JPH09302464A - 高周波スパッタ装置および複合酸化物の薄膜形成方法 - Google Patents

高周波スパッタ装置および複合酸化物の薄膜形成方法

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JPH09302464A
JPH09302464A JP8116490A JP11649096A JPH09302464A JP H09302464 A JPH09302464 A JP H09302464A JP 8116490 A JP8116490 A JP 8116490A JP 11649096 A JP11649096 A JP 11649096A JP H09302464 A JPH09302464 A JP H09302464A
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JP
Japan
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substrate
thin film
high frequency
electrode
potential
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JP8116490A
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English (en)
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Takanori Ozawa
孝典 小澤
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理が容易でかつ所望の構成比の複合酸化物
を形成する。 【解決手段】 高周波スパッタ装置1は、基板電極14
に、可変抵抗3が接続されている。この抵抗値を変更さ
せることによって、アノード電極12に対する基板電極
14の電位を変更することができる。これにより、プラ
ズマの分布状態を調節することができる。すなわち、前
記抵抗値を調整することにより、基板22上に形成され
る複合酸化物薄膜の再スパッタの程度を調整することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、高周波スパッタ
装置に関するものであり、特に、複合酸化物の薄膜の組
成比の合せ込みに関する。
【0002】
【従来技術】一般に、強誘電性薄膜の製造方法において
は、高周波スパッタ方法が用いられる。この製法は、組
成比を制御した焼結体をターゲットとして用い、高周波
を用いるスパッタリング方法である。
【0003】高周波スパッタリング装置50について図
4を用いて説明する。真空チャンバー15内にはカソー
ド電極11、アノード電極12、およひ基板電極14が
設けられている。基板電極14上には基板22が載置さ
れている。カソード電極11の下部には、ターゲット2
1が設けられている。真空チャンバー15内にはアルゴ
ンガスが供給されている。
【0004】高周波電源部4は、励起子5および増幅器
7を有している。高周波電源部4で形成された高周波電
圧はマッチングボックス9にて、調整が行われる。マッ
チングボックス9は、カソード電極11と接続されてお
り、アノード電極12および基板電極14は接地されて
いる。
【0005】カソード電極11、アノード電極12間に
て高周波電圧が与えられると、アルゴンガスがプラズマ
化する。プラズマ中のイオンがターゲット21をスパッ
タし、基板22上に強誘電体薄膜が堆積する。
【0006】また、高周波スパッタリング方法以外に、
反応性スパッタリング方法が用いられる場合もある。か
かる方法は、ターゲットとして、絶縁体を用いるのでは
なく金属の組成物を用い、アルゴンガスに加えて酸素を
供給して、反応させながら複合酸化物を堆積させる方法
である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のいずれ
の方法においても、以下の様な問題があった。前記ター
ゲット中の化合物に、蒸気圧、スパッタ率が他の化合物
と異なるものが存在する場合に、最終目的物である複合
酸化膜の組成比が、所望の組成比と異なることとなる。
【0008】かかる問題を防止する為、過剰にその化合
物をターゲット中に存在させ、成膜中または成膜後に熱
処理によって当該化合物の量を減らし、組成比を調整す
る方法が知られている。
【0009】第1の方法は、成膜中に熱処理によって調
整する方法である。しかし、この方法は、処理温度の安
定性に難点があり、安定するまでに時間がかかり、量産
性が低い。
【0010】第2の方法は、供給するアルゴンガスの濃
度およびエネルギーを調整することにより、基板上に堆
積した元素を再度スパッタリングして、調整を行う方法
である。しかし、この方法では、エネルギーを高くしす
ぎると、結晶化させるための焼成過程を経ることなく、
結晶化してしまい、異なる組成の薄膜が形成されてしま
い、一方、アルゴンガスの濃度を低くしすぎると、放電
が行われなくなってしまう。
【0011】本発明は、処理が容易でかつ組成比の調整
が容易なスパッタリング方法を提供することを目的とす
る。また、複合酸化物の組成比の調整が容易な形成方法
を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1の高周波スパッ
タリング装置においては、真空中にてガスを電離させる
とともに、ターゲットに電離させたイオンを衝突させ
て、基板上に複合酸化物の薄膜を形成する高周波スパッ
タリング装置において、前記ガスの電離分布を変更し
て、これにより前記薄膜を構成する元素の含有量を調整
する分布調整機構を備えたことを特徴とする。
【0013】請求項2の高周波スパッタリング装置にお
いては、基板を載置し、基準電位と接続された基板電
極、前記基準電位との関係で高周波電位が与えられ、前
記基板電極上に電離ガスを発生させる放電電極、前記電
離ガスのイオンにより、スパッタされるターゲット、を
備えた高周波スパッタ装置において、前記基準電位と前
記基板電極との間に可変インピーダンスを挿入したこ
と、を特徴とする。
【0014】請求項3の複合酸化物の薄膜形成方法にお
いては、高周波電圧を用いて、イオンをターゲットに衝
突させて、基板電極上に載置された基板に複合酸化物の
薄膜を形成する複合酸化物の薄膜形成方法であって、前
記基板電極の電気的ポテンシャルを用いて、前記ガスの
電離分布を変更して前記薄膜の組成比を調整することを
特徴とする。
【0015】
【発明の効果】請求項1の高周波スパッタリング装置に
おいては、前記分布調整機構は、前記ガスの電離分布を
変更して、これにより前記薄膜を構成する元素の含有量
を調整する。したがって、所望の組成比の薄膜を容易に
提供することができる。
【0016】請求項2の高周波スパッタリング装置にお
いては、前記基準電位と前記基板電極との間に可変イン
ピーダンスを挿入している。これにより、前記基準電位
に対して前記基板電極の電位が調整され、前記ガスの電
離分布を変更することができる。これにより前記薄膜を
構成する元素の含有量を調整することができる。すなわ
ち、所望の組成比の薄膜を容易に提供することができ
る。
【0017】請求項3の複合酸化物の薄膜形成方法にお
いては、前記基板電極の電気的ポテンシャルを用いて、
前記ガスの電離分布を変更して前記薄膜の組成比を調整
する。したがって、所望の組成比の薄膜を容易に提供す
ることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】図面を用いて、本発明にかかる高
周波スパッタリング装置について説明する。図1に、高
周波スパッタリング装置1の全体構成図を示す。高周波
スパッタリング装置1は、真空チャンバー15内に、カ
ソード電極11、放電電極であるアノード電極12、基
板電極14を備えている。基板電極14の上には基板2
2が載置されている。カソード電極11の下にはターゲ
ット21が設けられている。真空チャンバー15内に
は、アルゴンガスが供給されている。基板電極14に
は、可変抵抗3が接続されている。なお、高周波電源部
4およびマッチングボックス9については、従来と同様
であるので説明は省略する。
【0019】カソード電極11、アノード電極12間に
て高周波電圧が与えられると、アルゴンガスがプラズマ
化する。プラズマ中のイオンがターゲット21をスパッ
タし、基板22上に強誘電体薄膜が堆積する。
【0020】高周波スパッタリング装置1においては、
可変抵抗3の抵抗値を変更させることによって、アース
電位に対する基板電極14の電位を変更することができ
る。これにより、以下に説明するように、アース電位と
の関係で前記基板の電位を調整することにより、カソー
ド電極11と基板電極14間におけるアルゴンガスの電
離分布を調整することができる。
【0021】基板電極14に印加される電圧の絶対値
は、アノード電極12に印加される電圧の絶対値より
も、可変抵抗3の分だけ低くなる。アノード電極12と
基板電極14間の電位は、印加されている電圧の極性に
よって、入れ替わる。したがって、マイナス電圧が印加
されている場合には、アノード電極12より基板電極1
4の電位の方が高くなり、プラス電圧が印加されている
場合には、アノード電極12より基板電極14の電位の
方が低くなる。
【0022】アノード電極12より基板電極14の電位
の方が高い場合には、図2Aに示すように、上部方向に
広がった、すなわち基板電極14から離れるように、電
離分布状態が変更される。これにより、基板電極14上
の基板22表面に堆積した元素のスパッタリングが少な
くなる。一方、アノード電極12より基板電極14の電
位の方が低い場合には、図2Bに示すように、基板電極
14に近い位置に分布が近づく。これにより基板22上
の堆積した元素が再スパッタリングされる。すなわち、
平均して考えると、図2Cに示すように、基板22から
少し離れた電離分布状態となる。
【0023】このように、基板22からの距離から電離
ガスまでの距離(電離分布状態)は、アノード電極12
より基板電極14の電位差によって、変更される。すな
わち、図1に示す可変抵抗3の抵抗値を変更することに
よって、電離分布状態が変更されることとなる。
【0024】図3に、アース電位に対する基板電極14
の電位と基板22上に形成される複合酸化物の鉛の量と
の関係を示す。基板電極14に印加されている電圧Vd
c=15(V)の時には、鉛は72(単位)となり、2
0(V)の時は97(単位)となる。また29(V)の
時には108(単位)となり、33(V)の時には11
5(単位)となる。
【0025】このように、基板22上に形成される複合
酸化物の鉛の量は、電圧Vdcを小さくすると減り、大
きくすると増える。すなわち、可変抵抗3の値を変える
ことによって電圧Vdcが変更され、これによって、基
板22上に形成される複合酸化物の鉛の量が調整され
る。したがって、所望の構成比の複合酸化膜を得ること
ができる。
【0026】なお、可変抵抗3の抵抗値については、ア
ルゴンガスのエネルギーとは別個に単独で調整すること
ができる。したがって、従来と比べて、RFパワーと独
立して調整することができる。これにより、蒸気圧また
はスパッタ率が異なる化合物を含む複合酸化物であって
も、その割合を容易に制御することができる。
【0027】本実施形態においては、可変抵抗3が分布
調整機構に該当する。
【0028】なお、本実施形態においては、基板電極1
4の電位を調整するために、可変抵抗3を用いている。
しかしこれに限定されず、コイル又はコンデンサを用い
てインピーダンスを変更して、基板電極14の電位を調
整するようにしてもよい。
【0029】特に、コイル又はコンデンサを用いた場合
には、位相のズレが生ずる為、より電離分布状態の微妙
な変更が可能となる。
【0030】また、本実施形態においては、蒸気圧の異
なる化合物として酸化鉛(PbO)を用いた場合につい
て説明したが、それ以外に蒸気圧又はスパッタ率が異な
ることによって、同様の問題が生ずるような化合物、例
えば、酸化バリウム(BaO)、酸化ベリリウム(Be
23)、酸化リチウム(Li2O)、酸化ストロンチウ
ム(SrO)等についても同様に適用することができ
る。
【0031】なお、本実施形態においては、複合酸化膜
として強誘電体膜に適用した場合について説明したが、
これに以外の複合酸化膜、例えば、高誘電体膜について
も同様に適用することができる。
【0032】本実施形態においては、高周波スパッタ法
を用いて、絶縁体のターゲットをスパッタする場合につ
いて説明したが、金属のターゲットを用いて、酸素と反
応させながら、スパッタを行う反応性スパッタ装置につ
いても、同様に適用することができる。
【0033】なお、本実施形態においては、アノード電
極12をアース電位としたが、フローティングとしても
よい。また、真空チャンバー15をアース電位としても
よい。なお、本実施形態においては、アース電位を基準
電位としたが、これに限定されるものではない。
【0034】また、本実施形態においては、基板電極1
4に可変抵抗3を接続して、アース電位との間で基板電
極14の電位の調整を行なった。すなわち、基準電位と
の関係で前記基板電極の電位を調整することにより、前
記アルゴンガスの電離分布を変更して、前記複合酸化膜
を構成する元素の含有量を調整している。しかし、アル
ゴンガスのプラズマ状態の分布を変更できる方法であれ
ば、それ以外の方法で行ってもよい。
【0035】なお、前記基板電極の電気的ポテンシャル
を用いて直接的にプラズマ状態の電離分布状態を変更す
るだけでなく、間接的に用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる高周波スパッタ装置1の全体構
成図である。
【図2】プラズマ分布状態を説明するための図である。
【図3】基板電位を変更することによる鉛の量の調整を
説明する図である。
【図4】従来の高周波スパッタ装置50の全体構成図で
ある。
【符号の説明】
1・・・・・・高周波スパッタ装置 3・・・・・・可変抵抗 4・・・・・・高周波電源部 11・・・・・カソード電極 12・・・・・アノード電極 14・・・・・基板電極 21・・・・・ターゲット 22・・・・・基板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空中にてガスを電離させるとともに、タ
    ーゲットに電離させたイオンを衝突させて、基板上に複
    合酸化物の薄膜を形成する高周波スパッタ装置におい
    て、前記ガスの電離分布を変更して、これにより前記薄
    膜を構成する元素の含有量を調整する分布調整機構、 を備えたことを特徴とする高周波スパッタ装置。
  2. 【請求項2】基板を載置し、基準電位と接続された基板
    電極、 前記基準電位との関係で高周波電位が与えられ、前記基
    板電極上に電離ガスを発生させる放電電極、 前記電離ガスのイオンにより、スパッタされるターゲッ
    ト、 を備えた高周波スパッタ装置において、 前記基準電位と前記基板電極との間に可変インピーダン
    スを挿入したこと、 を特徴とする高周波スパッタ装置。
  3. 【請求項3】高周波電圧を用いて、イオンをターゲット
    に衝突させて、基板電極上に載置された基板に複合酸化
    物の薄膜を形成する複合酸化物の薄膜形成方法であっ
    て、 前記基板電極の電気的ポテンシャルを用いて、前記ガス
    の電離分布を変更して前記薄膜の組成を調整すること、 を特徴とする複合酸化物の薄膜形成方法。
JP8116490A 1996-05-10 1996-05-10 高周波スパッタ装置および複合酸化物の薄膜形成方法 Pending JPH09302464A (ja)

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