JPS61214306A - Method and apparatus for transparent conducting film - Google Patents

Method and apparatus for transparent conducting film

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JPS61214306A
JPS61214306A JP5525985A JP5525985A JPS61214306A JP S61214306 A JPS61214306 A JP S61214306A JP 5525985 A JP5525985 A JP 5525985A JP 5525985 A JP5525985 A JP 5525985A JP S61214306 A JPS61214306 A JP S61214306A
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transparent conductive
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conductive film
magnetic field
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内嗣 南
新三 高田
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OSAKA TOKUSHU GOKIN KK
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は透明導電膜電膜の製造方法、特に、150℃以
下の低温で低抵抗率の透明導電膜を製造する方法および
その装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for manufacturing a transparent conductive film, and particularly to a method and apparatus for manufacturing a transparent conductive film with low resistivity at a low temperature of 150° C. or lower.

(従来の技術) 一般に、透明な赤外線遮へい板や透明な静電遮へい板あ
るいは液晶表示素子やエレクトロルミネセンス表示素子
等に置いては、透明導電膜が必要不可、欠であるが、こ
の透明導電膜としては、従来、ITO膜として知られて
いる酸化インジウム−酸化スズ系透明導電膜が汎用され
ている。
(Prior Art) Generally, a transparent conductive film is necessary or indispensable for transparent infrared shielding plates, transparent electrostatic shielding plates, liquid crystal display elements, electroluminescent display elements, etc. As the film, an indium oxide-tin oxide based transparent conductive film known as an ITO film has been widely used.

(発明が解決しようとする問題点) このITO膜は、光学特性、電気特性および耐熱性に優
れているが、原材料のインジウムは希少金属であるため
資源的な問題があり、また高価であるため製造コストが
高いという問題があった。
(Problems to be solved by the invention) This ITO film has excellent optical properties, electrical properties, and heat resistance, but since the raw material indium is a rare metal, there are resource problems and it is expensive. There was a problem that manufacturing costs were high.

また、低抵抗率のITO膜を製造するためには、300
〜600℃程度の高温処理が必要であるため、プラスチ
ックフィルムなど耐熱性に劣る基体上に形成できず、ま
たエネルギー消費量が多く製品コストが高くなるという
問題があった6他方、安価な酸化亜鉛が透明導電膜用材
料として注目されているが、低抵抗率のものを製造する
のが困難であった。
In addition, in order to manufacture an ITO film with low resistivity, 300
Because it requires high-temperature treatment at ~600°C, it cannot be formed on substrates with poor heat resistance such as plastic films, and it also has the problem of high energy consumption and high product costs6.On the other hand, inexpensive zinc oxide has attracted attention as a material for transparent conductive films, but it has been difficult to manufacture one with low resistivity.

従って、本発明は可視光透過率が高く、低抵抗率の透明
導電膜を150℃以下の低温で、安価に、かつ容易に製
造できる方法及びその装置を得ることを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for manufacturing a transparent conductive film having high visible light transmittance and low resistivity at a low temperature of 150° C. or lower, at low cost and easily.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、前記問題を解決するため、ターゲットを、該
ターゲットの表面がマグネトロンカソード゛の近傍にそ
れと平行に配置されたアノードの表面とほぼ同一レベル
になるようにマグネトロンカソード上に配置し、透明導
電膜を形成すべき基板をターゲット面に対してほぼ垂直
及び/または平行に配置し、外部よりターゲット表面に
垂直で、マグネトロンカソードの磁界の方向と逆方向の
プラズマ集束磁界を印加しつつマグネトロンスパッタリ
ングするようにしたものである。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention provides a target whose surface is approximately on the same level as the surface of an anode disposed near and parallel to the magnetron cathode. The substrate on which the transparent conductive film is to be formed is placed on the magnetron cathode as shown in FIG. This method performs magnetron sputtering while applying a plasma focusing magnetic field.

ターゲットとしては、酸化インジウム−酸化スズ系ター
ゲットを使用できるが、少なくとも一種の■族元素を含
有する酸化亜鉛もしくは亜鉛合金からなるターゲットが
好適である。
As the target, an indium oxide-tin oxide target can be used, but a target made of zinc oxide or a zinc alloy containing at least one type of group Ⅰ element is suitable.

酸化亜鉛透明導電膜中に含有させる■族元素の含有量は
、亜鉛原子に対し1〜20原子%、好ましくは、2〜6
原子%とするのが適当である。これは、含有量が1原子
%未満ではその添加効果が得られず、20原子%を越え
ると、結晶性が悪化し抵抗率が増加するからである。
The content of group Ⅰ elements contained in the zinc oxide transparent conductive film is 1 to 20 atomic %, preferably 2 to 6 atomic %, based on zinc atoms.
It is appropriate to express it in atomic percent. This is because if the content is less than 1 atomic %, the effect of addition cannot be obtained, and if it exceeds 20 atomic %, crystallinity deteriorates and resistivity increases.

■族元素としては、アルミニウム、スカンジウム、ガリ
ウム、イツトリウム及びインジウム、ホウ素などが挙げ
られ、これらは単独であるいは2種以上を含有させるこ
とができる。また、酸化亜鉛透明導電膜中に■族元素を
含有させる方法としては、薄膜形成過程で原材料の亜鉛
もしくは酸化亜鉛中に金属、合金、酸化物、ハロゲン化
物等の形態で導入するのが好適である。
Examples of group (1) elements include aluminum, scandium, gallium, yttrium, indium, and boron, and these may be contained alone or in combination of two or more. In addition, as a method for incorporating group (I) elements into the zinc oxide transparent conductive film, it is preferable to introduce them in the form of metals, alloys, oxides, halides, etc. into the raw material zinc or zinc oxide during the thin film formation process. be.

本発明方法を実施する装置は、第1図および第2図に示
すように、ターゲット1を担持するマグネトロンカソー
ド5と、このマグネトロンカッ−1″5に装着されたタ
ーゲット1の表面と表面がほぼ同一レベルに位置するよ
うに配設された7ノーV2と、ターゲット1の表面にほ
ぼ垂直およV/または平行に基板3 at 3 b、 
3 cを保持する非金属製ホルダ7と、これらの部材を
収容する真空槽6と、プラズマ形成空間を包囲して配置
されたプラズマ集束コイル4とから構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the apparatus for carrying out the method of the present invention includes a magnetron cathode 5 carrying a target 1, and a surface of the target 1 attached to the magnetron cup 1''5, which is approximately parallel to the surface of the magnetron cathode 5 supporting the target 1. 7 no V2 arranged so as to be located at the same level, and a substrate 3 at 3 b approximately perpendicular to and V/or parallel to the surface of the target 1;
3c, a vacuum chamber 6 that houses these members, and a plasma focusing coil 4 that surrounds a plasma formation space.

具体的には、第1図に示すように、マグネトロンカソー
ド5は電磁石または永久磁石を内蔵し、その表面にター
ゲット1を装着するようにしてあり、ターゲット1は7
ノー1’2の表面とほぼ同一レベルに位置するように配
置される。アノード2はその中央部に開口部2aが形成
され、その開口部に臨むようにターゲット1がマグネト
ロンカソード5に装着されている。
Specifically, as shown in FIG. 1, the magnetron cathode 5 has a built-in electromagnet or a permanent magnet, and a target 1 is mounted on the surface of the magnetron cathode 5.
It is arranged so as to be located almost at the same level as the surface of No.1'2. The anode 2 has an opening 2a formed in its center, and the target 1 is attached to the magnetron cathode 5 so as to face the opening.

他方、真空槽6の外周部にはソレノイドコイル4が配置
され、このツレコイドコイル4はターゲット表面に垂直
で、かつターゲット中央部のマグネトロンカソードの磁
界とは反発する方向の磁界を発生してプラズマを集束さ
せるようにしである。
On the other hand, a solenoid coil 4 is arranged around the outer periphery of the vacuum chamber 6, and this solenoid coil 4 generates a magnetic field perpendicular to the target surface and in a direction repelling from the magnetic field of the magnetron cathode in the center of the target to focus the plasma. It's like letting them do it.

このプラズマ集束磁界の強度は、一般には、2×10−
”〜10−27にすれば良い。
The strength of this plasma focusing magnetic field is generally 2×10−
”~10-27 is fine.

ターゲット上に形成される空間6内にはセラミックスあ
るいはプラスチック等の非金属製基板ホルダ7.8が配
置され、基板3をターゲット表面に対してほぼ垂直およ
び/または平行に保持するようにしである。なお、この
実施例では、3種類の基板ホルダーを内蔵する装置を示
しているが、これらは必ずしも全部必要ではなく、いず
れか一種の基板ホルダーを設けるだけで良いことは言う
までもない。基板がターゲットと平行に配置されている
場合は、この非金属製の基板ホルダの使用が不可欠であ
るが、他の場合には必ずしも非金属製である必要はなく
、金属製であっても良い。iた、基板がターゲットと垂
直に配置されている場合はガラス等の硬質基板を使用す
る限り、大面積化が困難であるが、フィルムのような軟
質基板や平行に配置されている場合は大面積のターゲッ
トを使用すれば、大面積の透明導電膜を形成できる。
A non-metallic substrate holder 7.8, such as ceramic or plastic, is arranged in the space 6 formed above the target, and is adapted to hold the substrate 3 substantially perpendicular and/or parallel to the target surface. Although this embodiment shows an apparatus that incorporates three types of substrate holders, it goes without saying that all of these are not necessarily necessary, and it is sufficient to provide only one type of substrate holder. If the substrate is placed parallel to the target, the use of this non-metallic substrate holder is essential, but in other cases it does not necessarily have to be non-metallic and can be metallic as well. . In addition, if the substrate is placed perpendicular to the target, it is difficult to increase the area as long as a hard substrate such as glass is used, but if the substrate is placed parallel to or on a soft substrate such as film, it is difficult to increase the area. If a target with a large area is used, a transparent conductive film with a large area can be formed.

(作用) 本発明方法においては、酸化亜鉛透明導電膜中に■族元
素の原子が導入されていることと、プラズマ集束磁界を
印加しなからマグネトロンスパッタリングするようにし
でいることとが相まって、低温の基体上に低抵抗率の酸
化亜鉛透明導電膜を形成することを可能にする。マグネ
トロンカソードの採眉はスパッタ中のターゲット表面の
温度上昇を抑え、低温下での高速成膜を可能にする。
(Function) In the method of the present invention, the atoms of group Ⅰ elements are introduced into the zinc oxide transparent conductive film, and the fact that magnetron sputtering is performed without applying a plasma focusing magnetic field is effective. This makes it possible to form a low resistivity zinc oxide transparent conductive film on a substrate. The magnetron cathode feature suppresses the temperature rise of the target surface during sputtering, enabling high-speed film formation at low temperatures.

酸化亜鉛は不純物を添加しなくてもマグネトロンスパッ
タリング等の成膜方法によって、真性格子欠陥によるド
ナー準位により縮退したN形半導体が比較的容易に得ら
れ、はぼ1020am−’オーダの伝導電子密度を実現
できるが、本発明方法によれば、■族元素を低温下で酸
化亜鉛薄膜中に導入することが可能であり、導入された
■族元素の原子がドナーとして有効に働き10 ”am
−3オーダの伝導電子密度を実現できる。
With zinc oxide, an N-type semiconductor degenerate due to donor levels due to intrinsic lattice defects can be obtained relatively easily by film-forming methods such as magnetron sputtering without adding impurities, and the conduction electron density is on the order of 1020 am-'. However, according to the method of the present invention, it is possible to introduce group Ⅰ elements into the zinc oxide thin film at low temperatures, and the atoms of the introduced group Ⅰ elements can effectively act as donors.
-3 order conduction electron density can be achieved.

本発明方法により前記■族元素を1〜20原子%含有さ
せると、■族元素を含有しない場合に比べて、電子移動
度が大きく変化しないため、抵抗率が約1桁低い透明導
電膜を得ることが可能である。さらに、本発明にかかる
プラズマ集束磁界印加マグネトロンスパッタリングは、
不純物を含有する酸化亜鉛膜の低温形成での低抵抗率化
に対して次のような作用効果を与える。
When the group (III) element is contained in an amount of 1 to 20 at % according to the method of the present invention, the electron mobility does not change significantly compared to the case where the group (III) element is not contained, so that a transparent conductive film with resistivity about one order of magnitude lower can be obtained. Is possible. Furthermore, the plasma focusing magnetic field applied magnetron sputtering according to the present invention
The following effects are provided for lowering the resistivity of a zinc oxide film containing impurities by forming it at a low temperature.

(1)通常使用されるスパッタ装置と異なり、非金属製
の基板ホルダを使用することによってアノードを基板側
でなくターゲット表面とほぼ同一レベルに位置するよう
に配置しているため、これらが抵抗率を高くする原因と
なるイオン種、たとえば、負にイオン化した酸素(02
−)の基板上への飛来を少なくし、キャリヤ密度および
キャリヤ移動度の減少を防止する働きをする。
(1) Unlike commonly used sputtering equipment, by using a non-metallic substrate holder, the anode is placed at almost the same level as the target surface rather than on the substrate side, which reduces the resistivity. For example, negatively ionized oxygen (02
-) flying onto the substrate, and serves to prevent a decrease in carrier density and carrier mobility.

(2)外部印加磁界の作用によりプラズマ中の荷電粒子
(アルゴンイオン、スパッタされたイオン。
(2) Charged particles (argon ions, sputtered ions) in the plasma due to the action of an externally applied magnetic field.

電子)がローレンツ力を受けるため、基板表面に平行方
向の運動エネルギーを付与され、基板上に飛来した各種
の粒子が基板表面に衝突することによって、結晶核の形
成および原子や分子の再配列を促進するエネルギーを与
える。
Since the electrons (electrons) are subjected to the Lorentz force, they are given kinetic energy in a direction parallel to the substrate surface, and various particles flying onto the substrate collide with the substrate surface, causing the formation of crystal nuclei and the rearrangement of atoms and molecules. Gives energy to promote.

(3)基板ホルダに金属を使用しない場合には電界がシ
ールドされず、また外部から磁界を印加しているためプ
ラズマのピンチ効果によって低ガス圧での安定なプラズ
マ生成を行なわせることができるため、各種の粒子は大
きな運動エネルギーを付与される。
(3) If metal is not used for the substrate holder, the electric field is not shielded, and since a magnetic field is applied from the outside, stable plasma generation can be achieved at low gas pressure due to the plasma pinch effect. , various particles are given large kinetic energy.

(4)これらの効果はいずれも多結晶質酸化亜鉛膜の結
晶性を改善するため、キャリヤ移動度を増大させる。従
って、この移動度の増大効果および前記のイオン化酸素
の膜中への導入阻止効果によるキャリヤ密度およびキャ
リヤ移動度の減少防止が低い抵抗率を実現する要因とな
っている。
(4) All of these effects improve the crystallinity of the polycrystalline zinc oxide film, thereby increasing carrier mobility. Therefore, the prevention of a decrease in carrier density and carrier mobility due to this mobility increasing effect and the above-mentioned effect of preventing the introduction of ionized oxygen into the film is a factor in achieving low resistivity.

(5)さらに、外部から印加する磁界はプラズマを集束
させターゲットの表面でのスパッタガスの電離効率を高
めるため、大きな膜形成速度を達成でき、透明導電膜を
安価に製造することを可能にする。
(5) Furthermore, since the externally applied magnetic field focuses the plasma and increases the ionization efficiency of the sputtering gas on the target surface, a high film formation rate can be achieved, making it possible to manufacture transparent conductive films at low cost. .

以下、本発明の実施例について説明する。Examples of the present invention will be described below.

実施例1 第1図および第2図に示す装置を用い、それぞれ2wt
%の酸化アルミニウム(AI20’r)、酸化〃リウム
(GazOz)、酸化ホウ素(B20.)も、シ<は酸
化インジウム(In2o*)を添加した酸化亜鉛(Zn
O)からなる幅6 cm、長さ10cmの長方形状のタ
ーゲット1をマグネトロンカソード上に装着し、スパッ
タガスとして純アルゴンを用いて、ターゲット1表面に
ほぼ垂直に基板3aを、またターゲット表面に平行に基
板3cを配置し、下記の条件で20分間スパッタリング
を行ない、透明導電膜を形成した。なお、基板3ay 
3cはいずれもプラスで、特に加熱もしくは冷却などの
温度制御をすることなく、常温から温度の自然変化のま
まスパッタリングしたため、90℃程度の温度上昇ガス
っだ。また、この時の成膜速度は垂直基板3aで約20
nm/win、平行基板3cで約30nm/winであ
った。基板3 at 3 cを保持するホルダ7.8は
セラミックス(東芝セラミックス製のマイカレックス)
で作製した。
Example 1 Using the apparatus shown in Fig. 1 and Fig. 2, 2 wt.
% of aluminum oxide (AI20'r), 〃 oxide (GazOz), boron oxide (B20.), Zinc oxide (Zn
A rectangular target 1 with a width of 6 cm and a length of 10 cm made of O) is mounted on a magnetron cathode, and using pure argon as a sputtering gas, a substrate 3a is placed almost perpendicular to the surface of the target 1 and parallel to the surface of the target. A substrate 3c was placed on the substrate 3c, and sputtering was performed for 20 minutes under the following conditions to form a transparent conductive film. In addition, the board 3ay
All 3c values were positive, and because sputtering was carried out as the temperature naturally changed from room temperature without any particular temperature control such as heating or cooling, the temperature of the gas increased by about 90 degrees Celsius. Also, the film formation rate at this time is approximately 20% on the vertical substrate 3a.
nm/win, and about 30 nm/win for the parallel substrate 3c. The holder 7.8 that holds the substrate 3 at 3 c is made of ceramic (Micalex manufactured by Toshiba Ceramics)
It was made with

くスパッタ条件〉 アルゴンガス圧  : 6,5 Pa 高周波電力    ニア0W プラズマ集束磁界 :5X10−’T 平行基板(配置場所): 30mmX60鋤m〃ラス(
ターゲット上32m5) 垂直基板(配置場所): 15cmmX70amガラス
(7)−ド上5mm) 得られた透明導電膜の抵抗率および可視光透過率(波長
400〜800nm)を垂直および平行基板について調
べたところ、第1表に示す結果が得られた。
Sputtering conditions> Argon gas pressure: 6,5 Pa High frequency power: Near 0 W Plasma focusing magnetic field: 5 x 10-'T Parallel substrate (placement): 30 mm x 60 mm lath (
32 m5 above the target Vertical substrate (placement): 15 cm x 70 am glass (7) - 5 mm above the board) The resistivity and visible light transmittance (wavelength 400 to 800 nm) of the obtained transparent conductive film were investigated on vertical and parallel substrates. , the results shown in Table 1 were obtained.

第1表の結果から明らかなように、いずれの場合も抵抗
率が10−4ΩcI11以下で可視光透過率80%以上
の透明導電膜が得られた。これらの値は使用した基板の
全面積にわたって、はぼ均一であり、特に抵抗率の基板
上での分布は±5%以内である。
As is clear from the results in Table 1, in all cases, transparent conductive films with a resistivity of 10 −4 ΩcI11 or less and a visible light transmittance of 80% or more were obtained. These values are almost uniform over the entire area of the substrate used, and in particular the distribution of resistivity on the substrate is within ±5%.

また、垂直基板は平行基板に比べて、より低い抵抗率が
得られる。
Also, a vertical substrate provides lower resistivity than a parallel substrate.

寒凰匠l 酸化亜鉛に2wt%の酸化アルミニウムを添加してなる
ターゲットを用い、プラス基板をターゲット表面に対し
てほぼ垂直になるように、加熱ヒータ付きの支持共で固
定して、基板表面の温度を100℃から400℃まで変
化させて、実施例1と同条件下でスパッタリングして透
明導電膜を形成した。得られた透明導電膜の抵抗率の基
板温度依存性を第3図に示す。
Kano Takumi Using a target made of zinc oxide with 2wt% aluminum oxide added, a positive substrate is fixed almost perpendicular to the target surface with a support equipped with a heater, and the surface of the substrate is heated. A transparent conductive film was formed by sputtering under the same conditions as in Example 1 while changing the temperature from 100° C. to 400° C. FIG. 3 shows the substrate temperature dependence of the resistivity of the obtained transparent conductive film.

第3図から明らかなように、約150℃以下の低温基板
上に低抵抗率透明導電膜が得られた。また、可視光透過
率は基板温度によりほとんど変化しなかった。
As is clear from FIG. 3, a low resistivity transparent conductive film was obtained on a low temperature substrate of about 150° C. or lower. Furthermore, the visible light transmittance hardly changed depending on the substrate temperature.

実施例3 酸化亜鉛に添加する酸化アルミニウムの含有量を0.1
wt%から20wt%まで変化させて複数のターゲット
を用意し、各ターゲットをマグネトロンカソードに装着
する一方、ターゲット表面に対して平行および垂直にガ
ラス基板を配置し、実施例1と同条件でスパッタリング
して透明導電膜を形成した。基板の温度は故意に制御し
ていないため、スパッタリング中、自然変化で常温から
最高120℃位まで上昇した。また、この時の成膜速度
は添加酸化アルミニウムの量が約3wt%を越えると、
徐々に減少し、10wt%では無添加の場合の1/2程
度であった。
Example 3 The content of aluminum oxide added to zinc oxide was 0.1
A plurality of targets were prepared varying from wt% to 20wt%, and each target was attached to a magnetron cathode, while a glass substrate was placed parallel and perpendicular to the target surface, and sputtering was performed under the same conditions as in Example 1. A transparent conductive film was formed. Since the temperature of the substrate was not intentionally controlled, it rose from room temperature to a maximum of about 120° C. due to natural changes during sputtering. In addition, the film formation rate at this time is as follows when the amount of added aluminum oxide exceeds about 3 wt%.
It gradually decreased, and at 10 wt% it was about 1/2 of that without additives.

第4図は得られた透明導電膜の抵抗率の酸化アルミニウ
ム含有量依存性を示している。
FIG. 4 shows the dependence of the resistivity of the obtained transparent conductive film on the aluminum oxide content.

第4図より明らかなように、垂直に配置した基板の方が
より低抵抗率の透明導電膜が得られた。
As is clear from FIG. 4, a transparent conductive film with a lower resistivity was obtained with the vertically arranged substrate.

また、いずれの基板配置においても、酸化アルミニウム
が1〜5wt%で10−4ΩCI6オーダの抵抗率の得
られることがわかった。この傾向は、酸化ガリウムある
いは酸化ホウ素もしくは酸化インジウムを酸化亜鉛に添
加した場合においても同様であった。
It was also found that in any substrate arrangement, a resistivity of the order of 10<-4 >[Omega]CI6 can be obtained when aluminum oxide is contained in a range of 1 to 5 wt%. This tendency was the same even when gallium oxide, boron oxide, or indium oxide was added to zinc oxide.

つぎに、前記のスパッタ条件下で、ターゲットは2wt
%の酸化アルミニウムを含有する酸化亜鉛を用いて、プ
ラズマ集束磁界の強さを変化させで形成した透明導電膜
の抵抗率の変化を第5図に示、す。
Next, under the above sputtering conditions, the target was 2 wt.
FIG. 5 shows the change in resistivity of a transparent conductive film formed using zinc oxide containing % aluminum oxide and varying the strength of the plasma focusing magnetic field.

第5図から明らかなように、垂直配置基板および平行配
置基板共に、約5X10−3Tのプラズマ集束磁界を印
加しつつスパッタリングすると、最低抵抗率が実現でき
、これよりも強くても弱くても、抵抗率が増大する。磁
界の強さはターゲット表面に対して垂直な成分をターゲ
ット中心面上の位置において測定した。以上の事実から
低温下で低い抵抗率の透明導電膜を得るためには、本発
明法にかかるプラズマ集束磁界の印加が不可欠であるこ
とがわかる。
As is clear from FIG. 5, the lowest resistivity can be achieved by sputtering both the vertically arranged substrate and the parallelly arranged substrate while applying a plasma focusing magnetic field of about 5X10-3T, and even if it is stronger or weaker than this, Resistivity increases. As for the strength of the magnetic field, the component perpendicular to the target surface was measured at a position on the target center plane. From the above facts, it can be seen that application of the plasma focusing magnetic field according to the method of the present invention is essential in order to obtain a transparent conductive film with low resistivity at low temperatures.

実施例4 第1図に示すような、プラスチックフィルムのよ)な軟
質の基板3bであれば、連続的に大面積の透明導電膜を
形成することが可能である。
Example 4 If a soft substrate 3b such as a plastic film as shown in FIG. 1 is used, it is possible to continuously form a large area transparent conductive film.

第1図に示す装置を用い、基板としてプラスチックフィ
ルムからなる軟質基板3 b#:JIいる一方、酸化亜
鉛に2wt%の酸化アルミニウムを添加したターゲット
を用いて、軟質基板3bを巻き取り機構で巻き取りなが
ら、実施例1と同条件下でスパッタリングして透明導電
膜を形成した。基板は幅10C−で厚さ100μ億のプ
ラスチックフィルムを使用し、7ノ一ド面上5Il1m
の高さに、ターゲット表面に対してほぼ垂直(ターゲッ
トの中心側へ約30°傾けている)に配置した。t、m
の有効基板面積100mmX15龍(膜を付着させたく
ない部分はセラミックスでマスクしている)にわたって
、膜厚変化率±5%以内で、抵抗率が2〜3X10−’
Ωe1mの透明導電膜が得られた。
Using the apparatus shown in Fig. 1, a flexible substrate 3b made of a plastic film is used as a substrate, and a target made of zinc oxide with 2 wt% aluminum oxide added is used to wind the flexible substrate 3b with a winding mechanism. While removing the sample, sputtering was performed under the same conditions as in Example 1 to form a transparent conductive film. The substrate is a plastic film with a width of 10C and a thickness of 100μ, and a surface of 5Il1m on the 7-node surface.
The target was placed at a height of approximately perpendicular to the target surface (tilted approximately 30° toward the center of the target). t, m
Over an effective substrate area of 100 mm x 15 mm (the parts where the film is not desired to be attached are masked with ceramics), the resistivity is 2 to 3 x 10-' within a film thickness change rate of ±5%.
A transparent conductive film with an Ωe of 1 m was obtained.

前記実施例では、ターゲットとして酸化物を使用してい
るが、亜鉛(Zn)とアルミニウム(AI)あるいはガ
リウム(Ga)あるいはホウ素(B)もしくはインジウ
ム(In)の合金をターゲットとし、スパッタポスとし
てアルゴンと酸素の混合〃スを使用してもよい。
In the above example, an oxide is used as a target, but an alloy of zinc (Zn), aluminum (AI), gallium (Ga), boron (B), or indium (In) is used as a target, and argon and argon are used as a sputtering post. Mixtures of oxygen may also be used.

また、前記実施例では高周波電力を投入しているが、こ
れを直流にかえることも可能である。
Further, although high frequency power is input in the above embodiment, it is also possible to change this to direct current.

前記実施例の垂直基板配置の場合は、基板を相対して2
箇所に同時に配置し、同時に2枚の基板りゆ台譜山本1
 ^L−々−シ11.シ^→比 々−デットー基板間の
間隔、外部印加磁界の強さ、投入電力を変えることによ
り、均一な膜厚と低い抵抗率を有し、大面積の透明導電
膜を製造することが出来る。
In the case of the vertical substrate arrangement of the above embodiment, the substrates are placed opposite each other and
Place two boards at the same time at the same time.
^L-t-shi11. By changing the distance between the substrates, the strength of the externally applied magnetic field, and the input power, it is possible to produce a large-area transparent conductive film with uniform film thickness and low resistivity. .

前記実施例においては、いずれも酸化亜鉛系薄膜を形成
しているが、本発明にかかる透明導電膜製造方法および
装置は、膜製造速度が速いので、ITO膜その他の透明
導電膜を約150℃以下の低温下で製造するのにも使用
出来る。
In each of the above examples, a zinc oxide thin film is formed, but since the method and apparatus for producing a transparent conductive film according to the present invention can produce a film at a high speed, the ITO film and other transparent conductive films are heated at about 150°C. It can also be used for production at lower temperatures.

(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、原材
料が安価で、低温の各種基体上に比較的容易に結晶性薄
膜の得やすい酸化亜鉛を透明導電膜用材料に使用し、膜
中に■族元素を少量含有させることにより、低抵抗率化
を図ることが出来る。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, according to the present invention, zinc oxide is used as a material for transparent conductive films because the raw material is inexpensive and crystalline thin films can be formed relatively easily on various low-temperature substrates. By incorporating a small amount of group Ⅰ elements into the film, it is possible to lower the resistivity.

さらに通常使用されるマグネトロンスパッタ装置と異な
り、非金属製基板ホルダを採用することによってアノー
ドを基板側でなく、ターゲット表面とほぼ同一レベルに
位置するように配置して、プラズマ集束磁界を印加して
いるため、キャリヤ密度を減少させる原因となる酸素イ
オンの膜中への導入を減少させ、膜上に飛来する各種の
粒子の運動エネルギーが膜中へ取り込まれるアルゴンガ
ス等を減少させ、さらに結晶化を促進することによって
、大島な移動度が実現出来る。
Furthermore, unlike the normally used magnetron sputtering equipment, by adopting a non-metallic substrate holder, the anode is positioned not on the substrate side but at almost the same level as the target surface, and a plasma focusing magnetic field is applied. Therefore, the introduction of oxygen ions into the film, which causes a decrease in carrier density, is reduced, and the kinetic energy of various particles flying onto the film reduces argon gas etc. that are taken into the film, further reducing crystallization. By promoting this, large-scale mobility can be achieved.

また、マグネトロンカソードの採用は、スパッ9 IJ
 レグ中のターゲットの発熱を抑えることに役立ち、低
温成膜を可能とした。これらの作用の相・  乗効果に
よって、低温基体上での成膜においても、一段と抵抗率
の低減化を実現出来る。
In addition, the adoption of a magnetron cathode is the Spa 9 IJ
This helped to suppress the heat generation of the target during the leg, making low-temperature film formation possible. The synergistic effect of these actions makes it possible to further reduce the resistivity even when forming a film on a low-temperature substrate.

非金属製の基板ホルダを採用し、外部から磁界を印加し
ているため、低ガス圧での安定なプラズマ生成を行なわ
せることが出来ると同時に、プラズマを集束させ、ター
ゲット表面でのスパッタガスの電離効率を高めることが
出来、大きな成膜速度を達成出来る。このため、本発明
によれば、特性的に300℃以上の高温処理によって形
成したITOIIと同程度の酸化亜鉛透明導電膜を、約
150℃以下の低温基板上に安価に多量生産出来るなど
優れた効果が得られる。
By using a non-metallic substrate holder and applying a magnetic field from the outside, it is possible to generate stable plasma at low gas pressure, while at the same time focusing the plasma and reducing the amount of sputtering gas on the target surface. Ionization efficiency can be increased and a high film formation rate can be achieved. Therefore, according to the present invention, a zinc oxide transparent conductive film having characteristics similar to those of ITO II formed by high-temperature treatment at 300°C or higher can be produced in large quantities at low cost on a low-temperature substrate at about 150°C or lower. Effects can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明方法の実施に使用するマグネトロンスパ
ッタ装置の概略断面正面図、第2図はその概略断面側面
図、第3図は本発明にがかるマグネトロンスパッタリン
グによって形成したアルミニウム含有酸化亜鉛透明導電
膜の抵抗率の基板温度依存性を示すグラフ、第4図は本
発明にがかるマグネトロンスパッタリングによって形成
したアルミニウム含有酸化亜鉛透明導電膜の抵抗率のア
ルミニウム含有量依存性を示すグラフ、第5図は抵抗率
の外部印加プラズマ集束磁界依存性を示すグラフである
。 1・・・ターゲット、 2・・・アノード、 2a・・・7ノ一ド開口部、 3.3a、3b、3c・・・基板、 4・・・ソレノイドコイル、 5・・・マグネトロンカソード、 6・・・真空槽、 7・・・基板゛ホルダ、 8・・・非金属製基板ホルダ。 特 許 出 願 人 大阪特殊合金株式会社代 理 人
 弁理士 青 山  葆ばか2名第1!!I 第2図 撞坑フ平(j’Lcml
FIG. 1 is a schematic cross-sectional front view of a magnetron sputtering apparatus used for carrying out the method of the present invention, FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view thereof, and FIG. 3 is a transparent conductive aluminum-containing zinc oxide formed by magnetron sputtering according to the present invention. FIG. 4 is a graph showing the dependence of the resistivity of the film on the substrate temperature; FIG. 4 is a graph showing the dependence of the resistivity on the aluminum content of the aluminum-containing zinc oxide transparent conductive film formed by magnetron sputtering according to the invention; 3 is a graph showing the dependence of resistivity on an externally applied plasma focusing magnetic field. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Target, 2...Anode, 2a...7 node opening, 3.3a, 3b, 3c...Substrate, 4...Solenoid coil, 5...Magnetron cathode, 6 ...Vacuum chamber, 7.Substrate holder, 8.Non-metallic substrate holder. Patent applicant: Osaka Tokushu Alloy Co., Ltd. Agent: Patent attorney: Aoyama The first of two idiots! ! I Figure 2

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ターゲットを、該ターゲットの表面がマグネトロ
ンカソードの近傍にそれと平行に配置されたアノードの
表面とほぼ同一レベルになるようにマグネトロンカソー
ド上に配置し、透明導電膜を形成すべき基板をターゲッ
ト面に対してほぼ垂直及び/または平行に配置し、外部
よりターゲット表面に垂直で、マグネトロンカソードの
磁界の方向と逆方向のプラズマ集束磁界を印加しつつマ
グネトロンスパッタリングすることを特徴とする透明導
電膜の製造方法。
(1) Place the target on the magnetron cathode so that the surface of the target is approximately on the same level as the surface of the anode placed near and parallel to the magnetron cathode, and place the substrate on which the transparent conductive film is to be formed as the target. A transparent conductive film that is arranged substantially perpendicular and/or parallel to the target surface and subjected to magnetron sputtering while applying a plasma focusing magnetic field perpendicular to the target surface from the outside and in a direction opposite to the direction of the magnetic field of the magnetron cathode. manufacturing method.
(2)前記ターゲットが少なくとも一種のIII族元素を
含有する酸化亜鉛からなる特許請求の範囲第1項記載の
透明導電膜の製造方法。
(2) The method for manufacturing a transparent conductive film according to claim 1, wherein the target is made of zinc oxide containing at least one group III element.
(3)前記ターゲットが亜鉛原子に対して1〜20原子
%のアルミニウム、ガリウム、ホウ素もしくはインジウ
ムを含有する亜鉛合金からなる特許請求の範囲第1項記
載の透明導電膜の製造方法。
(3) The method for manufacturing a transparent conductive film according to claim 1, wherein the target is made of a zinc alloy containing 1 to 20 atomic % of aluminum, gallium, boron, or indium based on zinc atoms.
(4)プラズマ生成ガスがアルゴンと酸素の混合ガスか
らなる特許請求の範囲第3項記載の透明導電膜の製造方
法。
(4) The method for producing a transparent conductive film according to claim 3, wherein the plasma generating gas is a mixed gas of argon and oxygen.
(5)透明導電膜形成用ターゲットを保持するマグネト
ロンカソードと、該マグネトロンカソードの近傍にそれ
と平行に配置されターゲットの表面とほぼ同一レベルに
なるように配設されたアノードと、透明導電膜を形成す
べき基板をターゲット表面に対してほぼ垂直および/ま
たは平行に保持する基板保持手段と、これらの部材を収
容する真空槽と、該真空槽を包囲するように配設されタ
ーゲット表面に垂直で、かつマグネトロンカソードの磁
界の方向と逆方向のプラズマ集束磁界を印加するプラズ
マ集束コイルとからなる透明導電膜製造装置。
(5) Forming a transparent conductive film with a magnetron cathode that holds a target for forming a transparent conductive film, and an anode that is placed near and parallel to the magnetron cathode so as to be approximately at the same level as the surface of the target. a substrate holding means for holding a substrate to be processed substantially perpendicularly and/or parallelly to the target surface; a vacuum chamber accommodating these members; and a substrate holding means arranged to surround the vacuum chamber and perpendicular to the target surface; A transparent conductive film manufacturing apparatus comprising a plasma focusing coil that applies a plasma focusing magnetic field in a direction opposite to the direction of the magnetic field of the magnetron cathode.
(6)前記基板保持手段が基板をターゲット表面に対し
てほぼ垂直に保持する基板ホルダーであって、真空槽内
に固定されている特許請求の範囲第5項記載の透明導電
膜製造装置。
(6) The transparent conductive film manufacturing apparatus according to claim 5, wherein the substrate holding means is a substrate holder that holds the substrate substantially perpendicularly to the target surface, and is fixed in a vacuum chamber.
(7)前記基板保持手段が真空槽の一端側から他端側へ
移動する基板キャリヤからなる特許請求の範囲第5項記
載の透明導電膜製造装置。
(7) The transparent conductive film manufacturing apparatus according to claim 5, wherein the substrate holding means comprises a substrate carrier that moves from one end of the vacuum chamber to the other end.
(8)前記基板保持手段が真空槽の一端側から他端側へ
移動する基板移動用ガイドと巻き取り機構からなり、前
記基板がフィルムからなる特許請求の範囲第5項記載の
透明導電膜製造装置。
(8) Manufacture of a transparent conductive film according to claim 5, wherein the substrate holding means comprises a substrate moving guide that moves from one end of the vacuum chamber to the other end, and a winding mechanism, and the substrate is made of a film. Device.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62122011A (en) * 1985-11-22 1987-06-03 株式会社リコー Transparent conducting film and manufacture of the same
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