JP2007226994A

JP2007226994A - 透明導電膜の作製方法

Info

Publication number: JP2007226994A
Application number: JP2006043758A
Authority: JP
Inventors: Riichi Murakami; 理一村上; Daisuke Yonekura; 大介米倉; Shiyu Kyu; 志勇邱; Jiro Ueno; 次郎上野
Original assignee: University of Tokushima NUC
Current assignee: University of Tokushima NUC
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】酸化ケイ素膜は優れたガスバリア性を有し、透明性および化学的安定性にも優れているため、透明導電膜のガスバリア層として用いられ、該導電層の作製開始直後に酸素ガス導入を遮断することで、連続成膜に伴う抵抗率の悪化を防止するための透明導電膜の作製方法を提供する。
【解決手段】酸化物ガスバリア層を成膜する工程と導電層を成膜する工程とを含み、該導電層の成膜工程において、成膜雰囲気中の酸素ガス導入を一時的に遮断することで酸素濃度調整層を形成する工程をさらに含む透明導電膜の作製方法。
【選択図】なし

Description

本発明は透明導電膜の作製方法に関するものであり、より詳しくは、酸化物ガスバリア層と導電層との連続成膜に伴う抵抗率の悪化を防止するための透明導電膜の作製方法に関するものである。

透明導電酸化物薄膜は、タッチパネル、フラットパネルディスプレイ、ソーラーパネルなどの様々な用途に用いられる材料である。その中でも酸化インジウムに酸化亜鉛を添加したＩｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＺＯ）は、次世代透明導電酸化物薄膜として期待されている素材である。

ＩＺＯ薄膜は、成膜時に加熱が不要であるため従来の透明導電酸化物薄膜より応用分野が広くなると見込まれているが、大気中の酸素や水分の影響によって、電気的特性の低下が生じる。そのため、現状ではＩＺＯ薄膜を透明なガスバリア層で密封し、酸素および水分による性能劣化を抑制している。

酸化ケイ素膜は優れたガスバリア性を有し、透明性および化学的安定性にも優れているため、透明導電膜のガスバリア層として用いられる。しかし、スパッタリング法により連続的に、酸化ケイ素上にＩＺＯ薄膜を積層すると電気抵抗率が高くなる。これは、酸化ケイ素薄膜とＩＺＯ薄膜とを連続的に成膜する際に、下地の酸化ケイ素あるいは成膜室内の残留酸素ガスの影響を受け、ＩＺＯの成膜雰囲気は一時的に酸素含有量が過多となり、通常と異なる電気抵抗率を有する、電気抵抗異常層が形成されるためと思われる。

すなわち、本発明の目的は，該導電層の作製開始直後に酸素ガス導入を遮断することで，連続成膜に伴う抵抗率の悪化を防止するための透明導電膜の作製方法を提供することである。

本発明の要旨は、酸化物ガスバリア層と導電層とを連続成膜する場合に、該導電層の作製開始直後に所定の厚みを形成する間、外部からの酸素ガスの導入を遮断することで、導電層の電気抵抗率の悪化を防止することが可能な、透明導電膜の作製方法を提供することである。

前記透明導電膜の作製方法は、酸化物ガスバリア層を成膜する工程と導電層を成膜する工程とを含み、該導電層の成膜工程において、成膜雰囲気中の酸素ガス導入を一時的に遮断することで酸素濃度調整層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする。

前記作製方法により作製される透明導電膜は、前記酸化物ガスバリア層が厚さ１０〜６５ｎｍ
のＳｉＯｘ薄膜からなり、前記導電層が厚さ６０〜５５０ｎｍのＩＺＯ薄膜からなることを特徴とする。

前記透明導電膜の性能は、可視光透過率が７０〜８０％、酸素透過度が０．５〜１．５ｃｃ／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍ、電気抵抗率が５．０〜６．０×１０^−４Ωｃｍ、キャリア密度１．０〜１０×１０^２０ｃｍ^−３、ホール移動度が１１〜２６ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃの特性を示すことを特徴とする。

前記ＳｉＯｘ薄膜は、組成比がｘ＝０．９〜１．２であり、ＰＥＴ基板上に厚さ１０〜６５ｎｍの該ＳｉＯｘ薄膜を形成した段階での酸素透過度が１〜１０ｃｃ／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍであることを特徴とする。

本明細書中において、「酸素濃度調整層」とは、ＩＺＯ薄膜中の、該ＳｉＯｘ薄膜との界面近傍を成膜する際に酸素流量を意図的に調整した部位を示している。また、ガスバリア性の評価は、厚さ３８μｍのＰＥＴ基板（酸素透過度；３５ｃｃ／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍ）上に成膜した状態で計測した値である。可視光透過率の評価は、該ＰＥＴ基板上に成膜した状態で波長３００〜８００ｎｍにわたって計測したもので、波長５５０ｎｍの値を使用した。

本発明により提供される透明導電膜は、７０〜８０％の高い可視光透過率を有するため、液晶ディスプレイやフレキシブルディスプレイなどの電極や配線に使用するのに適している。

また、厚さ１０〜６５ｎｍのＳｉＯｘ薄膜からなる酸化物ガスバリア層は、酸素透過度１〜１０ｃｃ／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍの高いガスバリア性を有するため、酸素や水分の影響によって電気的特性の低下が生じ易いＩＺＯ薄膜の劣化を軽減することが可能である。

さらに、電気抵抗率が５．０〜６．０×１０^−４Ωｃｍ、キャリア密度が１．０〜１０×１０^２０ｃｍ^−３、ホール移動度が１１〜２６ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、という優れた電気的特性を有している。

スパッタリング法により連続的に成膜を行う際、該ＩＺＯ薄膜中において、該ＳｉＯｘ薄膜との界面近傍の層の成膜時に、外部からの酸素ガスを遮断することにより、ＩＺＯの電気抵抗率の悪化を防止することが可能であり、成膜室内の雰囲気を調整する工程を省き、透明導電膜の作製に要する時間の短縮が図れる。

ＩＺＯ薄膜を単層で成膜するとき、酸素ガス導入量が多いとキャリア密度が減少することを見出した。これに対し、成膜過程において、ＳｉＯｘ成膜からＩＺＯ成膜に切り替えた直後の層を成膜するにあたり、酸素ガス導入を停止して成膜することよって、連続成膜に伴う抵抗率の悪化を防止することが可能となった。

傾斜対向型ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用いることによって、常温での成膜が可能であり、また、ターゲットと基板との距離が離れているため、ＰＥＴに代表される高分子材料基板を用いる場合であっても、基板に与えるダメージを軽減することができる。

前記ガスバリア性を備えた透明導電膜の作製方法の詳細は、前記ＳｉＯｘ薄膜の成膜においては、放電時のチャンバー内圧力０．５〜０．６Ｐａ、アルゴンガスと酸素ガスの流量比Ｏ_２／（Ｏ_２＋Ａｒ）＝０．５／６５．５〜１．５／５６．５であり、前記ＩＺＯ薄膜の成膜においては、放電時のチャンバー内圧力０．３〜０．４Ｐａ、アルゴンガスと酸素ガスの流量比Ｏ_２／（Ｏ_２＋Ａｒ）＝０．１／４５．１〜０．５／３５．５である。ただし、ＩＺＯの成膜の初期段階では、外部から導入する酸素ガスの流量を０ｓｃｃｍとして酸素濃度調整層を形成する。

透明導電膜として使用する際には、ＩＺＯ薄膜の外気による劣化を防ぐため、表面を密封するが、一般に使用される材質・手法であれば良く、特に限定されるものではない。

透明導電膜を作製する条件の一例と、該条件により得られる透明導電膜の性能を示す。傾斜対向型スパッタリング法を用い、基板として厚さ３８μｍのＰＥＴ（酸素透過度；３５ｃｃ／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍ）を使用した。

ＳｉＯｘ薄膜からなる酸化物ガスバリア層の成膜；アルゴンガス導入量６０ｓｃｃｍ、酸素ガス導入量１．０ｓｃｃｍ、バイアス電圧−６０Ｖ、コイル電流２０Ａ、アノード電圧４Ｖ、ベース圧４．５×１０^−３Ｐａ、放電時のチャンバー内圧力０．５２Ｐａ、ヒーター加熱を行わず、ターゲット電流０．５Ａとして、厚さ２０ｎｍ相当に達するまで成膜を行った。

ＩＺＯ薄膜からなる導電層の成膜；アルゴンガス導入量４０ｓｃｃｍ、酸素ガス導入量０．３ｓｃｃｍ、バイアス電圧０Ｖ、コイル電流５Ａ、アノード電圧２０Ｖ、ベース圧４．５×１０^−３Ｐａ、放電時のチャンバー内圧力０．３４Ｐａ、ヒーター加熱を行わず、ターゲット電流０．６５Ａとして、厚さ１８０ｎｍに達するまで成膜を行った。ただし、該導電層の成膜を開始してから厚さ２０ｎｍ相当に達するまでの間は、酸素ガス導入量を０ｓｃｃｍとして酸素濃度調整層を形成した。

以上の工程により、ＰＥＴ基板上に、厚さ２０ｎｍのＳｉＯｘ薄膜からなるガスバリア層と、厚さ２０ｎｍの酸素濃度調整層を含む厚さ１８０ｎｍのＩＺＯ薄膜からなる導電層とを積層した、透明導電膜が得られた。

前記透明導電膜の性能は、可視光透過率が８０％であり、酸素透過度が０．７ｃｃ／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍであり、前記導電層の電気抵抗率が５．５×１０^−４Ωｃｍであり、キャリア密度が７．５×１０^２０ｃｍ^−３であり、ホール移動度が１５ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃであった。

図１は透明導電膜を作製する際の酸素ガス導入量の推移を示すグラフである。ＳｉＯｘ成膜時は１．０ｓｃｃｍであり、ＩＺＯ成膜に切り替えた直後は０ｓｃｃｍとして酸素濃度調整層を形成し、その後通常のＩＺＯ層を成膜する間は０．３ｓｃｃｍとした。ｄとして示す区間が酸素濃度調整層の厚さに相当する。

酸素濃度調整層の厚さを変化させた際の、透明導電膜の電気抵抗率を測定したものが図２に示すグラフである。酸素濃度調整層の厚さは１０〜３０ｎｍが好ましいことがグラフから読み取れる。

透明導電膜を作製する際の酸素ガス導入量の推移を示すグラフである。酸素濃度調整層を設けたことによる電気抵抗率の改善を示すグラフである。

Claims

酸化物ガスバリア層上に導電層を積層してなる透明導電膜の作製方法であって、該酸化物ガスバリア層を成膜したのち、連続的に該導電層を成膜する場合において、該導電層の作製開始直後に所定の厚みを形成する間の酸素ガス導入を遮断することで、連続成膜による導電層の抵抗率の悪化を防止することを特徴とする透明導電膜の作製方法。
請求項１に記載の作製方法により作製された透明導電膜であって、前記酸化物ガスバリア層は厚さ１０〜６５ｎｍ
のＳｉＯｘ薄膜からなり、前記導電層は厚さ６０〜５５０ｎｍのＩＺＯ薄膜からなり、可視光透過率が７０〜８０％、酸素透過度が０．５〜１．５ｃｃ／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍ、電気抵抗率が５．０〜６．０×１０^−４Ωｃｍの特性を示すことを特徴とする透明導電膜。
前記ＳｉＯｘ薄膜において、組成比がｘ＝０．９〜１．２であり、ＰＥＴ基板上に厚さ１０〜６５ｎｍの該ＳｉＯｘ薄膜を形成した段階での酸素透過度が１〜１０ｃｃ／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍであることを特徴とする、請求項２に記載の透明導電膜。