JPS62256311A - 透明導電膜の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高周波スパッタリング法により透明導電膜を
製造する方法の改良に関するものである。

本発明の製造方法は、樹脂基板表面に透明電極を形成す
る場合などに利用することができる。

［従来の技術］ 近年、エレクトロルミネッセンスや液晶などの表示素子
、あるいは太Ｉｆ！池などに透明導電膜からなる透明電
極が多用されている。この透明導電膜は一般にインジウ
ムとスズの酸化物（ｌｎｄｉｕｎ　　７ｔｎ　　Ｑｘｉ
ｄｅ、以下ＩＴＯという）から構成され、金属塩溶液の
スプレー法、化学熱１１法、真空蒸着法、イオンブレー
ティング払、スパッタリング法など種々の方法により製
造されている。

たとえば特開昭５０−１９１２５号公報および特開昭５
２−２７１６５＠公報には真空蒸着法による製造方法が
開示されている。また特開昭５５−４１９５９号公報に
は直流スパッタリング法による製造方法が開示されてい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記した従来の製造方法においては、製膜は一般に１８
０〜５００℃と高温で行なわれていた。

各製造方法のなかではスパッタリング法が低温製膜に適
しているが、ＩＴＯの反応性スパッタリングを行なう場
合には、１５０℃以下の低温でスパッタリングを行なう
と反応性が低下するため比抵抗が高くなり、かつ可視光
透過率も低下して導電性および透明性が悪くなることが
知られている。

そのため特開昭５５−４１９５９号公報に見られるよう
に製摸後３００℃以上に加熱処理したり、スパッタリン
グ中に基板を加熱したりして導電性および透明性を付与
していた。従って基板にはガラスなど耐熱性を有するも
のが用いられ、樹脂など熱変形温度が低いものに透明導
Ｎ模を￥Ｊ造することは従来困難とされていた。

本発明名らはこの事情に鑑みて鋭意研究した結果、ｆＴ
ｏからなる透明導電膜を低温で￥Ｊ造する方法を見出し
で本発明を完成したものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の透明導電膜の製造方法は、酸化スズ１〜４０重
量％と酸化インジウム６０〜９９重量％とからなる焼結
体をターゲットとして用い、該ターゲットを高周波スパ
ッタリングして該ターゲットに対向して配ばされた基板
表面に透明導電膜を形成する透明導電膜の製造方法であ
って、０．５ｘｉｏ−３〜２．０ｘ１０−３Ｔｏｒｒの
減圧下にてｌｌ！２指ガス漠度１容量％以下の雰囲気下
でスパッタリングを行なうことを特徴とする。

ターゲットには酸化スズ１〜４０ｍｍ％と酸化インジウ
ム６０〜９９重量％とからなる焼結体が用いられる。こ
こで酸化スズの含有量が４０重量％より茅くなると導電
性および透明性に劣るようになる。

上記ターゲットは高周波スパッタリング法によりスパッ
タリングされ、ターゲットと対向する位置に保持された
基板表面に透明導電膜が製造される。

本発明の最大の特徴はスパッタリング時の条件にある。

以下その条件を順に説明する。

（圧力） 本発明の製造方法では、装置内のガス圧力は０゜５ｘ１
０−３〜２．０ＸＩＯ−３Ｔｏｒｒとされる。

スパッタリングにより形成された膜は一般に内部応力（
圧縮応力）をもつことが知られている。

この内部応ノＪがあまり大きくなるとクラックが生じた
りする不具合がある。そこで本発明者らはターゲットと
して酸化インジウム９５重ｆｆｉ％および酸化スズ５重
量％からなる焼結体を用い、アルゴンガスを用いてガス
圧力を種々変化させて高周波スパッタリングを行い、得
られたＩＴＯＩＩＩの比抵抗と内部応力〈圧縮応力）を
測定した。その結果を第２図に示す。なお、比抵抗はプ
ローブヘッド（Ｋｕ　ｌ　ｉ　ｃｋｅ＆ｓｏｆ　ｆ社製
）を用いて測定し、内部応力は次式の５ｔｏｎｅｙの式
を利用し、第３図に示すようにＩＴＯｌＩＪｌｏが形成
されたカバーグラスＷＩＪ基板１１を片持ち状に保持し
、基準面１２からの変位δを測定することにより求めた
。

σ＝Ｅｂ　　δ／３（１−ν）ｄ１２ （σ：内部応力、Ｅ：基板のヤング率、ｂ：基板の厚さ
、シ：基板のポアクン比、ｄ：ｆＴｏ膜の厚さ、１：基
板の長さ） 第２図よりガス圧力が高くなるにつれ内部応力は小さく
なる反面、比抵抗が大きくなってしまう。

すなわちガス圧力には適正範囲が存在し、その範囲を０
．５ｘ１０−３〜２．０Ｘ１０−３Ｔｏｒｒとした。こ
の範囲内であれば膜にクラックなどの不具合は生じず、
導電性も良好である。なお２つの曲線が交差する１、２
ｘ１０−３Ｔｏｒｒ程度の圧力とするのが望ましい。

（ガス） 従来、酸化インジウムと酸化スズからなるターゲットか
ら高周波スパッタリングによりｒ　Ｔ　ＯＮｕを￥Ｊ造
する場合には、一般にアルゴンガスと酸素ガスとの混合
ガスが用いられている。そして酸素ガス分圧が膜の特性
に大きく影響し、酸素濃度が数％のときに比抵抗が最小
になると報告されている。

本発明者らは上記により決定された圧力（１×１Ｏ−３
Ｔｏｒｒ）下にて酸素ガス分圧を種々変化させ、上記と
同様のターゲットを高周波スパッタリングしてＩＴＯＩ
Ｉを形成し、その比抵抗を測定した。その結果第４図に
示すように、この圧力条件下では比抵抗が最小となるよ
うな酸素ガス分圧は存在せず、酸素ガスを少量導入して
も比抵抗が増大する傾向がみられた。従って酸素ガス濃
度が１容量％以下のガス雰囲気で、望ましくは無酸素雰
囲気で行なうこととした。なお、イオン化するガスには
主としてアルゴンガスが用いられるが、場合によっては
ヘリウムガスなど他のガスを用いることもできる。

なお、高周波電源は周波数的１０ＭＨ２，市販品として
１３．５６ＭＨｚ１出力は１ｏＯ〜５００Ｗ程度のもの
など従来と同様のものを用いることができる。またター
ゲットと基板との距離も従来と同様とすることができる
。しかしながら本発明者らの実験によれば、上記条件下
でスパッタリングを行なうと、第５図に示すようにター
ゲットからの水平距離が大きくなるにつれ比抵抗が小さ
くなる現象がみられた。またターゲットから離れるにつ
れて基板温度が低下することも自明である。

すなわち本発明の製造方法では従来よりガス圧力が低い
ので、ターゲットと基板との距離を長くしても導電性に
優れた躾を形成することができる。

従って、膜厚の均一化が図れる範囲でターゲットと基板
との距離を長くするのが好ましい。たとえばターゲット
を基板が保持された基板ホルダーの中心より偏心させて
配置し、基板ホルダーを回転させつつスパッタリングを
行なうようにすることができる。このようにすれば基板
温度の上昇が抑制されるので、樹脂などの耐熱性に劣る
基板を用いることができ、かつ膜厚の均一化を図ること
ができる。

また基板を強制的に冷却して行なうこともできる。この
場合には本発明では基板の温度を６５℃以下にすること
も可能である。従って基板には従来と同様にガラスなど
を用いてもよいし樹脂も用いることができる。

また基板の温度上昇防止のため、マグネトロン型電極を
用いてプラズマをターゲット近傍に封じ込めることが好
ましい。

［発明の作用および効果］ 本発明の透明導電膜の製造方法では、従来より低いガス
圧力で、かつ酸素ガスのほとんど存在しない雰囲気下で
高周波スパッタリングによりＩＴＯＳからなる透明導電
膜が形成される。従って酸素ガスの影響がほとんど無い
ので製膜の安定化を図ることができる。そして理由はま
だ解明されていないが、基板を加熱しなくとも、また１
ＩＩＩ後加熱処理を施さなくとも、透明性に優れ、かつ
導電性に優れた透明導電膜が形成される。また、ターゲ
ットと基板との間隔を従来より大きくしても導電性に優
れた透明導％ｉｌＩが製膜できるので、基板の温度上昇
を防止することができる。従って本発明の製造方法によ
れば、耐熱性をもたない樹脂などを基板として用いるこ
とができるので、各種素子の樹脂化を図ることができ、
コストの低減、軽層化に絶大な効果を有する。

［実施例］ 以下実施例により具体的に説明する。

第１図に本実施例に用いたマグネトロン型高周波スパッ
タリング装置の概略図を示す。この装置は、ペルジャー
１と、ペルジャー１上部に回転自在に保持され内部に冷
却水が流れている基板ホルダー２と、基板ホルダ−２下
面に保持された基板３と、ペルジャー１下部より基板３
に対向し基板ホルダー２の中心より偏心した位置に保持
されたターゲット４と、ターゲット４の下方に配置され
たマグネトロン型電極５と、ターゲット４の上方に配置
され図示しないマツチングボックスを介して高周波電力
が供給されるコイル６と、ペルジャー１９面に設けられ
、アルゴンガスが供給されるガス供給管７および排気口
８と、から構成される装置 ターゲット４は酸化インジウム（Ｉｎｔｏ３）９５重最
％および酸化スズ（ＳｎＯｚ　）５重Ｍ％からなる焼結
体であり、直径４５Ｃｍ、厚さ５ｍｍの円型形状をなし
ている。また基板３はアクリル樹脂から形成され、２０
ｃｍ角の正方形板状をなしている。なお、ターゲット４
と基板３との垂直距離は１４ｃｍであり、ターゲット４
の中心は基板３の中心から１２．５ｃｍ偏心している。

上記した構成の装置を用い、ロータリーポンプ、拡散油
ポンプにより排気口８よりペルジャー１内を１Ｘ１０−
５Ｔｏｒｒ以下になるまで排気し、ガス供給管７よりア
ルゴンガスをｌＸ１０″−３Ｔｏｒｒの圧力となるよう
に供給した。

上記圧力雰囲気下、コイル６とターゲラ１−４との間に
１３．５６ＭＨｚ、出力３６０Ｗ（反射パワー１０Ｗ以
下）の高周波電力を供給してスパッタリングを行なった
。なお、基板ホルダー２は１０回／分の速度で回転させ
ながら３０分間スパッタリングを行った。このときサー
モラベル（８油技研工業社製）を用いて基板表面の温度
を測定したが、幕板温度は全体にわたり６５℃と低い値
を維持していた。

基板表面に形成された膜の面抵抗を測定し、結果を第６
図に示す。この結果より基板全体にほぼ均一な導電性を
有する導’ｉｘｍが形成されていることが明らかである
。またこの膜の膜厚を多重干渉膜厚計（満尻光学社製）
を用いて測定したところ、膜厚のバラツキは１０％以内
であった。すなわち全体にわたってほぼ均一な膜厚を有
していた。なお、基板中央部の膜厚は２７００人、比抵
抗は５゜４Ｘ１０−４Ω・ｃｍと良好な値を有していた
。

また基板中央部の紫外〜赤外領域の光の透過率および反
射率を分光光度計により測定し、結果を第７図に示す。

第７図より明らかに、可視域における透過率は高く、５
５０μｍの波長の光では８７％の透過率を示している。

すなわち形成された爬は優れた導電性を有する透明導電
膜であった。

さらに膜の組成を知るために、結晶性と組成の分析を行
なった。結晶性は得られた膜、およびスライドガラス上
に同様に形成された膜を空気中３８０℃で１５分間熱処
理したもの、の２Ｆｌ類についてＸＩ！回折試験を行っ
た。なお試験はＣＯをターゲットとし４Ｑｋｖ、８０ｍ
Ａで測定した。結果を第８図に示す。なお第８図にはＩ
ｎｚＯｉの面間隔ｄと指数（ｈｋ　ｌ　）を示した。第
８図より、得られた膜はｙＪｖＡの温度が低いために、
小さなピークしか見られず結晶性が小さい。しかしなが
らその膜を熱処理づると結晶化が進み、その回折線は１
ｎｚｏｉの面間隔とほとんど一致している。

得られた膜はこのように結晶性が小さいにもかかわらず
非常に小さい比抵抗を有している。

また膜の組成分析はＸ線光電子分析装置ｔ　（ＶＧ社製
ＥＳＣＡ−ＬＡＢ５）を用い、エネルギー値と積分強度
を測定することにより、Ｉｎ／Ｓｎ比および組成を求め
た。その結果膜の［ｎ元素は■ｎ２ｏ３、Ｓｎ元素は５
ｎ３０４　（２ＳｎＯ＋５ｎｏｔ）で存在すると推察さ
れ、ｒｒｌ／Ｓｒｌの原子数比は１００／６であった。

以上要するに本実施例で得られた膜は、ｒＴＯからなり
全体がほぼ均一な膜厚を有し、かつ均一で＾い導電性を
示す透明導電膜であった。すなわち本実施例の製造方法
によれば基板を加熱することなく、また摸を加熱処理す
る必要なく透明Ｓ電膜を形成することができる。そして
基板の温度は最高６５℃であるので基板に熱可塑性樹脂
を用いることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法に用いられる高周波スパッタ
リング装置の概略構成説明図、第２図はガス圧力に対す
る内部応力および比抵抗の関係を示すグラフ、第３図は
内部応力を測定する方法を示す説明図、第４図はガス中
の酸素分圧と比抵抗の関係を示すグラフ、第５図はター
ゲットの中心からの水平距離と膜の比抵抗との関係を示
すグラフ、第６図は基板の中心からの水平距離と膜の面
抵抗との関係を示すグラフ、第７図は膜の分光特性を示
すヂャート図、第８図は膜のＸ線回折チャート図である
。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化スズ１〜４０重量％と酸化インジウム６０〜
   ９９重量％とからなる焼結体をターゲットとして用い、
   該ターゲットを高周波スパッタリングして該ターゲット
   に対向して配置された基板表面に透明導電膜を形成する
   透明導電膜の製造方法であつて、 ０．５×１０＾−＾３〜２．０×１０＾−＾３Ｔｏｒｒ
   の減圧下にて酸素ガス濃度１容量％以下の雰囲気下でス
   パッタリングを行なうことを特徴とする透明導電膜の製
   造方法。
2. （２）アルゴンガス雰囲気下でスパッタリングを行なう
   特許請求の範囲第１項記載の透明導電膜の製造方法。
3. （３）ターゲットは基板が保持された基板ホルダーの中
   心より偏心して配置され、該基板ホルダーを回転させつ
   つスパッタリングを行なう特許請求の範囲第１項記載の
   透明導電膜の製造方法。
4. （４）基板が熱変形しない温度でスパッタリングを行な
   う特許請求の範囲第１項記載の透明導電膜の製造方法。