JPH07135440A - ZnO薄膜の形成方法 - Google Patents

ZnO薄膜の形成方法

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JPH07135440A
JPH07135440A JP28141493A JP28141493A JPH07135440A JP H07135440 A JPH07135440 A JP H07135440A JP 28141493 A JP28141493 A JP 28141493A JP 28141493 A JP28141493 A JP 28141493A JP H07135440 A JPH07135440 A JP H07135440A
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JP
Japan
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thin film
target
substrate
zno thin
zno
Prior art date
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JP28141493A
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English (en)
Inventor
Michio Kadota
道雄 門田
Toru Kasatsugu
徹 笠次
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 緻密であり、c軸配向性に優れ、かつ比抵抗
ρの大きなZnO薄膜を得ることを可能とする方法を提
供する。 【構成】 ECRスパッタ装置1を用い、ZnO薄膜を
形成するにあたり、ターゲット12として、Zn100
重量%に対し、Cu及びNiの少なくとも1種を合計で
0.5〜10重量%の範囲で添加してなる混合物よりな
るターゲットを用いる、ZnO薄膜の形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ZnOよりなる圧電薄
膜をECRスパッタ装置によって形成する方法に関し、
特に、使用するターゲットの組成を改良したZnO薄膜
の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ZnO圧電薄膜が、表面波装置に
広く用いられている。表面波装置に用いるには、圧電薄
膜は、安定にかつ再現性よく形成されねばならない。そ
こで、従来、RFスパッタリング、DCスパッタリン
グ、RFマグネトロン・スパッタリングなどのスパッタ
リング法によりZnO薄膜が形成されている。
【0003】しかしながら、従来のスパッタリング法で
は、緻密なZnO圧電薄膜を製造することができなかっ
た。すなわち、比較的密度が低い圧電薄膜しか形成する
ことができず、表面波装置の高周波化を妨げる大きな要
因の一つとなっていた。
【0004】そこで、特開平4−78207号公報に
は、上記問題を解決するものとして、電子サイクロトロ
ン共鳴(ECR)イオン源を利用したECRスパッタ装
置を用いてZnO薄膜を形成する方法が提案されてい
る。
【0005】ECRスパッタ装置では、真空系内に基板
を配置し、かつ基板の上方、下方または側方に圧電薄膜
を構成するための材料を含むターゲットを配置する。A
rを含むガスを装置内に導入し、該Arを含むガスに電
子を衝突させてガスをイオン化し、プラズマ状態とし、
該ガスイオンをターゲットに衝突させることにより、基
板上にターゲットを構成している材料からなる薄膜を形
成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ECRスパッタ装置を
用いてZnO薄膜を形成した場合、上記のように緻密な
ZnO圧電薄膜を得ることができる。しかしながら、表
面波装置に用いるZnO圧電薄膜では、緻密な薄膜であ
ることのほか、c軸配向性が良好であり、かつ薄膜の比
抵抗ρが十分に大きいことが要求される。
【0007】しかしながら、ECRスパッタ装置を用い
たZnO薄膜の形成に際し、上記比抵抗ρやc軸配向性
については、従来考慮されていなかった。もっとも、R
Fマグネトロンスパッタを用いた薄膜形成法では、Zn
Oセラミックターゲットを用いる場合について、Li、
CuもしくはAgなどの添加物をZnOセラミックスに
添加することが有効であることが報告されている。
【0008】本発明の目的は、ECRスパッタ装置を用
いたZnO薄膜の形成にあたり、c軸配向性に優れてお
り、かつ比抵抗ρの十分に大きなZnO薄膜を得ること
を可能とする方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願発明者は、c軸配向
性に優れており、かつ比抵抗ρの大きなZnO薄膜をE
CRスパッタ装置を用いて得ることを目的として、種々
検討した結果、使用するターゲットとして、Zn金属タ
ーゲットを用い、さらに特定の成分を該金属ターゲット
中に特定の割合で含有させれば、上記目的を達成し得る
ことを見い出し、本発明を成すに至った。
【0010】すなわち、本発明は、ECRスパッタ装置
によりZnO薄膜を形成する方法において、ターゲット
として、Znを100重量%に対し、Cu及びNiの少
なくとも1種を合計で0.5〜10重量%の範囲で添加
してなる混合物よりなるターゲットを用いることを特徴
とする、ZnO薄膜の形成方法である。
【0011】本発明は、上記のように、使用するターゲ
ットとして、Zn100重量%に対し、Cu及びNiの
少なくとも1種を、0.5〜10重量%の割合で添加し
てなる組成のターゲットを用いたことに特徴を有し、そ
の他の点については、例えば特開平4−78207号公
報に開示されているように、従来より公知のECRスパ
ッタ装置を用いた薄膜形成法に従って行い得る。
【0012】
【作用】本発明では、Zn金属ターゲットに、Cu及び
Niの少なくとも1種を上記特定の割合で添加すること
により、c軸配向性に優れており、かつ比抵抗ρの大き
なZnO薄膜を得ることができる。この理由は、必ずし
も明確ではないが、CuまたはNiが補償アクセプタと
して作用し、それによってZnO薄膜の比抵抗ρ及びc
軸配向性が高められるためと考えられる。
【0013】なお、Cu及びNiの少なくとも1種の配
合割合が、0.5重量%未満では、c軸配向のよい条件
ではρが小さくなり、10重量%を超えると、c軸配向
が悪くなる。
【0014】なお、上記Cu及びNiを添加すればよい
こと、並びにCu及びNiの添加割合を上記特定の範囲
とすればよいことは、本願発明者により実験的に確かめ
られたものである。
【0015】
【実施例の説明】以下、実施例を説明することにより、
本発明を明らかにする。まず、図1に示したECRスパ
ッタ装置を用い、ZnO薄膜の形成を行った。図1を参
照して、ECRスパッタ装置1は、2.45GHzのマ
イクロ波を図示の矢印方向に進行させる導波管2を有す
る。導波管2の先端側には、プラズマ室3が配置されて
いる。プラズマ室3のマイクロ波導入窓3aから、上述
したマイクロ波が導入される。
【0016】プラズマ室3内には、導管4aから、ガス
が導入される。このガスとしては、Arを少なくとも含
有するガスが用いられる。Arは、活性度が高く、容易
にイオン化され得るからである。
【0017】また、プラズマ室3の周囲には、導管7に
より冷却水が循環されており、それによって、プラズマ
室3の温度上昇が防止されている。また、8は磁界を発
生するためのコイルを示す。コイル8の周囲にも、冷却
水が循環されている。
【0018】コイル8により磁界を印加する。このマイ
クロ波の周波数と磁界による電子の回転周期が一致する
と、プラズマ室3内で電子がサイクロトロン共鳴状態と
なり、マイクロ波のエネルギーを吸収し、加速する。加
速した電子は、導波管4aから導入されたガス分子に衝
突し、イオン化し、高密度のプラズマを形成する。
【0019】他方、プラズマ室3の出口側には、プラズ
マ引出し窓3bが形成されている。プラズマ引出し窓3
bの外側にはターゲット12が配置されており、アース
とターゲット12との間にマイナスの電圧が印加されて
いる。従って、ガスイオンは、ターゲットの方に加速さ
れて衝突する。11は、成膜室を示し、図示しない真空
ポンプなどの吸引手段により高真空度を有するように維
持されている。ターゲット12の側面方向には、垂直方
向に基板13が配置されている。
【0020】右手方向に進行してきたイオンは、ターゲ
ット12に衝突されて、ターゲット12を構成している
材料が酸素と反応しながら基板13方向に飛んでいき堆
積され、それによって基板13上に薄膜が形成される。
【0021】よって、上記ターゲット12として、Zn
O薄膜を構成するための材料を含むものを用いれば、基
板13の上面に、ZnO薄膜を形成することができる。
すなわち、ターゲットをZnOで構成したり、Znで構
成し、ガス中にO2 を含有させておくことにより、ガス
イオンとターゲット12から叩き出されたZnとを反応
させることにより、基板13の上面にZnO薄膜を形成
することができる。
【0022】本実施例では、まず、ターゲットとしてZ
nのみを含むZn金属ターゲットを用い、Arガス及び
2 ガスをプラズマ室3あるいは成膜室11に導入し、
ZnO薄膜を形成した。基板13としては、ホウ珪酸ガ
ラスからなるものを用いた。また、O2 分圧比すなわち
2 /(Ar+O2 )を種々異ならせ、他の条件は下記
の表1に示すように設定し、種々のZnO薄膜を形成
し、そのX線回折強度を測定した。結果を図2に示す。
【0023】
【表1】
【0024】図2から明らかなように、Zn金属ターゲ
ットを用いた場合、c軸配向性に相関するX線回折強度
は、O2 分圧比が50〜60%の場合に高められること
がわかる。
【0025】他方、上記O2 分圧比の影響をふまえて、
下記の3種類のターゲットを用い、他の条件は表1に示
す場合と同様にし、さらにO2 分圧比を種々異ならせて
ZnO薄膜を形成した。
【0026】ターゲットA… Zn100重量%に対
し、Niを5重量%含有させてなるもの。 ターゲットB… Zn100重量%に対し、Cuを5重
量%添加してなる組成のもの。
【0027】ターゲットC… Zn金属ターゲット。 結果を図3に示す。図3から明らかなように、c軸配向
性が高められるO2 分圧比50〜60%の範囲において
は、ターゲットA及びターゲットBを用いることによ
り、ターゲットCを用いた場合に比べて比抵抗ρを著し
く高める得ることがわかる。すなわち、ターゲットA及
びターゲットBを用いた場合には、c軸配向性を高め得
るだけでなく、比抵抗ρが著しく高められる。
【0028】なお、図3から明らかなように、ターゲッ
トCを用いた場合には、O2 分圧比が50〜60%の範
囲では、比抵抗ρは105 Ω・cm以下と非常に小さ
く、ZnO薄膜が圧電性を有しないことがわかる。
【0029】参考のために、図4〜図6に、それぞれ、
ターゲットA〜Cを用いた場合のZnO薄膜の結晶構造
の断面を透過型電子顕微鏡で撮影した状態を示す。Zn
金属よりなるターゲットCを用いた場合には、図6から
明らかなようにZnO膜断面に柱状あるいは針状構造の
みられる膜であり、図4及び図5に示すように、Niや
Cuを含有させたターゲットA,Bでは柱状や針状構造
のあまり見られない(特に図4では)ZnO膜断面が得
られていることがわかる。
【0030】また、上記ターゲットAを用いて形成され
たZnO薄膜のX線回折強度を図7に実線Aで、ターゲ
ットCを用いて形成されたZnO薄膜のX線回折強度を
破線Cで示す。図7から明らかなように、Niを5重量
%添加してなるターゲットAを用いた場合には、Zn金
属ターゲットを用いた場合に比べて、c軸配向性がより
一層高められることがわかる。
【0031】次に、下記の表2に示すように、Zn10
0重量%に対し、種々の割合(重量%)でNi及びCu
を添加してなるターゲットD〜Iを作製し、O2 分圧比
を60%とし、他の条件は表1に示す通りとしてZnO
薄膜を形成した。また、各ZnO薄膜のc軸配向性及び
比抵抗ρを測定した。結果を表2に併せて示す。
【0032】なお、c軸配向性の良否は、○…良(図2
のX軸回折強度相対値が105 以上)及び×…不良(図
2のX軸回折強度相対値が105 未満)で表した。
【0033】
【表2】
【0034】その結果、表2に併せて示すように、Ni
及びCuの少なくとも一方を合計で0.5〜10重量%
の範囲で添加されているターゲットD〜Eでは、c軸配
向性及び比抵抗ρが十分に高くなるのに対し、Niまた
はCuの添加割合が0.5重量%未満または10重量%
を超えるターゲットF,G,H,Iでは、c軸配向性及
びρの何れをも高くすることはできないことがわかっ
た。
【0035】
【発明の効果】本発明では、ECRスパッタ装置におい
てZnO薄膜を形成するにあたり、ターゲットとしてZ
n100重量%に対し、Cu及びNiを0.5〜10重
量%の割合で添加してなる組成のものを用いるため、c
軸配向性に優れかつ比抵抗ρが十分に高いZnO薄膜を
得ることができる。
【0036】よって、緻密であり、かつ表面波装置に用
いるのに適した優れた圧電性を示すZnO圧電薄膜を提
供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ECRスパッタ装置を説明するための概略構成
図。
【図2】Znターゲットを用いた場合のO2 分圧比とX
線回折強度との関係を示す図。
【図3】O2 分圧比と得られたZnO薄膜の比抵抗ρと
の関係を示す図。
【図4】Niを添加するZnターゲット(ターゲット
A)を用いて得られたZnO薄膜の結晶構造を示す図。
【図5】Cuを添加してなるZnターゲット(ターゲッ
トB)を用いて得られたZnO薄膜の結晶構造を示す
図。
【図6】Zn金属ターゲット(ターゲットC)を用いて
得られたZnO薄膜の結晶構造を示す図。
【図7】ターゲットA及びターゲットCを用いて得られ
たZnO薄膜のX線回折強度を示す図。
【符号の説明】
1…ECRスパッタ装置 3…プラズマ室 11…成膜室 12…ターゲット 13…基板
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03H 3/08 7259−5J

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ECRスパッタ装置によりZnO薄膜を
    形成する方法において、 ターゲットとして、Znを100重量%に対し、Cu及
    びNiの少なくとも1種を合計で0.5〜10重量%の
    範囲で添加してなる混合物よりなるターゲットを用いる
    ことを特徴とする、ZnO薄膜の形成方法。
JP28141493A 1993-11-10 1993-11-10 ZnO薄膜の形成方法 Pending JPH07135440A (ja)

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Cited By (5)

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