JPH073457A - シリコン膜の内部応力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基体上に機能性膜を形成するにあたり、それ
ら相互の密着力を向上させるためにそれらの中間層とし
て採用される、或いは他の目的で採用されるシリコン膜
であって、その採用目的に適ったように内部応力が制御
されたシリコン膜を形成できるようにシリコン膜内部応
力を制御する。 【構成】 基体Ｓへのシリコン３ａの蒸着と不活性ガス
イオン４ａの照射を併用し、その際、基体Ｓに対する不
活性ガスイオン照射エネルギーを制御することにより、
形成されるシリコン膜の内部応力を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は基体上に形成されるシリ
コン膜の内部応力を制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】基体上へのシリコン膜の形成は種々の目
的をもって行われる。例えば切削工具、金型、磁気ヘッ
ド或いは各種摺動部品といった耐摩耗性が要求される物
品については、それらの基体上に耐摩耗性等の機能を持
つ機能性膜、例えば窒化チタン膜、窒化ホウ素膜等を形
成することが従来から知られている。これら機能性膜は
種々の方法によって形成されるが、基体上に直接形成し
たのでは、基体と機能性膜との格子定数の不一致（界面
の整合性の悪さ）、熱膨張係数の不一致等による界面で
の剥離等の不都合が生じ易い。そのため、これらの不一
致を少しでも解消し、基体と機能性膜相互の密着力を向
上させるために、該機能性膜を中間層を介在させて形成
することも行われている。かかる中間層としてシリコン
膜が採用されることがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
中間層を採用する場合でも、基体の成膜される表面部分
にそれまでの切削加工、研磨加工等、種々の原因で発生
している内部応力と、中間層の内部応力の違い、中間層
と目的とする機能性膜の内部応力の違いから、基体と中
間層の界面及び（又は）中間層と機能性膜との界面に、
それら相互の強固な密着を妨げる力が作用するという問
題があり、それら相互に充分な密着力が得られるとは言
い難い。

【０００４】そこで本発明は、基体上に機能性膜を形成
するにあたり、それら相互の密着力を向上させるために
それらの中間層として採用される、或いは他の目的で採
用されるシリコン膜であって、その採用目的に適ったよ
うに内部応力が制御されたシリコン膜を形成するための
シリコン膜の内部応力制御方法を提供することを課題と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決するため研究を重ねた結果、次の事を見出した。すな
わち、基体へのシリコン蒸着と不活性ガスイオンの照射
を併用する手法でシリコン膜を形成する場合、該基体に
照射される不活性ガスインオのエネルギーが、形成され
るシリコン膜の内部応力を左右するという事実である。

【０００６】本発明はこの知見に基づくもので、基体表
面へのシリコンの蒸着と不活性ガスイオンの照射を併用
する手法によって該基体上にシリコン膜を形成するにあ
たり、前記不活性ガスイオンの照射エネルギーを制御す
ることでシリコン膜の内部応力を制御することを特徴と
するシリコン膜の内部応力制御方法を提供するものであ
る。不活性ガスイオン照射の併用は、シリコン蒸着と同
時のほか、シリコン蒸着と交互の照射、或いは該蒸着後
の照射も考えられる。

【０００７】前記不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオ
ン、アルゴン、クリプトン、キセノン等を例示できる。
なお、シリコン膜の内部応力の制御にあたっては、前記
不活性ガスイオンの照射エネルギーの制御のほか、さら
に、輸送比＝（基体に到達するシリコン原子の数）／
（基体に到達する不活性ガスイオンの数）を制御するこ
とも考えられる。

【０００８】

【作用】本発明方法によると、基体にシリコンを蒸着さ
せると同時、交互又は該蒸着後に不活性ガスイオンを照
射する膜形成操作が実施され、該操作において基体に対
する不活性ガスイオンの照射エネルギーが、所望のシリ
コン膜内部応力が得られるように制御される。この場
合、該エネルギーが小さいほど大きな圧縮応力を示し、
該エネルギーが大きくなるに従って圧縮応力が小さくな
り、さらにエネルギーを大きくすると引張り応力を示
す。

【０００９】かくして、シリコン膜の用途乃至採用目的
に適った内部応力状態のシリコン膜が形成される。

【００１０】

【実施例】本発明方法の実施例をそれに用いる成膜装置
例とともに説明する。図１は該成膜装置の概略構成を示
している。この装置は、成膜用の真空容器１を備え、そ
の中に板状の基体Ｓを支持するホルダー２、これに対向
する蒸発源３及びイオン源４を配置してある。また、容
器１にはこの中を成膜真空度に維持するための真空排気
装置７を接続してある。蒸発源３の上方、且つ、ホルダ
ー２の近傍には基体Ｓへのシリコン蒸着量及び蒸着速度
を測定する膜厚モニター５を設置してあり、イオン源４
に臨むホルダー２の近傍には不活性ガスイオンの照射量
を計測するイオン電流モニター６を設置してある。

【００１１】蒸発源３は電子ビーム加熱によるもので、
内部にはシリコン蒸発源物質３ｂを収容してある。な
お、蒸発源３は電子ビーム加熱によるものに限定される
ことはなく、抵抗加熱でシリコンを蒸発させるもの等、
種々のタイプのものを使用できる。イオン源４は本例で
はバケット型イオン源であるが、このほかカウフマン型
等、他のタイプのものを採用することもできる。

【００１２】以上の装置を用いる本発明の実施例は次の
とおりである。まず、いずれの場合も基体Ｓとしてシリ
コンウェハを採用し、これをホルダー２に取り付ける。
その後、排気装置７を運転し、容器内を一旦１×１０^-6
Ｔｏｒｒ以下としたのち、容器内が５．０×１０^-5Ｔｏ
ｒｒとなるようにイオン源４にアルゴンガスを導入し、
蒸発源３からシリコン３ａを蒸発させて基体Ｓに蒸着さ
せるとともに該基体にイオン源４からアルゴンイオン４
ａを照射した。そしていずれの場合も輸送比＝（基体Ｓ
へ到達するシリコン原子の数）／（基体Ｓに到達するア
ルゴンイオンの数）は一定（７．５）としたが、アルゴ
ンイオン照射エネルギーは０．５ＫｅＶ、２ＫｅＶ、１
０ＫｅＶと６通りに変化させ、それぞれについて厚さ１
μｍのシリコン膜を形成した。

【００１３】成膜前後の基板の反りの変化を段差計（米
国TENCER INSTRUMENTS社製ALPHA-STEP200)で測定し、内
部応力を評価したところ、図２に示す結果を得た。 な
お、この評価においては、アルゴンガスイオン照射エネ
ルギー０．５ＫｅＶ、２ＫｅＶ、１０ＫｅＶにおける各
膜の測定時において５回の測定を行い、図２には、その
測定値の最大値と最小値の振れ幅を縦の線で示し、その
平均値を○印で示した。

【００１４】図２から分かるように、アルゴンガスイオ
ン照射エネルギーが０．５ＫｅＶでは４×１０⁹ ｄｙｎ
／ｃｍ² 程度の圧縮応力を呈するのに対し、エネルギー
を２ＫｅＶにすると５×１０⁸ ｄｙｎ／ｃｍ² 程度の圧
縮応力となり、さらにエネルギーを上げて１０ＫｅＶに
すると、１．７×１０⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² 程度の引張り応
力を示すようになる。このように不活性ガスイオン照射
エネルギーを制御することで、シリコン膜内部応力を制
御できることが分かる。

【００１５】なお、本発明方法において、シリコンの蒸
着には、前記実施例における蒸発源によるものだけでな
く、例えばスパッタリング法による蒸着等も採用でき
る。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明方法による
と、基体上に機能性膜を形成するにあたり、それら相互
の密着力を向上させるためにそれらの中間層として採用
される、或いは他の目的で採用されるシリコン膜であっ
て、その採用目的に適ったように内部応力が制御された
シリコン膜を形成できるようにシリコン膜の内部応力を
制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施例に用いる成膜装置の概略構
成を示す図である。

【図２】本発明方法を実施して得られたシリコン膜にお
ける内部応力と成膜時の不活性ガスイオン照射エネルギ
ーとの関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ ホルダー ３ 蒸発源 ３ａ シリコン ３ｂ シリコン蒸発源物質 ４ イオン源 ４ａ アルゴンイオン ５ 膜厚モニター ６ イオン電流モニター ７ 排気装置

フロントページの続き (72)発明者 西山 哲 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内 (72)発明者 江部 明憲 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体表面へのシリコンの蒸着と不活性ガ
   スイオンの照射を併用する手法によって該基体上にシリ
   コン膜を形成するにあたり、前記不活性ガスイオンの照
   射エネルギーを制御することでシリコン膜の内部応力を
   制御することを特徴とするシリコン膜の内部応力制御方
   法。