JP2507963B2 - Method of manufacturing oxide thin film - Google Patents
Method of manufacturing oxide thin filmInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、イオンビームスパッ
タ法による酸化物薄膜の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing an oxide thin film by an ion beam sputtering method.
【0002】[0002]
【従来の技術】イオンビームスパッタ法はイオンガンな
どのイオン源からイオンビームをターゲットに照射し、
イオン衝撃によりターゲット構成物質を叩き出し、基板
上に成膜する方法である。DCスパッタ、RFスパッタ
などの他のスパッタ法に比較して、成膜雰囲気が10
- 4 Torr程度の低い圧力で成膜でき、基板がプラズ
マに曝されないため、不純物の混入が少ない良質の膜が
作製できる。2. Description of the Related Art In the ion beam sputtering method, a target is irradiated with an ion beam from an ion source such as an ion gun.
This is a method in which a target constituent substance is knocked out by ion bombardment to form a film on a substrate. Compared to other sputtering methods such as DC sputtering and RF sputtering, the deposition atmosphere is 10
-The film can be formed at a low pressure of about 4 Torr and the substrate is not exposed to plasma, so that a high-quality film with less impurities mixed can be formed.
【0003】イオンビームスパッタを含むスパッタ法で
は一般に、ターゲットの表面にターゲット皿の一部な
ど、ターゲット周辺物が露出し、イオンにさらされる状
態にある場合、ターゲット皿など周辺物がスパッタさ
れ、生成膜内に不純物として混入するという問題があ
る。In a sputtering method including ion beam sputtering, generally, when a target peripheral object such as a part of the target plate is exposed on the surface of the target and is exposed to ions, the peripheral object such as the target plate is sputtered and generated. There is a problem that it is mixed as an impurity in the film.
【0004】このことを防ぐ手段としてはターゲット皿
の露出部などのイオンに曝される部分をカバーで覆うと
いう方法がとられている。そのカバーの材質は、1種ま
たは2種以上の元素からなるターゲット材料の少なくと
も1種を使用する。またはターゲット材料以外の、低ス
パッタ率で高融点の材料を使用する(特開昭62−02
0866号公報)。As a means for preventing this, a method of covering a portion exposed to ions such as an exposed portion of the target dish with a cover is used. As the material of the cover, at least one kind of target material composed of one kind or two or more kinds of elements is used. Alternatively, a material having a low sputter rate and a high melting point other than the target material is used (JP-A-62-02).
No. 0866).
【0005】また、イオンビームスパッタ法では、ター
ゲットの口径をイオンビーム照射径よりも十分大きくす
ることでターゲット皿またはカバーのスパッタを防ぐと
いう方法もとられていた。Further, in the ion beam sputtering method, there has been a method of preventing the sputtering of the target plate or the cover by making the diameter of the target sufficiently larger than the irradiation diameter of the ion beam.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述の方法の問題点を
以下に挙げる。The problems of the above method are listed below.
【0007】ターゲット材料の構成物質をカバーに用い
て成膜した場合、できた膜の組成はカバーがスパッタさ
れるためにターゲット材料の組成からずれる。カバーの
スパッタ率を考慮してターゲットの組成をずらし、生成
膜の組成を制御することは非常に困難である。低スパッ
タ率・高融点物質をカバーに用いて成膜した場合、カバ
ー無しで成膜した場合と比較して少量ではあるが生成膜
内に不純物が混入する。前述の特開昭62−02086
6号公報によると、ターゲット以外でプラズマに曝され
る部分に低スパッタ率・高融点金属であるモリブデンを
貼り付け、ターゲットにSiO2を用いて薄膜を作製し
たところ、できた薄膜のSiO2 の純度は98.3%
で、1.7%のモリブデンが不純物として混入してい
た。When a film is formed by using the constituent material of the target material for the cover, the composition of the resulting film deviates from the composition of the target material because the cover is sputtered. It is very difficult to shift the composition of the target in consideration of the sputter rate of the cover and control the composition of the generated film. When a film is formed by using a material with a low sputtering rate and a high melting point for the cover, impurities are mixed in the formed film, although the amount is small compared with the case where the film is formed without the cover. JP-A-62-02086 mentioned above
6 According to JP-paste the molybdenum low sputtering rate, high melting point metal in a portion exposed to the plasma outside the target, target was a thin film using a SiO 2, can have a thin film of SiO 2 Purity is 98.3%
Therefore, 1.7% of molybdenum was mixed as an impurity.
【0008】現在求められているマイクロデバイス、新
機能・高機能デバイス用の薄膜には、上述の組成のずれ
や不純物の混入は実用上十分問題となる。In the thin films for microdevices, new-function / high-function devices that are currently demanded, the above-mentioned compositional deviation and mixing of impurities pose practical problems.
【0009】イオンビーム照射径よりも十分大きいター
ゲットを用いて成膜する方法では成膜コストが高くな
る。ターゲット面積はターゲットの半径の2乗に比例す
るので、ターゲットの径を2倍にした場合、ターゲット
材料の量は4倍となる。また大口径ターゲットはその大
きさ、重量ゆえ、取扱上の困難を有する。The cost of film formation increases with the method of forming a film using a target having a diameter sufficiently larger than the irradiation diameter of the ion beam. Since the target area is proportional to the square of the radius of the target, when the diameter of the target is doubled, the amount of the target material becomes four times. In addition, the large-diameter target is difficult to handle because of its size and weight.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明はイオンビームス
パッタ法を用いて酸化物薄膜を作製する際に、これらの
問題点を解決した酸化物薄膜の作製方法である。要旨と
するところは、ターゲット皿の露出部分などのターゲッ
ト物質以外でイオンビームに曝される部分にグラファイ
ト製のカバーをかぶせ、酸素含有雰囲気中でイオンビー
ムをターゲットに照射し、酸化物薄膜を成膜するもので
ある。この酸化物薄膜作製法の重要な点は、カバーの材
質がグラファイト(炭素)であること、成膜雰囲気に酸
素が含まれていることである。The present invention is a method for producing an oxide thin film, which solves these problems when producing an oxide thin film by the ion beam sputtering method. The point is to cover the exposed portion of the target dish other than the target material with the ion beam with a graphite cover and irradiate the target with the ion beam in an oxygen-containing atmosphere to form an oxide thin film. It is a film. The important points of this oxide thin film production method are that the material of the cover is graphite (carbon) and that the film forming atmosphere contains oxygen.
【0011】グラファイトのスパッタ率は小さく、それ
に加えて、酸素が含まれている雰囲気中では、スパッタ
された炭素は酸素と反応して二酸化炭素に変化する。化
学変化によって生成された二酸化炭素は排気系によって
成膜チャンバー外に排気される。よってカバーのスパッ
タによる膜内への不純物の混入はほとんどない。[0011] Graphite has a low sputter rate, and in addition, in an atmosphere containing oxygen, sputtered carbon reacts with oxygen and changes into carbon dioxide. The carbon dioxide generated by the chemical change is exhausted to the outside of the film forming chamber by the exhaust system. Therefore, almost no impurities are mixed into the film due to the sputtering of the cover.
【0012】カバーに用いられるグラファイトはパイロ
リティックグラファイト、ハイリーオリエンテッドパイ
ロリティックグラファイトなど高密度なものが望まし
い。十分高密度なグラファイト製のカバーは表面積が小
さく、吸着ガスが少ないので、真空排気に関しても問題
はない。It is desirable that the graphite used for the cover has a high density such as pyrolytic graphite and highly oriented pyrolytic graphite. A sufficiently dense graphite cover has a small surface area and a small amount of adsorbed gas, so there is no problem with evacuation.
【0013】[0013]
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1に実施例で用いるターゲット皿を示す。ターゲットの
冷却を速やかにするために、皿2−1は銅でできたもの
を用いる。皿の内部2−2にターゲット材料である酸化
物粉末を充填し、3t/cm2 の圧力でプレスする。次
いで図1(b)に示すようにターゲット皿周縁部の銅が
露出している部分にパイロリティックグラファイト製の
カバー2−3をする。以上がターゲットの作製方法であ
る。Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 shows a target plate used in the examples. The plate 2-1 is made of copper in order to quickly cool the target. The inside 2-2 of the dish is filled with an oxide powder as a target material and pressed at a pressure of 3 t / cm 2 . Next, as shown in FIG. 1B, a cover 2-3 made of pyrolytic graphite is provided on the peripheral portion of the target plate where the copper is exposed. The above is the method for manufacturing the target.
【0014】図2に本実施例の成膜チャンバー1の断面
図を示す。ターゲット2は水平から15°傾いて設置さ
れ、ターゲット支持台3には冷却水が流れており、ター
ゲットを冷却する。イオンガン4はイオンビームがター
ゲットに対して45°の角度で入射するように設置され
ている。ニュートラライザー5はイオンビームによるタ
ーゲット表面のチャージアップを防ぐために電子線を照
射するもので、電子線が水平に入射するように設置され
ている。基板6はターゲットの法線方向から15°傾い
た鉛直上方に保持し、基板の背面には基板加熱用ヒータ
ー7が配置してある。基板下方にはシャッター8が配置
され、その下方およびイオンガン内部に酸素ガスを導入
するパイプ9が配置してある。FIG. 2 shows a sectional view of the film forming chamber 1 of this embodiment. The target 2 is installed at an angle of 15 ° from the horizontal, and cooling water is flowing through the target support base 3 to cool the target. The ion gun 4 is installed so that the ion beam enters the target at an angle of 45 °. The neutralizer 5 irradiates an electron beam to prevent the target surface from being charged up by an ion beam, and is installed so that the electron beam is horizontally incident. The substrate 6 is held vertically above the target with a tilt of 15 °, and a substrate heating heater 7 is arranged on the back surface of the substrate. A shutter 8 is arranged below the substrate, and a pipe 9 for introducing oxygen gas is arranged below the shutter 8 and inside the ion gun.
【0015】まず、成膜チャンバー1内を10- 7 To
rr以下の高真空に排気した後、イオンガン4から1.
2×10- 4 Torrのアルゴンガスを導入し、イオン
ガン内部の放電を開始する。基板6を加熱してから酸素
ガスを導入し、イオンビームを発生させてターゲット2
に照射する。数分間の予備スパッタの後、シャッター8
を開き、基板6上に成膜する。[0015] First of all, the film-forming chamber 1 10 - 7 To
After evacuation to a high vacuum of rr or less, the ion guns 4 to 1.
2 × 10 - by introducing a 4 Torr argon gas, to start the discharge of the internal ion gun. After heating the substrate 6, oxygen gas is introduced to generate an ion beam and the target 2
Irradiation. After a few minutes of pre-sputtering, shutter 8
Is opened and a film is formed on the substrate 6.
【0016】ターゲット2の直径は13cm、イオンビ
ームの直径は3cmであるが、イオンビームがターゲッ
ト2に対して45°の角度で入射していること、および
イオンビームの広がりにより、ターゲットカバー1−3
の部分もイオンに曝され、スパッタされる。スパッタさ
れた炭素は二酸化炭素に変化し、排気系によって排気さ
れる。The target 2 has a diameter of 13 cm and the ion beam has a diameter of 3 cm. However, due to the fact that the ion beam is incident on the target 2 at an angle of 45 ° and the spread of the ion beam, the target cover 1- Three
Is also exposed to the ions and sputtered. The sputtered carbon changes to carbon dioxide and is exhausted by the exhaust system.
【0017】ターゲットに(Ba0 . 5 ,Sr0 . 5 )
TiO3 を用い、ターゲットカバーにターゲットの構成
元素の1つであるTiを用いて成膜した場合、およびパ
イロリティックグラファイト製カバーを用いて成膜した
場合の薄膜の誘電率を図3に示す。同程度の膜厚では、
パイロリティックグラファイト製のカバーを用いて成膜
した薄膜のほうが、Ti製のカバーを用いたものより高
い誘電率を示す。膜厚100nmの膜ではTiカバーを
用いたものの誘電率が350であるのに対し、パイロリ
ティックグラファイト製カバーを用いたものの誘電率は
420とも20%も向上している。組成分析の結果は、
Ti製カバーを用いて成膜したものはBa0 . 4 8 Sr
0 . 5 2 Ti1 . 1 2 O3 であるのに対し、パイロリテ
ィックグラファイト製カバーを用いたものはBa
0 . 4 5 Sr0 . 5 0 Ti1 . 0 0 O3と化学組成比に
近い。また、膜中の炭素は検出不能レベルであった。[0017] to the target (Ba 0. 5, Sr 0 . 5)
FIG. 3 shows the dielectric constants of the thin films when TiO 3 was used to form a film on a target cover using Ti, which is one of the constituent elements of the target, and when a film was formed using a pyrolytic graphite cover. With similar film thickness,
The thin film formed with the cover made of pyrolytic graphite has a higher dielectric constant than that using the cover made of Ti. The film having a thickness of 100 nm has a dielectric constant of 350 using the Ti cover, whereas the dielectric constant of the film using the pyrolytic graphite cover is improved by 420 and 20%. The composition analysis results are
Which was formed using a Ti-made cover Ba 0. 4 8 Sr
0. 5 2 Ti 1. 1 2 O is 3 whereas, those using pyrolytic graphite cover Ba
0. 4 5 Sr 0. Close to 5 0 Ti 1. 0 0 O 3 and chemical composition. Further, carbon in the film was at an undetectable level.
【0018】[0018]
【発明の効果】このように、本発明により作製した酸化
物薄膜は不純物の混入もなく、組成もターゲットの組成
に近い。その結果として薄膜の電気的特性が従来の方法
に比べて大幅に改善される。しかも大口径ターゲットを
使用せずに済むことから、成膜コストが抑えられ、ター
ゲット交換などでも容易にできる。As described above, the oxide thin film produced according to the present invention has no impurities mixed therein and has a composition close to that of the target. As a result, the electrical properties of the thin film are significantly improved over conventional methods. Moreover, since it is not necessary to use a large-diameter target, the film formation cost can be suppressed and the target can be easily replaced.
【図1】本発明による実施例で用いるターゲットの構造
を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a structure of a target used in an example according to the present invention.
【図2】本発明で用いる成膜装置の構成を示す断面図で
ある。FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a film forming apparatus used in the present invention.
【図3】実施例の実験データを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing experimental data of Examples.
1 成膜チャンバー 2 ターゲット 2−1 ターゲット皿 2−2 ターゲット物質 2−3 カバー 3 ターゲット支持台 4 イオンガン 5 ニュートラライザー 6 基板 7 ヒーター 8 シャッター 9 酸素ガス導入パイプ 1 Deposition Chamber 2 Target 2-1 Target Dish 2-2 Target Material 2-3 Cover 3 Target Support 4 Ion Gun 5 Neutralizer 6 Substrate 7 Heater 8 Shutter 9 Oxygen Gas Introduction Pipe
Claims (1)
膜の製造方法において、ターゲット皿の素材が露出して
いる部分にグラファイト製のカバーを施し、酸素雰囲気
中で成膜を行うことを特徴とする酸化物薄膜の製造方
法。1. A method for producing an oxide thin film by an ion beam sputtering method, wherein a graphite cover is provided on a portion of a target plate where a material is exposed, and the film is formed in an oxygen atmosphere. Method for manufacturing thin film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5152039A JP2507963B2 (en) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | Method of manufacturing oxide thin film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5152039A JP2507963B2 (en) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | Method of manufacturing oxide thin film |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0714829A JPH0714829A (en) | 1995-01-17 |
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ID=15531726
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JP5152039A Expired - Fee Related JP2507963B2 (en) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | Method of manufacturing oxide thin film |
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US6437027B1 (en) | 1998-11-30 | 2002-08-20 | Taiheiyo Cement Corporation | Process for producing dispersant for powdery hydraulic composition |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6098385A (en) * | 1983-11-04 | 1985-06-01 | 株式会社東芝 | Limiter device in nuclear fusion device |
-
1993
- 1993-06-23 JP JP5152039A patent/JP2507963B2/en not_active Expired - Fee Related
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