专利名称：离子化薄膜形成方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够用来制造诸如大规模集成电路(LSI)的半导体器件，和诸如磁光盘的记录媒体的薄膜形成方法及装置，更确切地说，涉及一种能够通过利用离子化微粒来制取各种类型淀积薄膜的离子化薄膜形成方法及装置。
薄膜形成方法通常被用于在各种半导体器件上形成布线和层间绝缘膜，或者在记录媒体上形成磁性层和保护层。但是，这些必须显现多种特性的薄膜形成方法，在近几年来又被用于制取在衬底中形成的沟槽内部尤其是沟槽底部具有改进的覆盖率的薄膜。
图5示出了一种利用常规溅射方法所淀积的薄膜的剖视图。其中沟槽底部104上的薄膜102的厚度远小于该沟槽外侧衬底7的顶部103上薄膜100的厚度。这意味着由该溅射方法所提供的覆盖层质量较差。图5还示出了淀积在该沟槽侧面101上的薄膜。质量较差的覆盖率以及沟槽侧面上的薄膜都会对在衬底上形成薄膜产生不利影响。
下文中描述了一种磁畴壁移动类型(magnetic domain wall displacementtype)的磁光盘，其在日本已公开专利申请No.6-290496中公开。同心形成在常规磁光盘和只读光盘上的沟槽不能用来录制信息。但是，由于信息也录制在磁畴壁移动类型记录媒体中的沟槽底部上，所以必须在所述底部上如同在沟槽外部媒体的平整部分(在下文中被称作“纹间表面(lands)”)上那样形成功能薄膜。另外，该记录媒体必须适于能够使得不会从沟槽的侧面产生磁光信号，从而防止沟槽与纹间表面之间发生干涉，其中由所述沟槽侧面将沟槽底部与纹间表面隔开。为了达到这个目的，在沟槽侧面上的薄膜淀积量必须达到最小化。也就是说，一种磁畴壁移动类型的记录媒体所需的薄膜形成必须具有高度的定向性并且具有较高的底部覆盖率。所述底部覆盖率被定义为形成在沟槽底部表面上的薄膜形成率与沟槽外侧表面上的薄膜形成率的比值。所述底部覆盖率可以利用公式tA/tB×100％而得到，其中tA指的是形成在沟槽底部表面上的薄膜厚度，而tB指的是形成在沟槽外侧表面上的薄膜厚度(参看图4)。
能够提供较高底部覆盖率的常规薄膜形成方法包括有低压远程溅射方法(the low-pressure remote sputtering method)，准直溅射方法(collimatesputtering method)，和一种在日本已公开专利申请No.10-259480中披露的高频等离子体辅助溅射方法(high-frequency plasma assisted sputteringmethod)。
由于所述的低压远程溅射方法采用了较低的压力和比普通溅射方法更长的自由行程(free path)，所以该方法能够使得溅射微粒平直飞行而不会发生散射。这种低压远程溅射方法还适于在靶与衬底之间形成较长距离并且能够使得微粒垂直于该衬底飞行。
所述的准直溅射方法仅能够使得溅射微粒垂直于衬底飞行到达衬底，并通过在靶与衬底之间放置一圆柱体来使得所述微粒淀积其上，其中所述的圆柱体上带有多个垂直于衬底的孔。
所述的高频等离子体辅助溅射方法通过在一等离子体区域对飞行的溅射微粒进行电离而使得其发生淀积，其中所述的等离子体区域是通过向衬底供送一高频电压而在衬底附近产生的，并利用由等离子体在衬底上所产生的负电压(自偏压(self bias))将经电离的溅射微粒垂直地导向所述衬底。
但是，由于靶与衬底之间的距离较长而造成薄膜形成率和原材料(靶)利用率较低，所以在大多数生产过程中所述低压远程溅射方法被限制在用于带有沟槽形状比不超过4的衬底。
由于溅射微粒淀积在准直管上造成损耗，所以所述准直溅射方法也具有薄膜形成率和原材料利用率较低的问题，并且也被限制在用于带有沟槽形状比不高于3的衬底。
所述高频等离子体辅助溅射方法可以用于沟槽形状比为4或者更高的衬底。但是，该溅射方法允许等离子体中带有电荷的微粒穿透衬底，又由于等离子体是通过向所述衬底供送一高频电压而产生的，所以会使得衬底发热。因此在该溅射方法中，难以在由低耐热性材料，譬如用作只读光盘和磁光盘等记录媒体的衬底材料的树脂所制成的衬底上形成薄膜。
本发明的目的在于为了解决前述问题，提供一种薄膜形成方法和薄膜形成装置，它们可以用于在表面带有深沟槽的衬底上以较高的底部覆盖率均匀地形成薄膜。
本发明的另外一个目的在于提供一种能够防止衬底温度升高的薄膜形成方法及薄膜形成装置。
本发明的再一个目的在于提供一种离子化薄膜形成方法和离子化薄膜形成装置，它们能够促进放电气体的激发和电离，从而提高蒸发微粒的电离效率。
这些目的均可以利用一种通过溅射形成淀积薄膜的方法而得以实现，其中所述方法包括如下步骤对溅射微粒进行电离；对一设置在衬底附近的电极供送一周期性变化的电压，其中等于或大于前述电压中最大与最小值之间中间值的电压供送时间比等于或小于该中间值的电压供送时间要短。
所述目的还可以利用一种离子化溅射装置(ionization sputteringapparatus)来实现，其中该装置用于通过利用一在衬底附近所产生的电场来将溅射微粒导引到衬底上从而形成一淀积薄膜，并且包括一个带有一抽气系统的溅射腔室；用于将一种工艺气体(processing gas)导入该溅射腔室的气体导入装置；设置在该溅射腔室中的一阴极；设置在阴极与衬底之间的电离装置；一设置在衬底附近的电极；以及用于向电极供送一周期性变化电压的电压供送装置，其中等于或大于所供送电压中最大与最小值之间中间值的电压供送时间比等于或小于该中间值的电压供送时间要短。详细说明将在下文中参照示例给出。
图1是一个示意性的剖视图，示出了根据本发明实施例的薄膜形成装置的结构；图2是一个示意性的剖视图，示出了本发明中电离机构的一实施例；图3示出了根据本发明供送到电板10上的电压波形图；图4是一个示意图，示出了根据本发明计算底部覆盖率的方法；图5是利用一种常规溅射方法所淀积的薄膜剖视图；图6示出了本发明的例3中供送到电极10上的电压频率与底部覆盖率之间的关系；图7示出了本发明的例4中供送到电极10上的电压的占空比(duty ratio)(所供送电压V1的时间T1与所供送电压V2的时间T2之间的比值)与底部覆盖率之间的关系；图8示出了本发明的例6中供送到电极10上的电压占空比与介电强度之间的关系；图9是一个示意性的剖视图，示出了本发明的例8中离子化薄膜形成装置的结构；图10是一个示意图，示出了当安装在本发明例8中离子化薄膜形成装置内的磁场发生装置单独使用时所形成的磁力线；图11是一个示意图，示出了由阴极与离子化装置之间的磁场发生装置和由图9中阴极下方的磁场发生装置所共同形成的磁力线；图12是一个示意性的剖视图，示出了本发明的例11中离子化薄膜形成装置的结构；图13是一个示意性的剖视图，示出了本发明的例15中离子化薄膜形成装置的结构；图14是一个示意性的剖视图，示出了本发明的例18中离子化薄膜形成装置的结构；图15是一个示意性的剖视图，示出了本发明的例20中离子化薄膜形成装置的结构；图16示出了本发明的例20中衬底和电极10之间的尺寸比与底部覆盖率之间的关系；图17示出了本发明的例21中衬底和电极10之间的尺寸比与底部覆盖率之间的关系；图18是一个示意性的剖视图，示出了本发明的例22中离子化薄膜形成装置的结构；图19A和19B分别是本发明的例22中离子化薄膜形成装置内的电离装置6的顶视图和该装置的侧视图；图20示出了本发明的例22中建立在设置隔热板，隔热板被冷却，和没有设置隔热板三种情况下的薄膜形成时间与衬底温度之间的关系；图21示出了根据由玻璃，特氟隆(Teflon)，和聚碳酸酯(polycarbonate)制成的隔热板是否进行水冷却(water-cooled)而得到的底部覆盖率之间的差别；
图22是一个示意性的剖视图，示出了本发明的例25中离子化薄膜形成装置的结构；图23是本发明的例25中其上形成有薄膜的衬底的剖视图；图24示出了利用本发明例25中的磁畴壁移动类型记录媒体来对CN比率进行测定的结果；图25是一个示意性的剖视图，示出了本发明的例25中离子化薄膜形成装置的另一实施例；图26是用于表示A点处的磁通强度与在衬底上形成淀积薄膜的速率之间依附关系的图表。
下面参照附图对本发明进行详细描述。
图1的示意图示出了根据本发明实施例的薄膜形成装置。在图1中，附图中的标记10用于指代位于衬底背面上的电极，而附图中的标记11和12用于指代向所述电极10供送周期性变化电压的电压供送装置。
根据本发明中的薄膜形成机构，利用电离机构6来对从靶2蒸发出来的微粒进行电离，并且在衬底7上电场9的作用下，将这些经过电离具有方向性的溅射微粒入射到衬底7上。
作为由不锈钢，铝，或类似材料制成的金属容器的薄膜形成腔室1，被设定为一基准电位并且由一未示出的门阀保持密闭。
抽气系统14是一个复合抽气装置，它能够在大气压和大约10-6帕的压力范围内进行抽取。该抽气系统的抽取速率可以利用未示出的抽气速度调节装置进行调节，譬如节流孔或者导流阀(conductance valve)。
对于本实施例来说，靶2是一个3毫米厚并且直径约为3英寸(76.2毫米)的圆盘，其经过一后挡板和一绝缘层安装于溅射腔室1中。根据需要还可以设置利用致冷剂对靶进行冷却的机构，譬如利用水。
作为磁场发生装置的磁体3安装在靶2的后侧，以便能够实现磁控溅射。
用于向靶2供送预定电功率从而造成放电的溅射电源4，适用于向靶2供送相对于基准电压为-200伏或-600伏的负直流电。
加工气体导入装置5用于导入一种溅射放电气体，譬如稀有气体。由于该气体被高度电离，所以最好该加工气体被导入到电离区域的中部。由于气体是被均匀导入的，所以更优选的是利用一个其中部侧壁上形成有多个吹气孔的环形管道。
作为利用彭宁(PENNING)电离作用的热阴极型电离机构6，通过使得由热阴极发射出的热电子在电离区域中对溅射微粒和溅射放电气体微粒进行碰撞来对溅射离子进行电离或者产生溅射放电气体激发中子和离子，其中所述电离区域设置在从靶2到衬底7的溅射微粒运动轨迹中。放电气体激发中子和离子也在该电离区域中与溅射微粒发生碰撞从而对溅射微粒进行电离。正如前面所述，溅射微粒主要是通过这两个作用原理进行电离的。
图2示出了电离机构6的结构。具体地说，即通过从直流电源604向与其串联的丝极601供送电流，使得该电离机构6对该丝极601进行加热，从而使得其发射出热电子。栅格602具有网状结构。直流电源605用于向其供送负电压，以便从丝极601发出的热电子能够朝栅格602加速运动。经过加速的热电子并不立即被栅格602所俘获，而是穿过栅格602和溅射微粒运动轨迹中的电离区域前进。该热电子与溅射微粒及溅射放电气体微粒发生碰撞从而对这些微粒进行电离或激发，并随后由栅格602进行俘获。丝极601由热电子发射系数较大的材料制成，譬如ReW或W，而具有网状结构的栅格602由金属丝，譬如直径为1毫米的金属丝以约3毫米的相互间隔而组成。对于电离机构来说，丝极601一个侧面的电位与套筒603的电位相等。因而，可以利用直流电源607来向套筒603供送直流电压，该电压相对于基准电压来说为负值，以便能够防止电子发生漫射，或者该套筒603也可以保持为基准电位。
也可以采用设置在腔室1中的衬底夹持装置8，以便能够利用该夹持装置将衬底7保持与靶2平行。一绝缘体17设置在衬底夹持装置8与衬底7之间。电极10最好被安装成与衬底7相平行。
电极10与由被用作信号发生器的函数综合器11和能量放大器12组成的电压供送装置相连。该电压供送装置向电极10供送周期性变化的电压。
图3举例性地说明了供送到电极10的偏电压。该偏电压在预定周期内在最大电压V1(相对于浮置电位来说振幅最小的电压)和最小电压V2(相对于浮置电位来说振幅最大的电压)之间变化。该浮置电位是指置于等离子体中的绝缘衬底在等离子体作用下所产生的电位。在本实施例中，该浮置电位是指没有向电极10供送电压时衬底7上所产生的电位。
这个偏电压在衬底7附近生成大致与衬底7垂直的电场9，以便于经过电离的溅射微粒可以沿该电场9进行加速，从而到达衬底7。由于经过电离的微粒沿电场9的方向入射到衬底7上，所以希望在该衬底上方均匀形成的电场9尽可能地垂直于该衬底。任何波形和电压均可以从信号发生器11和能量放大器12供送到电极10上。
下面将对根据本发明实施例的离子化薄膜形成方法进行描述。
当将衬底7安装到衬底夹持装置8中之后，利用复合抽气系统14将腔室中压力抽取到约为10-6帕。然后启动电离机构6。也就是说，首先开启直流电源607并且设定为某一个值。接着，开启丝极直流电源604通过对丝极601进行激发而对其进行加热。最后，利用栅格直流电源605，将+10伏左右至+200伏左右的正直流电压供送到栅格602上，从而使得其在电离区域606中发射热电子。
根据通过溅射而制取薄膜的速度不同，所希望流过栅格602的电流值(发射电流)在薄膜形成过程中被设定为5安或更大。
接着利用工艺气体导入装置5，来导入溅射气体，譬如氩气，并且对用于复合抽气系统14的抽气速度调节器进行控制，以使得腔室1中的气压保持在0.2至2.5帕。接着，通过开启溅射电源4，执行溅射放电来开始进行溅射。与此同时，通过开启信号发生器11和能量放大器12，向电极10供送一个周期性变化的电压，从而生成大致与衬底7的表面相垂直的电场9。
例如，如前所述将具有图3中所示矩形波的电压供送到电极10上，以便电子可以在接近于矩形波浮置电位的最大电压V1时入射到衬底上。更具体地说，由于浮置电位通常位于0至-10伏之内或其附近，所以所希望的最大电压V1也在这个范围内进行选定。根据溅射条件不同，该浮置电位可以超过-0伏。在这种情况下，最大电压V1必须根据浮置电位来进行选定。正如前面所述，作为供送到衬底7附近的电压，其以浮置电位周围或者高于浮置电位的最大电压V1为基础而加以确定，以便能够使得电子入射到衬底上，并且供送最小电压V2，以便阳性离子可以入射到衬底上。另外，为了防止由于反向溅射作用的影响而造成薄膜形成速度明显降低，所希望的最小电压被设定为-20伏至-100伏。
为了能够在防止衬底被充电的同时，使得离子高效地入射到衬底上，所希望的频率为100千赫兹或更高，而所希望的波形占空比(waveform duty ratio)被设定为1∶50或更高，也就是说，最大电压V1的供送时间与最小电压V2的供送时间之比被设定为1/50或者更低。
在预喷镀被执行几分钟之后，保持条件不再发生变化，打开衬底防护罩13来开始进行薄膜形成。通过溅射发电而溅射出的微粒在电离区域606中经电离后，被导向到衬底7上，并且在衬底7附近的电场9作用下使其加速，以便所述微粒能够被吸引到衬底7上并且高效地淀积在衬底中的沟槽底部上。
当制得预定厚度的薄膜后，关闭防护罩13，并且首先中断信号发生器11，能量放大器12，溅射电源4，以及工艺气体导引装置5，接着再中断电离机构6中的丝极电源604，栅格电源605，以及浮置电源607。最后，将未示出的门阀关闭，溅射腔室1中被抽空，并且将衬底7从衬底夹持装置8中取出。
对于电离机构6来说，并不希望在丝极601上淀积溅射微粒。这是因为丝极上的淀积薄膜会改变其阻值，从而会导致该丝极易于损坏。为了防止这个问题的发生，就希望无论溅射电源4是否处于工作状态，丝极电源604均处于备用状态。
在前述的实施例中，各种用于形成薄膜而需要被蒸发的材料，包括金属，合金以及化合物在内，均可加以利用。在该实施例中利用了能够通过利用热电子对蒸发出的微粒和放电气体微粒发生碰撞从而来对蒸发出的微粒进行电离的机构。但是，根据本发明中的离子化薄膜形成方法，各种电离装置，譬如可以在蒸发源与衬底之间对蒸发微粒进行电离的激光辅助电离(laser assistedionization)和高频感应式等离子体辅助电离(high-frequency coil plasmaassisted ionization)方法，均可以加以利用。
通过举出一些例子，来在下面对本发明进行更详细的描述。虽然下面的例子代表了本发明中的最佳实施例，但是本发明并不局限于这些例子。(例1)伴随前述实施例中的加工工序，在下面给出的条件下形成薄膜。
·用于靶2的材料GdFeCr(三元合金)·向靶2供送的功率400瓦·溅射腔室中的压力0.8帕·放电气体氩气·放电气体流速200 sccm·电离机构中的栅格电压50伏·电离机构中的发射电流20安·电离机构中的浮置电源电压-30伏在这些条件下，设定将供送到电极10上的电压频率为500千赫兹，及占空比1∶100，并且利用不同大小的最小和最大电压V2和V1向电极10供送，以在衬底7上连续形成薄膜5分钟来制取样本衬底。当制成后，在所述样本衬底表面上的测定温度。图1示出了所测定的结果。它们表明了合适地设定向衬底供送的电压将能够明显减少衬底温度的增加。
例如，如果将V1和V2分别设定为-5和-10伏，那么薄膜将可以在衬底7的温度为60℃左右时形成。相应地，这意味着薄膜可以平滑地形成在由某种低耐热性的材料譬如聚碳酸酯所制成的衬底上。例如，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，以及环氧树脂大约分别具有95至105℃，120至132℃，和135℃左右的热变形温度。本例子允许在由这种低耐热性材料制成的衬底上形成令人满意的薄膜。
在本例子中的条件下对薄膜进行形成的过程中，浮置电位正如前面所述那样位于0至10伏的范围内。从本例子的结果来看，通过将最大电压V1设定为由浮置电位减去10伏所得到的值，从而可以获得一个更为适合的结果。(例2)根据例1，在下述的条件下，在带有沟槽的硅衬底上形成薄膜，其中所述沟槽的底部宽度为0.25微米，形状比为4。在本例子中，以不同大小的最大和最小电压V1和V2来制取样本衬底。并对这些样本衬底的底部覆盖率进行测定。表2示出了所测定的结果。
为了用于进行参考，表2还给出了利用常规的低压远程溅射及高频等离子体辅助离子化溅射装置所获得的底部覆盖率。
例如，尤其是当供送到电极10的最大电压V1为-10伏而最低电压为-40伏时，常规的低压远程溅射方法所形成的底部覆盖率为16％左右，而本例子所形成的底部覆盖率为40％左右。
在本例子中条件下对薄膜进行形成的过程中，浮置电位正如前面所述那样位于0至10伏的范围内。从本例子的结果来看，通过将最大电压V1设定为由浮置电位减去10伏所得到的值，从而可以获得更为适合的结果。
(例3)根据例1，通过向电极10供送最大电压V1为-10伏而最小电压V2为-40伏的电能，来在带有沟槽的硅衬底7上形成薄膜，其中所述沟槽的底部宽度为0.25微米，形状比为4。并对这些所获得样本的底部覆盖率进行测定。
图6示出了所测定的结果，与常规溅射方法相比较，其显示出本例子能够显著地增大底部覆盖率。例如，尤其是当供送到电极10的电压频率被设定为100赫兹或更大时，常规的低压远程溅射方法所形成的底部覆盖率为16％左右，而本例子所形成的底部覆盖率为40％左右。
在本例子中的条件下对薄膜进行形成的过程中，浮置电位正如前面所述那样位于0至10伏的范围内。从本例子的结果来看，通过将最大电压V1设定为由浮置电位减去10伏所得到的值，从而可以获得更为适合的结果。
(例4)根据例1，在供送到电极10的电压为不同的占空比(该占空比即最大电压V1的供送时间T1与最小电压V2的供送时间T2之间的比值)，并且将所述的最大电压V1和最小电压V2分别设定为-10伏和-40伏的条件下，来在带有沟槽的硅衬底7上形成薄膜，其中所述沟槽的底部宽度为0.25微米，形状比为4。并对所获得样本的底部覆盖率进行测定。图7示出了所测定的结果，与常规溅射方法相比较，其显示出本例子能够显著地增大底部覆盖率。例如，尤其是当供送到电极10的电压占空比，也就是T1/T2，被设定为1/50或更小时，常规的低压远程溅射方法所形成的底部覆盖率为16％左右，而本例子所形成的底部覆盖率为40％左右。
在本例子中的条件下对薄膜进行形成的过程中，浮置电位正如前面所述那样位于0至10伏的范围内。从本例子的结果来看，通过将最大电压V1设定为由浮置电位减去10伏所得到的值，从而可以获得更为适合的结果。
(例5)根据例1，利用二氧化硅作为靶2并且利用RF电源作为溅射电源4，通过向电极10供送不同大小的最大和最小电压，来在带有沟槽的硅衬底上形成二氧化硅薄膜。通过反应离子的蚀刻，制得多个带有底部宽度为0.5微米、形状比为4的沟槽的样本硅衬底。另外，根据例1，利用GdFeCr作为靶2，通过向电极10供送不同的最大和最小电压，来在带有沟槽的硅衬底上形成GdFeCr薄膜。所述二氧化硅和GdFeCr薄膜在沟槽外侧的厚度分别为100纳米和80纳米。然后，在各个样本衬底中的所述底部处，对硅衬底与形成其上的GdFeCr薄膜之间的介电强度进行测定。(对比用例子)除了电离机构未工作之外，通过溅射工艺来在与例5中相同的条件下，在硅衬底的纹间表面上形成20纳米厚的二氧化硅薄膜和80纳米厚的GdFeCr薄膜。
在各个样本衬底中的所述底部处，对硅层与其上的GdFeCr层之间的介电强度进行测定。
表3给出了例5中所形成的样本薄膜的介电强度，和利用常规溅射方法在对比用例子中所得到的样本薄膜的介电强度。
表3表明对比用例子中的介电强度为2伏左右，而在例5中通过对V1和V2的值进行适当选取而使得该介电强度猛增到13伏。(例6)根据例5，在向电极10供送不同占空比的电压并且最大电压V1和最小电压V2分别被设定为-10伏和-40伏的条件下，在衬底7上形成薄膜，并对所得到样本的介电强度进行测定。图8中示出了所测定的结果。为了进行比较，图8还示出了利用常规溅射方法所获得的样本的介电强度。
图8表明在例6中通过将占空比设定到1∶50或更大，将可以制得介电强度明显超过13伏的样本衬底。(例7)根据例1，利用三氮化硅(SiN3)作为靶2的材料，并且利用RF电源作为溅射电源4，通过向电极10供送不同的最大和最小电压，来在带有沟槽的衬底上形成SiNx薄膜，其中所述沟槽的底部宽度为0.25微米，形状比为4。并对所获得样本的底部覆盖率进行测定。表4示出了所测定的结果。
通过对V1和V2的值进行合适选取，本例子将能够使得底部覆盖率显著增加，从而制得底部覆盖率高达33％左右的样本衬底。(例8)图9是一个示意图，示出了根据本发明的离子化薄膜形成装置。在该例子中，磁场发生装置70被设置在图1中所示薄膜形成装置中电离区域606的附近下面将对本例子中的磁场发生装置进行详细描述。该磁场发生装置70为环形电磁体，其设置在靶2与电离机构6之间，并且固定在该电离机构上。从靶2发射出的溅射微粒穿过磁场发生装置70中心处的孔进入到电离区域606中进行电离，并且淀积在衬底7上。由磁场发生装置70所形成的磁场在靶2的一侧形成N极，而在电离机构6的一侧形成S极。只要在该磁场发生装置附近没有铁磁体，那么在电离区域606附近所形成的磁场就会如图10中示出。在本例子中，该磁场发生装置70与用于磁控溅射的磁性机构3相互干扰，从而形成如图11中所示的磁力线48。本例子中利用了一个用于磁场发生装置70的电磁体。但是，也可以利用一个能够产生相同磁场的永磁体来将其替代。
由磁场发生装置70所产生的磁力线48来将热电子和溅射放电气体离子向靶2进行导引，并且增大在衬底7上的薄膜形成速度。由于所述磁场增大了电离的效率，所以所述磁力线还用于保持电离区域稳定。例如，电离机构利用等离子体来使得磁力线48在电离区域中心附近将等离子体凝聚，并且保持等离子体在该电离区域内高度密集，以便能够增大电离效率。所希望的磁场发生装置70可以如图9中所示那样设置成与电离机构6的下部相接触，或者是如图12中所示那样与设置在电离机构6与磁场发生装置70之间距靶2表面20至80毫米处。所希望的磁场适于使得从所述阴极中部朝所述衬底距30毫米左右处的磁通密度约为150至300G。参照图9，下面将对根据本例子的离子化薄膜形成方法进行描述。当将衬底7安装到衬底夹持装置8中后，利用复合抽气系统14将溅射腔室中的气压抽取到5×10-5帕。然后开启磁场发生装置70以形成磁力线48，并且同时也开启电离机构6。也就是说，开启电磁体电源70a并对其进行设定，以便能够在靶2与电离机构6之间的A点处形成150至300G的磁通密度。与此同时，开启浮置直流电源607并将其设定为某一值。另外，丝极直流电源604也被打开，通过对丝极601进行激发来对其进行加热，以便该丝极能够向电离区域606发射热电子。然后利用工艺气体导入装置5，将某种溅射气体譬如氩气导入，并且对用于复合抽气系统14的抽气速度调节器进行控制以调节溅射腔室1中的压力。接着，通过开启溅射电源4，执行溅射放电来开始进行溅射。与此同时，通过开启信号发生器11和能量放大器12，将电压供送到电极10上，用于在衬底7附近产生电场9。在这种情况下，作为供送到电极1上的电压，例如具有图3中所示波形的电压，如前所述那样被供送到电极10上，以便电子能够在接近浮置电位的最大电压V1时入射到衬底上。更具体地说，该最大电压应该在0至-10伏的范围内进行选定。在这种情况下，V1必须设定为接近浮置电位。为了防止由于反向溅射而造成薄膜形成的速度明显下降，所希望的最小电压V2被设定为-20伏至-100伏。为了使得离子能够高效地入射到衬底上并且防止衬底被充电，所希望的频率被设定为100千赫兹或者更高，并且波形占空比被设定为1∶50或者更高，也就是说，最大电压V1的供送时间与最小电压V2的供送时间之间的比值被设定为1/50或者更低。当进行了几分钟的预溅射之后，保持条件不发生变化，打开衬底防护罩13来开始进行薄膜形成。通过溅射发射出的溅射微粒在电离区域606中进行电离，并被导向到衬底上，并且在衬底7附近电场9的作用下被加速，以便所述微粒能够垂直地被导向衬底7并且淀积在衬底7上。当制得预定厚度的薄膜之后，关闭防护罩13，并且首先中断信号发生器11，能量放大器12，溅射电源4，以及工艺气体导入装置5，然后中断电离机构6中的丝极电源604，栅格电源605，浮置电源607以及电磁体电源70a。最后，关闭未示出的门阀，将溅射腔室1内抽空，并将衬底7从衬底夹持装置8中取出。
利用前述的薄膜形成装置，在下述条件下对薄膜进行形成·靶2的材料铝；·靶尺寸直径为76.2毫米，厚度为3毫米；·供送到靶2的功率300瓦；·靶与衬底之间的距离155毫米；·衬底硅晶片；·衬底尺寸直径为76.2毫米；·薄膜厚度200毫米；·溅射腔室中的压力1.0帕；·工艺气体氩气；·工艺气体流速143 sccm；·电离机构中的栅格电压50伏；·电离机构中的栅格电流15安；·电离机构中的浮置电源电压-40伏；·供送到电极10的交流电压0伏(最大)，-30伏(最小)；·供送到电极10的交流电压频率500 KHz；·供送到电极10的交流电压占空比1∶100。
通过在前述条件下改变电磁体电源70a的输出，使得在电离机构6附近所产生的磁场发生变化而形成薄膜。在此薄膜的形成过程中，对衬底7上的薄膜形成率进行测定。图26示出了所测定的结果。
在图26中，横坐标代表了靶2与电离机构6之间A点处的磁通密度，而纵坐标代表了薄膜形成率。正如图26中所示那样，本例子中允许将A点处的磁通密度设定为某一预定的值从而来增大薄膜形成率。例如，当A点的磁通密度为150G时，与没有磁场产生的情况相比，薄膜的形成率将增加50％或者更多。(例9)在本例子中，对在例8中的条件下所淀积薄膜的底部覆盖率进行测定。尤其是，如果电离机构6附近所产生的磁场在靶2与电离机构6之间的A点处的磁通密度为200G，并且是在带有底部宽度为0.25微米、形状比为4的沟槽的样本衬底上形成薄膜时，那么所测定的淀积薄膜底部覆盖率将达到令人满意的40％底部覆盖率。(例10)在例9的条件下，利用二氧化硅和铝作为靶2并且利用DC和RF电源作为溅射电源，来分别在铝衬底上淀积厚度为100纳米和200纳米的二氧化硅和铝层。通过蚀刻反应而制成的所述衬底，带有底部宽度为0.5微米、形状比为4的沟槽。当对铝衬底与铝层之间的介电强度进行测定时，可以得到令人满意的50伏介电强度。(例11)在本例子中，工艺气体导入装置5如图9中所示那样在靶2与磁场发生装置70之间紧贴靶2的上方设置，或者是如图12中所示那样设置在电离机构6与磁场发生装置70之间。通过保持导入的氩气的量恒定并且锁定复合抽气系统4中的导气阀，来使得溅射腔室1中的压力P设定为2帕，而氩气在该溅射腔室1中的停留时间t被设定为0.3秒。然后在带有沟槽的衬底上形成薄膜，其中所述沟槽的底部宽度为0.25微米而形状比为4。
·靶2的材料铁；·靶尺寸直径为76.2毫米，厚度为3毫米；·向靶2供送的功率400瓦；·靶与衬底之间的距离155毫米；·衬底尺寸直径为2英寸(50.8毫米)；·薄膜厚度200纳米；·溅射腔室中的压力1.0帕；·溅射放电气体氩气；·A点的磁通密度200G；·电离机构中的栅格电压50伏；·电离机构中的栅格电流20安；·电离机构中的浮置电源电压-40伏；
·向电极10供送的电压0伏(最大)，-60伏(最小)；·向电极10供送的电压频率500 KHz；·向电极10供送的电压占空比1∶100；·A点处的磁场强度150G。(对比用例1)除了将工艺气体导入装置5设置在电离机构6与衬底夹持装置8之间之外，在例11中的条件下，在一带有底部宽度为0.25微米、形状比为4的沟槽的样本衬底上形成薄膜。(对比用例2)除了利用单孔型结构的工艺气体导入装置5之外，在与例11中工况相同的条件下，在带有底部宽度为0.25微米、形状比为4的沟槽的样本衬底上形成薄膜。(对比用例3)除了将工艺气体导入装置5距磁场发生装置70的外周边10厘米处设置之外，在与对比用例2中工况相同的条件下，在一带有底部宽度为0.25微米，形状比为4的沟槽的样本衬底上形成薄膜。
在所述样本衬底的中部对底部覆盖率进行测定。表5示出了所测定的结果。
该结果表明如果如本例子中那样对工艺气体导入装置5进行设置，也就是说，构造如图6和9中所示那样的装置，并且使得该装置为带有多个孔的环形结构，那么与对比用例子相比，将可以提高底部覆盖率。当利用常规的低压远程溅射方法在带有底部宽度为0.25微米、形状比为4的沟槽的样本衬底上形成薄膜时，底部覆盖率为16％左右。这表明与常规的低压远程溅射方法相比，本例子提供了更高的底部覆盖率。(例12)在例11中的条件下，利用铜作为靶来形成薄膜。(对比用例子)在用于例子11的对比用例子1,2，和3中的条件下，利用铜作为阴极来形成薄膜。并在样本衬底的中部对底部覆盖率进行测定。表6示出了所测定的结果。
该结果表明如果如本例子中那样对工艺气体导入装置5进行设置并且使得该装置为一带有多个孔的环形结构，那么可以象例11中那样提高底部覆盖率。(例13)
在例11中的条件下，利用作为用于制取靶的三元合金TbFeCo，来形成薄膜。(对比用例子)在用于例11的对比用例子1,2,3中的条件下，利用作为制取阴极的三元合金TbFeCo来形成薄膜。并在样本衬底中部对底部覆盖率进行测定。表7示出了所测定的结果。
该结果表明如果如本例子中那样对工艺气体导入装置5进行设置并且使得该装置为带有多个孔的环形结构，那么可以象例11中那样提高底部覆盖率。该结果还表明了甚至用于磁光记载媒体的材料，譬如TbFeCo，也能够获得较高的底部覆盖率。(例14)在例11中的条件下，利用二氧化硅作为靶，并且利用RF电源作为溅射电源4来形成薄膜。并在样本衬底中部对底部覆盖率进行测定。表8示出了所测定的结果。
该结果表明，甚至当利用RF电源作为溅射电源时，通过如本例子中那样对工艺气体导入装置5进行设置，并且使得该装置为带有多个孔的环形结构，也能够象例11中那样提高底部覆盖率。(例15)图13是本发明中离子化薄膜形成装置的示意图。本例子适于能够使得通过将某种反应气体导入到腔室中来形成活性薄膜，其中所述腔室内安装有反应气体导入装置80。用于导入某种反应气体，譬如氮气的所述反应气体导入装置80，如同工艺气体导入装置5那样进行构造，并且被设置成能够将所述气体均匀地送向电离区域606。例如，对于用作保护薄膜的氮化硅和二氧化硅来说，分别导入氮气和氧气，而对于用作阻挡膜的氮化钛来说，则导入氮气。用于靶2的材料和导入反应气体导入装置80的反应气体类型，可以根据所需的活性薄膜而发生变化。所述反应气体也与电离区域606中的溅射微粒和工艺气体微粒一起被电离。
在本例子中，利用如上所述构造的离子化薄膜形成装置，在下述条件下利用5分钟在带有沟槽的硅衬底上和平整的衬底上形成活性薄膜(SiNx薄膜)，其中所述的沟槽底部宽度为0.25微米，形状比为4。并对所得到的底部覆盖率和衬底温度进行测定。为了生成电场9，所供送的脉冲波形的最大幅值电压为30伏，所供送的最大电压为0伏，500赫兹，并且占空比为1∶100。
·用于靶2的材料硅；·向靶2供送的功率300瓦；·溅射腔室中的压力1帕；·工艺气体氩气；·工艺气体的流速200 sccm；·反应气体氮气；·反应气体的流速60 sccm；·电离结构中的栅格电压50伏；·电离结构中的发射电流20安·电离结构中的电位控制电源浮置。(对比用例1)在例15中的条件下，通过以13.56兆赫的RF频率向电极10供送200瓦的能量来形成薄膜。并对底部覆盖率进行测定。(对比用例2)在例15中的条件下，不利用电离结构来形成薄膜。并对底部覆盖率进行测定。
表9示出了所测定的结果。它们表明与利用向电极10供送RF或者利用常规溅射方法形成的薄膜相比，本例子显著地提高了底部覆盖率。
上面的结论是由下述原因而得出的。如果反应气体的分子接近于衬底7，那么垂直入射到该衬底上的溅射微粒的量将会减少。这是因为在电场9的作用下朝衬底7垂直移动的一些电离溅射微粒会在与反应气体微粒碰撞时将会被反应气体微粒进行漫射。从而导致底部覆盖率降低。在另一方面，在本例子中，反应气体微粒也被电离并且沿电场9入射到衬底7上而形成活性薄膜，以便能够增大所述的底部覆盖率。常规低压远程溅射方法所提供的底部覆盖率为20％左右，但本例子则可提供40％左右显著增大的底部覆盖率。当将RF供送到电极10上时，衬底的温度达到200℃或者更高。相反，本例子则能够提供明显降低的衬底温度50℃。这大致与利用常规溅射方法形成薄膜情况下的衬底温度相同。该结果表明不仅可以在半导体衬底上而且能够在由低耐热性材料制成的衬底上形成淀积薄膜，譬如在由广泛用于制造只读光盘和磁光盘的树脂材料所制成的衬底。(例16)
在与例15中相同的条件下，当形成薄膜时，通过向电极供送最大供送电压被设定为0伏的正弦，矩形，三角形波以及偏置的正弦，矩形，脉冲和三角形波来生成电场9。所供送的矩形波为三种类型矩形波1,2,和3。矩形波1横跨基准电压而发生周期性变化，以便使得最大电压的供送时间与最小电压的供送时间大致相等。矩形波2为负值并且周期性变化，以便使得最大电压的供送时间与最低电压的供送时间相等。矩形波3则是能够使得最大电压的供送时间为最低电压的供送时间的1/100或者更短。在30伏的最大幅值电压和不同频率条件下来形成薄膜，并且对底部覆盖率和衬底温度进行测定。表10示出了所测定的结果。
任何波形和频率均可提供实际的底部覆盖率。尤其是，矩形波3和脉冲波可以形成令人满意的薄膜。并且矩形波3和脉冲波还能够将衬底温度控制在实用的范围内，尤其是在较高频率的条件下。(例17)在例17中的条件下，利用供送到电极10的0伏最大电压在500KHz和不同的最大幅值电压条件下形成薄膜。并对底部覆盖率和衬底温度进行测定。表11示出了所测定的结果。
任何波形均可在30伏至100伏的最大幅值电压条件下提供实际的底部覆盖率。尤其是，脉冲波和矩形波3在最大幅值电压为30至100伏的条件下能够带来显著的效果。该结果表明由于这些波形能够较其他波形在衬底温度上产生的升高较小，所以脉冲波和矩形波3可以用于由低耐热性材料所制成的衬底。(例18)图14是本例子中离子化薄膜形成装置的示意图。该薄膜形成装置为图1中所示的布局，并且带有设置在衬底7附近的辅助电极23。安装在衬底7背面上的电极10具有第一电压供送装置11和12，用于向电极10供送周期性变化的电压。该辅助电极23用于使得电场9在衬底7端部的分布与衬底中间部的分布相同。该辅助电极23适于使得由第二供送装置，即函数综合器21和能量放大器22，向该辅助电极供送与供送到电极10上的电压相同的电压。可以向辅助电极23供送负的直流电压。也可以利用直流电源来替代函数综合器21和能量放大器22。必需向辅助电极供送与供送到电极10上的电压相同的电压，例如，具有图3中所示波形的电压。利用图14中所示的装置，在下述条件下形成薄膜·靶尺寸直径为76.2毫米；
·电极10的尺寸直径为76.2毫米；·辅助电极的尺寸(衬底的表面尺寸)内径为86.2毫米，外径为96.2毫米；·电极10与辅助电极之间的间隙5毫米；·靶材料铝；·向靶供送的功率500瓦；·衬底尺寸直径为76.2毫米；·溅射腔室中的压力1.3帕；·放电气体氩气；·放电气体的流速200 sccm；·电离机构中的栅格电压50伏；·电离机构中的栅格电流20安(在薄膜形成过程中)；·电离机构中的浮置电源电压0伏；·供送到电极10上的电压0伏(最大)，-30伏(最小)；·供送到电极10上的电压频率500 KHz；·供送到电极10上的电压占空比1∶100；·供送到辅助电极23上的电压频率500 KHz；·供送到辅助电极23上的电压占空比1∶100。
在这些条件下，通过向辅助电极23供送不同大小的最大和最小电压V1和V2，来在带有沟槽的衬底上形成薄膜，其中所述沟槽的底部宽度为0.25微米，形状比为4。在衬底的中部和从衬底端部朝其中部距离3毫米处对底部覆盖率进行测定。表12中给出了所测定的结果。
为了比较起见，在前述条件下，利用辅助电极23在基准电压和浮置电压条件下形成薄膜。表12也给出了比较用样本中底部覆盖率的测定值。正如表12中所示，该结果表明本例子显著地提高了衬底7端部的底部覆盖率。例如，当辅助电极为基准电压时从衬底端部朝其中部距离3毫米处的底部覆盖率为8％，而当辅助电极为浮置电压时为20％。另一方面，当供送到辅助电极上的最大电压V1和最小电压V2分别被设定在-10伏至0伏和-60伏时，从衬底端部朝其中部距离3毫米处的底部覆盖率为40％左右，这与衬底中部的底部覆盖率相同。这个事实表明衬底的有效面积增大了。相应地，这也意味当制取下一代DRAM，磁畴壁移动类型的磁光记载媒体，等等时，可以在衬底的整个表面上形成较高的底部覆盖率。(例19)通过反应蚀刻，来在多个铝制样本衬底上形成底部宽度为0.5微米、形状比为4的沟槽。根据例18，利用二氧化硅作为靶材料并且利用RF作为溅射电源，通过向辅助电极23供送不同大小的最大电压V1和最小电压V2来在铝制样本衬底上形成二氧化硅薄膜。
根据例18，通过向辅助电极23供送不同大小的最大电压V1和最小电压V2，来在已经如前所述形成二氧化硅薄膜的铝制样本衬底上形成铝薄膜。从而在沟槽外侧分别得到20纳米和300纳米厚度的二氧化硅和铝薄膜。
在各个样本衬底的中部和从其端部朝其中部距离3毫米处的沟槽底部，对铝制衬底与形成于其上的铝薄膜之间的介电强度进行测定。表15示出了所测定的结果。
为了进行比较，表13中还示出了在前述条件下利用辅助电极在基准电压和浮置电压时所得到的介电强度测定结果。
正如表13中所示，该结果表明本例子显著地提高了衬底端部的介电强度。例如，当将-60伏的直流电压或者将最大电压V1为0至-10伏并且最小电压为-60伏的电压供送到辅助电极23上时，在衬底端部所形成的介电强度为13伏左右，其与衬底中部的介电强度相同。
在本例子中的条件下对薄膜进行形成的过程中，浮置电位如前所述那样位于0至10伏范围内。从本例子中的结果来看，通过将最大电压V1设定为由浮置电位减去10伏所得到的值，从而可以得到更适合的结果。(例20)图15是本例子中离子化薄膜形成装置的示意图。该装置具有图1中所示的布局，并且假定电极10大于衬底7。例如，当衬底7为圆盘形时，电极10也为比衬底直径更大的圆盘形。电极10延伸超出衬底7的端部。并由电极10的延伸突出部30来形成电场。该电场使得衬底7端部的电场与其表面相垂直，从而使得电场均匀地分布在衬底7的整个表面上。利用这样一个装置，在下述条件下形成薄膜·靶2所尺寸直径为76.2毫米；·靴2的材料铝；·向靶2供送的功率500瓦；
·溅射腔室中的压力1.3帕；·衬底7的尺寸直径为76.2毫米；·放电气体氩气；·放电气体流速200 sccm；·电离机构中的栅格电压50伏；·电离机构中的栅格电流20安(在薄膜形成过程中)；·电离机构中的浮置电源电压0伏·电极10的形状圆盘形·供送到电极10的电压0伏(最大)，-60伏(最小)；·供送到电极10的电压频率；500KHz；·供送到电极10的电压占空比1∶100。
在这些条件下，并且在由于电极10的形状(尺寸)不同而使得电极10的直径与衬底7的直径之比不同的条件下，在带有沟槽的衬底上形成薄膜，其中所述沟槽的底部宽度为0.25微米，形状比为4。在衬底中部和从衬底端部朝其中部距离3毫米处对底部覆盖率进行测定。如图16中所示，结果表明本例子显著地提高了衬底7端部的底部覆盖率。当电极10具有二倍于衬底7直径的直径时，在从衬底端部朝其中部距离3毫米处所得到的底部覆盖率为40％左右，其与衬底中部的底部覆盖率相同。
在本例子中的条件下形成薄膜的过程中，浮置电位如前所述那样位于0至10伏的范围内。从本例子中的结果来看，通过将最大电压V1设定为由浮置电位减去10伏所得到的值，从而可以得到较为适合的结果。(例21)在例20中的条件下。利用二氧化硅和铝作为靶材料，并且利用RF电源作为溅射电源。通过反应蚀刻，来在多个铝制样本衬底上形成底部宽度为0.5微米、形状比为4的沟槽。
在由于电极10直径的不同而使得电极10的直径与衬底7的直径之比不同的条件下，以二氧化硅薄膜和铝薄膜的顺序来对它们进行形成。在沟槽外侧的二氧化硅薄膜和铝薄膜分别为100纳米和300纳米。
在各个样本衬底中部和从衬底端部朝其中部距离3毫米处的沟槽底部上，对铝制衬底与形成于其上的铝层之间的介电强度进行测定。图17示出了所测定的结果。它们表明本例子能够显著地提高衬底7端部的介电强度。当电极10的直径为衬底7的直径或者其最长的对角线的二倍时，从衬底7端部朝其中部距离3毫米处所得到的介电强度为13伏左右。(例22)图18是本例子中离子化薄膜形成装置的示意图。该装置具有图1中所示的布局，并且使得该电离机构6带有热屏蔽机构608。图19A和19B是电离机构6的结构示意图。图19A和19B分别是该电离机构6的顶视图和侧视图。该电离机构6和栅格602适于从丝极直流电源603向丝极601供送电流以对其进行加热，从而使得所述丝极发射出热电子，其中电离机构6中带有相互平行并串联的丝极601。栅格602具有平面栅格结构。该装置适于通过从栅格直流电源604向栅格602供送正电压来使得热电子从丝极601朝栅格602加速前移。该电离机构6的周边被屏蔽面板608和侧板罩住，从而将丝极601和栅格602包覆其内。该屏蔽面板608被设置成既能够使得其不会阻断溅射微粒从靶2向衬底7的移动轨迹，而且又能够使得从丝极601和栅格602辐射出的热量不会直接到达衬底7。带有水冷却装置609的屏蔽面板608，被构造成用于防止由于辐射热量和射入电子而造成温度急剧升高，并且还用于防止热量辐射到周围的环境中。栅格602和丝极601一侧的电位与外壳的电位相同。该外壳被正常浮置。但是，为了防止电子发生漫射，可以利用电位控制直流电源605来向外壳供送正的直流电压。前述薄膜形成装置用于在下述条件下形成薄膜·用于靶2的材料铝；·向靶2供送的功率500瓦；·溅射腔室中的压力1.33帕；·工艺气体氩气；·工艺气体流速200 sccm；·电离机构中的栅格电压100伏；·电离机构中的电位控制电源电压浮置；·供送到电极10的交流电压频率100 KHz。
图20示出了当将屏蔽面板608从该电离机构6中去除，和当在该机构中安装不被水冷却的屏蔽面板时所观察到的薄膜形成时间与衬底温度之间的关系。在本例子中，其用于研究衬底温度如何根据是否安装屏蔽面板608而发生变化。
如图20中所示，当屏蔽面板被去除时，随着薄膜形成时间的增加衬底的温度也发生升高，以致于当薄膜形成时间超过10分钟时衬底温度达到200℃。虽然当安装没有水冷作用的屏蔽面板时衬底温度也随薄膜形成时间的增加而升高，但是温度升高得比较小，并且薄膜形成时间超过10分钟后衬底温度将不再升高。另外，衬底温度仅能够达到50℃。正如前面所述，安装屏蔽面板将能够明显减少衬底温度的升高。该研究表明本例子允许通过高频等离子体辅助溅射工艺来在低耐热性的衬底上形成薄膜，并且本例子可以真正实际地应用到低耐热性的衬底上。(例23)在本例子中，其用于研究衬底温度是如何根据安装在电离机构中的屏蔽面板是否进行水冷却而变化的。图20示出了当屏蔽面板被水冷却和当其不被水冷却时所观察到的薄膜形成时间与衬底温度之间的关系。当该屏蔽面板经过水冷却时的衬底温度比其不被水冷却时的衬底温度要低。另外，当屏蔽面板被水冷却时，在薄膜形成时间超过10分钟后衬底温度不再升高。这意味着水冷却屏蔽面板能够使得衬底温度的升高进一步减少。因而发现，与例22相比，水冷却的屏蔽面板能够允许在具有更低耐热性的衬底上形成薄膜。(例24)在例22中的条件下，在三种带有形状比为4的沟槽的衬底上形成薄膜。在安装有屏蔽面板和没有安装屏蔽面板的情况下对底部覆盖率进行测定。图21示出了所测定的结果。它们表明在本例子中可以在具有低耐热性的衬底上形成较高底部覆盖率的薄膜。例如，当没有安装屏蔽面板而在其上形成薄膜时，特氟隆(Teflon)和聚碳酸酯(polycarbonate)衬底将会变形或灼烧。但另一方面，通过安装水冷却屏蔽面板，衬底将不会变形，并且可以得到较高的底部覆盖率。在本例子中，由于在电离机构6与衬底7之间设置屏蔽面板608作为包覆电离机构6的外壳，所以从电离机构6中的丝极601和栅格602朝衬底7辐射的热量将会被阻止，从而使得衬底7上的温度升高最小化。因而，可以得到较高的底部覆盖率，以便在具有低耐热性的衬底上可靠地形成薄膜，但是在其上却不能够利用高频等离子体辅助电离溅射工艺来形成薄膜。相应地，这意味着当制取下一代DRAM，磁畴壁移动类型的磁光盘或者类似物时，经过电离的微粒会在具有较高形状比的沟槽或孔中淀积以形成具有较高底部覆盖率的薄膜。(例25)图22示出了本例子中离子化薄膜形成装置的结构。该装置具有图l中所示的布局，并且还带有磁场发生装置7，反应气体导入装置80，辅助电极23，以及用于电离装置6的热屏蔽元件608。利用该装置，在日本专利申请No.6-290496中公开的磁畴壁移动型记载媒体上来形成薄膜。磁性复合层至少由三层组成，也就是说，由用于记载的第一，第二和第三层组成。该第一磁性层由具有室温下低于第三磁性层的磁壁矫顽力的磁性薄膜制成，该第二磁性层由具有低于第一和第三磁性层的居里温度(Curie point)的磁性薄膜制成，而第三磁性层由竖直磁性薄膜(Vertical magnetic film)制成。该装置带有GdFeCoCr,TbFeCr，和TbFeCoCr合金靶，分别用于形成第一，第二和第三磁性层，并且带有一个硅靶，用于形成被用作干涉层和保护层的氮化硅薄膜。图23示出了用于本例子中的衬底外形。该衬底如下所述而得以形成。沟槽之间的间隔和它们的深度分别为1.0微米和0.2微米。在沟槽之间的纹间表面和沟槽底部上带有平行于衬底表面的0.43微米宽的平整表面。纹间表面与沟槽之间的斜面相对于直径为86毫米的衬底表面大约倾斜70％。在下面给定的条件下，在如前所述所形成的衬底上连续地形成薄膜，以便真空状态不会丧失。
·靶尺寸直径为127毫米，厚度为3毫米；·向靶2供送的功率500瓦；·靶与衬底之间的距离155毫米；·衬底尺寸直径为2英寸(50.8毫米)；·薄膜厚度200纳米；·溅射腔室中的压力1至2.5帕；·溅射放电气体氩气；·反应气体氮气(在SiNx薄膜形成过程中)；·电离机构中的栅格电压30伏；·电离机构中的栅格电流20安；·电离机构中的浮置电源电压-30伏；·供送到电极10的电压0伏(最大)，-30伏(最小)；·供送到电极10的电压频率500 KHz；·供送到电极10的电压占空比1∶100；
A点处的磁通密度150G。
薄膜的结构和厚度如下所述衬底/SiNx,90纳米/GdFeCoCr,30纳米/TbFeCr,10纳米/TbFeCoCr,80纳米/SiNx,80纳米；衬底/干涉层/第一磁性层/第二磁性层/第三磁性层/保护层上面给出的厚度是在纹间表面上所测定到的值。通过在靶上设置2毫米见方的芯片，来对Co和Cr的量进行调整以便使得各个磁性层的结构近似于补偿结构。第一，第二和第三磁性层的居里温度被分别设定为210℃,120℃和290℃左右。工作压力被调节到最适于各个层。通过导入氮气，利用硅衬底来形成用作干涉和保护层的SiNx薄膜。为了对所制取的衬底进行防护，利用UV固化树脂对其进行包覆。(对比用例子)当电离机构6不工作时，除了溅射压力和阴极与衬底之间的距离被设定为0.3帕和180毫米之外，利用常规磁控溅射方法在例26中的条件下形成薄膜。将利用这种方式制取的样本安置在带有能够产生680纳米波长激光光头和带有NA 0.55物镜的驱动装置中。使得该样本以7.5赫兹的频率转动，来观测半径为31至33毫米处的记录性能。当利用固态磁头将磁场调制到7.5MHz时，通过利用直流激光束对纹间表面和沟槽进行辐射来在标记长度中重复进行0.1微米图谱的磁场调制记录。对所记录的这些信号在2.5毫瓦的还原功率下进行还原，用于与所述样本进行记录功率上的C/N比值进行比较。利用普通的单束光系统进行评估。通过还原光束的加热，形成温度差来移动磁畴壁。图24示出了所测定的结果。在本例子中，与对比用例子中的样本相比，当用于纹间表面和沟槽的录制功率为4毫瓦或更大时，C/N比率增大了5dB或者更多。另外，如果以预定的或者较大的记录功率来利用光束在磁轨道和斜面的端部上形成被加热区域，那么淀积在所述斜面上的薄膜量将非常少，以致于可以忽略磁场合成，并且在磁畴的侧壁上也不会形成磁畴壁。从而记录标记可以被制成磁畴，使得记录轨道中的前磁畴壁与后磁畴壁大体分开。正因为如此，可以利用温度差来使得记录轨道中的磁畴壁沿轨道方向稳定地移动。另一方面，在对比用例子中，如果在记录轨道和斜面的端部上形成被加热区域，那么由于磁畴壁也会形成在斜面上所以在磁畴的侧面上也会存在磁畴壁。从而记录际记被制成紧凑的磁畴，其中经磁畴侧面上的磁畴壁使得记录轨道中的前磁畴壁与后磁畴壁组合在一起。正因为如此，当利用温度差使得记录轨道中的磁畴壁沿该轨道方向发生移动时，依照磁畴壁是否在磁畴延伸或裁切的方向发生移动而使得磁畴壁的移动幅度不一致。因而，磁畴壁将不可能稳定移动，从而增大了噪音，并且C/N比值降低。根据本例子中的另外一种模式，如图25中所示，可以利用电极10的延伸部替代辅助电极23而设置在该装置中，从而得到具有相同性能的记录媒体。
如前所述，本发明能够在可靠地抑制衬底温度升高的同时，在带有较高形状比的沟槽(包括连续的凹槽和独立的凹槽，譬如孔)的衬底上以较高的底部覆盖率形成薄膜。
由于本发明能够使得反应气体微粒垂直入射到衬底上，所以本发明还能够淀积纵向生长较好的活性薄膜。本发明还可以提供一种薄膜形成方法与一种薄膜形成装置，它们最好被用于磁畴壁移动类型的记录媒体和类似物，并且在所述记录媒体和类似物中纹间表面与沟槽之间的斜面不同于其他纹间表面与沟槽之间的斜面。
表1衬底温度
表2底部覆盖率
表3介电强度
表4底部覆盖率
表5
表6
表7
表8
表9
表10 说明衬底温度是指树脂衬底的温度表11 说明衬底温度是指树脂衬底的温度表12底部覆盖率(％)
表13介电强度(伏)
权利要求
1．通过溅射形成淀积薄膜的方法，包括下述步骤对溅射微粒进行电离；向衬底附近的电极供送周期性变化的电压；其中等于或大于该周期性变化电压的最大与最小值之间的中间值的电压的供送时间比等于或小于该中间值的电压的供送时间要短。
2．根据权利要求1中所述的方法，其特征是该周期性变化电压中的最大值足能够防止衬底被充电，而该周期性变化电压的最小值又足能够将所述微粒导向所述衬底。
3．根据权利要求1中所述的方法，其特征是该周期性变化电压的最大值的范围为-20伏至0伏。
4．根据权利要求1中所述的方法，其特征是向设置在衬底附近的电极所供送的周期性变化的电压的幅值范围为0至-100伏。
5．根据权利要求1中所述的方法，其特征是供送到所述电极的电压以100千赫兹或者更高的频率进行周期性变化。
6．根据权利要求1中所述的方法，其特征是供送到所述电极的电压具有矩形波形，并且最大电压的供送时间与最小电压的供送时间之比为1/50或者更小。
7．根据权利要求1中所述的方法，其特征是所述的电离借助于热阴极型来实现。
8．根据权利要求1中所述的方法，还包括有在用于进行电离的电离区域附近生成磁场的步骤。
9．根据权利要求7中所述的方法，其特征是在电离区域所产生的热电子被所述磁场导向靶。
10．根据权利要求8中所述的方法，其特征是磁场方向至少包括沿连接靶与衬底的直线方向的分量。
11．根据权利要求1中所述的方法，还包括有在电离区域对反应气体微粒进行电离的步骤。
12．根据权利要求1中所述的方法，还包括有向设置在衬底附近的辅助电极供送电压的步骤，该电压与供送到衬底附近电极上的电压相同或者为负的恒定电压。
13．根据权利要求12中所述的方法，其特征是供送到所述衬底附近的电极与辅助电极上的电压范围为0至-100伏。
14．根据权利要求12中所述的方法，其特征是供送到所述衬底附近的电极与辅助电极上的电压以100千赫兹或者更高的频率进行周期性变化。
15．根据权利要求12中所述的方法，其特征是供送到所述衬底附近的电极与辅助电极上的电压具有矩形波形，并且最大电压的供送时间与最小电压的供送时间之比为1/50或者更小。
16．根据权利要求12中所述的方法，其特征是所述电离借助于热阴极型来实现。
17．根据权利要求1中所述的方法，其特征是所述衬底附近的电极在该衬底的周边上具有延伸突出部。
18．根据权利要求17中所述的方法，其特征是供送到所述衬底附近电板上的电压范围为0至-100伏。
19．根据权利要求17中所述的方法，其特征是供送到所述衬底附近电极上的电压以100千赫兹或者更高的频率进行周期性变化。
20．根据权利要求17中所述的方法，其特征是供送到电极上的电压具有矩形波形，并且最小电压的供送时间与最大电压的供送时间之比为1/50或者更小。
21．根据权利要求17中所述的方法，其特征是所述电离借助于热阴极型来实现。
22．根据权利要求1中所述的方法，还包括有对电离过程中所产生的朝衬底辐射的热量进行屏蔽的步骤。
23．根据权利要求22中所述的方法，其特征是对热辐射的屏蔽是由屏蔽结构元件来实现的。
24．根据权利要求22中所述的方法，其特征是对热辐射的屏蔽是在电离微粒运动路径之外的区域内进行的。
25．根据权利要求23中所述的方法，还包括有对所述屏蔽结构元件进行冷却的步骤。
26．根据权利要求23中所述的方法，还包括有向所述屏蔽结构元件供送预定电压的步骤。
27．通过溅射形成淀积薄膜的方法，包括如下步骤对溅射微粒进行电离；向衬底附近的电极供送周期性变化的电压；其中该周期性变化的电压的最大值等于或者高于浮置电位减去10伏所得到的值。
28．通过溅射形成淀积薄膜的方法，包括如下步骤对溅射微粒进行电离；向衬底附近的电极供送周期性变化的电压；其中该周期性变化的电压的最大值接近于浮置电位。
29．通过将溅射微粒导向衬底形成淀积薄膜的电离溅射装置，包括带有抽气系统的溅射腔室；将工艺气体导入该溅射腔室的气体导入装置；设置在该溅射腔室中的靶；设置在靶与衬底之间的电离装置；设置在衬底附近的电极；用于向所述电极供送周期性变化的电压的电压供送装置，以便等于或高于该周期性变化电压的最大与最小值之间的中间值的电压的供送时间比等于或者低于该中间值的电压的供送时间要短。
30．根据权利要求29中所述的装置，其特征是所述电离装置为热阴极型。
31．根据权利要求30中所述的装置，还包括有设置在所述电离装置附近的磁场发生装置。
32．根据权利要求31中所述的装置，其特征是由所述磁场所形成的磁力线方向至少包括连接靶与衬底的直线方向的分量。
33．根据权利要求31中所述的装置，其特征是该磁场发生装置包括设置在靶与电离装置之间的第一磁体；相对于所述靶位于所述衬底对面的第二磁体。
34．根据权利要求33中所述的装置，还包括有由被导向靶一侧的电子来激发从气体导入装置导入的工艺气体的装置。
35．根据权利要求31中所述的装置，其特征是从所述靶的中心朝所述衬底方向30毫米处的磁通密度范围为150至300G。
36．根据权利要求29中所述的装置，还包括环绕所述衬底设置的辅助电极。
37．根据权利要求36中所述的装置，还包括用于向所述衬底附近的电极供送周期性变化的电压的第一电压供送装置，使得等于或者高于该周期性变化的电压的最大与最小值之间的中间值的电压的供送时间比等于或者低于该中间值的电压的供送时间要短；第二电压供送装置，用于向所述辅助电极供送等于供送到衬底附近电极上的电压或者负的恒定电压。
38．根据权利要求36中所述的装置，其特征是所述电离装置为热阴极型。
39．根据权利要求29中所述的装置，其特征是所述衬底附近的电极在衬底周边带有延伸突出部。
40．根据权利要求39中所述的装置，其特征是所述电离装置为热阴极型。
41．根据权利要求29中所述的装置，还包括有热屏蔽结构，用于防止薄膜形成过程中的热辐射直接到达所述衬底。
42．根据权利要求41中所述的装置，其特征是所述电离装置为热阴极型。
43．根据权利要求41中所述的装置，其特征是所述热屏蔽结构设置在所述电离装置与衬底之间。
44．根据权利要求43中所述的装置，其特征是所述热屏蔽结构被设置成使得所述已电离微粒从所述靶到所述衬底的运动路径不受干扰。
45．根据权利要求41中所述的装置，还包括用于冷却所述屏蔽结构的冷却装置。
46．根据权利要求45中所述的装置，其特征是所述冷却装置为水冷却型。
47．根据权利要求31中所述的装置，其特征是所述气体导入装置设置在所述靶与磁场施加装置之间或者所述磁场施加装置与电离装置之间。
48．根据权利要求29中所述的装置，其特征是所述气体导入装置为带有设置在其中部侧面上的多个出气口的圆柱形管道，并且所述气体导入装置被设置成环绕由电离装置所形成的电离区域的中央。
全文摘要
本发明提供了一种薄膜形成方法,其包括对溅射微粒进行电离和向衬底附近的电极供送周期性变化的电压的步骤,其中等于或者高于该周期性变化的电压的最大与最小值之间的中间值的电压的供送时间比等于或者低于该中间值的电压的供送时间要短,并且还提供了用于执行前述方法的薄膜形成装置。
文档编号H01J37/34GK1303953SQ00137610
公开日2001年7月18日 申请日期2000年11月30日 优先权日1999年11月30日
发明者山口裕人, 金井正博, 小池淳, 大矢克典 申请人:佳能株式会社