JPH06172990A - 薄膜の形成方法および形成装置 - Google Patents
薄膜の形成方法および形成装置Info
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- JPH06172990A JPH06172990A JP4330270A JP33027092A JPH06172990A JP H06172990 A JPH06172990 A JP H06172990A JP 4330270 A JP4330270 A JP 4330270A JP 33027092 A JP33027092 A JP 33027092A JP H06172990 A JPH06172990 A JP H06172990A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 一定時間のスパッタリング法もしくは反応性
スパッタリング法による薄膜堆積工程と、一定時間の堆
積を行わない薄膜表面にプラズマによる励起反応種を与
える工程を複数回交互に行うことにより、低温基板で良
質な酸化物薄膜を得る。 【構成】 膜堆積工程において、基板をターゲット１７
上に配置し、スパッタ蒸着により薄膜を基板１８上に堆
積形成する。スパッタされた粒子は基板に到達する際、
その一部はプラズマ中の活性な酸素イオン・酸素ラジカ
ル等の反応性粒子と接触反応して基板上において酸化物
薄膜形成が行われる。酸化および堆積膜中の欠陥除去工
程においては例えば基板ホルダー１５を回転させるなど
して、プラズマ処理用放電電極１７によって発生された
励起種・活性種が有効に照射され得る領域に置き基板表
面およびその近傍において酸化反応を促進させる。
スパッタリング法による薄膜堆積工程と、一定時間の堆
積を行わない薄膜表面にプラズマによる励起反応種を与
える工程を複数回交互に行うことにより、低温基板で良
質な酸化物薄膜を得る。 【構成】 膜堆積工程において、基板をターゲット１７
上に配置し、スパッタ蒸着により薄膜を基板１８上に堆
積形成する。スパッタされた粒子は基板に到達する際、
その一部はプラズマ中の活性な酸素イオン・酸素ラジカ
ル等の反応性粒子と接触反応して基板上において酸化物
薄膜形成が行われる。酸化および堆積膜中の欠陥除去工
程においては例えば基板ホルダー１５を回転させるなど
して、プラズマ処理用放電電極１７によって発生された
励起種・活性種が有効に照射され得る領域に置き基板表
面およびその近傍において酸化反応を促進させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主に反応性スパッタリ
ングを用いた酸化物等の化合物薄膜の形成方法とその装
置に関するものである。
ングを用いた酸化物等の化合物薄膜の形成方法とその装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の酸化物結晶薄膜形成に使用される
反応性スパッタリング装置は、たとえば図３に示すよう
な構造を持つ。４１が真空チャンバーで排気孔４２より
真空に排気される。直流または高周波電源４３から電界
が電極兼原料ターゲットホルダー４４へ導入され、基板
加熱が可能な基板ホルダ−兼電極４５との間に電界が印
加されプラズマが発生する。４６はガス導入口で、酸化
物薄膜を形成する場合には、例えばＡｒ等のスパッタガ
スやＯ2 等の酸化のための反応性ガスが導入される。こ
れらのガスがプラズマ分解されてそのプラズマ中のイオ
ンをターゲット４７へ加速衝突させ、いわゆるスパッタ
蒸着により基板４８上に堆積形成される。このとき、ス
パッタされた活性な粒子は基板に到達する際、プラズマ
中の活性な酸素イオン・酸素ラジカル等の反応性粒子と
接触反応して基板上においてターゲットの構成元素の組
成をほぼ反映した酸化物薄膜形成が行われる。
反応性スパッタリング装置は、たとえば図３に示すよう
な構造を持つ。４１が真空チャンバーで排気孔４２より
真空に排気される。直流または高周波電源４３から電界
が電極兼原料ターゲットホルダー４４へ導入され、基板
加熱が可能な基板ホルダ−兼電極４５との間に電界が印
加されプラズマが発生する。４６はガス導入口で、酸化
物薄膜を形成する場合には、例えばＡｒ等のスパッタガ
スやＯ2 等の酸化のための反応性ガスが導入される。こ
れらのガスがプラズマ分解されてそのプラズマ中のイオ
ンをターゲット４７へ加速衝突させ、いわゆるスパッタ
蒸着により基板４８上に堆積形成される。このとき、ス
パッタされた活性な粒子は基板に到達する際、プラズマ
中の活性な酸素イオン・酸素ラジカル等の反応性粒子と
接触反応して基板上においてターゲットの構成元素の組
成をほぼ反映した酸化物薄膜形成が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な従来の反応性スパッタ装置を用いた方法では、酸化反
応が不十分で、良質な酸化物薄膜を得ようとする場合、
堆積速度を極端に低下させ、かつ基板温度を比較的高温
に保つ必要があった。このため、例えば半導体デバイス
との組み合わせが困難であったり、低融点基板上にデバ
イス形成が出来ない等、様々な制約があり、デバイス設
計上や製造工程において制約が多くあるという問題点が
あり、より低温での形成の要求が高いのが現状である。
な従来の反応性スパッタ装置を用いた方法では、酸化反
応が不十分で、良質な酸化物薄膜を得ようとする場合、
堆積速度を極端に低下させ、かつ基板温度を比較的高温
に保つ必要があった。このため、例えば半導体デバイス
との組み合わせが困難であったり、低融点基板上にデバ
イス形成が出来ない等、様々な制約があり、デバイス設
計上や製造工程において制約が多くあるという問題点が
あり、より低温での形成の要求が高いのが現状である。
【０００４】また、従来の連続的に堆積させ続ける方法
では、結果的に基板に向かうスパッタ粒子やイオン性荷
電粒子が、成膜面に衝突することによって受ける衝撃を
受けつづけるため、良好な結晶成長や格子の形成が妨げ
られ、特に理想的な結晶成長や低温形成における充分な
化合物形成が難しい状態であった。
では、結果的に基板に向かうスパッタ粒子やイオン性荷
電粒子が、成膜面に衝突することによって受ける衝撃を
受けつづけるため、良好な結晶成長や格子の形成が妨げ
られ、特に理想的な結晶成長や低温形成における充分な
化合物形成が難しい状態であった。
【０００５】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、高品質な酸化物薄膜を低温で成膜できる薄膜形成方
法とその装置を提供することを目的とする。
め、高品質な酸化物薄膜を低温で成膜できる薄膜形成方
法とその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の薄膜の形成方法は、薄膜の原材料となるタ
ーゲットのスパッタリングよる薄膜堆積方法において、
第１の工程として、薄膜原料元素を含むガスまたはその
放電プラズマとの化学反応を伴う反応性スパッタリング
堆積工程と、第２の工程として、堆積工程を含まない
か、もしくは第１の工程に比べて極めて堆積速度が小さ
くかつ少なくとも前記薄膜原料元素と反応するガスを含
む気体雰囲気においてプラズマによる反応性ガスの分解
励起を堆積表面もしくは表面近傍に生じさせる反応工程
とを、複数回交互に行うことを特徴とする。
め、本発明の薄膜の形成方法は、薄膜の原材料となるタ
ーゲットのスパッタリングよる薄膜堆積方法において、
第１の工程として、薄膜原料元素を含むガスまたはその
放電プラズマとの化学反応を伴う反応性スパッタリング
堆積工程と、第２の工程として、堆積工程を含まない
か、もしくは第１の工程に比べて極めて堆積速度が小さ
くかつ少なくとも前記薄膜原料元素と反応するガスを含
む気体雰囲気においてプラズマによる反応性ガスの分解
励起を堆積表面もしくは表面近傍に生じさせる反応工程
とを、複数回交互に行うことを特徴とする。
【０００７】前記構成においては、第１の工程におい
て、堆積中の化学反応に関与するガスと反応には関与せ
ずスパッタリングのみに関与する不活性なガスの混合ガ
スを供給し、第２の工程において、反応元素を含むガス
を供給することが好ましい。
て、堆積中の化学反応に関与するガスと反応には関与せ
ずスパッタリングのみに関与する不活性なガスの混合ガ
スを供給し、第２の工程において、反応元素を含むガス
を供給することが好ましい。
【０００８】また前記構成においては、第１の工程と第
２の工程を複数回交互に行う工程に際して、両工程にお
いて堆積中の反応に関与するガスと反応には関与せずス
パッタリングのみに関与する不活性なガスの混合ガスを
供給することが好ましい。
２の工程を複数回交互に行う工程に際して、両工程にお
いて堆積中の反応に関与するガスと反応には関与せずス
パッタリングのみに関与する不活性なガスの混合ガスを
供給することが好ましい。
【０００９】次に本発明の薄膜の形成装置においては、
薄膜の原材料となるターゲットのスパッタリングよる薄
膜堆積装置において、薄膜原料元素を含むガスまたはそ
の放電プラズマとの化学反応を伴う反応性スパッタリン
グ堆積手段と、堆積工程を含まないか、もしくは第１の
工程に比べ極めて堆積速度が小さくかつ少なくとも前記
薄膜原料元素と反応するガスを含む気体雰囲気において
プラズマによる反応性ガスの分解励起を堆積表面もしく
は表面近傍に生じさせる反応手段とを備え、かつ前記堆
積と反応を複数回交互に行う手段を備えたことを特徴と
する。
薄膜の原材料となるターゲットのスパッタリングよる薄
膜堆積装置において、薄膜原料元素を含むガスまたはそ
の放電プラズマとの化学反応を伴う反応性スパッタリン
グ堆積手段と、堆積工程を含まないか、もしくは第１の
工程に比べ極めて堆積速度が小さくかつ少なくとも前記
薄膜原料元素と反応するガスを含む気体雰囲気において
プラズマによる反応性ガスの分解励起を堆積表面もしく
は表面近傍に生じさせる反応手段とを備え、かつ前記堆
積と反応を複数回交互に行う手段を備えたことを特徴と
する。
【００１０】前記構成においては、プラズマ発生用電極
もしくは導波管等の電界導入口を、スパッタリング堆積
を生じさせるためのターゲット電極と同一容器内に設置
するか、または減圧条件を保持しつつ、基板をスパッタ
リングを行なう容器もしくは領域と、プラズマ処理を行
う容器もしくは領域との間を移動する手段を備えたこと
が好ましい。
もしくは導波管等の電界導入口を、スパッタリング堆積
を生じさせるためのターゲット電極と同一容器内に設置
するか、または減圧条件を保持しつつ、基板をスパッタ
リングを行なう容器もしくは領域と、プラズマ処理を行
う容器もしくは領域との間を移動する手段を備えたこと
が好ましい。
【００１１】また前記構成においては、スパッタリング
を行う容器もしくは領域とプラズマ分解による堆積表面
もしくは表面近傍の反応が主なる工程を行なう容器もし
くは領域との間の移動手段が、基板を支持するための基
板ホルダーを回転する手段であることが好ましい。
を行う容器もしくは領域とプラズマ分解による堆積表面
もしくは表面近傍の反応が主なる工程を行なう容器もし
くは領域との間の移動手段が、基板を支持するための基
板ホルダーを回転する手段であることが好ましい。
【００１２】また前記構成においてはプラズマ発生源と
して直流を用いることが好ましい。また前記構成におい
ては、プラズマ発生源として１００ｋＨｚ〜１００ＭＨ
ｚの高周波を用いることが好ましい。
して直流を用いることが好ましい。また前記構成におい
ては、プラズマ発生源として１００ｋＨｚ〜１００ＭＨ
ｚの高周波を用いることが好ましい。
【００１３】また前記構成においては、プラズマ発生源
として１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚのマイクロ波を用いること
が好ましい。
として１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚのマイクロ波を用いること
が好ましい。
【００１４】
【作用】前記本発明方法の構成によれば、第１の工程と
して、薄膜原料元素を含むガスまたはその放電プラズマ
との化学反応を伴う反応性スパッタリング堆積工程と、
第２の工程として、堆積工程を含まないか、もしくは第
１の工程に比べて極めて堆積速度が小さくかつ少なくと
も前記薄膜原料元素と反応するガスを含む気体雰囲気に
おいてプラズマによる反応性ガスの分解励起を堆積表面
もしくは表面近傍に生じさせる反応工程とを、複数回交
互に行うことにより、高品質な酸化物薄膜を低温で成膜
できる。たとえば、反応性スパッタリングによる堆積工
程の後、基板をスパッタ粒子に曝さない状態において酸
化に用いられるガスを導入しかつ基板（堆積）表面もし
くは表面近傍に反応性の原子・分子を供給するための電
界を供給せしめ、プラズマ発生をともなう工程を行な
う。この工程による作用として表面近傍の反応ガスプラ
ズマ分解・励起され、例えば酸素の場合、活性な原子状
酸素が多く発生し、堆積工程で形成された薄膜中の酸素
欠損部分の酸素原子による補償を行なう。また第２の作
用として、例えば酸化物薄膜の場合、形成された膜中の
酸素不足の部分を酸素化し、かつ過剰な酸素に対して
は、その酸素と結合し、Ｏ2 の形で取り去ってしまう作
用を有する。これら２つの工程を交互に繰り返すことに
より、低温で形成しても結果的に欠陥が少なく、特に良
好な膜質・緻密性を合わせ持つ酸化物薄膜を実現し得る
作用を持つ。
して、薄膜原料元素を含むガスまたはその放電プラズマ
との化学反応を伴う反応性スパッタリング堆積工程と、
第２の工程として、堆積工程を含まないか、もしくは第
１の工程に比べて極めて堆積速度が小さくかつ少なくと
も前記薄膜原料元素と反応するガスを含む気体雰囲気に
おいてプラズマによる反応性ガスの分解励起を堆積表面
もしくは表面近傍に生じさせる反応工程とを、複数回交
互に行うことにより、高品質な酸化物薄膜を低温で成膜
できる。たとえば、反応性スパッタリングによる堆積工
程の後、基板をスパッタ粒子に曝さない状態において酸
化に用いられるガスを導入しかつ基板（堆積）表面もし
くは表面近傍に反応性の原子・分子を供給するための電
界を供給せしめ、プラズマ発生をともなう工程を行な
う。この工程による作用として表面近傍の反応ガスプラ
ズマ分解・励起され、例えば酸素の場合、活性な原子状
酸素が多く発生し、堆積工程で形成された薄膜中の酸素
欠損部分の酸素原子による補償を行なう。また第２の作
用として、例えば酸化物薄膜の場合、形成された膜中の
酸素不足の部分を酸素化し、かつ過剰な酸素に対して
は、その酸素と結合し、Ｏ2 の形で取り去ってしまう作
用を有する。これら２つの工程を交互に繰り返すことに
より、低温で形成しても結果的に欠陥が少なく、特に良
好な膜質・緻密性を合わせ持つ酸化物薄膜を実現し得る
作用を持つ。
【００１５】ここでは、主に酸化物薄膜を例にあげて説
明したが、例えば窒化物薄膜や水素化物薄膜においても
有用であり発明の作用としては全く同様である。次に本
発明の装置の構成によれば、高率よく合理的に高品質な
酸化物薄膜を低温で成膜できる。
明したが、例えば窒化物薄膜や水素化物薄膜においても
有用であり発明の作用としては全く同様である。次に本
発明の装置の構成によれば、高率よく合理的に高品質な
酸化物薄膜を低温で成膜できる。
【００１６】
【実施例】以下一実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。本実施例は従来の連続的に行われる反応性
スパッタリングのみによる薄膜形成とは異なり、堆積さ
れるべき基板または基板表面において、まず薄膜堆積に
用いられるターゲットのスパッタリングによる堆積工程
と、酸化に用いられるガスを分解しうる電界でスパッタ
リングを生じさせない程度のプラズマを発生させること
によって、堆積極表面における活性酸素により酸化や結
晶成長を促進する工程を交互に繰り返すものである。
に説明する。本実施例は従来の連続的に行われる反応性
スパッタリングのみによる薄膜形成とは異なり、堆積さ
れるべき基板または基板表面において、まず薄膜堆積に
用いられるターゲットのスパッタリングによる堆積工程
と、酸化に用いられるガスを分解しうる電界でスパッタ
リングを生じさせない程度のプラズマを発生させること
によって、堆積極表面における活性酸素により酸化や結
晶成長を促進する工程を交互に繰り返すものである。
【００１７】以下図面に基づいて説明する。図１は本発
明で使用される装置の一実施例のプラズマ酸化処理が可
能な反応性スパッタリング装置の概略図である。１１が
真空チャンバーで、排気孔１２より真空に排気される。
直流または高周波電源１３から電界が電極兼原料ターゲ
ットホルダー１４へ導入され、基板加熱が可能な基板ホ
ルダー兼電極１５との間に電界が印加されプラズマが発
生する。１６は第１のガス導入口で、例えばＡｒ等のス
パッタガスや酸化物薄膜を形成する場合にはＯ2 等の酸
化のための反応性ガスが導入される。これらのガスがプ
ラズマ分解されてそのプラズマ中のイオンをターゲット
１７へ加速衝突させ、いわゆるスパッタ蒸着により基板
１８がターゲット上にあれば基板上に堆積形成が行われ
る。このとき、スパッタされた活性な粒子は基板に到達
する際、プラズマ中の活性な酸素イオン・酸素ラジカル
等の反応性粒子と接触反応して基板上においてターゲッ
トの構成元素の組成をほぼ反映した酸化物薄膜形成が行
われる。１９はプラズマ放電分解により基板に励起種・
活性種を供給するための電極でプラズマ処理用電源２０
により電界を供給しプラズマを発生させる。基板ホルダ
ー１５は例えばシャフト２１で支持されており、シャフ
トを回転させることにより基板１８をターゲットに対向
させたりプラズマ処理用電極に対向させたりすることが
できる。２２は第２のガス導入口で、例えば酸化物薄膜
を形成する場合にはＯ2 等の酸化のための反応性ガスの
みが基板近傍に導入される。
明で使用される装置の一実施例のプラズマ酸化処理が可
能な反応性スパッタリング装置の概略図である。１１が
真空チャンバーで、排気孔１２より真空に排気される。
直流または高周波電源１３から電界が電極兼原料ターゲ
ットホルダー１４へ導入され、基板加熱が可能な基板ホ
ルダー兼電極１５との間に電界が印加されプラズマが発
生する。１６は第１のガス導入口で、例えばＡｒ等のス
パッタガスや酸化物薄膜を形成する場合にはＯ2 等の酸
化のための反応性ガスが導入される。これらのガスがプ
ラズマ分解されてそのプラズマ中のイオンをターゲット
１７へ加速衝突させ、いわゆるスパッタ蒸着により基板
１８がターゲット上にあれば基板上に堆積形成が行われ
る。このとき、スパッタされた活性な粒子は基板に到達
する際、プラズマ中の活性な酸素イオン・酸素ラジカル
等の反応性粒子と接触反応して基板上においてターゲッ
トの構成元素の組成をほぼ反映した酸化物薄膜形成が行
われる。１９はプラズマ放電分解により基板に励起種・
活性種を供給するための電極でプラズマ処理用電源２０
により電界を供給しプラズマを発生させる。基板ホルダ
ー１５は例えばシャフト２１で支持されており、シャフ
トを回転させることにより基板１８をターゲットに対向
させたりプラズマ処理用電極に対向させたりすることが
できる。２２は第２のガス導入口で、例えば酸化物薄膜
を形成する場合にはＯ2 等の酸化のための反応性ガスの
みが基板近傍に導入される。
【００１８】また、本実施例で使用した装置では、ター
ゲットの設置してある領域とプラズマ処理のプラズマ処
理電極の設置してある領域に仕切２３を設け、基板ホル
ダ−の回転には支障が無い程度でかつ堆積工程ではスパ
ッタガスであるＡｒと反応性ガスであるＯ2 の混合ガス
の雰囲気となっており、一方プラズマ処理工程では、ほ
ぼ反応ガスであるＯ2 ガス雰囲気となる構造となってい
る。
ゲットの設置してある領域とプラズマ処理のプラズマ処
理電極の設置してある領域に仕切２３を設け、基板ホル
ダ−の回転には支障が無い程度でかつ堆積工程ではスパ
ッタガスであるＡｒと反応性ガスであるＯ2 の混合ガス
の雰囲気となっており、一方プラズマ処理工程では、ほ
ぼ反応ガスであるＯ2 ガス雰囲気となる構造となってい
る。
【００１９】前記したとおり、第１の膜堆積工程におい
ては、基板をターゲット１７上に配置し、いわゆるスパ
ッタ蒸着により基板１８上に堆積形成される。このと
き、スパッタされた粒子は基板に到達する際、その一部
はプラズマ中の活性な酸素イオン・酸素ラジカル等の反
応性粒子と接触反応して基板上において酸化物薄膜形成
が行われる。
ては、基板をターゲット１７上に配置し、いわゆるスパ
ッタ蒸着により基板１８上に堆積形成される。このと
き、スパッタされた粒子は基板に到達する際、その一部
はプラズマ中の活性な酸素イオン・酸素ラジカル等の反
応性粒子と接触反応して基板上において酸化物薄膜形成
が行われる。
【００２０】第２の酸化および堆積膜中の欠陥除去工程
においては例えば基板ホルダーを回転させるなどして、
ターゲットからスパッタ粒子が到達しないかもしくは極
めて堆積速度が小さい領域へ基板を移動せしめ、かつプ
ラズマ処理用放電電極１７によって発生された励起種・
活性種が有効に照射され得る領域に置き基板表面および
その近傍において酸化反応を促進させる。この時、基板
近傍では酸素分子等の酸化ガス分子のプラズマ分解によ
り、活性な酸素原子が多く発生し、酸化が不足し生じた
欠陥部の酸化や膜表面の過剰酸素除去を行なう。この第
２の工程は、堆積膜の表面から比較的浅い領域にのみ有
効であるので第１の堆積工程を行なう時間とプラズマ処
理工程の時間との関係には最適な条件が存在するが、い
ずれにせよ少なくともこれらの工程を交互に行うことに
より、比較的低温で緻密で良質な薄膜を基板損傷を生ず
ることなく堆積形成し得る。
においては例えば基板ホルダーを回転させるなどして、
ターゲットからスパッタ粒子が到達しないかもしくは極
めて堆積速度が小さい領域へ基板を移動せしめ、かつプ
ラズマ処理用放電電極１７によって発生された励起種・
活性種が有効に照射され得る領域に置き基板表面および
その近傍において酸化反応を促進させる。この時、基板
近傍では酸素分子等の酸化ガス分子のプラズマ分解によ
り、活性な酸素原子が多く発生し、酸化が不足し生じた
欠陥部の酸化や膜表面の過剰酸素除去を行なう。この第
２の工程は、堆積膜の表面から比較的浅い領域にのみ有
効であるので第１の堆積工程を行なう時間とプラズマ処
理工程の時間との関係には最適な条件が存在するが、い
ずれにせよ少なくともこれらの工程を交互に行うことに
より、比較的低温で緻密で良質な薄膜を基板損傷を生ず
ることなく堆積形成し得る。
【００２１】本実施例では仕切を設けた構造を有するこ
とにより堆積工程とプラズマ処理工程におけるガス雰囲
気を区別しているが、効果の大小は生ずるが、仕切が無
い場合では全ての工程にわたり、Ａｒと酸素の混合ガス
として流し続けるても良いし、基板の回転に応じてガス
を混合ガスから酸素ガスのみまた酸素のみから混合ガス
へ交互に切り換える工程としてもよい。
とにより堆積工程とプラズマ処理工程におけるガス雰囲
気を区別しているが、効果の大小は生ずるが、仕切が無
い場合では全ての工程にわたり、Ａｒと酸素の混合ガス
として流し続けるても良いし、基板の回転に応じてガス
を混合ガスから酸素ガスのみまた酸素のみから混合ガス
へ交互に切り換える工程としてもよい。
【００２２】次に具体的実施例を説明する。図２に、基
板温度を５５０℃と一定にし、第１の堆積工程において
のスパッタ高周波電力密度を０．３Ｗ／cm2 、とし、第
２の工程のプラズマ源として高周波電源（１３．５６Ｍ
Ｈｚ）を用い、その電力密度を０〜０．１Ｗ／cm2 まで
変化させ、基板ホルダ−の回転速度３rpm としたとき
の、形成したチタン酸鉛薄膜の比誘電率の変化を示す。
本実施例では、ターゲットの直径は６インチ（約１５c
m），プラズマ処理電極の直径は２５cmで基板のターゲ
ット上を一回通過する時間は約５秒でこの条件では約
１．５nm堆積した後、プラズマ処理を約６秒間行なうよ
うな条件となっている。プラズマ処理時とプラズマ処理
無し（プラズマ処理の放電電力が０Ｗの時：回転は行っ
ている）では明らかに違いが見られ、プラズマ処理時で
は、プラズマ処理のない場合に比べ明かな比誘電率の向
上が見られる。
板温度を５５０℃と一定にし、第１の堆積工程において
のスパッタ高周波電力密度を０．３Ｗ／cm2 、とし、第
２の工程のプラズマ源として高周波電源（１３．５６Ｍ
Ｈｚ）を用い、その電力密度を０〜０．１Ｗ／cm2 まで
変化させ、基板ホルダ−の回転速度３rpm としたとき
の、形成したチタン酸鉛薄膜の比誘電率の変化を示す。
本実施例では、ターゲットの直径は６インチ（約１５c
m），プラズマ処理電極の直径は２５cmで基板のターゲ
ット上を一回通過する時間は約５秒でこの条件では約
１．５nm堆積した後、プラズマ処理を約６秒間行なうよ
うな条件となっている。プラズマ処理時とプラズマ処理
無し（プラズマ処理の放電電力が０Ｗの時：回転は行っ
ている）では明らかに違いが見られ、プラズマ処理時で
は、プラズマ処理のない場合に比べ明かな比誘電率の向
上が見られる。
【００２３】また、１〜１０rpm 程度回転速度の範囲で
は、プラズマ処理時と処理無し（回転は行なっている）
では明らかに違いが見られるが、回転数による変化は、
ほとんど見られなかった。
は、プラズマ処理時と処理無し（回転は行なっている）
では明らかに違いが見られるが、回転数による変化は、
ほとんど見られなかった。
【００２４】この図２から明らかなように、堆積と酸化
雰囲気でのプラズマ処理が交互に行なわれることによっ
て、比較的低温基板温度で形成しても酸化物誘電体薄膜
における誘電体特性の向上が明らかである。
雰囲気でのプラズマ処理が交互に行なわれることによっ
て、比較的低温基板温度で形成しても酸化物誘電体薄膜
における誘電体特性の向上が明らかである。
【００２５】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、装置
容器内もしくは減圧条件を保持したまま移動可能な異な
る容器にプラズマ処理電極を内蔵し、ある一定時間のス
パッタリング法もしくは反応性スパッタリング法による
薄膜堆積工程とある一定時間の堆積を行わない薄膜表面
にプラズマによる励起反応種を与える工程を複数回交互
に行なうことにより、低温基板で良質な酸化物薄膜を得
ることができる。
容器内もしくは減圧条件を保持したまま移動可能な異な
る容器にプラズマ処理電極を内蔵し、ある一定時間のス
パッタリング法もしくは反応性スパッタリング法による
薄膜堆積工程とある一定時間の堆積を行わない薄膜表面
にプラズマによる励起反応種を与える工程を複数回交互
に行なうことにより、低温基板で良質な酸化物薄膜を得
ることができる。
【図１】本発明の一実施例の薄膜形成装置概略図。
【図２】本発明の効果を示すために、基板ホルダーを回
転しプラズマ処理ある場合とない場合における形成した
チタン酸鉛薄膜の比誘電率の変化を示す図。
転しプラズマ処理ある場合とない場合における形成した
チタン酸鉛薄膜の比誘電率の変化を示す図。
【図３】従来の一般的な反応性スパッタリング装置概略
図。
図。
１１ 真空チャンバー １２ 排気孔 １３ 直流または高周波電源 １４ 電極兼ターゲットホルダー １５ 電極兼基板ホルダー １６ 第１のガス導入口 １７ ターゲット １８ 基板 １９ プラズマ処理電極 ２０ プラズマ処理用電源 ２１ 支持シャフト ２２ 第２のガス導入口 ２３ 仕切
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小牧 一樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (9)
- 【請求項１】 薄膜の原材料となるターゲットのスパッ
タリングよる薄膜堆積方法において、第１の工程とし
て、薄膜原料元素を含むガスまたはその放電プラズマと
の化学反応を伴う反応性スパッタリング堆積工程と、第
２の工程として、堆積工程を含まないか、もしくは第１
の工程に比べて極めて堆積速度が小さくかつ少なくとも
前記薄膜原料元素と反応するガスを含む気体雰囲気にお
いてプラズマによる反応性ガスの分解励起を堆積表面も
しくは表面近傍に生じさせる反応工程とを、複数回交互
に行うことを特徴とする薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 第１の工程においては、堆積中の化学反
応に関与するガスと反応には関与せずスパッタリングの
みに関与する不活性なガスの混合ガスを供給し、第２の
工程においては、反応元素を含むガスを供給する請求項
１に記載の薄膜の形成方法。 - 【請求項３】 第１の工程と第２の工程を複数回交互に
行う工程に際して、両工程において堆積中の反応に関与
するガスと反応には関与せずスパッタリングのみに関与
する不活性なガスの混合ガスを供給する請求項１に記載
の薄膜の形成方法。 - 【請求項４】 薄膜の原材料となるターゲットのスパッ
タリングよる薄膜堆積装置において、薄膜原料元素を含
むガスまたはその放電プラズマとの化学反応を伴う反応
性スパッタリング堆積手段と、堆積工程を含まないか、
もしくは第１の工程に比べ極めて堆積速度が小さくかつ
少なくとも前記薄膜原料元素と反応するガスを含む気体
雰囲気においてプラズマによる反応性ガスの分解励起を
堆積表面もしくは表面近傍に生じさせる反応手段とを備
え、かつ前記堆積と反応を複数回交互に行う手段を備え
たことを特徴とする薄膜の形成装置。 - 【請求項５】 プラズマ発生用電極もしくは導波管等の
電界導入口を、スパッタリング堆積を生じさせるための
ターゲット電極と同一容器内に設置するか、または減圧
条件を保持しつつ、基板をスパッタリングを行なう容器
もしくは領域と、プラズマ処理を行う容器もしくは領域
との間を移動する手段を備えた請求項４に記載の薄膜の
形成装置。 - 【請求項６】 スパッタリングを行う容器もしくは領域
とプラズマ分解による堆積表面もしくは表面近傍の反応
が主なる工程を行なう容器もしくは領域との間の移動手
段が、基板を支持するための基板ホルダーを回転する手
段である請求項４に記載の薄膜の形成装置。 - 【請求項７】 プラズマ発生源として直流を用いる請求
項１に記載の薄膜の形成方法または請求項４に記載の薄
膜の形成装置。 - 【請求項８】 プラズマ発生源として１００ｋＨｚ〜１
００ＭＨｚの高周波を用いる請求項１に記載の薄膜の形
成方法または請求項４に記載の薄膜の形成装置。 - 【請求項９】プラズマ発生源として１ＧＨｚ〜１０ＧＨ
ｚのマイクロ波を用いる請求項１に記載の薄膜の形成方
法または請求項４に記載の薄膜の形成装置。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP33027092A JP3293912B2 (ja) | 1992-12-10 | 1992-12-10 | 酸化物薄膜の形成方法 |
| EP93118535A EP0600303B1 (en) | 1992-12-01 | 1993-11-18 | Method for fabrication of dielectric thin film |
| DE69331538T DE69331538T2 (de) | 1992-12-01 | 1993-11-18 | Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Dünnschicht |
| US08/483,873 US5674366A (en) | 1992-12-01 | 1995-06-07 | Method and apparatus for fabrication of dielectric thin film |
| US08/483,835 US5672252A (en) | 1992-12-01 | 1995-06-15 | Method and apparatus for fabrication of dielectric film |
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP3293912B2 (ja) |
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-
1992
- 1992-12-10 JP JP33027092A patent/JP3293912B2/ja not_active Expired - Lifetime
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