JP3424751B2 - スパッタ法による金属酸化膜の成膜方法 - Google Patents
スパッタ法による金属酸化膜の成膜方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタ法による
金属酸化膜の成膜方法に関し、特に、抵抗の温度変化を
利用して赤外線の検出を行う非冷却型の２次元赤外線撮
像装置に用いられるボロメータ材料の成膜方法に関す
る。
金属酸化膜の成膜方法に関し、特に、抵抗の温度変化を
利用して赤外線の検出を行う非冷却型の２次元赤外線撮
像装置に用いられるボロメータ材料の成膜方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】非冷却型の２次元赤外線撮像装置に用い
られるボロメータ材料として、抵抗温度変化（あるいは
抵抗温度係数ＴＣＲ：Temperature Coefficient Resist
ance）の比較的大きい金属酸化物が一般的に用いられて
いる。この中で、酸化バナジウム（ＶＯｘ）は高いＴＣ
Ｒが容易に得られる材料として知られており、このよう
な金属酸化物を薄膜状に形成して温度計測装置や非冷却
型の２次元赤外線撮像装置のセンサとして使用してい
る。ここで、金属酸化物の薄膜を作成する方法として
は、一般に真空蒸着法やスパッタ法などの物理蒸着法が
用いられており（ＶＯｘ薄膜のスパッタ法の作製例とし
て、ジェロミネクJerominekら、Optical Engineering 3
2巻の9、1993年、2093頁の第2節に開示されている）、
特に、スパッタ法は生産性の面からもっとも広く用いら
れている。
られるボロメータ材料として、抵抗温度変化（あるいは
抵抗温度係数ＴＣＲ：Temperature Coefficient Resist
ance）の比較的大きい金属酸化物が一般的に用いられて
いる。この中で、酸化バナジウム（ＶＯｘ）は高いＴＣ
Ｒが容易に得られる材料として知られており、このよう
な金属酸化物を薄膜状に形成して温度計測装置や非冷却
型の２次元赤外線撮像装置のセンサとして使用してい
る。ここで、金属酸化物の薄膜を作成する方法として
は、一般に真空蒸着法やスパッタ法などの物理蒸着法が
用いられており（ＶＯｘ薄膜のスパッタ法の作製例とし
て、ジェロミネクJerominekら、Optical Engineering 3
2巻の9、1993年、2093頁の第2節に開示されている）、
特に、スパッタ法は生産性の面からもっとも広く用いら
れている。
【０００３】上記金属酸化膜をスパッタ法により成膜す
る場合は、純金属、もしくは金属酸化物を陰極ターゲッ
トに用い、スパッタガスとしてアルゴン（Ａｒ）を、反
応ガスとして酸素（Ｏ2）をスパッタ室に導入して放電
させる、いわゆる反応性スパッタ方式が採用され、この
反応性スパッタ方式により対向する陽極ステージ上に配
置されたウェハ上に金属酸化膜が堆積される。ここで、
２次元赤外線撮像装置のような用途に金属酸化膜を用い
るためには、薄膜特性のウェハ面内における均一性が高
いことが非常に重要である。
る場合は、純金属、もしくは金属酸化物を陰極ターゲッ
トに用い、スパッタガスとしてアルゴン（Ａｒ）を、反
応ガスとして酸素（Ｏ2）をスパッタ室に導入して放電
させる、いわゆる反応性スパッタ方式が採用され、この
反応性スパッタ方式により対向する陽極ステージ上に配
置されたウェハ上に金属酸化膜が堆積される。ここで、
２次元赤外線撮像装置のような用途に金属酸化膜を用い
るためには、薄膜特性のウェハ面内における均一性が高
いことが非常に重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、反応性
スパッタ法によりウェハ上に金属酸化膜を成膜した場
合、この金属酸化膜の特性はウェハ面内で不均一となっ
てしまい、また、ウェハを一枚づつ処理する枚葉式、複
数のウェハを同時に処理するバッチ式スパッタ装置の間
でもウェハ上の特性の分布が異なってしまうという問題
がある。
スパッタ法によりウェハ上に金属酸化膜を成膜した場
合、この金属酸化膜の特性はウェハ面内で不均一となっ
てしまい、また、ウェハを一枚づつ処理する枚葉式、複
数のウェハを同時に処理するバッチ式スパッタ装置の間
でもウェハ上の特性の分布が異なってしまうという問題
がある。
【０００５】その理由は、ウェハそのものは層間膜など
の絶縁性の高いシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）やシリコン
窒化膜（ＳｉＮｘ）などで表面が覆われているため、ス
パッタ装置の陽極ステージ上にウェハを載せて放電を開
始すると、絶縁膜内部で誘電分極が起こってその表面が
正に帯電し、ウェハ表面で正の自己バイアスが発生する
からである。一方、スパッタにより成膜しようとする金
属酸化膜の電気伝導度が純金属ほど良くない場合、例え
ば、１×１０-5Ωｍ以上、１００Ωｍ以下の抵抗率であ
る半導体的な金属酸化膜の場合、上記の絶縁膜に比べて
絶対値の大きさは小さいが、上記と同様に正の自己バイ
アスが発生する。
の絶縁性の高いシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）やシリコン
窒化膜（ＳｉＮｘ）などで表面が覆われているため、ス
パッタ装置の陽極ステージ上にウェハを載せて放電を開
始すると、絶縁膜内部で誘電分極が起こってその表面が
正に帯電し、ウェハ表面で正の自己バイアスが発生する
からである。一方、スパッタにより成膜しようとする金
属酸化膜の電気伝導度が純金属ほど良くない場合、例え
ば、１×１０-5Ωｍ以上、１００Ωｍ以下の抵抗率であ
る半導体的な金属酸化膜の場合、上記の絶縁膜に比べて
絶対値の大きさは小さいが、上記と同様に正の自己バイ
アスが発生する。
【０００６】この自己バイアスについて図５を参照して
説明する。図５は、従来のスパッタ装置内部の陽極ステ
ージ４上にウェハ１を載置した状態を示す斜視図、及び
ステージ上の位置に対する自己バイアス電位の分布を模
式的に示す図である。図５に示すように、陽極ステージ
４上では搭載したウェハ１やウェハ１外部の余剰電極領
域に堆積した金属酸化膜や絶縁膜等の堆積膜３等によっ
て、不均一な自己バイアス電位が発生する。
説明する。図５は、従来のスパッタ装置内部の陽極ステ
ージ４上にウェハ１を載置した状態を示す斜視図、及び
ステージ上の位置に対する自己バイアス電位の分布を模
式的に示す図である。図５に示すように、陽極ステージ
４上では搭載したウェハ１やウェハ１外部の余剰電極領
域に堆積した金属酸化膜や絶縁膜等の堆積膜３等によっ
て、不均一な自己バイアス電位が発生する。
【０００７】ここで問題となるのは、陽極ステージ４上
で発生した自己バイアスはプラズマ中で電離したアルゴ
ン（正）イオンの陽極ステージ４への拡散を減速、阻止
してしまうということである。このため、陽極ステージ
４のウェハ１上に堆積しつつある金属酸化膜に対するア
ルゴンイオン衝撃による自浄作用が、自己バイアスによ
ってウェハ１上で不均一となる。その結果、得られる金
属酸化膜の膜質が不均一となり、ウェハ１上の特性（抵
抗等）の均一性が劣化してしまうという結果になってい
た。
で発生した自己バイアスはプラズマ中で電離したアルゴ
ン（正）イオンの陽極ステージ４への拡散を減速、阻止
してしまうということである。このため、陽極ステージ
４のウェハ１上に堆積しつつある金属酸化膜に対するア
ルゴンイオン衝撃による自浄作用が、自己バイアスによ
ってウェハ１上で不均一となる。その結果、得られる金
属酸化膜の膜質が不均一となり、ウェハ１上の特性（抵
抗等）の均一性が劣化してしまうという結果になってい
た。
【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、その主たる目的は、ウェハ上に成膜される
金属酸化膜の特性均一性を向上させることのできるスパ
ッタ法による金属酸化膜の成膜方法を提供することにあ
る。
のであって、その主たる目的は、ウェハ上に成膜される
金属酸化膜の特性均一性を向上させることのできるスパ
ッタ法による金属酸化膜の成膜方法を提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ターゲットに対向する陽極上にウェハを
載置し、スパッタリングによって前記ウェハにボロメー
タ材料である金属酸化膜を成膜する方法において、前記
陽極が、前記ウェハを載置する領域と、載置領域の外側
の余剰電極領域とからなり、前記余剰電極領域上の以前
の成膜で付着した金属酸化膜をエッチング除去して前記
陽極を構成する金属を露出させ、前記金属を接地した状
態で前記金属酸化膜の成膜を行い、前記陽極の前記余剰
電極領域の自己バイアスを抑制することにより、前記ウ
ェハ上に成膜される前記金属酸化膜の抵抗率の均一性を
改善するものである。
め、本発明は、ターゲットに対向する陽極上にウェハを
載置し、スパッタリングによって前記ウェハにボロメー
タ材料である金属酸化膜を成膜する方法において、前記
陽極が、前記ウェハを載置する領域と、載置領域の外側
の余剰電極領域とからなり、前記余剰電極領域上の以前
の成膜で付着した金属酸化膜をエッチング除去して前記
陽極を構成する金属を露出させ、前記金属を接地した状
態で前記金属酸化膜の成膜を行い、前記陽極の前記余剰
電極領域の自己バイアスを抑制することにより、前記ウ
ェハ上に成膜される前記金属酸化膜の抵抗率の均一性を
改善するものである。
【００１０】また、本発明は、ターゲットに対向する陽
極上にウェハを載置し、スパッタリングによって前記ウ
ェハにボロメータ材料である金属酸化膜を成膜する方法
において、前記陽極が、前記ウェハを載置する領域と、
載置領域の外側の余剰電極領域とからなり、前記余剰電
極領域上の以前の成膜で付着した金属酸化膜を電気伝導
性の高い金属膜で覆い、該金属膜を接地した状態で前記
金属酸化膜の成膜を行い、前記陽極の前記余剰電極領域
の自己バイアスを抑制することにより、前記ウェハ上に
成膜される前記金属酸化膜の抵抗率の均一性を改善する
ものである。
極上にウェハを載置し、スパッタリングによって前記ウ
ェハにボロメータ材料である金属酸化膜を成膜する方法
において、前記陽極が、前記ウェハを載置する領域と、
載置領域の外側の余剰電極領域とからなり、前記余剰電
極領域上の以前の成膜で付着した金属酸化膜を電気伝導
性の高い金属膜で覆い、該金属膜を接地した状態で前記
金属酸化膜の成膜を行い、前記陽極の前記余剰電極領域
の自己バイアスを抑制することにより、前記ウェハ上に
成膜される前記金属酸化膜の抵抗率の均一性を改善する
ものである。
【００１１】本発明においては、前記ウェハが、マトリ
クス状にデバイスが配列されるパターン領域と該パター
ン領域を取り囲む外周領域とからなり、少なくとも前記
外周領域に、予め電気伝導性の高い金属膜を形成し、該
金属膜を接地した状態で前記金属酸化膜の成膜を行う構
成とすることができる。
クス状にデバイスが配列されるパターン領域と該パター
ン領域を取り囲む外周領域とからなり、少なくとも前記
外周領域に、予め電気伝導性の高い金属膜を形成し、該
金属膜を接地した状態で前記金属酸化膜の成膜を行う構
成とすることができる。
【００１２】また、本発明においては、更に、前記ウェ
ハの前記パターン領域に、前記マトリクス状に配列され
たデバイスの切断領域と相重なるように前記金属膜を格
子状に形成し、該金属膜を接地した状態で前記金属酸化
膜の成膜を行う構成とすることができる。
ハの前記パターン領域に、前記マトリクス状に配列され
たデバイスの切断領域と相重なるように前記金属膜を格
子状に形成し、該金属膜を接地した状態で前記金属酸化
膜の成膜を行う構成とすることができる。
【００１３】また、本発明は、ターゲットに対向する陽
極上にウェハを載置し、スパッタリングによって前記ウ
ェハにボロメータ材料である金属酸化膜を成膜する方法
において、前記陽極が、前記ウェハを載置する領域と、
載置領域の外側の余剰電極領域とからなり、少なくとも
前記余剰電極領域を予め絶縁膜で覆い、前記陽極を電気
的に浮かせた状態で前記金属酸化膜の成膜を行い、前記
陽極の前記余剰電極領域の自己バイアス電位を略等しく
することにより、前記ウェハ上に成膜される前記金属酸
化膜の抵抗率の均一性を改善するものである。
極上にウェハを載置し、スパッタリングによって前記ウ
ェハにボロメータ材料である金属酸化膜を成膜する方法
において、前記陽極が、前記ウェハを載置する領域と、
載置領域の外側の余剰電極領域とからなり、少なくとも
前記余剰電極領域を予め絶縁膜で覆い、前記陽極を電気
的に浮かせた状態で前記金属酸化膜の成膜を行い、前記
陽極の前記余剰電極領域の自己バイアス電位を略等しく
することにより、前記ウェハ上に成膜される前記金属酸
化膜の抵抗率の均一性を改善するものである。
【００１４】また、本発明においては、前記陽極を前記
ウェハと略等しい形状で形成し、前記余剰電極領域の面
積を小として前記金属酸化膜の成膜を行う構成とするこ
とができる。
ウェハと略等しい形状で形成し、前記余剰電極領域の面
積を小として前記金属酸化膜の成膜を行う構成とするこ
とができる。
【００１５】このように本発明の構成によれば、金属酸
化膜をスパッタ成膜しようとするウェハ自身に電気伝導
性の良い金属膜を予め成膜してパターニングし、接地電
極を設けておくことにより、ウェハ自身が接地されるた
め、ウェハ上の自己バイアスによる帯電を防止し、スパ
ッタ成膜における金属酸化膜の特性の均一性を向上させ
ることができる。
化膜をスパッタ成膜しようとするウェハ自身に電気伝導
性の良い金属膜を予め成膜してパターニングし、接地電
極を設けておくことにより、ウェハ自身が接地されるた
め、ウェハ上の自己バイアスによる帯電を防止し、スパ
ッタ成膜における金属酸化膜の特性の均一性を向上させ
ることができる。
【００１６】また、陽極上のウェハ載置領域外側の余剰
電極領域に堆積した金属酸化膜を予めエッチング除去す
るか、あるいは、電気伝導性の良い金属膜をスパッタ成
膜してすでに付着している金属酸化膜を覆うことによ
り、余剰電極領域が接地されるため、この部分の自己バ
イアスの発生を抑制することができ、絶縁物で覆われた
ウェハ上においても比較的接地に近い等電位分布とする
ことができる。
電極領域に堆積した金属酸化膜を予めエッチング除去す
るか、あるいは、電気伝導性の良い金属膜をスパッタ成
膜してすでに付着している金属酸化膜を覆うことによ
り、余剰電極領域が接地されるため、この部分の自己バ
イアスの発生を抑制することができ、絶縁物で覆われた
ウェハ上においても比較的接地に近い等電位分布とする
ことができる。
【００１７】また、陽極の面積を小さくし、ウェハの面
積・形状に近づけて余剰電極領域を小さくすることによ
り、余剰電極領域で発生していた自己バイアス電位分布
の影響を抑制することができ、ウェハ上の電位分布を比
較的等電位にすることができる。
積・形状に近づけて余剰電極領域を小さくすることによ
り、余剰電極領域で発生していた自己バイアス電位分布
の影響を抑制することができ、ウェハ上の電位分布を比
較的等電位にすることができる。
【００１８】また、上記の余剰電極領域を絶縁物で覆う
ことにより、絶縁物で覆われたウェハ及び余剰電極領域
で発生する自己バイアス電位をほぼ等電位にすることが
できる。
ことにより、絶縁物で覆われたウェハ及び余剰電極領域
で発生する自己バイアス電位をほぼ等電位にすることが
できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明に係るスパッタ法による金
属酸化膜の成膜方法は、その好ましい一実施の形態にお
いて、ターゲットに対向する陽極ステージ４上にウェハ
１を載置し、スパッタリングによってウェハ１に酸化バ
ナジウム（ＶＯｘ）等の金属酸化膜を作製するに際し、
ウェハ１の外周に金属膜２ａを、内部には格子状の金属
膜２ｂを形成する等の処理を施すことにより、陽極ステ
ージ４又はウェハ１に金属面が露出した領域を予め形成
し、この金属領域を接地することにより、成膜時におけ
る帯電を防止して自己バイアス電位を抑え、ＶＯｘの抵
抗値の均一性を向上させることができる。以下に本発明
のスパッタ成膜における主な条件について説明する。
属酸化膜の成膜方法は、その好ましい一実施の形態にお
いて、ターゲットに対向する陽極ステージ４上にウェハ
１を載置し、スパッタリングによってウェハ１に酸化バ
ナジウム（ＶＯｘ）等の金属酸化膜を作製するに際し、
ウェハ１の外周に金属膜２ａを、内部には格子状の金属
膜２ｂを形成する等の処理を施すことにより、陽極ステ
ージ４又はウェハ１に金属面が露出した領域を予め形成
し、この金属領域を接地することにより、成膜時におけ
る帯電を防止して自己バイアス電位を抑え、ＶＯｘの抵
抗値の均一性を向上させることができる。以下に本発明
のスパッタ成膜における主な条件について説明する。
【００２０】本発明の金属酸化膜の成膜には、高周波マ
グネトロンスパッタ方式の装置を用いた。また、陰極の
ターゲットとして直径８インチの金属バナジウムを使用
し、ＲＦ電力５００Ｗ、スパッタ圧力０．５３Ｐａ、Ａ
ｒ流量１０ｓｃｃｍ、（２０％Ｏ2＋８０％Ａｒ）流量
４．８ｓｃｃｍにより、基板である６インチウェハを２
２０℃に加熱して６０分間のスパッタ成膜を行い、酸化
バナジウム（ＶＯｘ）膜を作製した。
グネトロンスパッタ方式の装置を用いた。また、陰極の
ターゲットとして直径８インチの金属バナジウムを使用
し、ＲＦ電力５００Ｗ、スパッタ圧力０．５３Ｐａ、Ａ
ｒ流量１０ｓｃｃｍ、（２０％Ｏ2＋８０％Ａｒ）流量
４．８ｓｃｃｍにより、基板である６インチウェハを２
２０℃に加熱して６０分間のスパッタ成膜を行い、酸化
バナジウム（ＶＯｘ）膜を作製した。
【００２１】また、本発明では、スパッタ装置は陰極上
に対向した陽極ステージ４が自転するだけの構成とし
た。したがって、作製された６インチウェハ上のＶＯｘ
はウェハ１の中心対称な特性分布となる。また、スパッ
タ成膜したＶＯｘは高抵抗であるため、これを水素雰囲
気中で熱処理し、還元して測定できる抵抗範囲にした。
この還元は水素圧８１００Ｐａの減圧下で３１０℃、４
２時間の熱処理とした。
に対向した陽極ステージ４が自転するだけの構成とし
た。したがって、作製された６インチウェハ上のＶＯｘ
はウェハ１の中心対称な特性分布となる。また、スパッ
タ成膜したＶＯｘは高抵抗であるため、これを水素雰囲
気中で熱処理し、還元して測定できる抵抗範囲にした。
この還元は水素圧８１００Ｐａの減圧下で３１０℃、４
２時間の熱処理とした。
【００２２】なお、上記スパッタ条件は一例であり、タ
ーゲット及びウェハ１のサイズ、ＲＦ電力、スパッタ圧
力及びガス流量、加熱条件、還元条件等は適宜変更する
ことが可能である。
ーゲット及びウェハ１のサイズ、ＲＦ電力、スパッタ圧
力及びガス流量、加熱条件、還元条件等は適宜変更する
ことが可能である。
【００２３】
【実施例】上記スパッタ条件の基で、陽極ステージ４又
はウェハ１に第１乃至第４の実施例に示す処理を施して
酸化バナジウム（ＶＯｘ）の成膜を行い、ＶＯｘのウェ
ハ１上における抵抗の測定を行った。その結果につい
て、以下に図面を参照して説明する。
はウェハ１に第１乃至第４の実施例に示す処理を施して
酸化バナジウム（ＶＯｘ）の成膜を行い、ＶＯｘのウェ
ハ１上における抵抗の測定を行った。その結果につい
て、以下に図面を参照して説明する。
【００２４】［実施例１］まず、本発明の第１の実施例
に係る金属酸化膜ボロメータ材料の成膜方法について、
図１、図２及び図６を参照して説明する。図１は、第１
の実施例に係る成膜方法により金属酸化膜を成膜するウ
ェハ１の構造を示す上面図であり、図２は、スパッタ装
置の陽極ステージ４及び陽極ステージ４に載置するウェ
ハ１における自己バイアス電位の分布を示す図である。
また、図６は、本実施例の方法で成膜した金属酸化膜
（ＶＯｘ）の抵抗測定値の分布を示す図である。
に係る金属酸化膜ボロメータ材料の成膜方法について、
図１、図２及び図６を参照して説明する。図１は、第１
の実施例に係る成膜方法により金属酸化膜を成膜するウ
ェハ１の構造を示す上面図であり、図２は、スパッタ装
置の陽極ステージ４及び陽極ステージ４に載置するウェ
ハ１における自己バイアス電位の分布を示す図である。
また、図６は、本実施例の方法で成膜した金属酸化膜
（ＶＯｘ）の抵抗測定値の分布を示す図である。
【００２５】図１を参照して、金属酸化膜をスパッタ成
膜するウェハの構造について説明すると、本実施例で
は、表面が絶縁膜で覆われたウェハ１に対して、予め導
電性のある金属を成膜した後、パターニングしてウェハ
１の外周に金属膜２ａを、その内側に格子状金属膜２ｂ
を形成し、この金属膜２ａ、格子状金属膜２ｂを接地し
てウェハ１を作成している。
膜するウェハの構造について説明すると、本実施例で
は、表面が絶縁膜で覆われたウェハ１に対して、予め導
電性のある金属を成膜した後、パターニングしてウェハ
１の外周に金属膜２ａを、その内側に格子状金属膜２ｂ
を形成し、この金属膜２ａ、格子状金属膜２ｂを接地し
てウェハ１を作成している。
【００２６】なお、本実施例では、導電性のある金属と
してチタンを使用しているが、金属材料はチタンに限定
されるものではなく、導電性があり、かつ、以降のプロ
セスに適合する限りにおいて他の材料を用いることもで
きる。また、金属膜２ａを形成する領域の幅は特に限定
されないが、自己バイアス電位をウェハ１面内で均一に
するために中心対称とすることが好ましく、格子状金属
膜２ｂはウェハ１にマトリクス状に配列されるデバイス
のスクライブ線上に合致するように形成することが好ま
しい。
してチタンを使用しているが、金属材料はチタンに限定
されるものではなく、導電性があり、かつ、以降のプロ
セスに適合する限りにおいて他の材料を用いることもで
きる。また、金属膜２ａを形成する領域の幅は特に限定
されないが、自己バイアス電位をウェハ１面内で均一に
するために中心対称とすることが好ましく、格子状金属
膜２ｂはウェハ１にマトリクス状に配列されるデバイス
のスクライブ線上に合致するように形成することが好ま
しい。
【００２７】このようにして形成、接地したウェハ１を
従来例と同じ大きさの陽極ステージ４上へ載せて金属酸
化膜（ＶＯｘ）をスパッタ成膜すると、陽極ステージ４
上で発生すると考えられる自己バイアス電位分布は図２
に示すようになり、ウェハ１上で自己バイアス電位が最
も低く、かつ、ウェハ１内で平坦な分布が得られる。
従来例と同じ大きさの陽極ステージ４上へ載せて金属酸
化膜（ＶＯｘ）をスパッタ成膜すると、陽極ステージ４
上で発生すると考えられる自己バイアス電位分布は図２
に示すようになり、ウェハ１上で自己バイアス電位が最
も低く、かつ、ウェハ１内で平坦な分布が得られる。
【００２８】そして、ウェハ１上に成膜した金属酸化膜
（ＶＯｘ）を還元してエッチング加工し、読み出し電極
を付けて素子の抵抗として測定した。その結果を表１及
び図６（■印）に示す。また、参考のため、表２の右列
に従来例による素子抵抗の測定値を示す。なお、表中に
示すばらつきは、測定値の［最大値−最小値］と［最大
値＋最小値］の比で定義される値である。
（ＶＯｘ）を還元してエッチング加工し、読み出し電極
を付けて素子の抵抗として測定した。その結果を表１及
び図６（■印）に示す。また、参考のため、表２の右列
に従来例による素子抵抗の測定値を示す。なお、表中に
示すばらつきは、測定値の［最大値−最小値］と［最大
値＋最小値］の比で定義される値である。
【００２９】表１、２及び図６から分かるように、ウェ
ハ１表面に処理を施していない従来例では、標準偏差は
１９．２３、ばらつきは±６５．６％であるのに対し、
ウェハ１表面に金属膜２ａ、２ｂを形成した本実施例の
ウェハ構造では、標準偏差は２．８０、ばらつきは±２
８．２％であり、従来例に比べて、素子抵抗の均一性が
大幅に向上していることがわかる。
ハ１表面に処理を施していない従来例では、標準偏差は
１９．２３、ばらつきは±６５．６％であるのに対し、
ウェハ１表面に金属膜２ａ、２ｂを形成した本実施例の
ウェハ構造では、標準偏差は２．８０、ばらつきは±２
８．２％であり、従来例に比べて、素子抵抗の均一性が
大幅に向上していることがわかる。
【００３０】
【表１】
【００３１】［実施例２］次に、本発明の第２の実施例
に係る金属酸化膜ボロメータ材料の成膜方法について、
図３及び図７を参照して説明する。図３は、第２の実施
例に係る金属酸化膜の成膜方法における陽極ステージ４
及びウェハ１上の自己バイアス電位の分布を示す図であ
り、図７は、本実施例の方法で成膜した金属酸化膜（Ｖ
Ｏｘ）の抵抗測定値の分布を示す図である。
に係る金属酸化膜ボロメータ材料の成膜方法について、
図３及び図７を参照して説明する。図３は、第２の実施
例に係る金属酸化膜の成膜方法における陽極ステージ４
及びウェハ１上の自己バイアス電位の分布を示す図であ
り、図７は、本実施例の方法で成膜した金属酸化膜（Ｖ
Ｏｘ）の抵抗測定値の分布を示す図である。
【００３２】本実施例では、図３に示すように、従来例
と同じ大きさの陽極ステージ４を用い、陽極ステージ４
にすでに堆積している金属酸化膜、絶縁膜等をエッチン
グにより除去して、陽極ステージ４を構成する金属材料
を露出させることを特徴としている。そして、この陽極
ステージ４上に表面が絶縁膜で覆われた６インチウェハ
を載せてスパッタを行うと、成膜中には図３の模式図に
示すような自己バイアス分布が発生すると考えられ、陽
極ステージ４のウェハ１の外部の領域（余剰電極領域）
上では自己バイアスは発生しなくなる。この形態により
金属酸化膜（ＶＯｘ）を成膜し、還元してエッチング加
工を行い、読み出し電極をつけ、素子化を実施した。
と同じ大きさの陽極ステージ４を用い、陽極ステージ４
にすでに堆積している金属酸化膜、絶縁膜等をエッチン
グにより除去して、陽極ステージ４を構成する金属材料
を露出させることを特徴としている。そして、この陽極
ステージ４上に表面が絶縁膜で覆われた６インチウェハ
を載せてスパッタを行うと、成膜中には図３の模式図に
示すような自己バイアス分布が発生すると考えられ、陽
極ステージ４のウェハ１の外部の領域（余剰電極領域）
上では自己バイアスは発生しなくなる。この形態により
金属酸化膜（ＶＯｘ）を成膜し、還元してエッチング加
工を行い、読み出し電極をつけ、素子化を実施した。
【００３３】その素子抵抗の測定値を表２の左列に実施
例２として示す。また、ウェハ上の素子抵抗の分布を図
７（▲印）に示す。この方法では、標準偏差は３．６
０、ばらつきは±４２．７％であり、表２の右列に示す
従来例に比べて、ウェハ上の抵抗ばらつきが大幅に改善
されていることがわかる。
例２として示す。また、ウェハ上の素子抵抗の分布を図
７（▲印）に示す。この方法では、標準偏差は３．６
０、ばらつきは±４２．７％であり、表２の右列に示す
従来例に比べて、ウェハ上の抵抗ばらつきが大幅に改善
されていることがわかる。
【００３４】なお、図７において、ウェハ１中心に近い
部分（中心からの距離が小さい部分）で抵抗測定値が上
昇しているが、これはウェハ１自体が金属酸化膜で覆わ
れているために、その中心において自己バイアス電位が
高くなっているためと考えられ、本実施例の陽極ステー
ジ４の構造に加えて、前記した第１の実施例に示すウェ
ハ１の構造を採用することにより、ウェハ１全面におい
て抵抗値の均一性を更に高めることができる。
部分（中心からの距離が小さい部分）で抵抗測定値が上
昇しているが、これはウェハ１自体が金属酸化膜で覆わ
れているために、その中心において自己バイアス電位が
高くなっているためと考えられ、本実施例の陽極ステー
ジ４の構造に加えて、前記した第１の実施例に示すウェ
ハ１の構造を採用することにより、ウェハ１全面におい
て抵抗値の均一性を更に高めることができる。
【００３５】また、本実施例では、陽極ステージ４のウ
ェハ１外側の余剰電極領域に堆積している金属酸化膜を
エッチング除去する例について記載したが、エッチング
除去する代わりに、予め導電性のある金属膜で金属酸化
膜を覆い隠し、この金属膜を接地することによっても自
己バイアスの発生を抑えることができ、ＶＯｘの抵抗ば
らつきを改善することができる。
ェハ１外側の余剰電極領域に堆積している金属酸化膜を
エッチング除去する例について記載したが、エッチング
除去する代わりに、予め導電性のある金属膜で金属酸化
膜を覆い隠し、この金属膜を接地することによっても自
己バイアスの発生を抑えることができ、ＶＯｘの抵抗ば
らつきを改善することができる。
【００３６】
【表２】
【００３７】［実施例３］次に、本発明の第３の実施例
に係る金属酸化膜ボロメータ材料の成膜方法について、
図４及び図８を参照して説明する。図４は、第３の実施
例に係る金属酸化膜の成膜方法における陽極ステージ４
及びウェハ１上の自己バイアス電位の分布を示す図であ
り、図８は、本実施例の方法で成膜した金属酸化膜（Ｖ
Ｏｘ）の抵抗測定値の分布を示す図である。
に係る金属酸化膜ボロメータ材料の成膜方法について、
図４及び図８を参照して説明する。図４は、第３の実施
例に係る金属酸化膜の成膜方法における陽極ステージ４
及びウェハ１上の自己バイアス電位の分布を示す図であ
り、図８は、本実施例の方法で成膜した金属酸化膜（Ｖ
Ｏｘ）の抵抗測定値の分布を示す図である。
【００３８】前記した従来例、第１及び第２の実施例で
は、陽極ステージ４として直径１３インチ（０．３３
ｍ）のものを用いたが、図４に示すように、本実施例で
は６インチウェハ（０．１５ｍ）に対して陽極ステージ
４が直径１０インチ（０．２５ｍ）以内の大きさのもの
を用いた。このようにウェハ１の面積に近い陽極ステー
ジ４上に表面が絶縁膜で覆われた６インチウェハ１を載
せると、成膜中は図４の模式図に示すような自己バイア
ス分布になると考えられる。
は、陽極ステージ４として直径１３インチ（０．３３
ｍ）のものを用いたが、図４に示すように、本実施例で
は６インチウェハ（０．１５ｍ）に対して陽極ステージ
４が直径１０インチ（０．２５ｍ）以内の大きさのもの
を用いた。このようにウェハ１の面積に近い陽極ステー
ジ４上に表面が絶縁膜で覆われた６インチウェハ１を載
せると、成膜中は図４の模式図に示すような自己バイア
ス分布になると考えられる。
【００３９】すなわち、陽極ステージ４の余剰電極領域
の面積が小さいため、余剰電極領域における自己バイア
スの影響はウェハ１上にはほとんど生じない。したがっ
て、自己バイアス電位はウェハ１自体に起因するものの
みを考えれば良く、ウェハ１中央では高くなるが、中央
以外の領域では、比較的等電位にすることができる。
の面積が小さいため、余剰電極領域における自己バイア
スの影響はウェハ１上にはほとんど生じない。したがっ
て、自己バイアス電位はウェハ１自体に起因するものの
みを考えれば良く、ウェハ１中央では高くなるが、中央
以外の領域では、比較的等電位にすることができる。
【００４０】この形態により成膜した金属酸化膜（ＶＯ
ｘ）を還元してエッチング加工し、読み出し電極を付け
て素子の抵抗として測定した。表２の中央に実施例３と
して素子抵抗の測定値を、また、図７（◇印）にその素
子抵抗分布を示す。本実施例では、標準偏差は３．２
６、ばらつきは±２９．７％であり、陽極ステージ４の
大きさをウェハ１に合致させるだけで素子抵抗の均一性
を大幅に向上させることができる。
ｘ）を還元してエッチング加工し、読み出し電極を付け
て素子の抵抗として測定した。表２の中央に実施例３と
して素子抵抗の測定値を、また、図７（◇印）にその素
子抵抗分布を示す。本実施例では、標準偏差は３．２
６、ばらつきは±２９．７％であり、陽極ステージ４の
大きさをウェハ１に合致させるだけで素子抵抗の均一性
を大幅に向上させることができる。
【００４１】なお、絶縁膜で覆われたウェハ１上に発生
する自己バイアスと略等しくなるように、陽極ステージ
４の余剰電極領域を絶縁性の高い材質で覆い隠し、ウェ
ハ１と等電位とすることも可能であり、このような構造
にすることによってもウェハ１上に成膜される金属酸化
膜の特性の均一性を改善することができる。また、本実
施例の陽極ステージ４と前記した第１の実施例に示した
ウェハ１を併せて用いることで、更にウェハ１上の自己
バイアスを均一にすることができ、ウェハ１上でより均
一性の高い抵抗分布を有する金属酸化膜（ＶＯｘ）の作
製が可能となる。
する自己バイアスと略等しくなるように、陽極ステージ
４の余剰電極領域を絶縁性の高い材質で覆い隠し、ウェ
ハ１と等電位とすることも可能であり、このような構造
にすることによってもウェハ１上に成膜される金属酸化
膜の特性の均一性を改善することができる。また、本実
施例の陽極ステージ４と前記した第１の実施例に示した
ウェハ１を併せて用いることで、更にウェハ１上の自己
バイアスを均一にすることができ、ウェハ１上でより均
一性の高い抵抗分布を有する金属酸化膜（ＶＯｘ）の作
製が可能となる。
【００４２】［実施例４］次に、本発明の第４の実施例
に係る金属酸化膜ボロメータ材料の成膜方法について、
図８及び図９を参照して説明する。図８は、本実施例の
方法で成膜した金属酸化膜（ＶＯｘ）のシート抵抗の分
布を示す図であり、図９は、金属酸化膜（ＶＯｘ）の規
格化した膜厚の分布を示す図である。
に係る金属酸化膜ボロメータ材料の成膜方法について、
図８及び図９を参照して説明する。図８は、本実施例の
方法で成膜した金属酸化膜（ＶＯｘ）のシート抵抗の分
布を示す図であり、図９は、金属酸化膜（ＶＯｘ）の規
格化した膜厚の分布を示す図である。
【００４３】前記した第３の実施例に示したサイズを小
さくした陽極ステージ４を用いて絶縁膜付きの平坦なウ
ェハ１上にＶＯｘを成膜し、還元の熱処理を行った後、
本実施例では、素子化を行わずにＶＯｘのシート抵抗を
測定した。その結果を表３及び図８（■印）に示す。ま
た、図８には、図５に示した従来例（□印）により成膜
したＶＯｘのシート抵抗分布も示す。表３から分かるよ
うに、従来例では標準偏差は１１．９９、ばらつきは±
７７％であるのに対し、本実施例では、標準偏差は２．
０５、ばらつきは±３９％であり、素子化される前の段
階においても本発明の効果が現れていることが分かる。
また、図８から分かるように、ウェハ１外部の余剰電極
領域の自己バイアスの影響が解消され、特に、ウェハ中
央でもその効果が顕著に現れ、従来のシート抵抗分布に
比べると均一性のよいシート抵抗分布が得られたことが
わかる。
さくした陽極ステージ４を用いて絶縁膜付きの平坦なウ
ェハ１上にＶＯｘを成膜し、還元の熱処理を行った後、
本実施例では、素子化を行わずにＶＯｘのシート抵抗を
測定した。その結果を表３及び図８（■印）に示す。ま
た、図８には、図５に示した従来例（□印）により成膜
したＶＯｘのシート抵抗分布も示す。表３から分かるよ
うに、従来例では標準偏差は１１．９９、ばらつきは±
７７％であるのに対し、本実施例では、標準偏差は２．
０５、ばらつきは±３９％であり、素子化される前の段
階においても本発明の効果が現れていることが分かる。
また、図８から分かるように、ウェハ１外部の余剰電極
領域の自己バイアスの影響が解消され、特に、ウェハ中
央でもその効果が顕著に現れ、従来のシート抵抗分布に
比べると均一性のよいシート抵抗分布が得られたことが
わかる。
【００４４】また、本実施例の方法（■印）と従来例の
方法（□印）により成膜したＶＯｘの膜厚分布を図９に
示す。なお、膜厚はウェハ中央の一番厚い部分で規格化
したものである。図９から分かるように、本実施例と従
来例とでは膜厚は変化せず、膜厚分布がほとんど合致す
ることがわかった。したがって、図８のシート抵抗分布
は、スパッタ成膜されたＶＯｘ材料そのものの膜質の相
異を表すものと考えられる。このことは、前記した第１
及び第２の実施例においても同様な結果であった。
方法（□印）により成膜したＶＯｘの膜厚分布を図９に
示す。なお、膜厚はウェハ中央の一番厚い部分で規格化
したものである。図９から分かるように、本実施例と従
来例とでは膜厚は変化せず、膜厚分布がほとんど合致す
ることがわかった。したがって、図８のシート抵抗分布
は、スパッタ成膜されたＶＯｘ材料そのものの膜質の相
異を表すものと考えられる。このことは、前記した第１
及び第２の実施例においても同様な結果であった。
【００４５】なお、上記した実施例では、金属酸化膜と
して抵抗率が０．００１Ωｍ〜１Ωｍ程度のＶＯｘを用
いたが、自己バイアスが発生し易いと考えられる半導体
的な抵抗率１×１０-5Ωｍ以上、１００Ωｍ以下を有す
る他の金属酸化膜に対しても、上記のような同様な効果
をあげることができる。また、陽極面積が小さく、基板
を１枚づつ処理する枚葉式や、ウェハの大きさに比べて
陽極面積がはるかに大きく、複数の基板を一括して処理
するバッチ式を問わず、反応性スパッタで金属酸化膜を
作製する場合に、本発明を用いることにより均一性の高
い膜質の金属酸化膜の作製を行うことができる。
して抵抗率が０．００１Ωｍ〜１Ωｍ程度のＶＯｘを用
いたが、自己バイアスが発生し易いと考えられる半導体
的な抵抗率１×１０-5Ωｍ以上、１００Ωｍ以下を有す
る他の金属酸化膜に対しても、上記のような同様な効果
をあげることができる。また、陽極面積が小さく、基板
を１枚づつ処理する枚葉式や、ウェハの大きさに比べて
陽極面積がはるかに大きく、複数の基板を一括して処理
するバッチ式を問わず、反応性スパッタで金属酸化膜を
作製する場合に、本発明を用いることにより均一性の高
い膜質の金属酸化膜の作製を行うことができる。
【００４６】
【表３】
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属酸化
膜ボロメータ材料の成膜方法によれば、中間電極の追加
や陽極バイアス印加機構の追加を行うことなく、ウェハ
又は陽極ステージ表面に導電膜を形成、又は、陽極ステ
ージ表面の金属酸化膜を除去、あるいは、陽極ステージ
の大きさをウェハに合致させることにより、ウェハ上の
自己バイアス電位の変動を抑制することができ、抵抗分
布が均一な金属酸化膜ボロメータを成膜することが可能
となる。
膜ボロメータ材料の成膜方法によれば、中間電極の追加
や陽極バイアス印加機構の追加を行うことなく、ウェハ
又は陽極ステージ表面に導電膜を形成、又は、陽極ステ
ージ表面の金属酸化膜を除去、あるいは、陽極ステージ
の大きさをウェハに合致させることにより、ウェハ上の
自己バイアス電位の変動を抑制することができ、抵抗分
布が均一な金属酸化膜ボロメータを成膜することが可能
となる。
【図１】本発明の第１の実施例に係る金属酸化膜の成膜
方法に用いるウェハの構造を示す上面図である。
方法に用いるウェハの構造を示す上面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る金属酸化膜の成膜
方法における陽極ステージの概略とウェハ及び陽極ステ
ージ上の自己バイアス電位分布を示す図である。
方法における陽極ステージの概略とウェハ及び陽極ステ
ージ上の自己バイアス電位分布を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る金属酸化膜の成膜
方法における陽極ステージの概略とウェハ及び陽極ステ
ージ上の自己バイアス電位分布を示す図である。
方法における陽極ステージの概略とウェハ及び陽極ステ
ージ上の自己バイアス電位分布を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る金属酸化膜の成膜
方法における陽極ステージの概略とウェハ及び陽極ステ
ージ上の自己バイアス電位分布を示す図である。
方法における陽極ステージの概略とウェハ及び陽極ステ
ージ上の自己バイアス電位分布を示す図である。
【図５】従来の陽極ステージの概略と、そのウェハおよ
び陽極ステージ上の自己バイアス電位分布を示す図であ
る。
び陽極ステージ上の自己バイアス電位分布を示す図であ
る。
【図６】本発明の第１の実施例に係る金属酸化膜の成膜
方法により成膜したＶＯｘの素子抵抗分布を示す図であ
る。
方法により成膜したＶＯｘの素子抵抗分布を示す図であ
る。
【図７】本発明の第１及び第２の実施例に係る金属酸化
膜の成膜方法により成膜したＶＯｘの素子抵抗分布を示
す図である。
膜の成膜方法により成膜したＶＯｘの素子抵抗分布を示
す図である。
【図８】本発明の第４の実施例に係る金属酸化膜の成膜
方法により成膜したＶＯｘのシート抵抗分布を示す図で
ある。
方法により成膜したＶＯｘのシート抵抗分布を示す図で
ある。
【図９】本発明の第４の実施例に係る金属酸化膜の成膜
方法により成膜したＶＯｘの規格化膜厚分布を示す図で
ある。
方法により成膜したＶＯｘの規格化膜厚分布を示す図で
ある。
１ ウェハ
２ａ 金属膜
２ｂ 格子状金属膜
３ 堆積膜
４ 陽極ステージ
５ 金属露出面
Claims (6)
- 【請求項１】ターゲットに対向する陽極上にウェハを載
置し、スパッタリングによって前記ウェハにボロメータ
材料である金属酸化膜を成膜する方法において、前記陽極が、前記ウェハを載置する領域と、載置領域の
外側の余剰電極領域とからなり、前記余剰電極領域上の
以前の成膜で付着した金属酸化膜をエッチング除去して
前記陽極を構成する金属を露出させ、前記金属を接地し
た状態で前記金属酸化膜の成膜を行い、前記陽極の前記
余剰電極領域の自己バイアスを抑制することにより、前
記ウェハ上に成膜される前記金属酸化膜の抵抗率の均一
性を改善する ことを特徴とする金属酸化膜の成膜方法。 - 【請求項２】ターゲットに対向する陽極上にウェハを載
置し、スパッタリングによって前記ウェハにボロメータ
材料である金属酸化膜を成膜する方法において、 前記陽極が、前記ウェハを載置する領域と、載置領域の
外側の余剰電極領域とからなり、前記余剰電極領域上の
以前の成膜で付着した金属酸化膜を電気伝導性の高い金
属膜で覆い、該金属膜を接地した状態で前記金属酸化膜
の成膜を行い、前記陽極の前記余剰電極領域の自己バイ
アスを抑制することにより、前記ウェハ上に成膜される
前記金属酸化膜の抵抗率の均一性を改善することを特徴
とする 金属酸化膜の成膜方法。 - 【請求項３】前記ウェハが、マトリクス状にデバイスが
配列されるパターン領域と該パターン領域を取り囲む外
周領域とからなり、少なくとも前記外周領域に、予め電
気伝導性の高い金属膜を形成し、該金属膜を接地した状
態で前記金属酸化膜の成膜を行うことを特徴とする請求
項１又は２に記載の金属酸化膜の成膜方法。 - 【請求項４】更に、前記ウェハの前記パターン領域に、
前記マトリクス状に配列されたデバイスの切断領域と相
重なるように前記金属膜を格子状に形成し、該金属膜を
接地した状態で前記金属酸化膜の成膜を行うことを特徴
とする請求項３記載の金属酸化膜の成膜方法。 - 【請求項５】ターゲットに対向する陽極上にウェハを載
置し、スパッタリングによって前記ウェハにボロメータ
材料である金属酸化膜を成膜する方法において、 前記陽極が、前記ウェハを載置する領域と、載置領域の
外側の余剰電極領域とからなり、少なくとも前記余剰電
極領域を予め絶縁膜で覆い、前記陽極を電気的に浮かせ
た状態で前記金属酸化膜の成膜を行い、前記陽極の前記
余剰電極領域の自己バイアス電位を略等しくすることに
より、前記ウェハ上に成膜される前記金属酸化膜の抵抗
率の均一性を改善することを特徴とする 金属酸化膜の成
膜方法。 - 【請求項６】前記陽極を前記ウェハと略等しい形状で形
成し、前記余剰電極領域の面積を小として前記金属酸化
膜の成膜を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいず
れか一に記載の金属酸化膜の成膜方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000346138A JP3424751B2 (ja) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | スパッタ法による金属酸化膜の成膜方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000346138A JP3424751B2 (ja) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | スパッタ法による金属酸化膜の成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002151411A JP2002151411A (ja) | 2002-05-24 |
| JP3424751B2 true JP3424751B2 (ja) | 2003-07-07 |
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ID=18820055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000346138A Expired - Lifetime JP3424751B2 (ja) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | スパッタ法による金属酸化膜の成膜方法 |
Country Status (2)
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|---|---|
| US (1) | US6485619B2 (ja) |
| JP (1) | JP3424751B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7476460B2 (en) * | 2003-10-29 | 2009-01-13 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Thin metal oxide film and method of making the same |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5772858A (en) * | 1995-07-24 | 1998-06-30 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for cleaning a target in a sputtering source |
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