JP2009030133A

JP2009030133A - Apparatus for forming thin film and method for forming thin film

Info

Publication number: JP2009030133A
Application number: JP2007197089A
Authority: JP
Inventors: Yuji Murashima; 祐二村嶋; Kazuki Komaki; 一樹小牧; Kenichiro Hori; 健一郎堀
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2009-02-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a compound film having few crystal defects. <P>SOLUTION: In order to achieve the object, this apparatus for forming a thin film comprises: two targets 9 which face to each other; a high-density radical source 11 that faces to a space 16 in which the targets 9 oppose to each other, from a direction which is almost vertical to the direction of the opposing targets 9; a substrate holder 13 which faces to the space 16 in which the targets 9 oppose to each other, from a different direction from that of the high-density radical source 11; and magnets 17 which are placed on the back face of each target 9 respectively and generate a magnetic field in an facing direction of the targets 9. A negative voltage is also applied to each target 9 to make the compound film formed on a substrate 15 which is arranged on the substrate holder 13. Thereby, the apparatus inhibits negative ions from colliding to the compound film and consequently can form the compound film having few crystal defects. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は金属酸化膜あるいは金属窒化膜などの化合物膜を形成する薄膜形成装置並びに薄膜形成方法に関する。 The present invention relates to a thin film forming apparatus and a thin film forming method for forming a compound film such as a metal oxide film or a metal nitride film.

Ｐｂ(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ₃等の金属酸化膜やその他金属窒化膜は、圧電体材料として、センサやアクチュエータ等に用いられており、微小なＭＥＭＳデバイス等にも応用するため、薄膜化が検討されている。 Metal oxide films such as Pb (Zr, Ti) O ₃ and other metal nitride films are used as piezoelectric materials in sensors, actuators, etc. Has been.

これらの薄膜化を実現する手段としてＰＶＤ，ＣＶＤ，ＣＳＤ，ＭＯＤ等の種々の成膜方式が提案されている。そして現在最も量産性に優れた手法として着目されているのが、ＰＶＤ方式であり、その方式の一つにスパッタリングがある。 Various means such as PVD, CVD, CSD, and MOD have been proposed as means for realizing these thin films. The PVD method is currently attracting attention as the most excellent method for mass production, and one of the methods is sputtering.

これは、酸素ガスや窒素ガスなどの反応性ガスをラジカル化させ、このラジカル存在下で金属ターゲットをスパッタすることにより高精度に組成制御された化合物膜を形成する技術である。 This is a technique for forming a compound film whose composition is controlled with high accuracy by radicalizing reactive gas such as oxygen gas or nitrogen gas and sputtering a metal target in the presence of this radical.

例えば図１０に示すように従来の薄膜形成装置は、ＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）放電によって反応性ガスを高効率でラジカル化する高密度ラジカル源１と、この高密度ラジカル源１と近接して配置されたリング状のターゲット２と、このターゲット２を介して高密度ラジカル源１と対向する基材ホルダ３とを備え、ターゲット２近傍にはスパッタガス導入口４が配置されている。またターゲット２の背面側には磁石５が配置され、この磁石５によって、ターゲット２の中央（Ｎ極側）から上端部（Ｓ極側）及び下端部（Ｓ極側）へと弧を描く磁界６が形成される。 For example, as shown in FIG. 10, a conventional thin film forming apparatus is disposed close to a high-density radical source 1 that radicalizes a reactive gas with high efficiency by ECR (Electron Cyclotron Resonance) discharge. A ring-shaped target 2 and a base material holder 3 facing the high-density radical source 1 through the target 2 are provided, and a sputtering gas inlet 4 is disposed in the vicinity of the target 2. Further, a magnet 5 is disposed on the back side of the target 2, and the magnetic field that draws an arc from the center (N pole side) of the target 2 to the upper end (S pole side) and the lower end (S pole side) of the target 2. 6 is formed.

そしてターゲット２に負電圧を印加して、スパッタガスを導入すると、このスパッタガスの陽イオンがターゲット２近傍の磁界６に引き寄せられ、効率よくターゲット２に衝突する。 When a negative voltage is applied to the target 2 and a sputtering gas is introduced, cations of the sputtering gas are attracted to the magnetic field 6 near the target 2 and efficiently collide with the target 2.

その後この衝突により飛散したターゲット粒子と高密度ラジカル源１から放出されたラジカルとが反応し、その反応化合物が基材７に付着して化合物膜８が形成される。 Thereafter, the target particles scattered by the collision react with radicals released from the high-density radical source 1, and the reaction compound adheres to the substrate 7 to form the compound film 8.

なお、上記従来の薄膜形成装置と類似する例を開示するものとして下記の特許文献１が挙げられる。
特開２００５−２２６１３０号公報 The following Patent Document 1 is disclosed as an example similar to the conventional thin film forming apparatus.
JP 2005-226130 A

上記従来の薄膜形成装置では、形成した化合物膜８の結晶欠陥が多いという課題があった。 The conventional thin film forming apparatus has a problem that the formed compound film 8 has many crystal defects.

その理由は、負イオンが化合物膜８に衝突し、ダメージを与えるからである。 The reason is that negative ions collide with the compound film 8 and cause damage.

すなわち高密度ラジカル源１からは、ラジカルと共に負イオンも放出されている。そして従来の構成では、ターゲット２がリング状をしているため、その空洞部分中央では磁束密度が小さくなり、前述の負イオンが通過してしまうのである。そしてこの通過した負イオンが化合物膜８に衝突し、化合物膜８の結晶に欠陥が生じるのであった。 That is, negative ions are also released from the high-density radical source 1 together with radicals. In the conventional configuration, since the target 2 has a ring shape, the magnetic flux density is reduced at the center of the hollow portion, and the above-described negative ions pass through. Then, the negative ions that passed through collide with the compound film 8, and defects occurred in the crystals of the compound film 8.

そこで本発明は、化合物膜の結晶欠陥を低減することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to reduce crystal defects in a compound film.

そしてこの目的を達成するため本発明は、対向する二つのターゲットと、これらのターゲットの対向方向とほぼ垂直方向からターゲットの対向空間に臨む高密度ラジカル源と、この高密度ラジカル源と異方向からターゲットの対向空間に臨む基材ホルダとを備え、各ターゲットの背面にはそれぞれ磁石が配置され、これらの磁石によって、ターゲットの対向方向に磁界を発生させるとともに、各ターゲットに負電圧を印加して、基材ホルダに設置される基材に化合物膜を形成するものとした。 In order to achieve this object, the present invention comprises two opposing targets, a high-density radical source facing the target facing space from a direction substantially perpendicular to the facing direction of these targets, and a different direction from the high-density radical source. And a base material holder facing the facing space of the target, and magnets are arranged on the back of each target. With these magnets, a magnetic field is generated in the facing direction of the target and a negative voltage is applied to each target. The compound film was formed on the base placed on the base holder.

これにより本発明は、化合物膜の結晶欠陥を低減することができる。 Thereby, the present invention can reduce crystal defects in the compound film.

その理由は、負イオンが化合物膜に衝突するのを抑制できるからである。 The reason is that negative ions can be prevented from colliding with the compound film.

すなわち本発明の構成では、磁界がターゲットの対向空間にほぼ一様に形成され、この磁界の向きとほぼ垂直方向から負イオンが放出される。 That is, in the configuration of the present invention, the magnetic field is formed substantially uniformly in the space facing the target, and negative ions are emitted from a direction substantially perpendicular to the direction of the magnetic field.

したがって、負イオンの進行を磁界によって抑え、化合物膜への衝突を抑制できる。そしてその結果、化合物膜の結晶欠陥を低減することができる。 Therefore, the progression of negative ions can be suppressed by the magnetic field, and collision with the compound film can be suppressed. As a result, crystal defects in the compound film can be reduced.

（実施の形態１）
図１に示す本実施の形態の薄膜形成装置は、ターゲット９をラジカル存在下でスパッタし、基材（シリコン基板）に化合物膜（Ｐｂ(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ₃膜）を形成する薄膜形成装置である。 (Embodiment 1)
The thin film forming apparatus of the present embodiment shown in FIG. 1 is a thin film forming apparatus that forms a compound film (Pb (Zr, Ti) O ₃ film) on a base material (silicon substrate) by sputtering a target 9 in the presence of radicals. It is.

この薄膜形成装置は、真空チャンバー１０とこの真空チャンバー１０に取り付けられたＥＣＲ装置１１（高密度ラジカル源）とを備えている。 The thin film forming apparatus includes a vacuum chamber 10 and an ECR device 11 (high density radical source) attached to the vacuum chamber 10.

そして図２に示すように、真空チャンバー１０内には、平行方向に対向する二枚のターゲット９と、このターゲット９近傍に配置されたガス導入ライン１２と、ＥＣＲ装置１１と対向する基材ホルダ１３とが配置されている。なお、ターゲット９として本実施の形態では、Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７のＰｂ(Ｚｒ_xＴｉ_1-x)Ｏ₃とＰｂＯとを８：２の割合で含有する焼結体を用い、陰極１４に接続した。なお、ＰｂＯを添加したのは、蒸気圧の高いＰｂ成分を補填するためである。 As shown in FIG. 2, in the vacuum chamber 10, two targets 9 that face each other in parallel, a gas introduction line 12 disposed in the vicinity of the target 9, and a base material holder that faces the ECR apparatus 11. 13 are arranged. In this embodiment, a sintered body containing Pb (Zr _x Ti _1-x ) O ₃ and PbO of Zr / Ti = 53/47 at a ratio of 8: 2 is used as the target 9, and the cathode 14 Connected to. The reason why PbO is added is to compensate for the Pb component having a high vapor pressure.

また本実施の形態では、基材ホルダ１３は、フローティング状態とするか、あるいはアースと接続させた。この基材ホルダ１３は加熱機能が付いており、基材であるシリコン基板１５を加熱できるようになっている。 Moreover, in this Embodiment, the base-material holder 13 was made into the floating state or connected with the earth | ground. This base material holder 13 has a heating function so that the silicon substrate 15 as a base material can be heated.

そして前述のガス導入ライン１２からはスパッタガス（アルゴンガス、あるいはアルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガス等）が導入される。 A sputtering gas (such as argon gas or a mixed gas of argon gas and oxygen gas) is introduced from the gas introduction line 12 described above.

また高密度ラジカル源として本実施の形態ではＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）装置１１を用い、このＥＣＲ装置１１は、そのラジカル放出面１１Ａが、ターゲット９の対向方向（図１のＸＸ方向）とほぼ垂直方向（図１のＺＺ方向）からターゲット９の対向空間１６に臨むように配置した。すなわち本実施の形態では、各ターゲット９の対向面９Ａと、ＥＣＲ装置１１のラジカル放出面１１Ａとがほぼ垂直な関係にある。 In this embodiment, an ECR (Electron Cyclotron Resonance) device 11 is used as a high-density radical source, and the ECR device 11 has a radical emission surface 11A that is substantially perpendicular to the direction (XX direction in FIG. 1) of the target 9. It arrange | positioned so that it may face the opposing space 16 of the target 9 from a direction (ZZ direction of FIG. 1). That is, in the present embodiment, the facing surface 9A of each target 9 and the radical emission surface 11A of the ECR device 11 are in a substantially vertical relationship.

そしてこのＥＣＲ装置１１によってプラズマ雰囲気を形成し、ターゲット９の対向方向に対して、ほぼ垂直方向からラジカル等を放出している。 A plasma atmosphere is formed by the ECR device 11 and radicals and the like are emitted from a direction substantially perpendicular to the direction in which the target 9 is opposed.

そして本実施の形態では、基材ホルダ１３とＥＣＲ装置１１とは、対向空間１６を介して対面している。 In the present embodiment, the base material holder 13 and the ECR device 11 are opposed to each other through the facing space 16.

また各ターゲット９の背面にはそれぞれ磁石１７が配置されている。そして一方のターゲット９に配置された磁石１７はＮ極を内側（対向空間１６側）に、他方にはＳ極を内側（対向空間１６側）に向くように配置されている。したがって、これらの磁石１７によって、ターゲット９の対向方向、すなわち一方のターゲット９から他方のターゲット９へと磁力線が走り、ターゲット９の対向空間１６にはほぼ一様の磁界が発生している。 In addition, magnets 17 are disposed on the back of each target 9. The magnet 17 arranged on one target 9 is arranged so that the N pole faces inward (opposite space 16 side) and the other has the S pole facing inward (opposite space 16 side). Therefore, these magnets 17 cause the lines of magnetic force to run in the facing direction of the target 9, that is, from one target 9 to the other target 9, and a substantially uniform magnetic field is generated in the facing space 16 of the target 9.

なお、本実施の形態で用いたＥＣＲ装置１１は、図２に示すように、プラズマ生成室１８に導波管１９を介してマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を送り込み、放電を起こすものである。 As shown in FIG. 2, the ECR apparatus 11 used in the present embodiment feeds microwaves (2.45 GHz) into the plasma generation chamber 18 via the waveguide 19 to cause discharge.

プラズマ生成室１８の外周には８７５Ｇの磁束密度を形成することができる磁気コイルあるいは永久磁石２０が配置され、これによりプラズマ生成室１８の軸方向に磁場が印加されている。そしてこの磁場における磁力線の回りを電界が回転し、この電界によって電子も回転して加速される。そしてこの電子の回転周波数とマイクロ波周波数とを一致させて共振させ、マイクロ波のエネルギーを効率よく電子に吸収させる。この現象をＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）という。そしてＥＣＲによって加熱された電子が、図２のガス導入ライン２１から導入された反応性ガス（酸素ガス）に衝突すると、酸素ガスはラジカル（Ｏ・）や陽イオン（Ｏ⁺）、陰イオン（Ｏ^-）が生成される。なお、本実施の形態では、導入する酸素ガスとスパッタガスとの比は１：９とし、これらのガス圧は約０．０２Ｐａとした。またプラズマ生成室１８は冷却水流出入管２２を介して水冷している。 A magnetic coil or permanent magnet 20 capable of forming a magnetic flux density of 875 G is disposed on the outer periphery of the plasma generation chamber 18, and thereby a magnetic field is applied in the axial direction of the plasma generation chamber 18. An electric field rotates around the magnetic field lines in the magnetic field, and electrons are rotated and accelerated by the electric field. Then, the electron rotation frequency and the microwave frequency are made to coincide with each other to resonate, and the energy of the microwave is efficiently absorbed by the electrons. This phenomenon is called ECR (electron cyclotron resonance). When the electrons heated by the ECR collide with the reactive gas (oxygen gas) introduced from the gas introduction line 21 in FIG. 2, the oxygen gas is converted into radicals (O.), cations (O ⁺ ), anions ( O ⁻ ) is generated. In the present embodiment, the ratio of oxygen gas to be introduced and sputtering gas is 1: 9, and the gas pressure is about 0.02 Pa. The plasma generation chamber 18 is water cooled via a cooling water inflow / outflow pipe 22.

なお、本実施の形態では、陰極１４内にも冷却水流入口２３と冷却水流出口２４とを設け、冷却水によってターゲット９を冷却できるようにした。これによりターゲット９への熱応力を低減している。 In the present embodiment, the cooling water inlet 23 and the cooling water outlet 24 are also provided in the cathode 14 so that the target 9 can be cooled by the cooling water. Thereby, the thermal stress to the target 9 is reduced.

また本実施の形態では、陰極１４と真空チャンバー１０との間に絶縁材２５を介し、ショートを防いでいる。またターゲット９外周に設けたアースシールド２６で、ターゲット９のみがスパッタされるようにした。 In the present embodiment, an insulating material 25 is interposed between the cathode 14 and the vacuum chamber 10 to prevent a short circuit. Further, only the target 9 is sputtered by the earth shield 26 provided on the outer periphery of the target 9.

次に、上記薄膜形成装置を用いた薄膜形成方法について説明する。 Next, a thin film forming method using the thin film forming apparatus will be described.

まず、図２に示す基材ホルダ１３に基材となるシリコン基板１５を配置し、真空チャンバー１０の内部を真空排気ポンプ（図示せず）によって１０^-4Ｐａ程度にまで排気する。また、基材ホルダ１３の加熱機能を用い、シリコン基板１５を５５０℃〜６５０℃まで加熱する。 First, a silicon substrate 15 serving as a base material is placed on the base material holder 13 shown in FIG. 2, and the inside of the vacuum chamber 10 is exhausted to about 10 ⁻⁴ Pa by a vacuum exhaust pump (not shown). Further, the silicon substrate 15 is heated to 550 ° C. to 650 ° C. using the heating function of the base material holder 13.

次に、真空チャンバー１０内において、ガス導入ライン１２からスパッタガスであるアルゴンガスを導入し、ターゲット９に負電圧を印加すると、アルゴンガスがイオンと電子とに電離してプラズマとなり、イオン（Ａｒ⁺）がターゲット９に衝突してターゲット９からターゲット９粒子が飛び出す。なお、本実施の形態では、電圧供給源として電力密度２．７Ｗ／ｃｍ²の高周波電源を用いた。 Next, when argon gas, which is a sputtering gas, is introduced from the gas introduction line 12 in the vacuum chamber 10 and a negative voltage is applied to the target 9, the argon gas is ionized into ions and electrons to form plasma, and ions (Ar ⁺ ) Collides with the target 9, and the target 9 particles jump out of the target 9. In the present embodiment, a high frequency power source having a power density of 2.7 W / cm ² is used as the voltage supply source.

またＥＣＲ装置１１から真空チャンバー１０内に酸素ラジカルを導入すると、この酸素ラジカルと前述のターゲット９粒子とが反応する。このように、ＥＣＲ装置１１から酸素ラジカルを供給し、ターゲット９粒子と反応させることによって、酸素欠損の少ない化合物膜を形成することができる。 When oxygen radicals are introduced from the ECR device 11 into the vacuum chamber 10, the oxygen radicals react with the aforementioned target 9 particles. Thus, a compound film with few oxygen vacancies can be formed by supplying oxygen radicals from the ECR apparatus 11 and reacting with the target 9 particles.

そしてこの反応後のターゲット９粒子がシリコン基板１５表面に付着して徐々に堆積し、化合物膜（Ｐｂ(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ₃膜）を形成することができる。 Then, the target 9 particles after the reaction adhere to the surface of the silicon substrate 15 and are gradually deposited, so that a compound film (Pb (Zr, Ti) O ₃ film) can be formed.

本実施の形態における効果を以下に説明する。 The effect in this Embodiment is demonstrated below.

本実施の形態は、化合物膜の結晶欠陥を低減することができる。 In this embodiment, crystal defects in the compound film can be reduced.

その理由は、負イオンの化合物膜への衝突を抑制できるからである。 This is because negative ions can be prevented from colliding with the compound film.

すなわちＥＣＲ装置１１からは、ラジカル（Ｏ・）と共に負イオン（Ｏ^-）も放出されている。そして従来の構成では、図１０に示すように、ターゲット２がリング状をしているため、その空洞部分中央に行くほど徐々に磁束密度が小さくなり、負イオンが通過してしまうのである。そしてこの負イオンはターゲット２の空洞部分を通過し、そのまま化合物膜８に衝突してその結晶中に混入したり、結晶中の原子が欠落したりすることによって、結果として結晶欠陥の多い化合物膜が形成されてしまうのであった。 That is, negative ions (O ⁻ ) are also released from the ECR device 11 together with radicals (O.). In the conventional configuration, as shown in FIG. 10, since the target 2 has a ring shape, the magnetic flux density gradually decreases toward the center of the hollow portion, and negative ions pass through. The negative ions pass through the hollow portion of the target 2 and directly collide with the compound film 8 to be mixed into the crystal or atoms in the crystal are lost, resulting in a compound film having many crystal defects. Would be formed.

これに対し本実施の形態では、図２に示すように二つのターゲット９を対向させ、一方のターゲット９から他方のターゲット９へと向う磁界を発生させることによって、ターゲット９対向空間１６にほぼ一様の磁界が形成される。そしてこの磁界の向きとほぼ垂直方向から負イオンが放出される。 On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, two targets 9 are opposed to each other, and a magnetic field directed from one target 9 to the other target 9 is generated. A similar magnetic field is formed. Negative ions are emitted from a direction substantially perpendicular to the direction of the magnetic field.

ここで負イオンは磁界中でサイクロトロン運動をするため、負イオンは磁界に捕捉された状態となり、これにより負イオンの進行は抑えられる。したがって本実施の形態では、負イオンの化合物膜への衝突を抑制することができ、結果として、結晶欠陥が少なく、結晶性の高い化合物膜を形成することができる。 Here, since the negative ions have a cyclotron motion in the magnetic field, the negative ions are trapped in the magnetic field, thereby suppressing the progress of the negative ions. Therefore, in this embodiment mode, collision of negative ions with the compound film can be suppressed, and as a result, a compound film with few crystal defects and high crystallinity can be formed.

また負イオンの衝突を抑制することによって、化合物膜の表面荒れを抑制することができる。 Moreover, the surface roughness of the compound film can be suppressed by suppressing the collision of negative ions.

そして、この化合物膜を圧電素子として用いる場合は、化合物膜の結晶性を向上させることによって例えば圧電定数が大きくなり、高感度なセンサや低電圧駆動が可能なアクチュエータ等を実現できる。 When this compound film is used as a piezoelectric element, by improving the crystallinity of the compound film, for example, the piezoelectric constant increases, and a highly sensitive sensor, an actuator that can be driven at a low voltage, and the like can be realized.

なお、ＥＣＲ装置１１を用いると、高効率でラジカルを発生させることができる一方で、負イオンの発生も多くなる。また高密度でラジカル、イオン等が発生すると、比較的磁束密度の低い真空チャンバー１０側へと直進しやすくなる。 When the ECR apparatus 11 is used, radicals can be generated with high efficiency, but negative ions are also generated. Further, when radicals, ions, etc. are generated at a high density, it becomes easy to go straight to the vacuum chamber 10 side where the magnetic flux density is relatively low.

したがって、本実施の形態のように、負イオンの衝突を抑制し、化合物膜へのダメージを低減することは、結晶性に優れた化合物膜の形成に顕著な効果を有する。 Therefore, as in the present embodiment, suppressing negative ion collision and reducing damage to the compound film has a significant effect on the formation of a compound film having excellent crystallinity.

また本実施の形態では、活性な酸素ラジカルを効率的に導入すると共に、酸素イオンの衝突を抑制することによって、化合物膜の結晶中の原子が欠落するのを抑制し、電気的絶縁性に対する信頼性の高い化合物膜を形成することができる。 In this embodiment mode, active oxygen radicals are efficiently introduced, and collisions of oxygen ions are suppressed, so that the loss of atoms in the crystal of the compound film is suppressed and reliability for electrical insulation is improved. A highly functional compound film can be formed.

なお、本実施の形態では、形成する化合物膜としてＰｂ(Ｚｒ_xＴｉ_1-x)Ｏ₃膜を例に挙げたが、Ｂａ(Ｔｉ_1-xＺｒ_x)Ｏ₃などの金属酸化膜にも応用が可能である。また本実施の形態では、反応性ガスとして酸素ガスを用いたが、窒素ガス、メタンガス等を用いてもよい。これにより、本実施の形態は、金属窒化物膜や有機金属化合物膜の形成にも応用が可能である。また基材としてはシリコン基板１５を挙げたが、Ａｌ₂Ｏ₃基板やＭｇＯ基板などにも応用が可能である。 In this embodiment, a Pb (Zr _x Ti _1-x ) O ₃ film is taken as an example of the compound film to be formed, but a metal oxide film such as Ba (Ti _1-x Zr _x ) O ₃ is also used. Application is possible. In this embodiment, oxygen gas is used as the reactive gas, but nitrogen gas, methane gas, or the like may be used. Thus, this embodiment can be applied to the formation of a metal nitride film or an organometallic compound film. As the base material mentioned silicon substrate 15 is, Al ₂ O ₃ substrate or a MgO substrate, etc. also apply are possible.

また本実施の形態では、スパッタガスと反応性ガスとは異なるガスを用いたが、反応性ガスの陽イオンがスパッタガスとして機能する場合は、同じガスを用いてもよい。またＥＣＲ装置１１などの高密度ラジカル源はイオンも高密度に発生させることができるため、スパッタガスも反応性ガスと同様に、高密度ラジカル源から放出してもよい。 Further, in the present embodiment, a gas different from the sputtering gas and the reactive gas is used, but the same gas may be used when the cations of the reactive gas function as the sputtering gas. Further, since the high-density radical source such as the ECR apparatus 11 can also generate ions with high density, the sputtering gas may be released from the high-density radical source in the same manner as the reactive gas.

（実施の形態２）
本実施の形態と実施の形態１との違いは、図３に示すように、基材ホルダ１３とＥＣＲ装置１１（高密度ラジカル源）との位置関係にある。 (Embodiment 2)
The difference between this Embodiment and Embodiment 1 exists in the positional relationship of the base-material holder 13 and the ECR apparatus 11 (high-density radical source), as shown in FIG.

図４、図５に示すように、本実施の形態における基材ホルダ１３は、ＥＣＲ装置１１のラジカル放出面１１Ａがターゲット９の対向空間に所定間隔をあけて臨む方向（図３のＹＹ方向）とほぼ垂直方向（図３のＸＸ方向）からターゲット９の対向空間に面している。 As shown in FIGS. 4 and 5, the base material holder 13 in the present embodiment is a direction in which the radical emission surface 11A of the ECR device 11 faces the space facing the target 9 with a predetermined interval (YY direction in FIG. 3). It faces the facing space of the target 9 from a substantially vertical direction (XX direction in FIG. 3).

すなわち本実施の形態では、図５に示す基材ホルダ１３の基材設置面１３Ａとラジカルの放出方向（図３のＹＹ方向）とが平行になっている。 That is, in the present embodiment, the base material installation surface 13A of the base material holder 13 shown in FIG. 5 is parallel to the radical release direction (YY direction in FIG. 3).

これにより本実施の形態では、形成された化合物膜の結晶性をさらに向上させることが出来る。 Thereby, in the present embodiment, the crystallinity of the formed compound film can be further improved.

すなわち、ＥＣＲ装置１１から放出され、磁界で進行を妨げられることなく磁界を直進した負イオンは、高いエネルギーを維持している。したがって、この直進してきた負イオンがシリコン基板１５に衝突すると、シリコン基板１５へのダメージが大きくなる。 That is, the negative ions emitted from the ECR device 11 and traveling straight through the magnetic field without being hindered by the magnetic field maintain high energy. Therefore, when the negative ions that have traveled straight collide with the silicon substrate 15, damage to the silicon substrate 15 increases.

これに対し本実施の形態では、負イオンの進行方向と平行にシリコン基板１５を配置することによって、高エネルギー状態の負イオンがシリコン基板１５へ衝突するのを抑制することができ、結果として化合物膜の結晶性を向上させることができる。 On the other hand, in the present embodiment, by disposing the silicon substrate 15 in parallel with the traveling direction of the negative ions, it is possible to suppress the negative ions in the high energy state from colliding with the silicon substrate 15, and as a result, the compound The crystallinity of the film can be improved.

なお、上記のように基材ホルダ１３は一つでもよいが、図６、７、８に示すように、基材ホルダ１３を二つ設けてもよく、これにより生産性が向上する。 Although the number of the substrate holders 13 may be one as described above, two substrate holders 13 may be provided as shown in FIGS. 6, 7, and 8, thereby improving the productivity.

その他、実施の形態１と同様の構成および効果は説明を省略する。 In addition, description of the same configurations and effects as those of the first embodiment is omitted.

（実施の形態３）
本実施の形態と実施の形態１との違いは、図９に示すように、基材ホルダ１３が可動する点である。すなわち本実施の形態の薄膜形成装置は、基材ホルダ１３が、その基材設置面とＥＣＲ装置１１のラジカル放出面１１Ａとが互いに対向する位置から垂直となる位置まで、ターゲット９の対向空間を軸に９０°回転移動するものである。 (Embodiment 3)
The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the substrate holder 13 is movable as shown in FIG. That is, in the thin film forming apparatus according to the present embodiment, the base material holder 13 moves the opposing space of the target 9 from the position where the base material installation surface and the radical emission surface 11A of the ECR device 11 face each other to the vertical position. It rotates 90 ° around the shaft.

本実施の形態では、まず、ＥＣＲ装置１１のラジカル放出面１１Ａとシリコン基板（図示せず）とを対向させた状態でシリコン基板の表面を洗浄する。このときＥＣＲ装置１１にはアルゴンガスあるいは酸素ガスなどを導入すれば、プラズマ雰囲気中にラジカルあるいはイオンなどを発生させることができ、シリコン基板表面の有機物などを分解除去することができる。 In the present embodiment, first, the surface of the silicon substrate is cleaned in a state where the radical emission surface 11A of the ECR apparatus 11 and the silicon substrate (not shown) face each other. At this time, if argon gas or oxygen gas is introduced into the ECR apparatus 11, radicals or ions can be generated in the plasma atmosphere, and organic substances on the surface of the silicon substrate can be decomposed and removed.

そして次に、基材ホルダ１３を９０°移動させてスパッタリングを行う。この工程では、シリコン基板とラジカルの放出方向（ＺＺ方向）とを平行にしておくことによって、負イオンがシリコン基板に衝突するのを抑制することができ、形成した化合物膜の結晶性を向上させることができる。 Next, sputtering is performed by moving the substrate holder 13 by 90 °. In this step, by making the silicon substrate and the radical release direction (ZZ direction) parallel, negative ions can be prevented from colliding with the silicon substrate, and the crystallinity of the formed compound film can be improved. be able to.

以上のように本実施の形態では、一の装置で基材の洗浄と薄膜形成とを行うことが出来、生産効率を向上させることができる。 As described above, in this embodiment, the substrate can be cleaned and the thin film can be formed with one apparatus, and the production efficiency can be improved.

なお、本実施の形態では基材ホルダ１３を移動したが、ＥＣＲ装置１１（高密度ラジカル源）を移動させてもよい。 Although the base material holder 13 is moved in the present embodiment, the ECR device 11 (high density radical source) may be moved.

その他実施の形態１と同様の構成および効果については説明を省略する。 Description of other configurations and effects similar to those of the first embodiment is omitted.

本発明は、結晶欠陥が少なく、結晶性の高い化合物膜を形成することができるため、例えば化合物膜として圧電薄膜を形成する場合は、耐熱性、体電圧性、対応力性等の信頼性を向上させることができる。 Since the present invention can form a compound film with few crystal defects and high crystallinity, for example, when forming a piezoelectric thin film as a compound film, reliability such as heat resistance, body voltage property, and responsiveness is ensured. Can be improved.

本発明の実施の形態１における薄膜形成装置の斜視図The perspective view of the thin film forming apparatus in Embodiment 1 of this invention 同薄膜形成装置のＸＸ軸を通る水平断面図Horizontal sectional view through the XX axis of the thin film forming device 本発明の実施の形態２における薄膜形成装置の斜視図The perspective view of the thin film forming apparatus in Embodiment 2 of this invention 同薄膜形成装置のＸＸ軸を通る垂直断面図Vertical sectional view through the XX axis of the thin film forming apparatus 同薄膜形成装置のＸＸ軸を通る水平断面図Horizontal sectional view through the XX axis of the thin film forming device 本発明の実施の形態２における薄膜形成装置の斜視図The perspective view of the thin film forming apparatus in Embodiment 2 of this invention 同薄膜形成装置のＸＸ軸を通る垂直断面図Vertical sectional view through the XX axis of the thin film forming apparatus 同薄膜形成装置のＸＸ軸を通る水平断面図Horizontal sectional view through the XX axis of the thin film forming device 本発明の実施の形態３における薄膜形成装置の斜視図The perspective view of the thin film forming apparatus in Embodiment 3 of this invention 従来の薄膜形成装置の摸式断面図Cross-sectional view of conventional thin film forming equipment

符号の説明Explanation of symbols

９ターゲット
９Ａ対向面
１０真空チャンバー
１１ＥＣＲ装置（高密度ラジカル源）
１１Ａラジカル放出面
１２ガス導入ライン
１３基材ホルダ
１３Ａ基材設置面
１４陰極
１５シリコン基板（基材）
１６対向空間
１７磁石
１８プラズマ生成室
１９導波管
２０永久磁石
２１ガス導入ライン
２２冷却水流出入管
２３冷却水流入口
２４冷却水流出口
２５絶縁材
２６アースシールド 9 Target 9A Opposing surface 10 Vacuum chamber 11 ECR device (High density radical source)
11A Radical release surface 12 Gas introduction line 13 Base material holder 13A Base material installation surface 14 Cathode 15 Silicon substrate (base material)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 Opposite space 17 Magnet 18 Plasma generation chamber 19 Waveguide 20 Permanent magnet 21 Gas introduction line 22 Cooling water inflow / inflow pipe 23 Cooling water inflow port 24 Cooling water outflow port 25 Insulating material 26 Earth shield

Claims

対向する二つのターゲットと、
これらのターゲットの対向方向とほぼ垂直方向から前記ターゲットの対向空間に臨む高密度ラジカル源と、
この高密度ラジカル源と異方向から前記ターゲットの対向空間に臨む基材ホルダとを備え、
前記各ターゲットの背面にはそれぞれ磁石が配置され、
これらの磁石によって、前記ターゲットの対向方向に磁界を発生させるとともに、
前記各ターゲットに負電圧を印加して、前記基材ホルダに設置される基材に化合物膜を形成する薄膜形成装置。 Two opposing targets,
A high-density radical source facing the facing space of the target from a direction substantially perpendicular to the facing direction of these targets;
A substrate holder that faces the space facing the target from a different direction from this high-density radical source,
Magnets are arranged on the back of each target,
With these magnets, a magnetic field is generated in the facing direction of the target,
A thin film forming apparatus that applies a negative voltage to each of the targets to form a compound film on a base placed on the base holder.

前記基材ホルダは、
前記高密度ラジカル源が前記ターゲットの対向空間に臨む方向とほぼ垂直方向から前記対向空間に面している請求項１に記載の薄膜形成装置。 The substrate holder is
The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the high-density radical source faces the facing space from a direction substantially perpendicular to a direction facing the facing space of the target.

前記高密度ラジカル源は、
任意の位置から前記基材ホルダの基材設置面と対向する位置まで移動できる請求項１または２に記載の薄膜形成装置。 The high-density radical source is
The thin film formation apparatus of Claim 1 or 2 which can move to the position which opposes the base-material installation surface of the said base-material holder from arbitrary positions.

前記基材ホルダは、
任意の位置からその基材設置面が前記高密度ラジカル源のラジカル放出面と対向する位置まで移動できる請求項１から３のいずれか一つに記載の薄膜形成装置。 The substrate holder is
The thin film forming apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the base material installation surface can move from an arbitrary position to a position facing a radical emission surface of the high-density radical source.

対向する二つのターゲットと、これらのターゲットの対向方向とほぼ垂直方向から前記ターゲットの対向空間に臨む高密度ラジカル源と、この高密度ラジカル源と異方向から前記ターゲットの対向空間に臨む基材ホルダとを備え、前記各ターゲットの対向方向に磁界を発生させる磁石が配置された薄膜形成装置を用い、
前記各ターゲットに負電圧を印加するとともに前記高密度ラジカル源から前記ターゲットの対向空間にほぼ垂直方向にラジカルを放出し、
このラジカル存在下で前記ターゲットをスパッタし、
前記基材ホルダに設置される基材に化合物膜を形成する薄膜形成方法。 Two opposing targets, a high-density radical source facing the target facing space from a direction substantially perpendicular to the facing direction of these targets, and a substrate holder facing the target facing space from a direction different from the high-density radical source And using a thin film forming apparatus in which a magnet for generating a magnetic field is arranged in the facing direction of each target,
A negative voltage is applied to each target and radicals are released from the high-density radical source in a direction substantially perpendicular to the space facing the target,
Sputtering the target in the presence of this radical,
A thin film forming method for forming a compound film on a base material installed in the base material holder.

前記高密度ラジカル源から、
前記基材ホルダに設置された基材と平行方向にラジカルを放出する請求項５に記載の薄膜形成方法。 From the high density radical source,
The method for forming a thin film according to claim 5, wherein radicals are released in a direction parallel to the base placed on the base holder.

前記高密度ラジカル源と前記基材ホルダに設置された基材とを対向させ、
前記高密度ラジカル源からプラズマを導入して前記基材をクリーニングし、
次に前記高密度ラジカル源または前記基材ホルダを所望位置に移動させ、
その後前記高密度ラジカル源からラジカルを放出して、このラジカル存在下で前記ターゲットをスパッタする請求項５または６に記載の薄膜形成方法。 The high-density radical source and the base placed on the base holder are opposed to each other,
Introducing plasma from the high density radical source to clean the substrate,
Next, move the high-density radical source or the substrate holder to a desired position,
The thin film formation method according to claim 5 or 6, wherein radicals are then released from the high-density radical source, and the target is sputtered in the presence of the radicals.

前記高密度ラジカル源と前記基材ホルダに設置された基材とを対向させ、
前記高密度ラジカル源からプラズマを導入して前記基材をクリーニングし、
次に前記高密度ラジカル源および前記基材ホルダと前記二つのターゲットの対向空間との対面方向がほぼ垂直となるように前記高密度ラジカル源または前記基材ホルダを移動し、
その後前記高密度ラジカル源からラジカルを放出して、このラジカル存在下で前記ターゲットをスパッタする請求項５または６に記載の薄膜形成方法。 The high-density radical source and the base placed on the base holder are opposed to each other,
Introducing plasma from the high density radical source to clean the substrate,
Next, the high-density radical source or the base material holder is moved so that the facing direction of the facing space between the high-density radical source and the base material holder and the facing space of the two targets is substantially vertical,
7. The method of forming a thin film according to claim 5, wherein radicals are then released from the high-density radical source, and the target is sputtered in the presence of the radicals.