JP6005288B2 - 酸化物薄膜の形成方法 - Google Patents
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Description
また、本発明の第2の態様に係る酸化物薄膜の形成方法は、第1の態様に係る発明において、前記ターゲットに対して行われる前記スパッタリングの放電条件がメタルモードになるように、前記ターゲットの近傍の圧力を設定したことを特徴とする。
また、本発明の第3の態様に係る酸化物薄膜の形成方法は、第2の態様に係る発明において、前記ターゲットの近傍の圧力は、0.0002Torr以上0.01Torr以下であることを特徴とする。
また、本発明の第4の態様に係る酸化物薄膜の形成方法は、第1の態様に係る発明において、前記ターゲットに対して行われる前記スパッタリングの放電条件がメタルモードになるように、前記酸素ラジカルの圧力を設定したことを特徴とする。
また、本発明の第5の態様に係る酸化物薄膜の形成方法は、第4の態様に係る発明において、前記酸素ラジカルの圧力は、0.000065Torr以上0.01Torr以下であることを特徴とする。
本発明の第2の態様に係る発明によれば、ターゲットで行われるスパッタの放電条件がメタルモードになるように、ターゲット近傍の圧力を設定したので、高い成膜レートが得られるため生産性を損なうことが無いという効果を奏する。
本発明の第3の態様に係る発明によれば、ターゲット近傍の圧力を、0.0002Torr以上0.01Torr以下としたので、上述の発明の効果に加え、生産に伴ってターゲットが消費されることでメタルモードとなる圧力が変化したときでも確実にメタルモードを維持することが出来るという効果を奏する。
本発明の第4の態様に係る発明によれば、ターゲットで行われるスパッタの放電条件がメタルモードになるように、酸素ラジカルの圧力を設定したので、高い成膜レートが得られるため生産性を損なうことが無いという効果を奏する。
本発明の第5の態様に係る発明によれば、酸素ラジカルの圧力を、0.000065Torr以上0.01Torr以下としたので、上述の発明の効果に加え、ターゲットから飛翔する粒子を十分に酸化し、このことによって光学的な透過率が高い所望の薄膜が作成できるという効果を奏する。
あるいは、スパッタ中にターゲット108近傍に供給され、ターゲット表面で反応する酸素ラジカルが、ターゲット全面が酸化状態に保つことが出来ない程度の低圧力、すなわちターゲットで行われるスパッタの放電条件がメタルモードになる圧力となるようにターゲット近傍の圧力が設定されていることが望ましい。
具体的には、スパッタ中にターゲット108近傍の酸素ラジカルの圧力(分圧)は、0.000065Torr以上0.01Torr以下とすることが望ましい。
真空チャンバー内、即ちターゲット近傍の酸素ラジカルの圧力を、0.000065Torr以上とする理由は、ターゲットから飛翔する粒子を十分に酸化させるためであり、このことによって光学的な透過率が高い所望の薄膜が作成できるためであり、0.000065Torr以下とするとターゲットから飛翔する粒子の過剰な酸化を防止できず、光学的な透過率が高い所望の薄膜形成の点で好ましくないためである。酸素ラジカルの圧力を0.01Torr以下とする理由はメタルモードを維持するためであり、0.01Torr以上とするとターゲットと酸素との反応がターゲットがスパッタエッチングされる現象よりも活発になるので好ましくないためである。
更に、ターゲット近傍の圧力(全圧)は、0.0002Torr以上0.01Torr以下とすることが望ましい。
ターゲット近傍の圧力を、0.0002Torr以上とする理由は、放電を維持するためであり、ターゲット近傍の圧力を、0.0002Torr以下とすると放電を維持できないので好ましくないためである。ターゲット近傍の圧力を、0.01Torr以下とする理由は、メタルモードを維持するためであり、ターゲット近傍の圧力を、0.01Torr以上とするとターゲットと酸素との反応がターゲットがスパッタエッチングされる現象よりも活発になるので好ましくないためである。
なお、基板に酸素ラジカルを供給できるものであれば、酸素ラジカルの生成方法はこの形態に限ったものではなくてもよく、本説明で示したRFコイルを用い放電を行なう形態に代えて他の形態、たとえば平行平板型電極を用いるCCP型放電により酸素ラジカルを生成しても良い。
反応性ガスを反応室内に導入しながらターゲットを放電させた場合、反応性ガスの導入量がある閾値よりも多くなった場合、ターゲット表面に反応性ガスの原子が付着し、放電の状態が変化する。それに伴い、基板上の成膜速度が大きく低下する。このように、ターゲット表面に反応性ガスの原子が付着して、成膜速度が遅くなった状態をポイズンモードと呼ぶ。反対に、ターゲット表面に反応性ガスが付着せずにターゲット表面がむき出しになっていて、成膜速度が速い状態をメタルモードと呼ぶ。
また、本明細書において、薄膜は、1μmより薄い膜だけでなく、1μmよりも厚い膜も含む。本明細書において、ターゲット及び基板が対向して配置とは、ターゲットと基板との中心軸が一致して同軸に配置されている場合と、ターゲットと基板の中心軸が不一致に配置(オフセット配置)されている場合(図1の場合)を含む。本明細書において、ラジカルとは電荷を持たない中性の活性種をいう。本明細書において、飛翔とは、不活性ガスイオン(例えば、アルゴンイオン)がターゲットに衝突し、ターゲットの表面からスパッタ粒子が、基板に向かって飛んでいくことを呼ぶ。
図2においては、高周波パワー印加開始203の後、アルゴンガス導入開始204を行っているが、アルゴンガス導入開始204を行った後、高周波パワー印加開始203を行ってもよい。
なお、図2のように、高周波パワー印加開始203の後、アルゴンガス導入開始204を行うと、酸素ラジカルがアルゴンガスに散乱されずに基板に到達するので、基板表面でのスパッタ粒子の酸化が確実に行われるという効果があり、アルゴンガスを導入開始した後、高周波パワーを印加すると、酸素ラジカルがアルゴンガスで散乱されるので、基板表面における望ましくない基板のダメージがより抑制されるという効果がある。
更に、第1の実施形態の方法によれば、基板表面に酸素イオンが到達し成膜基板111ダメージを与えてしまうことがない。
ついで、以下の条件で酸素ラジカルを生成して基板に照射する。
(1)酸素ラジカル源内の圧力:0.075〜0.4Torr
(2)酸素ラジカル用RFコイルの電力:500W
この後、
(3)Arガス:真空チャンバー圧力が1.5×10−4〜1.0×10−2Torrとなるように不活性ガス導入機構からArガスを導入する。
この後、
(4)スパッタDC電源の電力:1000Wをカソードに投入してターゲット材料を基板に飛翔させる。
以上の工程により、基板上には酸化ハフニウム(HfO2)が成膜される。このときの成膜速度は約2.5Å/secが得られる。
なお、本実施例ではArガスの導入を行ったが、本発明の構成にはArの導入は必須ではなく、スパッタDC電源からカソードに電力を投入すればターゲット材料の飛翔は開始される。Arガスのプラズマはターゲット表面の化学反応に関与しないため、メタルモードでのターゲット材料の飛翔がより安定して行われる効果がある。
また、酸化物薄膜の光の吸収は、酸素ラジカルを先に供給開始したあとスパッタ開始した場合において光の吸収が十分小さく、通常のメタルモードのスパッタ法のみにより酸化物薄膜を形成した場合よりも電気特性が改善される。
また、酸化物薄膜の光の吸収は、酸素ラジカルとスパッタの組み合わせで形成したものがPVD法よりも小さく、さらに酸素ラジカルとスパッタの組み合わせにおいて本発明である酸素ラジカルを先に供給した場合であった光学特性の劣化は見られない。
Claims (6)
- ターゲット及び基板が対向して配置される反応室内で基板上に酸化物を成膜する酸化物薄膜の形成方法であって、
前記反応室内の前記基板上に、電荷を持たない中性の活性種である酸素ラジカルのみを供給する第1工程、
前記第1工程の後、前記反応室内に不活性ガスを供給する第2工程、
前記第2工程の後、前記ターゲットが取り付けられているカソードに電力を供給し、前記反応室内にプラズマを発生させる第3工程、
前記プラズマに含まれる前記不活性ガスのイオンで前記ターゲットの表面をスパッタリングする第4工程、
前記スパッタリングによって前記ターゲットの表面から飛翔する前記ターゲットの材料と前記酸素ラジカルとからなる酸化物が前記基板上に成膜される第5工程、を有することを特徴とする酸化物薄膜の形成方法。 - 前記ターゲットに対して行われる前記スパッタリングの放電条件がメタルモードになるように、前記ターゲットの近傍の圧力を設定したことを特徴とする請求項1記載の酸化物薄膜の形成方法。
- 前記ターゲットの近傍の圧力は、0.0002Torr以上0.01Torr以下であることを特徴とする請求項2記載の酸化物薄膜の形成方法。
- 前記ターゲットに対して行われる前記スパッタリングの放電条件がメタルモードになるように、前記酸素ラジカルの圧力を設定したことを特徴とする請求項1記載の酸化物薄膜の形成方法。
- 前記酸素ラジカルの圧力は、0.000065Torr以上0.01Torr以下であることを特徴とする請求項4記載の酸化物薄膜の形成方法。
- 前記第1工程において、前記電荷を持たない中性の活性種は、前記反応室の壁に接続されたセラミックス管と、前記セラミックス管の周りに設置されたRFコイルと、前記セラミックス管を囲う導体カバーと、前記セラミックス管の先端部に設置され、前記セラミックス管の内部空間および前記反応室の内部空間に連通して開口した複数の貫通穴が形成された導電体からなるオリフィスとを有する活性種供給手段により、前記反応室内に供給されるものであり、
前記活性種供給手段は、前記セラミックス管に酸素ガスを導入するとともに前記RFコイルに高周波電力を印加することにより前記セラミックス管内に酸素プラズマを発生させ、接地電位の前記オリフィスで前記酸素プラズマから酸素イオンを捕獲することによって、前記酸素プラズマに含まれる前記電荷を持たない中性の活性種のみを前記基板に向かって照射するものである
ことを特徴とする請求項1記載の酸化物薄膜の形成方法。
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