JPH03166379A - 被膜形成方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はマイクロ波電界を加えるとともに、外部磁場を
加え、それらの相互作用を用い、かつその電界の最も大
きい空間に被膜形或手段を設け、被膜形成を行うための
薄膜形或装置および形威方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、薄膜の形或手段としてＥｃＲ　（電子サイクロト
ロン共鳴）を用い、その発散磁場を利用してこの共鳴空
間より「離れた位置」に基板を配設し、そこでの被膜特
にアモルファス構造を有する被膜を形或する方法が知ら
れている。

さらに一般的にはかかるＥＣＲ　ＣＶＤ（化学気相法）
に加えて、反応性ガスを用いる被膜形成手段として数種
類知られており、それらは熱ＣｖＤ、加熱フィラメン｝
　ＣＶＤ、化学輸送法、１３．５６ＭＨ．の周波数を用
いるプラズマＣＶＤ法、マイクロ波のみを用いるプラズ
マＣＶＤ法が知られている。特にＥＣＲ　ＣＶＤ法は活
性種を磁場によりビンチングし、高エネルギ化すること
により電子エネルギを大きくし、効率よく気体をプラズ
マ化させている。しかしプラズマ化させることにより、
気体が有する高エネルギにより基板の被形或面がスバッ
タ　（損傷）を受けることを防ぐため、このＥＣＲ条件
を満たした空間より「離れた位置」に基板を配設し、高
エネルギ条件下でのプラズマ状態を避けたイオンシャワ
ー化した反応性気体を到達させることにより被膜形或ま
たは異方性エッチングを行っていた。

〔従来の問題点〕

しかしかかるシャワー化した反応性気体を用いた被膜形
或方法では、その気体の種類により異方性エッチングま
たはアモルファス構造の被膜形成等のエッチングまたは
ディポジッションのいずれか一方のプロセスのみを採用
したものであった。

そのため、この場合の被形成面上にはアモルファス構造
の被膜が形威されやすく、結晶性特に多結晶性または単
結晶を有する被膜の形或はきわめて困難であった。加え
て高いエネルギを用いることにより、初めて反応性気体
の活性化または反応をさせ得る被膜形或も不可能であっ
た。

〔問題を解決すべき手段〕

本発明は被膜形成をその一部でエッチングをさせつつ被
膜形成を行わんとするもので、好ましくは少なくとも一
部に結晶性を有する被膜を形成せんとするものである。

この目的のため、マイクロ波電力の電界強度が最も大き
くなる領域に被形成面を有する基板を配設する。さらに
その領域で電場・磁場相互作用を有せしめる。例えば、
ＥＣＲ　（電子サイクロトロン共鳴）を生せしめる。さ
らに磁場の強度程度を調整すると、この領域においての
み初めて分解または反応をさせることができる被膜形成
が可能となる。例えば、ｉ一カーボン（ダイヤモンドま
たは微結晶粒を有する炭素被膜）また高融点の金属また
はセラミック性絶縁被膜である。

すなわち本発明は従来より知られたマイクロ波を用いた
プラズマＣＶＤ法に磁場の力を加え、さらにマイクロ波
の電場と磁場との相互作用、好ましくはＥＣＲ　（エレ
クトロンサイクロトロン共鳴）条件又はホイッスラー共
鳴条件を含む相互作用を利用して、幅広い圧力範囲にお
いて高密度高エネルギのプラズマを発生させる。その共
鳴空間での高エネルギ状態を利用して、例えば活性炭素
原子を多量に発生させ、再現性にすぐれ、均一な膜厚、
均質な特性のダイヤモンド、ｉ一カーボン膜等の被膜の
形或を可能としたものである。また加える磁場の強さを
任意に変更可能な為、電子のみではなく特定のイオンの
ＥＣＲ条件を設定することができる特徴がある。

また本発明の構或に付加して、マイクロ波と磁場との相
互作用により高密度プラズマを発生させた後、基板表面
上まで至る間に高エネルギを持つ光（例えば紫外光）を
照射し、活性種にエネルギを与えつづけると、高密度プ
ラズマ発生領域より十分離れた位置においても高エネル
ギ状態に励起された炭素原子が存在し、より大面積にダ
イヤモンド、ｉ一カーボン膜を形或することも可能であ
った。

さらに磁場とマイクロ波の相互作用により発生する高エ
ネルギ励起種に直流バイアス電圧を加えて、基板側に多
量の励起子が到達するようにすることは薄膜の形或速度
を向上させる効果があった。

以下に実施例を示し、さらに本発明を説明する。

〔実施例〕

第１図に本発明にて用いた磁場印加可能なマイクロ波プ
ラズマＣｖＤ装置を示す。

同図において、この装置は減圧状態に保持可能なプラズ
マ発生空間（１）、加熱空間（３）、補助空間（２）、
磁場を発生する電磁石（５）、（５゜）およびその電源
（２５）、マイクロ波発振器（４）、排気系を構戒する
ターボ分子ポンプ（８）、ロータリーポンプ（１４）、
圧力調整バルブ（ｌ１）、赤外線加熱ヒータ（２０）、
およびその電ｉ　（２３）、赤外線反射面（２１）、基
板ホルダ（１０’）　、基板（１０）、マイクロ波導入
窓（１５）、ガス導入系（６），（７）　、水冷系（１
８）　，　（１８’　）より構成されている。

まず薄膜形成用基板（１０）を基板ホルダ（１０’）上
に設置する。このホルダは高熱伝導性を有し、かつマイ
クロ波をできるだけ乱さないため、セラミックの窒化ア
ルミニュームを用いた。この基板ホルダを赤外線ヒータ
（２０）より放物反射面（２ｌ）レンズ系（２２）を用
いて集光し加熱する。（例えば５００”Ｃ）次に水素（
６）をＩＯＳＣＣＭガス系（７）を通して高密？プラズ
マ発生領域（２）へと導入し、外部より２．４５ＧＨｚ
の周波数のマイクロ波を５００Ｗの強さで加える。

さらに、磁場約２Ｋガウスを磁石（５）　，　（５゜）
より印加し、高密度プラズマをプラズマ発生空間（１）
にて発生させる。この時プラズマ発生空間（１）の圧力
は０．ＩＰａに保持されている。この高密度プラズマ領
域より高エネルギを持つ水素原子または電子が基板（１
０）上に到り、表面を洗浄にする。さらにこの水素を中
止し、ガス系（７）より炭化物気体例えばアセチレン（
Ｃ２Ｈ■）、メタン（Ｃ｝Ｉ．）を活性化せしめる。そ
して高エネルギに励起された炭素原子が生成され、約５
００’Ｃ加熱された基板（１０）上に、この炭素原子が
体積し、ダイヤモンド又はｉ一カボン膜が形成される。

第１図において、磁場は２つのリング状の磁石（５），
（５’）を用いたヘルムホルツコイル方式を採用した。

さらに、４分割した空間（３０）’に対し電場・磁場の
強度を調べた結果を第２図に示す。

第２図（Ａ）において、横軸（Ｘ軸）は空間（２０）の
横方向（反応性気体の放出方向）であり、縦軸（Ｒ軸）
は磁石の直径方向を示す。図面における曲線は磁場の等
電位面を示す。そしてその線に示されている数字は磁石
（５）が約２０００ガウスの時に得られる磁場の強さを
示す。磁石（５）の強度を調整すると、電極・磁場の相
互作用を有する空間（１００）（８７５±１８５ガウス
）で大面積において磁場の強さを基板の被形成面の広い
面積にわたって概略均一にさせることができる。図面は
等磁場面を示し、特に線（２６）が８７５ガウスとなる
ＥＣＲ　（電子サイクロトロン共鳴）条件を生ずる等磁
場面である。

さらにこの共鳴条件を生ずる空間（１００）は第２図（
Ｂ）に示す如く、電場が最大となる領域となるようにし
ている。第２図（Ｂ）の横軸は第２図（Ａ）と同じく反
応性気体の流れる方向を示し、縦軸は電場（電界強度）
の強さを示す。

すると電界領域（１００）以外に領域（１００’）も最
大となる領域に該当する。しかしにここに対応する磁場
（第２図（Ａ））はきわめて等磁場面が多く存在してい
る。即ち領域（１００’）には基板の被形成面の直径方
向（第２図（Ａ）における縦軸方向）での膜厚のばらつ
きが大きくなり、（２６“）の共鳴条件を満たすＥＣＲ
条件部分で良質の被膜ができるのみである。結果として
均一かつ均質な被膜を期待できない。

もちろんドーナツ型に作らんとする場合はそれでもよい
。

また領域（１００）に対してその原点対称の反対の側に
も電場が最大であり、かつ磁場が広い領域にわたって一
定となる領域を有する。基板の加熱を行う必要がない場
合はかかる空間での被膜形成が有効である。しかしマイ
クロ波の電場を乱すことなく加熱を行う手段が得にくい
。

これらの結果、基板の出し入れの容易さ、加熱の容易さ
を考慮し、均一な膜でありかつ均質な被膜とするために
は第２図（Ａ）の領域（１００）が３つの領域の中では
最も工業的に量産性の優れた位置と推定される。

この結果、本発明では領域（１００）に基板（１０）を
配設すると、この基板が円形であった場合、半径１００
ｍｍまで、好ましくは半径５０ｍｍまでの大きさで均一
、均質に被膜形成が可能となった。

さらに大面積とするには、例えばこの４倍の面積におい
て同じく均一な膜厚とするには周波数を２．４５ＧＩＩ
ｚではな＜　１．２２５ＧＨｚとすればこの空間の直径
（第２図（Ａ）のＲ方向）を２倍とすることができる。

第３図は第２図における基板（１０）の位置における円
形空間の磁場（０および電場（Ｂ）の等磁場、等電場の
図面である。第３図（Ｂ）より明らかなごとく、電場は
最大２５ＫＶ／＋にまで達せしめ得ることがわかる。

また比較のために同条件下で磁場を印加せずに薄膜形成
を行った。その時基板上に形威された薄膜はグラファイ
ト膜であった。

さらに本実施例と同条件下において基板温度を６５０″
Ｃ以上とした場合ダイヤモンド薄膜を形或することが可
能であった。

本実施例にて形威された薄膜の電子線回折像をとったと
ころアモルファス特有のハローパターンとともにダイヤ
モンドのスポットがみられ、ｉ−カーボン膜となってい
た。さらに基板温度を上げて形威してゆくにしたがい、
ハローパターンが少しづつ消えてゆき６５０゜Ｃ以上で
ダイヤモンドとなった。

また基板加熱温度を１５０゜Ｃ未満とした場合、磁場を
加えてもｉ一カーボン膜を作戒することはできなかった
。

かかる方式において、基板上に炭化珪化物気体（メチル
シラン）を用い炭化珪素の多結晶膜を作ることができる
。アルミニューム化物気体とアンモニアとの反応により
窒化アルごニューム被膜を作ることもできる。さらにタ
ングステン、チタン、モリブデンまたはそれらの珪化物
の高融点導体を作ることもできる。

〔効果〕

本発明の構或を取ることにより、従来作製されていた結
晶性を少なくとも一部に有する被膜の作製条件より幅広
い条件下にて作製可能であった。

また従来法に比べ大面積に均一な薄膜を形或することが
可能であった。

さらに作製された薄膜は引張、圧縮とも膜応力をほとん
ど有さない良好な膜であった。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明で用いる磁場・電場相互作用を用いたマ
イクロ波ＣＶＤ装置の概略を示す。 第２図はコンピュータシミュレイションによる磁場およ
び電場特性を示す。 第３図は電場・磁場相互作用をさせた位置での磁場およ
び電場の特性を示す。 １・・・・プラズマ発生空間 １０．　１０’・・基板および基板ホルダ４・・・・マ
イクロ波発振器 ５．５゜・・・外部磁場発生器 ２０・　・　・　・基牟反力■熱ヒータ１００　　・・
・最大電場となる空間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．減圧状態に保持されたプラズマ発生室、該発生室を
   囲んで設けられた磁場発生手段、前記プラズマ発生室に
   マイクロ波を供給する手段を備えた磁場及び電場の相互
   作用を利用して被膜を形成する方法であって、前記プラ
   ズマ発生室にエッチングさせる気体と被膜を形成させる
   気体とを導入し、該気体に対して外部より磁界及びマイ
   クロ波を加え、電子サイクロトロン共鳴条件を満たす共
   鳴磁場の±２１．２％以内の磁場領域内に被形成面を有
   する基板を設けることにより、被形成面上にエッチング
   をさせつつ被膜を形成することを特徴とする被膜形成方
   法。