JPH03275594A - 反応性ガスを用いたスパッタリング方法及びその装置 - Google Patents

反応性ガスを用いたスパッタリング方法及びその装置

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JPH03275594A
JPH03275594A JP2075663A JP7566390A JPH03275594A JP H03275594 A JPH03275594 A JP H03275594A JP 2075663 A JP2075663 A JP 2075663A JP 7566390 A JP7566390 A JP 7566390A JP H03275594 A JPH03275594 A JP H03275594A
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JP
Japan
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target
plasma
substrate
ion species
magnetic field
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JP2075663A
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English (en)
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Kakuei Matsubara
松原 覚衛
Hiroshi Daimon
宏 大門
Kazuhiro Fujii
一宏 藤井
Toshihiko Abu
俊彦 阿武
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Ube Corp
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Ube Industries Ltd
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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、反応性ガスを用いた超伝導体薄膜、半導体デ
バイス用の薄膜製造におけるスパッタリング方法及びそ
の装置に関する。
(従来技術及びその問題点) スパッタリングによる薄膜の製造法は、アルゴン等の雰
囲気ガスをio−”〜10−’Torr導入し、グロー
放電を起こしてプラズマを生威し、プラズマ中に存在す
る正イオンを負にバイアスしたターゲットで加速して高
速でターゲットに衝突させ、衝突によって弾き出された
ターゲット材料のtiIIi、原子又は粒子をターゲッ
ト近傍に設置した基板上に付着し、ターゲット材料ある
いはターゲット材料及び雰囲気ガス中に混合した原料ガ
スからなる薄膜を形成する方法である。スパッタリング
装置として代表的なものはプレーナマグネトロン方式ス
パッタリング装置であり、この装置の改良型として対向
ターゲット式スパッタリング装置、磁界圧着型のスパッ
タリング装置が用いられている。
前記スパッタリング装置においては、ターゲットからタ
ーゲット構成原子又は粒子を効率よく弾き出すために、
発生したプラズマを高濃度でターゲット近傍に閉じ込め
ている。この場合、低ガス圧で放電を行うと、負イオン
、T電子のような高エネルギーのイオン種を多く含むプ
ラズマを高濃度で発生し、スパッタリングの効率を高め
ることができる。しかし、高エネルギーのイオン種を完
全にターゲット近傍に閉じ込めることは困難であり、そ
れらが基板上に形成された薄膜に衝突して、薄膜の構成
原子のa戒が制御できない、あるいは温度上昇による歪
みの発生などの問題点を生じる。
この問題点を解決するため磁場を工夫する提案もあり(
特開昭60−135573号)、この目的もために改良
されたものが対向ターゲット式スパッタリング装置であ
る。
また、薄膜構成原子の一部を反応性ガスとして雰囲気ガ
スとともに供給するスパッタリング法では、その反応性
ガスからの低エネルギーのイオン種も閉じ込め、従って
、基板上における反応性ガスからのプラズマと、ターゲ
ットからの原子又は粒子との反応性が乏しくなり、製造
する薄膜の構成原子を所望の組成にすることができない
。この点を改良するために、雰囲気ガスとは独立に、基
板上に低エネルギーのイオン種を照射し、基板上におけ
るターゲットからの原子又は粒子との反応性を高めるこ
とが行われているが、低エネルギーのイオン種を制御す
ることが困難である。さらに、低エネルギーのイオン種
からなるプラズマ生成基と、スパッタリング室のガス圧
が異なり、複雑なスパッタリング装置が必要になる。
(問題点解決のための技術的手段) 本発明は、反応性ガスを用いて薄膜を形成するスパッタ
リング法において、高エネルギーのイオン種が基板上の
薄膜に損傷を与えることのなく、かつ、高い効率で薄膜
を形成することができるスパッタリング方法及びその装
置を提供する。
本発明は、 電子サイクロトロン共鳴を利用して反応性ガスのプラズ
マを発生して、プラズマ発生室と被スパッタ物質からな
る成膜源としてのターゲットとの間の閉じ込め磁場によ
ってビーム状プラズマ流を形成し、 前記プラズマ流中の高エネルギーのイオン種を前記閉じ
込め磁場に閉じ込め、低エネルギーのイオン種と活性な
中性粒子を基板に照射し、前記ターゲット表面に雰囲気
ガスからのプラズマのイオン種を衝突させ、ターゲット
から原子又は粒子を基板へ弾き出し、 前記原子又は粒子と前記低エネルギーのイオン種と中性
粒子とを前記基板上で反応させることによって膜を製造
することを特徴とするスパッタリング方法及び、 電子サイクロトロン共鳴を利用して反応性ガスのプラズ
マを生成して、プラズマ発生室と被スパッタ物質からな
る成膜源としてのターゲットとの間の閉し込め磁場によ
ってビーム状プラズマ流を形成し、 基板面に対してほぼ垂直な磁力線を形成するような磁場
により前記プラズマ流と前記基板との距離を調節するこ
とによって、前記プラズマ流中の低エネルギーのイオン
種と活性な中性粒子を基板に近づけ、 前記プラズマ流中の高エネルギーのイオン種を前記閉じ
込め磁場にとじこめ、 前記ターゲット表面に雰囲気ガスからのプラズマのイオ
ン種を衝突させ、ターゲットから原子又は粒子を基板へ
弾き出し、 前記原子又は粒子と前記低エネルギーのイオン種と中性
粒子とを前記基板上で反応させることによって膜を製造
することを特徴とするスパッタリング方法に関する。
また、本発明は、被スパッタ物質からなる成膜源として
のターゲットと、ターゲットの裏面に接して設けられた
陰極と、ターゲットの近傍に設けられた陽極と、陽陰極
間に電圧を印加する電源と、陽陰極用辺部に設けられた
磁石と、電子サイクロトロン共鳴を利用した反応性ガス
のプラズマ発生手段と、前記ターゲットと前記プラズマ
発生手段の間に設けられた基板あるいは基板及びその基
板周辺部に設けられた磁石と、から構成することを特徴
とするスパッタリング装置に関する。
(発明の作用) 本発明におけるスパッタリング方法及びその装置によれ
ば、低ガス圧で、励起された反応性ガスとスパッタリン
グによって供給された原子又は粒子との反応によって薄
膜、特に化合物薄膜を基板に形成する際に、生成薄膜へ
の損傷をもたらすプラズマ中の高エネルギーのイオン種
を、反応性ガスのプラズマ発生部及びターゲット付陰極
部に設けられた磁石による閉じ込め磁場に閉じ込め、方
、反応性ガスからの低エネルギーのイオン種と活性な中
性粒子を基板上に照射することにより、薄膜の組成が充
分に制御された薄膜を製造することができる。
反応性ガスのプラズマのうち、低エネルギーのイオン種
と活性な中性粒子は閉し込め磁場に拘束されることなく
基板上に到達する0反応性ガスのプラズマ発生室とター
ゲット間の閉し込め磁場によってビーム状のプラズマ流
がターゲットの方向へできるが、このビーム状プラズマ
流と基板との距離を基板周辺の磁石が形成する磁場によ
って調節することによって、ビーム状プラズマ流中に含
まれている低エネルギーのイオン種及び活性な中性粒子
を基板上に効率的に近づけ、薄膜の製造に利用すること
ができる。
ターゲット近傍に供給されたアルゴン、ヘリウム等の雰
囲気ガスの放電によって発生するプラズマは、ターゲッ
ト上に、はぼ水平及び垂直な磁力線を有する磁場によっ
て高濃度に保たれる。このプラズマ中のイオン種を、タ
ーゲット近傍の陽陰極間の電位によって加速し、ターゲ
ットに照射して薄膜成分としての原子又は粒子を弾き出
すことができる。
(実施例) 以下に本発明の実施例を具体的に説明する。
〔スパッタリング方法及びその装置〕
第1図は本発明の実施例に係るスパッタリング装置の概
略図である。
ターゲットlと密着して陰極2が設置され、陰極2の外
周は円筒状絶縁物3と円盤状絶縁物4で真空槽5と電気
的に絶縁され、陰極2の一部である円筒部の内側は中空
であってここにターゲット1表面に磁界を形成するため
のヨーク6が挿入されており、ヨーク6の端部には電磁
石7が設けられている。電磁石7は励磁用直流電源8に
よって磁力を変えることができる。円筒状絶縁物3の外
周には磁路形成を兼ねた導電性の強磁性体からなる陽極
9が設置され、さらに陽極9の外周にはターゲットlの
表面に水平な磁力線を形成するためのi!磁石10が設
置されている。電磁石10は励磁用直流電源11によっ
て磁力を変えることができる。
上記陽陰電極は電気的に絶縁され、陽陰電極にはスパッ
タ用電源12が接続されている。
薄膜製造用の基板13は基板ホルダー14上に設置され
、ターゲットlに対して90〜45度傾けられるように
角度調節部15が設けられている。基板ホルダー14の
裏面にはプラズマ偏向用の電磁石16が設置されている
。電磁石16は励磁用直流電源17に接続され、基板近
傍の磁界を調節することができる。
ターゲットlに対向した真空槽5の壁に窓18を設け、
ここに反応ガスのプラズマ発生室19が接続されている
。プラズマ発生室I9にはマイクロ波発生源20からマ
イクロ波の導波管21、変換導波管22を通してマイク
ロ波を導入する。プラズマ発生室19はマイクロ波導入
部材23によって真空に保たれでいる。反応ガスを導入
口24からガス状分子としてプラズマ発生室19に供給
し、外部に設置された電磁石25で磁場を発生し、マイ
クロ波によって電子サイクロトロン共鳴条件下(マイク
ロ波周波数2.45G Hz 、磁場強度875G)で
反応ガスを励起して、イオン種、活性な中性粒子などか
らなるプラズマを発生する。電磁石25とターゲット部
の電磁石7の磁界の方向を調節することによって閉じ込
め磁場(ミラー磁場)を形成し、ターゲット表面に数1
00Gの水平方向の磁界を発生する。プラズマ発生室1
9で生成した反応ガスのプラズマのうち主にイオン種を
真空槽5のターゲット方向へビーム状のプラズマ流26
として移送し、主にラジカル、原子などの中性粒子を、
プラズマ発生室19あるいはプラズマ流26から基板1
3へ移送する。
陽陰電極には電源12により電圧を印化し、導入口27
から導入された雰囲気ガスのガス状分子から生成したプ
ラズマをターゲット上に高密度で生成する。このプラズ
マのイオン種をターゲット表面にほぼ垂直な電界により
加速し、ターゲット表面に衝突させ、ターゲット構成原
子及び粒子を弾き出す。
ターゲットから弾き出された原子及び粒子は、基板上で
反応性ガスからの活性な中性粒子と反応して薄膜を形成
する。ビーム状のプラズマ流26に含まれている、ある
いはプラズマ流中で生成スる低エネルギーのイオン種及
び活性な中性粒子を、基板ホルダー14の裏面のプラズ
マ偏向用の電磁石16が形成する磁場によって基板上に
近づけ、ターゲットから弾き出された原子又は粒子との
反応に利用し、薄膜製造の効率を高めることができる。
〔薄膜製造の実施例1〕 本発明のスパッタリング方法及びその装置によるCuO
薄膜製造の実施例を以下に説明する。
ターゲットとしてCu、基板としてSiを用い、スパッ
タリングパワー50W、ガス組a A r / 0□(
モル比)、85/15 、全ガス圧IQmToorでマ
イクロ波パワーを40.80.240.400Wに変え
、各々スパッタリング時間10分で約3000人のCu
O薄膜を製造した。
得られたCuOF4膜のX線回折パターンを第2図、赤
外線吸収スペクトルを第3図に示す。
〔薄膜製造の実施例2〕 ガス組成Ar10x(モル比)、9515、全ガス圧5
mToorの低ガス圧下に変えた以外は、マイクロ波パ
ワー400uで前記の実施例1と同様にスパッタリング
を行いCuO薄膜を製造した。得られたCuO薄膜のX
線回折パターンを第4図に示す。
マイクロ波パワーを高めることによってより結晶性良好
なCuO薄膜が製造できることを第2図及び第4図は示
している。
〔薄膜製造の比較例1.2〕 マイクロ波パワーをOhにした以外は、薄膜製造の実施
例1.2と同様にスパッタリングを行った。
得られた薄膜のX線回折パターンを、それぞれ第2図及
び第4図に示す。
結晶性の悪いCuOあるいはCuzOからなる薄膜が得
られ、結晶性良好なCuO薄膜を製造することができな
かった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係るスパッタリング装置の概
略図である。 l;ターゲット、2:陰極、3:円筒状!!!!縁物、
4:円盤状絶縁物、5;真空槽、6:ヨーク、7.10
.16,25;電磁石、8.11.12.17;電源、
9;陽極、13;基板、14;基板ホルダー、15;基
板角度調節部、19;プラズマ発生室、20;マイクロ
波発生源、21;導波管、22;変換導波管、23;マ
イクロ波導入部材、24;反応性ガス導入口、26;プ
ラズマ流、27;雰囲気ガス導入。 第2図及び第4図は本実施例、比較例で製造したCuO
F4膜のX線回折パターンを示す。 第3図は本実施例、比較例で製造したCuO薄膜の赤外
線吸収スペクトルを示す。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電子サイクロトロン共鳴を利用して反応性ガスの
    プラズマを発生して、プラズマ発生室と被スパッタ物質
    からなる成膜源としてのターゲットとの間の閉じ込め磁
    場によってビーム状プラズマ流を形成し、前記プラズマ
    流中の高エネルギーのイオン種を前記閉じ込め磁場に閉
    じ込め、低エネルギーのイオン種と活性な中性粒子を基
    板に照射し、 前記ターゲット表面に雰囲気ガスからのプラズマのイオ
    ン種を衝突させ、ターゲットから原子又は粒子を基板へ
    弾き出し、前記原子又は粒子と前記低エネルギーのイオ
    ン種と中性粒子とを前記基板上で反応させることによっ
    て膜を製造することを特徴とするスパッタリング方法。
  2. (2)電子サイクロトロン共鳴を利用して反応性ガスの
    プラズマを生成して、プラズマ発生室と被スパッタ物質
    からなる成膜源としてのターゲットとの間の閉じ込め磁
    場によってビーム状のプラズマ流を形成し、基板面に対
    してほぼ垂直な磁力線を形成するような磁場により前記
    プラズマ流と前記基板との距離を調節することによって
    、前記プラズマ流中の低エネルギーのイオン種と活性な
    中性粒子を基板に近づけ、前記プラズマ流中の高エネル
    ギーのイオン種を前記閉じ込め磁場にとじこめ、前記タ
    ーゲット表面に雰囲気ガスからのプラズマのイオン種を
    衝突させ、ターゲットから原子又は粒子を基板へ弾き出
    し、前記原子又は粒子と前記低エネルギーのイオン種と
    中性粒子とを前記基板上で反応させることによって膜を
    製造することを特徴とするスパッタリング方法。
  3. (3)上記閉じ込め磁場が、ターゲットの裏面に接して
    設けられた陰極の表面にほぼ垂直及び水平な磁力線を形
    成するように配置された磁石と、反応性ガスのプラズマ
    発生に利用する電子サイクロトロン共鳴に必要な磁場の
    磁力線が前記陰極の表面とほぼ垂直になるように配置さ
    れた磁石とで形成されていることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項あるいは第2項に記載のスパッタリング方
    法。
  4. (4)被スパッタ物質からなる成膜源としてのターゲッ
    トと、ターゲットの裏面に接して設けられた陰極と、タ
    ーゲットの近傍に設けられた陽極と、陽陰極間に電圧を
    印加する電源と、陽陰極周辺部に設けられた磁石と、電
    子サイクロトロン共鳴を利用した反応性ガスのプラズマ
    発生手段と、前記ターゲットと前記プラズマ発生手段と
    の間に設けられた基板とから構成することを特徴とする
    スパッタリング装置。
  5. (5)被スパッタ物質からなる成膜源としてのターゲッ
    トと、ターゲットの裏面に接して設けられた陰極と、タ
    ーゲットの近傍に設けられた陽極と、陽陰極間に電圧を
    印加する電源と、陽陰極周辺部に設けられた磁石と、電
    子サイクロトロン共鳴を利用した反応性ガスのプラズマ
    発生手段と、前記ターゲットと前記プラズマ発生手段と
    の間に設けられた基板と、基板周辺部に設けられた磁石
    とから構成することを特徴とするスパッタリング装置。
JP2075663A 1990-03-27 1990-03-27 反応性ガスを用いたスパッタリング方法及びその装置 Pending JPH03275594A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010124271A2 (en) * 2009-04-24 2010-10-28 Ovshinsky Innovation, Llc Thin film deposition via charged particle-depleted plasma achieved by magnetic confinement
US7976982B2 (en) 2005-01-06 2011-07-12 Panasonic Corporation Alkaline storage battery

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