JPH09194293A - 金属薄膜及びその形成方法 - Google Patents

金属薄膜及びその形成方法

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JPH09194293A
JPH09194293A JP8006963A JP696396A JPH09194293A JP H09194293 A JPH09194293 A JP H09194293A JP 8006963 A JP8006963 A JP 8006963A JP 696396 A JP696396 A JP 696396A JP H09194293 A JPH09194293 A JP H09194293A
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JP
Japan
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thin film
metal thin
ion beam
aluminum
polycrystalline
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JP8006963A
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English (en)
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Hidefumi Nakanishi
秀文 中西
Atsushi Sakurai
敦 桜井
Masato Kobayashi
真人 小林
Yukio Yoshino
幸夫 吉野
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単結晶を有した金属薄膜を非晶質体表面、あ
るいは多結晶体又はその配向層表面に形成する。 【解決手段】 デュアルイオンビームスパッタリング装
置1を使用して、非晶質体材料であるガラス基板12の
表面にアルミニウム薄膜13を形成する。すなわち、ア
シスト用イオンソース4からアシスト用イオンビーム2
1をガラス基板12の表面に照射してイオンアシストを
しつつ、スパッタリング用イオンソース3からスパッタ
リング用イオンビーム22をアルミニウムターゲット1
1に照射して発生させたスパッタリング原子をガラス基
板12の表面に堆積させてアルミニウム薄膜13を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属薄膜、例えば
各種電子部品の電極等として利用される金属薄膜及びそ
の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、各種コンデンサ、LSI、コイ
ル、フィルタ、発振子等が小型化するにつれて、その電
極材料であるアルミニウム等の薄膜に高耐電力性が求め
られている。アルミニウム等の薄膜の耐電力性はその結
晶性に大きく左右される。薄膜材料の結晶性が多結晶あ
るいは非晶質の場合、高電流密度、高応力下では、薄膜
原子が結晶粒界中を拡散移動する現象が生じる。いわゆ
る、エレクトロマイグレーション、ストレスマイグレー
ションと呼ばれる現象である。薄膜原子が粒界中に拡散
すると、薄膜にボイド(空隙)やヒロック(盛り上が
り)が生じ、電極のショート、断線の原因となる。故
に、薄膜の耐電力性(耐エレクトロマイグレーション、
耐ストレスマイグレーション)を向上させるには、原子
の拡散経路である結晶粒界をなくす必要があり、そのた
めには、薄膜を単結晶化する必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の成膜方
法では、非晶質体表面あるいは多結晶体又はその配向層
表面に単結晶を形成することはできなかった。そこで、
本発明の目的は、非晶質体表面あるいは多結晶体又はそ
の配向層表面に形成され、かつ、膜全体又は部分的に単
結晶を有した金属薄膜及びその形成方法を提供すること
にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明に係る金属薄膜は、アシスト用イオンビーム
を非晶質体表面あるいは多結晶体又はその配向層表面に
照射しつつ、前記非晶質体表面あるいは多結晶体又はそ
の配向層表面に形成され、かつ膜全体又は部分的に単結
晶を有したことを特徴とする。
【0005】また、本発明に係る金属薄膜の形成方法
は、アシスト用イオンビームを非晶質体表面あるいは多
結晶体又はその配向層表面に照射しつつ、前記非晶質体
表面あるいは多結晶体又はその配向層表面に膜全体又は
部分的に単結晶を有する金属薄膜を形成することを特徴
とする。ここに、アシスト用イオンビームのイオンとし
ては、ヘリウム又はネオン又はアルゴン又はクリプトン
又はキセノンの少なくともいずれか一種類のイオン、あ
るいはそれらの混合イオンが使用される。薄膜材料とし
ては、アルミニウム又は金又は銀又は銅又は白金又はパ
ラジウム又はチタン又はクロム又はニッケル又はタング
ステン、あるいは前記金属の合金又は前記金属の少なく
とも一種類を主成分とする合金が使用される。
【0006】
【作用】アシスト用イオンビームを非晶質体表面あるい
は多結晶体又はその配向層表面に照射しつつ、前記非晶
質体表面あるいは多結晶体又はその配向層表面に金属薄
膜を形成することにより、非晶質体表面あるいは多結晶
体又はその配向層表面に膜全体又は部分的に単結晶を有
した金属薄膜が形成される。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る金属薄膜及び
その形成方法の一実施形態について添付図面を参照して
説明する。本実施形態は、ガラス基板上に(111)配
向アルミニウム薄膜を形成する場合について説明する。
図1に示すように、薄膜形成装置としては、デュアルイ
オンビームスパッタリング装置1を使用する。このデュ
アルイオンビームスパッタリング装置1は、概略、真空
チャンバ2、真空チャンバ2の内側左寄りに配置された
スパッタリング用イオンソース3及びアシスト用イオン
ソース4、真空チャンバ2の内側右寄りに配置されたバ
ッキングプレート5及びこのバッキングプレート5を臨
む基板支持台6、真空チャンバ2の右側部の排気口2a
に連結した真空ポンプ(図示せず)にて構成されてい
る。
【0008】このスパッタリング装置1を用いて薄膜を
形成する。スパッタリングターゲット材料であるアルミ
ニウムターゲット11は、バッキングプレート5の表面
にインジウム等のろう材を用いて固定される。非晶質体
材料であるガラス基板12は、基板支持台6の表面に固
定される。次に、真空ポンプによって真空チャンバ2内
の空気を排気口2aから真空引きして、真空チャンバ2
内を0.1Pa以下にするのが好ましい。真空度が0.
1Paを越えると、形成された薄膜中にH2O等の残留
ガスが取り込まれるからである。本実施例では、真空チ
ャンバ2内を9.5×10-3Paに維持した。
【0009】アシスト用イオンソース4からアルゴンの
アシスト用イオンビーム21をガラス基板12の表面に
照射し、いわゆるイオンアシストを行なう。このイオン
アシストは成膜終了まで行なわれる。イオンビーム21
のエネルギーは100〜1KeVが好ましい。エネルギ
ーが100eV未満になると薄膜原子に充分なエネルギ
ーを与えられなくなり、1KeVを越えるとエネルギー
が強過ぎて薄膜表面を逆にスパッタしてガラス基板12
の表面に堆積したばかりの薄膜原子を飛散させて膜が成
長しなくなるからである。
【0010】また、イオンビーム21の電流密度は0.
01〜20mA/cm2が好ましい。0.01A/cm2
未満になると薄膜原子に充分なエネルギーを与えられな
くなり、20mA/cm2を越えると電流密度が強過ぎ
て薄膜表面を逆にスパッタして堆積したばかりの薄膜原
子を飛散させて膜が成長しなるからである。さらに、イ
オンビーム21がガラス基板12に入射する角度は、ガ
ラス基板12の法線に対して0゜〜45゜に設定するの
が好ましい。この入射角度から外れると、薄膜原子に対
して効率良くエネルギーを与えることが困難になるから
である。
【0011】次に、スパッタリング用イオンソース3か
らアルゴンのスパッタリング用イオンビーム22をアル
ミニウムターゲット11に照射する。アルゴンイオンが
アルミニウムターゲット11に衝突し、アルミニウムタ
ーゲット11の一部原子23を飛散させる。飛散したア
ルミニウムターゲット11の一部原子23はガラス基板
12の表面に到達し、ガラス基板12の表面に堆積して
アルミニウム薄膜13を形成する。成膜速度は0.00
1nm/秒以上にするのが好ましい。0.001nm/
秒未満であると、薄膜原子が凝集して結晶粒成長するか
らである。本実施例の場合、成膜速度は0.06nm/
秒、成膜温度は25℃であった。アルミニウム薄膜13
の形成初期段階では、ガラス基板12が非晶質性材料で
あるため、その影響を受けて薄膜13は単結晶の原子構
造を有さない。しかし、膜が成長して原子層が数層形成
される段階になると、ガラス基板12の影響はなくな
り、薄膜13は単結晶の原子構造を有するようになる。
薄膜形成後、表面にアルミニウム薄膜13を形成された
ガラス基板12を真空チャンバ2から取り出すと、図2
に示すように、空気雰囲気に触れたアルミニウム薄膜1
3の表面に酸化層13aが形成される。
【0012】こうして得られたアルミニウム薄膜13を
RHEED法により評価すると、薄膜13が単結晶を有
していることが確認できた。従って、このアルミニウム
薄膜13は高電流密度、高応力下での原子の粒界拡散を
防止することができ、電極として利用すると、高い信頼
性が得られる。例えば、アルミニウム薄膜が多結晶であ
る場合と比較すると、耐電力性が約100倍向上する。
【0013】また、このアルミニウム薄膜13は結晶欠
陥も少なく、耐腐食性にも優れている(腐食数は、アル
ミニウム薄膜が多結晶である場合と比較して約1/10
に減少している)ので、電極以外の用途、例えば鏡等の
装飾品用薄膜材料としても有効である。また、塩素雰囲
気(海岸、海中等)で使用される薄膜材料としても有効
である。
【0014】なお、本発明に係る金属薄膜及びその形成
方法は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨
の範囲内で種々に変更することができる。アシスト用イ
オンビームのイオンとしては、アルゴンイオン以外に、
ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンの少なくとも
いずれか一種類のイオン、あるいはそれらの混合イオン
を使用してもよい。また、薄膜材料としては、アルミニ
ウム以外に、金、銀、銅、白金、パラジウム、チタン、
クロム、ニッケル、タングステン、あるいはこれら金属
の合金又はこれら金属の少なくとも一種類を主成分とす
る合金を使用してもよい。その場合の成膜条件は、薄膜
材料と非晶質体、あるいは、多結晶体又はその配向層と
薄膜材料の組み合わせに依存する。
【0015】また、前記実施形態はガラス基板上に(1
11)配向アルミニウム薄膜を形成する場合について説
明したが、薄膜の配向方向は任意であり、例えば(20
0)配向アルミニウム薄膜であってもよい。さらに、被
成膜物は基板であってもよいし、薄膜であってもよい。
また、被成膜物は全体が非晶質でなくとも、成膜表面層
のみが非晶質であればよい。成膜方法としては、スパッ
タリング法以外に、蒸着法、化学気相成長法、分子線エ
ピタキシー法、レーザアブレーション法等であってもよ
い。非晶質体としては、ガラス基板以外に、窒化ホウ酸
基板等が用いられる。また、金属薄膜は膜全体が単結晶
である必要はなく、部分的に単結晶であればよい。
【0016】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、アシスト用イオンビームを非晶質体表面あるい
は多結晶体又はその配向層表面に照射しつつ、非晶質体
表面あるいは多結晶体又はその配向層表面に金属薄膜を
形成するので、非晶質体表面あるいは多結晶体又はその
配向層表面に、膜全体又は部分的に単結晶を有した金属
薄膜を形成することができる。この金属薄膜は単結晶を
有しているので、高電流密度下、あるいは高応力下での
原子の粒界拡散を抑えることができ、しかも結晶欠陥が
少なく、耐腐食性にも優れている。この結果、この金属
薄膜を電極として利用した場合、信頼性の高い電極とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る金属薄膜及びその形成方法の一実
施形態を示す、金属薄膜形成装置の概略構成図。
【図2】非晶質体表面に形成された単結晶を有した金属
薄膜の断面図。
【符号の説明】
1…デュアルイオンビームスパッタリング装置 3…スパッタリング用イオンソース 4…アシスト用イオンソース 11…アルミニウムターゲット 12…ガラス基板(非晶質体) 13…アルミニウム薄膜(単結晶を有する薄膜) 21…アシスト用イオンビーム 22…スパッタリング用イオンビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉野 幸夫 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アシスト用イオンビームを非晶質体表面
    あるいは多結晶体又はその配向層表面に照射しつつ、前
    記非晶質体表面あるいは多結晶体又はその配向層表面に
    形成され、かつ膜全体又は部分的に単結晶を有したこと
    を特徴とする金属薄膜。
  2. 【請求項2】 アシスト用イオンビームを非晶質体表面
    あるいは多結晶体又はその配向層表面に照射しつつ、前
    記非晶質体表面あるいは多結晶体又はその配向層表面に
    膜全体又は部分的に単結晶を有する金属薄膜を形成する
    ことを特徴とする金属薄膜形成方法。
  3. 【請求項3】 アシスト用イオンビームのイオンとし
    て、ヘリウム又はネオン又はアルゴン又はクリプトン又
    はキセノンの少なくともいずれか一種類のイオン、ある
    いはそれらの混合イオンが使用されていることを特徴と
    する請求項2記載の金属薄膜形成方法。
  4. 【請求項4】 金属薄膜がアルミニウム又は金又は銀又
    は銅又は白金又はパラジウム又はチタン又はクロム又は
    ニッケル又はタングステン、あるいは前記金属の合金又
    は前記金属の少なくとも一種類を主成分とする合金から
    なることを特徴とする請求項2記載の金属薄膜成形方
    法。
JP8006963A 1996-01-19 1996-01-19 金属薄膜及びその形成方法 Pending JPH09194293A (ja)

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EP97100736A EP0785299A1 (en) 1996-01-19 1997-01-17 Metallic thin film and method of manufacturing the same, and surface acoustic wave device using the metallic thin film and the method thereof
TW086100536A TW330341B (en) 1996-01-19 1997-01-17 Metallic thin film and method of manufacturing the same and surface acoustic wave device using the metallic thin film and the same thereof
NO970220A NO970220L (no) 1996-01-19 1997-01-17 Transduktor med tynnfilmsjikt av metall, for akustiske overflatebölger
KR1019970001450A KR100249935B1 (ko) 1996-01-19 1997-01-20 금속박막의제조방법및금속박막을사용하는탄성표면파장치의형성방법
CA002195486A CA2195486C (en) 1996-01-19 1997-01-20 Metallic thin film and method of manufacturing the same, and surface acoustic wave device using the metallic thin film and the method thereof
US08/786,410 US6033471A (en) 1996-01-19 1997-01-21 Metallic thin flim and method of manufacturing the same, and surface acoustic wave device using the metallic thin film and the method thereof
US09/481,182 US6229250B1 (en) 1996-01-19 2000-01-12 Metallic thin film and method of manufacturing the same, and surface acoustic wave device using the method thereof
CN01104546A CN1317875A (zh) 1996-01-19 2001-02-13 薄膜电极及利用其制造的表面声波器件

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030012797A (ko) * 2001-08-01 2003-02-12 후지쯔 가부시끼가이샤 다결정 구조막 및 그 제조 방법

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