JP4804867B2 - 透明導電膜、透明電極、電極基板及びその製造方法 - Google Patents

透明導電膜、透明電極、電極基板及びその製造方法 Download PDF

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本発明は、透明導電膜、透明電極、電極基板及びその製造方法に関する。
近年、表示装置の発展はめざましく、液晶表示装置(LCD)、エレクトロルミネッセンス表示装置(EL)、又はフィールドエミッションディスプレイ(FED)等が、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサ等の事務機器、工場における制御システム用の表示装置として使用されている。これら表示装置にはいずれも透明導電性酸化物が使用されている。
このような透明導電性酸化物としては、非特許文献1に開示されているようにインジウム錫酸化物(ITO)又はインジウム亜鉛酸化物(IZO)が主流を占めている。しかしながら、フラットパネルディスプレイ(FPD)の急激な普及により、FPDに必須な透明電極の主原料であるインジウムの供給不安が発生している。また、インジウムは亜鉛・錫に比べると有害性の疑いがあり、その観点からも使用量の制限が求められている。
一方、近年、液晶表示装置の高機能化が進み、半透過半反射型液晶用の電極基板をはじめ透明導電膜上に金属又は合金を配した電極基板を用いる必要が出てきた。
特許文献1では、透明導電膜上に透過領域と反射領域とを有する液晶表示装置が開示されている。さらに、特許文献2では、「金属を腐食しない酸にはエッチングされるが、金属用のエッチング液には耐性がありエッチングされにくい(選択エッチング性のある)」透明導電膜を採用することにより「成膜−エッチング」工程を簡略化できることが記載されている。しかし、特許文献2の方法では、ランタノイド類の添加により透明導電膜の結晶化温度や仕事関数を変化させてしまう恐れがあり、またエッチング速度を調整するために希少資源であるランタノイド酸化物等を透明導電膜に添加する必要があった。さらに、透明導電膜中のインジウムの含有量はほとんど削減されていなかった。
ところで、特許文献3、特許文献4には、In(ZnO)(mは2〜20の整数である。)で表される六方晶層状化合物を含有し、かつ、該六方晶層状化合物の結晶粒径を5μm以下の値とするすることでノジュールの発生を防ぎ異常放電を抑え、エッチング性に優れた膜を得ることが開示されている。しかし、この方法ではインジウムを70原子%以下まで削減するとスパッタリングで成膜した透明導電膜が空気存在下での耐熱性が劣る恐れがあった。また、ターゲットの焼結密度や導電性が低下し異常放電や成膜速度が遅くなる原因となる、ターゲットの強度が低く割れやすい等の問題が発生する恐れもあった。また、金属又は合金のエッチングに用いるリン酸を含むエッチング液に対する耐性が無く膜上に構成した金属又は合金膜のエッチングは困難であった。
特開2001−272674号公報 特開2004−240091号公報 WO01/038599パンフレット 特開平06−234565号公報 「透明導電膜の技術」((株)オーム社出版、日本学術振興会、透明酸化物・光電子材料第166委員会編、1999)
本発明の目的は、ランタノイド酸化物等特殊な成分を含むこと無く、かつインジウム含有量が少なく、金属又は合金との密着性に優れ、金属又は合金との選択エッチング可能(金属又は合金を腐食しない酸にはエッチングされるが、金属又は合金用のエッチング液には耐性がありエッチングされにくい)な透明導電膜を提供することである。
本発明の他の目的は、大気下での熱処理で抵抗上昇が少なく、大面積での抵抗の分布が少ない透明導電膜を提供することである。
本発明の他の目的は、これらの透明導電膜から作製した透明電極及び電極基板を提供することである。
本発明の他の目的は、これらの透明導電膜を用いて簡略に電極基板を製造できる方法を提供することである。
本発明によれば、以下の透明導電膜、透明電極及びその製造方法等が提供される。
1.インジウム(In)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)の非晶質酸化物からなり、In、Zn及びSnに対するSnの原子比が0.20以下のときは下記原子比1を満たし、0.20を超えるときは下記原子比2を満たす透明導電膜。
原子比1
0.50<In/(In+Zn+Sn)<0.75
0.11<Sn/(In+Zn+Sn)≦0.20
0.11<Zn/(In+Zn+Sn)<0.34
原子比2
0.30<In/(In+Zn+Sn)<0.60
0.20<Sn/(In+Zn+Sn)<0.25
0.14<Zn/(In+Zn+Sn)<0.46
2.リン酸を含むエッチング液によるエッチング速度Aと、蓚酸を含むエッチング液によるエッチング速度Bとの比であるB/Aが10以上である1記載の透明導電膜。
3.テーパー角が30〜89度である1又は2記載の透明導電膜からなる透明電極。
4.1又は2記載の透明導電膜からなる透明電極と、金属又は合金からなる層を含む電極基板
5.前記金属又は合金がAl、Ag、Cr、Mo、Ta、Wから選択される元素を含む4記載の電極基板。
6.半透過半反射型液晶用である4又は5記載の電極基板。
7.前記金属又は合金からなる層が補助電極である4〜6のいずれか記載の電極基板。
8.透明導電膜を作製する工程、前記透明導電膜上の少なくとも一部に金属又は合金からなる層を積層する工程、前記金属又は合金からなる層を、オキソ酸を含むエッチング液でエッチングする工程、及び前記透明導電膜を、カルボン酸を含むエッチング液でエッチングする工程を含む4〜7のいずれか記載の電極基板の製造方法。
本発明によれば、ランタノイド酸化物等特殊な成分を含むこと無く、かつインジウム含有量が少なく、金属又は合金との密着性に優れ、金属又は合金との選択エッチング可能な透明導電膜を提供できる。
本発明によれば、大気下での熱処理で抵抗上昇が少なく、大面積での抵抗の分布が少ない透明導電膜を提供できる。
本発明によれば、これらの透明導電膜から作製した透明電極及び電極基板を提供できる。
本発明によれば、これらの透明導電膜を用いて簡略に電極基板を製造できる方法を提供できる。
本発明の透明導電膜は、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)の非晶質酸化物からなる。さらに、In、Zn及びSnに対するSnの原子比が0.20以下のときは、In、Zn及びSnは下記の原子比を満たす。
0.50<In/(In+Zn+Sn)<0.75
0.11<Sn/(In+Zn+Sn)≦0.20
0.11<Zn/(In+Zn+Sn)<0.34
インジウムの原子比(In/(In+Zn+Sn))は、好ましくは0.54〜0.67、より好ましくは0.55〜0.66、特に好ましくは0.56〜0.65である。0.50以下では比抵抗が大きくなったり、電極として用いるときにTCP(Tape Carrier Package)接続部の耐久性が低下する恐れがある。0.75以上では硝酸系エッチング剤でエッチングした際にエッチング速度が遅くなったりエッチング後に残さが残ったり、テーパー角の調整が困難となったり、金属あるいは合金との密着性が低下したり、リン酸を含むエッチング液によるエッチング速度Aと蓚酸を含むエッチング液によるエッチング速度Bとの比B/Aが低下する恐れがある。
錫の原子比(Sn/(In+Zn+Sn))は、好ましくは0.12〜0.20、より好ましくは0.13〜0.19である。0.12以下ではエッチング速度が速くなり過ぎて制御が難しくなったり、酸素存在下で熱処理すると比抵抗が大幅に上昇したり、TCP接続部の耐久性が低下する恐れがある。
亜鉛の原子比(Zn/(In+Zn+Sn))は、好ましくは0.11〜0.34、より好ましくは0.18〜0.34、さらに好ましくは0.20〜0.34、特に好ましくは0.20〜0.30である。0.11以下ではエッチング速度が遅くなったりエッチング後に残さが残ったりする恐れや金属や合金との密着性が低下する恐れがある。0.34以上では酸素存在下で熱処理すると比抵抗が大幅に上昇したり、TCP接続部の耐久性が低下する恐れがある。
また、本発明の透明導電膜は、In、Zn及びSnに対するSnの原子比が0.20を超えるときは、In,Zn及びSnは下記の原子比を満たす。
0.30<In/(In+Zn+Sn)<0.60
0.20<Sn/(In+Zn+Sn)<0.25
0.14<Zn/(In+Zn+Sn)<0.46
インジウムの原子比(In/(In+Zn+Sn))は、好ましくは0.35〜0.55、より好ましくは0.40〜0.52である。0.30以下では比抵抗が大きくなったり、TCP接続部の耐久性が低下する恐れがある。0.60以上では硝酸系エッチング剤でエッチングした際にエッチング速度が遅くなったりエッチング後に残さが残ったりエッチング速度の面内分布が大きくなる恐れがある。
錫の原子比(Sn/(In+Zn+Sn))は、好ましくは0.21〜0.24、より好ましくは0.21〜0.23である。0.25以上では硝酸系エッチング剤でエッチングした際にエッチング速度が遅くなったりエッチング後に残さが残ったりする恐れや金属や合金との密着性が低下する恐れがある。
亜鉛の原子比(Zn/(In+Zn+Sn))は、好ましくは0.15〜0.45である。0.14以下ではエッチング速度が遅くなったりエッチング後に残さが残ったりする恐れや金属や合金との密着性が低下する恐れがある。0.46以上では酸素存在下で熱処理すると比抵抗が大幅に上昇したり、TCP接続部の耐久性が低下する恐れがある。
また、本発明のスパッタリングターゲットは、本発明の効果を損なわない限り、インジウム、錫、亜鉛の他に、アルミニウム、ガリウム、マグネシウム、ホウソ、ゲルマニウム、ニオブ、モリブデン、タングステン、イットリウム、アンチモン、ハフニウム、タンタル、カルシウム、ベリリウム、ソトロンチウム、セシウム、ランタノイド類等を含むことができる。
本発明の透明導電膜は、透明導電膜と金属又は合金層を含む電極基板を作成する際、透明導電膜をエッチングするためのエッチング液にはエッチングされ易く、金属又は合金層をエッチングするためのエッチング液にはエッチングされ難いことが好ましい。具体的には、透明導電膜をエッチングするためのエッチング液によるエッチング速度が、金属又は合金層をエッチングするためのエッチング液によるエッチング速度より高いことが好ましい。
通常、透明導電膜をエッチングするためのエッチング液として蓚酸等のカルボン酸を含むエッチング液が用いられ、金属又は合金層をエッチングするためのエッチング液としてはリン酸等のオキソ酸を含むエッチング液が用いられる。
本発明の透明導電膜は、好ましくはリン酸を含むエッチング液によるエッチング速度Aと、蓚酸を含むエッチング液によるエッチング速度Bとの比であるB/Aが10以上である。
B/Aは、15〜100000が好ましく、20〜10000がより好ましい。10より小さいと金属又は合金エッチング時にエッチング液にさらされた透明電極膜が部分的に薄くなったり、表面が荒れたりする恐れがある。
100000より大きいとエッチング速度やテーパー角のコントロールが困難となる恐れがある。
リン酸を含むエッチング液としては、リン酸・硝酸・酢酸からなる混酸が好ましく、リン酸が20〜95wt%、硝酸0.5〜5wt%、酢酸3〜50wt%の範囲にあることがさらに好ましい。このエッチング液は、これらの酸以外にさらに界面活性剤を含んでもよい。界面活性剤は、アニオン系又はノニオン系が好ましく、さらに好ましくはアニオン系界面活性剤である。界面活性剤は、アニオン系又はノニオン系が好ましく、さらに好ましくはアニオン系界面活性剤である。
蓚酸を含むエッチング液は蓚酸が0.5〜20wt%の範囲にあることが好ましい。このエッチング液は、ドデシルベンゼンスルホン酸、ポリオキシエチレンリン酸エステル、ポリスルホン酸化合物等を含んでいてもよい。さらに、エッチングを行なう多層膜の各層表面に対するぬれ性を改善するため、さらに界面活性剤を含んでもよい。界面活性剤は、アニオン系又はノニオン系が好ましく、さらに好ましくはアニオン系界面活性剤である。
アニオン系界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤としてフタージェント110(株式会社ネオス)、EF−104(三菱マテリアル株式会社)、非フッ素系界面活性剤としてパーソフトSF−T(日本油脂株式会社)、等が挙げられる。
また、ノニオン系界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤としてEF−122A(三菱マテリアル株式会社)、非フッ素系界面活性剤としてフタージェント250(株式会社ネオス)、等が挙げられる。
エッチング温度は好ましくは20〜50℃である。
また、蓚酸を含むエッチング液による35℃におけるエッチング速度は、好ましくは10〜1000nm/分、より好ましくは20〜500nm/分、さらに好ましくは25〜300nm/分、特に好ましくは50〜200nm/分である。10nm/分より小さいと生産速度が遅くなる恐れがあり、1000nm/分より大きいとテーパー角や線幅が制御できなくなる恐れがある。
本発明の透明導電膜は、透明電極として使用できる。この透明電極は、蓚酸を含むエッチング液でエッチングして作製した端部のテーパー角が、好ましくは30〜89度である。このテーパー角は35〜89度がより好ましく、40〜85度が特に好ましい。
テーパー角はエッチング液濃度やエッチング温度によって制御できる。このエッチング温度は15〜55℃が好ましく、20〜50℃がより好ましく25〜45℃が特に好ましい。15℃より低いとエッチング速度が遅くなったり、設備が結露する恐れがある。55℃より高いと水分が蒸発し濃度が変動する恐れがある。
本発明の透明導電膜及び透明電極の構成される場所はガラス・無機絶縁膜等の無機物上に限定されず、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリスチレン樹脂等の有機基板上や有機膜上に設けてもよい。さらに、本発明の透明導電膜、透明電極は多結晶ITO等結晶性の膜のように有機基板や有機膜上で結晶性のムラが発生する恐れがなく有機基板上や有機膜上で用いる透明導電膜、透明電極として好ましい。そのためFSP(Field Shield Pixel)等有機平坦化膜上で用いる透明導電膜、透明電極として好ましい。
本発明の透明電極は外部との接続(端子)部分等の他の導体との接続部分(接点表面部)において錫と亜鉛の原子比(Sn/Zn)が0.25〜0.95であることが好ましく、0.35〜0.9がより好ましく、0.45〜0.85がさらに好ましく、0.55〜0.85が特に好ましい。0.25より小さいと接続抵抗が大き過ぎたり耐湿性試験後に接続抵抗が高くなる恐れがある。0.95より大きいとエッチングが不安定になる恐れがある。錫と亜鉛の原子比(Sn/Zn)は分光分析(ESCA)で測定することができる。
さらに、本発明の透明電極は他の導体との接続部分(接点表面部)において亜鉛原子比(Zn/(Zn+Sn+In))が0.01〜0.35であることが好ましく、0.01〜0.25であることがより好ましく、0.01〜0.15であることがさらに好ましく、0.05〜0.15であることが特に好ましい。0.01より小さいとエッチング速度が遅くなる恐れがあり、0.35より大きいとTCP接続等の接続抵抗が高くなる恐れがある。亜鉛原子比は成膜後の処理や成膜時条件やターゲット組成により調整することができる。成膜後の処理としては加熱処理やレーザーアブレーション処理等が利用できる。亜鉛原子比は分光分析(ESCA)で測定することができる。
本発明の電極基板は、好ましくは本発明の透明導電膜からなる透明電極と、この透明電極上に接合する金属又は合金からなる層を含む。金属又は合金からなる層は補助電極として機能する。
透明電極に接合する金属又は合金は、Al、Ag、Cr、Mo、Ta、Wから選択された元素を含むことが好ましく、Al、Ag、Moを含むことがより好ましい。これら金属は単体でもよく、これら金属を主成分とする合金でもよい。例えば、Ag−Pd−Cu、Ag−Nd、Al−Nd、Al−Nb、Al−Ni、Al−Ti、Al−Taが、例示される。
本発明の電極基板はアクティブマトリックス構造をもつディスプレイパネル等に適しており、特にTFT液晶パネルに適している。中でも半透過半反射型液晶用、VAモードパネル用、IPSモードパネル用、OCBモードパネル用、FFSモードパネル用として好適に使用できる。また、TN方式パネル用、STN方式パネル用にも問題なく使用できる。
本発明の透明導電膜の、TCPの接続安定性は、ACF(異方性導電フィルム)によってTCP接続のPCT(プレッシャークッカーテスト)前後の抵抗の増加率が好ましくは500%以下、より好ましくは300%以下、特に好ましくは150%以下である。
500%より大きいと携帯電話のディスプレイ等の使用環境が厳しい用途では、使用中に表示むら等の故障の原因となる恐れがある。
また、外部との接続はTCP接続に限定されずCOG(Chip on Glass)接続、COF(Chip on Film)接続等他の接続方法も用いることができる。
本発明の電極基板の製造方法は、透明導電膜を積層する工程、透明導電膜を、透明導電膜用エッチング液でエッチングする工程、透明導電膜上の少なくとも一部に金属又は合金からなる層を積層する工程及びこの金属又は合金からなる層を、金属又は合金層用エッチング液でエッチングする工程を含む。
透明導電膜用エッチング液として、蓚酸等カルボン酸を含むエッチング液を使用でき、金属又は合金層用エッチング液として、リン酸等オキソ酸を含むエッチング液を使用できる。
カルボン酸としてはジカルボン酸が好ましく蓚酸が特に好ましい。オキソ酸としては無機オキソ酸が好ましく、リンを含有する無機オキソ酸がより好ましく、リン酸が特に好ましい。
[実施例1]
(1)スパッタリングターゲットの製造
原料として、純度4N、平均粒径が3μm以下の酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫とを、原子比〔In/(In+Sn+Zn)〕が0.54、原子比〔Sn/(In+Sn+Zn)〕が0.18、原子比〔Zn/(In+Sn+Zn)〕が0.28となるように混合して、これを湿式ボールミルに供給し、72時間混合粉砕して、原料微粉末を得た。
得られた原料微粉末を造粒した後、直径10cm、厚さ5mmの寸法にプレス成形して、これを焼成炉に装入し、酸素ガス加圧下に、1,400℃において、48時間の条件で焼成して、焼結体(ターゲット)を得た。
(2)透明導電性酸化物の成膜
上記(1)で得られたスパッタリングターゲットを、DCマグネトロンスパッタリング装置に装着し、回転ステージに設置したガラス基板上に透明導電膜を成膜した。
スパッタ条件は、スパッタ圧力1×10−1Pa、酸素分圧(O/(O+Ar))2%、到達圧力5×10−4Pa、基板温度200℃、投入電力120W、ターゲット・基板間距離80mm、成膜時間15分間であった。
この結果、ガラス基板上に、膜厚が約100nmの透明導電性酸化物が形成された透明導電ガラスが得られた。得られた膜をICP(誘導結合プラズマ分析)法により分析したところ、原子比〔In/(In+Sn+Zn)〕が0.60、原子比〔Sn/(In+Sn+Zn)〕が0.17、原子比〔Zn/(In+Sn+Zn)〕が0.23であり、ターゲット組成比より亜鉛量が少なくなっていた。原因は完全には分かっていないが亜鉛成分が逆スパッタされているものと推定される。
(3)透明導電性膜の物性の評価
上記(2)で得られた透明導電ガラス上の透明導電膜の導電性について、四探針法により比抵抗を測定したところ、600μΩcmであった。
また、この透明導電膜は、X線回折分析により非晶質であることを確認した。
尚、X線回折測定の測定条件は以下の通りであった。
装置:(株)リガク製Ultima−III
X線:Cu−Kα線(波長1.5406Å,グラファイトモノクロメータにて単色化)
2θ−θ反射法,連続スキャン(1.0°/分)
サンプリング間隔:0.02°
スリット DS,SS:2/3°,RS:0.6mm
一方、膜表面の平滑性についても、P−V値(JISB0601準拠)が5nmであることから、良好であることを確認した。さらに、この透明導電性酸化物の透明性については、分光光度計により波長500nmの光線についての光線透過率が90%であり、透明性においても優れたものであった。
(4)透明導電性膜のエッチング特性の評価
上記(2)で得られた透明導電ガラス上の透明導電膜を45℃のリン酸を含むエッチング液(リン酸87wt%、硝酸3wt%、酢酸10wt%)及び35℃の蓚酸を含むエッチング液(蓚酸5wt%、純水95wt%)でエッチングしてエッチング速度を測定した。
リン酸、硝酸、酢酸を含むエッチング液によるエッチング速度は5nm/分(A)、蓚酸を含むエッチング液によるエッチング速度は100nm/分(B)、B/A=20であった。
蓚酸を含むエッチング剤でエッチング後に断面を電子顕微鏡(SEM)で観察してテーパー角を測定したところ80度であった。また、蓚酸を含むエッチング剤で150%オーバーエッチング後、電子顕微鏡(SEM)で観察しエッチング残さがほとんど無いことを確認した。
(5)透明導電性膜の金属との密着性の評価
スクラッチ試験によりMo(モリブデン)との密着性を評価したところ、AE信号立上り荷重は17N、膜クラック発生開始荷重は17Nで良好であった。
尚、スクラッチ試験の測定条件は下記の通りであった。
スクラッチ試験機:CSEM社製Micro−Scratch−Tester
スクラッチ距離:20mm
スクラッチ荷重:0〜30N
荷重レート:30N/min
スクラッチ速度:20mm/min
ダイヤモンド針形状:0.2mmR
検出方法:ロードセル及びAEセンサー
(6)基板の作成と評価
上記(1)のターゲットを用いて、ガラス基板10上に(図1(a))、上記(2)の成膜方法で厚さ75nmの透明導電膜12を成膜した(図1(b))。
次に、透明導電膜12上にAg−Pd−Cu合金(98.5:0.5:1.0wt%)からなるターゲットを用いて、合金層14を成膜した(図1(c))。合金層14の膜厚は100nmであった。
この合金層14上に感光剤(レジスト)を塗布した。レジスト上に、ライン幅40μm及びライン間70μmとなるように設計されたマスクパターンのガラス板を載せ、レジストを露光後、現像、ポストベークした。
次に、リン酸を含むエッチング液(リン酸87wt%、硝酸3wt%、酢酸10wt%)を用いて、合金層14をエッチングして、合金層14からなる複数のライン(ライン幅40μm、ライン間スペース70μm)を作製した(図1(d))。この青板ガラス基板10を水洗・乾燥した。
さらに、電極層(透明導電膜12及び合金層14からなるライン)上に感光剤(レジスト)を塗布した。レジスト上に、ライン幅90μm及びライン間20μmとなるように設計されたマスクパターンのガラス板を載せ、レジストを露光後、現像、ポストベークした。尚、レジストの露光は、合金層14からなるラインと透明導電膜12のエッジの一部(片側)が合うようにした(図1(e)参照)。
次に、蓚酸5wt%の水溶液を用いて、上記得られた透明導電膜12をエッチングして、透明導電膜12の複数のライン(ライン幅90μm、ライン間スペース20μm)を作成した(図1(e))。
このようにして得られた半透過半反射型電極基板は低い電気抵抗を達成できた。また、走査型電子顕微鏡で基板表面を観察したところ、透明導電膜12の表面の荒れは観察されなかった。これは、リン酸を含むエッチング液では透明導電膜12はほとんどエッチングされないことを意味する。また、蓚酸でのエッチング前後における合金層14のエッジ部の変化はほとんど見られなかった。
(7)TCP(Tape Carrier Package)の接続安定性
ACF(異方性導電フィルム)によってTCP接続を行いPCT(プレッシャークッカーテスト)試験前後のTCP抵抗を比較した。初期4.7Ω、PCT試験後4.7Ωで安定していた。
TCP抵抗とは、TCPによる接続(幅40×10−6cmの金属端子電極との接続)を行い、任意の2本間の抵抗値を測定したものであり、TCP接続による金属端子との接続部分50本の平均値を示している。
[実施例2]
(1)スパッタリングターゲットの製造
原料として、純度4N、平均粒径が3μm以下の酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫とを、原子比〔In/(In+Sn+Zn)〕が0.44、原子比〔Sn/(In+Sn+Zn)〕が0.24、原子比〔Zn/(In+Sn+Zn)〕が0.32となるように混合して、これを湿式ボールミルに供給し、72時間混合粉砕して、原料微粉末を得た。
得られた原料微粉末を造粒した後、直径10cm、厚さ5mmの寸法にプレス成形して、これを焼成炉に装入し、酸素ガス加圧下に、1,400℃において、48時間の条件で焼成して、焼結体(ターゲット)を得た。
(2)透明導電性酸化物の成膜
上記(1)で得られたスパッタリングターゲットを、DCマグネトロンスパッタリング装置に装着し、回転ステージに設置したガラス基板上に透明導電膜を成膜した。
スパッタ条件は、スパッタ圧力2×10−1Pa、酸素分圧(O/(O+Ar))2%、到達圧力5×10−4Pa、基板温度200℃、ターゲット・基板間距離80mm、投入電力120W、成膜時間15分間であった。
この結果、ガラス基板上に、膜厚が約100nmの透明導電性酸化物が形成された透明導電ガラスが得られた。得られた膜をICP法により分析したところ、原子比〔In/(In+Sn+Zn)〕が0.50、原子比〔Sn/(In+Sn+Zn)〕が0.23、原子比〔Zn/(In+Sn+Zn)〕が0.27であり、ターゲット組成比より亜鉛量が少なくなっていた。原因は完全には分かっていないが亜鉛成分が逆スパッタされているものと推定される。
(3)透明導電性膜の物性の評価
上記(2)で得られた透明導電ガラス上の透明導電膜の導電性について、四探針法により比抵抗を測定したところ、650μΩcmであった。
また、大気下、240℃で1時間熱処理した後に比抵抗を測定したところ690μΩcmとほとんど変化せず(初期値の1.1倍)大気下の熱処理に対しても安定していた。さらに、ガラス基板の面内20箇所の比抵抗を測定しばらつきを評価したが最大値と最小値の差は約1.1倍と非常に均一であった。
また、この透明導電膜は、X線回折分析により非晶質であることを確認した。
尚、X線回折測定の測定条件は実施例1と同じである。
一方、膜表面の平滑性についても、P−V値(JISB0601準拠)が5nmであることから、良好であることを確認した。さらに、この透明導電性酸化物の透明性については、分光光度計により波長500nmの光線についての光線透過率が90%であり、透明性においても優れたものであった。
(4)透明導電性膜のエッチング特性の評価
上記(2)で得られた透明導電ガラス上の透明導電膜を45℃のリン酸、硝酸、酢酸を含むエッチング液(リン酸87wt%、硝酸3wt%、酢酸10wt%)及び35℃の蓚酸を含むエッチング液(蓚酸5wt%、純水95wt%)でエッチングしてエッチング速度を測定した。
リン酸、硝酸、酢酸を含むエッチング液によるエッチング速度は2nm/分(A)、蓚酸を含むエッチング液によるエッチング速度は60nm/分(B)、B/A=30であった。蓚酸を含むエッチング剤でエッチング後に断面を電子顕微鏡(SEM)で観察してテーパー角を測定したところ80度であった。また、蓚酸を含むエッチング剤で150%オーバーエッチング後、電子顕微鏡(SEM)で観察しエッチング残さがほとんど無いことを確認した。
(5)透明導電性膜の金属との密着性の評価
スクラッチ試験によりMo(モリブデン)との密着性を評価したところ、AE信号立上り荷重は17N、膜クラック発生開始荷重は17Nで良好であった。
尚、スクラッチ試験の測定条件は実施例1と同じである。
(6)基板の作成と評価
上記(1)のターゲットを用いて、ガラス基板10上に(図1(a))、上記(2)の成膜方法で厚さ75nmの透明導電膜12を成膜した(図1(b))。
次に、透明導電膜12上にAg−Pd−Cu合金(98.5:0.5:1.0wt%)からなるターゲットを用いて、合金層14を成膜した(図1(c))。合金層14の膜厚は100nmであった。
この合金層14上に感光剤(レジスト)を塗布した。レジスト上に、ライン幅40μm及びライン間70μmとなるように設計されたマスクパターンのガラス板を載せ、レジストを露光後、現像、ポストベークした。
次に、リン酸を含むエッチング液(リン酸87wt%、硝酸3wt%、酢酸10wt%)を用いて、合金層14をエッチングして、合金層14からなる複数のライン(ライン幅40μm、ライン間スペース70μm)を作製した(図1(d))。この青板ガラス基板10を水洗・乾燥した。
さらに、電極層(透明導電膜12及び合金層14からなるライン)上に感光剤(レジスト)を塗布した。レジスト上に、ライン幅90μm及びライン間20μmとなるように設計されたマスクパターンのガラス板を載せ、レジストを露光後、現像、ポストベークした。尚、レジストの露光は、合金層14からなるラインと透明導電膜12のエッジの一部(片側)が合うようにした(図1(e)参照)。
次に、蓚酸5wt%の水溶液を用いて、上記得られた透明導電膜12をエッチングして、透明導電膜12の複数のライン(ライン幅90μm、ライン間スペース20μm)を作成した(図1(e))。
このようにして得られた半透過半反射型電極基板は低い電気抵抗を達成できた。また、走査型電子顕微鏡で基板表面を観察したところ、透明導電膜12の表面の荒れは観察されなかった。これは、リン酸を含むエッチング液では透明導電膜12はほとんどエッチングされないことを意味する。また、蓚酸でのエッチング前後における合金層14のエッジ部の変化はほとんど見られなかった。
(7)TCP(Tape Carrier Package)の接続安定性
ACF(異方性導電フィルム)によってTCP接続を行いPCT(プレッシャークッカーテスト)試験前後の抵抗を比較した。初期4.8Ω、PCT試験後4.8Ωで安定していた。
TCP抵抗とは、TCPによる接続(幅40×10−6cmの金属端子電極との接続)を行い、任意の2本間の抵抗値を測定したものであり、TCP接続による金属端子との接続部分50本の平均値を示している。
[実施例3]
原料の組成比を表1に示す原子比となるように調整した他は実施例1と同様にスパッタリングターゲット及び透明導電膜を作製し透明導電膜を評価した。結果を表2に示す。
[比較例1〜3]
原料の組成比を表1に示す原子比となるように調製した他は実施例1と同様にスパッタリングターゲット及び透明導電膜を作製し透明導電膜を評価した。結果を表2に示す。
[比較例4〜6]
原料の組成比を表1に示す原子比となるように調製した他は実施例2と同様にスパッタリングターゲット及び透明導電膜を作製し透明導電膜を評価した。結果を表2に示す。
Figure 0004804867
Figure 0004804867
本発明の透明導電膜、透明電極及び電極基板は、液晶ディスプレイ等のディスプレイやタッチパネル、太陽電池等各種の用途に適している。
(a)〜(e)は、電極基板の製造方法を模式的に示した図である。
符号の説明
10 ガラス基板
12 透明導電膜
14 合金層(金属又は合金からなる層)

Claims (8)

  1. インジウム(In)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)の非晶質酸化物からなり、In、Zn及びSnに対するSnの原子比が0.20以下のときは下記原子比1を満たし、0.20を超えるときは下記原子比2を満たす透明導電膜。
    原子比1
    0.50<In/(In+Zn+Sn)<0.75
    0.11<Sn/(In+Zn+Sn)≦0.20
    0.11<Zn/(In+Zn+Sn)<0.34
    原子比2
    0.30<In/(In+Zn+Sn)<0.60
    0.20<Sn/(In+Zn+Sn)<0.25
    0.14<Zn/(In+Zn+Sn)<0.46
  2. リン酸を含むエッチング液によるエッチング速度Aと、蓚酸を含むエッチング液によるエッチング速度Bとの比であるB/Aが10以上である請求項1記載の透明導電膜。
  3. テーパー角が30〜89度である請求項1又は2記載の透明導電膜からなる透明電極。
  4. 請求項1又は2記載の透明導電膜からなる透明電極と、
    金属又は合金からなる層と、
    を含む電極基板。
  5. 前記金属又は合金がAl、Ag、Cr、Mo、Ta、Wから選択される元素を含む請求項4記載の電極基板。
  6. 半透過半反射型液晶用である請求項4又は5記載の電極基板。
  7. 前記金属又は合金からなる層が補助電極である請求項4〜6のいずれか一項記載の電極基板。
  8. 透明導電膜を作製する工程、
    前記透明導電膜上の少なくとも一部に金属又は合金からなる層を積層する工程、
    前記金属又は合金からなる層を、無機オキソ酸を含むエッチング液でエッチングする工程、及び
    前記透明導電膜を、カルボン酸を含むエッチング液でエッチングする工程を含む請求項4〜7のいずれか一項記載の電極基板の製造方法。
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