JPS63121653A

JPS63121653A - 透明導電膜の形成方法

Info

Publication number: JPS63121653A
Application number: JP26626986A
Authority: JP
Inventors: Koichi Aizawa; 浩一相澤; Shigeaki Tomonari; 恵昭友成; Yukihiro Kondo; 近藤　行広; Keiji Kakinote; 柿手　啓治
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1986-11-08
Filing date: 1986-11-08
Publication date: 1988-05-25

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】〔技術分野〕この発明は、透明導電膜の形成方法に関する。

〔背景技術〕

太陽電池１選択透過膜、エレクトロルミネセンスデバイ
ス、ガスセンサ、薄膜抵抗素子、薄膜ヒータ等に広く応
用されている透明導電膜の代表的な材料として、酸化ス
ズ、酸化インジウム、スズをドープした酸化インジウム
（以下ｒＩＴＯＪと記す）、酸化亜鉛、インジウムをド
ープした酸化亜鉛、アルミニウムをドープした酸化亜鉛
等がある。その中でも、ＩＴＯが、透過率、比抵抗等の
点で優れているため、多用されている。

しかしながら、このＩＴＯを、太陽電池やエレクトゴル
ミネセンスデバイス等の高機能素子に使用する場合には
、その中に含まれているインジウムが拡散して素子特性
の劣化を引き起こすことが知られている。また、インジ
ウムが比較的高価であるため、コストの点でも問題があ
る。

そこで、このようなＩＴＯに代わる透明導電膜材料とし
て、ノンドープの酸化亜鉛や、■族元素をドープした酸
化亜鉛が、近時、研究されるようになってきた。酸化亜
鉛を主成分とするこれら透明導電膜は、透過率、比抵抗
ともにＩＴＯに劣らず、しかも、高価なインジウムを使
用しないため安価であり、膜形成後に素子特性が劣化す
る恐れもないからである。

酸化亜鉛を主成分とする透明導電膜の形成方法としでは
、現在、スプレー法、真空蒸着法、有機金属化学気相成
長法（以下ｒＭｏ　ＣＶ　Ｄ法」と記す）等が試みられ
ているが、これらの方法では、その工程中に、熱処理や
比較的高温の基板加熱等熱を伴う工程が含まれるため、
製造効率が悪い２エネルギー消費が多い、コストが高く
つく等の問題がある。

スパッタリング法を用いれば、室温ないし２００℃程度
の基板加熱で充分であるため、これら高温の熱工程は不
要となるが、スパッタリングに使用されるプラズマに基
板表面が曝されると、イオン衝撃や電子衝撃によって、
形成される透明導電膜を低抵抗化することができなくな
る。そこで、従来は、基板をターゲットの方向とは反対
方向に向けて配置したり、あるいは、第２図にみるよう
に、基板３をターゲット２に対して斜めに配置された基
板ホルダ１０′上に固定したりして、プラズマからのイ
オン衝撃や電子衝撃の影響を少な（することが試みられ
ている。

しかしながら、これらの方法では、膜形成速度が極端に
遅くなって効率が悪い、と言う問題の他に、堆積される
透明導電膜の面内膜厚分布に大きな差が発生して均一な
膜を形成できない、などの問題があり、均一で低抵抗な
透明導電膜を必要とする高機能素子には使用できないの
が現状である〔発明の目的〕この発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであって
、スパッタリング法で酸化亜鉛を主成分とする透明導電
膜を形成するにあたり、堆積される透明導電膜の面内膜
厚分布に大きな差がなく、均一で低抵抗な、高機能素子
に使用することができる透明導電膜を効率良く形成する
方法を提供することを目的としている。

〔発明の開示〕

以上の目的を達成するため、この発明は、酸化亜鉛を主
成分とする透明導電膜をスパッタリング法によって堆積
するにあたり、ターゲットとは異なる電位状態に接続さ
れたメソシュ電極をターゲットと基板との間に介在させ
ておくことを特徴とする透明導電膜の形成方法を要旨と
している。

以下に、この発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明に使用されるスパッタリング装置の
一例である高周波マグネトロンスパッタリング装置をあ
られしている。

チャンバー１内にはターゲット２と基板３とが、互いに
対問するように配置されている。ターゲット２は、内部
に冷却水４を通すことで冷却されるようになっているタ
ーゲットホルダ５によって支えられているとともに、タ
ーゲット２の裏面には、プラズマを集束させるための磁
界を発生させるマグネット６・・・が設けられている。

ターゲットホルダ５は、そのまわりがシールド７で覆わ
れているとともに、プラズマ発生のための高周波電源８
がマツチングボックス９を介して接続されている。一方
、基板３は基板ホルダ１０を介して陽極電極１１上に保
持されている。

この発明に使用されるスパッタリング装置は、以上のよ
うなターゲット２と基板３との間に、ターゲットとは異
なる電位状態に接続されたメンシュ電極１２が置かれる
ことで構成されている。この実施例では、そのようなメ
ツシュ電極１２が、図にみるように、チャンバー１やシ
ールド７とともに、アース電位に接続されているが、正
電位に接続されるようであってもよい。要するに、ター
ゲットとは異なる電位に接続されていればよいのである
。メツシュ電極１２は基板前面０．５〜３Ｃ１１の位置
に、基板と平行に配置されていることが好ましい。

なお、図中１３はシャッタ、１４はターゲットホルダ５
をチャンバー１と電気的に分離するための絶縁体である
。

以上のような高周波マグネトロンスパッタリング装置を
使用するこの実施例の工程は、以下のようである。

まず、ターゲットホルダ５に、透明導電膜となる材料で
形成されたターゲット２をセットする。

透明導電膜となる材料は、酸化亜鉛を主成分としていれ
ば特に限定はされないが、たとえば、■族元素がドープ
された酸化亜鉛や、ノンドープの酸化亜鉛等が、好まし
いものとして挙げられる。

基板３も、この発明では特に限定されず、ガラス、金属
、セラミックス、プラスチックス等、通常の材料からな
る基板３を使用することができる。このような基板３は
、前記ターゲット２と平行になるように基板ホルダ１０
に取り付けることが望ましい。なぜなら、基板３とター
ゲット２とが平行であれば、面内の膜厚にばらつきがな
く、均一な透明導電膜を形成できるからである。

つぎに、排気管１５より排気を行って、チャンバー１内
を高真空状態にしたあと、アルゴン、ヘリウム、ネオン
等を単独で、あるいは、酸素等と混合した状態でガス導
入管１６から導入し、チャンバー１内を一定のガス圧力
にする。チャンバー１内のガス圧力は特に限定されない
が、通常、プラズマ発生に通した圧力範囲とされている
１０””〜１０−’Ｔｏｒｒオーダーであることが好ま
しく、５×１０１〜５　Ｘ　１０　”’Ｔｏｒｒ程度で
あることがより好ましい。基板３の温度は、基板３の種
類にもよるが、従来のスパッタリング法と同様、室温な
いし２００℃程度であればよく、それ以上の温度に加熱
する必要はない。

チャンバー１内の圧力が一定になった段階で、高周波電
源８を作動させてターゲットホルダ５に高周波電流を印
加する。そうすると、ターゲツト２前面のチャンバ−１
内空間にプラズマが発生する。プラズマ発生のためター
ゲットホルダ５に印加される高周波電流の出力は、この
発明では特に限定されないが、１．０〜５．ＯＷ／ｃｄ
程度が好ましい範囲として挙げられる。

この段階でシャッタ１３を開くと、プラズマ中に曝され
たターゲット２からスパッタされて飛び出した透明導電
膜となる材料物質が基板３の表面に到達し、そこに堆積
される。この際、従来のスパッタリング装置では、基板
３の表面がプラズマに曝されるのを防ぐため、前述した
ように、基板３がターゲット２に対し斜めになっていた
り、ターゲット２の方向とは反対の方向に向いていたり
していたため、堆積される透明導電膜の面内膜厚分布に
大きな差があり、均一で低抵抗な透明導電膜を効率良く
得ることができなかった。これに対し、この発明では、
基板３の直前に、ターゲット２とは異なる電位（ここで
はアース電位）に接続されたメツシュ電極１２が設けら
れているため、プラズマはターゲット２とメツシュ電極
１２との間の空間に閉じ込められ、基板３がプラズマに
曝されることを防げるようになる。このため、基板３を
ターゲット２と平行に対向させることが可能となり、堆
積される透明導電膜の面内膜厚分布に大きな差がなく、
均一で低抵抗な、高機能素子に使用することができる透
明導電膜を効率良く形成できるようになるのである。

なお、これまでは、図面にあられされた実施例にもとづ
いてのみ、この発明の透明導電膜の形成方法を説明して
きたが、この発明は図の実施例に限定されるものではな
い。

たとえば、図の実施例では、スパッタリング装置として
高周波マグネトロンスパッタリング装置を使用していた
が、その他の形式のスパッタリング装置を用いるようで
あってもよい。

要するに、酸化亜鉛を主成分とする透明導電膜をスパッ
タリング法によって堆積するにあたり、ターゲットとは
異なる電位状態に接続されたメツシュ電極をターゲット
と基板との間に介在させておくのであれば、その他の構
成は特に限定されないのである。

つぎに、この発明の実施例について、比較例とあわせて
説明する。

（実施例１）ガラス板（コーニング７０５９）を基板として、第１図
に示した高周波マグネトロンスパッタリング装置にセッ
トし、酸化亜鉛に２重量％の酸化アルミニろムがドープ
された焼結体をターゲットとして使用して、第１表に示
した条件でスパッタリングを行い、膜厚４０００人の透
明導電膜を形成した。

第　　　１　　　表（比較例１）高周波スパッタリング装置として、第２図に示したもの
を使用した以外は、実施例１と同条件で透明導電膜を形
成した。なお、このとき、基板はターゲットと４５°の
角度をもって保持されるようにした。

（比較例２）高周波スパッタリング装置として、第１図に示したもの
を使用し、基板とターゲットとの間にメツシュを設置し
なかった以外は実施例１と同条件で透明導電膜を形成し
た。

以上の実施例ならびに比較例で形成された透明導電膜に
対し、以下の各試験を行った。

（膜厚分布の測定）実施例１および比較例１で得られた透明導電膜の面内膜
厚分布を測定した。結果を第３図に示す。第３図の結果
から、基板がターゲットと平行に配置された実施例１　
（図中「■」、以下同様）では、角度をもって配置され
た比較例１　（■）に較べ、膜厚分布が均一であ、るこ
とがわかった。

（Ｘ線回折測定）Ｘ線回折測定により、実施例１および比較例１．２で形
成された透明導電膜における、酸化亜鉛の（ＯＯ２）ピ
ークに対応するピークの半値幅、および、酸化亜鉛の（
００２）ピークに対応するピークの回折角２θで表した
ピーク位置を測定した。また、上記実施例ならびに比較
例と、ガス圧力のみを変え、あとの条件は同一にして、
同様に作成した透明導電膜についても、同様に測定を行
った。

ピークの半値幅の測定結果と膜形成時のガス圧力との関
係を第４図に、ピーク位置と膜形成時のガス圧力との関
係を第５図に、それぞれ、示す。

なお、実施例１および比較例１，２（ガス圧が２゜０×
１０−Ｔｏｒｒのもの）は、それぞれ、各グラフ中左端
の点に相当する。

第４図および第５図の結果より、実施例１　　（Ｉ）に
おける半値幅やピーク位置は、メツシュを使用しなかっ
た比較例２（■）よりも、基板を斜めに配置した比較例
１　（■）に近い値を示した（第２表）。このことは、
実施例１　（Ｉ）の透明導電膜が、基板を斜めにした比
較例１　（■）と同様、プラズマのイオン衝撃や電子衝
撃を受けなかったことをあられしている。

第　　　２　　　表注：膜製造時ガス圧２．　ＯＸ　１０−”Ｔｏｒｒの場
合（比抵抗）上記Ｘ線回折測定で使用した各試料の透明導電膜につい
て、その比抵抗と膜形成時のガス圧力との関係を測定し
た。なお、実施例１および比較例１．２　（ガス圧が２
．　ＯＸ　１０−”Ｔａｒｔのもの）は、先の場合と同
様、各グラフ中左端の点に相当する結果を第６図に示す
。

第６図の結果より、上記Ｘ線回折測定の結果が近かった
実施例１　（■）と比較例１　（■）は、比較例２　（
■）に較べて低い比抵抗を示すことがわかる（第３表）
。特に実施例１　（■）は比較例（■）に較べ、その比
抵抗が１桁も低い。このことは、透明導電膜がイオン衝
撃や電子衝撃をうけていない程、その比抵抗が小さくな
る、すなわち、膜の性能が向上することをあられしてい
る。

第　　　３　　　表注：膜製造時ガス圧２．　ＯＸ　１０−”Ｔｏｒｒの場
合〔発明の効果〕この発明の透明導電膜の形成方法は、以上のようであり
、酸化亜鉛を主成分とする透明導電膜をスパッタリング
法によって堆積するにあたり、ターゲットとは異なる電
位状態に接続されたメツシュ電極をターゲットと基板と
の間に介在させておくようにしているため、基板をター
ゲットと平行に配置してもプラズマのイオン衝撃や電子
衝撃によるダメージを受けることがなくなり、堆積され
る透明導電膜の面内膜厚分布に大きな差がなく、均一で
低抵抗な、高機能素子に使用することができる透明導電
膜を効率良く形成できるようになる

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に使用されるスパッタリング装置の一
例を説明する説明図、第２図は従来の基板を斜めに配置
するスパッタリング装置の一例を説明する説明図、第３
図はこの発明の実施例によって得られた透明導電膜と基
板を斜めに配置した比較例によって得られた透明導電膜
における膜厚分布の様子をあられしたグラフ、第４図は
前記実施例および比較例とメツシュを使用しなかった比
較例によって得られた透明導電膜におけるＸ線回折（０
０２）半値幅と膜形成時のガス圧力−との関係をあられ
すグラフ、第５図は同じくＸ線回折（００２）ピーク位
置２θと膜形成時のガス圧力との関係をあられすグラフ
、第６図は形成された透明導電膜の比抵抗と膜形成時の
ガス圧力との関係をあられすグラフである。２・・・ターゲット　３・・・基板　１２・・・メツシ
ュ電極代理人　弁理士　　松　本　武　彦第２図第３図第４図第５図＠６図１詞萌９市正書（自発 ■訓６２年　１月１９日 ■σロ６１年特許願第２６６２６９号事件との関係　　　　特許出願人住　　　所　　　大阪府門真市大字門真１０４８番地名
　称　（５８３）松下電工株式会社代表者　（（ＪＷ役藤　井　貞　夫４、代理人６、補正の対象明細書７、　７ｉｉ正の内容（１１明細書第３頁第６行の「コストが高くつく」と「
等の」の間に、「、使用できる基板材料に制限を受ける
（高温に耐える材料が必要となる）」を揮入する。（２）明細書第７頁第１６行ないし同頁第１９行にｒ　
１０　”１〜１０−’Ｔｏｒｒオーダー・・・であるこ
とがより好ましい。」とあるを、下記のごと（に訂正す
る。一記− ｒ　１０−’〜１０−”Ｔｏｒｒオーダーであることが
好ましく、５　Ｘ　１　（１’〜５　Ｘ　１０−”Ｔｏ
ｒｒオーダーであることがより好ましい。」（３）明細書第１４頁最下行ないし第１５頁第１行に「
比較例（■）」とあるを、「比佼゛例２　（１）」と訂
正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酸化亜鉛を主成分とする透明導電膜をスパッタリ
ング法によって堆積するにあたり、ターゲットとは異な
る電位状態に接続されたメッシュ電極をターゲットと基
板との間に介在させておくことを特徴とする透明導電膜
の形成方法。
（２）メッシュ電極が基板前面０．５〜３ｃｍの位置に
、基板と平行に設けられている特許請求の範囲第１項記
載の透明導電膜の形成方法。