JPS6321297A - 酸化亜鉛圧電結晶薄膜の製造方法 - 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］ この発明は、スパッタリングにより酸化亜鉛圧電結晶薄
膜を製造する方法の改良に関し、特にＣ軸が薄膜の形成
される基板表面に平行となるように配向されている酸化
亜鉛圧電結晶薄膜の製造方法に関する。

［従来の技術］ 酸化亜鉛薄膜は多結晶４ｖＪ造あるいは単結晶構造を示
寸が、圧電体として用いるには結晶軸の成長方向の揃う
ことが要求される。従来、Ｃ軸が酸化亜鉛薄膜面と垂直
方向に配向している酸化亜鉛圧電結晶）Ｗ膜の製造方法
は確立されているが、Ｃ軸を該圧電結晶薄膜に平行にす
なわら面内配向させたものを製造づることは囲動であっ
た。

もっとも、特公昭５０−２３９１８月には、アルミニ１
クムを添加してスパッタリングを行なうことにより、Ｃ
軸が３ｉｌ膜の面内に揃うように配向された酸化亜鉛圧
電薄膜の製造方法が開示されている。

また、特公昭５１−２０７１９＠には、陽極および陰極
の形状ならびに基体の配置を工夫することにより、ター
ゲツト面より斜方に向かう指向性を有する被スパツタ物
質ビームを利用し、イれによって、得られる圧電薄膜の
Ｃ軸の方位を制御し得る製造方法が示されている。

さらに、サファイヤの単結晶上において酸化亜鉛をエビ
タ４−シャル成長させることによりＣ軸が酸化亜鉛薄膜
内に揃うように配向されたものを製造する方法も実施さ
れている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、特公昭５０−２３９１８号および特公昭
５１−２０７１９＠に開示されている方法では、Ｃ軸を
面内配向させることができたとしても、面指数が（１０
０）のものと（１１０）のものの混合した薄膜しか得ら
れていない。他方、リーファイヤ中結晶を用いＩζ方法
では、Ｃ軸が薄膜の面内方向に揃うだけでなく、面指数
の揃った圧電薄膜を得ることが可能である。しかしなが
ら、高価なり＝ファイヤ単結晶を用いるものであるため
、薄膜のコストがかなり高（つくことになる。

よって、この発明の目的は、Ｃ軸が薄膜の面に平行に揃
うように配向されており、かっ面指数がほぼ均一どされ
ている単結晶様の酸化亜鉛圧電結晶薄膜を安価に製造す
る方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明の酸化亜鉛圧電結晶薄膜の製造方法は、スパッ
タリングにより基板表面に薄膜を形成する工程を備える
ものであり、 スパッタ室内に熱電子照射用フィラメントを配置し、該
フィラメントと薄膜の形成される基板表面との間に直流
電圧を印加して基板表面に熱電子を照射しつつスパッタ
リングを行なうことを特徴とするしのである。

［作用および発明の効果］ この発明は、マンガンを含有する亜鉛合金からなるター
ゲツト材を用いて反応性スパッタリングにＪ：り酸化亜
鉛圧電結晶薄膜を製造覆るに際し、フィラメントをスパ
ッタ室内に配し熱電子を薄膜の形成される基板表面に照
射すれば、（１００）面および（１１０）面の割合を自
由に制御し１ηることを見出し、該知見に基づいてなさ
れたものである。すなわら、熱電子照射の効果の詳細は
必ずしも明確ではむいが、後述する実施例から明らかな
ように、基板とフィラメントの間に直流電圧を印加して
熱電子を基板表面に照射すれば、面指数（１００）ある
いは（１１０）のみからなる単結晶用の酸化亜鉛圧電結
晶薄膜を１ｑることができる。

しかも、す゛ファイヤ単結晶のような極めて高価な材＄
３１を用いる必要もないため、面指数の揃った酸化亜鉛
圧電結晶薄膜を安価に得ることができる。

この発明により得られる酸化亜鉛圧電結晶薄膜は、たと
えば横波を利用したマイクロ波領域のトランスデユーり
として好適に用いられ得る。

［実施例の説明］ 第１図は、以下の実施例を実施するにあたり用いた２極
ＲＦマグネトロンスパツタリング装置を示すニスバッタ
室としてのベルジャ１内には、陰極２および陽極３が対
向配置されており、陰極２上にはマンガン含有亜鉛基合
金からなるターゲット４が固定されており、他方陽極３
上には酸化亜鉛圧電結晶薄膜を表面に形成するための基
板５が固定されている。さらに、ベルジャ１内の側方に
は、熱電子照射用のフィラメント６が挿入されており、
該フィラメント６と陽極３との間には直流電圧が印加さ
れるように電源７が接続されている。

なお、８は排気口であり、９はガス導入口を、＝５− １０はマグネト［ｌンを承り。

上記ターゲット４としては、亜鉛９５原子％、およびマ
ンガン５原子％の組成の合金ターゲットを用いた。

また、フィラメント６による熱電子の照射については、
フィラメン＋−６に１〜１２Ａの電流を流し、フィラメ
ントと基板との間に５〜１００Ｖの直流を印加すること
により、フィラメント６により発生された熱電子を基板
５の表面に照射した。

他のスパッタリング条件は、以下のとおりである。

スパッタ電カニ　５００Ｗ　〜Ｉ　ＫＷ、　周波数：１
３．５６ＭＨｚ スパッタ圧カニ　３Ｘ１０−　”　Ｔｏｒｒスパッタガ
スｎ合比：Ａｒ　：０．、＝５０：５０スパッタガス流
ｆｉｌ：１０ｃｃ／分 磁界強度：３００ガウス（ターゲット４０表面における
値） 基板−ターゲット間距１ｌｉｆｔ：１２Ｏｎ＋ｍまたハ
１６ｍｍ ６一 なお基板５としては、Ａｆ１２０．、ガラスまたは１■
弾性鋼からなる基板を用いた。

基板５−ターゲット４間の距離を１２０１１１ｍにして
酸化亜鉛圧電結晶薄膜を製造した結果を、第１表に示づ
。第１表においては、比較のために、フィメン１−６に
電流を流さなかった場合、フィラメント６と基板５との
間に直流バイアス電圧を印加しなかった場合の結果も併
−Ｕて示づ一０第１表のいずれの例においても、Ｃ軸が
基板５に対して平行に配向した酸化亜鉛圧電結晶薄膜が
得られたが、フィラメント電流ＯＡ、バイアス電圧ＯＶ
の場合、ならびにフィラメント電流ＯＡ。

バイアス電圧１００ｖの場合には、面指数（１００）お
Ｊ：び面指数（１１０）のものが混在している薄膜しか
得られていないことがわかる。これに対して、フィラメ
ント電流を１２Ａ流し、バイアス電圧１００Ｖを印加し
た場合には、（１１０）のもののみからなる単結晶圧Ｎ
薄膜の得られていることがわかる。

他方、基板５−ターゲット４間の距離を１６０ｍｍと（
）で同様に酸化亜鉛圧電結晶薄膜を製造した結果を第２
表に示す。

第２表においても、フィラメント６に電流を流さず、か
つバイアス電圧を印加しなかった場合や、フィラメント
６と基板５どの間にバイアス電圧を印加したがフィメン
ト６に電流を流ざなかっ１．：場合には、面指数（１０
０）および（１１０）の混合しているものしか得られて
いないのに対して、フィラメント６に電流を流しフィラ
メント６と基板５との間にバイアス電圧を印加した場合
には（１００）面が優位に配向した圧電結晶薄膜の得ら
れていることがわかる。特に、フィラメント６に１２Ａ
の電流を、フィラメント６と基板５との間に１００Ｖの
電圧を印加した場合、面指数（１００）がほぼ１００％
の酸化亜鉛圧電結晶薄膜の１ｑられることがわかる。

また、第１表および第２表の比較から、基板ターゲット
間距離を１２０１１１ｍとした場合には、（１１０）面
が優位に配向した酸化亜鉛圧電結晶薄膜が得られ、逆に
基板−ターゲット間距離を１６０ｍｍとした場合には（
１００）面が優位に配向した圧電結晶薄膜の得られるこ
とがわかる。

さらに、第１表および第２表の＜１００＞対＜１１０）
の値から、フィラメント６に流す電流およびフィラメン
ト６と基板５との間のバイアス電圧の値を変えることに
より、面指数（１００）−〇− および（１１０）の割合を自由に制御し得ることがわか
る。よって、該直流バイアス電圧の伯を変えることによ
り、配向面の制御がある程度可能であり、４５°配向（
′？Ｉなわら、面指数（１００”）および（１１０）が
ほぼ等しい割合で混イ１している状態）および３０’配
向の酸化亜ｔｉｌ圧電結晶薄膜などを簡単に得ることが
できる。

なお、この発明の製造方法では、酸素をベルジャ１内に
導入して反応性スパッタリングを行イエっているため、
フィラメント６が焼損しやすいという問題があるが、こ
の点については、フィラメント−６の背後から、たとえ
ば小型のターボポンプ等により排気を行なうことにより
改善することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を実施するのに用いた２
極ＲＦマグネトロンスパツタ装置を示１模式図である。 図において、１はスパッタ室としてのベルジャ、２は陰
極、３は陽極、４はターゲラ１−１５は基板、６はフィ
ラメント、７は直流バイアス電圧を印７＋口するための
電源、８は排気口、９はガス導入口を示す。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　スパッタリングにより酸化亜鉛圧電薄膜を基板表面に
   形成する工程を有する、酸化亜鉛圧電結晶膜の製造方法
   において、 スパッタ室内に熱電子照射用フィラメントを配置し、前
   記フィラメントと薄膜の形成される基板表面との間に直
   流電圧を印加して基板表面に熱電子を照射しつつスパッ
   タリングを行なうことを特徴とする、酸化亜鉛圧電結晶
   薄膜の製造方法。