JP2003041363A - 酸化亜鉛基薄膜材料の製造法 - Google Patents
酸化亜鉛基薄膜材料の製造法Info
- Publication number
- JP2003041363A JP2003041363A JP2001228191A JP2001228191A JP2003041363A JP 2003041363 A JP2003041363 A JP 2003041363A JP 2001228191 A JP2001228191 A JP 2001228191A JP 2001228191 A JP2001228191 A JP 2001228191A JP 2003041363 A JP2003041363 A JP 2003041363A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- zinc oxide
- film formation
- film
- stage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
(57)【要約】
【課題】 一般的には、高濃度ドープ酸化亜鉛薄膜で
は、結晶粒子配向性が劣化する。 【構成】インジウムをドーパントとして添加した酸化亜
鉛薄膜をスパッタ法によって製造する方法において、製
造工程中、初期の成膜を行った後、基板温度を保持した
ままの状態でプラズマを消火する事により成膜を休止
し、再度成膜を開始して所望の厚さの薄膜を成膜する。 【効果】 成膜途中に休止時間をもうけることにより、
薄膜の表面構造の安定化を図り、高い結晶軸配向性を有
した高濃度インジウムドープ酸化亜鉛薄膜が得られる。
は、結晶粒子配向性が劣化する。 【構成】インジウムをドーパントとして添加した酸化亜
鉛薄膜をスパッタ法によって製造する方法において、製
造工程中、初期の成膜を行った後、基板温度を保持した
ままの状態でプラズマを消火する事により成膜を休止
し、再度成膜を開始して所望の厚さの薄膜を成膜する。 【効果】 成膜途中に休止時間をもうけることにより、
薄膜の表面構造の安定化を図り、高い結晶軸配向性を有
した高濃度インジウムドープ酸化亜鉛薄膜が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インジウムを高濃
度にドープされながら膜中の粒子の結晶軸がよく配向し
た酸化亜鉛薄膜をスパッタリング法で作製する方法に関
する。特に、太陽電池、平面表示板用の高い電気伝導性
を有する酸化亜鉛基電気伝導性薄膜の製造、触媒活性を
有する酸化亜鉛基薄膜材料の製造、センサー特性を有す
る酸化亜鉛基薄膜材料の製造に関する。
度にドープされながら膜中の粒子の結晶軸がよく配向し
た酸化亜鉛薄膜をスパッタリング法で作製する方法に関
する。特に、太陽電池、平面表示板用の高い電気伝導性
を有する酸化亜鉛基電気伝導性薄膜の製造、触媒活性を
有する酸化亜鉛基薄膜材料の製造、センサー特性を有す
る酸化亜鉛基薄膜材料の製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化亜鉛薄膜ではインジウム、アルミを
添加物として加えることにより、高い導電性を実現し、
これによって、透明導電体等の電子材料への応用が計ら
れている。しかし、酸化亜鉛にアルミやインジウムを添
加した場合、以下の式１に見られるように、Ｘ(アルミ
またはインジウム)が亜鉛位置を置換することで、余剰
電子を放出し、これが伝導性を発現させる。
添加物として加えることにより、高い導電性を実現し、
これによって、透明導電体等の電子材料への応用が計ら
れている。しかし、酸化亜鉛にアルミやインジウムを添
加した場合、以下の式１に見られるように、Ｘ(アルミ
またはインジウム)が亜鉛位置を置換することで、余剰
電子を放出し、これが伝導性を発現させる。
【０００３】Ｘ2Ｏ3(Ｘ＝ＡｌまたはＩｎ) → ２ＡｌZn
＋２ＯO＋１/２Ｏ2↑→ ２ＡｌZn ・＋２e'＋２ＯO＋１/
２Ｏ2↑（式１）
＋２ＯO＋１/２Ｏ2↑→ ２ＡｌZn ・＋２e'＋２ＯO＋１/
２Ｏ2↑（式１）
【０００４】式１は還元環境下で実現される。しかし、
元来３価をとりやすいアルミ、インジウムの電荷を補償
するため、酸化雰囲気下では以下の式２の状態が生じ、
電荷中性が満足され、電荷キャリアーとなる電子が生じ
ない。
元来３価をとりやすいアルミ、インジウムの電荷を補償
するため、酸化雰囲気下では以下の式２の状態が生じ、
電荷中性が満足され、電荷キャリアーとなる電子が生じ
ない。
【０００５】
Ｘ2Ｏ3(Ｘ＝ＡｌまたはＩｎ) → ２ＡｌZn＋ＶZn＋３ＯO (式２)
【０００６】そのため、アルゴンガスなどのスパッタ雰
囲気により成膜することが高い伝導度を持った酸化亜鉛
薄膜を得るための必要条件である。一方、アルゴンガス
などの酸素を含まないスパッタガス中で成膜した場合、
酸素欠損等の欠陥が膜中に取り込まれやすく、膜の結晶
性が低下し、膜中に転移が導入され、最終的に薄膜中の
結晶粒子の配向性の劣化に至る。
囲気により成膜することが高い伝導度を持った酸化亜鉛
薄膜を得るための必要条件である。一方、アルゴンガス
などの酸素を含まないスパッタガス中で成膜した場合、
酸素欠損等の欠陥が膜中に取り込まれやすく、膜の結晶
性が低下し、膜中に転移が導入され、最終的に薄膜中の
結晶粒子の配向性の劣化に至る。
【０００７】さらに、基板材質と酸化亜鉛の格子定数の
不整合から薄膜を構成する酸化亜鉛粒子に内部応力、内
部歪みが蓄えられ、これにより、酸化亜鉛粒子に欠陥が
導入され、結晶配向性が低下する。
不整合から薄膜を構成する酸化亜鉛粒子に内部応力、内
部歪みが蓄えられ、これにより、酸化亜鉛粒子に欠陥が
導入され、結晶配向性が低下する。
【０００８】酸化亜鉛薄膜導電体の配向性の劣化は、薄
膜中の粒界における電気障壁の形成をもたらし、例え
ば、"ElectricProperties of Zinc Oxide Epitaxial Fi
lms Grown by Ion Beam Sputtering withOxygen-Radica
l Irradiation", T. Tsurumi,S. Nishizawa, N. Ohashi
and T.Ohgaki, Jpn J.Appl. Phys., 38 (1999) 3682に
見られるように粒界の形成は伝導性の低下をもたらす。
膜中の粒界における電気障壁の形成をもたらし、例え
ば、"ElectricProperties of Zinc Oxide Epitaxial Fi
lms Grown by Ion Beam Sputtering withOxygen-Radica
l Irradiation", T. Tsurumi,S. Nishizawa, N. Ohashi
and T.Ohgaki, Jpn J.Appl. Phys., 38 (1999) 3682に
見られるように粒界の形成は伝導性の低下をもたらす。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】結晶配向性劣化の原因
がアルミナ基板と界面との格子不整合による内部応力に
最も依存することを仮定し、基板に対して一定膜厚の酸
化亜鉛基材料を成膜した後に、しかるべき成膜休止時間
を設定し、その休止時間の間、成膜を休止する。この休
止時間においてすでに堆積された初期成膜（第一段階）
中の内部応力が緩和される。この内部応力緩和の後に第
二段階成膜を実施することにより、第一段階成膜で薄膜
に導入された歪み、欠陥、応力の影響を受けることなし
に薄膜が形成できる。
がアルミナ基板と界面との格子不整合による内部応力に
最も依存することを仮定し、基板に対して一定膜厚の酸
化亜鉛基材料を成膜した後に、しかるべき成膜休止時間
を設定し、その休止時間の間、成膜を休止する。この休
止時間においてすでに堆積された初期成膜（第一段階）
中の内部応力が緩和される。この内部応力緩和の後に第
二段階成膜を実施することにより、第一段階成膜で薄膜
に導入された歪み、欠陥、応力の影響を受けることなし
に薄膜が形成できる。
【００１０】図１は、アルゴンガスをスパッタガスとし
て用いた従来法のスパッタ法で作製した場合の純粋な酸
化亜鉛薄膜のＸ線極点図形である。極点図形は薄膜中の
結晶の配向性評価に有効であり、図１に示した極点の分
布、広がりが小さいほど高い配向性を持った薄膜である
ことを示す評価方法である。この図１から、純粋酸化亜
鉛では６回対称をもつスポット状のパターンが確認され
ており、高い配向性が得やすいことが分かる。
て用いた従来法のスパッタ法で作製した場合の純粋な酸
化亜鉛薄膜のＸ線極点図形である。極点図形は薄膜中の
結晶の配向性評価に有効であり、図１に示した極点の分
布、広がりが小さいほど高い配向性を持った薄膜である
ことを示す評価方法である。この図１から、純粋酸化亜
鉛では６回対称をもつスポット状のパターンが確認され
ており、高い配向性が得やすいことが分かる。
【００１１】図２は、ターゲット以外の成膜条件を図１
の場合と全く同じ条件にして、原子比で約１７％のイン
ジウムを添加した酸化亜鉛薄膜を成膜した試料のＸ線回
折極点図形である。スポットパターンは確認されず、ブ
ロードパターンとなっており、高濃度にドープした薄膜
を高い配向性で作製することが従来法では難しいことが
分かる。
の場合と全く同じ条件にして、原子比で約１７％のイン
ジウムを添加した酸化亜鉛薄膜を成膜した試料のＸ線回
折極点図形である。スポットパターンは確認されず、ブ
ロードパターンとなっており、高濃度にドープした薄膜
を高い配向性で作製することが従来法では難しいことが
分かる。
【００１２】そこで、本発明は、高い伝導性を示す酸化
亜鉛を得るために高濃度のインジウムドープを施しつ
つ、高い結晶粒子配向性を実現した酸化亜鉛薄膜をスパ
ッタリング法で製造することを課題とする。
亜鉛を得るために高濃度のインジウムドープを施しつ
つ、高い結晶粒子配向性を実現した酸化亜鉛薄膜をスパ
ッタリング法で製造することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
には、アルゴンをスパッタリングガスとして用いた式
（１）の状態による電荷キャリアーの注入の促進、伝
導度を高めるため、高濃度のインジウム添加を施す、
基板材質との格子定数不整合により生じる配向劣化の抑
制が必要である。
には、アルゴンをスパッタリングガスとして用いた式
（１）の状態による電荷キャリアーの注入の促進、伝
導度を高めるため、高濃度のインジウム添加を施す、
基板材質との格子定数不整合により生じる配向劣化の抑
制が必要である。
【００１４】すなわち、本発明は、マグネトロンスパッ
タ法による酸化亜鉛基薄膜材料の製造法であって、アル
ミナ単結晶基板上に基板温度４００℃から６００℃にて
成膜厚さを５〜２０ｎｍとする初期成膜(第一段階)を施
した後に、基板温度を保持したままの状態でスパッタ装
置のプラズマを消火し、５分以上の成膜休止時間をお
き、しかる後に亜鉛に対してインジウムを原子比で５％
以上添加した酸化物ターゲットを用い、スパッタガスを
アルゴンガスとして、２００ｎｍ以上の膜厚に達するま
での成膜(第二段階)を行う、ことを特徴とする、Ｘ線極
点図形測定において、六回対称のスポットからなるパタ
ーンが認められる高い結晶軸（ｃ軸）配向性を持つた酸
化亜鉛基薄膜を得ることを特徴とする酸化亜鉛基薄膜材
料の製造法である。
タ法による酸化亜鉛基薄膜材料の製造法であって、アル
ミナ単結晶基板上に基板温度４００℃から６００℃にて
成膜厚さを５〜２０ｎｍとする初期成膜(第一段階)を施
した後に、基板温度を保持したままの状態でスパッタ装
置のプラズマを消火し、５分以上の成膜休止時間をお
き、しかる後に亜鉛に対してインジウムを原子比で５％
以上添加した酸化物ターゲットを用い、スパッタガスを
アルゴンガスとして、２００ｎｍ以上の膜厚に達するま
での成膜(第二段階)を行う、ことを特徴とする、Ｘ線極
点図形測定において、六回対称のスポットからなるパタ
ーンが認められる高い結晶軸（ｃ軸）配向性を持つた酸
化亜鉛基薄膜を得ることを特徴とする酸化亜鉛基薄膜材
料の製造法である。
【００１５】また、本発明は、インジウムが１０20ｃｍ
-3以上の高濃度にドープされた酸化亜鉛基薄膜を得るこ
とを特徴とする、上記の酸化亜鉛基薄膜材料の製造法で
ある。
-3以上の高濃度にドープされた酸化亜鉛基薄膜を得るこ
とを特徴とする、上記の酸化亜鉛基薄膜材料の製造法で
ある。
【００１６】また、本発明は、第一段階の成膜に際し、
酸化亜鉛ターゲット、亜鉛に対してアルミを原子比で５
％以下添加した酸化物ターゲット、または亜鉛に対して
インジウムを原子比で５％以上含有した酸化物ターゲッ
トを用いることを特徴とする、上記の酸化亜鉛基薄膜材
料の製造法である。
酸化亜鉛ターゲット、亜鉛に対してアルミを原子比で５
％以下添加した酸化物ターゲット、または亜鉛に対して
インジウムを原子比で５％以上含有した酸化物ターゲッ
トを用いることを特徴とする、上記の酸化亜鉛基薄膜材
料の製造法である。
【００１７】また、本発明は、第一段階の成膜に際し、
スパッタガスに酸素を体積比で５０％以下加えたアルゴ
ンガスを用い、第二段階の成膜に際し、スパッタガスを
純アルゴンガスとすることで、酸化亜鉛薄膜中の酸素含
有量を変化させることを特徴とする、上記の酸化亜鉛基
薄膜材料の製造法である。
スパッタガスに酸素を体積比で５０％以下加えたアルゴ
ンガスを用い、第二段階の成膜に際し、スパッタガスを
純アルゴンガスとすることで、酸化亜鉛薄膜中の酸素含
有量を変化させることを特徴とする、上記の酸化亜鉛基
薄膜材料の製造法である。
【００１８】また、本発明は、室温での電気抵抗率が１
０-3オーム・ｃｍ以下である高電気伝導性をもった酸化
亜鉛基薄膜を得ることを特徴とする、上記の酸化亜鉛基
薄膜製造法である。
０-3オーム・ｃｍ以下である高電気伝導性をもった酸化
亜鉛基薄膜を得ることを特徴とする、上記の酸化亜鉛基
薄膜製造法である。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の製造法は、以下に述べる
第一段階成膜、休止時間、第二段階成膜を順に行うこと
によって実施する。本発明の方法において、「第１段階
成膜」と「休止時間」は、「第２段階成膜」で高い結晶
性と高い電気伝導性を同時に満足した薄膜を得るための
「下地作り」に当たる。伝導性を付与した薄膜として利
用されるのは、第２段階で作られた部分であって、第一
段階で成膜した薄膜は、基板をうっすらと覆う「下地」
であり、必ずしも、高い伝導性を有している必要はな
い。
第一段階成膜、休止時間、第二段階成膜を順に行うこと
によって実施する。本発明の方法において、「第１段階
成膜」と「休止時間」は、「第２段階成膜」で高い結晶
性と高い電気伝導性を同時に満足した薄膜を得るための
「下地作り」に当たる。伝導性を付与した薄膜として利
用されるのは、第２段階で作られた部分であって、第一
段階で成膜した薄膜は、基板をうっすらと覆う「下地」
であり、必ずしも、高い伝導性を有している必要はな
い。
【００２０】第一段階成膜
スパッタ装置にアルミナ単結晶基板を導入し、基板温度
を４００℃から６００℃にて成膜を開始する。ターゲッ
トは第二段階成膜で用いる亜鉛に対してインジウムを原
子比で５％以上添加した酸化物ターゲットを用いてもよ
く、また、酸化亜鉛ターゲット、アルミを原子比で５％
以下添加した酸化物ターゲットを用いても良い。第一段
階成膜は下地作りであり、ここで、ある程度高い結晶性
を実現する必要がある。アルミを原子比で５％を越えて
加えたターゲットを用いて、第一段階の成膜をすると、
結晶性の低い膜になってしまい、下地としての役割を果
たさなくなる。第一段階の成膜は下地作りなので、アル
ミを加えなくてもかまわない。
を４００℃から６００℃にて成膜を開始する。ターゲッ
トは第二段階成膜で用いる亜鉛に対してインジウムを原
子比で５％以上添加した酸化物ターゲットを用いてもよ
く、また、酸化亜鉛ターゲット、アルミを原子比で５％
以下添加した酸化物ターゲットを用いても良い。第一段
階成膜は下地作りであり、ここで、ある程度高い結晶性
を実現する必要がある。アルミを原子比で５％を越えて
加えたターゲットを用いて、第一段階の成膜をすると、
結晶性の低い膜になってしまい、下地としての役割を果
たさなくなる。第一段階の成膜は下地作りなので、アル
ミを加えなくてもかまわない。
【００２１】第一段階成膜の際のスパッタガスは、アル
ゴンと酸素の混合ガスとし、酸素濃度を５０％以下とす
ることが好ましい。酸素ガスを必要以上に加えると、装
置内の金属部品を酸化し、清浄な装置の動作が確保でき
なくなる可能性がある。基板温度が、４００℃未満であ
ると、休止時間中の歪み・応力の緩和が起こるだけの十
分な熱エネルギーを与えることができない。基板温度が
６００℃をこえると、薄膜が成膜中に再蒸発する確率が
上がり、成膜が不安定になる。
ゴンと酸素の混合ガスとし、酸素濃度を５０％以下とす
ることが好ましい。酸素ガスを必要以上に加えると、装
置内の金属部品を酸化し、清浄な装置の動作が確保でき
なくなる可能性がある。基板温度が、４００℃未満であ
ると、休止時間中の歪み・応力の緩和が起こるだけの十
分な熱エネルギーを与えることができない。基板温度が
６００℃をこえると、薄膜が成膜中に再蒸発する確率が
上がり、成膜が不安定になる。
【００２２】本発明は、特に、第一段階の成膜における
薄膜組成に特段の制限を加えるものではなく、５〜２０
ｎｍの膜厚の酸化亜鉛基薄膜を得ることをもって、第一
段階とする。第一段階の成膜で、５ｎｍよりも薄い膜を
付けた場合、休止時間をおいても、基板のアルミナと第
一段階成膜で堆積する薄膜との格子定数差に由来する薄
膜中の歪み・応力が十分に緩和されない。そのため、そ
の後の第二段階成膜で堆積する薄膜に、この応力・歪み
が伝搬してしまう。逆に、２０ｎｍよりも厚くなると、
これは、従来法と同じことになる。すなわち、２０ｎｍ
を越える膜厚まで第一段階の成膜を行った場合、逆に、
応力や歪みを安定化させてしまう。いったん安定化して
しまうと、休止時間をおいても、応力や歪みを取り去る
ことができなくなる。
薄膜組成に特段の制限を加えるものではなく、５〜２０
ｎｍの膜厚の酸化亜鉛基薄膜を得ることをもって、第一
段階とする。第一段階の成膜で、５ｎｍよりも薄い膜を
付けた場合、休止時間をおいても、基板のアルミナと第
一段階成膜で堆積する薄膜との格子定数差に由来する薄
膜中の歪み・応力が十分に緩和されない。そのため、そ
の後の第二段階成膜で堆積する薄膜に、この応力・歪み
が伝搬してしまう。逆に、２０ｎｍよりも厚くなると、
これは、従来法と同じことになる。すなわち、２０ｎｍ
を越える膜厚まで第一段階の成膜を行った場合、逆に、
応力や歪みを安定化させてしまう。いったん安定化して
しまうと、休止時間をおいても、応力や歪みを取り去る
ことができなくなる。
【００２３】休止時間
成膜厚さが５〜２０ｎｍに達した時間をもって、プラズ
マを消火し、５分以上の成膜休止時間をおく。この休止
時間において、基板温度は先の第一段階成膜の時と同じ
温度に保つものとする。休止時間が５分未満であると、
第一段階の成膜で堆積する薄膜の構造緩和が終了せず、
良質な下地としての機能を果たさなくなる。休止時間に
よる良い下地を実現するには、応力が緩和するだけの十
分な時間、すなわち５分以上の時間が必要である。
マを消火し、５分以上の成膜休止時間をおく。この休止
時間において、基板温度は先の第一段階成膜の時と同じ
温度に保つものとする。休止時間が５分未満であると、
第一段階の成膜で堆積する薄膜の構造緩和が終了せず、
良質な下地としての機能を果たさなくなる。休止時間に
よる良い下地を実現するには、応力が緩和するだけの十
分な時間、すなわち５分以上の時間が必要である。
【００２４】第二段階成膜
休止時間の後に、基板温度を変化させることなしに、第
一段階の成膜によって得られた酸化亜鉛基薄膜の上に、
亜鉛に対してインジウムを原子比で５％以上添加した酸
化物ターゲットを用い、第二段階の成膜を行い、第二段
階で成膜される膜が２００ｎｍ以上の膜厚に達するまで
堆積させる。本発明では第二段階の成膜厚さの上限は限
定されず、酸化亜鉛基薄膜の使途に応じて必要となる膜
厚に達するまでの成膜を行う。
一段階の成膜によって得られた酸化亜鉛基薄膜の上に、
亜鉛に対してインジウムを原子比で５％以上添加した酸
化物ターゲットを用い、第二段階の成膜を行い、第二段
階で成膜される膜が２００ｎｍ以上の膜厚に達するまで
堆積させる。本発明では第二段階の成膜厚さの上限は限
定されず、酸化亜鉛基薄膜の使途に応じて必要となる膜
厚に達するまでの成膜を行う。
【００２５】スパッタガスをアルゴンガスとし、Ｉｎを
ドープすることにより高い伝導性が得られる。そのため
には、亜鉛に対してインジウムを原子比で５％以上添加
した酸化物ターゲットを用いる必要がある。インジウム
が原子比で３０％を超えると、目的としている物質以外
の結晶相が成膜されてしまう可能性があるので好ましく
は３０％以下とする。
ドープすることにより高い伝導性が得られる。そのため
には、亜鉛に対してインジウムを原子比で５％以上添加
した酸化物ターゲットを用いる必要がある。インジウム
が原子比で３０％を超えると、目的としている物質以外
の結晶相が成膜されてしまう可能性があるので好ましく
は３０％以下とする。
【００２６】第一段階の成膜で堆積する薄膜は、下地で
あり、伝導性を持たせる必要はない。第二段階の成膜で
は導電性を持った結晶性の良い薄膜を得る必要があり、
膜厚と電気伝導率は比例するので、高い伝導性を得るた
めには、少なくとも２００ｎｍの膜厚が必要となる。ま
た、２００ｎｍ未満であると、高い配向性は実現されて
も、粒子サイズが小さいため、粒界や表面の影響を受け
やすくなり、高い伝導性を実現できなくなる。
あり、伝導性を持たせる必要はない。第二段階の成膜で
は導電性を持った結晶性の良い薄膜を得る必要があり、
膜厚と電気伝導率は比例するので、高い伝導性を得るた
めには、少なくとも２００ｎｍの膜厚が必要となる。ま
た、２００ｎｍ未満であると、高い配向性は実現されて
も、粒子サイズが小さいため、粒界や表面の影響を受け
やすくなり、高い伝導性を実現できなくなる。
【００２７】第一段階の成膜で堆積する薄膜は、基板と
酸化亜鉛薄膜との格子定数不整合による歪み・応力を緩
和することを主たる目的とした薄膜であるため、伝導性
は必ずしも必要ではない。逆に、第一段階成膜で得られ
た膜が、基板と薄膜との間に生じる応力・歪みを緩和さ
せるためのものであるため、その成膜に際しては、酸素
ガスを含むアルゴンガスで成膜しても良い。ただし、添
加物が酸化亜鉛に添加されず、不純物として析出するの
を避けるため、酸素ガスは体積比で５０％以下とする。
酸化亜鉛薄膜との格子定数不整合による歪み・応力を緩
和することを主たる目的とした薄膜であるため、伝導性
は必ずしも必要ではない。逆に、第一段階成膜で得られ
た膜が、基板と薄膜との間に生じる応力・歪みを緩和さ
せるためのものであるため、その成膜に際しては、酸素
ガスを含むアルゴンガスで成膜しても良い。ただし、添
加物が酸化亜鉛に添加されず、不純物として析出するの
を避けるため、酸素ガスは体積比で５０％以下とする。
【００２８】休止時間の後の第２段階成膜では、高い伝
導性を持った薄膜を得ることが目的であり、電荷補償に
よる伝導性の低下を避けるため、純アルゴンガスにて成
膜する。こうして、第一段階と第二段階それぞれの成膜
時のスパッタガスは組成が異なってもかまわない。例え
ば、第一段階成膜時に酸素２０％のアルゴンガスを用
い、第２段階成膜の際に純アルゴンガスを用いる。第一
段階と第二段階でスパッタガスを変更する場合、休止時
間において、そのガス種を変更する。
導性を持った薄膜を得ることが目的であり、電荷補償に
よる伝導性の低下を避けるため、純アルゴンガスにて成
膜する。こうして、第一段階と第二段階それぞれの成膜
時のスパッタガスは組成が異なってもかまわない。例え
ば、第一段階成膜時に酸素２０％のアルゴンガスを用
い、第２段階成膜の際に純アルゴンガスを用いる。第一
段階と第二段階でスパッタガスを変更する場合、休止時
間において、そのガス種を変更する。
【００２９】本発明の方法により、アルミナ基板上に高
い配向性を有し、インジウムが１０ 20ｃｍ-3以上の高濃
度にドープされた、室温での電気抵抗率が１０-3オーム
・ｃｍ以下である高い電気伝導性をもつ酸化亜鉛基薄膜
が得られるので、酸化亜鉛基薄膜を使用する上で必要と
なる特性が得られる厚さ（例：電気伝導率と薄膜の寸法
によって算出される電気伝導度が使途に必要となる値に
達する厚さ）になるまで成膜する。
い配向性を有し、インジウムが１０ 20ｃｍ-3以上の高濃
度にドープされた、室温での電気抵抗率が１０-3オーム
・ｃｍ以下である高い電気伝導性をもつ酸化亜鉛基薄膜
が得られるので、酸化亜鉛基薄膜を使用する上で必要と
なる特性が得られる厚さ（例：電気伝導率と薄膜の寸法
によって算出される電気伝導度が使途に必要となる値に
達する厚さ）になるまで成膜する。
【００３０】評価
本発明による製造方法で得られた酸化亜鉛基薄膜の配向
性はＸ線極点図形によってその配向性を確認することが
可能であり、６回対称をもったスポット状のパターンが
得られることをもって配向性の確認が可能である。しか
し、このＸ線極点図形による評価はあくまで、得られた
薄膜の評価方法であって、本発明の酸化亜鉛基薄膜の製
造方法においては本質的ではなく、この評価を行わなく
とも、高い配向性を持った酸化亜鉛基薄膜を得ることが
できる。
性はＸ線極点図形によってその配向性を確認することが
可能であり、６回対称をもったスポット状のパターンが
得られることをもって配向性の確認が可能である。しか
し、このＸ線極点図形による評価はあくまで、得られた
薄膜の評価方法であって、本発明の酸化亜鉛基薄膜の製
造方法においては本質的ではなく、この評価を行わなく
とも、高い配向性を持った酸化亜鉛基薄膜を得ることが
できる。
【００３１】
【実施例】以下に、比較例および本発明の実施例を示す
が、本発明は以下の実施例によって限定されるものでは
ない。 比較例１ スパッタリングターゲットに(Zn1-xInx)Oy多結晶体(ｘ
＝０．２８６、酸素量ｙは未定量)を用い、成膜開始前
の装置内真空度が５.０× １０-4 Ｐａ以下となるマグ
ネトロンスパッタ装置により、単結晶アルミナ基板の00
01面上へ薄膜を堆積した。成膜時にＡｒガスを装置内に
導入し、装置内圧力を２Ｐａとし、基板の温度を４００
℃として薄膜を製造した。その結果として得られた薄膜
から得られたＸ線回折極点図形は図２に示すように無配
向の薄膜が得られた。
が、本発明は以下の実施例によって限定されるものでは
ない。 比較例１ スパッタリングターゲットに(Zn1-xInx)Oy多結晶体(ｘ
＝０．２８６、酸素量ｙは未定量)を用い、成膜開始前
の装置内真空度が５.０× １０-4 Ｐａ以下となるマグ
ネトロンスパッタ装置により、単結晶アルミナ基板の00
01面上へ薄膜を堆積した。成膜時にＡｒガスを装置内に
導入し、装置内圧力を２Ｐａとし、基板の温度を４００
℃として薄膜を製造した。その結果として得られた薄膜
から得られたＸ線回折極点図形は図２に示すように無配
向の薄膜が得られた。
【００３２】比較例２
スパッタリングターゲットに(Zn1-xInx)Oy多結晶体(ｘ
＝０．２８６、酸素量ｙは未定量)を用い、成膜開始前
の装置内真空度が５.０× １０-4Ｐａ以下となるマグネ
トロンスパッタ装置により、単結晶アルミナ基板の0001
面上へ薄膜を堆積した。成膜時にＡｒと酸素の混合ガス
(Ａｒ/Ｏ2＝５０/５０)を装置内に導入し、装置内圧力
を２Ｐａとし、基板の温度を４００℃として薄膜を製造
した。その結果として得られた薄膜から得られたＸ線回
折極点図形は図３に示すように６回対称を示すものの、
ブロードパターンが認められ、その配向度は低い。
＝０．２８６、酸素量ｙは未定量)を用い、成膜開始前
の装置内真空度が５.０× １０-4Ｐａ以下となるマグネ
トロンスパッタ装置により、単結晶アルミナ基板の0001
面上へ薄膜を堆積した。成膜時にＡｒと酸素の混合ガス
(Ａｒ/Ｏ2＝５０/５０)を装置内に導入し、装置内圧力
を２Ｐａとし、基板の温度を４００℃として薄膜を製造
した。その結果として得られた薄膜から得られたＸ線回
折極点図形は図３に示すように６回対称を示すものの、
ブロードパターンが認められ、その配向度は低い。
【００３３】実施例１
成膜開始前の装置内真空度が５.０ × １０-4Ｐａ以下
となるマグネトロンスパッタ装置に、ターゲットである
(Zn1-xInx)Oy多結晶体(ｘ＝０．２８６、酸素量ｙは未
定量)を取り付け、0001面上の単結晶アルミナ基板を導
入する。基板温度を４００℃とし、スパッタガスＡｒで
装置内圧力２Ｐａにより第一段階成膜を行い、成膜厚さ
約１０ｎｍの薄膜を得た。しかる後にプラズマを消火し
た。基板温度を４００℃に保ったまま、１５分間の成膜
休止時間をおいた。
となるマグネトロンスパッタ装置に、ターゲットである
(Zn1-xInx)Oy多結晶体(ｘ＝０．２８６、酸素量ｙは未
定量)を取り付け、0001面上の単結晶アルミナ基板を導
入する。基板温度を４００℃とし、スパッタガスＡｒで
装置内圧力２Ｐａにより第一段階成膜を行い、成膜厚さ
約１０ｎｍの薄膜を得た。しかる後にプラズマを消火し
た。基板温度を４００℃に保ったまま、１５分間の成膜
休止時間をおいた。
【００３４】この休止時間の後に、プラズマを再点火
し、先と同様にスパッタガスＡｒにて、第二段階の成膜
を実施し、約５００ｎｍ厚の薄膜を堆積した。ここで得
られた薄膜のＸ線回折極点図形を図４に示す。六回対称
をもつ、スポットパターンになっており、高い配向性が
実現されている。
し、先と同様にスパッタガスＡｒにて、第二段階の成膜
を実施し、約５００ｎｍ厚の薄膜を堆積した。ここで得
られた薄膜のＸ線回折極点図形を図４に示す。六回対称
をもつ、スポットパターンになっており、高い配向性が
実現されている。
【００３５】実施例２
成膜開始前の装置内真空度が５.０ × １０-4 Ｐａ以下
となるマグネトロンスパッタ装置に、ターゲットである
(Zn1-xInx)Oy多結晶体(ｘ＝０．２８６、酸素量ｙは未
定量)と(Zn1-xAlx)Oy多結晶体(ｘ＝０．０５、酸素量ｙ
は未定量)をそれぞれ取り付け、0001面上の単結晶アル
ミナ基板を導入する。基板温度を４００℃とし、スパッ
タガスＡｒで装置内圧力２Ｐａにより先に取り付けた二
つのターゲットのうちのひとつであるＺｎＯ多結晶体を
ターゲットとして第一段階成膜を行い、成膜厚さ約１０
ｎｍの薄膜を得た。しかる後にプラズマを消火した。基
板温度を４００℃に保ったまま、１５分間の成膜休止時
間をおいた。
となるマグネトロンスパッタ装置に、ターゲットである
(Zn1-xInx)Oy多結晶体(ｘ＝０．２８６、酸素量ｙは未
定量)と(Zn1-xAlx)Oy多結晶体(ｘ＝０．０５、酸素量ｙ
は未定量)をそれぞれ取り付け、0001面上の単結晶アル
ミナ基板を導入する。基板温度を４００℃とし、スパッ
タガスＡｒで装置内圧力２Ｐａにより先に取り付けた二
つのターゲットのうちのひとつであるＺｎＯ多結晶体を
ターゲットとして第一段階成膜を行い、成膜厚さ約１０
ｎｍの薄膜を得た。しかる後にプラズマを消火した。基
板温度を４００℃に保ったまま、１５分間の成膜休止時
間をおいた。
【００３６】この休止時間の後に、プラズマを再点火
し、先と同様にスパッタガスＡｒで第二段階の成膜を実
施し、約８００ｎｍ厚の薄膜を堆積した。ここで得られ
た薄膜のＸ線回折極点図形は図４に示すものと同様であ
った。
し、先と同様にスパッタガスＡｒで第二段階の成膜を実
施し、約８００ｎｍ厚の薄膜を堆積した。ここで得られ
た薄膜のＸ線回折極点図形は図４に示すものと同様であ
った。
【００３７】実施例３
成膜開始前の装置内真空度が５.０ × １０-4 Ｐａ以下
となるマグネトロンスパッタ装置に、ターゲットである
(Zn1-xInx)Oy多結晶体(ｘ＝０．２８６、酸素量ｙは未
定量)を取り付け、0001面上の単結晶アルミナ基板を導
入する。基板温度を４００℃とし、スパッタガスＡｒと
酸素の混合ガス(Ａｒ/Ｏ2＝５０/５０)で装置内圧力２
Ｐａにより第一段階成膜を行い、成膜厚さ約１０ｎｍの
薄膜を得た。しかる後にプラズマを消火した。基板温度
を４００℃に保ったまま、１５分間の成膜休止時間をお
いた。
となるマグネトロンスパッタ装置に、ターゲットである
(Zn1-xInx)Oy多結晶体(ｘ＝０．２８６、酸素量ｙは未
定量)を取り付け、0001面上の単結晶アルミナ基板を導
入する。基板温度を４００℃とし、スパッタガスＡｒと
酸素の混合ガス(Ａｒ/Ｏ2＝５０/５０)で装置内圧力２
Ｐａにより第一段階成膜を行い、成膜厚さ約１０ｎｍの
薄膜を得た。しかる後にプラズマを消火した。基板温度
を４００℃に保ったまま、１５分間の成膜休止時間をお
いた。
【００３８】この休止時間の後に、プラズマを再点火
し、スパッタガスＡｒにて第二段階の成膜を実施し、約
５００ｎｍ厚の薄膜を堆積した。ここで得られた薄膜の
Ｘ線回折極点図形を図５に示す。六回対称をもつ、スポ
ットパターンになっており、高い配向性が実現されてい
る。
し、スパッタガスＡｒにて第二段階の成膜を実施し、約
５００ｎｍ厚の薄膜を堆積した。ここで得られた薄膜の
Ｘ線回折極点図形を図５に示す。六回対称をもつ、スポ
ットパターンになっており、高い配向性が実現されてい
る。
【００３９】実施例と比較例の相互比較
総膜厚、ターゲット材組成は、何れも同じ条件であり、
図２と図４との間に見られる差異は第一段階成膜、休止
時間、第二段階成膜を順に行う技術によって実現されて
いる。実施例１、２および３の比較から第一段階成膜と
第二段階成膜のスパッタガス、ターゲット材料を変更し
た場合においても、高い配向性を持った酸化亜鉛基薄膜
が製造されることが分かる。また、電気抵抗率測定の結
果、実施例１〜３によって製造されたインジウム添加酸
化亜鉛基薄膜においては、何れも約１×１０-3オーム・
ｃｍの電気抵抗率が得られた。特に実施例２において
は、７×１０-4オーム・ｃｍの電気抵抗率が得られた。
図２と図４との間に見られる差異は第一段階成膜、休止
時間、第二段階成膜を順に行う技術によって実現されて
いる。実施例１、２および３の比較から第一段階成膜と
第二段階成膜のスパッタガス、ターゲット材料を変更し
た場合においても、高い配向性を持った酸化亜鉛基薄膜
が製造されることが分かる。また、電気抵抗率測定の結
果、実施例１〜３によって製造されたインジウム添加酸
化亜鉛基薄膜においては、何れも約１×１０-3オーム・
ｃｍの電気抵抗率が得られた。特に実施例２において
は、７×１０-4オーム・ｃｍの電気抵抗率が得られた。
【図１】図１は、アルゴンガスをスパッタガスとして用
いた従来法のスパッタ法で作製した場合の純粋な酸化亜
鉛薄膜のＸ線極点図形である。
いた従来法のスパッタ法で作製した場合の純粋な酸化亜
鉛薄膜のＸ線極点図形である。
【図２】図２は、アルゴンガスをスパッタガスとして用
いた比較例１のスパッタ法で作製した場合のインジウム
添加酸化亜鉛薄膜のＸ線極点図形である。
いた比較例１のスパッタ法で作製した場合のインジウム
添加酸化亜鉛薄膜のＸ線極点図形である。
【図３】図３は、酸素／アルゴンガスをスパッタガスと
して用いた比較例２のスパッタ法で作製した場合のイン
ジウム添加酸化亜鉛薄膜のＸ線極点図形である。
して用いた比較例２のスパッタ法で作製した場合のイン
ジウム添加酸化亜鉛薄膜のＸ線極点図形である。
【図４】図４は、アルゴンガスをスパッタガスとして用
いた実施例１のスパッタ法で作製した場合のインジウム
添加酸化亜鉛薄膜のＸ線極点図形である。
いた実施例１のスパッタ法で作製した場合のインジウム
添加酸化亜鉛薄膜のＸ線極点図形である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 坂口 勲
茨城県つくば市千現１−２−１独立行政法
人物質・材料研究機構内
(72)発明者 大橋 直樹
茨城県つくば市千現１−２−１独立行政法
人物質・材料研究機構内
Ｆターム(参考） 4K029 AA07 BA43 BA50 BB01 BC03
CA05 DC05 DC39 EA01 EA05
EA08
5G323 BA02 BB05
Claims (5)
- 【請求項１】 マグネトロンスパッタ法による酸化亜鉛
基薄膜材料の製造法であって、アルミナ単結晶基板上に
基板温度４００℃から６００℃にて成膜厚さを５〜２０
ｎｍとする初期成膜(第一段階)を施した後に、基板温度
を保持したままの状態でスパッタ装置のプラズマを消火
し、５分以上の成膜休止時間をおき、しかる後に亜鉛に
対してインジウムを原子比で５％以上添加した酸化物タ
ーゲットを用い、スパッタガスをアルゴンガスとして、
２００ｎｍ以上の膜厚に達するまでの成膜(第二段階)を
行う、ことを特徴とする、Ｘ線極点図形測定において、
六回対称のスポットからなるパターンが認められる高い
結晶軸（ｃ軸）配向性を持つた酸化亜鉛基薄膜を得るこ
とを特徴とする酸化亜鉛基薄膜材料の製造法。 - 【請求項２】 インジウムが１０20ｃｍ-3以上の高濃度
にドープされた酸化亜鉛基薄膜を得ることを特徴とす
る、請求項１記載の酸化亜鉛基薄膜材料の製造法。 - 【請求項３】 第一段階の成膜に際し、酸化亜鉛ターゲ
ット、亜鉛に対してアルミを原子比で５％以下添加した
酸化物ターゲット、または亜鉛に対してインジウムを原
子比で５％以上含有した酸化物ターゲットを用いること
を特徴とする、請求項１または２記載の酸化亜鉛基薄膜
材料の製造法。 - 【請求項４】 第一段階の成膜に際し、スパッタガスに
酸素を体積比で５０％以下加えたアルゴンガスを用い、
第二段階の成膜に際し、スパッタガスを純アルゴンガス
とすることで、酸化亜鉛薄膜中の酸素含有量を変化させ
ることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の
酸化亜鉛基薄膜材料の製造法。 - 【請求項５】 室温での電気抵抗率が１０-3オーム・ｃ
ｍ以下である高電気伝導性をもった酸化亜鉛基薄膜を得
ることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の
酸化亜鉛基薄膜材料の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001228191A JP3660980B2 (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 酸化亜鉛基薄膜材料の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001228191A JP3660980B2 (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 酸化亜鉛基薄膜材料の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003041363A true JP2003041363A (ja) | 2003-02-13 |
| JP3660980B2 JP3660980B2 (ja) | 2005-06-15 |
Family
ID=19060736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001228191A Expired - Lifetime JP3660980B2 (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 酸化亜鉛基薄膜材料の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3660980B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008285339A (ja) * | 2007-05-15 | 2008-11-27 | Shimane Univ | セラミックス膜、発光素子及びセラミックス膜の製造方法 |
| CN102191465A (zh) * | 2010-03-18 | 2011-09-21 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种铟掺杂氧化锌靶材及透明导电膜的制备方法 |
-
2001
- 2001-07-27 JP JP2001228191A patent/JP3660980B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008285339A (ja) * | 2007-05-15 | 2008-11-27 | Shimane Univ | セラミックス膜、発光素子及びセラミックス膜の製造方法 |
| CN102191465A (zh) * | 2010-03-18 | 2011-09-21 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种铟掺杂氧化锌靶材及透明导电膜的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3660980B2 (ja) | 2005-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3694737B2 (ja) | 酸化亜鉛基ホモロガス化合物薄膜の製造法 | |
| US6294274B1 (en) | Oxide thin film | |
| KR100649838B1 (ko) | 투명한 전도성 적층물 및 이의 제조방법 | |
| Zeng et al. | Effect of deposition conditions on optical and electrical properties of ZnO films prepared by pulsed laser deposition | |
| Taga et al. | Electrical properties of heteroepitaxial grown tin‐doped indium oxide films | |
| Yu et al. | Defects and properties of cadmium oxide based transparent conductors | |
| US20130140502A1 (en) | Sputtering target | |
| TW201714854A (zh) | 結晶質氧化物半導體薄膜、結晶質氧化物半導體薄膜之製造方法及薄膜電晶體 | |
| EP2736069B1 (en) | Method for producing p-type ZnO-based compound semiconductor layer, method for producing ZnO-based compound semiconductor element | |
| Sultan et al. | Structural morphology and electrical transitions of V2O3 thin films grown on SiO2/Si by high power impulse magnetron sputtering | |
| Ardakani | Electrical conductivity of in situ “hydrogen-reduced” and structural properties of zinc oxide thin films deposited in different ambients by pulsed excimer laser ablation | |
| JPH07262829A (ja) | 透明導電膜及びその形成方法 | |
| Adurodija et al. | Effects of stress on the structure of indium-tin-oxide thin films grown by pulsed laser deposition | |
| Zou et al. | Structural, optical and electrical properties of ZnO films grown on c-plane sapphire and (1 0 0) γ-LiAlO2 by pulse laser deposition | |
| JP3660980B2 (ja) | 酸化亜鉛基薄膜材料の製造法 | |
| US20240003051A1 (en) | New transparent conductive oxide thin film and use thereof | |
| EP2765625A1 (en) | Method of Forming Nano Crystals and Method of Manufacturing Organic Light-Emitting Display Apparatus Including Thin Film Having the Same | |
| JP4136531B2 (ja) | 透明導電膜、及びその製造方法 | |
| Pan et al. | Microstructure of and crystal defects in nanocrystalline tin dioxide thin films | |
| JPH06275130A (ja) | 透明導電膜 | |
| KR100594383B1 (ko) | 알루미늄이 도핑된 산화 아연 박막 제조 방법 | |
| JPH02259062A (ja) | 酸化物薄膜の製造方法 | |
| Ali et al. | Optimization of In2O3 transparent conductive films by Ge ion implantation | |
| JP2541037B2 (ja) | 酸化物超電導薄膜合成方法 | |
| Iwatsubo | Ultrathin Au Films with Ultraviolet Transparency and Conductivity Deposited by Dual Ion Beam Sputtering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041102 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041124 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050119 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050222 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3660980 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |