JPH03264661A - スズ‐マグネシウム合金またはその酸化物よりなる薄膜及びその薄膜の形成方法 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、銅張プリント、配線パターン被膜、電極並び
に接点材料として応用される金ｇ薄膜またはガス検知膜
や透明導電膜を初めとして、熱反射膜、腐食防止膜、耐
衝撃・耐摩耗膜等に応用される金属酸化物薄膜及びこれ
ら薄膜の形成方法に関する。

〔従来技術〕

金属薄膜あるいは金属酸化物薄膜は多くの分野で利用さ
れているが、それらはガラス、シリコンウェハ、プラス
チックフィルム等の基板上に形成される。薄膜形成に先
だって、基板表面は洗浄やエツチング処理によって、充
分に清浄化しておく必要がある。いま、この充分に清浄
化された基板上に、真空蒸着法やスパッタリング方法等
によって、金属スズ膜を厚さ０．０３〜０．５μＩ１１
程度に形成したものの表面状態を観察してみると、鏡面
金属光沢にはならず白濁を呈していることが判る。更に
これを電子顕微鏡などで微細に観察すると、基板上に粒
径０．０３〜０．５μｍ程度のスズ粒状体が並んだ状態
を呈しており、粒子同士の接触は非常にすくなくなって
いるのが判る。第１図は基板１上にスズ粒子２が形成さ
れ、さらにこれが酸化されて酸化スズ粒子３が形成され
た状態を表している。ここで酸化スズ粒子は、スズ粒子
を酸素ガス存在下で加熱することにより得られるが、ス
ズの融点は２３１℃であるため、これ以下の温度で酸化
させる必要がある。そのために、完全に酸化させるには
長時間を要する。例えば０．１μｍのスズ膜を２００℃
で酸化処理した場合には、１０日間程度を要する。又、
成膜用真空槽内に酸素あるいは酸素と不活性ガスの混合
ガスを導入し酸化スズ膜を形成しても、同様に粒状を呈
している。

スズ膜は銅張プリント、配線パターン被膜、電極並びに
接点材料として応用され、酸化スズ膜は金属酸化物半導
体であり、ガス検知膜や透明導電膜を初めとして、熱反
射膜、腐食防止膜、耐衝撃・耐摩耗膜等に応用されてい
る。しかし、第１図にみられるような微細粒子同士の接
触がすくないスズ膜２または酸化スズ膜３の面抵抗値は
メガオーダー０７口以上であり、これを低抵抗を必要と
する接点面や電極材料、その他各種機能膜として用いる
のは不適当である。

〔目　　的〕

本発明の目的は、前記のごとき不都合の見られない、１
μｍ程度以下に基板上に形成された主成分がスズあるい
は酸化スズの薄膜及びそれらの形成方法を提供すること
にある。

〔構　　成〕

スズのみを蒸発材料あるいはターゲット材料として真空
蒸着法あるいはスパッタリング法でスズ膜を基板上に形
成した場合、膜厚が１μｍ程度以下の場合には連続膜と
はならず、粒状を呈しやすい。本発明者らは、その原因
を検討した結果、形成されるべき金属の表面張力が大き
く関係していることを確めた。

つまり、固体（基板）の表面張力をγＳ、液体（スズ）
の表面張力をγＬ、固液界面張力をγＳＬとした場合、 ０〈γＳ−γＬ−γＳＬのとき液体は固体面を濡らし、 Ｏ〉γＳ−γＬ−γＳＬのとき液体は固体面を濡らさな
い。

スズの表面張力は６８５ｄｙｎｅ／ｃｍ（２１５℃）で
あり、水銀の表面張力（４６４ｄｙｎｅ／ｃｍ（１５℃
）〕よりも大きな値であり、基板との濡れが悪く連続膜
になりにくい。連続膜にするには、基板の表面張力を大
きくするか、スズの表面張力あるいはスズと基板間の界
面張力を小さくする必要がある。そこで、本発明者らは
この結果に基づき、さらに研究を重ね、本発明に至った
ものである。

すなわち、第１の本発明は、マグネシウムがスズとマグ
ネシウムの合計量に対して０．５〜５．０ｔｇｔ％含有
されていることを特徴とするスズ−マグネシウム合金ま
たはその酸化物よりなる薄膜に関する。

第２の本発明は、薄膜形成用原料として、マグネシウム
がスズとマグネシウムの合計量に対して０．５〜５．０
ｗｔ％含有されている合金を用いることを特徴とするス
ズ−マグネシウム合金薄膜の形成方法に関する。

第３の本発明は、スズ−マグネシウム薄膜を酸素が存在
する雰囲気中で加熱することを特徴とするスズ−マグネ
シウム酸化物薄膜の形成方法に関する。

第４の本発明は、薄膜形成用原料として、マグネシウム
がスズとマグネシウムの合計量に対して０．５〜５　、
０ｗｔ％含有されている合金を用い、かつ成膜用真空槽
内に酸素あるいは酸素と不活性ガスの混合ガスを導入す
ることを特徴とするスズ−マグネシウム酸化物薄膜の形
成方法に関する。

本発明のスズ−マグネシウム合金薄膜は、真空蒸着法の
ように蒸発材料を使用する場合には、蒸発材料としてス
ズ９５．５〜９５　、０ｗｔ％とマグネシウム０．５〜
５．０ｗｔ％よりなる合金を使用し、又、スパッタリン
グ法のようにターゲットを使用する場合にも、ターゲッ
ト材料として、前記合金を使用し、それぞれの作製方法
に準じて行なえば、目的の基板上に形成することができ
る。

スズ−マグネシウム合金は、公知の手段で容易に製造し
得、蒸発材料またはターゲット材料用に成型しておけば
よい。

また、基板としては、ガラス、シリコンウェハ及びプラ
スチックフィルム等、従来から用いているものが全て利
用できる。

本発明のスズ−マグネシウム合金酸化物薄膜は、基板上
に形成された前記スズ−マグネシウム合金薄膜を酸素が
存在する雰囲気中で加熱処理することにより形成するこ
とができる。

薄膜の酸化処理において、膜中にマグネシウムが存在せ
ず、スズのみの場合にはその融点の低さから、完全に酸
化させるには非常に長時間を要する。しかし、膜中にマ
グネシウムが存在する場合には、５００°Ｃに加熱され
た炉内にゆっくり挿入し、その後７００℃に昇温しでも
膜が溶けて形態が崩れることは無い。これは、酸化マグ
ネシウムがバインダーの役割を果たすためと考えられる
。この場合、膜厚が０．２μｍであっても、数時間で酸
化は完了する。

また、本発明のスズ−マグネシウム合金酸化物薄膜は、
成膜中に真空槽内に酸素あるいは酸素と不活性ガスの混
合ガスを導入する方法を用いても形成することができる
。

本発明のスズ−マグネシウム合金またはその酸化物薄膜
は、１μｍの厚みであっても、また１μｍ以下でも、特
に０．０３μｍの厚みでも連続膜として形成できる。

本発明のスズ−マグネシウム合金またはその酸化物より
なる薄膜が、連続膜になる理由は、マグネシウムの特定
量が含有していることによりスズ単体よりも表面張力が
減少するか、あるいは基板との界面張力が小さくなるた
めなどが考えられる。

本発明において、スズ中におけるマグネシウムの量を０
．５〜５．（ｈｔ％としているのは銅張プリ− ントやガス検知膜などに応用した場合に、その性能を維
持しつつ、かつ１μｍ程度以下の厚みでも連続膜として
得られるからである。すなわち、マグネシウムが０　、
５ｔｙｔ％以下の場合、連続膜となりにくくなる。逆に
マグネシウムの量が多くなるにつれ、特に酸化物薄膜で
顕著なのだが抵抗値が大きくなり、透明導電膜としては
当然使用できなくなる。又５　、　Ｏｗｔ％程度になる
とガス検知膜としても抵抗値が大きくなりすぎて使用不
可となる。又、マグネシウムの存在は、その量により、
面抵抗を制御することができる。

金属膜として使用する場合には、あまりマグネシウムの
量は厳しくないが（但し最低０．５ｔｙｔ％以上は無い
と連続膜にならない）、酸化物薄膜の場合、抵抗値がマ
グネシウム添加量により大Ｔｌｌに変化する。できるだ
け低抵抗で使用したいものは連続膜になる最低量を使用
する。又、酸化してガス検知膜として使用する場合には
酸化マグネシウムは触媒として働くため、ガス感度が向
」ニする。とくにガスセンサとしてはドライブ８ 回路、ガス感度、経時特性を考慮すると２ｗｔ％程度が
良い。

〔実施例〕

実施例１ 真空蒸着法における蒸発原料としてスズ９８．０ｗｔ％
とマグネシウム２．Ｏｖｔ％よりなる合金を使用し、ス
ズ−マグネシウム薄膜をガラス板上に下記処理条件で形
成した。

処理条件 圧　　　力　　２Ｘ１０−４Ｐａ 成膜速度　２０人／ｓｅｅ 形成された薄膜の厚みは０．１μｍであり、電子顕微鏡
で表面ａ察したところ連続膜であった。

なお、膜の抵抗値がマグネシウム添加無しの場合はメガ
オーダーΩ／口に対し、マグネシウムを添加すると通常
の金属膜の抵抗値となることから連続膜であると評価し
てもよい。

また、確認はしていないが、この金属膜はＳｎ−Ｍｇ融
点図より考察すると、ＳｎとＭｇ２Ｓｎの共晶であると
思われる。

実施例２ スパッタリング法におけるターゲラ１−としてスズ９８
．（ｈｔ％とマグネシウム２．（ｈｔ％よりなる合金を
使用し、スズ−マグネシウム薄膜をシリコンウェハ上に
下記処理条件で形成した。

処理条件 圧　　　力　　２Ｐａ ＲＦ電力　１００Ｗ 成膜速度　１００人／ｍｉｎ 形成された薄膜の厚みは０．〕μｍであり、電子顕微鏡
で表面観察したところ連続膜であった。

実施例３ 実施例１及び２で形成した薄膜をそれぞれ５００℃に加
熱した炉内にゆっくり挿入し、その後７００℃に昇温し
で酸化処理した。

酸化処理された実施例１及び２の薄膜の厚みはそれぞれ
変更もなくかつ連続膜のままであった。

実施例４ 実施例１及び２の成膜時に真空槽内に酸素：不活性ガス
＝５＝１の混合ガスを導入し、その他は同様にして薄膜
を形成した。

得られた薄膜はそれぞれ実施例１及び２の厚みと変わら
ずかつ連続膜のままであった。

〔効　　果〕

本発明のスズ−マグネシウム合金またはその酸化物より
なる薄膜は、膜厚が０．０３〜１μｍの薄膜であっても
その膜は連続膜となり、各種の膜に利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は基板上にスズ粒子が形成され、さらにこれが酸
化されて酸化スズ粒子が形成された状態を示す説明図で
ある。 １・・・基板　　　　　２・・・スズ粒子３・・・酸化
スズ粒子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．マグネシウムがスズとマグネシウムの合計量に対し
   て０．５〜５．０ｗｔ％含有されていることを特徴とす
   るスズ−マグネシウム合金またはその酸化物よりなる薄
   膜。
2. ２．薄膜形成用原料として、マグネシウムがスズとマグ
   ネシウムの合計量に対して０．５〜５．０ｗｔ％含有さ
   れている合金を用いることを特徴とするスズ−マグネシ
   ウム合金薄膜の形成方法。
3. ３．スズ−マグネシウム薄膜を酸素が存在する雰囲気中
   で加熱することを特徴とするスズ−マグネシウム酸化物
   薄膜の形成方法。
4. ４．薄膜形成用原料として、マグネシウムがスズとマグ
   ネシウムの合計量に対して０．５〜５．０ｗｔ％含有さ
   れている合金を用い、かつ成膜用真空槽内に酸素あるい
   は酸素と不活性ガスの混合ガスを導入することを特徴と
   するスズ−マグネシウム酸化物薄膜の形成方法。