JPS59185775A - 金属化合物の迅速反応性スパツタリング - Google Patents

金属化合物の迅速反応性スパツタリング

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JPS59185775A
JPS59185775A JP58236002A JP23600283A JPS59185775A JP S59185775 A JPS59185775 A JP S59185775A JP 58236002 A JP58236002 A JP 58236002A JP 23600283 A JP23600283 A JP 23600283A JP S59185775 A JPS59185775 A JP S59185775A
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JP
Japan
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target
gas
chamber
substrate
reactive
Prior art date
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Pending
Application number
JP58236002A
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English (en)
Inventor
ウイリアム・ダラス・スプロ−ル
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Borg Warner Corp
Original Assignee
Borg Warner Corp
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Publication date
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Application filed by Borg Warner Corp filed Critical Borg Warner Corp
Publication of JPS59185775A publication Critical patent/JPS59185775A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • C23C14/0073Reactive sputtering by exposing the substrates to reactive gases intermittently

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)

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】 本発明はチタンおよび類似金属化合物を基板または製作
品の上へ高速度反応性スパッタリングを行なうことに関
するものである。本発明の領域は陰極的マグネトロンス
パッタリングによる基板コーティングから成り;被覆さ
れるべき一つの基板、標的板上にのせたコーテイング物
質、ガスプラズマ粒子を標的へ打ち付けてコーテイング
物質を放出させる電極板、コーテイング物質の沈着速度
を調節する手段、および、被覆されるべき物品を運搬し
て所望部分をコーティングのために曝露させる手段、を
含んでいる。基板を金属簿膜で以てコーティングする在
来法は蒸着法、プラズマスプレー法、および陰極スパッ
タリングによって達成されてきた。
製作品上に金属簿膜を形成する蒸着法はめっきされるべ
き物質を用い、これを真空あるいは不活性遮蔽ガス中の
ような適当な雰囲気の中でその物質が蒸発しフィルムと
して基板上へ沈着する程度に加熱する。プラズマスプレ
ー法は沈着されるべき物質を微粉末として供給し、これ
をプラズマアークの中に入れて粒子が溶融して基板上に
沈着させるようにする。
陰極スパッタリングあるいは高周波イオンスノξツタリ
ングはガス放電中にコーティングを形成する物質の標的
を含み、その中でその物質がイオン衝撃によって吹きと
ばされ;標的からとり出された粒子が基板上に沈着する
。標的は陰極となり、陽極は基板の下方に置いてよい。
酸化物、窒化物、炭化物、など心つな金属化合物の簿膜
が各種基板上に沈着されるべき場合には、反応性スパッ
タリングが用いられ、その場合、標的はめっき用化合物
のための金属から成り、アルゴンのような中性ガスが酸
素、窒素またはメタンのような反応性ガスと混合される
。標的から追い出された粒子は反応性ガスと結合して所
望化合物を生成し、これが基板または製作品上に鍍金さ
れる。
スパッタリング法における主要問題は反応性ガス雰囲気
中のスパッタリング工程中における金属化合物フィルム
沈着速度の突然の減少である。反応性ガスを用いる沈着
速度は中性ガス中での純金属沈着速度の10−20%で
あることが見出された。窒化チタンの反応性スパッタリ
ングの沈着速度を増すことを試みる一つの方法は窒素ガ
スの脈動化によることであり、その場合には、ガスを2
秒から6秒のパルスの間室へ導入し次いで2秒がら6秒
の間遮断する。このパルス技法を用いると、窒化物フィ
ルム沈着速度は純金属沈着速度の約50%から70%へ
増加した。本発明はこのパルス法を発展させて純金属沈
着速度の実質的に100襲である窒化物沈着速度を達成
することである。
本発明は、沈着速度が純金属沈着速度に近いかあるいは
等しい、基板上の金属化合物の反応性スパッタリングの
ための新規方法の提供を含む。沈着速度を改善するため
には、一定流速における反応性ガスは、スパッタリング
室中の不活性な雰囲気へ反応性ガスを入れるために約0
.2−0.5秒のオン・オフ速度で迅速に脈動化させる
本発明はまた、室へ供給する不活性ガスを沈着サイクル
中に実質上一定の圧力に保つ、反応性スパッタリングの
新規方法を提供する。
本発明のこれら以外の目的、特長、および利点は、この
方法の以下の詳細説明が付属図面に関連してなされるの
でよりよく理解される・であろう。
本発明実施の一つの方法は図面を参照して以下に詳細に
説明するが、これらの図面は一つの特定具体例のみを解
説するものである。
第1図は本発明の方法に利用されるスパッタリング装置
の切断模型図であ゛す、 第2図は金属標的への電力と反応性ガスの流速との関係
を示すグラフである。
さらに具体的に図の開示するところを参照すると、第1
図においては、基板11の上へ窒化チタン(TiN )
あるいは酸化物、窒化物あるいは炭化物の形の他の周期
率表第■b金属(ZrおよびHf)の薄膜を鍍金する反
応性スパッタリング装置10の解説的具体例が示されて
いる。この装置はド−ム付きの持込み/取出し室14と
連通ずる一端において昇降器16をもつ細長い部屋12
、この昇降器によって運ばれて被覆されるべき基板11
を受ける・ξレット15、パレットを昇降器から受けて
中央部19においてスパッタリングを行ナイ、そして(
または)昇降器に対して反対側の室の端18にある台1
7の上でエツチングを行なうパレット運搬器16を含む
チタンのような第■b族金属で形成された標的21を担
持するマグネトロン陰極20は室12の上壁22の中に
とり付けられ、標的21は(1)陰極へ接合した一般的
に矩形の形をした被沈着物質のング(これはインセット
の商標で販売されて0る)、の二つの形態のうちの一つ
である。あとで述べるングは標的周縁を取囲んで位置す
る。一つの開口あるいはシャッター66をもつ水平可動
のシャッター板65は標的21の下方に位置して、室の
他の部分への物質の実質的散乱をすべて妨げ、従って物
質をシャッター下方の基板上へ向けさせる。
チュービンダリング26は窒素のような反応性ガス源2
5と連通するために土壁中の入口24へつながれている
。このガス源は質量流量計26、それからの信号に応答
して反応性ガスの定常流を通過させる制御弁40、およ
びタイマー46によりオン・オフ時間を制御した脈動化
弁27、を通して入口24へ接続される。
アルゴンのような不活性ガス源は室端18中で入口62
と、質量流量計29、およびそれから出る制御信号によ
って制御される第二の制御弁61を通して連かれる。ま
た、室120床64の中の出口66はエツチングとスパ
ッタリングに先立って室を連続的に脱気する真空系へ連
かれる。形および操作が金属質のベネシャンブラインド
゛、構造に似ているスロットル67が出口66の中に位
置してスロットル調節弁68によって制御される。
真空を室12へ連続的に適用し、その真空暉はすべての
空気および他の不純物を出口66を通して室12から抜
出す。コーティングサイクルを開始するためには、昇降
器13をパレット15とともにドーム室14の中へ持ち
上げ、その中で基板11をパレットの上にのせ、室14
を密閉して真空を適用する。昇降器を下げ、基板をのせ
た・ξレットを運搬器16の上へ移す。空になった昇降
器を上げてド−ム室14を主工程室12からシールする
。弁3′8を次に操作してスロットル67を閉じる。ア
ルゴンガスを次に流量計29、制御弁61、および入口
62を通して導入してアルゴンの分圧で以て室を充満し
直す。運搬器16は室端18へ移動し基板をエッチ台1
7の上に置く。電位を基板へ適用し、アルゴンガスがイ
オン化し、基板に衝撃を加えて被覆されるべき表面を清
浄化−rるアルゴンイオンを供給する。
清浄化されると、電位を中断し、運搬器16は基板を拾
い上げるために戻り基板を標的21の下方に移動させる
。シャッター板65をシャッター66が標的と基板の間
に並ぶようにずらす。窒素ガスを次に入口24とチュー
ビングリング26を通して入れ、電位を導体41を通し
て標的21と接している陰極20へ適用し、その時点で
、アルゴンガスはイオン化され、アルゴンイオンがチタ
ン標的21にぶつかる。導体41上の電位は負の450
から500ボルトである。約−100ボルトのバイアス
電圧を導体42を経て基板へ適用する。
チタン原子はシャッター66を通過しリング26からの
窒素と反応して清浄化された基板11上に、そして標的
表面上でな(、窒化チタンを形成する。
沈着は基板上に二つの方式でおこり得る。もし基板がシ
ャッター66の下方で静止している場合には、窒化チタ
ン沈着はシャッター開口の一般的輪廓をとる。もう一つ
の形態として、基板が標的下をシャッターを通りすぎて
移動または走査されて基板全表面上に窒化チタンの均一
な沈着を供給してもよい。
アルゴンガスの圧力は8,0ミリトールの実質的に一定
の値へ手動で調節され、そして標的へ供給する電力もま
た実質的に一定の水準を供給するよう調節される。第2
図に見られるように、オン時0.2秒とオフ時0.2秒
の脈動化速度に対して、窒素ガスの最適の流れは標的電
力とともに変動する。
このように、5.0キロワツトの標的電力においては窒
素の流れは毎分25.4標準状態立方センナメートルで
あるべきである。尺度の上端の方へ向うと、11KWの
標的電力は56.0標準状態立方センナメートルの窒素
流を必要とする。異なる脈動化速度を用いる場合には、
別の直線関係がグラフ中に示す直線に平行して確立され
る。
純金属沈着速度の90%から実質的に100%である窒
化チタンの沈着速度を達成するには、窒素ガスをオンお
よびオフで0.2秒から0.5秒の間隔で脈動化させる
。弁40を通る窒素の流は一定であり、弁27の脈動−
すなわち、オンおよびオフの時間の設定−はタイマー4
6によって制御され、これは弁27の「オン」時を設定
する第一の調節つまみ43aと「オフ」時を設定する第
二の調節つまみ43bを含んでいる。窒素ガス0.2秒
間入れる場合には、一般的には次の0.2秒間の間遮断
するが、オンおよびオフの時間が等しくある必要はない
。これは50%の使用率であり、最良の結果はオンおよ
びオフ時間が0.2から0.5秒の範囲にある場合に達
成された。窒化チタンの所望の厚さが達成されてしまう
と、標的への電位を中断し、パレット15、運搬器16
、および基板11を昇降器へ戻して被覆された基板をド
ーム室14を通して取出せるようにする。明らかに、ス
パッタリング室の両端における適切な持込み室と取出し
室とによって、上に挙げた回分式1程は一つのラインに
おいて数多(の基板または製作品の反応性スパッタリン
グを行なう連続式1程へ容易に変換することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法に用いるスパッタリング装置の断
面模型図であり、 第2図は金属標的への電力と反応性ガスの流速との関係
を示すグラフである。 11:基板(被覆されるべき)、   21:標的。 20:マグネトロン陰極、   15:パレット。 17:エツチ台、  26:多数開口をもつチュービン
グ、  65:シャッター板、  14:持込み/取出
し室、  16:昇降装置、  16:運搬器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、室0渇を脱気して不活性ガスで以て充満させ、被覆
    されるべき基板αυを被沈着金属の標的(2I)の下方
    で室中に置き、標的の金属と反応するよう適合させた第
    二ガスを室中に導入し、標的へ電位を適用して不活性ガ
    スをイオン化し標的にガスイオンの衝撃を加えてスパッ
    タリングを開始させ、そして該室への前記反応ガス添加
    を迅速に脈動化させる、ことを含む周期率表の第■b中
    の金属からの金属化合物の効果的な迅速反応性沈着方法
    。 2、不活性ガスを実質上一定の圧力に保持する、特許請
    求の範囲第1項に記載の方法。 3、反応性ガスを0.2から0.5秒の間隔で流入し0
    .2から0.5秒の間隔で遮断して脈動化させる、特許
    請求の範囲第1項に記載の方法。 4、反応性ガスを実質上一定の流れで供給し、標的への
    電力を実質的に一定に保持する、特許請求の範囲第3項
    に記載の方法。 5、 目標(2υと基板との間にシャッター(36)を
    挿入することを含む、特許請求の範囲第1項に記載の方
    法。 6、基板0υをシャッター(36)の下方で走査させる
    工程を含む、特許請求の範囲第5項に記載の方法。 7、不活性ガスがアルゴンであり、反応性ガスが窒素、
    酸素およびメタンの群から選ばれる、特許請求の範囲第
    1項に記載の方法。 8、標的(2υがチタンから形成され、反応性ガスが窒
    素である、特許請求の範囲第1項に記載の方法。 9、時間間隔を相互に独立に調節する、特許請求の範囲
    第3項に記載の方法。
JP58236002A 1983-04-04 1983-12-14 金属化合物の迅速反応性スパツタリング Pending JPS59185775A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/481,954 US4428812A (en) 1983-04-04 1983-04-04 Rapid rate reactive sputtering of metallic compounds
US481954 1983-04-04

Publications (1)

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EP (1) EP0121625B1 (ja)
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AT (1) ATE27467T1 (ja)
AU (1) AU562107B2 (ja)
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