JPH0950712A - 透明導電膜及びその形成方法 - Google Patents

透明導電膜及びその形成方法

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JPH0950712A
JPH0950712A JP7200637A JP20063795A JPH0950712A JP H0950712 A JPH0950712 A JP H0950712A JP 7200637 A JP7200637 A JP 7200637A JP 20063795 A JP20063795 A JP 20063795A JP H0950712 A JPH0950712 A JP H0950712A
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ito
gas
ito film
transparent conductive
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JP7200637A
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Masahiko Ando
正彦 安藤
Kenichi Kizawa
賢一 鬼沢
Etsuko Nishimura
悦子 西村
Masaru Takahata
勝 高畠
Kenji Anjo
健二 安生
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】酸素欠乏したITOターゲット3、及び水蒸気
と水素の混合ガスからなる雰囲気ガスを用いて、スパッ
タ法で非晶質ITO薄膜を形成する。 【効果】膜中に存在する酸素に対する水素の比率が増加
する結果、微結晶量が低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は透明導電膜及びその形成
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】a−ITO膜は、室温から200℃程度
までの比較的低温で形成できるため、耐熱性の低い、例
えば、プラスチック基板の上に形成できる。従って、プ
ラスチック基板を用いた軽量、低価格液晶ディスプレイ
用の透明電極材料として将来的に有望である。このよう
な特徴をもつa−ITO膜は、従来、主にスパッタ法で
形成されるが、その場合は特開平2−163363 号公報に示
されるように、ターゲットとしてIn23へSnO2
混入したITO焼結ターゲットを用い、Ar等の不活性
ガスからなるスパッタガスに水蒸気或いはH2OとO2
混合ガスを混入させて形成されていた。各ガスの混入量
を調整することで、a−ITO膜中の酸素と水素の組成
を制御して、良好な透過率,導電性、及び加工性を得る
ことが行われてきた。ここで、加工性が良好であると
は、基板上に形成したa−ITO膜をエッチングにより
パターン加工した際に、ITO膜が除去されるべき基板
面上に、問題となる程度にITO膜が残る(以下、残渣
と呼ぶ)ことがないことである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に、a−ITO膜
中には粒径約20nmの微結晶粒が点在する。微結晶粒
は、a−ITO膜の導電率及び加工性を低下させる。導
電率の低下は、微結晶/非晶質界面で伝導電子が散乱さ
れ、抵抗を受けるために起きる。また、加工性の低下
は、微結晶は非晶質部よりもエッチング速度が約2桁小
さくエッチングされにくいために起きる。これは、非晶
質部が十分エッチングされた後でも、微結晶はエッチン
グされずに基板上に残り、残渣となるためである。
【0004】従って、a−ITO膜の導電性及び加工性
を向上するためには、膜中に形成される微結晶粒の発生
量を低減する必要がある。従来方法では、微結晶量は水
蒸気混入量の増加に伴い、一旦、減少した後、再び増加
した。微結晶量が最小になる最適水蒸気混入量でも、a
−ITO膜が部分的に結晶化して、膜中に大きさ約20
nmの微結晶粒が10個/μm2 程度散在した。このた
め、最適水蒸気混入量でも、残渣が部分的に発生し、導
電率は600μΩcm程度であった。
【0005】従来の方法で、H2O 混入量の増加に伴
い、微結晶量が十分減少する前に再び増加し始める理由
は、以下に示すように、水蒸気がa−ITO膜結晶化の
抑制作用と促進作用を同時に有するためである。H2
を添加しない場合、Snを無視した場合のITO膜の組
成比は、化学量論比(O/In=3/2)よりも酸素が欠乏
した状態になる(O/In<3/2)。この場合、In−
Sn−Oネットワーク中には酸素欠損に起因したダング
リングボンド(未結合手)が存在し、原子が動きやすく結
晶化しやすい。水蒸気を混入すると、プラズマ中でのH
2O の分解によって発生したOHがITO膜中に導入さ
れる。酸素に結合した水素がダングリングボンドを終端
するため、結晶化が抑制される。しかし、OHは同時に
膜中の酸素量を増加させる。これにより、ITO膜の組
成比が化学量論比に近づくと、再び結晶化しやすくな
る。
【0006】本発明の目的は、a−ITO膜の導電性及
び加工性をさらに向上させるため、従来よりも微結晶数
密度が少ない(10個/μm2以下)a−ITO膜及びそ
の形成方法を提供する。
【0007】
【課題を解決するための手段】このために、組成比が化
学量論的比よりも酸素欠乏側にずれた状態で、かつHに
よってダングリングボンドが十分終端されたa−ITO
膜を形成する。即ち、InとOの一定組成比に対して、
従来よりも水素含有量が多いa−ITO膜を形成する。
【0008】これには、2通りの方法がある。第1の方
法は、化学量論比よりも酸素欠乏側にずれた組成比を有
するITOターゲットを用いること、第2の方法は、混
入ガスとしてH2OとH2の混合ガスを用いることであ
る。
【0009】
【作用】上記方法により、InとOの一定組成比に対し
て、従来よりも水素含有量を増加できることを説明す
る。以下の議論では、Snは含有量が少ないため無視す
る。従来のITOターゲットを用いて、水蒸気を混入し
ないで形成した場合、ITO膜の組成比は化学量論比(O/
In=3/2)から酸素が欠乏した状態にずれる。即
ち、In23-T(3>T>0)となる。
【0010】水蒸気混入により、OHがITO膜中に組
成比で(OH)Aだけ導入されると、ITO膜の組成比
は、In23-T+A:HA ITO膜の組成比が化学量論比
になるまで(3−T+A=3)水蒸気を混入した場合、
水素の含有量比AはTとなる。これに対して、化学量論
比よりも酸素欠乏側にずれた組成比を有するITOター
ゲットを用いると、水蒸気を混入しないで形成した場
合、組成比が従来よりもさらに酸素欠乏側にずれて、I
23-T-R(3>T+R>0,R>0)となる。水蒸気
を混入して形成した場合、In23-T-R+A:HA となる
から、ITO膜の組成比が化学量論比になるまで(3−
T−R+A=3)水蒸気を混入した場合、水素の含有量
比AはT+Rとなり、従来のITOターゲットを用いた
場合よりもRだけ増加する。
【0011】また、H2ガスを混入して形成した場合
は、従来ターゲットを用いても、組成比がより酸素欠乏
側にずれて、In23-T-S(3>T+S>0,S>0)
これは、膜形成時で、H2 の還元作用によって膜表面か
ら酸素が脱離する確率が増加するためである。従って、
2OとH2の混合ガスを用いた場合、In23-T-S+A
A となるから、ITO膜の組成比が化学量論比になる
まで(3−T−S+A=3)水蒸気を混入した場合、水
素の含有量比AはT+Sとなり、従来のITOターゲッ
トを用いた場合よりもSだけ増加する。
【0012】さらに、化学量論比よりも酸素欠乏側にず
れた組成比を有するITOターゲット、及びH2OとH2
の混合ガスを用いた場合、In23-T-R-S+A:HA(3>
T+R+S>0)となるから、ITO膜の組成比が化学
量論比になるまで(3−T−R−S+A=3)水蒸気を
混入した場合、水素の含有量比AはT+R+Sとなり、
前2者よりもさらに増加する。
【0013】
【実施例】以下、本発明による実施例について、図面を
参照しながら説明する。
【0014】図3は本発明の水素を含有するa−ITO
膜の形成方法を実現するスパッタ装置の要部断面図であ
る。1は真空チャンバ、2はターボポンプと油回転ポン
プからなる排気装置、3はITOからなるスパッタター
ゲット、4は放電用高圧電源、5は基板ホルダ、6はコ
ーニング7059ガラスからなる基板、7はArガスの
供給管、8は水蒸気の供給管、9はH2 ガスの供給管、
10はArガス供給装置、11は水蒸気供給装置、12
はH2 ガス供給装置、13〜15は各ガスの流量制御装
置である。このスパッタ装置では、排気装置2により真
空チャンバ1を真空排気し、供給管7〜9からArガ
ス、Arガスの圧力に対して0.05〜5%の分圧の水
蒸気及びH2 ガスを供給し、放電用高圧電源4によりス
パッタターゲット3に電圧を印加すれば、基板6上にa
−ITO薄膜が形成される。
【0015】図1は本発明の方法及び従来法で形成した
場合の、a−ITO膜中微結晶発生量の水蒸気分圧依存
性である。化学量論比の組成比を有するITOターゲッ
ト及び水蒸気またはH2OとO2の混合ガスを供給して形
成した従来のa−ITO膜と比較して、少なくとも、I
n及びSnに対するOの組成比が3/2よりも小さく酸
素欠乏状態にあるITO焼結ターゲットを用いるか、H
2OとH2の混合ガスを混入して形成した、本発明のa−
ITO膜の方が、最適な水蒸気分圧における微結晶発生
量が少なく、本発明の効果は明らかである。従来法で、
2OとO2の混合ガスを用いた場合、水蒸気のみを用い
た場合よりも微結晶発生量が多い理由は、O2 ガスが膜
中の酸素量を増加させて、ITO膜の組成比が化学量論
比に近づくためである。
【0016】図2は従来及び本発明のa−ITO膜にお
ける、微結晶発生量と波長2000nmにおける透過率
の関係である。この透過率はITO膜の組成比と対応
し、透過率が低いほど組成比が化学量論比から酸素欠乏
側にずれていることを意味する。従って、従来及び本発
明のa−ITO膜で透過率が等しい場合、その組成比が
等しいことを意味する。透過率の増加に伴って微結晶量
が単調減少する領域で、両者の微結晶発生量を比較した
場合、本発明のITO膜の方が微結晶発生量が少ない。
また、従来よりも高い透過率で微結晶発生量が最小にな
る。いずれも、本発明のITO膜は、等しい組成比で比
較した場合、従来よりも水素含有量が高く、結晶化が抑
制されるためである。
【0017】透過率が50%以下での微結晶数密度は、
従来のITO膜では10個/μm2以上であるが、本発
明のITO膜では10個/μm2以下になり得る。
【0018】また、電子ビームマイクロアナリシス(E
PMA)法及び昇温熱脱離(TDS)法による組成分析に
よれば、本発明により、In及びSnに対するOの組成
比が3/2よりも小さく、しかも、Oに対するHの組成
比が0.01 以上と、従来よりも水素含有率が高いa−
ITO膜が初めて形成できていることがわかった。
【0019】なお、本発明における酸素欠乏状態にある
ITO焼結ターゲットは、ITO微粉末とIn微粉末を
混合して焼結することにより形成できる。この場合、I
TO微粉末のみを焼結して形成した従来ターゲットより
も、Oに対するInの割合が高い、即ち酸素欠乏が大き
くなる。
【0020】
【発明の効果】a−ITO膜中に形成される微結晶量が
低減する。その結果、導電性及び加工性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】非晶質ITO膜中に発生する微結晶量の水蒸気
分圧依存性の特性図。
【図2】微結晶数密度の波長2000nmにおける透過
率依存性の特性図。
【図3】スパッタ装置の要部の断面図。
【符号の説明】
1…真空チャンバ、2…排気装置、3…スパッタターゲ
ット、4…放電用高圧電源、5…基板ホルダ、6…基
板、7…Arガスの供給管、8…水蒸気の供給管、9…
2 ガスの供給管、10…Arガス供給装置、11…水
蒸気供給装置、12…H2 ガス供給装置、13…Arガ
スの流量制御装置、14…水蒸気の流量制御装置、15
…H2ガスの流量制御装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高畠 勝 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者 安生 健二 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水素を含有する非晶質構造のIn−Sn−
    O系透明導電膜において、In及びSnに対するOの組
    成比が3/2よりも小さく、しかも、Oに対するHの組
    成比が0.01 以上であることを特徴とする透明導電
    膜。
  2. 【請求項2】水素を含有する非晶質構造のIn−Sn−
    O系透明導電膜において、波長2000nmにおける光透過
    率が50%以下で、膜中に存在する微結晶の最大径が5
    0nm以下、かつ、数密度が10個/μm2 以下であるこ
    とを特徴とする透明導電膜。
  3. 【請求項3】スパッタ法により、室温から200℃程度
    までの基板上に、請求項1または2に示した水素を含有
    する非晶質構造のIn−Sn−O系透明導電膜を形成す
    る方法であって、スパッタガス中に水蒸気を混入し、I
    n及びSnに対するOの組成比が3/2以下のIn−S
    n−O焼結ターゲットを用いるか、または、スパッタガ
    ス中にH2ガスを混入する透明導電膜の形成方法。
  4. 【請求項4】請求項3の水素を含有する非晶質構造In
    −Sn−O系透明導電膜の形成する方法で用いる酸素欠
    乏状態にあるITO焼結ターゲット、及びITO微粉末
    とIn微粉末を混合して焼結するITO焼結ターゲット
    の形成方法。
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