JPH08971B2 - 蒸着方法および蒸着装置 - Google Patents
蒸着方法および蒸着装置Info
- Publication number
- JPH08971B2 JPH08971B2 JP63121539A JP12153988A JPH08971B2 JP H08971 B2 JPH08971 B2 JP H08971B2 JP 63121539 A JP63121539 A JP 63121539A JP 12153988 A JP12153988 A JP 12153988A JP H08971 B2 JPH08971 B2 JP H08971B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- metal
- gas
- reaction chamber
- vapor deposition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 title claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 72
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 72
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 48
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 28
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 21
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 23
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 11
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 4
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 4
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018516 Al—O Inorganic materials 0.000 description 1
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 230000026030 halogenation Effects 0.000 description 1
- 238000005658 halogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000005092 sublimation method Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
供給部が設けられているものである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
───────────────────────────────────────────────────── 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)
Claims (4)
- 【請求項１】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こ
とを特徴とする蒸着方法。 - 【請求項２】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させ
ることを特徴とする蒸着方法。 - 【請求項３】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
とする蒸着装置。 - 【請求項４】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た請求項３記載の蒸着装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63121539A JPH08971B2 (ja) | 1988-05-17 | 1988-05-17 | 蒸着方法および蒸着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63121539A JPH08971B2 (ja) | 1988-05-17 | 1988-05-17 | 蒸着方法および蒸着装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01290761A JPH01290761A (ja) | 1989-11-22 |
| JPH08971B2 true JPH08971B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=14813748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63121539A Expired - Lifetime JPH08971B2 (ja) | 1988-05-17 | 1988-05-17 | 蒸着方法および蒸着装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08971B2 (ja) |
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 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6161053B2 (ja) * | 2012-09-27 | 2017-07-12 | アドバンス理工株式会社 | 蒸着源および微粒子形成装置 |
-
1988
- 1988-05-17 JP JP63121539A patent/JPH08971B2/ja not_active Expired - Lifetime
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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01290761A (ja) | 1989-11-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4816286A (en) | Process for synthesis of diamond by CVD | |
| US5587207A (en) | Arc assisted CVD coating and sintering method | |
| US4749587A (en) | Process for depositing layers on substrates in a vacuum chamber | |
| US4830702A (en) | Hollow cathode plasma assisted apparatus and method of diamond synthesis | |
| US5096740A (en) | Production of cubic boron nitride films by laser deposition | |
| US4619748A (en) | Method and apparatus for the reactive vapor deposition of layers of oxides, nitrides, oxynitrides and carbides on a substrate | |
| EP1220281A2 (en) | Method of treatment with a microwave plasma | |
| JPH0366014B2 (ja) | ||
| JPH08232069A (ja) | 固体物質の昇華方法及び装置 | |
| AU2002332200B2 (en) | Method for carrying out homogeneous and heterogeneous chemical reactions using plasma | |
| EP0818801A2 (en) | Plasma treating apparatus | |
| JPH059735A (ja) | ダイヤモンドの気相合成方法 | |
| JPH10204625A (ja) | ＭｇＯ膜成膜方法及び成膜装置 | |
| US5093150A (en) | Synthesis method by plasma chemical vapor deposition | |
| JPH08971B2 (ja) | 蒸着方法および蒸着装置 | |
| JPS61163195A (ja) | ダイヤモンド気相合成法及びその装置 | |
| CN107002228B (zh) | 用于金属零件表面的热化学处理的等离子处理和反应器 | |
| JPH05239655A (ja) | マイクロ波プラズマｃｖｄ法によるダイヤモンド膜合成装置 | |
| US20050196549A1 (en) | Microwave enhanced CVD method and apparatus | |
| JPS6223068B2 (ja) | ||
| JP2000273644A (ja) | プラズマｃｖｄ装置 | |
| JPH0543393A (ja) | 炭素材料作製方法 | |
| JPS6395200A (ja) | 硬質窒化ホウ素膜の製造方法 | |
| JPH0864535A (ja) | プラズマ成膜方法、プラズマ成膜装置及びそれに用いるプラズマ発生装置 | |
| JPH0812492A (ja) | 気相合成装置および気相合成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080110 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090110 Year of fee payment: 13 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090110 Year of fee payment: 13 |