JPWO2009011232A1 - 複合酸化物焼結体、アモルファス複合酸化膜の製造方法、アモルファス複合酸化膜、結晶質複合酸化膜の製造方法及び結晶質複合酸化膜 - Google Patents
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Abstract
実質的にインジウム、スズ、カルシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムが、Ca / ( In + Sn + Ca )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス膜であって、かつ、260℃以下の温度でアニールすることによって、膜が結晶化して、膜の抵抗率が0.4mΩ以下となることを特徴とする膜。フラットパネルディスプレイ用表示電極等に用いられるITO系薄膜を、基板無加熱で、成膜時に水添加することなく、スパッタ成膜して、非晶質のITO系膜が得られるとともに、当該ITO系膜が、260℃以下というあまり高温でないアニールで結晶化して、結晶化後の抵抗率が低くなる特性を有するITO系膜、該膜の製造方法および該膜製造のための焼結体の提供を目的とする。
Description
本発明は、フラットパネルディスプレイ等において、電極として形成される結晶質複合酸化膜及びその製造方法、アモルファス複合酸化膜及びその製造方法並びに前記酸化膜の製造に使用される複合酸化物焼結体に関するものである。
ITO (Indium Tin Oxide) 膜は、低抵抗率、高透過率、微細加工容易性等の特徴を有し、これらの特徴が、他の透明導電膜より優れていることから、フラットパネルディスプレイ用表示電極をはじめとして、広範囲の分野にわたって使用されている。現在、産業上の生産工程におけるITO膜の成膜方法の殆どは、大面積に均一性、生産性良く作製できることから、ITO焼結体をターゲットとしてスパッタする、いわゆるスパッタ成膜法である。
ITO透明導電膜を利用するフラットパネルディスプレイ製造プロセスにおいては、スパッタ直後のITO膜の結晶性は非晶質で、非晶質の状態でエッチング等の微細加工を行い、その後の熱アニール処理で、ITO膜を結晶化させている場合が多い。この理由は、ITO非晶質膜はエッチングレートが大きいために生産上有利であり、かつITO結晶膜は低抵抗率で耐熱性に優れているという両方の利点を享受できるからである。
ITOターゲットをスパッタして得られる膜の殆どの部分は非晶質であるが、一部が結晶化してしまう場合が多い。この理由は、ITO膜の結晶化温度は約150℃であり、膜の殆どの部分は、これ以下の温度にしかならないので非晶質であるが、スパッタによって基板へ飛来してくる粒子の中には、かなり高いエネルギーを有するものがあり、基板到達後のエネルギーの授受によって、膜の温度が結晶化温度以上の高温となり、膜が結晶化してしまう部分が生じるからである。
この様にITO膜の一部に結晶化した部分が生じると、その部分はエッチング速度が、非晶質の部分より、約２桁程小さいため、その後のエッチングの際に、いわゆる、エッチング残渣として残ってしまい、配線ショート等の問題を引き起こしてしまう。
この様にITO膜の一部に結晶化した部分が生じると、その部分はエッチング速度が、非晶質の部分より、約２桁程小さいため、その後のエッチングの際に、いわゆる、エッチング残渣として残ってしまい、配線ショート等の問題を引き起こしてしまう。
そこで、スパッタ膜の結晶化を防ぎ、スパッタ膜全部を非晶質とする方法として、スパッタ時にチャンバー内にアルゴンなどのスパッタガスに加えて、水（H2O）を添加することが有効であることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
しかし、水添加でのスパッタによって非晶質の膜を得ようとする方法には、数々の問題点がある。まず、スパッタ膜にパーティクルが発生してしまう場合が多い。パーティクルはスパッタ膜の平坦性や結晶性に悪影響を及ぼす。また、水を添加しなければパーティクルは発生しないことから、パーティクル発生の問題は水添加が原因である。
しかし、水添加でのスパッタによって非晶質の膜を得ようとする方法には、数々の問題点がある。まず、スパッタ膜にパーティクルが発生してしまう場合が多い。パーティクルはスパッタ膜の平坦性や結晶性に悪影響を及ぼす。また、水を添加しなければパーティクルは発生しないことから、パーティクル発生の問題は水添加が原因である。
さらに、スパッタチャンバー内の水濃度は、スパッタ時間の経過に伴って、次第に低下してくるため、当初は適切な水濃度であったとしても、次第に適切濃度に満たない濃度になってしまい、スパッタ膜の一部が結晶化してしまう。
しかし、一方で、確実に非晶質のスパッタ膜を得るために、添加する水濃度を高くしてしまうと、その後のアニールで膜が結晶化する際の結晶化温度が、非常に高くなり、得られる膜の抵抗率が、非常に高くなってしまうという問題が生じてしまう。
つまり、スパッタ膜全部を非晶質とするために、水添加でのスパッタによると、常に、チャンバー内の水濃度を把握、制御する必要があるが、それは非常に困難であるとともに、大変な手間と労力を要してしまうのである。
しかし、一方で、確実に非晶質のスパッタ膜を得るために、添加する水濃度を高くしてしまうと、その後のアニールで膜が結晶化する際の結晶化温度が、非常に高くなり、得られる膜の抵抗率が、非常に高くなってしまうという問題が生じてしまう。
つまり、スパッタ膜全部を非晶質とするために、水添加でのスパッタによると、常に、チャンバー内の水濃度を把握、制御する必要があるが、それは非常に困難であるとともに、大変な手間と労力を要してしまうのである。
この様な問題を解決するために、結晶性膜が作製されやすいITO膜ではなく非晶質安定な透明導電材料を一部では用いられている。例えば、酸化インジウムに亜鉛を添加した組成の焼結体をターゲットとして、当該ターゲットをスパッタして非晶質膜が得られることは知られているが、この様にして得られたスパッタ膜は、非常に非晶質安定で、500℃以上の高温にしないと結晶化しない。
従って、結晶化させて、エッチング速度を桁違いに小さくすることによるプロセス上の利点を得ることができず、スパッタ膜の抵抗率が約0.45mΩcmと、結晶化したITO膜より高い値である。さらに、当該膜は可視光平均透過率が約85％程度でありITO膜より劣っている。
従って、結晶化させて、エッチング速度を桁違いに小さくすることによるプロセス上の利点を得ることができず、スパッタ膜の抵抗率が約0.45mΩcmと、結晶化したITO膜より高い値である。さらに、当該膜は可視光平均透過率が約85％程度でありITO膜より劣っている。
また、本発明と形式上は類似している部分を有するが、構成や技術的思想が異なるものとして、以下の特許文献等があり、これらの概要等について以下に記す。
特許文献１（特開2003-105532号公報）および２（特開2004-149883号公報）には、ITOに絶縁性酸化物を添加して、高抵抗率な透明導電膜を形成するためのスパッタリングターゲットについての記載があり、絶縁性酸化物の例として、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等が挙げられているが、実施例には酸化珪素についての記述のみである。 該特許出願の目的は、高抵抗率膜を得ることのみであり、成膜時の膜の結晶性や、その後のアニールによる膜の結晶化等の技術的思想に関する観点は全く含まれていないのである。
特許文献１（特開2003-105532号公報）および２（特開2004-149883号公報）には、ITOに絶縁性酸化物を添加して、高抵抗率な透明導電膜を形成するためのスパッタリングターゲットについての記載があり、絶縁性酸化物の例として、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等が挙げられているが、実施例には酸化珪素についての記述のみである。 該特許出願の目的は、高抵抗率膜を得ることのみであり、成膜時の膜の結晶性や、その後のアニールによる膜の結晶化等の技術的思想に関する観点は全く含まれていないのである。
Thin Solid Films 445 (2003) p235〜240
特開2003-105532号公報
特開2004-149883号公報
以上で説明した様に先行技術として、酸化インジウムに亜鉛を添加した組成の焼結体をターゲットとして用いるものは、膜抵抗率が高い等の欠点を有しているために、解決策としては充分でない。
また、本願発明と形式上類似するITOにカルシウム等を添加することを一部に含む特許出願等は、本願発明が課題とする事項を捉えておらずに、単にカルシウム等の添加による膜の高抵抗率効果等を目的するものであり、本願発明の様な膜の結晶性の制御や結晶化後の膜の低抵抗率を利用するといった技術的思想が含まれていない。
また、添加するカルシウム等の濃度が高抵抗率効果を狙う場合は、添加量が高過ぎており、本発明における有用な膜特性についての記述や製造方法等の実施例記述等は全くないのである。
また、本願発明と形式上類似するITOにカルシウム等を添加することを一部に含む特許出願等は、本願発明が課題とする事項を捉えておらずに、単にカルシウム等の添加による膜の高抵抗率効果等を目的するものであり、本願発明の様な膜の結晶性の制御や結晶化後の膜の低抵抗率を利用するといった技術的思想が含まれていない。
また、添加するカルシウム等の濃度が高抵抗率効果を狙う場合は、添加量が高過ぎており、本発明における有用な膜特性についての記述や製造方法等の実施例記述等は全くないのである。
本発明の課題は、フラットパネルディスプレイ用表示電極等に用いられるITO系薄膜を、基板無加熱でスパッタ時に水添加することなく、非晶質のITO膜が得られ、そのスパッタ膜はエッチングの際に、結晶化した膜の一部が残渣として残るようなことがなく、比較的早いエッチング速度でエッチングができるようなエッチング特性に優れているとともに、当該スパッタ膜が、あまり高温でないアニールによって結晶化するとともに、結晶化後の抵抗率が充分低くなるようなITO系膜、その膜の製造方法及び膜製造のための焼結体を提供するものである。
本発明者らは、ITOに各種元素を添加した酸化物ターゲットについて、鋭意検討を重ねた結果、ITOにカルシウムまたはカルシウム及びマグネシウムを、適切濃度添加した焼結体を所定の条件でスパッタし、さらにこれによって得られるスパッタ膜を所定の条件でアニールすることで上記問題点を解決できることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明は、
１）実質的にインジウム、スズ、カルシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムが、Ca / ( In + Sn + Ca )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる複合酸化物焼結体、を提供する。
１）実質的にインジウム、スズ、カルシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムが、Ca / ( In + Sn + Ca )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる複合酸化物焼結体、を提供する。
また、本願発明は、
２）焼結体の抵抗率が0.2mΩcm以下であることを特徴とする前記1）記載の複合酸化物焼結体、を提供する。
２）焼結体の抵抗率が0.2mΩcm以下であることを特徴とする前記1）記載の複合酸化物焼結体、を提供する。
また、本願発明は、
３）前記1）または２）に記載の複合酸化物焼結体をスパッタすることによって、同組成のアモルファス膜を製造することを特徴とするアモルファス複合酸化膜の製造方法、を提供する。
透明導電膜用のアモルファス複合酸化膜を形成する場合には、アモルファス複合酸化膜と同一成分組成の焼結体を製造して、スパッタリングすることが非常に効率の良い方法である。
３）前記1）または２）に記載の複合酸化物焼結体をスパッタすることによって、同組成のアモルファス膜を製造することを特徴とするアモルファス複合酸化膜の製造方法、を提供する。
透明導電膜用のアモルファス複合酸化膜を形成する場合には、アモルファス複合酸化膜と同一成分組成の焼結体を製造して、スパッタリングすることが非常に効率の良い方法である。
また、本願発明は、
４）実質的にインジウム、スズ、カルシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムが、Ca / ( In + Sn + Ca )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜、を提供する。
４）実質的にインジウム、スズ、カルシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムが、Ca / ( In + Sn + Ca )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜、を提供する。
また、本願発明は、
５）実質的にインジウム、スズ、カルシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムが、Ca / ( In + Sn + Ca )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜を製造した後に、当該膜を260℃以下の温度でアニールすることによって結晶化させることを特徴とする結晶質複合酸化膜の製造方法、を提供する。
本願発明において、基板上に形成したアモルファス複合酸化膜を比較的低温でアニールすることにより、容易に結晶質の複合酸化膜に変換できる。これは、本願発明の著しい特徴の一つである。
５）実質的にインジウム、スズ、カルシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムが、Ca / ( In + Sn + Ca )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜を製造した後に、当該膜を260℃以下の温度でアニールすることによって結晶化させることを特徴とする結晶質複合酸化膜の製造方法、を提供する。
本願発明において、基板上に形成したアモルファス複合酸化膜を比較的低温でアニールすることにより、容易に結晶質の複合酸化膜に変換できる。これは、本願発明の著しい特徴の一つである。
また、本願発明は、
６）実質的にインジウム、スズ、カルシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムが、Ca / ( In + Sn + Ca )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる結晶質複合酸化膜、を提供する。
本願発明において、ITO複合酸化膜の成分に、さらにカルシウムが必須成分として含有されている。このカルシウムの含有は、ITO複合酸化膜の非晶質化の上で重要な役割を有する。
６）実質的にインジウム、スズ、カルシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムが、Ca / ( In + Sn + Ca )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる結晶質複合酸化膜、を提供する。
本願発明において、ITO複合酸化膜の成分に、さらにカルシウムが必須成分として含有されている。このカルシウムの含有は、ITO複合酸化膜の非晶質化の上で重要な役割を有する。
また、本願発明は、
７）膜の抵抗率が0.4mΩcm以下であることを特徴とする前記６）に記載の結晶質複合酸化膜、を提供する。
本願発明の結晶質複合酸化膜は、上記４）のアモルファス複合酸化膜と組成は同一であるが、その抵抗率は著しく低い膜が形成できる。
７）膜の抵抗率が0.4mΩcm以下であることを特徴とする前記６）に記載の結晶質複合酸化膜、を提供する。
本願発明の結晶質複合酸化膜は、上記４）のアモルファス複合酸化膜と組成は同一であるが、その抵抗率は著しく低い膜が形成できる。
また、本願発明は、
８）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる酸化物焼結体、を提供する。
８）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる酸化物焼結体、を提供する。
また、本願発明は、
９）焼結体の抵抗率が0.2mΩcm以下であることを特徴とする前記８）記載の酸化物焼結体、を提供する。
９）焼結体の抵抗率が0.2mΩcm以下であることを特徴とする前記８）記載の酸化物焼結体、を提供する。
また、本願発明は、
１０）前記８）または９）に記載の複合酸化物焼結体をスパッタすることによって、同組成のアモルファス膜を製造することを特徴とするアモルファス複合酸化膜の製造方法、を提供する。
透明導電膜用のアモルファス複合酸化膜を形成する場合には、アモルファス複合酸化膜と同一成分組成の焼結体を製造して、スパッタリングすることが非常に効率の良い方法である。
１０）前記８）または９）に記載の複合酸化物焼結体をスパッタすることによって、同組成のアモルファス膜を製造することを特徴とするアモルファス複合酸化膜の製造方法、を提供する。
透明導電膜用のアモルファス複合酸化膜を形成する場合には、アモルファス複合酸化膜と同一成分組成の焼結体を製造して、スパッタリングすることが非常に効率の良い方法である。
また、本願発明は、
１１）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜、を提供する。
１１）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜、を提供する。
また、本願発明は、
１２）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜を製造した後に、当該膜を260℃以下の温度でアニールすることによって結晶化させることを特徴とする結晶質複合酸化膜の製造方法、を提供する。
本願発明において、基板上に形成したアモルファス複合酸化膜を比較的低温でアニールすることにより、容易に結晶質の複合酸化膜に変換できる。これは、本願発明の著しい特徴の一つである。
１２）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜を製造した後に、当該膜を260℃以下の温度でアニールすることによって結晶化させることを特徴とする結晶質複合酸化膜の製造方法、を提供する。
本願発明において、基板上に形成したアモルファス複合酸化膜を比較的低温でアニールすることにより、容易に結晶質の複合酸化膜に変換できる。これは、本願発明の著しい特徴の一つである。
また、本願発明は、
１３）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる結晶質複合酸化膜、を提供する。
本願発明において、ITO複合酸化膜の成分に、さらにカルシウム及びマグネシウムが必須成分として含有されている。このカルシウム及びマグネシウムの含有は、ITO複合酸化膜の非晶質化の上で重要な役割を有する。
１３）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる結晶質複合酸化膜、を提供する。
本願発明において、ITO複合酸化膜の成分に、さらにカルシウム及びマグネシウムが必須成分として含有されている。このカルシウム及びマグネシウムの含有は、ITO複合酸化膜の非晶質化の上で重要な役割を有する。
また、本願発明は、
１４）膜の抵抗率が0.4mΩcm以下であることを特徴とする前記１３）に記載の結晶質複合酸化膜、を提供する。
本願発明の結晶質複合酸化膜は、上記１１）のアモルファス複合酸化膜と組成は同一であるが、その抵抗率は著しく低い膜が形成できる。
１４）膜の抵抗率が0.4mΩcm以下であることを特徴とする前記１３）に記載の結晶質複合酸化膜、を提供する。
本願発明の結晶質複合酸化膜は、上記１１）のアモルファス複合酸化膜と組成は同一であるが、その抵抗率は著しく低い膜が形成できる。
本発明の第一の特徴は、添加されたカルシウム等が、ITOのネットワーク構造結合を切断する効果により、結晶化を防止する点にある。そして、単にITO膜の結晶化を妨げるだけであれば、添加濃度を非常に高くすることで達成できる。
しかしながら、その場合は、本発明の第２の特徴である、成膜後にあまり高すぎない温度でのアニールで膜が結晶化して、結晶化後の膜の抵抗率が低いという特徴を発揮させることができない。なぜなら、添加元素濃度を高くしてしまうと、結晶化温度が上昇するとともに、結晶化後の膜抵抗率も高くなってしまうからである。
つまり、本発明特徴は、成膜時のスパッタ膜の非晶質化と、その後の適切温度でのアニールによる膜の結晶化と低抵抗率化の両方を実現できる点にあり、本発明は、この様な課題の解決を初めて示した新規な技術的思想を有するのである。
しかしながら、その場合は、本発明の第２の特徴である、成膜後にあまり高すぎない温度でのアニールで膜が結晶化して、結晶化後の膜の抵抗率が低いという特徴を発揮させることができない。なぜなら、添加元素濃度を高くしてしまうと、結晶化温度が上昇するとともに、結晶化後の膜抵抗率も高くなってしまうからである。
つまり、本発明特徴は、成膜時のスパッタ膜の非晶質化と、その後の適切温度でのアニールによる膜の結晶化と低抵抗率化の両方を実現できる点にあり、本発明は、この様な課題の解決を初めて示した新規な技術的思想を有するのである。
本発明によれば、ITOにカルシウム等を適切濃度添加したスパッタリングターゲットを用いて、成膜時に水を添加することなく、基板無加熱の状態で、所定の条件でスパッタ成膜することで、膜全体が非晶質の膜を得ることができる。また、その膜はその後のエッチングで、エッチング残渣の発生という問題が無く、結晶質のITO膜と比較して、約2桁もエッチングレートが速いという、ITO非晶質膜の有する利点を享受することができる。さらに、成膜後にあまり高すぎない温度でのアニールによって、膜が結晶化して、膜の抵抗率が低くなるという利点をも得ることができるという、非常に有用な効果が得られる。
本発明に係る複合酸化物焼結体、アモルファス複合酸化膜、結晶質複合酸化物膜、アモルファス複合酸化膜の製造方法、結晶質複合酸化物の製造方法を、さらに詳しく説明する。本発明の透明導電膜形成用複合酸化物焼結体に有用である複合酸化物焼結体は、実質的にインジウム、スズ、カルシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca )の原子数比で5〜15％の割合で、カルシウムが、Ca / ( In + Sn + Ca )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなることを特徴としている。
ここで、Snはスズの原子数、Inはインジウムの原子数、Caはカルシウムの原子数をそれぞれ表しており、全金属原子であるインジウム、スズおよびカルシウムの合計の原子数に対する、スズおよびカルシウムの原子数比の適切濃度範囲をそれぞれ示している。
該透明導電膜形成用スパッタリングターゲットおよび該透明導電膜の組成は、前記透明導電膜形成用酸化物焼結体の組成と実質的に同じである。
スパッタリングターゲットは、該酸化物焼結体を所定の直径、厚みに加工しただけのものであり、また、該透明導電膜は、該スパッタリングターゲットをスパッタ成膜して得られる膜であり、該スパッタリングターゲットとスパッタ成膜して得られる膜には組成の差は殆ど無いからである。
ここで、Snはスズの原子数、Inはインジウムの原子数、Caはカルシウムの原子数をそれぞれ表しており、全金属原子であるインジウム、スズおよびカルシウムの合計の原子数に対する、スズおよびカルシウムの原子数比の適切濃度範囲をそれぞれ示している。
該透明導電膜形成用スパッタリングターゲットおよび該透明導電膜の組成は、前記透明導電膜形成用酸化物焼結体の組成と実質的に同じである。
スパッタリングターゲットは、該酸化物焼結体を所定の直径、厚みに加工しただけのものであり、また、該透明導電膜は、該スパッタリングターゲットをスパッタ成膜して得られる膜であり、該スパッタリングターゲットとスパッタ成膜して得られる膜には組成の差は殆ど無いからである。
本願明細書で使用する「実質的に」とは、透明導電膜形成用複合酸化物焼結体の構成元素が、インジウム、スズ、カルシウム、酸素の4種類のみから形成されているが、通常入手可能な原料中に含まれ、その原料製造時の通常の精製方法では除去しきれない不可避的不純物を不可避的濃度範囲で含んでいたとしても、本発明はそれらをも含む概念であることを示すものなのである。すなはち、不可避的不純物は本願発明に含まれるものである。
スズは酸化インジウムに添加されると、n型ドナーとして働き、抵抗率を低下させる効果があり、市販のITOターゲットなどは、通常、スズ濃度Snが、Sn / (In + Sn) = 10％程度である。スズ濃度が低すぎると、電子供給量が少なくなり、また、逆に多すぎると電子散乱不純物となって、どちらの場合も、スパッタによって得られる膜の抵抗率が高くなってしまう。従って、ITOとして適切なスズの濃度範囲は、スズ濃度Snが、Sn / (In + Sn + Ca )の式で5〜15％の範囲であることから、本発明でのスズ濃度は規定されている。
カルシウムはITOに添加されると、膜の結晶化を妨げて、非晶質化させる効果がある。カルシウムの濃度Caが、Ca / ( In + Sn + Ca ) ＜ 0.1％であると、膜を非晶質化させる効果が殆ど無く、スパッタした膜が、一部結晶化してしまう。
逆に、Ca / ( In + Sn + Ca ) ＞ 2.0％であると、スパッタして得られた非晶質の膜を、結晶化させるために必要なアニール温度が260℃を超える高温となってしまい、その様なプロセス実施のためのコスト、手間、時間を要してしまって、生産上不適当である。
逆に、Ca / ( In + Sn + Ca ) ＞ 2.0％であると、スパッタして得られた非晶質の膜を、結晶化させるために必要なアニール温度が260℃を超える高温となってしまい、その様なプロセス実施のためのコスト、手間、時間を要してしまって、生産上不適当である。
さらに、カルシウム濃度が高過ぎると、高温でアニールして膜を結晶化させたとしても、得られる膜の抵抗率が高くなり、透明導電膜の導電性の観点から大きな欠点となってしまう。従って、カルシウム濃度は、本発明で規定しているように、Ca / ( In + Sn + Ca )の原子比で0.1〜2.0％の割合であることが望ましい。カルシウム濃度は、この様にして決定されたものである。
また、カルシウムの代わりにカルシウムとマグネシウムと混合させた場合についても、同様の傾向があることから、カルシウムとマグネシウムの合計濃度は決定されている。
また、カルシウムの代わりにカルシウムとマグネシウムと混合させた場合についても、同様の傾向があることから、カルシウムとマグネシウムの合計濃度は決定されている。
以下に酸化物焼結体の製造方法について説明する。
本発明の酸化物焼結体を製造するためには、まず、原料である酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末、および酸化カルシウム粉末を、所定の割合で秤量し、混合する。混合が不充分であると、製造したターゲットに酸化カルシウムが偏析している高抵抗率領域と低抵抗率領域が存在して、スパッタ成膜時に高抵抗率領域での帯電によるアーキング等の異常放電が起き易くなってしまう。
本発明の酸化物焼結体を製造するためには、まず、原料である酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末、および酸化カルシウム粉末を、所定の割合で秤量し、混合する。混合が不充分であると、製造したターゲットに酸化カルシウムが偏析している高抵抗率領域と低抵抗率領域が存在して、スパッタ成膜時に高抵抗率領域での帯電によるアーキング等の異常放電が起き易くなってしまう。
そこで、混合にはスーパーミキサーを用いて、毎分2000〜4000回転程度の高速回転で、約2〜5分程度の充分な混合を行うことが望ましい。なお、原料粉は酸化物であるために雰囲気ガスは、特に原料の酸化を防止する等の考慮が必要ないために大気でかまわない。
なお、この段階で大気雰囲気中において、1250〜1350℃、4〜6時間保持の仮焼工程を入れて、原料間の固溶を促進させておくことも有効である。また、酸化インジウムと酸化カルシウム、あるいは、酸化スズと酸化カルシウムを混合粉として、仮焼しておいても良い。
なお、この段階で大気雰囲気中において、1250〜1350℃、4〜6時間保持の仮焼工程を入れて、原料間の固溶を促進させておくことも有効である。また、酸化インジウムと酸化カルシウム、あるいは、酸化スズと酸化カルシウムを混合粉として、仮焼しておいても良い。
次に、混合紛の微粉砕を行う。これは原料紛のターゲット中での均一分散化のためであり、粒径の大きい原料分が存在するということは、場所により組成むらが生じていることになり、特に、酸化カルシウムは絶縁性なので、スパッタ成膜時の異常放電の原因となってしまう。また、カルシウムによる結晶化防止効果にむらが生じることになり、カルシウム濃度の低い領域でのITOの結晶化が生じてしまう原因ともなる。
従って、微粉砕は原料粉の粒径が平均粒径（D50）が、１μm以下、好ましくは0.6μm以下となるまで行うことが望ましい。実際には、混合粉に水を加えて、固形分40〜60％のスラリーとして、直径1mmのジルコニアビーズで1.5〜3.0時間程度の微粉砕を行う。
次に、混合粉の造粒を行う。これは、原料粉の流動性を良くして、プレス成型時の充填状況を充分良好なものにするためである。バインダーの役割を果たすPVA（ポリビニルアルコール）をスラリー1kgあたり100〜200ccの割合で混合して、造粒機入口温度200〜250℃、出口温度100〜150℃、ディスク回転数8000〜10000rpmの条件で造粒する。
次に、プレス成型を行う。所定サイズの型に造粒粉を充填し、面圧力700〜900kgf/cm2で成形体を得る。面圧力700kgf/cm2以下であると、充分な密度の成形体を得ることができず、面圧力900kgf/cm2以上にする必要も無く、無駄なコストやエネルギーを要するので生産上好ましくない。
最後に焼結を行う。焼結温度は1450〜1600℃で、保持時間は4〜10時間、昇温速度は4〜6℃/分、降温は炉冷で行う。焼結温度が1450℃より低いと、焼結体の密度が充分大きくならず、1600℃を超えると炉ヒーター寿命が低下してしまう。保持時間が4時間より短いと、原料粉間の反応が充分進まず、焼結体の密度が充分大きくならず、焼結時間が10時間を越えても、反応は充分起きているので、不必要なエネルギーと時間を要する無駄が生じて生産上好ましくない。
昇温速度が4℃/分より小さいと、所定温度になるまでに不必要に時間を要してしまい、昇温速度が6℃/分より大きいと、炉内の温度分布が均一に上昇せずに、むらが生じてしまう。この様にして得られた焼結体の密度は、相対密度で約99.9％、バルク抵抗は約0.13mΩcm程度となる。
昇温速度が4℃/分より小さいと、所定温度になるまでに不必要に時間を要してしまい、昇温速度が6℃/分より大きいと、炉内の温度分布が均一に上昇せずに、むらが生じてしまう。この様にして得られた焼結体の密度は、相対密度で約99.9％、バルク抵抗は約0.13mΩcm程度となる。
以下にスパッタリングターゲットの製造方法について説明する。
上記の様な製造条件によって得られた酸化物焼結体の外周の円筒研削、面側の平面研削をすることによって厚さ4〜6mm程度、直径はスパッタ装置に対応したサイズに加工し、銅製のバッキングプレートに、インジウム系合金などをボンディングメタルとして、貼り合わせることでスパッタリングターゲットとすることができる。
上記の様な製造条件によって得られた酸化物焼結体の外周の円筒研削、面側の平面研削をすることによって厚さ4〜6mm程度、直径はスパッタ装置に対応したサイズに加工し、銅製のバッキングプレートに、インジウム系合金などをボンディングメタルとして、貼り合わせることでスパッタリングターゲットとすることができる。
以下にスパッタリング成膜方法について説明する。
本発明の透明導電膜は、本発明のスパッタリングターゲットを用いて、アルゴンガス圧を0.4〜0.8Pa、ターゲットと基板間隔を50〜110mm、ガラスなどを基板として無加熱で、スパッタパワーを、例えば、ターゲットサイズが8インチの場合は、200〜900Wで直流マグネトロンスパッタ成膜することで得ることができる。
本発明の透明導電膜は、本発明のスパッタリングターゲットを用いて、アルゴンガス圧を0.4〜0.8Pa、ターゲットと基板間隔を50〜110mm、ガラスなどを基板として無加熱で、スパッタパワーを、例えば、ターゲットサイズが8インチの場合は、200〜900Wで直流マグネトロンスパッタ成膜することで得ることができる。
基板間隔が50mmより短いと、基板に到達するターゲット構成元素の粒子の運動エネルギーが大きくなりすぎて、基板へのダメージが大きく、膜抵抗率が増加してしまうとともに、膜が一部結晶化してしまう可能性がある。一方、ターゲットと基板間隔が110mmより長いと、基板に到達するターゲット構成元素の粒子の運動エネルギーが小さくなりすぎて、緻密な膜が形成されず、抵抗率が高くなってしまう。アルゴンガス圧やスパッタパワーについての適切範囲も、同様の理由から上記の様になっている。また、基板温度も加熱すると膜が結晶化し易くなる。従って、これらのスパッタ条件を適切に選択することで、得られる膜がアモルファスとなり得る。
以下に膜の特性評価方法について説明する。
上記の様にして得られた透明導電膜の結晶性の判定は、膜のX線回折測定（XRD測定）で結晶性の膜が示すようなピークの有無、シュウ酸による膜のエッチングで結晶性の膜が示すようなエッチング残渣が生じるかどうかから確認することができる。つまり、X線回折測定でITO結晶に起因する特有のピークがなく、エッチング残渣がない場合にその膜はアモルファスであると判定できる。
上記の様にして得られた透明導電膜の結晶性の判定は、膜のX線回折測定（XRD測定）で結晶性の膜が示すようなピークの有無、シュウ酸による膜のエッチングで結晶性の膜が示すようなエッチング残渣が生じるかどうかから確認することができる。つまり、X線回折測定でITO結晶に起因する特有のピークがなく、エッチング残渣がない場合にその膜はアモルファスであると判定できる。
シュウ酸による膜のエッチング方法は、例えば、シュウ酸二水和物（COOH）2・2H2Oを純水と、シュウ酸：純水＝5:95重量％の比率で混合した液を、エッチャントとして、液温を40℃に保つように恒温槽に入れて、膜付き基板を攪拌して行うことができる。
また、膜の抵抗率はホール測定によって求めることができる。
また、膜の抵抗率はホール測定によって求めることができる。
以下に膜のアニール方法について説明する。
上記の様にして得られた非晶質膜を結晶化させるためには、例えば、窒素雰囲気下で、添加元素によって若干異なるが160〜260℃の温度で、30〜60分間アニールをすることで得ることができる。膜が結晶化したことは、XRD測定でのピーク強度が極めて強くなることやシュウ酸による膜のエッチングで、エッチング速度が非晶質の膜より約2桁小さくなることからも確認できる。
上記の様にして得られた非晶質膜を結晶化させるためには、例えば、窒素雰囲気下で、添加元素によって若干異なるが160〜260℃の温度で、30〜60分間アニールをすることで得ることができる。膜が結晶化したことは、XRD測定でのピーク強度が極めて強くなることやシュウ酸による膜のエッチングで、エッチング速度が非晶質の膜より約2桁小さくなることからも確認できる。
また、結晶化した膜は、スズによる電子放出効果が充分に行われ、キャリア濃度と移動度の両方が増加して、添加元素濃度によって若干異なるが、4×10-4 Ωcm以下の低い抵抗率が実現できる。
以下に本発明を実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。すなはち、本願発明の技術的思想の範囲での、変更、他の実施態様は、全て本願発明に含まれるものである。
（実施例１）
原料である酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末および酸化カルシウム粉末とを、原子数比でIn：Sn：Ca＝90.78：9.08：0.14％となるように秤量し、大気雰囲気中でスーパーミキサーにより、毎分3000回転、3分の混合を行った。
次に、混合粉に水を加えて、固形分50％のスラリーとして、直径1mmのジルコニアビーズで2時間の微粉砕を行い、混合粉の平均粒径(D50)を0.6μm以下とした。その後、PVA（ポリビニルアルコール）をスラリー1kgあたり125ccの割合で混合して、造粒機入口温度220℃、出口温度120℃、ディスク回転数9000rpmの条件で造粒した。
原料である酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末および酸化カルシウム粉末とを、原子数比でIn：Sn：Ca＝90.78：9.08：0.14％となるように秤量し、大気雰囲気中でスーパーミキサーにより、毎分3000回転、3分の混合を行った。
次に、混合粉に水を加えて、固形分50％のスラリーとして、直径1mmのジルコニアビーズで2時間の微粉砕を行い、混合粉の平均粒径(D50)を0.6μm以下とした。その後、PVA（ポリビニルアルコール）をスラリー1kgあたり125ccの割合で混合して、造粒機入口温度220℃、出口温度120℃、ディスク回転数9000rpmの条件で造粒した。
さらに、８インチターゲット直径となる様な所定のサイズの型に造粒粉を充填し、面圧力780kgf/cm2でプレスして成形体を得た。そして、成形体を昇温速度5℃/分で1540℃間まで昇温させ、1540℃で5時間保持後、降温は炉冷とする焼結を行った。
上記条件で得られた酸化物焼結体の外周の円筒研削、面側の平面研削をして、厚さ5mm程度、直径8インチとし、銅製のバッキングプレートに、インジウムをボンディングメタルとして、貼り合わせることでスパッタリングターゲットとした。このようにして得られたスパッタリングターゲットの抵抗率を測定したところ、０．１８ｍΩｃｍであった。
上記条件で得られた酸化物焼結体の外周の円筒研削、面側の平面研削をして、厚さ5mm程度、直径8インチとし、銅製のバッキングプレートに、インジウムをボンディングメタルとして、貼り合わせることでスパッタリングターゲットとした。このようにして得られたスパッタリングターゲットの抵抗率を測定したところ、０．１８ｍΩｃｍであった。
上記スパッタリングターゲットを用いて、アルゴンガス圧を0.5Pa、ターゲットと基板間隔を80mm、無アルカリガラスを基板として、基板無加熱の状態で、スパッタパワーを785W、成膜時間22秒で直流マグネトロンスパッタ成膜することで、膜厚約550Åの膜を得た。上記膜のXRD測定を行った結果、結晶性を示すピークは認められなかった。膜のXRD測定結果を図１に示す。
また、膜をシュウ酸：純水＝5:95重量％の比率で混合した液をエッチャントとして、エッチングを行ったが、エッチング残渣は認められなかった。
エッチング途中の膜表面の電子顕微鏡写真を図２に示す。上記２種類の膜特性判定評価結果から、得られた膜は非晶質であると判定できた。
また、膜をシュウ酸：純水＝5:95重量％の比率で混合した液をエッチャントとして、エッチングを行ったが、エッチング残渣は認められなかった。
エッチング途中の膜表面の電子顕微鏡写真を図２に示す。上記２種類の膜特性判定評価結果から、得られた膜は非晶質であると判定できた。
上記非晶質膜を窒素雰囲気下で、100〜210℃の各温度、10℃間隔で60分間アニールを行い、アニール後の膜のXRD測定、抵抗率、透過率を測定した。アニール温度とXRD測定でのピーク強度、および膜抵抗率との相関を図３に示す。
アニール温度の増加に伴って、XRD測定におけるピーク強度が次第に大きくなっていくが、ある温度からピーク強度は急激に大きくなり、その後安定する。また、アニール温度の増加に伴って、膜抵抗率が低下してくるが、ある温度から膜抵抗率が急激に小さくなり、その後、安定する。
アニール温度の増加に伴って、XRD測定におけるピーク強度が次第に大きくなっていくが、ある温度からピーク強度は急激に大きくなり、その後安定する。また、アニール温度の増加に伴って、膜抵抗率が低下してくるが、ある温度から膜抵抗率が急激に小さくなり、その後、安定する。
これら両方の温度はほぼ一致しており、ピーク強度と抵抗率が安定化し始める温度を、膜の結晶化温度とした。結晶化温度の決定にあたって、安定化したかどうかの判断には、若干幅があるため、約５℃程度のずれは生じるが、この値は厳密に決定する必要は無く、添加物濃度との傾向を把握すれば充分である。
結晶化後の膜のXRD測定結果を図１に示す。当該膜の結晶化温度は177℃、結晶化後の膜抵抗率は0.21mΩcmであった。これらの結果を表１に示す。また、波長550nmでの透過率は90％であった。
結晶化後の膜のXRD測定結果を図１に示す。当該膜の結晶化温度は177℃、結晶化後の膜抵抗率は0.21mΩcmであった。これらの結果を表１に示す。また、波長550nmでの透過率は90％であった。
（実施例２〜６）
実施例１の焼結体組成を以下の様に変えて、その他の条件は、実施例１と同じ条件で行ったものが、実施例２〜６である。
実施例２では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝90.66：9.07：0.27、実施例３では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝90.41：9.04：0.55、実施例４では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝89.91：8.99：1.10、実施例５では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝89.41：8.94：1.65、実施例６では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝89.09：8.91：2.00である。
このようにして得られたスパッタリングターゲットの抵抗率を測定したところ、０．１５〜０．１８ｍΩｃｍであった。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表１に記載の通りである。
実施例１の焼結体組成を以下の様に変えて、その他の条件は、実施例１と同じ条件で行ったものが、実施例２〜６である。
実施例２では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝90.66：9.07：0.27、実施例３では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝90.41：9.04：0.55、実施例４では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝89.91：8.99：1.10、実施例５では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝89.41：8.94：1.65、実施例６では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝89.09：8.91：2.00である。
このようにして得られたスパッタリングターゲットの抵抗率を測定したところ、０．１５〜０．１８ｍΩｃｍであった。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表１に記載の通りである。
以上の結果から、これらの実施例では、成膜後の膜の結晶性はいずれも非晶質であり、結晶化温度はカルシウム添加濃度の増加に伴って、次第に高温になっていくが、実施例６の結果からも分かるように、結晶化温度は243℃であり、さほどの高温とはならなかった。
また、結晶化後の膜の抵抗率は、カルシウム添加濃度の増加に伴って次第に大きくなっていくが、実施例６の結果でもまだ、0.39mΩcmであり、この値は後述する比較例２の場合の酸化インジウムに亜鉛を添加した非晶質膜の抵抗率が、0.45mΩcmであることと比較しても、より小さな値のままであった。
また、結晶化後の膜の抵抗率は、カルシウム添加濃度の増加に伴って次第に大きくなっていくが、実施例６の結果でもまだ、0.39mΩcmであり、この値は後述する比較例２の場合の酸化インジウムに亜鉛を添加した非晶質膜の抵抗率が、0.45mΩcmであることと比較しても、より小さな値のままであった。
（実施例７〜１４）
実施例１〜６の場合のカルシウム添加に代えて、カルシウム及びマグネシウム添加としたのが実施例７〜１４である。
その際、カルシウム濃度とカルシウム及びマグネシウムの合計を一致させた。具体的には実施例１のカルシウム濃度と実施例７のカルシウム及びマグネシウムの合計濃度を同じにした。また、実施例２のカルシウム濃度を実施例８、９、１０のそれぞれのカルシウム及びマグネシウムの合計濃度は同じであり、さらに実施例８、９、１０ではカルシウムとマグネシウムの濃度をそれぞれ１：１、１：２、２：１に変化させた。
また、実施例３と実施例１１、実施例４と実施例１２、実施例５と実施例１３、実施例６と実施例１４のカルシウム濃度とカルシウム及びマグネシウムの合計濃度を同じにした。このようにして得られたスパッタリングターゲットの抵抗率を測定したところ、０．１５〜０．１８ｍΩｃｍであった。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表１に記載の通りである。
実施例１〜６の場合のカルシウム添加に代えて、カルシウム及びマグネシウム添加としたのが実施例７〜１４である。
その際、カルシウム濃度とカルシウム及びマグネシウムの合計を一致させた。具体的には実施例１のカルシウム濃度と実施例７のカルシウム及びマグネシウムの合計濃度を同じにした。また、実施例２のカルシウム濃度を実施例８、９、１０のそれぞれのカルシウム及びマグネシウムの合計濃度は同じであり、さらに実施例８、９、１０ではカルシウムとマグネシウムの濃度をそれぞれ１：１、１：２、２：１に変化させた。
また、実施例３と実施例１１、実施例４と実施例１２、実施例５と実施例１３、実施例６と実施例１４のカルシウム濃度とカルシウム及びマグネシウムの合計濃度を同じにした。このようにして得られたスパッタリングターゲットの抵抗率を測定したところ、０．１５〜０．１８ｍΩｃｍであった。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表１に記載の通りである。
以上の結果から、これらの実施例では、成膜後の膜の結晶性はいずれも非晶質であり、結晶化温度はカルシウム及びマグネシウムの合計添加濃度の増加に伴って、次第に高温になってき、結晶化温度はカルシウム濃度とカルシウム及びマグネシウムの合計濃度を同じにした場合には、結晶化温度はカルシウム及びマグネシウム添加の方が、カルシウムのみ添加の場合より約６℃程度高くなったが、結晶化後の膜抵抗率は殆ど同じであった。
また、結晶化後の膜の抵抗率は、カルシウム添加濃度の増加に伴って次第に大きくなっていくが、実施例１４の結果でもまだ、0.40mΩcmであり、この値は後述する比較例２の場合の酸化インジウムに亜鉛を添加した非晶質膜の抵抗率が、0.45mΩcmであることと比較しても、より小さな値のままであった。
また、結晶化後の膜の抵抗率は、カルシウム添加濃度の増加に伴って次第に大きくなっていくが、実施例１４の結果でもまだ、0.40mΩcmであり、この値は後述する比較例２の場合の酸化インジウムに亜鉛を添加した非晶質膜の抵抗率が、0.45mΩcmであることと比較しても、より小さな値のままであった。
（比較例１〜２）
実施例１の焼結体にマグネシウムを添加せずに、酸化インジウムにスズ、または酸化インジウムに亜鉛を添加した組成物を焼結体として用いて、その他の条件は、実施例１と同じ条件で行ったものが、比較例１〜２である。比較例１では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn＝90.00：10.00、比較例２では焼結体組成の原子数比％が、In：Zn=90.00：10.00である。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表１に記載の通りである。
また、比較例１の膜をエッチングした際の膜表面の電子顕微鏡写真を図４に示す。エッチング残渣として結晶化した部分の膜が残ってしまっている様子が分かる。
実施例１の焼結体にマグネシウムを添加せずに、酸化インジウムにスズ、または酸化インジウムに亜鉛を添加した組成物を焼結体として用いて、その他の条件は、実施例１と同じ条件で行ったものが、比較例１〜２である。比較例１では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn＝90.00：10.00、比較例２では焼結体組成の原子数比％が、In：Zn=90.00：10.00である。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表１に記載の通りである。
また、比較例１の膜をエッチングした際の膜表面の電子顕微鏡写真を図４に示す。エッチング残渣として結晶化した部分の膜が残ってしまっている様子が分かる。
以上の結果から、比較例１では、結晶化温度が低く、結晶化後の膜抵抗率が小さいが、成膜時の膜質が結晶化しており、エッチング残渣として残ってしまう問題が生じる。一方、比較例２では、成膜後の膜質は非晶質で、膜抵抗率は0.45mΩmであり、当該膜は非常に非晶質安定すぎて、結晶化温度は600℃と極めて高温であり、また、結晶化後の膜抵抗率は2.42mΩmと非常に高い。
（比較例３〜４）
実施例１の焼結体組成を以下の様に変えて、その他の条件は、実施例1と同じ条件で行ったものが、比較例３〜４である。比較例３では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝90.85：9.08：0.07、比較例４では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝88.64：8.86：2.50である。比較例３はカルシウム添加濃度が小さいもの、比較例４はカルシウム添加濃度が大きいものである。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表1に記載の通りである。
実施例１の焼結体組成を以下の様に変えて、その他の条件は、実施例1と同じ条件で行ったものが、比較例３〜４である。比較例３では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝90.85：9.08：0.07、比較例４では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝88.64：8.86：2.50である。比較例３はカルシウム添加濃度が小さいもの、比較例４はカルシウム添加濃度が大きいものである。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表1に記載の通りである。
以上の結果から、比較例３では、結晶化温度が低く、結晶化後の膜抵抗率が小さいが、成膜時の膜質が結晶化しており、エッチング残渣として残ってしまう問題が生じる。
一方、比較例４では、成膜後の膜質が非晶質ではあるが、結晶化温度が260℃を超える高温となってしまい、また、結晶化後の膜抵抗率が、0.47mΩmと高くなってしまう。
この値は前述した比較例２の場合の、酸化インジウムに亜鉛を添加した場合に得られる膜のアニール前の抵抗率と同等になってしまうので、抵抗率の観点からの優位性は特になくなってしまう。
一方、比較例４では、成膜後の膜質が非晶質ではあるが、結晶化温度が260℃を超える高温となってしまい、また、結晶化後の膜抵抗率が、0.47mΩmと高くなってしまう。
この値は前述した比較例２の場合の、酸化インジウムに亜鉛を添加した場合に得られる膜のアニール前の抵抗率と同等になってしまうので、抵抗率の観点からの優位性は特になくなってしまう。
上記で説明した様に、本発明によれば、水を添加することなく、当該ターゲットをスパッタ成膜することで、膜全部が非晶質であるITO系膜が得られ、その後にあまりに高温でない温度でのアニールで膜が結晶化し、膜のエッチング速度が小さくなり、抵抗率が低い膜が得られる点で、透明導電体として非常に有用である。
本発明は、フラットパネルディスプレイ等において、電極として形成される結晶質複合酸化膜及びその製造方法、アモルファス複合酸化膜及びその製造方法並びに前記酸化膜の製造に使用される複合酸化物焼結体に関するものである。
ITO (Indium Tin Oxide) 膜は、低抵抗率、高透過率、微細加工容易性等の特徴を有し、これらの特徴が、他の透明導電膜より優れていることから、フラットパネルディスプレイ用表示電極をはじめとして、広範囲の分野にわたって使用されている。現在、産業上の生産工程におけるITO膜の成膜方法の殆どは、大面積に均一性、生産性良く作製できることから、ITO焼結体をターゲットとしてスパッタする、いわゆるスパッタ成膜法である。
ITO透明導電膜を利用するフラットパネルディスプレイ製造プロセスにおいては、スパッタ直後のITO膜の結晶性は非晶質で、非晶質の状態でエッチング等の微細加工を行い、その後の熱アニール処理で、ITO膜を結晶化させている場合が多い。この理由は、ITO非晶質膜はエッチングレートが大きいために生産上有利であり、かつITO結晶膜は低抵抗率で耐熱性に優れているという両方の利点を享受できるからである。
ITOターゲットをスパッタして得られる膜の殆どの部分は非晶質であるが、一部が結晶化してしまう場合が多い。この理由は、ITO膜の結晶化温度は約150℃であり、膜の殆どの部分は、これ以下の温度にしかならないので非晶質であるが、スパッタによって基板へ飛来してくる粒子の中には、かなり高いエネルギーを有するものがあり、基板到達後のエネルギーの授受によって、膜の温度が結晶化温度以上の高温となり、膜が結晶化してしまう部分が生じるからである。
この様にITO膜の一部に結晶化した部分が生じると、その部分はエッチング速度が、非晶質の部分より、約２桁程小さいため、その後のエッチングの際に、いわゆる、エッチング残渣として残ってしまい、配線ショート等の問題を引き起こしてしまう。
この様にITO膜の一部に結晶化した部分が生じると、その部分はエッチング速度が、非晶質の部分より、約２桁程小さいため、その後のエッチングの際に、いわゆる、エッチング残渣として残ってしまい、配線ショート等の問題を引き起こしてしまう。
そこで、スパッタ膜の結晶化を防ぎ、スパッタ膜全部を非晶質とする方法として、スパッタ時にチャンバー内にアルゴンなどのスパッタガスに加えて、水（H2O）を添加することが有効であることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
しかし、水添加でのスパッタによって非晶質の膜を得ようとする方法には、数々の問題点がある。まず、スパッタ膜にパーティクルが発生してしまう場合が多い。パーティクルはスパッタ膜の平坦性や結晶性に悪影響を及ぼす。また、水を添加しなければパーティクルは発生しないことから、パーティクル発生の問題は水添加が原因である。
しかし、水添加でのスパッタによって非晶質の膜を得ようとする方法には、数々の問題点がある。まず、スパッタ膜にパーティクルが発生してしまう場合が多い。パーティクルはスパッタ膜の平坦性や結晶性に悪影響を及ぼす。また、水を添加しなければパーティクルは発生しないことから、パーティクル発生の問題は水添加が原因である。
さらに、スパッタチャンバー内の水濃度は、スパッタ時間の経過に伴って、次第に低下してくるため、当初は適切な水濃度であったとしても、次第に適切濃度に満たない濃度になってしまい、スパッタ膜の一部が結晶化してしまう。
しかし、一方で、確実に非晶質のスパッタ膜を得るために、添加する水濃度を高くしてしまうと、その後のアニールで膜が結晶化する際の結晶化温度が、非常に高くなり、得られる膜の抵抗率が、非常に高くなってしまうという問題が生じてしまう。
つまり、スパッタ膜全部を非晶質とするために、水添加でのスパッタによると、常に、チャンバー内の水濃度を把握、制御する必要があるが、それは非常に困難であるとともに、大変な手間と労力を要してしまうのである。
しかし、一方で、確実に非晶質のスパッタ膜を得るために、添加する水濃度を高くしてしまうと、その後のアニールで膜が結晶化する際の結晶化温度が、非常に高くなり、得られる膜の抵抗率が、非常に高くなってしまうという問題が生じてしまう。
つまり、スパッタ膜全部を非晶質とするために、水添加でのスパッタによると、常に、チャンバー内の水濃度を把握、制御する必要があるが、それは非常に困難であるとともに、大変な手間と労力を要してしまうのである。
この様な問題を解決するために、結晶性膜が作製されやすいITO膜ではなく非晶質安定な透明導電材料を一部では用いられている。例えば、酸化インジウムに亜鉛を添加した組成の焼結体をターゲットとして、当該ターゲットをスパッタして非晶質膜が得られることは知られているが、この様にして得られたスパッタ膜は、非常に非晶質安定で、500℃以上の高温にしないと結晶化しない。
従って、結晶化させて、エッチング速度を桁違いに小さくすることによるプロセス上の利点を得ることができず、スパッタ膜の抵抗率が約0.45mΩcmと、結晶化したITO膜より高い値である。さらに、当該膜は可視光平均透過率が約85％程度でありITO膜より劣っている。
従って、結晶化させて、エッチング速度を桁違いに小さくすることによるプロセス上の利点を得ることができず、スパッタ膜の抵抗率が約0.45mΩcmと、結晶化したITO膜より高い値である。さらに、当該膜は可視光平均透過率が約85％程度でありITO膜より劣っている。
また、本発明と形式上は類似している部分を有するが、構成や技術的思想が異なるものとして、以下の特許文献等があり、これらの概要等について以下に記す。
特許文献１（特開2003-105532号公報）および２（特開2004-149883号公報）には、ITOに絶縁性酸化物を添加して、高抵抗率な透明導電膜を形成するためのスパッタリングターゲットについての記載があり、絶縁性酸化物の例として、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等が挙げられているが、実施例には酸化珪素についての記述のみである。 該特許出願の目的は、高抵抗率膜を得ることのみであり、成膜時の膜の結晶性や、その後のアニールによる膜の結晶化等の技術的思想に関する観点は全く含まれていないのである。
特許文献１（特開2003-105532号公報）および２（特開2004-149883号公報）には、ITOに絶縁性酸化物を添加して、高抵抗率な透明導電膜を形成するためのスパッタリングターゲットについての記載があり、絶縁性酸化物の例として、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等が挙げられているが、実施例には酸化珪素についての記述のみである。 該特許出願の目的は、高抵抗率膜を得ることのみであり、成膜時の膜の結晶性や、その後のアニールによる膜の結晶化等の技術的思想に関する観点は全く含まれていないのである。
以上で説明した様に先行技術として、酸化インジウムに亜鉛を添加した組成の焼結体をターゲットとして用いるものは、膜抵抗率が高い等の欠点を有しているために、解決策としては充分でない。
また、本願発明と形式上類似するITOにカルシウム等を添加することを一部に含む特許出願等は、本願発明が課題とする事項を捉えておらずに、単にカルシウム等の添加による膜の高抵抗率効果等を目的するものであり、本願発明の様な膜の結晶性の制御や結晶化後の膜の低抵抗率を利用するといった技術的思想が含まれていない。
また、添加するカルシウム等の濃度が高抵抗率効果を狙う場合は、添加量が高過ぎており、本発明における有用な膜特性についての記述や製造方法等の実施例記述等は全くないのである。
また、本願発明と形式上類似するITOにカルシウム等を添加することを一部に含む特許出願等は、本願発明が課題とする事項を捉えておらずに、単にカルシウム等の添加による膜の高抵抗率効果等を目的するものであり、本願発明の様な膜の結晶性の制御や結晶化後の膜の低抵抗率を利用するといった技術的思想が含まれていない。
また、添加するカルシウム等の濃度が高抵抗率効果を狙う場合は、添加量が高過ぎており、本発明における有用な膜特性についての記述や製造方法等の実施例記述等は全くないのである。
Thin Solid Films 445 (2003) p235〜240
本発明の課題は、フラットパネルディスプレイ用表示電極等に用いられるITO系薄膜を、基板無加熱でスパッタ時に水添加することなく、非晶質のITO膜が得られ、そのスパッタ膜はエッチングの際に、結晶化した膜の一部が残渣として残るようなことがなく、比較的早いエッチング速度でエッチングができるようなエッチング特性に優れているとともに、当該スパッタ膜が、あまり高温でないアニールによって結晶化するとともに、結晶化後の抵抗率が充分低くなるようなITO系膜、その膜の製造方法及び膜製造のための焼結体を提供するものである。
本発明者らは、ITOに各種元素を添加した酸化物ターゲットについて、鋭意検討を重ねた結果、ITOにカルシウム及びマグネシウムを、適切濃度添加した焼結体を所定の条件でスパッタし、さらにこれによって得られるスパッタ膜を所定の条件でアニールすることで上記問題点を解決できることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明は、
１）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる複合酸化物焼結体であり、該焼結体の抵抗率が0.2mΩcm以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット用複合酸化物焼結体、を提供する。
１）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる複合酸化物焼結体であり、該焼結体の抵抗率が0.2mΩcm以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット用複合酸化物焼結体、を提供する。
また、本願発明は、
２）上記１記載の複合酸化物焼結体をスパッタすることによって、同組成のアモルファス膜を製造することを特徴とするアモルファス複合酸化膜の製造方法、を提供する。
透明導電膜のアモアルファス複合酸化膜を形成する場合には、アモルファス複合酸化膜と同一成分組成の焼結体を製造して、スパッタリングすることが非常に効率の良い方法である。
２）上記１記載の複合酸化物焼結体をスパッタすることによって、同組成のアモルファス膜を製造することを特徴とするアモルファス複合酸化膜の製造方法、を提供する。
透明導電膜のアモアルファス複合酸化膜を形成する場合には、アモルファス複合酸化膜と同一成分組成の焼結体を製造して、スパッタリングすることが非常に効率の良い方法である。
また、本願発明は、
３）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜、を提供する。
３）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜、を提供する。
また、本願発明は、
４）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜を製造した後に、当該膜を260℃以下の温度でアニールすることによって結晶化させることを特徴とする結晶質複合酸化膜の製造方法、を提供する。
本願発明において、基板上に形成したアモルファス複合酸化膜を比較的低温でアニールすることにより、容易に結晶質の複合酸化膜に変換できる。これは、本願発明の著しい特徴の一つである
４）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜を製造した後に、当該膜を260℃以下の温度でアニールすることによって結晶化させることを特徴とする結晶質複合酸化膜の製造方法、を提供する。
本願発明において、基板上に形成したアモルファス複合酸化膜を比較的低温でアニールすることにより、容易に結晶質の複合酸化膜に変換できる。これは、本願発明の著しい特徴の一つである
また、本願発明は、
５）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる結晶質複合酸化膜、を提供する。
本願発明において、ITO複合酸化膜の成分に、さらにカルシウム及びマグネシウムが必須成分として含有されている。このカルシウム及びマグネシウムの含有は、ITO複合酸化膜の非晶質化の上で重要な役割を有する。
５）実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる結晶質複合酸化膜、を提供する。
本願発明において、ITO複合酸化膜の成分に、さらにカルシウム及びマグネシウムが必須成分として含有されている。このカルシウム及びマグネシウムの含有は、ITO複合酸化膜の非晶質化の上で重要な役割を有する。
また、本願発明は、
６）膜の抵抗率が0.4mΩcm以下であることを特徴とする上記５に記載の結晶質複合酸化膜、を提供する。
本願発明の結晶質複合酸化膜は、上記３）のアモルファス複合酸化膜と組成は同一であるが、その抵抗率は著しく低い膜が形成できる。
６）膜の抵抗率が0.4mΩcm以下であることを特徴とする上記５に記載の結晶質複合酸化膜、を提供する。
本願発明の結晶質複合酸化膜は、上記３）のアモルファス複合酸化膜と組成は同一であるが、その抵抗率は著しく低い膜が形成できる。
本発明の第一の特徴は、添加されたカルシウム等が、ITOのネットワーク構造結合を切断する効果により、結晶化を防止する点にある。そして、単にITO膜の結晶化を妨げるだけであれば、添加濃度を非常に高くすることで達成できる。
しかしながら、その場合は、本発明の第２の特徴である、成膜後にあまり高すぎない温度でのアニールで膜が結晶化して、結晶化後の膜の抵抗率が低いという特徴を発揮させることができない。なぜなら、添加元素濃度を高くしてしまうと、結晶化温度が上昇するとともに、結晶化後の膜抵抗率も高くなってしまうからである。
つまり、本発明特徴は、成膜時のスパッタ膜の非晶質化と、その後の適切温度でのアニールによる膜の結晶化と低抵抗率化の両方を実現できる点にあり、本発明は、この様な課題の解決を初めて示した新規な技術的思想を有するのである。
しかしながら、その場合は、本発明の第２の特徴である、成膜後にあまり高すぎない温度でのアニールで膜が結晶化して、結晶化後の膜の抵抗率が低いという特徴を発揮させることができない。なぜなら、添加元素濃度を高くしてしまうと、結晶化温度が上昇するとともに、結晶化後の膜抵抗率も高くなってしまうからである。
つまり、本発明特徴は、成膜時のスパッタ膜の非晶質化と、その後の適切温度でのアニールによる膜の結晶化と低抵抗率化の両方を実現できる点にあり、本発明は、この様な課題の解決を初めて示した新規な技術的思想を有するのである。
本発明によれば、ITOにカルシウム等を適切濃度添加したスパッタリングターゲットを用いて、成膜時に水を添加することなく、基板無加熱の状態で、所定の条件でスパッタ成膜することで、膜全体が非晶質の膜を得ることができる。また、その膜はその後のエッチングで、エッチング残渣の発生という問題が無く、結晶質のITO膜と比較して、約2桁もエッチングレートが速いという、ITO非晶質膜の有する利点を享受することができる。さらに、成膜後にあまり高すぎない温度でのアニールによって、膜が結晶化して、膜の抵抗率が低くなるという利点をも得ることができるという、非常に有用な効果が得られる。
本発明に係る複合酸化物焼結体、アモルファス複合酸化膜、結晶質複合酸化物膜、アモルファス複合酸化膜の製造方法、結晶質複合酸化物の製造方法を、さらに詳しく説明する。本発明の透明導電膜形成用複合酸化物焼結体に有用である複合酸化物焼結体は、実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなることを特徴とするスパッタリングターゲット用複合酸化物焼結体。
ここで、Snはスズの原子数、Inはインジウムの原子数、Caはカルシウムの原子数、Mgはマグネシウムの原子数をそれぞれ表しており、全金属原子であるインジウム、スズ、カルシウムおよびマグネシウムの合計の原子数に対する、スズおよびカルシウムとマグネシウムの合計の原子数比の適切濃度範囲をそれぞれ示している。
該透明導電膜形成用スパッタリングターゲットおよび該透明導電膜の組成は、前記透明導電膜形成用酸化物焼結体の組成と実質的に同じである。
スパッタリングターゲットは、該酸化物焼結体を所定の直径、厚みに加工しただけのものであり、また、該透明導電膜は、該スパッタリングターゲットをスパッタ成膜して得られる膜であり、該スパッタリングターゲットとスパッタ成膜して得られる膜には組成の差は殆ど無いからである。
ここで、Snはスズの原子数、Inはインジウムの原子数、Caはカルシウムの原子数、Mgはマグネシウムの原子数をそれぞれ表しており、全金属原子であるインジウム、スズ、カルシウムおよびマグネシウムの合計の原子数に対する、スズおよびカルシウムとマグネシウムの合計の原子数比の適切濃度範囲をそれぞれ示している。
該透明導電膜形成用スパッタリングターゲットおよび該透明導電膜の組成は、前記透明導電膜形成用酸化物焼結体の組成と実質的に同じである。
スパッタリングターゲットは、該酸化物焼結体を所定の直径、厚みに加工しただけのものであり、また、該透明導電膜は、該スパッタリングターゲットをスパッタ成膜して得られる膜であり、該スパッタリングターゲットとスパッタ成膜して得られる膜には組成の差は殆ど無いからである。
本願明細書で使用する「実質的に」とは、透明導電膜形成用複合酸化物焼結体の構成元素が、インジウム、スズ、カルシウム、マグネシウム、酸素の5種類のみから形成されているが、通常入手可能な原料中に含まれ、その原料製造時の通常の精製方法では除去しきれない不可避的不純物を不可避的濃度範囲で含んでいたとしても、本発明はそれらをも含む概念であることを示すものなのである。すなはち、不可避的不純物は本願発明に含まれるものである。
スズは酸化インジウムに添加されると、n型ドナーとして働き、抵抗率を低下させる効果があり、市販のITOターゲットなどは、通常、スズ濃度Snが、Sn / (In + Sn) = 10％程度である。スズ濃度が低すぎると、電子供給量が少なくなり、また、逆に多すぎると電子散乱不純物となって、どちらの場合も、スパッタによって得られる膜の抵抗率が高くなってしまう。従って、ITOとして適切なスズの濃度範囲は、スズ濃度Snが、Sn / (In + Sn + Ca + Mg)の式で5〜15％の範囲であることから、本発明でのスズ濃度は規定されている。
カルシウムとマグネシウムはITOに添加されると、膜の結晶化を妨げて、非晶質化させる効果がある。カルシウムとマグネシウムの濃度( Ca + Mg )が、( Ca + Mg )/ ( In + Sn + Ca + Mg ) ＜ 0.1％であると、膜を非晶質化させる効果が殆ど無く、スパッタした膜が、一部結晶化してしまう。
逆に、( Ca + Mg )/ ( In + Sn + Ca + Mg ) ＞ 2.0％であると、スパッタして得られた非晶質の膜を、結晶化させるために必要なアニール温度が260℃を超える高温となってしまい、その様なプロセス実施のためのコスト、手間、時間を要してしまって、生産上不適当である。
逆に、( Ca + Mg )/ ( In + Sn + Ca + Mg ) ＞ 2.0％であると、スパッタして得られた非晶質の膜を、結晶化させるために必要なアニール温度が260℃を超える高温となってしまい、その様なプロセス実施のためのコスト、手間、時間を要してしまって、生産上不適当である。
さらに、カルシウムとマグネシウムの濃度が高過ぎると、高温でアニールして膜を結晶化させたとしても、得られる膜の抵抗率が高くなり、透明導電膜の導電性の観点から大きな欠点となってしまう。従って、カルシウムとマグネシウムの濃度は、本発明で規定しているように、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子比で0.1〜2.0％の割合であることが望ましい。カルシウムとマグネシウムの濃度は、この様にして決定されたものである。
以下に酸化物焼結体の製造方法について説明する。
本発明の酸化物焼結体を製造するためには、まず、原料である酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末、酸化カルシウム粉末及び酸化マグネシウム粉末を、所定の割合で秤量し、混合する。混合が不充分であると、製造したターゲットに酸化カルシウムと酸化マグネシウムが偏析している高抵抗率領域と低抵抗率領域が存在して、スパッタ成膜時に高抵抗率領域での帯電によるアーキング等の異常放電が起き易くなってしまう。
本発明の酸化物焼結体を製造するためには、まず、原料である酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末、酸化カルシウム粉末及び酸化マグネシウム粉末を、所定の割合で秤量し、混合する。混合が不充分であると、製造したターゲットに酸化カルシウムと酸化マグネシウムが偏析している高抵抗率領域と低抵抗率領域が存在して、スパッタ成膜時に高抵抗率領域での帯電によるアーキング等の異常放電が起き易くなってしまう。
そこで、混合にはスーパーミキサーを用いて、毎分2000〜4000回転程度の高速回転で、約2〜5分程度の充分な混合を行うことが望ましい。なお、原料粉は酸化物であるために雰囲気ガスは、特に原料の酸化を防止する等の考慮が必要ないために大気でかまわない。
なお、この段階で大気雰囲気中において、1250〜1350℃、4〜6時間保持の仮焼工程を入れて、原料間の固溶を促進させておくことも有効である。また、酸化インジウムと酸化カルシウム及び酸化マグネシウム、あるいは、酸化スズと酸化カルシウム及び酸化マグネシウムを混合粉として、仮焼しておいても良い。
なお、この段階で大気雰囲気中において、1250〜1350℃、4〜6時間保持の仮焼工程を入れて、原料間の固溶を促進させておくことも有効である。また、酸化インジウムと酸化カルシウム及び酸化マグネシウム、あるいは、酸化スズと酸化カルシウム及び酸化マグネシウムを混合粉として、仮焼しておいても良い。
次に、混合紛の微粉砕を行う。これは原料紛のターゲット中での均一分散化のためであり、粒径の大きい原料分が存在するということは、場所により組成むらが生じていることになり、特に、酸化カルシウムと酸化マグネシウムは絶縁性なので、スパッタ成膜時の異常放電の原因となってしまう。また、カルシウムとマグネシウムによる結晶化防止効果にむらが生じることになり、カルシウムとマグネシウムの濃度の低い領域でのITOの結晶化が生じてしまう原因ともなる。
従って、微粉砕は原料粉の粒径が平均粒径（D50）が、１μm以下、好ましくは0.6μm以下となるまで行うことが望ましい。実際には、混合粉に水を加えて、固形分40〜60％のスラリーとして、直径1mmのジルコニアビーズで1.5〜3.0時間程度の微粉砕を行う。
次に、混合粉の造粒を行う。これは、原料粉の流動性を良くして、プレス成型時の充填状況を充分良好なものにするためである。バインダーの役割を果たすPVA（ポリビニルアルコール）をスラリー1kgあたり100〜200ccの割合で混合して、造粒機入口温度200〜250℃、出口温度100〜150℃、ディスク回転数8000〜10000rpmの条件で造粒する。
次に、プレス成型を行う。所定サイズの型に造粒粉を充填し、面圧力700〜900kgf/cm2で成形体を得る。面圧力700kgf/cm2以下であると、充分な密度の成形体を得ることができず、面圧力900kgf/cm2以上にする必要も無く、無駄なコストやエネルギーを要するので生産上好ましくない。
最後に焼結を行う。焼結温度は1450〜1600℃で、保持時間は4〜10時間、昇温速度は4〜6℃/分、降温は炉冷で行う。焼結温度が1450℃より低いと、焼結体の密度が充分大きくならず、1600℃を超えると炉ヒーター寿命が低下してしまう。保持時間が4時間より短いと、原料粉間の反応が充分進まず、焼結体の密度が充分大きくならず、焼結時間が10時間を越えても、反応は充分起きているので、不必要なエネルギーと時間を要する無駄が生じて生産上好ましくない。
昇温速度が4℃/分より小さいと、所定温度になるまでに不必要に時間を要してしまい、昇温速度が6℃/分より大きいと、炉内の温度分布が均一に上昇せずに、むらが生じてしまう。この様にして得られた焼結体の密度は、相対密度で約99.9％、バルク抵抗は約0.13mΩcm程度となる。
昇温速度が4℃/分より小さいと、所定温度になるまでに不必要に時間を要してしまい、昇温速度が6℃/分より大きいと、炉内の温度分布が均一に上昇せずに、むらが生じてしまう。この様にして得られた焼結体の密度は、相対密度で約99.9％、バルク抵抗は約0.13mΩcm程度となる。
以下にスパッタリングターゲットの製造方法について説明する。
上記の様な製造条件によって得られた酸化物焼結体の外周の円筒研削、面側の平面研削をすることによって厚さ4〜6mm程度、直径はスパッタ装置に対応したサイズに加工し、銅製のバッキングプレートに、インジウム系合金などをボンディングメタルとして、貼り合わせることでスパッタリングターゲットとすることができる。
上記の様な製造条件によって得られた酸化物焼結体の外周の円筒研削、面側の平面研削をすることによって厚さ4〜6mm程度、直径はスパッタ装置に対応したサイズに加工し、銅製のバッキングプレートに、インジウム系合金などをボンディングメタルとして、貼り合わせることでスパッタリングターゲットとすることができる。
以下にスパッタリング成膜方法について説明する。
本発明の透明導電膜は、本発明のスパッタリングターゲットを用いて、アルゴンガス圧を0.4〜0.8Pa、ターゲットと基板間隔を50〜110mm、ガラスなどを基板として無加熱で、スパッタパワーを、例えば、ターゲットサイズが8インチの場合は、200〜900Wで直流マグネトロンスパッタ成膜することで得ることができる。
本発明の透明導電膜は、本発明のスパッタリングターゲットを用いて、アルゴンガス圧を0.4〜0.8Pa、ターゲットと基板間隔を50〜110mm、ガラスなどを基板として無加熱で、スパッタパワーを、例えば、ターゲットサイズが8インチの場合は、200〜900Wで直流マグネトロンスパッタ成膜することで得ることができる。
基板間隔が50mmより短いと、基板に到達するターゲット構成元素の粒子の運動エネルギーが大きくなりすぎて、基板へのダメージが大きく、膜抵抗率が増加してしまうとともに、膜が一部結晶化してしまう可能性がある。一方、ターゲットと基板間隔が110mmより長いと、基板に到達するターゲット構成元素の粒子の運動エネルギーが小さくなりすぎて、緻密な膜が形成されず、抵抗率が高くなってしまう。アルゴンガス圧やスパッタパワーについての適切範囲も、同様の理由から上記の様になっている。また、基板温度も加熱すると膜が結晶化し易くなる。従って、これらのスパッタ条件を適切に選択することで、得られる膜がアモルファスとなり得る。
以下に膜の特性評価方法について説明する。
上記の様にして得られた透明導電膜の結晶性の判定は、膜のX線回折測定（XRD測定）で結晶性の膜が示すようなピークの有無、シュウ酸による膜のエッチングで結晶性の膜が示すようなエッチング残渣が生じるかどうかから確認することができる。つまり、X線回折測定でITO結晶に起因する特有のピークがなく、エッチング残渣がない場合にその膜はアモルファスであると判定できる。
上記の様にして得られた透明導電膜の結晶性の判定は、膜のX線回折測定（XRD測定）で結晶性の膜が示すようなピークの有無、シュウ酸による膜のエッチングで結晶性の膜が示すようなエッチング残渣が生じるかどうかから確認することができる。つまり、X線回折測定でITO結晶に起因する特有のピークがなく、エッチング残渣がない場合にその膜はアモルファスであると判定できる。
シュウ酸による膜のエッチング方法は、例えば、シュウ酸二水和物（COOH）2・2H2Oを純水と、シュウ酸：純水＝5:95重量％の比率で混合した液を、エッチャントとして、液温を40℃に保つように恒温槽に入れて、膜付き基板を攪拌して行うことができる。
また、膜の抵抗率はホール測定によって求めることができる。
また、膜の抵抗率はホール測定によって求めることができる。
以下に膜のアニール方法について説明する。
上記の様にして得られた非晶質膜を結晶化させるためには、例えば、窒素雰囲気下で、添加元素によって若干異なるが160〜260℃の温度で、30〜60分間アニールをすることで得ることができる。膜が結晶化したことは、XRD測定でのピーク強度が極めて強くなることやシュウ酸による膜のエッチングで、エッチング速度が非晶質の膜より約2桁小さくなることからも確認できる。
上記の様にして得られた非晶質膜を結晶化させるためには、例えば、窒素雰囲気下で、添加元素によって若干異なるが160〜260℃の温度で、30〜60分間アニールをすることで得ることができる。膜が結晶化したことは、XRD測定でのピーク強度が極めて強くなることやシュウ酸による膜のエッチングで、エッチング速度が非晶質の膜より約2桁小さくなることからも確認できる。
また、結晶化した膜は、スズによる電子放出効果が充分に行われ、キャリア濃度と移動度の両方が増加して、添加元素濃度によって若干異なるが、4×10-4 Ωcm以下の低い抵抗率が実現できる。
以下に本発明を実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。すなはち、本願発明の技術的思想の範囲での、変更、他の実施態様は、全て本願発明に含まれるものである。
（参考例１）
原料である酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末および酸化カルシウム粉末とを、原子数比でIn：Sn：Ca＝90.78：9.08：0.14％となるように秤量し、大気雰囲気中でスーパーミキサーにより、毎分3000回転、3分の混合を行った。
次に、混合粉に水を加えて、固形分50％のスラリーとして、直径1mmのジルコニアビーズで2時間の微粉砕を行い、混合粉の平均粒径(D50)を0.6μm以下とした。その後、PVA（ポリビニルアルコール）をスラリー1kgあたり125ccの割合で混合して、造粒機入口温度220℃、出口温度120℃、ディスク回転数9000rpmの条件で造粒した。
原料である酸化インジウム粉末、酸化スズ粉末および酸化カルシウム粉末とを、原子数比でIn：Sn：Ca＝90.78：9.08：0.14％となるように秤量し、大気雰囲気中でスーパーミキサーにより、毎分3000回転、3分の混合を行った。
次に、混合粉に水を加えて、固形分50％のスラリーとして、直径1mmのジルコニアビーズで2時間の微粉砕を行い、混合粉の平均粒径(D50)を0.6μm以下とした。その後、PVA（ポリビニルアルコール）をスラリー1kgあたり125ccの割合で混合して、造粒機入口温度220℃、出口温度120℃、ディスク回転数9000rpmの条件で造粒した。
さらに、８インチターゲット直径となる様な所定のサイズの型に造粒粉を充填し、面圧力780kgf/cm2でプレスして成形体を得た。そして、成形体を昇温速度5℃/分で1540℃間まで昇温させ、1540℃で5時間保持後、降温は炉冷とする焼結を行った。
上記条件で得られた酸化物焼結体の外周の円筒研削、面側の平面研削をして、厚さ5mm程度、直径8インチとし、銅製のバッキングプレートに、インジウムをボンディングメタルとして、貼り合わせることでスパッタリングターゲットとした。このようにして得られたスパッタリングターゲットの抵抗率を測定したところ、０．１８ｍΩｃｍであった。
上記条件で得られた酸化物焼結体の外周の円筒研削、面側の平面研削をして、厚さ5mm程度、直径8インチとし、銅製のバッキングプレートに、インジウムをボンディングメタルとして、貼り合わせることでスパッタリングターゲットとした。このようにして得られたスパッタリングターゲットの抵抗率を測定したところ、０．１８ｍΩｃｍであった。
上記スパッタリングターゲットを用いて、アルゴンガス圧を0.5Pa、ターゲットと基板間隔を80mm、無アルカリガラスを基板として、基板無加熱の状態で、スパッタパワーを785W、成膜時間22秒で直流マグネトロンスパッタ成膜することで、膜厚約550Åの膜を得た。上記膜のXRD測定を行った結果、結晶性を示すピークは認められなかった。
また、膜をシュウ酸：純水＝5:95重量％の比率で混合した液をエッチャントとして、エッチングを行ったが、エッチング残渣は認められなかった。
上記２種類の膜特性判定評価結果から、得られた膜は非晶質であると判定できた。
また、膜をシュウ酸：純水＝5:95重量％の比率で混合した液をエッチャントとして、エッチングを行ったが、エッチング残渣は認められなかった。
上記２種類の膜特性判定評価結果から、得られた膜は非晶質であると判定できた。
上記非晶質膜を窒素雰囲気下で、100〜210℃の各温度、10℃間隔で60分間アニールを行い、アニール後の膜のXRD測定、抵抗率、透過率を測定した。
アニール温度の増加に伴って、XRD測定におけるピーク強度が次第に大きくなっていくが、ある温度からピーク強度は急激に大きくなり、その後安定する。また、アニール温度の増加に伴って、膜抵抗率が低下してくるが、ある温度から膜抵抗率が急激に小さくなり、その後、安定する。
アニール温度の増加に伴って、XRD測定におけるピーク強度が次第に大きくなっていくが、ある温度からピーク強度は急激に大きくなり、その後安定する。また、アニール温度の増加に伴って、膜抵抗率が低下してくるが、ある温度から膜抵抗率が急激に小さくなり、その後、安定する。
これら両方の温度はほぼ一致しており、ピーク強度と抵抗率が安定化し始める温度を、膜の結晶化温度とした。結晶化温度の決定にあたって、安定化したかどうかの判断には、若干幅があるため、約５℃程度のずれは生じるが、この値は厳密に決定する必要は無く、添加物濃度との傾向を把握すれば充分である。
当該膜の結晶化温度は177℃、結晶化後の膜抵抗率は0.21mΩcmであった。これらの結果を表１に示す。また、波長550nmでの透過率は90％であった。
当該膜の結晶化温度は177℃、結晶化後の膜抵抗率は0.21mΩcmであった。これらの結果を表１に示す。また、波長550nmでの透過率は90％であった。
（参考例２〜６）
参考例１の焼結体組成を以下の様に変えて、その他の条件は、参考例１と同じ条件で行ったものが、参考例２〜６である。
参考例２では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝90.66：9.07：0.27、参考例３では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝90.41：9.04：0.55、参考例４では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝89.91：8.99：1.10、参考例５では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝89.41：8.94：1.65、参考例６では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝89.09：8.91：2.00である。
このようにして得られたスパッタリングターゲットの抵抗率を測定したところ、０．１５〜０．１８ｍΩｃｍであった。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表１に記載の通りである。
参考例１の焼結体組成を以下の様に変えて、その他の条件は、参考例１と同じ条件で行ったものが、参考例２〜６である。
参考例２では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝90.66：9.07：0.27、参考例３では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝90.41：9.04：0.55、参考例４では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝89.91：8.99：1.10、参考例５では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝89.41：8.94：1.65、参考例６では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝89.09：8.91：2.00である。
このようにして得られたスパッタリングターゲットの抵抗率を測定したところ、０．１５〜０．１８ｍΩｃｍであった。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表１に記載の通りである。
以上の結果から、これらの実施例では、成膜後の膜の結晶性はいずれも非晶質であり、結晶化温度はカルシウム添加濃度の増加に伴って、次第に高温になっていくが、参考例６の結果からも分かるように、結晶化温度は243℃であり、さほどの高温とはならなかった。
また、結晶化後の膜の抵抗率は、カルシウム添加濃度の増加に伴って次第に大きくなっていくが、参考例６の結果でもまだ、0.39mΩcmであり、この値は後述する比較例２の場合の酸化インジウムに亜鉛を添加した非晶質膜の抵抗率が、0.45mΩcmであることと比較しても、より小さな値のままであった。
また、結晶化後の膜の抵抗率は、カルシウム添加濃度の増加に伴って次第に大きくなっていくが、参考例６の結果でもまだ、0.39mΩcmであり、この値は後述する比較例２の場合の酸化インジウムに亜鉛を添加した非晶質膜の抵抗率が、0.45mΩcmであることと比較しても、より小さな値のままであった。
（実施例７〜１４）
参考例１〜６の場合のカルシウム添加に代えて、カルシウム及びマグネシウム添加としたのが実施例７〜１４である。
その際、カルシウム濃度とカルシウム及びマグネシウムの合計を一致させた。具体的には参考例１のカルシウム濃度と実施例７のカルシウム及びマグネシウムの合計濃度を同じにした。また、参考例２のカルシウム濃度を実施例８、９、１０のそれぞれのカルシウム及びマグネシウムの合計濃度は同じであり、さらに実施例８、９、１０ではカルシウムとマグネシウムの濃度をそれぞれ１：１、１：２、２：１に変化させた。
また、参考例３と実施例１１、参考例４と実施例１２、参考例５と実施例１３、参考例６と実施例１４のカルシウム濃度とカルシウム及びマグネシウムの合計濃度を同じにした。このようにして得られたスパッタリングターゲットの抵抗率を測定したところ、０．１５〜０．１８ｍΩｃｍであった。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表１に記載の通りである。
参考例１〜６の場合のカルシウム添加に代えて、カルシウム及びマグネシウム添加としたのが実施例７〜１４である。
その際、カルシウム濃度とカルシウム及びマグネシウムの合計を一致させた。具体的には参考例１のカルシウム濃度と実施例７のカルシウム及びマグネシウムの合計濃度を同じにした。また、参考例２のカルシウム濃度を実施例８、９、１０のそれぞれのカルシウム及びマグネシウムの合計濃度は同じであり、さらに実施例８、９、１０ではカルシウムとマグネシウムの濃度をそれぞれ１：１、１：２、２：１に変化させた。
また、参考例３と実施例１１、参考例４と実施例１２、参考例５と実施例１３、参考例６と実施例１４のカルシウム濃度とカルシウム及びマグネシウムの合計濃度を同じにした。このようにして得られたスパッタリングターゲットの抵抗率を測定したところ、０．１５〜０．１８ｍΩｃｍであった。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表１に記載の通りである。
以上の結果から、これらの実施例では、成膜後の膜の結晶性はいずれも非晶質であり、結晶化温度はカルシウム及びマグネシウムの合計添加濃度の増加に伴って、次第に高温になってき、結晶化温度はカルシウム濃度とカルシウム及びマグネシウムの合計濃度を同じにした場合には、結晶化温度はカルシウム及びマグネシウム添加の方が、カルシウムのみ添加の場合より約６℃程度高くなったが、結晶化後の膜抵抗率は殆ど同じであった。
また、結晶化後の膜の抵抗率は、カルシウム添加濃度の増加に伴って次第に大きくなっていくが、実施例１４の結果でもまだ、0.40mΩcmであり、この値は後述する比較例２の場合の酸化インジウムに亜鉛を添加した非晶質膜の抵抗率が、0.45mΩcmであることと比較しても、より小さな値のままであった。
また、結晶化後の膜の抵抗率は、カルシウム添加濃度の増加に伴って次第に大きくなっていくが、実施例１４の結果でもまだ、0.40mΩcmであり、この値は後述する比較例２の場合の酸化インジウムに亜鉛を添加した非晶質膜の抵抗率が、0.45mΩcmであることと比較しても、より小さな値のままであった。
（比較例１〜２）
参考例１の焼結体にマグネシウムを添加せずに、酸化インジウムにスズ、または酸化インジウムに亜鉛を添加した組成物を焼結体として用いて、その他の条件は、参考例１と同じ条件で行ったものが、比較例１〜２である。比較例１では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn＝90.00：10.00、比較例２では焼結体組成の原子数比％が、In：Zn=90.00：10.00である。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表１に記載の通りである。
また、比較例１の膜をエッチングした際の膜表面の電子顕微鏡写真を図１に示す。エッチング残渣として結晶化した部分の膜が残ってしまっている様子が分かる。
参考例１の焼結体にマグネシウムを添加せずに、酸化インジウムにスズ、または酸化インジウムに亜鉛を添加した組成物を焼結体として用いて、その他の条件は、参考例１と同じ条件で行ったものが、比較例１〜２である。比較例１では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn＝90.00：10.00、比較例２では焼結体組成の原子数比％が、In：Zn=90.00：10.00である。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表１に記載の通りである。
また、比較例１の膜をエッチングした際の膜表面の電子顕微鏡写真を図１に示す。エッチング残渣として結晶化した部分の膜が残ってしまっている様子が分かる。
以上の結果から、比較例１では、結晶化温度が低く、結晶化後の膜抵抗率が小さいが、成膜時の膜質が結晶化しており、エッチング残渣として残ってしまう問題が生じる。一方、比較例２では、成膜後の膜質は非晶質で、膜抵抗率は0.45mΩmであり、当該膜は非常に非晶質安定すぎて、結晶化温度は600℃と極めて高温であり、また、結晶化後の膜抵抗率は2.42mΩmと非常に高い。
（比較例３〜４）
参考例１の焼結体組成を以下の様に変えて、その他の条件は、参考例1と同じ条件で行ったものが、比較例３〜４である。比較例３では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝90.85：9.08：0.07、比較例４では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝88.64：8.86：2.50である。比較例３はカルシウム添加濃度が小さいもの、比較例４はカルシウム添加濃度が大きいものである。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表1に記載の通りである。
参考例１の焼結体組成を以下の様に変えて、その他の条件は、参考例1と同じ条件で行ったものが、比較例３〜４である。比較例３では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝90.85：9.08：0.07、比較例４では焼結体組成の原子数比％が、In：Sn：Ca＝88.64：8.86：2.50である。比較例３はカルシウム添加濃度が小さいもの、比較例４はカルシウム添加濃度が大きいものである。成膜時の結晶性、結晶化温度および結晶化後の膜抵抗率は、それぞれ表1に記載の通りである。
以上の結果から、比較例３では、結晶化温度が低く、結晶化後の膜抵抗率が小さいが、成膜時の膜質が結晶化しており、エッチング残渣として残ってしまう問題が生じる。
一方、比較例４では、成膜後の膜質が非晶質ではあるが、結晶化温度が260℃を超える高温となってしまい、また、結晶化後の膜抵抗率が、0.47mΩmと高くなってしまう。
この値は前述した比較例２の場合の、酸化インジウムに亜鉛を添加した場合に得られる膜のアニール前の抵抗率と同等になってしまうので、抵抗率の観点からの優位性は特になくなってしまう。
一方、比較例４では、成膜後の膜質が非晶質ではあるが、結晶化温度が260℃を超える高温となってしまい、また、結晶化後の膜抵抗率が、0.47mΩmと高くなってしまう。
この値は前述した比較例２の場合の、酸化インジウムに亜鉛を添加した場合に得られる膜のアニール前の抵抗率と同等になってしまうので、抵抗率の観点からの優位性は特になくなってしまう。
上記で説明した様に、本発明によれば、水を添加することなく、当該ターゲットをスパッタ成膜することで、膜全部が非晶質であるITO系膜が得られ、その後にあまりに高温でない温度でのアニールで膜が結晶化し、膜のエッチング速度が小さくなり、抵抗率が低い膜が得られる点で、透明導電体として非常に有用である。
Claims (14)
- 実質的にインジウム、スズ、カルシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca )の原子数比で5〜15％の割合で、カルシウムがCa / ( In + Sn + Ca )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる複合酸化物焼結体。
- 焼結体の抵抗率が0.2mΩcm以下であることを特徴とする請求項１記載の複合酸化物焼結体。
- 請求項１または２に記載の複合酸化物焼結体をスパッタすることによって、同組成のアモルファス膜を製造することを特徴とするアモルファス複合酸化膜の製造方法。
- 実質的にインジウム、スズ、カルシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムが、Ca / ( In + Sn + Ca )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜。
- 実質的にインジウム、スズ、カルシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムが、Ca / ( In + Sn + Ca )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜を製造した後に、当該膜を260℃以下の温度でアニールすることによって結晶化させることを特徴とする結晶質複合酸化膜の製造方法。
- 実質的にインジウム、スズ、カルシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムが、Ca / ( In + Sn + Ca )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる結晶質複合酸化膜。
- 膜の抵抗率が0.4mΩcm以下であることを特徴とする請求項６に記載の結晶質複合酸化膜。
- 実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる複合酸化物焼結体。
- 焼結体の抵抗率が0.2mΩcm以下であることを特徴とする請求項８記載の複合酸化物焼結体。
- 請求項８または９に記載の複合酸化物焼結体をスパッタすることによって、同組成のアモルファス膜を製造することを特徴とするアモルファス複合酸化膜の製造方法。
- 実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜。
- 実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなるアモルファス複合酸化膜を製造した後に、当該膜を260℃以下の温度でアニールすることによって結晶化させることを特徴とする結晶質複合酸化膜の製造方法。
- 実質的にインジウム、スズ、カルシウム、マグネシウムおよび酸素からなり、スズがSn / (In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で5〜15％の割合、カルシウムとマグネシウムの合計が、( Ca + Mg ) / ( In + Sn + Ca + Mg )の原子数比で0.1〜2.0％の割合で含有されており、残部がインジウムと酸素からなる結晶質複合酸化膜。
- 膜の抵抗率が0.4mΩcm以下であることを特徴とする請求項１３に記載の結晶質複合酸化膜。
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