JPS63121658A - 絶縁性酸化物膜の形成方法 - 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】 産業上の利用分野〉 この発明は、絶縁性酸化物膜の形成方法に関し、さらに
詳細にいえば、スパッタにより基板上に絶縁性酸化物膜
を形成する方法に関する。

〈従来の技術〉 従来、基板上に絶縁性酸化物膜を形成する方法として、
大別して以下の三つの方法が知られている。

■　基板表面を熱酸化する方法、および、水溶液中若し
くは気相プラズマ中で陽極化成する方法。

■　反応ガスを用い、熱エネルギ、光エネルギ、プラズ
マエネルギ等を利用して、気相または基板表面で化学反
応を起して所望の薄膜を形成するＣＶＤ法。

■　減圧下において原料物質を加熱、蒸発させるか、あ
るいはイオンを原料物質に衝突させることにより、気相
に飛散させ、堆積させるＰＶＤ法。

このほか、近年においては、成膜速度が比較的速く、高
純度、高品位の薄膜を容易に得ることのできる成膜法と
して、ＰＶＤ法の一種である、イオンブレーティング法
、マグネトロンスパッタ法も試みられている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記■の成膜方法のうち、熱的な化成による方法は、ピ
ンホールが発生したり、密管強度不足を生じたりする虞
れがあり、これら不都合を回避するためには、Ｓ１単結
晶等の極限られた材質の基板しか使用することができな
いという問題がある。

また、陽極化成法においても、対象となる基板の材質が
制約されるほか、不純物の混入を避けることかできない
ために、酸化物膜中に不純物準位や欠陥を生じ、リーク
電流値が大きくなったり、絶縁耐電圧が低くなったりす
るという問題がある。

■のＣＶＤ法によれば、成膜速度を早くすることが困難
であるとともに、反応性のガスを用いるために、やはり
不純物の混入を避けることができず、酸化物膜中に不純
物準位や欠陥を生じて、リーク電流値が大きくなったり
、絶縁耐電圧が低くなったりするという問題がある。

■０ＰＶＤ法の多くは、酸化物の成膜方法としては実用
的でなく、主として、イオンブレーティ。

フグ法、マグネトロンスパッタ法が試みられているが、
イオンブレーティング法によると、基板および成長しつ
つある膜が、超高エネルギ粒子に衝撃されて損傷を受け
るために、膜厚を約２μｍ以上形成しないと、絶縁性を
確保することができないという欠点がある。また、マグ
ネトロンスパッタ法においては、電界と直交する方向に
磁界を生じさせて、プラズマをターゲット近傍の空間に
閉じ込めているが、その構造上、プラズマを閉じ込める
ことができない部分が生じ、この部分から放出される荷
電粒子や、スパッタ時にターゲットから放出される負イ
オンに起因する超高エネルギ粒子による基板衝撃のため
に、基板が損傷してリーク電流が増大したり、絶縁耐電
圧が低下するという問題がある。

く目的〉 この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ス
パッタによる成膜方法であるにも拘らず、高品位にて高
い絶縁性を発揮することができる絶縁性酸化物膜の形成
方法を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するためのこの発明の絶縁性酸化物膜の
形成方法としては、所定空間を設けて対向させた一対の
ターゲットを陰極とするとともに、上記一対のターゲッ
ト間に磁界を形成し、該磁界により上記空間内にプラズ
マを閉じ込めた状態で、かつ基板を上記空間の外方所定
部に配置し、ターゲットをスパッタすることにより、基
板上に絶縁性酸化物膜を形成するものである。

ただし、磁界の強さを、５０〜２０００ｅに設定し、雰
囲気ガスとして、希ガスまたは希ガスを少なくとも１種
含む混合ガスを使用し、かつガス圧を、１×１０〜Ｉ　
Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒに設定してスパッタを行なわせて
もよい。

く作用〉 上記の構成の絶縁性酸化物膜の形成方法によれば、一対
のターゲット間に形成した磁界により、プラズマを上記
ターゲット間の空間に完全に閉じ込めた状態で、つまり
、荷電粒子が基板に到達す。

るのを阻止した状態で、上記空間の外方所定部に配置し
た基板に、絶縁性酸化物膜を形成することができる。

特に、磁界の強さを、５０００以上に設定することによ
り、プラズマの閉じ込めを確実に行なわせ、２０００ｃ
以下に設定することにより、プラズマがターゲットの中
心に集中するのを防止し、ターゲットの利用効率を良好
にすることができる。また、雰囲気ガスとして、希ガス
または希ガスを少なくとも１種含む混合ガスを使用し、
かつガス圧を、Ｉ　Ｘ　１０−４Ｔｏｒｒ以上に設定す
ることにより、プラズマの発生、持続を確実に行なわせ
、１×１Ｏ−２Ｔｏｒｒ以下に設定することにより、緻
密な構造の絶縁性酸化物膜を形成することができる。

〈実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

図はこの発明の絶縁性酸化物膜の形成方法の実施に使用
される対向ターゲット式スパッタ装置の概略図であり、
真空容器（１）の内部に、一対のターゲット［２］が所
定間隔離して平行に設けられているとともに、各ターゲ
ット（２の背後に磁石（３）が設けられている。上記磁
石［３］は、ターゲット（２を挾んでＮ極とＳ極とをそ
れぞれ対向させた状態で設けられており、各ターゲット
（２）の上下それぞれの端部付近において、スパッタ面
（２ａ）に対して垂直な磁界（Ｍ）を発生させることが
できる。さらに、絶縁性酸化物膜が形成される基板（４
）は、両ターゲット（２）の相互間に構成される空間（
５）の外部にて、該空間（５）に薄膜形成面を対向させ
た状態で、かつ各ターゲット（２］に対して垂直に配向
させた状態でセットされている。そして、スパッタ電力
を供給する直流電源（６）のマイナス側が上記ターゲッ
ト（２）に接続されているとともに、プラス側が磁石（
３）の周囲に設けられたシールドカバー（刀に接続され
ている。なお、上記両ターゲット（２は、図示しない水
冷手段により冷却されている。

以上の構成のスパッタ装置を用いてこの発明の絶縁性酸
化物膜の形成方法を実施するには、例えばターゲット（
２）として非磁性体からなるのものを。

使用し、磁石（３）の磁界の強さを５０〜２０００ｅ、
好ましくは１００〜１４００ｅに設定するとともに、真
空容器（１）内に、雰囲気ガスとしての希ガスまたは希
ガスを少なくとも１種含む混合ガスを供給し、かつ雰囲
気ガスの圧力を１×１０−４〜１×１Ｏ−２Ｔｏｒｒ、
好ましくはＩ　Ｘ　１０　〜５　Ｘ　１０　＝Ｔｏｒｒ
に設定した状態で、各ターゲット【２）にスパッタ電圧
を印加し、ターゲット（２）を陰極として、両ターゲッ
ト（２）間にプラズマを生じさせ、ターゲット（２）か
らスパッタされた粒子を析出させて、基板（４）の表面
に絶縁性酸化物膜を形成するものである。

上記の絶縁性酸化物膜の形成方法においては、ターゲッ
ト（２）間に磁界を生じさせているので、この磁界によ
り、プラズマをターゲット（２間の空間（５）内に閉じ
込めた状態で、かつ基板（４）を上記空間］５）の外方
に配置した状態でスパッタを行なうことができる。した
がって、荷電粒子や高エネルギ粒子が基板（４）に到達
して基板（４）が損傷するのを防止することができる。

特に、磁界の強さを、５０〜２０００ｅに設定している
ので、プラズマの閉じ込めを確実に行なわせ、しかもタ
ーゲット（２の利用効率を良好に確保することができる
。即ち、磁界の強さが５００ｅよりも小さいと、プラズ
マの閉じ込めが不充分であり、２０００ｃを超えると、
ターゲット（２の中心付近にプラズマが閉じ込められて
しまい、ターゲット（２の利用効率が低下するという不
都合を生じる。なお、プラズマの制御を最も行ない易い
磁界の強さとしては、１００〜１４００ｅの範囲である
。

一方、雰囲気ガスの圧力をＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以
上とすることにより、プラズマの発生、持続を確実に行
なわせることができる。そして、１×１Ｏ−２Ｔｏｒｒ
以下とすることにより、緻密な構造の絶縁性酸化物膜を
形成することができる。

そして、上記の条件でこの発明の絶縁性酸化物膜の形成
方法を実施することにより、種々の材質の基板に対して
、高い絶縁性を付する酸化物膜を安定的かつ確実に形成
することができる。

この発明により好適に形成される酸化物膜としては、Ｔ
ａ　ｓ　Ａ　ｌ　ｓ　Ｓ　Ｉ　ｓ　Ｔ　Ｉ　−Ｂ　ａ　
−Ｓ　ｒ、　。

Ｚ「、Ｙの酸化物のうちの、１種または複数種からなる
ものを挙げることができる。

この発明の絶縁性酸化物膜の形成方法は、上記実施例に
限定されるものでなく、例えば、一対のターゲット（２
］として、金属からなるものを使用して実施してもよく
、この場合には、少なくとも１０体積％以上の酸素ガス
を含有する雰囲気ガスを使用するのが好ましい。このほ
かこの発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更を施す
ことができる。

く比較例〉 ＡＩからなるターゲットを使用するとともに、雰囲気ガ
スとしてＡｒと０２とを体積比で３：２の割合で混合し
たものを使用し、ガス圧を４×１０−３Ｔｏｒｒに設定
してこの発明の絶縁性酸化物膜の形成方法を実施した。

ここに、基板として４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金からなるもの
を使用し、２０分間のスパッタで２０００〜３０００Ａ
の膜厚の酸化物膜を形成した。なお上部電極としては、
Ａ１を真空蒸管により３〜８μｍの厚みに形成した。

」５記により得られた酸化物膜の電圧−電流特性を測定
した結果を第２図に示す。なお比較のために、従来法で
あるイオンブレーティング法およびマグネトロンスパッ
タ法により形成した酸化物膜の、電圧−電流特性を測定
した結果も同図に示す。

同図から明らかなように、この発明の絶縁性酸化物膜の
形成方法により形成した酸化物膜のリーク電流は、従来
法により形成したものよりも小さく、絶縁耐電圧が高く
なっていることが確認された。

く効果〉 以上のように、この発明の絶縁性酸化物膜の形成方法に
よれば、ターゲット間に発生させた磁界により、プラズ
マをターゲット間に閉じ込めた状態で、かつ基板を上記
空間の外方に配置した状態でスパッタを行なうので、荷
電粒子や高エネルギ粒子により基板が損傷するのを防止
することができ、高密度にて高い絶縁性を具備する酸化
物膜を形成することができるという特有の効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の絶縁性酸化物膜の形成方法の実施
に使用する装置の概略図、 第２図は、この発明の絶縁性酸化物膜の形成方法、従来
法としてのイオンブレーティング法およびマグネトロン
スパッタ法によりそれぞれ形成された酸化物膜の、電圧
−電流特性のａｐｌ定結果を示すグラフ図。 （′２Ｊ・・・ターゲット　　　　（３）・・・磁石（
４）・・・基板　　　　　　　（５）・・・空間（Ｍ）
・・・磁界 特許出願人　　住友電気工業株式会社 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スパッタにより基板上に絶縁性酸化物膜を形成する
   方法において、 所定空間を設けて対向させた一対のターゲットを陰極と
   するとともに、上記一対のターゲット間に磁界を形成し
   、該磁界により上記空間内にプラズマを閉じ込めた状態
   で、 かつ基板を上記空間の外方所定部に配置した状態で、基
   板上に絶縁性酸化物膜を形成することを特徴とする絶縁
   性酸化物膜の形成方法。 ２、磁界の強さが、５０〜２００Ｏｅである上記特許請
   求の範囲第１項記載の絶縁性酸化物膜の形成方法。 ３、雰囲気ガスとして、希ガスまたは希ガスを少なくと
   も１種含む混合ガスを使用し、かつガス圧が、１×１０
   ＾−＾４〜１×１０＾−＾２Ｔｏｒｒに設定されている
   上記特許請求の範囲第１項記載の絶縁性酸化物膜の形成
   方法。 ４、絶縁性酸化物膜として、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、
   Ｂａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｙの酸化物のうちの、１種または複
   数種からなるものを形成する上記特許請求の範囲第１項
   記載の絶縁性酸化物膜の形成方法。 ５、一対のターゲットとして、非磁性体からなるのもの
   を使用する上記特許請求の範囲第１項記載の絶縁性酸化
   物膜の形成方法。 ６、一対のターゲットとして、金属からなるものを使用
   するとともに、雰囲気ガスとして、少なくとも１０体積
   ％以上の酸素ガスを含有するものを使用する上記特許請
   求の範囲第１項記載の絶縁性酸化物膜の形成方法。