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GAS CLUSTER ION-AIDED METHOD FOR DEPOSITING OXIDE THIN FILM commons achieved

Patent code P04A004043
File No. Y02-P049
Posted date Apr 28, 2004
Application number P2002-201897
Publication number P2004-043874A
Patent number P3926690
Date of filing Jul 10, 2002
Date of publication of application Feb 12, 2004
Date of registration Mar 9, 2007
Inventor
  • (In Japanese)山田 公
  • (In Japanese)松尾 二郎
  • (In Japanese)豊田 紀章
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title GAS CLUSTER ION-AIDED METHOD FOR DEPOSITING OXIDE THIN FILM commons achieved
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas cluster ion-aided method for depositing a super flat oxide thin film with highly accurately controlled film thickness and a very little change over time in characteristics.
SOLUTION: In the gas cluster ion-aided method for irradiating a solid substrate with gas cluster ions simultaneously with depositing the oxide thin film or intermittently when evaporating a metal, a metal oxide or a semi-conductor oxide from a vapor deposition source and depositing an oxide thin film on the solid substrate, the acceleration voltage of the gas cluster ion beams is set to be in a range of ≥ 3 kV to ≤ 10 kV, the film deposition rate is set to be ≥ 0.1ε/sec to ≤ 500ε/sec, and the current density is set to be ≥ 0.5 x film deposition rate (ε/sec)μA/cm2.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


従来より、金属、金属酸化物や半導体酸化物を用いて形成する酸化物薄膜は、電子デバイス、光学デバイスや磁気デバイスに必須の構成要素であり、デバイスの高機能化に対応すべく、その酸化物薄膜形成方法に関する研究開発が活発に行われている。とくに光通信における波長多重通信用の光学フィルタの層数は、数十から中には百を超える多層酸化物薄膜フィルタが用いられ、その多層酸化物薄膜中における各々の酸化物薄膜の膜厚はÅオーダーでの制御が求められている。また、光学フィルタの特性としては表面、界面が平坦であることが重要であり、表面や界面が平坦でない場合、光学フィルタの表面および界面において光が透過、屈折および反射する際の光の損失に繋がってしまうのである。



しかしながら、現在、通常電子ビームやスパッタを用いた蒸着法によって酸化物薄膜が形成されているが、これらの方法では緻密な酸化物薄膜が得られないため、製造される多層酸化物薄膜フィルタでは上記のような要求を満たすことができず、また耐湿性においても、湿度の影響によって透過波長がシフトするという特性変化が起こるといった問題を有していた。



これまで上記の方法以外に、単原子や分子イオンビーム、さらにクラスターイオンビームを援用する酸化物薄膜形成方法などが考案されており実用化されている。しかしながら、単原子や分子イオンビームを照射する場合、実用に際してはそれらのエネルギーを数百eV以下にすることができないため、酸化物薄膜の品質の向上には限界があった。また単原子や分子イオンビームの照射は酸化物薄膜中に照射イオンが混入してしまい、アルゴンなどの不活性ガスを用いた場合には酸化物薄膜の品質を損なう結果を招いていた。また酸化物薄膜表面はスパッタ効果が併発するためイオン照射特有の表面凹凸が増加し、多層酸化物薄膜形成の場合、それら層の界面が急峻である多層酸化物薄膜の形成は極めて困難であった。



一方、ガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法は、原子または分子の塊状集団であるガスクラスターをイオン化し、イオンビームとして基板表面に照射して平坦化や薄膜形成を行うものであり、クラスターで基板に照射されるため一個一個の原子や分子はきわめて低エネルギーで基板に衝突するのであるが、クラスターとしては高いエネルギーを有しており、半導体プロセスでの低エネルギー注入、ダイヤモンド等の表面平坦化、ガスクラスターイオン援用によるITO薄膜形成等への応用、シリコンなどの固体表面をガスクラスターイオンによりその表面を酸化して薄膜を形成する方法などとして実用化研究が進められている。



これまでにもインジウムや酸化インジウムなどを電子ビームで蒸発させ、同時に酸素ガスクラスターイオンビームを照射する酸化インジウム薄膜の形成やSiO2やTiO2を蒸発させて同様にガスクラスターイオンビームを照射して行う酸化物薄膜形成方法が開発されてきた。



しかしながらこのガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法においても、最適な酸化物薄膜形成を行うための実際的な条件が明らかにされていなかったため、その利用がこれまで十分に行われてこなかったのが現状である。



そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、超平坦で、高精度に膜厚が制御され、特性の経時変化の極めて少ない酸化物薄膜を製造する方法を提供することを課題としている。

Field of industrial application (In Japanese)


この出願の発明は、ガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、電子デバイス、光学デバイス、磁気デバイスに応用が期待され、とくに光学フィルタ多層酸化物薄膜に活用が見込まれる、超平坦で高精度に膜厚が制御され、特性の経時変化の極めて少ない酸化物薄膜が形成可能なガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
金属、金属酸化物もしくは半導体酸化物を蒸着源から蒸発させて固体基板上に酸化物薄膜を形成する際に、酸化物薄膜形成と同時または間歇的に基板に酸素ガスもしくは酸素化合物ガスのうちの少なくともいずれかのガスクラスターイオンを照射するガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法において、酸化物薄膜形成を一時停止して、酸化物薄膜形成と同時または間歇的に基板に照射するガスクラスターイオンと同種のガスあるいは異種のガス、またはそれらのガスの混合ガスからなるガスクラスターイオンを照射し、酸化物薄膜表面をエッチングして所定の膜厚を得ることを特徴とするガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法。

【請求項2】
 
請求項1に記載のガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法において、酸化物薄膜形成と同時または間歇的に基板に照射するガスクラスターイオンを形成するガスが酸素であることを特徴とするガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法。

【請求項3】
 
請求項1または2に記載のガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法において、酸化物薄膜形成と同時または間歇的に基板に照射するガスクラスターイオンとは異種のガスがアルゴンであることを特徴とするガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法。

【請求項4】
 
金属がTaであること、もしくは金属酸化物がTa2O5であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法。

【請求項5】
 
半導体酸化物がSiO2であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法。

【請求項6】
 
請求項1ないし5のいずれかに記載のガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法を用いて複数の種類の異なる材料からなる酸化物薄膜を交互に堆積して多層酸化物薄膜を形成する際に、基板にガスクラスターイオンを照射して堆積した酸化物薄膜の表面にガスクラスターイオンを照射することで平坦化した後、次に堆積する酸化物薄膜の形成を行い、これらの工程を繰り返し多層酸化物薄膜を形成することを特徴とするガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法。

【請求項7】
 
請求項1ないし5のいずれかに記載のガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法を用いて複数の種類の異なる材料からなる酸化物薄膜を交互に堆積して多層酸化物薄膜を形成する際に、各層の酸化物薄膜にガスクラスターイオンを照射することによって酸化物薄膜を所定の膜厚にエッチングし、さらに各層の酸化物薄膜表面にガスクラスターイオンを照射することによって酸化物薄膜表面を平坦化し、各層間の界面が急峻でかつ膜厚を制御した多層酸化物薄膜を形成することを特徴とするガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法。

【請求項8】
 
多層酸化物薄膜が光学フィルタ用多層酸化物薄膜であることを特徴とする請求項6または7に記載のガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法。

【請求項9】
 
多層酸化物薄膜が、Ta2O5とSiO2からなることを特徴とする請求項6ないし8のいずれかに記載のガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法。

【請求項10】
 
酸化物薄膜形成と平坦化のそれぞれに適したガスを混合し、その混合比率を変化させて供給し、この混合ガスのガスクラスターイオンを用いて酸化物薄膜あるいは多層酸化物薄膜を形成することを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載のガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法。

【請求項11】
 
請求項10に記載のガスのうち、酸化物薄膜形成に適したガスが酸素であることを特徴とするガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法。

【請求項12】
 
請求項10に記載のガスのうち、平坦化に適したガスがアルゴンであることを特徴とするガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法。

【請求項13】
 
請求項1ないし12のいずれかに記載のガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法において、蒸着源として電子ビーム蒸着源を用いることを特徴とするガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法。

【請求項14】
 
形成される酸化物薄膜の平均表面粗さが1.0nm以下であることを特徴とする請求項1ないし13のいずれかに記載のガスクラスターイオン援用酸化物薄膜形成方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2002201897thum.jpg
State of application right Registered
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