JPH0949077A - Dcスパッタリング装置 - Google Patents

Dcスパッタリング装置

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JPH0949077A
JPH0949077A JP7252075A JP25207595A JPH0949077A JP H0949077 A JPH0949077 A JP H0949077A JP 7252075 A JP7252075 A JP 7252075A JP 25207595 A JP25207595 A JP 25207595A JP H0949077 A JPH0949077 A JP H0949077A
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JP
Japan
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positive voltage
voltage pulse
sputtering
cathode electrodes
frequency
Prior art date
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JP7252075A
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English (en)
Inventor
Yasuhisa Kimura
泰久 木村
Hisao Yamaguchi
久夫 山口
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Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した放電を維持できるDCスパッタリン
グ装置を提供する。 【解決手段】 DCスパッタリング装置2が有する成膜
室3内に複数のカソード電極41、42を配置する。この
DCスパッタリング装置2に正電圧パルス印加装置6を
設け、前記各カソード電極41、42に直流の負電圧を印
加して、前記各カソード電極41、42に設けられたター
ゲット51、52を直流スパッタリングする際、直流電源
1、82の出力電圧に同じ周波数の正電圧パルスを重畳
して前記各カソード電極41、42に印加する。前記各カ
ソード電極41、42に印加される正電圧パルスの周波数
が同じなのでビートは発生せず、前記各ターゲット
1、52上に発生したプラズマが相互干渉を起こすこと
がない。前記各正電圧パルス同士は同期重畳しても、位
相をずらして重畳してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は真空中にプラズマを
発生させてスパッタリングを行うスパッタリング装置に
かかり、特に、直流電圧に正電圧パルスを重畳させて異
常放電を防止するDCスパッタリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】スパッタリング法は真空中雰囲気中にス
パッタリングガスを導入し、そのスパッタリングガスの
プラズマを発生させてターゲットをスパッタして薄膜を
成膜する技術であり、成膜速度が速いことや、良質な薄
膜が得られることから半導体素子の製造や液晶表示装置
の製造等、広汎な用途に用いられている。
【0003】このようなスパッタリング法には、印加電
圧の種類によって、RFスパッタリング法とDCスパッ
タリング法に大別できるが、安価な電源を使用でき、成
膜速度が速い点や、基板の温度上昇が少ない点からDC
スパッタリング法が注目されており、反応性ガスを成膜
室内に導入して成膜する直流反応性スパッタリングも行
われている。
【0004】しかしながらDCスパッタリングを行う際
には、しばしば異常放電が発生する。その原因を、Ar
ガスとN2ガスとを成膜室内に導入してシリコンターゲ
ットの反応性スパッタリングを行う場合を例にとって説
明する。図6を参照し、101はシリコンターゲットで
あり、直流の負電圧が印加されるカソード電極102上
に配置されている。該シリコンターゲット101の表面
には、前記カソード電極に設けられたマグネトロン磁石
の作る磁界分布の影響によって、スパッタリングされ易
く、ターゲット材が掘られ易いエロージョン部103
と、スパッタされにくく、ターゲット材が掘られにくい
非エロージョン部104とが形成されている。
【0005】前記エロージョン部103に位置するター
ゲット材がスパッタされて飛び出す際、その飛び出した
シリコンと、導入されたN2ガスとが反応してSiNx
発生し、絶縁膜105となって前記非エロージョン部1
04表面に堆積してしまう。
【0006】そして、前記絶縁膜105にAr+イオン
やN+イオンが照射されるとそこに正電荷が蓄積され、
電位が上昇して前記絶縁膜105が絶縁破壊を起こすと
異常放電が発生してしまう。また、前記絶縁膜105と
アースシールド等との間でアーク放電が発生する場合も
ある。このように、前記絶縁膜105への正電荷の蓄積
が異常放電の原因となっていた。異常放電が発生すると
ターゲット材が飛散し、基板上や膜中に付着するため膜
欠陥の原因となり、大きな問題となっていた。
【0007】そこで従来技術では、図7のグラフに示す
ように、負の直流電圧に正電圧パルス108を周期的に
重畳してカソード電極に印加し、前記カソードが正電位
に置かれたときにプラズマ中の電子を引きつけて前記絶
縁膜105に入射させ、前記絶縁膜105に蓄積された
正電荷を中和することが行われていた。
【0008】他方、最近では、一つの成膜室内に複数の
ターゲットを配置し、各ターゲットを同時にスパッタリ
ングすることが試みられており、膜質を低下させずに生
産性を向上できる有効な手段とされているが、上述した
ようなDCスパッタリング装置の成膜室内に複数のカソ
ード電極を設け、各カソード電極に対して前記正電圧パ
ルス108のような正電圧パルスを印加すると、安定な
放電が維持できなくなることが見出された。
【0009】その原因は、各カソードに正電圧パルスを
印加すると、前記各カソード電極上に配置されたターゲ
ット表面に発生したプラズマが相互干渉を起こし、その
結果、一方のプラズマが他方のプラズマの負荷となって
負荷インピーダンスが時々刻々と変化するためであるこ
とが分かった。相互干渉が特に甚だしく、異常電圧が発
生したり過電流が流れた場合には、安全装置が機能して
直流電源が遮断するため、ターゲットに対して所定所定
電力を投入することができなくなってしまう。
【0010】そのような相互干渉は、各カソード電極間
の設置距離を大きくするか、または各ターゲット間に機
械的なシールドを設ければ解決できるが、そのためには
成膜室を大型にしなければならず、また、装置全体が複
雑になるという不都合があり、解決が望まれていた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記課題を解
決するために創作されたもので、その目的は、DCスパ
ッタリング法によって複数のターゲットをスパッタリン
グする際、安定な放電が維持できるようにすることにあ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、一つの成膜室内に配置され
た複数のカソード電極に正電圧パルスが重畳された直流
の負電圧を印加して、各カソードに設けられたターゲッ
トのスパッタリングを行うDCスパッタリング装置であ
って、前記各カソード電極に同じ周波数の正電圧パルス
が印加されるように、前記各カソード電極に印加される
前記正電圧パルスの周波数を制御する正電圧パルス印加
装置が設けられたことを特徴とする。
【0013】その場合の前記正電圧パルス印加装置は、
請求項2記載の発明のように、一つのカソード電極に正
電圧パルスが印加されてから次のカソード電極に正電圧
パルスが印加されるまでの時間間隔が等しくなるよう
に、前記正電圧パルスの位相を制御したり、前記各正電
圧パルスを同期して重畳すると好ましい。
【0014】従来技術の場合には、図4に示したすよう
に、直流電源581、582を正電圧パルス重畳器5
1、562を介して互いに無関係にカソード電極5
1、542に接続し、前記正電圧パルス重畳器561
562によって、前記直流電源581、582に別個に正
電圧パルスを印加していた場合には、その周期がほんの
わずか相違した場合であっても、図5に示すように、前
記カソード電極541、542に印加される正電圧パルス
311、312の発生時期が相対的に変化し、周波数の差
によるビートが生じてしまう。
【0015】本発明では、正電圧パルス印加装置を設
け、各カソード電極に印加される直流電圧に同じ周波数
の正電圧パルスが重畳されるようにしたので、周波数の
差のビートが発生せず、プラズマが相互干渉を起こすこ
とがなくなって、安定したスパッタリングを行うことが
可能となる。
【0016】各カソード電極に印加される正電圧パルス
の周波数は同じであればよく、位相をずらし、一つのカ
ソード電極に印加されてから次のカソード電極に印加さ
れるまでの時間間隔が等しくなるようにしてもよいし、
同期して重畳してもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。図1に、本発明のDCスパッタリング装
置の一実施の形態を示した。そのDCスパッタリング装
置2は、真空排気された後、スパッタリングガスと反応
ガスとが導入される成膜室3を有している。前記成膜室
3内にはカソード電極41、42が配置され、前記各カソ
ード電極41、42上にはシリコン酸化物(SiO2)から
成るターゲット51、52が取り付けられて、前記2つの
ターゲット51、52を同時にスパッタリングできるよう
に構成されている。
【0018】前記DCスパッタリング装置2は、直流電
源81、82と正電圧パルス印加装置6とを有しており、
前記直流電源81、82の出力端A1、A2から出力された
負の直流電圧は、前記正電圧パルス印加装置6に設けら
れた正電圧パルス重畳器91、92にそれぞれ入力され、
該正電圧パルス重畳器91、92で正電圧パルスが重畳さ
れ、前記正電圧パルス印加装置6の出力端B1、B2から
外部へ取り出され、前記カソード電極41、42に印加さ
れるように接続されている。
【0019】前記正電圧パルス重畳器91、92は、異常
電圧監視装置141、142に接続され、その出力がそれ
ぞれ監視されており、負荷変動によって発生する過電圧
や、アーク放電によって発生する過電流が検出されるよ
うに構成されている。
【0020】前記異常電圧監視装置141、142は前記
直流電源81、82に接続されてフィードバックループが
形成されており、前記パルス電圧重畳器91、92の出力
に異常が検出されたら、前記直流電源81、82を直ちに
停止させるように構成されている。
【0021】そして前記正電圧パルス重畳器91、92
フェーズシフター7に接続され、該フェーズシフター7
から入力される信号と同期動作をし、前記直流電源
1、82の出力した負の直流電圧に、前記フェーズシフ
ター7の信号に従ったタイミングで正電圧パルスを重畳
できるように構成されている。
【0022】前記DCスパッタリング装置2の動作を具
体的に説明すると、前記ターゲット51、52をスパッタ
リングするために、前記直流電源81、82と前記フェー
ズシフター7を起動すると、前記直流電源81、82から
前記出力端A1、A2に、それぞれ図2(a)に示すよう
な、−V0の負の直流電圧が出力され、その電圧が前記
パルス電圧重畳器91、92に入力される。
【0023】このとき、前記パルス電圧重畳器91、92
には、前記フェーズシフター7から、周波数f(f=4
0k)Hzで互いに半波長1/(2 f)だけ位相のずれた
クロック信号がそれぞれ入力される。すると、前記正電
圧パルス印加装置6の出力端B1、B2には、該パルス電
圧重畳器91、92の前記クロック信号への同期動作によ
って、図2(b)に示すような、共にfHzの周波数であ
って、互いに半波長だけ位相がずれ(即ち、互いにπrad
だけ位相がずれている)、波頭が正電圧領域まで伸び
た、正電圧パルス201、202が重畳され(パルス幅5
μsec)、前記カソード51、52の非エロージョン領域に
電子が引き込まれ、かくて異常放電の発生が防止され
る。
【0025】上記実施の形態は、ターゲットを2個スパ
ッタリングする場合を説明したが、3個以上のターゲッ
トをスパッタリングしてもよく、その場合には各ターゲ
ットに印加される正電圧パルスの周波数を等しくし(f
Hz)、1/(f ターゲット個数)だけ位相をずらせばよ
い(即ち、”2 π/ターゲット個数 rad”だけ位相をず
らせばよい)。例えば、3個のターゲットをスパッタリ
ングする場合には、各ターゲットが設けられたカソード
電極と前記正電圧パルス印加装置6が接続される出力端
1〜B3の電圧波形は、図3(a)に示す正電圧パルス2
1〜213のように、1/(3 f)ずつ位相をずらせば
よい(2 π/3 rad ずつずらせばよい)。
【0026】なお、上記実施の形態は、正電圧パルスの
周期をずらしたが、図3(b)に示すように正電圧パルス
211、212の印加時期を一致させ、周波数fHzで、
同期して重畳させてもビートは発生せず、プラズマが相
互干渉をすることはない。3個以上のターゲットをスパ
ッタリングする場合も、各カソード電極に印加する正電
圧パルスを同期させればよい。
【0027】
【発明の効果】DCスパッタリング法で複数のターゲッ
トをスパッタリングしてもビートによるプラズマの相互
干渉がなくなる。その結果、異常放電が生じなくなるの
で、電源に負担がかからず、また、膜欠陥のない成膜を
行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のスパッタリング装置の一実施の形態
を示すブロック図
【図2】 (a)直流電源の出力波形を説明するための電
圧波形図 (b)本発明の正電圧パルス印加装置の出力波
形の一例を説明するためのタイミングチャート
【図3】 (a)本発明の正電圧パルス印加装置の出力波
形の他の例を説明するためのタイミングチャート (b)
その、更に他の例を説明するためのタイミングチャート
【図4】 本発明の正電圧パルス印加装置を設けなかっ
た場合の接続を説明するためのブロック図
【図5】 そのカソードに印加される正電圧パルスのタ
イミングチャート
【図6】 異常放電の原因を説明するための図
【図7】 一つのターゲットをスパッタリングする場合
の異常放電を防止するための正電圧パルスを示す図
【符号の説明】
2……DCスパッタリング装置 3……成膜室 41
2……カソード電極 51、52……ターゲット 6……正電圧パルス印加装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一つの成膜室内に配置された複数のカソ
    ード電極に正電圧パルスが重畳された直流の負電圧を印
    加して、各カソードに設けられたターゲットのスパッタ
    リングを行うDCスパッタリング装置であって、 前記各カソード電極に同じ周波数の正電圧パルスが印加
    されるように、前記正電圧パルスの周波数を制御する正
    電圧パルス印加装置が設けられたことを特徴とするDC
    スパッタリング装置。
  2. 【請求項2】 前記正電圧パルス印加装置は、一つのカ
    ソード電極に正電圧パルスが印加されてから次のカソー
    ド電極に正電圧パルスが印加されるまでの時間間隔が等
    しくなるように、前記正電圧パルスの位相を制御するこ
    とを特徴とする請求項1記載のDCスパッタリング装
    置。
  3. 【請求項3】 前記正電圧パルス印加装置は、前記各正
    電圧パルスを同期して重畳させることを特徴とする請求
    項1記載のDCスパッタリング装置。
JP7252075A 1995-08-09 1995-08-09 Dcスパッタリング装置 Pending JPH0949077A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008045213A (ja) * 2007-08-24 2008-02-28 Symmorphix Inc LiCoO2の堆積
JP2008523567A (ja) * 2004-12-08 2008-07-03 シモーフィックス,インコーポレーテッド LiCoO2の堆積
KR100890080B1 (ko) * 2000-02-11 2009-03-24 루센트 테크놀러지스 인크 반응성 스퍼터링 방법

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