JPS6326361A - 薄膜形成方法および装置 - Google Patents
薄膜形成方法および装置Info
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- JPS6326361A JPS6326361A JP16959086A JP16959086A JPS6326361A JP S6326361 A JPS6326361 A JP S6326361A JP 16959086 A JP16959086 A JP 16959086A JP 16959086 A JP16959086 A JP 16959086A JP S6326361 A JPS6326361 A JP S6326361A
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Landscapes
- 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。
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〕
本発明は、スパッタ法による薄膜形成方法および装置に
係り、特に、高真空域で高品質の薄膜を高能率に形成で
きる薄膜形成方法および装置に関する。
係り、特に、高真空域で高品質の薄膜を高能率に形成で
きる薄膜形成方法および装置に関する。
スパッタ蒸着法は、エレクトロニクス、光学。
装飾などに広く利用されており、特に、エレクトロニク
ス関係の超ＬＳＩ製造には、高品質な薄膜を高能率に形
成できるスパッタ装置の開発が望まれている。スパッタ
法には、第４図、第５図に示すように、直流マグネトロ
ンスパッタ法や高周波マグネトロンスパッタ法などがあ
る。
ス関係の超ＬＳＩ製造には、高品質な薄膜を高能率に形
成できるスパッタ装置の開発が望まれている。スパッタ
法には、第４図、第５図に示すように、直流マグネトロ
ンスパッタ法や高周波マグネトロンスパッタ法などがあ
る。
第４図に示した直流マグネトロンスパッタ法は、チャン
バー２内に基板３とターゲット４とを対向させて配置し
、直流電源７によりターゲラｌ−４を負にして基板３と
の間にグロー放電を生じさせ、Ａｒイオンでターゲット
成分を叩出し、基板３に付着させて薄膜を形成する方法
である。なお、第４図Ａにおいて、５は絶縁物、６は磁
石である。
バー２内に基板３とターゲット４とを対向させて配置し
、直流電源７によりターゲラｌ−４を負にして基板３と
の間にグロー放電を生じさせ、Ａｒイオンでターゲット
成分を叩出し、基板３に付着させて薄膜を形成する方法
である。なお、第４図Ａにおいて、５は絶縁物、６は磁
石である。
この方式は、後述の高周波マグネトロンスパッタ法に比
べ、膜形成が高能率になされる。しかし、Ａｒ雰囲気で
の実用放電圧力は、２ Ｘ ３−０−８Ｔｏｒｒ付近が
限界である。
べ、膜形成が高能率になされる。しかし、Ａｒ雰囲気で
の実用放電圧力は、２ Ｘ ３−０−８Ｔｏｒｒ付近が
限界である。
一方、第５図に示した高周波マグネトロンスパッタ法は
、高周波電源１からの高周波電力を基板３とターゲット
４との間に印加し、薄膜を形成させる方法である。この
方法では、高周波電界による電子の衝突電離が効果的に
働き、３Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ程度まで放電が可能である
。したがって、直流マグネトロン方式に比べ、Ａｒガス
や不純物が基板に付着することが少ない。しかし、スパ
ッタ速度が遅いなどの欠点がある。また、高周波マグネ
トロン法では、ターゲットの材質や形状、チャンバー形
状などにより、ターゲットが負にバイアスされる状態が
第５図Ｂ、Ｃのように異なってくる。条件によっては基
板３の負バイアスが大きすぎ基板が逆スパッタされ、蒸
着されないこともある（ただし、適度の逆スパッタはＡ
ｒなとの吸着防止に効果がある。）。また第５図Ｂのよ
うに良好な状態でターゲットが負にバイアスされても、
平均電圧■は高周波の振幅の約半分しか得られない。こ
れが直流マグネトロン方式よりスパッタ速度が遅い原因
と考えられている。
、高周波電源１からの高周波電力を基板３とターゲット
４との間に印加し、薄膜を形成させる方法である。この
方法では、高周波電界による電子の衝突電離が効果的に
働き、３Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ程度まで放電が可能である
。したがって、直流マグネトロン方式に比べ、Ａｒガス
や不純物が基板に付着することが少ない。しかし、スパ
ッタ速度が遅いなどの欠点がある。また、高周波マグネ
トロン法では、ターゲットの材質や形状、チャンバー形
状などにより、ターゲットが負にバイアスされる状態が
第５図Ｂ、Ｃのように異なってくる。条件によっては基
板３の負バイアスが大きすぎ基板が逆スパッタされ、蒸
着されないこともある（ただし、適度の逆スパッタはＡ
ｒなとの吸着防止に効果がある。）。また第５図Ｂのよ
うに良好な状態でターゲットが負にバイアスされても、
平均電圧■は高周波の振幅の約半分しか得られない。こ
れが直流マグネトロン方式よりスパッタ速度が遅い原因
と考えられている。
これまで検討してきたように、直流マグネトロンスパッ
タ法は高能率ではあるものの、真空度を高くできず、不
純物が付着しやすい欠点がある。
タ法は高能率ではあるものの、真空度を高くできず、不
純物が付着しやすい欠点がある。
一方、高周波マグネトロンスパッタ法は高真空下でスパ
ッタできＡ、 ｒガスや不純物の付着が少ないが、スパ
ッタ速度が遅い問題点があった。
ッタできＡ、 ｒガスや不純物の付着が少ないが、スパ
ッタ速度が遅い問題点があった。
本発明の目的は、１０−’Ｔｏｒｒ台の真空域で高品質
の薄膜を高能率に形成できる薄膜形成方法および装置を
提供することである。
の薄膜を高能率に形成できる薄膜形成方法および装置を
提供することである。
本発明は、上記目的を達成するために、直流に高周波の
脈流を重畳させたスパッタ電圧を用いるスパッタ蒸着法
による薄膜形成方法を提案するものである。
脈流を重畳させたスパッタ電圧を用いるスパッタ蒸着法
による薄膜形成方法を提案するものである。
本発明はまた、ターゲットと基板との間に印加する電圧
の極性を交互に変え、しかもその通電時間またはピーク
値を可変とし、基板を逆スパッタしてＡｒイオンや不純
物の混入を防止する薄膜形成方法も提供するものである
。
の極性を交互に変え、しかもその通電時間またはピーク
値を可変とし、基板を逆スパッタしてＡｒイオンや不純
物の混入を防止する薄膜形成方法も提供するものである
。
本発明は更に、上記方法を具体的に実施するための装置
として、高周波電源と少なくともふたつの直流電源とそ
れらふたつの直流電源を切替え接続し前記高周波と直流
とを択一的に重畳させるスイッチング制御部とを含む薄
膜形成装置を提案するものである。
として、高周波電源と少なくともふたつの直流電源とそ
れらふたつの直流電源を切替え接続し前記高周波と直流
とを択一的に重畳させるスイッチング制御部とを含む薄
膜形成装置を提案するものである。
本発明は、高周波放電の場合、放電空間の電子が高周波
電界により電極間を往復運動するため、直流放電に比べ
、電子の衝突電離が大きくなり、１０−’Ｔｏｒｒ台で
も放電すること、および基板を適度に逆スパッタすれば
、Ａｒイオンや不純物の混入を防止できることに注目し
てなされたものである。
電界により電極間を往復運動するため、直流放電に比べ
、電子の衝突電離が大きくなり、１０−’Ｔｏｒｒ台で
も放電すること、および基板を適度に逆スパッタすれば
、Ａｒイオンや不純物の混入を防止できることに注目し
てなされたものである。
以下本発明の作用を第２図と第３図により説明する。第
２図は放電持続性と真空度および高周波重畳比との関係
について示している。ここで、ＶＤは直流電圧、ＶＦは
重畳高周波の振幅電圧、ットはＡＱ−１％Ｓｉ、電力は
ａｏｏｗ、高周波は１３．５６ＭＨｚで一定とした。真
空度が２×１０’−８Ｔｏｒｒでは高周波の重畳なしで
も安定に放電する。しかし、Ｉ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒ
〜５ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒになると、１０〜３０％の
高周波を重畳しなければ放電できないことがわかる。４
Ｘ １０”−’Ｔｏｒｒでは高周波重畳比が６０％と
なり、急激に増加し、更に３ Ｘ １０″−’Ｔｏｒｒ
以下では高周波単独でも放電を持続できない。このよう
に直流に高周波を１０〜３０％重畳すると、直流（脈流
）スパッタでも高真空域でのスパッタが可能である。
２図は放電持続性と真空度および高周波重畳比との関係
について示している。ここで、ＶＤは直流電圧、ＶＦは
重畳高周波の振幅電圧、ットはＡＱ−１％Ｓｉ、電力は
ａｏｏｗ、高周波は１３．５６ＭＨｚで一定とした。真
空度が２×１０’−８Ｔｏｒｒでは高周波の重畳なしで
も安定に放電する。しかし、Ｉ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒ
〜５ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒになると、１０〜３０％の
高周波を重畳しなければ放電できないことがわかる。４
Ｘ １０”−’Ｔｏｒｒでは高周波重畳比が６０％と
なり、急激に増加し、更に３ Ｘ １０″−’Ｔｏｒｒ
以下では高周波単独でも放電を持続できない。このよう
に直流に高周波を１０〜３０％重畳すると、直流（脈流
）スパッタでも高真空域でのスパッタが可能である。
第３図は従来法の高周波単独と本発明により直流に２０
％の高周波を重畳したものとの差を明らかにするため、
真空度と膜厚との関係について示したものである。第３
図から明らかなように、本発明によれば、従来法に比べ
約１．７〜２倍の膜厚が得られる。
％の高周波を重畳したものとの差を明らかにするため、
真空度と膜厚との関係について示したものである。第３
図から明らかなように、本発明によれば、従来法に比べ
約１．７〜２倍の膜厚が得られる。
さて、ＬＳＩの配線材料としてＡＱ−１％Ｓｉ合金が使
用されている。配線は今後ますます高密度化する傾向に
あり、マイグレーションの問題が生じている。耐マイグ
レーシヨン対策として＜１１１＞面にすると有効である
ことが知られている。そして＜１１１＞面は可能な限り
高真空域でスパッタすると形成できることも経験的に知
られている。＜１１１＞面形成における従来法の直流マ
グネトロンスパッタ方法と本発明方法との差を明らかに
するため、Ａμｍ１％ＳｉをＳｉウェハーにスパッタ蒸
着した。いずれの場合も電力を２５０Ｗ一定とした。従
来法の真空度は２Ｘ１０−”Ｔｏｒｒ （放電限界）と
し１本発明の真空度は５×１０−’Ｔｏｒｒ （はぼ放
電限界付近）にした。また、本発明の高周波重畳比は２
０％とし、逆スパッタの通電比（後述の第１図Ｂ参照）
を５％にしてスパッタ蒸着した。それぞれの結果をＸ線
回折で調べると、本発明では＜１１１＞面に良好にそろ
っていた。しかし、従来法の直流マグネトロンスパッタ
方法では＜１１１＞面にそろえることができなかった。
用されている。配線は今後ますます高密度化する傾向に
あり、マイグレーションの問題が生じている。耐マイグ
レーシヨン対策として＜１１１＞面にすると有効である
ことが知られている。そして＜１１１＞面は可能な限り
高真空域でスパッタすると形成できることも経験的に知
られている。＜１１１＞面形成における従来法の直流マ
グネトロンスパッタ方法と本発明方法との差を明らかに
するため、Ａμｍ１％ＳｉをＳｉウェハーにスパッタ蒸
着した。いずれの場合も電力を２５０Ｗ一定とした。従
来法の真空度は２Ｘ１０−”Ｔｏｒｒ （放電限界）と
し１本発明の真空度は５×１０−’Ｔｏｒｒ （はぼ放
電限界付近）にした。また、本発明の高周波重畳比は２
０％とし、逆スパッタの通電比（後述の第１図Ｂ参照）
を５％にしてスパッタ蒸着した。それぞれの結果をＸ線
回折で調べると、本発明では＜１１１＞面に良好にそろ
っていた。しかし、従来法の直流マグネトロンスパッタ
方法では＜１１１＞面にそろえることができなかった。
〔実施例〕
次に、第１図を参照して、本発明による薄膜形成装置の
一実施例を説明する６ 第１図Ａにおいて、１は高周波電源、２はスパッタを行
うチャンバー、３は基板、４はターゲット、５は電極の
絶縁物、６は磁石、７は順バイアス用直流電源、８は逆
バイアス用直流電源、９および１ｏはそれぞれ逆バイア
スと順バイアスの直流電圧を高周波と重畳させるスイッ
チングトランジスタ、１１および１２は逆流防止ダイオ
ード、１３および１４はそれぞれコンデンサ１５および
１６と組み合わされて高周波の逆流を防止するコイル、
１７はコンデンサ１８および１９と組み合わされて高周
波電力をターゲットに有効に供給するマツチングコイル
、２０は高周波電源１に直流が流入するのを遮断するコ
ンデンサ、２１は重畳すべき高周波電圧（電力）を設定
するポテンショメータ、２２はスイッチングトランジス
タ９および１０を択一的に導通させスパッタと逆スパッ
タとを制御するスイッチング制御部、２３はそのスイッ
チング周期を設定するポテンショメータ、２４は逆スパ
ッタ通電比を設定するポテンショメータ、２５は直流電
源７の順バイアス電圧設定用ポテンショメータ、２６は
直流電源８の逆バイアス電圧設定用ポテンショメータで
ある。
一実施例を説明する６ 第１図Ａにおいて、１は高周波電源、２はスパッタを行
うチャンバー、３は基板、４はターゲット、５は電極の
絶縁物、６は磁石、７は順バイアス用直流電源、８は逆
バイアス用直流電源、９および１ｏはそれぞれ逆バイア
スと順バイアスの直流電圧を高周波と重畳させるスイッ
チングトランジスタ、１１および１２は逆流防止ダイオ
ード、１３および１４はそれぞれコンデンサ１５および
１６と組み合わされて高周波の逆流を防止するコイル、
１７はコンデンサ１８および１９と組み合わされて高周
波電力をターゲットに有効に供給するマツチングコイル
、２０は高周波電源１に直流が流入するのを遮断するコ
ンデンサ、２１は重畳すべき高周波電圧（電力）を設定
するポテンショメータ、２２はスイッチングトランジス
タ９および１０を択一的に導通させスパッタと逆スパッ
タとを制御するスイッチング制御部、２３はそのスイッ
チング周期を設定するポテンショメータ、２４は逆スパ
ッタ通電比を設定するポテンショメータ、２５は直流電
源７の順バイアス電圧設定用ポテンショメータ、２６は
直流電源８の逆バイアス電圧設定用ポテンショメータで
ある。
このように構成した本発明の薄膜形成装置において、ま
ず、直流電源７のポテンショメータ２５で第１図Ｂのス
パッタ電圧ＶＤＩ（または電流）を設定し、直流電源８
のポテンショメータ２６で逆スパッタ電圧ＶＤ２’（ま
たは電流）を設定する。
ず、直流電源７のポテンショメータ２５で第１図Ｂのス
パッタ電圧ＶＤＩ（または電流）を設定し、直流電源８
のポテンショメータ２６で逆スパッタ電圧ＶＤ２’（ま
たは電流）を設定する。
次に、１０−’Ｔｏｒｒ台での高真空域でも安定な放電
を接続させるため、高周波電源１のポテンショメータ２
１で重畳電圧ＶＦ（または電力）を設定する。更に、ス
パッタと逆スパッタとを交互におこなうように、スイッ
チング制御部２２のポテンショメータ２３および２４に
より、Ｔｚ とＴ２とを設定する。
を接続させるため、高周波電源１のポテンショメータ２
１で重畳電圧ＶＦ（または電力）を設定する。更に、ス
パッタと逆スパッタとを交互におこなうように、スイッ
チング制御部２２のポテンショメータ２３および２４に
より、Ｔｚ とＴ２とを設定する。
この状態でスパッタさせると、直流に高周波が重畳して
いるので、１０−’Ｔｏｒｒ台の高真空でも放電が持続
し、膜形成速度が高くなる。また、この高真空と逆スパ
ッタとが相俟ってＡｒイオンや不純物の混入が著しく軽
減される。
いるので、１０−’Ｔｏｒｒ台の高真空でも放電が持続
し、膜形成速度が高くなる。また、この高真空と逆スパ
ッタとが相俟ってＡｒイオンや不純物の混入が著しく軽
減される。
本発明によれば、直流に２０％程度の高周波電圧を重畳
して、４ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒの高真空域でも放電で
き、高周波単独の高周波マグネトロンスパッタより１．
７〜２倍の成膜速度が得られる。また、直流マグネトロ
ンスパッタ法（２Ｘ １０−８Ｔｏｒｒ）よりも高真空
（４Ｘ １０”−’Ｔｏｒｒ）でスパッタ可能なため良
質の薄膜が得られる。更に、極性交換の通電比あるいは
ピーク値を適切に調整し周期的にスイッチングして適度
に逆スパッタするので、Ａｒなとの不純物の混入を軽減
できる。
して、４ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒの高真空域でも放電で
き、高周波単独の高周波マグネトロンスパッタより１．
７〜２倍の成膜速度が得られる。また、直流マグネトロ
ンスパッタ法（２Ｘ １０−８Ｔｏｒｒ）よりも高真空
（４Ｘ １０”−’Ｔｏｒｒ）でスパッタ可能なため良
質の薄膜が得られる。更に、極性交換の通電比あるいは
ピーク値を適切に調整し周期的にスイッチングして適度
に逆スパッタするので、Ａｒなとの不純物の混入を軽減
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による薄膜形成装置の一実施例の構成お
よびその動作を示す図、第２図は放電持続性と真空度お
よび高周波重畳比との関係を示す図、第３図は本発明方
法と従来法による膜厚の差を示す図、第４図は従来の直
流マグネトロンスパッタ法の原理を示す図、第５図は従
来の高周波マグネトロンスパッタ法の原理を示す図であ
る。 １・・・高周波電源、２・・・チャンバー、３・・・基
板、４・・・ターゲット、５・・・絶縁物、６・・・磁
石、７，８・・・直流電源、９，１０・・・スイッチン
グトランジスタ。 １１．１２・・・逆流防止ダイオード、１３．１４・・
・高周波逆流防止コイル、１５．１６・・・高周波逆流
防止コンデンサ、１７・・・マツチングコイル、１８゜
１９・・・マツチングコンデンサ、２０・・・直流遮断
コンデンサ、２１．２３，２４，２５．２６・・・ポテ
ンショメータ、２２・・・スイッチング制御部。
よびその動作を示す図、第２図は放電持続性と真空度お
よび高周波重畳比との関係を示す図、第３図は本発明方
法と従来法による膜厚の差を示す図、第４図は従来の直
流マグネトロンスパッタ法の原理を示す図、第５図は従
来の高周波マグネトロンスパッタ法の原理を示す図であ
る。 １・・・高周波電源、２・・・チャンバー、３・・・基
板、４・・・ターゲット、５・・・絶縁物、６・・・磁
石、７，８・・・直流電源、９，１０・・・スイッチン
グトランジスタ。 １１．１２・・・逆流防止ダイオード、１３．１４・・
・高周波逆流防止コイル、１５．１６・・・高周波逆流
防止コンデンサ、１７・・・マツチングコイル、１８゜
１９・・・マツチングコンデンサ、２０・・・直流遮断
コンデンサ、２１．２３，２４，２５．２６・・・ポテ
ンショメータ、２２・・・スイッチング制御部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、チャンバー内に基板とターゲットとを対向させて配
置しターゲットを負とする直流電圧を印加してグロー放
電させイオンによりターゲット成分を叩出し基板に付着
させる薄膜形成方法において、前記直流電圧に高周波電
圧を重畳しグロー放電を持続させることを特徴とする薄
膜形成方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記直流電圧と高
周波電圧との値がそれぞれ独立に可変であることを特徴
とする薄膜形成方法。 ３、チャンバー内に基板とターゲットとを対向させて配
置しターゲットを負とする直流電圧を印加してグロー放
電させイオンによりターゲット成分を叩出し基板に付着
させる薄膜形成方法において、前記直流電圧とそれとは
逆極性の直流電圧とを交互に切換え、更にそれらの直流
電圧に高周波電圧を重畳し、前記グロー放電を生じさせ
、スパッタと逆スパッタとをくり返すことを特徴とする
薄膜形成方法。 ４、特許請求の範囲第３項において、前記両直流電圧の
電圧値および通電比並びに前記高周波電圧のピーク値の
少なくともひとつが可変であることを特徴とする薄膜形
成方法。 ５、チャンバー内に基板とターゲットとを対向させて配
置しターゲットを負とする直流電圧を印加してグロー放
電させイオンによりターゲット成分を叩出し基板に付着
させる薄膜形成装置において、前記基板とターゲットと
を順バイアスする第１直流電源と、前記基板とターゲッ
トとを逆バイアスする第２直流電源と、前記両電源のい
ずれかの出力と重畳すべき高周波を供給する高周波電源
と、前記第１直流電源からの順バイアスと前記高周波と
を重畳させる第１スイッチング部と、前記第２直流電源
からの逆バイアスと前記高周波とを重畳させる第２スイ
ッチング部と、これら両スイッチング部を択一的に作動
させるスイッチング制御部とからなることを特徴とする
薄膜形成装置。 ６、特許請求の範囲第５項において、前記各電源が出力
調整素子を備え、前記スイッチング制御部が順バイアス
と逆バイアスの通電時間の調整素子を備えたことを特徴
とする薄膜形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16959086A JPS6326361A (ja) | 1986-07-18 | 1986-07-18 | 薄膜形成方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16959086A JPS6326361A (ja) | 1986-07-18 | 1986-07-18 | 薄膜形成方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6326361A true JPS6326361A (ja) | 1988-02-03 |
Family
ID=15889306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16959086A Pending JPS6326361A (ja) | 1986-07-18 | 1986-07-18 | 薄膜形成方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6326361A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63140077A (ja) * | 1986-12-03 | 1988-06-11 | Sanyo Shinku Kogyo Kk | 誘電体薄膜の製造方法とその装置 |
| JPH01108371A (ja) * | 1987-10-20 | 1989-04-25 | Fuji Electric Co Ltd | 薄膜形成装置 |
| JPH0313573A (ja) * | 1989-06-10 | 1991-01-22 | Ulvac Corp | 誘電体膜の反応性スパッタ成膜法 |
| US5679625A (en) * | 1992-09-07 | 1997-10-21 | Nippon Steel Corporation | Method of making an oxide superconducting thin film |
| JP2017179529A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 住友理工株式会社 | マグネトロンスパッタ成膜装置 |
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1986
- 1986-07-18 JP JP16959086A patent/JPS6326361A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63140077A (ja) * | 1986-12-03 | 1988-06-11 | Sanyo Shinku Kogyo Kk | 誘電体薄膜の製造方法とその装置 |
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| JPH0541703B2 (ja) * | 1987-10-20 | 1993-06-24 | Fuji Electric Co Ltd | |
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