CN1320155C - 高电阻透明导电膜用溅射靶及高电阻透明导电膜的制造方法 - Google Patents

高电阻透明导电膜用溅射靶及高电阻透明导电膜的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可以基本采用DC磁控管溅射装置来制造能形成透明且高电阻的膜的高电阻透明导电膜用溅射靶以及高电阻透明导电膜的制造方法。该溅射靶是形成电阻率约为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜的高电阻透明导电膜用氧化铟系溅射靶，含有氧化铟和根据需要的氧化锡、且含有绝缘性氧化物。

Description

高电阻透明导电膜用溅射靶及高电阻透明导电膜的制造方法
技术领域
本发明涉及在制作电阻率约为0.8～10×10-3Ωcm的高电阻导电膜时所使用的高电阻透明导电膜用溅射靶(Sputtering targot)及使用它制造高电阻透明导电膜的高电阻透明导电膜的制造方法。
背景技术
由于氧化铟-氧化锡(In2O3-SnO2的复合氧化物，以下称为‘ITO’)膜的可见光透过性高，且导电性高，所以作为透明导电膜被广泛应用于液晶显示装置、玻璃的防止结霜用发热膜和红外线反射膜等。
例如，就平板显示(FPD)中所使用的透明导电膜来说，选择低电阻(电阻率约为2×10-4Ωcm)的透明导电膜。
另一方面，从原理上来看，安装在这样的FPD等上而使用的电阻式按键操纵板用透明导电膜，作为要求特性，需要高电阻的透明导电膜。然而，目前存在如下问题：若使用被用于FPD的ITO，则必须是非常薄的膜，这样不能确保按键操纵板的强度。
另外，若将溅射靶自身的电阻变为高电阻，就不能使用比高频磁控管价格便宜的DC磁控管溅射装置，存在设备投资较大的问题。
发明内容
鉴于这样的情况，本发明的目的在于提供一种高电阻透明导电膜用溅射靶及高电阻透明导电膜的制造方法，基本上能够使用DC磁控管溅射装置，可以制作成透明且高电阻的膜。
为了达到上述目的，本发明提供一种高电阻透明导电膜用溅射靶，是用于形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的高电阻导电膜的高电阻透明导电膜用氧化铟系溅射靶，其特征在于：含有氧化铟及绝缘性氧化物，且体电阻率为10-4数量级，所述绝缘性氧化物包括氧化硅。
本发明还提供一种高电阻透明导电膜的制造方法，其特征在于：使用含有氧化铟及绝缘性氧化物，且体电阻率为10-4数量级的氧化铟系溅射靶，所述绝缘性氧化物包括氧化硅，通过DC磁控管溅射形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜。
本发明的第一方式在于高电阻透明导电膜用溅射靶，是用于形成电阻率约为0.8～10×10-3Ωcm的高电阻导电膜的高电阻透明导电膜用氧化铟系溅射靶，其特征是，含有氧化铟及根据需要的氧化锡，并且含有绝缘性氧化物。
在该第一方式中，通过在氧化铟系溅射靶中添加绝缘性氧化物，可以不使靶自身的电阻率产生大的变化，而提高所形成的透明导电膜的电阻率。
本发明的第二方式在于高电阻透明导电膜用溅射靶，其特征是，在第一方式中，所述绝缘性氧化物是选自氧化硅、氧化铝、氧化钽、氧化铪、氧化铌、氧化钇、氧化铈、氧化镨、氧化铍、氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡、氧化钪、氧化钛、氧化锆、氧化钒、氧化硼、氧化镓、氧化锌、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化钼、氧化磷和氧化镧族元素的至少一种。
在该第二方式中，通过添加氧化硅、氧化铝、氧化钽、氧化铌、氧化钇、氧化铈、氧化镨等，可以不使靶自身的电阻率产生大的变化，而提高所形成的透明导电膜的电阻率。
本发明的第三方式在于高电阻透明导电膜用溅射靶，其特征是，在第二方式中，所述绝缘性氧化物是氧化硅。
在该第三方式中，通过添加氧化硅，可以不使靶自身的电阻率产生大的变化，而提高所形成的透明导电膜的电阻率。
本发明的第四方式在于高电阻透明导电膜用溅射靶，其特征是，在第一～三的任一方式中，相对于1摩尔铟，构成所述绝缘性氧化物的元素为0.00001～0.26摩尔。
在该第四方式中，通过添加给定量的绝缘性氧化物，可以不使靶自身的电阻率产生大的变化，而提高所形成的透明导电膜的电阻率。
本发明的第五方式在于高电阻透明导电膜用溅射靶，其特征是，在第一～四的任一方式中，相对于1摩尔铟，含有0～0.3摩尔锡(Sn)。
在该第五方式中，成为以氧化铟为主体、根据需要含有氧化锡的溅射靶。
本发明的第六方式在于高电阻透明导电膜用溅射靶，其特征是，在第一～五的任一方式中，可以通过DC磁控管溅射形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜。
在该第六方式中，可以通过DC磁控管溅射制作成高电阻的透明导电膜。
本发明的第七方式在于高电阻透明导电膜的制造方法，其特征是，使用含有氧化铟及根据需要的氧化锡、并且含有绝缘性氧化物的氧化铟系溅射靶，通过DC磁控管溅射形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜。
在该第七方式中，通过使用已添加有绝缘性氧化物的氧化铟系溅射靶，可以不使靶自身的电阻率产生大的变化，而由DC磁控管溅射来形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜。
本发明的第八方式在于高电阻透明导电膜的制造方法，其特征是，在第七方式中，所述绝缘性氧化物是选自氧化硅、氧化铝、氧化钽、氧化铪、氧化铌、氧化钇、氧化铈、氧化镨、氧化铍、氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡、氧化钪、氧化钛、氧化锆、氧化钒、氧化硼、氧化镓、氧化锌、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化钼、氧化磷和氧化镧族元素的至少一种。
在该第八方式中，通过使用已添加有氧化硅、氧化铝、氧化钽、氧化铌、氧化钇、氧化铈、氧化镨等的氧化铟系溅射靶，可以不使靶自身的电阻率产生大的变化，而由DC磁控管溅射来形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜。
本发明的第九方式在于高电阻透明导电膜的制造方法，其特征是，在第八方式中，所述绝缘性氧化物是氧化硅。
在该第九方式中，通过使用已添加有氧化硅的氧化铟系溅射靶，可以不使靶自身的电阻率产生大的变化，而由DC磁控管溅射来形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜。
本发明的第十方式在于高电阻透明导电膜的制造方法，其特征是，在第七～九的任一方式中，相对于1摩尔铟，构成所述绝缘性氧化物的元素为0.00001～0.26摩尔。
在该第十方式中，通过使用已添加给定量的绝缘性氧化物的氧化铟系溅射靶，可以不使靶自身的电阻率产生大的变化，而由DC磁控管溅射来形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜。
本发明的第十一方式在于高电阻透明导电膜的制造方法，其特征是，在第七～十的任一方式中，相对于1摩尔铟，含有0～0.3摩尔锡(Sn)。
在该第十一方式中，可以使用以氧化铟为主体、根据需要含有氧化锡的溅射靶，通过DC磁控管溅射来形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜。
本发明的高电阻透明导电膜用溅射靶是以氧化铟为主体、根据需要含有氧化锡、并含有绝缘性氧化物的氧化物烧结体，各氧化物可以以氧化物本来的形态、或复合氧化物形态、或固溶体形态存在，没有特别限定。
在此，就绝缘性氧化物来说，可以列举出氧化硅、氧化铝、氧化钽、氧化铪、氧化铌、氧化钇、氧化铈、氧化镨、氧化铍、氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡、氧化钪、氧化钛、氧化锆、氧化钒、氧化硼、氧化镓、氧化锌、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化钼、氧化磷和氧化镧族元素等。
就绝缘性氧化物来说，优选在0～1600℃范围内标准生成能量比氧化铟低的绝缘性氧化物。这是因为与氧化铟相比，化学性更稳定，难以分解。
优选绝缘性氧化物的含有量处于如下的范围内：相对于1摩尔铟，构成该绝缘性氧化物的元素为0.00001～0.26摩尔。原因是，若比该范围少，则添加的效果不显著，并且，若比该范围多，则所形成的透明导电膜的电阻过高。
并且，锡(Sn)相对于1摩尔铟为0～0.3摩尔。在含有锡的情况下，相对于1摩尔铟，锡的含量为0.001～0.3摩尔的范围，优选为0.01～0.15摩尔的范围，更优选为0.05～0.1摩尔的范围。如果处于该范围内，就可以适当控制溅射靶的载流子电子的密度和移动度，确保导电性处于良好的范围内。并且，如果超出该范围进行添加，就会使溅射靶的载流子电子的移动度降低，并使导电性向劣化的方向发展，所以不可取。
本发明的高电阻透明导电膜用溅射靶具有可由DC磁控管溅射进行溅射的程度的电阻值，可以形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜。
当然，使用高频磁控管溅射装置也可以形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜。
下面，说明本发明的溅射靶的制造方法，这仅是示例，制造方法不局限于此。
首先，构成本发明的溅射用靶的初始原料，一般是In2O3、SnO2、SiO2的粉末。而且，也可以以这些单质、化合物、复合氧化物等为原料。使用单质、化合物时，需要预先经过变为氧化物的工序。
对于以所期望的配合率将这些原料粉进行混合、成型的方法不作特别的限定，可以使用现有公知的各种湿式法或干式法。
就干式法来说，可列举出冷压(Cold Press)法或热压(Hot Press)法等。在冷压法中，将混合粉填充到压模中，制作成成型体，在大气氛围气下或氧气氛围气下进行烧制、烧结。在热压法中，将混合粉直接置于压模内进行烧结。
就湿式法来说，例如，优选使用过滤成型法(参照特开平11-286002号公报)。该过滤式成型法是，使用从陶瓷原料淤浆中减压排出水分而得到成型体的由非水溶性材料构成的过滤式压模，并调制由混合粉、离子交换水和有机添加剂组成的淤浆，将该淤浆注入过滤式压模中，只从过滤器这侧减压排出淤浆中的水分而制作成型体，将所得到的陶瓷成型体干燥脱脂后，进行烧制。上述过滤式压模，是由具有一个以上除水孔的成型用下模、配置于该成型用下模上的具有通水性的过滤器、以及通过用于密封该过滤器的密封件从上面进行挟持的成型用模板构成，可分别拆卸地组装上述成型用下模、成型用模板、密封件、以及过滤器，只从该过滤器这侧减压排出淤浆中的水分。
在各种方法中，烧制温度优选为1300～1600℃，更优选为1300～1450℃。然后，实施用于加工、成型为给定尺寸的机械加工，制成靶。
附图说明
图1是表示实施例1的针对氧气分压的电阻率和波长550nm的透过率之间关系的图。
图2是表示比较例1的针对氧气分压的电阻率和波长550nm的透过率之间关系的图。
图3是表示实施例2的针对氧气分压的电阻率和波长550nm的透过率之间关系的图。
具体实施方式
以下，借助实施例说明本发明，但不局限于此。
(实施例1)
准备纯度＞99.99％的In2O3粉和SnO2粉、以及纯度＞99.9％的SiO2粉。按照SnO2为10wt％、SiO2为5wt％、In2O3为85wt％的比率且全量为1.5Kg准备该粉末(相对于1摩尔In而言，Si相当于约0.13摩尔)，采用过滤成型法得到成型体。然后，在氧气氛围气、1550℃条件下，对该烧制体进行8小时的烧制、烧结。加工该烧结体，得到相对于理论密度的相对密度为100％的靶。该靶的体电阻率为2.4×10-4Ωcm。
使用该靶，在下述条件下，通过DC磁控管溅射来成膜，得到厚度为1200的膜。
靶尺寸：φ＝6in.τ＝6mm
溅射方式：DC磁控管溅射
排气装置：旋转泵+低温泵
到达真空度：4.0×10-5[Torr]
Ar压力：3.0×10-3[Torr]
氧气压力：1～10×10-5[Torr]
基板温度：200℃
溅射功率：300W(功率密度1.6W/cm2)
使用基板：Denpax(液晶显示用玻璃)t＝1.8mm
通过分析该膜的电阻率和透过率，得到图1那样的针对氧气分压的电阻率和波长550nm的透过率之间的关系。
(比较例1)
准备纯度＞99.99％的In2O3粉和SnO2粉。按照SnO2为10wt％、In2O3为90wt％的比率且全量为1.5Kg准备该粉末，采用过滤成型法得到成型体。然后，在氧气氛围气、1550℃条件下，对该烧制体进行8小时的烧制、烧结。加工该烧结体，得到相对于理论密度的相对密度为99.6％的靶。该靶的体电阻率为1.7×10-4Ωcm。
使用该靶，在与实施例1相同的条件下，通过DC磁控管溅射来成膜，得到厚度为2000的膜。通过分析该膜的电阻率和透过率，得到图2那样的针对氧气分压的电阻率和波长550nm的透过率之间的关系。
(实施例2)
准备纯度＞99.99％的In2O3粉和SnO2粉、以及纯度＞99.9％的SiO2粉。按照SnO2为10wt％、SiO2为10wt％、In2O3为80wt％的比率且全量为1.5Kg准备该粉末(相对于1摩尔In而言，Si相当于约0.26摩尔)，采用过滤成型法得到成型体。然后，在氧气氛围气、1550℃条件下，对该烧制体进行8小时的烧制、烧结。加工该烧结体，得到相对于理论密度的相对密度为100％的靶。该靶的体电阻率为4.0×10-4Ωcm。
使用该靶，在与实施例1相同的条件下，通过DC磁控管溅射来成膜，得到厚度为1200的膜。通过分析该膜的电阻率和透过率，得到图3那样的针对氧气分压的电阻率和波长550nm的透过率之间的关系。
(实施例3)
准备纯度＞99.99％的In2O3粉和SnO2粉、以及纯度＞99.9％的SiO2粉。按照SnO2为10wt％、SiO2为5wt％、In2O3为85wt％的比率且全量为1.5Kg准备该粉末(相对于1摩尔In而言，Si相当于约0.13摩尔)，采用过滤成型法得到成型体。然后，在氧气氛围气、1450℃条件下，对该烧制体进行8小时的烧制、烧结。加工该烧结体，得到相对于理论密度的相对密度为100％的靶。该靶的体电阻率为3.0×10-4Ωcm。
使用该靶，在与实施例1相同的条件下，通过DC磁控管溅射来成膜，得到厚度为1200的膜。分析该膜的电阻率和透过率，显示出与图1近乎同等的氧气分压特性。
由以上结果可以看出，实施例1～3的体电阻率为10-4Ωcm数量级，显示出与比较例1所示的现有ITO靶近乎同等的值，DC磁控管溅射是可以的。
并且可知，与比较例1所示的现有ITO膜的氧气分压依赖性相比较，实施例1～3所示的也具有近乎同等的特性，可以使用现有的ITO膜的成膜方法。
与比较例1所示的现有ITO膜的优选氧气分压中的电阻率相比较，实施例1的电阻率变为10倍的大小，并且，就实施例2来说，变为100倍的大小。
实际上，若将适用于商品时的膜厚设定约为150，在实施例1中，薄膜电阻约为700Ω。另一方面，在实施例2中，薄膜电阻约为7000Ω。另外，若将膜厚设定为1500，在实施例1中，薄膜电阻约为70Ω。另一方面，在实施例2中，薄膜电阻约为700Ω。
另外，我们知道，通过增加SnO2的添加量，可以生成载流子，具有降低电阻的倾向。由此可知，不仅SiO2，而且通过调整SnO2的添加量也可以控制电阻率。
由以上可知，通过控制SnO2、SiO2的量，可得到最佳的电阻率。
如以上所说明的，本发明可以提供一种用于形成电阻率约为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜的高电阻透明导电膜用氧化铟系溅射靶，即，含有氧化铟和根据需要的氧化锡、且含有绝缘性氧化物的高电阻透明导电膜用溅射靶，由此，可以采用基本的DC磁控管溅射装置来制造能形成透明且高电阻的膜的高电阻透明导电膜。

Claims (10)

1.一种高电阻透明导电膜用溅射靶，是用于形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的高电阻导电膜的高电阻透明导电膜用氧化铟系溅射靶，其特征在于：
含有氧化铟及绝缘性氧化物，且体电阻率为10-4Ωcm的数量级，所述绝缘性氧化物包括氧化硅。
2.如权利要求1所述的高电阻透明导电膜用溅射靶，其特征在于：相对于理论密度的相对密度为100％。
3.如权利要求1所述的高电阻透明导电膜用溅射靶，其特征在于：相对于1摩尔铟，构成所述绝缘性氧化物的元素为0.00001～0.26摩尔。
4.如权利要求1或3所述的高电阻透明导电膜用溅射靶，其特征在于：含有氧化锡，所述氧化锡(Sn)的含量相对于1摩尔铟，为0.3摩尔以下。
5.如权利要求1或3所述的高电阻透明导电膜用溅射靶，其特征在于：通过DC磁控管溅射形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜。
6.如权利要求4所述的高电阻透明导电膜用溅射靶，其特征在于：通过DC磁控管溅射形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜。
7.一种高电阻透明导电膜的制造方法，其特征在于：使用含有氧化铟及绝缘性氧化物，且体电阻率为10-4Ωcm的数量级的氧化铟系溅射靶，所述绝缘性氧化物包括氧化硅，通过DC磁控管溅射形成电阻率为0.8～10×10-3Ωcm的透明导电膜。
8.如权利要求7所述的高电阻透明导电膜的制造方法，其特征在于：相对于理论密度的相对密度为100％。
9.如权利要求7所述的高电阻透明导电膜的制造方法，其特征在于：相对于1摩尔铟，构成所述绝缘性氧化物的元素为0.00001～0.26摩尔。
10.如权利要求7或9所述的高电阻透明导电膜的制造方法，其特征在于：含有氧化锡，所述氧化锡(Sn)的含量相对于1摩尔铟，为0.3摩尔以下。
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