JPH0254770A - 薄膜形成方法 - 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〕 この発明はＥＣＲプラズマＣＶＤ法を利用した薄膜形成
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

近時、低ガス圧を用い、プラズマの高活性化とともに適
度のエネルギーのイオン衝撃によって膜形成反応を促進
させることを目的としてＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃ
ｙｃｌｏｔｒｎｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）プラズマＣＶ
Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）法が提案されている。

すなわち、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法は、マイクロ波を用
いて電子サイクロトロン共鳴条件によりプラズマを生成
し、発散磁界を用いてプロセスチャンバ内にプラズマを
引き出し、適度のエネルギーで基材上にイオンを付着さ
せて薄膜を生成するものである。

この方法は、薄膜作製時の低温化と膜品質の向上とを図
ることができるため、ダイヤモンド薄膜や各種のセラミ
ック薄膜等の作製に利用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

通常のＥＩＣＲイオン源を用いてＥＣＲプラズマＣＶＤ
法により、たとえばダイヤモンド薄膜を形成する場合、
薄膜の核形成を促進させるため、基材に前処理（ダイヤ
モンドポリッシング等）が必要であった。また、基材が
変わるとｌＩ！２質が変化するために基材の材料を選ぶ
必要があった。

とくに、得られた薄膜は基材との密着性がわるいために
薄膜と基材との間で剥離が生じゃずいという問題があっ
た。

したがって、この発明の目的は基材の前処理や基材の材
料を選択する必要がなく、基材との密着性にすぐれた薄
膜を４葛ことができる薄膜形成方法を堤供することであ
る。

（課題を解決するための手段〕 この発明の薄膜形成方法は、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法を
利用したものであって、プロセスチャンバへ引き出され
たイオンをイオン加速電極によって加速して基材に衝突
させ基材の表面にミキシング層を形成したのち、このミ
キシング層の表面に発散磁界による低エネルギーイオン
で薄膜を形成するものである。

〔作用〕 この発明によれば、薄膜形成の初期には、プラズマチャ
ンバからプロセスチャンバに引き出されたイオンを加速
電極で加速し、この加速されたイオンの衝撃により基材
と薄膜との間に両方の原子が混ざり合ったミキシング層
を形成する。このミキシング層は基材およびＦｉ４膜の
双方に対する密着性にすぐれており、それらの間のバッ
ファ層となるものである。

ミキシング層の形成後、イオンの加速を止め、ＥＣＲの
発散磁場によって引き出される低エネルギーにより膜形
成を行うことにより、密着性にすぐれた良質の薄膜の形
成が可能となる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図〜第３図に基づいて説明す
る。第１図はＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の概略断面図で
ある。第１図において、１０はＥＣＲイオン源であり、
プラズマチャンバｌ、マイクロ波導入用の導波管２、マ
イクロ波導入窓５（石英ガラス等からなる）、ガス導入
管３およびプラズマチャンバ１の周囲に配置した磁気コ
イル４を主要構成要素とする。そのほかに、ＥＣＲイオ
ンａｔＯには冷却液導入管６および排出管７、さらに絶
縁体８が設けられる。

プラズマを発生させるには、ガス導入管３にてプラズマ
チャンバ１内にＡｒ、　Ｎｔ、　Ｏｘ等のガスを導入し
、導波管２にマイクロ波（たとえば２．４５ＧＨ２のマ
イクロ波）を導入し、磁気コイル４によってプラズマチ
ャンバ１内にＥＣＲ条件を満たす磁場（たとえば８７５
Ｇａｕｓｓの磁場）を発生させる。

プラズマの出口には加速電極１１が設けられ、さらにイ
オンだけを引き出し電子がプラズマチャンバｌから出な
いような磁場を形成する減速電極１２が設けられる。１
７および１８はそれぞれの電極１１．１２の電源である
。

基材１４はプロセスチャンバ１３内の基材ホルダ１５上
に設置される。基材ホルダ１５にはヒータ１６が内蔵さ
れ、基材１４を所定温度に加熱できるように構成されて
いる。プロセスチャンバ１３内は真空排気される。１９
．２０はそれぞれプロセスチャンバ１３に設けたガス導
入部およびガス排出部である。

基材ホルダ１５には、入射イオンのエネルギー制御およ
び基材１４のチャージアップ防止のために、高周波電源
２１および直流バイアス電源２２が接続される。２３は
フィルタである。

なお、プラズマチャンバ１内に不活性ガス（ＡｒＮｅ、
　ｌｌｅ等）や反応性ガス（１１□等）を導入する際は
、プロセスチャンバ１３に設けたガス導入部１９がら原
料ガスを導入してもよい。

基材１４の表面に薄膜を作成するに際しては、チャンバ
内を１０−’〜１０−７Ｔｏｒｒ程度まで排気後、プラ
ズマチャンバ１から加速電極１１および減速電極１２を
通ってイオンビームをプロセスチャンバ１３内の基材１
４に向かって照射する（イオンビームを矢印２４で示す
）。

このイオンビームに炭素が含まれていると、基材１４上
に炭素系薄膜が形成されるとともに、照射イオンのエネ
ルギーが炭素をダイヤモンドに結晶成長させるための核
形成エネルギー供給源として作用し、これによって、た
とえば第２図に示すように基材１４の表面にバッファ層
としてのミキシング層２５が形成される。このときのイ
オンビ−ムのエネルギーは基材１４の損傷を抑えるため
に約１０ｋｅＶ以下にするのが好ましい。

また、イオンビームとして炭素を含まない不活性ガス（
Ａｒ、　Ｎｅ、　Ｈｅ等）や活性ガス（ＯＸ等）を用い
、ガス導入部１９から炭素を含むガスを導入゛しても同
様の効果を得ることができる。

ミキシング層２５が形成されたのち、加速電極ＩＩおよ
び減速電極１２を取り除くか、あるいはこれらの電源１
７．１８を遮断して、ＥＣＲの発散磁場から引き出され
たイオンビームによって２０〜３０ｅＶの低エネルギー
イオンでミキシング層２５の表面にダイヤモンドの薄膜
２６を形成する。このときのガス導入方法はミキシング
層２５の形成の場合と同じでよい。

なお、ミキシング層２５の形成時、スパッタを小さく抑
えるために、加速電極１１に対して、つまり第３図に示
すイオンビーム（矢印２４で示す）の入射方向に対して
基材１４の角度θはＯ〜６０゜の範囲で可変とするのが
好ましい。

また、膜作成時には、必要に応じて基材１４を基材ホル
ダ１５に内蔵したヒータ１６で加熱してもよい。この加
熱により熱励起が活発になり、ダイヤモンド薄膜等の薄
膜形成反応を促進させることができ、かつミキシング層
２５中の欠陥を除去することができる。

ダイヤモンド薄膜のほかに、この発明の方法は、種々の
セラミックス薄膜の作製にも利用できる。

代表にその例を原料ガスとともに示す。

これらの薄膜はいずれもイオンを加速電極１１で加速し
て基材１４の表面にミキシング層をつくり、ついでＥＣ
Ｒの発散磁場による低エネルギーイオンにより形成する
ことにより、基材１４に対する密着性が大幅に向上する
。

〔発明の効果〕

この発明によれば、ＥＣＲイオン源からプロセスチャン
バに引き出されたイオンを加速電極で加速してイオン衝
撃により基材とｇｌ膜との間にミキシング層を形成し、
ついでＥＣＲの発散磁場による低エネルギーイオンによ
り膜形成を行うため、基材との密着性にすぐれた良質の
薄膜の形成できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例で使用したＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ装置の概略図、第２図は基材に形成した薄膜の断面
図、第３図はイオンビームの基材への入射角度を示す説
明図である。 １−・−プラズマチャンバ、１１−・加速電極、１２減
速電極、１３・・・プロセスチャンバ、１４・・・基材
、１５−基材ホルダー、２５−・ミキシング層、２６−
薄膜 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＥＣＲプラズマＣＶＤ法を利用して、プラズマチャンバ
   からプロセスチャンバ内に引き出したイオンで基材上に
   薄膜を形成する薄膜形成方法において、 前記プロセスチャンバへ引き出されたイオンをイオン加
   速電極によって加速して基材に衝突させ基材の表面にミ
   キシング層を形成したのち、このミキシング層の表面に
   発散磁界による低エネルギーイオンで薄膜を形成するこ
   とを特徴とする薄膜形成方法。