JP3298055B2 - 透明導電膜の形成方法 - Google Patents

透明導電膜の形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、透明導電膜の形成方法
に関し、更に詳しくは、少なくともIn,Sn,Oを含
む透明導電膜の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、In−Sn−O系透明導電膜(以
下ITO膜と称す)はスパッタ法、蒸着法、CVD法等
により基板上に形成していた。
【0003】このうち、スパッタ法ではIn−Snの合
金ターゲットを用いる場合と、In23にSnO2を混
入した酸化物ターゲットを用いる場合とがある。
【0004】ITO膜はn型半導体の導電性を示し、ド
ナーはInの位置を置換してイオン化したSn4+と、I
23から酸素が欠損した酸素欠損ドナーの2つから成
る。そしてスパッタ法でITO膜を形成する場合、スパ
ッタ室内に導入するスパッタガス中のO2量を調整する
ことにより、この酸素欠損ドナーの量を制御することが
出来る。例えば、導入O2量を減らすと酸素欠損ドナー
が増加するため、キャリア密度は増加する反面、ドナー
による電子の散乱も増加するため電子の移動度は逆に低
下する。従って、ITO膜の抵抗率は導入O2量に対し
て最適値をとることになる。
【0005】そのため、スパッタガスとしては、スパッ
タを行うためのAr等の不活性ガスの導入量と、膜の酸
化度を調整して最適な導電性と光透過性を得るために、
2などの酸化性のガス量を調整しながら導入するよう
にしていた。
【0006】また、例えばIn−Snの合金ターゲット
を用いる場合には、一般的に10- 3Torr台のArに対し
て10- 4Torr台のO2を、また、In−Sn−Oの酸化
物ターゲットを用いる場合には、一般的に10- 3Torr
台のArに対して10- 5Torr台のO2を導入するように
していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記のITO膜の抵抗
率と、光透過率が最適値となる最適O2導入量条件は、
下記のいくつかの成膜パラメータにより、低導入量側に
シフトし、特にITOの酸化物ターゲットを用いた場合
は、場合によってはO2を導入しないでArのみでスパ
ッタを行ってITO膜を形成しても、ITO膜が最適組
成よりも過酸化状態となり低抵抗値のITO膜が得られ
ないという問題がある。
【0008】最適なO2の導入条件をシフトさせるパラ
メータとしては次のものがある。
【0009】 基板温度 高温で形成する程、低抵抗値のITO膜が得られるが、
基板温度が高くなる程、基板表面での反応性がよくな
り、少ないO2導入量でもITO膜が酸化されやすくな
るため、基板温度の上昇に伴い最適O2導入量は少ない
方にシフトする。
【0010】 スパッタ電圧 低抵抗値のITO膜を得る方法として、本出願人が先に
特開平2−232358号(特願平1−50086号)
で提案した透明導電膜の製造方法があり、該方法による
と低電圧でITO膜を形成することにより、従来より大
幅に低抵抗値のITO膜を形成することが出来るもので
ある。この場合、スパッタ電圧を低下させる手段とし
て、スパッタ時にプラズマ密度を増加させているため、
この場合も基板表面での酸素との反応性が良くなる。従
って、スパッタ電圧を低下させた場合も最適O2導入量
は少ない方にシフトする。
【0011】 ターゲット材質 前記のように、スパッタ法でITO膜を形成する場合の
ターゲットとしてはIn−Snの合金ターゲットを用い
る場合と、ITOの酸化物ターゲットを用いる場合とが
あるが、合金ターゲットよりも酸化物ターゲットを用い
た方が一般的に低抵抗値のITO膜を得ることが出来
る。この場合も当然合金ターゲットを用いるよりも酸化
物ターゲットを用いた場合の方が最適O2導入量は少な
くなる。
【0012】 ターゲットの設置台数 量産用スパッタ装置でITO膜を形成する場合、ターゲ
ットの設置台数を増加することにより、装置1台当りの
生産量を増加させることが出来る。しかし、ターゲット
の設置台数を増加させることによっても最適O2導入量
は少ない方へシフトする。ITO酸化物ターゲットを用
いてITO膜を形成する場合、ターゲット自体の分解に
より発生した酸素が抜けていくため、不足した酸素分を
補うために外部からのO2ガスの導入が必要となる。し
かし、複数台のターゲットがスパッタ装置内に配置され
た場合は夫々のITO酸化物ターゲットの分解により発
生する酸素のためにターゲットの設置台数が増加するに
従って、スパッタ装置内の雰囲気は酸素過剰になってく
る。
【0013】上記のように低抵抗値のITO膜の生産性
を高めて効率よく量産するためには、複数台のITO酸
化物ターゲットを設置したスパッタ装置を用いて、低電
圧スパッタ法で高温基板上に形成することが有効であ
る。しかし、前記のように高温基板、低電圧スパッタ
法、ITO酸化物ターゲット、ターゲットの設置台数の
いずれも抵抗率が最小となる最適O2導入量を小さい方
へシフトさせる要因であり、これらを組み合わせた場合
には、O2を導入しないでArのみでスパッタしても基
板上のITO膜が過酸化状態になり最適条件で得られる
はずの低抵抗値のITO膜が得られないという問題があ
る。
【0014】本発明はかかる問題点を解消し、低抵抗値
のITO膜を形成する方法を提供することを目的とす
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の透明導電膜の形
成方法は、スパッタガスとしてAr及びH 2 混合ガス
を用い、In−Sn−O系の酸化物ターゲットを用いて
スパッタ法により200℃よりも高温の基板上にIn−
Sn−O系の透明導電膜を形成することを特徴とする。
【0016】
【作用】スパッタ法によりスパッタされたIn−Sn−
O系の酸化物ターゲットは基板上でIn−Sn−O系透
明導電膜を形成する。その際、スパッタガスをAr及び
2 混合ガスとすることにより、スパッタ時の雰囲気
が酸素過剰となることを防止して、基板上に形成される
透明導電膜の組成が最適組成となり、より低抵抗値の透
明導電膜となる。
【0017】
【実施例】本発明の実施例について説明する。
【0018】先ず、本発明を実施するに際し、用いるス
パッタ装置の概要を説明する。
【0019】スパッタ室内の下方に3台のカソードを並
べて設置し、夫々のカソードにはIn23に10wt%
のSnO2を混入したITO焼結体ターゲットを配設し
た。また、夫々のカソードにはマグネトロン放電を行う
ための磁石を設置し、夫々DC電源に接続した。また、
磁石とターゲット間の距離は可変とし、放電インピーダ
ンスを変えられるようにした。
【0020】スパッタガスは夫々のカソードの近傍から
Ar、O2、H2をマスフローコントローラーと電離真空
計により夫々流量と分圧を制御しながら任意に混合した
混合ガスとして導入されるようにした。また、スパッタ
室に接続せる真空排気系にはターボ分子ポンプを使用し
た。
【0021】また、スパッタ室内の上方に配置された基
板ホルダーに基板(例コーニング社製のガラスNo. 70
59)を保持させると共に、ターゲット上を等速で搬送
させて、基板上に均質なITO膜が形成されるようにし
た。また、基板の背面にはシースヒータを配設し、成膜
中の基板温度を制御出来るようにした。
【0022】次に、前記装置を用いて、DCマグネトロ
ンスパッタ法で透明導電膜(ITO膜)の形成の具体的
実施例について説明する。
【0023】成膜条件は、Arガス圧は5×10- 3Tor
rとし、各カソードの成膜速度は約800Å/minと
し、また、基板搬送速度を調整して基板上に膜厚約10
00ÅのITO膜を形成するようにした。
【0024】そして、基板上に形成されるITO膜の抵
抗値について、カソード台数の影響、基板温度の影響、
スパッタ電圧の影響との関係を夫々について調べた。
【0025】1) カソード台数の影響について スパッタ電圧−250Vとし、基板温度350℃とし、
使用するカソード台数を1台、2台、3台と変えてIT
O膜を形成し、夫々の台数における導入O2分圧、導入
2分圧とITO膜の抵抗率との関係を調べ、その結果
を図1に曲線A(カソード1台)、曲線B(カソード2
台)、曲線C(カソード3台)として示す。図1から明
らかなように、使用するカソード台数の増加に伴い、タ
ーゲット自体の分解により発生する酸素が増加するた
め、雰囲気が酸素過剰となることが分かる。
【0026】例えばカソードが1台の場合には、ITO
膜の抵抗率が最小となる最適O2導入分圧は1.0×1
- 5Torrであるのに対し、カソードが2台になるとO2
導入なしが最適条件となる。更に、カソードが3台とな
るとO2を導入しなくとも膜組成が酸素過剰となってI
TO膜の抵抗率が上昇してしまう。この場合はO2の代
わりにH2を導入することによって、最適条件をとるこ
とが出来る。このようにカソードを3台用い、H2を最
適条件の1.0×10- 5Torr導入して形成されたIT
O膜の抵抗率は、カソード1台でO2を導入して形成さ
れたITO膜の抵抗率と同等である。
【0027】2) 基板温度の影響について スパッタ電圧を−250Vとし、基板温度を室温から3
50℃の範囲で変化させ、更に、カソード台数を1台、
2台、3台と変えてITO膜を形成した時のITO膜の
抵抗率の最適値が得られる導入O2分圧またはH2分圧と
基板温度との関係を調べ、その結果を図2に曲線D(カ
ソード1台)、曲線E(カソード2台)、曲線F(カソ
ード3台)として示す。図2から明らかなように、基板
温度が室温のときは、カソード台数に関係なくO2の導
入によりITO膜の抵抗率の最適値をとることが出来る
が、基板温度が200℃より高い領域では、カソード台
数の増加に伴って、特にカソード台数が3台以上になる
と、O2のみの導入ではITO膜の抵抗率の最適値が得
られないので、H2の導入が必要となることが分かる。
【0028】3) スパッタ電圧の影響について 基板温度を350℃とし、スパッタ電圧を−110V、
−250V、−400Vと変化させ、更に、カソード台
数を1台、2台、3台と変えてITO膜を形成した時の
ITO膜の抵抗率の最適値が得られる導入O2分圧また
はH2分圧とスパッタ電圧との関係を調べ、その結果を
図3に曲線G(カソード1台)、曲線H(カソード2
台)、曲線I(カソード3台)として示す。図3から明
らかなように、各カソード台数においてはスパッタ電圧
が低いほど、最適O2分圧が小さくなり、更に、H2の導
入が必要となってくる。これはスパッタ電圧が低いほど
プラズマが高密度化しているため、ターゲット自体の分
解で発生する酸素の活性化により雰囲気が酸性化になっ
ていくためである。従って、スパッタ電圧が低いほどH
2の導入が必要となってくる。
【0029】前述のように、スパッタ室内に200℃よ
りも高温に加熱した基板と、複数台のITO酸化物ター
ゲットを配設し、スパッタ電圧が300V以下の低電圧
スパッタ法で基板上にITO膜を形成する際、Arガス
のみを用いてスパッタを行っても、ターゲット自体の分
解により発生する酸素によりスパッタ時の雰囲気が酸素
過剰となり、基板上に形成されるITO膜の組成が最適
組成よりも酸素が過剰な組成になる。そのため、酸素欠
損ドナーの低下によりキャリア濃度が低下して低抵抗膜
が形成されなくなる。
【0030】その改善のために、本発明法ではスパッタ
ガスにH2を導入することにより、キャリアの密度と移
動度を最適化することが出来るため、より低抵抗のIT
O膜が形成されることとなる。
【0031】本発明方法におけるH2導入は、Arのみ
でスパッタを行う際、ITO膜が過酸化状態になる場合
に有効な方法である
【0032】
【発明の効果】このように本発明の透明導電膜の形成方
法によるときは、スパッタガスにAr及びH 2 混合ガ
スを用いるようにしたので、形成される透明導電膜の酸
素過剰を防止して透明導電膜の組成を最適化することが
出来て、基板上に導電性および光透過性の優れた透明導
電膜を形成することが出来る効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 各カソード台数におけるスパッガス中に導入
するO2分圧またはH2分圧と透明導電膜の抵抗率との関
係を示す特性線図、
【図2】 透明導電膜の最適抵抗率を得るためのスパッ
ガス中に導入するO2分圧またはH2分圧と基板温度との
関係を示す特性線図、
【図3】 透明導電膜の最適抵抗率を得るためのスパッ
タガス中に導入するO2分圧またはH2分圧とスパッタ電
圧との関係を示す特性線図。
フロントページの続き (72)発明者 中村 久三 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空 技術株式会社千葉超材料研究所内 (56)参考文献 特開 平2−54755(JP,A) 特開 平3−64450(JP,A) 特開 昭62−227082(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 JICSTファイル(JOIS)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スパッタガスとしてAr及びH 2 混合
    ガスを用い、In−Sn−O系の酸化物ターゲットを用
    いてスパッタ法により200℃よりも高温の基板上にI
    n−Sn−O系の透明導電膜を形成することを特徴とす
    る透明導電膜の形成方法。
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DE10023459A1 (de) * 2000-05-12 2001-11-15 Balzers Process Systems Gmbh Indium-Zinn-Oxid (ITO)-Schicht und Verfahren zur Herstellung derselben
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