JP2001316812A - 窒化アルミ膜成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】窒化アルミ膜の剥落を抑制して清掃による生産
性の低下を解消した窒化アルミ膜の成膜方法を提供す
る。 【解決手段】真空排気された成膜室１内に、基板４と対
向してカソード電極５を設け、該カソード電極上に設け
たアルミターゲット８を該成膜室にスパッタガス及び窒
素ガスを導入してスパッタすると共に窒化して該基板上
に窒化アルミ膜を成膜する方法に於いて、その成膜中に
該窒素ガスの導入を一旦停止したのち窒素ガスまたは窒
素ガスとスパッタガスの混合ガスを導入してこれのプラ
ズマを発生させて該基板上の膜をプラズマ窒化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ヘッド用ギャ
ップ膜などに適用される窒化アルミ膜の成膜方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の膜を成膜する方法とし
て、真空ポンプにより真空に排気された成膜室内に、基
板ステージに取り付けた基板と、カソード電源に接続さ
れたカソード電極とを対向して設け、ガス導入管を介し
て該成膜室内へアルゴンガスなどのスパッタガスと反応
用の窒素ガスを導入し、アルミターゲットを取り付けた
該カソード電極の前方でプラズマを発生させて該ターゲ
ットをスパッタすることにより該基板に窒化アルミ膜を
形成する方法が知られている。該ターゲットからスパッ
タされたアルミ粒子は、窒素ガスと反応して窒化アルミ
となって基板上に堆積する。

【０００３】スパッタ粒子は、該基板以外の方向にも飛
散するので、該成膜室内には、防着板を設けて成膜室の
内壁へスパッタ粒子が付着して清掃が困難になることを
防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の窒化アルミ膜の
成膜では、基板に形成される窒化アルミの膜厚が所定の
膜厚になるまで成膜が続けられるが、成膜を終えた基板
の上には窒化アルミのフレークが載っていることがあ
り、これは品質上の問題を生ずる原因になるので、この
時点で該成膜室内の防着板などに付着した窒化アルミを
除去する清掃を行わなくてはならない。窒化アルミ膜は
応力の高い膜であるため、その膜厚が１μｍ以上の厚膜
になったり、成膜操作により発生するプラズマに曝され
た成膜室内の構成材料が加熱されてこれに付着した該窒
化アルミ膜と熱膨張差が生じたりすると、窒化アルミ膜
の応力が構成材料への付着力を超え剥離が生じる。従っ
て、こうした剥離が生じる前に成膜を停止して清掃を行
わなくてはならいので、生産性が上がらない欠点があっ
た。

【０００５】本発明は、窒化アルミ膜の剥落を抑制して
清掃による生産性の低下を解消した窒化アルミ膜の成膜
方法を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、真空排気さ
れた成膜室内に、基板と対向してカソード電極を設け、
該カソード電極上に設けたアルミターゲットを該成膜室
にスパッタガス及び窒素ガスを導入してスパッタすると
共に窒化して該基板上に窒化アルミ膜を成膜する方法に
於いて、その成膜中に該窒素ガスの導入を一旦停止した
のち窒素ガスまたは窒素ガスとスパッタガスの混合ガス
を導入してこれのプラズマを発生させて該基板上の膜を
プラズマ窒化することにより、上記目的を達成するよう
にした。該窒素ガスの導入の停止は、該基板上の窒化ア
ルミ膜の膜厚が１μｍを超えたときに行ない、その窒化
アルミ膜上に１μｍ以上のアルミ膜が形成されるまで行
うことにより、上記目的を的確に達成できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施に使用した装置は、
図１に示した従来の一般的装置であり、これを参照しつ
つ本発明の実施の形態を説明する。図１に於いて、符号
１は、真空ポンプ２により真空に排気された成膜室を示
し、該成膜室１内に、基板ステージ３に取り付けたシリ
コンなどの基板４と、カソード電源に接続されたカソー
ド電極５とを対向して設け、ガス導入管６、７を介して
該成膜室１内へアルゴンガスなどのスパッタガスと反応
用の窒素ガスを導入し、アルミターゲット８を取り付け
た該カソード電極５の前方でプラズマを発生させて該タ
ーゲット８をスパッタすることにより該基板４に窒化ア
ルミ膜が形成される。スパッタ粒子が該成膜室１の内壁
や構造材料に付着すると、その清掃除去が面倒になるの
で、防着板９が内壁前方に設けられる。

【０００８】こうした成膜方法は従来の方法と特に変わ
りがなく、該ターゲット８からスパッタされたアルミ粒
子は、窒素ガスと反応して窒化アルミとなって基板４上
に堆積すると同時に防着板９にも堆積するが、該窒化ア
ルミ膜はその応力が高いため剥落しやすく前記した欠点
をもたらすので、本発明では、こうした窒化アルミ膜の
成膜中に、ガス導入管７からの窒素ガスの導入を一旦停
止したのち再び窒素ガスまたは窒素ガスとスパッタガス
の混合ガスを導入してそのプラズマにより該基板４上の
膜をプラズマ窒化し、これにより防着板９など基板１以
外に付着した窒化アルミ膜の剥離が抑制されるととも
に、この間も基板に有効な窒化アルミ膜を形成して生産
性が向上するようにした。該基板４は、所定の厚さに成
膜されると図示してない搬送手段により該成膜室１から
搬出され、新たな基板と交換される。

【０００９】スパッタ成膜を続けると、該防着板９など
の成膜室１の内面の窒化アルミ膜の厚さは次第に増大
し、これが１μｍを超えると剥落を生じやすくなるが、
この厚さになったときに窒素ガスの導入を停止すると、
該成膜室１内はスパッタガスのみの雰囲気になり、通常
のアルミスパッタが行われ、基板４や防着板９などには
窒化アルミ膜の上に応力の低いアルミ膜が形成される。
このアルミ膜の厚さが例えば１μｍの厚さに達したと
き、再び窒素ガスを導入すれば、該アルミ膜上に窒化ア
ルミ膜が形成され、全体として窒化アルミ膜の間にアル
ミ膜が介在した複合層が形成される。この複合層は中間
の応力の低いアルミ膜が応力の緩衝材として作用するの
で、防着板９などの成膜室１内の構成材料が加熱されて
その表面に堆積した窒化アルミ膜との間に熱膨張差が生
じて付着力を超える応力が生じてもこれを該アルミ膜で
吸収することができ、窒化アルミ膜は剥離しにくくな
る。

【００１０】しかし、基板４に形成されたアルミ膜上に
更に同条件で窒化アルミ膜を形成すると、その窒化アル
ミ膜の膜特性に異常を生じてしまい、基板４に窒化アル
ミ膜を成膜する目的に沿わない。この特性異常は、窒化
アルミ膜の形成の反応性スパッタのために導入した窒素
ガスの一部が先に形成されたアルミ膜と反応して消費さ
れ、形成中の窒化アルミ膜に必要とする窒素量とのバラ
ンスが崩れたことに起因している。そのため、一定厚さ
のアルミ膜が形成されたところで、該成膜室１内へ窒素
ガスあるいは該混合ガスを導入して窒素プラズマを発生
させ、これに該基板４に形成されたアルミ膜を曝すこと
で窒化し、斯くすることでその後に形成される窒化アル
ミ膜の特性異常の発生を防止した。

【００１１】プラズマに曝すあいだは、基板４へのスパ
ッタ粒子の入射を防ぐようにターゲット８の前方をシャ
ッターなどで覆うようにし、その窒化が終えた後、再び
当初の窒化アルミ膜を成膜する条件で反応性スパッタを
行ない、防着板９などの成膜室１内の構成材料に付着す
る窒化アルミ膜の厚さがスパッタ時間の経過と共に厚く
なっても、これの剥落を防止して基板４に窒化アルミ膜
の反応性スパッタリングを続けることができ、その生産
性を向上させ得る。窒素ガスだけでなく、窒素ガスとス
パッタガスの混合ガスを導入してそのプラズマに該アル
ミ膜を曝すようにしてもよい。

【００１２】

【実施例】基板ステージ３に磁気ヘッド用のシリコンの
基板４を取り付け、１０−６Ｐａに排気した成膜室１内
にアルゴンガスと窒素ガスを導入して０．１Ｐａに調整
し、カソード電極５に１ｋＷの高周波電力を投入してア
ルミターゲット８の反応性スパッタリングを行い、該基
板４に厚さ０．１μｍの窒化アルミ膜を１０枚成膜し
た。成膜速度は５０Å／ｍｉｎである。成膜室１内の構
造材料にも基板４と同等の厚さに窒化アルミ膜が形成さ
れるので、該基板４の窒化アルミ膜の合計膜厚が１μｍ
になったところで成膜室１内への窒素ガスの導入を止
め、アルゴンガスによるスパッタリングでアルミ膜の成
膜状態に切り換えた。該基板４の窒化アルミ膜上に厚さ
１μｍのアルミ膜が形成されると、窒素ガスを再び導入
し、シャッターで基板４へのスパッタ粒子の入射を防ぎ
ながら該アルミ膜を３分間窒化した。そして、その後は
通常通りに基板を導入し、０．１μｍ×１０枚を作成し
た。形成された窒化アルミ膜の化学特性を調べたとこ
ろ、耐電圧、耐アルカリ性測定ともに異常はなかった。
又、合計厚さで０．１μｍの窒化アルミ膜を１００枚形
成したが、この間、基板上に窒化アルミのフレークが乗
ることはなく、成膜室内にも剥落は見られなかった。

【００１３】

【発明の効果】以上のように本発明によるときは、反応
性スパッタリングで窒化アルミ膜を形成するときに窒化
アルミ膜が一定の厚さになると窒素ガスの導入を一旦停
止してアルミ膜の形成に切り換え、その後に該アルミ膜
を窒素ガスのプラズマで窒化し、更に反応性スパッタリ
ングで窒化アルミ膜の形成を続けるもので、成膜室内の
構成材料から窒化アルミ膜が剥落しにくくなり、長時間
に亘り成膜室内を清掃することなく窒化アルミ膜を成膜
できて生産性が向上する等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に使用した装置の説明図

【符号の説明】

１ 成膜室、４ 基板、５ カソード電極、６・７ ガ
ス導入管、８ アルミターゲット、９ 防着板、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松浦 正道 茨城県つくば市東光台５−９−７ 日本真 空技術株式会社筑波超材料研究所内 (72)発明者 森田 正 茨城県つくば市東光台５−９−７ 日本真 空技術株式会社筑波超材料研究所内 Ｆターム(参考） 4K029 AA06 BA03 BA58 BB02 BD04 CA06 DC03 EA01 GA02 5D111 FF23 GG05 GG14 JJ05 KK20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空排気された成膜室内に、基板と対向し
   てカソード電極を設け、該カソード電極上に設けたアル
   ミターゲットを該成膜室にスパッタガス及び窒素ガスを
   導入してスパッタすると共に窒化して該基板上に窒化ア
   ルミ膜を成膜する方法に於いて、その成膜中に該窒素ガ
   スの導入を一旦停止したのち窒素ガスまたは窒素ガスと
   スパッタガスの混合ガスを導入してこれのプラズマを発
   生させて該基板上の膜をプラズマ窒化することを特徴と
   する窒化アルミ膜成膜方法。
2. 【請求項２】上記窒素ガスの導入の停止は、上記基板上
   の窒化アルミ膜の膜厚が１μｍを超えたときに行うこと
   を特徴とする請求項１に記載の窒化アルミ膜成膜方法。
3. 【請求項３】上記窒素ガスの導入の停止は、上記窒化ア
   ルミ膜上に１μｍ以上のアルミ膜が形成されるまで行う
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化アルミ膜
   成膜方法。