JPH04116155A - 薄膜の形成方法 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ ＩＣ，ＬＳＩを始めとする半導体装置に用いられるケイ
素または酸化ケイ素、炭化ケイ素等のケイ素化合物薄膜
および高硬度、高耐久性を必要とする環境で使用される
炭化ケイ素や窒化ケイ素等のケイ素を含有するセラミッ
クス薄膜の形成方法に関する。

［従来の技術］ ケイ素やケイ素化合物の薄膜を形成する方法には、化学
気相法ＦＣＶＤ法）や物理蒸着法（ＰＶＤ法）がある。

ＣＶＤ／去では、プラン（ＳｉＨ４）や四塩化ケイ素（
ＳｊＣｊ２４）等の含ケイ素化合物ガスをケイ素源とし
、これに水素ガスを加えさらに所望の化合物を形成する
ための反応ガス、たとえば、炭化ケイ素の場合は、メタ
ンやアセチレンのような炭化水素系ガスを使用して合成
する。この際、反応を起こすために、基材を１０００℃
程度に加熱するか、あるいは、放電による活性化が行わ
れる。後者は、　−ＩＩＱに放電プラズマを用いるので
プラズマＣＶＤ法とよばれている。

一方、ＰＶＤ法では、ケイ素あるいは、ケイ素化合物を
、タングステン等の１ｉｉ−を熱性金属上で通電加熱す
ることにより蒸発を行い、そのまま蒸着するか、プラズ
マによる活性化（いわゆるイオンブレーティング法）を
併用することにより化合物膜の形成を行っていた。また
、タングステン等による通電加熱の他、電子ビームによ
る蒸発も広（用いられていた。この他、ＰＶＤ法には、
ケイ素またはケイ素化合物をアルゴン等の放電プラズマ
によりスパックリングすることにより薄膜化するなどの
方法が用いられていた。

［発明が解決しようとする課題］ ＣＶＤ法により、ケイ素またはケイ素化合物膜を形成す
る場合、シラン（ＳｉＨ４）系ガスや水累等の可燃性ガ
スや毒性の強い反応ガスを用いる必要があり、危険を伴
い、設備的にも大がかりなものとなってしまうという欠
点を有している。また、ＣＶＤ法では１０００’Ｃ程度
の温度に耐える基材のみに薄膜の形成が可能であるとい
う欠点も有していた。

一方、ＰＶＤ法では、蒸発による方法とスパッタリング
による２つの方法が考えられるが、前者においては、タ
ングステン等の耐熱性金属を通電加熱する場合、ケイ素
と合金化してしまうため、しばしば断線を生じ、膜の形
成を行うことができなくなることがあった６また、電子
ビームを用いて蒸発を行う場合、ケイ素は水冷銅ルツボ
内におかれるのが一朗であるが、電子ビームでケイ素を
加熱すると、ケイ素の溶解とともに、溶解したケイ素が
飛散、突沸を起こし、均質な膜を得ることが極めて困難
であった。

スパッタリング法では、ターゲツト材を作るのに費用が
かかるとともに膜形成速度が遅く、効率が悪いという問
題があった。

［課題を解決するための手段］ かかる問題点を解決するため、本発明では、ＰＶＤ法に
おける電子ビームによる蒸発により薄膜を形成する方法
において、蒸発物質であるケイ素を直接水冷ルツボ内に
入れず、炭素（グラファイトが好しい）製のルツボにケ
イ素を入れ、これを水冷ルツボに置き、ケイ素を電子ビ
ームにより加熱、蒸発することにより、ケイ素またはケ
イ素化合物薄膜を形成する。

［作用］ ケイ素を炭素製ルツボ内に入れ、電子ビームにより加熱
、蒸発することにより、従来、電子ビームによる加熱、
蒸発で問題であった飛散、突沸かなくなり、安定したケ
イ素の蒸発が行えるようになった。このため、ケイ素の
薄膜を容易に得ることができるようになった。また、放
電プラズマを併用することにより活性雰囲気を作りだし
、反応ガスを導入することにより、炭化ケイ素、窒化ケ
イ素、酸化ケイ素等のケイ素化合物薄膜も容易に得られ
るようになった。

［実施例］ 以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。

（実施例−１） 第１図は、本発明を実施するために用いた電子ビーム蒸
発装置を具備した真空蒸着装置である。

ケイ素膜の形成について例をあげ説明する。

まず、真空槽１を真空排気系２によりｌ×１Ｏ−６Ｔｏ
ｒｒまで真空排気した後、電子ビーム発生用フィラメン
ト３より電子ビームを１０ＫＶ−２００ｍＡの出力で発
生させ、水冷銅ルツボ４内におかれた、グラファイト製
ルツボ５の中の蒸発用ケイ素６に電子ビームを照射する
ことによりケイ素６を加熱、蒸発させ、上方に配置され
たサファイヤ製基板７上にケイ素膜を蒸着した。このと
き、サファイヤ製基板７は、ヒーター８により６００°
Ｃに加熱しておいた。この条件で１０分間蒸着すること
により、膜厚１μｍの均一なケイ素膜を得ることができ
た。また、蒸発中においてはケイ素の飛散や突沸は全く
生じることがなく安定していた。

（実施例〜２） 次に、ホローカソード型イオンブレーティング法による
炭化ケイ素膜形成に本発明を適用した例について記す。

第２図は、ホローカソード型イオンブレーテインク装置
の縦断面図である。まず、真空槽９を真空ｔｔト気系１
０により、ｌＸｌ０−’Ｔｏｒｒまで真空排気した。水
冷銅ルツボ１１中に置かれたグラファイト製ルツボ１２
内の蒸発用ケイ素１３をホロカソード型電子銃１４によ
り加熱、蒸発し、同時に放電プラズマを発生させた。こ
の時のホロカソード型電子銃１４の放電条件は、ホロー
カソード内に流れるアルゴンガス（Ａｒ）の流量を２０
　ｃ　ｃ　／　ｍ　ｉ　ｎとすることにより、放電電圧
２５■、放電電流１２０Ａとした。ガス導入系１５より
、アセチレンガス（ｃ、Ｈ２）を６０　ｃ　ｃ　／　ｍ
１ｎの割合で導入することにより、反応性イオンブレー
ティングを行い、シリコンウェハ基板１６に炭化ケイ素
膜を形成した。この時、基板１６には、１３．５６Ｍ）
ｌｚの高周波電力を高周波電源１７により印加しておい
た。また、基板１６は、ヒーター１８により、加熱も同
時におこなえるようになっており、室温から８００°Ｃ
まではアモルファス状の炭化ケイ素膜が、８００℃以上
では結晶質（β型）の炭化ケイ素膜が得られた。

この実施例においても、イオンブレーティング中に蒸発
用ケイ素は安定して溶解・溶融し、飛散突沸することな
く蒸発した。

なお、上記実施例では、ケイ素膜と炭化ケイ素膜の形成
例について述べたが、窒化ケイ素、酸化ケイ素やこれら
の複合化合物膜や種々の元素を含んだケイ素化合物膜の
形成にも適用できることは明らかであり、真空蒸着やホ
ローカソード型イオンブレーティングだけでなく他の電
子ビーム加熱を用いる蒸発方式による薄膜形成装置にも
本発明が適用できることはいうまでもない。

［発明の効果］ 上記実施例に述べたごとく、本発明による薄膜の形成方
法によれは、半導体装置や高硬度　高到久性を要する材
料として優れたケイ素やケイ素化合物薄膜を容易にかつ
安定して形成・製造することが可能である。すなわち、
電子ビームでケイ素を蒸発するに当り、ケイ素を炭素製
ルツボに入れておき、水冷ルツボ内でケイ素を加熱、溶
解、溶融、蒸発することにより、水冷ルツボに直接入れ
て行う場合に生しる飛散や突沸といった不具合を生しな
くなり、良質なケイ素またはケイ素化合物薄膜を得るこ
とができるようになった。これにより、危険なガスを使
用するＣＶＤ法を用いずにケイ素やケイ素化合物薄膜を
形成することができるようになり、製造時における安定
性、コスト面でも絶大なる効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を説明するために実施例−１で使用し
た真空蒸着装置の縦断面図であり、第２図は実施例−２
で使用したホローカソード型イオンブレーティング装置
の縦断面図である。 １　・　・ ２　・　・ ３　・ ４　・　・ ５　・　・ ６　・ ７　・ ８　・ ９　・ １０　・ １３　・ １４　・ １５　・ ・・真空槽 真空排気系 ・フィラメント ・水冷銅ルツボ ・グラファイト製ルツボ ・ケイ素 基板 ・ヒーター ・真空槽 真空排気系 ・・水冷ルツボ ・・グラファイト製ルツボ ・ケイ素 ・・ホローカソード型電子銃 ・・ガス導入系 １６・・・　・基板 １７・・・・・高周波Ｔｉ源 １８・　・　・　・　・ヒーター 以上 出願人　セイコー電子工業株式会社 代理人　弁理士　　林　　　敬　之　助８ヒータ 笑方七例 １にｍｍ１−１−装置Ｖ″ｌ縦討面図 ８ヒータ 寅託例 ２に適用ＬＴこ装五ｎ４従直面図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ケイ素またはケイ素化合物からなる薄膜を形成する方
   法において、ケイ素を蒸発物質とし、蒸発方法として電
   子ビームを用い、かつ、ケイ素を炭素ルツボ内より蒸発
   することを特徴とする薄膜の形成方法。