WO2017221650A1 - 成膜方法 - Google Patents

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水野　雄介
辰徳 磯部
太平 水野
永田　純一
大士 小林
裕夫 大久保
新井　真
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株式会社アルバック
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Definitions

  • the present invention relates to a film forming method, and more particularly to a method for forming an aluminum oxide film on the surface of an object to be formed by sputtering.
  • Aluminum oxide films are conventionally used as protective films (passivation films) and insulating films for elements such as thin film transistors in display devices and semiconductor devices.
  • a sputtering method is generally known (for example, see Patent Documents 1 and 2), and among these, a method using a so-called reactive sputtering method is generally used.
  • a target made of aluminum is used as the target, and the target and the deposition target are placed in a vacuum chamber and evacuated.
  • a discharge rare gas and a reactive gas such as oxygen is applied to the target to sputter the target.
  • a predetermined power having a negative potential is applied to the target to sputter the target.
  • a reaction product of aluminum atoms and oxygen scattered from the target adheres to and deposits on the deposition target, and an aluminum oxide film is formed on the surface.
  • the aluminum oxide film formed as described above usually has a stress in the compressive direction, but if the compressive stress is increased, problems such as an increase in warping of the substrate are caused.
  • the compressive stress increases accordingly, and the flow rate of the rare gas for discharge is decreased during the film formation by sputtering to lower the pressure in the vacuum chamber.
  • the compressive stress increases as well.
  • an aluminum oxide film having a stress within a predetermined value for example, ⁇ 500 MPa
  • the present invention provides a deposition object and an aluminum or aluminum oxide target in a vacuum chamber, and a reaction containing a rare gas and oxygen in the vacuum chamber in a vacuum atmosphere.
  • a film formation method for forming an aluminum oxide film on the surface of an object to be deposited by introducing only a gas or a rare gas, applying a predetermined power to the target, and sputtering the target, hydrogen gas or water vapor is placed in a vacuum chamber. It is characterized by introducing.
  • a predetermined value is obtained.
  • an aluminum oxide film having a lower stress can be formed as compared with the case where hydrogen gas or water vapor is not introduced while maintaining the film formation rate.
  • the partial pressure of the water vapor in the vacuum chamber is preferably in the range of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa to 0.1 Pa during the film formation by sputtering. According to this, the stress of the aluminum oxide film can be reliably reduced while maintaining a predetermined film formation rate.
  • the partial pressure of water vapor is 1 ⁇ 10 ⁇ 2 Pa
  • the compressive stress is reduced to about ⁇ 50 MPa. It was confirmed that it was possible.
  • the partial pressure of water vapor is lower than 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa, an aluminum oxide film cannot be formed in a state where stress is effectively reduced, and the partial pressure of water vapor is higher than 0.1 Pa. In this case, for example, an abnormal discharge may be induced and an aluminum oxide film may not be formed.
  • the present invention is implemented by taking as an example the case where an aluminum oxide film is formed by reactive sputtering with a target made of aluminum and a film formation object as a rectangular glass substrate (hereinafter referred to as substrate S).
  • substrate S a film formation object as a rectangular glass substrate
  • SM is a magnetron type sputtering apparatus capable of performing the film forming method of the present invention.
  • the sputtering apparatus SM includes a vacuum chamber 1 that defines a film forming chamber 11.
  • An exhaust port 12 is formed in the side wall of the vacuum chamber 1, and an exhaust pipe 13 from a vacuum exhaust means P configured by a rotary pump, a dry pump, a turbo molecular pump, or the like is connected to the exhaust port 12 to form a film forming chamber.
  • 11 is evacuated and can be maintained at a predetermined pressure (for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa).
  • two cathode units Cu composed of targets 2 1 and 2 2 made of aluminum (for example, purity 99.999%) and magnet units 3 1 and 3 2 are provided.
  • Each of the targets 2 1 and 2 2 is formed in the same substantially rectangular parallelepiped shape, and a copper backing plate 22 for cooling the targets 2 1 and 2 2 is formed on the lower surface of the targets 2 1 and 2 2 during the film formation by sputtering. Each of them is bonded via a bonding material (not shown) such as indium.
  • the targets 2 1 and 2 2 are installed on the lower inner surface of the vacuum chamber 1 through an insulator 23 that also serves as a vacuum seal while being bonded to the backing plate 22.
  • the targets 2 1 and 2 2 are spaced apart from each other by a predetermined distance in the left-right direction of the film forming chamber 11, and the upper surfaces of the targets 2 1 and 2 2 when not in use are parallel to a substrate S to be described later. It is located in the same plane.
  • Each target 2 1, 2 2, the output Pk from the AC power supply Ps is respectively connected, the AC power source each target 2 1 by Ps, 2 2 between the predetermined frequency (e.g., 1 kHz ⁇ 100kHz) AC power is turned It has become so.
  • the magnet units 3 1 and 3 2 arranged below the respective backing plates 22 (outside the vacuum chamber 1) have the same configuration, and the magnet units 3 1 and 3 2 are parallel to the backing plate 22.
  • a support plate 31 (yoke) composed of a flat plate made of a magnetic material.
  • a central magnet 32 disposed on the center line of the support plate 31, and a periphery disposed annularly along the outer periphery of the upper surface of the support plate 31 so as to surround the center magnet 32
  • a magnet 33 is provided to change the polarity of the targets 2 1 and 2 2 .
  • peripheral magnet 1: 2: 1 (see FIG. 1)
  • peripheral magnet 1: 2: 1 (see FIG. 1)
  • tunnel-like leakage magnetic fields (not shown) balanced above the targets 2 1 and 2 2 are formed.
  • the central magnet 32 and the peripheral magnet 33 are known ones such as neodymium magnets, and these central magnets and peripheral magnets may be integrated, or may be configured by arranging a plurality of magnet pieces having a predetermined volume. .
  • a driving means (not shown) is connected to the magnet units 3 1 and 3 2 , and at least one of the vertical direction and the horizontal direction is formed during film formation by sputtering. You may make it reciprocate by a predetermined stroke in a direction.
  • gas supply ports 41a and 41b are opened on the side wall of the vacuum chamber 1, and gas pipes 42a and 42b are connected to the gas supply ports 41a and 41b, respectively.
  • the gas pipes 42a and 42b are connected to a gas source of a rare gas (not shown) such as argon and a gas source of an oxygen-containing reaction gas such as oxygen gas and ozone via the mass flow controllers 43a and 43b, respectively.
  • a rare gas and a reactive gas whose flow rate is controlled can be introduced into the film chamber 11.
  • the targets 2 1 and 2 When sputtering the targets 2 1 and 2 2 by the sputtering apparatus SM and forming an aluminum oxide film on the surface of the substrate S by reactive sputtering, the targets 2 1 and 2 arranged in parallel by a vacuum transfer robot (not shown).
  • the substrate S is set at a predetermined position above the film forming chamber 11 facing 2, and the film forming chamber 11 is evacuated to a predetermined pressure.
  • the noble gas and the reactive gas are introduced by controlling the mass flow controllers 43a and 43b, and AC power is supplied between the targets 2 1 and 2 2 by the AC power source Ps. Thereby, high-density plasma is generated in a racetrack above each of the targets 2 1 and 2 2 .
  • the targets 2 1 and 2 2 are sputtered by rare gas ions in the plasma.
  • a reaction product of aluminum atoms and oxygen scattered from the targets 2 1 and 2 2 adheres to and accumulates on the surface of the substrate S to form an aluminum oxide film.
  • the aluminum oxide film formed as described above usually has a stress in the compression direction.
  • a gas supply port 41 c is further opened on the side wall of the vacuum chamber 1, and a gas pipe 42 c with a mass flow controller 43 c interposed is connected to the gas supply port 41 c so that the flow rate is controlled in the film forming chamber 11. Water vapor can be introduced.
  • the mass flow controller 43 c is controlled to introduce water vapor into the film formation chamber 11.
  • the flow rate of water vapor is preferably controlled by the mass flow controller 43c so that the partial pressure of water vapor in the film formation chamber 11 during film formation is in the range of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa to 0.1 Pa.
  • the input power to the targets 2 1 and 2 2 , the partial pressure of the rare gas and the oxygen gas at the time of film formation that is, the introduction amount of the rare gas and the reactive gas by the control of the mass flow controllers 43a and 43b).
  • the partial pressure of water vapor is set in the range of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa to 0.1 Pa, the stress of the aluminum oxide film can be reliably reduced.
  • the partial pressure of water vapor is 1 ⁇ 10 ⁇ 2 When it was Pa, it was confirmed that the compressive stress could be about -50 MPa.
  • the partial pressure of water vapor is lower than 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa, an aluminum oxide film cannot be formed in a state where stress is effectively reduced, and the partial pressure of water vapor is higher than 0.1 Pa. In this case, for example, an abnormal discharge may be induced and an aluminum oxide film may not be formed.
  • the distance between the targets 2 1 and 2 2 and the substrate S is 180 mm
  • the input power (AC power) between the targets 2 1 and 2 2 by the AC power source Ps is 40 kW
  • the sputtering time is 271.
  • the mass flow controllers 43a and 43b are controlled so that the argon and oxygen gases as rare gases are set to 8 so that the pressure in the film forming chamber 11 being evacuated is maintained at 0.5 Pa. : Introduced at a flow rate ratio of 2.
  • the film formation rate and stress of the aluminum oxide film formed on the surface of the substrate S were measured at the center of the substrate S, the film formation rate was 10.56 nm / min, and the stress was about ⁇ 1000 MPa (compressive stress). )Met.
  • the film thickness was measured using an ellipsometer, and the stress was measured using a thin film stress measuring device.
  • the sputtering conditions were the same as described above, and water vapor was also introduced at a predetermined flow rate by controlling the mass flow controller 43c during film formation.
  • the partial pressure of water vapor is changed in the range of 5 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa to 1 Pa, and the change in stress (MPa) of the aluminum oxide film at that time is shown in FIG.
  • MPa stress of the aluminum oxide film
  • the film formation rate at this time was 10.48 nm / min, and it was confirmed that the film formation rate hardly changed.
  • the stress of the aluminum oxide film further decreases in inverse proportion to the partial pressure of the water vapor, and when the partial pressure of water vapor is 1 ⁇ 10 ⁇ 2 Pa It was confirmed that the stress of the aluminum oxide film could be about -50 MPa.
  • the film formation rate at this time was 11.00 nm / min.
  • the aluminum oxide film has a stress in the tensile direction (tensile stress), and even when the partial pressure of water vapor is 0.1 Pa, the stress of the aluminum oxide film is increased to about +100 MPa. It was confirmed that it was possible.
  • the film formation rate at this time was 11.20 nm / min. However, when the partial pressure was higher than 0.1 Pa, abnormal discharge was induced and the aluminum oxide film could not be formed normally.
  • the present invention is not limited to the above.
  • the case where water vapor is introduced at a predetermined partial pressure during film formation by sputtering has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and the case where hydrogen gas is introduced at a predetermined partial pressure is also described. It was confirmed that the stress of the aluminum oxide film can be reduced.
  • the case where the rare gas, the oxygen gas, and the water vapor are introduced from the gas supply ports 41a, 41b, 41c opened on the side wall of the vacuum chamber 1 has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • a gas pipe is inserted into the bottom of the vacuum chamber 1 and rare gas, oxygen gas, or water vapor is ejected from the tip of the gas pipe positioned around the targets 2 1 and 2 2. You may do it.
  • the target 2 1 , 2 2 is made of aluminum.
  • the target 2 1 , 2 2 is made of aluminum oxide, and only the rare gas or oxygen added to the rare gas is used.
  • the present invention can also be applied to the case where the target 2 1 , 2 2 is sputtered by forming a film while introducing high frequency power.
  • the description has been given by taking as an example the case where a plurality of targets 2 1 and 2 2 are arranged side by side and AC power is supplied to the pair of targets by the AC power supply Ps, but the present invention is not limited to this, and the targets are not limited.
  • the present invention can also be applied to a case in which DC power is supplied from a DC power source.
  • the said embodiment demonstrated to the example the case where a film-forming thing was used as the glass substrate, it is good also considering a film-forming thing as a resin-made base material, for example.
  • the present invention can also be applied to an apparatus in which an aluminum oxide film is formed on one surface of a base material by sputtering while moving the sheet-like base material at a constant speed between a driving roller and a take-up roller. .
  • SM Sputtering device, 1 ... Vacuum chamber, 2 1 , 2 2 ... Target, 42a ... Gas pipe (for rare gas), 43a ... Mass flow controller (for rare gas), 42b ... Gas pipe (for reactive gas), 43b ... Mass flow controller (for reaction gas), 42c ... gas pipe (for water vapor), 43c ... mass flow controller (for water vapor), S ... substrate (film formation).

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Abstract

所定の成膜レートを維持したまま、応力が所定値以内の酸化アルミニウム膜を効率よく成膜することができる成膜方法を提供する。　本発明では、真空チャンバ１内に被成膜物Ｓと、アルミニウム製のターゲット２１，２２とを対向配置し、真空雰囲気中の真空チャンバ内に希ガス及び酸素ガスを導入し、ターゲットに所定電力を投入してターゲットをスパッタリングしてアルミニウム原子と酸素との反応生成物を被成膜物の表面に付着、堆積させて酸化アルミニウム膜を成膜する。その際、真空チャンバ内に水蒸気を導入する。水蒸気の分圧は１×１０－３Ｐａ～０．１Ｐａの範囲にする。

Description

成膜方法
　本発明は、成膜方法に関し、より詳しくは、スパッタリングにより被成膜物の表面に酸化アルミニウム膜を成膜するものに関する。
　酸化アルミニウム膜は、表示装置や半導体装置にて薄膜トランジスタなどの素子の保護膜（パッシベーション膜）や絶縁膜として従来から用いられる場合がある。このような酸化アルミニウム膜の成膜にはスパッタリング法によるものが一般に知られ（例えば、特許文献１、２参照）、その中でも、所謂反応性スパッタリング法を用いるものが一般に利用されている。この場合、ターゲットとしてアルミニウム製のものを用い、当該ターゲットと被成膜物とを真空チャンバ内に配置して真空引きし、所定圧力に達すると、放電用の希ガスと酸素等の反応ガスとを導入し、ターゲットに例えば負の電位を持った所定電力を投入してターゲットをスパッタリングする。これにより、ターゲットから飛散したアルミニウム原子と酸素との反応生成物が被成膜物に付着、堆積してその表面に酸化アルミニウム膜が成膜される。
　上記のようにして成膜された酸化アルミニウム膜は、通常、圧縮方向の応力を持つが、その圧縮応力が大きくなると、基板の反りが大きくなる等の問題を招来する。この場合、ターゲットに投入する電力を高くしていくと、これに従い圧縮応力が増加し、また、スパッタリングによる成膜時に放電用の希ガスの流量を減少させて真空チャンバ内の圧力を低くしていくと、同様に圧縮応力が増加する。このため、ターゲットに投入する電力を低くしたり、成膜時の真空チャンバの圧力を高くすれば、応力が所定値（例えば、±５００ＭＰａ）以内の酸化アルミニウム膜を成膜できるが、これでは、成膜レートが低下してしまう。
特開２００３－３２５９号公報 特開２０１０－１１４４１３号公報
　本発明は、以上の点に鑑み、所定の成膜レートを維持したまま、応力が所定値以内の酸化アルミニウム膜を効率よく成膜することができる成膜方法を提供することをその課題とするものである。
　上記課題を解決するために、本発明は、真空チャンバ内に被成膜物と、アルミニウム製または酸化アルミニウム製のターゲットとを配置し、真空雰囲気中の真空チャンバ内に希ガス及び酸素含有の反応ガスまたは希ガスのみを導入し、ターゲットに所定電力を投入してターゲットをスパッタリングすることで被成膜物の表面に酸化アルミニウム膜を成膜する成膜方法において、真空チャンバ内に水素ガスまたは水蒸気を導入することを特徴とする。
　本発明によれば、ターゲットへの投入電力、成膜時における真空チャンバ内の希ガス及び反応ガスの分圧（スパッタガスの導入量）を変えずに水素ガスまたは水蒸気を導入することで、所定の成膜レートを維持したまま、水素ガスまたは水蒸気を導入しない場合と比較して低い応力の酸化アルミニウム膜を成膜することができる。
　本発明においては、真空チャンバ内に水蒸気を導入する場合、前記スパッタリングによる成膜時、真空チャンバ内の前記水蒸気の分圧を１×１０－３Ｐａ～０．１Ｐａの範囲にすることが好ましい。これによれば、所定の成膜レートを維持したまま、酸化アルミニウム膜の応力を確実に低下させることができ、水蒸気の分圧が１×１０－２Ｐａのときには、圧縮応力を約－５０ＭＰａにできることが確認された。なお、水蒸気の分圧が１×１０－３Ｐａより低くなると、効果的に応力を小さくした状態で酸化アルミニウム膜を成膜することができず、また、水蒸気の分圧が０．１Ｐａより高くなると、例えば異常放電が誘発されて酸化アルミニウム膜を成膜することができない場合がある。
本発明の成膜方法を実施できるスパッタリング装置の模式断面図。 本発明の効果を示す実験例の結果を示すグラフ。
　以下、図面を参照して、ターゲットをアルミニウム製、被成膜物を矩形のガラス基板（以下、基板Ｓという）とし、反応性スパッタリングにより酸化アルミニウム膜を成膜する場合を例に本発明の実施形態の成膜方法を説明する。
　図１を参照して、ＳＭは、本発明の成膜方法を実施することができるマグネトロン方式のスパッタリング装置である。スパッタリング装置ＳＭは成膜室１１を画成する真空チャンバ１を備える。以下においては、「上」、「下」といった方向を示す用語は、図１に示すスパッタリング装置ＳＭの姿勢を基準にする。真空チャンバ１の側壁には排気口１２が開設され、排気口１２には、ロータリーポンプ、ドライポンプ、ターボ分子ポンプなどで構成される真空排気手段Ｐからの排気管１３が接続され、成膜室１１内を真空引きして所定圧力（例えば、１×１０－５Ｐａ）に保持できるようになっている。
　真空チャンバ１の下部には、アルミニウム製（例えば、純度９９．９９９％）のターゲット２１，２２と磁石ユニット３１，３２とで構成される２個のカソードユニットＣｕが設けられている。各ターゲット２１，２２は、同一の略直方体形状に夫々形成されたものであり、その下面には、スパッタリングによる成膜中、当該ターゲット２１，２２を冷却する銅製のバッキングプレート２２がインジウムなどのボンディング材（図示せず）を介して夫々接合されている。そして、バッキングプレート２２に接合した状態で各ターゲット２１，２２が真空チャンバ１の下部内面に真空シール兼用の絶縁体２３を介して設置される。この場合、各ターゲット２１，２２は、成膜室１１の左右方向に所定の間隔を置いて、かつ、未使用時のターゲット２１，２２の上面が、後述の基板Ｓに平行な同一平面内に位置するようになっている。各ターゲット２１，２２には、交流電源Ｐｓからの出力Ｐｋが夫々接続され、交流電源Ｐｓにより各ターゲット２１，２２間に所定周波数（例えば、１ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）の交流電力が投入されるようになっている。
　各バッキングプレート２２の下方（真空チャンバ１の外側）に位置させて夫々配置された磁石ユニット３１，３２は同一の形態を有し、磁石ユニット３１，３２は、バッキングプレート２２に平行に設けられ、磁性材料製の平板から構成される支持板３１（ヨーク）を備える。支持板３１上には、当該支持板３１の中心線上に位置させて配置した中央磁石３２と、この中央磁石３２の周囲を囲うように、支持板３１の上面外周に沿って環状に配置した周辺磁石３３とがターゲット２１，２２側の極性をかえて設けられている。この場合、例えば、中央磁石３２の同磁化に換算したときの体積をその周囲を囲う周辺磁石３３の同磁化に換算したときの体積の和（周辺磁石：中央磁石：周辺磁石＝１：２：１（図１参照））程度になるように設計される。これにより、各ターゲット２１，２２の上方で釣り合ったトンネル状の漏洩磁場（図示せず）が夫々形成される。中央磁石３２及び周辺磁石３３は、ネオジム磁石等の公知のものであり、これらの中央磁石及び周辺磁石は一体のものでも、または、所定体積の磁石片を複数列設して構成してもよい。なお、例えばターゲット２１，２２の利用効率を高めるために、磁石ユニット３１，３２に駆動手段（図示せず）を接続し、スパッタリングによる成膜中、上下方向または左右方向の少なくとも一方向に所定のストロークで往復動させるようにしてもよい。
　また、真空チャンバ１の側壁にはガス供給口４１ａ，４１ｂが開設され、ガス供給口４１ａ，４１ｂにはガス管４２ａ，４２ｂが夫々接続されている。ガス管４２ａ，４２ｂは、マスフローコントローラ４３ａ，４３ｂを介して、図示省略のアルゴン等の希ガスのガス源と、酸素ガスやオゾン等の酸素含有の反応ガスのガス源とに夫々連通し、成膜室１１内に流量制御された希ガスと反応ガスとを導入できるようにしている。
　上記スパッタリング装置ＳＭにより各ターゲット２１，２２をスパッタリングして基板Ｓ表面に反応性スパッタリングにより酸化アルミニウム膜を成膜する場合、図外の真空搬送ロボットにより、並設した各ターゲット２１，２２に対向する成膜室１１上部の所定位置に基板Ｓをセットし、成膜室１１を所定圧力まで真空引きする。成膜室１１が所定圧力に達すると、マスフローコントローラ４３ａ，４３ｂを制御して希ガス及び反応ガスを導入し、交流電源Ｐｓにより各ターゲット２１，２２の間に交流電力を投入する。これにより、各ターゲット２１，２２の上方にレーストラック状に高密度のプラズマが発生する。そして、プラズマ中の希ガスのイオンでターゲット２１，２２が夫々スパッタされる。これにより、ターゲット２１，２２から飛散したアルミニウム原子と酸素との反応生成物が基板Ｓ表面に付着、堆積して酸化アルミニウム膜が成膜される。
　ここで、上記のようにして成膜された酸化アルミニウム膜は、通常、圧縮方向の応力を持つが、その圧縮応力が大きくなると、基板の反りが大きくなる等の問題を招来する。このため、所定の成膜レートを維持したまま、応力が所定値（例えば、±５００ＭＰａ）以内の酸化アルミニウム膜を成膜することができるようにする必要がある。本実施形態では、真空チャンバ１の側壁に更にガス供給口４１ｃを開設し、ガス供給口４１ｃに、マスフローコントローラ４３ｃを介在させたガス管４２ｃを接続し、成膜室１１内に流量制御された水蒸気を導入できるようにした。そして、例えばスパッタリングによる成膜時、マスフローコントローラ４３ｃを制御して成膜室１１に水蒸気を導入することとした。この場合、成膜時の成膜室１１内の水蒸気の分圧が１×１０－３Ｐａ～０．１Ｐａの範囲となるようにマスフローコントローラ４３ｃにより水蒸気の流量を制御することが好ましい。
　以上によれば、ターゲット２１，２２への投入電力、成膜時の希ガスと酸素ガスとの分圧（即ち、マスフローコントローラ４３ａ，４３ｂの制御による希ガスと反応ガスとの導入量）を変えずに水蒸気を導入することで、所定の成膜レートを維持したまま、水蒸気を導入しない場合と比較して低い応力の酸化アルミニウム膜を成膜することができる。このとき、水蒸気の分圧を１×１０－３Ｐａ～０．１Ｐａの範囲にすれば、酸化アルミニウム膜の応力を確実に低下させることができ、例えば、水蒸気の分圧が１×１０－２Ｐａのときには、圧縮応力を約－５０ＭＰａにできることが確認された。なお、水蒸気の分圧が１×１０－３Ｐａより低くなると、効果的に応力を小さくした状態で酸化アルミニウム膜を成膜することができず、また、水蒸気の分圧が０．１Ｐａより高くなると、例えば異常放電が誘発されて酸化アルミニウム膜を成膜することができない場合がある。
　以上の効果を確認するために、図１に示すスパッタリング装置ＳＭを用い、基板Ｓの表面に酸化アルミニウム膜を成膜する実験を行った。先ず、比較実験として、各ターゲット２１，２２と基板Ｓとの間の距離を１８０ｍｍ、交流電源Ｐｓによるターゲット２１，２２間への投入電力（交流電力）を４０ｋＷ、スパッタ時間を２７１秒に設定し、また、真空排気されている成膜室１１内の圧力が０．５Ｐａに保持されるように、マスフローコントローラ４３ａ，４３ｂを制御して希ガスとしてのアルゴンと酸素ガスとを８：２の流量比で導入した。そして、基板Ｓの中央において、基板Ｓ表面に成膜された酸化アルミニウム膜の成膜レートと応力を測定したところ、成膜レートは１０．５６ｎｍ／ｍｉｎであり、応力は約－１０００ＭＰａ（圧縮応力）であった。なお、膜厚は、エリプソメータを用いて、また、応力は、薄膜応力測定装置を用いて夫々測定した。
　次に、本発明の効果を示す実験として、スパッタ条件を上記と同様にし、成膜時、マスフローコントローラ４３ｃを制御して水蒸気も所定の流量で導入した。この場合、水蒸気の分圧を５×１０－４Ｐａ～１Ｐａの範囲で変化させ、そのときの酸化アルミニウム膜の応力（ＭＰａ）の変化を図２に示す。これによれば、水蒸気を導入すると、酸化アルミニウム膜の応力が低下し、水蒸気の分圧が１×１０－３Ｐａのとき、酸化アルミニウム膜の応力を約－５００ＭＰａ近くまで低下できたことが判る。このときの成膜レートは１０．４８ｎｍ／ｍｉｎであり、成膜レートが殆ど変化しないことが確認された。そして、水蒸気の分圧が１×１０－２Ｐａまでは、当該水蒸気の分圧に逆比例して酸化アルミニウム膜の応力がより低下し、水蒸気の分圧が１×１０－２Ｐａのときに、酸化アルミニウム膜の応力を約－５０ＭＰａにできたことが確認された。このときの成膜レートは１１．００ｎｍ／ｍｉｎであった。更に、水蒸気の分圧を増加させると、酸化アルミニウム膜は引張方向の応力（引張応力）を持つようになり、水蒸気の分圧が０．１Ｐａのときでも、酸化アルミニウム膜の応力を約＋１００ＭＰａにできたことが確認された。このときの成膜レートは１１．２０ｎｍ／ｍｉｎであった。但し、分圧が０．１Ｐａより高くなると、異常放電が誘発され、酸化アルミニウム膜を正常に成膜することができなかった。
　以上、本発明の成膜方法の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、スパッタリングによる成膜中、水蒸気を所定の分圧で導入する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、水素ガスを所定の分圧で導入する場合にも、酸化アルミニウム膜の応力を低下できることが確認された。なお、上記実施形態では、真空チャンバ１の側壁に開設したガス供給口４１ａ，４１ｂ，４１ｃから希ガス、酸素ガス及び水蒸気を導入するものを例に説明したが、これに限定されるものではない。特に図示して説明しないが、例えば真空チャンバ１の底璧にガス管を貫装し、ターゲット２１，２２の周囲に位置するガス管の先端から、希ガス、酸素ガスや水蒸気を噴出するようにしてもよい。
　また、上記実施形態でも、ターゲット２１，２２をアルミニウム製としたものを例に説明したが、ターゲット２１，２２を酸化アルミニウム製として、希ガスのみ、または、希ガスに加えて酸素を導入しながら、高周波電力を投入してターゲット２１，２２をスパッタリングし、成膜する場合にも本発明は適用できる。更に、複数枚のターゲット２１，２２を並設し、対をなすものに交流電源Ｐｓにより交流電力を投入するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、ターゲットを一枚とし、ＤＣ電源にて直流電力を投入するような場合にも本発明は適用し得る。更に、上記実施形態では、被成膜物をガラス基板とした場合を例に説明したが、例えば被成膜物を樹脂製の基材としてもよい。この場合、シート状の基材を駆動ローラと巻取りローラとの間で一定の速度で移動させながら基材の片面にスパッタリングにより酸化アルミニウム膜を成膜するようなものにも本発明は適用できる。
　ＳＭ…スパッタリング装置、１…真空チャンバ、２１，２２…ターゲット、４２ａ…ガス管（希ガス用）、４３ａ…マスフローコントローラ（希ガス用）、４２ｂ…ガス管（反応ガス用）、４３ｂ…マスフローコントローラ（反応ガス用）、４２ｃ…ガス管（水蒸気用）、４３ｃ…マスフローコントローラ（水蒸気用）、Ｓ…基板（被成膜物）。

Claims (2)

  1. 　真空チャンバ内に被成膜物と、アルミニウム製または酸化アルミニウム製のターゲットとを配置し、真空雰囲気中の真空チャンバ内に希ガス及び酸素含有の反応ガスまたは希ガスのみを導入し、ターゲットに所定電力を投入してターゲットをスパッタリングすることで被成膜物の表面に酸化アルミニウム膜を成膜する成膜方法において、
    　真空チャンバ内に水素ガスまたは水蒸気を導入することを特徴とする成膜方法。
  2. 　請求項１記載の成膜方法であって、真空チャンバ内に水蒸気を導入するものにおいて、
    　前記スパッタリングによる成膜時、真空チャンバ内の前記水蒸気の分圧を１×１０－３Ｐａ～０．１Ｐａの範囲にしたことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0770749A (ja) * 1993-09-03 1995-03-14 Canon Inc 薄膜形成方法および装置
JP2002030432A (ja) * 2000-07-19 2002-01-31 Hitachi Ltd スパッタリング装置およびスパッタリング方法
JP2014141698A (ja) * 2013-01-23 2014-08-07 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 酸化アルミニウムの成膜方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0364451A (ja) * 1989-07-31 1991-03-19 Sharp Corp 絶縁膜の製造方法
JPH06248420A (ja) * 1993-02-25 1994-09-06 Kyocera Corp 硬質膜被覆部材
US5911856A (en) * 1993-09-03 1999-06-15 Canon Kabushiki Kaisha Method for forming thin film
JP3391944B2 (ja) * 1995-07-06 2003-03-31 キヤノン株式会社 酸化物薄膜の成膜方法
JPH0995773A (ja) * 1995-10-03 1997-04-08 Kobe Steel Ltd 真空装置用窓材の製造方法
WO2004077519A2 (en) * 2003-02-27 2004-09-10 Mukundan Narasimhan Dielectric barrier layer films
JP2005138208A (ja) * 2003-11-05 2005-06-02 Sumitomo Electric Hardmetal Corp 表面被覆切削工具とその作製方法
US20060165994A1 (en) * 2004-07-07 2006-07-27 General Electric Company Protective coating on a substrate and method of making thereof
CN104480442A (zh) * 2014-12-05 2015-04-01 中国科学院电工研究所 一种制备含氢氧化锌铝透明导电薄膜的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0770749A (ja) * 1993-09-03 1995-03-14 Canon Inc 薄膜形成方法および装置
JP2002030432A (ja) * 2000-07-19 2002-01-31 Hitachi Ltd スパッタリング装置およびスパッタリング方法
JP2014141698A (ja) * 2013-01-23 2014-08-07 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 酸化アルミニウムの成膜方法

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