JPS628408A - 改良されたスパツタリング法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、スパッタリング法の改良に関するものである
。

［従来の技術］ 従来より、透明電導性酸化膜の製造方法として、反応性
スパッタリング法は、比較的容易に、かつ再現性良く品
質の優れた透明電導膜が得られることから巾広く用いら
れてきた。

しかし、従来法では、金属あるいは、金属合金、あるい
は金属酸化物のいずれをターゲットとしても、高品質（
低抵抗、高透過部）の透明電導膜を得るためには、高い
基板温度（４００℃以上）を必要としていた。

また材料によλ工・は、比較的低温の基板にても、その
出発原料の選択、蒸着条件の厳密な制御により、低抵抗
の膜が得られることもあるが、その膜品質は十分とはδ
えなかった。

本発明は、比較的低温の基板にでも、従来法によるもの
よりも特性の優れたｆｊｉＩ２．特に透明電導性酸化膜
を得ることができる改良されたスパッタリング法を提供
することを目的とするものである。。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は前述の問題点を解決すべくなされたものであり
１本発明は基板とターゲットとの間に高周波コイルを設
けることにより高周波放電プラズマを形成し、それによ
り　２Ｘ１０＝〜３×１０１Ｔｏｒｒの圧力範囲でもス
パッタを可能とし。

その中をスパッターされたスパッター粒子を。

通過させて被膜形成を行なう低圧カスバッタリング法に
おいて、１記高周波コイルを高周波チョークコイル及び
直流抵抗を介して接地し、Ｌ記高周波コイルと接地間の
直流抵抗レベルをコントロールすることにより高１゛周
波放電プラズマのプラズマポテンシャルを接地電位に対
して任、への正の電位に保持することを特徴とする改良
されたスパッタリング法を提供するものである。

［発明の構成］ 以Ｆ、本発明を図面を参照しながら更に詳細に説明する
。

第１図は本発明を実施するためのスパッタリング装置の
概略図を示したものであり、このスパッタリング装ｆｉ
ｔは、基台２とペルジャー３とから構成される真空室４
を有しており、この真空室４内の上部には、スパッター
源５が配置されている０図示したスパッター源５は、マ
グネトロン６によりターゲットに特殊な磁界をかけ、ス
パッター粒子をその磁場の中に閉じ込め、電離効率をＬ
げてプラズマ密度を上げることにより高付着速度が得ら
れる様にしたマグネトロノスパッタリング用のものであ
るが、勿論これに限定されることなく、他の方式のスパ
ッター源も同様に利用することができる＝ｉ又、真空室
４内の上部には、基板ホルダー７が配置され、このホル
ダー７により、薄膜を形成する基板８がスパッター源５
に対向して配されている。更に真空室４内には、スパッ
ター源５と基板ホルダー７との間の基板ホルダーよりに
高周波外ロー放電を発生させ、スパッター粒子及びガス
をイオン化するための高周波コイル９が配置されている
。この高周波導入用コイル９としては、スパッター源５
のほぼ中心を通り、基板８のほぼ垂直な直線を軸とし、
アルミニウム、ステンレス、銅などを一回巻、又は複数
巻したものが代表的であるが、リング状のコイル、ドー
ナツ状のコイル、あるいは円錐状のコイル、その他種々
の形状のコイルも使用できる。

１記構成の装置においては、高周波コイル９の近傍に高
周波放電プラズマ領域が形成され。

ガス及びここを通過するスパッター粒子の一部はイオン
化され、基板８面の表面に薄膜として形成される。

又、かかるスパッタリング装置においては、高周波電源
ＩＯと高周波コイル９との間にコンデンサー１１が直列
に接続され、ブロッキングコンデンサーが構成されてい
る。かかるブロッキングコンデンサー１１と高周波コイ
ル９との間には、高周波チョークコイル１２を介して直
流抵抗１３を置き、接地する。かかる直流抵抗１３は可
変抵抗でもよいし、固定抵抗でもよい、このようにする
と、高周波コイル９に流れ込む、正イオンと電ｆの移動
速度の違いによる電荷′？ｓ！１Ｋがその抵抗により緩
和される。その結果、この抵抗を変えることにより、高
周波コイルの自己バイアスを変えることができる。その
結果、それに依存して、プラズマ電位も変化する０例え
ば。

抵抗をＯにすると、自己バイアス電圧は、Ｏｖになり、
それに対応してプラズマ電位は、十数百Ｖになる。この
様にプラズマ電位を正の方向に増大させることに特に有
効である。

すなわち、コイル近傍の電圧効果はかわらないが、プラ
ズマ電位とターゲットの電位の差は堰犬ル、結果的に、
スパッタ粒子のエネルギーを増加させ、また、接地電位
の基板近傍にも電位降下が生じ、正イオンの加速効果が
増す、これらの制御がプラズマ密度とは独立して行なえ
るようになることから膜の品質向上が可能となる。

本発明におては、さらに、基板側にも高周波を印加し、
いわゆる高周波バイアス法を併用して、エネルギーをコ
ントロールすることも可能である。この場合、高周波電
源を２つ使用することも可能であるが、１つの高周波電
源を回路的に２つに分けて使用することも可能である。

本発明による被膜を形成するに当っては、まず、ガラス
、プラスチック、セラミック等の各種材料から選ばれる
所定の基板８を真空室４内の基板ホルダー８にセットし
、真空室４内を５　ＸＩＯ６Ｔａｒｒ以下減圧にした後
、真空室４内にアルゴンなどのスパッターガスを所定琶
導入し、更に必要に応じて酸素などの活性ガスを導入し
て所定の真空度例えば５Ｘ　１Ｏ＝Ｔｏｒｒ程度の真空
度に調整する。

次いでターゲット８に高周波電圧、あるいは直流電圧を
印加してプレスパツタリングを行なった後、高周波コイ
ル９に高周波電圧を印加して高周波プラズマを発生し、
スパッター粒子を加速してスパー２タリングを行ない、
上記基板８面１−に被膜を形成する。

本発明において、高真空丁でスパッター源のターゲット
物質をスパッターさせ、基板の被着面にスパッター粒子
を被着させて被膜を形成するスパッター法としては、放
電を起こさせるための混入ガスがスパッターしたときス
パッター粒子とは反応しない物理スパッタリング法や。

混入ガスとスパッターした粒子とを化学反応させ、所定
の酸化物、窒化物、硫化物、炭化物、その他各種の被膜
を生成せしめる反応性スパッタリング法（化学スパッタ
リング法）などが適用される。又、ターゲットの表面か
らターゲットの原子を叩き出すための陽イオンを発生さ
せるための方式としては、陽極と陰極とを対向させ、ア
ルゴン等の炎ｐ、；性ガスを導入して、陽極と陰極との
間に直流電圧、交流電圧、高周波電圧を加えて、放電を
起こさせ、陽イオンを発生させる方式などが利用できる
０例えば、陰極を構成するターゲットが電導性の場合に
は、極間に直流電圧、交流電圧又は高周波電圧を加え、
又、ターゲットが絶縁性の場合には、高周波電圧が加え
られる。

又、本発明においてスパッタリングによる被膜形成時の
真空室の圧力は２Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒ以下の真空度と
し、この真空度で被膜を形成するのが好ましい、又、反
応性スパッタリングの場合も２Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒ以
下の真空度とし、又反応性ガスとスパッターガスとの割
合は目的とする膜のストイキオメトリ−によって異なる
が１０〜５０％程度が好ましい、この様に反応性スパッ
タリング法の場合、　２．ＯＸ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒ以下
の真空度であると、ターゲットと反応性ガスとの反応を
防ぎ、形成される薄膜の品質を高めることができる。

本発明によって好ましく形成、される被膜とし−は、Ｓ
ｂがドーピングされた酸化錫、Ｓｎがドーピングされた
酸化インジウムなどの金属酸化物の透明電導膜が代表的
であるがその他の酸化物被膜、あるいは窒化物被膜、炭
化物被膜、硼化物被膜も同様に適用できる。

上記した様な酸化物の透明電４８に膜を形成するに当っ
ては、真空室内に反応性ガスとして酸素ガスが導入され
、又窒化物薄膜の場合には窒素ガスが導入され、又炭化
物薄膜の場合にはメタンガス（ＣＩ４）やＣ０２ガス等
が導入され、又硼化物の場合にはジポランガス（ｆｂＨ
６）などが導入され、反応性スパッタリングにより所望
の薄膜が形成される。

例えば、酸化錫透明主導薄膜の場合には、５ｎ−Ｓｂ合
金からなるターゲットと反応性ガスとして、酸素ガスを
用いて反応性スパッタリングを行なわせ、Ｓｂのドーピ
ングされた透明主導性酸化錫薄膜を形成し、又酸化イン
ジウム透明電導線膜の場合には、Ｉｎ−５Ｏ合金からな
るターゲットと反応性ガスとして酸素ガスを用（とて反
応性スパッタリングを行なわせ、　Ｓｎのドーピングさ
れた透明電性酸化インジウム薄膜を形成する。

ターゲットの材料としては、例えば酸化錫透明電導性薄
膜を形成する場合には、Ｓｎ単体、あるいは５ｎ−３ｂ
、又は５ｎ−Ｂの合金が使用され。

又酸化インジウム透明性電導性薄膜を形成する場合には
、Ｉｎ単体、あるいはＩｎ−９ｎ、　Ｉｎ−Ｐ又はＩｎ
−９ｎ−Ｐの合金が使用され、ＺｎＯ透明電導性薄膜を
形成する場合には、　Ｚｎ単体又はＺｎ−Ａｌの合金が
使用される。

［作用］ 本発明によれば、ターゲットと基板の間に高周波コイル
を配置し、該高周波コイルによって高周波プラズマを発
生させ、それによって導入されているスパッターガス、
又はスパッターガスと反応性ガスの反応性が増すととも
にプラズマ中を通過するスパッタ粒子の一部もイオン化
される。それにより一層反応した状態で基板上に薄膜を
堆積してゆくことができ、品質の高いｔ’Ｊｊ　Ｉｔ２
をノ杉成することができる。

また、通常のマグネトロンスパッタ装置では、　２Ｘ　
１０３Ｔｏｒｒ以下では放電の持続も困難になり、また
イオン密度も低下するために、スパッタしにくくなる。

しかし、高周波プラズマ付加により、　２Ｘ　１０４Ｔ
ｏｒｒ近傍までも放Ｔｉ、可能となる。一方、　　２Ｘ
　１０３Ｔｏｒｒ以丁では、粒子のモ均自山行程が装置
サイズ以上となるため、スーパシタ粒子は、ターゲット
から飛び出した後、基板に到着するまで膜品質低下の原
因となるガス分子・ガスイオンとの衝突は無視できるよ
うになる。また、酸素分圧も低下するので膜品質低ドの
原因となるターゲットの酸化が起こりにくくなる。

［実施例］ 第１図の様なマグネトロン型スパッタリング装置を用い
て次の様な方法により酸化インジウム透明電導性被膜を
形成した。スパッター源のターゲットとしてはＩｎ：９
０ｗｔ％、　Ｓｎ：　１０ｗｔ％の合金を用へ艷１、＝
膜形成に当っては、真空室を５Ｘ　１Ｏ−６Ｔｏｒｒに
減圧した後、酸素とアルゴンの混合ガス（混合割合約１
：３）を真空室内に導入し、該室内の圧力を　ＬＸ　１
０”Ｔａｒｒに保ち、又バイアス電源によりマグネトロ
ンに電圧を印加してターゲットの放電を開始し、さらに
高周波コイルに高周波電圧を印加して高周波プラズマを
発生させ、スパッター粒子が活性化する様にして、室温
のガラス基板Ｅに約１ｏｏｏ入／分程度の付着速度で酸
化インジウム透明電導性被膜（膜厚１０００人）を形成
した。又、この１漠形成においては、高周波コイルへの
投入パワーはｔｏｏｗ、さらにプラズマ電位を正に高め
るために直流抵抗（８０，Ω）を、コイルとアースの間
に高周波チョークコイルを介して接続した。

その結果、得られた酸化インジウム透明電導性被膜は同
一条件で作成した従来法（高周波コイルへの高周波電力
でＯＷ）と比べ、透明で吸収がなく、比抵抗も　２Ｘ　
１０−４ΩＣ鳳と高温基板（）３００℃）に形成した膜
のそれと同程度のものが得られた。

［発明の効果］ 本発明はスパフタリングによって薄膜を形成する際、ス
パッタリングソースと基板の間に設けられた高周波コイ
ルによって高周波プラズマを発生させ、スパッタリング
粒子とスパッターガス、又はスパッターガスと反応性ガ
スが、より活性化した状態となり、この状態で基板に薄
＋１２を堆積させることができるという効果を有する。

特に比較的低温に保持された基板上に均質かつ高品位な
ｆＪＪｌ模を形成することを回部にした効果も認められ
る。

又１本発明によれば、Ｅ記した様に、高周波導入電極を
さらに付加的に高周波チョークコイル及び直流抵抗を介
して接地し、この高周波導入電極と接地間の直流抵抗レ
ベルをコントロールすることにより、高周波放電プラズ
マのプラズマポテンシャルを接地電位に対して正の電位
に保持し、これにより、基板又は基板ホルダーを特に直
流的にバイアスさせることなく、接地のままでも、プラ
ズマと基板又は垢板、ホルダー内の電位差により、基板
へ入射する正イオンのエネルギーを制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施するために使用するスパッター
装置の一例の概略図である。 ｌニスバッター装置、　　２二基板、 ３：ベルジャ−、４：真空室、 ５：ターゲット、　　６：マグネトロン、７：基板ホル
ダー、　　　８：基板、 ９：高周波コイル、　　１０：高周波源。 １１：’ロッキングコンデンサー、 １２：高周波チョークコイル、１３：直流抵抗感　１　
図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と金属又は金属合金のターゲットとの間に高
   周波コイルを設けることにより高周波放電プラズマを形
   成し、その中をスパッターされたスパッター粒子を通過
   させて被膜形成を行なうスパッタリング法において、上
   記高周波コイルを高周波チョークコイル及び直流抵抗を
   介して接地し、上記高周波コイルと接地間の直流抵抗レ
   ベルをコントロールすることにより高周波放電プラズマ
   のプラズマポテンシャルを接地電位に対して正の電位に
   保持することを特徴とする透明電導性酸化膜の製造方法
   。
2. （２）薄膜が錫を含む酸化インジウム透明電導性薄膜で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜
   の製造方法。
3. （３）薄膜がアンチモン又はフッ素を含む酸化錫透明電
   導性膜であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の薄膜の製造方法。
4. （４）スパッタ圧力が２×１０＾−＾４〜３×１０＾−
   ＾３Ｔｏｒｒであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の薄膜の製造方法。