JP2002146519A - 透明導電性薄膜作製用ターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のＩｎ₂Ｏ₃−Ｓｎ系と同等の低抵抗
値を有する透明導電膜を、室温でのスパッタリング法に
より再現性良くかつ安定して作製することを可能とする
透明導電性薄膜作製用焼結体ターゲットの提供を課題と
する。 【解決手段】 酸化インジウムにレニウムをモル比で
０．０１〜０．１５の割合で含有させ、好ましくは、酸
化インジウムのインジウムサイトにレニウムが置換固溶
していて、燒結体相対密度が９０％以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池や液晶表
面素子などに用いられる低抵抗透明導電膜をスパッタリ
ング法で製造する際に用いられるスパッタリングターゲ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池や液晶表示素子、その他各種受
光素子の電極などに利用されている他、自動車や建築用
の熱線反射膜、帯電防止膜、冷凍ショーケースなどの各
種の防曇用の透明発熱体としても利用されているものに
透明導電膜がある。この透明導電膜には可視光領域での
高い透過率と高い導電性とが求められている。

【０００３】透明導電膜には、アンチモンやフッ素をド
ーパントとして含む酸化錫（ＳｎＯ ₂）を用いたもの
や、アルミニウムやガリウムをドーパントとして含む酸
化亜鉛（ＺｎＯ）を用いたものや、錫をドーパントとし
て含む酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）などを用いたものが
良く利用されている。特に錫をドーパントとして含む酸
化インジウムで成膜されたもの、すなわちＩｎ₂Ｏ₃−Ｓ
ｎ系透明導電膜はＩＴＯ（Indium tin oxide、）膜と称
され、特に低抵抗の膜が容易に得られることから多用さ
れている。

【０００４】これらの透明導電膜の製造方法としてはス
パッタリング法が良く用いられている。スパッタリング
法は、蒸気圧の低い材料を用いて成膜する際や、精密な
膜厚制御が求められる際の成膜方法として特に有効な手
法である。加えて、操作が非常に簡便であるため、工業
的に広範に利用されている。

【０００５】スパッタリング法では一般に、約１０Ｐａ
以下のアルゴンガス中で、成膜される基板を陽極とし、
成膜材料から構成されるターゲットを陰極とし、陽極と
陰極との間でグロー放電を起こさせてアルゴンプラズマ
を発生させ、アルゴンプラズマ中のアルゴン陽イオンを
ターゲットに衝突させ、これによってはじきとばされる
ターゲット成分の粒子を基板上に堆積させて膜を形成す
る。スパッタリング法はアルゴンプラズマの発生方法で
さらに細分類され、高周波プラズマを用いるものは高周
波スパッタリング法、直流プラズマを用いるものは直流
スパッタリング法といわれる。

【０００６】ところで、例えば２〜３×１０^-4Ω・ｃｍ
といった低抵抗のＩＴＯ膜をスパッタリング法で得るた
めには、成膜時に基板を１５０℃以上に加熱することが
必要となり、用いうる基板材質が制約されることにな
る。例えば、液晶表示装置の画素電極としてＩＴＯ膜を
適用する場合、１５０℃の加熱に耐えるガラス基板材料
を用いる必要があり、液晶表示装置のコスト増を招く。
また、プラスチック樹脂フィルム上にＩＴＯ膜を設ける
場合には、１５０℃に基板を加熱するために、この温度
に耐えるプラスチック樹脂フィルムを用いなければなら
ない。

【０００７】また、Ｉｎ₂Ｏ₃にＳｎ以外の添加物を含む
材料についても透明導電膜用としての可能性が検討され
ている。例えば、特許公開平７−１５７８６３に記され
ているＩｎ₂Ｏ₃−Ｒｅ系の薄膜があげられる。これに拠
れば、Ｉｎ₂Ｏ₃焼結体上にレニウム片またはレニウム酸
化物片を置いたターゲットを用いてスパッタリングを行
うことにより室温で低抵抗の透明導電膜を得ることが可
能である。

【０００８】しかし、この製造法では、スパッタリング
によりレニウム片またはレニウム酸化物片が消費されて
実質的にターゲットの組成が変化し、得られる膜の組成
が変化してしまい、特性が一定の透明導電膜を得がたい
という問題がある。また、高パワーを投入して成膜する
とレニウム片またはレニウム酸化物の突起にプラズマが
集中してアーキングが生じやすくなるという問題があ
る。成膜中にアーキングが生じると膜を破損させたり膜
組成が変わってしまい、電気的特性および光学的特性の
優れた透明導電膜が得られない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
のＩｎ₂Ｏ₃−Ｓｎ系と同等の低抵抗値を有する透明導電
膜を、室温でのスパッタリング法により再現性良くかつ
安定して作製することを可能とする透明導電性薄膜作製
用焼結体ターゲットを提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる透明導電
性薄膜作製用焼結体ターゲットは、酸化インジウムにレ
ニウムがモル比で０．０１〜０．１５の割合で含有され
ていることを特徴とするものである。そして好ましく
は、酸化インジウムのインジウムサイトにレニウムが置
換固溶していて、燒結体相対密度が９０％以上のもので
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明において、レニウム元素の
含有量を規定した理由は、Ｒｅ／Ｉｎのモル比で０．０
１〜０．１５の範囲を逸脱すると低抵抗の透明導体膜が
得られなくなるからである。

【００１２】レニウム元素がターゲット内に含まれる形
態は、ＲｅＯ₃やＲｅＯ₂もしくはＲｅ₂Ｏ₇などの酸化レ
ニウムの形で酸化インジウム焼結体中に分散している形
態でもよいが、酸化インジウム−酸化レニウムの複合酸
化物として酸化インジウム焼結体中に分散している形態
でもよい。好ましくは、レニウム原子が酸化インジウム
のインジウムサイトに置換固溶してレニウムが酸化イン
ジウム焼結体中に原子レベルで分散している方が低抵抗
の膜を得るためには有効である。

【００１３】また、焼結体密度が低くなると、長時間の
スパッタリング時にエロージョン近傍にノジュールが発
生して成膜中にアーキングが起きやすくなる。このよう
な状態で成膜すると低抵抗の膜はえられない。ノジュー
ルの生じやすさは発明者の実験によると焼結体の密度と
関連があり、９０％以上にすることがノジュール、アー
キングの抑制に効果的である。

【００１４】本発明に係わる透明導電性薄膜作製用焼結
体ターゲットを用いれば、酸化インジウムにレニウムが
Ｒｅ／Ｉｎのモル比で０．０１〜０．１５の割合で添加
されているため、室温でスパッタリングを行っても、従
来のＩｎ₂Ｏ₃−Ｓｎ系よりも低抵抗の透明導電膜が得ら
れる。

【００１５】

【実施例】以下、実施例によって本発明をより具体的に
説明する。 （実施例１〜５、比較例１〜４）Ｒｅ／Ｉｎのモル比が
異なるいくつかのレニウムが含有する酸化インジウムの
燒結体ターゲットを以下の手順で製造した。

【００１６】平均粒径が１μｍ以下のＩｎ₂Ｏ₃粉末、及
び平均粒径が１μｍ以下のＲｅＯ₃粉末を原料粉末とし
た。Ｉｎ₂Ｏ₃粉末とＲｅＯ₃粉末を表１に示した所定の
割合で樹脂製ポットを用いた湿式ボールミルに入れ、混
合した。その際、硬質ＺｒＯ ₂ボールを用い、混合時間
を２０時間とした。終了後、混合スラリーを取り出し、
濾過し、乾燥し、造粒した。得た造粒物を冷間静水圧プ
レスにより３ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力を掛けて成形した。

【００１７】次に、成形体を次のように焼結した。炉内
容積０．１ｍ³当たり５リットル／分の割合で焼結炉内
に酸素を導入しつつ、１５００℃で５時間燒結した。こ
の際、１０００℃まで１℃／分、１０００〜１５００℃
を３℃／分で昇温した。その後、酸素導入を止め、１５
００℃から１３００℃までを１０℃／分で降温した。そ
して、炉内容積０．１ｍ³当たり１０リットル／分の割
合でＡｒを焼結炉内に導入しつつ、１３００℃を３時間
保持した後、放冷した。これにより密度９０％以上のＲ
ｅを含有するＩｎ₂Ｏ₃焼結体を得た．得られた各焼結体
のスパッタ面をカップ砥石で磨き、直径１５２ｍｍ、厚
み５ｍｍに加工し、各焼結体を、それぞれＩｎ系合金を
用いてバッキングプレートに貼り合わせてターゲットを
得た。

【００１８】次に、直流マグネトロンスパッタ装置の非
磁性体ターゲット用カソードに上記焼結体ターゲットを
取り付け、ターゲットの対向面にガラス基板を取り付け
た。ターゲット基板間距離を７０ｍｍとし、チャンバー
内を減圧した。チャンバー内の真空度が１×１０^-4Ｐａ
以下に達した時点で、純度９９．９９９９質量％のＡｒ
ガスを導入し、チャンバー内のガス圧を０．５Ｐａと
し、直流電力３００Ｗをターゲット基板間に投入して、
直流プラズマを発生させてスパッタリングを実施して、
加熱していないガラス基板上に約５００ｎｍの膜厚の透
明導電膜を形成した。

【００１９】Ｒｅ含有量の異なるターゲットを用い、上
記と同様にしてガラス基板上に透明導電膜を形成し、各
膜の比抵抗を測定し、ターゲットのＲｅ／Ｉｎの比率と
の関係を調べた。その結果を表１併せて示した。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、Ｒｅ／Ｉｎのモ
ル比が０．０１〜０．１５の本発明の範囲において得ら
れる透明導電膜の抵抗値が低く、しかも、室温での成膜
にもかかわらず、２〜３×１０^-4Ω・ｃｍの低抵抗値の
透明導電膜を形成できることがわかる。

【００２２】（実施例６〜８、従来例１〜３）ターゲッ
ト中のレニウム元素の含有形態による膜の比抵抗の違い
についても調べた。密度が約９５％でレニウム/インジ
ウム原子比が０．０２であり、ＲｅがＩｎサイトに完全
に置換固溶しているもの（実施例６）と、Ｉｎ₂Ｏ₃燒結
体中にＲｅＯ₃が分散しているもの（実施例７）と、Ｉ
ｎ₂Ｏ₃燒結体中にＲｅ₂Ｏ₇が分散しているもの（実施例
８）とを用意した。また、従来例として特許公開平７−
１５７８６３内で記されているターゲット、すなわち酸
化インジウムターゲットのエロージョン部となる表面部
位にＲｅ金属片（従来例１）またはＲｅＯ₃片（従来例
２）、Ｒｅ₂Ｏ₇片（従来例３）のチップをのせたものも
用意した。この際に使用したチップの量は得られる透明
導電膜中のＲｅ/Ｉｎモル比が０．０２になるように調
整した。

【００２３】実施例１と同様にしてガラス基板上に透明
導電膜を形成し、得られた各膜の比抵抗を測定し、ター
ゲットのＲｅ／Ｉｎの比率との関係を調べた。その結果
を表２に示した。

【００２４】

【表２】

【００２５】このように、本発明に従ったターゲットを
用いると、従来のようにエロージョン部表面上にＲｅ金
属片もしくはＲｅ酸化物片を載せた酸化インジウムター
ゲットを用いた場合と比べて比抵抗の低い透明導電膜が
得られた。またＲｅを酸化インジウムのＩｎサイトに置
換固溶させたターゲットを用いて得た透明導電膜の比抵
抗が最も低かった。

【００２６】（実施例９〜１３、比較例５〜８）次に上
記の製造法の中で焼結温度と時間を変えて種々の密度を
有する厚み５ｍｍのターゲットを作製し、上述の条件に
従った直流プラズマを発生させて連続スパッタリングを
実施して、アーキングが多発（10回/分以上）しはじめ
るときのエロージョン最大深さの違いを調べた。ターゲ
ットには実施例１と同様な製造法で得たＲｅ／Ｉｎ原子
比で０．０２の組成のものを使用した。

【００２７】

【表３】

【００２８】このようにターゲットの密度が高いと長時
間のスパッタリングでもアーキングが発生しがたいこと
が解る。すなわち、90％以上の密度を有することが好ま
しいことが解る。なお、アーキングが多発し始めたとき
にはターゲットエロージョン近傍にはノジュールが大量
に発生しており、その時作製した膜の比抵抗は発生して
いないときに作製した膜と比べて大幅に悪化していた。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば室
温の成膜により従来のＩｎ₂Ｏ₃−Ｓｎ系と同等の低抵抗
値を有する透明導電膜を安定に提供でき、液晶表示装置
の画素電極、などに有効に利用できるなどの効果を有す
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化インジウムにレニウムがモル比で０．
   ０１〜０．１５の割合で含有されていることを特徴とす
   る透明導電性薄膜作製用ターゲット。
2. 【請求項２】酸化インジウムのインジウムサイトにレニ
   ウムが置換固溶していることを特徴とする請求項１記載
   の透明導電性薄膜作製用ターゲット。
3. 【請求項３】相対密度が９０％以上であることを特徴と
   する請求項１または２記載の透明導電性薄膜作製用ター
   ゲット