によって、直流の正電圧、負電圧を印加できる。又、
接地する事もできるようになっている。
Plasma cutoff mesh electrode 4 and manipulator 11
are electrically connected to the bias power supply 2.
9 allows direct current positive voltage and negative voltage to be applied. or,
It is also possible to ground it.

a)作 用 基板ホルダ5に基板10を固定する。これを真空チャン
バ1の中のマニピュレータ11にセットする。真空チャ
ンバ1を真空に引く。この時の真空度は10−5〜10
”−7Torr程度まで引くことにする。
a) Fix the substrate 10 to the working substrate holder 5. This is set on the manipulator 11 inside the vacuum chamber 1. Vacuum chamber 1 is evacuated. The degree of vacuum at this time is 10-5 to 10
``We plan to pull it down to about -7 Torr.

基板ホルダ5の換向角を適当に設定する。The turning angle of the substrate holder 5 is set appropriately.

ボンベ7から、材料元素を含むガスを導入する。A gas containing material elements is introduced from the cylinder 7.

プラズマ発生用電極2に於て、このガスの一部が電離さ
れる。
A part of this gas is ionized at the plasma generation electrode 2.

プラズマが発生している時の真空度は0.1〜1゜To
rr程度である。
The degree of vacuum when plasma is generated is 0.1~1°To
It is about rr.

プラズマ制御用メツシュ電極3には、正電圧、又は負電
圧(或は0電圧)が印加される。これにより、イオン、
電子などが加速されたり、減速されたりする。
A positive voltage or a negative voltage (or zero voltage) is applied to the mesh electrode 3 for plasma control. As a result, ions,
Electrons are accelerated or decelerated.

基板加熱用ヒータ6に通電し基板を加熱する。The substrate heating heater 6 is energized to heat the substrate.

プラズマ遮断面メツシュ電極4の電圧も適当に設定する
The voltage of the plasma shield mesh electrode 4 is also set appropriately.

これを負電圧にすれば、プラズマの中の正イオンを引き
つける事ができる。正電圧にすれば正イオンを排除する
事ができる。
By making this a negative voltage, positive ions in the plasma can be attracted. Positive ions can be removed by applying a positive voltage.

中性のラジカルの流れは、電極の電圧によって制御する
ことができない。ところがラジカルは濃度の相異もある
し、平均自由行程も長いので、電極3.4を通って基板
10の上へ飛んでゆく。
The flow of neutral radicals cannot be controlled by the electrode voltage. However, since the radicals have different concentrations and have long mean free paths, they fly onto the substrate 10 through the electrodes 3.4.

イオンや電子が基板10へ飛ぶのを遮断しようとすると
、プラズマ遮断用メツシュ電極4と、マニピュレータ1
1の先端の電位とをOVにする。
When trying to block ions and electrons from flying to the substrate 10, the plasma blocking mesh electrode 4 and the manipulator 1
The potential of the tip of No. 1 is set to OV.

こうすると、正イオンも電子もカットされて、基板10
に到達しない。中性のラジカルは、これら電界の作用を
受けないので、基板10へ向って進行する、というわけ
である。
In this way, both positive ions and electrons are cut, and the substrate 10
does not reach. Since neutral radicals are not affected by these electric fields, they proceed toward the substrate 10.

ラジカルだけが基板の近くに存在する事になる。Only radicals will exist near the substrate.

こうして、ラジカルの基板近傍での化学反応が起こる。In this way, a chemical reaction of the radicals occurs near the substrate.

反応生成物が基板の上に堆積する。Reaction products are deposited on the substrate.

件)実施例I チャンバ内を5 X 10= Torr以下まで真空排
気した。
Case) Example I The inside of the chamber was evacuated to 5×10=Torr or less.

成膜ガスとして、5iH410096のガスを30〜1
50secM、チャンバ内へ流した。ガス圧は0.1〜
I Torrであった。基板温度は300℃とした。
As a film forming gas, 5iH410096 gas was used at 30 to 1
50 secM was allowed to flow into the chamber. Gas pressure is 0.1~
It was I Torr. The substrate temperature was 300°C.

プラズマ発生用電極2シて5〜150Wの高周波電力を
印加した。
A high frequency power of 5 to 150 W was applied to two plasma generation electrodes.

プラズマ制御用メツシュ電極3には、−150V〜−1
−150Vの範囲でバイアス電圧を印加した。
The plasma control mesh electrode 3 has a voltage of -150V to -1
A bias voltage was applied in the range of -150V.

基板に対する材料の流れの方向を変えるため、換向機構
によって、基板ホルダの角度を変えた。
To change the direction of material flow relative to the substrate, the angle of the substrate holder was changed by a diversion mechanism.

こうして、基板の上に、シリコンの薄膜を形成する事が
できた。
In this way, a thin silicon film could be formed on the substrate.

換向角を変える事により、形成膜の結晶配向を任意に制
御することができた。
By changing the orientation angle, we were able to arbitrarily control the crystal orientation of the formed film.

(り)実施例■ 基板の上に、本発明の方法を使ってTiN薄膜を形成さ
せた。反応性ガスはTIc14と、NH3又はN2ガス
である。
(i) Example 2 A TiN thin film was formed on a substrate using the method of the present invention. The reactive gases are TIc14 and NH3 or N2 gas.

イオン・ラジカルの流れの方向と、基板のなす角を、θ
=90°の場合と、θ=45°の場合について行なった
The angle between the direction of the flow of ions and radicals and the substrate is θ
The experiments were carried out for the case of =90° and the case of θ =45°.

この薄膜をX線回折によって構造解析した。第2図にそ
の結果を示す。
The structure of this thin film was analyzed by X-ray diffraction. Figure 2 shows the results.

横軸が回折角2θである。縦軸が回折強度である。The horizontal axis is the diffraction angle 2θ. The vertical axis is the diffraction intensity.

回折強度の単位は任意目盛である。The unit of diffraction intensity is an arbitrary scale.

θ=45°とθ=95°との場合を比較するため、回折
強度のOレベルをずらしである。
In order to compare the cases where θ=45° and θ=95°, the O level of the diffraction intensity is shifted.

θ=90°つまり垂直入射の場合、TiNに、ピークが
ある。TiN(200)に弱いピークがある。
When θ=90°, that is, normal incidence, TiN has a peak. There is a weak peak at TiN(200).

θ=45°、つまり斜め入射の場合、TiN(111)
に強い回折のピークがある。TiN(200)にはピー
クが出ていない。
In the case of θ=45°, that is, oblique incidence, TiN(111)
There is a strong diffraction peak. No peak appears for TiN (200).

θ=45°とθ=90°の場合を比べると、θ=45°
ではTiN(111)が強く出ているという事が分る。
Comparing the cases of θ=45° and θ=90°, θ=45°
It can be seen that TiN (111) is strongly expressed.

これは結晶配向が、θ=45°とθ−90°の場合で相
異する、という事である。
This means that the crystal orientation is different when θ=45° and when θ-90°.

どちらの薄膜が望ましいか、という事は目的による。し
かし、イオン・ラジカルの基板への入射角によって、結
晶配向が異なってくる、という事が分る。
Which thin film is preferable depends on the purpose. However, it can be seen that the crystal orientation changes depending on the angle of incidence of ions and radicals on the substrate.

(ハ)効 果 プラズマCVD法に於ては、中性ラジカル、電子、イオ
ンを分離するという事ができなかったが、本発明では、
中性ラジカルのみを基板に当てるという事が可能になる
(c) Effect In the plasma CVD method, it was not possible to separate neutral radicals, electrons, and ions, but in the present invention,
It becomes possible to apply only neutral radicals to the substrate.

また、薄膜の結晶配向を制御する事ができる。Furthermore, the crystal orientation of the thin film can be controlled.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の薄膜形成装置の略縦断面図。 第2図は本発明の装置を用いて、TiN薄膜を形成し、
X線回折により、回折強度を測定した結果を示すグラフ
。基板に対するイオン・ラジカルの入射角を45°と9
0°とした。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a thin film forming apparatus of the present invention. FIG. 2 shows the formation of a TiN thin film using the apparatus of the present invention.
A graph showing the results of measuring diffraction intensity by X-ray diffraction. The incident angle of ions and radicals to the substrate is 45° and 9
It was set to 0°.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 真空に排気する事のできる真空チャンバ1と、真空チャ
ンバ1の中に設けられ薄膜の構成元素を含むガスをプラ
ズマにするプラズマ発生用電極2と、プラズマ発生用電
極2に電圧を与える高周波電源と直流バイアス電源と、
基板ホルダ5を保持するためのマニピュレータ11と、
基板を加熱するための基板加熱ヒータ6と、マニピュレ
ータ11に設けられ基板ホルダの方向を変える事のでき
る換向機構と、基板の直前に設けられるプラズマ遮断用
メッシュ電極4と、マニピュレータ11とプラズマ発生
用電極2との間に設けられるプラズマ制御用メッシュ電
極3と、プラズマ制御用メッシュ電極3に直流バイアス
電圧を印加するためのバイアス電源と、プラズマ遮断用
メッシュ電極4と基板ホルダ5に直流バイアス電圧を印
加するためのバイアス電源とより構成される事を特徴と
する薄膜形成装置。
A vacuum chamber 1 that can be evacuated to a vacuum, a plasma generation electrode 2 that is provided in the vacuum chamber 1 and turns gas containing the constituent elements of the thin film into plasma, and a high frequency power source that applies voltage to the plasma generation electrode 2. DC bias power supply,
a manipulator 11 for holding the substrate holder 5;
A substrate heating heater 6 for heating the substrate, a turning mechanism provided on the manipulator 11 that can change the direction of the substrate holder, a mesh electrode 4 for plasma interruption provided immediately in front of the substrate, the manipulator 11 and plasma generation. a bias power supply for applying a DC bias voltage to the mesh electrode 2 for plasma control, a bias power supply for applying a DC bias voltage to the mesh electrode 4 for plasma interruption, and a DC bias voltage to the mesh electrode 4 for plasma interruption and the substrate holder 5. A thin film forming apparatus comprising: a bias power supply for applying .
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