JPH0344465A - Ito透明導電膜用スパッタリングターゲットの製造方法 - Google Patents

Ito透明導電膜用スパッタリングターゲットの製造方法

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JPH0344465A JP17912489A JP17912489A JPH0344465A JP H0344465 A JPH0344465 A JP H0344465A JP 17912489 A JP17912489 A JP 17912489A JP 17912489 A JP17912489 A JP 17912489A JP H0344465 A JPH0344465 A JP H0344465A
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(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】 且里立亘並 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の製造方法に関する。
産呈上立剋旦公且 I T O(Indium−Tin 0xide)膜や
ネサ膜と呼ばれているSnO,膜、In、○、膜等の酸
化物透明導電膜は、通常化学量論的組成からの「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10−1〜104Ω
・傭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。
′    び口 ・・ 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翔し、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
膜の抵抗値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(イオンボンバード)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、実現できていない。
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。
且旦立且盟 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値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の製
造方法を提供するものである。
すなわち本発明は、I n2O2とSnO,を主成分と
する粉末混合体1000℃〜1700℃、1〜5時間大
気中で一次焼結した後、300℃〜1700℃で1〜1
0時間、真空中又は不活性ガス(例えばアルゴンガス)
雰囲気中又は還元ガス(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の製造
方法、及び上記二次焼結後のターゲットに含有される酸
素含有量が焼結前の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98.5以下、89.9
以上であることを特徴とする前記ITO透明導電膜用ス
パッタリングターゲットの製造方法、並びに二次焼結後
のターゲットの密度が4.0〜5.8g/criTであ
ることを特徴とする前記それぞれのITO透明導電膜用
スパッタリングターゲットの製造方法に関する。
且里立且盗並五里 ITO透明導電膜の主要成分はIn2O2であり、約7
0〜95%を占める。このIn□O3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、
これに同効果をもつSnO,を添加し、その自由電子濃
度N(キャリヤ濃度)をnXl0”an−”オーダー程
度に高め、抵抗率ρが10−1〜10’Ω・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I n2O2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。
ITQターゲットの原材料として基本成分となるIn、
03粉末及びSn○、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、 O,(90wt%)+ S n○、 (10
wt%)中の酸素含有量は17.683wt%となる。
成形されたものをさらに大気焼結を行うが、焼結条件は
大気中、酸素を調整した酸化性雰囲気中、酸素を含有さ
せた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。これらの条件を含めて本願明細書では大気
焼結といい、これらの条件は焼結体の目的に応じて適宜
選択される。
−次焼結温度は1OOO℃〜17oO℃で1〜5時間実
施する。上記においては、成形と焼結を分けて行ってい
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−次焼結ターゲットをスパッタリングターゲットと
して使用することができるが、スパッタリング中に酸素
含有量が低減化するという問題があり、基板に被着する
ITO膜の酸素含有量が経時的に変化する欠点があるこ
とが見出された。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’C−1700℃で
1〜10時間、真空中又は不活性ガス(例えばアルゴン
ガス)雰囲気中又は還元ガス(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
例えば、真空中では500℃程度〜1700℃程度で二
次焼結を行う。不活性ガス(例えばアルゴンガスや窒素
ガス)雰囲気中(圧力は特に問わない)では、500℃
程度〜1700℃程度で二次焼結を行う。還元性ガス(
例えば水素ガス)雰囲気中(圧力は特に問わない)では
300°C〜800℃程度で二次焼結を行う。又は上記
の他高温(1000℃〜1700℃程度)において熱分
解(ガス雰囲気は問わない)が起る条件で二次焼結を行
っても良い。
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In、03とSn○3が還元され、それ
ぞれIn○とSnOになったときの値である。
酸素含有量は89.9以上98.5以下とすることが望
ましく、それは二次焼結の条件の選択によって達成でき
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(−次焼結、二次焼結)
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 、8 g / cn?、好ましくは
4.8〜5.8g/cボ(一般には中密度といわれる)
となる。二次焼結条件を数次繰り返しても良いが、コス
ト的に得策でない、しかし本願発明はこれらを実質的に
包含するものである。
焼結ターゲットの外観をみると、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。
OlとSnO,の熱解離を生じ、理論化合物組成から酸
素が解離し、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は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In。
Oい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、予め減少化する量又はそれに近似する量
だけITOター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膜の抵抗率にほとんど経時変化がなくなり、良
好な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遍」U巳り釦虹園 基本成分となる高純度のI n2O2粉末、Sn○、粉
を準備し、I n、0,90wt%、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4“φ×4tの寸法の5.
1g/cot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
例として掲示する。
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/d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、日型ア
ネルバ製5pF−2108) 投入パワー 0.5W/cffl スパッタリングガス   純アルゴン 法    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(Ωcm)は次式で表すこ
とができる。
N (cm−”)     キ’t’)ヤ濃度μ(cr
Ii/V−8ec)  易動度e (+、602X10
=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1500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30
0℃X30分)後の抵抗率(ρ)の経時変化を示す。
第1図は本発明分実施例であるが、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値が不
安定で品質に問題を有しているが、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挾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。
生且玉立亙玉 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
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。本発
明の製造方法によって得られたターゲットを用いること
により、透明導電膜の今後の技術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図は本発明の製造方法によって得られた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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)In_2O_2とSnO_2を主成分とする粉末
    混合体を1000℃〜1700℃、1〜5時間大気中で
    一次焼結した後、300℃〜1700℃で1〜10時間
    、真空中又は不活性ガス(例えばアルゴンガス)雰囲気
    中又は還元ガス(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とを特徴と
    するスパッタリングによる抵抗率の経時変化の少ないI
    TO透明導電膜用スパッタリングターゲットの製造方法
  2. (2)上記二次焼結後のターゲットに含有される酸素含
    有量が、焼結前の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、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の製造
    方法。
  3. (3)二次焼結後のターゲットの密度が4.0〜5.8
    g/cm^3であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項乃至第2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の製造方法。
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