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溅射方法

阅读：260发布：2020-05-11

专利汇可以提供溅射方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种反应性溅射方法，可不受靶的边缘区域上形成的绝缘膜的影响而维持高速率成膜。在向溅射室(11)内导入反应气体的同时，向该溅射室内与处理基板 S相对设置的导电性靶(41)施加电力，在溅射室内形成等离子体气氛，对各个靶进行溅射，通过反应性溅射在所述处理基板表面形成规定的薄膜。在上述溅射方法中，通过向所述靶施加电力的溅射电源E监视累计投入电力，当该累计值达到规定值时，停止反应气体的导入，仅导入溅射气体对靶进行规定时间的溅射。，下面是溅射方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种溅射方法，所述方法在向溅射室内导入溅射气体和反应气体的同时，向该溅射室内与处理基板相对设置的导电性靶施加电力，通过反应性溅射在所述处理基板的表面上形成规定的薄膜，其特征在于，一旦向所述靶施加的电力的累计值达到规定值，就停止所述反应气体的导入，导入溅射气体对靶进行溅射。
2.一种溅射方法，所述方法把处理基板依次搬运到溅射室内，在向该溅射室内导入溅射气体和反应气体的同时，向与所述处理基板相对设置的导电性靶施加电力，在溅射室内形成等离子体气氛，对各个靶进行溅射，通过反应性溅射在所述处理基板的表面上形成规定的薄膜，其特征在于，一旦向所述靶施加的电力的累计值达到规定值，就将模拟基板搬运到与所述靶相对的位置上，停止所述反应气体的导入，导入溅射气体对靶进行溅射。
3.如权利要求1或2所述的溅射方法，其特征在于，停止导入所述反应气体时，将向所述靶施加的电力设定为高于导入反应气体时的外加电力。
4.如权利要求1或2所述的溅射方法，其特征在于，为了在所述靶的溅射面前方形成隧道状磁力线设置了磁铁组合件，使该磁铁组合件沿靶的背面平行往复运动，当停止导入所述反应气体时，将该磁铁组合件的移动幅度设定为小于导入反应气体时的移动幅度。

说明书全文

溅射方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种在处理基板的表面上形成规定的薄膜的溅射方法，尤其涉及使用导电性的靶作为靶材，通过在导入反应气体的同时进行反应性溅射而形成薄膜的溅射方法。

背景技术

[0002] 溅射法是在玻璃或硅晶片等的处理基板的表面上形成规定的薄膜的方法之一。这种溅射法使等离子体气氛下的离子根据要在处理基板的表面上形成薄膜的成分向制作成规定形状的靶加速冲击，使溅射粒子(靶原子)飞散，附着、堆积在处理基板的表面上，从而形成规定的薄膜。在所述溅射中，与稀有气体组成的溅射气体一起，导入氧气和氮气等规定的反应气体，通过反应性溅射有时会形成溅射粒子与反应气体的化合物薄膜。

[0003] 实施上述溅射法的溅射装置，一般配置有屏蔽板，其配置在靶的周围，起着接地阳极的作用。如上所述在靶的周围配置屏蔽板，在靶上外加直流电压使靶的溅射面的前方产生等离子体时，则等离子体中的电子及二次电子向屏蔽板漂移。其结果，靶的溅射面的边缘区域的等离子体密度降低，该边缘区域得不到溅射，残留有非侵蚀区域。

[0004] 在溅射面的边缘区域残留有非侵蚀区域的情况下，特别是使用铝等导电性靶、导入氧等反应性气体通过反应性溅射形成氧化物的薄膜时，由于反应性溅射时的逆堆积，氧化物在其边缘区域附着、堆积。即溅射面的边缘区域被绝缘膜覆盖。此时，存在下述问题，即在边缘区域上等离子体中的电子及二次电子发生充电，由该充电引发异常放电，而妨碍形成良好的薄膜。

[0005] 专利文献1公开了如下的溅射方法：在靶上施加负的直流电压对靶进行溅射时，使所述外加电压以一定的周期变化为正电压。

[0006] 在上述专利文献1记载的溅射方法下，当在溅射中外加正电压时，靶的边缘区域滞留的充电电荷被抵消。因此，即便靶的边缘区域覆盖有绝缘膜，由充电引起的异常放电(弧光放电)也能受到抑制。然而，又存在每次靶上外加正电压时等离子体就会暂时消失，从而降低溅射速率的问题。由此，对单枚处理基板的成膜时间变长，生产率降低。此外，还要附加为外加以规定周期变化极性的电压所必需的溅射电源，导致成本增加。

[0007] 专利文献1：特开平10-237640号公报

发明内容

[0008] 发明要解决的问题

[0009] 鉴于上述问题，本发明提供一种可以不受靶的边缘区域上形成的绝缘膜的影响、维持高速率成膜，且不会增加成本的溅射方法。

[0010] 解决问题的手段

[0011] 为了解决上述问题，权利要求1记载的溅射方法，该方法在向溅射室内导入反应气体的同时，向溅射室内与处理基板相对设置的导电性靶施加电力，在溅射室内形成等离子体气氛，对各个靶进行溅射，通过反应性溅射在处理基板的表面上形成规定薄膜，其特征在于，一旦向所述靶施加的电力的累计值达到规定值，就停止所述反应气体的导入，对靶进行溅射。

[0012] 根据本发明，一旦向靶外加的电力的累计值达到规定值，则判断为由于反应性溅射时的逆堆积在靶的溅射面的边缘区域堆积了绝缘物，停止反应气体的导入，即暂时中断在处理基板上形成薄膜。而后，仅导入由稀有气体组成的溅射气体，对靶进行溅射。在该状态下，来自靶的导电性的溅射粒子可以和等离子体中的电子发生冲撞，附着、逆堆积在靶边缘区域上。

[0013] 此时，绝缘膜上的充电电荷有些被溅射粒子及电离的溅射气体离子中和，有些由于一直被溅射而呈导电性的靶溅射面与边缘区域的再次导通而移动到靶材一侧而消失。随后，边缘区域的绝缘物再次被导电性的薄膜所覆盖时，则重新开始导入反应气体，重新开始在处理基板上形成薄膜。

[0014] 如上所述的发明，因为不是仅在一枚处理基板上形成薄膜时改变外加电力，所以可维持最适宜的溅射速率进行溅射，得到良好的生产率。并且，由于靶的边缘区域被与该靶相同组分的导电膜定期性覆盖，可防止由于充电的异常放电，一直到靶的寿命期限为止都可用靶形成良好的薄膜。另外，为消除充电对靶上形成的绝缘膜的影响，不需要其他的构成部件，不会导致成本的增加。

[0015] 权利要求2记载的溅射方法，该方法把处理基板依次搬运到溅射室内，在向溅射室内导入反应气体的同时，向与所述处理基板相对设置的导电性靶施加电力，在溅射室内形成等离子体气氛，对各个靶进行溅射，通过反应性溅射在所述处理基板的表面上形成规定薄膜，其特征在于，一旦向所述靶施加的电力的累计值达到规定值，就将模拟基板搬运到与所述靶相对的位置上，停止所述反应气体的导入，对靶进行溅射。

[0016] 本发明中，停止导入所述反应气体时，如将向所述靶外加的电力设定为高于导入反应气体时的外加电力，即可缩短中断薄膜形成的时间，可提高生产率。

[0017] 并且，为了在所述靶的溅射面前方形成隧道状磁力线设置了磁铁组合件，使该磁铁组合件延靶的背面平行往复运动，当停止导入所述反应气体时，如将该磁铁组合件的移动幅度设定为小于导入反应气体时的移动幅度，由于高磁力线密度的位置向靶的溅射面的中央一侧集中，边缘区域上逆堆积的导电性薄膜延伸到其中央一侧，结果是，可以确保与所述靶相同组分的薄膜覆盖靶的边缘区域。

[0018] 发明效果

[0019] 如上所述，本发明的溅射方法具有以下效果：可以不受靶的边缘区域上形成的绝缘膜的影响，维持高速率成膜，且不会增加成本。附图说明

[0020] 图1是本发明的溅射装置的示意图。

[0021] 图2(a)及(b)是进行反应性溅射时靶的状态示意图。

[0022] 图3是实施本发明后的靶的状态示意图。

[0023] 图4是磁铁组合件的移动示意图。

[0024] 附图标记说明

[0025] 1、溅射装置

[0026] 11、溅射室

[0027] 2、基板搬运手段

[0028] 3、气体导入手段

[0029] 41、靶

[0030] 5、磁铁组合件

[0031] E1、交流电源

[0032] S、处理基板

[0033] E、溅射电源

[0034] F、导电性薄膜

[0035] I、绝缘膜

具体实施方式

[0036] 参照图1，1是实施本发明的反应性溅射方法的溅射装置。溅射装置1是流水式的，具有通过旋转泵、涡轮分子泵等真空排气装置(未图示)保持在规定的真空压力的溅射室11。在溅射室11的上部空间设置有基板搬运手段2。该基板搬运手段2具有公知的结构，具有例如保持处理基板S的托板21，使驱动装置间歇驱动，将基板S依次搬运到与后述的靶相对的位置上。

[0037] 在溅射室11上连接有气体导入手段3。气体导入手段3通过气管32与气源33连通，气管32上设置有质量流量控制器31，可将一定流量的Ar等溅射气体以及反应性溅射时使用的反应气体导入溅射室11内。根据要在处理基板S的表面上形成的薄膜的成分，将适当选择的包含氧、氮、碳或氢的气体，臭氧，水或过氧化氢以及以上的混合气体作为反应气体。此外，在溅射室11的下侧设置有磁控管溅射电极C。

[0038] 磁控管溅射电极C具有朝向溅射室11而设置的略呈长方体(俯视为长方形)的靶41，靶41连接在溅射电源E上，经溅射电源E可外加负的直流电压。根据要在处理基板S表面上形成的薄膜的成分，采用公知的方法分别以Al、Ti、Mo、Cu或ITO等制作靶41，将溅射面411的面积设定为大于处理基板S的外形尺寸。靶41通过铟或锡等焊接材料接合到在溅射中冷却靶41的背板42上。在靶41接合在背板42的状态下，通过绝缘板43将靶41安装在磁控管电极C的框架44上，使溅射面411与处理基板S相对。安装了靶41后，在靶41周围设置有起接地阳极作用的屏蔽板45。

[0039] 此外，磁控管溅射电极C具有位于靶41后方的磁铁组合体5。磁铁组合体5具有与靶41平行设置的支撑板(轭铁)51，支撑板51由对磁铁的吸附力进行放大的磁性材料制成的平板构成。在支撑板51上，设置有在支撑板51沿长度方向的中心线上设置的中央磁铁52、和沿支撑板51的外周呈环状设置的包围该中央磁铁52的周围的边缘磁铁53，以改变靶侧的极性。

[0040] 设计成换算为中央磁铁52的同磁化时的体积，与换算为包围在中央磁铁52周围的边缘磁铁53的同磁化时的体积的和(边缘磁铁∶中央磁铁∶边缘磁铁＝1∶2∶1(参照图1))相等。由此，在靶41的溅射面411的前方分别形成均匀闭环的隧道状的磁力线M。由此，通过捕捉在靶41的前方(溅射面411)电离的电子和溅射产生的二次电子，使靶41前方的电子密度变高以提高等离子体密度，从而能够提高溅射速率。

[0041] 此外，所述支撑板51的宽度被定为小于靶41的宽度(参照图1)，磁铁组合体5的支撑板51的背面设有螺母部件51a。丝杠61与螺母部件51a 螺纹连接，丝杠61的一端设有马达62。当驱动马达62，丝杠61旋转时，磁铁组合件5沿着靶41的背面在靶41横向上以规定的移动宽度D1往复运动。以上通过使磁力线密度较高的位置在靶41的横向上产生变化，使靶41的溅射面411可得到大致均匀的侵蚀，从而可提高靶41的利用效率。此时，磁铁组合件5的移动宽度D1，可适当设定为在靶41的溅射面411中侵蚀区域延伸到其横向端部的位置。

[0042] 而后，由基板搬运手段2将处理基板S搬运到与靶41相对的位置上，通过气体导入手段3导入规定的溅射气体和反应性气体。接着，通过溅射电源5施加负的交流电压，在处理基板S和靶41上形成垂直的电场，在靶41的溅射面411前方形成等离子体，靶41被溅射，从而在处理基板S的表面上形成由该溅射的溅射粒子与反应气体的化合物构成的薄膜。

[0043] 上述溅射装置1中，由于靶41的周围设置有屏蔽板45，因此在溅射面411的前方形成等离子体时，等离子体中的电子和二次电子向屏蔽板45漂移。其结果是靶41的溅射面411的边缘区域412的上方位置等离子体密度降低，该边缘区域412得不到溅射，剩有非侵蚀区域(参照图2(a))。

[0044] 例如，使用铝的导电性靶作为靶41，导入氧气构成的反应性气体通过反应性溅射形成氧化物的薄膜时，由于反应性溅射时的逆堆积，氧化物在其边缘区域412附着、堆积，其边缘区域412被绝缘膜I覆盖。在上述状态下通过溅射继续成膜时，在被绝缘膜I覆盖的边缘区域412上等离子体中的电子及二次电子发生充电(参照图2(b))。因此需要防止由该充电引发异常放电。

[0045] 在本实施方式中，溅射电源E上设有计算手段，计算对靶41投入的电力的累计值，一旦该计算出的累计值达到规定值，在借助质量流量控制器31停止对溅射室11导入反应气体的同时，利用基板搬运手段2将模拟基板(未图示)搬运到与靶41相对的位置上，仅导入溅射气体对靶41进行溅射。另外，对于应设定的累计时间和停止导入反应气体状态下的靶41的溅射时间，可根据使用的靶41和导入的反应气体的种类进行适当设定。

[0046] 因此，当向靶41投入的电力的累计值一旦达到规定值，则判断为由于反应性溅射时的逆堆积，在靶41的边缘区域412上堆积有绝缘物I。而后，在停止导入反应气体的状态下，溅射导电性的靶41时，来自靶41的导电性溅射粒子与例如等离子体中的氩离子发生冲撞，附着、逆堆积在靶41边缘区域412上。

[0047] 此时，绝缘膜I表面的充电电荷有些被溅射粒子及电离的溅射气体离子中和，有些由于一直被溅射而呈导电性的靶溅射面411与边缘区域412的再次导通而移动到靶材412一侧而消失。随后，边缘区域412的绝缘物I被与靶41相同组成的导电性薄膜F所覆盖(即，靶41的溅射面411包含其外边缘部412电位相同)。此外，为缩短中断薄膜形成的时间提高生产率，优选将停止导入反应气体状态下溅射时的溅射电源E的投入电力，设定为高于导入反应气体时的投入电力。当靶为Al材时，可将投入电力提高10％。

[0048] 绝缘物I一旦被导电性薄膜F所覆盖，则通过基板搬运手段2将处理基板S搬运到与靶41相对的位置上，使质量流量控制器31动作再次开始导入反应气体，再次开始通过反应性溅射在处理基板S上成膜。

[0049] 如上所述的本实施方式，因为不是仅在一枚处理基板上形成薄膜时改变来自溅射电源E向靶41投入的电力，所以可维持最适宜的溅射速率溅射靶41，得到良好的生产率。并且，由于靶41的边缘区域412被与该靶41相同组分的导电膜定期性覆盖，可防止由于充电的异常放电，一直到靶41的寿命期限为止都可使用靶41形成良好的薄膜。另外，为消除充电对靶41上形成的绝缘膜I的影响，不需要其他的构成部件，不会导致成本增加。

[0050] 另外，上述实施方式中，反应气体停止时磁铁组合件5的移动宽度D2，优选为小于反应气体导入(薄膜形成)时的宽度D1(参照图4)。此时，移动宽度D2可根据使用的靶41和导入反应气体的种类适当设定。由于高磁力线密度的位置向靶41的溅射面411的中央一侧集中，边缘区域412上逆堆积的薄膜F延伸到其中央一侧，可以确保与靶41相同组分的导电膜覆盖边缘区域412。

[0051] 实施例1

[0052] 在实施例1中，使用以公知的方法制作的平面视图略呈长方形的铝制靶材作为靶41，并将其接合到背板42上。使用玻璃基板作为处理基板S，设定溅射条件如下：控制质量流量控制器31使溅射气体氩气的流量为45sccm，反应气体氧气的流量为150sccm，向靶41的投入电力为1.8kW。而后，通过基板搬运手段2将处理基板搬运到与靶41相对的位置上，通过反应性溅射在处理基板S表面依次形成Al2O3膜。此时，单枚处理基板的溅射时间为
930秒。溅射中，计算了单位时间(每一分钟)由溅射电源E产生的弧光放电。此时，通过检测出放电电压低于基准值的现象可检测出弧光放电的发生。

[0053] 此时，向靶的投入电力的累计值(kWh)达到20kWh时，一旦停止导入氧气，将氩气的流量设定为45sccm，向靶41的投入电力设定为2.0kW，堆积的膜厚达到50nm为止进行溅射，使其边缘区域412被薄膜F覆盖。

[0054] (比较例1)

[0055] 比较例1中，在与上述相同的条件下，通过反应性溅射在处理基板S表面连续依次形成Al2O3膜。

[0056] 根据所述比较例1，当向靶41投入的电力的累计值(kWh)超过20kWh时，每分钟确认到多次弧光放电的发生，超过22kWh则弧光放电频发反应性溅射成膜不能进行。对此，实施方式1中，即使向靶41的累计投入电力超过35kWh，每分钟发生的弧光放电的次数仅为1～3次，通过反应性溅射形成了良好的薄膜。

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