JP2002012964A - 透明導電膜とその製造方法およびスパッタリングターゲット - Google Patents

透明導電膜とその製造方法およびスパッタリングターゲット

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Abstract

(57)【要約】 【課題】低抵抗で耐擦傷性の高い酸化錫系透明導電膜と
その製造方法およびスパッタリングターゲットの提供。 【解決手段】ガリウムとインジウムとを含有する酸化錫
系の透明導電膜であって、Ga23 とIn23 とS
nO2 との総量に対して、ガリウムをGa23換算で
0.1〜30モル%含有し、かつインジウムをIn2
3 換算で0.1〜30モル%含有する透明導電膜とその
製造方法およびスパッタリングターゲット。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、透明導電膜とその
製造方法およびスパッタリングターゲットに関する。
【0002】
【従来の技術】透明導電膜は高い可視光透過率と高い導
電性を合わせ持ち、液晶表示素子、プラズマ発光素子な
どの表示素子の透明電極、太陽電池の透明電極、自動車
および建築用ガラスの熱線反射膜、CRTの帯電防止膜
あるいは冷凍冷蔵ショーケースをはじめとする各種防曇
用の透明発熱体として広く利用されている。
【0003】従来、透明導電膜としては、ITO(錫ド
ープ酸化インジウム)が低抵抗膜が容易に得られること
から主として表示素子用電極として広く使われている。
また、そのほかに、低コストの酸化亜鉛系透明導電膜
や、低コストで耐薬品性の高い酸化錫系透明導電膜が知
られている。
【0004】従来の透明導電膜材料の問題点として、I
TOは、その主成分であるインジウムが高価であり、低
コスト化の障害になっている。酸化亜鉛系については、
酸やアルカリなどに対する耐薬品性が低く、酸化亜鉛系
透明導電膜の表示素子など工業製品への応用を困難にし
ている。
【0005】酸化錫系については、工業的製法としてス
プレー法あるいはCVD法で作製されているが、膜厚を
均一に成膜するのは困難であり、また、成膜時に生成す
る塩素や塩化水素などの廃液あるいは排ガスによる環境
汚染の問題があった。このように酸化錫系透明導電膜は
前記したように有用である一方、種々の問題を有する。
また、結晶質の酸化錫系の膜は、耐擦傷性が低いという
問題があった。耐擦傷性が低い理由として、膜の表面
に、結晶成長のときに形成される微細な凹凸があり、こ
れが引っかかりとなっているためと考えられる。
【0006】ところで一般に、大面積の成膜法として
は、均一な薄膜が得られやすく、環境汚染の少ないスパ
ッタリング法が適している。スパッタリング法には、大
きく分けて高周波電源を使用する高周波(RF)スパッ
タリング法と、直流電源を使用する直流(DC)スパッ
タリング法がある。RFスパッタリング法は、ターゲッ
トに電気絶縁性の材料を使用できる点で優れているが、
高周波電源は価格も高く、構造が複雑で、大面積の成膜
には好ましくない。
【0007】DCスパッタリング法は、ターゲット材が
良導電性の材料に限られるが、装置構造が簡単な直流電
源を使用するので操作しやすく、工業的成膜法としては
DCスパッタリング法の方が好ましい。特開平1−97
315に、スパッタリング法による酸化錫導電膜の形成
方法が提案されているが、RFスパッタリング法につい
てのみ記載されており、DCスパッタリング法を採用す
るには至っていない。また、膜の比抵抗も8×10-3Ω
cm以上の比較的高抵抗の膜しか得られていない。
【0008】また、特開平7−335030に、透明導
電性酸化物がIn23 、ZnO、SnO2 、およびG
23 からなる群より選択された1種または複数種か
らなる透明導電性酸化物を提案しているが、酸化錫を主
成分とした複合酸化物の記載はない。
【0009】また、特開平4−272612に、ガリウ
ムをドープしたITOを提案しているが、酸化インジウ
ムが主成分であり、酸化錫は主成分ではない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
前述の欠点を解消するものであり、低抵抗で耐擦傷性の
高い酸化錫系透明導電膜とその製造方法および該酸化錫
系透明導電膜を形成するためのスパッタリングターゲッ
トの提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガリウムとイ
ンジウムとを含有する酸化錫系の透明導電膜であって、
ガリウムをGa23 換算でGa23 とIn23
SnO2 との総量に対して0.1〜30モル%含有し、
かつインジウムをIn23 換算でGa23とIn2
3 とSnO2 との総量に対して0.1〜30モル%含
有することを特徴とする透明導電膜を提供する。
【0012】ガリウムとインジウムのいずれかが0.1
原子%未満であると、膜の比抵抗が高くなり、また、膜
が結晶性となる。また、いずれかが30原子%より大き
くなると、膜の比抵抗が高くなる。
【0013】より低抵抗の膜が得られることから、ガリ
ウムの含有割合が、Ga23 換算で1〜15モル%
で、かつインジウムの含有割合が、In23 換算で1
〜15モル%であることが好ましい。
【0014】また、より低抵抗の膜が得られることか
ら、アンチモンおよび/またはテルルを、アンチモンは
Sb25 換算で、テルルはTeO2 換算で、Sb2
5 とTeO2 とGa23 とIn23 とSnO2 との
総量に対して10モル%以下含むことが好ましい。10
モル%より多くなると抵抗が高くなる傾向にある。本発
明における膜の比抵抗は、実用的な観点から1Ωcm以
下であることが好ましい。特に、所定の抵抗値を得るた
めにより膜厚を薄くできコストを低減できることから、
10-2Ωcm以下であることが好ましい。
【0015】本発明は、また、ガリウムとインジウムと
を含有する酸化錫系のスパッタリングターゲットであっ
て、ガリウムをGa23 換算でGa23 とIn2
3 とSnO2 との総量に対して0.1〜30モル%含有
し、かつインジウムをIn23 換算でGa23 とI
23 とSnO2 との総量に対して0.1〜30モル
%含有することを特徴とするスパッタリングターゲット
を提供する。
【0016】ガリウムとインジウムのいずれかが0.1
原子%未満であると、成膜した膜の比抵抗が高くなり、
また、膜が結晶性となる。また、いずれかが30原子%
より大きくなると、膜の比抵抗が高くなる。
【0017】得られる膜がより低抵抗となることから、
ガリウムの含有割合が、Ga23換算で1〜15モル
%で、かつインジウムの含有割合が、In23 換算で
1〜15モル%であることが好ましい。
【0018】また、より低抵抗の膜が得られることか
ら、アンチモンおよび/またはテルルを、アンチモンは
Sb25 換算で、テルルはTeO2 換算で、Sb2
5 とTeO2 とGa23 とIn23 とSnO2 との
総量に対して10モル%以下含むことが好ましい。10
モル%より多くなるとターゲットおよび得られる膜の抵
抗が高くなる傾向にある。さらに、ターゲットの密度
(緻密さ)が低下し、スパッタリング時の放電が不安定
になる傾向にある。安定なスパッタリング放電を行うう
えでは、スパッタリングターゲットの比抵抗は1Ωcm
以下であることが好ましい。
【0019】ターゲット中のガリウムは、酸化物状態あ
るいは固溶状態で存在していることが好ましい。ここ
で、酸化物状態とは、三酸化ガリウム(Ga23 )の
状態、あるいは、酸化インジウム(In23 )および
/または酸化錫(SnO2 )との複合酸化物の状態を意
味している。固溶状態とは、ガリウムが固溶した酸化錫
(SnO2 )および/またはガリウムが固溶した酸化イ
ンジウム(In23 )の状態を意味している。大部分
はSnO2 またはIn23 へ固溶した状態で存在して
いると考えられる。
【0020】ターゲット中のインジウムは、酸化物状態
あるいは固溶状態で存在していることが好ましい。ここ
で、酸化物状態とは、In23 (SnO2 またはGa
23 が固溶していてもよい)の状態、あるいはSnO
2 および/またはGa23との複合酸化物の状態を意
味している。固溶状態とは、インジウムが固溶したSn
2 および/またはインジウムが固溶したGa23
意味している。大部分は、In23 (SnO2 または
Ga23 が固溶していてもよい)の状態またはSnO
2 へ固溶した状態で存在していると考えられる。
【0021】ガリウムおよびインジウムは、酸化物状態
あるいは固溶状態で存在することが透明膜を作製しやす
い点で好ましいが、支障がない程度で酸化物状態あるい
は固溶状態以外の状態、たとえば、金属、炭化物、窒化
物等で含まれていても本発明を損なうものではない。
【0022】スパッタリングターゲット中のガリウムお
よびインジウムが酸化物状態で存在する場合、その酸化
物の結晶粒子の最大粒径は200μm以下であることが
好ましい。粒径が200μmより大きい酸化物粒子が存
在すると、スパッタリングの放電が不安定となるため好
ましくない。
【0023】本発明のターゲットには他の成分が本発明
の目的、効果を損なわない範囲において含まれていても
支障ないが可及的に少量にとどめることが望ましい。
【0024】膜の組成は、ターゲットの組成と基本的に
は、ほぼ一致するが、成膜時のスパッタリング条件等に
より膜の組成はターゲットの組成からずれることもあ
る。
【0025】本発明のターゲットは、たとえば常圧焼結
法, ホットプレス法などの一般にセラミックスを作製す
る方法で作製できるが、緻密なターゲットを作製できる
ことから、空気などの酸素を含む雰囲気下で焼結するこ
とが好ましい。たとえば空気中で1300〜1600℃
の温度条件で常圧焼結する。あるいは、800〜110
0℃の条件で非酸化雰囲気でホットプレスする。
【0026】また、本発明のターゲットは、高い導電性
を有していることから、大面積の成膜が可能で、成膜速
度が速い直流スパッタリングに充分対応できる他、高周
波スパッタリング等いずれのスパッタリング法にも対応
できる。
【0027】本発明における透明導電膜は、膜厚が3n
m〜5μmの範囲、好ましくは、3〜300nmの範囲
にあることが好ましい。
【0028】膜厚が5μmを超えると成膜時間が長くな
り、コスト増加を招く。膜厚が3nmより薄いと比抵抗
が高くなる。
【0029】本発明の透明発熱体においては、外観を調
整する目的で、透明導電膜層と基体の間に1層以上のア
ンダーコート膜、あるいは透明導電膜層の上に、1層以
上のオーバーコート膜を設けて、光の干渉現象や膜の吸
収を利用して透過・反射色調や可視光線反射率の調整す
ることが可能である。
【0030】本発明は、また、スパッタリング法により
基体上に酸化錫を主成分とする透明導電膜を製造する方
法において、スパッタリングターゲットとして、前記の
スパッタリングターゲットを用いることを特徴とする透
明導電膜の製造方法を提供する。
【0031】本発明においては、酸化性ガスを含む雰囲
気下でスパッタリングすることが好ましい。酸化性ガス
とは、O2 、H2 O、CO、CO2 などの酸素原子含有
ガスを意味する。酸化性ガスの濃度は、膜の導電性、光
透過率などの膜の特性に大きく影響する。したがって、
酸化性ガスの濃度は装置、基板温度、背圧などの使用す
る条件で、最適化する必要がある。
【0032】スパッタリング法としては、DC方式、R
F方式などあらゆる放電方式で行うことができるが、工
業的な生産性の優れたDCスパッタリングが好ましい。
【0033】成膜される基体としては、ガラス、セラミ
ックス、プラスチック、金属などが挙げられる。成膜中
の基体の温度は、特に制約されないが、非晶質膜を得ら
れやすいという点で、300℃以下であることが好まし
い。また、成膜後、基体を後加熱(熱処理)することも
できる。
【0034】
【作用】ターゲットを製造する際、酸化ガリウムおよび
酸化インジウムは、主成分である酸化錫を焼結するとき
の焼結を促進する助剤として働く。このとき、酸化ガリ
ウムと酸化インジウムがお互いの作用を強め合う。ま
た、酸化ガリウムと酸化インジウムは、ターゲットに導
電性を付与する添加物としても働く。この場合も、酸化
ガリウムと酸化インジウムがお互いの作用を強め合い、
より低抵抗化する。
【0035】また、本発明の透明導電膜においても、タ
ーゲットと同様に酸化ガリウムと酸化インジウムは、膜
に導電性を付与する添加物として働く。この場合も、酸
化ガリウムと酸化インジウムがお互いの作用を強め合
い、より低抵抗化する。また、酸化ガリウムと酸化イン
ジウムは、膜を不純物効果により非晶質化するように働
く。
【0036】また、アンチモンおよびテルルは、膜およ
びターゲット中のキャリア電子を増加するように働き、
膜およびターゲットを低抵抗化する。
【0037】
【実施例】(例1〜15)Ga23 粉末、In23
粉末およびSnO2 粉末を用意し、これら粉末を表1に
示す割合で、乾式ボールミルで混合した。
【0038】この混合粉末をゴム型に充填し、冷間等方
プレス装置(CIP装置)で加圧成形し、その後、空気
中で1500℃の温度で焼成した。この焼結体(ターゲ
ット)の密度および比抵抗を表1に示す。密度はアルキ
メデス法で、比抵抗は、3×3×30mmの角柱サンプ
ルを切り出し、4端子法で測定した。
【0039】つぎに、前述の焼結体を直径6インチ、厚
さ5mmの寸法に切り出し、ターゲットを作製した。
(以下、GITターゲットと呼ぶ)これら各種GITタ
ーゲットを用いて、マグネトロンDC(直流)スパッタ
リング装置を使用して、Ga23 −In23 −Sn
2 系(以下、GIT膜と呼ぶ)の成膜を、投入電力:
500W、導入ガス:Ar−CO2 混合ガス、圧力:4
×10-3Torr、基板温度:無加熱の条件で行った。
基体には、ソーダライムガラスを用いた。幾何学的膜厚
はおよそ10nmとなるように行った。
【0040】例1〜15では、CO2 濃度の最適値は、
10〜40体積%(導入ガスのアルゴンと酸素の合計に
対する割合)であった。得られた各種の膜の比抵抗と透
過率を表2に示す。
【0041】表2の膜組成は、ICP法で測定した。こ
の場合、ターゲットの組成と、膜の組成はほぼ一致して
いた。
【0042】X線回折計により、膜の同定を行った。例
1〜15すべて、X線回折パターンはフラットであり、
膜は非晶質であった。図1に、例2で得られた膜のX線
回折パターンを代表して示す。
【0043】(例16〜19)Sb25 粉末、または
TeO2 粉末を加えた系についても検討した。粉末の混
合割合は表1に示すとおりである。例1〜15と同様
に、ターゲットを作製した。この焼結体(ターゲット)
の密度および比抵抗を表1に示す。
【0044】例1〜15と同様の条件で、マグネトロン
DC(直流)スパッタリング装置を使用して、成膜を行
った。このときの膜の比抵抗と透過率を表2に示す。
【0045】表2の膜組成は、ICP法で測定した。こ
の場合、膜中のSb25 およびTeO2 は、ターゲッ
トの原料仕込み量と比較すると膜の組成はかなり少なく
なっていた。
【0046】X線回折計により、膜の同定を行った。例
16〜19すべて、X線回折パターンはフラットであ
り、膜は非晶質であった。
【0047】
【表1】
【0048】
【表2】
【0049】
【発明の効果】本発明の透明導電膜は、耐薬品性に富
む、酸化錫が主成分であり、高い耐酸性、耐アルカリ性
などの耐薬品性が優れる。
【0050】さらに、膜が非晶質なので、表面の凹凸が
なく、滑らかであるので、耐擦傷性に富み、かつ、導電
性であるので、絶縁物のオーバーコートに用いることに
より、高耐久の帯電防止膜としての効果を有する。特
に、基板加熱しなくても、透明な膜が得られるので、プ
ラスチックフィルムなどの保護膜機能を兼ね備えた帯電
防止膜に利用できる。
【0051】また、本発明のターゲットは、導電性であ
り、成膜速度が速いDCスパッタリングが可能である、
しかもターゲットは緻密質であり、安定した放電でスパ
ッタリングできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の例2における膜のX線回折パターン

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガリウムとインジウムとを含有する酸化錫
    系の透明導電膜であって、ガリウムをGa23 換算で
    Ga23 とIn23 とSnO2 との総量に対して
    0.1〜30モル%含有し、かつインジウムをIn2
    3 換算でGa23 とIn23 とSnO2 との総量に
    対して0.1〜30モル%含有することを特徴とする透
    明導電膜。
  2. 【請求項2】ガリウムの含有割合が、Ga23 換算で
    1〜15モル%で、かつインジウムの含有割合が、In
    23 換算で1〜15モル%である請求項1記載の透明
    導電膜。
  3. 【請求項3】アンチモンおよび/またはテルルを、アン
    チモンはSb25 換算で、テルルはTeO2 換算で、
    Sb25 とTeO2 とGa23 とIn23 とSn
    2との総量に対して10モル%以下含む請求項1また
    は2記載の透明導電膜。
  4. 【請求項4】ガリウムとインジウムとを含有する酸化錫
    系のスパッタリングターゲットであって、ガリウムをG
    23 換算でGa23 とIn23 とSnO2 との
    総量に対して0.1〜30モル%含有し、かつインジウ
    ムをIn23 換算でGa23 とIn23 とSnO2
    との総量に対して0.1〜30モル%含有することを
    特徴とするスパッタリングターゲット。
  5. 【請求項5】ガリウムの含有割合が、Ga23 換算で
    1〜15モル%で、かつインジウムの含有割合が、In
    23 換算で1〜15モル%である請求項4記載のスパ
    ッタリングターゲット。
  6. 【請求項6】アンチモンおよび/またはテルルを、アン
    チモンはSb25 換算で、テルルはTeO2 換算で、
    Sb25 とTeO2 とGa23 とIn23 とSn
    2との総量に対して10モル%以下含む請求項4また
    は5記載のスパッタリングターゲット。
  7. 【請求項7】スパッタリング法により基体上に酸化錫を
    主成分とする透明導電膜を製造する方法において、スパ
    ッタリングターゲットとして、請求項4〜6いずれか1
    項記載のスパッタリングターゲットを用いることを特徴
    とする透明導電膜の製造方法。
JP03813397A 1997-02-21 1997-02-21 透明導電膜とその製造方法およびスパッタリングターゲット Expired - Fee Related JP3925977B2 (ja)

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