JPH05263220A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】耐熱性の低い基板に対しても良質な膜構造を有
するカーボン薄膜、シリコン薄膜を密着性良く形成する
ことができる薄膜形成装置を提供する。 【構成】本発明の薄膜形成装置は、薄膜形成材料と水素
ガス及び酸素ガスが導入される成膜用真空槽１と、上記
真空槽内に配置され被薄膜形成基板１００を保持する基
板ホルダー１３と、上記基板１００を加熱する手段１
３’と、上記基板１００に薄膜形成材料を供給する手段
１０と、上記真空槽内に酸素ガスを微量に供給する手段
３，１４’と、基板近傍に水素ガスを供給する手段５，
１４と、基板表面あるいは近傍にレーザ光を照射する手
段１７とを有し、薄膜形成材料の分解反応に寄与する原
子状水素を基板表面で生成し、高濃度に維持して成膜が
行なえるような装置構成及び手段がとられたことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカーボン薄膜あるいはシ
リコン薄膜を低温で良質に形成することのできる薄膜形
成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は先に、被薄膜形成基板上に種
々の薄膜を形成する薄膜形成装置として、基板を蒸発源
に対向させて保持する対向電極と蒸発源との間にグリッ
ドを配し、このグリッドと蒸発源との間に熱電子発生用
のフィラメントを配し、グリッドをフィラメントに対し
て正電位にして薄膜形成を行なう装置を提案した（特公
平１−５３３５１号公報参照）。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、イオン化される。このようにイオン化され
た蒸発物質がグリッドを通過すると、グリッドから対電
極に向かう電界の作用により加速されて基板に衝突し、
密着性の良い膜が形成される。また、この他、被薄膜形
成基板上にカーボン薄膜あるいはシリコン薄膜を形成す
る手段としては、従来よりＣＶＤ法やＰＶＤ法をはじめ
種々のものが提案されており、その方法も極めて多岐に
渡っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の薄膜形
成装置においては、形成される膜の基板への密着性が弱
かったり、また、良質な膜構造（結晶性、電気的特性、
硬度等）を有するカーボン薄膜やシリコン薄膜を形成す
るには、薄膜形成温度（基板温度）を高くする必要があ
り、耐熱性の低い基板への成膜が困難であったりする等
の問題があった。本発明は上記事情に鑑みてなされたも
のであって、従来装置に比べて反応性が高く、比較的低
い温度での成膜が可能で、良好な膜構造を有するカーボ
ン薄膜やシリコン薄膜を、耐熱性の低い基板に対しても
密着性良く形成できる新規な薄膜形成装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、カーボン薄膜、シリコン薄膜形
成用の薄膜形成装置であって、薄膜形成材料、水素ガ
ス、及び酸素ガスが導入される成膜用真空槽と、上記真
空槽内に配置され被薄膜形成基板を保持する基板ホルダ
ーと、上記被薄膜形成基板を加熱する手段と、被薄膜形
成基板に薄膜形成材料を供給する手段と、上記真空槽内
に酸素ガスを微量に供給する手段と、被薄膜形成基板近
傍に水素ガスを供給する手段と、被薄膜形成基板表面あ
るいは近傍にレーザ光を照射する手段とを有し、薄膜形
成材料の分解反応に寄与する原子状水素を基板表面で生
成し、高濃度に維持して成膜が行なえるような装置構成
及び手段がとられたことを特徴とする。

【０００５】また、請求項２の発明は、カーボン薄膜、
シリコン薄膜形成用の薄膜形成装置であって、薄膜形成
材料が導入される成膜用真空槽と、上記真空槽内に配備
され被薄膜形成基板を保持する基板ホルダーと、上記被
薄膜形成基板を加熱する手段と、被薄膜形成基板に薄膜
形成材料を供給する手段と、上記真空槽内に配備され、
水素ガス及び微量の酸素ガスが成膜用真空槽に対し高い
圧力で導入され、ノズル状を有する噴射孔から原子状水
素等を放出する水素原子供給部と、上記水素原子供給部
内にレーザ光を照射する手段とを有し、薄膜形成材料の
分解反応に寄与する原子状水素等を水素原子供給部内で
生成し、基板表面に高濃度に供給、維持して成膜が行な
えるような装置構成及び手段がとられたことを特徴とす
る。

【０００６】また、請求項３の発明は、カーボン薄膜、
シリコン薄膜形成用の薄膜形成装置であって、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
導入される成膜用真空槽と、上記真空槽内に配備され、
材料供給路より真空槽内に供給される蒸気又は霧状とし
た薄膜形成材料を方向性良く且つ均一に基板に向けて噴
射することができる材料供給部と、上記真空槽内におい
て上記材料供給部と対向するように配備され、被薄膜形
成基板を保持する対電極と、上記被薄膜形成基板を加熱
する手段と、上記真空槽内において上記材料供給部と上
記対電極の間に配備され、薄膜形成材料を通過させ得る
グリッドと、上記真空槽内において上記グリッドと上記
材料供給部の間に配備される熱電子発生用のフィラメン
トと、上記真空槽内に配備され、水素ガス及び微量の酸
素ガスが上記真空槽に対し高い圧力で供給され、ノズル
状を有する噴射孔から原子状水素等を放出する水素原子
供給部と、上記水素原子供給部内にレーザ光を照射する
手段と、上記フィラメントに対し上記グリッドを正電位
にする電位手段と、上記真空槽内に所定の電位配分を実
現するための電源手段と、上記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、薄膜形成材料
の分解反応に寄与する原子状水素等を水素原子供給部内
で生成し、基板表面に高濃度に供給、維持して成膜が行
なえるような装置構成及び手段がとられたことを特徴と
する。

【０００７】

【作用】以下、本発明の薄膜形成装置の構成及び作用に
ついてより具体的に説明する。請求項１記載のカーボン
薄膜、シリコン薄膜形成用の薄膜形成装置は、成膜用真
空槽と、基板ホルダーと、基板加熱手段と、材料供給手
段と、水素ガス及び酸素ガス供給手段と、レーザ光照射
手段とを有する。成膜用真空槽内には、基板ホルダー
と、基板加熱手段と、材料供給手段と、水素ガス及び酸
素ガス供給手段が配備される。基板ホルダーは、被薄膜
形成基板（以下基板と記す）を保持するものである。基
板加熱手段は、基板を通電加熱あるいは間接加熱する手
段であり、成膜状況に応じて適宜使用される。材料供給
手段は、成膜用真空槽内に材料物質である反応性ガスを
定量且つ安定に供給する手段であり、シャワー放出、ノ
ズル噴射など成膜状況に応じて種々の方法が用いられ
る。水素ガス供給手段は、水素ガスを基板表面に供給す
る手段であり、シャワー放出、ノズル噴射など成膜状況
に応じて種々の方法が用いられる。酸素ガス供給手段
は、微量の酸素を制御性良く、真空槽内あるいは真空槽
内の基板表面に供給する手段であり、成膜状況に応じて
種々の方法が用いられる。レーザ光照射手段は基板表面
の水素ガスを原子状水素に解離させる手段であり、真空
槽外から石英ガラス窓を介して基板表面に照射される。

【０００８】上記原子状水素は、材料物質を分解する効
果あるいは分解反応を促進する効果がある。また、微量
の酸素は、等価的に原子状水素の寿命を延ばす等の効果
があり、基板表面に原子状水素を高濃度に供給し維持す
ることが可能となるため、原子状水素による材料物質の
分解反応をより促進させることができる。従って、この
薄膜形成装置では、原子状水素のアシスト及び微量酸素
の効果により、基板表面で材料物質が分解されるため、
あるいは分解反応が促進されるため、成膜速度の向上が
図られ、低温基板上への結晶性や電気的特性に優れたカ
ーボン薄膜、シリコン薄膜の形成がより一層容易とな
る。

【０００９】次に、請求項２記載のカーボン薄膜、シリ
コン薄膜形成用の薄膜形成装置は、成膜用真空槽と、基
板ホルダーと、基板加熱手段と、材料供給手段と、水素
原子供給部と、レーザ光照射手段とを有する。成膜用真
空槽内には、基板ホルダーと、基板加熱手段と、材料供
給手段と、水素原子原子供給部が配備される。基板ホル
ダーは、基板を保持するものである。基板加熱手段は、
基板を通電加熱あるいは間接加熱する手段であり、成膜
状況に応じて適宜使用される。材料供給手段は、成膜用
真空槽内に材料物質である反応性ガスを定量且つ安定に
供給する手段であり、シャワー放出、ノズル噴射など成
膜状況に応じて種々の方法が用いられる。

【００１０】水素原子供給部は、原子状水素を効率良く
基板表面に供給する手段である。この水素原子供給部に
は、水素ガスが真空槽に対し比較的高い圧力で導入さ
れ、また、微量の酸素ガスが水素ガスとは異なる経路で
導入される。導入された水素ガスは、この水素原子供給
部内で、レーザ照射手段等によりその一部が原子状水素
に解離する。一部が解離した水素ガスは、そのガス圧に
対し比較的低い圧力に保たれた酸素ガス室を通過して、
微量の酸素ガスと共にノズル状の噴射孔より基板表面に
向けて放射される。上記原子状水素は、材料物質を分解
する効果あるいは分解反応を促進する効果がある。ま
た、微量の酸素は、等価的に原子状水素の寿命を延ばす
等の効果があり、基板表面に原子状水素を高濃度に供給
し維持することが可能となるため、原子状水素による材
料物質の分解反応をより促進させることができる。従っ
て、この薄膜形成装置では、原子状水素のアシスト及び
微量酸素の効果により、基板表面で材料物質が分解され
るか、あるいは分解反応が促進されるため、成膜速度の
向上が図られ、低温基板上への結晶性や電気的特性に優
れたカーボン薄膜、シリコン薄膜の形成がより一層容易
となる。

【００１１】次に、請求項３記載のカーボン薄膜、シリ
コン薄膜形成用の薄膜形成装置は、成膜用真空槽と、材
料供給部と、対電極と、グリッドと、フィラメントと、
水素原子供給手段と、電源手段と、導電手段とを有す
る。成膜用真空槽内には、不活性ガスが導入されるよう
になっており、材料供給部、対電極、グリッド、フィラ
メント、水素原子供給手段としての水素原子供給部等は
この真空槽内に配備される。対電極、材料供給部は互い
に対向するように配備され、対電極は材料供給部と対向
する側に基板を保持するようになっている。材料供給部
には、対電極と対向する面に材料物質の吐出孔としての
小口径のノズルが複数個設けられ、また材料物質加熱用
のヒーターが取り付けられており、材料供給部内外の圧
力差を調整可能にし、材料物質を適当な運動エネルギー
を持たせて方向性良く且つ均一に基板に向けて噴射でき
るようになっている。グリッドは材料物質を通過させう
るものであって、材料供給部と対電極の間に配備され、
フィラメントに対し正電位にされる。従って、発生する
電界はグリッドからフィラメントに向かう。フィラメン
トは熱電子を供給するものであり、材料供給部とグリッ
ドの間に配備される。電源手段は、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
真空槽内部が導電手段により電気的に連結される。

【００１２】水素原子供給部は、原子状水素を効率良く
基板表面に供給する手段である。この水素原子供給部に
は、水素ガスが真空槽に対し比較的高い圧力で導入さ
れ、また、微量の酸素ガスが水素ガスとは異なる経路で
導入される。導入された水素ガスは、この水素原子供給
部内で、レーザ照射手段等によりその一部が原子状水素
に解離する。一部が解離した水素ガスは、そのガス圧に
対し比較的低い圧力に保たれた酸素ガス室を通過して、
微量の酸素ガスと共にノズル状の噴射孔より基板表面に
向けて放射される。上記原子状水素は、材料物質を分解
する効果あるいは分解反応を促進する効果がある。ま
た、微量の酸素は、等価的に原子状水素の寿命を延ばす
等の効果があり、基板表面に原子状水素を高濃度に供給
し維持することが可能となるため、原子状水素による材
料物質の分解反応をより促進させることができる。従っ
て、この薄膜形成装置では、原子状水素のアシスト及び
微量酸素の効果により、基板表面で材料物質が分解され
るか、あるいは分解反応が促進されるため、成膜速度の
向上が図られ、低温基板上への結晶性や電気的特性に優
れたカーボン薄膜、シリコン薄膜の形成がより一層容易
となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 ［実施例１］図１は請求項１の一実施例を示す薄膜形成
装置の概略的構成図である。図１において、符号１は成
膜用真空槽を示している。図１では図示を省略されてい
るが、真空槽１の側面にはパッキングを介して、真空槽
内部の作業を行なうためのドア型の蓋が一体化されてい
る。真空槽１に設けられた孔１Ａは図示されない真空排
気系に連結されている。材料供給部１０は、材料供給路
２０によって支持され、真空槽外より材料物質を供給で
きるようになっている。この材料供給部１０は複数個の
小孔ノズル１０ａ及びヒーター１０ｂを有し、材料物質
を所望の運動エネルギーで方向性良く且つ均一に基板に
向けて放出できるようになっている。尚、図１の例では
ノズル噴射となっているが、その他の公知のガス導入の
方法を利用しても良く、この限りではない。基板ホルダ
ー１３には、材料供給部１０と対向する側の面に基板１
００が適宜の方法で保持される。基板ヒーター１３’
は、基板加熱に用いられるものであり、真空槽外から電
力を供給するのであるが、簡単のため、図１では配線等
の図示を省略している。

【００１４】水素ガス供給部１４は、符号５で示すよう
な公知の適宜の方法により、真空槽外より真空槽内の基
板表面に水素ガスを供給する手段であり、図１の例では
シャワー状となっている。酸素ガス供給口１４’は、符
号３で示すような公知の適宜の方法により、真空槽外よ
り真空槽内へ酸素ガスを制御性良く供給する手段であ
る。窓１６は石英ガラスでできており、この窓１６から
基板表面あるいはその近傍に向けて、数ｅＶのレーザ光
が照射されるようになっている。レーザ光源１７は基板
の面積をカバーできるようにレーザ光を周期的に走査す
るなどの配慮がなされているが、この他、レーザ光を効
率良く利用するため、基板表面近傍にレーザ光閉じ込め
用の全反射ミラー等を設置しても良い。尚、これらの、
水素ガス供給部１４、酸素ガス供給口１４’、石英窓１
６、レーザ光源１７は、基板表面近傍の水素を解離させ
て原子状水素の濃度を高め、維持するための手段（水素
原子供給手段）を構成している。

【００１５】上記水素原子供給手段により基板表面近傍
に供給、維持された原子状水素は、材料物質を分解する
効果あるいは分解反応を促進する効果がある。また、微
量の酸素は、等価的に原子状水素の寿命を延ばす等の効
果があり、基板表面に原子状水素を高濃度に供給し維持
することが可能となるため、原子状水素による材料物質
の分解反応をより促進させることができる。従って、こ
の薄膜形成装置では、原子状水素のアシスト及び微量酸
素の効果により、基板表面で材料物質が分解されるた
め、あるいは分解反応が促進されるため、成膜速度の向
上が図られ、低温基板上への結晶性や電気的特性に優れ
たカーボン薄膜、シリコン薄膜の形成がより一層容易と
なる。例えば、材料物質としてＣ₂Ｈ₂あるいはＣＨ₄ を
用い、材料供給量、レーザパワーを調整すれば、比較的
低温の基板上においても、良質なカーボン薄膜またはダ
イヤモンド薄膜を形成することができる。同様に、材料
物質としてＳiＨ₄を用いれば、良質なシリコン薄膜を形
成することができる。

【００１６】［実施例２］図２は請求項２の一実施例を
示す薄膜形成装置の概略的構成図である。図２におい
て、符号１は成膜用真空槽を示している。図２では図示
を省略されているが、真空槽１の側面にはパッキングを
介して、真空槽内部の作業を行なうためのドア型の蓋が
一体化されている。真空槽１に設けられた孔１Ａは図示
されない真空排気系に連結されている。材料供給部１０
は、材料供給路２０によって支持され、真空槽外より材
料物質を供給できるようになっている。この材料供給部
１０は複数個の小孔ノズル１０ａ及びヒーター１０ｂを
有し、材料物質を所望の運動エネルギーで方向性良く且
つ均一に基板に向けて放出できるようになっている。
尚、図２の例ではノズル噴射となっているが、その他の
公知のガス導入の方法を利用しても良く、この限りでは
ない。基板ホルダー１３には、材料供給部１０と対向す
る側の面に基板１００が適宜の方法で保持される。基板
ヒーター１３’は、基板加熱に用いられるものであり、
真空槽外から電力を供給するのであるが、簡単のため、
図２では配線等の図示を省略している。

【００１７】水素原子供給部１５は、基板表面に原子状
水素等を高濃度に供給するためのものであり、符号５、
符号３で示すような公知の適宜の方法により、真空槽外
から水素ガス及び微量の酸素ガスが異なる経路で供給さ
れ、放出孔１５ｂから基板表面に向けて原子状水素等が
放出されるようになっている。レーザ光源１７は、石英
ガラス窓１６から真空槽内の水素原子供給部１５内にレ
ーザ光を照射するためのものであり、水素原子供給部１
５内の水素ガスの解離に利用される。尚、これらの、水
素原子供給部１５、石英窓１６、レーザ光源１７は、基
板表面に原子状水素を高濃度に供給するための手段（水
素原子供給手段）を構成している。この水素原子供給手
段の一例を図３に示す。

【００１８】図３において、真空槽外のレーザ光源１７
からのレーザ光は、石英ガラス窓１６及び水素原子供給
部１５の石英ガラス１５ｃを通過して水素原子供給部内
に照射され、水素ガスを原子状水素に解離させる。この
時、レーザ波長を水素解離のエネルギーに一致させるこ
とにより選択的に水素解離のみを起こさせることが可能
である。更に、水素原子供給部内の内壁を反射ミラーに
することによって、レーザ光を内部に閉じ込め、効率良
く利用できるようになっている。熱フィラメント１５ａ
も水素ガスの熱解離用であり、さらに、この熱フィラメ
ント１５ａを水素原子供給部内壁に対し負電位にして使
用することによって、電子衝撃によっても水素解離が促
進される。しかし、この熱フィラメント１５ａを用いて
の水素解離は選択性が悪いため、水素ガスの解離状況に
応じて適宜使用される。水素原子供給部内に導入された
水素ガスは、水素原子供給部内でレーザ照射等によりそ
の一部が原子状水素に解離する。一部が解離した水素ガ
スは、水素ガス圧に対し比較的低い圧力に保たれた酸素
ガス室１５ｄを通過して、ノズル状の噴射孔１５ｂより
基板表面に向けて放出される。

【００１９】上記水素原子供給手段により基板表面近傍
に供給、維持された原子状水素は、材料物質を分解する
効果あるいは分解反応を促進する効果がある。また、微
量の酸素は、等価的に原子状水素の寿命を延ばす等の効
果があり、基板表面に原子状水素を高濃度に供給し維持
することが可能となるため、原子状水素による材料物質
の分解反応をより促進させることができる。従って、こ
の薄膜形成装置では、原子状水素のアシスト及び微量酸
素の効果により、基板表面で材料物質が分解されるた
め、あるいは分解反応が促進されるため、成膜速度の向
上が図られ、低温基板上への結晶性や電気的特性に優れ
たカーボン薄膜、シリコン薄膜の形成がより一層容易と
なる。例えば、材料物質としてＣ₂Ｈ₂あるいはＣＨ₄ を
用い、材料供給量、レーザパワー、水素導入ガス圧を調
整すれば、比較的低温の基板上においても、良質なカー
ボン薄膜またはダイヤモンド薄膜を形成することができ
る。同様に、材料物質としてＳiＨ₄を用いれば、良質な
シリコン薄膜を形成することができる。

【００２０】［実施例３］図４は請求項３の一実施例を
示す薄膜形成装置の概略的構成図である。図４におい
て、符号１は成膜用真空槽を示している。図４では図示
を省略されているが、真空槽１の側面にはパッキングを
介して、真空槽内部の作業を行なうためのドア型の蓋が
一体化されている。真空槽１に設けられた孔１Ａは図示
されない真空排気系に連結されている。成膜用真空槽１
の内部空間には、符号４で示すような公知の適宜の方法
により、活性ガス及び／または不活性ガスが導入できる
ようになっている。また、成膜用真空槽１には、内部の
気密性を保ち、且つ電気的絶縁性を保ちつつ、支持体を
兼ねた電極２１ａ，２１ｂ，２２，２３と、材料供給路
２０、及び水素ガス，酸素ガス供給手段５，３と水素原
子供給部１５が配設されている。これらの内、電極２１
ａ，２１ｂ，２２，２３、及び材料供給路２０は、真空
槽内部と外部とを電気的に連結するものであって、他の
配線具と共に導電手段を構成する。

【００２１】材料供給部１０は、材料供給路２０によっ
て支持され、真空外より材料物質を供給できるようにな
っている。また、この材料供給部１０は複数個の小孔ノ
ズル１０ａ及びヒーター１０ｂを有し、材料物質を所望
の運動エネルギーで方向性良く且つ均一に基板に向けて
放出できるようになっている。フィラメント１１を支持
する一対の電極２１には交流電源３１が接続される。
尚、この電源３１は直流電源を用いても良く正負の向き
もどちらでも良い。フィラメント１１は熱電子発生用で
あり、材料供給部１０から放出された材料物質の拡がり
をカバーできるようになっている。グリッド１２を支持
する電極２２は直流電圧電源３２の正極側に接続され、
直流電圧電源３２の負極側は電極２１ａに接続される。
このグリッド１２は材料供給部１０から放出された材料
物質を対電極１３側へ通過させうるように形状を定める
のであるが、この例においては網目状である。対電極を
支持する電極２３は、図４の例ではそのまま電極２１ａ
に接続されているが、この間に直流電源を入れて対電極
１３にバイアスをかけても良い。また、対電極１３の材
料供給部１０と対向する側の面には基板１００が適宜の
方法で保持される。

【００２２】基板ヒータ１３’は、基板加熱に用いられ
るものであり、真空槽外から電力を供給するのである
が、簡単のため配線や電源等は図４では図示を省略して
いる。図４の例では、材料供給路２０は電気的に電極２
１ａに接続されているが、これは必ずしも必要ではな
い。また、図中の接地も必ずしも必要ではない。上記の
電源手段により、グリッド１２はフィラメント１１に対
して正電位となり、電界はグリッド１２からフィラメン
ト１１へ向かう。また、図４の例のように、対電極１３
をグリッド１２に対して負電位にした場合には、グリッ
ド１２から対電極１３へも電界が発生する。従って、こ
の薄膜形成装置では、フィラメント加熱用電源３１とグ
リッド用直流電圧電源３２の調節により、グリッド−フ
ィラメント間、グリッド−対電極間に安定なプラズマ状
態を作る事ができる。尚、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、これら
のスイッチ操作により蒸着プロセスを実行するのである
が、これらのスイッチ類は、図示を省略されている。

【００２３】水素原子供給部１５は、基板表面に原子状
水素等を高濃度に供給するためのものであり、符号５、
符号３で示すような公知の適宜の方法により、真空槽外
から水素ガス及び微量の酸素ガスが異なる経路で供給さ
れ、放出孔１５ｂから基板表面に向けて原子状水素等が
放出されるようになっている。レーザ光源１７は、石英
ガラス窓１６から真空槽内の水素原子供給部１５内にレ
ーザ光を照射するためのものであり、水素原子供給部１
５内の水素ガスの解離に利用される。尚、これらの、水
素原子供給部１５、石英窓１６、レーザ光源１７は、基
板表面に原子状水素を高濃度に供給するための手段（水
素原子供給手段）を構成している。この水素原子供給手
段は、例えば図３のように構成され、請求項２の実施例
で説明したものと同様なので、ここでは説明を省略す
る。

【００２４】上記水素原子供給手段により基板表面近傍
に供給、維持された原子状水素は、材料物質を分解する
効果あるいは分解反応を促進する効果がある。また、微
量の酸素は、等価的に原子状水素の寿命を延ばす等の効
果があり、基板表面に原子状水素を高濃度に供給し維持
することが可能となるため、原子状水素による材料物質
の分解反応をより促進させることができる。この薄膜形
成装置で蒸着プロセスを実行すると、材料物質は、導入
された不活性ガスのプラズマ中でイオン化され、電界に
より基板に向かって加速される。このイオン粒子の運動
エネルギーの効果と、基板表面の原子状水素のアシスト
による材料物質の分解反応の効果により、基板１００へ
の密着性に優れ結晶性も良好なカーボン薄膜、シリコン
薄膜を、より低温で得ることができる。例えば、導入ガ
スとしてＡｒを選択し、基板表面に水素原子等を供給
し、圧力を１０〜１０~²Ｐａに調整する。そして、材料
物質としてＣ₂Ｈ₂あるいはＣＨ₄を用いれば、比較的低
温の基板上においても、良質なカーボン薄膜またはダイ
ヤモンド薄膜を得ることができ、同様に、材料物質とし
てＳiＨ₄を用いれば、良質なシリコン薄膜を形成するこ
とができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１，２，３
記載の薄膜形成装置においては、何れの場合も、微量の
酸素の添加により、薄膜形成材料の分解反応に寄与する
原子状水素等を基板表面近傍に高濃度に供給、維持して
の成膜が行なえるような装置構成及び手段がとられてい
るため、基板表面近傍の原子状水素等のアシストにより
基板表面で材料物質の分解反応が促進されるため、従来
難しいとされていた低温基板上への結晶性や電気的特性
に優れたカーボン薄膜、シリコン薄膜の形成が、より一
層容易となる。従って、本発明の薄膜形成装置において
は、基板表面近傍の原子状水素が、薄膜形成材料の分解
反応に効果的に作用するので、良質な膜構造を有するカ
ーボン薄膜、シリコン薄膜の形成において、高い成膜温
度（結晶化温度、反応温度）を与えずに実現できるの
で、耐熱性の低い基板に対しても良質な膜構造を有する
カーボン薄膜、シリコン薄膜を密着性良く形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の一実施例を示す薄膜形成装置の概略
的構成図である。

【図２】請求項２の一実施例を示す薄膜形成装置の概略
的構成図である。

【図３】水素原子供給手段の一例を示す図である。

【図４】請求項３の一実施例を示す薄膜形成装置の概略
的構成図である。

【符号の説明】

１・・・成膜用真空槽 １Ａ・・・排気孔 ３・・・酸素ガス供給手段 ４・・・不活性ガス導入手段 ５・・・水素ガス供給手段 １０・・・材料供給部 １０ａ・・・小孔ノズル １０ｂ・・・ヒーター １１・・・フィラメント １２・・・グリッド １３・・・基板ホルダーもしくは対電極 １３’・・・基板ヒーター １４・・・水素ガス供給部 １４’・・・酸素ガス供給口 １５・・・水素原子供給部 １６・・・石英窓 １７・・・レーザ光源 ２０・・・材料供給路 ２１ａ，２１ｂ，２２，２３・・・支持体兼用の電極 ３１・・・フィラメント用電源 ３２・・・直流電圧電源 １００・・・被薄膜形成基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カーボン薄膜、シリコン薄膜形成用の薄膜
   形成装置であって、 薄膜形成材料、水素ガス、及び酸素ガスが導入される成
   膜用真空槽と、 上記真空槽内に配置され被薄膜形成基板を保持する基板
   ホルダーと、 上記被薄膜形成基板を加熱する手段と、 被薄膜形成基板に薄膜形成材料を供給する手段と、 上記真空槽内に酸素ガスを微量に供給する手段と、 被薄膜形成基板近傍に水素ガスを供給する手段と、 被薄膜形成基板表面あるいは近傍にレーザ光を照射する
   手段とを有し、 薄膜形成材料の分解反応に寄与する原子状水素を基板表
   面で生成し、高濃度に維持して成膜が行なえるような装
   置構成及び手段がとられたことを特徴とする薄膜形成装
   置。
2. 【請求項２】カーボン薄膜、シリコン薄膜形成用の薄膜
   形成装置であって、 薄膜形成材料が導入される成膜用真空槽と、 上記真空槽内に配備され被薄膜形成基板を保持する基板
   ホルダーと、 上記被薄膜形成基板を加熱する手段と、 被薄膜形成基板に薄膜形成材料を供給する手段と、 上記真空槽内に配備され、水素ガス及び微量の酸素ガス
   が成膜用真空槽に対し高い圧力で導入され、ノズル状を
   有する噴射孔から原子状水素等を放出する水素原子供給
   部と、 上記水素原子供給部内にレーザ光を照射する手段とを有
   し、 薄膜形成材料の分解反応に寄与する原子状水素等を水素
   原子供給部内で生成し、基板表面に高濃度に供給、維持
   して成膜が行なえるような装置構成及び手段がとられた
   ことを特徴とする薄膜形成装置。
3. 【請求項３】カーボン薄膜、シリコン薄膜形成用の薄膜
   形成装置であって、 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成膜用真空槽と、 上記真空槽内に配備され、材料供給路より真空槽内に供
   給される蒸気又は霧状とした薄膜形成材料を方向性良く
   且つ均一に基板に向けて噴射することができる材料供給
   部と、 上記真空槽内において上記材料供給部と対向するように
   配備され、被薄膜形成基板を保持する対電極と、 上記被薄膜形成基板を加熱する手段と、 上記真空槽内において上記材料供給部と上記対電極の間
   に配備され、薄膜形成材料を通過させ得るグリッドと、 上記真空槽内において上記グリッドと上記材料供給部の
   間に配備される熱電子発生用のフィラメントと、 上記真空槽内に配備され、水素ガス及び微量の酸素ガス
   が上記真空槽に対し高い圧力で供給され、ノズル状を有
   する噴射孔から原子状水素等を放出する水素原子供給部
   と、 上記水素原子供給部内にレーザ光を照射する手段と、 上記フィラメントに対し上記グリッドを正電位にする電
   位手段と、 上記真空槽内に所定の電位配分を実現するための電源手
   段と、 上記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、 薄膜形成材料の分解反応に寄与する原子状水素等を水素
   原子供給部内で生成し、基板表面に高濃度に供給、維持
   して成膜が行なえるような装置構成及び手段がとられた
   ことを特徴とする薄膜形成装置。