JPH0432556A - 絶縁性に優れた薄膜の形成方法 - 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、２種類のスパッタリング法により基板上に絶
縁性薄膜を形成する方法に関する。

従来の技術 従来、絶縁性薄膜の形成方法として主に以下の３つの方
法が挙げられる。

■低圧下において、原料物質を加熱し、蒸発させて薄膜
の形成を行う真空蒸着法、気相中のイオンや電子の荷電
粒子の衝撃による物理的作用を利用して薄膜の形成を行
うイオンブレーティング法、スパッタリング法などのＰ
ＶＤ法。

■気体に種々のエネルギーを与えて活性化し、励起種を
基板表面上で反応させ、新しい固体種を堆積させるＣＶ
Ｄ法。

■基板表面を熱またはプラズマ状態にある気体種により
酸化あるいは窒化する方法。

■水溶液中で陽極化成する方法。

発明が解決しようとする課題 上記の絶縁性薄膜の形成法のうち、近年、基板加熱が必
要なく、不純物の混入が少ないイオンブレーティング法
、スパッタリング法（特にマグネトロンスパッタリング
法）が盛んに用いられている。しかしながら、いずれの
方法においても、電子、イオン、高エネルギー中性粒子
により基板衝撃され、薄膜成長初期に損傷を受けると、
膜中に空隙を残したまま成長することになり、基板と薄
膜表面を貫通するピンホールが生成し、リーク電流の増
大、耐電圧の低下などの原因となってしまう。

したがって、絶縁性を確保するためには少なくともイオ
ンブレーティング法で２ｇｍ、マグネトロンスパッタリ
ング法でｌＩＬｍ以上の膜厚が必要となる。また、薄膜
成長中に電子、イオン、高エネルギー中性粒子による基
板衝撃を避けるため、一対のターゲットを対向させ、そ
のターゲット間に磁界を印加することによりその空間内
にプラズマを閉じ込め、プラズマ外に基板を配置して薄
膜を形成する対向ターゲット式スパッタリング法が試み
られている（例えば特開昭８３−１２１１３５８）　。

しかし、薄膜成長中のイオン、高エネルギー中性粒子に
よる基板衝撃は欠陥を補修し、薄膜を緻密化する作用が
ある。凹凸のある金属基板などに成膜する場合、陰影効
果により薄膜物質が基板に蒸着しない部分が生じると、
逆に、その作用を利用しないと、上記と同様に薄膜中に
欠陥が残ったままとなり、絶縁性の不十分なものが形成
されてしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点を、基板表面上に絶縁性薄膜を堆
積する際に、２種類のスパッタリング法を用いることで
解決し、ｌｐｍ以下でも優れた絶縁性を有する絶縁性薄
膜の形成方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するための本発明の絶縁性薄膜形成法は
、スパッタリング法により基板上に絶縁性薄膜を形成す
る際に、第一段階として、イオンビームを用いるか、も
しくはプラズマを磁界により所定空間内に閉じ込めるこ
とが可能なスパッタリング法により、基板がプラズマフ
リーの状態で成膜し、さらに第二段階として、同一物質
を基板がプラズマ領域内に設置されるスパッタリング法
により、基板がプラズマに曝された状態で成膜すること
を特徴とする。

これは、薄膜成長初期にはプラズマによる薄膜への損傷
を避け、欠陥の生成を抑制し、成長後期にはプラズマに
より欠陥を補修し、薄膜を緻密化して絶縁性の向上をは
かるものである。しかし、第一、第二段階ともプラズマ
フリーの状態で成膜すると、薄膜成長中に欠陥が形成さ
れるようになり、しかもプラズマによる補修作用がない
ために、絶縁性に優れた薄膜を作製することはできない
。

また、２種類のスパッタリング法を、真空を保ったまま
連続的に操業することにより、基板を大気中に曝すこと
なく移動することができるので、第一段階で形成した膜
表面の水分などの不純物による汚染を防ぐことができ、
さらに、生産性の飛躍的な向上も可能である。

本発明においては、絶縁性薄膜として、Ｔａ、Ａ１．Ｓ
ｉ、Ｔｉ、Ｂａ、　Ｓｒ、Ｚｒ、　Ｙ、Ｈｆのうちの１
種または複数種からなる酸化物、或はＡ１１．Ｓｉまた
はＢの窒化物の形成が可能で、基板表面上に第一段階の
スパッタリング法で最初に堆積させる薄膜の膜厚は、基
板及び膜種によっても異なるが、少なくとも　５００人
、多くとも成長中に形成された欠陥の５第二段階のスパ
ッタリング法でのプラズマによる補修が可能である全膜
厚の９０％にすることが必要で、　５００Å以下もしく
は全膜厚の９０％以上だと絶縁性に優れた薄膜を得るこ
とができない。

実施例 以下本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明を連続的に実施する場合に使用する装
置の一例であり、その概略図である。

巻戻り室ｌからスリット２を経てイオンボンバードメン
ト室３に搬入されたコイル（基板）　１１は、ＲＦイオ
ンボンバードメント処理により洗浄され、対向スパッタ
リング室４に送られる。ここで５００λ〜全膜厚の９０
％の膜厚の薄膜を形成し、該基板はスリット５を挿通し
、マグネトロンスパツタリング室６でさらに同一物質を
堆積させる。

薄膜形成後、コイルは巻取り室７にて巻取られる。

上記の装置を用いた１つの例として、両スパッタリング
法ともターゲットはＭ２Ｏ３からなるもの、雰囲気ガス
はＡｒガスを使用し、そのガス圧は対向ターゲット式ス
パッタリング法ではＩＸＩＧ−３丁ｏｒｒ、マグネトロ
ンスパッタリング法では５ｘ１０＝Ｔｏｒｒに設定して
本発明の絶縁性薄膜の形成法を実施した。

基板は５ＵＳ４３０ＢＡを用い、両スパッタリング法に
おける全膜厚は５０００人であり、対向ターゲット式ス
パッタリング法での膜厚を変化させた。さらに、上部電
極として、Ｍをマグネトロンスパッタリング法にて直径
５■■のものを２５個形成した。

上記により得られた試料の基板−各電極間に１■の電圧
を印加し、その抵抗が２０ＭΩ以上である電極数の割合
（絶縁率）を第２図に示す、同図から明らかなように対
向ターゲット式スパッタリング法モしくはマグネトロン
スパッタリング法単独で絶縁性薄膜を形成した場合はい
ずれも０％であり、本発明で作製した絶縁性薄膜の方が
絶縁性に優れており、絶縁率を８０％以上にするために
は、第一段階の対向ターゲット式スパッタリング法で成
膜した膜厚を５００λ以上４５００λ以下にする必要が
あることが確認された。

発明の効果 以上のように、本発明は第一段階として、プラズマフリ
ーで成膜が可能なスパッタリング法を用い、第二段階と
して、プラズマ環境下での成膜が可能なスパッタリング
法を用いる絶縁性薄膜の形成方法であり、それぞれ単独
により形成した絶縁性薄膜より緻密で優れた絶縁性を具
備する薄膜を得ることができるという特有な効果がある
。

また、本発明の絶縁性薄膜形成法を連続化することによ
り、基板の汚染を防ぎ、生産性の向上を図ることが可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を連続的に実施するための装置の一例
を示す説明図、第２図は、本発明により作製した試料の
２５箇の基板−電極間にＩＶの電圧を印加したときの抵
抗が、２０ＭΩ以上である電極数の割合（絶縁率）と、
対向ターゲット式スパッタリング法で形成した薄膜の膜
厚との関係を示すグラフである。 １・・・巻戻し室、２・・・スリット、３・・・イオン
ボンバード室、４・・・対向ターゲット式スパッタリン
グ室、５・・・スリット、６・・・マグネトロンスパッ
タリング室、７・争・巻取［，８・・＠スリット、９１
１拳・スリット、１０・・・ターゲット、１１・・・コ
イル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）スパッタリング法により基板上に絶縁性薄膜を形
   成する際に、第一段階として、イオンビームを用いるか
   もしくはプラズマを磁界により所定空間内に閉じ込める
   ことが可能なスパッタリング法により、基板がプラズマ
   フリーの状態で成膜し、さらに第二段階として、同一物
   質を基板がプラズマ領域内に設置されるスパッタリング
   法により、基板がプラズマに曝された状態で成膜するこ
   とを特徴とする絶縁性薄膜の形成方法。
2. （２）第一段階のスパッタリング法と第二段階のスパッ
   タリング法による成膜を連続的に行う特許請求の範囲第
   （１）項記載の絶縁性薄膜の形成方法。
3. （３）第一段階のスパッタリング法で成膜する膜厚を５
   ００Å以上、全膜厚の９０％以下にする特許請求の範囲
   第（１）項記載の絶縁性薄膜の形成方法。