JPS6050167A - プラズマ付着装置 - Google Patents

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、半導体集積回路などの電子デ／＜イスあり、
特にプラズマを利用して金属や金属化合物の薄膜を低温
で高品質に形成するためのプラズマ付着装置に関するも
のである。

（従来技術） 従来、プラズマを利用した膜形成製ｆｉｊｊとしては、
大きく分りで、スパッタ装置とプラズマＣＶＩ）装置が
ある。前者は主として金属膜または金属化合物膜などを
対象とし、後者は主として５Ｉ０２　、５１３Ｎ４　。

Ｓｉなどのシリコン系材料の薄膜形成を対象としている
。

原料供給法からみれば、＋１’Ｊ者は固体材料をターゲ
ットとして、イオンでＭｆ　１４し、固体表面から放出
されるスパッタ原子を膜形成すべき基板に（ｊ＋着堆積
させて膜形成する。後者は原料をガスの形で供給し、例
えば５ｉＴｔ４やＮ２または０２などのガスをプラズマ
ご利用して分解２反応させ、Ｓｉ３Ｎ４やＳ　１０２膜
などを基板上に形成する。

従来の高周波放電プラズマを利用したプラズマＣＶＤ法
では、試料基板をコ５θ℃〜グ。６℃に加熱する必要が
あり、しかも形成された５ｊ３Ｎ４膜などの膜質も緻密
性などの点で不十分であった。

これに対して、マイクロ波を用いて電子サイクロトロン
共鳴条件によりプラズマを生成し、発散磁界を用いて試
料台上にプラズマをり［出して適度のエネルギーでイオ
ン衝撃を引起すようにし、；ＥＣＲプラズマ付着付着膜
願昭タ左−！；７ｇ７７号（特開昭タロー／り５５３５
号公報）およびこれに対応する米国特許出願第、２夕？
、　＆　／　Ａ号に提案されているが、これによれば、
基板加熱なしの低温で高温ＣＶＤ法に匹敵する緻密かつ
高品質のＳｉ３Ｎ４などのシリコン系の膜を形成するこ
とができる。

しかしながら、金属や金属化合物の膜形成の場合には、
シリコン系の場合のＳ　ＩＨ４などのような適当なガス
がなく、ガスの形で供給できるものは弗化物、塩化物、
臭化物のようなハロゲン化物に限られている。これらハ
ロゲン化物を供給するには加熱や特殊な導入系を必要と
するうえ、ブラズ・７による分解が困難または不安定で
あり、従って良質の膜を得るのが困難であるという欠点
があった。

また、従来のスパッタ法では、試料基板に入射する原子
について膜形成反応を促進させるためのイオン化および
イオンエネルギの制御がなされておらず、低温で付着性
のよい良質な膜が得られないという欠点があった。

と、ＥＣＲプラズマ付着付着膜形成特性の特長とを両立
させ、かつ両者の欠点を解決して、金属や金属化合物な
どについて極めて広範囲の制料の薄膜を低温で安定に、
かつ良質に形成することのできるプラズマ伺着装ｆＪを
提供することにある。

本発明の他の目的は、形成される膜の性質を広範囲に制
御できるプラズマ付着装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、付着の効率が高いプラズマ付
着装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、保守が容易であり、膜形成の
歩留りの向上したプラズマ付着装置？提供することにあ
る。

本発明の更に他の目的は、ターゲット電流の増加および
付着速度の向上を図ったプラズマ付着装置を提供するこ
とにある。

本発明の更に他の目的は、種々の材料のターゲットを容
易に用いることができるようにしたプラズマ付着装置を
提供することにある。

（発明の構成） かかる目的を達成するために、本発明プラズマ付着装置
は、力スを導入してプラズマを発生させるプラズマ生成
室と、膜形成すべき試料基板を配置するための試料台を
有し、その試料〃；析板上薄膜を付着して堆積させる試
料室と、プラズマ生成室と試料室との間に配置されたプ
ラズマ引出し窓と、スパッタリング材料により円筒形状
に形成され、プラズマ引出し窓と試料台との間にプラズ
マ流を取り囲むように配置されたターゲットと１このタ
ーゲットをスパッタするためのイオンをプラズマ生成室
で発生したプラズマによるプラズマ流の一部から引出し
てターゲットに入射させる第１手段と、プラズマ流をプ
ラズマ引出し窓を介して試料室に導くと共にスパッタさ
れた原子を試料基板まで輸送する第２手段とを具え、か
かるイオンによりターゲットをスパッタして、そのスパ
ッタ原子をプラズマ流に取り込んで試料基板まで輸送し
てその試料基板に入射させ、当該試料基板上にスパッタ
リング材料の薄膜またはかかるスパッタリング材料の元
素を含む化合物や合金の薄膜を形成するように構成する
。

本発明では、上述のターゲラ）Ｋプラズマ引出し窓の近
傍であって、しかもプラズマ流に接触するように配置す
るのが好適である。

ここで、円筒形状ターゲットのスパッタされる面がプラ
ズマ流の一部と交差するようにするのが好適である。

ここで、プラズマ生成室では、マイクロ波による電子サ
イクロトロン共鳴放電によりプラズマを生成するのが好
適である。

本発明では、上述した第１手段を、ターゲットが負にな
るように接続されたスパッタ電源をイｆするものとする
ことができる。

また、本発明の好適例では、上述した第一手段は、プラ
ズマ生成室から試料室に向けて磁界強度が適当な勾配で
弱くなる発散磁界の磁界分布をもつ磁気コイルを有する
。

ここで、ターゲットのうち、プラズマ流に面していない
部分をシールド’ｆｉＬｉωによって覆うのが好適であ
る。

さらに、このシールド電極を冷却し、それにより輻射熱
伝導によってターゲラ）Ｅ冷却するのが好適である。

さらにまた、円筒形状ターゲットを、複数種類のターゲ
ット材料からなる円筒を同心状に多重して構成したり、
あるいは複数種類のターゲット材料からなるほぼ同一径
の円筒をプラズマ流の流れの方向に重ね合わせて構成す
ることができる。

あるいはまた、円筒形状ターゲットを電気的にれらター
ゲット部分の各々を独立に個別のスパッタ電源に接続し
、以て各ターゲット部分のスパッタリングを独立して制
御できるようにしてもよい。

また−上述した試料台をプラズマ生成室とは電気的に絶
縁するのが好適である。

さらにまた為プラズマ生成室にのみ第１ガス導入系を設
け、あるいはプラズマ４１゛成室には第２カス導入糸を
設りると」（に試４＋＋ｌ室に目第λガス導入系を設り
るようにしてもよい。

（実施例） Ｊプ下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図ハ本発明の一実施例を示し、ここに／はプラズマ
生成室、ノは試イ・ゴ？、ドである。３はマイクロ波導
入窓であり、この実施例では石英ガラス板で形成するも
のとする。矩杉うｊ１波管ｑよりマイクロ波導入窓３を
介してプラス”マ生成室／−＼導がれるマイクロ波のマ
イクロ波源（図示省略）としては、例えば、周波数Ω。

フタＧ）Ｉｚのマグネトロンを用いることができる。

プラズマ生成室／において、マイクロ波導入窓３と対向
する他端にはプラズマ引出し窓夕を設け、この２５を介
して、生成されたプラズマからプラズマ流６を引出して
、試料基板７を載置した試料台ｇ上に導く。試料室コは
排気糸７に接続されている。この排気糸ワは、例えば排
気容ｕｉ整パルプ、液体窒素トラップ、排気能力２ＱＯ
Ｏｌ　／　ｓｅＣの油拡散ポンプおよび排気能力に００
１Ｊ　／　ｍｉｎの油回転ポンプ（いずれも図示省略）
により構成できる。

プラズマ生成室／は、マイクロ波のｍ　光強度を高め、
マイクロ波放電の効率を高めるように、マイクロ波空胴
共振器の条件にするのが好都合である。そこで、かかる
−例として、円形空胴共振モードＴＥ］１２を採用し、
プラズマ生成室／Ｅ内のり寸法で、直径／！；−ｃｍ　
、高さｌりｃｍの円筒形状とした。

計算上では、かかる条件を満たすのは、直径／夕ｃｍに
対して高さ約／りｃｍとなるが、プラズマ生成後の左回
り円偏波の波長の変化を考慮して上述のように高さ／ｋ
　ｃｍを採用した。なお、サイクロトロン連動電子と直
接結合する右回り円偏波の波長はプラズマ生成により十
分波長が短くなり、プラズマ生成後は厳密な高さ寸法の
規定を必要としない。プラズマ引出し窓夕は一例として
直径ｇｃｍｆｄ度の円形窓とすることができる。

プラズマ生成室／の外周には磁気コイル１０を周設し、
これによって発生ずる磁界の強度を、マイクロ波による
電子サイクロトロン共Ｆ、Ｉｔ　（ＥＣＲ）　ノ条件が
プラズマ生成室／の内部の少なくとも一部で成立するよ
うに定めるものとする。／／は磁気シールドである。周
波数２．フタＧＴＩｚのマイクロ波に対しては、この条
件は磁束密度ｇｑ′ｆａであるため、磁気コイル１０は
これ以上の最大磁束密度を発生し得るように構成する。

また、磁気コイル１０によって発生する磁界は、プラズ
マ生成室／における電子サイクロトロン共鳴に供するだ
けでなく、その磁界が試料室、２にも及ぶように構成し
てあり、試料室λ内の磁界の強度はプラズマ引出し窓を
から試料台ｇに向けてさらに適当な勾配で減少する発散
磁界の形成にも供され、それによりプラズマ生成室／か
ら試料台ｇへのプラズマ流感の引出しにも用いるものと
する。

電子サイクロトロン共鳴により高エネルギー状態となっ
た円運動電子の磁気モーメントと発散磁界の磁界勾配と
の間の相互作用により、電子は磁力線に沿って試料台ｇ
の方向に円運動をしつつ加速される。しかし、試料台ｇ
の表面とプラズマ生成室ｌとは電気的に絶縁して構成し
ているので、試料台ｇが負の電位を発生し、プラズマ流
中に、電子を減速させ、イオンを加速する電界を発生し
、試料台ｇ上に同数の電子とイオンが到達するような条
件が保たれる。すなわち、この発散磁界構成により、電
子のエネルギーがイオンの試料台ｇへの入射エネルギー
に変換され、適度のイオン衝撃によって効率のよい付着
と膜形成反応を生じる。

この場合のイオンエネルギーは夕〜３０ｅｖ程度であり
、マイクロ波パワーやガス圧などによってその値を制御
することができる。従って、広範囲の材料の薄膜に対し
て膜質を自由に制御できる。

ガス導入系としては、プラズマ生成室／にＡｒ。

Ｎ２ｅ　０２＊　Ｈ２などのプラズマ生成用ガスを導く
第１ガス導入系／２と、試料室コにＳ　ｉＨ４ａ　Ｎ２
　ｙ　０２などの原ズマ生成室ｌの壁部には給水口／り
から冷却水ご流し、その冷却水を排水口１５から排出す
ることによりプラズマ生成室ｌを冷却する。また、同様
にして、試料台ｇおよび磁気コイル１０も冷却できるよ
うになっている。

以上の構成は、上述した特願昭ｓ＆−４７ｇ７７号にμ
ト１示されているプラズマ何着装置とほぼ同様の構成と
することができる。

さらに、試料室２において、プラズマ引出し窓りに近接
してプラズマ流感を取りＵＫむ形状でプラズマ流感に接
触するように、Ａｌｌ　、Ｍｏ　、　Ｎｂなどのスパッ
タリング材料による直円筒形状のスパッタリングターゲ
ットｌＩ／′？ｉ：配置する。ここで、ターゲットグ／
はリング状ターゲットホルダｌＩ−；に取イ」す、ター
ゲツト面／のプラズマ流感に面していない部分を接地電
位のシールド電極ｑ３によって間隙夕〜１０ｖａｓ？ｘ
もって覆い、それにより、ターゲットグ／のスパーク放
電等の異常放電あるいは不要なイオンの入射を防止する
。

シールド電極４！、？の外側表面には冷却管件を配置し
、この冷却管件に給水口侵から冷却水を供給し、排水口
り６から排水する。これにより、シールド電極４１３を
冷却し、以て、スパッタリングターゲットｌＩ／を輻射
熱伝導により冷却する。これにより、膜形成の安定化を
図ることができる。

真空中の輻射熱伝導はステファン−ボルツマンの法則に
より理論的にもとめることができ、絶対温度の１１．東
に比例する。これによれば、温度２００°Ｃ以上では充
分な熱伝達が可能となり、スパッタリングターゲットｔ
ノを効果的に冷却することができる。本実施例では、円
筒状ターゲットｌＩ／の面力′り試料基板７の面と垂直
に構成しているため、ターゲツト面／の面から放射され
る熱は試料基板クヘ殆ど影響しない。したがって、本構
成においてはターゲットｌＩ／自身が変形、変質しない
温度に冷却されれば良く、輻射熱伝導による冷却で充分
な効果かえられる。また、ターゲツＩｌｌ’／自身に冷
却機構を設ける必要がないために、ターゲツト構造の簡
便化のために非常に効果的である。

また、膜形成の面からみれば、ターゲットｌ／／の面で
負イオンが生成され、ターゲツト面圧のエネルギでター
ゲツト面に対して垂直に飛び出す場合があり、従来のス
パッタ法では試料表面の損傷の原因となっていたが、本
発明では、このような高エネルギ粒子は再びターゲツト
面に入射し、試料面に達しない。このため、試料表面の
損傷を生ぜず、膜形成に最適なエネルギの粒子のみが試
料面に到達する。

Ｍび、、ｆＪＺｔ図において、スパッタリングターゲッ
トｔノはホルダ侵を経てさらにスノく゛ンタ用ＴＩ’Ｃ
′ｌＲ／９に接続する。この電源／りは、例えば、最大
１ａｔ　ｆｌ。

ｌθＯＯＶ、最大電流／Ａの容ｆｉｔの直流電源とする
。

スパッタ用電源／？としては高ＪｌｌｌＩ波スノぐツタ
装置と同様の考えで高周波電源を用いることもできる０
スパツタリングターゲツトダ／が負になるように電源／
？を接続して、例えば、第１ガス導入系／２からアルゴ
ン（Ａｒ　）ガスを導入してプラズマを生戊した場合、
第７図に示１゛ように、プラズマ流感中のアルゴンイオ
ＪＡｒ　が、スパッタリングターゲラ）Ｕの負電位（−
／θθ〜−／θ０ＯＶ）によって加速されてターゲラｔ
ｌ／の表面に入射・？ＪｉＩＮＭ　シ、スパッタリング
ターゲットク／を構成する金ＭＭの原子がスパッタさね
てプラズマ流Ａ中に飛び出ず。

かかるプラズマ流６中でこのスパッタ原子は電子との面
突によりイオン化されて耐となり、先に説明したように
、プラズマ流６中に発散磁界により誘起されている電界
により、そのイ副ンＭ＋は試料台ｇの方向に輸送され、
それと共に膜形成度１４：を促進させる適度の工ネルキ
゛−と方向性を与えられて試料基板７に入射してイ＼Ｊ
着し、Ｘｔ：積して金属Ｍの膜が形成される。

第一図に示すように、プラズマ流感の上流側は強磁界で
あり、下流側は弱磁界であるので、かかる磁界による磁
界勾配とターゲラ）　＜１／　ｉ！ｉｊの負電位との相
互作用によって、↑■子ｅは、ターゲツト面からの一次
電子も含めて、プラズマ流ｔとターゲツト材／の面トの
間に捕捉され、プラズマ流のターゲット表面近傍のプラ
ズマ密度が増加する。その結果、異常放電を防止できる
とともにイオン化効率を向上させることができる。

次に、本発明プラズマイＳｊ着装置の特慄の具体例につ
いて述べる。第１ガス導入糸７．２にＡｒガスを導入し
てプラズマを生成する場合、プラズマ生成基ｌのガス圧
が／×／θ−５ＴＯｒｒ〜／θ−２ＴＯｒｒ以上という
きわめて広範囲のガス圧領域において安定に放電を行う
ことができた。竹に最適なガス圧領ｆ、Ａ−。

は、／　Ｘ　１０　”Ｉ’ｏｒｒ　〜／　Ｘ　１０　”
Ｔｏｒｒで１５つＴ−。

スパッタリング用ターゲット１１／　ｆ　、ＡＩで形成
し７、マイクロ波パワーをｔｏｏ　Ｗ　％　スパッタ用
７ＴＥ　ｉｌＡ’、　／９の電圧なりＯＱ■としたとき
、ターゲット／／／に／１００ｍＡのイオン′〔ＩＬ流
が流れた。このとき、ス／ぐ゛ツタリング用ターゲット
４’／にアルゴンイＨン術１桧によるスパッタリング反
Ｉ芯を生じてプラズマ流１全体が深（１１１色ｆｓし、
Ａｌ原子が均一にスノぐ゛ツタされる状ｐ、！１が観察
された。

本発明によれば、第２図０こ示したように、六〕くツタ
されたＭ原子がプラズマ流り中でイオン化されてＭ＋と
なり、プラズマ流６と一体となって試料台ｇ上に輸送さ
れて薄膜を形成するので、プラズマ流感が試料台ｇを照
射する領域、この例では／左Ｃｍφの領域に限定されて
膜が形成され、従って効率のよい膜形成が可能である。

また、この領域では均一性のよい膜形成が可能であり、
中央１０　Ｃｍφの領域では±３−％以下の均一性が得
られた。

更にまた、付着するイオンおよびプラズマ流中の他のイ
オンがすでに述べたように適度のエネルギを持っている
から、付着性よく良質な膜形成が可能である。常温でＡ
４膜を形成したにも拘らず、きわめて付着性よく７μｍ
の厚さの膜′ｆ：鏡面状態で形成することができた。ま
た、テフロンのような付着性のきわめて低い材料′？ｉ
：基板として用いても、その上にきわめて付着性よく膜
を形成することができた。

第１ガス導入系７．２からＡｒと０２の混合ガス（もし
くは０２ガスのみ）を導入し、あるいは第２ガス導入系
／、２からＡｒおよび第１ガス導入系７３から０２を導
入してスパッタリング用ターゲツ）　ＡＩと組合せるこ
とによって、Ａｌ２Ｏ３膜を低温で縦！、’Ａかつ高品
質に形成することができる。また、０２の代わりにＮ２
を導入することにより、ＡｌＮ膜、さらにスパッタリン
グ用ターゲット／乙の材料として、Ｍｏ、ｗ、’ｒａ。

Ｎｂなど各種の金属、その他の材ｒ１を用いることによ
ってこれらの材料の膜、さらにはそれらの酸化膜あるい
は窒化膜を形成することかできる。また、例えば、第１
ガス導入系７３からＳｉＨ４ガスを導入することによっ
てＳｔと金属の合金やＭ、ｏ　Ｓｉ　２．　ＷＳ　ｉ　
２などのシリサイド層を形成することができる。すなわ
ち、本発明では、第１ガス導入系７ノおよび第２ガス導
入系／３からの導入ガスの選”択、スパッタリング用タ
ーゲツト材質の選択およびこれらの組合Ｕによって、金
属膜、化合物膜２合金膜などきわめて広範囲の材料の薄
膜を低温できわめて高品質に形成できる。

なお、ターゲツト材／の形状および構造については、上
側に示したように帯状金属材料を円筒形状に加工しｔも
のの他に、円筒形状の基伺（のνＡ　ｆＬ　１ｆｉｊ上
に帯状ターゲット材料を付着させた構で１など、用途に
応じて種々の大きさおよび形状とすればよいことは当然
である。

上述した実施例においては、ターゲット電極弘／とシー
ルド電極幻は円筒形状に形成されているが、必ずしも切
れ目のない円筒形状に形成する必要はなく１プラズマ流
乙に面して１個所または複数個所に分割して円筒形状を
なすように配置してもよい０ 第７図示の本発明プラズマ付着装置におけるスパッタリ
ングターゲット部分の具体例を第３図に示す。ここで、
シールド電極り、？は上部シールド電極り３Ａ、下部シ
ールド電極ｌ／、３Ｂおよび外周シールド電＃ｉｉグ３
Ｃより成り外周シールド電極’／３Ｃのフランジ部１Ｉ
３Ｄをねじグアにより試料室−の土壁２人に固着する。

シールド電極ｌＩ３は接地電位とするので、ねじグアに
より試料室に直接固定できる。上部および下部シールド
電極４ｔ、？Ａおよび４ｔＪＢは、中空のつば付き円板
の構造として、その双方あるいは下部シールド電極グ３
Ｂのみをねじ侵により着脱自在とする。更に、シールド
電極’１３　Ｂには例えばＭＡＣＯＲ（マコニル）（コ
ーニンググラスワークス社の商品名）などの加工用セラ
ミックによるリング状綿縁スペーザ併を取り付け、この
スペーサｌＩ′？により、ターゲットホルダ侵に取イ・
」りたターゲットグ／ご支持する。

本例では、ターゲラ）　’ｌ／　ｆ　ｊｌ’ｉ円筒とす
るので、その構造が簡単となり、帯状のターゲラ）　イ
ＩＴ’ｌをホルダ侵に沿って円筒形状に配置１−ればよ
く、従って、各種材料に対して容易にかつ安価にターゲ
ットを構成できる。具体例においては、リング状ホルダ
４＋！λの厚さをＳ朋、内径を３１期とし、円筒形状タ
ーゲット／ｌ／の厚さを２羞落にできる。このようにタ
ーゲット４Ｉ−／′？ｉ：薄肉にできるので、種々の・
；１シ状材料を用いて容易に円筒に形成することができ
、しかもターゲットの交換も容易になる。

ホルダ１２には支持筒りθを突設し、その内部には、一
端がターゲット４ｔ／の裏面と接触し、他端には電源／
？から電力を給電するビツタ／の受容孔をあけた電極知
を固着する。ピツタ／は絶縁管夕３に固着し、この絶縁
管夕３を支持筒りθに嵌合可能とする。絶縁管夕３には
更に別の絶縁管Ｓりを固着し）この絶縁管外の内部にピ
ツタ／の端部と電源／９からの給電線！ｉ′りとの接続
部を収容する。以上により、ビツタ／を電極３．２に着
脱自在となして、符、＠／ｑからの電力をターゲットグ
に供給する。

さらにまた、外周シールドｍ１極り３Ｃに冷却管像を配
置してスパッタリングターゲットＦ／を輻射熱伝導によ
り冷却するとともに、ターゲットの熱による試料基板及
び試料室内部の温度上昇を防止する構造として、膜形成
の安定化をはかることができる。このような構成では、
プラズマ室／で生成され発散磁界の効果で輸送されたプ
ラズマ流中イオン＆Ａは、効率良くプラズマシースタフ
に流入するため、ターグツｌ−電流の増加、イ」倍速度
の向上をはかることができる。また、ターゲット面の負
電位と磁界勾配の作用によって、プラズマ生成室／とス
パッタリングターゲットダ／との間に電子が捕捉さね、
異常放電の防止とともに、イオン化効率の向上をはかる
ことができる。

第り図は第３図のさらに詳細例を示すもので１帯状の円
筒化ターゲットの装着例を第３図のｃ−ｃ　’部分の断
面において示している。ここで、ｌＩ／Ａは内側円筒化
ターゲラ）、９／Ｂは外側円筒化ターゲット、ｌＩ２は
支持リングであり、Ｄはターゲフト４／／Ａの継目、Ｅ
はターゲラ）　４（／　Ｂの継目である。

帯状ターゲツト材を円筒化して使用する場合、その継目
が完全に密着していないと下部、この場合支持リング侵
が露出することになるので、円筒化ターゲットと支持リ
ングが異種の材料で構成されているときには、膜中に異
種の元素が混入し、所望の純度の薄膜が得られない。一
般的に、この種の対策として継目部分を溶接により接合
することがとられる。しかし、材料によっては溶接その
ものが不可能であったり、溶接できたとしても溶接部分
への不純物の混入があったり、とくに薄板の場合には溶
接部分の盛り上がりが円筒化ターゲフトの精密な装着を
難しくしていた。本発明では帯状ターゲットを円筒化し
たものを２個重ねてもちいることによって、簡便に、容
易Ｇこターゲフトの装着を可能とした。円筒化ターゲツ
ト材ントの直径に成形するだけで、継目部分は溶接など
の接合を必要とせず、第グ図に示すように、綜目りと継
目Ｅが重ならないように装着すればよい。このとき、円
筒化ターゲットが外に開こうとする力のもとで装着すれ
ば円筒化ターゲットの固定ができる。

さらにスパッタリング詩には円筒化ターゲットの熱応力
によって、強固に固定される。

第３図は本発明の効果を示すもので、マイクロ波電力と
ターゲット電流との関係を表している。

ガスはＡｒ（ｇＸ／θ　Ｐａ）　、ターゲット電圧は３
０θＶとした。ターゲラ）７１１流はターゲット面積／
θθｃＩＡ当たりの値である。曲（Ｊｌｌ　Ａは本発明
における円部状ターゲットの代りに本願人の先の提案に
係る特願昭タフ−／りＡｇり３号において開示した円錐
円筒状ターゲットを用いた場合であり、曲線Ｂは第１図
示の本発明による直円筒状ターゲットの場合である。曲
線Ｂにおいては、上述したようにイオンの流入効果や電
子の捕捉効果によって、曲１！　Ａの３倍以上のターゲ
ット電流が得られている。また、このような大電流（大
電力）をターゲットに与えても、ターゲットの冷却効果
によって、長時間にわたって安定して動作させることが
可能であった。

第を図は本発明のスパッタリングターゲットにおけるタ
ーゲット電圧とターゲラ）　ｔｔｌ流との関係を示す図
である。ガスはＡｒ　（ｇ　×１０　Ｐｎ）とした。

ターゲット電流はターゲット電圧Ｓ０■までは急激に上
昇し、それ以上ではほぼ一定値となる。また、このター
ゲラ）［流はマイクロ波電力によって制御することがで
きる。したがって、種々の材料のターゲットに対して、
各々、最適なターケラト電流およびターゲット電圧を、
自由に、かつ制御性良く与えることができる。

第７図は本発明による膜付着の例であつ゛Ｃ１ターゲッ
トク／としてＴａｉ、ガスは第１ガス導入系／、２より
Ａｒｓ第コガス導入系／３より０２を導入し、Ｔａ２０
５膜３形成した場合について示している。Ａｒと０２の
総流量は／、Ｓ’　ｅ（！　／　ｍｉｎ　％ターゲット
電力＋：Ｉ：ＪＷ／ａＡであった。基板７はＳｉであり
、水冷の試料台Ｋに固定した。基板温度は約Ｑ℃であっ
た。付着速度は０２流岱比が大きくなるとともに小さく
なる。これに対し、屈折率は０２流爪比θ１．２夕まで
は０２流最比とともに小さくなるが、これ以上の０２流
量比ではＴａｚＯｓ　＃固有の値に一定となる。高活性
なＥＣＲプラズマを利用しているため、２００　Ａ　／
　ｍｉｎと高速な膜付着であってもＴａと０２の反応が
充分に進行し、膜固有の屈折率３有する高品質な膜が付
着性良く得られた。さらに、基板７を加熱しない低温で
の膜形成にも拘わらず、緩衝フッ酸（ＳＯ％フッ酸：１
０％フッ化アンモニウム−ｉ：ｉｌ、：ｉｏ℃）による
エツチング速度は約、２１１７　Ａ／　ｍｉｎであり、
約夕ｏ。

℃の基板加熱を必要とする従来のスパッタｒＪＥ　ヤ、
熱酸化法で得られる膜と比軸して、同等以上に綴密な膜
が形成された。また、この’ｒｎ　２０５膜ｉ　ＭＯＳ
ダイオードのゲート膜に適用し比誘電率、２−′？ｉ：
得るとともに、表面損傷などによる界面準位の発生が極
めて少なく、表面電荷の小さい良好１ダイオ−？特性を
確認した。

以上のように、本発明の構造、配置のスパッタリングタ
ーゲットを用いるスパッタ形ＥＣＲプラズマ付着法では
、種々の材料のスノぐツタリングターゲットを簡便に用
いることができ、これと高活性ｔ（Ｄ：ＣＲプラズマと
の組合せによって、低温で高品質ｆ、ご薄膜を形成する
ことができる。これまでの説明ではターゲット材料′５
：１種類とし、ガスとの組合せでＮ膜を形成する場合に
ついて示してきた。

しかし、スパッタリングターゲットの構成が簡便である
ため、複数のターゲツト材を用いて金８化合物、合金の
薄膜を形成することが容易に可能となる。

このように複数のターゲット利を用いる一例を第ｇ図お
よび第９図に示す。

第ｇ図は一種のターゲツト材をＩＴｌｆいる例を示し、
リング状ホルダクλの内側に外側円筒形状ターゲット乙
／を取り付ける。この外側円筒形状クーゲット乙／の内
側に、第１および第２内側円箇形状ターゲツＩ−４Ωお
よび６３をプラズマ流の方向に十下り段に積み重ねて取
り付ける。外側円筒形状ターゲット乙ｌ（す、第１また
は第λ内側円筒形状ターゲ゛ントＱまたは６３のいずれ
かと同−材料で構成するのが好適である。スパッタ電圧
はスパッタ電源／９よりターゲット全体に印加される。

薄膜中の一種類の材料の組成比は、第１および第一内側
円筒形状ターゲット６ユおよびＡ３の幅ＸおよびＹの比
Ｘ／Ｙによって自由に制御できる。

第９図は２種のターゲツト材に独立にスパッタ電圧を印
加できるようにした例を示し、本例では絶縁リング７１
により、一つのリング状ホルダ７．２と７３とを電気的
に絶縁した状態で結合し、各ホルダ７．２および７３の
内側に第１の外側および内側円筒形状ターゲット７ダお
よびりＳおよび第一の外側および内側円筒形状ターゲッ
ト７ｔおよび７７をそれぞれ取り付ける。本例では、２
個の円筒形状ターゲットが絶縁リング７／を介してシー
ルド電極ｌＩＪ内に配置されている。これら−個のター
ゲットに対して、スパッタ電源／りとしての第１および
第λスパッタ電源／？Ａおよび／９Ｂより個別に独立し
てスパッタ電圧を印加できるようにする。

このように２種のターゲツト材を配置して薄膜を形成す
る場合、スパッタ粒子はプラズマ流の中料台に輸送され
るため、試料表面の平面内で極めて均質な薄膜が形成さ
れる。さらに、単一材料かＩＥ＞Ｑるターゲットを用い
るため、混合ターゲットで問題になるスパッタ成分の時
間変化に起因するＶｉＭの厚さ方向の不均一さも生じな
い。また、スパッタ率の極端に異なる材料の薄膜を形成
する場合、スパッタ速度を微妙に制御する必要のある場
合などには非常に有効な手段となる。以上の説明では１
．２８１Ｉの材料のターゲットを用いる場合について説
明したが、同様に３種以上のターゲットを用いる場合に
も有効であり、広範な材料からなる薄膜の形成に容易に
適用できる。

（効　果） 以上説明したように、本発明によれば、固体材料を薄膜
形成用原料としてスパッタリングによりその原子を放出
させ、そのスパッタ原子をプラズマ流によってイオン化
し、かつそのスパッタ原子に付着反応に最適な運動エネ
ルギを（＝Ｊ与して膜形成するようにしたので、種々の
ガスを導入することと組合せることにより、きわめて広
範囲の材料の膜を低温で高品質に形成できる。また、本
発明テハ、従来ノスハツタ装置とは異なり、プラズマ生
成をマイクロ波による電子サイクロトロン共鳴を用いて
スパッタリングとは独立に行うことによって、１ＯＴｏ
ｒｒ〜／θ　Ｔｏｒｒ以上ときわめて広範囲のガス圧で
安定にスパッタリング反応を生じさせることができる。

更にまた、本発明によれば、スパッタ原子に付与する運
動エネルギ？マイクロ波ハワーテ可変でき、各種の導入
ガスのガス圧を広範囲に定めることができ、しがもａつ
の導入系からのガスの分圧を適当に定めることもでき、
従って、形成される膜の性質を広範囲に制御できる。

しかもまた、イオン化されたスパッタ原子および分子が
プラズマ流により方向性をもって試料基板上に運ばれる
ので、付着の効率が高まるだけでなく、試料室の他の部
分への不必要な膜形成を生じないので、ターゲットの消
耗が少く、装置内部の汚れが少く、従って、保守の容易
さおよび歩留りの向上にも役立つという利点がある。

更にまた、本発明によれば、低いガス圧の下でも高活性
プラズマが得られるので、反応性ガスの導入によって醸
化物や窒化物など各種化合物を高速度で高品質に形成で
きる。また、プラズマ生成条件と付着反応条件とを独立
に制御できるので、膜の物性を容易に制御できる。イオ
ンエネルギはり〜、７（７ｅＶ程度の適度な大きさであ
るから、膜の形成反応が促進され、膜の付着性もよく、
しがも半導体表面に与えるダメージは非常に小さい。低
温で膜を形成できるので、高分子材料やレジストの上に
も各種材料の膜を形成できる。従って、プロセスの低温
化を必要とする超ＬＳＩＩＩ！！！造、ＧａＡｓ、　Ｉ
ｎＰ等の熱に不安定な化合物半導体素子の製造に有効で
あり、さらに各種材料のコーティングなどにも本発明を
幅広く応用することができる。

さらにまた、スパッタリングターゲットを直円筒の形状
としてその表面がプラズマ流と交差するようにするとき
には、プラズマ流中のイオンがターゲツト面に効率よく
入射するのでターゲラ）１１流が増加し、付着速度が向
上する。それと共に、電子がターゲットの負電位と発散
磁界との相互作用によって捕捉され、それによりイ剖ン
生成が促進されると共に異常放電が防止される。また、
直円筒ターゲットは構造が簡単なので、’ｌｉｊ状ター
ゲット材を曲げて簡単に円筒に形成でき、種々の材料の
ターゲラ）Ｅ容易にかつ安価に用いることができる。そ
して、４）Ｙ状ターゲット材を複数用いるごとにより、
各種合金の薄膜ご容易にかつ均質に得ることができる。

さらに加えて、この場合には、ターゲツト面は試料方向
に画伯であるから、水冷の容易なシールド電極？冷却す
ることによって、ターゲットの冷却も行うことができ、
従って、ターゲットに冷却管を取イζ」りる必要がない
から、ターゲットの交換が簡単である。

さらにまた、以上の本発明実施例で（′、Ｊ金１１Ｍを
供給するにあたり、Ａｒなどの不活性ガスによるスパッ
タリングを用いているが、Ａｒなどに０４２などのハロ
ゲン系ガスを混合するが、あるいはハロゲン系ガス単独
で反応性スパッタリングによって金属Ｍを供給し２て、
伺着速度の向上？はかることも可能である。スパッタリ
ング（、″よる金１４　Ｍの供給方法からみれば、一般
にＡｒ′ｔｒどの不活性ガスよりもハロゲン不ガスの方
が揮発性のハロゲン化物を生成する化学反応を伴うので
、スパッタ′？Ｉｊ度がはるかに大ぎく、従って、金１
’、＋Ｓ　Ｍの供給効率が増大し、付着速度の向上を図
ることができる。この場合、プラズマ流中に飛σＬ１１
シた金属ハロゲン化４ツクはプラズマ流中の電子との衝
突により分解、イオン化されて、あたかもＥＣＲプラズ
マイく１着法（Ａｐｐ７ｉａｔｉｏｎ　５ｅｒ４ａｌ　
Ａ　、２５り、乙／　ｔ、＃ｊ　ＤＴ　昭　ｋ！ｉ　！
；７ｇ７７号８１ｇ１　）において金Ａ・−Ｉし・ロラ
ン化物のカスろで導入したと同じ機））′４で薄膜を形
成することができる。

７こだし、この場合、金属Ｍの固体ターグツｌ−金利用
し、反応性スパッタにより全屈ハロゲン化物五−供給す
るため特殊なガス導入系を必要とぜず、また沸点の高い
金属ハロゲン化物をも容易に供給できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面Ｎ１第λ図は本発
明によるプラズマ（Ｆ１着の原理の説明図、 第３図は第１図の本発明におけるターゲットおよびシー
ルド電極の構造の具体例を示す断面図１第グ図はそのタ
ーゲットの詳細例を示す横断面図、 第３・図は本発明におけるマイクロ波電力とターゲット
電流との関係を示す特性曲線図、第６図は本発明による
ターゲット電圧とターゲット電流との関係をマイクロ波
％、力をパラメータとして示す特性曲線図、 第７図は本発明によるＴａ２０５膜付着特性を示す特性
曲線図、 第ｇ図および第９図１：１本発明のさらに他のユつの実
施例を示す断面１てである。 ／・・・プラズマ生成室− ；・・・試料室１ ．２　Ａ・・・土壁、 ３・・・マイクロ波導入窓、 り・・・矩形導波管、 り・・・プラズマ引出し窓、 乙・・・プラズマ流、 ７・・・試料基板、 ｇ・・・試料台、 ？・・・排気系、 １０・・・（４気コイル、 ／／・・・（ｉヒ気ジ・−ルド、 ７．２・・・第１ガス導入ゴー、 ／、？・・・第２ガス導入系、 ／（／　・・・　給　水　にＩ　１ ／Ｓ・・・排水］−１１ ／９・・・スノぐツタ？ｉ；＋　ｌｊも一１／９Ａ・・
・第１スパツタへ）ｆ、源、／９Ｂ・・・第３スパツタ
電＋ｆ’ｉ（、／ｌ／・・・スパッタリングターゲット
、タコ・・・ホルダ、 グ３・・・シールド電極、 ４ｉ、：？　Ａ・・・」―部シールドｍ極、り３Ｂ・・
・下部シールド電極、 ’１．ｉ　Ｃ・・・外周シールド電極Ｌ極、１１．３　
Ｉ）・・・７ラング部、 ｌｌグ・・・冷却管、 グ左・・・給水口、 ４／６・・・排水口、 ｌ１７・・・ねじ、 何・・・ねじ、 ｌ１９・・・スペーサ、 夕θ・・・支持筒、 タト・・＼ビン、 タコ・・・電極、 ５３・・・絶縁管、 タグ・・・絶縁管、 タグ・・・給電線、 ＆＆　・・・プラズマ流中イオン、 り７・・・プラズマシース、 ４／・・・外側円筒形状ターゲット、 ｔ、２・・・第７内側円筒形状ターゲット、６３・・・
第２内側円筒形状ターゲット、７／・・・絶縁リング、 ７コ・・・リング状ホルダ、 ７３・・・リング状ホルダ、 クク・・・第１外側円筒形状ターゲット、７タ・・・第
１内側円筒形状ターゲット、７６・・・第コ外側円筒形
状ターゲット、７７・・・第一内側円筒形状ターゲット
。 特許出願人　日本電信電話公社 代理人弁理士　谷　義　− 第１図 第２図 Ｉ　゛ 第４図 第５図 ０　２００　４００　６００　８００　１０００マイグ
ロ汲１Ｌカ　（Ｗ） 第６図 ター／−ｒ”ット１Ｖ圧　（Ｖ） 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／）ガスを導入してプラズマを発生させるプラズマ生成
   室と、 膜形成すべき試料基板を配置するための試料台を配置し
   た試料室と、 前記プラズマ生成室と前記試料室との間に配置されたプ
   ラズマ引出し窓と、 スパッタリング材料で円筒形状に形成され、前記プラズ
   マ引出し窓と前記試料台との間に、前記プラズマ流を取
   り囲むように配置されたターゲットと、 該ターゲットをスパッタするためのイオンを１前記フラ
   ズマ生成窓で発生したプラズマによるプラズマ流の一部
   から引出して前記ターゲットに入射させる第１手段と、 前記プラズマ流を前記プラズマ引出し窓ご介して前記試
   料室に導くと共にスパッタされた原子Ｐ前記試料基板ま
   で輸送する第一手段とを具えたことを特徴とするプラズ
   マ付着装置。 、２、特許請求の範囲第１項記載のプラズマ付着装置に
   おいて、前記ターゲットを前記プラズマ引出し窓の近傍
   であって、しかも前記プラズマ流に接触するように配設
   したことを特徴とするプラズマ付着装置。 ３）特許請求の範囲第１項記載のプラズマ何着装置にお
   いて、前記円筒形状ターゲットのスパッタされる面が前
   記プラズマ流の一部と交差するようにしたことを特徴と
   するプラズマ（＝Ｊ着装ｆｉ／、ｌ、０１）特許請求の
   範囲第１項ないし第３項のいずれかの項に記載のプラズ
   マ何着装置において、前記プラズマ生成室はマイクロ波
   による電子サイクロトロン、ｔｔｌＴｉ放電を用いて前
   記プラズマを生成するように構成したこと些特徴とする
   プラズマ付着装置。 り）特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかの項
   に記載のプラズマ付着装置において、前記載１手段は、
   前記ターゲットが負になるように接続されたスパッタ電
   源を有することを特徴とするプラズマ付着装置。 乙）特ＦＦＢ１求の範囲第１項ないし第９項のいずれか
   の項に記載のプラズマ付着装置において、前記第二手段
   は、前記プラズマ生成室から前記試料室に向けて磁界強
   度が適当な勾配で弱くなる発散磁界の磁界分布をもつ磁
   気コイルを有することを特徴とするプラズマイ・」着装
   性。 ７）特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかの項
   に記載のプラズマ（ｑ着装贈におい゛Ｃ１前記ターゲッ
   トのうち前記プラズマ流に而していない部分をシールド
   電極によって覆ったことを特徴とするプラズマ付着装置
   。 ｇ）特許請求の範囲第７項記載のプラズマ付着装置にお
   いて、前記シールド電極を冷却するようにしたことを特
   徴とするプラズマ何着装置。 ９）特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかの項
   に記載のプラズマ付着装置におし・て、前記円筒形状タ
   ーゲットを、複数種類のターゲラしたことを特徴とする
   プラズマ伺尤装置。 ＩＯ）特許請求の範囲第１項、第λ項、第３項または第
   ７項に記載のプラズマ付不装置において、ｎ［；記円筒
   形状ターゲットを、複数種類のターゲット材料からなる
   ほぼ同一径の円Ｗ１を前記プラズマ流の流れの方向に重
   ね合わゼて借成したことを特徴とするプラズマ（”Ｊ着
   装「・；。 ／／）特Ｆ￥′Ｆ請求の範囲第１項、第ユ項、第３項、
   第７項または第７０項のいずれかの項に記載のプラズマ
   何着装置において、前記ターゲットを複数個のターゲラ
   ）　＋Ｈ＜分より形成、シ、該ターゲット部分の各々を
   独立に個別のスパッタ電源に接続し、て、前記ターゲッ
   ト部分の各々のスパッタリングを独立して制御できるよ
   うにしたことを特徴とするプラズマ付着装置。 ／２、特許請求の範囲第１項ないし第１／項のいずれか
   の項に記載のブラズ例着装置において、前記試料台を前
   記プラズマ生成室と電気的に絶縁したことを特徴とする
   プラズマ（＼］着装■とｔ０／３）特許請求の範囲第１
   項ないし第７．２項のいずれかの項に記載のプラズマ付
   着装置において、前記プラズマ生成室には第１ガス導入
   系を設けたことを特徴とするプラズマ何着装置。 ｙ＜Ｑ　特許請求の範囲第７３項記載のプラズマ付着装
   Ｍｌこおいて、前記試料室には第１ガス導入系を設けた
   ことを特徴とするプラズマ付着装置０（以下、余白）