反応性スパッタ法による機能性セラミック薄膜形成過程における飛来粒子の質量分析

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本研究の目的は、反応性プラズマプロセス中のスパッタリングメカニズムを、スパッタ粒子(薄膜構成原子、分子)の運動エネルギーに着目し、様々な成膜条件下で作製した酸化物薄膜の構造や化学組成との相関関係を解明し、これらの精密な制御に必要な要因を明らかにしようとするものである。金属ターゲットを用いた反応性マグネトロンスパッタリング法は、様々な酸化物、窒化物の機能性セラミック薄膜を形成する方法として、(1)薄膜の微細構造や化学組成を広範囲で制御することが可能である、(2)通常の電子ビーム蒸着法と比較して蒸発源が点ではなく面なので大面積への均一な成膜に有利である、(3)酸化物や窒化物のターゲットを用いたスパッタリング法と比較して、金属ターゲットのスパッタ率が大きいため高速成膜が可能である、などの点で優れている。本研究では、インジウム錫合金ターゲット、並びにバナジウム金属ターゲットを用いた、ITO、並びにVO2薄膜を反応性スパッタリングによって作製するプロセスにおいて、スパッタ粒子や薄膜成長中に表面に入射する高エネルギー粒子が、薄膜の結晶性、ストイキオメトリー、電気特性に与える影響を解明した。ITO薄膜に関しては、これらの入射粒子のエネルギーが十分に高い場合、基板温度が結晶化温度以下であっても多結晶の薄膜が得られることが判明した。また、VO2の薄膜に関しては、飛来粒子のエネルギー増加に伴ってV2O5薄膜からVO2 (B)膜に変化することが判明した。これらの薄膜の物性は、それぞれの構造を完全に反映していることがわかった。