JP2005079122A - 結晶性薄膜の作製方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ナノレベルで平坦な結晶性薄膜を提供する。さらに、本発明によれば、非晶質薄膜の表面形状を維持したままで結晶性薄膜を形成しうるので、たとえば溝を有するような、微細で複雑な形状の結晶性薄膜作製にも最適である。
【解決手段】非晶質薄膜を基板上に堆積し、ついで非晶質薄膜の結晶化温度以上の温度で熱処理して結晶性薄膜を作製する方法において、該非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料からなる薄膜を該非晶質薄膜上にコーティングした後に熱処理し、ついでそのコーティングされた薄膜を除去することを特徴とする結晶性薄膜の作製方法。非晶質薄膜は気相法もしくは液相法により基板上に堆積される。非晶質薄膜としては酸化物、窒化物もしくはシリコンが挙げられる。
【選択図】 図１
【解決手段】非晶質薄膜を基板上に堆積し、ついで非晶質薄膜の結晶化温度以上の温度で熱処理して結晶性薄膜を作製する方法において、該非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料からなる薄膜を該非晶質薄膜上にコーティングした後に熱処理し、ついでそのコーティングされた薄膜を除去することを特徴とする結晶性薄膜の作製方法。非晶質薄膜は気相法もしくは液相法により基板上に堆積される。非晶質薄膜としては酸化物、窒化物もしくはシリコンが挙げられる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶性薄膜の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透明導電性酸化膜に代表される薄膜表面のナノレベルでの表面平坦化（平滑化）は、表示デバイス等の微細化および多層配線プロセスの進展とともに特性向上に不可欠である。しかしながら、従来、ナノレベルで平坦な結晶性薄膜を得るためには、高温で成膜した後、化学的研磨等の研磨手段によるのが通常である。低温で成膜すると、一般的に表面は平坦であるが、結晶化せずに非晶質膜となる。高温で成膜すると結晶粒の成長により表面がかなり荒れ、研磨してもナノレベルで平坦な膜表面は得られにくい。また、低温で成膜した後に熱処理しても結晶粒の成長により同様のことが生じ、ナノレベルで平坦な膜表面は得られにくい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ナノレベルで平坦な結晶性薄膜を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非晶質薄膜を基板上に堆積し、ついで熱処理して結晶性薄膜を作製する方法において、該非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料からなる薄膜を該非晶質薄膜上にコーティングした後に熱処理し、ついでそのコーティングされた薄膜を除去することを特徴とする結晶性薄膜の作製方法を要旨とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の結晶性薄膜の作製方法においては、非晶質薄膜を基板上に堆積し、非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料からなる薄膜をその非晶質薄膜上にコーティングした後に熱処理し、ついでそのコーティングされた薄膜を除去する。
【０００６】
非晶質薄膜としては通常、酸化物、窒化物もしくはシリコンが挙げられる。この酸化物としては特に制限されないが、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、ＷＯ３等の半導体、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３等の絶縁材料、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３等の誘電体、その他超電導体等が挙げられる。窒化物としてはＳｉ３Ｎ４等が挙げられる。これらの非晶質薄膜は気相法もしくは液相法により基板上に堆積される。
【０００７】
基板としては、目的に応じてセラミック、ガラス、プラスチック、シリコン、金属等から選ばれる。この気相法は常法によることができ、たとえばマグネトロンスパッタリング、反応性スパッタリング等のスパッタ法、電子ビーム蒸着法等の蒸着法等が好適に用いられる。堆積条件は、実質的に非晶質薄膜を形成する条件であれば特に制限されない。また、液相法としてはゾル−ゲル法が好適に使用され、通常、成分元素の金属アルコキシドをアルコール等の溶媒に溶かした原料溶液を、スピンコーティング法もしくは浸漬法等により基板に塗布し、乾燥後に仮焼して非晶質薄膜を得る。
【０００８】
非晶質薄膜の厚さは目的に応じて選ばれるが、通常 １ｎｍ〜１００μｍ程度である。
【０００９】
非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料としては、ソーダ石灰ガラス等の各種のガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等のポリマー、もしくはＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐ、Ｚｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ等の金属ガラス、から選ばれるのが通常である。好適には、非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料としては結晶化温度未満、さらに好ましくは結晶化温度より３０℃以上低い温度で軟化する材料が使用され、各種のガラスが最も好適に使用される。これらの材料からなる薄膜（通常、厚さ１ｎｍ〜１０ｎｍ程度）をその非晶質薄膜上にコーティングした後に熱処理すると、熱処理温度以下で軟化する材料の粘性的な流動により非晶質薄膜の表面粒成長が抑制される。
【００１０】
熱処理温度は、非晶質薄膜を結晶化して結晶性薄膜を形成するのに十分な温度から選ばれ、非晶質薄膜の種類、その製法等により異なるが、たとえば１００〜１０００℃程度の範囲から選ばれるのが通常である。したがって、非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料も、１００〜１０００℃程度の範囲で軟化点を有するものから選択される。
【００１１】
本発明においては、上記の熱処理時に高温状態で非晶質薄膜表面をガラス等の高い粘性の薄膜（融液）が濡らしているので、表面での自由な結晶粒成長が抑制されるために平坦な結晶膜表面が得られると推測される。
【００１２】
ついで、本発明によれば上記熱処理後に、コーティングされた薄膜の除去はエッチングにより行われる。エッチングとしてはドライエッチング、もしくはたとえばリン酸を用いるウェットエッチングが好適である。
【００１３】
さらに、本発明によれば、非晶質薄膜の表面形状を維持したままで結晶性薄膜を形成しうるので、たとえば溝を有するような、微細で複雑な形状の結晶性薄膜作製にも最適である。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されない。
実施例１〜３および比較例１〜３
極めて平坦なサファイア基板上にパルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法を用いて、極めて平坦な非晶質ＩＴＯ（Ｓｎドープ酸化インジウム）を得た。すなわち、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー（３Ｊ／ｃｍ２、５Ｈｚ）を超高真空内（背圧１．０×１０−８Ｔｏｒｒ）に置かれたＩＴＯ焼結体ターゲット上に、レンズで集光照射し、約３０ｎｍ堆積することにより得られた（基板温度は室温）。この非晶質ＩＴＯの表面粗さを示す指数ＲＭＳ（平均二乗粗さ）は０．１６ｎｍと非常に平坦な値を示した。ついで、非常に平坦な結晶性ＩＴＯの作製を目的として、超高真空中、７００℃で１時間、熱処理したところ、図２の原子間力顕微鏡写真に示されるように粒成長して結晶化した表面が観察され、非常に平坦な結晶性ＩＴＯは作製されなかった（ＲＭＳ値は３．１１ｎｍであった。）（比較例１）。
【００１５】
そこで、ＰＬＤ法（レーザーエネルギー密度４Ｊ／ｃｍ２、１Ｈｚ）によりソーダ石灰ガラス（軟化点５５０℃）（組成：ＳｉＯ２７０．６ｗｔ％；Ｎａ２Ｏ１４．０ｗｔ％；ＣａＯ１０．２ｗｔ％；Ａｌ２Ｏ３２．６ｗｔ％；Ｆｅ２Ｏ３０．１５ｗｔ％；ＭｇＯ０．５ｗｔ％；Ｋ２Ｏ１．８ｗｔ％；およびＳＯ３０．１２ｗｔ％）の超薄膜（厚さ４ｎｍ）を非晶質ＩＴＯの表面に室温で被覆し、その後、超高真空中、７００℃（結晶化温度以上）で３時間熱処理して結晶性ＩＴＯを得、ついでソーダ灰ガラス超薄膜のみをウェットエッチング（エッチング液としてリン酸を使用）により除去した。その結果、図１の原子間力顕微鏡写真に示されるように結晶性ＩＴＯの表面はサファイア基板のステップ形状を維持し、また表面粗さＲＭＳも０．２６ｎｍと非常に平坦な表面形状が確認された。熱処理による結晶化はＸ線回折構造分析を用いて確認した。その結果、ガラス薄膜の被覆後に熱処理したＩＴＯは、表面平坦性を維持したまま、ガラス薄膜の被覆無しの熱処理の場合と同様な結晶性を有しており、結晶性であり、かつナノレベルで平面平坦なＩＴＯ薄膜が作製されていることが確認された（実施例１）。
【００１６】
実施例１と同様にして、ＣｅＯ２（実施例２）およびＴｉＯ２（実施例３）について平面平坦な結晶性薄膜が得られた。表面粗さＲＭＳ値はそれぞれ０．３３ｎｍおよび０．１７ｎｍであった。なお、比較例１と同様にガラス薄膜を行わないで得られたＣｅＯ２（比較例２）およびＴｉＯ２（比較例３）の表面粗さＲＭＳ値は、それぞれ１．５２ｎｍおよび１．２８ｎｍであった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、ナノレベルで平坦な結晶性薄膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で得られた結晶性ＩＴＯ薄膜の原子間力顕微鏡写真（結晶の粒子構造）を示す。
【図２】比較例１で得られた結晶性ＩＴＯ薄膜の原子間力顕微鏡写真（結晶の粒子構造）を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶性薄膜の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透明導電性酸化膜に代表される薄膜表面のナノレベルでの表面平坦化（平滑化）は、表示デバイス等の微細化および多層配線プロセスの進展とともに特性向上に不可欠である。しかしながら、従来、ナノレベルで平坦な結晶性薄膜を得るためには、高温で成膜した後、化学的研磨等の研磨手段によるのが通常である。低温で成膜すると、一般的に表面は平坦であるが、結晶化せずに非晶質膜となる。高温で成膜すると結晶粒の成長により表面がかなり荒れ、研磨してもナノレベルで平坦な膜表面は得られにくい。また、低温で成膜した後に熱処理しても結晶粒の成長により同様のことが生じ、ナノレベルで平坦な膜表面は得られにくい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ナノレベルで平坦な結晶性薄膜を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非晶質薄膜を基板上に堆積し、ついで熱処理して結晶性薄膜を作製する方法において、該非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料からなる薄膜を該非晶質薄膜上にコーティングした後に熱処理し、ついでそのコーティングされた薄膜を除去することを特徴とする結晶性薄膜の作製方法を要旨とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の結晶性薄膜の作製方法においては、非晶質薄膜を基板上に堆積し、非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料からなる薄膜をその非晶質薄膜上にコーティングした後に熱処理し、ついでそのコーティングされた薄膜を除去する。
【０００６】
非晶質薄膜としては通常、酸化物、窒化物もしくはシリコンが挙げられる。この酸化物としては特に制限されないが、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、ＷＯ３等の半導体、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３等の絶縁材料、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３等の誘電体、その他超電導体等が挙げられる。窒化物としてはＳｉ３Ｎ４等が挙げられる。これらの非晶質薄膜は気相法もしくは液相法により基板上に堆積される。
【０００７】
基板としては、目的に応じてセラミック、ガラス、プラスチック、シリコン、金属等から選ばれる。この気相法は常法によることができ、たとえばマグネトロンスパッタリング、反応性スパッタリング等のスパッタ法、電子ビーム蒸着法等の蒸着法等が好適に用いられる。堆積条件は、実質的に非晶質薄膜を形成する条件であれば特に制限されない。また、液相法としてはゾル−ゲル法が好適に使用され、通常、成分元素の金属アルコキシドをアルコール等の溶媒に溶かした原料溶液を、スピンコーティング法もしくは浸漬法等により基板に塗布し、乾燥後に仮焼して非晶質薄膜を得る。
【０００８】
非晶質薄膜の厚さは目的に応じて選ばれるが、通常 １ｎｍ〜１００μｍ程度である。
【０００９】
非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料としては、ソーダ石灰ガラス等の各種のガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等のポリマー、もしくはＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐ、Ｚｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ等の金属ガラス、から選ばれるのが通常である。好適には、非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料としては結晶化温度未満、さらに好ましくは結晶化温度より３０℃以上低い温度で軟化する材料が使用され、各種のガラスが最も好適に使用される。これらの材料からなる薄膜（通常、厚さ１ｎｍ〜１０ｎｍ程度）をその非晶質薄膜上にコーティングした後に熱処理すると、熱処理温度以下で軟化する材料の粘性的な流動により非晶質薄膜の表面粒成長が抑制される。
【００１０】
熱処理温度は、非晶質薄膜を結晶化して結晶性薄膜を形成するのに十分な温度から選ばれ、非晶質薄膜の種類、その製法等により異なるが、たとえば１００〜１０００℃程度の範囲から選ばれるのが通常である。したがって、非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料も、１００〜１０００℃程度の範囲で軟化点を有するものから選択される。
【００１１】
本発明においては、上記の熱処理時に高温状態で非晶質薄膜表面をガラス等の高い粘性の薄膜（融液）が濡らしているので、表面での自由な結晶粒成長が抑制されるために平坦な結晶膜表面が得られると推測される。
【００１２】
ついで、本発明によれば上記熱処理後に、コーティングされた薄膜の除去はエッチングにより行われる。エッチングとしてはドライエッチング、もしくはたとえばリン酸を用いるウェットエッチングが好適である。
【００１３】
さらに、本発明によれば、非晶質薄膜の表面形状を維持したままで結晶性薄膜を形成しうるので、たとえば溝を有するような、微細で複雑な形状の結晶性薄膜作製にも最適である。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されない。
実施例１〜３および比較例１〜３
極めて平坦なサファイア基板上にパルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法を用いて、極めて平坦な非晶質ＩＴＯ（Ｓｎドープ酸化インジウム）を得た。すなわち、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー（３Ｊ／ｃｍ２、５Ｈｚ）を超高真空内（背圧１．０×１０−８Ｔｏｒｒ）に置かれたＩＴＯ焼結体ターゲット上に、レンズで集光照射し、約３０ｎｍ堆積することにより得られた（基板温度は室温）。この非晶質ＩＴＯの表面粗さを示す指数ＲＭＳ（平均二乗粗さ）は０．１６ｎｍと非常に平坦な値を示した。ついで、非常に平坦な結晶性ＩＴＯの作製を目的として、超高真空中、７００℃で１時間、熱処理したところ、図２の原子間力顕微鏡写真に示されるように粒成長して結晶化した表面が観察され、非常に平坦な結晶性ＩＴＯは作製されなかった（ＲＭＳ値は３．１１ｎｍであった。）（比較例１）。
【００１５】
そこで、ＰＬＤ法（レーザーエネルギー密度４Ｊ／ｃｍ２、１Ｈｚ）によりソーダ石灰ガラス（軟化点５５０℃）（組成：ＳｉＯ２７０．６ｗｔ％；Ｎａ２Ｏ１４．０ｗｔ％；ＣａＯ１０．２ｗｔ％；Ａｌ２Ｏ３２．６ｗｔ％；Ｆｅ２Ｏ３０．１５ｗｔ％；ＭｇＯ０．５ｗｔ％；Ｋ２Ｏ１．８ｗｔ％；およびＳＯ３０．１２ｗｔ％）の超薄膜（厚さ４ｎｍ）を非晶質ＩＴＯの表面に室温で被覆し、その後、超高真空中、７００℃（結晶化温度以上）で３時間熱処理して結晶性ＩＴＯを得、ついでソーダ灰ガラス超薄膜のみをウェットエッチング（エッチング液としてリン酸を使用）により除去した。その結果、図１の原子間力顕微鏡写真に示されるように結晶性ＩＴＯの表面はサファイア基板のステップ形状を維持し、また表面粗さＲＭＳも０．２６ｎｍと非常に平坦な表面形状が確認された。熱処理による結晶化はＸ線回折構造分析を用いて確認した。その結果、ガラス薄膜の被覆後に熱処理したＩＴＯは、表面平坦性を維持したまま、ガラス薄膜の被覆無しの熱処理の場合と同様な結晶性を有しており、結晶性であり、かつナノレベルで平面平坦なＩＴＯ薄膜が作製されていることが確認された（実施例１）。
【００１６】
実施例１と同様にして、ＣｅＯ２（実施例２）およびＴｉＯ２（実施例３）について平面平坦な結晶性薄膜が得られた。表面粗さＲＭＳ値はそれぞれ０．３３ｎｍおよび０．１７ｎｍであった。なお、比較例１と同様にガラス薄膜を行わないで得られたＣｅＯ２（比較例２）およびＴｉＯ２（比較例３）の表面粗さＲＭＳ値は、それぞれ１．５２ｎｍおよび１．２８ｎｍであった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、ナノレベルで平坦な結晶性薄膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で得られた結晶性ＩＴＯ薄膜の原子間力顕微鏡写真（結晶の粒子構造）を示す。
【図２】比較例１で得られた結晶性ＩＴＯ薄膜の原子間力顕微鏡写真（結晶の粒子構造）を示す。
Claims (7)
- 非晶質薄膜を基板上に堆積し、ついで非晶質薄膜の結晶化温度以上の温度で熱処理して結晶性薄膜を作製する方法において、該非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料からなる薄膜を該非晶質薄膜上にコーティングした後に熱処理し、ついでそのコーティングされた薄膜を除去することを特徴とする結晶性薄膜の作製方法。
- 非晶質薄膜が気相法もしくは液相法により基板上に堆積される請求項１記載の結晶性薄膜の作製方法。
- 非晶質薄膜が酸化物、窒化物もしくはシリコンである請求項１もしくは２記載の結晶性薄膜の作製方法。
- 非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料からなる薄膜がガラス、ポリマーもしくは金属ガラスから選ばれる請求項１〜３のいずれか記載の結晶性薄膜の作製方法。
- 熱処理時に、非晶質薄膜の結晶化温度以下で軟化する材料の粘性的な流動により非晶質薄膜の表面粒成長が抑制される請求項１〜４のいずれか記載の結晶性薄膜の作製方法。
- 熱処理温度が１００〜１０００℃の範囲から選ばれる請求項１〜５のいずれか記載の結晶性薄膜の作製方法。
- コーティングされた薄膜の除去がエッチングにより行われる請求項１〜６のいずれか記載の結晶性薄膜の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003209686A JP2005079122A (ja) | 2003-08-29 | 2003-08-29 | 結晶性薄膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003209686A JP2005079122A (ja) | 2003-08-29 | 2003-08-29 | 結晶性薄膜の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005079122A true JP2005079122A (ja) | 2005-03-24 |
Family
ID=34402529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003209686A Pending JP2005079122A (ja) | 2003-08-29 | 2003-08-29 | 結晶性薄膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005079122A (ja) |
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-
2003
- 2003-08-29 JP JP2003209686A patent/JP2005079122A/ja active Pending
Patent Citations (6)
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