JPH0725545B2 - チタン酸化物薄膜の形成方法 - Google Patents

チタン酸化物薄膜の形成方法

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JPH0725545B2
JPH0725545B2 JP63045673A JP4567388A JPH0725545B2 JP H0725545 B2 JPH0725545 B2 JP H0725545B2 JP 63045673 A JP63045673 A JP 63045673A JP 4567388 A JP4567388 A JP 4567388A JP H0725545 B2 JPH0725545 B2 JP H0725545B2
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oxide thin
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豊 横山
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、チタン酸化物の形成方法、特にチタン源と
してハロゲン化チタンを用いるチタン薄膜の形成方法に
関する。
(従来の技術及び発明が解決しようとする課題) 従来、基体上に金属酸化物薄膜を形成する方法として
は、例えば、特公昭60−12773号公報、特公昭59−37566
号公報、特開昭61−136995号公報等に記載された方法が
あるが、いずれも満足できるようなものでなかった。
特公昭60−12773号公報にはチタン金属を電子ビーム加
熱法により加熱して蒸気化しこの蒸気流を酸素ガス雰囲
気中でプラズマ生成条件下に処理して酸化チタン薄膜を
形成せしめる方法が記載されているが、チタン金属を高
温に加熱処理して金属チタンガスを発生させ、そしてこ
の金属チタンガスを、プラズマを発生させる条件下に酸
素ガス雰囲気中に導入した場合、その金属チタンガスは
高温で極めて強いゲッタ作用を示し、瞬間的に高周波放
電を維持するのに必要なプラズマ濃度より低い濃度条件
あるいはより高い真空度となり、酸素プラズマガスが消
失するようなことが生起する。
このような急激な変化はそれを制御することが困難であ
り、工業的な方法としてはそれを使用することに問題が
あった。
また、この方法によった場合は、得られる製品にも品質
のばらつきが生じ、問題であった。
特公昭59−37566号公報では上記特公昭60−12773号公報
記載の方法の問題点を少しでも解決するためチタン金属
に変えて酸化チタンを用いたり、酸化ジルコニウムある
いはそれらの他の酸化物との混合焼結物を用いている
が、それらの原料はどちらにしても大きな塊状のもので
あるので、その原料を蒸気とするためには大きな加熱装
置が必要となる。
そしてまた、このように大きな加熱装置を使用してもそ
の原料の蒸発速度はそれほど大きくならず、したがって
形成される薄膜も効率よく均一に形成させることが難し
く、工業的に実施するには問題があった。
特開昭61−136995号公報においては、原料として金属チ
タンあるいは酸化チタン等を用いる変わりに、金属アル
コキシド化合物あるいは金属キレート化合物を用い、そ
の金属アルコキシド化合物あるいは金属キレート化合物
を一旦加熱分解してから、そのプラズマ生成域に導入し
て処理を行っている。ところが、その原料金属アルコキ
シド化合物あるいは金属キレート化合物は加水分解しや
すいことからそのプラズマ生成域に一定に原料供給する
ことが難しい。
さらに、その原料金属アルコキシド化合物及び金属キレ
ート化合物は一度加熱分解しなければならないことから
加熱分解のための装置が必要となるばかりでなく、その
加熱分解の制御も難しく、所望の製品を得難いという問
題点があった。
(発明の目的) この発明は上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、基板温度を高温にすることなく、かつ簡単な操
作で再現性よくチタン酸化物薄膜を得ることができ、し
かもその形成されるチタン酸化物薄膜の性状も自由に制
御できるというチタン酸化物薄膜の形成方法を提供しよ
うとするものである。
この発明はまたドライ工程で、自動化された工程に容易
に適用することができ、かつ高誘電材料として知られた
二酸化チタン(TiO2)の薄膜を簡単に安定して、高信頼
度のもとで製造し得る新しい製造法を提供することを目
的としている。
この方法は部品としてのコンデンサ、集積回路の中の素
子のいずれにも適用できて、特に集積回路においては、
集積回路全体の高品質化を達成できるものである。
(課題を解決するための手段) この発明は、プラズマを発生させることの可能な酸素ガ
ス雰囲気中にハロゲン化チタンのガスを導入し、そこで
プラズマを発生させることにより、該雰囲気中に置かれ
た基体表面上にチタン酸化物薄膜を形成させることを特
徴とするチタン酸化物薄膜の形成方法を提供するもので
ある。
この発明は、酸素雰囲気でプラズマCVDによりチタン酸
化物薄膜を基体上に形成する方法であるが、そのチタン
酸化物薄膜源としてハロゲン化チタンを用いるもので、
特に常温、常圧でガス化させることのできる四塩化チタ
ンを用いることは最も好ましい。
このような低温でガス化させることのできるハロゲン化
チタンを原料として用い、これをプラズマ発生条件下で
化学反応させることにより、0〜400℃、特に常温〜200
℃程度という低温で基体上への均一でかつ再現性の高い
チタン酸化物薄膜の形成が可能となり、またさらには簡
単な操作で行うことができると共に形成されるチタン酸
化物薄膜の性状の制御も容易に行うことができる。
この発明で使用できるチタン化合物としては、プラズマ
を発生させる条件下で化学反応させることによりチタン
酸化物薄膜を形成することができかつ、低温でガス化さ
せることが容易にできるものであって、ハロゲン化チタ
ン、例えば塩化チタン、臭化チタン、弗化チタン、よう
化チタン等が挙げられる。とりわけ好適には四ハロゲン
化チタン、それらのうち最も好ましいものとしては四塩
化チタンが挙げられる。
上記チタン化合物は、ガス化されて酸素ガス雰囲気中に
導入され、そして、その酸素ガス雰囲気中で化学反応
し、チタン酸化物の薄膜がその酸素ガス雰囲気中に置か
れた基体の表面に形成される。
この際の基体温度は、使用される原料チタン化合物の種
類によっても異なるが、通常0〜400℃で充分である。
酸素ガス雰囲気の圧力は、グロー放電によるプラズマが
生起し得るように調整されることが必要であるが、これ
は通常10-6torr〜2torrとなるように酸素ガスが真空反
応器内に供給される。
上記酸素ガス雰囲気中にプラズマを発生させる方法とし
ては、容量式プラズマ発生装置や誘導式プラズマ発生装
置等に用いられている種々の方法を適用することができ
る。
通常、真空反応器中に対向する一対の放電電極を設置
し、この間に電圧を印加してグロー放電を行わせる方法
が好適である。なお、プラズマ発生時間は、形成させる
膜厚によっても異なるが、通常1〜60分間、好ましくは
5〜30分間で充分である。
上記プラズマを発生させる前には、その酸素ガス雰囲気
中には、まず基体が配置される。このような基体として
は半導体素子、金属材料、半導体フィルム、導電性フィ
ルム、導電性プラスチック、カーボン等の導電材、プラ
スチック材料、絶縁材料等の種々のものが挙げられ、形
成させるチタン酸化物薄膜の特性、機能及び使用目的に
対応したものが適宜選択して用いることができる。
このような基体として、特に好ましいものとしては、コ
ンデンサ用の金属薄膜が挙げられ、この代表的なものと
してはアルミニウムを例示することができる。これら基
体の形状は、その使用目的に応じて種々な形のものとす
ることができるが、通常板状であることが適している。
上記基体は、適宜それを加熱してから用いることができ
る。しかしながら、この加熱は、形成させるチタン酸化
物薄膜に求められる性状に応じて変えることができる
が、通常形成させるチタン酸化物の融点や熱CVDの場合
のそれに比して極めて低温で充分であり、場合によって
は常温のままで実施できる。
また、さらには上記基体は適宜それを冷却して用いるこ
ともできる。原料のチタン化合物の酸素ガス雰囲気内へ
の導入は事前に減圧あるいは加熱等により、そのチタン
化合物の蒸気を形成せしめ、次いでその形成された蒸気
を導入管を通じて前記真空反応域に導入することによっ
てなされてもよいし、あるいは直接原料チタン化合物を
前記真空反応域に導入し、その酸素ガス雰囲気下でその
チタン化合物の蒸気を形成せしめてもよい。
これらの場合に、原料化合物も事前に若干加熱しておく
こともまた好適なことである。
(実施例) この発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図にその概略断面図を示す装置を用いて、アルミニ
ウム基板の上に酸化チタン薄膜の形成を行った。
図において、1は真空発生反応容器、2は基板、3は真
空放電電極、4は加熱ホルダ、5は温度コントローラ、
6は放電電極用電源、7は原料チタン化合物供給管、8
は酸素ガス供給管、9は真空排気管、10はマッチングボ
ックスである。
上記装置において基板2としてアルミニウム薄板を使用
し、7から原料チタン化合物として四塩化チタンガスを
供給した。
プラズマCVDの条件を以下に示す。
アルミニウム基板温度 130℃ 放電電力 10W 放電周波数 13.56MHz 放電時間 25分 全圧(含酸素ガス) 0.01torr 四塩化チタン 3.0×10-3torr 上記条件で形成された酸化チタン膜の厚みは72.3nmであ
った。
この酸化チタン膜を誘電体としたコンデンサの容量は27
2nF(at1KHz)(面積:0.49cm2)であった。
これから計算した酸化チタン薄膜の誘電率は45であっ
た。
(発明の効果) 以上に説明したとおり、プラズマを発生させることの可
能な酸素ガス雰囲気中にハロゲン化チタンのガスを導入
し、そこでプラズマを発生させることにより、該雰囲気
中に置かれた基体表面上にチタン酸化物薄膜を形成させ
る。本発明のチタン酸化物薄膜の形成方法によれば、 (1)酸素ガス雰囲気中に原料チタン化合物を導入する
に当たり、特別にその原料チタン化合物を加熱分解処理
するようなことが必要ないので、原料チタン化合物の供
給量の制御が簡単である。
(2)原料チタン化合物を反応域に導入する場合の制御
が容易であることから使用する基体の違いや、最終的に
得られる薄膜形成物に求められる性状の違いにより自由
にチタン酸化物薄膜の性質をコントロールできる。
(3)装置を簡便化することができ装置の信頼性を増す
ことができると共に保守管理及びその操作性が向上す
る。
(4)特に、原料チタン化合物として四塩化チタンを用
いると、四塩化チタンは液体であって従来のチタンアル
コキシドに比して融点が低いため、室温で容易にガス化
させることができると共にニードルバルブ等により簡便
にその流量調節ができるため、酸素ガス雰囲気中への導
入をコンスタントに安定して行うことができる。
この結果、形成されるチタン酸化物薄膜の再現性が良好
である。
したがって、このようにして得られた製品、特にコンデ
ンサは優れた電気的特性を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の実施例で用いられる装置の概略断
面図を示す。 図中、 1:真空発生反応器、2:基板、3:真空放電電極、4:加熱ホ
ルダ、5:温度コントローラ、6:放電電極用電源、7:原料
チタン化合物供給管、8:酸素ガス供給管、9:真空排気
管、10:マッチングボックス。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】10-3〜10-1torrの酸素ガス雰囲気中にハロ
    ゲン化チタンのガスを導入し、そこでプラズマを発生さ
    せることにより、該雰囲気中に置かれた基板表面上にチ
    タン酸化物薄膜を形成させることを特徴とするチタン酸
    化物薄膜の形成方法。
  2. 【請求項2】ハロゲン化チタンが、四塩化チタンである
    ことを特徴とする請求項1に記載のチタン酸化物薄膜の
    形成方法。
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