JPH064911B2 - 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

高周波スパッタリングにおける成膜条件の決定方法

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JPH064911B2
JPH064911B2 JP63236173A JP23617388A JPH064911B2 JP H064911 B2 JPH064911 B2 JP H064911B2 JP 63236173 A JP63236173 A JP 63236173A JP 23617388 A JP23617388 A JP 23617388A JP H064911 B2 JPH064911 B2 JP H064911B2
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恒明 上間
真澄 山本
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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、エッチン
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、エッチング速
度、赤外吸収スペ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
に適ているかを求めていた。
「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」 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、エッチング速度、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。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」 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Si
O2)(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)・・・と
の間には前記ホルダ(2)(4)を介して高周波電圧を印加す
るための高周波電源(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(1
1)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10-6Torr)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Ar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SiO2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ガスの流量を2(sccm)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I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P1(=4.0×10-2Torr)近くになるまでは漸増し、P2(=
6.0×10-2Torr)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Io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)Ar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D
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D1,D2,D3はArガス流量Fを
それぞれ16(sccm),1.5(sccm),0.4(sccm)の一定に保持し
た場合を示す。この第3図から成膜速度D1,D2,D3は、い
ずれもスパッタ圧PがP2(=6.0×10-2Torr)以上では減
少しており、D2,D3についてはスパッタ圧PがP1(=4.0
×10-2Torr)近辺で最大となっている。
(ヘ)Arガスの流量Fを2(sccm)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、
エッチング速度、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はエッチング速
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P1、P2を経、10-1Torrに至
るまでほぼ一定で10-1Torrを超えると急上昇し、エッチ
ング速度Eについては、スパッタ圧PがPに至るまで
はほぼ一定で、P近辺で急上昇して最大となり、つい
で急下降し、4×10-1Torr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
P1(=4.0×10-2Torr)とP3(=8.0×10-1Torr)として基板
(5)・・・上に形成された酸化膜(SiO2)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SiO2による吸収帯がみられ、Si2O3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SiO2による吸収帯の他にSi2O3による
吸収帯がみられ、Si2O3が混ざっており、その半値幅か
ら化学量論比はSiO2ではなくSiOに近づいていることが
わかり、求めているSiO2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(ヘ)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、つ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2sccm)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I
oが大きく変化するスパッタ圧Pと、エッチング速度
Eが大きく変化するスパッタ圧Pとがほぼ一致し、ス
パッタ圧Pがこの一致点(P=Pの点)より大きくなる
につれて成膜速度Dが小さくなるとともに密度Mが大き
くなり、P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SiO2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Pより小さい一定範囲
(例えば10-2Torrから4×10-2Torr)にした場合は、エッ
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Dが大きくなり、さら
に、スパッタガスの一定流量Fを0.4(sccm)または1.5(s
ccm)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ツタ圧P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。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(sccm)の一
定値に保持しながら成膜速度D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Pの直前のスパッタ圧Pである。このこ
とは、成膜条件を一定範囲で変えた場合(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、成膜時または成膜前のいず
れかにおいて、スバ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、エッチング速度、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
ッ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。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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。
JP63236173A 1988-09-20 1988-09-20 高周波スパッタリングにおける成膜条件の決定方法 Expired - Lifetime JPH064911B2 (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63229467A (ja) * 1987-03-18 1988-09-26 Ricoh Co Ltd 清掃装置付コロナ放電器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS63229467A (ja) * 1987-03-18 1988-09-26 Ricoh Co Ltd 清掃装置付コロナ放電器

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JPH0285356A (ja) 1990-03-26

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