JPH0860344A - Formation of mixture thin film and device therefor - Google Patents
Formation of mixture thin film and device thereforInfo
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Abstract
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 kinds of 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 As thin film forming techniques, vapor deposition by resistance heating, vapor deposition by electron beam, chemical vapor deposition (CVD),
Sputtering and the like are known. When forming a thin film of a composition (mixture, mixed crystal) of a plurality of substances, generally, the composition gradually changes when the 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）。In sputtering, the working gas such as Ar is ionized and collided with the target so that the constituent molecules of the target are ejected. 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 that of the source material can be obtained. Further, when the vapor of the material is ejected from 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. In the film forming chamber 1 which is an airtight container, a pair of electrodes EL1 and EL2 are arranged to face each other. These electrodes EL1 and EL2 are
It is connected to the power supply 6. The power supply 6 includes a DC power supply or a high frequency power supply, and 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。The air supply port 3 is provided in the sputtering chamber.
And the vacuum pump 2 is connected. A discharge gas such as Ar is supplied from the supply air port 3, and the vacuum pump 2
It is possible to evacuate to a predetermined vacuum degree. The target 4 is arranged 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 of sputtering a thin film using such a sputtering apparatus will be briefly described. After the target 4 and the substrate 5 are set in the film forming chamber 1, the film forming chamber is sufficiently evacuated by a vacuum pump in advance, and an inert gas such as Ar is film-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
ト粒子の蒸気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。The case where the target 4 is conductive and the power source 6 is a DC power source will be described as an example. Electrode EL1,
By supplying a discharge gas such as Ar into the film forming chamber 1 while a predetermined voltage is applied between EL2, discharge is started at least between the electrodes EL1 and EL2. The Ar positive ions 8 generated by the discharge are accelerated toward the target 4 which is the cathode and collide with the target 4. The material of the target is knocked out by the collision and becomes the vapor 9 of the target particles. The material vaporized in this way
A thin film having the same composition as the target 4 is formed by depositing on the surface of the substrate 5.
【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 the mixture target, but the susceptibility to sputtering is slightly different depending on the constituent elements of the target. For example, the weight of sputtered atoms and molecules and the bonding strength with other elements cause a difference in sputterability. Therefore, the composition of the target and the composition of the sputtered thin film are slightly different. To form a thin film with the optimum composition,
It is desired that the composition of the target deviates slightly from the optimum composition of this 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。In practice, until the target with the optimum composition is found, the targets adjusted to various compositions are exchanged,
The film formation is repeated. By the time the optimization is achieved,
It requires a considerable number of trials and targets. Therefore, it takes time and cost 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 formation rate. An object of the present invention is to provide a technique for producing a thin film, which allows a mixture thin film having a stable composition to be obtained.
【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
質の蒸気を基板上に向ける第２工程とを含み、基板上に
母材と添加物質との混合物の薄膜を作成する。A thin film forming method according to the present invention is a method in which a direct current arc discharge plasma of a discharge gas is applied to a base material of a non-insulating material, and the base material is heated and vaporized to be directed onto a substrate.
A thin film of the mixture of the base material and the additive substance is formed on the substrate by including a step and a second step of directing the vapor of the additive substance different from the base material onto the substrate simultaneously with the first step.
【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た一対の電極であっ
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、前記気密容器内に放電ガスを導入するための手
段と、前記薄膜母材保持部上に添加物質のガスを供給す
るための手段とを有する。Further, the thin film forming apparatus of the present invention comprises an airtight container capable of being evacuated, a substrate holding part arranged in the airtight container, and a pair of electrodes arranged in the airtight container. An anode having a material holding portion, a cathode having an electron generating ability, means for introducing a discharge gas into the airtight container, and means for supplying a gas of an additive substance onto the thin film base material holding portion. Have.
【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 the base material and the additive substance on the substrate to form a film of the mixture, pure materials 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。The base material vapor can be efficiently obtained by heating and evaporating the base material with the DC arc discharge plasma of the discharge gas. A thin film of the mixture can be obtained on the substrate by adding a necessary amount of the additive substance vapor to the base material vapor.
【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, the composition will not change. Therefore, 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。1 is a sectional view schematically showing the structure 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 the 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 also serving as a crucible for a base material 17 which is an evaporation source is arranged in the center of the film forming chamber 10. Anode 1
The substrate 18 is held above the substrate 4 by the holding portion 18a. Further, a means for supplying the vapor of the additive substance is provided on the side of the anode 14. In the configuration shown in the figure, a sputtering target 19 connected to a sputtering power source 20, a resistance heater H connected to a power source 21, and a gas introduction port 22 for introducing a desired vapor are shown. In addition, a DC power supply 1 is provided between the anode 14 and the cathode 13.
5 is connected. The sputtering power source 20 includes a DC power source for conductive additive sputtering and an AC power source for insulating additive sputtering.
【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。In the case of forming a thin film, the base material 17 and the substrate 18 are arranged as shown in the figure, and the inside of the film forming chamber 10 is sufficiently decompressed by the vacuum pump 11, and then discharge gas such as Ar is supplied to the gas supply port. A constant flow rate 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
By applying an electric field with the DC power supply 15 during the period, plasma 16 of the discharge gas 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 thermoelectrons increase the density of the plasma and form an arc discharge plasma. The base material 17 is heated by the arc discharge plasma 16 and vapor is supplied 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 kind of additive material different from the base material is vaporized and directed toward the substrate 18.
For example, a sputtering target 19 arranged close to the plasma 16 and a sputtering power source 20 are provided.
Then, a predetermined voltage is applied to cause argon ions to 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 Ar gas to form a DC discharge plasma between the anode and the cathode, heating and evaporation can be performed on the one hand and sputtering can be performed on the other. The two processes can be controlled independently 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 source 21, and the additive substance grounded on the heater H is melted,
It may be evaporated. Further, when the material of the additive substance is available as a gas, the material gas may be introduced through the gas introduction port 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 directing vapors of two or more different kinds of additive substances toward 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 can be performed. Can be adopted. Also, 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, adjusting the heating power supply 21 when using heating, and adjusting the introduction amount of the material gas when introducing the 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 is activated and reaches the surface of the substrate 18. In this way, a thin film of the mixture or 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 rate of each thin film forming element, it is possible to form a mixture thin film having an arbitrary composition ratio on a substrate. In the case of a compound, the composition may change gradually when melted and evaporated. Such compounds can be treated similarly to 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。The case of forming a zinc oxide thin film will be described below as a more specific example. A thin film of zinc oxide
It is used as a transparent conductive film, a display such as liquid crystal and an electroluminescent device (EL), and a transparent electrode of a solar cell.
【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 a few percent of aluminum. When aluminum enters the lattice of the zinc oxide thin film instead of zinc, the aluminum is ionized and emits electrons, and charge carriers are generated 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 overdoped, the crystal lattice will be disturbed and the crystallinity will deteriorate,
The carrier gets stuck or becomes hard to move and resistance increases. 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。The apparatus shown in FIG. 1 was used to optimize the amount of added aluminum. In FIG. 1, a base material 17 of zinc oxide is placed on the anode 14, vaporized by direct current plasma heating to direct the zinc oxide vapor on the surface of the substrate 18, 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 way, zinc oxide and aluminum fly onto the surface of the substrate 18, and ZnO having Al incorporated in the ZnO lattice:
Create an Al thin film. By changing the ratio of zinc oxide and 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。Instead of the combination of zinc oxide and aluminum, another combination can be used.
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 forming 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 source. 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 source. FIG. 2 shows changes in the deposition rate of aluminum on the substrate with respect to changes in the sputtering voltage. The horizontal axis shows the sputtering voltage in V, and the vertical axis shows the film forming rate in Å / min. The deposition rate of aluminum linearly increases up to around 2000 V as the sputtering voltage increases.
【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 and the amount of deposited aluminum is changed. The evaporation amount of zinc oxide was kept constant at 4000 Å / 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 represents the sputtering voltage (V).
And the aluminum film formation rate (Å / min), and the vertical axis represents the 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。When 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 was rather increased rather.
This is because the amount of Al sputtered exceeds the optimum value, so that Al introduced into the film does not completely enter the ZnO lattice.
It is considered that the mobility of carriers is reduced.
【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 Å 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, various optimum conditions and the like can be determined by varying the deposition rate of the additive substance while keeping the deposition rate of the base material constant and measuring the properties of the obtained thin film. it can. Since the composition ratio of the thin film can be easily optimized, the time required for optimization can be greatly shortened compared to the case where a thin film is created only by sputtering.
And the cost 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。Further, 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, the material cost can be reduced and the product can be produced at a 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 by heating, the film forming rate can be greatly increased as compared with the case of sputtering. Further, since all vapors are in a low energy, high ionization 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-mentioned vapor deposition by 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 above with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, various changes,
It will be apparent to those skilled in the art that modifications, 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 becomes 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 if 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 cross-sectional view showing the 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 aluminum film formation rate 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 changes in electrical characteristics of a zinc oxide thin film when the aluminum film formation rate 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 sectional view schematically showing a configuration of a conventional sputtering device.
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 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 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 1 Film Forming Chamber 2 Vacuum Pump 3 Gas Inlet 4 Target 5 Substrate 6 Power Supply 7 Plasma 10 Film Forming Chamber 11 Vacuum Pump 12 Gas Inlet Port 13 Cathode 14 Anode 15 DC Power Supply 16 Plasma 17 Base Material 19 Sputtering Target 20 Sputtering Power Supply 21 Resistance heating power supply 22 Gas inlet
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成６年１２月８日[Submission date] December 8, 1994
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項６[Name of item to be corrected] Claim 6
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００８[Correction target item name] 0008
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【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。The case where the target 4 is conductive and the power source 6 is a DC power source will be described as an example. Electrode EL1,
By supplying a discharge gas such as Ar into the film forming chamber 1 while a predetermined voltage is applied between EL2, discharge is started at least between the electrodes EL1 and EL2. The Ar positive ions 8 generated by the discharge are accelerated toward the target 4 which is the cathode and collide with the target 4. The material of the target is knocked out by the collision, and 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.
【手続補正３】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１５[Name of item to be corrected] 0015
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【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た基板保
持部と、前記気密容器内に配置された一対の電極であっ
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、前記気密容器内に放電ガスを導入するための手
段と、前記薄膜母材保持部上に添加物質のガスを供給す
るための手段とを有する。The thin film forming apparatus of the present invention comprises an airtight container capable of being evacuated to vacuum, a substrate holding part arranged in the airtight container, and a pair of electrodes arranged in the airtight container. An anode having a base material holding part, a cathode having an electron generating ability, means for introducing a discharge gas into the airtight container, and means for supplying a gas of an additive substance onto the thin film base material holding part. Have and.
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００４３[Correction target item name] 0043
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【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 above with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, various changes,
It will be apparent to those skilled in the art that modifications, combinations and the like are possible.
【手続補正５】[Procedure Amendment 5]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】符号の説明[Correction target item name] Explanation of code
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【符号の説明】 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[Explanation of reference numerals] 1 film forming chamber 2 vacuum pump 3 gas inlet 4 target 5 substrate 6 power supply 7 plasma 8 positive ions of Ar 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 Holding 19 Sputter Target 20 Sputtering Power Supply 21 Resistance Heating Power Supply 22 Gas Inlet Port
【手続補正６】[Procedure correction 6]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図３[Name of item to be corrected] Figure 3
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図３】 [Figure 3]
【手続補正７】[Procedure Amendment 7]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図４[Name of item to be corrected] Fig. 4
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図４】 [Figure 4]
フロントページの続き (72)発明者 新野 史 茨城県つくば市天久保２−11−１ コーポ りぶる203号Front page continuation (72) Inventor Fumi Shinno 2-11-1, Amakubo, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture Corp. Rubiru No. 203
Claims (7)
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の蒸気
を基板上に向ける第２工程とを含み、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。1. A first step of irradiating a base material of a non-insulating material with direct current arc discharge plasma of a discharge gas to heat and evaporate the base material and direct it toward a substrate, and at the same time as the first step, the base material is A second step of directing vapors of different additive substances onto the substrate to form a thin film of a mixture of the base material and the additive substance on the substrate.
記載の混合物の薄膜を作成する方法。2. The base material is disposed on the anode.
A method of making a thin film of the described mixture.
ズマを用いてスパッタリングすること、添加物質をプラ
ズマを用いずに加熱すること、または添加物質のガスを
導入することによって提供する請求項１ないし２記載の
混合物の薄膜を作成する方法。3. The vapor of the additive material is provided by sputtering the additive material with plasma, heating the additive material without using plasma, or introducing a gas of the additive material. 3. A method for forming a thin film of the mixture according to 2).
であり、その蒸気は、添加物質をプラズマを用いてスパ
ッタリングすること、添加物質をプラズマを用いずに加
熱すること、または添加物質のガスを導入することの少
なくとも１つによって提供する請求項１または２記載の
混合物の薄膜を作成する方法。4. The additive substance is at least two kinds of substances, and vapor of the additive substance is formed by sputtering the additive substance with plasma, heating the additive substance without using plasma, or gas of the additive substance. A method of making a thin film of a mixture according to claim 1 or 2 provided by at least one of introducing.
前記添加物質がアルミニウムまたは酸化アルミニウムで
あり、プラズマを用いたスパッタリングによって蒸気化
される請求項１または２記載の混合物の薄膜を作成する
方法。5. The base material is zinc or lead oxide,
The method for producing a thin film of the mixture according to claim 1 or 2, wherein the additive substance is aluminum or aluminum oxide, and the additive substance is vaporized by sputtering using plasma.
母材保持部を備えた陽極と電子発生能を有する陰極と、 前記気密容器内に放電ガスを導入するための手段と、 前記薄膜母材保持部上に添加物質のガスを供給するため
の手段とを有する混合物の薄膜を作成する装置。6. An airtight container capable of being evacuated to vacuum, a substrate holding part arranged in the airtight container, and a pair of electrodes arranged in the airtight container, the anode having a thin film base material holding part. Forming a thin film of a mixture having a cathode having an electron generating ability, a means for introducing a discharge gas into the airtight container, and a means for supplying a gas of an additive substance onto the thin film base material holding portion. apparatus.
段は、プラズマを用いたスパッタリングを行なう手段、
プラズマを用いずに加熱する手段、添加物質ガスの導入
手段のうちの少なくとも１つを有する請求項６記載の混
合物の薄膜を作成する装置。7. The means for supplying the additive gas is a means for performing sputtering using plasma,
The apparatus for forming a thin film of the mixture according to claim 6, further comprising at least one of a means for heating without using plasma and a means for introducing an additive gas.
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 true JPH0860344A (en) | 1996-03-05 |
| JP2955667B2 JP2955667B2 (en) | 1999-10-04 |
Family
ID=16294015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6192603A Expired - Lifetime JP2955667B2 (en) | 1994-08-16 | 1994-08-16 | Method and apparatus for preparing a mixture thin film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2955667B2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6256570A (en) * | 1985-09-06 | 1987-03-12 | Tdk Corp | Reactive sputtering method |
| JPH01255663A (en) * | 1988-04-01 | 1989-10-12 | Kobe Steel Ltd | Method and device for vacuum deposition |
| JPH02101160A (en) * | 1988-10-06 | 1990-04-12 | Asahi Glass Co Ltd | 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
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6256570A (en) * | 1985-09-06 | 1987-03-12 | Tdk Corp | Reactive sputtering method |
| JPH01255663A (en) * | 1988-04-01 | 1989-10-12 | Kobe Steel Ltd | Method and device for vacuum deposition |
| JPH02101160A (en) * | 1988-10-06 | 1990-04-12 | Asahi Glass Co Ltd | 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2955667B2 (en) | 1999-10-04 |
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|---|---|---|---|
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