JP3227795B2 - アルミニウム膜の結晶配向制御方法 - Google Patents

アルミニウム膜の結晶配向制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、基体の表面にPVD
法(物理蒸着法)等によって形成されるアルミニウム膜
(より具体的にはそれを構成するアルミニウム)の(1
11)面の結晶配向を制御する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム膜を例えば半導体デバイス
やフィルムコンデンサ等の電極材料として用いる場合、
当該アルミニウム膜に電極材料として必要な低抵抗特
性、更にはエッチングや環境に対する高耐食性を持たせ
るために、アルミニウム膜を結晶化させることが望まし
い。より具体的には、アルミニウム膜においては、アル
ミニウム原子の配列が最も密になる(111)面を多く
配向させるほど耐食性が向上するので、基体上にアルミ
ニウムの(111)面に配向した結晶を多く成長させる
ことが望ましい。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、基体上に単に
アルミニウムを真空蒸着等によって被着しただけでは、
結晶成長の核となるものが少ない等の理由から、アルミ
ニウム膜の多くの結晶化は望めず、またアルミニウム膜
の結晶配向は基体表面の状態(例えば基体表面の結晶構
造や表面の凹凸や濡れ性等)に強く影響されるため、所
望の結晶面(ここでは(111)面)を優先的に成長さ
せるのは困難である。
【0004】そこで従来は、目的とする結晶面が成長し
やすくなるように、成膜の際の基体を所定の温度に加熱
しながら成膜を行う方法が採られてきた。しかし、成膜
しようとする基体が高温に加熱できない材料(例えばプ
ラスチックや高分子材料等)から成る場合にはこの方法
を用いることができず、また基体を高温に加熱するため
に基体が歪んでしまう問題が生じ、そのため基体材料の
種類に関係なく所望の結晶面を優先的に成長させること
は不可能であった。
【0005】そこでこの発明は、基体の結晶構造や表面
状態の影響を受けることなく、かつ基体を加熱すること
なく、当該基体の表面に形成されるアルミニウム膜の
(111)面の結晶配向を制御することができる方法を
提供することを主たる目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、基体の表面にアルミニウム膜を形成す
る際に、その成膜前に当該基体の表面に、100eV〜
20keVの範囲内のエネルギーのイオンの照射を、1
×10 15 個/cm 2 〜1×10 20 個/cm 2 の範囲内の
照射量で行うことにより、当該基体の表面に形成される
アルミニウム膜の(111)面の結晶配向を制御するこ
とを特徴とする。
【0007】
【作用】上記のようにアルミニウム膜の成膜前に、基体
の表面にイオン照射を行うことにより、当該基体上にア
ルミニウムの(111)面に配向した結晶が良く成長す
ることが分かった。その理由としては、イオン照射によ
って基体の表面がスパッタされて表面に多数の小さい凹
凸ができ、これによって基体表面の濡れ性が変わってア
ルミニウムの結晶核のでき方が(111)面の配向に都
合の良いように変化したためであると考えられる。
【0008】また、基体に照射するイオンの照射量およ
び照射エネルギーの少なくとも一方を前記範囲内で変化
させることによって、アルミニウム膜の(111)面の
結晶配向量を任意に制御することができることも分かっ
た。
【0009】
【実施例】図1は、実施例に用いた装置を示す概略図で
ある。図示しない真空容器内に基体4を保持するホルダ
2が設けられており、それに向けて蒸発源6およびイオ
ン源10が配置されている。
【0010】蒸発源6は、ホルダ2上の基体4にアルミ
ニウム8を蒸着させるものであり、この例では電子ビー
ム7によってアルミニウムを加熱蒸発させるものを用い
ているが、それ以外に、抵抗加熱によってアルミニウム
を加熱蒸発させるもの、あるいはターゲットをスパッタ
してアルミニウムを蒸発させるもの等でも良い。
【0011】イオン源10は、所望のイオン12を加速
して引き出してそれをホルダ2上の基体4に照射するも
のであり、例えば多極磁場型のいわゆるバケット型イオ
ン源が大電流大面積等の点で好ましいが、勿論それ以外
のイオン源でも良い。このイオン源10から引き出すイ
オン12の種類等については後述する。
【0012】またこの例では、ホルダ2の近傍に、基体
4に対するアルミニウム8の蒸着量を計測するための膜
厚モニタ14および基体4に対するイオン12の照射量
を計測するためのイオン電流モニタ16が配置されてい
る。
【0013】成膜に際しては、アルミニウム膜を形成し
ようとする所望の基体4をホルダ2に取り付け、真空容
器内を所定の真空度(例えば約1×10-6Torr程
度)にまで排気した後、まず、イオン源10からイオン
12を引き出してそれを基体4の表面に照射し、その
後、蒸発源6からアルミニウム8を蒸発させてそれを基
体4の表面に所望の膜厚になるように蒸着させる。
【0014】上記の場合に用いるイオン12の種類は、
特定のものに限定されるものではなく、例えば水素イオ
ン、窒素イオン、酸素イオン、ヘリウムイオン、ネオン
イオン、アルゴンイオン、クリプトンイオン等のいずれ
でも良く、要は当該イオン12によって基体4の表面を
スパッタできれば良い。
【0015】また、基体4に照射するイオン12のエネ
ルギーは、あまり小さいと照射の効果が少なくあまり大
きいと基体4に与える損傷が大きくなるので、例えば1
00eV〜20keV程度の範囲内が適当であり、イオ
ン12の照射量も、あまり少ないと照射の効果が少なく
あまり大きいと基体4に与える損傷が大きくなるので、
例えば1×1014個/cm2 〜1×1020個/cm2
度の範囲内が適当であるが、具体的には、イオン12の
種類や基体4の材質等によって異なり、上記範囲内で適
宜選べば良い。基体4に対するイオン12の照射角度θ
(図1参照)についても、イオン12の種類や基体4の
材質等によって適宜選べば良い。
【0016】より具体的な実施例を説明すると、上記の
ような基体4の一例としてフィルムコンデンサ用のポリ
エチレンテレフタレートフィルムを用い、これの表面に
イオン12としてアルゴンイオンを2keVのエネルギ
ーで1.5×1016個/cm2 照射した。このとき、フ
ィルム表面に対するアルゴンイオンの照射角度θは45
度とした。また、イオン照射に伴って発生する熱による
フィルムの変形等を防止するために、ホルダ2に冷却水
を流してフィルムの冷却を十分に行った。その後、上記
のようにしてアルゴンイオンを照射してスパッタしたフ
ィルムの表面に、アルミニウム膜を電子ビーム加熱式の
蒸発源6を用いて成膜速度10Å/秒で3000Åの膜
厚に成膜した。また比較のために、イオン照射を行って
ない未処理のポリエチレンテレフタレートフィルムの表
面に、上記と同様にしてアルミニウム膜を3000Åの
膜厚に成膜することも行った。
【0017】上記のようにしてポリエチレンテレフタレ
ートフィルムの表面に形成したアルミニウム膜の結晶性
をX線回折法により調べた結果を図2および図3に示
す。図2がイオン照射を施していない未処理のものを示
し、図3がアルゴンイオンを照射したものを示す。
【0018】図2に示されているように、イオン照射を
施していないフィルム上にアルミニウム膜を成膜した場
合は、回折角2θ=39度付近に、アルミニウム結晶の
(111)面を示す回折のピークがわずかに表れるだけ
であり、アルミニウムを単に真空蒸着させただけではあ
まりアルミニウムの(111)面の結晶配向が表れてい
ないことが分かる。なお、図2および図3中のSで示す
部分は、フィルムからのX線回折によるものである。
【0019】これに対して、図3に示されているよう
に、アルゴンイオンを2keVで1.5×1016個/c
2 照射したフィルム表面に成膜した場合のアルミニウ
ム膜について見ると、アルミニウムの(111)面を示
すピークが大きく増大していることが分かる。
【0020】また、イオンの照射量と単位膜厚当りのア
ルミニウムの(111)面のX線回折強度との関係を、
照射イオンのエネルギーを変えて調べた結果を図4に示
すが、この図から、イオンの照射量が多くなるに伴っ
て、また照射エネルギーが高いほど、アルミニウムの
(111)面のX線回折強度が増加し、多くの(11
1)面の配向が得られることが分かる。即ちこの発明の
方法によれば、照射イオンのエネルギーおよび照射量の
少なくとも一方を制御することにより、アルミニウムの
(111)面の配向量を任意に制御することができる。
【0021】例えば、同じ量の(111)面の配向量を
得るにしても、イオンの照射量を多くする方法と照射エ
ネルギーを高くする方法とが採れるが、イオンの照射量
を多くすればそのぶん処理時間が伸びて生産性が低下す
るのに対して、イオンのエネルギーを高くしても処理時
間は伸びないので生産性が良くなり、その結果生産コス
トも安くなる。
【0022】即ちこの発明の方法によれば、照射イオン
のエネルギーを変えることにより、少ない照射量でより
多くのアルミニウム(111)面の結晶配向を得ること
ができ、そのようにすれば処理時間が短くて済むので生
産性が良くなり、このことは、この発明の方法を実際の
生産機等に応用する場合において特に効果が大きい。
【0023】フィルム表面にイオン照射を行うことによ
って、アルミニウムの(111)面に配向した結晶が良
く成長する理由としては、イオン照射によってフィルム
表面がスパッタされて表面に多数の小さい凹凸ができ、
これによってフィルム表面の濡れ性が良くなってアルミ
ニウムの結晶核のでき方が(111)面の配向に都合の
良いように変化したためと考えられ、またイオンの照射
エネルギーが高いほどその凹凸の量やサイズを大にでき
るためであると考えられる。
【0024】また、イオン照射によって基体表面の状態
が消去されるので、即ちイオン照射によって基体表面を
細かく凹凸化することによって基体の元の結晶構造や表
面状態が解消されるので、基体材料の種類に関係なくい
ずれの基体上にも、アルミニウム膜の最密面である(1
11)面を優先的に配向させることが可能になる。
【0025】また、イオン照射は、基体を加熱する場合
と異なり、基体材料の種類に限定されることなく行うこ
とができるので、この発明の方法は、基体が、これまで
加熱が不可能であるとされていたプラスチックや高分子
材料等から成る場合に特に有効である。
【0026】なお、以上においては、イオン照射後の基
体上にアルミニウム膜を形成する方法として、アルミニ
ウムを加熱やスパッタによって蒸発させるものを例に説
明したが、この発明は成膜前の基体の表面にイオン照射
を施すことが重要であり、アルミニウム膜自体の形成方
法は特に重要ではないので、上記例以外の方法によって
アルミニウム膜を形成しても良い。
【0027】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、基体の
結晶構造や表面状態の影響を受けることなくかつ基体を
加熱することなく、それゆえ基体材料の種類に関係な
く、当該基体の表面に形成されるアルミニウム膜の(1
11)面の結晶配向を制御することができる。
【0028】しかも、イオンの照射量および照射エネル
ギーの少なくとも一方を前記範囲内で変化させることに
よって、アルミニウム膜の(111)面の結晶配向量を
任意に制御することができる。特に、イオンの照射エネ
ルギーを変えることによって、少ない照射量で多くの
(111)面の配向量を得ることもでき、そのようにす
れば処理時間が短くて済むので生産性が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例に用いた装置を示す概略図である。
【図2】 イオン照射を施していないポリエチレンテレ
フタレートフィルム上にアルミニウムを真空蒸着した時
のX線回折図形である。
【図3】 アルゴンイオンを2keVで1.5×1016
個/cm2 照射したポリエチレンテレフタレートフィル
ム上にアルミニウムを真空蒸着した時のアルミニウム膜
の結晶状態を示すX線回折図形である。
【図4】 イオンの照射量と単位膜厚当りのアルミニウ
ムの(111)面のX線回折強度との関係を、照射イオ
ンのエネルギーを変えて調べた結果を示す図である。
【符号の説明】
4 基体 6 蒸発源 8 アルミニウム 10 イオン源 12 イオン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鞍谷 直人 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機株式会社内 (72)発明者 岡崎 泰三 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機株式会社内 (56)参考文献 J.Electrochem.So c.,Vol.138,No.4, (1991),p.1089−1097 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 INSPEC(DIALOG) JICSTファイル(JOIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体の表面にアルミニウム膜を形成する
    際に、その成膜前に当該基体の表面に、100eV〜2
    0keVの範囲内のエネルギーのイオンの照射を、1×
    10 15 個/cm 2 〜1×10 20 個/cm 2 の範囲内の照
    射量で行うことにより、当該基体の表面に形成されるア
    ルミニウム膜の(111)面の結晶配向を制御すること
    を特徴とするアルミニウム膜の結晶配向制御方法。
  2. 【請求項2】 前記イオンの照射量および照射エネルギ
    ーの少なくとも一方を前記範囲内で変化させることによ
    り、前記アルミニウム膜の(111)面の結晶配向量を
    制御する請求項1記載のアルミニウム膜の結晶配向制御
    方法。
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WO2024057665A1 (ja) * 2022-09-12 2024-03-21 東レKpフィルム株式会社 二次電池正極用金属化フィルム、および、その製造方法
WO2024101196A1 (ja) * 2022-11-10 2024-05-16 東レ株式会社 二次電池正極用金属化フィルム、およびその製造方法

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