(57)【要約】【課題】所望の抵抗率を有し、かつ基板面内で均一な組成の導電膜を成膜することが可能な導電膜の成膜方法および成膜装置を提供する。【解決手段】複数の金属元素を含有する組成の導電性化合物からなる導電膜の成膜方法であって、複数のターゲット１〜４を使用可能な成膜装置１０を用いて、前記複数の金属元素のうち２種以上の金属元素を含有する第１のターゲットに対するスパッタリングと、前記複数の金属元素のうち１種の金属元素を含有する第２のターゲットに対するスパッタリングとを、繰り返し行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属元素を含有する組成の導電性化合物からなる導電膜の成膜方法であって、
前記複数の金属元素のうち２種以上の金属元素を含有する第１のターゲットに対するスパッタリングと、前記複数の金属元素のうち１種の金属元素を含有する第２のターゲットに対するスパッタリングとを繰り返し行うことを特徴とする導電膜の成膜方法。
【請求項２】
前記第２のターゲットに含有される金属元素は、前記第１のターゲットに含有される前記２種以上の金属元素のうちのいずれか１種の金属元素よりも荷数が大きいものであることを特徴とする請求項１に記載の導電膜の成膜方法。
【請求項３】
前記スパッタリングがＤＣスパッタリングであり、前記第１のターゲットおよび前記第２のターゲットのバルクの比抵抗が３０Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の導電膜の成膜方法。
【請求項４】
複数の金属元素を含有する組成の化合物からなる導電膜の成膜装置であって、
前記複数の金属元素のうち２種以上の金属元素を含有する第１のターゲットと、前記複数の金属元素のうち１種の金属元素を含有する第２のターゲットと、導電膜が成膜される基板を第１のターゲットに対向する位置と第２のターゲットに対向する位置とに繰り返し移動してスパッタリングするための基板移動手段を備えることを特徴とする導電膜の成膜装置。
【請求項５】
前記第２のターゲットに含有される金属元素は、前記第１のターゲットに含有される前記２種以上の金属元素のうちのいずれか１種の金属元素よりも荷数が大きいものであることを特徴とする請求項４に記載の導電膜の成膜装置。
【請求項６】
前記スパッタリングがＤＣスパッタリングであり、前記第１のターゲットおよび前記第２のターゲットのバルクの比抵抗が３０Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の導電膜の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の金属元素を含有する組成の化合物からなる導電膜の成膜方法および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）などの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）からなる透明導電膜の成膜は、所望の透明導電膜と同じ組成を有する単一のターゲットを用いてスパッタリングするのが一般的である。しかしながら、所望の比抵抗によって透明導電膜の組成が異なるため、比抵抗が異なる透明導電膜を成膜するときには、その比抵抗を与える組成のターゲットを用いる必要がある。この場合、以下の問題がある。
（１）組成ごとにターゲットが必要になる。
（２）ターゲットを交換するには減圧装置（真空装置）を大気圧に戻すベントの操作が必要であり、次の成膜を開始するまでに手間及び時間が掛かる。
（３）Ｓｎの添加率の高いＩＴＯのように、比抵抗が比較的高い導電膜を成膜する場合、成膜速度が低下してしまう。
【０００３】
また、図３に示すように、複数のターゲット２１，２２を用いて基板２３上に同時にスパッタリングを行い、ターゲット２１の材料とターゲット２２の材料を混合して成膜するｃｏ−ｓｐｕｔｔｅｒという技術が知られている。しかし、複数のターゲット２１，２２との位置関係により、基板２３上で組成傾斜ができてしまい、基板面内で均一な組成の薄膜を成膜するのは困難である。
【０００４】
また、特許文献１には、所望の屈折率の光学薄膜を得るための薄膜形成方法において、三以上のターゲットから供給される各膜原料物質の供給量の割合を設定しながら、三以上のターゲットをそれぞれ異なる成膜プロセス領域に配置し、独立してスパッタリングする方法が記載されている。
また、特許文献２には、多元系酸化物強誘電体の一種であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）薄膜を作製する方法において、鉛の酸化物のターゲットと、鉛とジルコニウムとチタンの酸化物のターゲットとを用い、前者のターゲットの個数が後者のターゲットの個数よりも少なくする方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−２２３８９号公報
【特許文献２】特開平６−５７４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、所望の抵抗率を有し、かつ基板面内で均一な組成の導電膜を成膜することが可能な導電膜の成膜方法および成膜装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、複数の金属元素を含有する組成の導電性化合物からなる導電膜の成膜方法であって、前記複数の金属元素のうち２種以上の金属元素を含有する第１のターゲットに対するスパッタリングと、前記複数の金属元素のうち１種の金属元素を含有する第２のターゲットに対するスパッタリングとを繰り返し行うことを特徴とする導電膜の成膜方法を提供する。
また、本発明は、複数の金属元素を含有する組成の化合物からなる導電膜の成膜装置であって、前記複数の金属元素のうち２種以上の金属元素を含有する第１のターゲットと、前記複数の金属元素のうち１種の金属元素を含有する第２のターゲットと、導電膜が成膜される基板を第１のターゲットに対向する位置と第２のターゲットに対向する位置とに繰り返し移動してスパッタリングするための基板移動手段を備えることを特徴とする導電膜の成膜装置を提供する。
【０００７】
本発明の成膜方法および成膜装置において、前記第２のターゲットに含有される金属元素は、前記第１のターゲットに含有される前記２種以上の金属元素のうちのいずれか１種の金属元素よりも荷数が大きいものであることが好ましい。
また、本発明の成膜方法および成膜装置において、前記スパッタリングがＤＣスパッタリングであり、前記第１のターゲットおよび前記第２のターゲットのバルクの比抵抗が、３０Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１のターゲットから供給された材料と第２のターゲットから供給された材料とを混合して金属元素の含有比率を容易に調整することができるので、所望の抵抗率を有し、かつ基板面内で均一な組成の導電膜を成膜することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の導電膜の成膜装置の一例を示す概略図である。この成膜装置１０は、一つの真空容器１１の中に複数のターゲット１〜４を配置することが可能なスパッタ装置である。それぞれのターゲット１〜４が配置された箇所には、各ターゲットに電圧を印加するための電極として、カソードおよびアノード（図示せず）が設けられている。
【００１０】
真空容器１１の内部は、ターゲット１〜４ごとに雰囲気ガスを変更可能にする、あるいは相互の汚染を抑制する等の目的で、ゾーンを分割するための隔壁（図示せず）を設けても良い。図１では、ターゲット１〜４を４個配置した例を示すが、本発明ではターゲットが複数（２個以上）であれば良い。スパッタの雰囲気は、Ａｒガス雰囲気、Ｏ２ガスを含むＡｒガス（Ａｒ＋Ｏ２）雰囲気などが挙げられる。
【００１１】
本形態例の成膜装置１０の中央部には、導電膜が成膜される基板（図示せず）を保持するための複数の基板トレイ１２が設けられている。これらの基板トレイ１２は、カルーセル型の円形コンベア（図示せず）によって搬送され、図１の中央の矢印に示すように回転可能である。基板トレイ１２を搬送する円形コンベアは、基板を各ターゲット１〜４に対向する位置に繰り返し移動するための基板移動手段として機能する。
基板の回転速度は、例えば６０〜９０ｒｐｍ（回転／ｍｉｎ）などとし、各ターゲット１〜４から供給された材料が１原子ないし数原子ずつの膜として積層する。これにより、各ターゲット１〜４から供給された材料が平均化された組成の導電膜を基板上に成膜することができる。
【００１２】
導電膜が成膜される基板には、例えばシリコン（Ｓｉ）等の半導体基板や、ガラス等の絶縁体基板などを用いることができる。
【００１３】
本発明で成膜される薄膜は、複数の金属元素を含有する組成の化合物からなる導電膜である。導電膜を構成する化合物（導電性化合物）は、合金や複酸化物などが挙げられる。
導電性化合物の金属元素を例示すると、スズ（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、Ｔｉ（チタン）、アンチモン（Ｓｂ）などが挙げられる。
導電性化合物の具体例は、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）、アルミニウム添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウム添加酸化亜鉛（ＧＺＯ）、アンチモン添加酸化スズ（ＡＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などが挙げられる。導電性化合物は、３種以上の金属元素を含有する組成の化合物であっても良い。例えば、ＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）や、ＡＺＯにＴｉを導入したもの等が挙げられる。
【００１４】
本発明においては、上述の導電膜を成膜するため、少なくとも２種の異なる材料からなるターゲットを使用する。
本発明において、第１のターゲットは、導電膜を構成する導電性化合物の複数の金属元素のうち、２種以上の金属元素を含有する。また、第２のターゲットは、導電膜を構成する導電性化合物の複数の金属元素のうち、１種の金属元素を含有する。
なお、本発明において、ターゲットが「金属元素を含有する」とは、ターゲットを構成する物質が、金属、合金、金属酸化物など、金属元素を含有する物質からなるものであれば良い。ここで、不可避の微量な不純物は、金属元素の種類の数に含めないものとする。
【００１５】
ターゲットを構成する物質は、金属元素のほかに、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）等の非金属元素を含んでいても良い。非金属元素を含むターゲット用物質としては、例えば金属酸化物が挙げられる。
【００１６】
導電性化合物が２種の金属元素を含有する組成である場合は、その２種の金属元素を含有する第１のターゲットと、いずれか一つの金属元素を含有する第２のターゲットを用いることができる。
導電性化合物が３種以上の金属元素を含有する組成である場合は、第２のターゲットに含有させる金属元素は、第１のターゲットに含有されている金属元素と同一であっても良い。あるいは、第１のターゲットに含有させていない金属元素を、第２のターゲットに含有させることも可能である。
【００１７】
例えば、所望の組成のＩＴＯを成膜する場合は、第１のターゲットはＩＴＯ（ただしＩｎとＳｎの比率が目的の導電膜と異なっていて良い。）とし、第２のターゲットは金属Ｓｎとすることができる。
導電性化合物が３種以上の金属元素を含有する組成の化合物（例えば金属元素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を含有する化合物）である場合、第２のターゲットとして２種以上のターゲット（例えば金属元素Ｍ２を含有するターゲットおよび金属元素Ｍ３を含有するターゲット）を使用しても良い。
【００１８】
複酸化物からなる導電性化合物は、一般に、主成分となる酸化物（例えばＩＴＯにおけるＩｎ２Ｏ３）のみでは導電性が低く、不純物となる酸化物（例えばＩＴＯにおけるＳｎＯ２）を添加することにより導電性を向上することができる。また、金属元素の比率に応じて、導電膜の比抵抗を調整することができる。
複酸化物半導体において不純物となる金属原子またはイオンは、母体となる酸化物の金属原子またはイオンよりも荷数が大きいものであると、ｎ型の導電性を示す。このため、第２のターゲットに含有される金属元素は、第１のターゲットに含有される前記２種以上の金属元素のうちのいずれか１種の金属元素よりも荷数が大きいことが好ましい。
【００１９】
金属元素の荷数は、１原子の価電子の数に相当し、周期表における族番号により求めることができる。２価の金属としてはＺｎなどが挙げられる。３価の金属はＡｌ、Ｇａ、Ｉｎなどが挙げられる。４価の金属としては、Ｓｎ、Ｔｉなどが挙げられる。５価の金属としてはＳｂなどが挙げられる。
例えば、ＩＴＯを成膜する場合は、Ｉｎよりも荷数が大きい、Ｓｎを第２のターゲットに含有させることが好ましい。
【００２０】
第１のターゲットは、２種以上の金属元素を含有する組成であれば良いが、その中でも、成膜速度がより速い組成（特に、成膜速度が最も速い組成）を選択することが好ましい。ＩＴＯを成膜する場合、例えばＩｎ２Ｏ３−１０ｗｔ％ＳｎＯ２は、成膜速度が高いので好ましい。そして、第１のターゲットでは不足する不純物の金属元素を第２のターゲットから供給することにより、所望の比抵抗を有する導電膜を成膜することができる。第２のターゲットは、金属元素を１種のみ含有するので、導電膜の組成を調整するのに好適である。
【００２１】
本発明の好適な態様としては、目的の導電膜を構成する化合物よりも成膜速度が速い組成の第１のターゲットと、第１のターゲットでは不足する金属元素を供給する第２のターゲットとを、組み合わせて用いることが好ましい。
第２のターゲットから供給される金属元素は、第１のターゲットにも含有されていることが好ましい。すなわち、第２のターゲットは、第１のターゲットに含有される２種以上の金属元素のうちのいずれか１種の金属元素を含有するものであることが好ましい。
また、第１のターゲットは、目的とする導電性化合物に含有される複数の金属元素を、すべて含有するものであることが好ましい。
【００２２】
第２のターゲットは、金属元素を１種のみ含有するものであれば、金属単体でも、金属酸化物であっても良い。金属単体からなるターゲットを用いてその酸化物を基板に供給する場合、雰囲気としてＡｒ＋Ｏ２などの酸化性ガスを用いた反応性スパッタを行うことにより、金属を金属酸化物に（例えばＳｎをＳｎＯ２に）酸化して基板に供給することができる。
【００２３】
ターゲットに印加する電圧としては、直流（ＤＣ）電圧、高周波（ＲＦ）電圧、パルス電圧、あるいはこれらのうちの２種の重ね合わせ（ＤＣ＋ＲＦの重畳など）が挙げられる。なかでもＤＣスパッタリングは、低コストで、成膜レートに優れた導電膜の生産を行うことができるため、好ましい。
【００２４】
ＤＣスパッタリングを行う場合、成膜装置には、各ターゲットにＤＣ電圧を印加するためのＤＣ電源が設けられる。また、各ターゲットは、放電可能な程度の導電性を有する必要がある。この観点から、第１のターゲットを構成する化合物のバルクの比抵抗は、３０Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。また、第２のターゲットを構成する金属のバルクの比抵抗は、３０Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
このように、本形態例の成膜方法および成膜装置によれば、第１のターゲットから供給された材料と第２のターゲットから供給された材料とを混合して金属元素の含有比率を容易に調整することができるので、所望の抵抗率を有し、かつ基板面内で均一な組成の導電膜を成膜することが可能になる。
各ターゲットに対するスパッタ条件を変更することにより、導電膜の組成変更の注文にも柔軟に対応することができる。組成変更に伴う成膜速度の低下も抑制することができる。また、組成変更の際にターゲットを交換する必要がなくベントの操作が不要なので、少量多品種用途にも効率的な生産が可能になる。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
【００２７】
（実施例１）
図１に示すようなカルーセル型のスパッタ装置のカソードに、ＳｎＯ２の含有比率が１０重量％であるＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−１０ｗｔ％ＳｎＯ２）からなる第１のターゲットおよび金属Ｓｎからなる第２のターゲットをそれぞれセッティングし、両方のターゲットを同時に放電させながら、基板トレイ上の基板を６０ｒｐｍで回転させて、基板上にＩＴＯを成膜した。このとき、各ターゲットに印加するパワーは、表１に示すパワー条件から選択した。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１のＰｏｗｅｒ１に示すように、Ｉｎ２Ｏ３−１０ｗｔ％ＳｎＯ２ターゲットに対するパワーを３Ｗ／ｃｍ２とし、Ｓｎターゲットに対するパワーを０．４Ｗ／ｃｍ２とした場合は、基板上に２０ｗｔ％ＳｎＯ２のＩＴＯを成膜することができた。
また、Ｐｏｗｅｒ２に示すように、Ｉｎ２Ｏ３−１０ｗｔ％ＳｎＯ２ターゲットに対するパワーを３Ｗ／ｃｍ２とし、Ｓｎターゲットに対するパワーを１．０Ｗ／ｃｍ２とした場合は、基板上に３０ｗｔ％ＳｎＯ２のＩＴＯを成膜することができた。
また、Ｐｏｗｅｒ３に示すように、Ｉｎ２Ｏ３−１０ｗｔ％ＳｎＯ２ターゲットに対するパワーを３Ｗ／ｃｍ２とし、Ｓｎターゲットに対するパワーを１．７Ｗ／ｃｍ２とした場合は、基板上に４０ｗｔ％ＳｎＯ２のＩＴＯを成膜することができた。
また、Ｐｏｗｅｒ４に示すように、Ｉｎ２Ｏ３−１０ｗｔ％ＳｎＯ２ターゲットに対するパワーを３Ｗ／ｃｍ２とし、Ｓｎターゲットに対するパワーを２．４Ｗ／ｃｍ２とした場合は、基板上に５０ｗｔ％ＳｎＯ２のＩＴＯを成膜することができた。
【００３０】
また、同じカルーセル型のスパッタ装置を用いてＩｎ２Ｏ３−１０ｗｔ％ＳｎＯ２ターゲットに対するパワーを３Ｗ／ｃｍ２とし、Ｓｎターゲットには電圧を印加せずにスパッタを行ったところ、基板上に１０ｗｔ％ＳｎＯ２のＩＴＯを成膜することができた。
【００３１】
（比較例１）
比較用として、目的とする導電膜と同じ組成のターゲットを用いて、スパッタを行うことにより、組成が１０ｗｔ％ＳｎＯ２、２０ｗｔ％ＳｎＯ２、３０ｗｔ％ＳｎＯ２、４０ｗｔ％ＳｎＯ２、５０ｗｔ％ＳｎＯ２であるＩＴＯを成膜した。
【００３２】
（成膜した導電膜の評価）
実施例１および比較例１において成膜したＩＴＯの組成は、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析法（ＥＤＸ）または誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いた元素分析によってＳｎを検出することにより測定した。この測定により、それぞれ目的とする組成のＩＴＯが得られていることを確認した。
【００３３】
また、各ＩＴＯ導電膜の比抵抗を測定したところ、表２に示す結果を得た。この結果から、実施例１では比較例１と遜色のない比抵抗を有する導電膜が得られたので、実施例１のようにして２つのターゲットを用いて成膜しても、均一な組成のＩＴＯ膜が得られていることを確認することができた。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
また、各ＩＴＯ導電膜を成膜するときの成膜速度（レート）を比較したグラフを図２に示す。成膜速度は、単位時間当たりに成膜された膜厚により算出した。
図２では、実施例１と比較例１の装置の違いによるレートの違いを相対化するため、ターゲットを１つ用いた１０ｗｔ％ＳｎＯ２の場合を基準として表示した。
【００３６】
図２に示すように、比較例１はＳｎの含有量が多いほどレートが減少するのに対して、実施例１はＳｎの含有量が多くてもほぼ一定のレートを示した。このことから、実施例１によれば、ＩＴＯの組成（Ｉｎ２Ｏ３とＳｎＯ２の重量比）に関わらず、レートの速い効率的な成膜が可能になる。
【００３７】
なお、実施例１および比較例１において成膜したＩＴＯについて透過率を測定したところ、いずれも透明導電膜としての要求を満足し得る高い透過率が得られていることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の導電膜の成膜装置の一例を示す概略図である。
【図２】実施例１および比較例１の成膜速度（レート）を対比して示すグラフである。
【図３】従来のｃｏ−ｓｐｕｔｔｅｒによる成膜方法を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，２，３，４…ターゲット、１０…成膜装置、１１…真空容器、１２…基板トレイ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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