JPH0234779A - スパツタ装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はスパッタ装置に関し、具体的には成膜中に被成
膜部材や形成中の膜に２次電子が与えるダメージ防止に
関する。

［従来の技術］ 半導体素子は二酸化珪素（Ｓｉｎ２）等の絶縁膜で被覆
される。この絶縁膜は、平行平板電極型のスパッタ装置
で形成できる。スパッタによって形成した絶縁膜は、緻
密で密着性がよく保護膜として好適であるが、スパッタ
中に発生した２次電子が高速に加速されて半導体素子に
衝突して該半導体素子にダメージを与え、該半導体素子
の性能を劣化させる問題がある。例えば、薄酸化膜を形
成した電界効果トランジスタＣ以下、ＦＥＴという）の
場合、素子の表面にスパッタによって保護膜を形成する
と該素子のスレッシュホールド電圧が低下することが知
られている。

スパッタ中の高速２次電子による半導体素子へのダメー
ジについては、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエ
ンス・アンド・テクノロジー１４（１）（１９７７年）
第９２頁から第９７頁（Ｊ、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ、　Ｔ
ａｃｈｎｏｌ、　、　１４　（１）　（１９７７）ＰＰ
９２〜９７）に論じられている。そして該論文は、被成
膜部材である半導体素子側に高周波バイアス電圧をかけ
る高周波スパッタ装置でＳｉｎ、絶縁膜を形成し、その
後にアニール（半導体素子を加熱して電気特性を回復さ
せる処理）を行なうことによって良好なスレッシュホー
ルド電圧を得ることを開示している。

［発明が解決しようとする課題］ 上記論文に開示されれている技術は、成膜中にターゲッ
タ付近にできるイオンシースの電界によって加速された
高速２次電子を被成膜部材である半導体素子付近にでき
る電界で減速することにより半導体素子への衝撃を柔ら
げるとともに、素子が受けたダメージをアニールにより
解消することで該素子の特性を回復するものである。半
導体素子付近に生ずる電界は半導体素子側に供給する高
周波電力を大きくすることによって強くすることができ
るが、このようにするとスパッタにより膜を削る作用も
大きくなるので、高速２次電子番ｑよる衝撃を柔らげる
ために半導体素子付近の電界を強くすることには限界が
ある。従って、該電界によるダメージ緩和には限界があ
り、素子の性能低下防止を十分に発揮することが困難で
あった。

従って本発明の第１の目的は、成膜中に高速２次電子が
被成膜部材及び形成中の膜にダメージを与えるのを十分
に防止できるスパッタ装置を提供することにある。

そして第２の発明の目的は、高速２次電子によるダメー
ジを与えることなく半導体素子（特にＦＥＴ素子）の表
面に皮膜を形成できるスパッタ装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、第１の発明は、真空容器と
、該真空容器中にほぼ平行に対向させて設けた２つの平
板電極と、該２つの平板電極の少なくとも一方に高周波
電力を供給する高周波電源とを備え、前記平板電極の一
方に成膜材料であるターゲットを保持し、前記平板電極
の他方に成膜される被成膜部材を保持した状態で前記真
空容鼎中を排気すると共にガスを導入しながら前記高周
波電力を供給することによってターゲットと被成膜部材
の間の空間に放電を起こしてプラズマを生成し前記被成
膜部材に成膜するスパッタ装置において、前記２つの平
板電極の間に前記高周波電力による電界と直交する方向
の磁界を発生する磁界発生手段を設けたことを特徴とし
。

第２の発明は、真空容器と、該真空容器中にほぼ平行に
対向させて設けた２つの平板電極と、該２つの平板電極
の少なくとも一方に高周波電力を供給する高周波電源と
を備え、前記平板電極の一方に絶縁成膜材料であるター
ゲットを保持し、前記平板電極の他方に前記成膜材料で
成膜されるＦＥＴ素子を保持した状態で前記真空容器中
を排気すると共にガスを導入しながら前記高周波電力を
供給することによってターゲットとＦＥＴ素子の間の空
間に放電を起こしてプラズマを生成し前記ＦＥＴ素子に
成膜するスパッタ装置において、前記２つの平板電極の
間に前記高周波電力による電界と直交する方向の磁界を
発生する磁界発生手段を設けたことを特徴とする。

［作用］ 真空容器中を排気すると共にガスを導入しながら前記高
周波電力を供給すると、ターゲットと被成膜部材の間の
空間に放電が発生してガスのプラズマが生成される。そ
してターゲット付近にはイオンシースが形成され、プラ
ズマ中のイオンはこのイオンシースによる電界で加速さ
れてターゲットを衝撃し、該ターゲットの粒子をスパッ
タする。

このようにしてスパッタされた粒子が被成膜部材の表面
に付着して膜が形成される。

一方、イオンがターゲットを衝撃するときに発生する２
次電子もイオンシースによる電界により加速されて被成
膜部材に向かって飛行する。しかしながらこの高速２次
電子の飛行運動は該２次電子が磁界発生手段により形成
された磁力線を横切るときに該磁力線に巻き付くような
回転運動に変更されて被成膜部材まで到達することはほ
とんどなくなり、高速２次電子が被成膜部材を衝撃して
該被成膜部材及び形成中の膜にダメージを与えることが
なくなる。

特にその特性を低下させることなくＦＥＴ素子の表面に
皮膜を形成するのに好適である。

なお、スパッタ粒子は中性であるので、前記磁界が該ス
パッタ粒子に作用して成膜に影響することはない。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図及び第２図は本発明になるスパッタ装置の第１の
実施例を示している。排気口１ａを有する真空容器１内
には、成膜材料のターゲット２を保持する平板電極であ
るターゲットホルダ３と、被成膜部材の基板４を保持す
る平板電極である基板ホルダ５と、前記２つのホルダ３
，５間の放電空間１ｂに磁界を発生する永久磁石６ａ、
６ｂと、アースシールド７ａ、７ｂと、シャッタ８とが
収納される。ターゲットホルダ３と基板ホルダ５とは放
電空間１ｂを介してほぼ平行に対向するように絶縁物９
ａ、９ｂを介して前記真空容器１に固定され、ターゲッ
トホルダ３には高周波電源１゜からマツチングボックス
１１を介して高周波電力が供給され、基板ホルダ５は接
地されている。シャッタ８は矢印の方向に移動するよう
に設けられ、スパッタ粒子が被成膜基板４の表面に付着
して成膜するのを制御する。永久磁石６ａ、６ｂは、前
記放電空間１ｂを横切る方向に磁力線１２を発生するよ
うに該放電空間１ｂを挾んで異なる極性の複数の磁極を
対向させた複数の永久磁石で構成される。この永久磁石
６ａ、６ｂはステンレス環のケースに入れて固定しであ
るが、膜への不純物混入が問題となる場合には、磁石の
表面やケースの表面にターゲットと同一材質の皮膜を形
成しておくとよい。

ターゲット２はＳｉＯ□で直径１５０ｍｍに形成されて
おり、ターゲットホルダ３は水冷されている。ターゲッ
ト２と被成膜基板４の間隔は約４０ｍｍである。

以上の構成において、被成膜基板４の表面に成膜しよう
とするときは、真空容器１内を排気装置（図示せず）に
よって真空度１／１０’Ｐａ程度まで排気する。次いで
該真空容器１内の真空度がが１〜２Ｐａとなるようにア
ルゴンガスを導入しながら、高周波電源１０からターゲ
ットホルダ３に１３．４５ＭＨｚの高周波電力を供給す
ると、放電空間１ｂに放電が発生する。これにより放電
空間１ｂにはプラズマ（電離気体）が生成され、ターゲ
ット２の近傍にはイオンシースと呼ばれる電位差があら
れれる。プラズマ中のイオンがこの電位差（電界）によ
って加速されてターゲット２をｆｒ撃して該ターゲット
２の粒子（ＳｉＯ□）をスパッタする。このスパッタさ
れた粒子は対向する基板ホルダ５に保持されている被成
膜基板４に堆積して成膜する。

ここでイオンシースによる電界で加速されたイオンがタ
ーゲット２を衝撃するときに２次電子が発生し、この２
次電子がイオンシースの電界で加速されて被成膜基板４
に向かって飛行する。しかしこの高速２次電子の飛行運
動は永久磁石６ａ。

６ｂによって生成された磁力線１２を横切るときに該磁
力線１２に巻き付くような回転運動に変更されて被成膜
基板４まで到達することはほとんどなくなり、高速２次
電子が被成膜基板４を衝撃して該被成膜基板４及び形成
中の膜ににダメージを与えることがない。

ここで高速２次電子が被成膜基板４を衝撃するのを防止
するのに必要な磁界の強さについて説明する。簡単のた
めに、ターゲットホルダ３と基板ホルダ５の間では−様
な磁束密度Ｂ［ガウスコの磁界が発生しているものとし
、両ホルダ３，５の間隔はＬ［ｃｍ］、ｆＪ子の最大エ
ネルギーはＴｅ［電子ボルト］とする。

−様な磁界中での電子の回転運動の回転半径は、３．３
２７ＸｆＴτＸ１／Ｂ　　　［ｃｍ］となる。この回転
半径が両ホルダ３，５の間隔りより大きいと高速２次電
子は被成膜基板４に衝突することになり、この衝突を避
けるためには、３．３２７ＸｆＴｉＸ１／Ｂ　＜　Ｌ の関係を満足することが必要である。

Ｔｅ＝２０００　［電子ボルト］　−Ｌ＝４　［ｃｍ］
のとき、磁束密度Ｂは３７［ガウス１以上必要である。

これは両ホルダ３，５の間に−様な磁界が生成できた場
合であり、第１図及び第２図に示すように両ホルダ３，
５に近づくに従って磁束密度が低下するので、２つの永
久磁石６ａ、６ｂの中間位置での磁束密度Ｂを先に求め
た値の約３倍の１００　［ガウス］程度とすることが望
ましい。

磁力８１２は放電によって生成されたプラズマを貫いて
発生しているが、スパッタ粒子は中性であるので、該磁
力線１２がスパッタ粒子に影響することはなく、従って
、成膜のための該スパッタ粒子の移動に悪影響を与える
ことはない。

この実施例においてターゲット２に５ｆ０２　を用いた
場合の成膜速度は３μｍ／時であり、磁界を作用させな
い場合と大差ない。被成膜基板４上での成膜厚さの均一
性が問題となる場合には、基板ホルダ５を回転させなが
ら成膜すれば、より均一な厚さの成膜が得られる。

このスパッタ装置を用いてＦＥＴ素子を被成膜基板とし
てその表面に第３図に示すようなＳｉｎ。

の絶縁皮膜を形成すると、第４図に示したようにスレッ
シュホールド電圧が劣化しないものが得られる。

第３図はスパッタ装置によって絶縁皮膜を形成したＦＥ
Ｔを示しており、４ａはドレイン、４ｂはソース、４ｃ
はゲート、４ｄはゲート＃！縁のためのＳｉｎ、膜、４
ｅは５ｉｎ２保護膜である。

そして第４図はスパッタ装置によりＳｉＯ□で成膜した
ＦＥＴのスレッシュホールド電圧と該成膜中に発生する
２次電子の最大エネルギーの関係を示している。特性Ａ
は本発明になるスパッタ装置により成膜したＦＥＴの特
性、特性Ｂは従来のスパッタ装置により成膜したＦＥＴ
の特性である。

従来のスパッタ装置では２次電子の最大エネルギーが増
加するに従ってスレッシュホールド電圧が低下するが、
本発明になる前記スパッタ装置によればターゲット近傍
の２次電子の最大エネルギーが増加してもスレッシュホ
ールド電圧の低下が起こらないことがわかる。

以上のように本発明になるスパッタ装置は、スバッタに
よって発生する高速２次電子を磁力線１２で捕獲して被
成膜基板４に衝突しないようにできるので、被成膜基板
４及び形成中の膜にダメージを与えることがない。

以下、本発明の他の実施例を説明する。なお。

上記した第１の実施例と共通する構成要素については同
一参照符号を付してその詳細説明を省略する。

第５図及び第６図は本発明になるスパッタ装置の第２の
実施例を示している。この実施例は、第１図及び第２図
に示した第１の実施例の永久磁石６ａ、６ｂを継鉄で連
結したものである。

継鉄１３は鉄とニッケルの合金のような高透磁率の磁性
材料で環状に形成され、各永久磁石６ａ。

６ｂの外端に接してこれらを包囲している。この実施例
は、磁気回路の磁気抵抗を低減して高い磁束密度の磁界
を発生させるのに有利である。このようにすると、直径
３００ｍｍの大形のターゲットを用いた成膜でも高速２
次電子によるダメージを防止することが可能である。

また、このように継鉄１３を用いる構成では、永久磁石
６ａ、６ｂを高透磁率材料に置き換え、継鉄１３に電磁
コイルを巻いて磁界を発生するように変形することも可
能である。

第７図及び第８図は本発明になるスパッタ装置の第３の
実施例を示している。この実施例は、第１図及び第２図
に示した第１の実施例の永久磁石６ａ、６ｂを電界方向
と同一の垂直方向に縦長にし、放電空間１ｂの両側に対
向する極性を異極性に配置したものである。

この実施例では、磁界の上層部では永久磁石６ａから永
久磁石６ｂに向かう磁力線１２ａが発生し、磁界の下層
部では永久磁石６ｂから永久磁石６ａに向かう磁力線１
２ｂが発生し、その間では磁束密度はほぼ零となる。そ
して、ターゲット２及び被成膜基板４の付近では磁束密
度が低下する。

この実施例の利点は、永久磁石６ａ、６ｂを縦長に配置
したので真空容器１を小さくでき、装置を小形化できる
ことである。

第９図及び第１０図は本発明になるスパッタ装置の第４
の実施例を示している。この実施例は、第７図及び第８
図に示した第３の実施例の永久磁石６ａ、６ｂの一方を
放電空間１ｂの中央に、他方を放電空間１ｂの外周に対
向する極性が異極性になるように配置して該放電空間１
ｂに放射状の磁界を発生するようにしたものである。

この実施例において、放電空間１ｂの中央に配置された
永久磁石６ａはその表面をＳｕｎ、で被覆したフェライ
ト磁石で構成され、絶縁物１４を介してターゲットホル
ダ３に保持される。

この実施例の利点は、広い面積にわたって磁界を発生す
ることができるので、複数の被成膜基板４ｆ、４ｇ、４
ｈ及び４１を同時に成膜することができる大面積スパッ
タ装置を容易に実現できることである。

第１１図及び第１２図は本発明になるスパッタ装置の第
５の実施例を示している。この実施例は、第１図及び第
２図に示した第１の実施例のターゲットホルダ３と基板
ホルダ５への給電方法を変更し、バイアススパッタ装置
としたものである。

高周波電源１０は発信器１０ａと位相器１．　Ｏｂと増
幅器１０ｃ、１０ｄとを備え、発生した高周波電力をマ
ツチングボックスｌｌａ、ｌｌｂを介してターゲットホ
ルダ３と基板ホルダ５へ供給する。発信器１０ａは１３
．５６ＭＨｚの高周波信号を発生し、増幅器１０ｃはこ
の高周波信号を増幅しマツチングボックスｌｌａを介し
てターゲットホルダ３に供給し、位相器１０ｂはこの高
周波信号の位相をずらして増幅器１０ｄで増幅しマツチ
ングボックスｌｌｂを介して基板ホルダ５に供給する。

この実施例のスパッタ装置は、基板ホルダ５にも高周波
バイアス電力が供給されるので、被成膜基板４の付近に
もイオンシースによる電界が発生して該被成膜基板４へ
の高速２次電子の衝突は抑制されるが、磁界も衝突抑制
効果を発揮するので、高速２次電子が被成膜基板４や形
成中の膜に与えるダメージを一掃することができる。

［発明の効果コ 以上のように本発明は、イオンがターゲットを衝撃する
ときに発生しイオンシースによる電界により加速されて
被成膜部材に向かって飛行する高速２次電子の運動を、
該高速２次電子が磁界発生手段により形成された磁力線
を横切るときに該磁力線に巻き付くような回転運動に変
更して捕捉するので、高速２次電子が被成膜部材を衝撃
して該被成膜部材及び形成中の膜にダメージを与えるこ
とがなくなる効果が得られる。

特にその特性を低下させることなくＦＥＴの表面に皮膜
を形成するのに好適である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明になるスパッタ装置を示すもので、第１図
は第１の実施例の縦断側面図、第２図はその■−■断面
図、第３図はこのスパッタ装置で成膜したＦＥＴの縦断
側面図、第４図はその特性曲線図、第５図は第２の実施
例の縦断側面図、第６図はそのＶＩ−ＶＩ断面図、第７
図は第３の実施例の縦断側面図、第８図はその■−■断
面図、第９図は第４の実施例の縦断側面図、第１０図は
そのＸ−Ｘ断面図、第１１図は第５の実施例の縦断側面
図、第１２図はその朋−届所面図である。 １・・・・・・真空容器、　　１ｂ・・・・・・放電空
間、２・・・・・・ターゲット５　　３・・・・・・タ
ーゲットホルダ、４・・・・・・基板、　　５・・・・
・・基板ホルダ。 ６ａ、６ｂ・・・・・・永久磁石、１０・・・・・・高
周波電源、１２・・・・・・磁力線。 第１図 第３図 ｄ ２　　クープ・ソト ３　　７−勺−ットオ、ルり°゛ ４　　　署シもに ６ａ、　６ｂ・永た続 ＩＯ−・　島局′Ｘｔ連 第２図 第４図 豪大電手工不ルヤ°−（ｅＶ） ａ 第 図 第 図 第９図 第 ０図 第７図 第８図 第１１図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空容器と、該真空容器中にほぼ平行に対向させて
   設けた２つの平板電極と、該２つの平板電極の少なくと
   も一方に高周波電力を供給する高周波電源とを備え、前
   記平板電極の一方に成膜材料であるターゲットを保持し
   、前記平板電極の他方に成膜される被成膜部材を保持し
   た状態で前記真空容器中を排気すると共にガスを導入し
   ながら前記高周波電力を供給することによつてターゲッ
   トと被成膜部材の間の空間に放電を起こしてプラズマを
   生成し前記被成膜部材に成膜するスパッタ装置において
   、前記２つの平板電極の間に前記高周波電力による電界
   と直交する方向の磁界を発生する磁界発生手段を設けた
   ことを特徴とするスパッタ装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記磁界発生手段
   は、前記放電領域の両側に異なる極性の磁極を対向させ
   た永久磁石で構成したことを特徴とするスパッタ装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記磁界発生手段
   は、前記放電領域の両側に異なる極性の複数の磁極を対
   向させた永久磁石で構成し、該磁石の反対内側磁極は高
   透磁率の継鉄で連結したことを特徴とするスパッタ装置
   。 ４、特許請求の範囲第２項において、前記永久磁石は前
   記電界と平行な方向に磁化されたものであることを特徴
   とするスパッタ装置。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記磁界発生手段
   は、前記放電領域の中央に配置した永久磁石とその外周
   に配置されて異なる極性の磁極を対向させた複数の永久
   磁石とを備え、該放電領域に放射状の磁界を発生するこ
   とを特徴とするスパッタ装置。 ６、特許請求の範囲第５項において、前記永久磁石は前
   記電界と平行な方向に磁化されたものであることを特徴
   とするスパッタ装置。 ７、特許請求の範囲第１項において、前記高周波電源は
   、２つの平板電極に位相の異なる高周波電力を供給する
   ことを特徴とするスパッタ装置。 ８、真空容器と、該真空容器中にほぼ平行に対向させて
   設けた２つの平板電極と、該２つの平板電極の少なくと
   も一方に高周波電力を供給する高周波電源とを備え、前
   記平板電極の一方に絶縁成膜材料であるターゲットを保
   持し、前記平板電極の他方に前記成膜材料で成膜される
   電界効果トランジスタ素子を保持した状態で前記真空容
   器中を排気すると共にガスを導入しながら前記高周波電
   力を供給することによつてターゲットと電界効果トラン
   ジスタ素子の間の空間に放電を起こしてプラズマを生成
   し前記電界効果トランジスタ素子に成膜するスパッタ装
   置において、前記２つの平板電極の間に前記高周波電力
   による電界と直交する方向の磁界を発生する磁界発生手
   段を設けたことを特徴とするスパッタ装置。