JP4920158B2 - ＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、超電導導体の中間層や、プラズマディスプレイの絶縁層等に用いられる結晶配向性が良好で、表面アラサが低く、表面が平坦なＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、多結晶体やアモルファスの基材上に、スパッタ装置により各種の配向膜を形成する技術が利用されている。例えば、酸化物超電導導体や、光学薄膜の分野、光磁気ディスク分野、配線基板の分野、高周波フィルタ、空洞共振器などの分野であるが、いずれの技術においても、基材上に膜質の安定した配向性の良好な多結晶薄膜を形成することが課題となっている。これは、これらの多結晶薄膜の結晶配向性が良好であるならば、その上に形成される超電導体薄膜、光学薄膜、磁性薄膜、配線用薄膜などの質が向上するためである。
このような基材上に形成される多結晶薄膜としては、ＭｇＯからなる多結晶薄膜が挙げられる。
【０００３】
従来、ＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法としては、ターゲットの構成粒子を叩き出して基材上に堆積させるスパッタリング法が挙げられる。このスパッタリング法としては、対陰極グロー放電を利用した、２極スパッタリングや、マグネトロンスパッタリング法等が用いられている。
このようなスパッタリング法は、１０−１Ｐａ程度の真空雰囲気において、目的とする多結晶薄膜の構成成分からなるターゲットに、イオン等の加速された粒子を衝突させて、ターゲットの構成粒子を叩き出し、基材上に堆積させるものである。
また、グロー放電を利用して前記イオン等加速された粒子をターゲットに衝突させるものである。
【０００４】
しかしながら、これらのＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法にあっては、結晶配向性の整っていない金属などの多結晶体やアモルファス等の基材上に、（１００）、（１１０）等の低指数面を垂直に配向させた多結晶薄膜、つまり結晶配向性の良好な多結晶薄膜を成膜するためには、通常、上記基材の温度を３００〜１０００℃程度の高温に保たなければならなかった。
【０００５】
このような高温下でＭｇＯの成膜を行った場合、基材上にＭｇＯの粒子を堆積させるときに、ＭｇＯ結晶粒の粗大化がおこり、このために多結晶薄膜の表面アラサが悪化して（表面アラサが大きくなり）、その表面が凹凸状になってしまうという問題があった。このように多結晶薄膜の表面状態が悪いと、この結晶薄膜上に形成される薄膜の質が低下、つまり、結晶配向性に乱れを生じることとなり好ましくない。
また、これらの製造方法にあっては、その成膜時の容器内で、ターゲットから構成粒子を叩き出すイオンをグロー放電を利用して発生させるものであるので、真空容器内にはプラズマが発生し、基材もプラズマ下におかれることとなる。よって、発生したプラズマが基材表面をたたき、ＭｇＯの配向性に悪影響を与えることが推測される。 このような理由から、実際に多結晶体やアモルファスの基材上にＭｇＯの多結晶薄膜を形成し、これを中間層としてこの上に薄膜を形成する場合、この薄膜の結晶配向性が良好とはならなかった。
【０００６】
例えば、金属テープ等の基材上に、中間層としてＭｇＯの多結晶薄膜を上記スパッタリング法にて形成し、この中間層上に、レザー蒸着法やスパッタ法で、酸化物超電導層を形成してなる酸化物超電導導体を作製する場合においては、成膜された酸化物超電導層は、単結晶基材上に形成された酸化物超電導層よりも、低い臨界電流密度程度しか示さなかった。
これは、酸化物超電導層の結晶配向性が悪いことを示す。この酸化物超電導層は、成膜時に中間層の結晶に整合するように成長するものであるので、その結晶配向性は、中間層の状態、つまり、結晶配向性、表面状態により影響を受けるものである。よって、この場合、中間層つまりＭｇＯの多結晶薄膜の結晶性が悪い、または／および表面に凹凸がある等の原因があると考えられる。
【０００７】
このように、従来の製造方法においては、多結晶体やアモルファスの基材上に配向性および表面アラサの良好なＭｇＯの多結晶薄膜を得ることは、困難であった。
【０００８】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、結晶配向性が良好で、表面アラサが少なく（表面アラサが小さく）、表面が平坦なＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、結晶配向性が良好で、表面アラサが少なく（表面アラサが小さく）、表面が平坦なＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法を得ることを目的とする。
本発明は前記課題を解決するために、イオンビームをターゲットに照射して、このターゲットから構成粒子を叩き出し、この構成粒子を基材上に堆積させて薄膜を得るイオンビームスパッタ法を用いてＭｇＯの多結晶薄膜を基材上に成膜する場合、上記基材の温度を３００℃以下に設定し、上記イオンビームのエネルギーを１０００ｅＶ〜２０００ｅＶに設定して成膜を行い、表面粗さ２〜１０ｎｍ、（２２０）ロッキングカーブで表される結晶配向性が５．０゜以下の多結晶薄膜を得るＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法を提供する。
本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法は、イオンビームをターゲットに照射して、このターゲットから構成粒子を叩き出し、この構成粒子を基材上に堆積させて薄膜を得るイオンビームスパッタ法を用いてＭｇＯの多結晶薄膜を成膜することにより、基材が高温になることはなく、また、プラズマにさらされることもないので、結晶配向性が良好で、表面アラサの良好（表面アラサが小さく）で、表面の平坦なＭｇＯの多結晶薄膜を形成することができる。
本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法において、イオンビームスパッタ法における上記イオンビームのエネルギーを１０００ｅＶ〜２０００ｅＶにして上記成膜を行うことが、蒸発したＭｇ、Ｏ原子（ターゲットから飛び出したＭｇ、Ｏ原子）に充分なエネルギーを与え、ＭｇＯ膜表面のマイグレーションを増進し、表面状態を良好にできる点で好ましい。
【００１０】
上記構成の本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法においては、上記イオンビームスパッタ法における減圧雰囲気を３．０×１０−２Ｐａ以下の減圧雰囲気下において上記成膜を行うことが、スパッタ率を向上させることができるとともに、基材上にＭｇＯの結晶粒の整った多結晶薄膜を形成することができ、その表面アラサを軽減する（表面アラサを小さくする）ことができる点で好ましい。
また、３．０×１０−２Ｐａ以下の減圧雰囲気下において上記成膜を行うと、従来のスパッタ法（１．０×１０−１Ｐａ）よりも、容器内（成膜室内）の真空度を高めることができ、ＭｇＯの結晶性、すなわち、（１１０）面を垂直に立たせることができるので、結晶配向性に優れたＭｇＯの多結晶薄膜を形成することができる。
【００１１】
上記構成の本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法においては、上記イオンビームスパッタ法における上記基材の温度を３００℃以下にして上記成膜を行うことがＭｇＯ多結晶薄膜の表面アラサが１０ｎｍ程度以下となり、表面状態の良好な多結晶薄膜を形成することができる点で好ましい。
また、上記構成の本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法においては、上記イオンビームスパッタ法における上記基材の温度を０℃以上２００℃以下にして上記成膜を行うことが、ＭｇＯ多結晶薄膜の表面アラサが２ｎｍ〜３ｎｍ程度となり、表面状態の良好な多結晶薄膜を形成することができる点で好ましい。
【００１２】
また、上記構成の本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法においては、上記イオンビームスパッタ法における上記イオンビームのエネルギーを１２００ｅＶ〜１５００ｅＶにして上記成膜を行うことが、蒸発したＭｇ、Ｏ原子（ターゲットから飛び出したＭｇ、Ｏ原子）に充分なエネルギーを与え、ＭｇＯ膜表面のマイグレーションを増進し、表面状態を良好にでき、かつ、ターゲット温度上昇による悪影響を回避できる点でさらに好ましい。
上述したように本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法では、上記イオンビームスパッタ法における減圧雰囲気を３．０×１０−２Ｐａ以下または／および基材の温度を３００℃以下で行えば、スパッタ率が向上して成膜特性が良好となり、さらに配向性の優れたＭｇＯの多結晶薄膜を得ることができる。
更に、本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法において、上記基材の温度を０〜２００℃に設定し、３．０×１０ −２ Ｐａ以下の減圧雰囲気において、上記イオンビームのエネルギーを１０００ｅＶ〜１６００ｅＶに設定して上記成膜を行うことにより、表面粗さ２〜５ｎｍ、（２２０）ロッキングカーブで表される結晶配向性が４゜以下のＭｇＯの多結晶薄膜を得ることができる。
【００１３】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明のＭｇＯの多結晶薄膜を製造方法に用いる装置の一例を示したものである。この例の装置は、スパッタ装置に、イオンビームアシスト用のイオン源を設けた構成となっている。
この装置は、基材Ａを保持する基材ホルダ１１と、この基材ホルダ１１の斜め上方に所定間隔を持って対向配置された板状のターゲット１２と、このターゲット１２の下方においてターゲット１２の下面に向けて配置されたスパッタビーム照射装置１３を主体として構成されている。また、図中符号１５は、ターゲット１２を保持したターゲットホルダーを示している。
【００１４】
また、この装置は、図示略の真空排気可能な真空チャンバ（成膜処理容器）１４内に収容されていて、基材Ａの周囲を真空雰囲気に保持できるようになっている。さらに、前記真空容器には、ガスボンベなどの雰囲気ガス供給源が接続されていて、真空容器の内部を真空などの低圧状態で、かつ、アルゴンガスあるいはその他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不活性ガス雰囲気にすることができるようになっている。
前記基材ホルダ１１は内部に加熱ヒータ、あるいは冷却装置（図示せず）を備え、基材ホルダ１１の上に配置された基材を所望の温度にできるようになっている。また、基材ホルダ１１の底部には角度調節機構Ｄが敷設されている。この角度調節機構Ｄは基材ホルダ１１の底部に接合された上部支持板５にピン結合された下部支持板６と、この下部支持板６を支持する台７を主体として構成されている。前記上部支持板５と下部支持板６とはピン結合を介して互いに回動自在に構成されており、基材ホルダ１１の水平角度を調整できるようになっている。 前記基材Ａは、例えば、板材、線材、テープ材などの種々の形状のもので、銀、白金、銅、ステンレス鋼、ハステロイなどの金属材料や合金、あるいは各種ガラスあるいはセラミックス等からなる、多結晶体またはアモルファスを用いることができる。
【００１５】
なお、基材Ａとして、長尺の金属テープ（ハステロイ製あるいはステンレス製などのテープ）を用いる場合には、真空容器の内部に金属テープの送出装置と巻取り装置を設け、送出装置から連続的に基材ホルダ１１に基材Ａを送り出し、続いて巻取り装置で巻き取ることで、テープ状の基材上に多結晶薄膜を連続成膜することができるに構成することが好ましい。
前記ターゲット１２は、目的とするＭｇＯの多結晶薄膜を形成するためのものであり、ＭｇＯと同一組成あるいは近似組成のものを用いる。具体的には、ＭｇＯからなる焼結体、Ｍｇの金属板などが用いられる。このターゲット１３は、ピン等によりターゲット支持体１５に回動自在に取り付けられており、傾斜角度を調整できるようになっていて、イオンビームの入射角度を調整できるようになっている。
【００１６】
前記スパッタビーム照射装置１３は、ターゲット１２に対してイオンを照射してターゲット１２の構成粒子を叩き出すことができるものである。このスパッタビーム照射装置１３は、容器の内部に蒸発源を収納し、蒸発源の近傍に引き出し電圧をかけるためのグリッドを備えて構成されている。そして、前記蒸発源から発生した原子または分子の一部をイオン化し、そのイオン化した粒子をグリッドで発生させた電界で制御してイオンビームとして照射する装置である。粒子をイオン化するには直流放電方式、高周波励起方式、フィラメント式、クラスタイオンビーム方式などの種々のものがある。フィラメント式はタングステン製のフィラメントに通電加熱して熱電子を発生させ、高真空中で蒸発粒子と衝突させてイオン化する方法である。また、クラスタイオンビーム方式は、原料を入れたるつぼの開口部に設けられたノズルから真空中に出てくる集合分子のクラスタを熱電子で衝撃してイオン化して放射するものである。
【００１７】
この例においては、図２に示すような構成の内部構造を有するスパッタビーム照射装置１３を用いる。このスパッタビーム照射装置１３は、筒状の容器１６の内部に、グリッド１７とフィラメント１８とＡｒガスなどの導入管１９とを備えて構成され、容器１６の先端からイオンをビーム状に平行に照射できるものである。 スパッタビーム照射装置１３によってターゲット１２に照射されるイオンは、Ａｒと酸素の混合イオン、あるいは、Ｈｅ＋、Ｎｅ＋、Ａｒ＋、Ｘｅ＋、Ｋｒ＋などの希ガスイオン、またはそれらと酸素の混合イオンなどでもよい。
【００１８】
このような構成の製造装置を用いて基材Ａ上にＭｇＯ多結晶薄膜を形成するには、まず上述のＭｇＯあるいはＭｇからなるターゲット１２を用いて、ターゲット支持体１５に設置する。ついで、基材Ａを収納している容器の内部を真空引きして減圧雰囲気とする。このときの真空状態としては、３．０×１０−２Ｐａ以下程度の減圧雰囲気が好ましい。この程度の真空雰囲気であれば、通常のスパッタリング法の真空度よりも高くすることができ、スパッタ率を向上させることができるとともに、基板Ａ上にＭｇＯの結晶粒の整った多結晶薄膜を形成することができ、その表面アラサを軽減することができる。
【００１９】
そして、スパッタビーム照射装置１３を作動させる。
スパッタビーム照射装置１３からターゲット１２に、イオンビームを照射すれば、ターゲット１２の構成粒子がイオンビームによって叩き出されて基材Ａ上に飛来して堆積する。そして、所望の厚みの多結晶薄膜を成膜する。
そして、イオンソース３９から照射されるこのイオンビーム照射量としては、イオンの種類にもよるが、およそイオンビームのエネルギーを、１０００〜２０００ｅＶ程度、好ましくは１２００〜１５００ｅＶ程度、イオン電流密度を、１〜１０ｍＡ／ｃｍ２程度とすることが好ましい。 また、このときの基材Ａの温度は、３００℃以下の室温とすることが好ましく、５０〜２００℃の範囲がより好ましく、さらに好ましくは５０〜１００℃の範囲である。この温度範囲でＭｇＯの成膜を行えば、ＭｇＯ多結晶薄膜の表面アラサが２〜３ｎｍ程度に減少し、表面状態の良好な多結晶薄膜を形成することができる。
【００２０】
また、このようにスパッタビーム照射装置１３を用いたスパッタリングを行えば、上記室温であっても、ＭｇＯを基板Ａ上に、（１１０）面が垂直に強く立つようにＭｇＯの粒子を配向させることができる。 このように、室温においても、ＭｇＯ粒子の配向性の良好で、膜表面の表面アラサが少ない多結晶薄膜を形成できる理由としては、次のようなことが考えられる。
まず、通常のスパッタ法においては、上述のように成膜時に、ターゲットがプラズマ状態にされるため、真空容器内部はプラズマに満たされ、基板もプラズマ下におかれるため、薄膜の結晶性が悪くなる。よって、結晶性の良好な薄膜を得るために、成膜雰囲気を高温度、例えば４００〜６００℃程度、あるいはそれ以上の温度に加熱しながら成膜することが常識的な知見である。このような高温度に加熱しつつ成膜することで一般的に結晶性の高い膜を得ていることは、成膜温度と結晶化との間に密接な関係が存在することを意味し、薄膜の製造分野において成膜温度が低い場合はアモルファス性に富む膜が生成し易いものと理解されている。
しかしながら、上記高温雰囲気下においてＭｇＯの成膜を行うと、成膜面での結晶の粗大化がおこり、表面アラサが増大し、ＭｇＯの多結晶薄膜の表面状態が悪化してしまう。
【００２１】
そこで、本発明においては、イオン供給源として、スパッタビーム照射装置１３を用い、プラズマがこの装置内において発生するようにして、基材Ａがプラズマに当たらないような構成とした。よって、本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の形成方法においては、基材がプラズマの影響を受けることがないので、成膜雰囲気を室温として成膜を実施することができる。したがって、高温下で成膜されるものではないので、ＭｇＯの結晶粒子の粗大化がおこらず、結晶粒子の小さいものが堆積するので、表面アラサが低減され、より平坦な表面ＭｇＯの多結晶薄膜を形成することができる。
【００２２】
また、本発明のＭｇＯの結晶薄膜の製造方法においては、スパッタビーム照射装置１３を用いたものであるので、通常のスパッタ法（１．０×１０−１Ｐａ程度）よりも、容器内の真空度を高めることができる。よって、ＭｇＯの結晶性、すなわち、（１１０）面を垂直に立たせることができるので、結晶配向性に優れたＭｇＯの多結晶薄膜を形成することができる。
また、真空度を高め、基材Ａがプラズマにさらされないことから、スパッタ率すなわち、ターゲットに衝突する加速粒子（この場合は、正イオン）１個あたり何個の原子がスパッタされるかの割合が向上し、ＭｇＯの粒子を基材Ａ上に良好に堆積させることができる。
このような製造方法により形成された、結晶配向性が良好で表面が平坦なＭｇＯの多結晶薄膜は、プラズマディスプレイの絶縁層や、酸化物超電導導体の中間層等として用いることができる。
例えば、上記多結晶体あるいはアモルファスの基材上に形成されたＭｇＯの多結晶薄膜上に、酸化物超電導体からなる酸化物超電導層を形成すれば、酸化物超電導導体を得ることができる。
【００２３】
この酸化物超電導層を形成する方法としては、目的の酸化物超電導体と近似組成あるいは同一組成のターゲットを用い、酸素ガス雰囲気中などにおいてスパッタリングを行い、ＭｇＯの多結晶薄膜上に酸化物超電導層を形成する方法や、前記ターゲットにレザービームを照射して構成粒子をえぐり出して蒸着するレーザー蒸着法などが挙げられる。
この酸化物超電導層を構成する酸化物超電導体は、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ、Ｙ２Ｂａ４Ｃｕ８Ｏｙ、Ｙ３Ｂａ３Ｃｕ６Ｏｙなる組成、あるいは（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｃａ２Ｓｒ２Ｃｕ３Ｏｙ、（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｃａ２Ｓｒ３Ｃｕ４Ｏｙなる組成、あるいは、Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ３Ｃｕ４Ｏｙなる組成などに代表される臨界温度の高い酸化物超電導体である。
本発明のＭｇＯの多結晶薄膜においては、結晶配向性に優れ、表面アラサの少ない平坦なものであるので、この多結晶薄膜上に積層される酸化物超電導層においては、ＭｇＯの多結晶薄膜の配向性に整合するように、酸化物超電導体の結晶粒子が配向する。
【００２４】
【実施例】
（実験例１）
図１に示す構成の装置を使用し、イオンビーム照射を伴うスパッタリングを行って、ＭｇＯの多結晶薄膜を成膜した。
図１に示す装置を収納した真空容器内を真空ポンプで真空引きして ２．０×１０−２Ｐａに減圧するとともに、真空容器内にＡｒ＋Ｏ２のガスをＡｒにおいては８．０ｓｃｃｍ（０℃１気圧（１０１３ｈＰａ）に換算したときの流量が８．０ｃｍ３／分、Ｏ２ガスにおいては、４．０ｓｃｃｍ（０℃１気圧（１０１３ｈＰａ）に換算したときの流量が４．０ｃｍ３／分の割合で供給した。
基材として、表面を鏡面加工した幅１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、長さ数ｍのハステロイＣ２７６テープを使用した。ターゲットは、ＭｇＯからなる焼結体を用いた。そして、Ａｒ＋イオンをイオンガンからターゲットに照射してスパッタした。このときのＡｒ＋のイオンビームのエネルギーを１２００ｅＶ、イオン電流密度を５ｍＡ／ｃｍ２に設定した。
【００２５】
そして、基材ホルダ上の基材を一定速度で移動させながら基材テープ上に厚さ１１００ｎｍのＭｇＯからなる多結晶薄膜を形成した。
なお、前記の成膜の際の温度は、１００℃にそれぞれ制御した。
得られたＭｇＯの多結晶薄膜についてＣｕＫα線を用いたθ−２θ法によるＸ線回析試験を行った。
このθ−２θ法によるＸ線回析試験は、図３に示すような基材Ａ上に形成されたＭｇＯの多結晶薄膜Ｂに、Ｘ線を角度θで照射するとともに、入射Ｘ線を含む鉛直面において、入射Ｘ線に対して２θの角度の位置にＸ線カウンター２５を設置し、入射Ｘ線を含む鉛直面に対する水平角度φの値を適宜変更して、すなわち基材Ａを図３において矢印に示すように回転させることにより得られる回折強さを測定するものである。
実施例のＭｇＯの多結晶薄膜について、上記Ｘ線回析試験を実施し回析強さを測定した。この結果を図４に示す。
図４に示す結果より、（２２０）面におけるピークが認められ、ＭｇＯの多結晶薄膜の（１１０）面が基材表面に垂直に立って配向していると推定することができる。 さらに、このピークにおける（２２０）ロッキングカーブの積分強度を図５に示す。
図５のグラフより、（２２０）面のピークにおける幅が３．４°と狭く、（２２０）面の向きが垂直にそろっていると推定できる。
よって、このＭｇＯの多結晶薄膜の結晶配向性に優れたものであるといえる。
【００２６】
（実験例２）
次に、ＭｇＯ膜の成膜時の基材の温度を変えた以外は、上記実験例１と同様にして、ＭｇＯからなる多結晶薄膜を形成し、これらのＭｇＯの多結晶薄膜における表面アラサを測定した。また、ＭｇＯの多結晶薄膜の結晶配向性を（２２０）半価幅（ロッキングカーブ）により調べた。結果を表１に示す。
この結果から、基板の温度が３００℃以下において、表面アラサが少ない（表面アラサが１０ｎｍ以下と小さい）良好な多結晶薄膜を形成することができることがわかる。また、基板の温度が０℃〜２００℃において、表面アラサが３ｎｍ程度以下と小さい良好な多結晶薄膜を形成することができることがわかる。基板の温度が０℃を越えて２００℃未満の範囲において表面アラサが２ｎｍから３ｎｍと小さい良好な多結晶薄膜を形成することができることがわかる。また、基板温度が０℃以下においては、表面アラサが２ｎｍから３ｎｍと小さいが、（１１０）面の向きが揃っておらず、（１１０）面の配向性が悪いことがわかる。
【００２７】
【表１】
【００２８】
（実験例３）
次に、ＭｇＯ膜の成膜時の真空容器内の雰囲気圧力（真空度）を変えた以外は、上記実験例１と同様にして、ＭｇＯからなる多結晶薄膜を形成し、これらのＭｇＯの多結晶薄膜における表面アラサと結晶配向性を測定した。結果を表２に示す。
この結果から、ＭｇＯ膜の成膜時の真空容器内の真空度が３．０×１０−２Ｐａを越えるとき、ＭｇＯ膜の表面アラサ、結晶配向性ともに悪くなることがわかる。
これに対してＭｇＯ膜の成膜時の真空容器内を３．０×１０−２Ｐａ以下に減圧したとき、ＭｇＯ膜の表面アラサ、結晶配向性がともに良くなることがわかる。
【００２９】
【表２】
【００３０】
（実験例４）
次に、図１に示す構成の装置を使用し、イオンビーム照射を伴うスパッタリングを行って、ＭｇＯの多結晶薄膜を成膜する際、イオンビームのエネルギーを変えた以外は、上記実験例１と同様にして、ＭｇＯからなる多結晶薄膜を形成し、これらのＭｇＯの多結晶薄膜における表面アラサと結晶配向性を測定した。結果を表３に示す。
この結果から、ＭｇＯ膜の成膜時のイオンビームのエネルギーが２０００ｅＶを越えるとき、ＭｇＯの多結晶薄膜の表面アラサと結晶配向性が悪いことがわかる。
これに対しＭｇＯ膜の成膜時のイオンビームのエネルギーを１０００ｅＶ〜２０００ｅＶにしたとき、ＭｇＯの多結晶薄膜の表面アラサと結晶配向性が良好であることがわかる。また、ＭｇＯ膜の成膜時のイオンビームのエネルギーを１０００ｅＶ〜１６００ｅＶにしたとき、ＭｇＯの多結晶薄膜の表面アラサが良好で、結晶配向性を４．０°以下にできることがわかる。ＭｇＯ膜の成膜時のイオンビームのエネルギーを１２００ｅＶ〜１５００ｅＶにしたとき、ＭｇＯの多結晶薄膜の結晶配向性を３．５°以下にできることがわかる。
【００３１】
【表３】
【００３２】
【発明の効果】
本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法は、エネルギーを１０００ｅＶ〜２０００ｅＶにしたイオンビームをターゲットに照射して、このターゲットから構成粒子を叩き出し、この構成粒子を基材上に堆積させて薄膜を得るイオンビームスパッタ法を用いてＭｇＯの多結晶薄膜を成膜することにより、基材が高温になることはなく、また、プラズマにさらされることもないので、結晶配向性が良好で、表面アラサの良好（表面アラサが小さく）で、表面の平坦なＭｇＯの多結晶薄膜を形成することができる。
本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法において、イオンビームスパッタ法における上記イオンビームのエネルギーを１０００ｅＶ〜２０００ｅＶにして上記成膜を行うことが、蒸発したＭｇ、Ｏ原子（ターゲットから飛び出したＭｇ、Ｏ原子）に充分なエネルギーを与え、ＭｇＯ膜表面のマイグレーションを増進し、表面状態を良好にできる点で必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のＭｇＯの製造方法に用いられる装置の一例を示した構成図である。
【図２】図２は、本発明のＭｇＯの製造方法に用いられるイオンビーム照射装置の一例を示した構成図である。
【図３】図３は、Ｘ線回析法を説明するための構成図である。
【図４】図４は、実施例におけるＸ線回析強さを示したグラフである。
【図５】図５は、実施例における積分強度を示したグラフである。
【符号の説明】
Ａ…基材、１…真空チャンバ（成膜処理容器）、１１…基材ホルダ、１２…ターゲット、１３…スパッタビーム照射装置。
【技術分野】
本発明は、超電導導体の中間層や、プラズマディスプレイの絶縁層等に用いられる結晶配向性が良好で、表面アラサが低く、表面が平坦なＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、多結晶体やアモルファスの基材上に、スパッタ装置により各種の配向膜を形成する技術が利用されている。例えば、酸化物超電導導体や、光学薄膜の分野、光磁気ディスク分野、配線基板の分野、高周波フィルタ、空洞共振器などの分野であるが、いずれの技術においても、基材上に膜質の安定した配向性の良好な多結晶薄膜を形成することが課題となっている。これは、これらの多結晶薄膜の結晶配向性が良好であるならば、その上に形成される超電導体薄膜、光学薄膜、磁性薄膜、配線用薄膜などの質が向上するためである。
このような基材上に形成される多結晶薄膜としては、ＭｇＯからなる多結晶薄膜が挙げられる。
【０００３】
従来、ＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法としては、ターゲットの構成粒子を叩き出して基材上に堆積させるスパッタリング法が挙げられる。このスパッタリング法としては、対陰極グロー放電を利用した、２極スパッタリングや、マグネトロンスパッタリング法等が用いられている。
このようなスパッタリング法は、１０−１Ｐａ程度の真空雰囲気において、目的とする多結晶薄膜の構成成分からなるターゲットに、イオン等の加速された粒子を衝突させて、ターゲットの構成粒子を叩き出し、基材上に堆積させるものである。
また、グロー放電を利用して前記イオン等加速された粒子をターゲットに衝突させるものである。
【０００４】
しかしながら、これらのＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法にあっては、結晶配向性の整っていない金属などの多結晶体やアモルファス等の基材上に、（１００）、（１１０）等の低指数面を垂直に配向させた多結晶薄膜、つまり結晶配向性の良好な多結晶薄膜を成膜するためには、通常、上記基材の温度を３００〜１０００℃程度の高温に保たなければならなかった。
【０００５】
このような高温下でＭｇＯの成膜を行った場合、基材上にＭｇＯの粒子を堆積させるときに、ＭｇＯ結晶粒の粗大化がおこり、このために多結晶薄膜の表面アラサが悪化して（表面アラサが大きくなり）、その表面が凹凸状になってしまうという問題があった。このように多結晶薄膜の表面状態が悪いと、この結晶薄膜上に形成される薄膜の質が低下、つまり、結晶配向性に乱れを生じることとなり好ましくない。
また、これらの製造方法にあっては、その成膜時の容器内で、ターゲットから構成粒子を叩き出すイオンをグロー放電を利用して発生させるものであるので、真空容器内にはプラズマが発生し、基材もプラズマ下におかれることとなる。よって、発生したプラズマが基材表面をたたき、ＭｇＯの配向性に悪影響を与えることが推測される。 このような理由から、実際に多結晶体やアモルファスの基材上にＭｇＯの多結晶薄膜を形成し、これを中間層としてこの上に薄膜を形成する場合、この薄膜の結晶配向性が良好とはならなかった。
【０００６】
例えば、金属テープ等の基材上に、中間層としてＭｇＯの多結晶薄膜を上記スパッタリング法にて形成し、この中間層上に、レザー蒸着法やスパッタ法で、酸化物超電導層を形成してなる酸化物超電導導体を作製する場合においては、成膜された酸化物超電導層は、単結晶基材上に形成された酸化物超電導層よりも、低い臨界電流密度程度しか示さなかった。
これは、酸化物超電導層の結晶配向性が悪いことを示す。この酸化物超電導層は、成膜時に中間層の結晶に整合するように成長するものであるので、その結晶配向性は、中間層の状態、つまり、結晶配向性、表面状態により影響を受けるものである。よって、この場合、中間層つまりＭｇＯの多結晶薄膜の結晶性が悪い、または／および表面に凹凸がある等の原因があると考えられる。
【０００７】
このように、従来の製造方法においては、多結晶体やアモルファスの基材上に配向性および表面アラサの良好なＭｇＯの多結晶薄膜を得ることは、困難であった。
【０００８】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、結晶配向性が良好で、表面アラサが少なく（表面アラサが小さく）、表面が平坦なＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、結晶配向性が良好で、表面アラサが少なく（表面アラサが小さく）、表面が平坦なＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法を得ることを目的とする。
本発明は前記課題を解決するために、イオンビームをターゲットに照射して、このターゲットから構成粒子を叩き出し、この構成粒子を基材上に堆積させて薄膜を得るイオンビームスパッタ法を用いてＭｇＯの多結晶薄膜を基材上に成膜する場合、上記基材の温度を３００℃以下に設定し、上記イオンビームのエネルギーを１０００ｅＶ〜２０００ｅＶに設定して成膜を行い、表面粗さ２〜１０ｎｍ、（２２０）ロッキングカーブで表される結晶配向性が５．０゜以下の多結晶薄膜を得るＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法を提供する。
本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法は、イオンビームをターゲットに照射して、このターゲットから構成粒子を叩き出し、この構成粒子を基材上に堆積させて薄膜を得るイオンビームスパッタ法を用いてＭｇＯの多結晶薄膜を成膜することにより、基材が高温になることはなく、また、プラズマにさらされることもないので、結晶配向性が良好で、表面アラサの良好（表面アラサが小さく）で、表面の平坦なＭｇＯの多結晶薄膜を形成することができる。
本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法において、イオンビームスパッタ法における上記イオンビームのエネルギーを１０００ｅＶ〜２０００ｅＶにして上記成膜を行うことが、蒸発したＭｇ、Ｏ原子（ターゲットから飛び出したＭｇ、Ｏ原子）に充分なエネルギーを与え、ＭｇＯ膜表面のマイグレーションを増進し、表面状態を良好にできる点で好ましい。
【００１０】
上記構成の本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法においては、上記イオンビームスパッタ法における減圧雰囲気を３．０×１０−２Ｐａ以下の減圧雰囲気下において上記成膜を行うことが、スパッタ率を向上させることができるとともに、基材上にＭｇＯの結晶粒の整った多結晶薄膜を形成することができ、その表面アラサを軽減する（表面アラサを小さくする）ことができる点で好ましい。
また、３．０×１０−２Ｐａ以下の減圧雰囲気下において上記成膜を行うと、従来のスパッタ法（１．０×１０−１Ｐａ）よりも、容器内（成膜室内）の真空度を高めることができ、ＭｇＯの結晶性、すなわち、（１１０）面を垂直に立たせることができるので、結晶配向性に優れたＭｇＯの多結晶薄膜を形成することができる。
【００１１】
上記構成の本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法においては、上記イオンビームスパッタ法における上記基材の温度を３００℃以下にして上記成膜を行うことがＭｇＯ多結晶薄膜の表面アラサが１０ｎｍ程度以下となり、表面状態の良好な多結晶薄膜を形成することができる点で好ましい。
また、上記構成の本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法においては、上記イオンビームスパッタ法における上記基材の温度を０℃以上２００℃以下にして上記成膜を行うことが、ＭｇＯ多結晶薄膜の表面アラサが２ｎｍ〜３ｎｍ程度となり、表面状態の良好な多結晶薄膜を形成することができる点で好ましい。
【００１２】
また、上記構成の本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法においては、上記イオンビームスパッタ法における上記イオンビームのエネルギーを１２００ｅＶ〜１５００ｅＶにして上記成膜を行うことが、蒸発したＭｇ、Ｏ原子（ターゲットから飛び出したＭｇ、Ｏ原子）に充分なエネルギーを与え、ＭｇＯ膜表面のマイグレーションを増進し、表面状態を良好にでき、かつ、ターゲット温度上昇による悪影響を回避できる点でさらに好ましい。
上述したように本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法では、上記イオンビームスパッタ法における減圧雰囲気を３．０×１０−２Ｐａ以下または／および基材の温度を３００℃以下で行えば、スパッタ率が向上して成膜特性が良好となり、さらに配向性の優れたＭｇＯの多結晶薄膜を得ることができる。
更に、本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法において、上記基材の温度を０〜２００℃に設定し、３．０×１０ −２ Ｐａ以下の減圧雰囲気において、上記イオンビームのエネルギーを１０００ｅＶ〜１６００ｅＶに設定して上記成膜を行うことにより、表面粗さ２〜５ｎｍ、（２２０）ロッキングカーブで表される結晶配向性が４゜以下のＭｇＯの多結晶薄膜を得ることができる。
【００１３】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明のＭｇＯの多結晶薄膜を製造方法に用いる装置の一例を示したものである。この例の装置は、スパッタ装置に、イオンビームアシスト用のイオン源を設けた構成となっている。
この装置は、基材Ａを保持する基材ホルダ１１と、この基材ホルダ１１の斜め上方に所定間隔を持って対向配置された板状のターゲット１２と、このターゲット１２の下方においてターゲット１２の下面に向けて配置されたスパッタビーム照射装置１３を主体として構成されている。また、図中符号１５は、ターゲット１２を保持したターゲットホルダーを示している。
【００１４】
また、この装置は、図示略の真空排気可能な真空チャンバ（成膜処理容器）１４内に収容されていて、基材Ａの周囲を真空雰囲気に保持できるようになっている。さらに、前記真空容器には、ガスボンベなどの雰囲気ガス供給源が接続されていて、真空容器の内部を真空などの低圧状態で、かつ、アルゴンガスあるいはその他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不活性ガス雰囲気にすることができるようになっている。
前記基材ホルダ１１は内部に加熱ヒータ、あるいは冷却装置（図示せず）を備え、基材ホルダ１１の上に配置された基材を所望の温度にできるようになっている。また、基材ホルダ１１の底部には角度調節機構Ｄが敷設されている。この角度調節機構Ｄは基材ホルダ１１の底部に接合された上部支持板５にピン結合された下部支持板６と、この下部支持板６を支持する台７を主体として構成されている。前記上部支持板５と下部支持板６とはピン結合を介して互いに回動自在に構成されており、基材ホルダ１１の水平角度を調整できるようになっている。 前記基材Ａは、例えば、板材、線材、テープ材などの種々の形状のもので、銀、白金、銅、ステンレス鋼、ハステロイなどの金属材料や合金、あるいは各種ガラスあるいはセラミックス等からなる、多結晶体またはアモルファスを用いることができる。
【００１５】
なお、基材Ａとして、長尺の金属テープ（ハステロイ製あるいはステンレス製などのテープ）を用いる場合には、真空容器の内部に金属テープの送出装置と巻取り装置を設け、送出装置から連続的に基材ホルダ１１に基材Ａを送り出し、続いて巻取り装置で巻き取ることで、テープ状の基材上に多結晶薄膜を連続成膜することができるに構成することが好ましい。
前記ターゲット１２は、目的とするＭｇＯの多結晶薄膜を形成するためのものであり、ＭｇＯと同一組成あるいは近似組成のものを用いる。具体的には、ＭｇＯからなる焼結体、Ｍｇの金属板などが用いられる。このターゲット１３は、ピン等によりターゲット支持体１５に回動自在に取り付けられており、傾斜角度を調整できるようになっていて、イオンビームの入射角度を調整できるようになっている。
【００１６】
前記スパッタビーム照射装置１３は、ターゲット１２に対してイオンを照射してターゲット１２の構成粒子を叩き出すことができるものである。このスパッタビーム照射装置１３は、容器の内部に蒸発源を収納し、蒸発源の近傍に引き出し電圧をかけるためのグリッドを備えて構成されている。そして、前記蒸発源から発生した原子または分子の一部をイオン化し、そのイオン化した粒子をグリッドで発生させた電界で制御してイオンビームとして照射する装置である。粒子をイオン化するには直流放電方式、高周波励起方式、フィラメント式、クラスタイオンビーム方式などの種々のものがある。フィラメント式はタングステン製のフィラメントに通電加熱して熱電子を発生させ、高真空中で蒸発粒子と衝突させてイオン化する方法である。また、クラスタイオンビーム方式は、原料を入れたるつぼの開口部に設けられたノズルから真空中に出てくる集合分子のクラスタを熱電子で衝撃してイオン化して放射するものである。
【００１７】
この例においては、図２に示すような構成の内部構造を有するスパッタビーム照射装置１３を用いる。このスパッタビーム照射装置１３は、筒状の容器１６の内部に、グリッド１７とフィラメント１８とＡｒガスなどの導入管１９とを備えて構成され、容器１６の先端からイオンをビーム状に平行に照射できるものである。 スパッタビーム照射装置１３によってターゲット１２に照射されるイオンは、Ａｒと酸素の混合イオン、あるいは、Ｈｅ＋、Ｎｅ＋、Ａｒ＋、Ｘｅ＋、Ｋｒ＋などの希ガスイオン、またはそれらと酸素の混合イオンなどでもよい。
【００１８】
このような構成の製造装置を用いて基材Ａ上にＭｇＯ多結晶薄膜を形成するには、まず上述のＭｇＯあるいはＭｇからなるターゲット１２を用いて、ターゲット支持体１５に設置する。ついで、基材Ａを収納している容器の内部を真空引きして減圧雰囲気とする。このときの真空状態としては、３．０×１０−２Ｐａ以下程度の減圧雰囲気が好ましい。この程度の真空雰囲気であれば、通常のスパッタリング法の真空度よりも高くすることができ、スパッタ率を向上させることができるとともに、基板Ａ上にＭｇＯの結晶粒の整った多結晶薄膜を形成することができ、その表面アラサを軽減することができる。
【００１９】
そして、スパッタビーム照射装置１３を作動させる。
スパッタビーム照射装置１３からターゲット１２に、イオンビームを照射すれば、ターゲット１２の構成粒子がイオンビームによって叩き出されて基材Ａ上に飛来して堆積する。そして、所望の厚みの多結晶薄膜を成膜する。
そして、イオンソース３９から照射されるこのイオンビーム照射量としては、イオンの種類にもよるが、およそイオンビームのエネルギーを、１０００〜２０００ｅＶ程度、好ましくは１２００〜１５００ｅＶ程度、イオン電流密度を、１〜１０ｍＡ／ｃｍ２程度とすることが好ましい。 また、このときの基材Ａの温度は、３００℃以下の室温とすることが好ましく、５０〜２００℃の範囲がより好ましく、さらに好ましくは５０〜１００℃の範囲である。この温度範囲でＭｇＯの成膜を行えば、ＭｇＯ多結晶薄膜の表面アラサが２〜３ｎｍ程度に減少し、表面状態の良好な多結晶薄膜を形成することができる。
【００２０】
また、このようにスパッタビーム照射装置１３を用いたスパッタリングを行えば、上記室温であっても、ＭｇＯを基板Ａ上に、（１１０）面が垂直に強く立つようにＭｇＯの粒子を配向させることができる。 このように、室温においても、ＭｇＯ粒子の配向性の良好で、膜表面の表面アラサが少ない多結晶薄膜を形成できる理由としては、次のようなことが考えられる。
まず、通常のスパッタ法においては、上述のように成膜時に、ターゲットがプラズマ状態にされるため、真空容器内部はプラズマに満たされ、基板もプラズマ下におかれるため、薄膜の結晶性が悪くなる。よって、結晶性の良好な薄膜を得るために、成膜雰囲気を高温度、例えば４００〜６００℃程度、あるいはそれ以上の温度に加熱しながら成膜することが常識的な知見である。このような高温度に加熱しつつ成膜することで一般的に結晶性の高い膜を得ていることは、成膜温度と結晶化との間に密接な関係が存在することを意味し、薄膜の製造分野において成膜温度が低い場合はアモルファス性に富む膜が生成し易いものと理解されている。
しかしながら、上記高温雰囲気下においてＭｇＯの成膜を行うと、成膜面での結晶の粗大化がおこり、表面アラサが増大し、ＭｇＯの多結晶薄膜の表面状態が悪化してしまう。
【００２１】
そこで、本発明においては、イオン供給源として、スパッタビーム照射装置１３を用い、プラズマがこの装置内において発生するようにして、基材Ａがプラズマに当たらないような構成とした。よって、本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の形成方法においては、基材がプラズマの影響を受けることがないので、成膜雰囲気を室温として成膜を実施することができる。したがって、高温下で成膜されるものではないので、ＭｇＯの結晶粒子の粗大化がおこらず、結晶粒子の小さいものが堆積するので、表面アラサが低減され、より平坦な表面ＭｇＯの多結晶薄膜を形成することができる。
【００２２】
また、本発明のＭｇＯの結晶薄膜の製造方法においては、スパッタビーム照射装置１３を用いたものであるので、通常のスパッタ法（１．０×１０−１Ｐａ程度）よりも、容器内の真空度を高めることができる。よって、ＭｇＯの結晶性、すなわち、（１１０）面を垂直に立たせることができるので、結晶配向性に優れたＭｇＯの多結晶薄膜を形成することができる。
また、真空度を高め、基材Ａがプラズマにさらされないことから、スパッタ率すなわち、ターゲットに衝突する加速粒子（この場合は、正イオン）１個あたり何個の原子がスパッタされるかの割合が向上し、ＭｇＯの粒子を基材Ａ上に良好に堆積させることができる。
このような製造方法により形成された、結晶配向性が良好で表面が平坦なＭｇＯの多結晶薄膜は、プラズマディスプレイの絶縁層や、酸化物超電導導体の中間層等として用いることができる。
例えば、上記多結晶体あるいはアモルファスの基材上に形成されたＭｇＯの多結晶薄膜上に、酸化物超電導体からなる酸化物超電導層を形成すれば、酸化物超電導導体を得ることができる。
【００２３】
この酸化物超電導層を形成する方法としては、目的の酸化物超電導体と近似組成あるいは同一組成のターゲットを用い、酸素ガス雰囲気中などにおいてスパッタリングを行い、ＭｇＯの多結晶薄膜上に酸化物超電導層を形成する方法や、前記ターゲットにレザービームを照射して構成粒子をえぐり出して蒸着するレーザー蒸着法などが挙げられる。
この酸化物超電導層を構成する酸化物超電導体は、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ、Ｙ２Ｂａ４Ｃｕ８Ｏｙ、Ｙ３Ｂａ３Ｃｕ６Ｏｙなる組成、あるいは（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｃａ２Ｓｒ２Ｃｕ３Ｏｙ、（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｃａ２Ｓｒ３Ｃｕ４Ｏｙなる組成、あるいは、Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ３Ｃｕ４Ｏｙなる組成などに代表される臨界温度の高い酸化物超電導体である。
本発明のＭｇＯの多結晶薄膜においては、結晶配向性に優れ、表面アラサの少ない平坦なものであるので、この多結晶薄膜上に積層される酸化物超電導層においては、ＭｇＯの多結晶薄膜の配向性に整合するように、酸化物超電導体の結晶粒子が配向する。
【００２４】
【実施例】
（実験例１）
図１に示す構成の装置を使用し、イオンビーム照射を伴うスパッタリングを行って、ＭｇＯの多結晶薄膜を成膜した。
図１に示す装置を収納した真空容器内を真空ポンプで真空引きして ２．０×１０−２Ｐａに減圧するとともに、真空容器内にＡｒ＋Ｏ２のガスをＡｒにおいては８．０ｓｃｃｍ（０℃１気圧（１０１３ｈＰａ）に換算したときの流量が８．０ｃｍ３／分、Ｏ２ガスにおいては、４．０ｓｃｃｍ（０℃１気圧（１０１３ｈＰａ）に換算したときの流量が４．０ｃｍ３／分の割合で供給した。
基材として、表面を鏡面加工した幅１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、長さ数ｍのハステロイＣ２７６テープを使用した。ターゲットは、ＭｇＯからなる焼結体を用いた。そして、Ａｒ＋イオンをイオンガンからターゲットに照射してスパッタした。このときのＡｒ＋のイオンビームのエネルギーを１２００ｅＶ、イオン電流密度を５ｍＡ／ｃｍ２に設定した。
【００２５】
そして、基材ホルダ上の基材を一定速度で移動させながら基材テープ上に厚さ１１００ｎｍのＭｇＯからなる多結晶薄膜を形成した。
なお、前記の成膜の際の温度は、１００℃にそれぞれ制御した。
得られたＭｇＯの多結晶薄膜についてＣｕＫα線を用いたθ−２θ法によるＸ線回析試験を行った。
このθ−２θ法によるＸ線回析試験は、図３に示すような基材Ａ上に形成されたＭｇＯの多結晶薄膜Ｂに、Ｘ線を角度θで照射するとともに、入射Ｘ線を含む鉛直面において、入射Ｘ線に対して２θの角度の位置にＸ線カウンター２５を設置し、入射Ｘ線を含む鉛直面に対する水平角度φの値を適宜変更して、すなわち基材Ａを図３において矢印に示すように回転させることにより得られる回折強さを測定するものである。
実施例のＭｇＯの多結晶薄膜について、上記Ｘ線回析試験を実施し回析強さを測定した。この結果を図４に示す。
図４に示す結果より、（２２０）面におけるピークが認められ、ＭｇＯの多結晶薄膜の（１１０）面が基材表面に垂直に立って配向していると推定することができる。 さらに、このピークにおける（２２０）ロッキングカーブの積分強度を図５に示す。
図５のグラフより、（２２０）面のピークにおける幅が３．４°と狭く、（２２０）面の向きが垂直にそろっていると推定できる。
よって、このＭｇＯの多結晶薄膜の結晶配向性に優れたものであるといえる。
【００２６】
（実験例２）
次に、ＭｇＯ膜の成膜時の基材の温度を変えた以外は、上記実験例１と同様にして、ＭｇＯからなる多結晶薄膜を形成し、これらのＭｇＯの多結晶薄膜における表面アラサを測定した。また、ＭｇＯの多結晶薄膜の結晶配向性を（２２０）半価幅（ロッキングカーブ）により調べた。結果を表１に示す。
この結果から、基板の温度が３００℃以下において、表面アラサが少ない（表面アラサが１０ｎｍ以下と小さい）良好な多結晶薄膜を形成することができることがわかる。また、基板の温度が０℃〜２００℃において、表面アラサが３ｎｍ程度以下と小さい良好な多結晶薄膜を形成することができることがわかる。基板の温度が０℃を越えて２００℃未満の範囲において表面アラサが２ｎｍから３ｎｍと小さい良好な多結晶薄膜を形成することができることがわかる。また、基板温度が０℃以下においては、表面アラサが２ｎｍから３ｎｍと小さいが、（１１０）面の向きが揃っておらず、（１１０）面の配向性が悪いことがわかる。
【００２７】
【表１】
（実験例３）
次に、ＭｇＯ膜の成膜時の真空容器内の雰囲気圧力（真空度）を変えた以外は、上記実験例１と同様にして、ＭｇＯからなる多結晶薄膜を形成し、これらのＭｇＯの多結晶薄膜における表面アラサと結晶配向性を測定した。結果を表２に示す。
この結果から、ＭｇＯ膜の成膜時の真空容器内の真空度が３．０×１０−２Ｐａを越えるとき、ＭｇＯ膜の表面アラサ、結晶配向性ともに悪くなることがわかる。
これに対してＭｇＯ膜の成膜時の真空容器内を３．０×１０−２Ｐａ以下に減圧したとき、ＭｇＯ膜の表面アラサ、結晶配向性がともに良くなることがわかる。
【００２９】
【表２】
（実験例４）
次に、図１に示す構成の装置を使用し、イオンビーム照射を伴うスパッタリングを行って、ＭｇＯの多結晶薄膜を成膜する際、イオンビームのエネルギーを変えた以外は、上記実験例１と同様にして、ＭｇＯからなる多結晶薄膜を形成し、これらのＭｇＯの多結晶薄膜における表面アラサと結晶配向性を測定した。結果を表３に示す。
この結果から、ＭｇＯ膜の成膜時のイオンビームのエネルギーが２０００ｅＶを越えるとき、ＭｇＯの多結晶薄膜の表面アラサと結晶配向性が悪いことがわかる。
これに対しＭｇＯ膜の成膜時のイオンビームのエネルギーを１０００ｅＶ〜２０００ｅＶにしたとき、ＭｇＯの多結晶薄膜の表面アラサと結晶配向性が良好であることがわかる。また、ＭｇＯ膜の成膜時のイオンビームのエネルギーを１０００ｅＶ〜１６００ｅＶにしたとき、ＭｇＯの多結晶薄膜の表面アラサが良好で、結晶配向性を４．０°以下にできることがわかる。ＭｇＯ膜の成膜時のイオンビームのエネルギーを１２００ｅＶ〜１５００ｅＶにしたとき、ＭｇＯの多結晶薄膜の結晶配向性を３．５°以下にできることがわかる。
【００３１】
【表３】
【発明の効果】
本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法は、エネルギーを１０００ｅＶ〜２０００ｅＶにしたイオンビームをターゲットに照射して、このターゲットから構成粒子を叩き出し、この構成粒子を基材上に堆積させて薄膜を得るイオンビームスパッタ法を用いてＭｇＯの多結晶薄膜を成膜することにより、基材が高温になることはなく、また、プラズマにさらされることもないので、結晶配向性が良好で、表面アラサの良好（表面アラサが小さく）で、表面の平坦なＭｇＯの多結晶薄膜を形成することができる。
本発明のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法において、イオンビームスパッタ法における上記イオンビームのエネルギーを１０００ｅＶ〜２０００ｅＶにして上記成膜を行うことが、蒸発したＭｇ、Ｏ原子（ターゲットから飛び出したＭｇ、Ｏ原子）に充分なエネルギーを与え、ＭｇＯ膜表面のマイグレーションを増進し、表面状態を良好にできる点で必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のＭｇＯの製造方法に用いられる装置の一例を示した構成図である。
【図２】図２は、本発明のＭｇＯの製造方法に用いられるイオンビーム照射装置の一例を示した構成図である。
【図３】図３は、Ｘ線回析法を説明するための構成図である。
【図４】図４は、実施例におけるＸ線回析強さを示したグラフである。
【図５】図５は、実施例における積分強度を示したグラフである。
【符号の説明】
Ａ…基材、１…真空チャンバ（成膜処理容器）、１１…基材ホルダ、１２…ターゲット、１３…スパッタビーム照射装置。
Claims (3)
- イオンビームをターゲットに照射して、このターゲットから構成粒子を叩き出し、この構成粒子を基材上に堆積させて薄膜を得るイオンビームスパッタ法を用いてＭｇＯの多結晶薄膜を基材上に成膜する場合、上記基材の温度を３００℃以下に設定し、上記イオンビームのエネルギーを１０００ｅＶ〜２０００ｅＶに設定して成膜を行い、表面粗さ２〜１０ｎｍ、（２２０）ロッキングカーブで表される結晶配向性が５．０゜以下の多結晶薄膜を得ることを特徴とするＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法。
- 上記基材の温度を０〜２００℃に設定し、３．０×１０ −２ Ｐａ以下の減圧雰囲気において、上記イオンビームのエネルギーを１０００ｅＶ〜１６００ｅＶに設定して上記成膜を行うことにより、表面粗さ２〜５ｎｍ、（２２０）ロッキングカーブで表される結晶配向性が４゜以下の多結晶薄膜を得ることを特徴とする請求項１に記載のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法。
- 基板上に成膜されるＭｇＯの多結晶薄膜の（１１０）面は上記基材表面に垂直に立って配向していることを特徴とする請求項１または２に記載のＭｇＯの多結晶薄膜の製造方法。
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