JPS6013066A - マグネトロンスパツタリング電極 - Google Patents

マグネトロンスパツタリング電極

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JPS6013066A
JPS6013066A JP11816383A JP11816383A JPS6013066A JP S6013066 A JPS6013066 A JP S6013066A JP 11816383 A JP11816383 A JP 11816383A JP 11816383 A JP11816383 A JP 11816383A JP S6013066 A JPS6013066 A JP S6013066A
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JP
Japan
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sputtering
film
substrate
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JP11816383A
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JPS639583B2 (ja
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Takayuki Nakamura
寺田章
Hidefumi Asano
浅野秀文
Akira Terada
中村貴幸
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405Magnetron sputtering

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (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】 (技術分野) 本発明は、多元素系合金薄膜を形成する際に、膜組成の
**を容易にし、しかも基板面内の組成を一様にするた
めのマグネトロンスパッタリング電極に関するものであ
る。
(背景技術) 従来、マグネトロンスパッタリング電極を用いた多元素
系合金薄膜を製造するにあたっては、複数個のスパッタ
電極を用いる方法と、1つのカソードに組成の異なるタ
ーゲットを取り付ける方法とがある。
複数個のスパッタ電極を用いる前者の方法では、独立に
スパッタリング量を制御した各々組成の異ナルターゲッ
トからスパッタリングされた原料を基板上に合金化させ
る。従来のマグネ)oンスパッタリング電極は磁気発生
源が電極内部に組み込まれているので、一般のスパッタ
電極と比較シて大聖である。他方、基板面内の組成を均
一にするためには、各ターゲット間距離をなるべく短か
くすることが必要である。ところが、従来のマグネトロ
ンスパッタリング装置は大型であるから、このように各
ターゲット間距離をなるべく短かくするという条件を満
足できない欠点を有していた。
1つのカソードに組成の異なるターゲットを組み合わせ
る後者の方法では、基板面内の組成均一化を達成Tるた
めには基板2回転させる以外に方法はなく、さらに組成
を制御するためには、基板位置を移動させる必要があっ
た。これがため、この種の方法では、所望の合金組成を
得るための基板設定位置の決定が難かしく、現実には、
機械的な基板移動では精密な組成制御を行うことが困難
であった。
(目 的) 本発明の目的は、これらの問題点を解決し、膜組成の制
御が容易であり、しかも基板面内の組成を一様にすると
とのできるマグネトロンスパッタリング電極を提供する
ことにある。
(発明の構成) かかる目的【達成するために、本発明では、1つの磁場
発生源の中にスパッタリング量をそれぞれ独立に制御す
ることが可能な複数個のターゲットを組み込む。これに
よれば、各ターゲット間の距離を短かくシ、同一プラズ
マ領域を形成するために一体の電極構造にすることがで
きる。
(実施例) 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第7図は本発明マグネトロンスパッタリング電極のl実
施例として、2個の同軸マグネトロンターゲットを有す
るマグネトロンスパッタリング電極の基本的な構成を、
磁力線と平行な断面で示す断面図である。
ここで、//および7.2は板状ターゲットであり、1
3は電子反射板である。/lIは接地した陽極である。
13は絶縁体である。16および17はターゲットl/
およびlコのターゲツト面に平行な磁力線をそれぞれ形
成させるための板状磁性体であり、その下面はそれぞれ
永久磁石のN極およびS極に接続しである。ここで、多
元素系合金薄膜が形成される基板の位置は第11ilの
紙面の上方にあるものとする。
さらに、VllおよびV12は、それぞれ、ターゲット
//と陽極/41およびターゲット/aと陽極/41と
の間に、各ターゲットに独立に電圧値を制御できるよう
にして配置したスパッタリング量調整用の直流電源であ
る。
第21i!!lは第1図示のターゲット部の構成を示す
斜視図である。
かかるマグネトロンスパッタリング電極を動作させるに
あたっては、このマグネトロンスパッタリング電極を不
活性ガス雰囲気中に設置し、陽極/41とターゲットl
lおよびlコの各々との間に第1図に示すように直流電
圧を電源VllおよびV12よりそれぞれ独立に印加す
る。この電圧印加によって放電がターゲットllおよび
/コの各々の周囲に起こり、プラズマループが各ターゲ
ット//およびlコを軸として形成される。かかるプラ
ズマループの形成を、ターゲット部の磁力線に画直な断
面で示すと、第3図のようになる。
ターゲット//およびlコの各々に負の電圧を印加する
と、これらターゲットl/およびlコの各々のまわりに
独立なプラズマループ31および3コがそれぞれ形成さ
れる。これらプラズマ31および3コ内の電子は、ター
ゲツト面に平行な磁場お、印加電圧によってターゲツト
面に垂直に誘起される電界E内で次式の運動方程式に従
ってそれぞれ運動する。
ここで、 マ:電子の速度ベクトル ・:電子の電荷量 m:電子の質量 この方程式に従う電子はターゲット/lおよびlユのま
わりにおいて軌跡33および3弘で示すようなトルコイ
ダル運動をする。
本実施例では、ターゲット//とl−との間の隙間をk
mからvKmまで変化させたが、その場合に、基板33
の面内の組成に均一性があり、各ターゲラ)//オJ:
び/、2のプラズマループJ/および3コが独立であり
、しかもプラズマループの重なりを最も多くとれるター
ゲット間の隙間は〃■であることが分った。本発明によ
れば、このようにターゲット間(D ill 間ri:
X) wsまで近づけられるので、複数個のターゲット
を配列してもマグネトロンスパッタリング電極【一体に
構成できることは明らかである。
さらに、ターゲラ)//および/、2の基板35に対す
る開き角度0を/100から900まで変化させたとこ
ろ、プラズマループの重なりをできるだけ多くし、かつ
堆積速度を大きくするためには、θ=l〃0が最適であ
った〇 このように複数個のターゲットを有するマグネトロンス
パッタリング電極を一体に構成できることにより、ター
ゲット1個当りの価格を廉価とすることができる。また
、このように電極構成をコンパクトにできるので、基板
面内の組成を均一にするための設計が容易となる。さら
にまた−各ターゲットに形成されるプラズマループが独
立であることから、各ターゲットのスパッタリング量を
独立に制御できることは明らかである。しかもまた、各
々のプラズマが重なった部分ではプラズマ密度が高まっ
ていることが予想される。
上述した構造の本発明マグネトロンスパッタリング電極
を用いて、第1表の製造条件によってNb = S1合
金薄膜を形成し、面内の組成分布および基板温度とsi
濃度で決まる結晶相を調べた。
第 l 表 各ターゲラ)//およびl−に直流電圧−コQQvを印
加し、放電電流をO,ダAとした。基板3j上に膜厚3
000 XのNb−at合金薄膜を形成し・面内のSi
中心を基板面内距離の測定点とした結果を第9図に示す
。ここで、基板面内の81濃度の分布は、11t90%
以内に抑えられ、中央で一一、’k at、%Slであ
り、/7 at、%S1ターゲット側でjJ at、%
、Hat、’ % Siターゲット側で、ZJ at、
%であった。
本発明マグネ)1=+ンスパツタリング電極では、各タ
ーゲットllおよび/コの周囲に形成されたプラズマル
ープ3/および3コをターゲット/lおよびlコと基板
35との間の空間で重ね合せるようにしたので、たとえ
ターゲット//とターゲットノコで形成するプラズマ密
度に差が生じても、プラズマを重ね合わせである部分で
は、プラズマ密度が一様になる。
このために、各ターゲットllおよびlコから飛来して
きたNbおよびSiの元素がプラズマ1重ねである空間
で一様に混合される。この効果によって、基板面内の5
ilk度の分布が/ at、弧以内に抑えられたものと
考えられる◇ 第3図は基板温度と5j上1度をパラメータとして作製
した種々の膜について、x’l!x回折で結晶相を同定
したものである。ここで、膜組成は各ターゲットのスパ
ッタリング量で決まる。しかして、スパッタリング量は
各ターゲットへの入力パワー(放電電圧X放電電流:v
I・Is )に比例する。IsはVmで決定され、マグ
ネトロンスノぐツタリングの場合にはIs”Vnである
。ここで、nはArガス圧に依存するパラメータであり
、100 mTOrrで約10であった。従って、スパ
ッタリング量はV に比例関係をもつので、膜組成は各
ターゲットに印加する電圧の値を変えることによって制
御することができる。
第S図において、コ/ at、%SL以下では、白丸で
示すように、AI!f単相膜である。コlNココat、
%S1領域では、白と黒の混在する丸で示すように、A
15相とTi3P構造をもつTotragonIL7I
相の二相混合膜である◎W at、%S1以上では、黒
丸で示すように、TetragonaA’相の膜である
。そして、また、基板温度が低くなると、内側が黒丸の
二重光で示すように、非晶質膜となる。
本発明マグネトロンスパッタリング電極によれば、各タ
ーゲット間の隙間を狭くシ、各ターゲツトの周囲に形成
されたプラズマがターゲラ)と基板との間の空間で重ね
合わされるようにできるので、その領域におけるプラズ
マの密度が高くなる。
従って1本発明マグネトリンスバッタリング電極を用い
ると、基板に多量のイオン粒子が流入することになる。
平衡状態図中には存在しないA/j構造のNb a S
 i膜の合成は困難であり、非平衡相合成法の1つであ
る従来のスパッタ電極を用いた場合、wlOaL%61
以上ではA/よ相は得られていない。
本発明マグネトシンスパッタリング電極を用いると、コ
/ at、−81までAl!単相膜が得られ、さらニJ
J at、%S1までA /j−相が得られる・このよ
うに高濃度S1でA/j相が得られたのは、基板に多量
のイオン粒子が流入し、これが非平衡A/j相の核生成
を助長したものと考えられる。
第6図は本発明マグネトロンスパッタリング電極の他の
実施例を示し1本例では、同−磁界内に3つのターゲ4
トを一設°ける。第6v!Iにおいて、中央に位置する
ターゲット3ノの組成はNb638117であり、その
両側に位置誓るターゲット3ノおよびkJの組成はNb
7zSlzaである。膜の製造条件を警1表に示した条
件とした。ターゲット&/に直流電圧〜−−100V 
s放電電流O,ダAを供給し、ターゲラ)よ−および3
3には直流電圧−/9!TVs放電電流O,コAを供給
した。基板JJ上に膜厚3θ00 AのNb−8t合金
薄膜を形成し、面内のSi濃度をオージェ電子分光法で
評価した。−辺が8露の基板、ys r、−io等分し
、その各区分における中心ri:基板面内距離の測定点
とした結果t’第7図に示す。ここで、基板面内の8t
濃度の分布は、0*t aL%以内に抑えられ、中央で
W at、%81であり、両端でn、k at、%引で
あったO (効 果) 以上説明したように、本発明によれば鴫組成の異なる多
種類の合金ターゲットを一体の電極として比較的コンパ
クトに構成でき、ここで、各ターゲットの電圧を独立に
制御することによって膜面内の組成分布を一様にして所
望の組成を有する膜を作製することができる。
なお、上述した本発明の実施例では、各ターゲツト面が
磁力線とほぼ平行になるように複数個のターゲットを配
置したが、本発明はこれら実施例にのみ、′限られるも
のではなく、ターゲラ)面が磁力線と平行にならなくと
もプラズマループがターゲットと基板との間で重なり合
ってプラズマ密度を一様にできるように複数個のターゲ
ットを磁場内に配置すればよい。
【図面の簡単な説明】
第1図はλつのターゲットを有Tる本発明マグネトロン
スパッタリング電極の一例を示す断面図、第2vAはそ
のターデフ4部分の構成を示す斜視図、第3図は第1図
示の電極を、ターゲット部分の磁界に垂直な断面で切っ
て、その放電状態を概念的に示す断面図、第4図はター
ゲラ) itとしてNbBa5 S 1t合金ターゲツ
)、ターゲットノコとしてNbyzSlza合金ターゲ
ツ〉を取り付けたときの基板面内の8t濃度を示すグ2
7、第3図は基板温度と8t濃度とをパテ゛メータとし
たときの相図、第6図は3つのターゲットを配置した本
発明の他の実施例を示す断面図、第り図は3つのターゲ
ットな配置した第6図示の例における基板面内のSi濃
度を示すグラフである。 /l…ターゲット、 Iコ…ターゲット、 /3・・・電子反射板、 /41−陽極、 /に一−−絶縁体、 16・・・永久磁石、 lり・・・永久磁石1 Vlle V12・・・スパッタリング量調整用直流電
源1 31.3t・・・プラズマループ、 JJ、J4’・・・電子の軌跡、 3S・・・基板、 0・・・ターゲット//と/コとの開き角、りI・・・
ターゲット(Nb5aSi17合金ターゲット)、 !λ、りJ・・・ターゲット(NbyzSizg合金タ
ーゲット)。 綜 第4図 基板面内距離 (mm) 第5図 板800 温 蔑 Si塞農 (O↑1%]

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 /)磁場を発生する手段と、該手段により発生した磁場
    内に配置され、およびスパッタリング」をそれぞれ独立
    に制御可能になした複数個のターゲットとを具えたこと
    を特徴とするマグネト” > X ハ7タリング電極。 コ) 特許請求の範囲第1項記載のマグネトロンスパッ
    タリング電極において、前記複数個のターゲラ)の各タ
    ーゲツト面が前記磁場の磁力線とほぼ平行になるように
    したことを特徴とするマグネトロンスパッタリング電極
    。 3)特許請求の範囲第1項または第2項のいずれかに記
    載のマグネトロンスパッタリング電極において、前艷複
    数個のターゲットに印加する放電電圧をそれぞれ個別に
    制御可能となして前記スパッタリング量を制御するよう
    にしたことを特徴とするマグネトシンスパッタリング電
    極0
JP11816383A 1983-07-01 1983-07-01 マグネトロンスパツタリング電極 Granted JPS6013066A (ja)

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JPS6013066A true JPS6013066A (ja) 1985-01-23
JPS639583B2 JPS639583B2 (ja) 1988-02-29

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61270369A (ja) * 1985-05-23 1986-11-29 Nec Corp 三極スパツタリングソ−ス
JPS62158863A (ja) * 1985-12-30 1987-07-14 インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション 被膜形成装置
JP2006274389A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Utec:Kk スパッタリング装置及びスパッタリング方法
RU2762756C1 (ru) * 2021-04-19 2021-12-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" Способ получения на подложке тонких пленок ниобата лития

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JP2006274389A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Utec:Kk スパッタリング装置及びスパッタリング方法
RU2762756C1 (ru) * 2021-04-19 2021-12-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" Способ получения на подложке тонких пленок ниобата лития

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