JP2006299412A - Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜の成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】カバー２６内部に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のターゲットを設け、これらの上方に基板１を配置し、ポンプによってカバー２６内を真空にした後、不活性ガス中に酸素を含有させた混合ガスをカバー２６内に導入する。ターゲット２１ａ，２１ｂに交互にパルスパケット状の電圧を印加する。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、ＰＥＭ３１ａ，３１ｂによって検知される。各ターゲット２１ａ，２１ｂのスパッタ速度が算出され、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内に供給する酸素量、並びにカバー内の圧力が制御される。
【選択図】図１

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。

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_２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）。

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）。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〈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。

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。

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。

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。

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。

〈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。

〈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。

〈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。

〈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。

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。

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。

〈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、ＩｎＧａＯ_３−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ＺｎＯ_１−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。

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。

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。

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。

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。

〈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。

〈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。

〈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。

〈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。

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。

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。

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。 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。

符号の説明

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

Claims (11)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。

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