JPS63114966A - 薄膜製造装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、エレクトロニクスデバイス等の基本材料とな
る各種化合物薄膜の製造装置に関するものである。

従来の技術 従来、酸化物、窒化物、炭化物等の化合物薄膜の製造に
は反応性蒸着法１反応性スパッタリング法１反応性イオ
ンビームスパッタリング法、化学的気相成長法等が用い
られてきた。このうち比較的簡単な構成で形成速度が速
く大量生産に向くものとして、反応性スパッタリング法
が実用的によく用いられている。第２図に反応性スパッ
タリング装置の概略図を示す。チャンバー２１内を真空
排気口２２よシ排気して１０　　ＴＯｒｒ程度の真空度
にした後、ガス導入口２３より反応ガスと不活性ガスの
混合ガスを１０〜１０ＴＯｒｒ程度導入する。化合せし
める元素からなる材料をスパッタリングターゲット２４
として高圧電源２５でターゲット（陰極）とチャンバー
（陽極）間で放電を行うと、スパッタリングによりたた
き出されたターゲット２４の元素が反応ガスと化合して
基板１ｉ５に付着し、この化合物薄膜が作製される。

〔例えば゛金属２「薄膜」１　（昭６４．６月）１裳華
房、Ｐ、２６〕 発明が解決しようとする問題点 しかしこの装置で機能性薄膜等の結晶化薄膜を作る場合
、結晶性の良いものを得るにはかなり基板温度を上げる
必要があった。例えばペロプスカイト結晶構造の酸化物
薄膜を作るためには基板温度を６００〜８００°Ｃにし
て成膜するが、それでも薄膜の結晶性が十分でない場合
が多い。またこのような高温で成膜するためには基板加
熱機構が複雑になり取り扱いに細心の注意を要するとい
う問題の他に、薄膜と基板あるいは下地層との拡散が起
こるといった不都合な点も出てくる。

問題点を解決するための手段 以上の問題点を解決して低温でも良質の薄膜製造を可能
にした本発明の製造装置は、蒸発源として複数個のマグ
ネトロンスパッタリングターゲットおよび前記ターゲッ
トと化合させる反応ガスのイオンビーム源又はイオンを
電気的に中和したビーム源を設けたものである。

作用 上記構成により反応ガスのイオンビーム又は中性ビーム
を基板に照射しつつ同時にスパッタリング蒸着を行うこ
とが可能となシ、この方法で化合物薄膜を作製すること
以外にも従来より低い基板温度でも良質の薄膜が得られ
るとと°を本発明者等は確認した。この場合なぜ基板温
度が低くても良質の酸化物薄膜が得られるかについては
明確な解析はされてないが、おそらく酸素イオンビーム
あるいは中性酸素ビームの持つ運動エネルギーが基板上
で酸化反応に働いて、結晶性が良くなるのではないかと
思われる。

本発明により反応ガスビーム源とスパッタリング蒸発源
の同時並用が可能となったのは５本発明の次の効用によ
る。まずスパッタリングターゲットを複数個に分割する
ことにより蒸着源の配置に融通がきくようになり、反応
ガスビーム源を設置するスペースが確保された。従来の
ターゲットが１つのスパッタリング装置にガスビーム源
を設置するのはスペース的に難かしり１例えスパッタリ
ングターゲットを小さくしてスペースを確保したとして
も蒸着速度が遅くなり実用的でない。また分割したター
ゲットをそれぞれ異なる材料にすれば１多元複合化合物
の良質の薄膜を、組成制御性良く作製出来るという大き
な利点も本発明の特徴である。次にスパッタリングター
ゲットとして。

ターゲット表面に平行磁界を生じるようにターゲット下
部に永久磁石を設置したマグネトロンスパッタリングタ
ーゲットを用いているので、ＩＱＴｏｒｒ程度の低い真
空度でも十分安定に放電させることが可能である。この
ガス圧での粒子の平均自由行程は５〜１０Ｌニア１を程
度あり、反応ガスビームは雰囲気ガスに散乱されること
なく基板に照射され化合物を形成する。また堆積速度に
関しては、従来の反応性スパッタリングでは反応ガスの
分圧が上がるとターゲット表面に化合物が形成されて薄
膜堆積、速度がかなり落ちるという欠点があった。

しかし本発明の装置では、ターゲットのスパッタリング
は不活性ガスで行い基板表面の化合物形成は反応ガスビ
ームで行うというように役割を分けられるので、堆積速
度の速い化合物薄膜形成が実現出来る。

実施例 第１図は本発明の一実施例の薄膜製造装置のチャンバー
内の概観図である。蒸発源として鉛のスパッタリングタ
ーゲット１１．ランタンのスパッタリングターゲット１
２．ジルコニウムのスパッタリングターゲット１３．チ
タニウムのスパッタリングターゲット１４および酸素イ
オンビーム源１５がサス１４フ０面基板１６に焦点を合
わせるように配置されている。各々のターゲットの下部
には永久磁石があり、それぞれターゲット表面に平行磁
界１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを持つマグネトロン
スパッタリングターゲットとなっている。ターゲット径
および酸素イオン源の径はどれも５Ｑｆｆであるので１
蒸発源全体の領域は直径１６Ｑｆ１以内におさまるもの
である。また基板１６は１インチ角、基板１６と蒸発源
の距離は約８ＱｊｒＪＩである。チャンバーを１０　　
Ｔｏｒｒ以下に真空排気した後アルゴンをｌＸ１０　　
Ｔｏｒｒの真空度になるまで導入する。また酸素イオン
源１５に酸素ガスを１０　ｃｃ　／　ｗｉｎ導入して、
イオン化した酸素のビームを基板１６に照射する。これ
と同時に各ターゲットの供給電力を個別に制御して、鉛
ターゲットに１６Ｗ、ランタンターゲットに１５Ｗ、ジ
ルコニウムターゲットに４０Ｗ　、チタニウムターゲッ
トにｓ□ｗの電力を入力し、放電を起こさせる。各ター
ゲット材料はスパッタリングによシ蒸発して基板位置で
酸素と化合し、４元系複合酸化物ＰＬＺＴ　（（Ｐｂ、
Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）０３）の薄膜が形成される。基板
温度２　Ｑ　Ｏ’Ｃで成膜を行ったところ、１μｍ／ｈ
ｒの形成速度で（１１１）面の良好な結晶性のＰＬＺＴ
エピタキシャル薄膜を作製することが出来た。従来の反
応性スパッタリングでは基板温度を７００°Ｃに上げて
もこれ程の結晶性の良いものを得るのは難しくまた形成
速度も０．２μｍ　／ｈ　ｒ程度であることを考えると
５本発明が種々の特性に優れた強誘電性ＰＬＺＴ薄膜の
実現において優れている事が認められる。

なお以上の実施例では酸化化合物薄膜の場合であったが
、他の化合物１例えば窒化物、炭化物の場合でも反応ガ
スビームとしてそれぞれ窒素（Ｎ２）　。

メタン（ＣＨ４）を使えば同様の優れ次効果を得ること
が出来る。

発明の効果 以上のように本発明の薄膜製造装置は、各種化合物薄膜
を低温でも結晶性良くしかも速い形成速度で作製するも
のであり、本発明の工業的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における薄膜製造装置の概観
図、第２図は従来の反応性スパッタリング装置の概観図
である。 １１・・・・・・鉛スパッタリングターゲット、１２・
・・・・・ランタンスパッタリングターゲット、１３・
・・・・・ジルコニウムスパッタリングターゲット、１
４・・・・・・チタニウムスパッタリングターゲット、
１５・・・・・・酸素イオンビーム源、１６・・・・・
・基板、１７ａ。 １７ｂ、１７０，１７ｄ・・・・・・平行磁界、２１・
・・・・・チャンバー１２２・・・・・・真空排気口、
２３・・・・・・ガス導入口、２４・・・・・・スパッ
タリングターゲット、２５・・・・・・スパッタ電源。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｕ−
−−８’：）じマッタリンク゛ターゲット／２−−−ラ
ンタンスもタリフターゲット／、３−−−ジ几コニグ（
々マ汐リンクタビんト／４−−−ラづにゴウムじ匂マ汐
すンズターリ゛ット／、５−−一酸木イオンカーン ／６−−−基　４又 第１図 ／６−−−基板 ２４−−−Ｘ）ツタリンクターケ）ト 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸発源として、複数個のマグネトロンスパッタリングタ
   ーゲット、および前記ターゲット材料と化合させる反応
   ガスのイオンビーム源又は前記イオンを電気的に中和し
   たビーム源を設けたことを特徴とする薄膜製造装置。