JPS63471A

JPS63471A - 透明導電膜の形成方法

Info

Publication number: JPS63471A
Application number: JP61145202A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Karasawa; 武柄沢; Yutaka Miyata; 豊宮田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-06-20
Filing date: 1986-06-20
Publication date: 1988-01-05
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: JP2624240B2

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透明導電膜の形成方法、特に比較的低温で再現
性、量産性にすぐれた方法に関するものであり、液晶、
ＥＬ等の表示用素子、固体撮像素子、あるいはまた透明
タッチパネル等の高透明度低抵抗を要する透明導電膜を
用いた電気電子機器などの作製に幅広く利用しうるもの
である。

従来の技術透明導電膜としては、Ｉｎ２Ｏ，、ＺｎＯ，ＳｎＯ２等
の酸化物半導体が広く用いられており、また、その形成
方法としては、スパッタリング、真空蒸着。

ＣＶＤ法等がある。最も一般的に用いられているスパッ
タリング法は大別すると金属ターゲットを用い反応性ガ
ス雰囲気中で行なう、いわゆる反応性スパッタリングと
、酸化物の焼結体をターゲットとして用いる方法とがあ
る。前者は後者に比して高速成膜が可能であり、またタ
ーゲットも安価であるが反応系であるために膜質の再現
性という点では難がある。一方、後者の方法によるなら
ば再現性は良好であるが、成膜速度は遅く、ターゲット
も高価なものとなる。

発明が解決しようとする問題点スパッタリングによる透明導電膜の形成を量産工程にお
いて行なう場合、生産性の点から反応性スパッタリング
が有利であるが、低抵抗かつ高透過率の膜を安定して再
現よく得るためには何らかのコントロールを必要とする
。通常の不活性ガスのみによるスパッタリングであれば
、圧力、パワー等のパラメーターが一定の時はほぼ均質
な膜を形成できるわけであるが、反応性の場合にはだと
えスパッタリングの各パラメーターが一定であっても、
ターゲット表面の酸化度が刻々変化するｔめに膜質もそ
れに伴って変化してしまうという問題がある。

問題点を解決するための手段本発明はこの問題を解、決するため、Ｉｎ　　、　Ｓｎ
　。

Ｚｎ等の透明導電膜用金属材料からなる合金をターゲッ
トとして用い、透明導電膜を形成しようとする被処理物
を前記透明導電膜の形成中に常温よりも高温であり、か
つ前記被処理物の軟化点よりも低い温度に加熱し、不活
性ガスおよび０２　の混合ガス中にてスパッタリングを
行なうに際し、前記ターゲット合金を構成するある１種
類の金属元素および不活性ガス元素のプラズマ中での発
光ピーク強度の比を一定に保持するようにスパッタリン
グ電源にフィードバックをかけ入力パワーを制御し、そ
の後に前記被処理物に熱処理を施す透明導電膜の形成に
おいて、前記発光ピーク強度比と入力パワーとの関係に
おける前記比の変化の大きな領域にてスパッタリングす
ることを特徴とするものである。

作用反応性スパッタリングによる透明導電膜の形成において
は、膜中の金属および酸素の割合、ならびにそれらの結
合の安定性が重要である。本発明の方法によれば、スパ
ッタリング中のターゲット表面状態の変化に起因し、膜
組成の大幅な変動をもたらす金男原子放出惜のゆらぎを
排除できるために膜質を均一に保持するために大きく寄
与し、また、成膜中の加熱により膜の下部から上部に到
るまで均等に結合力を強化し、さらに成膜後の熱処理に
より膜表面の安定化がはかられ、同時に可視光透可率も
向上する。

実施例以下、実施例にもとづいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による透明導電膜形成のだめの装置構成
を示す概略図である。真空槽１内にＩｎ。

Ｓｎの合金ターゲット２（Ｓｎを１０％含有）および被
処理物としてのガラス基板３（コーニング社ｇ　ｐ　７
０５９　）を対向させ、排気装置５によっておよそ２×
１０　Ｔｏ　ｒｒ４で排気する。不活性ガスとしてＡｒ
を用い、０２　　ガスと共にそれぞれマスフローコント
ローラー４ａ１４ｂにより真空槽１内に導入される。フ
ィードバンク系はプラズマ発光を見る受光部６９分光器
７ａおよび７ｂ、コントローラー８により構成されてお
り、これによりＤＣ電源９からの入力パワーを制御する
。

以上の構成の装置によりＩＴＯ薄膜の形成を行なうに際
し、発光ピーク強度はＩｎおよびＡｒのものをモニター
する。本例においてはターゲット組成の９０％をＩｎが
占め、かつＩｎは波長４６１ｎｍ付近に鋭い発光ピーク
を有するのでパワー制御のだめのモニターに適している
。

第２図は、入力パワーとＩｎ　　およびＡｒ　の発光ピ
ーク強度との関係を示すものである。Ａｒ　、　０２の
混合ガス中で直流放電をさせた場合、Ａｒの発光ピーク
強度１ｏはほぼ直線的にゆるやかに上昇していくが、Ｉ
ｎの発光ピーク強度１１は低パワー領域Ｉにおいてはゆ
るやかに上昇し、中パワー領域１１では急激に増大し、
高パワー領域ｌｉ１においては再びゆるやかになり飽ｍ
傾向を示す。このような発光ピーク強度の変化に伴う膜
特性のようすを第３図に示す。抵抗についてみると、領
域■において谷を持つような特性を示し、可視光（例と
してλ＝ｓａｏｎｍ　）での透過率は領域１．Ｉｆにお
いてはほぼ同様の高透過率であるが領域■に入るにした
がいしだいに低下していく。

反応性スパッタリングによるＩＴＯ膜が上記のような特
性変化を示すのは次のような理由による。

Ｉｎ　発光ピーク強度の弱い領域はどＩＴＯ膜中にはＩ
ｎおよびＳｎが少なく酸素が多く含まれ、透過率は高く
なる。一方、酸素が多いほど性質は絶・　　縁膜のそれ
に近づくために抵抗は高くなる。逆にＩｎ発光ピーク強
度が非常に強い場合、すなわち領域用においてはＩＴＯ
膜中にＩｎ　およびＳｎが多く含まれるために透過率は
低下する。また、抵抗は不純物を多く含有する金属、こ
こでは０２　を含むＩｎ、Ｓｎ　という性質になり、や
はり高くなる。ところが中間領域…においては高透過率
を保つために必要な程度の酸素を含み、かつ完全な酸化
物でｔｔないために空孔が電気伝導に寄与し、低抵抗を
示す。

第４図は人ｒ、０２混合ガス中での０□の割合とスパッ
タリング中の異常放電および形成された膜のピンホール
密度との関係を示すものである。

放電自体はどのような混合比でも可能であるが、膜特性
の点からみるならばある限られた範囲が適している。異
常放電あるいはアークが生じた場合、膜上にフレーク状
のものが付着すること、また、ターゲット表面の一部に
高温溶融による粒状のものを残すことによってさらに異
常放電を誘発することなどの問題を生じるので、これら
の現象を排除する必要がある。そのためには０２　混合
比はおよそ２０の以下でなければならない。０２　の増
加はターゲット表面の酸化を促進するため、Ｉｎ　　の
発光をあるレベルに保とうとした場合に電流を大幅に増
やす結果となり、放電安定領域からはずれることになる
からである。一方、０２　の減少はターゲット表面を金
属状態に保つように作用するため放電そのものは安定す
るが、形成された膜中の０２　が減るために膜の安定性
の維持に必要な適度の酸化がなされず、ピンホールの増
加を引き起こす。また、このような酸素不足の膜に熱処
理を施した場合には白濁を生じてしまい、可視光透過率
の低下をまねき、さらに後のデバイス作製プロセスに対
する耐久性が乏しく、たとえば洗浄、エツチング等の工
程において浸食されてしまい使用不可能となる。したが
って０２　混合比はおよそ１゜形以上でなければならな
い。

第５図は成膜中の放電ガス圧力と異常放電頻度および抵
抗との関係を示している。放電を安定して維持するため
にはある程度以上の圧力が必要であり、異常放電を排除
するという点からはおよそ３Ｘ１０Ｔｏｒｒ以上が望ま
しい。一方圧力が高い状態においては平均自由行程が小
さくなり、気相での酸化度が高く形成される膜の抵抗が
高くなり好ましくない。したがって、２Ｘ１０Ｔｏｒｒ
程度以下での成膜が適指である。

以上のことから、透明導電膜としてのＩＴＯを形成する
に際しては上記のようなガス条件のもとで、第２図およ
び第３図における領域１１、すなわちＩｎ、Ａｒの発光
ピーク強度比の変化が急激な領域、パワー密度にしてｏ
、３０〜０．９０Ｗ／ｄが適している。したがって領域
Ｈにおいて最適化した条件のもとで成膜を行なえばよい
わけであるが、この領域はターゲット表面状態、特に酸
化度の微妙な変化に大きく影響されるために何らかの制
御を行なわない限り一定の特性を保つことが困難である
。そこでＩｎ、Ａｒの発光ピーク強度比の最適値を求め
、その値を保持するようにスパッタリング電源にフィー
ドバックをかけ入力パワーの制御を行なう。こうするこ
とにより、膜質の再現性は大幅に改善され、低抵抗高透
過率のＩＴＯが得られる。

上記のような制御に加えて成膜中の基板加熱および成膜
後の熱処理を行なうならば膜特性、安定性はさらに向上
する。成膜中に基板を２０ｏ℃に加熱し、圧力６　Ｘ　
１０３Ｔｏｒｒ、　ｏ２　混合比１５％。

パワー密度０．４５　Ｗ　／ｃｉにてスパッタリングを
行ない、成膜後に４５０℃にて大気中の熱処理を施した
結果、抵抗５０±５Ω、心、透過率９３％（ｓｓｏｎｍ
）の膜が再現よく得られた。

基板上に形成された工ＴＯは液晶パネル等の表示素子に
おける透明電極として用いられる場合には、その上にト
ランジスターアレイなどを形成するために機能膜が積層
されるわけであるが、これらの形成工程はＣＶＤ等の高
温プロセスｅ含む。

したがってＩＴＯの熱処理に際しては、その後に経過す
る最高温度もしくはそれ以上にて行なう必要があり、も
しそうでない場合には後のプロセス中に意図しない膜質
の変化をもたらす。一般に用いられているプラズマＣｖ
Ｄ法等を考慮すると、ＩＴＯＯ熱処理は少なくとも２５
０℃ないしは３００℃以上にて行なうことが望ましい。

発明の効果本発明の方法によれば、従来透明導電膜の形成に適した
条件でありながら、その制御が困難であった領域におけ
る成膜を可能にし、低抵抗かつ高い可視光透過率を有す
る透明導電膜を提供しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるスパッタリング装置の
構成図、第２図はスパッタリングパワー密度とＩｎおよ
びＡｒのプラズマ中での発光ピーク強度との関係を示す
図、第３図はスパッタリングパワー密度と形成されたＩ
ＴＯ膜のシート抵抗および可視光透過率との関係を示す
図、第４図は放電ガス（Ａｒ、Ｏ□　）中の０２の含ま
れる割合と成膜中の異常放電頻度および膜のピンホール
密度との関係を示す図、第５図は放電ガス圧力と成膜中
の異常放電頻度および膜のシート抵抗との関係を示す図
である。１・・・・・・真空槽、２・・・・・ターゲット、３・
・・・・・基板、４ａ、４ｂ・・・・・マスフローコン
トローラー、ｅ・・・・・・受光部。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図第２図タ、２０．乙　　　　　　　　ｌ−θ ノＶフー密度（Ｗ／ｃπピ）第３図ノＶワー色列【第４図０□′Ｊ毘合北Ｃ，’／、）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明導電膜用金属材料からなる合金をターゲット
として用い、透明導電膜を形成しようとする被処理物を
前記透明導電膜の形成中に常温よりも高温であり、かつ
前記被処理物の軟化点よりも低い温度に加熱し、不活性
ガスおよびＯ＿２の混合ガス中にてスパッタリングを行
なうに際し、前記ターゲット合金を構成するある１種類
の金属元素および不活性ガス元素のプラズマ中での発光
ピーク強度の比を一定に保持するようにスパッタリング
電源にフィードバックをかけ入力パワーを制御し、その
後に前記被処理物に熱処理を施す透明導電膜の形成する
際、前記発光ピーク強度比と入力パワーとの関係におけ
る前記比の変化の大きな領域にてスパッタリングするこ
とを特徴とする透明導電膜の形成方法。
（２）ＩｎとＳｎとからなり、Ｉｎを多く含むターゲッ
トを用い、Ａｒに対しＯ＿２を１０％〜２０％混合し、
ターゲット成分の発光ピーク強度をＩｎでとり、スパッ
タリングパワー密度０．３０〜０．９０Ｗ／ｃｍ＾３に
て成膜し、その後に通過する工程中の最も高い温度以上
にて熱処理を施すことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の透明導電膜の形成方法。