JPH0344464A - Ｉｔｏ透明導電膜用スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 且里ム亘並 本発明は、スパッタリングによるＩＴＯ薄膜又はターゲ
ットの抵抗率の経時変化が少ないＩＴＯ透明導電膜形成
用スパッタリングターゲットに関する。

上のり Ｉ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）膜や
ネサ膜と呼ばれているＳｎＯ，ｉ、Ｉｎ２Ｏ３膜等の酸
化物透明導電膜は、通常化学量論的組成からのｒずれ」
によりｎ型の導電性を示す半導体特性を利用し、これに
必要に応じてドーパントを添加して１０　＝〜１０”Ω
・ｃｍの低い抵抗膜としたものである。特にＩＴＯ膜は
高い導電性と可視光透過性を有するので、透明導電膜と
して最も広く用いられている。

一般にＩＴＯ等の透明導電膜は電卓やデジタル時計に使
用する液晶表示装置、薄膜エレクトロルミネセンス（Ｅ
Ｌ）表示装置、放射線検出素子、端末機器の透明タブレ
ット、窓ガラスの結露防止用発熱膜、帯電防止膜あるい
は太陽光集熱器用選択透過膜など巾広い用途がある。

び。　１、 酸化物透明導電膜を形成する方法としては、従来化合物
の熱分解を利用して加熱基板に酸化物を形成するスプレ
ィ法やＣＶＤ法などの化学的製膜法あるいは物理的製膜
法として真空蒸着法やスパッタリング法などがあるが、
大面積化を可能とし低抵抗膜を再現性よく得る手段とし
てスパッタリングによる方法が広く採用されてきている
。

スパッタリング法による薄膜形成の技術は周知であるが
、それを簡単に説明するならば真空吸引された容器内に
少量のアルゴン等の不活性ガスを導入し、ターゲットと
基板を対向させて載置し、該ターゲットと基板間で放電
させる。この結果、ターゲット材料が電離したアルゴン
イオン衝撃によりはじき出されて飛しょうし、対向する
前記基板に堆積する、このような原理を利用したもので
ある。

一般にターゲツト材が単一物質では特に問題がないが、
化合物の場合には同じ化学組成の材料が基板上に析出す
るとは限らないという問題がある。

酸化インジウムと酸化錫からなるＩＴＯ膜のターゲット
はこれが著しく、スパッタリングされた基板上のＩＴＯ
膜の抵抗率が一定にならないという問題を生じた。

この原因を究明していくと、ターゲットそのものが、イ
オン衝撃（ボンバード）及び熱影響により酸化物が解離
し、ＩＴＯ膜形成のために調整した適合するターゲット
の組成に比べ酸素含有量がスパッタリング中に減少して
いくということが分った。

このターゲット組成の酸素減少に応じてスパッタリング
条件を制御するという手法も考えられるが事実上非常に
難しく、実男できていない。

ＩＴＯ膜は、酸化物組成の化学量論的なずれが導電性を
著しく増大させるものであり、酸素含有量の微少な増減
がＩＴＯ膜特性に著しい影響を与えるものであるから上
記のようなターゲット中の酸素減少化傾向はＩＴＯ膜の
性能向上に大きな障害となるものである。

且里立且亙 本願発明は上記のような情況に鑑み、ＩＴＯターゲット
の酸素減少化による抵抗率の経時変化を効果的に抑制す
ることができるＩＴＯ透明導電膜形成用ターゲットを提
供するものである。

すなわち本発明は、 （１）Ｉｎ２Ｏ３とＳｎ○、を主成分とする粉末混合体
の酸素含有量の理論計算値を重量比で１００とした場合
、上記粉末混合体の焼結体ターゲットに含有される酸素
含有量が重量比で１００未満であることを特徴とするス
パッタリング中の抵抗率の経時変化が少ないＩＴＯ透明
導電膜用スパッタリングターゲット。

（２）上記焼結体ターゲットに含有される酸素含有量が
重量比で９８．５以下であることを特徴とする前記（１
）記載のＩＴＯ透明導電膜用スパッタリングターゲット
。

（３）上記焼結体ターゲットに含有される酸素含有量が
重量比で９８．５以下、８９．９以上であることを特徴
とする前記（１）記載のＩＴＯ透明導電膜用スパッタリ
ングターゲット。

（４）焼結体ターゲットの密度が４．０〜５．８ｇ／ｃ
ｍ２であることを特徴とする前記（１）乃至（３）記載
のＩＴＯ透明導電膜用スパッタリングターゲット。

に関する。

ｍ化民盗」ｂ４丑 ＩＴＯ透明導電膜の主要成分はＩｎ２Ｏ３であり、約７
０〜９５％を占める。このＩｎ、Ｑ、は通常化学量論組
成からの「ずれ」によりｎ型の電導性を示す半導体で、
これに同効果をもっＳｎＯ，を添加し、その自由電子濃
度Ｎ（キャリヤ濃度）をｎＸｌ０”ａｍ−”オーダー程
度に高め、抵抗率ρが１０−ｓ〜１０４Ω・印程度とな
る膜をつくることができる。これがＩＴＯ膜である。

上記のようにＩＴＯ膜はＩｎ、０１にＳｎＯ，を添加す
ることによって著しい低抵抗化膜を得ることができるが
、さらにこれにＦやＳｅ等の微量元素を添加してさらに
導電性を改善する提案もなされている。

上記のようにＩＴＯ膜形成用のターゲットはスパッタリ
ング中に適正に配合した酸化インジウムと酸化錫中の酸
素含有量が減少するという問題を解決するために、本発
明においては予め、使用するターゲットそのものから酸
素を事前に減少させておくという手法を見出したもので
ある。

ＩＴＯターゲットの原材料として基本成分となるＩｎ５
Ｏ，粉末及びＳｎＯ，粉末は高純度の粉末を使用する。

上記ＳｎＯ，は５〜３０％添加するが、５％未満及び３
０％を超えると添加する低抵抗化の効果がなくなるので
上記の混合割合とする。特に好ましい添加割合は５〜１
０％である。この他導電性を向上させる添加材料として
Ｓｅａ、、ＳｎＦ、等を０．１〜３％加えることができ
る。

このようにして準備された原料粉をそれぞれ所定の比率
で混合し、これを板状に成形する。この段階で上記粉末
混合体の酸素含有量は理論計算値とほぼ等しく例えばＩ
ｎ、○、　（９０ｗｔ％）＋　Ｓ　ｎ　Ｏ。

（１０ｗｔ％）中の酸素含有量は１７．６８３ｗｔ％と
なる。

成形されたものをさらに焼結を行うが、焼結条件は大気
中、酸素を調整した酸化性雰囲気中、真空中又はＡｒ等
の不活性雰囲気中のいずれの雰囲気で行うこともできる
。この条件は焼結体の目的に応じて適宜選択される。

焼結温度は一般に１０００〜１７００℃で１〜５時間実
施する（−次焼結）が、これより低温でも可能である。

上記においては、成形を分けて行っているが、これを同
時に行うホットプレス法によっても製造できる。

このような状態での焼結ターゲットはスパッタリング中
に酸素含有量の低減化傾向があり、基板に被着するＩＴ
Ｏ膜の酸素含有量が経時的に変化する欠点がある。しか
し、この酸素低減化傾向も一定値に飽和してくるので、
スパッタリング操作で低減化する量だけ予めＩＴＯター
ゲットから除いておけば、原理的にはスパッタリング中
での酸素含有量の変化（低減化）はないわけである。

このため上記−次焼結の後、３００〜１７００℃で１〜
１０時間（真空中、不活性ガス（例えばアルゴンガス）
雰囲気中、還元ガス（例えば水素ガス）雰囲気中又は熱
分解を起す高温加熱雰囲気中で）二次焼結を行う。

これによってＩＴＯ焼結体ターゲットに含有される酸素
は、前記粉末混合体の酸素含有量（重量％）の理論計算
値を１００とした場合に、それ未満（１００未満）とな
る。最下限値は６９．０である。

この最下限値はＩｎ２Ｏ３とＱｎＯ，が還元され、それ
ぞれＩｎＯとＳｎＯになったときの値である。

好ましくは８９．９以上９８．５以下とするが、それは
二次焼結の条件の選択によって遠戚できる。

上記数値８９．９はスパッタリング中の酸素低減化によ
る飽和値と認められる値であり、数値９８．５は抵抗率
の経時変化が顕著に緩和してくる値である。

上記の一連の工程における焼結は比較的低温の焼結であ
り、ＩＴＯ焼結体ターゲットの密度は４．０〜５．８ｇ
／ｃ−ｆｆｌ、好ましくは４．８〜５．８ｇ／ｃｒｄ（
一般には中密度といわれる）である。

焼結ターゲットの外観は上記−次焼結ターゲットは淡い
薄縁色を呈しているが、二次焼結ターゲットは黒色化し
た。これはスパッタリング中に酸素が欠乏化した従来タ
ーゲットの外観に近似しており、二次焼結後の焼結体タ
ーゲットが理論計算値の酸素含有量よりも低減化してい
ることが分る。

上記のような低真空中での二次焼結ではＩｎ。

○、とＳｎＯ，の熱解離を生じ、理論化合物組成から酸
素解離し、減少するという現象が生ずるためである。ス
パッタリング操作中でもアルゴン雰囲気の低真空中で行
われるから、ＩＴＯターゲットの熱解離とイオン衝撃エ
ネルギーによるＩ　ｎ２Ｏ３、ＳｎＯ，の解離が必然的
に行われていると推測される。

本発明の如く、予め減少化する量だけＩＴＯり−ゲット
から酸素を除いておくと、スパッタリング中での解離現
象が著しく減少し、基板に析出するＩＴＯ膜の抵抗値に
ほとんど経時変化がなく、スパッタリングを行うことが
できる。

上記の製造工程によって得られた焼結体は機械加工によ
りターゲットとして必要な形状、例えば矩形、円盤等の
板状体に仕上げられる。

次に実施例に沿って本願発明を説明する。

１鳳盟及斐里笠盟 基本成分となる高純度のＩｎ、○、粒粉末ＳｎＯ３粉を
準備し、Ｉｎ、０．９０　ｗ　ｔ％、Ｓｎ０，１０ｗｔ
％の成分配合割合にて予め板状の成形体を作成した。そ
してこれを大気中で焼結して４Ｉφ×４ｔの寸法の５．
Ｉｇ／ｃｍ２の密度を有するＩＴＯターゲットを作製し
た。焼結温度は１５００℃、焼結時間は３時間である。

これは−次焼結に相当し、この−次焼結したものを比較
例として呈示する。

次に本発明の実施例として一次焼結までは全く同様にし
て作製したＩＴＯターゲット材をさらにアルゴン雰囲気
１００Ｐａ　（パスカル）、１２００℃で５時間二次焼
結を行った。この時のターゲット密度は５．Ｏｇ／−で
あった、酸素含有量はＩＴＯの成分組成の理論計算値を
１００とすると９８．５であった。

以上の本発明例及び比較例のターゲットについてスパッ
タリングし基板に形成された薄膜の抵抗の経時変化を調
べた。

スパッタリング条件は次の通りである。（装置、日電ア
ネルバ製５ｐＦ−２１０８） 投入パワー　０．５Ｗ／ａｉｌ スパッタリングガス　　　純アルゴン ガ　　　　　ス　　　　圧　　　　　０．５Ｐａ基　　
板　　温　　度　　　　室温　（２５℃）一般にＩＴＯ
膜の電気特性すなわち抵抗率ρ（ΩｃＩＴＩ）は次式で
表すことができる。

Ｎ　（ｃｍ−″）　　　　キャリヤ濃度μ（−／Ｖ・５
ｅｃ）　　易動度 ｅ　（１，６０２ｘｌＯ−’ｃ）電気素量この結果を第
１図及び第２図に示すが、図で成膜１回ごと（約１５０
０人）に膜の抵抗を計った（図では黒点で示される）、
全てアニール（大気中３００℃×３０分）後の抵抗率（
ρ）の経時変化を示す。

第１図は本発明の実施例であるが、連続してスパッタリ
ングしてもＩＴＯ膜の抵抗率ρは殆ど時間的に変化が認
められず、はぼ一定である。これに対して第２図で示さ
れる比較例の一次焼結のみのＩＴＯターゲットでは、次
第に抵抗率が上昇していくのが分る。

この結果、比較例のＩＴＯターゲットは膜の抵抗率が不
安定で品質に問題を芦しているが、本発明例ではこれが
なく、良好な品質のものが得られる。

ＩＴＯ膜の一般的光学特性としては基礎吸収端が紫外域
にあり、さらに適度の自由電子による吸収を近赤外域か
ら生じるためその画成に挟まれた可視域において透明と
なり、赤外域においては熱線を反射する。そして可視透
過率は８０％を超え、通常９０％以上である。本願発明
のスパッタリングターゲットを用いて形成した透明導電
膜は、いずれも可視透過率が９０％を超えた。

互且豆立羞来 上記から明らかなように本願発明は透明導電膜としてス
パッタリングによってＩＴＯ膜を形成する際、経時変化
のない優れた特性をもつＩＴＯ膜を提供するものである
。

上記に述べたように本願明細書に記載するデータに留ま
らず、基板条件や熱処理さらには成膜時の酸素分圧など
をコントロールすることなどにより、上記の抵抗率をさ
らに改善することが可能である。本願発明のようにスパ
ッタリングによるＩＴＯ膜の形成において、安定した品
質を得ることができれば、歩留りが向上し、膜特性を良
好に維持することができる。液晶表示装置や、選択透過
膜など多くの電子機器に採用されている本発明による透
明導電膜の一層の進歩は、今後の技術及び機器の開発に
著しい貢献をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＩＴＯターゲットによって形成された
薄膜の抵抗率の関係を経時的に示すグラフであり、第２
図は比較例を示す同グラフである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｉｎ＿２Ｏ＿３とＳｎＯ＿２を主成分とする粉末
   混合体の酸素含有量の理論計算値を重量比で１００とし
   た場合、上記粉末混合体の焼結体ターゲットに含有され
   る酸素含有量が重量比で１００未満であることを特徴と
   するスパッタリング中の抵抗率の経時変化が少ないＩＴ
   Ｏ透明導電膜用スパッタリングターゲット。
2. （２）上記焼結体ターゲットに含有される酸素含有量が
   重量比で９８．５以下であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のＩＴＯ透明導電膜用スパッタリング
   ターゲット。
3. （３）上記焼結体ターゲットに含有される酸素含有量が
   重量比で９８．５以下、８９．９以上であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のＩＴＯ透明導電膜用
   スパッタリングターゲット。
4. （４）焼結体ターゲットの密度が４．０〜５．８ｇ／ｃ
   ｍ＾２であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
   至第３項のそれぞれに記載するＩＴＯ透明導電膜用スパ
   ッタリングターゲット。