(57)【要約】【課題】堆積させる薄膜の特性の制御が可能な物理的気相成長方法を提供する。【解決手段】第１の位相を持つ第１の高周波信号を物理的気相成長装置内の、スパッタリングターゲットを含むカソードに印加するステップと、第２の位相を持つ第２の高周波信号を前記物理的気相成長装置内のチャックに印加するステップと、スパッタリングターゲットからの物質を基板上に堆積させるステップと、を備え、前記チャックは、基板を保持し、前記第１の位相と前記第２の位相の位相差は、前記基板上に正の自己バイアス直流電圧を引き起こす物理的気相成長方法。【選択図】図１Ａ
2010242212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理的気相成長方法であって、
第１の位相を持つ第１の高周波信号を、物理的気相成長装置内の、スパッタリングターゲットを含むカソードに印加するステップと、
第２の位相を持つ第２の高周波信号を前記物理的気相成長装置内のチャックに印加するステップと、
スパッタリングターゲットからの物質を基板上に堆積させるステップと、
を備え、
前記チャックは、基板を保持し、
前記第１の位相と前記第２の位相との位相差は、前記基板上に正の自己バイアス直流電圧を引き起こす、物理的気相成長方法。
【請求項２】
前記第１の位相と前記第２の位相との前記位相差が、１９０°以上２４０°以下である、請求項１に記載の物理的気相成長方法。
【請求項３】
前記位相差が略２２０°である、請求項２に記載の物理的気相成長方法。
【請求項４】
前記第１の高周波信号が、１０００Ｗ以上５０００Ｗ以下の第１の高周波出力を有する、請求項１から３のいずれか一つに記載の物理的気相成長方法。
【請求項５】
前記第１の高周波出力が３０００Ｗである、請求項４に記載の物理的気相成長方法。
【請求項６】
前記第２の高周波信号が、５０Ｗ未満の第２の高周波出力を有する、請求項１から５のいずれか一つに記載の物理的気相成長方法。
【請求項７】
前記第２の高周波出力が、２Ｗ未満である、請求項６に記載の物理的気相成長方法。
【請求項８】
前記正の自己バイアス直流電圧が、１０Ｖ以上１００Ｖ以下である、請求項１から７のいずれか一つに記載の物理的気相成長方法。
【請求項９】
前記正の自己バイアス直流電圧が６０Ｖである、請求項８に記載の物理的気相成長方法。
【請求項１０】
前記スパッタリングターゲットは誘電材料を含む、請求項１から９のいずれか一つに記載の物理的気相成長方法。
【請求項１１】
前記誘電材料はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含む、請求項１０に記載の物理的気相成長方法。
【請求項１２】
前記スパッタリングターゲットからの物質を基板上に堆積させるステップは、２０００Å以上１０μｍ以下の厚みを有する薄膜を形成することを含む、請求項１から１１に記載の物理的気相成長方法。
【請求項１３】
前記薄膜が、２μｍ以上４μｍ以下の厚みを有する、請求項１２に記載の物理的気相成長方法。
【請求項１４】
前記スパッタリングターゲットからの物質を基板上に堆積させるステップは、（１００）の結晶構造を有する薄膜を形成することを含む、請求項１から１３に記載の物理的気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に高周波（ＲＦ）スパッタリング物理的気相成長方法（ＰＶＤ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波スパッタリングＰＶＤは、基板上に薄膜を堆積させるための方法である。基板は、ＲＦ電源に接続されたターゲットに対向して真空チャンバ−に設置される。ＲＦ出力が開始されるとプラズマが形成される。正のガスイオンは、ターゲット表面に引き寄せられ、ターゲット表面にぶつかり、運動量の移行によってターゲット原子を追い出す。その結果、追い出されたターゲット原子は、基板に堆積し、薄膜層を形成する。
【０００３】
例えば特許文献１には、ＰＶＤプラズマリアクターの一例が開示されている。また特許文献２には、位相シフト供給に関する一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６−０１６９５８２号
【特許文献２】米国特許第５，９１０，８８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、物理的気相成長以下、堆積させる薄膜の特性を制御することは重要である。そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、物理的気相成長以下に堆積させる薄膜の特性を制御することが可能な物理的気相成長方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一般的に、一実施形態において、物理的気相成長法は、物理的気相成長装置のカソードに第１の位相を有する第１の高周波信号を加え、物理的気相成長装置のチャックに第２の位相を有する第２の高周波信号を加えることを含む。カソードには、スパッタリングターゲットが含まれ、チャックは、基板を支持する。スパッタリングターゲット由来の物質が、基板上に堆積する。第１の位相と第２の位相との位相差により、基板に正の自己バイアス直流電圧が発生する。
【０００７】
この実施形態及び他の実施形態は、以下の特徴の１以上を任意に含むことができる。第１の位相と第２の位相との位相差は、例えば、約２２０°など、１９０°以上２４０°以下であることができる。第１の高周波信号は、例えば約３０００Ｗなど、１０００Ｗ以上５０００Ｗ以下の第１の高周波出力を有することができる。第２の高周波信号は、例えば２Ｗ未満など、５０Ｗ未満の第２の高周波出力を有することができる。正の自己バイアス直流電圧は、例えば約６０Ｖなど、１０Ｖ以上１００Ｖ以下であることができる。スパッタリングターゲットとしては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの誘電材料を使用することができる。スパッタリングターゲットから基板上に材料を堆積することは、例えば、２μｍ以上４μｍ以下など、２０００Å以上１０μｍ以下の厚みを有する薄膜を形成することを含むことができる。スパッタリングターゲットから基板上に材料を堆積することは、（１００）の結晶構造を有する薄膜を形成することを含むことができる。
【０００８】
カソード上の第１の高周波信号と、基板上の第２の高周波信号との位相差をロックすることによって、または、インピーダンス回路網をチャックに接続することによって、のいずれか一方によって基板上に正の自己バイアスＤＣ電圧を作り出すことにより、例えば、１０００から１７００の範囲内の誘電率、高いｄ３１係数、そして高絶縁破壊電圧を有するＰＺＴ薄膜などの、有利な圧電及び誘電特性を有する薄膜を形成することが可能になる。同様に、移相器またはインピーダンス整合回路（インピーダンス・マッチング回路）を使用して負の自己バイアスを作り出すことは、堆積した薄膜、特にＰＺＴ薄膜の再度のスパッタやエッチングに有利である。
【０００９】
１以上の実施形態の詳細が、添付の図面及び以下の記載において説明される。他の形態、特徴、利点は、以下の記載、図面及び特許請求の範囲から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】高周波移相器と延長されたアノードを含む物理的気相成長装置の一実施例の断面概略図である。
【図１Ｂ】インピーダンス整合回路と延長されたアノードとを含む物理的気相成長装置の一実施例の断面概略図である。
【図１Ｃ】図１Ａ又は図１Ｂの延長されたアノードの拡大図である。
【図２】物理的気相成長装置において使用するための延長されたアノードの斜視図である。
【図３Ａ】高周波移相器と延長されたシールドを含む物理的気相成長装置の一実施例の断面概略図である。
【図３Ｂ】インピーダンス整合回路と延長されたシールドとを含む物理的気相成長装置の一実施例の断面概略図である。
【図３Ｃ】図３Ａ又は図３Ｂの延長されたシールドの拡大図である。
【図４】物理的気相成長装置において使用するための延長されたシールド頂上部の概略図である。
【図５】チャックとカソードの自己バイアスＤＣ電圧−ガス流量の一例を示す図である。
【図６Ａ】カソード電源とチャック電源と以下に接続された移相器を有する物理的気相成長法を使用する、基板上に薄膜を堆積させるためのプロセスのフローチャートの一例を示す図である。
【図６Ｂ】チャックに接続されたインピーダンス整合回路を有する物理的気相成長法を使用する、基板上に薄膜を堆積させるためのプロセスのフローチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。それぞれの図において、同じ参照番号、参照記号は、同じ構成要素を示す。
【００１２】
高周波物理的気相成長、すなわちスパッタリングが基板上の薄膜を形成するために使用されるとき、堆積させた薄膜の特性を制御することが困難な場合がある。基板のＤＣ自己バイアスを変えることによって、例えば、カソードに印加されるＲＦ信号と、チャックに印加されるＲＦ信号との位相差をロックすることによって、または、インピーダンス整合回路とチャックとを電気的に接続することによって、膜の特性を良好に制御することができる。
【００１３】
図１Ａを参照すると、物理的気相成長装置１００は、真空チャンバ１０２を含むことができる。真空チャンバ１０２は、円筒形状であることができ、側壁１５２と、上面部１５４と、底面部１５６とを有することができる。磁場発生機構（マグネトロンアセンブリ）１１８は、真空チャンバ１０２の上面に配置されることができる。また、磁場発生機構１１８は、交番磁極を有する一組の磁石を含むことができる。更に、磁場発生機構１１８は、固定されていても良いし、真空チャンバ１０２の半径に垂直な軸の周りを回転しても良い。物理的気相成長装置１００は、ＲＦ電源１０４と、それに対応する負荷整合回路を更に含むことができ、負荷整合回路は、ＲＦ電源１０４のインピーダンスを真空チャンバ１０２のインピーダンスとマッチングさせることができる。
【００１４】
スパッタカソード部１０６は、真空チャンバ１０２の上面部１５４近傍の内側に収容可能である。スパッタカソード部１０６は、図示しない金属製バッキングプレート（ｂａｃｋｉｎｇ  ｐｌａｔｅ）に接合可能なターゲット１２６を含むことができる。ターゲット１２６は、外縁１６０を有し、通常円形としうる。ターゲットは、例えば、誘電材料、例を挙げればチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などから製造可能である。ＲＦ出力がＲＦ電源１０４によって印加されると、カソード１０６は、ＲＦ電流の電極としての役割を果たすことができる。スパッタカソード部１０６は、絶縁体リング１５０によって真空チャンバ１０２から電気的に絶縁可能である。
【００１５】
１以上の基板を支持するための基板サポートすなわちチャック１１０は、真空チャンバ１０２の内側であって、真空チャンバ１０２の底面部１５６近傍に底面部１５６上に間隔を空けて収容可能である。チャック１１０は、基板１１６を固定するように構成された、例えば基板固定板などの基板保持機構１２２を含むことが可能であり、これにより、ＰＶＤプロセス中に基板１１６に薄膜を形成することができる。基板１１６は、例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ウエハであることができる。図示しない温度制御部は、例えば基板１１６を所定の温度に保つために、チャック１１０上に配置可能であり、所定の温度とは、２５℃と８００℃以下、例えば６５０℃から７００℃等である。
【００１６】
一実施例では、図１Ａに示されるように、チャック１１０を、電気的にグランドから浮かせたり絶縁したりすることができ、ＲＦ電源１２０は、チャック１１０に電気的に接続可能である（ＲＦ電源１２０は、グランドに接続可能である。）。ＲＦ移相器１０５は、ＲＦ電源１２０とＲＦ電源１０４以下に接続することができる。移相器１０５が作動したとき、ＲＦ電源１０４は、ＲＦ電源１２０の位相基準としての機能を果たすことができる。
【００１７】
他の実施例では、図１Ｂに示されるように、チャック１１０を、電気的にグランドから浮かせたり絶縁したりすることができ、インピーダンス整合回路１０７は、チャック１１０に電気的に接続可能である（インピーダンス整合回路１０７は、グランドに接続可能である。）。チャック１１０には、第２のＲＦ電源が接続されない。インピーダンス整合回路１０７は、入力端子１０９と、可変整調コンデンサ１１１と、インダクタ１１３と、分路コンデンサ１１５とを含むことができる。入力端子１０９は、電気的にチャック１１０に接続可能である。可変整調コンデンサ１１１は、電気的にグランドに接続可能である。インダクタ１１３は、入力端子１０９と分路コンデンサ１１１以下に電気的に接続可能である。分路コンデンサ１１５は、入力端子１０９とグランド以下に電気的に接続可能であり、インダクタ１１３と可変整調コンデンサ１１１に対して並列接続が可能である。
【００１８】
アノード１０８は、真空チャンバ１０２の内側にも収容されることが可能である。アノード１０８は、ＲＦ電流のリターンパスを提供するように、カソード１０６と対になるもう一方の電極を提供することができる。いくつかの実施例において、アノード１０８とチャック１１０は、同じコンポーネントであることが可能である。しかしながら、他の実施例においてここで述べられるように、アノード１０８は、チャックが浮いたりアノード１０８と異なった電位を持つことができるように、チャック１１０から電気的に絶縁されていても良い。アノードは、接地されることが可能である。即ち、この状況（アノードは、実際にグランドに接続される必要はない状況）においては、アノードを真空チャンバの側壁１５２に電気的に接続することができる。
【００１９】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ及び図２を参照すると、アノード１０８は、環状ボディ３０２を有すことができ、環状ボディ３０２から内側に突出した環状フランジ３０４によって拡張可能である。環状フランジ３０４は、所望の放電スペース１２８（図１Ａ参照）を区画することができ、その放電スペース１２８内では、ＰＶＤプロセス中のプラズマの保持が可能である。図１Ｃ及び図２に示されるように、環状ボディ３０２は、上部３０６と下部３０８とを備えることができる。上部３０６は、下部３０８よりもカソード１０６に近接することができる。上部３０６と、真空チャンバ１０２の上面部１５４と以下の隙間１４８（図１Ａ及び図１Ｂ参照）は、それら以下にプラズマの形成を防ぐように構成可能である。
【００２０】
図１Ｃに示されるように、アノードの上部３０６の上端部３２０は、真空チャンバの上面部１５４から垂直に拡張可能であり、上端部３２０は、例えば、円筒であることができる。上端部３２０は、ターゲット１２６の外縁１６０と平行であることができ、外縁１６０を包囲することができる。上部３０６の底面部３２２は、上端部３２０の底縁の表面の内側から内部に、例えば垂直に、伸びることができる。底面部３２２は、例えば、水平リングのように、実質的に、水平に内側に向けて拡張可能である。リング３２２の内側の半径は、ターゲット１２６とおよそ同じ半径であることができる。下部３０８は、底面部３２２の内縁と下面から拡張できる。下部３０８は、底面部３２２から垂直に拡張でき、例えば円筒として垂直に拡張できる。その円筒の内壁は、ターゲット１２６と大体同じ半径を持つことができる。図示されていないが、シールド１２４の上部の配置のためのギャップが形成されるように、他の突起が、外縁近くの底面部３２２の下面から下方向に拡張可能である。
【００２１】
環状フランジ３０４は、少なくとも一部のフランジがターゲット１２６の下に伸びるように、下部３０８から内側に突出することができる。図１Ａに示されるように、フランジ３０４は、環状ボディ３０２から内側に向かって下向きに伸びることができ、これにより、カソード１０６に近い側のフランジ３０４の半径が、カソード１０６から遠い側のフランジ３０４の半径よりも大きくなる、即ち、フランジは漏斗形状を有することができる。あるいは、図３Ａ及び図３Ｂに示されるようにフランジ３０４は、環状ボディ３０２から水平方向に伸びることができる。ある実施例において、フランジ３０４は、下部３０８の最下端から伸びる。
【００２２】
環状開口部３１０（図２参照）は、ＰＶＤプロセス以下、基板１１６が実質的に陰にならないように、即ち、基板１１６の上面全体が薄膜で覆われることが可能となるように、チャック１１０と大体同じ半径を有することができる。
【００２３】
真空チャンバ１０２は、薄膜材料が付着することから真空チャンバ１０２の側壁を保護するためのＲＦシールド１２４も含むことができる。シールド１２４は、例えば、アルミニウムまたは非磁性ステンレス鋼で作られることが可能であり、真空チャンバ１０２の側壁１５２に接地可能である。
【００２４】
ある実施例において、図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、シールド１２４は、例えば円筒形状で、垂直に伸びた環状ボディ４０２を含むことができる。水平に伸びたフランジ１４６は、環状ボディ４０２の底縁から内側に伸びることができる。水平方向に伸びるフランジ１４６は、真空チャンバ１０２の底面近くに配置可能であり、アノード１０８の下部３０８を取り囲み、部分的に垂直にその下部３０８に重なるようにフランジ３０４を超えて伸びることができる。ある実施例において、垂直に伸びたフランジ１４６は、アノード１０８の下部３０８と基板保持機構１２２と以下のギャップの中に伸びることができる。フランジ１４６は、基板保持機構１２２と部分的に水平方向に重なることができる。
【００２５】
シールド１２４の環状フランジ１４６の内側にある環状開口部４０６（図４参照）は、基板１１６が実質的に陰にならないように、チャックとおよそ同じ半径を有すことができる。ギャップ１３２は、所望の放電スペース１２８からプロセスガスを排出することを可能にするために、シールド１２４とアノード１０８以下に存在することができる。
【００２６】
ある実施例において、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図４に示されるように、シールドは、一組の同心環状突起４０４が、環状フランジ１４６から、例えばカソード１０６の方向に突出するように伸びることができる。同心環状突起４０４は、環状ボディ４０２に平行に伸びることができる。図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、同心環状突起４０４の高さは、真空チャンバ１０２の中心から側壁１５２に向かって半径に沿って増加することができる。環状ボディ４０２は、同心環状突起４０４の高さよりも高い高さを有することができる。
【００２７】
物理的気相成長装置１００は、例えば、アノード１０８とシールド１２４を直接接続するストラップなどの導電体１３０を更に含むことができる。導電体１３０は、柔軟性があり、アノード１０８とシールド１２４と以下をガスが流れることを可能にするように構成可能である。例えば、導電体１３０は、網またはワイヤのストラップであっても良い。導電体１３０は、例えば、銅やアルミニウムで作られても良い。
【００２８】
アノード１０８とシールド１２４と以下は、たくさんの接続が可能である。例えば、導電体１３０は、アノード１０８とシールド１２４に少なくとも４点で接続可能である。導電体１３０は、アノード１０８の下面とシールド１２４の上部と以下に接続可能である。導電体１３０は、アノード１０８の上部と、シールド１２４の外側表面と以下にも接続可能である。
【００２９】
物理的気相成長装置１００は、第２のチャンバシールド１３４を更に含むことができる。チャンバシールドは、例えば、非磁性ステンレス鋼またはアルミニウムで作られても良い。チャンバシールドの上部は、アノード１０８と、真空チャンバ１０２の側壁と以下に配置可能である。チャンバシールド１３４の下部は、真空チャンバ１０２の側壁と、シールド１２４と以下に配置可能である。チャンバシールド１３４は、シールド１２４とアノード１０８の両方又は一方と同心関係にあり且つその両方又は一方を取り囲むことができる。チャンバシールド１３４の高さは、シールド１２４の高さと同じ高さ、または、それより高い高さであることができる。チャンバシールド１３４は、垂直な環状ボディ１４２と環状フランジ１４４とを含むことができ、この環状フランジ１４４は、環状フランジ１４２（例えば垂直な環状ボディ１４２の下縁）から内側に延在する。チャンバシールド１３４の環状フランジ１４４は、シールド１２４の環状フランジ１４６の下に伸びることができるが、環状フランジ１４６よりも短い半径方向の長さを有することができる。環状フランジ１４４は、チャック１１０よりもチャンバの底に近い位置にあることが可能である。チャンバシールドのフランジ１４４の内縁は、チャック１１０の外縁と垂直に位置決め可能である。
【００３０】
チャンバシールド１３４は、真空チャンバ１０２内に更にプロセスガスを注入したり、真空チャンバ１０２から更にプロセスガスを排出したりできるように構成されることが可能である。例えば、チャンバシールド１３４は、ガス注入口１１２や真空吸引口１１４を覆わないように、十分短いサイズであっても良い。あるいは、チャンバシールド１３４は、ガス注入口１１２と真空吸引口１１４の位置に対応した場所に穴（図示せず）を有してもよい。更に、チャンバシールド１３４は、分割して取り外し可能であり、容易に清掃可能であり、長く再利用可能である。
【００３１】
チャンバシールド１３４は、導電体１３６を介してシールド１２４に電気的に接続可能である。導電体１３６は、導電体１３０と同様の材料及び形状であることができる。導電体１３６は、シールド１２４とチャンバシールド１３４以下にガスが流れることを可能にするように構成可能である。同様に、導電体１３６は、メッシュ構造を有し、１以上のストラップで、銅またはアルミニウムで構成可能である。更に、導電体１３６は、シールド１２４の底面部とチャンバシールド１３４の内側表面と以下に接続可能である。
【００３２】
物理的気相成長装置１００は、プロセスガス注入口１１２と、プロセスガス制御デバイス（図示せず）と、真空吸引口１１４と、圧力測定及び制御装置（図示せず）と、真空ポンプ（図示せず）とを更に含むことができる。
【００３３】
スパッタリングまたはＰＶＤプロセス以下、例えばアルゴン、酸素などのガスは、１０から２００ＳＣＣＭ（アルゴン）／０．２から４ＳＣＣＭ（酸素）の流量で、例えば１０から６０ＳＣＣＭ（アルゴン）／０．５から２ＳＣＣＭ（酸素）などの流量で、ガス注入口１１２を介して供給される。真空ポンプ（図示せず）は、ベースとなる真空度（例えば、１０−７Ｔｏｒｒ以下）と、プラズマ作動圧力（例えば０．５ｍＴｏｒｒから２０ｍＴｏｒｒ、特に４ｍＴｏｒｒ）を、真空吸引口１１４を介して維持する。ＲＦ電源１０４からのＲＦ出力が、５００Ｗ以上５０００Ｗ以下のオーダーで（例えば２０００Ｗから４０００Ｗのオーダーや３０００Ｗのオーダーで）スパッタカソード部１０６に印加されると、ターゲット１２６は、負にバイアスされ、アノード１０８は、正にバイアスされる。それにより、カソード１０６とアノード１０８以下の所望の放電スペース１２８内にプラズマ形成が引き起こされる。磁場発生機構１１８は、カソード１０６の前面及び近傍に、例えば、５０ガウスから４００ガウス、更に例を挙げると２００ガウスから３００ガウスの磁場を生成する。磁場は、電子の動きをターゲット１２６の前面に沿ったらせん運動に制限する。
【００３４】
磁場によってターゲット１２６の表面近くに閉じこめられている電子と共に、ターゲット１２６上の負の自己バイアスＤＣ電圧は、プラズマの活発な正イオンによるターゲット１２６への衝突を促進する。運動量移動は、例えばＰＺＴ分子のような中性のターゲット材料が、ターゲット１２６から離れ、基板１１６に堆積することをもたらし、基板１１６上に薄膜が形成される。結果として得られる薄膜は、２０００Å以上１０μｍ以下、例えば２μｍ以上４μｍ以下の厚みを有しうる。
【００３５】
図１Ａと図３Ａに示される実施例において、ＲＦ電源１２０の出力が基板１１６に印加されると、ＤＣ自己バイアスが基板上に現れる。ＲＦ移相器１０５は、ＲＦ電源１０４とＲＦ電源１２０の両方もしくはいずれか一方によって印加されたＲＦ信号の位相（例えば、電流または電圧の位相）を調整するために使用可能である。ＲＦ移相器１０５は、位相差（例えば０°から３６９°）が基板上に望ましいＤＣ自己バイアスを生成するように、個々の位相をロックする。前記自己バイアスは、正、または、負、または、０Ｖの帯電であることができ、例えば、−３００Ｖから＋３００Ｖ、特に−１００Ｖから＋１００Ｖであることができる。例として、基板の正の自己バイアス電圧とガス流量のグラフについて図５に示す。
【００３６】
ＤＣ自己バイアスの電荷は、位相差に加えて、基板１１６に印加されるＲＦパワーの総量によって制御可能である。低いＲＦパワー（例えば５０Ｗ未満、更に例を挙げると２Ｗ未満など）がチャック１１０に印加され、その位相が、例えば１９０°以上２４０°以下でロックされ、更に例えば２２０°でロックされた場合、時間平均で正のＤＣ自己バイアス（例えば、１０Ｖ以上１００Ｖ以下、更に例を挙げると６０Ｖ等）が、基板１１６上に生じうる。正の電圧は、電子をプラズマから基板１１６の表面に引きつけ、加速させることをもたらす。十分なエネルギーをもったこれらの電子は、その小さい運動量のため実質的ないかなる再スパッタリングも引き起こすことなく、スパッタされた材料の性質の改質をもたらすことができる。加えて、正の電圧は、プラズマイオンが基板１１６表面に衝突することを防ぐことができ、そのため基板表面のエッチングを避けることができる。これに対して、高いＲＦパワー（例えば、５０Ｗより大きい）が基板に印加され、その位相が、例えば、１９０°未満または２４０°より大きい範囲でロックされ、更に例を挙げると１８０°未満または２７０°より大きい範囲でロックされた場合、負のＤＣ自己バイアスが基板１１６上に生じうる。負の電圧は、プラズマイオンが基板に向かって引き寄せられ、加速されることをもたらし、その結果、基板表面の再スパッタリングをもたらすことが可能である。再スパッタリングは、例えば、基板表面のエッチングなどに有用である。例えば、チャンバ構造、ガスの組成と流量、圧力、磁場、電圧、等の所定の態様については、正又は負の自己バイアス電圧を生じさせるのに必要な位相シフトを得るために実験が必要とされうる。
【００３７】
図１Ａと図３Ａの装置を使用して薄膜を形成する方法のフロー図が、図６Ａに示される。ステップ６０２において、第１の位相を有する第１の高周波信号は、物理的気相成長装置のカソードに印加される。カソードは、スパッタリングターゲットを含むことができる。ステップ６０４において、第２の位相を有する第２の高周波信号が、物理的気相成長装置内の基板を保持するチャックに印加される。第１の位相と第２の位相との位相差により、基板に正の自己バイアスＤＣ電圧が発生する。ステップ６０６において、スパッタリングターゲット由来の物質が、基板上に堆積する。
【００３８】
図１Ｂと図３Ｂに示される実施例において、ＲＦ電源１０４の出力がカソード１０６に印加され、インピーダンス整合回路網１０７がチャック１１０に接続されると、ＤＣ自己バイアスが基板上に生じる。可変整調コンデンサ１１１と分路コンデンサ１１５のうちの両方またはいずれか一方のキャパシタンスは、所望のＤＣ自己バイアスが基板に生じるように、例えば１０ｐＦから５００ｐＦの範囲で選択又は調整されることが可能である。上述の実施例において見られるように、基板は、例えば−３００Ｖから＋３００Ｖなど、特には−１００Ｖから＋１００Ｖのように、負、正、またはゼロボルトの帯電を有することができる。
【００３９】
図１Ｂと図３Ｂの装置を使用して薄膜を形成する方法のフロー図が、図６Ｂに示される。ステップ６１０において、高周波信号が、物理的気相成長装置のカソードに印加される。そのカソードは、スパッタリングターゲットを含む。ステップ６１２において、物理的気相成長装置内の基板を保持するチャックは、電気的にインピーダンス整合回路に接続される。インピーダンス整合回路は、少なくとも１つのコンデンサを含む。ステップ６１４において、スパッタリングターゲット由来の物質が、基板上に堆積する。図６には示していないが、この方法は、正の自己バイアスＤＣ電圧が基板に発生するように、コンデンサの容量を選択または調整することを更に含むことができる。
【００４０】
物理的気相成長装置のインピーダンス整合回路かそれともＲＦ移相器のいずれかを使用することは、例えば、ＰＺＴ薄膜などの圧電性薄膜の生成に特に有利であり得る。特に、基板または成膜された膜に間接バイアス（ｉｎｄｉｒｅｃｔ  ｂｉａｓ）を引き起こすための移相器１０５またはインピーダンス整合回路１０７を使用することは、有利である。なぜならば、外部ＤＣバイアスを例えばＰＺＴなどのような誘電材料に直接印加することはできないからである。更に、移相器１０５とインピーダンス整合回路１０７の両方は、基板１１６と所望の放電スペース１２８以下のダークスペース（ｄａｒｋ  ｓｐａｃｅ）内の電界強度を変えることができ、それにより、成膜プロセスの再スパッタリング効果を変えることができる。それに対して、直接基板にバイアスをかけることは、全てのシステム電圧をターゲットと基板の両方またはいずれか一方のオフセット値に変えることができるが、一方、それでは、基板１１６と所望の放電スペース１２８以下のダークスペース内の電界強度を変えることはできない。
【００４１】
ＰＺＴ膜が、ここで述べられているように正のＤＣ自己バイアスを持った基板を有する物理的気相成長装置を使用してスパッタされた場合、基板表面に引きつけられる電子は、電子加熱を生じさせることができ、電子加熱は、薄膜原子の運動性を増加させることができる。その上、その基板表面の電子は、基板表面の再スパッタリングを避けるために基板表面からプラズマイオンを排除するのに役立つことができる。結果として、好ましい構造を有する膜、例えば、（１００）の結晶構造を有する薄膜などを形成することができる。正のＤＣ自己バイアスを有する基板上にスパッタされる前記膜（例えば、ペロブスカイトＰＺＴ（１００）／（２００）の結晶方位を有するＰＺＴ膜など）は、１０００から１７００の範囲の誘電率、高ｄ３１係数、高絶縁破壊電圧など、有利な誘電及び圧電特性を有することができる。例えば、（１００）の結晶方位を有するＰＺＴ薄膜は、例えば、インク吐出装置用のアクチュエータなどの、ＭＥＭＳデバイスとして使用可能である。
【００４２】
いくつかの実施例について説明したが、ここで述べられた範囲や精神から逸脱することなく、様々な変更が可能である点について理解されるべきである。例えば、位置決めと方向（たとえば、上端、垂直など）に関する表現は、物理的気相成長装置内の構成部品の相対的な位置決めや方向を表現するために使用されたことを理解すべきであり、物理的気相成長装置自体は、垂直方向、水平方向、或いは他の方向に保持可能である。他の実施例として、図６Ａ及び図６Ｂの典型的なフロー図のステップは他の順番で実施されても良く、あるステップが除去されても良いし、他のステップが加えられても良い。従って、他の実施形態も本発明の特許請求の範囲に含まれうる。
【符号の説明】
【００４３】
１００  物理的気相成長装置、１０２  真空チャンバ、１０４  電源、１０５  移相器、１０６  スパッタカソード部、１０７  インピーダンス整合回路、１０８  アノード、１０９  入力端子、１１０  チャック、１１１  可変整調コンデンサ、１１２  ガス注入口、１１３  インダクタ、１１４  真空吸引口、１１５  分路コンデンサ、１１６  基板、１１８  磁場発生機構、１２０    電源、１２２  基板保持機構、１２４  シールド、１２６  ターゲット、１２８  放電スペース、１３０  導電体、１３２  ギャップ、１３４  チャンバシールド、１３６  導電体、１４２  環状ボディ、１４４  環状フランジ、１４６  フランジ、１４８  隙間、１５０  絶縁体リング、１５２  側壁、１５４  上面部、１５６  底面部、１６０  外縁、３０２  環状ボディ、３０４  環状フランジ、３０６  上部、３０８  下部、３１０  環状開口部、３２０  上端部、３２２  底面部、４０２  環状ボディ、４０４  同心環状突起、４０６  環状開口部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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