JPH0849072A - Formation of thin film and device therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリングとプラ
ズマ励起を併用した薄膜形成方法及びその装置に関する
もので、特に高硬度で化学的に安定なCNx やBNx 等
の合成において、化学量論比に近い薄膜や、微細組織、
結晶相を制御した薄膜の形成が可能な成膜方法及びその
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film forming method and apparatus using both sputtering and plasma excitation, and particularly stoichiometry in the synthesis of CN x , BN x and the like having high hardness and chemical stability. Thin film close to the ratio, fine structure,
The present invention relates to a film forming method capable of forming a thin film having a controlled crystal phase and an apparatus thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】β−C3 N4 は、ダイヤモンドより高い
硬度を有すると理論的に予想されている材料である。Β-C 3 N 4 is a material which is theoretically expected to have a higher hardness than diamond.
【0003】一方、ダイヤモンドライクカーボンは、低
温で成膜が可能で、高硬度であり、摺動特性に優れるこ
とから、磁気テープや磁気ディスクの表面コーティング
に応用されている。しかし、最近では、内部応力の低下
や、構造の安定化のため、Nを含んだアモルファスCN
x の成膜研究が行われている。On the other hand, diamond-like carbon is applicable to the surface coating of magnetic tapes and magnetic disks because it can be formed into a film at a low temperature, has high hardness, and has excellent sliding characteristics. However, recently, in order to reduce internal stress and stabilize the structure, amorphous CN containing N is used.
x film formation studies are underway.
【0004】従来、β−C3 N4 やアモルファスCNx
の成膜に用いられている代表的な成膜技術としては、平
行な平板型電極によるDCや高周波によりプラズマを形
成するスパッタリング装置を用いた方法が挙げられる。Conventionally, β-C 3 N 4 and amorphous CN x
As a typical film forming technique used for forming the film, there is a method using a sputtering device for forming plasma by DC or high frequency by parallel plate electrodes.
【0005】上記平行な平板電極によるスパッタリング
装置は、図2に示されるように、真空容器101内に設
けられた一対の平行な平板電極102,104のうち一
方の電極104をグランド電位とし、他方の電極102
にDC又は高周波の電源105を接続すると共に、放電
ガス(N2 +Ar)を導入して放電を行うことにより、
平板電極102,104間にプラズマを形成するもので
ある。上記電極102には、背部にマグネットを配置
し、マグネトロン放電により高いプラズマを形成させる
場合もある。電極102に取り付けられたグラファイト
製のターゲット103に負の電位が印加されることによ
って、グラファイトがスパッタリングされると同時に、
プラズマ励起されたNイオン・ラジカルと反応し、基板
106上に薄膜が形成される。As shown in FIG. 2, the sputtering apparatus using the parallel flat plate electrodes described above has one electrode 104 of a pair of parallel flat plate electrodes 102, 104 provided in the vacuum chamber 101 set at the ground potential, and the other of them. Electrode 102
By connecting a DC or high-frequency power source 105 to the battery and introducing a discharge gas (N 2 + Ar) to perform discharge,
Plasma is formed between the plate electrodes 102 and 104. A magnet may be arranged on the back of the electrode 102 to form high plasma by magnetron discharge. At the same time as the graphite is sputtered by applying a negative potential to the graphite target 103 attached to the electrode 102,
The thin film is formed on the substrate 106 by reacting with plasma-excited N ions / radicals.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のスパッタリング法では、単一のプラズマ中でスパッ
タリングとスパッタリングされたC粒子の窒化及び成膜
が行われるため、次のような問題を生じている。However, in the above-mentioned conventional sputtering method, since the sputtering and the nitriding and film formation of the sputtered C particles are performed in a single plasma, the following problems occur. .
【0007】即ち、形成されるプラズマ密度とターゲッ
ト103のバイアス電圧を独立に制御することができな
いことから、スパッタリングされるC粒子の供給量とN
イオン・ラジカルの供給量を別々に変化させることが不
可能である。That is, since the plasma density to be formed and the bias voltage of the target 103 cannot be controlled independently, the supply amount of C particles to be sputtered and N are sputtered.
It is impossible to change the supply amount of ions and radicals separately.
【0008】一般に、C粒子の供給量に対してNイオン
・ラジカルの供給量が不足するため、β−C3 N4 の化
学量論比に近い薄膜や機能発現に充分な量のNを含んだ
アモルファスCNx 薄膜を形成することが困難であり、
また微細組織、結晶相の制御性に限界がある。Generally, the supply amount of N ions / radicals is insufficient with respect to the supply amount of C particles, so that a thin film close to the stoichiometric ratio of β-C 3 N 4 and a sufficient amount of N for function expression are contained. It is difficult to form an amorphous CN x thin film,
Further, there is a limit to the controllability of the fine structure and crystal phase.
【0009】また、ターゲット103にホウ素及びBN
を用いることによって、BNx 薄膜を形成することが可
能であるが、上記と同様な問題を生じている。Further, boron and BN are used as the target 103.
Although it is possible to form a BN x thin film by using, the same problem as described above occurs.
【0010】本発明は、上記問題点を解決するものであ
り、スパッタリングを利用し、しかもCNx やBNx 等
の成膜において、β−C3 N4 や立方晶BNの化学量論
比に近い薄膜や機能の発現に充分な量のNを含んだアモ
ルファスCNx やアモルファスBNx の形成や、微細組
織、結晶相の制御を行えるようにすることを目的とす
る。The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and utilizes sputtering to form stoichiometric ratios of β-C 3 N 4 and cubic BN in the formation of films such as CN x and BN x. An object of the present invention is to enable formation of an amorphous CN x or an amorphous BN x containing a sufficient amount of N, which is close to a thin film, or expression of a function, and control of a fine structure and a crystalline phase.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】このために本発明で講じ
られた手段を図1で説明すると、請求項1の発明では、
高周波又はDCプラズマによりターゲット1からスパッ
タリングした粒子を基板2付近の析出場に供給すると共
に、別途プラズマ励起した反応性ガスを析出場に供給
し、両者を合流させて基板2面への成膜を行うこととし
ているものである。Means for solving the problem will be described with reference to FIG. 1. In the invention of claim 1,
Particles sputtered from the target 1 by high frequency or DC plasma are supplied to the precipitation field near the substrate 2, and a reactive gas that is separately plasma-excited is supplied to the precipitation field, and both are merged to form a film on the surface of the substrate 2. This is what you are going to do.
【0012】また、請求項6の発明では、一実施例に係
る図1に示されるように、高周波又はDCプラズマによ
りターゲット1からスパッタリングした粒子を、真空容
器3内の基板ホルダー4にセットされた基板2付近に供
給するスパッタ装置5と、プラズマ励起した反応ガスを
基板2付近に供給するプラズマ装置6とを有する薄膜形
成装置としているものである。Further, in the invention of claim 6, as shown in FIG. 1 according to one embodiment, particles sputtered from the target 1 by high frequency or DC plasma are set on the substrate holder 4 in the vacuum container 3. The thin film forming apparatus has a sputtering device 5 for supplying the vicinity of the substrate 2 and a plasma device 6 for supplying a plasma-excited reaction gas near the substrate 2.
【0013】[0013]
【実施例及び作用】図1に基づいて、請求項6の発明の
一実施例を説明すると共に、請求項1の発明を更に説明
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the invention of claim 6 will be described with reference to FIG. 1, and the invention of claim 1 will be further described.
【0014】図1において、3は圧力調整器21を介し
て排気装置7が接続された真空容器である。In FIG. 1, reference numeral 3 is a vacuum container to which an exhaust device 7 is connected via a pressure regulator 21.
【0015】この真空容器3内には、成膜すべき基板2
をセットする基板ホルダー4が設けられている。In the vacuum container 3, the substrate 2 on which a film is to be formed is formed.
A substrate holder 4 for setting is set.
【0016】上記基板ホルダー4にはヒーター8を設け
ておき、成膜時の基板2の温度を制御できるようにして
おくことが好ましい。9は、このヒーター8による加熱
を制御するための温度制御器である。A heater 8 is preferably provided on the substrate holder 4 so that the temperature of the substrate 2 during film formation can be controlled. Reference numeral 9 is a temperature controller for controlling heating by the heater 8.
【0017】真空容器3には、スパッタリング装置5
と、反応ガス励起用のプラズマ装置6が、夫々基板2付
近の析出場に向けて設けられている。The vacuum chamber 3 includes a sputtering device 5
A plasma device 6 for exciting the reactive gas is provided toward the deposition field near the substrate 2, respectively.
【0018】図中右側がスパッタリング装置5で、図示
されるスパッタリング装置5は、高周波電極10の背面
側に、高周波の効率を改善して高密度のプラズマ形成を
行わせるために磁石11を設けたマグネトロン型のスパ
ッタリング装置5である。高周波電極10の前面にはタ
ーゲット1が取り付けられており、またターゲット1の
前方には、ターゲット1の前方で安定なプラズマ形成を
行うための中間電極12が設けられている。The sputtering device 5 is shown on the right side of the drawing. In the illustrated sputtering device 5, a magnet 11 is provided on the back side of the high frequency electrode 10 in order to improve high frequency efficiency and form high density plasma. It is a magnetron type sputtering apparatus 5. A target 1 is attached to the front surface of the high-frequency electrode 10, and an intermediate electrode 12 for forming stable plasma in front of the target 1 is provided in front of the target 1.
【0019】真空容器3と中間電極12はグランド電位
に接続されており、スパッタリング用ガスをターゲット
1付近に導入し、高周波電源(通常整合器を含む)13
から高周波電極10の高周波を印加することによって、
ターゲット1付近にプラズマが形成され、その表面に負
のバイアス電圧が生じる。The vacuum chamber 3 and the intermediate electrode 12 are connected to the ground potential, a sputtering gas is introduced near the target 1, and a high frequency power source (generally including a matching device) 13 is supplied.
By applying the high frequency of the high frequency electrode 10 from
Plasma is formed near the target 1 and a negative bias voltage is generated on the surface thereof.
【0020】上記スパッタリング装置5は、ターゲット
1をスパッタリングし、スパッタリングした粒子を基板
2付近の析出場に供給するものであればよく、高周波電
極10の背面側の磁石11や中間電極12がないもので
もよい。また、高周波電源13の代わりにDC電源を用
いてターゲット1に負のバイアス電圧を印加してプラズ
マを形成するものでもよい。The sputtering device 5 may be any device as long as it sputters the target 1 and supplies the sputtered particles to the deposition field near the substrate 2, and does not have the magnet 11 or the intermediate electrode 12 on the back side of the high frequency electrode 10. But it's okay. Further, instead of the high frequency power source 13, a DC power source may be used to apply a negative bias voltage to the target 1 to form plasma.
【0021】スパッタリングの他の方式としては、イオ
ン源を用いてターゲット1をスパッタリングするものが
ある。このイオンビームスパッタリング法は、ターゲッ
ト1に入射するイオン電流が小さいため、高い成膜速度
が得られない。また、作動圧力が0.1mTorr台と
低いことから、後述のプラズマ装置6による反応性ガス
の安定なプラズマ形成と基板2付近の析出場への供給や
基板2付近の析出場におけるプラズマ形成を行うのが困
難となる。As another method of sputtering, there is a method of sputtering the target 1 using an ion source. In this ion beam sputtering method, a high film forming rate cannot be obtained because the ion current incident on the target 1 is small. Further, since the operating pressure is as low as 0.1 mTorr level, stable plasma formation of the reactive gas by the plasma device 6 described later and supply to the deposition field near the substrate 2 or plasma formation in the deposition field near the substrate 2 are performed. Becomes difficult.
【0022】一方、図中左側がプラズマ装置6で、アー
クチャンバー14内に熱陰極15を設けたDC型プラズ
マ装置6となっている。On the other hand, the left side in the figure is a plasma device 6, which is a DC type plasma device 6 in which an arc chamber 14 is provided with a hot cathode 15.
【0023】反応性ガスをアークチャンバー14内に導
入し、加熱電源16により熱陰極15を加熱すると共
に、アーク電源17により、熱陰極15とアークチャン
バー14間にアーク電圧を印加することによって、熱陰
極15から放出される電子ビームの衝撃により反応性ガ
スの電離が起こり、プラズマが形成される。プラズマ励
起された反応性ガスは、基板2付近の析出場に供給さ
れ、前記スパッタリングされた粒子と合流される。By introducing a reactive gas into the arc chamber 14 and heating the hot cathode 15 by the heating power source 16 and applying an arc voltage between the hot cathode 15 and the arc chamber 14 by the arc power source 17, heat is generated. The reactive gas is ionized by the impact of the electron beam emitted from the cathode 15, and plasma is formed. The plasma-excited reactive gas is supplied to the precipitation field near the substrate 2 and merges with the sputtered particles.
【0024】アークチャンバー14内に安定で高密度の
プラズマ形成を行うため、及び析出場にプラズマを導く
ために、アークチャンバー14の周囲に磁石を取り付け
ておくことが好ましい。A magnet is preferably installed around the arc chamber 14 in order to form a stable and high-density plasma in the arc chamber 14 and to guide the plasma to the deposition field.
【0025】プラズマ装置6は、プラズマ励起した反応
性ガスを析出場に供給できるものであればよく、図1に
示されるDC型のプラズマ装置6の他に、マイクロ波や
高周波によりプラズマの形成を行うものでもよい。好ま
しくは、安定で高密度のプラズマを広い圧力範囲で形成
できる、電子ビーム衝撃によってプラズマを形成するD
C型のプラズマ装置6や、大面積に安定なプラズマを形
成できる高周波を用いたプラズマ装置6である。特に前
者であるDC型のプラズマ装置6は、アーク電圧とアー
ク電流を制御することで反応性ガスの解離状態を制御す
ることが可能である。The plasma device 6 may be any device capable of supplying a plasma-excited reactive gas to the deposition field. In addition to the DC type plasma device 6 shown in FIG. It may be done. Preferably, stable and high-density plasma can be formed in a wide pressure range, and plasma is formed by electron beam bombardment.
The C-type plasma device 6 and the high-frequency plasma device 6 capable of forming stable plasma in a large area. In particular, the former DC type plasma device 6 can control the dissociation state of the reactive gas by controlling the arc voltage and the arc current.
【0026】また、スパッタリング装置5と同様の構造
を有するプラズマ装置6とすることもできる。この場
合、不要なターゲット1を取り外し、RFフィルターに
て高周波電極10とグランド間を接続する等の方法によ
り、高周波電極10のスパッタリングを防止すればよ
い。Further, the plasma device 6 having the same structure as the sputtering device 5 can be used. In this case, the sputtering of the high frequency electrode 10 may be prevented by removing the unnecessary target 1 and connecting the high frequency electrode 10 and the ground with an RF filter.
【0027】一方、基板2に入射するイオンやラジカル
の種類やエネルギーを制御することによって形成する薄
膜の微細組織、結晶相、化学組成等の制御性を更に向上
させるため、基板2付近の析出場にプラズマ形成を行う
ことが好ましい。On the other hand, in order to further improve the controllability of the fine structure, crystal phase, chemical composition, etc. of the thin film formed by controlling the types and energy of the ions and radicals incident on the substrate 2, the precipitation field near the substrate 2 is improved. It is preferable to perform plasma formation.
【0028】本実施例における基板ホルダー4の基板保
持面は、絶縁層18を介して設けられた高周波電極19
となっており、これに高周波電源(通常整合器を含む)
20が接続されて、もう一つのプラズマ装置を形成して
いる。このプラズマ装置は、高周波電界によって基板2
近傍の電子を加速し、スパッタリング用ガス及び反応性
ガスを衝突・電離させることでプラズマを形成・維持す
るものである。The substrate holding surface of the substrate holder 4 in this embodiment has a high-frequency electrode 19 provided via an insulating layer 18.
And a high frequency power supply (usually including a matching box)
Twenty are connected to form another plasma device. This plasma device uses the high frequency electric field to generate the substrate 2
Plasma is formed and maintained by accelerating electrons in the vicinity and causing the sputtering gas and the reactive gas to collide and ionize.
【0029】上記もう一つのプラズマ装置は高周波によ
るプラズマ励起を行うもので、高周波の効率を改善し、
高密度のプラズマ形成を行うために磁石を設けてもよ
く、またマイクロ波や電子ビーム衝撃によってプラズマ
を形成するものでもよい。The other plasma device described above performs plasma excitation by high frequency and improves the efficiency of high frequency.
A magnet may be provided to perform high-density plasma formation, or plasma may be formed by microwave or electron beam impact.
【0030】次に、上述の本発明の薄膜形成装置の作動
と共に、本発明の薄膜形成方法を説明する。Next, the thin film forming method of the present invention will be described together with the operation of the thin film forming apparatus of the present invention described above.
【0031】まず、排気装置7を作動させて真空容器3
内を所要の真空度にした後、スパッタリング装置5にス
パッタリング用ガスを導入し、プラズマ装置6に反応性
ガスを導入する。次いで、高周波電源13により高周波
を高周波電極10に印加し、ターゲット1付近にプラズ
マを形成すると共に、加熱電源16によって熱陰極15
を加熱し、アーク電源17によって熱陰極15とアーク
チャンバー14間にアーク電圧を印加して反応性ガスの
プラズマ励起を行う。First, the exhaust device 7 is operated to activate the vacuum container 3.
After the inside is made to have a required degree of vacuum, a sputtering gas is introduced into the sputtering device 5 and a reactive gas is introduced into the plasma device 6. Next, a high frequency power is applied to the high frequency electrode 10 by the high frequency power supply 13 to form plasma near the target 1, and the hot power supply 16 causes the hot cathode 15
Is heated and an arc voltage is applied between the hot cathode 15 and the arc chamber 14 by the arc power supply 17 to excite the reactive gas into plasma.
【0032】ターゲット1と反応性ガスの組み合わせ例
としては、CNx の成膜を行う場合には、グラファイト
又はカーボン材のターゲット1と、N2 及び/又はNH
3 の反応性ガスを用いる。BNx の成膜を行う場合は、
ホウ素又はBN材のターゲット1を用い、N2 及び/又
はNH3 の反応性ガスを用いる。プラズマの安定化や膜
品質を改善するために、反応性ガスにAr、He等の不
活性ガスやH2 を混合することもできる。As an example of the combination of the target 1 and the reactive gas, in the case of depositing CN x , the target 1 of graphite or carbon material and N 2 and / or NH
A reactive gas of 3 is used. When depositing BN x ,
A target 1 of boron or BN material is used, and a reactive gas of N 2 and / or NH 3 is used. In order to stabilize the plasma and improve the film quality, an inert gas such as Ar or He or H 2 can be mixed with the reactive gas.
【0033】スパッタリング用ガスとしては、上記反応
性ガス、ArやHe等の不活性ガス又はこれらの混合ガ
スが用いられる。As the sputtering gas, the above reactive gas, an inert gas such as Ar or He, or a mixed gas thereof is used.
【0034】例えばターゲット1の材料としてグラファ
イトを用い、スパッタリング用ガス及び反応性ガス共に
N2 を用いた場合、スパッタリングされたC粒子はター
ゲット1近傍でプラズマ励起されたNイオン・ラジカル
と反応して窒化され、中間体であるCNx が形成される
が、C粒子の量に対してNイオン・ラジカルが不足する
ため、充分な量のNを含んでいない。For example, when graphite is used as the material of the target 1 and N 2 is used as both the sputtering gas and the reactive gas, the sputtered C particles react with the N ions / radicals excited by plasma in the vicinity of the target 1. Nitrogen is formed to form an intermediate, CN x, but N ions / radicals are insufficient with respect to the amount of C particles, and therefore a sufficient amount of N is not contained.
【0035】この中間体が析出場に供給されると共に、
プラズマ装置6で形成された反応性ガスのプラズマから
Nイオン・ラジカルも析出場に供給され、両者は合流・
混合される。そして、これにより中間体CNx は更に窒
化が促進され、β−C3 N4の化学量論比に近い薄膜
や、機能発現に充分な量のNを含んだアモルファスCN
x 薄膜が基板2上に形成される。While this intermediate is supplied to the precipitation field,
N ions / radicals are also supplied to the deposition field from the plasma of the reactive gas formed in the plasma device 6, so that the two join together.
Mixed. As a result, nitriding of the intermediate CN x is further promoted, and a thin film close to the stoichiometric ratio of β-C 3 N 4 or an amorphous CN containing a sufficient amount of N for exhibiting the function.
A thin film is formed on the substrate 2.
【0036】形成される薄膜の微細組織、結晶層、化学
組成は、成膜圧力、ターゲット1の種類、スパッタリン
グ用ガス及び反応性ガスの種類とそのプラズマ励起状
態、装置の構成、基板2の温度等の成膜条件は勿論のこ
と、基板2に入射するイオン・ラジカルの種類やエネル
ギーにも深く関係している。特に図1に示される薄膜形
成装置のように、基板2付近の析出場にプラズマを形成
して基板2にバイアス電圧を与えることができると、薄
膜の微細組織、結晶層、化学組成の制御性を更に高める
ことができる。The fine structure, crystal layer, and chemical composition of the thin film to be formed are: film formation pressure, target 1 type, sputtering gas and reactive gas types and their plasma excited states, apparatus configuration, substrate 2 temperature. Not only the film forming conditions such as the above, but also the type and energy of ions / radicals incident on the substrate 2 are deeply related. Particularly, as in the thin film forming apparatus shown in FIG. 1, when a plasma can be formed in the deposition field near the substrate 2 to apply a bias voltage to the substrate 2, the fine structure of the thin film, the crystal layer, and the controllability of the chemical composition can be controlled. Can be further increased.
【0037】本発明は、上述したCNx 、BNx 以外に
も、ターゲット1の材質とスパッタリング用ガス及び反
応性ガスを選択することにより、SiNx 、AlNx 、
TiNx 、ZrNx 等の窒化物、SiOx 、AlOx 、
TiOx 、TaOx 等の酸化物、SiCx 、TiCx 、
BCx 等の炭化物の成膜に応用することができる。In addition to the above-mentioned CN x and BN x , the present invention selects SiN x , AlN x , AlN x , by selecting the material of the target 1, the gas for sputtering and the reactive gas.
TiN x , ZrN x and other nitrides, SiO x , AlO x ,
Oxides such as TiO x and TaO x , SiC x , TiC x ,
It can be applied to the film formation of carbides such as BC x .
【0038】次に、本成膜方法に係る発明の実施例を示
す。Next, examples of the invention relating to the present film forming method will be shown.
【0039】実施例1〜5 図1に示される薄膜形成装置を用いてCNx の成膜試験
を行い、得られた膜の組成比(N/C)を測定した。Examples 1 to 5 A CN x film formation test was conducted using the thin film forming apparatus shown in FIG. 1, and the composition ratio (N / C) of the obtained film was measured.
【0040】ターゲット1の材質としてはグラファイト
を用い、スパッタリング用ガス及び反応性ガス共にN2
を用いた。Graphite is used as the material of the target 1, and the sputtering gas and the reactive gas are both N 2
Was used.
【0041】スパッタリング装置5は、直径25.4m
m、厚さ3mmで、純度99.999%のグラファイト
製のターゲット1を取り付けた高周波電極10に13.
56MHzの高周波電源13の整合器を接続して、上記
スパッタリング用ガスのプラズマ形成を行うものとし
た。The sputtering device 5 has a diameter of 25.4 m.
13. The high-frequency electrode 10 having the graphite target 1 of m, thickness of 3 mm, and purity of 99.999% attached to the high-frequency electrode 10.
The matching device of the 56 MHz high frequency power source 13 was connected to perform plasma formation of the sputtering gas.
【0042】プラズマ装置6は、直径70mm、長さ1
00mmのステンレススチール製のアークチャンバー1
4内部のタングステン製熱陰極15を加熱電源16によ
り加熱すると共に、アーク電源17により熱陰極15と
アークチャンバー14間にアーク電圧を印加することに
よって反応性ガスのプラズマ形成を行うものとした。The plasma device 6 has a diameter of 70 mm and a length of 1.
00mm stainless steel arc chamber 1
The tungsten hot cathode 15 inside 4 was heated by the heating power source 16 and an arc voltage was applied between the hot cathode 15 and the arc chamber 14 by the arc power source 17 to perform plasma formation of the reactive gas.
【0043】上記スパッタリング装置5及びプラズマ装
置6は、外径400mm、高さ400mmの真空容器3
に、その内部に設けた基板2付近の析出場に向けて取り
付けた。The sputtering device 5 and the plasma device 6 are the vacuum container 3 having an outer diameter of 400 mm and a height of 400 mm.
Was attached toward the deposition field near the substrate 2 provided inside.
【0044】基板ホルダー4には(100)方位のSi
製基板2をセットし、成膜に先立って、複合型ターボ分
子ポンプを用いて、真空容器3内を2×10-6Torr
まで排気した。その後、マスフローコントローラーによ
り、30ccmのN2 ガスをスパッタリング装置5に導
入すると共に、20ccmのN2 をプラズマ装置6に導
入し、圧力調整装置21を用いて真空容器3内の圧力を
200mTorrに調整した。The substrate holder 4 has a (100) orientation of Si.
The substrate 2 is set, and the inside of the vacuum container 3 is set to 2 × 10 −6 Torr by using a composite turbo molecular pump prior to film formation.
Exhausted to. Then, with a mass flow controller, 30 ccm of N 2 gas was introduced into the sputtering device 5, 20 ccm of N 2 was introduced into the plasma device 6, and the pressure inside the vacuum container 3 was adjusted to 200 mTorr using the pressure adjusting device 21. .
【0045】スパッタリング装置5に200Wの高周波
を投入してプラズマを形成し、ターゲット1に−120
0Vのバイアス電圧を印加した。また、プラズマ装置6
に100Vのアーク電圧を印加し、3Aのアーク電流が
得られるよう、熱陰極15の加熱電流を調整した。A high frequency of 200 W is applied to the sputtering apparatus 5 to form plasma, and the target 1 is -120.
A bias voltage of 0V was applied. In addition, the plasma device 6
An arc voltage of 100 V was applied to the heating cathode 15, and the heating current of the hot cathode 15 was adjusted so that an arc current of 3 A was obtained.
【0046】基板2の温度は、ヒーター8により室温か
ら500℃の温度範囲で変化させて行った。また、実施
例5では、基板ホルダー4の高周波電極18に13.5
6MHzの高周波を投入して、基板2付近にプラズマを
形成し、基板2のバイアス電圧が−50Vになるよう、
高周波電力を調整した。The temperature of the substrate 2 was changed by the heater 8 in the temperature range from room temperature to 500 ° C. In addition, in the fifth embodiment, the high-frequency electrode 18 of the substrate holder 4 has 13.5 mm.
A high frequency of 6 MHz is applied to form plasma near the substrate 2 so that the bias voltage of the substrate 2 becomes −50 V.
The high frequency power was adjusted.
【0047】成膜後、ESCA分析を行い、N/C比の
測定を行った結果を表1に示す。表1から明らかなよう
に、本発明によれば、以下に述べる比較例に比して高い
N/C比を有するCNx 膜を得ることができるものであ
る。After the film formation, ESCA analysis was performed and the N / C ratio was measured. The results are shown in Table 1. As is clear from Table 1, according to the present invention, a CN x film having a higher N / C ratio can be obtained as compared with Comparative Examples described below.
【0048】特に実施例5のCNx 薄膜は、β−C3 N
4 のC/N比が1.33であるのに対して、この化学量
論比に近い組成が得られている。この試料の微細組織を
透過型電子顕微鏡で観察したところ、非晶質中に20n
m程度の結晶質が混在しており、電子線回析によりこの
結晶質がβ−C3 N4 の結晶構造を有することが確認さ
れた。In particular, the CN x thin film of Example 5 was β-C 3 N
While the C / N ratio of 4 is 1.33, a composition close to this stoichiometric ratio is obtained. When the microstructure of this sample was observed by a transmission electron microscope, it was found that
It was confirmed by electron beam diffraction that this crystal had a β-C 3 N 4 crystal structure.
【0049】比較例1 図2に示されるスパッタリング装置を用いてCNx の成
膜を行った。Comparative Example 1 A film of CN x was formed using the sputtering apparatus shown in FIG.
【0050】真空容器101中に、グラファイト製ター
ゲット103を取り付けた直径160mmの平板電極1
02(高周波電極)と、同じ大きさの平板電極104
(グランド電極)を対向して設けた。50ccmのN2
を導入した後、真空容器101内の圧力を10mTor
rに調整し、平板電極102に13.56MHzの高周
波を1000W投入し、ターゲット103に−1200
Vのバイアス電圧を印加した。尚、基板106の温度は
室温とした。A flat plate electrode 1 having a diameter of 160 mm and a graphite target 103 attached in a vacuum container 101.
02 (high frequency electrode) and a flat plate electrode 104 of the same size
The (ground electrodes) are provided so as to face each other. 50 ccm N 2
After introducing, the pressure in the vacuum vessel 101 is adjusted to 10 mTorr.
adjusted to r, 1000 W of 13.56 MHz high frequency was applied to the plate electrode 102, and the target 103 was -1200.
A bias voltage of V was applied. The temperature of the substrate 106 was room temperature.
【0051】その他の試験条件及び測定方法は実施例と
同様として行った。結果を表1に示す。Other test conditions and measurement methods were the same as in the examples. The results are shown in Table 1.
【0052】比較例2 プラズマ装置6でのプラズマの形成と、基板2付近での
プラズマの形成とを行わなかった点を除いて実施例と同
様にして室温で成膜を行い、同様の測定を行った。Comparative Example 2 Film formation was performed at room temperature in the same manner as in Example except that plasma formation in the plasma device 6 and plasma formation in the vicinity of the substrate 2 were not performed, and the same measurement was performed. went.
【0053】結果を表1に示す。The results are shown in Table 1.
【0054】比較例3 図1の薄膜形成装置の真空容器3に、スパッタリング装
置5のターゲット1に向けて、カフマン型イオン源を取
り付け、5ccmのN2 をプラズマ装置6に導入し、真
空容器3内の圧力を0.2mTorrにした。スパッタ
リング装置5への高周波の投入及びプラズマの形成は行
わず、代わりにカフマン型イオン源内部にアーク電圧1
00V、アーク電流2Aの条件でプラズマを形成し、加
速電圧1200Vでイオンビームを引き出し、ターゲッ
ト1に照射してスパッタリングを行った。Comparative Example 3 A Kuffman type ion source was attached to the vacuum container 3 of the thin film forming apparatus shown in FIG. 1 toward the target 1 of the sputtering apparatus 5, and 5 ccm of N 2 was introduced into the plasma apparatus 6, and the vacuum container 3 The internal pressure was 0.2 mTorr. High frequency was not input to the sputtering device 5 and plasma was not formed. Instead, the arc voltage 1 was applied inside the Kuffman ion source.
Plasma was formed under the conditions of 00 V and an arc current of 2 A, an ion beam was extracted at an accelerating voltage of 1200 V, and the target 1 was irradiated to perform sputtering.
【0055】基板ホルダー4の高周波電極19に高周波
を投入したが、圧力が低いためプラズマの形成が困難で
あった。従って、この高周波の投入を取り止めて成膜を
進めた。A high frequency was applied to the high frequency electrode 19 of the substrate holder 4, but it was difficult to form plasma because the pressure was low. Therefore, the introduction of this high frequency was stopped and the film formation was advanced.
【0056】基板2の温度は室温とし、プラズマ装置6
のプラズマ形成条件や他の試験条件については実施例と
同様にして同様の測定を行った。また、プラズマ装置6
のプラズマは不安定であり、成膜速度は実施例に比して
1/10以下であった。The temperature of the substrate 2 is room temperature, and the plasma device 6
The plasma forming conditions and other test conditions were measured in the same manner as in the example. In addition, the plasma device 6
The plasma was unstable and the film formation rate was 1/10 or less as compared with the example.
【0057】結果を表1に示す。Table 1 shows the results.
【0058】[0058]
【表1】 [Table 1]
【0059】[0059]
【発明の効果】本発明は、以上説明した通りのものであ
り、β−C3 N4 や立方晶BNの化学量論比に近い薄膜
や、機能発現に充分な量のNを含んだアモルファスCN
x やアモルファスBNx 薄膜の形成ができ、更にはこれ
らの微細組織、結晶相等の制御を行うことができるもの
である。The present invention is as described above, and is a thin film having a stoichiometric ratio close to that of β-C 3 N 4 or cubic BN, or an amorphous material containing a sufficient amount of N to exhibit its function. CN
It is possible to form a thin film of x or amorphous BN x , and further to control the fine structure, crystal phase and the like of these.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】本発明に係る薄膜形成装置の一実施例を示す図
である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a thin film forming apparatus according to the present invention.
【図2】従来のスパッタリング装置の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a conventional sputtering device.
1 ターゲット 2 基板 3 真空容器 4 基板ホルダー 5 スパッタリング装置 6 プラズマ装置 7 排気装置 8 ヒーター 9 温度制御器 10 高周波電極 11 磁石 12 中間電極 13 高周波電源 14 アークチャンバー 15 熱陰極 16 加熱電源 17 アーク電源 18 絶縁層 19 高周波電極 20 高周波電源 21 圧力調整器 1 Target 2 Substrate 3 Vacuum Container 4 Substrate Holder 5 Sputtering Device 6 Plasma Device 7 Exhaust Device 8 Heater 9 Temperature Controller 10 High Frequency Electrode 11 Magnet 12 Intermediate Electrode 13 High Frequency Power Supply 14 Arc Chamber 15 Hot Cathode 16 Heating Power Supply 17 Arc Power Supply 18 Insulation Layer 19 High frequency electrode 20 High frequency power supply 21 Pressure regulator
Claims (8)
トからスパッタリングした粒子を基板付近の析出場に供
給すると共に、別途プラズマ励起した反応性ガスを析出
場に供給し、両者を合流させて基板面への成膜を行うこ
とを特徴とする薄膜形成方法。1. Particles sputtered from a target by high-frequency or DC plasma are supplied to a precipitation field near the substrate, and a reactive gas that is separately plasma-excited is supplied to the precipitation field, and both are merged to form on the substrate surface. A method of forming a thin film, which comprises performing a film.
DCにより行うことを特徴とする請求項1の薄膜形成方
法。2. The thin film forming method according to claim 1, wherein the plasma excitation of the reactive gas is performed by high frequency or DC.
ことを特徴とする請求項1又は2の薄膜形成方法。3. The thin film forming method according to claim 1, wherein plasma excitation is performed separately in the deposition field.
ボン材を用い、反応性ガスとしてN2 及び/又はNH3
を用いてCNx の成膜を行うことを特徴とする請求項1
ないし3いずれかの薄膜形成方法。4. Graphite or a carbon material is used as a target, and N 2 and / or NH 3 is used as a reactive gas.
A film of CN x is formed by using the method of claim 1.
4. A thin film forming method according to any one of 3 to 3.
応性ガスとしてN2及び/又はNH3 を用いてBNx の
成膜を行うことを特徴とする請求項1ないし3いずれか
の薄膜形成方法。5. The thin film forming method according to claim 1, wherein B or BN is used as a target, and N 2 and / or NH 3 is used as a reactive gas to form a film of BN x. .
トからスパッタリングした粒子を、真空容器内の基板ホ
ルダーにセットされた基板付近に供給するスパッタ装置
と、プラズマ励起した反応ガスを基板付近に供給するプ
ラズマ装置とを有することを特徴とする薄膜形成装置。6. A sputtering device for supplying particles sputtered from a target by high frequency or DC plasma to the vicinity of a substrate set in a substrate holder in a vacuum container, and a plasma device for supplying a plasma-excited reaction gas to the vicinity of the substrate. A thin film forming apparatus comprising:
プラズマ励起を行うものであることを特徴とする請求項
6の薄膜形成装置。7. The thin film forming apparatus according to claim 6, wherein the plasma apparatus is one for exciting plasma by high frequency or DC.
形成手段を有することを特徴とする請求項6又は7の薄
膜形成装置。8. The thin film forming apparatus according to claim 6, further comprising plasma forming means for forming plasma near the substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20154994A JPH0849072A (en) | 1994-08-04 | 1994-08-04 | Formation of thin film and device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20154994A JPH0849072A (en) | 1994-08-04 | 1994-08-04 | Formation of thin film and device therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0849072A true JPH0849072A (en) | 1996-02-20 |
Family
ID=16442899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20154994A Withdrawn JPH0849072A (en) | 1994-08-04 | 1994-08-04 | Formation of thin film and device therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0849072A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020004783A (en) * | 2000-06-21 | 2002-01-16 | 고미야 히로요시 | RF Sputtering Apparatus |
| CN116103609A (en) * | 2021-11-11 | 2023-05-12 | 中国科学院半导体研究所 | Preparation method of hexagonal boron nitride heterostructure |
-
1994
- 1994-08-04 JP JP20154994A patent/JPH0849072A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020004783A (en) * | 2000-06-21 | 2002-01-16 | 고미야 히로요시 | RF Sputtering Apparatus |
| CN116103609A (en) * | 2021-11-11 | 2023-05-12 | 中国科学院半导体研究所 | Preparation method of hexagonal boron nitride heterostructure |
| CN116103609B (en) * | 2021-11-11 | 2025-11-04 | 中国科学院半导体研究所 | Preparation method of hexagonal boron nitride heterostructure |
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