(57)【要約】【課題】酸化物エレクトロニクスの進展により、その特性探索および特性最適化の時間短縮は重要な問題である。一般的には、薄膜合成によるアプローチが行われる。しかし、薄膜を含めた一般的な合成は実験の再現性が悪く、そのため同じ実験の繰り返しが必要であり最適化に時間を要する。【解決手段】基板上に合成した薄膜に縦方向ではマスクシステムを使用し、横方向ではビーム走査速度可変システムを同時に使用してイオン注入するイオン注入による特性探索方法。イオン注入後に結晶性を回復させ、注入元素を格子位置に納めるために熱処理を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に合成した薄膜に縦方向ではマスクシステムを使用し、横方向ではビーム走査速度可変システムを同時に使用してイオン注入することを特徴とするイオン注入による特性探索方法。
【請求項２】
薄膜が酸化亜鉛であり、イオンがアルゴンであることを特徴とする請求項１記載のイオン注入による特性探索方法。
【請求項３】
イオン注入後に熱処理することを特徴とする請求項１記載のイオン注入による特性探索方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の方法によるイオン注入による薄膜の発光強度特性探索方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光材料およびエレクトロニクスにおける特性最適化のためのイオン注入による特性探索方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本来、イオン注入法はイオンを母結晶に均一に目的の深さに注入することを目的とし、特性探索および特性最適化の時間短縮の目的にはほとんど使用されていない （例えば、非特許文献１）。
【非特許文献１】I.Gra Bhans, 他 ,Mater. Sci.Eng.,B, 101, (2003) 212.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
酸化物エレクトロニクスの進展により、その特性探索および特性最適化の時間短縮は重要な問題である。一般的には、薄膜合成によるアプローチが行われる。しかし、薄膜を含めた一般的な合成は実験の再現性が悪く、そのため同じ実験の繰り返しが必要であり最適化に時間を要する。イオン注入法は一般的な合成法に比較して実験の再現性が良く、このためシリコンを代表とする半導体デバイスに応用されている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
これらの目的を達成するには、目的イオンの注入量を数桁にわたり変化させ、その後、精密な条件へと実験を進めることが必要である。これを実現するには、数桁にわたる注入量の変化を実現するためマスクシステムと連続的な注入のためのイオンビームスキャンを同時に搭載したイオン注入装置を開発した。
【０００５】
イオン注入法で基板内に効率良く多水準注入手法として、可動マスクによる方法とイオンビームの走査速度をプログラム制御する方法がある。可動マスクによる方法は、イオン注入装置内に、回転円板を設け、該回転円板は回転機構をおよび該回転円板を回転中心軸に垂直方向に往復運動させる機構を有し、該回転円板は、その周辺部にハエハー状試料を保持する試料ステージを有し、かつ、イオンビームを通過させるところの半径方向に長辺を有するスリットを有し、さらに、該回転円板のバックサイドには、該スリットを通過するイオン電流値を測定する固定式のイオン電流検出機構を設け、測定されるイオンビーム電流値と、該回転円板の中心からウエハ状試料面上の特定位置までの距離に応じて往復運動速度を変化させる方法である。
【０００６】
イオンビームの走査速度をプログラム制御する方法は、Ｘ、Ｙ、それぞれを互いに直交する座標とするとき、Ｘ方向、Ｙ方向の走査板に交番電圧を印加し、どちらか一方または両方に非三角波の波形でイオンビームを走査し、試料片に制御された不均一イオン注入を行う静電走査型のイオン注入方法である。この方法により、低濃度注入領域、中濃度注入領域、高濃度注入領域のイオン注入領域や超低濃度から超高濃度までの濃度領域を製作可能である。  
【０００７】
可動マスクのみの手法では、１種類づつイオン注入し時間がかかるためおおまかな検討を行う実験に適し、走査速度をプログラム制御する手法は、イオンビームの走査速度を制御し、一回のイオン注入で連続的な水準を作製できる。しかし、この手法では最大濃度水準と最小濃度水準の差が小さい（これを解決するために、可動マスクとイオンビームの走査速度をプログラム制御を組合せイオン注入を高速化できる。
【０００８】
すなわち、本発明は、（１）基板上に合成した薄膜に縦方向ではマスクシステムを使用し、横方向ではビーム走査速度可変システムを同時に使用してイオン注入することを特徴とするイオン注入による特性探索方法、である。
【０００９】
また、本発明は、（２）酸化物薄膜が酸化亜鉛であり、イオンがアルゴンであることを特徴とする上記（１）のイオン注入による特性探索方法、である。
【００１０】
また、本発明は、（３）イオン注入後に熱処理することを特徴とする上記（１）のイオン注入による特性探索方法、である。
【００１１】
また、本発明は、（４）上記（１）ないし（３）のいずれかの方法によるイオン注入による薄膜の発光強度特性探索方法、である。
【００１２】
本発明の方法において、薄膜の材料は限定されないが、酸化物薄膜としては、酸化亜鉛、酸化チタン、ぺロブスカイ系薄膜などが上げられる。注入するイオンとしては、殆どの元素はイオン化可能であり、その対象になる。例えば、水素，リチウム，ホウ素，炭素，窒素，酸素，フッ素，マグネシウム，アルミニウム，シリコン，リン，マンガン，鉄，コバルト，ニッケル，銅，ガリウム，ゲルマニウム，銀，金などが挙げられる。
【００１３】
イオン注入では注入時にイオンだけでなく照射損傷が導入され、基板内の結晶は多くの欠陥を含む。このため、結晶性を回復させ、注入元素を格子位置に納めるために熱処理を行う。熱処理条件は８００℃で数十秒から数時間である。特に、酸化亜鉛の場合は、蒸発があるため９００℃以下の温度で行う。
【発明の効果】
【００１４】
マスクシステムとビーム走査速度可変システムを同時に使用することで組成を目的の領域に絞って連続的に注入することが可能となり、  発光強度特性等の特性探索を高速化できた。
【実施例１】
【００１５】
基板上に酸化亜鉛薄膜をCVD法で合成した。CVD装置は亜鉛ソースとして亜鉛アセチルアセトナートをアルゴン気流中(1sccm)で85℃で蒸発させた。そして、リングインジェクターから基板表面に向け噴射した。これと同時にECR源から低エネルギー酸素イオンを照射し、基板表面で反応させ膜厚200-400nmの酸化亜鉛薄膜を得た。合成時の基板温度は600℃で時間は8時間とした。薄膜はC−軸配向していた。
【００１６】
薄膜合成後、薄膜にアルゴンをイオン注入した。イオン注入の条件は60KeVのエネルギーで、 1×1012から4×1014ions/cm2である。縦方向ではマスクシステムを使用し、横方向ではビーム走査速度可変システムを同時に使用した。これらのシステムを同時に使用することで、図１に示したイオン注入サンプルを実現した。サンプル横方向の注入量の差は２倍である。このサンプルを熱処理の前後で、発光スペクトルを測定した。
【００１７】
アルゴンをイオン注入した酸化亜鉛薄膜の室温での発光強度マップを測定した(図２)。図２の強度マップは酸化亜鉛バンド端発光の強度マップである。バンド端発光強度はイオン注入量が増加すると逆に減少していることが示された。さらに、その減少度合いは、横方向では連続的に減少している(図３)。縦方向においてもバンド端発光強度は減少している（図４）。これはイオン注入による損傷によるものであり、バンド端発光はイオンに対して敏感である。
【００１８】
アルゴンをイオン注入した酸化亜鉛薄膜を空気中、800℃、180分間、熱処理し、さらに
室温での発光強度マップを測定した(図５)。強度は515nmを中心波長として測定した。白ほど強度が強いことを意味する。この強度マップから、アルゴンが１×1013ions/cm2の時、最強強度が見られる。
【００１９】
図６は、図５内の横方向の各点での発光スペクトルを示す。アルゴンのドーズ量の増加に伴い、波長が短波 長側にシフトすることが見られる。また、可視光領域の最強強度は512nmの中心波長を持つ。図７は、斜め方向での発光スペクトルを示し、アルゴンドーズ量が増加に対して連続的な変化が見られた。
【００２０】
これらの発光はイオン注入量の増加に伴い結晶内に導入される欠陥の回復過程をとらえた結果であり、マスクシステムとビーム走査速度可変システムを同時に使用することで初めて得られた。  
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の方法は、蛍光材料およびエレクトロニクスにおける蛍光材料探索時の組成の最適化、透明電極の導電性向上探索の最適化等を短時間で行える。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１のアルゴンイオン注入サンプルの注入量分布を示す図である。
【図２】実施例１のアルゴンをイオン注入した酸化亜鉛薄膜のバンド端発光強度を示す図である。
【図３】図２中の横方向で得られた発光スペクトルである。
【図４】図２中の縦方向で得られた発光スペクトルである。
【図５】実施例１のアルゴンイオン注入サンプルを熱処理した後の可視領域発光強度を示す図である。
【図６】図５中の横方向で得られた発光スペクトルである。
【図７】図５中の縦方向で得られた発光スペクトルである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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