JPH07126845A - Formation of dielectric film - Google Patents

Formation of dielectric film

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Publication number
JPH07126845A
JPH07126845A JP27695193A JP27695193A JPH07126845A JP H07126845 A JPH07126845 A JP H07126845A JP 27695193 A JP27695193 A JP 27695193A JP 27695193 A JP27695193 A JP 27695193A JP H07126845 A JPH07126845 A JP H07126845A
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JP
Japan
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target
film
high frequency
dielectric film
ceramic material
Prior art date
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Application number
JP27695193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noriaki Tani
典明 谷
Michio Ishikawa
道夫 石川
Ikuo Suzuki
郁生 鈴木
Kyuzo Nakamura
久三 中村
Koukou Suu
紅▲コウ▼ 鄒
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Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Publication date
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Priority to JP27695193A priority Critical patent/JPH07126845A/en
Publication of JPH07126845A publication Critical patent/JPH07126845A/en
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Abstract

PURPOSE:To form a dielectric film having good quality with decreased leak currents at a stable and high film forming speed without a change of a target with lapse of time by superposing DC electric power and high-frequency electric power and executing film formation sputtering. CONSTITUTION:The DC electric power and high-frequency electric power are superposed and are impressed on the target material in the method for forming the dielectric film on a substrate by a sputtering method using the ceramic material of <=10OMEGA.cm in the electric resistance measured at 1.5V applied voltage in a film thickness direction. As a result, the high-speed film formation is executed without the change of the target with lapse of time and without generating abnormal electric discharge by dielectric breakdown and dust and the generation of crazing in the target. Further, the formation of the dielectric film having the excellent leak current characteristic is possible.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は誘電体膜の成膜方法に関
し、更に詳しくはスパッタ法により基板上にセラミック
ス材から成る誘電体膜を得るための誘電体膜の成膜方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a dielectric film, and more particularly to a method for forming a dielectric film for obtaining a dielectric film made of a ceramic material on a substrate by a sputtering method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、セラミックス材から成る誘電体膜
を得る成膜方法としては、次の5通りが知られている。 (1) 目的とする膜と同じ構成のセラミックス材ターゲッ
ト、即ち電気抵抗が無限大の金属酸化物ターゲットを高
周波スパッタ法を用いて成膜する方法、(2) 目的とする
膜を構成する金属材料から成るターゲット、即ち電気抵
抗がほぼ0の合金ターゲットを高周波スパッタ法を用い
て成膜する方法、(3) 目的とする膜を構成する金属材料
から成るターゲット、即ち電気抵抗がほぼ0の合金ター
ゲットを直流スパッタ法を用いて成膜する方法、(4) 目
的とする膜と同じ構成のセラミックス材ターゲットがそ
の焼成時の酸素欠損を引き起こす等の理由により電気抵
抗が10Ω・cm以下になった金属酸化物ターゲットを
高周波スパッタ法を用いて成膜する方法、(5) 目的とす
る膜と同じ構成のセラミックス材ターゲットがその焼成
時の酸素欠損を引き起こす等の理由により電気抵抗が1
0Ω・cm以下になった金属酸化物ターゲットを直流ス
パッタ法を用いて成膜する方法。尚、前記成膜方法のう
ち、(4)と(5)の方法については本出願人が先に特願平5
−253383号で提案せる成膜方法である。
2. Description of the Related Art Conventionally, the following five methods are known as film forming methods for obtaining a dielectric film made of a ceramic material. (1) A method of forming a ceramic material target having the same structure as the target film, that is, a metal oxide target having an infinite electric resistance by high frequency sputtering, (2) a metal material forming the target film (3) A target made of a metal material forming a target film, that is, an alloy target having an electric resistance of almost zero, is formed by using a high frequency sputtering method. DC sputtering method, (4) Metal whose electrical resistance is 10 Ω · cm or less due to the reason that the ceramic material target with the same structure as the target film causes oxygen deficiency during firing. Method of forming oxide target by high frequency sputtering method, (5) Ceramic material target with the same structure as target film causes oxygen deficiency during firing Electrical resistance is 1 due to reasons such as
A method of forming a film of a metal oxide target having a resistance of 0 Ω · cm or less by using a DC sputtering method. Incidentally, regarding the methods (4) and (5) among the above film forming methods, the present applicant has previously filed Japanese Patent Application No.
This is a film forming method proposed in No. 253383.

【0003】これらの成膜方法を用いて誘電体膜を得る
場合、ターゲット組成に比べて一般に膜の酸素組成が小
さくなるため、(1)(4)(5)の場合は比較的少量の酸素ガ
スを、また(2)(3)の場合には大量の酸素ガスをスパッタ
ガス中に添加しながらスパッタすることが一般的であ
る。
When a dielectric film is obtained by using these film forming methods, the oxygen composition of the film is generally smaller than the target composition. Therefore, in the cases of (1), (4) and (5), a relatively small amount of oxygen is used. In the case of (2) and (3), sputtering is generally performed while adding a large amount of oxygen gas to the sputtering gas.

【0004】また、(1)の場合はターゲットが絶縁体で
あるので、高周波スパッタ法しか利用出来ないが、(2)
(3)(4)(5)の場合はターゲットが直流スパッタ出来る電
気抵抗であるので、高周波スパッタ法または直流スパッ
タ法も利用することが出来る。
In the case of (1), since the target is an insulator, only the high frequency sputtering method can be used, but (2)
In the cases of (3), (4), and (5), the target has an electric resistance capable of DC sputtering, so that the high frequency sputtering method or DC sputtering method can also be used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前記従来の成膜方法で
ある(1)(2)(3)(4)(5)の方法は次のような問題がある。
即ち、(1) の成膜方法の場合は、高周波スパッタ法のみ
しか成膜することが出来ないため成膜速度が極端に遅
い。
The conventional film forming methods (1), (2), (3), (4) and (5) have the following problems.
That is, in the case of the film forming method (1), the film forming rate is extremely slow because only the high frequency sputtering method can form the film.

【0006】(2) の成膜方法の場合は、高周波スパッタ
法で成膜すると成膜速度が遅い。また、スパッタガス中
に添加した酸素ガスによりターゲットの表面が徐々に酸
化されるので、得られる誘電体膜の特性に経時変化が生
じる。
In the case of the film forming method (2), the film forming speed is low when the film is formed by the high frequency sputtering method. Further, since the surface of the target is gradually oxidized by the oxygen gas added to the sputtering gas, the characteristics of the obtained dielectric film change with time.

【0007】(3) の成膜方法の場合は、スパッタガス中
に添加した酸素ガスによりターゲットの表面が徐々に酸
化されるので、得られる誘電体膜の特性に経時変化が生
じる。また、ターゲット上のスパッタされない部分、所
謂非エロージョン部に絶縁膜が堆積するため、直流電力
の印加による電位により絶縁膜が絶縁破壊され、ダスト
が生じて目的とする良好な誘電体膜が得られない。
In the case of the film forming method of (3), since the surface of the target is gradually oxidized by the oxygen gas added to the sputtering gas, the characteristics of the obtained dielectric film change with time. Further, since the insulating film is deposited on the non-sputtered portion on the target, that is, the so-called non-erosion portion, the insulating film is dielectrically broken down by the potential due to the application of DC power, and dust is generated to obtain the desired good dielectric film. Absent.

【0008】(4) の成膜方法の場合は、ターゲットが既
に金属酸化物であるため、ターゲットの経時変化は生じ
ないが、高周波スパッタ法であるため、成膜速度が遅
い。
In the case of the film forming method of (4), since the target is already a metal oxide, the target does not change with time, but since it is a high frequency sputtering method, the film forming rate is slow.

【0009】(5) の成膜方法の場合は、ターゲットが既
に金属酸化物であるため、ターゲットに経時変化が生じ
ることがなく、かつ直流スパッタ法で成膜することが出
来るので、成膜速度も早い。しかし、非エロージェン部
に堆積した膜は完全な絶縁体膜であるため、絶縁破壊を
生じ、ダストの発生がある。また、ターゲットの電気抵
抗が金属ターゲットのようにほとんど0(例えば10-
5Ω・cm)ではなく、高々10Ω・cmから数mΩ・
cmの範囲にあるため、高成膜速度を得ようと高い直流
電力を印加するとターゲット表面やターゲット内の電気
抵抗がやや高い部分と低い部分との境界に多くのチャー
ジが蓄積されてターゲット材が絶縁破壊を生じ、ダスト
の原因になったり、最悪の場合ターゲットにひび割れが
生じたりして、安定放電が出来なくなる。
In the case of the film forming method of (5), since the target is already a metal oxide, there is no change over time in the target and the film can be formed by the DC sputtering method. Is also early. However, since the film deposited on the non-erogen part is a perfect insulator film, dielectric breakdown occurs and dust is generated. In addition, the electric resistance of the target is almost 0 (for example, 10
5 Ω ・ cm), but at most 10 Ω ・ cm to several mΩ ・
Since it is in the range of cm, when a high DC power is applied to obtain a high film formation rate, a large amount of charge is accumulated on the boundary between the target surface and the part where the electric resistance is a little high and the target material is low. Dielectric breakdown causes dust and, in the worst case, the target cracks, making stable discharge impossible.

【0010】本発明は前記問題点を解消し、ターゲット
の経時変化がなく、絶縁破壊による異常放電やダストの
発生や、ターゲットにひび割れが生じることなく、高速
成膜が可能であり、更にはリーク電流特性の優れた誘電
体膜を得ることが出来る成膜方法を提供することを目的
とする。
The present invention solves the above-mentioned problems, does not change the target with time, enables high-speed film formation without causing abnormal discharge due to dielectric breakdown, generation of dust, or cracking of the target. An object of the present invention is to provide a film forming method capable of obtaining a dielectric film having excellent current characteristics.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の誘電体膜の成膜
方法は、印加電圧1.5Vで板厚方向に測定した電気抵
抗が10Ω・cm以下のセラミックス材ターゲットを用
いてスパッタリング法により誘電体膜を基板上に成膜す
る方法において、該ターゲット材に直流電力と高周波電
力を重畳して印加してスパッタ成膜することを特徴とす
る。
The dielectric film forming method of the present invention is a sputtering method using a ceramic material target having an electric resistance of 10 Ω · cm or less measured in the plate thickness direction at an applied voltage of 1.5 V. A method of forming a dielectric film on a substrate is characterized in that direct-current power and high-frequency power are superimposed and applied to the target material to form a film by sputtering.

【0012】また、前記セラミックス材ターゲットをS
rTiO3_x、BaTiO3_x、(BaSr)TiO3_
x、LiNbO3_x、LiTaO3_x、PbTiO3_x、
(PbLa)TiO3_x、Pb(ZrTi)O3_x、(P
bLa)(ZrTi)O3_xのABO3_x[A:B:O=
1:1:3−x(x>0)]型で表される金属酸化物か
ら成るセラミックス材としてもよい。
Further, the ceramic material target is S
rTiO 3 _x, BaTiO 3 _x, (BaSr) TiO 3 _
x, LiNbO 3 _x, LiTaO 3 _x, PbTiO 3 _x,
(PbLa) TiO 3 _x, Pb (ZrTi) O 3 _x, (P
bLa) (ZrTi) O 3 _x ABO 3 _x [A: B: O =
The ceramic material may be a metal oxide represented by a type of 1: 1: 3-x (x> 0)].

【0013】また、前記セラミックス材ターゲットに印
加する直流電力と高周波電力の全電力中の高周波電力の
割合を10%〜90%としてもよい。
The ratio of the high frequency power to the total power of the direct current power and the high frequency power applied to the ceramic material target may be 10% to 90%.

【0014】[0014]

【作用】セラミックス材ターゲットにスパツタリング法
により直流電力と高周波電力を重畳して印加すると、タ
ーゲットがスパッタリングされて基板上にセラミックス
材の誘電体膜が成膜される。
When direct current power and high frequency power are superimposed and applied to the ceramic material target by the sputtering method, the target is sputtered and a dielectric film of the ceramic material is formed on the substrate.

【0015】その際、セラミックス材ターゲットは印加
電圧1.5Vで測定した板厚方向の電気抵抗が10Ω・
cm以下であるため、スパッタ中にターゲットが発熱す
ることがなく、また、直流電力に高周波電力が重畳され
ているので、ターゲットに蓄積されたチャージによりタ
ーゲットが絶縁破壊されないので、高いパワーを印加し
てもターゲットが割れたりすることがなく、安定した高
い成膜速度が得られる。
At that time, the ceramic material target has an electric resistance of 10 Ω in the thickness direction measured at an applied voltage of 1.5 V.
Since the target is less than cm, the target does not generate heat during sputtering, and since the high frequency power is superimposed on the DC power, the target is not destroyed by the charge accumulated in the target. However, the target is not cracked and a stable high film formation rate can be obtained.

【0016】[0016]

【実施例】先ず、本発明において、セラミックス材の誘
電体膜を成膜する際、高いパワーを印加してもターゲッ
トが割れたりすることがなく、安定した高い成膜速度が
得られる理由について説明する。
EXAMPLES First, in the present invention, when forming a dielectric film of a ceramic material, the target will not be cracked even when high power is applied, and the reason why a stable high film formation rate can be obtained will be explained. To do.

【0017】一般にセラミックス材ターゲットをスパッ
タリング法にて基板上にセラミックスの誘電体膜を堆積
させる場合、高周波スパッタ法或いは直流スパッタ法が
使用される。直流スパッタ法に比べ高周波スパッタ法は
ターゲットに印加したパワーがアルゴン(Ar)等のス
パッタガスがターゲットをスパッタするエネルギーに使
われる割合が低いため、成膜速度が遅いという欠点があ
る。
Generally, when depositing a ceramic dielectric film on a substrate by sputtering a ceramic material target, a high frequency sputtering method or a direct current sputtering method is used. Compared to the DC sputtering method, the high-frequency sputtering method has a drawback that the power applied to the target is lower in the rate at which the sputtering gas such as argon (Ar) is used for the energy for sputtering the target, so that the film forming speed is slow.

【0018】セラミックス材から成るターゲットは一般
に絶縁体ではあるが、焼成時に酸素欠損を引き起こさせ
たり、酸素を含まない合金ターゲットを用いたりする
と、その電気抵抗が小さいため、成膜速度が高い直流ス
パッタ法が可能となる。
A target made of a ceramic material is generally an insulator, but if oxygen deficiency is caused during firing or an alloy target containing no oxygen is used, its electrical resistance is small, and therefore DC sputtering with a high deposition rate is achieved. Law becomes possible.

【0019】しかし、既に述べたように完全に金属から
成る合金ターゲットを用いると、スパッタ中にターゲッ
ト表面が徐々に酸化して経時変化を生じてしまう。従っ
て、ターゲットが予め酸化されているため経時変化はな
いが、ある程度電気抵抗が小さいので直流スパッタ法に
よる高速成膜が可能であるため、低抵抗(印加電圧1.
5Vで板厚方向に測定した電気抵抗が10Ω・cm以
下)セラミックス材ターゲットを用いる場合が最も優れ
ていることになる。
However, as described above, when an alloy target made entirely of metal is used, the target surface gradually oxidizes during sputtering, causing a change over time. Therefore, since the target has been oxidized in advance, it does not change with time, but since the electrical resistance is small to some extent, high-speed film formation by the DC sputtering method is possible, and thus low resistance (applied voltage 1.
The ceramic material target having an electric resistance of 10 Ω · cm or less measured at 5 V in the plate thickness direction is the best.

【0020】しかし、この低抵抗ターゲットを用いて直
流スパッタを行う場合、より成膜速度を増加させるため
に高いパワーを印加しようとすると、ターゲットに印加
された直流電位によりターゲット表面或いは内部にチャ
ージ(電荷)が蓄積されて、やがてそのチャージが一定
量以上になるとターゲットが絶縁破壊を起こし、ミクロ
なクラックやダストが発生し、ひどい場合にはターゲッ
トに割れが生じる。これはターゲットが直流スパッタ法
が可能な程度に低抵抗であるが、金属のように完全には
導体でなく、ターゲット焼成時にターゲット内部に酸素
欠損が十分に行われている部分と、不十分な部分とがミ
クロに混在しており、全体としては印加電圧1.5Vで
板厚方向に測定した電気抵抗が10Ω・cm以下の低抵
抗にはなってはいるが、直流電位が印加され続けられる
と酸素欠損が不十分で周りの部分よりもやや抵抗が高い
部分にチャージが蓄積されその量が徐々に多くなって、
ついには絶縁破壊に至る。
However, when DC sputtering is carried out using this low resistance target, if a high power is applied to increase the film formation rate, the DC potential applied to the target causes a charge (charge) on the target surface or inside. (Electric charge) is accumulated, and when the charge exceeds a certain amount, dielectric breakdown occurs in the target, micro-cracks and dust are generated, and in severe cases, the target is cracked. This has a low resistance such that the target can be subjected to the DC sputtering method, but it is not a perfect conductor like a metal, and there is insufficient oxygen deficiency inside the target during firing of the target. The parts are microscopically mixed, and the electric resistance measured in the plate thickness direction at an applied voltage of 1.5 V is as low as 10 Ω · cm or less as a whole, but the DC potential is continuously applied. And the oxygen deficiency is insufficient and the charge is accumulated in the part where the resistance is slightly higher than the surrounding part and the amount gradually increases,
Eventually it will cause dielectric breakdown.

【0021】本発明の誘電体膜の成膜方法では、このよ
うな低抵抗ターゲットを用いる場合、直流電力に高周波
電力を重畳して印加するので、蓄積されたチャージが解
放され、絶縁破壊を起こさず、従ってターゲットの割れ
やダストの発生を引き起こさない。
In the method for forming a dielectric film of the present invention, when such a low resistance target is used, high frequency power is superimposed on DC power and applied, so that the accumulated charge is released and dielectric breakdown occurs. Therefore, it does not cause cracking of the target or generation of dust.

【0022】本発明において、この重畳する高周波電力
の全電力(直流電力+高周波電力)に対する割合を10
%ないし90%の範囲としたのは、高周波電力の割合が
10%に満たない場合はターゲットに蓄積されたチャー
ジが完全に解放されることが難しく、また、高周波電力
の割合が90%を超える場合は成膜速度が遅くなるから
である。更には高周波スパッタ法は直流スパッタ法に比
べプラズマ中のイオン化効率が高いので、反応性が高
く、成膜速度を増加させても基板上に堆積する膜が十分
に酸化された状態で成膜されるため、リーク電流が小さ
い等の優れた膜質が得られるので、直流電力に高周波電
力を重畳した場合でも同様に特性の優れた膜が得られる
利点もある。
In the present invention, the ratio of the superimposed high frequency power to the total power (DC power + high frequency power) is 10%.
% To 90% means that it is difficult to completely release the charge accumulated in the target when the high frequency power ratio is less than 10%, and the high frequency power ratio exceeds 90%. This is because the film forming rate becomes slower in this case. Furthermore, since the high-frequency sputtering method has a higher ionization efficiency in plasma than the direct-current sputtering method, it has high reactivity, and even if the film formation rate is increased, the film deposited on the substrate is formed in a sufficiently oxidized state. Therefore, since an excellent film quality such as a small leak current can be obtained, there is also an advantage that a film having similarly excellent properties can be obtained even when high frequency power is superimposed on DC power.

【0023】次に本発明の具体的実施例を比較例と共に
説明する。
Next, specific examples of the present invention will be described together with comparative examples.

【0024】実施例1 チタン酸バリウム(BaTiO3)粉末とチタン酸スト
ロンチウム(SrTiO3)粉末を混合した後、真空中
でホットプレスすることにより酸素欠損を引き起こした
チタン酸バリウムストロンチウム(Ba0.5Sr0.5)T
iO3_xから成るセラミックス材ターゲットを作製し
た。このセラミックス材ターゲットの印加電圧1.5V
で板厚方向に測定した電気抵抗は10Ω・cmであっ
た。
[0024] Example 1 barium titanate (BaTiO 3) powder and was mixed with strontium titanate (SrTiO 3) powder, barium strontium titanate that caused oxygen deficiency by hot pressing in a vacuum (Ba 0. 5 Sr 0. 5) T
A ceramic material target made of iO 3 _x was prepared. Applied voltage of this ceramic material target 1.5V
The electric resistance measured in the plate thickness direction was 10 Ω · cm.

【0025】このセラミックス材ターゲットをスパッタ
リング装置内に設置し、スパッタリング装置内の圧力を
1×10- 4Paまで真空排気した後、酸素(O2)ガス
を20%含むアルゴン(Ar)ガスを分圧1Paまで導
入し、600℃に加熱したSiウエハから成る基板上に
膜厚800Åの(BaSr)TiO3から成るセラミッ
クスの誘電体膜を成膜した。
[0025] was placed the ceramic material target in a sputtering apparatus, the pressure in the sputtering apparatus 1 × 10 - was evacuated to 4 Pa, the oxygen (O 2) argon containing 20% gas (Ar) gas partial A ceramic dielectric film made of (BaSr) TiO 3 having a film thickness of 800 Å was formed on a substrate made of a Si wafer heated to 600 ° C. under a pressure of 1 Pa.

【0026】スパッタ成膜は直流電力500Wに高周波
電力500Wを重畳(高周波電力の割合は50%)した
マグネトロンスパッタ法を用いて行った。尚、直流電力
に重畳する高周波電力として発振周波数13.56MH
zのものを用いた。
The sputtering film formation was performed by using a magnetron sputtering method in which DC power of 500 W and high frequency power of 500 W were superposed (ratio of high frequency power was 50%). The high-frequency power superimposed on the DC power has an oscillation frequency of 13.56 MH.
The one of z was used.

【0027】スパッタ中は印加直流電圧と高周波反射波
を測定および目視観察することにより異常放電の回数を
測定した。成膜時の成膜速度は60Å/minで、異常
放電回数は0回であった。
During the sputtering, the number of abnormal discharges was measured by measuring and visually observing the applied DC voltage and the high frequency reflected wave. The film formation rate during film formation was 60 Å / min, and the number of abnormal discharges was 0 times.

【0028】成膜後ターゲット表面を観察したが何ら変
化はなかった。また、基板上に成膜された(BaSr)
TiO3から成る誘電体膜の3V印加時のリーク電流を
測定した結果、2×10- 9A/cm2であった。
After the film formation, the target surface was observed, but there was no change. Also, a film was formed on the substrate (BaSr)
A result of measuring the leakage current when 3V is applied the dielectric film made of TiO 3, 2 × 10 - was 9 A / cm 2.

【0029】比較例1 セラミックス材ターゲットに印加する電力を高周波電力
1000W(高周波電力の割合は100%)とした以外
は前記実施例1と同様の方法で基板上に(BaSr)T
iO3_xから成るセラミックスの誘電体膜を成膜した。
Comparative Example 1 (BaSr) T was formed on a substrate in the same manner as in Example 1 except that the power applied to the ceramic material target was high-frequency power of 1000 W (ratio of high-frequency power was 100%).
A ceramic dielectric film of iO 3 _x was formed.

【0030】成膜時の成膜速度は15Å/minで、異
常放電回数は0回であった。
The film formation rate during film formation was 15 Å / min, and the number of abnormal discharges was zero.

【0031】成膜後ターゲット表面を観察したが何ら変
化はなかった。また、基板上に成膜された誘電体膜のリ
ーク電流は1×10- 9A/cm2であった。
After the film formation, the target surface was observed and there was no change. Also, the leakage current of the deposited dielectric film on a substrate 1 × 10 - was 9 A / cm 2.

【0032】比較例2 セラミックス材ターゲットに印加する電力を直流電力1
000W(高周波電力の割合は0%)とした以外は前記
実施例1と同様の方法で基板上に(BaSr)TiO3_
xから成るセラミックスの誘電体膜を成膜した。
COMPARATIVE EXAMPLE 2 The power applied to the ceramic material target was DC power 1
(BaSr) TiO 3 — on the substrate in the same manner as in Example 1 except that the power was set to 000 W (the ratio of high frequency power was 0%).
A ceramic dielectric film made of x was formed.

【0033】成膜時の成膜速度は75Å/minであっ
たが、成膜中異常放電回数は20回発生した。
The film formation rate during film formation was 75Å / min, but the number of abnormal discharges during film formation was 20 times.

【0034】成膜後ターゲット表面を観察したところひ
び割れや欠けが約10個所生じていた。また、基板上に
成膜された誘電体膜のリーク電流は欠けたターゲットの
微粉が基板上に落下し、付着していたため短絡している
個所が多かったが、微粉がない個所での値は3×10-
7A/cm2であった。
When the surface of the target was observed after the film formation, about 10 cracks and chips were found. In addition, the leak current of the dielectric film formed on the substrate was often short-circuited because the target fine powder that had fallen on the substrate was attached and adhered, but the value at the place where there is no fine powder is 3 × 10 -
It was 7 A / cm 2 .

【0035】実施例2 セラミックス材ターゲットに印加する全電力を1000
Wとし、全電力に対する重畳した高周波電力の割合を0
%から100%に種々変化させた以外は前記実施例1と
同様の方法で基板上に(BaSr)TiO3から成るセ
ラミックスの誘電体膜を成膜した。
Example 2 The total power applied to the ceramic material target is 1000
W, and the ratio of superposed high frequency power to total power is 0
A ceramic dielectric film made of (BaSr) TiO 3 was formed on the substrate in the same manner as in Example 1 except that various changes were made from 100% to 100%.

【0036】高周波電力の割合が種々異なる各スパッタ
成膜時における高周波電力の割合と、成膜速度および異
常放電回数との関係を調べ、その結果を図1に示す。
The relationship between the ratio of the high frequency power at the time of film formation by sputtering and the film forming speed and the number of abnormal discharges was investigated, and the results are shown in FIG.

【0037】本実施例の結果から、高周波電力の割合が
10%以上では異常放電回数が急激に少なくなり安定し
た成膜が行えた。また、高周波電力の割合が90%以下
の場合は、高周波電力のみ(高周波電力の割合が100
%)の場合に比べて徐々に成膜速度が増加しており、高
速成膜が可能であることを示している。
From the results of this example, when the ratio of the high frequency power is 10% or more, the number of abnormal discharges drastically decreases and stable film formation can be performed. When the ratio of high frequency power is 90% or less, only the high frequency power (the ratio of high frequency power is 100
%), The film formation rate gradually increases, which indicates that high-speed film formation is possible.

【0038】実施例3 セラミックス材ターゲットとしてセラミックス材組成中
の酸素組成が化学量論組成よりも少ない、所謂酸素欠損
を起こしたSrTiO3_x、BaTiO3_x、LiNbO
3_x、LaTaO3_x、PbTiO3_x、(Pb0.8La0.
2)TiO3_x、Pb(Zr0.5Ti0.5)O3_x、(P
0.8La0.2)(Zr0.5Ti0.5)O3_xの各セラミッ
クス材ターゲットを用い、ターゲットに印加する全印加
電力1000Wに対する高周波電力の割合を0%、50
%、100%とした以外は前記実施例1と同様の方法で
基板上に各種の誘電体膜を成膜した。
Example 3 As a ceramics material target, SrTiO 3 _x, BaTiO 3 _x, LiNbO in which oxygen composition in the ceramics material composition is less than stoichiometric composition and so-called oxygen deficiency occurred.
3 _x, LaTaO 3 _x, PbTiO 3 _x, (Pb 0. 8 La 0.
2) TiO 3 _x, Pb ( Zr 0. 5 Ti 0. 5) O 3 _x, (P
b 0. 8 La 0. 2 ) (Zr 0. 5 Ti 0. 5) O 3 with each ceramic material target _x, 0% the proportion of high-frequency power to the total applied power 1000W to be applied to the target, 50
% And 100%, various dielectric films were formed on the substrate by the same method as in Example 1 above.

【0039】セラミックス材ターゲットの種類、板厚方
向に印加電圧1.5V印加した際のターゲットの電気抵
抗、成膜速度、異常放電回数、3V印加時のリーク電流
を夫々について調べ、その結果を表1に示す。
The type of ceramic material target, the electric resistance of the target when an applied voltage of 1.5 V was applied in the plate thickness direction, the film formation rate, the number of abnormal discharges, and the leakage current when 3 V was applied were examined respectively, and the results are shown in table form. Shown in 1.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】前記本発明の各実施例および各比較例の結
果から明らかなように、実施例1、実施例2の重畳する
高周波電力の割合が10%〜90%の範囲、および実施
例3の重畳する高周波電力の割合が50%では、印加さ
れた直流電位に対して高周波電力が重畳されているの
で、ターゲットの表面、または内部に蓄積されたターゲ
ットの割れの原因となるチャージ(電荷)が解放される
ため、異常放電がなく、安定した成膜を行えることが確
認された。
As is clear from the results of each of the examples and the comparative examples of the present invention, the ratio of the high frequency power to be superimposed in the examples 1 and 2 is in the range of 10% to 90%, and in the example 3. When the ratio of the superimposed high frequency power is 50%, the high frequency power is superimposed on the applied DC potential, so that the charge (charge) that causes cracks on the surface of the target or on the inside of the target is broken. Since it was released, it was confirmed that there was no abnormal discharge and stable film formation was possible.

【0042】また、高周波電力が重畳されているので、
プラズマ中のイオン化率が向上し、成膜されるセラミッ
クスの誘電体膜が十分に酸化されているため、実施例3
に示すように高周波電力を重畳しない直流電力のみの場
合に比べてリーク電流が小さくなった。
Since the high frequency power is superposed,
Since the ionization rate in plasma was improved and the ceramic dielectric film to be deposited was sufficiently oxidized, Example 3
As shown in (4), the leakage current was smaller than that in the case of only DC power without superimposing high frequency power.

【0043】これに対し、比較例1(高周波電力の割合
が100%)や実施例3の高周波電力の割合が100%
の場合には、極端に成膜速度が遅く実用的ではない。
On the other hand, the ratio of the high frequency power of Comparative Example 1 (the ratio of the high frequency power is 100%) and that of the third embodiment are 100%.
In this case, the film formation rate is extremely slow and not practical.

【0044】また、比較例2(高周波電力の割合が0
%)や実施例3の高周波電力の割合が0%の場合には、
ターゲットにひび割れが生じたり、異常放電が生じたり
するので安定放電が出来ず、実用に耐えない。
Comparative example 2 (the ratio of high frequency power is 0
%) And the ratio of the high frequency power of Example 3 is 0%,
Since the target is cracked and abnormal discharge occurs, stable discharge cannot be performed and it cannot be put to practical use.

【0045】従って、本発明実施例により高速成膜が可
能で、かつ異常放電のない安定成膜が可能な全電力中の
高周波電力の割合範囲は10%ないし90%であること
が確認された。即ち、全電力中の高周波電力の割合が1
0%未満では直流電力が大きく、ターゲットに印加され
ている直流電位によりターゲット表面や内部に蓄積され
たチャージ(電荷)を解放しきれない。また、全電力中
の高周波電力の割合が90%を超えると成膜速度はほぼ
高周波電力のみの印加時と余り変わらず、その結果低い
成膜速度しか得られない。
Therefore, it was confirmed that the range of the ratio of the high frequency electric power to the total electric power which is capable of high speed film formation and stable film formation without abnormal discharge is 10% to 90% by the embodiment of the present invention. . That is, the ratio of high frequency power in the total power is 1
If it is less than 0%, the DC power is large, and the charge accumulated on the target surface or inside cannot be completely released by the DC potential applied to the target. Further, when the ratio of the high frequency power in the total power exceeds 90%, the film forming rate is almost the same as when only the high frequency power is applied, and as a result, only a low film forming rate is obtained.

【0046】前記実施例では直流電力に重畳する高周波
電力として発振周波数13.56MHzのものを用いた
が、ターゲットに蓄積されるチャージ(電荷)を解放出
来る周波数の交流を用いてもよい。
In the above embodiment, the high frequency power to be superimposed on the direct current power has an oscillation frequency of 13.56 MHz, but an alternating current having a frequency capable of releasing the charge accumulated in the target may be used.

【0047】また、前記実施例ではセラミックス材ター
ゲットとしてABO3_x[A:B:O=1:1:3−x
(x>0)]型で表されるセラミックス材を用いたが、
組成中の酸素組成が化学量論組成よりも少ない酸素欠損
を引き起こして、板厚方向の電気抵抗が電圧1.5V印
加測定時に10Ω・cm以下になる組成物を用いてもよ
い。
In the above embodiment, the ceramic material target is ABO 3 _x [A: B: O = 1: 1: 3-x.
(X> 0)] type ceramic material was used.
A composition may be used in which the oxygen content in the composition causes oxygen vacancies smaller than the stoichiometric composition, and the electrical resistance in the plate thickness direction becomes 10 Ω · cm or less when a voltage of 1.5 V is measured.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明によるときは、電気抵抗が印加電
圧1.5Vで板厚方向に測定した値が10Ω・cm以下
のターゲットを用いてスパッタリング法で基板上にセラ
ミックス材の誘電体膜を成膜する際、ターゲットに印加
する電力として直流電力と高周波電力を重畳してスパッ
タ成膜することにより、ターゲットの経時変化がなく、
絶縁破壊による異常放電やダストの発生や、ターゲット
にひび割れを生じることなく、安定した高い成膜速度が
得られ、かつリーク電流の小さい良質な誘電体膜を成膜
することが出来る等の効果がある。
According to the present invention, a dielectric film made of a ceramic material is formed on a substrate by a sputtering method using a target whose electric resistance is 10 Ω · cm or less when measured in the plate thickness direction at an applied voltage of 1.5 V. When forming a film, by superimposing DC power and high frequency power as the power applied to the target to form a film by sputtering, there is no change over time in the target,
It is possible to obtain a stable and high film formation rate and to form a high-quality dielectric film with a small leak current without causing abnormal discharge or dust generation due to dielectric breakdown or cracking of the target. is there.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の1実施例のターゲットに印加する全
電力中の高周波電力の割合と異常放電回数との関係およ
び全電力中の高周波電力の割合と成膜速度との関係を表
す特性線図。
FIG. 1 is a characteristic line showing the relationship between the ratio of high frequency power in the total power applied to a target and the number of abnormal discharges, and the relationship between the ratio of high frequency power in the total power and the film formation rate according to one embodiment of the present invention. Fig.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/31 21/314 A 7352−4M (72)発明者 中村 久三 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空技 術株式会社千葉超材料研究所内 (72)発明者 鄒 紅▲こう▼ 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空技 術株式会社千葉超材料研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01L 21/31 21/314 A 7352-4M (72) Inventor Hisami Nakamura Sanmu-cho, Sanmu-gun, Chiba Prefecture Yokota 523 Japan Vacuum Technology Co., Ltd. Chiba Institute for Supermaterials (72) Inventor Zhong Hong ▲ Ko ▼ Yokota 523 Yamatake Town, Yamatake District, Chiba Japan Vacuum Technology Co. Ltd. Chiba Institute for Supermaterials

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 印加電圧1.5Vで板厚方向に測定した
電気抵抗が10Ω・cm以下のセラミックス材ターゲッ
トを用いてスパッタリング法により誘電体膜を基板上に
成膜する方法において、該ターゲット材に直流電力と高
周波電力を重畳して印加してスパッタ成膜することを特
徴とする誘電体膜の成膜方法。
1. A method of forming a dielectric film on a substrate by a sputtering method using a ceramic material target having an electric resistance of 10 Ω · cm or less measured in the plate thickness direction at an applied voltage of 1.5 V, the target material comprising: A method for forming a dielectric film, characterized in that direct-current power and high-frequency power are superimposed on each other and applied to form a film by sputtering.
【請求項2】 前記セラミックス材ターゲットはSrT
iO3_x、BaTiO3_x、(BaSr)TiO3_x、L
iNbO3_x、LiTaO3_x、PbTiO3_x、(Pb
La)TiO3_x、Pb(ZrTi)O3_x、(PbL
a)(ZrTi)O3_xのABO3_x[A:B:O=1:
1:3−x(x>0)]型で表される金属酸化物から成
るセラミックス材であることを特徴とする請求項第1項
に記載の誘電体膜の成膜方法。
2. The ceramic material target is SrT.
iO 3 _x, BaTiO 3 _x, (BaSr) TiO 3 _x, L
iNbO 3 _x, LiTaO 3 _x, PbTiO 3 _x, (Pb
La) TiO 3 _x, Pb (ZrTi) O 3 _x, (PbL
a) ABO 3 _x of [ZrTi) O 3 _x [A: B: O = 1:
The method for forming a dielectric film according to claim 1, wherein the ceramic material is a ceramic material made of a metal oxide represented by 1: 3-x (x> 0) type.
【請求項3】 セラミックス材ターゲットに印加する直
流電力と高周波電力の全電力中の高周波電力の割合が1
0%〜90%であることを特徴とする請求項第1項また
は第2項に記載の誘電体膜の成膜方法。
3. The ratio of the high frequency power to the total power of the direct current power and the high frequency power applied to the ceramic material target is 1.
It is 0% -90%, The film-forming method of the dielectric film of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005097672A (en) * 2003-09-25 2005-04-14 Anelva Corp Multi-cathode sputter ionized physical vapor deposition system
JP2009030175A (en) * 2008-10-10 2009-02-12 Canon Anelva Corp Sputtering method
WO2009014394A3 (en) * 2007-07-25 2009-03-19 Nuricell Inc Method for depositing ceramic thin film by sputtering using non-conductive target

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