JPH08325720A - Production of thin compound oxide film - Google Patents

Production of thin compound oxide film

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JPH08325720A
JPH08325720A JP13537295A JP13537295A JPH08325720A JP H08325720 A JPH08325720 A JP H08325720A JP 13537295 A JP13537295 A JP 13537295A JP 13537295 A JP13537295 A JP 13537295A JP H08325720 A JPH08325720 A JP H08325720A
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film
thin film
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target
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幸彦 白川
Mihoko Sato
美穂子 佐藤
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Abstract

PURPOSE: To produce a thin compound oxide film of large area by disposing plural sputtering cathodes in the same film formation chamber, supplying independent electric power to respective cathodes, and performing simultaneous sputtering. CONSTITUTION: Plural sputtering cathodes 7, 8, 9 are disposed on the same circumference in a sputtering chamber 16. Independent high frequency electric power sources 13, 14, 15 are connected to the cathodes 7, 8, 9, respectively. Targets 10, 11, 12, each containing a metallic element which is a part of a compound oxide, are fitted to the cathodes 7, 8, 9, respectively. A substrate 18 is fitted to a substrate holder 17 passing over the cathodes 7, 8, 9 while rotating, and sputtering is performed compensators 19 are provided on the targets 10, 11, 12, respectively, to correct a film composition so that the atomic substances emitted from the targets 10, 11, 12 can be made incident upon the substrate 18 uniformly. By this method, the thin film, having uniform composition, uniform film thickness, and large area, can be produced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、各種電子デバイスに適
用される、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ビスマス等
の複合酸化物材料薄膜の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a thin film of a composite oxide material such as lead zirconate titanate and bismuth titanate, which is applied to various electronic devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(ZrT
i)O3)、チタン酸ビスマス(Bi4Ti312)等に
代表される複合酸化物薄膜は、その特性を活かして強誘
電体メモリー素子、焦電型赤外線検出素子、圧電素子、
電気光学素子等の各種電子デバイスに適用されている。
2. Description of the Related Art Lead zirconate titanate (Pb (ZrT
i) O 3 ), complex oxide thin films typified by bismuth titanate (Bi 4 Ti 3 O 12 ), etc. make full use of the characteristics of ferroelectric memory devices, pyroelectric infrared detection devices, piezoelectric devices,
It is applied to various electronic devices such as electro-optical elements.

【0003】このような複合酸化物薄膜を形成する方法
としては、高融点材料の薄膜形成手段として一般的な高
周波スパッタリング法が主に用いられている。
As a method of forming such a complex oxide thin film, a general high frequency sputtering method is mainly used as a thin film forming means of a high melting point material.

【0004】スッパタリング法とはスパッタリングチャ
ンバー内でプラズマを生成せしめ、そのプラズマ中の正
イオンを負電圧にバイアスされたターゲットに衝突さ
せ、そのイオン衝撃によりターゲットを構成する物質を
原子状に分解し、ターゲット外に放出させ、所定の基板
に付着せしめる薄膜形成方法である。
In the sputtering method, plasma is generated in a sputtering chamber, positive ions in the plasma are made to collide with a target biased with a negative voltage, and the ion bombardment decomposes the substance constituting the target into atomic form. It is a thin film forming method in which the thin film is discharged outside the target and adhered to a predetermined substrate.

【0005】たとえば図2に示すようなスパッタリング
チャンバー1内において、目的組成の複合酸化物セラミ
ックスターゲット3を装着したスパッタリングカソード
2をArガスなどの雰囲気中でスパッタリングすること
により、ターゲットと対抗した位置に置かれた基板ホル
ダー4に装着された薄膜形成用基板5の表面に目的組成
の複合酸化物薄膜を形成することが行われている。なお
図中6はカソード2に電力を供給する高周波電源であ
る。
For example, in a sputtering chamber 1 as shown in FIG. 2, a sputtering cathode 2 provided with a complex oxide ceramics target 3 having a target composition is sputtered in an atmosphere of Ar gas or the like to bring it to a position opposed to the target. A complex oxide thin film having a target composition is formed on the surface of the thin film forming substrate 5 mounted on the placed substrate holder 4. In the figure, 6 is a high frequency power supply for supplying electric power to the cathode 2.

【0006】また、特公平6−70920号公報には二
つのターゲットを備え、基板をそのターゲット上で周期
移動させることにより目的組成物のペロプスカイト酸化
物薄膜を形成する方法も開示されている。
Further, Japanese Patent Publication No. 6-709920 discloses a method of forming a perovskite oxide thin film of a target composition by providing two targets and periodically moving a substrate on the targets.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来のスパッタリング
法を用いた複合酸化物薄膜を形成する成膜方法は、ある
一定以上の面積の基板上に複合酸化物薄膜を形成しよう
とした時、形成された薄膜の膜厚均一性と膜組成均一性
が不十分であり、実用上の問題があった。
A conventional method for forming a complex oxide thin film using a sputtering method is that when a complex oxide thin film is formed on a substrate having a certain area or more, it is formed. In addition, the film thickness uniformity and film composition uniformity of the thin film were insufficient, and there was a problem in practical use.

【0008】このスパッタリング法により薄膜を形成す
るとき、膜厚分布が生じる原因として、スパッタリング
ゲートから放出される原子状物質に放出角度分布が存在
するため、ターゲットと基板との幾何学的位置関係から
基板に入射する放出された原子物質量に位置依存が生ず
ることが挙げられる。
When a thin film is formed by this sputtering method, the cause of the film thickness distribution is that the atomic angle substance emitted from the sputtering gate has an emission angle distribution. Therefore, from the geometrical positional relationship between the target and the substrate, It can be mentioned that position dependence occurs in the amount of released atomic substances that enter the substrate.

【0009】特に複合酸化物薄膜を形成する場合、例え
ば目的薄膜組成と同組成のセラミックスターゲットを用
いると、複合酸化物の構成原子ごとにセラミックスター
ゲットから放出されるときの放出角度分布が異なる。こ
のため、通常の膜厚にも膜組成にも不均一な分布を生じ
てしまう。
In particular, when a composite oxide thin film is formed, for example, when a ceramic target having the same composition as the target thin film is used, the emission angle distribution when released from the ceramic target differs for each constituent atom of the composite oxide. Therefore, a non-uniform distribution occurs in both the normal film thickness and the film composition.

【0010】更に問題となるのが、基板付着後の膜組成
物の再スパッタリングによる組成不均一現象である。こ
れはスッパタリング成膜中、一度基板に付着した薄膜の
中で蒸気圧の高い元素がスパッタリングチャンバー内の
プラズマの衝撃を受け、選択的に再度飛び出してしまう
現象であり、通常スパッタリングチャンバー内のプラズ
マには密度分布があるため、結果的に形成された薄膜に
不均一な組成分布が生じてしまう。この再スパッタリン
グによる組成不均一現象は、成膜時の基板温度が高い場
合深刻な問題となる。
A further problem is a composition non-uniformity phenomenon due to re-sputtering of the film composition after adhering to the substrate. This is a phenomenon that an element with a high vapor pressure in the thin film once attached to the substrate is impacted by the plasma in the sputtering chamber during the sputtering film formation, and selectively ejects again. Has a density distribution, resulting in a non-uniform composition distribution in the formed thin film. This non-uniform composition phenomenon due to re-sputtering becomes a serious problem when the substrate temperature during film formation is high.

【0011】このようにスパッタリング法で複合酸化物
薄膜を膜厚均一かつ組成均一状態で形成することは原理
的に困難な問題が多い。
As described above, it is theoretically difficult to form a complex oxide thin film with a uniform film thickness and a uniform composition by the sputtering method.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者らはスパッタリ
ング法による複合酸化物薄膜形成時の膜厚及び組成分布
の不均一性は、スパッタリング現象を用いた成膜技術で
は原理的に不可避であることに鑑み、これら問題を改善
する方法を提案するものである。
The inventors of the present invention are, in principle, unavoidable in non-uniformity of film thickness and composition distribution when forming a complex oxide thin film by a sputtering method in a film forming technique using a sputtering phenomenon. In view of this, it proposes a method for improving these problems.

【0013】即ち本発明では、複合酸化物薄膜をスパッ
タリング法で形成する方法において、少なくとも複数の
独立にスパッタリング電力を供給されるスパッタリング
カソードを同一成膜室中に備え、各カソード上を移動す
る基板上に薄膜を形成する成膜装置を用い、それぞれの
カソードには目的とする複合酸化物の少なくとも一部の
金属元素を含むターゲットを装着し、各カソードに独立
に電力を供給し同時スパッタリングを行い、各カソード
には特定の形状を持った開口部を有する膜組成補正装置
を用いることを特徴とする、複合酸化物薄膜の製造方法
を提供する。
That is, according to the present invention, in the method for forming a composite oxide thin film by the sputtering method, at least a plurality of sputtering cathodes to which the sputtering power is independently supplied are provided in the same film forming chamber, and the substrate is moved on each cathode. Using a film forming device to form a thin film on top, each cathode is equipped with a target containing at least a part of the metal element of the target complex oxide, and each cathode is independently supplied with power to perform simultaneous sputtering. Provided is a method for producing a complex oxide thin film, characterized in that a film composition correction device having an opening having a specific shape is used for each cathode.

【0014】ここで複合酸化物薄膜とは、例えば強誘電
体物質であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン
酸ビスマス(Bi4Ti312)、チタン酸バリウム(B
aTiO3)、ゲルマン酸鉛(Pb5Ge311)、SB
Nなどのタングステンブロンズ型強誘電体などの薄膜
や、高誘電率物質であるチタン酸バリウムとチタン酸ス
トロンチウムの固溶体((Ba,Sr)TiO3)、チ
タン酸ジルコン酸ランタン鉛(PLZT)などの薄膜が
挙げられる。
Here, the complex oxide thin film is, for example, a ferroelectric substance such as lead zirconate titanate (PZT), bismuth titanate (Bi 4 Ti 3 O 12 ), barium titanate (B).
aTiO 3 ), lead germanate (Pb 5 Ge 3 O 11 ), SB
Thin films such as tungsten bronze type ferroelectrics such as N, solid solutions of barium titanate and strontium titanate ((Ba, Sr) TiO 3 ), which are high dielectric constant materials, lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), etc. Examples include thin films.

【0015】また、本発明に用いる膜組成補正装置にお
ける開口部は、使用するスパッタリング装置の幾何学的
構成、ターゲット組成及び製造方法、スパッタリング条
件などの要因によって実験的に決定される特定の形状を
有する。例えば、円周上に複数の円盤状ターゲットを配
置したスパッタリング装置において、基板を各ターゲッ
ト上に周回させる方法でチタン酸ジルコン酸鉛薄膜を形
成する場合、形成された薄膜の膜圧分布、組成分布が均
一となるように開口部形状を選択すると外周部に広い複
合台形形状のものが好ましい。また、複合台形形状の他
に瓢箪形状等の開口部を有した膜補正装置も使用されて
いる。
The opening in the film composition correction apparatus used in the present invention has a specific shape experimentally determined by factors such as the geometrical configuration of the sputtering apparatus used, the target composition and manufacturing method, and the sputtering conditions. Have. For example, in a sputtering device in which a plurality of disk-shaped targets are arranged on the circumference, when forming a lead zirconate titanate thin film by a method of orbiting a substrate on each target, the film pressure distribution of the formed thin film, the composition distribution When the shape of the opening is selected so as to be uniform, the shape of the compound trapezoid having a wide outer peripheral portion is preferable. In addition to the complex trapezoidal shape, a film correction device having an opening such as a gourd shape is also used.

【0016】[0016]

【作用】本発明のスパッタリング法による複合酸化物薄
膜の製造方法は、予め目的とする複合酸化物中の組成不
均一分布を生じやすい元素を、主となる組成のターゲッ
トとは別に独立したターゲットとして準備し、同一スパ
ッタリングチャンバー内に同時スパッタリングが可能な
ように配置する。薄膜を形成する基板は、この複数のタ
ーゲット上を周期的に通過する基板ホルダーに装着され
る。
According to the method for producing a complex oxide thin film by the sputtering method of the present invention, an element which is likely to cause a compositional non-uniform distribution in a target complex oxide is preliminarily treated as a target independent of a target having a main composition. Prepare and arrange in the same sputtering chamber so that simultaneous sputtering is possible. The substrate on which the thin film is formed is mounted on a substrate holder that periodically passes over the plurality of targets.

【0017】この時、組成不均一分布を生じやすい元素
のターゲット上には、基板ホルダーに入射するターゲッ
トから放出され基板に付着する原子状物質量の位置依存
を打ち消すように開口部が形成された板状の膜組成補正
装置を設置する。
At this time, an opening is formed on the target of the element which is likely to cause the non-uniform composition distribution so as to cancel the position dependence of the amount of the atomic substance emitted from the target incident on the substrate holder and adhering to the substrate. A plate-shaped film composition correction device is installed.

【0018】基板ホルダーに装着された基板には、膜組
成補正装置により均一化され組成不均一分布が生じない
ようにスパッタされた原子状物質が入射、被着するた
め、組成不均一分布のない複合酸化物薄膜が形成可能と
なる。
Since the sputtered atomic substances are incident and deposited on the substrate mounted on the substrate holder so as not to generate a composition non-uniform distribution by the film composition correction device, there is no composition non-uniform distribution. A composite oxide thin film can be formed.

【0019】更にこの組成補正装置の開口部を膜厚不均
一分布も生じないように最適化することで、膜厚分布、
膜組成分布が均一な大面積の複合酸化物薄膜が容易に形
成可能になる。
Further, by optimizing the openings of the composition compensating device so as not to cause non-uniform distribution of film thickness, the film thickness distribution,
A large-area complex oxide thin film having a uniform film composition distribution can be easily formed.

【0020】[0020]

【実施例】以下に、本発明を図を使って詳細に説明す
る。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0021】(実施例1)図1は実施例に用いたスパッ
タリング装置の概念図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a conceptual diagram of a sputtering apparatus used in the embodiment.

【0022】スパッタリングチャンバー16の内部には
三個のスパッタリングカソード7、8、9が同一円周上
に配置され、それぞれのカソードには独立した高周波電
源13、14、15が接続されている。
Inside the sputtering chamber 16, three sputtering cathodes 7, 8 and 9 are arranged on the same circumference, and independent high frequency power supplies 13, 14 and 15 are connected to the respective cathodes.

【0023】基板18は、これらのカソードが配置され
た円周と同心円上に回転し、各カソード上を回転しなが
ら通過する基板ホルダー17に装着される。
The substrate 18 is mounted on a substrate holder 17 which rotates concentrically with the circumference on which these cathodes are arranged and passes while rotating on each cathode.

【0024】第一のカソード7には直径10cmの円盤
状酸化鉛ターゲット10が装着され、第二のカソード8
には同じく直径10cmの円盤状酸化チタンターッゲッ
ト11が、第三のカソード9には直径10cmの円盤状
酸化ジルコニウムターゲット12がそれぞれ装着されて
いる。
A disk-shaped lead oxide target 10 having a diameter of 10 cm is attached to the first cathode 7, and a second cathode 8 is attached.
Similarly, a disk-shaped titanium oxide target 11 having a diameter of 10 cm is mounted on the third cathode 9, and a disk-shaped zirconium oxide target 12 having a diameter of 10 cm is mounted on the third cathode 9.

【0025】各ターゲット直上には、ターゲッットから
放出される原子状物質が基板に均一に入射するように開
口部が調整された膜組成補正装置19が配置されてい
る。なお、図2には図の煩雑さをさけるために、酸化鉛
ターゲット10に配置された膜組成補正装置19のみが
描かれ、酸化チタンターゲット11及び酸化ジルコニウ
ムターゲット12上に配置された膜組成補正装置は省略
されている。
Immediately above each target is a film composition correction device 19 whose opening is adjusted so that the atomic substance emitted from the target is uniformly incident on the substrate. In order to avoid complexity of the drawing, FIG. 2 illustrates only the film composition correction device 19 arranged on the lead oxide target 10, and the film composition correction device arranged on the titanium oxide target 11 and the zirconium oxide target 12 is illustrated. The device is omitted.

【0026】図3(a)はこの膜組成補正装置をターゲ
ット上部から見たときの概念図であり、同(b)図は
(a)図中A−A’線での断面を示す概念図である。な
おここで図中31、33は膜組成補正装置、32、34
はスパッタリングターゲット、35はスパッタリングカ
ソードである。各カソード上に配置される膜組成補正装
置の開口部は、それぞれのターゲット組成及びスパッタ
リング条件に合わせて最適化されている。例えば図3
(a)に示すような複合台形形状の開口部を有するも
の、またはそれぞれのターゲット組成及びスパッタリン
グ条件によっては瓢箪形状等の開口部を有するものが使
用される。
FIG. 3 (a) is a conceptual view of the film composition correction apparatus as viewed from above the target, and FIG. 3 (b) is a conceptual view showing a cross section taken along the line AA 'in FIG. 3 (a). Is. In the figure, 31 and 33 are film composition correction devices, and 32 and 34, respectively.
Is a sputtering target, and 35 is a sputtering cathode. The opening of the film composition correction device arranged on each cathode is optimized according to each target composition and sputtering conditions. For example, FIG.
One having a complex trapezoidal opening as shown in (a), or one having a gourd-shaped opening depending on the target composition and sputtering conditions is used.

【0027】まず、4インチのSiウエハーを基板18
とし、基板ホルダー17に装着後、排気装置にて10-4
Pa程度の真空度に排気した後、Arガスに酸素を20
%混合させたスパッタリングガスを真空チャンバー内圧
力が0.5Paとなるように導入した。次に第一のカソ
ード7に40W、第二のカソード8に240W、第三の
カソード9に800Wの高周波電力をそれぞれ投入し、
スパッタリング放電を生成せしめた。
First, a 4-inch Si wafer is used as the substrate 18.
After mounting on the substrate holder 17, use an exhaust device to make 10 -4.
After exhausting to a vacuum degree of about Pa, oxygen is added to Ar gas to 20
% Mixed sputtering gas was introduced so that the pressure in the vacuum chamber was 0.5 Pa. Next, high-frequency power of 40 W is applied to the first cathode 7, 240 W to the second cathode 8, and 800 W to the third cathode 9, respectively.
A sputtering discharge was generated.

【0028】この状態で基板ホルダーを約5rpmの回
転速度で回転させ、図示しないシャッターを開き、チタ
ン酸ジルコン酸鉛薄膜を基板18上に堆積せしめた。
In this state, the substrate holder was rotated at a rotation speed of about 5 rpm, a shutter (not shown) was opened, and a lead zirconate titanate thin film was deposited on the substrate 18.

【0029】図4(a)、(b)にはこの時形成された
チタン酸ジルコン酸鉛薄膜の膜構成元素別付着重量分布
及び膜組成比を示す。グラフの横軸はSi基板の基板中
央からの距離を示している。グラフから明らかなように
半径40mm以上もの範囲で膜組成比及び付着重量、す
なわち膜厚の均一な薄膜が形成されている。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the distribution of the adhesion weight and the film composition ratio of the lead zirconate titanate thin film formed at this time for each film constituent element. The horizontal axis of the graph indicates the distance from the substrate center of the Si substrate. As is clear from the graph, a thin film having a uniform film composition ratio and a deposited weight, that is, a uniform film thickness is formed in a radius of 40 mm or more.

【0030】図2は本発明を従来技術と比較するために
チタン酸ジルコン酸鉛薄膜の形成にに使用したスパッタ
リング装置の概念図である。図5(a)、(b)には図
2の装置を用い、ターゲットとして直径10cmの円盤
状チタン酸ジルコン酸鉛焼結体を装着し、4インチのS
i基板にチタン酸ジルコン酸鉛薄膜を形成したときの形
成された薄膜の膜構成元素別付着重量分布及び膜組成比
分布を示す。
FIG. 2 is a conceptual diagram of a sputtering apparatus used for forming a lead zirconate titanate thin film in order to compare the present invention with the prior art. In FIGS. 5A and 5B, the apparatus of FIG. 2 is used, a disc-shaped lead zirconate titanate sintered body having a diameter of 10 cm is mounted as a target, and a 4-inch S
The attached weight distribution and film composition ratio distribution according to the film constituent element of the formed thin film when the lead zirconate titanate thin film is formed on the i substrate are shown.

【0031】図5(a)、(b)から明らかなように、
付着重量、膜組成比とも著しく不均一な分布を示し、均
一組成、均一膜厚として使用可能な部分は基板中央のご
く一部の面積にすぎず、本従来技術で形成されたチタン
酸ジルコン酸鉛膜は、実用上製造歩留まり、コスト高等
の問題が残る。
As is clear from FIGS. 5 (a) and 5 (b),
Both the adhesion weight and the film composition ratio show a remarkably non-uniform distribution, and the part that can be used as a uniform composition and a uniform film thickness is only a very small area in the center of the substrate. The lead film has problems in practical production yield and high cost.

【0032】図6は、同じく本発明を従来技術と比較す
るために図1のスパッタリング装置から膜組成補正装置
をすべて除外し、その他の条件を本実施例と同一にした
時の、形成されたチタン酸ジルコン酸鉛薄膜の膜構成元
素別付着重量分布及び膜組成比分布を示す。本従来技術
例では成膜時に基板ホルダーを回転させているため、膜
組成比分布は図1の従来技術と比較して改善されてはい
るが、いぜん実用上好ましいとはいいがたい。さらに膜
付着重量分布のばらつきも極めて大きく、均一膜厚薄膜
として使用可能な領域は基板面積の1/4程度に留まっ
ている。
FIG. 6 was also formed when the present invention was compared with the prior art, except that the film composition correction device was excluded from the sputtering device of FIG. 1 and the other conditions were the same as those of this embodiment. FIG. 2 shows the distribution of the weight of the attached lead zirconate titanate thin film and the distribution of the film composition ratio by film constituent element. Since the substrate holder is rotated at the time of film formation in this prior art example, the film composition ratio distribution is improved as compared with the prior art of FIG. 1, but it is not at all practically preferable. Further, the variation in the weight of the deposited film is extremely large, and the area that can be used as a thin film having a uniform thickness is about 1/4 of the substrate area.

【0033】以上本実施例から本発明による複合酸化物
薄膜製造方法の優位性は明らかである。
As described above, the superiority of the method for producing a composite oxide thin film according to the present invention is clear from this embodiment.

【0034】(実施例2)図7は本発明の他の実施例に
用いたスパッタリング装置の概念図である。
(Embodiment 2) FIG. 7 is a conceptual diagram of a sputtering apparatus used in another embodiment of the present invention.

【0035】スパッタリングチャンバー26の内部には
二個のスパッタリングカソード20、21が同一円周上
に配置され、それぞれのカソードには独立した高周波電
源24、25が接続されている。
Inside the sputtering chamber 26, two sputtering cathodes 20 and 21 are arranged on the same circumference, and independent high frequency power supplies 24 and 25 are connected to the respective cathodes.

【0036】基板28は、このカソード上が配置された
円周と同心円上に回転し、各カソード上を回転しながら
通過する基板ホルダー27に装着される。
The substrate 28 is mounted on a substrate holder 27 that rotates concentrically with the circumference on which the cathodes are arranged and passes while rotating on each cathode.

【0037】第一のカソード20には直径10cmの円
盤状酸化ビスマスターゲット22が装着され、第二のカ
ソード21には同じく直径10cmの円盤状酸化チタン
ターゲット23が装着されている。
A disk-shaped bismuth oxide target 22 having a diameter of 10 cm is mounted on the first cathode 20, and a disk-shaped titanium oxide target 23 also having a diameter of 10 cm is mounted on the second cathode 21.

【0038】各ターゲット直上には、ターゲットから放
出される原子状物質が基板に均一に入射するようにそれ
ぞれの開口部が調整された膜組成補正装置29、30が
配置されている。
Immediately above each target, there are arranged film composition correction devices 29 and 30 whose openings are adjusted so that atomic substances emitted from the target are uniformly incident on the substrate.

【0039】まず、4インチのSiウエハーを基板28
とし、基板ホルダー27に装着後、排気装置にて10-4
Pa程度の真空度に排気した後、Arガスに酸素を50
%混合させたスパッタリングガスを真空チャンバー内圧
力が0.3Paとなるように導入した。次に第一のカソ
ード20に80W、第二のカソード21に800Wの高
周波電力をそれぞれ投入し、スパッタリング放電を生成
せしめた。
First, a 4-inch Si wafer is used as the substrate 28.
After mounting on the substrate holder 27, 10 -4 with an exhaust device
After exhausting to a vacuum degree of about Pa, oxygen is added to Ar gas at 50
% Mixed sputtering gas was introduced so that the pressure in the vacuum chamber was 0.3 Pa. Next, 80 W of high frequency power was applied to the first cathode 20 and 800 W of high frequency power to the second cathode 21, respectively, to generate sputtering discharge.

【0040】この状態で基板ホルダーを約5rpmの回
転速度で回転させ、図示しないシャッターを開き、チタ
ン酸ビスマス薄膜を基板28上に堆積せしめた。
In this state, the substrate holder was rotated at a rotation speed of about 5 rpm, a shutter (not shown) was opened, and a bismuth titanate thin film was deposited on the substrate 28.

【0041】図8(a)、(b)にはこの時形成された
チタン酸ビスマス薄膜の膜構成元素別付着重量分布及び
膜組成比を示す。グラフから明らかなように本発明の製
造方法により半径40mm以上もの範囲で膜組成比及び
付着重量、即ち膜厚の均一な薄膜が形成されている。
FIGS. 8 (a) and 8 (b) show the weight distribution and the film composition ratio of the bismuth titanate thin film formed at this time for each film constituent element. As is clear from the graph, a thin film having a uniform film composition ratio and a deposited weight, that is, a uniform film thickness, is formed in a radius of 40 mm or more by the manufacturing method of the present invention.

【0042】図9は、同じく本発明を従来技術と比較す
るために図7のスパッタリング装置から膜組成補正装置
をすべて除外し、その他の条件を本実施例と同一にした
時の、チタン酸ビスマス薄膜の膜構成元素別付着重量分
布及び膜組成比を示す。本従来技術例で形成されたチタ
ン酸ビスマス薄膜は著しく不均一な膜組成分布と膜付着
重量分布を示し、本発明方法によるチタン酸ビスマス薄
膜と比較して著しく実用性に欠ける。
In order to compare the present invention with the prior art, FIG. 9 shows the bismuth titanate when all the film composition correction devices are excluded from the sputtering device of FIG. 7 and the other conditions are the same as those of this embodiment. The distribution of the deposition weight of each thin film constituent element and the film composition ratio are shown. The bismuth titanate thin film formed in this example of the prior art exhibits a remarkably non-uniform film composition distribution and a film adhesion weight distribution, and is significantly less practical than the bismuth titanate thin film according to the method of the present invention.

【0043】以上の本実施例からも本発明による複合酸
化物薄膜の製造方法の優位性は明らかである。
The superiority of the method for producing a composite oxide thin film according to the present invention is apparent from the above-mentioned embodiment.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明の複合酸化物薄膜の製造方法を用
いれば、従来困難であった均一組成、均一膜厚の複合酸
化物薄膜の大面積での製造が可能となる。従って、本発
明の製造方法を用いれば、複合酸化物薄膜を用いた電気
デバイスの製造コストの削減や、製造歩留まりの向上、
さらには製造された電気デバイス特性の均一化を図るこ
とが可能となる。
By using the method for producing a composite oxide thin film of the present invention, it becomes possible to produce a complex oxide thin film having a uniform composition and a uniform film thickness, which has been difficult in the past, in a large area. Therefore, if the manufacturing method of the present invention is used, the manufacturing cost of the electric device using the composite oxide thin film is reduced and the manufacturing yield is improved,
Further, it becomes possible to make the characteristics of the manufactured electric device uniform.

【0045】[0045]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1に用いた、スパッタリング装
置の概念図
FIG. 1 is a conceptual diagram of a sputtering apparatus used in Example 1 of the present invention.

【図2】従来技術による高周波スパッタリング装置の概
念図
FIG. 2 is a conceptual diagram of a high-frequency sputtering device according to a conventional technique.

【図3】(a)、(b)本発明の実施例1に用いた膜組
成補正装置の概念図
3A and 3B are conceptual diagrams of a film composition correction apparatus used in Example 1 of the present invention.

【図4】本発明の実施例1で形成されたチタン酸ジルコ
ン酸鉛薄膜の(a)構成元素別付着重量分布及び(b)
膜組成比分布
FIG. 4 (a) is a deposition weight distribution by constituent element of the lead zirconate titanate thin film formed in Example 1 of the present invention and (b).
Film composition ratio distribution

【図5】従来技術で形成されたチタン酸ジルコン酸鉛薄
膜の(a)構成元素別付着重量分布及び(b)膜組成比
分布
FIG. 5: (a) Adhesion weight distribution by constituent element and (b) film composition ratio distribution of a lead zirconate titanate thin film formed by a conventional technique.

【図6】従来技術で形成されたチタン酸ジルコン酸鉛薄
膜の(a)構成元素別付着重量分布及び(b)膜組成比
分布
FIG. 6 is (a) an attachment weight distribution by constituent element and (b) a film composition ratio distribution of a lead zirconate titanate thin film formed by a conventional technique.

【図7】本発明の実施例2に用いた、スパッタリング装
置の概念図
FIG. 7 is a conceptual diagram of a sputtering apparatus used in Example 2 of the present invention.

【図8】本発明の実施例2で形成されたチタン酸ビスマ
ス薄膜の(a)構成元素別付着重量分布及び(b)膜組
成比分布
FIG. 8 (a) Adhesion weight distribution by constituent element and (b) film composition ratio distribution of the bismuth titanate thin film formed in Example 2 of the present invention.

【図9】従来技術で形成されたチタン酸ビスマス薄膜の
(a)構成元素別付着重量分布及び(b)膜組成比分布
9A and 9B are distribution diagrams of the deposition weights of the bismuth titanate thin films formed by the prior art by constituent element and FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1. スパッタリングチャンバー 2. スパッタリングカソード 3. チタン酸ジルコン酸鉛焼結体ターゲット 4. 基板ホルダー 5. Si基板 6. 高周波電源 7. 第一のスパッタリングカソード 8. 第二のスパッタリングカソード 9. 第三のスパッタリングカソード 10.酸化鉛ターゲット 11.酸化チタンターゲット 12.酸化ジルコニウムターゲット 13.高周波電源 14.高周波電源 15.高周波電源 16.スパッタリングチャンバー 17.基板ホルダー 18.Si基板 19.膜組成補正装置 20.第一のスパッタリングカソード 21.第二のスパッタリングカソード 22.酸化ビスマスターゲット 23.酸化チタンターゲット 24.高周波電源 25.高周波電源 26.スパッタリングチャンバー 27.基板ホルダー 28.Si基板 29.酸化ビスマスターゲットに用いる膜組成補正装置 30.酸化チタンターゲットに用いる膜組成補正装置 31.膜組成補正装置 32.スパッタリングターゲット 33.膜組成補正装置 34.スパッタリングターゲット 35.スパッタリングカソード 1. Sputtering chamber 2. Sputtering cathode 3. 3. Lead zirconate titanate sintered compact target 4. Substrate holder 5. Si substrate 6. High frequency power supply 7. First sputtering cathode 8. Second sputtering cathode 9. Third sputtering cathode 10. Lead oxide target 11. Titanium oxide target 12. Zirconium oxide target 13. High frequency power supply 14. High frequency power supply 15. High frequency power supply 16. Sputtering chamber 17. Substrate holder 18. Si substrate 19. Film composition correction device 20. First sputtering cathode 21. Second sputtering cathode 22. Bismuth oxide target 23. Titanium oxide target 24. High frequency power supply 25. High frequency power supply 26. Sputtering chamber 27. Substrate holder 28. Si substrate 29. Device for correcting film composition used for bismuth oxide target 30. Film composition correction device used for titanium oxide target 31. Film composition correction device 32. Sputtering target 33. Film composition correction device 34. Sputtering target 35. Sputtering cathode

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 H01L 21/316 H01L 21/316 Y 41/24 H05B 33/10 // H05B 33/10 33/22 33/22 H01L 41/22 A Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI Technical display location H01L 21/316 H01L 21/316 Y 41/24 H05B 33/10 // H05B 33/10 33/22 33/22 H01L 41/22 A

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数のスパッタリングカソードを同一成膜
室中に備え、それぞれのカソードには目的とする複合酸
化物の少なくとも一部の金属元素を含むターゲットを装
着したスパッタリング装置を用いて、各カソードに独立
に電力を供給し同時スパッタリングを行い、各カソード
上を移動する基板上に薄膜を形成する複合酸化物薄膜の
製造方法において、各カソードには開口部を有する膜組
成補正装置を有することを特徴とする、複合酸化物薄膜
の製造方法。
1. A sputtering apparatus in which a plurality of sputtering cathodes are provided in the same film forming chamber, and a target containing at least a part of a metal element of a target complex oxide is attached to each cathode, and each sputtering cathode is used. In a method for producing a complex oxide thin film, in which electric power is independently supplied to each of the substrates and simultaneous sputtering is performed to form a thin film on a substrate moving on each cathode, each cathode has a film composition correction device having an opening. A method for producing a composite oxide thin film, which is characterized.
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