JP5217051B2 - 薄膜製造方法 - Google Patents
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Description
前記粒子発生源は、前記エネルギー粒子が出射する一対の平行な直線部分を有しているので、両方の直線部分で粒子発生源から出射したエネルギー粒子によって薄膜を形成した場合には、両方の直線部分から飛来したエネルギー粒子で薄膜が形成された領域では、c軸方向もランダムになる。しかし、本発明においては、前記直線部分のうち一方の直線部分から出射したエネルギー粒子が前記基板に到達しないようにするための遮蔽板を設置し、前記直線部分のうち他方の直線部分から飛び出したエネルギー粒子を前記基板の表面に入射させているので、一方の直線部分からのエネルギー粒子のみで薄膜が形成され、エネルギー粒子の入射方向がほぼ均一となり、その領域全体でc軸方向が一方向に揃う。よって、得られる薄膜は、基板のほぼ全体においてc軸面内配向し、基板の少なくとも一部領域においては領域全体でc軸方向が一方向に揃う。また、基板の位置や基板の大きさによっては、基板全面においてc軸面内配向しており、かつ、基板全面においてc軸方向が一方向に揃った薄膜を得ることができる。
図1は、本発明の実施形態1による薄膜製造方法を実施するためのマグネトロンスパッタリング装置101の構造を示す概略断面図である。このマグネトロンスパッタリング装置101においては、真空チャンバ21内の下部にZnO焼結体からなる円板状のターゲット22(粒子発生源)を配置している。ターゲット22の下面には、マグネトロン回路23(磁気回路)が設けられている。マグネトロン回路23は円形タイプとなっており、中心に位置する一方の磁極(以下、S極24とする。)とS極24を中心とする円環状の磁極(以下、N極25とする。)とをヨーク26で結合させたものであって、S極24とN極25との間には磁界(磁束)が発生している。真空チャンバ21内の天井部分には基板ホルダ27が設けられており、基板ホルダ27の下面は薄膜形成用の基板28を取付け可能となっている。また、ターゲット22と基板ホルダ27との間には、高周波電界を発生させるための電源29を設けている。
RFパワー密度: 2.5W/cm2
成膜圧力: 0.1Pa〜0.01Pa
O2/Ar比: 2
O2ガス流量: 32sccm
Arガス流量: 16sccm
図5は本発明の実施形態2による薄膜製造方法を実施するためのマグネトロンスパッタリング装置102の構造を示す概略断面図である。実施形態2のマグネトロンスパッタリング装置102も実施形態1のマグネトロンスパッタリング装置101と同様な構造を有しており、同じ構成要素には同じ符号を付している。実施形態2のマグネトロンスパッタリング装置102では、図6に示すような矩形状をした矩形タイプのマグネトロン回路23と矩形状のターゲット22を使用している。
RFパワー密度: 2.5W/cm2
成膜圧力: 0.1Pa〜0.01Pa
O2/Ar比: 2
O2ガス流量: 32sccm
Arガス流量: 16sccm
とし、基板28はプラズマ領域38の内部となる高さに配置している。
図9は本発明の実施形態3による薄膜製造方法を実施するためのマグネトロンスパッタリング装置103の構造を示す概略断面図である。実施形態3のマグネトロンスパッタリング装置103も実施形態2のマグネトロンスパッタリング装置102と同様な構造を有しており、矩形タイプのマグネトロン回路23を備えている。
RFパワー密度: 2.5W/cm2
成膜圧力: 0.1Pa〜0.01Pa
O2/Ar比: 2
O2ガス流量: 32sccm
Arガス流量: 16sccm
とし、基板28はプラズマ領域38の内部となる高さに配置している。
図14は本発明の実施形態4による薄膜製造方法を実施するためのマグネトロンスパッタリング装置104の構造を示す概略断面図であり、図15はその概略平断面図である。実施形態4のマグネトロンスパッタリング装置104も実施形態2と同様な構造を有しており、矩形タイプのマグネトロン回路23を備えている。なお、図14においては、ガスの供給系統や電源等は図示を省略している(以下の実施形態についても同じ)。
図17は本発明の実施形態5による薄膜製造方法を実施するためのマグネトロンスパッタリング装置105の構造を示す概略断面図であり、図18はその概略平断面図である。このマグネトロンスパッタリング装置105も実施形態2のマグネトロンスパッタリング装置102と同様な構造を有しており、矩形タイプのマグネトロン回路23を備えている。
図19は本発明の実施形態6による薄膜製造方法を実施するためのマグネトロンスパッタリング装置106の構造を示す概略断面図である。このマグネトロンスパッタリング装置106も実施形態2と同様な構造を有しており、矩形タイプのマグネトロン回路23を備えている。
図20は本発明の実施形態7による薄膜製造方法を実施するためのマグネトロンスパッタリング装置107の構造を示す概略断面図、図21はその概略平断面図である。このマグネトロンスパッタリング装置107は、基板28の直径に比較して非常に大きなターゲット22を備えており、それに対応して大きな矩形タイプのマグネトロン回路23を有している。
図22は本発明の実施形態8による薄膜製造方法を実施するためのマグネトロンスパッタリング装置の構造を示す概略断面図である。実施形態8のマグネトロンスパッタリング装置では、ターゲット22aとしてZnターゲットを用いており、ターゲット22aから出射されたスパッタ粒子(Zn)と、真空チャンバ21内のプラズマガスの内のO−とによって基板28上に成膜を行なう。
つぎに、c軸面内配向したZnO薄膜の応用例を示す。図23及び図24はSH型SAW(横波型弾性表面波)デバイス108を表わしており、図23はその斜視図、図24はその側面図である。このSAWデバイス108は、基板28の表面にZnO薄膜85を形成し、その上に電極材料によって一対のIDT(櫛歯状電極)86、反射電極87及びアンテナ88を形成している。IDT86は一定のピッチで平行に延びた複数本の電極指を有しており、一対のIDT86は電極指どうしを交互に噛み合わせるようにして配置されている。また、ZnO薄膜85は、c軸面内配向しており、さらにIDT86の電極指の長さ方向と平行な方向にc軸方向が揃っている。
22 ターゲット
23 マグネトロン回路
27 基板ホルダ
28 基板
29 電源
30 ガス流入口
31 ガス排出口
38 プラズマ領域
39 エロージョン領域
39a、39b エロージョン領域の長辺部分
39c、39d エロージョン領域の短辺部分
40 薄膜表面
51 遮蔽板
52 水平板部
53 垂直板部
61 難スパッタ材
71 遮蔽板
81 マグネトロン回路
85 ZnO薄膜
86 IDT
87 反射電極
88 アンテナ
91 メンブレン
91b ZnO薄膜
95 カンチレバー
95b ZnO薄膜
101〜107 マグネトロンスパッタリング装置
108 SAWデバイス
109、110 センサ
Claims (15)
- 粒子発生源に対向させて基板を配置し、前記粒子発生源から出射したエネルギー粒子を前記基板に入射させ、所定の結晶軸方向が前記基板の表面と平行となるように前記エネルギー粒子を前記基板の表面に入射させてスパッタリング法により基板の表面に前記エネルギー粒子を含む薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
前記粒子発生源は、前記エネルギー粒子が出射する一対の平行な直線部分を有し、
前記直線部分のうち一方の直線部分から出射したエネルギー粒子が前記基板に到達しないようにするための遮蔽板を設置し、
前記直線部分のうち他方の直線部分から飛び出したエネルギー粒子を前記基板の表面に入射させることを特徴とする薄膜製造方法。 - 前記粒子発生源の前記一方の直線部分を遮蔽板によって覆うことにより、前記粒子発生源のうち前記遮蔽板で覆われた直線部分から出射されたエネルギー粒子を前記基板の表面に到達させず、
前記粒子発生源のうち前記遮蔽板によって覆われていない前記他方の直線部分で前記粒子発生源から出射されたエネルギー粒子によって前記基板の表面に前記薄膜を形成することを特徴とする、請求項1に記載の薄膜製造方法。 - 前記遮蔽板は、難スパッタ材からなることを特徴とする、請求項2に記載の薄膜製造方法。
- 前記粒子発生源の前記一方の直線部分と前記基板との間を前記遮蔽板によって仕切ることにより、前記一方の直線部分から出射されたエネルギー粒子を前記基板の表面に到達させず、
前記基板との間を前記遮蔽板によって仕切られていない前記他方の直線部分から出射されたエネルギー粒子によって前記基板の表面に前記薄膜を形成することを特徴とする、請求項1に記載の薄膜製造方法。 - 0.15Pa以下の圧力のガス中において放電を行なうことにより前記粒子発生源をスパッタして、前記粒子発生源からエネルギー粒子を出射させることを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の薄膜製造方法。
- 前記粒子発生源がスパッタリング用のターゲットであることを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の薄膜製造方法。
- 前記粒子発生源の背後に磁気回路を設け、前記磁気回路によって発生する磁界の磁束密度が高い領域のうちの直線の領域により前記エネルギー粒子が出射する一対の平行な直線部分が構成されていることを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の薄膜製造方法。
- 前記磁束密度が高い領域のうち1つの直線部分と前記基板の交差する角度が常に一定となるような配置にすることを特徴とする、請求項7に記載の薄膜製造方法。
- 前記薄膜は、少なくとも1つの粒子発生源から出射した前記エネルギー粒子によって形成されていることを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載の薄膜製造方法。
- 前記薄膜は、少なくとも1つの粒子発生源から出射したエネルギー粒子と、前記基板に入射したプラズマガス粒子によって形成されていることを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載の薄膜製造方法。
- 前記基板の表面に六方晶系の前記薄膜を形成することを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載の薄膜製造方法。
- 前記六方晶系のc軸方向が前記薄膜の表面と平行で、かつ、前記c軸方向が一方向に揃っていることを特徴とする、請求項11に記載の薄膜製造方法。
- 前記薄膜が圧電性薄膜であることを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載の薄膜製造方法。
- 前記薄膜が酸化亜鉛からなることを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載の薄膜製造方法。
- ガス中における放電により生じるプラズマ領域内に前記基板を配置することを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載の薄膜製造方法。
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