JPS6353262A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、気体放電を利用した薄膜形成装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

第３図は代表的な薄膜形成装置である従来のスパッタ装
置を示す断面図である。第３図において１は真空容器、
２は薄膜形成用ターゲット（陰極へ３は基板ホルダー（
陽極）、４は基板である。また、５は高電圧電源、６は
希ガス導入バルブ、Ｔは真空排気パルプ、８は高真空ポ
ンプ・ユニット、９は前記ターゲット２と基板ホルダー
３との間で発生する薄膜形成領域の気体放電、１０は反
応性ガス導入パルプである。

ここで、真空容器１内には薄１嗅形成用ターゲット２と
基板ホルダー３が対向して設置されており、薄膜を堆積
する基板４は基板ホルダー３上に置かれる。そして、薄
膜形成用ターゲット２は直流高電圧電源５の陰極側、基
板ホルダー３は陽極側に接続されており、気体放電９を
発生させる時の電極として作用する。また、真空容器１
には、内部を高真空に排気するための高真空ポンプ・ユ
ニット８と真空排気バルブ７、さらには、気体放電９を
起こすために希ガスを導入する希ガス導入バルブ６と、
反応性スパッタによシ化合物薄膜を形成するだめの反応
性ガス導入パルプ１０が接続されている。次に、上記装
置構成の動作について説明する。

残留ガスの影響を無くシ、良質な薄膜を得るために、ま
ず、真空容器１の内部をクライオ・ポンプ等の高真空ポ
ンプ・ユニット８を用い、１０”−’〜１０”−７Ｔｏ
ｒｒ台の高真空領域まで真空排気する。

次に、気体放電９を起こすために、希ガス導入パルプ６
を開き、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）。

クリプトン（Ｋｒ）　、キセノン（Ｘｅ）などの希ガス
を導入する。そして、希ガス流量及び高真空ポンプ・ユ
ニット８の排気量を調整し、真空容器１内部を数〜数１
０ｍＴｏｒｒの圧力に保つ。通常、希ガスとしては、安
価で、スパッタ効率の比較的高いアルゴン（Ａｒ）が用
いられている。

次いで、直流高電圧電源５によシ、薄膜形成用ターゲッ
ト２と基板ホルダー３の間に直流高電圧を印加すれば、
上記希ガス原子が電離し、気体放電９が起こる。このと
き、薄膜形成用ターゲット２は陰極、基板ホルダー３や
基板４は陽極とじて作用する。これＫよって、気体放電
ｓ中で生じた希ガス・イオンは、陰極、即ち薄膜形成用
ターゲット２近傍に存在する電界によシ加速され、高い
エネルギーをもって薄膜形成用ターゲット２表面に衝突
する。そして、薄膜形成用ターゲット２を構成する元素
は、衝突する希ガス・イオンによシはしき飛ばされ、ス
パッタ粒子として真空中に飛び出し、対向して置かれて
いる基板４上に薄膜として堆積する。そこで、薄膜とし
て堆積すべき材料から成るターゲット２を用いることに
よシ、所望の薄膜を得ることができるわけである。

また、このような薄膜形成装置で、酸化物や窒化物等の
化合物薄膜を得たい場合には、反応性スパッタ法と呼ば
れる方法が用いられる。これは、薄膜形成時に、希ガス
と同時に、反応性ガス導入パルプ１０によシ適量の酸素
（０）や窒素（９）等の反応性ガスも導入し、気体数′
ＷＬＳ中で薄膜形成用ターゲット２表面より飛び出した
スパッタ粒子と反応性ガスを反応させ、基板４上に化合
物薄膜を堆積するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の薄膜形成装置は、以上のように構成されているの
で、単一の非化合物薄膜、あるいは化合物薄膜は安定に
形成できるが、同一のターゲットを用い、化合物薄膜と
非化合物薄膜を連続的に堆積する場合、安定に形成する
ことが難しいという問題点があった。

その理由は、化合物薄′膜を堆積する際に用いる反応性
ガスが真空容器内に残留ガスとして残ると、非化合物薄
膜の堆積中に膜中に取り込まれ、その膜質を変えてしま
うからである。そこで、反応性スパッタ法で化合物薄膜
を堆積した後に、通常のスパッタ法で非化合物薄膜を堆
積する場合には、１０−６〜１Ｏ−７Ｔｏｒｒ台の高真
空領域まで一度、真空排気しなげればならなかった。そ
のため、真空排気のために、数１０分〜数時間という時
間を要し、生産性が低下する。あるいは化合物薄膜表面
が長時間真空中に放置されるので、化合物薄膜と非化合
物薄膜の界面の不安定さが増し、剥離やふくれ等が起こ
シやずいという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、同一のターゲットを用い、化合物薄膜と非
化合物薄膜を連続的に堆積する場合でも、安定でかつ高
い生産性で薄膜を形成できる薄膜形成装置を得ることを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る薄膜形成装置は、気体放電を用いた固体
反応性原子供給源を設け、この固体反応性電子供給源で
発生する反応性原子を薄膜形成部に供給することによシ
、化合物薄膜を基板上に堆積するようにしたものである
。

〔作　用〕

この発明では、反応性原子を固体反応性原子供給源から
供給するようにし九ので、薄膜形成領域近傍にのみ反応
性原子を供給でき、少量の反応性原子でも効率よく化合
物薄膜を堆積することができる。また、反応性原子量は
固体反応性原子供給源の電極間に印加される高周波電力
によシ制御できるので、組成制御が容易である。さらに
、化合物薄膜堆積後、固体反応性原子供給源の高周波電
力を切れば、直ちに反応性原子の残留分圧は急激に低下
するため、連続して同一の薄膜形成源を用い、非化合物
薄膜を形成することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図において、１は真空容器、２は薄膜形成用ターゲ
ット（陰極）、３は基板ホルダー（化）、４は基板、５
は高電圧電源、６は希ガス導入バルブ、７は真空排気バ
ルブ、８は高真空ポンプ・ユニットであシ、前記ターゲ
ット２と基板ホルダー３との間で発生する薄膜形成領域
の気体放電を符号９で示す。また、２１は固体反応性原
子供給源、２２は反応性原子発生用化合物ターゲット（
陰１１２３は陽極、２４は反応性原子発生領域の気体放
電、２５は高周波電源、２６は自己バイアス用コンデン
サである。

すなわち、第１図の実施例において、装置構成として、
第３図に示す従来のスパッタ装置と異なる点は、反応性
ガス導入バルブ１０を介して真空容器１内に反応性ガス
を導入する代わシに、固体反応性原子供給源２１で発生
する反応性原子を用い、化合物薄膜を形成することであ
る。このとき、固体反応性原子供給源２１は、反応性原
子を含む化合物ターゲットである陰極２２と、これに対
向する陽極２３から成シ、両電極間に高周波電源２５に
よシ高周波電力が印加される。また、コンデンサ２６は
、導電性の化合物ターゲットを用いた場合でも、陰極２
２からスパッタ作用により反応性原子が飛び出すように
配慮した自己バイアス印加のためのものである。

次に１上記実施例構成の動作について説明する。

こζでは、化合物薄膜を堆積する場合に、反応性ガス導
入バルブ１０を介して反応性ガスを導入する代わシに、
固体反応性原子供給源２１で発生する反応性原子を用い
る点が従来装置と異なるので、この点について詳述する
。すなわち、−例として薄膜形成用ターゲット２にチタ
ン（Ｔｉ　）を用い、窒化チタン（ＴｉＮ）薄膜とチタ
ン（Ｔｉ）薄膜を連続的に堆積する場合について述べる
。

まず、窒化チタン（ＴｉＮ）薄膜を堆積する場合は、タ
ーゲット２と基板ホルダー３の間に直流高電圧を印加す
ると同時に１固体反応性原子供給源２１の陰極２２と陽
極２３の間にも、高周波電源２５によシ高周波電力を印
加する。陰極２２としては反応性原子を含む化合物ター
ゲットを用いる。

また、窒化チタン（ＴｉＮ）薄膜を得たい場合には、反
応性原子である窒素（へ）を含む窒化シリコン（ＳｉＮ
）、窒化メンタル（ＴａＮ）、窒化アルミニウム（Ａｔ
Ｎ）等の化合物ターゲットを用いればよい。

このようにすると、高周波電力によシ固体反応性原子供
給源２１の両電極２２．２３間に生ずる気体放電２４中
で発生した希ガス・イオンが陰極の化合物ターゲット２
２近傍に存在する電界によシ加速され、その化合物ター
ゲット２２表面に衝突し、化合物ターゲットを構成して
いる元素がスパッタ粒子として、真空中に飛び出す。

例えば、反応性原子発生用化合物ターゲット２２として
、窒化シリコン（ｓｉＮ）を用いた場合、シリコン（ｓ
ｉ）原子と窒素（Ｎ）原子がスパッタ粒子として真空中
に飛び出す。このうち、シリコン（Ｓｉ）原子は、希ガ
ス原子による散乱を受けながら、そのまま陽極２３上に
堆積したシ、あるいは同じくスパッタ粒子として飛び出
した窒素（Ｎ）原子の一部と反応して、窒化シリコン（
ＳｉＮ）粒子として陽極２３上に堆積する。ただ、はと
んどの窒素（Ｎ）原子は、気体放電２４中にとどマシ、
薄膜形成用ターゲット２と基板ホルダー３ではさまれた
薄膜形成領域へと拡散してゆく。よって、この窒素（Ｎ
）原子が、薄膜形成用ターゲット２よシ飛び出したチタ
ン（Ｔｉ）原子と反応して、窒化チタン（ＴｔＮ）粒子
を形成し、基板４上に窒化チタン（ＴｉＮ）薄膜として
堆積することになる。

この方法によれば、窒素（Ｎ）原子は、固体反応性原子
供給源２１に高周波電力を印加した場合のみ発生させる
ことができ、その発生量は高周波電力の大きさによシ容
易に制御することができる。

また、薄膜形成領域近傍にのみ窒Ｘ　（Ｎ）原子を供給
できるので、反応性ガスを導入する方法に比べ、少量の
窒素（Ｎ）原子でも効率よく化合物薄膜を堆積すること
ができる。

したがって、固体反応性供給源２１の高周波電力を切れ
ば、真空容器１内の窒素（Ｎ）残留ガス分圧は数秒で、
１０−’　〜１０−’　Ｔｏｒｒ以下のレベルまで急激
に減少するので、連続して非化合物薄膜であるチタン薄
膜を堆積しても、良質な薄膜を得ることができる。

また、上記実施例では、気体放電を用いた固体反応性原
子供給源２１をスパッタ装置中に組み込んだ場合を示し
たが、他の気体放電を用いた薄膜形成装置であるイオン
・ブレーティング装置に組み込んでも同様の効果を奏す
る。第２図にその実施例を示す。なお、第２図において
第１図と同一符号は同一または相当部分を示し、１１は
基板ホルダー（陰極〕、１２は蒸発用るつぼ、１３はる
つぼ加熱用ヒータ、１４は蒸発させる材料であり、イオ
ン・ブレーティング装置の基本構成は通常周知のものと
同様である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、化合物薄膜を形成す
る場合に１反応性ガスを導入することなく、気体放電を
用いた固体反応性原子供給源で発生する反応性原子を用
いるようにしたので、薄膜形成領域の近傍にのみ反応性
原子を供給でき、少量の反応性原子でも効率よく化合物
薄膜を堆積することができる。また、反応性原子発生量
は高周波電力により制御できるので、組成制御が容易で
ある。さらに、化合物薄膜堆積後に、固体反応性原子供
給源の高周波電力を切れば、直ちに反応性原子の残留分
圧は急激に低下するため、連続して同一の１１膜形成用
ターゲツトを用い、通常のスパッタ法で非化合物薄膜を
形成することによシ、良質で、安定な多層膜を高い生産
性で形成できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による薄膜形成装置を示す
断面側面図、第２図はこの発明の他の実施例による薄膜
形成装置を示す断面側面図、第３図は従来の薄膜形成装
置を示す断面側面図である。 １・・拳・真空容器、２・・・・薄膜形成用ターゲット
（陰極）、３・・・・基板ホルダー（陽極）、４・・・
・基板、５・・・・高電圧電源、６・・・・希ガス導入
バルブ、７・・・・真空排気バルブ、８・・・・高真空
ポンプ・ユニット、９・・・・薄膜形成領域の気体放電
、１１・・・・基板ホルダー（陰極）、１２・・・・蒸
発用るつぼ、１３・拳・−るつぼ加熱用ヒータ、１４・
・・・蒸発させる材料、２１・・・・固体反応性原子供
給源、２２・・・・反応性原子発生用化合物ターゲット
（陰極）、２３・・・・陽極、２４・・・・反応性原子
発生領域の気体放電、２５・・・・高周波電源、２６・
・・・自己バイアス用コンデンサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）薄膜形成部と同一の真空容器内に、反応性原子を
   含む化合物ターゲットと、このターゲットと対向して置
   かれた陽極から構成された固体反応性原子供給源を備え
   たことを特徴とする薄膜形成装置。
2. （２）薄膜形成部が、スパッタ装置であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の薄膜形成装置。
3. （３）薄膜形成部が、イオン・プレーティング装置であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜形
   成装置。