JP2011021270A - セラミック薄膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スパッタリング法で基板上にセラミック薄膜を形成する方法に関し、簡単で汎用性があるセラミック薄膜の結晶性を向上させる方法を提供することを課題とする。
【解決手段】真空成膜法による基材表面上への結晶性セラミック薄膜の形成方法であり、該方法は、種結晶層を形成する工程１、該種結晶層上に結晶性セラミック層を形成する工程２を有し、前記種結晶層は酸化亜鉛又は酸化亜鉛化合物よりなる層であり、前記結晶性セラミック層は、ＭｘＯｙ（Ｍは金属元素、Ｏは非金属元素、ｘ及びｙは１以上の整数）で表される立方晶系の金属化合物の層であり、なおかつ該金属化合物は、該金属化合物の格子定数をａ_１（ｎｍ）、前記種結晶層の格子定数の内ａ軸の格子定数をａ_２（ｎｍ）とした時、｜ａ_２−（√２／２）ａ_１｜／ａ_２×１００で表される値が１５％以下であることを特徴とする結晶性セラミック薄膜の形成方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空成膜法で形成されるセラミック薄膜の結晶性を向上させる方法に関する。

基材上に形成される酸化物化合物、窒化物化合物等からなるセラミック薄膜では、これら化合物が本来有する特性を発揮せしめるために、結晶性の良い薄膜を得ることが重要である。結晶性の良いセラミック薄膜を得ることを目的として、さまざまな方法が検討されており、その中でも、真空成膜法によるセラミック薄膜を形成する方法は、生産性の点において、優れた可能性を秘めた方法として検討がなされている。

一般的に、スパッタリング法を用いて結晶性の良い薄膜を得るには、用いる基材の温度を加熱する工程（例えば３００℃以上）が必要であるとされている。非特許文献１では、錫ドープ酸化インジウム（以下、ＩＴＯと呼ぶことがある）薄膜を形成する際の基板温度とＸ線回折図との関係が示されており、基板温度を室温から４００℃へと上昇させるに従ってＩＴＯによるＸ線の回折線の強度が増加し、基板温度を上昇させるに従って、薄膜の結晶性が向上することが明らかとなっている。

スパッタリング法を用いて薄膜を形成する方法として、特許文献１では、基材上に（１１１）面に優先配向した亜鉛化合物から構成される種結晶層を形成し、その後酸化亜鉛系の導電体よりなる層を形成する方法が開示されており、該方法は、成膜中に基材を１５０〜１８０℃に加熱を行うものである。また、特許文献２では、基材上に結晶性ジルコニウム化合物よりなる層を形成し、その後、酸化チタンよりなる層を形成する方法が開示されている。

特開２００２−１１４５９８号公報 再表２００４−１０８２８３号公報

日本学術振興会 透明酸化物光・電子材料第１６６委員会編、透明導電膜の技術 改訂２版（２００６） 頁１３７

（１１１）面に優先配向した亜鉛化合物から構成される種結晶層を形成し、その後酸化亜鉛系の導電体よりなる層を形成する方法では、成膜中に基材を加熱する工程を要し、また、種結晶層及び導電体層の形成には厳格な制御を要するとされ、さらに、種結晶層上に形成するセラミック層の種類は酸化亜鉛系の導電体に限られており、汎用性が高いとは言い難い。

また、結晶性ジルコニウム化合物よりなる層を形成し、その後、酸化チタンよりなる層を形成する方法では、該ジルコニウム化合物層上に形成するセラミック層として酸化チタンを用いた記載しかない。

かくして、本発明は、スパッタリング法で基板上にセラミック薄膜を形成する方法に関し、簡単で汎用性が高いセラミック薄膜の結晶性を向上させる方法を提供することを課題とする。

本出願人は鋭意検討した結果、基材上に、酸化亜鉛又は酸化亜鉛化合物よりなる種結晶層を形成し、該種結晶層上に形成するセラミック層を、酸化亜鉛の格子定数との差が小さい格子定数を有する金属化合物からなるものとすることで、セラミック薄膜の結晶性が向上することが示された。さらにそのうえ、該種結晶層と該セラミック層との界面が平滑であるほど、セラミック層の結晶性がより向上することが明らかとなった。

すなわち、本発明の結晶性セラミック薄膜の形成方法は、真空成膜法による基材表面上への結晶性セラミック薄膜の形成方法であり、該方法は、種結晶層を形成する工程１、該種結晶層上に結晶性セラミック層を形成する工程２を有し、前記種結晶層は酸化亜鉛又は酸化亜鉛化合物よりなる層であり、前記結晶性セラミック層は、ＭｘＯｙ（Ｍは金属元素、Ｏは非金属元素、ｘ及びｙは１以上の整数）で表される立方晶系の金属化合物の層であり、なおかつ該金属化合物は、該金属化合物の格子定数をａ_１（ｎｍ）、前記種結晶層の格子定数の内ａ軸の格子定数をａ_２（ｎｍ）とした時、｜ａ_２−（√２／２）ａ_１｜／ａ_２×１００で表される値が１５％以下であることを特徴とするものである。

上記｜ａ_２−（√２／２）ａ_１｜／ａ_２×１００の式で表される差異率が小さいほど、種結晶層とセラミック層との格子定数が似た値を示すことを意味し、該差異率が１５％を越える場合、種結晶層とセラミック層との格子定数の差が大きく、結晶性のセラミック層が得られないことがある。また、より好ましくは１０％以下としてもよく、下限は特に限定しなくともよい。

また、本発明の結晶性セラミック薄膜の形成方法において、前記種結晶層と前記結晶性セラミック層との界面粗さが、２．０ｎｍ以下であることを特徴とする。

種結晶層とセラミック層との界面粗さは、Ｘ線回折測定装置（Ｒｉｇａｋｕ社製ＲＩＮＴ−ＵｌｔｉｍａIII）などを用いて、Ｘ線反射率を測定し、該装置に付随した汎用プログラムによって求めることが可能であり、値が小さいほど平滑であることを示すものである。

界面粗さの下限は、基材の種類に依存する傾向にあるため、特に限定しないが、小さいほどセラミック層の結晶性が向上する。比較的平滑とされるガラス基材の場合、表面粗さが０．２ｎｍであることから、下限を０．２ｎｍ以上としてもよい。一方、界面粗さが２．０ｎｍを超えると、セラミック層の結晶性を向上できないことがある。

また、本発明の結晶性セラミック薄膜の形成方法において、前記結晶性セラミック層は、金属イオンと陰イオンとによって形成される金属化合物からなるものであり、該金属化合物の金属イオン半径ｒ_Ｃと陰イオン半径ｒ_Ａとの比ｒ_Ｃ／ｒ_Ａが０．３５〜０．７５であることを特徴とする。イオン半径比が０．３５未満、又は０．７５を超えると、上記の差異率が大きくなり易く、セラミック薄膜の結晶性が向上し難いことがある。

また、本発明の結晶性セラミック薄膜の形成方法において、前記種結晶層は、該層のＣｕＫα線を用いたＸ線回折測定により（００２）結晶面に優先配向した酸化亜鉛の回折線が観測されることを特徴とする。

本発明の結晶性セラミック薄膜の形成方法は、基材上に形成されるセラミック薄膜の機能性の向上に奏功する。

また、本発明の形成方法は、基材を加熱する工程を必要としないため生産性に優れており、さらに、セラミック層を形成する工程は厳密な形成条件を設定せずとも容易に良好な結晶性の薄膜を得ることが可能である。なおかつ、本発明の形成方法は、種結晶層と結晶構造が異なる金属化合物からなるセラミック薄膜の結晶性を向上せしめるものであり、また、基材の種類が限定されないため、汎用性が高い方法であると言える。

マグネトロンスパッタ装置の概略図である。 種結晶層とセラミック層とで構成される薄膜積層体の断面模式図である。 基材上に直接形成したセラミック薄膜の断面模式図である。 実施例１、２及び比較例１のＸ線回折パターンを表す平面図である。 実施例３、４及び比較例２のＸ線回折パターンを表す平面図である。 実施例５、比較例３のＸ線回折パターンを表す平面図である。 実施例６、比較例４のＸ線回折パターンを表す平面図である。 比較例５、６のＸ線回折パターンを表す平面図である。 実施例７〜１０のＸ線回折パターンを表す平面図である。

本発明は、真空成膜法による基材表面上への結晶性セラミック薄膜の形成方法であり、該方法は、種結晶層を形成する工程１、該種結晶層上に結晶性セラミック層を形成する工程２を有するものである。

上記種結晶層および結晶性セラミック層は、蒸着プロセスを用いて形成されることが好ましい。蒸着プロセスには、スパッタリング、電子ビーム蒸着、イオンビームデポジション、イオンプレーティングなどを用いても良いが、均一性を確保しやすいスパッタリングは好適に用いられる。

成膜装置としては、図１に示すようなマグネトロンスパッタ装置が好適に用いられる。ガラス１を基板ホルダー２に保持させた後、真空チャンバー３内を真空ポンプ４によって排気し、成膜中、真空ポンプ４は連続して稼働させ、真空チャンバー内の雰囲気ガスは、ガス導入管５より導入し、ガスの流量をマスフローコントローラー（図示せず）により制御して調整する。なお、基板ホルダー２はターゲット８に対して正面に設置されないものとする。成膜中の真空チャンバ−内の圧力は、真空チャンバーと真空ポンプの間に設置されたバルブ６の開度を制御することで調節する。裏側にマグネット７が配置されたターゲット８を用い、ターゲットへ電源ケーブル９を通じで電源１０より投入する。ここで、真空ポンプの種類、ターゲットの個数や種類、直流電源と交流電源の選択は適宜なされれば良く、特に限定しない。

種結晶層を形成する工程１において、成膜時の真空チャンバーの圧力は２．０Ｐａ以下とすることが好ましい。２．０Ｐａを超えると、種結晶層とセラミック層との界面粗さが大きくなり、後に形成するセラミック薄膜の結晶性を向上できないことがある。また、下限については、成膜時の放電を安定に保持するために０．１Ｐａ以上とすることが好ましいが、この下限は、真空チャンバーの容積、ターゲットの面積などによって容易に変わるため、特に限定しない。

該種結晶層上に結晶性セラミック薄膜を形成する工程２においては、薄膜原料として金属ターゲットを用いて、酸素や窒素などの反応性ガスを導入しながら成膜する反応性スパッタリングが製造コストに優れるため好適であるが、酸化物ターゲット、若しくは窒化物ターゲットを用いても良い。プラズマ発生源には直流電源、交流電源、または交流と直流を重畳した電源、いずれの電源も好適に用いられるが、交流と直流を重畳した電源は連続生産性に優れており、好適に用いられる。

前記種結晶層には、酸化亜鉛の他に、酸化亜鉛にＳｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｇａなどから選ばれる少なくとも一つの金属を添加した酸化亜鉛化合物を用いても良い。

また、前記結晶性セラミック層を構成する金属化合物としては、例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＣｄＯ等からなる酸化物、ＴｉＮ、ＣｒＮ等からなる窒化物、ＳｉＣ等からなる炭化物、ＺｎＳｅ等からなるセレン化物等が挙げられる。

基材には、ガラスが好適に用いられる。ガラスの例としては、石英ガラスや、建築用や車両用、ディスプレイ用に使用されているソーダ石灰ケイ酸塩ガラスからなるフロート板ガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸塩ガラス、低膨張ガラス、ゼロ膨張ガラス、低膨張結晶化ガラス、ゼロ膨張結晶化ガラス、ＴＦＴ用ガラス、ＰＤＰ用ガラス、光学フィルム用基板ガラス等が挙げられる。また、ガラス基材以外の例としては、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニール樹脂、ポリエチレン樹脂等の樹脂基材が挙げられる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。

実施例１
図２に示すような、ガラス１に酸化亜鉛膜１１と酸化マグネシウム膜１２を順次積層した薄膜積層体を作製した。ガラスとしては、厚さ３ｍｍのソーダライムガラスを用いた。薄膜積層体の成膜は、図１に示すマグネトロンスパッタリング装置を用いて行った。

酸化亜鉛膜の成膜は、ガラス１を基板ホルダー２に保持させた後、真空チャンバー３内を真空ポンプ４によって排気して行った。成膜中、真空ポンプ４は連続して稼働させ、真空チャンバー内の雰囲気ガスは、ガス導入管５より、酸素ガスを導入し、酸素ガスの流量をマスフローコントローラー（図示せず）により制御して調整した。真空ポンプ４にはターボ分子ポンプを用いた。成膜中の真空チャンバ−内の圧力は、真空チャンバーと真空ポンプの間に設置された排気バルブ６の開度を制御することで０．２Ｐａに調節した。裏側にマグネット７が配置されたターゲット８には、Ｚｎターゲットを用い、Ｚｎターゲットへ電源ケーブル９を通じで電源１０より投入される電力は１００Ｗとし、電源１０には直流電源を用いた。酸化亜鉛膜の厚さが７０ｎｍになるように、成膜時間を制御した。なお、以降いずれの膜についても、成膜時間を制御することで所望の膜厚を得た。

次に、酸化亜鉛膜の上に酸化マグネシウム膜を、真空を維持したまま連続して成膜した。ターゲット８に酸化マグネシウムターゲットを用いて、真空チャンバー３内の雰囲気ガスは、ガス導入管５より、アルゴンと酸素ガスを１：１の割合になるように導入し、圧力は、排気バルブ６を制御して０．５Ｐａに調節した。酸化マグネシウムターゲット８へ電源ケーブル９を通じて電源１０より投入する電力は２００Ｗとし、電源１０には交流電源を用いた。酸化マグネシウム膜の厚さが８０ｎｍになるように、成膜時間を制御した。

実施例２
酸化亜鉛膜の膜厚を３０ｎｍ、酸化マグネシウム膜の膜厚を１０ｎｍとした以外は実施例１と同様にして薄膜積層体を作製した。

比較例１
図３に示すようなガラスに酸化マグネシウム膜を作製した。ガラスとしては、厚さ３ｍｍのソーダライムガラスを用いた。酸化マグネシウム膜の成膜は、図１に示すマグネトロンスパッタリング装置を用いて行い、成膜条件は実施例１と同様にした。

実施例１および２で作製した薄膜積層体、および比較例１で作製した酸化マグネシウム膜のＸ線回折測定結果を図４に示す。実施例１および２においては、回折角が３４°付近に酸化亜鉛（００２）面に帰属される回折ピーク、４２°付近に酸化マグネシウム（２００）面に帰属される回折ピークが得られ、酸化マグネシウム膜は高い結晶化度と高い配向性を示した。特に実施例２では、酸化マグネシウムの膜厚が１０ｎｍと非常に薄いにも関わらず、結晶性の膜を得ることが出来た。一方、比較例１においては、酸化マグネシウム膜による回折ピークが得られず、非晶質または微結晶であった。

実施例３
図２に示すような、ガラス１に酸化亜鉛膜１１と窒化チタン膜１２を順次積層した薄膜積層体を作製した。ガラスとしては、厚さ３ｍｍのソーダライムガラスを用いた。薄膜積層体の成膜は、図１に示すマグネトロンスパッタリング装置を用いて行った。

酸化亜鉛膜の成膜は、ガラス１を基板ホルダー２に保持させた後、真空チャンバー３内を真空ポンプ４によって排気して行った。成膜中、真空ポンプ４は連続して稼働させ、真空チャンバー内の雰囲気ガスは、ガス導入管５より、酸素ガスを導入し、酸素ガスの流量をマスフローコントローラー（図示せず）により制御して調整した。真空ポンプ４にはターボ分子ポンプを用いた。成膜中の真空チャンバ−内の圧力は、真空チャンバーと真空ポンプの間に設置された排気バルブ６の開度を制御することで０．２Ｐａに調節した。裏側にマグネット７が配置されたターゲット８には、Ｚｎターゲットを用い、Ｚｎターゲットへ電源ケーブル９を通じで電源１０より投入される電力は１００Ｗとし、電源１０には直流電源を用いた。酸化亜鉛膜の厚さが５５ｎｍになるように、成膜時間を制御した。なお、以降いずれの膜についても、成膜時間を制御することで所望の膜厚を得ており、意図的な基板加熱は行わなかった。

次に、酸化亜鉛膜の上に窒化チタン膜を、真空を維持したまま連続して成膜した。ターゲット８にチタンターゲットを用いて、真空チャンバー３内の雰囲気ガスは、ガス導入管５より、アルゴンと窒素ガスを８：２の割合になるように導入し、圧力は、排気バルブ６を制御して０．５Ｐａに調節した。チタンターゲット８へ電源ケーブル９を通じて電源１０より投入する電力は１００Ｗとし、電源１０には直流電源を用いた。窒化チタン膜の厚さが６０ｎｍになるように、成膜時間を制御した。

実施例４
酸化亜鉛膜の膜厚を３０ｎｍとした以外は実施例３と同様にして薄膜積層体を作製した。

実施例５
窒化チタン膜の膜厚を５００ｎｍとした以外は実施例４と同様にして薄膜積層体を作製した。

比較例２
図３に示すような、ガラスに窒化チタン膜を作製した。ガラスとしては、厚さ３ｍｍのソーダライムガラスを用いた。窒化チタン膜の成膜は、図２に示すマグネトロンスパッタリング装置を用いて行い、成膜条件は実施例５と同様にした。

比較例３
窒化チタン膜の膜厚を５００ｎｍとした以外は比較例２と同様にして、窒化チタン膜を作製した。

実施例３および４で作製した薄膜積層体、および比較例２で作製した窒化チタン膜のＸ線回折測定結果を図５に示す。実施例３および４においては、回折角が３６．０°付近と４２．０°付近に窒化チタン（１１１）と（２００）面に帰属される二つの回折ピークが得られ、特に（２００）面による強い回折ピークが得られた。一方、比較例３および４においては、３６．０°付近に膜による窒化チタン（１１１）面に帰属される回折ピークが得られるものの、実施例３〜５と比較して強度が弱く、結晶性が悪かった。実施例５および比較例３で作製した窒化チタン膜のＸ線回折測定結果を図６に示す。実施例５では、窒化チタン（１１１）および（２００）面に帰属される回折ピーク、比較例３では窒化チタン（１１１）面の回折ピークが得られた。（１１１）面および（２００）面の結晶性は薄膜の膜厚を厚くすることで向上し、膜厚あたりの結晶化した窒化チタンの割合は、回折ピークの面積と相関関係にあることから、実施例５の方が比較例３よりも結晶化した窒化チタンの割合が増加したということができ、本発明の方法を用いることによって、さらに結晶性が向上することが確認された。

実施例６
図２に示すような、ガラス１に酸化亜鉛膜１１と窒化クロム膜１２を順次積層した薄膜積層体を作製した。ガラスとしては、厚さ３ｍｍのソーダライムガラスを用いた。薄膜積層体の成膜は、図１に示すマグネトロンスパッタリング装置を用いて行った。

酸化亜鉛膜の成膜は、ガラス１を基板ホルダー２に保持させた後、真空チャンバー３内を真空ポンプ４によって排気して行った。成膜中、真空ポンプ４は連続して稼働させ、真空チャンバー内の雰囲気ガスは、ガス導入管５より、酸素ガスを導入し、酸素ガスの流量をマスフローコントローラー（図示せず）により制御して調整した。真空ポンプ４にはターボ分子ポンプを用いた。成膜中の真空チャンバ−内の圧力は、真空チャンバーと真空ポンプの間に設置された排気バルブ６の開度を制御することで０．２Ｐａに調節した。裏側にマグネット７が配置されたターゲット８には、Ｚｎターゲットを用い、Ｚｎターゲットへ電源ケーブル９を通じで電源１０より投入される電力は１００Ｗとし、電源１０には直流電源を用いた。酸化亜鉛膜の厚さが３０ｎｍになるように、成膜時間を制御した。なお、以降いずれの膜についても、成膜時間を制御することで所望の膜厚を得た。

次に、酸化亜鉛膜の上に窒化クロム膜を、真空を維持したまま連続して成膜した。ターゲット８にＣｒターゲットを用いて、真空チャンバー３内の雰囲気ガスは、ガス導入管５より、アルゴンと酸素ガスを１：１の割合になるように導入し、圧力は、排気バルブ６を制御して０．５Ｐａに調節した。Ｃｒターゲット８へ電源ケーブル９を通じて電源１０より投入する電力は１００Ｗとし、電源１０には交流電源を用いた。窒化クロム膜の厚さが５０ｎｍになるように、成膜時間を制御した。

比較例４
図３に示すようなガラスに窒化クロム膜を作製した。ガラスとしては、厚さ３ｍｍのソーダライムガラスを用いた。窒化クロム膜の成膜は、図１に示すマグネトロンスパッタリング装置を用いて行い、成膜条件は実施例１と同様にした。

実施例６で作製した薄膜積層体、および比較例４で作製した窒化クロム膜のＸ線回折測定結果を図７に示す。実施例６においては、回折角が３４°付近に酸化亜鉛（００２）面に帰属される回折ピーク、４３．５°付近に窒化クロム（２００）面に帰属される回折ピークが得られ、窒化クロム膜は高い結晶化度と高い配向性を示した。一方、比較例４においては、窒化クロム（１１１）面に帰属される極めて弱い回折ピークが得られるのみで、微結晶であった。

比較例５
図２に示すような、ガラス１に酸化亜鉛膜１１と窒化ホウ素膜１２を順次積層した薄膜積層体を作製した。ガラスとしては、厚さ３ｍｍのソーダライムガラスを用いた。薄膜積層体の成膜は、図１に示すマグネトロンスパッタリング装置を用いて行った。

酸化亜鉛膜の成膜は、ガラス１を基板ホルダー２に保持させた後、真空チャンバー３内を真空ポンプ４によって排気して行った。成膜中、真空ポンプ４は連続して稼働させ、真空チャンバー内の雰囲気ガスは、ガス導入管５より、酸素ガスを導入し、酸素ガスの流量をマスフローコントローラー（図示せず）により制御して調整した。真空ポンプ４にはターボ分子ポンプを用いた。成膜中の真空チャンバ−内の圧力は、真空チャンバーと真空ポンプの間に設置された排気バルブ６の開度を制御することで０．２Ｐａに調節した。裏側にマグネット７が配置されたターゲット８には、Ｚｎターゲットを用い、Ｚｎターゲットへ電源ケーブル９を通じで電源１０より投入される電力は１００Ｗとし、電源１０には直流電源を用いた。酸化亜鉛膜の厚さが３０ｎｍになるように、成膜時間を制御した。なお、以降いずれの膜についても、成膜時間を制御することで所望の膜厚を得ており、意図的な基板加熱は行わなかった。

次に、酸化亜鉛膜の上に窒化ホウ素膜を、真空を維持したまま連続して成膜した。ターゲット８に窒化ホウ素ターゲットを用いて、真空チャンバー３内の雰囲気ガスは、ガス導入管５より、アルゴンと窒素ガスを８：２の割合になるように導入し、圧力は、排気バルブ６を制御して０．２Ｐａに調節した。窒化ホウ素ターゲット８へ電源ケーブル９を通じて電源１０より投入する電力は２００Ｗとし、電源１０には交流電源を用いた。窒化ホウ素膜の厚さが５０ｎｍになるように、成膜時間を制御した。

比較例６
窒化ホウ素膜を作製する際のアルゴンと窒素ガスを４：６の割合とした以外は比較例５と同様にして薄膜積層体を作製した。

比較例５および６で作製した窒化ホウ素膜のＸ線回折測定結果を図８に示す。比較例５および６において、窒化ホウ素膜による回折ピークは得られず、非晶質または微結晶であり、酸化亜鉛層を用いても窒化ホウ素膜の結晶性を向上できなかった。

得られた結果を表１にまとめる。差異率は、金属化合物の格子定数をａ_１（ｎｍ）、種結晶層の格子定数の内ａ軸の格子定数をａ_２（ｎｍ）とした時、｜ａ_２−（√２／２）ａ_１｜／ａ_２×１００の式によって算出される値である。なお、酸化亜鉛の格子定数ａ_２は０．３２５ｎｍとした。また、表中の○は、種結晶層としてＺｎＯを用いることでセラミック薄膜の結晶性が向上したことを意味する。

差異率が１０％より低い酸化マグネシウム、窒化チタン、窒化クロムでは、酸化亜鉛種結晶層による結晶性の向上が確認され、一方、差異率が１５％を超える窒化ホウ素では、結晶性の向上は確認されなかった。更に、酸化マグネシウム、窒化チタン、窒化クロムはイオン半径比が０．３５〜０．７５の範囲にあり、窒化ホウ素はイオン半径比が０．１６と小さかった。したがって、酸化亜鉛の種結晶層によりセラミック層の結晶性を向上できるか否かは、差異率、およびイオン半径比に依るところが大きいことが示された。

実施例７
酸化亜鉛成膜中の真空チャンバ−内の圧力を０．４Ｐａに調節した以外は、実施例３と同様にして薄膜積層体を作製した。

実施例８
酸化亜鉛成膜中の真空チャンバ−内の圧力を１．０Ｐａに調節した以外は、実施例３と同様にして薄膜積層体を作製した。

実施例９
酸化亜鉛成膜中の真空チャンバ−内の圧力を１．６Ｐａに調節した以外は、実施例３と同様にして薄膜積層体を作製した。

実施例１０
酸化亜鉛成膜中の真空チャンバ−内の圧力を３．３Ｐａに調節した以外は、実施例３と同様にして薄膜積層体を作製した。

実施例７〜１０で作製した薄膜積層体のＸ線回折測定の結果を図９、Ｘ線反射率測定により求めた薄膜積層体の界面粗さを表２にまとめる。界面粗さが小さくなるに従い、窒化チタン膜のＸ線回折強度は高くなり、結晶性が向上することが分かった。したがって、種結晶層とセラミック層との界面粗さを調節することで、より結晶性が高いセラミック層を得ることが可能となることが示された。

本発明のセラミック薄膜の形成方法は、基材の種類に関わらず、結晶性を有している高機能な種々のセラミック薄膜を形成できるので、たとえば半導体などの電子製品や光学部品などオプトエレクトロニクスデバイスにおける薄膜の製造工程に利用し得る。

１ ガラス
２ 基板ホルダー
３ 真空チャンバー
４ 真空ポンプ
５ ガス導入管
６ 排気バルブ
７ マグネット
８ ターゲット
９ 電源ケーブル
１０ 電源
１１ 種結晶層
１２ セラミック層

Claims (4)

1. 真空成膜法による基材表面上への結晶性セラミック薄膜の形成方法であり、該方法は、種結晶層を形成する工程１、該種結晶層上に結晶性セラミック層を形成する工程２を有し、前記種結晶層は酸化亜鉛又は酸化亜鉛化合物よりなる層であり、前記結晶性セラミック層は、ＭｘＯｙ（Ｍは金属元素、Ｏは非金属元素、ｘ及びｙは１以上の整数）で表される立方晶系の金属化合物の層であり、なおかつ該金属化合物は、該金属化合物の格子定数をａ_１（ｎｍ）、前記種結晶層の格子定数の内ａ軸の格子定数をａ_２（ｎｍ）とした時、｜ａ_２−（√２／２）ａ_１｜／ａ_２×１００で表される値が１５％以下であることを特徴とする結晶性セラミック薄膜の形成方法。
2. 前記種結晶層と前記結晶性セラミック層との界面粗さが、２．０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の結晶性セラミック薄膜の形成方法。
3. 前記結晶性セラミック層は、金属イオンと陰イオンとによって形成される金属化合物からなるものであり、該金属化合物の金属イオン半径ｒ_Ｃと陰イオン半径ｒ_Ａとの比ｒ_Ｃ／ｒ_Ａが０．３５〜０．７５であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の結晶性セラミック薄膜の形成方法。
4. 前記種結晶層は、該層のＣｕＫα線を用いたＸ線回折測定により（００２）結晶面に優先配向した酸化亜鉛の回折線が観測されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の結晶性セラミック薄膜の形成方法。
   

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