JPH10168558A

JPH10168558A - Ｉｔｏ透明導電膜の作製方法

Info

Publication number: JPH10168558A
Application number: JP8344616A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Watabe; 一史渡部; Keiji Ishibashi; 啓次石橋
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1998-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ＲＦスパッタ法を用いたＩＴＯ透明導電膜の
作製で、酸欠ターゲットを用いてもトラッキングアーク
の発生を防ぎ、安定した成膜を可能とし、酸素濃度によ
る比抵抗の制御性を向上させ、より低抵抗のＩＴＯ透明
導電膜を得る。【解決手段】ターゲット背面にマグネットを配置し、
スパッタリングガスとして希ガス等を導入した雰囲気で
ターゲットに高周波電力を供給し、ターゲット近傍にプ
ラズマを収束させてスパッタリング現象を利用して基板
上にＩＴＯ透明導電膜を形成する高周波マグネトロンス
パッタリング法を用いたＩＴＯ透明導電膜の作製方法で
あり、ターゲットとしてＩｎ₂Ｏ₃とＳｎＯ₂の酸化物
元素を主成分とし、Ｉｎ、Ｓｎ、またはＩｎ−Ｓｎ合金
のいずれかを添加した焼結体等を用い、ターゲットへの
高周波電力の供給を周期的に停止させ、高周波電力の供
給時間を異常放電発生に要する時間よりも短くなるよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＩＴＯ透明導電膜の
作製方法に関し、特に、高周波マグネトロンスパッタリ
ング法と酸欠ターゲットを組み合わせて利用し、低い抵
抗値を有するＩＴＯ透明導電膜を作製する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子等に用いられているＩＴＯ
透明導電膜の作製方法としてスパッタリング法、蒸着
法、ＣＶＤ法等がよく知られている。これらの中でスパ
ッタリング法は、大面積の基板面上に均一に薄膜を形成
できること、高品質な膜が得られること等、他の薄膜作
製方法よりも優れた特徴がある。またスパッタリング法
の中でも、量産装置では、成膜速度が大きいという特徴
から、ターゲット背後にマグネットを配置し、ターゲッ
ト表面に磁界を存在させてプラズマを収束させるように
した直流放電マグネトロンスパッタリング法が最もよく
用いられている。

【０００３】従来から知られたスパッタリング装置を用
いたＩＴＯ薄膜の基本的作製方法について説明する。先
ず、ＩＴＯ透明導電膜作製用ターゲットを配した成膜処
理室を真空排気する。その後に、アルゴン等の希ガスに
対して反応性ガスである酸素ガスを適量添加した混合ガ
スを、成膜処理室内に導入する。次に、成膜処理室への
混合ガスの導入量あるいは真空排気系のコンダクタンス
を制御することにより、成膜処理室の内部圧力は所望の
圧力に設定される。この状態で、カソードに負の電圧を
印加すると、プラズマが発生し、生成した正イオンでタ
ーゲットをイオン衝撃してスパッタを行う。スパッタに
より放出されたターゲットを構成する元素は、酸化反応
を伴いながらターゲットに対向した基板上に到達し、当
該基板上にＩＴＯ透明導電膜が作製される。

【０００４】上記ターゲットは、作製しようとする薄膜
を構成する元素から作られるものが用いられることが一
般的である。ＩＴＯ透明導電膜は、大別してＩｎとＳｎ
の合金ターゲットを用いる方法と、酸化インジウム（Ｉ
ｎ₂Ｏ₃）と酸化錫（ＳｎＯ₂）を混ぜて焼結させた酸
化物セラミックスターゲットを用いる方法とがある。量
産には、安定に膜特性が得られる後者の酸化物ターゲッ
トが用いられており（以下「従来のターゲット」と呼
ぶ）、Ｉｎ₂Ｏ₃に１０wt％程度のＳｎＯ₂が添加され
た酸化物ターゲットによる成膜がほとんどである。

【０００５】液晶パネルディスプレイの透明電極に使わ
れるＩＴＯ透明導電膜は、膜厚、比抵抗、透過率、並び
にそれぞれの特性の基板面内分布で評価される。これら
諸特性の中でも、液晶パネルディスプレイの画質に大き
く影響する比抵抗は厳しく管理される。ＩＴＯ透明導電
膜の伝導機構は明らかになっていないところが多いが、
キャリアはＩｎサイトに置換されたＳｎによるものと、
Ｉｎ₂Ｏ₃中の酸素が欠損することにより発生している
ものとが考えられている。従って、ターゲット成分が固
定されるスパッタリング法では、ガスボンベ等のガス供
給源により成膜処理室へ導入するアルゴンガスの流量と
高純度酸素ガスの流量で、成膜処理室内の酸素濃度（酸
素流量／（アルゴン流量＋酸素流量）と定義する）を調
整し、ＩＴＯ透明導電膜の比抵抗を制御することができ
る。

【０００６】図２で符号２１のグラフは、ＳｎＯ₂が１
０wt％添加されている従来のターゲットを用いた典型的
な直流放電マグネトロンスパッタリング法（以後「ＤＣ
スパッタ法」と呼ぶ）で得られる、ＩＴＯ透明導電膜の
比抵抗と酸素濃度の関係を示している。成膜温度は２０
０℃である。ＤＣスパッタ法によるＩＴＯ透明導電膜の
成膜では、比抵抗を最小とする最適な酸素濃度（以後
「最適酸素濃度」と呼ぶ）が存在することがわかる。量
産では、比抵抗が最も低くなる最適酸素濃度で成膜が行
われるため、酸素濃度の管理が重要となる。こうしてＤ
Ｃスパッタ法で得られる工業用ＩＴＯ透明導電膜の比抵
抗は、２×１０^-4Ωcm程度である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、現在、液晶
パネルディスプレイ用の透明電極としては、工業レベル
において比抵抗が２×１０^-4Ωcm程度のＩＴＯ膜が用い
られているが、大画面化、高精細化がますます進み、よ
り低抵抗のＩＴＯ透明導電膜が求められている。比抵抗
への具体的な市場要求値としては、スパッタ時の成膜温
度が２００℃以下において１．０×１０^-4Ωcm以下とい
われている。

【０００８】そこでＩＴＯ透明導電膜の低抵抗化につい
ては、いろいろなプロセスの改良がなされている。その
有効な手段として、放電インピーダンスを下げる方法が
知られている。これは、負イオン（酸素）や高速中性粒
子による膜へのダメージを減らすことができると考えら
れているためである。

【０００９】放電インピーダンスを低下させる方法の一
つとして、マグネットの磁場強度を大きくすることが知
られている。通常のスパッタ成膜で使用されるマグネッ
トの磁場強度は２００ガウス程度であり、ＤＣスパッタ
法で使用されるマグネットも、同程度の磁場強度を持っ
たものが用いられている。本発明者らは磁場強度が２０
０ガウスのマグネットにより通常のターゲットを用い、
バッチ式装置により、ターゲット供給電力３００Ｗで、
成膜温度２００℃においてＩＴＯ透明導電膜の作製を行
った。この時の放電電圧は−４５０Ｖであり、得られた
膜の比抵抗は２．０×１０^-4Ωcmであった。そこでマグ
ネットの磁場強度を５００ガウスにして、同様の実験を
行ったところ、放電電圧は−３４０Ｖまで低下し、得ら
れたＩＴＯ透明導電膜の比抵抗は、１．６×１０^-4Ωｃ
ｍまで下げることができた。このようにマグネットの磁
場強度を大きくすることにより低抵抗化を図ることがで
きたが、この場合においても要求値を満たすまでには至
らなかった。

【００１０】またターゲットに高周波電力を供給する高
周波マグネトロンスパッタリング法（以下「ＲＦスパッ
タ法」と呼ぶ）も、放電インピーダンスを低下させる効
果があることが知られている。ＲＦスパッタ法では、特
有の自己バイアス電圧（以下「Ｖdc」と呼ぶ）が生じ
る。放電インピーダンスが下がるとＶdcも小さくなり、
負イオン並びに粒子エネルギが低下し、ＩＴＯ透明導電
膜へのダメージが減るため、低抵抗化に効果がある。本
発明者らのバッチ式装置を用いたＲＦスパッタ法を用い
た実験結果では、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波で、
ターゲット供給電力６００Ｗ、成膜温度２００度におい
て比抵抗が１．２×１０^-4ΩcmのＩＴＯ透明導電膜を得
ている。このときの磁場強度は２００ガウス、Ｖdcは−
１１０Ｖであった。このようにＲＦスパッタ法を用いる
ことにより、ＤＣスパッタ法に比べて低抵抗の膜が得ら
れたが、これもまだ前述の要求値を満たしていなかっ
た。

【００１１】そこで本発明者らは、磁場強度を２００ガ
ウスから５００ガウスに大きくしたＲＦスパッタ法によ
り、成膜を試みたところ、Ｖdcが−８０Ｖまで低下し、
成膜温度２００℃で比抵抗が１．０×１０^-4Ωcmの低抵
抗ＩＴＯ透明導電膜を得ることができた。このときに得
られたＩＴＯ透明導電膜の比抵抗と酸素濃度の関係を図
２で符号２２のグラフで示す。この場合、要求値を満た
す低抵抗のＩＴＯ透明導電膜を得ることはできたが、最
適酸素濃度がＤＣスパッタ法に比べると小さくなり、ほ
とんど零になってしまった。ＩＴＯ透明導電膜の比抵抗
は、酸素濃度に敏感であるため、最適酸素濃度が零であ
ると、比抵抗の制御はできなくなる。また最適酸素濃度
が零に近い場合、酸素流量の制御が難しくなる。従っ
て、安定した膜質のＩＴＯ透明導電膜が得られなくなる
といった問題が生じる。

【００１２】上記のごとくＲＦスパッタ法は、ＤＣスパ
ッタ法に比べて、低抵抗のＩＴＯ透明導電膜が得られる
という大きな特徴があるにも拘らず、比抵抗の制御を酸
素濃度の管理で行うことが難しくなる欠点がある。さら
にＲＦスパッタ法では、成膜中に輝点がターゲットのエ
ロージョン上に沿って回るトラッキングアークと呼ばれ
る異常放電が生じ、成膜ができなくなるといった問題も
生じる。このトラッキングアークの発生原因は明らかに
されていないが、プラズマ中で負に帯電した粒子（スパ
ッタリングによりターゲットから放出された粒子など）
が、放電空間中に存在する電位から受ける電気的力を受
けてプラズマとシース界面に集まり、それが凝集して電
荷が過飽和になると、逆に電荷を放出することが原因で
発生すると考えられている。またこのトラッキングアー
クは、低抵抗化の目的で、ターゲットの背面に配置する
マグネットの磁場強度を大きくしていくと頻繁に発生す
る。これは磁場強度が大きくなるにつれてプラズマ密度
も高くなるため、これら帯電粒子に蓄積される電荷量も
増すためと考えられる。

【００１３】上記トラッキングアークが発生すると、放
電インピーダンスが変化して成膜速度を低下させたり、
膜にピンホールが生じるというように膜質へ悪影響を及
ぼし、不具合が生じる。

【００１４】前述の諸問題から、ＲＦスパッタ法は、低
抵抗のＩＴＯ透明導電膜が得られるという特徴があるに
も拘らず、これまでは量産技術として不向きであった。

【００１５】ところで、酸素濃度による比抵抗の制御性
を改善するためには、ＩＴＯ酸化物セラミックスターゲ
ット中に含まれている酸素量を減らすことが考えられ
る。しかし、ＩＴＯターゲットの主構成物であるＩｎ₂
Ｏ₃は化学的に還元することが難しい。そこで特開平５
−２２２５２６号公報によれば、Ｉｎ₂Ｏ₃とＳｎＯ₂
を主成分とする酸化物に、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ合金
のいずれかを混合し、真空中あるいは非酸化性ガス雰囲
気中で焼結温度２００〜９００℃でホットプレスして作
製した、従来のＩＴＯターゲットに比べて酸素含有量を
減らしたターゲット（以後「酸欠ターゲット」と呼ぶ）
を用いることで、ＤＣスパッタ法における成膜で、酸素
濃度による比抵抗の制御性を改善している。そこで、特
開平５−２２２５２６号公報に示された効果を利用し、
かつ特開平５−２２２５２６号公報では開示されていな
いＲＦスパッタ法を利用することにより、酸欠ターゲッ
トを用いた成膜を試みた。使用した装置は前述の同じバ
ッチ式装置であり、磁場強度５００ガウス、供給電力は
６００Ｗである。その結果、従来のターゲットを用いた
場合では酸素濃度がほぼ零で比抵抗が最小となったのに
対して、酸欠ターゲットを用いた成膜では、Ｖdcは−８
０Ｖで、酸素濃度を１．３％としたときに１．１×１０
^-4Ωcmの最小比抵抗が得られ、ＲＦスパッタ法において
も比抵抗の制御を酸素濃度の管理で行うことができるよ
うになった。

【００１６】しかしながら、上記の成膜手法において
も、従来のターゲットを用いた場合と同様に、トラッキ
ングアークが生じた。このトイラッキングアークはＶdc
を低下させるため、マグネットの磁場強度を大きくする
につれて頻繁に発生するようになり、安定して成膜を行
うことができなくなった。

【００１７】そこで本発明者らは、ＤＣスパッタ法より
も低抵抗のＩＴＯ透明導電膜が得られるＲＦスパッタ法
を用いた成膜手法において、トラッキングアークの発生
を防ぎ、酸欠ターゲットを用いることを可能として酸素
濃度による比抵抗の制御性を向上させ、さらに低抵抗の
ＩＴＯ膜が得られるような作製方法について、種々の検
討を行った。その結果、トラッキングアークの発生を防
ぐために、プラズマとシース界面で凝集する負の帯電粒
子に着目し、これら粒子の凝集を防ぐこと、あるいは凝
集した場合において、粒子に蓄積される電荷量が飽和状
態にまで満たないようにすればよいという２つの観点に
基づき、酸欠ターゲットへの高周波電力の供給時間を変
調して成膜するという新しいＲＦスパッタ法（Time Mod
ulationRF法：以下「TM-RF 法」と略す）が有効である
ことを見い出した。

【００１８】本発明の目的は、上記の課題に鑑み、ＲＦ
スパッタ法を用いたＩＴＯ透明導電膜の作製において、
酸欠ターゲットを用いても、従来のＲＦスパッタ法に見
られたトラッキングアークの発生を防ぎ、長時間にわた
り安定した成膜を可能とし、酸素濃度による比抵抗の制
御性を向上させ、さらに低抵抗のＩＴＯ透明導電膜を得
ることができる量産装置に適用可能なＩＴＯ透明導電膜
の作製方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るＩＴＯ透明
導電膜の作製方法は、上記目的を達成するため、次のよ
うに構成される。

【００２０】第１の本発明（請求項１に対応）は、ター
ゲットの背面にマグネットを配置し、スパッタリングガ
スとして、希ガスあるいは希ガスと酸素を導入した雰囲
気で上記ターゲットに高周波電力を供給し、このターゲ
ットの近傍にプラズマを収束させてスパッタリング現象
を利用して基板上にＩＴＯ透明導電膜を形成する高周波
マグネトロンスパッタリング法を用いたＩＴＯ透明導電
膜の作製方法であり、さらに、上記ターゲットとして、
Ｉｎ₂Ｏ₃とＳｎＯ₂の酸化物元素を主成分とし、Ｉ
ｎ、Ｓｎ、またはＩｎ−Ｓｎ合金のいずれかを添加した
焼結体を用いると共に、ターゲットへの高周波電力の供
給を周期的に停止させ、高周波電力の供給時間を異常放
電発生に要する時間よりも短くなるように構成される。

【００２１】第２の本発明（請求項２に対応）は、第１
の発明の方法において、高周波電力の供給停止時間をプ
ラズマの寿命よりも短くしたことを特徴とする。

【００２２】第３の本発明（請求項３に対応）は、ター
ゲットの背面にマグネットを配置し、スパッタリングガ
スとして、希ガスあるいは希ガスと酸素を導入した雰囲
気でターゲットに高周波電力を供給し、ターゲットの近
傍にプラズマを収束させてスパッタリング現象を利用し
て基板上にＩＴＯ透明導電膜を形成する高周波マグネト
ロンスパッタリング法を用いたＩＴＯ透明導電膜の作製
方法であり、さらに上記ターゲットとして、Ｉｎ₂Ｏ₃
とＳｎＯ₂の酸化物元素を主成分とし、Ｉｎ、Ｓｎ、ま
たはＩｎ−Ｓｎ合金のいずれかを添加した焼結体を用い
ると共に、ターゲットへの高周波電力の供給を周期的に
低下させるように構成される。

【００２３】第４の本発明（請求項４に対応）は、上記
の各発明において、上記ターゲットの背面に配置される
マグネットの磁場強度が好ましくは１００ガウス以上で
あることを特徴とする。

【００２４】第５の本発明（請求項５に対応）は、上記
の各発明において、上記ターゲットは、焼結体を用いる
代わりに、高圧下で固めること（コールドプレス）によ
り作製されることを特徴とする。

【００２５】上記の第１の発明では、ターゲットは酸欠
ターゲットであり、かかるターゲットに供給する高周波
電力を周期的に停止させるようにしたので、負に帯電し
た粒子に働く電気的力が弱くなり、プラズマとシース界
面でのこれら粒子の凝集を抑制できる。またターゲット
への高周波電力の供給時間は、凝集した負の粒子が持つ
電荷量を決定する。従ってこの供給時間が長いとこれら
粒子の持つ電荷量が多くなり徐々に飽和量に近づき、ト
ラッキングアークが発生しやすくなる。そこで、粒子の
電荷量が飽和状態になるまでの時間はプラズマ密度など
により異なるが、ターゲットへの高周波供給時間を、ト
ラッキングアーク発生に要する時間よりも短くなるよう
してスパッタを行い、ＲＦスパッタ法で問題となってい
たトラッキングアークを抑えるようにした。

【００２６】上記のごとくして、Ｉｎ₂Ｏ₃とＳｎＯ₂
の酸化物元素を主成分とし、Ｉｎ、Ｓｎ、またはＩｎ−
Ｓｎ合金のいずれかを添加して焼結させて作製した酸欠
ターゲットを用いても、安定にＩＴＯ透明導電膜を作製
できるようになった。また、上記酸欠ターゲットを用い
ることが可能となり、従来のターゲットを用いた成膜に
比べ、スパッタ成膜中にターゲットから放出される酸素
量が少なくなり、ガスボンベ等から成膜処理室内に供給
する酸素量を多くする必要が生じ、酸素濃度による比抵
抗の制御性を向上させることもできた。さらに、ＲＦス
パッタ法においても安定して成膜を行えるので、低抵抗
のＩＴＯ透明導電膜を容易に作製できるようになった。

【００２７】第２の発明では、ターゲットへの高周波電
力の供給停止時間をプラズマ寿命より短くして膜を作製
するため、トラッキングアークの発生をより確実に防
ぎ、放電を停止させることなく成膜できる。プラズマに
は寿命があり、ターゲットへの高周波電力の供給停止時
間が、プラズマ寿命よりも長くなると放電は持続できず
に停止してしまう。例えば、バッチ式装置を用いたＲＦ
スパッタ法においては、放電を開始できる圧力は成膜圧
力より高いことが多く、ＩＴＯ透明導電膜の作製におい
ては、２Ｐａ程度まで成膜処理室内の圧力を高め、一度
放電を開始させてから後に、所望とする成膜圧力（０．
１〜１Ｐａ程度）に下げて成膜を行わなければならな
い。従ってこの場合、成膜中においてターゲットへの電
力供給の停止時間をプラズマ寿命よりも長くしてしまう
と、完全に放電が停止してしまい成膜できなくなる。こ
のプラズマの寿命は１msec前後である。従って、高周波
電力供給の停止時間が１msec以下であれば、放電を持続
させることができる。

【００２８】第３の発明では、ターゲットへの高周波電
力の供給を完全に停止させるのではなく、低下させるだ
けである。この場合、プラズマ密度が低下するため、負
に帯電した粒子に働く電気的力が弱くなり、粒子の凝集
速度が緩和される。またこれら粒子の持つ電荷量も少な
くすることができるため、トラッキングアークを防ぐこ
とができる。

【００２９】第４の発明では、磁場強度が１００ガウス
以上のマグネットを用いてもトラッキングアークの発生
を抑えることができるようにした。これにより、磁場強
度を大きくしＶdcを低下させて、低抵抗のＩＴＯ透明導
電膜を作製できる。

【００３０】第５の発明では、Ｉｎ₂Ｏ₃とＳｎＯ₂の
酸化物元素を主成分とした材料に、Ｉｎ、Ｓｎ、または
Ｉｎ−Ｓｎ合金のいずれかを添加したものを、２００℃
未満の温度の高圧化でプレスして形成しただけのコール
ドプレス法のターゲットを用いる。比較的容易にターゲ
ットを作製することができ、コストを下げることができ
る。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を説明する。

【００３２】本発明の第１の実施形態を説明する。使用
される装置は、高周波マグネトロンスパッタリング法
（ＲＦスパッタ法）が利用されるバッチ式の薄膜作製装
置であり、この薄膜作製装置によればＩＴＯ透明導電膜
が作製される。本装置では、ターゲットの背面にマグネ
ットが配置され、反応容器に導入されるスパッタリング
ガスとして希ガスあるいは希ガスと酸素を導入した雰囲
気が使用される。ターゲットには高周波電力が供給さ
れ、ターゲット近傍にプラズマを収束させてスパッタリ
ング現象を生じさせる。このスパッタリング現象を利用
して基板上にＩＴＯ透明導電膜が形成される。上記のマ
グネットの磁場強度には例えば２００ガウスのものを用
いている。

【００３３】ターゲットの作製では、高純度のＩｎ₂Ｏ
₃に１０wt％のＳｎＯ₂を混ぜ、その粉末にＩｎが９０
wt％、Ｓｎが１０wt％の合金を混ぜたものが使用され
る。このとき酸化物の粉末は７０wt％、Ｉｎ−Ｓｎ合金
は３０wt％である。この粉末をプレス圧１５０ｋｇ／cm
³下において８００℃で焼結させることにより、使用さ
れるターゲット（酸欠ターゲット）が作られる。得られ
たターゲットの中に含まれる酸素量は、焼結法による測
定によれば１１wt％である。これは、従来のＩＴＯター
ゲットに比べて、６wt％少なくなっている。作製したタ
ーゲットの大きさは、直径８インチ、厚さ５mmであり、
充填密度は８０％である。

【００３４】本実施形態で使用された高周波に関し、電
力は６００Ｗであり、周波数は１３．５６ＭＨｚであ
る。ターゲットに供給される高周波電力は、例えば５ms
ecごとに供給が停止するように設定される。この時の停
止時間はプラズマ寿命を考慮して１msecとした（以後
「６００Ｗ−０Ｗ（５msec−１msec）」と表記する）。

【００３５】まず、放電を開始させてからトラッキング
アークが発生するまでの時間を測定した結果について説
明する。成膜処理室内にアルゴンガスを１０sccm導入
し、メインバルブの開口率を絞り、圧力を２Ｐａにす
る。この状態で、前記の条件にてターゲットに高周波電
力を供給し、一度放電を開始させた。その後、メインバ
ルブの開口率を調節して０．４Ｐａの標準とした成膜圧
力まで下げ、この状態からトラッキングアーク発生まで
の時間を測定した。その結果、TM-RF 法を用いた本実施
形態では、２時間以上放電させてもトラッキングアーク
の発生は認められなかった。他方、通常のＲＦスパッタ
法において、６００Ｗの供給電力で同様の測定を行った
が、５分から１５分以内で、ランダムにトラッキングア
ークが発生した。

【００３６】次に、TM-RF 法を用い、成膜温度２００
℃、アルゴンガス流量１０sccm、成膜圧力０．４Ｐａに
てガラス基板上にＩＴＯ透明導電膜を成膜した。図１
は、この時に得られたＩＴＯ透明導電膜の比抵抗と、酸
素濃度の関係である。膜厚は１００nmである。図１にお
いて、符号１１はマグネットの磁場強度が２００ガウス
の場合の特性を示している。この特性１１によれば、タ
ーゲットに含まれる酸素量が少なくなったため、最適酸
素濃度は１．３％となり、従来のターゲットを用いた場
合に比べて高くなり、酸素濃度による比抵抗の制御が容
易になった。さらに得られたＩＴＯ透明導電膜の最小比
抵抗は１．２×１０^-4Ωcmであり、低抵抗の膜が得られ
た。なおＶdcは−１１０Ｖとなり、通常のＲＦスパッタ
法の場合と同じであった。また図１において符号１２は
マグネットの磁場強度が５００ガウスの場合の特性を示
している。

【００３７】次に、前記と同様な成膜手順で、ターゲッ
トへの高周波電力の供給停止時間を２msecとして成膜を
行った。この場合、２Ｐａで一度放電を開始させた後に
０．４Ｐａの成膜圧力まで下げると、放電が完全に停止
してしまった。これは電力供給停止時間が、プラズマ寿
命より長くなってしまったためである。プラズマの寿命
は、成膜圧力や供給電力などにより変化するため、電力
供給停止時間は本実施例に限るものではないが、この場
合においては１msec程度が好ましい。

【００３８】上記実施形態では、成膜圧力は０．４Ｐａ
としたが、０．３Ｐａ以下では放電を維持することがで
きなかった。これは、圧力が低くなると、プラズマ寿命
が短くなり、１msecの停止時間で放電が停止するためで
あると思われる。従って、成膜圧力は０．４Ｐａが好ま
しい。

【００３９】次に本発明の第２の実施形態について説明
する。使用した装置の構成およびターゲットは第１実施
形態で用いたものと同じである。ターゲットに供給する
高周波電力は６００Ｗとし、５msecごとに１００Ｗまで
低下するように設定した。この１００Ｗの電力供給時間
は１msecとした（以後「６００Ｗ−１００Ｗ（５msec−
１msec）」と表記する）。

【００４０】このような高周波供給条件にて、第１実施
形態と同じ実験手順で、トラッキングアーク発生時間の
測定を行った。その結果、本手法においてもトラッキン
グアークは２時間以上放電させても起こらなかった。

【００４１】次に前記条件のTM-RF 法により、成膜温度
２００℃、アルゴンガス流量１０sccm、成膜圧力０．４
Ｐａにてガラス基板上に１００nmの膜厚のＩＴＯ透明導
電膜を成膜した。この場合においてもＶdcは−１１０Ｖ
と変化がなかった。また最適酸素濃度は１．３％であ
り、従来のターゲットを用いた場合に比べて高くなっ
た。従って、酸素濃度による比抵抗の制御ができるよう
になった。なおこの時の比抵抗は１．２×１０^-4Ωcmで
あり、第１実施形態と同じ結果が得られた。

【００４２】なお本実施形態においては、ターゲットへ
の供給電力を停止させるのではなく、低下させるだけで
あるため、０．３Ｐａ以下の成膜圧力においても放電を
維持させることができた。

【００４３】また本実施形態では、低下時における電力
の大きさを１００Ｗとしたが、これ以上にするとトラッ
キングアークが発生するようになった。従って、低下時
の電力は１００Ｗが望ましい。またトラッキングアーク
が発生しないような低下時の電力は、成膜圧力、装置構
造などで決まるため、本実施形態に限られるものではな
い。

【００４４】次に本発明の第３の実施形態について説明
する。ターゲットは、第１実施形態で用いたものと同じ
である。使用装置は、第１実施形態で用いたバッチ式装
置であるが、ターゲットの背面に配置するマグネットの
磁場強度を変化させて実験を行った。

【００４５】まず６００Ｗ−０Ｗ（５msec−１msec）の
高周波電力条件において、第１実施形態と同じ実験手順
にて１００ガウスから２０００ガウスの磁場強度を持っ
たマグネットを用いて、トラッキングアーク発生までの
時間を測定した。その結果、いずれのマグネットを用い
た場合でも、トラッキングアークは２時間以上放電させ
ても発生しなかった。

【００４６】次にそれぞれのマグネットを用い、上記TM
-RF 法により、成膜温度２００℃、アルゴンガス流量１
０sccm、成膜圧力０．４Ｐａにてガラス基板上に１００
nmの膜厚のＩＴＯ透明導電膜を成膜した結果について説
明する。

【００４７】磁場強度が１００ガウスのマグネットを用
いた成膜では、Ｖdcは−２４０Ｖ、最適酸素濃度は１．
３％で、最小比抵抗が１．６×１０^-4Ωcmであった。こ
の比抵抗値は、ＤＣスパッタ法で磁場強度５００ガウス
で得られる結果と同じであった。次に磁場強度２００ガ
ウスのマグネットを用いた実験では、Ｖdcが−１１０Ｖ
まで下がり、最適酸素濃度１．３％で最小比抵抗は、
１．２×１０^-4Ωcmであった。また５００ガウスのマグ
ネットを用いた結果を、前述の通り特性１２として図１
に示す。この特性１２によれば、Ｖdcはさらに低下して
−８０Ｖになり、最適酸素濃度１．３％で、最小比抵抗
は１．０×１０^-4Ωcmとなった。これらは従来のＲＦス
パッタ法で得られる結果と同じであった。さらに磁場強
度を１０００ガウス、１５００ガウス、２０００ガウス
と大きくして実験を行った。この場合のＶdcは、−６４
Ｖ、−５５Ｖ、そして−５１Ｖと低下するが、変化が小
さくなった。そのため比抵抗の変化もほとんど見られな
くなった。

【００４８】なおマグネットの磁場強度が大きくなるに
つれて、成膜速度が遅くなる傾向が見られた。すなわ
ち、磁場強度が１００ガウスの場合の成膜では、１００
nm/min、５００ガウスの場合においては７０nm/min、１
０００ガウス以上においてはほとんど変化せず、３５〜
４０nm/min程度であった。こうした傾向もＶdcが低下す
るためである。ところで、量産レベルにおいて液晶ディ
スプレイ用ＩＴＯ膜の成膜速度は７０nm/min以上が望ま
れている。さらに要求されている比抵抗値を満足するた
めには、５００ガウス以上の磁場強度が必要である。従
って、５００ガウスの磁場強度を持ったマグネットを用
いるのが望ましい。

【００４９】なお、第２実施形態の場合と同じように６
００Ｗ−１００Ｗ（５msec−１msec）の高周波電力条件
で同様な実験を行ったが、同じ結果が得られた。

【００５０】本発明の第４の実施形態について説明す
る。ターゲットは、第１実施形態で使用した原料を用
い、プレス圧１５０ kg/cm³下でコールドプレスにより
作製した。大きさは、直径８インチ、厚さ５mmである。
このターゲットを、真空中で３０時間、１２０℃で加熱
し、ターゲット表面に吸着あるいはその内部に吸蔵した
水を放出させた後に、ターゲット中に含まれる酸素量を
測定した。本実施形態において、第１実施形態と同様に
測定した結果、ターゲット中の酸素量は１２wt％であ
り、これは従来のＩＴＯターゲットに比べて５wt％少な
かった。またこの場合の充填密度は７３％であった。

【００５１】次に、上記のターゲットを用いた実施例に
ついて説明する。ターゲットへ供給する高周波電力の条
件は第１実施形態と同じである。この条件にて、トラッ
キングアーク発生までの時間を測定したが、この場合も
２時間以上放電させても。トラッキングアークは発生し
なかった。

【００５２】次に、この高周波電力条件にて、成膜温度
２００℃、アルゴンガス流量１０sccm、成膜圧力０．４
Ｐａにてガラス基板上に成膜したＩＴＯ透明導電膜の比
抵抗と、酸素濃度の関係は、第１実施形態と同様な結果
が得られた。すなわち比抵抗の制御が酸素濃度により行
うことができ、この場合においても１．２×１０^-4Ωcm
の低抵抗のＩＴＯ膜が得られた。この場合のＶdcは−１
０８Ｖであった。

【００５３】本発明では、ＲＦスパッタ法において、従
来のＩＴＯターゲットに比べて酸素含有量が少ない酸欠
ターゲットを用い、当該酸欠ターゲットに供給する高周
波電力を時間的に変調することを特徴とする。従って、
ターゲットの組成、密度、形状、大きさおよび製法等
は、前記実施形態に限られるものではない。同じＩＴＯ
透明導電膜を形成するターゲットでもＳｎＯ₂、Ｉｎ、
Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ合金の各添加量の異なるもの、または
密度が異なるもの、形状が四角形や円形ならびに楕円形
のもの、大きさが異なるもの等に対しても、本発明によ
る薄膜作製方法を適用できる。

【００５４】また前述の各実施形態では、高周波電力の
周波数は１３．５６ＭＨｚとしたが、これらに限られる
ものではない。

【００５５】高周波電力の供給時間は、トラッキングア
ーク発生に要する時間よりも短くなるようにすればよ
く、トラッキングアークの発生に要する時間は、供給電
力の大きさ、成膜圧力などにより決まるため、前記実施
形態に限るものではない。

【００５６】さらに前記実施形態では、高周波電力を６
００Ｗ−０Ｗ（５msec−１msec）あるいは６００Ｗ−１
００Ｗ（５msec−１msec）とした薄膜作製方法について
述べたが、供給する電力の大きさ、電力停止あるいは電
力を低下させる時間、そして周期などは、これらの組み
合わせに限られるものではない。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、ＲＦスパッタと酸欠ターゲット用いたＩＴＯ透明
導電膜の作製方法において、TM-RF 法を用いるようにし
たため、従来のＲＦスパッタ法で問題とされていたトラ
ッキングアークを抑えることができる。すなわち、Ｉｎ
₂Ｏ₃とＳｎＯ₂の酸化物元素を主成分とするターゲッ
ト中に、Ｉｎ、Ｓｎ合金を添加して例えば焼結させたタ
ーゲット（酸欠ターゲット）を用いても、安定にＩＴＯ
透明導電膜を作製することができる。また従来のＩＴＯ
ターゲットに比べて酸素含有量が少ないターゲットを用
いることが可能となったため、酸素濃度による比抵抗の
制御性を大幅に向上させることができる。さらに、磁場
強度の大きなマグネットを用いても、トラッキングアー
クの発生は抑制され、安定に膜の作製ができるため、従
来のＤＣスパッタ法に比べて、より低抵抗のＩＴＯ透明
導電膜を容易に安定して作製することができるようにな
った。このようにしてＲＦスパッタ法を量産装置に適用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ホットプレスにより作製した酸欠ターゲットを
用いて、TM-RF 法により得られたＩＴＯ透明導電膜の比
抵抗と酸素濃度の関係を示すグラフである。

【図２】従来のＩＴＯターゲットを用いて、ＤＣスパッ
タ法ならびにＲＦスパッタ法で得られるＩＴＯ透明導電
膜の比抵抗と酸素濃度の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１１磁場強度が２００ガウスの場合
のグラフ１２磁場強度が５００ガウスの場合
のグラフ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲットの背面にマグネットを配置
し、スパッタリングガスとして、希ガスあるいは希ガス
と酸素を導入した雰囲気で前記ターゲットに高周波電力
を供給し、前記ターゲット近傍にプラズマを収束させて
スパッタリング現象を利用して基板上にＩＴＯ透明導電
膜を形成する高周波マグネトロンスパッタリング法を用
いたＩＴＯ透明導電膜の作製方法において、前記ターゲットとして、Ｉｎ₂Ｏ₃とＳｎＯ₂の酸化物
元素を主成分とし、Ｉｎ、Ｓｎ、またはＩｎ−Ｓｎ合金
のいずれかを添加した焼結体を用い、前記ターゲットへ
の高周波電力の供給を周期的に停止させ、高周波電力の
供給時間を異常放電発生に要する時間よりも短くなるよ
うにしたことを特徴とするＩＴＯ透明導電膜の作製方
法。
【請求項２】前記高周波電力の供給停止時間をプラズ
マの寿命よりも短くしたことを特徴とする請求項１記載
のＩＴＯ透明導電膜の作製方法。
【請求項３】ターゲットの背面にマグネットを配置
し、スパッタリングガスとして、希ガスあるいは希ガス
と酸素を導入した雰囲気で前記ターゲットに高周波電力
を供給し、前記ターゲット近傍にプラズマを収束させて
スパッタリング現象を利用して基板上にＩＴＯ透明導電
膜を形成する高周波マグネトロンスパッタリング法を用
いたＩＴＯ透明導電膜の作製方法において、前記ターゲットとして、Ｉｎ₂Ｏ₃とＳｎＯ₂の酸化物
元素を主成分とし、Ｉｎ、Ｓｎ、またはＩｎ−Ｓｎ合金
のいずれかを添加した焼結体を用い、前記ターゲットへ
の高周波電力の供給を周期的に低下させることを特徴と
するＩＴＯ透明導電膜の作製方法。
【請求項４】前記ターゲットの背面に配置されるマグ
ネットの磁場強度が１００ガウス以上であることを特徴
とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＩＴＯ透明
導電膜の作製方法。
【請求項５】前記ターゲットは、前記焼結体を用いる
代わりに、高圧下で固めて作製されることを特徴とする
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＩＴＯ透明導電膜
の作製方法。