JPS5922116Y2 - 薄膜形成装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、反応ガス圧分布を望ましい状態に制御しうる
ように構成した薄膜形成装置に関するものである。

各種電子部品の製造における導電膜、絶縁膜等の薄膜を
形成するための装置として薄膜形成装置が用いられ、例
えば付着強度、ダレインサイズ、ステップカバリージ等
の改善を目的としてスパッター装置が近年盛んに用いら
れつつある。

これらスパッター装置による薄膜形成においては、反応
容器内に導入される反応ガスのガス圧分布状態が形成さ
れる薄膜特性に大きな影響を与える。

このガス圧分布状態は、反応ガスの流れ方向である縦方
向の拡散速度が横方向の拡散速度に対して同等か大きく
なるような関係に反応ガスが反応容器内に導入された場
合が最も望ましい状態となる。

第１図は従来におけるスパッター装置の概略図を示すも
ので、１は反応容器、２は反応ガス導入孔、３は２と十
分な間隔を有するように設けられた反応ガス排気孔で反
応ガスは反応ガス導入孔２から矢印のように反応容器１
内に導入される。

この時導入された反応ガスは先に進むにつれて体積を増
加して周囲に拡散するので、例えば位置Ａ。

Ｂの２点におけるガス圧は流れ方向（縦方向）に差を生
じて位置Ａの方が位置Ｂよりも大きなガス圧になってい
ると考えられる。

したがって反応ガスの縦方向の拡散速度Ｖｘと横方向の
拡散速度ｖｙとは、Ｖｘ≧ｖｙの関係になると考えられ
る。

しかしながら、反応ガスの熱運動速度■（ごＪＰＵ智）
と上記横方向拡散速度ｖｙとがオーダー的に等しいこと
を考慮すると、反応ガス導入孔部の改善なしに上記関係
を満足させることは困難であり、点線矢印で示した方向
への反応ガスの拡散も生ずるので結果的に反応ガス導入
孔２を中心にして反応ガスは半円球状に拡散することに
なるために、望ましい状態のガス圧分布を得ることはで
きない。

上記Ｖｘ＞Ｖｙの関係を満足させるために、反応ガス導
入量を増加させ反応容器全体をノズルとなして大容量の
真空ポンプにより十分に排気することにより、第２図ａ
のように縦方向（Ｘ方向）のガス分子速度分布を作って
第２図すのように排気側に近ずく程速度Ｖｘを増加させ
ることが考えられる。

しかしこの案を実現させるためには、強力な排気装置が
必要になると共に反応ガスの使用量が増加するのでコス
トアップとなり、また反応ガスの制御が困難なため任意
なガス圧分布が得にくいという問題がある。

したがって従来の装置では望ましい状態のガス圧分布が
得られないれめ、平均自由行程の減少によるスパッター
物質の散乱、運動エネルギーの減少等が生じ、また散乱
したスパッター物質がターゲラ１〜に再沈着するために
、形成されるべき薄膜のスパッターレイトが減少したり
、薄膜の異常成長を引き起こしたりした。

また特に結晶性に優れた薄膜を得たいような場合、例え
ばＣ軸方向および組成の化学量論を同時に満足するよう
な薄膜を得たいような場合には、ガス圧分布状態に関し
両特性が矛盾した依存性を示すために両特性を満足させ
る最良点は中間で妥協せさ゛るを得なかった。

これらの問題は特に酸化物あるいは窒化物のような複合
体の薄膜を形成する場合に著るしい傾向にあり、何らか
の改善策が望まれていた。

本考案は以上の問題点に対処してなされたもので、反応
容器の任意位置にガス加速ノズルを設け、このガス加速
ノズルから反応ガスを上記反応容器内に導入することに
より反応ガスの縦方向拡散速度を横方向拡散速度と同等
かそれより大となすように構成した薄膜形成装置を提供
するものである。

以下図面を参照して本考案実施例を説明する。第３図ａ
、 ｌ）は本考案実施例による薄膜結成装置を示す断
面図および上面図で第１図と同一部分は同一番号で示し
、４は基板ホルダー、５はこの基板ホルダー４上に配置
された薄膜を形成すべき基板、６はターゲット、７はガ
ス加速ノズル、８はガス供給用パイプ、９はガス量調整
バルブ、１０はＯリング、１１は電源である。

以上のように反応容器１にガス加速ノズル７を設けるこ
とにより、第４図に示すように、ガス加速ノズル７から
反応容器１内に反応ガスが導入された時、反応ガス分子
の熱運動エネルギーかノズル軸方向（横方向Ｘ）の運動
エネルギーに変換される結果、反応ガスの縦方向拡散速
度は横方向拡散速度と同等かそれより大となされる。

すなわち、ガス加速ノズル７の側壁７Ａの曲面形状を適
当に設計することにより、反応ガスの流れは自身の熱運
動エネルギーが効率良くノズル軸方向の運動エネルギー
に変換されてほぼガス分子熱運動速度に等しい値まで加
速される。

これはより微視的に見れば、第４図において、側壁７Ａ
方向に熱運動エネルギーを有するガス分子を側壁７Ａの
傾斜面で強制的にノズル軸方向に曲げてやることにより
加速させるものである。

このようにすれば導入ガスの気体力学的性質によりガス
差圧が得られる。

即ち導入ガスの圧力は排気口に向って徐々に低下してい
る。

この理由は逆説的に考えると容易に理解できる。

もし排気方向へ圧力分布がないとすると、容器の中を排
気方向へガスが流れないことになる。

従って排気方向へガス圧は徐々に減じている必要がある
。

このこととガス導入側の点Ａと排気側の点Ｂで単位時間
当りに通過するガス質量が一定である条件（ｖＡ、ＶＢ
は夫々Ａ、 Ｂでのガス流速、ρい、ρ８はガス圧に比
例する。

）ρＡＶＡ−”ρＢＶＢ を考え合せるとρ４〉ρ８であるからＶＡ＜ＶＢになる
のは一般的に気体力学で認められている。

かくして加速されたガス流は縦方向拡散速度Ｖｘが大き
く、横方向拡散速度ｖｙが小さく７、Ｖｘ＞Ｖｙの関係
を維持されて望ましい状態のガス圧分布を作り例えばタ
ーゲット６表面に厚さの薄いガス流を形成する。

これによってターゲット６から発生した原子、分子は互
いに効率的に結合して特性的に優れた薄膜を基板５表面
に形成する。

実施例１：ターゲット６材料として亜鉛を用い、反応ガ
スとして酸素を用いてガス加速ノズル７から反応容器１
内に導入することによりリアクティブスパッターを行い
、基板５上に所望の薄膜を形成した。

なお、ここで所望の薄膜とは、例えば最近半導体装置を
製作する上で必要となっている化合物や金属膜について
言えば、化合物の場合には、（イ）化合量的に均一なこ
と。

（例えばＺｎＯ等の物質の場合には酸素の量が少なく、
Ｚｎ ： Ｑの比が１：１になっていないときには比抵
抗 い。

）（ロ）結晶性が良いこと。

（例えばＺｎＯ等の では結晶Ｃ軸が基板表面に対し
て立っている とか望まれる。

）また金属膜の場合には、 （イ）抵抗率が低い。

（ロ）基板界面との界面特性が優れている。

等の特性を有する膜のことである。

実施例２：ターゲット６材料としてアルミニュウムを用
い、反応ガスとして窒素あるいは窒素で希釈されたアン
モニアを用いてリアクティブスパッターを行い、基板５
上に所望の薄膜を形成した。

例えば、実施例１において、ターゲット６として純度９
９ 、９９９％の亜鉛を用い、５μｍの膜厚の酸化亜鉛
膜を基板５上に形成する場合、最小ガス圧２．９Ｘ１０
−２（ｔｏｒｒ）で、Ｃ軸配向性の標準偏差力２゜２５
（ｄｅｇ）、比抵抗大、透明度良好なものが得られた
。

これに対し従来の如く本考案とは違ってガス加速ノズル
を用いない場合は、 ガス圧（ｔｏｒｒ）標準偏差（ｄｅｇ）比抵抗 透明度
５．０Ｘ１０−２２．５８ 大 良好２．
９ｘ １０ ” ２．３５ 小
白濁となる。

上記結果は、ガス圧が低い方がＣ軸配向性が良いものの
、酸素量が不足するため亜鉛：酸素１：１の化学量論比
からずれて亜鉛過多になったこと、及びガス圧が高い方
においては化学量論比からのずれはなくなって透明度は
増し比抵抗も増大するもののＣ軸配向性が劣化してしま
ったことを示している。

しかし本考案では前述した如くガス加速ノズルを使用す
ることによって酸素圧の高い領域が亜鉛スパッタ粒子の
飛行路内に一部形成され、その結果Ｃ軸配向性及び化学
量論比ともに良好な膜が形成されることが判明した。

また実施例２においても同様な実験結果が下記の如く得
られた。

例えばアルミニウムターゲットの純度９９．９９９％と
して、膜厚３μｍの窒化アルミニウム膜を基板５上に形
成する場合、 ｉ ガス加速ノズルを使用しない従来の方法ガス圧（ｔ
ｏｒｒ） 標準偏差（ｄｅｇ） 比抵抗２．０Ｘ１
０−２ 配向性見られず 大７．０Ｘ１０−
３２．０小 ｉｉ ガス加速ノズルを使用する本考案の方法最小ガ
ス圧（ｔｏｒｒ ） 標準偏差（ｄｅｇ） 比抵抗７
．０Ｘ１０” ２．１大 となった。

ｉとｉｉを比較して明らかな如く、本考案によるとＣ軸
配向性及び化学量論比が共に良好となることがわかる。

以上述べて明らかなように本考案によれば、反応容器の
任意装置にガス加速ノズルを設け、このガス加速ノズル
から反応ガスを上記反応容器内に導入することにより反
応ガスの縦方向拡散速度を横方向拡散速度と同等がそれ
より大となすように構成するものであるから、望ましい
ガス圧分布状態を得ることができる。

したがってスパッター物質等の散乱、再沈着を低減する
ことができるので、スパッターレイトの改善および薄膜
における異常成長の防止を計ることができる。

また組成の化学量論を保ったままでＣ軸配向の最良な条
件を設定することもできる。

本考案は特に複合体薄膜を形成する用途に適用して効果
的である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図ａ、 ｌ）は共に従来例を示す概
略図、第３図ａ、 ｌ）は本考案実施例を示す断面図
および上面図、第４図は本考案を説明するための断面図
、第５図は本考案の他の実施例を示す断面図である。 １・・・反応容器、５・・・基板、６・・・ターゲット
、７・・・ガス加速ノズル、７Ａ・・・側壁、１２・・
・微細孔。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 所望の薄膜を形成すべき基板及び該基板にスパッタ
   すべき物質を発生するためのターゲットを配置するため
   の反応容器と、この反応容器に所望ガスを導入するため
   のガス加速ノズルとを含み、このガス加速ノズルから反
   応ガスを上記反応容器内に導入するように構成しかつ上
   記ガス加速ノズルの設置位置がターゲット表面及びスパ
   ッタされた物質が化学量論的な関係を保つように変化す
   る部分では基板表面よりもガス圧が高くなるような位置
   であるようにしたことを特徴とする薄膜形成装置。 ２ 箱状反応容器の上部に基板を配置し、側壁部にガス
   加速ノズルを設けるように構成したことを特徴とする実
   用新案登録請求の範囲第１項記載の薄膜形成装置。