(57)【要約】【課題】イオンによる膜と基板へのダメージを抑制する反応性スパッタにおけるラジカル発生方法及び同装置を得る。【解決手段】チャンバー１０１内の空気を排出する真空排気口１０７と放電ガスを供給するガス導入管１０２とを備え、カソード１０４にはバッキングプレート１０５とターゲット１０６が取り付けられている。カソード１０４に電源１１０が印加され、シールド１０３はカソード１０４を取り囲む。永久磁石１１２とヨーク１１１から構成される磁気回路が、マグネトロン磁場を形成する。基板ホルダー１１４へ基板１１３が設置され、ラジカル発生装置１１５は反応性ガスをラジカル化してチャンバー内に導入する。高周波電源１１６はラジカル発生装置に電力を供給し、密閉された金属容器と絶縁された電極を誘電体で完全に被覆し、ガス導入部から反応性ガスを含むガスを導入し、金属容器と電極間に高周波電力を印加して放電を起こし、放電によって生じた反応性ガスのラジカルを放出可能とする。【選択図】        図１
2004323965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された金属容器内に誘電体で被覆された電極を前記金属容器とは絶縁状態に載置し、
ガス導入部から前記金属容器内に反応性ガスを含むガスを導入し、
前記金属容器と前記電極間に高周波電力を印加して放電を起こし、
放電によって生じた
前記反応性ガスのラジカルを放出可能としたことを特徴とするラジカル発生方法。
【請求項２】
密閉された金属容器と、
前記金属容器内に前記金属容器とは絶縁状態に載置された誘電体で被覆された電極と、
前記金属容器に反応性ガスを導入するガス導入部と
を有し、
前記ガス導入部から前記反応性ガスを含むガスを導入し、前記金属容器と前記電極間に高周波電力を印加して放電を起こし、前記金属容器に設けたガス放出口から前記反応性ガスのラジカルを放出可能としたことを特徴とするラジカル発生装置。
【請求項３】
請求項１記載のラジカル発生方法によりラジカルを発生させて反応性スパッタを行う事を特徴とする反応性スパッタリング装置
【請求項４】
請求項３記載の反応性スパッタリング装置により膜を形成する事を特徴とする反応性スパッタリング成膜方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジカル発生方法及び同装置に関し、より詳細には、半導体製造プロセスや薄膜等の製造工程に使用する反応性スパッタにおけるラジカル（遊離基）発生方法及び同装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、反応性スパッタリング装置は、たとえば、図８に示すように構成される。反応性スパッタリング装置は、通常のスパッタリング装置において使用するアルゴンガス等の放電ガスに窒素ガス等の反応性ガスを付加することにより、反応性ガスとターゲット材より放出されるスパッタ粒子との反応によって、化合物薄膜を生成するものである。反応性スパッタリング装置は、通常のスパッタリング装置に反応性ガスを付加するだけで容易に種々の化合物薄膜を形成できる。このため、半導体製造プロセスや光学薄膜等の製造工程に使用されている。
【０００３】
初めに、従来の反応性スパッタリング装置について図面を参照して説明する。図８は、従来の反応性スパッタリング装置の構成図である。本図８において、従来の反応性スパッタリング装置は、チャンバー１０１、該チャンバー１０１内の空気を排出するための真空排気口１０２、及び放電ガスをチャンバー１０１内に供給するガス導入管１０７、反応性ガスをチャンバー１０１内に供給するガス導入管１０８を有している。
【０００４】
また、ターゲット１０６は、バッキングプレート１０５に取り付けられ、このバッキングプレート１０５は、カソード１０４に取り付けられている。電源１１０は、カソード１０４に電力を印加する電源である。スペーサー１０９は、カソードとチャンバー１０１を絶縁する。シールド１０３は、カソード１０４を取り囲むシールドである。永久磁石１１２およびヨーク１１１は、磁気回路でありマグネトロン磁場を形成する。基板ホルダー１１４は、基板１１３を設置するためのホルダーである。
【０００５】
以上の構成からなる従来のスパッタリング装置の動作例を、図面を参照して説明する。まず、チャンバー１０１内を真空排気口１０２から真空ポンプ（図示せず）により高真空（１０−７〔Ｔｏｒｒ〕程度）まで排気する。つぎに、チャンバー１０１に接続されたガス導入管１０７より放電ガスを、またガス導入管１０８より反応性ガスを混入して、チャンバー１０１に導入する。ここで、チャンバー１０１内の圧力は、１０−３〜１０−２〔Ｔｏｒｒ〕程度に保つ。そして、カソード１０４にバッキングプレート１０５を介して固定されたターゲット１０６に、電源１１０により負の電圧を印加する。
【０００６】
カソード１０４内に設置された磁石１０２及びヨーク１１１による磁場と、電源１１０による電場との作用によって、ターゲット１０６表面近傍にマグネトロン放電によるプラズマが発生し、ターゲット１０６から放出されたスパッタ粒子とガス導入管１０８から導入された反応性ガスとの反応により、基板ホルダー１１４に設置された基板１１３上に化合物薄膜が形成される。
【公開文献１】
特開平０５−０６５６４２号公報
【公開文献２】
特開平０６−０４１７３３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の反応性スパッタリング装置は、放電ガスと反応性ガスを共通のガス導入管よりチャンバー内に供給している。このため、プラズマ中で反応性ガスが反応種であるラジカルを生成するのと同時に反応に関与しないイオンも生成し、このイオンが膜や基板にダメージを与えると言う問題点を有している。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点を解決するものであり、イオンによる膜と基板へのダメージを抑制する反応性スパッタにおけるラジカル発生方法及び同装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明のラジカル発生方法及び同装置は、密閉された金属容器内に誘電体で被覆された電極を前記金属容器とは絶縁状態に載置し、ガス導入部から前記金属容器内に反応性ガスを含むガスを導入し、金属容器と電極間に高周波電力を印加して放電を起こし、放電によって生じた反応性ガスのラジカルを放出可能としている。
【００１０】
これは、反応性ガスを直接チャンバーに導入せず、ラジカルを生成した後にチャンバーに導入するものであり、反応性ガス導入管内部で放電を起こしてラジカルを生成し、導入管に開けられた小孔からラジカルをチャンバーに導入するように構成したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明によるラジカル発生方法及び同装置の実施の形態を詳細に説明する。図１から図７を参照すると、本発明の反応性スパッタにおけるラジカル発生方法及び同装置の一実施形態が示されている。
【００１２】
（実施例１）
以下、本発明の一実施例の反応性スパッタリング装置を、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例の反応性スパッタリング装置の構成図である。
図１において、チャンバー１０１があり、このチャンバー１０１内の空気を排出するための真空排気口１０７は、放電ガスをチャンバー１０１内に供給するガス導入管１０２を備えている。ターゲット１０６はバッキングプレート１０５に取り付けられ、このバッキングプレート１０５はカソード１０４に取り付けられている。電源１１０は、カソード１０４に電力を印加する電源部である。スペーサー１０９は、カソードとチャンバー１０１を絶縁するためのスペーサーである。シールド１０３は、カソード１０４を取り囲むシールドである。永久磁石１１２およびヨーク１１１は、永久磁石１１２とヨーク１１１から構成される磁気回路においてマグネトロン磁場を形成する。基板ホルダー１１４は、基板１１３を設置するためのホルダーである。ラジカル発生装置１１５は、反応性ガスをラジカル化してチャンバー内に導入する部分である。高周波電源１１６は、ラジカル発生装置に電力を供給するための電源部である。
【００１３】
ラジカル発生装置１１５の詳細について、図２を参照しながら説明する。図２において、ラジカル発生装置１１５は、金属管２０１、金属線電極２０２、誘電体チューブ２０３を有する。突起２０４は、誘電体チューブの突起部であり、金属管２０１内に誘電体チューブ２０３を保持するために設けられている。ガス導入路２０５、ラジカル流出孔２０６は、プラズマのデバイ長のオーダーである半径０．１ミリメートル程度の小孔である。デバイ長は、以下の式で定義される。
【００１４】
λＤ＝｛（ε０・Ｋ・Ｔｅ／２）１／２｝×ｎｅ
但し、λＤ：デバイ長、  ε０：真空の誘電率、  Ｋ：ボルツマン常数
Ｔｅ：電子温度、  ｎｅ：電子密度
金属管２０１は、チャンバー１０１に接地し、金属線電極２０２には高周波電源１１６が接続されている。
【００１５】
以上の構成からなる反応性スパッタリング装置の動作例を、図面を参照して説明する。図１において、チャンバー１０１内を真空排気口１０２から真空ポンプ（図示せず）により高真空（１０−７〔Ｔｏｒｒ〕程度）まで排気する。つぎに、前記チャンバー１０１に接続されたガス導入管１０７より放電ガスを導入し、ラジカル発生装置１１５から反応種であるラジカルを導入する。ラジカル発生装置１１５の動作例については後述する。ここで、チャンバー１０１内の圧力は、１０−３〜１０−２〔Ｔｏｒｒ〕程度に保つ。そして、カソード１０４にバッキングプレート１０５を介して固定されたターゲット１０６に、電源１１０により負の電圧を印加する。
【００１６】
カソード１０４内に設置された磁石１０２及びヨーク１１１による磁場と、電源１１０による電場との作用によって、ターゲット１０６表面近傍にマグネトロン放電によるプラズマが発生し、ターゲット１０６から放出されたスパッタ粒子とラジカル発生装置１１５から導入された反応種との反応により、基板ホルダー１１４に設置された基板１１３上に化合物薄膜が形成される。
【００１７】
次に、ラジカル発生装置１１５の動作例について、図面を参照しながら説明する。図２において、反応性ガスを、金属管２０１と誘電体チューブの突起２０４に保持された誘電体チューブ２０３に囲まれたガス導入路２０５へ導入する。金属線電極２０２と金属管２０１の間には、高周波電源１１６によって高周波電力が印加され、誘電体チューブ２０３を介して反応性ガスが容量結合プラズマ（ＣＣＰ）放電する。この放電により、反応性ガスから反応種であるラジカル、イオン、電子が生成され、ラジカル放出孔２０６からの放出作用が働く。しかし、ラジカル放出孔２０６は、プラズマのデバイ長のオーダーである。このため、イオンや電子は通過することができず、ラジカルや中性粒子のみが通過し、放出される。
【００１８】
例えば、反応性ガスとしてフッ素（Ｆ２）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを導入した場合、容量結合プラズマ放電により、アルゴンイオン（Ａｒ＋）、フッ素ラジカル（Ｆ・）、フッ素負イオン（Ｆ−）、フッ素正イオン（Ｆ２＋）、電子（ｅ−）が生成される。アルゴンイオン（Ａｒ＋）、フッ素負イオン（Ｆ−）、フッ素正イオン（Ｆ２＋）、電子（ｅ−）は、ラジカル放出孔２０６を通過できない。このため、チャンバー内へ効率的にフッ素ラジカル（Ｆ−）が導入される。
【００１９】
従来の方法では、図８に示すように、反応性ガス導入管１０８から反応性ガスを導入する。このため、例えば、フッ素の場合、フッ素負イオン（Ｆ−）、フッ素正イオン（Ｆ２＋）がチャンバー内で生成し、成膜された膜や基板１１３にダメージを与えることがある。しかし、本発明の構成では反応性ガスから生成したイオンは遮断されるため、ダメージの少ない高品質な膜を形成することができる。
【００２０】
本発明では、放電ガスとしてアルゴン、反応性ガスとしてフッ素の例を示したが、放電ガスには、ヘリウム、ネオンなどの不活性ガスを用いることも可能である。
【００２１】
反応性ガスには、フッ素以外に、酸素、窒素、塩素、水素などを用いることも可能である。その場合には、それぞれ酸素ラジカル、窒素ラジカル、塩素ラジカル、水素ラジカルが生成される。
【００２２】
（実施例２）
次に、管の形状を変えた第２の実施例について図を用いて説明する。
図３において、本実施例のラジカル発生装置は、金属管２１１、金属線電極２１２、誘電体チューブ２１３を有する。誘電体チューブの突起２１４は、金属管２１１内に誘電体チューブ２１３を保持するために設けられている。ガス導入路２１５は反応性ガスの導入路である。ラジカル流出孔２１６は、半径０．１ミリメートル程度（プラズマのデバイ長のオーダー）の小孔である。金属線２１７は、金属線電極２１２に接続されている。
【００２３】
次にラジカル発生装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図３において、反応性ガスをガス導入路２１５に導入する。金属線２１７には、高周波電源（図示せず）によって高周波電力が印加される。金属線２１７は、金属線電極２１２に接続されているため、金属線電極２１２と金属管２１１の間には、誘電体チューブ２１３を介して反応性ガスが容量結合プラズマ（ＣＣＰ）放電する。この放電により、反応性ガスから反応種であるラジカル、イオン、電子が生成し、ラジカル放出孔２１６から放出される。しかし、ラジカル放出孔２１６はプラズマのデバイ長のオーダーであるため、イオンや電子は通過することができずラジカルや中性粒子のみが通過し、放出される。
【００２４】
（実施例３）
次に第３の実施例について図を用いて説明する。
図４および図５において、第３の実施例のラジカル発生装置は、金属板電極３０１、誘電体３０２、金属容器３０３、バルブ３０５、ガス導入口３０６を有する。ラジカル放出孔３０４は、金属容器３０３に開けられた半径０．１ミリメートル程度（プラズマのデバイ長のオーダー）の小孔である。金属線３０７は、金属板電極３０１に接続されている。
【００２５】
次にラジカル発生装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図５において、反応性ガスをガス導入口３０６からバルブ３０５で減圧し、金属容器３０３に導入する。金属線３０７には、高周波電源（図示せず）によって高周波電力が印加される。この金属線３０７は、金属板電極３０１に接続されているため、金属板電極３０１と金属容器３０３の間には、誘電体３０２を介して反応性ガスが容量結合プラズマ（ＣＣＰ）放電する。放電により、反応性ガスから反応種であるラジカル、イオン、電子が生成し、ラジカル放出孔３０４から放出される。しかし、ラジカル放出孔３０４はプラズマのデバイ長のオーダーであるため、イオンや電子は通過することができずラジカルや中性粒子のみが通過し、放出される。
【００２６】
（実施例４）
次に第４の実施例について図を用いて説明する。
図６および図７において、金属線電極４０１、誘電体４０２、金属容器４０３である。ラジカル放出孔４０４は、金属容器４０３に開けられた半径０．１ミリメートル程度（プラズマのデバイ長のオーダー）の小孔である。バルブ４０５、ガス導入口４０６である。
【００２７】
次にラジカル発生装置の動作例について、図面を参照しながら説明する。図６および図７において、反応性ガスをガス導入口４０６からバルブ４０５で減圧し、金属容器４０３に導入する。金属線電極４０１には高周波電源（図示せず）によって高周波電力が印加され、金属板電極４０１と金属容器４０３の間には、誘電体４０２を介して反応性ガスが容量結合プラズマ（ＣＣＰ）放電する。この放電により、反応性ガスから反応種であるラジカル、イオン、電子が生成し、ラジカル放出孔４０４から放出される。しかし、ラジカル放出孔４０４はプラズマのデバイ長のオーダーであるため、イオンや電子は通過することができず、ラジカルや中性粒子のみが通過し、放出される。
【００２８】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例である。ただし、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００２９】
（各種の変化例）
多様化の構成例およびそれに付随する効果例を以下に列挙する。
ラジカル発生の方法として、ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオンなどの放電ガスと、窒素、酸素、塩素、フッ素、水素などの反応性ガスとを適当な比率で混合して供給するとよい。
【００３０】
ラジカル発生装置のラジカルは、所定のガス放出孔から放出させるとよい。
また、ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオンなどの放電ガスと、窒素、酸素、塩素、フッ素、水素などの反応性ガスとを適当な比率で混合して供給するとよい。
【００３１】
さらに、金属容器はＵ字形状の金属管であり、電極は金属線であり、電極を被覆する誘電体と、該誘電体を金属体内部に支持するための突起とを有し、金属管の一方または両方の端部からガスを導入するとよい。
【００３２】
なお、上記の金属容器は棒状の金属管であり、電極は金属線であり、電極を被覆する誘電体を有し、誘電体を金属管内部に支持するための突起を有し、金属管へガスを導入するための第２の金属管をさらに有するとよい。
【００３３】
また、上記の金属容器は円柱形状であり、電極は金属板であり、金属板電極を被覆する誘電体と円柱状金属容器へガスを導入するための金属管とをさらに有し、この金属容器は円柱形状であり、電極は渦巻き状の金属線であり、金属線電極を被覆する誘電体と円柱状金属容器へガスを導入するための金属管とをさらに有するとよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明のラジカル発生方法及び同装置は、放電ガスの供給とは別に、反応性ガスから放電によって反応種であるラジカルやイオンを生成し、反応種であるラジカルを選択的にガス導入管の小孔を通してチャンバー内に供給するように構成されているために、イオンによる膜および基板へのダメージを抑えることができる。
【００３５】
その結果、イオンダメージによる膜及び基板へのダメージが少ない、高品質な膜を形成できる反応性スパッタリング装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のラジカル発生方法及び同装置の実施形態における第１の実施例を示した図である。
【図２】第１の実施例におけるラジカル発生装置の詳細を示した図である。
【図３】第２の実施例におけるラジカル発生装置の詳細を示した図である。
【図４】第３の実施例におけるラジカル発生装置の詳細を示した平面図である。
【図５】第３の実施例におけるラジカル発生装置の詳細を示した側面図である。
【図６】第４の実施例におけるラジカル発生装置の詳細を示した平面図である。
【図７】第４の実施例におけるラジカル発生装置の詳細を示した側面図である。
【図８】従来の反応性スパッタリング装置の構成例を示した図である。
【符号の説明】
１０１  チャンバー
１０２  真空排気口
１０３  シールド
１０４  カソード
１０５  バッキングプレート
１０６  ターゲット
１０７  放電ガス導入管
１０８  反応性ガス導入管
１０９  絶縁スペーサー
１１０  電源
１１１  ヨーク
１１２  永久磁石
１１３  基板
１１４  基板ホルダー
１１５  ラジカル発生装置
１１６  高周波電源
２０１、２１１  金属管
２０２、２１２  金属線電極
２０３、２１３  誘電体チューブ
２０４、２１４  誘電体チューブの突起
２０５、２１５  ガス導入路
２０６、２１６  ラジカル流出孔
２１７、３０７、４０１  金属線
３０１  金属板電極
３０２、４０２  誘電体
３０３、４０３  金属容器
３０４、４０４  ラジカル放出孔
３０５、４０５  バルブ
３０６、４０６  ガス導入管
【図１】
2004323965.tif 000003
【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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【図８】
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