JP4650315B2 - Method for forming In-Ga-Zn-O film - Google Patents

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Description

本発明は、In−Ga−Zn−O膜を高速かつ安定に成膜する方法に関する。   The present invention relates to a method for forming an In—Ga—Zn—O film stably at high speed.

酸化物半導体は新しい物性を持つ電子・光デバイスの実現には必要不可欠の材料である。例えば、TiOはn型の酸化物半導体であり、その薄膜や粒子は光触媒や高屈折率を活かした光学フィルムとして用いられている。また、近年では、二酸化チタンを利用した色素増感型太陽電池が、安価でクリーンな太陽電池として注目されている(例えば特開2003−123853号)。 Oxide semiconductors are indispensable materials for realizing electronic and optical devices with new physical properties. For example, TiO 2 is an n-type oxide semiconductor, and its thin film and particles are used as an optical film utilizing a photocatalyst and a high refractive index. In recent years, a dye-sensitized solar cell using titanium dioxide has attracted attention as an inexpensive and clean solar cell (for example, JP-A-2003-123853).

また、In−Ga−Zn−Oよりなる透明酸化物半導体も電子・光デバイスには不可欠な材料である。最近、In−Ga−Zn−Oの酸化物がアモルファス状態でも大きな電界効果移動度を持つことが示され、PET上への電界効果トランジスタ(FET)の作製に成功している(Nature2004年432巻488ページ)。   In addition, a transparent oxide semiconductor made of In—Ga—Zn—O is also an indispensable material for electronic and optical devices. Recently, it has been shown that an oxide of In—Ga—Zn—O has a large field effect mobility even in an amorphous state, and a field effect transistor (FET) on PET has been successfully manufactured (Nature 2004, Volume 432). 488 pages).

このIn−Ga−Zn−O膜を成膜する場合、セラミックスターゲットを使用し、RF電源を用いて成膜を行うRFスパッタ法や、金属ターゲットを用い、酸素含有雰囲気中でスパッタする反応性スパッタ法が一般的に用いられている。また、パルスレーザー蒸着法によっても成膜することができる。
特開2003−123853号公報 Nature2004年432巻488ページ
When forming this In—Ga—Zn—O film, a ceramic target is used, and an RF sputtering method in which film formation is performed using an RF power source, or a reactive sputtering in which a metal target is used for sputtering in an oxygen-containing atmosphere. The method is commonly used. The film can also be formed by pulsed laser deposition.
JP 2003-123853 A Nature 2004 432 pages 488

上記従来の方法は成膜速度が遅く生産性に乏しい。また、安定な組成制御も難しく特性の維持が困難である。   The conventional method has a slow film formation rate and poor productivity. In addition, stable composition control is difficult, and it is difficult to maintain characteristics.

例えば、金属ターゲットを用いて酸素含有雰囲気中でスパッタ成膜を行う反応性スパッタ法は、ターゲットが酸化物で皮膜してしまうために成膜速度が遅く生産性が悪い。また、酸化物で皮膜されたターゲットに大きな電圧を印加すると、アークが発生し、安定した放電が得られない。一方、合金ターゲットを用いた場合、金属元素ごとにスパッタ率が異なるため、ターゲットの組成と得られる膜の組成がずれることから、細かな組成制御が困難である。また、膜中の酸素量制御も難しい。また、セラミックスターゲットを用いたRFスパッタ法を行った場合、成膜速度が遅く生産性が悪い。   For example, in the reactive sputtering method in which sputtering is performed using a metal target in an oxygen-containing atmosphere, the target is coated with an oxide, so the deposition rate is slow and the productivity is poor. In addition, when a large voltage is applied to the oxide-coated target, an arc is generated and a stable discharge cannot be obtained. On the other hand, when an alloy target is used, since the sputtering rate differs for each metal element, the composition of the target and the composition of the resulting film are shifted, and fine composition control is difficult. It is also difficult to control the amount of oxygen in the film. In addition, when the RF sputtering method using a ceramic target is performed, the film formation rate is slow and the productivity is poor.

本発明は、上記問題点を解決し、In−Ga−Zn−O膜を高速かつ安定して成膜する方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a method for forming an In—Ga—Zn—O film stably at high speed.

本発明(請求項1)のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法は、酸素ガスを含む雰囲気にて、ターゲットを用いてスパッタすることにより、In−Ga−Zn−O膜を成膜する方法において、該ターゲットは複数個設けられており、各ターゲットはIn、Ga及びZnの少なくとも1種類よりなる金属又は合金又は酸化物であり、かつ、In、Ga及びZnのそれぞれは該ターゲットの少なくとも1個に含有されており、該ターゲットの少なくとも1個は他のターゲットとは異なる組成となっており、各ターゲットに交互に間欠的な電圧を印加してスパッタを行うことを特徴とするものである。   In the In—Ga—Zn—O film formation method of the present invention (Invention 1), an In—Ga—Zn—O film is formed by sputtering using a target in an atmosphere containing oxygen gas. In this method, a plurality of the targets are provided, each target is a metal, alloy, or oxide made of at least one of In, Ga, and Zn, and each of In, Ga, and Zn is the target. It is contained in at least one, and at least one of the targets has a composition different from that of other targets, and sputtering is performed by alternately applying intermittent voltage to each target. It is.

請求項2のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法は、請求項1において、前記ターゲットのそれぞれは、In、Ga及びZnのいずれか1種類よりなる金属又は酸化物であることを特徴とするものである。   The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 2 is the method according to claim 1, wherein each of the targets is a metal or oxide made of any one of In, Ga, and Zn. It is what.

請求項3のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法は、請求項1において、前記ターゲットは、In、Ga及びZnを含有し、かつ互いに組成が異なる合金であることを特徴とするものである。   The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 3 is characterized in that, in claim 1, the target is an alloy containing In, Ga, and Zn and having a composition different from each other. It is.

請求項4のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法は、請求項1において、前記ターゲットの少なくとも1個はIn及びGaよりなる合金又は酸化物であり、前記ターゲットの残りはZnよりなる金属又は酸化物であることを特徴とするものである。   The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 4 is the method according to claim 1, wherein at least one of the targets is an alloy or oxide made of In and Ga, and the remainder of the target is made of Zn. It is a metal or an oxide.

請求項5のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法は、請求項1ないし4のいずれか1項において、複数のパルス電圧よりなるパルスパケットを各ターゲットに交互に間欠的に印加することを特徴とするものである。   The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 5 is the method according to any one of claims 1 to 4, wherein a pulse packet including a plurality of pulse voltages is alternately and intermittently applied to each target. It is characterized by.

請求項6のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法は、請求項1ないし5のいずれか1項において、各ターゲットに間欠的に正の電圧を印加することにより、該ターゲットのチャージングを防止することを特徴とするものである。   The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 6 is the charging of the target according to any one of claims 1 to 5, wherein a positive voltage is intermittently applied to each target. It is characterized by preventing.

請求項7のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法は、請求項1ないし6のいずれか1項において、スパッタ時におけるIn、Ga及びZnの放電の発光波長と発光強度をモニタリングすることを特徴とするものである。   The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 7 is the method according to any one of claims 1 to 6, wherein the emission wavelength and emission intensity of discharge of In, Ga and Zn during sputtering are monitored. It is characterized by.

請求項8のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法は、請求項7において、前記ターゲット毎に、スパッタ時におけるIn、Ga及びZnの放電の発光波長と発光強度をモニタリングすることを特徴とするものである。   The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 8 is the method according to claim 7, wherein the emission wavelength and emission intensity of discharge of In, Ga, and Zn during sputtering are monitored for each target. It is what.

請求項9のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法は、請求項7又は8において、前記モニタリングに基づいて、各ターゲットに付与するパルス電力、パルス量、パルス幅、成膜時の圧力及び酸素供給量の少なくとも一つを変化させることにより、成膜される膜の組成及び結晶性を制御することを特徴とするものである。   The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 9 is the method according to claim 7 or 8, wherein the pulse power, the pulse amount, the pulse width, and the pressure during film formation are applied to each target based on the monitoring. In addition, the composition and crystallinity of the film to be formed are controlled by changing at least one of the oxygen supply amount.

請求項10のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法は、請求項1ないし9のいずれか1項において、スパッタ時に基板の温度を調整することにより、成膜される膜の結晶性を制御することを特徴とするものである。   The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 10 is the method according to any one of claims 1 to 9, wherein the crystallinity of the film to be formed is adjusted by adjusting the temperature of the substrate during sputtering. It is characterized by controlling.

請求項11のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法は、請求項10において、スパッタ時に基板の温度を77K〜300Kに調整することを特徴とするものである。   An In—Ga—Zn—O film forming method according to an eleventh aspect is the method according to the tenth aspect, wherein the substrate temperature is adjusted to 77K to 300K during sputtering.

請求項1のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法にあっては、ターゲットは複数設けられており、各ターゲットに交互に間欠的な電圧を印加するため、大電流をターゲットに流し、安定した高速成膜を行うことができる。   In the method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 1, a plurality of targets are provided, and an intermittent voltage is alternately applied to each target. Stable high-speed film formation can be performed.

また、この方法を用いることによって異常放電を大幅に抑制できることから、安定した長時間の放電が可能となり、ダメージの少ない高品質の膜が作製可能となる。   Moreover, since abnormal discharge can be significantly suppressed by using this method, stable long-time discharge is possible, and a high-quality film with little damage can be produced.

なお、単一組成のターゲットを用いた反応性スパッタ法によってIn−Ga−Zn−O膜を成膜する場合、通常は金属元素ごとにスパッタ率が異なることからターゲットの組成と得られる膜の組成がずれ、細かな組成制御が困難である。   Note that in the case where an In—Ga—Zn—O film is formed by a reactive sputtering method using a single composition target, since the sputtering rate is usually different for each metal element, the target composition and the obtained film composition And fine composition control is difficult.

本発明の方法では、組成の異なる複数のターゲットを用いてスパッタするため、各組成のターゲットのスパッタ量を調整して金属元素のスパッタ比を制御することにより、所望の組成のIn−Ga−Zn−O膜を容易に成膜することができる。   In the method of the present invention, sputtering is performed using a plurality of targets having different compositions. Therefore, by adjusting the sputtering amount of the target of each composition and controlling the sputtering ratio of the metal element, In—Ga—Zn having a desired composition. A -O film can be easily formed.

請求項2のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法にあっては、各金属のスパッタ量を独立して増減することができるため、組成の制御されたIn−Ga−Zn−O膜をより容易に成膜することができる。   In the method of forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 2, since the amount of sputtering of each metal can be increased or decreased independently, an In—Ga—Zn—O film with a controlled composition is used. Can be formed more easily.

なお、In、Ga及びZnを含有し、かつ互いに組成が異なっている複数のターゲットを用いて成膜を行ってもよく(請求項3)、また、In及びGaの合金又は酸化物よりなるターゲットとZnよりなる金属もしくは酸化物のターゲットを用いて成膜を行ってもよい(請求項4)。   The film may be formed using a plurality of targets containing In, Ga and Zn and having different compositions from each other (Claim 3), and a target made of an alloy or oxide of In and Ga. The film may be formed using a metal or oxide target made of Zn and Zn.

請求項5のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法にあっては、各ターゲットにパルスパケットを印加するため、各ターゲットに単一のパルスを印加するときと比べて一層大電流を流すことができ、安定した高速成膜が可能となる。   In the method of forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 5, since a pulse packet is applied to each target, a larger current flows than when a single pulse is applied to each target. And stable high-speed film formation is possible.

請求項6のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法は、ターゲットに間欠的に正の電圧を印加してターゲットのチャージングを防止することにより、各ターゲットにより大電流を流すことができ、安定した高速成膜が可能となる。   In the method of forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 6, by applying a positive voltage intermittently to the target to prevent the target from being charged, a large current can flow through each target. Stable high-speed film formation becomes possible.

請求項7のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法にあっては、スパッタ時におけるIn、Ga及びZnの放電の発光波長と発光強度をモニタリングすることにより、In、Ga及びZnのスパッタ量を常時、正確に認識することができる。従って、このモニタリングの結果に基づいて成膜条件を制御することにより、In−Ga−Zn−O膜を正確かつ安定的に成膜することができる。   In the In-Ga-Zn-O film forming method according to claim 7, sputtering of In, Ga, and Zn is performed by monitoring the emission wavelength and emission intensity of discharge of In, Ga, and Zn during sputtering. The amount can always be accurately recognized. Therefore, the In—Ga—Zn—O film can be formed accurately and stably by controlling the film formation conditions based on the monitoring result.

請求項8のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法にあっては、各ターゲット毎にIn、Ga及びZnの放電の発光波長と発光強度をモニタを用いてモニタリングするため、各ターゲットの放電状況を個別に認識することができる。   In the method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 8, since the emission wavelength and emission intensity of discharge of In, Ga, and Zn are monitored for each target using a monitor, The discharge status can be recognized individually.

請求項9のIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法にあっては、モニタリングに基づいて、各ターゲットに付与するパルス電力、パルス量、パルス幅及び成膜時の圧力及び酸素供給量の少なくとも一つを変化させることにより、成膜される組成及び結晶性を精密に制御することができる。   In the method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 9, based on monitoring, the pulse power applied to each target, the pulse amount, the pulse width, the pressure during film formation, and the oxygen supply amount By changing at least one, the composition and crystallinity to be formed can be precisely controlled.

特に、酸素の供給量が過剰になると、ターゲットの表面が完全に酸化され、成膜速度が非常に遅くなる。一方、酸素の導入量が少な過ぎると、ターゲット表面が酸化されずに成膜が行われ、その結果、成膜中の酸素量が不足する。しかし、上記の通り、前記モニタリングに基づいて酸素供給量を制御するため、プラズマ中のIn、Ga及びZnの密度に基づいて適切な量の酸素を導入することができる。これにより、上記2つの酸素供給量領域の中間領域である「遷移領域」でのスパッタが可能となる。その結果、適切な量の酸素を含有した膜を高速で成膜することができる。   In particular, when the supply amount of oxygen becomes excessive, the surface of the target is completely oxidized, and the film formation rate becomes very slow. On the other hand, if the amount of oxygen introduced is too small, the target surface is not oxidized and film formation is performed. As a result, the amount of oxygen during film formation is insufficient. However, as described above, since the oxygen supply amount is controlled based on the monitoring, an appropriate amount of oxygen can be introduced based on the density of In, Ga, and Zn in the plasma. As a result, sputtering can be performed in the “transition region” which is an intermediate region between the two oxygen supply amount regions. As a result, a film containing an appropriate amount of oxygen can be formed at high speed.

請求項10のようにスパッタ時に基板を調整することにより、In−Ga−Zn−O膜の結晶性を制御することができる。   The crystallinity of the In—Ga—Zn—O film can be controlled by adjusting the substrate during sputtering as in the tenth aspect.

請求項11のようにスパッタ時の基板の温度を77K〜300Kに調整する場合、In−Ga−Zn−O膜の表面に到達したスパッタ粒子の凝集エネルギーが減少し、膜の均一性や膜の表面平坦性の向上が図られる。   When the temperature of the substrate during sputtering is adjusted to 77K to 300K as in claim 11, the agglomeration energy of sputtered particles reaching the surface of the In-Ga-Zn-O film is reduced, and the uniformity of the film and the film The surface flatness can be improved.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は実施の形態に係るIn−Ga−Zn−O膜をデュアルカソード方式マグネトロンスパッタリング法により成膜する方法を説明するための概略図、図2は図1のターゲット電極に印加する電圧の一例を説明する図である。   FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a method of forming an In—Ga—Zn—O film according to an embodiment by a dual cathode magnetron sputtering method, and FIG. 2 shows an example of a voltage applied to the target electrode of FIG. FIG.

図1の通り、支持体20a上に第1のターゲット21aを設けてなるターゲット電極20Aと、その下方に配置された磁石22aとから、第1のスパッタリング部が構成されている。また、支持体20b上に第2のターゲット21bを設けてなるターゲット電極20Bと、その下方に配置された磁石22bとから、第2のスパッタリング部が構成されている。これら第1のスパッタリング部と第2のスパッタリング部とは隣接して設置され、これらのスパッタリング部に、スイッチングユニット24を介して、交流電源25が接続されている。本実施の形態では、第1のターゲット21aはIn−Gaの酸化物よりなり、第2のターゲット21bはZnOよりなっている。なお、それぞれのターゲットは完全には酸化されていないため、導電性は十分に確保されている。   As shown in FIG. 1, a first sputtering unit is composed of a target electrode 20A provided with a first target 21a on a support 20a and a magnet 22a disposed below the target electrode 20A. In addition, a second sputtering unit is configured by a target electrode 20B provided with a second target 21b on a support 20b and a magnet 22b disposed below the target electrode 20B. The first sputtering unit and the second sputtering unit are installed adjacent to each other, and an AC power supply 25 is connected to these sputtering units via a switching unit 24. In the present embodiment, the first target 21a is made of an In—Ga oxide, and the second target 21b is made of ZnO. In addition, since each target is not completely oxidized, conductivity is sufficiently ensured.

これらターゲット電極20A,20Bはカバー26によって覆われている。カバー26は排気口28を介してポンプ(図示略)に接続されており、ガス導入口27を介してガス供給源(図示略)に接続されている。   These target electrodes 20A and 20B are covered with a cover 26. The cover 26 is connected to a pump (not shown) via an exhaust port 28 and is connected to a gas supply source (not shown) via a gas introduction port 27.

カバー26内にコリメータ30a,30bが設けられており、これらコリメータ30a,30bは、それぞれ図示しないフィルタ及び光倍増幅管を介して、プラズマエミッションモニター(以下PEMと称することがある。)31a,31bに接続されている。これらコリメータ30a,30b、フィルタ、光倍増幅管及びPEM31a,31bにより、第1、第2のモニタが構成されている。   Collimators 30a and 30b are provided in the cover 26, and these collimators 30a and 30b are respectively connected to plasma emission monitors (hereinafter also referred to as PEMs) 31a and 31b through a filter and a photomultiplier tube (not shown). It is connected to the. The collimators 30a and 30b, the filters, the light amplification amplifiers, and the PEMs 31a and 31b constitute first and second monitors.

PEMは、プラズマの発光をコリメータで集光し、光倍増幅管(PM)で光電変換した電気信号を監視する装置である。PEMはある一定の感度に設定されてプラズマの発光強度をモニタするようになっている。   The PEM is an apparatus that monitors an electrical signal obtained by condensing plasma emission with a collimator and photoelectrically converting it with a photomultiplier tube (PM). The PEM is set to a certain sensitivity and monitors the emission intensity of the plasma.

ターゲット21a用のフィルタとしては、少なくともIn及びGaの発光スペクトルの波長230.6nmや209.1nmを選択的に通過させることが可能なものが用いられる。また、ターゲット21b用のフィルタとしては、少なくともZnの発光スペクトルの波長202.5nm、213nmや334nmを選択的に通過させることが可能なものが用いられる。   As the filter for the target 21a, a filter capable of selectively passing at least wavelengths of 230.6 nm and 209.1 nm of the emission spectra of In and Ga is used. As the filter for the target 21b, a filter that can selectively pass at least wavelengths 202.5 nm, 213 nm, and 334 nm of the emission spectrum of Zn is used.

上記装置を用いてIn−Ga−Zn−O膜を成膜する際には、先ずカバー26内部におけるターゲット21a,21bの上方に基板1を配置し、ポンプによってカバー26内を真空にした後、アルゴン等の不活性ガス中に酸素を含有させた混合ガスをカバー26内に導入し、カバー26内を所定の圧力とする。   When forming an In—Ga—Zn—O film using the above apparatus, first, the substrate 1 is disposed above the targets 21a and 21b in the cover 26, and the inside of the cover 26 is evacuated by a pump. A mixed gas containing oxygen in an inert gas such as argon is introduced into the cover 26, and the inside of the cover 26 is brought to a predetermined pressure.

基板1としては、例えばケイ酸アルカリ系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラスを使用することができる。また、アクリル等の種々のプラスチック基板等を使用することもできる。またPETなどの高分子フィルム基材も用いることができる。基板の厚さは0.1〜10mmが一般的であり、0.3〜5mmが好ましい。ガラス板は、化学的に、或いは熱的に強化させたものが好ましい。   As the substrate 1, for example, glass such as alkali silicate glass, non-alkali glass, and quartz glass can be used. Various plastic substrates such as acrylic can also be used. A polymer film substrate such as PET can also be used. The thickness of the substrate is generally 0.1 to 10 mm, preferably 0.3 to 5 mm. The glass plate is preferably chemically or thermally strengthened.

次いで、例えば、図2の通り、ターゲット電極20A,20Bに交互にパルスパケット状の電圧を印加して、グロー放電を形成させる。これにより、ターゲット21a,21bから粒子がスパッタされ、この粒子がターゲット21a,21bの上方の基板1上に付着する。この際、ターゲット21a,21b又はスパッタされた粒子は、酸素ガスによって酸化される。   Next, for example, as shown in FIG. 2, a pulse packet voltage is alternately applied to the target electrodes 20A and 20B to form a glow discharge. As a result, particles are sputtered from the targets 21a and 21b, and these particles adhere to the substrate 1 above the targets 21a and 21b. At this time, the targets 21a and 21b or the sputtered particles are oxidized by oxygen gas.

ターゲット21a,21bのスパッタ時におけるIn、Ga及びZnの放電の発光波長と発光強度が、コリメータ30a,30b、フィルタ及び光倍増幅管を介して電気信号となり、PEM31a,31bによって検知される。これらの電気信号から第1のターゲット21aのスパッタ速度と第2のターゲット21bのスパッタ速度が算出される。この算出結果に基づき、各ターゲット21a,21bに付与されるパルス電力、パルス量及びパルス幅、カバー26内に導入する酸素量、並びにカバー内の圧力が制御される。   The emission wavelengths and emission intensities of the discharges of In, Ga, and Zn during sputtering of the targets 21a and 21b become electric signals via the collimators 30a and 30b, the filters, and the optical amplification tubes, and are detected by the PEMs 31a and 31b. From these electric signals, the sputtering speed of the first target 21a and the sputtering speed of the second target 21b are calculated. Based on the calculation result, the pulse power applied to each of the targets 21a and 21b, the pulse amount and the pulse width, the oxygen amount introduced into the cover 26, and the pressure in the cover are controlled.

前記パルス電力、パルス量及びパルス幅は、ターゲットの体積、カバー26内の体積、要求される成膜速度等によって異なるが、例えばパルス電力は1kW〜20kW、パルス量は5%〜50%、パルス幅は0.1〜500msecの範囲内で制御される。パルス電力が50kW以上であると異常放電が発生し、組成が精密に制御されたNドープZnO膜を安定して成膜することができず、一方、パルス電力が500W以下であると成膜速度が遅くなる。パルス量が90%以上であると連続放電となってしまい、一方、1%以下であると、成膜速度が遅くなる。   The pulse power, the pulse amount, and the pulse width vary depending on the volume of the target, the volume in the cover 26, the required film formation speed, and the like. For example, the pulse power is 1 kW to 20 kW, the pulse amount is 5% to 50%, the pulse The width is controlled within a range of 0.1 to 500 msec. If the pulse power is 50 kW or more, abnormal discharge occurs, and an N-doped ZnO film whose composition is precisely controlled cannot be stably formed. On the other hand, if the pulse power is 500 W or less, the film formation speed Becomes slower. When the pulse amount is 90% or more, continuous discharge occurs, whereas when the pulse amount is 1% or less, the film formation rate becomes slow.

前記酸素供給量は、例えば1〜50sccm程度である。酸素の導入量が過剰になると、ターゲット21a,21bの表面が完全に酸化され、成膜速度が非常に遅くなる。このような酸素の導入量が過剰な領域を「反応性スパッタ領域」と称する。一方、酸素の導入量が少な過ぎると、ターゲット表面が酸化されずに成膜が行われ、その結果、成膜中の酸素量が不足する。このような領域を「金属的スパッタ領域」と称する。本実施の形態では、上記制御により、プラズマ中のIn、Ga及びZnの密度に基づいて適切な量の酸素が導入される。   The oxygen supply amount is, for example, about 1 to 50 sccm. If the amount of oxygen introduced is excessive, the surfaces of the targets 21a and 21b are completely oxidized, and the film formation rate becomes very slow. Such a region where the amount of introduced oxygen is excessive is referred to as a “reactive sputtering region”. On the other hand, if the amount of oxygen introduced is too small, the target surface is not oxidized and film formation is performed. As a result, the amount of oxygen during film formation is insufficient. Such a region is referred to as a “metallic sputter region”. In the present embodiment, an appropriate amount of oxygen is introduced based on the density of In, Ga, and Zn in the plasma by the above control.

前記成膜時のカバー26内の圧力は好ましくは0.01〜30Pa特に0.1〜10Paの範囲内で制御される。   The pressure in the cover 26 during the film formation is preferably controlled within a range of 0.01 to 30 Pa, particularly 0.1 to 10 Pa.

基板1上に成膜されたIn−Ga−Zn−O膜が所定厚さとなった後、スパッタを終了し、カバー20内を大気圧にしてIn−Ga−Zn−O膜が積層された基板1を取り出す。   After the In—Ga—Zn—O film formed on the substrate 1 has reached a predetermined thickness, sputtering is terminated, and the substrate is laminated with the In—Ga—Zn—O film at atmospheric pressure in the cover 20. Take 1 out.

In−Ga−Zn−O膜の膜厚としては、例えば5Å〜5μm程度のものが成膜可能である。   As the thickness of the In—Ga—Zn—O film, for example, a film with a thickness of about 5 μm to 5 μm can be formed.

本実施の形態に係るIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法にあっては、各ターゲット21a,21bに交互に間欠的な電圧を印加するため、大電流をターゲットに流し、安定した高速成膜を行うことができる。前述の通り、このような高速成膜を行うことによって、試料表面で酸化反応が優先的に起こる前に新たな金属粒子が飛翔して表面を覆うことができるため、試料表面に吸着している酸素を膜中に取り込むことができ、In−Ga−Zn−O膜を高速かつ確実に成膜することができる。また、この方法を用いることによって異常放電を大幅に抑制できることから、安定した長時間の放電が可能となりダメージの少ない高品質の膜が作製可能となる。   In the In—Ga—Zn—O film forming method according to the present embodiment, since intermittent voltages are alternately applied to the targets 21a and 21b, a large current is allowed to flow through the targets and stable high speed is achieved. A film can be formed. As described above, by performing such high-speed film formation, new metal particles can fly and cover the surface before the oxidation reaction takes place preferentially on the sample surface, so that it is adsorbed on the sample surface. Oxygen can be taken into the film, and the In—Ga—Zn—O film can be formed with high speed and reliability. Further, since abnormal discharge can be significantly suppressed by using this method, stable long-time discharge is possible, and a high-quality film with little damage can be produced.

また、各ターゲット21a,21bに単一のパルスを印加してもよいが、図2の通り、各ターゲット21a,21bにパルスパケットを印加することにより、各ターゲット21a,21bに単一のパルスを印加するときと比べて一層大電流を流すことができ、安定した高速成膜が可能となる。   In addition, a single pulse may be applied to each target 21a, 21b, but as shown in FIG. 2, a single pulse is applied to each target 21a, 21b by applying a pulse packet to each target 21a, 21b. A larger current can be flowed than when the voltage is applied, and stable high-speed film formation is possible.

本実施の形態にあっては、スパッタ時におけるIn、Ga及びZnの放電の発光波長と発光強度をモニタによってモニタリングすることにより、In、Ga及びZnのスパッタ量を常時、正確に認識することができる。従って、このモニタリングの結果に基づいて成膜条件を制御することにより、組成が制御されたIn−Ga−Zn−O膜を正確かつ安定的に成膜することができる。
なお、得られた膜中のInとGaとの比が所望のものと異なっている場合には、InGaの含有比が適切なものを第1のターゲットとして使用することで、組成が制御されたIn−Ga−Zn−O膜を正確かつ安定的に成膜することができる。
In this embodiment, by monitoring the emission wavelength and emission intensity of discharge of In, Ga and Zn during sputtering with a monitor, the amount of sputtering of In, Ga and Zn can always be accurately recognized. it can. Therefore, by controlling the deposition conditions based on the monitoring result, an In—Ga—Zn—O film with a controlled composition can be deposited accurately and stably.
In addition, when the ratio of In and Ga in the obtained film was different from the desired one, the composition was controlled by using a suitable InGa content ratio as the first target. An In—Ga—Zn—O film can be formed accurately and stably.

本実施の形態にあっては、ターゲット21a,21bと同数(2個)のモニタが設けられ、各ターゲット21a,21bにおけるIn、Ga及びZnの放電の発光波長と発光強度を対応するモニタを用いてモニタリングするため、各ターゲット21a,21bの放電状況を個別に認識することができる。   In the present embodiment, the same number (two) of monitors as the targets 21a and 21b are provided, and monitors corresponding to the emission wavelengths and emission intensities of the discharges of In, Ga and Zn in the targets 21a and 21b are used. Therefore, the discharge status of each target 21a, 21b can be individually recognized.

本実施の形態にあっては、モニタリングに基づいて、各ターゲット21a,21bに付与するパルス電力、パルス量、パルス幅、成膜時の圧力を変化させることにより、成膜される組成及び結晶性を精密に制御することができる。   In the present embodiment, the composition and crystallinity of the film formed by changing the pulse power, the pulse amount, the pulse width, and the pressure during film formation applied to each target 21a, 21b based on monitoring. Can be precisely controlled.

本実施の形態にあっては、モニタリングに基づいて酸素供給量を制御することにより、酸素供給量を精密に制御することができる。このため、酸化数が精密に制御されたIn−Ga−Zn−O膜を安定して供給することが可能となる。また、適切な量の酸素を供給することにより、「遷移領域」でのスパッタが可能となり、その結果、適切な量の酸素を含有した膜を高速で成膜することができる。   In the present embodiment, the oxygen supply amount can be precisely controlled by controlling the oxygen supply amount based on monitoring. Therefore, it is possible to stably supply an In—Ga—Zn—O film whose oxidation number is precisely controlled. Further, by supplying an appropriate amount of oxygen, sputtering in the “transition region” becomes possible, and as a result, a film containing an appropriate amount of oxygen can be formed at a high speed.

また、従来の流量計を用いた酸素供給量制御でIn−Ga−Zn−O膜を作製した場合、In−Ga−Zn−O膜の酸化数を安定して制御することは難しい。その理由として、例えば、ターゲットの消耗が進むにつれて成膜レートが変化し、成膜時の酸素流量を初めとするスパッタ条件が変化するからである。本実施の形態では、成膜時に第1,第2のターゲット21a,21bにおけるIn、Ga及びZnの発光波長と発光量をモニタリングし、プラズマ中のIn、Ga及びZnの密度からチャンバー内に導入する酸素量を制御するPlasma Emission Monitor Control(PEMコントロール)を用いるため、酸化数が制御されたIn−Ga−Zn−O膜を安定して成膜することが可能となる。   Further, in the case where an In—Ga—Zn—O film is formed by oxygen supply control using a conventional flow meter, it is difficult to stably control the oxidation number of the In—Ga—Zn—O film. This is because, for example, the deposition rate changes as the target wears out, and the sputtering conditions including the oxygen flow rate during deposition change. In the present embodiment, the emission wavelengths and light emission amounts of In, Ga and Zn in the first and second targets 21a and 21b are monitored during film formation, and introduced into the chamber from the densities of In, Ga and Zn in the plasma. Since Plasma Emission Monitor Control (PEM control) for controlling the amount of oxygen to be used is used, an In—Ga—Zn—O film in which the oxidation number is controlled can be stably formed.

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、通常ターゲットには負の電圧を印加するが、ターゲットに間欠的に正の電圧を印加してターゲットのチャージングを防止してもよい。この場合、負の電圧によってターゲットに蓄積された荷電が正の電圧により解消されるため、スパッタリング中にターゲットの縁部に酸化物等の絶縁膜が形成することが抑えられる。これにより、各ターゲットにより大電流を流すことができ、安定した高速成膜が可能となる。   The above embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment. For example, a negative voltage is normally applied to the target, but charging of the target may be prevented by applying a positive voltage intermittently to the target. In this case, since the charge accumulated in the target due to the negative voltage is eliminated by the positive voltage, formation of an insulating film such as an oxide on the edge of the target during sputtering can be suppressed. Thereby, a large current can be passed through each target, and stable high-speed film formation is possible.

また、スパッタ時に基板の温度を調整することにより、In−Ga−Zn−O膜の結晶性を制御してもよい。
特に、スパッタ時の基板の温度を77K〜300Kに調整してもよく、この場合、In−Ga−Zn−O膜の表面に到達したスパッタ粒子の凝集エネルギーが減少し、膜の均一性や膜の表面平坦性の向上が図られる。
Further, the crystallinity of the In—Ga—Zn—O film may be controlled by adjusting the temperature of the substrate during sputtering.
In particular, the substrate temperature during sputtering may be adjusted to 77 K to 300 K. In this case, the cohesive energy of sputtered particles reaching the surface of the In—Ga—Zn—O film is reduced, and the film uniformity and film thickness are reduced. The surface flatness of the film can be improved.

上記実施の形態では、2つのスパッタリング部に共通のスイッチングユニット24を設置したバイポーラ型デュアルマグネトロンスパッタリング法を用いたが、各スパッタリング部に個別にスイッチングユニットを設置したユニポーラ型デュアルマグネトロンスパッタリング法を用いてもよい。   In the above embodiment, the bipolar dual magnetron sputtering method in which the common switching unit 24 is installed in the two sputtering units is used. However, the unipolar dual magnetron sputtering method in which the switching unit is individually installed in each sputtering unit is used. Also good.

上記実施の形態ではIn−Ga酸化物よりなる第1のターゲットとZn酸化物よりなる第2のターゲットを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、Inよりなる第1のターゲットと、Gaよりなる第2のターゲットと、Znよりなる第3のターゲットを用いてもよい。この場合、各ターゲットのパルス電力、パルス量、及びパルス幅のいずれかを変化させることにより各金属のスパッタ量を個別に調整することができるため、In−Ga−Zn−O膜の組成の制御が容易である。また、In酸化物よりなる第1のターゲットと、Ga酸化物よりなる第2のターゲットと、Zn酸化物よりなる第3のターゲットを用いてもよい。この場合も、各ターゲットのパルス電力、パルス量、及びパルス幅のいずれかを変化させることにより各金属のスパッタ量を個別に調整することができるため、In−Ga−Zn−O膜の組成の制御が容易である。さらに、In−Ga合金よりなる第1のターゲットとZnよりなる第2のターゲットを用いてもよい。   In the above embodiment, the first target made of In—Ga oxide and the second target made of Zn oxide are used. However, the present invention is not limited to this. For example, the first target made of In and A second target made of Ga and a third target made of Zn may be used. In this case, since the sputtering amount of each metal can be individually adjusted by changing any one of the pulse power, the pulse amount, and the pulse width of each target, the composition control of the In—Ga—Zn—O film is controlled. Is easy. Alternatively, a first target made of In oxide, a second target made of Ga oxide, and a third target made of Zn oxide may be used. Also in this case, since the sputtering amount of each metal can be individually adjusted by changing any of the pulse power, the pulse amount, and the pulse width of each target, the composition of the In—Ga—Zn—O film can be adjusted. Easy to control. Furthermore, a first target made of an In—Ga alloy and a second target made of Zn may be used.

また、組成の異なる複数のIn−Ga−Zn酸化物をターゲットとして用いてもよい。例えば、第1のターゲットとして所望のIn−Ga−Zn−O膜中のIn、Ga及びZnの含有比と比べてInの含有比が大きい酸化物を用い、第2のターゲットとして所望のIn−Ga−Zn−O膜中のIn、Ga及びZnの含有比と比べてGaの含有比が大きい酸化物を用い、第3のターゲットとして所望のIn−Ga−Zn−O膜中のIn、Ga及びZnの含有比と比べてZnの含有比が大きい酸化物を用いてもよい。この場合も、各ターゲットのパルス電力、パルス量、及びパルス幅のいずれかを変化させることにより各金属のスパッタ量を調整することができるため、In−Ga−Zn−O膜の組成の制御が容易である。   A plurality of In—Ga—Zn oxides having different compositions may be used as a target. For example, an oxide having a larger In content ratio than the content ratio of In, Ga, and Zn in the desired In—Ga—Zn—O film is used as the first target, and the desired In— An oxide having a larger Ga content ratio than the In, Ga, and Zn content ratio in the Ga—Zn—O film is used, and the In, Ga in the desired In—Ga—Zn—O film is used as the third target. Alternatively, an oxide having a larger Zn content ratio than the Zn content ratio may be used. Also in this case, since the sputtering amount of each metal can be adjusted by changing any one of the pulse power, the pulse amount, and the pulse width of each target, the composition of the In—Ga—Zn—O film can be controlled. Easy.

さらに、組成の異なる複数のIn−Ga−Zn合金をターゲットとして用いてもよい。例えば、第1のターゲットとして所望のIn−Ga−Zn−O膜中のIn、Ga及びZnの含有比と比べてInの含有比が大きい合金を用い、第2のターゲットとして所望のIn−Ga−Zn−O膜中のIn、Ga及びZnの含有比と比べてGaの含有比が大きい合金を用い、第3のターゲットとして所望のIn−Ga−Zn−O膜中のIn、Ga及びZnの含有比と比べてZnの含有比が大きい合金を用いてもよい。この場合も、各ターゲットのパルス電力、パルス量、及びパルス幅のいずれかを変化させることにより各金属のスパッタ量を調整することができるため、In−Ga−Zn−O膜の組成の制御が容易である。   Further, a plurality of In—Ga—Zn alloys having different compositions may be used as a target. For example, an alloy having a larger In content ratio than the In, Ga, and Zn content ratio in the desired In—Ga—Zn—O film is used as the first target, and the desired In—Ga is used as the second target. An alloy having a larger Ga content ratio than the In, Ga, and Zn content ratio in the —Zn—O film is used, and the In, Ga, and Zn in the desired In—Ga—Zn—O film are used as the third target. An alloy having a large Zn content ratio may be used as compared with the above content ratio. Also in this case, since the sputtering amount of each metal can be adjusted by changing any one of the pulse power, the pulse amount, and the pulse width of each target, the composition of the In—Ga—Zn—O film can be controlled. Easy.

以下、実施例1〜6及び比較例1〜4について説明するが、本発明は実施例1〜6に限定されるものではない。   Hereinafter, although Examples 1-6 and Comparative Examples 1-4 are demonstrated, this invention is not limited to Examples 1-6.

〈実施例1〉
図1の装置を用いて成膜を行った。第1のターゲットとして、In50atm%、Ga50atm%よりなるIn−Gaターゲット(100mmφ×厚さ5mm)を用い、第2のターゲットとしてZnターゲット(100mmφ×厚さ5mm)を用いた。基板にはコーニング7059無アルカリガラス(縦80mm×横25mm×厚さ1.1mm)を用いた。なお、各ターゲットはチラーを通した冷却水により十分に冷却が保たれている。
<Example 1>
Film formation was performed using the apparatus of FIG. An In—Ga target (100 mmφ × 5 mm thickness) made of In50 atm% and Ga 50 atm% was used as the first target, and a Zn target (100 mmφ × thickness 5 mm) was used as the second target. Corning 7059 alkali-free glass (length 80 mm × width 25 mm × thickness 1.1 mm) was used for the substrate. In addition, each target is sufficiently cooled by cooling water passed through a chiller.

先ず、カバー内部に基板を導入し、ポンプによってカバー内を5.0×10−4Pa以下の真空にした後、80sccmのアルゴン、20sccmの酸素よりなる混合ガスをカバー26内に導入した。そして、各ターゲット電極に交互にパルス状の電圧を印加することによってIn−Ga−Zn−O膜を作製した。 First, the substrate was introduced into the cover, the inside of the cover was evacuated to 5.0 × 10 −4 Pa or less by a pump, and then a mixed gas composed of 80 sccm of argon and 20 sccm of oxygen was introduced into the cover 26. Then, an In—Ga—Zn—O film was formed by alternately applying a pulsed voltage to each target electrode.

パルス周波数は50Hz、印加電力は約1kW×2ターゲット、パルスのDuty比はZn:InGa=50:50とした。成膜時の圧力は0.7Paとした。   The pulse frequency was 50 Hz, the applied power was about 1 kW × 2 target, and the duty ratio of the pulse was Zn: InGa = 50: 50. The pressure during film formation was 0.7 Pa.

得られた膜の厚さをVeeco社製Dektak 6Mを用いて測定し、成膜時の成膜速度を算出したところ、62.6nm/minであった。また、得られた膜についてXRD結晶構造解析を行ったところ、アモルファス状態であることが確認された。   The thickness of the obtained film was measured using Dektak 6M manufactured by Veeco, and the film formation rate at the time of film formation was calculated to be 62.6 nm / min. Moreover, when XRD crystal structure analysis was performed about the obtained film | membrane, it was confirmed that it is an amorphous state.

EDXによる組成分析を行ったところ、得られた膜組成はIn:Ga:Zn=1.1:1.0:0.9であった。
Dektak 6Mを用いて得られた膜の表面のラクネスファクターを測定したところ、6.2nmであった。
Composition analysis by EDX revealed that the obtained film composition was In: Ga: Zn = 1.1: 1.0: 0.9.
When the laxness factor of the surface of the film obtained using Dektak 6M was measured, it was 6.2 nm.

〈実施例2〉
実施例1の結果に基づき、パルスのDuty比をZn:InGa=53:47にしたこと以外は実施例1と同様にしてIn−Ga−Zn−O膜を作製し、EDXによる組成分析を行った。その結果、得られた膜組成はIn:Ga:Zn=1.1:1.0:1.0であった。
<Example 2>
Based on the result of Example 1, an In—Ga—Zn—O film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pulse duty ratio was changed to Zn: InGa = 53: 47, and composition analysis was performed by EDX. It was. As a result, the obtained film composition was In: Ga: Zn = 1.1: 1.0: 1.0.

〈比較例1〉
In−Ga−Zn合金ターゲット(組成比:In:Ga:Zn=1:1:1(atm%))を1個のみ用い、該ターゲットにDC200Wを印加したことのほかは実施例1と同様にして試料を作製し、実施例1と同様にして、膜厚測定を行い、成膜速度を算出した。その結果、成膜速度は8.7nm/minであり、極めて遅いものとなった。
<Comparative example 1>
Example 1 except that only one In—Ga—Zn alloy target (composition ratio: In: Ga: Zn = 1: 1: 1 (atm%)) was used and DC 200 W was applied to the target. A sample was prepared, the film thickness was measured in the same manner as in Example 1, and the film formation rate was calculated. As a result, the film formation rate was 8.7 nm / min, which was extremely slow.

〈比較例2〉
ターゲットにDC300W以上を印加したこと以外は比較例1と同様にして試料を作製した。成膜時に放電の状態が極めて不安定なものとなった。
<Comparative example 2>
A sample was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that DC 300 W or more was applied to the target. The state of discharge during film formation became extremely unstable.

〈実施例3〉
成膜時の基板温度を223K(−50℃)に調整したこと以外は実施例1と同様にして試料を作製した。実施例1と同様に膜厚測定を用い、成膜速度を算出したところ、65.1nm/minであった。
<Example 3>
A sample was produced in the same manner as in Example 1 except that the substrate temperature during film formation was adjusted to 223 K (−50 ° C.). It was 65.1 nm / min when the film-forming speed | rate was computed using the film thickness measurement similarly to Example 1. FIG.

また、得られた膜についてXRD結晶構造解析を行ったところ、アモルファス状態であることが確認された。   Moreover, when XRD crystal structure analysis was performed about the obtained film | membrane, it was confirmed that it is an amorphous state.

EDXによる組成分析を行ったところ、得られた膜組成はIn:Ga:Zn=1.1:1.0:0.9であった。
Dektak 6Mによって得られた膜の表面のラクネスファクターを測定したところ、5.9nmであった。
Composition analysis by EDX revealed that the obtained film composition was In: Ga: Zn = 1.1: 1.0: 0.9.
When the laxness factor of the surface of the film obtained by Dektak 6M was measured, it was 5.9 nm.

〈実施例4〉
図1の装置を用いて成膜を行った。第1のターゲットとして、InGaO3−x(In:Ga:O=1:1:3−x)ターゲット(100mmφ×厚さ5mm)を用い、第2のターゲットとしてZnO1−X(Zn:O=1:1−x)ターゲット(100mmφ×厚さ5mm)を用いた。基板にはコーニング7059無アルカリガラス(縦80mm×横25mm×厚さ1.1mm)を用いた。
<Example 4>
Film formation was performed using the apparatus of FIG. An InGaO 3-x (In: Ga: O = 1: 1: 3-x) target (100 mmφ × 5 mm thickness) is used as the first target, and ZnO 1-X (Zn: O =) is used as the second target. 1: 1-x) A target (100 mmφ × thickness 5 mm) was used. Corning 7059 alkali-free glass (length 80 mm × width 25 mm × thickness 1.1 mm) was used for the substrate.

先ず、カバー内部に基板を導入し、ポンプによってカバー内を5.0×10−4Pa以下の真空にした後、80sccmのアルゴン、20sccmの酸素よりなる混合ガスをカバー26内に導入した。そして、各ターゲット電極に交互にパルス状の電圧を印加することによってIn−Ga−Zn−O膜を作製した。 First, the substrate was introduced into the cover, the inside of the cover was evacuated to 5.0 × 10 −4 Pa or less by a pump, and then a mixed gas composed of 80 sccm of argon and 20 sccm of oxygen was introduced into the cover 26. Then, an In—Ga—Zn—O film was formed by alternately applying a pulsed voltage to each target electrode.

パルス周波数は50Hz、印加電力は約1kW×2ターゲット、パルスのDuty比はZn酸化物:InGa酸化物=50:50とした。成膜時の圧力は0.7Paとした。   The pulse frequency was 50 Hz, the applied power was about 1 kW × 2 target, and the duty ratio of the pulse was Zn oxide: InGa oxide = 50: 50. The pressure during film formation was 0.7 Pa.

得られた膜の厚さをVeeco社製Dektak 6Mを用いて測定し、成膜時の成膜速度を算出したところ、25.7nm/minであった。また、得られた膜についてXRD結晶構造解析を行ったところ、アモルファス状態であることが確認された。   The thickness of the obtained film was measured using Dektak 6M manufactured by Veeco, and the film formation rate at the time of film formation was calculated to be 25.7 nm / min. Moreover, when XRD crystal structure analysis was performed about the obtained film | membrane, it was confirmed that it is an amorphous state.

EDXによる組成分析を行ったところ、得られた膜組成はIn:Ga:Zn=1.1:1.0:0.9であった。
Dektak 6Mを用いて得られた膜の表面のラクネスファクターを測定したところ、5.2nmであった。
Composition analysis by EDX revealed that the obtained film composition was In: Ga: Zn = 1.1: 1.0: 0.9.
When the laxness factor of the surface of the film obtained using Dektak 6M was measured, it was 5.2 nm.

〈実施例5〉
実施例4の結果に基づき、パルスのDuty比をZn酸化物:InGa酸化物=53:47にしたこと以外は実施例4と同様にしてIn−Ga−Zn−O膜を作製し、EDXによる組成分析を行った。その結果、得られた膜組成はIn:Ga:Zn=1.1:1.0:1.0であった。
<Example 5>
Based on the result of Example 4, an In—Ga—Zn—O film was prepared in the same manner as in Example 4 except that the duty ratio of the pulse was changed to Zn oxide: InGa oxide = 53: 47. A compositional analysis was performed. As a result, the obtained film composition was In: Ga: Zn = 1.1: 1.0: 1.0.

〈比較例3〉
In−Ga−Zn酸化物ターゲット(組成比:In:Ga:Zn:O=1:1:1:4−x(atm%))を1個のみ用い、該ターゲットにDC200Wを印加したことのほかは実施例4と同様にして試料を作製し、実施例4と同様にして、膜厚測定を行い、成膜速度を算出した。その結果、成膜速度は3.2nm/minであり、極めて遅いものとなった。
<Comparative Example 3>
In addition to using only one In—Ga—Zn oxide target (composition ratio: In: Ga: Zn: O = 1: 1: 1: 4-x (atm%)) and applying DC 200 W to the target Prepared a sample in the same manner as in Example 4, measured the film thickness in the same manner as in Example 4, and calculated the deposition rate. As a result, the film formation rate was 3.2 nm / min, which was extremely slow.

〈比較例4〉
ターゲットにDC300W以上を印加したこと以外は比較例3と同様にして試料を作製した。成膜時に放電の状態が極めて不安定なものとなった。
<Comparative example 4>
A sample was prepared in the same manner as Comparative Example 3 except that DC 300 W or more was applied to the target. The state of discharge during film formation became extremely unstable.

〈実施例6〉
成膜時の基板温度を223k(−50℃)に調整したこと以外は実施例4と同様にして試料を作製した。実施例4と同様に膜厚測定を用い、成膜速度を算出したところ、24.1nm/minであった。
<Example 6>
A sample was produced in the same manner as in Example 4 except that the substrate temperature during film formation was adjusted to 223 k (−50 ° C.). It was 24.1 nm / min when the film-forming speed | rate was computed using the film thickness measurement similarly to Example 4. FIG.

また、得られた膜についてXRD結晶構造解析を行ったところ、アモルファス状態であることが確認された。   Moreover, when XRD crystal structure analysis was performed about the obtained film | membrane, it was confirmed that it is an amorphous state.

EDXによる組成分析を行ったところ、得られた膜組成はIn:Ga:Zn=1.1:1.0:0.9であった。
Dektak 6Mによって得られた膜の表面のラクネスファクターを測定したところ、4.3nmであった。
Composition analysis by EDX revealed that the obtained film composition was In: Ga: Zn = 1.1: 1.0: 0.9.
When the laxness factor of the surface of the film obtained by Dektak 6M was measured, it was 4.3 nm.

デュアルカソード方式マグネトロンスパッタリング法を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the dual cathode system magnetron sputtering method. 図1のターゲット電極に印加する電圧の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the voltage applied to the target electrode of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
20a,20b 支持体
20A,20B ターゲット電極
21a,21b ターゲット
22a,22b 磁石
24 スイッチングユニット
25 交流電源
26 カバー
27 ガス導入口
28 排気口
30a,30b コリメータ
31a,31b PEM
1 Substrate 20a, 20b Support 20A, 20B Target electrode 21a, 21b Target 22a, 22b Magnet 24 Switching unit 25 AC power supply 26 Cover 27 Gas inlet 28 Exhaust outlet 30a, 30b Collimator 31a, 31b PEM

Claims (11)

酸素ガスを含む雰囲気にて、ターゲットを用いてスパッタすることにより、In−Ga−Zn−O膜を成膜する方法において、
該ターゲットは複数個設けられており、
各ターゲットはIn、Ga及びZnの少なくとも1種類よりなる金属又は合金又は酸化物であり、かつ、In、Ga及びZnのそれぞれは該ターゲットの少なくとも1個に含有されており、
該ターゲットの少なくとも1個は他のターゲットとは異なる組成となっており、
各ターゲットに交互に間欠的な電圧を印加してスパッタを行うことを特徴とするIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法。
In a method for forming an In—Ga—Zn—O film by sputtering using a target in an atmosphere containing oxygen gas,
A plurality of the targets are provided,
Each target is a metal or alloy or oxide composed of at least one of In, Ga and Zn, and each of In, Ga and Zn is contained in at least one of the targets,
At least one of the targets has a composition different from other targets,
A method for forming an In—Ga—Zn—O film, wherein sputtering is performed by alternately applying intermittent voltages to each target.
請求項1において、前記ターゲットのそれぞれは、In、Ga及びZnのいずれか1種類よりなる金属又は酸化物であることを特徴とするIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法。   2. The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 1, wherein each of the targets is a metal or an oxide of any one of In, Ga, and Zn. 請求項1において、前記ターゲットは、In、Ga及びZnを含有し、かつ互いに組成が異なる合金であることを特徴とするIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法。   The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 1, wherein the target is an alloy containing In, Ga, and Zn and having different compositions. 請求項1において、前記ターゲットの少なくとも1個はIn及びGaよりなる合金又は酸化物であり、前記ターゲットの残りはZnよりなる金属もしくは酸化物であることを特徴とするIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法。   2. The In—Ga—Zn—O according to claim 1, wherein at least one of the targets is an alloy or oxide made of In and Ga, and the remainder of the target is a metal or oxide made of Zn. A film forming method. 請求項1ないし4のいずれか1項において、複数のパルス電圧よりなるパルスパケットを各ターゲットに交互に間欠的に印加することを特徴とするIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法。   5. The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 1, wherein a pulse packet including a plurality of pulse voltages is alternately and intermittently applied to each target. 請求項1ないし5のいずれか1項において、各ターゲットに間欠的に正の電圧を印加することにより、該ターゲットのチャージングを防止することを特徴とするIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法。   6. The formation of an In—Ga—Zn—O film according to claim 1, wherein charging of the target is prevented by intermittently applying a positive voltage to each target. Membrane method. 請求項1ないし6のいずれか1項において、スパッタ時におけるIn、Ga及びZnの放電の発光波長と発光強度をモニタリングすることを特徴とするIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法。   7. The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 1, wherein the emission wavelength and emission intensity of discharge of In, Ga, and Zn during sputtering are monitored. 請求項7において、前記ターゲット毎に、スパッタ時におけるIn、Ga及びZnの放電の発光波長と発光強度をモニタリングすることを特徴とするIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法。   8. The method of forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 7, wherein the emission wavelength and emission intensity of discharge of In, Ga, and Zn during sputtering are monitored for each target. 請求項7又は8において、前記モニタリングに基づいて、各ターゲットに付与するパルス電力、パルス量、パルス幅、成膜時の圧力及び酸素供給量の少なくとも一つを変化させることにより、成膜される膜の組成及び結晶性を制御することを特徴とするIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法。   9. The film is formed by changing at least one of a pulse power, a pulse amount, a pulse width, a pressure during film formation, and an oxygen supply amount applied to each target based on the monitoring according to claim 7 or 8. A method for forming an In—Ga—Zn—O film, wherein the composition and crystallinity of the film are controlled. 請求項1ないし9のいずれか1項において、スパッタ時に基板の温度を調整することにより、成膜される膜の結晶性を制御することを特徴とするIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法。   10. The film formation of an In—Ga—Zn—O film according to claim 1, wherein the crystallinity of the film to be formed is controlled by adjusting the temperature of the substrate during sputtering. Method. 請求項10において、スパッタ時に基板の温度を77K〜300Kに調整することを特徴とするIn−Ga−Zn−O膜の成膜方法。   The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 10, wherein the temperature of the substrate is adjusted to 77 K to 300 K during sputtering.
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