TWI686488B - 碳膜之成膜方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題為，提供可將具有相較於上述先前例者而為非常低之數十mΩ．cm程度的比電阻之碳膜以良好再現性來成膜的碳膜之成膜方法。

本發明之解決手段為，於本發明之成膜方法中，係使用碳製之靶材(4)，以使洩漏磁場(Mf)作用於此靶材表面側的狀態對靶材投入電力來進行濺鍍，而於處理對象物之表面成膜碳膜。此時，將於靶材表面而洩漏磁場所作用的區域設為局部性，使此洩漏磁場所作用的區域，以從靶材表面的起點起相對於靶材進行相對移動並返回起點的方式而作週期性之變化。並且，使靶材表面之特定位置處的洩漏磁場之平均磁場強度與對於靶材之投入電力的乘積成為125G．kW以下。

Description

碳膜之成膜方法
本發明係關於碳膜之成膜方法，更詳細而言，係關於以磁控濺鍍法所致者。
使用碳膜作為記憶體元件或有機EL元件等之裝置的電極係為已知。於這種碳膜之成膜中，係考慮量產性等而使用所謂磁控管方式的濺鍍裝置(例如，參照專利文獻1、2)。此種的濺鍍裝置，係具備真空腔室，該真空腔室，係具備被設置有所欲進行成膜處理的處理對象物之平台。於真空腔室內，係與平台對向地設置濺鍍陰極。濺鍍陰極，係具備石墨或熱解碳(Pyrocarbon)等之碳製的靶材、和使洩漏磁場作用於靶材表面側的磁鐵單元。在碳膜之成膜時，係於真空環境之真空腔室內導入氬氣等之放電用濺鍍氣體，對靶材投入高頻電力等而於平台與靶材之間的空間產生電漿，並利用電漿中之濺鍍氣體的離子來將靶材進行濺鍍，藉此而在與靶材對向配置的平台上之處理對象物的表面成膜碳膜。
在此，於上述種類之濺鍍裝置中，為了提高 碳膜之膜厚的均勻性或靶材的利用效率，例如，在靶材為具有圓形之輪廓的情況，一般而言，係進行藉由使磁鐵單元存在於偏離靶材中心來將於靶材表面側而洩漏磁場所作用的區域設為局部性，於成膜中，使磁鐵單元以靶材中心作為旋轉中心來以一定的速度進行旋轉，而使洩漏磁場所作用的區域，以從靶材表面之起點起相對於靶材進行相對移動並返回起點的方式作週期性之變化。
然而，已得知若依據上述先前例來將碳膜進行成膜，則無法將碳膜之比電阻有效地降低。亦即，只能得到數Ω．cm程度之比電阻的碳膜。因此，本發明之發明者屢經努力研究，得到以下見解：起因於與對於靶材之投入電力間的關聯性，作用於靶材表面側之洩漏磁場的磁場強度對於使碳膜之比電阻降低一事而言係成為阻礙因素。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平8-31573號公報
[專利文獻2]國際公開第2015/122159號公報
本發明係基於以上見解而完成者，其課題為提供可將具有相較於上述先前例者而為非常低之數十mΩ． cm程度的比電阻之碳膜以良好再現性來成膜的碳膜之成膜方法。
為了解決上述課題，本發明之碳膜之成膜方法，係使用碳製的靶材，以使洩漏磁場作用於此靶材表面的狀態對靶材投入電力來進行濺鍍，而於處理對象物的表面成膜碳膜，其特徵為，將於靶材表面側洩漏磁場所作用的區域設為局部性，使此洩漏磁場作用的區域，以從靶材表面的起點起相對於靶材進行相對移動並返回起點的方式作週期性之變化，使靶材表面之特定位置處的洩漏磁場之平均磁場強度與對於靶材之投入電力的乘積成為125G．kW以下。
可確認到，若依據本發明，可將具有30mΩ．cm以下(若上述乘積為85G．kW以下且上述平均磁場強度為50G以下，則為20mΩ．cm以下)的比電阻之碳膜以良好再現性來成膜，而得到比上述先前例者更低的比電阻之碳膜。在此，於本發明中所謂的「平均磁場強度」，係指當使磁鐵單元以特定速度進行相對移動時之靶材表面的特定位置處之磁場強度的平均值。亦即，若觀察靶材表面之特定位置處的磁場強度，則在一個週期中，從磁場強度為零起，隨著磁鐵單元接近而磁場強度增加，磁場強度成為最大，接著，隨著磁鐵單元遠離而磁場強度減弱，最後磁場強度成為零。係指此時之一個週期中的靶材表面之特定位 置處之磁場強度的平均值。又，可確認到，靶材表面之特定位置處的洩漏磁場之平均磁場強度與對於靶材之投入電力的各者之最小值，係在將靶材濺鍍時能夠進行放電的範圍內作適當選擇，但若對前述靶材之投入電力為超過3kW，則會產生成膜於處理對象物表面的碳膜之表面粗糙的問題。
4‧‧‧靶材
5‧‧‧磁鐵單元
Mf‧‧‧洩漏磁場
Ps‧‧‧高頻電源(濺鍍電源)
W‧‧‧矽晶圓(處理對象物)
[第1圖]係可使用於本發明之實施形態的碳膜之成膜方法的磁控管方式之濺鍍裝置的示意剖面圖。
[第2圖]係說明相對於靶材之磁鐵單元的相對移動的圖。
[第3圖](a)及(b)係展示對本發明之效果的實驗結果作確認的圖表。
以下，參照附圖，以將處理對象物設為矽晶圓W，並藉由磁控管方式之濺鍍裝置SM來於矽晶圓W之單面成膜碳膜的情況作為例子，來說明本發明之碳膜之成膜方法的實施形態。於以下說明中，係以第1圖所示之濺鍍裝置SM的姿勢作為基準，將真空腔室的頂壁側作為「上」，並將其底壁側作為「下」來進行說明。
參照第1圖，SM係被利用於本實施形態之成 膜方法的實施之磁控管方式的濺鍍裝置。濺鍍裝置SM，係具備區劃出成膜室1a的真空腔室1。於真空腔室1的底壁係連接排氣管11，排氣管11係連接例如以渦輪分子泵和其排壓側的旋轉泵所構成之真空泵12，並構成為可將成膜室1a內進行真空吸引達特定壓力(例如10-5Pa)。於真空腔室1的底壁，係隔著絕緣體2a而配置有供矽晶圓W作載置的平台2。於此情況中，亦可於平台2上組裝靜電吸盤機構，而將矽晶圓W進行吸附保持。
又，於真空腔室1的側壁，係連接連通於圖外之氣體源，並介設有質量流控制器31的氣體導入管3，而能夠以特定流量將氬等之放電用濺鍍氣體導入至成膜室1a內。於真空腔室1的頂壁，係配置有陰極單元Cu。陰極單元Cu，係具備碳製的靶材4、和使洩漏磁場作用於靶材4之下面側的磁鐵單元5。
靶材4，係以因應於欲成膜之薄膜(碳膜)所適當選擇的石墨或熱解碳等所構成，並以具有圓形之輪廓的方式來利用周知的方法所製作。又，於靶材4的上面，係經由圖示省略之黏結材料來接合Cu製之背板41，於從靶材4延伸到外側之背板41的部分處，隔著絕緣體42來以使作為靶材4表面之靶材4的下面(濺鍍面4a)面臨成膜室1a的方式而安裝於真空腔室1的頂壁。於此情況中，濺鍍面4a與平台2上的矽晶圓W之間的上下方向之間隔，係設定為40~90mm。又，於靶材4(背板41)處，係連接有來自於以具有周知之構造的高頻電源(13.56MHz)或直流脈 衝電源(例如，80kHz~400kHz)等所構成之濺鍍電源Ps的輸出電纜P1，而可投入特定電力。另外，亦可設有對平台2上的矽晶圓W施加偏壓電壓之其他的高頻電源。
亦參照第2圖，配置於背板41的上方之磁鐵單元5，係具有作為磁軛之磁性材料製的圓盤狀之支持板51，於支持板51的下面，係將沿著比靶材4更小的直徑之圓弧而配置之外側磁鐵52、和在外側磁鐵52的內側沿著特定直徑之圓弧而配置之內側磁鐵53，以使靶材4側之極性交互改變的方式來設置。於此情況中，作為外側磁鐵52與內側磁鐵53，係使用同磁化之釹磁鐵，例如，可利用成形成一體的環狀者。藉此，洩漏磁場Mf會局部性地作用於靶材4的濺鍍面4a之特定區域。又，於支持板51，係連結與通過平台2之中心的軸線上一致地配置的驅動軸54，藉由圖外之馬達等的驅動手段而將驅動軸54進行旋轉驅動，藉此而使支持板51以一定的速度進行旋轉。藉由此，係能夠使此洩漏磁場Mf所作用的區域，以從靶材4表面的起點起相對於靶材4進行相對移動並返回起點的方式作週期性之變化。
上述濺鍍裝置SM，係具有具備有微電腦或序列器等之圖示省略的周知之控制手段(未圖示)，並成為對於將質量流控制器31、真空泵12和脈衝電源Ps之運作等進行統籌控制，而於矽晶圓W表面成膜碳膜。以下，以將靶材4設為石墨製，並使用上述濺鍍裝置SM來於矽晶圓W表面成膜碳膜的情況作為例子，來具體地說明碳 膜之成膜方法。
在將矽晶圓W載置於平台2的狀態下，對成膜室1a進行減壓，若是達到特定壓力(例如，1×10-5Pa)，則對質量流控制器31進行控制，而以特定流量導入氬氣。於此情況中，濺鍍氣體的流量，係基於與真空泵12之排氣速度之間的關聯性，而設定為使成膜室1a的壓力成為0.01~30Pa之範圍。接著，從濺鍍電源Ps對靶材4投入高頻電力。藉此，在平台2上之矽晶圓W與靶材4之間的空間之藉由磁鐵單元5而洩漏磁場Mf所作用的區域處，電漿會以環狀而發生，藉由電漿中的氬離子，靶材4會被濺鍍而濺鍍粒子會飛散，並附著、堆積於矽晶圓W表面，而成膜碳膜。於此情況中，磁鐵單元5，係以30~90rpm之範圍的速度作旋轉。
在此，依據本發明者之見解，來自磁鐵單元5之洩漏磁場Mf的磁場強度，係對使碳膜之比電阻降低一事而言成為阻礙因素。因此，於本實施形態中，藉由對於分別構成磁鐵單元5之外側磁鐵52與內側磁鐵53的磁鐵進行適當設定，而使靶材4表面之特定位置處的洩漏磁場Mf之平均磁場強度與對於靶材4之投入電力(濺鍍電源側的電力)間的乘積成為125G．kW以下。於此情況中，所謂「平均磁場強度」，係指在使磁鐵單元5藉由驅動手段以特定速度進行旋轉時之靶材4表面的特定位置處之磁場強度的平均值。亦即，若觀察靶材4表面之特定位置處的磁場強度，則在一個週期中，係從磁場強度為零起，隨著磁 鐵單元接近而磁場強度增加，磁場強度成為最大，接著，隨著磁鐵單元遠離而磁場強度減弱，最後磁場強度成為零。係指此時之一個週期中的靶材4表面的特定位置處之磁場強度的平均值。並且，將濺鍍電源Ps之對靶材4的投入電力設為3kW以下。於此情況中，靶材4表面之特定位置處的洩漏磁場Mf之平均磁場強度與對於靶材4之投入電力的各者之最小值，雖係在將靶材4進行濺鍍時能夠進行放電的範圍內作適當選擇，但若對靶材4之投入電力為超過3kW，則會產生成膜於矽晶圓W表面的碳膜之表面粗糙的問題。
若依據以上之實施形態，可將具有30mΩ．cm以下(若上述乘積為85G．kW以下且上述平均磁場強度為50G以下，則為20mΩ．cm以下)的比電阻之碳膜以良好再現性來成膜，而得到比上述先前例者更低的比電阻之碳膜。
接著，針對對於實施上述實施形態之成膜方法所得到的本發明之效果作確認的實驗進行說明。作為濺鍍條件，係將石墨製之靶材4的濺鍍面4a與平台2上的矽晶圓W之間的上下方向之間隔設為70mm，將成膜室1a之壓力設為0.6Pa，將磁鐵單元5之旋轉速度設為60rpm。並且，將濺鍍電源Ps之對靶材4之投入電力分別設為0.5kW、1.5kW及2.5kW，並使平均磁場強度在30~300G之範圍內適當變化，而將相對於當時之平均磁場強度的碳膜之比電阻、以及相對於靶材4表面之特定位置 處的洩漏磁場Mf之平均磁場強度與對於靶材4之投入電力的乘積(G．kW)之比電阻，分別展示於第3圖(a)以及第3圖(b)中。
依據此，可確認到，在將投入電力設為2.5kW的情況，若將平均磁場強度設定為50G，則可得到30Ω．cm之相較於上述先前例而為非常低的比電阻之碳膜。又，在投入電力為1.5kW、0.5kW而為低的情況時，就算是將平均磁場強度增強為80G、100G，亦與上述相同地，可得到極低之比電阻的碳膜，其結果，可確認到，若投入電力為小，則就算是將平均磁場強度增大亦可。由以上內容，可確認到，若是對靶材4表面之特定位置處的洩漏磁場Mf之平均磁場強度與對於靶材4之投入電力的兩者之乘積進行管理，並使此乘積成為125G．kW以下，則可將具有30mΩ．cm以下(若上述乘積為85G．kW以下且上述平均磁場強度為50G以下，則為20mΩ．cm以下)之比電阻的碳膜以良好再現性來成膜。另外，雖使濺鍍中之磁鐵單元5的旋轉速度作了變化，但是，係確認到，所得到之碳膜的比電阻係幾乎不會變化。
以上，雖針對本發明之實施形態進行說明，但本發明並不限定於上述者。於上述實施形態中，作為碳製之靶材4，雖以具有圓形之輪廓者作為例子來作說明，但並不限定於此，例如，亦可設為矩形。又，磁鐵單元5之形態亦不限定於上述，可因應於靶材4之輪廓等而適當變更，此時，磁鐵單元5相對於靶材4的相對運動，亦可 設為例如在同一線上進行來回移動。
1‧‧‧真空腔室
1a‧‧‧成膜室
2‧‧‧平台
2a‧‧‧絕緣體
3‧‧‧氣體導入管
4‧‧‧靶材
4a‧‧‧濺鍍面
5‧‧‧磁鐵單元
11‧‧‧排氣管
12‧‧‧真空泵
31‧‧‧質量流控制器
41‧‧‧背板
42‧‧‧絕緣體
51‧‧‧支持板
52‧‧‧外側磁鐵
53‧‧‧內側磁鐵
54‧‧‧驅動軸
Cu‧‧‧陰極單元
P1‧‧‧輸出電纜
Ps‧‧‧高頻電源(濺鍍電源)
SM‧‧‧濺鍍裝置
W‧‧‧矽晶圓(處理對象物)

Claims (2)

  1. 一種碳膜之成膜方法，其係使用碳製的靶材，於使洩漏磁場作用於此靶材表面側的狀態對靶材投入電力來進行濺鍍，而於處理對象物的表面成膜碳膜，並於靶材表面上將洩漏磁場所作用的區域設為局部性，而以使此洩漏磁場作用的區域從靶材表面的起點起相對於靶材進行相對移動並返回起點的方式來作週期性之變化，其特徵為：在靶材所被作配置之成膜室內，作為濺鍍氣體而導入氬氣，藉由氬離子來濺鍍靶材，使靶材表面之特定位置處的洩漏磁場之平均磁場強度與對於靶材之投入電力的乘積成為85G．kW以下，且使前述平均磁場強度成為50G以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之碳膜之成膜方法，其中，將對前述靶材之投入電力設為3kW以下。
TW105128796A 2015-11-20 2016-09-06 碳膜之成膜方法 TWI686488B (zh)

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