JPH11172429A - Production of supersmooth film - Google Patents

Production of supersmooth film

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Publication number
JPH11172429A
JPH11172429A JP33425297A JP33425297A JPH11172429A JP H11172429 A JPH11172429 A JP H11172429A JP 33425297 A JP33425297 A JP 33425297A JP 33425297 A JP33425297 A JP 33425297A JP H11172429 A JPH11172429 A JP H11172429A
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JP
Japan
Prior art keywords
film
discharge
substrate
cathode
coil
Prior art date
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Application number
JP33425297A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Morita
正 森田
Naoshi Yamamoto
直志 山本
Masamichi Matsuura
正道 松浦
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Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Publication date
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Publication of JPH11172429A publication Critical patent/JPH11172429A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prepare a film extremely small in surface roughness by executing the discharge of a cathode by using a mechanism in which the vicinity of the cathode is provided with a coil for rf inductive coupling discharge for supporting magnetron discharge under a low discharge pressure. SOLUTION: As the main operations of an rf inductive coil, the promotion of the ionization of sputtering particles and a sputtering gas and the control of the plasma potential between the coil and a substrate are cited. The sputtering particles having a high ionization rate are made incident on the substrate at relatively high kinetic energy, by which the densification and flattening of the film can be attained. The discharge electric powder for the rf inductive coil is preferably regulated to 20 to 65 W. Moreover, in the case a reactive sputtering method is used, it is preferable that the partial pressure of a reaction gas is regulated to 5×10<-3> to 1×10<-2> Pa, and the ion energy of the sputtering particles ionized by rf inductive coupling discharge is regulated to 1.2 to 40 eV.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超平滑膜の製造方
法に関し、更に詳しくは、半導体プロセスにおけるよう
に複数の膜を積層する構成の素子パターンを形成する場
合において平坦な素子表面を維持するために利用できる
超平滑膜の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an ultra-smooth film, and more particularly, to maintaining a flat element surface when forming an element pattern having a structure in which a plurality of films are stacked as in a semiconductor process. The present invention relates to a method for producing an ultra-smooth film that can be used for.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、PVD法及びCVD法により
基板上に酸化物薄膜を形成することは知られている。
2. Description of the Related Art It has been known to form an oxide thin film on a substrate by PVD and CVD.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来のPVD法及びC
VD法で基板上に形成される薄膜において、形成された
膜表面の形態(粗さ)は、その作製条件、例えば、蒸着
法の場合は、成膜する際の基板表面温度に大きな影響を
受け、また、スパッタリング法の場合は、成膜する際の
基板表面温度の影響に加え成膜時の不活性ガス圧力から
も大きな影響を受ける。また、作製される膜表面の形態
は、膜が堆積する基板表面の形態(粗さ)の影響を受け
ている。基板表面の形態の大きさが作製される膜の厚さ
に近い場合や、膜が極めて薄い場合にはその影響は特に
大きくなる。これらの薄膜作製法の中では、スパッタリ
ング法を用いた方が基板表面形態の影響が小さいことが
わかっている。なぜならば、スパッタリング法は面蒸発
源に基づくものであり、ターゲットから飛び出してきた
スパッタ粒子は基板に到達するまでに空間で散乱される
ことで基板に対しランダムな方向から入射するため、基
板表面形態があれた状態であっても、得られた薄膜に対
する基板表面の凸凹による陰の影響は発生しづらいから
である。
The conventional PVD method and C
In a thin film formed on a substrate by the VD method, the morphology (roughness) of the formed film surface is greatly affected by its manufacturing conditions, for example, in the case of a vapor deposition method, the substrate surface temperature at the time of film formation. In the case of the sputtering method, in addition to the influence of the substrate surface temperature at the time of forming a film, the pressure is largely affected by the inert gas pressure at the time of film formation. Further, the form of the surface of the film to be manufactured is affected by the form (roughness) of the surface of the substrate on which the film is deposited. The effect is particularly large when the size of the morphology of the substrate surface is close to the thickness of the film to be formed or when the film is extremely thin. Among these thin film production methods, it is known that the influence of the substrate surface morphology is smaller when the sputtering method is used. This is because the sputtering method is based on a surface evaporation source, and the sputtered particles jumping out of the target are scattered in space before reaching the substrate and are incident on the substrate in a random direction. This is because, even in the case where the surface is opened, the influence of the shadow due to the unevenness of the substrate surface on the obtained thin film is unlikely to occur.

【0004】目標とする膜の表面粗さがナノスケールの
場合であっても、通常、使用する基板表面の粗さがそれ
より大きな場合であることが多い。
[0004] Even when the target film has a nanometer-scale surface roughness, it is often the case that the surface roughness of the substrate to be used is larger than that.

【0005】従来技術では、作製する膜表面の粗さを基
板表面より小さくしたり、基板上に薄膜素子を形成した
後に、それら素子による表面の段差が発生した場合に素
子上の段差を無くすように上部膜を形成(平坦化:3次
元デバイスの形成などを目的とする場合)しているが、
このために、成膜時に基板表面に電位を印加できるよう
に基板ホルダーを電極構造とするバイアス成膜法を用い
ていた。この場合、基板に印加する電力はrf電力であ
ることが多く、このときの基板ホルダーはrf放電を安
定して行うことができるように複雑なカソード構造を取
ると共にカソードインピーダンスを調整していなければ
ならないという問題がある。さらに、電位を印加した場
合、成膜時に、基板上に堆積する膜中に構造欠陥や膜結
晶性悪化、膜組成変化、膜内部応力増大などのダメージ
を生じさせるということにもなり、成膜プロセスを制約
する原因となってしまう場合もある。逆に、基板に電位
を印加することが膜の諸特性を良くする場合もある。す
なわち、膜を堆積させる基板に対し電位を加えること
で、基板に膜材料粒子が堆積するときのエネルギーを付
加することができ、緻密な膜を形成したり、膜の結晶配
向性を制御したりできるが、装置構成が複雑なため高価
なシステムになってしまう。また、成膜パラメーターも
多くなってしまうため、それらの制御も大変難しくなっ
てくる。
In the prior art, if the surface roughness of a film to be formed is made smaller than that of a substrate surface or if a thin film element is formed on a substrate and a surface step is generated by the element, the step on the element is eliminated. The upper film is formed (for planarization: for the purpose of forming a three-dimensional device, etc.)
For this purpose, a bias film forming method in which the substrate holder has an electrode structure so that a potential can be applied to the substrate surface during film formation has been used. In this case, the power applied to the substrate is often rf power, and the substrate holder at this time must have a complicated cathode structure so that rf discharge can be performed stably and must not adjust the cathode impedance. There is a problem that it does not. Further, when a potential is applied, damages such as structural defects, film crystallinity deterioration, film composition change, and film internal stress increase occur in the film deposited on the substrate during film formation. In some cases, it can cause process constraints. Conversely, applying a potential to the substrate may improve various characteristics of the film. That is, by applying an electric potential to the substrate on which the film is deposited, energy for depositing the film material particles on the substrate can be added, and a dense film can be formed or the crystal orientation of the film can be controlled. Although it can be done, the system configuration is complicated, resulting in an expensive system. In addition, since the number of deposition parameters increases, their control becomes very difficult.

【0006】また、従来のスパッタ装置及び手法では、
1×10-1Pa程度以下のスパッタ圧力では放電が不安
定になるため、安定した成膜を行うためにはそれ以上の
圧力にしなければならず、その結果スパッタされた成膜
物質が散乱して成膜速度が極端に遅くなる。かかる問題
を回避するために基板とターゲットとを近接させること
が考えられるが、この場合、基板がプラズマダメージを
受けやすくなる等の基板ダメージの問題が生じるので、
真空度の低い環境で放電を安定させるための装置や方法
が提案されている(特開平第8−269705号公報及
び同第8−302464号公報)。
In the conventional sputtering apparatus and method,
At a sputtering pressure of about 1 × 10 −1 Pa or less, the discharge becomes unstable. Therefore, in order to perform stable film formation, the pressure must be increased to a higher pressure. As a result, the sputtered film material is scattered. As a result, the deposition rate becomes extremely slow. In order to avoid such a problem, it is conceivable to bring the substrate and the target close to each other, but in this case, a problem of substrate damage such that the substrate is susceptible to plasma damage occurs.
Devices and methods for stabilizing discharge in an environment with a low degree of vacuum have been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-269705 and 8-302264).

【0007】本発明の目的は、かかる問題点を解消し、
表面粗さの極めて小さい平滑膜の製造方法を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to solve such a problem,
An object of the present invention is to provide a method for producing a smooth film having extremely small surface roughness.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、ス
パッタリング法で基板上に超平滑膜を作製する方法にお
いて、カソードでの放電を、従来の放電圧力より低い状
態の放電圧力において、カソード近傍にマグネトロン放
電を支援するrf誘導結合放電用コイルを設けた機構を
用いて行い、基板上に超平滑膜を作製することからな
る。
According to a manufacturing method of the present invention, in a method of forming an ultra-smooth film on a substrate by a sputtering method, a discharge at a cathode is reduced at a discharge pressure lower than a conventional discharge pressure. This is performed by using a mechanism provided with a coil for rf inductively coupled discharge that supports magnetron discharge in the vicinity to form an ultra-smooth film on the substrate.

【0009】前記rf誘導結合放電用コイルのためのr
f誘導結合放電電力を、一般には20〜65W(膜表面
粗さが0.9nm以下となる)、好ましくは35〜50
W(膜表面粗さが0.8nm程度になる)とすることが
望ましい。また、前記スパッタリング法が反応性スパッ
タリング法である場合、この際の反応ガスの分圧を5×
10-3〜1×10-2Paとして行い、前記rf誘導結合
放電によってイオン化されたスパッタ粒子のイオンエネ
ルギーを、一般にはほぼ1.2〜40eV(膜表面粗さ
が0.9nm以下となる)、好ましくはほぼ1.6〜2
4.2eV(膜表面粗さが0.8nm以下となる)、さ
らに好ましくはほぼ3.2〜12.2eV(膜表面粗さ
が0.6nm以下となる)とすることが望ましい。反応
ガスの分圧が5×10-3より小さいと良好な絶縁特性を
有する膜が得られず、1×10-2Paより高いと放電が
不安定になる。
R for the rf inductively coupled discharge coil
f Inductively coupled discharge power is generally 20 to 65 W (film surface roughness is 0.9 nm or less), preferably 35 to 50 W.
It is desirable to set it to W (the film surface roughness becomes about 0.8 nm). When the sputtering method is a reactive sputtering method, the partial pressure of the reaction gas at this time is set to 5 ×
The operation is performed at 10 −3 to 1 × 10 −2 Pa, and the ion energy of the sputtered particles ionized by the rf inductively coupled discharge is generally about 1.2 to 40 eV (the film surface roughness becomes 0.9 nm or less). , Preferably approximately 1.6 to 2
It is desirably 4.2 eV (the film surface roughness is 0.8 nm or less), and more preferably approximately 3.2 to 12.2 eV (the film surface roughness is 0.6 nm or less). If the partial pressure of the reaction gas is less than 5 × 10 −3 , a film having good insulating properties cannot be obtained, and if it is higher than 1 × 10 −2 Pa, the discharge becomes unstable.

【0010】スパッタカソード近傍に放電を支援するr
f誘導コイルを設けた機構を用いて、スパッタリングに
よる膜の作製中にrf誘導コイルへ電力を投入すること
によって(いわゆる誘導結合rfプラズマ支援マグネト
ロンスパッタ法)、従来は放電の安定しなかった真空度
の低い環境を利用することによりターゲットからスパッ
タされた粒子が雰囲気ガス分子に散乱されることなく、
かつ、飛び出したときのエネルギーが減衰されることな
く基板に到達するまで保持されると共に、このエネルギ
ーをrf誘導放電コイルに投入する電力によって制御す
ることで、膜が基板上に堆積している過程においてその
表面の粗さがより小さくなるようなメカニズムとして作
用しながら表面の平坦化を行うものである。
[0010] r for assisting discharge near the sputter cathode
By applying power to the rf induction coil during the formation of a film by sputtering using a mechanism provided with an f induction coil (so-called inductively coupled rf plasma-assisted magnetron sputtering method), the degree of vacuum at which the discharge was not conventionally stable By using a low environment, particles sputtered from the target are not scattered by atmospheric gas molecules,
In addition, the energy at the time of jumping out is maintained until it reaches the substrate without being attenuated, and the energy is controlled by the power supplied to the rf induction discharge coil, so that the film is deposited on the substrate. In this method, the surface is flattened while acting as a mechanism for reducing the surface roughness.

【0011】本発明で用いるrf誘導コイルの主な作用
としては、(1)スパッタ粒子及びスパッタガスのイオ
ン化が促進されること、(2)コイル〜基板間のプラズ
マ電位が制御できることがある。この内(1)は、ター
ゲットよりスパッタされた粒子やスパッタガスがrf誘
導コイルによるプラズマゾーンを通過する際に、プラズ
マ中の電子との衝突により励起、イオン化されるためで
ある。また、(2)は、rf誘導コイルによる誘導結合
プラズマの場合、ターゲットからの容量性プラズマ(従
来のプレーナーマグネトロン放電)の場合よりも電界か
らのエネルギー吸収効率が著しく高いために、プラズマ
が励起されやすく、プラズマの電位及びプラズマと浮遊
基板との電位差を容易に大きくできるためである。従っ
て、本発明の方法においては、この高いイオン化率のス
パッタ粒子が比較的高い運動エネルギーで基板へ入射す
ることになり、膜の緻密化,及び平坦化が得られること
になる。本発明の方法によれば、従来技術であるバイア
ス成膜法と同じ作用が起きていると考えられる。
The main functions of the rf induction coil used in the present invention are (1) that ionization of sputter particles and sputter gas is promoted, and (2) that the plasma potential between the coil and the substrate can be controlled. The reason (1) is that particles and sputter gas sputtered from the target are excited and ionized by collision with electrons in the plasma when passing through the plasma zone formed by the rf induction coil. In the case (2), in the case of the inductively coupled plasma by the rf induction coil, the energy is more efficiently absorbed from the electric field than in the case of the capacitive plasma from the target (conventional planar magnetron discharge). This is because the potential of the plasma and the potential difference between the plasma and the floating substrate can be easily increased. Therefore, in the method of the present invention, the sputtered particles having a high ionization rate enter the substrate with a relatively high kinetic energy, so that the film can be densified and flattened. According to the method of the present invention, it is considered that the same action as that of the bias film forming method of the prior art is performed.

【0012】本発明によれば、基板表面粗さよりも膜の
表面粗さを小さくすることが可能となり、従来法では達
成できなかった素子の形成を容易に実現することができ
るとと共に、その平滑な絶縁膜が良好な電気的特性(す
なわち、高い耐電圧値、微小なリーク電流値)を有する
ので、物質の表面に電気的絶縁膜の形成が必要な場合に
おいても有効に利用できる
According to the present invention, it is possible to make the surface roughness of the film smaller than the surface roughness of the substrate, and it is possible to easily realize the formation of the element which cannot be achieved by the conventional method, and to improve the smoothness of the element. Since a simple insulating film has good electric characteristics (that is, a high withstand voltage value and a small leakage current value), it can be effectively used even when an electric insulating film needs to be formed on the surface of a substance.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。これらの
実施例は単に本発明を説明するためのものであって、何
ら本発明を制限するものではない。
Embodiments of the present invention will be described below. These examples are merely illustrative of the invention and do not limit the invention in any way.

【0014】図1は本発明の実施例で使用するための製
造装置の一例を示すものである。この装置では、成膜室
1内が真空ポンプ等の真空排気系2に排気バルブ3を介
して接続され、成膜室1内を所定の圧力に設定できるよ
うになっており、また、成膜室1がガス導入系4を介し
てマスフローコントローラー5を備えたガス供給源に接
続され、ガス導入系4よりスパッタリングガス、例えば
アルゴン(Ar)ガスが導入されるようになっている。
また、成膜室1内には、その上方に薄膜を成膜するため
の基板6が配設され、その下方であって基板6に対向す
る位置にターゲット7が磁石8を備えるカソード9を介
して配設される。このカソードにrf電源10より電力
を印加してターゲット7をスパッタリングする。基板6
とターゲット7との間にシャッター11が設けられてい
る。さらに、カソード9の上方であって、スパッタリン
グされたターゲット材料の基板6への到達に影響のない
位置に、例えばCu製のrf誘導コイル12が設置され
ている。このように構成した装置において、カソード9
にrf電源10より電力を印加してターゲット7をスパ
ッタリングすると共に、rf誘導コイル12に誘導コイ
ルrf電源13より電力を印加してカソード9のマグネ
トロン放電を支援し、低圧力下おいても安定に放電する
ようにした。なお、図中、14はカソード9のアースシ
ールド、15はrf電源10のマッチングボックス、1
6は誘導コイルrf電源13のマッチングボックス、1
7はガス導入系4のバルブをそれぞれ示す。
FIG. 1 shows an example of a manufacturing apparatus used in an embodiment of the present invention. In this apparatus, the inside of the film forming chamber 1 is connected to a vacuum evacuation system 2 such as a vacuum pump via an exhaust valve 3 so that the inside of the film forming chamber 1 can be set to a predetermined pressure. The chamber 1 is connected to a gas supply source having a mass flow controller 5 via a gas introduction system 4, and a sputtering gas, for example, an argon (Ar) gas is introduced from the gas introduction system 4.
A substrate 6 for forming a thin film is disposed above the film forming chamber 1, and a target 7 is positioned below the substrate 6 via a cathode 9 having a magnet 8 at a position facing the substrate 6. Is arranged. Power is applied to the cathode from an rf power source 10 to sputter the target 7. Substrate 6
A shutter 11 is provided between the target 7. Further, a rf induction coil 12 made of, for example, Cu is provided above the cathode 9 and at a position where the target material sputtered does not reach the substrate 6. In the device thus configured, the cathode 9
To the target 7 by applying power from the rf power supply 10 and applying power from the induction coil rf power supply 13 to the rf induction coil 12 to support the magnetron discharge of the cathode 9 and stably even under a low pressure. It was made to discharge. In the figure, 14 is an earth shield of the cathode 9, 15 is a matching box of the rf power supply 10, 1
6 is a matching box for the induction coil rf power supply 13, 1
Reference numeral 7 denotes a valve of the gas introduction system 4.

【0015】実施例1(アルミナターゲットからアルミ
ナ膜をrf電力でスパッタリングして製造する場合) 本実施例では、ターゲット7に焼結アルミナ(99.9
%)を使用し、カソード9の形状は直径φ2″、カソー
ド上には外径86mm×内径76mmのCu製の3巻き
のrf誘導コイル11を設け、放電圧力としてArガス
雰囲気8×10-4Torr、カソード9への入力rf2
00W、成膜中の基板温度は室温、基板6〜ターゲット
7間の距離は200mmとした。このとき、rf誘導コ
イル12へのrf電力は0〜100Wの間で変化させ
た。作製したアルミナ膜の膜厚は500Åであった。基
板にはSiウエハーを使用した。基板表面粗さはRma
x±1nmのものを使用した。
Embodiment 1 (in the case where an alumina film is produced from an alumina target by sputtering with rf power) In this embodiment, sintered alumina (99.9
%), The shape of the cathode 9 is 2 mm in diameter, and a 3-turn rf induction coil 11 made of Cu having an outer diameter of 86 mm and an inner diameter of 76 mm is provided on the cathode, and an Ar gas atmosphere of 8 × 10 -4 is used as a discharge pressure. Torr, input rf2 to cathode 9
00 W, the substrate temperature during film formation was room temperature, and the distance between the substrate 6 and the target 7 was 200 mm. At this time, the rf power to the rf induction coil 12 was changed between 0 and 100W. The thickness of the produced alumina film was 500 °. A Si wafer was used as a substrate. Substrate surface roughness is Rma
x ± 1 nm was used.

【0016】まず、ターゲット7をカソード9上に載置
し、また、基板6を成膜室1内の所定位置に保持した。
シャッター11は閉じた状態とした。次ぎに、成膜室1
内の圧力を真空排気系2により真空排気した後、ガス導
入系4よりArガスを導入し、成膜室1内のArガス雰
囲気圧力を上記のように設定した。続いて、シャッター
11を開いた状態で、カソード9に上記200Wのrf
電力を投入してスパッタリングを行うと共に、rf誘導
コイル12に上記範囲のrf電力を投入して、rf誘導
コイル12の誘導結合放電の作用によりマグネトロン放
電の支援をした。このようにして、基板6上に膜厚50
0Åのアルミナ膜を作製した。かくして成膜したアルミ
ナ膜について、rf誘導結合放電電力の変化による膜表
面粗さの変化を調べ、その結果を図2に示す。従来のス
パッタリング法によれば、±1nmの表面粗さを有する
基板では500Å程度の膜厚では基板表面の粗さがその
まま膜表面粗さと同じになるが、本発明のスパッタリン
グ法を用いて極めて薄い膜を作製する場合は、カソード
での放電圧力を一定とし、rf誘導結合放電電力を制御
することで、1nmより小さい表面粗さを有する超平滑
膜が得られた。すなわち、図2に示すように、rf誘導
結合放電電力を投入し、電力を上げるにつれて膜表面の
粗さは1nmより小さくなり、一定の値に達した後上昇
し始め、ほぼ74Wを超えると膜表面の粗さは再び1n
mを超えるようになる。ほぼ20〜65Wで0.9nm
以下の膜表面粗さの膜が得られ、ほぼ35〜50Wで
0.8nm程度の表面粗さを有する膜が得られた。
First, the target 7 was placed on the cathode 9, and the substrate 6 was held at a predetermined position in the film forming chamber 1.
The shutter 11 was closed. Next, the deposition chamber 1
After the inside pressure was evacuated by the evacuation system 2, Ar gas was introduced from the gas introduction system 4, and the Ar gas atmosphere pressure in the film forming chamber 1 was set as described above. Subsequently, with the shutter 11 opened, the rf of 200 W is applied to the cathode 9.
Power was applied to perform sputtering, and rf power in the above range was applied to the rf induction coil 12 to support the magnetron discharge by the action of the inductively coupled discharge of the rf induction coil 12. In this way, a film thickness of 50
A 0 ° alumina film was formed. With respect to the alumina film thus formed, a change in film surface roughness due to a change in rf inductive coupling discharge power was examined. The result is shown in FIG. According to the conventional sputtering method, for a substrate having a surface roughness of ± 1 nm, the thickness of the substrate surface becomes the same as the film surface roughness as it is at a film thickness of about 500 °, but extremely thin using the sputtering method of the present invention. When producing a film, an ultra-smooth film having a surface roughness smaller than 1 nm was obtained by controlling the rf inductively coupled discharge power while keeping the discharge pressure at the cathode constant. That is, as shown in FIG. 2, the surface roughness of the film becomes smaller than 1 nm as the rf inductive coupling discharge power is applied and the power is increased, and starts to rise after reaching a certain value. Surface roughness is again 1n
m. 0.9nm at almost 20-65W
A film having the following film surface roughness was obtained, and a film having a surface roughness of about 0.8 nm at approximately 35 to 50 W was obtained.

【0017】実施例2(Alターゲットからアルミナ膜
をDC電力で反応性スパッタリングして製造する場
合。) 本実施例では、ターゲットに大きさφ2″の金属Al
(99.999%)を用い、スパッタリングガスにAr
ガスを用い、反応ガスに酸素を用いた。また、rf誘導
コイルに外径86mm×内径76mmのCu製の3巻の
コイルを用いた。かかる条件下、実施例1記載の方法を
繰り返した。但し、ターゲットに加えるDC電力を一定
とし、rf誘導結合放電によってイオン化されたスパッ
タ粒子のイオンエネルギー(eV)と反応性ガスである
酸素ガスの圧力(5×10-3〜9×10-3Pa)の値を
変化させながら、膜厚500Åのアルミナ膜を成膜し
た。かくして得られたアルミナ膜について膜表面粗さの
変化を調べ、その結果を図3に示す。
Example 2 (In the case where an alumina film is produced from an Al target by reactive sputtering with DC power.) In this example, a target made of metallic Al
(99.999%) and the sputtering gas is Ar
A gas was used, and oxygen was used as a reaction gas. In addition, a Cu three-turn coil having an outer diameter of 86 mm and an inner diameter of 76 mm was used as the rf induction coil. Under such conditions, the method described in Example 1 was repeated. However, the DC power applied to the target is kept constant, and the ion energy (eV) of the sputtered particles ionized by the rf inductively coupled discharge and the pressure of the oxygen gas as the reactive gas (5 × 10 −3 to 9 × 10 −3 Pa) While changing the value of (a), an alumina film having a thickness of 500 ° was formed. The change in film surface roughness of the alumina film thus obtained was examined, and the results are shown in FIG.

【0018】図3から明らかなように、かかる反応性成
膜の場合、得られた膜表面の粗さは、酸素分圧が小さい
ほど小さく、また、イオンエネルギーを制御すること
で、1nmより小さい表面粗さを有する膜が得られた。
すなわち、イオンエネルギーが高くなるにつれて膜表面
の粗さは1nmより小さくなり、一定の値に達した後上
昇し始め、ほぼ50eVを超えると膜表面の粗さは再び
1nmを超えるようになる。ほぼ1.2〜40eVで
0.9nm以下の表面粗さを有する膜が得られ、ほぼ
1.6〜24.2eVで0.8nm以下の表面粗さを有
する膜が得られ、また、ほぼ3.2〜12.2eVで
0.6nm以下の表面粗さを有する膜が得られる。ま
た、酸素分圧を提示した値よりも小さくした場合は、膜
が堆積する過程で酸素が不足する環境となり、良好な絶
縁特性を有するアルミナ膜を作製することはできず、ま
た、酸素分圧を高くしすぎると、ターゲット表面が酸化
され、放電が不安定になり易かった。また、rf誘導結
合放電電力を印加しない場合は、カソード上でのマグネ
トロン放電が安定しなかった。
As is apparent from FIG. 3, in the case of such reactive film formation, the surface roughness of the obtained film is smaller as the oxygen partial pressure is smaller, and is smaller than 1 nm by controlling the ion energy. A film having a surface roughness was obtained.
That is, as the ion energy increases, the surface roughness of the film becomes smaller than 1 nm, starts to rise after reaching a certain value, and when it exceeds approximately 50 eV, the surface roughness of the film again exceeds 1 nm. A film having a surface roughness of 0.9 nm or less is obtained at approximately 1.2 to 40 eV, a film having a surface roughness of 0.8 nm or less is obtained at approximately 1.6 to 24.2 eV, and approximately 3 to 40 eV. A film having a surface roughness of 0.6 nm or less at 0.2 to 12.2 eV is obtained. If the oxygen partial pressure is smaller than the indicated value, an environment in which oxygen is deficient in the process of depositing the film becomes an environment, and an alumina film having good insulating properties cannot be produced. Was too high, the target surface was oxidized and the discharge was likely to be unstable. When no rf inductively coupled discharge power was applied, the magnetron discharge on the cathode was not stable.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明によれば、カソードでの放電を、
従来の放電圧力より低い状態の放電圧力において、カソ
ード近傍にマグネトロン放電を支援するrf誘導結合放
電用コイルを設けた機構を用いて行うので、また、その
際のrf誘導結合放電電力を一定の範囲内で行うので、
表面の極めて平滑な膜を作製することができる。
According to the present invention, the discharge at the cathode is
At a discharge pressure lower than the conventional discharge pressure, the rf induction coupling discharge coil is used in the vicinity of the cathode to support a magnetron discharge. Because it is done within
A film with a very smooth surface can be produced.

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

【図1】本発明の製造方法を実施するための装置の一例
を示す截断模式図。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an apparatus for performing a manufacturing method according to the present invention.

【図2】本発明の方法によって得られた平滑膜につい
て、rf誘導結合放電電力と膜表面粗さとの関係を示す
グラフ。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between rf inductively coupled discharge power and film surface roughness for a smooth film obtained by the method of the present invention.

【図3】本発明の方法によって得られた平滑膜につい
て、酸素ガスの圧力を変化させた場合のスパッタ粒子の
イオンエネルギーと膜表面粗さとの関係を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between ion energy of sputtered particles and film surface roughness when the pressure of oxygen gas is changed for a smooth film obtained by the method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 成膜室 2 真空排気系 3 排気バルブ 4 ガス導入系 5 マスフローコントローラー 6 基板 7 ターゲット 8 磁石 9 カソード 10 rf電源 11 シャッター 12 rf誘導
コイル 13 誘導コイルrf電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming chamber 2 Vacuum exhaust system 3 Exhaust valve 4 Gas introduction system 5 Mass flow controller 6 Substrate 7 Target 8 Magnet 9 Cathode 10 rf power supply 11 Shutter 12 rf induction coil 13 Induction coil rf power supply

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スパッタリング法で基板上に超平滑膜を
作製する方法において、カソードでの放電を、従来の放
電圧力より低い状態の放電圧力において、カソード近傍
にマグネトロン放電を支援するrf誘導結合放電用コイ
ルを設けた機構を用いて行い、基板上に超平滑膜を作製
することを特徴とする超平滑膜の製造方法。
In a method for producing an ultra-smooth film on a substrate by a sputtering method, a discharge at a cathode is performed by an rf inductively coupled discharge supporting a magnetron discharge near the cathode at a discharge pressure lower than a conventional discharge pressure. A super-smooth film produced on a substrate by using a mechanism provided with a coil for use in a super-smooth film.
【請求項2】 前記rf誘導結合放電用コイルのための
rf誘導結合放電電力が20〜65Wであることを特徴
とする請求項1記載の超平滑膜の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the rf inductive coupling discharge power for the rf inductive coupling discharge coil is 20 to 65 W.
【請求項3】 前記スパッタリング法が反応性スパッタ
リング法であって、この際の反応ガスの分圧を5×10
-3〜1×10-2Paとして行い、前記rf誘導結合放電
によってイオン化されたスパッタ粒子のイオンエネルギ
ーが1.2〜40eVであることを特徴とする請求項1
記載の超平滑膜の製造方法。
3. The sputtering method is a reactive sputtering method, wherein a partial pressure of a reaction gas is 5 × 10
-3 performed as ~1 × 10 -2 Pa, claim 1, the ion energy of the ionized sputtered particles by the rf inductive coupling discharge is characterized by a 1.2~40eV
The method for producing an ultra-smooth film according to the above.
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