(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマの存在下で真空蒸着法により基板上にＭｇＯ膜を形成するに際し、励起又は電離状態の水素原子を含む雰囲気中で成膜することを特徴とする酸化マグネシウム膜の製造方法。
【請求項２】
前記雰囲気中に水素ガス又は水蒸気を供給して前記励起又は電離状態の水素原子を生成させる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プラズマ発生手段が圧力勾配型プラズマガンである請求項１又は２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は酸化マグネシウム膜の製造方法、特に、プラズマディスプレイパネルの保護膜として有用な結晶性に優れた酸化マグネシウム薄膜の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、交流駆動型プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと記す。）は、薄型、軽量で、大画面化にも適していることから、ブラウン管（ＣＲＴ）に代わる次世代のディスプレイとして注目されている。このＰＤＰは、基板上に面放電用電極を形成し、その上に誘電体層を設け、更にその上に放電による劣化を防止し長期間安定した動作を保証するため、保護膜が形成されている（特開平４−３６９２３号公報）。この保護膜の材料としては、放電に伴うスパッタによる劣化が少ないため長時間安定した動作を得ることを可能にし、しかも、二次電子放出係数が高いため放電電圧を低くできるという効果を併せ持つＭｇＯが採用され、通常、ＭｇＯ膜の製造方法としては、電子ビームガンを用いた真空蒸着法が主流を占めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では、単一面への配向性をもつＭｇＯ膜が得られにくく、しかも、結晶粒径が大きく、ディスプレイパネルの高画質化及び高精細化を目指す中で保護層として要望されている条件、即ち、配向性に優れ、結晶粒径が小さく、緻密であるという要件を満たすＭｇＯ膜が得られないという問題があることが明らかとなった。従って、本発明は、配向性に優れ、結晶粒径が小さく、緻密なＭｇＯ膜を得ることを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、プラズマの存在下で真空蒸着法により基板上にＭｇＯ膜を形成するに際し、励起又は電離状態の水素原子を成膜雰囲気中に含ませるようにしたものである。
【０００５】
前記励起又は電離状態の水素原子の供給源としては、高純度のＭｇＯ膜を得るために、ＭｇＯ膜に対して不純物となるものを含まない水素ガス又は水蒸気を使用するのが好ましい。
【０００６】
蒸着法としては、蒸発源とプラズマ発生源とを同一にしたホローカソード放電法、その一形態である圧力勾配型プラズマガンによる放電法、蒸発源に電子ビーム銃ガンを用いてプラズマ発生源に高周波コイルと電界を用いるＲＦ励起方式イオンプレーティング法、ＥＣＲ形イオン源を用いる方法、直流電界を用いるＡＲＥ方法等の任意のものを採用できる。前記蒸着法としては、イオン化率が高いこと、即ち、蒸発したＭｇＯ供給ガスのＡｒとＨ２の電離度が高まる圧力勾配型プラズマガンによることが好ましい。
【０００７】
また、蒸発源としては、坩堝を高周波誘導加熱してその坩堝内の材料を蒸発させる高周波加熱式、ヒータやボートに通電してジュール熱により加熱して蒸発させる抵抗加熱式、坩堝の中に入れた蒸着材に電子ビームをあてて加熱するようにした電子ビーム式など任意のものを採用できる。
【０００８】
成膜は、通常、雰囲気圧力：１０-3〜１０-4Ｔorr、基板温度：常温〜４００℃以下、放電電流：１００〜１５０Ａの条件下で、水素ガス又は水蒸気を単独であるいは酸素ガスと共に所定量供給しながら行われる。プラズマ発生用不活性ガス、励起又は遊離状態の水素原子（以下、励起活性水素という。）を発生させる原料ガス（励起活性水素発生用原料ガス）及び酸素ガスの最適な供給量は、蒸着室１の容積に応じて変化するため一義的に定めることが困難であるが、例えば、プラスマ発生用不活性ガスとしてＡrを、励起活性水素発生用原料ガスとしてＨ2を用い、蒸着室１の内容積を０.３ｍ3とした場合、Ａｒガスの流量を１０〜３０sccm、Ｏ2のガス流量を０.１〜１０sccm、Ｈ2ガスの流量を０.１〜３０sccmとするのが好ましい。また、励起活性水素発生用原料ガスとして水蒸気を使用する場合、水蒸気の流量は０.１〜３０sccmに設定するのが好適である。これは、水素ガスあるいは水蒸気の流量が０.１sccm未満では、励起活性水素の密度が低すぎて十分な効果が得られず、また、その流量が３０sccmを超えると、励起活性水素を共存させる効果が飽和してしまうからである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明方法は、例えば、図１に示す装置を用いて実施することができる。この装置は、真空排気口１２と反応性ガス供給口９を備えた蒸着室１と、該蒸着室１内の上部に取り付けられて基板８を保持する回転可能な基板ホルダー２と、該基板ホルダー２に対向して蒸着室１の底部に配置された坩堝５と、蒸着室１の側壁に取り付けられた圧力勾配型プラズマガン３とからなり、勾配型プラズマガン３及び坩堝５には直流電源４の陰極及び陽極がそれぞれ接続されている。基板ホルダー２の上部には基板加熱用ヒータ１１が配設され、その下部に装着される基板８を加熱可能にしてある。また、坩堝５には蒸着材６として粒状ＭｇＯが収容される。
【００１０】
成膜に際しては、まず基板ホルダー２にガラス製基板８を取り付け、坩堝５内に粒状ＭｇＯを入れた後、蒸着室１内を１０-5〜１０-6Ｔorrまで真空排気する。そして、基板加熱用ヒータ１１に通電して基板８を加熱し、所定温度に維持させる。次いで、圧力勾配型プラズマガン３の放電ガス供給口９からＡrガスを蒸着室１内に供給し、その内部圧力を１０-3〜１０-4Ｔorrに調整する。必要に応じて、反応性ガス供給口９から反応性ガスとしてＯ2ガスを供給する。直流電源４により圧力勾配型プラズマガン３と坩堝５との間に電圧を印加し、放電電流が約１００〜１５０Ａになるように調節した後、反応性ガス供給口９又は放電ガス供給口１０から水素ガスを導入する。この状態でプラズマ流７を坩堝５部分に収束させて蒸着材６を加熱、蒸発させ、基板８上に酸化マグネシウム膜を形成する。
【００１１】
この成膜過程では、蒸発源から蒸発した蒸着材の分子は、その一部がプラズマ流に曝され、プラズマ中の励起された原子や分子あるいは遊離原子等と衝突してエネルギーを得て解離し、励起状態又は電離状態となる。他方、蒸発室に供給された水素ガスもプラズマ流に曝され、その一部が励起状態又は電離状態の水素となり、生成した励起活性水素が酸化マグネシウムから解離した酸素原子と再結合してＨ2Ｏとなり、これがプラズマの影響を受けて再び水素原子と酸素原子とに解離し、酸素原子はマグネシウム原子と再結合する。蒸発源から出た蒸着材の分子はこれらの反応を繰り返しながら高速で基板に衝突し、その表面に酸化マグネシウムが生成される。基板の表面に生成した酸化マグネシウムを核にマイグレーションしながらＭｇＯ膜が生成されると推測される。このように水素の存在下での酸化マグネシウム膜の生成は、各生成段階でのエネルギーが異なるため、結晶性も異なってくるものと推測される。
【００１２】
また、本発明方法は、図１に示す構造の成膜装置を用いる場合にのみ限定されるものではなく、プラズマの存在下で蒸着できるものであれば任意の装置を使用でき、例えば、図２又は図３に示す成膜装置を使用しても良い。図２は複数の基板８上に連続的に成膜する水平通過式成膜装置２０を示し、この装置は、蒸着室２１内の上部には複数のヒータ１１が配設されると共に、基板８の進行方向の上流側（図では右側）にはヒータ１１を備えたロードロックチャンバー２２が、また、その下流側にはアンロードロックチャンバー２３がそれぞれ接続されている。ロードロックチャンバー２２とアンロードロックチャンバー２３はそれぞれ仕切りバルブ２４、２５により蒸着室２１から区画され、ロードロックチャンバー２２の基板装入口２８及びアンロードロックチャンバー２３の基板抽出口２９にはそれぞれ仕切りバルブ２６、２７が設けられている。他の構成部分は図１の装置と同じであるので、同一構成部分については同符号を付して説明を省略する。
【００１３】
この連続成膜装置２０では、ロードロックチャンバー２２の基板装入口２８から図示しない基板ホルダーに取り付けられた基板８がロードロックチャンバー２２に装入され、ここでヒータ１１により予熱される。基板装入口２８を閉じてロードロックチャンバー２２内を排気口１３を介して真空排気した後、仕切りバルブ２４が開かれ、基板８が蒸着室１内に搬送される。仕切りバルブ２４を閉じた後、図１の装置の場合と同様にして、ＭｇＯ膜の成膜が行われる。また、仕切りバルブ２４を閉じた後、新たな基板がロードロックチャンバー２２に装入され、ヒータ１１により予熱が行われると共に、排気口１３を介して真空排気が行われる。
成膜終了後、仕切りバルブ２５が開かれ、成膜された基板８がアンロードロックチャンバー２３内に搬送される。仕切りバルブ２５で蒸着室１をアンロードロックチャンバー２３から遮断した後、基板抽出口２９を開いて成膜された基板８が取り出される。その後、アンロードロックチャンバー２３は排気口１４を介して再び真空排気される。また、成膜された基板８がアンロードロックチャンバー２３内に搬送されるのと同時又はその後に、次位の基板が蒸着室２１に搬送され、ＭｇＯ膜の成膜が行われる。なお、基板８の幅が広い場合、プラズマビーム７を基板の幅方向にシート状に変形させれば、幅方向に均一な膜を形成することができる。
【００１４】
図３は垂直通過式の連続式成膜装置４０を示し、同時に二枚の基板８に成膜できるように蒸着室４１の両側に坩堝５及び圧力勾配型プラズマガン３をそれぞれ配設し、両者間に直流電源を接続するようにしてある。蒸着室４１の中央部の上下には対向する一対の連通部４２、４３が突設してあり、それらの上端又は下端にはロードロックチャンバー４６又はアンロードロックチャンバー４７が接続され、それぞれ仕切りバルブ４４、４５により区画されている。ロードロックチャンバー４６の上端の基板装入口４８には仕切りバルブ４９が配設され、アンロードロックチャンバー４７の下端の基板抽出口には仕切りバルブ５１が設けてある。他の構成は図２の装置と同じであるので、同一構成部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００１５】
前記装置を使用する場合、図示しない二つの基板ホルダーにそれぞれ取り付けられた２枚の基板８は、基板装入口４８の仕切りバルブ４９を閉じた後、真空排気されたロードロックチャンバー４６で予熱された後、仕切りバルブ４４を開いて蒸着室４１内に搬送され、そこで、図１の装置の場合と同じ成膜方法により、ＭｇＯ膜が形成される。成膜終了後、基板８はアンロードロックチャンバー４７に搬送され、その後、基板抽出口５０を介して取り出される。この場合の仕切りバルブの開閉操作、基板の搬送操作、並びにロードロックチャンバー４６及びアンロードロックチャンバー４７の真空排気処理は図２の装置と同じであるので、説明を省略する。
【００１６】
【実施例１】
図１の装置を用い、基板ホルダー２にガラス基板を取り付け、蒸着材として粒状ＭｇＯを坩堝５内に入れた後、蒸着室１内を１０-6Ｔorrまで真空排気する。それと同時に、ガラス基板を３００℃に加熱する。次に、蒸着室１内にＡrガスを導入して１０-3〜１０-4 torr に調整した後、反応性ガスとしてＯ2ガスを流量５sccmで供給し、圧力勾配型プラズマガン３と坩堝５間に直流電圧を印加してプラズマ放電電流を約１１０Ａになるように調節した後、反応性ガス供給口からＨ2ガスを０、１sccm、３sccm、５sccm、１０sccmに変えてそれぞれ導入し、プラズマ流を坩堝５部分に収束させて蒸着材（ＭｇＯ）を加熱、蒸発させ、下記条件下で基板上にＭｇＯ膜を形成した。
【００１７】
放電圧力：  ５X１０-4Torr
基板温度：  ３００℃
Ａr流量：    ２０sccm
Ｏ2流量：    ５sccm
成膜速度：  １０００Å/min
平均膜厚：  約６０００Å
【００１８】
【実施例２】
励起活性水素発生用原料ガスとして水素ガスの代わりに水蒸気（Ｈ2Ｏ）を用い、これを蒸着室内分圧として１ｘ１０-5Torrになるように供給した以外は、実施例１と同条件下で成膜した。
【００１９】
【実施例３】
Ｏ2ガスの流量を０とした以外は実施例２と同条件下で成膜した。
【００２０】
得られた各ＭｇＯ膜について、Ｘ線回折分析及び走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察を行った。得られた結果を図４〜図１０に示す。図４及び図５はＨ2ガスの流量を５sccmとした場合のＭｇＯ膜についてのＸ線回折パターン及びマクロ組織を示し、Ｈ2ガスの流量を１sccm、３sccm、１０sccmとした場合のＭｇＯ膜についてのＸ線回折パターンを図６、図７及び図８にそれぞれ示す。また、Ｈ2ガスの流量を０とした場合のＭｇＯ膜についてのＸ線回折パターン及びマクロ組織を図９及び図１０にそれぞれ示す。更に、励起活性水素発生用原料ガスとしてＨ2Ｏを用いた実施例２及び実施例３で得たＭｇＯ膜についての結果を図１１及び図１２に示す。
【００２１】
図４及び図５に示す結果から明らかなように、本発明方法では、Ｈ2ガスの流量が５sccmの場合、(２２０)面に単一配向し、しかも、結晶粒径も小さく結晶性に優れた緻密なＭｇＯ膜が得られているのに対し、Ｈ2ガスの流量が０の場合、即ち、従来法では、図９及び図１０に示されるように、配向面が(２００)と(２２０)にピークを有する膜が得られ、結晶粒径も大きくなっていることが判る。
【００２２】
また、図６、図７及び図８に示す結果から、Ｈ2ガスの流量が１sccmの場合には(１１１)面に、Ｈ2ガスの流量が３sccmの場合には(２２０)面に、Ｈ2ガスの流量が１０sccmの場合には(２００)面にそれぞれ単一配向しており、いづれの場合にも強度が強く結晶性に優れたＭｇＯ膜が得られることが判る。
【００２３】
更に、図１１及び図１２に示す結果から、励起活性水素発生用原料ガスとしてＨ2Ｏを用いた場合ても、Ｏ2ガスの供給を無とした場合、(２２０)面に単一配向し結晶性に優れたＭｇＯ膜が得られることが判る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施に使用する成膜装置の一例を示す説明図
【図２】  本発明の実施に使用する成膜装置の他の例を示す説明図
【図３】  本発明の実施に使用する成膜装置の更に他の例を示す説明図
【図４】  本発明の一実施例に係るＭｇＯ膜のＸ線回折パターンを示す図
【図５】  本発明一実施例に係るＭｇＯ膜のマクロ組織を示す顕微鏡写真
【図６】  他の実施例に係るＭｇＯ膜のＸ線回折パターンを示す図
【図７】  他の実施例に係るＭｇＯ膜のＸ線回折パターンを示す図
【図８】  更に他の実施例に係るＭｇＯ膜のＸ線回折パターンを示す図
【図９】  従来法に係るＭｇＯ膜のＸ線回折パターンを示す図
【図１０】  従来法に係るＭｇＯ膜のマクロ組織を示す顕微鏡写真
【図１１】  本発明の他の実施例に係るＭｇＯ膜のＸ線回折パターンを示す図
【図１２】  本発明の更に他の実施例に係るＭｇＯ膜のＸ線回折パターンを示す図
【符号の説明】
１、２１、４１：  蒸着室
２：  基板ホルダー
３：  圧力勾配型プラズマガン
４：  直流電源
５：  坩堝
６：  蒸着材
７：  プラズマ流
８：  基板
９：  反応性ガス供給口
１０：  放電ガス供給口
１１：  基板加熱用ヒータ
２２：ロードロックチャンバー
２３：アンロードロックチャンバー
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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