JPH08109473A - Formation of silicon oxide film - Google Patents

Formation of silicon oxide film

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JPH08109473A
JPH08109473A JP24977994A JP24977994A JPH08109473A JP H08109473 A JPH08109473 A JP H08109473A JP 24977994 A JP24977994 A JP 24977994A JP 24977994 A JP24977994 A JP 24977994A JP H08109473 A JPH08109473 A JP H08109473A
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JP
Japan
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voltage
current
film forming
film
sputtering
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JP24977994A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Osaki
壽 大崎
Yuuko Ogata
ゆう子 緒方
Junichi Shimizu
潤一 清水
Takuji Oyama
卓司 尾山
Hiromichi Nishimura
啓道 西村
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To suppress an arcing phenomenon and to enable the regulation and maintenance of the desired film forming rate, in the formation of a silicon oxide film, by regulating the negative pressure applied to a target to an intermittent one repeated in a specified period. CONSTITUTION: A sputtering gas contg. an oxidizing gas is used, the negative voltage is applied to a target essentially consisting of silicon, and sputtering is executed to form a silicon oxide film. At this time, the negative voltage to be applied is regulated to a periodically repeated intermittent certain voltage at 100Hz to 100kHz, and into a one in the range between a point A in which current increased in accordance with the increase of voltage in the functional relationship of current-voltage transits to the reduction and a point B at which it thereafter transits to the increase. Moreover, it is preferable that the positive voltage is applied in at least a part of the time in which the intermittent negative voltage is not applied from the viewpoint of the suppression of arcing. In this method, by changing the amt. of the sputtering gas to be introduced and the concn. of the oxidizing gas therein, the film forming rate can be regulated.

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、直流反応性スパッタ法
による酸化ケイ素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 silicon oxide film by a direct current reactive sputtering method.

【0002】[0002]

【従来の技術】酸化ケイ素膜の成膜方法としては、1)
ケイ素を含む分子気体と酸素を含む分子気体を熱やプラ
ズマなどの励起手段により分解し、こののち反応させて
シリカを得る、いわゆるCVD法や、2)酸化ケイ素を
ターゲットとし、これに高周波交流電圧を印加し、アル
ゴンなどの希ガスをプラズマ化させ、かかる希ガス正イ
オンが酸化ケイ素ターゲットをスパッタし、基板に酸化
ケイ素膜を堆積する、いわゆる高周波スパッタ法が一般
的である。
2. Description of the Related Art As a method for forming a silicon oxide film, 1)
A so-called CVD method in which a molecular gas containing silicon and a molecular gas containing oxygen are decomposed by an excitation means such as heat or plasma and then reacted to obtain silica, or 2) silicon oxide is targeted and a high-frequency alternating voltage is applied to this. A so-called high-frequency sputtering method is generally used in which a rare gas such as argon is applied to generate plasma, and the rare gas positive ions sputter a silicon oxide target to deposit a silicon oxide film on a substrate.

【0003】CVD法では、基板の温度が酸化ケイ素膜
の成膜中に上昇するため、耐熱性の低い基板に成膜する
ことができないという制約がある。また、高周波スパッ
タ法では、基板が電子や負イオンなどによりダメージを
受け、さらに、大きな面積の基板に成膜するためのRF
電源の大電力化が不可能である。
In the CVD method, since the temperature of the substrate rises during the formation of the silicon oxide film, there is a restriction that it cannot be formed on the substrate having low heat resistance. Further, in the high frequency sputtering method, the substrate is damaged by electrons or negative ions, and RF for forming a film on a large area substrate is used.
It is impossible to increase the power supply.

【0004】一方、反応性ガス、あるいは、反応性ガス
と希ガスとの混合ガスをターゲットに衝突させ、ターゲ
ットに含まれる原子をたたき出し、かかる原子が基板上
に堆積するまでの過程と堆積後に、ガスと反応させる、
いわゆる、直流反応性スパッタ法がある。直流反応性ス
パッタ法は、大きな面積を持つ基板においても、その膜
厚分布を小さく保ちうる、基板の温度上昇が小さい、ま
た、基板のイオンと電子によるダメージが少ない、とい
う利点から好ましく用いられている。
On the other hand, a reactive gas or a mixed gas of a reactive gas and a rare gas is made to collide with a target to knock out atoms contained in the target, and the process until such atoms are deposited on the substrate and after the deposition, React with gas,
There is a so-called DC reactive sputtering method. The DC reactive sputtering method is preferably used because it has the advantage that the film thickness distribution can be kept small even on a substrate having a large area, the temperature rise of the substrate is small, and that the substrate is less damaged by ions and electrons. There is.

【0005】従来の直流反応性スパッタ法では、所望の
速度で成膜するためには、事前にスパッタガスの混合
比、導入ガス流量、印加電圧、投入電流、投入電力をい
ろいろに変えて、実際に成膜し、膜の厚さを調べた後、
成膜条件を同じにしたときには同じ成膜速度が得られる
という条件再現性の仮定のもとに、一組の成膜パラメー
タ(スパッタガスの混合比、導入ガス流量、印加電圧、
投入電流、投入電力)を定めて成膜するという方法が行
われてきた。
In the conventional DC reactive sputtering method, in order to form a film at a desired rate, the mixing ratio of the sputtering gas, the introduced gas flow rate, the applied voltage, the applied current, and the applied power are changed in various ways. After forming the film on and measuring the film thickness,
Under the assumption of the condition reproducibility that the same film forming rate is obtained when the film forming conditions are the same, a set of film forming parameters (sputtering gas mixture ratio, introduction gas flow rate, applied voltage,
A method of forming a film by setting an applied current and an applied power has been used.

【0006】しかし、反応性スパッタ法においては、ス
パッタガスそれ自身が反応性を持っており、また、電離
したイオン、及び、これとスパッタガス分子の衝突の結
果生じた解離原子も反応性を持っている。
However, in the reactive sputtering method, the sputter gas itself is reactive, and the ionized ions and the dissociated atoms generated as a result of the collision of these with the sputter gas molecules are also reactive. ing.

【0007】これら、スパッタガス分子、解離原子、イ
オン(以上まとめて、以下反応性粒子という)は、ター
ゲット表面、ターゲットよりたたき出された原子、かか
る原子の集団、あるいは基板上に形成された膜など、と
反応する。
These sputtering gas molecules, dissociated atoms, and ions (collectively referred to as reactive particles below) are the target surface, the atoms knocked out from the target, the group of such atoms, or the film formed on the substrate. And so on.

【0008】反応性粒子の数、さらに、各粒子の励起状
態は、反応性に直接関係する状態量であり、これらは、
スパッタを行う容器の壁の電気抵抗や、スパッタガスに
含まれる不純物ガス、排気速度などのわずかな変化で、
大きく変わってしまう。特に、成膜速度を大きくする場
合は、状態の変化による成膜速度の変化が著しい。
The number of reactive particles, and the excited state of each particle, is a state quantity directly related to reactivity, and these are
With slight changes in the electrical resistance of the wall of the container that performs sputtering, the impurity gas contained in the sputtering gas, the exhaust speed, etc.
It will change a lot. In particular, when the film formation rate is increased, the change in the film formation rate due to the change in the state is remarkable.

【0009】つまり、従来の反応性スパッタ法による成
膜においては、特に、高速成膜をねらう場合には、成膜
条件とその条件のもとでの成膜速度との間の関係が不安
定で、得られた膜の厚さを測定することによってしか、
この関係が維持されているのか否かがわからない。ま
た、この関係がずれる度に膜厚が異なり、同一膜厚のも
のを常に得ることが困難である。
That is, in the film formation by the conventional reactive sputtering method, particularly when high-speed film formation is aimed, the relationship between the film formation condition and the film formation speed under the condition is unstable. And only by measuring the thickness of the obtained film,
I don't know if this relationship is maintained or not. Further, the film thickness is different each time this relationship is deviated, and it is difficult to always obtain the film having the same film thickness.

【0010】この関係がずれた場合、再び、成膜条件を
変えながら成膜し、得られた膜の厚さを測定することに
よって、成膜条件と成膜速度との間の関係を求め直した
後に、所望の膜厚のものを成膜することになる。
When this relationship is deviated, the relationship between the film forming condition and the film forming speed is obtained again by forming the film again while changing the film forming condition and measuring the thickness of the obtained film. After that, a film having a desired film thickness is formed.

【0011】これに対しては、電源より供給される電
圧、電流、電力の間の関数関係を求め、そのときの反応
性スパッタリング過程全体の状態をとらえることにより
成膜条件と成膜速度との間の関係のずれを成膜前に検知
し、所望の膜厚を持った膜を得ることができるように成
膜条件を修正して、膜を形成することができることが提
案されている(特願平6−3655号)。
On the other hand, the functional relationship among the voltage, current, and power supplied from the power source is obtained, and by grasping the overall state of the reactive sputtering process at that time, the deposition conditions and the deposition rate are It has been proposed that a film can be formed by detecting a shift in the relationship between the films before film formation and modifying the film formation conditions so that a film having a desired film thickness can be obtained (see (Hei 6-3655).

【0012】ところで、ケイ素ターゲットを用い、酸素
などの酸化性ガスをスパッタガスとした場合は、ケイ素
ターゲット表面に電気絶縁性のきわめて高いケイ素酸化
物が形成され、これが原因となって、ケイ素ターゲット
のごく一部から火花放電と、これにともなうケイ素クラ
スターの放出、つまり、アーキングが生じる。
By the way, when a silicon target is used and an oxidizing gas such as oxygen is used as the sputtering gas, a silicon oxide having an extremely high electric insulating property is formed on the surface of the silicon target, which causes Spark discharge from a small part and the accompanying release of silicon clusters, that is, arcing occurs.

【0013】このアーキング現象により、成膜中の酸化
ケイ素膜へのケイ素の混在や膜厚均一性の低下などの問
題が生じる。
This arcing phenomenon causes problems such as the inclusion of silicon in the silicon oxide film during film formation and the deterioration of film thickness uniformity.

【0014】これに対しては、ケイ素を主成分とするタ
ーゲットに、通常は連続して一定の負電圧を印加して直
流スパッタを行うところを、100kHz以下の周期的
に繰り返される間欠的な負電圧を印加してスパッタを行
うことにより、アーキングが抑制され、得られる酸化ケ
イ素膜の膜質が向上することが提案されている(特願平
6−175672号)。
On the other hand, DC sputtering is usually performed by continuously applying a constant negative voltage to a target containing silicon as a main component, and intermittent negative repetitions of 100 kHz or less are repeated periodically. It has been proposed that arcing is suppressed and the quality of the obtained silicon oxide film is improved by applying a voltage to perform sputtering (Japanese Patent Application No. 6-175672).

【0015】しかし、前記の周期に繰り返される間欠的
な負電圧を印加する方法を用いると、ターゲットに印加
される電圧は変化し、発生するプラズマの状態を含め、
スパッタ過程全体の状態が変動し、電源より供給される
電圧、電流、電力間の関数関係は時間とともに変動す
る。したがって、アーキング現象を抑制し得ても、電
圧、電流、電力間の関数関係より、成膜条件と成膜速度
の関係を知ることができず、所望の成膜速度を維持する
ことは困難であった。
However, when the method of applying the intermittent negative voltage which is repeated in the above-mentioned cycle is used, the voltage applied to the target changes, and the state of the generated plasma including
The state of the entire sputtering process changes, and the functional relationship among the voltage, current, and power supplied from the power supply changes with time. Therefore, even if the arcing phenomenon can be suppressed, the relationship between the film forming conditions and the film forming rate cannot be known from the functional relationship among the voltage, current, and power, and it is difficult to maintain the desired film forming rate. there were.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、アーキング
現象を抑制するとともに、電圧、電流、電力間の関数関
係より、成膜条件と成膜速度の関係を知り、所望の成膜
速度を調節、維持することができる酸化ケイ素膜の高速
成膜方法の提供を目的とする。
The present invention suppresses the arcing phenomenon, and knows the relationship between the film forming conditions and the film forming rate from the functional relationship between voltage, current and power, and adjusts the desired film forming rate. An object of the present invention is to provide a high-speed deposition method of a silicon oxide film that can be maintained.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は、酸化性ガスを
含むスパッタガスを用い、ケイ素を主成分とするターゲ
ットに負電圧を印加しスパッタを行い、酸化ケイ素膜を
成膜する方法において、該負電圧を、100Hz以上、
100kHz以下の周期的に繰り返される間欠的な一定
の負電圧であって、電流−電圧の関数関係における電圧
増加に伴い増加する電流が減少に転ずる点Aとその後再
び電流が増加に転ずる点Bとの間の範囲の電圧とするこ
とを特徴とする酸化ケイ素膜の成膜方法を提供する。
The present invention relates to a method for forming a silicon oxide film by using a sputtering gas containing an oxidizing gas, applying a negative voltage to a target containing silicon as a main component, and performing sputtering. The negative voltage is 100 Hz or more,
A constant negative voltage that is periodically repeated at 100 kHz or less and has a point A at which the current that increases with an increase in the voltage in the current-voltage functional relationship starts to decrease and a point B at which the current starts to increase again. There is provided a method for forming a silicon oxide film, which is characterized in that the voltage is in the range between.

【0018】本発明においては、特に、アーキングの抑
制の観点から、間欠的な負電圧が印加されていない時間
の少なくとも一部に正電圧が印加されることが好まし
い。
In the present invention, in particular, from the viewpoint of suppressing arcing, it is preferable that the positive voltage is applied during at least part of the time when the intermittent negative voltage is not applied.

【0019】ケイ素を主成分とするターゲットにおいて
は、電圧の増加にしたがい、電流は増加するが、増加か
ら減少に転じる点(以下、特定点Aという)が現れ、つ
いで、減少から再び増加に転じる点(以下、特定点Bと
いう)が現れる、という電流−電圧の関数関係を示す。
In the target containing silicon as a main component, the current increases as the voltage increases, but a point where the current changes from an increase to a decrease (hereinafter referred to as a specific point A) appears, and then a decrease again starts to increase. A current-voltage functional relationship in which a point (hereinafter referred to as a specific point B) appears is shown.

【0020】前記関数関係における特定点A〜特定点B
の範囲の電圧で成膜することにより、透明な酸化ケイ素
膜を高速で成膜できる。
Specific point A to specific point B in the functional relationship
A transparent silicon oxide film can be formed at a high speed by forming a film with a voltage in the range.

【0021】特に、特定点Aにおいては、投入電力当た
りの成膜速度がいかなる条件によらず一定値をとり、ま
た、特定点B近傍において、投入電力当たりの酸化ケイ
素膜の成膜速度が最も大きくなる。
In particular, at the specific point A, the film forming rate per applied electric power has a constant value regardless of any condition, and in the vicinity of the specific point B, the film forming rate of the silicon oxide film per applied electric power is the highest. growing.

【0022】本発明において用いるスパッタガスとして
は、酸素とアルゴンの混合ガスが用いられるが、これ以
外の酸化性ガスと希ガスの組み合わせも用いることがで
き、さらに、酸化ケイ素膜の屈折率調整の目的などによ
り、窒素を加えることも可能で、その他のガスの添加も
可能である。
As the sputtering gas used in the present invention, a mixed gas of oxygen and argon is used, but a combination of an oxidizing gas and a rare gas other than this can also be used, and further, the refractive index of the silicon oxide film can be adjusted. Depending on the purpose, nitrogen can be added, and other gases can be added.

【0023】本発明において用いるケイ素を主成分とす
るターゲットとしては、特に限定はされず、例えば、リ
ンやボロンなどがドープされた単結晶、あるいは多結晶
シリコンを採用できる。
The target containing silicon as a main component used in the present invention is not particularly limited, and for example, single crystal doped with phosphorus or boron or polycrystalline silicon can be adopted.

【0024】[0024]

【作用】一般に、ケイ素を主成分とするターゲットを用
い、酸素などの酸化性ガスをスパッタガスとした直流ス
パッタ法による酸化ケイ素膜の成膜においては、ケイ素
ターゲット表面に電気絶縁性のきわめて高いケイ素酸化
物が形成され、これが原因となって、アーキングが生じ
る。このアーキングの抑制は、ケイ素を主成分とするタ
ーゲットに、通常は連続して一定の負電圧を印加して直
流スパッタを行うところを、100kHz以下の周期的
に繰り返される負電圧を印加して直流スパッタを行うこ
とにより可能であることが実験的に確認された。このア
ーキング現象の抑制は、以下のメカニズムにより得られ
ると考えられる。
In general, when a silicon oxide film is formed by a direct current sputtering method using a target containing silicon as a main component and an oxidizing gas such as oxygen as a sputtering gas, silicon having a very high electrical insulating property is formed on the surface of the silicon target. An oxide is formed, which causes arcing. This arcing is suppressed by applying a constant negative voltage to a target containing silicon as a main component to perform direct current sputtering, while applying a negative voltage that is periodically repeated at 100 kHz or less. It was experimentally confirmed that this is possible by performing sputtering. It is considered that the suppression of this arcing phenomenon is obtained by the following mechanism.

【0025】通常の反応性直流スパッタにおいては、マ
グネトロン放電が用いられるため、負電位を印加の際
に、ターゲットの直上におけるスパッタに関わるプラズ
マがターゲット直上全面に広がっておらず、このプラズ
マの分布の不均一が原因となり、1つのターゲットにお
いて、もっぱらスパッタがなされる部分(以下、エロー
ジョン領域という)とこれ以外の部分(以下、非エロー
ジョン領域という)に分かれてしまう。
Since magnetron discharge is used in ordinary reactive DC sputtering, when a negative potential is applied, the plasma related to sputtering immediately above the target does not spread over the entire surface directly above the target, and the plasma distribution Due to the non-uniformity, a single target is divided into a portion (hereinafter, referred to as an erosion region) in which sputtering is performed exclusively and a portion (hereinafter, referred to as a non-erosion region) other than this.

【0026】エロージョン領域は、ターゲット直上のプ
ラズマから正イオンがターゲットに衝突し、ターゲット
構成物質をスパッタすることにより生じ、一方、非エロ
ージョン領域は、ターゲットに衝突する正イオンが非常
に少ないか、あるいは、まったくないために生じる。
The erosion region is generated by the positive ions colliding with the target from the plasma immediately above the target and sputtering the target constituent material, while the non-erosion region has very few positive ions colliding with the target, or , Because there is no.

【0027】アーキングは、ターゲット上のエロージョ
ン領域と非エロージョン領域の境界付近でもっぱら生じ
る。これは、エロージョン領域では、たとえ、絶縁性の
物質が生じたとしても、これがスパッタにより次々と除
去され、また、衝突する正イオンによる原子レベルのミ
キシングの効果により導電性が付与され、この領域に電
荷が滞る(以下、チャージアップという)ことはない。
一方、非エロージョン領域では、ターゲット表面に絶縁
性の物質が生成するが、その膜厚は、時間とともに増大
し、アーキングはほとんど生じない。
Arcing occurs exclusively near the boundaries of erosion and non-erosion regions on the target. This is because even if an insulating substance is generated in the erosion region, it is removed one after another by sputtering, and conductivity is imparted by the effect of atomic level mixing by colliding positive ions, and this region is given. There is no charge stagnant (hereinafter referred to as charge-up).
On the other hand, in the non-erosion region, an insulating substance is generated on the target surface, but its film thickness increases with time, and arcing hardly occurs.

【0028】エロージョン領域と非エロージョン領域の
境界付近にあっては、絶縁性の物質が生じ、この絶縁性
物質に、エロージョン領域に衝突する正イオンの数より
も少量ではあるが、正イオンが衝突し、絶縁物質表面を
正にチャージアップする。
An insulating substance is generated near the boundary between the erosion region and the non-erosion region, and positive ions collide with the insulating substance, though the amount is smaller than the number of positive ions colliding with the erosion region. Then, the surface of the insulating material is positively charged up.

【0029】また、この領域では、絶縁物質の膜厚が小
さいために電気的絶縁耐圧が小さく、ターゲット物質に
印加されている負の電圧と絶縁物質表面の正電荷により
生じる電界により、絶縁破壊が起こり、これを始点とし
てアーキングが生じる。
Further, in this region, since the film thickness of the insulating material is small, the electrical breakdown voltage is small, and the breakdown voltage is caused by the negative voltage applied to the target material and the electric field generated by the positive charge on the surface of the insulating material. Occurrence occurs and arcing occurs from this point.

【0030】そこで、ターゲット周期的に接地電位、あ
るいは、正の電圧にすることにより、正イオンと電子か
らなるプラズマの束縛が解け、絶縁性の物質表面の正電
荷は、プラズマから供給された電子により消滅し、エロ
ージョン領域と非エロージョン領域の境界付近で観測さ
れるアーキングは生じなくなる。
Therefore, by periodically setting the target to the ground potential or a positive voltage, the constraint of the plasma composed of positive ions and electrons is released, and the positive charge on the surface of the insulating material is the electrons supplied from the plasma. Disappears and the arcing observed near the boundary between the erosion region and the non-erosion region does not occur.

【0031】すなわち、アーキング抑制については、エ
ロージョン領域と非エロージョン領域の境界付近の電荷
の状態を制御することが重要である。
That is, in order to suppress arcing, it is important to control the state of charges near the boundary between the erosion region and the non-erosion region.

【0032】一方、ケイ素を主成分とするターゲットを
用い、負電圧を間断なくターゲットに印加した場合の反
応性直流スパッタ法において、電源よりターゲットに供
給される電圧、電流、電力の間の関数関係について詳細
に検討し、投入電力当たりの成膜速度が何に影響される
かを調査した。その結果、投入電力当たりの成膜速度
は、スパッタ中のターゲットのエロージョン領域の表面
状態、すなわち、酸化状態に大きく依存することが明ら
かになり、投入電力当たりの成膜速度を一定に保つため
には、表面状態を一定に保つことが必要であるという知
見を得た。
On the other hand, in a reactive DC sputtering method in which a target containing silicon as the main component is used and a negative voltage is applied to the target without interruption, a functional relationship among the voltage, current, and power supplied from the power source to the target. Was examined in detail, and what was affected by the film formation rate per input electric power was investigated. As a result, it was clarified that the film formation rate per applied power largely depends on the surface state of the erosion region of the target during sputtering, that is, the oxidation state. Have found that it is necessary to keep the surface state constant.

【0033】したがって、アーキングを抑制しつつ、成
膜速度を制御するためには、エロージョン領域と非エロ
ージョン領域の境界付近の電荷の状態を制御するととも
に、エロージョン領域の表面の酸化状態を変化させない
ことが重要である。
Therefore, in order to control the film formation rate while suppressing arcing, the state of charges near the boundary between the erosion region and the non-erosion region should be controlled and the oxidation state of the surface of the erosion region should not be changed. is important.

【0034】しかし、前記の電圧、電流、電力間の関数
関係を用いて、ターゲットの表面状態を一定に保ちつ
つ、アーキング現象の発生を抑制するために、ただ単
に、前述のごとき周期的に繰り返される負電圧を印加を
すると、以下の問題が生じる。
However, in order to suppress the occurrence of the arcing phenomenon while keeping the surface state of the target constant by using the functional relation among the voltage, the current and the power described above, it is simply repeated periodically as described above. When the negative voltage is applied, the following problems occur.

【0035】すなわち、ターゲットに負電圧が印加され
ていない時間が設けられると、負電圧が印加されていな
い時間には、スパッタ現象は停止し、エロージョン領域
と非エロージョン領域の境界部分付近に電子が衝突する
だけでなく、エロージョン領域にも酸素分子、原子、イ
オン、ラジカルが衝突し、表面の状態が変化してしま
う。つまり、電圧、電流、電力間の関数関係が時間によ
って変化してしまうことになる。
That is, when the target is provided with the time when the negative voltage is not applied, the sputtering phenomenon stops during the time when the negative voltage is not applied, and electrons are generated near the boundary between the erosion region and the non-erosion region. Not only collisions, but also oxygen molecules, atoms, ions, and radicals collide with the erosion region, and the surface state changes. That is, the functional relationship among voltage, current, and power will change with time.

【0036】そこで、アーキング抑制に効果的な100
kHz以下の周期的に繰り返される間欠的な負電圧の周
波数をいろいろに変化させて、ターゲットに供給される
電圧、電流、電力を測定した結果、ケイ素のような酸化
活性の大きな物質においても、100Hz以上の周波数
ならば、間欠的な負電圧であっても、連続的に負電圧を
印加した場合と同様の関数関係が得られ、成膜速度の調
節が可能であるという知見を得た。つまり、10ms以
下の時間では、ケイ素を主成分とするターゲットのエロ
ージョン領域の表面の酸化状態が大きく変化することは
ないことが明らかとなった。
Therefore, 100 is effective for suppressing arcing.
The voltage, current, and power supplied to the target were measured by variously changing the frequency of the intermittent negative voltage that is periodically repeated at or below kHz, and as a result, even for a substance with a large oxidation activity such as silicon, the frequency was 100 Hz. It has been found that with the above frequencies, even if the negative voltage is intermittent, the same functional relationship as in the case where the negative voltage is continuously applied is obtained, and the film formation rate can be adjusted. That is, it was clarified that the oxidation state of the surface of the erosion region of the target containing silicon as a main component did not significantly change for a time of 10 ms or less.

【0037】本発明は、こうした新規知見に基づくもの
であり、上述の関数関係を調べ、その関数の形より、タ
ーゲットが反応物に完全には被われていない高い成膜速
度の得られる状態を維持するとともに、基板上で酸化ケ
イ素膜が得られる条件を成膜を行う前に知り、該条件の
もと、高速で安定して酸化ケイ素膜を成膜できることを
可能ならしめたものである。
The present invention is based on such a new finding, and by investigating the above-mentioned functional relation, from the form of the function, it is possible to obtain a state in which a high deposition rate in which the target is not completely covered with the reactant is obtained. It is possible to maintain the conditions and know the conditions under which the silicon oxide film is obtained on the substrate before forming the film, and under the conditions, the silicon oxide film can be stably formed at a high speed.

【0038】[0038]

【実施例】【Example】

[実施例1]432mm×127mmの面積を持つ比抵
抗1.3Ω・cmのリンをドープしたN型ケイ素をター
ゲットとして用い、スパッタガスとして10体積%の酸
素濃度の酸素とアルゴンとの混合ガスを使用した。スパ
ッタガスの導入量は110sccmとした。かかるター
ゲットに、図1上段に示すように、490μsの間、負
電圧を印加し、続く10μsの間、50Vの正電圧を印
加し、ソーダライムガラス上に酸化ケイ素膜を成膜し
た。この電圧の印加は、2kHzの周波数に相当する。
Example 1 N-type silicon doped with phosphorus having an area of 432 mm × 127 mm and a specific resistance of 1.3 Ω · cm was used as a target, and a mixed gas of oxygen and argon having an oxygen concentration of 10% by volume was used as a sputtering gas. used. The amount of sputter gas introduced was 110 sccm. As shown in the upper part of FIG. 1, a negative voltage was applied to the target for 490 μs, and a positive voltage of 50 V was applied for the subsequent 10 μs to form a silicon oxide film on the soda lime glass. The application of this voltage corresponds to a frequency of 2 kHz.

【0039】電流の時間変動の様子を図1に示す。電流
は、負電圧を印加中、徐々に減少し、やがて、一定値
(以下、電流一定値という)をとるが、この電流の時間
的変化は、電源のインピーダンスとスパッタ過程全体の
インピーダンスにより異なり、電源のインピーダンスが
大きい場合などは、負電圧印加の初期から徐々に電流が
増加することもある。
FIG. 1 shows how the current changes over time. The current gradually decreases while applying a negative voltage, and eventually takes a constant value (hereinafter referred to as a constant current value). However, the change over time of this current varies depending on the impedance of the power source and the impedance of the entire sputtering process. When the impedance of the power source is large, the current may gradually increase from the initial stage of negative voltage application.

【0040】本実施例においては、負電圧を−260V
から−470Vまで変化させて電流一定値を求めた。得
られた電流−電圧曲線を図2に与える。図2より、電圧
の増加にしたがい、電流が増加し、ついで、減少の後、
再び、増加するという電流−電圧の関数関係が読み取れ
る。
In this embodiment, the negative voltage is -260V.
To -470 V, a constant current value was obtained. The current-voltage curve obtained is given in FIG. From FIG. 2, the current increases as the voltage increases, and then decreases,
Again, the increasing current-voltage functional relationship can be read.

【0041】さらに、電流−電圧の関数関係は、電圧の
1価関数であり、電圧を変化させることによりすべての
状態を得ることができるが、電流−電圧の関数関係は、
図2より明らかなように、一部の領域で電流の多価関数
となっており、この領域では電流、もしくは電力のコン
トロールにより一つの状態を安定に得ることはできない
ことがわかる。
Further, the current-voltage functional relationship is a monovalent function of voltage, and all states can be obtained by changing the voltage, but the current-voltage functional relationship is
As is clear from FIG. 2, the multi-valued function of the current is present in a part of the region, and it is understood that one state cannot be stably obtained by controlling the current or the power in this region.

【0042】また、得られた酸化ケイ素膜の厚さを触針
式膜厚計で測定した。成膜時の印加電圧に対する投入電
力当たりの成膜速度を図3に示す。図3より、投入電力
当たりの成膜速度は電圧とともに増加することがわか
る。また、図2の特定点Bにおける電圧である約430
Vよりも高い電圧を印加して成膜した場合は透明な酸化
ケイ素膜が得られなかった。
Further, the thickness of the obtained silicon oxide film was measured with a stylus type film thickness meter. FIG. 3 shows the film formation rate per applied electric power with respect to the applied voltage during film formation. From FIG. 3, it can be seen that the film formation rate per applied electric power increases with the voltage. In addition, the voltage at the specific point B in FIG.
When applying a voltage higher than V to form a film, a transparent silicon oxide film could not be obtained.

【0043】本実施例では、特定点A〜特定点Bの範囲
の電圧で成膜を行うことにより、アーキングを抑制しつ
つ、透明な酸化ケイ素膜を高速で成膜することができ
た。
In this example, by forming the film at a voltage in the range from the specific point A to the specific point B, it was possible to form a transparent silicon oxide film at a high speed while suppressing arcing.

【0044】[実施例2]実施例1におけるスパッタガ
スの導入量を110sccm、150sccm、170
sccmの3通りに変えた他は、実施例1と同様にして
酸化ケイ素膜を成膜した。得られた電流−電圧曲線を図
4に与える。
[Embodiment 2] The amount of sputter gas introduced in Embodiment 1 is 110 sccm, 150 sccm, 170.
A silicon oxide film was formed in the same manner as in Example 1 except that the sccm was changed in three ways. The current-voltage curve obtained is given in FIG.

【0045】図4より、特定点A〜特定点Bの範囲にお
いては、同じ電圧でも、スパッタガスの導入量が異なる
と電流値が異なることがわかる。したがって、同じ電圧
でも、スパッタガスの導入量を変化させると、電力値を
変化させることができる。成膜速度を投入電力当たりに
換算し、印加電圧との関係を調べると、図5のようにな
る。図5より、スパッタガスの導入量を変化させても、
印加電圧と投入電力当たりの成膜速度との間の関数関係
は維持される、すなわち、投入電力当たりの成膜速度
は、印加電圧のみに依存することが明らかとなった。
From FIG. 4, it can be seen that in the range from the specific point A to the specific point B, even if the voltage is the same, the current value is different if the amount of sputter gas introduced is different. Therefore, even with the same voltage, the power value can be changed by changing the amount of sputter gas introduced. FIG. 5 shows the relationship between the applied voltage and the film formation rate converted into the applied power. From FIG. 5, even if the introduction amount of the sputtering gas is changed,
It was revealed that the functional relationship between the applied voltage and the film formation rate per applied power is maintained, that is, the film formation rate per applied power depends only on the applied voltage.

【0046】したがって、スパッタガスの導入量以外の
条件は固定し、スパッタガス導入量を変えることによ
り、電流値を調整し、これにより、所望の成膜速度を得
ることができる。
Therefore, the conditions other than the introduction amount of the sputtering gas are fixed, and the current value is adjusted by changing the introduction amount of the sputtering gas, whereby the desired film forming rate can be obtained.

【0047】[実施例3]実施例1におけるスパッタガ
スの酸素の濃度を変化させた他は、実施例1と同様にし
て酸化ケイ素膜を成膜した。得られた電流−電圧曲線の
うち、酸素濃度が10体積%、20体積%の場合を図6
に与える。
[Example 3] A silicon oxide film was formed in the same manner as in Example 1 except that the oxygen concentration in the sputtering gas in Example 1 was changed. FIG. 6 shows the case where the oxygen concentration is 10% by volume and 20% by volume in the obtained current-voltage curve.
Give to.

【0048】図6より、特定点A〜特定点Bの範囲にお
いては、同じ電圧でも、スパッタガスの酸素濃度が高い
方が、電流値が高いことがわかる。つまり、スパッタガ
スの酸素濃度以外の条件は固定し、スパッタガスの酸素
濃度を変えることにより、電流値を調整し、これによ
り、所望の成膜速度を得ることができる。
From FIG. 6, it can be seen that in the range from the specific point A to the specific point B, the current value is higher when the oxygen concentration of the sputter gas is higher even at the same voltage. That is, the conditions other than the oxygen concentration of the sputtering gas are fixed, and the oxygen concentration of the sputtering gas is changed to adjust the current value, whereby the desired film formation rate can be obtained.

【0049】なお、スパッタガスの排気速度を変化させ
実施例2、3と同様の検討を行ったところ、成膜速度が
スパッタガスの排気速度にも依存することが確認され
た。すなわち、スパッタガス排気速度以外の条件は固定
し、スパッタガス排気速度を変えることにより電流値を
調整し、これにより、所望の成膜速度が得られる。
When the exhaust speed of the sputtering gas was changed and the same examination as in Examples 2 and 3 was carried out, it was confirmed that the film forming speed also depends on the exhaust speed of the sputtering gas. That is, the conditions other than the sputtering gas exhaust speed are fixed, and the current value is adjusted by changing the sputtering gas exhaust speed, whereby the desired film formation speed is obtained.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明の酸化ケイ素膜の成膜方法によれ
ば、成膜中のアーキング現象を抑制することができると
ともに、高速で成膜でき、さらに成膜速度の調節、維持
を簡易に行うことができる。
According to the method for forming a silicon oxide film of the present invention, the arcing phenomenon during film formation can be suppressed, the film can be formed at a high speed, and the film formation speed can be easily adjusted and maintained. It can be carried out.

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

【図1】本発明の実施例で用いる印加電圧の時間変動
(上段)と電流の時間的変動(下段)を示すグラフ。
FIG. 1 is a graph showing time variation of applied voltage (upper row) and time variation of current (lower row) used in an example of the present invention.

【図2】印加電圧と電流値との関係を示すグラフ。FIG. 2 is a graph showing the relationship between applied voltage and current value.

【図3】印加電圧と投入電力当たりの成膜速度との関係
を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between an applied voltage and a film forming rate per applied electric power.

【図4】スパッタガス導入量が、110sccm
(□)、150sccm(+)、170sccm(◇)
の場合の印加電圧と電流値との関係を示すグラフ。
FIG. 4 The amount of sputter gas introduced is 110 sccm.
(□), 150 sccm (+), 170 sccm (◇)
The graph which shows the relationship between the applied voltage and the current value in the case of.

【図5】スパッタガス導入量が、110sccm
(□)、150sccm(+)、170sccm(◇)
の場合の投入電力当たりの成膜速度と成膜時の印加電圧
の関係を示すグラフ。
FIG. 5: Sputter gas introduction amount is 110 sccm
(□), 150 sccm (+), 170 sccm (◇)
6 is a graph showing the relationship between the film formation rate per applied power and the applied voltage during film formation in the case of.

【図6】スパッタガスの酸素濃度が、10体積%
(+)、20体積%(□)の場合の印加電圧と電流値と
の関係を示すグラフ。
FIG. 6 The oxygen concentration of the sputtering gas is 10% by volume.
The graph which shows the relationship between an applied voltage and a current value in the case of (+) and 20 volume% (□).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾山 卓司 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内 (72)発明者 西村 啓道 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── (72) Inventor Takuji Oyama 1150 Hazawa-machi, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Asahi Glass Co., Ltd. (72) Inventor Keido Nishimura 1150, Hazawa-machi, Kanagawa-ku, Yokohama Kanagawa Prefecture Asahi Glass Co., Ltd. Central Research Center

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】酸化性ガスを含むスパッタガスを用い、ケ
イ素を主成分とするターゲットに負電圧を印加しスパッ
タを行い、酸化ケイ素膜を成膜する方法において、該負
電圧を、100Hz以上、100kHz以下の周期的に
繰り返される間欠的な一定の負電圧であって、電流−電
圧の関数関係における電圧増加に伴い増加する電流が減
少に転ずる点Aとその後再び電流が増加に転ずる点Bと
の間の範囲の電圧とすることを特徴とする酸化ケイ素膜
の成膜方法。
1. A method of forming a silicon oxide film by using a sputtering gas containing an oxidizing gas, applying a negative voltage to a target containing silicon as a main component, and performing sputtering, wherein the negative voltage is 100 Hz or more. A constant negative voltage that is periodically repeated at 100 kHz or less and has a point A at which the current that increases with an increase in the voltage in the current-voltage functional relationship starts to decrease and a point B at which the current starts to increase again. A method of forming a silicon oxide film, characterized in that the voltage is in the range between.
【請求項2】間欠的な一定の負電圧が印加されていない
時間の少なくとも一部に、正電圧が印加されることを特
徴とする請求項1の成膜方法。
2. The film forming method according to claim 1, wherein the positive voltage is applied during at least a part of the time when the intermittent constant negative voltage is not applied.
【請求項3】前記負電圧は、電流−電圧の関数関係にお
いて再び電流が増加に転ずる点B近傍の電圧であること
を特徴とする請求項1または2の成膜方法。
3. The film forming method according to claim 1, wherein the negative voltage is a voltage in the vicinity of the point B at which the current turns to increase again in the current-voltage functional relationship.
【請求項4】スパッタガスの導入量を変化させることに
より成膜速度を調節することを特徴とする請求項1〜3
のいずれか1項の成膜方法。
4. The film forming rate is adjusted by changing the amount of sputter gas introduced.
2. The film forming method according to any one of 1 above.
【請求項5】スパッタガス中の酸化性ガス濃度を変化さ
せることにより成膜速度を調節することを特徴とする請
求項1〜3のいずれか1項の成膜方法。
5. The film forming method according to claim 1, wherein the film forming rate is adjusted by changing the concentration of the oxidizing gas in the sputtering gas.
【請求項6】スパッタガスの成膜室からの排気速度を変
化させるにより成膜速度を調節することを特徴とする請
求項1〜3のいずれか1項の成膜方法。
6. The film forming method according to claim 1, wherein the film forming speed is adjusted by changing the exhaust speed of the sputtering gas from the film forming chamber.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004097063A3 (en) * 2003-04-25 2005-02-24 Asahi Glass Co Ltd Method for producing silicon oxide film and method for producing optical multilayer film

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004097063A3 (en) * 2003-04-25 2005-02-24 Asahi Glass Co Ltd Method for producing silicon oxide film and method for producing optical multilayer film
US7842168B2 (en) 2003-04-25 2010-11-30 Asahi Glass Company, Limited Method for producing silicon oxide film and method for producing optical multilayer film

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