JPH02259062A - 酸化物薄膜の製造方法 - Google Patents
酸化物薄膜の製造方法Info
- Publication number
- JPH02259062A JPH02259062A JP1083467A JP8346789A JPH02259062A JP H02259062 A JPH02259062 A JP H02259062A JP 1083467 A JP1083467 A JP 1083467A JP 8346789 A JP8346789 A JP 8346789A JP H02259062 A JPH02259062 A JP H02259062A
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- JP
- Japan
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- gas
- sputtering
- substrate
- thin film
- oxide thin
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は酸化物薄膜の製造方法に関する。
従来の技術
従来、低い基板温度での結晶質の酸化物薄膜のスパッタ
リングによる堆積技術は酸化剤としての導入ガスにＮ
ａ Ｏガスを用いていた。例えば、特開昭５８−２１２
００９号公報に示されているようにＩｎを酸化して得ら
れる透明導電膜の低温堆積にはＡｒガスと酸化剤のＮｓ
Ｏガスとの混合ガスをスパッタガスとして用いている。
リングによる堆積技術は酸化剤としての導入ガスにＮ
ａ Ｏガスを用いていた。例えば、特開昭５８−２１２
００９号公報に示されているようにＩｎを酸化して得ら
れる透明導電膜の低温堆積にはＡｒガスと酸化剤のＮｓ
Ｏガスとの混合ガスをスパッタガスとして用いている。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、上述の方法ではＮ２０ガスが高価であり
、笑気ガスとも呼ばれて人体に対する毒性がある。また
、Ｎ２ｏガスは常温での蒸気圧が５゜ａｔｍ程度と低い
のでガスボンベから減圧弁を用いて取り出すのに圧力変
動があり、その流量を一定に調節してスパッタ装置に導
入するのが困難である。
、笑気ガスとも呼ばれて人体に対する毒性がある。また
、Ｎ２ｏガスは常温での蒸気圧が５゜ａｔｍ程度と低い
のでガスボンベから減圧弁を用いて取り出すのに圧力変
動があり、その流量を一定に調節してスパッタ装置に導
入するのが困難である。
そのため、スパッタ放電が安定せず再現性の高い高品質
な膜質の制御はできないという問題点かある。
な膜質の制御はできないという問題点かある。
本発明は、上記の問題点を解決し、安価で安全性の高い
スパッタガスのみを用いて結晶性等の膜質の良い酸化物
薄膜を低温で得ることを目的としている。
スパッタガスのみを用いて結晶性等の膜質の良い酸化物
薄膜を低温で得ることを目的としている。
課題を解決するための手段
上記問題点を解決するために、本発明はスパッタリング
にて基板上に結晶質の酸化物皮膜を堆積するときに、ス
パッタガスとして少なくとも０２ガスとＮ２ガスを導入
し、前記０２ガスとＮ２ガスのガス流量混合比が約１対
２であることを特徴とする酸化物薄膜の製造方法を提供
するものである。
にて基板上に結晶質の酸化物皮膜を堆積するときに、ス
パッタガスとして少なくとも０２ガスとＮ２ガスを導入
し、前記０２ガスとＮ２ガスのガス流量混合比が約１対
２であることを特徴とする酸化物薄膜の製造方法を提供
するものである。
作用
上述の手段を用いることによって生ずる本発明の作用は
次のようなものである。酸化剤として導入された０２ガ
スがスパッタ放電中にＮ２ガスにより励起され、そのガ
ス流量混合比もＮ ２０ガスと同じＯ対Ｎ＝１対２なの
でＮ ｐ Ｏガスのプラズマ状態と似たようになり、反
応性に富む原子状酸素を生成し易くなったと考えられる
。そのため、スパッタされた金属原子との酸化反応が低
い基板温度でも速やかに秩序正しく行われる。
次のようなものである。酸化剤として導入された０２ガ
スがスパッタ放電中にＮ２ガスにより励起され、そのガ
ス流量混合比もＮ ２０ガスと同じＯ対Ｎ＝１対２なの
でＮ ｐ Ｏガスのプラズマ状態と似たようになり、反
応性に富む原子状酸素を生成し易くなったと考えられる
。そのため、スパッタされた金属原子との酸化反応が低
い基板温度でも速やかに秩序正しく行われる。
実施例
以下、本発明の実施例について、その製造方法を説明す
る。
る。
用いたスパッタリング装置は第１図に示す様な通常の直
流マグネトロンスパッタ装置である。この装置は真空容
器１の内部にターゲット２、マグネット３とシールド４
より構成される陰極と、基板５を取り付けて基板温度の
制御を行う基板ホールダ−６より構成される陽極とを設
けている。前記真空容器１にガス導入ロアより導入ガス
をそのガス流量を調節して導入し、真空排気系でガス圧
力を制御し、高圧電源８により前記電極間に直流電圧を
印加することによりスパッタ放電を行うものである。
流マグネトロンスパッタ装置である。この装置は真空容
器１の内部にターゲット２、マグネット３とシールド４
より構成される陰極と、基板５を取り付けて基板温度の
制御を行う基板ホールダ−６より構成される陽極とを設
けている。前記真空容器１にガス導入ロアより導入ガス
をそのガス流量を調節して導入し、真空排気系でガス圧
力を制御し、高圧電源８により前記電極間に直流電圧を
印加することによりスパッタ放電を行うものである。
一例として弾性表面波デバイス等に用いられているＺｎ
Ｏ薄膜の堆積方法について述べる。このＺｎＯ膜はガラ
ス基板上に結晶性が良くｃ軸配向した膜が求められてい
る。実験はターゲット２に直径４インチのＺｎ金属ター
ゲットを用い、直径３インチのガラス基板５上に反応性
スパッタリング法により堆積する方法について実施した
。基板５とターゲット２との間の距離は４０ｍｍである
。まず、スパッタガスは比較のためにＮ２０ガスのみを
ガス流量１１０８ＣＣで導入した場合と比較した。
Ｏ薄膜の堆積方法について述べる。このＺｎＯ膜はガラ
ス基板上に結晶性が良くｃ軸配向した膜が求められてい
る。実験はターゲット２に直径４インチのＺｎ金属ター
ゲットを用い、直径３インチのガラス基板５上に反応性
スパッタリング法により堆積する方法について実施した
。基板５とターゲット２との間の距離は４０ｍｍである
。まず、スパッタガスは比較のためにＮ２０ガスのみを
ガス流量１１０８ＣＣで導入した場合と比較した。
それに対して本発明による０２ガスとＮ２ガスのガス流
量はＮ２０ガスと同じ原子数比で同等の原子数が導入で
きるようにするために１対２で、各々１１０５ＣＣと５
ＳＣＣＭにして実施した。真空容器１内のガス圧力は５
ｍｍＴｏｒｒに保持した。そして、放電電流３００
ｍＡ１ 印加電圧３００〜５００Ｖ１ 基板温度〜
５００℃でスパッタリングを１時間行いガラス基板上に
ＺｎＯ薄膜を堆積した。堆積中にスパッタ放電をプラズ
マ発光分光法で比較したら同じであったが、Ｎ２０ガス
を用いた場合は減圧弁でのガス圧力の変動があり放電は
安定していなかった。堆積速度は両方とも１．７μｍ／
ｈｒで同じであったが、そのバッチ間の再現性は本発明
の方が良かった。堆積したＺｎＯ薄膜の結晶性と配向性
はＸ線回折で評価した。第２図及び第３図は各々ＺｎＯ
薄膜の（００２）のＸ線回折の半値幅と前記ＺｎＯ薄膜
の（００２）のロッキング曲線の標準偏差角との基板温
度依存性を本発明のＯＱガスとＮ２ガスとを用いた場合
の結果を示したものである。従来のＮ ｐ Ｏガスを用
いた場合と同様な結果が得られた。はとんど基板温度の
依存性がなく、１００℃の低温でも結晶性が良く、配向
性も（００２）だけのＣ軸の単一配向であった。また、
本発明の方が高抵抗で透明な膜が得られ酸素欠損も少な
かった。それは放電が安定していたことによると考えら
れる。さらに、Ｚｎは窒化物を作らず、ＺｎＯ膜中への
窒素の取り込みはオージェ分光で測定したが観測されな
かったので原子数の割合で数％以下であった。これは他
の金属酸化物にも言えることで原子状酸素による酸化反
応速度が速いために窒素の取り込みが少なく１０％以下
であった。
量はＮ２０ガスと同じ原子数比で同等の原子数が導入で
きるようにするために１対２で、各々１１０５ＣＣと５
ＳＣＣＭにして実施した。真空容器１内のガス圧力は５
ｍｍＴｏｒｒに保持した。そして、放電電流３００
ｍＡ１ 印加電圧３００〜５００Ｖ１ 基板温度〜
５００℃でスパッタリングを１時間行いガラス基板上に
ＺｎＯ薄膜を堆積した。堆積中にスパッタ放電をプラズ
マ発光分光法で比較したら同じであったが、Ｎ２０ガス
を用いた場合は減圧弁でのガス圧力の変動があり放電は
安定していなかった。堆積速度は両方とも１．７μｍ／
ｈｒで同じであったが、そのバッチ間の再現性は本発明
の方が良かった。堆積したＺｎＯ薄膜の結晶性と配向性
はＸ線回折で評価した。第２図及び第３図は各々ＺｎＯ
薄膜の（００２）のＸ線回折の半値幅と前記ＺｎＯ薄膜
の（００２）のロッキング曲線の標準偏差角との基板温
度依存性を本発明のＯＱガスとＮ２ガスとを用いた場合
の結果を示したものである。従来のＮ ｐ Ｏガスを用
いた場合と同様な結果が得られた。はとんど基板温度の
依存性がなく、１００℃の低温でも結晶性が良く、配向
性も（００２）だけのＣ軸の単一配向であった。また、
本発明の方が高抵抗で透明な膜が得られ酸素欠損も少な
かった。それは放電が安定していたことによると考えら
れる。さらに、Ｚｎは窒化物を作らず、ＺｎＯ膜中への
窒素の取り込みはオージェ分光で測定したが観測されな
かったので原子数の割合で数％以下であった。これは他
の金属酸化物にも言えることで原子状酸素による酸化反
応速度が速いために窒素の取り込みが少なく１０％以下
であった。
その結果、スパッタガスに０２ガスとＮ２ガスとを１対
２の混合比で用いたことにより、安価で安全性の高いガ
スのみにより、３００℃以下の低温でも結晶性等の良好
な高品質なＺｎＯ膜が形成できるようになった。また、
０２ガスとＮ２ガスとのガス流量混合比を１対１〜１対
３の範囲で変えて実施した場合も同等の効果があり、特
に約１対２の場合が顕著であった。さらに、原子状酸素
による速い酸化反応であるので、堆積速度の速い金属タ
ーゲットを用いた反応性直流スパッタリングに対する効
果が一番大きかった。
２の混合比で用いたことにより、安価で安全性の高いガ
スのみにより、３００℃以下の低温でも結晶性等の良好
な高品質なＺｎＯ膜が形成できるようになった。また、
０２ガスとＮ２ガスとのガス流量混合比を１対１〜１対
３の範囲で変えて実施した場合も同等の効果があり、特
に約１対２の場合が顕著であった。さらに、原子状酸素
による速い酸化反応であるので、堆積速度の速い金属タ
ーゲットを用いた反応性直流スパッタリングに対する効
果が一番大きかった。
また、本実施例と同様にして基板温度１００℃以下で膜
厚２０μｍ堆積したＺｎＯ膜上にＡＩで櫛形電極を形成
してテレビの映像中間周波数用の弾性表面波フィルター
を作製し良好な特性を得た。
厚２０μｍ堆積したＺｎＯ膜上にＡＩで櫛形電極を形成
してテレビの映像中間周波数用の弾性表面波フィルター
を作製し良好な特性を得た。
なお、本発明は、ｚｎＯ膜以外の酸化物薄膜の形成にも
適用可能である。
適用可能である。
発明の効果
本発明の効果は次のようなものである。
スパッタガスに０２ガスとＮ２ガスとを約１対２の混合
比で用いたことにより、安価で安全性の高いガスのみに
より、３００℃以下の低温でも結晶性等の良好な高品質
な酸化物薄膜（ＺｎＯ膜等）が形成できるようになった
。その酸化物薄膜は窒素を含有してなく、窒素による悪
影響はなかった。そして、安価な金属ターゲットを使用
でき、堆積速度の速い反応性スパッタリング法で高品質
な酸化物薄膜が形成できた。さらに、反応性直流スパッ
タリングも可能なので制御の容易な直流電源を使用でき
酸化物薄膜の製造が容易になった。特にＺｎＯ薄膜では
金属ターゲットを用いた反応性直流スパッタリングで弾
性表面波フィルター等のデバイス応用できる膜が低温高
速堆積できた。また、本発明の効果は実施例で述べたＺ
ｎＯ薄膜だけに限らず他の酸化物薄膜（Ｉｎ２０ａ等の
透明導電膜、ＴａＯ等の絶縁体膜、酸化物高温超電導体
、フェライト等）にも適用できるのは言うまでもない。
比で用いたことにより、安価で安全性の高いガスのみに
より、３００℃以下の低温でも結晶性等の良好な高品質
な酸化物薄膜（ＺｎＯ膜等）が形成できるようになった
。その酸化物薄膜は窒素を含有してなく、窒素による悪
影響はなかった。そして、安価な金属ターゲットを使用
でき、堆積速度の速い反応性スパッタリング法で高品質
な酸化物薄膜が形成できた。さらに、反応性直流スパッ
タリングも可能なので制御の容易な直流電源を使用でき
酸化物薄膜の製造が容易になった。特にＺｎＯ薄膜では
金属ターゲットを用いた反応性直流スパッタリングで弾
性表面波フィルター等のデバイス応用できる膜が低温高
速堆積できた。また、本発明の効果は実施例で述べたＺ
ｎＯ薄膜だけに限らず他の酸化物薄膜（Ｉｎ２０ａ等の
透明導電膜、ＴａＯ等の絶縁体膜、酸化物高温超電導体
、フェライト等）にも適用できるのは言うまでもない。
さらに、ターゲットに酸化物を用いた場合にも同様な効
果があるものと考えられる。
果があるものと考えられる。
第１図は本発明の実施例で用いた直流マグネトロンスパ
ッタ装置の断面構成図、第２図は本発明の実施例のＺｎ
Ｏ薄膜の（００２）のＸ線回折の半値幅の基板温度依存
性を示す特性曲線図、第３図は本発明の実施例のＺｎＯ
薄膜の（００２）のＸ線ロッキングカーブの標準偏差角
の基板温度依存性を示す特性曲線図である。 １・・・・真空容器、２・・・・ターゲット、５・・・
・基板、６・・・・基板ホールダ−７・・・・ガス導入
孔、８・・・・高圧電源。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名区・ Ｃ１ ｉｌふ ｗ！＃ 丈 Ｑフ 城 （翠） 留 醤 事 船
ッタ装置の断面構成図、第２図は本発明の実施例のＺｎ
Ｏ薄膜の（００２）のＸ線回折の半値幅の基板温度依存
性を示す特性曲線図、第３図は本発明の実施例のＺｎＯ
薄膜の（００２）のＸ線ロッキングカーブの標準偏差角
の基板温度依存性を示す特性曲線図である。 １・・・・真空容器、２・・・・ターゲット、５・・・
・基板、６・・・・基板ホールダ−７・・・・ガス導入
孔、８・・・・高圧電源。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名区・ Ｃ１ ｉｌふ ｗ！＃ 丈 Ｑフ 城 （翠） 留 醤 事 船
Claims (6)
- （１）スパッタリングにて基板上に結晶質の酸化物薄膜
を堆積するときに、スパッタガスとして少なくともＯ＿
２ガスとＮ＿２ガスを導入し、前記Ｏ＿２ガスとＮ＿２
ガスのガス流量混合比が約１対２であることを特徴とす
る酸化物薄膜の製造方法。 - （２）スパッタリングが金属ターゲットを用いた反応性
スパッタリングであることを特徴とする請求項１に記載
の酸化物薄膜の製造方法。 - （３）酸化物薄膜がＺｎＯ薄膜であることを特徴とする
請求項１もしくは２に記載の酸化物薄膜の製造方法。 - （４）スパッタリングが反応性直流スパッタリングであ
ることを特徴とする請求項１、２もしくは３に記載の酸
化物薄膜の製造方法。 - （５）金属ターゲットを用いた反応性スパッタリングに
て基板上に結晶質の酸化物薄膜を堆積するときに、スパ
ッタガスとして少なくともＯ＿２ガスとＮ＿２ガスを導
入し、前記Ｏ＿２ガスとＮ＿２ガスのガス流量混合比が
１対１〜１対３であることを特徴とする酸化物薄膜の製
造方法。 - （６）酸化物薄膜の窒素含有量が１０％以下であること
を特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の酸化物
薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1083467A JPH02259062A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 酸化物薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1083467A JPH02259062A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 酸化物薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02259062A true JPH02259062A (ja) | 1990-10-19 |
Family
ID=13803274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1083467A Pending JPH02259062A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 酸化物薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02259062A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002097038A (ja) * | 2000-07-21 | 2002-04-02 | Asahi Glass Co Ltd | 酸窒化スズ膜付き基体とその製造方法 |
| JP2002129315A (ja) * | 2000-10-23 | 2002-05-09 | Ulvac Japan Ltd | 薄膜作製方法及びその装置 |
| JP2010123516A (ja) * | 2008-11-21 | 2010-06-03 | Fujikura Ltd | 酸化物超電導導体用基材の製造方法と酸化物超電導導体の製造方法及び酸化物超電導導体用キャップ層の形成装置 |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP1083467A patent/JPH02259062A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002097038A (ja) * | 2000-07-21 | 2002-04-02 | Asahi Glass Co Ltd | 酸窒化スズ膜付き基体とその製造方法 |
| JP2002129315A (ja) * | 2000-10-23 | 2002-05-09 | Ulvac Japan Ltd | 薄膜作製方法及びその装置 |
| JP2010123516A (ja) * | 2008-11-21 | 2010-06-03 | Fujikura Ltd | 酸化物超電導導体用基材の製造方法と酸化物超電導導体の製造方法及び酸化物超電導導体用キャップ層の形成装置 |
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