JPH04292802A - Ｉｔｏ透明導電膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透明かつ低抵抗なＩＴ
Ｏ透明導電膜をイオンビームスパッタ法で高速に基板上
に形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＣＤ，ＰＤＰ，ＥＬＤ等の各種ディス
プレーでは、その駆動電極として透明導電膜が用いられ
る。この透明導電膜としては、通常Ｉｎ２　Ｏ３　やＳ
ｎＯ２　，ＺｎＯを主体とするものが知られており、そ
の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ
法、スプレー法、ＵＲシートプラズマ法などがある。特
にＩｎ２　Ｏ３　にＳｎＯ２　をドープしたターゲット
からスパッタリング法により得られるＩＴＯ透明導電膜
は、その透過率や導電性、エッチング特性に優れており
、表示素子の電極材料として、最もよく用いられている
。

【０００３】近年、ディスプレーの大型化、精細化、カ
ラー化にともない、電極のパターンは細く長いものにな
っており、より低抵抗なＩＴＯ透明導電膜が要求される
ようになってきている。このＩＴＯ透明導電膜の必要と
される面抵抗は、その駆動方式によっても異なるが、低
いものでは１０Ω／□以下である。そしてこのＩＴＯ透
明導電膜を成膜する際の基板の温度が比較的高温の場合
には、抵抗率が２．０×１０−４Ω・ｃｍ程度のＩＴＯ
透明導電膜が安定して得られており、膜厚２０００オン
グストロームで面抵抗１０Ω／□のものが得られる。

【０００４】しかし、基板にカラーフィルターが付いて
いたり、基板自身がプラスチックなど有機物の場合には
、ＩＴＯ透明導電膜を成膜する際の基板の温度はせいぜ
い２００℃程度までしか上げられず、したがって、３．
５×１０−４Ω・ｃｍ以上の抵抗率しか得られず、１０
Ω／□以下の低い面抵抗を有するＩＴＯ透明導電膜を得
るには、その膜厚を３５００オングストローム以上に厚
くする必要があった。そして、このような比較的厚膜の
ＩＴＯ透明電極を用いた場合には膜のストレスが大きく
なり膜剥がれが生じる、透過率が低くなる、エッチング
時間が長くなる、また生産性が低いため高コストになる
などの問題点があった。

【０００５】従って、最近では低抵抗で膜厚が薄いＩＴ
Ｏ透明導電膜を低温（２００℃以下）で成膜する技術が
待望されており、熱エネルギー供給（すなわち基板加熱
）以外のエネルギー供給手段を用いた方法が種々提案さ
れている。

【０００６】上記のように基板温度が低い場合に抵抗率
が高くなる理由は、キャリア濃度、易動度ともに減少す
るためである。そしてキャリア濃度が減少するのは、酸
素欠陥の減少によるものであり、易動度が減少するのは
、結晶性が低下するためである。

【０００７】したがって、基板温度を高温にする代わり
に、膜の結晶性を向上させかつ酸素欠陥を増大させるエ
ネルギーを堆積中の粒子に与えられれば、基板の温度を
上げることなく抵抗率を下げることができる。

【０００８】一般に高速低温スパッタ法としてはＤＣマ
グネトロンスパッタ法が用いられ、最高成膜速度５０オ
ングストローム／秒程度が得られるが、この方法は低圧
環境下で安定したプラズマが得らないため、良好なＩＴ
Ｏ透明導電膜を成膜することができなかった。

【０００９】また、イオンビームアシスト蒸着法やＵＲ
シートプラズマ蒸着法、あるいはイオンビームスパッタ
リング法などの方法が提案されている。これらの中でも
膜質と成膜速度の両面において最も有望なイオンビーム
アシスト蒸着法は膜質においては良好な膜を成膜出来る
方法であるが、大きな真空槽を必要とするために生産性
が低かった。またＵＲシートプラズマ蒸着法は生産性は
高いが、基板が高濃度プラズマに暴露されるため、膜質
に問題があった。よって、これらの方法の中ではイオン
ビームスパッタリング法が、用いられる真空槽が比較的
小さいもので済み、膜質も良好なものが得られるので、
ＩＴＯ透明導電膜の低温成膜法として最も有望である。

【００１０】図２にイオンビームスパッタリング法に用
いられる装置の説明図を示し、この方法の概略を説明す
る。

【００１１】この装置は真空槽５内にスパッタリングさ
れるターゲット２とスパッタ用イオンガン１、及び基板
３が設けられてなるものである。

【００１２】この装置を用いてＩＴＯ透明導電膜を成膜
するには、まずスパッタ用イオンガン１からのイオンビ
ームをターゲット２に照射してターゲット２から該ター
ゲット２を構成する物質をたたき出す。ターゲット２か
らたたき出された該構成物質は真空中を基板３表面に飛
来し、イオンビームから受け取ったエネルギーを持って
基板３表面において凝縮固化され膜を形成する。このと
きターゲット２から基板３表面に飛来した該構成物質は
イオンビームから充分なエネルギーを受け取っているの
で、基板３表面における結晶化が有効に起こり、高温で
成膜した場合と同様に特性の良好なＩＴＯ透明導電膜が
形成される。このように、膜特性に限ればイオンビーム
スパッタリング法はＩＴＯ透明導電膜の成膜に関しては
理想的な方法である。

【００１３】

【発明が解決しようとする問題】しかしながら、このよ
うなイオンビームスパッタリング法には、成膜速度が低
く、従って生産効率が低いという重大な問題があった。

【００１４】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
、イオンビームスパッタリング法によるＩＴＯ透明導電
膜の成膜速度を増大させることができるようにしたＩＴ
Ｏ透明導電膜の形成方法の提供を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明ではＩＴＯ透明導
電膜をイオンビームスパッタリング法で形成する際に、
ターゲットに負のバイアスをかけることを上記課題の解
決手段とした。

【００１６】図１は本発明において用いられる装置の例
を示したものである。以下この図を用いて本発明につい
て詳細に説明する。図中符号１はイオンガン、２はター
ゲット、３は基板、４はターゲットバイアス電源、５は
真空槽を表す。

【００１７】この装置は真空槽５内にスパッタリングさ
れるターゲット２とスパッタ用イオンガン１、及び基板
３が設けられており、この真空槽５および基板３は接地
されている。

【００１８】この装置において、真空槽５は真空ポンプ
（図示せず）により排気されている。この真空槽５内の
圧力は１×１０−４Ｔｏｒｒ以上１×１０−３Ｔｏｒｒ
以下であることが好ましい。この範囲はスパッタ用イオ
ンガン１の動作圧力範囲から決定されるものであって、
成膜に関しては圧力が低いほど好ましいので、このイオ
ンガン１の安定動作可能圧力範囲における最低圧力にお
いて行なうことがより好ましい。

【００１９】また真空槽５の底部には、バルブを備えた
ガス供給管６が設けられ、この管を通じて酸素ガスや不
活性ガスを真空槽５内に供給できるようになっている。 そしてターゲット２としてＩＴＯターゲットを用いた場
合には流量５〜１０ｓｃｃｍの酸素ガスをこの真空槽５
内に導入する。また、ＩＴＭターゲットを用いた場合に
はその２〜３倍程度の酸素ガスをこの真空槽５内に導入
する。このようにターゲット組成に応じて槽内への酸素
ガス導入量を制御することによって所望の組成のＩＴＯ
膜を成膜する事が出来る。

【００２０】また真空槽５の底部中央部には、電気絶縁
体を介してスパッタ用カソード７が角度を持って配置さ
れている。この角度はこのカソード７がイオンガン１お
よび基板３に同時に対向することができるように適宜設
定される。そしてこのカソード７のイオンガン１に対向
する表面にスパッタターゲット２がボンディングされて
いる。

【００２１】ここで、ターゲット２としてはインジウム
と錫の合金（ＩＴＭターゲット）または酸化インジウム
と酸化錫の複合酸化物（ＩＴＯターゲット）を用いるこ
とができる。上記ＩＴＭターゲットの場合にはインジウ
ムに対する錫の比率が５〜１５重量％のものを好適に用
いることができる。また、上記ＩＴＯターゲットの場合
でも、酸化インジウムに対する酸化錫の比率は５〜１５
重量％であることが好ましい。また、ターゲット２中の
酸素の比率（酸化度）についてはターゲットが金属状態
のものから完全酸化された状態のものまでそれら両極端
の酸化状態の間のどの点の材料を用いることもでき、こ
れは槽内におけるガス組成と関連して適宜設定すること
ができる。

【００２２】さらにカソード７は、直流もしくは高周波
電源（ターゲットバイアス電源４）に接続されている。

【００２３】このターゲットバイアス電源４はターゲッ
ト２とアースの間に設けられており、これによって基板
３に対してバイアスがかけられている。このバイアス電
圧の値は、ターゲット２にイオンビームが照射されてい
ない状態で測定して０．１ＫＶよりも小さければバイア
スの効果が得られず、１０ＫＶよりも大きければ、真空
槽内で放電する危険性があるため、０．１ＫＶから１０
ＫＶの範囲に設定されることが好ましい。また、該バイ
アスの極性はターゲット側を負とする。

【００２４】また上記カソード７の対向する位置にはス
パッタ用のイオンガン１が設けられ、このイオンガン１
はイオンガン用電源に接続されている。このスパッタ用
イオンガン１にはバイアスによってイオンを加速するこ
とが出来るカウフマン型イオンガンを用いることが好ま
しい。イオン生成の方法には、熱電子による衝撃によっ
て電離されるもの、直流放電によるもの、あるいは最近
では電子サイクロトロン共鳴によるものなど様々な機構
が使用されているが、これらの中では比較的低い圧力で
スパッタガスをイオン化できる熱電子衝撃型のものが最
適である。

【００２５】このイオンガン１にはバルブを備えたガス
供給管（図示せず）が設けられ、この管を通じて酸素ガ
スや不活性ガスが供給できるようになっている。ここで
イオンガン１には、一般に用いられている不活性ガスの
中でも最も質量が大きく、ビームエネルギーも大きくし
やすいアルゴンガスが供給される。そしてこのイオンガ
ン１に供給されるガスの流量は通常５〜１０ｓｃｃｍで
あり、この数値は放電の限界から決定される。

【００２６】また真空槽５の上部には上記カソード７に
対向する一方の表面上に基板３を保持する基板テーブル
８が設けられ、この基板テーブル８はその中心を通りそ
の表面に垂直な軸を中心軸として回転可能に形成されて
いる。さらにこの基板テーブル８の他方の表面上にはヒ
ーター９が設けられ、これによって基板テーブル８とと
もに基板３が加熱されるようになっている。ここで基板
３は加熱してもしなくてもかまわないが、基板３に熱に
よる損傷を与えない程度に、これを加熱することによっ
て、良好な膜質を得ることができる。

【００２７】また、イオンガン１とターゲット２の間に
はこのイオンガン１から照射されたイオンビームを、閉
じた状態で遮断することができるシャッター１０が設け
られている。

【００２８】

【作用】この装置を用いて、基板３上にＩＴＯ透明導電
膜を形成するには、まずスパッタ用イオンガン１からの
イオンビームをターゲット２に照射してターゲット２か
らこれを構成する物質をたたき出す。ターゲット２から
たたき出された構成物質は真空中を基板３表面に飛来し
、イオンビームから受け取ったエネルギーを持って基板
３表面において凝縮固化され膜を形成する。

【００２９】本発明によれば、イオンガン１からターゲ
ット２表面に飛来したイオンビームがターゲット２から
その構成物質をたたき出す際に、このターゲット２に負
のバイアスがかかっているために、次の作用が考えられ
る。

【００３０】イオンガン１から飛来したスパッタガスイ
オン粒子は、負のバイアスが印加されたターゲット２表
面に入射するが、通常このスパッタガスイオンは陽イオ
ンなので、負のバイアスが印加されて電子源となったタ
ーゲット２表面と非常に強い相互作用を引き起こす。す
なわち、このような条件におかれたターゲット２表面か
らは電子が放出され、これが槽内のガスに衝突してイオ
ン化を繰り返し、これが連鎖反応を引き起こして、ター
ゲット表面にプラズマを形成し、このプラズマによって
ターゲット表面がスパッタリングを受ける。

【００３１】このようにスパッタ用イオンガンから供給
されるイオンビームが継続的なトリガーとして働くので
、非常に低い圧力で安定したプラズマによるスパッタリ
ングを行なうことができ、その成膜速度を、一般にＩＴ
Ｏの成膜に用いられているＤＣマグネトロンスパタッリ
ングにおける成膜速度の上限値である５０オングストロ
ーム／秒程度まで増大させることができるとともに安定
した成膜を行うことができる。

【００３２】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図１に基づいて説
明する。

【００３３】まず、基板テーブル８にフィルター付ガラ
スまたはプラスチックからなる基板３をセットするとと
もに、カソード７にターゲット２を取り付けた。このタ
ーゲット２として、ＩＴＭターゲットまたはＩＴＯター
ゲットを用いることができる。真空槽５内を５×１０−
６Ｔｏｒｒ以下の圧力に排気した後、カソード７をアー
ス電位にしておき、ガス供給管６のバルブを開いて真空
槽５内にＡｒガスを導入し、真空槽５内の圧力を１．５
×１０−４Ｔｏｒｒに調節した。さらに、ＡｒとＯ２　
の混合ガスを導入し、真空槽５内の圧力を２．５×１０
−４Ｔｏｒｒになるように調節した。ヒーター９によっ
て基板３を加熱し、この基板３の温度が１８０℃になる
ように調節し、さらに基板テブール８を回転させた。シ
ャッター１０を閉じておき、電源及びスイッチを閉じて
イオンガン１を作動、調節した。また、この状態でター
ゲット２に接続したターゲットバイアス電源４の電圧を
１ＫＶに設定した。

【００３４】次にシャッター１０を開け、イオンガン１
からＡｒイオンビームをターゲット２に照射してターゲ
ット２表面にプラズマを発生させ、このプラズマによる
スパッタリングを行った。この状態を約１分間持続させ
て、基板３上に成膜を行った結果、膜厚２０００オング
ストロームのＩＴＯ透明導電膜が得られた。また成膜中
、このターゲット表面のプラズマは一貫して安定性を保
つことができた。

【００３５】このようにして形成したＩＴＯ透明導電膜
について、面抵抗を四端子測定器で測定し、抵抗率を算
出したところ２×１０−４Ω・ｃｍであった。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＩＴＯ透
明導電膜形成方法は、ＩｎにＳｎをドープした金属ター
ゲット（ＩＴＭターゲット）、またはＩｎ２Ｏ３　にＳ
ｎＯ２　をドープした焼結体ターゲット（ＩＴＯターゲ
ット）をターゲットとしてイオンガンから放出されたイ
オンビームでスパッタすることによって基板上にＩＴＯ
透明導電膜を形成する際に、このターゲットに負のバイ
アスをかけて行なうものである。従って、２００℃以下
の低温で、かつ非常に低い圧力環境下でＩＴＯ透明導電
膜を成膜できるので、膜形成の際に与えられるエネルギ
ーの減衰が小さく、形成中の膜表面に充分なエネルギー
が投入されるため、良好な膜特性を有するＩＴＯ透明導
電膜を形成することができるとともに、その成膜速度を
増大させ、生産効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための装置の概略構成図であ
る。

【図２】イオンビームスパッタ装置の説明図である。

【符号の説明】

１　　イオンガン ２　　ターゲット ３　　基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＩｎにＳｎをドープした金属ターゲッ
   ト（ＩＴＭターゲット）、またはＩｎ２　Ｏ３　にＳｎ
   Ｏ２　をドープした焼結体ターゲット（ＩＴＯターゲッ
   ト）をターゲットとして、このターゲットをイオンガン
   から放出されたイオンビームでスパッタすることによっ
   て基板上にＩＴＯ透明導電膜を形成する方法であって、
   上記ターゲットに負のバイアスをかけてスパッタを行な
   うことを特徴とするＩＴＯ透明導電膜の形成方法。