JPH08176821A - 薄膜形成方法および装置 - Google Patents
薄膜形成方法および装置Info
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Abstract
i,Ti,Zr等の金属ないしは金属の不完全反応物か
らなる超薄膜を形成する工程と、誘導結合型プラズマ源
によりこの超薄膜を反応性ガスのプラズマに曝して、超
薄膜と反応性ガスとを反応せしめSiO2 ,TiO2 ,
ZrO2 等の金属化合物に変換する工程とを順序繰返
し、所望の膜厚の薄膜を形成する。 【効果】 簡単な構成および操作で、金属を高速でスパ
ッタし、これを酸化物等の化合物薄膜に変換し、安定し
た特性の化合物薄膜を高速で形成することができる。
Description
て金属化合物薄膜を形成する方法およびそれに使用する
装置に関する。
属化合物の薄膜を形成することが汎く行われている。し
かし、金属薄膜を形成する場合と比較して、酸化物のよ
うな金属化合物ターゲットを用いスパッタにより薄膜形
成する場合は、膜の堆積速度が遅いという問題がある。
金属をターゲットとし、スパッタ雰囲気中に酸素を導入
する反応性スパッタにより金属酸化物薄膜を成膜する場
合も同様であり、十分量の酸素ガスを導入するとスパッ
タ速度が著しく低下してしまう。
化合物薄膜は、その構成元素が欠乏することもある。た
とえば、SiO2 ターゲットをスパッタして薄膜を形成
すると、形成される薄膜の組成はSiOx(X<2)と
なってしまう。Arと十分量のO2 との混合ガス雰囲気
にスパッタを行なうことにより酸素の欠乏は防止しうる
が、この場合には膜の付着速度が1/2〜1/3に低下
してしまう。
の金属からなる超薄膜を基板上に堆積する工程と、この
超薄膜に酸素等の反応性ガスのイオンビームを照射して
酸化チタン等の金属化合物の超薄膜に変換する工程とを
繰り返し、所望の膜厚の金属化合物薄膜を形成すること
を提案した(特開昭62−284076号公報)。
ィラメントの交換が必要であり、また、フィラメント、
スクリーン電極、サプレッサー電極と構成部材が多く必
要であり、さらにこれらに伴い、真空室の汚染、スクリ
ーン電極電流の増大による電源電流容量問題、ニュート
ライザによる温度上昇などの問題点があることが判明し
た。
タ電極とイオン銃とを組み合わせた上記と同様の方法お
よび装置が提案されている。しかしこの方式では、スパ
ッタ源とイオン源とが電気的に結合されているため、ス
パッタ源側でのアーキングの影響をイオン源が受けるな
ど、安定した酸化物薄膜形成ができない懸念がある。ま
た、複数の高真空ポンプが必要になる等の、装置の大型
化・複雑化が問題となり、工業的に有利な方法であると
は言えない。
して酸化等の反応を行いながら成膜し、特性の安定した
金属化合物薄膜を高速で形成する方法および装置を提供
するものである。
は、スパッタにより基板上に、金属ないしは金属の不完
全反応物からなる超薄膜を形成する工程と、この超薄膜
を反応性ガスのプラズマに曝して、上記超薄膜と反応性
ガスとを反応せしめ金属化合物に変換する工程とを順序
繰返し、所望の膜厚の薄膜を形成することを特徴とす
る。本発明で超薄膜とは、超薄膜が複数回堆積されて最
終的な薄膜となることから、この最終的な薄膜との混同
を防止するために用いた用語であり、最終的な薄膜より
も十分に薄いという意味である。
と、反応性ガスのプラスマを発生させるプラズマ源と、
薄膜が形成される基板を保持し、スパッタ電極によるス
パッタ薄膜形成部と、プラズマ源による反応性ガスのプ
ラズマ曝露部との間に基板を順次、繰返して搬送する基
板ホルダーとを具えたことを特徴とする。
ズマ源を用いることが好ましい。誘導結合型プラズマ源
は構成が簡単であり、RF(高周波)アンテナが大気側
に設けられるので、真空室内が汚染することがない。
部の周囲をそれぞれ遮蔽板で囲繞することが好適であ
り、これによりプラズマ曝露部の反応性ガスがスパッタ
薄膜形成部に流入することが防止される。
よび装置について示す説明図であり、図1が上面図(判
りやすいように一部断面をしてある)、図2が図1の線
A−B−Cに沿った側面図である。真空槽11内の略円
筒状の基板ホルダ13の回りには、スパッタ電極21,
41と、誘導結合型プラズマ発生装置61(プラズマ
源)とが配設されている。スパッタ電極21,41の前
面がそれぞれスパッタ薄膜形成部を構成しており、この
スパッタ薄膜形成分は遮蔽板31,51でそれぞれ囲繞
されている。スパッタガスボンベ27、47からそれぞ
れマスフロー25,45を経て、アルゴンなどのスパッ
タ用ガスが導入されてスパッタ雰囲気が調整され、スパ
ッタ電源23,43により電力を印加することにより、
Si,Ti,Zr等のターゲット29,49がスパッタ
される。図1では、異なる2種類の物質をスパッタする
ことを想定してスパッタ電極21,41を2つ設ける場
合を示している。
管からなるRF(高周波)放電室63にRF(高周波)
コイル65が巻回されてなり、マッチングボックス67
を介して高周波電源69から電力がRFコイル65に投
入される。このとき、マスフロー71を介して反応ガス
ボンベ73から酸素などの反応性ガスが導入され、反応
性ガスのプラズマが形成される。
挙げて本発明をさらに詳細に説明する。ターゲット29
としてシリコン(Si)を固定し、スパッタガスボンベ
27からアルコンガスを導入し、スパッタ電源23から
電力を投入し、Siをスパッタさせる。一方、反応ガス
ボンベ13から酸素ガスを導入し、誘導結合型プラズマ
発生装置61を駆動することにより、酸素ガスのプラズ
マを発生させる。
搭載した基板ホルダ13を回転すると、スパッタ電極2
1の前面(スパッタ薄膜形成部)で基板上にSi超薄膜
が形成され、この超薄膜はRF放電室63の前面(プラ
ズマ曝露部)で酸素ガスのプラズマにより酸化されてS
iO2 に変換される。
3を回転させ、Si超薄膜の形成と、SiO2 への変換
を繰り返すことにより、所望膜厚のSiO2 薄膜を形成
できる。SiO2 としてではなく金属Siとしてスパッ
タできるので、スパッタ速度を速めることができ、効率
的である。また、SiO2 をスパッタした場合では、ス
パッタにより形成された薄膜はSiOx(x<2)と酸
素の欠損が見られる場合があるが、本発明によれば、プ
ラズマ曝露部で酸素の欠損が補なわれ、安定したSiO
2 薄膜を形成できる。
パッタ電極41に変更し、ターゲット49としてチタン
を用い、同様にしてチタン超薄膜の形成およびスパッタ
曝露部での酸化を繰り返して所望厚さの酸化チタン薄膜
を形成する。また、ターゲット49として金属Zrを用
いた場合は、同様に酸化ジルコニウム薄膜を形成でき
る。
薄膜と、TiO2 薄膜またはZrO2 との積層膜からな
る反射防止膜を形成できる。また、スパッタ電極21,
41の前面は、遮蔽板31,51で囲われ、一方、RF
放電室63の前面は遮蔽板75で囲われており、この囲
いの中にスパッタガスが27,47から、あるいは反応
性ガスが73から導入され、真空ポンプ15により排気
系に導かれる。よって、スパッタガスが遮蔽板75内に
侵入したり、反応性ガスが遮蔽板31,51内に侵入す
ることがなく、反応性ガスの侵入によりスパッタ速度を
低下させることがない。特に、複数のターゲットを近距
離に近づけた場合に効果的である。
の誘導結合型の放電とは個別に制御でき互いに影響を与
えることがないので、安定して放電することができ、不
慮の事故を招くことがなく信頼性が高い。さらに、誘導
結合型のプラズマ発生装置では、RFコイル65が大気
側にあるので、真空室11内の汚染の問題がなく、ま
た、カウフマン型イオン銃の場合のように、フィラメン
ト、スクリーン電極、サプレッサー電極が不要で構造的
に簡単であり、特にフィラメントの交換が不要である。
また、ニュートライザーが不用のため、これに起因する
温度上昇の問題も解消できる。
生条件を挙げれば以下の通りである。 (1)スパッタ条件(Si) 投入電力:3.6kW 基板温度:室温 囲い内圧力:2.0×10-3Torr 基板ホルダ回転数:100rpm 超薄膜の厚さ:2〜6オングストローム
r,Sn,Cr,Ta,Fe,Si,Te,Ni−C
r,In−Snなどが用いられ、反応性ガスのプラズマ
曝露により、Al2 O3 ,TiO2 ,ZrO2 ,Ta2
O5 ,SiO2 の光学膜ないし絶縁膜,ITO等の導電
膜,Fe2 O3 などの磁性膜,TiN,CrN,TiC
などの超硬膜とされる。
縁性の金属化合物は、金属(Ti,Zr,Si)に比べて
スパッタ速度が極端に遅く生産性が悪いので、特に本発
明の方法が有用である。反応性ガスとしては、酸素,オ
ゾン,N2 O等の酸化性ガス、窒素等の窒化性ガス、メ
タン等の炭化性ガスなどが用いられる。
で、金属を高速でスパッタし、これを酸化物等の化合物
薄膜に変換し、安定した特性の化合物薄膜を高速で形成
することができる。
沿った側面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 スパッタにより基板上に、金属ないしは
金属の不完全反応物からなる超薄膜を形成する工程と、
この超薄膜を反応性ガスのプラズマに曝して、上記超薄
膜と反応性ガスとを反応せしめ金属化合物に変換する工
程とを順序繰返し、所望の膜厚の薄膜を形成することを
特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項2】 プラズマが誘導結合型プラズマ源により
発生したものである請求項2に記載の薄膜形成方法。 - 【請求項3】 スパッタ電極と、 反応性ガスのプラスマを発生させるプラズマ源と、 薄膜が形成される基板を保持し、スパッタ電極によるス
パッタ薄膜形成部と、プラズマ源による反応性ガスのプ
ラズマ曝露部との間に基板を順次、繰返して搬送する基
板ホルダーとを具えたことを特徴とする薄膜形成装置。 - 【請求項4】 プラズマ源が誘導結合型プラズマ源であ
る請求項3に記載の薄膜形成装置。 - 【請求項5】 スパッタ薄膜形成部とプラズマ曝露部の
周囲を、それぞれ遮蔽板で囲繞し、プラズマ曝露部の反
応性ガスがスパッタ薄膜形成部に流入することを防止し
た請求項3または4に記載の薄膜形成装置。
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