JPH0753902B2 - 酸化物薄膜の製造方法 - Google Patents
酸化物薄膜の製造方法Info
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- JPH0753902B2 JPH0753902B2 JP1038571A JP3857189A JPH0753902B2 JP H0753902 B2 JPH0753902 B2 JP H0753902B2 JP 1038571 A JP1038571 A JP 1038571A JP 3857189 A JP3857189 A JP 3857189A JP H0753902 B2 JPH0753902 B2 JP H0753902B2
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
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、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O2ガスしか用いていなかった。
例えば、弾性表面波デバイスでカラーTV用映像中間周波
フィルタ等応用されているZnO薄膜では［（文献）和佐
他：応用物理；第50巻 第６号 p580−591 （198
1）］に示されているように純O2ガス，または，それとA
rガスとの混合ガスを用いている。
化剤としての導入ガスにO2ガスしか用いていなかった。
例えば、弾性表面波デバイスでカラーTV用映像中間周波
フィルタ等応用されているZnO薄膜では［（文献）和佐
他：応用物理；第50巻 第６号 p580−591 （198
1）］に示されているように純O2ガス，または，それとA
rガスとの混合ガスを用いている。
そして、ターゲットはZnOの酸化物ターゲットを用いて
いる。
いる。
また、N2Oガスを用いた反応性スパッタリングは特開昭6
1−104067号公報、特開昭63−63153号公報に示されてい
る。これらは膜の耐候性や基板との密着性を向上させる
ことを目的にして、非晶質のシリコン酸窒化膜やテルル
−セレン−窒素層等の窒化膜を得ている。そのために、
従来の技術はN2Oガスによる窒化を目的にしたもので、N
2Oガスを酸化剤として用いて結晶性等の良い望ましくは
窒素を含有しない酸化膜の低温高速堆積を目的した本発
明と異なり、作用と効果とも異なったものである。
1−104067号公報、特開昭63−63153号公報に示されてい
る。これらは膜の耐候性や基板との密着性を向上させる
ことを目的にして、非晶質のシリコン酸窒化膜やテルル
−セレン−窒素層等の窒化膜を得ている。そのために、
従来の技術はN2Oガスによる窒化を目的にしたもので、N
2Oガスを酸化剤として用いて結晶性等の良い望ましくは
窒素を含有しない酸化膜の低温高速堆積を目的した本発
明と異なり、作用と効果とも異なったものである。
さらに、従来SiH4ガスとN2Oガスを用いたプラズマCVD法
［（文献）A.C.Adams;J.Electrochem.Soc.,Vol.128,154
5（1981）］でも非晶質の酸化物薄膜の堆積を行ってい
た。それはO2ガスを用いるとSiH4ガスとの反応で微粒子
が発生しLSI等の故障の原因になるのを防止するのを目
的としている。そのためN2Oガスとの反応物が金属水素
化物でスパッタによる金属元素とは異なっており、プラ
ズマ中での気相反応による堆積であり、堆積した膜中に
水素が取り込まれる。
［（文献）A.C.Adams;J.Electrochem.Soc.,Vol.128,154
5（1981）］でも非晶質の酸化物薄膜の堆積を行ってい
た。それはO2ガスを用いるとSiH4ガスとの反応で微粒子
が発生しLSI等の故障の原因になるのを防止するのを目
的としている。そのためN2Oガスとの反応物が金属水素
化物でスパッタによる金属元素とは異なっており、プラ
ズマ中での気相反応による堆積であり、堆積した膜中に
水素が取り込まれる。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述の方法では良好な結晶性と配向性を
持ったZnO薄膜を堆積するには基板温度と堆積速度との
間にスパッタ装置によらないO2ガスを用いたことによる
最適スパッタ条件がある。
持ったZnO薄膜を堆積するには基板温度と堆積速度との
間にスパッタ装置によらないO2ガスを用いたことによる
最適スパッタ条件がある。
そのため、300℃以下の低温での１μm/h以上の高速堆積
では結晶性と配向性が悪くなり非晶質状態に近ずき、デ
バイスへの応用に使用できるZnO薄膜が得られなかっ
た。また、ZnO薄膜を用いた弾性表面波フィルターは金
属ターゲットを用いた反応性スパッタ法による製造方法
では実用化されない。本発明は、この様な問題点を解決
し、結晶性等の膜質の良い酸化物薄膜を低温での高速堆
積で得ることを目的としている。
では結晶性と配向性が悪くなり非晶質状態に近ずき、デ
バイスへの応用に使用できるZnO薄膜が得られなかっ
た。また、ZnO薄膜を用いた弾性表面波フィルターは金
属ターゲットを用いた反応性スパッタ法による製造方法
では実用化されない。本発明は、この様な問題点を解決
し、結晶性等の膜質の良い酸化物薄膜を低温での高速堆
積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、本発明では、酸化剤とし
てN2Oガスを導入したスパッタリングにて、基板上に結
晶質のZnO薄膜を堆積する。
てN2Oガスを導入したスパッタリングにて、基板上に結
晶質のZnO薄膜を堆積する。
作用 上記した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N2O
ガスがスパッタリング時に放電分離されるとき、反応性
に富む原子状酸素をO2ガスよりも生成し易く、酸素分子
やそのイオン及び活性種を生成しないと考えられる。そ
のため、Zn等の金属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。
は次のようなものである。酸化剤として導入されたN2O
ガスがスパッタリング時に放電分離されるとき、反応性
に富む原子状酸素をO2ガスよりも生成し易く、酸素分子
やそのイオン及び活性種を生成しないと考えられる。そ
のため、Zn等の金属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。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をとりつけて基板温度
の制御を行う基板ホールダー６より構成される陽極とを
設けている。前記真空容器１にガス導入口７より導入ガ
スをその流量を調整して導入し、真空排気系でガス圧力
を制御し、高圧電源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。
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をとりつけて基板温度
の制御を行う基板ホールダー６より構成される陽極とを
設けている。前記真空容器１にガス導入口７より導入ガ
スをその流量を調整して導入し、真空排気系でガス圧力
を制御し、高圧電源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ZnO
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N2Oガスの酸化剤としての効果を顕著に示すため
にターゲット２としてZnの４インチの金属ターゲットを
用い、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−ターゲット２間距離
は40mmである。まず、導入ガスは比較のために本発明の
N2Oガスと従来のO2ガスの各々を単独で用いた。導入ガ
ス流量は10SCCMで一定にし、ガス圧力は5mmTorrに保持
した。そして、放電電流300mA,印加電圧300〜500V、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。堆積速度はO2ガスの1.4μm/
hに対してN2Oガスでは1.7μm/hで堆積速度が向上した。
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（002）のＸ線回折の半値幅と
前記（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O2ガスとN2Oガスとを比較した結果を示した
ものである。O2ガスを用いた場合は結晶性と配向性が基
板温度の低下と共に悪くなり、300℃以下では（110）等
の他の配向も有り混合配向で、結晶性もN2Oガスの場合
よりも悪く非晶質状態に近ずいた。
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N2Oガスの酸化剤としての効果を顕著に示すため
にターゲット２としてZnの４インチの金属ターゲットを
用い、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−ターゲット２間距離
は40mmである。まず、導入ガスは比較のために本発明の
N2Oガスと従来のO2ガスの各々を単独で用いた。導入ガ
ス流量は10SCCMで一定にし、ガス圧力は5mmTorrに保持
した。そして、放電電流300mA,印加電圧300〜500V、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。堆積速度はO2ガスの1.4μm/
hに対してN2Oガスでは1.7μm/hで堆積速度が向上した。
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（002）のＸ線回折の半値幅と
前記（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O2ガスとN2Oガスとを比較した結果を示した
ものである。O2ガスを用いた場合は結晶性と配向性が基
板温度の低下と共に悪くなり、300℃以下では（110）等
の他の配向も有り混合配向で、結晶性もN2Oガスの場合
よりも悪く非晶質状態に近ずいた。
それに対してN2Oガスの場合はほ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（0
02）だけのＣ軸の単一配向であった。また、高抵抗で透
明な膜が得られたので酸素欠損も少ない。N2Oガスを用
いた場合、窒素が膜中に取り込まれる可能性もあるが、
本実施例のZnO膜をオージェ等により組成分析した結
果、窒素は検出限界（約１％）以下であり膜中に取り込
まれておらず、なんら結晶性や電気的特性に影響を与え
ていなかった。このことは原子状酸素と金属元素との反
応速度が速いので窒化されなかったのではないかと考え
られる。
性がなく、100℃の低温でも結晶性が良く、配向性も（0
02）だけのＣ軸の単一配向であった。また、高抵抗で透
明な膜が得られたので酸素欠損も少ない。N2Oガスを用
いた場合、窒素が膜中に取り込まれる可能性もあるが、
本実施例のZnO膜をオージェ等により組成分析した結
果、窒素は検出限界（約１％）以下であり膜中に取り込
まれておらず、なんら結晶性や電気的特性に影響を与え
ていなかった。このことは原子状酸素と金属元素との反
応速度が速いので窒化されなかったのではないかと考え
られる。
その結果、N2Oガスを用いた事により、従来ではできな
かった300℃以下の低温で、しかも１μm/h以上の高速堆
積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。そして、そのZnO膜上に櫛形の金属電極を
形成して弾性表面波フィルターとしての特性を評価した
結果、従来のものよりも信号の損失を少ないものができ
た。
かった300℃以下の低温で、しかも１μm/h以上の高速堆
積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。そして、そのZnO膜上に櫛形の金属電極を
形成して弾性表面波フィルターとしての特性を評価した
結果、従来のものよりも信号の損失を少ないものができ
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。
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。
N2Oガスを用いてスパッタリングすることにより結晶性
及び配向性の良い酸化物薄膜が低温で高速堆積できた。
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ZnO薄
膜だけに限らず他の酸化物薄膜（In203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。
及び配向性の良い酸化物薄膜が低温で高速堆積できた。
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ZnO薄
膜だけに限らず他の酸化物薄膜（In203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。
以上の効果はN2OガスのみによるものでNO2ガスや還元性
のNOガスでは得られない。さらに、それらのガスはN2O
ガスよりも毒性が強く、高価で蒸気圧も低いことから製
造には適していない。
のNOガスでは得られない。さらに、それらのガスはN2O
ガスよりも毒性が強く、高価で蒸気圧も低いことから製
造には適していない。
【図面の簡単な説明】 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
ッタ装置の構成図、第２図は本発明の実施例のZnO薄膜
の（002）のＸ線回折の半値幅の基板温度依存性を示す
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
図である。 ２……ターゲット、５……基板、６……基板ホールダ
ー、８……高圧電源。
ッタ装置の構成図、第２図は本発明の実施例のZnO薄膜
の（002）のＸ線回折の半値幅の基板温度依存性を示す
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
図である。 ２……ターゲット、５……基板、６……基板ホールダ
ー、８……高圧電源。
Claims (2)
- 【請求項１】酸化剤としてN2Oガスを導入したスパッタ
リングにて、基板上に結晶質のZnO薄膜を堆積すること
を特徴とする酸化物薄膜の製造方法。 - 【請求項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
記載の酸化物薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1038571A JPH0753902B2 (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 酸化物薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1038571A JPH0753902B2 (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 酸化物薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02217461A JPH02217461A (ja) | 1990-08-30 |
| JPH0753902B2 true JPH0753902B2 (ja) | 1995-06-07 |
Family
ID=12528982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1038571A Expired - Fee Related JPH0753902B2 (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 酸化物薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0753902B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01230428A (ja) * | 1988-03-10 | 1989-09-13 | Oki Electric Ind Co Ltd | 超電導薄膜の製造方法 |
| JPH02145761A (ja) * | 1988-11-28 | 1990-06-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜超電導体の製造方法 |
-
1989
- 1989-02-17 JP JP1038571A patent/JPH0753902B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02217461A (ja) | 1990-08-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |