JP5388266B2 - ZnO系ターゲット及びその製造方法並び導電性薄膜の製造方法及び導電性薄膜 - Google Patents
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また、ZnOに種々の元素(特に、三価の金属元素)が添加され、n型半導体として低抵抗値を有する薄膜が得られてきている。
特許文献1には、Al2O3(0.5〜7重量%)、B2O3(1〜12重量%)、SiO2(0.8〜8重量%)をそれぞれ含有する酸化亜鉛からなる焼結体が記載されている。そして、特許文献1では、ターゲットの平均粒径を2μm以下とすることによりスパッタリング時の異常放電発生回数の低減を図っている。ただ、特許文献1では、Al2O3とB2O3とを同時に含有させる技術は記載されていない。
ところで、現在、ITO透明導電膜の生産ラインでは、直流電源を用いる直流スパッタ法が用いられている。直流電源の使用は、低抵抗薄膜の作製、ターゲット全面への均等電力の供給、放電の安定性等に有利なためである。特に、安定した放電状態を確保するためにパルスを重畳した直流電源が使用されている。
しかるに、従来のZnO系材料のターゲットを用いて成膜を行うと、成膜された薄膜の結晶性が悪いという問題を有している。
さらに、従来の技術においては、AZO、GZOのターゲットを作製する際においては、1400℃以上の温度において焼結を行う必要があった。特許文献1においては、原料粉末の粒径を2μm以下とすることにより1400℃よりも低い温度において焼結しているが、通常は、1400℃以上の高温における焼結を必要としている。例えば、特許文献1の表1の「従来1」では1450℃、表2の「従来2」では1400℃、表3の「従来3」では1425℃)。焼結温度が1400℃未満ではターゲットの焼結強度が小さく、表面が粉状となってしまうからである。このように、従来の焼結工程では、1400℃前後という高温での焼結が不可欠であるが、かかる高温での焼結は、電力消費が多くなり、環境破壊にも繋がる。そこで、より低温での焼結法、即ち、低消費電力の効率的な焼結法が望まれている。
本発明は、従来のターゲットよりも表面の抵抗を大幅に低減させ、直流放電に対し、安定なプラズマを発生させることが可能なZnO系ターゲットを提供することを目的とする。
本発明は、結晶性の良好な薄膜を形成することが可能なZnO系ターゲットを提供することを目的とする。
本発明は、スバッタリング法で作製する透明導電膜用のZnO系焼結ターゲット材料の添加元素に関するものであり、また、Ga添加、Al添加、及びそれらの複合添加したZnO系酸化物にB添加したものである。
GaZnO、AlZnOあるいはAlGaZnOにBを0.005wt%以上、0.2wt%未満添加することにより、ターゲットの表面抵抗を激減的に低下させることができ、DCスパッタリングにおいても異常放電を起こすことなく低電圧放電が可能となり、ひいては結晶性の良好な薄膜を成膜することが可能となる。さらに、低温における焼結により製造することが可能となり、また、スパッタリング成膜後の薄膜の抵抗率を10−4Ωcm台とすることができる。
請求項2に係る発明は、Ga2O3換算でGaを5.0wt%以下含むことを特徴とする請求項1記載のZnO系ターゲットである。
請求項3に係る発明は、Al2O3換算でAlを3.0wt%以下含むことを特徴とする請求項1又は2記載のZnO系ターゲットである。
請求項4に係る発明は、Ga及び/又はAlを含むZnO粉体と、0.01wt%以上、0.2wt%未満のB2O3粉体とを混合した混合粉体をプレス成形し、900〜1200℃において焼結することにより、ターゲットの表面抵抗値を20〜60Ωとすることを特徴とするZnO系ターゲットの製造方法である。
請求項5に係る発明は、前記プレス成形前に前記混合粉体を800〜1200℃の温度で仮焼成し、仮焼結体を粉砕した後前記プレス成形を行うことを特徴とする請求項4記載のZnO系ターゲットの製造方法である。
本発明においては、プレス成形を行う前に仮焼結を行うことが好ましい。仮焼結を行うことにより混合粉体の均一分散、反応という利点が生じる。仮焼結温度は、800℃〜1200℃が好ましい。800℃未満の場合においては、混合粉体は不完全な反応状態にあり、1200℃を越えると焼結用容器と反応する。かかる観点から800℃〜1000℃がより好ましい。
請求項6に係る発明は、前記仮焼成と仮焼結体の粉砕を複数回行うことを特徴とする請求項5記載のZnO系ターゲットの製造方法である。
仮焼結は複数回行うことが好ましい。複数回行うことにより添加元素のより均一な分散を確保することができるという効果が達成される。
請求項7に係る発明は、Ga2O3を5.0wt%以下含むことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項記載のZnO系ターゲットの製造方法である。
請求項8に係る発明は、Al2O3を3.0wt%以下含むことを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項記載のZnO系ターゲットの製造方法である。
請求項9に係る発明は、請求項1乃至3のいずれか1項記載のZnO系ターゲットを用い、放電電圧を200〜400Vとして直流スパッタリングを行うことを特徴とする導電性薄膜の製造方法である。
請求項10に係る発明は、請求項9記載の導電性薄膜の製造方法により製造した導電性薄膜である。
請求項11に係る発明は、電気抵抗率が10−4Ωcm台である請求項10記載の導電性薄膜である。
請求項12に係る発明は、透過率が85%以上である請求項10又は11記載の導電性薄膜である。
本発明は、スバッタリング法で作製する透明導電膜用のZnO系焼結ターゲット材料に元素を添加したZnO系焼結ターゲットに関するものである。また、Ga添加、Al添加、及びそれらの複合添加したZnO系酸化物にBを添加したZnO系粉体を焼結し、スパッタ用焼結ターゲットの製造方法に関するものである。
その際、Bを所定量含有させた場合においては、1400℃という高い焼結を行わなくとも良好な強度を有するターゲットを製造することも見いだし本発明をなすに到った。
本発明では、焼結温度は900℃〜1200℃という低温で行うことができる。
純度99.9wt%(3・nine)のZnO粉体にGa2O3粉体を1wt%毎に1、2,3,4,5,6,7,8wt%添加し、1組成150gで8組成のGZO粉体を秤量し、それぞれをライカイ機で均一に混合した。
(実施例1)
・焼結温度の調査
上記比較例1のデータを基に、3.0wt%Ga2O3添加したGZO粉体に、0.lwt%B2O3を添加したBGZO粉体の試料を複数作成した。一つの試料は100gに秤量した。
なお、焼結温度は1100〜1200℃がより好ましい。
そこで、同一の組成のBGZO粉体150gを850℃で2回仮焼結した後、粉砕・粉体化し、夕一ゲット用焼結粉体を作製した。この粉体を88φの金型でディスク状にプレス成形し、これを、1100℃で8時間焼結してスパッタ用の焼結ターゲットを作製した。
(実施例2)
ZnO−3.0wt%Ga2O3粉体にB203粉体量を変えて9組成を秤量した。B2O3添加量は、0.005、0.01、0.05、0.1、0.2、0.5、0.8、1.0、1.5、2.0wt%の10組成で、それぞれ150gを秤量・配合した。
(実施例3)
ZnO−3.0wt%Ga2O3−0.05wt%B2O3に0.2wt%の粉A12O3粉体を添加したABGZO粉体を150g秤量した。
(実施例4)
ZnO−2.0wt%Ga2O3−0.1wt%B2O3にAl2O3粉体を(0.01〜5.0)wt%の範囲で添加したABGZO粉体9組成を秤量した。
そこで、Ga2O3の添加の無いZnO−0.lwt%B2O3に3、4、5wt%Al2O3を添加した3個の組成のターゲットを作製し、200nmのBAZO薄膜の電気抵抗率を測定した。
(実施例5)
ZnO−2.0wt%Ga2O3−0.1wt%B2O3に第三元素として、Y2O3、In2O3、Yb2O3、Lu2O3、V2O3.Sb2O3、Fe2O3、Co2O3、Li2O、Na2Oの粉体を0.2wt%添加し。それぞれ150gの粉体をライカイ機により混合した。これら10組成の混合粉体を、850℃で仮焼結を行った結果、良好な焼結体が得られた。
本例では、原料となる粉体の平均粒径として2μm以下のものを用いた。なお、本例以外の例においては平均粒径2μm以上の原料粉体を用いている。
他の点は実施例1と同様とした。
Claims (12)
- Ga及び/又はAlとともに、B2O3換算でBを0.005wt%以上、0.2wt%未満含有させ、ターゲットの表面抵抗値を20〜60Ωとすることを特徴とするZnO系ターゲット。
- Ga2O3換算でGaを5.0wt%以下含むことを特徴とする請求項1記載のZnO系ターゲット。
- Al2O3換算でAlを3.0wt%以下含むことを特徴とする請求項1又は2記載のZnO系ターゲット。
- Ga及び/又はAlを含むZnO粉体と、0.01wt%以上、0.2wt%未満のB2O3粉体とを混合した混合粉体をプレス成形し、900〜1200℃において焼結することにより、ターゲットの表面抵抗値を20〜60Ωとすることを特徴とするZnO系ターゲットの製造方法。
- 前記プレス成形前に前記混合粉体を800〜1200℃の温度で仮焼成し、仮焼結体を粉砕した後前記プレス成形を行うことを特徴とする請求項4記載のZnO系ターゲットの製造方法。
- 前記仮焼成と仮焼結体の粉砕を複数回行うことを特徴とする請求項5記載のZnO系ターゲットの製造方法。
- Ga2O3を5.0wt%以下含むことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項記載のZnO系ターゲットの製造方法。
- Al2O3を3.0wt%以下含むことを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項記載のZnO系ターゲットの製造方法。
- 請求項1乃至3のいずれか1項記載のZnO系ターゲットを用い、放電電圧を200〜400Vとして直流スパッタリングを行うことを特徴とする導電性薄膜の製造方法。
- 請求項9記載の導電性薄膜の製造方法により製造した導電性薄膜。
- 電気抵抗率が10−4Ωcm台である請求項10記載の導電性薄膜。
- 透過率が85%以上である請求項10又は11記載の導電性薄膜。
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