JPH1030179A - 酸化亜鉛膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】酸化亜鉛膜の膜質の向上，安定化などを図った
酸化亜鉛膜の製造方法を提供する。 【解決手段】反応性スパッタ装置１は、反応ガスにアル
ゴン（Ａｒ）５ａと酸素（０₂ ）５ｂの混合物を用い、
マイクロ（μ）波２２Ａを受容してプラズマ２を生成す
るプラズマ生成室２１，処理室５，電磁コイル３１，タ
ーゲット６に負の直流バイアス電位を与える直流電源装
置６１等を備える。処理室５内には、プラズマ流２Ａを
取り巻いて設置された金属亜鉛製のターゲット６、プラ
ズマ導入穴５１と対向させて設置されヒータを内蔵し酸
化亜鉛（ＺｎＯ）膜を被着させるべき被着対象物１Ａを
載置する基板ステージ５２が設けられる。そうして被着
対象物１ＡへのＺｎＯ膜の主要な成膜条件は、μ波のパ
ワーが４００〔Ｗ〕、直流バイアス条件が３００
〔Ｖ〕，１５０〔Ｗ〕、反応ガス圧力が約０．１３〔Ｐ
ａ〕、反応ガス流量比「Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂ ）」が９５
〔％〕である。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】この発明は、酸化亜鉛（以
降、ＺｎＯと略称することがある。）膜を圧電性膜とし
て用いたＺｎＯ膜応用装置に使用されるＺｎＯ膜の製造
方法に係わり、ＺｎＯ膜の膜質などの向上を図った改良
された酸化亜鉛膜の製造方法に関する。

【従来の技術】圧電性を示す物質は多数存在するが、薄
い膜状とされた状態においても圧電性を示す物質はそれ
ほど多くは見出されてはいない。そのような薄い膜状に
おいて圧電性を示す物質としてＺｎＯ膜を挙げることが
できる。このＺｎＯ膜は、その圧電性を利用して高周波
応用装置に適用されている。ＺｎＯ膜を圧電性材料とし
て用いた高周波応用装置の事例として、表面弾性波（以
降、ＳＡＷと略称することがある。）を利用する装置
（例えば、後述するＳＡＷコンボルバ，ＳＡＷコリレー
タ）がある。このような装置に使用されるＺｎＯ膜の生
成には、主にスパッタ法が採用されている。このＺｎＯ
膜の生成に用いられているスパッタ法としては、金属亜
鉛をターゲットに用いて反応ガス中でスパッタを行う反
応性スパッタ法と、酸化亜鉛をターゲットに用いて行う
非反応性スパッタ法とに大別される。この内、反応性ス
パッタ法は、金属亜鉛（以降、Ｚｎと略称することがあ
る。）ターゲットからスパッタされたＺｎの粒子群中に
酸素（以降、Ｏ₂ と略称することがある。）や窒素など
の反応性ガスを混入し、Ｚｎの化合物（多くの場合に高
い電気抵抗率の値を有する物質である）の薄い膜を対象
物の表面に形成させる技術である。特に、公知のＥＣＲ
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎ
ａｎｃｅ）プラズマを用いる反応性スパッタ法では、反
応ガスの圧力が低い値（０．１〔Ｐａ〕程度）において
も高密度なプラズマを得られるため、高品質なＺｎＯ膜
の作製が可能であることが知られている。〔Ｍ．Ｋａｄ
ｏｔａ，Ｔ．Ｋａｓａｎａｍｉ，Ｍ．Ｍｉｎａｋａｔ
ａ、〃Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒ
ｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＺｎＯ ｆｉｌｍｓ ｄｅｐｏｓ
ｉｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａｎ ＥＣＲ ｓｐｕｔ
ｔｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ〃、Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．、Ｖ
ｏｌ．３１，（１９９２）、ｐ３０１３〜ｐ３０１６〕 このＥＣＲプラズマを用いる反応性スパッタ法では、タ
ーゲットにバイアス電位を与えるためのバイアス用電源
に関する種別としては、直流電源を用いる方式と高周波
電源を用いる方式とが知られている。しかし、バイアス
用電源として高周波電源を用いた場合には、直流電源を
用いた場合に対して、プラズマ電位，対象物の電位，電
子温度などの定数が大きく変化することが知られている
（バイアス用電源として直流電源を用いた場合には、前
記の定数はそれほど変化しないことも知られている）。
この結果、高周波電源を用いた場合には、生成される薄
膜が大きなダメージを受けてしまうことが起こり得る。
また、薄膜を形成するのに要する電力の効率について両
電源方式を比較すると、高周波電源から供給される電力
のほとんどが電子の加熱に費やされてしまうことで、電
力効率は直流電源を用いる場合に対して数分の一と極め
て低くなる。これらのことから、ＥＣＲプラズマを用い
た反応性スパッタ法による薄膜の生成においては、バイ
アス用電源として直流電源を用いることが好ましいので
ある〔松岡茂登，小野堅一：スパッタ型ＥＣＲマイクロ
波プラズマの特徴と薄膜形成への応用：応用物理、第５
７巻（１９８９）、ｐ１３０１〜ｐ１３１３〕。また、
バイアス用電源として用いられる電源装置の価格を比較
すると、直流電源の方が高周波電源よりも安価であると
いう利点も有る。さらに、このような直流ＥＣＲ式反応
性スパッタ装置においては、ＺｎＯ膜を被着すべき被着
対象物を保持する構造に関して、Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
−Ｄｏｗｎ方式（以降、縦形と略称することがある。）
とＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−Ｕｐ方式とが知られている。
後者は、ＺｎＯ膜の被着される面が下向きになるように
して被着対象物を保持する構造体を備えている。これに
対して前者の縦形の場合には、ＺｎＯ膜の被着される面
を上向きにして支持物上に載置するだけで良く、したが
って、被着対象物を保持するための保持用構造体は不要
である。後者が必要とする保持用構造体が持つ具体的構
造としては各種の方式のものが知られているが、被着対
象物が、慎重な取扱を要する材料を用いて製作されたも
のであり，かつ高い寸法精度を有しているものであるの
で、いずれの構造方式のものであっても、保持用構造体
は、寸法精度や素材を吟味して製作される必要が有る。
このために、この保持用構造体の価格は、極めて高価な
ものとならざるを得ないのである。以上のことから、Ｚ
ｎＯ膜の生成に用いられる装置としては、縦形の直流Ｅ
ＣＲ式反応性スパッタ装置（以降、縦形直流ＥＣＲ式反
応性スパッタ装置、または、単に反応性スパッタ装置と
略称することがある。）が、主として採用されている。
このような縦形直流ＥＣＲ式反応性スパッタ装置の概要
について、図１を用いて説明する。ここで図１は、一般
例の縦形直流ＥＣＲ式反応性スパッタ装置の概要を示す
その縦断面図である。図１において、１は、プラズマ生
成室２１，コイル収納室３，処理室５などからなる縦形
直流ＥＣＲ式反応性スパッタ装置（反応性スパッタ装
置）である。反応性スパッタ装置１では、反応ガスに
は、アルゴン（以降、Ａｒと略称することがある。）５
ａと酸素（以降、０₂ と略称することがある。）５ｂと
の混合物が採用されている。プラズマ生成室２１と処理
室５とは真空室であり、プラズマ生成室２１は処理室５
の上部に隣接して設置されており、Ａｒ５ａを導入する
ためのガス導入管２４が処理室５の反対側に設けられて
いる。プラズマ生成室２１には、マイクロ波（以降、μ
波と略称することがある。）用導波管２２内を伝搬され
てきたμ波２２Ａが、処理室５の反対側に設けられたμ
波導入用窓２３を介して導入される。プラズマ生成室２
１を図示したごとくに取り巻くようにして構成されたコ
イル収納室３内には、電磁コイル３１が収納されてい
る。プラズマ生成室２１内の電子は、電磁コイル３１に
よって得られた直流磁界とμ波２２Ａとにより公知のサ
イクロトロン共鳴を起こし、低い反応ガス（Ａｒ５ａと
０₂ ５ｂとで構成される）の圧力（０．１〔Ｐａ〕程
度）においても高密度なプラズマ２が生成される。この
ようにして生成されたプラズマ２は、処理室５のプラズ
マ生成室２１との接続部分に設けられたプラズマ導入穴
５１からプラズマ流２Ａとなって処理室５に流入する。
処理室５には０₂ ５ｂを導入するためのガス導入管５３
が設けられると共に、処理室５内には、プラズマ流２Ａ
を図示したごとくに取り巻くようにして設置されたター
ゲット６と、プラズマ導入穴５１と対向する側に設置さ
れた基板ステージ５２（反応性スパッタ装置１の場合に
おける被着対象物を支持するための支持物である）とが
設けられている。基板ステージ５２には、図示しない加
温されたフッ素系の液状熱媒が通流されるヒータ５２Ａ
が設置されている。この基板ステージ５２は、その上面
５２ａがプラズマ流２Ａに対向するようにして設置され
ており、ＺｎＯ膜を被着させるべき被着対象物１Ａは、
この上面５２ａの上に、ＺｎＯ膜が被着される面を上に
向けて単に載置されることになる。そうして、被着対象
物１Ａは、基板ステージ５２などを介して接地電位と同
等の電位とされている。プラズマ生成室２１および処理
室５の内部空間を真空状態に維持するために、処理室５
には真空排気装置としてターボ分子ポンプ５４が付属さ
れ、ターボ分子ポンプ５４には排気管５５が接続されて
いる。この事例の場合には、ターゲット６は高純度（≧
９９．９９〔％〕）の金属亜鉛（Ｚｎ）製であり、ター
ゲット６に負の直流電位であるバイアス電位を与えるた
めのバイアス用電源として、前述したところにより直流
電源装置６１が設置されている。反応性スパッタ装置１
では、ターボ分子ポンプ５４で排気されることで、処理
室５内の到達真空度として＜２．７×１０^-4〔Ｐａ〕の
値が得られており、反応ガスの圧力は、０．１〔Ｐａ〕
程度の低い値に設定されている。また、μ波２２Ａが持
つ周波数は２．４５〔ＧＨｚ〕程度であり、プラズマ生
成室２１内に電磁コイル３１により生成される磁界の磁
束密度は８７５×１０^-4〔Ｗｂ／ｍ² 〕程度に設定され
ている。このμ波２２Ａと電磁コイル３１により得られ
る磁界との相互作用により、前記の低ガス圧のもとでも
高い密度を持つプラズマ２が生成されるのである。この
プラズマ２により活性化されたイオンが持つエネルギー
は前述したところにより数〔ｅＶ〕と小さい。また、基
板ステージ５２を冷却する液状熱媒の温度は１００
〔℃〕程度に設定されている。そうして、負の直流電位
にバイアスされたターゲット６とプラズマ流２Ａとによ
り反応性スパッタが行われ、被着対象物１Ａに対してＺ
ｎＯ膜の生成が行われる。プラズマ２により活性化され
たイオンが持つエネルギーが数〔ｅＶ〕と小さいため
に、被着対象物１Ａにはダメージの少ないＺｎＯ膜が被
着されることになる。次に、このような反応性スパッタ
装置１により生成されたＺｎＯ膜を利用している装置の
事例として、ＳＡＷコンボルバとＳＡＷコリレータとに
ついての説明を行うこととする。ＳＡＷコンボルバとＳ
ＡＷコリレータは共に、高い信頼性を持つ次世代のワイ
ヤレス通信システムとして近年注目されるようになって
きているスペクトル拡散（ＳＳ：Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅ
ｃｔｒｕｍ）通信方式において、受信部の２次復調（相
関検出）部用として用いられるＳＡＷデバイスである。
ＳＡＷコンボルバは、ＳＳ通信方式において入力信号ｆ
（ｔ）とリファレンス信号ｇ（ｔ）との畳込み積分（Ｃ
ｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）を行うためのデバイスであるコ
ンボルバをＳＡＷデバイス化したものである。図７にコ
ンボルバの動作原理を説明する原理説明図を示す。図７
において、コンボルバ７Ａは、入力信号ｆ（ｔ）用のｄ
ｅｒａｙ ｌｉｎｅ７１と、リファレンス信号ｇ（ｔ）
用のｄｅｒａｙ ｌｉｎｅ７２と、ｄｅｒａｙ ｌｉｎ
ｅ７１，７２上の対応するタップからのそれぞれの信号
ｆ（ｔ），ｇ（ｔ）をミキシング（乗算）する複数のミ
キシング部７３と、それぞれのミキシング部７３で得ら
れたミキシング結果を積分するｓｕｍｍｉｎｇ ｂｕｓ
７４とを備えている。そうしてコンボルバ７Ａは、信号
ｆ（ｔ），ｇ（ｔ）のミキシング結果の積分値を、ｓｕ
ｍｍｉｎｇ ｂｕｓ７４から出力信号Ｓとし出力する。
また、ＳＡＷコリレータは、入力信号ｆ（ｔ）が伝播す
るｄｅｒａｙ ｌｉｎｅが持つ各タップからの信号ｆ
（ｔ）を、予め重み付けが施された回路部を介して積分
を行うためのデバイスであるコリレータをＳＡＷデバイ
ス化したものである。図８にコリレータの動作原理を説
明する原理説明図を示す。図８において、コリレータ７
Ｂは、入力信号ｆ（ｔ）用のｄｅｒａｙ ｌｉｎｅ７１
と、ｄｅｒａｙ ｌｉｎｅ７１上のタップからの信号ｆ
（ｔ）に，重み付け関数ｇ（ｔ）に従う重みを付す複数
の重み付け回路部７５と、それぞれの重み付け回路部７
５を介して重み付け関数ｇ（ｔ）に従う重み付けを課さ
れた信号ｆ（ｔ）を積分するｓｕｍｍｉｎｇ ｂｕｓ７
４とを備えている。そうしてコリレータ７Ｂは、複数の
重み付け回路部７５を介した信号ｆ（ｔ）の積分値を、
ｓｕｍｍｉｎｇ ｂｕｓ７４から出力信号Ｓとし出力す
る。前記のコンボルバ７Ａ，コリレータ７ＢにＳＡＷを
利用することは、ＳＡＷが持つＳＡＷの伝播速度が数
〔ｋｍ／ｓ〕であり、電磁波の波長に対して約１０ ^-3程
度小さいこと．波の発生，検出，制御を，圧電性を示
す物質の表面部分で行うことができること．の特徴を利
用できることで、極めて小形なＳＳ通信方式用のデバイ
スを得ることを意図したものである。〔坪内和夫：スペ
クトル拡散通信の応用とデバイス：電子情報通信学会論
文誌（Ｂ−II）、Ｖｏｌ．Ｊ７４−Ｂ−II（１９９
１）、Ｎｏ．５、ｐ１８９〜ｐ１９８〕 このようなＳＡＷコンボルバの従来例を図９を用いて説
明する。ここで、図９は、従来例によるＳＡＷコンボル
バの主要部を模式的に示す構造図で、図９（ａ）はその
上面図であり、図９（ｂ）はその縦断面図である。図９
において、８は、表面に酸化膜８２が形成されているシ
リコン基板８１と、酸化膜８２上に形成されたＺｎＯ膜
８３と、いずれも酸化膜８２とは反対側のＺｎＯ膜８３
の表面上に形成された，入力信号用の櫛歯電極８４，リ
ファレンス信号用の櫛歯電極８５，および出力信号用の
電極８６とを備えたＳＡＷコンボルバである。ＳＡＷコ
ンボルバ８と図７によるコンボルバ７Ａとの対応関係に
ついて述べると、コンボルバ７Ａが持つｄｅｒａｙ ｌ
ｉｎｅ７１，ｄｅｒａｙ ｌｉｎｅ７２，ｓｕｍｍｉｎ
ｇ ｂｕｓ７４，ミキシング部７３は、ＳＡＷコンボル
バ８が持つ櫛歯電極８４，櫛歯電極８５，電極８６，Ｚ
ｎＯ膜８３にそれぞれ対応している。したがって、ＳＡ
Ｗコンボルバ８は、コンボルバ７Ａが持つ前述の機能を
有していることになる。また前述によるＳＡＷコリレー
タの従来例を図１０を用いて説明する。ここで、図１０
は、従来例によるＳＡＷコリレータの主要部を模式的に
示す構造図で、図１０（ａ）はその上面図であり、図１
０（ｂ）はその縦断面図である。図１０において、９
は、表面に酸化膜９２が形成されているシリコン基板９
１と、酸化膜９２上に形成されたＺｎＯ膜９３と、いず
れも酸化膜９２とは反対側のＺｎＯ膜９３の表面上に形
成された，入力信号用の櫛歯電極９４および出力信号用
の櫛歯電極９５とを備えたＳＡＷコリレータである。Ｓ
ＡＷコリレータ９と図８によるコリレータ７Ｂとの対応
関係について述べると、コンボルバ７Ｂが持つｄｅｒａ
ｙ ｌｉｎｅ７１，ｓｕｍｍｉｎｇ ｂｕｓ７４は、Ｓ
ＡＷコンボルバ９が持つ櫛歯電極９４，櫛歯電極９５に
それぞれ対応している。また、コンボルバ７Ｂが持つ重
み付け回路部７５は、ＳＡＷコンボルバ９が持つ櫛歯電
極９５のそれぞれの電極間の間隔寸法等とＺｎＯ膜９３
とが対応している。したがって、ＳＡＷコリレータ９
も、コリレータ７Ｂが持つ前述の機能を有していること
になる。ＳＡＷコンボルバ８，ＳＡＷコリレータ９など
のＳＡＷデバイスにおいては、ＳＡＷデバイスの機能，
特性などは、圧電性膜のＳＡＷが伝搬する部位の結晶性
に大きく依存していることが一般である。ここで圧電性
膜のＳＡＷが伝搬する部位とは、公知のごとく、圧電性
膜の表面と圧電性膜の中の主として表面に近い部分、す
なわち、圧電性膜の表面部分のことである。そうして、
圧電性膜の膜厚がＳＡＷの波長に近い程度に薄い場合に
は、圧電性膜のＳＡＷが伝搬する部位は、公知のごと
く、圧電性膜の膜厚全体となる。したがって、前記のＳ
ＡＷコンボルバ８およびＳＡＷコリレータ９がそれぞれ
に持つＺｎＯ膜８３，９３の形成に当たっては、前述の
図１による反応性スパッタ装置１を用いて、ＺｎＯ膜８
３，９３の結晶性を重視した成膜条件に設定している。
従来例の具体的な成膜条件の主要例を表１中に示す。

【表１】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る酸化亜鉛の膜の成膜条件、例えば、ＺｎＯ膜８３，９
３の形成に用いられている表１中に示したような成膜条
件は、得られるＺｎＯ膜８３，９３の結晶性が比較的に
良好であるので、このＺｎＯ膜を用いたＳＡＷデバイス
は比較的に良好な性能を得られるのであるが、次記する
ようなことが問題点としてクローズアップされるように
なってきている。すなわち、 表１中に示すような反応ガス流量比である「Ａｒ／
（Ａｒ＋Ｏ₂ ）」の値であると、反応ガス中のＯ₂ の比
率が相対的に高いために、ターゲット６がスッパタされ
る速度よりも、ターゲット６の表面が酸化される速度の
方が大きくなっていることが知られてきた。ターゲット
６がスッパタされる速度よりもターゲット６の表面が酸
化される速度の方が大きいために、ターゲット６の表面
が酸化膜により覆われることになる。ターゲット６の表
面が酸化膜により覆われると、ターゲット６は直流電圧
によってバイアスされているので、高電気抵抗率の物質
であるこの酸化膜の表面には、電荷が蓄積されることに
なる。酸化膜の表面への電荷の蓄積が進んで、電荷蓄積
量が反応性スパッタ装置１の構成とその成膜条件などに
より定まるある量に達すると、この蓄積された電荷は放
電される。すなわち、ターゲット６の表面において間欠
的に，しかもランダムに放電が生じるのである。そうし
て、この放電が生じることで、被着対象物１Ａに被着さ
せるＺｎＯ膜の安定な膜形成が困難になってＺｎＯ膜の
結晶の粒径の変動が大きくなると共に、ＺｎＯ膜の成膜
速度（ＺｎＯ膜厚の単位時間当たりの増加量である）が
被着対象物１Ａの製品ロット間などで大きく異なってし
まうことになっている。また、 前記の項で述べたターゲット６の表面における放電
の発生の際に、ターゲット６の表面に生成されている酸
化膜が放電火花のエネルギーによってスパッタされ、酸
化膜（これもＺｎＯである）の微粉（その粒径は最大で
５〔μｍ〕程度であることが多い）を生じる。反応性ス
パッタ装置１では、図１中に示すように被着対象物１Ａ
はターゲット６の下方に位置していることと，ターゲッ
ト６と被着対象物１Ａとの間には直流電源装置６１が発
生する電圧値に対応する電位差が存在していることで、
この酸化膜の微粉は被着対象物１Ａに向けて落下し、被
着対象物１Ａに被着されたＺｎＯ膜上にも堆積すること
になる。この結果、被着対象物１Ａに形成されるＺｎＯ
膜（ＺｎＯ膜８３，９３など）の表面の平坦性が損なわ
れ、凹凸度が大きくなってしまうのである。（この分野
では、膜の表面の凹凸度が大きくなることを、モフォロ
ジーが悪化すると表現もする。）ＳＡＷデバイスにおい
ては、モフォロジーの悪化は、ＳＡＷの散乱を生じてＳ
ＡＷの伝播の妨げになる。すなわち、ＳＡＷの伝播損失
が増加してしまうことになるのである。また、 前記の項で述べた酸化膜の微粉の被着対象物１Ａへ
の落下は、前述のＳＡＷコンボルバ８などのように櫛歯
電極を備える構造を持つＳＡＷデバイスである場合に
は、被着されたＺｎＯ膜のこの櫛歯電極が形成される部
位にも酸化膜の微粉が堆積されることになる。この微粉
は除去することができないので、酸化膜の微粉が堆積さ
れた状態のままで櫛歯電極の形成を行わざるを得ない。
酸化膜の微粉は高電気抵抗率ではあるが導電体であるの
で、これによって、櫛歯電極相互間が電気的にほぼ短絡
状態となり、ＳＡＷデバイスに動作不良を生じることと
なる。さらにまた、 反応性スパッタ装置１を用いる場合においては、プラ
ズマ流２Ａが被着対象物１Ａに照射されることになる。
プラズマ流２Ａが被着対象物１Ａに照射されることは、
プラズマ流２Ａ中に存在しているイオンが被着対象物１
Ａに衝突することであるので、被着対象物１Ａに温度の
上昇を招くことになる。被着対象物１Ａの温度が上昇す
ることは、生成されるＺｎＯ膜の結晶の粒径が大きくな
ってしまうことである。そうして、このことが原因とな
って，ＺｎＯ膜の表面の結晶の粒径が大きくなること
も、モフォロジーの悪化を招くこととなる。これによ
り、前記の項で述べたことと同様に、ＳＡＷの伝播損
失が増加することになるのである。この発明は、前述の
従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その目的
は、酸化亜鉛の膜の膜質の向上，膜質の安定化を図った
酸化亜鉛膜の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、 １）酸化亜鉛の膜を被着するべき被着対象物を保持する
保持機構の方式がＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−Ｄｏｗｎ方式
であり，反応性ガスの供給下において亜鉛製のターゲッ
トに負の直流電圧を印加しつつ，ＥＣＲプラズマを用い
て反応性スパッタ法により被着対象物への酸化亜鉛の膜
の被着を行う酸化亜鉛膜の製造方法において、反応性ガ
スにアルゴンと酸素とを用い、「アルゴン／（アルゴン
＋酸素）」の値を０．５程度から０．９５程度の範囲と
し、ターゲットの表面に酸化膜が生成されないようにし
て酸化亜鉛の膜の作製を行う製造方法とすること、また
は、 ２）前記１項に記載の手段において、ＥＣＲプラズマの
生成のために与えるマイクロ波のパワー値を、被着対象
物に被着される酸化亜鉛膜の少なくとも表面部分の酸化
亜鉛の結晶の粒径値が３０〔ｎｍ〕程度以下となるよう
な値に設定されてなる製造方法とすること、により達成
される。

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図表
を用いて説明する。この発明において用いられる反応性
スパッタ装置も、図１を用いて説明したところによる一
般例の縦形直流ＥＣＲ式反応性スパッタ装置（反応性ス
パッタ装置）１であり、この発明が従来技術の場合と異
なるのは、従来例の場合のＺｎＯ膜が持つ良好な結晶性
を維持しつつ前述の従来例の場合の諸問題を解決するべ
く設定される，その成膜条件にある。すなわち、この発
明における成膜条件の主要例は表２中に示したとおりで
ある。

【表２】 次に、表２中に示したこの発明の主要な成膜条件と，表
１中に示した従来例の主要な成膜条件とを比較しつつ、
この発明のＺｎＯ膜の製造方法により得られるＺｎＯ膜
について説明する。まず、この発明においては、反応ガ
ス流量比である「Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂ ）」の値は、アル
ゴン・リッチに設定されている。この結果、ターゲット
６の表面が酸化される速度を、ターゲット６がスッパタ
される速度よりも遅くすることができ、従来例において
比較的に頻繁に発生していたターゲット６の表面におけ
る放電の発生がほぼ解消される。アルゴン・リッチに設
定することによる効果は、被着対象物１Ａ上に堆積され
た，単位面積当たりの酸化膜の微粉の個数（以降、パウ
ダー密度と略称することがある。）の多少として計測す
ることができる。「Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂ ）」に応じての
パウダー密度の測定例を図４に示す。図４に示した事例
では、「Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂ ）」を３０〔％〕，５０
〔％〕，７０〔％〕，９０〔％〕および９５〔％〕に設
定し、またいずれの「Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂ ）」値の場合
においても、μ波のパワーは４００〔Ｗ〕に、ＤＣバイ
アス条件は３００〔Ｖ〕，１５０〔Ｗ〕に、反応ガス圧
力は０．１３〔Ｐａ〕に、反応ガス（Ａｒ５ａと０₂ ５
ｂの和である）の０〔℃〕換算供給量は４６〔ｍＬ／ｍ
ｉｎ〕に、それぞれ一定条件としている。この測定例に
おいては、いずれの場合においても、被着対象物１Ａに
被着された膜はＺｎＯ膜であることが確認できる。そう
して、図４を視察することにより、表２中に示したこの
発明の主要な成膜条件における５０〔％〕以上の範囲の
「Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂ ）」において、パウダー密度が低
減されることを確認できる。特に、９５〔％〕の「Ａｒ
／（Ａｒ＋Ｏ₂ ）」におけるパウダー密度は３，５１０
〔個／ｃｍ² 〕であり、従来例の３０〔％〕の「Ａｒ／
（Ａｒ＋Ｏ₂ ）」におけるパウダー密度の４８６，２０
０〔個／ｃｍ² 〕に対して大幅に低減されることを確認
できる。また、「Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂ ）」値に応じての
ＺｎＯ膜の成膜速度の製品ロット間でのばらつきの測定
例を図５に示す。図５に示した事例では、「Ａｒ／（Ａ
ｒ＋Ｏ₂ ）」を３０〔％〕，５０〔％〕，７０〔％〕お
よび９５〔％〕に設定し、またいずれの「Ａｒ／（Ａｒ
＋Ｏ₂ ）」値の場合においても、図４における場合と同
様に、μ波のパワーは４００〔Ｗ〕に、ＤＣバイアス条
件は３００〔Ｖ〕，１５０〔Ｗ〕に、反応ガス圧力は
０．１３〔Ｐａ〕に、反応ガス（Ａｒ５ａと０₂ ５ｂの
和である）の０〔℃〕換算供給量は４６〔ｍＬ／ｍｉ
ｎ〕に、それぞれ一定条件としている。そうして、図５
を視察することにより、表１中に示したこの発明の主要
な成膜条件における５０〔％〕以上の範囲の「Ａｒ／
（Ａｒ＋Ｏ ₂ ）」において、ＺｎＯ膜の成膜速度の製品
ロット間のばらつきを、従来例の３０〔％〕の「Ａｒ／
（Ａｒ＋Ｏ₂ ）」の場合よりも、小さくすることができ
ることを確認できる。さらに、マイクロ波のパワーに応
じての基板温度およびＺｎＯ膜の表面部分におけるＺｎ
Ｏ結晶の粒径の測定例を図６に示す。図６に示した事例
では、μ波のパワーを４００〔Ｗ〕，７００〔Ｗ〕およ
び１０００〔Ｗ〕に設定し、またいずれのμ波のパワー
値の場合においても、「Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂ ）」は９５
〔％〕に、ＤＣバイアス条件は３００〔Ｖ〕，１５０
〔Ｗ〕に、反応ガス圧力は０．１３〔Ｐａ〕に、反応ガ
ス（Ａｒ５ａと０₂ ５ｂの和である）の０〔℃〕換算供
給量は４６〔ｍＬ／ｍｉｎ〕に、それぞれ一定条件とし
ている。この測定例においても、基板温度値はマイクロ
波のパワーの影響を強く受けるものであること、また、
基板温度値の上昇は表面部分のＺｎＯ結晶の粒径を増大
させることが確認されている。そうして、μ波のパワー
を４００〔Ｗ〕にすることで、ＺｎＯ膜の表面部分にお
けるＺｎＯ結晶の粒径を３０〔ｎｍ〕と、従来例の場合
の１１０〔ｎｍ〕（μ波のパワーは１０００〔Ｗ〕であ
る）に対して大幅に小さくできることが確認できる。な
お、反応性スパッタ装置１を用いた場合には、４００
〔Ｗ〕未満のμ波パワーにおいては、プラズマが生成さ
れなかった。今までの発明の実施の形態の項における説
明では、反応ガス圧力は０．１３〔Ｐａ〕であるとして
きたが、図４〜図６に示したそれぞれの測定例に関し
て、反応ガス圧力のみを下限を０．０８〔Ｐａ〕とする
範囲で変化させた測定例においても、図４〜図６に示し
たと同等の測定結果を得ることができている。また、今
までの発明の実施の形態の項における説明では、成膜条
件を反応性スパッタ装置１に対応する特定の成膜条件と
したが、例えば、μ波のパワー値，ＤＣバイアス条件，
反応ガス供給量などについては、ＺｎＯ膜の成膜に用い
られる反応性スパッタ装置が異なる場合には、それに適
合する成膜条件が選定される必要があることは勿論のこ
とである。

【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、この項の以下の説明においては、図９，図
１０に示した従来例によるＳＡＷデバイスと同一部分に
は同じ符号を付し、その説明を省略する。 実施例１；図２は、この発明の一実施例が適用されたＳ
ＡＷコンボルバの主要部を模式的に示す構造図で、図２
（ａ）はその上面図であり、図２（ｂ）はその縦断面図
である。図２において、８Ａは、図９に示した従来例に
よるＳＡＷコンボルバ８に対して、ＺｎＯ膜８３に替え
てＺｎＯ膜８９を用いるようにしたＳＡＷコンボルバで
ある。ＺｎＯ膜８９は、前述の図１による反応性スパッ
タ装置１を用いて、表１に示した成膜条件に基づいた成
膜条件において形成されている。すなわち、ＺｎＯ膜８
９の成膜条件は、μ波のパワーは４００〔Ｗ〕に、ＤＣ
バイアス条件は３００〔Ｖ〕，１５０〔Ｗ〕に、反応ガ
ス圧力は０．１３〔Ｐａ〕に、「Ａｒ／（Ａｒ＋
Ｏ₂ ）」は９５〔％〕に、反応ガス（Ａｒ５ａと０₂ ５
ｂの和である）の０〔℃〕換算供給量は４６〔ｍＬ／ｍ
ｉｎ〕に、それぞれ設定されている。これにより、前述
の発明の実施の形態の項で説明したように、例えば、Ｓ
ＡＷコンボルバ８Ａが持つＺｎＯ膜８９の形成時にター
ゲット６から生じる酸化膜の微粉の量が、従来例のよる
ＳＡＷコンボルバ８の場合と比較して大幅に低減できて
いる。この結果、櫛歯電極８４，８５の製造歩留りを、
従来例によるＳＡＷコンボルバ８の場合の２０〔％〕か
ら８０〔％〕に向上することができている。また、ＳＡ
Ｗの伝播損失を、従来例によるＳＡＷコンボルバ８の場
合の４０〔ｄＢ〕から３０〔ｄＢ〕に低減することがで
きている。 実施例２；図３は、この発明の一実施例が適用されたＳ
ＡＷコリレータの主要部を模式的に示す構造図で、図３
（ａ）はその上面図であり、図３（ｂ）はその縦断面図
である。図３において、９Ａは、図１０に示した従来例
によるＳＡＷコリレータ９に対して、ＺｎＯ膜９３に替
えてＺｎＯ膜９９を用いるようにしたＳＡＷコリレータ
である。ＺｎＯ膜９９は、前述の図１による反応性スパ
ッタ装置１を用いて、前述の実施例１によるＳＡＷコン
ボルバ８Ａの場合と同一の成膜条件において形成されて
いる。これにより、前述の発明の実施の形態の項で説明
したように、例えば、ＳＡＷコリレータ９Ａが持つＺｎ
Ｏ膜９９の形成時にターゲット６から生じる酸化膜の微
粉の量が、従来例によるＳＡＷコリレータ９の場合と比
較して大幅に低減できている。この結果、櫛歯電極９
４，９５の製造歩留りを、従来例によるＳＡＷコリレー
タ９の場合の２０〔％〕から８０〔％〕に向上すること
ができている。また、ＳＡＷの伝播損失を、従来例によ
るＳＡＷコリレータ９の場合の４０〔ｄＢ〕から３０
〔ｄＢ〕に低減することができている。

【発明の効果】この発明においては、前記の課題を解決
するための手段の項で述べた製造方法とすることによ
り、次記する効果を奏する。 前記の課題を解決するための手段の項の第１項の製造
方法とすることにより、ターゲットの表面においては、
ターゲットの酸化速度がターゲットのスパッタ速度を下
回るようになし得て、ターゲット表面に酸化膜が生成さ
れることが無くなる。このことにより、この酸化膜が存
在することが原因で従来発生していたターゲット表面で
の放電の発生を抑止することが可能となった。この結
果、放電の存在が基本原因となってＺｎＯ膜の製造時に
おいて従来生じていた前述の諸問題（ＺｎＯ膜の成膜速
度の変動、ＺｎＯ膜の表面部分の結晶粒径の変動、前記
酸化膜の微粉のＺｎＯ膜上およびＺｎＯ膜を被着させた
い被着対象物への堆積、ＺｎＯ膜のモフォロジーの悪
化、ＳＡＷの伝播損失の増加、ＺｎＯ膜被着対象物の製
造ばらつきの増大など）を解消することが可能となっ
た。 前記の課題を解決するための手段の項の第２項の製造
方法とすることにより、ＺｎＯ膜の被着工程におけるＺ
ｎＯ膜被着対象物の，ＥＣＲプラズマによる過度の加熱
を抑止することが可能となった。これにより、前記の
項の効果に加えて、ＺｎＯ膜の被着工程におけるＺｎＯ
膜被着対象物の過度の温度上昇が原因で従来生じていた
前述の諸問題（ＺｎＯ膜の結晶粒径の増大、この結晶粒
径の増大が直接原因での，ＺｎＯ膜のモフォロジーの悪
化やＳＡＷの伝播損失の増加など）を解消することが可
能となった。 前記の，項の効果により、例えば、櫛歯電極の製
造歩留りの、従来例によるＳＡＷデバイスの場合の２０
〔％〕から８０〔％〕への向上、また、ＳＡＷの伝播損
失の、従来例によるＳＡＷデバイスの場合の４０〔ｄ
Ｂ〕から３０〔ｄＢ〕への低減が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般例の縦形直流ＥＣＲ式反応性スパッタ装置
の概要を示すその縦断面図

【図２】この発明の一実施例が適用されたＳＡＷコンボ
ルバの主要部を模式的に示す構造図で、図２（ａ）はそ
の上面図、図２（ｂ）はその縦断面図

【図３】この発明の一実施例が適用されＳＡＷコリレー
タの主要部を模式的に示す構造図で、図３（ａ）はその
上面図、図３（ｂ）はその縦断面図

【図４】「Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂ ）」に応じてのパウダー
密度の測定例を示すグラフ

【図５】「Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂ ）」に応じてのＺｎＯ膜
の成膜速度の製品ロット間でのばらつきの測定例を示す
グラフ

【図６】マイクロ波のパワーに応じての基板温度および
ＺｎＯ膜の表面部分におけるＺｎＯ結晶の粒径の測定例
を示すグラフ

【図７】コンボルバの動作原理を説明する原理説明図

【図８】コリレータの動作原理を説明する原理説明図

【図９】従来例によるＳＡＷコンボルバの主要部を模式
的に示す構造図で、図９（ａ）はその上面図、図９
（ｂ）はその縦断面図

【図１０】従来例によるＳＡＷコリレータの主要部を模
式的に示す構造図で、図１０（ａ）はその上面図、図１
０（ｂ）はその縦断面図

【符号の説明】

１ 反応性スパッタ装置 １Ａ 被着対象物 ２ プラズマ ２Ａ プラズマ流 ２１ プラズマ生成室 ２２Ａ マイクロ（μ）波 ３１ 電磁コイル ５ 処理室 ５１ プラズマ導入穴 ５２ 基板ステージ ５ａ アルゴン（Ａｒ） ５ｂ 酸素（０₂ ） ６ ターゲット ６１ 直流電源装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化亜鉛の膜を被着するべき被着対象物を
   保持する保持機構の方式がＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−Ｄｏ
   ｗｎ方式であり，反応性ガスの供給下において亜鉛製の
   ターゲットに負の直流電圧を印加しつつ，ＥＣＲプラズ
   マを用いて反応性スパッタ法により被着対象物への酸化
   亜鉛の膜の被着を行う酸化亜鉛膜の製造方法において、 反応性ガスにアルゴンと酸素とを用い、「アルゴン／
   （アルゴン＋酸素）」の値を０．５程度から０．９５程
   度の範囲とし、ターゲットの表面に酸化膜が生成されな
   いようにして酸化亜鉛の膜の作製を行うことを特徴とす
   る酸化亜鉛膜の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の酸化亜鉛膜の製造方法に
   おいて、 ＥＣＲプラズマの生成のために与えるマイクロ波のパワ
   ー値を、被着対象物に被着される酸化亜鉛膜の少なくと
   も表面部分の酸化亜鉛の結晶の粒径値が３０〔ｎｍ〕程
   度以下となるような値に設定されてなることを特徴とす
   る酸化亜鉛膜の製造方法。