JPH0959087A - 薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成方法

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JPH0959087A
JPH0959087A JP7217101A JP21710195A JPH0959087A JP H0959087 A JPH0959087 A JP H0959087A JP 7217101 A JP7217101 A JP 7217101A JP 21710195 A JP21710195 A JP 21710195A JP H0959087 A JPH0959087 A JP H0959087A
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JP
Japan
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film
glass substrate
thin film
film forming
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP7217101A
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English (en)
Inventor
Shunichi Hayamizu
俊一 速水
Tomoji Kawai
知二 川合
Hitoshi Tabata
仁 田畑
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 配向性が優れている薄膜をガラス基板上に形
成する。 【解決手段】 成膜前に、ガラス基板16を1Nの水酸
化ナトリウム又は1Nの水酸化バリウムの水溶液(液温
度40℃)に10分間浸漬した後、軽く純水で洗浄して
おく。ガラス基板16の温度を500℃、成膜室10内
の酸素ガス圧を6×10-4Torrに設定する。レーザ
光Lは窓部11から成膜室10へ導入され、ZnOター
ゲット15を照射する。ターゲット15はレーザ光の照
射によって成膜材料を放出し、これらの成膜材料はガラ
ス基板16上に堆積/結晶化してZnO薄膜を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜形成方法、詳
しくは、ガラス基板上に成膜材料を堆積/結晶化して薄
膜を形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、良質で高結晶性、高特性の強誘電
体及び圧電体の薄膜を形成する方法の一つとして、レー
ザアブレーション法が注目されている。レーザアブレー
ション法は、レーザ光を固体のターゲットに照射し、放
出された中性原子、分子、イオンを基板上に堆積/結晶
化して薄膜を形成する方法である。
【0003】このレーザアブレーション法が注目されて
いるのは、主に以下の理由による。 (1)成膜室の外部からレーザ光が導入されるために成
膜室の内部を結晶の成長に適した雰囲気、圧力に調整で
きる。(2)ターゲットのみから成膜材料が放出される
ために不純物のない薄膜が得られる。(3)圧力、基板
温度、成膜速度等のパラメータを独立に選択できる。
【0004】一方、薄膜形成方法としては、別にスパッ
タリング法、CVD法等が知られている。そして、Zn
O薄膜の形成には、従来より、スパッタリング法あるい
はCVD法が採用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スパッ
タリング法やCVD法によって形成されるZnO薄膜
は、膜厚が薄い(具体的には約200nm)と、結晶性
及び配向性が悪いという問題があった。特に、基板とし
てガラス基板を使用した場合には、ガラス基板がアモル
ファス基板であるため、膜厚が約200nmで、かつ配
向性の優れたZnO薄膜を基板上に形成することは不可
能であった。
【0006】そこで、本発明の目的は、配向性が優れて
いる薄膜をガラス基板上に形成することができる薄膜形
成方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明に係る薄膜形成方法は、ガラス基板表面をア
ルカリ金属又はアルカリ土類金属の少なくともいずれか
一方の元素を含む物質に晒した後、前記ガラス基板上に
成膜材料を堆積/結晶化して薄膜を形成することを特徴
とする。
【0008】さらに、本発明に係る薄膜形成方法は、ガ
ラス基板表面に成膜材料と異なる材料からなる中間層を
設けた後、前記中間層上に成膜材料を堆積/結晶化して
薄膜を形成することを特徴とする。中間層の材料として
は、SiO2、FgF2、Na 2O等が用いられる。ガラ
ス基板上や中間層上に成膜材料を堆積させる方法として
は、レーザアブレーション法が好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るZnO薄膜形
成方法の実施形態について添付図面を参照して説明す
る。 [第1実施形態]図1はレーザアブレーション装置を示
す。この装置は、成膜室10内にターゲット15と基板
16を所定の間隔で設置し、光源ユニット20から放射
されたレーザ光Lをレンズ21を介して窓部11から成
膜室10内に導入し、ターゲット15を照射するように
構成されている。成膜室10には成膜室10内を真空に
するための排気口12が設けられており、この排気口1
2に排気装置(図示せず)が連結されている。さらに、
成膜室10内に酸素ガスを供給するためのガス供給管1
3が成膜室10に連結されている。
【0010】ターゲット15としては、純度が99.9
99%のZnO粉末を約200kg/cm2でプレス成
形した後、1000℃の温度で24時間焼成した焼結Z
nOターゲットが使用される。ZnOターゲット15は
成膜室10内の中央付近に配置され、基板16はZnO
ターゲット15に平行に向かい合わせて配置される。Z
nOターゲットと基板16の距離は30mmである。基
板16としては、ガラス基板(コーニング社製、品番:
#7059)が使用される。ガラス基板16は、中性洗
剤にて5分間、純水にて5分間、アセトンにて5分間の
順に超音波洗浄される。
【0011】次に、基板16は1Nの水酸化ナトリウム
水溶液(液温度:40℃)に10分間あるいは1Nの水
酸化バリウム水溶液(液温度:40℃)に10分間浸漬
された後、基板16の表面に付着したNaやBaが離脱
しない程度に軽く純水で洗浄された。次に、基板16は
乾燥され、成膜室10内にセットされる。成膜室10内
を1×10-6Torrまで真空排気した後、酸素ガスを
所定の圧力になるまで成膜室10内に供給する。酸素ガ
スを供給することは、以下の理由による。一般に、レー
ザアブレーション法によってガラス基板上に形成された
ZnO薄膜は、亜鉛と酸素の割合が1:1になりにく
く、酸素が若干不足した組成を有する。酸素ガス雰囲気
中で成膜すると、この酸素不足を解消することができる
からである。さらに、酸素ガスの一部(約8%)をオゾ
ナイザにてオゾン化した。オゾンは活性化されているた
め、ZnO薄膜の酸素不足解消効果が酸素より大きいか
らである。
【0012】次に、ガラス基板16を図示しないヒータ
にて所定の温度まで加熱した後、レーザ光LをZnOタ
ーゲット15に照射させる。光源ユニット20として
は、ArFエキシマレーザが使用され、レーザ光Lは周
波数が5Hzのパルスレーザで、ターゲット上でのエネ
ルギー密度が約1J/cm2のものである。レーザ光L
がZnOターゲット15を照射すると、ZnOターゲッ
ト15から中性原子、分子、イオン等の成膜材料である
小粒子が放出されプルームPが形成される。放出された
成膜材料はガラス基板16上に堆積し結晶化する。成膜
速度は、水晶振動式膜厚計でモニタしながら、4nm/
分を維持した。こうして、ガラス基板温度を500℃に
設定すると共に、酸素ガス圧を6×10-4に設定して、
膜厚が200nmのZnO薄膜を形成した。
【0013】形成されたZnO薄膜は、X線回折法(θ
−2θ法、ロッキングカーブ法)により結晶構造と配向
性が評価された。その結果、形成されたZnO薄膜は、
ガラス基板16上に〈001〉軸が垂直に配向している
C軸配向膜であった。さらに、C軸配向性良さを評価す
るため、ガラス基板16面に垂直な方向に対する〈00
1〉軸方向の揺らぎを、(002)面からの回折ピーク
のロッキングカーブ半値幅の値で評価した。評価結果
は、表1が示すように、水酸化ナトリウム水溶液で処理
された基板16の場合は半値幅が1.6゜、水酸化バリ
ウム水溶液で処理された基板16の場合は半値幅が1.
8゜のC軸配向性の良好なZnO薄膜であった。表1に
は比較のためにガラス基板を水酸化ナトリウムや水酸化
バリウムの水溶液で処理しなかった場合のZnO薄膜の
半値幅測定結果も合わせて表示している。
【0014】
【表1】
【0015】表1より、水酸化ナトリウムや水酸化バリ
ウムの水溶液でガラス基板16の表面を処理することに
より、ZnO薄膜の半値幅が小さくなり、C軸配向性が
向上することがわかる。
【0016】[第2実施形態]第2実施形態は、ZnO
薄膜を成膜する前に、ガラス基板表面に中間層を形成す
る方法について説明する。第2実施形態に使用されるレ
ーザアブレーション装置は、ターゲット15を2個有す
ることを残して、前記第1実施形態に使用した装置と同
様のものであるため、構造についての詳細に説明は省略
する。
【0017】2個のターゲット15は成膜室10外から
の遠隔操作によりその位置を移動可能な状態で成膜室1
0内に配置されている。一方のターゲット15は前記第
1実施形態で説明した焼結ZnOターゲットが用いられ
る。他方のターゲット15は、純度が99.999%の
SiO2粉末を約200kg/cm2でプレス成形した
後、1000℃の温度で24時間焼成した焼結SiO2
ターゲットが用いられる。まず、SiO2ターゲット1
5が基板16に平行に向かい合わせて配置される。Si
2ターゲット15と基板16の距離は30mmであ
る。基板としては、ガラス基板(コーニング社製、品
番:#7059)が使用される。ガラス基板16は中性
洗剤にて5分間、純水にて5分間、アセトンにて5分間
の順に超音波洗浄された後、成膜室10内にセットされ
る。
【0018】次に、ガラス基板16の温度を500℃、
酸素ガス圧を6×10-4Torrに設定した後、レーザ
光LをSiO2ターゲット15に照射してSiO2ターゲ
ット15から成膜材料である小粒子を放射する。放射さ
れた成膜材料はガラス基板16上に堆積する。こうし
て、膜厚が約10nmのSiO2中間層を形成する。そ
の後、SiO2ターゲット15を移動させて、替わりに
ZnOターゲット15にレーザ光Lを照射させる。Zn
Oターゲット15から放射された成膜材料はSiO2
間層上に堆積し結晶化する。成膜速度は4nm/分であ
り、膜厚は200nmとした。形成されたZnO薄膜
は、X線回折法により結晶構造と配向性が評価された。
その結果、形成されたZnO薄膜は、ガラス基板16上
に〈001〉軸が垂直に配向しているC軸配向膜であっ
た。さらに、C軸配向性良さを評価するため、ガラス基
板16面に垂直な方向に対する〈001〉軸方向の揺ら
ぎを(002)面からの回折ピークのロッキングカーブ
半値幅の値で評価した。評価結果は、表2が示すよう
に、SiO2中間層を設けた基板16の場合は半値幅が
1.7゜のC軸配向性の良好なZnO薄膜であった。表
2には比較のためにSiO2中間層を設けなかった場合
のZnO薄膜の半値幅測定結果も合わせて表示してい
る。
【0019】
【表2】
【0020】表2より、SiO2中間層を設けた基板1
6の場合は、ZnO薄膜の半値幅が小さくなり、C軸配
向性が向上することがわかる。一般に、ガラス基板16
の表面には研磨等による微小な歪が存在しており、この
歪はZnO薄膜の結晶性、配向性に悪影響を与える。従
って、第2実施形態の方法によって形成されたSiO 2
中間層が、ガラス基板16表面の歪みを小さくしてZn
O薄膜の配向性、結晶性を向上させたと考えられる。
【0021】[他の実施形態]なお、本発明に係る薄膜
形成方法は前記実施形態に限定するものではなく、その
要旨の範囲内で種々に変更することができる。ガラス基
板表面を処理する物質としては、NaやBaを含む物質
以外に、LiやKやRbやCsやFrやSrやRaを含
む物質であってもよい。さらに、これらアルカリ金属又
はアルカリ土類金属の元素を含む物質以外に、Bを含む
物質でガラス基板表面を処理してもよい。
【0022】また、ガラス基板上や中間層上に成膜材料
を堆積させる方法としては、レーザアブレーション法が
好ましいが、必ずしもこれに限定するものではなく、R
Fスパッタリング法、ECRスパッタリング法、CVD
法等を採用してもよい。さらに、中間層としては、Si
2膜以外に、Na2O膜、BaO膜等のアルカリ金属を
含む膜やアルカリ土類金属を含む膜、あるいはMgF2
膜等であっても同様の効果が得られる。さらに、これら
の膜はスパッタリング法、CVD法等で基板表面に形成
してもよい。
【0023】また、成膜材料はZnO以外に、LiNb
3、LiTaO3、PZT等であってもよい。
【0024】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明で
よれば、成膜前にガラス基板表面を、アルカリ金属又は
アルカリ土類金属の少なくともいずれか一方の元素を含
む物質に晒すことにより、ガラス基板上に結晶性、配向
性の良好な薄膜を形成することができる。また、成膜前
のガラス基板表面に、成膜材料と異なる材料からなる中
間層を設けることによっても、同様に結晶性、配向性の
良好な薄膜を形成することができる。
【0025】さらに、レーザアブレーション法によって
ガラス基板上や中間層上に成膜材料を堆積させることに
より、結晶性、配向性の著しく良好な薄膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る薄膜形成方法に使用されるレーザ
アブレーション装置を示す概略図。
【符号の説明】
L…レーザ光 10…成膜室 15…ZnOターゲット 16…ガラス基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/205 H01L 21/205 41/18 C03C 17/34 Z // C03C 17/34 H01L 41/18 101Z

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス基板表面をアルカリ金属又はアル
    カリ土類金属の少なくともいずれか一方の元素を含む物
    質に晒した後、前記ガラス基板上に成膜材料を堆積/結
    晶化して薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方
    法。
  2. 【請求項2】 ガラス基板表面に成膜材料と異なる材料
    からなる中間層を設けた後、前記中間層上に成膜材料を
    堆積/結晶化して薄膜を形成することを特徴とする薄膜
    形成方法。
  3. 【請求項3】 前記ガラス基板上に成膜材料を堆積させ
    る方法がレーザアブレーション法であることを特徴とす
    る請求項1記載の薄膜形成方法。
  4. 【請求項4】 前記中間層上に成膜材料を堆積させる方
    法がレーザアブレーション法であることを特徴とする請
    求項2記載の薄膜形成方法。
JP7217101A 1995-08-25 1995-08-25 薄膜形成方法 Pending JPH0959087A (ja)

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US08/696,149 US5741580A (en) 1995-08-25 1996-08-13 Crystalline thin film and producing method thereof, and acoustooptic deflection element

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