JP2014189827A - 酸化アルミニウムの成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸化アルミニウムの成膜方法は、スパッタガスと反応性ガスとが導入された真空容器内にプラズマを発生させる第1のプラズマ発生ステップと、アルミニウムターゲットにスパッタ電圧を印加して、静磁場によりマグネトロンプラズマを発生させる第2のプラズマ発生ステップと、真空容器内への反応性ガスの導入量を制御する制御ステップとを備える。そして、第2のプラズマ発生ステップにおいて、スパッタ電圧が定電圧制御され、制御ステップにおいて、スパッタ電流値が目標電流値になるように第2のプラズマ発生ステップ中に反応性ガスの導入量が制御される。第1のプラズマ発生ステップは、巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナを用いて、少なくとも第2のプラズマ発生ステップ中に高周波誘導結合プラズマを発生させるステップである。
【選択図】図1
Description
<1.スパッタリング装置の構成>
図1は、実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法を実現するスパッタリング装置10の要部の概略構成を例示する図である。図2は、高周波アンテナ80の例を示す側面図である。以下に、図1、図2を参照しつつ、スパッタリング装置10の構成について説明する。
図3は、実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法による成膜過程でより多く発生していると予測される現象を説明するための模式図である。図4は、実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法の効果を模式的に示す図である。図4のグラフG1は、通常(高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がなされていない場合)の反応性マグネトロンスパッタリングによる酸化アルミニウム(Al2O3)の成膜速度と酸素量との関係を示す。グラフG2、G3は、高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がなされている本実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法による成膜速度と酸素量との関係を示す。グラフG2は、スパッタ電圧として負電圧の直流電圧が印加される場合に対応し、グラフG3は、スパッタ電圧としてパルス直流電圧、若しくは交流電圧が印加される場合に対応している。
通常(高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がなされていない場合)の反応性マグネトロンスパッタリングによる酸化アルミニウム(Al2O3)の成膜過程においては、チャンバー11内の酸素分圧が増加すると、ターゲット60の表面上での酸化反応が促進される。さらに酸素分圧を増加すると、その表面は、ほぼ、ストイキオメトリな酸化アルミニウム(Al2O3)に覆われる。ストイキオメトリな酸化アルミニウムは硬度が高いためスパッタイールドが低下し、結果として成膜速度が低下する(図4のグラフG1の破線L1よりも紙面右側の点S1を含む領域)。
スパッタリング装置10においては、マグネトロンプラズマの発生処理においてスパッタ電圧が定電圧制御されるとともに、マグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値が目標電流値になるようにマグネトロンプラズマの発生処理中に反応性ガスのチャンバー11内への導入量が制御部200により制御される。具体的には、検出されたスパッタ電流値から目標電流値を引いた差の値に基づいて、差の符号が正であれば、差の値に応じて反応性ガスの導入量を減らし、差の符号が負であれば、差の値に応じて、反応性ガスの導入量を増やす処理が行われる。加減する導入量の値は、例えば、制御部200の記憶部に予め記憶された演算式や、対応関係を表すテーブルなどを参照することにより制御部200が求める。
図6、図7は、実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法の手順を例示するフローチャートである。スパッタリング装置10は、マグネトロンスパッタ用磁石(永久磁石)12により、ターゲット60の近傍に静磁場が形成されている。また、図5は、実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法を実験により実現したときの時間ダイアグラムの一例である。
11 チャンバー
12 マグネトロンスパッタ用磁石
14 ベース板(カソード)
15 基板ステージ
161 高周波電源
162 スパッタ用電源
19 プラズマ生成ガス導入部
24 ターゲット保持部
60 ターゲット(アルミニウムターゲット)
74 基板
80 高周波アンテナ
90 プラズマ発生部
111 分光器
164 電流計
191 反応性ガス供給部
192 流量コントローラ
200 制御部
Claims (8)
- 静磁場を形成するマグネトロンカソードが設けられた真空容器に、スパッタガスと、酸素の反応性ガスとを当該真空容器内の圧力が目標圧力になるように制御しつつ導入して当該カソードに設けられたアルミニウムターゲットをスパッタし、当該アルミニウムターゲットに対向するシリコン基板上に酸化膜を形成する酸化アルミニウムの成膜方法であって、
前記スパッタガスと前記反応性ガスとが導入された真空容器内にプラズマを発生させる第1のプラズマ発生ステップと、
前記アルミニウムターゲットに負電圧、負電圧と正電圧とからなる直流パルス、および交流の何れか1つのスパッタ電圧を印加して、前記静磁場によりマグネトロンプラズマを発生させる第2のプラズマ発生ステップと、
前記真空容器内への前記反応性ガスの導入量を制御する制御ステップと、
を備え、
前記第2のプラズマ発生ステップは、前記スパッタ電圧を定電圧制御するステップであり、
前記制御ステップは、前記マグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値が目標電流値になるように前記第2のプラズマ発生ステップ中に前記反応性ガスの導入量を制御するステップであり、
前記第1のプラズマ発生ステップは、前記真空容器内に設けられ巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナを用いて、少なくとも前記第2のプラズマ発生ステップ中に高周波誘導結合プラズマを発生させるステップである酸化アルミニウムの成膜方法。 - 請求項1に記載の酸化アルミニウムの成膜方法において、
前記目標電流値は、成膜される酸化アルミニウムの酸化度が、ストイキオメトリな酸化アルミニウムと、ストイキオメトリな酸化アルミニウムより低い酸化度の酸化アルミニウムとのそれぞれの酸化度の境界付近の酸化度となるときの前記スパッタ電流値である酸化アルミニウムの成膜方法。 - 請求項1または請求項2に記載の酸化アルミニウムの成膜方法において、
前記制御ステップは、
前記反応性ガスのプラズマの発光強度の変化から前記スパッタ電流値の変化を予測して、前記スパッタ電流値が前記目標電流値になるように前記反応性ガスの導入量を制御するステップである酸化アルミニウムの成膜方法。 - 請求項1から請求項3の何れか1つの請求項に記載の酸化アルミニウムの成膜方法において、前記スパッタ電圧は負電圧である酸化アルミニウムの成膜方法。
- 請求項1から請求項4の何れか1つの請求項に記載の酸化アルミニウムの成膜方法において、前記目標圧力が0.2Pa以上であり、かつ、7Pa以下である酸化アルミニウムの成膜方法。
- 請求項5に記載の酸化アルミニウムの成膜方法において、前記目標圧力が0.4Pa以上であり、かつ、2Pa以下である酸化アルミニウムの成膜方法。
- 請求項1から請求項6の何れか1つの請求項に記載の酸化アルミニウムの成膜方法において、前記スパッタ電圧の負電圧の絶対値が100V以上であり、かつ、300V以下である酸化アルミニウムの成膜方法。
- 請求項7に記載の酸化アルミニウムの成膜方法において、前記スパッタ電圧の負電圧の絶対値が150V以上であり、かつ、250V以下である酸化アルミニウムの成膜方法。
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