JPH0154430B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、化合物膜や単体膜等を形成するのに
有利に用いられる活性化ノズルを用いた蒸着法に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来、炭化物や窒化物等の化合物膜或いはSiC
膜等を形成するのに活性化反応性蒸着法が利用さ
れている。この活性化反応性蒸着法は、反応効率
を高めるために反応ガスをイオン化して化合物蒸
着を行なう方法であり、その従来例としては特開
昭48―60088号公報、特開昭49―52186号公報、特
公昭57―2271号公報および特公昭58―41351号公
報等に記載のものを挙げることができる。

例えば特開昭49―52186号公報には、基体と金
属源との間の空間内で、活性化された金属蒸気お
よび炭化水素ガスの原子を蒸気相で反応性蒸着す
ることによつて炭化物被膜を蒸着する方法につい
て開示されており、蒸発源金属は電子ビームによ
つて加熱され、真空室内で蒸発し、反応区域へ金
属蒸気電子を供給する。そして反応区域内に炭化
水素ガスを導入すると共に反応区域に設けられた
偏向電極からの低電圧電界により反応区域へ偏向
された金属加熱用電子ビームの幾分かの電子で金
属蒸気およびガスの原子を活性化している。反応
物質の活性化により反応の確率を高め、金属蒸気
と炭化水素ガスとの反応が高い効率で行なわれる
ようにしている。

また上記で挙げた特公昭58―41351号公報には
基板上に金属炭化物の窒化物の被膜を形成する活
性化反応蒸着法について記載されており、この場
合には電子銃として中空熱陰極型の電子銃を使用
し、基板の温度および反応ガスの圧力を制御して
化学量論的に安定した被膜を高能率で得るように
している。

さらに、特公昭57―2271号公報には基板上に金
属の炭化物または窒化物の被膜を形成する活性化
反応蒸着装置について記載されており、この場合
には、雰囲気ガスと反応ガスとの別個の供給制御
の煩雑さを避けるため反応ガスを中空熱陰極型の
電子銃を介して処理室内へ導入するようにしてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように化合物膜を形成するのに反応をより
促進させるためにプラズマを用いて蒸発物質や反
応ガスを活性させる方法においては、プラズマ密
度が高くなるような条件で行なわなければ効果が
少ないため、反応系内のガス圧力は高い値（５×
10^-1Pa以上）に設定する必要がある。この状態
で蒸着を行なうと、ガス分子・原子による散乱が
多くなるため、膜質が低下し、析出速度も下が
る。また、上述のような従来の方法では、窒化ホ
ウ素，窒化ケイ素のように反応しにくい化合物膜
に関して化学量論組成比を得ることは非常に困難
である。

そこで、本発明の目的は、低圧で高密度のプラ
ズマ状態を形成でき、高速で良質な膜を形成でき
る活性化ノズルを用いた蒸着法を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明による活
性化ノズルを用いた蒸着法は、高圧電子ビーム、
レーザ、抵抗加熱、高周波加熱等を用いて蒸発物
質を加熱蒸発させるようにした蒸発源および熱陰
極から放出される熱電子を、直流正または交流電
圧を印加して活性化作用をもたせたガス導入用の
活性化ノズルのガス吹き出し口に引き込み上記活
性化ノズルの先端部に放電を起こさせ、上記活性
化ノズルを介して導入するガスおよび上記蒸発源
からの蒸発物質をイオン化、励起させると共に、
蒸着処理すべき被処理物に直流負または高周波電
圧を印加して、放電により生成したイオンを上記
被処理物に引き込ませ反応を効率的に行なわせる
ことを特徴としている。

〔作用〕

このように構成した本発明の方法においては、
高圧電子ビーム、レーザ、抵抗加熱、高周波熱等
を用いて蒸発物質を加熱蒸発させるようにした蒸
発源により、所要の材料物質が安定して蒸発さ
れ、活性化ノズルからは形成すべき膜の生成に必
要な反応ガスと共に適当な放電基体ガスが導入さ
れる。また熱陰極からは直接通電または間接加熱
により熱電子が放出される。活性化ノズルに直流
正または交流電圧を印加することにより、熱陰極
および蒸発源から出る熱電子は活性化ノズルに引
き込まれ、活性化ノズルの先端部近傍は系全体に
対して圧力（分子・原子密度）が高いため系全体
の圧力を上げることなしに活性化ノズルの先端部
近傍に高密度のプラズマが発生され得る。従つ
て、プラズマで発生したオン種および励起種は中
性ガス種等によつて散乱される頻度も下がり、そ
れと共に蒸着処理すべき被処理物に印加される直
流負または高周波電圧バイアスにより、高密度プ
ラズマからのイオンは効率良く蒸着処理すべき被
処理物に入射する。これによりイオン種または励
起種が蒸発物質と反応して所要の膜が形成され得
る。

〔実施例〕

以下、添附図面を参照して本発明の一実施例に
ついて説明する。

第１図には、本発明による方法を実施している
反応蒸着装置の一例を概略的に示し、１は真空容
器で、この真空容器１内には蒸発物質の入つた蒸
発源２が配置されており、この蒸発源２は高圧電
子ビーム、レーザ、抵抗加熱、高周波加熱等を用
いて蒸発物質を加熱蒸発させるように構成されて
おり、加熱手段は蒸発すべき物質やその他の条件
に応じて適当に選定され得る。蒸発源２に対向し
た位置には蒸着処理すべき被処理物を成す基板３
が配置されている。また真空容器１内には熱陰極
４、活性化ノズル５および基板加熱用ヒータ６が
示されており、熱陰極４は直流または交流電源７
に接続され、活性化ノズル５は直流正または交流
電圧を印加するため直流または交流電源８に接続
され、また基板３は直流負または高周波電圧を印
加するため高周波電源９または直流電源９′に接
続される。

このように構成した図示装置を用いて窒化ホウ
素膜を形成する場合について説明する。

蒸発源２としては高圧電子ビーム蒸発源を使用
し、ホウ素を蒸発させ、活性化ノズル５から窒素
を導入して基板３上に窒化ホウ素膜を形成した。
この場合他の成膜条件は次の通りである。

窒 素 分 圧 ……0.1Pa 活性化ノズル電圧・電流……0V〜70V、0A〜5A 電子ビーム電力 ……1.5KW 基板バイアス電圧 ……−100V 基 板 温 度 ……300℃ 活性化ノズル５の放電電流を変化させた場合の
膜組成の変化を第２図に示す。第２図から明らか
なように、活性化ノズル５に電流が流れていない
時、即ち通常の電界蒸着を行なつた場合には、組
成比（Ｎ／Ｂ）は0.03程度であるのに対して、活
性化ノズル５の電流を増していくに従い組成比は
上がり、化学量論的な組成（Ｎ／Ｂ＝１）が得ら
れる。この場合組成はＸ線マイクロアナライザで
測定した。

なお、図示実施例において蒸着処理すべき被処
理物に掛けるバイアスを直流負電圧にするかまた
は高周波電圧にするかは成膜すべき物質に応じて
適宜選択され得る。

〔発明の効果〕

以上、説明してきたように、本発明の方法によ
れば、高圧電子ビーム、レーザ、抵抗加熱、高周
波加熱等を用いて蒸発物質を加熱蒸発させるよう
にした蒸発源および熱陰極から放出される熱電子
を、直流正または交流電圧を印加して活性化作用
をもたせたガス導入用の活性化ノズルのガス吹き
出し口に引き込み上記活性化ノズルの先端部に放
電を起こさせ、上記活性化ノズルを介して導入す
るガスおよび上記蒸発源からの蒸発物質をイオン
化、励起させると共に、蒸着処理すべき被処理物
に直流負または高周波電圧を印加して、放電によ
り生成したイオンを上記被処理に引き込ませ反応
を効率的に行なわせるように構成しているので、
活性化ノズルの先端部の圧力が系全体に対して高
くなるため高密度なプラズマが容易に得られ、し
かも系全体としては低圧力のまま保つことがで
き、その結果、プラズマによつて生成されたイオ
ン種および励起種の被処理物への入射密度が増大
し、大きな面積に良質な膜を形成することができ
る。従つて本発明の方法を適用することにより、
窒化ホウ素、窒化ケイ素のように反応しにくい化
合物膜の形成においても容易に化学量論的な組成
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施している反応蒸着
装置の一例を示す概略線図、第２図は第１図の装
置を用いて形成した種々な成膜条件における窒化
ケイ素膜の組成を示すグラフである。 図中、１：真空容器、２：蒸発源、３：基板、
４：熱陰極、５：活性化ノズル、６：基板加熱用
ヒータ、７：直流または交流電源、８：直流また
は交流電源、９：高周波電源、９′：直流電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高圧電子ビーム、レーザ、抵抗加熱、高周波
   加熱等を用いて蒸発物質を加熱蒸発させるように
   した蒸発源および熱陰極から放出される熱電子
   を、直流正または交流電圧を印加して活性化作用
   をもたせたガス導入用の活性化ノズルのガス吹き
   出し口に引き込み上記活性化ノズルの先端部に放
   電を起こさせ、上記活性化ノズルを介して導入す
   るガスおよび上記蒸発源からの蒸発物質をイオン
   化、励起させると共に、蒸着処理すべき被処理物
   に直流負または高周波電圧を印加して、放電によ
   り生成したイオンを上記被処理物に引き込ませ反
   応を効率的に行なわせることを特徴とする活性化
   ノズルを用いた蒸着法。