JPS6393870A

JPS6393870A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPS6393870A
Application number: JP23843586A
Authority: JP
Inventors: Wasaburo Ota; 太田　和三郎
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1986-10-07
Filing date: 1986-10-07
Publication date: 1988-04-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は薄膜形成装置に関し、特に基板に対して極めて
強い密着性を有し、かつ耐熱性のないプラスチック等の
基板にも適用し得る薄膜形成装置に係る。

丈來技豆従来、薄膜を形成するＰＶＤ法の代表的な手段として、
導入部と被蒸着物（基板）との間に高周波電磁界を発生
させて、活性あるいは不活性ガス中で蒸発した物質をイ
オン化して真空蒸着を行う、所謂イオンプレーテインク
方法がある。また、導入部と被蒸着物との間に直流電圧
を印加するＤＣイオンプレーテインク方法が特公昭５２
−２９９７１号公報、特公昭５２−２９０９１号公報等
において提案されている。これらの方法によれば被蒸着
物である基板表面がイオン衝撃で清浄化かつ活性化され
、作製した膜の何首力は大きくとれるものの、所定のイ
オン化を図るためにはある程度の量の活性あるいは不活
性ガスを真空槽内に導入しなければならず、得られる薄
膜のＩＩ！ａ質があまりよくないという欠点を有するも
のである。

これに対し、ＣＶＤ法はＰＶＤ法に比べて比較的簡単な
設備により成膜でき、強い反応性を有するものではある
が、基板を所定温度にまで昇温しなければならず、従っ
てプラスチック等の耐熱性を有しない基板には適用でき
ないという欠点を有するものである。

■−−五本発明は、上記したＰＶＤ法およびＣＶＤ法の利点を同
時に実現するものであり、基板に対して極めて強い密着
性を有し、かつ耐熱性のないプラスチック等の基板にも
適用し得る薄膜形成装置を提供することを目的とするも
のである。

青−一双本発明に係る薄膜形成装置は、主として真空槽と、蒸気
もしくは霧状とした薄膜化材料（以下、材料蒸気という
）を真空槽内に導入する導入部と、対電極と、グリッド
と、熱電子発生用のフィラメントとを具えてなるもので
ある。

真空槽内には、活性もしくは不活性ガス、あるいは、こ
れら両者の混合ガスが導入される。

本発明における対電極は真空槽内に配備され、基板を保
持し、かつ上記基板は材料蒸気導入部と対向させられて
いる。また、材料蒸気導入部と対電極とは同電位かもし
くは対電極が負の電位におかれる。

グリッドは、材料蒸気を通過させうるちのであって、材
料蒸気導入部と対電極間に配置され、対電極及びフィラ
メントの電位にたいして正電位におかれる。従って、真
空槽内においては、グリッドから基板に向かう電界と、
グリッドから材料蒸気導入部に向かう電界とが逆向きに
形成される。

また熱電子発生用のフィラメントは、真空槽内の、上記
グリッドに関し、材料蒸気導入部側に配置され、このフ
ィラメントにより発生する熱電子は、材料蒸気の一部を
正イオンにイオン化するのに供される。このように一部
イオン化された材料蒸気は、グリッドを通過し、さらに
、イオン化されたガスにより正イオン化を促進され、上
記電界の作用により基板の方へと加速される。

なお、フィラメントからの電子は、フィラメント温度に
対応する運動エネルギーをもってフィラメントから放射
されるので、正電位のグリッドに直ちに吸引されずにこ
れを通過し、グリッドによるクーロン力により引き戻さ
れ、さらにグリッドを通過し、というように、グリッド
を中心として振動運動を繰返し、遂にはグリッドに吸収
されるので、基板へは達せず、基板は電子衝撃を受けな
いので、それによる加熱がなく基板の温度上昇が防止で
きる。従って、プラスチックスのような耐熱性の無い材
質のものでも、基板とすることが出来る。

以下、図示の実施例について説明する。

第１図において、ベースプレート１とペルジャー２とは
、バッキング２１を介して一体化され真空槽を形成して
いる。ベースプレート１は。

支持体兼用の電極５，７．１１により貫通されているが
、これら支持体兼用電極などの貫通部はもちろん気密状
態にあり、さらにこれら支持体兼用゛な極５，７．１１
とベースプレート１とは電気的に絶縁されている。また
ベースプレート１の中央部に穿設された孔ＩＡは図示さ
れていない真空排気系へ連結されている。

材料蒸気導入部３は、ステンレススチールなどにより一
端が真空槽内に開口するノズル状に形成されており、グ
リッド８の電位に対して負の電位の端子に接続されてい
る（図の場合はアース）、他端は図示されない、薄膜形
成材料を収納するボンベなどに接続され、形成すべき薄
膜の組成によっては複数のボンベにガス混合器等を介し
て接続されている。

一体の支持体兼用電極５の間には、タングステンなどに
よる、熱電子発生用のフィラメント６が支持されている
。このフィラメント６の形状は、複数本のフィラメント
を平行に配列したり、あるいは網目状にしたりするなど
して、材料蒸気導入部からの材料蒸気の拡がりをカバー
するように定められている。支持体兼用電極７には、グ
リッド８が支持されている。このグリッドは、材料蒸気
を通過させうる形状にその形状が定められているが、こ
の例では網目状である。支持体１１には対電極１２が支
持され、その下位には基板１３が適宜の方法で保持され
る。この状態を材料蒸気導入部３の側から見れば、基板
１３の背後に対電極１２が配置される事となる。

支持体兼用電極５，７．１１は導電体であって電極とし
ての役割を兼ねており、それらの、真空槽外へ突出した
端部間は図示のように種々の電源に接続されている０図
示例の場合は、支持体兼用電極７が、直流電圧電源１６
の正端子に、支持体兼用電極１１が、直流電圧電流１７
の負端子に、そして支持体兼用電極５は熱電子発生用電
源１５にそれぞれ接続されている０図中の接地は必ずし
も必要ない。

実際には、これら電気的接続は、種々のスイッチ類を含
み、これらの操作により、成膜プロセスを実現するので
あるが、これらスイッチ類は図中に示されていない。

以下、このような装置を用いて薄膜を形成する場合につ
いて説明する。

基板１３を図の様にセットして、真空槽内はあらかじめ
、１０−’〜１０−’Ｔｏｒｒの圧力にされ、これに必
要に応じて、活性ガスもしくは不活性ガス、あるいはこ
れらの混合ガスが１Ｏ−２〜１０−４丁ｏｒｒの圧力で
導入される。ここでは、説明の具体性のため、導入ガス
は１例えば、アルゴンなどの不活性ガスであるとする。

この状態において、電源を作動させグリッド８に正の電
位が、対電極１２には負の電位が印加され、フィラメン
ト６には電流が流される。真空槽内の導入ガスであるア
ルゴン分子はフィラメント６より放出された熱電子との
衝突によってその外殻電子がはじきだされ、正イオンに
イオン化される。このようにして、導入された材料蒸気
の一部は、前期イオン化されたアルゴンイオンまた、熱
電子によって正にイオン化される。このように、一部イ
オン化された材料蒸気はグリッド８を通過するが、その
際、前記のように、グリッド近傍において上下に振動運
動する。熱電子および、前期イオン化された導入ガスの
衝突により、さらにイオン化が促進される。

グリッド８を通過した材料蒸気中、いまだイオン化され
ていない部分は、更に、グリッドと基板の間に於いて、
前期イオン化された導入ガスとの衝突により、正イオン
にイオン化されイオン化率が高められる。

このようにして、正イオンにイオン化された材料蒸気は
、グリッド８から対電極１２に向かう電界の作用により
基板１３に向かって加速され、基板に高エネルギーを持
って衝突付着する。これによって、非常に密着性の良い
薄膜が形成される。

熱電子は最終的には、その大部分がグリッド８に吸収さ
れ、一部の熱電子はグリッド８を通過するが、グリッド
８と基板１３との間で、前期電界の作用によって、減速
されるので、仮に基板１３に到達しても、同基板１３を
加熱するには到らない。

本発明においては、材料蒸気のイオン化が極めて高いた
め、真空槽内に活性ガスを単独で、あるいは不活性ガス
とともに導入して成膜を形成する場合にも、所望の物性
を有する薄膜を容易に得ることが出来る。

例えば、不活性ガスとしてアルゴン、活性ガスとして酸
素を導入して、圧力を１０−’Ｔｏｒｒに調整し、材料
蒸気としてＳｉＨ，を選択すれば、基板上にはＳｉｎ、
の薄膜を形成することができる。

材料蒸気としては、どんな組成の薄膜を形成させるかに
よって決定されるが、例えば、シリコーンの薄膜を成膜
させるのであれば、ＳｉＨ４あるいは、　Ｓ　ｘ　Ｃ１
４＋　２８２などが導入される。

また、ＳｉＯ２の薄膜を成膜させるのであれば、Ｓ　ｉ
　Ｈ、＋　０２が導入される。　また、カーボンの薄膜
を成膜させるのであれば、炭素を含む殆どの有機物質が
使用出来、アルコール類、ベンゼン類、アルコール水溶
液、メタンガス等の有機ガス等々が使用される。また、
金属薄膜の成膜をさせるのであれば、金属ハロゲン化物
（Ｃｕの成膜ならばＣｕＣ１４，Ａｌの成膜ならばＡＩ
ＣＬ）あるいは金属塩（Ａｌの成膜には、Ａｌ（ＣＨ，
−ＣＨ）（ＣＨ３）ｉ、Ｎｘの成膜には、Ｎ１（Ｃｏ）
４）、合金の成膜であれば、それぞれの成分金属の塩化
物の混合ガスが使用される。また、ガリウム砒素の成膜
であれば、　Ｇａ（ＣＨ，）、＋ＡｓＨ，の混合ガスが
使用される。ここに例示した以外の成分、あるいは化合
物・元素より成るガスによっても、成膜可能なことは勿
論である。

なお、本発明装置に於いて、例えば、グリッド８と対電
極１２との間に高周波電磁界を発生させつる高周波電極
を設置すれば、前記イオン化はこの高周波電磁界によっ
て、さらに促進され、前記種々の効果が増大され、効果
的である。

効　　　果以上のような本発明によれば、材料蒸気導入口とグリッ
ドとの間に配置した熱電子発生用のフィラメントが配置
されており、このフィラメントによる熱電子が真空槽内
のガスのイオン化に有効に寄与し、１０−’Ｔｏｒｒ以
下の圧力の高真空下に於いても材料蒸気のイオン化が可
能であり、このため、薄膜の構造も極めて緻密なものと
することが可能であり、通常、薄膜の密度はバルクのそ
れより小さいとされているが、本発明によれば、バルク
の密度に極めて近似した密度が得られる。さらに、この
ような高度の真空下で成膜を行えることにより、薄膜中
へのガス分子の取り込みを極めて少なくすることができ
、高純度の薄膜を得ることが可能となる。また、本発明
によれば、材料蒸気がイオン化し、高いエネルギーを電
気的に有する（電子・イオン温度）ので、反応性を必要
とする成膜、結晶化を必要とする成膜を温度（反応温度
、結晶化温度）という熱エネルギーを与えずに実現出来
るので低温成膜が可能となり、従って、耐熱性の弱いプ
ラスチックスなどを基板に使用することができる。すな
わち、本発明の薄膜形成装置はＩＣ。

ＬＳＩなどを構成する半導体薄膜や、その電極としての
高純度の金属薄膜の形成に極めて好適なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す断面概略説明図で
ある。１・・・ベースプレート　　２・・・ペルジャー３・・
・材料蒸気導入部　　５　、７．１１・・・支持体兼用
電極６・・・フィラメント　　　８・・・グリッド１２
・・・対電極　　　　　　１３・・・基　板１５・・・
熱電子発生用電源　１６．１７・・・直流電圧電源２１
・・・パツキン

Claims

【特許請求の範囲】

１、活性ガスもしくは不活性ガス、あるいはこれら両者
の混合ガスが導入される真空槽と、この真空槽内に薄膜
化材料を蒸気あるいは霧状として導入する導入部と、前
記真空槽内に配置され、基板を前記導入部に対向するよ
うに保持し、導入部と同電位あるいは負電位におかれる
対電極と、前記導入部と対電極との間に配置されて対電
極および導入部に対して正電位におかれ、材料蒸気を通
過させうるグリッドと、このグリッドと導入部との間に
配置され、熱電子発生用のフィラメントとを具えたこと
を特徴とする薄膜形成装置。