JPH05171437A - 透明導電膜の形成方法 - Google Patents

透明導電膜の形成方法

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JPH05171437A
JPH05171437A JP33911191A JP33911191A JPH05171437A JP H05171437 A JPH05171437 A JP H05171437A JP 33911191 A JP33911191 A JP 33911191A JP 33911191 A JP33911191 A JP 33911191A JP H05171437 A JPH05171437 A JP H05171437A
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transparent conductive
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ion beam
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繁喜 長坂
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐熱性の低い基板、例えばカラーフィルター
付き基板やプラスチック製基板上に、低抵抗で透明性の
良いITOからなる透明導電膜を形成する。 【構成】 InにSnをドープした金属ターゲット4、
もしくはIn2 3 にSnO2 をドープした焼結体ター
ゲット4をイオン源9から放出されたイオンビームでス
パッタし、アシスト用のイオン源14から放出されるイ
オンビームで基板22を照射しながら基板22上にIT
O膜を形成する方法において、アシスト用イオン源14
からのイオンビームが主として酸素イオンからなる第1
段階と酸素イオンが主成分でない第2段階の少なくとも
2つの工程を含むようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性の低い基板上に
透明かつ低抵抗なITOからなる透明導電膜をイオンビ
ームスパッタ法で高速で形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】LCD,PDP,ELD等の各種ディス
プレーでは、その駆動電極として透明導電膜が用いられ
る。この透明導電膜としては、通常In2 3 やSnO
2 ,ZnOを主体とするものが知られており、その形成
方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、CVD法、ス
プレー法などがある。とくにIn2 3 にSnO2 をド
ープしたターゲットより得られるITOからなる透明導
電膜は、その透過率や導電性、エッチング特性に優れて
おり、表示素子の電極材料として、最もよく用いられて
いる。このITOからなる透明導電膜の形成方法として
は、真空蒸着法やスパッタ法が、膜特性の面から優位と
なっている。
【0003】近年、ディスプレーの大型化、精細化、カ
ラー化にともない、透明電極のパターンは細く長いもの
になっており、より低抵抗な透明導電膜が要求されてい
る。必要とされる面抵抗は、その駆動方式によっても異
なるが、低いものでは10Ω/□以下のものが要求され
ている。成膜時の基板の温度が比較的高温の場合には、
抵抗率が2.0E−4Ω・cm程度のものが安定して得
られており、膜厚2000Aで10Ω/□が得られる。
【0004】一方、基板にカラーフィルターが付いてい
たり、基板自身がプラスチックなど有機物の場合には、
温度はせいぜい200℃程度までしか上げられない。従
って、ITOからなる透明導電膜の抵抗率を小さくする
ために酸化度を大きくして結晶性を向上させる手段とし
ては基板を加熱する以外の方法を用いなくてはならな
い。
【0005】イオンビームによってターゲットから膜構
成物質をたたき出して基板面に付着させる過程において
基板にもイオンビームを照射する方法は通常イオンビー
ムアシスト−イオンビームスパッタ法と呼ばれ、最も有
効な手段の一つである。通常スパッタ用イオンビームに
は運動量の大きなイオンビームである必要があるのでア
ルゴンのような重い原子よりなるイオンを用い、アシス
ト用イオンビームには酸化性のイオン、すなわち酸素イ
オンを含んだイオンビームが用いられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ITO
からなる透明導電膜の結晶性を向上させるためには酸素
イオンを多く含んだアシストイオンビームを基板に照射
する必要があり、このような条件下ではITOからなる
透明導電膜の酸化度が高くなって結晶性が向上する反
面、酸素欠陥が欠乏してキャリアー濃度が低下する。そ
の結果、ITOからなる透明導電膜の抵抗率は増大する
ことになる。
【0007】キャリアー濃度を高めるためには酸素欠陥
を増やす必要があり、そのためにはアシスト用イオンビ
ーム中の酸素イオン濃度を低下させる必要があるが、十
分なキャリアー濃度が得られる程度の酸素欠陥が生成す
ると結晶性が低下してキャリアー移動度が低下し、これ
もまた抵抗率増大の原因となる。このように、従来の技
術では、キャリアー濃度とキャリアー移動度の両方が満
足な値を示すようなアシスト条件が存在しないという問
題点があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記従来の問題点を解決
するために、本発明は、ITOからなる透明導電膜をイ
オンビームアシスト−イオンビームスパッタによって形
成する際に、成膜工程をアシスト用のイオンガンから出
射されるイオンビームが主として酸素イオンからなる第
一段階と酸素イオンが主成分でない第二段階の少なくと
もふたつの工程を含むものから構成した。
【0009】成膜の第一段階においては出射されるイオ
ンの90モル%以上が酸素イオンであることが必要であ
る。この段階では酸化度の非常に高い膜を成膜する。当
然キャリアー濃度は低くなるが、この段階では結晶性を
向上させることのみが目標となる。この層の厚みは薄い
方が良いが、薄すぎると結晶性が低下するのである程度
の厚みが必要になる。この層の厚みとしては、1nm以
上100nm以下が好ましい。より好ましくは、10n
m以上30nm以下である。膜厚1nm以下では膜の結
晶性が低下し、膜厚100nm以上では膜の特性自体に
は問題がないが、抵抗率の高い部分を不必要に厚くする
ことは生産性に悪影響がある。
【0010】成膜の第二段階においては出射されるイオ
ンの10モル%以上、30モル%以下が酸素イオンであ
ることが必要である。この段階ではすでに第一段階で結
晶性のきわめて良いITO膜を成膜しているので、その
上に膜が成長することになる。このような下地膜の上に
は、通常のガラス基板上ではきわめて結晶性が悪くなる
ような条件でも良質の結晶がいわゆるエピタキシャル成
長するので、酸素イオン濃度が低いイオンビームでアシ
ストしても膜中のキャリアー移動度は低下しない。従っ
て、キャリアーとなる酸素欠陥を増加させても移動度の
低下が起こることはない。
【0011】この段階で成膜するITO膜の厚みは所望
のシート抵抗値が得られる厚みとすれば良い。ただし、
酸素イオン濃度が10モル%より小さいと酸素欠陥が多
くなり過ぎて吸収が大きくなるので透明電極としての役
割を果たせない。また、酸素イオン濃度が30モル%よ
り大きくなるとキャリアー濃度が低下する。
【0012】本発明では、ターゲットをArイオンビー
ムでスパッタし、かつ基板表面へのイオンビームアシス
トを複数のステップに分け、その第一段階で良質の結晶
を成長させて第二段階でキャリアー濃度の高い膜をエピ
タキシャル成長させることによってキャリアー濃度と移
動度の両方を高くすることによって上記の目的を達成す
るものである。
【0013】
【作用】本発明によれば、成膜の初期に生成した結晶の
上にそのあとで付着した膜形成物質がエピタキシャル成
長して、通常では結晶性が悪くなるようなキャリアー濃
度の高い膜でも結晶性が良好な膜となって高いキャリア
ー移動度を維持できるので、抵抗率の低いITOからな
る透明導電膜が成膜できると考えられる。本発明によれ
ば、成膜時の基板温度が200℃以下となっているの
で、カラーフィルター付き基板やプラスチック製基板上
への低抵抗のITOからなる透明導電膜の形成が可能と
なり、また密着性も向上する。
【0014】
【実施例】本発明におけるメタルもしくは酸化物ターゲ
ットをイオンビームスパッタし、かつイオンビームアシ
ストを同時に行うという成膜方法は、デュアルイオンビ
ームスパッタ装置を用いて実施することができる。
【0015】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。図1は、本発明を実施するための真空成膜装
置の概略図であり、図1において、一体のアースされた
真空槽1は、真空ポンプ(図示せず)により排気されて
いる。この真空槽1の中央下部には、電気絶縁体2を介
してスパッタ用カソード3がある角度を持って傾斜して
配置され、このカソード3の上面にスパッタターゲット
であるITM(In−Sn合金)もしくはITO(In
2 3 −SnO2 混合焼結体)4がボンディングされて
いる。
【0016】カソード3は、直流もしくは高周波電源5
にスイッチ6を介して接続されている。またスイッチ6
は、アースにも接続されている。真空槽1の下部には、
バルブ8を備えたガス供給管7が設けられ、この供給管
7を通じて酸素ガスや不活性ガスを供給できるようにな
っている。カソード3の対向する位置にはスパッタ用の
イオンガン9が設けられ、このイオンガン9はスイッチ
10を介してイオンガン用電源11に接続されている。
イオンガン9にはバルブ12を備えたガス供給管13が
設けられ、この管を通じて酸素ガスや不活性ガスが供給
できるようになっている。
【0017】真空槽1の下部のカソード3の側方にはア
シスト用イオンガン14が設けられ、スイッチ15を介
してイオンガン用電源16に接続されている。イオンガ
ン13にはバルブ17を備えたガス供給管18が設けら
れ、この管を通じて酸素ガスや不活性ガスが供給できる
ようになっている。
【0018】真空槽1の上部には基板テーブル19が設
けられ、中心軸20の廻りを回転するようになってい
る。基板テーブル19の上部にはヒーター21が設けら
れ、基板テーブル19を加熱できるようになっている。
基板テーブル19には、カラーフィルター付ガラス基板
もしくはプラスチック製基板22がセットされている。
イオンガン9,14の前方にはそれぞれシャッター2
3,24が設けられている。上記の状態で、以下の実験
を行った。
【0019】(実験例1)カソード3にITOターゲッ
トを取り付け、真空槽1内を5E−6Torr以下の圧
力に排気した後、カソード3をアース電位にしておき、
バルブ12を開にしてアルゴンガスを導入し、真空槽1
内の圧力を1.5E−4Torrに調節した。さらに、
ガス供給管18のバルブ17を開け、アルゴンと酸素2
の混合ガスを導入し、真空槽1内の圧力を2.5E−4
Torrになるように調節した。ヒーター21を用い
て、基板温度が180℃になるように調節し、基板テー
ブル19を回転させた。
【0020】シャッター23,24を閉じておき、電源
11,16及びスイッチ10,15を閉じてイオンガン
9,14を作動、調節した。シャッター23,24を開
けアルゴンイオンビームスパッタによる成膜を行うと同
時に酸素イオンビームによるアシストを行い、5nmの
膜を形成した。次にそのまま連続的にアシスト用イオン
ガン14への導入気体中にアルゴンを混合して行き、酸
素比率を20%まで低下させ、引続き成膜して200n
mの膜を成膜した。このようにして形成したITOから
なる透明導電膜について、その面抵抗を四端子測定器で
測定し、膜厚を触針式膜厚計で測定したところ、抵抗率
が1.5×10-4Ω・cmの膜が得られた。
【0021】(実験例2)カソード3にITMターゲッ
トを取り付け、真空槽1内を5E−6Torr以下の圧
力に排気した後、カソード3をアース電位にしておき、
バルブ12を開にしてアルゴンガスを導入し、真空槽1
内の圧力を1.5E−4Torrに調節した。さらに、
ガス供給管18のバルブ17を開け、アルゴンと酸素2
の混合ガスを導入し、真空槽1内の圧力を2.5E−4
Torrになるように調節した。ヒーター21を用い
て、基板温度が180℃になるように調節し、基板テー
ブル19を回転させた。
【0022】シャッター23,24を閉じておき、電源
11,16及びスイッチ10,15を閉じてイオンガン
9,14を作動、調節した。シャッター23,24を開
けアルゴンイオンビームスパッタによる成膜を行うと同
時に酸素イオンビームによるアシストを行い、10nm
の膜を形成した。次にそのまま連続的にアシスト用イオ
ンガン14への導入気体中にアルゴンを混合して行き、
酸素比率を25%まで低下させ、引続き成膜して200
nmの膜を成膜した。このようにして形成したITO透
明導電膜について、面抵抗を四端子測定器で測定し、膜
厚を触針式膜厚計で測定したところ、抵抗率が1.7×
10-4Ω・cmの膜が得られた。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
シスト用イオンガンから出射されるイオンビームが主と
して酸素イオンからなる第1段階では、酸化度が非常に
高く、したがって結晶性の高い膜ができ、次の酸素イオ
ンが主成分でない第2段階では、第1段階で形成された
膜を下地としてエピタキシャル成長し、キャリアー移動
度の低下のない低効率の低い膜が成膜される。
【0024】このため、成膜時の基板温度を200℃以
下としても、良好な特性を有するITOからなる透明導
電膜が得られ、したがってカラーフィルター付基板やプ
ラスチック製基板上へ低抵抗の透明導電膜を形成でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施するための装置の一例を示
す断面図である。
【符号の説明】
4 ITOもしくはITMターゲット 9 スパッタ用イオンガン 14 アシスト用イオンガン 19 基板テーブル 21 基板加熱用ヒーター 22 CF付ガラス基板もしくはプラスチック製基板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 InにSnをドープした金属ターゲッ
    ト、もしくはIn2 3 にSnO2 をドープした焼結体
    ターゲットを用いて基板上にITOからなる透明導電膜
    を形成する方法において、成膜中の基板面にアシスト用
    のイオンガンを用いてイオンビームを照射しながらスパ
    ッタ用のイオンガンを用いてイオンビームスパッタによ
    る膜形成を行う際に、アシスト用のイオンガンから出射
    されるイオンビームが主として酸素イオンからなる第一
    段階と酸素イオンが主成分でない第二段階の少なくとも
    ふたつの工程を含むことを特徴とする透明導電膜の形成
    方法。
  2. 【請求項2】 前記第一段階において出射されるイオン
    の90モル%以上が酸素イオンであることを特徴とする
    請求項1記載の透明導電膜の形成方法。
  3. 【請求項3】 前記第二段階において出射されるイオン
    の10モル%以上、30モル%以下が酸素イオンである
    ことを特徴とする請求項1記載の透明導電膜の形成方
    法。
  4. 【請求項4】 前記第一段階において成膜されるITO
    からなる透明導電膜の膜厚が1nm以上100nm以下
    であることを特徴とする請求項1,2または3記載の透
    明導電膜の形成方法。
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