JPH0277576A - 高周波スパッタリングにおける成膜条件の決定方法 - 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」 本発明は高周波スパッタリングによって基板上に所望の
膜特性を有する酸化膜を形成するための成膜条件を決定
する方法の改良に関するものである。

「従来の技術」 一般に高周波スパッタリングによって基板上に形成され
た酸化膜の膜特性の評価は、成膜速度。

密度、エツチング速度、赤外吸収スペクトルなどによっ
て行われる。酸化膜の膜特性は、チャンバ内のスパッタ
圧に強く依存しこのスパッタ圧によって大きく変化する
。このため、所望の膜特性を有する酸化膜を再現性よく
安定して形成するための成膜条件として、最適のスパッ
タ圧を決定することが重要である。従来、このようなス
パッタ圧を決定する方法には、スパッタ圧を種々変化さ
せた成膜条件下において、実際に高周波スパッタリング
によって基板上に酸化膜を形成したものを複数種類作成
し、これらの酸化膜のそれぞれについて成膜速度、密度
、エツチング速度、赤外吸収スベクトルなどの膜特性を
分析し、この分析結果からいずれのスパッタ圧が所望の
膜特性を得るのに適でいるかを求めていた。

ｒ発明が解決しようとする課題」 しかしながら、従来のスパッタ圧の決定方法では、実際
にスパッタ圧を種々変化させた成膜条件下において基板
上に酸化膜を形成し、これらの酸化膜のそれぞれの膜特
性を分析してから最適のスパッタ圧を決めていたので、
時間がかかるという問題点があった。また、スパッタ圧
以外の成膜条件（例えばスパッタガスの流量）を変えた
り、成膜装置を変えた場合、始めからやり直して最適の
スパッタ圧を決めなければならないという問題点が有っ
た。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたもので。

所望の膜特性を有する酸化膜を再現性よく安定して形成
するためのスパッタ圧をきわめて短時間で決定する方法
を提供することを目的とするものである。

「課題を解決するための手段ｊ 本発明者は、スパッタガス流量一定の条件のもとに、発
光スペクトル中の酸素原子の発光強度のスパッタ圧に対
する特性曲線と、成膜速度、密度、エツチング速度、赤
外吸収スペクトルなどの膜特性のスパッタ圧に対する特
性曲性とを実験によって求めた結果、両者の間に密接な
関係が有ることを見出した０本発明はこのような知見に
基づいてなされたものである。すなわち、本発明による
成膜条件の決定方法は、チャンバ内に配設された酸化物
ターゲットと基板との間に高周波電圧を印加してグロー
放電を発生させ、スパッタリングによって前記基板上に
酸化膜を形成するものにおいて、成膜時または成膜前の
いずれかにおいて、前記チャンバ内へ導入するスパッタ
ガスの流量を一定に保持しながら前記チャンバ内のスパ
ッタ圧を変えてグロー放電の発光スペクトルを監視し、
この発光スペクトル中の酸素原子の発光強度に基づいて
成膜時のスパッタ圧を決定してなることを特徴とするも
のである。

「作用Ｊ 高周波スパッタリングによって基板上に酸化膜を形成す
る成膜時または成膜前のいずれかにおいて、チャンバ内
へ導入するスパッタガスの流量を一定に保持しながらチ
ャンバ内のスパッタ圧を変えてグロー放電の発光スペク
トルを監視する。そして、この発光スペクトル中の酸素
原子の発光強度に基づいて膜特性を予測し、所望の膜特
性を有する酸化膜を形成するためのスパッタ圧を決定す
る（例えば、酸素原子の発光強度が急に大きくなる直前
のスパッタ圧を成膜時のスパッタ圧に決定する）。

「実施例」 第１図は高周波スパッタリングにより基板上に酸化膜を
形成する一般的な装置を示すもので、この図において（
１）はチャンバである。前記チャンバ（１）内には、タ
ーゲットホルダ（２）に保持された酸化物ターゲット（
例えばＳｉＯ，）（３）と基板ホルダ（４）に保持され
た基板（５）・・・とが配設され。

前記酸化物ターゲット（３）と基板（５）・・・どの間
には前記ホルダ（２）　（４）を介して高周波電圧を印
加するための高周波電ｇ（６）が結合されている。前記
基板ホルダ（４）には、前記基板（５）・・・を加熱す
るためのヒータ（図示省略）が設けられている。

（７）はスパッタガスとしてのＡｒ（アルゴン）ガスを
高圧で封入したガスボンベで、このガスボンベ（７）の
出力側は開閉バルブ（８）を経、ガス導入路（９）を介
して前記チャンバ（１）内に連通され、前記ガス導入路
（９）には流量を制御するためのマスフローコントロー
ラ（１０）が挿入されている。　（１１）は油回転ポン
プや油拡散ポンプなどからなる排気系で。

この排気系（１１）の吸入側はガス排気路（１２）を介
して前記チャンバ（１）内に連通され、前記ガス排気路
（１２）にはガス排気量を制御するためのメインバルブ
（１３）が挿入されると共に圧力計（１４）が結合され
ている。

つぎに、第１図の装置を用いて種々の実験を行い、その
結果に基づいて本発明に至った経緯について、第２図か
ら第６図までを併用して説明する。

（イ）第１図においてメインバルブ（１３）を開き、排
気系（１１）を作動することによって、チャンバ（１）
内を所定圧力（例えばＩｆ）”　Ｔｏｒｒ）に排気する
。

（ロ）ついで開閉バルブ（８）を開き、ガスボンベ（７
）からガス導入路（９）を介してチャンバ（１）内にＡ
ｒガスを導入する。

（ハ）マスフローコントローラ（１０）によってチャン
バ（１）内へ導入するＡｒガスの流量を一定に保持しつ
つ、メインバルブ（１３）の開度を調整することによっ
てチャンバ（１）内のスパッタ圧を所定値に制御し、高
周波電源（６）からホルダ（２）　（４）を介して酸化
物ターゲット（３）と基板（５）・・・間に一定の高周
波電圧を印加してグロー放電を発生させ、高周波スパッ
タリングによって基板（５）・・・上に酸化膜（例えば
Ｓｉｏ、膜）を形成する。このとき基板（５）・・・の
温度も一定に保持しておく。チャンバ（１）に設けられ
たビューポート（図示省略）を介した分光器（図示省略
）によって、Ａｒガスのｉｎを２　（ｓｅｅｍ）の一定
に保持しつつスパッタ圧を複数段階に変えたときのグロ
ー放電の発光スペクトルを測定し、この発光スペクトル
中の酸素原子の発光強度ＩｏとＡｒ原子の発光強度ＩＡ
いのスパッタ圧Ｐに対する関係は第２図のような実験結
果となった。即ち、酸素原子の発光強度ＩＯは、スパッ
タ圧ＰがＰ　１（＝４．ＯＸ　１０”−”　Ｔｏｒｒ）
近くになるまでは漸増し、Ｐ　、　（＝６．ＯＸ　１０
−”　Ｔｏｒｒ）近辺以上になると急増している。なお
、上述の発光スペクトル中の酸素原子の発光強度ｒｏの
測定は、第１図において基板（５）・・・を設けない状
態、すなわち成膜をおこなわない状態でグロー放電を発
生させて行うようにしてもよい。

（ホ）　Ａ　ｒガスの流量Ｆを一定に保持しつつスパッ
タ圧Ｐを複数段階に変えたときのそれぞれにおける成膜
速度りのスパッタ圧Ｐに対する関係は第３図のような実
験結果となった。この図においてり、、　Ｄ２．　Ｄ、
はＡｒガス流量Ｆをそれぞれ１６（ｓｅｃｍ）、１．５
（ｓｃｃｍ）＋０．４（ｓｅｅｍ）の一定に保持した場
合を示す。この第３図から成膜速度り、、　Ｄ、、　Ｄ
、は。

いずれもスパッタ圧ＰがＰ２（＝６．０Ｘ１０−”　Ｔ
ｏｒｒ）以上では減少しており、Ｄ、、　Ｄ３について
はスパッタ圧ＰがＰｌ（＝４．０ｘｌＯ−”　Ｔｏｒｒ
）近辺で最大となっている。

（へ）Ａｒガスの流量Ｆを２（ｓｅｅｍ）の一定に保持
しつつ前記（イ）（ロ）（ハ）によりスパッタ圧Ｐを複
数段階に変えて基板（５）・・・上に酸化膜を形成し、
この酸化膜の密度、エツチング速度、赤外吸収スペクト
ルなどの膜特性を実験で求めたところ、第４図、第５図
および第６図のような結果が得られた。このうち第４図
のＭは、密度のスパッタ圧Ｐに対する関係を示し、同図
のＥはエツチング速度のスパッタ圧Ｐに対する関係を示
す。すなわち密度Ｍについては、スパッタ圧ＰがＰｌ、
Ｐ、を経、１０−’Ｔｏｒｒに至るまでほぼ一定で１０
−”　Ｔ　ｏｒｒを超えると急上昇し、エツチング速度
Ｅについては、スパッタ圧ＰがＰ工に至るまではほぼ一
定で、Ｐ２近辺で急上昇して最大となり、ついで急下降
し、４Ｘ　１０””　Ｔｏｒｒ近辺でほぼ一定値に漸近
している。

また第５図と第６図は、スパッタ圧ＰをそれぞれＰ、（
＝４．ＯＸｌ、０−”Ｔｏｒｒ）とＰ　、　（＝８．Ｏ
Ｘ　１Ｏ−１Ｔｏｒｒ）として基板（５）・・・上に形
成された酸化膜（Ｓ　ｉ　Ｏｚ　）のそれぞれの赤外吸
収スペクトルを示すものである。Ｐ＝Ｐ工の条件で成膜
された酸化膜は無色透明で、第５図に示す赤外吸収スペ
クトルから５ｔＯ２による吸収帯がみられ、５ｉ２０３
による吸収帯がみられない。これに対してＰ＝Ｐ、の条
件で成膜された酸化膜は茶褐色透明で、第６図に示す赤
外吸収スペクトルからＳｉｏ、による吸収帯の他にＳｉ
２０．による吸収帯がみられ、５ｉ２０．が混ざってお
り、その半値幅から化学量論比は５ｉｏ２ではなくＳｉ
Ｏに近づいていることがわがり、求めているＳｉｏ、膜
と膜特性が異なり実用できないものであることがわかる
。

上述の（イ）から（へ）までの実験結果より求めた第２
図から第６図までの特性曲線から、っぎのような相関関
係がわかった。スパッタガス（例えばＡｒガス）の流量
Ｆを一定（例えば２５ｅｃｎ）にしてスパッタ圧Ｐを変
化させた場合、グロー放電の発光スペクトル中の酸素原
子の発光強度Ｔｏが大きく変化するスパッタ圧Ｐ２と、
エツチング速度Ｅが大きく変化するスパッタ圧Ｐ２とが
ほぼ一致し、スパッタ圧Ｐがこの一致点ＣＰ　＝　Ｐ、
の点）より大きくなるにつれて成膜速度りが小さくなる
とともに密度Ｍが大きくなり、Ｐ２より大きいスパッタ
圧（例えばｐ　＝　ｐ、）で成膜した酸化膜は求める酸
化膜（例えばＳｉＯ□膜）と膜特性が異なり、実用でき
ないものであることがわかった。さらに、スパッタ圧Ｐ
を一致点Ｐ２より小さい一定範囲（例えば１０−”Ｔｏ
ｒｒから４　Ｘ　１０−”　Ｔ　ｏｒｒ）にした場合は
、エツチング速度Ｅや密度Ｍに大きな変化のない安定し
たグロー放電が行われると共に成膜速度りが大きくなり
、さらに、スパッタガスの一定流量Ｆｔｉ−０゜４　（
ｓｃｃｍ）または１．５（ｓｅｅｍ）に設定した場合に
は、発光スペクトル中の酸素原子の発光強度Ｉｏが急上
昇する直前のスパッタ圧Ｐ１で最大となることがわかっ
た。

したがって、成膜時または成膜前のいずれかにおいて、
スパッタガスの流量を一定に保持しながらスパッタ圧を
変えてグロー放電の発光スペクトルを監視し、この発光
スペクトル中の酸素原子の発光強度に基づいて成膜時の
スパッタ圧を決定することができる１例えば、スパッタ
ガスとしてＡｒガスを用い、その流量Ｆを２　（ｓａｃ
ｓ）の一定値に保持しなから成膜速度りを最大にするた
めのスパッタ圧の条件は、酸素原子の発光強度ＩＯが急
上昇するスパッタ圧Ｐ２の直前のスパッタ圧Ｐ１である
。このことは、成膜条件を一定範囲内で変えた場合（例
えばスパッタガスの流量を一定範囲内で変えた場合）や
成膜装置を変えた場合にも成り立つことが実験結果から
予測される。

「発明の効果」 本発明による高周波スパッタリングにおける成膜条件の
決定方法は、上記のように、成膜時または成膜耐のいず
れかにおいて、スパッタガスの流量を一定に保持しなが
らスパッタ圧を変えてグロー放電の発光スペクトルを監
視し、この発光スペクトル中の酸素原子の発光強度に基
づいて成膜時のスパッタ圧を決定するようにしたので、
スパッタ圧を種々変えて基板上に実際に酸化膜を形成し
。

これらの酸化膜のそれぞれについての成膜速度。

密度、エツチング速度、赤外吸収スペクトルなどの膜特
性の評価を行ってからスパッタ圧を決定していた従来例
と比べて、きわめて短時間に成膜時のスパッタ圧を決定
することができる。とくに、成膜条件を一定範囲内で変
える場合や、成膜装置を変える場合の成膜条件の決定に
有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は高周波スパッタリングによって基板上に酸化膜
を形成する一般的な装置の構成図、第２図から第６図ま
では本発明に至った経緯を説明する特性図で、第２図は
発光強度のスパッタ圧に対する特性図、第３図は成膜速
度のスパッタ圧に対する特性図、第４図は密度およびエ
ツチング速度のスパッタ圧に対する特性図、第５図およ
び第６図は赤外吸収スペクトル図である。 （１）・・・チャンバ、（３）・・・酸化物ターゲット
、（５）・・・基板、（６）・・・高周波電源、（７）
・・・スパッタガス（Ａｒガス）のガスボンベ、（１０
）・・・マスフローコントローラ、　（１３）・・・メ
インバルブ、Ｆ・・・スパッタガスの流量、　　Ｉｏ・
・・酸素原子の発光強度、Ｐ・・・スパッタ圧。 出願人　株式会社富士通ゼネラル 第　　２　　図 又１１−Ｉり、圧、Ｐ（Ｔｏｒｒ） 第　　３　　図 １＋ｆ−７り／ｉＰ（Ｔｏｒｒ） 第　　４　　図 ｆｉ数（Ｃ所゛）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）チャンバ内に配設された酸化物ターゲットと基板
   との間に高周波電圧を印加してグロー放電を発生させ、
   スパッタリングによって前記基板上に酸化膜を形成する
   ものにおいて、成膜時または成膜前のいずれかにおいて
   、前記チャンバ内へ導入するスパッタガスの流量を一定
   に保持しながら前記チャンバ内のガス圧を変えてグロー
   放電の発光スペクトルを監視し、この発光スペクトル中
   の酸素原子の発光強度に基づいて成膜時のスパッタ圧を
   決定してなることを特徴とする高周波スパッタリングに
   おける成膜条件の決定方法。
2. （２）発光スペクトル中の酸素原子の発光強度が急に大
   きくなる直前のスパッタ圧を成膜時のスパッタ圧に決定
   してなる請求項（１）記載の高周波スパッタリングにお
   ける成膜条件の決定方法。