JP2001089846A

JP2001089846A - 低抵抗ｉｔｏ薄膜及びその製造方法

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Publication number: JP2001089846A
Application number: JP2000187755A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Ota; 裕道太田; Masahiro Orita; 政寛折田
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2001-04-03
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: US6821655B1; JP4397511B2

Abstract

(57)【要約】【課題】１×１０^-4Ωｃｍ未満の抵抗率を有する低抵
抗ＩＴＯ薄膜とその製造方法等を提供する。【解決手段】パルス・レーザー・蒸着法を用いて結晶
性基板（例えば、ＹＳＺ単結晶基板）上に基板温度５０
０〜１０００℃においてＩＴＯ膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶ディスプレイ等
の表示デバイスや太陽電池等の透明電極として使用でき
る透明電極とその製造方法等に関する。

【０００２】

【従来の技術】透明電極材料にはＩＴＯ（Indium Tin O
xide）、ＡＴＯ（Antimony doped TinOxide）、ＡＺＯ
（Aluminum doped Zinc Oxide）などがあり、液晶ディ
スプレイには主にＩＴＯが、太陽電池には主にＡＴＯが
用いられている。しかし、液晶ディスプレイの大型化と
高精細化が進むに連れて、ＩＴＯの抵抗率を低く抑える
必要性が生じている。例えば、ＳＴＮ（Super Twisted
Nematic）型液晶ディスプレイの場合、透明電極は信号
電極を兼ねており、ストライプ状の形状をしている。デ
ィスプレイの大型化はストライプが長くなることを意味
し、高精細化はストライプが細くなることを意味する。
このため、ストライプ端点間の抵抗値が大きくなり、電
圧降下を生じるので、液晶分子の適切なスイッチングが
困難になる。また例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transist
or）型液晶ディスプレイの場合、信号電極には金属材料
を用いるのが通常であるが、素子構成の単純化により製
造工程を単純化し、ひいては製造コストを低減するため
に、信号電極にも透明電極が用いられ始めている。しか
しこの場合にもディスプレイが大型化し、または、高精
細化するに連れて電極端点間の抵抗値が増大するので、
現在のところ対角１１インチ以下のディスプレイに対し
てのみ、透明電極を信号電極として用いることしかでき
ない。

【０００３】一方、太陽電池の場合には、高効率化が最
大の課題である。効率の向上に寄与する主な要素は、
材料に入射した光エネルギーの有効な閉じこめ、光生
成キャリアの有効な収集と光起電力効果への寄与の増
大、光生成キャリアの再結合損失の軽減、直列抵抗
損失の軽減、電圧因子損失の軽減、より広い光エネ
ルギースペクトルの収集などがある。透明電極の電気抵
抗は電池の直列抵抗損失として作用し、特に大面積の素
子に対してはその変換効率に大きく影響を与える。そこ
で、太陽電池の場合にも、透明電極の抵抗率を低下させ
ることが求められている。

【０００４】特にＩＴＯは、近年の液晶ディスプレイの
急速な発展とともに、様々な成膜法によって低抵抗化の
試みがなされてきた。例えば石橋らは、ＤＣスパッタリ
ング法においてプラズマインピーダンスを低下させ、低
スパッタ電圧で成膜することにより、基板温度２００℃
において、１．５×１０^-4Ωｃｍ以下のＩＴＯ膜の形成
に成功した（S.Isbibashi,Y.Higuchi,Y.Ota,and K.Naka
mura,J.VaC.Sci.Technol.A8(1990)1403）。また、カソ
ードの磁場強度を１４０Ｇから４８０Ｇに増加させるこ
とにより、プラズマインピーダンスが下がるため、放電
電流を一定に保ったまま、スパッタ電圧を５４０Ｖから
３３０Ｖに下げることが可能で、それに伴い抵抗率が低
下することが報告されている（Y.Shigesato,S.Takaki,a
nd T.Haranoh,J.Appl.Phys.,71(7)(1992)3356）。高電
圧でスパッタする場合には、高エネルギー粒子が存在
し、これらの粒子の照射を受けながら薄膜成長が進行す
るため、膜にはより大きな均一歪みと圧縮応力が導入さ
れる。これに対して低電圧でスパッタした場合には高エ
ネルギー粒子が減るため、ＩＴＯ膜の結晶性が向上し、
ドナーを捕獲する欠陥が減少してキャリア密度が増加す
るとともに、格子欠陥密度が低下、中性散乱中心の密度
が減少して移動度が上がり、電気抵抗率が低下すると考
えられている（重里有三、「透明導電膜の技術」、112
頁、オーム社、1999年）。

【０００５】また例えば、山田らは大電流酸素クラスタ
ーイオンビーム援用蒸着装置を開発し、抵抗率８．４×
１０^-5ΩｃｍのＩＴＯ膜の作製に成功した（南英治、勝
俣裕、福間剛士、松尾二郎、山田公、第４６回応用物理
学関係連合講演会、講演予稿集、第二分冊、665頁、199
9年）。１×１０^-4Ωｃｍ以下の抵抗率はこれまでにも
何度か報告されているが、再現性があるものとしては初
めてのものである。酸素クラスターイオンビーム援用蒸
着法は、薄膜形成中に酸素クラスターイオンを援用照射
することで薄膜中に酸素を導入し、酸化物薄膜を形成す
る技術であって、例えば平均クラスターサイズ１０００
個の酸素クラスターイオンを１０ｋｅＶで加速して基板
に照射する。このとき、酸素分子一個当たりの運動エネ
ルギーは１０ｅＶに過ぎないので薄膜に損傷を与えるこ
とがなく、高品質のＩＴＯ膜が得られて、抵抗率が低下
する。

【０００６】さらに例えば、大野らは特開平７−２６２
８２９号公報において、直流スパッタリング法、高周波
スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法を用
い、アルゴンガスでなくキセノンやクリプトンガスを用
いて結晶基板上に成膜することによって、１×１０^-4Ω
ｃｍを下回る抵抗率を有するＩＴＯ薄膜を形成する方法
を提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低電圧
スパッタ法は、高エネルギー粒子数を低減するため、薄
膜の損傷を小さくする点で優れているが、高エネルギー
粒子を完全に取り除くことはできておらず、その結果、
１×１０^-4Ωｃｍ以下の低抵抗率は実現していない。ま
た、大電流酸素クラスターイオンビーム援用蒸着法は、
酸素分子一個当たりの運動エネルギーが小さいため、薄
膜に損傷が起こらず、従来の璧であった１×１０^-4Ωｃ
ｍを下回る抵抗率を再現させる点で極めて優れている
が、大面積成膜が実現しておらず、実用に至っていな
い。さらに、特開平７−２６２８２９号公報記載の方法
では、成膜法としてスパッタリング法を用いているの
で、清浄なプロセスでなくターゲット物質がチャンバー
壁等に付着してダストの原因となりやすいなどの問題が
あり、酸素圧を高く設定できないので組成制御性に限界
があり、高真空とできないので酸素欠損を有効に作りに
くく、膜厚の制御性が悪いので原子層成長モードで成膜
を行うことが困難である。

【０００８】本発明は、上述した背景の下になされたも
のであり、１０^-4Ωｃｍオーダー以下の低抵抗ＩＴＯ薄
膜とその製造方法の提供等を目的とし、特に１×１０^-4
Ωｃｍ未満（１０^-5Ωｃｍオーダー）の抵抗率を有する
低抵抗ＩＴＯ薄膜とその製造方法の提供等を目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は以下の構成を有
する。

【００１０】（第一発明）（構成１）パルス・レーザ
ー・蒸着法を用いて結晶性基板上に基板温度５００〜１
０００℃においてＩＴＯ膜を堆積させることを特徴とす
る低抵抗ＩＴＯ膜の製造方法。

【００１１】（構成２）結晶性基板の最表面の結晶性
配列が、Ｉｎ₂Ｏ₃の結晶構造と適合するものであること
を特徴とする構成１記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方
法。

【００１２】（構成３）結晶性基板が、ＹＳＺ単結
晶、表面にｃ軸配向性のＺｎＯ薄膜を形成した基板、及
びサファイア基板のうちから選ばれる一であることを特
徴とする構成２記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。

【００１３】（構成４）結晶性基板として、１２００
℃以上１５００℃以下の温度域で熱処理することによっ
て基板表面を原子オーダーで超平坦化したＹＳＺ単結晶
基板を用いることを特徴とする構成３に記載の低抵抗Ｉ
ＴＯ薄膜の製造方法。

【００１４】（構成５）構成４に記載の超平坦化した
ＹＳＺ単結晶基板上に、均一な膜厚を有するＩＴＯ膜を
形成することを特徴とするＩＴＯ膜の製造方法。

【００１５】（構成６）ＩＴＯ膜をヘテロエピタキシ
ャル成長させることを特徴とする構成２乃至５のいずれ
かに記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。

【００１６】（構成７）基板温度が６００℃であるこ
とを特徴とする構成１乃至６のいずれかに記載の低抵抗
ＩＴＯ薄膜の製造方法。

【００１７】（構成８）結晶性基板が、ＳｉＣ単結晶
基板、又はシリコン単結晶基板であることを特徴とする
構成２記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。

【００１８】（構成９）ターゲットが、高純度Ｉｎ₂
Ｏ₃の焼結体もしくは圧粉体、高純度Ｉｎ金属、高純度
ＩＴＯの焼結体もしくは圧粉体、高純度Ｉｎ−Ｓｎ合金
のうちから選ばれる材料からなることを特徴とする構成
１乃至８のいずれかに記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方
法。

【００１９】（構成１０）成膜時の真空度を１×１０
^-3〜１×１０^-7Ｔｏｒｒとすることを特徴とする構成１
乃至９のいずれかに記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方
法。

【００２０】（構成１１）ターゲットを自転させ、か
つ、基板を自転させて成膜を行うことを特徴とする構成
１乃至１０のいずれかに記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造
方法。

【００２１】（構成１２）薄膜の堆積速度を十分に小
さくし、酸化インジウムを一格子ずつ順次堆積させる原
子層成長モードで成膜を行うことを特徴とする構成１乃
至１１のいずれかに記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方
法。

【００２２】（構成１３）１×１０^-4Ωｃｍ未満の抵
抗率を有することを特徴とする構成１乃至１２のいずれ
かに記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。

【００２３】（構成１４）ＩＴＯ薄膜中のＳｎＯ₂の
含有率が２．８〜１０．５モル％以下であることを特徴
とする構成１乃至１３のいずれかに記載の低抵抗ＩＴＯ
薄膜の製造方法。

【００２４】（構成１５）ＩＴＯ薄膜の結晶構造が、
Ｃ希土型Ｉｎ₂Ｏ₃結晶又はコランダム型Ｉｎ₂Ｏ₃結晶で
あることを特徴とする構成１乃至１４のいずれかに記載
の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。

【００２５】（第二発明）（構成１６）低電圧スパッ
タリング法、酸素クラスタービーム援用蒸着法、ＣＶＤ
法、有機金属ＣＶＤ法、有機金属ＣＶＤ−原子層積層
法、及びＭＢＥ（分子線エピタキシー）法のうちから選
ばれる成膜法を用いて結晶性基板上に形成することを特
徴とする低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。

【００２６】（構成１７）基板温度５００〜１０００
℃においてＩＴＯ膜を堆積させることを特徴とする構成
１６記載の低抵抗ＩＴＯ膜の製造方法。

【００２７】（構成１８）結晶性基板の最表面の結晶
性配列が、Ｉｎ₂Ｏ₃の結晶構造と適合するものであるこ
とを特徴とする構成１６又は１７に記載の低抵抗ＩＴＯ
薄膜の製造方法。

【００２８】（構成１９）結晶性基板が、ＹＳＺ単結
晶、表面にｃ軸配向性のＺｎＯ薄膜を形成した基板、及
びサファイア基板のうちから選ばれる一であることを特
徴とする構成１８記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。

【００２９】（構成２０）結晶性基板として、１２０
０℃以上１５００℃以下の温度域で熱処理することによ
って基板表面を原子オーダーで超平坦化したＹＳＺ単結
晶基板を用いることを特徴とする構成１９に記載の低抵
抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。

【００３０】（構成２１）ＩＴＯ膜をヘテロエピタキ
シャル成長させることを特徴とする構成１８乃至２０の
いずれかに記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。

【００３１】（構成２２）結晶性基板が、ＳｉＣ単結
晶基板、又はシリコン単結晶基板であることを特徴とす
る構成１８記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。

【００３２】（構成２３）１×１０^-4Ωｃｍ未満の抵
抗率を有することを特徴とする構成１６乃至２２のいず
れかに記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。

【００３３】（構成２４）ＩＴＯ薄膜中のＳｎＯ₂の
含有率が２．８〜１０．５モル％以下であることを特徴
とする構成１６乃至２３のいずれかに記載の低抵抗ＩＴ
Ｏ薄膜の製造方法。

【００３４】（構成２５）ＩＴＯ薄膜の結晶構造が、
Ｃ希土型Ｉｎ₂Ｏ₃結晶又はコランダム型Ｉｎ₂Ｏ₃結晶で
あることを特徴とする構成１６乃至２４のいずれかに記
載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。

【００３５】（構成２６）結晶性基板上に形成され、
［（キャリア密度／ＩＴＯ膜中に含まれるＳｎの密度
（個／ｃｍ³）×１００］で定義されるＳｎドーパント
の活量が、８０％以上である低抵抗ＩＴＯ膜。

【００３６】（構成２７）１×１０^-4Ωｃｍ未満の抵
抗率を有することを特徴とする構成２６記載の低抵抗Ｉ
ＴＯ薄膜。

【００３７】（構成２８）構成１乃至２５のいずれか
に記載のＩＴＯ薄膜の製造方法を用いて、結晶性基板上
にＩＴＯ膜を堆積させたＩＴＯ膜付き基板。

【００３８】（構成２９）ＩＴＯ膜にパターニングが
施されている構成２８記載のＩＴＯ膜付き基板。

【００３９】（構成３０）構成２６又は２７に記載の
低抵抗ＩＴＯ薄膜を有するＩＴＯ膜付き基板。

【００４０】（構成３１）ＩＴＯ膜にパターニングが
施されている構成３０記載のＩＴＯ膜付き基板。

【００４１】

【作用】本第一発明では、パルス・レーザー・蒸着法を
用い結晶性基板上に所定の基板温度でＩＴＯ薄膜を形成
しているので、１×１０^-4Ωｃｍ未満の抵抗率を有する
低抵抗ＩＴＯ薄膜が得られる。パルス・レーザー・蒸着
法は、極めて清浄なプロセスであり、酸素圧を高く設定
することができ、膜厚の制御性が良い点で優れているの
で、抵抗率、移動度、キャリア密度等の特性に優れ、結
晶性が高く、均一な膜厚を有する低抵抗ＩＴＯ薄膜を実
現できる。なお、パルス・レーザー・蒸着法において
は、基板を自転させることや、レーザービームを並べる
等の手段によって、大面積化が図られる。

【００４２】本第二発明では、ＣＶＤ法、有機金属ＣＶ
Ｄ法、有機金属ＣＶＤ−原子層積層法、又はＭＢＥ（分
子線エピタキシー）法を用い結晶性基板上に所定の基板
温度でＩＴＯ薄膜を形成しているので、１×１０^-4Ωｃ
ｍ未満の抵抗率を有する低抵抗ＩＴＯ薄膜が得られる。
また、大面積成膜を実現でき、工業的に有利である。た
だし、ＭＢＥ法は大面積成膜は難しい。

【００４３】

【発明の実施の形態】本第一発明及び第二発明において
低抵抗ＩＴＯ薄膜とは、１０^-4Ωｃｍオーダー以下の低
抵抗ＩＴＯ薄膜であり、特に１×１０^-4Ωｃｍ未満の抵
抗率を有するＩＴＯ膜である。ここでＩＴＯとは、酸化
インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）にＳｎＯ₂を添加し、固溶させ
た系であり、Ｓｎをドープした酸化インジウム（Tin Do
ped Indium Oxide）のことであるが、通常はIndium Tin
Oxideを略してＩＴＯと呼ばれている。Ｉｎ₂Ｏ₃はＣ希
土型結晶構造を有する酸化物であり、ＳｎはＩｎのサイ
トに置換固溶すると言われる。本発明の低抵抗ＩＴＯ薄
膜中のＳｎＯ₂含有率（添加量）は好ましくは５〜２０
ｗｔ％以下であり、より好ましくは６〜１５ｗｔ％の範
囲である。モル％で表すと、本発明の低抵抗ＩＴＯ薄膜
中のＳｎＯ₂含有率は好ましくは約２．８〜１０．５モ
ル％以下であり、より好ましくは４〜８モル％の範囲で
ある。２０ｗｔ％以上又は１０．５モル％以上とすると
ＳｎＯ₂相が析出して低抵抗率が実現しない。５ｗｔ％
以下又は２．８モル％以下であるとＳｎイオンの固溶量
が少なく低抵抗率が実現しない。

【００４４】本第一発明及び第二発明の低抵抗ＩＴＯ薄
膜の結晶構造は、コランダム型でも良い。コランダム型
結晶構造は、Ｉｎ₂Ｏ₃結晶の高圧相であるが、高圧を印
加しなくとも、適当な成膜法を選ぶことによって形成で
きる可能性がある。コランダム型Ｉｎ₂Ｏ₃結晶は、Ｃ希
土型Ｉｎ₂Ｏ₃結晶に比べてＩｎイオン間の距離が短いた
め、より大きな移動度の発現を可能性にできる。そこ
で、コランダム型Ｉｎ₂Ｏ₃結晶にＣ希土型Ｉｎ₂Ｏ₃結晶
と同等程度のＳｎイオンを固溶できるならば、Ｃ希土型
Ｉｎ₂Ｏ₃結晶に比べてより低い抵抗率の実現を可能にで
きる。本明細書では特に断らない限り、Ｉｎ₂Ｏ₃結晶と
はＣ希土型Ｉｎ₂Ｏ₃結晶を指すものとする。

【００４５】本第一発明及び第二発明の低抵抗ＩＴＯ薄
膜に用いる基板は、結晶性基板である。ここで結晶性基
板とは、基板の表面に原子またはイオンによる結晶性の
配列を有する基板であって、例えばイットリウムによっ
て安定化したジルコニア（ＹＳＺ：Yttrium Stabilized
Zirconia）単結晶基板が該当し、ガラス基板のように
基板の表面がガラス質であって、結晶性を持たないもの
は該当しない。もっとも、ガラス基板であっても、例え
ば表面にｃ軸配向性のＺｎＯ薄膜を形成したもののよう
に、基板の最表面が原子またはイオンによる結晶性の配
列を有するものは、本発明でいう結晶性基板に該当す
る。また、ＳｉＣ単結晶基板や、シリコン単結晶基板な
ども本発明でいう結晶性基板に該当する。

【００４６】結晶性基板の最表面の結晶性配列は、Ｉｎ
₂Ｏ₃の結晶構造と適合するものが適している。例えば、
ＹＳＺはＩｎ₂Ｏ₃と同じ立方晶に属し、格子定数の２倍
長がＩｎ₂Ｏ₃の格子定数とほぼ等しいので、非常に適し
ている。ＹＳＺ単結晶を基板として用いるならば、基板
上にヘテロエピタキシャル成長したＩｎ₂Ｏ₃膜が得られ
る。このＩｎ₂Ｏ₃膜の結晶性は高く、低抵抗が得られ
る。なお、コランダム型ＩＴＯ薄膜に用いる基板は、例
えばサファイア基板のように、コランダム型結晶構造と
適合するものが適している。各結晶性基板とＩＴＯ（Ｉ
ｎ₂Ｏ₃）との格子定数の適合率は、一方の格子定数の整
数倍と他方の格子定数の整数倍との差が最も小さくなる
値（公倍数を求めて計算した値）で表すと、ＩＴＯ（１
００）の場合、ＹＳＺ（１００）で１．８％（ＩＴＯ格
子１個：ＹＳＺ格子２個）、Ｓｉ（１００）で０．２％
（ＩＴＯ格子２３個：Ｓｉ格子２５個）、３Ｃ−ＳｉＣ
（１００）で１．０％（ＩＴＯ格子４１個：３Ｃ−Ｓｉ
Ｃ格子５０個）、ＣａＦ₂（１００）で０．０％（ＩＴ
Ｏ格子２７個：ＣａＦ₂格子２５個）、ＭｇＯ（１０
０）で３．８％（ＩＴＯ格子２０個：ＭｇＯ格子２５
個）である。ＩＴＯ（１１１）の場合、６Ｈ−ＳｉＣ
（０００１）で０．６％（ＩＴＯ格子４３個：６Ｈ−Ｓ
ｉＣ格子５０個）、ＺｎＯ（０００１）で１．３％（Ｉ
ＴＯ格子２３個：ＺｎＯ格子２５個）である。酸化物で
は共有結合性が非常に小さく、イオン性結合が主である
ため、結合方向に関する限定がない。このため、格子定
数の適合性は、化合物半導体等の場合に比べ、非常に広
くなる。これは１格子ずつでは全く不適合に見えても、
何格子か進んだときに適合することができるからであ
る。

【００４７】結晶性基板として単結晶基板を用いる場合
には、単結晶基板の結晶性は良好であることが好まし
く、Ｉｎ₂Ｏ₃結晶と対称性が合い、格子定数が合い、ヘ
テロエピタキシャル成長に適合するものであることが好
ましい。また、単結晶基板は、成膜前に、高温における
熱処理または酸によるエッチング処理によって、基板表
面を原子オーダーで超平坦化しておくことが好ましい。
例えば、ＹＳＺ単結晶基板の場合、熱処理によって超平
坦化することが可能であり、熱処理の温度域は１２００
℃以上１５００℃以下とすることが好ましい。１２００
℃以下では、ＹＳＺの蒸気圧が低すぎて超平坦化が困難
であり、１５００℃以上では、ＹＳＺの蒸気圧が高すぎ
て基板表面に突起が形成される。好ましくは１３００℃
〜１４００℃の範囲で処理することが適当である。基板
表面を原子オーダーで超平坦化したＹＳＺ単結晶基板に
おける表面の平坦性を平均表面粗さＲａで表すと、原子
間力顕微鏡で１μｍ角を走査したとき、Ｒａは１０オンク゛
ストローム以下である。ＹＳＺ単結晶の面方位は、（１０
０）面でもよく、（１１１）面でもよく、また他の面で
もＩｎ₂Ｏ₃格子と対称性と格子定数が合う面であればよ
い。（１００）面を選ぶ場合には、立方形状のＩｎ₂Ｏ₃
結晶子が緻密に整列する。（１１１）面を選ぶ場合に
は、Ｉｎ₂Ｏ₃結晶子は（１１１）方位を基板法線方向に
向け、（１００）面を表面に露出した三角錐状の構造を
作り、緻密に整列する。この様子は原子間力顕微鏡や走
査型電子顕微鏡によって観察することができる。結晶面
の対称性は重要な要件であり、ＩＴＯ（１００）面は４
回対称であるから基板結晶面も４回対称でなくてはなら
ず、ＩＴＯ（１１１）面は３回対称であるから基板結晶
面も３回対称でなくてはならない。

【００４８】また、結晶性基板としてｃ軸配向したＺｎ
Ｏ膜を持つガラス基板を用いる場合には、Ｉｎ₂Ｏ₃の
（１１１）方位を向いた配向膜が得られる。ＺｎＯのｃ
軸配向膜は、パルスレーザー蒸着法の他、スパッタ法、
ＣＶＤ法によって作製することができ、市販もされてい
る。

【００４９】本第一発明では、低抵抗ＩＴＯ薄膜の成膜
方法として、特にパルス・レーザー・蒸着法（ＰＬＤ
法：Pulsed Laser Deposition法）を用いる。ＰＬＤ法
は、レーザー光を原料蒸発源とする物理的成膜法の一つ
であり、高出力パルスレーザー光をターゲット表面に集
光・照射し、光・固体相互作用により、ターゲット最表
面を瞬時に２０００℃以上の高温に加熱する。そのとき
起こる表層部での構成元素の瞬間的な剥離（アブレーシ
ョン）を利用して、アブレートされた原子、分子、イオ
ンやクラスター（数個〜数百個程度の原子（分子）が緩
く結合した集団）を基板上に堆積させる。ターゲット上
でプラズマ発光柱（プルーム）の発生が観察されること
から、単なる熱的な過程だけでなく、光イオン化過程が
複雑に関与していると言われる。ＰＬＤ法は、スパッタ
法や蒸着法などの他の物理的成膜法に比べて、極めて清
浄なプロセスであり、酸素圧を広く設定することがで
き、膜厚の制御性が良い点で優れている。

【００５０】ターゲットには高純度Ｉｎ₂Ｏ₃の焼結体や
圧粉体、高純度Ｉｎ金属、高純度ＩＴＯの焼結体や圧粉
体、高純度Ｉｎ−Ｓｎ合金などを用いることができる。
圧粉体の場合には、ターゲットの調製が容易であるが、
真空容器内が粉体で汚れやすいという欠点がある。ま
た、金属の場合には、純度を非常に高くすることが可能
であるが、レーザー光を反射するために効率的に蒸発が
起こらないという欠点がある。焼結体については、近
年、緻密化の技術が進み、相対密度９９％以上、純度９
９．９９％程度のものが市販されるに至っており、真空
容器内を汚しにくく、レーザー光を反射しない点で優れ
ている。ターゲット中のＳｎＯ₂含有率は好ましくは５
〜２０ｗｔ％以下であり、より好ましくは６〜１５ｗｔ
％の範囲である。２０ｗｔ％以上とするとＳｎＯ₂相が
析出して低抵抗率が実現しない。５ｗｔ％以下であると
Ｓｎイオンの固溶量が少なく低抵抗率が実現しない。

【００５１】成膜前の真空容器の真空到達度は、少なく
とも１×１０^-7Ｔｏｒｒとすることが好ましい。これよ
り低い真空度であると、真空容器中のガスはＨ₂Ｏが支
配的となり、ターゲットや基板の表面に多量に付着し
て、作製するＩｎ₂Ｏ₃薄膜の特性を劣化させる恐れがあ
る。できれば、真空到達度が１×１０^-7〜１×１０^-10
Ｔｏｒｒに至る、超高真空容器を用いることが好まし
い。排気用ポンプには、分子ターボポンプもしくはソー
プションポンプが適当である。成膜中にＯ₂ガス等の酸
化性ガスを流すためである。真空容器内には、ターゲッ
トを設置し、これに対向する位置に基板を配置する。成
膜時の真空到達度（真空度）は、１×１０^-3〜１×１０
^-7Ｔｏｒｒ（広いＯ ₂圧力域）とすることが好ましい。

【００５２】ターゲットと基板との間の距離は、通常、
数ｃｍから１０ｃｍ程度である。ターゲットは自転させ
ることが好ましい。レーザー光の照射によって照射部分
が蒸発するため、凹部が形成されるからである。また、
基板も自転させることが好ましい。レーザー光の照射に
よってターゲット表面から爆発的に蒸発する物質は、プ
ルームと呼ばれる気球形状の発光を伴うが、プルームの
径はせいぜい数ｃｍから１０ｃｍ程度に過ぎず、その範
囲内で物質が基板上に堆積するためである。より広い面
積に、均一に成膜することを意図するならば、基板を回
転させることが好ましいのである。

【００５３】レーザー光は、ターゲット表面に焦点を絞
るように導入する。焦点の面積とレーザー光のエネルギ
ー値とから、ターゲットに入射するレーザー光のパワー
密度が求まる。パワー密度が低すぎれば、爆発的な蒸発
現象が起こらず、薄膜を作製することができない。パワ
ー密度が高すぎれば、成膜速度が大きくなりすぎて、良
好な膜質が得られなくなるなどの問題が生じる。そこで
適当なパワー密度が得られるように、レーザ光の焦点面
積とエネルギーとを調節する必要がある。具体的には、
レーザーパワー密度は、０．１Ｊ／ｃｍ²〜１００Ｊ／
ｃｍ²とすることが好ましい。０．１Ｊ／ｃｍ²未満では
パワー密度が小さすぎて、ターゲット上にプルームが立
たず、基板上に物質を堆積できない。１００Ｊ／ｃｍ²
を超えるとパワー密度が大きすぎて、ターゲット物質が
飛散しすぎ、有効に成膜できない。例えば、１０ｍｍ角
の小基板上に２００ｎｍ程度の膜を作製する場合のパワ
ー密度は、より好ましくは、１Ｊ／ｃｍ²〜１０Ｊ／ｃ
ｍ²である。より大面積に成膜する場合、あるいは、レ
ーザーをターゲット上で走査する場合には、１０Ｊ／ｃ
ｍ²よりも大きなパワー密度を用いることができる。レ
ーザーのパルス周波数はパルス・レーザー蒸着装置の構
成によるので一概に言えないが、例えば、数Ｈｚ〜数百
Ｈｚ程度が好ましい。

【００５４】レーザー光の波長は紫外領域のものを選ぶ
のが通常である。可視領域の光はターゲットに吸収され
ないので、爆発的な蒸発が起こらない。紫外レーザーと
しては通常、ＸｅＣｌ、ＫｒＦ、ＡｒＦ等のエキシマー
レーザーや、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの４倍波などを用い
る。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーのように連続光を発振できる
ものは、連続光のまま入射させても良いが、モードロッ
ク方式やＱスイッチ方式によってパルス状に発振させた
方が、エネルギーの尖塔値が高くなり、爆発的な蒸発現
象を、より効率的に誘起することができる。

【００５５】基板温度は２００℃〜１０００℃の範囲に
選び、酸素分圧は０〜１ｋＰａの間で選ぶ。２００℃以
下では、酸化インジウム相の結晶化が進行せず、１００
０℃以上では酸化インジウムの気化が進行して膜質が悪
化する。この温度範囲内では、基板温度を高くするほ
ど、酸化インジウム薄膜の結晶性は向上し、粒子径が大
きくなる傾向がある。粒子形状は、２００℃〜５００℃
の領域では球形であるが、５００℃以上とすると、次第
に酸化インジウムの結晶構造を反映して立方形に変化す
る。これらのことから、基板温度は５００℃〜１０００
℃の範囲が好ましい。基板温度（実測温度）は５００℃
〜９００℃の範囲がさらに好ましく、５３０℃〜７２０
℃の範囲がより好ましく、実施例１に示すように６００
℃が最も好ましい。パルスレーザー蒸着法における酸素
分圧は、１×１０^-5Ｐａ〜１００Ｐａの間とすることが
好ましい。１×１０^-5Ｐａより低くすると、膜中の酸素
が少なくなりすぎ、Ｉｎ金属が析出する。１００Ｐａを
超えると酸素圧が高くなりすぎて、レーザー光をターゲ
ット表面に照射した際に生じるプルームが小さくなり、
膜の堆積速度が著しく小さくなる。さらに酸素圧は、Ｉ
ＴＯ膜中の酸素欠損量を介してキャリア密度に影響を与
えるので、抵抗率が充分に小さくなるように、最適な値
を選ぶことが好ましい。その値は、装置形状や基板温度
によって異なるが、一般的には１×１０^-3Ｐａ〜１Ｐａ
の範囲である。低抵抗ＩＴＯ膜の厚みは、ターゲットに
照射されるレーザー光のエネルギー密度や照射パルス数
によって制御することができる。液晶ディスプレイ用透
明電極膜として用いる場合には、通常１００ｎｍから５
００ｎｍの範囲で膜厚を制御している。

【００５６】特にレーザー光のエネルギー密度やターゲ
ット基板間距離を適切に制御することによって、薄膜の
堆積速度を十分に小さくすると、酸化インジウムが一格
子ずつ堆積して一つのテラスを作った後に、次のテラス
を作るべく、再び一格子ずつ堆積するという、いわゆる
原子層成長モードを達成することができる。このような
原子層成長モードが実際に実現しているか否かは、例え
ば成長途中の薄膜の表面モフォロジーを、原子間力顕微
鏡で観察したり、高速電子線による回折強度をモニタリ
ングすることによって判断することができる。原子層成
長モードでは、薄膜が一格子単位でテラス状に成長する
ために、基板全域にわたって、極めて結晶性良く薄膜を
成長でき、極めて良い精度で、均一な膜厚（例えば膜厚
１０ｎｍ〜１μｍ程度で膜厚の変動が１０％程度以下）
を実現することができる。このことは、ＩＴＯ膜の結晶
性を高め、低い抵抗率を得る上で、有効な成長モードで
ある。

【００５７】本第二発明では、上述した結晶性基板上
に、適当な成膜法によってＩＴＯ薄膜を形成することに
よって、１×１０^-4Ωｃｍ未満の低抵抗率を有する低抵
抗ＩＴＯ薄膜が得られる。例えば低電圧スパッタリング
法や酸素クラスタービーム援用蒸着法を用いた場合に
も、通常のガラス基板ではなく、結晶性基板上に形成す
ることにより、ＩＴＯ薄膜の結晶性を向上させるなら
ば、低抵抗率が発現することを本発明者らは見い出し
た。結晶性の高いＩＴＯ薄膜の成膜法としては、その他
に、ＣＶＤ法、有機金属ＣＶＤ法、有機金属ＣＶＤ−原
子層積層法、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法等が挙げ
られ、これらの方法によって１×１０^-4Ωｃｍ未満の低
抵抗率を有する低抵抗ＩＴＯ薄膜が得られる。このよう
に多くの成膜法によって１×１０^-4Ωｃｍ未満の低抵抗
率を有する低抵抗ＩＴＯ薄膜が得られることで、各成膜
方法の特徴を生かした成膜を可能にでき、低抵抗ＩＴＯ
薄膜の要求特性に応じた成膜を可能にできる。低抵抗Ｉ
ＴＯ薄膜中のＳｎＯ₂添加量、低抵抗ＩＴＯ薄膜の結晶
構造、及び結晶性基板に関しては、上述したとおりであ
る。成膜条件等は、成膜方法に応じて適宜調整される。
なお、本第二発明においても、ＩＴＯ膜をヘテロエピタ
キシャル成長させることが好ましく、原子層成長モード
で一格子単位でＩＴＯ膜の成膜を行うことが好ましい。
これらの方法において、基板温度（実測温度）は５００
℃〜１０００℃の範囲にすることが好ましく、５００〜
８００℃の範囲にすることがより好ましい。基板温度を
５００℃以上とすることにより、ＩＴＯ膜の結晶性を高
め、ドーパントであるＳｎイオンをＩｎ₂Ｏ₃格子中に効
率良く固溶させることによって低抵抗率を実現できる。
なお、５００℃より低いと充分に固溶が進行しない。１
０００℃以上では酸化インジウムの気化が進行して膜質
が悪化するとともに、抵抗値が減少する傾向がある。こ
の温度範囲内では、基板温度を高くするほど、酸化イン
ジウム薄膜の結晶性は向上し、粒子径が大きくなる傾向
がある。粒子形状は、２００℃〜５００℃の領域では球
形であるが、５００℃以上とすると、次第に酸化インジ
ウムの結晶構造を反映して立方形に変化する。基板は自
転させたり、基板ホルダーを回転させたりすることがで
きる。

【００５８】低電圧スパッタリング法の場合、酸素分圧
は、１×１０^-5Ｐａ〜１００Ｐａの間とすることが好ま
しい。１×１０^-5Ｐａより低くすると、膜中の酸素が少
なくなりすぎ、Ｉｎ金属が析出する。１００Ｐａを超え
ると酸素圧が高くなりすぎる。さらに酸素圧は、ＩＴＯ
膜中の酸素欠損量を介してキャリア密度に影響を与える
ので、抵抗率が充分に小さくなるように、最適な値を選
ぶことが好ましい。その値は、装置形状や基板温度によ
って異なるが、一般的には１×１０^-3Ｐａ〜１Ｐａの範
囲である。低電圧スパッタリング法の場合、この酸素分
圧の条件に加え、プラズマを有効に発生させることを考
慮に入れなければならない。通常は、ＡｒとＯ₂の混合
ガスを用いるが、Ａｒ以外の希ガスを用いることもあ
る。混合ガスの全圧は、スパッタ粒子の飛行に影響を与
えて、膜質を変化させる。Ｏ₂／Ａｒの混合比が大きく
なりすぎると、プラズマが有効に発生しなくなる。スパ
ッタ電圧は５４０Ｖ〜３３０Ｖの範囲が抵抗率を下げる
ために好ましい。ターゲットに関しては、パルスレーザ
ー蒸着法と同様である。ＣＶＤ法は、ＳｎやＩｎなどの
金属塩などを原料として、これを気化し、反応室内に導
入して、昇温した基板上に堆積させる方法である。適当
なＩｎ系原料を用いることによって、高品質のＩＴＯ膜
を安価に製造できる。ＩｎやＳｎの原料としてＩｎ（Ｃ
Ｈ₃）₃やＳｎ（Ｈ₃）₄などの有機金属を用いる有機金属
ＣＶＤ法では、原料ガスを反応室内に導入するタイミン
グを制御することによって、基板上に１原子層ずつ積層
させることが可能になるため、高品質のＩＴＯ膜を得る
ことができる。ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法は、蒸
着法の一種で、超高真空容器中の原料源から蒸発物質を
分子線状にして基板表面に衝突させ、堆積させる方法で
ある。例えば二つのＫｎｕｄｓｅｎセル中のＩｎとＳｎ
をそれぞれ加熱蒸発させ、Ｏ₂ガスを分圧１．２×１０
^-3Ｐａまで容器中に導入して、基板上で反応させること
により、高品質が得られる。なお、ＭＢＥ法では、基板
温度は７００℃〜１０００℃の範囲にすることが低抵抗
率実現のために好ましい。

【００５９】

【実施例】以下、実施例により、本発明を説明する。

【００６０】（実施例１）レーザーアブレーション用超
高真空容器（日本真空技術（株）社製）に、ＹＳＺ単結
晶基板（００１）面（フルウチ化学（株）社製、１０ｍ
ｍ角）を設置し、ＩＲランプヒーターによって２００〜
８００℃に加熱した。容器中に１．２×１０^-3Ｐａの酸
素を導入し、ＫｒＦエキシマーレーザー光（ラムダフィ
ジクス（株）社製レーザー発光装置）を高純度ＩＴＯ夕
一ゲット（東ソー（株）社製、ＳｎＯ₂含有率１０ｗｔ
％）に照射、ターゲットから３０ｍｍ離して対向させた
基板上にＩＴＯを堆積させた。膜厚は２００ｎｍとし
た。Ｘ線回折装置（理学電機製：ＡＴＸ−Ｅ）により、
試料の回折パターンを測定し、高配向性の薄膜（結晶性
の高い薄膜）となっていることが明かとなった。ファン
デアパウ法により電気特性を測定した結果、基板温度を
上げるに従い移動度が増大し、６００℃で極大となっ
た。抵抗率は７．７×１０^-5Ωｃｍ、移動度は４２ｃｍ
／Ｖｓ、キャリア密度は１．９×１０²¹／ｃｍ³であっ
た（試料１〜４）。比較のために石英ガラス基板を用
い、同じ実験条件でＩＴＯ膜を積層したが、最も低い抵
抗率は２×１０^-2Ωｃｍにすぎなかった（試料５〜
８）。以上の条件及び結果を表１及び図１に示す。

【００６１】

【表１】

【００６２】（実施例２）夕一ゲット中のＳｎ濃度を表
２に示すように変化させ、基板温度を６００℃としたこ
と以外は実施例１と同じ条件でＹＳＺ単結晶基板（試料
９〜１３）及び石英ガラス基板（試料１４〜１７）上に
ＩＴＯを堆積させた。なお、レーザーパワー密度は５Ｊ
／ｃｍ²とし、レーザーのパルス周波数は１０Ｈｚとし
た。また、石英ガラス基板として溶融石英ガラス基板
（日本石英（株）社製：ＮＰ）を用いた。膜中のＳｎ濃
度（モル％）、抵抗率、移動度、キャリア密度の測定結
果を表２に示す。なお、膜中のＳｎ濃度は蛍光Ｘ線分析
法で測定した。また、抵抗率及びキャリア密度の測定は
ファン・デア・パウ（van der Pauw）法（河東田隆等、
「半導体評価技術」、222〜225頁、産業図書（株）、19
94年）で行った。なお、ファン・デア・パウ法は、エピ
タキシャル層のような薄膜状あるいは薄片状の半導体の
ホール効果を測定するのに適した方法である。具体的に
は、基板上に形成した１０ｍｍ角の正方形のＩＴＯ膜の
四隅の各端部近傍にオーム性電極Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤをＡ−
Ｃ、Ｂ−Ｄが対角に位置するように形成し、まず、磁界
を印加しないで電極Ａ−Ｂ間に電流Ｉ_ABを流し電極Ｃ−
Ｄ間の電圧Ｖ_CDを測定する。このとき抵抗Ｒ_AB,CDを、
抵抗Ｒ_AB,CD＝Ｖ_CD／Ｉ_ABのように定義する。次に、電
極Ｂ−Ｃ間に電流Ｉ_BCを流し電極Ｄ−Ａ間の電圧Ｖ_DAを
測定する。このとき抵抗Ｒ_BC,DAを、抵抗Ｒ_BC,DA＝Ｖ_DA
／Ｉ_BCのように定義する。次に、電極Ａ−Ｃ間に電流Ｉ
_A _Cを流し、試料面に垂直に磁束密度Ｂの磁界を印加す
る。この時電極Ｂ−Ｄ間に生じる電圧をＶ_BDとし、ΔＲ
_AC,BD＝Ｖ_BD／Ｉ_ACとすると、抵抗率ρ、キャリア密度
ｎ、キャリア移動度μは、それぞれ以下のように与えら
れる。 ρ＝（πｄ／ｌｎ２）・［（Ｒ_AB,CD＋Ｒ_BC,DA）／２］
・ｆ（Ｒ_AB,CD／Ｒ_BC,DA）ｎ＝Ｂ／（ｅ・ｄ・ΔＲ_AC,BD） μ＝（ｄ／Ｂ）・（ΔＲ_AC,BD／ρ）ただし、ｅは電子の電荷、ｄはエピタキシャル層の厚さ
である。ｆはエピタキシャル層や試料の形状、電極の位
置などから生じる不均一性を補正するための係数で、Ｒ
_AB,CD及びＲ_BC,DAの次のような関数である。 (Ｒ_AB,CD−Ｒ_BC,DA)／(Ｒ_AB,CD＋Ｒ_BC,DA)＝(f/ln2)・a
rccosh[exp(ln2/f)/2] ｆの値はこの式を解けば得られるが、この式は解析的に
は解けず、実際には、Ｒ_AB,CD／Ｒ_BC,DA（＝Ｒ）の関数
として計算機を用いて求められた数表（上記「半導体評
価技術」、巻末付表３に掲載）があるので、本実施例で
はそれを使用した。

【００６３】

【表２】

【００６４】表２から膜中のＳｎ濃度は２．８〜１０．
５モル％が適当と考えられる。

【００６５】次に上記で得られたＩＴＯ（試料１０〜１
３）について、膜中に含まれるＳｎの密度（個／ｃ
ｍ³）の測定結果、及び［（キャリア密度（ｃｍ^-3）／
ＩＴＯ膜中に含まれるＳｎの密度（個／ｃｍ³）×１０
０］で定義されるＳｎドーパントの活量の値を計算した
結果を表２に示す。なお、膜中のＳｎ密度はＸＲＦ法に
より測定したＳｎ濃度から換算した。本発明のＩＴＯ膜
は、ＹＳＺ単結晶基板上にヘテロエピタキシャル成長し
ているという特徴を有する。このことはＸ線回折法及び
透過型電子顕微鏡像により確認した。また、本発明のＩ
ＴＯ膜では、添加したＳｎドーパントのほぼ１００％が
有効にキャリアを生成しているという特徴がある。Ｓｎ
ドーパントの活量が見かけ上１００％を超える場合があ
るのは、結晶中に存在する酸素欠損もキャリア密度に寄
与するためである。Ｓｎによる寄与と、酸素欠損による
寄与を分離することはできないので、Ｓｎによる寄与と
酸素欠損による寄与とを示す指標としてＳｎドーパント
の活量は有益である。表２から、本発明方法によって結
晶性基板上に形成された低抵抗ＩＴＯ膜においては、Ｓ
ｎドーパントの活量は、８０％以上が好ましく、１００
％を超えるとさらに好ましいことがわかる（試料１０〜
１２）。Ｓｎドーパントの活量が８０％未満であると、
格子内に固溶しないＳｎドーパントの数が増えて、キャ
リア電子を散乱しやすくなり、移動度低下の原因となる
（試料１３）。

【００６６】（比較例１）低電圧スパッタ法を用い、ス
パッタ電圧３３０Ｖ、基板温度３００〜８００℃の条件
の下、石英ガラス基板上にＩＴＯ膜を成膜したが、１×
１０^-4Ωｃｍ以下の低抵抗率は得られなかった。また、
特開平７−２６２８２９号公報記載の方法（直流スパッ
タリング法）を用い、ＡｒとＯ₂の混合ガス圧：５×１
０^-3Ｔｏｒｒ、直流３２０Ｗのスパッタ電力の条件の
下、石英ガラス基板上にＩＴＯ膜を成膜したが、清浄な
プロセスでなく真空チャンバー壁にＩＴＯが付着し、酸
素圧を低く設定できないので酸素欠損を有効に導入でき
ず、膜厚の制御性が悪いので原子層成長モードが実現で
きる見込みがなかった。

【００６７】（実施例３）ｃ軸配向したＺｎＯ膜を表面
に形成したガラス基板を用いたこと以外は、実施例１と
同様にしてＩＴＯ膜を成膜した。抵抗率は９×１０^-5Ω
ｃｍ、移動度は３５ｃｍ／Ｖｓ、キャリア密度は２．０
×１０²¹／ｃｍ³であった。なお、実施例３では、スパ
ッタリング法を用い、石英ガラス基板上にｃ軸配向した
ＺｎＯ膜を作製した。この際、基板温度は３５０℃、Ｏ
₂／Ａｒ混合比は０．２、全圧は４ｍＴｏｒｒとした。
作製した膜の結晶性をＸ線回折法により解析し、基板に
対してｃ軸を垂直に立てた配向をしていることを確認し
た。

【００６８】（実施例４）レーザー光のエネルギー密度
やターゲット基板間距離を３０ｍｍに制御し堆積速度を
十分に小さくして、いわゆる原子層成長モードで成膜し
たこと以外は、実施例１と同様にしてＩＴＯ膜を成膜し
た。抵抗率は７．５×１０^-5Ωｃｍ、移動度は４５ｃｍ
／Ｖｓ、キャリア密度は１．８×１０²¹／ｃｍ³であっ
た。成長途中の薄膜の表面モフォロジーを、原子間力顕
微鏡で観察して、原子層成長モードが実際に実現してい
ることを確認した。また、基板全域にわたって、極めて
良い精度で、ＩＴＯ膜の結晶性が高く、均一な膜厚を実
現することができた。さらに、大きさ２０ｍｍ角の基板
上に均一に成膜できた。

【００６９】（実施例５）サファイア基板上にコランダ
ム型結晶構造のＩＴＯ膜を成膜した。その結果、１×１
０^-4Ωｃｍ未満の抵抗率を有する低抵抗ＩＴＯ薄膜が得
られることを確認した。

【００７０】（実施例６）低電圧スパッタリング法、酸
素クラスタービーム援用蒸着法、ＣＶＤ法、有機金属Ｃ
ＶＤ法、有機金属ＣＶＤ−原子層積層法、ＭＢＥ（分子
線エピタキシー）法を用い、ＹＳＺ単結晶基板上にＩＴ
Ｏ膜を成膜した。その結果、１×１０^-4Ωｃｍ以下の低
抵抗率が得られることを確認した。なお、ＭＢＥ法以外
のＣＶＤ法では大面積成膜を実現できた。

【００７１】（実施例７）低電圧スパッタリング法を用
い、３００〜８００℃の基板温度で、ＹＳＺ単結晶基板
上（試料１８〜２０）又は石英基板上（試料２１〜２
３）に、ＩＴＯ膜を成膜した。その際、Ｏ₂／Ａｒ混合
比は０．２、全圧は４ｍＴｏｒｒとした。ＩＴＯ膜の抵
抗率を表３に示す。

【００７２】

【表３】

【００７３】ＹＳＺ単結晶基板上で６００〜８００℃の
基板温度で、１×１０^-4Ωｃｍ未満の抵抗率が得られ
た。

【００７４】以上実施例をあげて本発明を説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるものではない。

【００７５】例えば、ターゲットの組成、基板温度及び
基板の種類、真空到達度、ターゲットと基板との距離、
レーザー光や、成膜条件等は、上記実施例に制限され
ず、適宜変更して実施できる。また、得られた透明電極
はエッチングなどによって任意のパターニングを施こす
ことができる。

【００７６】基板の種類に応じた用途を示す。ＹＳＺ単
結晶基板及びサファイヤ基板は、投写型液晶ディスプレ
イ、小型高精細液晶ディスプレイ、などの用途に適す
る。ＹＳＺ単結晶基板及びサファイヤ基板は、特殊用途
の有機ＥＬディスプレイなどの用途に利用できる。表面
にｃ軸配向性のあるＺｎＯ等の結晶膜を形成したガラス
基板は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有
機ＥＬディスプレイ、などの用途に適する。ＳｉＣ単結
晶基板は、Ｉｎ₂Ｏ₃との格子整合性が高く、発光デバイ
ス等の電極付き基板、酸化物レーザー用電極付き基板、
などの用途に適する。シリコン単結晶基板は、デバイス
展開上の可能性が広く、他の結晶性基板に比べ格段に大
きい基板が得られているといった特徴を有し、発光デバ
イス等の電極付き基板、酸化物レーザー用電極付き基
板、などの用途に適する。

【００７７】

【発明の効果】本第一及び第二発明の低抵抗ＩＴＯ薄膜
及びその製造方法によれば、１×１０ ^-4Ωｃｍ未満の抵
抗率を有する低抵抗ＩＴＯ薄膜が得られる。特にパルス
・レーザー・蒸着法を用いた場合、極めて清浄なプロセ
スであり、酸素圧を高く設定することができ、膜厚の制
御性が良い点で優れているので、抵抗率、移動度、キャ
リア密度等の特性に優れ、結晶性が高く、均一な膜厚を
有する低抵抗ＩＴＯ薄膜を実現できる。本発明の低抵抗
ＩＴＯ薄膜は、液晶ディスプレイの大型化や高精細化に
寄与するばかりでなく、太陽電池の高効率化にも寄与
し、社会の情報化と省エネルギー化を進める上で重要な
技術を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における基板温度と導電率と
の関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｂ 5/14 Ｈ０１Ｂ 5/14 Ａ 13/00 ５０３ 13/00 ５０３ＢＨ０１Ｌ 31/04 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス・レーザー・蒸着法を用いて結晶
性基板上に基板温度５００〜１０００℃においてＩＴＯ
膜を堆積させることを特徴とする低抵抗ＩＴＯ膜の製造
方法。
【請求項２】結晶性基板の最表面の結晶性配列が、Ｉ
ｎ₂Ｏ₃の結晶構造と適合するものであることを特徴とす
る請求項１記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項３】結晶性基板が、ＹＳＺ単結晶、表面にｃ
軸配向性のＺｎＯ薄膜を形成した基板、及びサファイア
基板のうちから選ばれる一であることを特徴とする請求
項２記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項４】結晶性基板として、１２００℃以上１５
００℃以下の温度域で熱処理することによって基板表面
を原子オーダーで超平坦化したＹＳＺ単結晶基板を用い
ることを特徴とする請求項３に記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜
の製造方法。
【請求項５】請求項４に記載の超平坦化したＹＳＺ単
結晶基板上に、均一な膜厚を有するＩＴＯ膜を形成する
ことを特徴とするＩＴＯ膜の製造方法。
【請求項６】ＩＴＯ膜をヘテロエピタキシャル成長さ
せることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載
の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項７】基板温度が６００℃であることを特徴と
する請求項１乃至６のいずれかに記載の低抵抗ＩＴＯ薄
膜の製造方法。
【請求項８】結晶性基板が、ＳｉＣ単結晶基板、又は
シリコン単結晶基板であることを特徴とする請求項２記
載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項９】ターゲットが、高純度Ｉｎ₂Ｏ₃の焼結体
もしくは圧粉体、高純度Ｉｎ金属、高純度ＩＴＯの焼結
体もしくは圧粉体、高純度Ｉｎ−Ｓｎ合金のうちから選
ばれる材料からなることを特徴とする請求項１乃至８の
いずれかに記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項１０】成膜時の真空度を１×１０^-3〜１×１
０^-7Ｔｏｒｒとすることを特徴とする請求項１乃至９の
いずれかに記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項１１】ターゲットを自転させ、かつ、基板を
自転させて成膜を行うことを特徴とする請求項１乃至１
０のいずれかに記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項１２】薄膜の堆積速度を十分に小さくし、酸
化インジウムを一格子ずつ順次堆積させる原子層成長モ
ードで成膜を行うことを特徴とする請求項１乃至１１の
いずれかに記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項１３】１×１０^-4Ωｃｍ未満の抵抗率を有す
ることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載
の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項１４】ＩＴＯ薄膜中のＳｎＯ₂の含有率が
２．８〜１０．５モル％以下であることを特徴とする請
求項１乃至１３のいずれかに記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の
製造方法。
【請求項１５】ＩＴＯ薄膜の結晶構造が、Ｃ希土型Ｉ
ｎ₂Ｏ₃結晶又はコランダム型Ｉｎ₂Ｏ₃結晶であることを
特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の低抵抗
ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項１６】低電圧スパッタリング法、酸素クラス
タービーム援用蒸着法、ＣＶＤ法、有機金属ＣＶＤ法、
有機金属ＣＶＤ−原子層積層法、及びＭＢＥ（分子線エ
ピタキシー）法のうちから選ばれる成膜法を用いて結晶
性基板上に形成することを特徴とする低抵抗ＩＴＯ薄膜
の製造方法。
【請求項１７】基板温度５００〜１０００℃において
ＩＴＯ膜を堆積させることを特徴とする請求項１６記載
の低抵抗ＩＴＯ膜の製造方法。
【請求項１８】結晶性基板の最表面の結晶性配列が、
Ｉｎ₂Ｏ₃の結晶構造と適合するものであることを特徴と
する請求項１６又は１７に記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製
造方法。
【請求項１９】結晶性基板が、ＹＳＺ単結晶、表面に
ｃ軸配向性のＺｎＯ薄膜を形成した基板、及びサファイ
ア基板のうちから選ばれる一であることを特徴とする請
求項１８記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項２０】結晶性基板として、１２００℃以上１
５００℃以下の温度域で熱処理することによって基板表
面を原子オーダーで超平坦化したＹＳＺ単結晶基板を用
いることを特徴とする請求項１９に記載の低抵抗ＩＴＯ
薄膜の製造方法。
【請求項２１】ＩＴＯ膜をヘテロエピタキシャル成長
させることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか
に記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項２２】結晶性基板が、ＳｉＣ単結晶基板、又
はシリコン単結晶基板であることを特徴とする請求項１
８記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項２３】１×１０^-4Ωｃｍ未満の抵抗率を有す
ることを特徴とする請求項１６乃至２２のいずれかに記
載の低抵抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項２４】ＩＴＯ薄膜中のＳｎＯ₂の含有率が
２．８〜１０．５モル％以下であることを特徴とする請
求項１６乃至２３のいずれかに記載の低抵抗ＩＴＯ薄膜
の製造方法。
【請求項２５】ＩＴＯ薄膜の結晶構造が、Ｃ希土型Ｉ
ｎ₂Ｏ₃結晶又はコランダム型Ｉｎ₂Ｏ₃結晶であることを
特徴とする請求項１６乃至２４のいずれかに記載の低抵
抗ＩＴＯ薄膜の製造方法。
【請求項２６】結晶性基板上に形成され、［（キャリ
ア密度／ＩＴＯ膜中に含まれるＳｎの密度（個／ｃ
ｍ³）×１００］で定義されるＳｎドーパントの活量
が、８０％以上である低抵抗ＩＴＯ膜。
【請求項２７】１×１０^-4Ωｃｍ未満の抵抗率を有す
ることを特徴とする請求項２６記載の低抵抗ＩＴＯ薄
膜。
【請求項２８】請求項１乃至２５のいずれかに記載の
ＩＴＯ薄膜の製造方法を用いて、結晶性基板上にＩＴＯ
膜を堆積させたＩＴＯ膜付き基板。
【請求項２９】ＩＴＯ膜にパターニングが施されてい
る請求項２８記載のＩＴＯ膜付き基板。
【請求項３０】請求項２６又は２７に記載の低抵抗Ｉ
ＴＯ薄膜を有するＩＴＯ膜付き基板。
【請求項３１】ＩＴＯ膜にパターニングが施されてい
る請求項３０記載のＩＴＯ膜付き基板。