JP2011241471A - Method and apparatus of forming conductive thin film - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique of sputtering film deposition which satisfies various film properties at the same time.SOLUTION: In a method of forming a conductive thin film on a substrate using a sputtering phenomenon, at least one of deposition parameters including sputter electric power, sputter gas, and reactive gas is shifted to two values and its time division ratio is controlled during the thin film deposition. A method of forming the conductive thin film on a semiconductor having either p-type or n-type conductivity, in which an intense plasma irradiation is performed when starting deposition onto the semiconductor, can also be employed.

Description

本発明は、発光デバイスや表示デバイスに用いられる導電性薄膜の形成方法およびそれに用いられる装置、とりわけ酸化物透明導電性薄膜の形成方法およびそれに用いられる装置に関する。   The present invention relates to a method for forming a conductive thin film used for a light emitting device or a display device and an apparatus used therefor, and more particularly to a method for forming an oxide transparent conductive thin film and an apparatus used therefor.

透明導電性薄膜(以下、単に、薄膜、導電性薄膜ともいう)としては、各種表示デバイス等に広く用いられているITOの他に、IZO、ZnO、AZO、GZOなどが知られている。これらの薄膜の形成法としては、真空蒸着法やスパッタ法のほか、PLD(Pulsed Laser Deposition)やゾルゲル法など、様々な手法が試みられている。これらの薄膜は一般に酸化物などの2元または3元以上の化合物であり、形成法によって、膜組成や結晶性のほか、電気電導率や光学的な透過性、表面平坦性が大きく変化する。このため、例えば同じITOであっても、適用するデバイスに応じて形成法や条件を変え、必要とする特性を引き出してそれぞれのデバイスに利用している。   As a transparent conductive thin film (hereinafter, also simply referred to as a thin film or a conductive thin film), IZO, ZnO, AZO, GZO and the like are known in addition to ITO widely used in various display devices. As a method for forming these thin films, various methods such as a vacuum deposition method and a sputtering method, a PLD (Pulsed Laser Deposition) method, and a sol-gel method have been tried. These thin films are generally binary or ternary compounds such as oxides, and the electrical conductivity, optical transparency, and surface flatness, as well as the film composition and crystallinity, vary greatly depending on the formation method. For this reason, even for the same ITO, for example, the formation method and conditions are changed according to the device to be applied, and necessary characteristics are extracted and used for each device.

従来ITO膜の形成法として最も一般的に用いられている方法は、スパッタと真空蒸着である。スパッタは大面積基板に均一に成膜でき、膜質も優れていることから、液晶パネルやタッチパネルなど、表示デバイスで多用されている。一方、LEDなどのように、成膜基板が半導体である場合には、半導体へのダメージの懸念や半導体とのオーミックコンタクトが困難であるなどの理由からスパッタが避けられ、長年にわたって真空蒸着が用いられてきた。   Conventionally, the most commonly used methods for forming an ITO film are sputtering and vacuum deposition. Sputtering is widely used in display devices such as liquid crystal panels and touch panels because it can be uniformly formed on a large area substrate and has excellent film quality. On the other hand, when the deposition substrate is a semiconductor, such as an LED, sputtering is avoided for reasons such as concerns about damage to the semiconductor and difficulty in ohmic contact with the semiconductor, and vacuum deposition has been used for many years. Has been.

しかしながら、蒸着で形成したITO膜は、一般に針状結晶のような不安定な膜になりやすく、デバイスプロセスで薬品耐性が不十分な点や、透過率や平坦性などの薄膜特性についての要求特性を満足できないなどで、他の成膜法に置き換えようとする試みが成されている。   However, ITO films formed by vapor deposition tend to be unstable films such as needle crystals in general, have insufficient chemical resistance in device processes, and require characteristics for thin film characteristics such as transmittance and flatness. Attempts to replace it with other film forming methods have been made.

また、スパッタ、真空蒸着の何れにおいても、成膜中に微量の酸素を添加することで導電性や透過性などの特性を確保しているため、ガス流量制御性の精度や真空中の残留水分の影響で、成膜の安定性や再現性が極めて困難であった。   In addition, in both sputtering and vacuum deposition, characteristics such as conductivity and permeability are ensured by adding a small amount of oxygen during film formation, so the accuracy of gas flow controllability and residual moisture in vacuum As a result, film formation stability and reproducibility were extremely difficult.

特許第1553959号公報Japanese Patent No. 1553959 特許第1462543号公報Japanese Patent No. 1462543

このように近年では透明導電性薄膜に要求される特性は極めて多岐にわたっており、しかも適用するデバイスによって必要とする特性が大きく異なっているという事情がある。例えば液晶表示デバイスにおいては、導電性や透過率などが主に要求される特性となるが、LEDではこれらのほかに半導体との低いコンタクト抵抗が要求される。特に、キャリア濃度の低いp型GaNに対しては良好なコンタクトを得ることが極めて困難である。   Thus, in recent years, the characteristics required for transparent conductive thin films are extremely diverse, and the required characteristics are greatly different depending on the device to be applied. For example, in a liquid crystal display device, characteristics such as conductivity and transmittance are mainly required, but in addition to these, an LED requires low contact resistance with a semiconductor. In particular, it is very difficult to obtain a good contact for p-type GaN having a low carrier concentration.

真空蒸着で形成したITO膜では比較的容易にオーミックコンタクトを得ることが可能であるが、膜質は不十分である。一方、スパッタ法では良好な膜質が得られる一方でオーミックコンタクトが困難である。また、何れの形成法においても微量な酸素添加が難しく、抵抗率や透過率のほか、平坦性などのすべての特性を満足させることが極めて困難であった。   An ITO film formed by vacuum evaporation can obtain an ohmic contact relatively easily, but the film quality is insufficient. On the other hand, the sputter method can provide good film quality, but it is difficult to make ohmic contact. In any of the forming methods, it is difficult to add a small amount of oxygen, and it is extremely difficult to satisfy all the characteristics such as flatness as well as resistivity and transmittance.

このような問題に鑑み、本発明の目的は、スパッタ成膜において、あらゆる膜特性を同時に満足させる手法を提供することにある。   In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a technique for simultaneously satisfying all film characteristics in sputtering film formation.

上記の課題を解決するために、本発明は、スパッタ現象を利用して基板上に導電性薄膜を形成する方法であって、薄膜形成中に、スパッタ電力、スパッタガス、および反応性ガスを含む成膜パラメータの少なくとも1つを2つの値に変動させ、その時間分割比を制御することを特徴とする導電性薄膜の形成方法である。   In order to solve the above problems, the present invention is a method of forming a conductive thin film on a substrate using a sputtering phenomenon, and includes sputtering power, sputtering gas, and reactive gas during the thin film formation. It is a method for forming a conductive thin film characterized in that at least one of the deposition parameters is changed to two values and the time division ratio is controlled.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の導電性薄膜の形成方法において、プラズマ生成法としてECRを用い、前記成膜パラメータにマイクロ波電力をさらに含むことを特徴とする
請求項3に記載の発明は、p型またはn型の導電型を有する半導体上に導電性薄膜を形成する方法において、半導体上への成膜開始時点に、強度にプラズマ照射を行うことを特徴とする導電性薄膜の形成方法である。
According to a second aspect of the present invention, in the method for forming a conductive thin film according to the first aspect, ECR is used as a plasma generation method, and the film formation parameter further includes microwave power. According to the invention described in the above item, in the method for forming a conductive thin film on a semiconductor having p-type or n-type conductivity, plasma irradiation is intensely performed at the start of film formation on the semiconductor. Is a method for forming a conductive thin film.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の導電性薄膜の形成方法において、プラズマ生成法がECRであることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the method for forming a conductive thin film according to the third aspect, the plasma generation method is ECR.

請求項5に記載の発明は、スパッタ現象を利用して基板上に導電性薄膜を形成する装置であって、薄膜形成中に、スパッタ電力、スパッタガス、および反応性ガスを含む成膜パラメータの少なくとも1つを、2つの値に変動させ、その時間分割比を制御する手段を有することを特徴とする導電性薄膜形成装置である。   The invention according to claim 5 is an apparatus for forming a conductive thin film on a substrate using a sputtering phenomenon, and the film formation parameters including sputtering power, sputtering gas, and reactive gas are reduced during thin film formation. It is a conductive thin film forming apparatus characterized by having means for changing at least one of the two values into two values and controlling the time division ratio.

請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の導電性薄膜形成装置において、プラズマ生成法としてECRを用い、前記成膜パラメータにマイクロ波電力をさらに含むことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the conductive thin film forming apparatus according to the fifth aspect of the present invention, ECR is used as a plasma generation method, and the film formation parameter further includes microwave power.

代表的な固体ソースECRプラズマ成膜装置の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of a typical solid source ECR plasma film-forming apparatus. 比較例1の成膜法によるITO膜の抵抗率と表面平坦性を示す図である。It is a figure which shows the resistivity and surface flatness of the ITO film | membrane by the film-forming method of the comparative example 1. 比較例1及び実施例1において形成したITO膜の透過特性を示す図である。It is a figure which shows the permeation | transmission characteristic of the ITO film | membrane formed in the comparative example 1 and Example 1. FIG. 本願発明によるコンタクト層を挿入した場合と挿入しない場合とにおけるITO/p−GaNコンタクトのI−V特性を示す図である。It is a figure which shows the IV characteristic of the ITO / p-GaN contact in the case where the contact layer by this invention is inserted, and the case where it does not insert.

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明は、スパッタリング現象を利用した導電性薄膜の成膜方法において、第1に、膜質の制御性と再現性を確保するために、成膜中にガス流量や電力の少なくとも1つを2つの値に変動させ、その時間分割比を制御する手段を用いることに特徴がある。微量な成膜パラメータをアナログ的に制御する従来の方法では、成膜条件の僅かな変動や残留ガス等によって膜質が大きく変化する欠点があったが、時間分割比で制御することで、容易に高精度な膜質制御が可能となる。また、本発明の第2の手段は、成膜開始時点で基板に強度のプラズマ照射を行うことに特徴があり、これにより導電性薄膜と半導体との良好なオーミックコンタクトを得ることができる。   The present invention provides a method for forming a conductive thin film using a sputtering phenomenon. First, in order to ensure controllability and reproducibility of film quality, at least one of gas flow rate and power is applied during film formation. It is characterized in that means for changing the value and controlling the time division ratio is used. The conventional method of controlling a very small amount of film formation parameters in analogy has the disadvantage that the film quality changes greatly due to slight fluctuations in film formation conditions and residual gas, etc. Highly accurate film quality control is possible. Further, the second means of the present invention is characterized in that the substrate is irradiated with intense plasma at the time of starting the film formation, whereby a good ohmic contact between the conductive thin film and the semiconductor can be obtained.

導電膜自身の膜特性のみを利用する、例えばタッチパネル等のデバイスに適用する場合には第1の手段だけで十分な効果が得られるが、LEDなどのように半導体とのコンタクトが必要となるデバイスでは、第1の手段および第2の手段の両方の手段を用いることとなる。   When using only the film properties of the conductive film itself, for example, when applied to a device such as a touch panel, a sufficient effect can be obtained only by the first means, but a device that requires contact with a semiconductor, such as an LED. Then, both the first means and the second means are used.

(第1の実施形態)
本実施形態では、固体ソース型ECRプラズマ成膜装置を用いたスパッタリング法によりITO膜を形成した。ECRは、Electron Cyctron Resonance、すなわち電子サイクロトロン共鳴の略記号である。固体ソース型ECRプラズマ成膜装置はこのECR現象を利用してプラズマ流を発生することができる。発生させたプラズマ流の周囲に配置したターゲットに電圧を印加することによりプラズマ中のイオンをターゲットに加速入射させてスパッタリング現象を生ぜしめ、放出したターゲット粒子を近傍に設置した試料基板上に付着させて薄膜を形成する技術は、既に特許化されている(特許文献1および2参照)。
(First embodiment)
In the present embodiment, the ITO film is formed by sputtering using a solid source type ECR plasma film forming apparatus. ECR is an abbreviation for Electron Cyctron Resonance, or electron cyclotron resonance. The solid source type ECR plasma film forming apparatus can generate a plasma flow by utilizing this ECR phenomenon. By applying a voltage to the target placed around the generated plasma flow, ions in the plasma are accelerated and incident on the target to cause a sputtering phenomenon, and the released target particles are deposited on a sample substrate placed nearby. A technique for forming a thin film has already been patented (see Patent Documents 1 and 2).

ここで、ECRスパッタ法に用いることができる固体ソースECRプラズマ装置について説明する。図1は固体ソースECRプラズマ装置の代表的な構造を示したものである。同図において、プラズマ生成室1は試料室2に対して傾斜して取り付けられており、プラズマ引出し窓3を介して試料室に繋がっている。何れも大気から隔離された密閉空間である。   Here, a solid source ECR plasma apparatus that can be used in the ECR sputtering method will be described. FIG. 1 shows a typical structure of a solid source ECR plasma apparatus. In the figure, the plasma generation chamber 1 is attached to the sample chamber 2 at an angle, and is connected to the sample chamber via the plasma extraction window 3. Both are sealed spaces isolated from the atmosphere.

回転する試料台4に置かれた試料基板5上に薄膜を形成するには、まず、プラズマ生成室1と試料室2を、排気路6を通して真空ポンプ(図示せず)により真空排気した後、ガス導入口7またはガス導入口8からガスを導入して所定の圧力に保持する。   In order to form a thin film on the sample substrate 5 placed on the rotating sample stage 4, first, the plasma generation chamber 1 and the sample chamber 2 are evacuated by a vacuum pump (not shown) through the exhaust passage 6, A gas is introduced from the gas inlet 7 or the gas inlet 8 and maintained at a predetermined pressure.

次いで、プラズマ生成室1の周囲に置かれた2つの磁気コイル9に電流を流して磁界を発生させた後、矩形導波管10に導かれたマイクロ波11をプラズマ生成室1下部のマイクロ波導入窓12を通して真空側に導入する。これにより、プラズマ生成室1内で電子サイクロトロン共鳴が生じ、ECRプラズマが発生する。   Next, a current is passed through the two magnetic coils 9 placed around the plasma generation chamber 1 to generate a magnetic field, and then the microwave 11 guided to the rectangular waveguide 10 is converted into a microwave below the plasma generation chamber 1. It introduces to the vacuum side through the introduction window 12. As a result, electron cyclotron resonance occurs in the plasma generation chamber 1, and ECR plasma is generated.

プラズマ生成室1で発生したプラズマは、発散磁界に沿ってプラズマ引出し窓3から試料基板5へプラズマ流13として流れ込む。この状態でスパッタ電源14を投入してターゲット15に電圧を印加すると、ECRプラズマ中のイオンがターゲット15に向かって加速を受け、そのイオン衝撃によってターゲット構成原子が真空中に放出される。このときにターゲットに印加するスパッタ電源としては直流(DC)または交流(RF)、DCパルスなどが用いられる。   The plasma generated in the plasma generation chamber 1 flows as a plasma flow 13 from the plasma extraction window 3 to the sample substrate 5 along the divergent magnetic field. When the sputtering power supply 14 is turned on and a voltage is applied to the target 15 in this state, ions in the ECR plasma are accelerated toward the target 15 and target constituent atoms are released into the vacuum by the ion bombardment. At this time, direct current (DC), alternating current (RF), DC pulse, or the like is used as a sputtering power source applied to the target.

ターゲット15から飛び出した粒子はあらゆる方向に進み、試料基板5上に薄膜を形成するほか、プラズマ生成室1の内壁にも付着する。ターゲットの材質としてはあらゆる固体材料が利用でき、代表的なものとして、シリコン、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、亜鉛、炭素、タンタル、モリブデン、タングステンなどのほか、ITOやIZO、STOなどの化合物も用いられる。また、成膜する際にアルゴンやキセノンなどの不活性ガス以外に酸素や窒素などを用いれば、ターゲットが単体金属の場合でもシリコン酸化物やシリコン窒化物、アルミナなどの化合物薄膜を形成することができる。   The particles that have jumped out of the target 15 travel in all directions to form a thin film on the sample substrate 5 and also adhere to the inner wall of the plasma generation chamber 1. Any solid material can be used as the target material. Typical examples include silicon, aluminum, titanium, zirconium, zinc, carbon, tantalum, molybdenum, tungsten, and compounds such as ITO, IZO, and STO. . In addition, when using oxygen or nitrogen in addition to an inert gas such as argon or xenon when forming a film, a compound thin film such as silicon oxide, silicon nitride, or alumina can be formed even when the target is a single metal. it can.

なお、シャッタ16は、通常閉鎖されており、試料基板5に対して所定の時間に渡ってプラズマ照射やスパッタ成膜処理を行う場合に開閉制御される。   The shutter 16 is normally closed and is controlled to be opened and closed when plasma irradiation or sputter film formation processing is performed on the sample substrate 5 for a predetermined time.

本実施形態におけるITO成膜は、上述の図1に示す装置において、ターゲット15としてSn組成10%のITOターゲットを用い、ガスとしてはアルゴン及び酸素を用いて、成膜中にガス流量や電力の少なくとも1つを、例えばON/OFF(1/0)などの2つの値に変動させ、その時間分割比を制御する手段を用いて行っている。制御する手段は、具体的には、スパッタ電源14、ガス導入口7または8に接続されたガス導入バルブ(図示せず)、矩形導波管10にマイクロ波11を導入するマイクロ波発生装置(図示せず)、シャッタ16をそれぞれ制御する手段などによって構成することができる。これにより、膜質の制御性と再現性を確保し、電気電導率、表面平坦性、光学的な透過性など、あらゆる要求特性を満足させている。比較のために以下の比較例1および実施例1を行った。   The ITO film formation in this embodiment uses an ITO target having a Sn composition of 10% as the target 15 and argon and oxygen as the gas in the apparatus shown in FIG. At least one is changed to two values such as ON / OFF (1/0), for example, and a means for controlling the time division ratio is used. Specifically, the control means includes a sputtering power source 14, a gas introduction valve (not shown) connected to the gas introduction port 7 or 8, and a microwave generator for introducing the microwave 11 into the rectangular waveguide 10 ( (Not shown) and means for controlling the shutter 16 respectively. As a result, the controllability and reproducibility of the film quality are ensured, and all required characteristics such as electric conductivity, surface flatness, and optical transparency are satisfied. For comparison, the following Comparative Example 1 and Example 1 were performed.

(比較例1)
まず、比較例1として、図1の装置を用いてこれまでの一般的な方法でITO膜の成膜をおこなった。このときの成膜条件は、マイクロ波11の電力300W、ターゲット15に印加するスパッタ電力300W、アルゴンガス流量25sccm、2つの磁気コイルの電流26A、基板回転15rpmとし、基板の加熱は行わなかった。酸素ガスの流量を変えて、複数のITO膜を得た。なお、アルゴンガス、酸素ガスとも、ガス導入口7から導入した。試料基板5としては、直径6インチのSUS円板に5〜20mm角に劈開したSiウエハと、同様に劈開したサファイアウエハをネジ止めしたものを用いた。それぞれの酸素ガス流量において、膜厚約100nmとなるように成膜時間を調整してITO膜を形成した。
(Comparative Example 1)
First, as Comparative Example 1, an ITO film was formed by the conventional method using the apparatus shown in FIG. The film formation conditions at this time were a microwave 11 power of 300 W, a sputtering power of 300 W applied to the target 15, an argon gas flow rate of 25 sccm, a current 26 A of two magnetic coils, and a substrate rotation of 15 rpm, and the substrate was not heated. A plurality of ITO films were obtained by changing the flow rate of oxygen gas. Argon gas and oxygen gas were introduced from the gas inlet 7. As the sample substrate 5, a Si wafer cleaved to 5 to 20 mm square on a 6-inch diameter SUS disc and a sapphire wafer cleaved in the same manner were screwed. The ITO film was formed by adjusting the film formation time so that the film thickness was about 100 nm at each oxygen gas flow rate.

上記比較例1の方法で成膜したITO膜について、Siウエハ上に形成したITO膜にヘリウム‐ネオンレーザを照射し、エリプソメトリによりITOの膜厚及び屈折率を測定した。またサファイア基板については、成膜したあとアニールを行い、その前後において、抵抗率と表面荒さ、透過率を測定した。アニールは、ゴールドファーネスを用い、窒素中で450℃、20分行った。抵抗率は四探針法、表面荒さはAFM、透過率は分光分析を、それぞれ用いて測定した。   For the ITO film formed by the method of Comparative Example 1, the ITO film formed on the Si wafer was irradiated with a helium-neon laser, and the ITO film thickness and refractive index were measured by ellipsometry. The sapphire substrate was annealed after film formation, and the resistivity, surface roughness, and transmittance were measured before and after that. The annealing was performed at 450 ° C. for 20 minutes in nitrogen using a gold furnace. The resistivity was measured using the four-probe method, the surface roughness was measured using AFM, and the transmittance was measured using spectroscopic analysis.

図2は、比較例1の方法でサファイア基板上に成膜した後にアニールしたITO膜の抵抗率と表面平坦性を、成膜時の酸素流量に対してプロットしたものである。図2において、2aは平均荒さRaを示し、2bは抵抗率ρを示している。同図によれば、僅かな酸素添加によって抵抗率ρは急激に増大し、一方で、平均荒さRaは大幅に低減されることが判る。酸素流量0sccmでは抵抗率は実用可能レベルであるが、凹凸(平均荒さRa)が大きくて問題となる可能性がある。従来の一般的な方法としては、各種特性が実用可能なレベルを満足するように、酸素流量を0.3〜0.4sccmに設定して用いてきた。しかし、これらの特性は十分満足出来るものとはならず、また、僅かな流量変化などで特性が大きく変動するため、再現性にも問題があった。   FIG. 2 plots the resistivity and surface flatness of the ITO film annealed after being deposited on the sapphire substrate by the method of Comparative Example 1 against the oxygen flow rate during deposition. In FIG. 2, 2a indicates the average roughness Ra, and 2b indicates the resistivity ρ. According to the figure, it can be seen that the resistivity ρ increases rapidly with a slight addition of oxygen, while the average roughness Ra is significantly reduced. At an oxygen flow rate of 0 sccm, the resistivity is at a practical level, but the unevenness (average roughness Ra) is large, which may cause a problem. As a conventional general method, the oxygen flow rate has been set to 0.3 to 0.4 sccm so that various characteristics satisfy practical levels. However, these characteristics are not satisfactorily satisfactory, and the characteristics fluctuate greatly due to slight changes in flow rate, and thus there is a problem in reproducibility.

また実施例1として、図1の装置を用いて本発明の方法でITO膜の成膜をおこなった。本実施例では、酸素流量を1.5sccmにして、その流量のみON/OFFを繰り返す以外は、他の全ての成膜条件を上記比較例1と同一条件で成膜を試みた。酸素流量のON/OFFは、ガス導入口7に接続されたマスフローの流量設定を1.5sccmに固定し、その配管前後に設置した2個のバルブを同時にON/OFFできるように配管を変更し、ON/OFFの時間(デューティー比)を変えた複数の条件下で成膜を行った。この方法で成膜したITO膜を上記比較例1と同様の方法で膜質を評価した。   In Example 1, an ITO film was formed by the method of the present invention using the apparatus shown in FIG. In this example, film formation was attempted under the same conditions as in Comparative Example 1 except that the oxygen flow rate was 1.5 sccm and ON / OFF was repeated only for that flow rate. The oxygen flow ON / OFF is fixed at 1.5 sccm for the mass flow connected to the gas inlet 7 and the piping is changed so that the two valves installed before and after the piping can be turned ON / OFF simultaneously. Film formation was performed under a plurality of conditions with different ON / OFF times (duty ratios). The film quality of the ITO film formed by this method was evaluated in the same manner as in Comparative Example 1 above.

その結果、ON時間1秒、OFF時間4秒の場合に抵抗率が小さく、平坦性も良好な条件が得られた。ITO膜はアニール後において、抵抗率:5.7×10-4Ωcm、Ra:0.22nmとなり、抵抗率および平坦性の両方の特性を満足し、再現性よく制御することが可能となった。またON時間、OFF時間とも2.5秒にした場合にも、これとほぼ同様のデータが得られ、抵抗率、平坦性とも極めて良好な膜質となった。 As a result, when the ON time was 1 second and the OFF time was 4 seconds, conditions with a low resistivity and good flatness were obtained. After annealing, the ITO film had a resistivity of 5.7 × 10 −4 Ωcm and a Ra of 0.22 nm, satisfying both characteristics of resistivity and flatness, and can be controlled with good reproducibility. . In addition, when both the ON time and OFF time were set to 2.5 seconds, almost the same data was obtained, and the film quality was extremely good in terms of both resistivity and flatness.

また、比較例1において酸素流量2sccmで成膜した試料と、実施例1においてON時間、OFF時間とも2.5秒の条件で形成した試料とを光学的な透過率について比較した。図3は、ITO膜の光学的な透過特性を示す図である。同図において、3aは実施例1の光学的な透過特性を示し、3bは比較例1の光学的な透過特性を示している。図3に示すように、光学的な透過率についても、本発明によるITO膜は、波長500nmで99.5%以上となり、従来法と同等以上の特性が得られ、透過波長領域は短波長側に広がることが確認された。   In addition, the optical transmittance was compared between the sample formed in Comparative Example 1 with an oxygen flow rate of 2 sccm and the sample formed in Example 1 under the conditions of both ON time and OFF time of 2.5 seconds. FIG. 3 is a diagram showing optical transmission characteristics of the ITO film. In the figure, 3a represents the optical transmission characteristics of Example 1, and 3b represents the optical transmission characteristics of Comparative Example 1. As shown in FIG. 3, the ITO film according to the present invention also has an optical transmittance of 99.5% or more at a wavelength of 500 nm, which is equivalent to or better than that of the conventional method, and the transmission wavelength region is on the short wavelength side. It was confirmed to spread.

以上説明したように、本発明によれば、導電性薄膜の物性を高精度に制御でき、電気電導率、表面平坦性、光学的な透過性など、あらゆる要求特性を満足するように最適化可能になるとともに、その再現性も容易に確保される。   As described above, according to the present invention, the physical properties of the conductive thin film can be controlled with high accuracy, and can be optimized to satisfy all required characteristics such as electrical conductivity, surface flatness, and optical transparency. In addition, the reproducibility is easily ensured.

上記以外の成膜条件例として、マイクロ波電力700W、スパッタ電力500W、アルゴンガス流量40sccm、2つの磁気コイルの電流26A、基板回転15rpm、基板加熱無しとした場合においても、酸素流量1.5sccmでON時間1秒、OFF時間4秒のほか、酸素流量0.5sccmでON時間3秒、OFF時間7秒などに設定したときに、従来法よりも優れたITO膜が得られた。酸素流量と時間分割比は、膜質を評価しながら最適化することで決定される。   As an example of film forming conditions other than the above, even when the microwave power is 700 W, the sputtering power is 500 W, the argon gas flow rate is 40 sccm, the current of the two magnetic coils is 26 A, the substrate rotation is 15 rpm, and the substrate is not heated, the oxygen flow rate is 1.5 sccm. In addition to an ON time of 1 second and an OFF time of 4 seconds, when an oxygen flow rate of 0.5 sccm was set to an ON time of 3 seconds, an OFF time of 7 seconds, an ITO film superior to the conventional method was obtained. The oxygen flow rate and the time division ratio are determined by optimizing while evaluating the film quality.

以上に示したパラメータのほかに、マイクロ波電力やスパッタ電力を様々に変えた状態で同様の酸素流量制御を行ったところ、それぞれの条件に対して上記と同等の効果が得られる酸素流量とそのON/OFFの時間分割比を選定できることが明らかとなった。傾向としては、マイクロ波電力を高くするに従って、酸素流量を最大2sccm程度までに増やすかまたは酸素のON時間を相対的に長くすることで最適条件が得られた。   In addition to the parameters shown above, the same oxygen flow rate control was performed with various changes in the microwave power and sputtering power. It became clear that the ON / OFF time division ratio can be selected. As the tendency, the optimum condition was obtained by increasing the oxygen flow rate to a maximum of about 2 sccm or relatively increasing the ON time of oxygen as the microwave power was increased.

また、以上の実施形態では、成膜中の成膜パラメータの少なくとも1つを2つの値に変動させ、その時間分割比を制御する方法として、酸素流量およびそのON/OFFの時間分割比を制御する方法を例に挙げて説明したが、酸素流量だけでなく、スパッタ電力やマイクロ波電力、スパッタガスとしてのアルゴン流量などをON/OFF以外の2つの値の時間分割比を制御しても膜質の制御性を改善することが可能であった。また、これら成膜パラメータだけでなく、必要に応じてシャッタ16の開閉を伴う場合も想定される。成膜パラメータを変えた場合にターゲット表面の酸素吸着状態などが変化し、その遷移状態における基板への成膜を避けたい場合などにはシャッタ16を閉じることになる。   In the above embodiment, as a method for controlling the time division ratio by changing at least one of the film formation parameters during film formation to two values, the oxygen flow rate and the ON / OFF time division ratio are controlled. However, the film quality can be controlled even if the time division ratio of two values other than ON / OFF is controlled for not only the oxygen flow rate but also the sputtering power, microwave power, and argon flow rate as the sputtering gas. It was possible to improve the controllability. Further, not only these film formation parameters but also a case where opening and closing of the shutter 16 is required as required. When the film formation parameters are changed, the oxygen adsorption state on the target surface changes, and when it is desired to avoid film formation on the substrate in the transition state, the shutter 16 is closed.

また、以上の実施形態では、導電性薄膜としてITOを例に挙げて説明したが、導電性薄膜としてはITOだけでなく、IZOやAZO、GZOなどの3元化合物のほか、ZnOなどの酸化物薄膜でも同様の効果が得られる。   In the above embodiment, ITO was described as an example of the conductive thin film. However, the conductive thin film is not limited to ITO, but also ternary compounds such as IZO, AZO, and GZO, and oxides such as ZnO. The same effect can be obtained with a thin film.

また、本実施例ではECRプラズマ成膜を用いたが、同様の手法は一般のスパッタや対向スパッタ、アンバランスマグネトロンスパッタ、イオンビームなどによる成膜においても実施可能である。例えば、一般のスパッタによるITO成膜において、従来はスパッタガスであるアルゴンに微量の酸素を添加していたが、本願発明による酸素流量制御によれば、制御性、再現性が大きく改善される。   Further, although ECR plasma film formation is used in this embodiment, the same method can be applied to film formation by general sputtering, counter sputtering, unbalanced magnetron sputtering, ion beam, or the like. For example, in conventional ITO film formation by sputtering, a small amount of oxygen has been conventionally added to argon, which is a sputtering gas, but controllability and reproducibility are greatly improved by oxygen flow rate control according to the present invention.

(第2の実施形態)
本実施形態では、成膜開始時点、すなわち成膜前または初期の成膜中に、被成膜基板表面に強度にプラズマ照射を行うことによってITO膜をコンタクト層として形成している。
(Second Embodiment)
In this embodiment, the ITO film is formed as a contact layer by irradiating the surface of the film formation substrate with a strong plasma at the start of film formation, that is, before film formation or during initial film formation.

ここで、ITO膜をLEDのp型GaNコンタクト電極に適用するために予め行った検討について説明する。まず、図1の装置を用いてp‐GaN基板も6インチSUS基板にセットして実施例1で用いたSiウエハとサファイアウエハと同様の方法でITOを成膜して試料を得て、この試料を評価した。   Here, the examination performed in advance for applying the ITO film to the p-type GaN contact electrode of the LED will be described. First, using the apparatus shown in FIG. 1, a p-GaN substrate is also set on a 6-inch SUS substrate, and ITO is formed in the same manner as the Si wafer and sapphire wafer used in Example 1 to obtain a sample. Samples were evaluated.

P‐GaN基板は主としてI‐V特性によりコンタクト抵抗を評価するもので、サファイア基板上にMOCVDによりMgドープGaNを成長した後、活性化アニールを行い、キャリア濃度5×1017cm‐3レベルとしたものである。GaN表面の自然酸化膜を除去するために、ITO成膜前に希フッ酸でライトエッチを行った。またITO成膜時に、直径0.1〜1mm程度の多数の穴の空いた薄いSUS板をマスクとして用い、p‐GaN基板上に円形の電極が形成されるように工夫した。I‐V特性は、これらのうちの隣り合った2つの電極間に電圧を印加して測定した。 The P-GaN substrate is used for evaluating contact resistance mainly by IV characteristics. After growing Mg-doped GaN on the sapphire substrate by MOCVD, activation annealing is performed to obtain a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 level. It is a thing. In order to remove the natural oxide film on the GaN surface, light etching was performed with dilute hydrofluoric acid before forming the ITO film. In addition, a thin SUS plate with a large number of holes having a diameter of about 0.1 to 1 mm was used as a mask when forming the ITO film so that a circular electrode was formed on the p-GaN substrate. The IV characteristics were measured by applying a voltage between two adjacent electrodes among them.

実施例1と同様の方法で成膜した上記試料では優れたITO膜特性が得られ、成膜の再現性も確保された。しかしながら、上記実施例1と同様の方法で成膜したp‐GaN基板を用いたITO/p‐GaNコンタクトの評価結果については、従来の成膜法と同様のショットキー特性を示し、全く改善されなかった。   In the above sample formed by the same method as in Example 1, excellent ITO film characteristics were obtained, and the reproducibility of the film formation was ensured. However, the evaluation result of the ITO / p-GaN contact using the p-GaN substrate formed by the same method as in Example 1 shows the same Schottky characteristic as the conventional film forming method, which is completely improved. There wasn't.

そこで、あらゆる成膜パラメータを可変してコンタクト特性を調べたところ、酸素流量を0.5sccm程度以下と少なくし、かつマイクロ波電力を500W以上と高くした方が、コンタクト特性は改善され、低電圧でも電流が流れ易くなる傾向が明らかとなった。しかしながら、酸素流量およびマイクロ波電力を最大限に変化させても全てショットキー特性を示し、オーミック特性は得られなかった。   Therefore, when the contact characteristics were examined by changing all film formation parameters, the contact characteristics were improved and the low voltage was reduced when the oxygen flow rate was reduced to about 0.5 sccm or less and the microwave power was increased to 500 W or more. However, it became clear that current tends to flow easily. However, even when the oxygen flow rate and the microwave power were changed to the maximum, all showed Schottky characteristics and no ohmic characteristics were obtained.

一方、ITO/p‐GaN界面の膜厚5nm‐10nm程度のITOのみについて酸素流量およびマイクロ波電力を可変する試みも行ったところ、コンタクト特性は界面側のITO成膜条件によって決定され、界面と離れたITOの成膜条件の影響は小さいことが判明した。これらの結果を基に、実施例1のITO成膜方法を用いた上で、p‐GaN界面に接した部分のみを各種工夫してオーミックコンタクトが得られないかを検討した。その結果、成膜開始時点、すなわち成膜前または初期の成膜中に、p‐GaN表面に十分なECRプラズマ流(強度のプラズマ)を照射することで、オーミック特性が得られる(コンタクト層が形成される)ことが明らかとなった。基板上への成膜開始時点に強度にプラズマ照射する具体的な実施法としては、以下の(A)〜(C)の3つの方法がある。   On the other hand, when an attempt was made to vary the oxygen flow rate and microwave power only for ITO having a film thickness of about 5 nm to 10 nm at the ITO / p-GaN interface, the contact characteristics were determined by the ITO film forming conditions on the interface side. It was found that the influence of the film formation conditions of the distant ITO was small. Based on these results, the ITO film forming method of Example 1 was used, and only a portion in contact with the p-GaN interface was devised to examine whether an ohmic contact could be obtained. As a result, ohmic characteristics can be obtained by irradiating the p-GaN surface with a sufficient ECR plasma flow (intensity plasma) at the start of film formation, that is, before film formation or during initial film formation. Formed). There are the following three methods (A) to (C) as specific implementation methods for irradiating plasma intensely at the start of film formation on the substrate.

(A)成膜前に圧力0.1Pa程度以上、500W程度以上のECRプラズマ流を少なくとも数秒から10分程度照射する。   (A) Before film formation, an ECR plasma flow having a pressure of about 0.1 Pa or more and about 500 W or more is irradiated for at least several seconds to about 10 minutes.

(B)圧力0.1Pa程度以上、マイクロ波電力500W程度以上の条件で、ターゲットへのスパッタ電力を下げるなどによってITO成膜速度を概略5nm/min以下に抑制して、代表的膜厚5nm‐20nmのITOを形成する。   (B) Under conditions of pressure of about 0.1 Pa or more and microwave power of about 500 W or more, the ITO film formation rate is suppressed to about 5 nm / min or less by reducing the sputtering power to the target, etc. 20 nm ITO is formed.

(C)原子1層分以上のITOを成膜した後、ターゲットへのスパッタ電力供給を停止して(A)と同じ条件のECRプラズマ流を照射するというシーケンスを繰り返し、代表的膜厚5nm‐20nmのITOを形成する。   (C) After depositing an ITO film of one atomic layer or more, repeat the sequence of stopping the sputtering power supply to the target and irradiating the ECR plasma flow under the same conditions as in (A). 20 nm ITO is formed.

以上の3つの方法は、何れもITO/p‐GaN界面形成時に、低エネルギー・高密度のイオンビームを照射するところに効果があると想定され、マイクロ波電力を高くするほど、また照射時間を長くするほどコンタクト特性改善効果が向上した。代表的には、膜厚5nmのITO成膜が完了するまでにマイクロ波電力800Wで3分程度のECRプラズマ流を照射することによって実用的に十分満足できるオーミックコンタクトが実現された。   The above three methods are all expected to be effective in irradiating a low energy, high density ion beam when forming the ITO / p-GaN interface. The higher the microwave power, the longer the irradiation time. The longer the length, the better the contact characteristics improvement effect. Typically, an ohmic contact that is sufficiently satisfactory for practical use has been realized by irradiating an ECR plasma flow of about 3 minutes at a microwave power of 800 W until the formation of an ITO film having a thickness of 5 nm is completed.

本実施例の方法で形成したコンタクト層有りのITOのITO/p‐GaNコンタクトのI‐V特性を、実施例1の方法により形成したコンタクト層無しITOのITO/p‐GaNコンタクトのI‐V特性と比較した。   The IV characteristics of the ITO / p-GaN contact made of ITO with the contact layer formed by the method of the present embodiment are shown in the IV characteristics of the ITO / p-GaN contact made of ITO without the contact layer formed by the method of the first embodiment. Compared with characteristics.

界面コンタクト層無しのITOは、実施例1の成膜方法と同様の方法で形成でき、図1の装置を用いて、マイクロ波電力700W、スパッタ電力500W、アルゴンガス流量40sccm、2つの磁気コイルの電流26A、基板回転15rpm、基板加熱無し、酸素流量1.5sccmでON時間1秒、OFF時間4秒の条件で、膜厚100nmのITO膜を形成した。   The ITO without the interface contact layer can be formed by the same method as the film forming method of Example 1, and using the apparatus of FIG. 1, the microwave power 700 W, the sputtering power 500 W, the argon gas flow rate 40 sccm, and the two magnetic coils An ITO film having a film thickness of 100 nm was formed under the conditions of current 26A, substrate rotation 15 rpm, substrate heating, oxygen flow rate 1.5 sccm, ON time 1 second, and OFF time 4 seconds.

本実施例のITOのコンタクト層の形成法は、図1の装置を用いて、マイクロ波電力900W、スパッタ電力100W、アルゴンガス流量40sccm、酸素流量0sccmで20秒成膜した後に、スパッタ電力をOFFして20秒間プラズマ流照射を行うシーケンスを4回繰り返し、トータル約5nmのITO層を形成した。その上の約5nmから100nmのITO層の形成法は、コンタクト層無しの場合と同一である。   The ITO contact layer of this embodiment is formed by using the apparatus of FIG. 1 to form a film for 20 seconds at a microwave power of 900 W, a sputtering power of 100 W, an argon gas flow rate of 40 sccm, and an oxygen flow rate of 0 sccm, and then turn off the sputtering power. Then, the sequence of plasma flow irradiation for 20 seconds was repeated four times to form an ITO layer having a total thickness of about 5 nm. The method for forming the ITO layer of about 5 nm to 100 nm thereon is the same as that without the contact layer.

図4はITO/p‐GaNコンタクトのI‐V特性を示す図であり、(a)はITOコンタクト層を形成していない場合であり、(b)はITOコンタクト層を形成した場合をそれぞれ示している。同図において、プロット線aはコンタクト層を形成していないITOのアニール前、プロット線bはコンタクト層を形成していないITOのアニール後、プロット線cはコンタクト層を形成したITOのアニール前、プロット線dはコンタクト層を形成したITOのアニール後、ぞれぞれにおけるI‐V特性を示している。   4A and 4B are diagrams showing the IV characteristics of the ITO / p-GaN contact. FIG. 4A shows the case where the ITO contact layer is not formed, and FIG. 4B shows the case where the ITO contact layer is formed. ing. In the figure, the plot line a is before annealing of the ITO without the contact layer, the plot line b is after annealing of the ITO without the contact layer, the plot line c is before annealing of the ITO with the contact layer, Plot lines d indicate the IV characteristics in each of the ITO layers with contact layers after annealing.

ITO成膜後のアニールは、窒素中で550℃、10分とした。アニール前では何れのI‐V特性もショットキー特性(プロット線a、プロット線c)を示している。一方のコンタクト層有りの試料では、アニールにより直線性(プロット線d)を示しており、オーミックコンタクトが得られた。   The annealing after the ITO film formation was performed at 550 ° C. for 10 minutes in nitrogen. Before the annealing, all IV characteristics show Schottky characteristics (plot line a, plot line c). One sample with a contact layer showed linearity (plot line d) by annealing, and an ohmic contact was obtained.

本実施例のITOのコンタクト層の形成法は、例えば以下のような3層構成でも大きな効果が確認された。第1ステップとして、マイクロ波電力900W、スパッタ電力150W、アルゴンガス流量40sccm、酸素流量0sccmで15秒成膜した後に、スパッタ電力をOFFして15秒間プラズマ流照射を行うシーケンスを3回繰り返し、トータル約5nmのITO層を形成する。第2ステップとして、マイクロ波電力900W、スパッタ電力150W、アルゴンガス流量40sccm、酸素流量0.5sccmで90秒間処理し、膜厚10nmのITO膜を形成する。第3ステップとして、マイクロ波電力700W、スパッタ電力500W、アルゴンガス流量40sccm、酸素流量1.5sccmでON時間1秒、OFF時間4秒とし、膜厚100nmのITO膜を形成する。これら3つのステップでは全て、2つの磁気コイルの電流は26A、基板回転は15rpmとし、基板加熱無しで行った。   The method for forming the ITO contact layer in this example was confirmed to have a great effect even in the following three-layer structure, for example. As a first step, a film was deposited for 15 seconds at a microwave power of 900 W, a sputtering power of 150 W, an argon gas flow rate of 40 sccm, and an oxygen flow rate of 0 sccm, and then the sputtering power was turned off and plasma flow irradiation was repeated three times for a total of 3 times. An ITO layer of about 5 nm is formed. As a second step, an ITO film having a film thickness of 10 nm is formed by processing for 90 seconds at a microwave power of 900 W, a sputtering power of 150 W, an argon gas flow rate of 40 sccm, and an oxygen flow rate of 0.5 sccm. As a third step, an ITO film having a thickness of 100 nm is formed with a microwave power of 700 W, a sputtering power of 500 W, an argon gas flow rate of 40 sccm, an oxygen flow rate of 1.5 sccm, an ON time of 1 second, and an OFF time of 4 seconds. In these three steps, the current of the two magnetic coils was 26 A, the substrate rotation was 15 rpm, and the substrate heating was performed.

以上のように、コンタクト層形成パラメータの設定には例えば(A)、(B)、(C)の方法のように、多くのバリエーションが考えられるが、基板上への成膜開始時点に強度にプラズマ照射するためには、高いマイクロ波電力で所定以上の時間のプラズマを照射すること以外に、いくつかの配慮が必要である。例えば、圧力をおよそ0.05Pa以下にすると、アルゴンイオンのエネルギーが高くなって基板上に成膜されたITOがイオンエッチングされ、コンタクト改善効果が得られなくなるので、圧力を所定の値以上に保持するなどの注意が必要である。実際、マイクロ波電力500W、圧力0.03Pa程度のECRプラズマ流照射では、ITO膜が10nm/min程度の早さでエッチングされる現象が確認された。   As described above, there are many variations in setting the contact layer formation parameters, such as the methods (A), (B), and (C). However, the strength is increased at the time of starting film formation on the substrate. In order to irradiate the plasma, some considerations are necessary in addition to irradiating the plasma for a predetermined time or longer with high microwave power. For example, if the pressure is reduced to about 0.05 Pa or less, the energy of argon ions is increased and the ITO film formed on the substrate is ion-etched, and the contact improvement effect cannot be obtained. Therefore, the pressure is maintained at a predetermined value or more. It is necessary to pay attention such as In fact, it was confirmed that the ITO film was etched at a speed of about 10 nm / min by ECR plasma flow irradiation with a microwave power of 500 W and a pressure of about 0.03 Pa.

今回用いた装置ではプラズマ流の照射される面積は概ね直径30cmであるので、他の装置を用いる場合にはマイクロ波電力を単位面積当たりの電力密度を用いて規格化することが可能である。   In the apparatus used this time, the area irradiated with the plasma flow is approximately 30 cm in diameter. Therefore, when using another apparatus, the microwave power can be normalized using the power density per unit area.

これまで、スパッタ法で形成したITOとp‐GaNとのコンタクトが得られない理由は、スパッタダメージによるとする説が一般的であったが、少なくとも本発明の実施例においては、そのような結果は見られなかった。仮にダメージによってコンタクト特性が低下する可能性があるとしても、今回用いた装置ではターゲット表面が対向状になっており、基板は離れた位置にあって、ターゲットと対面しないような配置関係にあることから、ターゲット表面から飛び出す高エネルギー粒子の影響は小さくなっていると考えられる。   Up to now, the reason why contact between ITO and p-GaN formed by sputtering has not been obtained is generally due to sputtering damage, but at least in the examples of the present invention, such a result Was not seen. Even if contact characteristics may deteriorate due to damage, the target surface of the device used this time is facing, and the substrate is in a distant position so that it does not face the target. Therefore, it is considered that the influence of high energy particles jumping out from the target surface is small.

また、ECRプラズマ流におけるイオンエネルギーは、よく知られているように20eV‐30eV程度の極めて低いエネルギーであり、半導体表面に致命的なダメージを与えるものではない。むしろ、高密度低エネルギーのイオン照射により、ITOとp‐GaNとの界面反応促進作用などで、コンタクト特性を大きく改善する効果があるものと考えられる。   Also, as is well known, the ion energy in the ECR plasma flow is an extremely low energy of about 20 eV-30 eV and does not cause fatal damage to the semiconductor surface. Rather, it is considered that the contact characteristics are greatly improved by high-density and low-energy ion irradiation, such as an interface reaction promoting action between ITO and p-GaN.

上記(A)の方法の場合には、ITO成膜前であり、ITO/p‐GaN反応の促進効果はあり得ないことになるが、リスパッタ現象などにより、極めて僅かなITOがp‐GaN基板表面に付着することも十分に想定される。コンタクト改善のメカニズムとしては、上記のほかに、プラズマ照射によるp‐GaN基板のMg‐水素結合を切り離すなど化学的な作用や、原子レベルでのエネルギー増大による熱的な作用なども考えられる。以上の理由から、単にプラズマ照射を行うだけでなく、基板加熱しながらプラズマ照射を行うことで、コンタクト特性改善効果がより促進されるものと解釈される。   In the case of the above method (A), the ITO / p-GaN reaction cannot be promoted before the ITO film is formed. However, due to the resputtering phenomenon, a very small amount of ITO is formed on the p-GaN substrate. Adherence to the surface is also envisaged. As a contact improvement mechanism, in addition to the above, a chemical action such as breaking the Mg-hydrogen bond of the p-GaN substrate by plasma irradiation or a thermal action by increasing energy at the atomic level may be considered. For the above reason, it is interpreted that the effect of improving the contact characteristics is further promoted by performing the plasma irradiation while heating the substrate as well as performing the plasma irradiation.

また、上記(C)の方法を効果的に行うためには、装置構成も一般に用いられているものとは異なるシーケンス制御手段が必要となる場合がある。一例として、シャッタ16を開けて成膜を行いながら、ターゲットへのスパッタ電力のON/OFFを繰り返すことで、実効的に成膜速度を落としてECRプラズマ流照射効果を高めることが可能である。このとき、ON時間10秒、OFF時間10秒では、成膜速度は1/2であるが、OFF時間を20秒にすれば成膜速度を1/3にでき、その分だけ照射効果が高くなる。このように、秒単位でON/OFF時間を制御することで、必要とする特性を容易に得ることが可能となる。   In addition, in order to effectively perform the method (C), there may be a case where a sequence control means different from that generally used in the apparatus configuration is required. As an example, by repeating ON / OFF of the sputtering power to the target while opening the shutter 16 to perform film formation, it is possible to effectively reduce the film formation speed and enhance the ECR plasma flow irradiation effect. At this time, when the ON time is 10 seconds and the OFF time is 10 seconds, the film formation speed is ½. However, if the OFF time is 20 seconds, the film formation speed can be reduced to 1/3, and the irradiation effect is high by that amount. Become. In this way, the required characteristics can be easily obtained by controlling the ON / OFF time in units of seconds.

この例において、スパッタ電力ON時に、ターゲット表面の酸素吸着状態の変化や、プラズマの不安定性、パーティクル発生などが問題となる可能性があり、その場合には、一旦、シャッタ16を閉じてスパッタ電力をONさせて安定化させた後にシャッタ16を開けるなどの方法もある。その場合には、マイクロ波電力とスパッタ電力をONにして成膜可能状態にした後、「シャッタ16開後10秒維持→スパッタ電力OFF後20秒維持→シャッタ16を閉じ、スパッタ電力ON後20秒維持」のようなシーケンス例となる。   In this example, when the sputtering power is turned on, changes in the oxygen adsorption state on the target surface, plasma instability, particle generation, etc. may become problems. In this case, the shutter 16 is temporarily closed and the sputtering power is temporarily closed. There is also a method in which the shutter 16 is opened after being turned on and stabilized. In that case, after the microwave power and the sputtering power are turned on to make a film ready state, “maintain 10 seconds after opening the shutter 16 → maintain 20 seconds after turning off the sputtering power → close the shutter 16 and turn on the sputtering power 20 This is a sequence example such as “second maintenance”.

また、上記例では電力のON/OFFにより第1の実施形態と同様に時間分割比制御しているが、これに限らず、電力を2つの値に上下してその時間分割比を制御する方法も採用できる。電力のON/OFFは、以上に示したような電源やシャッタ16のサイクル制御機構を含む。   In the above example, the time division ratio is controlled in the same manner as in the first embodiment by turning on / off the power. However, the present invention is not limited to this, and the method of controlling the time division ratio by raising and lowering the power to two values. Can also be adopted. The power ON / OFF includes the power source and the cycle control mechanism of the shutter 16 as described above.

本実施形態によれば、従来、スパッタ法では困難とされていた半導体とのオーミックコンタクトについても、蒸着法など他の成膜方法を併用することなく実現される。   According to the present embodiment, ohmic contact with a semiconductor, which has conventionally been difficult by sputtering, can be realized without using another film forming method such as vapor deposition.

以上に説明した本実施形態では、コンタクト電極としてITO、半導体としてp‐GaNの例を示したが、これに限定されず、ITO以外のあらゆる電極と例えばn型の半導体を含むあらゆる半導体の組み合わせにおいて発明の効果が得られる。電極としては、例えばIZOやAZO、GZOなどの3元化合物のほか、ZnOなどの酸化物薄膜、Ni、Au、Pdなどの全ての金属が想定され、一方、半導体としても、InP、GaP、GaAs、Si、SiCなどのあらゆる半導体材料が適用される。   In the present embodiment described above, an example of ITO as a contact electrode and p-GaN as a semiconductor is shown. However, the present invention is not limited to this, and in any combination of electrodes other than ITO and any semiconductor including, for example, an n-type semiconductor. The effects of the invention can be obtained. As electrodes, for example, ternary compounds such as IZO, AZO, and GZO, oxide thin films such as ZnO, and all metals such as Ni, Au, and Pd are assumed. On the other hand, semiconductors include InP, GaP, and GaAs. All semiconductor materials such as Si, SiC, etc. are applied.

1 プラズマ生成室
2 試料室
3 プラズマ引出し窓
4 試料台
5 試料基板
6 排気路
7、8 ガス導入口
9 磁気コイル
10 矩形導波管
11 マイクロ波
12 マイクロ波導入窓
13 プラズマ流
14 スパッタ電源
15 ターゲット
16 シャッタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma production chamber 2 Sample chamber 3 Plasma extraction window 4 Sample stand 5 Sample substrate 6 Exhaust path 7, 8 Gas inlet 9 Magnetic coil 10 Rectangular waveguide 11 Microwave 12 Microwave introduction window 13 Plasma flow 14 Sputtering power source 15 Target 16 Shutter

Claims (6)

スパッタ現象を利用して基板上に導電性薄膜を形成する方法であって、薄膜形成中に、スパッタ電力、スパッタガス、および反応性ガスを含む成膜パラメータの少なくとも1つを2つの値に変動させ、その時間分割比を制御することを特徴とする導電性薄膜の形成方法。   A method for forming a conductive thin film on a substrate by utilizing a sputtering phenomenon, wherein at least one of film formation parameters including sputtering power, sputtering gas, and reactive gas is changed to two values during thin film formation. And a method of forming a conductive thin film, wherein the time division ratio is controlled. プラズマ生成法としてECRを用い、前記成膜パラメータにマイクロ波電力をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の導電性薄膜の形成方法。   The method for forming a conductive thin film according to claim 1, wherein ECR is used as a plasma generation method, and microwave power is further included in the film formation parameter. p型またはn型の導電型を有する半導体上に導電性薄膜を形成する方法において、半導体上への成膜開始時点に、強度にプラズマ照射を行うことを特徴とする導電性薄膜の形成方法。   A method for forming a conductive thin film on a semiconductor having a p-type or n-type conductivity, wherein the plasma irradiation is intensely performed at the start of film formation on the semiconductor. プラズマ生成法がECRであることを特徴とする請求項3に記載の導電性薄膜の形成方法。   The method for forming a conductive thin film according to claim 3, wherein the plasma generation method is ECR. スパッタ現象を利用して基板上に導電性薄膜を形成する装置であって、薄膜形成中に、スパッタ電力、スパッタガス、および反応性ガスを含む成膜パラメータの少なくとも1つを、2つの値に変動させ、その時間分割比を制御する手段を有することを特徴とする導電性薄膜形成装置。   An apparatus for forming a conductive thin film on a substrate using a sputtering phenomenon, wherein at least one of deposition parameters including sputtering power, sputtering gas, and reactive gas is set to two values during thin film formation. A conductive thin film forming apparatus characterized by having means for changing and controlling the time division ratio. プラズマ生成法としてECRを用い、前記成膜パラメータにマイクロ波電力をさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の導電性薄膜形成装置。   6. The conductive thin film forming apparatus according to claim 5, wherein ECR is used as a plasma generation method, and microwave power is further included in the film formation parameters.
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