JPH0745562Y2 - スパッタリング装置 - Google Patents
スパッタリング装置Info
- Publication number
- JPH0745562Y2 JPH0745562Y2 JP1988059931U JP5993188U JPH0745562Y2 JP H0745562 Y2 JPH0745562 Y2 JP H0745562Y2 JP 1988059931 U JP1988059931 U JP 1988059931U JP 5993188 U JP5993188 U JP 5993188U JP H0745562 Y2 JPH0745562 Y2 JP H0745562Y2
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- lower electrode
- electrode
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、例えば半導体素体中にＰ形拡散層を形成する
ための不純物源として素体表面の被膜が用いられるガリ
ウムのような低融点金属などのスパッタリング装置に関
する。
ための不純物源として素体表面の被膜が用いられるガリ
ウムのような低融点金属などのスパッタリング装置に関
する。
半導体素体中にＰ形不純物領域を形成するための不純物
としてガリウムが使用されている。これはほう素にくら
べ拡散速度が速いので、深い接合を必要とする高耐圧の
サイリスタやダイオードなど電力用半導体素子のＰ形拡
散に一般に用いられ、拡散方法としては閉管法と開管法
が知られている。
としてガリウムが使用されている。これはほう素にくら
べ拡散速度が速いので、深い接合を必要とする高耐圧の
サイリスタやダイオードなど電力用半導体素子のＰ形拡
散に一般に用いられ、拡散方法としては閉管法と開管法
が知られている。
閉管法は半導体素体とガリウムを透明石英管の中にお
き、その石英管を内部を真空または所定の圧力の不活性
ガスを充填したのち封じ切り、アンプル状にして電気炉
で所定の温度と時間加熱する。開管法は透明石英からな
る開管反応管内に、例えば三酸化ガリウム（Ga2O3）と
半導体素体を配置しこの反応管内に水素ガスを流しなが
ら所定の温度と時間加熱する。そのほかに、イオン注入
法によってガリウムイオンを半導体素体に注入し、半導
体素体中にガリウムを導入する方法も知られている。
き、その石英管を内部を真空または所定の圧力の不活性
ガスを充填したのち封じ切り、アンプル状にして電気炉
で所定の温度と時間加熱する。開管法は透明石英からな
る開管反応管内に、例えば三酸化ガリウム（Ga2O3）と
半導体素体を配置しこの反応管内に水素ガスを流しなが
ら所定の温度と時間加熱する。そのほかに、イオン注入
法によってガリウムイオンを半導体素体に注入し、半導
体素体中にガリウムを導入する方法も知られている。
以上にあげたＰ形不純物領域の形成方法にはそれぞれ欠
点がある。閉管法の欠点は、第一は熱処理終了後、石英
管を割って半導体素体を取り出すため、石英管の繰り返
し使用ができないこと、第二は、例えば1250℃で20時間
位熱処理を行うと石英管が軟化して凹み、半導体素体が
変形したり半導体素体が互いに融着したりすることなど
である。また、とくに大口径の半導体基体の場合は肉厚
の厚い石英管を使用するためどうしてもコスト高とな
る。開管法の欠点は、形成された拡散層の表面濃度や拡
散深さのばらつきが非常に大きい点である。イオン注入
法の欠点は、ガリウムを深く拡散させる場合、例えば表
面濃度１〜５×1018原子／cm3で深さ30〜40μｍのＰ形
領域を形成する場合、約1016原子／cm2のドーズ量を必
要とするが、このような高ドーズ量のイオン注入は長時
間を要し、また装置が効果なためコスト高になる。その
ほかに半導体素体表面にSiO2膜やSi3N4膜が形成されて
いると、イオン注入時にそれらの膜の表面に電荷が蓄積
して異常放電が生じ、クレータ状に微小溶融点が発生
し、高耐圧電力用サイリスタなどでは耐圧低下による特
性不良が起こる。
点がある。閉管法の欠点は、第一は熱処理終了後、石英
管を割って半導体素体を取り出すため、石英管の繰り返
し使用ができないこと、第二は、例えば1250℃で20時間
位熱処理を行うと石英管が軟化して凹み、半導体素体が
変形したり半導体素体が互いに融着したりすることなど
である。また、とくに大口径の半導体基体の場合は肉厚
の厚い石英管を使用するためどうしてもコスト高とな
る。開管法の欠点は、形成された拡散層の表面濃度や拡
散深さのばらつきが非常に大きい点である。イオン注入
法の欠点は、ガリウムを深く拡散させる場合、例えば表
面濃度１〜５×1018原子／cm3で深さ30〜40μｍのＰ形
領域を形成する場合、約1016原子／cm2のドーズ量を必
要とするが、このような高ドーズ量のイオン注入は長時
間を要し、また装置が効果なためコスト高になる。その
ほかに半導体素体表面にSiO2膜やSi3N4膜が形成されて
いると、イオン注入時にそれらの膜の表面に電荷が蓄積
して異常放電が生じ、クレータ状に微小溶融点が発生
し、高耐圧電力用サイリスタなどでは耐圧低下による特
性不良が起こる。
高い表面不純物濃度を得るために、表面にガリウム膜を
スパッタリングで形成することも考えられるが、ガリウ
ムは融点が29.8℃と低いため、スパッタリングの際、例
えばアルゴンガス中で放電を発生させると、ターゲット
のガリウムが融解し、半導体素体へのガリウム被膜の形
成は不可能であった。
スパッタリングで形成することも考えられるが、ガリウ
ムは融点が29.8℃と低いため、スパッタリングの際、例
えばアルゴンガス中で放電を発生させると、ターゲット
のガリウムが融解し、半導体素体へのガリウム被膜の形
成は不可能であった。
本考案の課題は、ガリウムのような融点の低い金属を素
体上に堆積することのできるスパッタリング装置を提供
することにある。
体上に堆積することのできるスパッタリング装置を提供
することにある。
上記の課題を解決するために、本考案のスパッタリング
装置は、ガス導入口を有する真空容器内にスパッタリン
グすべき低融点金属を充填可能の凹部を上面に有する下
部電極と下面に前記低融点金属を被着すべき素体を支持
可能の上部電極とが対向配置され、前記下部電極の全表
面は前記低融点金属で被覆され、前記両電極間がスイッ
チを介して電極間にグロー放電を発生させるための電源
に接続されたものとする。
装置は、ガス導入口を有する真空容器内にスパッタリン
グすべき低融点金属を充填可能の凹部を上面に有する下
部電極と下面に前記低融点金属を被着すべき素体を支持
可能の上部電極とが対向配置され、前記下部電極の全表
面は前記低融点金属で被覆され、前記両電極間がスイッ
チを介して電極間にグロー放電を発生させるための電源
に接続されたものとする。
低融点金属は、溶融させて容易に下部電極の凹部に充填
でき、容器に不活性ガス導入後上部電極との間にグロー
放電を発生させることにより、下部電極の凹部に存在す
る低融点金属が不活性ガスイオンにより叩き出され、上
部電極に支持された素体上に堆積する。この際、下部電
極はスパッタリングすべき低融点金属で被覆されている
ので、下部電極材やその周辺の電極材が素体上に堆積す
ることはない。
でき、容器に不活性ガス導入後上部電極との間にグロー
放電を発生させることにより、下部電極の凹部に存在す
る低融点金属が不活性ガスイオンにより叩き出され、上
部電極に支持された素体上に堆積する。この際、下部電
極はスパッタリングすべき低融点金属で被覆されている
ので、下部電極材やその周辺の電極材が素体上に堆積す
ることはない。
〔実施例〕 第１図は本考案の一実施例の装置で、真空容器１の中に
下部電極21と上部電極22が配置され、容器外でスイッチ
23を介してグロー放電用直流電源24に接続されている。
容器１の内部空間には、真空バルブ31を介して真空排気
系３、グロー放電時のガス圧力，流量の調整回路41を介
して不活性ガスボンベ４および真空計５がそれぞれ接続
されている。下部電極21の上面側にはスパッタリングす
る金属を充填できる凹部６を有し、上部電極22の下面に
はスパッタリングで被膜を形成される基板７が装着で
き、背面には基板加熱用のヒータ８が備えられ、容器外
の電源81に接続されている。
下部電極21と上部電極22が配置され、容器外でスイッチ
23を介してグロー放電用直流電源24に接続されている。
容器１の内部空間には、真空バルブ31を介して真空排気
系３、グロー放電時のガス圧力，流量の調整回路41を介
して不活性ガスボンベ４および真空計５がそれぞれ接続
されている。下部電極21の上面側にはスパッタリングす
る金属を充填できる凹部６を有し、上部電極22の下面に
はスパッタリングで被膜を形成される基板７が装着で
き、背面には基板加熱用のヒータ８が備えられ、容器外
の電源81に接続されている。
この装置を用いてシリコン基板上にｐ形不純物領域を形
成するためにガリウムをスパッタリングする方法のいく
つかの例を以下に記す。
成するためにガリウムをスパッタリングする方法のいく
つかの例を以下に記す。
例1: 下部電極21を非晶質，多結晶または単結晶のいずれかの
シリコンで作成し、この電極を、例えば100℃に加熱し
た溶融状態のガリウムに浸漬すると電極の全面が図に破
線11で示したガリウム層で覆われる。次いで下部電極の
凹部８にガリウム10を充填し、室温に放置してガリウム
10を凝固させ、凹部８内に固定する。
シリコンで作成し、この電極を、例えば100℃に加熱し
た溶融状態のガリウムに浸漬すると電極の全面が図に破
線11で示したガリウム層で覆われる。次いで下部電極の
凹部８にガリウム10を充填し、室温に放置してガリウム
10を凝固させ、凹部８内に固定する。
例2: 下部電極21をアルミニウムで作成し、例１と同様に溶融
ガリウムに浸漬し、ガリウム層11で覆ったのち、凹部内
にガリウム10を充填する。この例の利点は、下部電極21
が例１のシリコンからなる電極に比して破損しにくいこ
とのほか、Al-Ga合金はSi-Ga合金にくらべて低温で形成
されるので、電極表面に多量のガリウム層11が付着する
ことである。
ガリウムに浸漬し、ガリウム層11で覆ったのち、凹部内
にガリウム10を充填する。この例の利点は、下部電極21
が例１のシリコンからなる電極に比して破損しにくいこ
とのほか、Al-Ga合金はSi-Ga合金にくらべて低温で形成
されるので、電極表面に多量のガリウム層11が付着する
ことである。
例3: 下部電極21を、ステンレス鋼、例えばJISのSUS304ステ
ンレス鋼で作成し、その表面層をシリコン薄膜あるいは
アルミニウム薄膜で覆ったのち、例1,2と同様にガリウ
ム層11の付着と、凹部６へのガリウム10の充填を行う。
この例の利点は、下部電極21の凹部６の外側のクリーニ
ングが容易なことである。すなわち、弗酸と硝酸の混合
液に浸漬すると前記シリコン薄膜またはアルミニウム薄
膜は除去されるが電極21自体はほとんどエッチングされ
ないため、再度シリコン薄膜やアルミニウム薄膜を形成
した場合、常に一定の表面状態の電極表面が得られると
いう利点がある。
ンレス鋼で作成し、その表面層をシリコン薄膜あるいは
アルミニウム薄膜で覆ったのち、例1,2と同様にガリウ
ム層11の付着と、凹部６へのガリウム10の充填を行う。
この例の利点は、下部電極21の凹部６の外側のクリーニ
ングが容易なことである。すなわち、弗酸と硝酸の混合
液に浸漬すると前記シリコン薄膜またはアルミニウム薄
膜は除去されるが電極21自体はほとんどエッチングされ
ないため、再度シリコン薄膜やアルミニウム薄膜を形成
した場合、常に一定の表面状態の電極表面が得られると
いう利点がある。
次に、上記の方法でガリウムを充填および被覆した下部
電極21を第１図の装置の所定位置に配置し、比抵抗約10
0ΩcmのＮ形単結晶シリコン基板７を対向上部電極22に
固定して200℃に保ち、真空排気系３を用いて真空容器
１内部空間を約１×10-7Torrにした。その後、真空バル
ブ31を絞り真空排気系３の排気速度を下げると同時に、
真空容器１、アルゴンをボンベ４から調整回路41を通し
て導入して圧力を0.14Torrにし、スイッチ23を閉じて電
極21,22間に直流900V電圧を印加して0.6mA/cm2のパワー
でグロー放電を発生させると、主に電極２の凹部６に存
在するガリウムがアルゴンイオンにより叩き出され、こ
のガリウムが電極22に支持されたシリコン基板７上に堆
積した。
電極21を第１図の装置の所定位置に配置し、比抵抗約10
0ΩcmのＮ形単結晶シリコン基板７を対向上部電極22に
固定して200℃に保ち、真空排気系３を用いて真空容器
１内部空間を約１×10-7Torrにした。その後、真空バル
ブ31を絞り真空排気系３の排気速度を下げると同時に、
真空容器１、アルゴンをボンベ４から調整回路41を通し
て導入して圧力を0.14Torrにし、スイッチ23を閉じて電
極21,22間に直流900V電圧を印加して0.6mA/cm2のパワー
でグロー放電を発生させると、主に電極２の凹部６に存
在するガリウムがアルゴンイオンにより叩き出され、こ
のガリウムが電極22に支持されたシリコン基板７上に堆
積した。
第２図は、例１のシリコンよりなる下部電極21を用いて
得られたGa堆積層を二次イオン質量分析法により評価し
た結果で、たて軸がガリウム濃度，横軸はシリコン基板
表面からの深さ方向を示し、基板表面に約300Åの厚さ
にガリウムが堆積しており、シリコン基板内にも打ち込
まれていることがわかる。例２および例３の電極21を用
いても全く同様な結果が得られた。
得られたGa堆積層を二次イオン質量分析法により評価し
た結果で、たて軸がガリウム濃度，横軸はシリコン基板
表面からの深さ方向を示し、基板表面に約300Åの厚さ
にガリウムが堆積しており、シリコン基板内にも打ち込
まれていることがわかる。例２および例３の電極21を用
いても全く同様な結果が得られた。
このようにしてガリウムをスパッタリングしたシリコン
基板７を真空容器１から取り出し、熱処理炉内の所定の
温度に加熱された状態の石英製反応管に挿入し、開管法
で所定の時間熱処理を行った。例えば、水素雰囲気中で
1230℃,25時間の熱処理を行うと、表面濃度が３×1018
原子／cm3，拡散深さが28μｍのＰ形拡散層が得られ、
これは電力用サイリスタに適用できる表面濃度と拡散深
さである。ガリウム表面濃度や拡散深さのばらつきも生
じなかった。
基板７を真空容器１から取り出し、熱処理炉内の所定の
温度に加熱された状態の石英製反応管に挿入し、開管法
で所定の時間熱処理を行った。例えば、水素雰囲気中で
1230℃,25時間の熱処理を行うと、表面濃度が３×1018
原子／cm3，拡散深さが28μｍのＰ形拡散層が得られ、
これは電力用サイリスタに適用できる表面濃度と拡散深
さである。ガリウム表面濃度や拡散深さのばらつきも生
じなかった。
本考案の実施例の装置に用いた下部電極21の上記の各例
では、全面をガリウムで覆ったのち、凹部６にガリウム
を充填した。その理由は、ガリウムで覆わないと、グロ
ー放電によるスパッタリング時に充填したガリウムのほ
かに下部電極周辺の電極材も叩き出され、シリコン基板
上に堆積する恐れがあるためである。とくに、電力用半
導体素子はこのような望ましくない電極材料、なかでも
重金属のガリウムへの混入による半導体基板の少数キャ
リアのライフタイム低下を防止する必要がある。しか
し、このような電極材のスパッタ量は極めて少ないの
で、上記のように電極の全表面をガリウムで覆わないで
単に電極の凹部にガリウムを充填するだけでも十分な場
合もある。
では、全面をガリウムで覆ったのち、凹部６にガリウム
を充填した。その理由は、ガリウムで覆わないと、グロ
ー放電によるスパッタリング時に充填したガリウムのほ
かに下部電極周辺の電極材も叩き出され、シリコン基板
上に堆積する恐れがあるためである。とくに、電力用半
導体素子はこのような望ましくない電極材料、なかでも
重金属のガリウムへの混入による半導体基板の少数キャ
リアのライフタイム低下を防止する必要がある。しか
し、このような電極材のスパッタ量は極めて少ないの
で、上記のように電極の全表面をガリウムで覆わないで
単に電極の凹部にガリウムを充填するだけでも十分な場
合もある。
不活性ガスとしては、アルゴン以外にヘリウム，ネオ
ン，キセノンまたは窒素を用いても同様の効果が得られ
る。また、スパッタする金属もガリウムに限らず、他の
低融点金属、特に常温で液体の水銀なども使用できる。
ン，キセノンまたは窒素を用いても同様の効果が得られ
る。また、スパッタする金属もガリウムに限らず、他の
低融点金属、特に常温で液体の水銀なども使用できる。
本考案によれば、凹部を有し全表面がスパッタリングす
べき低融点金属で被覆された下部電極を使用し、その凹
部にスパッタリングのための金属を収容し、対向する上
部電極との間に減圧した不活性ガス雰囲気中でグロー放
電を発生させて上部電極の下面に支持した素体表面に金
属を堆積させることにより、スパッタリング時の温度上
昇時に融解するガリウムなどの低融点金属も凹部内から
流出しないためスパッタリング可能になり、下部電極は
スパッタリングすべき低融点金属で被覆されているの
で、下部電極材やその周辺の電極材が素体上に堆積する
ことはない。また下部電極の凹部容積を大きくして多量
の低融点金属のスパッタリングも可能で、素体表面への
厚い金属層の堆積にも、スパッタ薄膜の形成のいずれに
も使用でき、使用範囲の広いスパッタリング装置が得ら
れた。
べき低融点金属で被覆された下部電極を使用し、その凹
部にスパッタリングのための金属を収容し、対向する上
部電極との間に減圧した不活性ガス雰囲気中でグロー放
電を発生させて上部電極の下面に支持した素体表面に金
属を堆積させることにより、スパッタリング時の温度上
昇時に融解するガリウムなどの低融点金属も凹部内から
流出しないためスパッタリング可能になり、下部電極は
スパッタリングすべき低融点金属で被覆されているの
で、下部電極材やその周辺の電極材が素体上に堆積する
ことはない。また下部電極の凹部容積を大きくして多量
の低融点金属のスパッタリングも可能で、素体表面への
厚い金属層の堆積にも、スパッタ薄膜の形成のいずれに
も使用でき、使用範囲の広いスパッタリング装置が得ら
れた。
第１図は本考案の一実施例のスパッタリング装置の断面
図、第２図は第１図に示した装置を用いてシリコン基板
上にガリウムを堆積した場合の基板厚さ方向のガリウム
濃度分布図である。 1:真空容器、21:下部電極、22:上部電極、3:真空排気
系、4:不活性ガスボンベ、6:下部電極凹部、7:基板。
図、第２図は第１図に示した装置を用いてシリコン基板
上にガリウムを堆積した場合の基板厚さ方向のガリウム
濃度分布図である。 1:真空容器、21:下部電極、22:上部電極、3:真空排気
系、4:不活性ガスボンベ、6:下部電極凹部、7:基板。
Claims (1)
- 【請求項１】ガス導入口を有する真空容器内にスパッタ
リングすべき低融点金属を充填可能の凹部を上面に有す
る下部電極と下面に前記低融点金属を被着すべき素体を
支持可能の上部電極とが対向配置され、前記下部電極の
全表面は前記低融点金属で被覆され、前記両電極間がス
イッチを介して電極間にグロー放電を発生させるための
電源に接続されたことを特徴とするスパッタリング装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1988059931U JPH0745562Y2 (ja) | 1988-05-06 | 1988-05-06 | スパッタリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1988059931U JPH0745562Y2 (ja) | 1988-05-06 | 1988-05-06 | スパッタリング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01164757U JPH01164757U (ja) | 1989-11-17 |
| JPH0745562Y2 true JPH0745562Y2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=31285665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1988059931U Expired - Lifetime JPH0745562Y2 (ja) | 1988-05-06 | 1988-05-06 | スパッタリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0745562Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4979442B2 (ja) * | 2007-04-10 | 2012-07-18 | 昭和電工株式会社 | Ｇａスパッタターゲットの製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5323881A (en) * | 1976-08-18 | 1978-03-04 | Ulvac Corp | High speed sputtering apparatus |
| JPS54143780A (en) * | 1978-05-01 | 1979-11-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Manufacture of semiconductor sputtering target |
| JPS61257472A (ja) * | 1985-05-07 | 1986-11-14 | Mitsubishi Electric Corp | スパツタリング装置 |
| JPS6357763A (ja) * | 1986-08-27 | 1988-03-12 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | タ−ゲツト及びその製造方法 |
-
1988
- 1988-05-06 JP JP1988059931U patent/JPH0745562Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01164757U (ja) | 1989-11-17 |
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