JPH02266524A - 保護膜の形成方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、スパッタリング装置により基板上に保護膜を
形成する方法に関するもので１例えば。

磁気抵抗素子等に適用可能なものである。

（従来の技術） 例えば、磁気抵抗素子等では、基板上に所定のパターン
の磁気検出部を形成した後、磁気検出部の上にＳｉｎ、
等でなる保護膜をスパッタリング法等によって形成する
。

第８図は従来用いられている一般的な直流スパッタリン
グ装置を示す。第８図において、真空容器２７内には陽
極２５と陰極２６とが対向させて配置されており、陽極
２５の陰極２６との対向面には保護膜を形成すべき基板
２３が配置され、陰極２６の陽極２５との対向面には５
ｉｎ２でなるターゲット２１が配置されている。真空容
器２７内にはＡｒガスが適宜の圧力で導入さ九ている。

陽極２５と陰極２６との間には直流電源２８が供給され
る。直流型ｉ［２８の供給によってプラズマ状になった
Ａｒ＋イオンがターゲット２１に衝突し、ターゲット２
１のＳｉＯ□原子又は分子が叩きだされて基板２３上に
付着し、基板２３上にＳｉＯ□の膜が形成される。

また、第８図に示すようなスパッタリング装置のターゲ
ット２１側、即ち陰極２６側にマグネットを配置し、タ
ーゲット２１からの分子の叩きだしを容易にしたマグネ
トロンスパッタリング法も知られている。

（発明が解決しようとする課題） 従来のスパッタリング法を用いた保護膜の形成方法によ
れば、基板上の全体にねたってＳｉＯ２等の保護膜が形
成されるため、磁気検出部の電極部までも保護膜で覆わ
れる。そのため、保護膜の成膜後に上記電極部を覆って
いる保護膜をフォトリソグラフィー工程等を用いたエツ
チングによって除去し、上記電極部の金属を露出させて
いる。即ち基板にレジストを塗布してマスキングし、露
光、現像後バッフアートフッ酸等で上記電極部分の保護
膜をエツチングし、電極部の金属を露出させる。

従って、バッフアートフッ酸等で上記電極部分の保護膜
を除去する際に電極部分を構成する材料が除去されない
ように、電極材料は耐フツ酸性の強いものに限定され、
電極材料の選定に制約を受ける。また、電極はエツチン
グに耐えるために膜厚を十分に厚くする必要がある。

このような問題を解決しようとして、メタルマスクを用
いて蒸着法により保護膜を成膜することが考えられるが
、この場合は、　ＳｉＯ□等からなるターゲットから飛
び出した原子はプラズマ中を通過するために、僅かなギ
ャップからも回り込み、電極の上に保護膜が成膜されて
著しくコンタクト性を損なうという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するためにな
されたもので、スパッタリング装置を用いながら基板上
に選択的に保護膜を形成することを可能にして、一連の
フォトリソグラフィー工程による保護膜の部分的な除去
工程を省略することができ、もって、電極材料選択の制
約が少なく。

電極部の構成も簡単化できる保Ｗ膜の形成方法を提供す
ることを目的とする。

本発明はまた、基板が加熱されてもメタルマスクが反っ
て基板から浮き上がるようなことのないようにし、もっ
て、ターゲットから飛び出した原子又は分子がマスキン
グ部分に回り込むことがなく、選択的な保護膜の形成が
正確に行なわれるようにした保護膜の形成方法を提供す
ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、基板上に形成する保護膜の形状に対応する形
状の窓孔を形成したメタルマスクを上記基板のターゲッ
ト側の表面に接合させ、上記基板の裏面側には磁性材を
配置して上記メタルマスクを基板側に磁気的に吸引させ
、この状態でスパッタリングにより上記基板上の上記メ
タルマスクの窓孔に対応した位置に保護膜を形成するこ
とを特徴とする。

メタルマスクの熱膨張係数は、基板の熱膨張係数よりも
小さくしてもよい。

磁性材は、希土類マグネットとしてもよい。

スパッタリング装置は、ターゲット側電極にターゲット
用マグネットを配置したマグネトロンスパッタリング装
置としてもよい。

（作用） メタルマスクは基板の裏面側の磁性材との間で生じる磁
気吸引力により吸引されて基板に密着させられ、ターゲ
ットから飛び出した原子がメタルマスクと基板との間に
回り込むことはない。基板上にはメタルマスクの窓孔に
対応した位置に保護膜が形成される。

メタルマスクの熱膨張係数を基板の熱膨張係数よりも小
さくした場合、基板の温度が上昇してもメタルマスクに
反りを生じることがなく、メタルマスクと基板との間に
ギャップを生じることはない。

磁性材を希土類マグネットとした場合、高温になっても
磁力の低下が少ない。

マグネトロンスパッタリング装置を用いた場合、低いガ
ス圧でも高イオン化率が得られる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明にかかる保護膜の形成
方法の実施例について説明する。

第１図は、本発明に用いられるマグネトロンスパッタリ
ング装置の例を概略的に示すもので、陽極部１５と陰極
部１６とに大別される０通常のスパッタリング装置の陽
極部１５側は、電極４と、ガラス等でなる基板３のみで
構成されるが、第１図に示すスパッタリング装置の陽極
部１５側にはメタルマスク２とマグネット５が付加され
ている。

メタルマスク２は基板３の陰極部１６と対向する表面に
接合されている。マグネット５は非磁性電極４の内部の
上記基板３の裏面側に接合されている。メタルマスク２
は、基板３の熱膨張係数と同等又はそれ以下の材質であ
り、かつ、透磁率の高い磁性材料、例えば、４２Ｎｉ−
Ｆｅ−３６Ｎｉ−Ｆｅが用いられる。第２図に示すよう
に、メタルマスク２には基板３上に形成する保護膜の形
状に対応する形状の窓孔２ａが形成されている。メタル
マスク２は上記マグネット５によって吸引され、基板３
の表面に密着させられる。マグネット５の材料は特に限
定されるものではないが、希土類マグネットを用いるこ
とが望ましい。

上記陰極部１６は、通常のスパッタリング装置の陰極部
と同様にＳｉｎ、等でなるターゲット１を接合させるバ
ッキングプレートとしてのターゲット側電極８を有する
ほか、ターゲット側電極８内の上記ターゲット１の裏面
側にターゲット用マグネット７が配置されてマグネトロ
ンスパッタリング装置が構成されている。そして、陰極
部１６の周りにはシールドリング６が配置されている。

いま、陽極部１５と陰極部１６を真空容器内に配置し、
通常のマグネトロンスパッタリング法と同様に上記真空
容器内にＡｒガスを導入してそのガス圧を１０２〜１０
−”　Ｐａオーダーに保ち、ターゲット側電極８は陰極
とし、基板３側の電極４は陽極として両電極間に電圧を
かける。これにより両電極間はグロー放電し、アルゴン
ガスがプラズマ状になる。プラズマ状になったＡｒ＋イ
オンがターゲット１に衝突し、ターゲット１のＳｉｎ、
原子又は分子が叩きだされてメタルマスク２の窓孔２ａ
を通って基板３の表面に付着し、メタルマスク２の窓孔
２ａと同じ形状の保護膜が基板３上に形成される。

このように、保護膜は基板３上にメタルマスク２によっ
て選択的に形成されるため、素子電極部分を避けて保護
膜を形成することが可能であり、よって、保護膜形成後
に、一連のフォトリソグラフィー工程等による保護膜の
一部除去工程を設ける必要はない６ ところで、メタルマスクを用いた通常のスパッタリング
法では、ターゲット１の材料であるＳｉｎ。

の原子又は分子がμ層単位のギャップからでも回り込む
、第６図はメタルマスク２と基板３との間にギャップが
生じたときのモデルをやや誇張して示したものであって
、この図からもわかるように、ＳｉＯ□の原子又は分子
９が僅かなギャップ内に回り込み、基板３上に形成され
た素子電極薄膜１１の上にＳｉｎ、の薄膜１０が成膜さ
れる。この素子電極薄膜１１上の５ｉｎ２の薄膜がたと
え数十オングストローム（人）であっても不導通状態を
作り、素子電極としての機能が損なわれてしまう、従っ
て。

メタルマスク２と基板３との間にギャップができること
は極力避けなければならない。

その点、前記本発明にかかる保護膜の形成方法の実施例
によれば、所定の形状の窓孔２ａを有するメタルマスク
２を用い、これをマグネット５により基板３の裏面側か
ら吸引しながらスパッタリング装置で保護膜を形成する
ようにしたため、上記メタルマスク２はマグネット５の
吸引力により基板３の表面に密着し、ギャップができに
くくなっている。従って、ターゲット材料としてのＳｉ
Ｏ□の原子又は分子が回り込んで素子電極の上にＳｉＯ
□の保護膜が形成されることはなく、保護膜形成後に、
一連のフォトリソグラフィー工程等による保護膜の一部
除去工程を設ける必要はない。

前記実施例のように、ターゲット側電極８内のターゲッ
ト１の裏面側にターゲット用マグネット７を設けたいわ
ゆるマグネトロンスパッタリング法を採用することによ
って、できるだけ低いガス圧に保ちながら高イオン化率
を達成することができる。

また、基板３側のマグネット５として希土類マグネット
を採用することによって強い磁力が得られるばかりでな
く、高温においても減磁する割合が低いため、高温にお
ける磁力を強く保つことができる。そのため、基板３が
高温になっても十分に強い吸引力でメタルマスク２を基
板３に密着させることができ、ギャップを生じさせるこ
とはない。

スパッタリングによる保護膜の形成中に、基板３の加熱
やグロー放電によってガラス等でなる基板３及びメタル
マスク２の温度が上昇する。従って、基板３の熱膨張係
数に対してメタルマスク２の熱膨張係数が大きい場合に
は、第７図に示すように、基板３の表面に形成された素
子電極薄膜１１に対してメタルマスク２が浮き上がり、
ギャップを生じる。ギャップを生じると、第６図につい
て説明したように、ターゲツト材としてのＳｉｎ、の原
子又は分子が上記ギャップ内に回り込み、素子電極薄膜
１１上に５ｉｎ２薄膜が成膜されて電極機能が損なわれ
てしまう。

その点、前述のようにメタルマスク２の熱膨張係数を、
基板３の熱膨張係数と同等又はこれよりも小さくしてお
けば、温度が上昇しても基板３以上にメタルマスク２が
膨張することはなく、その間にギャップが生じることは
ないから、素子電極薄膜上に５ｉＯｚ　’Ｉｌｌ膜が成
膜されることはなく、電極機能が損なわれることもない
。

なお、高周波スパッタリング法を用いる場合には、基板
３側の電極４にコンデンサを入れ、基板３にプラスイオ
ンをため、主ターゲットだけにイオンが当たるようにす
る。

先に示したガス圧１０２〜１０″″”Ｐａオーダーでは
、ターゲットから飛び出した薄膜原子又は分子の平均自
由行程は１０−２〜１０１■となる。

本発明の保護膜の形成方法に用いるメタルマスクの窓孔
は、基板上に形成される磁気検出部及び素子電極薄膜の
形状に応じて形成される。従って、第３図に示すように
、外周の形状が円形のメタルマスク２に、複数の窓孔２
ｂが平行に形成されることもあるし、第４図に示すよう
に、外形が四角形のメタルマスク２に、四角形の多数の
窓孔２ｃが縦横に配列されることもありうる。

また、第５図に示すように、メタルマスク２の材質をマ
グネットとし、基板電極４を鉄などの磁性材料としてメ
タルマスク２と基板電極４の双方間で吸引力を発生さ、
せてもよい。

（発明の効果） 本発明によれば、メタルマスクと基板の裏面側の磁性材
との間で生じる磁気吸引力により、メタルマスクを基板
に密着させるようにしたため、り＝ゲットから飛び出し
た原子又は分子がメタルマスクと基板との間に回り込む
ことはなく、スパッタリング法を用いながら保護膜を選
択的に成膜することができる。そのため、基板全面に保
護膜を形成した後保護膜の一部を除去するためのフォト
リソグラフィー行程などによるエツチング行程を省略す
ることができる。仮りに、エツチング行程が必要である
とすれば、ＳｉＯ□でなる保護膜のように、　Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ａｉ又はＣｕなどでなる素子電極薄膜に対して選択
比を大きくとることができないため、電極薄膜を十分に
厚くする必要があるが、本発明によればエツチング行程
は不要なため、例えば、８００λ〜２０００人というよ
うな′Ｐｊｉ膜でも電極としての機能を得ることができ
るし、電極の材料の選択の範囲が限定されることもない
。

なお、メタルマスクの熱膨張係数を、基板の熱膨張係数
と同等又はこれよりも小さくしておけば、温度が上昇し
ても基板以上にメタルマスクが膨張することはなく、そ
の間にギャップが生じることはないから、電極上に保護
膜が成膜されることはなく、電極機能が損なわれること
もない。

また、マグネトロンスパッタリング装置を用いれば、緻
密な保護膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる保護膜の形成方法に用いること
ができるスパッタリング装置の電極部の構成の例を示す
断面図、第２図は同上スパッタリング装置中のメタルマ
スクの平面図、第３図は本発明に適用可能なメタルマス
クの別の例を示す平面図、第４図はメタルマスクのさら
に別の例を示す平面図、第５図は本発明に適用可能なス
パッタリング装置の電極部の別の例を示す断面図、第６
図はメタルマスクと基板との間にギャップがある場合の
保護膜の形成の様子を示す断面図、第７図は温度上昇に
よってメタルマスクに反りが生じる様子を示す断面図、
第８図は従来のスパッタリング装置の例を概念的に示す
正面図である。 １・・・ターゲット、　　２・・・メタルマスク、３・
・・基板、　　５・・・マグネット、　　７・・・ター
ゲット用マグネット、　　１０・・・保護膜。 第５図 第２図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スパッタリング装置により基板上に保護膜を形成す
   る方法において、基板上に形成する保護膜の形状に対応
   する形状の窓孔を形成したメタルマスクを上記基板のタ
   ーゲット側の表面に接合させ、上記基板の裏面側に配置
   した磁性材と上記メタルマスクとの間に磁気吸引力を発
   生させて上記メタルマスクを上記基板側に吸引させ、こ
   の状態でスパッタリングにより上記基板上の上記メタル
   マスクの窓孔に対応した位置に保護膜を形成することを
   特徴とする保護膜の形成方法。 ２、メタルマスクの熱膨張係数を、基板の熱膨張係数よ
   りも小さくした請求項１記載の保護膜の形成方法。 ３、磁性材は、希土類マグネットとした請求項１記載の
   保護膜の形成方法。 ４、スパッタリング装置は、ターゲット側電極にターゲ
   ット用マグネットを配置したマグネトロンスパッタリン
   グ装置である請求項１記載の保護膜の形成方法。