WO2019039070A1 - 成膜方法 - Google Patents

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泰彦 赤松
律雄 高橋
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株式会社アルバック
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    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3464—Sputtering using more than one target

Definitions

  • a TaSiO 2 film is used as a thin film types.
  • an oxide film having a high resistance value such as a CrSiO 2 film or a NbSiO 2 film.
  • the resistance value is largely changed only by a slight change in the composition ratio of the transition metal element such as Ta, Cr, Nb, the metalloid element such as Si, and oxygen. I will. Therefore, an oxide film for the above-mentioned application is usually formed by sputtering.
  • an oxide containing a transition metal element such as Ta, Cr, or Nb and a metalloid element such as Si according to the composition of a thin film to be formed is used as a sputtering target, and this film is to be formed with this target.
  • a deposition target to be formed is opposed to the inside of the vacuum chamber, a rare gas is introduced into the vacuum chamber in a vacuum atmosphere, predetermined power is supplied to the target, and a plasma is formed in the vacuum chamber.
  • An adhesion prevention plate is provided to prevent the adhesion prevention plate, but when the adhesion prevention plate surface is also covered with an oxide film as the film formation on the object to be treated is repeated, the adhesion prevention plate is assembled in the vacuum chamber When the plasma leaks to the inner wall surface of the vacuum chamber with earth ground through the gap and discharges also in the space between the adhesion prevention plate and the vacuum chamber, the power input to the target decreases relatively. It is thought that
  • Patent No. 3968128 gazette
  • the present invention stably targets the oxide film until the life end of the target when an oxide or nitride containing at least one of a transition metal element and a metalloid element as a constituent element is used as a target
  • An object of the present invention is to provide a film forming method capable of forming a nitride film.
  • the present invention targets an oxide or nitride containing at least one of a transition metal element and a metalloid element as a constituent element, and sputters the target in a vacuum atmosphere to
  • the sputtered particles that are scattered are attached to and deposited on the film-forming object, and an oxide film or nitride film having a high resistance value is formed on the surface of the film-forming object.
  • a plurality of sheets are juxtaposed in the same plane, alternating current power of a predetermined frequency is supplied between the paired targets among the juxtaposed targets, and the targets are alternately switched to the anode electrode and the cathode electrode. It is characterized in that a plasma is generated between them, and a target serving as a cathode electrode is sputtered.
  • the target in the case of sputtering a target by supplying AC power of a predetermined frequency between paired targets, for example, the target is not broken during sputtering, or the problem of melting due to insufficient cooling does not occur.
  • the power density is set to a predetermined value of, for example, 10 W / cm 2 or less, but depending on the frequency at that time, for example, abnormal discharge may occur frequently. In this case, splash occurs in the target, or it is set in advance. It was found that problems such as being unable to form a film with a target film thickness by sputtering time occur.
  • the frequency of the AC power is preferably set in the range of 20 kHz to 60 kHz, and the duty ratio of the AC power is preferably set in the range of 20% to 80%.
  • the composition ratio of the transition metal element to the metalloid element is set in the range of 0.3 to 0.8. Outside this range, the occurrence of abnormal discharge due to the increase of the discharge voltage, and the problem that the formed thin film can not satisfy the desired resistance value or the temperature change of the resistance becomes large.
  • Sectional drawing which shows typically the sputtering device which can be utilized for implementation of the film-forming method of this invention.
  • substrate Sb a high resistance oxide film made of a TaSiO 2 film on the surface of a glass substrate
  • SM is a magnetron sputtering apparatus capable of carrying out the film forming method of the present invention.
  • the sputtering apparatus SM is an in-line type in which film formation is performed by so-called deposition, and is evacuated to a predetermined pressure (10 -5 Pa) via a vacuum pump Pu such as a rotary pump or a turbo molecular pump to maintain a vacuum atmosphere.
  • a vacuum chamber 1 capable of At the top of the vacuum chamber 1, the substrate Sb set on the carrier 2 is disposed with its film formation surface facing downward.
  • a preliminary chamber capable of forming a vacuum atmosphere is connected to the vacuum chamber 1, and the substrate Sb is set on the carrier 2 in the preliminary chamber, and the substrate transfer means is carried out in a vacuum atmosphere. Is transported to a predetermined position of the vacuum chamber 1.
  • a well-known thing can be utilized as a board
  • an adhesion preventing plate for preventing adhesion of sputtered particles to the inner wall surface of vacuum chamber 1 by enclosing a space between substrate Sb transported into vacuum chamber 1 and a target described later in vacuum chamber 1. 11 are provided.
  • a gas introduction means 3 is provided in the vacuum chamber 1.
  • the gas introducing means 3 communicates with the gas source 33 through the gas pipe 32 provided with the mass flow controller 31, and a sputtering gas composed of a rare gas such as Ar (in some cases, O 2 and N used in reactive sputtering) Reactive gases such as 2 ) can be introduced into the vacuum chamber 1 at a predetermined flow rate.
  • a cathode unit Cu is provided on the lower side of the vacuum chamber 1 so as to face the substrate Sb.
  • the cathode unit Cu has a pair of targets 41a and 41b.
  • Each of the targets 41a and 41b has the same composition ratio and is formed in the same shape (in the present embodiment, the upper surface is formed into a rectangular outline) by a known method, and Ta It is an oxide containing (transition metal element) and Si (metalloid element) at a predetermined composition ratio.
  • the composition ratio of Ta to Si is set in the range of 0.3 to 0.8. Outside this range, the occurrence of abnormal discharge due to the increase of the discharge voltage, and the problem that the formed thin film can not satisfy the desired resistance value or the temperature change of the resistance becomes large.
  • composition ratios of the targets 41a and 41b arranged in parallel to each other are equal, not only when the composition ratios completely match, for example, the composition ratio of the metal element to the metalloid element is 0.3 to 0. Even if it is different in the range of 8, it also includes the case where equivalent film quality can be obtained (that is, there is almost no change in resistance value of the formed oxide film).
  • Each target 41a, 41b is bonded to a backing plate 42 for cooling the targets 41a, 41b during sputtering via a bonding material such as indium or tin, and electrically connected to the vacuum chamber 1 through an insulating material (not shown). It is installed in a floating state.
  • the targets 41a and 41b are juxtaposed so that the upper surfaces as sputtered surfaces when not in use are located on the same plane parallel to the substrate Sb.
  • an example in which two targets 41a and 41b are juxtaposed is described as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the number of targets juxtaposed is the outer dimension of the substrate Sb, etc. Is set appropriately in consideration of
  • the cathode unit Cu includes the magnet assembly 5 positioned below the targets 41 a and 41 b.
  • the magnet assembly 5 has a support plate 51 provided in parallel to each target 41a, 41b.
  • the support plate 51 is formed of a rectangular flat plate which is smaller than the lateral width of each of the targets 41a and 41b and extends on both sides along the longitudinal direction of the targets 41a and 41b, and amplifies the adsorption force of the magnet Made of magnetic material.
  • a rod-like central magnet 52 along the longitudinal direction of the targets 41a and 41b and a peripheral magnet 53 provided along the outer periphery of the support plate 51 are provided.
  • the plasma density can be increased by increasing the electron density in front of each of 41a and 41b.
  • the magnet assembly 5 may be configured to reciprocate relative to the targets 41a and 41b in a predetermined stroke.
  • An output cable Kl from a single AC power supply Ae is connected to the pair of targets 41a and 41b.
  • a so-called bipolar pulse power source can be used as the AC power source Ae, and power can be supplied in the form of a bipolar pulse at a predetermined frequency between the pair of targets 41a and 41b.
  • a bipolar pulse power supply a known circuit provided with a circuit for detecting the occurrence of abnormal discharge (arc discharge) can be used from the length of the voltage drop time of the output voltage waveform to the pair of targets 41a and 41b. Description is omitted.
  • a method of forming an oxide film on the substrate Sb using the sputtering apparatus SM will be described.
  • the substrate Sb is set on the carrier 2 in a preparatory chamber (not shown), and when the preparatory chamber is evacuated to a predetermined pressure, it is transported to the vacuum chamber 1 in a vacuum atmosphere by the substrate transport means.
  • a predetermined sputtering gas is introduced through the gas introduction means 3.
  • the flow rate of the sputtering gas is controlled such that the pressure in the vacuum chamber 1 during sputtering is in the range of 0.1 Pa to 1.0 Pa.
  • AC power is supplied to the targets 41a and 41b forming a pair via the AC power supply Ae.
  • the input power density is set to a predetermined value of, for example, 10 W / cm 2 or less.
  • the targets 41a and 41b are oxides containing Ta and Si at a predetermined composition ratio, if the input power density exceeds 10 W / cm 2 , cracking or chipping of the target may occur, or abnormal discharge may occur. Problems such as frequent occurrence occur.
  • the frequency of the AC power output from the bipolar pulse power source which is the AC power source Ae
  • the frequency of the AC power output from the bipolar pulse power source is set in the range of 20 kHz to 60 kHz.
  • the frequency is less than 20 kHz, abnormal discharge occurs frequently, which causes a problem that film thickness management becomes troublesome, for example.
  • the frequency exceeds 60 kHz, there is a problem that the discharge voltage rises instantaneously and the operating range of the inverter which is a constituent circuit of the bipolar pulse power supply is exceeded.
  • the duty ratio of the AC power is set in the range of 20% to 80%. If the value is out of this range, there is a problem that the number of occurrences of abnormal discharge (arc discharge) increases immediately.
  • the discharge is switched before abnormal discharge occurs, and it becomes possible to improve the charge removal effect of the insulating film, and as a result, the occurrence of abnormal discharge is suppressed as much as possible. Becomes possible.
  • the output method of the bipolar pulse power supply for applying a predetermined voltage between the pair of targets 41a and 41b is preferably a method in which a transformer is not interposed between an inverter which is an output switching circuit and an actual load.
  • a transformer When output via a transformer, resonance occurs with the impedance of the actual load, so if the film formation factors such as the targets 41a and 41b, input power and film formation pressure change, the resonance frequency changes. Therefore, when setting to an arbitrary switching frequency, it is necessary to change the capacitance and inductance in the power supply Ae. If there is no transformer, there is an advantage that it can be fixed to any frequency.
  • the two targets 41a and 41b forming a pair play roles of the anode electrode and the cathode electrode respectively, and a tunnel-like leaked magnetic field is formed above each target 41a and 41b, and the vertical component of the leaked magnetic field A high density plasma is generated in the form of a racetrack passing through the position where 0 is zero.
  • the targets 41a and 41b are alternately switched to the anode electrode and the cathode electrode according to the frequency, and the targets 41a and 41b serving as the cathode electrode are sputtered by the ions of the sputtering gas ionized in the plasma.
  • 41b adhere to and deposit on the lower surface of the opposing substrate Sb, and a predetermined oxide film is formed.
  • an equivalent film quality can be obtained, and furthermore, sputtering during film formation can be obtained.
  • a film forming rate 10 times faster can be obtained without increasing the partial pressure of the gas.
  • the film formation on the substrate Sb even if the surface of the adhesion preventing plate 11 is covered with the oxide film, the problem that the plasma becomes unstable does not occur, and the target 41a, The film can be stably formed up to the life end of 41b.
  • the targets 41a and 41b are made of TaSiO 2 containing Ta at a composition ratio of 50 to 52 atomic percent, formed into a rectangular outline, and then joined to the backing plate 42 to form a predetermined sputtering apparatus.
  • Two targets 41a and 41b were installed at intervals in the position. The distance between the targets 41a and 41b and the substrate Sb was 80 mm.
  • the mass flow controller 31 is controlled to introduce argon as a sputtering gas so that the pressure in the vacuum chamber 1 evacuated is maintained at 0.37 Pa, and the input power to the targets 41a and 41b is input.
  • the alternating current power supply Ae was controlled so as to be maintained at 4 kW, and a high resistance oxide film made of a TaSiO 2 film was formed on the surface of the glass substrate for a predetermined sputtering time.
  • the one to be deposited under the above sputtering conditions is Sample 1, the input power is 2 kW, the pressure within the vacuum chamber 1 is 0.37 Pa, the sample 2 is applied, the input power is 2 kW, and the inside of the vacuum chamber 1a is The sample to be deposited at a pressure of 0.37 Pa is Sample 3, the input power is 4 kW, the one at a pressure in the vacuum chamber 1a is 0.85 Pa is Sample 4, and the frequency of input power is 10, 20, 40, Each was set to 60 kHz, and the root mean square (Vmf) of the voltage between the targets 41a and 41b during sputtering and the number of abnormal discharge occurrences were measured. The results are shown in FIG. In this case, in FIG.
  • a sample 5 is formed by setting the input frequency at 40 kHz under the sputtering conditions as Sample 5
  • a sample 6 is formed by setting the input frequency at 10 kHz under the sputtering conditions is set as the sample 6;
  • the duty of the power applied to 41b was set to 10 to 90%, the number of abnormal discharges was measured, and the results are shown in FIG. In this case, in FIG. 3,- ⁇ -is sample 5 and- ⁇ -is sample 6.
  • the number of abnormal discharges was standardized to 1 when Duty was 50% in Samples 5 and 6. According to this, at 10 kHz, the number of abnormal discharges increases immediately when the duty is out of 50%, while at 40 kHz, the number of abnormal discharges is suppressed to be approximately the same as the 50% duty.
  • the frequency When the frequency is set to 20 kHz, the number of abnormal discharges is suppressed to be approximately the same as the 50% duty at Duty 30% to 70%, and when the frequency is set to 60 kHz, the abnormality is approximately the same as Duty 50% at Duty 20% to 80%. It was found that the number of discharges was suppressed. That is, it was found that by setting the frequency to 20 kHz to 60 kHz, abnormal discharge can be effectively suppressed in a wider range of Duty ratio.
  • an oxide film having a TaSiO 2 film and an oxide film having a high resistance value is formed by using an oxide containing Ta and Si at a predetermined composition ratio as an example, but the invention is limited thereto.
  • No target can be used, and an oxide containing a transition metal element such as Ta, Cr or Nb and Si, silicon oxide or alumina can be used as a target. If the above film forming method is applied, an equivalent target can be obtained.
  • Similar film quality can be obtained compared to the case of film formation by sputtering by RF sputtering method, and furthermore, a high film formation rate can be obtained without increasing the partial pressure of sputtering gas at the time of film formation.
  • the plasma does not become unstable even if the surface of the adhesion preventing plate 11 is covered with the oxide film by repeating the film formation on the substrate Sb.
  • a nitride film such as TaN
  • SM Sputtering apparatus suitable for implementation of the present invention
  • 41a, 41b target
  • Ae AC power supply
  • Sb substrate (film-forming material).

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Abstract

金属元素及び半金属元素のうち少なくとも１種を構成元素として含む酸化物または窒化物をターゲットとする場合に、ＲＦスパッタリング法に依らず、高い量産性で酸化物膜や窒化物膜を成膜できる成膜方法を提供する。　金属元素及び半金属元素のうち少なくとも１種を構成元素として含む酸化物または窒化物をターゲットとし、真空雰囲気中でこのターゲットをスパッタリングして被成膜物表面に高抵抗値を持つ酸化物膜または窒化物膜を成膜する。同等の組成を有する上記ターゲットの複数枚を同一平面内に並設し、この並設されたターゲットのうち対をなすターゲット間に所定の周波数の交流電力を投入し、各ターゲットをアノード電極、カソード電極に交互に切り換えることでターゲット相互の間でプラズマを発生させ、カソード電極となっているターゲットをスパッタリングする。

Description

成膜方法
　本発明は、酸化物膜または窒化物膜を成膜するための成膜方法に関し、より詳しくは、スパッタリング法によりＳｉＯ２膜、ＴａＳｉＯ２膜、ＣｒＳｉＯ２膜やＮｂＳｉＯ２膜といった高抵抗値の酸化物膜または窒化物膜を成膜するための成膜方法に関する。
　例えば、感熱式プリンタに用いられるサーマルヘッド用の発熱抵抗体の中には、スパッタリング法や真空蒸着法によって成膜される薄膜タイプのものがあり、このような薄膜タイプのものとして、ＴａＳｉＯ２膜、ＣｒＳｉＯ２膜やＮｂＳｉＯ２膜などの高抵抗値の酸化物膜を用いることが知られている。このような酸化物膜を成膜する場合、Ｔａ、Ｃｒ、Ｎｂなどの遷移金属元素とＳｉなどの半金属元素と酸素との組成比が微妙に変化するだけで、抵抗値が大きく変化してしまう。このため、通常は、スパッタリング法により上記用途の酸化物膜が成膜されている。
　具体的には、成膜しようとする薄膜の組成に応じたＴａ、Ｃｒ、Ｎｂなどの遷移金属元素とＳｉなどの半金属元素を含む酸化物をスパッタリング用のターゲットし、このターゲットと成膜しようとする被成膜物とを真空チャンバ内に対向配置し、真空雰囲気中で真空チャンバ内に希ガスを導入し、ターゲットに所定電力を投入して真空チャンバ内にプラズマを形成する。そして、プラズマ中で電離した希ガスのイオンをターゲットに衝突させてターゲットをスパッタリングすることでターゲットから飛散する上記酸化物からなるスパッタ粒子を被成膜物に付着、堆積させて被成膜物表面に酸化物膜が成膜される。
　ターゲットのスパッタリングに際しては、上記ターゲットが絶縁物であるため、高周波電源（周波数１３．５６ＭＨＺ）を用いてターゲットに、アース電位との間で高周波電力を投入することが一般的である（所謂ＲＦスパッタリング法：例えば、特許文献１参照）。ここで、ＲＦスパッタリング法により成膜する場合、例えば所謂ＤＣスパッタリング法による成膜と比較して著しく成膜レートが遅い。このため、高い量産性で酸化物膜を成膜するにはより速い成膜レートを得ることが必要になり、このような場合には、ターゲットに投入する高周波電力を高めたり、または、スパッタリング時に真空チャンバ内のアルゴンガス等のスパッタガスの分圧（例えば、真空チャンバ内の全圧が１０Ｐａ）を高めたりすることが考えられる。
　然し、スパッタガスの分圧を高めた状態でスパッタリングすると、却ってスパッタリングレートが低下して量産性が損なわれる場合がある。これは、ＲＦスパッタリング法を実施できる一般のＲＦスパッタリング装置では、真空チャンバ内で互いに対向配置されるターゲットと被処理物との間の空間を囲繞して真空チャンバの内壁面へのスパッタ粒子の付着を防止する防着板が備えられているが、被処理物への成膜の繰り返しに伴い、防着板表面も酸化物膜で覆われてくると、真空チャンバ内に防着板を組み付けたときの隙間を通してアース接地の真空チャンバの内壁面へとプラズマが漏れ出して防着板と真空チャンバとの間の空間でも放電し、相対的にターゲットに投入される電力が低下することに起因していると考えられる。
　他方、ターゲットが絶縁物である場合、ターゲットに対してパルス状の直流電力を投入して当該ターゲットをスパッタリングすること（所謂ＤＣ Ｐｕｌｓｅ放電）が考えられる。この方法では、ＲＦスパッタリング法と比較して速い成膜レートが得られるものの、ＲＦスパッタリング法と同様に、アース設置の真空チャンバや防着板をアノードとして用いている。このため、防着板等が絶縁膜で覆われてくると、電荷が帯電し、絶縁破壊を起こし、異常放電が発生する。その結果、異常放電が起因となって、放電の持続性が損なわれたり、または、パーティクルの発生を引き起こす問題がある。
特許第３９６８１２８号公報
　本発明は、以上の点に鑑み、遷移金属元素及び半金属元素のうち少なくとも１種を構成元素として含む酸化物または窒化物をターゲットとする場合に、ターゲットのライフエンドまで安定して酸化物膜や窒化物膜を成膜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、遷移金属元素及び半金属元素のうち少なくとも１種を構成元素として含む酸化物または窒化物をターゲットとし、真空雰囲気中でこのターゲットをスパッタリングしてターゲットから飛散するスパッタ粒子を被成膜物に付着、堆積させ、被成膜物表面に高抵抗値を持つ酸化物膜または窒化物膜を成膜する成膜方法において、同等の組成を有する上記ターゲットの複数枚を同一平面内に並設し、この並設されたターゲットのうち対をなすターゲット間に所定の周波数の交流電力を投入し、各ターゲットをアノード電極、カソード電極に交互に切り換えることでターゲット相互の間でプラズマを発生させ、カソード電極となっているターゲットをスパッタリングすることを特徴とする。
　本発明によれば、同等のターゲットをＲＦスパッタリング法によりスパッタリングして高抵抗値の酸化物膜を成膜する場合と比較して、同等の膜質を得ることができ（即ち、抵抗値変化が殆どなく）、その上、成膜時のスパッタガスの分圧を高めたりすることなく、１０倍以上速い成膜レートでターゲットのライフエンドまで安定して成膜でき、量産性を向上できることが確認された。
　ところで、上記の如く、対をなすターゲット間に所定の周波数の交流電力を投入してターゲットをスパッタリングする場合、例えばスパッタリング時にターゲットが割れたり、冷却不足で溶けたりする不具合が生じないように、投入電力密度が、例えば１０Ｗ／ｃｍ２以下の所定値に設定されるが、そのときの周波数によっては、例えば異常放電が多発する場合があり、これでは、ターゲットにスプラッシュが発生したり、予め設定したスパッタ時間では目標の膜厚で成膜することができない等の問題が生じることが判明した。そこで、本発明は、前記交流電力の周波数が２０ｋＨｚ～６０ｋＨｚの範囲に設定されることが好ましく、また、前記交流電力のＤｕｔｙ比を２０％～８０％の範囲に設定することが好ましい。なお、遷移金属元素と半金属元素との組成比は、０．３～０．８の範囲に設定される。この範囲以外では、放電電圧の上昇に伴う異常放電の発生や、成膜した薄膜が所望の抵抗値を満たせないまたは抵抗の温度変化が大きくなるといった不具合が生じる。
本発明の成膜方法の実施に利用できるスパッタリング装置を模式的に示す断面図。 本発明の効果を示す実験の結果を示すグラフ。 本発明の効果を示す他の実験の結果を示すグラフ。
　以下、図面を参照して、被成膜物をガラス基板とし、ガラス基板（以下、「基板Ｓｂ」という）の表面にＴａＳｉＯ２膜からなる高抵抗値の酸化物膜を成膜する場合を例に本発明の成膜方法の実施形態を説明する。
　図１を参照して、ＳＭは、本発明の成膜方法の実施が可能な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は所謂デポアップにより成膜が行われるインライン式のものであり、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプＰｕを介して所定圧力（１０－５Ｐａ）に真空排気して真空雰囲気に保持できる真空チャンバ１を有する。真空チャンバ１の上部には、キャリア２にセットされた基板Ｓｂがその成膜面を下方に向けて配置される。この場合、特に図示して説明しないが、真空チャンバ１には真空雰囲気の形成が可能な予備チャンバが連設され、予備チャンバにて基板Ｓｂがキャリア２にセットされ、真空雰囲気中で基板搬送手段により真空チャンバ１の所定位置に搬送されるようになっている。基板搬送手段としては公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明は省略する。また、真空チャンバ１内には、真空チャンバ１内に搬送された基板Ｓｂと後述するターゲットとの間の空間を囲繞して真空チャンバ１の内壁面へのスパッタ粒子の付着を防止する防着板１１が備えられている。
　真空チャンバ１には、ガス導入手段３が設けられている。ガス導入手段３は、マスフローコントローラ３１を設けたガス管３２を介してガス源３３に連通し、Ａｒなど希ガスからなるスパッタガスを（場合によっては、反応性スパッタリングの際に用いるＯ２、Ｎ２といった反応ガスも）真空チャンバ１内に所定の流量で導入できるようにしている。そして、真空チャンバ１の下側には、基板Ｓｂに対向するようにカソードユニットＣｕが設けられている。
　カソードユニットＣｕは一対のターゲット４１ａ，４１ｂを有する。各ターゲット４１ａ，４１ｂは、同等の組成比を有し、かつ、公知の方法で同等の形状（本実施形態では、上面が長方形の輪郭に形成されている）に形成されたものであり、Ｔａ（遷移金属元素）とＳｉ（半金属元素）とを所定の組成比で含む酸化物である。なお、ＴａとＳｉとの組成比は、０．３～０．８の範囲に設定される。この範囲以外では、放電電圧の上昇に伴う異常放電の発生や、成膜した薄膜が所望の抵抗値を満たせないまたは抵抗の温度変化が大きくなるといった不具合が生じる。なお、互いに並設される各ターゲット４１ａ，４１ｂの組成比が同等といった場合、その組成比が完全に一致する場合だけでなく、例えば半金属元素に対する金属元素の組成比が０．３～０．８の範囲で異なっていても、同等の膜質を得ることができる（即ち、成膜した酸化物膜の抵抗値変化が殆どない）場合も含む。
　各ターゲット４１ａ，４１ｂは、スパッタリング中、ターゲット４１ａ，４１ｂを冷却するバッキングプレート４２に、インジウムやスズなどのボンディング材を介して接合され、図示しない絶縁材を介して真空チャンバ１内に電気的にフローティング状態に設置されている。この場合、各ターゲット４１ａ，４１ｂは、その未使用時のスパッタ面としての上面が、基板Ｓｂに平行な同一平面上に位置するように並設されている。なお、本実施形態では、２枚のターゲット４１ａ，４１ｂを並設するものを例に説明するが、これに限定されるものではなく、並設されるターゲットの数は、基板Ｓｂの外形寸法等を考慮して適宜設定される。
　また、カソードユニットＣｕは、各ターゲット４１ａ，４１ｂの下方に位置させて磁石組立体５を備える。磁石組立体５は、各ターゲット４１ａ，４１ｂに平行に設けられた支持板５１を有する。この支持板５１は、各ターゲット４１ａ，４１ｂの横幅より小さく、ターゲット４１ａ，４１ｂの長手方向に沿ってその両側に延出するように形成した長方形状の平板から構成され、磁石の吸着力を増幅する磁性材料製である。支持板５１上には、ターゲット４１ａ，４１ｂの長手方向に沿った棒状の中央磁石５２と、支持板５１の外周に沿って設けた周辺磁石５３とが設けられている。この場合、中央磁石５２の同磁化に換算したときの体積を、例えば周辺磁石５３の同磁化に換算したときの体積の和（周辺磁石：中心磁石：周辺磁石＝１：２：１）に等しくなるように設計している。これにより、各ターゲット４１ａ，４１ｂの前方に、釣り合った閉ループのトンネル状の磁束がそれぞれ形成され、ターゲット４１ａ，４１ｂの前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子を捕捉することで、ターゲット４１ａ，４１ｂのそれぞれ前方での電子密度を高くしてプラズマ密度を高くできる。各ターゲット４１ａ，４１ｂの利用効率を高めるために、各ターゲット４１ａ，４１ｂに対して所定のストロークで磁石組立体５が相対往復動するように構成することもできる。
　一対のターゲット４１ａ，４１ｂには、単一の交流電源Ａｅからの出力ケーブルＫｌがそれぞれ接続されている。交流電源Ａｅとしては所謂バイポーラパルス電源を用いることができ、一対のターゲット４１ａ，４１ｂ間に所定の周波数でバイポーラパルス状に電力投入できるようになっている。バイポーラパルス電源としては、一対のターゲット４１ａ，４１ｂへの出力電圧波形の電圧降下時間の長短から異常放電（アーク放電）の発生を検出する回路を備える公知のものが利用できるため、ここでは、詳細な説明を省略する。以下に、上記スパッタリング装置ＳＭを用いた基板Ｓｂへの酸化物膜の成膜方法を説明する。
　先ず、図外の予備チャンバにて基板Ｓｂをキャリア２にセットし、予備チャンバが所定圧力に真空排気されると、基板搬送手段により真空雰囲気中の真空チャンバ１に搬送する。真空チャンバ１内が所定圧力まで真空排気されると、ガス導入手段３を介して所定のスパッタガスを導入する。この場合、スパッタリング時の真空チャンバ１内の圧力が０．１Ｐａ～１．０Ｐａの範囲になるようにスパッタガスの流量が制御される。そして、交流電源Ａｅを介して対をなす各ターゲット４１ａ，４１ｂに交流電力を夫々投入する。この場合、投入電力密度は、例えば１０Ｗ／ｃｍ２以下の所定値に設定される。なお、ターゲット４１ａ，４１ｂがＴａとＳｉとを所定の組成比で含む酸化物である場合、投入電力密度が１０Ｗ／ｃｍ２を超えると、ターゲットの割れや欠けが生じたり、または、異常放電が多発したりするといった不具合が生じる。
　また、交流電源Ａｅたるバイポーラパルス電源から出力される交流電力の周波数が２０ｋＨｚ～６０ｋＨｚの範囲に設定される。周波数が２０ｋＨｚより小さくなると、異常放電が多発して、例えば膜厚管理が面倒になるといった不具合が生じる。他方、周波数が６０ｋＨｚを超えると、瞬間的な放電電圧の上昇並びにバイポーラパルス電源の構成回路であるインバーターの動作範囲を超えるという問題がある。また、上記交流電力のＤｕｔｙ比が２０％～８０％の範囲に設定される。この範囲を外れると、直ちに異常放電（アーク放電）の発生回数が増大するという不具合が生じる。
　ここで、スパッタリング中のターゲット４１ａ，４１ｂ間の電圧の二乗平均平方根Ｖｍｆの値（Ｖ）は、成膜時の真空チャンバ１内の圧力や、交流電源Ａｅからの投入電力及びその周波数を変えると、変化する。この場合、Ｖｍｆが高いほど異常放電（アーク放電）の発生頻度が上がり、また、Ｖｍｆの値が同等であっても、周波数を低くしていくのに従い、異常放電（アーク放電）の発生頻度が上がることが確認された。この結果から、Ｖｍｆが高いほど、ターゲット４１ａ，４１ｂのスパッタリングに伴い、当該ターゲット４１ａ，４１ｂの非侵食領域（酸化物膜）などの絶縁被膜が絶縁破壊を起こす駆動力が高くなり、また、周波数が低くなると、絶縁被膜に蓄積する電荷が増加し、その上、電荷が蓄積されている時間が長くなり、その結果、異常放電の発生頻度が上がる原因となると考えられる。このため、交流電力の周波数が２０ｋＨｚ～６０ｋＨｚの範囲に設定され、更には、Ｄｕｔｙ比が２０％～８０％の範囲に設定されていれば、異常放電の発生に直結する駆動力が低減され、また、周波数を所定の範囲に設定することで異常放電が発生する前に放電が切り替わり、絶縁被膜の除電効果の向上が可能になり、結果として、異常放電の発生を可及的に抑制することが可能になる。
　また、Ｖｍｆが６９０Ｖ以下に制御されていれば、異常放電の発生が抑制され、６３０～６９０Ｖの範囲に制御されれば異常放電の発生がさらに抑制されることがある。なお、一対のターゲット４１ａ，４１ｂ間に所定電圧を印加するためのバイポーラパルス電源の出力方式は、出力切り替え回路であるインバーターと実負荷の間にトランスを介さない方式が好ましい。トランスを介して出力した場合、実負荷のインピーダンスとの共振が起きるために、ターゲット４１ａ，４１ｂ、投入電力、成膜圧力などの成膜因子が変わると、共振周波数が変化してしまう。このため、任意の切り替え周波数に設定する際に、電源Ａｅ内のキャパシタンスやインダクタンスを変更する必要が生じる。トランスを介さなければ、任意の周波数に固定できるという利点がある。
　これにより、対をなす２枚のターゲット４１ａ，４１ｂが夫々アノード電極とカソード電極との役割を果たし、各ターゲット４１ａ，４１ｂの上方に、トンネル状の漏洩磁場が形成され、この漏洩磁場の垂直成分が０となる位置を通る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、周波数に応じて各ターゲット４１ａ，４１ｂがアノード電極、カソード電極に交互に切り換わり、プラズマ中で電離したスパッタガスのイオンでカソード電極となっているターゲット４１ａ，４１ｂがスパッタリングされ、各ターゲット４１ａ，４１ｂから放出されたスパッタ粒子が、対向する基板Ｓｂの下面に付着、堆積して所定の酸化物膜が成膜される。
　以上によれば、同等のターゲットをＲＦスパッタリング法によりスパッタリングして高抵抗値の酸化物膜を成膜する場合と比較して、同等の膜質を得ることができ、その上、成膜時のスパッタガスの分圧を高めたりすることなく、１０倍以上速い成膜レートが得られる。しかも、基板Ｓｂへの成膜を繰り返すことで、防着板１１の表面が酸化物膜で覆われるようになっても、プラズマが不安定になったりするといった不具合は発生せず、ターゲット４１ａ，４１ｂのライフエンドまで安定して成膜できる。
　次に、以上の効果を確認するため、図１に示すスパッタリング装置ＳＭを用いて次の実験を行った。本実験では、ターゲット４１ａ，４１ｂとして、５０～５２原子％の組成比でＴａを含むＴａＳｉＯ２製のものを用い、長方形の輪郭に成形した後、バッキングプレート４２に接合して、スパッタリング装置の所定位置に２枚のターゲット４１ａ，４１ｂを間隔を置いて設置した。ターゲット４１ａ，４１ｂと基板Ｓｂとの間の距離を８０ｍｍとした。また、スパッタ条件として、真空排気されている真空チャンバ１内の圧力が０．３７Ｐａに維持されるようにマスフローコントローラ３１を制御してスパッタガスであるアルゴンを導入し、ターゲット４１ａ，４１ｂに対する投入電力が４ｋＷに維持されるように交流電源Ａｅを制御し、所定のスパッタ時間だけガラス基板表面にＴａＳｉＯ２膜からなる高抵抗値の酸化物膜を成膜した。このときの成膜レートを測定したところ、４５ｎｍ／ｍｉｎであり、同等のターゲットに対して投入電力密度が４．８Ｗ／ｃｍ２になるように電力投入してＲＦスパッタリング法によりスパッタリングし、ＴａＳｉＯ２膜を成膜する場合（約４ｎｍ／ｍｉｎ）と比較して１０倍以上速い成膜レートが得られることが確認された。
　次に、上記スパッタ条件で成膜するものを試料１とし、投入電力を２ｋＷ、真空チャンバ１内の圧力を０．３７Ｐａとして成膜するものを試料２、投入電力を２ｋＷ、真空チャンバ１ａ内の圧力を０．３７Ｐａとして成膜するものを試料３、投入電力を４ｋＷ、真空チャンバ１ａ内の圧力を０．８５Ｐａとして成膜するものを試料４とし、投入電力の周波数を１０，２０，４０，６０ｋＨｚに夫々設定し、スパッタリング中のターゲット４１ａ，４１ｂ間の電圧の二乗平均平方根（Ｖｍｆ）と、異常放電発生回数を測定し、その結果を図２に示す。この場合、図２中、－◇－が試料１、－□－が試料２、－●－が試料３、－○－が試料４である。なお、試料１において周波数１０ｋＨｚとしたときの異常放電発生回数を１として、その他の試料について夫々の異常放電発生回数を規格化した。これによれば、Ｖｍｆの低電圧化、切り替え周波数化により、異常放電発生回数が抑制されることが判る。
　次に、上記スパッタ条件で投入周波数を４０ｋＨｚに設定して成膜するものを試料５とし、上記スパッタ条件で投入周波数を１０ｋＨｚに設定して成膜するものを試料６とし、一対のターゲット４１ａ，４１ｂに印加される電力のＤｕｔｙを１０～９０％に設定して、夫々の異常放電回数を測定し、その結果を図３に示す。この場合、図３中、－◇－が試料５、－□－が試料６である。なお、試料５及び試料６においてＤｕｔｙを５０％としたときの異常放電回数を１として規格化した。これによれば、１０ｋＨｚにおいてはＤｕｔｙ５０％を外れると直ちに異常放電回数が増大するのに対し、４０ｋＨｚにおいてはＤｕｔｙ２０～７０％において概ねＤｕｔｙ５０％と同様の異常放電回数に抑制されている。周波数を２０ｋＨｚに設定した場合にはＤｕｔｙ３０％～７０％において概ねＤｕｔｙ５０％と同様の異常放電回数に抑制され、周波数を６０ｋＨｚに設定した場合にはＤｕｔｙ２０％～８０％において概ねＤｕｔｙ５０％と同様の異常放電回数に抑制されることが分かった。つまり周波数を２０ｋＨｚ～６０ｋＨｚに設定することで、より広範囲のＤｕｔｙ比において異常放電を効果的に抑制できることが分かった。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の上記実施形態のものに限定されるものではない。上記実施形態では、ＴａとＳｉとを所定の組成比で含む酸化物をターゲットとし、ＴａＳｉＯ２膜からなる高抵抗値の酸化物膜を成膜するものを例に説明したが、これに限定されるものはなく、Ｔａ、ＣｒやＮｂ等の遷移金属元素とＳｉとを含む酸化物や、シリコン酸化物またはアルミナをターゲットとすることができ、上記成膜方法を適用すれば、同等のターゲットをＲＦスパッタリング法によりスパッタリングして成膜する場合と比較して、同等の膜質を得ることができ、その上、成膜時のスパッタガスの分圧を高めたりすることなく、速い成膜レートが得られ、しかも、基板Ｓｂへの成膜を繰り返すことで、防着板１１の表面が酸化物膜で覆われるようになっても、プラズマが不安定になったりすることがないことが確認された。他方、ＴａＮ等の窒化物膜を成膜する場合に、上記成膜方法を適用すれば、同様の結果が得られることが確認できた。
　ＳＭ…本発明の実施に適したスパッタリング装置、４１ａ，４１ｂ…ターゲット、Ａｅ…交流電源、Ｓｂ…基板（被成膜物）。

Claims (3)

  1. 　遷移金属元素及び半金属元素のうち少なくとも１種を構成元素として含む酸化物または窒化物をターゲットとし、真空雰囲気中でこのターゲットをスパッタリングしてターゲットから飛散するスパッタ粒子を被成膜物に付着、堆積させ、被成膜物表面に酸化物膜または窒化物膜を成膜する成膜方法において、
    　同等の組成を有する上記ターゲットの複数枚を同一平面内に並設し、この並設されたターゲットのうち対をなすターゲット間に所定の周波数の交流電力を投入し、各ターゲットをアノード電極、カソード電極に交互に切り換えることでターゲット相互の間にプラズマを発生させ、カソード電極となっているターゲットをスパッタリングすることを特徴とする成膜方法。
  2. 　前記交流電力の周波数が２０ｋＨｚ～６０ｋＨｚの範囲に設定されることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
  3. 　前記交流電力のＤｕｔｙ比を２０％～８０％の範囲に設定することを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
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