JP5761528B2 - Transparent oxide film, method for producing the same, and oxide sputtering target - Google Patents

Transparent oxide film, method for producing the same, and oxide sputtering target Download PDF

Info

Publication number
JP5761528B2
JP5761528B2 JP2012049505A JP2012049505A JP5761528B2 JP 5761528 B2 JP5761528 B2 JP 5761528B2 JP 2012049505 A JP2012049505 A JP 2012049505A JP 2012049505 A JP2012049505 A JP 2012049505A JP 5761528 B2 JP5761528 B2 JP 5761528B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
film
sputtering
transparent
transparent oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012049505A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013185176A (en
Inventor
佑一 近藤
佑一 近藤
張 守斌
守斌 張
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP2012049505A priority Critical patent/JP5761528B2/en
Publication of JP2013185176A publication Critical patent/JP2013185176A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5761528B2 publication Critical patent/JP5761528B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

本発明は、液晶表示素子やエレクトロルミネッセンス表示素子、電気泳動方式表示素子、トナー表示素子などの電子ペーパーやフィルム型太陽電池などに用いられるガスバリア層、及び化合物半導体による薄膜太陽電池の透明電極層上のガスバリア層として利用される酸化亜鉛系のガスバリア性に優れる透明酸化物膜及びその製造方法並びに酸化物スパッタリングターゲットに関するものである。   The present invention relates to a gas barrier layer used for electronic paper such as a liquid crystal display element, an electroluminescence display element, an electrophoretic display element, and a toner display element, a film type solar cell, and the like, and a transparent electrode layer of a thin film solar cell using a compound semiconductor The present invention relates to a zinc oxide-based transparent oxide film having excellent gas barrier properties, a method for producing the same, and an oxide sputtering target.

従来、液晶表示素子やエレクトロルミネッセンス表示素子、電気泳動方式表示素子、トナー表示素子などの電子ペーパーやフィルム型太陽電池などに用いられるガスバリア層、及び化合物半導体による薄膜太陽電池(例えば、CIGS(Cu−In−Ga−Se)系太陽電池)の透明電極層上のガスバリア層として、透明酸化物膜をスパッタリング法で作製する技術が知られている。   Conventionally, a gas barrier layer used for electronic paper such as a liquid crystal display element, an electroluminescence display element, an electrophoretic display element, a toner display element, a film type solar cell, and the like, and a thin film solar cell using a compound semiconductor (for example, CIGS (Cu-- As a gas barrier layer on a transparent electrode layer of an (In-Ga-Se) solar cell), a technique for producing a transparent oxide film by a sputtering method is known.

例えば、特許文献1では、酸化スズと、Si、Ge、Alからなる群から選ばれる少なくとも1種の添加元素とを含有し、該添加元素は、添加元素とSnの含有量の総和に対して15原子%〜63原子%の割合で含まれ、結晶相の構成に、添加元素の金属相、該添加元素の酸化物相、該添加元素とSnの複合酸化物相のうちの1種以上が含まれ、該添加元素の酸化物相、及び、該添加元素とSnの複合酸化物相が、平均粒径50μm以下の大きさで分散している酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとして用い、直流パルシング法を利用したスパッタリング法により、樹脂フィルム基材の表面に透明酸化物膜を形成する方法が提案されている。   For example, Patent Document 1 contains tin oxide and at least one additive element selected from the group consisting of Si, Ge, and Al. The additive element is based on the total content of the additive element and Sn. It is contained at a ratio of 15 atomic% to 63 atomic%, and the composition of the crystal phase includes at least one of a metal phase of the additive element, an oxide phase of the additive element, and a composite oxide phase of the additive element and Sn. An oxide sintered body in which an oxide phase of the additive element and a composite oxide phase of the additive element and Sn are dispersed with an average particle size of 50 μm or less is used as a sputtering target, and direct current A method of forming a transparent oxide film on the surface of a resin film substrate by a sputtering method using a pulsing method has been proposed.

この方法で得られた透明酸化物膜は、酸化スズと、Si、Ge、Alからなる群から選ばれる少なくとも1種の添加元素とを含有する透明酸化物膜であって、該添加元素は、添加元素とSnの総和に対して15原子%〜63原子%の割合で含まれ、非晶質膜であり、かつ、波長633nmにおける屈折率が1.90以下であるとされている。   The transparent oxide film obtained by this method is a transparent oxide film containing tin oxide and at least one additional element selected from the group consisting of Si, Ge, and Al. It is contained at a ratio of 15 atomic% to 63 atomic% with respect to the total of the additive element and Sn, is an amorphous film, and has a refractive index of 1.90 or less at a wavelength of 633 nm.

また、特許文献2には、高分子フィルム基材の片面または両面に、ZnS及びSiOからなる混合物を主成分とした混合薄膜層が少なくとも1層形成してなり、さらに混合薄膜層上に樹脂層を少なくとも1層積層したガスバリア性フィルムが記載されている。この混合薄膜層は、ZnS及びSiOで形成された混合焼結材であるスパッタリングターゲットを用いて高周波を印加したスパッタリングにより成膜される。 Patent Document 2 discloses that at least one mixed thin film layer mainly composed of a mixture of ZnS and SiO 2 is formed on one or both surfaces of a polymer film substrate, and a resin is formed on the mixed thin film layer. A gas barrier film in which at least one layer is laminated is described. This mixed thin film layer is formed by sputtering with a high frequency applied using a sputtering target that is a mixed sintered material formed of ZnS and SiO 2 .

特開2007−290916号公報JP 2007-290916 A 特開2010−208072号公報JP 2010-208072 A

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記特許文献1に記載のターゲットでは、スパッタリング時にノジュールが多く発生して装置の掃除等に手間がかかるため、酸化スズ系ではなく他の組成系のガスバリア性に優れる透明酸化物膜が要望されている。
また、上記特許文献2に記載のガスバリア膜は、高周波を印加したスパッタにより作製されているが、より高速に成膜を行うためにはDCスパッタで成膜できる膜である必要がある。
The following problems remain in the conventional technology.
That is, in the target described in Patent Document 1, a large amount of nodules is generated at the time of sputtering, and it takes time to clean the apparatus. Therefore, a transparent oxide film having excellent gas barrier properties other than tin oxide is desired. Has been.
In addition, the gas barrier film described in Patent Document 2 is manufactured by sputtering with a high frequency applied. However, in order to form a film at a higher speed, the gas barrier film needs to be a film that can be formed by DC sputtering.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、屈折率が低く良好なガスバリア性を有した酸化亜鉛系の透明酸化物膜及びその製造方法並びに酸化物スパッタリングターゲットを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a zinc oxide-based transparent oxide film having a low refractive index and good gas barrier properties, a method for producing the same, and an oxide sputtering target. To do.

本発明者らは、AZO(Al-Zn-O:Aluminium doped Zinc Oxide:アルミニウム添加酸化亜鉛)膜にSiOまたはMgOを含有させると膜が非晶質になってガスバリア性が向上することを見出したことから、透明酸化物膜としてZnO−SiO−MgO−Al系の膜をスパッタリングにより成膜するべく研究を行った。この研究において、スパッタ成膜時の雰囲気または基板の温度を特定の条件に設定することで、透明で低屈折率かつ高ガスバリア性能を有する膜を得られることを突き止めた。 The present inventors have found that when SiO 2 or MgO is contained in an AZO (Al-Zn-O: Aluminum doped Zinc Oxide) film, the film becomes amorphous and the gas barrier property is improved. Therefore, research was conducted to form a ZnO—SiO 2 —MgO—Al 2 O 3 based film as a transparent oxide film by sputtering. In this research, it was found that a transparent film having a low refractive index and a high gas barrier performance can be obtained by setting the atmosphere during sputtering film formation or the temperature of the substrate to a specific condition.

したがって、本発明は、上記知見から得られたものであり、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第1の発明に係る透明酸化物膜は、全金属成分量に対して、Alを3〜13at%、Siを21〜59at%、Mgを10〜48at%含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる成分組成を有した酸化物であり、波長400〜750nmの可視光域での屈折率平均値が、1.9以下であり、前記可視光域での透過率平均値が90%以上であり、非晶質であることを特徴とする。
すなわち、この透明酸化物膜では、全金属成分量に対して、Alを3〜13at%、Siを21〜59at%、Mgを10〜48at%含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる成分組成を有した酸化物であり、波長400〜750nmの可視光域での屈折率平均値が、1.9以下であり、前記可視光域での透過率平均値が90%以上であり、非晶質であるので、可視光域で低い屈折率及び高い透過率が得られると共に高いガスバリア性(例えば、水蒸気バリア性)を有している。
Therefore, the present invention has been obtained from the above findings, and the following configuration has been adopted in order to solve the above problems. That is, the transparent oxide film according to the first invention contains 3 to 13 at% Al, 21 to 59 at% Si, and 10 to 48 at% Mg with respect to the total amount of metal components, with the balance being Zn and inevitable. It is an oxide having a component composition consisting of impurities, the refractive index average value in the visible light region of wavelength 400 to 750 nm is 1.9 or less, and the transmittance average value in the visible light region is 90% or more It is characterized by being amorphous.
That is, this transparent oxide film contains 3 to 13 at% Al, 21 to 59 at% Si, and 10 to 48 at% Mg with respect to the total metal component amount, with the balance being Zn and inevitable impurities. A refractive index average value in a visible light region having a wavelength of 400 to 750 nm is 1.9 or less, a transmittance average value in the visible light region is 90% or more, and amorphous. Therefore, it has a low refractive index and a high transmittance in the visible light region and has a high gas barrier property (for example, a water vapor barrier property).

第2の発明に係る透明酸化物膜は、第1の発明において、水蒸気透過率が0.03g/(m・day)以下であることを特徴とする。
すなわち、この透明酸化物膜では、水蒸気透過率が0.03g/(m・day)以下であるので、水蒸気バリア性が高いことから、電子ペーパーや太陽電池に用いる樹脂フィルム基材上に積層するガスバリア層等に好適である。
The transparent oxide film according to the second invention is characterized in that, in the first invention, the water vapor transmission rate is 0.03 g / (m 2 · day) or less.
That is, in this transparent oxide film, since the water vapor transmission rate is 0.03 g / (m 2 · day) or less, the water vapor barrier property is high. Therefore, the transparent oxide film is laminated on the resin film substrate used for electronic paper and solar cells. It is suitable for a gas barrier layer.

第3の発明に係る酸化物スパッタリングターゲットは、第1又は第2の発明のいずれかの透明酸化物膜を製造するためのスパッタリングターゲットであって、全金属成分量に対して、Alを3〜8at%、Siを11〜27at%、Mgを5〜18at%含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる成分組成を有した酸化物焼結体からなることを特徴とする。
すなわち、この酸化物スパッタリングターゲットでは、全金属成分量に対して、Alを3〜8at%、Siを11〜27at%、Mgを5〜18at%含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる成分組成を有した酸化物焼結体からなるので、導電性が高くDCスパッタにより上記本発明の透明酸化物膜を安定して形成することができる。
The oxide sputtering target according to the third invention is a sputtering target for producing the transparent oxide film of either the first or second invention, and Al is 3 to 3 with respect to the total metal component amount. It is characterized by comprising an oxide sintered body containing 8 at%, Si of 11 to 27 at%, Mg of 5 to 18 at%, and the balance of Zn and inevitable impurities.
That is, this oxide sputtering target contains 3 to 8 at% Al, 11 to 27 at% Si, and 5 to 18 at% Mg with respect to the total metal component amount, with the balance being Zn and inevitable impurities. Therefore, the transparent oxide film of the present invention can be stably formed by DC sputtering with high conductivity.

第4の発明に係る透明酸化物膜の製造方法は、第1又は第2の発明のいずれかの透明酸化物膜を製造する方法であって、第3の発明の酸化物スパッタリングターゲットを用い、酸素を含有させた不活性ガス雰囲気中及び基板を加熱した状態の少なくとも一方の環境下で、直流電流を投入してスパッタすることを特徴とする。
すなわち、この透明酸化物膜の製造方法では、酸素を含有させた不活性ガス雰囲気中及び基板を加熱した状態の少なくとも一方の環境下で、成膜される透明酸化物膜の透明性が向上し、屈折率が低下する。また、DCスパッタで高速成膜した膜であるので、RFスパッタで成膜した膜より緻密で、バリア性に優れている。
A method for producing a transparent oxide film according to a fourth invention is a method for producing a transparent oxide film according to any one of the first and second inventions, using the oxide sputtering target of the third invention, Sputtering is performed by supplying a direct current in at least one of an inert gas atmosphere containing oxygen and a state in which the substrate is heated.
That is, in this method for producing a transparent oxide film, the transparency of the formed transparent oxide film is improved in at least one of an inert gas atmosphere containing oxygen and a state in which the substrate is heated. , The refractive index decreases. In addition, since the film is formed at a high speed by DC sputtering, it is denser and has better barrier properties than the film formed by RF sputtering.

ここで、本発明の透明酸化物膜及び酸化物スパッタリングターゲット中の金属成分元素の含有割合を上記のごとく限定した理由は、以下のとおりである。
Al:
Alは、DCスパッタ可能にするためにZnOへのドーパントとしてスパッタリングターゲットに添加されたものであり、スパッタ成膜の結果として膜に含有されたものである。Alが上記含有量範囲よりも少ないと、ターゲットの導電性が不足してDCスパッタができなくなる。また、Alが上記含有量範囲よりも多いと、Znと複合酸化物を形成して結晶性が高くなり、ガスバリア性が低下してしまう。
Here, the reason for limiting the content ratio of the metal component elements in the transparent oxide film and the oxide sputtering target of the present invention as described above is as follows.
Al:
Al is added to the sputtering target as a dopant to ZnO to enable DC sputtering, and is contained in the film as a result of sputtering film formation. If the Al content is less than the above content range, the target will not have sufficient conductivity and DC sputtering will not be possible. Moreover, when there is more Al than the said content range, Zn and a complex oxide will be formed, crystallinity will become high, and gas barrier property will fall.

Si:
Siは、Mgと共に膜の結晶性を低下させ、水蒸気やガスのパスを減少させることにより、ガスバリア性を向上させる効果を有する。Siが上記含有量範囲よりも少ないと、膜の結晶性が高くなり、ガスバリア性が低下すると共に屈折率が上昇してしまう。また、Siが上記含有量範囲よりも多いと、Znと複合酸化物を形成して結晶性が高くなり、ガスバリア性が低下してしまうと共に、所望の組成の膜をスパッタ成膜するために必要なターゲットのSi量が多くなり、導電性が低くなってDCスパッタができなくなる。
Si:
Si, together with Mg, has the effect of improving the gas barrier properties by reducing the crystallinity of the film and reducing the path of water vapor and gas. When Si is less than the above content range, the crystallinity of the film is increased, the gas barrier property is lowered, and the refractive index is increased. Further, if Si is more than the above content range, a complex oxide is formed with Zn, the crystallinity is increased, the gas barrier property is lowered, and it is necessary for sputtering a film having a desired composition. Therefore, the amount of Si in the target is increased, the conductivity is lowered, and DC sputtering cannot be performed.

Mg:
Mgは、Siと共に膜の結晶性を低下させ、水蒸気やガスのパスを減少させることにより、ガスバリア性を向上させる効果を有する。Mgが上記含有量範囲よりも少ないと、膜の結晶性が高くなり、ガスバリア性が低下してしまう。また、Mgが上記含有量範囲よりも多いと、Al,Znと複合酸化物を形成して結晶性が高くなり、ガスバリア性が低下してしまうと共に、所望の組成の膜をスパッタ成膜するために必要なターゲットのMg量が多くなり、導電性が低くなってDCスパッタができなくなる。
Mg:
Mg, together with Si, has the effect of improving the gas barrier properties by reducing the crystallinity of the film and reducing the path of water vapor and gas. When Mg is less than the above content range, the crystallinity of the film is increased, and the gas barrier property is lowered. On the other hand, if Mg is more than the above content range, a complex oxide is formed with Al and Zn, the crystallinity is increased, the gas barrier property is lowered, and a film having a desired composition is formed by sputtering. As a result, the amount of Mg required for the target increases, the conductivity becomes low, and DC sputtering cannot be performed.

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る透明酸化物膜によれば、全金属成分量に対して、Al、Si、Mgを上記範囲内で含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる成分組成を有した酸化物で、可視光域で低い屈折率及び高い透過率を備え、非晶質であるので、高いガスバリア性を有している。
また、本発明に係る酸化物スパッタリングターゲットによれば、全金属成分量に対して、Al、Si、Mgを上記範囲内で含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる成分組成を有した酸化物焼結体からなるので、導電性が高くDCスパッタにより上記本発明の透明酸化物膜を安定して形成することができる。
さらに、本発明に係る透明酸化物膜の製造方法によれば、上記酸化物スパッタリングターゲットを用いてDCスパッタが可能になり、酸素を含有させた不活性ガス雰囲気中及び基板を加熱した状態の少なくとも一方の環境下で、直流電流を投入してスパッタするので、透明性の高い上記組成の透明酸化物膜を成膜することができる。
したがって、本発明の透明酸化物膜を電子ペーパーや太陽電池などのガスバリア層に採用することで、要求される高透明性、低屈折率及び高ガスバリア性が得られ、高信頼性を有すると共に視認性の高い電子ペーパーや変換効率の良好な太陽電池などを作製可能である。
The present invention has the following effects.
That is, according to the transparent oxide film of the present invention, the oxide having a component composition containing Al, Si, Mg within the above range with the balance being Zn and inevitable impurities with respect to the total amount of metal components. Thus, it has a low refractive index and a high transmittance in the visible light region and is amorphous, and thus has a high gas barrier property.
Further, according to the oxide sputtering target according to the present invention, the oxide having a component composition containing Al, Si, Mg within the above range with the balance being Zn and inevitable impurities with respect to the total metal component amount. Since it consists of a sintered body, the transparent oxide film of the present invention can be stably formed by DC sputtering with high conductivity.
Furthermore, according to the method for producing a transparent oxide film according to the present invention, DC sputtering can be performed using the oxide sputtering target, and at least in an inert gas atmosphere containing oxygen and a state in which the substrate is heated. Since sputtering is performed by applying a direct current under one environment, a transparent oxide film having the above composition with high transparency can be formed.
Therefore, by adopting the transparent oxide film of the present invention for gas barrier layers such as electronic paper and solar cells, the required high transparency, low refractive index and high gas barrier properties can be obtained, and it has high reliability and is visible. High-performance electronic paper, solar cells with good conversion efficiency, and the like can be manufactured.

本発明に係る透明酸化物膜及びその製造方法並びにスパッタリングターゲットの一実施形態において、使用するスパッタリングターゲットの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the sputtering target to be used in one Embodiment of the transparent oxide film which concerns on this invention, its manufacturing method, and a sputtering target.

以下、本発明に係る透明酸化物膜及びその製造方法並びにスパッタリングターゲットの一実施形態を、図1を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of a transparent oxide film, a manufacturing method thereof, and a sputtering target according to the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態の透明酸化物膜は、上述した用途のガスバリア層として利用される膜であって、全金属成分量に対して、Alを3〜13at%、Siを21〜59at%、Mgを10〜48at%含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる成分組成を有した酸化物である。また、この透明酸化物膜は、波長400〜750nmの可視光域での屈折率平均値が、1.9以下であり、前記可視光域での透過率平均値が90%以上であり、非晶質である。透明酸化物膜は、水蒸気透過率が0.03g/(m・day)以下であることが好ましい。
なお、水蒸気透過率は、JIS規格のK7129法にしたがってモコン法により測定されたものである。
The transparent oxide film of the present embodiment is a film used as a gas barrier layer for the above-described applications, and Al is 3 to 13 at%, Si is 21 to 59 at%, and Mg is 10 with respect to the total amount of metal components. It is an oxide having a component composition of ˜48 at%, with the balance being Zn and inevitable impurities. Further, this transparent oxide film has a refractive index average value in a visible light region of a wavelength of 400 to 750 nm of 1.9 or less, a transmittance average value in the visible light region of 90% or more, It is crystalline. The transparent oxide film preferably has a water vapor transmission rate of 0.03 g / (m 2 · day) or less.
The water vapor transmission rate is measured by the Mocon method in accordance with JIS standard K7129 method.

また、本実施形態の透明酸化物膜を製造するための酸化物スパッタリングターゲットは、全金属成分量に対して、Alを3〜8at%、Siを11〜27at%、Mgを5〜18at%含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる成分組成を有した酸化物焼結体からなる。
さらに、本実施形態の透明酸化物膜の製造方法は、上記酸化物スパッタリングターゲットを用い、酸素を含有させた不活性ガス雰囲気中及び基板を加熱した状態の少なくとも一方の環境下で、直流電流を投入してスパッタ(DCスパッタ)する。
Moreover, the oxide sputtering target for producing the transparent oxide film of the present embodiment contains 3 to 8 at% Al, 11 to 27 at% Si, and 5 to 18 at% Mg with respect to the total amount of metal components. The balance is made of an oxide sintered body having a component composition composed of Zn and inevitable impurities.
Furthermore, the method for producing a transparent oxide film of the present embodiment uses the above-described oxide sputtering target to generate a direct current in an inert gas atmosphere containing oxygen and in at least one environment where the substrate is heated. Input and sputtering (DC sputtering).

このとき、樹脂フィルム基材を基板として用い、基板の加熱温度は100〜200℃の範囲に設定する。また、酸素と不活性ガスとの雰囲気ガス全体に対する酸素のガス分圧は0.05以上0.2以下に設定する。   At this time, the resin film base material is used as the substrate, and the heating temperature of the substrate is set in the range of 100 to 200 ° C. Further, the partial pressure of oxygen with respect to the whole atmosphere gas of oxygen and inert gas is set to 0.05 or more and 0.2 or less.

上記酸化物スパッタリングターゲットを作製する方法は、Al粉末とMgO粉末とSiO粉末とZnO粉末とを秤量し、混合して混合粉末とする工程と、この混合粉末を焼結する工程とを有している。この焼結は、常圧焼結法、HP、HIP法を用いて実現できる。
上記製法の一例について詳述すれば、例えば、図1に示すように、まず純度99.9%以上のAl粉末とMgO粉末とSiO粉末とZnO粉末とを上記含有量範囲となるように秤量し、得られた粉末と、ジルコニアボールとをポリ容器(ポリエチレン製ポット)に入れ、ボールミル装置にて所定時間湿式混合し、混合粉末とする。なお、溶媒には、例えばアルコールを用いる。
The method for producing the oxide sputtering target includes a step of weighing and mixing Al 2 O 3 powder, MgO powder, SiO 2 powder and ZnO powder, and a step of sintering the mixed powder. have. This sintering can be realized by using a normal pressure sintering method, HP, or HIP method.
If described in detail an example of the above process, for example, as shown in FIG. 1, first made a purity of 99.9% or more Al 2 O 3 powder and MgO powder and SiO 2 powder and ZnO powder as the content range The obtained powder and zirconia balls are put in a poly container (polyethylene pot) and wet-mixed for a predetermined time in a ball mill device to obtain a mixed powder. For example, alcohol is used as the solvent.

次に、得られた混合粉末を乾燥後、例えば1200℃にて5時間、200kgf/cmの圧力で真空中でホットプレスし、焼結体とする。なお、ホットプレス温度は、1100〜1250℃の範囲が好ましく、時間は、1〜10時間が好ましく、圧力は、100〜400kgf/cmの範囲が好ましい。
このようにホットプレスした焼結体は、通常放電加工、切削または研削工法を用いて、ターゲットの指定形状に機械加工し、加工後のターゲットをInを半田として、CuまたはSUS(ステンレス)またはその他金属(例えば、Mo)からなるバッキングプレートにボンディングし、スパッタに供する。
Next, after drying the obtained mixed powder, it is hot-pressed in a vacuum at a pressure of 200 kgf / cm 2 at, for example, 1200 ° C. for 5 hours to obtain a sintered body. The hot press temperature is preferably in the range of 1100 to 1250 ° C., the time is preferably in the range of 1 to 10 hours, and the pressure is preferably in the range of 100 to 400 kgf / cm 2 .
The hot-pressed sintered body is usually machined to a target shape using electrical discharge machining, cutting or grinding, and the processed target is In or soldered to Cu or SUS (stainless steel) or others. Bonding to a backing plate made of metal (for example, Mo) and subjecting to sputtering.

このスパッタリングターゲットを用いて本実施形態の透明酸化物膜をDCスパッタするには、上記スパッタリングターゲットを、マグネトロンスパッタリング装置にセットし、投入電力密度を0.8〜12W/cm、到達真空度を5×10−4Pa以下、スパッタ圧力を0.3〜20Pa、スパッタガス分圧をO/(Ar+O)が0.05〜0.2の範囲、基板加熱温度を100〜200℃とした条件で、樹脂フィルム基材上に成膜する。 In order to DC-sputter the transparent oxide film of this embodiment using this sputtering target, the sputtering target is set in a magnetron sputtering apparatus, the input power density is 0.8 to 12 W / cm 2 , and the ultimate vacuum is set. 5 × 10 −4 Pa or less, sputtering pressure is 0.3 to 20 Pa, sputtering gas partial pressure is in the range of O 2 / (Ar + O 2 ) of 0.05 to 0.2, and substrate heating temperature is 100 to 200 ° C. Under certain conditions, a film is formed on a resin film substrate.

このように本実施形態の透明酸化物膜では、全金属成分量に対して、Alを3〜13at%、Siを21〜59at%、Mgを10〜48at%含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる成分組成を有した酸化物で、可視光域で低い屈折率及び高い透過率を備え、非晶質であるので、高いガスバリア性を有している。
特に、水蒸気透過率が0.03g/(m・day)以下であるので、水蒸気バリア性が高いことから、電子ペーパーや太陽電池に用いる樹脂フィルム基材上に積層するガスバリア層等に好適である。
As described above, the transparent oxide film of this embodiment contains 3 to 13 at% Al, 21 to 59 at% Si, and 10 to 48 at% Mg with respect to the total amount of metal components, with the balance being Zn and inevitable impurities. It is an oxide having a component composition of the above, and has a low refractive index and a high transmittance in the visible light region and is amorphous, and thus has a high gas barrier property.
In particular, since the water vapor transmission rate is 0.03 g / (m 2 · day) or less, the water vapor barrier property is high, so it is suitable for a gas barrier layer or the like laminated on a resin film substrate used for electronic paper or solar cells. is there.

また、この透明酸化物膜を作製するための酸化物スパッタリングターゲットでは、全金属成分量に対して、Alを3〜8at%、Siを11〜27at%、Mgを5〜18at%含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる成分組成を有した酸化物焼結体からなるので、導電性が高くDCスパッタにより上記本発明の透明酸化物膜を安定して形成することができる。   In addition, the oxide sputtering target for producing this transparent oxide film contains 3 to 8 at% Al, 11 to 27 at% Si, and 5 to 18 at% Mg with respect to the total amount of metal components, and the balance. Is made of an oxide sintered body having a component composition composed of Zn and inevitable impurities, so that the transparent oxide film of the present invention can be stably formed by DC sputtering with high conductivity.

さらに、上記透明酸化物膜の製造方法では、上記酸化物スパッタリングターゲットを用い、酸素を含有させた不活性ガス雰囲気中及び基板を加熱した状態の少なくとも一方の環境下で、直流電流を投入してスパッタするので、成膜される透明酸化物膜の透明性が向上する。   Furthermore, in the method for producing the transparent oxide film, a direct current is applied in an inert gas atmosphere containing oxygen and in an environment in which the substrate is heated using the oxide sputtering target. Since sputtering is performed, the transparency of the formed transparent oxide film is improved.

また、基板の加熱温度を、100〜200℃の範囲に設定するので、成膜する樹脂フィルム基材への熱影響を抑えつつ、電子ペーパーや太陽電池で採用されるガスバリア層として十分な透明性と低い屈折率とを有する透明酸化物膜が得られる。
さらに、酸素と不活性ガスとの雰囲気ガス全体に対する酸素のガス分圧を、0.05以上に設定するので、電子ペーパーや太陽電池で採用されるガスバリア層として十分な透明性と低い屈折率とを有する透明酸化物膜が得られる。
In addition, since the heating temperature of the substrate is set in the range of 100 to 200 ° C., it is sufficiently transparent as a gas barrier layer employed in electronic paper and solar cells while suppressing the thermal effect on the resin film substrate to be formed. And a transparent oxide film having a low refractive index.
Furthermore, since the partial pressure of oxygen with respect to the whole atmospheric gas of oxygen and inert gas is set to 0.05 or more, sufficient transparency and a low refractive index as a gas barrier layer employed in electronic paper and solar cells A transparent oxide film having

上記本実施形態に基づいて作製した透明酸化物膜及び酸化物スパッタリングターゲットの実施例について評価した結果を以下に説明する。   The result evaluated about the Example of the transparent oxide film and oxide sputtering target which were produced based on the said this embodiment is demonstrated below.

本発明の実施例の製造は、以下の条件で行った。
まず、表1に示す組成割合になるようにAl粉末(4N,D50=0.2μm)とMgO粉末(3N,D50=0.4μm)とSiO粉末(3N,D50=5μm)とZnO粉末(4N,D50=1μm)とを秤量し、得られた粉末とその4倍量(重量比)のジルコニアボール(直径5mmのボール)とを10Lのポリ容器(ポリエチレン製ポット)に入れ、ボールミル装置にて48時間湿式混合し、混合粉末とする。なお、溶媒には、アルコールを用いた。
ここで、例えば、D50=1μmは、粉末における50%の粒子の粒径が1μm以下であることを表している。
Manufacture of the Example of this invention was performed on condition of the following.
First, Al 2 O 3 powder (4N, D 50 = 0.2 μm), MgO powder (3N, D 50 = 0.4 μm), and SiO 2 powder (3N, D 50 =) so as to have the composition ratio shown in Table 1. 5 μm) and ZnO powder (4N, D 50 = 1 μm), and the resulting powder and 4 times its weight (weight ratio) zirconia balls (balls with a diameter of 5 mm) are placed in a 10 L polycontainer (polyethylene pot). ) And wet mixed in a ball mill device for 48 hours to obtain a mixed powder. In addition, alcohol was used for the solvent.
Here, for example, D 50 = 1 μm indicates that the particle size of 50% of the particles in the powder is 1 μm or less.

次に、得られた混合粉末を乾燥後、1200℃にて5時間、200kgf/cmの圧力で真空ホットプレスし、焼結体とした。
このようにホットプレスした焼結体を、ターゲットの指定形状(直径125mm、厚さ10mm)に機械加工し、加工したものを無酸素銅からなるバッキングプレートにボンディングして本実施例1〜13のスパッタリングターゲットを作製した。
Next, the obtained mixed powder was dried and then vacuum hot pressed at 1200 ° C. for 5 hours at a pressure of 200 kgf / cm 2 to obtain a sintered body.
The sintered body thus hot-pressed is machined into a target shape (diameter 125 mm, thickness 10 mm), and the processed one is bonded to a backing plate made of oxygen-free copper. A sputtering target was produced.

さらに、これらのスパッタリングターゲットを、マグネトロンスパッタリング装置にセットし、電源:DC、投入電力:500W、到達真空度:1×10−4Pa、スパッタガス分圧(酸素と不活性ガス(Ar)との雰囲気ガス全体に対する酸素のガス分圧:O/(Ar+O))が0.05以上0.2以下、スパッタ圧力:0.67Pa、基板加熱を100℃から200℃とした条件で、屈折率及び透過率測定用としてガラス基板(コーニング社#1737 縦:20mm×横:20mm、厚さ:0.7mm)の上に膜厚100nm、また、水蒸気透過率測定用としてPETフィルム(縦:100mm×横:100mm、厚さ:120μm)の上に100nmを有する透明膜の形成を試みた。 Furthermore, these sputtering targets were set in a magnetron sputtering apparatus, and the power source: DC, input power: 500 W, ultimate vacuum: 1 × 10 −4 Pa, sputtering gas partial pressure (of oxygen and inert gas (Ar) Refractive index under the condition that the partial pressure of oxygen with respect to the whole atmospheric gas: O 2 / (Ar + O 2 )) is 0.05 or more and 0.2 or less, the sputtering pressure is 0.67 Pa, and the substrate heating is 100 ° C. to 200 ° C. In addition, a film thickness of 100 nm is formed on a glass substrate (Corning # 1737 length: 20 mm × width: 20 mm, thickness: 0.7 mm) for measuring transmittance, and a PET film (length: 100 mm × for measuring water vapor transmittance). An attempt was made to form a transparent film having a thickness of 100 nm on a width of 100 mm and a thickness of 120 μm.

なお、比較例のスパッタリングターゲット及び透明酸化物膜として、表1に示す条件において、ターゲット組成及び膜組成を本発明の範囲外に設定したもの(比較例1〜6)を上記実施例と同様に作製した。すなわち、比較例の透明酸化物膜として、スパッタリングターゲットの組成を調整し、透明酸化物膜中のAlの組成を3〜13at%の範囲外としたもの(比較例1,2)と、透明酸化物膜中のSiの組成を21〜59at%の範囲外としたもの(比較例3,4)と、透明酸化物膜中のMgの組成を10〜48at%の範囲外としたもの(比較例5,6)と、成膜条件を本発明の範囲外に設定したもの(比較例7)とを上記実施例と同様に作製した。   In addition, as a sputtering target and a transparent oxide film of a comparative example, on the conditions shown in Table 1, what set the target composition and the film composition outside the scope of the present invention (comparative examples 1 to 6) was the same as the above example. Produced. That is, as the transparent oxide film of the comparative example, the composition of the sputtering target was adjusted, and the composition of Al in the transparent oxide film was outside the range of 3 to 13 at% (Comparative Examples 1 and 2), and transparent oxidation The Si composition in the physical film was outside the range of 21 to 59 at% (Comparative Examples 3 and 4), and the Mg composition in the transparent oxide film was out of the range of 10 to 48 at% (Comparative Example) 5 and 6) and those in which the film-forming conditions were set outside the scope of the present invention (Comparative Example 7) were produced in the same manner as in the above Examples.

Figure 0005761528
Figure 0005761528

このように作製した本発明の実施例及び比較例の透明酸化物膜について、膜組成をICP発光分析法で測定したところ、全金属成分に対する各金属成分は表1に示すようになった。膜をEPMAで分析したところ、組織全体に酸素が均一に分布しており、各金属元素が酸化物として膜中に存在していることが確認された。
また、本発明の実施例及び比較例の透明酸化物膜についてX線回折(XRD)の分析を行い、結晶ピークの有無について調べた結果を表1に示す。
Regarding the transparent oxide films of Examples and Comparative Examples of the present invention thus prepared, the film composition was measured by ICP emission analysis. As a result, each metal component with respect to all metal components was as shown in Table 1. When the film was analyzed by EPMA, it was confirmed that oxygen was uniformly distributed throughout the entire structure and each metal element was present as an oxide in the film.
Table 1 shows the results of X-ray diffraction (XRD) analysis of the transparent oxide films of Examples and Comparative Examples of the present invention and the presence or absence of crystal peaks.

また、得られた各透明酸化物膜の屈折率は分光エリプソメーター(HORIBA Jobin Yvon社製UVISEL NIR)によって、透過率は分光光度計(日本分光社製 V−550)によって測定した。測定したそれぞれの結果は表1に示す。
さらに、水蒸気透過率(水蒸気バリア性)は、モコン法を用い、mocon社製PERMATRAN-WMODEL 3/33を用いてJIS規格のK7129法に基づいて測定した。測定されたそれぞれの結果は表1に示す。
The refractive index of each transparent oxide film obtained was measured with a spectroscopic ellipsometer (UVISEL NIR manufactured by HORIBA Jobin Yvon), and the transmittance was measured with a spectrophotometer (V-550 manufactured by JASCO Corporation). The measured results are shown in Table 1.
Furthermore, the water vapor transmission rate (water vapor barrier property) was measured based on JIS standard K7129 method using the Mocon method and using PERMATRAN-WMODEL 3/33 manufactured by mocon. The measured results are shown in Table 1.

これらの評価の結果、比較例1では、ターゲットの電気抵抗値が高すぎて、DCスパッタできなかった。
比較例2では、ターゲットに複合酸化物(ZnAl)組織ができて異常放電が多発し、DCスパッタできなかったので、RFスパッタしたところ、膜に複合酸化物相が析出して水蒸気バリア性が悪かった。
As a result of these evaluations, in Comparative Example 1, the electric resistance value of the target was too high and DC sputtering could not be performed.
In Comparative Example 2, a complex oxide (ZnAl 2 O 4 ) structure was formed on the target, abnormal discharge was frequently generated, and DC sputtering could not be performed. Therefore, when RF sputtering was performed, a complex oxide phase was deposited on the film and a water vapor barrier was formed. The nature was bad.

比較例3では、Si添加量が少なく、屈折率が高くなっている。また、粗大結晶が析出してアモルファス構造が崩れたため、水蒸気バリア性が悪かった。
比較例4では、ターゲットの電気抵抗値が高すぎて、DCスパッタできなかったため、RFスパッタしたところ、複合酸化物(ZnSiO)が析出し、水蒸気バリア性が悪かった。
比較例5では、Mg添加量が少ないため、膜の結晶性が高くなり、粗大粒子が析出して水蒸気バリア性が低下している。
比較例6では、ターゲットの電気抵抗値が高すぎて、DCスパッタできなかったため、RFスパッタしたところ、複合酸化物(ZnMgO)が析出し、水蒸気バリア性が悪かった。
比較例7では、本発明のスパッタ成膜条件を外れている。本発明のスパッタリングターゲットを用いても、基板加熱・酸素添加を行わなければ、膜に酸素欠損が残存するため、可視光域の屈折率が高く、可視光透過率が低い。
In Comparative Example 3, the amount of Si added is small and the refractive index is high. Moreover, since the coarse crystal precipitated and the amorphous structure collapsed, the water vapor barrier property was poor.
In Comparative Example 4, since the electric resistance of the target was too high and DC sputtering could not be performed, when RF sputtering was performed, composite oxide (Zn 2 SiO 4 ) was deposited, and the water vapor barrier property was poor.
In Comparative Example 5, since the amount of Mg added is small, the crystallinity of the film is high, coarse particles are precipitated, and the water vapor barrier property is lowered.
In Comparative Example 6, since the electric resistance value of the target was too high and DC sputtering could not be performed, when RF sputtering was performed, composite oxide (ZnMgO 2 ) was deposited, and the water vapor barrier property was poor.
In Comparative Example 7, the sputter deposition conditions of the present invention are not met. Even when the sputtering target of the present invention is used, oxygen vacancies remain in the film unless substrate heating and oxygen addition are performed, so that the refractive index in the visible light region is high and the visible light transmittance is low.

これらに対して、本発明の全ての実施例では、XRDで結晶ピークが認められず、水蒸気透過率はいずれも0.03 g/(m・day)以下であり、高い水蒸気バリア性を有している。また、いずれの実施例においても、波長400〜750nmの可視光域の屈折率が1.9以下であると共に前記可視光域の透過率が90%以上と高く、低屈折率かつ高透過率を有する膜が得られている。 On the other hand, in all examples of the present invention, no crystal peak was observed by XRD, and the water vapor transmission rate was 0.03 g / (m 2 · day) or less, and the water vapor barrier property was high. doing. In any of the examples, the refractive index in the visible light region having a wavelength of 400 to 750 nm is 1.9 or less and the transmittance in the visible light region is as high as 90% or more, and has a low refractive index and a high transmittance. The film which has is obtained.

なお、本発明の酸化物スパッタリングターゲットを利用するためには、相対密度:90%以上、面粗さ:Ra値2μm以下、Rz値15μm以下、粒径:3μm以下、電気抵抗:1.0×10Ω・cm以下、金属系不純物濃度:0.1原子%以下、抗折強度:120MPa以上であることが好ましい。上記各実施例は、いずれもこれらの条件を満たしたものである。
また、本発明の技術範囲は上記実施形態及び上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
In order to use the oxide sputtering target of the present invention, relative density: 90% or more, surface roughness: Ra value 2 μm or less, Rz value 15 μm or less, particle size: 3 μm or less, electric resistance: 1.0 × It is preferable that 10 1 Ω · cm or less, metal impurity concentration: 0.1 atomic% or less, and bending strength: 120 MPa or more. Each of the above-described embodiments satisfies these conditions.
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

Claims (4)

全金属成分量に対して、Alを3〜13at%、Siを21〜59at%、Mgを10〜48at%含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる成分組成を有した酸化物であり、波長400〜750nmの可視光域での屈折率平均値が、1.9以下であり、前記可視光域での透過率平均値が90%以上であり、非晶質であることを特徴とする透明酸化物膜。   It is an oxide having a component composition containing 3 to 13 at% Al, 21 to 59 at% Si, 10 to 48 at% Mg, and the balance consisting of Zn and inevitable impurities with respect to the total amount of metal components. Transparent having a refractive index average value in a visible light region of 400 to 750 nm of 1.9 or less, a transmittance average value in the visible light region of 90% or more, and amorphous. Oxide film. 請求項1に記載の透明酸化物膜において、
水蒸気透過率が0.03g/(m・day)以下であることを特徴とする透明酸化物膜。
The transparent oxide film according to claim 1,
A transparent oxide film having a water vapor transmission rate of 0.03 g / (m 2 · day) or less.
請求項1又は2に記載の透明酸化物膜を製造するためのスパッタリングターゲットであって、
全金属成分量に対して、Alを3〜8at%、Siを11〜27at%、Mgを5〜18at%含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる成分組成を有した酸化物焼結体からなることを特徴とする酸化物スパッタリングターゲット。
A sputtering target for producing the transparent oxide film according to claim 1 or 2,
From an oxide sintered body having a component composition containing 3 to 8 at% Al, 11 to 27 at% Si, 5 to 18 at% Mg, and the balance consisting of Zn and inevitable impurities with respect to the total amount of metal components An oxide sputtering target.
請求項1又は2に記載の透明酸化物膜を製造する方法であって、
請求項3に記載の酸化物スパッタリングターゲットを用い、酸素を含有させた不活性ガス雰囲気中及び基板を加熱した状態の少なくとも一方の環境下で、直流電流を投入してスパッタすることを特徴とする透明酸化物膜の製造方法。
A method for producing the transparent oxide film according to claim 1, comprising:
Using the oxide sputtering target according to claim 3, sputtering is performed by applying a direct current in at least one of an inert gas atmosphere containing oxygen and a state in which the substrate is heated. A method for producing a transparent oxide film.
JP2012049505A 2012-03-06 2012-03-06 Transparent oxide film, method for producing the same, and oxide sputtering target Active JP5761528B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012049505A JP5761528B2 (en) 2012-03-06 2012-03-06 Transparent oxide film, method for producing the same, and oxide sputtering target

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012049505A JP5761528B2 (en) 2012-03-06 2012-03-06 Transparent oxide film, method for producing the same, and oxide sputtering target

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013185176A JP2013185176A (en) 2013-09-19
JP5761528B2 true JP5761528B2 (en) 2015-08-12

Family

ID=49386885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012049505A Active JP5761528B2 (en) 2012-03-06 2012-03-06 Transparent oxide film, method for producing the same, and oxide sputtering target

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5761528B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6707740B2 (en) * 2017-03-31 2020-06-10 鹿児島県 Target manufacturing method and thin film manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013185176A (en) 2013-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5884549B2 (en) Transparent oxide film and method for producing the same
JP4552950B2 (en) Oxide sintered body for target, manufacturing method thereof, manufacturing method of transparent conductive film using the same, and transparent conductive film obtained
JP3906766B2 (en) Oxide sintered body
JP5561358B2 (en) Transparent conductive film
KR101321554B1 (en) An oxide sintered body and an oxide film obtained by using it, and a transparent base material containing it
JP4730204B2 (en) Oxide sintered compact target and method for producing oxide transparent conductive film using the same
WO2011016388A1 (en) Oxide sinter, method for producing same, target and transparent conductive film
WO2001038599A1 (en) Sputtering target, transparent conductive oxide, and method for preparing sputtering target
JP5943226B2 (en) Sputtering target for forming transparent film and method for producing the same
TWI545213B (en) Cu-In-Ga-Se quaternary alloy sputtering target
JP2006188392A (en) Oxide sintered compact, transparent electroconductive thin film, and element packaged with the same
JP2009144226A (en) Metal zinc-containing sputtering target
JP5761528B2 (en) Transparent oxide film, method for producing the same, and oxide sputtering target
JP5167575B2 (en) Oxide sintered body, sputtering target, and transparent conductive film
JP5776563B2 (en) Transparent film, method for producing the same, and sputtering target for forming transparent film
CN110741106A (en) Oxide sintered body and sputtering target
TWI579254B (en) Sintered and amorphous membranes
JP2013185175A (en) Transparent oxide film, method for manufacturing the same, and oxide sputtering target
WO2014021374A1 (en) Oxide sintered body and tablet obtained by processing same
CN115925414B (en) Molybdenum oxide-based sintered body, thin film using the sintered body, thin film transistor including the thin film, and display device
JP5954620B2 (en) Sputtering target for forming transparent oxide film and method for producing the same
WO2019202819A1 (en) Transparent oxide laminate film, method for producing transparent oxide laminate film, sputtering target, and transparent resin substrate
WO2013042747A1 (en) Oxide sintered body, method for producing same, and oxide transparent conductive film
JP2012132089A (en) Method for forming electrically conductive transparent zinc oxide-based film, electrically conductive transparent zinc oxide-based film and electrically conductive transparent substrate

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140925

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150423

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150513

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150526

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5761528

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150