CN104011254B - 贵金属膜的连续成膜方法和电子零件的连续制造方法 - Google Patents

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Abstract

在利用等离子体溅射连续地进行贵金属膜的成膜处理时，防止由于腔室的内壁被贵金属覆膜覆盖而使二次电子的发射特性降低的情况，以谋求生成和维持等离子体。在进行使贵金属膜形成在任意的基板上的成膜处理之后且在对接下来的基板进行成膜处理之前，在腔室内壁形成由二次电子发射系数比该贵金属的二次电子发射系数高的材料构成的二次电子发射覆膜。

Description

贵金属膜的连续成膜方法和电子零件的连续制造方法
技术领域
本发明涉及用于连续地进行利用溅射使贵金属膜形成在基板之上的工序的贵金属膜的连续成膜方法和使用了该方法的电子零件的连续制造方法。
背景技术
半导体装置中的金属配线使用很多的贵金属材料。贵金属材料是作为元素周期表中的10族和11族的总称来定义的。尤其是，金、铂等作为功能性材料，从其生产率、难易性方面考虑，利用溅射法(以下也称作“溅射”)来形成。例如，在专利文献1中，将利用溅射成膜的铂应用于电极。作为溅射，广泛使用利用等离子体的等离子体溅射。
使用图4说明该等离子体溅射中的粒子的运动。在溅射中的等离子体内部存在作为放电气体而被导入的气体的离子和自靶608发射出的金属离子603。上述离子603被电场加速而入射到安装于阴极601的靶608，从而在靶608表面上发射出二次电子604。另外，一部分的离子603带有因粒子的碰撞等而获得的动量，因此与放电空间内壁碰撞。在通常的溅射装置中，为了防止放电空间的腔室内壁被溅射粒子所覆盖而将防附着板602附设在腔室内壁的内侧，因此能够将放电空间内壁改称作防附着板602表面。在防附着板602表面上，与靶608同样地，也因离子603的碰撞而发射出二次电子604，由于自上述靶608和防附着板602表面连续供给的电子而等离子体得以持续。
专利文献1：日本特表2002-524850号公报
在设置于溅射装置的腔室内之前的防附着板602的表面上，如图4所示那样形成自然氧化膜605，或者作为表面处理实施喷丸加工、金属材料的喷镀处理。因此，该防附着板602的表面具有较高的二次电子发射系数，在刚将新的防附着板602设置好的状态下，易于生成或维持等离子体。
另外，当推进成膜时，在防附着板602的表面上堆积有靶材，而在使用了贵金属原子之外的通常金属的通常的溅射中，会由于残留于真空室内的气体而在覆盖防附着板602表面的金属表面发生氧化或氮化，从而维持防附着板602表面的二次电子的发射特性。
然而，贵金属原子因其化学稳定性而不易发生表面变质。因此，能够想到，若连续进行贵金属的成膜，则会如图5所示那样在防附着板602的表面上形成贵金属覆膜606而使得该防附着板602的表面的二次电子发射系数显著降低，从而难以生成或维持等离子体。因此，在用于连续地进行贵金属膜的成膜的溅射装置中，需要进行防附着板更换等维护作业，这会使生产率显著降低。能够想到，这样的问题在如下情况下等尤其显著：为了以较高的成膜速度进行贵金属的成膜，使用1个大型贵金属靶、使用基于多个贵金属靶的并行溅射，仅在1个腔室内进行贵金属的成膜。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题而做出的，其目的在于，提供一种能够长时间连续地进行稳定的成膜的贵金属膜的连续成膜方法和应用了该方法的电子零件的连续制造方法。
本发明的第1发明提供一种贵金属膜的连续成膜方法，该连续成膜方法连续地对多个基板进行如下工序，即，将基板输入到腔室内，在上述腔室内利用等离子体溅射在上述基板之上形成由贵金属构成的膜，之后将上述基板自上述腔室内输出，其特征在于，在将形成有由上述贵金属构成的膜的任意的基板自上述腔室内输出起到将在接下来进行成膜的基板输入到上述腔室内为止的期间中，在上述腔室的内壁表面上形成由二次电子发射系数比上述贵金属的二次电子发射系数高的材料构成的二次电子发射覆膜。
本发明的第2发明提供一种电子零件的连续制造方法，该电子零件将贵金属膜作为构件而具备该贵金属膜，其特征在于，利用上述本发明的第1发明所述的贵金属膜的连续成膜方法来形成上述贵金属膜。
采用本发明，在基于等离子体溅射的贵金属膜的连续成膜中，能够稳定地生成等离子体，从而能够进一步提高生产率。因而，能够以较高的生产率来制造具备贵金属膜的电子零件。
附图说明
图1是表示实施本发明的第1实施方式的溅射装置的结构的图。
图2是表示实施本发明的第1实施方式的溅射装置的另一结构的图。
图3是表示实施本发明的第2实施方式的溅射装置的结构的图。
图4是用于说明等离子体溅射中的粒子和电子的运动的图。
图5是用于说明本发明的课题的图。
图6是用于说明本发明中的、等离子体溅射中的粒子和电子的运动的图。
具体实施方式
本发明的特征在于，对于堆积有贵金属覆膜的腔室的内壁，通过使二次电子发射系数比该贵金属的二次电子发射系数高的二次电子发射覆膜堆积在该贵金属覆膜之上，从而易于生成和维持等离子体。另外，在本发明中，二次电子发射系数指的是，自试样发射出的二次电子与入射到试样上的电子之间的数量的比例。另外，在本发明中，腔室的内壁指的是，在腔室内设置有防附着板的情况下的、该防附着板的靠基板侧的壁面。
图6表示在本发明中在防附着板的内壁表面上形成有二次电子发射覆膜的状态。在图6中，附图标记607是二次电子发射覆膜，对与图4，图5相同的构件标注相同的附图标记。如图6所示，在形成了二次电子发射覆膜607之后，再次对贵金属靶进行溅射时，也能够发射出足以生成或维持等离子体的二次电子。
在本发明中，作为二次电子发射覆膜的形成方法，可列举出如下方法：使用二次电子发射系数比堆积在腔室内壁上的贵金属覆膜的二次电子发射系数高的材料并利用溅射或蒸镀在该贵金属覆膜之上形成二次电子发射覆膜的方法，以及通过将氧气、氮气这样的反应性气体导入到腔室内并使用等离子体使该贵金属覆膜与该反应性气体发生化学反应而形成二次电子发射覆膜的方法。
下面，参照附图来说明本发明的实施方式，但本发明并不限定于本实施方式。另外，在下面说明的附图中，有时对于具有相同功能的构件标注相同的附图标记而省略对其重复说明。
第1实施方式
作为本发明的第1实施方式，使用示意性地表示能够实施本实施方式的溅射装置的结构的图1来说明利用溅射使由二次电子发射系数比作为成膜材料的贵金属的二次电子发射系数高的材料构成的二次电子发射覆膜堆积到腔室的内壁表面的例子。
如图1所示，本例子的溅射装置100包括用于划分处理空间的容器(腔室)201。在腔室201内的上部和下部分别设有上部电极(放电电极)1和下部电极(偏压电极)301。
腔室201是中空圆柱状的容器，由大致圆板状的上部壁(顶壁)202、大致圆筒形的侧壁203以及大致圆板状的底壁204构成。在腔室201内划分出的处理空间的下方设有作为载置台的保持件302，该保持件302用于保持作为被处理体的电子零件等的基板306。
在该腔室201的侧壁设有排气口205，该排气口205与用于对腔室201内进行真空排气的排气泵10相连接。另外，在腔室201的内壁设有用于将氩气等处理气体导入到该腔室201内的处理空间中的气体导入口9，该气体导入口9与未图示的气体供给部件相连接。
此外，在腔室201的侧壁设有用于测量该腔室201内的压力的压力计30。该压力计30由例如薄膜式压力计等形成，且与根据该压力计30的检测值来控制腔室201内的压力的压力控制机构(APC)31相连接。
上部电极(放电电极)1由上部壁202、磁体机构5、靶电极2和靶电极13、以及绝缘体4构成。磁体机构5设于上部壁202的下方，在磁体机构5的下部设有用于搭载靶材的靶电极2和靶电极13。靶电极2和靶电极13的主要零件由Al、奥氏体系不锈钢(SUS)以及Cu等非磁性金属构成。
在第1靶电极2的减压侧，作为为了在基板306上进行成膜而需要的第1靶14而设置贵金属靶。另外，在第2靶电极13上设置具有比第1靶14的二次电子发射系数高的二次电子发射系数的第2靶15。作为第2靶15，选择例如Al、Ti。
靶电极2和靶电极13与用于供给直流电压的DC电源101和DC电源102相连接。绝缘体4用于将靶电极2、靶电极13与腔室201的侧壁之间绝缘并将靶电极2和靶电极13保持在腔室201内。
另外，在上部电极1、靶电极2以及靶电极13中设有未图示的配管，通过使冷却水流经该配管，能够冷却上部电极1、靶电极2以及靶电极13。
磁体机构5由磁性支承板7、由磁性支承板7支承的多个磁片6以及设于多个磁片6的最外周侧的磁场调整用磁性体8构成。另外，磁体机构5构成为，能够利用未图示的旋转机构而以靶材的中心轴线为旋转轴进行旋转。
将多个磁片6以彼此相邻的方式配置成位于靶电极2和靶电极13的上方且与靶电极2和靶电极13的表面平行。由相邻的磁片6相互形成磁场11。
磁场调整用磁性体8以在靶电极2和靶电极13侧与位于外周侧的磁片6局部重叠的方式延伸设置。通过采用这样的结构，能够在靶电极2、靶电极13与屏蔽件3之间的间隙处抑制(控制)磁场强度。
下部电极(偏压电极)301由保持件302、冷却·加热机构(未图示)、底壁204、以及第2电极用绝缘体303构成。在用于载置基板306的保持件302的内部设有冷却·加热机构。
下部电极用绝缘体303是用于以将保持件302与腔室201的底壁204之间电绝缘的方式支承保持件302和腔室201的底壁204的装置。另外，保持件302经由匹配器304与用于向基板306施加偏置电力的高频电源等下部电极用电源305相连接。另外，在下部电极用电源305上设有用于控制对保持件302施加的偏置电力的未图示的电力控制机构。
此外，在靶电极2和靶电极13的下方，以遮蔽靶电极2和靶电极13的方式设置有靶挡板(日文：シャッター)401。靶挡板401具有旋转挡板的构造。靶挡板401作为以下遮蔽构件发挥作用：利用该遮蔽构件来设置将保持件302与靶电极2、靶电极13之间遮蔽的闭状态(遮蔽状态)或者将保持件302与靶电极2、靶电极13之间敞开的开状态(退避状态)。在靶挡板401上设有用于进行靶挡板401的开闭动作的靶挡板驱动机构(未图示)。
在腔室201内设有设于保持件302与靶电极2、靶电极13之间的基板挡板402、和用于对基板挡板402进行开关驱动的基板挡板驱动机构(未图示)。在此，基板挡板402配置于保持件302的上方并作为以下遮蔽构件发挥作用：利用该遮蔽构件来设置将保持件302与靶电极2、靶电极13之间遮蔽的闭状态或者将保持件302与靶电极2、靶电极13之间敞开的开状态。
另外，在腔室201内部，为了防止构成构件被溅射粒子所覆盖而设有防附着板403。
接下来，说明本发明的处理步骤。
第1处理是使用第1靶14在基板306上形成贵金属膜的成膜处理。首先，利用排气泵10对腔室201内进行真空排气。在对腔室201内进行充分排气后，将基板306输入到腔室201的内部，并将基板306设置于保持件302之上。接着，自气体导入口9以规定的流量导入非活性气体(例如Ar)。与此同时，磁体机构5以规定的旋转速度旋转。
此时，基板306由于施加于静电吸附装置(未图示)的电压而被静电吸附。此外，根据基板温度测量器(未图示)并利用内置于保持件302内的冷却·加热机构(未图示)来将基板306的温度调整到期望的温度。
另外，通过根据压力计30的检测值来控制压力控制机构31并控制从气体导入口9导入到腔室201内的气体流量，从而将腔室201内的压力维持为期望的压力。
然后，通过使用DC电源102向第1靶电极2施加电压而使Ar离子入射到贵金属靶，从而开始溅射成膜。此时，若使靶挡板401的靠第1靶14的一侧为开状态并使基板挡板402为开状态，则对基板306进行成膜处理。靶挡板401用于防止贵金属覆膜附着到在该阶段不使用的第2靶15上。然后，在进行了规定时间的溅射成膜后，停止DC电源102所施加的电力。
在基板306上形成贵金属膜的成膜处理结束之后，将基板306自腔室201输出。
如上所述，当推进利用贵金属靶的成膜时，在防附着板403上覆盖有作为靶材的贵金属的覆膜。当防附着板403同样地被贵金属覆膜覆盖时，会使防附着板403表面的二次电子发射系数降低而难以生成或维持等离子体。因此，要进行第2处理。
第2处理是使用第2靶15在防附着板403的表面上形成二次电子发射覆膜的形成处理。在进行二次电子发射覆膜的形成处理之前，将进行了贵金属膜的成膜后的基板306取出，并使基板挡板402为闭状态。基板挡板402具有保护保持件302而不使其受到基于第2靶15的成膜处理的影响。
接着，自气体导入口9导入放电气体。在此，作为放电气体，以非活性气体为例进行了说明，但也可以导入通常在溅射中使用的氮气、氧气或者氮气、氧气与非活性气体的混合气体，由此能够进行使用第2靶15的反应性溅射，从而能够形成通常二次电子发射系数较高的氮化膜或氧化膜。对于所使用的气体的种类，应该结合第2靶15来进行选择，在本发明的范围内，不作任何限定。同样地，通过控制压力控制机构31，能够将自气体导入口9导入的放电气体维持为规定的压力。
接下来，切换靶挡板401的开口部，使靠第2靶15的一侧为开状态。在该状态下，通过使用DC电源101向靶电极13施加电压而使Ar离子入射到第2靶15，从而开始溅射成膜。因第2靶15的溅射而发射出的粒子的一部分覆盖防附着板403，从而形成二次电子发射覆膜(图6的附图标记607)。
此时，以使二次电子发射覆膜能够获得比贵金属膜的二次电子发射系数高的二次电子发射系数的方式选择第2靶15的材料。因而，在形成了二次电子发射覆膜之后，再次对贵金属靶进行溅射时，也能够发射足以生成或维持等离子体的二次电子。
之后，通过周期性地进行二次电子发射覆膜的形成，能够在不产生上述不良状况的情况下随时间经过而进行稳定的成膜，因此能够延长维护周期。
由于堆积在防附着板403上的贵金属覆膜的堆积量在一定的条件下与第1靶14的累计消耗量成正比，因此，能够易于预测要使在防附着板403的表面上覆盖二次电子发射覆膜的周期。即，每当在一定张数的基板306上形成贵金属膜后，在将基板306输出后的状态下形成二次电子发射覆膜，由此能够在不产生不良状况的情况下连续地进行贵金属膜的成膜。
另外，在图1中以DC溅射装置为例，但从本发明的目的考虑，放电形式例如为RF溅射、DC脉冲溅射等，其实施方式并不受限制。
在图1例示的溅射装置中，将第2靶15与由贵金属原子构成的第1靶14并列地进行图示，但在本实施方式中，并不限定于此，如图2所示，将第2靶电极405和第2靶406设置在由防附着板403构成的空间内部。在图2中，附图标记404是磁片，附图标记407是DC电源。
采用图2的结构，与图1的溅射装置相比，能够在短时间内在防附着板403上形成二次电子发射覆膜。另外，二次电子发射覆膜的形成步骤与图1相同。
第2实施方式
在上述实施方式中，作为二次电子发射覆膜的形成方式，列举出溅射，但在本实施方式中，说明利用蒸镀来形成二次电子发射覆膜的例子。图3是示意性地表示能够实施本实施方式的、具有利用电阻加热的蒸镀源的溅射装置的结构的图。作为用于该蒸镀的材料，能够使用由蒸镀形成的覆膜的二次电子系数大于贵金属覆膜的二次电子系数的材料，或者使用由蒸镀形成的覆膜与装置内的水分、氧气发生反应而得到的覆膜的二次电子系数大于贵金属覆膜的二次电子系数的材料。作为该蒸镀源，能够使用镁、铝、锌等。
在图3的装置中，通过对附设的加热器408通电，能够使蒸镀件409蒸发而与上述方法同样地形成二次电子发射覆膜。另外，图3中的附图标记410是加热器电源。
第3实施方式
在本实施方式中，向图1的溅射装置的腔室201内导入氧气、氮气这样的反应性气体，不使用第2靶15，而是利用氧等离子体、氮等离子体等来使堆积在防附着板403的表面上的贵金属覆膜发生化学反应而形成二次电子发射覆膜。由于贵金属覆膜的化学性稳定，因此不易发生氧化、氮化等这样的化学反应，但能够通过将贵金属覆膜暴露在等离子体中来促进化学反应。由于成为化合物的贵金属覆膜的二次电子发射系数大于单体的二次电子发射系数，因此能够在之后稳定地生成等离子体。
另外，在上述各实施方式中，列举了将基板输送到处理腔室并载置到设于各处理腔室内的基板保持件上的形态。但是，本发明并不限定于此，例如也能够应用于将搭载有基板的承载件依次输送到各腔室内的、所谓的直列式(inlinetype)的装置等中。在直列式的溅射装置中，在形成二次电子发射覆膜的情况下，只要在该形成期间内在被输送到腔室内的承载件上不搭载基板即可。
另外，既可以在每进行1张基板处理时进行二次电子发射覆膜的形成，也可以在进行了多张基板处理之后进行二次电子发射覆膜的形成，能够根据要在基板上形成的贵金属材料的膜厚来适当选择。
以上，上述的本发明的贵金属膜的连续成膜方法能够在作为构件而具备贵金属膜的各种电子零件的连续制造方法中使用。作为这样的电子零件，可列举出例如可变电阻式存储器(ReRAM)、相变存储器(PRAM)、发光二极管等。
附图标记说明
1、上部电极；2、第1靶电极；3、屏蔽件；4、绝缘体；5、磁体机构；6、磁片；7、磁性支承板；8、磁场调整用磁性体；9、气体导入口；10、排气泵；11、磁场；13、第2靶电极；14、第1靶；15、第2靶；30、压力计；31、压力控制机构(APC)；100、溅射装置；101、DC电源；102、DC电源；201、容器(腔室)；202、上部壁；203、侧壁；204、底壁；205、排气口；301、下部电极；302、保持件；303、下部电极用绝缘体；304、匹配器；305、下部电极用电源；306、基板；401、靶挡板；402、基板挡板；403、防附着板；404、磁片；405、第2靶电极；406、第2靶；407、DC电源；408、加热器；409、蒸镀件；410、加热电源；601、阴极；602、防附着板；603、金属离子；604、二次电子；605、自然氧化膜；606、贵金属覆膜；607、二次电子发射覆膜；608、靶。

Claims (6)

1.一种贵金属膜的连续成膜方法，该连续成膜方法连续地对多个基板进行如下工序，即，将基板输入到腔室内，在上述腔室内利用等离子体溅射在上述基板之上形成由贵金属构成的膜，之后将上述基板自上述腔室内输出，其特征在于，
在将形成有由上述贵金属构成的膜的任意的基板自上述腔室内输出起到将在接下来进行成膜的基板输入到上述腔室内为止的期间中，在上述腔室的内壁表面上形成由二次电子发射系数比上述贵金属的二次电子发射系数高的材料构成的二次电子发射覆膜。
2.根据权利要求1所述的贵金属膜的连续成膜方法，其特征在于，
利用溅射来形成上述二次电子发射覆膜。
3.根据权利要求1所述的贵金属膜的连续成膜方法，其特征在于，
利用蒸镀来形成上述二次电子发射覆膜。
4.根据权利要求1所述的贵金属膜的连续成膜方法，其特征在于，
将反应性气体导入到上述腔室内，使用等离子体使附着在上述腔室的内壁表面上的上述贵金属与上述反应性气体发生化学反应，从而形成上述二次电子发射覆膜。
5.根据权利要求4所述的贵金属膜的连续成膜方法，其特征在于，
上述反应性气体是氧气或氮气。
6.一种电子零件的连续制造方法，该方法是连续制造多个电子零件的连续制造方法，该电子零件将由贵金属构成的贵金属膜作为构件而在基板上具备该贵金属膜，其特征在于，
在将在腔室内利用等离子体溅射形成了上述贵金属膜的任意的基板自上述腔室内输出起到将在接下来进行成膜的基板输入到上述腔室内为止的期间中，在上述腔室的内壁表面上形成由二次电子发射系数比上述贵金属的二次电子发射系数高的材料构成的二次电子发射覆膜，
将在接下来进行成膜的基板输入到上述腔室内，利用权利要求1至5中任一项所述的贵金属膜的连续成膜方法来形成上述贵金属膜。
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