JPH0987839A - 薄膜作製方法及び薄膜作製装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スパッタ成膜中に発生する多くのイオンや高
エネルギーの中性分子原子による、被膜形成面へのダメ
ージを低減させることを目的とする。 【構成】 基板の裏側に反射磁界発生装置を備えること
でイオンのダメージを低減し、成膜初期のスパッタ収量
を小さくすることで中性分子・原子の衝突によるダメー
ジを低減させる、スパッタ方法とスパッタ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】減圧状態で、スパッタリング現象
を利用して薄膜作製を行う分野において、特にイオンに
よる被成膜面のスパッタダメージと初期スパッタでのダ
メージを減少させる薄膜作製方法およびその薄膜作製装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリング現象を利用する薄膜作製
方法としては、ターゲットに直流電圧を印加するＤＣス
パッタリング法、ターゲットに交流電圧を印加するＲＦ
スパッタリング法があり、また、主に不活性ガスによる
スパッタ以外に、他のガスも添加しながらスパッタリン
グを行い、ターゲット材料とその添加ガスとの反応を利
用する反応性スパッタリングや、ターゲットのスパッタ
効率を向上させるために磁場によってスパッタをするイ
オンをエロージョン領域に閉じ込めてスパッタを行うマ
グネトロンスパッタリングなどがある。無論、それぞれ
を組み合わせたスパッタ方法、たとえばＲＦマグネトロ
ン反応スパッタリング法などもある。

【０００３】スパッタリング現象を利用した薄膜作製方
法は、半導体分野で特によく利用されている。半導体分
野の中でも、結晶シリコンを利用した半導体分野以外に
も、最近では絶縁性表面に薄膜半導体を形成することで
完成する薄膜トランジスタ、いわゆるＴＦＴの分野や、
液晶ディスプレイの透明電極を形成する分野など、幅広
い分野で利用されている。

【０００４】スパッタリング現象を利用した成膜方法
（以下スパッタ法という）では、ターゲットに電界によ
って加速させたアルゴンイオンなどを衝突させ、それに
よって、ターゲットから材料の分子原子が飛び出し、タ
ーゲットに対向して離間している基板の表面にその原子
分子が到達し、そこで膜を形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】スパッタリングによっ
て飛び出したターゲット材料の原子や分子は、アルゴン
などをイオン化するためのプラズマ空間を通過した後に
基板へ到達する。例えば、アルゴンの平均自由行程は、
絶対温度２９３Ｋで、圧力１Ｐａのときに約６．８ｍｍ
である。スパッタ時の圧力は大体０．１Ｐａ程度である
ので、平均自由行程は温度がある程度高いとしても１０
ｃｍ以下である。また、アルゴン以外であっても平均自
由行程は大きくは変わらない。そのために、ターゲット
から飛び出した原子や分子も、プラズマ空間を通過する
ときにその何割かは、イオン化されてしまう。イオン化
されたターゲット材料から飛び出した原子や分子と、ア
ルゴンイオンの何割かは、被膜形成面に達する。そのイ
オンによるダメージが、特に半導体や薄膜半導体を形成
するうえで、大きな問題を引き起こす。

【０００６】半導体分野では、絶縁膜上に金属配線を行
い、その上にさらに絶縁膜を形成してその絶縁膜を平坦
化して、さらに金属配線を行う多層配線技術が行われて
いる。その金属配線用の金属膜の成膜にスパッタ法が用
いられている。金属配線の下には、絶縁膜があり、被膜
形成面まで達したイオン化されたターゲット材料から飛
び出した原子や分子と、アルゴンイオンとはその電荷を
絶縁膜上で急激に放電して、いわゆる静電破壊に似た現
象を引き起こす。

【０００７】また、薄膜半導体装置を形成する場合に
は、基板自体が絶縁性が高いために、結晶半導体の場合
よりも問題は深刻である。薄膜半導体を利用した薄膜半
導体装置のうちでも、結晶半導体のＭＯＳトランジスタ
に似ている薄膜トランジスタいわゆるＴＦＴの中でも、
トップゲート型のトランジスタの場合には、チャネルを
形成する薄膜半導体層、ゲート絶縁膜を形成する絶縁層
をそれぞれ形成したのちに、最後にゲート電極としての
金属層を形成する。その最後の金属層を形成するにはス
パッタ法を用いることが多い。そのために、被膜形成面
まで達したイオン化されたターゲット材料から飛び出し
た原子や分子と、アルゴンイオンはゲート絶縁膜の静電
破壊にとどまらず、基板自体が絶縁体であるがゆえに、
基板上のあらゆるところでのイオンダメージを引き起こ
しやすい。

【０００８】被膜形成面まで達したイオン化されたター
ゲット材料から飛び出した原子や分子と、アルゴンイオ
ンのダメージの他に、イオン化していない中性のターゲ
ット材料から飛び出した原子や分子の中でも問題になる
ものがある。スパッタ収量の計算によると、例えばアル
ゴンイオン１個を３００ｅＶでアルミニウムのターゲッ
トに衝突させた場合、１．２４アルミニウム原子が飛び
出すことになる。スパッタによる成膜速度を上昇させて
生産性を向上させようとすると、このスパッタ収量をで
きるだけ大きくする必要がある。

【０００９】スパッタ収量を大きくするためには、ター
ゲットに印加する電力を大きくする必要がある。ターゲ
ットに印加する電圧を高くすると、ターゲットをスパッ
タするアルゴンイオンの加速は大きくなり、必然的に大
きなエネルギーでターゲットをスパッタするために、そ
れによって飛び出すターゲット材料の原子や分子も大き
なエネルギーをもって飛び出し、イオン化されないとし
ても大きなエネルギーをもったまま被膜形成面に衝突す
る。

【００１０】イオンが被膜形成面に衝突した場合には、
そのイオンの持つ電荷によるイオンダメージが強いが、
中性で大きなエネルギーをもったターゲット材料から飛
び出した原子や分子は、被膜形成面の下の膜中にある深
さで侵入してしてしまう。それによって、例えば、トッ
プゲート型のＴＦＴのゲート電極材料をスパッタ法によ
って形成する場合などは、その電極材料がゲート絶縁膜
中に侵入してしまうことすら発生する。ＴＦＴを液晶に
利用する場合などは、画素を制御するためのスイッチと
してのＴＦＴなどは１００万個程度あるが、ゲート絶縁
膜中に金属材料がバラバラに侵入してしまうと、しきい
値がずれ、信頼性にも大きな悪影響をおよぼしてしま
う。ましてや、ＴＦＴを利用してドライバー回路やアン
プなどを形成する場合は、しきい値がずれることは致命
的である。

【００１１】本発明の目的は、上述の問題点を解消し
て、半導体分野において、スパッタ法によって成膜を行
う場合に、その被膜形成面ならびにその下側の膜の状
況、あるいは、基板の材質によって、スパッタ法で発生
するスパッタガスのイオンや、ターゲット材料から飛び
出した原子や分子のイオン化したものによるイオンダメ
ージを減少すること、さらに、イオン化されてはいない
が大きなエネルギーを持って、被膜形成面に到達する中
性のターゲット材料から飛び出した原子や分子による衝
突ダメージを減少することにある。即ち、イオンによる
ダメージと、高エネルギーの中性原子分子によるダメー
ジとを減少することが可能な薄膜作製方法と、それを実
現するための薄膜作製装置を提供することを課題とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の構成の一つは、スパッタ法によって、基板
に薄膜を作製する方法において、ターゲットに対向して
いる前記基板には薄膜を作製する面の裏側方向に、反射
磁界発生装置を備え、該反射磁界発生装置により、前記
薄膜を作製する面に向かってくるイオンのつくり出す磁
界と同じ向きの閉じられたループ磁界を前記薄膜を作製
する面とほぼ平行な面で発生させながら、薄膜を作製す
ることを特徴とする薄膜作製方法である。

【００１３】本発明の他の構成は、スパッタ法によっ
て、基板に薄膜を作製する方法において、ターゲットに
対向している前記基板には薄膜を作製する面の裏側方向
に、反射磁界発生装置を備え、該反射磁界発生装置によ
り、前記薄膜を作製する面に到達するイオンを減少させ
るような閉じられたループ磁界を前記薄膜を作製する面
とほぼ平行な面で発生させながら、薄膜を作製すること
を特徴とする薄膜作製方法である。

【００１４】本発明の他の構成は、上記薄膜作製方法に
おいて、前記反射磁界発生装置には、永久磁石のＮ極と
Ｓ極が交互にループ状にほぼ同一平面に並んで固定さ
れ、前記ループ状にほぼ沿うような磁界のみが発生する
ように、磁気シールドを前記ループ状に沿わない磁界を
遮断するように設けてあることを特徴とする薄膜作製方
法である。

【００１５】本発明の他の構成は、上記薄膜作製方法に
おいて、 永久磁石として、希土類コバルト、Ａｌｎｉ
ｃｏ５、タングステン鋼、炭素鋼、ＫＳ鋼、ＯＰ磁石、
Ｆｅｒｒｏｘｄｕｒｅ２、のいずれかを用いることを特
徴とする薄膜作製方法である。

【００１６】本発明の他の構成は、上記薄膜作製方法に
おいて、永久磁石として、Ｕ字磁石あるいは棒磁石を用
いることを特徴とする薄膜作製方法である。

【００１７】本発明の他の構成は、上記薄膜作製方法に
おいて、前記磁気シールドの高さが前記永久磁石の高さ
より高いことを特徴とする薄膜作製方法である。

【００１８】本発明の他の構成は、上記薄膜作製方法に
おいて、 前記反射磁界発生装置において、コイルをほ
ぼ閉じられたループを形成するように巻き、前記コイル
に電流を流すことにより、前記ループ状にほぼ沿うよう
な磁界を発生させることを特徴とする薄膜作製方法であ
る。

【００１９】本発明の他の構成としては、上記薄膜作製
方法において、前記反射磁界発生装置において、基板の
薄膜を作製する面とほぼ垂直な方向に電流を流すことに
より、閉じられたループ磁界を前記基板を作製する面と
ほぼ平行に発生させることを特徴とする薄膜作製方法。

【００２０】本発明の他の構成としては、上記薄膜作製
方法において、反射磁界発生装置において、基板の薄膜
を作製する面とほぼ平行な１組の平面電極の間で直流放
電をさせることにより、閉じられたループ磁界を前記基
板を作製する面とほぼ平行に発生させることを特徴とし
た薄膜作製方法である。

【００２１】本発明の他の構成は、スパッタ法によっ
て、基板に薄膜を成膜する方法において、成膜の初期と
その後とを比較して、初期の段階のスパッタ収量のほう
が小さくなるように成膜することを特徴とする薄膜作製
方法。

【００２２】本発明の他の構成は、トップゲート型薄膜
トランジスタの作製工程において、ゲート絶縁膜上にゲ
ート電極をスパッタ法によって成膜する場合に、成膜の
初期とその後とを比較して、初期の段階でのスパッタ収
量のほうが小さくなるように成膜することを特徴とする
薄膜作製方法。

【００２３】本発明の他の構成は、前記薄膜作製方法に
おいて、カソード投入電力を一定にた状態で、成膜の初
期とその後とを比較して、初期の段階のカソード電圧の
ほうが小さくなるように、スパッタ収量の制御を行うこ
とを特徴とする薄膜作製方法。

【００２４】本発明の他の構成は、前記薄膜作製方法に
おいて、カソード投入電力を、成膜の初期がその後と比
較して、初期の段階のほうが小さくなるように、スパッ
タ収量の制御を行うことを特徴とする薄膜作製方法。

【００２５】本発明の他の構成は、前記薄膜作製方法に
おいて、スパッタ収量が小さくなるように成膜する初期
の段階は、成膜された薄膜の膜厚が１００〜１０００Å
の範囲であることを特徴とする薄膜作製方法。

【００２６】本発明の他の構成は、薄膜作製用スパッタ
装置において、被膜成膜用基板を所定の場所に設置した
状態で、該基板からみてターゲットと反対側に反射磁界
発生装置を備えていることを特徴とする薄膜作製装置で
ある。

【００２７】本発明の他の構成は、薄膜作製用スパッタ
装置において、被膜成膜用基板を所定の場所に設置した
状態で、該基板からみてターゲットと反対側にヒータを
備え、該ヒータからみて前記ターゲットと反対側に反射
磁界発生装置を備えていることを特徴とした薄膜作製装
置である。

【００２８】本発明の他の構成は、上記薄膜作製装置に
おいて、ヒータと反射磁界発生装置の間に、前記ヒータ
からの熱を低減させるための熱遮蔽装置を前記ヒータと
反射磁界発生装置の間に備えてあることを特徴とする薄
膜作製装置である。

【００２９】本発明の他の構成は、前記薄膜作製装置に
おいて、前記被膜成膜用基板を移動する移動手段を備
え、前記反射磁界発生装置は前記被膜成膜用基板と連動
して、移動されることを特徴とする薄膜作製装置。

【００３０】本発明の他の構成は、前記薄膜作製装置に
おいて、前記移動手段は減圧側と大気圧側にて磁気シー
ルによって接続され、前記反射磁界発生装置と前記磁気
シールの間に磁気シールドを設けてあることを特徴とす
る薄膜作製装置。

【００３１】本発明の他の構成は、上記薄膜作製装置に
おいて、反射磁界発生装置において、永久磁石のＮ極と
Ｓ極が交互にループ状にほぼ同一平面に並んで固定され
ており、前記ループ状にほぼ沿うような磁界のみが発生
するように磁気シールドを前記ループ状に沿わない磁界
を遮断するように設けてあることを特徴とする薄膜作製
装置である。

【００３２】本発明の他の構成は、上記薄膜作製装置に
おいて、永久磁石として、希土類コバルト、Ａｌｎｉｃ
ｏ５、タングステン鋼、炭素鋼、ＫＳ鋼、ＯＰ磁石、Ｆ
ｅｒｒｏｘｄｕｒｅ２、のいずれかを用いることを特徴
とする薄膜作製装置である。

【００３３】本発明の他の構成は、上記薄膜作製装置に
おいて、永久磁石として、Ｕ字磁石あるいは棒磁石を用
いることを特徴とする薄膜作製装置である。

【００３４】本発明の他の構成は、上記薄膜作製装置に
おいて、磁気シールドの高さが永久磁石の高さより高い
ことを特徴とする薄膜作製装置である。

【００３５】本発明の他の構成は、上記薄膜作製装置に
おいて、反射磁界発生装置において、コイルをほぼ閉じ
られたループを形成するように巻き、前記コイルに電流
を流すことによって前記ループ状にほぼ沿うような磁界
を発生させることを特徴とした薄膜作製装置である。

【００３６】本発明の他の構成としては、上記薄膜作製
装置において、反射磁界発生装置において、基板の薄膜
を作製する面とほぼ垂直な方向に電流を流すことで閉じ
られたループ磁界を、前記基板を作製する面とほぼ平行
に発生させることを特徴とする薄膜作製装置である。

【００３７】本発明の他の構成は、上記薄膜作製装置に
おいて、反射磁界発生装置において、基板の薄膜を作製
する面とほぼ平行な１組の平面電極の間で直流放電をさ
せることで閉じられたループ磁界を、前記基板を作製す
る面とほぼ平行に発生させることを特徴とした薄膜作製
装置である。

【００３８】

【作用】スパッタの際に、正イオンまたは負イオンが基
板に衝突する場合、例えば正イオンが基板に衝突する場
合に、その進行方向に対して時計方向の回転での磁界が
発生する（いわゆる電磁気学でいう右ネジの法則）。そ
の様子を、図１（Ａ）に示す。基板１０１に進行してい
る正イオン１０２は、進行方向１０３に対して、右ネジ
が進む場合の回転方向（基板に向かって時計方向）に移
動電荷による磁界（ここではイオン磁界１０４と呼ぶ）
ができる。正イオン１０２はイオン磁界１０４を発生さ
せながら進行方向１０３に進み、基板１０１に衝突し
て、イオンダメージを与える。なお、負イオンの場合
は、イオン磁界１０４の向きが逆になり、左ネジが進む
場合の回転方向になる。

【００３９】そこで、本発明は、イオンが基板に衝突す
ることを防止する、あるいは衝突するイオンの数を削減
しようとするものである。本発明の概略の原理を図１
（Ｂ）に示す。基板１１１に進行している正イオン１１
２は、基板１１１向かって時計回りの方向にイオン磁界
１１４を発生させながら進行する。その時に、基板の被
形成面に沿ってイオン磁界１１４と同じ向きの反射磁界
１１５があると、正イオン１１２は基板１１１の近傍に
て磁界の反作用によって、基板１１１から遠ざかる向き
に力を受けて、進行方向を反対方向１１３に変えてしま
う。このため、正イオン１１２が基板１１１に達するこ
とがなくなる。或いは、基板１１１に到達する正イオン
１１２の数を減じることができる。従って、反射磁界１
１５を被形成面に向かって時計回りの方向に常に発生さ
せておくことで、正のイオン１１２によるダメージを減
少させることできる。正イオン１１２が、負イオンであ
れば、磁界の向きは全て逆になる。

【００４０】被形成面に衝突してくるイオンに対して、
例えば正イオンが作る誘導磁場が、進行方向に対して時
計回りの方向の閉じられたループ磁界を発生させている
ことから、同じ時計回りの閉じられたループ磁界を発生
させることによって、正イオンの被形成面への衝突を回
避するものである。半導体分野では、基板はＳｉやＧａ
Ａａなどであり、薄膜半導体分野では石英やソーダガラ
ス、ホウケイ酸ガラスなどであり、いずれも被磁性体で
あるので、反射磁界としての閉じられたループ磁界は、
被形成面の反対側に発生させることが可能である。負イ
オンに対しても同様である。

【００４１】図２に正イオンのダメージを減少させるた
めの反射磁界の様子をもう少し分かりやすく示してあ
る。図２（Ａ）は、スパッタ法による成膜装置の中の、
ターゲット２０２と被膜形成面側２０４をターゲット２
０２に向けて配置してある基板２０１と、基板２０１の
被膜形成面側２０４と反対側に反射磁界領域２０３があ
る断面図である。

【００４２】この基板２０１を被膜形成面２０４側から
見た平面図のうち、基板として、ウエハ２１１を配置し
たものが図２（Ｂ）であり、基板として、矩形のガラス
基板２２１を配置したものが図２（Ｃ）である。反射磁
界領域２０３において、図２（Ｂ）に示すように、被膜
形成面側２０４からみると、ウエハ２１１に対して時計
の針の進む向きと同じ、いわゆる時計方向に、閉じられ
た円周状の磁界２１３が発生されている。同様に、図２
（Ｃ）に示すように、閉じられた円周状の磁界２２３が
ガラス基板２１１を被膜形成面側２０４からみて時計方
向に発生されている。なお、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に
おいて、矢印の向きが磁界２１３、２２３の方向を示し
ている。反射磁界領域２０３では、円周状の磁界２１
３、２２３の様な形でなくとも、正イオンがつくり出す
時計方向の磁界と同じ向きの磁界であれば原理的に同等
であり、例えば図２（Ｄ）には、被膜形成面側２０４か
ら、見たときにガラス基板２３１を配置してある平面図
であるが、反射磁界としては閉じられたループ状で角状
の磁界２３３でもよく、角状の磁界２２３の中の矢印が
磁界の向きを示している。

【００４３】つまり、正イオンが基板の被膜形成面に向
かって動くときに発生する閉じられたループ磁界と同じ
向きの反射磁界を被膜形成面近傍にて発生させて、正イ
オンをその磁界の反作用によって弾くようにすること
で、被膜形成面での正イオンダメージを減少させること
ができる。負イオンによるダメージであれば、全て磁界
の向きのみが逆になるだけで同様である。

【００４４】閉じられたループ磁界の発生のさせ方とし
ては、図３に永久磁石を用いた場合を示す。図３は、被
膜形成面側から見た場合の図になっているため、反射磁
界としての閉じられたループ磁界は、時計方向になるよ
うに発生させなくてはならない。

【００４５】図３（Ａ）は、正イオンによるダメージを
低減させるための例を示し、永久磁石を４個用いた場合
の例である。４つのＵ字磁石３０１ａ〜３０１ｄはそれ
ぞれセンター３００を中心にして９０度の回転角度をな
して対称的に配置されている。また、Ｕ字磁石３０１ａ
〜３０１ｄはそれぞれセンター３００みたときに右側に
Ｎ極、左側にＳ極がくるように配置されている。更に、
Ｕ字磁石３０１ａ〜３０１ｄのＮ極とＳ極の間には、そ
れらのＮ極とＳ極の先端よりもセンター３００の方向に
突出するように、それぞれ磁気シールド３０２ａ〜３０
２ｄが配置されいる。

【００４６】Ｕ字磁石３０１ａをセンター３００から見
た図を図３（Ｂ）に示す。Ｕ字磁石３０１ａの高さＸよ
り、磁気シールド３０２ａの高さＹの方を大きくしてい
る。これは、Ｕ字磁石３０１ａのＮ極とＳ極の間での磁
界をできるだけ遮断したいためである。あるいは、図３
（Ｃ）に示すように、磁気シールド３０２ＡのようにＵ
字磁石３０１ａのＮ極とＳ極の上部、下部も覆うように
すると、より理想的である。

【００４７】図３（Ａ）に示すように、Ｕ字磁石３０１
ａ〜３０１ｄにおいて、それぞれの磁石のＮ極とＳ極の
間での磁力線はほんとんどなく、Ｕ字磁石３０１ａのＳ
極とＵ字磁石３０１ｂのＮ極の間で、磁力線３０４がで
き、磁界の向きはＵ字磁石３０１ｂのＮ極からＵ字磁石
３０１ａのＳ極に向かって発生する。同様にＵ字磁石３
０１ｃのＮ極からＵ字磁石３０１ｂのＳ極に向かって発
生し、Ｕ字磁石３０１ｄのＮ極からＵ字磁石３０１ｃの
Ｓ極に向かって発生し、Ｕ字磁石３０１ａのＮ極からＵ
字磁石３０１ｄのＳ極に向かって発生する。

【００４８】すると、図３（Ａ）のセンター３００の回
りに磁力線３０３が発生する。この磁力線３０３は時計
回りで閉じているために、反射磁界としていわゆる閉じ
られたループ磁界として作用する。図３（Ａ）で示した
センター３００の上に基板を置いて、スパッタ法によっ
て成膜した場合に、基板に衝突する正イオンを減少させ
ることが可能であり、被膜形成面の正イオンのダメージ
をも低減できる。

【００４９】Ｕ字磁石３０１ａ〜３０１ｄとしては、強
い磁界が必要な場合は、ＳｍＣｏ_５などの希土類コバル
ト磁石や、８Ａｌ，１４Ｎｉ，２３Ｃｏ，３Ｃｕなどの
成分からできるＡｌｎｉｃｏ５や０．７Ｃ，０．３Ｃ
ｒ，６Ｗ，０．３Ｍｎなどの成分からできるタングステ
ン鋼を用いるとよい。また、それ程大きな磁界が必要で
無い場合は、０．９〜１Ｃ，１Ｍｎなど成分からできる
炭素鋼や、０．９Ｃ，３５Ｃｏ，３〜６Ｃｒ，４Ｗなど
の成分からできるＫＳ鋼や、Ｃｏ_０．７５Ｆｅ_２．２５
Ｏ_４などのＯＰ磁石や、ＢａＦｅ_１２Ｏ_１９などのＦｅ
ｒｒｏｘｄｕｒｅ２などを用いた永久磁石を用いると良
い。

【００５０】或いは、Ｕ字磁石３０１ａ〜３０１ｄは永
久磁石でなく、同様の電磁石でもよい。また４個を円周
状に並べたが、別段円周状である必要はなく、最終的に
センター３００の回りに閉じた時計方向回りに磁力線が
でき、反射磁界をいわゆる閉じられたループ磁界として
なせばよい。負イオンによるダメージを低減させるため
には、全て磁界の向きを逆にする。つまりＮ極とＳ極を
反転させたものにすれば良い。

【００５１】図３に示したような、配置の仕方ではな
く、もっと単純な永久磁石を用いて、反射磁界を発生さ
せる手段を図４に示す。図４（Ａ）は、図３（Ａ）に対
応しているが、被膜形成面側から見た場合の正イオンダ
メージを低減させるための図になっているため、反射磁
界としての閉じられたループ磁界は、時計方向になるよ
うに発生させなくてはならない。磁気シールド４０２
ａ、４０２ｂ、４０２ｃが円周状に壁をなしておりその
中に、多数の永久磁石４０１が、１種類は磁気シールド
４０２ａと４０２ｂの間の領域４０３に配置され、他の
種類としては、磁気シールド４０２ｂと４０２ｃの間の
領域４０４に配置されている。この図では領域４０３、
４０４の２つであるが、１つでも良くまた、３つ以上で
も無論よい。

【００５２】それぞれの各永久磁石４０１は、センター
４００からその個別の永久磁石４０１をみたときに右側
がＮ極、左側がＳ極になるように配置されている。する
と永久磁石４０１は、磁気シールド４０２ａ、４０２
ｂ、４０２ｃで挟まれている中で主に、磁力線を発生さ
せ磁気シールドを隔てた磁力線の発生をできるだけ抑え
ており、Ｎ極からＳ極へと丁度時計の針の進行方向と同
じ向きの磁力線になる。また、図４（Ａ）の中の、Ｘ−
Ｘ’断面を図４（Ｂ）に示し、Ｙ−Ｙ’断面を図４
（Ｃ）に示している。図４（Ｂ）を見るとわかるよう
に、領域４０３に永久磁石４０１があるときは、領域４
０４には永久磁石４０１がない。逆に図４（Ｃ）を見る
と、領域４０４に永久磁石４０１がある時は、領域４０
３には永久磁石４０１はない。

【００５３】上記のように、永久磁石４０１の配置は、
領域４０３と領域４０４で交互に配置するようにした方
がよい。ただし、交互に配置しなくくとも、本発明の効
果は十分にでる。また、図４（Ｂ）と図４（Ｃ）をみる
と明らかなように、永久磁石４０１の高さＸよりも、磁
気シールド４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃの高さＹの方
が高くすることで、閉じられたループ磁界以外の磁界の
発生を減少させている。領域４０３と４０４の中で、永
久磁石４０１を介しながらそれぞれ閉じられたループ磁
界を発生させている。また、負イオンのダメージを低減
させるためには永久磁石４０１のＮ極とＳ極を逆にす
る。

【００５４】図５は、図４に示したものを、四角形状に
てならべたものであり、四角い基板などに対応しやす
い。また、図６に示すようにコイル６０１をドーナッツ
状にして、電流６０２を流すと閉じられたループ磁界６
０３を発生させることができる。このコイルの場合は、
磁界の大きさを自在に変化させることができるために利
点が多い。図６は、正イオンのダメージを低減させるよ
うにしてあるが、負イオンのダメージを低減させるため
には、電池６０４のプラスとマイナスを換えることで対
応できる。図には示していないが、コイル６０１の内側
円周状と外側円周状に磁気シールドを設けた方がよい
が、コイル状の電流を流した場合は、ほぼループに沿う
ような磁界しかできないために、なくとも十分である。

【００５５】また、いままでのものは静磁場、静磁界を
発生させていたが、図７に示すように鉄心７００にコイ
ル７０１ａ、７０１ｂ、７０２ａ、７０２ｂ、７０３
ａ、７０３ｂ、を巻付け、コイル７０１ａ、７０１ｂを
交流電源Ａ７０４に接続し、コイル７０２ａ、７０２ｂ
を交流電源Ｂ７０５に接続し、コイル７０３ａ、７０３
ｂを交流電源Ｃ７０６に接続する。交流電源Ａ〜Ｃ７０
４〜７０６は、それぞれ位相だけが異なる電源になって
いる。それぞれの位相差は丁度１２０゜になっている。
それによって、閉じられたループ磁界が発生する。

【００５６】磁石を使って反射磁界としての閉じられた
ループ磁界を発生させる以外に、図８（Ａ）、図８
（Ｂ）に示すような方法もある。この図は負イオンのダ
メージを低減させる図を示している。図８（Ａ）は、基
板８０１の被膜形成面側８０２の反対側に、反射磁界を
発生させるようにしたものの断面図であり、下電極８０
３と上電極８０４とは多数の導電線８０５で接続され、
下電極８０３は直流電源８０６のプラス側に接続され、
上電極８０４は抵抗８０７を通して接地されている。直
流電源８０６の電圧を変化させるか、抵抗８０７の抵抗
値を変化させることで、多数の導電線８０５を流れる電
流値を制御する。多数の導電線８０５の１本１本には矢
印の方向に電流がながれるために、導電線８０５のまわ
りには、電流がながれる向きに右ネジが進む方向に、反
射磁界としての閉じられたループ磁界が発生する。

【００５７】基板８０１に向かってくる、負イオンがつ
くり出す閉じられたループ磁界と丁度同じ向きとなり、
その負イオンの基板への衝突を減少させることが出来
る。しかも、この場合は、多数の導電線８０５を流れる
電流値を制御することで、反射磁界としての閉じられた
ループ磁界の強さを制御できるために、幅広い条件にま
で対応可能である。正イオンに対しては、直流電源８０
６のプラスとマイナスを逆にすればよい。

【００５８】図８（Ｂ）には、基板８１１の被膜形成面
側８１２の反対側に、反射磁界を発生させるようにした
ものの断面図であり、下電極８１３と上電極８１４の間
で直流のプラズマ放電８１５が発生される。下電極８１
３は直流電源８１６のプラス側に接続され、上電極８１
４は抵抗８１７を通して接地されている。直流電源８１
６の電圧を変化させるか、抵抗８１７の抵抗値を変化さ
せることで、直流のプラズマ放電８１５によって発生す
るイオン電流を制御する。直流放電であるために、正の
イオンは、下電極８１３から上電極８１４へ向かって移
動するために、丁度、基板８０１に向かってくる負イオ
ンと逆向きの方向になるため、下電極８１３から上電極
８１４へ向かって移動する正イオンによって発生する反
射磁界としての閉じられたループ磁界が発生する。

【００５９】直流プラズマ放電８１５によって流れる電
流を、直流電源８１６の電圧を変化させるあるいは、抵
抗８１７の抵抗値を変化させることで、反射磁界として
の閉じられたループ磁界の強さを制御できる。図８
（Ａ）、図８（Ｂ）のどちらの場合も、上電極８０４、
８１４と下電極８０３、８１３の材質は非磁性体を用い
なくてはならず、例えば、ステンレススチールの非磁性
体である、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などや、アルミ
ニウムやアルミニウム合金などがある。正イオンに対し
ては、直流電源８１６のプラスマイナスを逆転させれば
よい。

【００６０】図９は本発明を用いた場合の、ＤＣマグネ
トロンスパッタ装置の、断面図である。反応室９００の
中に、基板９０１、ターゲット９０２が図のように配置
されている。基板９０１は、プッシャー９０３によっ
て、ホルダー９０４に押しつけられて固定されている。
基板９０１の下側には、基板加熱用のヒータ９０５があ
り、プッシャー９０３はこのヒータ９０５の中にある。
反応室９００は、スパッタガス９１３が導入され、真空
ポンプ９０６と制御弁９０７によって、所望の圧力に制
御できる。

【００６１】ターゲット９０２には直流電源９０８のマ
イナス側に接続され、ターゲット９０２の裏側には、マ
グネトロンスパッタを行うためのマグネットシステム９
０９と、ターゲット９０２を冷却するための冷却装置９
１０とが設けられている。ターゲット９０２は、反応室
９００とはインシュレータ９１１によって電気的に絶縁
されている。

【００６２】ヒータ９０５の下には、反射磁界発生装置
９１２が設置してある。ターゲット９０２は、スパッタ
ガス９１３が導入されて、スパッタ圧力になると、直流
電源９０８によって負の電圧が印加され、マグネットシ
ステム９０９によって、エロージョン領域に閉じ込めら
れた正イオンにより、ターゲット９０２はスパッタリン
グされる。スパッタされて、ターゲット９０２から飛び
出したターゲット材料の原子分子は、基板９０１の表面
に達して堆積する。

【００６３】基板９０１上での成膜の均一性をとるため
に、基板９０１を自回転、スイング、遊星回転などの移
動をさせながら成膜させてもよい。エロージョン領域に
閉じ込められているはずの正イオンの何割かは、マグネ
ットシステム９０９の磁界では閉じ込めきれずに、基板
９０１に向かって飛んでくる。そのとき基板９０１に右
ネジが進行するときのネジの回転方向に磁界を発生しな
がら、正イオンが飛んでくる。このため、エロージョン
領域から脱出した正イオンを基板９０１に達しないよう
にするために、逆向きの閉じられたループ磁界を反射磁
界発生装置９１２によって発生させている。エロージョ
ン領域に閉じ込められていて、基板９０１に向かってく
るものが負イオンの場合は、左ネジが進行するときのネ
ジの回転方向に磁界を発生させながら飛んでくる。

【００６４】反射磁界発生装置９１２を永久磁石を用い
て作製する場合は、その永久磁石のキューリー温度を超
えないような、熱輻射の遮蔽を反射磁界発生装置９１２
かあるいはヒータ９０５に設けること必要である。

【００６５】スパッタによる被膜形成面がダメージを受
けるのは、正イオンあるいは負イオンのみではなく、高
エネルギーで基板に衝突してくる中性のターゲットから
スパッタによって飛び出した原子分子によってもダメー
ジを受ける。スパッタなどの成膜装置は、それを産業上
にて利用するためには、生産性を向上させるために、膜
質を悪化させない範囲での成膜速度の増加が要求され
る。

【００６６】スパッタリングガスのイオンによるターゲ
ットのスパッタに対する指標１つのとして、スパッタ収
量がある。例えば、１個のアルゴンイオンを６００ｅＶ
のエネルギーでＡｌのターゲットに衝突させた際に、
１．２４個のＡｌ原子が飛び出す場合をスパッタ収量
１．２４ａｔｏｍｓ／ｉｏｎとするものである。ちなみ
に、アルゴンイオンを６００ｅＶのエネルギーでＳｉの
ターゲットに衝突させた場合には、スパッタ収量は０．
５３ａｔｏｍｓ／ｉｏｎとなる。

【００６７】スパッタを行う場合に、ターゲットに印加
する電力は、カソード電圧とカソード電流の積で表され
るが、同じ電力１０Ｗ／ｃｍ^２を投入した場合でも、カ
ソード電圧が５００Ｖ、カソード電流が０．０２Ａ／ｃ
ｍ^２の場合と、カソード電圧が４００Ｖ、カソード電流
が０．０２５Ａ／ｃｍ^２の場合では、異なるスパッタ収
量での成膜を行っていることになる。無論、カソード電
圧が５００Ｖの方がスパッタ収量が大きい。

【００６８】しかしながら、カソード電流が大きい方が
ターゲットをスパッタするイオンの数が多いことになる
ので、結果的に成膜速度に大きな差はない。まったく差
が無いわけではなく、投入電力が同じであればスパッタ
収量の大きい条件の方が成膜速度は若干大きくなる。こ
のため、本発明では、投入電力を変更せずに、成膜の初
期の段階ではできるだけカソード電圧を下げて、カソー
ド電流を上げるようにし、下地に中性原子分子の影響が
現れない程度、具体的には１００〜５００Åの厚さに成
膜した後に、カソード電圧を上昇させるようにする。

【００６９】スパッタによる高エネルギーの中性原子分
子の影響が、非常に敏感な非形成面を持つ場合は、当初
の１００〜５００Å程度は、カソードへの投入電力その
もものを小さくし、できるだけカソード電圧を下げ、カ
ソード電流を上げるようにし、下地に中性原子分子の影
響が現れないまで成膜する。その後に、投入電力を大き
くして、カソード電圧を上昇させるればよい。このよう
な方法をとることは、被膜形成面が敏感である面に成膜
する場合に有効である。

【００７０】

【実施例】

〔実施例１〕本発明を用いたスパッタ成膜装置の実施例
を、図９に示す。反応室９００は、減圧可能であり、減
圧は真空ポンプ９０６によって行う。真空ポンプ９０６
としては、クライオポンプ、ターボ分子ポンプ、複合タ
ーボ分子ポンプ、油拡散ポンプ、水銀拡散ポンプなどが
使用でき、到達圧力として、１０^−３Ｐａ以下までの到
達真空度の能力が必要となる。特に、水の成分を嫌う、
アルミニウムなどをスパッタによって成膜する場合は、
水に対しての排気速度の大きなクライオポンプなどはク
リーンで使いやすい。また、クライオポンプなどの溜め
込み式のポンプでは連続使用をした場合に、ポンプの再
生による装置の停止時間が多くなるため、ターボ分子ポ
ンプあるいは複合ターボ分子ポンプなどが利便である。

【００７１】スパッタガス９１３が反応室９００に接続
されているが、反応性スパッタを行うような場合は、こ
のスパッタガス９１３以外に、反応用のガスを別に導入
する必要があり、しかも、その導入方法には、工夫が必
要となる。本実施例では、反応性スパッタは行わないの
で、単純にスパッタリング用のガスを接続してある。ス
パッタガス９１３としては、アルゴン、クリプトン、キ
セノンなどの不活性ガスのうち原子半径が大きいものが
使われるが、ガスの価格等を考えた場合は、通常アルゴ
ンガスが用いられる。本実施例でもアルゴンガスを用い
ている。

【００７２】反応室９００の上方にインシュレータ９１
１によって、ターゲット９０２は反応室９００と電気的
に分離され、かつ反応室９００内の真空度を悪くしない
ように設置されている。ターゲット９０２の裏側には、
マグネトロンスパッタリングを行うためのマグネットシ
ステム９０９が配置してある。しかし、ターゲット９０
２が磁性材料の場合は、マグネトロンスパッタを行うこ
とができない。ターゲット９０２が、アルミニウムや、
クロム、チタン、銀、ＩＴＯなどの非磁性体の場合の
み、マグネットシステム９０９を利用したマグネトロン
スパッタを行うことができる。

【００７３】ターゲット９０２は直流電源９０８のマイ
ナス極に接続されているため、カソード（陰極）とも呼
ばれる。スパタッタガス９１３がイオン化されて、その
正イオンがターゲット９０２に衝突してスパッタが行わ
れる。ターゲット９０２は、大きいカソード電流が流れ
るために、加熱されるので、それを冷却するための冷却
装置９１０がある。冷却装置９１０は通常は水冷による
冷却方式を用いるが、マグネットシステム９０９をも同
時に冷却する場合は、その冷却水の中の磁性体成分が付
きマグネットシステム９０９の特性を変化させないよう
に、フィルターによって冷却水中のパーティクルなどを
除去して用いなくてはならない。

【００７４】ターゲット９０２の冷却も非常に重要であ
り、ターゲット９０２の温度に変化をきたすと、成膜さ
れた膜の特性をも変化させてしまう。従って、ターゲッ
ト９０２の温度を一定にするようにしなくてはならな
い。そのためには、熱容量の大きな冷却源にターゲット
９０２を接触させることが必要であり、本発明人の実験
によると、１分間に６リットル以上の水温３０℃以下で
ある冷却水によってターゲット９０２を冷却する良好で
あった。

【００７５】ターゲット９０２自体を直接冷却出来ない
場合は、銅などの熱伝導率の高い材料によりバッキング
プレートを作製して、ターゲット９０２をバッキングプ
レートに貼り付けたものを用いて、冷却水によってバッ
キングプレートを冷却してもよい。

【００７６】基板９０１は、プッシャー９０３によっ
て、ホルダー９０４に押しつけられる方式によって固定
される。基板９０１を固定する方法もいくらでもある
が、プッシャー９０３を利用する装置は、枚葉式の装置
の形態として最も使いやすいものであるので、本実施例
でも用いた。

【００７７】基板９０１の下側にプッシャー９０３を内
蔵する形でヒータ９０５が配置されている。ヒータ９０
５はランプ加熱方式、抵抗加熱方式などがあるが、その
ヒータ９０５の下側に、反射磁界発生装置９１２がある
ため、この反射磁界発生装置９１２の中に永久磁石を用
いる場合は、ヒータ９０５の輻射熱によって該永久磁石
のキューリー温度を超えないような工夫が必要となる。

【００７８】また、ヒータ９０５の構成材料に磁性体を
用いた場合は、その材料が反射磁界発生装置９１２で発
生した反射磁界に対して磁気シールドになり、その磁性
体材料を用いた回りでの本発明の効果を落としてしまう
可能性があるため、できるだけ磁性体材料を用いない構
成をヒータ９０５に用いなくてはならない。本実施例で
は、Ｃｒ材料を主として用いた抵抗加熱の熱源でヒータ
９０５を構成し、熱源と反射磁界発生装置９１２の間に
は、熱遮蔽を施した。熱遮蔽としては、その装置での加
熱温度によって異なるが、基板９０１を２００℃程度以
下で加熱する場合は、非磁性体のステンレススチールな
どを電界研磨をしたものを使用することで、熱遮蔽は十
分行うことが出来る。また、３００℃程度以上の場合
は、非磁性体のステンレススチールや、アルミ等で水冷
室を設けることで熱遮蔽することが出来る。無論双方を
用いることで一層の熱遮蔽を行うことができる。

【００７９】図９は反射磁界発生装置９１２の断面を表
している。基板９０１から反射磁界発生装置９１２を見
たときの平面図としては、図４および図５に示すような
永久磁石を用いたものを使用した。本実施例では、矩形
基板対応の装置であるために、図５に示すような反射磁
界発生装置９１２を使用したが、基板がウェハなどのよ
うに丸形の場合は図４に示すような装置の方がよい。

【００８０】なお、図５は、図９中のターゲットから反
射磁界発生装置９１２を見たときの平面図であって、図
５の永久磁石５０１を多数に磁気シールド５０２ａと磁
気シールド５０２ｂで挟まれた領域５０３と、磁気シー
ルド５０２ｂと磁気シールド５０２ｃで挟まれた領域５
０４に配置してある。配置の仕方は、センター５００か
ら各永久磁石５０１をみたたきに左側がＳ極、右側がＮ
極となるように配置されている。これは本実施例では、
アルゴンイオンなどの正イオンによる基板へのダメージ
を前提としているためである。負イオンによるダメージ
を前提とした場合は、Ｎ極とＳ極は逆になる。

【００８１】すると磁力線は、図５で時計の針の進行方
向とは同じ反時計方向に向かって矢印５０５の向きにな
り、磁界もその方向を向く。永久磁石５０１としては強
い磁界が必要な場合は、ＳｍＣｏ_５などの希土類コバル
ト磁石や、８Ａｌ，１４Ｎｉ，２３Ｃｏ，３Ｃｕなどの
成分からできるＡｌｎｉｃｏ５や０．７Ｃ，０．３Ｃ
ｒ，６Ｗ，０．３Ｍｎなどの成分からできるタングステ
ン鋼を用いるとよい。また、それ程大きな磁界が必要で
無い場合は、０．９〜１Ｃ，１Ｍｎなど成分からできる
炭素鋼や、０．９Ｃ，３５Ｃｏ，３〜６Ｃｒ，４Ｗなど
の成分からできるＫＳ鋼や、Ｃｏ_０．７５Ｆｅ_２．２５
Ｏ_４などのＯＰ磁石や、ＢａＦｅ_１２Ｏ_１９などのＦｅ
ｒｒｏｘｄｕｒｅ２などを用いると良い。

【００８２】本実施例では、希士類コバルト磁石として
ＳｍＣｏ_５いわゆるサマコバを永久磁石５０１として用
いた。領域５０３には、６個のサマコバを配置し、領域
５０４には、１４個のサマコバを配置した。磁気シール
ド５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃとしては、ニッケル合
金を用いた。サマコバの定着方法としては、硬めのシリ
コン樹脂等を用いて全体を封止する方法を用いた。

【００８３】図９の反射磁界発生装置９１２でサマコバ
の永久磁石を用いた装置で、基板９０１の直上の磁界を
測定したところ、最大５０００Ｏｅ（エルステッド）で
あった。磁界を弱くしたい場合は、使用する磁石の材質
を変化させるか、反射磁界発生装置９１２と基板９０１
の距離を離間することなどで調整すればよい。

【００８４】実際に本発明を用いた本装置によって成膜
を行った。ターゲット９０２として、ＡｌにＳｃが０．
１８ｗｔ％が添加されたものを使用して、カソード電圧
５００Ｖ、カソード電流０．０２Ａ／ｃｍ^２にて成膜し
た。基板９０１の中心に１ｃｍ^２の電流ディテクターを
装着して、反射磁界発生装置９１２が有る場合と無い場
合で基板に正イオンが到達しているか否かを測定した。
ディテクタは基板９０１より約１ｍｍ浮いているところ
での測定にしたが、これは、金属をスパッタにて成膜す
るために、ディテクターの面積を変化させないためであ
る。

【００８５】反射磁界発生装置９１２を装着しない場合
は、１０分間の成膜中でのディテクターに計測された電
流値は、０．１〜０．５ｍＡで、平均０．１５ｍＡであ
った。ディテクターの面積が１ｃｍ^２であるので、これ
は平均０．１５ｍＡ／ｃｍ^２ということと同じになる。
反射磁界発生装置９１２を装着した場合は、１０分間の
成膜中でのディテクターに計測された電流値は、０．０
２〜０．１ｍＡで、平均０．０５ｍＡであった。本実施
例では、正イオンの衝突数を約１／３に低減することが
できたことになる。ディテクターの電流値の絶対値は、
ターゲット９０２と基板９０１の距離や、スパッタ圧
力、カソード電圧、カソード電流などの諸条件でことな
ることは言うまでもない。

【００８６】〔実施例２〕図１１に、本実施例を用いた
３ターゲット式スパッタ装置の例を示す。図１１（Ａ）
は、装置の断面図であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）
を上方からみたときのそれぞれの位置関係をしめすため
の平面図であり、成膜室の内部を簡単に示したもので、
真空室１１００の中にはターゲットＡ１１０２ａ、ター
ゲットＢ１１０２ｂ、ターゲットＣ１１０２ｃの３つの
ターゲットを備え、基板１１０１は、上方に設置されて
いる。

【００８７】成膜面が下である、いわゆるフェースダウ
ンになっている。基板１１０１は、基板止め１１０４に
よって固定されている。基板１１０１の上には、反射磁
界発生装置１１０３があり、基板１１０１と反射磁界発
生装置１１０３は、基板回転装置１１０５によって回転
される。それによって、成膜の均一性を高めるようにな
っている。

【００８８】簡単のために図中には、カソード電源、真
空ポンプ、スパッタガスなどは図示していないが、勿論
備えている。基板加熱のためのヒータは、本実施例で
は、加熱成膜を行わないために備えていないが、基板加
熱をする場合は備える必要があるが、反射磁界発生装置
１１０３の中に永久磁石を用いる場合は、ヒータの輻射
熱によって該永久磁石のキューリー温度を超えないよう
な工夫が必要となる。

【００８９】また、基板回転装置１１０５は、高真空を
保ちながら基板を回転させるためには、通常液体磁性材
料による磁気シールを用いる場合が多いので、反射磁界
発生装置１１０３と磁気シールとの間には、磁気シール
ドを設けなくては成らない場合もある。反射磁界発生装
置１１０３と磁気シールの距離が十分離れている場合
や、反射磁界発生装置１１０３の磁界の大きさが、磁気
シールからみると無視できる程度であれば、そのような
磁気シールドは必要ない。

【００９０】反射磁界発生装置１１０３をターゲット側
からみた図を、図４（Ａ）に示す。本実施例では、アル
ゴンイオンなどの正イオンによる基板へのダメージを前
提としている。図４に示す反射磁界発生装置１１０３と
しては、永久磁石４０１を多数に磁気シールド４０２ａ
と磁気シールド４０２ｂで挟まれた領域４０３と、磁気
シールド４０２ｂと磁気シールド４０２ｃで挟まれた領
域４０４に配置してある。配置の仕方は、センター４０
０から各永久磁石４０１をみたたきに左側がＳ極、右側
がＮ極となるように配置されている。仮に負イオンによ
るダメージを前提とする場合は、永久磁石４０１のＮ極
とＳ極を逆にすることで対応できる。

【００９１】すると磁力線は、図４で時計の針の進行方
向と同じ反時計方向に向かった矢印の向きになり、磁界
もその方向を向く。永久磁石４０１としては強い磁界が
必要な場合は、ＳｍＣｏ_５などの希土類コバルト磁石
や、８Ａｌ，１４Ｎｉ，２３Ｃｏ，３Ｃｕなどの成分か
らできるＡｌｎｉｃｏ５や０．７Ｃ，０．３Ｃｒ，６
Ｗ，０．３Ｍｎなどの成分からできるタングステン鋼を
用いるとよい。また、それ程大きな磁界が必要で無い場
合は、０．９〜１Ｃ，１Ｍｎなど成分からできる炭素鋼
や、０．９Ｃ，３５Ｃｏ，３〜６Ｃｒ，４Ｗなどの成分
からできるＫＳ鋼や、Ｃｏ_０．７５Ｆｅ_２．２５Ｏ_４な
どのＯＰ磁石や、ＢａＦｅ_１２Ｏ_１９などのＦｅｒｒｏ
ｘｄｕｒｅ２などを用いると良い。

【００９２】本実施例では、０．９Ｃ，３５Ｃｏ，５Ｃ
ｒ，４Ｗの成分比率であるＫＳ鋼を永久磁石４０１とし
て用いた。領域４０３には、６個のサマコバを配置し、
領域４０４にも、６個のサマコバを配置した。磁気シー
ルド４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃとしては、鉄を用い
た。ＫＳ鋼の定着方法としては、アルミ金属の削りだし
にＫＳ鋼をはめ込む方法を用いて全体を封止する方法を
用いた。

【００９３】図１１の反射磁界発生装置１１０３に、Ｋ
Ｓ鋼の永久磁石を用いた装置で、基板１１０１の直上で
の磁界を測定したところ、最大２１０ Ｏｅ（エルステ
ッド）であった。磁界を変化させたい場合は、使用する
磁石の材質を変化させるか、反射磁界発生装置１１０３
と基板１１０１の距離を変えることなどで調整すればよ
い。

【００９４】実際に本発明を用いた本装置によって成膜
を行った。ターゲット１１０２ａとして、ＡｌにＳｃが
０．１８ｗｔ％が添加されたものを使用し、ターゲット
１１０２ｂとして、Ｔｉをしようし、ターゲット１１０
２ｃとして、ＡｌにＳｉが０．２ｗｔ％が添加されたも
のをしようして、ターゲット１１０２ｂにのみカソード
電圧５００Ｖ、カソード電流０．０２Ａ／ｃｍ^２にて成
膜した。基板１１０１の中心に１ｃｍ^２の電流ディテク
ターを装着して、反射磁界発生装置１１０３が有る場合
と無い場合で基板に正イオンが到達しているか否かを測
定した。ディテクタは基板１１０１より約１ｍｍ浮いて
いるところでの測定にしたが、これは、金属をスパッタ
にて成膜するために、ディテクターの面積を変化させな
いためである。

【００９５】反射磁界発生装置１１０３を装着しない場
合は、１０分間の成膜中でのディテクターに計測された
電流値は、０．０５〜０．１３ｍＡで、平均０．０７２
ｍＡであった。ディテクターの面積が１ｃｍ^２であるの
で、これは平均０．０７２ｍＡ／ｃｍ^２ということと同
じになる。反射磁界発生装置１１０３を装着した場合
は、１０分間の成膜中でのディテクターに計測された電
流値は、０．０２〜０．０５ｍＡで、平均０．０３４ｍ
Ａであった。本実施例では、正イオンの衝突数を約１／
２に低減することができたことになる。ディテクターの
電流値の絶対値は、ターゲット１１０２ｂと基板１１０
１の距離や、スパッタ圧力、カソード電圧、カソード電
流などの諸条件でことなることは言うまでもない。

【００９６】反射磁界発生装置１１０３を装着しても、
ディテクターに計測された電流が反射磁界発生装置１１
０３が無い場合の１／２程度である理由としては、ター
ゲット１１０２ｂと基板１１０１の位置関係にも原因が
ある。ターゲット１１０２ｂの中心と基板の中心が同一
垂線上にないために、反射磁界発生装置１１０３で発生
した反射磁界成分は、正イオンの衝突する運動の垂直成
分にしか働かないことにも起因している。しかしなが
ら、このようにターゲット１１０２ｂの中心と基板の中
心が同一垂線上にない場合でも本発明の効果が現れるこ
とが分かる。

【００９７】〔実施例３〕図１０に本発明を用いたスパ
ッタ方法を用いて作製した多結晶シリコンＴＦＴの断面
工程を示す。石英や、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス
などの可視光にたいして透明な絶縁性の高い基板１００
１の上に、下地膜１００２を成膜して、その上にアモル
ファスシリコンを成膜して、ＴＦＴの領域にパターニン
グしてアイランド１００３が完成して図１０（Ａ）の状
態を得る。

【００９８】基板１００１としては、本実施例では石英
基板を用いた。また、下地膜１００２としては、酸化珪
素膜、窒化珪素膜などの絶縁膜を単層あるいは多層にて
成膜するが、成膜方法としては、スパッタ法、プラズマ
ＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法などを用いて５００〜３００
０Å、典型的には２０００Åを成膜する。

【００９９】アイランド１００３を形成するためのアモ
ルファスシリコンの成膜方法としては、プラズマＣＶＤ
法や減圧熱ＣＶＤ法などを用いて１００〜２０００Å、
典型的には７００〜１２００Åを成膜する。成膜された
アモルファスシリコンをフォトリソグラフィーの技術
と、ドライまたはウェットエッチングによってアイラン
ド１００３の形にパターニングする。本実施例では、フ
ッ酸：硝酸＝１：４００の容積比で混合したエッチャン
トによって、ウェットエッチングにてバターニングした
が、ＣＦ_４とＯ_２の混合ガスなどを用いたドライエッチ
ングによってパターニングしてもよい。

【０１００】次に、アイランド１００３をアモルファス
シリコンから、多結晶シリコンに変えるために、加熱し
て固相成長させるが、その前に脱水素工程を行う。アモ
ルファスシリコン中の水素を抜いておかないと、加熱し
たときに、アモルファスシリコン中から水素が急激に抜
け出し、場合によっては穴が開くなどの現象をおこす。
これを防止するために、３５０〜５００℃、典型的には
４５０℃にて３時間、窒素雰囲気の中で、脱水素工程を
行う。

【０１０１】その後、アイランド１００３が形成された
基板１００１を、５００〜８５０℃で４〜４８時間で窒
素中にて加熱することにより、アイランド１００３はア
モルファスシリコンから多結晶シリコンへ固相成長す
る。本実施例では、基板１００１に石英を用いたために
８５０℃ ４時間の固相成長をさせたが、基板１００１
が、例えばコーニング社の７０５９ガラスのようなホウ
ケイ酸ガラスなどの場合は、６００℃、１２時間程度の
固相成長をさせないと、基板１００１の歪み点を超えて
しまうために、それ以上の温度ではできない。

【０１０２】また、本出願人による特開平６−２３２０
５９、特開平６−２４４１０３、特開平６−２４４１０
４に記載された発明を用いることで、６００℃以下で固
相成長させることが可能であり、歪み点が小さい基板１
００１を用いる場合などは、有効である。

【０１０３】アイランド１００３の上に、ゲート絶縁膜
１００４を成膜する。ゲート絶縁膜１００４としては、
プラズマＣＶＤ法、スパッタ法、熱拡散法などによって
酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などを単層あ
るいは多層に形成する。厚さ的には、２００〜２０００
Å程度である。本実施例では、正珪酸四エチルと酸素を
用いて電子サイクロトロン共鳴（いわゆるＥＣＲ）を利
用したプラズマＣＶＤにて２００〜２０００Å、典型的
には５００〜１２００Åを成膜して図１０（Ｂ）にな
る。

【０１０４】その上に、ゲート電極１００７を形成する
が、このゲート電極１００７の材料としては、アルミニ
ウム、クロム、チタン、タンタルなどの金属やドープド
シリコンあるいはノンドープのシリコンをもちいてあと
からイオン注入などでドープするものなどがある。成膜
方法としては、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、減圧熱
ＣＶＤ法などを用いる。

【０１０５】このゲート電極１００７を形成するための
スパッタ法に本発明を用いた。スパッタ装置の中で、タ
ーゲットから基板１００１を見たときに、基板１００１
の裏側に反射磁界発生装置を取り付けて、ターゲットか
ら基板１００１に衝突してくる正イオンを弾くような磁
界を、反射磁界発生装置にて発生させながらゲート電極
１００７の材料を成膜する。反射磁界発生装置から発生
する磁界は、基板１００１上にて、２００〜５０００
Ｏｅ（エルステッド）になるようにし、典型的には５０
０〜２０００ Ｏｅで行った。比較のために、反射磁界
発生装置を使用しないで、成膜したものも作製した。

【０１０６】ターゲットとしては、Ａｌに０．１〜２ｗ
ｔ％のＳｃを混合させたものを用いて、アルミニウム膜
を５０００〜１２０００Å、典型的には８０００Åの厚
さに成膜する。なお、Ａｌに０．１〜２ｗｔ％のＳｃを
混合をしたのは、後の工程での、アルミのヒロック発生
を防止するためである。Ｓｃの他にも、Ｙなどの３Ａ族
の金属や、Ｐｄ，Ｓｉなどを混合させてもよい。

【０１０７】その後、フォトリソグラフィー技術とエッ
チング技術を用いて所望の形にパターニングしてゲート
電極１００７を作製した。エッチングは、Ｃｌ_２，ＢＣ
ｌ_３，ＳｉＣｌ_４の３元系のガスを混合したドライエッ
チングによって行った。

【０１０８】その後、ゲート電極１００７をマスクとし
て、燐を５×１０^１５ｃｍ^−２になるようにスルードー
プして、ソース・ドレイン１００５を形成し、スルード
ープによってアモルファス化した部分を再結晶化するた
めに４００〜８００℃にて加熱して図１０（Ｃ）にな
る。スルードープは、質量分離をともなうイオン注入方
式でも、質量分離をともなわないプラズマドープ方式で
もどちらでもかまわない。

【０１０９】そして、層間絶縁膜１００８をＣＶＤ法に
て成膜して、ゲート取り出し電極１００９、ソース・ド
レイン取り出し電極１０１０を形成する。ここで、ゲー
ト取り出し電極１００９、ソース・ドレイン取り出し電
極１０１０は、スパッタ法による金属膜の作製を行うた
めに、本発明を用いた。

【０１１０】ゲート取り出し電極１００９、ソース・ド
レイン取り出し電極１０１０の材料として、クロム、ア
ルミ、チタン、タンタルなどがあるが本実施例では、タ
ンタルを成膜した。ターゲットから基板１００１を見た
ときに、基板１００１の裏側に反射磁界発生装置を取り
付けて、ターゲットから基板１００１に衝突してくる正
イオンを弾くような磁界を、反射磁界発生装置にて発生
させながらタンタルをスパッタ成膜した。反射磁界発生
装置から発生する磁界は、基板１００１上にて、２００
〜５０００ Ｏｅ（エルステッド）になるようにし、典
型的には５００〜２０００ Ｏｅで行った。比較のため
に、反射磁界発生装置を使用しないで成膜したものも作
製した。

【０１１１】本実施例では、ＴＦＴを６４０×４８０×
３の９２１，６００個の素子を作製した。反射磁界発生
装置を用いないで成膜した場合のＴＦＴの特性は、動作
しなかったＴＦＴが０．１％、Ｖｔｈのバラツキが最大
最小で０．５Ｖであった。それに対して、反射磁界発生
装置を用いて成膜した場合のＴＦＴの特性は、動作しな
かったＴＦＴが０．００７％、Ｖｔｈのバラツキが最大
最小で０．２Ｖであった。特に、反射磁界発生装置を用
いないで作製したＴＦＴが動作しなかった原因は、殆ど
が短絡によるものであった。

【０１１２】〔実施例４〕図１０に示した実施例４の中
で、特にゲート電極１００７の材料を成膜する際に、通
常は、カソード電流０．０２Ａ／ｃｍ^２でカソード電圧
５００Ｖつまり１０Ｗ／ｃｍ^２で行うが、正イオンを反
射磁界発生装置にて弾く以外に、中性の高エネルギーの
原子分子の影響を取り除くために本発明を用いた。ゲー
ト電極１００７の材料、本実施例ではターゲットとし
て、Ａｌに０．１〜２ｗｔ％のＳｃを混合させたものを
用いる。

【０１１３】方法１として、電力制御でスパッタ収量を
制御する。最初の１００〜１０００Åを成膜する際に、
ターゲットへの投入電力を半分以下、本実施例では５Ｗ
／ｃｍ^２で成膜することでスパッタ収量を小さくし、そ
の後に１０Ｗ／ｃｍ^２に戻して残りを成膜した。この場
合、カソード電圧４００Ｖで、カソード電流が０．０１
３Ａ／ｃｍ^２であった。スパッタ収量を小さくして成膜
する範囲は、我々の実験では最低１００Åは必要であ
り、１００Å未満では殆ど本発明の効果がみられなかっ
た。また条件によるが、どのような条件でもほぼ１００
０Å成膜したあとではスパッタ収量を大きくしても問題
は少なかった。

【０１１４】無論、カソード電圧、カソード電流、カソ
ード印加電力は、その時の成膜条件等で異なるものであ
るが、ゲート電極１００７を成膜するときのみ、成膜初
期の電力を下げて成膜したものである。

【０１１５】方法２としては、成膜初期の１００〜１０
００Åの成膜時に、カソード電力は一定にして、カソー
ド電圧を下げて、スパッタ収量を小さくした成膜をおこ
なう。本実施例ではカソード電力を１０Ｗ／ｃｍ^２で一
定にして、カソード電圧を４５０〜３５０に下げて、そ
の分カソード電流を大きくして成膜した。カソード電圧
３００Ｖ以下ではスパッタ放電しなかったために、安全
をみて４５０〜３５０Ｖのカソード電圧にしたが、放電
がするのであればさらに低いカソード電圧にすることも
可能である。スパッタ収量を小さくして成膜する範囲
は、我々の実験では最低１００Åは必要であり、１００
Å未満では殆ど本発明の効果がみられなかった。また条
件によるがどのような条件でもほぼ１０００Å成膜した
あとではスパッタ収量を大きくしても問題は少なかっ
た。

【０１１６】本実施例では、実施例３とも比較できるよ
うにＴＦＴを６４０×４８０×３の９２１，６００個の
素子を作製した。実施例３での反射磁界発生装置を用い
てゲート電極１００７の成膜時に初期成膜も含めてカソ
ード電圧５００Ｖ、カソード電流０．０２Ａ／ｃｍ^２で
成膜した場合のＴＦＴの特性は、動作しなかったＴＦＴ
が０．００７％、Ｖｔｈのバラツキが最大最小で０．２
Ｖであった。方法１によって成膜した場合のＴＦＴの特
性は、動作しなかったＴＦＴが、０．００８％、Ｖｔｈ
のバラツキが最大最小で０．１Ｖであった。方法２にに
よって成膜した場合のＴＦＴの特性は、動作しなかった
ＴＦＴが、０．００７％、Ｖｔｈのバラツキが最大最小
で０．１Ｖであった。

【０１１７】ゲート電極のように、特性に重要な役割を
する材料をスパッタにて成膜する場合は、反射磁界発生
装置を用いるとともに、成膜の初期の方法にて、スパッ
タ収量を小さくして、中性分子原子の衝突をも防止する
ことは、大きな効果がある。特に、カソード電力を一定
にして、カソード電圧を下げることでスパッタ収量を小
さくすることは、成膜速度もあまり減少させることなく
成膜できるために産業効率も高い。

【０１１８】

【発明の効果】本発明を用いることで、スパッタ中のス
パッタガスがイオン化した正イオンや、ターゲット材料
がスパッタされて飛び出したスパッタ材料の中性原子や
分子が正イオンあるいは負イオン化したもの、またはス
パッタガス以外の反応用のガスがイオン化した正イオン
あるいは負イオンが、被膜形成面に到達することを減少
させて、正イオンによるダメージを低減できる。また、
そのスパッタ方法を実現できる装置を提供している。さ
らに、スパッタされて飛び出したスパッタ材料の中性の
原子や分子のうちでも高エネルギーをもって被膜形成面
に衝突して、被膜形成面にダメージを与える用な場合
に、初期のスパッタ成膜中のスパッタ収量を小さくする
ことでそのダメージを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理的なことを示した図。

【図２】 本発明の模式図の断面と平面図。

【図３】 本発明の実施例。

【図４】 本発明の実施例。

【図５】 本発明の実施例。

【図６】 本発明の実施例。

【図７】 本発明の実施例。

【図８】 本発明の実施例。

【図９】 本発明を用いた装置の実施例。

【図１０】本発明を用いて作製した薄膜半導体装置の工
程の断面図。

【図１１】本発明を用いた装置の実施例。

【符号の説明】

９００ 反応室 ９０１ 基板 ９０２ ターゲット ９０３ プッシャー ９０４ ホルダー ９０５ ヒータ ９０６ 真空ポンプ ９０７ 制御弁 ９０８ 直流電源 ９０９ マグネットシステム ９１０ 冷却装置 ９１１ インシュレータ ９１２ 反射磁界発生装置 ９１３ スパッタガス

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｃ

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スパッタ法によって、基板に薄膜を作製す
   る方法において、 ターゲットに対向している前記基板は薄膜を作製する面
   の裏側方向に反射磁界発生装置を備え、 該反射磁界発生装置により、前記薄膜を作製する面に向
   かってくるイオンのつくり出す磁界と同じ向きの閉じら
   れたループ磁界を前記薄膜を作製する面とほぼ平行な面
   で発生させながら、薄膜を作製することを特徴とする薄
   膜作製方法。
2. 【請求項２】スパッタ法によって、基板に薄膜を作製す
   る方法において、 ターゲットに対向している前記基板は薄膜を作製する面
   の裏側方向に、反射磁界発生装置を備え、 該反射磁界発生装置により前記薄膜を作製する面に到達
   するイオンを減少させるような閉じられたループ磁界を
   前記薄膜を作製する面とほぼ平行な面で発生させながら
   薄膜を作製することを特徴とする薄膜作製方法。
3. 【請求項３】請求項１〜２において、前記反射磁界発生
   装置には、永久磁石のＮ極とＳ極が交互にループ状にほ
   ぼ同一平面に並んで固定されており、前記ループ状にほ
   ぼ沿うような磁界のみが発生するように、磁気シールド
   を前記ループ状に沿わない磁界を遮断するように設けて
   あることを特徴とする薄膜作製方法。
4. 【請求項４】請求項３において、前記永久磁石として、
   希土類コバルト、Ａｌｎｉｃｏ５、タングステン鋼、炭
   素鋼、ＫＳ鋼、ＯＰ磁石、Ｆｅｒｒｏｘｄｕｒｅ２、の
   いずれかを用いることを特徴とする薄膜作製方法。
5. 【請求項５】請求項３において、前記永久磁石として、
   Ｕ字磁石あるいは棒磁石を用いることを特徴とする薄膜
   作製方法。
6. 【請求項６】請求項３において、前記磁気シールドの高
   さが前記永久磁石の高さより高いことを特徴とする薄膜
   作製方法。
7. 【請求項７】請求項１〜２において、前記反射磁界発生
   装置において、コイルをほぼ閉じられたループを形成す
   るように巻き、前記コイルに電流を流すことにより、前
   記ループ状にほぼ沿うような磁界を発生させることを特
   徴とする薄膜作製方法。
8. 【請求項８】請求項１〜２において、前記反射磁界発生
   装置において、基板の薄膜を作製する面とほぼ垂直な方
   向に電流を流すことにより、閉じられたループ磁界を前
   記基板を作製する面とほぼ平行に発生させることを特徴
   とする薄膜作製方法。
9. 【請求項９】請求項１〜２において、前記反射磁界発生
   装置において、基板の薄膜を作製する面とほぼ平行な１
   組の平面電極の間で直流放電をさせることにより、閉じ
   られたループ磁界を前記基板を作製する面とほぼ平行に
   発生させることを特徴とする薄膜作製方法。
10. 【請求項１０】スパッタ法によって、基板に薄膜を成膜
    する方法において、 成膜の初期とその後とを比較して、スパッタ収量を初期
    の方を小さくして成膜することを特徴とする薄膜作製方
    法。
11. 【請求項１１】トップゲート型薄膜トランジスタの作製
    工程において、 ゲート絶縁膜上にゲート電極をスパッタ法によって成膜
    する場合に、成膜の初期とその後とを比較して、初期の
    段階のスパッタ収量のほうが小さくなるように成膜する
    ことを特徴とする薄膜作製方法。
12. 【請求項１２】請求項１０〜１１において、カソード投
    入電力を一定にした状態で、成膜の初期とその後とを比
    較して、初期の段階のカソード電圧のほうが小さくなる
    ようにして、スパッタ収量を制御する特徴とする薄膜作
    製方法。
13. 【請求項１３】請求項１０〜１１において、カソード投
    入電力を、成膜の初期とその後とを比較して、初期の段
    階のカソード電圧が小さくなるようにして、スパッタ収
    量を制御することを特徴とする薄膜作製方法。
14. 【請求項１４】請求項１０〜１１において、スパッタ収
    量が小さくなるように成膜する初期の段階は、成膜され
    た薄膜の膜厚が１００〜１０００Åの範囲であることを
    特徴とする薄膜作製方法。
15. 【請求項１５】薄膜作製用スパッタ装置において、 被膜成膜用基板を所定の場所に設置した状態で、該基板
    からみてターゲットの反対側に反射磁界発生装置を備え
    ていることを特徴とする薄膜作製装置。
16. 【請求項１６】薄膜作製用スパッタ装置において、 被膜成膜用基板を所定の場所に設置した状態で、該基板
    からみてターゲットの反対側にヒータを備え、該ヒータ
    からみて前記ターゲットの反対側に反射磁界発生装置を
    備えていることを特徴とした薄膜作製装置。
17. 【請求項１７】請求項１６において、前記ヒータと前記
    反射磁界発生装置の間に、前記ヒータからの熱を低減さ
    せるための熱遮蔽装置を前記ヒータと反射磁界発生装置
    の間に備えたことを特徴とする薄膜作製装置。
18. 【請求項１８】請求項１５〜１６において、前記被膜成
    膜用基板を移動する移動手段を備え、前記反射磁界発生
    装置は前記被膜成膜用基板と連動して、移動されること
    を特徴とする薄膜作製装置。
19. 【請求項１９】請求項１８において、前記移動手段は減
    圧側と大気圧側にて磁気シールによって接続され、前記
    反射磁界発生装置と前記磁気シールの間に磁気シールド
    を設けてあることを特徴とする薄膜作製装置。
20. 【請求項２０】請求項１５〜１６において、前記反射磁
    界発生装置において、永久磁石のＮ極とＳ極が交互にル
    ープ状にほぼ同一平面に並んで固定されており、前記ル
    ープ状にほぼ沿うような磁界のみが発生するように、磁
    気シールドを前記ループ状に沿わない磁界を遮断するよ
    うに設けてあることを特徴とする薄膜作製装置。
21. 【請求項２１】請求項２０において、前記永久磁石とし
    て、希土類コバルト、Ａｌｎｉｃｏ５、タングステン
    鋼、炭素鋼、ＫＳ鋼、ＯＰ磁石、Ｆｅｒｒｏｘｄｕｒｅ
    ２、のいずれかを用いることを特徴とする薄膜作製装
    置。
22. 【請求項２２】請求項２０において、前記永久磁石とし
    て、Ｕ字磁石あるいは棒磁石を用いることを特徴とする
    薄膜作製装置。
23. 【請求項２３】請求項２０において、前記磁気シールド
    の高さが前記永久磁石の高さより高いことを特徴とする
    薄膜作製装置。
24. 【請求項２４】請求項１５、１６において、前記反射磁
    界発生装置において、コイルをほぼ閉じられたループを
    形成するように巻き、前記コイルに電流を流すことによ
    って前記ループ状にほぼ沿うような磁界を発生させるこ
    とを特徴とする薄膜作製装置。
25. 【請求項２５】請求項１５、１６において、前記反射磁
    界発生装置において、基板の薄膜を作製する面とほぼ垂
    直な方向に電流を流すことで、閉じられたループ磁界を
    前記基板を作製する面とほぼ平行に発生させることを特
    徴とする薄膜作製装置。
26. 【請求項２６】請求項１５、１６において、前記反射磁
    界発生装置において、基板の薄膜を作製する面とほぼ平
    行な１組の平面電極の間で直流放電をさせることで、閉
    じられたループ磁界を前記基板を作製する面とほぼ平行
    に発生させることを特徴とする薄膜作製装置。