JP4167833B2 - 成膜装置、酸化物薄膜成膜用基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一チャンバー内で2種類の成膜機構による成膜を連続的に行うことが可能な成膜装置に関する。また、本発明は、その上部に酸化物薄膜を成膜するための下地基板であって、その上部に特性及び電気特性に優れた酸化物薄膜を容易に成膜できる酸化物薄膜成膜用基板及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
まず、従来のマグネトロンスパッタリング装置について説明する。
マグネトロンスパッタリング装置は、電界に交差する磁界の印加により陰極から出た電子にトロコイド運動を行わせて、ターゲット上に高密度のプラズマを作り、比較的低電圧でスパッタ速度を高めることができる電力効率の良いスパッタリング装置である。
【0003】
次に、従来のイオンビームスパッタリング装置について説明する。
イオンビームスパッタリング装置は、高真空雰囲気内におかれたターゲットに、独立したイオン源から高エネルギーに加速したイオンビームを引き出して衝撃させ、低いガス圧で成膜を行うスパッタリング装置である。
【0004】
次に、従来の電子ビーム加熱真空蒸着装置について説明する。
電子ビーム加熱真空蒸着装置は、電子ビームを蒸発材に照射して加熱し、蒸発させる電子衝撃利用の蒸着装置である。この方法ではルツボが水冷されているので、ルツボ材料中の不純物が蒸着膜中に混入する可能性は少なく、高融点物質や半導体あるいは酸化物の蒸着も可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のスパッタリング装置及び蒸着装置では、基板上にスパッタリングにより第1薄膜を成膜した後、この第1薄膜上に蒸着法により第2薄膜を成膜して酸化物薄膜成膜用基板を作製する場合、第1薄膜と第2薄膜を連続して成膜することができない。つまり、スパッタリング装置のチャンバー内に基板を導入し、基板上にスパッタリングにより第1薄膜を成膜し、その後、チャンバーから基板を取り出し、蒸着装置のチャンバー内に基板を導入し、第1薄膜上に蒸着法により第2薄膜を成膜することになる。従って、第1薄膜と第2薄膜を同一チャンバー内で連続して成膜することはできなかった。
【0006】
例えば、従来方法で一括形成されたPt基板の場合について説明する。
Pt金属材料は、形成温度によって構造が変化することが知られている。例えば室温から300℃を超えない温度で基板上にPt薄膜を形成した場合、非常に平坦なPt基板が形成される一方、結晶性や配向性は基板を300℃以上に加熱形成したものに比べて劣る。従って、300℃を超えない温度でPt薄膜を形成した平坦なPt基板の上に酸化物薄膜形成用溶液を用いてスピンコート法等で酸化物薄膜を形成した場合、非常に薄膜形成がしやすい反面、Pt基板の結晶性や配向性の悪さが上部の酸化物薄膜の結晶性や配向性の悪さを招くことになる。
【0007】
一方、形成温度が300℃以上650℃以下で基板上に形成したPt薄膜の場合、明確な柱状構造を有し、結晶性(配向性)は温度の上昇とともに向上する。しかしながら、Pt柱とPt柱との間に隙間を生じることになる。従って、このPt基板上に酸化物薄膜を形成した場合、この酸化物薄膜は良好な結晶薄膜や高配向膜が得られやすい反面、Pt柱とPt柱との隙間に酸化物薄膜形成用溶液自身や酸化物薄膜構成元素が拡散し、特にPt基板との界面部分の酸化物薄膜の膜組成に分布を生じることになる。
【0008】
次に、650℃以上で基板上に形成したPt薄膜の場合、粒状構造を取ることが知られており、この場合は、Pt薄膜の表面がモフォロジーの劣化や配向性の劣化を伴ったものとなり、当然その上部の酸化物薄膜も良好なものが得られない。
【0009】
さらに、上記全てのPt基板に共通して言えるのが、スパッタ法でPt薄膜を形成する場合、不活性ガス等を高エネルギーのプラズマ状態とし、このプラズマに晒されたPtターゲットのPt元素に、このプラズマエネルギーが移行した結果、基板上にPt薄膜が被覆されるというメカニズムを用いているため、形成後のPt基板中には多くの不活性ガスが含まれている。一般にはアルゴン(Ar)ガスを使用することが多いが、この場合、Arを多量に吸着したPt基板となってしまう。このPt基板上に酸化物薄膜を形成する際に、熱工程毎にPt基板中からArが酸化物薄膜中へと放出され、界面での剥離が生じたり、穴を開けたり、配向性を劣化させることになる。
【0010】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、同一チャンバー内で2種類の成膜機構による成膜を連続的に行うことが可能な成膜装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、酸化物薄膜を成膜するための基板であって特性の良い酸化物薄膜を容易に成膜できる酸化物薄膜成膜用基板及びその製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る成膜装置は、成膜チャンバーと、この成膜チャンバー内に配置され、基板を設置する基板ホルダーと、上記成膜チャンバー内に配置され、基板上に第1の電極用薄膜を形成する第1の成膜機構と、上記成膜チャンバー内に配置され、第1の電極用薄膜上に第2の電極用薄膜を形成する第2の成膜機構と、を具備することを特徴とする。
【0012】
本発明に係る成膜装置は、成膜チャンバーと、この成膜チャンバー内に配置され、基板を設置する基板ホルダーと、上記成膜チャンバー内に配置され、基板上に第1の電極用薄膜をスパッタリングにより成膜するスパッタリング成膜機構と、上記成膜チャンバー内に配置され、第1の電極用薄膜上に第2の電極用薄膜を蒸着法により成膜する蒸着法成膜機構と、を具備することを特徴とする。
【0013】
上記成膜装置によれば、スパッタリング成膜機構と蒸着法成膜機構を備えているため、スパッタリングによる成膜と蒸着法による成膜を行うことが可能となる。この成膜装置を用いれば、スパッタリング成膜機構により基板上に第1の電極用薄膜を形成し、その後連続して、蒸着法成膜機構により第1の電極用薄膜上に第2の電極用薄膜を形成し、このようにして酸化物薄膜成膜用基板を作製することができる。この酸化物薄膜成膜用基板は、特性の良い酸化物薄膜を容易に成膜できる基板である。
【0014】
また、本発明に係る成膜装置においては、上記第1の電極用薄膜がPt電極用薄膜、Ir電極用薄膜及びRu電極用薄膜の群より選ばれた一つであり、上記第2の電極用薄膜がPt電極用薄膜、Ir電極用薄膜及びRu電極用薄膜の群より選ばれた一つであることも可能である。
【0015】
本発明に係る成膜装置は、成膜チャンバー内の一方側に配置されたPt、Ir及びRuのうちのいずれかからなる電極用ターゲットと、この電極用ターゲットに供給するためのスパッタリング出力機構と、成膜チャンバー内の他方側に配置されたPt、Ir及びRuのうちのいずれかからなる電極用蒸着源と、この電極用蒸着源に供給するための蒸着出力機構と、成膜チャンバー内であって上記電極用ターゲットと上記電極用蒸着源との間に配置され、基板を設置する基板ホルダーと、基板が上記電極用ターゲット側又は上記電極用蒸着源側に向くように基板ホルダーを動かす駆動機構と、基板にスパッタリング成膜を行う際、該基板を加熱する加熱機構と、成膜チャンバー内に酸化ガスを供給する酸化ガス供給機構と、基板に蒸着成膜を行う際、該基板を冷却する冷却機構と、を具備することを特徴とする。
【0016】
上記成膜装置によれば、電極用ターゲットとスパッタリング出力機構及び電極用蒸着源と蒸着出力機構を備えているため、スパッタリングによる成膜と蒸着法による成膜を行うことが可能となる。この成膜装置を用いれば、基板を加熱機構により所定温度まで加熱した状態で基板上に第1の電極用薄膜をスパッタリングにより形成し、基板を冷却機構により所定温度まで冷却し、その後連続して、第1の電極用薄膜上に蒸着法により第2の電極用薄膜を形成し、このようにして酸化物薄膜成膜用基板を作製することができる。この酸化物薄膜成膜用基板は、特性の良い酸化物薄膜を容易に成膜できる基板である。
【0017】
本発明に係る成膜装置は、成膜チャンバー内の一方側に配置されたPt、Ir及びRuのうちのいずれかからなる電極用ターゲットと、この電極用ターゲットに供給するためのスパッタリング出力機構と、成膜チャンバー内の一方側に配置されたPt、Ir及びRuのうちのいずれかからなる電極用蒸着源と、この電極用蒸着源に供給するための蒸着出力機構と、成膜チャンバー内の他方側に配置され、基板を設置する基板ホルダーと、基板にスパッタリング成膜を行う際、該基板を加熱する加熱機構と、成膜チャンバー内に酸化ガスを供給する酸化ガス供給機構と、基板に蒸着成膜を行う際、該基板を冷却する冷却機構と、を具備することを特徴とする成膜装置。
【0018】
本発明に係る酸化物薄膜成膜用基板の製造方法は、基板上に、Pt、Ir及びRuのうちのいずれかからなる第1の電極用薄膜を室温〜650℃の基板温度でスパッタリングにより形成する工程と、第1の電極用薄膜上に、Pt、Ir及びRuのうちのいずれかからなる第2の電極用薄膜を350℃を超えない基板温度で蒸着法により形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【0019】
上記製造方法で形成された酸化物薄膜成膜用基板では、室温〜650℃程度の高温スパッタ法で形成した結晶性、配向性に優れた第1の電極用薄膜上に続けて350℃を超えない低温で第2の電極用薄膜を蒸着することで、緻密平坦かつ結晶性、配向性に優れた酸化物薄膜成膜用基板とすることができる。加えて、酸化物薄膜成膜用基板の大部分が低温蒸着膜であり、膜中にArガスをほとんど含んでいないため、後からArガスが遊離するということもほとんどない。従って、酸化物薄膜成膜用基板には特性の良い酸化物薄膜を容易に成膜することができる。
【0020】
本発明に係る酸化物薄膜成膜用基板は、基板と、この基板上に形成されたPt、Ir及びRuのうちのいずれかからなる第1の電極用薄膜と、第1の電極用薄膜上に形成されたPt、Ir及びRuのうちのいずれかからなる第2の電極用薄膜と、を具備し、第1の電極用薄膜は、室温〜650℃の基板温度でスパッタリングにより形成されたものであり、第2の電極用薄膜は、300℃を超えない基板温度で蒸着法により形成されたものであることを特徴とする。
【0021】
本発明に係る酸化物薄膜成膜用基板は、基板と、この基板上に形成されたPt、Ir及びRuのうちのいずれかからなる第1の電極用薄膜と、第1の電極用薄膜上に形成されたPt、Ir及びRuのうちのいずれかからなる第2の電極用薄膜と、を具備し、第1の電極用薄膜は、室温〜650℃の基板温度でスパッタリングにより形成されたものであり、第2の電極用薄膜は、300℃を超えない基板温度で蒸着法により形成されたものであり、かつ第1の電極用薄膜の膜厚が第2の電極用薄膜の膜厚の1/5以下であることを特徴とする。
【0022】
上記酸化物薄膜成膜用基板によれば、電極用薄膜の大部分が第2の電極用薄膜であって、第2の電極用薄膜が低温蒸着膜であり、膜中にArガスをほとんど含んでいないため、後からArガスが遊離するということもほとんどない。従って、酸化物薄膜成膜用基板には特性の良い酸化物薄膜を容易に成膜することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明に係る第1の実施の形態による成膜装置の概略を示す構成図である。この成膜装置は、スパッタリングによる成膜と蒸着法による成膜を行うことが可能な装置である。
【0024】
図1に示すように、この成膜装置は成膜チャンバー1を有しており、この成膜チャンバー1の上部にはPtターゲット電極2が配置されている。成膜チャンバー1の下部にはPt蒸着源3が配置されており、成膜チャンバー1の中央付近には基板ホルダー4が配置されている。
【0025】
Ptターゲット電極2は、Ptマグネトロン電極8、磁石9、カソード電極10及びPtターゲット11を有している。Ptターゲット11は基板ホルダー4に対向するように配置されている。Ptマグネトロン電極8には高周波電源(RF電源)又は直流電源(DC電源)が接続されている。
【0026】
Pt蒸着源3は、Pt蒸発材を収容したルツボ及び電子銃(EBgun)12を有している。ルツボには冷却機構(図示せず)が取り付けられている。Pt蒸着源3は、電子銃12からの電子ビームをPt蒸発材に照射して加熱し、Ptを蒸発させるものである。
【0027】
基板ホルダー4は基板5を保持するものであり、基板ホルダー4は回転機構6に取り付けられている。回転機構6によって基板ホルダー4を回転させることにより、Ptターゲット電極2及びPt蒸着源3それぞれに対向させることができるようになっている。また、基板ホルダー4は、Ptターゲット電極2及びPt蒸着源3それぞれに対向させた状態で図示せぬ回転機構により回転させることができるようにもなっている。また、基板ホルダー4の上部側面(基板5の設置部と反対側の側面)には基板加熱用の加熱ヒータ(赤外線ランプ)7が配置されている。基板ホルダー4の下面(基板の設置面)には反射板(図示せず)が配置されている。また、基板ホルダー4は基板温度を下げるための基板冷却機構(図示せず)を備えている。
【0028】
成膜チャンバー1には、スパッタ用の不活性ガスを供給するためのガス系(図示せず)が接続されていると共に、成膜チャンバー1の内部圧力を所定圧力まで下げるための排気ポンプ系(図示せず)が接続されている。
【0029】
次に、図1に示す成膜装置を用いて基板に薄膜を成膜する方法について説明する。この成膜装置を用いて最終的に作製されるのが酸化物薄膜成膜用基板である。
【0030】
まず、基板ホルダー4に基板5を設置し、基板ホルダー4を回転機構6により回転させ、基板5をPtターゲット11に対向させる。次いで、成膜チャンバー1内を排気ポンプ系により真空引きを行い、成膜チャンバー1の内部圧力を所定圧力(例えば1×10-6Torr程度)に到達させる。次いで、成膜チャンバー1内に不活性ガス(例えばAr)をガス系により供給し、成膜チャンバーの内部圧力を所定圧力(例えば1×10-3Torr〜1×10-2Torr程度)に維持する。
【0031】
次いで、加熱ヒータ7を点灯させ、基板温度を所定の温度(室温〜650℃程度、好ましくは600℃程度)まで上昇させ、この温度に基板を維持する。
【0032】
次に、Ptターゲット11に出力を供給し、Ptターゲット11の表面を不活性ガスでスパッタリングする。これにより、Ptターゲット11に対向する基板5の表面に膜厚が5〜10nm程度の第1のPt薄膜が堆積される。すなわち、電源によりPtターゲット電極2におけるPtマグネトロン電極8を介してカソード電極10に電力が供給されると、カソード電極10と基板5との間で放電が発生し、プラズマが形成される。磁石9により磁力線が形成され、Ptターゲット11の表面近傍にプラズマ密度の高い部分が形成される。Ptターゲット11からスパッタリングされたスパッタ原子が基板5に堆積し、基板5に対する成膜が行われる。このようにして基板5上に膜厚が5〜10nm程度の第1のPt薄膜が成膜される。
【0033】
次いで、Ptターゲット11への出力供給を停止し、スパッタリングを終了する。不活性ガスの供給も停止する。赤外線ヒータ7も消灯させる。
【0034】
この後、基板ホルダー4を回転機構6により回転させ、基板5をPt蒸着源3に対向させる。次いで、基板冷却機構により基板5を冷却して基板温度を300℃以下に下げる。
【0035】
次いで、Pt蒸着源3に出力を供給し、Ptを蒸発させて基板5への蒸着を行う。これにより、第1のPt薄膜上に膜厚が100〜200nm程度の第2のPt薄膜が堆積される。この際、第2のPt薄膜の面内膜厚分布を良くするために、回転機構により面内で基板を回転させる。すなわち、基板を面内で回転させながら電子銃12により電子ビームをPt蒸発材に照射して加熱し、Ptを蒸発させて第1のPt薄膜上に第2のPt薄膜を成膜する。
【0036】
次いで、Pt蒸着源3への出力供給を停止し、蒸着を終了する。このようにして酸化物薄膜成膜用基板を作製する。
【0037】
図3は、上述したように作製した酸化物薄膜成膜用基板を示す断面図である。酸化物薄膜成膜用基板13は基板5を有しており、この基板5上にはスパッタリングにより厚さ5〜10nm程度の第1のPt薄膜14が形成されている。第1のPt薄膜14上には蒸着法により厚さ100〜200nm程度の第2のPt薄膜15が形成されている。
【0038】
上記第1の実施の形態によれば、スパッタリングによる成膜と蒸着法による成膜を行うことが可能な成膜装置を用いて、基板5上にスパッタリングにより第1のPt薄膜14を形成し、その後連続して、第1のPt薄膜14上に蒸着法により第2のPt薄膜15を形成し、このようにして酸化物薄膜成膜用基板13を作製している。この酸化物薄膜成膜用基板13は、特性の良い酸化物薄膜を容易に成膜できる基板である。
【0039】
例えば、上記成膜装置で形成されたPt被覆基板の場合について説明する。高温スパッタ法で形成した結晶性、配向性に優れたPt被覆基板上に続けて低温でPtを蒸着させることで、緻密平滑かつ結晶性、配向性に優れたPt被覆基板となるわけである。加えて、Pt被覆基板の大部分が、低温蒸着膜であり、膜中にArガスをほとんど含んでいないため、後からArガスが遊離するということもほとんどない。
【0040】
酸化物薄膜成膜用基板13が特性の良い酸化物薄膜を成膜できる理由は第3の実施の形態にて証明する。
【0041】
尚、上記第1の実施の形態では、マグネトロンスパッタリング法を用いているが、他のスパッタリング方式を用いることも可能であり、例えばDC方式のスパッタリング法でも良く、RF方式のスパッタリング法でも良く、スパッタ用イオン銃を用いたイオンビームスパッタリング法でも良い。
【0042】
また、上記第1の実施の形態では、電子線を利用したエレクトロンビーム蒸着(EB蒸着)方式を用いているが、他の蒸着方式を用いることも可能であり、例えば抵抗加熱方式を用いることも可能である。
【0043】
また、上記第1の実施の形態では、成膜チャンバー1内の上部にPtターゲット電極2を配置し、成膜チャンバー1内の下部にPt蒸着源3を配置しているが、この配置に限定されるものではなく、Ptターゲット電極側又はPt蒸着源側に対向するように基板を動かす駆動機構があれば、他の配置にすることも可能である。
【0044】
図2は、本発明に係る第2の実施の形態による成膜装置の概略を示す構成図であり、図1と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【0045】
成膜チャンバー1の下部にはPtターゲット11が配置されており、このPtターゲット11はターゲットホルダー16に設置されている。このターゲットホルダー16は回転機構17により回転するように構成されている。また、成膜チャンバー1内には、Ptターゲット11に出力を供給するためのスパッタ用イオン銃18が配置されている。このスパッタ用イオン銃18は、高真空雰囲気内におかれたPtターゲット11に、高エネルギーに加速したイオンビームを照射して衝撃させるものである。
【0046】
成膜チャンバー1の下部にはPt蒸着源3が配置されており、成膜チャンバー1の下方にはアシスト用イオン銃20が配置されている。このアシスト用イオン銃20は、基板への蒸着を行う際にイオンビームを照射して基板への蒸着のアシストを行うものである。
【0047】
成膜チャンバー1の上部には基板ホルダー4が配置されている。基板ホルダー4は、Ptターゲット11及びPt蒸着源3に対向させた状態で回転機構19により回転させることができるようになっている。
【0048】
次に、図2に示す成膜装置を用いて基板に薄膜を成膜する方法について説明する。
【0049】
まず、基板ホルダー4に基板5を設置する。次いで、成膜チャンバー1内を排気ポンプ系により真空引きを行い、成膜チャンバー1の内部圧力を所定圧力に到達させる。次いで、成膜チャンバー1内に不活性ガス(例えばAr)をガス系により供給し、成膜チャンバーの内部圧力を所定圧力に維持する。
【0050】
次いで、加熱ヒータ7を点灯させ、基板温度を所定の温度(好ましくは600℃程度)まで上昇させ、この温度に基板を維持する。
【0051】
次に、Ptターゲット11に出力を供給し、Ptターゲット11の表面をイオンビームでスパッタリングする。これにより、Ptターゲット11に対向する基板5の表面に膜厚が5〜10nm程度の第1のPt薄膜が堆積される。すなわち、スパッタ用イオン銃18から高エネルギーに加速したイオンビームを引き出してPtターゲット11に衝撃させ、基板に第1のPt膜を成膜する。
【0052】
次いで、Ptターゲット11への出力供給を停止し、スパッタリングを終了する。不活性ガスの供給も停止する。赤外線ヒータ7も消灯させる。
この後、基板冷却機構により基板5を冷却して基板温度を200℃以下に下げる。
【0053】
次いで、Pt蒸着源3に出力を供給し、Ptを蒸発させて基板5への蒸着を行う。これにより、第1のPt薄膜上に膜厚が100〜200nm程度の第2のPt薄膜が堆積される。この際、第2のPt薄膜の面内膜厚分布を良くするために、回転機構19により面内で基板5を回転させる。すなわち、基板5を面内で回転させながら電子銃12により電子ビームをPt蒸発材に照射して加熱し、Ptを蒸発させて第1のPt薄膜上に第2のPt薄膜を成膜する。この際、アシストイオン銃によりアシストイオンビームを照射することにより、第2のPt薄膜の成膜をアシストする。
【0054】
次いで、Pt蒸着源3への出力供給を停止し、蒸着を終了する。このようにして酸化物薄膜成膜用基板を作製する。この製作された酸化物薄膜成膜用基板は図3に示すものと同様である。
【0055】
上記第2の実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0056】
尚、上記第2の実施の形態では、イオンビームスパッタリング法を用いているが、他のスパッタリング方式を用いることも可能である。
【0057】
また、上記第2の実施の形態では、電子線を利用したエレクトロンビーム蒸着(EB蒸着)方式を用いているが、他の蒸着方式を用いることも可能である。
【0058】
次に、第3の実施の形態について説明する。
第1の実施の形態において使用した本発明によるスパッタリング成膜機構と蒸着法成膜機構を備えた装置を用いて以下の3つの酸化物薄膜成膜用基板を作製した。
(1)本発明によるPt(190nm、室温で形成)/Pt(10nm、600℃で形成)/SiO2(200nm)/Si基板
(2)従来からの室温で作製したPt(200nm)/Ti(20nm)/SiO2(200nm)/Si基板
(3)従来からの600℃で作製したPt(200nm)/Ti(20nm)/SiO2(200nm)/Si基板
【0059】
このとき形成された、Pt薄膜の結晶性及び配向性をX線回折により調べたところ、Pt(111)のピーク強度は(1)及び(3)が同等であり、(2)は(1)及び(3)の約3/4となっていた。加えて、(1)及び(3)からはPt(111)ピークのみが検出されたが、(2)からはPt(200)のピークも同時に検出された。すなわち、本発明によるPt基板(1)と従来からのPt基板(3)と比較して、従来からのPt基板(2)は結晶性も配向性も劣ることが証明された。
【0060】
次に、上記3つの基板を用いて、その上部に同一成膜条件で同一強誘電体薄膜を形成した。この際の成膜条件は次の通りである。
【0061】
(成膜条件)
強誘電体 : Bi4Ti3O12
成膜方法 : スピンコート法
回転数 : 4000回転
仮焼成温度: 400℃
結晶化温度: 650℃
膜厚 : 100nm
【0062】
上記強誘電体薄膜を各種Pt被覆酸化物薄膜成膜用基板上に形成した後、それら強誘電体薄膜の上部に直径100μmΦ、膜厚100nmの上部Pt電極を蒸着法により室温で形成した後、強誘電体ヒステリシス特性を測定したところ、図4のヒステリシス特性が得られた。
【0063】
上記(1)の基板上の強誘電体薄膜のみ良好な強誘電体特性が得られ、上記(2)の基板上の強誘電体特性は残留分極値で(1)の基板上の強誘電体薄膜の約3/4となっていることがわかる。これは、Pt電極のXRDピーク強度と一致していることが分かった。すなわち、Pt電極の結晶性や配向性がその上の酸化物薄膜の結晶性や配向性に大きく関わっており、ひいては酸化物薄膜の電気特性を決定付けていることが分かる。上記(3)の基板上の強誘電体薄膜はリーク電流が大きく強誘電性ヒステリシスを確認することはできなかった。上記(3)の基板はPt自身の結晶性や配向性が(1)の基板同様良好であったが、600℃のみでPt電極薄膜を形成しており、密度の低い柱状構造をしていた。加えて、スパッタ時に使用したアルゴン(Ar)ガスが多量にPt基板中に吸着しており、それが強誘電体薄膜形成時に、Pt中から離脱していることも確認した。このことを反映したものと思われる、多くの穴が強誘電体薄膜表面より観察され、これらにより(3)の基板上の強誘電体薄膜はリーク電流が大きく強誘電性ヒステリシスを確認することができなかった。
【0064】
例えば、本発明の製造方法で形成されたPt被覆基板の場合の効果について説明する。高温スパッタ法で形成した結晶性、配向性に優れたPt被覆基板上に続けて、低温でPtを蒸着することで、低温形成Ptに高温スパッタPtの優れた結晶性、配向性が伝わり、かつ低温形成Pt本来の緻密平滑な表面モフォロジーは保持されるため、緻密平滑かつ結晶性、配向性に優れたPt被覆基板を形成することができる。加えて、Pt被覆基板の大部分が、低温蒸着膜であり、膜中にArガスをほとんど含んでいないため、各種熱処理後のArガス遊離が回避できるという効果を有することになる。
【0065】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。
【0066】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、同一チャンバー内に2種類の成膜機構を備えている。したがって、同一チャンバー内で2種類の成膜機構による成膜を連続的に行うことが可能な成膜装置を提供することができる。また、他の本発明によれば、酸化物薄膜を成膜するための基板であって特性の良い酸化物薄膜を容易に成膜できる酸化物薄膜成膜用基板及びその製造方法を提供することができる。
【0067】
すなわち、同一チャンバー内に2種類の成膜機構を具備する成膜装置を用いることで、第1の電極用薄膜を成膜した後に、チャンバー内から基板を取り出すことなく、第2の電極用薄膜を成膜することが可能となる。従って、第1の電極用薄膜が大気に晒されることがないので、第1の電極用薄膜の表面汚染の発生を防止することができる。このため、第1の電極用薄膜の上部に第2の電極用薄膜を形成する際に、第1の電極用薄膜の結晶性等の情報を第2の電極用薄膜に十分に伝えられるという効果を有することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施の形態による成膜装置の概略を示す構成図である。
【図2】本発明に係る第2の実施の形態による成膜装置の概略を示す構成図である。
【図3】酸化物薄膜成膜用基板を示す断面図である。
【図4】強誘電体ヒステリシス特性を示す図である。
【符号の説明】
1…成膜チャンバー 2…Ptターゲット電極
3…Pt蒸着源 4…基板ホルダー
5…基板 6…回転機構
7…加熱ヒータ(赤外線ランプ) 8…Ptマグネトロン電極
9…磁石 10…カソード電極
11…Ptターゲット 12…電子銃
13…酸化物薄膜成膜用基板 14…第1のPt薄膜
15…第2のPt薄膜 16…ターゲットホルダー
17…回転機構 18…スパッタ用イオン銃
19…回転機構
Claims (6)
- 成膜チャンバーと、
上記成膜チャンバー内に配置され、基板を設置する基板ホルダーと、
上記成膜チャンバー内に配置され、上記基板上に第1のPt電極用薄膜をスパッタリングにより成膜するスパッタリング成膜機構と、
上記成膜チャンバー内に配置され、上記第1のPt電極用薄膜上に第2のPt電極用薄膜を真空蒸着法により成膜する蒸着法成膜機構と、
を具備することを特徴とする成膜装置。 - 成膜チャンバー内の一方側に配置されたPt電極用ターゲットと、
上記Pt電極用ターゲットに供給するためのスパッタリング出力機構と、
上記成膜チャンバー内の他方側に配置されたPt電極用蒸着源と、
上記Pt電極用蒸着源に供給するための蒸着出力機構と、
上記成膜チャンバー内であって上記Pt電極用ターゲットと上記Pt電極用蒸着源との間に配置され、基板を設置する基板ホルダーと、
上記基板が上記Pt電極用ターゲット側又は上記Pt電極用蒸着源側に向くように上記基板ホルダーを動かす駆動機構と、
上記基板にスパッタリング成膜を行う際、該基板を加熱する加熱機構と、
上記基板に真空蒸着法により成膜を行う際、該基板を冷却する冷却機構と、
を具備することを特徴とする成膜装置。 - 成膜チャンバー内の一方側に配置されたPt電極用ターゲットと、
上記Pt電極用ターゲットに供給するためのスパッタリング出力機構と、
上記成膜チャンバー内の一方側に配置されたPt電極用蒸着源と、
上記Pt電極用蒸着源に供給するための蒸着出力機構と、
上記成膜チャンバー内の他方側に配置され、基板を設置する基板ホルダーと、
上記基板にスパッタリング成膜を行う際、該基板を加熱する加熱機構と、
上記基板に真空蒸着法により成膜を行う際、該基板を冷却する冷却機構と、
を具備することを特徴とする成膜装置。 - 基板上に、第1のPt電極用薄膜を室温〜650℃の基板温度でスパッタリングにより形成する工程と、
上記第1のPt電極用薄膜上に第2のPt電極用薄膜を350℃を超えない基板温度で真空蒸着法により形成する工程と、
を具備することを特徴とする酸化物薄膜成膜用基板の製造方法。 - 基板と、
上記基板上に形成された第1のPt電極用薄膜と、
上記第1のPt電極用薄膜上に形成された第2のPt電極用薄膜と、
を具備し、
上記第1のPt電極用薄膜は、室温〜650℃の基板温度でスパッタリングにより形成されたものであり、上記第2のPt電極用薄膜は、300℃を超えない基板温度で真空蒸着法により形成されたものであることを特徴とする酸化物薄膜成膜用基板。 - 基板と、
上記基板上に形成された第1のPt電極用薄膜と、
上記第1のPt電極用薄膜上に形成された第2のPt電極用薄膜と、
を具備し、
上記第1のPt電極用薄膜は、室温〜650℃の基板温度でスパッタリングにより形成されたものであり、上記第2のPt電極用薄膜は、300℃を超えない基板温度で真空蒸着法により形成されたものであり、かつ上記第1のPt電極用薄膜の膜厚が上記第2のPt電極用薄膜の膜厚の1/5以下であることを特徴とする酸化物薄膜成膜用基板。
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