JPH0273956A - 窒化アルミニウム薄膜およびその形成方法 - 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】 Ｃ産業上の利用分野〕 この発明は、たとえば弾性表面波素子用の基板などで好
適に実施される窒化アルミニウムｆｉＩ膜およびその形
成方法に関するものである。

〔従来の技術〕

弾性表面波素子は圧電体表面に（し形電極を設け、この
くし形電極に電気信号を与えて弾性表面波を励振するよ
うにしたもので、圧電体表面における前記弾性表面波の
伝搬特性を利用して各種の用途に用いられている。たと
えば、テレビジョンなどの各種通信技術におけるフィル
タや遅延線などである。

このような弾性表面波素子において、前記くし形電極が
形成される基板として、従来より、■圧電単結晶、■ガ
ラス、金属、または高分子材料からなる基材表面に圧電
体薄膜を形成したもの、■圧電セラミックス焼結体が用
いられている。■の圧電単結晶の代表的なものとしては
、１ｉＮｂＯｉ。

ＬｉＴａＯ３などがあるが、電気機械結合係数および温
度特性（たとえば遅延線における遅延時間の温度特性）
の両者において優れているものが得にくい。

このためＴＶ、ＣＡＴＶ、および各種通信機器などの発
達に伴う、高機能化および高周波化に対応することがで
きず、特にＵＨＦ帯域およびＶ　Ｉｔ　Ｆ帯域の信号に
良好に対応することができない。また■としては、Ｐｂ
Ｔｉ０ｉ−ＰｂＺｒＯｉ系の材料がよく用いられるが、
焼成時に表面に空孔が形成されやすく、前記くし形電極
を良好に形成することができない。近年ではホ・７トプ
レスによって前記空孔の形成を抑制したものも作製され
るようになってきているが、量産性および低コスト化の
点で劣っている。

これらの問題を解決した上記■の基板の研究が進められ
てきており、基材表面にＺｎＯ薄膜または、ｌ！Ｎ　（
窒化アルミニウム）薄膜を形成したものが実用化される
に至っている。特に前記ＡＩＮ薄膜は、高音速伝播特性
において優れ、ＬＩＨＦ帯域の信号に対する応用が存望
視されている。このＡＩ！Ｎ）］膜の形成は、ＣＶＤ法
、スパッタ法、またはイオンブレーティング法などによ
って行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕 前記Ａｐ、ＮＩ膜において、良好な結晶性および温度特
性を得るには、ＣＶＤ法によってこのＡＩ！。

ＮＦｉＪ膜を形成することが望ましい。ところがこの方
法では、たとえば約１２００°Ｃ程度に加熱した基材上
で、Ａｊ２（ＣＨｉ）＋とＮ　Ｈｓなどとを反応させて
Ａ！Ｎ薄膜が形成されるため、低温の雰囲気中で薄膜形
成を行うことができず、このために使用される基材の材
料が限定される。すなわちＡｐ。

Ｎ薄膜との熱膨張の差の小さな材料を選ばなければ、基
材とＡ７２Ｎ薄膜とを充分強固に密着させることができ
ない。さらにまたＡｐＮｆｆ膜にＣＨ系の不純物が混入
（または残留）し、性能の低下を招くことがある。一方
ＡＰ、Ｎ薄膜をスパッタ法やイオンブレーティング法に
よって形成した場合には、良好な結晶性および温度特性
を得ることができないとともに、ＡｆｆｉＮ薄膜の基材
への密着強度が小さく、剥離が生じゃずいという問題が
ある。

この発明の目的は、基材の材料の限定が少なく、また基
材に強固に密着させることができる窒化アルミニウム薄
膜およびその形成方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の窒化アルミニウム薄膜は、窒化アルミニウム
と基材との混合層と、この混合層上に形成した窒化アル
ミニウム層とを備える。

この発明の窒化アルミニウム薄膜の形成方法は、アルミ
ニウム萎着と窒素イオン照射とを併用することにより、
基材表面に窒化アルミニウムと基材との混合層を形成し
た後、この混合層の形成時よりも低エネルギーの窒素イ
オンを照射して前記混合層上に窒化アルミニウムを堆積
させて窒化アルミニウム層を形成することを特徴とする
。

〔作用〕

この発明の構成によれば、アルミニウム蒸着と、比較的
高エネルギーの窒素イオンの照射とを併用することによ
り、基材表面に基材と窒化アルミニウムとの混合層が形
成される。この混合層は前記基材に対して充分に大きな
密着強度を有してる。

この混合層上には、前記窒素イオンのエネルギーを比較
的小さくして、窒化アルミニウムが堆積されて窒化アル
ミニウム層が形成される。この窒化アルミニウム層は前
記混合層との間で充分な密着強度を有している。この窒
化アルミニウム層の形成時に、窒素イオンのエネルギー
を比較的小さくするのは、この窒素イオンの照射によっ
て、既に堆積されている窒化アルミニウムがスパッタな
とされることを防ぐためである。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づいて説
明する。第１図はこの発明の一実施例の窒化アルミニウ
ムＦｉｔ膜（以下ｒＡＮＮｌ膜ｊという）６の構成を簡
略化して示す断面図である。このＡＡＮＩ膜６は基材２
上に形成され、基材２の材料と窒化アルミニウムとの混
合Ｊｉ　６　ａと、この混合層６ａ上に形成された窒化
アルミニウム層６ｂとを備えている。

第２図は前記／ＩＮＩ膜６を形成するための基本的な構
成を示す概念図である。軸線！１まわりに回転駆動され
るホルダ１に基材２が固定され、この基材２に対向して
、金属アルミニウムを蒸発させる蒸発源３、および窒素
イオン５を発生して加速するイオン源４が配置される。

この装置は真空槽内に設置されており、基材２表面への
アルミニウム蒸着および窒素イオン５の照射を同時にま
たは交互に行うことによって、すなわち併用することに
よって、ＡＮＮ薄膜６が前記基材２表面に形成される。

前記蒸発源３はたとえば、電子ビーム加熱またはスパン
クリングなどによって金属アルミニウムを蒸発させるも
のである。

このＡＮＮＦｉ膜６の形成に当たっては先ず、アルミニ
ウム蒸着と同時に、イオン源４から１ｋｅＶ〜５０ｋｅ
Ｖ　（好ましくはｌ０ｅＶ〜５ｋｅＶ）の加速エネルギ
ーで窒素イオン５を照射し、基材２表面に前記混合１ｉ
６ａを形成する。この混合層６ａは基材２に対して充分
な密着強度を有している。

次に前記イオン＃４からの窒素イオン５の加速エネルギ
ーをｌ０ｅＶ〜５ｋｅＶ　（好ましくは５０ｅＶ〜２ｋ
ｅＶ）として、すなわち前記混合層６ａの形成時よりも
低くして、前記混合層６ａ上に窒化アルミニウムを堆積
させて、窒化アルミニウムｌ１５（ｉｂの形成を行う。

この窒化アルミニウム層６ｂは前記混合層６ａに対して
充分な密着強度を有することができる。前記加速エネル
ギーの下限は、イオン源４における窒素イオン５の引き
出し限界値であり、また上限は窒素イオン５によるスパ
ッタ作用により、前記窒化アルミニウム層６ｂに格子欠
陥が生じること、および窒化アルミニウム層６ｂの成長
が妨げられることを防ぐために設定される値である。

基材２に対するアルミニウム７と窒素イオン５との輸送
比は、窒素イオン５の加速エネルギーによって異なり、
照射される窒素イオン５のアルミニウム７に対するスパ
ッタ作用を考慮して、ＡＮ／Ｎ＝１　　　　　　・・・
　　（１）となるようにされる。

このようにして基材２表面に混合層６ａと窒化アルミニ
ウム層６ｂとからなる／ＩＮ薄膜６を形成して作製した
基板に、第３図に示すように、銅銀、またはアルミニウ
ムなどからなるくし形電極１０．１１を形成して弾性表
面波素子１２が作製される。前記くし形電極１０．１１
の形成は真空蒸着や、真空蒸着とともにアルゴンなどの
不活性ガスイオンビーム照射を併用するなどの方法によ
って行れる。１３．１４は、前記くし形電極１０１１に
信号を入力し、または信号を出力するためのリードワイ
ヤである。

本件発明者は、前記基材２の材料としてガラスを用い、
この基材２表面に毎秒４．６５人の速さで薄膜が形成さ
れるように、蒸発源３から金属アルミニウムを蒸発させ
、また基材２上に］ＯｍＡの電流が流れるように、イオ
ン源４から窒素イオン５を引き出すようにして、Ａ７！
Ｎ！膜６の形成を行っている。このとき窒素イオン５の
加速エネルギーは、基材２表面に形成される薄膜の膜厚
が１０００人になるまでは１５ｋｅＶとし、それ以後は
５００ｅＶとした。」−記膜厚の測定は基材２近傍に配
置される膜厚モニタ（図示せず）を用いて行われる。こ
のようにして作製された膜厚５０００人の薄膜をＸ線回
折で分析したところ、Ｃ軸配向した窒化アルミニウムで
あることが確認され、このＡＮＮ薄膜６の基材２からの
剥離は観測されなかった。

さらに基材２の材料としてシリコンを用いて、同様の薄
膜形成を行ったところ、やはりＣ軸配向したＡｆｉＮ薄
膜６が得られ、このＡ／２Ｎ薄膜６の基材２からの剥離
は観測されなかった。

以上のようにこの実施例によれば、Ａ、４２Ｎ薄膜６は
基材２と窒化アルミニウムとからなる混合層６ａと、こ
の混合層６ａ上に窒化アルミニウムを堆積させて形成さ
れる窒化アルミニウム層６ｂとからなっており、基材２
と前記混合Ｎ６ａとの間および、この混合層６ａと前記
窒化アルミニウム層６ｂとの間はいずれも充分強固に密
着している。

したがってこのＡｆｆｉＮ薄膜６は基材２に強固に密着
して形成される。またこの／ｌＮｉ膜６の形成に当たっ
ては、ＣＶＤ法などのように基材２を高温にする必要が
ないので、基材２とへ！Ｎ薄膜６との間の熱膨張の差を
考慮する必要がない。したがって基材２の材料の制限が
少なくなる。また有機金属ガス（たとえばＡｐ（ＣＨ，
＋）ｉなど）を用いないので、ＡＮＮ薄膜６に不純物が
混入などすることもない。

前述の実施例では、弾性表面波素子の基板を例にとって
説明したが、この発明はたとえば半導体基板などの各種
の基板に対して好適に実施することができる。

〔発明の効果〕

この発明の窒化アルミニウム薄膜およびその形成方法に
よれば、アルミニウム蒸着と、比較的高エネルギーの窒
素イオンの照射とを併用することによって、基材表面に
この基材と窒化アルミニウムとの混合層が形成される。

この混合層は前記基材に対して充分に大きな密着強度を
をしてる。この混合層上には、前記窒素イオンのエネル
ギーを比較的小さくして、窒化アルミニウムが堆積され
て窒化アルミニウム層が形成される。この窒化アルミニ
ウム層は前記混合層との間で充分な密着強度を有してい
る。このようにして、前記混合層および窒化アルミニウ
ム層とによって構成される窒化アルミニウム薄膜は、前
記基材に対して強固に密着して形成される。

またこの窒化アルミニウム薄膜の形成時に、基材の温度
を高くする必要がないので、基材と窒化アルミニウム薄
膜との間の熱膨張の差を考慮する必要がなく、したがっ
て基材の材料の制限が少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の窒化アルミニウム薄膜６
の構成を簡略化して示す断面図、第２図は前記窒化アル
ミニウム薄膜６を形成するための基本的な構成を示す概
念図、第３図は弾性表面波素子】２の構成を簡略化して
示す斜視図である。 ２・・・基材、３・・・蒸発源、４・・・イオン源、５
・・・窒素イオン、６・・・窒化アルミニウム薄膜、６
ａ・・・混合層、６ｂ・・・窒化アルミニウム層、７・
・・アルミニウム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化アルミニウムと基材との混合層と、この混合
   層上に形成した窒化アルミニウム層とを備えた窒化アル
   ミニウム薄膜。
2. （２）アルミニウム蒸着と窒素イオン照射とを併用する
   ことにより、基材表面に窒化アルミニウムと基材との混
   合層を形成した後、この混合層の形成時よりも低エネル
   ギーの窒素イオンを照射して前記混合層上に窒化アルミ
   ニウムを堆積させて窒化アルミニウム層を形成すること
   を特徴とする窒化アルミニウム薄膜の形成方法。