JPH07100866B2 - 薄膜形成装置 - Google Patents
薄膜形成装置Info
- Publication number
- JPH07100866B2 JPH07100866B2 JP8116186A JP8116186A JPH07100866B2 JP H07100866 B2 JPH07100866 B2 JP H07100866B2 JP 8116186 A JP8116186 A JP 8116186A JP 8116186 A JP8116186 A JP 8116186A JP H07100866 B2 JPH07100866 B2 JP H07100866B2
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- Japan
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- thin film
- electron beam
- film forming
- gas
- reactive gas
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は反応性ガスを利用して薄膜を形成する薄膜形
成装置に関するものである。
成装置に関するものである。
近年における半導体工業の発展に伴い各種の製造方法の
開発がなされている。
開発がなされている。
このうちで一般的にCVD法と呼ばれているものがある
が、このCVD法は、主として高温空間（基板を含めて）
あるいは活性化された空間における化学反応を利用して
薄膜を形成する方法である。
が、このCVD法は、主として高温空間（基板を含めて）
あるいは活性化された空間における化学反応を利用して
薄膜を形成する方法である。
具体的には、例えば、シリコン、窒化シリコンあるいは
二酸化シリコンの多結晶質の製造の際についてみると、
一例として第２図に示したものがソリツド・ステート・
テクノロジー（Solid State Tech.,April,63（1077））
に示されているホツト・ウオール（hot−wall）形の減
圧CVD装置の概念図である。
二酸化シリコンの多結晶質の製造の際についてみると、
一例として第２図に示したものがソリツド・ステート・
テクノロジー（Solid State Tech.,April,63（1077））
に示されているホツト・ウオール（hot−wall）形の減
圧CVD装置の概念図である。
この場合の装置において、（１）は石英反応管、（２）
はヒーター、（３）は基板、（４）はガスボンベ、
（５）および（６）はガス流量調整バルブ、（７）は冷
却トラツプ、（８）はロータリーポンプである。
はヒーター、（３）は基板、（４）はガスボンベ、
（５）および（６）はガス流量調整バルブ、（７）は冷
却トラツプ、（８）はロータリーポンプである。
このような構成からなる減圧CVD装置を実際に運転する
ときには、先ず、ロータリーポンプ（８）を稼動させて
ガス流量調整バルブ（５）および（６）を調整し、石英
反応管（１）に例えばエチレンガスのような反応性ガス
およびアルゴン、水素などのキヤリアガスを導入しなが
ら、石英反応管（１）内を0.1〜10Torr程度に減圧す
る。
ときには、先ず、ロータリーポンプ（８）を稼動させて
ガス流量調整バルブ（５）および（６）を調整し、石英
反応管（１）に例えばエチレンガスのような反応性ガス
およびアルゴン、水素などのキヤリアガスを導入しなが
ら、石英反応管（１）内を0.1〜10Torr程度に減圧す
る。
次に、ヒーター（２）により基板（３）を1000℃以上の
高温に加熱して、基板上で反応ガスを分解、還元あるい
は置換などの化学反応を行わせる（例えば、C2H2→2C＋
2H2）と共に、この結果遊離して生成した炭素を基板上
に堆積させ薄膜（例えば、グラフアイト膜）を形成させ
ようとするものである。
高温に加熱して、基板上で反応ガスを分解、還元あるい
は置換などの化学反応を行わせる（例えば、C2H2→2C＋
2H2）と共に、この結果遊離して生成した炭素を基板上
に堆積させ薄膜（例えば、グラフアイト膜）を形成させ
ようとするものである。
従来から使用されているCVD装置は、上のように構成さ
れていることから、高温度の雰囲気中の化学反応による
薄膜生成過程を含むため、例えば、磁気デイスク上に形
成されている磁性媒体の上層にカーボン潤滑膜を形成す
る場合、高温で処理しなければならないので、先に形成
されている磁性媒体が破壊されるという問題点があっ
た。
れていることから、高温度の雰囲気中の化学反応による
薄膜生成過程を含むため、例えば、磁気デイスク上に形
成されている磁性媒体の上層にカーボン潤滑膜を形成す
る場合、高温で処理しなければならないので、先に形成
されている磁性媒体が破壊されるという問題点があっ
た。
この発明は、前述のような問題点を解消するために種々
検討の結果完成したものであつて、真空槽と内部槽を有
し、この内部槽の内側に気体噴射用ノズルを備えると共
に、このノズルから噴出した反応性ガスの通路に相当す
る部分の内部槽壁を欠切し、かつその反応性ガスの噴出
方向に当たる真空槽内に基板を配設し、一方、内部槽内
の反応性ガス通路方向に電子ビーム引き出し電極および
電子ビーム放出電極を設け、かつ内部槽における反応性
ガス通路と前記壁面の欠切部に加速電極を備えることに
よって、反応性ガスを利用して高性能の薄膜が効率よく
生成できる薄膜形成装置に関するものである。
検討の結果完成したものであつて、真空槽と内部槽を有
し、この内部槽の内側に気体噴射用ノズルを備えると共
に、このノズルから噴出した反応性ガスの通路に相当す
る部分の内部槽壁を欠切し、かつその反応性ガスの噴出
方向に当たる真空槽内に基板を配設し、一方、内部槽内
の反応性ガス通路方向に電子ビーム引き出し電極および
電子ビーム放出電極を設け、かつ内部槽における反応性
ガス通路と前記壁面の欠切部に加速電極を備えることに
よって、反応性ガスを利用して高性能の薄膜が効率よく
生成できる薄膜形成装置に関するものである。
この発明に係る薄膜形成装置は、内部槽内で噴出してい
る反応性ガスに電子ビームを照射することにより、反応
性ガスを解離および励起と一部イオン化して反応を促進
させ、遊離した元素を基板上に蒸着させるものである。
る反応性ガスに電子ビームを照射することにより、反応
性ガスを解離および励起と一部イオン化して反応を促進
させ、遊離した元素を基板上に蒸着させるものである。
この薄膜形成装置は、電子ビーム照射によつて反応性ガ
スを効率よく解離もしくは反応させることができるばか
りでなく、電子ビーム照射によつて生成されるイオン量
を制御することによるため高性能の薄膜を形成すること
ができるのである。
スを効率よく解離もしくは反応させることができるばか
りでなく、電子ビーム照射によつて生成されるイオン量
を制御することによるため高性能の薄膜を形成すること
ができるのである。
実際には、反応性ガスの励起、解離もしくはイオン化
は、主として内部槽および内部槽からでた領域の反応性
ガスが混在するなかで起こつており、従つて遊離した元
素の発生と基板上への堆積が好都合に行われるのであ
る。
は、主として内部槽および内部槽からでた領域の反応性
ガスが混在するなかで起こつており、従つて遊離した元
素の発生と基板上への堆積が好都合に行われるのであ
る。
以下、この発明の一実施例を図面によつて説明する。第
１図は、本発明に従つて構成した薄膜形成装置の一例で
あり、（11）は真空槽、（12）は該真空槽を高真空に保
つ排気系、（13）は排気バルブ、（14）は反応性ガスボ
ンベ、（15）はガス流量調整バルブ、（16）はガス噴射
ノズル、（17）はタングステンワイヤからなる電子ビー
ム引き出し電極、（18）はフイラメントとからなる電子
ビーム放出手段、（19）および（20）は加速電極、（2
1）は装置全体を囲繞する内部槽、（22）は薄膜が形成
される基板、（23）はフイラメントを加熱する交流電
源、（24）は電子ビーム引き出し電極（17）をフイラメ
ント（18）に対して正の電位に保つ第１の直流電源、
（25）は加速電極（19）、（20）間に電圧を印加する第
２の直流電源、（26）は噴射ガス、（27）は反応性ガス
の励起および電離領域である。
１図は、本発明に従つて構成した薄膜形成装置の一例で
あり、（11）は真空槽、（12）は該真空槽を高真空に保
つ排気系、（13）は排気バルブ、（14）は反応性ガスボ
ンベ、（15）はガス流量調整バルブ、（16）はガス噴射
ノズル、（17）はタングステンワイヤからなる電子ビー
ム引き出し電極、（18）はフイラメントとからなる電子
ビーム放出手段、（19）および（20）は加速電極、（2
1）は装置全体を囲繞する内部槽、（22）は薄膜が形成
される基板、（23）はフイラメントを加熱する交流電
源、（24）は電子ビーム引き出し電極（17）をフイラメ
ント（18）に対して正の電位に保つ第１の直流電源、
（25）は加速電極（19）、（20）間に電圧を印加する第
２の直流電源、（26）は噴射ガス、（27）は反応性ガス
の励起および電離領域である。
次に、この装置の作用効果について説明する。
一例として、エチレン（C2H4）ガスを反応性ガスとして
用い、C2H4→2C＋2H2の反応を起こさせて、グラフアイ
ト膜もしくはダイヤモンド膜を形成する場合について説
明する。
用い、C2H4→2C＋2H2の反応を起こさせて、グラフアイ
ト膜もしくはダイヤモンド膜を形成する場合について説
明する。
先ず、排気系（12）によつて高真空に保たれている真空
槽（11）内の内部槽中に、ガスボンベ（14）からのライ
ンに設けている流量調整バルブ（15）を調整することに
より流量が調節された反応性ガス（26）を噴射ノズル
（16）より導入し、真空槽（11）内のガス圧を10-4〜10
-3Torr程度になるように調整する。
槽（11）内の内部槽中に、ガスボンベ（14）からのライ
ンに設けている流量調整バルブ（15）を調整することに
より流量が調節された反応性ガス（26）を噴射ノズル
（16）より導入し、真空槽（11）内のガス圧を10-4〜10
-3Torr程度になるように調整する。
一方、交流電源（23）により2000℃程度に加熱されてい
る電子ビーム放出手段（18）から、噴射ノズル（16）上
面に配設されている電子ビーム引き出し電極（17）に電
子ビームが放出するように第１の直流電源（24）によつ
て10〜100V程度の電圧を印加し、１〜5A程度の電子ビー
ムを放出させるのである。
る電子ビーム放出手段（18）から、噴射ノズル（16）上
面に配設されている電子ビーム引き出し電極（17）に電
子ビームが放出するように第１の直流電源（24）によつ
て10〜100V程度の電圧を印加し、１〜5A程度の電子ビー
ムを放出させるのである。
電子ビーム引き出し電極（17）は、電子ビームによつて
加熱されるため、この電子ビーム引き出し電極（17）近
傍を通過する反応性ガス（26）を活性化する効果を有す
る。
加熱されるため、この電子ビーム引き出し電極（17）近
傍を通過する反応性ガス（26）を活性化する効果を有す
る。
加熱された電子ビーム引き出し電極（17）および前述の
電子ビームによつて反応性ガスであるエチレンは、C2H4
→2C＋2H2の反応を行つて解離し、また、この反応によ
り形成した遊離の炭素および水素の一部は、電子ビーム
と衝突して励起され、また一部イオン化されるのであ
る。
電子ビームによつて反応性ガスであるエチレンは、C2H4
→2C＋2H2の反応を行つて解離し、また、この反応によ
り形成した遊離の炭素および水素の一部は、電子ビーム
と衝突して励起され、また一部イオン化されるのであ
る。
内部槽（21）のガス圧は、真空槽内より高いガス圧に保
たれているため、電子ビームを照射した時には、反応性
ガスの解離反応が促進されるのである。
たれているため、電子ビームを照射した時には、反応性
ガスの解離反応が促進されるのである。
一方、加速電極（19）および（20）間に第２の直流電源
によつて０〜数kV程度の電圧を印加すると、上述のイオ
ンは、加速されて基板に到達するため、このときの加速
電圧を変えることによつて、基板に入射する炭素イオン
もしくは水素イオンの運動エネルギーをコントロールす
ることが可能であり、これにより、基板上に形成させる
カーボン膜の膜質をグラフアイトからアモルフアスカー
ボン、Ｉカーボン膜、そしてさらにはダイヤモンド膜に
まで制御することができる。
によつて０〜数kV程度の電圧を印加すると、上述のイオ
ンは、加速されて基板に到達するため、このときの加速
電圧を変えることによつて、基板に入射する炭素イオン
もしくは水素イオンの運動エネルギーをコントロールす
ることが可能であり、これにより、基板上に形成させる
カーボン膜の膜質をグラフアイトからアモルフアスカー
ボン、Ｉカーボン膜、そしてさらにはダイヤモンド膜に
まで制御することができる。
上述の実施例では、炭化水素系のガスを解離してカーボ
ン膜を形成する場合について説明したが、反応性ガスと
して炭化水素系のガスとは別にシランガスと窒素元素を
含むガス、例えば、SiH4＋NH3の組合せあるいはシラン
ガスと酸素元素を含むガス、例えば、SiH4＋N2Oの組合
せなどを用いて実施すればSiN薄膜、もしくはSiO2薄膜
などを形成することができるのはいうまでもない。
ン膜を形成する場合について説明したが、反応性ガスと
して炭化水素系のガスとは別にシランガスと窒素元素を
含むガス、例えば、SiH4＋NH3の組合せあるいはシラン
ガスと酸素元素を含むガス、例えば、SiH4＋N2Oの組合
せなどを用いて実施すればSiN薄膜、もしくはSiO2薄膜
などを形成することができるのはいうまでもない。
なお、上記実施例では、電子ビーム引き出し電極に10〜
100vの電圧を印加し、１〜5Aの電子ビームを放出させる
ことについて説明したが、印加電圧を100v以上としたと
きも同様の効果が期待できる。
100vの電圧を印加し、１〜5Aの電子ビームを放出させる
ことについて説明したが、印加電圧を100v以上としたと
きも同様の効果が期待できる。
以上のように、この発明によれば電子ビーム照射とイオ
ンビーム加速手段を併用したため、 （１）反応性ガスを効率よく解離でき、高い蒸着速度が
得られる、 （２）加速電圧を変えることによつて薄膜の膜質をコン
トロールでき高性能の薄膜が得られる、 （３）従来のCVD装置に比較して低温度で薄膜を形成す
ることが可能である、 という効果を享受することができる。
ンビーム加速手段を併用したため、 （１）反応性ガスを効率よく解離でき、高い蒸着速度が
得られる、 （２）加速電圧を変えることによつて薄膜の膜質をコン
トロールでき高性能の薄膜が得られる、 （３）従来のCVD装置に比較して低温度で薄膜を形成す
ることが可能である、 という効果を享受することができる。
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図は従来の薄膜形成装置を示す断面図
である。 （１）…反応管、（２）…ヒーター、（３）…基板、
（４）…ガスボンベ、（８）…ロータリポンプ、（11）
…真空槽、（12）…排気系、（14）…ガスボンベ、（1
6）…噴射ノズル、（17）…電子ビーム引き出し電極、
（18）…電子ビーム放出手段、（19）、（20）…加速電
極、（21）…内部槽、（22）…基板、（24）…第１の直
流電源、（25）…第２の直流電源、（26）…噴射ガス、
（27）…反応性ガスの励起および電離領域。
断面側面図、第２図は従来の薄膜形成装置を示す断面図
である。 （１）…反応管、（２）…ヒーター、（３）…基板、
（４）…ガスボンベ、（８）…ロータリポンプ、（11）
…真空槽、（12）…排気系、（14）…ガスボンベ、（1
6）…噴射ノズル、（17）…電子ビーム引き出し電極、
（18）…電子ビーム放出手段、（19）、（20）…加速電
極、（21）…内部槽、（22）…基板、（24）…第１の直
流電源、（25）…第２の直流電源、（26）…噴射ガス、
（27）…反応性ガスの励起および電離領域。
Claims (4)
- 【請求項１】真空槽と内部槽を有し、この内部槽の内側
に気体噴射用ノズルを備えると共に、このノズルから噴
出した反応性ガスの通路に相当する部分の内部槽壁を欠
切し、かつその反応性ガスの噴出方向に当たる真空槽内
に基板を配設し、一方、内部槽内の反応性ガス通路方向
に電子ビーム引き出し電極および電子ビーム放出手段を
設け、かつ内部槽における反応性ガス通路と前記壁面の
欠切部に加速電極を備えた薄膜形成装置。 - 【請求項２】真空槽内のガス圧を約10-4〜10-3Torrに調
節する特許請求の範囲第１項に記載の薄膜形成装置。 - 【請求項３】電子ビーム引き出し電極はタングステンワ
イヤとし、直流電流によりおよそ10〜100Vの電圧を印加
するようにした特許請求の範囲第１項に記載の薄膜形成
装置。 - 【請求項４】電子ビーム放出手段はフイラメントとし、
交流電流を供給し2000℃程度に加熱するようにした特許
請求の範囲第１項に記載の薄膜形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8116186A JPH07100866B2 (ja) | 1986-04-10 | 1986-04-10 | 薄膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8116186A JPH07100866B2 (ja) | 1986-04-10 | 1986-04-10 | 薄膜形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62238364A JPS62238364A (ja) | 1987-10-19 |
| JPH07100866B2 true JPH07100866B2 (ja) | 1995-11-01 |
Family
ID=13738724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8116186A Expired - Lifetime JPH07100866B2 (ja) | 1986-04-10 | 1986-04-10 | 薄膜形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07100866B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5192393A (en) * | 1989-05-24 | 1993-03-09 | Hitachi, Ltd. | Method for growing thin film by beam deposition and apparatus for practicing the same |
-
1986
- 1986-04-10 JP JP8116186A patent/JPH07100866B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62238364A (ja) | 1987-10-19 |
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