JPS5856381A - マグネトロン・スパツタリング装置によるTa↓2N膜生成方法 - Google Patents

マグネトロン・スパツタリング装置によるTa↓2N膜生成方法

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JPS5856381A
JPS5856381A JP15458181A JP15458181A JPS5856381A JP S5856381 A JPS5856381 A JP S5856381A JP 15458181 A JP15458181 A JP 15458181A JP 15458181 A JP15458181 A JP 15458181A JP S5856381 A JPS5856381 A JP S5856381A
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真治 吉田
洋一 佐々田
白川 達男
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマグネトロン・スノ(ツタリング装置によるT
a1N腹生成方法に関する。
六方厳密11造を有するTamN腺を利用した一路素子
、例えは薄展混成集棟回路に形成されたタンタル薄膜抵
抗素子は一般に舘1図に示す如く、アルミナ基板又はア
ルミナ基板表面にガラス質を薄くコーティングして表面
平滑性の高いグレーズドアルミナ基板1を使用し、基板
lの上面にTa、N農をスパッタしたのち骸Ta、N膜
を選択的に残置させたTa、N抵抗層2を形成し、その
対向両端部に例えばニクロム(NI Cr)を下地層3
として金(Au)を極層4t−積層形成し、さらに所望
の抵抗値を得るためのトリ電ングとして抵抗層2の抵抗
値をモニタしながら陽極酸化、或いは熱酸化手段でタン
タル酸化物の絶縁層5が形成されている。
このようなタンタル薄膜抵抗素子のTa1N展生成に際
してメンタルの融点が非常に高いため、通常はスパッタ
リング又は電子ビーム蒸着によシ膜生成し、スパッタリ
ング装置にはDC二極スパッタ方式或いはRF (Ra
dio Frequency ) スパッタ方式のもの
が用いられている。即ち、アルゴンガス雰囲気中でタン
タルをスパッタする場合、純タンタル薄膜(B−Ta)
の抵抗率はタンタルバルクの約15倍とな9その抵抗温
度係数は±2009pm/℃となる不安定要因を除くた
め、アルゴンガス中に活性ガスを混入した反応スパッタ
が試みられ、!il素ガスによって顕著な効果が見出さ
れた0そして、アルゴンガスに添加する窒素ガスを次第
に増量したとき、最初はテトラゴナル(T@trago
naJ )構造のB−Tar;を体心立方構造(b、 
c、 e )のα−Taとなシ、次いで体心立方構造の
格子間に窒素が溶は込んで抵抗が増加し六方最密構造(
hCp)のTm、Nを生じ、終りに面心立方構造(fe
e)の−Nが形成される。そのうち、Ta、Nが軒時変
化特性及び製造上の再現性の点で最も優れておシ、広く
用いられてき九。
ただし、前記装置i′f:用いた従来方法でTa會N*
を生成するには、装置槽内に導入される混合ガスの窒素
ガス分圧が比較的低く、例えばDC二極スパッタリング
装置にあっては窒素ガス分圧が2〜5−程度である〇一
方、高純度のT a * N 31 を生成するに蝶、
装置槽内を一旦I X 10  ’Torr より良い
真空度にし大王でプレスパツタを行ない、清浄なカソー
ド面をだす必要が631、DC二極スパッタリング装置
及び電子ビーム蒸着鋲置OTa、N膜生成速度は毎分数
百オングストローム(A)程度である。
他方、DC二極スパッタリング装置やRFスパッタリン
グ装置等よシスバッタ速度が約1桁速いことで知られて
いる装置としてマグネトロンニスバッタリング装置があ
る。即ち、直交電磁界を利用しローレンツの式に従って
運動するプラズマをターゲット(カソード)近傍の局所
的空間に閉じ込め、ターゲット上をサイクロイド運動す
る電子がガス分子と衝突する結果密度の高いプラズマが
発生し、電子がスパッタ基板に衝突して生じるダメージ
を無くするとともに高いスパッタ速度が得られるスパッ
タリング装置である。そして、このような装置はN、含
有率が少ないα−Tall膜の形成に極めて有効である
しかしながら従来、マグネトロン・スパッタリング装置
によりタンタルをスパッタした際、混合ガス中のiil
素ガス分圧を変えることにより、抵抗率及び抵抗温度係
数の異なるタンタル薄農或い扛窒化タンタル薄展を生成
できるが、六方最密構造のT幻Nは検知されていなかう
た0 本発明の目的はマグネトロン・スノ(ツタリング装置を
用いて、再現性及び特性の優れたTa腎膜を生成するこ
とであシ、カソードにタンタルを設はアルゴンガスと窒
素ガスの混合ガスを満したマグネトロン・スパッタリン
グ装置の槽内で、摂氏270度以上に強制的に加熱した
絶縁基板にスノセツタしてタンタルの輩化物を生成させ
ることを特徴としたマグネトロン・スパッタリング装置
1jKよるTamN&生成方法を提供して達成される。
以下、本発明の実施例につき図面を参照しながら詳述す
る。
第2図はマグネトロン・スパッタリング装置を使用し、
アルゴンガスと窒素ガスとの混合ガス中の窒素ガス分圧
を変えてメンタルをスパッタしたとき、得られたタンタ
ル薄膜の抵抗率pと抵抗温度係数TCRt−グロットし
九測定例である。ただし、混合ガスの総圧力は3.g 
x 10  Torrでタンタル膜の厚さは約250O
Aとし、図の横軸は混合ガス中の窒素ガス分圧P1−の
縦軸は右備を抵抗率ρ(μΩ・cIL)とし左側が抵抗
温度係数TCR(p−p0m/”C)である。また、図
中の実線は従来方法にて形成したタンタル膜のTCR値
とρ値、破線は本発明方法にて形成したタンタル膜のT
CR値であり、本発明方法膜のρ値は従来方法膜のρ値
に一致して図示されない。
即ち、第2図において本発明方法膜のTCR値は、従来
方法膜のTCR値より若干プラス値に移動し、その数値
的偏差はあまり大きくない。しかし、かかる2極のタン
タル膜の結晶構造をxi回折により見ると、窒素ガス分
圧Pが比較的小さい0〜数チ領域ではTCR値及びρ値
のピークにそれぞれ対応してβ−Ta又はα−Ta(Z
)ti6晶を示す回折図が得られる。しかし、分圧Pが
α−Ta領域よシ大きくなる領域において、従来方法膜
に拡六方最密構造のTa1Nを示す明瞭な回折図が得ら
れない反面、本発明方法膜のそれには通常のDC2極ス
パッタリング装置で形成したものと同様な六方最密構造
Ta1Nを示すN形が観察することができる。
第3図は本発明1*施すしためのヒータを槽内に設は九
マグネトロン轡スパッタリング装置の概略構成を示す断
面図であシ、これは槽11の中に電極部12と、図示し
ない手段で保持されたスパッタ基板13及びヒータ14
を収容して構成され、かつ、槽11にはスパッタ雰囲気
を形成するアルゴンガスArと窒素ガスN、を導入する
ためのバブル15〜17を備えた尋入管18と図示しな
い排気管とが設けである。電極部12#′1NIi!を
中心部にし九複数個の永久磁石19と、タンタルにてな
るカソード(ターゲット)20と、カソード20を囲う
ように配設されたカソードシールド21及び7ノード2
2等にて#S成され、カソード20は壷数本の取付ねじ
23にてバッキングプレート24に結合され、バッキン
グプレー)24ti複数本の取付ねじ25にて各永久磁
石19の磁極面に結合されている。
このような装置によシスバッタ基板130表面(図示下
面)にTa1N展を被着生成するには、まず空気を排除
した槽11の中に3.8X10  Torr程度の圧力
でアルゴンガスと≦48ガスの混合ガス、例えばアルゴ
ンガス2!1(80饅で窒素ガスが20−の混合ガスを
導入する。次いで、ヒータ14に所定電流を流して基板
13の温度を図示しない熱電対又は輻射熱によシ検出し
ながら摂氏270度以上に加熱したのち、カソード20
にマイナス数百ボルト、アノード22にプラス数十ボル
トの直流電圧を印加すると、永久磁石19にょる′磁界
とカソード20の表面に垂直な磁界とによって作られる
直交を磁空間に高密度プラズマが発生し、骸磁界に巻き
ついて荷電粒子がサイクロイド運動をしながら激しくカ
ソード2oを衝撃しタンタル原子を叩き出す。
その結果、カソード2oに対向する基板13の赤面には
タンタル膜がスパッタ生成されるが、前述した如く基板
13′fr:加熱し混合ガスの窒素ガス分圧が約20%
であるとき、前記タンタル膜は大力最密構造のTa1N
族となって生成される。
第4図はマグネトロン・スパッタリング装置により生成
されたタンタル膜のTa*N?検出するX線回折スペク
ト比例であシ、((転)はスパッタ基板の温度がスパッ
タ時の自然温度(約摂氏80度)、(b)はスパッタ基
板を摂氏150度に加熱してスパッタしたもの、(C)
はスパッタ基板t−摂氏250度に加熱してスパッタし
九もの、(d)Fiスバクメ基板を摂氏270度に加熱
したものである。なお、スパッタ条件は出力3KWのプ
レーナ形!グネトロンΦスパッタリング装置を使用し、
スパッタ時装置槽内の混合ガス圧力が3.8 x 10
  Torrでその窒素ガス分圧は20−であシ、(a
)〜(e)のタンタル膜生成厚さは2500 Aとし、
(d)のタンタル膜生成厚さは5000 Aである。
微細なスペクトル成分を省略して簡易化し、横押 軸を回デ角度2#で示す第5図において、(d)図にt
iTamN (101)面のスペクトル成分を示す2#
=371g度の位置と、Ta1N (002)面のスペ
クトル成分を示す21=35.4tの位置と、Ta1N
(100)面のスペクトル成分會示す2a=33.4度
の位置とに、それぞれ顕著なピークが記録されTa、N
の存在が明らかである。それに対し、伽)及び(e1図
では2#=37.8度、35.4度、33.4度の各回
折角度に渡りて1つの低くてなだらかなピークが記録さ
れ、(a)図には2θ=35.7mが最大値となる低く
てなだらかな1つのピークが記録され、Ta、Nの生成
が不明確となってい石。
なお、第4図(&)に示すスペクトル特性を有するとζ
ろの非晶質窒化タンタル膜と、第4図(d)に示すスペ
クトル特性を有すゐTa1N膜との各抵抗率は近似した
値になるが、後者の抵抗は前者の抵抗に比べて経時変化
が少なく、かつ、後者の方が基板等との密着性に優れて
いることを確認している。
以上説明した如く、本発明はスパッタ速度の早い1グネ
トロン・スパッタリング装flli1−用いたTaIN
膜生成を実現させたことにより、Ta1N膜を含んで構
成される回路素子及び回路の生産性が高められたのみな
らず、Ta、N膜スパッタ雰囲気の窒素ガス分圧はスパ
ッタ速度に比例して従来よシ高い良めその条件設定が緩
和され、がっ、不純物ガスの影畳が弱められたξとによ
QTa雪N@特性が均一化された効果を有する。
なお、本発明はマグネトロン・スパッタ97グ装置の構
成など図示例に限定されるものでなく、「特許請求の範
曲」内において適宜実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は基板上に形成された薄膜タンタル抵抗素子の側
断面図、第2図はマグネトロン・スパッタリング装置の
槽内窒素ガス分圧の変化によるタンタル薄膜の抵抗率変
化及び抵抗温度係数変化を示す特性図、第3図は本発明
1−実施するためのヒータを槽内に設けたマグネトロン
・スパッタ97グ装置を概略構成で示す側断面図、第4
1ii!IFiマグネトロンeスパツタリング装置を用
いスパッタ基板温度の変化によるX紐回折スペクトル特
性図である。 なお、図中において1はアルミナ基板もしくはグレーズ
ドアルミナ基板、2qTaIN抵抗層、11はスパッタ
槽、13社スパッタ基板、14はヒータ、′20はタン
タルにてなるカソードを示す。 代理人 −2士  松 胸 宏−門Vコ晃j図 夷2図 %3図 ) 5 第4囚 くα) 回折角度(2θ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. セラミックス等にてなる絶縁基板上にTa1N農を被着
    生成せしめるに際して、直交電磁界を利用しカソードに
    はタンタルを設けてなるマグネトロン・スパッタリング
    装置1liLを用い、アルゴンガスと窒素ガスとの混合
    ガスが満され友前記装置の槽内で、摂氏270度以上に
    加熱した絶縁基也にスノくツタして結晶榊造がhapな
    るタンタルの窒化物を生成させることを特徴としたマグ
    ネトロン・スノ(、ツタリング装置によるTatN展生
    成方法。
JP15458181A 1981-09-29 1981-09-29 マグネトロン・スパツタリング装置によるTa↓2N膜生成方法 Granted JPS5856381A (ja)

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JPS6337504B2 JPS6337504B2 (ja) 1988-07-26

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60208346A (ja) * 1984-03-31 1985-10-19 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd 透明、耐熱、難燃、耐衝撃性樹脂組成物
JPS6280656A (ja) * 1985-10-04 1987-04-14 Toppan Printing Co Ltd フオトマスクブランクおよびフオトマスク

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60208346A (ja) * 1984-03-31 1985-10-19 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd 透明、耐熱、難燃、耐衝撃性樹脂組成物
JPS6280656A (ja) * 1985-10-04 1987-04-14 Toppan Printing Co Ltd フオトマスクブランクおよびフオトマスク

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