JP2613201B2 - スパツタリング方法 - Google Patents
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- JP2613201B2 JP2613201B2 JP62012343A JP1234387A JP2613201B2 JP 2613201 B2 JP2613201 B2 JP 2613201B2 JP 62012343 A JP62012343 A JP 62012343A JP 1234387 A JP1234387 A JP 1234387A JP 2613201 B2 JP2613201 B2 JP 2613201B2
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
- C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
- C23C14/543—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on the vapor source
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- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は基板上に薄膜を生成する製造方法に係り、特
に膜厚，膜質の制御性のよいスパッタリング方法に関す
る。
に膜厚，膜質の制御性のよいスパッタリング方法に関す
る。
ICや薄膜デバイスなどのマイクロエレクトロニクス製
品では回路の高性能化，高密度化を実現するために、基
板内に何層にも薄膜を重ねて形成する。この場合、各層
の薄膜の特性はそれぞれの膜に要求される機能により異
なり、この結果、各層の膜厚，膜質とも大きなちがいが
ある。わかりやすい例を挙げれば、膜厚の比だけで10〜
100倍も異なることがある。
品では回路の高性能化，高密度化を実現するために、基
板内に何層にも薄膜を重ねて形成する。この場合、各層
の薄膜の特性はそれぞれの膜に要求される機能により異
なり、この結果、各層の膜厚，膜質とも大きなちがいが
ある。わかりやすい例を挙げれば、膜厚の比だけで10〜
100倍も異なることがある。
多層薄膜が用いられる例として、はんだ付用金属成膜
について考える。金属成膜（以下、メタライズと称す）
がはんだに侵蝕されないようにするため、はんだ付用の
メタライズには数ミクロンという膜厚が必要である。文
献、電子部品会議、32巻、346頁〜353頁,1982年（Elect
ron Components Conf.vol32page 346−353'82）によれ
ば、Ti（約3000Å）−Pd（約3000Å）−Au（５μｍ）が
はんだ用メタライズの一例として用いられている。すな
わち膜厚比が約20倍も異なっている。
について考える。金属成膜（以下、メタライズと称す）
がはんだに侵蝕されないようにするため、はんだ付用の
メタライズには数ミクロンという膜厚が必要である。文
献、電子部品会議、32巻、346頁〜353頁,1982年（Elect
ron Components Conf.vol32page 346−353'82）によれ
ば、Ti（約3000Å）−Pd（約3000Å）−Au（５μｍ）が
はんだ用メタライズの一例として用いられている。すな
わち膜厚比が約20倍も異なっている。
このようなメタライズを感熱ヘッドやTFT（Thin Film
Transistor）アクティブマトリックス基板に適用しよ
うとすると、大面積が必要であることから、スパッタリ
ング成膜が好適である。インラインのスパッタリング装
置で考えると第１図のような装置から間歇スパッタリン
グ制御機を除いた装置が従来例である。第１ターゲット
でTi層第２ターゲットでPd層、第３ターゲットでAu層を
成膜する。インライン方式であるため、移動速度は一定
である。このため基板に成膜される膜厚比はターゲット
の長さＬとターゲット材料の成膜速度によって決まる。
Transistor）アクティブマトリックス基板に適用しよ
うとすると、大面積が必要であることから、スパッタリ
ング成膜が好適である。インラインのスパッタリング装
置で考えると第１図のような装置から間歇スパッタリン
グ制御機を除いた装置が従来例である。第１ターゲット
でTi層第２ターゲットでPd層、第３ターゲットでAu層を
成膜する。インライン方式であるため、移動速度は一定
である。このため基板に成膜される膜厚比はターゲット
の長さＬとターゲット材料の成膜速度によって決まる。
ターゲットの長さＬは標準化されており、膜厚比をか
えるため自由に寸法を変えることは、高価なスパッタリ
ング装置において実用的でなく、実際には長さＬのター
ゲットを何枚か並べて、膜厚比を増やすことが行われて
いる。そしてターゲットを並べることはスパッタリング
装置を大型化し高価とするため、並べられるのはせいぜ
い２〜３枚が限度である。
えるため自由に寸法を変えることは、高価なスパッタリ
ング装置において実用的でなく、実際には長さＬのター
ゲットを何枚か並べて、膜厚比を増やすことが行われて
いる。そしてターゲットを並べることはスパッタリング
装置を大型化し高価とするため、並べられるのはせいぜ
い２〜３枚が限度である。
膜厚比をかえるもう１つの技術要素がある。それは成
膜速度である。成膜速度はターゲットに与える電力密度
とターゲット材によって決まっているスパッタ率で定め
られる。スパッタ率については文献（「薄膜作成の基
礎」麻蒔著、157頁、日刊工業新聞社 昭和59年発行）
に詳しい。
膜速度である。成膜速度はターゲットに与える電力密度
とターゲット材によって決まっているスパッタ率で定め
られる。スパッタ率については文献（「薄膜作成の基
礎」麻蒔著、157頁、日刊工業新聞社 昭和59年発行）
に詳しい。
スパッタ率はTi＝0.5,Pd＝2.0,Au＝2.5であり、先に
のべたAuとPdの膜厚比20を得るためには、ターゲットに
与える電力比を20にしなければ要求される膜厚比が得ら
れない。この場合、膜厚の小さい方のスパッタリング電
力密度を1/5〜1/50と極端に小さくしないと必要な膜厚
比が得られない。そこでスパッタリング電力密度を上記
のように極端に小さくすると、今度は膜質に影響が出て
必要な特性をもった膜が得られなくなることが知られて
いる。例えば文献ジャーナル．オブ．アプライド．フィ
ジックス第44巻,No.3,1009頁、1972年（J.Appl.Phys,vo
l.44,No3,page 1009'72）に示されているように、スパ
ッタリング膜を組成する粒径は成膜速度に大きく依存し
ている。その粒径は耐腐食性、エッチング特性、耐マイ
グレーション性、相互拡散性等に関係し、制御されるこ
とが必要であるが、前記のように膜厚の制御を優先させ
ると、膜質の制御ができないという隘路があった。
のべたAuとPdの膜厚比20を得るためには、ターゲットに
与える電力比を20にしなければ要求される膜厚比が得ら
れない。この場合、膜厚の小さい方のスパッタリング電
力密度を1/5〜1/50と極端に小さくしないと必要な膜厚
比が得られない。そこでスパッタリング電力密度を上記
のように極端に小さくすると、今度は膜質に影響が出て
必要な特性をもった膜が得られなくなることが知られて
いる。例えば文献ジャーナル．オブ．アプライド．フィ
ジックス第44巻,No.3,1009頁、1972年（J.Appl.Phys,vo
l.44,No3,page 1009'72）に示されているように、スパ
ッタリング膜を組成する粒径は成膜速度に大きく依存し
ている。その粒径は耐腐食性、エッチング特性、耐マイ
グレーション性、相互拡散性等に関係し、制御されるこ
とが必要であるが、前記のように膜厚の制御を優先させ
ると、膜質の制御ができないという隘路があった。
上記従来技術は膜厚と膜質を両立させる点について充
分配慮がされておらず、必要な膜質又は膜厚が得られな
いという問題があった。
分配慮がされておらず、必要な膜質又は膜厚が得られな
いという問題があった。
本発明の目的は、膜厚と膜質を両立させるスパッタリ
ング方法を提供することにある。
ング方法を提供することにある。
上記目的は、基板に複数種のターゲットを用いて多層
膜を形成するスパッタリング方法において、基板を一定
速度で搬送するとともに、上記複数種のターゲットのう
ち少なくとも１つに間歇的に電力を供給することにより
上記搬送基板に他のターゲットによるものより薄い膜を
形成せしめ、上記他のターゲットに上記間歇的な電力の
全電力より大きな電力を供給することにより上記搬送基
板に上記ターゲットによるものより厚い膜を形成せしめ
ることにより達成される。
膜を形成するスパッタリング方法において、基板を一定
速度で搬送するとともに、上記複数種のターゲットのう
ち少なくとも１つに間歇的に電力を供給することにより
上記搬送基板に他のターゲットによるものより薄い膜を
形成せしめ、上記他のターゲットに上記間歇的な電力の
全電力より大きな電力を供給することにより上記搬送基
板に上記ターゲットによるものより厚い膜を形成せしめ
ることにより達成される。
本発明では、間歇的にスパッタリング電力を入れたり
切ったりして与えることにより、平均的な成膜速度を従
来より広い範囲にわたり、制御することができる。しか
も膜質は、間歇的に電力を入れた時の成膜速度で決まる
ため、膜質についても従来の連続的にスパッタリング電
力を与える場合と同様の制御範囲を得ることができる。
切ったりして与えることにより、平均的な成膜速度を従
来より広い範囲にわたり、制御することができる。しか
も膜質は、間歇的に電力を入れた時の成膜速度で決まる
ため、膜質についても従来の連続的にスパッタリング電
力を与える場合と同様の制御範囲を得ることができる。
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
第１図に本発明の第１の実施例を示す。多層膜として
Ti（500Å）−Pd（3000Å）−Au（1.5μｍ）を形成する
スパッタリング装置で、第１ターゲットにTi,第２ター
ゲットにPd,第３ターゲットにAuを取りつけ、ターゲッ
ト寸法は同一とした。第１ターゲット用スパッタリング
電源に間歇スパッタリング制御機を取りつけた。この場
合、一定速度で基板を搬送するが、搬送速度は膜厚のも
っとも厚いAuで決められる。そして最も薄く、基板との
接着性が大切なTiは、Auで決められた搬送速度で移動す
る基板に500Åつける一様があるため、Ti電極に与える
電力密度を落さずに済む間歇スパッタリング制御機を取
りつけた。
Ti（500Å）−Pd（3000Å）−Au（1.5μｍ）を形成する
スパッタリング装置で、第１ターゲットにTi,第２ター
ゲットにPd,第３ターゲットにAuを取りつけ、ターゲッ
ト寸法は同一とした。第１ターゲット用スパッタリング
電源に間歇スパッタリング制御機を取りつけた。この場
合、一定速度で基板を搬送するが、搬送速度は膜厚のも
っとも厚いAuで決められる。そして最も薄く、基板との
接着性が大切なTiは、Auで決められた搬送速度で移動す
る基板に500Åつける一様があるため、Ti電極に与える
電力密度を落さずに済む間歇スパッタリング制御機を取
りつけた。
その結果、表１のごとく接着性のよい膜が得られた。
間歇スパッタリング制御機の構成例を第２図に、制御
機の使用フローチャートを第３図に、スパッタリング電
源の電力出力例を第４図に示す。間歇スパッタリングは
スパッタリング電力を強弱させるが、電力の弱い時にも
最小限のプラズマが維持できるようにアイドル状態を確
保し、スパッタリングをするときにはアイドル状態に電
力を重畳させた。アイドル状態を除くとスパッタリング
電力を印加してもプラズマが追従できないことがあっ
た。
機の使用フローチャートを第３図に、スパッタリング電
源の電力出力例を第４図に示す。間歇スパッタリングは
スパッタリング電力を強弱させるが、電力の弱い時にも
最小限のプラズマが維持できるようにアイドル状態を確
保し、スパッタリングをするときにはアイドル状態に電
力を重畳させた。アイドル状態を除くとスパッタリング
電力を印加してもプラズマが追従できないことがあっ
た。
第４図のようなスパッタリング出力を得るためには第
２図のような制御機の構成で実施することができる。ア
イドル電源でアイドル電力を出力させる。つまり、キー
ボードから第３図に示すようなスパッタリング条件パラ
メータを入力し、演算器（MPU）,D−Ａ変換器を経て、
スパッタリング電力を出力させることができる。第２図
では、アイドル電源を別に形成したが、キーボードから
入力し、演算器、Ｄ−Ａ変換器を経て出力することもで
きる。
２図のような制御機の構成で実施することができる。ア
イドル電源でアイドル電力を出力させる。つまり、キー
ボードから第３図に示すようなスパッタリング条件パラ
メータを入力し、演算器（MPU）,D−Ａ変換器を経て、
スパッタリング電力を出力させることができる。第２図
では、アイドル電源を別に形成したが、キーボードから
入力し、演算器、Ｄ−Ａ変換器を経て出力することもで
きる。
間歇スパッタリングの投入間隔は、ターゲット寸法を
基板搬送速度で除した商より小さくしないと、膜厚の不
均一が発生する。一般的には投入間隔が分オーダの時間
であることから、制御機はリレー等の機械的スィッチで
も、充分、構成可能である。
基板搬送速度で除した商より小さくしないと、膜厚の不
均一が発生する。一般的には投入間隔が分オーダの時間
であることから、制御機はリレー等の機械的スィッチで
も、充分、構成可能である。
次に第２の実施例について述べる。多層膜として第１
の実施例と同様、Ti−Pd−Auを形成する場合のスパッタ
リング装置構成例を第５図に示す。第１ターゲットにT
i,第２ターゲットにPd,第３ターゲットにAuをつけた。
第１の実施例と同様、基板の搬送速度はAuで決められて
いる。スパッタリング電力を間歇スパッタリング制御機
により、第５図のごとく、第１及び第２ターゲットに割
り振る。このことにより、第１の実施例と比較し、電源
を１個省略でき、低価格のスパッタリング装置をつくる
ことができる。この場合、TiとPdの膜厚はスパッタリン
グ電力および投入時間幅により制御することができる。
第１及び第２ターゲットに印加される電力を第６図に示
す。
の実施例と同様、Ti−Pd−Auを形成する場合のスパッタ
リング装置構成例を第５図に示す。第１ターゲットにT
i,第２ターゲットにPd,第３ターゲットにAuをつけた。
第１の実施例と同様、基板の搬送速度はAuで決められて
いる。スパッタリング電力を間歇スパッタリング制御機
により、第５図のごとく、第１及び第２ターゲットに割
り振る。このことにより、第１の実施例と比較し、電源
を１個省略でき、低価格のスパッタリング装置をつくる
ことができる。この場合、TiとPdの膜厚はスパッタリン
グ電力および投入時間幅により制御することができる。
第１及び第２ターゲットに印加される電力を第６図に示
す。
次に本発明実施時の成膜対象基板の温度上昇について
述べる。
述べる。
Alを間歇スパッタリング装置で形成したところ第７図
に示すごとく本発明によれば、必要な膜厚を得るまでに
上昇する基板温度が低いことがわかった。基板温度はCA
熱電対を基板裏面に耐熱樹脂で固定して測定した。この
結果は所望の膜厚を得るために必要な時間が長くかかる
ことを意味し、スパッタリング電力の弱いアイドル時に
基板が冷却され、温度上昇がおさえられるためである。
得られた膜の粒径は従来のスパッタリング法によるもの
よりも小さい。
に示すごとく本発明によれば、必要な膜厚を得るまでに
上昇する基板温度が低いことがわかった。基板温度はCA
熱電対を基板裏面に耐熱樹脂で固定して測定した。この
結果は所望の膜厚を得るために必要な時間が長くかかる
ことを意味し、スパッタリング電力の弱いアイドル時に
基板が冷却され、温度上昇がおさえられるためである。
得られた膜の粒径は従来のスパッタリング法によるもの
よりも小さい。
次に第３の実施例について述べる。
第２の実施例（第５図）では、１台の電源で強いター
ゲット電力と弱いターゲット電力（アイドル電力）を受
け持っているが、この機能を分けることができる。第８
図に実施例を示す。すなわち強いターゲット電力を出力
する主たる電源41と弱い電力を出力する従たる電源42を
組合せて使用する。従たる電源を利用することにより、
間歇スパッタリング制御機の機能を簡素化することがで
きる。
ゲット電力と弱いターゲット電力（アイドル電力）を受
け持っているが、この機能を分けることができる。第８
図に実施例を示す。すなわち強いターゲット電力を出力
する主たる電源41と弱い電力を出力する従たる電源42を
組合せて使用する。従たる電源を利用することにより、
間歇スパッタリング制御機の機能を簡素化することがで
きる。
主たる電源41と従たる電源42とターゲットは電極選択
スイッチ81と低電力切替えスイッチ82により接続されて
いる。第１ターゲット３に強い電力を与える時は間歇ス
パッタリング制御機５において、主たる電源41をターゲ
ットに接続し、従たる電源42とターゲット間の接続を切
る。第２ターゲット６に強い電力を与えるときには主た
る電源41を第２ターゲット６に接続する。
スイッチ81と低電力切替えスイッチ82により接続されて
いる。第１ターゲット３に強い電力を与える時は間歇ス
パッタリング制御機５において、主たる電源41をターゲ
ットに接続し、従たる電源42とターゲット間の接続を切
る。第２ターゲット６に強い電力を与えるときには主た
る電源41を第２ターゲット６に接続する。
このように遂次，多数のターゲットに主たる電源41を
接続する。主たる電源41に接続されていないターゲット
には、従たる電源42が接続され、スパッタリングのプラ
ズマが保持される。
接続する。主たる電源41に接続されていないターゲット
には、従たる電源42が接続され、スパッタリングのプラ
ズマが保持される。
このようにすることにより従来は全てのターゲットに
大きな主たる電源が必要であったが、本実施例では、１
台の主たる電源と複数の小さな従たる電源で装置が構成
でき、電源のコスト，設置面積を低減することができ
る。
大きな主たる電源が必要であったが、本実施例では、１
台の主たる電源と複数の小さな従たる電源で装置が構成
でき、電源のコスト，設置面積を低減することができ
る。
本発明によれば、標準寸法のターゲットを用いて、各
種膜厚比の異なる多層膜を形成でき、しかも必要な膜質
を得ることができる。また、スパッタリング電力が余っ
ているとき、他のターゲットに割り振ることにより、１
台の電源で多数のターゲットに電力を供給できる。この
ため電源の台数を低減することができるので、実用的な
スパッタリング装置を供給することができる。
種膜厚比の異なる多層膜を形成でき、しかも必要な膜質
を得ることができる。また、スパッタリング電力が余っ
ているとき、他のターゲットに割り振ることにより、１
台の電源で多数のターゲットに電力を供給できる。この
ため電源の台数を低減することができるので、実用的な
スパッタリング装置を供給することができる。
第１図は本発明の第１の実施例である間歇スパッタリン
グ装置の全体構成図、第２図はスパッタリング制御機の
基本構成図、第３図はスパッタリング制御機のセットフ
ローチャート、第４図は間歇スパッタリング電力の出力
波形を示す図、第５図は本発明の第２の実施例である間
歇スパッタリング装置の全体構成図、第６図は第５図の
間歇スパッタリング装置の電力出力波形を示す図、第７
図は本発明の間歇スパッタリングと従来のスパッタリン
グによる基板温度の上昇を示すグラフ、第８図は本発明
の第３の実施例である間歇スパッタリング装置の全体構
成図である。 ５……間歇スパッタリング制御機、４……スパッタリン
グ電源、２……基板、３……第１のターゲット、６……
第２のターゲット、７……第３のターゲット、１……間
歇スパッタリング装置、21……キーボード、22……メモ
リ、23……演算器、25……Ｄ−Ａ変換器、26……アイド
ル電源、41……主たるスパッタリング電源、42……従た
るスパッタリング電源、81……電極選択スイッチ、82…
…低電力切替スイッチ。
グ装置の全体構成図、第２図はスパッタリング制御機の
基本構成図、第３図はスパッタリング制御機のセットフ
ローチャート、第４図は間歇スパッタリング電力の出力
波形を示す図、第５図は本発明の第２の実施例である間
歇スパッタリング装置の全体構成図、第６図は第５図の
間歇スパッタリング装置の電力出力波形を示す図、第７
図は本発明の間歇スパッタリングと従来のスパッタリン
グによる基板温度の上昇を示すグラフ、第８図は本発明
の第３の実施例である間歇スパッタリング装置の全体構
成図である。 ５……間歇スパッタリング制御機、４……スパッタリン
グ電源、２……基板、３……第１のターゲット、６……
第２のターゲット、７……第３のターゲット、１……間
歇スパッタリング装置、21……キーボード、22……メモ
リ、23……演算器、25……Ｄ−Ａ変換器、26……アイド
ル電源、41……主たるスパッタリング電源、42……従た
るスパッタリング電源、81……電極選択スイッチ、82…
…低電力切替スイッチ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松崎 永二 横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 頼富 美文 横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 小下 敏之 横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 中谷 光雄 横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭55−54569（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−152963（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−3976（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−149768（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】基板に複数種のターゲットを用いて多層膜
を形成するスパッタリング方法において、基板を一定速
度で搬送するとともに、上記複数種のターゲットのうち
少なくとも１つに間歇的に電力を供給することにより上
記搬送基板に他のターゲットによるものより薄い膜を形
成せしめ、上記他のターゲットに上記間歇的な電力の全
電力より大きな電力を供給することにより上記搬送基板
に上記ターゲットによるものより厚い膜を形成せしめる
ことを特徴とするスパッタリング方法。 - 【請求項２】上記間歇的電力はプラズマが維持できるア
イドル電力に対してこれにスパッタリング電力を間歇的
に重畳するものとなすことにより、上記搬送基板に薄い
膜を形成せしめることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のスパッタリング方法。 - 【請求項３】上記複数種のターゲットは少なくとも３種
あり、そのうち少なくとも２つに投入時間幅の異なる間
歇スパッタリング電力を供給することにより、上記基板
に少なくとも３種の厚みを持つ膜を成膜することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のスパッタリング方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62012343A JP2613201B2 (ja) | 1987-01-23 | 1987-01-23 | スパツタリング方法 |
| US07/146,031 US4902394A (en) | 1987-01-23 | 1988-01-20 | Sputtering method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62012343A JP2613201B2 (ja) | 1987-01-23 | 1987-01-23 | スパツタリング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63183168A JPS63183168A (ja) | 1988-07-28 |
| JP2613201B2 true JP2613201B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=11802640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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