JP2001514702A - スパッタリング堆積によりテクスチュア化されたｙｓｚ層の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、酸素を含むプロセスガス（１５）で満たされた排気鐘（１２）内で、スパッタリング堆積によりテクスチュア化された酸化物層を基板（３３）に形成する方法、即ち排気鐘中のターゲット（２０）に電圧（Ｕ）を印加し、粒子を含むプラズマの形成下に気体放電を開始し、排気鐘を適当な圧力まで排気し、基板とターゲットを所定の角度（α）で対向配置し、それによりプラズマの粒子から形成された粒子線（Ｉ）が所定の角度で基板に当たるようにして形成する方法に関する。特に高品質のテクスチュア化された酸化物層を大表面的にも堆積することができるように、本発明ではターゲットとして金属ターゲット（２０）を使用し、この金属ターゲット（２０）から放出されるターゲット粒子を酸化物の形成下に酸化することを提案する。

Description

【発明の詳細な説明】 スパッタリング堆積によりテクスチュア化されたＹＳＺ層の形成方法 本発明は、酸素を含むプロセスガスで満たされた排気鐘内でのスパッタリング 堆積によりテクスチュア（集合組織）化されたＹＳＺ層を、排気鐘中のターゲッ トに電圧を印加し、粒子を含むプラズマの形成下に気体放電を開始し、プラズマ 中の粒子の平均自由行程及び排気鐘中のターゲットと基板との距離を顧慮して適 当に選択された圧力まで排気し、プラズマの粒子から形成された粒子線が所定の 角度で基板に当たるように基板とターゲットを所定の角度で対向配置して形成す る方法に関する。 この種の公知方法（フクトミ（Ｍ．Ｆｕｋｕｔｏｍｉ）、アオキ（Ｓ．Ａｏｋ ｌ）、コモリ（Ｋ．Ｋｏｍｏｒｉ）、タナカ（Ｙ．Ｔａｎａｋａ）、アサノ（Ｔ ．Ａｓａｎｏ）及びマエダ（Ｈ．Ｍａｅｄａ）による論文「改良されたバイアス −スパッタリングによるＹ₂Ｏ₃安定化Ｚｒｏ₂薄膜の配向制御」、専門誌「固体薄 膜（Ｔｈｉｎ Ｓ ｏｌｉｄ Ｆｉｌｍ）」２３９（１９９４）１２３〜１２６ 頁参照）では、ＹＳＺ（イットリアにより安定化されたジルコニア）層は排気鐘 中で酸化物Ｙ₂Ｏ₃−Ｚｒｏ₂のターゲットを使用して基板上に堆積される。この 基板は、基板とターゲットを所定の角度で互いに配置できるように回転可能の基 板ホルダに固定されている。気体放電を排気鐘中でプラズマの形成下に開始後、 直流電圧を供給される絞り装置の使用により基板範囲にプラズマの粒子から所定 の角度で基板に当たる粒子線が形成される。プロセスガスとしては酸素を２％含 むアルゴンが使用される。排気鐘は１．１０^-3トルの圧力まで排気されるので、 プラズマ中の粒子の平均自由行程はターゲットと基板との距離よりも大きくなる 。ターゲットに印加される電圧は無線周波数までの交流電圧である。酸化物ター ゲットの材料組成が堆積すべきテクスチュア化層の層組成を決定する。従って気 体組成は堆積すべき層の品質に重要な作用をする層組成に殆ど影響を及ぼさない 。 本発明の課題は、特に大表面の堆積にも適している、極めて高品質のテクスチ ュア化されたＹＳＺ層を形成する簡単な方法を提供することにある。 この課題は本発明により、ターゲットとしてジルコニウム及びイットリウムか ら成る金属ターゲットを使用し、この金属ターゲットから放出されるターゲット 粒子を酸化物を形成しながら酸化することにより解決される。 本発明方法の主な利点は、プラズマ中の金属ターゲットから放出されるターゲ ット粒子を酸化することによりこの酸化物の組成を特に良好に制御もしくは調整 することができる点にある。それというもの酸化物組成はプロセスガスの酸素分 量もしくは気体組成により著しく影響されるからである。テクスチュア化された ＹＳＺ層の高品質なものを形成することは材料が正しい材料組成を有しているか どうかにより決定的に左右されるので、本発明方法では特に高品質のＹＳＺ層は 気体組成を入念に調整することにより得ることができる。本発明方法のもう１つ の利点は、金属ターゲットの使用及びそれにより調整されるプラズマの組成によ り基板範囲に冒頭に記載した方法の場合のような絞り装置を省略できる点にある 。 酸化物ターゲットとは異なり金属ターゲットでは電圧として直流電圧も排気鐘 中で気体放電を開始するのに使用できる。高出力の場合特に大表面の層を堆積す るのに直流電圧源の方がＭＨｚ範囲の交流電圧源よりも価格的に有利であるので 、電圧として直流電圧又は無線周波数以下の周波数の交流電圧が印加されると有 利であると考えられる。 所定の角度で酸化物層を堆積する際基板上の層厚が移動することを回避するた め、基板に関して鏡面対称に１つのターゲットに対しもう１つのターゲットを配 置し、このもう１つのターゲットに別の電圧を印加すると有利である。２つのタ ーゲットで酸化物層を堆積する際、明らかに２つの互いに独立したプラズマ雲と またそれにより２つの互いに無関係な粒子線が形成され、それらはそれぞれ所定 の角度で基板に当たる。このことは堆積される酸化物層がくさび形とならず、十 分に均質な厚さ分布を基板上に有することを保証する。 既に説明したように直流電圧源もしくは低周波数の交流電圧源はＭＨｚ範囲の 交流電圧源よりも価格的に有利であるので、別の電圧として直流電圧又はｋＨｚ 範囲の周波数を有する交流電圧を印加すると有利である。 プラズマ雲が互いに不利な干渉を及ぼすことを回避するため、一方の電圧と別 の電圧が同じ周波数及び同じ値の交流電圧であり、互いに１８０°だけ位相をず らされていると有利である。２つのターゲットのこのような接続は同様に１つだ けの交流電圧源を使用して、即ちこの交流電圧源の２つの電圧供給口をそれぞれ １つのターゲットに接続するようにして行うこともできる。従ってこの場合排気 鐘は交流電圧源と電気的に接続されていない。 本発明を説明するために 図１で１つのターゲットでテクスチュア化された酸化物層を形成するための装置 の１実施例を、また 図２で２つのターゲットでテクスチュア化された酸化物層を形成するための装置 のもう１つの実施例を示す。 図１にはスパッタリング堆積によりテクスチュアを有する酸化物層を堆積する ための装置が示されている。排気鐘１２は開口１３及びもう１つの開口１４を有 する。一方の開口１３はプロセスガスとしての酸素含有ガス１５を排気鐘１２に 入れる役目をする。排気鐘１２中のガス流量及び従って酸素含有ガス１５の気体 組成はガス流量調整器１６により調整される。他方の開口１４は排気鐘１２を排 気する役目をする。この開口は図示されていない真空ポンプに接続されている。 排気鐘１２内には金属ターゲット２０が取り付けられている陰極１９が備えられ ている。金属ターゲット２０はＹＳＺ層を堆積するため例えば１５：８５の重量 ％比を持つイットリウムとジルコニウムの混合物から成っていてもよい。陰極１ ９は電気的に絶縁され、密閉された補助開口２２を通して排気鐘１２から引き出 されている電気接続棒２１と接続されている。排気鐘１２から引き出された接続 棒２１の端部２３には電力供給部２６のマイナス極が接続されている。電力供給 部２６のプラス極は排気鐘１２と接続されている。この電力供給部２６は（端子 符号プラス極とマイナス極により示されているように）直流電圧源又はｋＨｚ又 はＭＨｚ範囲の周波数を有する交流電圧を発生する交流電圧源であってもよい。 排気鐘１２内には基板ホルダ３０、３１及び３２がある。そのうちの１つの基板 ホルダ３０上には酸化物層で堆積すべき基板３３がある。図１から判るように基 板ホルダ３０、３１及び３２はターゲット２０及び基板３３を所定の角度αで互 いに配置することのできる特別な基板ホルダである。ＹＳＺ層の堆積のため金属 ターゲット２０と基板３３は例えば５５°の所定の角度αで対向配置されている 。 テクスチュア化された酸化物層をスパッタリング堆積により形成する本発明方 法を実形成するるため、排気鐘１２は他方の開口１４を介して図示されていない 真空ポンプにより排気される。金属ターゲット２０から放出されたターゲット粒 子を酸化物の形成下に酸化するために、酸素含有ガス１５を開口１３を介して排 気鐘１２内に入れる。このガス１５は付加的に例えばアルゴンを含んでいてもよ い。 排気鐘１２内に十分に低い圧力が連続的な排気により得られると、電圧Ｕが陰 極と陽極の作用をする排気鐘１２との間に直流電圧又は交流電圧の形で印加され る。排気鐘１２内が低圧であるため気体放電が起こる。気体分子はプラズマの形 成下にイオン化され、金属ターゲット２０上に衝突する。その際原子は金属ター ゲット２０から放出され、化学的に排気鐘１２の雰囲気中にある酸素原子と結合 し、この雰囲気中の気体組成により決められた材料組成を有する酸化物が形成さ れる。プラズマ中の粒子は所定の角度αで基板３３に当たる粒子線Ｉを形成する 。この結果金属ターゲット２０の原子から形成された酸化物はテクスチュア化さ れた形で、即ち一定の結晶配向で例えばＹＳＺ層として基板３３上に沈殿する。 堆積工程は電力供給部２６の遮断により終了する。 スパッタリング堆積の際排気鐘12内の圧力は、プラズマ中もしくは雰囲気中の 粒子の平均自由行程が金属ターゲット２０と基板３３との距離とほぼ等しいか又 はこの距離よりも小さくなる程度に調整される。 図２は本発明方法を実形成するるためのもう１つの実施例を簡略化した形で示 すものであり、その際既に図１で説明した部材については図２においても図１と 同じ符号が付されている。 基板３３が載っている図１の装置に比べて改良された基板ホルダ３０’を見る ことができる。基板３３及び陰極１９を有する金属ターゲット２０は例えば５５ °の所定の角度αで対向配置されている。本発明方法のこのもう１つの実施例で は基板３３に関して鏡面対称にターゲット２０に対してもう１つのターゲット２ ０’が配置され、もう１つの電力供給部２６’により別の電圧Ｕ’を供給される 。このもう１つの電圧供給部２６’は電力供給部２６と同じようにターゲットと 排気鐘との間に接続されており、即ちもう１つの陰極１９’、もう１つの接続 棒２１’及び電気的に絶縁された密閉補助開口２２’を介して接続されている。 本発明方法を実形成するるためにターゲット２０に電圧Ｕが、またもう１つの ターゲット２０’に別の電圧Ｕ’が直流電圧又は交流電圧の形で印加される。気 体放電及びターゲット２０による粒子線Ｉの形成並びにもう１つのターゲット２ ０’によるもう１つの粒子線Ｉ’が形成される。 ２つの粒子線Ｉ及びＩ’は同じ所定角度αで基板３３上に当たり、テクスチュ アを有する酸化物層がそれらの層厚に関して一様に成長することを保証する。 堆積に交流電圧を使用した場合、電圧Ｕと別の電圧Ｕ’が１８０°の位相のず れを有し２つの電圧Ｕ及びＵ’が同じ大きさであるとすると、極めて均一な層厚 及び極めて高品質のテクスチュア化された酸化物層を得ることができる。２つの ターゲットのこのような配置は１つだけの交流電圧源でも、即ちこの交流電圧源 の２つの電圧供給口をそれぞれ１つのターゲットに接続することでも達成可能で ある。この場合には排気鐘は交流電圧源と電気的に接続されない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピューリッツ、ウヴェ ドイツ連邦共和国 デー―13599 ベルリ ン ファウヒャーヴェーク 10アー (72)発明者 シーヴェ、ハイケ ドイツ連邦共和国 デー―12167 ベルリ ン シュテファンシュトラーセ 11

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 酸素を含むプロセスガスで満たされた排気鐘内でのスパッタリング堆積に よりテクスチュア化されたＹＳＺ層を、 −排気鐘中のターゲットに電圧を印加し、 −粒子を含むプラズマの形成下に気体放電を開始し、 −プラズマ中の粒子の平均自由行程及び排気鐘中のターゲットと基板との距離 を顧慮して適当に選択された圧力まで排気し、 −プラズマの粒子から形成された粒子線が所定の角度で基板に当たるように基 板とターゲットを所定の角度で対向配置して 形成する方法において、 −ターゲットとしてジルコニウム及びイットリウムから成る金属ターゲット（ ２０）を使用し、 −この金属ターゲット（２０）から放出されるターゲット粒子を酸化物を形成 しながら酸化する ことを特徴とするスパッタリング堆積によりテクスチュア化されたＹＳＺ層の形 成方法。 ２． 電圧（Ｕ）としてｋＨｚ範囲までの周波数の直流電圧又は交流電圧を印加 することを特徴とする請求項１記載の方法。 ３． −基板（３３）に関して鏡面対称に１つのターゲット（２０）に対しもう １つのターゲット（２０’）を配置し、 −このもう１つのターゲット（２０’）に別の電圧（Ｕ’）を印加する ことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。 ４． 別の電圧（Ｕ’）として直流電圧又は無線周波数以下の周波数を持つ交流 電圧を印加することを特徴とする請求項３記載の方法。 ５． 一方の電圧（Ｕ）と別の電圧（Ｕ’）が、同じ周波数及び同じ値を有し互 に１８０°だけ位相をずらされている交流電圧であることを特徴とする請求項３ 又は４記載の方法。