JP2002241926A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
成膜方法及び成膜装置Info
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- JP2002241926A JP2002241926A JP2001033727A JP2001033727A JP2002241926A JP 2002241926 A JP2002241926 A JP 2002241926A JP 2001033727 A JP2001033727 A JP 2001033727A JP 2001033727 A JP2001033727 A JP 2001033727A JP 2002241926 A JP2002241926 A JP 2002241926A
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- film forming
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 広範囲に制御可能な比抵抗を有する酸化亜鉛
系の透明導電膜を大面積の基板上に均一に形成するこ
と。 【解決手段】 ＺｎＯを主成分としＡｌ２Ｏ３等の３族
元素を含有する膜材料粒子が高効率でイオン化し、膜中
に最適な運動エネルギーで打ち込まれるので、Ａｌ等の
３族不純物元素の表面マイグレーションが促進され、他
の方法に比べてより均一に不純物元素を分散させること
できる。この結果、適切な不純物制御が行ないやすくな
り、理論的な予測に基づく物質合成ができ、低比抵抗の
酸化亜鉛系の透明導電幕が合成できる。さらにこの時、
酸素ガスと窒素ガスの雰囲気圧を適切に制御しながら成
膜することで、比抵抗で２μΩｍから無限大まで幅広く
膜質を調整することが可能となった。
系の透明導電膜を大面積の基板上に均一に形成するこ
と。 【解決手段】 ＺｎＯを主成分としＡｌ２Ｏ３等の３族
元素を含有する膜材料粒子が高効率でイオン化し、膜中
に最適な運動エネルギーで打ち込まれるので、Ａｌ等の
３族不純物元素の表面マイグレーションが促進され、他
の方法に比べてより均一に不純物元素を分散させること
できる。この結果、適切な不純物制御が行ないやすくな
り、理論的な予測に基づく物質合成ができ、低比抵抗の
酸化亜鉛系の透明導電幕が合成できる。さらにこの時、
酸素ガスと窒素ガスの雰囲気圧を適切に制御しながら成
膜することで、比抵抗で２μΩｍから無限大まで幅広く
膜質を調整することが可能となった。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大面積の基板上
に、低比抵抗の透明導電膜や様々な比抵抗の透明導電膜
を形成することができる成膜方法、成膜装置等に関す
る。
に、低比抵抗の透明導電膜や様々な比抵抗の透明導電膜
を形成することができる成膜方法、成膜装置等に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】液晶などの表示素子の透明導電膜とし
て、ＩＴＯ（インジウムと錫の酸化物）膜が広く使用さ
れているが、インジウムは高価かつ資源的にも希少金属
であり、最近における液晶表示素子の使用量の伸びを考
えると、やがて膜材料が逼迫することは明らかである。
て、ＩＴＯ（インジウムと錫の酸化物）膜が広く使用さ
れているが、インジウムは高価かつ資源的にも希少金属
であり、最近における液晶表示素子の使用量の伸びを考
えると、やがて膜材料が逼迫することは明らかである。
【０００３】一方、酸化亜鉛膜も透明導電性を有するこ
とが古くから知られている。亜鉛資源はインジウムと比
較して遥かに豊富であり、ＩＴＯ膜を酸化亜鉛系の透明
導電膜で代替できると資源的にもコスト的にもメリット
が大きい。
とが古くから知られている。亜鉛資源はインジウムと比
較して遥かに豊富であり、ＩＴＯ膜を酸化亜鉛系の透明
導電膜で代替できると資源的にもコスト的にもメリット
が大きい。
【０００４】上記のような酸化亜鉛系の透明導電膜は、
従来、ゾルゲル法、スプレー法、ＭＯＣＶＤ法、ＲＦス
パッタリング法、パルスレーザ蒸着法など様々な方法に
よって成膜されているが、ＩＴＯ膜ほどの低比抵抗は得
られないか、低比抵抗が得られても非常に小さい基板サ
イズの場合のみに限られている。
従来、ゾルゲル法、スプレー法、ＭＯＣＶＤ法、ＲＦス
パッタリング法、パルスレーザ蒸着法など様々な方法に
よって成膜されているが、ＩＴＯ膜ほどの低比抵抗は得
られないか、低比抵抗が得られても非常に小さい基板サ
イズの場合のみに限られている。
【０００５】最近、酸化亜鉛系の透明導電膜に対し、様
々な不純物を添加して比抵抗を下げる試みが活発に行な
われ、ＩＴＯと肩を並べるような特性が得られることも
実証されるようになってきている。
々な不純物を添加して比抵抗を下げる試みが活発に行な
われ、ＩＴＯと肩を並べるような特性が得られることも
実証されるようになってきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、不純物を添加
する上記方法によっても、大面積の基板上に均一で低い
比抵抗を有する酸化亜鉛系の透明導電膜を形成するまで
に至っていない。
する上記方法によっても、大面積の基板上に均一で低い
比抵抗を有する酸化亜鉛系の透明導電膜を形成するまで
に至っていない。
【０００７】そこで、本発明は、低い比抵抗を有する酸
化亜鉛系の透明導電膜を大面積の基板上に均一に形成す
ることを目的とする。
化亜鉛系の透明導電膜を大面積の基板上に均一に形成す
ることを目的とする。
【０００８】また、本発明は、任意の比抵抗を有する酸
化亜鉛系の透明導電膜を基板上に形成することを目的と
する。
化亜鉛系の透明導電膜を基板上に形成することを目的と
する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の成膜方法は、成膜室中に陽極として配置さ
れた材料蒸発源に向けてプラズマビームを供給すること
によって前記材料蒸発源の膜材料を蒸発させて成膜室中
に配置された基板の表面に付着させる成膜方法であっ
て、前記膜材料は、酸化亜鉛を主成分とし、３族元素な
いしは３族元素の酸化物を添加したものであることを特
徴とする。
め、本発明の成膜方法は、成膜室中に陽極として配置さ
れた材料蒸発源に向けてプラズマビームを供給すること
によって前記材料蒸発源の膜材料を蒸発させて成膜室中
に配置された基板の表面に付着させる成膜方法であっ
て、前記膜材料は、酸化亜鉛を主成分とし、３族元素な
いしは３族元素の酸化物を添加したものであることを特
徴とする。
【００１０】上記成膜方法では、膜材料が酸化亜鉛を主
成分とし３族元素ないしは３族元素の酸化物を添加した
ものであるので、需要増加に対応できる豊富な資源から
なり安価な酸化亜鉛系の透明導電膜を提供することがで
き、３族元素ないしは３族元素の酸化物によって過剰な
酸素空孔発生による膜質低下が抑えられ、透明導電膜の
比抵抗を適宜下げることができる。さらに、上記成膜方
法では、材料蒸発源から蒸発した膜材料をプラズマビー
ムで活性化することができ、適当なエネルギーを有する
膜材料粒子を基板上に入射させることができるので、優
れた電気的特性を有し、良好な付着力や強度を有する透
明導電膜を大面積の基板上に均一に形成することができ
る。
成分とし３族元素ないしは３族元素の酸化物を添加した
ものであるので、需要増加に対応できる豊富な資源から
なり安価な酸化亜鉛系の透明導電膜を提供することがで
き、３族元素ないしは３族元素の酸化物によって過剰な
酸素空孔発生による膜質低下が抑えられ、透明導電膜の
比抵抗を適宜下げることができる。さらに、上記成膜方
法では、材料蒸発源から蒸発した膜材料をプラズマビー
ムで活性化することができ、適当なエネルギーを有する
膜材料粒子を基板上に入射させることができるので、優
れた電気的特性を有し、良好な付着力や強度を有する透
明導電膜を大面積の基板上に均一に形成することができ
る。
【００１１】また、上記方法の具体的な態様では、成膜
中に、前記基板の周囲に雰囲気ガスとして酸素ガス、又
は酸素と５族元素を含むガスを供給する。この場合、透
明導電膜中における酸素欠損量や、３族の不純物元素の
添加効率を制御することができるようになるので、透明
導電膜の比抵抗を目標値に調節することができる。
中に、前記基板の周囲に雰囲気ガスとして酸素ガス、又
は酸素と５族元素を含むガスを供給する。この場合、透
明導電膜中における酸素欠損量や、３族の不純物元素の
添加効率を制御することができるようになるので、透明
導電膜の比抵抗を目標値に調節することができる。
【００１２】また、本発明の電子デバイスは、上記成膜
方法によって形成された透明導電膜を備えるので、高い
集積度で優れた光学特性を発揮することができるだけで
なく、希少資源を浪費することがない。
方法によって形成された透明導電膜を備えるので、高い
集積度で優れた光学特性を発揮することができるだけで
なく、希少資源を浪費することがない。
【００１３】また、本発明の成膜装置は、プラズマビー
ムを成膜室中に供給するプラズマ源と、前記成膜室中に
配置され前記プラズマビームを導くハースと、前記成膜
室中に前記ハースに対向して基板を保持する基板保持手
段とを備える成膜装置であって、前記膜材料は、酸化亜
鉛を主成分とし、３族元素ないしは３族元素の酸化物を
添加したものである。
ムを成膜室中に供給するプラズマ源と、前記成膜室中に
配置され前記プラズマビームを導くハースと、前記成膜
室中に前記ハースに対向して基板を保持する基板保持手
段とを備える成膜装置であって、前記膜材料は、酸化亜
鉛を主成分とし、３族元素ないしは３族元素の酸化物を
添加したものである。
【００１４】上記成膜装置では、膜材料が酸化亜鉛を主
成分とし３族元素ないしは３族元素の酸化物を添加した
ものであるので、需要増加に対応できる豊富な資源から
なる酸化亜鉛系の透明導電膜を提供することができ、３
族元素ないしは３族元素の酸化物によって透明導電膜の
比抵抗を下げることができる。さらに、上記成膜装置で
は、材料蒸発源から蒸発した膜材料をプラズマビームで
活性化することができるので、優れた電気的特性を有
し、良好な付着力や強度を有する透明導電膜を大面積の
基板上に均一に形成することができる。
成分とし３族元素ないしは３族元素の酸化物を添加した
ものであるので、需要増加に対応できる豊富な資源から
なる酸化亜鉛系の透明導電膜を提供することができ、３
族元素ないしは３族元素の酸化物によって透明導電膜の
比抵抗を下げることができる。さらに、上記成膜装置で
は、材料蒸発源から蒸発した膜材料をプラズマビームで
活性化することができるので、優れた電気的特性を有
し、良好な付着力や強度を有する透明導電膜を大面積の
基板上に均一に形成することができる。
【００１５】また、上記装置の具体的な態様では、前記
成膜室中に酸素ガス、又は酸素と５族元素を含むガスを
含む雰囲気ガスを供給するガス供給手段をさらに備え
る。この場合、透明導電膜中における酸素の組成比を制
御することができるようになるので、透明導電膜の比抵
抗を目標値に調節することができ、成膜された透明導電
膜に残存する膜応力を制御することができる。
成膜室中に酸素ガス、又は酸素と５族元素を含むガスを
含む雰囲気ガスを供給するガス供給手段をさらに備え
る。この場合、透明導電膜中における酸素の組成比を制
御することができるようになるので、透明導電膜の比抵
抗を目標値に調節することができ、成膜された透明導電
膜に残存する膜応力を制御することができる。
【００１６】また、上記装置の具体的な態様では、前記
ハースの周囲に環状に配置された磁石、又は磁石及びコ
イルからなり前記ハースの近接した上方の磁界を制御す
る磁場制御部材をさらに備え、前記プラズマ源は、アー
ク放電を利用した圧力勾配型のプラズマガンである。こ
の場合、磁場制御部材によってハースに入射するプラズ
マビームをカスプ状磁場で修正してより均一な厚みの膜
を形成することができる。
ハースの周囲に環状に配置された磁石、又は磁石及びコ
イルからなり前記ハースの近接した上方の磁界を制御す
る磁場制御部材をさらに備え、前記プラズマ源は、アー
ク放電を利用した圧力勾配型のプラズマガンである。こ
の場合、磁場制御部材によってハースに入射するプラズ
マビームをカスプ状磁場で修正してより均一な厚みの膜
を形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態に係
る成膜装置の全体構造を概略的に説明する図である。こ
の成膜装置は、成膜室である真空容器１０と、真空容器
１０中にプラズマビームＰＢを供給するプラズマ源であ
るプラズマガン３０と、真空容器１０内の底部に配置さ
れてプラズマビームＰＢが入射する陽極部材５０と、成
膜の対象である基板Ｗを保持する基板保持部材ＷＨを陽
極部材５０の上方で適宜移動させる搬送機構６０とを備
える。
る成膜装置の全体構造を概略的に説明する図である。こ
の成膜装置は、成膜室である真空容器１０と、真空容器
１０中にプラズマビームＰＢを供給するプラズマ源であ
るプラズマガン３０と、真空容器１０内の底部に配置さ
れてプラズマビームＰＢが入射する陽極部材５０と、成
膜の対象である基板Ｗを保持する基板保持部材ＷＨを陽
極部材５０の上方で適宜移動させる搬送機構６０とを備
える。
【００１８】プラズマガン３０は、特開平９−１９４２
３２号公報等に開示の圧力勾配型のプラズマガンであ
り、その本体部分は、真空容器１０の側壁に設けられた
筒状部１２に装着されている。この本体部分は、陰極３
１によって一端が閉塞されたガラス管３２からなる。ガ
ラス管３２内には、モリブデンＭｏで形成された円筒３
３が陰極３１に固定されて同心に配置されており、この
円筒３３内には、ＬａＢ ６で形成された円盤３４とタン
タルＴａで形成されたパイプ３５とが内蔵されている。
ガラス管３２の両端部のうち陰極３１とは反対側の端部
と、真空容器１０に設けた筒状部１２の端部との間に
は、第１及び第２中間電極４１、４２が同心で直列に配
置されている。一方の第１中間電極４１内には、プラズ
マビームＰＢを収束するための環状永久磁石４４が内蔵
されている。第２中間電極４２内にも、プラズマビーム
ＰＢを収束するための電磁石コイル４５が内蔵されてい
る。なお、筒状部１２の周囲には、陰極３１側で発生し
て第１及び第２中間電極４１、４２まで引き出されたプ
ラズマビームＰＢを真空容器１０内に導くステアリング
コイル４７が設けられている。
３２号公報等に開示の圧力勾配型のプラズマガンであ
り、その本体部分は、真空容器１０の側壁に設けられた
筒状部１２に装着されている。この本体部分は、陰極３
１によって一端が閉塞されたガラス管３２からなる。ガ
ラス管３２内には、モリブデンＭｏで形成された円筒３
３が陰極３１に固定されて同心に配置されており、この
円筒３３内には、ＬａＢ ６で形成された円盤３４とタン
タルＴａで形成されたパイプ３５とが内蔵されている。
ガラス管３２の両端部のうち陰極３１とは反対側の端部
と、真空容器１０に設けた筒状部１２の端部との間に
は、第１及び第２中間電極４１、４２が同心で直列に配
置されている。一方の第１中間電極４１内には、プラズ
マビームＰＢを収束するための環状永久磁石４４が内蔵
されている。第２中間電極４２内にも、プラズマビーム
ＰＢを収束するための電磁石コイル４５が内蔵されてい
る。なお、筒状部１２の周囲には、陰極３１側で発生し
て第１及び第２中間電極４１、４２まで引き出されたプ
ラズマビームＰＢを真空容器１０内に導くステアリング
コイル４７が設けられている。
【００１９】プラズマガン３０の動作は、図示を省略す
るガン駆動装置によって制御されている。これにより、
陰極３１への給電をオン・オフしたりこれへの供給電圧
等を調整することができ、さらに第１及び第２中間電極
４１、４２、電磁石コイル４５、及びステアリングコイ
ル４７への給電を調整することができる。つまり、真空
容器１０中に供給されるプラズマビームＰＢの強度や分
布状態を制御することができるようになる。
るガン駆動装置によって制御されている。これにより、
陰極３１への給電をオン・オフしたりこれへの供給電圧
等を調整することができ、さらに第１及び第２中間電極
４１、４２、電磁石コイル４５、及びステアリングコイ
ル４７への給電を調整することができる。つまり、真空
容器１０中に供給されるプラズマビームＰＢの強度や分
布状態を制御することができるようになる。
【００２０】なお、プラズマガン３０の最も内心側に配
置されるパイプ３５は、プラズマビームＰＢのもととな
る、Ａｒ等の不活性ガスからなるキャリアガスをプラズ
マガン３０ひいては真空容器１０中に導入するためもの
であり、流量計９３及び流量調節弁９４を介して不活性
ガス源９０に接続されている。
置されるパイプ３５は、プラズマビームＰＢのもととな
る、Ａｒ等の不活性ガスからなるキャリアガスをプラズ
マガン３０ひいては真空容器１０中に導入するためもの
であり、流量計９３及び流量調節弁９４を介して不活性
ガス源９０に接続されている。
【００２１】真空容器１０中の下部に配置された陽極部
材５０は、プラズマビームＰＢを下方に導く主陽極であ
るハース５１と、その周囲に配置された環状の補助陽極
５２とからなる。
材５０は、プラズマビームＰＢを下方に導く主陽極であ
るハース５１と、その周囲に配置された環状の補助陽極
５２とからなる。
【００２２】前者のハース５１は、導電材料で形成され
るとともに、接地された真空容器１０に図示を省略する
絶縁物を介して支持されている。このハース５１は、陽
極電源装置８０によって適当な正電位に制御されてお
り、プラズマガン３０から出射したプラズマビームＰＢ
を下方に吸引する。なお、ハース５１は、プラズマガン
３０からのプラズマビームＰＢが入射する中央部に、材
料蒸発源である棒状の材料ロッド５３が装填される貫通
孔５１ａを有している。この材料ロッド５３は、膜材料
として、主成分であるＺｎＯの粉末と３族元素の酸化物
Ａｌ２Ｏ３とを混合した粉末を焼結して固めたものであ
り、プラズマビームＰＢからの電流によって加熱されて
昇華し、基板上に亜鉛酸化物を主成分とする透明導電膜
を形成するための材料蒸気を発生する。真空容器１０下
部に設けた材料供給装置５８は、材料ロッド５３を次々
にハース５１の貫通孔５１ａに装填するとともに、装填
した材料ロッド５３を徐々に上昇させる構造を有してお
り、材料ロッド５３の上端が蒸発して消耗しても、この
上端をハース５１の凹部から常に一定量だけ突出させる
ことができる。
るとともに、接地された真空容器１０に図示を省略する
絶縁物を介して支持されている。このハース５１は、陽
極電源装置８０によって適当な正電位に制御されてお
り、プラズマガン３０から出射したプラズマビームＰＢ
を下方に吸引する。なお、ハース５１は、プラズマガン
３０からのプラズマビームＰＢが入射する中央部に、材
料蒸発源である棒状の材料ロッド５３が装填される貫通
孔５１ａを有している。この材料ロッド５３は、膜材料
として、主成分であるＺｎＯの粉末と３族元素の酸化物
Ａｌ２Ｏ３とを混合した粉末を焼結して固めたものであ
り、プラズマビームＰＢからの電流によって加熱されて
昇華し、基板上に亜鉛酸化物を主成分とする透明導電膜
を形成するための材料蒸気を発生する。真空容器１０下
部に設けた材料供給装置５８は、材料ロッド５３を次々
にハース５１の貫通孔５１ａに装填するとともに、装填
した材料ロッド５３を徐々に上昇させる構造を有してお
り、材料ロッド５３の上端が蒸発して消耗しても、この
上端をハース５１の凹部から常に一定量だけ突出させる
ことができる。
【００２３】後者の補助陽極５２は、ハース５１の周囲
にこれと同心に配置された環状の容器により構成されて
いる。この環状容器内には、フェライト等で形成された
環状の永久磁石５５と、これと同心に積層されたコイル
５６とが収納されている。これら永久磁石５５及びコイ
ル５６は、磁場制御部材であり、ハース５１の直上方に
カスプ状磁場を形成する。これにより、ハース５１に入
射するプラズマビームＰＢの向き等を修正することがで
きる。
にこれと同心に配置された環状の容器により構成されて
いる。この環状容器内には、フェライト等で形成された
環状の永久磁石５５と、これと同心に積層されたコイル
５６とが収納されている。これら永久磁石５５及びコイ
ル５６は、磁場制御部材であり、ハース５１の直上方に
カスプ状磁場を形成する。これにより、ハース５１に入
射するプラズマビームＰＢの向き等を修正することがで
きる。
【００２４】補助陽極５２内のコイル５６は電磁石を構
成し、陽極電源装置８０から給電されて、永久磁石５５
により発生する中心側の磁界と同じ向きになるような付
加的磁界を形成する。つまり、コイル５６に供給する電
流を変化させることで、ハース５１に入射するプラズマ
ビームＰＢの向きの微調整が可能になる。
成し、陽極電源装置８０から給電されて、永久磁石５５
により発生する中心側の磁界と同じ向きになるような付
加的磁界を形成する。つまり、コイル５６に供給する電
流を変化させることで、ハース５１に入射するプラズマ
ビームＰＢの向きの微調整が可能になる。
【００２５】補助陽極５２の容器も、ハース５１と同様
に導電性材料で形成される。この補助陽極５２は、ハー
ス５１に対して図示を省略する絶縁物を介して取り付け
られている。陽極電源装置８０から補助陽極５２に印加
する電圧変化させることによってハース５１の上方の電
界を補的に制御できる。すなわち、補助陽極５２の電位
をハース５１と同じにすると、プラズマビームＰＢもこ
れに引き寄せられてハース５１へのプラズマビームＰＢ
の供給が減少する。一方、補助陽極５２の電位を真空容
器１０と同じ程度に下げると、プラズマビームＰＢがハ
ース５１に引き寄せられて材料ロッド５３が加熱され
る。
に導電性材料で形成される。この補助陽極５２は、ハー
ス５１に対して図示を省略する絶縁物を介して取り付け
られている。陽極電源装置８０から補助陽極５２に印加
する電圧変化させることによってハース５１の上方の電
界を補的に制御できる。すなわち、補助陽極５２の電位
をハース５１と同じにすると、プラズマビームＰＢもこ
れに引き寄せられてハース５１へのプラズマビームＰＢ
の供給が減少する。一方、補助陽極５２の電位を真空容
器１０と同じ程度に下げると、プラズマビームＰＢがハ
ース５１に引き寄せられて材料ロッド５３が加熱され
る。
【００２６】搬送機構６０は、基板保持手段として機能
し、搬送路６１内に水平方向に等間隔で配列されて基板
保持部材ＷＨの縁部を支持する複数のコロ６２と、これ
らのコロ６２を適当な速度で回転させて基板保持部材Ｗ
Ｈを一定速度で水平方向に移動させる駆動装置（図示を
省略）とを備える。
し、搬送路６１内に水平方向に等間隔で配列されて基板
保持部材ＷＨの縁部を支持する複数のコロ６２と、これ
らのコロ６２を適当な速度で回転させて基板保持部材Ｗ
Ｈを一定速度で水平方向に移動させる駆動装置（図示を
省略）とを備える。
【００２７】酸素ガス供給装置７１は、真空容器１０に
適当なタイミングで適当な量の酸素ガスを雰囲気ガスと
して供給するためのガス供給手段である。酸素ガスを収
容する酸素ガス源７１ａからの供給ラインは、流量調節
弁７１ｂ及び流量計７１ｃを介して真空容器１０に接続
されている。
適当なタイミングで適当な量の酸素ガスを雰囲気ガスと
して供給するためのガス供給手段である。酸素ガスを収
容する酸素ガス源７１ａからの供給ラインは、流量調節
弁７１ｂ及び流量計７１ｃを介して真空容器１０に接続
されている。
【００２８】窒素ガス供給装置７２は、真空容器１０に
適当なタイミングで適当な量の窒素ガスを雰囲気ガスと
して供給するためのガス供給手段である。窒素ガスを収
容する窒素ガス源７２ａからの供給ラインは、流量調節
弁７２ｂ及び流量計７２ｃを介して真空容器１０に接続
されている。
適当なタイミングで適当な量の窒素ガスを雰囲気ガスと
して供給するためのガス供給手段である。窒素ガスを収
容する窒素ガス源７２ａからの供給ラインは、流量調節
弁７２ｂ及び流量計７２ｃを介して真空容器１０に接続
されている。
【００２９】不活性ガス供給装置７３は、Ａｒ等の不活
性ガスからなる雰囲気ガスを真空容器１０に適当なタイ
ミングで適当量供給するためのものである。不活性ガス
源９０から分岐された雰囲気ガスは、ガス供給装置７３
の流量調節弁７３ｂ及び流量計７３ｃを介して真空容器
１０に直接導入される。
性ガスからなる雰囲気ガスを真空容器１０に適当なタイ
ミングで適当量供給するためのものである。不活性ガス
源９０から分岐された雰囲気ガスは、ガス供給装置７３
の流量調節弁７３ｂ及び流量計７３ｃを介して真空容器
１０に直接導入される。
【００３０】なお、排気装置７６は、排気ポンプ７６ｂ
により、真空ゲート７６ａを介して真空容器１０内のガ
スを適宜排気する。また、真空圧測定器７７は、真空容
器１０内の酸素ガス、Ａｒガス等の分圧を計測すること
ができ、この計測結果は、圧制御装置７８によって監視
されている。圧制御装置７８は、真空圧測定器７７の計
測結果に基づいて、酸素ガス供給装置７１、窒素ガス供
給装置７２、不活性ガス供給装置７３、及び排気装置７
６の動作を制御して、真空容器１０内の酸素ガス、窒素
ガス、Ａｒガス等の分圧を目標値に制御する。
により、真空ゲート７６ａを介して真空容器１０内のガ
スを適宜排気する。また、真空圧測定器７７は、真空容
器１０内の酸素ガス、Ａｒガス等の分圧を計測すること
ができ、この計測結果は、圧制御装置７８によって監視
されている。圧制御装置７８は、真空圧測定器７７の計
測結果に基づいて、酸素ガス供給装置７１、窒素ガス供
給装置７２、不活性ガス供給装置７３、及び排気装置７
６の動作を制御して、真空容器１０内の酸素ガス、窒素
ガス、Ａｒガス等の分圧を目標値に制御する。
【００３１】以下、図１に示す成膜装置の動作について
説明する。この成膜装置による成膜時には、プラズマガ
ン３０の陰極３１と真空容器１０内のハース５１との間
で放電を生じさせ、これによりプラズマビームＰＢを生
成する。このプラズマビームＰＢは、ステアリングコイ
ル４７と補助陽極５２内の永久磁石５５等とにより決定
される磁界に案内されてハース５１に到達する。ハース
５１の材料ロッド５３は、プラズマビームＰＢからの電
流により加熱され、材料ロッド５３が昇華してここから
膜材料の蒸気が出射する。この蒸気は、プラズマビーム
ＰＢによりイオン化され、ハース５１の電位に相当する
エネルギーを持って基板Ｗの表面に付着して被膜を形成
する。
説明する。この成膜装置による成膜時には、プラズマガ
ン３０の陰極３１と真空容器１０内のハース５１との間
で放電を生じさせ、これによりプラズマビームＰＢを生
成する。このプラズマビームＰＢは、ステアリングコイ
ル４７と補助陽極５２内の永久磁石５５等とにより決定
される磁界に案内されてハース５１に到達する。ハース
５１の材料ロッド５３は、プラズマビームＰＢからの電
流により加熱され、材料ロッド５３が昇華してここから
膜材料の蒸気が出射する。この蒸気は、プラズマビーム
ＰＢによりイオン化され、ハース５１の電位に相当する
エネルギーを持って基板Ｗの表面に付着して被膜を形成
する。
【００３２】上記成膜方法によれば、ＺｎＯを主成分と
しＡｌ２Ｏ３等の３族元素酸化物を含有する膜材料粒子
が高効率でイオン化し、膜中に最適な運動エネルギーで
打ち込まれるので、Ａｌ等の３族不純物元素の表面マイ
グレーションが促進され、他の方法に比べてより均一に
不純物元素を分散させることできる。この結果、適切な
不純物制御が行ない易くなり、理論的な予測に基づく物
質合成ができ、低比抵抗の酸化亜鉛系の透明導電膜が合
成できる。さらにこの時、酸素ガスと窒素ガスの雰囲気
圧を適切に制御しながら成膜することで、比抵抗に関し
て２μΩｍから無限大までの範囲で幅広く膜質を調整す
ることが可能となった。
しＡｌ２Ｏ３等の３族元素酸化物を含有する膜材料粒子
が高効率でイオン化し、膜中に最適な運動エネルギーで
打ち込まれるので、Ａｌ等の３族不純物元素の表面マイ
グレーションが促進され、他の方法に比べてより均一に
不純物元素を分散させることできる。この結果、適切な
不純物制御が行ない易くなり、理論的な予測に基づく物
質合成ができ、低比抵抗の酸化亜鉛系の透明導電膜が合
成できる。さらにこの時、酸素ガスと窒素ガスの雰囲気
圧を適切に制御しながら成膜することで、比抵抗に関し
て２μΩｍから無限大までの範囲で幅広く膜質を調整す
ることが可能となった。
【００３３】比抵抗の調整について具体的に説明する
と、酸素ガスの雰囲気圧を調整することによって透明導
電膜中の酸素欠陥の量を調整することができ、窒素ガス
の雰囲気圧を調整することによってＡｌ等の不純物元素
の添加効率を調整することができる。これらの結果、酸
化亜鉛系の透明導電膜の易動度やキャリア密度を幅広く
調整することが可能となり、成膜条件を適当に選択する
ことで、低比抵抗の膜から高比抵抗の膜まで幅広く生成
できる。
と、酸素ガスの雰囲気圧を調整することによって透明導
電膜中の酸素欠陥の量を調整することができ、窒素ガス
の雰囲気圧を調整することによってＡｌ等の不純物元素
の添加効率を調整することができる。これらの結果、酸
化亜鉛系の透明導電膜の易動度やキャリア密度を幅広く
調整することが可能となり、成膜条件を適当に選択する
ことで、低比抵抗の膜から高比抵抗の膜まで幅広く生成
できる。
【００３４】また上記方法によれば、ビーム修正用の磁
場制御部材である永久磁石５５やコイル５６によってハ
ース５１上方の磁場を調整することができるので、材料
ロッド５３から蒸発した蒸発粒子の飛行方向を制御する
ことができ、ハース５１上方におけるプラズマの活性度
分布や基板Ｗ上の反応性分布に合せて基板Ｗ上の成膜速
度分布を調整でき、広い面積にわたって均一な膜質の薄
膜を得ることができる。この点についてより具体的に説
明すると、上述した基板Ｗ上の反応性とは、金属蒸気が
基板に到達後、酸素元素と反応して酸化物膜を生成する
際の基板上での酸化反応の進行し易さを意味する。この
反応性は、基板温度などの他に、酸素や金属元素の活性
状態を左右するプラズマの活性度にも影響されると考え
られる。例えばプラズマの活性度が低く反応性が低くな
りがちな基板Ｗの端部分などで成膜成長速度が遅くなる
ような成膜速度分布を採用すると、基板Ｗの端部分では
反応性の低さを補うように時間をかけて酸素を十分に取
り込んだ成膜が可能になる。つまり、基板Ｗの全体に亘
って酸素の含有量がバランスしての膜質分布を均一にさ
せることができる。
場制御部材である永久磁石５５やコイル５６によってハ
ース５１上方の磁場を調整することができるので、材料
ロッド５３から蒸発した蒸発粒子の飛行方向を制御する
ことができ、ハース５１上方におけるプラズマの活性度
分布や基板Ｗ上の反応性分布に合せて基板Ｗ上の成膜速
度分布を調整でき、広い面積にわたって均一な膜質の薄
膜を得ることができる。この点についてより具体的に説
明すると、上述した基板Ｗ上の反応性とは、金属蒸気が
基板に到達後、酸素元素と反応して酸化物膜を生成する
際の基板上での酸化反応の進行し易さを意味する。この
反応性は、基板温度などの他に、酸素や金属元素の活性
状態を左右するプラズマの活性度にも影響されると考え
られる。例えばプラズマの活性度が低く反応性が低くな
りがちな基板Ｗの端部分などで成膜成長速度が遅くなる
ような成膜速度分布を採用すると、基板Ｗの端部分では
反応性の低さを補うように時間をかけて酸素を十分に取
り込んだ成膜が可能になる。つまり、基板Ｗの全体に亘
って酸素の含有量がバランスしての膜質分布を均一にさ
せることができる。
【００３５】図２は、図１の装置によって作成した電子
デバイス、具体的にはＬＣＤ(liquid crystal display)
の構造を概念的に説明する拡大断面図である。図２
（ａ）は、ＬＣＤを構成する一方の基板部材を示し、図
２（ｂ）は、ＬＣＤを構成する他方の基板部材を示し、
図２（ｃ）は、図２（ａ）及び（ｂ）に示す一対の基板
部材を接合して形成したＬＣＤ本体の構造を示す。
デバイス、具体的にはＬＣＤ(liquid crystal display)
の構造を概念的に説明する拡大断面図である。図２
（ａ）は、ＬＣＤを構成する一方の基板部材を示し、図
２（ｂ）は、ＬＣＤを構成する他方の基板部材を示し、
図２（ｃ）は、図２（ａ）及び（ｂ）に示す一対の基板
部材を接合して形成したＬＣＤ本体の構造を示す。
【００３６】図２（ａ）において、透明なガラスからな
る基板Ｗ上には、複数のカラーフィルタ層ＣＦが遮光領
域ＭＡを介して適当な配列で形成されている。このカラ
ーフィルタ層ＣＦ上や遮光領域ＭＡ上には、図１の装置
によって成膜した酸化亜鉛系の低比抵抗の透明導電膜Ｔ
Ｆが一様に形成されている。
る基板Ｗ上には、複数のカラーフィルタ層ＣＦが遮光領
域ＭＡを介して適当な配列で形成されている。このカラ
ーフィルタ層ＣＦ上や遮光領域ＭＡ上には、図１の装置
によって成膜した酸化亜鉛系の低比抵抗の透明導電膜Ｔ
Ｆが一様に形成されている。
【００３７】図２（ｂ）において、透明なガラスからな
る基板Ｗ上には、図１の装置によって成膜した酸化亜鉛
系の低比抵抗の透明導電膜ＴＦが形成されている。この
透明導電膜ＴＦは、図２（ａ）の遮光領域ＭＡに対応す
る部分がエッチングによって除去されており、この部分
には、トランジスタ等の回路素子を形成した集積回路領
域ＤＡが形成されている。
る基板Ｗ上には、図１の装置によって成膜した酸化亜鉛
系の低比抵抗の透明導電膜ＴＦが形成されている。この
透明導電膜ＴＦは、図２（ａ）の遮光領域ＭＡに対応す
る部分がエッチングによって除去されており、この部分
には、トランジスタ等の回路素子を形成した集積回路領
域ＤＡが形成されている。
【００３８】図２（ｃ）において、図２（ａ）及び
（ｂ）に示す一対の基板部材で液晶材料層ＬＦを挟んで
これらを固定する。この際、それぞれの基板部材に設け
た低比抵抗の透明導電膜ＴＦが対向配置されるので、両
透明導電膜ＴＦ間に印加される電界の作用を受けて液晶
材料層ＬＦの光学特性が変化する。
（ｂ）に示す一対の基板部材で液晶材料層ＬＦを挟んで
これらを固定する。この際、それぞれの基板部材に設け
た低比抵抗の透明導電膜ＴＦが対向配置されるので、両
透明導電膜ＴＦ間に印加される電界の作用を受けて液晶
材料層ＬＦの光学特性が変化する。
【００３９】以上のＬＣＤでは、大面積の基板Ｗ上に比
較的低温で比抵抗の小さい透明導電膜ＴＦを均一に形成
することができるので、集積度が高く、コントラストの
差が大きく、高速動作する表示装置を提供することがで
きる。
較的低温で比抵抗の小さい透明導電膜ＴＦを均一に形成
することができるので、集積度が高く、コントラストの
差が大きく、高速動作する表示装置を提供することがで
きる。
【００４０】以上、実施形態に即して本発明を説明した
が、本発明は、上記実施形態に限定されるものではな
い。例えばＺｎＯに添加する３族元素ないしは３族元素
の酸化物として、Ａｌ２Ｏ３の代わりに、Ｂ２Ｏ３、Ｇ
ａ２Ｏ３、ｌｕ２Ｏ３等を用いることができる。また、
雰囲気ガスとする５族元素のＮ２ガスの代わりに、Ｎ
Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｐ等を用いることができる。
が、本発明は、上記実施形態に限定されるものではな
い。例えばＺｎＯに添加する３族元素ないしは３族元素
の酸化物として、Ａｌ２Ｏ３の代わりに、Ｂ２Ｏ３、Ｇ
ａ２Ｏ３、ｌｕ２Ｏ３等を用いることができる。また、
雰囲気ガスとする５族元素のＮ２ガスの代わりに、Ｎ
Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｐ等を用いることができる。
【００４１】また、上記実施形態の透明導電膜は、ＦＰ
Ｄのみならず、各種電子デバイスの透明電極として用い
ることができる。例えば上記成膜装置により、太陽電池
の透明電極として、低比抵抗の透明導電膜を形成するこ
とができる。また、上記成膜装置により、表面弾性波素
子を構成する高抵抗ＺｎＯ膜を形成することができる。
Ｄのみならず、各種電子デバイスの透明電極として用い
ることができる。例えば上記成膜装置により、太陽電池
の透明電極として、低比抵抗の透明導電膜を形成するこ
とができる。また、上記成膜装置により、表面弾性波素
子を構成する高抵抗ＺｎＯ膜を形成することができる。
【００４２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の成膜方法によれば、膜材料が酸化亜鉛を主成分とし３
族元素ないしは３族元素の酸化物を添加したものである
ので、需要増加に対応できる豊富な資源からなる酸化亜
鉛系の透明導電膜を提供することができ、３族元素ない
しは３族元素の酸化物によって過剰な酸素空孔発生によ
る膜質低下が抑えられ、透明導電膜の比抵抗を下げるこ
とができる。さらに、上記成膜方法では、材料蒸発源か
ら蒸発した膜材料をプラズマビームで活性化することが
でき、適当なエネルギーを有する膜材料粒子を基板上に
入射させることができるので、優れた電気的特性を有
し、良好な付着力や強度を有する透明導電膜を大面積の
基板上に均一に形成することができる。
の成膜方法によれば、膜材料が酸化亜鉛を主成分とし３
族元素ないしは３族元素の酸化物を添加したものである
ので、需要増加に対応できる豊富な資源からなる酸化亜
鉛系の透明導電膜を提供することができ、３族元素ない
しは３族元素の酸化物によって過剰な酸素空孔発生によ
る膜質低下が抑えられ、透明導電膜の比抵抗を下げるこ
とができる。さらに、上記成膜方法では、材料蒸発源か
ら蒸発した膜材料をプラズマビームで活性化することが
でき、適当なエネルギーを有する膜材料粒子を基板上に
入射させることができるので、優れた電気的特性を有
し、良好な付着力や強度を有する透明導電膜を大面積の
基板上に均一に形成することができる。
【００４３】また、本発明の電子デバイスによれば、高
い集積度で優れた光学特性を発揮することができるだけ
でなく、希少資源を浪費することがない。
い集積度で優れた光学特性を発揮することができるだけ
でなく、希少資源を浪費することがない。
【００４４】また、本発明の成膜装置によれば、膜材料
が酸化亜鉛を主成分とし３族元素ないしは３族元素の酸
化物を添加したものであるので、需要増加に対応できる
豊富な資源からなる酸化亜鉛系の透明導電膜を提供する
ことができ、３族元素ないしは３族元素の酸化物によっ
て透明導電膜の比抵抗を下げることができる。さらに、
上記成膜装置では、材料蒸発源から蒸発した膜材料をプ
ラズマビームで活性化することができるので、優れた電
気的特性を有し、良好な付着力や強度を有する透明導電
膜を大面積の基板上に均一に形成することができる。
が酸化亜鉛を主成分とし３族元素ないしは３族元素の酸
化物を添加したものであるので、需要増加に対応できる
豊富な資源からなる酸化亜鉛系の透明導電膜を提供する
ことができ、３族元素ないしは３族元素の酸化物によっ
て透明導電膜の比抵抗を下げることができる。さらに、
上記成膜装置では、材料蒸発源から蒸発した膜材料をプ
ラズマビームで活性化することができるので、優れた電
気的特性を有し、良好な付着力や強度を有する透明導電
膜を大面積の基板上に均一に形成することができる。
【図１】第１実施形態の成膜装置の全体構造を説明する
図である。
図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１の成膜装置に
よって形成したＬＣＤの構造を説明する図である。
よって形成したＬＣＤの構造を説明する図である。
１０ 真空容器 ３０ プラズマガン ５０ 陽極部材 ５１ ハース ５３ 材料ロッド ５８ 材料供給装置 ６０ 搬送機構 ７１ 酸素ガス供給装置 ７２ 窒素ガス供給装置 ７３ 不活性ガス供給装置 ７６ 排気装置 ７７ 真空圧測定器 ７８ 圧制御装置 ８０ 陽極電源装置 ＰＢ プラズマビーム Ｗ 基板
Claims (6)
- 【請求項１】 成膜室中に陽極として配置された材料蒸
発源に向けてプラズマビームを供給することによって前
記材料蒸発源の膜材料を蒸発させて成膜室中に配置され
た基板の表面に付着させる成膜方法であって、 前記膜材料は、酸化亜鉛を主成分とし、３族元素ないし
は３族元素の酸化物を添加したものであることを特徴と
する成膜方法。 - 【請求項２】 成膜中に、前記基板の周囲に雰囲気ガス
として酸素ガス、又は酸素と５族元素を含むガスを供給
することを特徴とする請求項１記載の成膜方法。 - 【請求項３】 請求項１及び請求項２のいずれか記載の
成膜方法によって形成された透明導電膜を備える電子デ
バイス。 - 【請求項４】 プラズマビームを成膜室中に供給するプ
ラズマ源と、前記成膜室中に配置され前記プラズマビー
ムを導くハースと、前記成膜室中に前記ハースに対向し
て基板を保持する基板保持手段とを備える成膜装置であ
って、 前記膜材料は、酸化亜鉛を主成分とし、３族元素ないし
は３族元素の酸化物を添加したものであることを特徴と
する成膜装置。 - 【請求項５】 前記成膜室中に酸素ガス、又は酸素と５
族元素を含むガスを含む雰囲気ガスを供給するガス供給
手段をさらに備えることを特徴とする請求項４記載の成
膜装置。 - 【請求項６】 前記ハースの周囲に環状に配置された磁
石、又は磁石及びコイルからなり前記ハースの近接した
上方の磁界を制御する磁場制御部材をさらに備え、前記
プラズマ源は、アーク放電を利用した圧力勾配型のプラ
ズマガンであることを特徴とする請求項４及び請求項５
のいずれか記載の成膜装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001033727A JP2002241926A (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 成膜方法及び成膜装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001033727A JP2002241926A (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 成膜方法及び成膜装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002241926A true JP2002241926A (ja) | 2002-08-28 |
Family
ID=18897433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001033727A Pending JP2002241926A (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 成膜方法及び成膜装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002241926A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004311702A (ja) * | 2003-04-07 | 2004-11-04 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 薄膜トランジスタの製造方法および薄膜トランジスタ |
| JP2005272965A (ja) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 電極部材、及びこれを備えた成膜装置 |
| JP2011012341A (ja) * | 2009-05-21 | 2011-01-20 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 透光性を有する導電膜、表示装置、電子機器および該透光性を有する導電膜の作製方法 |
| WO2012135236A2 (en) * | 2011-03-28 | 2012-10-04 | Integrated Photovoltaics, Inc. | Plasma spraying with mixed feedstock |
| KR20210001991A (ko) | 2019-06-27 | 2021-01-06 | 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 | 성막방법, 및 성막장치 |
-
2001
- 2001-02-09 JP JP2001033727A patent/JP2002241926A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004311702A (ja) * | 2003-04-07 | 2004-11-04 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 薄膜トランジスタの製造方法および薄膜トランジスタ |
| JP2005272965A (ja) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 電極部材、及びこれを備えた成膜装置 |
| JP2011012341A (ja) * | 2009-05-21 | 2011-01-20 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 透光性を有する導電膜、表示装置、電子機器および該透光性を有する導電膜の作製方法 |
| US9260779B2 (en) | 2009-05-21 | 2016-02-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light-transmitting conductive film, display device, electronic device, and manufacturing method of light-transmitting conductive film |
| WO2012135236A2 (en) * | 2011-03-28 | 2012-10-04 | Integrated Photovoltaics, Inc. | Plasma spraying with mixed feedstock |
| WO2012135236A3 (en) * | 2011-03-28 | 2013-03-28 | Integrated Photovoltaics, Inc. | Plasma spraying with mixed feedstock |
| KR20210001991A (ko) | 2019-06-27 | 2021-01-06 | 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 | 성막방법, 및 성막장치 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060220 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20060228 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060627 |