(57)【要約】【課題】スパッタリングによる酸化アルミニウムの成膜速度を向上できる技術を提供する。【解決手段】酸化アルミニウムの成膜方法は、スパッタガスと反応性ガスが導入された真空容器内のプラズマを発生させる第１のプラズマ発生ステップと、アルミニウムターゲットに負電圧のスパッタ電圧を印加して、静磁場によりマグネトロンプラズマを発生させる第２のプラズマ発生ステップとを備える。そして、第１のプラズマ発生ステップは、真空室内に設けられ巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナを用いて、少なくとも第２のプラズマ発生ステップ中に高周波誘導結合プラズマを発生させるステップである。【選択図】図５
2014057034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場を形成するマグネトロンカソードが設けられた真空容器に、スパッタガスと、酸素の反応性ガスとを導入して当該カソードに設けられたアルミニウムターゲットをスパッタし、当該アルミニウムターゲットに対向する基板上に酸化膜を形成する酸化アルミニウムの成膜方法であって、
前記スパッタガスと前記反応性ガスが導入された真空容器内にプラズマを発生させる第１のプラズマ発生ステップと、
前記アルミニウムターゲットに負電圧のスパッタ電圧を印加して、前記静磁場によりマグネトロンプラズマを発生させる第２のプラズマ発生ステップと、
を備え、
前記第１のプラズマ発生ステップは、前記真空容器内に設けられ巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナを用いて、少なくとも前記第２のプラズマ発生ステップ中に高周波誘導結合プラズマを発生させるステップである酸化アルミニウムの成膜方法。
【請求項２】
請求項１に記載の酸化アルミニウムの成膜方法において、前記スパッタ電圧を定電圧制御する酸化アルミニウムの成膜方法。
【請求項３】
静磁場を形成するマグネトロンカソードが設けられた真空容器に、スパッタガスと、酸素の反応性ガスとを導入して当該カソードに設けられたアルミニウムターゲットをスパッタし、当該アルミニウムターゲットに対向する基板上に酸化膜を形成する酸化アルミニウムの成膜方法であって、
前記スパッタガスと前記反応性ガスが導入された真空容器内にプラズマを発生させる第１のプラズマ発生ステップと、
前記アルミニウムターゲットに直流パルスのスパッタ電圧を印加して、前記静磁場によりマグネトロンプラズマを発生させる第２のプラズマ発生ステップと、
を備え、
前記第１のプラズマ発生ステップは、前記真空容器内に設けられ巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナを用いて、少なくとも前記第２のプラズマ発生ステップ中に高周波誘導結合プラズマを発生させるステップである酸化アルミニウムの成膜方法。
【請求項４】
請求項３に記載の酸化アルミニウムの成膜方法において、前記スパッタ電圧を定電圧制御する酸化アルミニウムの成膜方法。
【請求項５】
静磁場を形成するマグネトロンカソードが設けられた真空容器に、スパッタガスと、酸素の反応性ガスとを導入して当該カソードに設けられたアルミニウムターゲットをスパッタし、当該アルミニウムターゲットに対向する基板上に酸化膜を形成する酸化アルミニウムの成膜方法であって、
前記スパッタガスと前記反応性ガスが導入された真空容器内にプラズマを発生させる第１のプラズマ発生ステップと、
前記アルミニウムターゲットに交流のスパッタ電圧を印加して、前記静磁場によりマグネトロンプラズマを発生させる第２のプラズマ発生ステップと、
を備え、
前記第１のプラズマ発生ステップは、前記真空容器内に設けられ巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナを用いて、少なくとも前記第２のプラズマ発生ステップ中に高周波誘導結合プラズマを発生させるステップである酸化アルミニウムの成膜方法。
【請求項６】
請求項５に記載の酸化アルミニウムの成膜方法において、前記スパッタ電圧を定電圧制御する酸化アルミニウムの成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応性スパッタリングによる酸化アルミニウムの成膜技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンスパッタ法は、薄膜形成手法の一つとして半導体、液晶表示装置、磁気記録装置、光学薄膜等の製造分野において広く実用化されている。マグネトロンスパッタ法には、酸化物、窒化物、フッ化物等の化合物ターゲットを用い、スパッタ電源として高周波電源を用いることで化合物の薄膜を形成する高周波マグネトロンスパッタ法（特許文献１）や、金属ターゲットを用い、スパッタ電源として直流電源を用いるとともに、反応性ガスを導入して金属の酸化物、窒化物、フッ化物等の薄膜を形成する反応性ＤＣマグネトロンスパッタ法（特許文献２）などがあり、どちらの手法も用途に合わせて広く使用されている。
【０００３】
酸化アルミニウム薄膜も、これらの手法により成膜可能な酸化物の薄膜である。アルミニウム（以下、単に「アルミ」とも称する）は、柔らかく、導電性もあるが、その酸化物である酸化アルミニウムは、非常に硬く、絶縁性があり、また透明でもある。このため、酸化アルミニウム薄膜には、保護膜や絶縁膜としての需要が高まるとともに、半導体界面のパッシべーション膜などとしての需要も高まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１４９３号公報
【特許文献２】特開平８−２３２０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の手法により酸化アルミニウム薄膜を成膜する場合には、酸化アルミニウムのターゲットが用いられるが、それは非常に硬いため、特許文献１の手法では、成膜速度を上げることが困難である。特許文献２の手法により酸化アルミニウム薄膜を成膜する場合には、単金属のアルミニウムターゲットが用いられるが、酸素ガスが供給されて反応性スパッタリングが開始されると、ターゲット表面は酸化物で覆われ、その状態でスパッタされる。スパッタされる粒子の中には、ストイキオメトリな酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）に変化する前の、ストイキオメトリでない酸化アルミニウム（「ＡｌＯ」または「ＡｌｘＯｙ」とも称される）の状態でスパッタされるものも存在する。ＡｌＯは、Ａｌ２Ｏ３に比べると柔らかいため、特許文献２の手法による酸化アルミニウムの成膜速度は、特許文献１の手法に比べると少し速いものの、まだ十分ではない。このように、特許文献１および特許文献２の何れの手法によっても、成膜速度を十分に高めることが困難であるといった問題がある。
【０００６】
本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、スパッタリングによる酸化アルミニウムの成膜速度を上げることが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、第１の態様に係る酸化アルミニウムの成膜方法は、静磁場を形成するマグネトロンカソードが設けられた真空容器に、スパッタガスと、酸素の反応性ガスとを導入して当該カソードに設けられたアルミニウムターゲットをスパッタし、当該アルミニウムターゲットに対向する基板上に酸化膜を形成する酸化アルミニウムの成膜方法であって、前記スパッタガスと前記反応性ガスが導入された真空容器内にプラズマを発生させる第１のプラズマ発生ステップと、前記アルミニウムターゲットに負電圧のスパッタ電圧を印加して、前記静磁場によりマグネトロンプラズマを発生させる第２のプラズマ発生ステップとを備え、前記第１のプラズマ発生ステップは、前記真空容器内に設けられ巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナを用いて、少なくとも前記第２のプラズマ発生ステップ中に高周波誘導結合プラズマを発生させるステップである。
【０００８】
第２の態様に係る酸化アルミニウムの成膜方法は、第１の態様に係る酸化アルミニウムの成膜方法において、前記スパッタ電圧を定電圧制御する。
【０００９】
第３の態様に係る酸化アルミニウムの成膜方法は、静磁場を形成するマグネトロンカソードが設けられた真空容器に、スパッタガスと、酸素の反応性ガスとを導入して当該カソードに設けられたアルミニウムターゲットをスパッタし、当該アルミニウムターゲットに対向する基板上に酸化膜を形成する酸化アルミニウムの成膜方法であって、前記スパッタガスと前記反応性ガスが導入された真空容器内にプラズマを発生させる第１のプラズマ発生ステップと、前記アルミニウムターゲットに直流パルスのスパッタ電圧を印加して、前記静磁場によりマグネトロンプラズマを発生させる第２のプラズマ発生ステップとを備え、前記第１のプラズマ発生ステップは、前記真空容器内に設けられ巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナを用いて、少なくとも前記第２のプラズマ発生ステップ中に高周波誘導結合プラズマを発生させるステップである。
【００１０】
第４の態様に係る酸化アルミニウムの成膜方法は、第３の態様に係る酸化アルミニウムの成膜方法において、前記スパッタ電圧を定電圧制御する。
【００１１】
第５の態様に係る酸化アルミニウムの成膜方法は、静磁場を形成するマグネトロンカソードが設けられた真空容器に、スパッタガスと、酸素の反応性ガスとを導入して当該カソードに設けられたアルミニウムターゲットをスパッタし、当該アルミニウムターゲットに対向する基板上に酸化膜を形成する酸化アルミニウムの成膜方法であって、前記スパッタガスと前記反応性ガスが導入された真空容器内にプラズマを発生させる第１のプラズマ発生ステップと、前記アルミニウムターゲットに交流のスパッタ電圧を印加して、前記静磁場によりマグネトロンプラズマを発生させる第２のプラズマ発生ステップとを備え、前記第１のプラズマ発生ステップは、前記真空容器内に設けられ巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナを用いて、少なくとも前記第２のプラズマ発生ステップ中に高周波誘導結合プラズマを発生させるステップである。
【００１２】
第６の態様に係る酸化アルミニウムの成膜方法は、第５の態様に係る酸化アルミニウムの成膜方法において、前記スパッタ電圧を定電圧制御する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、第１のプラズマ発生ステップは、真空容器内に設けられ巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナを用いて、真空容器内に高周波誘導結合プラズマを発生させるので、真空容器内の高周波誘導結合プラズマの密度を十分に高めることができる。そして、真空容器内には、イオンに比べてラジカルが非常に多くなり、酸素ラジカルと、スパッタガスのラジカルとの作用により、ターゲット表面が軟化される。これにより、ターゲット表面におけるストイキオメトリな酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の生成が抑制されつつ、非ストイキオメトリな酸化アルミニウム（ＡｌＯ）の状態でのスパッタが促進される。そして、ターゲットのスパッタイールドが上がる一方、ターゲットからスパッタされたＡｌＯ粒子は、増加した酸素ラジカルにより成膜対象基板の表面上または基板―ターゲット間の真空空間においてストイキオメトリな酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）に変化し、基板上に成膜される。従って、成膜対象の基板表面における酸化アルミニウムの成膜速度が高速化する。
【００１４】
本発明によれば、第１のプラズマ発生ステップは、スパッタガスと酸素の反応性ガスが導入された真空容器内に設けられ巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナを用いて、少なくとも第２のプラズマ発生ステップ中に真空容器内に高周波誘導結合プラズマを発生させる。そして、第２のプラズマ発生ステップにおいて、直流パルスのスパッタ電圧がターゲットに印加される。従って、酸素ラジカルと、スパッタガスのラジカルとの増加によるターゲット表面の軟化の効果に加えて、ターゲット表面への電子の引き込み効果によって、ターゲット表面における酸素ラジカルとスパッタガスのラジカルとによるターゲット表面の軟化がさらに促進されて、ターゲット表面からの非ストイキオメトリな酸化アルミニウム（ＡｌＯ）のスパッタがさらに促進される。これにより、ターゲットのスパッタイールドがさらに上がるとともに、成膜対象の基板表面における酸化アルミニウムの成膜速度がさらに高速化する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法を実現するスパッタリング装置の要部の概略構成を例示する図である。
【図２】高周波アンテナの例を示す側面図である。
【図３】実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法による成膜の過程を説明するための模式図である。
【図４】実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法の効果を、参考例とともに模式的に示す図である。
【図５】実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法の手順を例示するフローチャートである。
【図６】実験データをグラフ形式で示す図である。
【図７】実験データをグラフ形式で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、下記説明では重複説明が省略される。また、各図面は模式的に示されたものであり、例えば、各図面における表示物のサイズおよび位置関係等は必ずしも正確に図示されたものではない。また、一部の図面には、方向を説明するためにＸＹＺ直交座標軸が附されている。該座標軸におけるＺ軸の方向は、鉛直線の方向を示し、ＸＹ平面は水平面である。
【００１７】
＜実施形態について：＞
＜１．スパッタリング装置の構成＞
図１は、実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法を実現するスパッタリング装置１０の要部の概略構成を例示する図である。図２は、高周波アンテナ８０の例を示す側面図である。以下に、図１、図２を参照しつつ、スパッタリング装置１０の構成について説明する。
【００１８】
スパッタリング装置１０は、板状の単金属のアルミニウムのターゲット（単に、「ターゲット」とも称する）６０をイオンによりスパッタし、基板７４の表面に所定の薄膜を形成するためのものである。アルミニウムは導電性である。
【００１９】
スパッタリング装置１０は、真空ポンプ（図示せず）により内部を真空にすることが可能なチャンバー（「真空容器」）１１と、真空排気されたチャンバー１１内にプラズマ生成ガスを導入するプラズマ生成ガス導入部１９と、チャンバー１１内に設けられ、ターゲット６０を保持するターゲット保持部２４と、成膜対象の基板７４を保持する基板ステージ１５と、スパッタ用電源１６２とを備える。
【００２０】
基板ステージ１５は、ターゲット保持部２４に保持されたターゲット６０の表面（＋Ｚ側の面）と、基板７４の表面（−Ｚ側の面）とが所定の距離を隔てて対向するように、基板７４を保持する。また、スパッタ用電源１６２は、ベース板（「カソード」）１４に、負電圧の直流のスパッタ電圧または、負電圧と正電圧とからなるパルス状のスパッタ電圧とを印加することにより、ターゲット６０と、基板ステージ１５に保持された基板７４との間にマグネトロンプラズマ用の電界を生成する。スパッタ用電源１６２からの電圧出力は、定電圧になるように制御される。また、基板ステージ１５は、図示省略のヒーターもしくは冷却機構を備え、基板７４の温度を制御する。
【００２１】
また、スパッタリング装置１０は、チャンバー１１内に導入されたプラズマ生成ガスの高周波誘導結合プラズマを発生させるプラズマ発生部９０をさらに備える。基板ステージ１５は、チャンバー１１の上部の内壁に、取り付け部材を介して設けられている。
【００２２】
また、プラズマ発生部９０は、ターゲット６０の側面に接触することなく当該側面に沿って配置された線状の高周波アンテナ（「プラズマ源」）８０を備える。そして、プラズマ発生部９０は、高周波アンテナ８０によって、スパッタガスと反応性ガスとのそれぞれの高周波誘導結合プラズマを発生させる。
【００２３】
そして、スパッタリング装置１０は、プラズマ発生部９０が発生させたプラズマ生成ガスの高周波誘導結合プラズマによるターゲット６０のスパッタリングによって基板７４上の二次元領域に成膜を行う。
【００２４】
チャンバー１１の側面には、開閉可能なゲート３５１が設けられている。成膜対象の基板７４は、ゲート３５１からチャンバー１１内に搬入されて、不図示の固定部材により基板ステージ１５に取り付けられた後、スパッタリングによる成膜を施されて、ゲート３５１からチャンバー１１の外部に搬出される。基板７４への成膜が行われるときには、成膜に先立って、基板７４がチャンバー１１内に搬入されて、ゲート３５１が閉鎖された状態で、不図示の真空ポンプによってチャンバー１１の内部空間である処理室１１３が真空排気される。
【００２５】
そして、ゲート３５１が閉じられた状態でプラズマ生成ガス導入部１９のガス導入口２０からプラズマ生成ガスがチャンバー１１内に導入されることにより、処理室１１３は、一定圧力下、一定のガス分圧下に維持される。ガス導入口２０は、例えば、高周波アンテナ８０とターゲット６０との間の部分などに形成される。プラズマ発生部９０が複数の高周波アンテナ８０を備える場合には、ガス導入口２０は、例えば、各高周波アンテナ８０に対応する位置にそれぞれ設けられる。
【００２６】
スパッタリング装置１０は、反応性スパッタリングによりアルミニウムの酸化物である酸化アルミニウムを成膜するため、プラズマ生成ガスとしては、不活性ガスであるＡｒガスまたはＫｒガスなどのスパッタガスと、酸素（Ｏ２）の反応性ガスとが用いられる。
【００２７】
チャンバー１１の底部には、開口が設けられると共に、その開口を下側から塞ぐように、ベース板１４及びマグネトロンスパッタ用磁石（永久磁石）１２（併せてマグネトロンカソードという）、並びに高周波アンテナ８０を収容するためのターゲット・アンテナ配置部１８が取り付けられている。ターゲット・アンテナ配置部１８とチャンバー１１の底部との接続部はシール材により気密性が確保されている。従って、ターゲット・アンテナ配置部１８の壁はチャンバー１１の壁の一部としての役割を有する。ターゲット・アンテナ配置部１８には、基板ステージ１５の直下の位置にターゲット配置ブロック（ターゲット配置部）１８１が設けられている。それと共に、ターゲット・アンテナ配置部１８の壁内（即ちチャンバー１１の壁内）であってターゲット配置ブロック１８１の側方に、ターゲット配置ブロック１８１を挟むように１対のアンテナ固定ブロック１８２が設けられている。マグネトロンカソードは、ターゲット６０の表面近傍に静磁場を形成する。
【００２８】
ターゲット配置ブロック１８１の上部にはチャンバー１１の処理室１１３がある。ターゲット配置ブロック１８１内にはマグネトロンスパッタ用磁石１２が載置されている。マグネトロンスパッタ用磁石１２の上面にはベース板１４が設けられるとともに、ベース板１４に対向する基板ステージ１５がチャンバー１１の上側内壁に設けられる。基板ステージ１５は、アースされている。マグネトロンスパッタ用磁石１２の上下方向の位置は、その上面に設けられたベース板１４に載置されるターゲット６０の上面がターゲット・アンテナ配置部１８の上端付近（上端と同じ位置である必要はない）に配置されるように調整されている。また、ターゲット６０は、ベース板１４と、ターゲット保持部２４とによってベース板１４の上面（＋Ｚ側の面）に保持されている。このようにマグネトロンスパッタ用磁石１２及びベース板１４（併せて、マグネトロンカソード）が設けられることにより、ターゲット６０はチャンバー１１の処理室１１３と面した空間内に配置される。
【００２９】
マグネトロンスパッタ用磁石１２は、ターゲット保持部２４に保持されたターゲット６０の表面を含む領域に静磁場（マグネトロン磁場）を形成して、ターゲット６０の表面部分のプラズマを形成できるようにする。ターゲット６０の表面部分におけるプラズマの広がり方は、チャンバー１１に導入されたプラズマ生成ガスの分圧や、マグネトロンスパッタ用磁石１２が発生させるマグネトロン磁場やターゲットに与える電圧の強度などによって変動する。
【００３０】
また、ターゲット配置ブロック１８１上端とチャンバー１１の処理室１１３との境界には、ターゲット配置ブロック１８１の側壁から内側に向かって延び、ターゲット６０の縁付近（縁を含む部分）に対して一定の距離を保つようにアノード１８９が設けられている。
【００３１】
アンテナ固定ブロック１８２内には高周波アンテナ８０が挿入されている。また、スパッタリング装置１０は、高周波アンテナ８０に高周波電力を供給する高周波電源１６１を備えている。高周波電源１６１は整合回路１６３を介して高周波アンテナ８０に接続されている。
【００３２】
高周波アンテナ８０は、マグネトロンスパッタによるプラズマ発生を支援するためのもので、例えば、図２に示されるように、金属製のパイプ状導体をＵ字形に曲げたものであり、２つのアンテナ固定ブロック１８２内に１個ずつ、「Ｕ」の字を上下逆向きにした状態で立設されている。なお、高周波アンテナ８０の配置態様は、種々に変更可能である。高周波アンテナ８０の形状として、例えば、円弧状の形状が採用されても良い。また、高周波アンテナ８０の巻数は、一周未満である。定在波の発生を防止するために、高周波アンテナ８０の長さは、好ましくは、高周波電源１６１が供給する電力の波長の１／４以下の長さに設定される。高周波アンテナの一端から高周波電力が供給され、他端は接地される。これにより誘導結合プラズマが生成される。このような高周波アンテナ８０が採用されれば、コイル状（渦巻き状）のアンテナを用いて誘導結合プラズマを発生させる手法に比べて、アンテナのインダクタンスが低いためにアンテナの電圧を下げられるので、プラズマダメージを抑制できる。また、アンテナ長を、高周波の波長の１／４以下に短くすることで、定在波の影響によるプラズマのむらに起因したスパッタむら（不均一さ）を抑制することが出来る。また、アンテナをチャンバー内に収容できるのでスパッタ効率を向上できる。さらに、成膜対象の基板サイズに応じて、高周波アンテナ８０の個数を増加させるとともに、ターゲットのサイズを大きくすることにより基板サイズが大きい場合でも、スパッタリング速度の向上を図ることが出来る。
【００３３】
Ｕ字形の高周波アンテナは巻数が１回未満の誘導結合アンテナに相当し、巻数が1回以上の誘導結合アンテナよりもインダクタンスが低いため、高周波アンテナの両端に発生する高周波電圧が低減され、生成するプラズマへの静電結合に伴うプラズマ電位の高周波揺動が抑制される。このため、対地電位へのプラズマ電位揺動に伴う過剰な電子損失が低減され、プラズマ電位が低減される。これにより、基板上での低イオンダメージの薄膜形成プロセスが可能となる。高周波アンテナ８０の金属製パイプ状導体は、スパッタリング装置１０の使用時に水などの冷媒１５１をその内部に通過させることにより高周波アンテナ８０を冷却する機能を有する。高周波アンテナ８０の高さ方向の位置は、ターゲット６０の表面近傍のプラズマ密度がより高くなるように、「Ｕ」の字の底部とターゲット６０の上面が同程度の高さよりも数センチ程度高くなるように調整されている。なお、ターゲット６０およびベース板１４なども非常に高温になるため、好ましくは、高周波アンテナ８０と同様に、冷媒１５１によって冷却される。
【００３４】
高周波アンテナ８０の上端側の一部は、アンテナ固定ブロック１８２を貫通して、チャンバー１１の内部側に突設されている。高周波アンテナ８０の該突設部分は、石英などからなる誘電体の保護パイプ４１１により覆われている。
【００３５】
なお、マグネトロンスパッタ用磁石１２の平均磁束密度は、２０乃至５０ｍＴ（ミリテスラ）で、高周波誘導結合アンテナの支援がない場合の磁束密度（６０乃至１００ｍＴ）よりも低い磁束密度でも十分なプラズマを生成するこができる。
【００３６】
基板ステージ１５は、基板ステージ１５の下面に設けられた図示省略の爪状部材などによって基板７４を保持することが出来る。基板７４は、例えば、シリコンの角型ウエハなどにより構成される。
【００３７】
上記のように構成されたスパッタリング装置１０は、ベース板１４が設けられたチャンバー１１に、スパッタガスと、酸素の反応性ガスとを導入して当該カソードに設けられたアルミニウムのターゲット６０をスパッタし、当該ターゲット６０に対向する基板７４上に酸化アルミニウムを成膜する。
【００３８】
＜２．酸化アルミニウムの成膜過程について＞
図３は、実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法による成膜の過程におけるより多く発生していると予測される現象を説明するための模式図である。図４は、実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法の効果を、参考例とともに模式的に示す図である。
【００３９】
破線枠５０１（図３）で囲まれた模式図は、通常（高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がなされていない場合）の反応性マグネトロンスパッタリングでも発生する酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の成膜過程を示している。
【００４０】
破線枠５０１に示されるように、チャンバー１１内の酸素分圧が増加すると、ターゲット６０の表面上での酸化反応が促進され、さらに酸素分圧を増加すると、その表面は、ほぼ、ストイキオメトリな酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）に覆われる。ストイキオメトリな酸化アルミニウムは硬いためスパッタイールドが低下し、結果として成膜速度が低下する（図４のグラフＧ１の破線Ｌ１よりも、紙面右方向側）。
【００４１】
破線枠６０１〜６０３（図３）で囲まれた模式図は、実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法、すなわち、高周波アンテナ８０が発生した高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がされる反応性マグネトロンスパッタリングの際に発生していると予測される酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の成膜過程の一部をそれぞれ示している。なお、この場合も、破線枠５０１の生成過程も発生していると予測される。破線枠６０１および６０２は、スパッタ電圧として直流電圧が印加される場合であり、破線枠６０１〜６０３は、スパッタ電圧としてパルスＤＣ電圧が印加される場合である。
【００４２】
スパッタ電圧として直流電圧が印加される本実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法によれば、高周波誘導結合プラズマの密度を十分に高めることができ、処理室１１３内には、イオンに比べてラジカルが非常に多くなる。そして、酸素ラジカルと、スパッタガスのラジカルとの作用により、ターゲット表面が軟化される。これにより、ターゲット表面におけるストイキオメトリな酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の生成（破線枠５０１内の模式図）が抑制されつつ、非ストイキオメトリな酸化アルミニウム（ＡｌＯ）の状態でのスパッタが促進される（破線枠６０１内の模式図）。そして、ターゲットのスパッタイールドが上がる一方、ターゲットからスパッタされたＡｌＯ粒子は、増加した酸素ラジカルにより成膜対象基板の表面上または基板―ターゲット間の真空空間においてストイキオメトリな酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）に変化し、基板上に成膜される（破線枠６０２内の模式図）。従って、成膜対象の基板表面における酸化アルミニウムの成膜速度が高速化する（図４のグラフの破線Ｌ２よりも紙面左側の領域）。さらに酸素分圧が増加すると、酸化物モードに移行し、通常の反応性スパッタリングと同様な理由で成膜速度が低下する（破線Ｌ２よりも紙面左側の領域）。
【００４３】
スパッタ電圧としてパルス直流電圧が印加される本実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法によれば、負電圧と正電圧とからなるパルス状のスパッタ電圧がターゲットに印加される。負の直流電圧を印加した場合の効果に加えて、ターゲット表面への電子の引き込み効果によって、ターゲット表面における酸素ラジカルとスパッタガスのラジカルとによるターゲット表面の化学反応による軟化がさらに促進され（破線枠６０３内の模式図）、ターゲット表面からの非ストイキオメトリなＡｌＯのスパッタがさらに促進される。これにより、ターゲットのスパッタイールドがさらに上がるとともに、ターゲット上で酸化膜の形成を抑制することができるので、酸化物モードに遷移する酸素分圧は、通常の反応性スパッタリング（グラフＧ１）や高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援があり、かつ負の直流電圧を印加する前述の実施態様（グラフＧ２）よりも高くなり、成膜速度はさらに高速化する（図４のグラフＧ３の破線Ｌ３〜破線Ｌ４の領域）。そして、図４の点Ｓ３にて、成膜速度が最速値を示す。従って、点Ｓ３の成膜条件で成膜が行われることが好ましい。
【００４４】
また、グラフＧ１、Ｇ２に示されるように、スパッタ電圧として直流電圧を印加したときの本実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法（グラフＧ２）によれば、高周波アンテナが発生させた高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がされない通常の反応性マグネトロンスパッタリングによる酸素分圧と成膜速度との関係として一般的に知られているデータ（グラフＧ１）に比べて、より高い酸素分圧（図４の点Ｓ２）まで成膜速度の低下を生じない。
【００４５】
また、グラフＧ２、Ｇ３に示されるように、スパッタ電圧としてパルス直流電圧を印加したときの本実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法（グラフＧ３）によれば、スパッタ電圧として直流電圧を印加した本実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法（グラフＧ２）に比べて、さらに高い酸素分圧（図４の点Ｓ３）まで、成膜速度の低下が生じていないことが分かる。
【００４６】
また、スパッタ電圧として直流電圧が印加されたときに、酸化物モードに移行して成膜速度が低下した酸素分圧においても、パルス直流電圧が印加された場合には、成膜速度か低下せず、逆に上昇する（グラフＧ２、Ｇ３の破線Ｌ３〜Ｌ４の領域）。また、成膜速度の絶対値自体も、パルス直流電圧が印加される場合の方が、単に直流電圧が印加された場合に比べて、著しく高速である。これは、低インダクタンスのアンテナによる高密度プラズマの生成により、イオンよりもラジカルが多く生成され、かつ電子のターゲットへの引き込み効果によるターゲット表面の軟化が促進され、スパッタイールドが向上するからである。
【００４７】
＜３．スパッタリング装置の動作＞
図５は、実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法の手順を例示するフローチャートである。スパッタリング装置１０は、マグネトロンスパッタ用磁石（永久磁石）１２により、ターゲット６０の近傍に静磁場が形成されている。
【００４８】
先ず、ターゲット６０と基板７４がゲート３５１からチャンバー１１の処理室１１３に搬入される。そして、基板７４が基板ステージ１５に、取り付けられて、ゲート３５１が閉鎖される（ステップＳ１１０）。
【００４９】
次に、真空ポンプによりチャンバー１１内を真空にした後、チャンバー１１の処理室１１３が所定の圧力（ガス分圧）になるように、Ａｒ等の不活性ガスからなるスパッタガスと酸素の反応性ガスとからなるプラズマ生成ガスが、プラズマ生成ガス導入部１９によってチャンバー１１内に導入される（ステップＳ１２０）。
【００５０】
続いて、高周波電源１６１から高周波アンテナ８０に高周波電力を投入することにより、高周波アンテナ８０の周囲に高周波誘導磁界を形成し、スパッタガスと反応性ガスとの高周波誘導結合プラズマを発生させるプラズマ発生処理が行われる。
【００５１】
そして、ベース板１４とスパッタ用電源１６２によって、負電圧の直流電圧からなるスパッタ電圧、若しくは負電圧と正電圧とからなるパルス状のスパッタ電圧とを印加（バイアスの印加）することで、スパッタ電圧印加処理が行われる（ステップＳ１４０）。これにより、基板７４の表面に酸化アルミニウムの薄膜が形成される。
【００５２】
成膜が所定厚まで達する（または、所定時間経過する）と、スパッタ用電源１６２によるベース板１４へのスパッタ電圧（バイアス）の印加が停止し（ステップＳ１５０）、高周波電源１６１から高周波アンテナ８０への高周波電力の供給が停止される（ステップＳ１６０）。次に、ガスの供給が停止しされ（ステップＳ１７０）、ゲート３５１が解放されて、基板７４がチャンバー１１の処理室１１３から搬出される（ステップＳ１８０）。
【００５３】
以上のように説明した本実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法によれば、真空容器に設けられ巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナを用いて高周波誘導結合プラズマが発生される。当該高周波アンテナは、高周波誘導結合プラズマの密度を十分に高めることができ、処理室内には、イオンに比べてラジカルが非常に多くなる。そして、酸素ラジカルと、スパッタガスのラジカルとの作用により、ターゲット表面が軟化される。これにより、ターゲット表面におけるストイキオメトリな酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の生成が抑制されつつ、非ストイキオメトリな酸化アルミニウム（ＡｌＯ）の状態でのスパッタが促進される。そして、ターゲットのスパッタイールドが上がる一方、ターゲットからスパッタされたＡｌＯ粒子は、増加した酸素ラジカルにより成膜対象基板の表面においてストイキオメトリな酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）に酸化される。従って、成膜対象の基板表面における酸化アルミニウムの成膜速度が高速化する。
【００５４】
また、以上のように説明した本実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法によれば、負電圧と正電圧とからなるパルス状のスパッタ電圧がターゲットに印加される。そして、ターゲット表面への電子の引き込み効果によって、ターゲット表面における酸素ラジカルとスパッタガスのラジカルとによるターゲット表面の軟化がさらに促進され、ターゲット表面からの非ストイキオメトリなＡｌＯのスパッタがさらに促進される。これにより、ターゲットのスパッタイールドがさらに上がるとともに、成膜対象の基板表面における酸化アルミニウムの成膜速度がさらに高速化する。
【００５５】
本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての態様において例示であって限定的ではない。したがって、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、高周波アンテナは、メンテナンス性能を向上させるため、そのＵ形状の中央部分の直線部分をアンテナ固定ブロック１８２から突設させることなく配置してもよいし、また、メンテナンス性とプラズマの生成能力のバランスから判断して、その直線部分の上側半分だけが、突設するように配置してもよい。また、スパッタ電圧として、パルス直流電圧を印加する代わりに、交流電圧を印加してもよい。この場合の最適な周波数は、パルス直流電圧の周波数とほぼ同じで、２０〜５０ＫＨｚである。
【実施例】
【００５６】
本実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法、すなわち、高周波アンテナが発生した高周波誘導結合プラズマによってプラズマ発生の支援された反応性マグネトロンスパッタリングによって、酸素分圧と、成膜された酸化アルミニウム薄膜の成膜速度との関係を測定して得た実験データを、図６、図７にそれぞれ示す。
【００５７】
図６は、スパッタ電圧として直流電圧を印加したときのデータであり、図７は、スパッタ電圧としてパルス直流電圧を印加したときのデータである。
【００５８】
図６のデータ測定の成膜条件は、スパッタ電圧（直流電圧）がＤＣ：―３００Ｖ、チャンバー内圧力が０．５Ｐａである。
【００５９】
図７のデータ測定の成膜条件は、スパッタ電圧（バルス直流電圧）の電圧−３００Ｖ／＋３０Ｖ、周波数５０ＫＨｚ、逆バイアス時間７ｕｓ、デューティー比６５％で、チャンバー内圧力が０．５Ｐａである。
【００６０】
図６に示された結果から、スパッタ電圧として直流電圧を印加したときの本実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法によれば、高周波アンテナが発生させた高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がされない反応性マグネトロンスパッタリングによる酸素分圧と成膜速度との関係として一般的に知られているデータに比べて、より高い酸素分圧まで成膜速度の低下が生じないことがわかる。
【００６１】
また、図７に示された結果から、スパッタ電圧としてパルス直流電圧を印加したときの本実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法によれば、スパッタ電圧として直流電圧を印加した本実施形態に係る酸化アルミニウムの成膜方法に比べて、さらに高い酸素分圧まで、成膜速度の低下が生じていないことが分かる。また、スパッタ電圧として直流電圧が印加されたときに、酸化物モードに移行して成膜速度が低下した酸素分圧においても、パルス直流電圧が印加された場合には、成膜速度か低下せず、逆に上昇していることが分かる。また、成膜速度も、パルス直流電圧が印加される場合の方が、単に直流電圧が印加された場合に比べて、著しく高速であることも分かる。また、交流電圧を印加した場合のデータは示していないが、パルス直流電圧を印加した場合と同様な効果が得られる。
【符号の説明】
【００６２】
１０  スパッタリング装置
１１  チャンバー
１２  マグネトロンスパッタ用磁石
１４  ベース板（カソード）
１５  基板ステージ
１６１  高周波電源
１６２  スパッタ用電源
１９  プラズマ生成ガス導入部
２４  ターゲット保持部
６０  ターゲット（アルミニウムターゲット）
７４  基板
８０  高周波アンテナ
９０  プラズマ発生部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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