JP2711503B2

JP2711503B2 - Thin film formation method by bias sputtering

Info

Publication number: JP2711503B2
Application number: JP5168052A
Authority: JP
Inventors: 歩三好; 洋一郎水船
Original assignee: アネルバ株式会社
Priority date: 1993-07-07
Filing date: 1993-07-07
Publication date: 1998-02-10
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JPH0718431A

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、バイアススパッタ法
による薄膜形成方法に係り、特に低応力でかつ段差被覆
性の良い薄膜の形成を可能としたバイアススパッタによ
る薄膜形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a thin film by a bias sputtering method, and more particularly to a method of forming a thin film by a bias sputtering method which enables formation of a thin film having low stress and good step coverage.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、スパッタリングにより基板表面に
薄膜を形成するに際し、基板表面の段差の被覆性を向上
する手段として、バイアススパッタ法が知られている。
ターゲットと基板電極の両方に高周波電力を供給し、基
板電極上の基板表面に薄膜を形成する方法である。例え
ば磁気記録媒体へ書込みまたは読取りを行う薄膜ヘッド
のアルミナ保護膜の形成に利用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a bias sputtering method has been known as a means for improving the coverage of steps on a substrate surface when a thin film is formed on the substrate surface by sputtering.
In this method, high-frequency power is supplied to both the target and the substrate electrode to form a thin film on the substrate surface on the substrate electrode. For example, it is used for forming an alumina protective film of a thin film head for writing or reading a magnetic recording medium.

【０００３】薄膜ヘッドのアルミナ保護膜の形成は、素
子の断面形状が複雑でありかつ高い段差が存在するた
め、段差の被覆性を向上するためにバイアスを印加する
必要がある。このバイアスは素子の種類により必要な強
度がそれぞれ異なっている。バイアス強度が不十分であ
ると、段差被覆性が悪く、膜にクラックが発生し、ヘッ
ドの性能を低下してしまう。一般的に段差が高いほど、
また段差の形状が逆テーパー状になるほどバイアス強度
を強くする必要がある。また、ヘッドの磁気特性はアル
ミナ保護膜の応力に影響を受けるため、内部応力を低く
することが必要である。アルミナ膜においてはバイアス
強度を強くすると内部応力が大きくなる性質がある。従
来の方法では、バイアス強度を一定にして膜形成してい
た。このため、段差被覆のために必要がバイアス強度を
投入すると、内部応力をある値よりも低くすることが困
難であった。The formation of the alumina protective film of the thin film head requires a bias to be applied in order to improve the step coverage because the cross section of the element is complicated and there are high steps. The required intensity of this bias differs depending on the type of element. If the bias strength is insufficient, the step coverage is poor, cracks occur in the film, and the performance of the head deteriorates. Generally, the higher the step,
Also, it is necessary to increase the bias strength as the shape of the step becomes inversely tapered. Further, since the magnetic characteristics of the head are affected by the stress of the alumina protective film, it is necessary to reduce the internal stress. The alumina film has a property that the internal stress increases when the bias strength is increased. In the conventional method, a film is formed with a constant bias intensity. For this reason, it is difficult to lower the internal stress below a certain value when a bias strength necessary for covering the step is applied.

【０００４】アルミナ保護膜は数１０μm と厚く形成す
るものであるが、膜形成中の全ての部分で強い段差被覆
性が必要なわけではない。図２はバイアスを印加した状
態で膜形成したときの膜の断面の例を示したものである
が、段差９の上部Ａのアルミナ膜１１の断面はテーパー
状になっている（例えば、J. Vac. Sci. Tecnol., Vol.
13, No. 6, Nov./Dec. 1976）。このテーパー状の段差
を被覆するためにはバイアス強度は弱くてもよいと考え
られる。Although the alumina protective film is formed to be as thick as several tens of μm, it is not necessary that a strong step coverage is required in all portions during film formation. FIG. 2 shows an example of a cross section of the film when a film is formed in a state where a bias is applied. The cross section of the alumina film 11 on the upper portion A of the step 9 is tapered (for example, J. J. Vac. Sci. Tecnol., Vol.
13, No. 6, Nov./Dec. 1976). It is considered that the bias strength may be weak to cover the tapered step.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前記のように、従来の
バイアススパッタ法による薄膜形成方法では、バイアス
強度を一定としていたので、段差被覆性を向上すると共
に、膜の内部応力を低くすることができない問題点があ
った。従って薄膜ヘッドの設計がアルミナ保護膜の形成
プロセスに制約されることにもなっていた。As described above, in the conventional method of forming a thin film by the bias sputtering method, the bias intensity is kept constant, so that the step coverage can be improved and the internal stress of the film can be reduced. There was a problem that could not be done. Therefore, the design of the thin film head is also limited by the process of forming the alumina protective film.

【０００６】[0006]

【課題を解決する為の手段】この発明は前記の如くの問
題点に鑑みてなされたもので、段差被覆性を向上すると
共に、膜の内部応力を低くできるバイアススパッタによ
る薄膜形成方法を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method of forming a thin film by bias sputtering which can improve step coverage and reduce internal stress of the film. It is intended to be.

【０００７】斯る目的を達成するこの発明のバイアスス
パッタによる薄膜形成方法は、ターゲットと基板電極の
両方に高周波電力を供給し、基板電極上の基板表面に薄
膜を形成するバイアススパッタ法において、薄膜形成初
期には、バイアス強度を強くし、基板表面の平坦性が得
られる薄膜形成終期には、バイアス強度を弱く制御する
ことを特徴としている。In order to achieve the above object, a method of forming a thin film by bias sputtering according to the present invention comprises supplying a high-frequency power to both a target and a substrate electrode to form a thin film on the substrate surface on the substrate electrode. It is characterized in that the bias intensity is increased in the early stage of the formation, and weakly controlled in the final stage of the thin film formation in which the flatness of the substrate surface is obtained.

【０００８】前記バイアス強度は、段階的に変化させる
ように制御することができる。このバイアス強度の変化
は、基板電極に供給するバイアス投入電力およびターゲ
ットに供給するターゲット投入電力の一方又は両方を制
御することで行うことができる。また、更には前記バイ
アス投入電力とターゲット投入電力の位相差を制御する
ことで、バイアス強度を変化させることもできる。[0008] The bias intensity can be controlled so as to be changed stepwise. This change in the bias intensity can be performed by controlling one or both of the bias input power supplied to the substrate electrode and the target input power supplied to the target. Further, the bias intensity can be changed by controlling the phase difference between the bias input power and the target input power.

【０００９】ターゲット投入電力を一定にした状態でバ
イアス投入電力を大きくすると、バイアス強度が強くな
る。バイアス投入電力を一定にした状態でターゲット投
入電力を小さくしても、バイアス強度が強くなる。ター
ゲット投入電力とバイアス投入電力の両方を一定にした
状態で、両者の位相差を約１８０度にするとバイアス強
度が強くなり、位相差を約０度とするとバイアス強度が
弱くなる関係にある。When the bias input power is increased with the target input power kept constant, the bias intensity increases. Even if the target applied power is reduced while the bias applied power is kept constant, the bias intensity increases. In a state where both the target input power and the bias input power are kept constant, the bias intensity increases when the phase difference between them is set to about 180 degrees, and the bias intensity decreases when the phase difference is set to about 0 degrees.

【００１０】[0010]

【作用】この発明のバイアススパッタによる薄膜形成方
法によれば、段差被覆性を向上すると共に、薄膜全体と
しては、内部応力を小さくすることができる。According to the method of forming a thin film by bias sputtering of the present invention, the step coverage can be improved and the internal stress of the entire thin film can be reduced.

【００１１】[0011]

【実施例】以下、この発明を実施例について説明する。
図１は実施例で使用したバイアススパッタ装置の構成を
表わしている。真空容器１は真空ポンプ２により真空に
排気可能とされており、スパッタガスを導入した状態で
ターゲット３には高周波電源５より高周波電力が供給さ
れ、同時に基板電極４には高周波電源６より高周波電力
が供給され、真空容器１内で膜形成のための放電ができ
るようになっている。また、高周波電源５と高周波電源
６は発振源が完全に同期しており、フェイズシフター７
により位相差を変化させられるようになっている。更
に、高周波電源５と高周波電源６とフェイズシフター７
はプログラマブルコントローラー８に接続されており、
ターゲット投入電力とバイアス投入電力と位相差とを設
定に従って段階的に変化させることができるようにして
ある。Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 shows the configuration of a bias sputtering apparatus used in the embodiment. The vacuum vessel 1 can be evacuated to a vacuum by a vacuum pump 2, and high-frequency power is supplied from a high-frequency power supply 5 to a target 3 in a state where a sputtering gas is introduced. Is supplied, and a discharge for forming a film can be performed in the vacuum vessel 1. The high frequency power supply 5 and the high frequency power supply 6 have their oscillation sources completely synchronized, and the phase shifter 7
Allows the phase difference to be changed. Furthermore, a high frequency power supply 5, a high frequency power supply 6, and a phase shifter 7
Is connected to the programmable controller 8,
The target input power, the bias input power, and the phase difference can be changed stepwise according to the settings.

【００１２】前記のようなバイアススパッタ装置を用い
て、図３乃至図６のようにバイアス強度を、薄膜形成初
期には強くし、図２のＡのように表面の平坦性が得られ
る薄膜形成終期には弱く制御して、基板電極４上に載置
した基板表面に薄膜を形成する。Using the bias sputtering apparatus as described above, the bias intensity is increased in the initial stage of thin film formation as shown in FIGS. 3 to 6, and as shown in FIG. At the end, a thin film is formed on the surface of the substrate placed on the substrate electrode 4 with weak control.

【００１３】図３は、ターゲット投入電力は一定とし、
高周波電源６より基板電極４に供給されるバイアス投入
電力を段階的に小さくして、バイアス強度を段階的に変
化させる場合である。この場合、高周波電源５、６の位
相差は０度である。FIG. 3 shows that the target input power is constant,
This is a case where the bias input power supplied from the high frequency power supply 6 to the substrate electrode 4 is reduced stepwise to change the bias intensity stepwise. In this case, the phase difference between the high frequency power supplies 5 and 6 is 0 degree.

【００１４】図４は、前記バイアス投入電力を一定とし
て、高周波電源５よりターゲット３に供給されるターゲ
ット投入電力を段階的に大きくして、バイアス強度を段
階的に変化させる場合である。高周波電源５、６の位相
差は０度である。FIG. 4 shows a case where the bias input power is kept constant and the target input power supplied to the target 3 from the high-frequency power source 5 is increased stepwise to change the bias intensity stepwise. The phase difference between the high frequency power supplies 5 and 6 is 0 degree.

【００１５】図５は、前記ターゲット投入電力およびバ
イアス投入電力を夫々一定として、高周波電源５、６の
位相差を段階的に大きくすることにより、バイアス強度
を変化させた場合である。FIG. 5 shows a case where the bias power is changed by gradually increasing the phase difference between the high-frequency power supplies 5 and 6 while keeping the target power and the bias power constant.

【００１６】更に図６は、ターゲット投入電力およびバ
イアス投入電力並びに、高周波電源５、６の位相差を総
合的に制御して、バイアス強度を段階的に変化させる場
合である。FIG. 6 shows a case where the bias intensity is changed stepwise by comprehensively controlling the target input power, the bias input power, and the phase difference between the high-frequency power sources 5 and 6.

【００１７】以上のように、薄膜形成初期にバイアス強
度を強くすることで、基板表面の段差被覆性を向上する
ことができる。一方、段差を十分に覆い、表面に平坦性
が得られる薄膜形成終期にはバイアス強度を弱くするこ
とで、基板表面に形成される薄膜全体としては、内部応
力を小さくすることができる。As described above, the step coverage on the substrate surface can be improved by increasing the bias strength at the initial stage of thin film formation. On the other hand, the internal stress can be reduced as a whole of the thin film formed on the substrate surface by weakening the bias strength at the end of the formation of the thin film in which the steps are sufficiently covered and the surface is flat.

【００１８】[0018]

【発明の効果】以上に説明したようにこの発明によれ
ば、内部応力を小さくし、かつ段差被覆性を向上して薄
膜形成ができる効果がある。As described above, according to the present invention, there is an effect that a thin film can be formed by reducing internal stress and improving step coverage.

【００１９】薄膜ヘッドの製造工程に応用することで、
薄膜ヘッドの設計上の制約を緩和できる効果がある。By applying to the manufacturing process of the thin film head,
This has the effect of reducing the restrictions on the design of the thin film head.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】この発明の実施例で使用したバイアススパッタ
装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a bias sputtering apparatus used in an embodiment of the present invention.

【図２】段差のある基板表面の断面形状を説明する図で
ある。FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-sectional shape of a substrate surface having a step.

【図３】この発明の実施例のターゲット投入電力とバイ
アス投入電力のグラフである。FIG. 3 is a graph of target applied power and bias applied power according to the embodiment of the present invention.

【図４】この発明の第２実施例のターゲット投入電力と
バイアス投入電力のグラフである。FIG. 4 is a graph of target applied power and bias applied power according to a second embodiment of the present invention.

【図５】この発明の第３実施例のターゲット投入電力、
バイアス投入電力および位相差のグラフである。FIG. 5 shows a target input power according to a third embodiment of the present invention;
It is a graph of a bias input power and a phase difference.

【図６】この発明の第４実施例のターゲット投入電力、
バイアス投入電力および位相差のグラフである。FIG. 6 shows a target input power according to a fourth embodiment of the present invention;
It is a graph of a bias input power and a phase difference.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ターゲット４基板電極５、６高周波電源７フェイズシフター８プラログラマブルコントローラー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Target 4 Substrate electrode 5, 6 High frequency power supply 7 Phase shifter 8 Programmable controller

Claims

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims]

【請求項１】ターゲットと基板電極の両方に高周波電
力を供給し、基板電極上の基板表面に薄膜を形成するバ
イアススパッタ法において、ターゲット投入電力を基板
電極に供給するバイアス投入電力より大きくすると共
に、少なくとも前記基板電極に供給するバイアス投入電
力およびターゲットに供給するターゲット投入電力によ
り決定するバイアススパッタ強度を、薄膜形成初期には
強くし、基板表面の平坦性が得られる薄膜形成終期には
弱く制御することを特徴とするバイアススパッタによる
薄膜形成方法。In a bias sputtering method in which high-frequency power is supplied to both a target and a substrate electrode to form a thin film on the substrate surface on the substrate electrode, the target input power is reduced by
If it is larger than the bias input power supplied to the electrode,
A bias input voltage supplied to at least the substrate electrode.
Power and target input power supplied to the target.
The bias sputtering intensity determining Ri, the film initially formed is
Strong comb, forming a thin film end the flatness of the substrate surface is obtained
Thin film forming method according to the bias sputtering, characterized by rather weak control.

【請求項２】バイアス強度は、ターゲット投入電力を
一定にした状態で、基板電極に供給されるバイアス投入
電力を薄膜形成初期から基板形成終期まで、段階的に小
さくなるように変化させて行う請求項１記載のバイアス
スパッタによる薄膜形成方法。2. The bias intensity is determined by the target input power.
Bias supplied to the substrate electrode in a fixed state
Power is gradually reduced from the beginning of thin film formation to the end of substrate formation.
2. The method for forming a thin film by bias sputtering according to claim 1, wherein the method is performed by changing the thickness of the thin film.

【請求項３】バイアス強度は、基板電極に供給される
バイアス投入電力を一定にした状態で、ターゲット投入
電力を薄膜形成初期から基板形成終期まで、段階的に大
きくなるように変化させて行う請求項１記載のバイアス
スパッタによる薄膜形成方法。3. A bias strength, while the bias applied power that will be supplied to the substrate electrode constant, electric power applied to the target from the thin film initially formed up to the substrate forming end, stepwise large
Thin film forming method according to the bias sputtering according to claim 1 Symbol placement performed by changing such that hear.

【請求項４】バイアス強度は、基板電極に供給される
バイアス投入電力およびターゲット投入電力を一定にし
た状態で、ターゲットと基板電極の両方に供給する高周
波電力の位相差を薄膜形成初期から基板形成終期まで、
段階的に大きくなるように変化させて行う請求項１記載
のバイアススパッタによる薄膜形成方法。4. A bias strength, the bias input power and the target charge power Ru is supplied to the substrate electrode constant
High-frequency feed to both the target and substrate electrodes
Wave power phase difference from the beginning of thin film formation to the end of substrate formation
2. The method for forming a thin film by bias sputtering according to claim 1, wherein the method is performed by changing the thickness in a stepwise manner.

【請求項５】バイアス強度は、基板電極に供給される
バイアス投入電力を薄膜形成初期から基板形成終期ま
で、段階的に小さくなるように変化させ、ターゲット投
入電力を薄膜形成初期から基板形成終期まで、段階的に
大きくなるように変化させ、ターゲットと基板電極の両
方に供給する高周波電力の位相差を薄膜形成初期から基
板形成終期まで、段階的に大きくなるように変化させて
行う請求項１記載のバイアススパッタによる薄膜形成方
法。 5. The method according to claim 1, wherein the bias intensity is supplied to a substrate electrode.
Apply the bias power from the beginning of thin film formation to the end of substrate formation.
The target projection
Input power is gradually increased from the beginning of thin film formation to the end of substrate formation.
And increase both the target and substrate electrodes.
The phase difference of the high-frequency power supplied to the
Until the end of plate formation, change so that it gradually increases
2. A method of forming a thin film by bias sputtering according to claim 1.
Law.