(57)【要約】【課題】  スパッタリングターゲットと基板との間に仕切り板を設けた反応性スパッタリング蒸着装置を提供する。【解決手段】  本発明による反応性スパッタリング蒸着装置は、ターゲットと基板の間に仕切り板を設け、蒸着チャンバーを基板側の反応チャンバーとターゲット側のスパッタリングチャンバーとに区分し、仕切り板の中央部にはターゲットから分離された金属物質が基板に到達できるようにする穴を形成してなる。これによれば、反応性ガスが金属ターゲットに移動するのを最小化して金属ターゲットの酸化を防止できるため、基板上に金属酸化物薄膜を高速で蒸着できる。【選択図】  図２
2005042200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応性スパッタリング蒸着装置であって、
内部の工程雰囲気を形成するための蒸着チャンバー；
蒸着する金属物質を備えたターゲット；
このターゲットから分離された金属物質と反応性ガスとの反応生成物が蒸着される基板；及び
前記ターゲットと前記基板との間に設けられて、蒸着チャンバーを基板側の反応チャンバーとターゲット側のスパッタリングチャンバーとに区分する仕切り板；を含み、
前記仕切り板の中央部には、前記金属物質が基板に到達できるようにする穴が形成されていることを特徴とする反応性スパッタリング蒸着装置。
【請求項２】
前記蒸着チャンバーの内部を真空にするための排気口を含み、この排気口は、前記反応チャンバーに設置されたことを特徴とする請求項１に記載の反応性スパッタリング蒸着装置。
【請求項３】
前記排気口は、前記基板の背面方向に設置されたことを特徴とする請求項２に記載の反応性スパッタリング蒸着装置。
【請求項４】
前記スパッタリングチャンバーは、前記反応チャンバーの下部に位置することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の反応性スパッタリング蒸着装置。
【請求項５】
前記ターゲットの金属物質を覆うカバーを含み、このターゲットとカバーとの間にスパッタリングガスを注入するスパッタリングガス注入口をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の反応性スパッタリング蒸着装置。
【請求項６】
前記スパッタリングガスは、不活性ガス、還元性ガス、あるいは、これらの混合ガスであることを特徴とする請求項１に記載の反応性スパッタリング蒸着装置。
【請求項７】
前記還元性ガスは、水素であることを特徴とする請求項６に記載の反応性スパッタリング蒸着装置。
【請求項８】
前記金属物質と反応して基板上に金属酸化膜を形成するための反応性ガスを供給する反応性ガス注入口を含み、この反応性ガス注入口は、前記反応チャンバーに設置されたことを特徴とする請求項１に記載の反応性スパッタリング蒸着装置。
【請求項９】
前記反応性ガスは、酸素、水蒸気、水素、あるいは、これらの混合ガスであることを特徴とする請求項１に記載の反応性スパッタリング蒸着装置。
【請求項１０】
前記反応性ガス注入口は、前記ターゲットとは反対方向となる一方、前記基板に向かうように配置されることを特徴とする請求項８に記載の反応性スパッタリング蒸着装置。
【請求項１１】
前記基板と隣接する反応性ガス注入口側には反応性ガス筒が設置され、この反応性ガス筒には前記基板の長さ方向に沿って幅より長さが大きいすき間が形成され、反応性ガスが基板に噴射される前に、反応性ガス筒に一時貯留されて高いエネルギーを持つようにすることを特徴とする請求項８に記載の反応性スパッタリング蒸着装置。
【請求項１２】
ターゲットから分離された金属物質を反応性ガスと反応させて基板上に蒸着する反応性スパッタリング蒸着装置であって、
前記金属物質と反応して前記基板上に金属酸化膜を形成するための反応性ガスを供給する反応性ガス注入口を含み、
前記基板と隣接する反応性ガス注入口側には反応性ガス筒が設置され、この反応性ガス筒の一側には、幅より長さが大きいすき間を形成し、反応性ガスが前記すき間を通して噴射される前に、反応性ガス筒に一時貯留されて高いエネルギーを持つようにすることを特徴とする反応性スパッタリング蒸着装置。
【請求項１３】
前記反応性ガス注入口の一部分には加熱手段を備えて、注入される反応性ガスを加熱するようにすることを特徴とする請求項１２に記載の反応性スパッタリング蒸着装置。
【請求項１４】
前記すき間は基板に向かうように配置されて、このすき間を通して反応性ガスが基板に噴射されるようにすることを特徴とする請求項１２に記載の反応性スパッタリング蒸着装置。
【請求項１５】
前記スパッタリング装置の蒸着チャンバーを、基板側の反応チャンバーとターゲット側のスパッタリングチャンバーとに区分し、反応チャンバーとスパッタリングチャンバーを異なる雰囲気に維持させる段階と、
スパッタリング装置のターゲットから分離された金属物質を反応性ガスと反応させる段階と、
基板上に前記金属物質の酸化物を蒸着する段階と、を含むことを特徴とする金属酸化物蒸着方法。
【請求項１６】
前記蒸着チャンバーの内部を真空にするための排気口は、前記反応チャンバーに設置されており、反応チャンバーの雰囲気を調節するガスがスパッタリングチャンバーに逆流するのを防止することを特徴とする請求項１５に記載の金属酸化物蒸着方法。
【請求項１７】
前記排気口は、前記基板の背面方向に設置されたことを特徴とする請求項１６に記載の金属酸化物蒸着方法。
【請求項１８】
前記スパッタリングチャンバーは、前記蒸着チャンバーの下部に位置することを特徴とする請求項１５に記載の金属酸化物蒸着方法。
【請求項１９】
前記ターゲットにはターゲット物質を覆うカバーを設け、前記ターゲットとカバーとの間にスパッタリングガスを注入させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の金属酸化物蒸着方法。
【請求項２０】
前記スパッタリングガスは、不活性ガス、還元性ガス、あるいは、これらの混合ガスであることを特徴とする請求項１９に記載の金属酸化物蒸着方法。
【請求項２１】
前記還元性ガスは、水素であることを特徴とする請求項２０に記載の金属酸化物蒸着方法。
【請求項２２】
前記反応性ガスは、酸素、水蒸気、水素、あるいは、これらの混合ガスであることを特徴とする請求項１５に記載の金属酸化物蒸着方法。
【請求項２３】
前記金属酸化物は、MgO、CeO2、YSZ、STO、及びY2O3で構成されたグループより選ばれたいずれか一つであることを特徴とする請求項１５ないし２２のいずれか１項に記載の金属酸化物蒸着方法。
【請求項２４】
前記金属酸化物は複合層であり、この複合層は、CeO2/MgO、CeO2/YSZ/MgO、CeO2/YSZ/CeO2/MgO、CeO2/MgO、及びCeO2/Y2O3で構成されたグループより選ばれたいずれか一つであることを特徴とする請求項２３に記載の金属酸化物蒸着方法。
【請求項２５】
請求項１５ないし２２のいずれか１項の方法で製造された金属酸化物薄膜であって、前記金属酸化物は、MgO、CeO2、YSZ、STO、及びY2O3で構成されたグループより選ばれたいずれか一つであることを特徴とする金属酸化物薄膜。
【請求項２６】
前記金属酸化物薄膜は複合層であり、この複合層は、CeO2/MgO、CeO2/YSZ/MgO、CeO2/YSZ/CeO2/MgO、CeO2/MgO、及びCeO2/Y2O3で構成されたグループより選ばれたいずれか一つであることを特徴とする請求項２５に記載の金属酸化物薄膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応性スパッタリング蒸着装置及び蒸着方法に関し、より詳細には、スパッタリングターゲットと基板との間に仕切り板を設けることによって、金属酸化物を高速で蒸着できる反応性スパッタリング蒸着装置及び蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属酸化物薄膜を蒸着する方法には、化学気相蒸着法(ＣＶＤ)、スパッタリング(Sputtering)法、ＭＢＥ法、Ｅ−Beam法などがあり、中でも、スパッタリング法は、アルゴンガスなどのプラズマを利用して金属ターゲットから金属物質をたたき出し、これを基板に蒸着させる方法である。
【０００３】
金属酸化物薄膜をスパッタリングにて基板に蒸着するスパッタリング法は、ターゲット物質の選択によって２種類に大別される。その一つは、ターゲット物質として金属酸化物のセラミックを使用する方法である。しかしながら、これは、蒸着率が低すぎるため、実使用には不向きである。もう一つは、反応性(Reactive)スパッタリング法であって、ターゲットからたたき出された金属物質を、酸化などの方法を通じて異なる化学構造を持つ生成物に変化させて蒸着されるように誘導する方法である。
【０００４】
反応性スパッタリング法では、酸素分圧によって蒸着される薄膜の特性が異なってくる。酸素分圧が低すぎると、基板に蒸着される金属物質が十分に酸化されず、望む相(Phase)の薄膜が得られないし、一方、酸素分圧が高すぎると、ターゲットの表面が酸化されて蒸着率が劣るという欠点がある。
【０００５】
したがって、反応性スパッタリング法にて金属酸化物薄膜を高速で蒸着するためには、金属ターゲットが酸化するのを防止すると同時に、基板に蒸着されるターゲット物質が反応性ガスと十分に反応するようにすべきである。しかも、ターゲット物質が基板に蒸着される前に、基板、特に、金属基板と反応性ガスが反応するのを防止しなければならない。
【０００６】
図１は、反応性スパッタリング法で金属酸化物薄膜を蒸着する際、酸素分圧による金属酸化物薄膜の蒸着率を示すグラフである。図１のグラフは、破線を基準に、金属蒸着領域と酸化物蒸着領域とに分けられている。すなわち、酸素分圧が低いと、蒸着される薄膜の金属物質が十分に酸化できず、ターゲットの金属物質がそのまま蒸着されてしまうし、また、酸素分圧が高すぎると、ターゲットが過度に酸化し易いので、蒸着率が急激に落ちる様子を見せている。しかしながら、チャンバーの真空状態やチャンバー構造などが適度の条件を満足する場合には、たとえ酸化物蒸着領域において酸素分圧が増加しても蒸着率は落ちず、一定の蒸着率を示す領域、すなわち、工程ウィンド(Ｗ)が広く存在する。この領域が、反応性スパッタリング法で金属酸化物薄膜を蒸着するに適する領域である。
【０００７】
上記の条件を満足させるためには、反応性スパッタリング蒸着装置をその条件に合うように作製しなければないことはもとより、工程に適する反応ガスを選択すべきである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、反応性スパッタリング方法にて基板上に金属酸化物薄膜を高速で蒸着できる反応性スパッタリング蒸着装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、スパッタリングターゲットと基板との間に仕切り板を設けた反応性スパッタリング蒸着装置を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、反応ガスは基板近傍で噴射し、スパッタリングガスはターゲット近傍で噴射することによって、基板に蒸着される金属ターゲット物質の酸化を促進させながら、金属ターゲット自体の酸化を防止できる反応性スパッタリング蒸着装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成すべく、本発明による反応性スパッタリング蒸着装置は、内部の工程雰囲気を形成するための蒸着チャンバー；蒸着する金属物質を備えたターゲット；このターゲットから分離された金属物質と反応性ガスとの反応生成物が蒸着される基板；及び、前記ターゲットと前記基板との間に設けられて、蒸着チャンバーを基板側の反応チャンバーとターゲット側のスパッタリングチャンバーとに区分する仕切り板；を含み、前記仕切り板の中央部には、前記金属物質が基板に到達できるようにする穴が形成されていることを特徴とする。これによれば、反応性ガスが金属ターゲットに移動するのを最小限に抑え、金属ターゲットの酸化を防止することによって、基板上に金属酸化物薄膜を高速で蒸着できる。
【００１２】
好ましくは、前記反応性スパッタリング装置の蒸着チャンバーの内部には真空形成のための排気口を含み、該排気口は、前記反応チャンバーに設置されるとともに、基板の背面方向に設置され、スパッタリングチャンバーは蒸着チャンバーの下部に位置させる。また、金属物質と反応して基板上に金属酸化膜を形成するための反応性ガスを供給する反応性ガス注入口を含み、この反応性ガス注入口は、反応チャンバーに設置する。ここで、反応性ガス注入口は、ターゲットとは反対方向となるようにする一方、基板に向かうように配置されることが好ましい。基板と隣接する反応性ガス注入口側には反応性ガス筒が設置され、この反応性ガス筒には基板の長さ方向に沿って幅より長さが大きいすき間が形成され、反応性ガスが基板に噴射される前に、反応性ガス筒に一時貯留されて高いエネルギーを持つようにする。これにより、反応性ガスがターゲットに移動してターゲットを酸化させるのを低減することができる。ここで、反応性ガスは、酸素、水蒸気、水素、あるいは、これらの混合ガスである。
【００１３】
好ましくは、前記反応性スパッタリング蒸着装置のターゲットは、金属物質を覆うカバーを含み、ターゲットとカバーとの間にスパッタリングガスを注入させるスパッタリングガス注入口を含む。ここで、スパッタリングガスは、不活性ガス、還元性ガス、あるいは、これらの混合ガスであり、還元性ガスとしては水素を使用すると好ましい。これにより、ターゲット物質が酸化するのを防止することができる。
【００１４】
また、本発明の他の様態による反応性スパッタリング蒸着装置は、金属物質と反応して基板上に金属酸化膜を形成するための反応性ガスを供給する反応性ガス注入口を含み、基板と隣接する反応性ガス注入口側には反応性ガス筒が設置され、この反応性ガス筒の一側には、幅より長さが大きいすき間を形成することによって、反応性ガスがすき間を通して基板に向かって噴射される前に、反応性ガス筒に一時貯留されて高いエネルギーを持つようにすることを特徴とする。また、反応性ガス注入口の一部分には加熱手段を設けて、注入される反応性ガスを加熱するようにする。
【００１５】
また、本発明による金属酸化物蒸着方法は、前記スパッタリング装置の蒸着チャンバーを、基板側の反応チャンバーとターゲット側のスパッタリングチャンバーとに区分し、反応チャンバーとスパッタリングチャンバーを異なる雰囲気に維持させる段階と、スパッタリング装置のターゲットから分離された金属物質を反応性ガスと反応させる段階と、基板上に前記金属物質の酸化物を蒸着する段階と、を含むことを特徴とする。これによれば、反応性ガスが金属ターゲットに移動するのが最小限に抑えられ、金属ターゲットの酸化を防止することができ、結果として基板上に金属酸化物薄膜を高速で蒸着することが可能となる。
【００１６】
好ましくは、前記金属酸化物蒸着方法では、蒸着チャンバーの内部を真空にするための排気口が、反応チャンバーに設置されており、反応チャンバーの雰囲気を調節するガスがスパッタリングチャンバーに逆流するのを防止する。また、前記排気口は、基板の背面方向に設置され、スパッタリングチャンバーは、蒸着チャンバーの下部に位置することが好ましい。また、ターゲットには、ターゲット物質を覆うカバーを設け、ターゲットとカバーとの間にスパッタリングガスを注入させる段階をさらに含むことを特徴とする。スパッタリングガスは、不活性ガス、還元性ガス、あるいは、これらの混合ガスであり、反応性ガスは、酸素、水蒸気、水素、あるいは、これらの混合ガスであることを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、上記の金属酸化物蒸着方法によって蒸着された金属酸化物は、MgO、CeO2、YSZ、STO、及びY2O3で構成されたグループより選ばれたいずれか一つである。また、上記の金属酸化物蒸着方法によって蒸着された金属酸化物は複合層であり、この複合層は、CeO2/MgO、CeO2/YSZ/MgO、CeO2/YSZ/CeO2/MgO、CeO2/MgO、CeO2/Y2O3で構成されたグループより選ばれたいずれか一つであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、上記の金属酸化物蒸着方法で製造された金属酸化物薄膜は、MgO、CeO2、YSZ、STO及びY2O3で構成されたグループより選ばれたいずれか一つであることを特徴とする。また、前記金属酸化物薄膜は、CeO2/MgO、CeO2/YSZ/MgO、CeO2/YSZ/CeO2/MgO、CeO2/MgO、CeO2/Y2O3で構成されたグループより選ばれたいずれか一つの複合層であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、仕切り板を使って蒸着チャンバーを区分するため、反応性ガスである酸素がターゲットに逆流するのを防止し、より高い酸素分圧でも安定して金属酸化物薄膜を蒸着することができる。
【００２０】
また、排気口を仕切り板により区分された基板側の反応チャンバーに配置し、基板側に供給される酸素がターゲットに逆流することなく直ちに排気されるようにしたため、ターゲットの酸化を防止し、反応性スパッタリング方法にて基板上に金属酸化物薄膜を高速で蒸着することができる。
【００２１】
また、スパッタリングガスとして使用されるアルゴンガスを蒸着チャンバーの内部に直接供給せずに、ターゲット物質とターゲットカバーとの間に供給し、且つ、アルゴンガスと共に還元性ガスを混合供給するため、金属ターゲット物質が、逆流する酸素により酸化するのを最上限に抑えることができる。
【００２２】
また、酸素を反応性ガスとして使用すると、オゾン、酸素陰イオンのような酸化力の強い二次生成物が生成されて金属ターゲットの酸化が促進されるという問題が生じるが、本発明によれば、反応性ガスとして酸素の代わりに水蒸気を使用するため、ターゲットの酸化をより有効に抑えることができる。
【００２３】
また、本発明によれば、アルゴンや水蒸気などが上昇して排気されるため、水蒸気がスパッタリングチャンバーに拡散するのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態による反応性スパッタリング製造装置及び金属酸化物蒸着方法について説明する。但し、下記の実施の形態は、本発明の権利範囲を限定するためのものでなく、本発明の例示するためのものである。
【００２５】
図２は、本発明による反応性スパッタリング蒸着装置を概略的に示す図である。
【００２６】
図２に示すように、本発明による反応性スパッタリング蒸着装置１０は、その内部に工程雰囲気を形成するためのチャンバー１１と、蒸着したい金属ターゲット物質を備えたターゲット１２と、ターゲットから分離された金属物質が蒸着される基板１３と、チャンバー１１を基板側の反応チャンバー１１ａとターゲット側のスパッタリングチャンバー１１ｂとに区画する仕切り板１４と、チャンバーの内部を真空にするための排気口１５と、から構成される。
【００２７】
仕切り板１４は、単に、チャンバー１１内の基板とターゲットとを実質的に分離できるものであればよく、必ずしもチャンバーを２部分に完全に分けるものである必要はない。すなわち、仕切り板１４は、基板に供給される反応性ガスがターゲットに逆流するのを防げるものであればよく、したがって、必要に応じて若干の空間または穴が形成されてもいい。特に、中央部には穴を開き、ターゲット１２の金属物質が基板１３に到達できるようにする。ここで、穴の位置及び大きさは、ターゲット物質が基板に十分に伝達されうるように設定するといい。
【００２８】
図３は、仕切り板１４の存在有無によって変わる金属酸化物薄膜の蒸着率を示すグラフであり、仕切り板が存在する場合には、工程ウィンド(Ｗ)がより広く形成されるため、高い酸素分圧でも蒸着率が減少することなく金属酸化物薄膜がよく蒸着されていることを示している。したがって、仕切り板は、反応性ガスである酸素がターゲットに逆流するのを防止し、より高い酸素分圧でも金属酸化物薄膜が安定して蒸着されるようにしていることが分かる。
【００２９】
チャンバーの内部を真空にするための排気口１５は、反応チャンバー１１ａ側に配置されることが好ましく、より好ましくは、基板の背面方向に配設される。このように排気口１５を反応チャンバー１１ａに配置すると、基板側へ供給されて反応して残った酸素が、ターゲットに逆流されずに直ぐに排気されるため、ターゲットの酸化を防止できることになる。また、図２に示すように、排気口１５及び基板１３をターゲット１２の上部側に配置すると、基板の背面に配置されたヒーターあるいはハロゲンランプ１７により温まった反応ガスが上昇するので、下部に配置されたターゲットの酸化を効率よく防止するようになる。図４は、ポンプに連結される排気口を、反応チャンバー１１ａ側(Ａ)とスパッタリングチャンバー１１ｂ側(Ｂ)に配置した構造の蒸着チャンバーを示す図である。図５は、これらの構造における金属酸化物薄膜の蒸着率を示すグラフであり、反応チャンバー１１ｂに配置した場合(Ａ)に、より広い工程ウィンドを示すことが分かる。
【００３０】
図６は、排気口に連結されたポンプの種類による金属酸化物薄膜の蒸着率を示すグラフであり、ロータリーポンプを使用した場合よりもターボポンプを使用した場合に、より広い工程ウィンドを示すことが分かる。すなわち、蒸着チャンバーを排気する排気能力が大きくなるにつれて、酸素の逆流をより有効に防止することができる。
【００３１】
ターゲット１２には、ターゲット物質１２ａを覆うターゲットカバー１２ｂと、ターゲット物質１２ａとターゲットカバー１２ｂとの間にスパッタリングガスを注入させるスパッタリングガス注入口１２ｃとが設置される。このように、アルゴンガスは、蒸着チャンバーの内部に直接供給されず、ターゲット物質とターゲットカバーとの間に供給されるため、ターゲット物質の近傍はアルゴンガスで充填され、酸素による酸化を最小限にすることができる。図７は、アルゴンガス注入口を蒸着チャンバーに直接設置した場合(Ａ)と、アルゴンガスがターゲット物質１２ａとターゲットカバー１２ｂとの間に供給されるように設置した場合(Ｂ)を示している。図８はこれらの構造における金属酸化物薄膜の蒸着率を示すグラフであり、ターゲット物質１２ａとターゲットカバー１２ｂとの間にアルゴンガスが供給されるようにする場合(Ｂ)に、より広い工程ウィンドを示すことが分かる。
【００３２】
スパッタリングガスは、アルゴンなどの不活性ガスと還元性ガスで構成されたグループより選ばれたものであるか、これらの混合ガスであり、特に、還元性ガスとしては水素が好ましい。図９は、スパッタリングガスとしてアルゴンガスのみを使用した場合と、アルゴンガス９６％と水素ガス４％を混合して使用した場合における金属酸化物薄膜の蒸着率を示すグラブであり、アルゴンと水素の混合ガスを使用した場合に、より広い工程ウィンドを示すことが分かる。すなわち、還元性ガスを混合したものをスパッタリングガスとして供給することによって、金属ターゲット物質が、逆流する酸素により酸化するのを最小限にすることができる。
【００３３】
反応性ガスは、酸素及び水蒸気で構成されたグループより選ばれたものを使用するか、これらの混合ガスを使用する。図１０は、反応性ガスとして酸素を使用した場合と水蒸気を使用した場合における金属酸化物薄膜の蒸着率をそれぞれ示すグラフであり、水蒸気を使用した場合に、より広い工程ウィンドを示すことが分かる。
【００３４】
仕切り板１４の基板１３側、すなわち反応チャンバーには反応性ガス注入口１６を配置し、ターゲットからの金属物質と注入される反応性ガスとが反応して基板１３上に金属酸化膜を形成するように誘導する。反応性ガス注入口１６は、入口側の反応性ガス流入管路１６ａを介して連結されており、管路に介装されたバルブ(図示せず)にてガスの流れを制御可能である。反応性ガスは、流入管路１６ａを通して蒸着チャンバー１０内の反応性ガス筒１６ｂに到達するようになる。反応性ガス筒１６ｂに到達した水蒸気は、ヒーターによって加熱されて、ガス筒の壁面に一定の圧力を加えるようになる。反応性ガス筒には、基板１３の近傍において幅１ｍｍ、長さ２００ｍｍのすき間１６ｃが基板１３の長さ方向に沿って存在し、このすき間を通して水蒸気などの反応性ガスが基板に向かって噴射される。反応性ガスが水蒸気である場合、基板から約３０ｃｍ離れた箇所に水分圧センサー(図示せず)を取り付け、このセンサーにより水分圧を感知することがより好ましい。基板温度が８００℃であり、蒸着率が６０ｎｍ/ｍｉｎである場合、適正の水分圧は１ｍＴｏｒｒである。
【００３５】
このように構成される反応性スパッタリング蒸着装置を使って金属酸化物薄膜を蒸着すると、反応ガスは、仕切り板１４により区画された蒸着チャンバー１１の反応チャンバー１１ａとスパッタリングチャンバー１１ｂのうち、反応チャンバー１１ａに噴射されるので、反応チャンバー１１ａでは反応ガスの分圧が高いが、スパッタリングチャンバーでは反応ガスの分圧が低くなる。したがって、反応ガスがターゲットの表面に逆流するのが最小限に抑えられ、基板表面における反応ガスの分圧は最大化できる。また、反応性ガス筒１６ｂの小さいすき間１６ｃを通して基板近傍において水蒸気を噴射する方式であるがために、基板表面での水蒸気分圧を最大化できる。併せて、ターゲット表面でのアルゴンガスの分圧を増加させることによって、水蒸気分子がターゲットの表面に拡散するのを防止できる。また、アルゴン及び水蒸気が上部側に流れて排気されるようにすることによって、水蒸気がスパッタリングチャンバーに拡散するのを防止できる。
【００３６】
以上のように構成される反応性スパッタリング蒸着装置を用いた金属酸化物蒸着方法について説明すると、下記の通りである。
【００３７】
スパッタリング蒸着装置を反応チャンバーとスパッタリングチャンバーとに区分し、これらのチャンバーを異なる雰囲気に保持させる。このためには、図２に示すような反応性スパッタリング蒸着装置を使用することが好ましい。こうすると、反応性ガスが金属ターゲットへ移動するのを最小限に抑えて金属ターゲットの酸化を防止でき、したがって、基板上に金属酸化物薄膜を高速で蒸着することが可能となる。
【００３８】
この雰囲気で、工程に応じて所望の真空度を持つように排気口を通してポンピングし、ヒーターあるいはハロゲンランプの輻射熱で基板を所定の温度に加熱する。続いて、反応ガスを反応チャンバーの内部に流入させる。反応ガスとしては、酸素、水蒸気、水素あるいはこれらの混合ガスを使用する。このとき、酸素を反応性ガスとして使用すると、オゾン、酸素陰イオンのような酸化力の強い二次生成物が生成されて金属ターゲットの酸化を促進させてしまうので、反応性ガスとしては酸素よりも水蒸気を使用することが好ましい。
【００３９】
反応ガスが流入して蒸着チャンバーの雰囲気が安定した後、不活性ガス、還元性ガス、あるいは、これらの混合ガスであるスパッタリングガスを、スパッタリングチャンバーに供給する。スパッタリングガスは、スパッタリングガス注入口１２ｃを通してターゲットカバー１２ｂの内部に供給される。したがって、不活性ガスであるアルゴンは、蒸着チャンバーの内部に直接供給されずに、ターゲット物質及びターゲットカバーとの間に供給されることから、ターゲット物質の近傍はアルゴンガスで充填されるため、酸素による酸化を最小限に抑えることができる。
【００４０】
続いて、ターゲットにはスパッタリング電源が印加されてスパッタリングが始まり、ターゲット物質がターゲットから分離され、これら分離された金属物質が基板に蒸着されることで、薄膜が形成される。
【００４１】
さらに、以上のような方法で、MgO、CeO2、YSZ、STO、Y2O3などの金属酸化物薄膜、または、これらの複合層であるCeO2/MgO、CeO2/YSZ/MgO、CeO2/YSZ/CeO2/MgO、CeO2/MgO、CeO2/Y2O3などを高速で蒸着することができる。
【００４２】
以上の詳細な説明では具体例に則して説明したが、本発明の範囲を外れない限り多様な改良変更が可能なことはもちろんである。したがって、本発明の範囲は、説明した具体例に限定して解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なものにより定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】反応性スパッタリング時の酸素分圧による金属酸化物薄膜の蒸着率を示すグラフである。
【図２】本発明による反応性スパッタリング蒸着装置を示す図である。
【図３】仕切り板の有無による金属酸化物薄膜の蒸着率を示すグラフである。
【図４】本発明による反応性スパッタリング蒸着装置の排気口の配置図である。
【図５】図４に示した排気口の配置による蒸着率を示すグラフである。
【図６】排気ポンプの種類による金属酸化物薄膜の蒸着率を示すグラフである。
【図７】本発明による反応性スパッタリング蒸着装置のアルゴン注入口の配置図である。
【図８】図７に示したアルゴン注入口の配置による金属酸化物薄膜の蒸着率を示すグラフである。
【図９】スパッタリングガスの種類による金属酸化物薄膜の蒸着率を示すグラフである。
【図１０】反応性ガスの種類による金属酸化物薄膜の蒸着率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１０    反応性スパッタリング蒸着装置
１１    チャンバー
１１ａ  反応チャンバー
１１ｂ  スパッタリングチャンバー
１２    ターゲット
１２ａ  ターゲット物質
１２ｂ  ターゲットカバー
１２ｃ  スパッタリングガス注入口
１３    基板
１４    仕切り板
１５    排気口
１６    反応性ガス注入口
１６ａ  反応性ガス流入管路
１６ｂ  反応性ガス筒
１６ｃ  すき間
【図１】
2005042200.tif 000003
【図２】
2005042200.tif 000004
【図３】
2005042200.tif 000005
【図４】
2005042200.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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