JP4538577B2 - Zinc oxide thin film deposition method - Google Patents
Zinc oxide thin film deposition method Download PDFInfo
- Publication number
- JP4538577B2 JP4538577B2 JP2002233563A JP2002233563A JP4538577B2 JP 4538577 B2 JP4538577 B2 JP 4538577B2 JP 2002233563 A JP2002233563 A JP 2002233563A JP 2002233563 A JP2002233563 A JP 2002233563A JP 4538577 B2 JP4538577 B2 JP 4538577B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hearth
- deposition material
- group
- vapor deposition
- zinc oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化亜鉛薄膜およびその成膜方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
表示素子の透明電極として、ITO膜、SnO2膜、ZnO膜等が用いられている。
【0003】
このうち、ITO膜は、比抵抗が2〜3×10−4Ω・cm以下程度と小さいため、液晶表示装置等に広く使用されている。
【0004】
しかしながら、ITO膜は、化学的安定性が他の材料と比べて低い。このため、ITO膜は、水素プラズマ中で還元されて黒化現象を招くため、例えば、太陽電池製造プロセス等のように、ZnO成膜の後工程にCVDによりアモルファスSiを成膜するプロセスを用いる場合、ITO膜を電極として用いることができない。また、ITO膜の原料のひとつのInは高価でかつ量的にも希少である。
【0005】
これに対して、SnO2膜は、比抵抗が10−3Ω・cm程度と大きいため、高い導電性を求められる膜には適さない。
【0006】
一方、ZnO膜は、通常スパッタリング法で作製されるが、この場合、比抵抗が5〜6×10−4Ω・cm程度でありSnO2膜よりも小さく、また、ITO膜に比べて化学的に安定であるため、上記したアモルファスSi膜を用いた太陽電池の電極として採用されている。また、ZnO膜の原料であるZnは安価であり、かつ資源量としても豊富である。
【0007】
ZnO膜は、従来、上記のスパッタリング法のほかにも、ゾルゲル法、スプレー法、MOCVD法、RFスパッタリング法等の種々の方法で成膜されている。
これらの成膜方法のうち、スパッタリング法やゾルゲル法は、生産性が高いという利点がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したスパッタリング法やゾルゲル法等の成膜方法により得られるZnO膜は、バンドギャップ中に深い準位が存在する等必ずしも良好な結晶性を得ることができない。
【0009】
一方、MBEやパルス・レーザ・デポジション等の方法を用いることにより結晶性の良好なZnO膜が得られることが報告されている。しかしながら、これらの方法は、成膜速度が極めて遅く、また、成膜面積も小さなものに限られるため、実用的ではない。
【0010】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、良好な結晶性を有するZnO(酸化亜鉛)膜を高い成膜速度で大面積に成膜することができる酸化亜鉛薄膜の成膜方法およびこの方法により成膜した酸化亜鉛薄膜を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る酸化亜鉛(ZnO)薄膜の成膜方法は、イオンプレーティング法による酸化亜鉛薄膜の成膜方法であって、成膜室中に陽極として配置されたハースに酸化亜鉛を主成分とする蒸着材料を配置し、該ハースの周囲に配した磁場制御部材により該ハースに近接した上方の磁界を制御し、該蒸着材料に向けてアーク放電による高密度プラズマビームを供給して蒸着物質を蒸発させてイオン化させて、該蒸着材料と対向して配置された基板の表面に該蒸着物質を付着させ、前記ハースが前記成膜室を基準として+29.3〜+60Vの電位となるように電圧を印加することによって、室温で測定したフォトルミネッセンススペクトルにおいてバンド端発光のピークから300meV以上の深い準位にピークを示さない薄膜を得ることを特徴とする。
【0012】
ここで、ハースは、蒸着材料を配置する部材をいい、後述する本実施の形態例のハースのみでなく、るつぼを含む。
【0013】
これにより、良好な結晶性を有する酸化亜鉛薄膜を高い成膜速度で大面積にわたって均質に成膜することができる。
【0014】
また、この場合、ハースの電位が+29.3Vより低いと、基板表面での成膜粒子のマイグレーションが不足して、酸化亜鉛薄膜の結晶性が低下し、一方、ハースの電位が+60Vより高いと、高いエネルギ−を持った蒸着物質が基板に衝突することにより結晶の欠陥が生成して、やはり得られる酸化亜鉛薄膜の結晶性が低下し、いずれも好ましくない。
【0015】
また、この場合、前記蒸着材料は、(1)1族元素、(2)3族元素、(3)4族元素、(4)5族元素、(5)7族元素、(6)1族元素の酸化物、(7)3族元素の酸化物、(8)4族元素の酸化物、(9)5族元素の酸化物、(10)7族元素の酸化物のうちの少なくともいずれか1つを含んでもよい。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明に係る酸化亜鉛薄膜およびその成膜方法の好適な実施の形態(以下、本実施の形態例という。)について、図を参照して、以下に説明する。
【0020】
まず、本実施の形態例に係る酸化亜鉛薄膜の成膜方法(以下、単に成膜方法という。)を実施するのに好適な成膜装置について図1を参照して説明する。
【0021】
成膜装置は、成膜室である真空容器10と、真空容器10中にプラズマビームPBを供給するプラズマ源であるプラズマガン30と、真空容器10内の底部に配置されてプラズマビームPBが入射する陽極部材50とを備える。
【0022】
真空容器10は、アースされている。
【0023】
プラズマガン30は、特開平9−194232号公報等に開示した圧力勾配型のプラズマガンであり、その本体部分は、真空容器10の側壁に設けられた筒状部12に装着されている。この本体部分は、陰極31によって一端が閉塞されたガラス管32からなる。ガラス管32内には、モリブデンで形成された円筒33が陰極31に固定されてガラス管32と同心に配置されており、円筒33内には6ホウ化ランタン(LaB6)で形成された円盤34とタンタルで形成されたパイプ35とが内蔵されている。ガラス管32の陰極31とは反対側の端部と真空容器10に設けた筒状部12の端部との間には、第1および第2の中間電極41、42が同軸で直列に配列されている。第1の中間電極41内には、プラズマビームPBを収束するための環状永久磁石44が内蔵され、一方、第2の中間電極42内にも、プラズマビームPBを収束するための電磁石コイル45が内蔵されている。また、筒状部12の周囲には、陰極31で発生して第1および第2の中間電極41、42まで引き出されたプラズマビームPBを真空容器10内に導くステアリングコイル47が設けられている。
【0024】
プラズマガン30の動作は、図示しないガン駆動装置によって制御される。これにより、陰極31への給電をオン・オフしあるいは供給電流等を調整することができ、さらに、第1および第2の中間電極41、42、電磁石コイル45およびステアリングコイル47への給電を調整することができる。この結果、真空容器10内に供給されるプラズマビームPBの強度や分布状態を制御することができる。
【0025】
なお、プラズマガン30の最も内心側に配置されるパイプ35は、プラズマビームPBのもととなる、アルゴン(Ar)等の不活性ガスからなるキャリアガスをプラズマガン30ひいては真空容器10内に導入するためのものであり、流量計93及び流量調節弁94を介して不活性ガス源90に接続されている。
【0026】
真空容器10内の底部に配置される陽極部材50は、プラズマビームPBを下方に導く主陽極であるハース51と、ハース51の周囲に配置された環状の補助陽極〈磁場制御部材〉52とからなる。
【0027】
ハース51は、導電性材料で形成され、図示しない絶縁物を介して、接地された真空容器10に支持されている。ハース51は、陽極電源装置80によって適当な正電位に制御されており、プラズマガン30から出射したプラズマビームPBは、これらハース51および補助陽極52にガイドされて、下方に配置したハース51に到達する。
【0028】
ハース51は、蒸着材料配置部であり、プラズマビームPBが入射する中央部に貫通孔THを有し、貫通孔THに蒸着材料である柱状若しくは棒状の材料ロッド53が装填される。材料ロッド53は、ZnOまたはZnOにAl等の金属を添加して所定の形状に成形したタブレットである。材料ロッド53は、プラズマビームPBの電流によって加熱されて昇華し、蒸着物質の蒸気を発生する。真空容器10の下部に設けた材料供給装置58は、材料ロッド53をつぎつぎにハース51の貫通孔THに装填するとともに、装填した材料ロッド53を徐々に上昇させる構造を有しており、材料ロッド53の上端が蒸発して消耗しても、この上端をハース51の貫通孔THから常に一定量だけ突出させることができる。
【0029】
補助陽極52は、ハース51と同心にハース51の周囲に配置された環状の容器により構成されている。この環状の容器内には、フェライト等で形成された環状の永久磁石55と、永久磁石55と同心に積層されたコイル56とが収容されている。これら永久磁石55およびコイル56は、磁場制御部材であり、ハース51の直上方にカスプ状磁場を形成する。これにより、ハース51に入射するプラズマビームPBの向きを修正することができる。
【0030】
補助陽極52のコイル56は、電磁石を構成し、陽極電源装置80から給電されて、永久磁石55により発生する中心側の磁界と同じ向きになるような付加的な磁界を形成する。つまり、コイル56に供給する電流を変化させることで、ハース51に入射するプラズマビームPBの向きの微調整が可能になる。
【0031】
補助陽極52の容器も、ハース51と同様に導電性材料で形成される。補助陽極52は、図示しない絶縁物を介してハース51に取り付けられている。陽極電源装置80から補助陽極52に印加する電圧を変化させることにより、ハース51の上方の電界を補助的に制御できる。すなわち、補助陽極52の電位をハース51と同じにすると、プラズマビームPBが補助陽極52にも引き寄せられてハース51へのプラズマビームPBの供給が減少する。一方、補助陽極52の電位を真空容器10と同じ程度に下げると、プラズマビームPBがハース51に引き寄せられて材料ロッド53が加熱される。
【0032】
真空容器10の上部空間部のハース51と対向する位置に、保持部材60に保持されて基板Wが配置される。
【0033】
酸素ガス供給装置71および窒素ガス供給装置72は、それぞれ、真空容器10に適当なタイミングで適当な量の酸素(O2)ガスおよび窒素(N2)ガスを雰囲気ガスとして供給(導入)するためのガス供給手段である。酸素ガスを収容する酸素ガス源71aおよび窒素ガスを収容する窒素ガス源72aからの供給ラインは、それぞれ流量調節弁71b、72bおよび流量計71c、72cを介して真空容器10に接続されている。
【0034】
ハース用ガス供給装置73は、アルゴン等の不活性ガスをハース51に適当なタイミングで適当な量供給するためのものである。不活性ガス源90から分岐された不活性ガスは、ハース用ガス供給装置73の流量調節弁73bおよび流量計73cを介してハース51に設けた図示しないガス導入ポートに導かれ、材料ロッド53の周囲に吐出される。
【0035】
排気装置76は、排気ポンプ76bにより、真空ゲート76aを介して真空容器10内のガスを適宜排気する。
【0036】
真空圧測定器77は、真空容器10内の酸素ガス、窒素ガス等の分圧を計測することができ、この計測結果は、雰囲気制御装置78によって監視されている。
【0037】
雰囲気制御装置78は、酸素ガス供給装置71、窒素ガス供給装置72およびハース用ガス供給装置73等を介して、酸素ガス、窒素ガスおよびアルゴンガスの真空容器10内への供給量をそれぞれ調整することができる。また、雰囲気制御装置78は、真空圧測定器77の計測結果に基づいて、酸素ガス供給装置71、窒素ガス供給装置72、ハース用ガス供給装置73および排気装置76等の動作を制御して、真空容器10内の酸素ガス、窒素ガスおよびアルゴンガスの分圧を目標値に制御することができる。
【0038】
以上のように構成した上記成膜装置は、イオンプレーティング装置であり、以下のように作用する。
【0039】
まず、真空容器(成膜室)10の下部に配置されたハース51の貫通孔THに材料ロッド53を装着する。材料ロッド53を構成する蒸着材料は、ZnOを主成分とする。なお、蒸着材料は、Al、Ga、In、B等の3族元素やN等の5族の元素あるいはこれらの元素の酸化物をさらに含むと、膜の比抵抗をより小さくすることができる。また、1族元素、4族元素、7族元素あるいはこれらの元素の酸化物を含んでもよい。一方、ハース51の上方の対向する位置に、例えば,ガラス製の基板Wを配置する。
【0040】
つぎに、基板WにZnOを付着形成(成膜)させるに際して、予め真空容器10に酸素ガスを導入する。
【0041】
そして、アース電位にある真空容器10を挟んで、負電圧をプラズマガン30の陰極31に、正電圧をハース51に印加して放電を生じさせ、これにより、プラズマビームPBを生成する。放電が安定した状態でのハース51の電圧は、真空容器10(真空容器10の壁)を基準として好ましくは+30〜+60Vの範囲内とする。このハース51の電圧は、磁場、真空容器10の圧力、放電電流等の条件を変更することで調整することができる。
【0042】
プラズマビームPBは、ステアリングコイル47と補助陽極52内の永久磁石55等とによって決定される磁界に案内されてハース51に到達する。この際、材料ロッド53の周囲にアルゴンガスが供給されるので、容易にプラズマビームPBがハース51に引き寄せられる。
【0043】
プラズマに曝された材料ロッド53は、徐々に加熱される。材料ロッド53が十分に加熱されると、材料ロッド53が昇華し、ZnO等の蒸着物質が蒸発(出射)する。蒸着物質は、ハース51直上の高密度のプラズマビームPB中でイオン化される。プラズマビームPB内におけるハース直上での電位はハース51の電位と略同程度であるため、正にイオン化された蒸着物質(蒸着材料の元素)は、ハース51の電位と略等しい電位、すなわち、ポテンシャルエネルギを持つ。
【0044】
真空容器10の圧力を適切に選ぶと、イオン化した蒸着物質は、移動中にAr等の粒子と衝突する機会が少ないためにエネルギを失うことなく、ポテンシャルエネルギから置換された運動エネルギを持って基板Wに到達し、付着(入射)する。なお、例えば、真空容器10の圧力が高すぎると、イオン化した蒸着物質は、Ar等の粒子と衝突して運動エネルギを失い熱化する。すなわち、イオン化した蒸着物質の運動エネルギは、平均的な温度の熱エネルギに相当するレベルまで低下する。
【0045】
基板W上に堆積したZnO等は、酸素ガスと反応して、基板W上にZnO薄膜が形成される。
【0046】
上記のように、ハース51の電位を+30〜+60Vの範囲で調整し、また、真空容器10の圧力を適切に選んで、イオン化された蒸着物質の運動エネルギをZnOの結晶成長に最適な範囲内とすることで、良好な結晶性を有するZnO薄膜を得ることができる。なお、この場合、イオン化された蒸着物質の運動エネルギが低すぎると、基板Wに到達した蒸着物質の粒子の表面マイグレーションが不足し、一方これとは逆に、イオン化された蒸着物質の運動エネルギが高すぎると、既に形成された結晶成長後の膜の構造を壊しながら膜成長が進むことになるため、いずれも良好な結晶性を有するZnO薄膜を得ることができない。
【0047】
また、このとき、酸素ガスの雰囲気圧を調整することにより、ZnO薄膜中の酸素欠陥の量を制御することができる。また、1族、3族、4族、5族、7族の元素、乃至1族、3族、4族、5族、7族の元素を含む酸化物を蒸着材料に添加するか、あるいはガスの形態で供給することにより、ZnO薄膜中の添加元素を制御することができる。
【0048】
本実施の形態例に係るZnO薄膜の成膜方法により得られるZnO薄膜は、結晶欠陥が少なく、結晶性が良好である。また、本実施の形態例に係るZnO薄膜の成膜方法によれば、良好な結晶性を有するZnO薄膜を高い成膜速度で大面積にわたって均一に形成することができる。
【0049】
【実施例】
実施例を挙げて、本発明をさらに説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
本発明の成膜方法であるイオンプレーティング方法を用い、ZnO膜を調製した。
【0050】
基板として、厚み0.7mmの無アルカリガラス基板を用いた。無アルカリガラス基板は、200℃の温度に保持した。材料ロッドを構成する蒸着材料は、ZnOを用いた。成膜条件は、放電電圧が80V、ハース電位が+40V、放電電流120Aでアーク放電を行った。成膜圧力0.1Pa、雰囲気ガス条件としてアルゴン:酸素=30sccm:10sccmとした。これにより、膜厚が200nmの酸化亜鉛薄膜を得た。
【0051】
図2に、得られたZnO膜についてフォトルミネセンス(以下、PLという。)測定を行って得られたPLスペクトルを示す。併せて、比較のために、スパッタリング法により成膜したZnO膜のPLスペクトルを示す。
【0052】
なお、PL測定は、He−Cdレーザの325nm線を用い、77K(図2(a))および室温(RT:図2(b)の2条件で行った。図2中、(A)がイオンプレーティング法により成膜したZnO膜であり、(B)がスパッタリング法により成膜したZnO膜である。縦軸はPL強度を示し、横軸は光子エネルギを示す。PLスペクトルの形状が略同一になるように、(B)のスパッタリング法のPLスペクトル波形の縦軸の幅を、図2(a)については10倍に、図2(b)については25倍に、それぞれ拡大して示す。
【0053】
スパッタリング法により成膜したZnO膜は、3.3eVのバンドギャップ中、2.2eVの欠陥準位によると考えられる発光帯(図2中Aピーク)と、バンド端発光(図2中NBE)の0.1eV低エネルギー側のPLピーク(図2中Bピーク)の強度が大きい。これに対して、イオンプレーティング法により成膜したZnO膜は、2.2eVの欠陥準位によると考えられる発光帯(図2中Aピーク)およびバンド端発光の0.1eV低エネルギー側のPLピーク(図2中Bピーク)が消失し、バンド端発光が支配的であり、ZnO薄膜が、結晶欠陥の少ない、高い結晶性を有する高品質の膜であることがわかる。
(実施例2)
つぎに、本発明の成膜方法であるイオンプレーティング方法を用い、上記の実施例の製造条件のうち、ハース電位のみを変えてZnO膜を調製した。
【0054】
図3に77Kで行ったPL測定の結果を示し、図4に室温で行ったPL測定の結果を示す。なお、図3および図4中、各PLスペクトルに付した電圧の数値はハース電位である。また、各PLスペクトルは、それぞれに付した倍率で縦軸を拡大して、波形が各PLスペクトルで略同じ大きさになるように調整している。
【0055】
図3で室温において測定したPLスペクトルをみると、ハース電位28.3Vで作製したZnO膜は、2.2eV付近の欠陥準位が存在し、また、バンド端発光のピークも小さい。これに対して、ハース電位を上げるにつれて、2.2eV付近の欠陥準位が消失し、バンド端発光のピークが大きくなる。ハース電位が30V以上になると、少なくとも300meV以上の深い準位を有しない、言い換えると、バンド端発光のみを有する、結晶欠陥の少ない、良好な結晶性を有するZnO膜が得られることがわかる。
【0056】
図4の77Kにおいて測定したPLスペクトルについても、図3と同様の傾向が見られる。
【0057】
【発明の効果】
本発明に係る酸化亜鉛薄膜の成膜方法によれば、イオンプレーティグ法による酸化亜鉛薄膜の成膜方法であって、成膜室中に陽極として配置されたハースに酸化亜鉛を主成分とする蒸着材料を配置し、ハースの周囲に配した磁場制御部材により該ハースに近接した上方の磁界を制御し、蒸着材料に向けてアーク放電による高密度プラズマビームを供給して蒸着物質をイオン化させて、蒸着材料と対向して配置された基板の表面に蒸着物質を付着させて薄膜を得るため、良好な結晶性を有する酸化亜鉛薄膜を高い成膜速度で大面積にわたって均質に成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態例に係る酸化亜鉛薄膜の形成方法に用いるイオンプレーティング装置の概略断面図である。
【図2】 実施例1の酸化亜鉛膜のPLスペクトルを示す図であり、(a)は77Kの温度で、(b)は常温でそれぞれ測定した結果である。
【図3】 第2の実施例の酸化亜鉛膜のPLスペクトルを常温で測定した結果を示す図である。
【図4】 第2の実施例の酸化亜鉛膜のPLスペクトルを77Kで測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
10 真空容器
30 プラズマガン
50 陽極部材
51 ハース
53 材料ロッド
60 保持部材
71 酸素ガス供給装置
73 窒素ガス供給装置
78 雰囲気制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a zinc oxide thin film and a film forming method thereof.
[0002]
[Prior art]
As the transparent electrode of the display element, an ITO film, a SnO 2 film, a ZnO film, or the like is used.
[0003]
Among these, the ITO film has a small specific resistance of about 2 to 3 × 10 −4 Ω · cm or less, and is therefore widely used in liquid crystal display devices and the like.
[0004]
However, the ITO film has low chemical stability compared to other materials. For this reason, since the ITO film is reduced in hydrogen plasma and causes a blackening phenomenon, a process of forming amorphous Si by CVD is used as a post-process of ZnO film formation, such as a solar cell manufacturing process. In this case, the ITO film cannot be used as an electrode. In addition, In, one of the raw materials for the ITO film, is expensive and rare in quantity.
[0005]
On the other hand, the SnO 2 film has a large specific resistance of about 10 −3 Ω · cm, and thus is not suitable for a film that requires high conductivity.
[0006]
On the other hand, the ZnO film is usually produced by a sputtering method. In this case, the specific resistance is about 5 to 6 × 10 −4 Ω · cm, which is smaller than the SnO 2 film, and is more chemically than the ITO film. Therefore, it is employed as an electrode of a solar cell using the above-described amorphous Si film. In addition, Zn, which is a raw material for the ZnO film, is inexpensive and has abundant resources.
[0007]
The ZnO film is conventionally formed by various methods such as a sol-gel method, a spray method, an MOCVD method, and an RF sputtering method in addition to the above sputtering method.
Of these film forming methods, the sputtering method and the sol-gel method have an advantage of high productivity.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, a ZnO film obtained by a film forming method such as the sputtering method or the sol-gel method described above cannot always obtain good crystallinity because a deep level exists in the band gap.
[0009]
On the other hand, it has been reported that a ZnO film having good crystallinity can be obtained by using a method such as MBE or pulse laser deposition. However, these methods are not practical because the film formation rate is extremely slow and the film formation area is limited to a small one.
[0010]
The present invention has been made in view of the above problems, and a method for forming a zinc oxide thin film capable of forming a ZnO (zinc oxide) film having good crystallinity over a large area at a high film formation rate. And it aims at providing the zinc oxide thin film formed into a film by this method.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A method of forming a zinc oxide (ZnO) thin film according to the present invention is a method of forming a zinc oxide thin film by an ion plating method, wherein zinc oxide is a main component in a hearth arranged as an anode in a film forming chamber. An evaporation material to be disposed is disposed, a magnetic field control member disposed around the hearth is used to control an upper magnetic field close to the hearth, and a high-density plasma beam by arc discharge is supplied to the evaporation material to thereby form an evaporation material. Evaporated and ionized, the vapor deposition material is attached to the surface of the substrate disposed opposite the vapor deposition material, and a voltage is applied so that the hearth has a potential of +29.3 to +60 V with respect to the film formation chamber. by applying, especially to obtain a thin film exhibiting no peaks from the peak of the band edge emission in the photoluminescence spectrum measured at room temperature or more deep levels 300meV To.
[0012]
Here, the hearth refers to a member on which the vapor deposition material is disposed, and includes not only the hearth of the embodiment described later but also a crucible.
[0013]
Thereby, the zinc oxide thin film which has favorable crystallinity can be uniformly formed over a large area at a high film formation rate.
[0014]
In this case, if the Haas potential is lower than +29.3 V, the migration of the deposited particles on the surface of the substrate is insufficient, and the crystallinity of the zinc oxide thin film is lowered. On the other hand, the Haas potential is higher than +60 V. If it is high, the deposition material having high energy collides with the substrate to generate crystal defects, and the crystallinity of the obtained zinc oxide thin film is lowered, which is not preferable.
[0015]
Further, in this case, the vapor deposition material is (1) Group 1 element, (2) Group 3 element, (3) Group 4 element, (4)
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of a zinc oxide thin film and a method for forming the same according to the present invention (hereinafter referred to as this embodiment) will be described below with reference to the drawings.
[0020]
First, a film forming apparatus suitable for carrying out a method for forming a zinc oxide thin film according to this embodiment (hereinafter simply referred to as a film forming method) will be described with reference to FIG.
[0021]
The film forming apparatus includes a
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The operation of the
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The coil 56 of the
[0031]
The container of the
[0032]
The substrate W is held by the holding
[0033]
The oxygen
[0034]
The hearth gas supply device 73 is for supplying an appropriate amount of inert gas such as argon to the
[0035]
The
[0036]
The vacuum
[0037]
The
[0038]
The film forming apparatus configured as described above is an ion plating apparatus, and operates as follows.
[0039]
First, the
[0040]
Next, when ZnO is deposited on (deposited with) the substrate W, oxygen gas is introduced into the
[0041]
A negative voltage is applied to the
[0042]
The plasma beam PB reaches the
[0043]
The
[0044]
If the pressure of the
[0045]
ZnO or the like deposited on the substrate W reacts with oxygen gas to form a ZnO thin film on the substrate W.
[0046]
As described above, the potential of the
[0047]
At this time, the amount of oxygen defects in the ZnO thin film can be controlled by adjusting the atmospheric pressure of the oxygen gas. In addition, an oxide containing an element of Group 1, Group 3, Group 4,
[0048]
The ZnO thin film obtained by the ZnO thin film forming method according to this embodiment has few crystal defects and good crystallinity. Moreover, according to the ZnO thin film forming method according to the present embodiment, a ZnO thin film having good crystallinity can be uniformly formed over a large area at a high film forming rate.
[0049]
【Example】
The present invention will be further described with reference to examples. In addition, this invention is not limited to the Example demonstrated below.
Example 1
A ZnO film was prepared using an ion plating method which is a film forming method of the present invention.
[0050]
A non-alkali glass substrate having a thickness of 0.7 mm was used as the substrate. The alkali-free glass substrate was kept at a temperature of 200 ° C. ZnO was used as the vapor deposition material constituting the material rod. The deposition conditions were arc discharge with a discharge voltage of 80V, a hearth potential of + 40V, and a discharge current of 120A. The film forming pressure was 0.1 Pa, and the atmospheric gas conditions were argon: oxygen = 30 sccm: 10 sccm. Thereby, a zinc oxide thin film having a thickness of 200 nm was obtained.
[0051]
FIG. 2 shows a PL spectrum obtained by performing photoluminescence (hereinafter referred to as PL) measurement on the obtained ZnO film. In addition, for comparison, a PL spectrum of a ZnO film formed by a sputtering method is shown.
[0052]
Note that the PL measurement was performed using a 325 nm line of a He—Cd laser under two conditions of 77 K (FIG. 2A) and room temperature (RT: FIG. 2B). A ZnO film formed by the plating method, and (B) is a ZnO film formed by the sputtering method, the vertical axis indicates the PL intensity, the horizontal axis indicates the photon energy, and the shape of the PL spectrum is substantially the same. 2B, the width of the vertical axis of the PL spectrum waveform of the sputtering method of (B) is enlarged 10 times for FIG. 2A and 25 times for FIG. 2B.
[0053]
The ZnO film formed by the sputtering method has an emission band (A peak in FIG. 2) considered to be due to a defect level of 2.2 eV in a band gap of 3.3 eV, and a band edge emission (NBE in FIG. 2). The intensity of the PL peak (B peak in FIG. 2) on the low energy side of 0.1 eV is large. On the other hand, the ZnO film formed by the ion plating method has a light emission band (A peak in FIG. 2) considered to be due to a defect level of 2.2 eV and a PL of 0.1 eV low energy side of band edge emission. It can be seen that the peak (B peak in FIG. 2) disappears, the emission at the band edge is dominant, and the ZnO thin film is a high-quality film having few crystal defects and high crystallinity.
(Example 2)
Next, using the ion plating method which is the film forming method of the present invention, ZnO films were prepared by changing only the Hearth potential among the manufacturing conditions of the above-described examples.
[0054]
FIG. 3 shows the result of PL measurement performed at 77K, and FIG. 4 shows the result of PL measurement performed at room temperature. In FIG. 3 and FIG. 4, the numerical value of the voltage assigned to each PL spectrum is the Haas potential. In addition, each PL spectrum is adjusted so that the waveform becomes substantially the same in each PL spectrum by magnifying the vertical axis at the magnification given thereto.
[0055]
When the PL spectrum measured at room temperature in FIG. 3 is observed, the ZnO film manufactured at a Hearth potential of 28.3 V has a defect level in the vicinity of 2.2 eV, and the peak of band edge emission is small. On the other hand, as the Haas potential is increased, the defect level in the vicinity of 2.2 eV disappears, and the peak of band edge emission increases. It can be seen that when the Haas potential is 30 V or higher, a ZnO film having no deep level of at least 300 meV, in other words, having only band-edge light emission and few crystal defects and good crystallinity can be obtained.
[0056]
The same tendency as in FIG. 3 is also observed for the PL spectrum measured at 77K in FIG.
[0057]
【The invention's effect】
According to the method for forming a zinc oxide thin film according to the present invention, a method for forming a zinc oxide thin film by an ion plating method, comprising zinc oxide as a main component in a hearth disposed as an anode in a film forming chamber. The deposition material is arranged, the magnetic field control member arranged around the hearth is used to control the upper magnetic field close to the hearth, and a high-density plasma beam by arc discharge is supplied to the deposition material to ionize the deposition material. In order to obtain a thin film by depositing a vapor deposition substance on the surface of the substrate disposed opposite to the vapor deposition material, a zinc oxide thin film having good crystallinity can be uniformly formed over a large area at a high film formation rate. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an ion plating apparatus used in a method for forming a zinc oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a PL spectrum of the zinc oxide film of Example 1, where (a) is a result measured at a temperature of 77 K, and (b) is a result measured at room temperature.
FIG. 3 is a diagram showing a result of measuring a PL spectrum of a zinc oxide film of a second example at room temperature.
FIG. 4 is a diagram showing the result of measuring the PL spectrum of the zinc oxide film of the second example at 77K.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
成膜室中に陽極として配置されたハースに酸化亜鉛を主成分とする蒸着材料を配置し、
該ハースの周囲に配した磁場制御部材により該ハースに近接した上方の磁界を制御し、
該蒸着材料に向けてアーク放電による高密度プラズマビームを供給して蒸着物質を蒸発させてイオン化し、該蒸着材料と対向して配置された基板の表面に該蒸着物質を付着させ、
前記ハースが前記成膜室を基準として+29.3〜+60Vの電位となるように電圧を印加することによって、室温で測定したフォトルミネッセンススペクトルにおいてバンド端発光のピークから300meV以上の深い準位にピークを示さない薄膜を得ることを特徴とする酸化亜鉛薄膜の成膜方法。A method for forming a zinc oxide thin film by ion plating,
Arrange the deposition material mainly composed of zinc oxide in the hearth arranged as the anode in the film formation chamber,
The upper magnetic field close to the hearth is controlled by a magnetic field control member disposed around the hearth,
A high-density plasma beam by arc discharge is supplied to the vapor deposition material to evaporate and ionize the vapor deposition material, and attach the vapor deposition material to the surface of the substrate disposed opposite to the vapor deposition material,
By applying a voltage so that the hearth has a potential of +29.3 to +60 V with respect to the film formation chamber, a peak appears at a deep level of 300 meV or more from the peak of the band edge emission in the photoluminescence spectrum measured at room temperature. A method for forming a zinc oxide thin film, comprising:
成膜室中に陽極として配置されたハースに酸化亜鉛を主成分とする蒸着材料を配置し、
該ハースの周囲に配した磁場制御部材により該ハースに近接した上方の磁界を制御し、
該蒸着材料に向けてアーク放電による高密度プラズマビームを供給して蒸着物質を蒸発させてイオン化し、該蒸着材料と対向して配置された基板の表面に該蒸着物質を付着させ、
前記ハースが前記成膜室を基準として+40.1〜+60Vの電位となるように電圧を印加することによって、77Kで測定したフォトルミネッセンススペクトルにおいてバンド端発光のピークから300meV以上の深い準位にピークを示さない薄膜を得ることを特徴とする酸化亜鉛薄膜の成膜方法。A method for forming a zinc oxide thin film by ion plating,
Arrange the deposition material mainly composed of zinc oxide in the hearth arranged as the anode in the film formation chamber,
The upper magnetic field close to the hearth is controlled by a magnetic field control member disposed around the hearth,
A high-density plasma beam by arc discharge is supplied to the vapor deposition material to evaporate and ionize the vapor deposition material, and attach the vapor deposition material to the surface of the substrate disposed opposite to the vapor deposition material,
By applying a voltage so that the hearth has a potential of +40.1 to +60 V with respect to the film formation chamber, a peak appears at a deep level of 300 meV or more from the peak of the band edge emission in the photoluminescence spectrum measured at 77K. A method for forming a zinc oxide thin film, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002233563A JP4538577B2 (en) | 2002-08-09 | 2002-08-09 | Zinc oxide thin film deposition method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002233563A JP4538577B2 (en) | 2002-08-09 | 2002-08-09 | Zinc oxide thin film deposition method |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009112895A Division JP2009197333A (en) | 2009-05-07 | 2009-05-07 | Zinc oxide thin film |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004076025A JP2004076025A (en) | 2004-03-11 |
JP4538577B2 true JP4538577B2 (en) | 2010-09-08 |
Family
ID=32018664
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002233563A Expired - Fee Related JP4538577B2 (en) | 2002-08-09 | 2002-08-09 | Zinc oxide thin film deposition method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4538577B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2007111074A1 (en) | 2006-03-24 | 2009-08-06 | コニカミノルタエムジー株式会社 | Transparent barrier sheet and method for producing transparent barrier sheet |
JPWO2007111092A1 (en) | 2006-03-24 | 2009-08-06 | コニカミノルタエムジー株式会社 | Transparent barrier sheet and method for producing transparent barrier sheet |
EP2000297A1 (en) | 2006-03-24 | 2008-12-10 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | Transparent barrier sheet and method for producing transparent barrier sheet |
JPWO2007111076A1 (en) | 2006-03-24 | 2009-08-06 | コニカミノルタエムジー株式会社 | Transparent barrier sheet and method for producing transparent barrier sheet |
JPWO2007111098A1 (en) | 2006-03-24 | 2009-08-06 | コニカミノルタエムジー株式会社 | Transparent barrier sheet and method for producing the same |
JP4942445B2 (en) * | 2006-09-08 | 2012-05-30 | Tdk株式会社 | Magnetoresistive element, thin film magnetic head, head gimbal assembly, head arm assembly, and magnetic disk apparatus |
-
2002
- 2002-08-09 JP JP2002233563A patent/JP4538577B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004076025A (en) | 2004-03-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6472814B1 (en) | Electron-emitting device provided with pores that have carbon deposited therein | |
US4336277A (en) | Transparent electrical conducting films by activated reactive evaporation | |
KR20150016983A (en) | Method for sputtering for processes with a pre-stabilized plasma | |
JP5007792B2 (en) | Method for forming p-type In—Ga—Zn—O film | |
JP4475209B2 (en) | Oxide sintered tablet for deposition | |
JP4538577B2 (en) | Zinc oxide thin film deposition method | |
JPS6258145B2 (en) | ||
US6388366B1 (en) | Carbon nitride cold cathode | |
Bae et al. | Effects of oxygen ion beam plasma conditions on the properties of Indium tin oxide thin films | |
JP2002030426A (en) | Method and system for film deposition | |
US4698235A (en) | Siting a film onto a substrate including electron-beam evaporation | |
JP2001326071A (en) | Manufacturing method of passivation film for organic led element | |
JP3719797B2 (en) | Method for forming conductive thin film on organic thin film surface | |
JP2005340225A (en) | Organic el device | |
JP4170507B2 (en) | Method for producing transparent conductive film | |
JP2002047559A (en) | Ito film, and film deposition method thereof | |
JP2009197333A (en) | Zinc oxide thin film | |
JP2008235835A (en) | THIN-FILM FORMING APPARATUS AND ZnO-BASED THIN FILM | |
JP2006117462A (en) | ZnO SINTERED COMPACT AND ITS MANUFACTURING METHOD | |
JP2014192264A (en) | Thin film transistor manufacturing method | |
JP2004095223A (en) | Manufacturing of zinc oxide transparent conductive film | |
JP3806834B2 (en) | Method for forming silicon oxynitride | |
KR100803210B1 (en) | Field emission electrode using carbon nanotubes and method of fabricating the same | |
JP2003105526A (en) | Method of depositing silicon compound film | |
JP2009088179A (en) | Thin-film transistor and method of manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050804 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080313 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080812 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081014 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090303 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090507 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100302 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20100401 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100401 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20100401 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100524 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20100524 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4538577 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130702 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |