JPH08971B2 - Vapor deposition method and vapor deposition apparatus - Google Patents
Vapor deposition method and vapor deposition apparatusInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマを利用して基板表面に薄膜を形成し
あるいは粉体を形成する蒸着方法ならびに蒸着装置に係
り、特に金属を含むプラズマを形成して比較的低温且つ
低真空にて蒸着を可能にした方法および装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vapor deposition method and a vapor deposition apparatus for forming a thin film or powder on a substrate surface by using plasma, and particularly for forming plasma containing metal. Further, the present invention relates to a method and an apparatus capable of performing vapor deposition at a relatively low temperature and a low vacuum.
成膜法は、真空蒸着やスパッタリングなどの物理蒸着
法と、化学反応を伴なう化学蒸着法（CVD（Chemical Va
por Deposition））とに大別される。化学蒸着法は、物
理蒸着法に比べて成膜速度が速くまた膜が緻密で残留応
力も小さくなる。CVD法には、熱CVDあるいはプラズマCV
Dなどがある。プラズマCVDは、マイクロ波やマイクロ波
以外の高周波を用いて反応性ガスを分解、電離、励起さ
せてプラズマ化し、プラズマ中の反応種どうしあるいは
反応種と基板との反応によって、基板表面に薄膜を形成
するものである。プラズマCVDによる蒸着方法の一例と
して、例えば反応性ガスとしてシラン（SiH4）を使用す
ると、シリコン膜を析出させることができる。また反応
性ガスとしてシランとアンモニアの混合ガスを使用すれ
ば、例えば窒化シリコン膜などを析出させることができ
る。The film formation method includes physical vapor deposition methods such as vacuum vapor deposition and sputtering, and chemical vapor deposition methods (CVD (Chemical Vapor Deposition)) that involve chemical reactions.
por Deposition)) is roughly divided into. The chemical vapor deposition method has a higher film formation rate than the physical vapor deposition method, and the film is dense and the residual stress is small. The CVD method includes thermal CVD or plasma CV.
There is D etc. Plasma CVD uses microwaves or high frequencies other than microwaves to decompose, ionize, and excite a reactive gas into plasma, and a thin film is formed on the substrate surface by the reaction of reactive species in the plasma or the reaction of the reactive species with the substrate. To form. As an example of the deposition method by plasma CVD, for example, when silane (S i H 4 ) is used as a reactive gas, a silicon film can be deposited. If a mixed gas of silane and ammonia is used as the reactive gas, for example, a silicon nitride film can be deposited.
しかしながら、従来のプラズマCVDによって金属を含
む物質を合成しようとする場合、金属水素化物、金属ハ
ロゲン化物、あるいは有機金属などを反応性ガスなどの
原料として用いることになる。ところが、金属水素化物
の場合には、種類がきわめて少ない欠点がある。また反
応性ガスとして金属ハロゲン化物を使用する場合には、
形成される膜にハロゲン化物が混入しやすくなる。この
ハロゲン化物の混入によって、合成された薄膜の純度が
低下しあるいは、合成された薄膜が初期の目的を達成で
きない場合がある。またハロゲン化物の混入を防止する
場合には、ガスを分解するための温度をかなり高くしな
ければならない。また有機金属を使用する場合、引火性
や毒性の点で取扱いが不便であるばかりでなく原料が高
価である。また固体の原料を使用する場合には、加熱に
よる昇華法や塩素ガスや塩化水素ガスとの反応を利用し
たハロゲン化法などがあるが、蒸発量の制御などがむず
かしくなる欠点がある。However, when attempting to synthesize a substance containing a metal by conventional plasma CVD, a metal hydride, a metal halide, an organic metal or the like is used as a raw material for a reactive gas or the like. However, metal hydrides have the drawback that there are very few types. When a metal halide is used as the reactive gas,
Halide is easily mixed in the formed film. Due to the inclusion of the halide, the purity of the synthesized thin film may decrease, or the synthesized thin film may not achieve the initial purpose. Further, in order to prevent the mixture of halides, the temperature for decomposing the gas must be raised considerably. When an organic metal is used, it is inconvenient to handle because of its flammability and toxicity, and the raw material is expensive. Further, when a solid raw material is used, there are a sublimation method by heating and a halogenation method utilizing a reaction with chlorine gas or hydrogen chloride gas, but there is a drawback that it becomes difficult to control the evaporation amount.
本発明は上記課題を解決するものであり、10-2〜10to
rr程度の真空度で不純物の少ない酸化物や炭化物などの
薄膜を低温で合成するための蒸着方法ならびに蒸着装置
を提供することを目的としている。The present invention solves the above-mentioned problems, and it is 10 -2 to 10 to
An object of the present invention is to provide a vapor deposition method and a vapor deposition apparatus for synthesizing thin films of oxides and carbides containing few impurities at a low temperature of about rr at a low temperature.
本発明による蒸着方法は、金属電極の放電によって金
属を含む一次プラズマを生成し、マイクロ波により前記
一次プラズマをさらに励起させ、基板に金属を含む物質
を析出させるものである。In the vapor deposition method according to the present invention, a primary plasma containing metal is generated by discharging a metal electrode, and the primary plasma is further excited by microwaves to deposit a substance containing metal on a substrate.
または、金属電極の放電によって金属を含む一次プラ
ズマを生成し、マイクロ波により反応ガスを励起させて
二次プラズマを生成し、前記一次プラズマと二次プラズ
マとを反応させて、基板に金属を含む物質を析出するも
のである。Alternatively, a primary plasma containing a metal is generated by discharging a metal electrode, a reactive gas is excited by a microwave to generate a secondary plasma, the primary plasma and the secondary plasma are reacted, and the substrate contains the metal. It deposits a substance.
また、本発明の蒸着装置は、金属電極からの放電によ
って金属を含む一次プラズマを生成する一次プラズマ発
生部と、この一次プラズマが供給される反応室と、この
反応室にマイクロ波を与えて前記反応室内で二次プラズ
マを発生させるマイクロ波発生装置と、前記反応室内で
反応した金属を含む物質を析出させる基板の支持部とを
有することを特徴としたものである。Further, the vapor deposition apparatus of the present invention, the primary plasma generating unit for generating a primary plasma containing metal by the discharge from the metal electrode, the reaction chamber to which the primary plasma is supplied, and the microwave by applying a microwave to the reaction chamber, A microwave generator for generating secondary plasma in the reaction chamber, and a substrate supporting part for depositing a metal-containing substance reacted in the reaction chamber.
そして、前記反応室に、反応ガスを供給する反応ガス
供給部が設けられているものである。Further, a reaction gas supply unit for supplying a reaction gas is provided in the reaction chamber.
上記手段では、反応に使用する金属を電極にし、この
電極のアーク放電によって金属原子またはイオンをプラ
ズマ化させた一次プラズマを生成し、この一次プラズマ
を反応室に送り込む。反応室内で一次プラズマをマイク
ロ波でさらに励起させることにより、反応室内の基板上
に金属を含む物質を析出させる。In the above means, the metal used for the reaction is used as an electrode, the arc discharge of this electrode generates a primary plasma in which metal atoms or ions are made into plasma, and this primary plasma is sent to the reaction chamber. By further exciting the primary plasma with microwaves in the reaction chamber, a substance containing metal is deposited on the substrate in the reaction chamber.
または、金属電極から一次プラズマを生成しこれを反
応室に送り、反応室内ではマイクロ波によって一次プラ
ズマと反応ガスを励起させた二次プラズマを生成する。
そして、前記一次プラズマとこの二次プラズマを反応さ
せ、金属を含む反応物質を基板上に析出させる。Alternatively, primary plasma is generated from the metal electrode and sent to the reaction chamber, and in the reaction chamber, the primary plasma and the secondary plasma generated by exciting the reaction gas are generated by the microwave.
Then, the primary plasma is reacted with the secondary plasma to deposit a reaction material containing a metal on the substrate.
上記した２つの手段では、原料となる金属を放電によ
ってプラズマ化して一次プラズマを生成しているため、
個体の金属を使用でき、しかも10-2〜10torr程度の真空
度でも高純度の金属原子を供給できる。また一次プラズ
マを反応室内でマイクロ波によりさらに励起することに
より、金属原子を完全に励起することができ、金属原子
と反応ガス内の反応種との反応または基板との反応によ
りできる目的物質を、高純度または高い結晶性のものと
して得ることができる。また、反応室において反応ガス
をマイクロ波により励起して二次プラズマを生成し、前
記一次プラズマと二次プラズマを反応させて、金属を含
む物質を析出させることができるため、一次プラズマの
みでは得られない種々の物質を高純度でまたは高い結晶
性を有するものとして得ることができる。反応室は従来
のプラズマCVDと同じ程度の真空度（10-2〜10torr）で
よく、さらに金属電極のアーク放電によって得た金属を
含む一次プラズマを使用しているため、基板温度が低く
ても、不純物の少ない酸化物、炭化物などを形成するが
できる。In the above two means, the metal as a raw material is converted into plasma by discharge to generate primary plasma.
Solid metal can be used, and high-purity metal atoms can be supplied even at a vacuum degree of about 10 -2 to 10 torr. Further, by further exciting the primary plasma with microwaves in the reaction chamber, it is possible to completely excite the metal atoms, and to obtain the target substance by the reaction between the metal atoms and the reactive species in the reaction gas or the reaction with the substrate, It can be obtained as highly pure or highly crystalline. In addition, since the reaction gas is excited by microwaves in the reaction chamber to generate secondary plasma and the primary plasma and the secondary plasma are reacted to deposit a substance containing a metal, it is possible to obtain only the primary plasma. Various substances which cannot be obtained can be obtained in high purity or with high crystallinity. The reaction chamber may have a vacuum degree (10 -2 to 10 torr) similar to that of conventional plasma CVD, and since the primary plasma containing metal obtained by arc discharge of the metal electrode is used, even if the substrate temperature is low. It is possible to form oxides, carbides, etc. with few impurities.
以下、本発明の実施例を第１図と第２図によって説明
する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.
第１図は本発明による蒸着装置の一実施例を示す断面
を含む正面図、第２図は第１図の装置におけるイオン銃
の構造を示す断面図である。FIG. 1 is a front view including a cross section showing an embodiment of a vapor deposition apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a cross sectional view showing the structure of an ion gun in the apparatus of FIG.
第１図において符号１は装置本体である。装置本体１
のほぼ下半分の内部には石英管２が挿入されており、こ
の石英管２の内部が反応室Ａとなっている。石英管２の
上下端外周と装置本体１との間にはシールリング３が介
装されている。上記反応室Ａには基板10が設置されてい
る。プラズマとの反応によって形成する物質は、この基
板10の表面に薄膜として付着する。基板10は形成する物
質に応じて任意に選択される。基板10は結晶化されてい
るものまたはアモルファスなものであってもよく、さら
にマイクロ波によって誘導加熱されるものあるいは誘導
加熱されないものであってもよい。基板10は支持部材４
の上端に設置される。支持部材４は装置本体１の底部に
設けられた軸受５によって回転自在に支持されており且
つ、支持部材４はモータの動力などによって回転駆動可
能となっている。この基板10の回転により、均一な薄膜
を形成することが可能になる。In FIG. 1, reference numeral 1 is the apparatus main body. Device body 1
A quartz tube 2 is inserted inside the lower half of the quartz tube 2, and the inside of the quartz tube 2 serves as a reaction chamber A. A seal ring 3 is interposed between the upper and lower ends of the quartz tube 2 and the apparatus body 1. A substrate 10 is installed in the reaction chamber A. The substance formed by the reaction with plasma adheres to the surface of the substrate 10 as a thin film. The substrate 10 is arbitrarily selected according to the substance to be formed. The substrate 10 may be crystallized or amorphous, and may be microwave-induced or non-induction-heated. Substrate 10 is support member 4
Installed at the top of the. The support member 4 is rotatably supported by a bearing 5 provided at the bottom of the apparatus body 1, and the support member 4 can be rotationally driven by the power of a motor or the like. By rotating the substrate 10, it becomes possible to form a uniform thin film.
装置本体１の上端には一次プラズマを発生させるイオ
ン銃11（一次プラズマ発生部）が設置されている。この
イオン銃11は、中心に反応の原料となる金属電極（陽
極）12が配置され、その周囲に円筒状の陰極13が設けら
れている。金属電極12は純度の高い金属によって形成さ
れた棒であり、その上端がチャック（図示せず）によっ
て保持される。金属電極12の材質は反応室Ａにて反応さ
せようとする物質に応じて任意に選択できるものであ
る。例えば反応室Ａにてアルミニウムを含む物質を形成
しようとする場合には、アルミニウムの金属電極が使用
され、またタングステンを含む物質を形成しようとする
場合にはタングステンの金属電極が使用される。また陰
極13は陽極との間に放電を生じさせるためのものであ
り、材質としてはステンレススチールや銅などが使用さ
れる。符号15は金属電極12と陰極13との間にアーク放電
を生じさせるための電源回路である。この電源回路15で
は、コンデンサ16を使用し、所定の電圧ならびに電流を
両極間に所定周波数にて供給できるようになっている。
電圧は例えば500ボルト程度、電流は１アンペア程度、
そして周波数は３〜60Hz程度である。イオン銃11内には
導入ガスが供給される。この導入ガスはボンベ17から供
給され、制御装置18によって流量などが制御されてイオ
ン銃11の上端から金属電極12と陰極13との間に供給され
る。この導入ガスは、窒素、アルゴン、あるいはヘリウ
ムなどの不活性ガスと水素との混合ガスなどが使用され
る。また金属電極12からの放電によって放出される金属
原子あるいはイオンと、ある種の金属とをイオン銃11内
で反応させたい場合には、反応させようとする金属原子
を含む導入ガスが使用される場合もある。An ion gun 11 (primary plasma generator) that generates primary plasma is installed at the upper end of the apparatus body 1. The ion gun 11 has a metal electrode (anode) 12 serving as a raw material for reaction in the center, and a cylindrical cathode 13 provided around the metal electrode. The metal electrode 12 is a rod made of high-purity metal, and its upper end is held by a chuck (not shown). The material of the metal electrode 12 can be arbitrarily selected according to the substance to be reacted in the reaction chamber A. For example, when forming a substance containing aluminum in the reaction chamber A, a metal electrode of aluminum is used, and when forming a substance containing tungsten, a metal electrode of tungsten is used. Further, the cathode 13 is for generating a discharge between the cathode 13 and the anode, and stainless steel, copper or the like is used as the material. Reference numeral 15 is a power supply circuit for generating an arc discharge between the metal electrode 12 and the cathode 13. In this power supply circuit 15, a capacitor 16 is used so that a predetermined voltage and current can be supplied between both electrodes at a predetermined frequency.
The voltage is about 500 volts, the current is about 1 amp,
And the frequency is about 3 to 60 Hz. Introduced gas is supplied into the ion gun 11. The introduced gas is supplied from the cylinder 17, the flow rate and the like are controlled by the control device 18, and is supplied from the upper end of the ion gun 11 between the metal electrode 12 and the cathode 13. As the introduced gas, a mixed gas of hydrogen with an inert gas such as nitrogen, argon, or helium is used. Further, when it is desired to react a metal atom or ion emitted by the discharge from the metal electrode 12 with a certain kind of metal in the ion gun 11, an introduction gas containing the metal atom to be reacted is used. In some cases.
上記イオン銃11によって一次プラズマ（ａ）が形成さ
れる機構について説明する。イオン銃11によってプラズ
マが形成される作用についてその詳細は定かではない
が、次のように予測される。第２図において、金属電極
（陽極）12と陰極13との間に所定周波数の電圧が印加さ
れると、両極を隔てている絶縁物（空気と導入ガスの
層）間に半径方向の面に沿う沿面放電が生じ、両極間に
シート状プラズマが発生する。シート状プラズマに半径
方向（Ｅ方向）の電流が流れ、またシート状プラズマの
シート面に沿う方向（Ｂ方向）に磁場が生成される。こ
れによってシート状プラズマを横切る方向（Ｆ方向）の
磁気圧が発生し、プラズマが金属電極12の下端方向に加
速される。金属電極12の下端に到達したプラズマは、軸
方向への磁気圧を受け且つ半径方向に収縮しながら反応
室Ａの方向へ噴出される。A mechanism of forming the primary plasma (a) by the ion gun 11 will be described. Although details of the action of forming plasma by the ion gun 11 are not clear, it is predicted as follows. In FIG. 2, when a voltage of a predetermined frequency is applied between the metal electrode (anode) 12 and the cathode 13, a radial surface is formed between the insulators (air and introduced gas layers) separating the two electrodes. A creeping discharge along the surface occurs, and a sheet-shaped plasma is generated between both electrodes. A current flows in the sheet-shaped plasma in the radial direction (E direction), and a magnetic field is generated in a direction along the sheet surface of the sheet-shaped plasma (B direction). As a result, a magnetic pressure is generated in a direction (F direction) that traverses the sheet-shaped plasma, and the plasma is accelerated toward the lower end of the metal electrode 12. The plasma that has reached the lower end of the metal electrode 12 is ejected toward the reaction chamber A while receiving a magnetic pressure in the axial direction and contracting in the radial direction.
一次プラズマ（ａ）の生成の具体例としては、例えば
金属電極12がアルミニウムで陰極13が銅の場合、両極間
に600ボルトで1.1アンペアの電流が５〜40Hzにて供給さ
れる。この周波数はイオン銃11周辺の圧力（例えば0.8
〜2.7torr程度）の増加に対応して変化させるものであ
る。ボンベ17から供給される導入ガスがアルゴンと水素
との混合ガスの場合、イオン銃11によって生成される一
次プラズマは、電離されあるいは励起されまたはラジカ
ル化したアルミニウム原子を含むプラズマと、アルゴン
プラズマとが混合された状態になって噴出されるものと
予測される。また導入ガスに含まれる水素は、主に酸素
の存在をなくし、酸化を防止するように機能するものと
考えられる。また金属電極12がタングステンであって、
陰極13が銅の場合には、両電極間に500ボルトで0.8アン
ペアの電流が３〜60Hz程度の周波数で供給される。この
周波数もイオン銃11部分の圧力（例えば0.4〜1.8torr程
度）に応じて増加される。導入ガスとして窒素と水素の
混合ガスが使用される場合、イオン銃11によって生成さ
れる一次プラズマは、タングステンを含むプラズマと窒
素プラズマとが混合された状態となるものと予測され
る。なお、前述のように導入ガスとして金属原子を含む
反応性ガスを使用することも考えられる。例えば、後述
の二次プラズマとの反応によってサイアロン（Si‐Al-O
−Ｎの化合物）を生成しようとする場合、金属電極12と
してアルミニウムを使用し、導入ガスとして（Si）を含
むガス、例えばシランやテトラエトキシシランなどを使
用し、一次プラズマ（ａ）の段階で、（Al）と（Si）と
を反応させることも考えられる。As a specific example of the generation of the primary plasma (a), for example, when the metal electrode 12 is aluminum and the cathode 13 is copper, a current of 1.1 amperes at 600 V is supplied between both electrodes at 5 to 40 Hz. This frequency depends on the pressure around the ion gun 11 (for example, 0.8
~ 2.7 torr) to change in response to the increase. When the introduction gas supplied from the cylinder 17 is a mixed gas of argon and hydrogen, the primary plasma generated by the ion gun 11 is a plasma containing aluminum atoms ionized or excited or radicalized, and an argon plasma. It is predicted that they will be ejected in a mixed state. Further, it is considered that hydrogen contained in the introduced gas mainly functions to eliminate the presence of oxygen and prevent oxidation. In addition, the metal electrode 12 is tungsten,
When the cathode 13 is copper, a current of 0.8 ampere at 500 volts is supplied between the electrodes at a frequency of about 3 to 60 Hz. This frequency is also increased according to the pressure of the ion gun 11 portion (for example, about 0.4 to 1.8 torr). When a mixed gas of nitrogen and hydrogen is used as the introduction gas, the primary plasma generated by the ion gun 11 is expected to be a state in which the plasma containing tungsten and the nitrogen plasma are mixed. It is also possible to use a reactive gas containing metal atoms as the introduced gas as described above. For example, a sialon (S i -Al-O
-N compound), aluminum is used as the metal electrode 12 and a gas containing (S i ) such as silane or tetraethoxysilane is used as the introduction gas, and the primary plasma (a) stage is used. Then, it is also possible to react (Al) with (S i ).
符号21は、二次プラズマ発生装置であり、図の実施例
ではマイクロ波プラズマ発生装置が使用されている。マ
イクロ波プラズマ発生装置21では、マイクロ波発振機22
においてマグネトロンによって2.45GHzのマイクロ波が
発振される。マイクロ波は導波管23を通り、アイソレー
タ24、パワーモニタ25、整合器26を通過し、反射板27に
て反射される。また装置本体１にはガスノズル29が接続
されている。このガスノズル29によって、反応室Ａ内に
反応性ガスが供給される。第１図では、ガスノズル29の
先端が石英管２の上端開口端から離れた位置に対向して
いるが、ガスノズル29の先端を石英管２の内部まで延ば
すことも考えられる。このマイクロ波プラズマ発生装置
21では、ガスノズル29から石英管２の反応室Ａに導入さ
れる反応性ガスを、マイクロ波によってグロー放電させ
て、原子または分子を電離させ励起させて二次プラズマ
（ｂ）を生成する。反応室Ａでは、イオン銃11から放出
された一次プラズマ（ａ）さらには二次プラズマ（ｂ）
（この場合一次プラズマがマイクロ波によってさらに励
起されることも含まれる）中の反応種どうしが反応しあ
るいは反応種と基板とが反応し、基板10の表面に薄膜あ
るいは粉体として析出される。前記ガスノズル29から反
応室Ａに供給される反応性ガスは、析出しようとする物
質の原料を含むガスであって、マイクロ波によって励起
されやすい性質のものが使用される。例えば導入ガスと
してメタンあるいはアセチレンが混合されているものを
使用し、マイクロ波によって二次プラズマを生成し、さ
らに前記イオン銃11の金属電極12としてタングステンを
使用してタングステンを含む一次プラズマを生成し、反
応室内にてマイクロ波およびイオン銃によるプラズマを
混合させ、一次プラズマと二次プラズマ中での反応によ
り、基板表面にタングステンカーバイドを析出すること
が可能になる。Reference numeral 21 is a secondary plasma generator, and a microwave plasma generator is used in the illustrated embodiment. In the microwave plasma generator 21, the microwave oscillator 22
2.45GHz microwave is oscillated by the magnetron. The microwave passes through the waveguide 23, the isolator 24, the power monitor 25, and the matching device 26, and is reflected by the reflection plate 27. A gas nozzle 29 is connected to the apparatus body 1. A reactive gas is supplied into the reaction chamber A by the gas nozzle 29. In FIG. 1, the tip of the gas nozzle 29 faces the position apart from the upper open end of the quartz tube 2, but it is conceivable to extend the tip of the gas nozzle 29 to the inside of the quartz tube 2. This microwave plasma generator
At 21, the reactive gas introduced into the reaction chamber A of the quartz tube 2 from the gas nozzle 29 is glow-discharged by microwaves to ionize and excite atoms or molecules to generate secondary plasma (b). In the reaction chamber A, the primary plasma (a) and the secondary plasma (b) emitted from the ion gun 11
(In this case, the primary plasma is further excited by microwaves is also included.) Reactive species in the two react with each other, or the reactive species react with the substrate, and are deposited on the surface of the substrate 10 as a thin film or powder. The reactive gas supplied from the gas nozzle 29 to the reaction chamber A is a gas containing a raw material of a substance to be deposited and having a property of being easily excited by microwaves. For example, a mixture of methane or acetylene is used as an introduction gas, a secondary plasma is generated by microwave, and tungsten is used as a metal electrode 12 of the ion gun 11 to generate a primary plasma containing tungsten. It becomes possible to deposit tungsten carbide on the substrate surface by mixing microwaves and plasma generated by an ion gun in the reaction chamber and reacting in primary plasma and secondary plasma.
装置本体１の下端には二種の排気装置が設けられてい
る。メカニカルブースターポンプ31とロータリポンプ32
とから成る排気装置は、成膜時に使用するものであり、
バルブ33を介して装置本体１内を排気することにより、
反応室Ａをマイクロ波プラズマ発生に適するような真空
度にできる。ディフュージョンポンプ34とロータリポン
プ35は高真空を形成するためのものである。装置作動前
にバルブ36を介して、反応室Ａ内を10-5〜10-6torr程度
の高真空とすることによって、残留ガスの除去などが行
なわれる。また符号37はダイアフラム真空ゲージであ
る。Two types of exhaust devices are provided at the lower end of the device body 1. Mechanical booster pump 31 and rotary pump 32
The exhaust device consisting of and is used during film formation,
By exhausting the inside of the apparatus main body 1 through the valve 33,
The reaction chamber A can have a vacuum degree suitable for microwave plasma generation. The diffusion pump 34 and the rotary pump 35 are for forming a high vacuum. The residual gas is removed by setting the inside of the reaction chamber A to a high vacuum of about 10 −5 to 10 −6 torr through the valve 36 before the operation of the apparatus. Reference numeral 37 is a diaphragm vacuum gauge.
符号６は放射温度計であり、基板温度の測定に使用さ
れる。さらに符号41はプラズマモニターであり、分光器
などによって構成されている。Reference numeral 6 is a radiation thermometer, which is used to measure the substrate temperature. Further, reference numeral 41 is a plasma monitor, which is composed of a spectroscope or the like.
上記の装置によって蒸着を行なう方法は、イオン銃11
内の金属電極12を目的とする析出物に合わせて選択し取
付ける。前述のようにイオン銃11内でアーク放電を生じ
させると、ガスボンベ17から供給される導入ガスととも
に一次プラズマ（ａ）が形成される。この一次プラズマ
が磁気圧によって反応室Ａ内に噴出され、またガスノズ
ル29から供給される反応性ガスがマイクロ波によって二
次プラズマ（ｂ）となり、プラズマ中にて電離され、励
起され、あるいはラジカル化される。これによって基板
10の表面に金属を含むセラミックスなどの薄膜物質ある
いは粉体が形成される。なお、支持部材４を回転させ、
基板10を回転させることによって、プラズマの分布にむ
らがあったとしても、均一な薄膜を形成することが可能
になる。Ion gun 11
The metal electrode 12 in the inside is selected and attached according to the intended deposit. When arc discharge is generated in the ion gun 11 as described above, the primary plasma (a) is formed together with the introduced gas supplied from the gas cylinder 17. This primary plasma is ejected into the reaction chamber A by magnetic pressure, and the reactive gas supplied from the gas nozzle 29 becomes secondary plasma (b) by the microwave, which is ionized, excited or radicalized in the plasma. To be done. This makes the substrate
A thin film substance such as ceramics containing metal or powder is formed on the surface of 10. In addition, by rotating the support member 4,
By rotating the substrate 10, it is possible to form a uniform thin film even if there is uneven plasma distribution.
上記の装置ならびに方法では、金属電極12ならびにガ
スノズル29から供給される反応性ガスおよび基板10さら
にはイオン銃11内に供給される導入ガスを選択すること
によって種々の物質の形成が可能になる。特に金属電極
12は固体状態のまま使用できるため、種々のものを使用
でき、汎用性に富む。In the above apparatus and method, various substances can be formed by selecting the reactive gas supplied from the metal electrode 12 and the gas nozzle 29 and the introduction gas supplied into the substrate 10 and further into the ion gun 11. Especially metal electrodes
Since 12 can be used as it is in a solid state, various kinds can be used and it is versatile.
例えば、金属電極12としてチタン（Ti）を使用し、導
入ガスとしてアルゴン（Ar）と水素（H2）を使用して一
次プラズマ（ａ）を生成し、またガスノズル29から供給
される反応性ガスとしてテオス（Si(OC2H5)4）ならびに
トリメチルアルミニウム（Al(CH3)3）を使用することに
よって、シリコンなどの基板表面に対し、（Ti）を含む
αサイアロン（Tix(SiAl)y(ON)z）の薄膜を形成させる
ことが可能になる。また金属電極としてチタンの代わり
にタングステン（Ｗ）やタンタル（Ta）を使用すれば、
（Ti）の代わりに（Ｗ）や（Ta）を含むα型サイアロン
を形成することも可能になる。For example, titanium (T i ) is used as the metal electrode 12, argon (A r ) and hydrogen (H 2 ) are used as the introduction gas to generate the primary plasma (a), and the reaction supplied from the gas nozzle 29. By using Teos (S i (OC 2 H 5 ) 4 ) and trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 ) as the functional gas, α-sialon (T i ) containing It is possible to form a thin film of ix (S i Al) y (ON) z ). If tungsten (W) or tantalum (T a ) is used as the metal electrode instead of titanium,
It is also possible to form an α-sialon containing (W) or (T a ) instead of (T i ).
さらに他の可能性としては、酸化物超伝導膜（Y-Cu-B
a‐Ｏ）も形成できると予測される。この場合、（Cu）
は金属電極12として使用し、イオン銃11から直接供給す
る。また（Ｙ）（Ba）（Ｏ）は反応ガスとして使用し、
マイクロ波による二次プラズマとして合成する。例えば
（Ｙ）を含む反応ガス（Ｙ（C11H19O8)3）ならびに
（Ba）を含む反応ガス（Ba(OCH3)3）を使用し、また
（Ｏ）を上記反応ガスから供給することが考えられる。Yet another possibility is the oxide superconducting film (YC u -B
a- O) is also expected to form. In this case, (C u )
Is used as the metal electrode 12 and is directly supplied from the ion gun 11. Further, (Y) (B a ) (O) is used as a reaction gas,
It is synthesized as secondary plasma by microwave. For example (Y) a reaction gas containing (Y (C 11 H 19 O 8) 3) and using (B a) reaction gas containing (B a (OCH 3) 3 ), also (O) the reaction gas It is possible to supply from.
なお図の実施例では二次プラズマ発生装置としてマイ
クロ波発生装置を使用しているが、この二次プラズマ発
生装置はマイクロ波以外の高周波を使用した高周波プラ
ズマ発生装置などであってもよい。Although the microwave generator is used as the secondary plasma generator in the illustrated embodiment, the secondary plasma generator may be a high-frequency plasma generator that uses high frequencies other than microwaves.
以上のように本発明によれば、析出する物質の金属ソ
ースとして金属電極を使用しているため、種々の金属を
比較的自由に使用することができる。特に金属ソースを
ハロゲン化物などとして使用しなくてもよいため、不純
物の混入がなく、純度の高い金属原子を反応系に供給で
きる。また金属電極の放電によって生成される一次プラ
ズマがマイクロ波によりさらに励起されるため、一次プ
ラズマ中の金属が完全に励起された状態となる。このた
め、高純度のまたは高い結晶性の目的物質を得ることが
できる。また、反応室において反応ガスがマイクロ波に
より励起されて二次プラズマが生成され、一次プラズマ
と二次プラズマが反応することにより、金属を含む物質
が析出されるため、一次プラズマのみでは得られない種
々の物質を得ることができる。また基板温度が低くても
膜または粉体の析出が可能である。As described above, according to the present invention, since the metal electrode is used as the metal source of the substance to be deposited, various metals can be used relatively freely. In particular, since the metal source does not have to be used as a halide or the like, it is possible to supply a highly pure metal atom to the reaction system without inclusion of impurities. Further, since the primary plasma generated by the discharge of the metal electrode is further excited by the microwave, the metal in the primary plasma is in a completely excited state. Therefore, a highly pure or highly crystalline target substance can be obtained. In addition, since the reaction gas is excited by microwaves in the reaction chamber to generate secondary plasma and the primary plasma and the secondary plasma react with each other, a substance containing a metal is deposited, which is not obtainable only by the primary plasma. Various substances can be obtained. Further, even if the substrate temperature is low, it is possible to deposit a film or powder.
第１図は本発明による蒸着装置を示す断面図、第２図は
イオン銃の構造を示す断面図である。 １……装置本体、２……石英管、10……基板、11……イ
オン銃、12……金属電極、13……陰極、15……電源回
路、17……導入ガスのボンベ、21……マイクロ波発生装
置（二次プラズマ発生装置）、31,32,34,35……排気装
置、Ａ……反応室、（ａ）……一次プラズマ、（ｂ）…
…二次プラズマ。FIG. 1 is a sectional view showing a vapor deposition apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing the structure of an ion gun. 1 ... Device body, 2 ... Quartz tube, 10 ... Substrate, 11 ... Ion gun, 12 ... Metal electrode, 13 ... Cathode, 15 ... Power supply circuit, 17 ... Introduced gas cylinder, 21 ... ... Microwave generator (secondary plasma generator), 31,32,34,35 ... Exhaust device, A ... Reaction chamber, (a) ... Primary plasma, (b) ...
… Secondary plasma.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 眞 宮城県仙台市南小泉３丁目１番３号 (56)参考文献 特開 昭46−3114（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Makoto Sasaki 3 1-3 Minami Koizumi, Sendai City, Miyagi Prefecture (56) References JP-A-46-3114 (JP, A)
Claims (4)
ラズマを生成し、マイクロ波により前記一次プラズマを
さらに励起させ、基板に金属を含む物質を析出させるこ
とを特徴とする蒸着方法。1. A vapor deposition method characterized in that a primary plasma containing metal is generated by discharging a metal electrode and the primary plasma is further excited by microwaves to deposit a substance containing metal on a substrate.
ラズマを生成し、マイクロ波により反応ガスを励起させ
て二次プラズマを生成し、前記一次プラズマと二次プラ
ズマとを反応させて、基板に金属を含む物質を析出させ
ることを特徴とする蒸着方法。2. A primary plasma containing a metal is generated by discharging a metal electrode, a reactive gas is excited by a microwave to generate a secondary plasma, and the primary plasma and the secondary plasma are reacted with each other to form a substrate. A deposition method comprising depositing a substance containing a metal.
次プラズマを生成する一次プラズマ発生部と、この一次
プラズマが供給される反応室と、この反応室にマイクロ
波を与えて前記反応室内で二次プラズマを発生させるマ
イクロ波発生装置と、前記反応室内で反応した金属を含
む物質を析出させる基板の支持部とを有することを特徴
とする蒸着装置。3. A primary plasma generating part for generating a primary plasma containing metal by discharge from a metal electrode, a reaction chamber to which the primary plasma is supplied, and a microwave in the reaction chamber to generate a secondary plasma in the reaction chamber. A vapor deposition apparatus comprising: a microwave generator for generating a secondary plasma; and a substrate supporting portion for depositing a substance containing a metal reacted in the reaction chamber.
ス供給部が設けられた請求項３記載の蒸着装置。4. The vapor deposition apparatus according to claim 3, wherein a reaction gas supply unit for supplying a reaction gas is provided in the reaction chamber.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63121539A JPH08971B2 (en) | 1988-05-17 | 1988-05-17 | Vapor deposition method and vapor deposition apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP63121539A JPH08971B2 (en) | 1988-05-17 | 1988-05-17 | Vapor deposition method and vapor deposition apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01290761A JPH01290761A (en) | 1989-11-22 |
| JPH08971B2 true JPH08971B2 (en) | 1996-01-10 |
Family
ID=14813748
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63121539A Expired - Lifetime JPH08971B2 (en) | 1988-05-17 | 1988-05-17 | Vapor deposition method and vapor deposition apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08971B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20240018642A1 (en) * | 2020-12-16 | 2024-01-18 | Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon | Hard cubic al-rich altin coating layers produced by pvd from ceramic targets |
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|---|---|---|---|---|
| JP6161053B2 (en) * | 2012-09-27 | 2017-07-12 | アドバンス理工株式会社 | Vapor deposition source and fine particle forming device |
-
1988
- 1988-05-17 JP JP63121539A patent/JPH08971B2/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US20240018642A1 (en) * | 2020-12-16 | 2024-01-18 | Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon | Hard cubic al-rich altin coating layers produced by pvd from ceramic targets |
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| JPH01290761A (en) | 1989-11-22 |
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