JP5145342B2 - 透明導電膜の形成方法 - Google Patents
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Description
本出願は、特願2007−218296号を基礎出願とし、その内容をここに取り込む。
また、ZnO系材料は、高温のまま大気中に放置されると、酸化して比抵抗が上昇する性質を有する。このように、ZnO系材料は耐熱性が低いので、真空中で加熱成膜したZnO膜を大気中に取出す前に、冷却が必要になるという問題がある。
上記の透明導電膜を形成する方法によれば、結晶格子の整ったZnO系膜を形成することが可能になり、比抵抗が低い透明導電膜を得ることができる。また、結晶格子の整ったZnO系膜が形成されるので、高温に加熱しても酸化しにくくなり、耐熱性に優れた透明導電膜を得ることができる。
また、上記の透明導電膜を形成する方法によれば、ターゲットのエロージョン領域を分散させることが可能になり、ターゲットの耐久性を向上させることができる。
この場合、ZnO系膜の中でも特に比抵抗が低い透明導電膜を得ることができる。
この場合、酸素リッチなZnO系膜が形成されるので、光透過率が高い透明導電膜を得ることができる。
この場合、ターゲットの表面に強い水平磁界を発生させることができるので、結晶格子の整ったZnO系膜を形成することが可能になる。したがって、比抵抗が低く耐熱性に優れた透明導電膜を得ることができる。
この場合、基板全体に対して均質な透明導電膜を得ることができる。
この場合、スパッタ電圧を低下させることが可能になる。これにより、結晶格子の整ったZnO系膜を形成することが可能になり、比抵抗が低い透明導電膜を得ることができる。
10 マグネトロンスパッタ装置
22 ターゲット
26 DC電源(電圧印加手段)
30 磁気回路(磁界発生手段)
31 第1磁石
32 第2磁石
(マグネトロンスパッタ装置)
図1は、マグネトロンスパッタ装置の概略構成図である。本実施形態のスパッタ装置10は、インターバック式のスパッタ装置であって、基板(不図示)の仕込み/取出し室12と、前記基板に対する成膜室14とを備えている。仕込み/取出し室12には、ロータリーポンプ等の粗引き排気手段12pが接続され、成膜室14には、ターボ分子ポンプ等の高真空排気手段14pが接続されている。本実施形態のスパッタ装置10では、前記基板を縦型支持して仕込み/取出し室12に搬入し、粗引き排気手段12pで仕込み/取出し室12内を排気する。次に、高真空排気手段14pで高真空排気した成膜室14内に前記基板を搬送し、成膜処理を行う。成膜後の前記基板は、仕込み/取出し室12を介して外部に搬出される。
図2は、成膜室の平断面図である。スパッタカソード機構20は、成膜室14の幅方向における一方側面に配置されている。成膜室14の他方側面には、基板5を加熱するヒータ18が配置されている。
ガス供給手段17から成膜室14にスパッタガスを供給し、DC電源26により背面プレート24にスパッタ電圧を印加する。成膜室14内でプラズマにより励起されたスパッタガスのイオンが、ターゲット22に衝突してZnO系膜の形成材料の原子を飛び出させる。飛び出した原子を基板5に付着させることにより、基板5にZnO系膜が形成される。
図3は、スパッタカソード機構の背面図である。第1磁石31は直線形状をなし、第2磁石32は第1磁石31の周縁部から所定距離を置いて囲む額縁形状をなしている。これら第1磁石31および第2磁石32がヨーク34に装着されて、磁気回路ユニット30aが形成されている。また、複数(本実施形態では2個)の磁気回路ユニット30a,30bがブラケット35により連結されて、磁気回路30が構成されている。
図4は、マグネトロンスパッタ装置の変形例である。このスパッタ装置100は、インライン式のスパッタ装置であって、仕込み室12、成膜室14および取出し室16をこの順に備えている。このスパッタ装置100では、基板5を縦置きに支持して仕込み室12に搬入し、粗引き排気手段12pで仕込み室12内を排気する。次に、高真空排気手段14pで高真空排気した成膜室14内に前記基板を搬送し、成膜処理を行う。成膜後の基板5は、粗引き排気手段16pで排気した取出し室16から外部に搬出する。
本実施形態では、図1ないし図3に示すスパッタ装置を用いて、Alが添加されたZnO(AZO)膜を形成する。ZnO系膜は、結晶中に酸素空孔が形成されて自由電子が放出されることで、導電性を示す。このZnO系膜は非常に酸化されやすいので、脱ガスにより酸化源の影響を低減させるため、加熱成膜を行うことが望ましい。また、ZnO系膜は、BやAl、Gaなどが結晶中のZnの位置に入り込み、イオンとなって自由電子を放出することで、導電性が向上する性質を有する。この観点からも、マイグレーションの発生しやすい加熱成膜が有利である。
第2水準(1500ガウス、300V)で成膜したZnO系膜の比抵抗は、第1水準(300ガウス、435V)より小さくなっている。この理由は、以下のように考えられる。比抵抗が膜厚依存性を有するため、ZnO系材料は結晶格子が整いにくい性質を有する。高いスパッタ電圧(弱い磁場)で形成したZnO系膜は、結晶格子が乱れているため比抵抗が高くなる。この場合でも、膜厚を厚くすることで結晶格子が整って、比抵抗が低下する傾向が見られる。しかしながら、結晶格子の整い方が十分でないため、低いスパッタ電圧(強い磁場)で形成された膜厚の薄いZnO系膜に比べて、比抵抗が高くなる。
したがって、スパッタ電圧を340V以下とし、ターゲット表面における水平磁界強度の最大値を600ガウス以上(図5参照)としてスパッタを行い、ZnO系膜を形成することが望ましい。これにより、結晶格子の整ったZnO系膜を形成することが可能になり、比抵抗が低い(膜厚が薄くても比抵抗が500μΩcm以下の)ZnO系膜を得ることができる。また、340V以下の低電圧でスパッタを行うことにより、プラズマにより励起された負イオンが加速されて基板に突入し下地膜等にダメージが発生するのを抑制することができる。
なお、スパッタ電圧の下限としては、スパッタが可能な放電電圧である。また、水平磁界強度の最大値は、上述のように600ガウス以上であることが好ましい。水平磁界強度の最大値は、大きければ大きいほど放電電圧を下げられるので好ましいが、通常磁界形成のためには、永久磁石が使用されるため、用いる永久磁石の性能により上限値が決まる。
これに伴って、加熱成膜後の基板を大気中に取出す場合でも、基板の冷却を廃止または簡易化することが可能になり、製造コストを低減することができる。
第2実施形態では、酸素リッチなZnO膜を形成する。
図2に示すターゲット22には、透明導電膜の形成材料としてZnOを採用する。成膜室14に無アルカリガラス基板5を搬入し、ヒータ18により基板5を100℃〜600℃に加熱する。高真空排気手段により成膜室14を高真空排気し、ガス供給手段からスパッタガスとしてArガスを50sccm〜400sccm供給し、反応ガスとしてO2ガスを0sccm〜20sccm供給する。なお、成膜室14の圧力は2mTorr〜10mTorrに維持する。磁気回路30を揺動させつつ、DC電源26により背面プレート24に電力密度1W/cm2〜8W/cm2の電力を投入する。
すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態のスパッタ装置では、基板を縦置きに支持してスパッタを行うが、基板を水平支持するスパッタ装置で本発明を実施することも可能である。
また、上記実施形態の磁気回路ユニットは、第1極性の第1磁石の周囲に第2極性の第2磁石を配置していたが、これに加えて、第2磁石の周囲に第1極性の第3磁石を配置して磁気回路ユニットを構成してもよい。
Claims (6)
- 透明導電膜の形成材料を備えたターゲットにスパッタ電圧を印加しつつ、前記ターゲットの表面に水平磁界を発生させてスパッタを行い、基板上にZnOを基本構成元素とする透明導電膜を形成する方法であって、
前記ターゲット裏面に配置された磁界発生手段を用いて、前記ターゲット表面の水平磁界強度の最大値を1500ガウス以上とし、前記スパッタ電圧を300V以下とし、かつ、前記磁界発生手段を前記ターゲットと平行な面内においてジグザグ運動させて、高真空排気された成膜室内において前記スパッタを行い、前記スパッタによって形成される透明導電膜に対して、大気中において、500℃以上の温度によるアニール処理を行う
ことを特徴とする透明導電膜の形成方法。 - 請求項1に記載の透明導電膜の形成方法であって、
前記ターゲットの前記透明導電膜の形成材料として、Alを含む物質をZnOに添加した材料を用いる。 - 請求項1に記載の透明導電膜の形成方法であって、
酸素ガスを導入しつつ前記スパッタを行う。 - 請求項1に記載の透明導電膜の形成方法であって、
前記水平磁界を発生させる磁界発生手段が、前記ターゲットの裏面に沿って配置された第1極性の第1磁石および第2極性の第2磁石を備え;
前記第2磁石が、前記第1磁石を包囲するように配置されている。 - 請求項1に記載の透明導電膜の形成方法であって、
前記基板と前記ターゲットとの相対位置を変化させつつ前記スパッタを行う。 - 請求項1に記載の透明導電膜の形成方法であって、
前記スパッタ電圧の印加を、DC電源およびRF電源を併用して行う。
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