(57)【要約】【課題】所定の電子移動度を有する酸化亜鉛膜を得ることができる酸化亜鉛膜の製造方法を提供する。【解決手段】成膜室で、ドーパントとともに酸化亜鉛を被成膜材料に付着させて酸化亜鉛膜を形成する。このとき、ドーパントとして第３族元素またはその酸化物およびケイ素またはその酸化物を同時にドーピングして、得られる酸化亜鉛膜の電子移動度を制御する。また、予め把握した、ドーパントの所定のドーピング量における酸化亜鉛膜の電子移動度と成膜室の酸素分圧の関係に基づいて、酸素分圧を調整して電子移動度を制御する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室で、ドーパントとともに酸化亜鉛を被成膜材料に付着させて酸化亜鉛膜を形成する酸化亜鉛膜の製造方法において、
該ドーパントとして第３族元素またはその酸化物およびケイ素またはその酸化物を同時にドーピングして、得られる酸化亜鉛膜の電子移動度を制御することを特徴とする酸化亜鉛膜の製造方法。
【請求項２】
予め把握した、前記ドーパントの所定のドーピング量における酸化亜鉛膜の電子移動度と前記成膜室の酸素分圧の関係に基づいて、酸素分圧を調整して前記電子移動度を制御することを特徴とする請求項１記載の酸化亜鉛膜の製造方法。
【請求項３】
前記ドーパントのドーピング量および前記成膜室の酸素分圧を調整して、前記電子移動度および電子密度のバランスを制御することを特徴とする請求項２記載の酸化亜鉛膜の製造方法。
【請求項４】
イオンプレーティング法によって酸化亜鉛膜を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化亜鉛膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化亜鉛膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化亜鉛膜は、ＩＴＯ膜に比べると比抵抗が高いものの安価に製造することができるという利点を有する。
【０００３】
このため、透明電極材料として酸化亜鉛膜を用いる場合、酸化亜鉛にＡｌやＧａ等の第３族元素をドーパントとして添加（ドーピング）して比抵抗の低い膜（以下、特に区別しない限りこれも酸化亜鉛膜という。）を成膜することが広く行われている。
【０００４】
また、この場合、酸化亜鉛を主成分とするスパッタリングターゲットにガリウムとともに二酸化ケイ素を０．０１〜１．５モル％添加してスパッタリングする方法が提案されている。そして、この方法によれば、成膜過程で成膜室中の水分が酸化亜鉛膜に取り込まれたときであっても、二酸化ケイ素が水分と強く結合し、プロトンの生成を抑制するため、耐湿性が改善され、酸化亜鉛膜の電気的特性の劣化を防止することができるとされている（特許文献１参照。）。
【０００５】
また、これとは別に、スパッタリングターゲットにシリコンを第３族元素や第５族元素とともに含む群から択一的に選択したドーパントを添加する技術も提案されている。そして、この技術によれば、低抵抗の酸化亜鉛系透明電極膜を安定に製造することができるとされている（特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１１１１２３号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−４０４２９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した、ドーパントとして通常用いられる３族元素や５族元素とともに併せて二酸化ケイ素を用いる従来の技術は、いずれも、酸化亜鉛膜の特性としての比抵抗を改善することを目的としており、酸化亜鉛膜を半導体として捉えたアプローチは行われていない。
【０００９】
すなわち、酸化亜鉛膜の移動度やキャリア密度に直接着目した検討はなされていない。また、このため、当然に、酸化亜鉛膜の製造方法において、操作因子を調整することで移動度やキャリア密度を制御するという考え方は上記の従来技術には見られない。
【００１０】
酸化亜鉛膜が表示装置等に透明電極として用いられる場合、酸化亜鉛膜は通常必要な透明性を備えているため、極論すれば、前記のように比抵抗が極力低い膜を得ることのみが追求されているということができる。
【００１１】
これに対して、例えば太陽電池の電極や薄膜トランジスタの半導体として、安価な酸化亜鉛膜を用いることを考えた場合、これらのデバイスの特性上、いずれも、移動度はできるだけ高い方が好ましいのに対してキャリア密度は低いことが必要とされる。
【００１２】
したがって、上記のような酸化亜鉛膜の新たな用途展開を行う上において、移動度やキャリア密度を制御するという考え方は必須と思われる。
【００１３】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、所定の電子移動度を有する酸化亜鉛膜を得ることができる酸化亜鉛膜の製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る酸化亜鉛膜の製造方法は、成膜室で、ドーパントとともに酸化亜鉛を被成膜材料に付着させて酸化亜鉛膜を形成する酸化亜鉛膜の製造方法において、該ドーパントとして第３族元素またはその酸化物およびケイ素またはその酸化物を同時にドーピングして、得られる酸化亜鉛膜の電子移動度を制御することを特徴とする。
【００１５】
これにより、ケイ素（Ｓｉ）の添加量に応じて酸化亜鉛膜の結晶欠陥が軽減され、所定の電子移動度を有する酸化亜鉛膜を得ることができる。
【００１６】
この場合、予め把握した、前記ドーパントの所定のドーピング量における酸化亜鉛膜の前記電子移動度と前記成膜室の酸素分圧の関係に基づいて、酸素分圧を調整して前記電子を制御すると、酸素分圧を精密に調整することで電子移動度を精密に制御することができる。
【００１７】
また，この場合、前記ドーパントのドーピング量および前記成膜室の酸素分圧を調整して、前記電子移動度および電子密度のバランスを制御すると、電子移動度をほぼ同一にした状態で電子密度のみを変化させることができるため、従来の酸化亜鉛膜とは異なる半導体特性を有する酸化亜鉛膜を得ることができる。
【００１８】
また，この場合、イオンプレーティング法によって酸化亜鉛膜を形成すると、良好な結晶骨格構造をベースとしてドーピング効果を好適に発現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る酸化亜鉛膜の製造方法の好適な実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、成膜法としてイオンプレーティング法を用いて酸化亜鉛膜を製造する場合を例にとり、図を参照して、以下に説明する。
【００２０】
イオンプレーティング法は、成膜室に配設した電極部としてのハース等に、成膜材料として、ドーパントを含有する酸化亜鉛を配置し、この酸化亜鉛に例えばアルゴンプラズマを照射して酸化亜鉛を加熱し、蒸発させ、プラズマを通過した酸化亜鉛の各粒子をハース等に対向する位置に置かれた基板に成膜する方法である。
【００２１】
イオンプレーティング法は、例えばスパッタ法に比べて、粒子の持つ運動エネルギが小さいため、粒子が衝突するときに基板や基板に積層して成膜される酸化亜鉛膜に与えるダメージが小さく、結晶性の良好な膜が得られることが知られている。
【００２２】
本発明者等は、前記のように、酸化亜鉛膜の半導体としての性能を規定する移動度およびキャリア密度に着目し、製造条件との関係について鋭意検討した。その結果、例えば、ドーパントとして第３族元素であるＧａを用いたときと、ドーパントとしてＧａとともにＳｉを用いたときとでは、電子移動度（以下、単に移動度という。）および電子密度（以下、単にキャリア密度という。）の挙動が異なることを見出した。
【００２３】
図１に、ドーパントとしてＧａを４質量％およびＳｉを４質量％、同時に添加する実験によって得られた酸素分圧と移動度およびキャリア密度の関係を示す。
【００２４】
また、比較例として、ドーパントとしてＧａ４質量％のみを添加する実験によって得られた酸素分圧と移動度およびキャリア密度の関係を図２に示す。
【００２５】
上記の実験では、図１および図２いずれも、酸素分圧以外の操作因子として、プラズマガスとしてアルゴンを用い、アルゴン流量を３０ｓｃｃｍの一定値に保ちながら、酸素流量を変化させることで、酸素分圧を変えた。なお、図１および図２では、便宜的に、酸素分圧に換算するまえの酸素流量を横軸にとっている。また、プラズマの放射電流は１００Ａの一定値に保った。また、酸化亜鉛膜の成膜厚みは、ほぼ２００ｎｍで一定とした。なお、酸化亜鉛膜が成膜される被成膜材料は、ガラス基板を用いた。
【００２６】
実験のデータ数等が必ずしも十分ではないものの、図２のＧａのみを添加した実験では、酸素流量が増すに連れて、移動度およびキャリア密度がいずれも低下する傾向が見られるのに対して、図１のＧａおよびＳｉを同時添加した実験では、移動度とキャリア密度は明らかに異なる挙動を示しており、より詳細に見ると、キャリア密度は酸素流量の増加に伴って図２の場合と同様に低下する傾向を示しているのに対して、移動度は酸素流量の変化に関わらずほぼ一定の値を示していると見ることができる。
【００２７】
上記の実験結果について考察する。
【００２８】
成膜される酸化亜鉛膜には、通常、格子欠陥が存在する。この格子欠陥の形態は、種々のケースが考えられるが、代表的なものとして結晶格子中の酸素元素が抜け落ちることによる空隙の生成を挙げることができる。そして、この空隙にキャリアがトラップされることでキャリアの移動度が低下する。
【００２９】
このとき、本発明の実験（図１）では、添加されるＳｉが上記の空隙に配置し、空隙が減少することでキャリアの移動度が回復するものと考えられる。
【００３０】
図１および図２における移動度の挙動の違いは上記の機構により説明できる。なお、この場合、成膜材料粒子の運動速度がイオンプレーティグ法に比べて大きいとされるスパッタ法で酸化亜鉛膜を成膜する場合、格子欠陥がより多く発生し、上記の移動度の挙動の違いがより顕著に現われることが予測される。
【００３１】
一方、キャリア密度については、Ｓｉは特別に関与することはなく、このため、図１および図２いずれにおいても、同一の挙動を示している。
【００３２】
なお、図１の実験では、ＳｉをＧａと同一量添加したため、Ｓｉが過剰であることが移動度やキャリア密度に影響し、得られた実験データのばらつきとなっていることが考えられ、Ｓｉの添加量を低減することにより、よりばらつきの少ないデータが得られるものと考えられる。
【００３３】
上記の傾向は、ドーピング作用機構上、上記Ｇａに関わらず他のＡｌ、ＩｎまたはＢ等の第３族元素を用いた場合にも発現し、また、これらの元素の酸化物であるＡｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３またはＢ２Ｏ３を用いた場合にも発現するものと考えられる。同様に、Ｓｉに変えてＳｉＯ２、等のケイ素酸化物を用いた場合にも上記の傾向が発現するものと考えられる。
【００３４】
上記の知見に鑑み、本実施の形態例に係る酸化亜鉛の製造方法は、成膜室で、ドーパントとともに酸化亜鉛を被成膜材料に付着させて酸化亜鉛膜を形成する酸化亜鉛膜の製造方法において、ドーパントとして第３族元素またはその酸化物およびケイ素またはその酸化物を同時にドーピングして、得られる酸化亜鉛膜の電子移動度を制御する。
【００３５】
これにより、Ｓｉの添加量に応じて酸化亜鉛膜の結晶欠陥が軽減され、所定の電子移動度を有する酸化亜鉛膜を得ることができる。
【００３６】
また、本実施の形態例に係る酸化亜鉛の製造方法は、予め把握した、ドーパントの所定のドーピング量における酸化亜鉛膜の電子移動度と成膜室の酸素分圧の関係に基づいて、酸素分圧を調整して電子移動度を制御する。
【００３７】
これにより、酸素分圧を精密に調整することで電子移動度を精密に制御することができる。
【００３８】
また、本実施の形態例に係る酸化亜鉛の製造方法は、ドーパントのドーピング量および成膜室の酸素分圧を調整して、電子移動度および電子密度のバランスを制御する。
【００３９】
これにより、電子移動度をほぼ同一にした状態で電子密度のみを変化させることができるため、従来の酸化亜鉛膜とは異なる半導体特性を有する酸化亜鉛膜を得ることができる。
【００４０】
また、本実施の形態例に係る酸化亜鉛の製造方法は、イオンプレーティング法によって酸化亜鉛膜を形成する。
【００４１】
酸化亜鉛膜は、ノンドープの条件において、例えばスパッタ法で成膜したものは結晶欠陥が比較的多いと考えられるが、これに対してイオンプレーティング法で成膜したものは結晶欠陥が比較的少ないと考えられる。このため、良好な結晶骨格構造をベースとして本発明のドーピング効果をより安定的に発現することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態例に係る酸化亜鉛膜の製造方法において、成膜法は、特に限定するものではなく、スパッタ法や、真空蒸着法を用いることもできる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る酸化亜鉛膜の製造方法によれば、成膜室で、ドーパントとともに酸化亜鉛を被成膜材料に付着させて酸化亜鉛膜を形成する酸化亜鉛膜の製造方法において、ドーパントとして第３族元素またはその酸化物およびケイ素またはその酸化物を同時にドーピングして、得られる酸化亜鉛膜の電子移動度を制御するため、所定の電子移動度を有する酸化亜鉛膜を得ることができる。
【００４４】
また、本発明に係る酸化亜鉛膜の製造方法によれば、予め把握した、ドーパントの所定のドーピング量における酸化亜鉛膜の電子移動度と成膜室の酸素分圧の関係に基づいて、酸素分圧を調整して前記電子移動度を制御するため、電子移動度を精密に制御することができる。
【００４５】
また、本発明に係る酸化亜鉛膜の製造方法によれば、ドーパントのドーピング量および成膜室の酸素分圧を調整して、電子移動度および電子密度のバランスを制御するため、従来の酸化亜鉛膜とは異なる半導体特性を有する酸化亜鉛膜を得ることができる。
【００４６】
また、本発明に係る酸化亜鉛膜の製造方法によれば、イオンプレーティング法によって酸化亜鉛膜を形成するため、良好な結晶骨格構造をベースとしてドーピング効果を好適に発現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例に係る酸化亜鉛膜の製造方法により得られる酸化亜鉛膜の移動度およびキャリア密度と酸素流量との関係を示す図である。
【図２】比較例の酸化亜鉛膜の製造方法により得られる酸化亜鉛膜の移動度およびキャリア密度と酸素流量との関係を示す図である。
【図１】
2004292873.tif 000002
【図２】
2004292873.tif 000003