KR950005350B1 - 반응성스퍼터링장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

반응성스퍼터링장치
제1도는 본 발명의 일실시예에 있어서의 반응성스퍼터링장치의 구성도.
제2도는 동실시예에 있어서의 반응성스퍼터링장치의 음극의 단면도.
제3도 (a)는 제2도의 음극을 a-a'선을 따른 연직상향으로 본 평단면도, (b)는 제2도의 음극을 b-b'선을 따른 연직상향으로 본 평단면도, (c)는 제2도의 음극을 c-c'선을 따른 연직상향으로 본 평단면도.
제4도는 종래의 반응성스퍼터링장치의 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 체임버 2 : 진공배기구
3 : 가스도입관(반응성가스용) 4 : 가스유량제어기
5 : 방전가스 6 : 반응성가스
7 : 타겟 8 : 음극
9 : 전원 10 : 자기회로
11 : 기판호울더 12 : 기판
13 : 침식영역 14 : 가스도입관(방전가스용)
본 발명은 반도체 제조 프로세스(Process)나 전자부품재료등의 제조공정에 사용하는 반응성스퍼터링장치에 관한 것이다.
반응성스퍼터링장치는 통상의 스퍼터링장치에 있어서 사용하는 아르곤가스등의 방전가스에 질소가스등의 반응성가스를 부가하므로서, 반응성가스와 타겟재로부터 방출되는 스퍼터입자와의 반응에 의해서 화합물박막을 생성하는 것이다.
반응성스퍼터링장치는, 통상의 스퍼터링장치에 반응성가스를 부가하는 것만으로 용이하게 여러가지의 화합물박막을 형성할 수 있기 때문에, 최근, 반도체제조프로세스나 전자부품재료등의 제조공정에 사용되고 있다.
이하, 종래의 반응성스퍼터링장치에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
제4도는 종래의 반응성스퍼터링장치의 구성도이다.
도면에 있어서(1)은 체임버(chamber), (2)는 체임버(1)내의 공기를 배출하기 위한 진공배기구, (3)은 방전가스 (5) 및 반응성가스(6)를 체임버(1)내에 공급하는 가스도입관, (4)는 이들의 가스(5), (6)의 공급유량을 제어하는 가스유량제어기이다. (7)은 타겟이고, 음극(8)에 장착되어 있다. (9)는 음극(8)에 전압을 인가하는 전원, (10)은 자장을 형성하는 자기회로, (11)은 기판(12)을 설치하기 위한 기판호울더, (13)은 마그네트론 방전에 있어서 가장 플라즈마 밀도가 높아지는 타겟(7)의 침식영역이다.
이상의 구성으로 이루어진 스퍼터링장치의 동작을 도면을 참조하여 설명한다. 먼저, 체임버(1)내를 진공배기구(2)로부터 진공펌프(도시생략)에 의해서 고진공(10-7Torr정도)까지 배기한다. 다음에 상기 체임버(1)의 일부에 일단부가 접속된 가스도입관(3)으로부터, 가스유량제어기(4)를 개재해서 체임버(1)내에 방전가스(5)와 반응성가스(6)를 혼입한다.
여기에서, 체임버(1)내의 압력은 10-3-10-2[Torr]정도로 유지한다. 그리고, 타겟(7)을 장착한 마그네트론음극(8)에 전원(9)에 의해 부의 전압을 인가하고, 상기 음극(8)내에 설치된 자기회로(10)에 의한 자장과, 상기 전원(9)에 의한 전장과의 작용에 의해서 타겟(7)표면근처에 마그네트론방전에 의한 플라즈마가 발생하고, 타겟(7)으로 방출된 스퍼터입자와 상기 반응성가스(6)와의 반응에 의해, 기판호울더(11)에 설치된 기판(12)에 화합물박막이 형성된다.
또한, 반응성스퍼터링에 있어서의 스퍼터입자와 반응성가스에 의한 화합은 주로 기판위에서 발생하고 있는 것이 일반적으로 알려져 있다.
그러나 종래의 반응성스퍼터링장치는 방전가스의 반응성가스를 공통의 가스도입관으로부터 체임버내에 공급하고 있기 때문에, 마그네트론 방전에 있어서 가장 플라즈마밀도가 높아지는 타겟의 침식영역에도 반응성가스가 분포하고, 타겟표면에 타겟재와 반응성가스와의 반응에 의한 화합물이 형성된다. 이 화합물에 의해 타겟으로부터의 스퍼터입자의 방출이 방해되고, 따라서 스퍼터울이 저하되어, 박막의 형성속도가 통상의 스퍼터링의 박막의 형성속도의 1/3-1/5정도까지 저하되어 버린다고 하는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기종래의 문제점을 해결하는 것으로서, 반응성스퍼터링에 의한 박막형상속도의 저하를 억제하는 반응성스퍼터링장치의 제공을 목적으로 하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반응성스퍼터링장치는 반응성가스와 방전가스의 공급장치를 따로따로 설치하는 것으로서, 타겟에 복수의 작은구멍을 형성하는 동시에 방전가스를 타겟을 가진 복수의 작은구멍을 통해서 타겟의 침식영역으로부터 공급하도록 구성한 것이다.
이구성에 의해, 방전가스는 가스유량제어기를 개재하여 방전가스도입관으로부터 도입하고, 마그네트론스퍼터링에 의해 가장 플라즈마밀도가 높은(가장 스퍼터된다)타겟의 침식영역으로부터 체임버내로 공급된다. 한편, 반응성가스는 가스유량제어기를 개재하여 체임버의 일부에 설치된 반응성가스도입관으로부터 체임버내로 공급된다. 이것에 의해, 방전가스와 반응성가스를 공통의 가스도입관으로부터 체임버내로 공급하고 있는 종래의 반응성스퍼터링장치와 같이, 2종류의 가스가 체임버내에 똑같이 분포하는 것은 아니고, 타겟표면 근처에서 형성되는 마그네트론방전에 의한 플라즈마에 기여하는 가스의 대부분은, 방전가스에 의해 점하여지게 된다. 즉, 반응성가스는 타겟표면근처의 플라즈마에는 거의 관여하지 않으므로, 타겟표면에서의 타겟재와 반응성가스와의 혼합물의 형성이 억제되어, 스퍼터울의 저하를 방지할 수 있다. 이때문에, 본 발명에서는 통상의(반응성이 아닌) 스퍼터링과 동등의 스퍼터울로 타겟으로부터 튀어나온 스퍼터입자가 기판상에서 반응성가스와 화합하여 화합물박막이 형성되게 되므로 박막형성속도의 저하를 억제할 수 있다.
이하 본 발명의 일실시예의 반응성스퍼터링장치는 도면을 참조하면서 설명한다. 제1도는 본 실시예의 반응성스퍼터링장치의 구성단면도이다. 여기에서 제4도의 종래예와 동일기능을 가진 부분에는 동일부호를 붙이고 설명을 생략한다. 종래예와 다른 것은, 타겟(7)에 복수의 작은구멍(20)을 형성하는 동시에, 방전가스(5)를 체임버(1)내에 공급해야할 가스도입관(14)을 타겟(7)의 작은구멍에 접속해서 배치한 점이다.
제2도는 동장치의 음극부분의 단면도이고, 제3도(a)-(c) 는 제2도의 음극부분을 a-a', b-b', c-c'선을 연직상향으로 본 평단면도이다.
제2도 및 제3도에 있어서, (15)는 음극본체이고 마그네트론 방전 발생용의 자기회로(10)가 설치되어 있다. (16)은 배킹플레이트(backing plate)이고 전체둘레에 걸쳐서 환형상의 슬릿 즉 환형상의 홈(17)이 형성되어 있다. 배킹플레이트(16)에는 타겟(7)이 고정되는 면과 반대면의 일부에 가스도입용의 작은구멍(18)이 형성되고, 통형상홈(17)까지 관통되어, 가스도입관(14)이 접속되어 있다.
타겟(7)의 침식영역(13)에는 가스분출용의 다수의 작은구멍(19)이 형성되고, 인듐땜납등으로 배킹플레이트(16)에 고정되어 있다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 반응성스퍼터링장치의 동작을 설명한다.
체임버(1)내를 진공배기구(2)로부터 진공펌프(도시생략)에 의해 고진공(10-7[Torr]정도)으로 될때까지 배기한다.
다음에, 가스도입관(14)으로부터 체임버(1)내에 방전가스(5)를 공급한다. 방전가스(5)는 가스도입관(14)으로부터 가스도입용의 작은구멍(18), 배킹플레이트(16)에 형성된 환형상의 홈(17), 또 타겟(7)의 복수의 작은구멍(19)을 통과하여, 타겟(7)의 침식영역(13)으로부터 체임버(1)내에 공급된다.
한편, 반응성가스용도입관(3)에 의해 반응성가스(6)를 체임버(1)내에 공급한다. 이때의 체임버(1)내의 압력은 10-3-10-2[Torr]정도로 유지하고, 각각의 가스유량은 가스유량제어기(4)에 의해 제어되고 있다.
그리고, 전원(9)에 의해 타겟(7)을 장착한 마그네트론음극(8)에 부의 전압을 인가하고, 마그네트론음극(8)내에 설치된 자기회로(10)에 의한 자장과, 전원(9)에 의한 전장과의 작용에 의해서, 타겟(7)표면근처에 마그네트론 방전에 의한 플라즈마가 발생한다.
본 실시예에서는, 방전가스(5)를 타겟(7)의 침식영역(13)으로부터 체임버(1)내에 공급하고 있기 때문에, 타겟(7)근처에는 주로 방전가스(5)가 분포하고 있으며, 타겟(7)의 표면근처에서 형성되는, 마그네트론 방전에 의한 플라즈마의 발생에 기여하는 가스의 대부분의 방전가스(5)로 된다.
한편, 반응가스(6)는 타겟(7)근처 이외에 분포하고 있기 때문에, 타겟재와 반응해서 타겟(7)표면에 화합물을 형성하기 어렵고, 타겟(7)으로부터 방출되는 스퍼터입자를 방해하는 것은 없다.
따라서, 이 스퍼터입자는 기판(12)위에서 반응성가스(6)와 반응할 때, 기판(12)에 형성되는 화합물박막의 형성속도가 저하되는 일없이 스퍼터링을 행할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 반응성스퍼터링장치는, 반응성가스와 방전가스의 공급위치를 따로따로 설치하고, 특히 타겟에 복수의 작은구멍을 형성하는 동시에, 방전가스를 타겟이 있는 복수의 작은구멍을 통해서 타겟의 침식영역으로부터 체임버내에 공급하도록 구성되어 있으므로서, 타겟표면근처에서 형성되는 마그네트론 방전에 의한 플라즈마에 기여하는 가스의 대부분이 방전가스로 점유되기 때문에, 타겟으로부터의 스퍼터입자의 방출을 방해하는, 타겟재와 반응성가스와의 화합물이 형성되기 어려워진다. 그결과, 반응성스퍼터링에 의해 형성되는 화합물박막의 형성속도의 저하를 억제한 뛰어난 반응성스퍼터링장치는 실현할 수 있다.

Claims (1)

  1. 체임버(1)와, 상기 체임버(1)의 내면에 고정된 음극(8)과, 상기 음극(8)에 장착되어 복수의 작은구멍(19)을 가진 타겟(7)과, 상기 체임버(1)내의 공기를 진공배기하는 진공배기수단과, 상기 체임버(1)의 일부에 배치되어, 반응성가스(6)를 체임버(1)내에 공급하는 제1의 가스도입수단(3)과, 상기 타겟(7)의 작은구멍(19)을 통해서 방전가스(5)를 상기 타겟(7)의 침식영역(13)으로부터 상기 체임버(1)내에 공급하도록 배치된 제2의 가스도입수단(14)과, 상기 반응성가스(6)의 공급유량을 제어하는 제1의 가스유량제어수단(4)과, 상기 방전가스(5)의 공급유량을 제어하는 제2의 가스유량제어수단(4)과, 상기 음극(8)에 전압을 인가하는 전원(9)과, 자장을 형성하는 자기회로(10)와, 상기 체임버(1)내에서, 또한 상기 타겟(7)에 대향하도록 배치되어, 기판(12)을 설치 고정하는 기판호울더(11)로 구성되는 것을 특징으로 하는 반응성스퍼터링장치.
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