JPH01180969A - スパッタリング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、スパッタリング方法に関し、特にその真空容
器内のプラズマクリーニングに関するものである。

従来の技術 スパッタリング方法は、真空容器内に被加工物を保持し
、真空容器内に位置するス・くツタガンから生じたスパ
ッタ粒子が被加工物に飛来し、薄膜２１・−７ 形成する方法である。

スパッタガンの方式によシ直流（ＤＣ）スパッタリング
法、高周波（ＲＦ　）スパッタリング法、マグネトｏン
スパノタリング法に大別され、用途に応じ選択され用い
られている。

スパッタリング方法による薄膜形成上の課題は、形成薄
膜の膜質および膜厚分布の制御並びにピンホールやパー
ティクルの付着等の膜欠陥の問題である。また生産面で
の課題は、堆積速度の向上である。

従って、良質のスパッタリング膜を試料に形成するため
には、装置構成やプロセス条件等々に工夫が必要である
。

以下図面を参照しながら、上述した従来のスパッタリン
グ装置の一例について第３図により説明する。

第３図において、１０は真空容器、１１は試料、１２は
試料台、１３はスパックリングを生じさせるだめのスパ
ッタガン、１３ａはスパッタリングするだめのターゲッ
ト材料、１４は真空排気用の３　′・−７ 真空ポンプ、１５は真空容器１０と真空ポンプ１４を気
密に接続するパイプ、１６は圧力制御装置、１７はガス
流量制御装置を介してガスを真空容器１０内に導入する
だめのガスノズル、１８は高周波電源である。

以上のように構成されたスパッタリング装置について、
以下その動作について説明する。

真空容器１０内を真空ポンプ１４によυ減圧排気すると
共に圧力制御装置１６の操作及びガスノズル１７よシア
ルボンガスを導入することによって、真空容器１０内の
圧力を所定の圧力に制御する。次に、高周波電源１８か
ら１３．５６　ＭＨｚ　の高周波電力をスパッタガン１
３に供給する。この動作によシ試料１１とスパッタガン
１３の区間の空間に低湿プラズマが発生する。低湿プラ
ズマ中のアルゴンイオンがターゲット材料１３ａに引き
よせられ衝突することによシ、ターゲット材料１３ａの
スパッタ粒子が飛散する。試料１１にそのスパッタ粒子
が飛来し、試料１１表面にスパッタリング膜が形成され
る。

ところで、試料１１表面にスパッタリング膜を形成する
際には、真空容器１０内構成部品にもスパッタ粒子が飛
来し無効な膜が堆積する。無効な膜が増加するとダスト
発生の要因となり、試料１１表面に形成するスパッタリ
ング膜に膜欠陥を生じさせる。

そこで、定期的に真空容器１０内構成部品に付着した無
効な膜を除去する必要がある。その手段の１つとしてプ
ラズマクリーニングが用いられる。

これは、ハロゲンガスを導入し、その低温プラズマ中の
ラジカルにより無効な膜をトライエツチングするもので
ある。例えは、試料１１表面に窒化シリコン膜を堆積さ
せるスパッタリング装置の場合には、前記ガスには六フ
ッ化硫黄（ＳＦ６）や四フッ化炭素（ＣＦ４）と酸素（
０２）との混合ガスが用いしかしながら、上記のような
スパッタリング法の構成では下記の問題点を有していた
。

ＣＦ“４ガスと０２ガスとの混合ガスを用いたプラ５　
・＼−７ ズマクリーニングについては、被エツチング物カ窒化シ
リコン膜の場合、３０００八／ｍｉｎ程度のエツチング
速度でプラズマクリーニングすることが可能であるが、
被エツチング面に炭素又は炭素化合物が付着しやすい。

すなわち、エッチャントとしてはフッ素ラジカルが寄与
し、ＣＦ４ガスの分解成分である炭素が理想的なガス流
れによって真空排気されるか、もしくは、プラズマ中の
酸素ラジカルによって、−酸化炭素（Ｃ○）又は二酸化
炭素（Ｃ０２）ガスとして除去される必要がある。しか
し、炭素の除去はＣＦ４ガスとＱ２ガスのガス混合比、
圧力、低温プラズマ発生方式や真空容器の構造等に依存
し、理想的な除去は非常に困難である。

その結果例えば、炭素が付着した面にスパッタリング膜
を堆積していくと、炭素又は炭素化合物は、付着面と密
着力が弱いため、膜の増加と共に剥離し、被加工物であ
る試料に付着し、膜欠陥を発生させる。そこで頻度高く
プラズマクリーニングをする必要があるため、膜形成装
置としての設備稼動率を低下させる原因の１つとなって
いる。

ＳＦ６ガスを用いたプラズマクリーニングについては、
窒化シリコン膜のエツチング速度が５００ＯＡ／ｗｉｎ
と前者よりも早く、かつ、ガス価格も前者に比べ大巾に
安く稼動率並びにコストの点でも有利なものである。ま
た、炭素等の付着による問題もなく、最近使用されるよ
うになってきた。しかしながら、活性なエッチャントが
寄与する部分は良好にプラズマクリーニングできるが、
試料台１２の裏面や真空容器１０の側内壁面に付着した
膜を除去することは非常に困難である。従って、パーテ
ィクルの付着を防ぎ、再現性良くスパッタリング膜を試
料１１に形成するためには、定期的に真空容器１０内を
機械的にメンテナンスする必要があるという問題点を有
していた。

また、プラズマクリーニングでとれにくい膜内にＳＦ６
ガスが放電解離して生ずる硫黄ラジカルがとシ込捷れ、
真空容器１０を大気にもどした際、強い悪臭を生じ、機
械的メンテナンスの作業環境を悪化させるという問題点
を有していた。上記悪臭ガスを分析した一例を表１に示
す。分析方法は、反応容器内のガスを１リツトル（１）
採取した後、希硫酸および過酸化水素添加の水酸化ナト
リウム溶液を用い、ガスを吸収した後、吸収液を分析し
た。なお、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の分析値は、吸収液中の
硫黄（Ｓ）量より換算して求めた。

表１ 表１に示すように上記悪臭のガスは硫化水素（）１２Ｓ
）およびアンモニア（ＮＨ３）を主成分とするものであ
った。

本発明は上記問題点に鑑み、真空容器内に付着した無効
な膜を効率良くプラズマクリーニングすることが可能々
スパッタリング方法を提供するも上記問題点を解決する
ために、本発明のスパッタリング方法は、プラズマクリ
ーニングガスとして六フッ化硫黄（ＳＦ６）と酸素（０
２）の混合ガスを用いて真空容器内をプラズマクリーニ
ングすることを特徴とするものである。

作　　用 本発明は上記した構成によって、スパッタリング装置の
真空容器内をプラズマクリーニングする際、活性寿命の
長い酸素ラジカルがフッ素ラジカルを活性状態で、真空
容器内のすみずみに拡散するように寄与する効果および
硫黄ラジカルと酸素ラジカルが反応し、酸化硫黄ガスと
して真空排気する効果とによって、真空容器内構成部品
に付着した無効な膜を効率良くプラズマクリーニングす
ることができる。

実施例 以下、本発明の一実施例のスパッタリング方法について
図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の実施例として用いるスパッタリング装
置の概略断面図を示すものであｐ、その構成は従来例で
示したものと同様のものである。

第１図において、３０は真空容器、３１は試料、３２は
試料台、３３はスパッタガン、３３ａは窒化シリコンの
ターゲット材料、３４は真空ポンプ、３６はパイプ、３
６は圧力制御装置、３７はガスノズル、３８は高周波電
源である。

以上のように構成されたスパッタリング装置を用いたス
パッタリング方法を説明する。

まず真空容器３ｏを真空ポンプ３４によシ真空排気する
と共に圧力制御装置３６の操作およびガスノズル３７よ
シアルボンガスを導入することによって、真空容器３Ｑ
内の圧力を１０ｍＴｏｒｒ程度に保持する。次に高周波
電源３８から１３．５６　ＭＨｚの高周波電力をスパッ
タガン３３に供給する。以上の動作によって、スパッタ
粒子が発生し、試料３１上に屈折率１．８９±０．０２
、膜厚分布±４係の窒化シリコン膜を形成することがで
きた。

次にプラズマクリーニングする際の動作を説明する。

寸ず、試料３１を真空容器３０内よシ取り出した後、真
空容器３０内を真空ポンプ３４によって１０　′＼−７ ２ｍ　Ｔｏｒｒ以下の真空度まで真空排気した後、ＳＦ
６とＱ２を各々２００ＳＣＣＭ、　１ｓＳＣＣＭのガス
流量でガスノズル３７よ）真空容器３ｏ内に導入し、か
つ、真空容器３０内の圧力を圧力制御装置３６によシ操
作し２００　ｍ　Ｔｏｒｒに保持する。次に、スパッタ
ガン３３に周波数１３．５６　ＭＨｚ　の高周波電力を
供給することによって、低湿プラズマを発生させ、プラ
ズマクリーニングを実施する。上記動作によシ、スパッ
タリング装置の真空容器３０内構成部品に付着した無効
な膜を効率良くプラズマクリーニングすることができる
。

本発明の効果を明確にするための比較実験を行った。

試料３１の位置に窒化シリコン膜が１０μｍ程度膜成長
するまでスパッタリングを行った後、真空容器３０内の
ガス雰囲気をととのえ、プラズマクリーニングを一定時
間実施した。ここで、本発明法および従来例共に１６０
分間プラズマクリーニングを行った。スパッタガン３３
に投入する電力密度は、０．９Ｗ／７一定とし、圧力も
２００ｍＴｏｒｒ一定とした。プラズマクリーニング用
ガス流量は、従来法ではＳＦ６ガス２００ＳＣＣＭとし
、本発明法では、ＳＦ６ガス２００ＳＣＣＭ、０２ガス
２０ＳＣＣＭの混合ガスとした。

表２は、プラズマクリーニング後真空容器３０内に生ず
る臭気について分析したものである。なお分析方法は、
前述のものと同様である。

表２に示すように、本発明を適用することによシ、プラ
ズマクリーニング後ＮＨ３やＨ２Ｓ　　の発生をほぼ抑
止することが可能であった。

また、プラズマクリーニング後、真空容器３０を大気に
もどした時のクリーニング状態を目視評価した結果を表
３に示す。○印は良好なりリーニング状態を表わし、×
印は悪いクリーニング状態を意味する。表３に示すよう
に本発明は効率良いクリーニングができることがわかる
。

表３ 次にクリーニング状態に起因するデポジションの再現性
および試料３１へのダスト付着量について調べた実験結
果を述へる。実験方法は真空容器３０内で試料台３２の
試料３１位置に窒化シリコ１３　′＼　・ ン膜が１Ｑμｍ程度成長するまでデポジションを行った
後、真空容器３０内のガス雰囲気を清浄にし、プラズマ
クリーニングを一定時間実施した。

ここで、プラズマクリーニングは、本発明法、従来法共
に、スパッタガン１３に印加する高周波電力密度を０．
９　Ｗ／ｉ　、圧力２００　ｍ　Ｔｏｒｒと一定に保ち
、１６０分間プラズマクリーニングを行った。

次に、真空容器３０内のガス雰囲気を清浄した後、試料
３１位置に窒化シリコン膜３０００Ａ成長するようにス
パッタリングを実施し、次に評価用の試料３１を設置し
、窒化シリコン膜を約２０００八堆積し、試料３１に対
して、同様の評価を行う。実験結果を表４に示す。

表４に示す様に、本発明の適用によシ、デポジション再
現性及びダスト低域を可能にすることがわかる。

１５　・＼　２ 第２図は、プラズマクリーニングにおける０２ガス添加
量のエツチング速度に及ぼす効果を調べた実験結果であ
る。０２ガスの添加によりエツチング速度は、はとんど
影響されないことがわかる。

なお、エツチング速度は試料台３２の試料３２位置で評
価したものである。

以上のように、０２ガスの添加の効果は、プラズマクリ
ーニングの際、一般に活性寿命の長い酸素ラジカルが７
ノ素ラジカルを活性状態で、真空容器３Ｑ内のすみずみ
に拡散させるような効果があり、また硫黄ラジカルと酸
素ラジカルは反応しやすい。その結果、真空容器３Ｑ内
構成部品に付着した無効な膜を効率良くプラズマクリー
ニングするものと考えられる。

以上のように、本実施例によれば、プラズマクリーニン
グの際、プラズマクリーニングガスとして六フッ化硫黄
（ＳＦ６）と酸素（０２）の混合ガスを用いることによ
って、真空容器３Ｑの側壁面等、真空容器３０内のすみ
ずみまでプラズマクリーニングすることができ、効率良
く、かつ、再現住良１６　／＼　／ いプラズマクリーニングができると共に、悪臭の発生も
防止することができた。

発明の効果 本発明のスパッタリング方法によれは、プラズマクリー
ニングガスとして六フッ化硫黄と酸素の混合ガスを用い
て真空容器内をプラズマクリーニングすることによって
真空容器内のすみずみまでプラズマクリーニングするこ
とができ、効率良くかつ、再現性良いプラズマクリーニ
ングができると共に、悪臭（硫化水素ｅｔｅ　）の発生
も防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるスパッタリング装置
の概略断面図、第２図はプラズマクリーニングにおける
０２添加量とエツチング速度の関係を示すグラフ、第３
図は従来のスパッタリング装置の概略断面図である。 ３０　　真空容器、３２　　試料台、３３　・スパッタ
カン、３３ａ・・　ターゲット材料、３４・真空ポンプ
、３５・　パイプ、３６・　圧ヵ１７ノ＼／ 制御装置、３７　　ガスノズル、３８　　・高周波電源
。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名３０
−　臭空容＆ ８２−　　富民Ｐ臼 ３７−−−η゛χノ又パル ３８−　　福出還旬派 第２図 ０２うＬ　ｔ　　　　（ｘｌｏ）　、５ＣＣ／Ｖｌ第３
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空容器内に被加工物を保持し、真空容器内に位置する
   スパッタガンから生じたスパッタ粒子にて被加工物に薄
   膜を形成するスパッタリング方法において、プラズマク
   リーニングガスとして六フッ化硫黄と酸素の混合ガスを
   用いて真空容器内をプラズマクリーニングすることを特
   徴とするスパッタリング方法。