JP5170788B2

JP5170788B2 - 新規金属窒素酸化物プロセス

Info

Publication number: JP5170788B2
Application number: JP2010028601A
Authority: JP
Inventors: 呂咨賢; 劉庚昇; 歐陽文炳; 呉志宏
Original assignee: 行政院原子能委員会核能研究所
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: US20100283179A1; TW201040302A; JP2010261098A; TWI404811B

Description

本発明は、チタンオキシナイトライドやタンタルオキシナイトライド或いはジルコニウムオキシナイトライド（ＴｉＯＮ、ＴａＯＮ、ＺｒＯＮ）の薄膜構造に関し、特に、環境保護の塩素（Ｃｌ）無しで、電子材料業界に適用でき、プロセス設備が簡単で、相対的に、低温且つ低コストになり、また、大量生産に適合し、耐腐食性や導電性及び飾り機能を得られるものに関する。

既存のプロセス技術によれば、基板を窒素ガス（Ｎ_２）の環境にセットし、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）とアンモニアガス（ＮＨ_３）を反応ガスとして使用され、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）とアニール（Ａｎｎｅａｌ）とにより、直接に、上記基板に、（ＴｉＮ）薄膜を形成する。しかしながら、一般の従来技術によれば、薄膜を形成する時、５００°Ｃ〜６００°Ｃの範囲の高沈積温度で行うため、基材品質が安定しなくて不純物の浸透の恐れがあるだけでなく、高温によるエネルギーの消費のため、プロセスコストが高くなる。そのため、一般の従来のものは、実用的とは言えない。

本発明者は、上記欠点を解消するため、慎重に研究し、また、学理を活用して、有効に上記欠点を解消でき、設計が合理である本発明を提案する。

本発明の主な目的は、従来技術の上記問題点を解消して、環境保護的な塩素（Ｃｌ）無しのものを提供でき、特に、電子材料業界に適合し、プロセス設備が簡単で、相対的に、低温且つ低コストになり、また、大量生産に適合し、耐腐食性や導電性及び飾り機能を得られる新規金属窒素酸化物プロセスを提供する。

本発明は、上記の目的を達成するための新規金属窒素酸化物プロセスであり、
アンモニア液（ＮＨ_４ＯＨ）と過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）を混合した溶液で、該溶液を構成する前記液体の体積比が、１：１：１〜１００の範囲にあり、該溶液をエッチング液および反応液として利用する新規金属窒素酸化物プロセスであって、上記溶液でのエッチングにより、基板表面のチタンやタンタル或いはジルコニウム薄膜の上に形成されている保護薄膜を除去した後、下方にあるチタンやタンタル或いはジルコニウム薄膜と、反応させて、アニール（Ａｎｎｅａｌ）することにより、上記基板表面にチタンオキシナイトライドやタンタルオキシナイトライド或いはジルコニウムオキシナイトライド（ＴｉＯＮ、ＴａＯＮ、ＺｒＯＮ）の薄膜が沈積される構造体を形成するための新規金属窒素酸化物プロセスである。

以下、図面を参照しながら、本発明の特徴や技術内容について、詳しく説明するが、それらの図面等は、参考や説明のためであり、本発明は、それによって制限されることが無い。

本発明のより良い実施例の構造断面概念図本発明のより良い実施例の構造の整備流れの概念図本発明の他のより良い実施例の構造の整備流れの概念図本発明の更に他のより良い実施例の構造の整備流れの概念図本発明に係るチタンオキシナイトライド薄膜について行った定性と定量解析の概念図本発明に係るタンタルオキシナイトライド薄膜について行った定性と定量解析の概念図本発明に係るジルコニウムオキシナイトライド薄膜について行った定性と定量解析の概念図

図１は、本発明のより良い実施例の構造断面概念図である。図のように、本発明は、新規金属窒素酸化物プロセスであり、アンモニア液（ＮＨ_４ＯＨ）と過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）を混合した溶液であり、前記液体の体積比が、１：１：１〜１００の範囲にある溶液を利用して、基板２表面の保護薄膜をエッチング除去した後、下方にあるチタンやタンタル或いはジルコニウム薄膜と、反応させ、また、アニール（Ａｎｎｅａｌ）処理を行って、上記基板２表面に、チタンオキシナイトライドやタンタルオキシナイトライド或いはジルコニウムオキシナイトライド（ＴｉＯＮ、ＴａＯＮ、ＺｒＯＮ）薄膜を沈積形成する構造体である。

上記基板２は、陰極線銃蒸着法やヒート蒸着法、スパッタリング法、電解めっき法或いは無電解めっき法により、上記基板２の表面に、チタンやタンタル或いはジルコニウム薄膜と保護薄膜が、形成され、また、上記のチタンやタンタル或いはジルコニウム薄膜は、厚さが、１ｎｍ〜５０００ｎｍの範囲にあり、上記保護薄膜は、銀薄膜で、厚さが、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にある。

図２は、本発明のより良い実施例の構造の整備流れの概念図である。図のように、より良い実施例において、本発明は、チタンオキシナイ薄膜である構造であり、ステンレスやセラミック、プラスチック、高分子或いはガラスからなる群から選ばれた何れかの一つである基板２を、真空状態にセットし、そして、上記基板２に、ヒート蒸着法により、厚さが１０ｎｍ〜５０００ｎｍの範囲にある金属チタン薄膜３を形成した後、同じ操作条件で、上記チタン薄膜３の上に、上記チタン薄膜３が酸化反応を発生することを防止するための金属銀薄膜４をヒート蒸着し、また、上記銀薄膜４の厚さが、６５ｎｍであり、その後、係数ｘ：ｙ：ｚの比例が、１：１：１０であるｘ（ＮＨ_４ＯＨ）＋ｙ（Ｈ _２Ｏ _２）＋ｚ（Ｈ _２Ｏ）溶液を利用して、上記銀薄膜４をエッチングし、上記溶液により、上記銀薄膜４が剥離された後、更に、下方にあるチタン薄膜３と反応させ、チタンオキシナイトライド薄膜が形成され、最後に、窒素環境や窒素水素環境或いは無酸素真空下で、４５０°Ｃ以上のアニール（Ａｎｎｅａｌ）プロセスを行うと、本発明に係る新規な、完全にアニールプロセスのチタンオキシナイトライド薄膜１の構造が得られる（図１のように）。

また、図３は、本発明の他のより良い実施例の構造の整備流れの概念図である。図のように、本発明は、タンタルオキシナイトライド薄膜構造であり、本実施例において、上記と同じような基板２と銀薄膜４を使用する。まず、上記基板２を、真空状態にセットし、そして、上記基板２に、ヒート蒸着法により、一層の金属タンタル薄膜６を形成した後、同じ操作条件で、上記タンタル薄膜６に、上記タンタル薄膜６が酸化反応を発生することを防止するための金属銀薄膜４をヒート蒸着し、その後、体積比が１：１：１〜１００の範囲にあるアンモニア液と過酸化水素と水を混合した溶液を利用して、上記銀薄膜４をエッチングし、上記溶液により、上記銀薄膜４が剥離された後、更に、下方にあるタンタル薄膜６と反応させ、タンタルオキシナイトライド薄膜５ａが形成され、そして、本実施例において、更に、そのタンタルオキシナイトライド薄膜５ａに対して、窒素環境や窒素水素環境或いは無酸素真空下で、４５０°Ｃ以上のアニールプロセスを行う。ここで、本発明に係るタンタルオキシナイトライド薄膜は、必要に応じて、アニールプロセスを介せず得られたタンタルオキシナイトライド薄膜５ａの構造と、完全にアニールプロセスを行ったタンタルオキシナイトライド薄膜５の構造とから、選択することができる。

図４は、本発明の更に他のより良い実施例の構造の整備流れの概念図である。図のように、本発明は、ジルコニウムオキシナイトライド薄膜構造であり、本実施例において、上記と同じような基板２と銀薄膜４を使用する。まず、上記基板２を、真空状態にセットし、そして、上記基板２に、ヒート蒸着法により、一層の金属ジルコニウム薄膜８を形成した後、同じ操作条件で、上記ジルコニウム薄膜８に、上記ジルコニウム薄膜８が酸化反応を発生することを防止するための金属銀薄膜４をヒート蒸着し、その後、体積比が１：１：１〜１００の範囲にある、アンモニア液と過酸化水素と水を混合した溶液を利用して、上記銀薄膜４をエッチングし、上記溶液により、上記銀薄膜４が剥離された後、更に、下方にあるジルコニウム薄膜８と反応させ、ジルコニウムオキシナイトライド薄膜が形成され、最後に、窒素環境や窒素水素環境或いは無酸素真空下で、４５０°Ｃ以上のアニールプロセスを行うと、本発明に係る新規な、完全にアニールプロセスを行ったジルコニウムオキシナイトライド薄膜７の構造が得られる。

図５〜図７は、それぞれ、本発明に係るチタンオキシナイトライド薄膜について行った定性と定量解析の概念図と、本発明に係るタンタルオキシナイトライド薄膜について行った定性と定量解析の概念図と、本発明に係るジルコニウムオキシナイトライド薄膜について行った定性と定量解析の概念図である。図のように、本発明は、記各実施例において得られたチタンオキシナイトライドやタンタルオキシナイトライド及びジルコニウムオキシナイトライドについて、Ｘ線光電子スペクトル（ＸＰＳ）により、定性と定量解析を行い、その解析結果によれば、本発明による得られたチタンオキシナイトライド薄膜は、チタンが、窒素と酸素との間に、結合があることを（図５のように）、タンタルオキシナイ薄膜は、タンタルが、窒素と酸素との間に、結合があることを（図６のように）、そして、ジルコニウムオキシナイトライド薄膜は、ジルコニウムが、窒素と酸素との間に、結合があることを（図７のように）、確認でき、そのため、一般のチタンオキシナイトライドやタンタルオキシナイトライド及びジルコニウムオキシナイトライドの性質に類似し、耐腐食性や導電性及び飾り機能が得られ、従来技術と比較すると、本発明は、プロセス設備が簡単になるだけでなく、相対的に、低温且つ低コストになり、また、大量生産に適合し、環境保護的な塩素（Ｃｌ）無しのものを適用でき、また、環境に親しく、電子材料業界に適合する。

以上のように、本発明に係る新規金属窒素酸化物プロセスは、有効に従来の諸欠点を解消でき、一般のチタンオキシナイトライドやタンタルオキシナイトライド或いはジルコニウムオキシナイトライドの性質に類似して、耐腐食性や導電性及び飾り機能を発揮でき、プロセス設備が簡単になるだけでなく、相対的に、低温や低コストになり、大量生産に適合し、生産過程において、塩素無しで、環境に親しく、電子材料業界に適合する。

そのため、本発明は、より進歩的かつより実用的で、法に従って特許請求を出願する。

以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明は、それによって制限されることが無く、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

１チタンオキシナイトライド薄膜
２基板
３チタン薄膜
４銀薄膜
５、５ａタンタルオキシナイトライド薄膜
６タンタル薄膜
７ジルコニウムオキシナイトライド薄膜
８ジルコニウム薄膜

Claims

アンモニア液（ＮＨ_４ＯＨ）と過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）を混合した溶液で、該溶液を構成する前記液体の体積比が、１：１：１〜１００の範囲にあり、該溶液をエッチング液および反応液として利用する新規金属窒素酸化物プロセスであって、
上記溶液でのエッチングにより、基板表面のチタンやタンタル或いはジルコニウム薄膜の上に形成されている、厚さが１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にある銀薄膜で構成された保護薄膜を除去した後、下方にあるチタンやタンタル或いはジルコニウム薄膜と、反応させて、アニール（Ａｎｎｅａｌ）することにより、上記基板表面にチタンオキシナイトライドやタンタルオキシナイトライド或いはジルコニウムオキシナイトライド（ＴｉＯＮ、ＴａＯＮ、ＺｒＯＮ）の薄膜が沈積される、
ことを特徴とする新規金属窒素酸化物プロセス。
陰極線銃蒸着法やヒート蒸着法、スパッタリング法、電解めっき法或いは無電解めっき法により、上記基板の表面に、上記チタンやタンタル或いはジルコニウム薄膜及び上記保護薄膜が形成されることを特徴とする請求項１に記載の新規金属窒素酸化物プロセス。
上記溶液の処方は、アンモニア液（ＮＨ_４ＯＨ）と過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）の体積比を、１：１：１０にする、ことを特徴とする請求項１に記載の新規金属窒素酸化物プロセス。
上記チタンやタンタル或いはジルコニウム薄膜の厚さは、１ｎｍ〜５０００ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の新規金属窒素酸化物プロセス。
上記銀薄膜の厚さは、６５ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の新規金属窒素酸化物プロセス。
上記チタンオキシナイトライドやタンタルオキシナイトライド或いはジルコニウムオキシナイトライド薄膜は、窒素環境や窒素水素環境或いは無酸素真空下において、４５０°Ｃ以上で、アニールプロセスが行なわれ、完全にアニールされたチタンオキシナイトライドやタンタルオキシナイトライド或いはジルコニウムオキシナイトライド薄膜が得られるものであることを特徴とする請求項１に記載の新規金属窒素酸化物プロセス。
上記基板は、ステンレスやセラミック、プラスチック、高分子或いはガラスからなる群から選ばれた何れかの一つであることを特徴とする請求項１に記載の新規金属窒素酸化物プロセス。