(57)【要約】【課題】基板面積を増大させても、簡易な構成で、基板面全域にわたって、膜質のバラつきが抑制された薄膜を製膜することが可能な、真空成膜装置を提供する。【解決手段】基板１５上に薄膜を成膜させる真空成膜装置１０Ａであって、成膜中に導入するガスのガス導入口１６から前記基板１５までの最短経路長Ｌが、前記導入するガスの平均自由工程の５倍以上の距離となるように構成されたことを特徴とする。成膜時のスパッタリング圧力は、０．１Ｐａ以上２Ｐａ以下であることが好ましい。前記ガス導入口１６と前記基板１５との間には、経路変更機構２２を備えることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜を成膜させる真空成膜装置であって、
成膜中に導入するガスのガス導入口から前記基板までの最短経路長が、前記導入するガスの平均自由工程の５倍以上の距離となるように構成された
ことを特徴とする真空成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の真空成膜装置において、
前記真空成膜装置は酸化物ターゲットを用いたスパッタリング装置である
ことを特徴とする真空成膜装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の真空成膜装置において、
成膜時のスパッタリング圧力は、０．１Ｐａ以上２Ｐａ以下である
ことを特徴とする真空成膜装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の真空成膜装置において、
前記ガス導入口と前記基板との間に、経路変更機構を備えた
ことを特徴とする真空成膜装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の真空成膜装置において、
前記導入するガスは、アルゴン、酸素、水素、水、窒素および亜酸化窒素から選ばれた少なくとも一種以上である
ことを特徴とする真空成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来のスパッタリング装置を示す断面図である。
図７に示すように、スパッタリング装置１０は、チャンバ１１と、チャンバ１１内に設けられ、ターゲット１３を保持するターゲットホルダ１２と、ターゲット１３と対向して設けられ、基板１５を保持する基板ホルダ１４と、チャンバ１１内にガスを導入するガス導入口１６と、を備えている。
また、チャンバ１１には、真空排気するための排気流路１７、圧力調整と開閉を行うためのバルブ１８、ターボ分子ポンプ１９、および、油回転ポンプ２０がそれぞれ接続されている。また、ターゲットホルダ１２には電源２１が接続されている。
ガス導入口１６は、チャンバ１１の側壁面を貫通して設けられている。
【０００３】
上記構成のスパッタリング装置１０を用いてスパッタリングを行うときは、基板ホルダ１４に基板１５を、ターゲットホルダ１２にターゲット１３をそれぞれ保持する。そして、電源２１から所定の電位を印加させながら、ガス導入口１６からアルゴンや酸素などのガスを導入することで、基板１５上にスパッタリング膜が形成される。
【０００４】
ガス導入口１６は基板１５から比較的近い場所に設置されているので、ガス導入口１６から流れてくるガスは、ガスの濃度が均一になる前に基板１５に到達してしまう。つまり、基板１５表面の場所によってガスの濃度分布が発生するため、基板表面全域にわたって、膜質のバラつきが抑制された薄膜を得ることが難しい。具体的には、ガス導入口１６に近いところでは、ガスの濃度が高いので、スパッタリング粒子と反応ガスとの反応の頻度が高いが、ガス導入口１６から離れるにつれてガスの濃度が低くなるので、反応の頻度が乏しくなる。そのため、基板１５上に成膜されたスパッタリング膜の膜質が不均一になる。スパッタリング膜の膜質が不均一であると、スパッタリングによって導電膜を形成したときに、導電膜の導電性が不良になることがある。
このように、従来のスパッタリング装置１０を用いて成膜する場合に、スパッタリング膜の膜質が不均一になり、半導体製品の歩留まりが低下してしまう、あるいは動作の信頼性が低下してしまうという課題があった。
【０００５】
上記課題を解決する技術として、ターゲットを支持する電極に反応ガスを導入するための導入孔を設け、この導入孔から電極間の電界方向に沿って反応ガスを導入する技術が開示されている（特許文献１参照）。また、チャンバを真空排気するための排気流路側に、スパッタリング処理に使用するためのガスのガス導入口を備えた装置が開示されている（特許文献２参照）。さらに、反応性スパッタリングにより高品質なＴｉＮを得るためには、反応後のアウトガスの滞留を防止することが重要であり、ガス流路の間隙がガスの平均自由工程λに対して０．５λ〜２．０λで設計することが記載されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２６３８１号公報
【特許文献２】特開平１１−３３５８２８号公報
【特許文献３】特開平９−１１１４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１では、スパッタリング膜の膜厚を均一にすることは可能であるが、スパッタリング膜の電気的な特性を均一にすることは困難であった。また、上記特許文献２では、一定の効果は得られるが、チャンバと、ガス導入口との距離や位置関係に制約があり、装置設計が難しい問題があった。さらに、上記特許文献３でも、ガス導入口から近いところと遠いところとでは、導入ガスの圧力が同じであるとは限らないため、基板面積の増大に伴って電気伝導などの膜厚が変わる場合があった。
【０００８】
本発明の目的は、基板面積を増大させても、簡易な構成で、基板面全域にわたって、膜質のバラつきが抑制された薄膜を製膜することが可能な、真空成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような背景の下、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ガス導入口から基板までの最短経路長を、導入するガスの平均自由工程の５倍以上に設定することで、基板面積を増大させても、膜質のバラつきが抑制された薄膜が得られることを見出し、本発明を完成させた。
ここでいう膜質のバラつきが抑制された薄膜とは、膜厚のバラつきが抑制された薄膜であることはもちろんのこと、半導体などの電気物性のバラつきが抑制された薄膜であることをいう。さらに最短経路長とは、障害物が途中になければ直線距離であるが、障害物などが存在する場合はそれらを回避した最も近い経路を指す。
【００１０】
本発明の真空成膜装置は、基板上に薄膜を成膜させる真空成膜装置であって、成膜中に導入するガスのガス導入口から前記基板までの最短経路長が、前記導入するガスの平均自由工程の５倍以上の距離となるように構成されたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の真空成膜装置においては、前記真空成膜装置は酸化物ターゲットを用いたスパッタリング装置であることが好ましい。
【００１２】
本発明の真空成膜装置においては、成膜時のスパッタリング圧力は、０．１Ｐａ以上２Ｐａ以下であることが好ましい。
【００１３】
本発明の真空成膜装置においては、前記ガス導入口と前記基板との間に、経路変更機構を備えたことが好ましい。
【００１４】
本発明の真空成膜装置においては、前記導入するガスは、アルゴン、酸素、水素、水、窒素および亜酸化窒素から選ばれた少なくとも一種以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基板面積を増大させても、簡易な構成で、基板面全域にわたって、膜質のバラつきが抑制された薄膜を製膜することが可能な、真空成膜装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態のスパッタリング装置を示す概略図である。
【図２】チャネル形成用マスクを示す平面図である。
【図３】ソース・ドレイン電極形成用マスクを示す平面図である。
【図４】基板上に形成した酸化物ＴＦＴを示す平面図である。
【図５】基板上に形成した酸化物ＴＦＴを示す断面図である。
【図６】本実施形態の別のスパッタリング装置を示す概略図である。
【図７】従来のスパッタリング装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態の真空成膜装置は、スパッタリング装置である。
図１は、本実施形態のスパッタリング装置を示す概略図である。
図１に示すように、スパッタリング装置１０Ａは、チャンバ１１と、チャンバ１１内に設けられ、ターゲット１３を保持するターゲットホルダ１２と、チャンバ１１内にターゲット１３と対向して設けられ、基板１５を保持する基板ホルダ１４と、チャンバ１１内にガスを導入するガス導入口１６と、を備えている。
また、チャンバ１１には、チャンバ１１内を真空排気するための排気流路１７が設けられ、排気流路１７には、圧力調整と開閉を行うためのバルブ１８、ターボ分子ポンプ１９、および、油回転ポンプ２０がそれぞれ接続されている。また、ターゲットホルダ１２には電源２１が接続されている。
ターゲットホルダ１２は、マグネトロンスパッタリングを行うための磁石により構成されている。ターゲットホルダ１２および基板ホルダ１４は、電極としてそれぞれ機能する。ガス導入口１６は、チャンバ１１の側壁面を貫通して設けられている。また、排気流路１７は、ガス導入口１６が設けられた側とは反対側の側壁面に設けられている。電源２１は、ＡＣ（交流）電源やＤＣ（直流）電源、ＲＦ（高周波）電源である。
以上は従来から一般的に知られている図７に示すスパッタリング装置１０と基本的に同じ構成である。
【００１８】
本実施形態では、ガス導入口１６から基板１５までの最短経路長Ｌが、導入するガスの平均自由工程λの５倍以上の距離となるように構成されている。平均自由工程λとは、次の式（１）により与えられるパラメータである。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
ここで、ｎは気体の状態方程式ＰＶ＝ｎｋＴから導出される単位体積当たりの気体分子密度である。Ｐは気体の圧力、Ｖは気体が占める体積、ｋはボルツマン定数、Ｔは気体の熱力学温度である。また、ｒは気体分子の半径である。
したがって、平均自由工程λは、真空度（圧力）と温度により決定される。例えば、室温であれば、圧力が０．１Ｐａのとき１０ｃｍ、圧力が１Ｐａのとき１ｃｍ、圧力が１０Ｐａのとき１ｍｍとなる。この値は厳密には導入ガスの分子サイズによって異なるが、スパッタやＣＶＤ等の真空装置に導入するガスに関していえば、概ね同じ値を示す。導入するガスとしては、アルゴン、酸素、水素、水、窒素および亜酸化窒素から選ばれた少なくとも一種以上であることが好ましい。
【００２１】
なお、スパッタリング装置へのガス導入方法として、シャワープレートを用いる方法も知られているが、その効果には限界があった。シャワープレートは主にＰＥ−ＣＶＤ（Plasma Enhanced CVD）に用いられる技術であるが、ＣＶＤ法はスパッタリング法と比較して導入ガスの圧力が２ケタほど高い。それゆえ導入する反応ガスの平均自由工程λは１ｍｍ程度であり、反応ガスを均一かつ層流状に流す技術が重要である。
他方、スパッタリング法のような、０．１Ｐａ〜１Ｐａ程度の圧力で成膜する場合、導入する反応ガスの平均自由工程λは１ｃｍ〜１０ｃｍ程度となるため、層流の考え方を適用することができない。つまり、シャワープレートを用いたとしても、ガス導入口１６からの距離に依存した圧力分布が発生するため、基板１５表面全域にわたって、膜質のバラつきが抑制された薄膜を得ることは困難である。
【００２２】
そこで、ガス導入口１６から基板１５までの最短経路長Ｌは、平均自由工程λに対して十分に長い距離をとる必要があり、実験の結果、少なくとも平均自由工程λの５倍は必要であるとの結論に至った。上記最短経路長Ｌが、平均自由工程λの５倍未満の距離では、ガスの濃度が不均一であるため、基板表面全域にわたって、膜質のバラつきが抑制された薄膜を得ることが困難になる。
【００２３】
なお、図示しないが、チャンバ１１内の圧力を測定するための圧力計は、ガス導入口１６からガスの平均自由工程λの５倍以上離れたところに設置することが好ましい。これにより、チャンバ１１内の、圧力が均一な部分を正しく評価することができる。
【００２４】
例えば、室温で、スパッタリング圧力が０．１Ｐａの場合、ガスの平均自由工程λは１０ｃｍとなる。したがって、この条件でスパッタリングする場合には、ガス導入口１６から基板１５までの最短経路長Ｌは、少なくとも平均自由工程λの５倍となる、５０ｃｍの距離を確保する必要がある。
しかしながら、例えば、装置の構造的な問題から、上記距離を確保できないことがある。この場合には、ガス導入口１６と基板１５との間に、経路変更機構２２を設けることが好ましい。経路変更機構２２を設けることによって、ガス導入口１６から基板１５までの最短経路長Ｌを延長することができる。
本実施形態では、経路変更機構２２として、遮蔽板２２Ａを設置している。ガス導入口１６から導入したガスは、遮蔽板２２Ａが存在することによって、迂回することになるため、ガス導入口１６から基板１５までの最短経路長Ｌを延長することができる。
【００２５】
また、本実施形態のスパッタリング装置は、様々な種類の薄膜を得ることができるが、このうち、酸化物ターゲットを用いた酸化物薄膜の成膜に対して特に有効である。
酸化物は他の化合物と比較してイオン性が比較的高いため、金属と酸素の組成ずれが起きやすい。イオン性の大きさは、金属と陰イオンとの電気陰性度の差によって表すことができるが、酸素の電気陰性度は３．５と、窒素の３．０や炭素の２．５と比較して大きい（参考文献：ポーリング著、小泉正夫訳、化学結合論、ｐ８１・ｐ８６，共立出版（１９６３））。
【００２６】
この点が、ＴｉＮやＳｉＣなどのセラミックス材料と比較して、金属酸化物材料の組成がずれやすい所以である。酸化インジウム系に関しても、化学量論比はＩｎ２Ｏ３と表記されるようにＩｎ：Ｏ＝２：３であるが、実際には酸素がわずかに不足し、Ｉｎ２Ｏ３−δなどのような不定形として存在する。このとき、δの大きさによって導電性が大きく変化する。このため、スパッタリング時に導入するガスはいたるところで均一であることが必要となる。本実施形態のスパッタリング装置１０Ａでは、最短経路長Ｌをガスの平均自由工程λの５倍以上の距離となるように設定しているので、ガス導入口１６から導入するガスが基板１５に到達する際には、ガスの濃度が均一になっている。そのため、導入したガスの薄膜への取り込み量が均一になるので、金属酸化物薄膜を成膜しても組成ずれが起こりにくい。
【００２７】
本実施形態のスパッタリング装置１０Ａでは、成膜時のスパッタリング圧力が０．１Ｐａ以上２Ｐａ以下であることが好ましい。上記範囲内であれば、基板表面全域にわたって、膜質のバラつきが抑制された薄膜を得ることができる。このうち、成膜される薄膜中への不純物の混入の防止や、膜の密着性を考慮すると、スパッタリング圧力は、０．１Ｐａ以上１Ｐａ未満であることが特に好ましい。
【００２８】
［実施形態の作用効果］
前記したようなスパッタリング装置１０Ａによれば、以下に示す効果を奏することができる。
ガス導入口１６から基板１５までの最短経路長Ｌを、ガスの平均自由工程λの５倍以上となるように設定することで、膜厚のバラつきが抑制されることはもちろんのこと、導入したガスの薄膜への取り込み量も均一になる。
本実施形態のスパッタリング装置１０Ａは、酸化の程度が電気特性に直接影響する酸化物半導体に対して特に有効である。このため、酸化状態に敏感な酸化物半導体であっても、立ち上がり電圧の等しい均一なＴＦＴ特性を有する薄膜を成膜することができる。
【００２９】
［変形例］
なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を備え、目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。
【００３０】
例えば、本実施形態では、経路変更機構２２として、遮蔽板２２Ａを採用したが、防着板を利用して、ガス導入口１６から基板１５までの最短経路長Ｌを変更してもよい。防着板は、ターゲット１３から放出された粒子がチャンバ１１の内壁等に付着するのを防止するために、チャンバ１１内に脱着可能に設置されている板材である。
また、経路変更機構２２として、チャンバ１１内にガスだまり室や隔壁などを設けることによって、ガス導入口１６から基板１５までの最短経路長Ｌを変更してもよい。
【実施例】
【００３１】
次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
［実施例１〜５、比較例１］
図１に示すスパッタリング装置１０Ａを使用し、以下の条件でスパッタリングを行った。このスパッタリング装置１０Ａでは、チャンバ１１内に、基板ホルダ１４の基板１５を設置する側とは反対側に、遮蔽板２２Ａを設置し、その上にガス導入口１６が位置するように配置している。この配置による、ガス導入口１６から基板１５までの最短経路長Ｌは２５ｃｍであった。
ターゲットホルダ１２には、４インチ（約１００ｍｍ）のＩＧＺＯ（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１）ターゲット１３を装着した。また、基板ホルダ１４には、４インチの基板１５を装着した。基板１５は、膜厚１００ｎｍの熱酸化膜が付いたシリコンウェハーを用いた。
スパッタリング条件としては、基板温度；２５℃、到達圧力；１×１０−４Ｐａ、雰囲気ガス；アルゴン９８％および酸素２％の混合ガス、投入電力；ＤＣ１００Ｗとした。また、スパッタリング圧力は０．１Ｐａ、０．２Ｐａ、０．５Ｐａ、０．７Ｐａ、１Ｐａ、２Ｐａの６種類で行った。
【００３２】
図２は、チャネル形成用マスクを示す平面図である。図２に示すように、スパッタリング後の基板１５上にチャネルとして機能するＩＧＺＯ膜が成膜されるように、チャネル形成用マスク２３には、複数の開口部２３ａが形成されている。形成されている開口部２３ａは５箇所である。５箇所の開口部２３ａにより、基板１５上にはチャネルが５つ形成される。
基板１５を装着した後、基板１５上に、図２に示すチャネル形成用マスク２３を設置した。そして、ＩＧＺＯターゲット位置で放電させ、開口部２３ａと対応する位置に、熱酸化膜の上に、厚さ５０ｎｍとなるようにＩＧＺＯ膜をそれぞれ成膜した。
【００３３】
図３は、ソース・ドレイン電極形成用マスクを示す平面図である。図３に示すように、スパッタリング後の基板１５上にソース・ドレイン電極として機能するＭｏ（モリブデン）膜が成膜されるように、ソース・ドレイン電極形成用マスク２４には、複数の開口部２４ａが形成されている。形成されている開口部２４ａは１０箇所である。１０箇所の開口部２４ａにより、基板１５の熱酸化膜上にはソースおよびドレインを一対とする電極が５つ形成される。
ＩＧＺＯ膜を成膜した後、同じスパッタリング装置１０Ａで、ＩＧＺＯ膜が形成された基板１５上に、図３に示すソース・ドレイン電極形成用マスク２４を設置した。そして、Ｍｏ（モリブデン）ターゲットが設置してある、ターゲット位置で放電させ、開口部２４ａと対応する位置に、熱酸化膜の上に、厚さ１００ｎｍのＭｏ膜をそれぞれ形成した。
【００３４】
図４は、基板上に形成した酸化物ＴＦＴを示す平面図であり、図５は、基板上に形成した酸化物ＴＦＴを示す断面図である。
Ｍｏ膜を成膜した基板に、空気中、３００℃、１時間の条件でアニールを行った。これにより、図４、図５に示すように、ＩＧＺＯ膜１５ｂをチャネル、Ｍｏ膜１５ｃをソース・ドレイン電極とする酸化物ＴＦＴ（Thin Film Transistor）を得た。図４に示すように、基板１５（シリコンウェハー）の熱酸化膜１５ａ上に形成された酸化物ＴＦＴは５つであり、ＴＦＴ１〜ＴＦＴ５が等間隔に形成されている。
【００３５】
このようにして得られた酸化物ＴＦＴに対して、ケースレー社製半導体特性評価システム４２００ＳＣＳを用い、Ｖｄｓ＝１０Ｖ，Ｖｇｓ＝−２０Ｖ〜２０Ｖの条件で、伝達特性を測定した。伝達特性測定は、作製されたＴＦＴ１〜ＴＦＴ５の全てに対して行い、それぞれのターンオン電圧Ｖｏｎを評価した。
また、伝達特性の測定後、膜厚段差計を設置し、ＴＦＴ１〜ＴＦＴ５における、チャネル部分を構成するＩＧＺＯの膜厚を測定した。実施例１のスパッタリング圧力が０．２Ｐａのときの結果を次の表１に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１から明らかなように、ターンオン電圧Ｖｏｎのバラつきは０．０Ｖ、ＩＧＺＯ膜厚のバラつきは、設定膜厚５０ｎｍに対して僅か１ｎｍと、良好な特性を示した。
以後、ターンオン電圧Ｖｏｎ、ＩＧＺＯ膜厚について、ＴＦＴ１〜ＴＦＴ５における最大値と最小値との差を、ターンオン電圧Ｖｏｎのバラつき、ＩＧＺＯ膜厚のバラつきとして求め、これらの結果から、膜質の均一性を評価した。その結果を次の表２に示す。
なお、膜質の均一性は、ターンオン電圧Ｖｏｎのバラつきが０．０Ｖ以上０．２Ｖ未満を「Ａ」、ターンオン電圧Ｖｏｎのバラつきが０．２Ｖ以上１Ｖ未満を「Ｂ」、ターンオン電圧Ｖｏｎのバラつきが１Ｖ以上を「Ｃ」として評価した。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
表２から明らかなように、スパッタリング圧力を０．１Ｐａとした比較例１では、平均自由工程λは１０ｃｍであり、最短経路長Ｌは２５ｃｍである。最短経路長Ｌは平均自由工程λの５倍未満であり、好ましいとされる最短経路長Ｌよりも短い距離になっている。この例では、ＩＧＺＯ膜厚のバラつきは小さいが、ターンオン電圧Ｖｏｎのバラつきは０．２Ｖとなり、膜質の均一性に劣る結果となった。なお、この程度のバラつきは、回路での制御などによって補正することができるレベルである。
一方、スパッタリング圧力を０．２Ｐａ以上とした実施例１〜５は、最短経路長Ｌは平均自由工程λの５倍以上を満足している。これらの例では、ＩＧＺＯ膜厚のバラつきは小さく、また、ターンオン電圧Ｖｏｎのバラつきもなく、膜質のバラつきが抑制された結果が得られていることが確認できる。
【００４０】
［実施例６〜９、比較例２，３］
図６に示すスパッタリング装置１０Ｂを使用してスパッタリングを行った。このスパッタリング装置１０Ｂでは、チャンバ１１内には、ガス導入口１６から１ｃｍ離れた位置に板面が対向するように遮蔽板２２Ｂを設置している。この配置による、ガス導入口１６から基板１５までの最短経路長Ｌは１０ｃｍであった。
この点以外は、実施例１と同様にして６種類のスパッタリング圧力でＴＦＴ１〜ＴＦＴ５を作製した。そして、得られたＴＦＴ１〜ＴＦＴ５において、実施例１と同様にして、ターンオン電圧ＶｏｎバラつきとＩＧＺＯ膜厚バラつきを求め、膜質の均一性を評価した。その結果を次の表３に示す。
【００４１】
【表３】
2014072358.tif 000006
【００４２】
表３から明らかなように、スパッタリング圧力を０．１Ｐａ、０．２Ｐａとした比較例２，３は、最短経路長Ｌが平均自由工程λの５倍未満であり、好ましいとされる最短経路長Ｌよりも短い距離になっている。これらの例では、ＩＧＺＯ膜厚のバラつきは小さいが、ターンオン電圧Ｖｏｎのバラつきは０．９Ｖ、０．３Ｖとなり、膜質の均一性に劣る結果となった。
一方、スパッタリング圧力を０．５Ｐａ以上とした実施例６〜９は、最短経路長Ｌは平均自由工程λの５倍以上を満足している。これらの例では、ＩＧＺＯ膜厚のバラつきは小さく、また、ターンオン電圧Ｖｏｎのバラつきもなく、膜厚のバラつきが抑制された結果が得られていることが確認できる。
上記表２と比較すると、ガス導入口１６から基板１５までの最短経路長Ｌが短くなっており、その分、ターンオン電圧Ｖｏｎの均一性が有効となるようなスパッタリング圧力の範囲が狭くなっていることが確認された。
【００４３】
［実施例１０，１１、比較例４〜７］
図７に示すスパッタリング装置１０を使用してスパッタリングを行った。このスパッタリング装置１０では、遮蔽板２２Ａや遮蔽板２２Ｂは設置しておらず、ガス導入口１６から基板１５までの最短経路長Ｌは５ｃｍであった。
この点以外は、実施例１と同様にして６種類のスパッタ圧力でＴＦＴ１〜ＴＦＴ５を作製した。そして、得られたＴＦＴ１〜ＴＦＴ５において、実施例１と同様にして、ターンオン電圧ＶｏｎバラつきとＩＧＺＯ膜厚バラつきを求め、膜質の均一性を評価した。その結果を次の表４に示す。
【００４４】
【表４】
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【００４５】
表４から明らかなように、スパッタリング圧力を０．１Ｐａ〜０．７Ｐａとした比較例４〜７は、最短経路長Ｌが平均自由工程λの５倍未満であり、好ましいとされる最短経路長Ｌよりも短い距離になっている。これらの例では、ＩＧＺＯ膜厚のバラつきは小さいが、ターンオン電圧Ｖｏｎのバラつきは０．８Ｖ〜４．５Ｖとなり、膜質の均一性に劣る結果となった。このように、従来の一般的なスパッタリング装置１０では、スパッタリング圧力が１Ｐａ未満では、均一性に優れたスパッタリング膜が得られないことがわかった。
一方、スパッタリング圧力を１Ｐａ以上とした実施例１０，１１は、最短経路長Ｌは平均自由工程λの５倍以上を満足している。これらの例では、ＩＧＺＯ膜厚のバラつきは小さく、また、ターンオン電圧Ｖｏｎのバラつきもなく、膜厚のバラつきが抑制された結果が得られている。
なお、不純物の混入の防止や、膜の密着性を考慮するとスパッタリング圧力は１Ｐａ未満が好ましい。
また、上記表２，表３と比較すると、ガス導入口１６から基板１５までの最短経路長Ｌがより短くなっており、その分、ターンオン電圧Ｖｏｎの均一性が有効となるようなスパッタリング圧力の範囲が狭くなっていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の真空成膜装置は、膜質のバラつきが抑制された薄膜を形成することができるため、組成ずれが起きやすい金属酸化物膜、特に、酸化の程度が電気特性に直接影響する酸化物半導体膜の成膜に対して有効である。
【符号の説明】
【００４７】
１０Ａ，１０Ｂ…スパッタリング装置、１１…チャンバ、１２…ターゲットホルダ、１３…ターゲット、１４…基板ホルダ、１５…基板、１６…ガス導入口、１７…排気流路、１８…バルブ、１９…ターボ分子ポンプ、２０…油回転ポンプ、２１…電源、２２…経路変更機構、２２Ａ，２２Ｂ…遮蔽板、２３…チャネル形成用マスク、２３ａ…開口部、２４…ドレイン電極形成用マスク、２４ａ…開口部、Ｌ…最短経路長。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
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