JP3478561B2 - スパッタ成膜方法 - Google Patents
スパッタ成膜方法Info
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- JP3478561B2 JP3478561B2 JP12423393A JP12423393A JP3478561B2 JP 3478561 B2 JP3478561 B2 JP 3478561B2 JP 12423393 A JP12423393 A JP 12423393A JP 12423393 A JP12423393 A JP 12423393A JP 3478561 B2 JP3478561 B2 JP 3478561B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学部材や電子部材に用
いられる薄膜のスパッタ成膜技術に関し、更に詳しくは
対向ターゲット式スパッタ成膜方法の改良に関するもの
である。
いられる薄膜のスパッタ成膜技術に関し、更に詳しくは
対向ターゲット式スパッタ成膜方法の改良に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】各種材料の薄膜化手法の一つとしてスパ
ッタ方法は知られ、用途に応じて種々の改良がなされて
おり、マグネトロンスパッタ方法等多くの提案がある。
その中でも、特開昭５７−１５８３８０等で公知の対向
ターゲット式スパッタ成膜方法は、高速・低温の成膜が
可能であり、更に、磁性材料にも適用できるものとして
注目されている。従来の対向ターゲット式スパッタ成膜
方法を図を参照しながら説明する。図１は対向ターゲッ
ト式スパッタ装置の構成を示した模式図である。
ッタ方法は知られ、用途に応じて種々の改良がなされて
おり、マグネトロンスパッタ方法等多くの提案がある。
その中でも、特開昭５７−１５８３８０等で公知の対向
ターゲット式スパッタ成膜方法は、高速・低温の成膜が
可能であり、更に、磁性材料にも適用できるものとして
注目されている。従来の対向ターゲット式スパッタ成膜
方法を図を参照しながら説明する。図１は対向ターゲッ
ト式スパッタ装置の構成を示した模式図である。
【０００３】この装置では、真空槽１内に絶縁性の電極
支持台２Ａ，２Ｂを介して一対の対向するカソード電極
３Ａ，３Ｂが配置され、カソード電極上にはスパッタ面
が空間を隔てて平行に対向するようにターゲット４Ａ，
４Ｂが保持されている。カソード電極の回りには、カソ
ード電極の側部と真空槽１との間で放電が発生しないよ
うにアースシールド５Ａ，５Ｂが配置されており、カソ
ード電極にはスパッタ電力供給源６Ａ，６Ｂが接続され
ている。そして、真空槽１の回りにはターゲットのスパ
ッタ面に垂直方向の磁界Ｈを電極間に印加するための磁
界コイル７が配置されている。スパッタ膜を形成する基
板８はターゲット４Ａ，４Ｂの側方に配置された基板ホ
ルダー９に保持され、基板温度制御手段（図示せず）に
より所望する温度に保たれる。この装置を使用した場合
の対向ターゲット式スパッタ成膜は以下のように行われ
る。真空槽１を真空排気手段１０によって高真空まで排
気した後、ガス供給手段１１によってアルゴンなどのス
パッタガスを真空槽に導入し、数ミリトールから数十ミ
リトールの圧力に維持する。スパッタ電力供給源より同
程度のスパッタ電力をカソード電極３Ａ，３Ｂに供給
し、磁界コイル７により前述の磁界Ｈを印加することに
より電極間にプラズマが発生し、イオン化したスパッタ
ガスによりターゲットはスパッタされ、所望する温度に
保たれた基板８上にスパッタ粒子が堆積し薄膜が形成さ
れる。
支持台２Ａ，２Ｂを介して一対の対向するカソード電極
３Ａ，３Ｂが配置され、カソード電極上にはスパッタ面
が空間を隔てて平行に対向するようにターゲット４Ａ，
４Ｂが保持されている。カソード電極の回りには、カソ
ード電極の側部と真空槽１との間で放電が発生しないよ
うにアースシールド５Ａ，５Ｂが配置されており、カソ
ード電極にはスパッタ電力供給源６Ａ，６Ｂが接続され
ている。そして、真空槽１の回りにはターゲットのスパ
ッタ面に垂直方向の磁界Ｈを電極間に印加するための磁
界コイル７が配置されている。スパッタ膜を形成する基
板８はターゲット４Ａ，４Ｂの側方に配置された基板ホ
ルダー９に保持され、基板温度制御手段（図示せず）に
より所望する温度に保たれる。この装置を使用した場合
の対向ターゲット式スパッタ成膜は以下のように行われ
る。真空槽１を真空排気手段１０によって高真空まで排
気した後、ガス供給手段１１によってアルゴンなどのス
パッタガスを真空槽に導入し、数ミリトールから数十ミ
リトールの圧力に維持する。スパッタ電力供給源より同
程度のスパッタ電力をカソード電極３Ａ，３Ｂに供給
し、磁界コイル７により前述の磁界Ｈを印加することに
より電極間にプラズマが発生し、イオン化したスパッタ
ガスによりターゲットはスパッタされ、所望する温度に
保たれた基板８上にスパッタ粒子が堆積し薄膜が形成さ
れる。
【０００４】この対向ターゲット式スパッタ成膜方法に
は以下に述べる特徴があることが知られている。
は以下に述べる特徴があることが知られている。
【０００５】１．ターゲットのスパッタ面に垂直に磁界
が印加されているので、対向するターゲット間の空間内
に高エネルギー電子が閉じ込められ、スパッタガスのイ
オン化が促進されてスパッタ速度が高くなり、高速の膜
形成ができる。
が印加されているので、対向するターゲット間の空間内
に高エネルギー電子が閉じ込められ、スパッタガスのイ
オン化が促進されてスパッタ速度が高くなり、高速の膜
形成ができる。
【０００６】２．基板はターゲットの側方に配置されて
いるので、イオンや電子の衝突が少なく、ターゲットか
らの熱輻射も小さく、基板の成膜時の温度上昇が小さい
ので、低温の膜形成ができる。
いるので、イオンや電子の衝突が少なく、ターゲットか
らの熱輻射も小さく、基板の成膜時の温度上昇が小さい
ので、低温の膜形成ができる。
【０００７】３．磁界はターゲットの垂直方向に印加し
てあるので、ターゲットに磁性材料を用いても有効に磁
界が作用し、高速の膜形成ができる。
てあるので、ターゲットに磁性材料を用いても有効に磁
界が作用し、高速の膜形成ができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
対向ターゲット式スパッタ成膜法では、基板はターゲッ
トの側方に配置されているので、通常のスパッタ成膜法
のような基板がターゲットに対向してる場合よりも、基
板表面近傍のプラズマ密度は小さくなり、膜表面へのイ
オンの入射量も減少する。その結果、いわゆるプラズマ
ダメージは低減する反面、膜表面に到達したスパッタ粒
子に付与されるアシストイオンエネルギーも低減し、堆
積粒子マイグレーションが不十分になり、堆積膜の結晶
性や緻密性などの膜質が悪化し易いという問題がある。
対向ターゲット式スパッタ成膜法では、基板はターゲッ
トの側方に配置されているので、通常のスパッタ成膜法
のような基板がターゲットに対向してる場合よりも、基
板表面近傍のプラズマ密度は小さくなり、膜表面へのイ
オンの入射量も減少する。その結果、いわゆるプラズマ
ダメージは低減する反面、膜表面に到達したスパッタ粒
子に付与されるアシストイオンエネルギーも低減し、堆
積粒子マイグレーションが不十分になり、堆積膜の結晶
性や緻密性などの膜質が悪化し易いという問題がある。
【０００９】次に、スパッタガスに酸素や窒素などの反
応性ガスを混入して、対向ターゲット式スパッタ成膜法
で反応性スパッタを行う場合、基板表面近傍のプラズマ
密度は小さいので、プラズマで励起された活性な反応性
ガスの基板表面への供給は不足し、酸化、窒化などの反
応が不十分になり易く、高品質の化合物薄膜を安定して
得られないという問題がある。
応性ガスを混入して、対向ターゲット式スパッタ成膜法
で反応性スパッタを行う場合、基板表面近傍のプラズマ
密度は小さいので、プラズマで励起された活性な反応性
ガスの基板表面への供給は不足し、酸化、窒化などの反
応が不十分になり易く、高品質の化合物薄膜を安定して
得られないという問題がある。
【００１０】また、スパッタ電力として高周波電力を用
いる場合は、周波数は通常１３．５６ＭＨｚであるの
で、膜表面へのイオンの入射量は少ないが、通常のマグ
ネトロンスパッタ成膜法で１３．５６ＭＨｚの高周波電
力を用いる場合と同様に、１００ｅＶ程度のエネルギー
を持った高エネルギーイオンを入射する場合があり、膜
質が悪化し易いという問題がある。
いる場合は、周波数は通常１３．５６ＭＨｚであるの
で、膜表面へのイオンの入射量は少ないが、通常のマグ
ネトロンスパッタ成膜法で１３．５６ＭＨｚの高周波電
力を用いる場合と同様に、１００ｅＶ程度のエネルギー
を持った高エネルギーイオンを入射する場合があり、膜
質が悪化し易いという問題がある。
【００１１】本発明の目的は、良い膜質の堆積膜を形成
し、高品質な化合物薄膜を形成するとともに、反応性ス
パッタの応答性を向上したスパッタ成膜方法を提供する
ことにある。
し、高品質な化合物薄膜を形成するとともに、反応性ス
パッタの応答性を向上したスパッタ成膜方法を提供する
ことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した従来
技術の問題点を解決すべく本発明者らが鋭意研究を重ね
て完成に至ったものである。本発明の好ましい態様は次
のとおりのものである。
技術の問題点を解決すべく本発明者らが鋭意研究を重ね
て完成に至ったものである。本発明の好ましい態様は次
のとおりのものである。
【００１３】即ち、対向ターゲット式スパッタ成膜法に
おいて、ターゲットに供給するスパッタ電力として、３
０〜３００ＭＨｚの高周波電力及び直流電力を供給する
ことを特徴とするものである。
おいて、ターゲットに供給するスパッタ電力として、３
０〜３００ＭＨｚの高周波電力及び直流電力を供給する
ことを特徴とするものである。
【００１４】本発明によれば、スパッタ電力として従来
の１３．５６ＭＨｚよりも高い周波数の電力をターゲッ
トに供給するので、プラズマ中の電子とスパッタガス分
子との衝突確率は大きくなりターゲット間のプラズマ密
度は従来よりも増加し、前述した対向ターゲット式スパ
ッタ成膜法の特徴である高速成膜性を更に向上でき、ま
た、反応性スパッタを行う場合はプラズマ中の電子と反
応性ガスとの衝突確率も大きくなるので反応性ガスの励
起確率は高くなる。
の１３．５６ＭＨｚよりも高い周波数の電力をターゲッ
トに供給するので、プラズマ中の電子とスパッタガス分
子との衝突確率は大きくなりターゲット間のプラズマ密
度は従来よりも増加し、前述した対向ターゲット式スパ
ッタ成膜法の特徴である高速成膜性を更に向上でき、ま
た、反応性スパッタを行う場合はプラズマ中の電子と反
応性ガスとの衝突確率も大きくなるので反応性ガスの励
起確率は高くなる。
【００１５】また、周波数が高くなると、理由は明らか
ではないが、放電領域が広がり、ターゲット側方に配置
された基板表面近傍のプラズマ密度は従来よりも増加す
る。そして、周波数が高くなると、イオンが基板表面に
形成されるプラズマのシース電界の変動に十分に追随で
きなくなるため、基板に入射するイオンのエネルギー値
は小さくなり、かつエネルギー分布は鋭くなり、堆積膜
への高エネルギーイオンによるプラズマダメージは低減
する。その結果、基板表面近傍のプラズマ密度が増加す
ることにより堆積膜への入射イオン量が増加してもプラ
ズマダメージを与えることなく堆積粒子にソフトなアシ
ストエネルギーを付与できる。また、反応性スパッタを
行う場合は、反応性ガスの基板表面近傍での励起確率は
高くなる。
ではないが、放電領域が広がり、ターゲット側方に配置
された基板表面近傍のプラズマ密度は従来よりも増加す
る。そして、周波数が高くなると、イオンが基板表面に
形成されるプラズマのシース電界の変動に十分に追随で
きなくなるため、基板に入射するイオンのエネルギー値
は小さくなり、かつエネルギー分布は鋭くなり、堆積膜
への高エネルギーイオンによるプラズマダメージは低減
する。その結果、基板表面近傍のプラズマ密度が増加す
ることにより堆積膜への入射イオン量が増加してもプラ
ズマダメージを与えることなく堆積粒子にソフトなアシ
ストエネルギーを付与できる。また、反応性スパッタを
行う場合は、反応性ガスの基板表面近傍での励起確率は
高くなる。
【００１６】図２のグラフは、図１の装置を用いてアル
ゴンプラズマを生成した場合の、基板表面近傍のプラズ
マ密度の電力周波数依存性、および基板へ入射してくる
Ａｒイオンの入射エネルギー値の電力周波数依存性の一
例を示したものである。放電ガスにアルゴンを用い、放
電圧力は３ミリトールとし、ターゲット間に磁束密度が
２８０ガウスになるように垂直方向の磁界を印加し、各
々のカソード電極に１ＫＷの高周波電力を供給し、プラ
ズマ密度は基板表面近傍でプローブ法により計測した。
また、基板への入射イオンエネルギーは基板ホルダー中
央部にオリフィスを設け、基板ホルダー裏面に静電レン
ズ型のイオンエネルギーアナライザーを配置して計測
し、Ａｒイオンの入射量が最大になるエネルギー値をＡ
ｒイオンの入射エネルギー値とした。図２のグラフから
明らかなように電力周波数の増加とともに、基板表面近
傍のプラズマ密度は増加する傾向を示し、入射エネルギ
ー値は減少する傾向を示した。特に、３０ＭＨｚ以上で
プラズマ密度は急激に大きくなり、入射エネルギー値は
急激に小さくなった。
ゴンプラズマを生成した場合の、基板表面近傍のプラズ
マ密度の電力周波数依存性、および基板へ入射してくる
Ａｒイオンの入射エネルギー値の電力周波数依存性の一
例を示したものである。放電ガスにアルゴンを用い、放
電圧力は３ミリトールとし、ターゲット間に磁束密度が
２８０ガウスになるように垂直方向の磁界を印加し、各
々のカソード電極に１ＫＷの高周波電力を供給し、プラ
ズマ密度は基板表面近傍でプローブ法により計測した。
また、基板への入射イオンエネルギーは基板ホルダー中
央部にオリフィスを設け、基板ホルダー裏面に静電レン
ズ型のイオンエネルギーアナライザーを配置して計測
し、Ａｒイオンの入射量が最大になるエネルギー値をＡ
ｒイオンの入射エネルギー値とした。図２のグラフから
明らかなように電力周波数の増加とともに、基板表面近
傍のプラズマ密度は増加する傾向を示し、入射エネルギ
ー値は減少する傾向を示した。特に、３０ＭＨｚ以上で
プラズマ密度は急激に大きくなり、入射エネルギー値は
急激に小さくなった。
【００１７】本発明においては、高周波電力の周波数は
３０〜３００ＭＨｚが好適である。即ち、周波数が３０
ＭＨｚ以上になると前述したように放電が広がり、ター
ゲット側方に配置された基板表面近傍のプラズマ密度は
飛躍的に増加する。ところが、周波数を高くしていくと
周波数の増加に伴い高周波電力を伝送ロスが増加して電
力利用効率が悪くなり、また、整合回路などの回路設計
も困難になるという問題もあるので、実用上３００ＭＨ
ｚ程度が周波数の上限となる。
３０〜３００ＭＨｚが好適である。即ち、周波数が３０
ＭＨｚ以上になると前述したように放電が広がり、ター
ゲット側方に配置された基板表面近傍のプラズマ密度は
飛躍的に増加する。ところが、周波数を高くしていくと
周波数の増加に伴い高周波電力を伝送ロスが増加して電
力利用効率が悪くなり、また、整合回路などの回路設計
も困難になるという問題もあるので、実用上３００ＭＨ
ｚ程度が周波数の上限となる。
【００１８】また、電力周波数が３０ＭＨｚ以上になる
と、ターゲットに発生するセルフバイアス電位は急激に
減少するので、効率よくターゲットをスパッタするため
には、スパッタ電力として高周波電力とともに直流電力
も供給する必要がある。
と、ターゲットに発生するセルフバイアス電位は急激に
減少するので、効率よくターゲットをスパッタするため
には、スパッタ電力として高周波電力とともに直流電力
も供給する必要がある。
【００１９】本発明に用いる対向ターゲット式スパッタ
装置は、スパッタ電力供給源が図３に示すように、高周
波電源１２と整合回路１３及び高周波カットフィルター
１４と直流電源１５で構成されていればよく、従って、
このスパッタ電力供給源を備えておれば図１に示すよう
な従来の構成のものでもよい。
装置は、スパッタ電力供給源が図３に示すように、高周
波電源１２と整合回路１３及び高周波カットフィルター
１４と直流電源１５で構成されていればよく、従って、
このスパッタ電力供給源を備えておれば図１に示すよう
な従来の構成のものでもよい。
【００２０】本発明においてターゲットとしては主とし
て金属が用いられ、例えば、元素周期表の１Ａ〜７Ａ，
８，１Ｂ，２Ｂに属する金属元素や、３Ｂ，４Ｂに属す
る半金属・半導体元素で構成されたものが用いられる。
なお、Ｓｉなど抵抗率の高いものは不純物をドープする
ことにより導電性を高めて用いられる。
て金属が用いられ、例えば、元素周期表の１Ａ〜７Ａ，
８，１Ｂ，２Ｂに属する金属元素や、３Ｂ，４Ｂに属す
る半金属・半導体元素で構成されたものが用いられる。
なお、Ｓｉなど抵抗率の高いものは不純物をドープする
ことにより導電性を高めて用いられる。
【００２１】本発明において反応性ガスとしては、任意
の公知の物が選択的に使用できる。例えば、窒化膜を形
成する場合であれば、窒素、アンモニア等の窒素原子を
含むガス、酸化膜を形成する場合であれば、酸素、酸化
窒素、酸化二窒素、一酸化炭素、二酸化炭素等の酸素原
子を含むガス、炭化膜を形成する場合であれば、メタ
ン、エタン、エチレン、プロパン等の炭素原子を含むガ
ス、水素化膜を形成する場合であれば、水素、水蒸気等
の水素原子を含むガス、フッ化膜を形成する場合であれ
ば、フッ素、フッ化水素、四フッ化珪素、六フッ化二珪
素、等のフッ素原子を含むガス等が挙げられる。
の公知の物が選択的に使用できる。例えば、窒化膜を形
成する場合であれば、窒素、アンモニア等の窒素原子を
含むガス、酸化膜を形成する場合であれば、酸素、酸化
窒素、酸化二窒素、一酸化炭素、二酸化炭素等の酸素原
子を含むガス、炭化膜を形成する場合であれば、メタ
ン、エタン、エチレン、プロパン等の炭素原子を含むガ
ス、水素化膜を形成する場合であれば、水素、水蒸気等
の水素原子を含むガス、フッ化膜を形成する場合であれ
ば、フッ素、フッ化水素、四フッ化珪素、六フッ化二珪
素、等のフッ素原子を含むガス等が挙げられる。
【００２２】
【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を更に
詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。
詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。
【００２３】実施例１
図１に示した構成の対向ターゲット式スパッタ装置を用
い、ターゲットとして純鉄を、基板としてガラス基板を
用い、ターゲット間の中央部の磁束密度が３００ガウス
になるように磁界を印加し、スパッタ電力として各ター
ゲットに１３．５６〜３００ＭＨｚの高周波電力２ｋＷ
の直流電力０．３ｋＷを供給し、スパッタガスとしてア
ルゴンを用いて圧力を１ミリトールに維持し、５０℃に
保ったガラス基板上に純鉄膜を形成し、純鉄膜の飽和磁
束密度と保磁力を測定した。但し、上記には従来の方法
である１３．５６ＭＨｚの高周波電力の場合をも含めて
記載した。
い、ターゲットとして純鉄を、基板としてガラス基板を
用い、ターゲット間の中央部の磁束密度が３００ガウス
になるように磁界を印加し、スパッタ電力として各ター
ゲットに１３．５６〜３００ＭＨｚの高周波電力２ｋＷ
の直流電力０．３ｋＷを供給し、スパッタガスとしてア
ルゴンを用いて圧力を１ミリトールに維持し、５０℃に
保ったガラス基板上に純鉄膜を形成し、純鉄膜の飽和磁
束密度と保磁力を測定した。但し、上記には従来の方法
である１３．５６ＭＨｚの高周波電力の場合をも含めて
記載した。
【００２４】図４は、測定した飽和磁束密度と保磁力の
スパッタ電力周波数依存性を示したグラフである。同図
において、〇印と●印は本発明のスパッタ成膜法で形成
した純鉄膜の飽和磁束密度と保磁力に相当し、△印と▲
印は従来のスパッタ成膜法で形成した純鉄膜の飽和磁束
密度と保磁力に相当する。同図から明らかなように、本
発明のスパッタ成膜法で形成した純鉄膜は、飽和磁束密
度は２（Ｔ）以上と従来法で形成したものよりも高く、
保磁力は２０（Ｏｅ）以下と従来法で形成したものより
も飛躍的に低い値であり、本発明のスパッタ成膜法で、
磁気ヘッド材料等に好適な優れた軟磁性特性を持つ純鉄
膜を形成することができた。
スパッタ電力周波数依存性を示したグラフである。同図
において、〇印と●印は本発明のスパッタ成膜法で形成
した純鉄膜の飽和磁束密度と保磁力に相当し、△印と▲
印は従来のスパッタ成膜法で形成した純鉄膜の飽和磁束
密度と保磁力に相当する。同図から明らかなように、本
発明のスパッタ成膜法で形成した純鉄膜は、飽和磁束密
度は２（Ｔ）以上と従来法で形成したものよりも高く、
保磁力は２０（Ｏｅ）以下と従来法で形成したものより
も飛躍的に低い値であり、本発明のスパッタ成膜法で、
磁気ヘッド材料等に好適な優れた軟磁性特性を持つ純鉄
膜を形成することができた。
【００２５】比較例１
実施例１と比較するために、スパッタ電力以外は前述し
た実施例１の成膜条件を用い、スパッタ電力として各タ
ーゲットに２．３ｋＷの直流電力だけを供給して従来法
によって純鉄膜を形成し、飽和磁束密度と保磁力を測定
したところ、飽和磁束密度は１．３（Ｔ）であり、保磁
力は１７０（Ｏｅ）であった。
た実施例１の成膜条件を用い、スパッタ電力として各タ
ーゲットに２．３ｋＷの直流電力だけを供給して従来法
によって純鉄膜を形成し、飽和磁束密度と保磁力を測定
したところ、飽和磁束密度は１．３（Ｔ）であり、保磁
力は１７０（Ｏｅ）であった。
【００２６】比較例２
また、実施例１と比較するために、スパッタ電力以外は
前述した実施例１の成膜条件を用い、スパッタ電力とし
て各ターゲットに１３．５６ＭＨｚの高周波電力２．３
ｋＷだけを供給して従来法によって純鉄膜を形成し、飽
和磁束密度と保磁力を測定したところ、飽和磁束密度は
１．５（Ｔ）であり、保磁力は１４０（Ｏｅ）であっ
た。
前述した実施例１の成膜条件を用い、スパッタ電力とし
て各ターゲットに１３．５６ＭＨｚの高周波電力２．３
ｋＷだけを供給して従来法によって純鉄膜を形成し、飽
和磁束密度と保磁力を測定したところ、飽和磁束密度は
１．５（Ｔ）であり、保磁力は１４０（Ｏｅ）であっ
た。
【００２７】実施例２
図１に示した構成の対向ターゲット式スパッタ装置を用
い、ターゲットとして純鉄を、基板としてガラス基板を
用い、ターゲット間の中央部の磁束密度が４５０ガウス
になるように磁界を印加し、スパッタ電力として各ター
ゲットに１００ＭＨｚの高周波電力１．５ｋＷと０．５
ｋＷの直流電力を供給し、スパッタガスとしてアルゴン
に窒素を２０％混入して用い、成膜圧力を０．８ミリト
ールに維持し、６０℃に保ったガラス基板上に窒素の反
応性スパッタにより窒化鉄膜を形成し、窒化鉄膜の飽和
磁束密度と保磁力を測定したところ、飽和磁束密度は
２．６（Ｔ）と非常に高い値を示し、また、保磁力は４
（Ｏｅ）と非常に低い値を示した。また、スパッタ電力
以外は前述した成膜条件を用い、スパッタ電力として各
ターゲットに２５０ＭＨｚの高周波電力１．５ｋＷと
０．５ｋＷの直流電力を供給して反応性スパッタにより
窒化鉄膜を形成し、飽和磁束密度と保磁力を測定したと
ころ、飽和磁束密度は２．７（Ｔ）と１００ＭＨｚの場
合よりも更に高い値を示し、保磁力は４（Ｏｅ）と非常
に低い値を示し、本発明のスパッタ成膜法で、磁気ヘッ
ド材料等に好適な優れた軟磁性特性を持つ窒化鉄膜を形
成することができた。
い、ターゲットとして純鉄を、基板としてガラス基板を
用い、ターゲット間の中央部の磁束密度が４５０ガウス
になるように磁界を印加し、スパッタ電力として各ター
ゲットに１００ＭＨｚの高周波電力１．５ｋＷと０．５
ｋＷの直流電力を供給し、スパッタガスとしてアルゴン
に窒素を２０％混入して用い、成膜圧力を０．８ミリト
ールに維持し、６０℃に保ったガラス基板上に窒素の反
応性スパッタにより窒化鉄膜を形成し、窒化鉄膜の飽和
磁束密度と保磁力を測定したところ、飽和磁束密度は
２．６（Ｔ）と非常に高い値を示し、また、保磁力は４
（Ｏｅ）と非常に低い値を示した。また、スパッタ電力
以外は前述した成膜条件を用い、スパッタ電力として各
ターゲットに２５０ＭＨｚの高周波電力１．５ｋＷと
０．５ｋＷの直流電力を供給して反応性スパッタにより
窒化鉄膜を形成し、飽和磁束密度と保磁力を測定したと
ころ、飽和磁束密度は２．７（Ｔ）と１００ＭＨｚの場
合よりも更に高い値を示し、保磁力は４（Ｏｅ）と非常
に低い値を示し、本発明のスパッタ成膜法で、磁気ヘッ
ド材料等に好適な優れた軟磁性特性を持つ窒化鉄膜を形
成することができた。
【００２８】比較例３
実施例２と比較するために、スパッタ電力以外は前述し
た実施例２の成膜条件を用い、スパッタ電力として各タ
ーゲットに１３．５６ＭＨｚの高周波電力１．５ｋＷと
０．５ｋＷの直流電力を供給して反応性スパッタにより
窒化鉄膜を形成し、飽和磁束密度と保磁力を測定したと
ころ、飽和磁束密度は０．９（Ｔ）であり、保磁力は１
２０（Ｏｅ）であった。
た実施例２の成膜条件を用い、スパッタ電力として各タ
ーゲットに１３．５６ＭＨｚの高周波電力１．５ｋＷと
０．５ｋＷの直流電力を供給して反応性スパッタにより
窒化鉄膜を形成し、飽和磁束密度と保磁力を測定したと
ころ、飽和磁束密度は０．９（Ｔ）であり、保磁力は１
２０（Ｏｅ）であった。
【００２９】実施例３
図１に示した構成の対向ターゲット式スパッタ装置を用
い、ターゲットとしてアルミニウムを、基板としてガラ
ス基板を用い、ターゲット間の中央部の磁束密度が１０
０ガウスになるように磁界を印加し、スパッタ電力とし
て周波数が１０５ＭＨｚの高周波電力２ｋＷと直流電力
０．６ｋＷを各ターゲットに供給し、スパッタガスとし
てアルゴンに酸素を５０％混入して用い、成膜圧力を１
ミリトールに維持し、６０℃に保ったガラス基板上に酸
素の反応性スパッタにより酸化アルミニウム膜を形成し
たところ、堆積速度は０．５（ｎｍ／Ｓ）であった。ま
た、こうして形成された膜の光学特性を調べたところ、
波長２３０ｎｍ以上の紫外光及び可視光に対する吸収は
無く、波長２５０ｎｍ及び５５０ｎｍの光に対しての膜
の屈折率はそれぞれ１．８及び１．７２であり、サファ
イヤ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の光学特性に近い緻密な酸化アルミ
ニウム膜が得られた。
い、ターゲットとしてアルミニウムを、基板としてガラ
ス基板を用い、ターゲット間の中央部の磁束密度が１０
０ガウスになるように磁界を印加し、スパッタ電力とし
て周波数が１０５ＭＨｚの高周波電力２ｋＷと直流電力
０．６ｋＷを各ターゲットに供給し、スパッタガスとし
てアルゴンに酸素を５０％混入して用い、成膜圧力を１
ミリトールに維持し、６０℃に保ったガラス基板上に酸
素の反応性スパッタにより酸化アルミニウム膜を形成し
たところ、堆積速度は０．５（ｎｍ／Ｓ）であった。ま
た、こうして形成された膜の光学特性を調べたところ、
波長２３０ｎｍ以上の紫外光及び可視光に対する吸収は
無く、波長２５０ｎｍ及び５５０ｎｍの光に対しての膜
の屈折率はそれぞれ１．８及び１．７２であり、サファ
イヤ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の光学特性に近い緻密な酸化アルミ
ニウム膜が得られた。
【００３０】比較例４
実施例３と比較するために、スパッタ電力以外は前述し
た実施例３の成膜条件を用い、スパッタ電力として周波
数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力２ｋＷと直流電力
０．６ｋＷを各ターゲットに供給して反応性スパッタに
より酸化アルミニウム膜を形成したところ、堆積速度は
０．３（ｎｍ／Ｓ）であり、本発明のスパッタ成膜法の
堆積速度の６割であった。また、光学特性は、約３５０
ｎｍ以下の紫外光に対して吸収のある膜であり、波長２
５０ｎｍ及び５５０ｎｍの光に対しての屈折率はそれぞ
れ１．７及び１．６５と本発明のスパッタ成膜法のもの
より小さく、膜の緻密性が低下しているものと観察され
た。
た実施例３の成膜条件を用い、スパッタ電力として周波
数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力２ｋＷと直流電力
０．６ｋＷを各ターゲットに供給して反応性スパッタに
より酸化アルミニウム膜を形成したところ、堆積速度は
０．３（ｎｍ／Ｓ）であり、本発明のスパッタ成膜法の
堆積速度の６割であった。また、光学特性は、約３５０
ｎｍ以下の紫外光に対して吸収のある膜であり、波長２
５０ｎｍ及び５５０ｎｍの光に対しての屈折率はそれぞ
れ１．７及び１．６５と本発明のスパッタ成膜法のもの
より小さく、膜の緻密性が低下しているものと観察され
た。
【００３１】実施例４
図１に示した構成の対向ターゲット式スパッタ装置を用
い、ターゲットとしてアンチモンをドープして導電性を
高めたシリコンを、基板としてガラス基板を用い、ター
ゲット間の中央部の磁束密度が８００ガウスになるよう
に磁界を印加し、スパッタ電力として周波数が１５０Ｍ
Ｈｚの高周波電力１．３ｋＷと直流電力０．５ｋＷを各
ターゲットに供給し、スパッタガスとしてアルゴンに窒
素を５０％混入して用い、成膜圧力を３ミリトールに維
持し、４０℃に保ったガラス基板上に窒素の反応性スパ
ッタにより窒化ケイ素膜を形成した。こうして形成され
た膜をＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）で分析すると、
Ｓｉ原子：Ｎ原子の比率は１：１．３であり、完全なＳ
ｉ3 Ｎ4 にかなり近い良質の窒化ケイ素膜が得られた。
また、ＨＦに対するエッチング速度を測定したところ４
９％フッ化水素水溶液に対して０．３ｎｍ／ｓであり、
後述する従来の形成法による窒化ケイ素膜より一桁低い
値が得られ、緻密な窒化ケイ素膜が得られたことがわか
った。
い、ターゲットとしてアンチモンをドープして導電性を
高めたシリコンを、基板としてガラス基板を用い、ター
ゲット間の中央部の磁束密度が８００ガウスになるよう
に磁界を印加し、スパッタ電力として周波数が１５０Ｍ
Ｈｚの高周波電力１．３ｋＷと直流電力０．５ｋＷを各
ターゲットに供給し、スパッタガスとしてアルゴンに窒
素を５０％混入して用い、成膜圧力を３ミリトールに維
持し、４０℃に保ったガラス基板上に窒素の反応性スパ
ッタにより窒化ケイ素膜を形成した。こうして形成され
た膜をＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）で分析すると、
Ｓｉ原子：Ｎ原子の比率は１：１．３であり、完全なＳ
ｉ3 Ｎ4 にかなり近い良質の窒化ケイ素膜が得られた。
また、ＨＦに対するエッチング速度を測定したところ４
９％フッ化水素水溶液に対して０．３ｎｍ／ｓであり、
後述する従来の形成法による窒化ケイ素膜より一桁低い
値が得られ、緻密な窒化ケイ素膜が得られたことがわか
った。
【００３２】比較例５
実施例４と比較するために、スパッタ電力以外は前述し
た実施例４の成膜条件を用い、スパッタ電力として周波
数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力１．３ｋＷと直流電
力０．５ｋＷを各ターゲットに供給して反応性スパッタ
により窒化ケイ素膜を形成したところ、Ｓｉ原子：Ｎ原
子の比率は１：１．２２であり、本発明の形成法の窒化
ケイ素膜と比べると窒化反応不足の膜であった。また、
４９％フッ化水素水溶液に対してのエッチング速度は
３．２ｎｍ／ｓであった。
た実施例４の成膜条件を用い、スパッタ電力として周波
数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力１．３ｋＷと直流電
力０．５ｋＷを各ターゲットに供給して反応性スパッタ
により窒化ケイ素膜を形成したところ、Ｓｉ原子：Ｎ原
子の比率は１：１．２２であり、本発明の形成法の窒化
ケイ素膜と比べると窒化反応不足の膜であった。また、
４９％フッ化水素水溶液に対してのエッチング速度は
３．２ｎｍ／ｓであった。
【００３３】
【発明の効果】本発明のスパッタ成膜法によれば、堆積
膜にプラズマダメージを与えることなく堆積粒子にソフ
トなアシストエネルギーを付与でき、高品質な堆積膜の
形成が可能となった。また、反応性スパッタの反応性を
向上することができ、高品質な化合物薄膜の形成が可能
となった。
膜にプラズマダメージを与えることなく堆積粒子にソフ
トなアシストエネルギーを付与でき、高品質な堆積膜の
形成が可能となった。また、反応性スパッタの反応性を
向上することができ、高品質な化合物薄膜の形成が可能
となった。
【図１】対向ターゲット式スパッタ装置の構成模式図で
ある。
ある。
【図２】プラズマ密度と入射イオンエネルギーの電力周
波数依存性を示したグラフである。
波数依存性を示したグラフである。
【図３】本発明のスパッタ成膜法に用いられるスパッタ
電力供給源の構成模式図である。
電力供給源の構成模式図である。
【図４】飽和磁束密度と保磁力のスパッタ電力周波数依
存性を示したグラフである。
存性を示したグラフである。
１ 真空槽
２Ａ，２Ｂ 電極支持台
３Ａ，３Ｂ カソード電極
４Ａ，４Ｂ ターゲット
５Ａ，５Ｂ アースシールド
６Ａ，６Ｂ スパッタ電力供給源
７ 磁界コイル
８ 基板
９ 基板ホルダー
１０ 真空排気手段
１１ ガス供給手段
１２ 高周波電源
１３ 整合回路
１４ 高周波カットフィルター
１５ 直流電源
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭57−157511（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−140077（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 14/34
C23C 14/44
Claims (2)
- 【請求項１】 対面させたターゲットの側方に基板を配
置し、ターゲット間に磁界をその対向方向に印加してス
パッタし、基板上に薄膜を形成する対向ターゲット式ス
パッタ成膜方法において、ターゲットにスパッタ電力と
して３０〜３００ＭＨｚの高周波電力及び直流電力を供
給することを特徴とするスパッタ成膜方法。 - 【請求項２】 スパッタガスに反応性ガスを混入して反
応性スパッタにより基板上に化合物薄膜を形成すること
を特徴とする請求項１記載のスパッタ成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12423393A JP3478561B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | スパッタ成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12423393A JP3478561B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | スパッタ成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06330305A JPH06330305A (ja) | 1994-11-29 |
| JP3478561B2 true JP3478561B2 (ja) | 2003-12-15 |
Family
ID=14880275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12423393A Expired - Lifetime JP3478561B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | スパッタ成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3478561B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3391944B2 (ja) * | 1995-07-06 | 2003-03-31 | キヤノン株式会社 | 酸化物薄膜の成膜方法 |
| JP3840735B2 (ja) * | 1996-04-12 | 2006-11-01 | 旭硝子株式会社 | 酸化物膜の製造方法 |
| WO2002000960A1 (en) * | 2000-06-29 | 2002-01-03 | Sanyo Sinkuu Kougyou Co., Ltd | Magnetron sputtering device |
| US20100264017A1 (en) * | 2007-07-25 | 2010-10-21 | Sang-Cheol Nam | Method for depositing ceramic thin film by sputtering using non-conductive target |
| US20140272345A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Rubicon Technology, Inc. | Method of growing aluminum oxide onto substrates by use of an aluminum source in an environment containing partial pressure of oxygen to create transparent, scratch-resistant windows |
-
1993
- 1993-05-26 JP JP12423393A patent/JP3478561B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06330305A (ja) | 1994-11-29 |
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