JP2001200362A - Film deposition method and film deposition system - Google Patents
Film deposition method and film deposition systemInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、成膜方法及び成膜
装置に係り、特に、ターゲット材料として金属あるいは
合金を使用し、基板上に酸化膜あるいは窒化膜の薄膜を
反応性スパッタにより形成するに好適な成膜方法及び成
膜装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus, and more particularly, to forming a thin film of an oxide film or a nitride film on a substrate by using a metal or an alloy as a target material by reactive sputtering. The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus suitable for the present invention.
【０００２】[0002]
【従来の技術】真空を利用して薄膜形成する成膜装置と
しては、例えば、蒸着装置，スパッタリング装置，ＣＶ
Ｄ装置，イオンプレーティング装置などが実用化されて
いる。スパッタリング装置は、有機物を除いてきわめて
多くの種類の膜を成膜できる，基板温度に対する制限が
小さい，などの特長があり、成膜装置として多く使用さ
れている。2. Description of the Related Art As a film forming apparatus for forming a thin film using a vacuum, for example, a vapor deposition apparatus, a sputtering apparatus, a CV
D devices and ion plating devices have been put to practical use. A sputtering apparatus has features such as being capable of forming an extremely large number of kinds of films except for organic substances and having a small restriction on a substrate temperature, and is widely used as a film forming apparatus.
【０００３】スパッタリング装置において、金属などの
導電性の薄膜を形成する場合は、薄膜と同一の材質のタ
ーゲットを用い、直流放電によるスパッタリングで成膜
を行うことができる。しかし、酸化アルミニウムや窒化
アルミニウムなど、電気的に絶縁物である化合物薄膜を
成膜する場合、薄膜と同じ成分である絶縁物のターゲッ
トを用いて直流放電させることは不可能である。そのた
め、絶縁性の薄膜を形成する場合、従来は、次のような
方法を用いてスパッタリング成膜が行われてきた。When a conductive thin film such as a metal is formed in a sputtering apparatus, the film can be formed by sputtering using a direct current discharge using a target of the same material as the thin film. However, when a thin film of a compound such as aluminum oxide or aluminum nitride, which is an electrically insulating material, is formed, it is impossible to perform DC discharge using an insulating target having the same component as the thin film. Therefore, when forming an insulating thin film, sputtering film formation has been conventionally performed using the following method.
【０００４】その一つは、絶縁物のターゲットを使用
し、高周波放電を利用する方法である。この方法は、例
えば、「Ｂｒｉａｎ Ｎ．Ｃｈａｐｍａｎ著、岡本幸雄
訳、「プラズマプロセシングの基礎」（1985年11月19日
発行）電気書院」に記載されているように、絶縁物ター
ゲットの背面の電極に高周波電圧を印加するものであ
る。ここで、例えば、アルミナなどの無機化合物は、一
般に融点が高く、ターゲットとして焼結材料を用いるこ
とが多いものである。焼結材料は、製造プロセス上、不
純物が混入しやすく、純度は最高でも９９．９％程度
と、金属材料と比較すると高純度のものを得ることが困
難である。そのため、薄膜においても高純度のものは得
にくく、膜の性質を十分に引き出すことは困難であると
いう問題があった。[0004] One of the methods is to use a high frequency discharge using an insulating target. For example, as described in “Basic of Plasma Processing” by Brian N. Chapman, translated by Yukio Okamoto, published by Denki Shoin, published on November 19, 1985, the electrode on the back surface of the insulator target is used. A high-frequency voltage is applied to the power supply. Here, for example, an inorganic compound such as alumina generally has a high melting point and often uses a sintered material as a target. Due to the manufacturing process, impurities are likely to be mixed in the sintered material, and the purity is as high as about 99.9%, which makes it difficult to obtain a high-purity material as compared with a metal material. Therefore, there is a problem that it is difficult to obtain a high-purity thin film, and it is difficult to sufficiently bring out the properties of the thin film.
【０００５】そこで、高純度の化合物薄膜を得るための
方法として、マグネトロンスパッタ装置を使用し、薄膜
の成分の一部である金属など、導電性の物質をターゲッ
トとし、真空容器内に酸素や窒素などのガスを導入して
スパッタ成膜を行う、反応性スパッタリング法が用いら
れている。反応性スパッタリング法は、例えば、「金原
粲著、「スパッタリング現象」（1987年2月25日発行）
東京大学出版会、ｐ．１２０〜」に記載されている。反
応性スパッタリング法においては、主としてターゲット
表面においてターゲット材料とガスとが反応する場合
と、薄膜表面において薄膜とガスとが反応する場合との
２種類の反応により化合物の薄膜が形成される。反応性
スパッタリング法で使用する金属ターゲットは９９．９
％以上の高純度のものが作成でき、また、酸素ガスや窒
素ガスも９９．９９９％以上の純度のものが容易に得ら
れる。したがって、この方法では、高純度の酸化物薄膜
あるいは窒化物薄膜を容易に得ることができる。[0005] Therefore, as a method for obtaining a high-purity compound thin film, a magnetron sputtering apparatus is used to target a conductive substance such as a metal which is a part of the thin film component, and to place oxygen or nitrogen in a vacuum vessel. For example, a reactive sputtering method is used in which a sputter film is formed by introducing a gas such as the above. The reactive sputtering method is described in, for example, “Kanbara Kan,“ Sputtering Phenomenon ”(Published February 25, 1987)
University of Tokyo Press, p. 120- ". In the reactive sputtering method, a thin film of a compound is formed by two kinds of reactions, namely, a case where a gas reacts with a target material on a surface of a target and a case where a gas reacts with a gas on the surface of a thin film. The metal target used in the reactive sputtering method is 99.9.
% Or more, and oxygen gas and nitrogen gas having a purity of 99.999% or more can be easily obtained. Therefore, according to this method, a high-purity oxide thin film or nitride thin film can be easily obtained.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、反応性
スパッタリング法においても、次のような問題があっ
た。それは、成膜の際にスパッタ粒子が連続的に堆積し
てしまうと、化合物の安定な構成元素の比である化学量
論的組成がずれた薄膜が形成されやすいという問題であ
る。たとえば、放電ガス中の反応性ガスの分圧が低い場
合は、化合物は反応性ガスの成分が不足した膜となる。
これは、ターゲット表面における化合物の生成が不十分
で、また膜表面における反応が十分行われないために生
ずる。一方、反応性ガスの導入圧力を十分に大きくした
場合には、化合物は化学量論的組成の比率にとどまるわ
けではなく、反応性ガスが過剰な膜となる。その理由は
以下のとおりである。スパッタリングの際に反応性ガス
は一旦プラズマ中でイオン化されターゲットに衝突、ほ
とんどがターゲット内に侵入する。このターゲット内に
残留したガス原子は、新たに飛来したイオンがターゲッ
トをスパッタする際に運動エネルギーを伴なって放出さ
れ、膜に打ち込まれる。そのため、反応性ガス原子が過
剰な膜が形成される。ターゲット表面における化学反応
および膜表面の化学反応だけであれば、膜中の反応性ガ
ス原子の組成は化学量論的組成以上にはなりにくいが、
スパッタリング成膜では前述のようにターゲット内に侵
入したガス原子が膜に打ち込まれるために、ガス原子が
過剰となった、化学量論的組成のずれた膜も生じる。さ
らに、膜の堆積を連続して行うと、新たな層が次々と重
なるため、膜は化学量論的組成からずれたままとなる。
そのため、化学量論的組成にずれがない膜を成膜するに
は、反応性ガスの導入分圧をきわめて精密にコントロー
ルしなければならず、これは極めて困難なことである。However, the reactive sputtering method has the following problems. The problem is that if sputtered particles are continuously deposited during film formation, a thin film having a stoichiometric composition that is a stable ratio of the constituent elements of the compound is likely to be formed. For example, when the partial pressure of the reactive gas in the discharge gas is low, the compound becomes a film in which the components of the reactive gas are insufficient.
This is caused by insufficient generation of the compound on the target surface and insufficient reaction on the film surface. On the other hand, when the introduction pressure of the reactive gas is sufficiently increased, the compound does not remain at the stoichiometric composition ratio, but the reactive gas becomes an excessive film. The reason is as follows. At the time of sputtering, the reactive gas is once ionized in the plasma, collides with the target, and mostly enters the target. The gas atoms remaining in the target are released with kinetic energy when newly flying ions sputter the target, and are implanted into the film. Therefore, a film in which the reactive gas atoms are excessive is formed. If only the chemical reaction on the target surface and the chemical reaction on the film surface, the composition of the reactive gas atoms in the film is unlikely to exceed the stoichiometric composition,
In the sputtering film formation, as described above, since gas atoms penetrating into the target are driven into the film, a film having an excess of gas atoms and having a stoichiometric composition shift occurs. In addition, continuous deposition of the film leaves the film out of stoichiometric composition as new layers are successively overlaid.
Therefore, in order to form a film having no deviation in the stoichiometric composition, the partial pressure of the reactive gas to be introduced must be controlled very precisely, which is extremely difficult.
【０００７】化学量論的組成にずれがある膜は、一般に
膜中の欠陥が多く、たとえば絶縁膜では絶縁破壊電界が
低下する、リーク電流がばらつくなど、膜の特性が悪化
する。従来の反応性スパッタリング法では、化学量論的
組成にずれがある膜が形成されやすく、膜の特性が悪化
するという問題があった。[0007] A film having a deviation in stoichiometric composition generally has many defects in the film. For example, in the case of an insulating film, the characteristics of the film deteriorate, such as a decrease in the breakdown electric field and variation in leak current. The conventional reactive sputtering method has a problem that a film having a deviation in stoichiometric composition is easily formed, and the characteristics of the film are deteriorated.
【０００８】本発明の目的は、高品質な酸化膜あるいは
窒化膜を形成することができる成膜方法及び成膜装置を
提供することにある。An object of the present invention is to provide a film forming method and a film forming apparatus capable of forming a high quality oxide film or nitride film.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、真空容器内にてターゲット物質と
酸素あるいは窒素とを反応させ、基板上に薄膜を堆積さ
せて酸化膜あるいは窒化膜を成膜する成膜方法におい
て、上記基板上に薄膜を堆積させる成膜期間と、薄膜を
堆積させない非成膜期間を交互に繰り返すとともに、上
記成膜期間は、１回辺りの成膜期間中に形成される膜厚
が、自然酸化膜あるいは自然窒化膜の膜厚以下となる時
間であり、上記非成膜期間は、上記成膜期間中に形成さ
れた薄膜が、化学量論的組成になるまでに要する時間と
したものである。かかる方法により、成膜期間中に形成
された金属薄膜を、非成膜期間中に自然酸化あるいは自
然窒化して、酸化膜あるいは窒化膜を形成するようにし
ているので、高品質な酸化膜あるいは窒化膜を形成し得
るものとなる。(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a method of reacting a target material with oxygen or nitrogen in a vacuum vessel, depositing a thin film on a substrate, and forming an oxide film on the substrate. Alternatively, in a film forming method for forming a nitride film, a film forming period in which a thin film is deposited on the substrate and a non-film forming period in which no thin film is deposited are alternately repeated, and the film forming period is formed once. This is a time during which the film thickness formed during the film period is equal to or less than the film thickness of the natural oxide film or the natural nitride film. In the non-film formation period, the thin film formed during the film formation period is stoichiometric. It is the time required until the target composition is obtained. By such a method, a metal thin film formed during a film formation period is naturally oxidized or nitrided during a non-film formation period to form an oxide film or a nitride film. A nitride film can be formed.
【００１０】（２）また、上記目的を達成するために、
本発明は、内部に基板が配置される真空容器と、所要の
薄膜を構成する元素の一部の元素からなる材質のターゲ
ットと、このターゲットの表面上に所望のマグネトロン
磁場を形成するマグネット部と、上記真空容器内にガス
を導入する機構を有し、上記真空容器内にてターゲット
物質と酸素あるいは窒素とを反応させ、基板上に薄膜を
堆積させて酸化膜あるいは窒化膜を成膜する成膜装置に
おいて、上記基板上に薄膜を堆積させる成膜期間と、薄
膜を堆積させない非成膜期間を交互に繰り返す成膜・非
成膜手段を備え、この成膜・非成膜手段は、上記成膜期
間として、１回辺りの成膜期間中に形成される膜厚が、
自然酸化膜あるいは自然窒化膜の膜厚以下となる時間と
し、上記非成膜期間は、上記成膜期間中に形成された薄
膜が、化学量論的組成になるまでに要する時間としたも
のである。かかる構成により、成膜期間中に形成された
金属薄膜を、非成膜期間中に自然酸化あるいは自然窒化
して、酸化膜あるいは窒化膜を形成するようにしている
ので、高品質な酸化膜あるいは窒化膜を形成し得るもの
となる。(2) To achieve the above object,
The present invention is directed to a vacuum vessel in which a substrate is disposed, a target made of a material composed of some of the elements constituting the required thin film, and a magnet unit for forming a desired magnetron magnetic field on the surface of the target. A mechanism for introducing a gas into the vacuum vessel, reacting a target material with oxygen or nitrogen in the vacuum vessel, depositing a thin film on a substrate, and forming an oxide film or a nitride film. The film apparatus includes a film forming / non-film forming unit that alternately repeats a film forming period for depositing a thin film on the substrate and a non-film forming period for not depositing the thin film. As a film formation period, a film thickness formed during one film formation period is:
The non-film-forming period is a time required for the thin film formed during the film-forming period to reach a stoichiometric composition. is there. With this configuration, the metal thin film formed during the film formation period is naturally oxidized or nitrided during the non-film formation period to form an oxide film or a nitride film. A nitride film can be formed.
【００１１】（３）上記（２）において、好ましくは、
上記成膜・非成膜手段は、上記マグネット部を、上記基
板上で往復移動させる手段としたものである。かかる構
成により、膜の均一性を向上し得るものとなる。(3) In the above (2), preferably,
The film forming / non-film forming means is means for reciprocating the magnet section on the substrate. With this configuration, the uniformity of the film can be improved.
【００１２】（４）上記（２）において、好ましくは、
上記成膜・非成膜手段は、上記ターゲットに供給する放
電電流をオンオフする手段としたものである。(4) In the above (2), preferably,
The film forming / non-film forming means is means for turning on / off a discharge current supplied to the target.
【００１３】（５）上記（４）において、好ましくは、
上記マグネット部は、上記基板上で回転するとともに、
上記成膜・非成膜手段は、上記マグネット部の回転に同
期して、上記ターゲットに供給する放電電流をオンオフ
する手段としたものである。かかる構成により、膜の均
一性を向上し得るものとなる。(5) In the above (4), preferably,
The magnet unit rotates on the substrate,
The film forming / non-film forming means is means for turning on / off a discharge current supplied to the target in synchronization with rotation of the magnet unit. With this configuration, the uniformity of the film can be improved.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を用いて、本発
明の一実施形態による成膜方法及び成膜装置について説
明する。最初に、図１及び図２を用いて、本実施形態に
よる成膜装置の全体構成について説明する。ここでは、
成膜装置として、アルミナ（酸化アルミニウム）薄膜形
成用のマグネトロンスパッタ装置を用いて説明する。図
１は、本実施形態による成膜装置の全体構成を示す構成
図であり、図２は、図１の要部の平面図を示している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a film forming method and a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the overall configuration of the film forming apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. here,
A description will be given using a magnetron sputtering apparatus for forming an alumina (aluminum oxide) thin film as a film forming apparatus. FIG. 1 is a configuration diagram showing the entire configuration of the film forming apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is a plan view of a main part of FIG.
【００１５】図１に示すように、真空容器２０内には、
トレー１２上に、３枚の基板１３，１４，１５が載置さ
れている。基板１３，１４，１５の上側には、アルミニ
ウム製のターゲット１０が配置されている。ターゲット
１０は、バッキングプレート１１に接着されている。タ
ーゲット１０は、バッキングプレート１１を冷却するこ
とによって冷却されている。また、バッキングプレート
１１は、真空隔壁の役割も果たしている。As shown in FIG. 1, a vacuum vessel 20 contains
On the tray 12, three substrates 13, 14, 15 are placed. An aluminum target 10 is arranged above the substrates 13, 14 and 15. The target 10 is adhered to a backing plate 11. The target 10 is cooled by cooling the backing plate 11. Further, the backing plate 11 also serves as a vacuum partition.
【００１６】バッキングプレート１１のさらに上側の大
気圧の場所には、マグネット１６が配置されている。マ
グネット１６は、図２に示すように、矩形状のＮ極１６
Ｎと、Ｎ極１６Ｎの中央に配置されたＳ極１６Ｓとを備
えており、ターゲット１０の下面にトンネル状の、いわ
ゆるマグネトロン磁場を形成する。マグネット１６は、
モータ１７により駆動され、ターゲット１０の背面側
で、基板１３，１４，１５の上方を、矢印Ｘ方向に往復
運動する。基板１３，１４，１５は、例えば、図２に示
すように、円形状のウエハーである。A magnet 16 is disposed at a location above the backing plate 11 at atmospheric pressure. As shown in FIG. 2, the magnet 16 has a rectangular N pole 16.
The target 10 has an N pole and an S pole 16S arranged at the center of the N pole 16N, and forms a tunnel-like, so-called magnetron magnetic field on the lower surface of the target 10. The magnet 16
It is driven by a motor 17 and reciprocates in the direction of arrow X above the substrates 13, 14 and 15 on the back side of the target 10. The substrates 13, 14, and 15 are, for example, circular wafers as shown in FIG.
【００１７】真空容器２０内は、排気弁２６を介して、
ターボ分子ポンプ２５により排気されている。成膜時に
は、アルゴンガスボンベ２２から、マスフローコントロ
ーラ２４を介して、一定の量のアルゴンガスが真空容器
２０内に導入される。また、酸素ガスボンベ２１からも
同様に、マスフローコントローラ２３を介して、一定の
量の酸素ガスが真空容器２０内に導入される。ターボ分
子ポンプ２５の排気能力と、アルゴンおよび酸素ガスの
供給量とのバランスにより、真空容器２０内の圧力が決
まり、通常は０．１〜１Ｐａ程度の圧力に保持する。The inside of the vacuum vessel 20 is provided through an exhaust valve 26,
The gas is exhausted by the turbo molecular pump 25. At the time of film formation, a certain amount of argon gas is introduced into the vacuum chamber 20 from the argon gas cylinder 22 via the mass flow controller 24. Similarly, a fixed amount of oxygen gas is introduced into the vacuum vessel 20 from the oxygen gas cylinder 21 via the mass flow controller 23. The pressure in the vacuum vessel 20 is determined by the balance between the exhaust capacity of the turbo molecular pump 25 and the supply amounts of argon and oxygen gas, and is usually maintained at a pressure of about 0.1 to 1 Pa.
【００１８】この圧力に保持した状態で、電源２８によ
りターゲット１０側の電位をマイナスとし、真空容器２
０側をプラスとすると、高密度プラズマ領域２７が発生
する。高密度プラズマ領域２７には、正極性のイオンが
多数存在し、負電位のターゲット１０に向かって加速さ
れる。加速されたイオンがターゲット１０に入射する
と、スパッタリングによりターゲット１０の原子が飛び
出し、基板１３に堆積する。While maintaining this pressure, the potential on the target 10 side is made negative by the power source 28, and the vacuum vessel 2
If the 0 side is positive, a high density plasma region 27 is generated. Many ions of the positive polarity exist in the high-density plasma region 27 and are accelerated toward the target 10 having a negative potential. When the accelerated ions enter the target 10, atoms of the target 10 fly out by sputtering and deposit on the substrate 13.
【００１９】真空容器２０内には、アルゴンガスと酸素
ガスとが導入されるため、高密度プラズマ領域２７内に
は、アルゴンイオンおよび酸素イオンが生じ、共にター
ゲット１０に向かって加速される。加速されたイオンは
ほとんどがターゲット１０内に侵入して残留し、運動エ
ネルギーをターゲット１０に伝達する。エネルギーを得
たターゲット１０の表面の原子がスパッタ粒子となり、
ターゲット１０から飛び出す。また、ターゲット１０の
表面は、酸素イオンが侵入するために酸化される。ター
ゲット１０は、酸化されつつもスパッタされ、基板１３
上にはアルミナ膜が形成される。Since argon gas and oxygen gas are introduced into the vacuum vessel 20, argon ions and oxygen ions are generated in the high-density plasma region 27, and both are accelerated toward the target 10. Most of the accelerated ions penetrate into the target 10 and remain, and transfer kinetic energy to the target 10. The atoms on the surface of the target 10 that have gained energy become sputtered particles,
Jump out of target 10. In addition, the surface of the target 10 is oxidized because oxygen ions penetrate. The target 10 is sputtered while being oxidized.
An alumina film is formed thereon.
【００２０】マグネット１６をモータ１７によって移動
することにより、高密度プラズマ領域２７も順次位置を
変えるため、基板１３，１４，１５に対して順次成膜が
行われる。ただし、基板１３から見ると、マグネット１
６が基板１３の上に来たときが最もスパッタ粒子の堆積
量が多くなり、マグネット１６が基板１３から離れた位
置では成膜が行われない。そのため、基板１３では、成
膜が行われる期間（成膜期間）と成膜が行われない期間
（非成膜期間）とが交互に生じる。By moving the magnet 16 by the motor 17, the position of the high-density plasma region 27 is also changed sequentially, so that films are sequentially formed on the substrates 13, 14, and 15. However, when viewed from the substrate 13, the magnet 1
When the substrate 6 comes on the substrate 13, the deposition amount of the sputtered particles is the largest, and no film is formed at a position where the magnet 16 is far from the substrate 13. Therefore, in the substrate 13, a period in which a film is formed (a film formation period) and a period in which a film is not formed (a non-film formation period) occur alternately.
【００２１】次に、図３及び図４を用いて、本実施形態
による成膜方法について説明する。図３は、本発明の一
実施形態による成膜方法における成膜速度の説明図であ
り、図４は、本発明の一実施形態による成膜方法におけ
る成膜量の説明図である。Next, the film forming method according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. FIG. 3 is an explanatory diagram of a film forming speed in the film forming method according to one embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an explanatory diagram of a film forming amount in the film forming method according to one embodiment of the present invention.
【００２２】図３において、横軸は時間（ｓ）を示して
おり、縦軸は成膜速度を示している。図１において説明
したように、基板１３，１４，１５の上を、マグネット
１６が往復移動することにより、基板１３，１４，１５
では、それぞれ、成膜期間と非成膜期間が交互に生じ
る。In FIG. 3, the horizontal axis indicates time (s), and the vertical axis indicates the film forming speed. As described with reference to FIG. 1, the magnets 16 reciprocate over the substrates 13, 14, and 15, thereby causing
In this case, a film forming period and a non-film forming period occur alternately.
【００２３】図３は、例えば、基板１３の成膜期間と非
成膜期間の様子を示している。図３において、時刻ｔ０
〜ｔ１の間，時刻ｔ２〜ｔ３の間，時刻ｔ４〜ｔ５の
間，時刻ｔ６〜ｔ７の間，時刻ｔ８〜ｔ９の間は、成膜
速度が零でない期間であり、この期間が成膜期間Ｔ１で
ある。一方、時刻ｔ１〜ｔ２の間，時刻ｔ３〜ｔ４の
間，時刻ｔ５〜ｔ６の間，時刻ｔ７〜ｔ８の間は、成膜
速度が零の期間であり、この期間が非成膜期間Ｔ２であ
る。なお、時間Ｔ３は、繰り返し周期である。また、基
板１３は、端部に位置しているため、時刻ｔ２〜ｔ３の
間，時刻ｔ４〜ｔ５の間，時刻ｔ６〜ｔ７の間，時刻ｔ
８〜ｔ９の間では、マグネット１６が基板１３の上を通
過した後、折り返してくるのに対して、時刻ｔ０〜ｔ１
の間は、マグネット１６が一方向に移動するのみである
ため、これらの時間の半分である。FIG. 3 shows, for example, the state of a film formation period and a non-film formation period of the substrate 13. In FIG. 3, at time t0
The time from t1 to t1, the time from t2 to t3, the time from t4 to t5, the time from t6 to t7, and the time from t8 to t9 are periods in which the film forming speed is not zero, and this period is the film forming period. T1. On the other hand, the film forming rate is zero during the period from time t1 to t2, between time t3 and t4, between time t5 and t6, and between time t7 and t8, and this period is the non-film forming period T2. is there. The time T3 is a repetition period. Further, since the substrate 13 is located at the end, between the time t2 and t3, between the time t4 and t5, between the time t6 and t7, and at the time t
During the period from 8 to t9, the magnet 16 passes over the substrate 13 and then turns back, whereas the magnet 16 returns from time t0 to t1.
Is half of these times because the magnet 16 only moves in one direction.
【００２４】また、図４は、図３に示すように、成膜期
間と非成膜期間が繰り返し生じた場合における成膜量の
推移を示している。図示するように、時刻ｔ０〜ｔ１の
間，時刻ｔ２〜ｔ３の間，時刻ｔ４〜ｔ５の間，時刻ｔ
６〜ｔ７の間，時刻ｔ８〜ｔ９の間の成膜期間におい
て、それぞれ、成膜量は、成膜量ｓ０〜ｓ１に，成膜量
ｓ１〜ｓ２に，成膜量ｓ２〜ｓ３に，成膜量ｓ３〜ｓ４
に，成膜量ｓ４〜ｓ５に増加する。ここで、成膜期間Ｔ
１における成膜量は、Δｓとなる。FIG. 4 shows the transition of the film formation amount when the film formation period and the non-film formation period occur repeatedly as shown in FIG. As shown in the figure, between times t0 and t1, between times t2 and t3, between times t4 and t5, and at time t
During the film formation period between 6 and t7 and between the times t8 and t9, the film formation amounts are respectively formed as the film formation amounts s0 to s1, the film formation amounts s1 and s2, and the film formation amounts s2 and s3. Film amount s3 to s4
Then, the film formation amount increases to s4 to s5. Here, the film formation period T
The film formation amount at 1 is Δs.
【００２５】ここで、本実施形態においては、成膜期間
Ｔ１及び非成膜期間Ｔ２を次のようにしている。最初
に、成膜期間Ｔ１について説明する。本実施形態におい
て、成膜期間Ｔ１は、この成膜期間Ｔ１に成膜される膜
厚が、自然酸化膜の膜厚以下となるようにしている。自
然酸化膜の膜厚とは、例えば、「大谷南海男著、「金属
表面工学」（1993年1月25日発行）日刊工業新聞社、
ｐ．１２０」に記載されているように、極めて短時間に
金属表面に生じる酸化膜のことを指すものである。その
厚みは、材料によって異なるが、１．５ｎｍ〜１０ｎｍ
である。また、窒化膜を形成する場合には、自然窒化膜
の膜厚とは、極めて短時間に金属表面に生じる窒化膜の
ことを指すものである。その厚みは、０．５ｎｍ〜１０
ｎｍである。Here, in the present embodiment, the film forming period T1 and the non-film forming period T2 are set as follows. First, the film forming period T1 will be described. In the present embodiment, in the film forming period T1, the film thickness formed in the film forming period T1 is set to be equal to or less than the film thickness of the natural oxide film. The thickness of the natural oxide film is described in, for example, “Nanio Otani,“ Metal Surface Engineering ”(issued January 25, 1993), Nikkan Kogyo Shimbun,
p. 120 ", an oxide film formed on a metal surface in a very short time. The thickness varies depending on the material, but 1.5 nm to 10 nm.
It is. In the case of forming a nitride film, the thickness of the natural nitride film indicates a nitride film formed on the metal surface in a very short time. The thickness is 0.5 nm to 10
nm.
【００２６】また、非成膜期間Ｔ２は、成膜期間Ｔ１に
成膜されたのと同等の膜厚の金属薄膜が自然酸化あるい
は自然窒化するのに要する時間，即ち、化学量論的組成
になるまで要する時間である。The non-film formation period T2 is a time required for a metal thin film having the same thickness as that formed during the film formation period T1 to undergo natural oxidation or natural nitridation, that is, the stoichiometric composition. It is the time required until it becomes.
【００２７】次に、成膜期間Ｔ１及び非成膜期間Ｔ２に
ついて具体的に説明する。図１に示した本実施形態によ
るマグネトロンスパッタ装置を用いて、アルゴンガスを
５０ＳＣＣＭ、酸素ガスを５０ＳＣＣＭ、真空容器内の
圧力を０．５Ｐａ、プラズマ発生用の直流パワーを３ｋ
Ｗ印加し、マグネットの往復周期（図３の周期Ｔ３）を
１４秒として実験を行った。周期Ｔ３が１４秒の場合、
成膜期間Ｔ１は４秒、非成膜期間Ｔ２は１０秒である。
このようにして、実験を行ったところ、３枚の６インチ
基板（基板１３，１４，１５）にて、毎分５．１ｎｍの
アルミナ成膜速度が得られた。成膜期間Ｔ１における成
膜量Δｓは、１．２ｎｍであった。この成膜量は、基板
１３における場合であり、基板１５においても、同様で
ある。基板１４は、基板１３と基板１５の間に配置され
ているため、成膜期間も基板１３，１５の半分となるた
め、成膜量も、０．６ｎｍとなる。アルミニウムの表面
に生ずる自然酸化膜の厚みは１．５ｎｍ程度なので、繰
り返しの１回で成膜される膜厚は１．５ｎｍ以下となっ
ている。Next, the film forming period T1 and the non-film forming period T2 will be specifically described. Using the magnetron sputtering apparatus according to the present embodiment shown in FIG. 1, the argon gas is 50 SCCM, the oxygen gas is 50 SCCM, the pressure in the vacuum vessel is 0.5 Pa, and the DC power for plasma generation is 3 k.
An experiment was performed by applying W and setting the reciprocating cycle of the magnet (cycle T3 in FIG. 3) to 14 seconds. When the cycle T3 is 14 seconds,
The film formation period T1 is 4 seconds, and the non-film formation period T2 is 10 seconds.
As a result of the experiment, an alumina film formation rate of 5.1 nm per minute was obtained on three 6-inch substrates (substrates 13, 14, and 15). The film formation amount Δs during the film formation period T1 was 1.2 nm. This film formation amount is for the substrate 13, and is the same for the substrate 15. Since the substrate 14 is disposed between the substrate 13 and the substrate 15, the film formation period is half that of the substrates 13 and 15, and the film formation amount is 0.6 nm. Since the thickness of the natural oxide film formed on the aluminum surface is about 1.5 nm, the film thickness formed by one repetition is 1.5 nm or less.
【００２８】ここで、成膜したアルミナ膜の評価は、膜
が耐えうる絶縁破壊電界により行っている。絶縁破壊電
界が大きいほど良質の絶縁膜である。本実施形態の方法
で成膜したアルミナ膜では、絶縁破壊電界は８〜９ＭＶ
／ｃｍであった。一方、従来の連続的に成膜を行う方式
で成膜したアルミナ膜では、絶縁破壊電界は１〜３ＭＶ
／ｃｍであった。Here, the evaluation of the formed alumina film is performed based on a dielectric breakdown electric field which the film can withstand. The higher the dielectric breakdown electric field, the higher the quality of the insulating film. In the alumina film formed by the method of the present embodiment, the dielectric breakdown electric field is 8 to 9 MV.
/ Cm. On the other hand, in the case of a conventional alumina film formed by a continuous film formation method, the dielectric breakdown electric field is 1 to 3 MV.
/ Cm.
【００２９】次に、図５を用いて、本実施形態による成
膜方法における非成膜期間と絶縁破壊電界の関係につい
て説明する。図５は、本発明の一実施形態による成膜方
法における非成膜期間と絶縁破壊電界の関係の説明図で
ある。図５において、横軸は非成膜時間Ｔ２（ｓ）を示
しており、縦軸は絶縁破壊電界を示している。上述した
ように、従来の方式では、連続的に成膜を行っており、
非成膜期間Ｔ２は、０ｓであり、このときの絶縁破壊電
界は１〜３ＭＶ／ｃｍである。一方、成膜期間Ｔ１が４
秒に対して、非成膜期間Ｔ２を１０秒としたところ、絶
縁破壊電界は８〜９ＭＶ／ｃｍであった。Next, the relationship between the non-film formation period and the dielectric breakdown electric field in the film formation method according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram of the relationship between the non-film formation period and the dielectric breakdown electric field in the film formation method according to one embodiment of the present invention. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the non-film formation time T2 (s), and the vertical axis indicates the dielectric breakdown electric field. As described above, in the conventional method, the film is continuously formed.
The non-film formation period T2 is 0 s, and the dielectric breakdown electric field at this time is 1 to 3 MV / cm. On the other hand, when the film formation period T1 is 4
When the non-film formation period T2 was set to 10 seconds with respect to seconds, the dielectric breakdown electric field was 8 to 9 MV / cm.
【００３０】成膜期間Ｔ１を４秒に固定したまま、非成
膜期間Ｔ２を変えて、絶縁破壊電界を調べたところ、図
示するように、非成膜期間Ｔ２が２ｓあると、従来方式
の約２倍の絶縁破壊電界（５ＭＶ／ｃｍ）となることが
判明した。また、非成膜期間Ｔ２を１０ｓ以上にして
も、絶縁破壊電界はそれ以上は増加しないことも判明し
た。When the non-film formation period T2 was changed and the dielectric breakdown electric field was examined while the film formation period T1 was fixed at 4 seconds, as shown in FIG. It was found that the breakdown electric field (5 MV / cm) was about twice as high. It has also been found that, even when the non-film formation period T2 is set to 10 s or longer, the dielectric breakdown electric field does not increase any more.
【００３１】次に、窒化膜の形成方法について説明す
る。使用する装置は、図１に示したものと同様である。
但し、酸素ガスボンベ２１に代えて、窒素ガスボンベか
ら真空容器２０内に窒素ガスを導入するようにしてい
る。Next, a method for forming a nitride film will be described. The device used is the same as that shown in FIG.
However, nitrogen gas is introduced into the vacuum vessel 20 from a nitrogen gas cylinder instead of the oxygen gas cylinder 21.
【００３２】図１に示した本実施形態によるマグネトロ
ンスパッタ装置を用いて、アルゴンガスを３０ＳＣＣ
Ｍ、窒素ガスを７０ＳＣＣＭ、真空容器内の圧力を０．
５Ｐａ、プラズマ発生用の直流パワーを１ｋＷ印加し、
マグネットの往復周期（図３の周期Ｔ３）を１４秒とし
て実験を行った。周期Ｔ３が１４秒の場合、成膜期間Ｔ
１は４秒、非成膜期間Ｔ２は１０秒である。このように
して、実験を行ったところ、３枚の６インチ基板（基板
１３，１４，１５）にて、毎分１．７ｎｍの窒化アルミ
ニウムの成膜速度が得られた。Using the magnetron sputtering apparatus according to the present embodiment shown in FIG.
M, nitrogen gas at 70 SCCM, and pressure in the vacuum vessel at 0.
5 Pa, DC power of 1 kW for plasma generation is applied,
The experiment was performed with a magnet reciprocating cycle (cycle T3 in FIG. 3) of 14 seconds. When the cycle T3 is 14 seconds, the film forming period T
1 is 4 seconds, and the non-film formation period T2 is 10 seconds. As a result of the experiment, a film formation rate of 1.7 nm per minute was obtained on three 6-inch substrates (substrates 13, 14, and 15).
【００３３】成膜期間Ｔ１における成膜量Δｓは、０．
４ｎｍであった。この成膜量は、基板１３における場合
であり、基板１５においても、同様である。基板１４
は、基板１３と基板１５の間に配置されているため、成
膜期間も基板１３，１５の半分となるため、成膜量も、
０．２ｎｍとなる。アルミニウムの表面に生ずる自然窒
化膜の厚みは０．５ｎｍ程度なので、繰り返しの１回で
成膜される膜厚は０．５ｎｍ以下となっている。The film formation amount Δs during the film formation period T1 is set at 0.
4 nm. This film formation amount is for the substrate 13, and is the same for the substrate 15. Substrate 14
Is disposed between the substrate 13 and the substrate 15, the film formation period is half that of the substrates 13 and 15, and the film formation amount is
0.2 nm. Since the thickness of the natural nitride film formed on the aluminum surface is about 0.5 nm, the film thickness formed by one repetition is 0.5 nm or less.
【００３４】ここで、成膜した窒化アルミニウム膜の評
価は、膜が耐えうる絶縁破壊電界により行っている。絶
縁破壊電界が大きいほど良質の絶縁膜である。本実施形
態の方法で成膜した窒化アルミニウムでは、絶縁破壊電
界は８〜９ＭＶ／ｃｍであった。一方、従来の連続的に
成膜を行う方式で成膜した窒化アルミニウム膜では、絶
縁破壊電界は１〜３ＭＶ／ｃｍであった。Here, the evaluation of the formed aluminum nitride film is performed based on a dielectric breakdown electric field which the film can withstand. The higher the dielectric breakdown electric field, the higher the quality of the insulating film. The dielectric breakdown electric field of the aluminum nitride film formed by the method of the present embodiment was 8 to 9 MV / cm. On the other hand, in the case of a conventional aluminum nitride film formed by a continuous film formation method, the breakdown electric field was 1 to 3 MV / cm.
【００３５】非成膜期間と絶縁破壊電界の関係について
調べたところ、図５に示したアルミナの場合と同様の結
果が得られた。When the relationship between the non-film-forming period and the dielectric breakdown electric field was examined, the same results as in the case of alumina shown in FIG. 5 were obtained.
【００３６】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、成膜期間と非成膜期間を設けると共に、成膜期間中
に形成された金属薄膜を、非成膜期間中に自然酸化ある
いは自然窒化して、酸化膜あるいは窒化膜を形成するよ
うにしているので、高品質な酸化膜あるいは窒化膜を形
成することができる。また、マグネットを往復移動させ
ることにより、形成される酸化膜あるいは窒化膜の均一
性を向上することができる。As described above, according to the present embodiment, the film forming period and the non-film forming period are provided, and the metal thin film formed during the film forming period is spontaneously oxidized or spontaneously formed during the non-film forming period. Since an oxide film or a nitride film is formed by nitriding, a high-quality oxide film or a nitride film can be formed. Further, by moving the magnet back and forth, the uniformity of the formed oxide film or nitride film can be improved.
【００３７】次に、図６〜図８を用いて、本発明の他の
実施形態による成膜方法及び成膜装置について説明す
る。最初に、図６及び図７を用いて、本実施形態による
成膜装置の全体構成について説明する。ここでは、成膜
装置として、アルミナ（酸化アルミニウム）薄膜形成用
のマグネトロンスパッタ装置を用いて説明する。なお、
図１と同一符号は、同一部分を示している。図６は、本
発明の一実施形態による成膜装置の全体構成を示す構成
図であり、図７は、図６の要部の平面図を示している。Next, a film forming method and a film forming apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the overall configuration of the film forming apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Here, a magnetron sputtering apparatus for forming an alumina (aluminum oxide) thin film will be described as a film forming apparatus. In addition,
The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts. FIG. 6 is a configuration diagram showing an overall configuration of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a plan view of a main part of FIG.
【００３８】図６に示すように、真空容器２０内には、
基台３２上に、基板３３が載置されている。基板３３の
上側には、アルミニウム製のターゲット３０が配置され
ている。ターゲット３０は、バッキングプレート３１に
接着されている。ターゲット３０は、バッキングプレー
ト３１を冷却することによって冷却されている。また、
バッキングプレート３１は、真空隔壁の役割も果たして
いる。As shown in FIG. 6, inside the vacuum vessel 20,
The substrate 33 is placed on the base 32. Above the substrate 33, an aluminum target 30 is arranged. The target 30 is adhered to the backing plate 31. The target 30 is cooled by cooling the backing plate 31. Also,
The backing plate 31 also serves as a vacuum partition.
【００３９】バッキングプレート３１のさらに上側の大
気圧の場所には、マグネット３６が配置されている。マ
グネット３６は、図７に示すように、リング状のＮ極３
６Ｎと、Ｎ極３６Ｎの内側に配置されたリング状のＳ極
３６Ｓとを備えており、ターゲット３０の下面にトンネ
ル状の、いわゆるマグネトロン磁場を形成する。マグネ
ット３６は、モータ３７により駆動され、ターゲット１
０の背面側で、基板３３の上方を、矢印Ｒ方向に回転運
動する。ここで、基板３３の中心Ｏと、モータ３７の回
転軸Ｏは一致している。しかし、モータ３７の回転軸
は、マグネット３６の中心から偏心した位置に取り付け
られており、図７において、マグネット３６は、回転中
心Ｏを中心として偏心回転する。基板３３は、例えば、
図７に示すように、円形状のウエハーである。A magnet 36 is disposed at a position above the backing plate 31 at the atmospheric pressure. As shown in FIG. 7, the magnet 36 has a ring-shaped N pole 3
6N and a ring-shaped S-pole 36S arranged inside the N-pole 36N to form a tunnel-like, so-called magnetron magnetic field on the lower surface of the target 30. The magnet 36 is driven by a motor 37 to drive the target 1
On the back side of the substrate 0, it rotates in the direction of arrow R above the substrate 33. Here, the center O of the substrate 33 coincides with the rotation axis O of the motor 37. However, the rotation shaft of the motor 37 is mounted at a position eccentric from the center of the magnet 36, and the magnet 36 rotates eccentrically about the rotation center O in FIG. The substrate 33 is, for example,
As shown in FIG. 7, it is a circular wafer.
【００４０】真空容器２０内は、排気弁２６を介して、
ターボ分子ポンプ２５により排気されている。成膜時に
は、アルゴンガスボンベ２２から、マスフローコントロ
ーラ２４を介して、一定の量のアルゴンガスが真空容器
２０内に導入される。また、酸素ガスボンベ２１からも
同様に、マスフローコントローラ２３を介して、一定の
量の酸素ガスが真空容器２０内に導入される。ターボ分
子ポンプ２５の排気能力と、アルゴンおよび酸素ガスの
供給量とのバランスにより、真空容器２０内の圧力が決
まり、通常は０．１〜１Ｐａ程度の圧力に保持する。The inside of the vacuum container 20 is provided through an exhaust valve 26.
The gas is exhausted by the turbo molecular pump 25. At the time of film formation, a certain amount of argon gas is introduced into the vacuum chamber 20 from the argon gas cylinder 22 via the mass flow controller 24. Similarly, a fixed amount of oxygen gas is introduced into the vacuum vessel 20 from the oxygen gas cylinder 21 via the mass flow controller 23. The pressure in the vacuum vessel 20 is determined by the balance between the exhaust capacity of the turbo molecular pump 25 and the supply amounts of argon and oxygen gas, and is usually maintained at a pressure of about 0.1 to 1 Pa.
【００４１】この圧力に保持した状態で、電源４８によ
りターゲット３０側の電位をマイナスとし、真空容器２
０側をプラスとすると、高密度プラズマ領域４７が発生
する。高密度プラズマ領域４７には、正極性のイオンが
多数存在し、負電位のターゲット３０に向かって加速さ
れる。加速されたイオンがターゲット３０に入射する
と、スパッタリングによりターゲット３０の原子が飛び
出し、基板３３に堆積する。With this pressure maintained, the potential on the target 30 side is made negative by the power supply 48, and the vacuum vessel 2
If the 0 side is positive, a high-density plasma region 47 is generated. A large number of positive ions exist in the high-density plasma region 47 and are accelerated toward the negative potential target 30. When the accelerated ions enter the target 30, the atoms of the target 30 fly out by sputtering and deposit on the substrate 33.
【００４２】真空容器２０内には、アルゴンガスと酸素
ガスとが導入されるため、高密度プラズマ領域４７内に
は、アルゴンイオンおよび酸素イオンが生じ、共にター
ゲット３０に向かって加速される。加速されたイオンは
ほとんどがターゲット３０内に侵入して残留し、運動エ
ネルギーをターゲット３０に伝達する。エネルギーを得
たターゲット３０の表面の原子がスパッタ粒子となり、
ターゲット３０から飛び出す。また、ターゲット３０の
表面は、酸素イオンが侵入するために酸化される。ター
ゲット３０は、酸化されつつもスパッタされ、基板３３
上にはアルミナ膜が形成される。Since argon gas and oxygen gas are introduced into the vacuum vessel 20, argon ions and oxygen ions are generated in the high-density plasma region 47, and both are accelerated toward the target 30. Most of the accelerated ions penetrate into the target 30 and remain, and transfer kinetic energy to the target 30. The atoms on the surface of the target 30 that have obtained the energy become sputtered particles,
Jump out of target 30. In addition, the surface of the target 30 is oxidized because oxygen ions penetrate. The target 30 is sputtered while being oxidized.
An alumina film is formed thereon.
【００４３】マグネット３６をモータ３７によって回転
することにより、高密度プラズマ領域４７も順次位置を
変えるため、基板３３に対して均一な成膜が行われる。
一方、電源４８からは間欠的に放電電流を供給する。そ
の結果、放電電流が流されている期間においては、基板
３３では、成膜が行われる期間（成膜期間）となり、放
電電流の供給が停止されている期間においては、成膜が
行われない期間（非成膜期間）とが交互に生じる。When the magnet 36 is rotated by the motor 37, the high-density plasma region 47 is also changed in position, so that a uniform film is formed on the substrate 33.
On the other hand, the power supply 48 intermittently supplies a discharge current. As a result, during the period in which the discharge current is flowing, the film formation is performed on the substrate 33 (the film formation period), and in the period in which the supply of the discharge current is stopped, the film is not formed. The period (non-film formation period) occurs alternately.
【００４４】次に、図８を用いて、本実施形態による成
膜方法について説明する。図８は、本発明の他の実施形
態による成膜方法におけるマグネットの回転と放電電流
の関係の説明図である。Next, the film forming method according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram of the relationship between the rotation of the magnet and the discharge current in the film forming method according to another embodiment of the present invention.
【００４５】図８（Ａ）において、横軸は時間（ｓ）を
示しており、縦軸はマグネットの回転角を示しており、
図８（Ｂ）において、縦軸は放電電流を示している。図
８（Ａ）に示すように、マグネット３６は、時刻ｔ１１
〜ｔ１２で３６０°回転する。以下、時刻ｔ１２〜ｔ１
３，ｔ１３〜ｔ１４においても同様に回転する。In FIG. 8A, the horizontal axis represents time (s), the vertical axis represents the rotation angle of the magnet,
In FIG. 8B, the vertical axis represents the discharge current. As shown in FIG. 8A, the magnet 36 operates at time t11.
It rotates 360 ° from t12. Hereinafter, from time t12 to t1
3, and also in the period from t13 to t14.
【００４６】一方、図８（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１
１〜ｔ１２の間、時刻ｔ１６〜ｔ１７の間において放電
電流が供給され、時刻ｔ１２〜ｔ１６の間は放電電流の
供給は停止される。従って、図８において、時刻ｔ１１
〜ｔ１２の間，時刻ｔ１６〜ｔ１７の間は、成膜期間Ｔ
１１である。一方、時刻ｔ１２〜ｔ１６の間は、非成膜
期間Ｔ１２である。なお、時間Ｔ１３は、放電の供給と
停止の繰り返し周期である。On the other hand, as shown in FIG.
Between 1 and t12, a discharge current is supplied between times t16 and t17, and between times t12 and t16, supply of the discharge current is stopped. Therefore, in FIG.
From time t16 to t17, the film forming period T
It is 11. On the other hand, a period from time t12 to t16 is a non-film formation period T12. The time T13 is a repetition cycle of supplying and stopping the discharge.
【００４７】ここで、本実施形態においては、成膜期間
Ｔ１１は、この成膜期間Ｔ１１に成膜される膜厚が、自
然酸化膜の膜厚以下となるようにしている。また、非成
膜期間Ｔ２は、成膜期間Ｔ１に成膜されたのと同等の膜
厚の金属薄膜が自然酸化あるいは自然窒化するのに要す
る時間，即ち、化学量論的組成になるまで要する時間で
ある。Here, in the present embodiment, in the film formation period T11, the film thickness formed in the film formation period T11 is set to be equal to or less than the film thickness of the natural oxide film. The non-film formation period T2 is the time required for the metal thin film having the same thickness as that formed during the film formation period T1 to undergo natural oxidation or natural nitridation, that is, until the stoichiometric composition is reached. Time.
【００４８】次に、成膜期間Ｔ１及び非成膜期間Ｔ２に
ついて具体的に説明する。図６に示した本実施形態によ
るマグネトロンスパッタ装置を用いて、アルゴンガスを
５０ＳＣＣＭ、酸素ガスを５０ＳＣＣＭ、真空容器内の
圧力を０．５Ｐａ、プラズマ発生用の直流パワーを０．
７５ｋＷ印加し、マグネットの１回転に要する時間（図
８の周期Ｔ１１）を３秒としている。即ち、成膜期間Ｔ
１１は３秒、非成膜期間Ｔ１２は１２秒である。このよ
うにして、実験を行ったところ、３枚の６インチ基板
（基板１３，１４，１５）にて、毎分４．５ｎｍのアル
ミナ成膜速度が得られた。Next, the film forming period T1 and the non-film forming period T2 will be specifically described. Using the magnetron sputtering apparatus according to the present embodiment shown in FIG. 6, the argon gas is 50 SCCM, the oxygen gas is 50 SCCM, the pressure in the vacuum chamber is 0.5 Pa, and the DC power for plasma generation is 0.
75 kW is applied, and the time required for one rotation of the magnet (period T11 in FIG. 8) is 3 seconds. That is, the film formation period T
11 is 3 seconds, and the non-film formation period T12 is 12 seconds. As a result of the experiment, an alumina film formation rate of 4.5 nm per minute was obtained on three 6-inch substrates (substrates 13, 14, and 15).
【００４９】成膜期間Ｔ１における成膜量Δｓは、１．
２ｎｍであった。アルミニウムの表面に生ずる自然酸化
膜の厚みは１．５ｎｍ程度なので、繰り返しの１回で成
膜される膜厚は１．５ｎｍ以下となっている。The film formation amount Δs during the film formation period T1 is 1.
It was 2 nm. Since the thickness of the natural oxide film formed on the aluminum surface is about 1.5 nm, the film thickness formed by one repetition is 1.5 nm or less.
【００５０】ここで、成膜したアルミナ膜の評価は、膜
が耐えうる絶縁破壊電界により行っている。絶縁破壊電
界が大きいほど良質の絶縁膜である。本実施形態の方法
で成膜したアルミナ膜では、絶縁破壊電界は８〜９ＭＶ
／ｃｍであった。Here, the evaluation of the formed alumina film is performed based on a dielectric breakdown electric field which the film can withstand. The higher the dielectric breakdown electric field, the higher the quality of the insulating film. In the alumina film formed by the method of the present embodiment, the dielectric breakdown electric field is 8 to 9 MV.
/ Cm.
【００５１】以上の説明では、マグネットが５回転する
間に、１回転分だけ放電電流を供給し、残りの４回転の
間は、放電電流の供給を停止するようにしており、マグ
ネットの回転に同期して、放電電流の供給停止を制御し
ているが、本実施形態において必要とする成膜期間Ｔ１
１及び非成膜期間が得られるものであれば、必ずしも、
マグネットの回転と放電電流の供給停止を同期させる必
要はないものである。しかしながら、マグネットを１回
転することにより、基板上に均一に成膜できるため、こ
のマグネットの回転に同期して成膜期間と非成膜期間を
設けることにより、形成される膜を均一にすることがで
きる。また、以上の説明では、酸化膜の形成について説
明したが、窒化膜についても同様に成膜できるものであ
る。In the above description, the discharge current is supplied for one rotation while the magnet rotates five times, and the supply of the discharge current is stopped for the remaining four rotations. Synchronously, the stop of the supply of the discharge current is controlled, but the film formation period T1 required in the present embodiment is controlled.
1 and the non-film-forming period can be obtained,
It is not necessary to synchronize the rotation of the magnet and the supply stop of the discharge current. However, since the film can be uniformly formed on the substrate by rotating the magnet once, a film forming period and a non-film forming period are provided in synchronization with the rotation of the magnet to make the formed film uniform. Can be. In the above description, the formation of an oxide film has been described, but a nitride film can be similarly formed.
【００５２】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、成膜期間と非成膜期間を設けると共に、成膜期間中
に形成された金属薄膜を、非成膜期間中に自然酸化ある
いは自然窒化して、酸化膜あるいは窒化膜を形成するよ
うにしているので、高品質な酸化膜あるいは窒化膜を形
成することができる。また、マグネットを回転させると
ともに、マグネットの回転に同期して成膜期間と非成膜
期間を設けることにより、形成される酸化膜あるいは窒
化膜の均一性を向上することができる。As described above, according to the present embodiment, the film formation period and the non-film formation period are provided, and the metal thin film formed during the film formation period is spontaneously oxidized or spontaneously formed during the non-film formation period. Since an oxide film or a nitride film is formed by nitriding, a high-quality oxide film or a nitride film can be formed. In addition, by rotating the magnet and providing a film-forming period and a non-film-forming period in synchronization with the rotation of the magnet, the uniformity of the formed oxide film or nitride film can be improved.
【００５３】[0053]
【発明の効果】本発明によれば、高品質な酸化膜あるい
は窒化膜を形成することができる。According to the present invention, a high quality oxide film or nitride film can be formed.
【図１】本実施形態による成膜装置の全体構成を示す構
成図である。FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an overall configuration of a film forming apparatus according to an embodiment.
【図２】図１の要部の平面図を示している。FIG. 2 is a plan view of a main part of FIG. 1;
【図３】本発明の一実施形態による成膜方法における成
膜速度の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a film forming speed in a film forming method according to an embodiment of the present invention.
【図４】本発明の一実施形態による成膜方法における成
膜量の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a film formation amount in a film formation method according to an embodiment of the present invention.
【図５】本発明の一実施形態による成膜方法における非
成膜期間と絶縁破壊電界の関係の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a relationship between a non-film formation period and a dielectric breakdown electric field in a film formation method according to an embodiment of the present invention.
【図６】本発明の一実施形態による成膜装置の全体構成
を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing an overall configuration of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図７】図６の要部の平面図を示している。FIG. 7 is a plan view of a main part of FIG. 6;
【図８】本発明の他の実施形態による成膜方法における
マグネットの回転と放電電流の関係の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a relationship between rotation of a magnet and discharge current in a film forming method according to another embodiment of the present invention.
１０，３０…ターゲット １３，１４，１５，３３…基板 １６，３６…マグネット １７，３７…モータ ２０…真空容器 ２１…酸素ボンベ ２２…アルゴンボンベ ２７，４７…高密度プラズマ領域 ２８，４８…電源 10, 30 Target 13, 14, 15, 33 Substrate 16, 36 Magnet 17, 37 Motor 20 Vacuum container 21 Oxygen cylinder 22 Argon cylinder 27, 47 High-density plasma region 28, 48 Power
Claims (5)
いは窒素とを反応させ、基板上に薄膜を堆積させて酸化
膜あるいは窒化膜を成膜する成膜方法において、 上記基板上に薄膜を堆積させる成膜期間と、薄膜を堆積
させない非成膜期間を交互に繰り返すとともに、 上記成膜期間は、１回辺りの成膜期間中に形成される膜
厚が、自然酸化膜あるいは自然窒化膜の膜厚以下となる
時間であり、 上記非成膜期間は、上記成膜期間中に形成された薄膜
が、化学量論的組成になるまでに要する時間であること
を特徴とする成膜方法。1. A film forming method for reacting a target substance with oxygen or nitrogen in a vacuum vessel to deposit a thin film on a substrate to form an oxide film or a nitride film, wherein the thin film is deposited on the substrate. The film formation period in which the thin film is not deposited and the non-film formation period in which the thin film is not deposited are alternately repeated, and the film thickness formed during one film formation period is a natural oxide film or a natural nitride film. A film formation method, wherein the non-film formation period is a time required for the thin film formed during the film formation period to have a stoichiometric composition.
の薄膜を構成する元素の一部の元素からなる材質のター
ゲットと、このターゲットの表面上に所望のマグネトロ
ン磁場を形成するマグネット部と、上記真空容器内にガ
スを導入する機構を有し、 上記真空容器内にてターゲット物質と酸素あるいは窒素
とを反応させ、基板上に薄膜を堆積させて酸化膜あるい
は窒化膜を成膜する成膜装置において、 上記基板上に薄膜を堆積させる成膜期間と、薄膜を堆積
させない非成膜期間を交互に繰り返す成膜・非成膜手段
を備え、 この成膜・非成膜手段は、上記成膜期間として、１回辺
りの成膜期間中に形成される膜厚が、自然酸化膜あるい
は自然窒化膜の膜厚以下となる時間とし、上記非成膜期
間は、上記成膜期間中に形成された薄膜が、化学量論的
組成になるまでに要する時間となるようにすることを特
徴とする成膜装置。2. A vacuum vessel in which a substrate is disposed, a target made of a material composed of a part of elements constituting a required thin film, and a magnet section for forming a desired magnetron magnetic field on the surface of the target. And a mechanism for introducing a gas into the vacuum vessel. The target material reacts with oxygen or nitrogen in the vacuum vessel to deposit a thin film on a substrate to form an oxide film or a nitride film. The film forming apparatus further includes a film forming / non-film forming unit that alternately repeats a film forming period in which a thin film is deposited on the substrate and a non-film forming period in which no thin film is deposited. The above-mentioned film formation period is a time during which the film thickness formed during one film formation period is equal to or less than the film thickness of the natural oxide film or the natural nitride film. The stoichiometric thin film Film forming apparatus characterized by such a time required to reach a composition.
板上で往復移動させる手段であることを特徴とする成膜
装置。3. The film forming apparatus according to claim 2, wherein the film forming / non-film forming means is means for reciprocating the magnet section on the substrate.
電電流をオンオフする手段であることを特徴とする成膜
装置。4. The film forming apparatus according to claim 2, wherein said film forming / non-film forming means is means for turning on / off a discharge current supplied to said target.
期して、上記ターゲットに供給する放電電流をオンオフ
する手段であることを特徴とする成膜装置。5. The film forming apparatus according to claim 4, wherein the magnet unit rotates on the substrate, and the film forming / non-film forming unit rotates the target in synchronization with the rotation of the magnet unit. A means for turning on and off a discharge current supplied to the device.
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|---|---|---|---|
| JP2000008130A JP2001200362A (en) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | Film deposition method and film deposition system |
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP2000008130A Pending JP2001200362A (en) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | Film deposition method and film deposition system |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001200362A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008283202A (en) * | 2008-06-09 | 2008-11-20 | Kobe Steel Ltd | Insulating film, method for forming same, and electronic device equipped with insulating film |
| JP2015162583A (en) * | 2014-02-27 | 2015-09-07 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | Electrode provided with ubm structure and method for producing the same |
-
2000
- 2000-01-17 JP JP2000008130A patent/JP2001200362A/en active Pending
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| US10347774B2 (en) | 2014-02-27 | 2019-07-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrode provided with UBM structure having a barrier layer for reducing solder diffusion into the electrode and a method for producing the same |
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