JP2955667B2 - Method and apparatus for preparing a mixture thin film - Google Patents
Method and apparatus for preparing a mixture thin filmInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜の作成技術に関
し、特に２種類以上の物質の混合物の薄膜を作成する技
術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for producing a thin film, and more particularly to a technique for producing a thin film of a mixture of two or more substances.
【０００２】[0002]
【従来の技術】薄膜作成技術として抵抗加熱による蒸
着、電子ビームによる蒸着、化学気相堆積（ＣＶＤ）、
スパッタリング等が知られている。複数物質の組成物
（混合物、混晶）の薄膜を作成する場合、所望組成のソ
ース物質を溶融、蒸発させると一般的にその組成は次第
に変化してしまう。2. Description of the Related Art Thin film forming techniques include vapor deposition by resistance heating, vapor deposition by electron beam, chemical vapor deposition (CVD),
Sputtering and the like are known. When a thin film of a composition (mixture, mixed crystal) of a plurality of substances is formed, the composition generally changes gradually when a source substance having a desired composition is melted and evaporated.
【０００３】スパッタリングは、Ａｒ等の動作ガスをイ
オン化し、ターゲットに衝突させることによってターゲ
ットの構成分子等を飛び出させる。混合物の薄膜作成に
は、スパッタリングが広く用いられている（たとえば、
Jpn. J. Appl. Phys. 23 (1984) L280 参照）。[0003] In sputtering, an operating gas such as Ar is ionized and collides with a target to cause constituent molecules of the target to fly out. Sputtering is widely used to create thin films of mixtures (eg,
Jpn. J. Appl. Phys. 23 (1984) L280).
【０００４】スパッタリングによれば、高融点材料、絶
縁材料でも蒸気化が容易であり、ソース材料の組成に近
い組成の薄膜が得られる。また、ターゲットから材料の
蒸気が飛び出す際、分子が活性化されるため、基板温度
が比較的低温の場合にも薄膜の形成が可能であり、付着
強度が大きい。According to sputtering, even a high melting point material or an insulating material can be easily vaporized, and a thin film having a composition close to the composition of the source material can be obtained. Further, when the vapor of the material jumps out of the target, the molecules are activated, so that a thin film can be formed even when the substrate temperature is relatively low, and the adhesion strength is high.
【０００５】図４は、従来の技術によるスパッタリング
装置の構成を示す概略断面図である。気密容器である成
膜チャンバ１内には、一対の電極ＥＬ１、ＥＬ２が対向
して配置されている。これらの電極ＥＬ１、ＥＬ２は、
電源６に接続されている。電源６は、直流電源または高
周波電源を含み、導電体（非絶縁体）のスパッタリング
には直流電源を、絶縁体のスパッタリングには高周波電
源を用いる。FIG. 4 is a schematic sectional view showing the structure of a conventional sputtering apparatus. A pair of electrodes EL1 and EL2 are arranged to face each other in a film forming chamber 1 which is an airtight container. These electrodes EL1 and EL2 are
Connected to power supply 6. The power supply 6 includes a DC power supply or a high-frequency power supply. A DC power supply is used for sputtering a conductor (non-insulator), and a high-frequency power supply is used for sputtering an insulator.
【０００６】スパッタリングチャンバには、供給気口３
および真空ポンプ２が接続されている。供給気口３か
ら、たとえばＡｒ等の放電ガスを供給し、真空ポンプ２
で所定の真空度まで排気することができる。一方の電極
ＥＬ２の上にターゲット４を配置し、他方の電極ＥＬ１
の表面に基板５を保持する。A supply port 3 is provided in the sputtering chamber.
And the vacuum pump 2 are connected. A discharge gas such as Ar is supplied from a supply port 3 and a vacuum pump 2
Can be evacuated to a predetermined degree of vacuum. The target 4 is placed on one electrode EL2, and the other electrode EL1
The substrate 5 is held on the surface of.
【０００７】このようなスパッタリング装置を用い薄膜
をスパッタリングする方法を概略的に説明する。成膜チ
ャンバ１内にターゲット４、基板５を設置した後、成膜
チャンバを予め真空ポンプで十分に排気し、排気動作を
継続しつつ、Ａｒ等の不活性ガスを供給気口３から成膜
チャンバ１内に導入する。A method for sputtering a thin film using such a sputtering apparatus will be schematically described. After the target 4 and the substrate 5 are set in the film forming chamber 1, the film forming chamber is sufficiently evacuated in advance by a vacuum pump, and an inert gas such as Ar is formed from the supply port 3 while continuing the evacuation operation. It is introduced into the chamber 1.
【０００８】ターゲット４が導電性であり、電源６が直
流電源である場合を例にとって説明する。電極ＥＬ１、
ＥＬ２間に所定の電圧が印加された状態で、Ａｒ等の放
電ガスが成膜チャンバ１内に供給されることにより、少
なくとも電極ＥＬ１、ＥＬ２間で放電が開始する。放電
により生じたＡｒの正イオン８は、陰極であるターゲッ
ト４に向かって加速され、ターゲット４に衝突する。衝
突によってターゲットの材料がたたき出され、ターゲッ
トの蒸気９となる。このように蒸気化した材料が、基板
５表面上に堆積し、ターゲット４とほぼ同一組成の薄膜
を形成する。An example in which the target 4 is conductive and the power supply 6 is a DC power supply will be described. Electrode EL1,
When a predetermined voltage is applied between EL2 and a discharge gas such as Ar is supplied into the film forming chamber 1, a discharge starts at least between the electrodes EL1 and EL2. The Ar positive ions 8 generated by the discharge are accelerated toward the target 4 serving as a cathode, and collide with the target 4. The impact strikes the target material, causing the target
The door of the steam 9. The material thus vaporized is deposited on the surface of the substrate 5 to form a thin film having substantially the same composition as the target 4.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】スパッタリングは、混
合物ターゲットにおいてもターゲットとほぼ等しい組成
の薄膜を形成することができるが、ターゲットの構成元
素によってスパッタされ易さがわずかに異なる。たとえ
ば、スパッタされる原子、分子の重さや他の元素との結
合強度によってスパッタされ易さの差が生じる。このた
め、ターゲットの組成と、スパッタされた薄膜の組成は
わずかに異なる。最適組成の薄膜を形成するためには、
ターゲットの組成はこの薄膜の最適組成からわずかにず
らすことが望まれる。The sputtering can form a thin film having almost the same composition as that of the target even in the case of a mixture target, but the sputterability is slightly different depending on the constituent elements of the target. For example, a difference in easiness of sputtering occurs depending on the weight of the atom or molecule to be sputtered or the bonding strength with other elements. For this reason, the composition of the target and the composition of the sputtered thin film are slightly different. To form a thin film with the optimal composition,
It is desired that the composition of the target slightly deviates from the optimum composition of the thin film.
【００１０】実際には、最適組成のターゲットを見付け
出すまで、様々な組成に調整したターゲットを交換し、
成膜を繰り返し行なう。最適化が達成されるまでには、
相当数の試し実験とターゲットが必要である。このた
め、最適化達成までに時間と費用がかかる。[0010] In practice, until a target having the optimum composition is found, the targets adjusted to various compositions are exchanged.
Film formation is repeated. By the time optimization is achieved,
A significant number of trials and targets are required. Therefore, it takes time and money to achieve the optimization.
【００１１】最適化を行なったターゲットを用いて成膜
を続けても、使用と共にターゲットの組成が徐々に変化
してしまう。したがって、薄膜の組成も最適値から徐々
にずれる。このため、１つのターゲットを使い切ろうと
すると、得られる薄膜の品質は安定化することができな
い。ターゲットのうち、使用できる範囲が制限されるた
め、材料費を引き上げることとなる。Even if film formation is continued using the optimized target, the composition of the target gradually changes with use. Therefore, the composition of the thin film also gradually deviates from the optimum value. Therefore, if one target is used up, the quality of the obtained thin film cannot be stabilized. Since the usable range of the target is limited, the material cost is increased.
【００１２】また、スパッタリングは、速い成膜速度を
達成することが難しい。本発明の目的は、安定な組成の
混合物薄膜を得ることのできる薄膜の作成技術を提供す
ることである。Further, it is difficult for sputtering to achieve a high film forming rate. An object of the present invention is to provide a thin film forming technique capable of obtaining a mixture thin film having a stable composition.
【００１３】本発明の他の目的は、成膜速度が高く、安
定な組成の薄膜を作成することのできる薄膜の作成技術
を提供することである。Another object of the present invention is to provide a thin film forming technique capable of forming a thin film having a high film forming rate and a stable composition.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜作成方法
は、放電ガスの直流アーク放電プラズマを非絶縁材料の
母材に照射し、母材を加熱蒸発して基板上に向ける第１
工程と、前記第１工程と同時に、母材とは異なる添加物
質をプラズマ以外の加熱手段により加熱し、その蒸気を
基板上に向け、該添加物質の蒸気が基板に到達する前
に、前記第１の工程の直流アーク放電プラズマによって
前記添加物質の蒸気を活性化させる第２工程とを含み、
前記基板上に前記母材と添加物質との混合物の薄膜を作
成する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a thin film forming method comprising: irradiating a base material of a non-insulating material with a DC arc discharge plasma of a discharge gas; heating and evaporating the base material onto a substrate;
Simultaneously with the step and the first step, an additional substance different from the base material is heated by a heating means other than plasma, and the vapor is directed onto the substrate, and before the vapor of the additional substance reaches the substrate, A second step of activating the vapor of the additive substance by the DC arc discharge plasma of the first step.
Forming a thin film of a mixture of the base material and the additive substance on the substrate;
【００１５】また、本発明の薄膜作成装置は、真空排気
可能な気密容器と、前記気密容器内に配置され基板保持
部と、前記気密容器内に配置され、直流アーク放電プラ
ズマを発生させるための一対の電極であって、薄膜母材
保持部を備えた陽極と電子発生能を有する陰極とを有す
る一対の電極と、前記気密容器内に放電ガスを導入する
ための手段と、前記一対の電極間に発生する直流アーク
放電プラズマを介して前記基板保持部上に添加物質のガ
スを供給するために、前記添加物質を加熱し、その蒸気
を前記基板上に向けるためのプラズマ以外の加熱手段と
を有する。Further, the thin film forming apparatus of the present invention comprises a hermetic container capable of being evacuated, a substrate holding portion arranged in the hermetic container, and a substrate holding portion arranged in the hermetic container for generating a DC arc discharge plasma. A pair of electrodes, a pair of electrodes having an anode having a thin film base material holding portion and a cathode having an electron generating ability, a means for introducing a discharge gas into the hermetic container, and the pair of electrodes A heating means other than plasma for heating the additive substance and directing the vapor onto the substrate, in order to supply the additive substance gas onto the substrate holding unit through a DC arc discharge plasma generated therebetween. Having.
【００１６】[0016]
【作用】母材と添加物質とを基板上で混合することによ
って混合物を成膜することにより、母材および添加物質
として純粋な材料を用いることが可能となる。By mixing a base material and an additive substance on a substrate to form a mixture, a pure material can be used as the base material and the additive substance.
【００１７】母材を放電ガスの直流アーク放電プラズマ
で加熱蒸発させることにより、効率的に母材の蒸気を得
ることができる。この母材蒸気に必要量の添加物質蒸気
を加えることにより、基板上には混合物の薄膜を得るこ
とができる。By heating and evaporating the base material with a DC arc discharge plasma of a discharge gas, vapor of the base material can be efficiently obtained. By adding a required amount of additive vapor to the base vapor, a thin film of the mixture can be obtained on the substrate.
【００１８】母材として純粋な材料を用いれば、組成変
化は生じない。このため、母材の利用効率は向上する。If a pure material is used as the base material, no composition change occurs. For this reason, the utilization efficiency of the base material is improved.
【００１９】[0019]
【実施例】図１は、本発明の実施例による薄膜作成装置
の構成を概略的に示す断面図である。気密容器である成
膜チャンバ１０には、真空ポンプ１１とＡｒ等の放電ガ
スを導入するガス導入口１２が接続されている。ガス導
入口１２に連続するシリンダ内に陰極１３が配置され、
成膜チャンバ１０の中央部に蒸発源である母材１７に対
するるつぼを兼ねる陽極１４が配置されている。陽極１
４の上方には、基板１８が保持部１８ａによって保持さ
れる。また、陽極１４の側方に、添加物質の蒸気を供給
する手段が備えられている。図の構成においては、スパ
ッタリング用電源２０に接続されたスパッタリングター
ゲット１９、電源２１に接続された抵抗加熱ヒータＨお
よび所望蒸気を導入するためのガス導入口２２が示され
ている。また、陽極１４と陰極１３の間には直流電源１
５が接続されている。スパッタリング用電源２０は、導
電性添加物スパッタリング用の直流電源と、絶縁性添加
物スパッタリング用の交流電源を含む。FIG. 1 is a sectional view schematically showing a configuration of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. A vacuum pump 11 and a gas inlet 12 for introducing a discharge gas such as Ar are connected to a film forming chamber 10 which is an airtight container. A cathode 13 is arranged in a cylinder continuous with the gas inlet 12,
An anode 14 serving also as a crucible for a base material 17 as an evaporation source is arranged at the center of the film forming chamber 10. Anode 1
Above the substrate 4, the substrate 18 is held by the holding portion 18a. Means for supplying the vapor of the additive substance are provided on the side of the anode 14. In the configuration shown in the figure, a sputtering target 19 connected to a sputtering power supply 20, a resistance heater H connected to a power supply 21 and a gas inlet 22 for introducing a desired vapor are shown. A DC power source 1 is connected between the anode 14 and the cathode 13.
5 is connected. The sputtering power supply 20 includes a DC power supply for sputtering the conductive additive and an AC power supply for sputtering the insulating additive.
【００２０】薄膜を作成する場合には、図示のように母
材１７、基板１８を配置し、成膜チャンバ１０内を真空
ポンプ１１によって十分に減圧した後、Ａｒ等の放電ガ
スをガス供給口１２から一定流量供給する。この放電ガ
スは、陰極１３の大気側からチャンバ内に流れる。成膜
チャンバ１０内を所定圧力に保ち、陰極１３と陽極１４
の間に直流電源１５で電界を印加することによって、陰
極１３、陽極１４の間に放電ガスのプラズマ１６が発生
する。When a thin film is formed, a base material 17 and a substrate 18 are arranged as shown in the figure, the inside of the film forming chamber 10 is sufficiently depressurized by a vacuum pump 11, and a discharge gas such as Ar is supplied to a gas supply port. A constant flow is supplied from 12. This discharge gas flows into the chamber from the atmosphere side of the cathode 13. The inside of the film forming chamber 10 is maintained at a predetermined pressure, and the cathode 13 and the anode 14 are
During this time, an electric field is applied by a DC power supply 15, so that a discharge gas plasma 16 is generated between the cathode 13 and the anode 14.
【００２１】プラズマ中の荷電粒子は、陰極１３または
陽極１４に向かって加速される。陰極はプラズマによっ
て加熱され、熱電子を発生するようになる。熱電子によ
ってプラズマは密度を上げ、アーク放電プラズマを形成
する。アーク放電プラズマ１６によって母材１７は加熱
され、基板１８に向けて蒸気を供給する。The charged particles in the plasma are accelerated toward the cathode 13 or the anode 14. The cathode is heated by the plasma to generate thermoelectrons. The plasma increases the density by thermionic electrons and forms an arc discharge plasma. The base material 17 is heated by the arc discharge plasma 16 and supplies vapor toward the substrate 18.
【００２２】母材１７からその蒸気が基板１８に向かっ
て供給される時、同時に母材とは異なる少なくとも一種
類以上の添加材料を蒸気化し、基板１８に向かわせる。
たとえば、プラズマ１６に沿うように近接して配置され
たスパッタリングターゲット１９にスパッタ用電源２０
から所定電圧を印加し、アルゴンイオンをスパッタリン
グターゲット１９に衝突させ、ターゲット材料の蒸気化
を行なう。When the vapor is supplied from the base material 17 toward the substrate 18, at least one or more additional materials different from the base material are vaporized and directed toward the substrate 18.
For example, a sputtering power source 20 is connected to a sputtering target 19 disposed close to and along the plasma 16.
, A predetermined voltage is applied, and argon ions collide with the sputtering target 19 to vaporize the target material.
【００２３】この場合、Ａｒガスを導入して陽極、陰極
間に直流放電プラズマを形成することにより、一方で加
熱蒸発を行い、他方でスパッタリングを行なえる。同一
のプラズマを利用しつつ、２つの工程を独立に制御でき
る。In this case, by introducing an Ar gas to form a DC discharge plasma between the anode and the cathode, heating evaporation can be performed on one side and sputtering can be performed on the other side. The two processes can be independently controlled while using the same plasma.
【００２４】または、ヒータＨを電源２１からの通電に
よって加熱し、ヒータＨ上に接地した添加物質を溶融、
蒸発させてもよい。また、添加物質の材料がガスで入手
できる場合は、材料ガスをガス導入口２２から導入して
もよい。ランプ加熱、レーザ加熱等、他の蒸気供給源を
用いてもよい。Alternatively, the heater H is heated by energization from the power supply 21 to melt the grounded additive on the heater H,
It may be evaporated. When the material of the additive substance is available as a gas, a material gas may be introduced from the gas inlet 22. Other vapor sources, such as lamp heating, laser heating, etc., may be used.
【００２５】異なる２種類以上の添加物質の蒸気を基板
１８に向かわせる場合には、上述のプラズマを用いたス
パッタ、プラズマを用いない抵抗加熱等の加熱、材料ガ
ス自身の導入の任意の組み合わせを採用することができ
る。また、それぞれの蒸気発生手段を複数種類備えても
よい。When the vapors of two or more different additive substances are directed to the substrate 18, any combination of the above-described sputtering using plasma, heating such as resistance heating without plasma, and introduction of the material gas itself is used. Can be adopted. Further, a plurality of types of each steam generating means may be provided.
【００２６】陽極１４上の母材１７からの蒸発速度は、
直流電源１５を制御することにより調整できる。添加物
質の蒸気供給速度は、スパッタリングを用いる場合はス
パッタ用電源２０の調整、加熱を用いる場合は加熱用電
源２１の調整、材料ガスを導入する場合は、材料ガスの
導入量の調整によって達成することができる。The evaporation rate from the base material 17 on the anode 14 is
It can be adjusted by controlling the DC power supply 15. The vapor supply rate of the additive substance is achieved by adjusting the sputtering power supply 20 when using sputtering, by adjusting the heating power supply 21 when using heating, and by adjusting the amount of material gas introduced when introducing a material gas. be able to.
【００２７】これら薄膜形成材料の蒸気は、プラズマ１
６によって活性化され、基板１８表面に到達する。この
ようにして、基板１８上に混合物または化合物の薄膜を
形成する。The vapor of these thin film forming materials is plasma 1
6 and reaches the surface of the substrate 18. Thus, a thin film of the mixture or the compound is formed on the substrate 18.
【００２８】薄膜形成要素のそれぞれの蒸気供給速度を
独立に制御すれば、任意の組成比を持った混合物薄膜を
基板上に形成することができる。なお、化合物の場合に
も、溶融、蒸発を行なうと組成が徐々に変化するものが
ある。このような化合物は上述の混合物と同様に扱うこ
とができる。By independently controlling the vapor supply speed of each of the thin film forming elements, a mixed thin film having an arbitrary composition ratio can be formed on the substrate. In addition, even in the case of a compound, there is a compound whose composition changes gradually when it is melted and evaporated. Such compounds can be treated in the same way as the mixtures described above.
【００２９】以下、より具体的な実施例として酸化亜鉛
の薄膜を作成する場合を説明する。酸化亜鉛の薄膜は、
透明導電膜として液晶、電界発光素子（ＥＬ）等のディ
スプレイや太陽電池の透明電極等として用いられる。Hereinafter, the case of forming a thin film of zinc oxide will be described as a more specific example. The thin film of zinc oxide
The transparent conductive film is used as a liquid crystal, a display such as an electroluminescent element (EL), a transparent electrode of a solar cell, or the like.
【００３０】低抵抗の酸化亜鉛薄膜を得るためには、酸
化亜鉛に数％のアルミニウムをドーピングすることが有
効である。酸化亜鉛薄膜の格子中に、亜鉛に代わってア
ルミニウムが入り込むと、アルミニウムはイオン化され
て電子を放出し、薄膜内に電荷キャリアが発生する。In order to obtain a zinc oxide thin film having a low resistance, it is effective to dope zinc oxide with aluminum of several percent. When aluminum enters the lattice of the zinc oxide thin film instead of zinc, the aluminum is ionized and emits electrons, generating charge carriers in the thin film.
【００３１】アルミニウムがキャリアを発生するからと
いって、アルミニウムのドープ量は多ければ多いほど抵
抗が低くなるというものではない。アルミニウムをドー
プしすぎると、結晶格子が乱されて結晶性が悪くなり、
キャリアが動けなくなったり、動きにくくなって抵抗が
かえって高くなる。したがって、酸化亜鉛にドーピング
するアルミニウムの量には最適範囲が存在する。The fact that aluminum generates carriers does not mean that the higher the doping amount of aluminum, the lower the resistance. If aluminum is doped too much, the crystal lattice will be disturbed and the crystallinity will deteriorate,
The carrier becomes stuck or hard to move, resulting in higher resistance. Therefore, there is an optimum range for the amount of aluminum doped into zinc oxide.
【００３２】図１の装置を用い、添加アルミニウム量の
最適化を行なった。図１において、陽極１４上に酸化亜
鉛の母材１７を置き、直流プラズマ加熱で蒸気化し、基
板１８表面上に酸化亜鉛蒸気を向かわせると共に、アル
ミニウムをスパッタリングターゲット１９として用い、
スパッタリングによってアルミニウムを蒸気化し、アル
ミニウム蒸気を基板１８表面上に向かわせる。このよう
にして、基板１８表面上には酸化亜鉛とアルミニウムが
飛来し、ＺｎＯの格子中にＡｌが組み込まれたＺｎＯ：
Ａｌ薄膜を作成する。酸化亜鉛とアルミニウムとの比を
変化させることにより、アルミニウム添加量の最適範囲
を求める。Using the apparatus shown in FIG. 1, the amount of added aluminum was optimized. In FIG. 1, a zinc oxide base material 17 is placed on an anode 14, vaporized by DC plasma heating, zinc oxide vapor is directed on a substrate 18 surface, and aluminum is used as a sputtering target 19.
The aluminum is vaporized by sputtering, and the aluminum vapor is directed onto the surface of the substrate 18. In this manner, zinc oxide and aluminum fly over the surface of the substrate 18, and ZnO in which Al is incorporated in the ZnO lattice:
An Al thin film is formed. By changing the ratio of zinc oxide to aluminum, the optimum range of the amount of aluminum added is determined.
【００３３】なお、酸化亜鉛とアルミニウムの組み合わ
せの代わりに、他の組み合わせを用いることもできる。
たとえば、酸化亜鉛の代わりに亜鉛を用い、ガス導入口
２２から酸素ガスを導入し、成膜チャンバ１０内で酸化
亜鉛膜を酸化してもよい。また、アルミニウムの代わり
に酸化アルミニウムを母材として用い、高周波電源を用
いてスパッタリングを行なってもよい。また、これらの
任意の組み合わせを行なうこともできる。It should be noted that other combinations can be used instead of the combination of zinc oxide and aluminum.
For example, zinc may be used instead of zinc oxide, and oxygen gas may be introduced from the gas inlet 22 to oxidize the zinc oxide film in the film formation chamber 10. Alternatively, aluminum oxide may be used as a base material instead of aluminum, and sputtering may be performed using a high-frequency power supply. Also, any combination of these can be performed.
【００３４】アルミニウムの蒸気をスパッタリングによ
って発生させる場合は、アルミニウム量はスパッタ電源
の電圧によって調整することができる。図２は、スパッ
タ電圧の変化に対する、基板上へのアルミニウムの付着
速度の変化を示す。横軸はスパッタ電圧をＶで示し、縦
軸は成膜速度をÅ／ｍｉｎで示す。アルミニウムの付着
速度は、スパッタ電圧の増加に伴って２０００Ｖ近傍ま
でリニアに増加している。When aluminum vapor is generated by sputtering, the amount of aluminum can be adjusted by the voltage of the sputtering power supply. FIG. 2 shows a change in the deposition rate of aluminum on a substrate with respect to a change in sputtering voltage. The horizontal axis shows the sputtering voltage in V, and the vertical axis shows the film formation rate in Å / min. The deposition rate of aluminum increases linearly to around 2000 V with an increase in sputtering voltage.
【００３５】図３は、スパッタ電圧を変化させ、アルミ
ニウムの付着量を変化させた時、酸化亜鉛薄膜の電気的
特性がどう変化するかを示すグラフである。なお、酸化
亜鉛の蒸発量は４０００Å／ｍｉｎと一定に保った。FIG. 3 is a graph showing how the electrical characteristics of the zinc oxide thin film change when the sputtering voltage is changed to change the amount of aluminum deposited. The amount of zinc oxide evaporated was kept constant at 4000 ° / min.
【００３６】図３において、横軸はスパッタ電圧（Ｖ）
およびアルミニウム成膜速度（Å／ｍｉｎ）を示し、縦
軸は抵抗率（Ωｃｍ）、キャリア密度（ｃｍ-3）、キャ
リア移動度（ｃｍ2 ／Ｖｓ）を示す。In FIG. 3, the horizontal axis is the sputtering voltage (V).
And the aluminum film formation rate (Å / min), and the vertical axis indicates resistivity (Ωcm), carrier density (cm −3 ), and carrier mobility (cm 2 / Vs).
【００３７】スパッタ電圧を上げ、アルミニウム付着量
を増加させると、次第に膜中のキャリア密度が増加し、
膜の抵抗率が下がっていくことが判る。膜の抵抗率はス
パッタ電圧が約６００Ｖの時に最小となり、それ以上ス
パッタ電圧を上げると抵抗率はかえって若干上昇した。
これは、Ａｌのスパッタ量が最適値を越えたため、膜中
に導入されたＡｌがＺｎＯの格子に入り切らなくなり、
キャリアの移動度が低下すること等によるものと考えら
れる。As the sputtering voltage is increased and the amount of aluminum deposited is increased, the carrier density in the film gradually increases,
It can be seen that the resistivity of the film decreases. The resistivity of the film became minimum when the sputtering voltage was about 600 V, and when the sputtering voltage was further increased, the resistivity rather increased.
This is because the amount of Al sputtered exceeded the optimum value, so that the Al introduced into the film did not completely enter the ZnO lattice,
This is considered to be due to a decrease in carrier mobility.
【００３８】酸化亜鉛−アルミニウム混合物薄膜の最低
抵抗率は、スパッタ電圧６００Ｖ付近で得られ、この時
のアルミニウム付着速度は図２に示すように、約８０Å
／ｍｉｎである。The minimum resistivity of the zinc oxide-aluminum mixture thin film was obtained at a sputtering voltage of about 600 V, and the aluminum deposition rate at this time was about 80 ° as shown in FIG.
/ Min.
【００３９】このように、母材付着速度を一定に保ちつ
つ、添加物質の付着速度を種々に変化させ、得られた薄
膜の性質を測定することにより、種々の最適条件等を決
定することができる。薄膜の組成比の最適化が簡単にで
きるため、スパッタリングのみによって薄膜を作成する
場合に比べ、最適化に要する時間は大幅に短縮化でき、
かつ費用も低減することができる。As described above, while keeping the base material deposition rate constant, the deposition rate of the additive substance is variously changed, and by measuring the properties of the obtained thin film, it is possible to determine various optimum conditions and the like. it can. Since the composition ratio of the thin film can be easily optimized, the time required for the optimization can be significantly reduced as compared with the case where the thin film is formed only by sputtering,
In addition, costs can be reduced.
【００４０】また、成膜を続けても、母材組成には変化
が生じないため、母材材料を最後まで使用しても膜の品
質が安定化する。このため、材料費を低減し、低いコス
トで製品を作成することができる。In addition, since the composition of the base material does not change even if the film formation is continued, the quality of the film is stabilized even when the base material is used to the end. Therefore, material costs can be reduced, and products can be manufactured at low cost.
【００４１】また、母材は、加熱による蒸発で蒸気化す
るため、スパッタリングの場合と比べ、成膜速度を大幅
を高めることもできる。また、すべての蒸気が低エネル
ギ、高電離プラズマ状態になるため、低ダメージ、低温
成膜が期待できる。Further, since the base material is vaporized by evaporation due to heating, the film forming speed can be greatly increased as compared with the case of sputtering. In addition, since all the vapors are in a low energy, highly ionized plasma state, low damage and low temperature film formation can be expected.
【００４２】なお、上述のアーク放電プラズマによる蒸
着と電子ビーム（ＥＢ）蒸着とを比較すると、以下のよ
うな相違がある。When the above-described vapor deposition using arc discharge plasma and electron beam (EB) vapor deposition are compared, there are the following differences.
【００４３】[0043]
【表１】 以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれ
らに制限されるものではない。たとえば、種々の変更、
改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろ
う。[Table 1] Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, various changes,
It will be obvious to those skilled in the art that improvements, combinations, and the like are possible.
【００４４】[0044]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
母材と添加材料とを独立して制御することができるた
め、薄膜の組成を制御することが容易になる。As described above, according to the present invention,
Since the base material and the additive material can be controlled independently, it is easy to control the composition of the thin film.
【００４５】また、成膜を続けても母材の組成変化を防
止することができるため、母材材料をより効率的に使用
することができる。Further, since the composition change of the base material can be prevented even when the film formation is continued, the base material can be used more efficiently.
【図１】本発明の実施例による薄膜作成装置の構成を示
す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１の構成において、スパッタ電圧を変化させ
た時のアルミニウムの成膜速度を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the film formation rate of aluminum when the sputtering voltage is changed in the configuration of FIG.
【図３】図１の構成において、アルミニウムの成膜速度
を変化させた時の酸化亜鉛薄膜の電気的特性の変化を示
すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a change in electrical characteristics of a zinc oxide thin film when the deposition rate of aluminum is changed in the configuration of FIG.
【図４】従来のスパッタリング装置の構成を概略的に示
す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a conventional sputtering apparatus.
１ 成膜チャンバ ２ 真空ポンプ ３ ガス導入口 ４ ターゲット ５ 基板 ６ 電源 ７ プラズマ８ Ａｒの正イオン ９ ターゲット蒸気 １０ 成膜チャンバ １１ 真空ポンプ １２ ガス導入口 １３ 陰極 １４ 陽極 １５ 直流電源 １６ プラズマ １７ 母材１８ 基板 １８ａ 基板保持部 １９ スパッタターゲット ２０ スパッタ用電源 ２１ 抵抗加熱用電源 ２２ ガス導入口DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming chamber 2 Vacuum pump 3 Gas inlet 4 Target 5 Substrate 6 Power supply 7 Plasma 8 Ar positive ion 9 Target vapor 10 Film-forming chamber 11 Vacuum pump 12 Gas inlet 13 Cathode 14 Anode 15 DC power supply 16 Plasma 17 Base material 18 Substrate 18a Substrate holder 19 Sputter target 20 Power supply for sputtering 21 Power supply for resistance heating 22 Gas inlet
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−306588（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−254315（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−25835（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−33956（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 Continuation of the front page (56) References JP-A-6-306588 (JP, A) JP-A-7-254315 (JP, A) JP-A-6-25835 (JP, A) JP-A-6-33956 (JP) , U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C23C 14/00-14/58
Claims (5)
絶縁材料の母材に照射し、母材を加熱蒸発して基板上に
向ける第１工程と、 前記第１工程と同時に、母材とは異なる添加物質をプラ
ズマ以外の加熱手段により加熱し、その蒸気を基板上に
向け、該添加物質の蒸気が基板に到達する前に、前記第
１の工程の直流アーク放電プラズマによって前記添加物
質の蒸気を活性化させる第２工程とを含み、前記基板上
に前記母材と添加物質との混合物の薄膜を作成する方
法。A first step of irradiating a base material of a non-insulating material with a DC arc discharge plasma of a discharge gas and heating and evaporating the base material to direct it onto a substrate; The different additive material is heated by a heating means other than plasma, and the vapor is directed onto the substrate. Before the vapor of the additive material reaches the substrate, the vapor of the additive material is applied by the DC arc discharge plasma of the first step. And a second step of activating the substrate, and forming a thin film of a mixture of the base material and the additive substance on the substrate.
ャンバ内に配置された陽極と陰極との間に形成され、前
記母材は、前記陽極上に配置される請求項１記載の混合
物の薄膜を作成する方法。2. The thin film of the mixture according to claim 1, wherein the DC arc discharge plasma is formed between an anode and a cathode disposed in a film forming chamber, and the base material is disposed on the anode. How to create.
質である請求項１または２に記載の混合物の薄膜を作成
する方法。3. The method according to claim 1, wherein the additive substance is at least two kinds of substances.
鉛または酸化亜鉛の母材に照射し、母材を加熱蒸発させ
て基板上に向ける第１工程と、 前記第１工程と同時に、アルミニウムまたは酸化アルミ
ニウムの添加物質の蒸気を前記基板上に向ける第２工程
とを含み、前記基板上に母材と添加物質との混合物の薄
膜を作成する方法。4. A first step of irradiating a base material of zinc or zinc oxide with a direct current arc discharge plasma of a discharge gas to heat and evaporate the base material and direct it onto a substrate; Directing a vapor of the additive material of aluminum onto the substrate, and forming a thin film of a mixture of the base material and the additive material on the substrate.
発生させるための一対の電極であって、薄膜母材保持部
を備えた陽極と電子発生能を有する陰極とを有する一対
の電極と、 前記気密容器内に放電ガスを導入するための手段と、 前記一対の電極間に発生する直流アーク放電プラズマを
介して前記基板保持部上に添加物質のガスを供給するた
めに、前記添加物質を加熱し、その蒸気を前記基板上に
向けるためのプラズマ以外の加熱手段とを有する混合物
の薄膜を形成する装置。5. An airtight container capable of being evacuated, a substrate holder disposed in the airtight container, and a pair of electrodes arranged in the airtight container for generating DC arc discharge plasma, A pair of electrodes having an anode having a base material holding portion and a cathode having an electron generating ability; a unit for introducing a discharge gas into the hermetic container; and a DC arc discharge plasma generated between the pair of electrodes. Forming a thin film of a mixture having a heating means other than plasma for heating the additive substance and supplying the vapor onto the substrate in order to supply a gas of the additive substance onto the substrate holding unit via apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6192603A JP2955667B2 (en) | 1994-08-16 | 1994-08-16 | Method and apparatus for preparing a mixture thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6192603A JP2955667B2 (en) | 1994-08-16 | 1994-08-16 | Method and apparatus for preparing a mixture thin film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0860344A JPH0860344A (en) | 1996-03-05 |
| JP2955667B2 true JP2955667B2 (en) | 1999-10-04 |
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ID=16294015
Family Applications (1)
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|---|---|
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Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6256570A (en) * | 1985-09-06 | 1987-03-12 | Tdk Corp | Reactive sputtering method |
| JPH0784650B2 (en) * | 1988-04-01 | 1995-09-13 | 株式会社神戸製鋼所 | Vacuum deposition method and vacuum deposition apparatus |
| JP2635385B2 (en) * | 1988-10-06 | 1997-07-30 | 旭硝子株式会社 | Ion plating method |
| JPH06306588A (en) * | 1993-04-27 | 1994-11-01 | Nikon Corp | Film forming device and production of film consisting of plural substances using the same |
-
1994
- 1994-08-16 JP JP6192603A patent/JP2955667B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH0860344A (en) | 1996-03-05 |
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