JP2001335925A

JP2001335925A - Ｉｔｏ薄膜の製造方法

Info

Publication number: JP2001335925A
Application number: JP2000155970A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Uchiumi; 健太郎内海; Satoshi Kurosawa; 聡黒澤
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】ノジュールの発生しやすい、低い印加電
力で放電を行う成膜方法を用いた場合においてもターゲ
ット表面に発生するノジュール量を低減できるＩＴＯ薄
膜の製造方法を提供する。【解決手段】実質的にインジウム、スズおよび酸素か
らなるＩＴＯ焼結体とバッキングプレートとを半田によ
り接合してなるＩＴＯターゲットを用いてスパッタリン
グ法によりＩＴＯ薄膜を製造する方法において、半田層
の側面部が、スパッタリング時にプラズマが存在する領
域と隔てられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透明導電性薄膜と
して使用されるＩＴＯ薄膜の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ（Ｉ
ＴＯ）薄膜は、高導電性、高透過率といった特徴を有
し、更に微細加工も容易に行えることから、フラットパ
ネルディスプレイ用表示電極、太陽電池用窓材、帯電防
止膜等の広範囲な分野に渡って用いられている。特に液
晶表示装置を始めとしたフラットパネルディスプレイ分
野では近年大型化および高精細化が進んでおり、その表
示用電極であるＩＴＯ薄膜に対する需要もまた急速に高
まっている。

【０００３】このようなＩＴＯ薄膜の製造方法は、スプ
レー熱分解法、ＣＶＤ法等の化学的成膜法と電子ビーム
蒸着法、スパッタリング法等の物理的成膜法に大別する
ことができる。中でもスパッタリング法は大面積化が容
易でかつ高性能の膜が得られる成膜法であることから、
様々な分野で使用されている。

【０００４】スパッタリング法によりＩＴＯ薄膜を製造
する場合、用いるスパッタリングターゲットとしては金
属インジウムおよび金属スズからなる合金ターゲット
（ＩＴターゲット）あるいは酸化インジウムと酸化スズ
からなる複合酸化物ターゲット（ＩＴＯターゲット）が
用いられる。このうち、ＩＴＯターゲットを用いる方法
は、ＩＴターゲットを用いる方法と比較して、得られた
膜の抵抗値および透過率の経時変化が少なく成膜条件の
コントロールが容易であるため、ＩＴＯ薄膜製造方法の
主流となっている。

【０００５】ＩＴＯターゲットをアルゴンガスと酸素ガ
スとの混合ガス雰囲気中で連続してスパッタリングした
場合、積算スパッタリング時間の増加と共にターゲット
表面にはノジュールと呼ばれる黒色の付着物が析出す
る。インジウムの低級酸化物と考えられているこの黒色
の付着物は、ターゲットのエロージョン部の周囲に析出
するため、スパッタリング時の異常放電の原因となりや
すく、またそれ自身が異物（パーティクル）の発生源と
なることが知られている。

【０００６】その結果、連続してスパッタリングを行う
と、形成された薄膜中に異物欠陥が発生し、これが液晶
表示装置等のフラットパネルディスプレイの製造歩留ま
りを低下させる原因となっていた。特に近年、フラット
パネルディスプレイの分野では、高精細化が進んでお
り、このような薄膜中の異物欠陥は素子の動作不良を引
き起こすため、特に解決すべき重要な課題となってい
た。

【０００７】このような問題を解決するため、例えば、
特開平０８−０６０３５２号のように、ターゲットの密
度を６．４ｇ／ｃｍ³以上とするとともにターゲットの
表面粗さを制御することにより、ノジュールの発生を低
減できることが報告されている。

【０００８】しかしながら、近年、液晶表示素子の高精
細化、高性能化に伴い形成される薄膜の性能を向上させ
ることを目的として、低い印加電力で放電を行う成膜方
法が採用されるようになってきた。この低い印加電力で
の成膜により、上記のような手法を取り入れたターゲッ
トを用いた場合においても、ノジュールが発生し問題と
なってきている。これは、印加電力が低下されたことに
より、一度発生したノジュールの核が、強い印加電力に
よって消滅することなく、掘れ残りの核となる確率が増
加したことによると考えられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ノジ
ュールの発生しやすい、低い印加電力で放電を行う成膜
方法を用いた場合においてもターゲット表面に発生する
ノジュール量を低減できるＩＴＯ薄膜の製造方法を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、ＩＴＯス
パッタリングターゲットのノジュール発生量を低減させ
るため、ノジュールの形成原因について詳細な検討を行
った。その結果、一部のノジュールは、ＩＴＯ焼結体と
バッキングプレートとの接合に用いているハンダ材であ
る金属インジウムが、スパッタリング中にターゲット表
面のエロージョン部に付着し、付着した金属インジウム
を核としてターゲットが掘れ残り、ノジュールとなるこ
とを発見した。金属インジウムが、掘れ残りを発生させ
る核となる原因は未だ明らかではないが、ターゲット表
面に付着した金属インジウムは、スパッタリングガス中
に含まれる酸素と反応して酸化インジウムを形成し、こ
の酸化インジウムはＩＴＯと比べて抵抗率が非常に高い
ために掘れ残るものと考えられる。

【００１１】そこで本発明者等は、ＩＴＯスパッタリン
グターゲットの構造について詳細な検討を行った。その
結果、実質的にインジウム、スズおよび酸素からなるＩ
ＴＯターゲットを用いて、スパッタリング法によりＩＴ
Ｏ薄膜を製造する際に、ＩＴＯ焼結体とバッキングプレ
ートとの接合に用いられる半田層の側面とスパッタリン
グに使用されるプラズマが存在する領域とを隔てた状態
で、スパッタリングすることにより前記問題点を解決で
きることを見出し、本発明を完成させるに至った。

【００１２】即ち、本発明は、実質的にインジウム、ス
ズおよび酸素からなるＩＴＯ焼結体とバッキングプレー
トとを半田により接合してなるＩＴＯターゲットを用い
てスパッタリング法によりＩＴＯ薄膜を製造する方法に
おいて、半田層の側面部が、スパッタリング時にプラズ
マが存在する領域と隔てられていることを特徴とするＩ
ＴＯ薄膜の製造方法に関する。

【００１３】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１４】本発明に使用されるＩＴＯ焼結体およびそ
の製造方法としては、特に限定されるものではないが、
例えば、以下のような方法で製造することができる。

【００１５】始めに、酸化インジウム粉末と酸化スズ粉
末との混合粉末或いはＩＴＯ粉末等にバインダー等を加
え、プレス法或いは鋳込法等の成形方法により成形して
ＩＴＯ成形体を製造する。この際、使用する粉末の平均
粒径が大きいと焼結後の密度が充分に上昇しない場合が
あるので、使用する粉末の平均粒径は１．５μｍ以下で
あることが望ましく、更に好ましくは０．１〜１．５μ
ｍである。こうすることにより、より焼結密度の高い焼
結体を得ることが可能となる。

【００１６】また、混合粉末またはＩＴＯ粉末中の酸化
スズ含有量は、スパッタリング法により薄膜を製造した
際に比抵抗が低下する５〜１５重量％とすることが望ま
しい。

【００１７】次に得られた成形体に必要に応じて、ＣＩ
Ｐ等の圧密化処理を行う。この際ＣＩＰ圧力は充分な圧
密効果を得るため１ｔｏｎ／ｃｍ²以上、好ましくは２
〜３ｔｏｎ／ｃｍ²であることが望ましい。ここで始め
の成形を鋳込法により行った場合には、ＣＩＰ後の成形
体中に残存する水分およびバインダー等の有機物を除去
する目的で脱バインダー処理を施してもよい。また、始
めの成形をプレス法により行った場合でも、成型時にバ
インダーを使用したときには、同様の脱バインダー処理
を行うことが望ましい。

【００１８】このようにして得られた成形体を焼結炉内
に投入して焼結を行う。焼結方法としては、いかなる方
法でも用いることができるが、生産設備のコスト等を考
慮すると大気中焼結が望ましい。しかしこの他ＨＰ法、
ＨＩＰ法および酸素加圧焼結法等の従来知られている他
の焼結法を用いることができることは言うまでもない。

【００１９】焼結条件についても適宜選択することがで
きるが、充分な密度上昇効果を得るため、また酸化スズ
の蒸発を抑制するため、焼結温度が１４５０〜１６５０
℃であることが望ましい。焼結時の雰囲気としては大気
或いは純酸素雰囲気であることが好ましい。また焼結時
間についても充分な密度上昇効果を得るために５時間以
上、好ましくは５〜３０時間であることが望ましい。

【００２０】こうすることにより、焼結密度の高いＩＴ
Ｏ焼結体を得ることができる。本発明においては、使用
するＩＴＯ焼結体の密度は特に限定されないが、焼結体
のポアのエッジ部での電界集中による異常放電やノジュ
ールの発生をより抑制するため、相対密度で９９％以上
とすることが好ましく、より好ましくは９９．５％以上
である。

【００２１】なお、本発明でいう相対密度（Ｄ）とは、
Ｉｎ₂Ｏ₃とＳｎＯ₂の真密度の相加平均から求められる
理論密度（ｄ）に対する相対値を示している。相加平均
から求められる理論密度（ｄ）とは、ターゲット組成に
おいて、Ｉｎ₂Ｏ₃とＳｎＯ₂との混合量をａ、ｂ（ｇ）
とした時、それぞれの真密度７．１７９、６．９５（ｇ
／ｃｍ³）を用いて、ｄ＝（ａ＋ｂ）／（（ａ／７．１７９）＋（ｂ／６．９
５））により求められる。焼結体の測定密度をｄ１とすると、
その相対密度は式：Ｄ＝ｄ１／ｄ×１００（％）で求め
られる。

【００２２】続いて上記の方法により製造したＩＴＯ焼
結体を所望の形状に研削加工する。次に、前記ＩＴＯ焼
結体のスパッタリング面を機械的に研磨することが好ま
しいが、具体的には、被スパッタリング面の表面粗さを
Ｒａが０．８μｍ以下、かつ、Ｒｙが６．５μｍ以下に
加工することが好ましい。より好ましくは、Ｒａが０．
１μｍ以下、かつ、Ｒｙが０．８μｍ以下である。こう
することにより、ターゲット表面の凹凸部で発生する異
常放電や異常放電によるノジュールの形成を効果的に抑
制することが可能となる。

【００２３】上記ＩＴＯ焼結体は、高密度であるほど硬
度が高く、研削加工中に焼結体内部にクラックを生じ易
いので、加工は湿式加工で行うことが望ましい。

【００２４】このようにして得られた、ＩＴＯ焼結体を
バッキングプレート上に接合し、ＩＴＯターゲットとす
る。本発明に使用されるバッキングプレートの材料とし
ては特に限定されないが、無酸素銅およびリン青銅等が
あげられ、接合に用いられる半田としては、インジウム
半田等が好ましい。

【００２５】このようにして得られたＩＴＯターゲット
をスパッタリング装置内に設置し、本発明においては、
ＩＴＯ焼結体とバッキングプレートとの接合に用いられ
る半田層の側面が、スパッタリングに使用されるプラズ
マが存在する空間と隔てられている状態となるようにし
てスパッタリングを行う。

【００２６】ここで、半田層の側面が、スパッタリング
に使用されるプラズマが存在する領域と隔てられている
状態について具体的に説明する。

【００２７】ＩＴＯ膜を製造する際に従来使用されるス
パッタリング装置のカソード周辺の構造の一例を図１に
示す。図中、１はＩＴＯ焼結体、２はバッキングプレー
ト、３は半田層、４はアースシールド、５はプラズマを
示している。プラズマは、スパッタリング装置のマグネ
ットによる磁界によって、ある領域内に閉じこめられな
がら、ターゲットに衝突し、ターゲット構成成分をイオ
ン化する。ここで、プラズマ領域と半田層とが真空領域
を通じて実質的に繋がっているのが通常のスパッタリン
グ装置である。

【００２８】これに対して、本発明においては、半田層
の側面が、スパッタリングに使用されるプラズマが存在
する空間と隔てられている状態とすることに特徴があ
る。このような状態の具体例としては、例えば、ターゲ
ット周りおよびアースシールドの構造を図２あるいは図
３のような形態とし、半田層とプラズマ領域の間に、ア
ースシールド４や遮断部品６を介在させる等を例示する
ことができる。そして、このような状態とすることによ
り、半田材からの影響によるノジュールの発生を効率的
に抑制することが可能となる。

【００２９】図２のような構成においては、アースシー
ルド４の端部を、ターゲット１の端部と重なるような形
状とすることによって、半田層３の側面部とプラズマ領
域とを隔離している。アースシールド４とターゲット１
との重なりあう距離としては、隔離の効果を充分に得る
ため、１〜５ｍｍが好ましい。また、アースシールド４
とターゲット１との距離は、両者が接触しない程度の間
隔が維持されていればよいが、半田層３の側面部とプラ
ズマ領域とを隔離を充分なものとするため、１ｍｍ以下
が好ましい。

【００３０】アースシールド４に使用可能な材料として
は、従来のアースシールド材料を好適に用いることがで
きるが、例えば、ステンレス等を例示することができ
る。

【００３１】一方、図３のような構成においては、半田
層３の側面とプラズマ領域とを隔離するために、半田層
３の側面部に遮蔽部材６を設けている。図３において
は、隔離した効果をより高めるために、遮蔽部材６はタ
ーゲット１の側面部を含めて覆っており、更に、図２に
示したように、アースシールド４の端部を延長してター
ゲット１の端部をも覆うような構造としている。

【００３２】遮断部品６の材料としては、例えば、ステ
ンレス等を例示することができ、また、遮蔽部品６の厚
さとしては、１ｍｍ〜（ターゲットの厚さ＋０．５ｍ
ｍ）が好ましい。

【００３３】スパッタリングに際し、スパッタリングガ
スとしては、アルゴンなどの不活性ガスなどに必要に応
じて酸素ガスなどが加えられ、通常２〜１０ｍＴｏｒｒ
にこれらのガス圧を制御しながら、放電が行われる。放
電のための電力印可方式としては、ＤＣ、ＲＦあるいは
これらを組み合わせたものが使用可能であるが、放電の
安定性を考慮し、ＤＣあるいはＤＣにＲＦを重畳したも
のが好ましい。

【００３４】ターゲットに加えられる電力密度について
は特に制限はないが、本発明のターゲットは、近年の低
電力放電（２．０Ｗ／ｃｍ²以下）の条件下において、
特に有効である。

【００３５】また、本発明によるスパッタリングターゲ
ットは、ＩＴＯに付加機能を持たせることを目的として
第３の元素を添加したターゲットにおいても有効であ
る。第３元素としては、例えば、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔ
ｉ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ等
を例示することができる。これら元素の添加量は、特に
限定されるものではないが、ＩＴＯの優れた電気光学的
特性を劣化させないため、（第３元素の酸化物の総和）
／（ＩＴＯ＋第３元素の酸化物の総和）／１００で０％
を超え２０％以下（重量比）とすることが好ましい。

【００３６】

【実施例】以下、本発明を実施例をもって更に詳細に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００３７】実施例１平均粒径１．３μｍの酸化インジウム粉末４５０ｇと平
均粒径０．７μｍの酸化スズ粉末５０ｇをポリエチレン
製のポットに入れ、乾式ボールミルにより７２時間混合
し、混合粉末を製造した。前記混合粉末のタップ密度を
測定したところ２．０ｇ／ｃｍ³であった。

【００３８】この混合粉末を金型に入れ、３００ｋｇ／
ｃｍ²の圧力でプレスして成形体とした。この成形体を
３ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力でＣＩＰによる緻密化処理を行
った。次にこの成形体を純酸素雰囲気焼結炉内に設置し
て、以下の条件で焼結した。

【００３９】（焼結条件）焼結温度：１５００℃、昇温速度：２５℃／Ｈｒ、焼結
時間：１０時間、焼結炉への導入ガス：酸素、導入ガス
線速：２．６ｃｍ／分、得られた焼結体の密度をアルキ
メデス法により測定したところ７．１１ｇ／ｃｍ³（相
対密度：９９．４％）であった。

【００４０】この焼結体を湿式加工法により、直径１０
１．６ｍｍ、厚さ×６ｍｍの円盤状に加工し、さらに焼
結体のスパッタリング面の表面粗さをＲａ：０．７μ
ｍ、Ｒｙ：５．２μｍに機械加工した。

【００４１】このようにして得られた、焼結体とバッキ
ングプレートを１５８℃まで加熱した後、それぞれの接
合面にインジウム半田を塗布した。次に、焼結体をバッ
キングプレート上の所定の位置に配置した後、室温まで
冷却しターゲットとした。

【００４２】得られたターゲットを図２に示す形態で、
ステンレスからなるアースシールド４とターゲット１と
の重なり合う距離を５ｍｍ、アースシールドとターゲッ
トとの距離を０．５ｍｍとしてスパッタリング装置内に
設置し、以下の条件でスパッタリングを１２０時間実施
した。

【００４３】ＤＣ電力：５０ｗスパッタガス：Ａｒ＋Ｏ₂ ガス圧：７ｍＴｏｒｒＯ₂／Ａｒ：０．０５％放電後のターゲットの外観写真をコンピュータを用いて
画像処理を行いノジュール発生量を調べた。その結果、
ターゲット表面の７％の部分にノジュールが発生してい
た。

【００４４】実施例２実施例１と同じ条件でＩＴＯ焼結体を製造した。得られ
た焼結体の密度をアルキメデス法により測定したところ
７．１１ｇ／ｃｍ³（相対密度：９９．４％）であっ
た。

【００４５】この焼結体を湿式加工法により、直径１０
１．６ｍｍ、厚さ×６ｍｍの円盤状に加工し、さらに焼
結体のスパッタリング面の表面粗さをＲａ：０．７μ
ｍ、Ｒｙ：５．２μｍに機械加工した。

【００４６】このようにして得られた、焼結体とバッキ
ングプレートを１５８℃まで加熱した後、それぞれの接
合面にインジウム半田を塗布した。次に、焼結体をバッ
キングプレート上の所定の位置に配置した後、室温まで
冷却しターゲットとした。

【００４７】得られたターゲットを図３に示す形態で、
ステンレスからなる厚さ６．４ｍｍの遮蔽部品６を配す
ると共に、ステンレスからなるアースシールド４をター
ゲット１と重なり合う距離を５ｍｍ、ターゲットとの距
離を０．５ｍｍとしてスパッタリング装置内に設置し、
実施例１と同じ条件でスパッタリングを１２０時間実施
した。

【００４８】放電後のターゲットの外観写真をコンピュ
ータを用いて画像処理を行いノジュール発生量を調べ
た。その結果、ターゲット表面の４％の部分にノジュー
ルが発生していた。

【００４９】比較例１実施例１と同じ条件でＩＴＯ焼結体を製造した。得られ
た焼結体の密度をアルキメデス法により測定したところ
７．１１ｇ／ｃｍ³（相対密度：９９．４％）であっ
た。

【００５０】この焼結体を湿式加工法により、直径１０
１．６ｍｍ、厚さ×６ｍｍの円盤状に加工し、さらに焼
結体のスパッタリング面の表面粗さをＲａ：０．７μ
ｍ、Ｒｙ：５．２μｍに機械加工した。

【００５１】このようにして得られた、焼結体とバッキ
ングプレートを１５８℃まで加熱した後、それぞれの接
合面にインジウム半田を塗布した。次に、焼結体をバッ
キングプレート上の所定の位置に配置した後、室温まで
冷却しターゲットとした。

【００５２】得られたターゲットを図１に示す形態でス
パッタリング装置内に設置し、実施例１と同じ条件でス
パッタリングを１２０時間実施した。

【００５３】放電後のターゲットの外観写真をコンピュ
ータを用いて画像処理を行いノジュール発生量を調べ
た。その結果、ターゲット表面の３０％の部分にノジュ
ールが発生していた。

【００５４】

【発明の効果】本発明により、半田材として用いている
金属インジウム起因によるノジュールの発生を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のスパッタリング装置におけるカソード
周辺の構造を示す図である。

【図２】本発明による製膜時におけるカソード周辺の
構造を示す図である。

【図３】本発明による製膜時におけるカソード周辺の
他の構造を示す図である。

【符号の説明】

１：ＩＴＯ焼結体２：バッキングプレート３：半田層４：アースシールド５：プラズマ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実質的にインジウム、スズおよび酸素か
らなるＩＴＯ焼結体とバッキングプレートとを半田によ
り接合してなるＩＴＯターゲットを用いてスパッタリン
グ法によりＩＴＯ薄膜を製造する方法において、半田層
の側面部が、スパッタリング時にプラズマが存在する領
域と隔てられていることを特徴とするＩＴＯ薄膜の製造
方法。
【請求項２】ＩＴＯ焼結体の相対密度が、９９％以上
であることを特徴とする請求項１に記載のＩＴＯ薄膜の
製造方法。
【請求項３】ＩＴＯ焼結体のスパッタリング面の平均
線中心粗さ（Ｒａ）が０．８μｍ以下、かつ最大高さ
（Ｒｙ）が６．５μｍ以下であることを特徴とする請求
項１または請求項２に記載のＩＴＯ薄膜の製造方法。