JP2004095223A

JP2004095223A - 酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法

Info

Publication number: JP2004095223A
Application number: JP2002251530A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Sakami; 酒見　俊之; Hiroya Iwata; 岩田　拡也; Sakae Niki; 仁木　栄; Tetsuya Yamamoto; 山本　哲也
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】比抵抗が小さい酸化亜鉛系透明導電膜を高い成膜速度で大きな成膜面積に形成することができる製造方法を提供する。
【解決手段】圧力勾配型プラズマガンを用いてプラズマビームを供給し、蒸発材料の周囲に設けたビーム修正装置により該プラズマビームを蒸発材料に集中させて、蒸発材料を蒸発、イオン化させるイオンプレーティング法により酸化亜鉛系透明導電膜を製造する。このとき、三酸化二ガリウムを添加した酸化亜鉛を蒸発材料として用い、成膜室の酸素分圧が０．０１２Ｐａ以下にて成膜する。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法に関し、より詳細にはイオンプレーティング法を用いた酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系の透明導電膜は、著しく性能改善が進み、主要な特性のひとつの比抵抗値についてみると、実験室レベルではＩＴＯ膜に比べて遜色のない低い値が得られるようになってきている。このため、資源の枯渇のおそれがあり、また、高価なインジウム（Ｉｎ）等を成分とするＩＴＯ膜に代替し得る次世代の透明導電膜として、酸化亜鉛系透明導電膜に対する期待が高まっている。
【０００３】
しかしながら、上記した実験室レベルの酸化亜鉛系透明導電膜の高い性能は、レーザビームアブレーションやＭＢＥ等の精密な成膜手法によって達成されたものであり、これらの手法は、量産性を考えた場合、成膜速度や成膜面積の点で不十分である。
【０００４】
これに対して、成膜速度や成膜面積の点で優れるスパッタリングによる酸化亜鉛系透明導電膜の製造が量産レベルで行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のスパッタリング法によって得られる酸化亜鉛系透明導電膜は、比抵抗の値が、小さい場合であってもせいぜい５〜６×１０^−４Ωｃｍ程度に止まり、ＩＴＯ膜との開きが大きい。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、比抵抗が小さい酸化亜鉛系透明導電膜を高い成膜速度で大きな成膜面積に形成することができる製造方法を提供することを主な目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明者等は、スパッタリング法と同様に成膜速度と成膜面積に優れるイオンプレーティング法を用いた酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法について鋭意検討した結果、本発明に至った。
【０００８】
本発明に係る酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法は、イオンプレーティング法による酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法において、ガリウムまたはガリウム化合物を添加した酸化亜鉛を蒸発材料として用い、成膜室の酸素分圧が０．０１２Ｐａ以下にて成膜することを特徴とする。
【０００９】
本発明の上記の構成により、比抵抗の小さな酸化亜鉛系透明導電膜を高い成膜速度で大きな成膜面積に形成することができる。また、このとき、透明性に優れるな酸化亜鉛系透明導電膜を得ることができる。
【００１０】
この場合、圧力勾配型プラズマガンを用いてプラズマビームを供給し、前記蒸発材料の周囲に設けたビーム修正装置により該プラズマビームを該蒸発材料に集中させて、該蒸発材料を蒸発、イオン化させると、より好適である。
【００１１】
また、この場合、前記蒸発材料が、三酸化二ガリウムを添加した酸化亜鉛であると、より好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る酸化亜鉛系透明導電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、図を参照して、以下に説明する。
【００１３】
まず、本実施の形態例に係る酸化亜鉛系薄膜の成膜方法（以下、単に成膜方法という。）を実施するのに好適なイオンプレーティング装置について図１を参照して説明する。
【００１４】
イオンプレーティング装置１０は、成膜室である真空容器１２と、真空容器１２中にプラズマビームＰＢを供給するプラズマ源であるプラズマガン（プラズマビーム発生器）１４と、真空容器１２内の底部に配置されてプラズマビームＰＢが入射する陽極部材１６と、成膜の対象である基板Ｗを保持する基板保持部材ＷＨを陽極部材１６の上方で適宜移動させる搬送機構１８とを備える。
【００１５】
プラズマガン１４は、圧力勾配型であり、その本体部分は真空容器１２の側壁に備えられる。プラズマガン１４の陰極１４ａ、中間電極１４ｂ、１４ｃ、電磁石コイル１４ｄおよびステアリングコイル１４ｅへの給電を調整することにより、真空容器１２中に供給されるプラズマビームＰＢの強度や分布状態が制御される。なお、参照符号２０ａは、プラズマビームＰＢのもととなる、Ａｒ等の不活性ガスからなるキャリアガスの導入路を示す。
【００１６】
陽極部材１６は、プラズマビームＰＢを下方に導く主陽極であるハース１６ａと、その周囲に配置された環状の補助陽極１６ｂとからなる。
【００１７】
ハース１６ａは、適当な正電位に制御されており、プラズマガン１４から出射したプラズマビームＰＢを下方に吸引する。ハース１６ａは、プラズマビームＰＢが入射する中央部に貫通孔ＴＨが形成されており、貫通孔ＴＨに蒸着材料２２が装填されている。蒸着材料２２は、柱状若しくは棒状に成形されたタブレットであり、プラズマビームＰＢからの電流によって加熱されて昇華し、蒸着物質を生成する。ハース１６ａは蒸着材料２２を徐々に上昇させる構造を有しており、蒸着材料２２の上端は常に一定量だけハース１６ａの貫通孔ＴＨから突出している。
【００１８】
補助陽極１６ｂは、ハース１６ａの周囲に同心に配置された環状の容器で構成され、容器内には、永久磁石２４ａとコイル２４ｂとが収容されている。これら永久磁石２４ａおよびコイル２４ｂは、磁場制御部材であり、ハース１６ａの直上にカスプ状磁場を形成し、これにより、ハース１６ａに入射するプラズマビームＰＢの向きが制御され、修正される。
【００１９】
搬送機構１８は、搬送路１８ａ内に水平方向に等間隔で配列されて基板保持部材ＷＨを支持する多数のコロ１８ｂと、コロ１８ｂを回転させて基板保持部材ＷＨを所定の速度で水平方向に移動させる図示しない駆動装置とを備える。基板保持部材ＷＨに基板Ｗが保持される。この場合、基板Ｗを搬送する搬送機構１８を設けることなく、真空容器１２の内部の上方に基板Ｗを固定して配置してもよい。
【００２０】
真空容器１２には、酸素ガス容器１９中の酸素ガスがマスフローメータ２１によって流量を所定量に調整されながら供給される。なお、参照符号２０ｂは酸素以外の雰囲気ガスを供給するための供給路を示し、また、参照符号２０ｃはＡｒ等の不活性ガスをハース１６ａに供給するための供給路を示し、また、参照符号２０ｄは排気系を示す。
【００２１】
上記のように構成したイオンプレーティング装置１０を用いたイオンプレーティング方法を説明する。
【００２２】
まず、真空容器１２の下部に配置されたハース１６ａの貫通孔ＴＨに蒸着材料２２を装着する。
【００２３】
一方、ハース１６ａの上方の対向する位置に基板Ｗを配置する。
【００２４】
つぎに、成膜条件に応じたプロセスガスを真空容器１２の内部に導入する。
【００２５】
プラズマガン１４の陰極１４ａおよびハース１６ａ間に直流電圧を印加する。
【００２６】
そして、プラズマガン１４の陰極１４ａとハース１６ａとの間で放電を生じさせ、これにより、プラズマビームＰＢを生成する。プラズマビームＰＢは、ステアリングコイル１４と補助陽極１６ｂ内の永久磁石２４ａ等とによって決定される磁界に案内されてハース１６ａに到達する。この際、蒸着材料２２の周囲にアルゴンガスが供給されるので、容易にプラズマビームＰＢがハース１６ａに引き寄せられる。
【００２７】
プラズマに曝された蒸着材料２２は、徐々に加熱される。蒸着材料２２が十分に加熱されると、蒸着材料２２が昇華し、蒸着物質が蒸発（出射）する。蒸着物質は、プラズマビームＰＢによりイオン化され、基板Ｗに付着（入射）し、成膜される。
【００２８】
なお、永久磁石２４ａおよびコイル２４ｂによってハース１６ａの上方の磁場を制御することにより、蒸着物質の飛行方向を制御することができるため、ハース１６ａの上方におけるプラズマの活性度分布や基板Ｗの反応性分布に合わせて基板Ｗの上の成膜速度分布を調整でき、広い面積にわたって均一な膜質の薄膜を得ることができる。
【００２９】
上記のイオンプレーティング装置１０を用いた本実施の形態例に係る酸化亜鉛系透明導電膜の製造法は、蒸発材料２２として三酸化二ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）をガリウム源として添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用い、真空容器１２の酸素分圧を０．０１２Ｐａ以下に調整しながらイオンプレーティングするものである。
【００３０】
本実施の形態例に係る酸化亜鉛系透明導電膜の製造法によれば、透明性と比抵抗とのバランスが良好で、また、膜の均一性に優れる大面積の酸化亜鉛系透明導電膜を高い成膜速度で得ることができる。
【００３１】
【実施例】
実施例を挙げて、本発明をさらに説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
【００３２】
ここで、イオンプレーティング法の主要な条件は、以下のとおりであり、この条件は、各実施例で共通する。
【００３３】
基板は、厚み０．７ｍｍの無アルカリガラスを用い、基板の温度は約２００℃とした。放電電流は約１００Ａとした。真空容器には、酸素ガスおよびアルゴンガスを導入した。アルゴンガスの分圧を一定に維持したうえで真空容器の圧力（成膜圧力。全圧）を０．０５〜０．０８Ｐａの範囲内で変化させることにより、真空容器内の酸素分圧を変化させた。
【００３４】
三酸化二ガリウムの添加濃度を変えて調製した酸化亜鉛の燒結体を蒸発材料として用い、真空容器の酸素分圧を変えて厚みが約２００ｎｍの酸化亜鉛系透明導電膜を成膜した。
【００３５】
得られた酸化亜鉛系透明導電膜の比抵抗を図２に、また、透明度を図３に示す。
【００３６】
図２より、酸素分圧が０．０１２Ｐａ以下の範囲で、比抵抗が５×１０^−４Ωｃｍ程度の低抵抗の酸化亜鉛系透明導電膜が得られることがわかる。また、酸素分圧が０．００４Ｐａ以下で、かつガリウム源の添加量が約３％以上の範囲であると、０．０４×１０−４Ωｃｍ程度のより低い比抵抗値が得られることがわかる。
【００３７】
また、図３より、酸素分圧が０．０１Ｐａまたは０Ｐａの条件で製造した酸化亜鉛系透明導電膜は、いずれも波長が４５０〜８００ｎｍの領域において８５％を超える良好な光透過率が得られることがわかる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に係る酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法によれば、イオンプレーティング法による酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法において、ガリウムまたはガリウム化合物を添加した酸化亜鉛を蒸発材料として用い、成膜室の酸素分圧が０．０１２Ｐａ以下にて成膜するため、比抵抗の小さな酸化亜鉛系透明導電膜を高い成膜速度で大きな成膜面積に形成することができる。また、このとき、透明性に優れるな酸化亜鉛系透明導電膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例に係る酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法を実施するために用いたイオンプレーティング装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施の形態例に係る酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法において、成膜時の酸素分圧と得られる酸化亜鉛系透明導電膜の比抵抗との関係を示すグラフ図である。
【図３】本実施の形態例に係る酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法において、得られる酸化亜鉛系透明導電膜の分光透過率を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０　イオンプレーティング装置
１２　真空容器
１４　プラズマガン
１４ａ　陰極
１４ｂ、１４ｃ　中間電極
１４ｄ　電磁石コイル
１４ｅ　ステアリングコイル
１６　陽極部材
１６ａ　ハース
１６ｂ　補助陽極
１８　搬送機構
１９　酸素ガス容器
２１　マスフローメータ
２２　蒸着材料

Claims

イオンプレーティング法による酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法において、ガリウムまたはガリウム化合物を添加した酸化亜鉛を蒸発材料として用い、成膜室の酸素分圧が０．０１２Ｐａ以下にて成膜することを特徴とする酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法。
圧力勾配型プラズマガンを用いてプラズマビームを供給し、前記蒸発材料の周囲に設けたビーム修正装置により該プラズマビームを該蒸発材料に集中させて、該蒸発材料を蒸発、イオン化させることを特徴とする請求項１記載の酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法。
前記蒸発材料が、三酸化二ガリウムを添加した酸化亜鉛であることを特徴とする請求項１または２記載の酸化亜鉛系透明導電膜の製造方法。