JP6650597B2 - Method of manufacturing oxynitride film - Google Patents

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Description

本開示は、ALD法を用いた酸窒化膜の製造方法に関する。より詳しくは、ALD法を用いた、金属元素(アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素)及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜の製造方法に関する。   The present disclosure relates to a method for manufacturing an oxynitride film using an ALD method. More specifically, the present invention relates to a method for producing an oxynitride film containing a metal element (alkali metal element or alkaline earth metal element) and an element constituting a network former using an ALD method.

二次電池には、正極及び負極と、これらの間に配置される電解質層とが備えられ、電解質層に用いられる電解質としては、例えば非水系溶液(以下、「電解液」)もしくは固体状物質(以下、「固体電解質」)が知られている。電解液が用いられる場合には、電解液が正極や負極の内部へと浸透しやすい。そのため、正極や負極に含有されている活物質と電解液との界面が形成されやすく、性能を向上させやすい。一方で、電解液を用いた二次電池では、液漏れの可能性がある。また、電解液の多くは可燃性であるため、安全性を確保するためのシステムを搭載する必要がある。   The secondary battery is provided with a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte layer disposed therebetween, and the electrolyte used for the electrolyte layer is, for example, a non-aqueous solution (hereinafter, referred to as “electrolyte solution”) or a solid substance. (Hereinafter, “solid electrolyte”) is known. When an electrolytic solution is used, the electrolytic solution easily penetrates into the inside of the positive electrode or the negative electrode. Therefore, an interface between the active material contained in the positive electrode or the negative electrode and the electrolyte is easily formed, and the performance is easily improved. On the other hand, in a secondary battery using an electrolytic solution, there is a possibility of liquid leakage. Further, since most of the electrolytes are flammable, it is necessary to mount a system for ensuring safety.

一方、固体電解質は液体ではないため液漏れの可能性は無く、且つ難燃性であることから、安全を確保できる。また、電解液は充放電を繰り返す中で有機溶媒成分の分解が生じ、電池性能の劣化が引き起こされるが、固体電解質の場合は分解が起こりにくい。さらに、全ての構成要素が固体である電池となることから、電池をより小型化及び薄型化することが可能である。このような観点から、固体電解質を含有する層(以下、「固体電解質層」)が備えられる形態の全固体二次電池の開発が進められている。特に、ウェアラブル電子機器のような小型電子機器用途においては、薄膜固体電解質層が備えられる薄膜全固体電池の開発が進められている。   On the other hand, since the solid electrolyte is not liquid, there is no possibility of liquid leakage, and since it is flame retardant, safety can be ensured. Further, in the electrolytic solution, the organic solvent component is decomposed during repeated charge / discharge, thereby deteriorating battery performance. Furthermore, since all components are solid-state batteries, it is possible to make the batteries smaller and thinner. From such a viewpoint, development of an all-solid secondary battery in a form including a layer containing a solid electrolyte (hereinafter, “solid electrolyte layer”) is being promoted. In particular, for small electronic devices such as wearable electronic devices, the development of a thin-film all-solid battery provided with a thin-film solid electrolyte layer has been promoted.

全固体二次電池において、固体電解質は重要な構成要素の一つである。例えば、現在市販されている薄膜全固体リチウムイオン二次電池やこれまでの報告における全固体電池(例えば、特許文献1)には、固体電解質として窒化リン酸リチウム(LiPON)が使用されている。Li3PO4と比較した場合、LiPONでは約2桁イオン導電率が向上する。特許文献1では、Li3PO4のターゲットを用いて窒素雰囲気下でスパッタリングを行うことで、Li3PO4に窒素が導入されたLiPON膜を得ている。 In an all-solid secondary battery, a solid electrolyte is one of important components. For example, lithium nitride phosphate (LiPON) is used as a solid electrolyte in thin-film all-solid lithium-ion secondary batteries currently on the market and in all-solid-state batteries reported so far (for example, Patent Document 1). Compared to Li 3 PO 4 , LiPON improves ionic conductivity by about two orders of magnitude. In Patent Document 1, a LiPON film in which nitrogen is introduced into Li 3 PO 4 is obtained by performing sputtering in a nitrogen atmosphere using a Li 3 PO 4 target.

米国特許第5,597,660号明細書U.S. Pat. No. 5,597,660

従来、コンフォーマル性(形状適応性)に富んだ、薄膜固体電解質層の作製は困難であった。そこで、本開示は、コンフォーマル性(形状適応性)に富んだ、薄膜固体電解質層として利用できる新規な酸窒化膜の製造方法を提供することを目的とする。また、本開示は、リアクタ内の温度(サンプル基板温度)あるいは真空度のばらつきに影響されることなく安定して窒化することが可能となる、酸窒化膜の製造方法を提供することを目的とする。   Heretofore, it has been difficult to produce a thin-film solid electrolyte layer that is rich in conformality (shape adaptability). Therefore, an object of the present disclosure is to provide a novel method of manufacturing an oxynitride film that is rich in conformality (shape adaptability) and can be used as a thin film solid electrolyte layer. Another object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing an oxynitride film that enables stable nitriding without being affected by variations in the temperature inside the reactor (sample substrate temperature) or the degree of vacuum. I do.

本開示は、金属元素及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜の製造方法であって、前記金属元素がアルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素であり、
リアクタを備えた装置のリアクタ内に基板を配置するステップ(a)、
網目形成体を構成する元素を含む網目形成体プリカーサー(P−1)を前記リアクタ内に供給する網目形成体供給ステップ(b)、
前記金属元素を含む金属プリカーサー(P−2)を前記リアクタ内に供給する金属供給ステップ(c)、
酸素ガス及び/又はオゾンガスを前記リアクタ内に供給する酸素供給ステップ(d)、
アンモニアガス及び/又は窒素ガスを前記リアクタ内に供給する窒素供給ステップ(e)、及び
送気ガスを前記リアクタ内に供給する送気ガス供給ステップ(f)、を含む、
金属元素及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜の製造方法を提供する。
The present disclosure is a method for producing an oxynitride film containing a metal element and an element constituting a network former, wherein the metal element is an alkali metal element or an alkaline earth metal element,
Arranging a substrate in a reactor of an apparatus having a reactor (a),
Supplying a network former precursor (P-1) containing an element constituting the network former into the reactor, (b)
A metal supply step (c) of supplying a metal precursor (P-2) containing the metal element into the reactor;
An oxygen supply step (d) for supplying oxygen gas and / or ozone gas into the reactor;
A nitrogen supply step (e) for supplying ammonia gas and / or nitrogen gas into the reactor, and an air supply gas supply step (f) for supplying air supply gas into the reactor.
Provided is a method for manufacturing an oxynitride film containing a metal element and an element constituting a network former.

本開示によれば、コンフォーマル性に優れる、金属元素(アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素)及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜(すなわち、4元系の酸窒化膜)を製造できる。本開示の製造方法によって得られる酸窒化膜を用いることによって、イオン抵抗を低減することができる固体電解質及び全固体リチウム、及びポストリチウムイオン二次電池ならびにその形成方法を提供できる。また、本開示によれば、リアクタ内の温度(サンプル基板温度)あるいは真空度のばらつきに影響されることなく安定して窒化することが可能となる。特に長時間に亘って成膜する際の膜中の窒素の組成比を安定させることが可能になる。   According to the present disclosure, an oxynitride film (i.e., a quaternary oxynitride film) containing a metal element (alkali metal element or alkaline earth metal element) and an element constituting a network former, which is excellent in conformality. Can be manufactured. By using the oxynitride film obtained by the manufacturing method of the present disclosure, a solid electrolyte, all-solid lithium, and a post-lithium ion secondary battery capable of reducing ionic resistance and a method for forming the same can be provided. Further, according to the present disclosure, it is possible to perform stable nitriding without being affected by variations in the temperature inside the reactor (sample substrate temperature) or the degree of vacuum. In particular, it becomes possible to stabilize the composition ratio of nitrogen in the film when the film is formed over a long time.

本開示の一実施形態に係る反応装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a reaction device according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態に係る反応サイクルの構成図である。1 is a configuration diagram of a reaction cycle according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の製造方法によって得られた酸窒化膜のインピーダンス測定の結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a result of impedance measurement of the oxynitride film obtained by the manufacturing method of the present disclosure. 本開示の一実施形態に係る製造方法によって得られた酸窒化膜のアレニウスプロットを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an Arrhenius plot of an oxynitride film obtained by a manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態に係る製造方法によって得られた酸窒化膜のSEM観察像である。5 is an SEM observation image of an oxynitride film obtained by a manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態に係る製造方法によって得られた酸窒化膜の深さ方向の元素濃度測定の結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a result of element concentration measurement in a depth direction of an oxynitride film obtained by a manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure. 基板上に形成したLiCoO2層上に酸窒化膜を成膜した構造体の断面のSEM観察像である。図7Aは、基板上に形成したLiCoO2層上に本開示の酸窒化膜を成膜した構造体(実施例3)の断面のSEM観察像である。図7Bは、基板上に形成したLiCoO2層上にスパッタによって酸窒化膜を成膜した構造体(比較例5)の断面のSEM観察像である。5 is an SEM observation image of a cross section of a structure in which an oxynitride film is formed on a LiCoO 2 layer formed on a substrate. FIG. 7A is an SEM observation image of a cross section of a structure (Example 3) in which an oxynitride film of the present disclosure is formed on a LiCoO 2 layer formed on a substrate. FIG. 7B is an SEM observation image of a cross section of a structure (Comparative Example 5) in which an oxynitride film is formed by sputtering on a LiCoO 2 layer formed on a substrate. 基板(石英ガラス)に本開示の一実施形態に係る製造方法によって得られた酸窒化膜を成膜した構造体の上面をSEM観察した像である。4 is an SEM observation image of an upper surface of a structure in which an oxynitride film obtained by a manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure is formed on a substrate (quartz glass). 基板(石英ガラス)に本開示の一実施形態に係る製造方法によって得られた酸窒化膜を成膜した構造体の断面をSTEM観察した像である。4 is an image obtained by STEM observation of a cross section of a structure in which an oxynitride film obtained by a manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure is formed on a substrate (quartz glass). 本開示の一実施形態に係る製造方法によって得られた酸窒化膜のXPS測定の結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a result of XPS measurement of an oxynitride film obtained by a manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure. スパッタ法で製造した酸窒化膜のXPS測定の結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the results of XPS measurement of an oxynitride film manufactured by a sputtering method.

(本発明者らによる知見)
まず、本発明者によって得られた知見について説明する。
(Knowledge by the present inventors)
First, the findings obtained by the present inventors will be described.

特許文献1に記載の全固体電池及び現在市販されている薄膜全固体リチウムイオン二次電池は電池容量が小さく、用途が限定されている。容量を増加させるために3次元構造を有する全固体電池が提案されている(Advanced Functional Materials. Volume 18, Issue 7, pages 1057-1066, April 11, 2008.)。この3次元構造上に固体電解質として例えばLiPON膜を配置することができる。しかし、3次元構造上に、例えばスパッタ法によりLiPON膜を作製した場合、このLiPON膜は膜組成の均一性に欠ける。そのために、固体電解質としての機能が低下する。したがって、この3次元構造を実現できる材料は限定されてしまい、そのことが、3次元構造を有し実用可能な薄膜全固体電池の開発に大きな影響を及ぼしている。   The all-solid-state battery described in Patent Literature 1 and the thin-film all-solid lithium-ion secondary battery currently on the market have small battery capacities and have limited applications. An all-solid-state battery having a three-dimensional structure for increasing the capacity has been proposed (Advanced Functional Materials. Volume 18, Issue 7, pages 1057-1066, April 11, 2008.). On this three-dimensional structure, for example, a LiPON film can be arranged as a solid electrolyte. However, when a LiPON film is formed on the three-dimensional structure by, for example, a sputtering method, the LiPON film lacks uniformity of the film composition. Therefore, the function as a solid electrolyte is reduced. Therefore, the materials that can realize the three-dimensional structure are limited, which has a great influence on the development of a practical thin-film all-solid-state battery having a three-dimensional structure.

また、固体電解質は一般的な電解液に比べてイオン抵抗が高い。また、正極活物質/固体電解質/負極活物質間における各固体−固体界面の抵抗も高く、電池内の内部抵抗が大きくなる課題がある。固体電解質層の厚みが大きくなるほど、その傾向は顕著となる。そのため、電圧降下が大きくなり、良好な大電流充放電特性を得ることが難しい。例えば、充放電レートが制限されてしまい、短い充電時間が実現できないという課題がある。   Further, the solid electrolyte has a higher ionic resistance than a general electrolytic solution. Further, there is a problem that the resistance of each solid-solid interface between the positive electrode active material / solid electrolyte / negative electrode active material is high, and the internal resistance in the battery is increased. The tendency becomes remarkable as the thickness of the solid electrolyte layer increases. Therefore, the voltage drop is large, and it is difficult to obtain good large-current charge / discharge characteristics. For example, there is a problem that the charge / discharge rate is limited and a short charge time cannot be realized.

これらの課題を解決するために、コンフォーマル性に富んだ、薄膜固体電解質層の作製が必要である。   In order to solve these problems, it is necessary to produce a thin film solid electrolyte layer having high conformality.

Li含有薄膜の製造方法としては、パルスレーザー堆積法(PLD)、スパッタリング法(特開2012−23032号公報)等が知られている。これらの方法では、多くの産業用途で要望される、欠陥のない、又はピンホールのない層を形成することが難しい。また、例えば基板や下地層の表面全体を均質な膜によって被覆することは非常に困難である。具体的には、現在LiPON膜の成膜に使用されているスパッタ法では、膜中にピンホールが生成する課題がある。また、スパッタ法で作製するLiPON膜は、成膜開始時、島状に成長し、50nmを超えてようやく膜として形成されるため、薄膜化(特に50nm以下)が困難である。大面積に高歩留で成膜できる膜厚は2μm程度といわれている。   As a manufacturing method of the Li-containing thin film, a pulse laser deposition method (PLD), a sputtering method (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-23032), and the like are known. With these methods, it is difficult to form a defect-free or pinhole-free layer, which is desired in many industrial applications. Also, it is very difficult to cover the entire surface of the substrate or the underlayer with a uniform film, for example. Specifically, the sputtering method currently used for forming a LiPON film has a problem that pinholes are generated in the film. At the start of film formation, a LiPON film formed by a sputtering method grows in an island shape and is formed as a film exceeding 50 nm at last, so that it is difficult to reduce the film thickness (particularly, 50 nm or less). It is said that the film thickness that can be formed on a large area at a high yield is about 2 μm.

さらにこれらの方法では、成膜時に高エネルギーが基板(または下地層)へ加わることから、基板(または下地層)のダメージが起こり得る。   Furthermore, in these methods, since high energy is applied to the substrate (or the underlying layer) during film formation, the substrate (or the underlying layer) may be damaged.

そのため、ピンホールフリーであって、極薄膜であるLi含有薄膜の製造方法として、ALD(Atomic Layer Deposition:原子層堆積法)に関する提案がなされていた。   For this reason, proposals have been made regarding ALD (Atomic Layer Deposition: Atomic Layer Deposition) as a method for producing a pin-free and ultra-thin Li-containing thin film.

しかしながら、ALD法によって、4元素以上から構成され、かつ窒素を含むLi含有薄膜を製造することはできていなかった。例えば、固体電解質として機能する窒化リン酸リチウム(LiPON)薄膜を作製できなかった。一方、本開示に係る一実施形態によれば、形状適応性(コンフォーマル性)に優れた、アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素、及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜の製造方法を提供できる。   However, it has not been possible to produce a Li-containing thin film composed of four or more elements and containing nitrogen by the ALD method. For example, a lithium nitride phosphate (LiPON) thin film functioning as a solid electrolyte could not be produced. On the other hand, according to an embodiment of the present disclosure, an oxynitride film containing an alkali metal element or an alkaline earth metal element and an element constituting a network former, which is excellent in shape adaptability (conformal property). A manufacturing method can be provided.

まず、本開示に係るALD法について説明する。
ALD法は、表面への気体の自己完結性の交互反応に頼る薄膜堆積技術である。膜は、2種以上の反応剤の逐次パルス供給によって形成され、気相反応を避けるために、プリカーサーのパルス供給の間に不活性ガスによるパージが用いられる。理想的条件下に作業が行われると、プリカーサーのパルス供給時において、全ての表面がプリカーサーにより確実に飽和する。その結果、膜の成長は、パルス供給時のプリカーサーの飽和密度に応じて決まる。他のほとんどの堆積及び結晶成長法と異なり、理想的な場合には、プリカーサーの分布、又は、膜を形成する結合の生成速度に依存しない。このため、各パルス供給に対して、露出した全ての表面での一様な膜成長が保証される。また、PLD法やスパッタリング法に起こりうる下地層へのダメージは、ALD法では回避される。
First, the ALD method according to the present disclosure will be described.
ALD is a thin film deposition technique that relies on a self-contained alternating reaction of gas to the surface. The membrane is formed by sequential pulsing of two or more reactants, and a purge with an inert gas is used during the pulsing of the precursor to avoid gas phase reactions. If the operation is carried out under ideal conditions, it is ensured that all the surfaces are saturated by the precursor during the pulsing of the precursor. As a result, the growth of the film depends on the saturation density of the precursor during pulse supply. Unlike most other deposition and crystal growth methods, in the ideal case, it does not depend on the precursor distribution or the rate of formation of the bonds that form the film. This assures uniform film growth on all exposed surfaces for each pulse supply. Further, damage to the underlying layer that can occur in the PLD method or the sputtering method can be avoided by the ALD method.

上述のように、例えば、窒化リン酸リチウム(LiPON)の成膜に成功した報告事例はないが、本発明者らは成膜に成功した。   As described above, for example, although there is no report of a successful film formation of lithium nitride phosphate (LiPON), the inventors succeeded in film formation.

ALD法を用いたLiPON薄膜は、高い形状適応性(コンフォーマル性)を有するため、あらゆる形状の3D構造への被覆成膜を実現できる。また、高いコンフォーマル性は下地膜の凹凸等にも追従可能であり、正極活物質/固体電解質/負極活物質間の各固体−固体界面における抵抗の低減が可能である。また、原子層レベルでの成膜であるために、数nm程度の極薄膜の形成が可能であり、固体電解質層におけるイオン抵抗の低減が可能となる。   Since the LiPON thin film using the ALD method has a high shape adaptability (conformal property), a coating film can be formed on a 3D structure of any shape. In addition, high conformality can follow irregularities of the underlying film and the like, and the resistance at each solid-solid interface between the positive electrode active material / solid electrolyte / negative electrode active material can be reduced. Further, since the film is formed at the atomic layer level, it is possible to form an extremely thin film having a thickness of about several nm, and it is possible to reduce the ionic resistance in the solid electrolyte layer.

本開示の第1態様は、金属元素及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜の製造方法であって、
前記金属元素がアルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素であり、
リアクタを備えた装置のリアクタ内に基板を配置するステップ(a)、
網目形成体を構成する元素を含む網目形成体プリカーサー(P−1)を前記リアクタ内に供給する網目形成体供給ステップ(b)、
前記金属元素を含む金属プリカーサー(P−2)を前記リアクタ内に供給する金属供給ステップ(c)、
酸素ガス及び/又はオゾンガスを前記リアクタ内に供給する酸素供給ステップ(d)、
アンモニアガス及び/又は窒素ガスを前記リアクタ内に供給する窒素供給ステップ(e)、及び
送気ガスを前記リアクタ内に供給する送気ガス供給ステップ(f)、を含む、
金属元素及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜の製造方法を提供する。
A first aspect of the present disclosure is a method for manufacturing an oxynitride film containing a metal element and an element constituting a network former,
The metal element is an alkali metal element or an alkaline earth metal element,
Arranging a substrate in a reactor of an apparatus having a reactor (a),
Supplying a network former precursor (P-1) containing an element constituting the network former into the reactor, (b)
A metal supply step (c) of supplying a metal precursor (P-2) containing the metal element into the reactor;
An oxygen supply step (d) for supplying oxygen gas and / or ozone gas into the reactor;
A nitrogen supply step (e) for supplying ammonia gas and / or nitrogen gas into the reactor, and an air supply gas supply step (f) for supplying air supply gas into the reactor.
Provided is a method for manufacturing an oxynitride film containing a metal element and an element constituting a network former.

第1態様の製造方法によれば、コンフォーマル性に優れる、金属元素(アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素)及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜(すなわち、4元系の酸窒化膜)を製造できる。本開示の製造方法によって得られる酸窒化膜を用いることによって、イオン抵抗を低減することができる固体電解質及び全固体リチウム、及びポストリチウムイオン二次電池ならびにその形成方法を提供できる。   According to the manufacturing method of the first aspect, an oxynitride film (that is, a quaternary system) containing a metal element (alkali metal element or alkaline earth metal element) and an element constituting a network former having excellent conformability. Oxynitride film). By using the oxynitride film obtained by the manufacturing method of the present disclosure, a solid electrolyte, all-solid lithium, and a post-lithium ion secondary battery capable of reducing ionic resistance and a method for forming the same can be provided.

本開示の第2態様は、例えば、第1態様に加えて、前記網目形成体供給ステップ(b)、前記金属供給ステップ(c)、前記酸素供給ステップ(d)、及び前記送気ガス供給ステップ(f)からなる群から選ばれる少なくとも一つのステップにおいてアンモニアガスを同時に供給する、酸窒化膜の製造方法を提供する。   According to a second aspect of the present disclosure, for example, in addition to the first aspect, the mesh forming body supply step (b), the metal supply step (c), the oxygen supply step (d), and the air supply gas supply step (F) A method for producing an oxynitride film, wherein ammonia gas is simultaneously supplied in at least one step selected from the group consisting of (f).

第2態様によれば、リアクタ内の温度(サンプル基板温度)あるいは真空度のばらつきに影響されることなく安定して膜を窒化することが可能となる。特に長時間に亘って成膜する際の膜中の窒素の組成比を安定させることが可能になる。   According to the second aspect, it is possible to stably nitride the film without being affected by variations in the temperature (sample substrate temperature) in the reactor or the degree of vacuum. In particular, it becomes possible to stabilize the composition ratio of nitrogen in the film when the film is formed over a long time.

本開示の第3態様は、例えば、第1態様又は第2態様に加えて、前記網目形成体ステップ(b)と前記金属供給ステップ(c)とを別々に行う、酸窒化膜の製造方法を提供する。   According to a third aspect of the present disclosure, for example, in addition to the first aspect or the second aspect, a method for producing an oxynitride film, in which the network forming step (b) and the metal supplying step (c) are separately performed. provide.

第3態様によれば、コンフォーマル性に優れる、金属元素(アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素)及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜(すなわち、4元系の酸窒化膜)を製造できる。   According to the third aspect, an oxynitride film (that is, a quaternary oxynitride film) excellent in conformality and containing a metal element (alkali metal element or alkaline earth metal element) and an element constituting a network former ) Can be manufactured.

本開示の第4態様は、例えば、第1〜第3態様のいずれか1つに加えて、前記金属元素が、Li、Na、Mg、及びCaからなる群より選ばれる少なくとも1種類を含む、酸窒化膜の製造方法を提供する。   According to a fourth aspect of the present disclosure, for example, in addition to any one of the first to third aspects, the metal element includes at least one selected from the group consisting of Li, Na, Mg, and Ca. Provided is a method for manufacturing an oxynitride film.

第4態様によれば、コンフォーマル性に優れる、金属元素(アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素)及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜(すなわち、4元系の酸窒化膜)を製造できる。   According to the fourth aspect, an oxynitride film (that is, a quaternary oxynitride film) which is excellent in conformality and contains a metal element (alkali metal element or alkaline earth metal element) and an element constituting a network former ) Can be manufactured.

本開示の第5態様は、例えば、第1〜第4態様のいずれか1つに加えて、前記網目形成体を構成する元素が、P、B、Si、及びVからなる群より選ばれる少なくとも1種類を含む、酸窒化膜の製造方法を提供する。   According to a fifth aspect of the present disclosure, for example, in addition to any one of the first to fourth aspects, at least an element constituting the network former is selected from the group consisting of P, B, Si, and V A method for producing an oxynitride film including one type is provided.

第5態様によれば、コンフォーマル性に優れる、金属元素(アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素)及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜(すなわち、4元系の酸窒化膜)を製造できる。   According to the fifth aspect, an oxynitride film (that is, a quaternary oxynitride film) which is excellent in conformality and contains a metal element (alkali metal element or alkaline earth metal element) and an element constituting the network former. ) Can be manufactured.

本開示の第6態様は、例えば、第1〜第5態様のいずれか1つに加えて、前記金属元素がLiを含み、前記網目形成体を構成する元素がPを含み、前記酸窒化膜が、Li、P、O、及びNを含む、酸窒化膜の製造方法を提供する。   According to a sixth aspect of the present disclosure, for example, in addition to any one of the first to fifth aspects, the metal element contains Li, the element constituting the network former contains P, and the oxynitride film Provides a method for producing an oxynitride film containing Li, P, O, and N.

第6態様によれば、コンフォーマル性に優れる、金属元素(アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素)及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜(すなわち、4元系の酸窒化膜)を製造できる。   According to the sixth aspect, an oxynitride film (that is, a quaternary oxynitride film) which is excellent in conformability and contains a metal element (alkali metal element or alkaline earth metal element) and an element constituting the network former ) Can be manufactured.

本開示の第7態様は、例えば、第1〜第6態様のいずれか1つに加えて、膜厚が200nm以下である、酸窒化膜の製造方法を提供する。   A seventh aspect of the present disclosure provides, for example, a method for manufacturing an oxynitride film having a thickness of 200 nm or less, in addition to any one of the first to sixth aspects.

第7態様によれば、コンフォーマル性に優れる、金属元素(アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素)及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜(すなわち、4元系の酸窒化膜)を製造できる。   According to the seventh aspect, an oxynitride film (that is, a quaternary oxynitride film) excellent in conformability and containing a metal element (alkali metal element or alkaline earth metal element) and an element constituting a network former. ) Can be manufactured.

本開示の第8態様は、例えば、第1〜第7態様のいずれか1つに加えて、網目形成体プリカーサー(P−1)の供給部とリアクタに接続する配管及び金属プリカーサー(P−2)の供給部とリアクタに接続する配管の温度が、網目形成体プリカーサー(P−1)の供給部の温度及び金属プリカーサー(P−2)の供給部の温度のいずれか高いほうの温度より55℃以上高い、酸窒化膜の製造方法を提供する。   According to an eighth aspect of the present disclosure, for example, in addition to any one of the first to seventh aspects, a pipe and a metal precursor (P-2) connected to a supply unit and a reactor of the network former precursor (P-1) are provided. ) Is 55% higher than the temperature of the higher of the temperature of the supply unit of the precursor (P-1) and the temperature of the supply unit of the metal precursor (P-2). Provided is a method for manufacturing an oxynitride film which is higher by at least C.

第8態様によれば、コンフォーマル性に優れる、金属元素(アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素)及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜(すなわち、4元系の酸窒化膜)を製造できる。   According to the eighth aspect, an oxynitride film (that is, a quaternary oxynitride film) excellent in conformality and containing a metal element (alkali metal element or alkaline earth metal element) and an element constituting a network former. ) Can be manufactured.

本開示の第9態様は、リアクタ、制御部、網目形成体を構成する元素を含む網目形成体プリカーサー(P−1)を前記リアクタ内に供給する網目形成体プリカーサー(P−1)供給部、金属元素を含む金属プリカーサー(P−2)を前記リアクタ内に供給する金属供給部、酸素ガス及び/又はオゾンガスを前記リアクタ内に供給する酸素供給部、アンモニアガス及び/又は窒素ガスを前記リアクタ内に供給する窒素供給部、及び送気ガスを前記リアクタ内に供給する送気ガス供給部、を備える、酸窒化膜の製造装置を提供する。   A ninth aspect of the present disclosure provides a reactor, a controller, a network former precursor (P-1) supply unit that supplies a network former precursor (P-1) containing an element constituting the network former into the reactor, A metal supply unit for supplying a metal precursor (P-2) containing a metal element into the reactor, an oxygen supply unit for supplying oxygen gas and / or ozone gas into the reactor, and an ammonia gas and / or nitrogen gas within the reactor. An apparatus for producing an oxynitride film, comprising: a nitrogen supply unit for supplying gas to a reactor;

第9態様によれば、コンフォーマル性に優れる、金属元素(アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素)及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜(すなわち、4元系の酸窒化膜)を製造できる。   According to the ninth aspect, an oxynitride film (that is, a quaternary oxynitride film) excellent in conformality and containing a metal element (alkali metal element or alkaline earth metal element) and an element constituting a network former ) Can be manufactured.

本開示のALD法による酸窒化膜の製造方法に用いるALDの装置構成の一例を図1に示す。本開示の酸窒化膜の製造装置は、リアクタ2(以下、プロセスチャンバー)、制御部、網目形成体を構成する元素を含む網目形成体プリカーサー(P−1)をリアクタ内に供給する網目形成体プリカーサー(P−1)供給部、金属元素を含む金属プリカーサー(P−2)をリアクタ内に供給する金属プリカーサー(P−2)供給部、酸素ガス及び/又はオゾンガスをリアクタ内に供給する酸素供給部、窒素供給部及び送気ガス供給部を備える。   FIG. 1 shows an example of an ALD apparatus configuration used in the method of manufacturing an oxynitride film by the ALD method according to the present disclosure. An apparatus for manufacturing an oxynitride film according to an embodiment of the present disclosure includes a network forming body that supplies a reactor 2 (hereinafter, a process chamber), a control unit, and a network forming body precursor (P-1) including elements constituting the network forming body into the reactor. A precursor (P-1) supply unit, a metal precursor (P-2) supply unit that supplies a metal precursor (P-2) containing a metal element into the reactor, and an oxygen supply that supplies oxygen gas and / or ozone gas into the reactor. Unit, a nitrogen supply unit and an air supply gas supply unit.

このようなALDの装置としては、目的とする酸窒化膜の種類に応じて市販品を使用することができる。市販品としては、例えば、Savannah Systems、Fiji Systems、Phoenix Systems(以上、Ultratech/Cambridge NanoTech社)、ALD−series(株式会社昭和真空)、TFS 200、TFS 500、TFS 120P400A、P800等(以上、Beneq社)、OpAL、FlexAL(Oxford Instruments社)、InPassion ALD 4、InPassion ALD 6、InPassion ALD 8(以上、SoLay Tec社)、AT-400 ALD System(ANRIC TECHNOLOGIES社)、LabNano、LabNano-PE(Ensure NanoTech社)等が挙げられる。   As such an ALD apparatus, a commercially available product can be used according to the type of the target oxynitride film. Commercially available products include, for example, Savannah Systems, Fiji Systems, Phoenix Systems (Ultratech / Cambridge NanoTech), ALD-series (Showa Vacuum Co., Ltd.), TFS 200, TFS 500, TFS 120P400A, P800, etc. (Beneq ), OpAL, FlexAL (Oxford Instruments), InPassion ALD 4, InPassion ALD 6, InPassion ALD 8 (above, SoLay Tec), AT-400 ALD System (ANRIC TECHNOLOGIES), LabNano, LabNano-PE (Ensure NanoTech) Corporation).

装置1の制御部は、網目形成体を構成する元素を含む網目形成体プリカーサー(P−1)を前記リアクタ内に供給する網目形成体供給ステップ(b)、金属元素を含む金属プリカーサー(P−2)を前記リアクタ内に供給する金属供給ステップ(c)、酸素ガス及び/又はオゾンガスを前記リアクタ内に供給する酸素供給ステップ(d)、アンモニアガス及び/又は窒素ガスを前記リアクタ内に供給する窒素供給ステップ(e)、及び送気ガスを前記リアクタ内に供給する送気ガス供給ステップ(f)、を実行することができる。   The control unit of the apparatus 1 includes a network former supplying step (b) for supplying a network former precursor (P-1) containing an element constituting the network former into the reactor, a metal precursor (P-) containing a metal element. 2) supplying metal into the reactor (c), supplying oxygen gas and / or ozone gas into the reactor (d), supplying ammonia gas and / or nitrogen gas into the reactor A nitrogen supply step (e) and an air supply gas supply step (f) for supplying an air supply gas into the reactor can be performed.

装置1がリアクタ2内に備える基板としては、SiO2 400nmの熱酸化膜が成膜されたSi基板;石英基板;及びガラス基板等が挙げられる。 Examples of substrates provided in the reactor 2 of the apparatus 1 include a Si substrate on which a thermal oxide film of 400 nm of SiO 2 is formed; a quartz substrate; and a glass substrate.

[ステップ(a)]
本開示の製造方法のステップ(a)では、リアクタ2内に基板を配置する。基板に用いる材料としては、特に限定されないが、例えば、金属(Au等)、金属複合酸化物、樹脂(ポリエステル系基材、ポリカーボネート系基材、フッ素樹脂系基材、アクリル樹脂系基材等)、ガラス(ソーダ石灰ガラス、石英ガラス等)、セラミックス(酸化アルミニウム、シリコン、ガリウムナイトライド、サファイア、シリコンカーバイド等)等が挙げられる。プロセスチャンバー2内の温度は、特に限定されないが、成膜を良好に進行させる点から、250〜550℃でもよく、300〜500℃でもよく、320〜480℃でもよい。プロセスチャンバーの温度が高すぎると、成膜が良好に進行しないおそれがあり、低すぎると、プリカーサーに炭素を含む場合に燃焼しないおそれがある。
[Step (a)]
In the step (a) of the manufacturing method according to the present disclosure, a substrate is arranged in the reactor 2. Although the material used for the substrate is not particularly limited, for example, a metal (Au or the like), a metal composite oxide, a resin (a polyester-based substrate, a polycarbonate-based substrate, a fluororesin-based substrate, an acrylic resin-based substrate, etc.) , Glass (soda lime glass, quartz glass, etc.), ceramics (aluminum oxide, silicon, gallium nitride, sapphire, silicon carbide, etc.). The temperature in the process chamber 2 is not particularly limited, but may be 250 to 550 ° C., 300 to 500 ° C., or 320 to 480 ° C. from the viewpoint of favorably forming a film. If the temperature of the process chamber is too high, the film formation may not proceed satisfactorily. If the temperature is too low, the precursor may contain carbon and may not burn.

以下、網目形成体供給ステップ(b)から送気ガス供給ステップ(f)まで順番に説明する。本開示の製造方法において、各ステップの順番は、繰り返し成膜となるため、酸素供給ステップ(d)又は窒素供給ステップ(e)の前に、網目形成体供給ステップ(b)を少なくとも1回行うこと、さらに特に記載した場合を除いて限定されない。また、少なくとも網目形成体供給ステップ(b)と金属供給ステップ(c)とを別々に行うことを除いて、各ステップを同時に行ってもよい。同時に行うとは、図1の装置において、各ステップに関するバルブを同時に開いていることを意味する。酸素供給ステップ(d)又は窒素供給ステップ(e)の前に、網目形成体供給ステップ(b)を行うことによって、酸化した網目形成体の骨格が得られる。この骨格にアルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素を導入し、さらに窒素置換を起こすことで目的の酸窒化膜が得られる。   Hereinafter, description will be made in order from the network forming body supply step (b) to the air supply gas supply step (f). In the manufacturing method of the present disclosure, since the order of each step is repeated film formation, the network forming body supply step (b) is performed at least once before the oxygen supply step (d) or the nitrogen supply step (e). It is not limited unless otherwise specified. Also, each step may be performed simultaneously, except that at least the network forming body supply step (b) and the metal supply step (c) are separately performed. Simultaneous means that the valves for each step are simultaneously opened in the apparatus of FIG. By performing the network former supplying step (b) before the oxygen supplying step (d) or the nitrogen supplying step (e), an oxidized network former skeleton is obtained. An intended oxynitride film is obtained by introducing an alkali metal element or an alkaline earth metal element into this skeleton and further causing nitrogen substitution.

[ステップ(b)]
網目形成体供給ステップ(b)では、網目形成体を構成する元素を含む網目形成体プリカーサー(P−1)をリアクタ2内に供給する。図1において、バルブV2を開いて、網目形成体プリカーサー(P−1)を含む供給部(例えばボトル)3からリアクタ2に網目形成体プリカーサー(P−1)を供給する。供給部3の温度は、特に限定されないが、網目形成体プリカーサー(P−1)の蒸気圧が高いことを考慮し、1〜50℃でもよく、5〜45℃程度でもよい。図1の装置1において、供給部3より配管中に放出された網目形成体プリカーサー(P−1)をプロセスチャンバー2に押し流すことを目的として、供給部3からプロセスチャンバー2に接続する配管中に補助ガス供給部7から補助ガスを供給するために、成膜中はマニュアルバルブ(Mv8)を常時開いておいてもよい。マニュアルバルブ(Mv8)を通じて供給される補助ガスの流量は、特に限定されないが、20〜60ml/minであってもよく、25〜50ml/minであってもよい。また、図1の装置1において、金属プリカーサー(P−2)の放出量に応じて、網目形成体プリカーサー流量制御用ニードルバルブ4(Vneedle)を最適な開度(例えば、10〜60%)に調整して、網目形成体プリカーサー(P−1)の流量を制御することができる。
[Step (b)]
In the network forming body supply step (b), a network forming body precursor (P-1) containing the elements constituting the network forming body is supplied into the reactor 2. In FIG. 1, the valve V <b> 2 is opened to supply the network former precursor (P- 1) to the reactor 2 from a supply unit (for example, a bottle) 3 including the network former precursor (P- 1). The temperature of the supply section 3 is not particularly limited, but may be 1 to 50 ° C or about 5 to 45 ° C in consideration of the high vapor pressure of the network former (P-1). In the apparatus 1 of FIG. 1, the network former precursor (P- 1) discharged into the pipe from the supply unit 3 is pushed into the process chamber 2 from the supply unit 3 for the purpose of flushing the precursor (P- 1) into the process chamber 2. In order to supply the auxiliary gas from the auxiliary gas supply unit 7, the manual valve (Mv8) may be kept open during the film formation. The flow rate of the auxiliary gas supplied through the manual valve (Mv8) is not particularly limited, but may be 20 to 60 ml / min or 25 to 50 ml / min. Further, in the apparatus 1 of FIG. 1, the needle valve 4 (Vneedle) for controlling the flow rate of the network former precursor is set to an optimal opening degree (for example, 10 to 60%) according to the release amount of the metal precursor (P-2). By adjusting, the flow rate of the network former precursor (P-1) can be controlled.

網目形成体を構成する元素の種類に応じて、さらに必要な場合には、バルブV5を開いて補助ガス供給部8から補助ガスを供給し、網目形成体プリカーサー(P−1)を押し出してもよい。補助ガスの流量は、マスフローコントローラー(MFC)5で制御できる。ステップ(b)に用いる補助ガスの温度は、特に限定されないが、成膜に影響することから、100〜300℃であってもよく、120〜280℃であってもよい。   Depending on the type of the elements constituting the network former, if necessary, the valve V5 is opened to supply the auxiliary gas from the auxiliary gas supply unit 8, and the network former precursor (P-1) is extruded. Good. The flow rate of the auxiliary gas can be controlled by a mass flow controller (MFC) 5. The temperature of the auxiliary gas used in step (b) is not particularly limited, but may be 100 to 300 ° C. or 120 to 280 ° C. because it affects the film formation.

補助ガスとしては、不活性ガスを主成分とするものであってもよい。不活性ガスとしては、アルゴンガス又は窒素ガス等が挙げられる。これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。「主成分」とは、当該補助ガスにおいて容量比で最も多く含まれる成分を意味する。   The auxiliary gas may be one containing an inert gas as a main component. Examples of the inert gas include an argon gas and a nitrogen gas. These may be used alone or in combination of two or more. “Main component” means a component contained in the auxiliary gas in the largest volume ratio.

網目形成体供給ステップ(b)に用いる補助ガスの成分は、送気ガス供給ステップ(f)に用いる送気ガスと同一であってもよく、異なっていてもよい。   The components of the auxiliary gas used in the network forming body supply step (b) may be the same as or different from the gas supplied in the gas supply step (f).

網目形成体を構成する元素としては、特に限定されないが、例えば、P、B、Si、及びVからなる群より選ばれる少なくとも1種類が挙げられ、少なくともPを含んでもよい。   The element constituting the network former is not particularly limited, but includes, for example, at least one selected from the group consisting of P, B, Si, and V, and may include at least P.

網目形成体プリカーサー(P−1)としては、特に限定されないが、例えば、トリス(ジメチルアミノ)ホスフィン(TDMAP)、トリメチルホスフィン(TMP)、トリエチルホスフィン(TEP)、tert−ブチルホスフィン(TBP)等のリン含有化合物;テトラキスジエチルアミドバナジウム(V[N(C2524)、テトラキスジメチルアミドバナジウム(V[N(CH324)等のバナジウム化合物;トリスジメチルアミノシラン(3DMAS)、ビスエチルメチルアミノシラン(BEMAS)等のシラン化合物等が挙げられる。これらは、1種単独又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The network former precursor (P-1) is not particularly limited, and examples thereof include tris (dimethylamino) phosphine (TDMAP), trimethylphosphine (TMP), triethylphosphine (TEP), and tert-butylphosphine (TBP). phosphorus-containing compounds; tetrakis diethylamide vanadium (V [N (C 2 H 5) 2] 4), tetrakis dimethylamide vanadium (V [N (CH 3) 2] 4) a vanadium compound such as, tris (dimethylamino) silane (3DMAS), Examples include silane compounds such as bisethylmethylaminosilane (BEMAS). These may be used alone or in combination of two or more.

バルブV2を閉じることで、網目形成体供給ステップ(b)は終了できる。ステップ(b)の継続時間(バルブV2を開いてから閉じるまでの時間)は、特に限定されないが、約0.01〜10秒でもよく、約0.05〜8秒でもよく、約0.1〜5秒でもよい。   By closing the valve V2, the network forming body supply step (b) can be completed. The duration of step (b) (the time from opening the valve V2 to closing it) is not particularly limited, but may be about 0.01 to 10 seconds, about 0.05 to 8 seconds, or about 0.1 It may be up to 5 seconds.

[ステップ(c)]
金属供給ステップ(c)では、アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素を含む金属プリカーサー(P−2)をリアクタ2内に供給する。図1において、バルブV1を開いて、金属プリカーサー(P−2)を含む供給部6からリアクタ2に、金属プリカーサー(P−2)を供給する。供給部6の温度は、特に限定されないが、金属プリカーサー(P−2)の蒸気圧が低いことを考慮し、90〜190℃でもよく、95〜180℃でもよい。図1の装置1において、供給部6より配管中に放出された金属プリカーサー(P−2)をプロセスチャンバー2に押し流すことを目的として、供給部6からプロセスチャンバー2に接続する配管中に補助ガス供給部9から補助ガスを供給するために、成膜中はマニュアルバルブ(Mv9)を常時開いておいてもよい。マニュアルバルブ(Mv9)を通じて供給される補助ガスの流量は、特に限定されないが、20〜60ml/minでもよく、30〜55ml/minでもよい。金属プリカーサー(P−2)の種類に応じて、さらに必要な場合には、バルブV4を開いて補助ガス供給部10から補助ガスを供給し、金属プリカーサー(P−2)を押し出してもよい。補助ガスの流量は、マスフローコントローラー5で制御でき、特に限定されないが、1〜30ml/minでもよく、5〜20ml/minでもよい。ステップ(c)に用いる補助ガスの温度は、特に限定されないが、成膜に影響することから、100〜300℃でもよく、120〜280℃でもよい。
[Step (c)]
In the metal supply step (c), a metal precursor (P-2) containing an alkali metal element or an alkaline earth metal element is supplied into the reactor 2. In FIG. 1, the valve V1 is opened to supply the metal precursor (P-2) to the reactor 2 from the supply unit 6 including the metal precursor (P-2). The temperature of the supply unit 6 is not particularly limited, but may be 90 to 190 ° C or 95 to 180 ° C in consideration of the low vapor pressure of the metal precursor (P-2). In the apparatus 1 of FIG. 1, an auxiliary gas is supplied into a pipe connected from the supply unit 6 to the process chamber 2 for the purpose of flushing the metal precursor (P-2) discharged from the supply unit 6 into the pipe into the process chamber 2. In order to supply the auxiliary gas from the supply unit 9, the manual valve (Mv9) may be kept open during the film formation. The flow rate of the auxiliary gas supplied through the manual valve (Mv9) is not particularly limited, but may be 20 to 60 ml / min or 30 to 55 ml / min. Depending on the type of the metal precursor (P-2), if necessary, the valve V4 may be opened to supply the auxiliary gas from the auxiliary gas supply unit 10 to extrude the metal precursor (P-2). The flow rate of the auxiliary gas can be controlled by the mass flow controller 5 and is not particularly limited, but may be 1 to 30 ml / min or 5 to 20 ml / min. The temperature of the auxiliary gas used in step (c) is not particularly limited, but may be 100 to 300 ° C. or 120 to 280 ° C. because it affects the film formation.

金属供給ステップ(c)に用いる補助ガスは、網目形成体供給ステップ(b)に用いるものと同様のものを使用できる。金属供給ステップ(c)に用いる補助ガスの成分は、送気ガス供給ステップ(f)に用いる送気ガスと同一であってもよく、異なっていてもよい。   The auxiliary gas used in the metal supply step (c) may be the same as that used in the network formation body supply step (b). The component of the auxiliary gas used in the metal supply step (c) may be the same as or different from the gas supply gas used in the gas supply step (f).

アルカリ金属元素としては、例えば、Li、Na、K、Rb、Cs、Frが挙げられ、Li、Na、Kでもよく、Liでもよい。アルカリ土類金属元素としては、例えば、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Raが挙げられ、Mg、Caでもよい。なお、BeとMgは、性質の違いから狭義のアルカリ土類金属元素には含まれないが、本開示に係るアルカリ土類金属元素は、広義のアルカリ土類金属元素を意味するものとして、BeとMgもアルカリ土類金属元素に含むものとする。前記した金属元素は、1種単独又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。金属プリカーサーに含まれる金属としては、Li、Na、Mg、及びCaからなる群より選ばれる少なくとも1種類でもよい。   Examples of the alkali metal element include Li, Na, K, Rb, Cs, and Fr, and may be Li, Na, K, or Li. Examples of the alkaline earth metal element include Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra, and may be Mg or Ca. Note that Be and Mg are not included in the narrowly defined alkaline earth metal element due to the difference in properties, but the alkaline earth metal element according to the present disclosure is a broadly defined alkaline earth metal element. And Mg are also included in the alkaline earth metal element. The above-mentioned metal elements may be used alone or in combination of two or more. The metal contained in the metal precursor may be at least one selected from the group consisting of Li, Na, Mg, and Ca.

金属プリカーサー(P−2)としては、特に限定されないが、例えば、Li(thd)(リチウム2,2,6,6−テトラメチルヘプタン−3,5−ジオナート);Li(t−OBu)(リチウムtert-ブトキシド)等のリチウムアルコキシド;n−BuLi(n−ブチルリチウム)等のアルキルリチウム;LiCp(リチウムシクロペンタジエニル)、リチウムジシクロヘキシルアミド等の環状リチウム化合物、ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム(Cp2Mg)、ビス(メチルシクロペンタジエニル)マグネシウム(MeCp2Mg)、ビス(エチルシクロペンタジエニル)マグネシウム(EtCp2Mg)等が挙げられる。これらは、1種単独又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The metal precursor (P-2) is not particularly limited. For example, Li (thd) (lithium 2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dionate); Li (t-OBu) (lithium lithium alkoxides such as tert-butoxide); alkyl lithiums such as n-BuLi (n-butyl lithium); cyclic lithium compounds such as LiCp (lithium cyclopentadienyl) and lithium dicyclohexylamide; bis (cyclopentadienyl) magnesium Cp 2 Mg), bis (methylcyclopentadienyl) magnesium (MeCp 2 Mg), bis (ethylcyclopentadienyl) magnesium (EtCp 2 Mg) and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

バルブV1を閉じることで、金属供給ステップ(c)は終了できる。ステップ(c)の継続時間(バルブV1を開いてから閉じるまでの時間)は、特に限定されないが、約0.01〜10秒でもよく、約0.05〜8秒でもよく、約0.1〜5秒でもよい。   By closing the valve V1, the metal supply step (c) can be completed. The duration of step (c) (the time from opening the valve V1 to closing it) is not particularly limited, but may be about 0.01 to 10 seconds, about 0.05 to 8 seconds, or about 0.1 It may be up to 5 seconds.

[ステップ(d)]
酸素供給ステップ(d)では、酸素ガス及び/又はオゾンガスをリアクタ2内に供給する。なお、ステップ(d)は、プラズマALDの場合、プラズマ処理によってラジカル酸素をリアクタ2内に供給する酸素供給ステップ(d’)とすることができる。オゾンガスは、例えば、特表2011−508826号公報に記載されるように、OT−020オゾン発生装置(Ozone Technology社)に酸素ガスを供給して製造することができる。図1において、バルブV7を開いて、酸素供給部12から酸素供給源となるガス(酸素ガス及び/又はオゾンガス)をリアクタ2内に供給する。酸素供給源となるガスの流量は、マスフローコントローラー5で制御でき、20〜60ml/minでもよく、30〜50ml/minでもよい。酸素供給源となるガスの濃度は、特に限定されないが、100%(例えば、100%酸素ガス)でもよい。酸素供給源となるガスの温度は、特に限定されないが、成膜に影響することから、100〜300℃でもよく、120〜280℃でもよい。
[Step (d)]
In the oxygen supply step (d), oxygen gas and / or ozone gas is supplied into the reactor 2. In the case of plasma ALD, step (d) can be an oxygen supply step (d ′) of supplying radical oxygen into the reactor 2 by plasma processing. Ozone gas can be produced, for example, by supplying oxygen gas to an OT-020 ozone generator (Ozone Technology), as described in JP-T-2011-508826. In FIG. 1, a valve V7 is opened, and a gas (oxygen gas and / or ozone gas) serving as an oxygen supply source is supplied from the oxygen supply unit 12 into the reactor 2. The flow rate of the gas serving as the oxygen supply source can be controlled by the mass flow controller 5 and may be 20 to 60 ml / min, or 30 to 50 ml / min. The concentration of the gas serving as the oxygen supply source is not particularly limited, but may be 100% (for example, 100% oxygen gas). The temperature of the gas serving as an oxygen supply source is not particularly limited, but may be 100 to 300 ° C. or 120 to 280 ° C. because it affects the film formation.

バルブV7を閉じることで、酸素供給ステップ(d)又はステップ(d’)は終了できる。ステップ(d)又はステップ(d’)の継続時間(バルブV5を開いてから閉じるまでの時間)は、特に限定されないが、約0.1〜15秒でもよく、約0.2〜10秒でもよく、約0.2〜8秒でもよい。   By closing the valve V7, the oxygen supply step (d) or step (d ') can be completed. The duration of step (d) or step (d ′) (the time from opening to closing of the valve V5) is not particularly limited, but may be about 0.1 to 15 seconds, or about 0.2 to 10 seconds. Good, about 0.2 to 8 seconds.

[ステップ(e)]
窒素供給ステップ(e)では、アンモニアガス及び/又は窒素ガスをリアクタ2内に供給する。なお、ステップ(e)は、プラズマALDの場合、プラズマ処理によってラジカル窒素をリアクタ2内に供給する窒素供給ステップ(e’)とすることができる。図1において、バルブV6を開いて、窒素供給部13から窒素供給源となるガス(アンモニアガス及び/又は窒素ガス)をリアクタ2内に供給する。窒素供給源となるガスの流量は、マスフローコントローラー5で制御でき、20〜60ml/minでもよく、30〜50ml/minでもよい。窒素供給源となるガスの濃度は、特に限定されないが、100%(例えば、100%アンモニアガス)でもよい。窒素供給源となるガスの温度は、特に限定されないが、成膜に影響することから、100〜300℃でもよく、120〜280℃でもよい。
[Step (e)]
In the nitrogen supply step (e), ammonia gas and / or nitrogen gas is supplied into the reactor 2. In the case of plasma ALD, step (e) can be a nitrogen supply step (e ′) of supplying radical nitrogen into the reactor 2 by plasma processing. In FIG. 1, a valve V6 is opened, and a gas (ammonia gas and / or nitrogen gas) serving as a nitrogen supply source is supplied from the nitrogen supply unit 13 into the reactor 2. The flow rate of the gas serving as the nitrogen supply source can be controlled by the mass flow controller 5 and may be 20 to 60 ml / min, or 30 to 50 ml / min. The concentration of the gas serving as the nitrogen supply source is not particularly limited, but may be 100% (for example, 100% ammonia gas). The temperature of the gas serving as a nitrogen supply source is not particularly limited, but may be 100 to 300 ° C. or 120 to 280 ° C. because it affects the film formation.

バルブV6を閉じることで、窒素供給ステップ(e)又はステップ(e’)は終了できる。ステップ(e)又はステップ(e’)の継続時間(バルブV5を開いてから閉じるまでの時間)は、特に限定されないが、約0.1〜15秒でもよく、約0.2〜10秒でもよく、約0.2〜8秒でもよい。   By closing the valve V6, the nitrogen supply step (e) or step (e ') can be completed. The duration of step (e) or step (e ′) (the time from opening the valve V5 to closing it) is not particularly limited, but may be about 0.1 to 15 seconds, or about 0.2 to 10 seconds. Good, about 0.2 to 8 seconds.

[ステップ(f)]
送気ガス供給ステップ(f)では、送気ガスをリアクタ2内に供給する。送気ガスをリアクタ2内に供給することによって、パージを行う。図1において、バルブV3を開いて、送気ガス供給部14から送気ガスをリアクタ2内に供給する。送気ガスの流量は、マスフローコントローラー5で制御でき、20〜60ml/minでもよく、30〜50ml/minでもよい。送気ガスの温度は、特に限定されないが、成膜に影響することから、100〜300℃でもよく、120〜280℃でもよい。
[Step (f)]
In the air supply gas supply step (f), the air supply gas is supplied into the reactor 2. Purging is performed by supplying the supply gas into the reactor 2. In FIG. 1, the valve V3 is opened to supply the supply gas from the supply gas supply unit 14 into the reactor 2. The flow rate of the supplied gas can be controlled by the mass flow controller 5 and may be 20 to 60 ml / min, or 30 to 50 ml / min. Although the temperature of the gas to be supplied is not particularly limited, it may be 100 to 300 ° C. or 120 to 280 ° C. because it affects the film formation.

ステップ(f)は、例えば、網目形成体供給ステップ(b)、金属供給ステップ(c)等の終了後に順番に行ってもよい。例えば、網目形成体供給ステップ(b)、金属供給ステップ(c)、酸素供給ステップ(d)及び窒素供給ステップ(e)からなる群より選ばれる、任意のステップの後もしくは任意の2ステップの間に行ってもよく、これらの任意のステップと同時に行ってもよい。また、プロセスチャンバー内の排気を十分に行う点から、ステップ(a)の後の最初に行う原料供給ステップ(網目形成体供給ステップ(b)、金属供給ステップ(c)、酸素供給ステップ(d)又は窒素供給ステップ(e))の開始前から、成膜完了までバルブV3を開いたままにしておき、バックグランドプロセスとして継続的に行ってもよい。プロセスチャンバー内の十分な排気を行う点から、ステップ(f)はバックグランドプロセスとして継続的に行ってもよい。ステップ(f)の継続時間(パージ時間)は、特に限定されないが、約0.1〜20秒でもよく、約0.5〜15秒でもよく、約1.0〜10秒でもよい。   Step (f) may be performed in order after completion of the mesh forming body supply step (b), the metal supply step (c), and the like, for example. For example, after any step or during any two steps selected from the group consisting of a network forming body supply step (b), a metal supply step (c), an oxygen supply step (d) and a nitrogen supply step (e) May be performed simultaneously with these optional steps. From the viewpoint of sufficiently exhausting the inside of the process chamber, a raw material supply step (a mesh forming body supply step (b), a metal supply step (c), and an oxygen supply step (d)) to be performed first after the step (a) is performed. Alternatively, before the start of the nitrogen supply step (e)), the valve V3 may be kept open until the film formation is completed, and the process may be continuously performed as a background process. Step (f) may be continuously performed as a background process in terms of sufficiently exhausting the inside of the process chamber. The duration (purge time) of step (f) is not particularly limited, but may be about 0.1 to 20 seconds, about 0.5 to 15 seconds, or about 1.0 to 10 seconds.

送気ガスとしては、不活性ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、アルゴンガス又は窒素ガス等が挙げられる。これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。   An inert gas can be used as the gas to be supplied. Examples of the inert gas include an argon gas and a nitrogen gas. These may be used alone or in combination of two or more.

本開示に係る製造方法において、ステップ(e)に加えて、網目形成体供給ステップ(b)、金属供給ステップ(c)、酸素供給ステップ(d)、及び送気ガス供給ステップ(f)からなる群から選ばれる少なくとも一つのステップにおいてアンモニアガスを同時に供給してもよい。アンモニアガスを前記したステップと同時に供給することによって、酸窒化膜に窒素をより安定的に導入することができる。アンモニアガスの供給は、図1に示される装置においては、前記した少なくとも一つのステップを実施する間においてバルブV6を開くことによって行ってもよく、酸窒化膜の成膜完了までバルブV6を常時開いていて行ってもよい。アンモニアガスの流量は、特に限定されないが、例えば30〜100ml/minでもよく、50〜100ml/minでもよい。アンモニアガスの濃度は、特に限定されないが、100%(例えば、100%アンモニアガス)でもよい。アンモニアガスの温度は、特に限定されないが、成膜に影響することから、100〜200℃でもよい。プロセスチャンバー温度の低下を小さくできるため、180℃〜200℃でもよい。アンモニアガスの供給時間は、前記したいずれかのステップと同時に行っている限り特に限定されない。   The manufacturing method according to the present disclosure includes, in addition to the step (e), a network forming body supply step (b), a metal supply step (c), an oxygen supply step (d), and an air supply gas supply step (f). Ammonia gas may be supplied simultaneously in at least one step selected from the group. By supplying the ammonia gas simultaneously with the above steps, nitrogen can be more stably introduced into the oxynitride film. In the apparatus shown in FIG. 1, the supply of ammonia gas may be performed by opening the valve V6 during the execution of at least one of the steps described above, and the valve V6 is always opened until the formation of the oxynitride film is completed. You may go. The flow rate of the ammonia gas is not particularly limited, but may be, for example, 30 to 100 ml / min or 50 to 100 ml / min. The concentration of the ammonia gas is not particularly limited, but may be 100% (for example, 100% ammonia gas). The temperature of the ammonia gas is not particularly limited, but may be 100 to 200 ° C. because it affects the film formation. Since the decrease in the process chamber temperature can be reduced, the temperature may be 180 ° C to 200 ° C. The supply time of the ammonia gas is not particularly limited as long as it is performed simultaneously with any of the above-described steps.

本開示に係る製造方法において、前記した少なくとも一つのステップにおいて、アンモニアガスを同時に供給することによって、得られる酸窒化膜中の窒素存在比を容易に向上させることもできる。   In the manufacturing method according to the present disclosure, in at least one of the steps described above, by simultaneously supplying the ammonia gas, the nitrogen abundance ratio in the obtained oxynitride film can be easily improved.

本開示に係る製造方法において、プロセスチャンバー2における真空度を制御する。図1において、排気マニュアルバルブ11(Vexhaust)の開度を調整することで、プロセスチャンバー2における真空度を制御できる。真空度としては、目的とする酸窒化膜の種類に応じて変更できるが、例えば、0.1〜8.0Torrでもよく、0.5〜5.0Torrでもよい。低真空度では、プリカーサーが一時にプロセスチャンバー内に供給され、酸化プロセスが不十分となり、膜中のカーボン量が増加し、高真空度では、蒸気圧が高い金属プリカーサー(P−2)が過剰に供給されてしまうため好ましくない。プロセスチャンバーの真空度はピラニーゲージ(TPR280 DN16 ISO-KF:PFEIFFER VACUUM製)で測定できる。   In the manufacturing method according to the present disclosure, the degree of vacuum in the process chamber 2 is controlled. In FIG. 1, the degree of vacuum in the process chamber 2 can be controlled by adjusting the opening of the manual exhaust valve 11 (Vexhaust). The degree of vacuum can be changed according to the type of the target oxynitride film, but may be, for example, 0.1 to 8.0 Torr or 0.5 to 5.0 Torr. At a low vacuum, the precursor is supplied into the process chamber at one time, the oxidation process becomes insufficient, and the amount of carbon in the film increases. At a high vacuum, the metal precursor (P-2) having a high vapor pressure becomes excessive. Is not preferred because it is supplied to The degree of vacuum in the process chamber can be measured with a Pirani gauge (TPR280 DN16 ISO-KF: manufactured by PFEIFFER VACUUM).

本開示に係る製造方法において、配管の温度は重要な要素の1つである。特に、図1において、供給部3及び供給部6の出口からリアクタ2の入口までの配管の温度は、網目形成体プリカーサー(P−1)の沸点(例えば、網目形成体プリカーサー(P−1)がトリス(ジメチルアミノ)ホスフィンの場合、沸点は48〜50℃)及び金属プリカーサー(P−2)の沸点(例えば、金属プリカーサー(P−2)がリチウムtert-ブトキシドの場合、沸点は68〜70℃)又はそれらの昇華温度より高く、かつ供給部3及び供給部6の温度より高い温度である必要がある。前記配管の温度を、供給部3及び供給部6の温度より高めに設定することで目詰まりを回避できる。前記配管の温度が供給部3及び供給部6の温度より低い場合、プリカーサーが配管中で固化し、目詰まりを起こす。前記配管の温度は、供給部3及び供給部6の両方の温度よりも55℃以上高くてもよく、供給部3又は供給部6のいずれか温度の高いほうより60℃以上高くてもよい。例えば、供給部3の温度が35℃であり、供給部6の温度が100℃の場合、供給部3及び供給部6の出口からリアクタ2の入口までの配管の温度を180℃程度に設定することができる。   In the manufacturing method according to the present disclosure, the pipe temperature is one of important factors. In particular, in FIG. 1, the temperature of the pipe from the outlet of the supply unit 3 and the supply unit 6 to the inlet of the reactor 2 depends on the boiling point of the network former precursor (P-1) (for example, the network former precursor (P-1)). Is tris (dimethylamino) phosphine, the boiling point is 48 to 50 ° C.) and the boiling point of the metal precursor (P-2) (for example, when the metal precursor (P-2) is lithium tert-butoxide, the boiling point is 68 to 70). C) or higher than their sublimation temperature and higher than the temperature of the supply unit 3 and the supply unit 6. By setting the temperature of the pipe higher than the temperatures of the supply unit 3 and the supply unit 6, clogging can be avoided. If the temperature of the pipe is lower than the temperature of the supply section 3 and the supply section 6, the precursor solidifies in the pipe and causes clogging. The temperature of the pipe may be 55 ° C. or more higher than the temperature of both the supply unit 3 and the supply unit 6, and may be 60 ° C. or more higher than the higher one of the supply unit 3 and the supply unit 6. For example, when the temperature of the supply unit 3 is 35 ° C. and the temperature of the supply unit 6 is 100 ° C., the temperature of the piping from the supply unit 3 and the outlet of the supply unit 6 to the inlet of the reactor 2 is set to about 180 ° C. be able to.

本開示の一実施形態に係る製造方法において、網目形成体供給ステップ(b)、金属供給ステップ(c)、酸素供給ステップ(d)、窒素供給ステップ(e)及び送気ガス供給ステップ(f)からなる群より選ばれる少なくとも1つのステップを含むサイクルを複数回繰り返すことによって、目的とする酸窒化膜を得ることができる。サイクルとしては、例えば、図2の破線で囲まれた部分に示される繰り返しサイクルのように、網目形成体供給ステップ(b)、金属供給ステップ(c)、酸素供給ステップ(d)、窒素供給ステップ(e)及び送気ガス供給ステップ(f)を少なくとも1つずつ含み、各ステップ(b)、(c)、(d)、及び(e)の後に送気ガス供給ステップ(f)を含むサイクルが挙げられる。サイクルの繰り返し回数は、特に限定されず、目的とする酸窒化膜の膜厚、使用する網目形成体プリカーサー(P−1)の種類、金属プリカーサー(P−2)の種類等に応じて、適宜変更できる。サイクルの繰り返し回数は、例えば、1〜8000サイクル程度であってもよく、5〜3000サイクル程度であってもよい。例えば、酸窒化膜の膜厚を500nm程度にする場合、7000〜8000サイクルに設定してもよく、酸窒化膜の膜厚を50nm以下にする場合、300サイクル以下に設定してもよい。   In the manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure, a mesh forming body supply step (b), a metal supply step (c), an oxygen supply step (d), a nitrogen supply step (e), and an air supply gas supply step (f). By repeating a cycle including at least one step selected from the group consisting of a plurality of times, a target oxynitride film can be obtained. As the cycle, for example, as in a repetition cycle shown in a portion surrounded by a broken line in FIG. 2, a network forming body supply step (b), a metal supply step (c), an oxygen supply step (d), a nitrogen supply step (E) and a cycle including at least one gas supply step (f), and each step (b), (c), (d) and (e) followed by a gas supply step (f) Is mentioned. The number of repetitions of the cycle is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the intended thickness of the oxynitride film, the type of the network former precursor (P-1), the type of the metal precursor (P-2), and the like. Can be changed. The number of cycle repetitions may be, for example, about 1 to 8000 cycles, or about 5 to 3000 cycles. For example, when the thickness of the oxynitride film is about 500 nm, the cycle may be set to 7000 to 8000 cycles, and when the thickness of the oxynitride film is set to 50 nm or less, the cycle may be set to 300 cycles or less.

本開示の一実施形態に係る製造方法によって得られる酸窒化膜の膜厚は、使用目的に応じて、前記したサイクルの繰り返し回数の増減させることによって制御できるため、特に限定されない。酸窒化膜の厚さとしては、例えば、550nm以下であってもよく、300nm以下であってもよいが、極薄膜として利用する場合、200nm以下でもよく、150nm以下でもよく、110nm以下でもよく、100nm以下でもよく、50nm以下であってもよい。また、膜厚はサイクル数で調整できるため、下限値は特に限定されないが、使用目的に応じて、0.1nm以上でもよく、1nm以上でもよい。   The thickness of the oxynitride film obtained by the manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure is not particularly limited because it can be controlled by increasing or decreasing the number of repetitions of the above-described cycle depending on the purpose of use. The thickness of the oxynitride film may be, for example, 550 nm or less, or 300 nm or less. However, when used as an extremely thin film, the thickness may be 200 nm or less, 150 nm or less, or 110 nm or less. It may be 100 nm or less, or 50 nm or less. Further, since the film thickness can be adjusted by the number of cycles, the lower limit is not particularly limited, but may be 0.1 nm or more or 1 nm or more depending on the purpose of use.

酸窒化膜における各元素の組成比の制御は、主にプリカーサー(P−1)と(P−2)の制御により行う。具体的には、ガス流量と、成膜(パルス/パージ)時間で行う。最も蒸気圧の低いプリカーサーの量を基準とし、他の元素のガス流量とパルス時間を制御することで最適な組成比を得ることができる。   The composition ratio of each element in the oxynitride film is controlled mainly by controlling the precursors (P-1) and (P-2). Specifically, the process is performed with the gas flow rate and the film formation (pulse / purge) time. An optimal composition ratio can be obtained by controlling the gas flow rate and pulse time of other elements based on the amount of the precursor having the lowest vapor pressure.

また、上述したように、本開示の一実施形態に係る製造方法において、プラズマALDを使用することもできる。プラズマを使用することにより、反応性を高めて系の温度をより低温化することもできる。   Further, as described above, the plasma ALD can be used in the manufacturing method according to the embodiment of the present disclosure. By using plasma, the reactivity can be increased and the temperature of the system can be further lowered.

本開示に係る好適な一実施形態として、酸窒化膜がLiPONである場合の製造方法を例にして、説明する。各ステップの順番については限定されないが、本開示においては、少なくともリン酸骨格を形成する必要があり、その形成前もしくは後にリチウム供給源及び窒素供給源を投入するステップを行うことによりLiPONの成膜が可能になる。リン酸骨格が形成されなければ、リチウムは基板中に拡散してしまい、成膜できない。また、リチウムが少なすぎても膜が成長せず、リチウムが増加しすぎると窒素が膜に導入されない。Li3PO4の酸素の一部を窒素に置換させることで、膜中に導入することができると考えられる。 As a preferred embodiment according to the present disclosure, a manufacturing method in a case where the oxynitride film is LiPON will be described as an example. Although the order of each step is not limited, in the present disclosure, it is necessary to form at least a phosphate skeleton, and before or after the formation, a step of supplying a lithium supply source and a nitrogen supply source is performed to form a LiPON film. Becomes possible. If the phosphoric acid skeleton is not formed, lithium will diffuse into the substrate, and a film cannot be formed. Further, if the amount of lithium is too small, the film does not grow, and if the amount of lithium is too large, nitrogen is not introduced into the film. It is thought that by substituting a part of the oxygen of Li 3 PO 4 with nitrogen, it can be introduced into the film.

リン酸骨格の形成は、酸素供給ステップ(d)又は窒素供給ステップ(e)の前に、リン含有化合物を含む網目形成体プリカーサー(P−1)をリアクタ2内に供給する網目形成体供給ステップ(b)を少なくとも1回行うことで形成される。具体例としては、リン含有化合物を含むプリカーサー(P−1)をリアクタ2内に供給する網目形成体供給ステップ(b)、送気ガス供給ステップ(f)の順で行った後に、酸素供給ステップ(d)又は窒素供給ステップ(e)、送気ガス供給ステップ(f)の順で行うことで酸化によってリン酸骨格を形成する。この場合、リチウム系プリカーサー(P−2)の供給ステップ(c)は、酸素供給ステップ(d)又は窒素供給ステップ(e)の後であってもよく、網目形成体供給ステップ(b)の前であってもよい。また、リン酸が形成されていれば、リチウム系プリカーサー(P−2)の供給ステップ(c)は、酸素供給ステップ(d)又は窒素供給ステップ(e)の前であってもよい。   The formation of the phosphate skeleton is performed by supplying the network former precursor (P-1) containing the phosphorus-containing compound into the reactor 2 before the oxygen supply step (d) or the nitrogen supply step (e). It is formed by performing (b) at least once. As a specific example, after the precursor (P-1) containing the phosphorus-containing compound is supplied into the reactor 2 in the order of the network forming body supply step (b) and the air supply gas supply step (f), the oxygen supply step (D) or a nitrogen supply step (e) and an air supply gas supply step (f) in this order to form a phosphate skeleton by oxidation. In this case, the supply step (c) of the lithium-based precursor (P-2) may be after the oxygen supply step (d) or the nitrogen supply step (e), and may be performed before the network forming body supply step (b). It may be. If phosphoric acid is formed, the supply step (c) of the lithium-based precursor (P-2) may be before the oxygen supply step (d) or the nitrogen supply step (e).

さらに、各元素の組成比の制御は主にプリカーサー(P−1)と(P−2)の制御により行う。具体的には、ガス流量と、成膜(パルス/パージ)時間で行う。LiPONの場合、最も蒸気圧の低いリチウム系プリカーサー(P−2)の量を基準とし、他の元素のガス流量とパルス時間を制御することで最適な組成比を得ることができる。   Further, the composition ratio of each element is controlled mainly by controlling the precursors (P-1) and (P-2). Specifically, the process is performed with the gas flow rate and the film formation (pulse / purge) time. In the case of LiPON, an optimal composition ratio can be obtained by controlling the gas flow rate and pulse time of other elements based on the amount of the lithium-based precursor (P-2) having the lowest vapor pressure.

LiPONを製造する場合、プロセスチャンバー内の温度は、400℃以上480℃未満でもよい。   When manufacturing LiPON, the temperature in the process chamber may be 400 ° C. or more and less than 480 ° C.

LiPONを製造する場合、網目形成体プリカーサー(P−1)のリン含有化合物の蒸気圧が高いため、図1の装置において、供給部3の温度は、1〜50℃でもよく、5〜45℃程度でもよい。また、リチウム系プリカーサー(P−2)の蒸気圧が低いため、供給部6の温度は、100℃〜180℃でもよい。送気ガスの温度は、成膜中のサンプル温度に影響を及ぼし、成膜ばらつき要因となるため、150〜250℃でもよい。酸素供給ステップ(d)の酸素供給源となるガス及び窒素供給ステップ(e)の窒素供給源となるガスの温度も、成膜中のサンプル温度に影響を及ぼし、成膜ばらつき要因となるため、150〜250℃でもよい。各成分の流量、処理時間(パルス時間/パージ時間)等は上述の条件から適宜選択できる。   In the case of producing LiPON, the vapor pressure of the phosphorus-containing compound of the network former (P-1) is high. Therefore, in the apparatus of FIG. 1, the temperature of the supply unit 3 may be 1 to 50 ° C., or 5 to 45 ° C. Degree. Further, since the vapor pressure of the lithium-based precursor (P-2) is low, the temperature of the supply unit 6 may be 100 ° C to 180 ° C. The temperature of the gas to be supplied may be 150 to 250 ° C. because it affects the temperature of the sample during film formation and causes a variation in film formation. Since the temperature of the gas serving as the oxygen supply source in the oxygen supply step (d) and the temperature of the gas serving as the nitrogen supply source in the nitrogen supply step (e) also affect the sample temperature during film formation and become a factor of film formation variation, It may be 150 to 250 ° C. The flow rate of each component, the processing time (pulse time / purge time), and the like can be appropriately selected from the above conditions.

本開示に係るLiPON膜としては、深さ方向において、LiPON膜全体を100at.%として、リン濃度は5〜30at.%の範囲でもよく、8〜25at.%の範囲でもよく、10〜20at.%の範囲でもよい。また、本開示に係るLiPON膜としては、深さ方向において、LiPON膜全体を100at.%として、窒素濃度は0.2〜15at.%の範囲でもよく、0.5〜12at.%の範囲でもよく、1.0〜10at.%の範囲でもよい。さらに、本開示に係るLiPON膜としては、深さ方向において、LiPON膜全体を100at.%として、酸素濃度は40〜70at.%の範囲でもよく、45〜65at.%の範囲でもよく、50〜60at.%の範囲でもよい。また、本開示に係るLiPON膜としては、深さ方向において、LiPON膜全体を100at.%として、リチウム濃度が10〜40at.%の範囲でもよく、15〜35at.%の範囲でもよく、17〜30at.%の範囲でもよい。また、深さ方向で組成が均一であるものでもよい。組成分析の方法及び条件は、後記する実施例に記載のとおりである。   As the LiPON film according to the present disclosure, the entire LiPON film is 100 at. %, The phosphorus concentration is 5 to 30 at. % May be in the range of 8 to 25 at. % May be in the range of 10 to 20 at. %. Further, as the LiPON film according to the present disclosure, the entire LiPON film is 100 at. %, The nitrogen concentration is 0.2 to 15 at. % May be in the range of 0.5 to 12 at. % May be in the range of 1.0 to 10 at. %. Further, as the LiPON film according to the present disclosure, the entire LiPON film is 100 at. %, The oxygen concentration is 40 to 70 at. % May be in the range of 45 to 65 at. % May be in the range of 50 to 60 at. %. Further, as the LiPON film according to the present disclosure, the entire LiPON film is 100 at. %, The lithium concentration is 10 to 40 at. % May be in the range of 15 to 35 at. % May be in the range of 17 to 30 at. %. Further, the composition may be uniform in the depth direction. The method and conditions for the composition analysis are as described in Examples described later.

本開示に係る酸窒化膜としては、X線光電子分光測定(XPS測定)における単結合窒素(以下、Ntとも称する)由来のピーク強度の、二重結合窒素(−N=)(以下、Ndとも称する)由来のピーク強度に対する割合が50%以下であるものでもよく、40%以下であるものでもよく、30%以下であるものでもよい。ここで、単結合窒素とは、単結合のみを有する窒素原子を意味する。また、二重結合窒素とは、二重結合を有する窒素原子を意味する。単結合窒素は、下記式(1)で表される構造を意味する。
As the oxynitride film according to the present disclosure, a double bond nitrogen (-N =) (hereinafter, also referred to as Nd) having a peak intensity derived from a single bond nitrogen (hereinafter, also referred to as Nt) in X-ray photoelectron spectroscopy (XPS measurement). ) May be 50% or less, may be 40% or less, or may be 30% or less. Here, the single bond nitrogen means a nitrogen atom having only a single bond. Further, the double bond nitrogen means a nitrogen atom having a double bond. The single bond nitrogen means a structure represented by the following formula (1).

次に、実施例を挙げて本開示に係る製造方法及びそれによって得られる酸窒化膜をさらに具体的に説明するが、本開示はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。   Next, the production method according to the present disclosure and the oxynitride film obtained thereby will be described more specifically with reference to examples, but the present disclosure is not limited to these examples.

[実施例1]
以下の方法で、LiPON膜を製造した。装置は、図1の構成を有する装置を用いた。プリカーサーを配置する供給部には、プリカーサボトル(Japan Advanced Chemicals Ltd.製)を使用した。プロセスチャンバー、プリカーサボトル、及び配管にはSUS316を使用した。加熱は、プロセスチャンバー、プリカーサボトル、及び配管にリボンヒーターを巻き、リボンヒーターを加熱することで行った。以下に記載する各温度は熱電対を用いて測定し、温度コントローラーを用いて部分ごとに温度制御を行った。リアクタ2内に配置されたサンプルホルダーにはSUS316を使用した。各マスフローコントローラー(MFC)及びバルブの制御は、シーケンサーMELSEC-Q(三菱電機株式会社製)及び制御プログラム(日本スプリード株式会社製)を用いて行った。MFCとしては、アルゴン及び酸素ガス流量制御にはSEC-E40(型式;株式会社堀場エステック製)とアンモニア用にSEC-N112MGM(型式;株式会社堀場エステック製)とをそれぞれ使用した。ニードルバルブ4として、蒸気圧の高いTDMAPの流量制御ために、ベローズ・シール・バルブ(型番:SS-4BMG、Swagelok社製)を使用した。プロセスチャンバーの真空度はピラニーゲージ(TPR280 DN16 ISO-KF:PFEIFFER VACUUM製)で測定した。成膜中のプロセスチャンバー真空度は、アングルバルブの開度で10-1Pa〜103Paに制御した。
[Example 1]
A LiPON film was manufactured by the following method. As the apparatus, an apparatus having the configuration shown in FIG. 1 was used. A precursor bottle (manufactured by Japan Advanced Chemicals Ltd.) was used for the supply section in which the precursor was arranged. SUS316 was used for the process chamber, precursor bottle, and piping. The heating was performed by winding a ribbon heater around the process chamber, the precursor bottle, and the piping, and heating the ribbon heater. Each temperature described below was measured using a thermocouple, and the temperature was controlled for each part using a temperature controller. SUS316 was used for the sample holder arranged in the reactor 2. Control of each mass flow controller (MFC) and valve was performed using a sequencer MELSEC-Q (manufactured by Mitsubishi Electric Corporation) and a control program (manufactured by Nippon Spread Co., Ltd.). As the MFC, SEC-E40 (model; manufactured by Horiba Stech Co., Ltd.) was used for controlling the flow rate of argon and oxygen gas, and SEC-N112MGM (model; manufactured by Horiba Stech Co., Ltd.) was used for ammonia. As the needle valve 4, a bellows seal valve (model number: SS-4BMG, manufactured by Swagelok) was used to control the flow rate of TDMAP having a high vapor pressure. The degree of vacuum in the process chamber was measured with a Pirani gauge (TPR280 DN16 ISO-KF: manufactured by PFEIFFER VACUUM). The degree of vacuum in the process chamber during film formation was controlled to 10 -1 Pa to 10 3 Pa by opening the angle valve.

基板には、5μmピッチくし形電極(Au)が形成されたガラス基板を使用した。プロセスチャンバー(リアクタ2)内に前記電極を配置した。網目形成体プリカーサー(P−1)としてはトリス(ジメチルアミノ)ホスフィン(TDMAP)を使用し、リチウム系プリカーサー(P−2)としてはLi(t−OBu)(リチウムtert−ブトキシド)を使用した。送気ガスには、アルゴンガスを使用した。酸素供給源としては酸素ガスを使用した。窒素供給源としてはアンモニアガスを使用した。リアクタ2内の温度は450℃に設定した。網目形成体プリカーサー(P−1)の供給部3の温度は40℃に設定した。金属プリカーサー(P−2)の供給部6の温度は100℃に設定した。供給部3及び供給部6の出口からプロセスチャンバーの入口までの配管の温度は170℃に設定した。補助ガス供給部10から供給部6までの配管と前記2つの配管以外のすべての配管の温度は、200℃に設定した。酸素ガス、アンモニアガス及び送気ガスの流量は、50ml/minに設定した。マニュアルバルブMv8及びMv9を常時開き、補助ガスの流量は、50ml/minに設定した。ニードルバルブ4の開度は、50%とした。   As the substrate, a glass substrate on which a 5 μm pitch comb-shaped electrode (Au) was formed was used. The electrodes were arranged in a process chamber (reactor 2). Tris (dimethylamino) phosphine (TDMAP) was used as the network former precursor (P-1), and Li (t-OBu) (lithium tert-butoxide) was used as the lithium precursor (P-2). Argon gas was used as the gas to be supplied. Oxygen gas was used as an oxygen supply source. Ammonia gas was used as a nitrogen supply source. The temperature inside the reactor 2 was set to 450 ° C. The temperature of the supply part 3 of the network former precursor (P-1) was set to 40 ° C. The temperature of the supply part 6 of the metal precursor (P-2) was set to 100 ° C. The temperature of the piping from the outlets of the supply units 3 and 6 to the inlet of the process chamber was set to 170 ° C. The temperature of the pipes other than the pipes from the auxiliary gas supply unit 10 to the supply unit 6 and the two pipes was set to 200 ° C. The flow rates of the oxygen gas, the ammonia gas, and the supply gas were set to 50 ml / min. The manual valves Mv8 and Mv9 were always opened, and the flow rate of the auxiliary gas was set to 50 ml / min. The opening of the needle valve 4 was 50%.

図1の装置において、バルブV3を開いて約1800秒間送気ガスを供給した。次いで、バルブV7を開き、2秒間酸素ガスを供給したのち(ステップ(d))、バルブV7を閉じ、送気ガス供給ステップ(f)を8秒行った。次いで、各バルブの開閉によって、表1に記載の繰り返しサイクルを7246回行った。1回目のサイクルのステップ(1)開始と同時にバルブV6を開き、7246回目のサイクルのステップ(8)終了と同時にバルブV6を閉じた。つまり、ステップ(e)以外のすべてのステップにおいて、アンモニアガスを供給し続けた。供給したアンモニアガスの流量は100ml/minとした。アンモニアガスの温度は、200℃とした。
In the apparatus shown in FIG. 1, the valve V3 was opened and the gas was supplied for about 1800 seconds. Next, after opening the valve V7 and supplying oxygen gas for 2 seconds (step (d)), the valve V7 was closed and the air supply gas supply step (f) was performed for 8 seconds. Next, the repetition cycle shown in Table 1 was performed 7246 times by opening and closing each valve. The valve V6 was opened simultaneously with the start of step (1) in the first cycle, and the valve V6 was closed simultaneously with the end of step (8) in the 7246th cycle. That is, in all the steps except the step (e), the ammonia gas was continuously supplied. The flow rate of the supplied ammonia gas was 100 ml / min. The temperature of the ammonia gas was 200 ° C.

得られたLiPON膜をSEMで観察したところ、膜厚は524.5nmであった。   When the obtained LiPON film was observed by SEM, the film thickness was 524.5 nm.

得られたLiPON膜について、インピーダンス測定器(商品名:Modulab、ソーラトロン社)を用いてインピーダンス測定を行った。結果を図3に示す。イオン導電率は、3.2×10-7 Scm-1であった。また、アレニウスプロットの結果を図4に示す。図4から算出される活性化エネルギーは、Ea=0.54eVであった。これらの結果から、得られたLiPON膜が固体電解質としての機能を有することが確認された。 The impedance of the obtained LiPON film was measured using an impedance measuring device (trade name: Modulab, Solartron). The results are shown in FIG. The ionic conductivity was 3.2 × 10 −7 Scm −1 . FIG. 4 shows the results of the Arrhenius plot. The activation energy calculated from FIG. 4 was Ea = 0.54 eV. From these results, it was confirmed that the obtained LiPON film had a function as a solid electrolyte.

[実施例2]
図2に示される工程を用い、繰り返しサイクル数を250とした以外は、実施例1と同様にして、LiPON膜を製造した(組成:Li2.35PO3.580.28)。
[Example 2]
Using the process shown in FIG. 2, except that the number of repeating cycles was 250, in the same manner as in Example 1 to produce the LiPON film (composition: L i2.35 PO 3.58 N 0.28) .

得られたLiPON膜をSTEM(走査型透過電子顕微鏡、商品名:FB2100、株式会社日立ハイテクノロジーズ)で観察したところ、膜厚は49nmであった。結果を図5に示す。   When the obtained LiPON film was observed with a STEM (scanning transmission electron microscope, trade name: FB2100, Hitachi High-Technologies Corporation), the film thickness was 49 nm. The results are shown in FIG.

[実施例3]
基板上にコバルト酸リチウム(LiCoO2)層を設け、その上に製造した以外は、実施例1と同様にして、LiPON膜を製造した。さらに、LiPON膜上に、観察のために保護膜としてオスミウム膜をスパッタ装置(HPC−1SW、株式会社真空デバイス)を用いてスパッタ法によって成膜した。得られたLiPON膜をSTEMで観察したところ、膜厚は約340nmであった。
[Example 3]
A LiPON film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) layer was provided on the substrate, and was manufactured thereon. Further, an osmium film was formed as a protective film on the LiPON film by a sputtering method using a sputtering apparatus (HPC-1SW, Vacuum Device Co., Ltd.) for observation. Observation of the obtained LiPON film by STEM revealed that the film thickness was about 340 nm.

[実施例4、5]
ステップ(c)におけるリチウム系プリカーサーのパルス時間、及び繰り返しサイクル数を表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、LiPON膜を製造した。
[Examples 4 and 5]
A LiPON film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the pulse time of the lithium-based precursor and the number of repetition cycles in step (c) were changed as shown in Table 2.

[実施例6]
ステップ(e)以外のステップではバルブV6を開かない点、ステップ(c)におけるリチウム系プリカーサーのパルス時間を3秒とした点、及び繰り返しサイクル数を900とした点以外は、実施例1と同様にしてLiPON膜を製造した。
[Example 6]
Same as Example 1 except that the valve V6 is not opened in steps other than step (e), the pulse time of the lithium-based precursor in step (c) is 3 seconds, and the number of repetition cycles is 900. To produce a LiPON film.

[実施例7、8]
ステップ(c)におけるリチウム系プリカーサーのパルス時間、及び繰り返しサイクル数を表3に示すように変更した以外は、実施例6と同様にして、LiPON膜を製造した。
[Examples 7 and 8]
A LiPON film was manufactured in the same manner as in Example 6, except that the pulse time of the lithium-based precursor and the number of repetition cycles in step (c) were changed as shown in Table 3.

<組成分析>
実施例1、実施例4〜8で得られたLiPON膜について、X線光電分光法(XPS)によって深さ方向の組成分析を行った。具体的には、装置(商品名:PHI 5000 Versaprobe、アルバック・ファイ株式会社)を用いて、LiPON膜についてXPS測定とArスパッタを繰り返すことにより、膜の深さ方向の元素濃度変化を測定した。
<Composition analysis>
For the LiPON films obtained in Example 1 and Examples 4 to 8, composition analysis in the depth direction was performed by X-ray photoelectric spectroscopy (XPS). Specifically, using a device (trade name: PHI 5000 Versaprobe, ULVAC-PHI, Inc.), the XPS measurement and the Ar sputtering were repeated on the LiPON film, thereby measuring the change in the element concentration in the depth direction of the film.

実施例1で得られたLiPON膜の、深さ方向の組成分析の結果を図6に示す。図中、縦軸は元素濃度(at.%)を表し、横軸は、分析深さ(nm)を表す。   FIG. 6 shows the result of the composition analysis in the depth direction of the LiPON film obtained in Example 1. In the figure, the vertical axis represents the element concentration (at.%), And the horizontal axis represents the analysis depth (nm).

図6に示されるように、本開示の実施形態に係る製造方法で得られたLiPON膜は、Li、P、O、Nのそれぞれについて深さ方向で組成がほぼ一定であった。   As shown in FIG. 6, the composition of the LiPON film obtained by the manufacturing method according to the embodiment of the present disclosure was substantially constant in the depth direction for each of Li, P, O, and N.

実施例4〜8で得られたLiPON膜の、深さ方向の組成分析により得られた、膜厚、及び膜中の窒素の平均存在比を表4に示す。膜中の窒素の平均存在比は、XPS測定を行った3〜8点での窒素の存在比を、平均することによって算出した。ここで窒素の存在比とは、XPS測定により求めたリンの元素濃度(at.%)を1としたときの、窒素の元素濃度(at.%)の割合である。   Table 4 shows the film thickness and the average nitrogen abundance ratio in the LiPON films obtained in Examples 4 to 8 obtained by composition analysis in the depth direction. The average nitrogen abundance ratio in the film was calculated by averaging the nitrogen abundance ratios at 3 to 8 points where the XPS measurement was performed. Here, the abundance ratio of nitrogen is the ratio of the elemental concentration of nitrogen (at.%) When the elemental concentration of phosphorus (at.%) Determined by XPS measurement is 1.

表4から、ステップ(e)以外のステップでもアンモニアガスを供給することによって、酸窒化膜に導入される窒素の存在比をより高めることができることがわかる。   From Table 4, it can be seen that the supply ratio of the nitrogen introduced into the oxynitride film can be further increased by supplying the ammonia gas in the steps other than the step (e).

[実施例9]
1回目のサイクルのステップ(b)開始と同時にバルブV6を開かず、バルブV6を閉じままとし、基板に石英ガラスを用い、繰り返しサイクル数を999とした以外は、実施例1と同様にして、LiPON膜を製造した。
[Example 9]
At the same time as the start of step (b) of the first cycle, the valve V6 was not opened, the valve V6 was kept closed, quartz glass was used for the substrate, and the number of repetition cycles was set to 999. A LiPON film was manufactured.

得られたLiPON膜をインレンズ(In−Lens)検出器を装着したSEM(走査型電子顕微鏡、商品名:S−5500、株式会社日立ハイテクノロジーズ)で観察した像を図8Aに示す。図8Bは成膜前の状態をSEM観察した像である。   FIG. 8A shows an image obtained by observing the obtained LiPON film with an SEM (scanning electron microscope, trade name: S-5500, Hitachi High-Technologies Corporation) equipped with an in-lens (In-Lens) detector. FIG. 8B is an image obtained by SEM observation of a state before film formation.

さらに、実施例3と同様に、得られたLiPON膜上に、保護膜としてオスミウム膜をオスミウムコーター(商品名:HPC−1SW、株式会社真空デバイス)によって成膜した。次いで、タングステンでコーティングして、積層体を得た。得られた積層体をFIB(Focused Ion Beam、集束イオンビーム)加工装置(商品名:集束イオンビーム装置FB−2100、株式会社日立ハイテクノロジーズ)で切断して切断面をSTEMで観察した。観察像を図9に示す。図9A、BはBF(bright field)像を表し、図9C、DはDF(Dark field)を表す。また、図9Bは、図9Aの拡大図であり、図9Dは図9Cの拡大図である。図9Bから、LiPON膜の厚さは、210〜220nmであった。   Further, as in Example 3, an osmium film was formed as a protective film on the obtained LiPON film using an osmium coater (trade name: HPC-1SW, Vacuum Device Co., Ltd.). Next, coating with tungsten was performed to obtain a laminate. The obtained laminate was cut by a FIB (Focused Ion Beam) processing device (trade name: Focused Ion Beam Device FB-2100, Hitachi High-Technologies Corporation), and the cut surface was observed with a STEM. The observation image is shown in FIG. 9A and 9B show a BF (bright field) image, and FIGS. 9C and 9D show a DF (Dark field). 9B is an enlarged view of FIG. 9A, and FIG. 9D is an enlarged view of FIG. 9C. From FIG. 9B, the thickness of the LiPON film was 210 to 220 nm.

また、実施例2のLiPON膜のXPS測定の結果を図10に示す。図10において、一点鎖線は単結合のみを有する窒素由来のピーク強度を表し、破線は二重結合を有する窒素由来のピーク強度を表す。XPSスペクトルの測定は、XPS装置(型番:PHI 5000 Versaprobe、アルバック・ファイ株式会社)を用いた。XPSスペクトルのフィッテイング(ガウシアンフィッティング)には、ピーク解析ソフトウェア(商品名:マルチパック、アルバック・ファイ株式会社)を用いた。ピーク解析ソフトウェアの「Fit」メニューにより波形分離とベースライン設定とを行い、単結合窒素を示すピークと二重結合窒素を示すピークの面積比より各々を定量した。図10中に「B.G.」と表される、XPSスペクトルのバックグラウンドはshirlry法で決定した。   FIG. 10 shows the result of XPS measurement of the LiPON film of Example 2. In FIG. 10, the dashed line represents the peak intensity derived from nitrogen having only a single bond, and the broken line represents the peak intensity derived from nitrogen having a double bond. The XPS spectrum was measured using an XPS apparatus (model number: PHI 5000 Versaprobe, ULVAC-PHI, Inc.). For the XPS spectrum fitting (Gaussian fitting), peak analysis software (trade name: Multipack, ULVAC-PHI, Inc.) was used. Waveform separation and baseline setting were performed using the “Fit” menu of the peak analysis software, and each was quantified from the area ratio of the peak indicating single-bonded nitrogen to the peak indicating double-bonded nitrogen. The background of the XPS spectrum represented by "BG" in FIG. 10 was determined by the shirlry method.

[比較例1]
ALD法ではなく、スパッタ法を用いてLiPON膜を製造した。具体的には、プレーナ式マグネトロンスパッタ装置によって製造した。
[Comparative Example 1]
The LiPON film was manufactured not by the ALD method but by the sputtering method. Specifically, it was manufactured by a planar magnetron sputtering apparatus.

実施例3と比較例1で得られた積層体の断面をSEMで観察した。結果を図7に示す。図7Aが実施例3の観察像であり、図7Bが比較例1の観察像である。図7Aより、LiPONがコバルト酸リチウムの界面に沿うだけでなく、結晶間の境界まで取り込んで成膜できていることが確認された。このことから、本開示に係る製造方法で得られる酸窒化膜は、形状適応性が高いことがわかる。一方、図7Bでは、多くの箇所に空隙が確認され、形状適応性に劣ることが明らかである。また、参考図として、スパッタ法で製造したLiPON膜のXPSスペクトルの測定結果を図11に示す。いずれも単結合窒素由来のピーク強度の、二重結合窒素由来のピーク強度に対する割合は、50%以上であった。   The cross sections of the laminates obtained in Example 3 and Comparative Example 1 were observed by SEM. FIG. 7 shows the results. 7A is an observation image of Example 3, and FIG. 7B is an observation image of Comparative Example 1. From FIG. 7A, it was confirmed that the LiPON could be formed not only along the interface of lithium cobalt oxide but also on the boundary between the crystals. This indicates that the oxynitride film obtained by the manufacturing method according to the present disclosure has high shape adaptability. On the other hand, in FIG. 7B, voids were confirmed in many places, and it is clear that shape adaptability was poor. FIG. 11 shows a measurement result of an XPS spectrum of the LiPON film manufactured by the sputtering method as a reference diagram. In each case, the ratio of the peak intensity derived from single bond nitrogen to the peak intensity derived from double bond nitrogen was 50% or more.

本開示は、形状適応性(コンフォーマル性)に優れた4元系の酸窒化膜の製造に有用である。本開示によって得られる酸窒化膜は、固体電解質として有用であり、全固体リチウム電池及びポストリチウムイオン二次電池を製造するのに有用である。また、本開示によって得られる酸窒化膜は、非水系リチウムイオン2次電池の活物質表面を保護する保護膜としても利用可能である。また、電気2重層トランジスタのゲート絶縁膜としても利用可能である。さらに、本開示によれば、リアクタ内の温度(サンプル基板温度)あるいは真空度のばらつきに影響されることなく安定して窒化することが可能となる。特に長時間に亘って成膜する際の膜中の窒素の組成比を安定させることが可能になる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure is useful for manufacturing a quaternary oxynitride film having excellent shape adaptability (conformal property). The oxynitride film obtained according to the present disclosure is useful as a solid electrolyte, and is useful for manufacturing an all-solid lithium battery and a post-lithium ion secondary battery. Further, the oxynitride film obtained according to the present disclosure can also be used as a protective film for protecting the active material surface of a non-aqueous lithium ion secondary battery. It can also be used as a gate insulating film of an electric double layer transistor. Furthermore, according to the present disclosure, it is possible to perform stable nitriding without being affected by variations in the temperature inside the reactor (sample substrate temperature) or the degree of vacuum. In particular, it becomes possible to stabilize the composition ratio of nitrogen in the film when the film is formed over a long time.

1 リアクタを備えた反応装置
2 リアクタ(プロセスチャンバー)
3 網目形成体プリカーサー用供給部
4 網目形成体プリカーサー流量制御用ニードルバルブ
5 マスフローコントローラー
6 金属プリカーサー用供給部
7,8,9,10 補助ガス供給部
11 排気マニュアルバルブ
12 酸素供給部
13 窒素供給部
14 送気ガス供給部
1 reactor with reactor 2 reactor (process chamber)
Reference Signs List 3 Supply unit for mesh forming body precursor 4 Needle valve for controlling flow rate of network forming body precursor 5 Mass flow controller 6 Supply unit for metal precursor 7, 8, 9, 10 Auxiliary gas supply unit 11 Exhaust manual valve 12 Oxygen supply unit 13 Nitrogen supply unit 14 Gas supply section

Claims (9)

金属元素及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜の製造方法であって、
前記金属元素がアルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素であり、
リアクタを備えた装置のリアクタ内に基板を配置するステップ(a)、
網目形成体を構成する元素を含む網目形成体プリカーサー(P−1)を前記リアクタ内に供給する網目形成体供給ステップ(b)、
前記金属元素を含む金属プリカーサー(P−2)を前記リアクタ内に供給する金属供給ステップ(c)、
酸素ガス及び/又はオゾンガスを前記リアクタ内に供給する酸素供給ステップ(d)、
アンモニアガスを前記リアクタ内に供給するアンモニア供給ステップ(e)、及び
送気ガスを前記リアクタ内に供給する送気ガス供給ステップ(f)、を含
前記網目形成体供給ステップ(b)、前記金属供給ステップ(c)、前記酸素供給ステップ(d)、及び前記送気ガス供給ステップ(f)とを含むサイクルが繰り返されている間、前記アンモニアガスを供給し続ける、
金属元素及び網目形成体を構成する元素を含有する酸窒化膜の製造方法。
A method for producing an oxynitride film containing a metal element and an element constituting a network former,
The metal element is an alkali metal element or an alkaline earth metal element,
Arranging a substrate in a reactor of an apparatus having a reactor (a),
Supplying a network former precursor (P-1) containing an element constituting the network former into the reactor, (b)
A metal supply step (c) of supplying a metal precursor (P-2) containing the metal element into the reactor;
An oxygen supply step (d) for supplying oxygen gas and / or ozone gas into the reactor;
Ammonia gas ammonia supply step of supplying into the reactor (e), and insufflation gas supply step of supplying insufflation gas into the reactor (f), only contains,
While repeating the cycle including the network forming body supply step (b), the metal supply step (c), the oxygen supply step (d), and the air supply gas supply step (f), the ammonia gas Continue to supply,
A method for producing an oxynitride film containing a metal element and an element constituting a network former.
前記網目形成体供給ステップ(b)、前記金属供給ステップ(c)、前記酸素供給ステップ(d)、及び前記送気ガス供給ステップ(f)からなる群から選ばれる少なくとも一つのステップにおいてアンモニアガスを同時に供給する、
請求項1に記載の酸窒化膜の製造方法。
In at least one step selected from the group consisting of the mesh forming body supply step (b), the metal supply step (c), the oxygen supply step (d), and the air supply gas supply step (f), ammonia gas is supplied. Supply at the same time,
A method for manufacturing an oxynitride film according to claim 1.
前記網目形成体ステップ(b)と前記金属供給ステップ(c)とを別々に行う、請求項1又は2に記載の酸窒化膜の製造方法。   3. The method for producing an oxynitride film according to claim 1, wherein the network forming step (b) and the metal supplying step (c) are performed separately. 4. 前記金属元素が、Li、Na、Mg、及びCaからなる群より選ばれる少なくとも1種類を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の酸窒化膜の製造方法。   The method for producing an oxynitride film according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal element includes at least one selected from the group consisting of Li, Na, Mg, and Ca. 前記網目形成体を構成する元素が、P、B、Si、及びVからなる群より選ばれる少なくとも1種類を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の酸窒化膜の製造方法。   The method for producing an oxynitride film according to any one of claims 1 to 4, wherein the elements constituting the network former include at least one selected from the group consisting of P, B, Si, and V. 前記金属元素がLiを含み、
前記網目形成体を構成する元素がPを含み、
前記酸窒化膜が、Li、P、O、及びNを含む、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の酸窒化膜の製造方法。
The metal element includes Li,
Elements constituting the network forming body include P;
The oxynitride film contains Li, P, O, and N;
A method for manufacturing an oxynitride film according to claim 1.
膜厚が、200nm以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の酸窒化膜の製造方法。   The method for producing an oxynitride film according to any one of claims 1 to 6, wherein the film thickness is 200 nm or less. 網目形成体プリカーサー(P−1)の供給部とリアクタに接続する配管及び金属プリカーサー(P−2)の供給部とリアクタに接続する配管の温度が、網目形成体プリカーサー(P−1)の供給部の温度及び金属プリカーサー(P−2)の供給部の温度のいずれか高いほうの温度より55℃以上高い、請求項1〜7のいずれか1項に記載の酸窒化膜の製造方法。   The temperature of the pipe connected to the supply part of the network former precursor (P-1) and the reactor, and the supply part of the metal precursor (P-2) and the pipe connected to the reactor depends on the supply of the precursor of the network former (P-1). The method for producing an oxynitride film according to claim 1, wherein the temperature is higher by 55 ° C. or more than the higher one of the temperature of the part and the temperature of the supply part of the metal precursor (P-2). リアクタ、制御部、
網目形成体を構成する元素を含む網目形成体プリカーサー(P−1)を前記リアクタ内に供給する網目形成体プリカーサー(P−1)供給部、
金属元素を含む金属プリカーサー(P−2)を前記リアクタ内に供給する金属供給部、
酸素ガス及び/又はオゾンガスを前記リアクタ内に供給する酸素供給部、
アンモニアガスを前記リアクタ内に供給するアンモニア供給部、及び
送気ガスを前記リアクタ内に供給する送気ガス供給部、を備え、
前記制御部が、網目形成体を構成する元素を含む網目形成体プリカーサー(P−1)を前記リアクタ内に供給する網目形成体供給ステップ(b)、金属元素を含む金属プリカーサー(P−2)を前記リアクタ内に供給する金属供給ステップ(c)、酸素ガス及び/又はオゾンガスを前記リアクタ内に供給する酸素供給ステップ(d)、アンモニアガスを前記リアクタ内に供給するアンモニア供給ステップ(e)、及び送気ガスを前記リアクタ内に供給する送気ガス供給ステップ(f)、を実行することができ、
前記網目形成体供給ステップ(b)、前記金属供給ステップ(c)、前記酸素供給ステップ(d)、及び前記送気ガス供給ステップ(f)とを含むサイクルが繰り返されている間、前記アンモニアガスを供給し続ける、
酸窒化膜の製造装置。
Reactor, control unit,
A network former precursor (P-1) supply unit for supplying a network former precursor (P-1) containing an element constituting the network former into the reactor;
A metal supply unit for supplying a metal precursor (P-2) containing a metal element into the reactor;
An oxygen supply unit for supplying oxygen gas and / or ozone gas into the reactor,
Ammonia supply unit for supplying the ammonia gas in the reactor, and the insufflation gas supply unit for supplying the insufflation gas into the reactor, Bei give a,
A network forming body supplying step (b) in which the control unit supplies a network forming body precursor (P-1) containing an element constituting the network forming body into the reactor; a metal precursor (P-2) containing a metal element; Supplying metal into the reactor (c), supplying oxygen gas and / or ozone gas into the reactor (d), supplying ammonia gas into the reactor (e), And an air supply gas supply step (f) of supplying an air supply gas into the reactor.
While repeating the cycle including the network forming body supply step (b), the metal supply step (c), the oxygen supply step (d), and the air supply gas supply step (f), the ammonia gas Continue to supply,
Equipment for manufacturing oxynitride films.
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