酸化物の反応性スパッタリング過程に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11680488
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 松田 良信 長崎大学, 工学部, 助教授 (60199817)
• キーワード: 反応性スパッタリング / 酸化物薄膜 / MgO / 誘導結合プラズマ / ヒステリシス / モード遷移 / マグネトロン / 二次電子放出係数

研究概要

前年度までに、Mgターゲットを用いたコンベンショナルなプレーマナグネトロン放電での反応性スパッタリング成膜過程を調査し、以下のことを明らかにしてきた。1)導入酸素流量に依存して、放電とスパッタ過程が、金属モードと酸化物モードに分かれる。2)導入酸素流量が少ない金属モードでは、ターゲット表面から主にMg原子が高収量でスパッタされ、供給したO_2はターゲットや壁に急速に吸着し、空間内には殆んど残存しない。3)他方、導入酸素流量が多い酸化物モードでは、ターゲット表面が酸化された状態で酸化物が低収量でスパッタされ、空間内の残留酸素圧力は極端に低下することがない。4)ターゲットでのスパッタプロセスと基板表面での酸化膜形成プロセスは密接に連動しており、その独立制御は困難である。5)結果的に、通常方式の反応性スパッタではMgOの高速成膜は困難である。
以上の研究結果をもとに、平成13年度は、そのための装置設計・製作、放電特性の評価を行った。具体的には、入念な装置設計を経て、容量結合を極力回避した内部アンテナ型誘導結合プラズマを生成し、その基本動作特性を電子密度、電子温度のプローブ測定および発光スペクトル計測を通じて評価した。マグネトロン単独動作と、ICP単独動作、マグネトロンとICP併用動作における放電・発光特性を比較調査し、以下の結果を得た。
軸対称性の良好なICPの発生に成功し、プラズマパラメータの空間分布を把握した。
ICPはスパッタMg原子の励起・電離に有効であることが発光分光分析から確認できた。
ICPとプレーナマグネトロンを併用する際には、スパッタ量をマグネトロン放電電力で統一的に制御するといった注意が必要である。
反応性IPVDによるMgOの高速成膜の実現には、本プロセスの地道な解明が重要であり、マグネトロンとICPアンテナ間への遮蔽板の設置、酸素ガス供給部および基板ホルダーの設計製作、動作圧力、投入電力の最適化など今後やるべき課題が明確になった。

研究成果

• [文献書誌] Madoka Muta: "Two-Dimentional Spatial Profiles of Plasma Parameters in DC Reactive Magnetron Sputtering of ITO"Thin Solid Films. Vol.341 No.1-2. 221-224 (1999)
• [文献書誌] Yoshinobu Matsuda: "Two-Dimensional Spatial Distributions of Sputtered Particles Produced in a Planar Magnetron Discharge of Indium-Thin-Oxide Target"Thin Solid Films. Vol.345 No.1. 167-171 (1999)
• [文献書誌] Koji Otomo: "Quantitative Analysis of Hysteresis Characteristics in Reactive Sputtering"Proceedings of the 17^<th> Symposium on Plasma Processing, January 26-28 2000, Nagasaki. 177-180 (2000)
• [文献書誌] 松田良信: "反応性スパッタリングによるMgO薄膜作成プロセスの実験的・理論的検討"電子情報通信学会技術研究報告. Vol.100 No.132. 33-38 (2000)
• [文献書誌] Yoshinobu Matsuda: "Quantitative Analysis of Reactive Sputtering Process for MgO Deposition"proc.Of the Seventh International Display Workshops (IDW2000), Kobe, PDP4-1. 667-670 (2000)
• [文献書誌] Kei Tashiro: "Dynamic Change in Residual Oxygen Pressure during Reactive Sputtering Process of MgO"Proceedings of Plasma Science Symposium 2001/the 18^<th> Symposium on Plasma Processing, January 24-26 2001, Kyoto. 603-604 (2001)
• [文献書誌] Yoshinobu Matsuda: "Relation between Residual Oxygen Pressure and Film Crystallization in Reactive Sputtering of Mg Target"Proc.of the 25th Int.Conf.on Phenomena in Ionized Gases, July 17-22 2001, Nagoya. Vol.2. 127-128 (2001)
• [文献書誌] Yoshinobu Matsuda: "Quantitative Modeling of Reactive Sputtering Process for MgO Thin Film Deposition"Thin Solid Films. Vol.390. 59-63 (2001)
• [文献書誌] Yoshinobu Matsuda: "Application of Laser and Optical Diagnostics to The Study of Reactive Sputtering Process"Proc.of the 10th Symposium on Laser-Aided Plasma Diagnostics, September 24-28 2001, Fukuoka. 237-241 (2001)
• [文献書誌] Yoshinobu Matsuda: "New Reactive Sputtering Model Considering the Effect of the Electron Emission Coefficiency for MgO Deposition"IEICE Trans.Electron.. Vol.E84-C No.11. 1667-1672 (2001)
• [文献書誌] 松田良信: "MgO高速成膜用誘導放電支援反応性スパッタリング法の開発"電子情報通信学会技術報告. Vol.101 No.600. 127-132 (2002)