JPH0397846A - ケイ素化合物薄膜の形成方法 - 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〕 本発明は誘電体または絶縁体の或膜に利用する。

特に、ケイ素化合物薄膜の形戒に関する。

〔概　要〕

本発明は、対向ターゲット式反応性スパッタによりケイ
素化合物薄膜を形成する方法において、ターゲットとし
て低抵抗のケイ素を用い、直流スパッタを行うことによ
り、 基板を低温に保ちながら高速の或膜を可能とするもので
ある。

〔従来の技術〕

誘電体または絶縁体の薄膜材料として、従来から多くの
分野でゲイ素化合物が使用されている。

このような分野としては、例えば、超ＬＳＩ、光ディス
ク、超伝導素子、光素子などがある。

薄膜を形成する方法としては、特にスパソタ法が多く用
いられている。スパッタ法は、高融点材料を薄膜化でき
、複雑な組戊の材料であっても、また、基板が複雉な形
状であっても、比較的容易に成膜できる。

特に化合物薄膜を形戒する場合には、反応性スバンタ法
が用いられる。反応性スバソタ法では、スパッタガスに
反応性のガスを混入し、このガスをターゲット表面から
蒸発した原子または分子に反応させて成膜する。二酸化
ケイ素Ｓｉｎ２を成膜ずる場合には、ターゲットとして
ケイ素を用い、アルゴンガスに酸素を混入したものをス
パッタガスとして用いる。窒化ケイ素Ｓｉ３Ｎ４の場合
には、窒素を混入したスパッタガスを用いる。

しかし、スパッタ法にも幾つかの欠点があり、その改善
について研究が行われている。

欠点の一つに、スパッタ法ではプラズマを使用するため
、基板を低温に保つことが困難であり、化学気相成長（
Ｃ　Ｖ　Ｄ）法に比較して成膜速度が遅いことがある。

これを改善する一つの方法として、対向ターゲット式ス
バック（ＦＴＳ）法が知られている。この方法について
は、応用物理、第４８巻第６号、第５５８頁から第５５
９頁、１９７９年に詳しく説明されている。

対向ターゲット式スパッタ法では、通常の二極スパッタ
法と異なり、真空槽内に一対のターゲットが配置される
。この一対のターゲ７｝は、スパッタされる面（以下「
スパッタ面ｊという〉が空間を隔てて平行に向き合うよ
うに配置される。基板は、ターゲットの側方に、ターゲ
ットのスパッタ面に対して垂直に配置される。ターゲッ
トの裏側には、プラズマを閉じ込めるために永久磁石が
配置される。

この方法を用いると、一般的な二極マグネトロン方式に
比較して堆積速度が高速になり、基板がプラズマに曝さ
れることなく低温でスパッタ可能である。基板を低温に
保つことは、堆積速度を速めるだけでなく、光ディスク
の樹脂基板など熱に弱い基板に或膜する場合に有利であ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、対向ターゲット式スパッタ法において低温でス
パッタが可能なのは、高電圧の直流によりプラズマを発
生させる直流スパンタの場合たけである。プラズマ発生
に高周波を利用する高周波スパンタの場合には、プラズ
マをターゲット間に閉じ込めることが不可能となり、基
板がプラズマに曝されてしまう。

ここで問題となるのは、絶縁体をターゲットとして使用
する場合には直流スパッタを利用できｉヨいことである
。これは、ターゲットに電荷が蓄積され、安定な放電を
維持できないからである。したがって、対向ターゲント
式スパッタ法であっても高周波を用いなければならず、
マグネトロン方式に対する在利性が失われてしまう。

ターゲットとしてケイ素を用いる場合にも、絶縁体の場
合と同様に、直流スバソタでは放電が不安定となる。こ
れは、ケイ素が半導体であり、抵抗値が高いことによる
。

また、高周波スパッタでは直流スパッタに比較して堆積
速度が遅くなってしまう。

本発明は、以上の課題を解決し、或膜速度が速く、しか
も基板がプラズマに曝されずに低況でスパッタが可能な
ケイ素化合物薄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〕

本発明のケイ素化合物薄膜の形成方法は、抵抗率がＩ　
ＸＩＯ−４〜１×１０−５Ω・ｍのｎ型またはｐ型のケ
イ素ターゲットを用い、このケイ素クーゲソトを陰極と
する直流対向ターゲット式スバノタ法により反応性スパ
ッタを実行することを特徴とする。

上述の範囲の抵抗率を得るには、ケイ素に不純物をドー
プすればよい。不純物としては、ドープが容易なことか
ら、リンまたはホウ素が適している。リンを用いる場合
には、５．ＯＸ１０１Ｓ〜９．０×１０１１ｃｍ−：ｌ
の濃度にドープする。ホウ素の場合には、１．Ｏ　ＸＩ
Ｏ１６〜１，２Ｘ１０”Ｃｍ−’の濃度にドーブする。

〔作　用〕

不純物をドープしたケイ素をターゲットとして用いると
、抵抗値が低下し、安定な直流放電を維持できるように
なる。したがって直流スパッタが可能となり、対向ター
ゲット式スパッタ法による反応性スパッタが可能となる
。これにより、基板がプラズマに曝されることがなく、
基板を低温に保ったまま、高速にケイ素化合物薄膜を形
成できる。

〔実施例〕

図は本発明を実施するためのスパッタ装置の概略を示す
。

ターゲット１、２はスパック面が対向するように配置さ
れる。ターゲッ｝Ｌ２の裏側にはそれぞれ永久磁石３、
４が配置され、スパツタ面と垂直な方向に磁界を印加す
る。基板５は、ターゲット１、２のスパッタ面と垂直に
配置される。夕一ゲッ｝［２の近傍にはそれぞれ電極６
、７が配置される。

ターゲット１、２、永久磁石３、４、基板５および電極
６、７は真空反応槽ＩＯ内に配置される。

真空反応槽１０には排気口１１およびガス導入口１２が
設けられている。排気口１１は真空ポンプに接続され、
ガス導入口１２からはスパッタガスが導入される。

真空反応槽１０内のターゲット１、２は真空反応槽ｌＯ
外の直流高圧電源２０の負極に接続され、電極６、７は
直流高圧電源２０の正極に接続される。

このスパッタされる面と垂直に配置した基板上に反応性
スパッタによりケイ素化合物薄膜を形成する ここで本実施例の特徴とするところは、ターゲット１、
２は抵抗率がＩ　ＸＩＯ−４〜１×１０−’Ω・ｍのｎ
型またはｐ型のケイ素ターゲットであり、このケイ素タ
ーゲットを陰極とする直流スパッタにより反応性スパッ
タを実行することにある。上述のような抵抗率は、ケイ
素にリンまたはホウ素を数ｐｐｍないし数十ｐｐｍ含有
させることにより得られる。すなわち、リンを５．ＯＸ
１０′５〜９．ＯＸ１０１９ｃｍ−”の濃度にドーブす
るか、ホウ素を１．ＯＸ１０”〜１．２Ｘ１０”Ｃｍ−
３の濃度にドープする。

この装置を用いた戊膜方法について説明する。

まず、ターゲット１、２、永久磁石３、４、基板５およ
び電極６、７を真空反応ｔｌＪ１０内に配置し、１０−
６Ｔｏｒｒのオーダまで真空反応槽■０内を排気する。

この後に、ガス導入口１２から真空反応槽１０内にスパ
ッタガスを導入する。スパッタガスとしては、窒化ケイ
素の薄膜を形成する場合にはアルゴンＡｒと窒素Ｎ２と
の混合ガス、酸化ケイ素の場合にはアルゴンＡｒと酸素
０２との混合ガスを用いる。

真空反応槽１０内のガス圧を１０−３Ｔｏｒｒのオーダ
に保った状態で、ターゲット１、２と電極６、７との間
に直流高電圧を印加し、グロー放電させる。

第１表および第２表に、薄膜形成条件、得られた薄膜の
屈折率、薄膜の堆積速度および薄膜形成時の基板温度を
示す。薄膜形成条件のうち投入電力は、ターゲット｛、
２に印加する電力のターゲット単位面積あたりの値を示
す。基板温度は、５分間にわたり堆積させたときの最終
温度について、熱電対を基板ホルダに取り付けて測定し
た値である。第１表は窒化ケイ素薄膜を形戒したときの
データを示し、第２表は酸化ケイ素薄膜を形威したとき
のデータを示す。

また、第１表および第２表には、比較例として、二極マ
グネトロン高周波スパッタリング、二極マグネトロン直
流スパッタ、高周波対向ターゲット式スパッタ、直流対
向ターゲット式スパッタ（ターゲットが３Ｘ１０−２０
・ｍの５Ｎケイ素）の場合のデータを併記する。屈折率
および堆積速度の欄が空欄のものは、薄膜が形成できな
かったことを示す。

二極マグネトロン・スパッタリングについては、ターゲ
ットの直径が４インチ、ターゲットと基板との間の距離
が１１０ｍｍの条件で行った。対向ターゲット式スパッ
タリングについては、ターゲットの大きさが１００　Ｘ
ＩＱＱｍｍ　，ターゲット・ターゲット間の距離が１４
０ｍｍ　，ターゲット中心と基板との間の距離が１３０
ｍｍの条件で行った。

このように、抵抗率の小さいケイ素をターゲットとして
使用することにより、安定な直流放電が可能となり、直
流対向ターゲット式スパッタ法でケイ素化合物薄膜を形
成できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のケイ素化合物薄膜の形成
方法では、ケイ素をターゲットとして安定な直流放電が
可能となり、対向ターゲット式スパッタ法により基板を
低温に保持したままケイ素化合物薄膜を高速に形成でき
る。

【図面の簡単な説明】

図は本発明を実施するためのスパッタ装置の概略を示す
図。 １、２・・・ターゲット、３、４・・・永久磁石、５・
・・基板、６、７・・・電極、１０・・・真空反応槽、
１１・・・排気口、１２・・・ガス導入口、２０・・・
直流高圧電源。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．　ケイ素を主成分とする一対のターゲットをそのス
   パッタされる面が対向するように配置し、このスパッタ
   される面と垂直な方向に磁界を印加し、 このスパッタされる面と垂直に配置した基板上に反応性
   スパッタによりケイ素化合物薄膜を形成する ケイ素化合物薄膜の形成方法において、 上記ターゲットは抵抗率が１×１０＾−＾４〜１×１０
   ＾−＾５Ω・ｍのｎ型またはｐ型のケイ素ターゲットで
   あり、 このケイ素ターゲットを陰極とする直流スパッタにより
   反応性スパッタを実行する ことを特徴とするケイ素化合物薄膜の形成方法。
2. ２．　ケイ素ターゲットはリンを５．０×１０＾１＾５
   〜９．０×１０＾１＾９ｃｍ＾−＾３の濃度で含む請求
   項１記載のケイ素化合物薄膜の形成方法。
3. ３．　ケイ素ターゲットはホウ素を１．０×１０＾１＾
   ６〜１．２×１０＾２＾０ｃｍ＾−＾３の濃度で含む請
   求項１記載のケイ素化合物薄膜の形成方法。