JPH0992037A - 導電性透明基材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積、高精細の表示材料に好ましく用いら
れる導電性透明基材を提供する。 【解決手段】 主要カチオン元素としてインジウム（Ｉ
ｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を、インジウム元素および亜鉛
元素の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．８以上０．９
未満となるように含有する非晶質酸化物からなり、比抵
抗が２．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下であり、表面の凹凸が
１０ｎｍ以内である透明導電膜が透明基板上に設けられ
ていることを特徴とする導電性透明基材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性透明基材お
よびその製造方法に関し、特に電気絶縁性透明基板の上
に透明導電膜を設けてなるタイプの導電性透明基材およ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）やＥ
Ｌ（エレクトロルミネッセンス）等を始めとする表示装
置の急速な進歩に伴い、透明電極の占める役割もますま
す重要になってきた。この透明電極の材料には、一般に
ＩＴＯ膜が用いられている。これはＩＴＯ膜は透明性や
導電性が高い上、経時安定性にも優れているためであ
る。ＩＴＯ膜を得るための手法としては、ゾルゲル法や
スプレーパイロリシス法を始めとする湿式製膜法、蒸着
法やスパッタリング法を始めとする乾式製膜法等がある
が、現在はＩＴＯターゲットをスパッタリングして得る
方法が主流となっている。これは、スパッタリング法が
表面が平滑で低抵抗な薄膜が均一に得られるという点
で、他の製膜法と比較して優れているためである。

【０００３】ところが最近は表示材料の大面積化、高精
細化に伴って、ＩＴＯ膜の透明電極としての要求仕様が
ますます厳しくなってきた。すなわち、従来のＩＴＯ膜
と比較して光線透過率を下げることなく、より低抵抗な
ものが必要とされている。特にＥＬ用電極用途に対して
は、極めて表面平滑性に優れているものも望まれてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の要求を満足する
ＩＴＯ膜を得るためには、例えば（１）高密度ターゲッ
ト品を使用する（特開平２−２９７８１３号公報）、
（２）対向ターゲット式スパッタリング装置を用いて製
膜を行なう（特開平５−３０７９１４号公報）等、材
料、プロセス、装置各方面からの解決を図った手法が開
示、提案されてきた。

【０００５】しかしながら、これらの手法はいずれも多
結晶化したＩＴＯ膜を得ることを前提としているため、
低抵抗化の要求に関しては解決の方向に向かっているも
のの、多結晶構造のバルク、粒界に起因する表面凹凸の
問題は、依然未解決の状態であった。

【０００６】これに対して、ターゲットとしてＩｎ₂Ｏ₃
−ＺｎＯ系材料を用いてスパッタリング製膜を行なえ
ば、非晶質でありながら低抵抗な透明導電膜が得られる
ことが知られている（特開平６−３１８４０６号公
報）。すなわちＩｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系の透明電極膜は、バ
ルク、粒界等の構造を有しない完全非晶質構造であるた
め、非常に表面が緻密であり、その結果エッチングの精
細度においても非常に優れた性能を有している。

【０００７】しかし、このＩｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系の透明電
極膜も抵抗値及び平滑性（表面の凹凸が小さいこと）が
必ずしも満足のいくものではないため、前述したような
大面積、高精細表示材料用途に対しては、その要求に十
分対応しきれていないという問題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは鋭
意検討を行なった結果、ターゲットとしてインジウム元
素および亜鉛元素の原子比を所定範囲に規定したＩｎ₂
Ｏ₃−ＺｎＯ系材料を用い、これを２００Ｖ未満という
低電圧でスパッタリングを行なうことにより、極めて低
い抵抗値を有し、かつ極めて優れた表面平滑性を有する
透明導電膜を透明基板上に設けることができることを見
出し、本発明を完成するに至った。

【０００９】従って本発明は、主要カチオン元素として
インジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を、インジウム
元素および亜鉛元素の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が
０．８以上０．９未満となるように含有する非晶質酸化
物からなり、比抵抗が２．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下であ
り、表面の凹凸が１０ｎｍ以内である透明導電膜が透明
基板上に設けられていることを特徴とする導電性透明基
材を第一の要旨とする。

【００１０】また本発明は、酸化インジウムおよび酸化
亜鉛を含有する組成物からなる焼結体ターゲットを用い
たスパッタリング法により、主要カチオン元素としてイ
ンジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を含有する非晶質
酸化物からなる透明導電膜を透明基板上に形成するにあ
たり、ターゲットのインジウム元素および亜鉛元素の原
子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）を０．８２以上０．９２未満
とし、ターゲット印加電圧を２００Ｖ未満とすることを
特徴とする前記導電性透明基材の製造方法を第二の要旨
とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】先ず本発明の導電性透明基材につ
いて説明する。

【００１２】本発明の導電性透明基材は、主要カチオン
元素としてインジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を、
インジウム元素および亜鉛の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚ
ｎ）が０．８以上０．９未満となるように含有する非晶
質酸化物からなり、比抵抗が２．０×１０^-4Ω・ｃｍ以
下であり、表面の凹凸が１０ｎｍ以内である透明導電膜
が透明基材上に設けられていることを特徴とする。

【００１３】本発明において、透明導電膜が設けられて
いる透明基板は可視光の透過率が７０％以上である電気
絶縁性基板であればよく、その具体例としてはアルカリ
ガラス、無アルカリガラス等のガラスからなる基板はも
ちろんのこと、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテ
レフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂等のポリエステ
ル樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、アモルファスポ
リオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂等
からなるフィルムもしくはシート等が挙げられる。これ
らの材質は最終的に用いる製品の用途に応じて最適なも
のが適宜選択される。

【００１４】本発明の導電性透明基材において、上記透
明基板上に設けられている透明導電膜は、主要カチオン
元素としてインジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を、
インジウム元素および亜鉛元素の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋
Ｚｎ）が０．８以上０．９未満となるように含有する非
晶質酸化物からなる。

【００１５】透明導電膜中のインジウム元素および亜鉛
元素の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）を０．８以上０．９
未満に限定する理由は、前記元素比が０．８未満の場
合、比抵抗が２．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下の透明電極膜
が得られにくくなり、また、前記元素比が０．９以上の
場合には、酸化インジウムが結晶化しやすくなるため、
膜表面の高平滑性の効果が得られにくくなるからであ
る。

【００１６】本発明の導電性透明基材において、透明導
電膜の比抵抗は２．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下に限定され
る。その理由は、比抵抗は２．０×１０^-4Ω・ｃｍを超
えると、大面積、高精細のＬＣＤやＥＬの電極として用
いるには抵抗が高過ぎるため、表示部において十分なコ
ントラストが得られなかったり、クロストークが発生す
ることがあり、十分な表示性能が得られないからであ
る。比抵抗は１．６×１０^-4Ω・ｃｍ以下が好ましい。

【００１７】さらに本発明の導電性透明基材において、
透明導電膜の表面凹凸は１０ｎｍ以内に限定される。

【００１８】ここに「表面凹凸」とは、透明導電膜の表
面における最大凹部と最大凸部との間の距離を意味し、
例えば以下のような方法で求められる。

【００１９】測定機器として、触針式表面粗さ計（例え
ば、スローン社製ＤＥＫＴＡＫ３０３０）を用い、これ
を透明導電膜上の任意の位置で２０ｍｇの荷重下で、１
ｍｍにわたって掃引させ、最大凹部と最大凸部との間の
距離を測定する。この測定を５回行ない、その平均値
を、本発明における表面凹凸とする。

【００２０】表面凹凸が１０ｎｍを超える場合、特にＥ
Ｌ用透明電極として用いたときに発光欠陥や輝度ムラ等
の不具合が生じやすくなる。表面凹凸のより好ましい値
は５ｎｍ以内、さらに好ましくは２ｎｍ以内である。

【００２１】次に本発明の導電性透明基材の製造方法に
ついて説明する。

【００２２】本発明の導電性透明基材の製造方法におい
ては、スパッタリングターゲットとして、酸化インジウ
ムおよび酸化亜鉛を含有する組成物からなる焼結体ター
ゲットを用いる。この焼結体ターゲットの好ましいもの
として、従来公知のＩｎ₂Ｏ₃（ＺｎＯ）_m（ｍ＝２〜２
０、好ましくはｍ＝２〜８、特に好ましくはｍ＝２〜
６）で表される六方晶層状化合物を含む焼結体ターゲッ
トを用いるのが好ましい。この焼結体ターゲットは、前
記した六方晶層状化合物のみから実質的に構成されてい
てもよく、また六方晶層状化合物の他に酸化インジウム
または酸化亜鉛を含有していてもよい。上記の各種酸化
物の純度はできるだけ高いものが好ましく、９８％以上
が望ましく、９９％以上が特に望ましい。

【００２３】本発明の方法で用いるターゲットにおいて
は、インジウム元素および亜鉛元素の原子比Ｉｎ／（Ｉ
ｎ＋Ｚｎ）が０．８２以上０．９２未満に限定される。
これは、スパッタリング製膜によって得られる透明導電
膜のインジウム元素および亜鉛元素の原子比Ｉｎ／（Ｉ
ｎ＋Ｚｎ）がターゲットにおける両元素の原子比と比較
して若干小さくなるためであり、これは本発明者により
実験的に確認されていることである。

【００２４】本発明の方法においては、上記ターゲット
をスパッタリングすることにより、主要カチオン元素と
してインジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を所定のＩ
ｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）比で含有する非晶質酸化物からなる
透明導電膜が透明基板上に形成されるが、本発明の方法
は、上記スパッタリングにおけるターゲット印加電圧を
２００Ｖ未満とすることを必須の要件とする。

【００２５】ターゲット印加電圧を２００Ｖ未満に限定
する理由は、２００Ｖを超えると、プラズマによるダメ
ージを受けるため、伝導度および表面平滑性の低下を招
く恐れがあるからである。ターゲット印加電圧の好まし
い値は１８０Ｖ未満、さらに好ましくは１６０Ｖ未満で
ある。なお、導電膜のプラズマによるダメージを防ぐた
めには、ターゲット印加電圧はできる限り低い方がよい
が、極端に低い電圧の場合は生産性の問題が生じてく
る。従って、最適印加電圧値は要求される導電性と生産
性を総合的に考慮した上で適宜選択される。

【００２６】スパッタリングにおけるその他の条件は特
に限定されるものではない。すなわち、スパッタリング
方式としては、ＲＦスパッタリング、ＤＣスパッタリン
グ等を採用することができる。

【００２７】しかし生産性や得られる膜の膜特性の観点
から、工業的には一般的にＤＣスパッタリングが好まし
いので、このＤＣスパッタリングのスパッタリング条件
を以下に示す。

【００２８】スパッタリング雰囲気はアルゴンガス等の
不活性ガス、または不活性ガスと酸素ガスとの混合ガス
とし、スパッタ時の雰囲気ガスは１×１０^-4〜５×１０
^-2Torr程度とする。スパッタ時の真空度が１×１０^-4To
rr未満ではプラズマの安定性が悪く、５×１０^-2Torrを
超えると得られる非晶質酸化物薄膜の透明基材への密着
性が悪くなる。

【００２９】なお、例えば特開平３−２４９１７１号公
報で開示されているように、ＤＣ電界にＲＦ電界を重畳
すれば、さらに印加電圧を下げることができ、導電膜の
プラズマによるダメージをより一層低減することが可能
となる。

【００３０】本発明の方法において、ターゲット表面に
おける平行磁場強度は、電磁石をターゲットの裏面に設
置し、電磁石への電流を制御することにより調整した
が、ターゲット中央部における平行磁場強度は４００ガ
ウス以上が好ましい。４００ガウス未満では、低電圧で
安定した放電を行なうことが困難であるため、２００Ｖ
未満の電圧で製膜、生産を行なうことがむずかしくな
る。平行磁場強度のより好ましい値は５００ガウス以上
である。

【００３１】基板温度は、基板の種類により異なり、ガ
ラス基板の場合は０〜４００℃、好ましくは１００〜４
００℃とすることができるが、プラスチック基板の場合
は、プラスチックの種類にもよるが一般に０〜１３０
℃、好ましくは８０〜１２０℃である。

【００３２】本発明の方法により得られた導電性透明基
材は、その透明導電膜が極めて低い抵抗値を有し、かつ
極めて優れた表面平滑性を有するため、最近の表示材料
において切望されている大面積、高精細のＬＣＤやＥＬ
用透明電極膜として最適である。

【００３３】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明する。

【００３４】なお、本実施例および比較例における評価
項目と評価に用いた装置は以下の通りである。

【００３５】 抵抗値測定（四探針法）：三菱油化（株）製 ロレスタ
ＦＰ 組成定量（ＩＣＰ分析）：セイコー電子（株）製 ＳＰ
Ｓ−１５００ＶＲ 表面凹凸測定 ：スローン社製 触針式表面粗
さ計 ＤＥＫＴＡＫ３０３０ 膜厚（触針式） ：同上 磁場測定 ：東陽テクニカ（株）製ガウス
メータ（４０４８型）

【００３６】

【実施例１】透明基板として厚さ１．１ｍｍの無アルカ
リガラス（コーニング社製、品番：＃７０５９）を用
い、スパッタリングターゲットとしてＩｎ₂Ｏ₃（Ｚｎ
Ｏ）₄で表される六方晶層状化合物と、酸化インジウム
（Ｉｎ₂Ｏ₃）とからなる焼結体（ＩｎとＺｎの原子比Ｉ
ｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．８８、相対密度９０％）を用
いて、以下の条件で透明電極膜を製膜した。

【００３７】 ターゲットサイズ ：直径４インチ、厚さ５ｍｍ 放電方式 ：直流マグネトロン スパッタ電圧 ：１８０Ｖ バックグランド圧力 ：１×１０^-6Torr 導入ガス ：９７ｖｏｌ％Ａｒ＋３ｖｏ
ｌ％Ｏ₂混合ガス プレスパッタ圧力 ：３×１０^-3Torr プレスパッタ時間 ：５分 スパッタ圧力 ：３×１０^-3Torr スパッタ時間 ：４分 基板温度 ：室温 ターゲット中央部磁場強度：５００ガウス 上述の条件でスパッタリングを行なうことにより、目的
とする透明電極膜が得られ、同時に目的とする導電性透
明基材が得られた。このようにして得られた導電性透明
基材上の透明電極膜について、比抵抗、膜厚、Ｉｎ−Ｚ
ｎ組成、表面凹凸を測定した。結果を表１に示す。

【００３８】

【実施例２】放電を行なう際に、ＤＣ放電にＲＦ放電
（１３．５６ＭＨｚ、出力５００Ｗ）を重畳したことの
他は実施例１と同様にして目的とする導電性透明基材を
得た。なお、このときのスパッタ電圧は１４０Ｖまで低
下した。このようにして得られた導電性透明基材上の透
明電極膜について、実施例１と同様の評価、測定を行な
った。結果を表１に示す。

【００３９】

【実施例３】基板温度を３００℃としたことの他は実施
例１と同様にして目的とする導電性透明基材を得た。こ
のようにして得られた導電性透明基材上の透明電極膜に
ついて、実施例１と同様の評価、測定を行なった。結果
を表１に示す。

【００４０】

【比較例１】ターゲット中央部平行磁場強度を３００ガ
ウス、スパッタ電圧を３００Ｖとした以外は実施例１と
同様にして目的とする導電性透明基材を得た。このよう
にして得られた導電性透明基材上の透明電極膜につい
て、実施例１と同様の評価、測定を行なった。結果を表
１に示す。

【００４１】

【比較例２】スパッタリングターゲットとしてＩｎ₂Ｏ₃
（ＺｎＯ）₄で表される六方晶層状化合物と、酸化イン
ジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）とからなる焼結体（Ｉｎの原子比Ｉ
ｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．５０であり、本発明の範囲外
である。なお相対密度は９０％で実施例１のものと同一
である。）を用いた以外は実施例１と同様にして目的と
する導電性透明基材を得た。このようにして得られた導
電性透明基材上の透明電極膜について、実施例１と同様
の評価、測定を行なった。結果を表１に示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１より、本発明の方法で得られた実施例
１〜３の導電性透明基材においては、その電極膜の比抵
抗が２．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下であり、表面凹凸も１
０ｎｍ以内であった。

【００４４】これに対してスパッタ電圧を本発明の限定
範囲外の３００Ｖとして得た比較例１の導電性透明基板
においては透明導電膜の比抵抗が３．９×１０^-4Ω・ｃ
ｍ、表面凹凸が１６ｎｍであり、抵抗値および表面凹凸
が高かった。

【００４５】またインジウムと亜鉛のターゲット組成お
よび薄膜組成Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）がそれぞれ０．５０
および０．４９であり、本発明の範囲外の比較例２の場
合、比抵抗が５．０×１０^-4Ω・ｃｍで抵抗値が高かっ
た。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の導電性透
明基材は、その透明導電膜が極めて低い抵抗値を有し、
かつ極めて表面平滑性に優れているという特徴を有して
いる。

【００４７】従って本発明によれば、ＬＣＤやＥＬ等に
代表される表示材料の大面積化、高精細化に伴って厳し
くなってきた透明導電膜の諸要求物性を満足することが
可能となる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主要カチオン元素としてインジウム（Ｉ
   ｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を、インジウム元素および亜鉛
   元素の原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）が０．８以上０．９
   未満となるように含有する非晶質酸化物からなり、比抵
   抗が２．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下であり、表面の凹凸が
   １０ｎｍ以内である透明導電膜が透明基板上に設けられ
   ていることを特徴とする導電性透明基材。
2. 【請求項２】 酸化インジウムおよび酸化亜鉛を含有す
   る組成物からなる焼結体ターゲットを用いたスパッタリ
   ング法により、主要カチオン元素としてインジウム（Ｉ
   ｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を含有する非晶質酸化物からな
   る透明導電膜を透明基板上に形成するにあたり、ターゲ
   ットにおけるインジウム元素および亜鉛元素の原子比Ｉ
   ｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）を０．８２以上０．９２未満とし、
   ターゲット印加電圧を２００Ｖ未満とすることを特徴と
   する請求項１に記載の導電性透明基材の製造方法。
3. 【請求項３】 ターゲット中央部における平行磁場強度
   が４００ガウス以上である、請求項２に記載の方法。