JPH0222465A - 薄膜成膜装置 - 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］ 本発明は薄膜成膜装置に関する。

［従来の技術］ 蒸発源と対向するように配備された対電極に。

薄膜を成膜すべき基板を保持せしめ、蒸発源と基板との
間に、蒸発源の側から基板の側へ向かってフィラメント
とグリッドを配備し、グリッドの電位を対電極及びフィ
ラメントの双方に対して正電位として成膜を行う装置が
知られている（特開昭５９−８９７８３号公報）。

この装置では、蒸発源から蒸発した蒸発物質は先ず、フ
ィラメントからの熱電子によりイオン化され、グリッド
を通過するとグリッドから対電極に向かう電極により基
板に向かって加速され、基板に高速で衝突し、基板上に
密着性の良い薄膜が形成される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の薄膜成膜装置は、基板上に形成する薄膜が導電性
であるときは何ら問題ないが、電気絶縁性の薄膜を形成
しようとすると、以下の如き問題が生ずる。

即ち、上記の如くして成膜を行うと、成膜の初期の段階
で形成された絶縁性の被膜が基板表面と対電極表面とを
覆ってしまう。このような状態になると形成された被膜
の表面は電気的な絶縁状態となる。この表面には蒸発物
質が陽イオンとして飛来して付着堆積するので、堆積に
伴い被膜表面は正極性に帯電し、蒸発物質の陽イオンの
飛来を阻害するので成膜速度が著しく遅くなる。また、
場合によっては成膜された膜の帯電電位が薄膜の絶縁耐
圧を越えてしまい、形成された薄膜が絶縁破壊により損
傷されることもある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的とするところは絶縁性の薄膜をも確実に成膜
しうる、新規な薄膜成膜装置の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明の薄膜成膜Ｊｄｆは、真空槽と、蒸発源と、対電
極と、フィラメントと、グリッドと、電源手段と、導電
手段とを有する。

真空槽は、その内部に活性ガスもしくは不活性ガス、あ
るいは活性ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入される
ようになっており、蒸発源、対電極、フィラメント、グ
リッドはこの真空槽内に配備される。

蒸発源は、この真空槽内に於いて蒸発物質を蒸発させる
ためのものであり、抵抗加熱式やビーム加熱式等、従来
から真空蒸着方式の蒸発源として知られたものを適宜利
用できる。

対電極は上記真空槽内に於いて上記蒸発源と対向するよ
うに配備され、薄膜を成膜されるべき基板を保持する。

フィラメントは上記蒸発源と対電極との間に配備され、
熱電子を発生させるためのものである。

グリッドは上記フィラメントと対電極との間に配備され
、蒸発物質、即ち蒸発源から蒸発した蒸発物質粒子を通
過させうる構造となっている。

電源手段は上記真空槽内に所定の電気的状態を実現する
ための手段であり、この電源手段と真空槽内部とは導電
手段により電気的に連結される。

電源手段は上記フィラメントに対し、上記グリッドが正
電位となるようにするとともに、上記対電極に交流電位
が与えられるように構成される。

［作　　用］ 本発明の薄膜成膜装置では、電源手段により対電極に交
流電位が与えられる。従って、対電極は蒸発物質のイオ
ンと電子とを交互に引き付ける。

従って、基板上に電気絶縁性の薄膜を成膜する際、陽イ
オンと電子とは有効に除電しあう。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら具体的な実施例に即して説明
する。

本発明の１実施例を示す図に於いて、ペルジャー１とベ
ースプレー１−２と、これらを一体化するバッキング３
は真空槽を構成している。

このように構成された真空槽内には、公知の適宜のガス
導入手段４により活性ガス及び／又は不活性ガスを導入
できるようになっている。

ベースプレート２の中央部に穿設された孔２Ａは、図示
されない真空系に連結されている。

ベースプレート２には、真空槽内部の気密性を保ち、且
つベースプレート２との電気絶縁性を保ちつつ、支持体
を兼ねた電極９．１０，１１．１２が配設されている。

これら電極９．１０，１１，１２は真空槽内部と外部を
電気的に連結するものであり、他の配線具とともに導電
手段を構成する。

一対の電極１１の間には、タングステン、モリブデン等
の金属をボート状に形成した抵抗加熱式の蒸発源８が支
持されている。勿論ボート状のものに変えてコイル状の
ものを用いてもよい。

また、一対の電極１０の間には、タングステン等による
熱電子発生用のフィラメント７が支持されている。この
フィラメント７の形状は、複数本のフィラメント素材を
平行に配列したり、網目状にしたすするなどして、蒸発
源８から蒸発する蒸発物質の粒子の広がりをカバーする
様に定められている。

電極１２にはグリッド６が支持されている。グリッド６
は、蒸発した蒸発物質を対電極５側へ通過させ得るよう
に形状を定められているが、この例では網目状となって
いる。

対電極５は電極９の先端部に支持され、薄膜を成膜され
るべき基板１００は、この対電極５に、蒸発源８と対向
する様に保持される。保持の方法は適宜である。

さて、電源手段は、この実施例に於いて交流電源２０．
２３と直流電源２１．２２により構成されている。

交流電源２０は、蒸発源８の加熱用であり電６ｍ１ｌに
接続されている。この交流電源２０は直流電源で置き換
えてもよく、その場合正負の向きはどちらでも良い。

電極１０に接続された直流電源２２はフィラメント７を
加熱して熱電子を発生させるための電源である。また、
直流型ｇ２１はグリッド６に一定の電位を与えるための
電源であり、その正側が電極１２に接続され、負側は電
極１１の片側に接続される。従って、グリッド６はフィ
ラメント７に対し正電位となり、グリッド６、フィラメ
ント７間の電界はグリッド６からフィラメント７に向か
う、この実施例では電源２１の片側は、そのまま接地さ
れているが、この間に直流電源を入れて蒸発源８及び／
又はフィラメント７にバイアスをかけても良く、また、
図の接地は必ずしも必要ではない。

なお、フィラメント７を加熱するための直流電源２２に
代えて交流電源を用いることもできる。その場合には、
その実効値がグリッド電圧よりも小さくなるようにすれ
ばよい。グリッドをフィラメントに対して正電位とする
とは、このような場合も含む。

交流電源２３は電極９に接続されて、対電極５に交流電
位を与える。

また、実際には上記電気的接続は導電手段の一部を構成
するスイッチを含み、こわらスイッチの操作により成膜
プロセスを実行するのであるが。

こ九らスイッチ類は図示を省略されている。

さて、実施例装置による薄膜の成膜は以下の様に行われ
る。

基板１００を図示の如く対電極５に保持させ、蒸発源８
には蒸発物質を保持させる。蒸発物質は、勿論、どのよ
うな簿膜を形成するかに応じて定まる。真空槽内には予
め、酸素等の活性ガスもしくは不活性ガス、あるいはこ
れら両者の混合ガスがガス導入手段４により１０〜１Ｏ
−３Ｐａの圧力で導入される。

この状態で、蒸発源８から、保持した蒸発物質を蒸発さ
せると、蒸発により生じた蒸発物質粒子は基板１００に
向かって拡がりつつ飛行する。

一方、フィラメント７からは熱電子が放出される。この
熱電子はグリッド６とフィラメント７の間の電界により
グリッド６に向かって加速されつつグリッド６に向かっ
て飛行し、その途上で蒸発物質粒子や導入ガスの分子に
衝突するとこれらを陽イオンにイオン化する。このよう
にしてグリッド６の近傍の空間に、プラズマ状態が形成
される。

対電極５は、交流電ｇ２３により周期的に正負の電位を
とり、グリッド６に対して負電位となるときは電界はグ
リッド６から対電極５に向かい、グリッド６に対して正
電位となるときは、電界は対電極５からグリッドの方へ
向かう。

対電極５の電位がグリッド６に対して負電位のときは１
両者間の電界は陽イオンを基板１００へ向かって加速し
、対電極５の電位がグリッド６に対して正電位のときは
、両者間の電界により電子が基板１００へ向かって加速
される。

基板１００へ向かって陽イオンが加速されるときは、こ
れら陽イオンが基板１００に衝突して基板１００上に所
望の薄膜を形成する。このとき薄膜が電気絶縁性である
と、薄膜の表面は陽イオンにより正に帯電した状態とな
るが、この正帯電は、陽イオンに続いて加速され、基板
側に到達する電子により除電される。

結局、基板１００には陽イオンと電子とが交互に到達し
、互いに除電し合うので成膜途上の薄膜に過剰の電荷が
堆積することがなく、膜の絶縁破壊も生じない、従って
、所望の薄膜が良好に形成されることになる。

交流電源２３の周波数は商用の５０Ｈｚもしくは６０ｔ
＋ｚでも良いが、１〜数百ＫＨｚさらには１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電圧を印加するのが効果的である。

このように形成された薄膜は、基板へのイオンの衝突に
より形成されるので、基板１００への密着性に優れ、結
晶性および結晶配向性が良好である。

また、導入ガスとして活性ガスを単独で、或いは不活性
ガスとともに導入して成膜を行うと、蒸発物質を活性ガ
スと化合させ、この化合により化合物薄膜を成膜できる
。

例えば、不活性ガスとしてアルゴン、活性ガスとして酸
素を導入して、圧力を１０〜１０−’Ｐａに調整し、蒸
発物質としてアルミニウムを選べば、基板上には、酸化
アルミニウム絶縁性薄膜を形成できる。また、蒸発物質
としてアルミニウムに代えてケイ素、−酸化ケイ素を選
べば２酸化ケイ素絶縁性薄膜を得ることができるし、蒸
発物質としてインジウム、錫を選べば酸化インジウムあ
るいは酸化錫のような導電性の薄膜を成膜することもで
きる。また、活性ガスとして窒素もしくはアンモニアを
アルゴンとともに用い、蒸発物質としてチタン、タンタ
ルを選べば、窒化チタン、窒化タンタルの薄膜を得るこ
とができる。

［発明の幼果コ 以上、本発明によれば新規な薄膜成膜装置を提供できる
。この装置は、上記の如く構成されているので、導電性
の薄膜のみならず電気絶縁性の薄膜も、密着性良く、化
学量論薄膜により近い状態で成膜することができる。ま
た本発明の装置では。

蒸発物質のイオン化率が極めて高く、且つ安定している
ので化合物薄膜も所望の物性を持つものを、容易且つ確
実に得ることができる。

さらに、蒸発物質及び導入ガスのイオン化には。

フィラメントによる熱電子が有効に寄与するので１Ｏ−
３Ｐａ以下の高真空下でも蒸発物質のイオン化が可能で
あり、このため薄膜中へのガス分子の取り込みを極めて
少なくでき、高純度の薄膜を得ることができる。また、
薄膜の構造も極めて緻密なものとすることができバルク
密度に極めて近い密度のものを得ることが可能である。

従って、本発明の薄膜成膜装置は、ＩＣ，Ｌ別などを構
成する半導体薄膜等の作製に適している。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の１実施例を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 活性ガスもしくは不活性ガス、あるいは、これら両者の
   混合ガスが導入される真空槽と、この真空槽内に於いて
   、蒸発物質を蒸発させる蒸発源と、 上記真空槽内に於いて、上記蒸発源と対向するように配
   備され、薄膜を成膜されるべき基板を保持する対電極と
   、 上記蒸発源と対電極との間に配備された熱電子発生用の
   フィラメントと、 このフィラメントと対電極との間に配備され、蒸発物質
   を通過させ得るグリッドと、 上記真空槽内に所定の電気的状態を実現するための電源
   手段と、 真空槽内と上記電源手段とを電気的に連結する導電手段
   と、を有し、 上記フィラメントに対し上記グリッドが正電位となるよ
   うにするとともに、上記対電極に交流電位が与えられる
   ように上記電源手段を構成したことを特徴とする、薄膜
   成膜装置。