(57)【要約】【課題】二酸化バナジウム薄膜を形成した半導体素子（スイッチング素子）の大量生産に好適な二酸化バナジウム薄膜製造装置を提供する。【解決手段】本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置１は、スパッタリングによって基板２に二酸化バナジウム薄膜を堆積する二酸化バナジウム薄膜製造装置１であって、真空容器３と、真空容器３内に設けられ、基板２を設置して、当該基板２を３００〜４５０℃に加熱する加熱手段４と、当該加熱手段４と対向する位置に設けられ、バナジウムからなるターゲット物質を設置する磁石５２を有するホルダー部５と、真空容器３内に希ガスと酸素ガスを導入するガス導入管６と、ターゲット物質５１に高周波電圧を印加するために接続された電源７と、を備え、加熱手段４とターゲット物質５１との間に、高周波電圧を印加するための電源８１が接続された導電性金属部材８を設けたことを特徴とする。【選択図】図１
2007224390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリングによって基板上に金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を堆積する二酸化バナジウム薄膜製造装置であって、
真空容器と、
当該真空容器内に設けられ、前記基板を設置して、当該基板を３００〜４５０℃に加熱する加熱手段と、
当該加熱手段と対向する位置に設けられ、バナジウムまたはバナジウム酸化物からなるターゲット物質を設置する磁石を有するホルダー部と、
前記真空容器内に希ガスと酸素ガスを導入するガス導入管と、
前記ターゲット物質に高周波電圧を印加するために接続された電源と、
を備え、
前記加熱手段と前記ターゲット物質との間に、高周波電圧を印加するための電源が接続された導電性金属部材を設けたことを特徴とする二酸化バナジウム薄膜製造装置。
【請求項２】
前記導電性金属部材が、少なくとも２回巻回したコイル部材であることを特徴とする請求項１に記載の二酸化バナジウム薄膜製造装置。
【請求項３】
前記導電性金属部材が、ステンレス製、チタン製または銅製であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二酸化バナジウム薄膜製造装置。
【請求項４】
真空容器内に設けられた加熱手段に基板を設置するとともに、前記加熱手段と対向する位置に設けられた磁石を有するホルダー部にバナジウムまたはバナジウム酸化物からなるターゲット物質を設置する設置工程と、
前記真空容器内の空気を排気して当該真空容器内を５．７〜９．３×１０−４Ｐａの陰圧にする陰圧工程と、
陰圧状態を維持しつつ、当該真空容器内に希ガスと酸素ガスを導入するガス導入工程と、
前記加熱手段によって前記基板を３００〜４５０℃に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程後、前記ターゲット物質と、高周波電圧を印加する電源が接続された導電性金属部材と、のそれぞれに高周波電圧を印加して、前記基板上に金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を堆積させる高周波電圧印加工程と、
前記二酸化バナジウム薄膜を堆積させた基板を前記真空容器内から取り出す取出工程と、
を含むことを特徴とする二酸化バナジウム薄膜製造方法。
【請求項５】
前記ガス導入工程は、希ガスを４０〜１００ｓｃｃｍ、酸素ガスを１〜１０ｓｃｃｍの条件で導入することを特徴とする請求項４に記載の二酸化バナジウム薄膜製造方法。
【請求項６】
前記ガス導入工程後の前記真空容器内の気圧を０．５〜５．０Ｐａに維持することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の二酸化バナジウム薄膜製造方法。
【請求項７】
前記加熱工程は、前記基板を３００〜４００℃に加熱することを特徴とする請求項４から請求項６のうちいずれか一項に記載の二酸化バナジウム薄膜製造方法。
【請求項８】
前記高周波電圧印加工程は、
前記ターゲット物質に、高周波電流：１０〜１００ＭＨｚ、高周波電力：１００〜１０００Ｗの条件で印加し、かつ、
前記導電性金属部材に、高周波電流：１０〜１００ＭＨｚ、高周波電力：１００〜１０００Ｗの条件で印加することを特徴とする請求項４から請求項７のうちいずれか一項に記載の二酸化バナジウム薄膜製造方法。
【請求項９】
請求項４から請求項８のうちいずれか一項に記載の二酸化バナジウム薄膜製造方法によって、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜が製造された基板を用いて製造されるスイッチング素子製造方法であって、
前記基板上に製造した前記二酸化バナジウム薄膜上に、金属層を形成する金属層形成工程と、
形成した前記金属層上にフォトレジストを塗布し、当該フォトレジストに所定のパターンを有するパターンマスクを介して露光し、前記所定のパターンを呈するように硬化させ、硬化していない前記フォトレジストを除去して前記金属層を露出させるリソグラフィ工程と、
露出した前記金属層を前記二酸化バナジウム薄膜が露出するまでエッチングして前記所定形状に則したゲート電極を形成するエッチング工程と、
前記金属層上に残存する、硬化した前記フォトレジストを除去してスイッチング素子を得るフォトレジスト除去工程と、
を含むことを特徴とするスイッチング素子製造方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の二酸化バナジウム薄膜製造装置によって、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜が製造された基板と、
前記二酸化バナジウム薄膜上に離間して設けられる一対の電極であるゲート電極と、
を備えることを特徴とするスイッチング素子。
【請求項１１】
前記二酸化バナジウム薄膜の結晶構造が単斜晶型であることを特徴とする請求項１０に記載のスイッチング素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子などの半導体プロセスに用いることのできる、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウムの薄膜を製造するための二酸化バナジウム薄膜製造装置および二酸化バナジウム薄膜製造方法と、これらによって製造された金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を用いたスイッチング素子製造方法およびそれによって製造されたスイッチング素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化バナジウムは、一酸化バナジウム（ＶＯ）、二酸化バナジウム（ＶＯ２）、三酸化二バナジウム（Ｖ２Ｏ３）、五酸化二バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、七酸化三バナジウム（Ｖ３Ｏ７）など多様な酸化状態を有する。その中でも二酸化バナジウムは、比抵抗の温度変化率（Temperature Coefficient of Resistance；ＴＣＲ）が大きいことからボロメータ型赤外線温度センサに好適に用いられている。
【０００３】
二酸化バナジウムの中でも、室温において単斜晶型を呈する結晶は、６８℃付近でいわゆる金属−絶縁体相転移を示し、電気抵抗値が大幅に変化する性質を有する。このような二酸化バナジウムの結晶については、６０〜７０℃の温度条件下で三桁から四桁の電気抵抗値の変化が報告されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
非特許文献１には、レーザー堆積法という薄膜積層方法によって二酸化バナジウム薄膜を形成する旨が記載されている。レーザー堆積法は、薄膜を積層するための真空容器に外部からレーザー光を照射してターゲット物質を蒸発させ、蒸発したターゲット物質を基板上に薄膜状に堆積させる方法である。
また、非特許文献１には、かかる方法によって形成された二酸化バナジウム薄膜に電圧を印加することによって電界誘起相転移することが記載されている。
【非特許文献１】H-T. Kim, et al. :Applied Physics Letters, 86, 242101 (2005)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザー光を照射するレーザー堆積法は、薄膜堆積を行うための真空容器とともに、その外部に設置した高出力レーザー装置が必要であるために、二酸化バナジウム薄膜を形成した基板の大量生産には不向きであるという問題点があった。
【０００６】
また、大量生産に向けて従来使用されているマグネトロンスパッタリング装置を用いて二酸化バナジウム薄膜を得るべく鋭意研究されているが、酸素流量、真空容器内の圧力、基板の加熱温度などの条件設定が難しく、二酸化バナジウム以外の酸化バナジウムが大量に混在する薄膜しか得ることができなかった。そのため、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を得ることは困難であり、このような二酸化バナジウム薄膜を得るためには、成膜条件を見出すことに多大の労力を費やさなければならなかった。
【０００７】
また、従来使用されているマグネトロンスパッタリング装置を用いた場合、得られる二酸化バナジウムの結晶構造は、高温相（Tetragonal）であるために金属−絶縁体相転移を示さないという欠点があった。
【０００８】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、二酸化バナジウム薄膜を形成した半導体素子（スイッチング素子）の大量生産に好適な、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を製造するための二酸化バナジウム薄膜製造装置と二酸化バナジウム薄膜製造方法を提供することを第１の目的とする。
また、二酸化バナジウム薄膜製造装置または二酸化バナジウム薄膜製造方法によって製造された二酸化バナジウム薄膜を用いて製造されるスイッチング素子製造方法およびそれによって製造されたスイッチング素子を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造装置は、スパッタリングによって基板上に金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を堆積する二酸化バナジウム薄膜製造装置であって、真空容器と、当該真空容器内に設けられ、前記基板を設置して、当該基板を３００〜４５０℃に加熱する加熱手段と、当該加熱手段と対向する位置に設けられ、バナジウムまたはバナジウム酸化物からなるターゲット物質を設置する磁石を有するホルダー部と、前記真空容器内に希ガスと酸素ガスを導入するガス導入管と、前記ターゲット物質に高周波電圧を印加するために接続された電源と、を備え、前記加熱手段と前記ターゲット物質との間に、高周波電圧を印加するための電源が接続された導電性金属部材を設ける構成とした。
【００１０】
このように、本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置は、加熱手段と前記ターゲット物質との間に設けた導電性金属部材によって電磁誘導現象を生じさせることが可能である。生じさせた電磁誘導現象によって、プラズマの発生の支援と高密度化を図ることができる。これにより、酸素分子の結合を切り離すために十分なエネルギーを得ることができるので、活性な酸素原子（ラジカル）を生成することが可能となる。そのため、スパッタされたバナジウム原子との結合が好適に行われるので、効率良く金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウムを生成し、基板上に堆積させることができる。また、基板を３００〜４５０℃に加熱することによって、基板などにかける負担が少なくて済むため、エピタキシャル結晶成長する二酸化バナジウム薄膜を良好な状態で得ることができる。
つまり、このような構成の二酸化バナジウム薄膜製造装置を用いて、酸素雰囲気中でバナジウムをスパッタすることによって、当該基板上に金属−絶縁体相転移を示す二酸化バナジウムの薄膜を製造することができる。
【００１１】
本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置において、前記導電性金属部材が、少なくとも２回巻回したコイル部材であるのが好ましい。
【００１２】
このように、導電性金属部材を少なくとも２回巻回したコイル部材とすることによって電磁誘導現象を生じさせることができるので、基板上に好適に金属−絶縁体相転移を示す二酸化バナジウムの薄膜を製造することができる。
【００１３】
本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置において、前記導電性金属部材が、ステンレス製、チタン製または銅製であるのが好ましい。
このように、ステンレス製、チタン製または銅製の導電性金属部材を用いれば、スパッタリングの際に当該導電性金属部材がスパッタされにくいので、バナジウム以外の金属元素の混入の少ない好適な二酸化バナジウム薄膜を製造することができる。
【００１４】
また、前記課題を解決するため、本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造方法は、設置工程と、陰圧工程と、ガス導入工程と、加熱工程と、高周波電圧印加工程と、取出工程と、を含んでなる。
【００１５】
このように、本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造方法は、設置工程で真空容器内に設けられた加熱手段に基板を設置するとともに、前記加熱手段と対向する位置に設けられた磁石を有するホルダー部にバナジウムまたはバナジウム酸化物からなるターゲット物質を設置した後、陰圧工程で真空容器内の空気を排気して当該真空容器内を５．７〜９．３×１０−４Ｐａの陰圧にする。そして、陰圧状態を維持しつつ、ガス導入工程で真空容器内に希ガスと酸素ガスを導入する。そして、加熱工程で加熱手段によって基板を３００〜４５０℃に加熱した後、高周波電圧印加工程によってターゲット物質と、高周波電圧を印加するための電源が接続された導電性金属部材と、のそれぞれに高周波電圧を印加して、基板上に、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を堆積し、取出工程で二酸化バナジウム薄膜を堆積させた当該基板を前記真空容器内から取り出す。
【００１６】
また、本発明の二酸化バナジウム薄膜製造方法において、前記ガス導入工程は、希ガスを４０〜１００ｓｃｃｍ、酸素ガスを１〜１０ｓｃｃｍの条件で導入するのが好ましい。
本発明の二酸化バナジウム薄膜製造方法において、前記ガス導入工程後の前記真空容器内の気圧を０．５〜５．０Ｐａに維持するのが好ましい。
本発明の二酸化バナジウム薄膜製造方法において、前記加熱工程は、前記基板を３００〜４００℃に加熱することを特徴とするのが好ましい。
【００１７】
二酸化バナジウム薄膜の製造条件をこのような特定の範囲に限定して行うことで、単斜晶型（低温相（Monoclinic））である良好な結晶状態の二酸化バナジウムを製造することが可能となる。つまり、基板上に、金属−絶縁体相転移する、より好適な二酸化バナジウム薄膜を製造することができる。
【００１８】
本発明の二酸化バナジウム薄膜製造方法において、前記高周波電圧印加工程は、前記ターゲット物質に、高周波電流：１０〜１００ＭＨｚ、高周波電力：１００〜１０００Ｗの条件で印加し、かつ、前記導電性金属部材に、高周波電流：１０〜１００ＭＨｚ、高周波電力：１００〜１０００Ｗの条件で印加するのが好ましい。
【００１９】
このような条件で高周波電圧印加工程を行うと、単斜晶型である低温相（Monoclinic）の二酸化バナジウムを製造することができる。つまり、基板上に、金属−絶縁体相転移する、さらに好適な二酸化バナジウム薄膜を製造することができる。
【００２０】
また、前記課題を解決するため、本発明に係るスイッチング素子製造方法は、前記した二酸化バナジウム薄膜製造方法によって、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜が製造された基板を用いて製造されるスイッチング素子製造方法であって、金属層形成工程と、リソグラフィ工程と、エッチング工程と、フォトレジスト除去工程と、を含んでなる。
【００２１】
このように、本発明に係るスイッチング素子製造方法は、前記した二酸化バナジウム薄膜製造方法によって、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜が製造された基板を用いて、まず、金属層形成工程において、基板上に製造した二酸化バナジウム薄膜上に、金属層を形成する。そして、リソグラフィ工程で、形成した金属層上にフォトレジストを塗布し、当該フォトレジストに所定のパターンを有するパターンマスクを介して露光し、所定のパターンを呈するように硬化させ、硬化していないフォトレジストを除去して金属層を露出させる。次いで、エッチング工程で、露出した金属層を二酸化バナジウム薄膜が露出するまでエッチングして所定形状に則したゲート電極を形成し、フォトレジスト除去工程で、金属層上に残存する、硬化した前記フォトレジストを除去してスイッチング素子を得る。
【００２２】
前記課題を解決するため、本発明に係るスイッチング素子は、前記した二酸化バナジウム薄膜製造装置によって、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜が製造された基板と、前記二酸化バナジウム薄膜上に離間して設けられる一対の電極であるゲート電極と、を備える構成とした。
【００２３】
このような構成のスイッチング素子とすれば、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウムの薄膜を備えているので、６０〜７０℃の温度条件下や、印加する電圧の変化によって電気抵抗値が変化するスイッチング素子を得ることができる。
【００２４】
本発明のスイッチング素子において、前記二酸化バナジウム薄膜は、その結晶構造が単斜晶型であるのが好ましい。
このような二酸化バナジウム薄膜を備えたスイッチング素子は、二酸化バナジウム薄膜の結晶構造が単斜晶型であるので、前記した電気抵抗値の変化が著しいだけでなく、電気抵抗値の変化速度も速い、より優れたスイッチング素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造装置によれば、半導体素子（スイッチング素子）に用いる金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を、容易かつ選択的に製造することができる。したがって、スイッチング素子の大量生産を好適に行うことが可能となる。
本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造方法によれば、半導体素子（スイッチング素子）に用いる金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を、容易かつ選択的に製造することができる。したがって、スイッチング素子の大量生産を好適に行うことが可能となる。
本発明に係るスイッチング素子製造方法によれば、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を用いてスイッチング素子を製造しているので、電気抵抗値の変化が著しい、優れたスイッチング素子を得ることができる。
本発明に係るスイッチング素子は、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を用いているので、電気抵抗値の変化が著しい半導体素子とすることができる。また、本発明に係るスイッチング素子は、特に、結晶構造が好適であるので、三桁から四桁の電気抵抗値の変化を有し、半導体素子として優れたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、適宜図面を参照して本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造装置、二酸化バナジウム薄膜製造方法、スイッチング素子製造方法、およびスイッチング素子について詳細に説明する。
参照する図面において、図１は、本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造装置の一構成例を示す説明図である。
【００２７】
まず、本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造装置について説明する。
本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造装置１は、ＩＣＰ支援スパッタ法によるスパッタリングによって、基板２上に金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を堆積する二酸化バナジウム薄膜製造装置である。
ここで、ＩＣＰ支援スパッタ法とは、誘導結合方式によって発生する高密度プラズマを用いるスパッタ法をいう。ＩＣＰ支援スパッタ法を適用すると、電子密度、電子温度、シース電圧のそれぞれを増加させることができ、セルフバイアスを低下させることによって反跳粒子を減少させることができ、また、後記するように酸素分子を酸素原子に十分に解離させることができる。
【００２８】
本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置１は、真空容器３と、加熱手段４と、ホルダー部５と、ガス導入管６と、電源７と、を備え、この加熱手段４とホルダー部５との間に、導電性金属部材８を設けた構成としている。
【００２９】
本発明で用いる真空容器３は、スパッタリング時に容器内を陰圧状態にすることができるものであれば特に限定されることなく用いることができ、従来公知のスパッタリング装置で用いられる真空容器を好適に用いることができる。
【００３０】
加熱手段４は、真空容器３内に設けられており、当該加熱手段４に備えられた固定具に基板２を設置し、当該基板２を３００〜４５０℃、より好ましくは３００〜４００℃に加熱する。
基板２の加熱温度が３００℃未満であると、金属−絶縁体相転移する結晶成長に至らないため好ましくない。一方、基板２の加熱温度が４５０℃を超えると、基板２の耐熱性の問題やヒータの耐久性の観点から好ましくない。また、かかる温度範囲は、従来のマグネトロンスパッタ法による加熱温度よりも低い温度であるので、集積化される他の構成材料にかかる負担が少なくなるというメリットがある。
なお、前記した温度に加熱できればよいので、加熱時間は特に限定されない。
【００３１】
このような加熱手段４としては、例えば、高融点の石英板と高温加熱用のヒータ線であるカンタル線とを用いて形成することができるが、これに限定されるものではなく、前記した温度まで基板２を加熱することができれば通常用いられる加熱装置を用いることもできる。
【００３２】
基板２は、Ｓｉおよびα−Ａｌ２Ｏ３のうち少なくとも１つ含んで構成されている。具体的には、単結晶シリコン半導体ウェハを好適に用いることができる。
当該基板２上に製造される二酸化バナジウム薄膜はエピタキシャル結晶成長するため、基板２の結晶構造の影響を受ける。そのため、良好な結晶状態（単斜晶型）の二酸化バナジウムの薄膜を得るためにも、これらを用いて作製された基板２を用いるのが好ましい。
【００３３】
ホルダー部５は、真空容器３内において加熱手段４と対向する位置に設けられており、基板２に対して二酸化バナジウム薄膜を堆積させるためのターゲット物質５１であるバナジウム（Ｖ）を設置している。また、このホルダー部５は、後記する電源７から印加される高周波電圧によって当該ターゲット物質５１に磁力を発生させるための磁石５２を備えている。
ここで、ホルダー部５に設置するバナジウムとしては、純度９９．９％以上の純バナジウムが好ましいが、バナジウム酸化物を設置することもできる。
【００３４】
ガス導入管６は、真空容器３内に希ガスと酸素ガスを導入する。希ガスは、高周波電圧を印加されたホルダー部５によってプラズマとなり、ターゲット物質５１であるバナジウムをスパッタして基板２上に堆積させる。なお、前記したようにターゲット物質５１としてバナジウム酸化物を設置することもできるが、このような場合においても本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置によって二酸化バナジウムの薄膜を得るためには、酸素ガスの供給およびその流量などの最適化が必要である点は、純バナジウムを使用した場合と同様である。
【００３５】
希ガスは、アルゴンガス（Ａｒガス）を用いるのが好ましいがこれに限定されることはなく、例えば、ヘリウムガス（Ｈｅガス）、ネオンガス（Ｎｅガス）、クリプトンガス（Ｋｒガス）、キセノンガス（Ｘｅガス）などを用いることもできる。
【００３６】
他方、真空容器３内に導入された酸素ガスもプラズマによって解離し、活性な酸素原子（ラジカル）となり、基板２に堆積するバナジウム原子を酸化して二酸化バナジウムを生成する。なお、適度な酸素ガス濃度でＩＣＰ支援スパッタ法によるスパッタリングを行うと、バナジウムとの化学量論的な反応を進行させることが可能であるため、一酸化バナジウム（ＶＯ）、三酸化二バナジウム（Ｖ２Ｏ３）、五酸化二バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、七酸化三バナジウム（Ｖ３Ｏ７）などの酸化バナジウムは生成されにくくなる。その結果、二酸化バナジウムを選択的に堆積させた薄膜（二酸化バナジウム薄膜）を基板２上に製造することが可能となる。
【００３７】
そして、本発明においては、前記した加熱手段４とターゲット物質５１との間に、高周波電圧を印加するための電源８１が接続された導電性金属部材８を設けた構成としている。
この導電性金属部材８は、接続されている電源８１から高周波電圧を印加して電磁誘導を生じさせるために、巻回してコイル状のコイル部材とするのが好ましい。コイル部材とする場合は、少なくとも２回巻きとするのが好ましい。このようにすると、当該導電性金属部材８に電流を印加することによって好適に電磁誘導現象を生じさせることができる。電磁誘導現象を生じさせることにより、発生させるプラズマを高密度化させることができる。その結果、従来では得られなかった金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を基板２上に好適に製造することができる。
【００３８】
このような導電性金属部材８は、プラズマ中であってもスパッタされにくく、良好な電気伝導性を有し、かつ、安価に入手できるなどの観点からステンレス製とするのが好ましいが、これに限定されるものではなく、例えば、チタンや銅なども用いることが可能である。
【００３９】
以上のように説明した本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造装置１は、磁石５２に高周波電圧を印加してアルゴンガスなどの希ガスをプラズマ化させるとともに、導電性金属部材８にも高周波電圧を印加することでプラズマを高密度化し、当該高密度化したプラズマによってターゲット物質５１であるバナジウムをスパッタし、基板２上に堆積させる。このとき、基板２に向かって飛ぶバナジウム原子は、ガス導入管６で真空容器３内に導入され、プラズマによって解離した酸素原子によって酸化され、二酸化バナジウムとなる。本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置１は、基板２上に、いわば選択的に二酸化バナジウムを堆積させることで、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を製造することができる。
【００４０】
次に、図２を参照して、本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造方法について説明する。本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造方法は、前記した構成の二酸化バナジウム薄膜製造装置１を用いて好適に実施することができる。なお、図２は、本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造方法の工程内容を示すフローチャートである。
【００４１】
図２に示すように、本発明の二酸化バナジウム薄膜製造方法は、設置工程Ｓ１と、陰圧工程Ｓ２と、ガス導入工程Ｓ３と、加熱工程Ｓ４と、高周波電圧印加工程Ｓ５と、取出工程Ｓ６と、を含んでなる。
以下、各工程について詳細に説明する。
【００４２】
まず、設置工程Ｓ１では、真空容器３内に設けられた加熱手段４に基板２を設置する。また、前記の加熱手段４と対向する位置に設けられた磁石５２を有するホルダー部５にバナジウムまたはバナジウム酸化物からなるターゲット物質５１を設置する。
【００４３】
次いで、陰圧工程Ｓ２では、真空容器３内の空気を排気して当該真空容器３内を５．７〜９．３×１０−４Ｐａの陰圧にする。後記するように、ガス導入工程Ｓ３後の真空容器３内の気圧条件を０．５〜５．０Ｐａの範囲に調整するためである。
【００４４】
次いで、ガス導入工程Ｓ３では、真空容器３内に希ガスと酸素ガスを導入する。
このとき、希ガスを４０〜１００ｓｃｃｍ、好ましくは４５〜９８ｓｃｃｍの条件で導入し、酸素ガスを１〜１０ｓｃｃｍ、好ましくは２〜１０ｓｃｃｍの条件で導入する。希ガスの流量が４０〜１００ｓｃｃｍを外れると、発生するプラズマが好ましい状態ではなくなる。酸素ガスの導入量が１〜１０ｓｃｃｍを外れると、二酸化バナジウム以外の酸化バナジウムが生成しやすくなる。結果的に、二酸化バナジウムを選択的に堆積させた薄膜を得ることができなくなる。
そして、ガス導入工程Ｓ３後の真空容器３内の気圧を０．５〜５．０Ｐａ、好ましくは０．８７〜３．５Ｐａに維持する。真空容器３内の気圧が０．５〜５．０Ｐａを外れると、スパッタ成膜を安定して持続させることができないおそれがあるだけでなく、放電しないおそれもある。
【００４５】
次いで、加熱工程Ｓ４では、加熱手段４によって基板２を加熱する。基板２を加熱する温度は、３００〜４５０℃、好ましくは３００〜４００℃とする。基板２の加熱温度をこの範囲にする理由は既に述べたので省略する。
【００４６】
次いで、高周波電圧印加工程Ｓ５では、加熱工程Ｓ４後、ホルダー部５の磁石５２と導電性金属部材８のそれぞれに高周波電圧を印加して、基板２上に二酸化バナジウム薄膜を堆積させる。
この高周波電圧印加工程Ｓ５は、磁石５２に、高周波電流：１０〜５００ＭＨｚ、好ましくは１３．５６ＭＨｚの条件で印加し、高周波電力：１００〜１０００Ｗ、好ましくは１００〜５００Ｗ、より好ましくは１５０〜３００Ｗの条件で印加する。また、導電性金属部材８にも同様に、高周波電流：１０〜５００ＭＨｚ、好ましくは１３．５６ＭＨｚの条件で印加し、高周波電力：１００〜１０００Ｗ、好ましくは１００〜５００Ｗ、より好ましくは１５０〜３００Ｗの条件で印加する。なお、印加時間は、製造する二酸化バナジウム薄膜の厚さによって適宜変更することができるが、例えば、３０〜６０分間の条件で印加するのがよい。
【００４７】
磁石５２に印加する高周波電圧や高周波電力がこれらの範囲のうち下限値を外れて印加された場合、プラズマが発生しないか、またはプラズマが発生しても十分なエネルギーを有していないために酸素分子を十分に解離させることができないので、結果的に、金属−絶縁体相転移する良好な二酸化バナジウム薄膜を得ることができないおそれがある。一方、磁石５２に印加する高周波電流や高周波電力がこれらの範囲のうち上限値を外れて印加された場合、二酸化バナジウムの結晶が得られない。
また、導電性金属部材８に印加する高周波電流や高周波電力が、これらの範囲のうち下限値を外れて印加された場合には、プラズマの発生の支援が十分でないため酸素分子を十分に解離させることができないので、結果的に、金属−絶縁体相転移する良好な二酸化バナジウム薄膜を得ることができないおそれがある。一方、導電性金属部材８に印加する高周波電流や高周波電力が、これらの範囲のうち上限値を外れて印加された場合には、Ｖ２Ｏ５など他の結晶となったりする可能性が高くなるおそれがある。
なお、高周波電圧印加工程Ｓ５による高周波電圧印加を前記した条件の下で３０分程度行うと２００ｎｍ程度の厚さの二酸化バナジウム薄膜を得ることができる。
【００４８】
そして、取出工程Ｓ６では、二酸化バナジウム薄膜を堆積させた基板２を真空容器３内から取り出す。
【００４９】
このように、本発明の二酸化バナジウム薄膜製造方法によれば、従来のマグネトロンスパッタ法のように、二酸化バナジウムの薄膜を得るために、酸素流量や加熱温度などの製造条件を過度に精密に制御する必要がなく、容易に金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウムの薄膜を得ることができる。
【００５０】
図３および図４を参照して前記した特性について詳述する。図３は、本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置または二酸化バナジウム薄膜製造方法によって、Ｓｉ（１００）基板上に製造された二酸化バナジウム薄膜の温度に対する電気抵抗値の変化特性を示すグラフである。図３中の横軸は温度（℃）を示し、縦軸は抵抗（Ω）を示す。図４は、本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置または二酸化バナジウム薄膜製造方法によって、Ｓｉ（１００）基板上に製造された二酸化バナジウム薄膜に所定の距離ｄをもって離間した二つの電極（ゲート電極）を設けて電圧を印加した場合における電流値の変化特性を示すグラフである。離間した二つの電極の距離ｄは、１００μｍ、１ｍｍ、２ｍｍである。図４中の横軸は電圧（Ｖ）を示し、縦軸は電流（ｍＡ）を示す。
【００５１】
図３に示すように、得られた二酸化バナジウム薄膜は、約５０〜７０℃において顕著に金属−絶縁体相転移しており、その電気抵抗値が三桁程度変化していることがわかる。なお、温度に対する電気抵抗値の変化特性は、端子間隔１ｍｍ、電流値範囲０．５〜１．０ｍＡという条件で４端子法にて測定した。
そして、図４に示すように、得られた二酸化バナジウム薄膜は、設けられた電極の距離ｄに応じて金属−絶縁体相転移しており、距離ｄ＝１００μｍのときは２７Ｖ付近、距離ｄ＝１ｍｍのときは６０Ｖ付近、距離ｄ＝２ｍｍのときは１４０Ｖ付近において電流値が急激に変化していた。特に、ｄ＝１００μｍでは、二酸化バナジウム薄膜の電気抵抗値は１ｋΩから３Ω程度に減少していた。
【００５２】
以上に説明したように、本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置または二酸化バナジウム薄膜製造方法によって製造された二酸化バナジウム薄膜は、温度変化によって金属−絶縁体相転移するだけでなく、電圧印加によっても金属−絶縁体相転移し、電流変化値がマイクロ秒（１×１０−６秒）以下で変化し得る。また、かかる金属−絶縁体相転移によって、当該二酸化バナジウム薄膜は、電気抵抗値が三桁から四桁程度変化し得る。
【００５３】
次に、図５および図６を参照して、本発明に係るスイッチング素子製造方法について説明する。図５は、本発明に係るスイッチング素子製造方法の工程内容を示すフローチャートである。図６は、本発明に係るスイッチング素子の構成の一例を示す断面図である。
【００５４】
本発明に係るスイッチング素子製造方法は、前記した二酸化バナジウム薄膜製造方法によって、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜１１が製造された基板２を用いてスイッチング素子１０を製造するものであり、金属層形成工程Ｓ１１と、リソグラフィ工程Ｓ１２と、エッチング工程Ｓ１３と、フォトレジスト除去工程Ｓ１４と、を含んでなる。
以下、各工程について詳細に説明する。
【００５５】
まず、金属層形成工程Ｓ１１では、前記したように金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム製造方法で基板２上に製造した二酸化バナジウム薄膜１１にゲート電極１２を形成するための金属層を形成する。
金属層は、導電性を有し、二酸化バナジウムに対してオーミック性コンタクトがとれる金属であればどのような金属を用いてもよいが、アルミニウム、金などを用いると好適である。
かかる金属層は、前記した金属をＰＶＤ（物理気相成長法）、ＣＶＤ（化学気相成長法）、真空蒸着法、電気めっき法、およびスパッタリング法などによって好適に形成することができる。
なお、この金属層の厚さや形状などは適宜に設定することができる。
【００５６】
次いで、リソグラフィ工程Ｓ１２では、形成した金属層上にフォトレジストを塗布し、当該フォトレジストに所定のパターンを有するパターンマスクを介して露光し、所定のパターンを呈するように硬化させ、硬化していないフォトレジストを除去して金属層を露出させる。
このリソグラフィ工程Ｓ１２は、光を照射した部分の光化学反応によって、所定の溶液（例えば、アルカリ性溶液）に可溶な化学構造に変化させてフォトレジストを所定のパターンを残すポジ型レジスト、および、光を照射した部分の光化学反応によって、所定の溶液（例えば、アルカリ性溶液）に不溶な化学構造に変化させてフォトレジストを所定のパターンを残すネガ型レジスト、のいずれを用いても好適に行うことができる。
【００５７】
次いで、エッチング工程Ｓ１３では、露出した金属層を二酸化バナジウム薄膜１１が露出するまでエッチングして所定形状に則したゲート電極１２を形成する。
このエッチング工程Ｓ１３は、ドライエッチングおよびウェットエッチングのいずれによっても好適に行うことができるが、レジストパターンどおりの高精度微細加工を行うことができる点で、ドライエッチングを用いるのが好ましい。また、ドライエッチングとしては、平行平板型反応性イオンエッチングを用いるのが好ましい。
【００５８】
そして、フォトレジスト除去工程Ｓ１４では、金属層上に残存する、硬化したフォトレジストを除去してスイッチング素子１０を製造する。
フォトレジストは、用いたフォトレジストに応じて調製された所定の溶液（例えば、アルカリ性溶液）を使用して除去する。
なお、所望のスイッチング素子１０を得るために、前記した金属層形成工程Ｓ１１、リソグラフィ工程Ｓ１２、エッチング工程Ｓ１３、およびフォトレジスト除去工程Ｓ１４を適宜の回数繰り返して行ってもよいことはいうまでもない。
【００５９】
そして、前記したスイッチング素子製造方法によって製造されたスイッチング素子１０は、図６に示すように、二酸化バナジウム薄膜製造装置または二酸化バナジウム薄膜製造方法によって、二酸化バナジウム薄膜１１が製造された基板２と、二酸化バナジウム薄膜１１上に、離間して設けられる一対の電極でなるゲート電極１２と、を備えた構成となっている。
このスイッチング素子１０において、基板２上に製造される二酸化バナジウム薄膜１１は、結晶構造が単斜晶型であると、良好な金属−絶縁体相転移能をすることができるので好適である。
【００６０】
かかるスイッチング素子１０は、本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置または二酸化バナジウム薄膜製造方法によって製造された二酸化バナジウム薄膜１１を有している。そのため、前記したように電圧印加による金属−絶縁体相転移現象がマイクロ秒（１×１０−６秒）以下で生じ得るものであり、その電気抵抗値は三桁から四桁程度変化し得る、好適なスイッチング素子であるといえる。また、このスイッチング素子は、本発明の二酸化バナジウム製造装置や二酸化バナジウム製造方法によって得られた二酸化バナジウム薄膜を有するので、温度によって電気抵抗値が変化するだけでなく、電圧を印加することによっても電気抵抗値が変化するという特性を有している。
【実施例】
【００６１】
次に、本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置、二酸化バナジウム薄膜製造方法、スイッチング素子製造方法、およびスイッチング素子について実施例を示して説明する。
【００６２】
＜実施例１＞
＜実施例１＞では、汎用性の高い反応性スパッタ法を用いた高周波マグネトロンスパッタ装置を使用して金属−絶縁体相転移する酸化バナジウムの薄膜を得るための製造条件について種々検討を行った。
［実験方法］
図１に示す高周波マグネトロンスパッタ装置（二酸化バナジウム薄膜製造装置）を用いて酸化バナジウムの薄膜を製造する実験を行った。＜実施例１＞では、高周波マグネトロンスパッタ装置の上部電極（ターゲット面）と下部電極との間隔は５５ｍｍとし、ターゲット面から３０ｍｍを中心として、２回巻回したコイル部材（ＳＵＳ  ３０４）を挿入して、内部コイル型ＩＣＰ支援スパッタ装置（二酸化バナジウム薄膜製造装置）を作製した。
【００６３】
ターゲット物質は、バナジウム（Ｖ）（１００ｍｍφ、純度９９．９％）を使用した。
基板は、ｎ型のＳｉ（１００）基板と、α−Ａｌ２Ｏ３（００１）基板とを用いた。
酸化バナジウムの薄膜の製造条件、具体的には、ＩＣＰに印加した電力（ＩＣＰ［Ｗ］）、磁石に印加した高周波電力（ＲＦ  power［Ｗ］）、希ガス（Ａｒガス）と酸素ガス（Ｏ２）の流量（Ａｒ／Ｏ２  flow［ｓｃｃｍ］）、基板の加熱温度（Ｔｓ［℃］）、真空容器内の総圧力（Total Pressure［Ｐａ］）は、表１に示すとおりである。
【００６４】
【表１】
2007224390.tif 000003
【００６５】
製造した酸化バナジウムの薄膜の結晶性、および抵抗率を、Ｘ線回折（X-Ray Diffraction：ＸＲＤ,ＣｕＫα）、および４端子法を用いて評価した。
【００６６】
Ｘ線回折の測定条件は、Ｘ線の出力を４０ｋＶ、４０ｍＡで測定した。この場合におけるＸ線種は、ＣｕＫα線を用いた。
４端子法の測定条件は、端子間隔１ｍｍ、電流値範囲０．５〜１．０ｍＡという条件で測定した。
【００６７】
［実験結果］
図７および図８にＸ線回折の結果を示す。図７および図８における（ａ）〜（ｅ）は、表１におけるＳａｍｐｌｅ  Ｎｏ．（ａ）〜（ｅ）のそれぞれに該当する。
なお、図７の（ａ）〜（ｄ）は、表１の（ａ）〜（ｄ）の条件でＳｉ（１００）基板上に製造した酸化バナジウムの薄膜のＸ線回折の結果を示すグラフである。図７中の横軸は２θ（ｄｅｇ）を示し、縦軸は強度（ｃｐｓ）を示す。
また、図８の（ｅ）は、表１の（ｅ）の条件でα−Ａｌ２Ｏ３（００１）基板上に製造した酸化バナジウムの薄膜のＸ線回折の結果を示すグラフである。図８中の横軸は２θ（ｄｅｇ）を示し、縦軸は強度（ｃｐｓ）を示す。
また、図７の（ａ）〜（ｃ）は、ＩＣＰ支援のない、従来のマグネトロンスパッタ装置で製造した酸化バナジウムの薄膜をＸ線回折した結果を示している。また、図７の（ｄ）および図８の（ｅ）は、本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置を用いて製造した二酸化バナジウム薄膜をＸ線回折した結果を示している。
【００６８】
図７の（ａ）に示すように、Ｖ２Ｏ５（００１）や、金属−絶縁体相転移しない結晶構造（non-transition monoclinic phase）のＶＯ２（００１），（００２），（００３）のピークを得た。なお、これらのＶＯ２と、金属−絶縁体相転移するＶＯ２とは、軸長などが異なる。
【００６９】
また、図７の（ｂ）および（ｃ）に示すように、配向した結晶構造を有するＶ３Ｏ７（２２０），（３３０），（５５０）のピークを得ることができたが、金属−絶縁体相転移するＶＯ２のピークを得ることはできなかった。
【００７０】
以上の実験結果から、表１および図７の（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＩＣＰ支援のない従来のスパッタ法では、金属−絶縁体相転移するＶＯ２を製造することが困難であることがわかった。
【００７１】
一方、２回巻回したコイル部材を用いたＩＣＰ支援を適用して酸化バナジウムの薄膜を製造した表１および図７の（ｄ）では、金属−絶縁体相転移するＶＯ２（０１１），（０２２）のピークを得ることができた。
【００７２】
表１の（ｅ）は、表１の（ｄ）の製造条件をさらに最適化したものであり、図８の（ｅ）に、かかる酸化バナジウムの薄膜のＸ線回折結果を示す。
図８の（ｅ）では、α−Ａｌ２Ｏ３（００１）基板に、金属−絶縁体相転移するＶＯ２の（０２０）が格子整合し、ＶＯ２（０１０），（０２０）の強いピークを得ることができた。
【００７３】
図９に、表１の（ｄ）に示した酸化バナジウムの薄膜の温度−抵抗特性を示す。図９中の横軸は温度（℃）を示し、縦軸は抵抗（Ω）を示す。
表１の（ｄ）に示す酸化バナジウムの薄膜（二酸化バナジウム（ＶＯ２）の薄膜）は、室温においては１０５Ω台の抵抗値を示していたが、６０℃付近において抵抗値が三桁減少し、８０℃における抵抗値は、１１０Ω（ρ＝３．０×１０−４Ωｃｍ）であった。また、１０４Ωにおけるヒステリシス幅は２．２℃であった。
【００７４】
また、図１０は、表１の（ｄ）および（ｅ）の条件で製造した二酸化バナジウムの薄膜について、温度を変化させたときの電気抵抗値の変化を示すグラフである。図１０中の横軸は温度（℃）を示し、縦軸は抵抗（Ω）を示す。
図１０に示すように、温度を上昇させると、（ｄ）の薄膜では６０℃前後、（ｅ）の薄膜では７０℃前後で電気抵抗値が大きく減少しており、半導体的な特性から金属的な特性に相転移していることがわかる。これらの電気抵抗値は、いずれも三桁以上変化していた。なお、表１の（ａ）〜（ｃ）に示す酸化バナジウム薄膜は金属−絶縁体相転移しないので、図１０に示すような特性の変化はみられない。
【００７５】
［実施例１のまとめ］
ＩＣＰ支援スパッタ法を適用した内部コイル型ＩＣＰ支援スパッタ装置（二酸化バナジウム薄膜製造装置）を用いることによって、Ｓｉ（１００）基板、およびα−Ａｌ２Ｏ３（００１）基板上に金属−絶縁体相転移を示す単斜晶型である低温相（Monoclinic）のＶＯ２を選択的に堆積させた二酸化バナジウムの薄膜を得ることができることがわかった。かかるＶＯ２の結晶成長には、ＩＣＰ支援を行うことが有効であることがわかった。また、Ｓｉ（１００）基板上に堆積して製造された二酸化バナジウムの薄膜は、６０℃付近において抵抗値が三桁変化することがわかった。
【００７６】
＜実施例２＞
＜実施例２＞では、前記した内部コイル型ＩＣＰ支援スパッタ装置（二酸化バナジウム薄膜製造装置）によって、基板上に単斜晶型である低温相（Monoclinic）の二酸化バナジウム（ＶＯ２）薄膜を製造し、当該二酸化バナジウム薄膜を用いたスイッチング素子について研究を行った。
【００７７】
前記した＜実施例１＞の表１の（ｅ）に示す条件で、α−Ａｌ２Ｏ３（００１）基板上に金属−絶縁体相転移するＶＯ２の薄膜（ＶＯ２薄膜）を製造した。そして、このＶＯ２薄膜上に相互に距離ｄ（ｄ＝１００μｍ、１ｍｍ、２ｍｍ）だけ離間したアルミニウム（Ａｌ）製のゲート電極を設けたスイッチング素子を作製して、電界印加時の電圧−電流特性を測定した。図１１に、実施例で採用したスイッチング素子の構成を模式的に示す。
【００７８】
かかる構成のスイッチング素子に対して電圧を印加したときの電流値の変化を図１２に示す。図１２は、金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を備えたスイッチング素子に電圧を印加した場合における電流の変化を示すグラフである。図１２中の横軸は電圧（Ｖ）を示し、縦軸は電流（ｍＡ）を示す。なお、このスイッチング素子には、１００Ωの外部抵抗を接続してある。
図１２に示すように、０〜１５０Ｖの間で種々の電圧を印加した場合における電流値を測定した結果、ｄ＝２ｍｍの場合は１４０Ｖ、ｄ＝１ｍｍの場合は６５Ｖ、ｄ＝１００μｍの場合は２７Ｖ付近で電流値が急激に増加した。また、ｄ＝１００μｍの場合は、ＶＯ２薄膜の抵抗値が１ｋΩから３Ω程度に変化した。ｄ＝１００μｍの場合において電流値が急激に増加した電圧は２７Ｖであったので、電界値は２７００Ｖ／ｃｍであるといえる。
かかる結果から、ゲート電極の間隔をさらに狭くすることで金属−絶縁体相転移に要する電圧の低減を図り得ることが示唆される。
【００７９】
図１３は、表１の（ｄ）に示した二酸化バナジウムの薄膜に、距離ｄ＝１ｍｍの間隔で離間した電極（ゲート電極）を設けた後、かかる電極間に電圧を印加したときの電圧−電流特性を示す図である。図１３中の横軸は印加電圧（Ｖ）を示し、縦軸は電流（ｍＡ）を示す。
図１３に示すように、電圧が８０Ｖ付近で急激な電流値の変化が観測された。なお、かかる電圧−電流特性を調べるにあたって、その回路中に１ｋΩの抵抗を入れた。そのため、電圧−電流特性を解析すると、８０Ｖ付近においてＶＯ２の薄膜の電気抵抗値は、図１０と同様の変化、すなわち、金属−絶縁体相転移していることがわかる。
【００８０】
この結果は、本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造装置および二酸化バナジウム薄膜製造方法によって製造した二酸化バナジウム薄膜が電圧印加による相転移、すなわち、電界誘起相転移を生じることを示すものである。
この電界誘起相転移による電流の大きな変化は、二酸化バナジウムの薄膜を一部に有する回路の電気特性を大きく変化させるものであり、回路中の抵抗の電圧変化を利用すれば、スイッチオン・オフ機能をもつスイッチング素子として機能できるものである。なお、図１３に示す転移電圧が８０Ｖ付近と高い電圧であるのは電極間の距離ｄが１ｍｍと極めて広いためであり、電極間の距離ｄを、例えば、５０μｍ程度に十分に狭くすることにより、現在広く普及している集積回路の動作電圧である５Ｖ程度での動作は十分に可能である。
以上、＜実施例２＞で説明したように、本発明によれば、電界誘起相転移（金属−絶縁体相転移）する二酸化バナジウム薄膜を用いたスイッチング素子を具現することができる。
【００８１】
以上、本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造装置、二酸化バナジウム薄膜製造方法、スイッチング素子製造方法、およびスイッチング素子について具体例を示して詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、前記した発明の詳細な説明の内容に限定して解釈してはならず、特許請求の範囲に基づいて広く解釈しなければならない。また、当該技術の分野において通常の知識を有する者が特許請求の範囲および発明の詳細な説明の記載に基づいて容易に相当し得る範囲は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造装置の一構成例を示す説明図である。
【図２】本発明に係る二酸化バナジウム薄膜製造方法の工程内容を示すフローチャートである。
【図３】本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置または二酸化バナジウム薄膜製造方法によって、Ｓｉ（１００）基板上に製造された二酸化バナジウム薄膜の温度に対する電気抵抗値の変化特性を示すグラフである。
【図４】本発明の二酸化バナジウム薄膜製造装置または二酸化バナジウム薄膜製造方法によって、Ｓｉ（１００）基板上に製造された二酸化バナジウム薄膜に所定の距離ｄをもって離間した二つの電極（ゲート電極）を設けて電圧を印加した場合における電流値の変化特性を示すグラフである。
【図５】本発明に係るスイッチング素子製造方法の工程内容を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係るスイッチング素子の構成の一例を示す断面図である。
【図７】表１の（ａ）〜（ｄ）の条件でＳｉ（１００）基板上に製造した酸化バナジウムの薄膜のＸ線回折の結果を示すグラフである。
【図８】表１の（ｅ）の条件でα−Ａｌ２Ｏ３（００１）基板上に製造した酸化バナジウムの薄膜のＸ線回折の結果を示すグラフである。
【図９】表１の（ｄ）に示した酸化バナジウムの薄膜の温度−抵抗特性を示す。
【図１０】表１の（ｄ）および（ｅ）の条件で製造した二酸化バナジウムの薄膜について、温度を変化させたときの電気抵抗値の変化を示すグラフである。
【図１１】実施例で採用したスイッチング素子の構成を模式的に示す。
【図１２】金属−絶縁体相転移する二酸化バナジウム薄膜を備えたスイッチング素子に電圧を印加した場合における電流の変化を示すグラフである。
【図１３】表１の（ｄ）に示した二酸化バナジウムの薄膜に、距離ｄ＝１ｍｍの間隔で離間した電極を設けた後、かかる電極間に電圧を印加したときの電圧−電流特性を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１      二酸化バナジウム薄膜製造装置
２      基板
３      真空容器
４      加熱手段
５      ホルダー部
５１    ターゲット物質
５２    磁石
６      ガス導入管
７      電源
８      導電性金属部材
８１    電源
１０    スイッチング素子
１１    二酸化バナジウム薄膜
１２    ゲート電極
Ｓ１    設置工程
Ｓ２    陰圧工程
Ｓ３    ガス導入工程
Ｓ４    加熱工程
Ｓ５    高周波電圧印加工程
Ｓ６    取出工程
Ｓ１１  金属層形成工程
Ｓ１２  リソグラフィ工程
Ｓ１３  エッチング工程
Ｓ１４  フォトレジスト除去工程
【図１】
2007224390.tif 000004
【図２】
2007224390.tif 000005
【図３】
2007224390.tif 000006
【図４】
2007224390.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2007224390.tif 000011
【図９】
2007224390.tif 000012
【図１０】
2007224390.tif 000013
【図１１】
2007224390.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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