JPH01286228A - スパッタリング薄膜製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スパッタリング薄膜製造方法、特に、例え
ば透過形液晶表示装置の後方光源、放電デイスプレィ等
の放電光源に用いられる二次電子放出用ｔ、　ａ　Ｂ　
ｓ　＊　Ｍ電極のスパッタリング製造方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来、この種の放電光源に用いられる電極、例えば冷陰
極放電用電極は、低い放電開始電圧、高い発光輝度を得
るための二次電子放出率の大きいＮｉ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎ
ｉ−Ｃｒ−Ｃｕ等により構成されていたが、放電デイス
プレィ等の実用化と共に、その陰極も、さらに高い二次
電子放出性能を有するものが求められつつある。このた
め、金属導体上に、合金あるいは金属酸化物から成る二
次電子放出率のより高い材料を積層したものが用いられ
るようになってきた（例えば「テレビジョン学会技術報
告ＪＥＤ−８２４、昭和５９年１１月２２日、Ｐ、１３
〜１８参照）。上記の金属導体上に積層する二次電子放
出材料としては、ＭｇＯ，ＬａＢ、などが挙げられる。

（電極構成） 第３図に、この種の電極構造の一例の拡大破断断面図を
示す。図において、１は、放電を行うための希ガス、ま
たは水銀蒸気を含む希ガスを封入した放電容器であり、
ガラス基板を兼ねている。

２は、この放電容器ｌの内壁に塗布された蛍光体、３は
、・上記ガラス基板１上に形成されたＡＩＬまたはＮｉ
の金属導体、４は、この金属導体３表面上に蒸着された
ＬａＢ６等の二次電子放出材料膜である。

（動作） 次に、以上のような構成における動作について説明する
。金属導体３に放電可能な電圧が印加されると、放電容
器１内に、光電離などにより既に存在していた初期電子
が運動エネルギーを得て希ガスまたは水銀蒸気を含む希
ガスを電離させ、イオンと電子とを生成させる。こうし
て得られた初期イオンが陰Ｖｊ（二次電子放出材料４）
に衝突して二次電子を発生させ、また、電子は、陽極へ
移動する過程で中性原子に衝突するたびことに、電子あ
るいは励起原子を加速度的に生成して放電の持続を可能
にする。

従って、初期の電子生成過程において、この生成量が多
いほど、放電の注入エネルギー（放電開始電圧）が低く
てすみ、また、放電持続後も低い注入エネルギー（放電
持続電圧）ですむことになる。すなわち、イオンの衝突
に対して二次電子放出率の高い二次電子放出材料４を用
いることにより、効率の良い放電光源あるいはデイスプ
レィを実現することができる。

これらの二次電子放出材料のｌ１２Ｊ５は、１００〜ｉ
ｏ、ｏｏｏ人程度の密着性の良い薄膜が必要であるため
に、膜形成には通常、スパッタリング法あるいは電子ビ
ーム蒸着法等が使用される。

第４図に、この種の高周波スパッタリング装置の原理図
を示す。

Ｃは放電室、５はターゲット電極、６は基板、８はガス
導入口、９は接続すべき排気系であり、また、ｌＯは高
周波高圧電源、１１はマツチングボックスを示す。

この高周波スパッタリング法は、絶縁体のスパッタリン
グに使用されるだけでなく、導電性物質のスパッタリン
グ工程にも用いられる。この方法の利点は、いわゆる高
周波励起により放電ガスの圧力が低くても放電が生起す
るということにある。図中、ターゲット電極５と基板６
とに同じ電圧がかがフては、基板６についた原子が再び
スパッタされてしまうので、基板側電極にコンデンサを
介して基板６にプラスイオンを溜め、主としてターゲッ
ト電Ｆｉ５のみにプラスイオンが衝突するようにしであ
る。

第５図に、第４図の要部拡大図を示すように、ターゲッ
ト電極５を直流的に絶縁した状態でコンデンサを介し高
周波を印加すると、ターゲット電極５表面がプラズマ７
と境界を接するために、ターゲット電極５表面の極性が
＋／−と変るごとにターゲット電極５表面は電子過剰状
態となり、定常状態では単位時間当りの流入電子量とイ
オン量とが均衡するように負電位となる。ターゲット電
極５は直流的に絶縁されているので、プラズマ７からの
電子、イオンの流入の不均衡によって生ずる負電位が助
長さね、高周波電圧波高値にほぼ等しい負バイアスが得
られるので、高周波電圧の振幅が十分高ければ、その負
電圧によってプラズマ中のイオン（第５図におけるＡｒ
イオン）がターゲット電極５を衝箪してスパッタ作用を
生起させるのに十分な加速エネルギーとなり、基板６上
にスパッタされる。

ここにおいて、ターゲット電極５に化合物を用いて膜形
成を行うと、形成されたｆ＃膜の組成は、ターゲット電
Ｆｊ、５の化合物の組成からずれてくることが多い、例
えば、Ｓ　ｉＯｚ　、　Ｍ　ｇ　Ｏ。

Ｔａ２０５等のような酸化物のターゲット材料を用い、
Ａｒ雰囲気の高周波スパッタリングを行うと、一般に薄
膜の組成は酸素の不足した状態になる。これは、ターゲ
ット電極５からスパッタされた酸素０２が一部排気され
、有効酸素分圧が低くなるためである。このため、０２
を放電ガスのＡｒ中に適当に混合して不足する０２を補
い、ターゲット電極５表面と同じ組成の薄膜を形成する
ように調整してスパッタを行うようにしている。

ここにおいては、以上のような高周波スパッタリング法
による動作原理を説明したが、この他に、ターゲット電
極５と基板６との間に形成される電界と直角方向に磁界
を加え、放電によって生じた電子にマグネトロンと同様
、サイクロイド運動を与えた高密度プラズマを作ると共
に印加電圧を低くし、スパッタを高能率化したマグネト
ロンスパッタ装置がある。

（発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、以上のような従来のスパッタリング法に
用いられる放電ガスは、１Ｏ−３Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ〜ｌ　
０−２Ｔｏ　ｒ　ｒ程度の圧力のＡｒ雰囲気で行われる
が、特に、ＬａＢａのようなホウ化合物をスパッタする
場合、Ｂの拡散を生じ、ＬａＢ６のスパッタリングレー
ト（収率）が低下するという問題点があった。

この発明は、以上のような従来例の問題点を解決するた
めになされたもので、Ｂの拡散を防止してスパッタリン
グレートの低下を防止し、化学的に安定した薄膜を得る
ための手段の提供を目的としている。

（課題を解決するための手段） このため、この発明においては、ＬａＢ、をスパッタす
るのに用いられる放電ガスとして、Ａｒに対して軽元素
のＨｅを例えば２０〜５０容積％範囲で混合した放電ガ
ス中でスパッタする製造方法を採用することにより、前
記目的を達成しようとするものである。

〔作用〕

以上のような手段の採用により、蒸着速度が向上してＢ
の拡散が抑制され、化学的に安定した薄膜を形成するこ
とができる。

〔実施例〕

以下に、この発明を実施例に基づいて説明する。第１図
に、この発明による組成の放電ガスを採用したマグネト
ロンスパッタリング装置を用いてこの種の電極上にスパ
ッタリングされた１、ａＢｓｌｌＱの膜厚分布特性図の
一例を示す。

（スパッタリング条件／結果） この膜を形成するためのスパッタリング条件として、ま
ず、放電ガスとしてＡｒ、Ｈｅを使用し、その組成比は
、Ａｒ単体、つぎにＡｒに対してＨｅ　ｆｆｔ　（容積
比）をそれぞれ１０％、３０％。

５０％に変化させた合計４種類を使用した。スパッタを
行う電力はいずれも１．０ｋＷ、スパッタ時間は各々ｌ
Ｏ分間一定の条件でガラス基板６上に実施した。また、
膜厚を測定する機器としては、走査形電子顕＠鏡とＸ線
マイクロプローブアナライザーとを併用して測定したも
のである。

上記スパッタリング工程に使用される放電ガスは、既述
のように、従来、−数的にはＡｒなどの不活性ガスが使
用されていた。そのほか、ＭｇＯ，Ｓ　ｉｏ２．Ａｌ１
．Ｏ，、Ｔａ２Ｏ，等の酸化物に対しては、既述のよう
に、放電ガスのＡｒに０２を混合して等化学量論的な薄
膜を得るスパッタリング方法が行われていた。

この実施例で行われたＬａと６個のＢとから成る化合物
（ＬａＢ、）に対する放電ガスとしては、Ａｒ単体のほ
か、Ａ「とＨｅ、あるいはにｒ、Ｘｅとの組合せ等が考
えれるが、第１図特性図に示した本実施例においては、
Ｂが軽元素であるため、上記希ガス中より、最も軽元素
のＨｅを用いてスパッタリングを実施したものである。

第１図の特性図は、横軸に放電ガスのＡｒに対するＨｅ
の混合容積比（％）、縦軸にスパッタ膜Ｊ５（μｍ／１
０ｍ１ｎ）をとったものである。

Ｈｅｍが増加するにしたがって膜厚値は上昇して行き、
そのＷ；ｌ厚値はＨｅ３０％点を最高値として減少する
特性が得られた。この傾向は次のような理由によるもの
と推測される。すなわち、放電ガスがＡｒ単体である場
合においては、Ａｒ＋イオンがＬａＢｇに衝突し、Ｌａ
、Ｂ原子がはじき出されて基板上に積層されるものであ
るが、軽元素である平均自由行程が長いＢの大部分は、
基板に到達するまでにＡｒ”イオンエネルギーにより拡
散され、基板６上にはＬａＢ６の形成が困難になるため
、蒸着速度が低下すると同時にＬａ増の非化学量論的な
膜が形成されているものと推測される。また、ＬａＢ、
の膜質は透明に近い紫色といわれているが、Ａｒ単体で
スパッタされた膜質は銀黒色の不透明膜であフた。

次に、ＡｒにＨｅを１０％混合した場合の膜厚値は、Ａ
ｒ単体の場合と比較して若干上昇傾向にあるが、膜質と
共に大差はなく、明白なＨｅ効果は見受けられなかった
。これに反して、Ｈｅ３０％混合点においては、膜厚値
（すなわちスパッタリングレート）は急上昇し膜質も半
透明で紫色に近い膜が形成された。これは、Ａｒ単体で
は軽元素であるＢが拡散されてＬａ増の膜質となったが
、Ｈｅｉを増すことにより、Ｈｅ”イオンエネルギーの
増加により、逆にＢの拡散を防ぐ効果を果しているもの
と推測される。また、Ｈｅ量５０％混合の場合はＨｅ＋
イオンの増加により、Ａｒ”イオンエネルギーが緩和さ
れ、運動エネルギーの小さいＨｅ＋ではＬａのスパッタ
リング収率が低下し逆に膜厚値が減少して行くものと推
測されるものであるが、ただし、膜質はＨｅ３０％の場
合と同様、半透明で紫色に近い膜であった。

（放電容器試験） 第２図は、第３図に示したように、ガラス基板状１にＮ
ｉあるいは八１から成る幅約３０１１１１１、厚み約１
μｍ〜３μｍの導電体層３（線状金属膜電棒主としてＰ
ｊｉ、ＡＪ２１〜３μｍ蒸着したのちエツチングにより
形成）上に誘電体層であるＬａＢ、を、放電ガスＡｒ単
体、Ａｒ−Ｈｅ３０％、Ａｒ−Ｈｅ５０％の条件で各々
約１μｍ被覆を行ったのち、放電容器を形成し、その放
電容器内部を十分に排気脱ガスしたのち、希ガスあるい
は水銀を封入して１０，０００時間における放電開始電
圧の相対変化率を測定した結果を示す。第２図に示すよ
うにＡｒ−Ｈｅ３０％あるいはＡｒ−Ｈｅ５０％で作製
した放電管Ａ、Ｈにおいては、放電開始電圧の変化はほ
とんど見られず、二次電子放出材料としての化学的安定
性が見られる。また、Ａｒ単体の場合Ａにおいては、約
６，０００時間より放電開始電圧の上昇が見られる。こ
れは化学的組成比のずれにより二次電子放出材料として
の化学的安定性が低下して、放電開始電圧の上昇を招き
、最後には放電の立消えを招来する可能性を示すもので
ある。

以上のように、Ｌａｄ、のスパッタリング工程用の放電
ガスとしては、Ａｒに対してＨｅを２０％〜５０容積％
範囲内で混合して膜形成することにより、化学的に最も
安定した二次電子放出材料を高スパッタリングレートで
提供することができた。

なお、前記実施例においては、スパッタリングパワー１
ｋＷで行った結果を示したが、ＩＷ／ｃｍ２〜６Ｗ／ｃ
ｍ２のエネルギー密度においても第１図と同様の効果を
得ることができる。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、この発明によれば、放電光源用
等の電極を、放電容器内に設けた金属導体上に二次電子
放出材料膜を形成したもので構成され、該二次電子放出
材料膜としてＬａＢ、をスパッタリングで形成する製造
工程において、その放電ガス組成比を、例えばＡｒ−Ｈ
ｅ２０％〜５０容積％範囲内の条件で膜を形成する方法
を採用したため、化学的に安定した高二次電子放出率を
有する電極が高スパッタリングレートで得られるように
なった。

【図面の簡単な説明】

スパッタ膜Ｊゾ分布特性図、第２図は、放電容器試験に
おける点灯時間対開始電圧の相対変化率特性図の一例、
第３図は、電極構成の拡大破断断面図、第４図はスパッ
タリング装置の原理図、第５図は、その要部拡大図であ
る。 ｌは放電容器（基板）、３は金属導体、４は二次電子放
出材料膜（ＬａＢ６）である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当構成要素を示
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 放電ガス中において、対面する基板上にＬａＢ＿６薄膜
   を、スパッタリング法により形成するためのスパッタリ
   ング装置において、該放電ガスを、Ａｒ−Ｈｅ混合ガス
   としてスパッタリングを行うことを特徴とするスパッタ
   リング薄膜製造方法。