JP2018083971A - Magnetron sputtering device, and method for forming a transparent electrically conductive oxide film - Google Patents

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達郎 堀内
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetron sputtering device capable of reducing the incident of an oxygen negative ion into a transparent electric conductive oxide film, when the transparent electric conductive oxide film is formed in a specimen.SOLUTION: A magnetron sputtering device 10 is equipped, over a specimen support 11 for mounting a specimen S, with a target 12 capable of forming a transparent conductive electric oxide film on a specimen S. The specimen S to be placed on the specimen support 11 is enclosed by a screening wall 13 capable of screening oxygen negative ions to be discharged from the target 12. The screening wall 13 is formed an opening A in a portion not opposing to the target 12, and is equipped at a portion opposing the opening A with a sample fixing plate for fixing the sample S. Over the sample fixing plate, an upper shielding plate is formed in conjunction with the sample fixing plate, and the two side portions of the sample fixing plate are formed with side shielding plates continuously with the side fixing plate. The length, in which the upper shielding plate is formed continuously with the sample fixing plate, is larger than the length, in which the side shielding plate is formed continuously from the sample fixing plate.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、マグネトロンスパッタリング装置及び透明導電性酸化物膜の形成方法に関する。   The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus and a method for forming a transparent conductive oxide film.

透明導電性酸化物は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、太陽電池用透明導電性酸化物膜、熱線反射ガラス等に用いられている。   Transparent conductive oxides are used in liquid crystal displays, plasma displays, transparent conductive oxide films for solar cells, heat ray reflective glass, and the like.

透明導電性酸化物膜を形成する方法として、ゾルゲル法、スプレーパイロリシス法、無電解めっき、高周波(RF)マグネトロンスパッタリング法、直流(DC)マグネトロンスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、パルスレーザーデポジション法(PLD)、CVD法等がある。   As a method for forming a transparent conductive oxide film, sol-gel method, spray pyrolysis method, electroless plating, radio frequency (RF) magnetron sputtering method, direct current (DC) magnetron sputtering method, vacuum deposition method, ion plating method, pulse There are a laser deposition method (PLD), a CVD method, and the like.

金属ターゲットを用いるスパッタリング法では、金属ターゲットは、導電性であるので、DCマグネトロンスパッタリング法により金属膜を形成することができる。金属ターゲットを用いてスパッタリングする場合は、スパッタガスとして、Arを流すと、DCマグネトロンスパッタリング法により、簡単に金属膜を形成することができる。このとき、RFマグネトロンスパッタリング法により金属膜を形成することも可能である。   In the sputtering method using a metal target, since the metal target is conductive, a metal film can be formed by a DC magnetron sputtering method. In the case of sputtering using a metal target, when Ar is allowed to flow as a sputtering gas, a metal film can be easily formed by a DC magnetron sputtering method. At this time, a metal film can also be formed by RF magnetron sputtering.

金属ターゲットを用いて化合物膜を形成する際には、金属ターゲットを用いて金属膜を形成する場合と比較して、いくつかの問題がある。化合物としては、酸化物、窒化物が一般的である。   When forming a compound film using a metal target, there are several problems compared to the case where a metal film is formed using a metal target. As the compound, oxides and nitrides are common.

金属ターゲットを用いて化合物膜を形成する方法は、反応性スパッタリング法と呼ばれ、通常のRFスパッタリングと比較して、技術的に困難な問題があるが、成膜速度が速い、ターゲットが金属なので安価であるという利点がある。   The method of forming a compound film using a metal target is called a reactive sputtering method, and has technically difficult problems compared to normal RF sputtering, but the film formation speed is high and the target is a metal. There is an advantage that it is inexpensive.

反応性スパッタリング法は、酸素の供給量の調節が技術的に困難である。酸素の供給量が少ないと、ターゲットの表面が金属となり(メタルモード)、酸素の供給量が多いと、ターゲットの表面が酸化物で覆われる(酸化物モード)。このため、両者の中間の遷移領域でスパッタリングする必要があり、酸素の供給量を常に範囲の狭い遷移領域に保持しなければならず、操作が複雑である。   In the reactive sputtering method, it is technically difficult to adjust the supply amount of oxygen. When the supply amount of oxygen is small, the surface of the target becomes metal (metal mode), and when the supply amount of oxygen is large, the surface of the target is covered with oxide (oxide mode). For this reason, it is necessary to perform sputtering in an intermediate transition region between the two, and the oxygen supply amount must always be kept in a narrow transition region, and the operation is complicated.

また、金属ターゲットを用いて多元元素からなる化合物膜を形成する場合には、複数のターゲットが必要である。   Moreover, when forming the compound film which consists of multiple elements using a metal target, a some target is required.

金属ターゲットを用いて反応性スパッタリング法によりAZO膜を形成した試みがある。この場合、Znターゲット、Alターゲットが用いられている。2つのターゲットを同時に並行して制御しながら、ZnO中にAlを微量に添加するのは、技術的に困難である(例えば、非特許文献1参照)。   There is an attempt to form an AZO film by a reactive sputtering method using a metal target. In this case, a Zn target and an Al target are used. It is technically difficult to add a small amount of Al into ZnO while simultaneously controlling two targets in parallel (see, for example, Non-Patent Document 1).

ここで、金属酸化物は、絶縁体であるので、従来、金属酸化物膜と組成が同一の金属酸化物ターゲットを用いて、RFスパッタリング法により金属酸化物膜を形成するのが通常であった。近年、金属酸化物ターゲットに酸素欠陥を人工的に導入するという工夫がなされるようになり、DCマグネトロンスパッタリング法により金属酸化物膜を形成することが可能となった(例えば、特許文献1〜3参照)。   Here, since the metal oxide is an insulator, conventionally, the metal oxide film is usually formed by RF sputtering using a metal oxide target having the same composition as the metal oxide film. . In recent years, it has become possible to artificially introduce oxygen defects into a metal oxide target, and a metal oxide film can be formed by a DC magnetron sputtering method (for example, Patent Documents 1 to 3). reference).

金属酸化物ターゲットを用いて、DCスパッタリング法により金属酸化物膜を形成する際にも問題がある。   There is also a problem when a metal oxide film is formed by a DC sputtering method using a metal oxide target.

スパッタガスとしては、通常、Arが用いられる。Arは、プラズマ中で電離して、Arイオンとなり、ターゲットに衝突し、ターゲットを構成する原子を、スパッタ粒子として、プラズマ中に叩き出す。 Usually, Ar is used as the sputtering gas. Ar is ionized in the plasma, becomes Ar + ions, collides with the target, and strikes atoms constituting the target into the plasma as sputtered particles.

スパッタ粒子は、10eV程度のエネルギーを有する状態で、プラズマ中に叩き出される。例えば、スパッタガスの圧力が1Paである場合、スパッタ粒子の平均自由行程は、約10mm程度となる。金属酸化物膜が形成される基板とターゲットの間の距離が100mmであるとすると、スパッタ粒子は、基板に達するまでにスパッタガスと数回の衝突を繰り返す。   The sputtered particles are knocked out into the plasma in a state having an energy of about 10 eV. For example, when the pressure of the sputtering gas is 1 Pa, the average free path of the sputtered particles is about 10 mm. If the distance between the substrate on which the metal oxide film is formed and the target is 100 mm, the sputtered particles repeatedly collide with the sputtering gas several times before reaching the substrate.

スパッタ粒子とスパッタガスの衝突は、弾性散乱であるが、スパッタ粒子は、スパッタガスと衝突を繰り返すうちに、エネルギーを失い、スパッタガスと同程度のエネルギーとなる。これにより、スパッタ粒子の運動も方向性を失う。この現象を熱化という。スパッタ粒子は、熱化すると、金属酸化物膜が形成される基板の裏側にまで到達するようになる。   The collision between the sputtered particle and the sputter gas is elastic scattering, but the sputtered particle loses energy while repeating the collision with the sputter gas, and becomes the same energy as the sputter gas. Thereby, the direction of the movement of the sputtered particles is lost. This phenomenon is called thermalization. When the sputtered particles are heated, they reach the back side of the substrate on which the metal oxide film is formed.

一方、ターゲットが金属酸化物であるので、酸素負イオンも生成する。酸素負イオンは、イオンシースにより加速され、200eV程度のエネルギーを有する状態で、ターゲットから飛び出す。このように高いエネルギーを有する酸素負イオンは、直進性が強い。   On the other hand, since the target is a metal oxide, oxygen negative ions are also generated. Oxygen negative ions are accelerated by the ion sheath and jump out of the target with energy of about 200 eV. Such oxygen negative ions having high energy have a strong straightness.

以上のように、スパッタリングしている間、スパッタ粒子と酸素負イオンがターゲットから放出されている。   As described above, sputtered particles and oxygen negative ions are released from the target during sputtering.

例えば、試料台(陽極)上にガラス基板を載置し、スパッタガスとして、Arを流すと、金属酸化物ターゲットを用いて、DCスパッタリング法により、基板上に透明導電性酸化物膜を形成することができる。それと同時に、酸素負イオンも透明導電性酸化物膜に入射する。   For example, when a glass substrate is placed on a sample stage (anode) and Ar is flowed as a sputtering gas, a transparent conductive oxide film is formed on the substrate by a DC sputtering method using a metal oxide target. be able to. At the same time, oxygen negative ions also enter the transparent conductive oxide film.

透明導電性酸化物膜に酸素負イオンが入射すると、結晶構造が破壊され、酸素欠陥が生成する。このとき、酸素欠陥が色中心となって、透明導電性酸化物膜が黄色に着色し、キャリアである電子が酸素欠陥に捕捉され、導電性が失われる。   When oxygen negative ions are incident on the transparent conductive oxide film, the crystal structure is destroyed and oxygen defects are generated. At this time, the oxygen defect becomes the color center, the transparent conductive oxide film is colored yellow, electrons as carriers are captured by the oxygen defect, and the conductivity is lost.

このような問題を回避するために、軸外し(off−axis)という方法がある(例えば、非特許文献2、3参照)。この方法は、2つのターゲット(陰極)を正対するように配置し、ガラス基板(陽極)を2つの陰極を結ぶ線に対して直角となるように配置する。このような配置をとることで、透明導電性酸化物膜に酸素負イオンが入射することを低減させることができる。   In order to avoid such a problem, there is a method called off-axis (see, for example, Non-Patent Documents 2 and 3). In this method, two targets (cathodes) are arranged so as to face each other, and a glass substrate (anode) is arranged so as to be perpendicular to a line connecting the two cathodes. By taking such an arrangement, it is possible to reduce the incidence of negative oxygen ions on the transparent conductive oxide film.

あるいは、ガラス基板がターゲットに対して公転できるスパッタリング装置を用いると、ガラス基板をターゲットの直上から適当な角度に公転させて軸を外すことで、透明導電性酸化物膜に酸素負イオンが入射する確率を低減させることができる。   Alternatively, when a sputtering apparatus capable of revolving the glass substrate relative to the target is used, oxygen negative ions are incident on the transparent conductive oxide film by revolving the glass substrate at an appropriate angle from directly above the target and removing the axis. Probability can be reduced.

特開2012−72459号公報JP 2012-72459 A 特開平6−25838号公報JP-A-6-25838 特開平7−258836号公報JP-A-7-258836

Okuhara Y. et.al. Thin Solid Films, Vol.519, (2011) 2280.Okuhara Y. et.al.Thin Solid Films, Vol.519, (2011) 2280. O. Michikami and M. Asahi, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.30, (1991) 939.O. Michikami and M. Asahi, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 30, (1991) 939. J. Jia, A. Yoshimura, Y. Kagoya, N. Oka, Y. Shigesato, Thin Solid Films, Vol.559, (2014) 69.J. Jia, A. Yoshimura, Y. Kagoya, N. Oka, Y. Shigesato, Thin Solid Films, Vol.559, (2014) 69.

しかしながら、上述の方法では、透明導電性酸化物膜に酸素負イオンが入射することを十分に低減させることはできない。   However, the above-described method cannot sufficiently reduce the incidence of negative oxygen ions on the transparent conductive oxide film.

本発明の一態様は、試料に透明導電性酸化物膜を形成する際に、透明導電性酸化物膜への酸素負イオンの入射を低減させることが可能なマグネトロンスパッタリング装置を提供することを目的とする。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a magnetron sputtering apparatus that can reduce the incidence of negative oxygen ions on a transparent conductive oxide film when the transparent conductive oxide film is formed on a sample. And

本発明の一態様は、試料を載置する試料台の上部に、前記試料に透明導電性酸化物膜を形成することが可能なターゲットが設置されているマグネトロンスパッタリング装置であって、前記試料台に載置される試料は、前記ターゲットから放出される酸素負イオンを遮蔽することが可能な遮蔽壁により囲まれ、前記遮蔽壁は、前記ターゲットに対向しない部位に開口部が形成されており、前記開口部に対向する部位に前記試料を固定する試料固定板を有し、前記試料固定板の上部に、上部遮蔽板が前記試料固定板と連続して形成されており、前記試料固定板の両側部に、側部遮蔽板が前記試料固定板と連続して形成されており、前記上部遮蔽板が前記試料固定板に対して連続して形成されている長さは、前記側部遮蔽板が前記試料固定板に対して連続して形成されている長さよりも大きい。   One aspect of the present invention is a magnetron sputtering apparatus in which a target capable of forming a transparent conductive oxide film on a sample is installed on an upper part of a sample table on which the sample is placed. The sample placed on is surrounded by a shielding wall capable of shielding oxygen negative ions released from the target, and the shielding wall has an opening formed at a portion not facing the target, A sample fixing plate for fixing the sample at a portion facing the opening, and an upper shielding plate is formed on the upper portion of the sample fixing plate continuously with the sample fixing plate; The side shield plate is formed continuously on both sides with the sample fixing plate, and the length of the upper shield plate formed continuously with respect to the sample fixing plate is the side shield plate. Is against the sample fixing plate Greater than the length continuously formed.

本発明の一態様によれば、試料に透明導電性酸化物膜を形成する際に、透明導電性酸化物膜への酸素負イオンの入射を低減させることが可能なマグネトロンスパッタリング装置を提供することができる。   According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a magnetron sputtering apparatus capable of reducing the incidence of oxygen negative ions on a transparent conductive oxide film when the transparent conductive oxide film is formed on a sample. Can do.

本実施形態のマグネトロンスパッタリング装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the magnetron sputtering apparatus of this embodiment. 図1の遮蔽壁の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the shielding wall of FIG. 実施例1、2、比較例1、2のAZO薄膜のX線回折スペクトルである。It is an X-ray diffraction spectrum of the AZO thin film of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.

次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。   Next, the form for implementing this invention is demonstrated with drawing.

図1に、本実施形態のマグネトロンスパッタリング装置の一例を示す。   FIG. 1 shows an example of a magnetron sputtering apparatus according to this embodiment.

マグネトロンスパッタリング装置10は、試料Sを載置する試料台11(陽極)の上部に、試料Sの表面に透明導電性酸化物膜を形成することが可能なターゲット12(陰極)が設置されている。ここで、試料台11に載置される試料Sは、ターゲット12から放出される酸素負イオンを遮蔽することが可能な遮蔽壁13により囲まれる。また、遮蔽壁13は、ターゲット12に対向しない部位に開口部Aが形成されている。このとき、試料Sは、遮蔽壁13の開口部Aに対向する部位に固定されている状態で試料台11に載置されている。このため、試料Sの表面に透明導電性酸化物膜を形成する際に、ターゲット12の表面から放出される酸素負イオンの透明導電性酸化物膜への入射を低減させることができる。その結果、透明導電性酸化物膜の比抵抗が小さくなると共に、キャリア濃度を大きくなる。また、ターゲット12の表面から放出されるスパッタ粒子Pは、開口部Aを経由して試料Sに到達することができる。   In the magnetron sputtering apparatus 10, a target 12 (cathode) capable of forming a transparent conductive oxide film on the surface of the sample S is installed above the sample table 11 (anode) on which the sample S is placed. . Here, the sample S placed on the sample stage 11 is surrounded by a shielding wall 13 capable of shielding oxygen negative ions released from the target 12. The shielding wall 13 is formed with an opening A at a portion that does not face the target 12. At this time, the sample S is placed on the sample table 11 in a state where it is fixed to a portion facing the opening A of the shielding wall 13. For this reason, when forming a transparent conductive oxide film on the surface of the sample S, the incidence of oxygen negative ions released from the surface of the target 12 on the transparent conductive oxide film can be reduced. As a result, the specific resistance of the transparent conductive oxide film decreases and the carrier concentration increases. Further, the sputtered particles P emitted from the surface of the target 12 can reach the sample S via the opening A.

なお、試料Sは、ターゲット12から放出される酸素負イオンに曝されないように、遮蔽壁13により囲まれた状態で試料台11に載置されていればよく、遮蔽壁13に固定されていなくてもよい。   Note that the sample S need only be placed on the sample stage 11 in a state surrounded by the shielding wall 13 so as not to be exposed to the negative oxygen ions released from the target 12, and is not fixed to the shielding wall 13. May be.

また、開口部Aの個数は、単一でなくてもよく、複数個であってもよい。   Further, the number of openings A may not be single, but may be plural.

試料Sとしては、透明導電性酸化物膜を形成することが可能であれば、特に限定されないが、ガラス基板等が挙げられる。   The sample S is not particularly limited as long as a transparent conductive oxide film can be formed, and examples thereof include a glass substrate.

ガラス基板を構成する材料としては、例えば、ソーダ石灰ガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、石英ガラス等が挙げられる。   Examples of the material constituting the glass substrate include soda lime glass, Pyrex (registered trademark) glass, and quartz glass.

試料台11を構成する材料としては、陽極を形成することが可能であれば、特に限定されないが、ステンレス鋼等が挙げられる。   The material constituting the sample stage 11 is not particularly limited as long as an anode can be formed, and examples thereof include stainless steel.

ターゲット12を構成する材料は、陰極を形成すると共に、試料Sの表面に透明導電性酸化物膜を形成することが可能であれば、特に限定されないが、AlをドープしたZnO(AZO)、GaをドープしたZnO(GZO)、NbをドープしたTiO(TNO)、SnをドープしたIn(ITO)等が挙げられる。 The material constituting the target 12 is not particularly limited as long as it can form a cathode and a transparent conductive oxide film on the surface of the sample S. However, Al-doped ZnO (AZO), Ga ZnO (GZO) doped with Nb, TiO 2 (TNO) doped with Nb, In 2 O 3 (ITO) doped with Sn, and the like.

遮蔽壁13を構成する材料としては、ターゲット12から放出される酸素負イオンを遮蔽することが可能であれば、特に限定されないが、金属、石英ガラス、パイレックスガラス等が挙げられる。   The material constituting the shielding wall 13 is not particularly limited as long as the negative oxygen ions released from the target 12 can be shielded, and examples thereof include metals, quartz glass, and Pyrex glass.

図2に、遮蔽壁13の構造を示す。なお、図2(a)、(b)、(c)は、それぞれ上面図、正面図、側面図である。   FIG. 2 shows the structure of the shielding wall 13. 2A, 2B, and 2C are a top view, a front view, and a side view, respectively.

試料Sは、遮蔽壁13の開口部Aに対向する部位である試料固定板13aに、例えば、両面テープにより固定される。ここで、試料固定板13aの上部に、上部遮蔽板13bが試料固定板13aと連続して形成されている。また、試料固定板13aの両側部に、側部遮蔽板13c、13dが試料固定板13aと連続して形成されている。   The sample S is fixed to a sample fixing plate 13a that is a portion facing the opening A of the shielding wall 13 with, for example, a double-sided tape. Here, an upper shielding plate 13b is formed continuously with the sample fixing plate 13a above the sample fixing plate 13a. Further, side shield plates 13c and 13d are formed on both sides of the sample fixing plate 13a so as to be continuous with the sample fixing plate 13a.

このとき、上部遮蔽板13bが試料固定板13aに対して連続して形成されている長さ(L)は、側部遮蔽板13c、13dが試料固定板13aに対して連続して形成されている長さ(L)よりも大きい。これにより、試料Sの表面に透明導電性酸化物膜を形成する際に、ターゲット12の表面から放出される酸素負イオンの透明導電性酸化物膜への入射を低減させることができる。 At this time, the length (L 1 ) in which the upper shielding plate 13b is continuously formed with respect to the sample fixing plate 13a is such that the side shielding plates 13c and 13d are continuously formed with respect to the sample fixing plate 13a. Larger than the length (L 2 ). Thereby, when forming a transparent conductive oxide film on the surface of the sample S, incidence of oxygen negative ions released from the surface of the target 12 to the transparent conductive oxide film can be reduced.

試料台11のターゲット12に対向する部位に遮蔽壁13が設置されていると、ターゲット12の表面から放出される酸素負イオンの透明導電性酸化物膜への入射を阻止することができる。具体的には、上方から入射される酸素負イオンを上部遮蔽板13bで遮蔽することができ、側方から入射される酸素負イオンを側部遮蔽板13c、13dで遮蔽することができる。   When the shielding wall 13 is installed at a portion of the sample stage 11 that faces the target 12, it is possible to prevent the negative oxygen ions emitted from the surface of the target 12 from entering the transparent conductive oxide film. Specifically, oxygen negative ions incident from above can be shielded by the upper shielding plate 13b, and oxygen negative ions incident from the side can be shielded by the side shielding plates 13c and 13d.

一方、ターゲット12の表面から放出されたスパッタ粒子Pは、熱化されるため、遮蔽壁13の開口部Aを経由して試料Sの表面に到達し、透明導電性酸化物膜を形成することができる。   On the other hand, since the sputtered particles P emitted from the surface of the target 12 are heated, they reach the surface of the sample S via the opening A of the shielding wall 13 to form a transparent conductive oxide film. Can do.

なお、遮蔽壁13の構造は、ターゲットから放出される酸素負イオンを遮蔽することが可能であれば、特に限定されない。   In addition, the structure of the shielding wall 13 will not be specifically limited if it can shield the oxygen negative ion discharge | released from a target.

マグネトロンスパッタリング装置としては、特に限定されないが、直流(DC)マグネトロンスパッタリング装置、高周波(RF)マグネトロンスパッタリング装置等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a magnetron sputtering apparatus, A direct current (DC) magnetron sputtering apparatus, a high frequency (RF) magnetron sputtering apparatus, etc. are mentioned.

透明導電性酸化物としては、特に限定されないが、AlをドープしたZnO(AZO)、GaをドープしたZnO(GZO)、NbをドープしたTiO(TNO)、SnをドープしたIn(ITO)等が挙げられる。 As the transparent conductive oxide is not particularly limited, ZnO doped with Al (AZO), ZnO doped with Ga (GZO), TiO 2 ( TNO), In 2 O 3 doped with Sn doped with Nb ( ITO) and the like.

[実施例1]
DCマグネトロンスパッタリング装置としての、マグネトロンスパッタリング装置10(図1参照)を用いて、試料SにAZO薄膜を形成した。
[Example 1]
An AZO thin film was formed on the sample S using a magnetron sputtering apparatus 10 (see FIG. 1) as a DC magnetron sputtering apparatus.

試料Sとして、縦20mm、横20mm、厚さ1mmのソーダ石灰ガラス基板を用いた。   As the sample S, a soda-lime glass substrate having a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 1 mm was used.

ターゲット12として、直径4インチ(101.6mm)のAZOターゲット(フルウチ化学社製)を用いた。ターゲット12は、酸化亜鉛中にAlが2質量%含まれている。また、ターゲット12には、DCマグネトロンスパッタリングを実施することができるように、予め酸素欠陥が導入されている。 As the target 12, an AZO target (manufactured by Furuuchi Chemical) having a diameter of 4 inches (101.6 mm) was used. The target 12 contains 2% by mass of Al 2 O 3 in zinc oxide. In addition, oxygen defects are introduced into the target 12 in advance so that DC magnetron sputtering can be performed.

試料Sを遮蔽壁13の試料固定板13aに固定した後、遮蔽壁13を試料台11上に設置した。ここで、上部遮蔽板13bは、縦30mm、横60mmであり、試料固定板13a、側部遮蔽板13c、13dは、縦20mm、横20mmである(図2参照)。このとき、上部遮蔽板13bが試料固定板13aに対して連続して形成されている長さ(L)は、30mmであり、側部遮蔽板13c、13dが試料固定板13aに対して連続して形成されている長さ(L)は、20mmである。また、試料台11は、直径が90mmであり、試料台11とターゲット12の距離を65mmとした。 After fixing the sample S to the sample fixing plate 13 a of the shielding wall 13, the shielding wall 13 was placed on the sample table 11. Here, the upper shielding plate 13b is 30 mm long and 60 mm wide, and the sample fixing plate 13a and the side shielding plates 13c and 13d are 20 mm long and 20 mm wide (see FIG. 2). At this time, the length (L 1 ) in which the upper shielding plate 13b is continuously formed with respect to the sample fixing plate 13a is 30 mm, and the side shielding plates 13c and 13d are continuous with respect to the sample fixing plate 13a. The formed length (L 2 ) is 20 mm. The sample stage 11 has a diameter of 90 mm, and the distance between the sample stage 11 and the target 12 is 65 mm.

スパッタリング条件は、直流(DC)で、出力200Wである。また、スパッタガスの流量は、アルゴン(Ar)9sccm、酸素(O)1sccmである。最高到達真空度は、1×10−5Paであり、スパッタガスの圧力は、0.72Paである。スパッタリング時間は25分である。また、スパッタリングは、室温で実施し、試料Sを加熱していない。 The sputtering conditions are direct current (DC) and an output of 200 W. The flow rates of the sputtering gas are argon (Ar) 9 sccm and oxygen (O 2 ) 1 sccm. The maximum ultimate vacuum is 1 × 10 −5 Pa, and the pressure of the sputtering gas is 0.72 Pa. Sputtering time is 25 minutes. Moreover, sputtering was performed at room temperature and the sample S was not heated.

スパッタリング終了時、試料Sに形成されたAZO薄膜は、無色透明であった。このことより、AZO薄膜には酸素負イオンが入射されていないと考えられる。   At the end of sputtering, the AZO thin film formed on Sample S was colorless and transparent. From this, it is considered that oxygen negative ions are not incident on the AZO thin film.

AZO薄膜の膜厚は、88nmであった。なお、AZO薄膜の膜厚は、段差計ET2000(小坂製作所社製)を用いて測定した。   The thickness of the AZO thin film was 88 nm. The film thickness of the AZO thin film was measured using a step meter ET2000 (manufactured by Kosaka Manufacturing Co., Ltd.).

次に、薄膜X線回折装置RAD−2X(リガク社製)を用いて、AZO薄膜のCuKα線によるX線回折スペクトルを測定した。   Next, the X-ray diffraction spectrum by the CuKα ray of the AZO thin film was measured using a thin film X-ray diffractometer RAD-2X (manufactured by Rigaku Corporation).

図3に、AZO薄膜のX線回折スペクトルを示す。なお、図3には、ZnOの回折ピークの位置及び強度も併記する。   FIG. 3 shows an X-ray diffraction spectrum of the AZO thin film. In FIG. 3, the position and intensity of the diffraction peak of ZnO are also shown.

図3から、ZnOの(002)面の回折ピークと、(103)面の回折ピークが存在することがわかる。   From FIG. 3, it can be seen that there are a diffraction peak of (002) plane and a diffraction peak of (103) plane of ZnO.

次に、比抵抗/ホール測定システムResi Test 8340 HT(東陽テクニカ社製)を用いて、AZO薄膜のホール効果を測定した。   Next, the Hall effect of the AZO thin film was measured using a specific resistance / Hall measurement system Resi Test 8340 HT (manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.).

その結果、AZO薄膜のキャリア濃度は1.25×1021cm−3であった。なお、1021を超えるキャリア濃度は、ほぼ最高レベルに達している(例えば、「透明導電膜の技術」168頁、オーム社2007年参照)。また、AZO薄膜の比抵抗は、1.13×10−3Ω・cmであり、AZO薄膜のホール移動度は、4.43cm/V・sであった。 As a result, the carrier concentration of the AZO thin film was 1.25 × 10 21 cm −3 . The carrier concentration of more than 10 21, has reached approximately the highest level (e.g., "Technology of transparent conductive film" 168 pages, see Ohm Co. 2007). The specific resistance of the AZO thin film was 1.13 × 10 −3 Ω · cm, and the hole mobility of the AZO thin film was 4.43 cm 2 / V · s.

[比較例1]
側部遮蔽板13c、13dを省略した以外は、実施例1と同様にして、試料SにAZO薄膜を形成した。
[Comparative Example 1]
An AZO thin film was formed on the sample S in the same manner as in Example 1 except that the side shielding plates 13c and 13d were omitted.

スパッタリング終了時、試料Sに形成されたAZO薄膜は、黄色透明であった。このことより、AZO薄膜には酸素負イオンが入射されていると考えられる。   At the end of sputtering, the AZO thin film formed on the sample S was yellow and transparent. From this, it is considered that oxygen negative ions are incident on the AZO thin film.

AZO薄膜の膜厚は199nmであった。なお、AZO薄膜の膜厚は、段差計ET2000(小坂製作所社製)を用いて測定した。   The thickness of the AZO thin film was 199 nm. The film thickness of the AZO thin film was measured using a step meter ET2000 (manufactured by Kosaka Manufacturing Co., Ltd.).

次に、薄膜X線回折装置RAD−2X(リガク社製)を用いて、AZO薄膜のCuKα線によるX線回折スペクトルを測定した。   Next, the X-ray diffraction spectrum by the CuKα ray of the AZO thin film was measured using a thin film X-ray diffractometer RAD-2X (manufactured by Rigaku Corporation).

図3に、AZO薄膜のX線回折スペクトルを示す。   FIG. 3 shows an X-ray diffraction spectrum of the AZO thin film.

図3から、ZnOの(002)面の回折ピークと、(103)面の回折ピークが存在することがわかる。   From FIG. 3, it can be seen that there are a diffraction peak of (002) plane and a diffraction peak of (103) plane of ZnO.

次に、比抵抗/ホール測定システムResi Test 8340 HT(東陽テクニカ社製)を用いて、AZO薄膜のホール効果を測定した。   Next, the Hall effect of the AZO thin film was measured using a specific resistance / Hall measurement system Resi Test 8340 HT (manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.).

その結果、AZO薄膜のキャリア濃度は6.92×1019cm−3であった。また、AZO薄膜の比抵抗は1.15×10−2Ω・cmであり、AZO薄膜のホール移動度は7.86cm/V・sであった。 As a result, the carrier concentration of the AZO thin film was 6.92 × 10 19 cm −3 . The specific resistance of the AZO thin film was 1.15 × 10 −2 Ω · cm, and the hole mobility of the AZO thin film was 7.86 cm 2 / V · s.

[比較例2]
上部遮蔽板13bのサイズを縦20mm、横60mmに変更した、即ち、上部遮蔽板13bが試料固定板13aに対して連続して形成されている長さ(L)を20mmに変更した以外は、実施例1と同様にして、試料SにAZO薄膜を形成した。
[Comparative Example 2]
The size of the upper shielding plate 13b is changed to 20 mm in length and 60 mm in width, that is, the length (L 1 ) where the upper shielding plate 13b is continuously formed with respect to the sample fixing plate 13a is changed to 20 mm. In the same manner as in Example 1, an AZO thin film was formed on Sample S.

スパッタリング終了時、試料Sに形成されたAZO薄膜は、黄色透明であった。このことより、AZO薄膜には酸素負イオンが入射されていると考えられる。   At the end of sputtering, the AZO thin film formed on the sample S was yellow and transparent. From this, it is considered that oxygen negative ions are incident on the AZO thin film.

AZO薄膜の膜厚は200nmであった。なお、AZO薄膜の膜厚は、段差計ET2000(小坂製作所社製)を用いて測定した。   The thickness of the AZO thin film was 200 nm. The film thickness of the AZO thin film was measured using a step meter ET2000 (manufactured by Kosaka Manufacturing Co., Ltd.).

次に、薄膜X線回折装置RAD−2X(リガク社製)を用いて、AZO薄膜のCuKα線によるX線回折スペクトルを測定した。   Next, the X-ray diffraction spectrum by the CuKα ray of the AZO thin film was measured using a thin film X-ray diffractometer RAD-2X (manufactured by Rigaku Corporation).

図3に、AZO薄膜のX線回折スペクトルを示す。   FIG. 3 shows an X-ray diffraction spectrum of the AZO thin film.

図3から、ZnOの(002)面の回折ピークと、(103)面の回折ピークが存在することがわかる。   From FIG. 3, it can be seen that there are a diffraction peak of (002) plane and a diffraction peak of (103) plane of ZnO.

次に、比抵抗/ホール測定システムResi Test 8340 HT(東陽テクニカ社製)を用いて、AZO薄膜のホール効果を測定した。   Next, the Hall effect of the AZO thin film was measured using a specific resistance / Hall measurement system Resi Test 8340 HT (manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.).

その結果、AZO薄膜のキャリア濃度は9.41×1019cm−3であった。また、AZO薄膜の比抵抗は、5.10×10−2Ω・cmであり、AZO薄膜のホール移動度は、1.30cm/V・sであった。 As a result, the carrier concentration of the AZO thin film was 9.41 × 10 19 cm −3 . The specific resistance of the AZO thin film was 5.10 × 10 −2 Ω · cm, and the hole mobility of the AZO thin film was 1.30 cm 2 / V · s.

表1に、AZO薄膜の膜厚及びホール効果の測定結果を示す。   Table 1 shows the measurement results of the film thickness and Hall effect of the AZO thin film.

Figure 2018083971
非特許文献3の表5.5の特性比較表の透明導電特性によれば、種々元素をドープしたZnO系の膜の比抵抗[Ω・cm]は、10−4代が多いものの、10−3代の膜も少なくない。また、種々元素をドープしたZnO系の膜のホール移動度[cm/V・s]は、20から40代が多いものの、一桁の例もある。さらに、種々元素をドープしたZnO系の膜のキャリア濃度[cm−3]は、1021代が多いものの、1020代も少なくない。
Figure 2018083971
According to the transparent conductive characteristics in the characteristic comparison table in Table 5.5 of Non-Patent Document 3, the specific resistance [Ω · cm] of ZnO-based films doped with various elements is large in the 10 −4 range, but 10 − There are many 3rd generation films. In addition, although the hole mobility [cm 2 / V · s] of ZnO-based films doped with various elements is often in the 20s to 40s, there is a single digit example. Further, the carrier concentration of the film of ZnO-based doped with various elements [cm -3], although many 10 21 generations, not a few 10 20s.

縦30mm、横60mmの上部遮蔽板13bを用いる実施例1と比較例1を対比すると、AZO薄膜の膜厚は、比較例1の方が2倍以上大きく、AZO薄膜の比抵抗は、比較例1の方が一桁大きく、AZO薄膜のキャリア濃度は、比較例1の方が二桁少ない。ここで、AZO薄膜のホール移動度の相違は、誤差範囲内であると考えられる。一方、AZO薄膜の比抵抗、キャリア濃度は、桁で異なっているので、有意の差があると考えられる。具体的には、実施例1のAZO薄膜の比抵抗は、10−3代であり、比較例1のAZO薄膜の10−2代である。また、実施例1のAZO薄膜のキャリア濃度は、1021代であり、比較例1のAZO薄膜のキャリア濃度は、1019代である。 When comparing Example 1 and Comparative Example 1 using the upper shielding plate 13b having a length of 30 mm and a width of 60 mm, the thickness of the AZO thin film is more than twice that of Comparative Example 1, and the specific resistance of the AZO thin film is comparative example. 1 is one digit larger, and the carrier concentration of the AZO thin film is two orders of magnitude less in Comparative Example 1. Here, the difference in hole mobility of the AZO thin film is considered to be within an error range. On the other hand, since the specific resistance and carrier concentration of the AZO thin film differ by digits, it is considered that there is a significant difference. Specifically, the specific resistance of the AZO thin film of Example 1 is 10 −3 generation, and the specific resistance of the AZO thin film of Comparative Example 1 is 10 −2 generation. The carrier concentration of the AZO thin film of Example 1 is 10 21 generations, the carrier concentration of the AZO thin film of Comparative Example 1 is 10 19 generations.

以上のように、実施例1と比較例1を比較すると、AZO薄膜の比抵抗、キャリア濃度は、実施例1の方が優れている。この事実から、側部遮蔽板13c、13dは、酸素負イオンのAZO薄膜への入射を阻止するのに有効であると言える。   As described above, when Example 1 is compared with Comparative Example 1, Example 1 is superior in specific resistance and carrier concentration of the AZO thin film. From this fact, it can be said that the side shielding plates 13c and 13d are effective in preventing the incidence of negative oxygen ions on the AZO thin film.

なお、遮蔽壁13は、試料台11上に設置されており、プラズマに包囲されている状態である。従って、側部遮蔽板13c、13dを取り去ると、両側からスパッタ粒子Pが回り込んでくる。このため、表1からも明らかなように、側部遮蔽板13c、13dを省略した比較例1では、上部遮蔽板13bの面積が同一であっても、実施例1よりも、AZO薄膜の膜厚は大きくなっている。   The shielding wall 13 is installed on the sample stage 11 and is surrounded by plasma. Therefore, when the side shielding plates 13c and 13d are removed, the sputtered particles P come around from both sides. Therefore, as is clear from Table 1, in Comparative Example 1 in which the side shielding plates 13c and 13d are omitted, even if the area of the upper shielding plate 13b is the same, the film of the AZO thin film is greater than in Example 1. The thickness is increasing.

また、実施例1と比較例2を比較すると、AZO薄膜の比抵抗、キャリア濃度は、実施例1の方が優れている。この事実から、上部遮蔽板13bが試料固定板13aに対して連続して形成されている長さ(L)が側部遮蔽板13c、13dが試料固定板13aに対して連続して形成されている長さ(L)よりも大きいことは、酸素負イオンのAZO薄膜への入射を阻止するのに有効であると言える。 Further, when Example 1 is compared with Comparative Example 2, Example 1 is superior in specific resistance and carrier concentration of the AZO thin film. From this fact, the length (L 1 ) in which the upper shielding plate 13b is continuously formed with respect to the sample fixing plate 13a is formed so that the side shielding plates 13c and 13d are continuously formed with respect to the sample fixing plate 13a. It can be said that it is effective to prevent the incidence of negative oxygen ions on the AZO thin film to be larger than the length (L 2 ).

10 マグネトロンスパッタリング装置
11 試料台
12 ターゲット
13 遮蔽壁
13a 試料固定板
13b 上部遮蔽板
13c、13d 側部遮蔽板
A 開口部
P スパッタ粒子
S 試料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Magnetron sputtering apparatus 11 Sample stand 12 Target 13 Shielding wall 13a Sample fixing plate 13b Upper shielding plate 13c, 13d Side shielding plate A Aperture P Sputtered particle S Sample

Claims (4)

試料を載置する試料台の上部に、前記試料に透明導電性酸化物膜を形成することが可能なターゲットが設置されているマグネトロンスパッタリング装置であって、
前記試料台に載置される試料は、前記ターゲットから放出される酸素負イオンを遮蔽することが可能な遮蔽壁により囲まれ、
前記遮蔽壁は、前記ターゲットに対向しない部位に開口部が形成されており、前記開口部に対向する部位に前記試料を固定する試料固定板を有し、前記試料固定板の上部に、上部遮蔽板が前記試料固定板と連続して形成されており、前記試料固定板の両側部に、側部遮蔽板が前記試料固定板と連続して形成されており、
前記上部遮蔽板が前記試料固定板に対して連続して形成されている長さは、前記側部遮蔽板が前記試料固定板に対して連続して形成されている長さよりも大きいマグネトロンスパッタリング装置。
A magnetron sputtering apparatus in which a target capable of forming a transparent conductive oxide film on the sample is installed on an upper part of a sample stage on which the sample is placed,
The sample placed on the sample stage is surrounded by a shielding wall capable of shielding oxygen negative ions released from the target,
The shielding wall has an opening formed at a portion not facing the target, and has a sample fixing plate for fixing the sample at a portion facing the opening, and an upper shielding is provided above the sample fixing plate. A plate is formed continuously with the sample fixing plate, and a side shielding plate is formed continuously with the sample fixing plate on both sides of the sample fixing plate,
The magnetron sputtering apparatus in which the length of the upper shielding plate formed continuously with respect to the sample fixing plate is larger than the length of the side shielding plate formed continuously with respect to the sample fixing plate. .
直流マグネトロンスパッタリング装置又は高周波マグネトロンスパッタリング装置である請求項1に記載のマグネトロンスパッタリング装置。   The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, which is a direct current magnetron sputtering apparatus or a high frequency magnetron sputtering apparatus. 前記透明導電性酸化物は、AlをドープしたZnO(AZO)、GaをドープしたZnO(GZO)、NbをドープしたTiO(TNO)及びSnをドープしたIn(ITO)からなる群より選ばれる請求項1又は2に記載のマグネトロンスパッタリング装置。 The transparent conductive oxide is made of AlO-doped ZnO (AZO), Ga-doped ZnO (GZO), Nb-doped TiO 2 (TNO), and Sn-doped In 2 O 3 (ITO). The magnetron sputtering apparatus according to claim 1 or 2, wherein the magnetron sputtering apparatus is selected. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタリング装置を用いて、前記試料に透明導電性酸化物薄膜を形成する透明導電性酸化物膜の形成方法。   The formation method of the transparent conductive oxide film which forms a transparent conductive oxide thin film in the said sample using the magnetron sputtering apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 3.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110002841A (en) * 2019-04-12 2019-07-12 深圳市彩田工程技术有限公司 A kind of production method of double light flexibility rammed earth plates
WO2021053115A1 (en) * 2019-09-18 2021-03-25 Danmarks Tekniske Universitet A magnetron plasma sputtering arrangement
US11671538B2 (en) * 2019-03-27 2023-06-06 Fujifilm Corporation Operation device and display control program for displaying an image and a plurality of buttons on a display

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