JPH1046335A - 耐高圧・微小リーク電流絶縁膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い耐電圧値と微小なリーク電流を有する電
気的特性に優れた耐高圧・微小リーク電流絶縁膜を容易
に製造する方法を提供する。 【解決手段】 スパッタリング法で基板上に絶縁膜を製
造する方法において、カソード近傍に放電を支援するＲ
Ｆ誘導コイルを設けた機構を用いて、カソードでの放電
圧力を従来の放電圧力より低い状態で行なって電気的特
性に優れた耐高圧・微小リーク電流絶縁膜を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は耐高圧・微小リーク電流
絶縁膜の製造方法に関し、更に詳しくは、物質の表面に
電気的絶縁膜の形成が必要な場合において、その絶縁膜
が持つ電気的特性、即ち高い耐電圧値と微小なリーク電
流値を良好な状態で必要とされる分野において有効に利
用することが出来る耐高圧・微小リーク電流絶縁膜の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からＰＶＤ(Physical Vapor Deposi
tion)法、またはＣＶＤ(Chemical Vapor Depositon)法
でＳｉウエハー（基板）上に形成されたＳｉＯ₂膜が知
られている。

【０００３】また、一般的な材料において良好な電気的
特性（高い耐電圧値、微小なリーク電流値）を持つ膜と
しては、例えば熱処理炉のような酸化膜形成装置を用
い、熱酸化法でＳｉウエハー（基板）上に形成された熱
酸化膜（ＳｉＯ₂）が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のＰＶＤ法または
ＣＶＤ法でＳｉウエハー（基板）上に形成されたＳｉＯ
₂膜は、前記酸化膜形成装置でＳｉウエハー（基板）上
に形成された熱酸化膜（ＳｉＯ₂）に比ベて、リーク電
流値が大きく、電気的絶縁耐圧は小さくなっている。

【０００５】このように、酸化膜形成装置でＳｉウエハ
ー（基板）上に形成された熱酸化膜（ＳｉＯ₂）と、従
来のＰＶＤ法またはＣＶＤ法でＳｉウエハー（基板）上
に形成されたＳｉＯ₂膜とは電気的特性に大きな差異が
ある。

【０００６】これら電気的特性を悪化させている原因と
しては、膜の密度の低下、膜内の構造による欠陥の発
生、例えば酸素欠損のような膜組成の変化が考えられ
る。

【０００７】これらの原因をなくして行くために必要な
ことは、ＰＶＤ法の場合は、膜が堆積していく過程での
膜を構成している膜材料の蒸発源もしくはターゲットか
ら飛び出し、基板に入射した時のエネルギーが大きい方
がよい。

【０００８】また、ＣＶＤ法の場合は、基板表面温度を
最適に制御することにより可能となる。

【０００９】加えて、高い耐電圧値と、微小のリーク電
流値の双方の電気的特性を良好にする場合は、基板温度
を高温にする必要があるが、この手段は、成膜プロセス
を制約する原因となっている。

【００１０】更に、膜を堆積させる基板に対し、電位を
加えることで基板に膜材料粒子が堆積するときのエネル
ギーを付加することが出来るが、装置構成が複雑で高価
になり、基板全面に対し均一に堆積する粒子のエネルギ
ーの制御も大変難しくなってくる。

【００１１】本発明はかかる問題点を解消し、電気的特
性に優れた耐高圧・微小リーク電流絶縁膜の製造方法を
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】本発明の耐高圧・微小リ
ーク電流絶縁膜の製造方法は、スパッタリング法で基板
上に絶縁膜を製造する方法において、カソードでの放電
圧力を従来の放電圧力より低い状態で行なうことを特徴
とする。

【００１３】前記カソードでの放電はカソード近傍に放
電を支援するＲＦ誘導コイルを設けた機構を用いて放電
を行なうようにしてもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明は、スパッタカソード近傍
に放電を支援するＲＦ誘導コイルを設けた機構を用い
て、スパッタリングによる膜の製造中にＲＦ誘導コイル
へ電力を投入することで、従来では放電の安定しなかっ
た真空度の低い環境を利用することにより、ターゲット
からスパッタされた粒子が不活性雰囲気ガス分子Ｈｅ、
Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒに散乱されることなく、飛び出した時
のエネルギーが減衰されることなく、基板に到達するま
でスパッタ時のエネルギーが保持されることで、このエ
ネルギーによって堆積していく過程での膜の密度が大き
くなり、膜が連続した構造となり、ボイド、欠陥、空腔
等の構造もなくなることを利用する。

【００１５】本発明法は酸化物膜、窒化物膜等の絶縁性
の膜に対して利用することが出来る。

【００１６】図１は本発明の耐高圧・微小リーク電流絶
縁膜の製造方法を実施するための装置の１例を示すもの
であり、図中、１は成膜室を示す。

【００１７】成膜室１内を真空ポンプ等の真空排気系２
に排気バルブ３を介して接続し、成膜室１内を所定の圧
力に設定出来るようにした。

【００１８】また、成膜室１にガス導入系４を介してマ
スフローコントローラー５を備えるガス供給源（図示せ
ず）に接続し、該ガス導入系４よりスパッタリングガ
ス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを導入するようにし
た。

【００１９】また、成膜室１内の上方に絶縁膜を成膜す
るための例えばＳｉウエハーから成る基板６を配設し、
成膜室１内の下方であって、基板６に対向する位置に例
えば焼結アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃［純度99.99％］）から成
るターゲット７を磁石８を備えるカソード９を介して配
設した。

【００２０】そして、カソード９にカソードＲＦ電源１
０より電力を印加してターゲット７をスパッタリングす
るようにした。

【００２１】また、基板６とターゲット７の間にシャッ
ター１１を配設した。

【００２２】前記構成は従来のスパッタリング法に用い
る装置と特に変わりはないが、本発明の特徴に従って、
図示例では、カソード９の上方であって、スパッタリン
グされたターゲット７材料の基板６への到達に影響のな
い位置に、例えば銅（Ｃｕ）製のＲＦ誘導コイル１２を
配置した。

【００２３】そして、カソード９にカソードＲＦ電源１
０より電力を印加してターゲット７をスパッタリングす
ると共に、ＲＦ誘導コイル１２に誘導コイルＲＦ電源１
３より電力を印加してカソード９のマグネトロン放電を
支援し、安定に低圧力下においても放電するようにし
た。

【００２４】尚、図中、１４はカソード９のアースシー
ルド、１５はカソードＲＦ電源１０のマルチングボック
ス、１６は誘導コイルＲＦ電源１３のマルチングボック
ス、１７はガス導入系４のバルブを夫々示す。

【００２５】［作用］本発明は、膜の密度を大きくし、
膜の不連続の構造もなくするようにすることで、従来法
では達成出来なかった、良好な電気的特性（高い耐電圧
値、微小なリーク電流値）を容易に実現する。

【００２６】

【実施例】本発明の耐高圧・微小リーク電流絶縁膜の製
造方法の具体的実施例を比較例と共に説明する。

【００２７】実施例１ ターゲット７には大きさ直径50mm×厚さ5mmの焼結アル
ミナ（99.99％）を用いた。

【００２８】また、基板６には大きさ２″φ×厚さ0.43
mmのＳｉウエハーを用いた。

【００２９】また、スパッタリングガスにはアルゴン
（Ａｒ）ガスを用いた。

【００３０】また、ＲＦ誘導コイル１１には外径86mm、
内径76mmの銅（Ｃｕ）製の３巻きコイルを用いた。

【００３１】先ず、ターゲット７をカソード９上に載置
した。また、基板６を成膜室１内の所定位置に保持し
た。尚、シャッター１１は閉じた状態とした。

【００３２】次に、成膜室１内の圧力を真空排気系２に
より10^-4Pa(1×10^-6Torr)まで真空排気した後、成膜室
１内にガス導入系４よりアルゴン（Ａｒ）ガスを導入
し、成膜室１内のアルゴンガス雰囲気圧力を0.105Pa(8
×10^-4Torr)にした。

【００３３】続いて、シャッター１１を開いた状態で、
カソード９にＲＦ電力200Wを投入してターゲット７にス
パッタリングを行なう共に、ＲＦ誘導コイル１２にＲＦ
電力25Wを投入してＲＦ誘導コイル１２の誘導結合放電
の作用によりマグネトロン放電の支援をした。

【００３４】このようにして、基板６上に成膜速度1.5
×10^-3μｍ（15Å）／分で膜厚5×10^-2μｍ（500Å）の
酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）膜を成膜した。基板６上
に酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）膜の成膜後、シャッタ
ー１１を閉じた。

【００３５】そして、成膜された酸化アルミニウム（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）膜のＶ−Ｉ特性をＶ−Ｉ測定器（ヒューレット
パッカード社製ｐＡメーター）により調べた。その結果
「電圧（Ｖ）毎のリーク電流（Ａ／mm²）」を図２に曲
線Ａとして示した。

【００３６】比較例１ 従来のスパッタリング法と同様に、ＲＦ誘導コイル(11)
への電力の投入を行わずに、カソード９への投入電力を
200Wとした以外は、前記実施例１と同様の方法で基板６
上に膜厚5×10^-2μｍ（500Å）の酸化アルミニウム（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）膜を成膜した。

【００３７】そして、成膜された酸化アルミニウム（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）膜のＶ−Ｉ特性を前記実施例１と同様により調
べた。その結果「電圧（Ｖ）毎のリーク電流（Ａ／m
m²）」を図２に曲線Ｂとして示した。

【００３８】図２から明らかなように、本発明の実施例
１は比較例１に比べてリーク電流値は約１／３に減少し
ており、絶縁耐圧は約１．６倍になっていることが分か
る。

【００３９】従って、本発明の耐高圧・微小リーク電流
絶縁膜の製造方法によるときは、従来法のスパッタ法と
比較して絶縁耐圧が大きく、リーク電流が少ない特性で
あることが確認された。

【００４０】実施例２ ターゲット７には大きさ直径50mm×厚さ5mmの溶融石英
（99.99％）を用いた。

【００４１】また、基板６には大きさ２″φ×厚さ0.43
mmのＳｉウエハーを用いた。

【００４２】また、スパッタリングガスにはアルゴン
（Ａｒ）ガスを用いた。

【００４３】また、ＲＦ誘導コイル１１には外径86mm、
内径76mmの銅（Ｃｕ）製の３巻きコイルを用いた。

【００４４】先ず、ターゲット７をカソード９上に載置
した。また、基板６を成膜室１内の所定位置に保持し
た。尚、シャッター１１は閉じた状態とした。

【００４５】次に、成膜室１内の圧力を真空排気系２に
より10^-4Pa(1×10^-6Torr)まで真空排気した後、成膜室
１内にガス導入系４よりアルゴン（Ａｒ）ガスを導入
し、成膜室１内のアルゴンガス雰囲気圧力を0.105Pa(8
×10^-4Torr)にした。

【００４６】続いて、カソード９にＲＦ電力200Wを投入
してターゲット７にスパッタリングを行なう共に、ＲＦ
誘導コイル１２にＲＦ電力25Wを投入してＲＦ誘導コイ
ル１２の誘導結合放電の作用によりマグネトロン放電の
支援をした。約３〜５分程度シャッター１１が閉じた状
態でこの放電を続けることでターゲット表面のクリーニ
ングを行なった後、所定の時間シャッターを開くことで
成膜を行なった。

【００４７】このようにして、基板６上に成膜速度1.5
×10^-3μｍ（15Å）／分で膜厚5×10^-2μｍ（500Å）の
ＳｉＯ₂膜を成膜した。基板６上にＳｉＯ₂膜の成膜後、
シャッター１１を閉じた。

【００４８】そして、ＳｉＯ₂膜のＶ−Ｉ特性を前記実
施例１と同様の方法で調べた。その結果を図３に曲線Ｃ
として示した。

【００４９】比較例２ 従来のスパッタリング法と同様に、ＲＦ誘導コイル(11)
への電力の投入を行わずに、カソード９への投入電力を
200Wとした以外は、前記実施例２と同様の方法で基板６
上に膜厚5×10^-2μｍ（500Å）のＳｉＯ₂膜を成膜し
た。

【００５０】そして、ＳｉＯ₂膜のＶ−Ｉ特性を前記実
施例１と同様の方法で調べた。その結果を図３に曲線Ｄ
として示した。

【００５１】図３から明らかなように、本発明の実施例
２は、比較例２に比べてリーク電流値は約１／２に減少
しており、絶縁耐圧は約２倍程度になっていることが分
かる。

【００５２】

【発明の効果】本発明の耐高圧・微小リーク電流絶縁膜
の製造方法によるときは、スパッタリング法で絶縁膜を
製造する場合において、カソードでの放電圧力を従来の
放電圧力よりも低い状態で行なうようにしたので、高い
耐電圧値と微小なリーク電流値を有する優れた電気的特
性の耐高圧・微小リーク電流絶縁膜を容易に製造するこ
とが出来る効果がある。

【００５３】また、前記カソードでの放電をカソード近
傍に放電を支援するＲＦ誘導コイルを設けた機構を用い
て放電を行なうときは、カソードでの放電圧力を従来の
放電圧力より低い状態で安定して放電を行なうことが出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の耐高圧・微小リーク電流絶縁膜の製
造方法を実施するための装置の１例を示す截断面図、

【図２】 本発明の実施例および比較例における絶縁膜
の電圧とリーク電流との関係を示す特性線図、

【図３】 本発明の他の実施例および比較例における絶
縁膜の電圧とリーク電流との関係を示す特性線図。

【符号の説明】

１ 成膜室、 ２ 真空排気系、 ３
排気バルブ、４ ガス導入系、 ５ マスフロー
コントローラ、６ 基板、 ７ ターゲッ
ト、 ８ 磁石、９ カソード、 １０ カ
ソードＲＦ電源、１１ シャッター、 １２ ＲＦ
誘導コイル、１３ 誘導コイルＲＦ電源、
１４ アースシールド、１５、１６ マルチングボ
ックス、 １７ ガス導入系バルブ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタリング法で基板上に絶縁膜を製
   造する方法において、カソードでの放電圧力を従来の放
   電圧力より低い状態で行なうことを特徴とする耐高圧・
   微小リーク電流絶縁膜の製造方法。
2. 【請求項２】 前記カソードでの放電をカソード近傍に
   放電を支援するＲＦ誘導コイルを設けた機構を用いて放
   電を行なうことを特徴とする請求項第１項に記載の耐高
   圧・微小リーク電流絶縁膜を製造方法。